JPH1075116A - アンテナ、接続装置、カップラ及び基板積層方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １つのパッチ及び１つの給電回路で所望の方
向にビームをチルトさせることができるアンテナの提
供。 【解決手段】 三角形の形状の基板１では、主面の重心
２を通過する直線３の終端である第１の端部４と第２の
端部５は、相互に形状が異なる。パッチ６の主面の重心
７は、基板１の重心２と異なる位置にある。基板１の裏
面には、地導体８が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば構内無線通
信システム等に適用されるアンテナ、接続装置、カップ
ラ及び基板積層方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のシステムに用いられるアンテナ
は、所望の方向にビームをチルトさせることが要求され
る。例えば、“寺田矩芳による「斜ビームを実現するモ
ード合成型円環マイクロストリップアンテナ」１９９２
年 電子情報通信学会秋季大会Ｂ−８４”には、所望の
方向にビームをチルトさせるマイクロストリップアンテ
ナが記載されている。この論文のアンテナでは、径の異
なる複数の円環マイクロストリップアンテナを同心円状
に同一平面上に構成し、そのうちの１つのマイクロスト
リップアンテナをＴＭ１１０モードで励振させ、他のマ
イクロストリップアンテナをΤＭ２１０モ−ドなどの高
次モードで励振させ、これらのアンテナの放射パターン
を合成することによりビームを正面方向からチルトさせ
ている。

【０００３】しかし、このようなマイクロストリップア
ンテナでは、複数の円環マイクロストリップアンテナを
所望の励振振幅差・位相差で給電する必要があるために
それぞれ別個にアンテナ素子と給電回路が必要であり、
そのため製造コストが高くなり、また部品点数が増大し
て小型化を阻害するという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】

（請求項１〜４）本発明の目的は、１つの放射素子及び
１つの給電回路で所望の方向にビームをチルトさせるこ
とができるアンテナを提供することにある。

【０００５】本発明の目的は、製造コストを低減するこ
とができるアンテナを提供することにある。

【０００６】本発明の目的は、部品点数が削減して小型
化を図ることができるアンテナを提供することにある。

【０００７】本発明の目的は、非対称な形状の基板であ
っても基板鉛直方向にビームを向けることができるアン
テナを提供することにある。

【０００８】本発明の目的は、非対称な形状の基板であ
っても基板鉛直方向に高い利得を得ることができるアン
テナを提供することにある。

【０００９】本発明の目的は、所望の点頂角方向にビー
ムをチルトでき、かつ偏角方向にはビームを可変できる
アンテナを提供することにある。

【００１０】（請求項５〜７）本発明の目的は、線路上
の挿入損失を抑えることができる接続装置を提供するこ
とにある。

【００１１】本発明の目的は、汎用の治具で組み立てを
可能とする接続装置を提供することにある。

【００１２】本発明の目的は、組み立て工数の削減を図
ることができる接続装置を提供することにある。

【００１３】（請求項８〜１３）本発明の目的は、開口
部が半田で埋まることがないアンテナ、カップラ及び基
板積層方法を提供することにある。

【００１４】本発明の目的は、製造時の歩留まりのよい
アンテナ、カップラ及び基板積層方法を提供することに
ある。

【００１５】本発明の目的は以上の通りであるが、請求
項１〜１３に記載の本発明は例えばいわゆる“ピラミッ
ド”のような形状をした立体構造のアンテナを高性能か
つ安価に提供するという点で課題を共通する。しかし、
本発明はかかる課題には拘泥されない。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明の
アンテナは、主面の重心を通過する直線の終端である第
１の端部と第２の端部とが相互に形状が異なる基板と、
前記基板の重心と異なる位置に主面の重心を有するよう
に、前記基板上に配置された放射素子と、前記放射素子
に給電する給電部とを具備する。

【００１７】ここで、基板には、例えば誘電体基板、半
導体基板等を用いることができる。誘電体基板として
は、空気、発泡材、ハニカム材等を主材料とすることが
でき、これらの材料の組み合わせてもよい。半導体基板
としては、ガリウムひ素やシリコン等を主材料とするこ
とができ、これらの材料の組み合わせてもよい。また、
誘電体基板と半導体基板等を組み合わせたものであって
もよい。半導体基板には、受動回路や能動回路を形成す
ることが可能である。

【００１８】上記の基板の形状としては、例えば二等辺
三角形や正三角形等の三角形が典型的であるが、これに
限らずひし形、５角形等の多角形であってもよい。

【００１９】放射素子の形状としては、円形が典型的で
あるが、矩形、三角形、円環などのリング状の放射導体
等アンテナ素子としての効果を損なわないものであれ
ば、どのようなものであってもよい。

【００２０】給電部としては、例えば同軸給電、スロッ
ト給電、直接給電等がある。

【００２１】本発明は、直線偏波に限らず、円偏波にも
適用できる。

【００２２】本発明のアンテナは、基板の裏面、あるい
はスロット給電の場合には基板の内層に地導体を有す
る。しかし、本発明のアンテナが設置される相手側に地
導体あるいは地導体とみなせるものがあれば、本発明の
アンテナ自体が地導体を備えていなくてもよい。

【００２３】請求項２記載のアンテナは、請求項１記載
のアンテナにおいて、前記基板が、三角形の形状である
ことを特徴とする。

【００２４】請求項３記載のアンテナは、請求項１また
は２記載のアンテナにおいて、前記放射素子の重心が、
前記第１の端部と第２の端部間の直線上にあることを特
徴とする。この場合、例えば放射素子に対しては前記直
線の方向に給電する。

【００２５】請求項４記載のアンテナは、頂点を共有す
る三角形の基板を３つ以上組み合わせた角錐状の立体基
板と、前記頂点と前記各三角形の基板の主面の重心とを
通過する直線上でかつ前記各三角形の基板の重心と異な
る位置に主面の重心を有するように、前記各三角形の基
板上に配置された放射素子と、前記各放射素子に給電す
る給電部とを具備する。

