JPWO2011092918A1 - 広帯域アンテナ - Google Patents

Abstract

多層基板２の内部には、絶縁層５，６間に位置して接地導体板８を設けると共に、絶縁層４，５間に位置して放射導体素子９を設ける。この放射導体素子９には、ストリップ線路１０を接続する。多層基板２の表面２Ａには、放射導体素子９と対向した無給電導体素子１５を設ける。多層基板２の絶縁層３，４間には、放射導体素子９と無給電導体素子１５との間に位置して結合量調整導体板１６を設ける。この結合量調整導体板１６は、放射導体素子９に流れる電流Ｉの向きに対して直交方向に放射導体素子９を跨ぐと共に、その両端側がビア１７を通じて接地導体板８と電気的に接続される。

Description

本発明は、例えばマイクロ波やミリ波等の高周波信号に用いて好適な広帯域アンテナに関する。

従来技術による広帯域アンテナとして、例えば波長に比べて薄い誘電体を挟んで互いに対向する放射導体素子と接地導体板を設けると共に、放射導体素子の放射面側に無給電導体素子を設けたマイクロストリップアンテナ（パッチアンテナ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、他の従来技術として、前記特許文献１の構成に加えて、放射導体素子と無給電導体素子との間には、互いに隙間をもって対向した２つの導体板を配置し、これらの導体板を接地導体板に電気的に接続した構成も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭５５−９３３０５号公報 実開平４−２７６０９号公報

ところで、特許文献１による広帯域アンテナでは、放射導体素子と無給電導体素子との電磁界結合を利用して広帯域化を実現している。しかし、電磁界結合の大きさは放射導体素子と無給電導体素子との間の厚さ方向の間隔寸法が大きく寄与するため、帯域を広げるには限界がある。

また、特許文献２による広帯域アンテナでは、放射導体素子と無給電導体素子との間に導体板を配置しているから、放射導体素子と無給電導体素子との磁界結合を強くなって、帯域が広がる可能性がある。しかし、導体板はＬ字形に折曲げると共に、その端部を半田付けによって接地導体に取り付ける構造となっているから、組立てが複雑となって生産性が低いのに加え、アンテナ毎の特性ばらつきも大きくなるという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、特性ばらつきを抑制しつつ帯域を広げることができる広帯域アンテナを提供することにある。

（１）．上述した課題を解決するために、本発明による広帯域アンテナは、グランドに接続された接地導体板と、該接地導体板と間隔をもって対向し給電線路に接続された放射導体素子と、該放射導体素子からみて前記接地導体板と反対側に配置され前記接地導体板および放射導体素子と絶縁された無給電導体素子と、該無給電導体素子と前記放射導体素子との間に配置されこれらの結合量を調整する結合量調整導体板とを備え、前記結合量調整導体板は、前記無給電導体素子と前記放射導体素子とが互いに重なり合う部位を部分的に覆い、前記放射導体素子に流れる電流の向きに対して直交方向に前記放射導体素子を跨ぐと共に、その両端側が前記接地導体板と電気的に接続される構成としている。

本発明によれば、結合量調整導体板は、無給電導体素子と放射導体素子とが互いに重なり合う部位を部分的に覆い、放射導体素子に流れる電流の向きに対して直交方向に放射導体素子を跨ぐ構成とした。このため、放射導体素子と無給電導体素子とが電界結合するときに、結合量調整導体板を用いてこの電界結合の強さを調整することができ、給電線路と放射導体素子とが整合する帯域を広くすることができる。

具体的には、結合量調整導体板の幅方向が放射導体素子に流れる電流の向きと平行な方向としたときに、結合量調整導体板の幅寸法を変えることによって、放射導体素子と無給電導体素子との電界結合の強さを調整することができる。また、結合量調整導体板の長さ方向が放射導体素子に流れる電流の向きと直交する方向としたときに、結合量調整導体板の長さ寸法を変えることによって、電流の共振周波数を調整することができる。

例えば接地導体板および結合量調整導体板を絶縁材料からなる基板に設けた場合には、該基板に設けたビアを用いて接地導体板と結合量調整導体板を容易に接続することができる。このため、半田付けによる接続箇所をなくして、組立て作業を簡略化して生産性を高めることができると共に、アンテナ毎の特性ばらつきを小さくすることができる。

