WO2020115979A1 - アンテナアレイ - Google Patents

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WO2020115979A1
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layer
antennas
dielectric layer
ground conductor
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English (en)
French (fr)
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カウシャル シャレンドラ
官　寧
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Fujikura Ltd
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Fujikura Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas

Definitions

  • the present invention relates to an antenna array.
  • An antenna array (also called an array antenna) is an array of antenna elements arranged in a grid. A desired directivity can be obtained by exciting these antenna elements.
  • a microstrip line may be used as the antenna element.
  • a microstrip line type antenna element is formed in a patch shape on one surface of a dielectric substrate, and a ground conductor layer is formed on the opposite surface of the dielectric substrate.
  • Patent Document 1 discloses a beamforming technique, that is, a technique in which the directivity of an antenna is variable.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an antenna array capable of controlling directivity in all directions.
  • a main invention for achieving the above object is to include a plurality of feeding lines, a first dielectric layer, a ground conductor layer, a second dielectric layer, and a plurality of antennas in the order of stacking, A plurality of through-hole conductors penetrating the first dielectric layer, the ground conductor layer, and the second dielectric layer, wherein each antenna has at least one antenna element, and the antenna element is The antennas are arranged in a two-dimensional array and penetrate through the ground conductor layer in a state where the through hole conductors are electrically insulated from the ground conductor layer, and the plurality of feed lines are respectively connected to the antennas through the through hole conductors. It is an antenna array that feeds to each separately.
  • an antenna array capable of controlling directivity in all directions.
  • FIG. 3 is a plan view of an antenna pattern layer of the antenna array.
  • FIG. 3 is a plan view of a ground conductor layer of the antenna array. It is a top view of a line pattern layer of the antenna array. It is a perspective view of an antenna, a through-hole conductor, and a feed line of the antenna array.
  • a plurality of feed lines, a first dielectric layer, a ground conductor layer, a second dielectric layer, and a plurality of antennas are provided in the order of lamination, and the first dielectric layer and the ground conductor are provided.
  • the feeding line feeds each antenna individually through the through-hole conductor, it is possible to control the phase individually for each antenna. Since such antennas are arranged in a two-dimensional array, the directivity of electromagnetic waves transmitted or received by the antenna array can be controlled in all directions.
  • the number of the antenna elements for each antenna is the same.
  • FIG. 1 is a perspective view of the antenna array 1 of the first embodiment.
  • the antenna array 1 is used for transmitting and/or receiving radio waves in the microwave or millimeter wave frequency band.
  • this antenna array 1 has a variable directivity in all directions. That is, the antenna array 1 can control the direction with the highest gain (indicated by the arrow A in FIG. 1) in all directions.
  • “omnidirectionally” means that when the direction with the highest gain is represented by the vertical angle ⁇ and the horizontal angle ⁇ , not only the vertical angle ⁇ but also the horizontal angle ⁇ is variable.
  • the vertical angle ⁇ refers to an inclination angle in the direction with the highest gain with reference to the normal line of the radiation surface of the antenna array 1 (hereinafter referred to as the Z axis).
  • the horizontal angle ⁇ refers to a rotation angle around the Z axis in the direction with the highest gain, with reference to an axis orthogonal to the Z axis (hereinafter referred to as the X axis).
  • the axis orthogonal to the Z axis and the X axis is called the Y axis.
  • the X axis, the Y axis, and the Z axis are orthogonal to each other on the radiation surface.
  • the term “horizontal” is used for the horizontal angle ⁇ , but the X axis and the Y axis do not necessarily have to be horizontal. That is, the radiation surface may or may not be horizontal depending on the installation position and orientation of the antenna array 1.
  • the antenna array 1 is composed of a sheet-shaped or thin plate-shaped laminated body 2.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the laminated body 2.
  • the laminated body 2 is arranged in order from the lower layer, that is, in the Z-axis direction in the order of the line pattern layer 20, the first dielectric layer 11, the ground conductor layer 30, the interlayer adhesive layer 12, the second dielectric layer 13, and the antenna pattern layer 40. , An interlayer adhesive layer 14 and a protective dielectric layer 15.
