JP6807946B2 - アンテナ、モジュール基板およびモジュール - Google Patents

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Description

本開示は、アンテナ、モジュール基板およびモジュールに関する。
電波を送受信するためのアンテナとして、モノポールアンテナ等の線状アンテナが知られている（例えば特許文献１）。モノポールアンテナは、通常、波長の１／４の長さを有している。
特開平１１−３３０８３３号公報
本開示の一態様に係るアンテナは、第１導体を備えており、前記第１導体は、軸状部と、前記軸状部から前記軸状部の軸方向に交差する方向に突出しているフランジ状の複数の突出部と、を含んでいる。
本開示の一態様に係るアンテナは、第１導体を備えており、前記第１導体は、軸状部と、前記軸状部の軸方向の両端から離れた位置において前記軸状部から前記軸状部の前記軸方向に交差する方向に突出しているフランジ状の少なくとも１つの突出部と、を含んでいる。
本開示の一態様に係るアンテナは、第１導体を備えており、前記第１導体は、軸状部と、前記軸状部から前記軸状部の軸方向に交差する方向に突出しており、前記軸方向の位置が互いに異なり、前記軸状部からの突出量が最大になる方位が互いに交差する複数の突出部と、を含んでいる。
本開示の一態様に係るモジュール基板は、上記のアンテナと、誘電体を有し、前記第１基板を含んでいる第２基板と、前記第２基板のうち前記第１導体よりも中央側の領域において、前記第２基板の内部および表面の少なくとも一方に位置している配線と、前記中央側の領域において前記第２基板の表面に位置しており、前記配線に接続されているランドと、を備えている。
本開示の一態様に係るモジュールは、上記のモジュール基板と、前記ランドに実装されている電子部品と、を備えている。
第１実施形態に係るアンテナの全体構成を示す斜視図である。 図１のアンテナの一部を拡大して示す斜視図である。 図２のIII−III線における断面図である。 図１のアンテナのｘｙ平面におけるアンテナ特性の概略を示す図である。 図５（ａ）および図５（ｂ）は比較例３および４に係るアンテナ導体を示す斜視図である。 図６（ａ）および図６（ｂ）は変形例に係るアンテナを示す斜視図である。 図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）、図７（ｄ）および図７（ｅ）は変形例に係るアンテナを示す斜視図である。 図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）および図８（ｄ）はアンテナの軸状部の変形例を示す断面図である。 第２実施形態に係るアンテナを示す斜視図である。 図１０（ａ）および図１０（ｂ）はアンテナの利用例としてのアセンブリを示す斜視図であり、図１０（ｃ）はアセンブリに含まれるモジュール基板の、図１０（ａ）のＸｃ−Ｘｃ線における断面図である。
以下、本開示に係る実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。
また、便宜上、図面に直交座標系ｘｙｚを付し、これを参照することがある。アンテナは、いずれの方向が上方または下方とされてもよいが、便宜上、ｚ方向の正側を上方として、上面または下面等の語を用いることがある。
変形例または第２実施形態の説明においては、第１実施形態の構成と同様または類似する構成について、第１実施形態の構成に付した符号を付し、また、説明を省略することがある。なお、第１実施形態の構成に対応（類似）する構成に対して第１実施形態の構成に付した符号と異なる符号を付した場合においても、特に言及しない事項については、第１実施形態と同様である。
＜第１実施形態＞
（アンテナの全体構成）
図１は、アンテナ１の全体構成を示す斜視図である。この図では、アンテナ１と接続されるＩＣ（Integrated Circuit）３も模式的に示されている。
アンテナ１は、例えば、概ね全方位を対象として、円偏波の電波の放射および／または受信を行うものである。アンテナ１が利用される周波数帯は任意である。例えば、アンテナ１は、６０ＧＨｚ帯の無線通信規格であるＷｉＧｉｇ（Wireless Gigabit）に準拠するものであってよい。
アンテナ１の大きさは、アンテナ１が利用される周波数帯の波長等に応じて適宜に設定されてよい。以下の説明では、アンテナ１がＷｉＧｉｇのような比較的高い周波数帯で利用される比較的小さいものである場合を例にとる。例えば、点線で示す矩形（第１基板５）の平面視における１辺の長さは１ｍｍ以上５ｍｍ以下、点線で示す矩形の厚さは０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下である。
アンテナ１は、例えば、誘電体（絶縁体）からなる第１基板５と、第１基板５に設けられた導体からなる、アンテナ導体７、線路９および地板１１とを備えている。
地板１１には基準電位が付与される。電波を放射する場合においては、ＩＣ３は、地板１１に付与されている電位に対して電位差を有する信号を線路９に送信する（線路９に給電する）。アンテナ導体７は、線路９からの信号（電流）を電波に変換して放射する。また、電波を受信する場合においては、アンテナ導体７は、電波を電流に変換する。この電流は、地板１１に付与されている基準電位と電位差を有する信号として、線路９を介してＩＣ３に入力される。
第１基板５は、例えば、概ね板状の部材である。その平面形状は、適宜な形状とされてよい。第１基板５は、単一の材料から構成されていてもよいし、複数の材料から構成されていてもよい。複数の材料から構成される場合、例えば、第１基板５は、異なる材料からなる誘電体層が厚み方向に積層された部分を含んでいてもよいし、かつ／またはガラス布等からなる基材に誘電体を含浸させた部分を含んでいてもよい。第１基板５の誘電体は、例えば、セラミックおよび／または樹脂である。第１基板５は、例えば、アンテナ導体７、線路９及び地板１１の保持に寄与しているとともに、少なくともアンテナ導体７の周囲において誘電体からなることによって、電波の波長の短縮に寄与している。
アンテナ導体７、線路９および地板１１の材料は、例えば、金属である。金属は、ＣｕまたはＡｌなど、適宜なものとされてよい。アンテナ導体７、線路９および地板１１は、互いに同一の材料から構成されていてもよいし、互いに異なる材料から構成されていてもよい。アンテナ導体７、線路９および地板１１それぞれは、単一の材料から構成されていてもよいし、複数の材料から構成されていてもよい。複数の材料から構成される場合、例えば、各部は、互いに異なる金属からなる導体層が第１基板５の厚み方向（ｚ方向）に積層されて構成されていてもよい。
アンテナ導体７および線路９は、例えば、概ね全体が第１基板５に埋設されている。地板１１は、例えば、第１基板５の下面に位置しており、第１基板５の厚み方向（ｚ方向）においてアンテナ導体７および線路９から離れている。また、地板１１は、ｚ方向に見て、アンテナ導体７から離れている一方で、線路９に重なっている。なお、地板１１は、第１基板５に埋設されていてもよい。
線路９に対してｚ方向に見て地板１１が重なっていることによって、いわゆるマイクロストリップ線路が構成されている。線路９と地板１１とのｚ方向の距離は、例えば、一定である。線路９の形状は、適宜に設定されてよい。図１の例では、線路９は、第１基板５に平行な層状パターンによって構成されており、一定の幅で直線状に延びている。地板１１の形状も適宜に設定されてよい。図１の例では、地板１１は、第１基板５に平行な層状パターンである。線路９および地板１１それぞれの寸法、および両者の距離は、アンテナ１が利用される周波数帯等に応じて適宜に設定されてよい。
なお、上記の説明では、線路９および地板１１を含んでアンテナ１を定義しているが、アンテナ導体７およびその周囲部分のみによってアンテナ１を定義してもよい。
（アンテナ導体の全体構成）
図２は、アンテナ１のうち、アンテナ導体７を含む一部を拡大して示す斜視図である。なお、この図では、第１基板５の図示は省略されている。
アンテナ導体７は、例えば、互いに異なる方向に延びるとともに互いに接続されている第１導体１３、第２導体１５および第３導体１７を有している。第１導体１３、第２導体１５および第３導体１７は、各導体単体では、モノポールアンテナのように機能するように構成されている。例えば、第１導体１３、第２導体１５および第３導体１７のそれぞれは、概ね、所定方向に長い形状であり、その長さ（Ｌ１、Ｌ２またはＬ３）は、実質的に、送信および／または受信の対象としている電波の波長の概ね１／４とされている。
ただし、モノポールアンテナの長さは、原理上は１／４波長であるが、実際には、インピーダンス整合等を考慮して１／４波長よりも短くされてよい。短縮率は、例えば、１／４波長の数％以下である。以下の説明では、特に断りがない限りは、このような実際のアンテナにおける調整量については無視する。