【００２６】すなわち、請求項４記載のアンテナでは、
角錐状の立体基板が例えばいわゆる“ピラミッド”のよ
うな形状をなし、各面に上記の放射素子が配置されてい
る。請求項５記載の接続装置は、第１のマイクロストリ
ップ線路が形成された第１の基板と、平面部及びこれに
連続する曲面部上に第２のマイクロストリップ線路が形
成された第２の基板と、前記第１の基板を含む平面内で
前記第１のマイクロストリップ線路と曲面部に形成され
た前記第２のマイクロストリップ線路とを接続する接続
部とを具備する。

【００２７】ここで、基板には、上記と同様に例えば誘
電体基板、半導体基板等を用いることができる。誘電体
基板としては、空気、発泡材、ハニカム材等を主材料と
することができ、これらの材料の組み合わせてもよい。
半導体基板としては、ガリウムひ素やシリコン等を主材
料とすることができ、これらの材料の組み合わせてもよ
い。また、誘電体基板と半導体基板等を組み合わせたも
のであってもよい。半導体基板には、受動回路や能動回
路を形成することが可能である。接続部には、金線や金
リボンを用いることが可能である。

【００２８】請求項５記載の接続装置では、折り曲げ部
を基板と基板との隣接部ではなく、第２の基板に設けて
いるので、接続部、例えば金線あるいは金リボンの長さ
を十分短くできる。このため、不要なインダクタンス及
びキャパシタンスを低減することができる。加えて、平
面上の接続となるため、従来の技術がそのまま使え、汎
用の治具での組み立てが可能となり、また組み立て工数
の削減を図ることができる。

【００２９】請求項６記載の接続装置は、第１のスロッ
ト線路が形成された第１の基板と、前記第１の基板と隣
接し、かつ前記第１の基板との間で傾斜角を有し、さら
に前記第１のスロット線路と連続するように第２のスロ
ット線路が形成された第２の基板と、前記第１のスロッ
ト線路と前記第２のスロット線路とを接続する接続部と
を具備する。

【００３０】請求項７記載の接続装置は、第１のコプレ
ーナ線路が形成された第１の基板と、前記第１の基板と
隣接し、かつ前記第１の基板との間で傾斜角を有し、さ
らに前記第１のコプレーナ線路と連続するように第２の
コプレーナ線路が形成された第２の基板と、前記第１の
コプレーナ線路と前記第２のコプレーナ線路とを接続す
る接続部とを具備する。

【００３１】スロット線路を用いた場合、第１及び第２
の線路との接続部を面積の広い例えば金箔により構成す
ることが可能になるため、不要なインダクタンスを低減
できる。また、スロット線路あるいはコプレーナ線路で
は、線路内の電界は基板に対して平行になるため、マイ
クロストリップ線路のように電界が基板に対して垂直な
場合に比較して曲げに対する特性劣化が小さい。すなわ
ち、請求項６及び７記載の接続装置では、折り曲げ部が
基板と基板との隣接部にある場合であっても損失を最小
限に抑えることができる。

【００３２】請求項８記載のアンテナは、第１の開口部
を有する第１の接地導体と、前記第１の接地導体と半田
により貼着され、かつ前記第１の開口部よりも面積が大
きくかつ第１の開口部を取り囲む第２の開口部を有する
第２の接地導体と、前記第１及び第２の接地導体を挟む
ように配置された第１及び第２の誘電体基板と、前記第
１及び第２の誘電体基板の各主面に形成された給電線路
及び放射導体とを具備する。

【００３３】請求項９記載のアンテナは、第１の開口部
を有する第１の接地導体が形成された第１の誘電体基板
と、第１の接地導体との間の半田貼着部分に導体部が形
成された第２の誘電体基板と、前記第１の誘電体基板の
第１の接地導体と前記第２の誘電体基板の導体部との間
に介挿された半田と、前記第１及び第２の誘電体基板の
各主面に形成された給電線路及び放射導体とを具備す
る。

【００３４】請求項１０記載のカップラは、第１の開口
部を有する第１の接地導体と、前記第１の接地導体と半
田により貼着され、かつ前記第１の開口部よりも面積が
大きくかつ第１の開口部を取り囲む第２の開口部を有す
る第２の接地導体と、前記第１及び第２の接地導体を挟
むように配置された第１及び第２の誘電体基板と、前記
第１及び第２の誘電体基板の各主面に形成された給電線
路とを具備する。

【００３５】請求項１１記載のカップラは、第１の開口
部を有する第１の接地導体が形成された第１の誘電体基
板と、第１の接地導体との間の半田貼着部分に第２の接
地導体が形成された第２の誘電体基板と、前記第１の誘
電体基板の第１の接地導体と前記第２の誘電体基板の第
２の接地導体との間に介挿された半田と、前記第１及び
第２の誘電体基板の各主面に形成された給電線路とを具
備する。

【００３６】請求項１２記載の基板積層方法は、第１の
開口部を有する第１の導体板が形成された第１の基板及
び前記第１の開口部よりも面積が大きくかつ第１の開口
部を取り囲む第２の開口部を有する第２の導体板が形成
された第２の基板とを積層する基板積層方法であって、
少なくとも一方の基板の導体板表面に半田を配置する工
程と、第２の開口部が第１の開口部を取り囲むように上
記の２枚の基板を対向配置する工程と、前記半田を溶融
して接地導体を相互に接続する工程とを具備する。

【００３７】請求項１３記載の基板積層方法は、第１の
開口部を有する第１の導体板が形成された第１の基板及
び前記第１の導体板との間の半田貼着部分に第２の導体
板が形成された第２の基板とを積層する基板積層方法で
あって、少なくとも一方の基板の導体板表面に半田を配
置する工程と、第２の導体板が第１の導体板の特定位置
に対して対向するように上記の２枚の基板を対向配置す
る工程と、前記半田を溶融して接地導体を相互に接続す
る工程とを具備する。

【００３８】請求項８〜１３記載の発明では、第２の接
地導体（第２の導体板）より第１の接地導体（第１の導
体板）の第１の開口部、例えば結合用開口部近傍の導体
を取り除くことにより、半田をリフローをした場合に流
し込まれた半田は両面に接地導体があるところは流れて
接地導体間を電気的に接続するが、結合用開口部付近で
は第１の接地導体のみにしか金属がないために半田が流
れて行かず、結合用開口部が埋まる心配はない。加え
て、従来の技術では接地導体の金属あるいは接着剤の分
だけ電力が減衰してしまう問題点があったが、本発明の
ように取り除かれた部分で例えば薄い金属導波管を形成
するように金属を取り除くことにより、金属の厚さ分の
電力の減衰を低減でき、低損失な給電が可能になる。

