WO2020255503A1 - アレイアンテナ - Google Patents

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WO2020255503A1
WO2020255503A1 PCT/JP2020/011931 JP2020011931W WO2020255503A1 WO 2020255503 A1 WO2020255503 A1 WO 2020255503A1 JP 2020011931 W JP2020011931 W JP 2020011931W WO 2020255503 A1 WO2020255503 A1 WO 2020255503A1
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line
conductor
layer
hole
array antenna
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French (fr)
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シャレンドラ カウシャル
官　寧
旭 韓
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0075—Stripline fed arrays
    • 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
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
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    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart

Definitions

  • the present invention relates to an array antenna.
  • Patent Document 1 discloses a technique for controlling the directivity of an array antenna in which a plurality of array elements are arranged in parallel. Generally, if the signals of each array element are in phase, the directivity of the array antenna in the vertical direction is high, and if the signals of each array element have a phase difference, the direction is diagonal to the vertical direction. The directivity of is high. Therefore, the directivity of the array antenna can be controlled by controlling the phase difference of the signals of each array element.
  • the directivity of the array antenna can be controlled more finely. ..
  • a microstrip line or the like is used to supply power to the radiating element.
  • An object of the present invention is to simplify the wiring and wiring path of the feeding line for supplying power to the radiating element.
  • the main inventions for achieving the above object are the first conductor pattern layer, the first conductor layer, the ground conductor layer, the second conductor layer, the second conductor pattern layer, the third dielectric layer and the radiation which are laminated in this order.
  • An array antenna including a plurality of third through-hole conductors penetrating, wherein the radiation element pattern layer has a plurality of radiation element pairs arranged in a two-dimensional array, and the plurality of radiation element pairs of the plurality of radiation element pairs.
  • Each has a first radiating element and a second radiating element arranged side by side so as to be separated from each other, and the plurality of first through-hole conductors correspond to the plurality of first radiating elements in a two-dimensional array.
  • the plurality of second through-hole conductors are electrically connected to the plurality of first radiation elements, respectively, and the plurality of second through-hole conductors are arranged in a two-dimensional array corresponding to the plurality of second radiation elements.
  • a plurality of branch feeding lines are electrically connected to the plurality of second radiation elements, and the second conductor pattern layer is arranged in a two-dimensional array corresponding to each of the plurality of radiation element pairs.
  • the plurality of third through-hole conductors are arranged in a two-dimensional array corresponding to the plurality of branch feeding lines, and are electrically connected to the plurality of branch feeding lines.
  • Each of the branch feeding lines of No. 1 electrically connects the first line that electrically connects the third through-hole conductor and the first through-hole conductor, and the third through-hole conductor and the second through-hole conductor.
  • the first conductor pattern layer has a plurality of feeding lines corresponding to the plurality of branch feeding lines, and the ground conductor layer becomes the plurality of branch feeding lines.
  • Each of the plurality of feeding lines has a plurality of slots arranged in a two-dimensional array corresponding to each, and each of the plurality of feeding lines is wired to a position overlapping the slots in a plan view, and the plurality of third through-hole conductors.
  • Each is an array antenna that is electrically insulated from the ground conductor layer by being arranged inside the slot in a plan view and is electrically connected to the feeding line.
  • the arrangement and wiring route of the power supply line can be freely designed, and the wiring and wiring route of the power supply line can be simplified. Can be done.
  • the radiating element pattern layer has a plurality of radiating element pairs arranged in a two-dimensional array, and the plurality of radiating element pairs are arranged side by side so as to be separated from each other.
  • the plurality of first through-hole conductors having the first radiation element and the second radiation element are arranged in a two-dimensional array corresponding to the plurality of first radiation elements, respectively, and the plurality of first through-hole conductors are arranged.
  • the plurality of second through-hole conductors are electrically connected to the radiation elements, respectively, and the plurality of second through-hole conductors are arranged in a two-dimensional array corresponding to the plurality of second radiation elements, respectively, and electrically connected to the plurality of second radiation elements.
  • the second conductor pattern layer has a plurality of branch feeding lines arranged in a two-dimensional array corresponding to each of the plurality of radiation element pairs, and the plurality of third through holes are connected to each other.
  • the conductors are arranged in a two-dimensional array corresponding to the plurality of branch feeding lines, and are electrically connected to the plurality of branch feeding lines, and each of the plurality of branch feeding lines is the third. It is branched into a first line that electrically connects the through-hole conductor and the first through-hole conductor, and a second line that electrically connects the third through-hole conductor and the second through-hole conductor.
  • the first conductor pattern layer has a plurality of feeding lines corresponding to the plurality of branch feeding lines, and the ground conductor layers are arranged in a two-dimensional array corresponding to the plurality of branch feeding lines.
  • Each of the plurality of feeding lines is wired to a position overlapping the slot in a plan view, and each of the plurality of third through-hole conductors is inside the slot in a plan view.
  • the array antenna which is electrically insulated from the ground conductor layer and electrically connected to the feeding line, becomes clear.
  • the power supply line and the branch power supply line are formed in different layers. Therefore, regardless of the position, size, range, etc. of the branch power supply line, the arrangement and wiring route of the power supply line can be freely designed, and the wiring and wiring route of the power supply line can be simplified.
  • the length of the first line and the length of the second line are different.
  • the first through-hole conductor extends from the third through-hole conductor toward the first radiating element side, and the first through-hole conductor extends from the end of the first line portion distal to the third through-hole conductor. It has a second wire portion extending to a hole conductor, and the second line has a third wire portion extending from the third through-hole conductor in the opposite direction of the first wire portion and the third wire portion. It has a fourth wire portion extending from the distal end portion of the third through hole conductor to the second through hole conductor and parallel to the second wire portion.
  • the first line portion and the third line portion have an angle with respect to a direction orthogonal to the second line portion and the fourth line portion.
  • the first line portion and the third line portion have the same length, and the second line portion and the fourth line portion have different lengths.
  • FIG. 1 is a plan view of the array antenna 1 of the first embodiment
  • FIG. 2 is a plan view showing a set of antenna sets 20. 1 and 2 show X-axis and Y-axis orthogonal to each other as auxiliary lines indicating directions.
  • the array antenna 1 is used for transmitting and receiving radio waves in the microwave and millimeter wave frequency bands, or both.
  • the array antenna 1 includes a plurality of antenna sets 20, and each antenna set 20 includes a radiation element pair 24a, a branch feeding line 23a, a feeding line 21a, a first through-hole conductor 14b, and a first through-hole conductor 14b. It has two through-hole conductors 14c and a third through-hole conductor 12b.
  • Each radiating element pair 24a has a rectangular or square first radiating element 24b and a second radiating element 24c arranged side by side so as to be separated from each other in the X-axis direction. These radiating element pairs 24a are arranged in a two-dimensional array, particularly in a grid pattern. The first radiating element 24b and the second radiating element 24c are also arranged in a grid pattern as a whole.
  • the first radiating elements 24b are linearly arranged in the Y-axis direction at predetermined intervals
  • the second radiating elements 24c are linearly arranged in the Y-axis direction at intervals equal to the intervals of the first radiating elements 24b
  • the first The radiating elements 24b and the second radiating elements 24c are alternately arranged linearly in the X-axis direction.
  • the plurality of branch feeding lines 23a are arranged in a two-dimensional array shape, particularly in a grid shape, corresponding to each of the plurality of radiation element pairs 24a.
  • the plurality of power supply lines 21a are wired corresponding to the plurality of branch power supply lines 23a, respectively.
