WO2021084705A1 - 回路一体型アンテナ - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a circuit-integrated antenna mounted on an integrated circuit such as a monolithic microwave integrated circuit.
- the operating band of electronic devices including non-linearity such as power amplifiers and mixers has the property of being determined by the ratio to the center frequency.
- the higher the center frequency the more the specific band can be taken, so that the bandwidth becomes wider and the amount of information contained in the baseband signal can be increased (Non-Patent Document 2).
- the antenna that bears the transmission portion also has a wide band and a high gain.
- typical structures include a patch antenna (Patch Antenna) and a slot antenna (Slot Antenna). These operating principles are basically the same as those of a dipole antenna, and radiate an electric field by forming (resonating) a standing wave distribution of voltage and current determined by structural boundary conditions. Although it is easy to implement due to its simple structure, its performance as an antenna emphasizes versatility, and there are inefficient parts under certain fixed conditions such as frequency band, directivity, and transmission distance.
- the present invention is for solving such a problem, and an object of the present invention is to provide a circuit-integrated antenna capable of significantly improving directivity and gain and obtaining wide-band radiation characteristics.
- the circuit-integrated antenna according to the present invention is a circuit-integrated antenna mounted on a substrate constituting an integrated circuit, and is an electromagnetic wave formed on the surface of the substrate and fed.
- Two slits formed so as to face inward and parallel to the feeding line, and formed on the surface of the substrate so as to be separated from the patch conductor with a first gap in between and surround the outer periphery of the patch conductor. It is equipped with a ring conductor arranged in.
- an electric capacity can be formed between the patch conductor and the ring conductor, that is, in the gap, and the size of the ring conductor or the gap can be adjusted when impedance matching with the feeding line is achieved. Therefore, in the process of designing the circuit-integrated antenna, a high degree of freedom in control such as center frequency, bandwidth, directivity / gain can be obtained. Therefore, it is possible to improve the directivity by suppressing the spread of the electric field distribution of the circuit-integrated antenna and stabilizing it.
- FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a circuit-integrated antenna according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.
- FIG. 3 is a diagram for explaining the analysis conditions of the circuit-integrated antenna according to the first embodiment.
- FIG. 4 is an explanatory diagram showing the antenna size of the circuit-integrated antenna according to the first embodiment.
- FIG. 5 is a plan view showing the configuration of a conventional patch antenna.
- FIG. 6 is a sectional view taken along line II-II of FIG.
- FIG. 7 is a diagram for explaining analysis conditions of a conventional patch antenna.
- FIG. 8 is an explanatory diagram showing the antenna size of the conventional patch antenna.
- FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a circuit-integrated antenna according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.
- FIG. 3 is a diagram for explaining the analysis conditions of the circuit-integrated antenna
- FIG. 9A is an explanatory diagram showing an analysis result (power ratio) of the circuit-integrated antenna according to the first embodiment.
- FIG. 9B is an explanatory diagram showing an analysis result (gain) of the circuit-integrated antenna according to the first embodiment.
- FIG. 10A is an explanatory diagram showing an analysis result (power ratio) of a conventional patch antenna.
- FIG. 10B is an explanatory diagram showing an analysis result (gain) of a conventional patch antenna.
- FIG. 11 is a graph showing the frequency characteristics of the reflection coefficient of the circuit-integrated antenna according to the first embodiment.
- FIG. 12 is a plan view showing the configuration of the circuit-integrated antenna according to the second embodiment.
- FIG. 13 is a sectional view taken along line III-III of FIG. FIG.
- FIG. 14 is a diagram for explaining the analysis conditions of the circuit-integrated antenna according to the second embodiment.
- FIG. 15 is an explanatory diagram showing the antenna size of the circuit-integrated antenna according to the second embodiment.
- FIG. 16A is an explanatory diagram showing an analysis result (power ratio) of the circuit-integrated antenna according to the second embodiment.
- FIG. 16B is an explanatory diagram showing an analysis result (gain) of the circuit-integrated antenna according to the second embodiment.
- FIG. 17 is a graph showing the frequency characteristics of the reflection coefficient of the circuit-integrated antenna according to the second embodiment.
- FIG. 18 is an explanatory diagram showing the electric field strength distribution of the circuit-integrated antenna according to the second embodiment.
- FIG. 19 is an explanatory diagram showing the electric field strength distribution of the circuit-integrated antenna according to the first embodiment.
- FIG. 20A is an explanatory diagram showing an analysis result (power ratio) of the circuit-integrated antenna (optimization) according to the second embodiment.
- FIG. 20B is an explanatory diagram showing an analysis result (gain) of the circuit-integrated antenna (optimization) according to the second embodiment.
- FIG. 21 is a graph showing the frequency characteristics of the reflection coefficient with respect to the circuit-integrated antenna (optimization) according to the second embodiment.
- FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a circuit-integrated antenna according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.
- the circuit-integrated antenna 10 is an antenna formed by a general semiconductor process technique on a dielectric substrate B constituting an integrated circuit such as a monolithic microwave integrated circuit (hereinafter referred to as MMIC). ..
- MMIC monolithic microwave integrated circuit
- the circuit-integrated antenna 10 may be referred to as an on-chip antenna.
- the circuit-integrated antenna 10 mainly includes a feeding line 11, a patch conductor 12, a ring conductor 13, and a gap 14 (first gap) formed on the surface P of the substrate B. ). Further, as shown in FIG. 2, a ground plane GND is formed in at least a region of the bottom surface R of the substrate B facing the power feeding line 11, the patch conductor 12, and the ring conductor 13.
- the feeding line 11 is composed of a microstrip line as a whole, and is a transmission line for feeding a high-frequency electromagnetic field input from the outside to the patch conductor 12 and the ring conductor 13.
- direction Y the direction in which the power feeding line 11 extends on the surface P
- direction perpendicular to the direction Y vertical direction toward the paper surface
- the patch conductor 12 is an antenna element (radiating element) in which a feeding line 11 is connected to a connecting portion 12B located at the center of one side 12A and emits an electromagnetic field fed from the feeding line 11.
- the ring conductor 13 is a conductor arranged so as to surround the outer periphery of the patch conductor 12 in a ring shape and to be separated from the patch conductor 12 with a gap 14 interposed therebetween.
- the ring conductor 13 is separated from the patch conductor 12 by an interval corresponding to an annular gap 14 having a constant width, is formed in a strip shape with a constant width, and both ends thereof are connected to the power supply line 11 in the vicinity of the connection portion 12B. ing.