（２）．本発明では、前記結合量調整導体板は、その両端側を柱状の導体を用いて前記接地導体板に接続する構成としている。

本発明によれば、結合量調整導体板の両端側を柱状の導体を用いて接地導体板に接続する。このため、例えば接地導体板および結合量調整導体板を絶縁材料からなる基板に設けた場合には、該基板に設けた柱状の導体をなすビアを用いて接地導体板と結合量調整導体板を容易に接続することができる。

（３）．本発明では、前記給電線路は、前記接地導体板からみて前記放射導体素子と反対側に設けられた他の接地導体板と、該他の接地導体板と前記接地導体板との間に設けられたストリップ導体とからなるストリップ線路によって構成し、該ストリップ線路のストリップ導体は、前記接地導体板に設けた接続用開口を通じて前記放射導体素子に接続する構成としている。

本発明によれば、給電線路は、接地導体板からみて放射導体素子と反対側に配置されたストリップ線路によって構成したから、例えば接地導体板、放射導体素子および結合量調整導体板を絶縁材料からなる基板に設けた場合には、該基板にストリップ線路を一緒に形成することができ、生産性の向上や特性ばらつきの軽減を図ることができる。

（４）．本発明では、前記給電線路は、前記接地導体板からみて前記放射導体素子と反対側に設けられたストリップ導体からなるマイクロストリップ線路によって構成し、該マイクロストリップ線路のストリップ導体は、前記接地導体板に設けた接続用開口を通じて前記放射導体素子に接続する構成としている。

本発明によれば、給電線路は、接地導体板からみて放射導体素子と反対側に配置されたマイクロストリップ線路によって構成したから、例えば接地導体板、放射導体素子および結合量調整導体板を絶縁材料からなる基板に設けた場合には、該基板にマイクロストリップ線路を一緒に形成することができ、生産性の向上や特性ばらつきの軽減を図ることができる。

（５）．本発明では、前記無給電導体素子は、角隅部分を切り取った略四角形状の導体板によって形成している。

本発明によれば、無給電導体素子は角隅部分を切り取った略四角形状の導体板によって形成したから、無給電導体素子に流れる電流の経路を調整して、無給電導体素子と放射導体素子との間の結合量を調整することができ、給電線路と放射導体素子とが整合する帯域を広くすることができる。

（６）．本発明では、前記接地導体板、放射導体素子、無給電導体素子および結合量調整導体板は、複数の絶縁層が積層された多層基板に設けると共に、該多層基板の厚さ方向に対して互いに異なる位置に配置する構成としている。

本発明によれば、接地導体板、放射導体素子、無給電導体素子および結合量調整導体板は、複数の絶縁層が積層された多層基板に設ける構成とした。このため、例えば互いに異なる絶縁層の表面に接地導体板、放射導体素子、無給電導体素子および結合量調整導体板を設けることによって、これらを多層基板の厚さ方向に対して互いに異なる位置に容易に配置することができる。この結果、生産性を高めることができると共に、アンテナ毎の特性ばらつきを低減することができる。

本発明の第１の実施の形態による広帯域パッチアンテナを示す斜視図である。 広帯域パッチアンテナを図１中の矢示II−II方向からみた断面図である。 広帯域パッチアンテナを図２中の矢示III−III方向からみた断面図である。 広帯域パッチアンテナを図２中の矢示IV−IV方向からみた断面図である。 広帯域パッチアンテナの第１の共振モードを図２と同じ位置で示す説明図である。 広帯域パッチアンテナの第２の共振モードを図２と同じ位置で示す説明図である。 第１の実施の形態および第１の比較例において、リターンロスの周波数特性を示す特性線図である。 第１の実施の形態および第２，第３の比較例において、リターンロスの周波数特性を示す特性線図である。 第２の実施の形態による広帯域パッチアンテナを示す斜視図である。 広帯域パッチアンテナを図９中の矢示Ｘ−Ｘ方向からみた断面図である。 広帯域パッチアンテナを図１０中の矢示XI−XI方向からみた断面図である。 広帯域パッチアンテナを図１０中の矢示XII−XII方向からみた断面図である。 第３の実施の形態による広帯域パッチアンテナを示す斜視図である。 広帯域パッチアンテナを図１３中の矢示XIV−XIV方向からみた断面図である。 第４の実施の形態による広帯域パッチアンテナを示す斜視図である。 第４の実施の形態による広帯域パッチアンテナを図４と同様な位置からみた断面図である。 第４の実施の形態および第４の比較例において、リターンロスの周波数特性を示す特性線図である。