  • the first dielectric layer 11 and the second dielectric layer 13 sandwich the conductive ground conductor layer 30 therebetween, and are joined to each other by the interlayer adhesive layer 12.
  • the second dielectric layer 13 and the protective dielectric layer 15 sandwich the conductive antenna pattern layer 40 therebetween, and are joined to each other by the interlayer adhesive layer 14.
  • the line pattern layer 20 is formed on the surface of the first dielectric layer 11 on the opposite side of the ground conductor layer 30 with respect to the first dielectric layer 11.
  • the line pattern layer 20 may be covered with a dielectric protective film.
  • the first dielectric layer 11 is made of a dielectric material such as liquid crystal polymer or glass base resin.
  • the first dielectric layer 11 may not be a single dielectric layer but may be a laminated body of dielectrics.
  • the interlayer adhesive layer 12 is made of a dielectric material.
  • the second dielectric layer 13 has a dielectric layer 13a, an interlayer adhesive layer 13b, and a dielectric layer 13c in order from the bottom. The dielectric layer 13a and the dielectric layer 13c are joined to each other by the interlayer adhesive layer 13b sandwiched between them.
  • the dielectric layers 13a and 13c are made of a dielectric material such as liquid crystal polymer or glass base resin.
  • the interlayer adhesive layer 13b is made of a dielectric material. Note that the second dielectric layer 13 may be a single dielectric layer instead of a dielectric laminate.
  • the protective dielectric layer 15 is made of a dielectric material such as liquid crystal polymer or glass base resin.
  • FIG. 3 is a plan view of the antenna pattern layer 40.
  • the antenna pattern layer 40 is shaped by an additive method or a subtractive method, and the antenna pattern layer 40 has a plurality of antennas 41.
  • These antennas 41 are arranged in a two-dimensional array, that is, in a grid or matrix.
  • the antennas 41 are arranged in a two-dimensional array with four rows in the X-axis direction and four rows in the Y-axis direction.
  • the antennas 41 are arranged along a plane, that is, along the surface of the second dielectric layer 13, and the plane is a radiation surface.
  • the X axis, the Y axis, and the Z axis are orthogonal to each other at the center of the region where the antennas 41 are arranged in a two-dimensional array.
  • a reference numeral “41” in FIG. 3 is attached with a subscript number, and the subscript number indicates the arrangement order of the antennas 41. That is, when an arbitrary number from 1 to 4 is set as m and n, the antenna 41 (m,n) has the m-th row in the negative X-axis direction and the n-th row in the positive Y-axis direction from the lower left in FIG. It's an eye.
  • Each of the antennas 41 (1,1) to 41 (4,4) has patch-type antenna elements 41a and 41b, power feeding branch lines 41c and 41d, and a land portion 41e.
  • the antenna element 41a, the land portion 41e, and the antenna element 41b are arranged in this order in a straight line in parallel with the Y-axis at intervals.
  • the antenna elements 41a and 41b of these antennas 41 (1,1) to 41 (4,4) are arranged in a two-dimensional array, that is, in a lattice or matrix form (in FIG. 3, four rows in the X-axis direction, 8 rows in the Y-axis direction).
  • the feeding branch line 41c is arranged in a region between the antenna element 41a and the land section 41e, the land section 41e is electrically connected to one end of the feeding branch line 41c, and the antenna element 41a is connected to the other end of the feeding branch line 41c. It is electrically connected.
  • the power feeding branch line 41d is arranged in a region between the antenna element 41b and the land portion 41e, the land portion 41e is electrically connected to one end of the power feeding branch line 41d, and the antenna element 41b is connected to the other end of the power feeding branch line 41d. It is electrically connected.
  • the electrical length of the feeding branch line 41c is shorter than the electrical length of the feeding branch line 41d by one half of the center wavelength.
  • the center wavelength is a wavelength corresponding to the center frequency of the band used by the antenna array 1. Note that FIG. 2 shows a portion corresponding to one antenna 41.
  • FIG. 4 is a plan view of the ground conductor layer 30.
  • the ground conductor layer 30 is shaped by an additive method, a subtractive method, or the like, so that a plurality of slots 31 are formed in the ground conductor layer 30.