- two slits 15A and 15B parallel to the feeding line 11 along the direction Y are provided on both sides of the connecting portion 12B of the patch conductor 12 from the end of the patch conductor 12 to the inside. It is formed so as to go toward.
- Each of the two ends of the gap 14 is formed so as to be connected to each end of the slits 15A and 15B.
- the slits 15A and 15B have a length shorter than the width of the patch conductor 12 in the direction Y.
- the case where the power supply line 11 is formed in a straight line will be described as an example, but the present invention is not limited to this, and a bent portion, a curved portion, and a stub may be provided in the middle.
- the case where the outer shape of the patch conductor 12 and the ring conductor 13 forms a substantially square shape will be described as an example, but the present invention is not limited to this, and other shapes such as a substantially rectangular shape and a substantially circular shape may be used. Good.
- the inner shape of the ring conductor 13 will be described as an example of forming a substantially square shape, but the present invention is not limited to this, and the shape is matched to the outer shape of the patch conductor 12 so that the width of the gap 14 is constant. May be. The width of the gap 14 does not have to be constant over the entire circumference (overall length), and the electric field strength distribution of the patch conductor 12 may be adjusted by changing the width of each portion.
- a substrate made of a compound semiconductor such as Inp (indium phosphide) is used as the substrate B will be described as an example, but the present invention is not limited to this, and a general dielectric substrate used for a high frequency circuit is used. You may.
- a thin film of gold (Au) is used as a thin film conductor such as a power feeding line 11, a patch conductor 12, and a ring conductor 13 will be described as an example, but the present invention is not limited to this, and is generally used in a high frequency circuit.
- a thin metal conductor may be used.
- the ring conductor 13 is arranged so as to surround the outer periphery of the patch conductor 12. It was done. As a result, an electric capacity can be formed between the patch conductor 12 and the ring conductor 13, that is, in the gap 14, and when impedance matching with the feeding line 11, in addition to the sizes of the slits 15A and 15B, the ring conductor 13 and the ring conductor 13 It can be adjusted using the size of the gap 14.
- FIG. 3 is a diagram for explaining the analysis conditions of the circuit-integrated antenna according to the first embodiment.
- FIG. 4 is an explanatory diagram showing the antenna size of the circuit-integrated antenna according to the first embodiment.
- FIG. 5 is a plan view showing the configuration of a conventional patch antenna.
- FIG. 6 is a sectional view taken along line II-II of FIG.
- FIG. 7 is a diagram for explaining analysis conditions of a conventional patch antenna.
- FIG. 8 is an explanatory diagram showing the antenna size of the conventional patch antenna.
- FIG. 9 is an explanatory diagram showing an analysis result of the circuit-integrated antenna according to the first embodiment.
- FIG. 10 is an explanatory diagram showing the analysis result of the conventional patch antenna.
- FIG. 11 is a graph showing the frequency characteristics of the reflection coefficient of the circuit-integrated antenna according to the first embodiment.
- the frequency band was set to 300-400 GHz, and the analysis space was set to 1000 ⁇ m ⁇ 1000 ⁇ m ⁇ 1000 ⁇ m.
- gold (Au) having a film thickness of 3 ⁇ m was used as the thin film conductor of the power feeding line 11, the patch conductor 12, and the ring conductor 13.
- an InP substrate having a thickness of 55 ⁇ m was used as the substrate B, and gold (Au) having a thickness of 4 ⁇ m was used as the ground plane GND.
- the size of the port PT provided at one end of the power feeding line 11 was set to 200 ⁇ m (W) ⁇ 150 ⁇ m (H), and an electromagnetic field of 1 W was input from the port PT.
- the vertical and horizontal widths of the patch conductor 12, that is, the patch size Pat is 220 ⁇ m
- the width MSL_w of the power supply line 11 is 36 ⁇ m.
- the vertical and horizontal widths of the ring conductor 13, that is, the ring size Ring is 282 ⁇ m
- the band width RingWith of the ring conductor 13 is 20 ⁇ m
- the width Int of the gap 14 is 11 ⁇ m
- the widths of the slits 15A and 15B are 10 ⁇ m
- the slits 15A, The length of 15B, Slit_y was set to 74 ⁇ m.
- the conventional patch antenna 50 used as a comparison target is composed of a feeding line 51, a patch conductor 52, and a stub 53 formed on the surface P of the substrate B. ..
- the patch antenna 50 is provided with a stub 53 so as to project from the feeding line 51 along the direction X in the middle of the feeding line 51 that supplies an electromagnetic field to the patch conductor 52 that is an antenna element (radiating element). It is also a general patch antenna. Further, a ground plane GND is formed on the bottom surface R of the substrate B.
- the frequency band was set to 250-350 GHz, and the analysis space was set to 1000 ⁇ m ⁇ 1000 ⁇ m ⁇ 1000 ⁇ m.
- gold (Au) having a film thickness of 3 ⁇ m was used as the thin film conductor of the power feeding line 51, the patch conductor 52, and the stub 53.
- an InP substrate having a thickness of 55 ⁇ m was used as the substrate B, and gold (Au) having a thickness of 4 ⁇ m was used as the ground plane GND.
- the size of the port PT provided at one end of the power feeding line 11 was set to 200 ⁇ m (W) ⁇ 150 ⁇ m (H), and an electromagnetic field of 1 W was input from the port PT.
- the vertical and horizontal width of the patch conductor 52 that is, the patch size Pat is 150 ⁇ m
- the width MSL_w of the feeding line 11 and the stub 53 is 36 ⁇ m
- the port PT The distance from the stub 53 to the stub 53 was set to 50 ⁇ m, and the length of the stub 53 protruding from the feeding line 11 was set to 97 ⁇ m.
- FIGS. 9A and 9B show the analysis results of the circuit-integrated antenna 10 according to the present embodiment, and the antenna parameters at 342 GHz are as follows.
- FIGS. 10A and 10B show the analysis results of the conventional patch antenna 50, and the antenna parameters at 288 GHz are as follows.
- the conventional patch antenna 50 has a large spread of the radiation electrolysis pattern and a maximum gain of about 2.24 dBi.
- the spread of the radiation electrolysis pattern is small and above. It can be seen that it is efficiently radiated in the direction.
- the maximum gain is 4.97 dBi, which is more than twice that of the conventional patch antenna 50, and it can be seen that the gain is significantly improved.