以下、本発明の実施の形態による広帯域アンテナとして例えば６０ＧＨｚ帯用の広帯域パッチアンテナを例に挙げて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１ないし図４は第１の実施の形態による広帯域パッチアンテナ１を示している。この広帯域パッチアンテナ１は、後述する多層基板２、接地導体板８、放射導体素子９、無給電導体素子１５、結合量調整導体板１６等によって構成されている。

多層基板２は、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のうち例えばＸ軸方向およびＹ軸方向に対して平行に広がる平板状に形成されている。この多層基板２は、幅方向となるＹ軸方向に対して例えば数ｍｍ程度の幅寸法を有し、長さ方向となるＸ軸方向に対して例えば数ｍｍ程度の長さ寸法を有すると共に、厚さ方向となるＺ軸方向に対して例えば数百μｍ程度の厚さ寸法を有している。

また、多層基板２は、例えば低温同時焼成セラミックス多層基板（ＬＴＣＣ多層基板）によって形成され、表面２Ａ側から裏面２Ｂ側に向けてＺ軸方向に積層した５層の絶縁層３〜７を有している。各絶縁層３〜７は、１０００℃以下の低温で焼成可能な絶縁性のセラミックス材料からなり、薄い層状に形成されている。

接地導体板８は、例えば銅、銀等の導電性金属材料を用いて形成され、グランドに接続されている。この接地導体板８は、絶縁層５と絶縁層６との間に位置して多層基板２の略全面を覆っている。接地導体板８の表面側には放射導体素子９が設けられると共に、接地導体板８の裏面側にはストリップ線路１０が設けられている。このため、放射導体素子９とストリップ線路１０との間を接続するために、接地導体板８の中央部分には、例えば略円形の接続用開口８Ａが設けられている。

放射導体素子９は、例えば接地導体板８と同様の導電性金属材料を用いて略四角形状に形成され、接地導体板８と間隔をもって対向している。具体的には、放射導体素子９は、絶縁層５と絶縁層４との間に配置されている。この放射導体素子９と接地導体板８との間には、絶縁層５が配置されている。このため、放射導体素子９は、接地導体板８と絶縁された状態で、接地導体板８と対面している。

また、放射導体素子９は、図４に示すように、Ｙ軸方向に例えば数百μｍ程度の幅寸法Ｌ1を有すると共に、Ｘ軸方向に例えば数百μｍ程度の長さ寸法Ｌ2を有している。この放射導体素子９のＸ軸方向の長さ寸法Ｌ2は、電気長で例えば使用する高周波信号の半波長となる値に設定されている。

さらに、放射導体素子９には、Ｘ軸方向の途中位置に後述のビア１４が接続されると共に、該ビア１４を介して後述のストリップ線路１０が接続されている。そして、放射導体素子９には、ストリップ線路１０からの給電によって、Ｘ軸方向に向けて電流Ｉが流れる構成となっている。

ストリップ線路１０は、図１ないし図４に示すように、接地導体板８からみて放射導体素子９と反対側に設けられ、放射導体素子９に対する給電を行う給電線路を構成している。具体的には、ストリップ線路１０は、接地導体板８からみて放射導体素子９と反対側に設けられた他の接地導体板１１と、接地導体板８と接地導体板１１との間に設けられたストリップ導体１２とによって構成されている。ここで、接地導体板１１は、多層基板２の裏面２Ｂ（絶縁層７の裏面）に設けられ、裏面２Ｂを略全面に亘って覆っている。この接地導体板１１は、複数のビア１３によって接地導体板８に電気的に接続されている。

このビア１３は、絶縁層６，７を貫通して内径が数十〜数百μｍ程度（例えば１００μｍ）の貫通孔に例えば銅、銀等の導電性金属材料を設けることによって柱状の導体として形成されている。また、ビア１３は、Ｚ軸方向に延びて、その両端が接地導体板８，１１にそれぞれ接続されている。そして、複数のビア１３は、ストリップ導体１２を取囲んで配置されている。これにより、ビア１３は、接地導体板８，１１の電位を安定させると共に、ストリップ導体１２を伝搬する高周波信号が漏洩するのを抑制している。