  • the plurality of first through-hole conductors 14b are arranged in a two-dimensional array, particularly in a grid pattern, corresponding to the plurality of first radiation elements 24b, respectively.
  • the plurality of second through-hole conductors 14c are arranged in a two-dimensional array, particularly in a grid pattern, corresponding to the plurality of second radiation elements 24c, respectively.
  • the plurality of third through-hole conductors 12b are arranged in a two-dimensional array, particularly in a grid pattern, corresponding to the plurality of branch feeding lines 23a.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the position of the cut surface by lines III-III in FIG. 2 and the projection direction by arrows in FIG.
  • the illustrated range of FIG. 3 is a range corresponding to one set of antenna sets 20.
  • the protective dielectric layer 11, the first dielectric layer 12, the second dielectric layer 13, the third dielectric layer 14, and the fourth dielectric layer 15 are laminated in this order, and the dielectric composed of these dielectric layers 11 to 15 is laminated.
  • the body laminate 10 is configured.
  • the protective dielectric layer 11, the first dielectric layer 12, the second dielectric layer 13, the third dielectric layer 14, and the fourth dielectric layer 15 are made of, for example, a liquid crystal polymer.
  • An RFIC Radio Frequency Integrated Circuit
  • the front surface of the dielectric laminate 10 refers to the surface of the fourth dielectric layer 15, and the back surface of the dielectric laminate 10 refers to the surface of the protective dielectric layer 11.
  • An RFIC is a transmitter, receiver or transmitter / receiver.
  • a first conductor pattern layer 21 is formed between the protective dielectric layer 11 and the first dielectric layer 12.
  • the protective dielectric layer 11 is formed on the surface of the first dielectric layer 12 so as to cover the first conductor pattern layer 21. As a result, the first conductor pattern layer 21 is protected. The first conductor pattern layer 21 may be exposed because the protective dielectric layer 11 is not formed.
  • a ground conductor layer 22 is formed between the first dielectric layer 12 and the second dielectric layer 13.
  • the second dielectric layer 13 covers the ground conductor layer 22 and is joined to the ground conductor layer 22, and the first dielectric layer 12 is formed at a portion (for example, a hole, a slot, a notch, etc.) without the ground conductor layer 22. It is joined to.
  • a second conductor pattern layer 23 is formed between the second dielectric layer 13 and the third dielectric layer 14.
  • the third dielectric layer 14 covers the second conductor pattern layer 23 and is bonded to the second conductor pattern layer 23, and is bonded to the second dielectric layer 13 at a portion where the second conductor pattern layer 23 is absent. There is.
  • a radiating element pattern layer 24 is formed between the third dielectric layer 14 and the fourth dielectric layer 15.
  • the fourth dielectric layer 15 covers the radiation element pattern layer 24 and is bonded to the radiation element pattern layer 24, and is bonded to the third dielectric layer 14 at a portion without the radiation element pattern layer 24.
  • the protective dielectric layer 11 may be made of a single layer of dielectric or a laminated body of dielectric. The same applies to the dielectric layers 12, 13, 14, and 15.
  • the first conductor pattern layer 21, the ground conductor layer 22, the second conductor pattern layer 23, and the radiating element pattern layer 24 are made of a conductive metal material such as copper.
  • the radiating element pattern layer 24, the second conductor pattern layer 23, the ground conductor layer 22, and the first conductor pattern layer 21 are shaped by an additive method, a subtractive method, or the like. As a result, a plurality of first radiating elements 24b and a plurality of second radiating elements 24c are formed in the radiating element pattern layer 24, a plurality of branch feeding lines 23a are formed in the second conductor pattern layer 23, and the ground conductor layer 22 is formed.
  • a plurality of slots 22a are formed in the first conductor pattern layer 21, and a plurality of feeding lines 21a are formed in the first conductor pattern layer 21. Since the first dielectric layer 12 is interposed between the feeding line 21a and the ground conductor layer 22, the feeding line 21a functions as a microstrip line. Further, since the second dielectric layer 13 is interposed between the branch feeding line 23a and the ground conductor layer 22, the branch feeding line 23a functions as a microstrip line.
  • a plurality of slots 22a are arranged in a two-dimensional array, particularly in a grid pattern, as in the case of the radiating element pair 24a.
  • the power supply line 21a is wired from a position overlapping the slot 22a in a plan view to a position overlapping the RFIC terminal.
  • the plan view means viewing an object such as the array antenna 1 in a parallel projection manner in the direction of the Z axis orthogonal to both the X axis and the Y axis.
  • the power supply line 21a and the branch power supply line 23a are formed in different layers. Therefore, regardless of the position, size, range, etc. of the branch power supply line 23a, the arrangement / wiring route of the power supply line 21a can be freely designed, and the wiring / wiring route of the power supply line 21a can be simplified. it can.
  • the arrangement / wiring path of the feeding line 21a can be designed so that the feeding line 21a of a certain antenna set 20 partially overlaps the branch feeding line 23a of another antenna set 20.
  • each antenna set 20 will be described in detail with reference to FIG. As described above, the first radiating element 24b and the second radiating element 24c are adjacent to each other with a gap between them.
  • a land portion 21b is formed at an end portion of the power feeding line 21a distal to the RFIC (a portion overlapping the third through-hole conductor 12b in a plan view).
  • the branch feeding line 23a has a land portion 23b, a wire portion 23c, a wire portion 23d, a land portion 23e, a wire portion 23f, a wire portion 23g, and a land portion 23h.
  • the land portion 23b is arranged at a position overlapping the first radiating element 24b in a plan view, and the land portion 23e is arranged at a position overlapping the second radiating element 24c in a plan view.
  • the position of the land portion 23b and the position of the land portion 23e in the Y-axis direction are aligned.
  • the land portion 23h is located at a position deviated from the first radiating element 24b and the second radiating element 24c in the Y-axis direction, and is at an intermediate position between the first radiating element 24b and the second radiating element 24c in the X-axis direction. Is placed in.
  • the wire portion 23d extends linearly from the land portion 23h toward the first radiating element 24b, and the wire portion 23g extends linearly from the land portion 23h in the opposite direction of the wire portion 23d.
  • the wire portion 23c extends linearly in the Y-axis direction from the land portion 23h of the wire portion 23d to the land portion 23b, and the wire portion 23f is a land from the end portion distal to the land portion 23h of the wire portion 23g. It extends linearly in the Y-axis direction to the portion 23e.
  • the line portion 23c and the line portion 23f are parallel to each other and orthogonal to the X-axis direction.
  • the line portion 23d and the line portion 23g are in a straight line with each other, and the line portion 23d and the line portion 23g extend from the land portion 23h in opposite directions. That is, the branch feeding line 23a branches from the land portion 23h to the line portions 23d and 23c and the line portions 23g and 23f.
  • the line from the land portion 23h to the land portion 23b along the line portions 23d and 23c is the first line
  • the line from the land portion 23h to the land portion 23e along the line portions 23g and 23f is the second line.
  • the wire portion 23d is the first wire portion
  • the wire portion 23c is the second wire portion
  • the wire portion 23g is the third wire portion
  • the wire portion 23f is the fourth wire portion.
  • the wire portion 23d and the wire portion 23g have an angle with respect to the X-axis direction, that is, with respect to the direction in which the radiating elements 24b and 24c are separated, and the angle formed by the angle is set to ⁇ [°] (see FIG. 2). ).
  • the length of the wire portion 23d and the length of the wire portion 23g are equal to each other, and the sum of the lengths of the wire portions 23c and 23d is larger than the sum of the lengths of the wire portions 23f and 23g.