【００３９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の原理を説明する
ための図である。

【００４０】図１において、１は例えば三角形の形状の
基板である。三角形の形状の基板１では、主面の重心２
を通過する直線３の終端である第１の端部４と第２の端
部５は、それぞれ６０度の鋭角の形状、直線の形状をな
し、すなわち第１の端部４と第２の端部５は、相互に形
状が異なる。

【００４１】また、放射素子６の主面の重心７は、基板
１の重心２と異なる位置にある。ここでは、放射素子６
の重心７は、直線３上の基板１の重心２と異なる位置に
ある。

【００４２】また、基板１の裏面には、地導体８が配置
されている。

【００４３】ここで、放射素子６と同じ面あるいは基板
１の裏面に設けられた給電部としての給電線路（図示省
略）より送信出力が給電されると、放射素子６より電磁
波が放射される。放射された電磁波は放射素子６より直
接自由空間へ放射される直接波９と、放射素子６から出
た電磁波が基板１の端部で回折し自由空間に放射される
回折波１０とがあり、一般に放射パターンは直接波９と
回折波１０の合成で決定される。

【００４４】直接波９は、放射素子６の形状・大きさ・
誘電体、半導体の比誘電率・厚さあるいは周波数等によ
り決定され、基板１の大きさ・形状には依存しない。そ
のため、最大放射方向は上記の条件で決定されてしま
う。一方、回折波１０は、基板１の端部の大きさ・形状
に大きく影響を受ける。例えば、鋭角の形状の第１の端
部４では、その近傍の電流密度が高いため自由空間に放
射される回折波１０が強く、直線の形状の第２の端部５
では、その近傍の電流密度が低いため自由空間に放射さ
れる回折波１０が弱い。つまり、端部４、５の形状が異
なることで端部４、５間で回折波に非対称性を持たせる
ことができる（第１のパラメータ）。加えて、本発明で
は、放射素子６の重心７は、直線３上の基板１の重心２
と異なる位置にあることから、端部４、５間で回折波に
非対称性を持たせることができる（第２のパラメー
タ）。本願発明は、第１及び第２の２つのパラメータを
巧みに調整することで、所望の方向にビームをチルトさ
せている。

【００４５】なお、以上は送信の場合について述べてい
るが受信の場合も経路が逆になるだけで、全く同様に作
用する。本発明のアンテナは、送受信用ばかりでなく、
送信専用、受信専用に使うことも可能である。

【００４６】図２（ａ）は本発明の第１の実施形態に係
るマイクロストリップアンテナの平面図であり、図２
（ｂ）は（ａ）のＡ−Α´線についての縦断面図であ
る。

【００４７】この実施形態のマイクロストリップアンテ
ナは、基板としての誘電体基板１２を放射素子としての
円形放射導体１１と地導体としての接地導体板１３とに
よって挟設している。誘電体基板２及び接地導体板１３
は正三角形に形成されている。円形放射導体１１への給
電は給電点１４に接地導体１３側から同軸線路１５を接
続することで行う。

【００４８】本発明者等は、図２に示すマイクロストリ
ップアンテナを試作し、放射パターンの測定を行った。
試作したマイクロストリップアンテナにおける各パラメ
ータは以下の通りである。

【００４９】（ａ）誘電体基板１２の比誘電率：2.60 （ｂ）誘電体基板１２の厚さ： 0.8ｍｍ （ｃ）円形放射導体１１の半径：10.5ｍｍ （ｄ）誘電体基板１２及び接地導体板１３の形状：正三
角形 （ｅ）誘電体基板１２及び接地導体板１３の一辺の長
さ：12ｃｍ （ｆ）中心周波数： 4.987ＧＨｚ （ｇ）円形放射導体１１の重心＝誘電体基板１２の正三
角形の重心 （ｈ）偏波：Ｘ軸に平行な直線偏波 図３及び図４は図２のマイクロストリップアンテナの放
射パターンを示すグラフである。図３はΕ面（Ｘ−Ｚ
面）パターン、図４はΗ面（Ｙ−Ｚ面）パターンを示
す。図３から明らかなように、最大受信電力方向が正面
から 7.0゜マイナス方向にシフトしていることがわか
る。一方、図４では最大受信電力方向は正面方向のまま
であることがわかる。この図より正三角形の誘電体基板
１２では三角形の重心に円形放射導体１１の重心を置い
てもＸＺ面内でビームが正面方向を向かないことがわか
る。

【００５０】図５に、円形放射導体１１をＸ軸上で移動
させた場合の最大受信電力方向の変化の測定結果を示
す。図中点は測定値、実線は測定値から最小自乗法を用
いて得られた近似直線であり、 最大受信電力方向［゜］＝−1.07×オフセット量［ｍｍ］−6.24（１） で表される。このとき、Ｘ軸の正方向をθの正方向とし
た。上記式（１）のオフセット量は正三角形の重心を原
点にＸ軸の正方向をプラスに取ったものである。この図
より、円形放射導体１１の設置位置を変えることにより
ビームを正面方向から傾けるさせることができる。よっ
て、図３〜５の結果よりビームを所望の方向に向けるに
は誘電体基板１２の三角形の重心から円形放射導体１１
の重心を必要な距離だけオフセットした位置に配置すれ
ばよいことになる。

【００５１】一方、誘電体基板１２及び接地導体板１３
の三角形の一辺の長さを２λ、円形放射導体１１の直径
を０．４λとしたとき、誘電体基板１２の三角形の重心
から円形放射導体１１の重心をＸ軸の負方向に０．１５
λにオフセットした位置に配置すればＺ軸方向（天頂方
向）にビームを向けることができた。特に、この場合、
直接波と回折波の方向が合致するので高い利得を得るこ
とができる。

【００５２】次に、第２の実施形態を説明する。

【００５３】図６（ａ）は本発明の第２の実施形態に係
るマイクロストリップアンテナの平面図、図６（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ´線についての縦断面図である。