一方、ストリップ導体１２は、例えば接地導体板８と同様の導電性金属材料からなり、Ｘ軸方向に延びる細長い帯状に形成されると共に、絶縁層６と絶縁層７との間に配置されている。このストリップ導体１２の端部は、接続用開口８Ａの中心部分に配置され、接続線路としてのビア１４を介して放射導体素子９に接続されている。

このビア１４は、ビア１３とほぼ同様に柱状の導体として形成されている。また、ビア１４は、絶縁層５，６を貫通して形成され、接続用開口８Ａの中心部分を通ってＺ軸方向に延び、その両端が放射導体素子９とストリップ導体１２にそれぞれ接続されている。そして、ストリップ線路１０は、幅方向の中心位置を通るＸ軸に平行な線に関して線対称に形成されている。

無給電導体素子１５は、例えば接地導体板８と同様の導電性金属材料を用いて略四角形状に形成され、放射導体素子９からみて接地導体板８と反対側に位置して、多層基板２の表面２Ａ（絶縁層３の表面）に配置されている。この無給電導体素子１５と放射導体素子９との間には、絶縁層３，４が配置されている。このため、無給電導体素子１５は、放射導体素子９および接地導体板８と絶縁された状態で、放射導体素子９と間隔をもって対面している。

また、無給電導体素子１５は、図４に示すように、Ｙ軸方向に例えば数百μｍ程度の幅寸法Ｌ3を有すると共に、Ｘ軸方向に例えば数百μｍ程度の長さ寸法Ｌ4を有している。この無給電導体素子１５の幅寸法Ｌ3は、例えば放射導体素子９の幅寸法Ｌ1よりも大きくなっている。一方、無給電導体素子１５の長さ寸法Ｌ4は、例えば放射導体素子９の長さ寸法Ｌ2よりも小さくなっている。なお、無給電導体素子１５および放射導体素子９の大小関係やこれらの具体的な形状は、上述のものに限らず、広帯域パッチアンテナ１の放射パターン等を考慮して適宜設定されるものである。そして、無給電導体素子１５は、放射導体素子９と電磁界係合を生じる。

結合量調整導体板１６は、例えば接地導体板８と同様の導電性金属材料を用いて略四角形状に形成され、放射導体素子９と無給電導体素子１５との間に配置されている。具体的には、結合量調整導体板１６は、図２および図３に示すように、絶縁層３と絶縁層４との間に配置され、放射導体素子９および無給電導体素子１５に対して絶縁されている。

また、結合量調整導体板１６は、図４に示すように、Ｙ軸方向に例えば数百μｍ程度の幅寸法Ｌ5を有すると共に、Ｘ軸方向に例えば数百μｍ程度の長さ寸法Ｌ6を有している。この結合量調整導体板１６の幅寸法Ｌ5は、例えば放射導体素子９の幅寸法Ｌ1および無給電導体素子１５の幅寸法Ｌ3よりも大きくなっている。一方、結合量調整導体板１６の長さ寸法Ｌ6は、例えば放射導体素子９の長さ寸法Ｌ2および無給電導体素子１５の長さ寸法Ｌ4よりも小さくなっている。これにより、結合量調整導体板１６は、放射導体素子９と無給電導体素子１５とが互いに重なり合う部位のうちその一部となる中心部分（例えばＸ軸方向の中心部分）をＹ軸方向に横切って覆っている。このため、結合量調整導体板１６は、放射導体素子９に流れる電流Ｉの向きに対して直交方向に放射導体素子９を跨いでいる。

また、結合量調整導体板１６の両端側には一対のビア１７が設けられている。これらのビア１７は、ビア１３とほぼ同様に柱状の導体として形成され、絶縁層４，５を貫通して形成され、結合量調整導体板１６と接地導体板８とを電気的に接続している。

そして、放射導体素子９、無給電導体素子１５および結合量調整導体板１６は、例えば互いの中心位置がＸＹ平面上の同じ位置に配置されている。また、放射導体素子９、無給電導体素子１５および結合量調整導体板１６は、これらの中心位置を通るＸ軸に平行な線に関して線対称に形成されると共に、これらの中心位置を通るＹ軸に平行な線に関して線対称に形成されている。そして、結合量調整導体板１６は、放射導体素子９と無給電導体素子１５との間の結合量を調整するものである。

