JP6747591B2 - 平面アレイアンテナおよび無線通信モジュール - Google Patents

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Description

本開示は平面アレイアンテナおよび無線通信モジュールに関する。
高周波の無線通信には、平面アンテナが用いられる場合がある。たとえば特許文献１〜３は、導体層にスロットを形成し、放射導体に給電する平面アンテナを開示している。特に、特許文献２は、複数の平面アンテナを備える平面アレイアンテナを開示している。具体的には、複数のストリップ導体と、複数のスロットが設けられた導体層と、それぞれのスロットを覆うように配置された複数の放射導体を備えた平面アレイアンテナを開示している。
特開２０１３−２０１７１２号公報 特開平６−２９１５３６号公報 特開平７−０４６０３３号公報
無線通信の用途が拡大しており、種々の周波数帯域で無線通信が利用されている。このため、より広い帯域に対応することが求められている。本願は、広帯域化が可能な平面アレイアンテナおよびこれを備えた無線通信モジュールを提供することを目的とする。
本開示の平面アレイアンテナは、複数の単位セルが１次元または２次元に配置された平面アレイアンテナであって、各単位セルは、放射導体、および、前記放射導体と離間して配置され、第１スロットを有する第１地導体層を含む放射部と、ストリップ導体を含む給電部とを備え、前記ストリップ導体は、外部から給電される第１端部と、前記第１端部から長手方向に離間した第２端部とを有し、前記第１端部と前記第１地導体層との距離は、前記第２端部と前記第１地導体層との距離と異なっている。
前記給電部は、前記ストリップ導体と離間して配置された第２地導体層を含み、前記ストリップ導体が前記第１地導体層と前記第２地導体層との間に位置していてもよい。
各単位セルにおいて、前記放射導体および前記第１スロットは積層方向に位置合わせされていてもよい。
前記ストリップ導体の長手方向と前記第１スロットの長手方向とは交差していてもよい。
前記第２端部と前記第１地導体層との距離は、前記第１端部と前記第１地導体層との距離よりも短くてもよい。
前記ストリップ導体は、複数の平面ストリップ部と少なくとも１つのビア導体部とを含み、前記複数の平面ストリップ部は、前記第１端部と前記第２端部との間で、各平面ストリップ部の長手方向が前記ストリップ導体の長手方向と揃うように配置され、かつ、各平面ストリップ部の両端の少なくとも一方が隣接する平面ストリップ部の両端の一方と前記複数のビア導体部の１つによって接続されており、前記ストリップ導体において、隣接する２つの平面ストリップ部のうち、前記第２端部側に位置する平面ストリップ部は、前記第１端部側に位置する平面ストリップ部よりも前記第１地導体層に近接して位置していてもよい。
前記複数の平面ストリップ部の前記長手方向と垂直な方向の幅は互いに等しくてもよい。
前記複数の平面ストリップ部のうち、少なくとも１対の隣接する２つの平面ストリップ部において、前記第２端部側に位置する平面ストリップ部の前記長手方向と垂直な方向の幅は、前記第１端部側に位置する平面ストリップ部の前記長手方向と垂直な方向の幅よりも大きくてもよい。
前記複数の平面ストリップ部のうち、少なくとも１つの平面ストリップ部の幅は、前記第２端部側が前記第１端部側よりも大きくてもよい。
前記複数の平面ストリップ部は前記第１地導体層と平行に配置されていてもよい。
前記ストリップ導体は、平面ストリップ部を含み、前記平面ストリップ部の長手方向は前記ストリップ導体の前記長手方向とそろっており、前記平面ストリップ部の両端のうち、前記第２端部側の端部は、前記第１端部側の端部よりも前記第１地導体層に近接していてもよい。
前記放射部は、前記放射導体と前記第１地導体層との間であって、前記放射導体と前記第１地導体層とからそれぞれ離間して配置されており、第２スロットを有する平面導体層を更に含んでいてもよい。
前記各単位セルにおいて前記放射部は、複数の前記平面導体層を含んでいてもよい。
前記第２スロットは前記第１スロットと同じ形状を有していてもよい。
前記第２スロットは前記第１スロットと異なる形状を有していてもよい。
前記第１地導体層と前記平面導体層との間隔は、５０μｍ以下であってもよい。
前記平面導体層は前記第１地導体層または前記第２地導体層と電気的に接続されていてもよい。
前記平面導体層は、フローティング導体層であってもよい。
前記各単位セルの前記給電部は複数のビア導体をさらに有し、前記複数のビア導体は、前記第１地導体層と前記第２地導体層とに接続され、前記ストリップ導体を囲んでいてもよい。
前記各単位セルは、多層セラミック体を備え、少なくとも前記平面導体層、前記第１地導体層、前記第２地導体層および前記ストリップ導体は、前記多層セラミック体内に埋設されていてもよい。
本開示の無線通信モジュールは、上記いずれかに記載の平面アレイアンテナと、前記平面アレイアンテナと電気的に接続された能動部品とを備える。
本開示によれば、広帯域化が可能な平面アレイアンテナを得ることができる。
第１および第２の実施形態の平面アレイアンテナの概略を示す平面図である。 第１の実施形態の平面アレイアンテナの単位セルの構造を示す分解斜視図である。 第１の実施形態の平面アレイアンテナの単位セルの構造を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）はストリップ導体の一例を示す平面図および断面図である。 （ａ）および（ｂ）はストリップ導体の他の例を示す平面図および断面図である。 （ａ）および（ｂ）はストリップ導体の他の例を示す平面図および断面図である。 （ａ）および（ｂ）はストリップ導体の他の例を示す平面図および断面図である。 （ａ）および（ｂ）はストリップ導体の他の例を示す平面図および断面図である。 第１の実施形態の平面アレイアンテナの単位セルにおける各構成要素の位置関係を示す上面図である。 第２の実施形態の平面アレイアンテナの単位セルの構造を示す分解斜視図である。 第２の実施形態の平面アレイアンテナの単位セルの構造を示す断面図である。 第２の実施形態の平面アレイアンテナの単位セルの他の構造を示す断面図である。 第２の実施形態の平面アレイアンテナの単位セルにおける各構成要素の位置関係を示す上面図である。 多層セラミック基板によって平面アレイアンテナを構成する例を示す断面図である。 多層セラミック基板によって平面アレイアンテナを構成する他の例を示す断面図である。 配線回路および平面アレイアンテナを含む多層セラミック基板の構成例を示す断面図である。 （ａ）は、無線通信モジュールの実施形態を示す模式的下面図であり、（ｂ）は、基板に実装された無線通信モジュールを示す模式的断面図である。 実施例の平面アレイアンテナの特性をシミュレーションするために用いた構造の寸法を示す図である。 計算によって求めた実施例の平面アレイアンテナのＶＳＷＲ特性を示す図である。 計算によって求めた実施例の平面アレイアンテナの放射特性を示す図である。 計算によって求めた実施例の平面アレイアンテナの放射特性を示す図である。