  • the slots 31 are arranged in a two-dimensional array, that is, in a grid or matrix so that the slots 31 are individually provided for each antenna 41.
  • the slot 31 is arranged in a portion overlapping the land portion 41e in a plan view.
  • the plan view means that an object such as the antenna array 1 is viewed in parallel projection in a direction perpendicular to the radiation surface, that is, in the stacking direction of the stacked body 2.
  • the reference numeral “31” in FIG. 4 is subscripted. The subscripts indicate the arrangement order of the antennas 41 corresponding to the slots 31.
  • FIG. 5 is a plan view of the line pattern layer 20.
  • the line pattern layer 20 is shaped by an additive method, a subtractive method, or the like, so that the line pattern layer 20 has a plurality of feed lines 21.
  • these power feeding lines 21 are separated from each other and insulated.
  • One end 21a of the power supply line 21 is arranged in a two-dimensional array, and in plan view, the one end 21a of the power supply line 21 is arranged at a portion overlapping the slot 31 and the land 41e.
  • the reference numeral “21” in FIG. 5 is subscripted.
  • the subscript numbers indicate the arrangement order of the antennas 41 corresponding to the power supply lines 21.
  • FIG. 6 is a perspective view showing one antenna 41 and the power feeding line 21 corresponding thereto.
  • one through-hole conductor 60 is provided for each antenna 41, and a plurality of through-hole conductors 60 are arranged in a two-dimensional array form, that is, a lattice form or a matrix form as a whole.
  • One end 21a of the power supply line 21 is individually electrically connected to the land 41e of the antenna 41 by the through-hole conductor 60.
  • the through-hole conductor 60 penetrates the first dielectric layer 11, the ground conductor layer 30, the interlayer adhesive layer 12, and the second dielectric layer 13.
  • the through-hole conductor 60 is spaced inward from the edge of the slot 31, and the through-hole conductor 60 and the ground conductor layer 30 are electrically insulated from each other. ..
  • the through hole conductor 60 may be filled in the through hole or may be plated on the inner wall of the through hole.
  • the feed line 21 feeds power individually to each antenna 41 via the through-hole conductors 60.
  • the ground conductor layer 30 exists between the antenna 41 and the power feeding line 21 as described above, the electromagnetic waves transmitted and received by the antenna 41 are not affected by the signal wave transmitted by the power feeding line 21. Therefore, it is possible to prevent deterioration of radiation efficiency and disturbance of directivity.
  • the antenna 41 and the power supply line 21 are formed on different layers. Therefore, the layout of the antenna 41 and the layout of the feed line 21 can be designed independently of each other. Further, the antennas 41 can be densely arranged and arranged in a two-dimensional array. It is also possible to arrange the same number of power feed lines 21 as the antennas 41 in a state of being insulated from each other. It is also possible to arrange the power supply lines 21 in a state of being separated from each other, and it is possible to prevent interference of signal waves between the power supply lines 21.
  • Radio frequency integrated circuit as a transceiver is attached to this antenna array 1.
  • the RFIC has at least as many power supply terminals as the power supply lines 21.
  • the other end of the power feeding line 21 is individually electrically connected to the power feeding terminal of the RFIC.
  • the directivity of the antenna array 1 is controlled by the RFIC individually controlling the phase of the signal wave for each antenna 41 via each feed line 21.
  • the mounting location of the RFIC is not particularly limited, but it is surface-mounted on the line pattern layer 20, for example.
  • the RFIC supplies signal waves of the same phase to all the antennas 41 (the mutual phase difference between the antennas 41 is at the land portion 41e.
  • the vertical angle ⁇ in the direction of highest gain is substantially 0°.
  • the RFIC supplies in-phase signal waves to the antennas 41 (1,1) , 41 (1,2) , 41 (1,3) , 41 (1,4) , and the antennas 41 (2,1) , 41 (2,2) , 41 (2,3) , 41 (2,4) are supplied with signal waves of the same phase, and antennas 41 (3,1) , 41 (3,2) , 41 (3,3 ) ) , 41 (3,4) are supplied with in-phase signal waves, and antennas 41 (4,1) , 41 (4,2) , 41 (4,3) and 41 (4,4) are in-phase Supply a signal wave.