- FIG. 11 shows the frequency characteristics of the input reflection coefficient S11 at the input end (port) of the feeding line 11 as the analysis result of the circuit-integrated antenna 10 according to the present embodiment.
- the center frequency can be adjusted mainly by changing the patch size Pat of the patch conductor 12. For example, when the patch size Pat is 350 ⁇ m, the center frequency is about 340 GHz, and when the patch size Pat is 310 ⁇ m, the center frequency is about 360 GHz.
- the bandwidth at the time of radiation can be widened by reducing the ring size RingWith of the ring conductor 13. This tendency has been confirmed even when the width between the patch conductor 12 and the ring conductor 13, that is, the width Int of the gap 14 is constant, and by keeping the width Int of the gap 14 constant, the power is supplied.
- the bandwidth can be changed while maintaining the state in which the matching conditions do not deviate significantly.
- the resonance mode on the ring conductor 13 side can be changed by changing the ring size RingWith of the ring conductor 13.
- the bandwidth of the attenuation characteristic ( ⁇ radiation characteristic) can be widened.
- the bandwidth of the input reflectance coefficient S11 at ⁇ 10.0 dB is about 13 GHz when the ring size RingWidth is 54 ⁇ m, but extends to about 29 GHz when the ring size RingWith is 34 ⁇ m.
- the ring conductor 13 is separated from the patch conductor 12 with a gap 14 interposed therebetween so as to surround the outer periphery of the patch conductor 12. Is arranged.
- an electric capacity can be formed between the patch conductor 12 and the ring conductor 13, that is, in the gap 14, and when impedance matching with the feeding line 11, in addition to the sizes of the slits 15A and 15B, the ring conductor 13 and the ring conductor 13 It can be adjusted using the size of the gap 14. Therefore, in the design process of the circuit-integrated antenna 10, a high degree of freedom in control such as center frequency, bandwidth, directivity / gain can be obtained.
- the directivity and gain of the on-chip antenna can be significantly improved, so that wireless communication can be performed over a longer distance.
- wideband radiation characteristics can be obtained, it is expected that the capacity of wireless communication in the millimeter wave band / terahertz band will increase throughout the system by increasing the amount of information that can be transmitted.
- the degree of freedom in design is high, the center frequency / bandwidth of the radiation characteristics can be changed without changing the basic design elements such as the antenna configuration and size.
- impedance matching can be easily performed only by optimizing parameters without using stubs or the like.
- circuit-integrated antenna 10 has been described from the viewpoint of individual design, but the present invention is not limited to this, and a plurality of circuit-integrated antennas 10 can be arranged side by side to form an array. ..
- the antenna element with good directivity can reduce problems such as electromagnetic field coupling between the elements, the element spacing can be made smaller than that of the conventional patch antenna, and the miniaturization and beam controllability are improved. Can be expected.
- FIG. 12 is a plan view showing the configuration of the circuit-integrated antenna according to the second embodiment.
- FIG. 13 is a sectional view taken along line III-III of FIG.
- the circuit-integrated antenna 10 according to the present embodiment describes a case where the ring conductor 13 is electrically separated from the feeding line 11 to be in a non-feeding state.
- the ring conductor 13 is formed in a band shape separated from the patch conductor 12 by an interval corresponding to an annular gap 14 having a constant width. Both ends thereof are arranged apart from the feeding line 11 in the vicinity of the connecting portion 12B by the gaps 16A and 16B (second gap).
- the electric field strength in the vicinity of the connecting portion 12B can be strengthened, and the directivity can be further improved and stabilized by equalizing the electric field distribution concentrated on each of the four surfaces of the patch conductor 12 on the top, bottom, left, and right.
- the gap 14 and the gaps 16A and 16B are formed so as to be connected to one end of each of the slits 15A and 15B, but the gaps 16A and 16B are formed so as to be connected to the respective ends of the slits 15A and 15B. Even if it is not connected to one end, the electric field strength in the vicinity of the connecting portion 12B can be increased.
- FIG. 14 is a diagram for explaining the analysis conditions of the circuit-integrated antenna according to the second embodiment.
- FIG. 15 is an explanatory diagram showing the antenna size of the circuit-integrated antenna according to the second embodiment.
- 16A and 16B are explanatory views showing the analysis result of the circuit-integrated antenna according to the second embodiment.
- FIG. 17 is a graph showing the frequency characteristics of the reflection coefficient of the circuit-integrated antenna according to the second embodiment.
- the frequency band was set to 250-350 GHz, and the analysis space was set to 1000 ⁇ m ⁇ 1000 ⁇ m ⁇ 1000 ⁇ m.
- gold (Au) having a film thickness of 3 ⁇ m was used as the thin film conductor of the power feeding line 11, the patch conductor 12, and the ring conductor 13.
- an InP substrate having a thickness of 55 ⁇ m was used as the substrate B, and gold (Au) having a thickness of 4 ⁇ m was used as the ground plane GND.
- the size of the port PT provided at one end of the power feeding line 11 was set to 200 ⁇ m (W) ⁇ 150 ⁇ m (H), and an electromagnetic field of 1 W was input from the port PT.
- the vertical and horizontal widths of the patch conductor 12, that is, the patch size Pat is 250 ⁇ m
- the width MSL_w of the power supply line 11 is 36 ⁇ m.
- the vertical and horizontal widths of the ring conductor 13, that is, the ring size Ring is 410 ⁇ m
- the band width RingWith of the ring conductor 13 is 20 ⁇ m
- the width Int of the gap 14 is 11 ⁇ m
- the widths of the slits 15A and 15B are 10 ⁇ m
- the slits 15A The length Slit_y of 15B was 74 ⁇ m
- the width Ring_int of the gaps 16A and 16B was 10 ⁇ m.
- 16A and 16B are the analysis results of the circuit-integrated antenna 10 according to the present embodiment, and the antenna parameters at 300 GHz are as follows.
- the circuit-integrated antenna 10 According to the circuit-integrated antenna 10 according to the present embodiment, it can be seen that the spread of the radiation electrolysis pattern is suppressed to a small extent and the radiation is efficiently emitted upward, as in FIGS. 9A and 9B.
- the directivity at a center frequency of 300 GHz is 5.90 dBi, which is about twice as high as 2.74 dBi in FIGS. 10A and 10B.
- the maximum gain is also 5.07 dBi, which is more than twice as much as that of the conventional patch antenna 50, as in FIGS. 9A and 9B, and it can be seen that the maximum gain is significantly improved.