本開示の平面アレイアンテナおよび無線通信モジュールは、例えば、準マイクロ波・センチメートル波・準ミリ波・ミリ波帯域の無線通信に利用可能である。準マイクロ波帯域の無線通信は、波長が１０ｃｍ〜３０ｃｍであり、１ＧＨｚから３ＧＨｚの周波数の電波を搬送波として用いる。センチメートル波帯域の無線通信は、波長が１ｃｍ〜１０ｃｍであり、３ＧＨｚから３０ＧＨｚの周波数の電波を搬送波として用いる。ミリ波帯域の無線通信は、波長が１ｍｍ〜１０ｍｍであり、３０ＧＨｚから３００ＧＨｚの周波数の電波を搬送波として用いる。準ミリ波帯域の無線通信は、波長が１０ｍｍ〜３０ｍｍであり、１０ＧＨｚから３０ＧＨｚの周波数の電波を搬送波として用いる。これらの帯域の無線通信では、平面アンテナのサイズは数センチからサブミリメートルのオーダーになる。例えば、準マイクロ波・センチメートル波・準ミリ波・ミリ波無線通信回路を、多層セラミック焼結基板によって構成する場合、多層セラミック焼結基板に本開示の多軸アンテナを実装することが可能となる。以下、本実施形態では、特に他の説明をしない限り、準マイクロ波・センチメートル波・準ミリ波・ミリ波の搬送波の一例として、搬送波の周波数が３０ＧＨｚであり、搬送波の波長λが１０ｍｍである場合を例に挙げて、平面アレイアンテナを説明する。
なお、本開示において、２つの方向がそろっているとは、概ね２つの方向のなす角度が０°から約４５°の範囲にあることをいう。また、平行とは、２つの平面、２つの直線、あるいは、平面と直線とのなす角度が０°から約１０°の範囲にあることをいう。
（第１の実施形態）
図１は本開示の平面アレイアンテナ１０１の第１の実施形態を示す平面図である。平面アレイアンテナ１０１は破線で示す複数の単位セル５０を含む。各単位セル５０は放射導体１１を含み、放射導体１１から電磁波を放射する平面アンテナを構成している。各単位セル５０は、誘電体４１に形成されており、複数の単位セル５０は１次元または２次元にピッチｐで配列されている。本実施形態では、図１に示すように、複数の単位セル５０は、ｘ方向およびｙ方向に２次元に配列されている。各単位セル５０の放射導体１１は、本実施形態では誘電体４１内に配置されている。つまり、誘電体４１の上面４０ｕから所定の深さにおいて、放射導体１１がｘ方向およびｙ方向に２次元にアレイ状に配列されている。各単位セル５０の放射導体１１は、同一平面上に位置していてもよいし、ｚ軸方向において異なる高さに位置してもよい。
図２は、単位セル５０の構成を示す分解斜視図であり、図３は単位セル５０の断面図である。各単位セル５０は、放射部５１と給電部５２とを含む。給電部５２と放射部５１とは電磁結合しており、給電部５２から供給される信号電力を放射部５１が受け取り、電磁波が放射導体１１から放射される。
放射部５１は、放射導体１１と、第１地導体層１３とを含む。放射導体１１は第１地導体層１３から離間して配置されている。第１地導体層１３には開口である第１スロット１３ｃが設けられている。
給電部５２は、ストリップ導体１４と、第２地導体層１５とを含む。ストリップ導体１４と第２地導体層１５とは離間して配置されている。また、ストリップ導体１４は、第１地導体層１３と第２地導体層１５との間に位置し、第１地導体層１３とストリップ導体１４も積層方向において離間している。
ストリップ導体１４に給電するため、給電部５２は、ビア導体１７を含んでいてもよい。この場合、第２地導体層１５は開口１５ｄを有し、ビア導体１７は、開口１５ｄを貫通して一端がストリップ導体１４と接続される。ビア導体１７の他端は、第２地導体層１５の下面側において、結合器、分配器、受信回路、送信回路などに接続される。
図４（ａ）および（ｂ）は、ビア導体１７が接続されたストリップ導体１４の平面図および断面図である。図３および図４を参照しながらストリップ導体１４の構造を詳細に説明する。
本実施形態のストリップ導体１４は、図３においてｙ方向に長手方向を有し、長手方向において、ストリップ形状の両端である、第１端部１４ｃと、第１端部１４ｃから離間した第２端部１４ｄとを有する。ここで、両端および端部とは、長手を有する部材の長手方向における両端近傍の部分をいう。第１端部１４ｃには、ビア導体１７が接続されており、外部から信号電力が給電される。図３に示すように、ストリップ導体１４において、第１端部１４ｃと、第１地導体層１３との距離ｄ１は、第２端部１４ｄと第１地導体層１３との距離ｄ２と異なっている。
本実施形態では、第１端部１４ｃと第１地導体層１３との距離ｄ１よりも第２端部１４ｄと第１地導体層１３との距離ｄ２は小さい。つまり、ｄ１＞ｄ２の関係を満たしている。給電部５２から放射部５１へ信号電力を供給するためのストリップ導体１４と第１地導体層１３との距離が長手方向で変化することによって、第１地導体層１３と第２地導体層１５との間に挟まれた誘電体空間内の電磁界の勾配が大きくなる。このため、複数の共振モードが現れやすくなり、放射する電磁波が広帯域化される。
また、第１地導体層１３と第２地導体層１５との間の電磁界勾配が大きくなることにより、第１地導体層１３から放射導体１１へ漏れる電磁界分布の勾配が大きくなる。これらの特徴および放射導体１１の形状を最適化することによって、インピーダンスの整合がとりやすくなり、広帯域で電磁波を放出し得る平面アレイアンテナを実現することができる。
なお、第２地導体層１５に着目すると、第１端部１４ｃと第２地導体層１５との距離ｄ１’よりも第２端部１４ｄと第２地導体層１５との距離ｄ２’は大きい。つまり、ｄ１’＜ｄ２’の関係を満たしている。ストリップ導体１４と第２地導体層１５との距離が長手方向で変化することによっても電界分布勾配が生じ、複数の共振モードが現れやすくなる。その結果、放射する電磁波が広帯域化される。
図３に示す形態では、第１端部１４ｃから第２端部１４ｄにかけて、段階的に、ストリップ導体１４と第１地導体層１３との距離が短くなっている。ストリップ導体１４の第１地導体層１３との距離が、第１端部１４ｃと第２端部１４ｄとで異なっている限り、ストリップ導体１４は種々の形態および配置をとっていてもよい。例えば、ストリップ導体１４は、複数の平面ストリップ部２１と、１または複数のビア導体部２２とを含んでいてもよい。平面ストリップ部２１は、ストリップ導体１４全体の長手方向の長さよりも小さい長さを有し、平面ストリップ部２１は、第１端部１４ｃと第２端部１４ｄとの間で、平面ストリップ部２１の長手方向がストリップ導体１４の長手方向と揃うように配置されている。各平面ストリップ部２１の両端の少なくとも一方は隣接する平面ストリップ部２１の両端の一方とビア導体部２２によって接続されている。またストリップ導体１４において、隣接する２つの平面ストリップ部２１のうち、第２端部１４ｄ側に位置する平面ストリップ部２１は、第１端部１４ｃ側に位置する平面ストリップ部２１よりも第１地導体層１３に近接して位置している。平面ストリップ部２１のそれぞれは、第１地導体層１３と平行に配置されている。たとえば、断面視で階段状に配置されている。