  • the antennas 41 (1,1) , 41 (1,2) , 41 (1,3) , 41 (1,4) and the antennas 41 (2,1) , 41 (2,2) , 41 (2 ,3) , 41 (2,4) and the phase difference ⁇ x is the antenna 41 (2,1) , 41 (2,2) , 41 (2,3) , 41 (2,4) 41 (3,1) , 41 (3,2) , 41 (3,3) , 41 (3,4) and a phase difference ⁇ x , and antennas 41 (3,1) , 41 ( 3,4) 2) , 41 (3,3) , 41 (3,4) and antenna 41 (4,1) , 41 (4,2) , 41 (4,3) , 41 (4,4)
  • the phase difference ⁇ the horizontal angle ⁇ in the direction of the highest gain becomes substantially 0° or 180°, and the vertical angle ⁇ becomes substantially larger than 0°. In the range where the phase difference ⁇ x is ⁇ 180° to 180°, the vertical angle ⁇ increases as the absolute value of the phase difference ⁇ x increases.
  • the RFIC supplies the signal waves of the same phase to the antennas 41 (1,1) , 41 (2,1) , 41 (3,1) , 41 (4,1) , and the antennas 41 (1,2) , 41 (2,2) , 41 (3,2) , 41 (4,2) are supplied with signal waves of the same phase, and antennas 41 (1,3) , 41 (2,3) , 41 (3,3 ) ) , 41 (4,3) are supplied with in-phase signal waves, and antennas 41 (1,4) , 41 (2,4) , 41 (3,4) , 41 (4,4) are in-phase Supply a signal wave.
  • each antenna 41 has two antenna elements 41a and 41b.
  • the number of antenna elements included in each antenna 41 may be one, or may be three or more.
  • the number of antenna elements included in the antenna 41 is 2 k (here, k is an integer of 0 or more). In any case, any antenna 41 has the same number of antenna elements.

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

全方位的に指向性を制御することができるアンテナアレイを提供する。　アンテナアレイ１は、積層順に、複数の給電線路２１と、第１の誘電体層１１と、地導体層３０と、第２の誘電体層１３と、複数のアンテナ４１と、を備えるとともに、第１の誘電体層１１、地導体層３０及び第２の誘電体層１３を貫通している複数のスルーホール導体６０を備える。アンテナ４１はアンテナ素子４１ａ，４１ｂを有し、アンテナ素子４１ａ，４１ｂが二次元アレイ状に配列されている。スルーホール導体６０が地導体層３０から電気的に絶縁した状態で地導体層３０を貫通している。複数の給電線路２１がそれぞれスルーホール導体６０を介してアンテナ４１毎に個別に給電する。

Description

アンテナアレイ
　本発明は、アンテナアレイに関する。