本実施の形態による広帯域パッチアンテナ１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。

まず、ストリップ線路１０から放射導体素子９に向けて給電を行うと、放射導体素子９には、Ｘ軸方向に向けて電流Ｉが流れる。これにより、広帯域パッチアンテナ１は、放射導体素子９の長さ寸法Ｌ2に応じた高周波信号を送信または受信する。

このとき、放射導体素子９と無給電導体素子１５とは、互いに電磁界結合すると共に、図５および図６に示すように、互いに共振周波数が異なる２つの共振モードを有する。これら２つの共振周波数では高周波信号のリターンロスが低下するのに加え、これら２つの共振周波数の間の周波数帯域でも高周波信号のリターンロスが低下する。このため、無給電導体素子１５を省いた場合に比べて、使用可能な高周波信号の帯域が広がる。

また、無給電導体素子１５は放射導体素子９との間隔寸法が大きくなるに従って、ストリップ線路１０と放射導体素子９とが整合する帯域は広がる傾向がある。しかし、無給電導体素子１５は放射導体素子９との間隔寸法が大きくなると、アンテナ全体が大型化してしまい、小型の電子機器等には適用が難しいという問題がある。

これに対し、本実施の形態では、放射導体素子９と無給電導体素子１５との間に結合量調整導体板１６を設けたから、結合量調整導体板１６を用いて放射導体素子９と無給電導体素子１５との間の結合量を調整することができる。

この結合量調整導体板１６による効果を確認するために、結合量調整導体板１６を設けた場合（第１の実施の形態）と、省いた場合（第１の比較例）について、リターンロスの周波数特性を測定した。その結果を図７に示す。なお、多層基板２の厚さ寸法は０．７ｍｍとした。放射導体素子９の幅寸法Ｌ1は０．５５ｍｍ、長さ寸法Ｌ2は０．７ｍｍとした。無給電導体素子１５の幅寸法Ｌ3は１．１５ｍｍ、長さ寸法Ｌ4は０．６ｍｍとした。結合量調整導体板１６の幅寸法Ｌ5は１．５ｍｍ、長さ寸法Ｌ6は０．３ｍｍとした。ビア１３，１４，１７の直径は０．１ｍｍとした。

図７の結果より、結合量調整導体板１６を設けない場合には、リターンロスが−８ｄＢよりも低下する帯域が１４ＧＨｚ程度となる。これに対し、結合量調整導体板１６を設けた場合には、リターンロスが−８ｄＢよりも低下する帯域が１９ＧＨｚ程度となり、帯域が広がることが分かる。

このように、結合量調整導体板１６は、その幅寸法Ｌ5に応じて電流の共振周波数を調整することができ、その長さ寸法Ｌ6に応じて放射導体素子９と無給電導体素子１５との電界結合の強さを調整することができる。

また、結合量調整導体板１６の長さ寸法Ｌ6には最適値が存在する。例えば図８中に第２の比較例として示すように、結合量調整導体板１６の長さ寸法Ｌ6を小さくした場合（Ｌ6＝０．２ｍｍ）には、高周波側でのリターンロスが小さくなり、帯域が狭くなることがある。一方、図８中に第３の比較例として示すように、結合量調整導体板１６の長さ寸法Ｌ6を大きくし過ぎた場合（Ｌ6＝０．６ｍｍ）にも、２つの共振周波数の間の周波数帯域でリターンロスが上昇してしまい、帯域が狭くなることがある。このため、広帯域化を図るためには、結合量調整導体板１６の長さ寸法Ｌ6は、放射導体素子９の長さ寸法Ｌ2に対して、例えば半分程度の値に設定するのが好ましい。

かくして、本実施の形態では、結合量調整導体板１６は、放射導体素子９と無給電導体素子１５とが互いに重なり合う部位を部分的に覆い、放射導体素子９に流れる電流の向きに対して直交方向に放射導体素子９を跨ぐ構成とした。このため、放射導体素子９と無給電導体素子１５とが電界結合するときに、結合量調整導体板１６を用いてこの電界結合の強さを調整することができ、ストリップ線路１０と放射導体素子９とが整合する帯域を広くすることができる。

また、接地導体板８および結合量調整導体板１６を多層基板２に設けたから、多層基板２の絶縁層４，５を貫通するビア１７を用いて、結合量調整導体板１６の両端側を接地導体板８に容易に接続することができる。このため、結合量調整導体板１６の電位を安定させることができると共に、結合量調整導体板１６の電気的な特性をＹ軸方向に対して対称にすることができ、結合量調整導体板１６の一端側だけを接地導体板８に接続した場合に比べて、浮遊容量の発生や不要な共振現象等を抑制することができる。