図４（ａ）および（ｂ）に示す形態において、複数の平面ストリップ部２１の長手方向と垂直な方向の幅ｗは互いに等しい。しかし、複数の平面ストリップ部２１の長手方向と垂直な方向の幅は異なっていてもよい。例えば図５（ａ）および（ｂ）に示すように、ストリップ導体１４は平面ストリップ部２３、２４、および、ビア導体部２２を含んでいる。平面ストリップ部２３は第１端部１４ｃ側に位置し、平面ストリップ部２４は第２端部１４ｄ側に位置しており、平面ストリップ部２４の長手方向と垂直な方向の幅ｗ２４は、平面ストリップ部２３の長手方向と垂直な方向の幅ｗ２３よりも大きくなっている。平面ストリップ部２３および平面ストリップ部２４それぞれにおいて、長手方向に垂直な方向の幅は一定である。これにより、第１地導体層１３と平行な平面内でも、給電部５２および放射部５１を含む部分の電界分布勾配が大きくなる事で複数の共振モードが現れやすくなり、放射する電磁波が広帯域化される。
また、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、平面ストリップ部において、長手方向に垂直な方向の幅が異なっていてもよい。ストリップ導体１４は平面ストリップ部２５、２６を含んでおり、平面ストリップ部２５および平面ストリップ部２６において、第２端部１４ｄ側の幅ｗ２５ｄ、ｗ２６ｄは第１端部１４ｃ側の幅ｗ２５ｃ、ｗ２６ｃよりも大きい。
ストリップ導体１４を構成する平面ストリップ部の数は２に限られず、３以上であってもよい。図７（ａ）および（ｂ）に示すように、ストリップ導体１４は、平面ストリップ部２７、２８、２９、３０と、３つのビア導体部２２とを含んでいる。平面ストリップ部２７、２８、２９、３０のそれぞれは、例えば、第１地導体層１３と略平行に配置されるが、平面ストリップ部３０は平面ストリップ部２９よりも破線で示す第１地導体層１３に近接して配置される。同様に、平面ストリップ部２９は平面ストリップ部２８よりも第１地導体層１３に近接し、平面ストリップ部２８は平面ストリップ部２７よりも第１地導体層１３に近接して配置される。
また、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、ストリップ導体１４は、１つの平面ストリップ部３１を含んでいてもよい。平面ストリップ部３１の長手方向はストリップ導体１４の長手方向と揃っており、平面ストリップ部３１の両端のうち、第２端部１４ｄ側の端部３１ｄは、第１端部１４ｃ側の端部３１ｃよりも第１地導体層１３（破線で示す）に近接している。つまり、ストリップ導体１４は第１地導体層１３と平行ではなく、ストリップ導体１４の長手方向において、第１地導体層１３に対して傾斜している。また、平面ストリップ部３１において、長手方向に垂直な方向における、第１端部１４ｃ側の幅ｗ３１ｃよりも第２端部１４ｄ側の幅ｗ３１ｄが大きい。
図４から図７に示すストリップ導体１４は、後述するように誘電体４１を多層セラミック体で形成する場合に多層セラミック基板に好適に組み込んで構成することができる。一方、図８に示すストリップ導体１４を含む平面アレイアンテナ１０１は例えば、誘電体４１を樹脂で構成する場合において、モールド成形などによって、好適に製造することができる。
図２および図３に示すように、本実施形態では、給電部５２は、複数のビア導体１６をさらに含む。ビア導体１６は柱形状を有し、ストリップ導体１４を囲むように配置されている。各ビア導体１６の一端は、第１地導体層１３と接続され、他端は第２地導体層１５と接続されている。
放射導体１１、第１地導体層１３、ストリップ導体１４、第２地導体層１５、ビア導体１６、ビア導体１７および、後述するビア導体１８は導電性の材料によって形成されている。
図３に示すように、放射導体１１、第１地導体層１３、ストリップ導体１４および第２地導体層１５の間には、誘電体４１を構成する複数の誘電体層が位置している。誘電体層は、樹脂層、ガラス層、セラミック層、空洞等であってよい。誘電体４１に放射導体１１、第１地導体層１３、ストリップ導体１４および第２地導体層１５が埋設されている。前述したように、放射導体１１は誘電体４１の上面４０ｕから所定の深さで誘電体４１の内部に位置している。つまり放射導体１１は、誘電体４１の一部（４１ｃ）によって覆われている。平面アレイアンテナ１０１を多層セラミック基板によって構成する例は後述する。
次に各構成要素の形状、配置等を詳述する。図９は、単位セル５０（図１参照）の各構造を多層セラミック体４０（例えば図１５参照）の上面４０ｕに垂直な方向、つまり、上面４０ｕの法線方向から見た模式図である。
放射導体１１および第１地導体層１３を含む放射部５１は電波を放射する放射素子であり、求められる放射特性およびインピーダンス整合を得るための形状を有している。本実施形態では、放射導体１１は、ｘ方向に伸びる（長手を有する）長方形形状を有している。放射導体は、正方形、円形等他の形状を有していてもよい。例えば、放射導体１１は、ｘ方向およびｙ方向に１．５ｍｍおよび０．５ｍｍの長さを有する。
図１に示すように、単位セル５０の放射導体１１のピッチｐは、ｘ方向およびｙ方向において、例えば、波長λ0の１／２である。ここで、λ0は、搬送波の真空中における波長である。また、λdは、後述する誘電体である多層セラミック体４０中における搬送波の波長である。
第１地導体層１３の第１スロット１３ｃは、例えば、長方形形状を有する。例えば、第１スロット１３ｃは、ｘ方向およびｙ方向に０．９ｍｍおよび０．４ｍｍの長さを有する。
図９に示すようにストリップ導体１４は、例えば長方形形状を有する。ストリップ導体１４の伸びる方向と第１スロット１３ｃの伸びる方向とは交差していることが好ましい。
各単位セル５０の第１地導体層１３および第２地導体層１５は隣接する単位セル５０の第１地導体層１３および第２地導体層１５とそれぞれ接続しており、一体的な導電層を構成していることが好ましい。
積層方向における第１地導体層１３と第２地導体層１５との間隔は、例えば、０．２５ｍｍである。ストリップ導体１４は、例えば、積層方向において、第１地導体層１３と第２地導体層１５との中間の位置に設けられている。放射導体１１と第１地導体層１３との間隔は、例えば、０．４ｍｍである。
平面アレイアンテナ１０１において、ストリップ導体１４と第２地導体層１５とで構成されるマイクロストリップラインに印加される信号電力は、第１地導体層１３の第１スロット１３ｃを介して放射導体１１と電磁結合する。このとき、ストリップ導体１４が上述した構造を有することによって、放射する電磁波が広帯域化される。このため、平面アレイアンテナ１０１の放射特性および受信特性が広帯域化する。
また、ストリップ導体１４の周囲をビア導体１６が最適な位置で囲むことによって、第１地導体層１３と第２地導体層１５間をｙ方向に進む電磁界が共振しやすくなり、ｘ方向の幅が最適化されることでインピーダンス整合を取りやすくなり、放射効率が向上し広帯域化できる。誘電率が１以上の誘電体を用いれば、単位セルの配列ピッチよりも各アンテナの最適化された構造のサイズを小さくすることができ、上述の構成を採用することによって広帯域で放射効率の高い小型の平面アンテナが実現する。