　アンテナアレイ（アレイアンテナともいう）はアンテナ素子を格子状に配列したものである。これらアンテナ素子を励振することによって所望の指向性を得ることができる。アンテナ素子にはマイクロストリップラインが利用されることがある。マイクロストリップライン方式のアンテナ素子は誘電体基板の一方の面にパッチ状に形成されており、誘電体基板の反対側の面には地導体層が形成されている。
　一方、特許文献１には、ビームフォーミング技術、つまりアンテナの指向性が可変となる技術が開示されている。
特開２０１８－２３１００号公報
　ところで、マイクロストリップラインを利用したアンテナアレイとしては、全方位的に指向性を制御するものはない。
　そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、全方位的に指向性を制御することができるアンテナアレイを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するための主たる発明は、積層順に、複数の給電線路と、第１の誘電体層と、地導体層と、第２の誘電体層と、複数のアンテナと、を備えるとともに、前記第１の誘電体層、前記地導体層及び前記第２の誘電体層を貫通している複数のスルーホール導体を備え、前記各アンテナは少なくとも１つのアンテナ素子を有し、前記アンテナ素子が二次元アレイ状に配列され、前記スルーホール導体が前記地導体層から電気的に絶縁した状態で前記地導体層を貫通し、前記複数の給電線路がそれぞれ前記スルーホール導体を介して前記アンテナ毎に個別に給電するアンテナアレイである。
　本発明の他の特徴については、後述する明細書及び図面の記載により明らかにする。
　本発明の実施態様によれば、全方位的に指向性を制御可能なアンテナアレイを提供できる。
本発明の実施形態のアンテナアレイの斜視図である。 前記アンテナアレイの部分断面図である。 前記アンテナアレイのアンテナパターン層の平面図である。 前記アンテナアレイの地導体層の平面図である。 前記アンテナアレイの線路パターン層の平面図である。 前記アンテナアレイのアンテナ、スルーホール導体及び給電線路の斜視図である。
　後述する明細書及び図面の記載から、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
　積層順に、複数の給電線路と、第１の誘電体層と、地導体層と、第２の誘電体層と、複数のアンテナと、を備えるとともに、前記第１の誘電体層、前記地導体層及び前記第２の誘電体層を貫通している複数のスルーホール導体を備え、前記各アンテナは少なくとも１つのアンテナ素子を有し、前記アンテナ素子が二次元アレイ状に配列され、前記スルーホール導体が前記地導体層から電気的に絶縁した状態で前記地導体層を貫通し、前記複数の給電線路がそれぞれ前記スルーホール導体を介して前記アンテナ毎に個別に給電するアンテナアレイが明らかとなる。
　以上によれば、給電線路がそれぞれスルーホール導体を介してアンテナ毎に個別に給電するため、アンテナ毎に個別に位相を制御することができる。そのようなアンテナが二次元アレイ状に配列されているため、アンテナアレイによって送信され又は受信される電磁波の指向性を全方位的に制御することができる。
　前記アンテナ毎の前記アンテナ素子の数が同数である。
＝＝＝実施の形態＝＝＝
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
　図１は、第１実施形態のアンテナアレイ１の斜視図である。
　このアンテナアレイ１は、マイクロ波又はミリ波の周波数帯の電波の送信若しくは受信又はこれらの両方に利用される。
　また、このアンテナアレイ１は指向性を全方位的に可変なものである。つまり、アンテナアレイ１は、最も利得の高い方向（図１において矢印Ａで示す）を全方位的に制御可能なものである。ここで、「全方位的に」とは、最も利得の高い方向を垂直角φ及び水平角θで表した場合、垂直角φのみならず水平角θも可変であることをいう。垂直角φとは、アンテナアレイ１の放射面の法線（以下、Ｚ軸という）を基準として、最も利得の高い方向への傾斜角度をいう。水平角θとは、Ｚ軸に対して直交する軸(以下、Ｘ軸という)を基準として、最も利得の高い方向へのＺ軸回りの回転角度をいう。Ｚ軸及びＸ軸に対して直交する軸をＹ軸という。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は放射面において互いに直交する。水平角θに「水平」という用語を用いるが、Ｘ軸及びＹ軸は必ずしも水平である必要はない。つまり、アンテナアレイ１の設置位置及び向きに応じて、放射面が水平であったりそうでなかったりする。
