JP4959594B2 - エンドファイアアンテナ装置 - Google Patents
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sin(φn)
=(β/k0)+n(λ0/d)
=(λ0/λg)+n(λ0/d)
d
=λ0/[(λ0/λg)−1]
≒λ0/[√(εr)−1]
誘電体伝送基板と、上記誘電体伝送基板に平行な所定の伝送方向に直交するように上記誘電体伝送基板に設けられた複数の導体ストリップ素子とを備え、上記誘電体伝送基板の内部において上記伝送方向に沿って電磁波の基板内伝送成分を伝送させるとともに、上記誘電体伝送基板の表面において上記伝送方向に沿って上記電磁波の表面伝送成分を伝送させ、上記誘電体伝送基板の一端において上記電磁波の基板内伝送成分及び表面伝送成分の合成電磁波を放射するエンドファイアアンテナ装置において、
上記複数の導体ストリップ素子は、上記誘電体伝送基板の少なくとも一面において、上記電磁波の基板内伝送成分の一部を上記誘電体伝送基板の表面から上記表面伝送成分として漏出させる多層装荷構造部を構成し、
上記多層装荷構造部は、第1の平面内に設けられた複数の導体ストリップ素子を含む第1の導体ストリップ群と、上記第1の平面から所定距離だけ離隔した第2の平面内に設けられた複数の導体ストリップ素子を含む第2の導体ストリップ群とを備え、上記第1の導体ストリップ群の導体ストリップ素子と上記第2の導体ストリップ群の導体ストリップ素子とは容量的に結合するように形成され、
上記第1及び第2の導体ストリップ群のそれぞれにおいて、少なくとも一部の導体ストリップ素子は、上記誘電体伝送基板の表面において上記伝送方向に沿って上記電磁波の空間高調波を発生させるための基準配置間隔の1/4以下の間隔で配置されることを特徴とする。
上記誘電体伝送基板は、複数の誘電体層及び複数の導体層を含む多層配線基板であり、
上記第1の導体ストリップ群の導体ストリップ素子は上記誘電体伝送基板の表面の導体層に形成され、
上記第2の導体ストリップ群の導体ストリップ素子は上記誘電体伝送基板の内部の導体層に形成されたことを特徴とする。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るエンドファイアアンテナ装置の構成を一部透視で示す斜視図であり、図2は、図1のエンドファイアアンテナ装置のyz面の中央断面図であり、図3は、図1のエンドファイアアンテナ装置の+z方向からの正面図である。本実施形態のエンドファイアアンテナ装置は、図1のz軸方向の伝送方向に延在した誘電体伝送基板1と、z軸方向に直交するように誘電体伝送基板1に設けられた複数の導体ストリップ素子とを備え、誘電体伝送基板1の内部及び表面に沿ってz軸方向に電磁波を伝送し、誘電体伝送基板1の+z方向の端面(開放端面)から電磁波を放射するアンテナである。本実施形態のエンドファイアアンテナ装置は、誘電体伝送基板1の上面及び下面の表層付近に、従来よりはるかに高密度に設けられた導体ストリップ素子を含む多層装荷構造部10A,10Bを備えたことを特徴とし、これによりエンドファイアアンテナ装置を小型化しながら、同時に高利得化を実現することができる。
d0
≡λ0/[√(εr)−1]
=k・λ0
図6は、本発明の第2の実施形態に係るエンドファイアアンテナ装置の構成を一部透視で示す斜視図であり、図7は、図6のエンドファイアアンテナ装置のyz面の断面図である。図6及び図7において、誘電体伝送基板1及び給電回路の詳細構成は第1の実施形態と同様であるので省略する。本実施形態のエンドファイアアンテナ装置は、多層装荷構造部の配置領域の一部において、導体ストリップ素子を配置しない連続した領域である除去領域22を設けたことを特徴とする。図7に示すように、領域長L1を有する誘電体伝送基板1の非シールド領域(すなわち、多層装荷構造部10A,10Bの配置領域)において、誘電体伝送基板1の上面及び下面の各多層装荷構造部10A,10Bは、接地導体2に近接した領域長L21の第1の領域と、誘電体伝送基板1の+z方向の端面に近接した領域長L23の第2の領域とを含み、さらに、これらの第1及び第2の領域の間に領域長L22の除去領域22を含む。除去領域22の領域長L22は、配置領域の領域長L1に対して50%以下の値に設定され、より好ましくは10%から20%の値に設定されることが好ましい。また、各多層装荷構造部10A,10Bにおいて、第1の領域21の領域長L21は、配置領域の領域長L1に対して50%以上の値に設定されることが好ましい。