また、本実施形態の平面アレイアンテナ１０１では、放射導体１１は誘電体４１内に配置される。このため、放射導体１１を外部環境による酸化、あるいは、外力による損傷や変形から保護することができる。
放射導体１１を保護するという観点では、放射導体１１を誘電体４１の上面４０ｕに配置し、放射導体１１に酸化防止のためのメッキを施すことも考えられる。しかし、この場合、メッキによって放射導体１１の導電率が低下する場合があり、放射特性が低下し得る。これに対し、誘電体４１で放射導体１１を覆う場合には、放射導体１１の導電率は低下しないため、メッキを設ける場合と同等以上の放射特性を維持しつつ、外力からの保護等、メッキよりも高い保護効果を得ることができる。
放射導体１１を覆う誘電体４１の層４１ｃの厚さは、例えば、誘電体４１の比誘電率が、３〜１５程度である場合、７０μｍ以下であることが好ましく、誘電体４１の比誘電率が、５〜１０程度である場合、２０μｍ以下であることが好ましい。これにより、平面アレイアンテナに一般的に使用される、Ａｕ/Ｎｉメッキした放射導体１１の場合と同等以上の放射効率を実現することができる。層４１ｃの厚さは小さいほど損失が少ないため、アンテナ特性の観点では、特に下限に制限はない。後述するように誘電体４１が多層セラミック体である場合には、層４１ｃの厚さが小さくなりすぎると、厚さを均一にすることが困難になる場合がある。このため、層４１ｃの厚さは、例えば、均一なセラミック層を形成し得る５μｍであることが好ましい。つまり、誘電体４１が多層セラミック体である場合には、層４１ｃの厚さは５μｍ以上７０μｍ以下であることがより好ましく、５μｍ以上、２０μｍ未満であることがより好ましい。
（第２の実施形態）
図１０および図１１は平面アレイアンテナの第２の実施形態における単位セル５０’の分解斜視図および断面図である。第２の実施形態の平面アレイアンテナは単位セル５０’の放射部５１’が、平面導体層１２をさらに含む点で、第１の実施形態の平面アレイアンテナ１０１における単位セル５０と異なる。
放射部５１’は、放射導体１１と第１地導体層１３との間に位置する平面導体層１２を含む。平面導体層１２は、積層方向において放射導体１１および第１地導体層１３からそれぞれ離間している。平面導体層１２には開口である第２スロット１２ｃが設けられている。
平面導体層１２は本実施形態では、フローティング導体層である。つまり、平面導体層１２は、第１地導体層１３、第２地導体層１５または他の基準電位が供給される導体層と電気的に接続されていない。しかし、平面導体層１２は接地されていてもよい。具体的には、平面導体層１２は、第１地導体層１３、第２地導体層１５または他の基準電位が供給される導体層と電気的に接続されていてもよい。例えば、図１２に示すように、平面導体層１２と第１地導体層１３とを１または複数のビア導体１８によって接続してもよい。また、放射部５１’は平面導体層１２を複数備えていてもよい。平面導体層１２は導電性の材料によって形成されている。
図１３は、単位セル５０’の各構造を多層セラミック体４０の上面４０ｕに垂直な方向、つまり、上面４０ｕの法線方向から見た模式図である。
放射導体１１、平面導体層１２および第１地導体層１３を含む放射部５１は電波を放射する放射素子であり、求められる放射特性およびインピーダンス整合を得るための形状を有している。
平面導体層１２の第２スロット１２ｃの形状は第１地導体層１３の第１スロット１３ｃと同じ形状であってもよいし異なっていてもよい。ここで形状が同じとは、相似関係にある場合を含まず、形および大きさが同じ（合同）であることをいう。放射導体１１、第１スロット１３ｃおよび第２スロット１２ｃは、上面視において、少なくとも一部が互いに重なっていることが好ましい。より好ましくは、放射導体１１、第１スロット１３ｃおよび第２スロット１２ｃは積層方向に互いに位置合わせされている。ここで位置合わせされているとは、積層方向において、第１地導体層１３の中心、第１スロット１３ｃの中心および第２スロット１２ｃの中心が、ｘ方向およびｙ方向において製造誤差の範囲にあることをいう。
第１スロット１３ｃおよび第２スロット１２ｃがそれぞれ長方形形状を有する場合には、長方形の伸びる方向（長手方向）は揃っていることが好ましい。例えば、第１スロット１３ｃは、ｘ方向およびｙ方向に０．９ｍｍおよび０．４ｍｍの長さを有する。
平面導体層１２は、フローティング層である場合には、隣接する単位セル５０’の平面導体層１２と接続されておらず、独立していてもよい。この場合、上面視において、平面導体層１２がストリップ導体１４を囲むビア導体１６が設けられている領域を覆うことが好ましい。
平面導体層１２が接地される場合には、平面導体層１２は、隣接する単位セル５０’の平面導体層１２と図示しないビア導体および／または配線層を介して接続されていてもよい。あるいは、平面導体層１２は、隣接する単位セル５０’の平面導体層１２と、一体的な導電層を構成しており、ビア導体および／または配線層を介して接地電位に接続されていてもよい。
平面導体層１２と第１地導体層１３との間隔は小さいほうが好ましい。具体的には、平面導体層１２と第１地導体層１３との間隔は５０μｍ以下であることが好ましく、２５μｍ以下であることがより好ましい。
平面アレイアンテナ１０１において、ストリップ導体１４と第２地導体層１５とで構成されるマイクロストリップラインに印加される信号電力は、第１地導体層１３の第１スロット１３ｃを介して放射導体１１と電磁結合する。このとき、平面導体層１２が存在することによって、放射導体１１と第１スロット１３ｃを有する第１地導体層１３および第２スロット１２ｃを有する平面導体層１２とで複共振が生じ、放射する電磁波が広帯域化される。このため、平面アレイアンテナ１０１の放射特性および受信特性がより広帯域化する。特に、平面導体層１２と第１地導体層１３との間隔を短くすることによって、ストリップ導体１４から平面導体層１２および第１地導体層１３に同等の電磁界を発生させることができるため、帯域幅の拡大効果を得やすくなる。
（第３の実施形態）
以下、第１の実施形態または第２の実施形態の平面アレイアンテナを多層セラミック基板によって構成する例を説明する。本実施形態では、第２の実施形態の平面アレイアンテナの誘電体４１を多層セラミック体で構成する例を説明する。図１４は、多層セラミック基板１０２の断面を模式的に示している。多層セラミック基板１０２は、多層セラミック体４０と、多層セラミック体４０内に埋設された放射導体１１、平面導体層１２、第１地導体層１３、ストリップ導体１４、第２地導体層１５、ビア導体１６およびビア導体１７とを備える。
多層セラミック体４０は、破線で示すように複数のセラミック層４０ａを含み、１または２以上のセラミック層４０ａを隔ててこれらの構成要素が配置されている。破線の位置は模式的に示されており、多層セラミック基板に含まれるセラミック層４０ａの数を正確に示しているわけではない。ビア導体１６およびビア導体１７はセラミック層４０ａに設けられた貫通孔内に位置している。