　アンテナアレイ１はシート状又は薄板状の積層体２からなる。図２は積層体２の部分断面図である。積層体２は下層から順に、つまりＺ軸方向の順に線路パターン層２０、第１の誘電体層１１、地導体層３０、層間接着剤層１２、第２の誘電体層１３、アンテナパターン層４０、層間接着剤層１４及び保護誘電体層１５を有する。
　第１の誘電体層１１と第２の誘電体層１３が、これらの間に導電性の地導体層３０を挟み込んで、層間接着剤層１２によって互いに接合されている。
　第２の誘電体層１３と保護誘電体層１５が、これらの間に導電性のアンテナパターン層４０を挟み込んで、層間接着剤層１４によって互いに接合されている。
　第１の誘電体層１１に関して地導体層３０の反対側において、線路パターン層２０が第１の誘電体層１１の表面に形成されている。この線路パターン層２０が誘電体の保護膜によって被覆されてもよい。
　第１の誘電体層１１は例えば液晶ポリマー又はガラス基材樹脂等の誘電体材料からなる。なお、第１の誘電体層１１が誘電体の単層ではなく、誘電体の積層体であってもよい。
　層間接着剤層１２は誘電体材料からなる。
　第２の誘電体層１３は下層から順に誘電体層１３ａ、層間接着剤層１３ｂ及び誘電体層１３ｃを有する。誘電体層１３ａと誘電体層１３ｃが、それらの間に挟まれた層間接着剤層１３ｂによって互いに接合されている。誘電体層１３ａ及び誘電体層１３ｃは例えば液晶ポリマー又はガラス基材樹脂等の誘電体材料からなる。層間接着剤層１３ｂは誘電体材料からなる。なお、第２の誘電体層１３が誘電体の積層体ではなく、誘電体の単層であってもよい。
　保護誘電体層１５は例えば液晶ポリマー又はガラス基材樹脂等の誘電体材料からなる。
　図３はアンテナパターン層４０の平面図である。図３に示すように、アンテナパターン層４０がアディティブ法又はサブトラクティブ法等によって形状加工されており、これによりアンテナパターン層４０は複数のアンテナ４１を有する。これらアンテナ４１は二次元アレイ状に、つまり格子状又はマトリックス状に配列されている。ここでは、アンテナ４１はＸ軸方向に４列且つＹ軸方向に４列の二次元アレイ状に配列されている。アンテナ４１が平面に沿って、つまり第２の誘電体層１３の表面に沿って配列されており、その平面が放射面である。ここで、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、アンテナ４１が二次元アレイ状に配列された領域の中心において互いに直交する。
　図３中の参照符号「４１」に下付き数字が付されており、その下付き数字はアンテナ４１の配列順を表す。つまり、１から４までの任意の数をｍ，ｎとした場合、アンテナ４１(m,n)は、図３中の左下からＸ軸負方向にｍ列目、且つＹ軸正方向にｎ列目である。
　各アンテナ４１（１，１）～４１（４，４）はパッチ型のアンテナ素子４１ａ，４１ｂ、給電支線路４１ｃ，４１ｄ及びランド部４１ｅを有する。
　順にアンテナ素子４１ａとランド部４１ｅとアンテナ素子４１ｂが間隔を置いてＹ軸と平行に一直線状に配列されている。これらアンテナ４１（１，１）～４１（４，４）のアンテナ素子４１ａ，４１ｂは二次元アレイ状に、つまり格子状又はマトリックス状に配列されている（図３ではＸ軸方向に４列、Ｙ軸方向に８列となる）。給電支線路４１ｃがアンテナ素子４１ａとランド部４１ｅとの間の領域に配置され、ランド部４１ｅが給電支線路４１ｃの一端に電気的に接続され、アンテナ素子４１ａが給電支線路４１ｃの他端に電気的に接続されている。給電支線路４１ｄがアンテナ素子４１ｂとランド部４１ｅとの間の領域に配置され、ランド部４１ｅが給電支線路４１ｄの一端に電気的に接続され、アンテナ素子４１ｂが給電支線路４１ｄの他端に電気的に接続されている。給電支線路４１ｃの電気長は給電支線路４１ｄの電気長よりも中心波長の２分の１だけ短い。中心波長とは、このアンテナアレイ１の使用帯域の中心周波数に対応する波長である。
　なお、図２は、１つのアンテナ４１に相当する部分を示す。