  • the angle formed by the line portions 23c and 23d is an acute angle
  • the angle formed by the line portions 23f and 23g is an obtuse angle
  • the sum of the angle formed by the line portions 23c and 23d and the angle formed by the line portions 23f and 23g is 180 °. ..
  • the land portion 23b is electrically connected to the radiating element 24b by a first through-hole conductor 14b penetrating the third dielectric layer 14.
  • the land portion 23e is electrically connected to the radiating element 24c by a second through-hole conductor 14c penetrating the third dielectric layer 14.
  • the land portion 23h is located at the end proximal to the third through-hole conductor 12b of the feeding line 21a by the third through-hole conductor 12b penetrating the first dielectric layer 12, the ground conductor layer 22 and the second dielectric layer 13. It is electrically connected to the formed land portion 21b.
  • the third through-hole conductor 12b is separated from the edge of the slot 22a to the inside of the slot 22a in a plan view. Therefore, the third through-hole conductor 12b is electrically insulated from the ground conductor layer 22.
  • the signal wave transmitted from the first radiating element 24b to the RFIC and the second There is a phase difference between the signal wave transmitted from the radiating element 24c to the RFIC.
  • the signal wave transmitted from the RFIC to the first radiating element 24b and the signal wave transmitted from the RFIC to the second radiating element 24c Such a phase difference causes a plurality (three) resonance frequencies and widens the frequency band that can be used by the array antenna 1. Since this was specifically verified by simulation, it will be described in detail below.
  • FIGS. 4 to 11 are frequency characteristic diagrams showing the relationship between the frequency and the reflection coefficient (S11).
  • the angle ⁇ is 10 °
  • the difference between the physical length of the branch feeding line 23a from the land portion 23h to the land portion 23b and the physical length of the branch feeding line 23a from the land portion 23h to the land portion 23e (hereinafter, This is a simulation result when the physical length difference) is 0.775 mm.
  • specific numerical values of the angle ⁇ and the physical length difference are shown in FIGS. 5 to 11.
  • the frequency band having a reflectance coefficient of ⁇ 10 dB or less is 26.75 to 29 GHz.
  • the frequency band having a reflectance coefficient of ⁇ 10 dB or less is 26.5 to 29.5 GHz.
  • the frequency band having a reflectance coefficient of ⁇ 10 dB or less is 26.5 to 29.5 GHz.
  • the frequency band having a reflectance coefficient of ⁇ 10 dB or less is 26.25 to 29.75 GHz.
  • the frequency band having a reflectance coefficient of ⁇ 10 dB or less is 26.25 to 30 GHz.
  • the frequency bands having a reflectance coefficient of ⁇ 10 dB or less are 26.25 to 27.5 GHz, 27.6 to 28.5 GHz, and 29.0 to 30.0 GHz. is there.
  • the frequency bands having a reflectance coefficient of ⁇ 10 dB or less are 28 to 28.5 GHz and 29.0 to 29.75 GHz.
  • the frequency band having a reflectance coefficient of ⁇ 10 dB or less is 27.5 to 29.3 GHz.
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between the frequency bandwidth having a reflectance coefficient of ⁇ 10 dB or less, the angle ⁇ , and the physical length difference.
  • the frequency bandwidth in the range where the angle ⁇ exceeds 0 ° and is approximately less than 29 ° is wider than the frequency bandwidth when the angle ⁇ is 0 °.
  • the wire portion 23d and the wire portion 23g are oblique to the X-axis direction, the physical length of the branch feeding line 23a from the land portion 23h to the land portion 23b and the branch feeding from the land portion 23h to the land portion 23e It can be seen that when the physical lengths of the lines 23a are different, the frequency band that can be used by the array antenna 1 becomes wider.
  • FIG. 13 is a plan view showing a set of antenna sets 20 of the array antennas of the second embodiment.
  • the differences between the array antenna of the second embodiment and the array antenna 1 of the first embodiment will be described, and the description of the coincidence points will be omitted.
  • the line portion 23d and the line portion 23g are oblique with respect to the X-axis direction (see FIG. 2).
  • the line portion 23d and the line portion 23g are parallel to the X-axis direction, and the angle ⁇ formed by the line portion 23d and the line portion 23g with respect to the X-axis direction is 0 °.
  • the portion 23d is perpendicular to the wire portion 23c, and the wire portion 23g is perpendicular to the wire portion 23f.
  • the sum of the lengths of the wire portions 23c and 23d is equal to the sum of the lengths of the wire portions 23f and 23g
  • the length of the wire portion 23c is equal to the length of the wire portion 23f
  • the length of the wire portion 23d is the line. Equal to the length of the portion 23g. That is, the difference between the physical length of the branch feeding line 23a from the land portion 23h to the land portion 23b and the physical length of the branch feeding line 23a from the land portion 23h to the land portion 23e is 0 mm. Therefore, the signal wave transmitted from the first radiating element 24b to the RFIC is in phase with the signal wave transmitted from the second radiating element 24c to the RFIC. Similarly, the signal wave transmitted from the RFIC to the first radiating element 24b is in phase with the signal wave transmitted from the RFIC to the second radiating element 24c.
  • the degree of freedom in designing the arrangement and wiring path of the power supply line 21a is improved.
  • FIG. 11 is also a simulation result in the case of the array antenna of the second embodiment.
  • FIG. 14 is a plan view showing a set of antenna sets 20 of the array antennas of the third embodiment.
  • the differences between the array antenna of the third embodiment and the array antenna 1 of the second embodiment will be described, and the description of the coincidence points will be omitted.
  • the land portions 21b and 23h are located at positions deviated from the radiating elements 24b and 24c in the Y-axis direction and at an intermediate position between the radiating elements 24b and the radiating elements 24c in the X-axis direction. Have been placed.
  • the land portions 21b and 23h are located at positions deviated from the radiating elements 24b and 24c in the Y-axis direction, and are located between the radiating element 24b and the radiating element 24c in the X-axis direction. It is arranged at a position shifted from the middle to the second radiating element 24c side. Therefore, the sum of the lengths of the wire portions 23c and 23d is larger than the sum of the lengths of the wire portions 23f and 23g, the wire portion 23d is longer than the wire portion 23g, and the length of the wire portion 23c is the length of the wire portion 23f.
  • the physical length of the branch feeding line 23a from the land portion 23h to the land portion 23b and the physical length of the branch feeding line 23a from the land portion 23h to the land portion 23e are different. Therefore, there is a phase difference between the signal wave transmitted from the first radiating element 24b to the RFIC and the signal wave transmitted from the second radiating element 24c to the RFIC. Similarly, there is a phase difference between the signal wave transmitted from the RFIC to the first radiating element 24b and the signal wave transmitted from the RFIC to the second radiating element 24c. Such a phase difference causes a plurality of (three) resonance frequencies, and widens the frequency band that can be used by the array antenna 1. Since this was specifically verified by simulation, it will be described in detail below.
  • 15 to 21 are frequency characteristic diagrams showing the relationship between the frequency and the reflection coefficient.
  • the frequency band having a reflectance coefficient of ⁇ 10 dB or less is 26.75 to 29.25 GHz.
  • the frequency band having a reflectance coefficient of ⁇ 10 dB or less is 26.25 to 29.5 GHz.
  • the frequency band having a reflectance coefficient of ⁇ 10 dB or less is 26.25 to 29.75 GHz.
  • FIG. 15 to 21 are frequency characteristic diagrams showing the relationship between the frequency and the reflection coefficient.
  • the frequency band having a reflectance coefficient of ⁇ 10 dB or less is 26.25 to 29.0 GHz.