【００５４】この第２の実施形態のマイクロストリップ
アンテナは、給電部にスロット結合給電方式を採用して
いる点が第１の実施形態と異なる。すなわち、接地導体
１３ａの誘電体基板１２とは対向する面に第２の誘電体
基板１６を積層し、第２の誘電体基板１６の接地導体１
３ａの対向する位置に給電線路１７を形成し、給電線路
１７と放射導体１１の結合は接地導体１３ａに設けられ
たスロット１８により行う。この構成においても、第２
の誘電体基板１６も第１の誘電体基板１２と同じ形状に
することで、第１の実施形態の場合と同様の特性を得る
ことできる。

【００５５】図７に本発明の第３の実施形態に係るマイ
クロストリップアンテナの平面図を示す。

【００５６】この第３の実施形態のマイクロストリップ
アンテナは、給電部に直接給電方式を採用している点が
第１の実施形態及び第２の実施形態と異なる。すなわ
ち、誘電体基板１２の放射導体１１が形成された面に給
電線路１９が形成され、給電線路１９が放射導体１１に
接続されている。この構成においても、第１の実施形態
の場合と同様の特性を得ることできる。

【００５７】次に、第４の実施形態を説明する。

【００５８】図８は本発明の第４の実施形態に係る立体
構造アンテナの構成を示す斜視図である。

【００５９】図８に示す立体構造アンテナは、頂点２０
を共有する正三角形の誘電体基板２１を４つ組み合わせ
て角錐状の立体基板２２を構成している。各誘電体基板
２１上には、例えば図２に示したような、放射素子とし
ての円形放射導体２３が設けられ、各誘電体基板２１の
裏面には、図示を省略しているが誘電体基板２１と同じ
形状の地導体としての接地導体板及び給電部としての同
軸線路が設けられている。 円形放射導体２３は、頂点
２０と各誘電体基板２１の主面の重心２４とを通過する
直線２５上でかつ誘電体基板２１の重心２４と異なる位
置に主面の重心２６を有するように配置されている。

【００６０】本実施形態では、例えば各誘電体基板２１
の重心２４から円形放射導体２３の重心２６をＸ軸の負
方向にオフセットした位置に配置して各面のＺ軸方向
（天頂方向）にビームを向けるようにしている。

【００６１】本実施形態に係るアンテナでは、例えば構
内無線通信システムの基地局あるいは子局におけるアン
テナに適用できる。すなわち、天井あるいは机の上に配
置された当該アンテナにおいて４つの円形放射導体２３
を選択的に使用すれば、目的方向にビームを向けること
ができ、かつ各方向に対してそれぞれ高利得を得ること
ができる。

【００６２】ところで、図８に示す立体構造アンテナ３
０は、図９に示すように、筐体３１上に搭載される。図
１０は図９のＡ−Ａ断面図であり、図１１は図１０の部
分拡大図であり、図１２は図１０の矢印Ｂからみた図で
ある。これらの図は従来の構造を示しており、ここでは
先ずこの構造の問題点を説明する。

【００６３】筐体３１の裏面には、基板３２が配置され
ている。基板３２は、相対角度αで基板３３と隣接され
ている。ここで、基板３２上の伝送線路３４、基板３３
上の伝送線路３５ともマイクロストリップ線路であり、
基板３２、３３はともに金属筐体３１に導電性接着剤で
接着されている。伝送線路３４と伝送線路３５は接続部
３６、例えば金線によるワイアボンディングあるいは金
リボンによるウェルディングにより接続される。このと
き、接地は互いに同じ金属筐体３１に導電性接着剤にて
接着することによりとっている。

【００６４】さて、２つの線路３４、３５を金線による
ワイヤボンディングあるいは金リボンによるウェルデイ
ングにより接続した場合、マイクロ波・ミリ波帯などの
高い周波数帯では、接続部３６としての金線あるいは金
リボンはインダクタンスを持つ。また、基板３２、３３
の端部にはキャパシタンスがある。そのため等価回路は
図１３に示すようになる。図１３に示す不要なリアクタ
ンスあるいはキャパシタンスを低減するためには、でき
るだけ接続部３６としての金線あるいは金リボンの長さ
を短くする必要がある。

【００６５】しかしながら、図１０〜１２に示すような
立体構成では基板の厚さや接続される基板間のなす角度
により、接続部３６としての金線あるいは金リボンが中
空にある部分が生ずる。よって、インダクタンスをなく
することは非常に困難であり、ミスマッチが生ずること
となる。また、特にミリ波帯では図に示す接続部３６の
ような不連続部からの不要放射も大きく、そのため接続
部における挿入損失が大きくなるという問題があった。
加えて、伝送線路３４と伝送線路３５の接続のためのワ
イアボンディングあるいはウェルディングを立体的に行
う必要があるため、専用の治具が必要であったり、工程
数が増えるといった問題があった。

【００６６】第５の実施形態はかかる課題を解決するも
のである。

【００６７】図１４及び図１５に本発明の第５の実施形
態に係る基板間接続装置を示す。図１４は第５の実施形
態に係る基板間接続装置にて接続された２つの基板の外
観図であり、図１５は図１４においてＡ−Ａ面内の断面
図である。

【００６８】この第５の実施形態の基板間接続装置で
は、平らな第１の誘電体基板４１上にマイクロストリッ
プ線路４２が形成されており、接地導体板４３は導電性
接着剤で金属筐体４８に固定されている。一方、金属筐
体４８の折り曲げ部４８ａに沿って形成された第２の誘
電体基板４４上にマイクロストリップ線路４５が形成さ
れており、この基板の接地導体４６は導電性接着剤で金
属筐体４８に固定されている。第１の伝送線路であるマ
イクロストリップ線路４２と第２の伝送線路であるマイ
クロストリップ線路４５は金属筐体４８の平らな部分４
８ｂにおいて、接続部としての金リボン４７によって接
続されている。