- FIG. 17 shows the frequency characteristics of the input reflection coefficient S11 at the input end (port) of the feeding line 11 as the analysis result of the circuit-integrated antenna 10 according to the present embodiment.
- the center frequency is adjusted to about 300 GHz mainly by setting the patch size Pat of the patch conductor 12 to 250 ⁇ m.
- the bandwidth of the input reflection coefficient S11 at ⁇ 10.0 dB is about 8 GHz, and is adjusted so as to be substantially symmetrical to the left and right with the center frequency of 300 GHz as the center.
- FIG. 18 is an explanatory diagram showing the electric field strength distribution of the circuit-integrated antenna according to the second embodiment.
- FIG. 19 is an explanatory diagram showing the electric field strength distribution of the circuit-integrated antenna according to the first embodiment.
- the electric field intensity distribution in the antenna plane used in FIG. 1 is such that the electric field distribution on the microstrip line of the feeding line 11 is weak and only the electric field distribution in the line between the slits 15A and 15B is slightly weak. is there.
- the electric field strength is concentrated on the lines between the slits 15A and 15B and the gaps 16A and 16B. It can be seen that the electric field strength distributions in the peripheral areas have symmetry. It is considered that the directivity is improved by forming the electric field distribution in the antenna plane symmetrically with respect to the direction of the feeding line and the direction perpendicular to it.
- the center frequency and the bandwidth are mainly the patch size Pat of the patch conductor 12 and the ring size RingWith of the ring conductor 13. It can be adjusted by changing it. Specifically, increasing the patch size Pat lowers the center frequency, and decreasing the patch size Pat increases the center frequency. Further, if the ring size RingWith is increased, the bandwidth is narrowed, and if the ring size RingWith is decreased, the bandwidth is widened.
- the center frequency and bandwidth can be optimized by changing the patch size Pat and the ring size RingWith of the ring conductor 13.
- 20A and 20B are explanatory views showing the analysis results of the circuit-integrated antenna (optimization) according to the second embodiment.
- FIG. 21 is a graph showing the frequency characteristics of the reflection coefficient with respect to the circuit-integrated antenna (optimization) according to the second embodiment.
- the patch size Pat is changed from 250 ⁇ m to 270 to lower the center frequency
- the ring size Ring is changed from 410 ⁇ m to 405 as compared with FIGS. 14 and 15.
- the case where the bandwidth is increased is shown.
- the antenna parameters at a frequency of 305 GHz are as follows.
- This optimization makes it possible to widen the radiation characteristics by maximizing the center frequency and bandwidth so that the resonance points are not too far apart.
- the bandwidth was 8 GHz in the characteristics shown in FIG. 17, but in FIG. 21, it was improved to 15 GHz by optimization, and the bandwidth was improved compared to the radiation characteristics of a general resonant antenna. It can be seen that it can be expanded nearly twice. Further, according to FIG. 20, it can be seen that the radiation characteristics are maintained in a good state as in FIG. 16 even when the band is widened.
- the center frequency of the radiation characteristic can be adjusted by changing the distance between the ring conductor 13 and the feeding line 11, that is, the width of the gaps 16A and 16B.
- the widths of the gaps 16A and 16B are changed, the electric field strength concentrated in the vicinity of the gaps 16A and 16B also changes, so that it is necessary to consider the balance with the directivity.