図8は、本発明の第3の実施形態に係るエンドファイアアンテナ装置の構成を一部透視で示す斜視図である。本願の実施形態に係るエンドファイアアンテナ装置において、多層装荷構造部10A,10Bを構成する導体ストリップ素子は、誘電体伝送基板1の幅方向全面に形成される必要はない。本実施形態のエンドファイアアンテナ装置は、第1の実施形態のエンドファイアアンテナ装置における導体ストリップ群11,12,13,14が幅方向(x軸方向)の中央でそれぞれ2分割され、導体ストリップ群11A及び11B、12A及び12B、13A及び13B、14A及び14Bとして構成されたことを特徴とする。このようにエンドファイアアンテナ装置の構造中のすべての導体ストリップ群の導体ストリップ素子が誘電体伝送基板1の幅方向の中央で2分割されても、動作帯域における放射特性及び反射特性に大きな変化は生じず、本願の実施形態に係る有利な効果を得ることができる。
図9は、本発明の第4の実施形態に係るエンドファイアアンテナ装置の構成を示すyz面の断面図であり、図10は、図9のエンドファイアアンテナ装置の+z方向からの正面図である。図9及び図10に示すように、本発明の実施形態に係るエンドファイアアンテナ装置において、多層装荷構造部10A,10Bを構成する導体ストリップ素子の一部(すなわち導体ストリップ群11,14の導体ストリップ素子)が必ずしも誘電体伝送基板1の表層に露出している必要はない。しかし、誘電体伝送基板1の表面に多層装荷構造部10A,10Bを設けたときに、誘電体漏れ波の実効誘電率を増大する本願の効果が最大化でき、実施形態として好ましい。
図11は、本発明の第5の実施形態に係るエンドファイアアンテナ装置の構成を示すyz面の断面図であり、図12は、図11のエンドファイアアンテナ装置の+z方向からの正面図である。本実施形態のエンドファイアアンテナ装置は、誘電体伝送基板1の非シールド領域の少なくとも一部において、誘電体伝送基板1の下面、もしくは上面及び下面の両方が、誘電体基板31,32と面的に接することにより誘電体伝送基板1が支持されるように構成されることを特徴とする。誘電体基板31,32は、多層装荷構造部10A,10Bが配置される誘電体伝送基板1よりも低い誘電率を有する。誘電体基板31,32を追加することにより、エンドファイアアンテナ装置の機械的強度の改善が可能となるだけでなく、低誘電率の誘電体基板31,32を採用することにより、誘電体伝送基板1から漏出する電磁波の比率や、誘電体漏れ波の伝搬定数などの回路設計パラメータの変化を最小限にとどめることが可能となる。
―――――――――――――――――――――――――
利得(dBi) 利得差(dB)
―――――――――――――――――――――――――
実施例1 11.7
比較例1 9.2 −2.5
比較例2 9.6 −2.1
比較例3 8.2 −3.5
比較例4 9.9 −1.8
―――――――――――――――――――――――――
1a,1aa,1ab,1b,1c,1d,1e…誘電体層、
31,32…誘電体基板、
2,2a…接地導体、
3…給電線路、
4…ビア導体、
10A,10B…多層装荷構造部、
11,12,13,14,11A,12A,13A,14A,11B,12B,13B,14B…導体ストリップ群、
11−1,11−2,…,11−n,12−1,12−2,…,12−m,13−1,13−2,…,13−m,14−1,14−2,…,14−n…導体ストリップ素子、
21…第1の領域、
