WO2023190285A1 - アンテナ素子、アンテナ基板及びアンテナモジュール - Google Patents

アンテナ素子、アンテナ基板及びアンテナモジュール Download PDF

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WO2023190285A1
WO2023190285A1 PCT/JP2023/012098 JP2023012098W WO2023190285A1 WO 2023190285 A1 WO2023190285 A1 WO 2023190285A1 JP 2023012098 W JP2023012098 W JP 2023012098W WO 2023190285 A1 WO2023190285 A1 WO 2023190285A1
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conductor
protruding
plate
power supply
conductor plate
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Application number
PCT/JP2023/012098
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English (en)
French (fr)
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覚詞 淺井
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京セラ株式会社
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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
    • H01Q23/00—Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them

Definitions

  • the present disclosure relates to an antenna element, an antenna substrate, and an antenna module.
  • Patent Document 1 shows a microstrip antenna as a broadband antenna element, which has a conductive plate and a ground conductor that face each other with a dielectric interposed therebetween.
  • the present disclosure aims to provide an antenna element, an antenna substrate, and an antenna module having wider band characteristics.
  • the antenna element includes: It has a first dielectric, a second dielectric, a ground conductor, a power supply conductor plate, and a parasitic conductor plate, the ground conductor, the feeding conductor plate, and the parasitic conductor plate are located in this order, The ground conductor and the power supply conductor plate are located opposite to each other with the first dielectric interposed therebetween, The feeding conductor plate and the parasitic conductor plate are located opposite to each other with the second dielectric interposed therebetween, A protruding conductor is provided that protrudes from the power supply conductor plate toward the ground conductor.
  • the antenna substrate according to the present disclosure includes: Has multiple antenna elements, Each of the plurality of antenna elements is the antenna element described above.
  • the antenna module according to the present disclosure includes: The above antenna board, integrated circuit; Equipped with
  • an antenna element it is possible to provide an antenna element, an antenna substrate, and an antenna module that have wider band characteristics.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an antenna element according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a plan view showing an antenna element according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • FIG. 1B is a vertical cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1B.
  • 1B is a vertical cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1B.
  • FIG. 3 is a graph showing the reflection loss of the antenna element according to Embodiment 1 and Comparative Examples 1 to 3.
  • FIG. It is a figure which shows the modification 1 in which the position of a protruding conductor was changed in the direction orthogonal to a resonance direction.
  • FIG. 3 is a plan view showing an antenna element according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view showing an antenna element according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view showing an antenna element according to a second embodiment. It is a graph showing the relationship between the width of the plate-shaped body and the lower polar frequency.
  • FIG. 7 is a diagram showing a modification 8 of the second embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing a ninth modification of the second embodiment.
  • 10 is a diagram showing a tenth modification of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a graph showing the reflection loss of antenna elements of Modifications 8 to 10.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an antenna substrate and an antenna module according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing an antenna substrate and an antenna module according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1A is a perspective view showing an antenna element according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • FIG. 1B is a plan view showing an antenna element according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • FIG. 2A is a longitudinal cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1B.
  • FIG. 2B is a longitudinal cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1B. The following description will be made assuming that the Z direction in the figure is vertically downward, and the X and Y directions perpendicular to the Z direction are horizontal directions.
  • the Z direction is a direction perpendicular to the upper surface of the power supply conductor plate 22, and the X direction and the Y direction are directions along the upper surface of the power supply conductor plate 22 and are mutually orthogonal directions.
  • the up, down, left and right directions in this specification may be different from the up, down, left and right directions when the antenna element 1 is used.
  • the antenna element 1 of the first embodiment includes a dielectric substrate 10, a feeding conductor plate 22, a parasitic conductor plate 23, a ground conductor 21, a feeding conductor 24, and a protruding conductor 25 located on the dielectric substrate 10.
  • the ground conductor 21, the feeding conductor plate 22, and the parasitic conductor plate 23 are located in this order.
  • the ground conductor 21 and the power supply conductor plate 22 are located opposite to each other with a part of the layer of the dielectric substrate 10 (that is, the dielectric layer 11a serving as the first dielectric) interposed therebetween.
  • the feed conductor plate 22 and the parasitic conductor plate 23 are located opposite to each other with a part of the layer of the dielectric substrate 10 (that is, the dielectric layer 11b serving as the second dielectric) in between.
  • the ground conductor 21 may have a larger area than the feeding conductor plate 22 and the parasitic conductor plate 23.
  • the feeding conductor plate 22 and the parasitic conductor plate 23 may have a rectangular shape. Planar perspective means looking downward.
  • the power supply conductor 24 is connected to the power supply conductor plate 22.
  • the power supply conductor 24 may be connected to a position offset from the center of the power supply conductor plate 22 to one side. In FIGS. 1 and 2, the power supply conductor 24 is connected to a position offset from the center of the power supply conductor plate 22 in the X direction.