【００６９】この実施形態においては、折り曲げ部４８
ａにより第２の誘電体基板４４をマイクロストリップ線
路４５の伝送特性が劣化しない程度の曲率で曲げること
によって、第１の基板と第２の基板間の隣接部における
鋭角的な接続を回避している。このとき曲率に沿った基
板の曲げは導電性接着剤にて接地導体４６を金属筐体４
８に固定することで得ている。同様に第１の誘電体基板
の接地導体４３を金属筐体４８に導電性接着剤で固定す
ることにより両者の接地を共通化している。また、隣接
部を金属筐体４８の平らな部分４８ｂにおいているた
め、互いの線路の位置合わせが容易であり、またウェル
ディング等の作業も容易になる。

【００７０】図１６及び図１７に本発明の第６の実施形
態に係る基板間接続装置を示す。図１６は第６の実施形
態に係る基板間接続装置にて接続された２つの基板の外
観図であり、図１７は図１６においてＡ−Ａ面内の断面
図である。

【００７１】この基板間接続装置では、平らな第１の誘
電体基板５１上にスロット線路５２が接地導体５３ａ、
５３ｂの間に形成されたスリットにより構成されてい
る。一方、第１の誘電体基板５２に対して角度αをなし
た平らな第２の誘電体基板５４上にスロット線路５５が
接地導体５６ａ、５６ｂの間に形成されたスリットによ
り構成されている。第１の伝送線路であるスロット線路
５２と第２の伝送線路であるスロット線路５５は、交点
において互いの接地導体５３ａと５６ａ、５３ｂと５６
ｂをそれぞれ金リボン５７ａ及び５７ｂでウェルデイン
グすることで接続が行われている。

【００７２】図１８及び図１９に本発明の第７の実施形
態に係る基板間接続装置を示す。図１８は第７の実施形
態に係る基板間接続装置にて接続された２つの基板の外
観図であり、図１９は図１８においてＡ−Ａ面内の断面
図である。

【００７３】この基板間接続装置では、平らな第１の誘
電体基板６１上にコプレーナ線路６２の中心導体６３ａ
が接地地導体６３ｂ、６３ｃとの間にスリットを形成す
ることにより構成されている。一方、第１の誘電体基板
６１に対して角度αをなした平らな第２の誘電体基板６
４上にコプレーナ線路６５の中心導体６６ａが接地導体
６６ｂ、６６ｃとの間にスリットを構成することにより
構成されている。第１の伝送線路であるコプレーナ線路
６２と第２の伝送線路であるコプレーナ線路６５は、交
点において互いの中心導体６３ａと６６ａ、互いの接地
導体６３ｂと６６ａ、６３ｂと６６ｂをそれぞれ金箔６
７ａ、６７ｂ及び６７ｃでウェルデイングすることで接
続が行われている。

【００７４】図２０は本発明の第６の実施形態における
Ａ−Ａ面内における電界の向きを示したものである。ス
ロット線路を用いているため、線路内の電界は基板の面
に対して水平でかつ伝送方向に対して垂直である。この
図より、接続部５７で伝送する角度はαだけ変わるが、
電界の向きは変わらないことがわかる。このことは上述
した第７の実施形態におけるコプレーナ線路についても
同じことがいえる。スロット線路とコプレーナ線路の違
いは、コプレーナ線路では２本のスリット内での電界の
方向が逆を向くことだけであり、スロット線路同様、基
板間の接続があっても線路内の電界の向きは変わらな
い。

【００７５】一方、図２１には図１０〜図１２に示した
従来例の基板間接続装置を用いた場合のＡ−Ａ面内の線
路における電界の向きを示す。マイクロストリップ線路
内では電磁波はＴＥＭモードで伝搬するために、伝搬方
向及び基板面に対して垂直な電界が立つ。例えば第１の
伝送線路３４から伝搬してきた電界が、接続点３６ａに
おいて角度αだけ第１の誘電体基板３２に対して傾いた
第２の誘電体基板３３上の第２の伝送線路３５に接続さ
れていた場合、接続点３６ａにおいて電界の向きが２つ
の基板のなす角度αだけ急激に変わることになる。その
ため、伝送特性に悪影響が出る。

【００７６】以上の述べた第５〜第７の実施形態の基板
間接続装置は、図８〜図１０に示したいわゆるピラミッ
ド型のアンテナに適用されるが、他の形態のアンテナや
システムに適用可能である。

【００７７】なお、本発明の第５の実施形態において
は、マイクロストリップ線路を用いたがこれに限らず、
トリプレート線路、平行二線などの平面回路用伝送線路
であってもよい。

【００７８】また、第６及び第７の実施形態において、
線路のある側とは反対側は何もない構造になっている
が、これに限らず例えば新たに接地導体を設けてグラン
デッドスロット線路あるいはグランデッドコプレーナ線
路としてもよい。その際、第５の実施形態の如く金属筐
体を設け、これに接着するように構成してもよい。

【００７９】ところで、図８に示す立体構造アンテナ３
０をはじめとしたスロット結合型マイクロストリップア
ンテナにおいては、給電線路側基板と放射導体側基板を
貼り合わせる方法として２つの方法がよく知られてい
る。１つは図２２に示すように、接着剤あるいは接着シ
ート７０を２つの基板７１、７２（一方の基板７１の表
面には放射導体７３が形成され、他方の基板７２の表裏
にはそれぞれ結合用の開口部７４付きの地導体７５、給
電線路７６が形成されている。）の間に装着し熱融着し
接着する方法である。この方法は、例えばＰＴＦＥ基板
同士など同じ種類同士でかつある程度の圧力に耐えられ
る基板であることが要求されるために、使用する基板に
制限が加えられることになる。また、この方法では放射
導体側基板を低誘電率基板にして放射効率を向上させ、
給電線路側基板を高誘電率基板にして回路の集積度を向
上させることが不可能になる。もう１つの方法は図２３
に示すように、２枚の基板７１、７２の貼り合わせる面
の両面に結合用の開口部７４ａ，７４ｂを接地導体７５
ａ、７５ｂ上に形成し、この間に例えば金−スズ半田の
ような半田のリフローにより接続を行うものである。こ
の方法では例えばＰＴＦＥ基板とアルミナ基板あるいは
ガリウムひ素基板の貼り合わせが可能になる。しかしな
がら、例えばミリ波帯では結合用開口の大きさが長さｌ
ｍｍ以下、幅０．１ｍｍ以下と小さくなるため、リフロ
ーされた半田がスロット内部に流れ込み埋まってしまう
ために、放射導体に電力が供給できないといったある。
以上述べた問題は、多層基板間のマイクロストリップカ
ップラについても同様に起こる問題である。