また、第１導体１３については、「実質的」に１／４波長である。本実施形態では、後述するように、第１導体１３の形状を工夫することにより、第１導体１３の長さは１／４波長よりも短くされるからである。ただし、アンテナ１の作用の原理等の説明においては、第１導体１３の長さを１／４波長として扱うことがある。なお、第１導体１３は、１／４波長よりも短くされることによって、その長さが第２導体１５および／または第３導体１７の長さよりも短くなっていてもよい。
本実施形態では、第１導体１３、第２導体１５および第３導体１７それぞれは、基本的に第１基板５に埋設されているから、これらの導体の長さに関していう波長は、自由空間におけるものではなく、第１基板５内におけるものである。例えば、一般には、第１基板５内における波長λｇは、下記式で表わされる。
λｇ＝１／√εｒ×λ０＝ｃ／（√εｒ×ｆ）
ここで、εｒは、第１基板５（誘電体）の比誘電率、λ０は、自由空間における波長、ｃは自由空間における（真空中の）光速、ｆは、周波数である。
第１導体１３、第２導体１５および第３導体１７は、互いに交差するように延びて接続されている。具体的には、第１導体１３は、第１基板の厚み方向（ｚ軸方向）に沿って（例えば平行に）延びている。第２導体１５は、第１導体１３の下端から第１導体１３に交差する方向（例えば直交する方向。ｘ方向）に延びている。第３導体１７は、第２導体１５の第１導体１３とは反対側の端部から第１導体１３及び第２導体１５の双方に交差する方向（例えば直交する方向。ｙ方向）に延びている。
第１導体１３および第２導体１５は、互いに交差しているから、振動方向が互いに交差する直線偏波に対応する。また、第１導体１３および第２導体１５は、それぞれ実質的に１／４波長の長さを有し、端部同士が接続されているから、互いに位相が９０°ずれる。従って、第１導体１３および第２導体１５全体としては、円偏波に対応可能となる。第２導体１５および第３導体１７についても同様である。そして、第１導体１３および第２導体１５が構成するＬ字と、第２導体１５および第３導体１７が構成するＬ字とが互いに交差する方向に面していることにより、概ね全方位について、円偏波に対応することができる。
第１導体１３と第２導体１５との交差角度、および第２導体１５と第３導体１７との交差角度それぞれは、例えば、９０°（公差は存在してよい）、９０°±１°、または９０°±１０°である。このように直交または直交に近い状態でＬ字が形成されことにより、例えば、円形に偏りがない円偏波に対応することが容易になる。ただし、交差角度は、直交に近くなくてもよい。
第１導体１３および第２導体１５がなすＬ字（別の観点では両導体を含む平面）が面する方向と、第２導体１５および第３導体１７がなすＬ字（別の観点では両導体を含む平面）が面する方向との交差角度は、例えば、９０°（公差は存在してよい）、９０°±１°、または９０°±１０°である。この場合、例えば、２つのＬ字導体は、一方の導体のゲインが低い方向において他方の導体がゲインを補完する。ただし、交差角度は、直交に近くなくてもよい。
第１導体１３および第２導体１５は、概ね端部同士が接続されている。この場合、例えば、第１導体１３および第２導体１５が実質的に１／４波長であることと相まって、両者の位相を９０°でずらすことが容易化される。その結果、例えば、円形に偏りがない円偏波に対応することが容易化される。ただし、第１導体１３および第２導体１５は、必ずしも端部で接続されていなくてもよい。第２導体１５および第３導体１７についても同様である。
別の観点では、第１導体１３、第２導体１５および第３導体１７それぞれの長さは、他の導体との接続位置を基準とし、この長さが実質的に１／４波長となるように設計してよい。また、このとき、接続位置は、中心線の位置を基準として決定してよい。なお、中心線は、例えば、長手方向に直交する断面の図形中心（図形重心）を長手方向につらねた線である。ただし、他の導体との接続部付近（断面を特定しにくい部分）においては、当該接続部から離れた位置の中心線が延伸される。図形重心は、図形内における1次のモーメントの総和が０になる点である。
例えば、第１導体１３の長さＬ１は、第１導体１３の中心線Ｃ１上における、第１導体１３の上端から、第２導体１５の厚みの中心までの距離である。第２導体１５の厚みの中心は、別の観点では、第２導体１５の中心線Ｃ２の、第１導体１３の中心線Ｃ１に最も近い位置（中心線Ｃ１およびＣ２が互いに交差する場合は交点）におけるｚ方向の位置である。なお、図２の例では、中心線Ｃ１およびＣ２は互いに交差している。また、第２導体１５の厚さが１／４波長に比較して十分に薄い場合においては、長さＬ１は、第１導体１３の中心線Ｃ１上における、第１導体１３の上端から第２導体１５の上面までの距離としてもよい。なお、以下では、第２導体１５の厚さを無視して長さＬ１等に言及することがある。
また、例えば、第２導体１５の長さＬ２は、第２導体１５の中心線Ｃ２上における、第１導体１３の中心線Ｃ１に最も近い位置から、第３導体１７の中心線Ｃ３に最も近い位置（中心線Ｃ２およびＣ３が互いに交差する場合は交点）までの距離である。なお、図２の例では、中心線Ｃ２およびＣ３は互いに交差している。
また、例えば、第３導体１７の長さＬ３は、第３導体１７の中心線Ｃ３上における、第２導体１５の中心線Ｃ２に最も近い位置から、線路９までの距離である。なお、第３導体１７は、例えば、線路９よりも幅（ｘ方向）が小さく、両者の境界は、例えば、幅が変化する位置である。
（第１導体の構成）
第１導体１３は、軸状部１９と、軸状部１９から軸状部１９の軸方向（ｚ方向）に交差する方向に突出している１以上の突出部２１とを有している。突出部２１を設けることにより、アンテナ特性（例えばピークゲイン）の低下を抑制しつつ、第１導体１３（軸状部１９）の長さＬ１を１／４波長よりも短くすることができる。
軸状部１９は、モノポールアンテナとして第１導体１３が延びるべき方向（ｚ方向）を軸方向（長手方向）として概ね直線状に延びる形状である。なお、本実施形態では、第１導体１３の長さと軸状部１９の長さとは同じである。軸状部１９は、図示のように柱状であってもよいし、図２とは異なり、層状パターンが軸方向に延びる形状であってもよい。また、軸状部１９は、図示のように中実（内部に空洞がない）であってもよいし、図２とは異なり、中空（内部に空洞がある）であってもよい。軸状部１９のその軸方向に直交する断面（横断面）の形状は、図示のように軸状部１９の全長に亘って同一であってもよいし、図２とは異なり、軸方向の位置によって異なっていてもよい。
軸状部１９の横断面の形状は、図示のように円形であってもよいし、図２とは異なり、凸多角形（角部が面取りされたものを含む。以下、その他の形状の角部についても同様。）、凸でない多角形（凹多角形）、凸閉曲線からなる円形以外の形状、凸でない閉曲線からなる形状、またはこれらの一部同士の組み合わせの形状であってもよい。なお、ここでいう凸は、数学でいう凸（凸集合）である。軸状部１９の径または断面積は、例えば、従来のモノポールアンテナにおける径または断面積と同様の設計思想に従って設定されてよく、また、突出部２１の影響を考慮して微調整がなされてもよい。
突出部２１は、例えば、軸状部１９の軸方向の位置を互いに異ならせて複数設けられている。突出部２１の数および間隔（ピッチ）は適宜に設定されてよい。図示の例では、突出部２１は、５つ設けられており、その間隔は、概ね一定である。
１以上の突出部２１は、例えば、軸状部１９の軸方向の両端から離れている少なくとも１つの突出部２１を含む。図示の例では、複数（５つ）の突出部２１の全てが、軸状部１９の軸方向の両端から離れている突出部２１に該当する。
軸状部１９の上端と当該上端に最も近い突出部２１との距離、および軸状部１９の下端と当該下端に最も近い突出部２１との距離は、適宜に設定されてよい。この２つの距離は、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよいし、複数の突出部２１間の間隔と同一であってもよいし、異なっていてもよい。図示の例では、上端との距離は、複数の突出部２１間の間隔よりも短く、下端との距離は、複数の突出部２１間の間隔よりも長くなっている。
なお、軸状部１９の第２導体１５と接続される端部（下端）においては、第２導体１５（またはその一部）が軸状部１９から突出している。しかし、第２導体１５は、その長さ等が第１導体１３とは別のモノポールアンテナを構成するように設定されているものである。従って、第２導体１５は、当然に、第１導体１３の一部ではなく、ひいては、突出部２１ではない。
複数の突出部２１の形状および寸法、ならびに軸状部１９の軸回りの位置は、図示の例のように互いに同様であってもよいし、図２とは異なり、互いに異なっていてもよい。