また、接地導体板８、放射導体素子９、無給電導体素子１５および結合量調整導体板１６は、複数の絶縁層３〜７が積層された多層基板２に設ける構成とした。このため、互いに異なる絶縁層３〜６の表面に無給電導体素子１５、結合量調整導体板１６、放射導体素子９および接地導体板８を順次設けることによって、これらを多層基板２の厚さ方向に対して互いに異なる位置に容易に配置することができる。

さらに、接地導体板８からみて放射導体素子９と反対側に位置してストリップ線路１０を設けた。このため、接地導体板８、放射導体素子９、無給電導体素子１５および結合量調整導体板１６を設けた多層基板２にストリップ線路１０を一緒に形成することができ、生産性の向上や特性ばらつきの軽減を図ることができる。

次に、図９ないし図１２は本発明の第２の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、放射導体素子にマイクロストリップ線を接続する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

第２の実施の形態による広帯域パッチアンテナ２１は、多層基板２２、接地導体板８、放射導体素子９、無給電導体素子１５、結合量調整導体板１６等によって構成されている。ここで、多層基板２２は、第１の実施の形態による多層基板２とほぼ同様に、ＬＴＣＣ多層基板によって形成され、表面２２Ａ側から裏面２２Ｂ側に向けてＺ軸方向に積層した４層の絶縁層２３〜２６を有している。

この場合、接地導体板８は、絶縁層２５と絶縁層２６との間に設けられ、多層基板２２を略全面に亘って覆っている。放射導体素子９は、絶縁層２４と絶縁層２５との間に位置して接地導体板８と間隔をもって対向している。無給電導体素子１５は、多層基板２２の表面２２Ａ（絶縁層２３の表面）に設けられている。この無給電導体素子１５は、放射導体素子９からみて接地導体板８と反対側に位置して、放射導体素子９および接地導体板８と絶縁されている。

また、結合量調整導体板１６は、絶縁層２３と絶縁層２４との間に設けられ、放射導体素子９と無給電導体素子１５との間に配置されている。この結合量調整導体板１６は、放射導体素子９と無給電導体素子１５とが互いに重なり合う部位を部分的に覆い、放射導体素子９をＹ軸方向に跨いでいる。そして、結合量調整導体板１６の両端側は、ビア１７を介して接地導体板８に電気的に接続されている。

マイクロストリップ線路２７は、図９ないし図１１に示すように、接地導体板８からみて放射導体素子９と反対側に設けられ、放射導体素子９に対する給電を行う給電線路を構成している。具体的には、マイクロストリップ線路２７は、接地導体板８からみて放射導体素子９と反対側に設けられたストリップ導体２８によって構成されている。このストリップ導体２８は、例えば接地導体板８と同様の導電性金属材料からなり、Ｘ軸方向に延びる細長い帯状に形成されると共に、多層基板２２の裏面２２Ｂ（絶縁層２６の裏面）に設けられている。そして、マイクロストリップ線路２７は、幅方向の中心位置を通るＸ軸に平行な線に関して線対称に形成されている。

また、ストリップ導体２８の端部は、接続用開口８Ａの中心部分に配置され、接続線路としてのビア２９を介して放射導体素子９に接続されている。このビア２９は、第１の実施の形態によるビア１４とほぼ同様に形成され、絶縁層２５，２６を貫通すると共に、接続用開口８Ａの中心部分を通ってＺ軸方向に延びている。そして、ビア２９の両端は、放射導体素子９とストリップ導体２８にそれぞれ接続されている。

かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、放射導体素子９にマイクロストリップ線路２７を接続する構成としたから、第１の実施の形態によるストリップ線路１０に比べて、マイクロストリップ線路２７の構成を簡略化することができ、製造コストを低減することができる。

次に、図１３および図１４は本発明の第３の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、多層基板を貫通するビアを用いて結合用調整導体板を接地導体板に接続する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

第３の実施の形態による広帯域パッチアンテナ３１は、多層基板３２、接地導体板８、放射導体素子９、無給電導体素子１５、結合量調整導体板４０等によって構成されている。ここで、多層基板３２は、第２の実施の形態による多層基板２２とほぼ同様に形成され、表面３２Ａ側から裏面３２Ｂ側に向けてＺ軸方向に積層した４層の絶縁層３３〜３６を有している。