【００８０】第８の実施形態はかかる課題を解決するも
のである。

【００８１】図２４は本発明の第８の実施形態に係るマ
イクロストリップアンテナである。この第８の実施形態
のマイクロストリップアンテナは、第１の誘電体基板８
２を放射導体８１と第１の接地導体８３で挟設し、第１
の誘電体基板８２と貼り合わせる第２の誘電体基板８６
を第２の接地導体８４と給電線路８７で挟設している。
第２の接地導体８４上には放射導体８１と給電線路８７
の結合を行うための結合用開口部８５が形成されてお
り、第１の接地導体８３の第２の接地導体８４上の結合
用開口部８５と重なる部分付近の金属を取り去った開口
部８８が形成されている。すなわち、開口部８８は、結
合用開口部８５よりも面積が大きくかつ結合用開口部８
５を取り囲んでいる。第１の誘電体８２と第２の誘電体
８６の接着には第１の接地導体８３と第二接地導体８４
の間に半田をリフローすることによって電気的な接続を
行う。

【００８２】貼り合わせを行った場合、結合用開口部８
５付近では金属を取り去った開口部８８があるためにそ
の部分には半田が流れ込まないようになっている。

【００８３】図２５は図２４に示した第８の実施形態に
係るマイクロストリップアンテナの等価回路である。図
２５において伝搬定数一α₁ （減衰定数α₁ ）は特にミ
リ波帯以上では接地導体上に形成された結合用開口部８
５がカットオフ周波数以下の金属導波管とみえるためで
ある。そのため、例えば図２３に示したような従来例の
マイクロストリップアンテナでは、図２６に示すような
等価回路となり、第１の誘電体側の接地導体の厚さ分だ
け電磁波の減衰が大きくなる。ところが、図２４の第１
の接地導体８３の一部の金属を取り除いて構成された開
口部８８をカットオフ周波数以上の金属導波管の大きさ
にすると、この分の減衰が低減できるためアンテナの低
損失化が可能となる。

【００８４】図２８は図２７に示すようなスロット結合
型マイクロストリップアンテナ（図２４と同一の要素に
は同一の番号を付した。）において、結合用開口部８５
が放射導体８１中心からＹ軸方向にオフセットした時の
入力インピーダンス特性の変化を、図２９は給電線路８
７が結合用開口部８５の中心からＹ軸方向にオフセット
した時の入力インピーダンス特性の変化を計算機シミュ
レーションにより求めたものである。ここで、計算に用
いたスロット結合型マイクロストリップアンテナにおけ
るパラメータは以下の通りである。

【００８５】（１）誘電体基板８２の比誘電率：２．２
０、その厚さ：０．１２７ｍｍ （２）誘電体基板（６の比誘電率：２．２０、その厚
さ：０．１２７ｍｍ （３）円形放射導体８３の半径：０．９１ｍｍ （４）結合用矩形開口部８５：０．７ｍｍ長×０．ｌｍ
ｍ幅 （５）給電線路８７の特性インピーダンス：５０Ω 図２８と図２９を比較すると、図２９の方がオフセット
量に対する入力インピーダンス特性の変化が大きいこと
がわかる。実際にこの図からは結合用開口部８５と給電
線路８７との相対的位置精度として５０μｍ、結合用開
口部８５と放射導体８１との相対的位置精度として１０
０μｍが必要である。そのため、結合用開口部８５を第
２の誘電体８６の接地導体８４上にエッチング等で形成
した方が、２枚の基板の貼り合わせに要求される位置精
度を低減できる。よって、図２４のような第１の実施形
態のような場合には、結合用開口部８５を第２の接地導
体８４上に形成し、金属を取り去った開口部８８を第１
の接地導体８３上に形成する方が望ましいことになる。
しかし、金属を取り去った開口部８８を第２の接地導体
８４上に形成し、結合用開口部８５を第１の接地導体８
３上に形成することも可能である。

【００８６】図３０は本発明の第９の実施形態に係るマ
イクロストリップアンテナである。この第９の実施形態
のマイクロストリップアンテナは、第１の誘電体基板８
２の一方の面に放射導体８１を形成し、第１の誘電体基
板８２と貼り合わせる第２の誘電体基板８６を接地導体
８４と給電線路８７で挟設している。接地導体８４上に
は放射導体８１と給電線路８７の結合を行うための結合
用開口部８５が形成されている。第１の誘電体８２の放
射導体８１の形成された面とは異なる面上には、第２の
誘電体基板８６との間で半田のリフローにより接着を行
うための基板接着用金属８９が設けられている。貼り合
わせを行った場合、半田は基板接着用金属８９があると
ころのみに集中するため、不要な部分への半田の流れ込
みを防いでいる。

【００８７】図３１は第１０の実施形態に係るマイクロ
ストリップカップラである。この第１０の実施形態に係
るマイクロストリップカップラは、第１の誘電体基板８
２を第１の伝送線路９０と第１の接地導体８３で挟設
し、第１の誘電体基板８２と貼り合わせる第２の誘電体
基板８６を第２の接地導体８４と第２の伝送線路８７で
挟設している。第２の接地導体８４上には第１の伝送線
路９０と第２の伝送線路８７の結合を行うための結合用
開口部８５が形成されており、第１の接地導体８３の第
２の接地導体８４上の結合用開口部８５と重なる部分付
近に金属を取り去った開口部８８が形成されている。第
１の誘電体基板８２と第２の誘電体基板８６の接着には
第１の接地導体８３と第２の接地導体８４の間に半田を
リフローすることによって電気的な接続を行う。貼り合
わせを行った場合、結合用開口部８５付近では金属を取
り去った開口部８８があるためにその部分には半田が流
れ込まないようになっている。