各突出部２１において、軸状部１９の軸回りの位置乃至は範囲は、適宜に設定されてよい。例えば、図示のように、軸状部１９の軸回りの全周に亘って軸状部１９から突出していてもよいし、図２とは異なり、軸状部１９の軸回りの一部の範囲においてのみ軸状部１９から突出していてもよい。突出部２１が軸回りの一部の範囲においてのみ設けられる場合においては、例えば、軸状部１９の軸回りの方位のうち、少なくとも電波の放射および／または受信に対応したい方位から見て、突出部２１が軸状部１９から突出して見えるように（突出部２１が完全に軸状部１９と重複していまわないように）突出部２１を設ける。
また、平面視において、突出部２１の軸状部１９からの突出量は、図示の例のように突出部２１の全周に亘って概ね一定であってもよいし、図２とは異なり、軸回りの位置によって異なっていてもよい。また、別の観点では、平面視において、突出部２１の外縁の図形重心と、軸状部１９の軸方向に直交する断面の図形重心とは、図示の例のように一致していてもよいし、図２とは異なり、ずれていてもよい。突出部２１は、その大きさが比較的小さくても、突出部２１が設けられていない場合に比較すれば、軸状部１９を短くしたときに、アンテナ特性（例えばピークゲイン）の低下のおそれを低減できる。従って、突出量の具体的な値は、軸状部１９の側面の製造誤差による凹凸を超える範囲で適宜に設定されてよく、より好適な値は、例えば、シミュレーションおよび実験等に基づいて適宜に設定されてよい。
突出部２１の厚さは、図示の例のように突出部２１の全体に亘って概ね一定であってもよいし、突出部２１内の位置によって異なっていてもよい。また、突出部２１の厚さは、図示のように比較的薄くてもよいし、図２とは異なり、比較的厚くてもよい。厚さの具体的な値は、シミュレーションおよび実験等に基づいて適宜に設定されてよい。また、従来から層状パターンによってアンテナの少なくとも一部を構成する技術が知られているが、突出部２１の厚さは、このようなアンテナの厚さと同様とされてよい。
図２に例示する突出部２１の形状は、フランジ状であるということができる。ここで、フランジ状は、例えば、軸状部１９の軸回りの比較的広い範囲に亘って軸状部１９から突出しており、その厚さが、突出量または直径Ｄ１を基準として比較的薄い形状である。図示の例では、突出部２１は、軸状部１９の軸回りの全周に亘って軸状部１９から突出している。
また、図２に例示するフランジ状の突出部２１の形状は、軸状部１９の周囲を囲うように突出した円盤形状であるということができる。ここでいう円盤形状は、平面視において必ずしも真円である必要はない。円盤形状とは、平たく板状のものをいう。
（第２導体および第３導体の構成）
第２導体１５および第３導体１７は、例えば、第１基板５の厚さ方向（軸状部１９の軸方向、ｚ方向）を厚さ方向とする層状パターンにより構成され、その平面形状は、モノポールアンテナとして延びるべき方向（ｘ方向またはｙ方向）に概ね直線状に延びる形状である。第２導体１５および第３導体１７は、各導体単体では、従来のモノポールアンテナと同様に機能するものであるから、その長さ、厚さおよび幅は、例えば、従来のモノポールアンテナと同様に設定されてよい。
第２導体１５の、第１導体１３（軸状部１９）と接続される端部の平面形状（ｚ方向に見た形状）は、例えば、軸状部１９の下端の横断面（ｚｙ断面）の形状よりも広くなるように形成されている。このように第２導体１５の端部を形成すると、例えば、軸状部１９の全周に亘って軸状部１９と第２導体１５とが接続されることになる。その結果、例えば、アンテナ１の製造方法によっては、軸状部１９と第２導体１５との導通が確実に図られることになる。ただし、第２導体１５の端部の平面形状は、軸状部１９の横断面の形状と同等以下の大きさであってもよい。
図示の例では、第２導体１５の端部以外の部分の幅は、例えば、軸状部１９の直径と同等である。一方、上記のように第２導体１５の端部は、軸状部１９の下端よりも広くされているから、第２導体１５は、第１導体１３側において拡幅する形状となっている。ただし、第２導体１５は、端部以外が広くされることにより、および／または端部が細くされることにより、一定の幅で延びていてもよい。
図示の例では、第３導体１７の幅は、軸状部１９の直径および第２導体１５の幅よりも広くなっている。このようにすることによって、例えば、第３導体１７のゲインを高くすることができる。その一方で、第３導体１７の両端に接続される線路９および第２導体１５の幅は、第３導体１７の幅よりも狭いから、例えば、第３導体１７を流れる電流の指向性の乱れを低減できる。ただし、第３導体１７の幅は、軸状部１９の直径および／または第２導体１５の幅と同等であってもよい。
（アンテナを含む多層基板）
図３は、図２のIII−III線における断面図である。
上述したアンテナ１の構成は、例えば、多層基板と同様の構造によって実現されている。具体的には、例えば、第１基板５は、複数の誘電体層２３が積層されて構成されている。第１導体１３の軸状部１９は、誘電体層２３を貫通する１以上の貫通導体２５によって構成されている。第１導体１３の突出部２１、第２導体１５および第３導体１７（図３では不図示）は、誘電体層２３間に位置する導体層２７によって構成されている。地板１１は、第１基板５の下面を構成する誘電体層２３の表面に位置する導体層２７によって構成されている。
なお、図３とは異なり、第１基板５の上面に位置する導体層２７（不図示）によって構成された突出部２１が設けられていてもよい。また、地板１１は、誘電体層２３間の導体層２７によって構成されて第１基板５に埋設されていてもよい。第１導体１３の先端を覆う誘電体層２３が設けられていてもよい。
複数の誘電体層２３は、互いに同一の材料から構成されていてもよいし、互いに異なる材料から構成されていてもよい。既に述べたように、誘電体層２３の材料は、例えば、セラミックおよび／または樹脂である。一の誘電体層２３は、単一の材料から構成されていてもよいし、複数の材料から構成されていてもよい。複数の材料から構成される場合、例えば、一の誘電体層２３は、樹脂層と無機絶縁層とを重ねあわせたものであってもよい。また、複数の誘電体層２３は、互いに同一の厚さであってもよいし、互いに異なる厚さであってもよい。図示の例では、軸状部１９が貫通する複数の誘電体層２３のうち一部（上方から数えて２層目から５層目までの４層）が互いに同一の厚さとなっている。
複数の貫通導体２５は、互いに同一の材料から構成されていてもよいし、互いに異なる材料から構成されていてもよい。また、複数の導体層２７は、互いに同一の材料から構成されていてもよいし、互いに異なる材料から構成されていてもよい。貫通導体２５および導体層２７は、互いに同一の材料から構成されていてもよいし、互いに異なる材料から構成されていてもよい。
複数の導体層２７は、互いに同一の厚さであってもよいし、互いに異なる厚さであってもよい。例えば、誘電体層２３間に位置する複数の導体層２７は互いに同一の厚さであり、これにより、複数の突出部２１は互いに同一の厚さとなっている。一層の導体層２７は、例えば、部位に限らず同一の厚さである。具体的には、例えば、第２導体１５および第３導体１７は共通の導体層２７からなり、互いに同一の厚さである。ただし、一層の導体層２７は、部位によって異なる厚さを有していてもよい。
軸状部１９は、例えば、複数の貫通導体２５が誘電体層２３の積層方向に連ねられることによって構成されている。隣り合う貫通導体２５同士は、図示のように、その間に突出部２１を構成する導体層を介在させていてもよいし、図３とは異なり、直接的に接合されていてもよい。すなわち、軸状部１９は、貫通導体２５及び導体層２７の組み合わせから構成されてもよいし、貫通導体２５のみから構成されてもよい。なお、完成後のアンテナ１において、上記のいずれであるか、判別不可能であってもよい。
複数の貫通導体２５それぞれは、例えば、誘電体層２３に形成された孔に充填された導体からなる。すなわち、貫通導体２５は中実である。これにより、軸状部１９は中実（柱状）となっている。また、複数の貫通導体２５それぞれは、例えば、誘電体層２３の厚さ方向において概ね一定の断面形状（寸法含む。）とされている。また、複数の貫通導体２５の形状は、例えば、互いに概ね同一とされている。これにより、軸状部１９は、軸方向において概ね一定の断面形状を有している。
図３では、軸状部１９が貫通する複数の誘電体層２３の全ての誘電体層２３間において突出部２１が設けられている。そして、複数の突出部２１間の間隔は、誘電体層２３の厚みと同一になっている。ただし、複数の誘電体層２３間に対して選択的に突出部２１を設けてもよい（一部の誘電体層２３間に突出部２１が設けられなくてもよい）。すなわち、突出部２１間の距離、または軸状部１９の端部と当該端部に最も近い突出部２１との距離は、誘電体層２３の２つ以上の厚さであってもよい。
誘電体層２３は、基本的に一定の厚さであり、貫通導体２５は、基本的に誘電体層２３に直交するように誘電体層２３を貫通している。従って、複数の突出部２１は、互いに平行であるとともに貫通導体２５に対して直交する。なお、公差に起因する傾斜が存在していてよいことは当然である。
（アンテナ１の製造方法）
アンテナ１の製造方法は、具体的な形状等を除いては、多層基板の製造方法と同様でよく、公知の種々の製造方法を利用してよい。