　図４は地導体層３０の平面図である。図４に示すように、地導体層３０がアディティブ法又はサブトラクティブ法等によって形状加工されており、これにより地導体層３０には複数のスロット３１が形成されている。スロット３１がアンテナ４１毎に個別に設けられるべく、スロット３１が二次元アレイ状に、つまり格子状又はマトリックス状に配列されている。平面視で、スロット３１がランド部４１ｅと重なる部分に配置されている。平面視とは、アンテナアレイ１等の対象物を、放射面に対して垂直な方向、つまり積層体２の積層方向に平行投影的に見ることをいう。
　図４中の参照符号「３１」に下付き数字が付されている。下付き数字はスロット３１にそれぞれ対応するアンテナ４１の配列順を表す。
　図５は線路パターン層２０の平面図である。図５に示すように、線路パターン層２０がアディティブ法又はサブトラクティブ法等によって形状加工されており、これにより線路パターン層２０が複数の給電線路２１を有する。給電線路２１がアンテナ４１毎に個別に給電すべく、これら給電線路２１が互いに離間して絶縁されている。給電線路２１の一端部２１ａが二次元アレイ状に配置され、平面視で、給電線路２１の一端部２１ａがスロット３１及びランド部４１ｅと重なる部分に配置されている。
　図５中の参照符号「２１」に下付き数字が付されている。下付き数字は給電線路２１にそれぞれ対応するアンテナ４１の配列順を表す。
　図６は、１つのアンテナ４１とそれに対応する給電線路２１を示した斜視図である。図６に示すように１つのアンテナ４１につき１つのスルーホール導体６０が設けられ、全体として複数のスルーホール導体６０が二次元アレイ状、つまり格子状又はマトリックス状に配列されている。給電線路２１の一端部２１ａが個別にスルーホール導体６０によってアンテナ４１のランド部４１ｅに電気的に接続されている。図２に示すように、スルーホール導体６０は第１の誘電体層１１、地導体層３０、層間接着剤層１２及び第２の誘電体層１３を貫通している。スルーホール導体６０が地導体層３０を貫通する箇所では、スルーホール導体６０がスロット３１の縁から内側に離間しており、スルーホール導体６０と地導体層３０が互いに電気的に絶縁されている。スルーホール導体６０はスルーホール内に充填されていてもよいし、スルーホールの内壁にメッキ等されたものでもよい。給電線路２１がそれぞれスルーホール導体６０を介してアンテナ４１毎に個別に給電する。
　以上のようにアンテナ４１と給電線路２１との間に地導体層３０が存在するため、アンテナ４１によって送受信される電磁波は給電線路２１によって伝送される信号波の影響を受けない。従って、放射効率の低下及び指向性の乱れを防止できる。
　アンテナ４１と給電線路２１が別の層に形成されている。そのため、アンテナ４１のレイアウトと給電線路２１のレイアウトを相互に独立的に設計することができる。また、アンテナ４１を密集させて二次元アレイ状に配列させることもできる。アンテナ４１と同数の給電線路２１を相互に絶縁させた状態で配置することもできる。給電線路２１を相互に離間させた状態で配置することもでき、給電線路２１の相互間の信号波の干渉も防止できる。
　このアンテナアレイ１には、送受信機としてのＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）が取り付けられている。ＲＦＩＣは、少なくとも、給電線路２１と同数の給電端子を有する。給電線路２１の他端部が個別にＲＦＩＣの給電端子に電気的に接続されている。ＲＦＩＣが各給電線路２１を介してアンテナ４１毎に個別に信号波の位相を制御することによって、アンテナアレイ１の指向性が制御される。ＲＦＩＣの実装場所は特に限定されないが、例えば線路パターン層２０に表面実装される。
　例えば、ＲＦＩＣが全てのアンテナ４１に同位相の信号波（アンテナ４１の相互の位相差はランド部４１ｅにおけるもの。以下、同じ。）を供給する。その場合、最も利得の高い方向の垂直角φが実質的に０°になる。
　例えば、ＲＦＩＣがアンテナ４１(1,1)，４１(1,2)，４１(1,3)，４１(1,4)に同位相の信号波を供給し、アンテナ４１(2,1)，４１(2,2)，４１(2,3)，４１(2,4)に同位相の信号波を供給し、アンテナ４１(3,1)，４１(3,2)，４１(3,3)，４１(3,4)に同位相の信号波を供給し、アンテナ４１(4,1)，４１(4,2)，４１(4,3)，４１(4,4)に同位相の信号波を供給する。