【００８８】この実施形態においては結合用開口部８５
を第２の接地導体８４上に、金属を取り去った開口部８
８を第１の接地導体８３上に形成しているが、これに限
らず結合用開口部８５を第１の接地導体８３上に、金属
を取り去った開口部８８を第２の接地導体８４上に形成
してもよい。

【００８９】図３２は第１１の実施形態に係るマイクロ
ストリップカップラである。この第１１の実施形態に係
るマイクロストリップカップラは、第１の誘電体基板８
２の一方の面に第１の伝送線路９０を形成し、第１の誘
電体基板８２と貼り合わせる第２の誘電体基板８６を接
地導体８４と第２の伝送線路８７で挟設している。接地
導体８４上には第１の伝送線路９０と第２の伝送線路８
７の結合を行うための結合用開口部８５が形成されてお
り、第１の誘電体基板８２の第１の伝送線路８７が形成
された面とは対向する面に、第２の誘電体基板８６との
間で半田のリフローにより接着を行うための基板接着用
金属８９が設けられている。

【００９０】貼り合わせを行った場合、半田は基板接着
用金属８９があるところのみに集中するため、不要な部
分への半田の流れ込みを防いでいる。

【００９１】この実施形態においては結合用開口部８５
を第２の接地導体８４上に、基板接着用金属８９を第１
の誘電体基板８２に形成しているが、これに限らず結合
用開口部５を第１の接地導体８３上に、基板接着用金属
８９を第２の誘電体基板８６４上に形成してもよい。

【００９２】なお、本実施形態においては、放射導体８
１として円形のパッチアンテナを用いたが、本発明はこ
れに限らず矩形、三角形、リング状など任意形状のパッ
チアンテナであってもよい。

【００９３】更に本実施形態においては、給電線路８
７、第１の伝送線路９０及ぴ第２の伝送線路８７として
マイクロストリップ線路を用いたが、これに限らず、撮
りプレート線路、コプレーナ線路、スロット線路等であ
ってもよい。

【００９４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、主
面の重心を通過する直線の終端である第１の端部と第２
の端部とが相互に形状が異なる基板と、基板の重心と異
なる位置に主面の重心を有するように、基板上に配置さ
れたパッチと、パッチに給電する給電部とを具備するこ
とで、１つのパッチ及び１つの給電回路で所望の方向に
ビームをチルトさせることができる。そして、パッチ及
び給電回路が１つになり、しかもそのためには重心をず
らすだけでよく、デザインや治具をほとんど変更する必
要がないので、製造コストを低減することができ、また
部品点数が削減して小型化を図ることもできる。

【００９５】また、本発明では、非対称な形状の基板で
あっても垂直方向にビームを向けることができる。これ
により、高い利得を得ることも可能である。

【００９６】さらに、本発明では、頂点を共有する三角
形の基板を３つ以上組み合わせた角錐状の立体基板と、
頂点と各三角形の基板の主面の重心とを通過する直線上
でかつ各三角形の基板の重心と異なる位置に主面の重心
を有するように、各三角形の基板上に配置されたパッチ
と、各パッチに給電する給電部とを具備することで、所
望の点頂角方向にビームをチルトでき、かつ偏角方向に
はビームを可変することができる。

【００９７】また、本発明では、互いにある角度をもっ
て形成された線路同士を接続する際にあたり、２つの基
板のいずれか一方にある曲率をもって曲げた折り曲げ部
を設けることで、２つの基板上の線路の接続を平面上で
行う、あるいはスロット線路やコプレーナ線路のような
電界の方向が大きく変わらない線路を用いることによっ
て、接続損失のなく、新たな治具を必要としない接続装
置を提供できる。

【００９８】さらにまた、本発明では、複数の基板を貼
り合わせて用いるアンテナあるいはカップラにおいて、
誘電体の種類の制限を受けることなく、かつ半田リフロ
ーで貼り合わせを行う際に接地導体上に形成された結合
用開口部がリフローした半田によって埋まることもない
ため、歩留まりのよいマイクロストリップアンテナ及び
カップラを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係るマイクロストリッ
プアンテナの平面図及び縦断面図である。