例えば、アンテナ１は、いわゆるビルドアップ法によって作製されてよい。ビルドアップ法では、一の誘電体層２３を形成するとともに当該一の誘電体層２３に対して必要に応じて貫通導体２５および／または導体層２７を形成する工程を繰り返すことによって、複数の誘電体層２３が順に積層されて固定される。
また、例えば、アンテナ１は、誘電体層２３となるセラミックグリーンシートに貫通導体２５および導体層２７となる導電ペーストを配置したものを積層して焼成する一括積層法によって作製されてよい。
上記の各種の方法において、誘電体層２３の形成、貫通導体２５が配置される孔の形成、貫通導体２５および導体層２７の形成方法も、公知の種々の方法とされてよい。
例えば、誘電体層２３は、未硬化（液状またはフィルム状）の熱硬化性樹脂を基材または先に形成されている誘電体層２３上に配置し、これを硬化させて形成したり、セラミックグリーンシートを焼成して形成したりしてよい。
また、例えば、貫通導体２５が配置される孔は、フォトリソグラフィー等によって形成したマスクを介してウェットエッチングおよび／またはドライエッチングを行って形成したり、径を絞ったレーザ光によって形成したり、打ち抜き加工によって形成したり、ドリルによって形成したりしてよい。誘電体層２３が感光性樹脂の場合はフォトリソグラフィーによって形成してもよい。
また、例えば、貫通導体２５は、無電解めっき法および／または電解めっき法によって形成したり、導電ペーストの印刷によって形成したりしてよい。なお、めっきを孔内で十分に成長させたり、導電ペーストを孔に充填することによって中実の貫通導体２５が形成され、めっきの成長を適宜に停止したり、導電ペーストを孔の内面のみに印刷することによって中空状の貫通導体（図８（ｂ）および図８（ｃ）参照）が形成される。
また、例えば、導体層２７は、無電解めっき法および／または電解めっき法によって形成したり、導電ペーストの印刷によって形成したりしてよい。また、導体層２７は、誘電体層２３の全面に形成されてからマスクを介してエッチングされてパターニングされてもよいし、マスクを介して誘電体層２３上に形成され、マスクとともにマスク上の部分が除去されてパターニングされてもよい。
（アンテナ特性）
図４は、アンテナ１のｘｙ平面における放射パターンの概略を示す図である。この図は、シミュレーション計算によって得られた値に基づいている。ただし、計算で実際に得られた放射パターンの細部は省略されている。
この図に示すように、アンテナ１は、ｚ軸回りにおいては、概ね２７０°の方位においてゲインが概ね均等に大きくなる。この２７０°の範囲は、第３導体１７に対して第１導体１３および第２導体１５が位置する側（−ｙ側）、および第１導体１３に対して第２導体１５および第３導体１７が位置する側（−ｘ側）となる方位を含む。なお、特に図示しないが、−ｙ側への方位のゲインは、−ｘ側に傾斜する方位、＋ｘ側に傾斜する方位、−ｚ側に傾斜する方位および＋ｚ側に傾斜する方位に対して概ね均等に、かつ比較的大きい傾斜角度まで大きくなる。従って、アンテナ１は、−ｙ側への放射および／または−ｙ側からの受信に有利である。
＜実施例および比較例＞
第１実施形態のアンテナ１に対して具体的な寸法を設定した実施例（実施例１〜４）のアンテナと、第１実施形態のアンテナ１とは形状が異なる比較例（比較例１〜４）のアンテナとを仮定し、そのアンテナ特性をシミュレーション計算によって求めた。その結果、突出部２１を設けることによって、ピークゲインの低下を抑制しつつ軸状部１９を短くできることを確認した。具体的には、以下のとおりである。
なお、第１実施形態に係る実施例において、軸状部１９の形状は円柱であり、突出部２１は、軸状部１９の軸心を中心とする厚さ一定の円盤形状である。また、以下において、特に言及のない条件については、互いに比較されている実施例および比較例において共通である。
（実施例１および２ならびに比較例１および２）
実施例１および２は、いずれも図２を参照して説明した形状を有する第１実施形態のアンテナ１に対して具体的な寸法を設定したものであり、また、一部の寸法が互いに異なる。比較例１および２は、特に図示しないが、いずれも実施形態のアンテナ１から突出部２１を無くした形状であり、また、一部の寸法が互いに異なる。
実施例１および２ならびに比較例１および２の条件およびシミュレーション計算結果は以下のとおりである。
Ｌ１ Ｄ１ ピークゲイン
（ｍｍ） （ｍｍ） （ｄＢｉ）
比較例１：０．４６３ − １．６９
比較例２：０．３４３ − １．３３
実施例１：０．３４３ ０．２ １．４２
実施例２：０．３４３ ０．３ １．７９
ただし、ここでの軸状部１９の長さＬ１は、軸状部１９の第２導体１５の上面からの高さである。比較例２、実施例１および２の長さＬ１は、互いに同一であり、また、比較例１の長さＬ１に対して短くなっている。Ｄ１は、突出部２１の直径（図２参照）である。実施例２の直径Ｄ１は、実施例１の直径Ｄ１よりも大きくなっている。比較例１および２は、突出部２１を有していないことから、直径Ｄ１は「−」となっている。軸状部１９の直径は、実施例１および２ならびに比較例１および２で共通であり、０．１５ｍｍである。実施例１および２の突出部２１の数は５つである。
上記のように、比較例１に対して軸状部１９を短くすると（比較例２）、ピークゲインが低下する。しかし、比較例２の軸状部１９の長さのまま突出部２１を設けると（実施例１）、比較例２よりもピークゲインが大きくなり、比較例１からのピークゲインの低下が抑制される。さらに、実施例１に対して突出部２１の径を大きくすると（実施例２）、実施例１に対してピークゲインが大きくなり、さらには、軸状部１９を短くする前の比較例１よりもピークゲインが大きくなる。
以上のとおり、軸状部１９のみからなる第１導体を有する比較例との比較において、突出部２１を設けることによって、ピークゲインの低下を抑制しつつ軸状部１９を短くすることができることが確認された。
（実施例３ならびに比較例３および４）
実施例３は、図２を参照して説明した形状を有する第１実施形態のアンテナ１に対して具体的な寸法を設定したものである。
図５（ａ）は、比較例３に係るアンテナ導体５１を示す斜視図である。アンテナ導体５１は、実施形態の第１導体１３に相当する第１導体５３が円柱形状となっている点のみが第１実施形態と相違する。
図５（ｂ）は、比較例４に係るアンテナ導体６１を示す斜視図である。アンテナ導体６１は、実施形態の第１導体１３に相当する第１導体６３の形状のみが第１実施形態と相違する。具体的には、第１導体６３は、先端側の直径が根元側に比較して大きくなっている。
第１導体６３は、軸状部１９と、軸状部１９から突出する突出部６５とを備えていると捉えることもできる。実施形態の突出部２１は、比較例４の突出部６５と比較して、複数設けられている点、軸状部１９の両端から離れている点、および／またはフランジ状である（比較的薄い）点等において相違する。
実施例３の突出部２１の直径Ｄ１、比較例３の第１導体５３の直径Ｄ１、および比較例４の突出部６５の直径Ｄ１は、互いに同一であり、０．３ｍｍである。実施例３および比較例４の軸状部１９の直径は互いに同一であり、０．１ｍｍである。実施例３の軸状部１９の長さＬ１、比較例３の第１導体５３の長さＬ１および比較例４の第１導体６３の長さＬ１は互いに同一であり、０．３６ｍｍである。実施例３の突出部２１の数は５つである。
実施例３ならびに比較例３および４のシミュレーション計算結果は以下のとおりである。
ピークゲイン（ｄＢｉ）
実施例３： １．７３
比較例３： １．５２
比較例４： １．６７
実施例３は、比較例３よりもピークゲインが大きくなっている。このことから、突出部２１を設けたことによるピークゲインの増加は、単に第１導体１３の体積が増加したことによるものではないことがわかる。
比較例４は、比較例３よりもピークゲインが大きくなっている。この理由としては、以下のものが挙げられる。比較例４は、比較例３に比較して、第１導体と第２導体１５との接続位置の横断面の面積が小さくなっている。従って、第１導体および／または第２導体１５における電流の指向性の乱れが低減され、ピークゲインが高くなる。
実施例３においても、比較例４と同様に、第１導体１３と第２導体１５との接続位置の横断面の面積が小さくなっている。従って、実施例３においても比較例４と同様に、電流の指向性の乱れが低減される効果が奏される。
ただし、実施例３は、比較例４よりもピークゲインが大きくなっている。このことから、突出部２１を設けたことによるピークゲインの増加は、第１導体１３と第２導体１５との接続位置の断面積が小さくなっていることのみによるのではないことがわかる。
以上のとおり、本実施形態に係るアンテナ１は、第１導体１３を備えており、第１導体１３は、軸状部１９と、軸状部１９から軸状部１９の軸方向に交差する方向に突出しているフランジ状の複数の突出部２１と、を含んでいる。