- the ring conductor 13 is electrically separated from the feeding line 11 and the patch conductor 12 and arranged.
- the electric field strength in the vicinity of the connecting portion 12B can be strengthened, and the directivity can be further improved and stabilized by equalizing the electric field distribution concentrated on each of the four surfaces of the patch conductor 12 on the top, bottom, left, and right.
- 10 Circuit integrated antenna, 11 ... Feed line, 12 ... Patch conductor, 12A ... One side, 12B ... Connection, 13 ... Ring conductor, 14 ... Gap (first gap), 15A, 15B ... Slit, 16A, 16B ... Gap (second gap), B ... Substrate, P ... Surface, R ... Bottom, GND ... Ground plane.
Landscapes
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
基板(B)の表面(P)に、給電された電磁界を放射するパッチ導体(12)と、入力された電磁界をパッチ導体(12)に給電する給電線路(11)と、給電線路(11)の接続部の両側に、パッチ導体(12)の内側に向かう給電線路(11)に平行な2つのスリット(15A、15B)と、パッチ導体(12)の外周を取り囲むように、ギャップ(14)を挟んでパッチ導体と離間するようリング導体(13)を配置する。これにより、パッチ導体(12)とリング導体(13)との間に電気容量を形成でき、給電線路(11)とのインピーダンス整合をとる際に、リング導体(13)やギャップ(14)のサイズを用いて調整することができる。これにより、設計過程において、中心周波数、帯域幅、指向性・利得など、高い制御自由度を得ることができ、指向性・利得を大幅に向上できるとともに、広帯域な放射特性が得られる。
Description
本発明は、モノリシックマイクロ波集積回路などの集積回路に実装される回路一体型アンテナに関する。
デバイスの高機能化・大容量化のためには集積回路やRF回路の高周波化・小型化が必要である。特に、通信用途のRF回路では、ミリ波・テラヘルツ帯などの高周波帯で回路上の信号伝搬損失が大きい。このため、信号生成部/増幅部と伝送部分の回路を一体化させて設計することで、低損失な信号伝達と小型サイズを実現する手法が一般的である。このような手法を用いた集積回路は、通常、モノリシックマイクロ波集積回路(MMIC:Monolithic Microwave Integrated Circuit)と呼ばれている(非特許文献1)。上記のような高い周波数帯を搬送波として用いることで、帯域幅を稼ぎやすいメリットがある。
また、パワーアンプ・ミキサ等の非線形性を含む電子デバイスの動作帯域は、中心周波数に対する比率で決定する性質を持つ。これにより、中心周波数が高い方が比帯域をとることができるため、帯域幅が広くなりベースバンド信号が持つ情報量を増やすことができる(非特許文献2)。また、無線伝送距離をより大きく稼ぐためには、高出力・低損失・良好なSN比が求められるため、伝送部分を担うアンテナにおいても同様に広帯域・高利得であることが望ましい。
MMIC上に実装する回路一体型アンテナの場合、代表的な構造として、パッチアンテナ(Patch Antenna)、スロットアンテナ(Slot Antenna)などが挙げられる。これらの動作原理は、基本的にはダイポールアンテナと同様であり、構造上の境界条件から定まる電圧・電流の定在波分布を形成(共振)することで電界を放射するものである。構造がシンプルなため実装しやすい反面、アンテナとしての性能は汎用性が重視されたものであり、周波数帯・指向性・伝送距離など、特定の定まった条件下では非効率な部分が存在する。
Ch. V. N. Rao、 D. K. Ghodgaonkar、 and N. Sharma、 "GaAs MMIC Low Noise Amplifier With Integrated High-Power Absorptive Receive Protection Switch"、 IEEE Microwave and Wireless Components Letters、 Vol. 28、 pp. 1128-1130、Dec. 2018
G. Hau、 T. B. Nishimura、 and N. Iwata、 "High Efficiency、 Wide Dynamic Range Variable Gain and Power Amplifier MMICs for Wide-Band CDMA Handsets"、 IEEE Microwave and Wireless Components Letters、 Vol. 11、 pp. 13-15、 Jan. 2001
しかしながら、このような従来構造では、指向性が乏しく、入力から特定受信方向に対する放射電力の実質的な放射効率が悪いため、アンテナを含む無線伝送システムの伝送距離が短くなってしまう問題がある。また、従来構造では、単一周波数の共振系であることから、放射の周波数特性が単一周波数でピークを持つ特性であり、アンテナを含む無線伝送システムの帯域幅を稼ぎにくい問題がある。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、指向性・利得を大幅に向上でき、広帯域な放射特性が得られる回路一体型アンテナを提供することを目的としている。
このような目的を達成するために、本発明にかかる回路一体型アンテナは、集積回路を構成する基板上に実装される回路一体型アンテナであり、前記基板の表面に形成され、給電された電磁界を放射するパッチ導体と、前記基板の表面に形成され、入力された電磁界を前記パッチ導体に給電する給電線路と、前記パッチ導体と前記給電線路の接続部の両側に、前記パッチ導体の内側に向かうように形成された、前記給電線路に平行な2つのスリットと、前記基板の表面に形成され、第1のギャップを挟んで前記パッチ導体と離間し、前記パッチ導体の外周を取り囲むように配置されたリング導体とを備えている。
本発明によれば、パッチ導体とリング導体との間、すなわちギャップに電気容量を形成でき、給電線路とのインピーダンス整合をとる際に、リング導体やギャップのサイズを用いて調整することができる。このため、回路一体型アンテナの設計過程において、中心周波数、帯域幅、指向性・利得など、高い制御自由度を得ることができる。したがって、回路一体型アンテナの電界分布の広がりを抑えて安定させることで指向性を向上させることが可能となる。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[第1の実施の形態]
まず、図1および図2を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10について説明する。図1は、第1の実施の形態にかかる回路一体型アンテナの構成を示す平面図である。図2は、図1のI-I断面図である。
[第1の実施の形態]
まず、図1および図2を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10について説明する。図1は、第1の実施の形態にかかる回路一体型アンテナの構成を示す平面図である。図2は、図1のI-I断面図である。
本発明にかかる回路一体型アンテナ10は、モノリシックマイクロ波集積回路(以下、MMICという)などの集積回路を構成する誘電体の基板B上に、一般的な半導体プロセス技術により形成されたアンテナである。以下では、回路一体型アンテナ10をオンチップアンテナ(On Chip Antenna)ということもある。
図1および図2に示すように、回路一体型アンテナ10は、主に、基板Bの表面Pに形成された、給電線路11、パッチ導体12、リング導体13、およびギャップ14(第1のギャップ)から構成されている。また、図2に示すように、基板Bの底面Rのうち、少なくとも、これら給電線路11、パッチ導体12、リング導体13と対向する領域には、グランドプレーンGNDが形成されている。
給電線路11は、全体としてマイクロストリップラインからなり、外部から入力された高周波の電磁界をパッチ導体12およびリング導体13へ給電するための伝送線路である。以下では、説明を容易とするため、表面P上において、給電線路11が伸延する方向(紙面に向かって左右方向)を方向Yと呼び、方向Yと直行する方向(紙面に向かって上下方向)を方向Xという。