  • the power supply conductor 24 may extend from below the ground conductor 21 to the power supply conductor plate 22 via the through hole 21 a of the ground conductor 21 .
  • the power supply conductor 24 may transmit power according to the transmission signal to the power supply conductor plate 22. Alternatively, the feed conductor 24 may transmit the signal received by the antenna element 1.
  • the material of the dielectric substrate 10 may be a ceramic such as an aluminum oxide sintered body, a glass ceramic sintered body, a mullite sintered body, or an aluminum nitride sintered body, or a resin.
  • the dielectric substrate 10 has a laminated structure and may include a plurality of (for example, four) dielectric layers 11a and 11b.
  • a ground conductor 21 is located on the lower surface of the lower dielectric layer 11a
  • a power supply conductor plate 22 is located between the two middle dielectric layers 11a and 11b
  • a ground conductor 21 is located on the upper surface of the uppermost dielectric layer 11b.
  • a power supply conductor plate 23 may be located.
  • a dielectric layer may be provided further below the ground conductor 21.
  • the feeding conductor plate 22 and the parasitic conductor plate 23 may be metallized conductor films.
  • the power supply conductor 24 and the protruding conductor 25 may be via conductors that are solidified when the dielectric substrate 10 is fired.
  • the feeding conductor plate 22 and the parasitic conductor plate 23 may be copper foil, and the feeding conductor 24 and the protruding conductor 25 are conductors filled in via holes of the resin substrate by plating. It may be.
  • the antenna element 1 having the above configuration, high frequency power is fed to the feeding conductor plate 22 via the feeding conductor 24, resonance occurs in the feeding conductor plate 22, and radio waves are output from the feeding conductor plate 22. Furthermore, the vibration of the electric field is transmitted from the feeding conductor plate 22 to the parasitic conductor plate 23, causing resonance in the parasitic conductor plate 23, and a radio wave is output from the parasitic conductor plate 23.
  • the resonant frequency of the parasitic conductor plate 23 is set to be higher than the resonant frequency of the power supply conductor plate 22. With such settings, as shown in FIG. 3, the peripheral band of the lower pole frequency p1 (see FIG.
  • corresponding to the resonant frequency of the feeding conductor plate 22 corresponds to the resonant frequency of the parasitic conductor plate 23.
  • Broadband characteristics with low loss are obtained in the band around the higher pole frequency p2 (see FIG. 3) and in the band between the pole frequencies p1 and p2.
  • the protruding conductor 25 protrudes from the power supply conductor plate 22 toward the ground conductor 21 side.
  • the protruding direction may be the Z direction (that is, the vertical direction), or may be a direction including one or both of the X direction and Y direction components as long as the Z direction component is included.
  • the protruding conductor 25 may be a rod-shaped body extending in the protruding direction, such as a cylindrical shape or a polygonal column shape.
  • the protruding conductor 25 may have a shape in which the thickness does not change in the protruding direction, or may have a shape in which the thickness changes, such as tapering or thickening.
  • the protruding conductor 25 may have a shape extending straight in the vertical direction, or may have a shape having a curved portion in the horizontal direction. Since the protruding conductor 25 is cylindrical and straight, the molding process of the protruding conductor 25 is facilitated, and the stress distribution between the protruding conductor 25 and the dielectric substrate 10 can be dispersed. The strength around 25 can be improved.
  • the protruding conductor 25 may have the same or different cross-sectional shape and dimensions as the power supply conductor 24. If they are the same, it is easy to form the protruding conductor 25 and the power supply conductor 24 in a common process.
  • a cross section means a cross section along the horizontal direction.
  • the length (that is, the vertical dimension) of the protruding conductor 25 may be arbitrary as long as it does not come into contact with the ground conductor 21.
  • the length of the protruding conductor 25 may be 1/4 or more of the distance between the power supply conductor plate 22 and the ground conductor 21 (that is, the length between the opposing surfaces). With this length, the effect of increasing the capacitance of the power supply conductor plate 22, which will be described later, can be more effectively achieved.
  • the tip of the protruding conductor 25 may be located between the dielectric layers 11a.
  • the protruding conductor 25 is half the distance between the ground conductor 21 and the power supply conductor plate 22. It may have a length.
  • the protruding conductor 25 may have a surface, that is, an end surface E25 at the end on the ground conductor 21 side.
  • the end surface E25 may be parallel to the upper surface of the ground conductor 21, or may be inclined with respect to the upper surface. The presence of the end surface E25 allows electric charge to be stored in the end surface E25, thereby enhancing the effect of increasing the capacitance of the power supply conductor plate 22, which will be described later.