第１スロット１３ｃおよび第２スロット１２ｃ（図１０、図１３参照）は、空洞であってもよし、セラミック層４０ａの一部が充填されていてもよい。第１スロット１３ｃおよび第２スロット１２ｃにセラミック層４０ａの一部が充填されていれば、セラミック層４０ａ間の密着性が向上し、多層セラミック体４０の強度を高めることができる。
多層セラミック体４０においてセラミック層４０ａの境界は明確には存在しない場合がある。この場合、例えば、第１地導体層１３等のセラミック以外の構成要素が２つのセラミック層の間に存在する場合には、第１地導体層１３の位置を２つのセラミック層の境界と対応づけることができる。セラミック層４０ａは、セラミックの焼結前のセラミックグリーンシートに対応していてもよいし、２層以上のセラミックグリーンシートに対応していてもよい。
各セラミック層４０ａの厚さは、例えば１μｍ以上１５ｍｍ以下であり、好ましくは、１５μｍ以上１ｍｍ以下である。これにより、準マイクロ波・センチメートル波・準ミリ波・ミリ波帯の平面アレイアンテナを構成することができる。
放射導体１１は、多層セラミック体の上面に位置していてもよい。図１５に示す多層セラミック基板１０２’は、放射導体１１が多層セラミック体４０’の上面４０’ｕ上に位置している点で、多層セラミック基板１０２と異なる。放射導体１１が外部環境に露出していることにより、より高い放射効率を実現することが可能となる。この構成の多層セラミック基板を用いて作製する製品は、例えば、温度湿度などの環境、物理的接触などによる損傷、変形が起こりにくい条件で使用される場合に適している。より具体的には、たとえば、真空封止あるいは不活性ガス封止されて使用されるような条件、または、酸化、硫化などで腐食しづらい金属を用いて放射導体を構成する条件が満たされる場合にこの構成の製品は、好適に使用される。
多層セラミック基板は、平面アレイアンテナ１０１の他に、他の構成要素をそなえていてもよい。例えば、図１６に示すように、多層セラミック基板１０３は、第２地導体層１５よりも下方に複数のセラミック層４０ａをさらに備え、受動部品パターン７１および配線パターン７２と、複数のセラミック層４０ａに設けられた導電性ビア７３をさらに備えている。受動部品パターン７１は、例えば、導電性層あるは、所定の抵抗値を有するセラミックであり、インダクタ、コンデンサ、抵抗、結合器、分配器、フィルタ、電源等を構成している。また、導電性ビア７３および配線パターン７２は、受動部品パターン、地導体等と接続され、所定の回路を構成している。
また、多層セラミック体４０の下面４０ｖには、例えば、外部の基板と接続するための、電極７４、受動部品を接続するための電極７５および集積回路等の能動部品を接続するための電極７６が位置している。ストリップ導体１４は、図示しない位置に配置された導電性ビアによって、電極７４、７５、７６のいずれかと電気的に接続されていてもよい。
第２地導体層１５よりも下面側に位置する複数のセラミック層４０ａ間に設けられたこれらの構成要素により、受動部品を含む配線回路が構成される。配線回路の上述した複数の電極に受動部品および集積回路等が接続されることによって、無線通信回路が構成される。
多層セラミック基板によって平面アレイアンテナ１０１を構成する場合、各セラミック層と放射導体１１、平面導体層１２などの導電層とを同時に焼成することが可能である。つまり多層セラミック基板１０３は同時焼成セラミック基板であってもよい。同時焼成セラミック基板は、低温焼成セラミック（ＬＴＣＣ、Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）基板であってもよいし、高温焼成セラミック（ＨＴＣＣ、Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）基板であってもよい。高周波特性の観点では、低温焼成セラミック基板を用いた方が好ましい場合がある。多層セラミック構造のセラミック層、放射導体、地導体、ストリップ導体、受動部品パターン、配線パターン、導電性ビアには、焼成温度、用途等および無線通信の周波数等に応じたセラミック材料および導電性材料が用いられる。放射導体、地導体（具体的には地導体層）、ストリップ導体、受動部品パターン、配線パターン、導電性ビアを形成するための導電性ペーストと、多層セラミック構造のセラミック層を形成するためのグリーンシートが同時に焼成（Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ）される。同時焼成セラミック基板が低温焼成セラミック基板である場合、８００℃から１０００℃程度の温度範囲で焼結することができるセラミック材料および導電性材料を用いる。例えばＡｌ、Ｓｉ、Ｓｒを主成分とし、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｋの少なくとも１種を副成分とするセラミック材料、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｒを主成分とし、Ｃａ、Ｐｂ、Ｎａ、Ｋの少なくとも１種を副成分とするセラミック材料、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｄを含むセラミック材料、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇを含むセラミック材料が用いられる。また、ＡｇまたはＣｕを含む導電性材料が用いられる。セラミック材料の誘電率は３〜１５程度である。同時焼成セラミック基板が高温焼成多層セラミック基板である場合、Ａｌを主成分とするセラミック材料および、Ｗ（タングステン）またはＭｏ（モリブデン）を含む導電性材料を用いることができる。
より具体的には、ＬＴＣＣ材料として、例えば、低誘電率（比誘電率５〜１０）のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｇｄ−Ｏ系誘電体材料、Ｍｇ2ＳｉＯ4からなる結晶相とＳｉ−Ｂａ−Ｌａ−Ｂ−Ｏ系からなるガラス等からなる誘電体材料、Ａｌ−Ｓｉ−Ｓｒ−Ｏ系誘電体材料、Ａｌ−Ｓｉ−Ｂａ−Ｏ系誘電体材料、高誘電率（比誘電率５０以上）のＢｉ−Ｃａ−Ｎｂ−Ｏ系誘電体材料等様々な材料を用いることができる。