また、別の観点では、本実施形態に係るアンテナ１は、第１導体１３を備えており、第１導体１３は、軸状部１９と、軸状部１９のその軸方向の両端から離れた位置において軸状部１９から軸状部１９の軸方向に交差する方向に突出しているフランジ状の少なくとも１つの突出部２１と、を含んでいる。
従って、例えば、上述した実施例および比較例によって確認したように、突出部２１を設けたことによって、アンテナ特性（例えばピークゲイン）の低下を抑制しつつ第１導体１３を短くすることができる。従って、小型化に有利である。
突出部２１が複数設けられている場合、例えば、実施例３と比較例４との比較によれば、突出部２１を１つのみ設けた場合に比較してアンテナ特性が向上する。なお、後述するように、変形例（図７）に係るシミュレーション計算結果においても、突出部２１の数が多いほどアンテナ特性が向上する傾向が示された。
突出部２１が軸状部１９の両端から離れている場合、例えば、軸状部１９の両端側の横断面の面積が小さくなる。その結果、例えば、第１導体１３の全体として電流の乱れが低減され、アンテナ特性が向上する。なお、第１導体６３の先端側全体の横断面が大きくなっている比較例４に比較して、実施例３におけるピークゲインが高くなった一因として、突出部２１が先端から離れていたことが考えられる。また、後述するように、変形例（図７）に係るシミュレーション計算結果においても、突出部２１が両端側に位置するよりも両端から適度に離れた方が、アンテナ特性が向上することが示された。
また、本実施形態において、突出部２１は、軸状部１９の周囲を囲うように突出した円盤形状である。
この場合、例えば、軸状部１９回りのいずれの方位から第１導体１３を見ても、概ね一様の突出量で突出部２１が見えることになる。その結果、軸回りの広い範囲に亘って突出部２１を設けた効果を得ることができる。すなわち、軸回りの広い範囲に亘ってアンテナ特性（例えばゲイン）を向上させることができる。
また、本実施形態では、突出部２１は、３つ以上存在しており、軸状部１９の軸方向において互いに均等な間隔で位置している。その有利な効果は後述する変形例の説明を参照されたい。
また、本実施形態では、アンテナ１は、軸状部１９の一端に軸状部１９の軸方向に交差して接続されている第２導体１５を更に備えている。
この場合、既に説明したように、第１導体１３および第２導体１５のＬ字全体として、円偏波に対応することができる。このような構成において、第１導体１３に突出部２１を設けることによって第１導体１３の長さを短くすることができると、例えば、放射および／または受信の方向に面してアンテナ１の面積を確保しにくい場合においても円偏波に対応できる。その結果、例えば、第１基板５の側面から当該側面の面する方向を円偏波の放射および／または受信の方向とすることが可能になる。別の観点では、第１基板５を薄くすることができる。
また、本実施形態では、アンテナ１は、第２導体１５の一端に接続されており、軸状部１９の軸方向および当該軸方向に交差する方向に交差している第３導体１７を更に備えている。
この場合、例えば、第１導体１３および第２導体１５が構成するＬ字が面する方向に対して交差する方向に面するＬ字が第２導体１５および第３導体１７によって構成され、広い方位に対して円偏波に対応できる。このような構成において、第１導体１３に突出部２１を設けることよって第１導体１３の長さを短くすることができると、例えば、アンテナ導体７（１３、１５および１７）の全体として薄型の形状にすることができる。その結果、例えば、第１基板５のような薄型の部材に設けることも容易化される。
また、本実施形態では、誘電体を有する第１基板５を更に備えている。軸状部１９は、少なくとも一部が第１基板５の内部に位置しており、軸方向と第１基板５の厚み方向とが平行である。突出部２１は、複数存在しており、第１基板５の平面方向に沿うとともに厚み方向に互いに間隔を有して位置している。
この場合、例えば、第１基板５の側面が面する方向を電波の放射および／または受信方向とする、基板内蔵アンテナが実現される。そして、突出部２１が設けられることによって軸状部１９が短くできることから、第１基板５の薄型化に有利である。また、多層基板によって第１基板５を構成し、多層基板の貫通導体２５および導体層２７を利用して軸状部１９および突出部２１を実現することができるから、特別な製造設備乃至は工程は不要である。
＜変形例＞
図６（ａ）〜図７（ｅ）は変形例に係るアンテナのアンテナ導体を示す斜視図である。いずれも、突出部２１の数、直径および／または位置（ｚ方向）のみが実施形態と相違する。
図６（ａ）に示すアンテナ１は、図１〜図３に示したアンテナ１と突出部２１の直径が異なるのみであり、図１と同一の符号を付す。図６（ａ）では、図１よりも突出部２１の直径が大きくされている。例えば、図１では、突出部２１の直径は、第２導体１５の端部の矩形（幅広になっている部分）の１辺の長さよりも小さいが、図６（ａ）では、突出部２１の直径は、第２導体１５の端部の矩形の１辺の長さよりも大きくなっている。
図６（ｂ）に示すアンテナ７１では、第１導体７３は、第１導体１３と同様に５つの突出部２１を有しているものの、突出部２１の直径が下端側ほど小さくなっている。なお、第１導体７３の複数の突出部２１のうち最大のものの直径Ｄ１と、第１導体１３の直径Ｄ１とを同一にし、その他の条件を第１導体１３と第１導体７３とで同一にした場合、ピークゲインは第１導体１３の方が高い。この結果は、第１実施例および第２実施例における突出部２１の直径が大きい方が、ピークゲインが高くなった結果と同様の傾向を示しているといえる。
図７（ａ）に示すアンテナ８１では、第１導体８３は、３つの突出部２１を均等な間隔で有している。なお、軸状部１９の上端と当該上端に最も近い突出部２１との距離、ならびに軸状部１９の下端と当該下端に最も近い突出部２１との距離は、突出部２１間の間隔よりも短くなっている。
図７（ｂ）に示すアンテナ９１では、第１導体９３は、２つの突出部２１を軸状部１９の上端寄りに有している。具体的には、下方の突出部２１は、軸状部１９の軸方向の中央付近に位置している。軸状部１９の上端と上方の突出部２１との距離は、突出部２１間の間隔よりも短くなっている。なお、第１導体９３は、図７（ａ）の第１導体８３から最も下方の突出部２１を無くした形状である。
図７（ｃ）に示すアンテナ１０１では、第１導体１０３は、２つの突出部２１を有している。２つの突出部２１は、軸状部１９の上端、上方の突出部２１、下方の突出部２１および軸状部１９の下端の４つの間の間隔が均等になるように配置されている。
図７（ｄ）に示すアンテナ１１１では、第１導体１１３は、２つの突出部２１を軸状部１９の両端寄りに有している。なお、第１導体１１３は、図７（ａ）の第１導体８３から中央の突出部２１を無くした形状である。
図７（ｅ）に示すアンテナ１２１では、第１導体１２３は、２つの突出部２１を軸状部１９の上端寄りに有している。なお、第１導体１２３は、図７（ｂ）の第１導体９３において、下方の突出部２１を上方へ移動させた形状である。
図７（ａ）〜図７（ｅ）のアンテナについて、突出部２１の数および位置（ｚ方向）以外の条件を互いに同一にしてシミュレーション計算を行った。ピークゲインが高いものから順に列挙すると、図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）、図７（ｄ）、図７（ｅ）の順である。
図７（ａ）のピークゲインが最も高くなった結果によれば、突出部２１の数は多い方がよい。また、図７（ｃ）のピークゲインが図７（ｄ）および図７（ｅ）のピークゲインよりも高くなった結果によれば、突出部２１は、軸状部１９の両端または一端に位置するよりも、両端から離れた方がよい。ただし、図７（ｂ）のピークゲインが図７（ｃ）のピークゲインよりも高くなった結果によれば、両端から十分に離れた突出部２１が存在する場合、全ての突出部２１が両端から離れている必要は必ずしもない。
図８（ａ）〜図８（ｄ）は、軸状部（貫通導体）の変形例を示す断面図である。
なお、図３を参照して説明した貫通導体２５および導体層２７と同様に、これらの変形例においても、貫通導体および導体層は、適宜な材料から構成されてよく、単一材料か否か、貫通導体同士、導体層同士または貫通導体と導体層とで同一材料か否か等は問わない。貫通導体間に導体層が位置するか否かも問わない（図示のとおりであってもよいし、図示とは異なっていてもよい）。
また、これらの図では、２つの貫通導体によって軸状部が構成されて、１つの突出部２１のみが形成される場合を例示するが、３以上の貫通導体によって軸状部が構成されたり、２以上の突出部２１が設けられたりしてよい。貫通導体の横断面（ｘｙ断面）における形状は、適宜な形状でよいが、例えば、円形である。
図８（ａ）の軸状部１３１は、逆テーパ状の中実の貫通導体１３３によって構成されている。逆テーパ形状は、軸状部１３１の上端側ほど横断面の面積が大きくなる形状であり、例えば、断面視において、上底を下方に向けた概ね台形である。互いに当接する貫通導体１３３は、例えば、台形の上底同士の長さが概ね互いに同一で、台形の下底同士の長さが概ね互いに同一である。従って、軸状部１３１全体としては、下端から上端へ、緩やかな拡径と急激な縮径とを繰り返す形状となっている。なお、台形の下底と、当該下底に当接する台形の上底とを同じ長さにして、下端から上端まで緩やかに拡径するようにしてもよい。他の変形例における逆テーパについても同様である。