  • the frequency bands having a reflectance coefficient of ⁇ 10 dB or less are 26.25 to 28.75 GHz and 30.0 to 30.5 GHz.
  • the frequency bands having a reflectance coefficient of ⁇ 10 dB or less are 28.0 to 28.5 GHz and 31.0 to 31.5 GHz.
  • the frequency band having a reflectance coefficient of ⁇ 10 dB or less is 28.0 to 28.5 GHz.
  • the frequency bandwidth in the range where the physical length difference exceeds 0 mm and is approximately less than 1.4 mm is wider than the frequency bandwidth when the physical length difference is 0 mm.
  • the land portions 21b and 23h are displaced from the middle between the radiating element 24b and the radiating element 24c to the second radiating element 24c side in the X-axis direction, so that the branch feeding line 23a from the land portion 23h to the land portion 23b It can be seen that if the physical length and the physical length of the branch feeding line 23a from the land portion 23h to the land portion 23e are different, the frequency band that can be used by the array antenna 1 becomes wider.
  • the solid line in FIG. 12 is the simulation result of the first embodiment
  • the broken line in FIG. 12 is the simulation result of the third embodiment
  • the first embodiment is the third embodiment with reference to FIG. Compare embodiments.
  • the wire portion 23d and the wire portion 23g are oblique to the X-axis direction
  • the physical length of the branch feeding line 23a from the land portion 23h to the land portion 23b and the physical length from the land portion 23h to the land portion 23e The physical lengths of the branch feeding lines 23a up to are different.
  • the land portions 21b and 23h are displaced from the middle between the radiating element 24b and the radiating element 24c to the second radiating element 24c side in the X-axis direction, so that the land portion 23h to the land portion 23b
  • the physical length of the branch feeding line 23a and the physical length of the branch feeding line 23a from the land portion 23h to the land portion 23e are different.
  • the electrical length difference exceeds 0 mm and is approximately 1.4 mm (the angle ⁇ is approximately 1.4 mm). In the range of less than (equal to 16 °), the array antenna of the third embodiment has a wider frequency band than the array antenna 1 of the first embodiment. Comparing the array antenna of the third embodiment and the array antenna 1 of the first embodiment having the same physical length difference, the electric length difference exceeds about 1.4 mm (the angle ⁇ is equal to about 16 °) and is roughly 2. Within a range of less than 5 mm (angle ⁇ is approximately equal to 29 °), the array antenna 1 of the first embodiment has a wider frequency band than the array antenna of the third embodiment.

Landscapes

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

Abstract

放射素子に給電するための給電線路の配線や配線経路をシンプルにする。　アレイアンテナ１は、順に積層された第１導体パターン層２１、第１誘電体層１２、地導体層２２、第２誘電体層１３、第２導体パターン層２３、第３誘電体層１４及び放射素子パターン層２４を備える。放射素子パターン層２４が、二次元アレイ状に配列された複数の放射素子対２４ａを有する。複数の放射素子対２４ａのそれぞれが、互いに離間して並んで配置された第１放射素子２４ｂ及び第２放射素子２４ｃを有する。第２導体パターン層２３が、複数の放射素子対２４ａにそれぞれに対応して二次元アレイ状に配列された複数の分岐給電線路２３ａを有する。第１導体パターン層２１が、複数の分岐給電線路２３ａにそれぞれ対応した複数の給電線路２１ａを有する。

Description

アレイアンテナ
　本発明は、アレイアンテナに関する。
　特許文献１には、複数のアレイ素子が並列されてなるアレイアンテナの指向性を制御する技術が開示されている。一般的に、各アレイ素子の信号が同位相であれば、アレイアンテナの垂直方向への指向性が高く、各アレイ素子の信号に位相差が生じれば、垂直方向に対して斜めな方向への指向性が高くなる。従って、各アレイ素子の信号の位相差を制御すれば、アレイアンテナの指向性を制御することができる。