  • the end surface E25 of the protruding conductor 25 is the surface of the protruding conductor 25 that appears when viewed from the ground conductor 21 side in the -Z direction (that is, upward) assuming that the dielectric substrate 10 is transparent, and means a surface in which the acute angle formed between the axis of and the perpendicular to the surface is less than 30 degrees.
  • the center of the end surface E25 means the intersection of a straight line that bisects the area of the end surface E25 in the X direction and a straight line that bisects the area of the end surface E25 in the Y direction in plan view.
  • the X direction is defined as the direction of a line segment connecting the edge of the power supply conductor plate 22 and the power supply conductor 24 at the shortest distance.
  • the center of the end surface E25 is defined on the basis of each of the plurality of end surfaces.
  • the antenna element 1 may have a plurality of protruding conductors 25.
  • the interval between the plurality of protruding conductors 25 may be greater than or equal to the thickness (ie, width) of one protruding conductor 25. With such a gap, the strength of the portion of the dielectric substrate 10 located between the plurality of protruding conductors 25 can be maintained.
  • the end surface E25 of the protruding conductor 25 may be located so as not to protrude outward from the power supply conductor plate 22 (see FIG. 1B).
  • the entire end surface E25 of the protruding conductor 25 may be located within a region surrounded by the outer edge of the power supply conductor plate 22.
  • the area surrounded by the outer edge of the power supply conductor plate 22 corresponds to the area occupied by the power supply conductor plate 22 if there is no notch such as a slit in the power supply conductor plate 22, and if there is a notch such as a slit, This corresponds to the combined area of the power supply conductor plate 22 and the notch.
  • the power supply conductor 24 may be connected to a position offset from the center of the power supply conductor plate 22. Resonance in the power supply conductor plate 22 occurs in a direction connecting the center point of the power supply conductor plate 22 and the center of the connection position (i.e., the power supply point) of the power supply conductor 24.
  • the power supply conductor 24 is connected to a position offset from the center of the power supply conductor plate 22 in the X direction. Therefore, the X direction is the resonance direction in the power supply conductor plate 22, and the Y direction is the direction perpendicular to the resonance direction.
  • the power supply conductor plate 22 may have a first side s1 and a second side s2 that intersect (for example, are substantially orthogonal to) the resonance direction in plan view.
  • the first side s1 is closer to the power supply conductor 24 than the second side s2.
  • the center of the end surface E25 of the protruding conductor 25 may be located in at least one of the regions R1 and R2 in FIG. 1B.
  • regions R1 and R2 are shown by hatching.
  • the region R1 corresponds to a region that is further inward of the power supply conductor plate 22 than the first side s1 and within a distance L1 from the first side s1.
  • the region R2 corresponds to a region that is further inward of the power supply conductor plate 22 than the second side s2 and within a distance L1 from the second side s2.
  • the distance L1 is 0.1 times the effective wavelength ⁇ corresponding to the maximum frequency of the transmission frequency band.
  • the distance L1 may be expressed as 1/4 of the dimension L0 of the power supply conductor plate 22 in the X direction. According to this configuration, as will be explained in the section "Arrangement of protruding conductors in the resonance direction" described later, a wider band of antenna characteristics can be realized.
  • the antenna element 1 has four protruding conductors 25, and the four protruding conductors 25 may be located at the four corners of the feeding conductor plate 22, respectively, when viewed from above.
  • corner refers to an area that includes a corner of the power supply conductor plate 22 among the regions created by dividing the power supply conductor plate 22 into four equal parts in the X direction and into four equal parts in the Y direction. It's okay. With this configuration, it is possible to increase the distance between the plurality of protruding conductors 25, and therefore, it is possible to reduce the occurrence of weak parts in the dielectric substrate 10. Furthermore, by locating the protruding conductors 25 in both regions R1 and R2, it is possible to significantly widen the antenna characteristics.
  • FIG. 3 is a graph showing the return loss of the antenna element according to Embodiment 1 and Comparative Examples 1 to 3.
  • the reflection loss in FIG. 3 is the result of a simulation.
  • the protruding conductor 25 has the effect of increasing the capacitance between the power supply conductor plate 22 and the ground conductor 21 without changing the dimensions of the power supply conductor plate 22 in plan view. Therefore, the resonant frequency of the power supply conductor plate 22 becomes lower than when the protruding conductor 25 is not provided. On the other hand, the protruding conductor 25 does not significantly affect the resonant frequency of the parasitic conductor plate 23. Therefore, the lower pole frequency p1 of the antenna element 1 can be set to a low value without changing the higher pole frequency p2, and the antenna characteristics can be widened.
  • Comparative Example 1 in FIG. 3 are the same as those of the antenna element 1 of Embodiment 1 except that there is no protruding conductor 25.
  • the presence of the protruding conductor 25 causes the lower pole frequency p1 to be a value lower than the pole frequency p1a without the protruding conductor 25. becomes.