この場合、接地導体板８は、絶縁層３５と絶縁層３６との間に設けられ、多層基板３２を略全面に亘って覆っている。放射導体素子９は、絶縁層３４と絶縁層３５との間に位置して接地導体板８と間隔をもって対向している。無給電導体素子１５は、多層基板３２の表面３２Ａ（絶縁層３３の表面）に設けられている。この無給電導体素子１５は、放射導体素子９からみて接地導体板８と反対側に位置して、放射導体素子９および接地導体板８と絶縁されている。

マイクロストリップ線路３７は、第２の実施の形態によるマイクロストリップ線路２７とほぼ同様に形成され、接地導体板８からみて放射導体素子９と反対側に設けられたストリップ導体３８によって構成されている。このストリップ導体３８は、例えば接地導体板８と同様の導電性金属材料からなり、Ｘ軸方向に延びる細長い帯状に形成されると共に、多層基板３２の裏面３２Ｂ（絶縁層３６の裏面）に設けられている。

また、ストリップ導体３８の端部は、接続用開口８Ａの中心部分に配置され、接続線路としてのビア３９を介して放射導体素子９に接続されている。このビア３９は、第１の実施の形態によるビア１４とほぼ同様に形成され、絶縁層３５，３６を貫通すると共に、接続用開口８Ａの中心部分を通ってＺ軸方向に延びている。そして、ビア３９の両端は、放射導体素子９とストリップ導体３８にそれぞれ接続されている。

結合量調整導体板４０は、第１の実施の形態による結合量調整導体板１６とほぼ同様に形成され、絶縁層３３と絶縁層３４との間に設けられ、放射導体素子９と無給電導体素子１５との間に配置されている。この結合量調整導体板４０は、放射導体素子９と無給電導体素子１５とが互いに重なり合う部位を部分的に覆い、放射導体素子９をＹ軸方向に跨いでいる。

但し、結合量調整導体板４０の両端側は、多層基板３２を貫通するビア４１を用いて接地導体板８に電気的に接続されている点で、第１の実施の形態による結合量調整導体板１６とは異なる。この場合、ビア４１は、第１の実施の形態によるビア１７と同様に、柱状の導体を構成し、多層基板３２の全ての絶縁層３３〜３６を貫通している。このため、ビア４１は、Ｚ軸方向に延びると共に、その途中位置で接地導体板８および結合量調整導体板１６にそれぞれ接続されている。

かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、多層基板３２を貫通するビア４１を用いて結合量調整導体板４０を接地導体板８に接続する構成としたから、特定の層間を接続するビアの形成が難しい場合でも、スルーホールビアからなるビア４１を容易に形成することができる。

なお、第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同様にマイクロストリップ線路３７を備えた広帯域パッチアンテナ３１に適用した場合を例に挙げて説明したが、第１の実施の形態と同様にストリップ線路を備えた広帯域パッチアンテナに適用してもよい。

次に、図１５および図１６は本発明の第４の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、無給電導体素子は角隅部分を切り取った略四角形状の導体板によって形成したことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

第４の実施の形態による広帯域パッチアンテナ５１は、多層基板２、接地導体板８、放射導体素子９、無給電導体素子５２、結合量調整導体板１６等によって構成されている。

無給電導体素子５２は、第１の実施の形態による無給電導体素子１５とほぼ同様に形成されている。但し、本実施の形態による無給電導体素子５２は、その角隅部分を切り取った切取り部５２Ａを有する略四角形状の導体板によって形成されている。この場合、無給電導体素子５２の切取り部５２Ａは、直線状に切り取った形状としたが、例えば円弧状に切り取った形状としてもよい。

そして、切取り部５２Ａの形状に応じて、無給電導体素子５２に流れる電流経路が変化する。このため、切取り部５２Ａの形状を適宜設定することによって、放射導体素子９と無給電導体素子５２との結合量を調整することができる。

この切取り部５２Ａによる効果を確認するために、角隅部分を切り取った場合（第４の実施の形態）と、切り取らなかった場合（第４の比較例）について、リターンロスの周波数特性を測定した。その結果を図１７に示す。