　一方、アレイアンテナ（アンテナアレイともいう）を複数の放射素子を二次元アレイ状に配列し、これら放射素子の信号の位相を個別に制御すると、アレイアンテナの指向性をより細かく制御することができる。但し、そのためには放射素子の信号の位相を個別に制御すべく、放射素子に個別に給電する必要がある。放射素子への給電にはマイクロストリップ線路等が利用される。
特許第３４４０２９８号公報
　ところで、放射素子の数が多くなると、マイクロストリップ線路の本数も増える。位相ゆえに線路長が重要なパラメータであることも考慮すると、マイクロストリップ線路の配線設計が複雑になってしまう。
　そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、放射素子に給電するための給電線路の配線や配線経路をシンプルにすることである。
　上記目的を達成するための主たる発明は、順に積層された第１導体パターン層、第１誘電体層、地導体層、第２誘電体層、第２導体パターン層、第３誘電体層及び放射素子パターン層と、前記第３誘電体層を貫通する複数の第１スルーホール導体及び複数の第２スルーホール導体と、前記第１誘電体層、前記地導体層及び前記第２誘電体層を貫通する複数の第３スルーホール導体と、を備えるアレイアンテナであって、前記放射素子パターン層が、二次元アレイ状に配列された複数の放射素子対を有し、前記複数の放射素子対のそれぞれが、互いに離間して並んで配置された第１放射素子及び第２放射素子を有し、前記複数の第１スルーホール導体が、前記複数の第１放射素子にそれぞれ対応して二次元アレイ状に配列されて、前記複数の第１放射素子に電気的にそれぞれ接続され、前記複数の第２スルーホール導体が、前記複数の第２放射素子にそれぞれ対応して二次元アレイ状に配列されて、前記複数の第２放射素子に電気的にそれぞれ接続され、前記第２導体パターン層が、前記複数の放射素子対にそれぞれに対応して二次元アレイ状に配列された複数の分岐給電線路を有し、前記複数の第３スルーホール導体が、前記複数の分岐給電線路にそれぞれ対応して二次元アレイ状に配列されて、前記複数の分岐給電線路に電気的にそれぞれ接続され、前記複数の分岐給電線路のそれぞれは、前記第３スルーホール導体と前記第１スルーホール導体とを電気的に接続する第１線路と、前記第３スルーホール導体と前記第２スルーホール導体とを電気的に接続する第２線路とに分岐され、前記第１導体パターン層が、前記複数の分岐給電線路にそれぞれ対応した複数の給電線路を有し、前記地導体層が、前記複数の分岐給電線路にそれぞれ対応して二次元アレイ状に配列された複数のスロットを有し、前記複数の給電線路のそれぞれが、平面視で、前記スロットに重なる位置まで配線され、前記複数の第３スルーホール導体のそれぞれが、平面視で、前記スロットの内側に配置されることによって前記地導体層に対して電気的に絶縁されて、前記給電線路に電気的に接続されているアレイアンテナである。
　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。
　本発明によれば、分岐給電線路の位置・大きさ・範囲等に関わらず、給電線路の配置・配線経路等を自由に設計することができ、給電線路の配線・配線経路をシンプルにすることができる。
第１実施形態のアレイアンテナの平面図である。 第１実施形態のアレイアンテナが備える１組のアンテナセットの平面図である。 III－III線の組合せ断面図である。 角度θを１０°とした場合に第１実施形態のアレイアンテナの反射係数と周波数との関係を示したグラフである。 角度θを１３°とした場合に第１実施形態のアレイアンテナの反射係数と周波数との関係を示したグラフである。 角度θを１５°とした場合に第１実施形態のアレイアンテナの反射係数と周波数との関係を示したグラフである。 角度θを１７°とした場合に第１実施形態のアレイアンテナの反射係数と周波数との関係を示したグラフである。 角度θを２０°とした場合に第１実施形態のアレイアンテナの反射係数と周波数との関係を示したグラフである。 角度θを２５°とした場合に第１実施形態のアレイアンテナの反射係数と周波数との関係を示したグラフである。 角度θを３０°とした場合に第１実施形態のアレイアンテナの反射係数と周波数との関係を示したグラフである。 角度θを０°とした場合にアレイアンテナの反射係数と周波数との関係を示したグラフである。 使用周波数帯域と角度θとの関係を示したグラフである。 第２実施形態のアレイアンテナが備える１組のアンテナセットの平面図である。 第３実施形態のアレイアンテナが備える１組のアンテナセットの平面図である。 物理長差を０．７７５ｍｍとした場合に第３実施形態のアレイアンテナの反射係数と周波数との関係を示したグラフである。 物理長差を１．０１ｍｍとした場合に第３実施形態のアレイアンテナの反射係数と周波数との関係を示したグラフである。 物理長差を１．１９ｍｍとした場合に第３実施形態のアレイアンテナの反射係数と周波数との関係を示したグラフである。 物理長差を１．３４５ｍｍとした場合に第３実施形態のアレイアンテナの反射係数と周波数との関係を示したグラフである。 物理長差を１．６ｍｍとした場合に第３実施形態のアレイアンテナの反射係数と周波数との関係を示したグラフである。 物理長差を２．１７５ｍｍとした場合に第３実施形態のアレイアンテナの反射係数と周波数との関係を示したグラフである。 物理長差を２．５８ｍｍとした場合に第３実施形態のアレイアンテナの反射係数と周波数との関係を示したグラフである。
　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。
　順に積層された第１導体パターン層、第１誘電体層、地導体層、第２誘電体層、第２導体パターン層、第３誘電体層及び放射素子パターン層と、前記第３誘電体層を貫通する複数の第１スルーホール導体及び複数の第２スルーホール導体と、前記第１誘電体層、前記地導体層及び前記第２誘電体層を貫通する複数の第３スルーホール導体と、を備えるアレイアンテナであって、前記放射素子パターン層が、二次元アレイ状に配列された複数の放射素子対を有し、前記複数の放射素子対のそれぞれが、互いに離間して並んで配置された第１放射素子及び第２放射素子を有し、前記複数の第１スルーホール導体が、前記複数の第１放射素子にそれぞれ対応して二次元アレイ状に配列されて、前記複数の第１放射素子に電気的にそれぞれ接続され、前記複数の第２スルーホール導体が、前記複数の第２放射素子にそれぞれ対応して二次元アレイ状に配列されて、前記複数の第２放射素子に電気的にそれぞれ接続され、前記第２導体パターン層が、前記複数の放射素子対にそれぞれに対応して二次元アレイ状に配列された複数の分岐給電線路を有し、前記複数の第３スルーホール導体が、前記複数の分岐給電線路にそれぞれ対応して二次元アレイ状に配列されて、前記複数の分岐給電線路に電気的にそれぞれ接続され、前記複数の分岐給電線路のそれぞれは、前記第３スルーホール導体と前記第１スルーホール導体とを電気的に接続する第１線路と、前記第３スルーホール導体と前記第２スルーホール導体とを電気的に接続する第２線路とに分岐され、前記第１導体パターン層が、前記複数の分岐給電線路にそれぞれ対応した複数の給電線路を有し、前記地導体層が、前記複数の分岐給電線路にそれぞれ対応して二次元アレイ状に配列された複数のスロットを有し、前記複数の給電線路のそれぞれが、平面視で、前記スロットに重なる位置まで配線され、前記複数の第３スルーホール導体のそれぞれが、平面視で、前記スロットの内側に配置されることによって前記地導体層に対して電気的に絶縁されて、前記給電線路に電気的に接続されているアレイアンテナが明らかとなる。
　以上のように、給電線路と分岐給電線路は異なる層に形成されている。そのため、分岐給電線路の位置・大きさ・範囲等に関わらず、給電線路の配置・配線経路等を自由に設計することができ、給電線路の配線・配線経路をシンプルにすることができる。
　前記第１線路の長さと前記第２線路の長さが異なる。
　これにより、アレイアンテナで使用可能な周波数帯域を広くすることができる。