22…除去領域、
23…第2の領域。
Claims (9)
- 誘電体伝送基板と、上記誘電体伝送基板に平行な所定の伝送方向に直交するように上記誘電体伝送基板に設けられた複数の導体ストリップ素子とを備え、上記誘電体伝送基板の内部において上記伝送方向に沿って電磁波の基板内伝送成分を伝送させるとともに、上記誘電体伝送基板の表面において上記伝送方向に沿って上記電磁波の表面伝送成分を伝送させ、上記誘電体伝送基板の一端において上記電磁波の基板内伝送成分及び表面伝送成分の合成電磁波を放射するエンドファイアアンテナ装置において、
上記複数の導体ストリップ素子は、上記誘電体伝送基板の少なくとも一面において、上記電磁波の基板内伝送成分の一部を上記誘電体伝送基板の表面から上記表面伝送成分として漏出させる多層装荷構造部を構成し、
上記多層装荷構造部は、第1の平面内に設けられた複数の導体ストリップ素子を含む第1の導体ストリップ群と、上記第1の平面から所定距離だけ離隔した第2の平面内に設けられた複数の導体ストリップ素子を含む第2の導体ストリップ群とを備え、上記第1の導体ストリップ群の導体ストリップ素子と上記第2の導体ストリップ群の導体ストリップ素子とは容量的に結合するように形成され、
上記第1及び第2の導体ストリップ群のそれぞれにおいて、少なくとも一部の導体ストリップ素子は、上記誘電体伝送基板の表面において上記伝送方向に沿って上記電磁波の空間高調波を発生させるための基準配置間隔d0=λ0/[√(εr)−1]の1/4以下の間隔で配置され、ここで、λ0は上記電磁波の自由空間波長であり、εrは誘電体伝送基板の比誘電率であることを特徴とするエンドファイアアンテナ装置。 - 上記基準配置間隔d0は、上記電磁波の自由空間波長λ0の0.46乃至2.23倍のいずれかに設定されることを特徴とする請求項1記載のエンドファイアアンテナ装置。
- 上記誘電体伝送基板は、複数の誘電体層及び複数の導体層を含む多層配線基板であり、
上記第1の導体ストリップ群の導体ストリップ素子は上記誘電体伝送基板の表面の導体層に形成され、
上記第2の導体ストリップ群の導体ストリップ素子は上記誘電体伝送基板の内部の導体層に形成されたことを特徴とする請求項1又は2記載のエンドファイアアンテナ装置。 - 上記第1の導体ストリップ群の導体ストリップ素子と、上記第2の導体ストリップ群の導体ストリップ素子とは、一部の領域で対向することを特徴とする請求項1乃至3のうちのいずれか1つに記載のエンドファイアアンテナ装置。
- 上記第1の導体ストリップ群の導体ストリップ素子のうちの隣接する2つの導体ストリップ素子は、上記第2の導体ストリップ群の導体ストリップ素子のうちの1つの導体ストリップ素子とそれぞれ一部の領域で対向することを特徴とする請求項4記載のエンドファイアアンテナ装置。
- 上記多層装荷構造部は、上記伝送方向に沿った上記多層装荷構造部の配置領域の一部において、上記導体ストリップ素子を配置しない連続した領域である除去領域を含み、上記除去領域の領域長は上記配置領域の領域長の50%以下の範囲に設定されることを特徴とする請求項1乃至5のうちのいずれか1つに記載のエンドファイアアンテナ装置。
- 上記除去領域の領域長は、上記配置領域の領域長の10%以上20%以下の範囲に設定されることを特徴とする請求項6に記載のエンドファイアアンテナ装置。
- 上記誘電体伝送基板の上面に設けられた第1の多層装荷構造部と、上記誘電体伝送基板の下面に設けられた第2の多層装荷構造部とを含む2つの多層装荷構造部を備えたことを特徴とする請求項1乃至7のうちのいずれか1つに記載のエンドファイアアンテナ装置。
- 上記誘電体伝送基板の上面及び下面の少なくとも一方において、上記誘電体伝送基板より低い誘電率を有する誘電体基板が面的に接することにより上記誘電体伝送基板が支持されることを特徴とする請求項1乃至8のうちのいずれか1つに記載のエンドファイアアンテナ装置。
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