パッチ導体12は、一辺12Aの中央に位置する接続部12Bに給電線路11が接続されて、給電線路11から給電された電磁界を放射するアンテナエレメント(放射素子)である。
リング導体13は、パッチ導体12の外周をリング状に取り囲むように、ギャップ14を挟んでパッチ導体12と離間するよう配置された導体である。リング導体13は、一定幅からなる環状のギャップ14に相当する間隔だけパッチ導体12と離間して、一定幅で帯状に形成されて、その両端が接続部12Bの近傍で給電線路11と接続されている。
給電線路11とのインピーダンス整合をとるために、パッチ導体12の接続部12Bの両側に、方向Yに沿って給電線路11に平行な2つのスリット15A,15Bを、パッチ導体12の端部から内側に向かうように形成している。ギャップ14の2つの端部のそれぞれは、スリット15A,15Bのそれぞれの一端部と連接するよう形成されている。スリット15A,15Bは、方向Yにおけるパッチ導体12の幅より短い長さを有している。
以下では、給電線路11が直線状に形成されている場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、途中に屈曲部や湾曲部、さらにはスタブが設けられていてもよい。また、パッチ導体12やリング導体13の外側形状が、略正方形をなす場合を例として説明するがこれに限定されるものではなく、略矩形形状や略円形形状など、他の形状であってもよい。また、リング導体13の内側形状は、略正方形状をなす場合を例として説明するがこれに限定されるものではなく、ギャップ14の幅が一定となるようパッチ導体12の外側形状に合わせた形状としてもよい。なお、ギャップ14の幅は、全周(全長)にわたって一定でなくてもよく、各部の幅を変更することにより、パッチ導体12の電界強度分布を調整してもよい。
また、基板BとしてInp(インジュウムリン)などの化合物半導体からなる基板を用いる場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、高周波回路に用いられる一般的な誘電体基板を用いてもよい。また、給電線路11、パッチ導体12、リング導体13などの薄膜導体として金(Au)の薄膜を用いる場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、高周波回路に用いられる一般的な金属の薄膜導体を用いてもよい。
本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10は、図1に示すように、給電線路11の接続部におけるスリット15A,15Bに加えて、パッチ導体12の外周を取り囲むように、リング導体13を配置したものである。これにより、パッチ導体12とリング導体13との間、すなわちギャップ14に電気容量を形成でき、給電線路11とのインピーダンス整合をとる際に、スリット15A,15Bのサイズに加えて、リング導体13やギャップ14のサイズを用いて調整することができる。したがって、回路一体型アンテナ10の設計過程において、中心周波数、帯域幅、指向性・利得など、高い制御自由度を得ることができ、結果として、回路一体型アンテナ10の電界分布の広がりを抑えて安定させることで指向性を向上させることが可能となる。
[第1の実施の形態にかかる動作解析]
次に、図3~図11を参照して、本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10の動作として、シミュレーションによる解析結果について説明する。以下では、比較のため、従来のパッチアンテナに関する解析結果についても合わせて説明する。
次に、図3~図11を参照して、本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10の動作として、シミュレーションによる解析結果について説明する。以下では、比較のため、従来のパッチアンテナに関する解析結果についても合わせて説明する。
図3は、第1の実施の形態にかかる回路一体型アンテナの解析条件を説明するための図である。図4は、第1の実施の形態にかかる回路一体型アンテナのアンテナサイズを示す説明図である。図5は、従来のパッチアンテナの構成を示す平面図である。図6は、図5のII-II断面図である。図7は、従来のパッチアンテナの解析条件を説明するための図である。図8は、従来のパッチアンテナのアンテナサイズを示す説明図である。図9は、第1の実施の形態にかかる回路一体型アンテナの解析結果を示す説明図である。図10は、従来のパッチアンテナの解析結果を示す説明図である。図11は、第1の実施の形態にかかる回路一体型アンテナに関する反射係数の周波数特性を示すグラフである。
図3に示す回路一体型アンテナ10に関する解析条件については、周波数帯域を300-400GHzとし、解析空間を1000μm×1000μm×1000μmとした。また、給電線路11、パッチ導体12、リング導体13の薄膜導体として膜厚が3μmの金(Au)を用いた。また、基板Bとして厚さが55μmのInP基板を用い、グランドプレーンGNDとして厚さが4μmの金(Au)を用いた。また、給電線路11の一端に設けられたポートPTのサイズを200μm(W)×150μm(H)とし、ポートPTから1Wの電磁界を入力した。
また、図4に示すように、本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10に関するアンテナサイズについては、パッチ導体12の縦横の幅すなわちパッチサイズPatを220μmとし、給電線路11の幅MSL_wを36μmとし、リング導体13の縦横の幅すなわちリングサイズRingを282μmとし、リング導体13の帯幅RingWidthを20μmとし、ギャップ14の幅Intを11μmとし、スリット15A,15Bの幅Slit_xを10μmとし、スリット15A,15Bの長さSlit_yを74μmとした。
一方、比較対象として用いた従来のパッチアンテナ50は、図5および図6に示すように、基板Bの表面Pに形成された、給電線路51、パッチ導体52、およびスタブ53から構成されている。パッチアンテナ50は、アンテナエレメント(放射素子)であるパッチ導体52に対して、電磁界を供給する給電線路51の途中に、給電線路51から方向Xに沿って突出するようにスタブ53が設けられた、一般的なパッチアンテナである。また、基板Bの底面Rには、グランドプレーンGNDが形成されている。
図7に示す従来のパッチアンテナ50に関する解析条件については、周波数帯域を250-350GHzとし、解析空間を1000μm×1000μm×1000μmとした。また、給電線路51、パッチ導体52、スタブ53の薄膜導体として膜厚が3μmの金(Au)を用いた。また、基板Bとして厚さが55μmのInP基板を用い、グランドプレーンGNDとして厚さが4μmの金(Au)を用いた。また、給電線路11の一端に設けられたポートPTのサイズを200μm(W)×150μm(H)とし、ポートPTから1Wの電磁界を入力した。
また、図8に示すように、従来のパッチアンテナ50に関するアンテナサイズについては、パッチ導体52の縦横の幅すなわちパッチサイズPatを150μmとし、給電線路11およびスタブ53の幅MSL_wを36μmとし、ポートPTからスタブ53までの距離Stab_shiftを50μmとし、給電線路11から突出したスタブ53の長さStab_xを97μmとした。
図9A、Bは、本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10の解析結果を示したものであり、342GHzにおけるアンテナパラメータは以下の通りである。
指向性:5.65 dBi
利得:4.97 dBi
放射効率:87.9 %
全体効率:85.8 %
利得:4.97 dBi
放射効率:87.9 %
全体効率:85.8 %
図10A、Bは、従来のパッチアンテナ50の解析結果を示したものであり、288GHzにおけるアンテナパラメータは以下の通りである。
指向性:2.74 dBi
利得:2.24 dBi
放射効率:81.6 %
全体効率:38.3 %
利得:2.24 dBi
放射効率:81.6 %
全体効率:38.3 %
従来のパッチアンテナ50は、放射電解パターンの広がりが大きく、最大利得も2.24dBi程度であるが、本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10によれば、放射電解パターンの広がりは少なく、上方向へ効率よく放射されていることがわかる。また、最大利得も4.97dBiであり、従来のパッチアンテナ50に比べて2倍以上であり、大幅に向上していることが分かる。