例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｓｒ−Ｏ系誘電体材料は、主成分としてＡｌ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｉの酸化物を含む場合は、主成分であるＡｌ、Ｓｉ、Ｓｒ、ＴｉをそれぞれＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＳｒＯ、ＴｉＯ2に換算したとき、Ａｌ2Ｏ3：１０〜６０質量％、ＳｉＯ２：２５〜６０質量％、ＳｒＯ：７．５〜５０質量％、ＴｉＯ2：２０質量％以下（０を含む）を含有することが好ましい。また、その主成分１００質量部に対して、副成分として、Ｂｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｏの群のうちの少なくとも１種をＢｉ2Ｏ3換算で０．１〜１０質量部、Ｎａ2Ｏ換算で０．１〜５質量部、Ｋ2Ｏ換算で０．１〜５質量部、ＣｏＯ換算で０．１〜５質量部含有することが好ましく、更に、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇの群のうちの少なくとも１種をＣｕＯ換算で０．０１〜５質量部、Ｍｎ3Ｏ4換算で０．０１〜５質量部、Ａｇを０．０１〜５質量部含有することが好ましい。その他不可避不純物を含有することもできる。
多層セラミック体４０における複数のセラミック層４０ａは、それぞれ同じ組成を有し、同じ材料によって形成されていてもよい。あるいは、平面アンテナの放射効率を高めるために、多層セラミック体４０の放射導体１１近傍のセラミック層は、それよりも下方のセラミック層と異なる組成を有し、異なる材料によって形成されていてもよい。異なる組成を有することにより、異なる誘電率を有することが可能となり、放射効率を向上させることが可能となる。
また、放射導体１１をセラミック層以外の樹脂あるいはガラスなどからなる層で覆ってもよいし、多層セラミック体４０と、樹脂あるいはガラスなどからなる回路基板とを組み合わせ、複合基板を構成してもよい。
同時焼成セラミック基板は、ＬＴＣＣ基板またはＨＴＣＣ基板と同様の製造方法を用いて製造することができる。
例えば、まず、上述した元素を含むセラミック材料を用意し、必要に応じて、例えば７００℃〜８５０℃で仮焼し、粉砕することにより造粒する。セラミック材料にガラス成分の粉末、有機バインダ、可塑剤、溶剤を添加し、これらの混合物のスラリーを得る。誘電率を異ならせるため等により、セラミック層を異なる材料によって形成する場合には、異なる材料を含む２種類のスラリーを用意する。また、上述した導電性材料の粉末を有機バインダおよび溶剤等と混合し、導電ペーストを得る。
ドクターブレード法、圧延（押し出し）法、印刷法、インクジェット式塗布法、転写法等を用いて、スラリーから所定の厚さの層をキャリアフィルム上に形成し、乾燥させる。スラリーの層を切断することによって、セラミックグリーンシートを得る。
次に、同時焼成セラミック基板内で構成する回路に従い、レーザ、メカ式パンチャ等を用いて複数のセラミックグリーンシートにビアホールを形成し、スクリーン印刷法を用いて各ビアホールに導電ペーストを充填する。このとき、ビア導体１６およびビア導体１７のパターンも形成される。また、スクリーン印刷等によって、導電ペーストをセラミックグリーンシートに印刷し、配線パターン、受動部品パターン、放射導体１１、平面導体層１２、第１地導体層１３、ストリップ導体１４および第２地導体層１５のパターンをセラミックグリーンシートに形成する。
上述した導電ペーストが配置されたセラミックグリーンシートを、仮圧着を行いながら順次積層し、グリーンシート積層体を形成する。その後、グリーンシート積層体からバインダを除去し、脱バインダ後のグリーンシート積層体を焼成する。これにより、同時焼成セラミック基板が完成する。
このようにして作製される同時焼成セラミック基板は、無線通信用の配線回路、受動部品および平面アレイアンテナを備える。このため、同時焼成セラミック基板に無線通信用のチップセット等を実装することによって、アンテナも備えた無線通信モジュールが実現する。
また、多層セラミック体の表面のセラミック層が放射導体の全体を完全に覆っている場合には、放射導体を外部環境および外力から保護することができ、放射効率が低下したり、アンテナの特性が変化したりするのを抑制することができる。
なお、本実施形態おいて説明した平面アレイアンテナの放射導体、平面導体層、第１地導体層、第２地導体層およびストリップ導体の形状、数、配置は模式的な一例に過ぎない。例えば、複数の放射導体のうち、一部を地導体から異なる距離に位置するセラミック層の界面に配置してもよい。また、放射導体にスロットを設けてもよい。また、平面アレイアンテナは、放射導体の他に、給電されない導体をさらに含んでおり、放射導体と、セラミック層を介して積層されていてもよい。
（第４の実施形態）
無線通信モジュールの実施形態を説明する。図１７（ａ）は、本開示の無線通信モジュールの実施形態を示す模式的下面図であり、図１７（ｂ）は、基板に実装された無線通信モジュールを示す模式的断面図である。無線通信モジュール１０４は、第２の実施形態の多層セラミック基板１０３と、半田バンプ８１と、受動部品８２と能動部品８３とを備える。半田バンプ８１は、多層セラミック基板１０３の下面４０ｖに位置する電極７４に設けられている。受動部品８２は、例えば、チップコンデンサ、チップインダクタ、チップ抵抗等であり、電極７５に半田などによって接合されている。能動部品８３は、例えば、無線通信用のチップセットであり、受信回路、送信回路、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、ベースバンドプロセッサ、メディアアクセスコントローラ等であり、電極７６に半田などによって接合されている。
無線通信モジュール１０４は、例えば、電極９２が設けられた回路基板９１にフリップチップボンディングによって、フェイスダウンで、つまり、受動部品８２および能動部品８３が回路基板９１と対向するように接合される。回路基板９１の電極９２と多層セラミック基板１０３の電極７４とが半田バンプ８１によって電気的に接続されることにより、多層セラミック基板１０３が外部の電源回路や他のモジュールと電気的に接続される。
回路基板９１に実装された無線通信モジュール１０４において、多層セラミック基板１０３の上面４０ｕ側に位置する放射導体１１は、回路基板９１が対向する下面４０ｖと反対側に位置している。このため、受動部品８２および能動部品８３、あるいは、回路基板９１の影響を受けることなく、準マイクロ波・センチメートル波・準ミリ波・ミリ波帯の電波を放射部５１から放射し、また、外部から到達する準マイクロ波・センチメートル波・準ミリ波・ミリ波帯の電波を放射部５１で受信することができる。したがって、広帯域のアンテナを備え、小型であり、かつ、表面実装が可能な無線通信モジュールが実現し得る。
（平面アレイアンテナの特性の計算例）
第２の実施形態の平面アレイアンテナの特性を計算によって求めた結果を説明する。図１８および表１に示すサイズおよび物性でｓパラメータを測定した。ＶＳＷＲ特性を図１９に示す。また、平面アレイアンテナの放射特性を図２０および図２１に示す。参考のため、ストリップ導体１４の両端部と第１地導体層１３との距離が同じである平面アレイアンテナの特性を求め、これらの図に示した。図１９から図２１において実線は実施例の特性を示し、破線は参考例の特性を示す。
Figure 0006747591