この場合、アンテナ４１(1,1)，４１(1,2)，４１(1,3)，４１(1,4)とアンテナ４１(2,1)，４１(2,2)，４１(2,3)，４１(2,4)との間に位相差Φｘが、アンテナ４１(2,1)，４１(2,2)，４１(2,3)，４１(2,4)とアンテナ４１(3,1)，４１(3,2)，４１(3,3)，４１(3,4)との間に位相差Φｘが、更にアンテナ４１(3,1)，４１(3,2)，４１(3,3)，４１(3,4)とアンテナ４１(4,1)，４１(4,2)，４１(4,3)，４１(4,4)との間に位相差Φがあると、最も利得の高い方向の水平角θが実質的に０°又は１８０°になり、垂直角φが実質的に０°よりも大きくなる。位相差Φｘが－１８０°～１８０°の範囲では、位相差Φｘの絶対値が大きくなるにつれて、垂直角φが大きくなる。そのことをシミュレーションにより検証した結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　例えば、ＲＦＩＣがアンテナ４１(1,1)，４１(2,1)，４１(3,1)，４１(4,1)に同位相の信号波を供給し、アンテナ４１(1,2)，４１(2,2)，４１(3,2)，４１(4,2)に同位相の信号波を供給し、アンテナ４１(1,3)，４１(2,3)，４１(3,3)，４１(4,3)に同位相の信号波を供給し、アンテナ４１(1,4)，４１(2,4)，４１(3,4)，４１(4,4)に同位相の信号波を供給する。この場合、アンテナ４１(1,1)，４１(2,1)，４１(3,1)，４１(4,1)とアンテナ４１(1,2)，４１(2,2)，４１(3,2)，４１(4,2)との間に位相差Φｙが、アンテナ４１(1,2)，４１(2,2)，４１(3,2)，４１(4,2)とアンテナ４１(1,3)，４１(2,3)，４１(3,3)，４１(4,3)との間に位相差Φｙが、更にアンテナ４１(1,3)，４１(2,3)，４１(3,3)，４１(4,3)とアンテナ４１(1,4)，４１(2,4)，４１(3,4)，４１(4,4)との間に位相差Φｙがあると、最も利得の高い方向の水平角θが９０°又は２７０°になり、垂直角φが０°よりも大きくなる。位相差Φｙが－１８０°～１８０°の範囲では、位相差Φｙの絶対値が大きくなるにつれて、垂直角φが大きくなる。そのことをシミュレーションにより検証した結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　勿論、最も利得の高い方向の水平角θを０°，９０°，１８０°，２７０°以外にも制御することができる。例えば、アンテナ４１(1,1)の位相を基準として、各アンテナ４１に表３に示す位相の信号波を供給した場合、具体的には表４及び表５に示す位相の信号波を供給した場合、最も利得の高い方向のベクトルをＹ軸方向へＸＺ平面に平行投影したときのＺ軸に対するそのベクトルの成す角（以下、ＸＺ平面内の角度という）と、そのベクトルをＸ軸方向にＹＺ平面に平行投影したときのＺ軸に対するそのベクトルの成す角（以下、ＹＺ平面内の角度という）は表６及び表７のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　上記実施形態では、何れのアンテナ４１も２つのアンテナ素子４１ａ，４１ｂを有する。各アンテナ４１が有するアンテナ素子の数は１であってもよいし、３以上であってもよい。好ましくは、アンテナ４１が有するアンテナ素子の数は２ｋであることが好ましい（ここで、ｋは０以上の整数である）。何れにしても、何れのアンテナ４１が同数のアンテナ素子を有する。
　１…アンテナアレイ
　１１…第１の誘電体層
　１３…第２の誘電体層
　２１…給電線路
　３０…地導体層
　３１…スロット
　４１…アンテナ
　４１ａ，４１ｂ…アンテナ素子
　６０…スルーホール導体

Claims (2)

  1. 　積層順に、複数の給電線路と、第１の誘電体層と、地導体層と、第２の誘電体層と、複数のアンテナと、を備えるとともに、前記第１の誘電体層、前記地導体層及び前記第２の誘電体層を貫通している複数のスルーホール導体を備え、
    　前記各アンテナは少なくとも１つのアンテナ素子を有し、前記アンテナ素子が二次元アレイ状に配列され、
    　前記スルーホール導体が前記地導体層から電気的に絶縁した状態で前記地導体層を貫通し、
    　前記複数の給電線路がそれぞれ前記スルーホール導体を介して前記アンテナ毎に個別に給電する
    アンテナアレイ。
  2. 　前記アンテナ毎の前記アンテナ素子の数が同数である
    請求項１に記載のアンテナアレイ。
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