図11には、本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10の解析結果として、給電線路11の入力端(ポート)における入力反射係数S11の周波数特性が示されている。本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10によれば、図11に示すように、中心周波数は、主にパッチ導体12のパッチサイズPatを変えることで調整可能であることが分かる。例えば、パッチサイズPatを350μmとした場合には中心周波数が約340GHzとなり、パッチサイズPatを310μmとした場合には中心周波数が約360GHzとなる。
また、本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10によれば、図11に示すように、リング導体13のリングサイズRingWidthを小さくすることで放射時の帯域幅を広げられることが分かる。この傾向は、パッチ導体12とリング導体13との間幅すなわちギャップ14の幅Intを一定にした状態でも確認されており、ギャップ14の幅Intを一定にした状態を保つことで、給電時の整合条件が大きくずれない状態を保持したまま帯域幅を変えることができる。
また、本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10によれば、図11に示すように、リング導体13のリングサイズRingWidthを変えることで、リング導体13側の共振モードを変化させることができるため、共振点を複数重ね合わせることで減衰特性(≒放射特性)の帯域幅を広帯域化させることができる。例えば、入力反射係数S11のー10.0dBにおける帯域幅は、リングサイズRingWidthを54μmとした場合は約13GHzであるが、リングサイズRingWidthを34μmとした場合は約29GHzまで広がっていることが分かる。
[第1の実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、給電線路11の接続部におけるスリット15A,15Bに加えて、パッチ導体12の外周を取り囲むように、ギャップ14を挟んでパッチ導体12と離間するようリング導体13を配置したものである。
これにより、パッチ導体12とリング導体13との間、すなわちギャップ14に電気容量を形成でき、給電線路11とのインピーダンス整合をとる際に、スリット15A,15Bのサイズに加えて、リング導体13やギャップ14のサイズを用いて調整することができる。このため、回路一体型アンテナ10の設計過程において、中心周波数、帯域幅、指向性・利得など、高い制御自由度を得ることができる。
このように、本実施の形態は、給電線路11の接続部におけるスリット15A,15Bに加えて、パッチ導体12の外周を取り囲むように、ギャップ14を挟んでパッチ導体12と離間するようリング導体13を配置したものである。
これにより、パッチ導体12とリング導体13との間、すなわちギャップ14に電気容量を形成でき、給電線路11とのインピーダンス整合をとる際に、スリット15A,15Bのサイズに加えて、リング導体13やギャップ14のサイズを用いて調整することができる。このため、回路一体型アンテナ10の設計過程において、中心周波数、帯域幅、指向性・利得など、高い制御自由度を得ることができる。
したがって、回路一体型アンテナ10の電界分布の広がりを抑えて安定させることで指向性を向上させることが可能となる。これにより、オンチップアンテナの指向性・利得を大幅に向上させることができるため、より長距離で無線通信を行うことが可能になる。また広帯域な放射特性が得られるため、伝送可能な情報量が増加することでシステム全体を通じたミリ波帯/テラヘルツ帯の無線通信の大容量化が期待できる。一方、チップ設計の観点では、設計自由度が高いためアンテナの構成やサイズなどの基本設計要素を変更することなく、放射特性の中心周波数/帯域幅を変えることができる。また、スタブ等を用いることなくパラメータ最適化のみで容易にインピーダンスマッチングをとることができる。
また、本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10については、単体設計の観点から説明したが、これに限定されるものではなく、回路一体型アンテナ10を複数並べてアレー化することも可能である。その際に、指向性のよいアンテナ素子の方が素子間における電磁界結合等の問題が軽減できるため、従来のパッチアンテナよりも素子間隔を小さくすることができ、小型化およびビーム制御性の向上が期待できる。
[第2の実施の形態]
次に、図12および図13を参照して、本発明の第2の実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10について説明する。図12は、第2の実施の形態にかかる回路一体型アンテナの構成を示す平面図である。図13は、図12のIII-III断面図である。
本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10は、図12および図13に示すように、リング導体13を給電線路11から電気的に分離して、無給電状態とした場合について説明する。
次に、図12および図13を参照して、本発明の第2の実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10について説明する。図12は、第2の実施の形態にかかる回路一体型アンテナの構成を示す平面図である。図13は、図12のIII-III断面図である。
本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10は、図12および図13に示すように、リング導体13を給電線路11から電気的に分離して、無給電状態とした場合について説明する。
すなわち、本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10は、図12に示すように、リング導体13は、一定幅からなる環状のギャップ14に相当する間隔だけパッチ導体12と離間して帯状に形成されて、その両端がギャップ16A,16B(第2のギャップ)により接続部12Bの近傍で給電線路11と離間して配置されている。これにより、接続部12B付近の電界強度を強めることができ、パッチ導体12の上下左右の4面それぞれに集中する電界分布を均等にすることで指向性をより向上・安定させることができる。尚、図12および図13では、ギャップ14とギャップ16A,16Bは、スリット15A,15Bのそれぞれの一端部と連接するよう形成されているが、ギャップ16A,16Bは、スリット15A,15Bのそれぞれの一端部に連接されていなくても、接続部12B付近の電界強度を強めることができる。
[第2の実施の形態にかかる解析結果]
次に、図14~図17を参照して、本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10と従来のパッチアンテナに関する、シミュレーションによる解析結果について説明する。図14は、第2の実施の形態にかかる回路一体型アンテナの解析条件を説明するための図である。図15は、第2の実施の形態にかかる回路一体型アンテナのアンテナサイズを示す説明図である。図16A、Bは、第2の実施の形態にかかる回路一体型アンテナの解析結果を示す説明図である。図17は、第2の実施の形態にかかる回路一体型アンテナに関する反射係数の周波数特性を示すグラフである。
次に、図14~図17を参照して、本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10と従来のパッチアンテナに関する、シミュレーションによる解析結果について説明する。図14は、第2の実施の形態にかかる回路一体型アンテナの解析条件を説明するための図である。図15は、第2の実施の形態にかかる回路一体型アンテナのアンテナサイズを示す説明図である。図16A、Bは、第2の実施の形態にかかる回路一体型アンテナの解析結果を示す説明図である。図17は、第2の実施の形態にかかる回路一体型アンテナに関する反射係数の周波数特性を示すグラフである。
図14に示す回路一体型アンテナ10に関する解析条件については、周波数帯域を250-350GHzとし、解析空間を1000μm×1000μm×1000μmとした。また、給電線路11、パッチ導体12、リング導体13の薄膜導体として膜厚が3μmの金(Au)を用いた。また、基板Bとして厚さが55μmのInP基板を用い、グランドプレーンGNDとして厚さが4μmの金(Au)を用いた。また、給電線路11の一端に設けられたポートPTのサイズを200μm(W)×150μm(H)とし、ポートPTから1Wの電磁界を入力した。