図１９に示すように、例えば、ＶＳＷＲが１．５以下の範囲は、参考例では、約２７．２ＧＨｚから約２８．８ＧＨｚであるのに対し、実施例では、約２６．４ＧＨｚから約２９．５ＧＨｚである。第２の実施形態平面アンテナによれば、広い帯域で反射波を抑制し、電磁波を送信し得ることが分かる。
図２０および図２１は、実施例１の平面アレイアンテナから放射される電磁波のゲイン特性を示す。図２０および図２１は、図１に示すように座標をとった場合におけるｘｚ平面およびｙｚ平面での特性を示している。ｚ軸つまり上面４０ｕの法線方向を０°とし、＋ｘ軸および−ｘ軸方向または＋ｙ軸および−ｙ軸方向がθの＋９０°および−９０°に対応している。
これらの図から、参考例に比べて、実施例の平面アンテナでは、グラフ記載の範囲内においてゲインが同じである箇所とゲインが０．２ｄＢ程度改善している箇所とがあり、平均して見ると改善していることが分かる。
したがって、これらの計算結果から、実施例の平面アンテナは、広帯域で電磁波の送受信が可能であり、かつゲインも向上し得ることが分かる。
１１ 放射導体
１２ 平面導体層
１２ｃ 第２スロット
１３ 第１地導体層
１３ｃ 第１スロット
１４ ストリップ導体
１４ｃ 第１端部
１４ｄ 第２端部
１５ 第２地導体層
１５ｄ 開口
１６、１７、１８ ビア導体
２２ ビア導体部
２１〜３１ 平面ストリップ部
４０、４０’ 多層セラミック体
４０ａ、４０ｂ、４０ｅ セラミック層
４０ｕ、４０’ｕ 上面
４０ｖ 下面
４１ 誘電体
４１ｃ 誘電体の層
５０、５０’ 単位セル
５１、５１’ 放射部
５２、５２’ 給電部
７１ 受動部品パターン
７２ 配線パターン
７３ 導電性ビア
７４〜７６、９２ 電極
８１ 半田バンプ
８２ 受動部品
８３ 能動部品
９１ 回路基板
１０１ 平面アレイアンテナ
１０２、１０２’、１０３ 多層セラミック基板
１０４ 無線通信モジュール

Claims (21)

  1. 複数の単位セルが１次元または２次元に配置された平面アレイアンテナであって、各単位セルは、
    放射導体、および、前記放射導体と離間して配置され、第１スロットを有する第１地導体層を含む放射部と、
    ストリップ導体を含む給電部と、
    を備え、
    前記ストリップ導体は、外部から給電される第１端部と、前記第１端部から長手方向に離間した第２端部とを有し、
    前記第１端部と前記第１地導体層との距離は、前記第２端部と前記第１地導体層との距離と異なっている、平面アレイアンテナ。
  2. 前記給電部は、前記ストリップ導体と離間して配置された第２地導体層を含み、前記ストリップ導体が前記第１地導体層と前記第２地導体層との間に位置する請求項１に記載の平面アレイアンテナ。
  3. 各単位セルにおいて、前記放射導体および前記第１スロットは積層方向に位置合わせされている請求項２に記載の平面アレイアンテナ。
  4. 前記ストリップ導体の長手方向と前記第１スロットの長手方向とは交差している請求項２または３のいずれかに記載の平面アレイアンテナ。
  5. 前記第２端部と前記第１地導体層との距離は、前記第１端部と前記第１地導体層との距離よりも短い、請求項２から４のいずれかに記載の平面アレイアンテナ。
  6. 前記ストリップ導体は、複数の平面ストリップ部と少なくとも１つのビア導体部とを含み、
    前記複数の平面ストリップ部は、前記第１端部と前記第２端部との間で、各平面ストリップ部の長手方向が前記ストリップ導体の長手方向と揃うように配置され、かつ、各平面ストリップ部の両端の少なくとも一方が隣接する平面ストリップ部の両端の一方と前記複数のビア導体部の１つによって接続されており、
    前記ストリップ導体において、隣接する２つの平面ストリップ部のうち、前記第２端部側に位置する平面ストリップ部は、前記第１端部側に位置する平面ストリップ部よりも前記第１地導体層に近接して位置している、請求項５に記載の平面アレイアンテナ。
  7. 前記複数の平面ストリップ部の前記長手方向と垂直な方向の幅は互いに等しい、請求項６に記載の平面アレイアンテナ。
  8. 前記複数の平面ストリップ部のうち、少なくとも１対の隣接する２つの平面ストリップ部において、前記第２端部側に位置する平面ストリップ部の前記長手方向と垂直な方向の幅は、前記第１端部側に位置する平面ストリップ部の前記長手方向と垂直な方向の幅よりも大きい、請求項６に記載の平面アレイアンテナ。
  9. 前記複数の平面ストリップ部のうち、少なくとも１つの平面ストリップ部の幅は、前記第２端部側が前記第１端部側よりも大きい、請求項６に記載の平面アレイアンテナ。
  10. 前記複数の平面ストリップ部は前記第１地導体層と平行に配置されている、請求項６に記載の平面アレイアンテナ。
  11. 前記ストリップ導体は、平面ストリップ部を含み、
    前記平面ストリップ部の長手方向は前記ストリップ導体の前記長手方向とそろっており、
    前記平面ストリップ部の両端のうち、前記第２端部側の端部は、前記第１端部側の端部よりも前記第１地導体層に近接している、請求項５に記載の平面アレイアンテナ。
  12. 前記放射部は、前記放射導体と前記第１地導体層との間であって、前記放射導体と前記第１地導体層とからそれぞれ離間して配置されており、第２スロットを有する平面導体層を更に含む、請求項２から１１のいずれかに記載の平面アレイアンテナ。
  13. 前記各単位セルにおいて前記放射部は、複数の前記平面導体層を含む請求項１２に記載の平面アレイアンテナ。
  14. 前記第２スロットは前記第１スロットと同じ形状を有する請求項１２または１３に記載の平面アレイアンテナ。
  15. 前記第２スロットは前記第１スロットと異なる形状を有する請求項１２または１３に記載の平面アレイアンテナ。
  16. 前記第１地導体層と前記平面導体層との間隔は、５０μｍ以下である、請求項１２から１５のいずれかに記載の平面アレイアンテナ。
  17. 前記平面導体層は前記第１地導体層または前記第２地導体層と電気的に接続されている請求項１２から１６のいずれかに記載の平面アレイアンテナ。
  18. 前記平面導体層は、フローティング導体層である請求項１２から１６のいずれかに記載の平面アレイアンテナ。
  19. 前記各単位セルの前記給電部は、複数のビア導体をさらに有し、
    前記複数のビア導体は、前記第１地導体層と前記第２地導体層とに接続され、前記ストリップ導体を囲む、請求項２から１８のいずれかに記載の平面アレイアンテナ。
  20. 前記各単位セルは、多層セラミック体を備え、少なくとも前記平面導体層、前記第１地導体層、前記第２地導体層および前記ストリップ導体は、前記多層セラミック体内に埋設されている、請求項２から１９のいずれかに記載の平面アレイアンテナ。
  21. 請求項２０に記載の平面アレイアンテナと、
    前記平面アレイアンテナと電気的に接続された能動部品と、
    を備えた無線通信モジュール。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10283832B1 (en) * 2017-12-26 2019-05-07 Vayyar Imaging Ltd. Cavity backed slot antenna with in-cavity resonators