　前記第１線路が、前記第３スルーホール導体から第１放射素子側に延びた第１線部と、前記第１線部の前記第３スルーホール導体から遠位の端部から前記第１スルーホール導体へ延びた第２線部と、を有し、前記第２線路が、前記第３スルーホール導体から前記第１線部の反対方向に延びた第３線部と、前記第３線部の前記第３スルーホール導体から遠位の端部から前記第２スルーホール導体に延びるとともに前記第２線部に対して平行な第４線部と、を有している。
　好ましくは、前記第１線部及び前記第３線部が、前記第２線部及び前記第４線部に対して直交する方向に対して角度を有する。
　また、好ましくは、前記第１線部及び前記第３線部は長さが互いに等しく、前記第２線部及び前記第４線部は長さが互いに異なる。
　これにより、第１線路と第２線路を異なる長さにすることができる。よって、アレイアンテナで使用可能な周波数帯域を広くすることができる。
＝＝＝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。
＜第１の実施の形態＞
　図１は第１実施形態のアレイアンテナ１の平面図であり、図２は１組のアンテナセット２０を示した平面図である。図１及び図２には、方向を表す補助線として、互いに直交するＸ軸及びＹ軸を示す。
　このアレイアンテナ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。
　図１及び図２に示すように、このアレイアンテナ１は複数のアンテナセット２０を備え、各アンテナセット２０は放射素子対２４ａ、分岐給電線路２３ａ、給電線路２１ａ、第１スルーホール導体１４ｂ、第２スルーホール導体１４ｃ及び第３スルーホール導体１２ｂを有する。
　各放射素子対２４ａは、Ｘ軸方向に互いに離間して並んで配置された矩形状又は正方形状の第１放射素子２４ｂ及び第２放射素子２４ｃを有する。これら放射素子対２４ａが二次元アレイ状、特に格子状に配列されている。第１放射素子２４ｂ及び第２放射素子２４ｃも全体として格子状に配列されている。つまり、第１放射素子２４ｂが所定間隔でＹ軸方向に直線状に配列され、第２放射素子２４ｃが第１放射素子２４ｂの間隔に等しい間隔でＹ軸方向に直線状に配列され、第１放射素子２４ｂと第２放射素子２４ｃが交互にＸ軸方向に直線状に配列されている。
　複数の分岐給電線路２３ａは、複数の放射素子対２４ａにそれぞれ対応して二次元アレイ状、特に格子状に配列されている。複数の給電線路２１ａは、複数の分岐給電線路２３ａにそれぞれ対応して配線されている。複数の第１スルーホール導体１４ｂは、複数の第１放射素子２４ｂにそれぞれ対応して二次元アレイ状に、特に格子状に配列されている。複数の第２スルーホール導体１４ｃは、複数の第２放射素子２４ｃにそれぞれ対応して二次元アレイ状に、特に格子状に配列されている。複数の第３スルーホール導体１２ｂは、複数の分岐給電線路２３ａにそれぞれ対応して二次元アレイ状に、特に格子状に配列されている。
　図３を参照して、アレイアンテナ１の層構造について説明する。図３は、切断面の位置を図２中のIII－III線にて示すとともに投影方向を図２中の矢印にて示す断面図である。図３の図示範囲は、１組のアンテナセット２０に相当する範囲である。
　順に保護誘電体層１１、第１誘電体層１２、第２誘電体層１３、第３誘電体層１４及び第４誘電体層１５が積層されて、これらの誘電体層１１～１５からなる誘電体積層体１０が構成されている。保護誘電体層１１、第１誘電体層１２、第２誘電体層１３、第３誘電体層１４及び第４誘電体層１５は例えば液晶ポリマーからなる。誘電体積層体１０の表側の表面又は裏側の表面には、不図示のＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）が表面実装されている。誘電体積層体１０の表側の表面とは、第４誘電体層１５の表面のことをいい、誘電体積層体１０の裏側の表面とは、保護誘電体層１１の表面のことをいう。ＲＦＩＣは送信機、受信機又は送受信機である。
　保護誘電体層１１と第１誘電体層１２との層間には、第１導体パターン層２１が形成されている。保護誘電体層１１は第１導体パターン層２１を被覆するようにして第１誘電体層１２の表面に形成されている。これにより、第１導体パターン層２１が保護される。なお、保護誘電体層１１が形成されないことによって、第１導体パターン層２１が露出していてもよい。
　第１誘電体層１２と第２誘電体層１３との層間には、地導体層２２が形成されている。第２誘電体層１３が地導体層２２を被覆して地導体層２２に接合されているとともに、地導体層２２の無い部分（例えばホール、スロット、切り欠き等）で第１誘電体層１２に接合されている。
　第２誘電体層１３と第３誘電体層１４との層間には、第２導体パターン層２３が形成されている。第３誘電体層１４が第２導体パターン層２３を被覆して第２導体パターン層２３に接合されているとともに、第２導体パターン層２３の無い部分で第２誘電体層１３に接合されている。
　第３誘電体層１４と第４誘電体層１５との層間には、放射素子パターン層２４が形成されている。第４誘電体層１５が放射素子パターン層２４を被覆して放射素子パターン層２４に接合されているとともに、放射素子パターン層２４の無い部分で第３誘電体層１４に接合されている。
　保護誘電体層１１は誘電体の単層からなるものであってもよいし、誘電体の積層体からなるものでもよい。誘電体層１２，１３，１４，１５についても同様である。
　第１導体パターン層２１、地導体層２２、第２導体パターン層２３及び放射素子パターン層２４は銅等の導電性金属材料からなる。
　放射素子パターン層２４、第２導体パターン層２３、地導体層２２及び第１導体パターン層２１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いる。これにより放射素子パターン層２４には複数の第１放射素子２４ｂ及び複数の第２放射素子２４ｃが形成され、第２導体パターン層２３には複数の分岐給電線路２３ａが形成され、地導体層２２には複数のスロット２２ａが形成され、第１導体パターン層２１には複数の給電線路２１ａが形成されている。給電線路２１ａと地導体層２２との間に第１誘電体層１２が介在するため、給電線路２１ａがマイクロストリップラインとして機能する。また、分岐給電線路２３ａと地導体層２２との間に第２誘電体層１３が介在するため、分岐給電線路２３ａがマイクロストリップラインとして機能する。
　図１に示すように、放射素子対２４ａと同様に、複数のスロット２２ａ（図３図示）が二次元アレイ状、特に格子状に配列されている。給電線路２１ａは、平面視でスロット２２ａに重なる位置からＲＦＩＣの端子に重なる位置まで配線されている。ここで、平面視とは、Ｘ軸及びＹ軸の両方に対して直交するＺ軸の方向にアレイアンテナ１等の対象物を平行投影的に見ることをいう。
　以上のように、給電線路２１ａと分岐給電線路２３ａは異なる層に形成されている。そのため、分岐給電線路２３ａの位置・大きさ・範囲等に関わらず、給電線路２１ａの配置・配線経路等を自由に設計することができ、給電線路２１ａの配線・配線経路をシンプルにすることができる。例えば、平面視で、或るアンテナセット２０の給電線路２１ａを他のアンテナセット２０の分岐給電線路２３ａに部分的に重ねるように、給電線路２１ａの配置・配線経路等を設計することができる。
　図２を参照して、各アンテナセット２０について詳細に説明する。
　上述のように、第１放射素子２４ｂと第２放射素子２４ｃはこれらの間に間隔を置いて隣り合っている。
　給電線路２１ａのＲＦＩＣから遠位の端部（平面視で第３スルーホール導体１２ｂに重なる部分）には、ランド部２１ｂが形成されている。
　分岐給電線路２３ａは、ランド部２３ｂと、線部２３ｃと、線部２３ｄと、ランド部２３ｅと、線部２３ｆと、線部２３ｇと、ランド部２３ｈとを有する。
　ランド部２３ｂは平面視で第１放射素子２４ｂに重なる位置に配置され、ランド部２３ｅは平面視で第２放射素子２４ｃに重なる位置に配置されている。Ｙ軸方向におけるランド部２３ｂの位置とランド部２３ｅの位置は揃っている。ランド部２３ｈは、第１放射素子２４ｂと第２放射素子２４ｃからＹ軸方向にずれた位置であって、且つＸ軸方向において第１放射素子２４ｂと第２放射素子２４ｃとの間の中間位置に、配置されている。