図８（ｂ）の軸状部１４１は、上面を構成する誘電体層２３を貫通する貫通導体１４３と、上面から２層目以降の誘電体層２３を貫通する貫通導体１４５とによって構成されている。貫通導体１４３は、誘電体層２３を貫通する孔の内周面に成膜された導体からなり、中空である。貫通導体１４５は、少なくとも外周面を構成する部分は導体からなり、その内部は、導体または絶縁体である。内部が絶縁体である場合においては、貫通導体１４５は、アンテナ導体としては中空であるといえる。従って、軸状部１４１は、アンテナ導体としては、上端側の一部、または下端から上端までの全体（ただし、貫通導体同士の境界を除く）が中空状である。なお、このような構成は、例えば、−ｚ側から積み上げるビルドアップによって形成される。ここでは、貫通導体１４３および１４５は、図８（ａ）と同様に、逆テーパ状とされているが、ｚ方向に一様の断面形状とされてもよい。
図８（ｃ）の軸状部１５１は、複数の誘電体層２３に亘って形成された中空状の貫通導体１５３によって構成されている。すなわち、軸状部１５１は中空状である。なお、このような貫通導体１５３は、例えば、ビルドアップ法におけるスキップビアに形成されたものであってもよいし、スルーホール基板のスルーホールに形成されたものであってもよい。貫通導体１５３と図８（ｂ）の貫通導体１４５とを組み合わせてもよい。ここでは、貫通導体１５４は、図８（ａ）と同様に、逆テーパ状とされているが、ｚ方向に一様の断面形状とされてもよい。
図８（ｄ）の軸状部１６１は、順テーパ状（例えば断面が概ね台形）の中実の貫通導体１６３によって構成されている。貫通導体１６３または軸状部１６１の形状は、上下の方向が逆であることを除いては、図８（ａ）と同様である。このような形状は、例えば、＋ｚ側から−ｚ側へ誘電体層２３を積み上げるビルドアップ法等によって実現される。
特に図示しないが、図８（ａ）および図８（ｄ）から理解されるように、図８（ｂ）および図８（ｃ）の少なくとも一部が、アンテナ導体として中空状の軸状部についても、第１導体の先端側（第２導体１５とは逆側）から第１導体を形成していくことなどにより、順テーパ状を実現可能である。なお、この場合、中空状の軸状部の内部は、第２導体側から絶縁体が充填されてもよいし、空洞のまま第１導体と地板１１とを隔てる誘電体層２３によって塞がれてもよい。また、第２導体１５は、中空状の軸状部の下端外周と接続される。
＜第２実施形態＞
図９は、第２実施形態に係るアンテナ２０１のアンテナ導体２０７を示す斜視図である。
アンテナ２０１は、突出部の形状のみが第１実施形態のアンテナ１と相違し、その他は、第１実施形態と同様である。具体的には、アンテナ１の突出部２１（各々）がフランジ状であり、軸状部１９の軸回りの比較的広い範囲に亘って軸状部１９から突出していたのに対して、アンテナ２０１の突出部２２１（各々）は、必ずしも軸状部１９の軸回りの比較的広い範囲に亘っていない。ただし、複数の突出部２２１は、互いに異なる方向に突出していることによって、複数の突出部２２１全体としては、軸状部１９の軸回りの比較的広い範囲に亘っている。具体的には、以下のとおりである。
複数の突出部２２１の形状は、例えば、互いに同一である。各突出部２２１は、例えば、軸状部１９から反対方向へ突出する２つの突出片２２３を有している。なお、このように、本開示では、軸状部１９の軸方向の同一位置、かつ軸回りの複数位置から突出する形状は突出片といい、また、軸状部１９の軸方向の位置が同一であれば、１以上の突出片全体を突出部というものとする。第１実施形態のフランジ状の突出部２１に細い切り込みが入れられて突出部２１が分割されたような場合も同様である。
突出部２２１は、例えば、軸状部１９の軸回りの比較的狭い範囲において軸状部１９から突出している。例えば、突出部２２１は、第１実施形態でフランジ状の突出部２１の軸回りの範囲として例示した条件（例えば２７０°以上の範囲で軸状部１９から突出するなど）を満たしていない。ただし、突出部２２１は、当該条件を満たしていても構わない。
各突出片２２３は、例えば、直線状に突出している。別の観点では、各突出片２２３の形状は、軸状部１９の半径方向を長手方向とする長方形である。なお、各突出片２２３は、外側ほど幅が広くなる部分、および／または外側ほど幅が狭くなる部分を有していてもよい。
突出部２２１は、上記のような形状であるので、１つの突出部２２１のみでは、軸状部１９を軸心とする半径方向に見ると、突出部２２１が見えない若しくは極めて小さくなる方位が存在する。そのような方位においては、突出部２２１を設けた効果が低減される。そこで、複数の突出部２２１の突出方向（例えば突出量が最大になる方向）を適宜な交差角度で互いに交差させることによって、そのような不都合を解消している。
具体的には、図示の例では、突出方向を４５°ずつ異ならせて５つ（４つでもよい）の突出部２２１を設けている。別の観点では、突出方向を互いに斜めに交差させている。これにより、軸状部１９の軸回りの広い方位に対して突出部２２１を設けた効果を得ることができる。なお、突出方向を４５°ずつ異ならせて５つの突出部２２１を設けているので、２つの突出部２２１は、互いに同一の向きになる。この向きは、図示の例では、第１基板５の側面側となるｙ方向に直交する向きである。すなわち、第１基板５の側面が面する方向に見て突出部２２１の効果が最も大きくなるようになっている。
以上のとおり、第２実施形態では、アンテナ２０１は、第１導体２１３を備えており、第１導体２１３は、軸状部１９と、複数の突出部２２１とを含んでいる。複数の突出部２２１は、軸状部１９から軸状部１９の軸方向に交差する方向に突出しており、軸状部１９の軸方向の位置が互いに異なり、軸状部１９からの突出量が最大になる方位が互いに交差する。
このような構成においては、突出部２２１をフランジ状に形成する必要がないことから、例えば、金属棒（中実または中空）を組み合わせて構成されるアンテナにも本開示の原理を適用できる。
＜アンテナの利用例＞
（アセンブリ）
図１０（ａ）は、アンテナ１を含むアセンブリ３０１を示す斜視図である。図１０（ｂ）は、アセンブリ３０１の側面図である。なお、以下の説明では、第１実施形態のアンテナ１の符号を用いるが、アンテナ１に代えて、変形例または第２実施形態に係るアンテナが設けられてもよい。
アセンブリ３０１は、例えば、携帯端末等の電子機器に含まれるものであり、電波を介した通信を行うものである。アセンブリ３０１は、例えば、メイン基板３０３と、アンテナ１を含み、メイン基板３０３に実装されモジュール３０５と、メイン基板３０３に実装されているその他の電子部品３０７とを含んでいる。
メイン基板３０３は、例えば、リジッド式のプリント配線基板またはＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）であり、特に図示しないが、絶縁基板に配線およびパッド等が設けられて構成されている。電子部品３０７は、例えば、ＩＣ、抵抗素子、キャパシタ、インダクタ、スイッチ、コネクタまたはセンサである。これらの電子部品３０７のいずれかは、メイン基板３０３を介してモジュール３０５と電気的に接続されていてもよい。
（モジュール）
モジュール３０５は、例えば、アンテナ１を含むモジュール基板３０９と、モジュール基板３０９に実装された、図１でも示したＩＣ３とを含んでいる。なお、モジュール３０５は、ＩＣ３以外に、モジュール基板３０９に実装された電子部品３０７を備えていてもよい。ＩＣ３は、モジュール基板３０９以外の基板（例えばメイン基板３０３）に実装して、アンテナ１と接続することも可能である。
モジュール基板３０９は、例えば、その主面（板形状の最も広い面。以下、他の基板についても同様。）をメイン基板３０３の主面に対向させて、バンプ３１１を介してメイン基板３０３に実装されている。なお、モジュール基板３０９は、メイン基板３０３に設けられたコネクタに挿入されるなど、図１０とは異なる方法によってメイン基板３０３と接続されてもよい。
ＩＣ３は、例えば、モジュール基板３０９のメイン基板３０３に対向する主面にバンプ３１３を介して実装されている。バンプ３１３は、例えば、ＩＣ３の表面に形成された不図示のパッドと、モジュール基板３０９のパッド３１５（広義のランドの一種。図１０（ｃ））との間に介在してこれらを接合する。なお、ＩＣ３は、モジュール基板３０９のメイン基板３とは反対側の主面に実装されてもよい。また、ＩＣ３は、その表面に層状に設けられたパッドに代えて、突出するように形成されたリードを有し、リードがモジュール基板３０９に挿入されるスルーホール実装によって実装されたり、リードとパッド３１５とが接合されて実装されたりしてもよい。
（モジュール基板）