US11710904B2 (en) 2017-12-26 2023-07-25 Vayyar Imaging Ltd. Cavity backed antenna with in-cavity resonators
JP6498367B1 (ja) * 2018-05-23 2019-04-10 三菱電機株式会社 アンテナ装置およびアレーアンテナ
JP7060110B2 (ja) * 2018-10-29 2022-04-26 株式会社村田製作所 アンテナ装置、アンテナモジュール、通信装置およびレーダ装置
US11424543B2 (en) 2019-01-17 2022-08-23 Kyocera International, Inc. Antenna apparatus with integrated filter having stacked planar resonators
WO2020220175A1 (zh) * 2019-04-28 2020-11-05 加特兰微电子科技(上海)有限公司 封装天线及雷达组件封装体
JP7138675B2 (ja) * 2020-06-17 2022-09-16 Tdk株式会社 アンテナ装置
CN113937481B (zh) * 2020-06-29 2023-07-18 上海华为技术有限公司 介质滤波天线、电子设备和天线阵列

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5830763B2 (ja) * 1979-07-05 1983-07-01 防衛庁技術研究本部長 同軸−導波管変換器
JPH02274002A (ja) * 1989-04-15 1990-11-08 Matsushita Electric Works Ltd 平面アンテナ
US5043738A (en) * 1990-03-15 1991-08-27 Hughes Aircraft Company Plural frequency patch antenna assembly
JP2716925B2 (ja) 1993-04-07 1998-02-18 株式会社エイ・ティ・アール光電波通信研究所 スロット結合型マイクロストリップアンテナ及び平面回路装置
US6593887B2 (en) * 1999-01-25 2003-07-15 City University Of Hong Kong Wideband patch antenna with L-shaped probe
JP3863464B2 (ja) * 2002-07-05 2006-12-27 株式会社ヨコオ フィルタ内蔵アンテナ
DE10231961B3 (de) * 2002-07-15 2004-02-12 Kathrein-Werke Kg Niedrig bauende Dual- oder Multibandantenne, insbesondere für Kraftfahrzeuge
US7710338B2 (en) * 2007-05-08 2010-05-04 Panasonic Corporation Slot antenna apparatus eliminating unstable radiation due to grounding structure
WO2009005912A2 (en) * 2007-05-30 2009-01-08 Massachusetts Institute Of Technology Notch antenna having a low profile stripline feed
US8441404B2 (en) * 2007-12-18 2013-05-14 Apple Inc. Feed networks for slot antennas in electronic devices
US8077096B2 (en) * 2008-04-10 2011-12-13 Apple Inc. Slot antennas for electronic devices
RU2010147909A (ru) * 2008-04-25 2012-05-27 ЭсПиИкс КОРПОРЕЙШН (US) Полотно фазированной антенной решетки для сверхэкономичной системы передачи сигналов
KR100988909B1 (ko) * 2008-09-23 2010-10-20 한국전자통신연구원 고이득 및 광대역 특성을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나
TWI388086B (zh) * 2008-10-28 2013-03-01 Wistron Neweb Corp 槽孔天線
US20100194643A1 (en) * 2009-02-03 2010-08-05 Think Wireless, Inc. Wideband patch antenna with helix or three dimensional feed
JP5047362B2 (ja) * 2009-02-25 2012-10-10 京セラ株式会社 高周波モジュール
WO2011092918A1 (ja) * 2010-01-27 2011-08-04 株式会社村田製作所 広帯域アンテナ
JP5408166B2 (ja) * 2011-03-23 2014-02-05 株式会社村田製作所 アンテナ装置
JP5863111B2 (ja) 2012-03-26 2016-02-16 京セラサーキットソリューションズ株式会社 アンテナ基板
US9196951B2 (en) * 2012-11-26 2015-11-24 International Business Machines Corporation Millimeter-wave radio frequency integrated circuit packages with integrated antennas
US9130278B2 (en) * 2012-11-26 2015-09-08 Raytheon Company Dual linear and circularly polarized patch radiator
US9620464B2 (en) * 2014-08-13 2017-04-11 International Business Machines Corporation Wireless communications package with integrated antennas and air cavity
CN106410366B (zh) * 2016-12-15 2023-05-09 北华航天工业学院 一种双极化天线

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