図１７の結果より、角隅部分を切り取らない場合には、２つの共振周波数の間の帯域で、リターンロスが−８ｄＢ程度まで上昇する。これに対し、角隅部分を切り取った場合には、切り取らない場合に比べて、低周波側の共振周波数が高周波側にシフトするものの、２つの共振周波数の間の帯域では、リターンロスが−１０ｄＢよりも低下している。これにより、リターンロスが−１０ｄＢよりも低下する帯域が１５ＧＨｚ程度となり、帯域が広がることが分かる。

かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、無給電導体素子５２は角隅部分を切り取った切取り部５２Ａを有する略四角形状の導体板によって形成したから、無給電導体素子５２に流れる電流の経路を調整して、無給電導体素子５２と放射導体素子９との間の結合量を調整することができ、リターンロスを低下させることができる。これにより、ストリップ線路１０と放射導体素子９とが整合する帯域を広くすることができ、広帯域化を図ることができる。

なお、第４の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の広帯域パッチアンテナ５１に適用した場合を例に挙げて説明したが、第２，第３の実施の形態による広帯域パッチアンテナ２１，３１に適用してもよい。

また、前記各実施の形態では、広帯域パッチアンテナ１，２１，３１，５１を多層基板２，２２，３２に形成した場合を例に挙げて説明したが、単層の基板に導体板等を設けることによって、広帯域パッチアンテナを形成してもよい。

また、前記各実施の形態では、給電線路としてストリップ線路１０やマイクロストリップ線路２７，３７を用いた場合を例に挙げて説明したが、例えば同軸ケーブル等の他の給電線路を用いる構成としてもよい。

また、前記各実施の形態では、６０ＧＨｚ帯のミリ波に用いる広帯域パッチアンテナを例に挙げて説明したが、他の周波数帯のミリ波やマイクロ波等に用いる広帯域パッチアンテナに適用してもよい。

１，２１，３１，５１ 広帯域パッチアンテナ（広帯域アンテナ）
２，２２，３２ 多層基板
８ 接地導体板
８Ａ 接続用開口
９ 放射導体素子
１０ ストリップ線路
１１ 接地導体板（他の接地導体板）
１２，２８，３８ ストリップ導体
１３，１４，１７，２９，３９，４１ ビア（柱状の導体）
１５，５２ 無給電導体素子
１６，４０ 結合量調整導体板
２７，３７ マイクロストリップ線路
５２Ａ 切取り部

Claims (6)

1. グランドに接続された接地導体板と、該接地導体板と間隔をもって対向し給電線路に接続された放射導体素子と、該放射導体素子からみて前記接地導体板と反対側に配置され前記接地導体板および放射導体素子と絶縁された無給電導体素子と、該無給電導体素子と前記放射導体素子との間に配置されこれらの結合量を調整する結合量調整導体板とを備え、
   前記結合量調整導体板は、前記無給電導体素子と前記放射導体素子とが互いに重なり合う部位を部分的に覆い、前記放射導体素子に流れる電流の向きに対して直交方向に前記放射導体素子を跨ぐと共に、その両端側が前記接地導体板と電気的に接続される構成とした広帯域アンテナ。
2. 前記結合量調整導体板は、その両端側を柱状の導体を用いて前記接地導体板に接続する構成としてなる請求項１に記載の広帯域アンテナ。
3. 前記給電線路は、前記接地導体板からみて前記放射導体素子と反対側に設けられた他の接地導体板と、該他の接地導体板と前記接地導体板との間に設けられたストリップ導体とからなるストリップ線路によって構成し、該ストリップ線路のストリップ導体は、前記接地導体板に設けた接続用開口を通じて前記放射導体素子に接続する構成としてなる請求項１に記載の広帯域アンテナ。
4. 前記給電線路は、前記接地導体板からみて前記放射導体素子と反対側に設けられたストリップ導体からなるマイクロストリップ線路によって構成し、該マイクロストリップ線路のストリップ導体は、前記接地導体板に設けた接続用開口を通じて前記放射導体素子に接続する構成としてなる請求項１に記載の広帯域アンテナ。
5. 前記無給電導体素子は、角隅部分を切り取った略四角形状の導体板によって形成してなる請求項１に記載の広帯域アンテナ。
6. 前記接地導体板、放射導体素子、無給電導体素子および結合量調整導体板は、複数の絶縁層が積層された多層基板に設けると共に、該多層基板の厚さ方向に対して互いに異なる位置に配置する構成としてなる請求項１に記載の広帯域アンテナ。

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