図１０（ｃ）は、モジュール基板３０９を示す断面図であり、図１０（ａ）のＸｃ−Ｘｃ線に対応している。
モジュール基板３０９は、例えば、リジッド式のプリント配線基板によって構成されており、絶縁体からなる第２基板３１７と、第２基板３１７に設けられた各種の導体とを有している。モジュール基板３０９は、例えば、多層基板であり、図１０（ａ）および図１０（ｃ）に示すように、その一部としてアンテナ１を構成する多層基板を含むものである。従って、アンテナ１を構成する多層基板についての既述の説明は、細部を除いてモジュール基板３０９の説明に適用してよい。
例えば、第２基板３１７は、互いに積層された複数の誘電体層２３（図３）を有している。その複数の誘電体層２３の一部または全部の層は、その一部の領域がアンテナ１を構成することに利用されている。すなわち、第２基板３１７は、第１基板５を含んでいる。なお、図１０（ｃ）では、図３に示した複数の誘電体層２３に対してさらに地板１１を覆う誘電体層２３が設けられている場合を例示している。また、第２基板３１７に設けられる導体は、貫通導体２５および導体層２７（図３）等であり、その一部は、アンテナ導体７および地板１１を構成することに利用されている。
誘電体層２３、貫通導体２５および導体層２７の材料および形状等については、アンテナ１を構成する多層基板の説明で既に述べたとおりである。また、図３に示した貫通導体２５および図８に示した変形例に係る貫通導体のうちのいずれか１つ以上が組み合わされてモジュール基板３０９に設けられていてもよい。
モジュール基板３０９は、例えば、アンテナ１を側面の側に有している。例えば、アンテナ導体７は、平面視において、モジュール基板３０９の図形中心よりもモジュール基板の側面に近い。また、例えば、図１〜図３における第１基板５の−ｙ側の側面は、第２基板３１７の一の側面の一部を構成している。別の観点では、例えば、アンテナ導体７と、第２基板３１７の前記一の側面のうち当該一の側面に直交する方向に見てアンテナ導体７と重なる領域との間には他の導体が介在していない、またはアンテナ導体７よりも前記一の側面の側には当該一の側面の全面に亘って他の導体が存在しない。このようにアンテナ１を配置することによって、例えば、モジュール基板３０９の側方に対する電波の放射および／または受信のゲインが大きくなる。
また、モジュール基板３０９は、例えば、平面視において矩形状であり、４つの側面のそれぞれについて、上記のように側面の側に位置するアンテナ１を有している。これら４つのアンテナ１は、例えば、互いに同一の周波数の電波に対応するものである。
なお、アンテナ１は、モジュール基板３０９において中央側に設けられていてもよいし、また、中央側または側面の側に設けられる場合において、図３の−ｙ側が向く方位が上記以外の他の方位とされていてもよい。また、アンテナ１の数も適宜であり、例えば、１つだけ設けられたり、互いに反対側の１対の側面についてのみ（合計で２つのみ）設けられたり、図示の例よりも多くの数で設けられたりしてよい。互いに異なる周波数に対応する複数のアンテナ１が設けられていてもよい。
モジュール基板３０９は、アンテナ１の他、例えば、アンテナ３１９と、既述のパッド３１５と、モジュール基板３０９をメイン基板３０３に実装するための不図示のパッドと、これらを適宜に接続するための配線３２１とを有している。配線３２１およびパッド３１５（およびその他のパッド）は、例えば、第１導体１３よりも第２基板３１７の中央側に位置している。
アンテナ３１９の構成は、適宜なものとされてよい。図１０（ａ）および図１０（ｃ）では、一のパッチアンテナによってアンテナ３１９が構成されている場合を例示している。この他、アンテナ３１９は、例えば、ヘリカルアンテナ、２つのダイポールアンテナ、または複数のパッチアンテナ等からなるアレイアンテナによって構成されてもよい。また、例えば、アンテナ３１９は、本開示で示したＬ字の導体（例えば第２導体１５および第３導体１７参照）によって構成されてもよい。
パッド３１５は、例えば、第２基板３１７の主面に位置する導体層２７によって構成されている。なお、パッド３１５として、ＩＣ３以外の電子部品３０７を実装するためのものが設けられていてもよい。また、モジュール基板３０９は、パッド３１５に代えて、または加えて、ＩＣ３または他の電子部品３０７をスルーホール実装するための不図示の狭義のランドを有していてもよい。
なお、ランドの語は、スルーホール実装のための導体パターンを指す場合（狭義）と、部品の取付け及び接続に用いる導体パターンを指し、表面実装のためのパッドも含む場合（広義）とがあるが、本開示においては、特に断りがない限りは、広義のランドを指すものとする。
配線３２１は、例えば、貫通導体２５および／または導体層２７によって構成されている。配線３２１としては、例えば、アンテナ導体７と複数のパッド３１５のいずれかとを接続するもの、地板１１と複数のパッド３１５の他のいずれかとを接続するもの、アンテナ３１９と複数のパッド３１５のいずれかとを接続するもの等が設けられている。この他、アンテナ導体７同士を接続する配線３２１および／または地板１１同士を接続する配線３２１が設けられるなどしてもよい。
（ＩＣの動作）
モジュール基板３０９におけるＩＣ３の動作は、以下のとおりである。
ＩＣ３は、例えば、送信すべき情報を含む信号の変調および周波数の引き上げ（搬送波周波数の高周波信号への変換）を行い、当該信号をアンテナ１および／またはアンテナ３１９に出力する。当該動作に代えて、または加えて、ＩＣ３は、例えば、アンテナ１および／またはアンテナ３１９から信号が入力されると、当該信号の周波数ダウンコンバートおよび復調を行う。
なお、ＩＣ３からアンテナ１へ信号を出力するときの電位、およびアンテナ１からＩＣ３へ信号を入力するときの電位については、図１を参照して既に述べたとおりである。また、特に図示しないが、ＩＣ３の内部、またはＩＣ３とアンテナ１との間において、信号のフィルタリングおよび増幅が適宜に行われてよい。また、特に図示しないが、アンテナ１が送信および受信の双方に利用される場合においては、ＩＣ３の内部、またはＩＣ３とアンテナ１との間において、分波器が設けられる。
（周波数帯域およびアンテナの長さの関係）
上記のように、ＩＣ３は、所定の周波数帯域の電気信号のアンテナ１への出力、および／またはアンテナ１からの所定の周波数帯域の電気信号の（周波数の引き下げおよび）復調を行う。アンテナ１の第１導体１３、第２導体１５および第３導体１７の長さ（Ｌ１、Ｌ２およびＬ３）は、この所定の周波数帯域の電波の波長（ここでは第１基板５内の波長λｇ）を基準として、モノポールアンテナとして機能するように設定されている。そして、第１導体１３は、突出部２１が設けられていることによって、このＩＣ３の動作から特定される周波数帯域の電波の１／４波長よりも短くすることができる。
なお、周波数帯域は幅を有しているから、周波数帯域に対応する波長も幅を有している。実施（製造または販売等）されているモジュール３０５において、第１導体１３の長さＬ１がＩＣ３の周波数帯域に対応する１／４波長よりも短いか否かを判定するときは、例えば、周波数帯域の中央の周波数を用いて波長λｇを特定してよい。また、例えば、ＩＣ３が出力する信号の実際の周波数を用いて波長λｇを特定してもよい。
また、実施されているモジュール３０５における周波数帯域の特定は、ＩＣ３の動作から特定されてもよいし、モジュール３０５を含む機器のパンフレットもしくは仕様書等から特定されてもよい。通常、周波数帯域は、国際的または国内的な無線通信規格に従っているから、ＩＣ３の動作と規格とを照らし合わせて周波数帯域が特定されてもよい。
ここでいう周波数帯域は、最も細分化されたものである。例えば、ＷｉＧｉｇの各チャンネル（帯域幅：２．１７ＧＨｚ）、ならびにＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）の各バンドの送信帯域および受信帯域を挙げることができる。なお、アンテナ１が送信及び受信の双方に利用されるものである場合においては、送信帯域および受信帯域を含む全体（例えばＵＭＴＳの各バンド）を波長λｇを特定するための周波数帯域としてよい。
既に述べたように、モノポールアンテナの長さは、原理上は１／４波長であるが、実際には、通常、インピーダンス調整等を考慮して、数％以下の短縮率で１／４波長よりも短くされる。第１導体１３の長さＬ１は、この調整後の長さよりも短くできる。
第１導体１３の長さＬ１は、所望のゲインが得られる限り、λｇ／４に対して所望の割合で短くしてよい。なお、比較例１および実施例２のシミュレーション結果では、実施例１の長さＬ１が比較例１の長さＬ１の約０．７４倍であるのに対して、実施例１のピークゲインは比較例１のピークゲインの約１．０６倍に向上している。
以上においては、第１導体１３、第２導体１５および第３導体１７の長さが実質的に１／４波長とされる場合について述べた。しかし、これらの長さは、ｎを０以上の整数としたときに、λｇ／４＋ｎ×λｇ／２とすることが可能である。