　線部２３ｄはランド部２３ｈから第１放射素子２４ｂ側に直線状に延び、線部２３ｇはランド部２３ｈから線部２３ｄの反対方向に直線状に延びている。線部２３ｃは線部２３ｄのランド部２３ｈから遠位の端部からランド部２３ｂにＹ軸方向に直線状に延び、線部２３ｆは線部２３ｇのランド部２３ｈから遠位の端部からランド部２３ｅへＹ軸方向に直線状に延びている。線部２３ｃと線部２３ｆは互いに平行となっているとともに、Ｘ軸方向に対して直交する。
　ここで、線部２３ｄと線部２３ｇとは互いに一直線状になっており、線部２３ｄと線部２３ｇはランド部２３ｈから互いに反対の向きに延びている。つまり、分岐給電線路２３ａは、ランド部２３ｈから線部２３ｄ，２３ｃと線部２３ｇ、２３ｆに分岐する。ここで、ランド部２３ｈから線部２３ｄ，２３ｃに沿ってランド部２３ｂまでの線路が第１線路であり、ランド部２３ｈから線部２３ｇ，２３ｆに沿ってランド部２３ｅまでの線路が第２線路であり、線部２３ｄが第１線部であり、線部２３ｃが第２線部であり、線部２３ｇが第３線部であり、線部２３ｆが第４線部である。
　また、線部２３ｄ及び線部２３ｇは、Ｘ軸方向に対して、つまり放射素子２４ｂ，２４ｃの離間する方向に対して角度を有し、その成す角度をθ[°]とする（図２参照）。線部２３ｄの長さと線部２３ｇの長さは互いに等しく、線部２３ｃ，２３ｄの長さの和は線部２３ｆ、２３ｇの長さの和よりも大きい。線部２３ｃ，２３ｄの成す角は鋭角であり、線部２３ｆ，２３ｇの成す角は鈍角であり、線部２３ｃ，２３ｄの成す角と線部２３ｆ，２３ｇの成す角の和は１８０°である。
　ランド部２３ｂは、第３誘電体層１４を貫通した第１スルーホール導体１４ｂによって放射素子２４ｂに電気的に接続されている。ランド部２３ｅは、第３誘電体層１４を貫通した第２スルーホール導体１４ｃによって放射素子２４ｃに電気的に接続されている。ランド部２３ｈは、第１誘電体層１２、地導体層２２及び第２誘電体層１３を貫通した第３スルーホール導体１２ｂによって給電線路２１ａの第３スルーホール導体１２ｂに近位の端部に形成されたランド部２１ｂに電気的に接続されている。ここで、第３スルーホール導体１２ｂは、平面視で、スロット２２ａの縁からスロット２２ａの内側に離間している。そのため、第３スルーホール導体１２ｂは地導体層２２に対して電気的に絶縁されている。
　分岐給電線路２３ａにおいて、ランド部２３ｈからランド部２３ｂまでの物理長とランド部２３ｈからランド部２３ｅまでの物理長が異なるため、第１放射素子２４ｂからＲＦＩＣに伝送される信号波と、第２放射素子２４ｃからＲＦＩＣに伝送される信号波との間には位相差がある。同様に、ＲＦＩＣから第１放射素子２４ｂに伝送される信号波と、ＲＦＩＣから第２放射素子２４ｃに伝送される信号波との間には位相差がある。このような位相差は、複数（３つ）の共振周波数を生じさせて、このアレイアンテナ１で使用可能な周波数帯域を広くする。このことについてシミュレーションにより具体的に検証したので、以下に詳細に説明する。
　図４～図１１は、周波数と反射係数（Ｓ１１）との関係を示した周波数特性図である。図４は、角度θが１０°であり、ランド部２３ｈからランド部２３ｂまでの分岐給電線路２３ａの物理長とランド部２３ｈからランド部２３ｅまでの分岐給電線路２３ａの物理長の差（以下、物理長差という）が０．７７５ｍｍである場合のシミュレーション結果である。他の図５～図１１については、角度θ及び物理長差の具体的数値は図５～図１１に記載されている。
　図４に示すように、角度θが１０°である場合、反射係数が－１０ｄＢ以下の周波数帯域は２６．７５～２９ＧＨｚである。図５に示すように、角度θが１３°である場合、反射係数が－１０ｄＢ以下の周波数帯域は２６．５～２９．５ＧＨｚである。図６に示すように、角度θが１５°である場合、反射係数が－１０ｄＢ以下の周波数帯域は２６．５～２９．５ＧＨｚである。図７に示すように、角度θが１７°である場合、反射係数が－１０ｄＢ以下の周波数帯域は２６．２５～２９．７５ＧＨｚである。図８に示すように、角度θが２０°である場合、反射係数が－１０ｄＢ以下の周波数帯域は２６．２５～３０ＧＨｚである。図９に示すように、角度θが２５°である場合、反射係数が－１０ｄＢ以下の周波数帯域は２６．２５～２７．５ＧＨｚ、２７．６～２８．５ＧＨｚ及び２９．０～３０．０ＧＨｚである。図１０に示すように、角度θが３０°である場合、反射係数が－１０ｄＢ以下の周波数帯域は２８～２８．５ＧＨｚ及び２９．０～２９．７５ＧＨｚである。図１１に示すように、角度θが０°である場合、反射係数が－１０ｄＢ以下の周波数帯域は２７．５～２９．３ＧＨｚである。
　以上を纏めると、図１２のグラフ中の実線で示すようになる。図１２は、反射係数が－１０ｄＢ以下の周波数帯域幅と角度θ及び物理長差との関係を示したグラフである。図１２の実線から明らかなように、角度θが０°を越えて大凡２９°未満の範囲における周波数帯域幅は、角度θが０°の場合の周波数帯域幅よりも広い。つまり、線部２３ｄ及び線部２３ｇがＸ軸方向に対して斜めであることによって、ランド部２３ｈからランド部２３ｂまでの分岐給電線路２３ａの物理長とランド部２３ｈからランド部２３ｅまでの分岐給電線路２３ａの物理長が異なると、アレイアンテナ１で使用可能な周波数帯域が広くなることがわかる。
＜第２の実施の形態＞
　図１３は、第２実施形態のアレイアンテナの１組のアンテナセット２０を示した平面図である。以下では、第２実施形態のアレイアンテナと第１実施形態のアレイアンテナ１の相違点について説明し、一致点についての説明を省略する。
　第１実施形態では、線部２３ｄ及び線部２３ｇがＸ軸方向に対して斜めである（図２参照）。
　それに対して、第２実施形態では、線部２３ｄ及び線部２３ｇがＸ軸方向に対して平行であり、Ｘ軸方向に対する線部２３ｄ及び線部２３ｇの成す角度θが０°であり、線部２３ｄが線部２３ｃに対して垂直であり、線部２３ｇが線部２３ｆに対して垂直である。従って、線部２３ｃ，２３ｄの長さの和は線部２３ｆ、２３ｇの長さの和に等しく、線部２３ｃの長さが線部２３ｆの長さに等しく、線部２３ｄの長さが線部２３ｇの長さに等しい。つまり、ランド部２３ｈからランド部２３ｂまでの分岐給電線路２３ａの物理長とランド部２３ｈからランド部２３ｅまでの分岐給電線路２３ａの物理長の差が０ｍｍである。よって、第１放射素子２４ｂからＲＦＩＣに伝送される信号波は、第２放射素子２４ｃからＲＦＩＣに伝送される信号波と同位相である。同様に、ＲＦＩＣから第１放射素子２４ｂに伝送される信号波は、ＲＦＩＣから第２放射素子２４ｃに伝送される信号波と同位相である。
　第２実施形態においても、給電線路２１ａと分岐給電線路２３ａは異なる層間に形成されているため、給電線路２１ａの配置・配線経路等の設計の自由度が向上する。
　なお、図１１は、第２実施形態のアレイアンテナの場合のシミュレーション結果でもある。
＜第３の実施の形態＞
　図１４は、第３実施形態のアレイアンテナの１組のアンテナセット２０を示した平面図である。以下では、第３実施形態のアレイアンテナと第２実施形態のアレイアンテナ１の相違点について説明し、一致点についての説明を省略する。
　第２実施形態では、ランド部２１ｂ，２３ｈが、放射素子２４ｂ，２４ｃからＹ軸方向にずれた位置であって、且つＸ軸方向において放射素子２４ｂと放射素子２４ｃとの間の中間位置に、配置されている。