【図３】図２のマイクロストリップアンテナのＥ面（Ｘ
Ｚ面）の放射パターンを示すグラフである。

【図４】図２のマイクロストリップアンテナのΗ面（Ｙ
Ｚ面）の放射パターンを示すグラフである。

【図５】図２のマイクロストリップアンテナにおいて、
放射導体の位置を動かした場合の最大受信電力方向の変
化を示すグラフである。

【図６】本発明の第２の実施例に係るマイクロストリッ
プアンテナの平面図及び縦断面図である。

【図７】本発明の第３の実施例に係るマイクロストリッ
プアンテナの平面図及び縦断面図である。

【図８】本発明の第４の実施例に係るマイクロストリッ
プアンテナの斜視図である。

【図９】本発明の第４の実施例に係るマイクロストリッ
プアンテナの適用例を示す斜視図である。

【図１０】従来の基板接続部の例を示す断面図である。

【図１１】図１０のＢ矢視斜視図である。

【図１２】図１１のＡ−Ａ断面図である。

【図１３】従来の基板接続部の等価回路図である。

【図１４】本発明の第５の実施形態に係る基板接続装置
の斜視図である。

【図１５】図１４のＡ−Ａ断面図である。

【図１６】本発明の第６の実施形態に係る基板接続装置
の斜視図である。

【図１７】図１６のＡ−Ａ断面図である。

【図１８】本発明の第７の実施形態に係る基板接続装置
の斜視図である。

【図１９】図１８のＡ−Ａ断面図である。

【図２０】本発明の第６の実施形態に係る基板間接続装
置において、線路内の電界の向きを示す図である。

【図２１】従来例に係る基板間接続部において、線路内
の電界の向きを示す図である。

【図２２】従来のマイクロストリップアンテナを示す分
解斜視図である。

【図２３】従来のマイクロストリップアンテナを示す分
解斜視図である。

【図２４】本発明の第８の実施形態に係るマイクロスト
リップアンテナを示す分解斜視図である。

【図２５】本発明の第８の実施形態に係るマイクロスト
リップアンテナの等価回路を示す図である。

【図２６】従来のマイクロストリップアンテナの等価回
路を示す図である。

【図２７】従来のマイクロストリップアンテナを示す分
解斜視図である。

【図２８】図２７のマイクロストリップアンテナにおい
て、放射導体をオフセットした際の入力インピーダンス
の変化を示す図である。

【図２９】図２７のマイクロストリップアンテナにおい
て、給電線路をオフセットした際の入力インピーダンス
の変化を示す図である。

【図３０】本発明の第９の実施形態に係るマイクロスト
リップアンテナの分解斜視図である。

【図３１】本発明の第１０の実施形態に係るマイクロス
トリップアンテナの分解斜視図である。

【図３２】本発明の第１１の実施形態に係るマイクロス
トリップアンテナの分解斜視図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 基板の重心 ３ 基板の重心を通過する直線 ４ 基板の第１の端部 ５ 基板の第２の端部 ６ パッチ ７ パッチの重心 ８ 地導体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 久雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 松岡 秀浩 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主面の重心を通過する直線の終端である
   第１の端部と第２の端部とが相互に形状が異なる基板
   と、 前記基板の重心と異なる位置に主面の重心を有するよう
   に、前記基板上に配置された放射素子と、 前記放射素子に給電する給電部とを具備することを特徴
   とするアンテナ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のアンテナにおいて、 前記基板が、三角形の形状であることを特徴とするアン
   テナ。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のアンテナにおい
   て、 前記放射素子の重心が、前記第１の端部と第２の端部間
   の直線上にあることを特徴とするアンテナ。
4. 【請求項４】 頂点を共有する三角形の基板を３つ以上
   組み合わせた角錐状の立体基板と、 前記頂点と前記各三角形の基板の主面の重心とを通過す
   る直線上でかつ前記各三角形の基板の重心と異なる位置
   に主面の重心を有するように、前記各三角形の基板上に
   配置された放射素子と、 前記各放射素子に給電する給電部とを具備することを特
   徴とするアンテナ。
5. 【請求項５】 第１のマイクロストリップ線路が形成さ
   れた第１の基板と、 平面部及びこれに連続する曲面部上に第２のマイクロス
   トリップ線路が形成された第２の基板と、 前記第１の基板を含む平面内で前記第１のマイクロスト
   リップ線路と曲面部に形成された前記第２のマイクロス
   トリップ線路とを接続する接続部とを具備することを特
   徴とする接続装置。
6. 【請求項６】 第１のスロット線路が形成された第１の
   基板と、 前記第１の基板と隣接し、かつ前記第１の基板との間で
   傾斜角を有し、さらに前記第１のスロット線路と連続す
   るように第２のスロット線路が形成された第２の基板
   と、 前記第１のスロット線路と前記第２のスロット線路とを
   接続する接続部とを具備することを特徴とする接続装
   置。
7. 【請求項７】 第１のコプレーナ線路が形成された第１
   の基板と、 前記第１の基板と隣接し、かつ前記第１の基板との間で
   傾斜角を有し、さらに前記第１のコプレーナ線路と連続
   するように第２のコプレーナ線路が形成された第２の基
   板と、 前記第１のコプレーナ線路と前記第２のコプレーナ線路
   とを接続する接続部とを具備することを特徴とする接続
   装置。
8. 【請求項８】 第１の開口部を有する第１の接地導体
   と、 前記第１の接地導体と半田により貼着され、かつ前記第
   １の開口部よりも面積が大きくかつ第１の開口部を取り
   囲む第２の開口部を有する第２の接地導体と、 前記第１及び第２の接地導体を挟むように配置された第
   １及び第２の誘電体基板と、 前記第１及び第２の誘電体基板の各主面に形成された給
   電線路及び放射導体とを具備することを特徴とするアン
   テナ。
9. 【請求項９】 第１の開口部を有する第１の接地導体が
   形成された第１の誘電体基板と、 第１の接地導体との間の半田貼着部分に導体部が形成さ
   れた第２の誘電体基板と、 前記第１の誘電体基板の第１の接地導体と前記第２の誘
   電体基板の導体部との間に介挿された半田と、 前記第１及び第２の誘電体基板の各主面に形成された給
   電線路及び放射導体とを具備することを特徴とするアン
   テナ。
10. 【請求項１０】 第１の開口部を有する第１の接地導体
    と、 前記第１の接地導体と半田により貼着され、かつ前記第
    １の開口部よりも面積が大きくかつ第１の開口部を取り
    囲む第２の開口部を有する第２の接地導体と、 前記第１及び第２の接地導体を挟むように配置された第
    １及び第２の誘電体基板と、 前記第１及び第２の誘電体基板の各主面に形成された給
    電線路とを具備することを特徴とするカップラ。
11. 【請求項１１】 第１の開口部を有する第１の接地導体
    が形成された第１の誘電体基板と、 第１の接地導体との間の半田貼着部分に第２の接地導体
    が形成された第２の誘電体基板と、 前記第１の誘電体基板の第１の接地導体と前記第２の誘
    電体基板の第２の接地導体との間に介挿された半田と、 前記第１及び第２の誘電体基板の各主面に形成された給
    電線路とを具備することを特徴とするカップラ。
12. 【請求項１２】 第１の開口部を有する第１の導体板が
    形成された第１の基板及び前記第１の開口部よりも面積
    が大きくかつ第１の開口部を取り囲む第２の開口部を有
    する第２の導体板が形成された第２の基板とを積層する
    基板積層方法であって、 少なくとも一方の基板の導体板表面に半田を配置する工
    程と、 第２の開口部が第１の開口部を取り囲むように上記の２
    枚の基板を対向配置する工程と、 前記半田を溶融して接地導体を相互に接続する工程とを
    具備することを特徴とする基板積層方法。
13. 【請求項１３】 第１の開口部を有する第１の導体板が
    形成された第１の基板及び前記第１の導体板との間の半
    田貼着部分に第２の導体板が形成された第２の基板とを
    積層する基板積層方法であって、 少なくとも一方の基板の導体板表面に半田を配置する工
    程と、 第２の導体板が第１の導体板の特定位置に対して対向す
    るように上記の２枚の基板を対向配置する工程と、 前記半田を溶融して接地導体を相互に接続する工程とを
    具備することを特徴とする基板積層方法。