以上のとおり、アンテナ１の利用例としてのモジュール基板３０９は、誘電体を有し、第１基板５を含んでいる第２基板３１７と、第２基板３１７のうち第１基板５よりも中央側の領域において、第２基板３１７の内部および表面の少なくとも一方に位置している配線３２１と、第１導体１３よりも中央側の領域において第２基板３１７の表面に位置しており、配線３２１に接続されているパッド３１５とを備えている。
また、アンテナ１の利用例としてのモジュール３０５は、上記のようなモジュール基板３０９と、パッド３１５に実装されている電子部品（例えばＩＣ３）とを備えている。
従って、アンテナ１は、基板に内蔵されており、モジュール基板３０９および／またはモジュール３０５の集積化および小型化に有利である。さらに、アンテナ１の第１導体１３に突出部２１が設けられていることによって、モジュール基板３０９を薄型化することができ、より一層の小型化が図られる。
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
例えば、アンテナは、ＷｉＧｉｇに準拠するものに限定されない。例えば、アンテナは、３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの周波数帯、３００ｋＨｚ〜３０００ｋＨｚの周波数帯、３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯、３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの周波数帯、３００ＭＨｚ〜３０００ＭＨｚの周波数帯、３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚの周波数帯または３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの周波数帯で利用されてよい。
また、上記から理解されるように、アンテナは、比較的小型なものに限定されない。例えば、アンテナは、第１導体の長さが数十ｃｍ以上または数ｍ以上で、鉄塔または家屋等の不動産に設けられたり、または船舶等の移動手段に設けられたりしてよい。また、アンテナは、数ｃｍ以上または数＋ｃｍ以上で、電子機器の筐体外部に設けられるものであってもよい。
アンテナは、第２導体、第３導体、地板、誘電体（第１基板または第２基板）、および／または線路を有さないものであってもよい。例えば、アンテナは、第１導体を有し、第２導体および第３導体を有さず、直線偏波に対応するものであってもよい。また、例えば、アンテナは、地板が設けられずに、大地、車体または筐体が地板の代わりとされてもよい。また、アンテナは、誘電体に埋設されずに、大気中の波長を基準として長さが設定されてもよい。また、線路は、アンテナの外部に設けてよい。
実施形態において第１導体が、第２導体、または第２導体および第３導体と組み合わされて円偏波に対応する新たな形式のアンテナの一部として機能したように、第１導体は、適宜なアンテナの一部として機能してよい。例えば、２つの第１導体を直列に並べて、ダイポールアンテナの一部として第１導体を利用してもよい。
第１導体等の導体が誘電体に埋設される場合において、アンテナは、多層基板によって構成されるものに限定されない。例えば、導体が配置された型内に未硬化の誘電体を射出することによってアンテナが構成されてもよい。また、誘電体の形状も基板状に限定されない。
突出部は、第１導体だけでなく、第２導体および／または第３導体にも設けられてよい。第１導体が多層基板に設けられる場合において、実施形態では、軸状部が貫通導体によって構成され、突出部が導体層によって構成された。これとは逆に、軸状部を導体層によって構成し、突出部を貫通導体によって構成してもよい。
第１導体と第２導体との接続位置、第２導体と第３導体との接続位置、またはこれらの導体（第３導体とは限らない）と線路との接続位置は、導体の端部でなくてもよい。例えば、接続位置を端部からずらして位相等を調整してよい。また、第３導体は、第２導体の第１導体とは反対側の端部ではなく、第２導体の第１導体側の端部に接続されていてもよい。
第１導体、第２導体および第３導体を有するアンテナ導体において、線路は、第３導体でなく、第１導体または第２導体に接続されてもよい。なお、アンテナが第１導体のみ、または第１導体および第２導体のみを有する場合において、線路が接続される導体が第３導体でないことは明らかである。また、伝送線路は、マイクロストリップ線路に限定されず、同軸ケーブルであってもよいし、線状の導体の両側に導体層が位置するストリップ線路であってもよい。
１…アンテナ、１３…第１導体、１９…軸状部、２１…突出部。

Claims (13)

  1. 第１導体を備えており、
    前記第１導体は、
    軸状部と、
    前記軸状部から前記軸状部の軸方向に交差する方向に突出しているフランジ状の複数の突出部と、を含んでおり、
    前記第１導体は、送信及び受信の少なくとも一方の対象とされる電波の波長に応じた長さを前記軸状部がその軸方向に有するモノポールアンテナである、アンテナ。
  2. 第１導体を備えており、
    前記第１導体は、
    軸状部と、
    前記軸状部の軸方向の両端から離れた位置において前記軸状部から前記軸状部の前記軸方向に交差する方向に突出しているフランジ状の少なくとも１つの突出部と、を含んでおり、
    前記第１導体は、送信及び受信の少なくとも一方の対象とされる電波の波長に応じた長さを前記軸状部がその軸方向に有するモノポールアンテナである、アンテナ。
  3. 前記突出部は、前記軸状部の周囲を囲うように突出した円盤形状である、請求項１または２に記載のアンテナ。
  4. 前記突出部は、３つ以上存在しており、前記軸方向において互いに均等な間隔で位置している、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンテナ。
  5. 第１導体を備えており、
    前記第１導体は、
    軸状部と、
    前記軸状部から前記軸状部の軸方向に交差する方向に突出しており、前記軸方向の位置が互いに異なり、前記軸状部からの突出量が最大になる方位が互いに交差する複数の突出部と、を含んでおり、
    前記第１導体は、送信及び受信の少なくとも一方の対象とされる電波の波長に応じた長さを前記軸状部がその軸方向に有するモノポールアンテナである、アンテナ。
  6. 前記軸状部は、円筒形または円柱形である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のアンテナ。
  7. 第１導体を備えており、
    前記第１導体は、
    軸状部と、
    前記軸状部から前記軸状部の軸方向に交差する方向に突出しているフランジ状の複数の突出部と、を含んでおり、
    前記軸状部の一端に前記軸方向に交差して接続されている第２導体を更に備えている、アンテナ。
  8. 前記第２導体の一端に接続されており、前記軸方向および前記軸方向に交差する方向に交差している第３導体を更に備えている、請求項７に記載のアンテナ。
  9. 誘電体を有する第１基板を更に備えており、
    前記軸状部は、少なくとも一部が前記第１基板の内部に位置しており、前記軸方向と前記第１基板の厚み方向とが平行であり、
    前記突出部は、複数存在しており、前記第１基板の平面方向に沿うとともに前記厚み方向に互いに間隔を有して位置している、請求項１〜８のいずれか１項に記載のアンテナ。
  10. 前記第１基板は、互いに積層されている複数の誘電体層を含み、
    前記突出部は、複数存在しており、前記複数の誘電体層間のいずれかに位置している、請求項９に記載のアンテナ。
  11. 請求項９または１０に記載のアンテナと、
    誘電体を有し、前記第１基板を含んでいる第２基板と、
    前記第２基板のうち前記第１導体よりも中央側の領域において、前記第２基板の内部および表面の少なくとも一方に位置している配線と、
    前記中央側の領域において前記第２基板の表面に位置しており、前記配線に接続されているランドと、を備えているモジュール基板。
  12. 請求項１１のモジュール基板と、
    前記ランドに実装されている電子部品と、を備えているモジュール。
  13. 前記電子部品は、前記第１導体に接続されており、所定の周波数帯域の電気信号の前記第１導体への出力、および前記第１導体からの所定の周波数帯域の電気信号の復調の少なくとも一方が可能であり、
    前記軸状部の長さは、前記所定の周波数帯域の電波の前記第１基板内における波長の１／４よりも短い、請求項１２に記載のモジュール。
JP2018547674A 2016-10-31 2017-10-24 アンテナ、モジュール基板およびモジュール Active JP6807946B2 (ja)

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