　それに対して、第３実施形態では、ランド部２１ｂ，２３ｈが、放射素子２４ｂ，２４ｃからＹ軸方向にずれた位置であって、且つＸ軸方向において放射素子２４ｂと放射素子２４ｃとの間の中間から第２放射素子２４ｃ側にずれた位置に、配置されている。従って、線部２３ｃ，２３ｄの長さの和は線部２３ｆ、２３ｇの長さの和よりも大きく、線部２３ｄが線部２３ｇよりも長く、線部２３ｃの長さが線部２３ｆの長さに等しい。つまり、ランド部２３ｈからランド部２３ｂまでの分岐給電線路２３ａの物理長とランド部２３ｈからランド部２３ｅまでの分岐給電線路２３ａの物理長が異なる。そのため、第１放射素子２４ｂからＲＦＩＣに伝送される信号波と、第２放射素子２４ｃからＲＦＩＣに伝送される信号波との間には位相差がある。同様に、ＲＦＩＣから第１放射素子２４ｂに伝送される信号波と、ＲＦＩＣから第２放射素子２４ｃに伝送される信号波との間には位相差がある。このような位相差は複数（３つ）の共振周波数を生じさせ、このアレイアンテナ１で使用可能な周波数帯域を広くする。このことについてシミュレーションにより具体的に検証したので、以下に詳細に説明する。
　図１５～図２１は、周波数と反射係数との関係を示した周波数特性図である。図１５に示すように、物理長差が０．７７５ｍｍである場合、反射係数が－１０ｄＢ以下の周波数帯域は２６．７５～２９．２５ＧＨｚである。図１６に示すように、物理長差が１．０１ｍｍである場合、反射係数が－１０ｄＢ以下の周波数帯域は２６．２５～２９．５ＧＨｚである。図１７に示すように、物理長差が１．１９ｍｍである場合、反射係数が－１０ｄＢ以下の周波数帯域は２６．２５～２９．７５ＧＨｚである。図１８に示すように、物理長差が１．３４５ｍｍである場合、反射係数が－１０ｄＢ以下の周波数帯域は２６．２５～２９．０ＧＨｚである。図１９に示すように、物理長差が１．６ｍｍである場合、反射係数が－１０ｄＢ以下の周波数帯域は２６．２５～２８．７５ＧＨｚ及び３０．０～３０．５ＧＨｚである。図２０に示すように、物理長差が２．１７５ｍｍである場合、反射係数が－１０ｄＢ以下の周波数帯域は２８．０～２８．５ＧＨｚ及び３１．０～３１．５ＧＨｚである。図２１に示すように、物理長差が２．５８ｍｍである場合、反射係数が－１０ｄＢ以下の周波数帯域は２８．０～２８．５ＧＨｚである。
　以上を纏めると、図１２のグラフ中の破線で示すようになる。図１２の破線から明らかなように、物理長差が０ｍｍを越えて大凡１．４ｍｍ未満の範囲における周波数帯域幅は、物理長差が０ｍｍの場合の周波数帯域幅よりも広い。つまり、ランド部２１ｂ，２３ｈがＸ軸方向において放射素子２４ｂと放射素子２４ｃとの間の中間から第２放射素子２４ｃ側にずれることによって、ランド部２３ｈからランド部２３ｂまでの分岐給電線路２３ａの物理長とランド部２３ｈからランド部２３ｅまでの分岐給電線路２３ａの物理長が異なると、アレイアンテナ１で使用可能な周波数帯域が広くなることがわかる。
　ここで、図１２中の実線が第１実施形態のシミュレーション結果であり、図１２中の破線が第３実施形態のシミュレーション結果であるが、図１２を参照して第１実施形態がと第３実施形態を比較する。第１実施形態では、線部２３ｄ及び線部２３ｇがＸ軸方向に対して斜めであることによって、ランド部２３ｈからランド部２３ｂまでの分岐給電線路２３ａの物理長とランド部２３ｈからランド部２３ｅまでの分岐給電線路２３ａの物理長が異なっている。一方、第３実施形態では、ランド部２１ｂ，２３ｈがＸ軸方向において放射素子２４ｂと放射素子２４ｃとの間の中間から第２放射素子２４ｃ側にずれることによって、ランド部２３ｈからランド部２３ｂまでの分岐給電線路２３ａの物理長とランド部２３ｈからランド部２３ｅまでの分岐給電線路２３ａの物理長が異なっている。
　図１２を参照して、第３実施形態のアレイアンテナとそれに物理長差が等しい第１実施形態のアレイアンテナ１を比較すると、電気長差が０ｍｍを越えて大凡１．４ｍｍ（角度θが大凡１６°に相等）未満の範囲では、第３実施形態のアレイアンテナは第１実施形態のアレイアンテナ１よりも周波数帯域が広い。第３実施形態のアレイアンテナとそれに物理長差が等しい第１実施形態のアレイアンテナ１を比較すると、電気長差が大凡１．４ｍｍ（角度θが大凡１６°に相等）を越えて大凡２．５ｍｍ（角度θが大凡２９°に相等）未満の範囲では、第１実施形態のアレイアンテナ１は第３実施形態のアレイアンテナよりも周波数帯域が広い。
　１　アレイアンテナ
　１０　誘電体積層体
　１１　保護誘電体層
　１２　第１誘電体層
　１２ｂ　第３スルーホール導体
　１３　第２誘電体層
　１４　第３誘電体層
　１４ｂ　第１スルーホール導体
　１４ｃ　第２スルーホール導体
　１５　第４誘電体層
　２１　第１導体パターン層
　２１ａ　給電線路
　２１ｃ　線部
　２２　地導体層
　２２ａ　スロット
　２３　第２導体パターン層
　２３ａ　分岐給電線路
　２３ｃ　線部（第２線部）
　２３ｄ　線部（第１線部）
　２３ｆ　線部（第４線部）
　２３ｇ　線部（第３線部）
　２４　放射素子パターン層
　２４ａ　放射素子対
　２４ｂ　第１放射素子
　２４ｃ　第２放射素子

Claims (5)

  1. 　順に積層された第１導体パターン層、第１誘電体層、地導体層、第２誘電体層、第２導体パターン層、第３誘電体層及び放射素子パターン層と、
    　前記第３誘電体層を貫通する複数の第１スルーホール導体及び複数の第２スルーホール導体と、　前記第１誘電体層、前記地導体層及び前記第２誘電体層を貫通する複数の第３スルーホール導体と、を備えるアレイアンテナであって、
    　前記放射素子パターン層が、二次元アレイ状に配列された複数の放射素子対を有し、
    　前記複数の放射素子対のそれぞれが、互いに離間して並んで配置された第１放射素子及び第２放射素子を有し、
    　前記複数の第１スルーホール導体が、前記複数の第１放射素子にそれぞれ対応して二次元アレイ状に配列されて、前記複数の第１放射素子に電気的にそれぞれ接続され、　前記複数の第２スルーホール導体が、前記複数の第２放射素子にそれぞれ対応して二次元アレイ状に配列されて、前記複数の第２放射素子に電気的にそれぞれ接続され、　前記第２導体パターン層が、前記複数の放射素子対にそれぞれに対応して二次元アレイ状に配列された複数の分岐給電線路を有し、
    　前記複数の第３スルーホール導体が、前記複数の分岐給電線路にそれぞれ対応して二次元アレイ状に配列されて、前記複数の分岐給電線路に電気的にそれぞれ接続され、
    　前記複数の分岐給電線路のそれぞれは、前記第３スルーホール導体と前記第１スルーホール導体とを電気的に接続する第１線路と、前記第３スルーホール導体と前記第２スルーホール導体とを電気的に接続する第２線路とに分岐され、
    　前記第１導体パターン層が、前記複数の分岐給電線路にそれぞれ対応した複数の給電線路を有し、
    　前記地導体層が、前記複数の分岐給電線路にそれぞれ対応して二次元アレイ状に配列された複数のスロットを有し、
    　前記複数の給電線路のそれぞれが、平面視で、前記スロットに重なる位置まで配線され、
    　前記複数の第３スルーホール導体のそれぞれが、平面視で、前記スロットの内側に配置されることによって前記地導体層に対して電気的に絶縁されて、前記給電線路に電気的に接続されているアレイアンテナ。
  2. 　前記第１線路の長さと前記第２線路の長さが異なる
    請求項１に記載のアレイアンテナ。
  3. 　前記第１線路が、前記第３スルーホール導体から第１放射素子側に延びた第１線部と、前記第１線部の前記第３スルーホール導体から遠位の端部から前記第１スルーホール導体へ延びた第２線部と、を有し、
    　前記第２線路が、前記第３スルーホール導体から前記第１線部の反対方向に延びた第３線部と、前記第３線部の前記第３スルーホール導体から遠位の端部から前記第２スルーホール導体に延びるとともに前記第２線部に対して平行な第４線部と、を有している
    請求項２に記載のアレイアンテナ。
  4. 　前記第１線部及び前記第３線部が、前記第２線部及び前記第４線部に対して直交する方向に対して角度を有する
    請求項３に記載のアレイアンテナ。
  5. 　前記第１線部及び前記第３線部は長さが互いに等しく、
    　前記第２線部及び前記第４線部は長さが互いに異なる
    請求項３に記載のアレイアンテナ。
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