また、図15に示すように、本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10に関するアンテナサイズについては、パッチ導体12の縦横の幅すなわちパッチサイズPatを250μmとし、給電線路11の幅MSL_wを36μmとし、リング導体13の縦横の幅すなわちリングサイズRingを410μmとし、リング導体13の帯幅RingWidthを20μmとし、ギャップ14の幅Intを11μmとし、スリット15A,15Bの幅Slit_xを10μmとし、スリット15A,15Bの長さSlit_yを74μmとし、ギャップ16A,16Bの幅Ring_intを10μmとした。
図16A、Bは、本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10の解析結果であり、300GHzにおけるアンテナパラメータは以下の通りである。
指向性:5.9 dBi
利得:5.07 dBi
放射効率:85.9 %
全体効率:85.1 %
利得:5.07 dBi
放射効率:85.9 %
全体効率:85.1 %
本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10によれば、図9A、Bと同様に、放射電解パターンの広がりは少なく抑えられており、上方向へ効率よく放射されていることがわかる。特に、中心周波数300GHzにおける指向性が5.90dBiであり、図10A、Bの2.74dBiの2倍程度の高い指向性が得られている。また、最大利得も5.07dBiであり、図9A、Bと同様に、従来のパッチアンテナ50に比べて2倍以上であり、大幅に向上していることが分かる。
図17には、本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10の解析結果として、給電線路11の入力端(ポート)における入力反射係数S11の周波数特性が示されている。本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10によれば、図17に示すように、中心周波数は、主にパッチ導体12のパッチサイズPatを250μmとすることにより中心周波数が約300GHzに調整されている。また、入力反射係数S11のー10.0dBにおける帯域幅は約8GHzであり、中心周波数300GHzを中心として、左右にほぼ対称となるよう調整されていることが分かる。
図18は、第2の実施の形態にかかる回路一体型アンテナの電界強度分布を示す説明図である。図19は、第1の実施の形態にかかる回路一体型アンテナの電界強度分布を示す説明図である。
図1で用いたアンテナ面内の電界強度分布は、図19に示すように、給電線路11のマイクロストリップライン上の電界分布が弱くスリット15A,15B間の線路における電界分布のみがやや弱い状態である。
図1で用いたアンテナ面内の電界強度分布は、図19に示すように、給電線路11のマイクロストリップライン上の電界分布が弱くスリット15A,15B間の線路における電界分布のみがやや弱い状態である。
一方、図18に示すように、本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10ではスリット15A,15B及びギャップ16A、16B間の線路に電界強度が集中しており、パッチの対向する2辺とその周辺部の電界強度分布がそれぞれ対称性を持っていることがわかる。アンテナ面内の電界分布を給電線路方向とそれに垂直な方向に対して対称的に形成することで指向性が改善されていると考えられる。
また、第1の実施の形態と同様に、本実施の形態にかかる回路一体型アンテナ10において、中心周波数や帯域幅は、主にパッチ導体12のパッチサイズPatやリング導体13のリングサイズRingWidthを変えることで調整可能である。具体的には、パッチサイズPatを大きくすれば中心周波数は低くなり、パッチサイズPatを小さくすれば中心周波数は高くなる。また、リングサイズRingWidthを大きくすれば帯域幅は狭くなり、リングサイズRingWidthを小さくすれば帯域幅は広くなる。
これらパッチサイズPatやリング導体13のリングサイズRingWidthを変えることで、中心周波数や帯域幅を最適化することができる。図20A、Bは、第2の実施の形態にかかる回路一体型アンテナ(最適化)の解析結果を示す説明図である。図21は、第2の実施の形態にかかる回路一体型アンテナ(最適化)に関する反射係数の周波数特性を示すグラフである。
図20A、Bおよび図21では、最適化例として、図14および図15と比較して、パッチサイズPatを250μmから270に変更して中心周波数を低くし、リングサイズRingを410μmから405に変更して帯域幅を広くした場合が示されている。周波数305GHzにおけるアンテナパラメータは以下の通りである。
図20A、Bおよび図21では、最適化例として、図14および図15と比較して、パッチサイズPatを250μmから270に変更して中心周波数を低くし、リングサイズRingを410μmから405に変更して帯域幅を広くした場合が示されている。周波数305GHzにおけるアンテナパラメータは以下の通りである。
指向性:5.65 dBi
利得:4.97 dBi
放射効率:75.5 %
全体効率:69.6 %
利得:4.97 dBi
放射効率:75.5 %
全体効率:69.6 %
この最適化により、共振点同士が離れすぎない程度に、中心周波数および帯域幅が最大となるようにして放射特性を広帯域化させることが可能となる。これにより、図17で示した特性では帯域幅が8GHzであったのに対して、図21では最適化により15GHzに改善されており、一般的な共振系アンテナの放射特性と比べて帯域幅を2倍近く拡張できることがわかる。また、図20によれば、広帯域化した場合でも放射特性は、図16と同様に、良好な状態が保たれていることがわかる。
また、リング導体13と給電線路11との間隔すなわちギャップ16A,16Bの幅を変更することで、放射特性の中心周波数を調整することができる。なお、ギャップ16A,16Bの幅を変更した場合、この付近に集中する電界強度も変化するため、指向性との兼ね合いを考慮する必要がある。
[第2の実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、リング導体13を、給電線路11およびパッチ導体12から電気的に分離して配置したものである。
これにより、接続部12B付近の電界強度を強めることができ、パッチ導体12の上下左右の4面それぞれに集中する電界分布を均等にすることで指向性をより向上・安定させることができる。
このように、本実施の形態は、リング導体13を、給電線路11およびパッチ導体12から電気的に分離して配置したものである。
これにより、接続部12B付近の電界強度を強めることができ、パッチ導体12の上下左右の4面それぞれに集中する電界分布を均等にすることで指向性をより向上・安定させることができる。
[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
10…回路一体型アンテナ、11…給電線路、12…パッチ導体、12A…一辺、12B…接続部、13…リング導体、14…ギャップ(第1のギャップ)、15A,15B…スリット、16A,16B…ギャップ(第2のギャップ)、B…基板、P…表面、R…底面、GND…グランドプレーン。
Claims (6)
- 集積回路を構成する基板上に実装される回路一体型アンテナであって、
前記基板の表面に形成され、給電された電磁界を放射するパッチ導体と、
前記基板の表面に形成され、入力された電磁界を前記パッチ導体に給電する給電線路と、
前記パッチ導体と前記給電線路の接続部の両側に、前記パッチ導体の内側に向かうように形成された、前記給電線路に平行な2つのスリットと、
前記基板の表面に形成され、第1のギャップを挟んで前記パッチ導体と離間し、前記パッチ導体の外周を取り囲むように配置されたリング導体と
を備えることを特徴とする回路一体型アンテナ。 - 請求項1に記載の回路一体型アンテナにおいて、
前記リング導体は、前記給電線路と接続するように配置されていることを特徴とする回路一体型アンテナ。 - 請求項1に記載の回路一体型アンテナにおいて、
前記リング導体は、第2のギャップを挟んで前記給電線路と離間するように配置されていることを特徴とする回路一体型アンテナ。 - 請求項3に記載の回路一体型アンテナにおいて、
前記第1のギャップと前記第2のギャップは、前記2つのスリットのそれぞれの一端部と連接するよう形成されていることを特徴とする回路一体型アンテナ。 - 請求項1から4の何れか1項に記載の回路一体型アンテナにおいて、
前記リング導体は、一定幅で帯状に形成されていることを特徴とする回路一体型アンテナ。 - 請求項1から5の何れか1項に記載の回路一体型アンテナにおいて、
前記第1のギャップは、一定幅で環状に形成されていることを特徴とする回路一体型アンテナ。
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