  • the higher polar frequency p2 does not change significantly. Therefore, in the first embodiment, a wide band is realized.
  • the characteristics of Comparative Example 2 in FIG. 3 show characteristics in which the lower polar frequency p1 was adjusted by the patch size.
  • the patch size means the size of the feeding conductor plate 22 and the parasitic conductor plate 23.
  • the size of the power supply conductor plate 22 is adjusted.
  • the lower polar frequency p1 can be made to have the same value as Embodiment 1. Can be adjusted.
  • the area of the feeding conductor plate 22 changes relatively between the parasitic conductor plate 23 and the ground conductor 21, so the parasitic conductor plate 23 and the ground The capacitance with the conductor 21 is affected, and the reflection loss near the higher polar frequency p2 becomes large.
  • the area of the feed conductor plate 22 is not restricted, and the characteristics of the feed conductor plate 22 and the parasitic conductor plate 23 are good.
  • the area of the power supply conductor plate 22 can be set so that. Therefore, in the first embodiment, in addition to widening the characteristic, the reflection loss at the higher polar frequency p2 is reduced, and a high antenna gain is obtained.
  • the characteristics of Comparative Example 3 in FIG. 3 show the characteristics of a configuration in which the protruding conductor is provided not on the power supply conductor plate 22 but on the ground conductor 21. That is, the configuration of Comparative Example 3 includes a protruding conductor that protrudes from the ground conductor 21 toward the power supply conductor plate 22 side, and does not include the protrusion conductor 25 of the power supply conductor plate 22.
  • the other configurations are the same as in the first embodiment.
  • the protruding conductor of the ground conductor 21 not only increases the capacitance of the feeding conductor plate 22 but also increases the capacitance of the parasitic conductor plate 23. It also increases.
  • the higher polar frequency p2c changes to a lower value, and the effect of widening the band is reduced.
  • the protruding conductor 25 is provided on the power supply conductor plate 22 as in the first embodiment, the influence on the higher pole frequency p2 is small, and the lower pole frequency p1 can be lowered. Therefore, wideband antenna characteristics can be realized.
  • FIGS. 4A to 4D are diagrams respectively showing modifications 1 to 4 in which the position of the protruding conductor is changed in a direction perpendicular to the resonance direction.
  • FIGS. 4A to 4D components above the power supply conductor plate 22 are omitted.
  • the Y direction corresponds to a direction perpendicular to the resonance direction.
  • FIG. 5 is a graph showing the reflection loss of the antenna elements of Modifications 1 to 4. Figure 5 shows the simulation results.
  • the power supply conductor 24 may be connected to a position offset from the center of the power supply conductor plate 22. Resonance in the power supply conductor plate 22 occurs in a direction connecting the center point of the power supply conductor plate 22 and the center of the connection position (i.e., the power supply point) of the power supply conductor 24.
  • the X direction is the resonance direction of the power supply conductor plate 22
  • the Y direction is a direction perpendicular to the resonance direction.
  • the antenna elements 1A to 1D of Modifications 1 to 4 of this embodiment have the same configuration as Embodiment 1 except that the number and arrangement of protruding conductors 25 are different.
  • Each of antenna elements 1A to 1D has one protruding conductor 25.
  • Each protruding conductor 25 has the same size, shape, and position in the X direction.
  • the protruding conductor 25 of Modification 1 is located at the end of the power supply conductor plate 22 in the Y direction in plan view.
  • the protruding conductors 25 of Modifications 2 and 3 are respectively located between the center and end of the power supply conductor plate 22 in the Y direction when seen in plan view.
  • the protruding conductor 25 of Modification 4 is located at the center of the power supply conductor plate 22 in the Y direction in plan view.
  • the reflection losses of the antenna elements 1A to 1D of Modifications 1 to 4 have similar characteristics, as shown in FIG. From the results shown in FIG. 5, it is derived that even if the position of the protruding conductor 25 is different in the direction perpendicular to the resonance direction (ie, the Y direction), it is possible to achieve a broadband antenna characteristic.
  • the main factors that affect the antenna characteristics are the position of the end surface E25 of the protruding conductor 25 on the ground conductor 21 side, and the connection position of the protruding conductor 25 to the feeding conductor plate 22. Therefore, the above matter derived from FIG. 5 may be rephrased as follows. That is, even if the end face E25 of the protruding conductor 25 on the ground conductor 21 side is located at a different position in the direction perpendicular to the resonance direction within the feeding conductor plate 22 when viewed from above, it is possible to achieve a wide band antenna characteristic. Alternatively, even if the connection position of the protruding conductor 25 to the feeding conductor plate 22 is different in the direction orthogonal to the resonance direction, it is possible to achieve a broadband antenna characteristic.
  • 6A to 6C are diagrams showing modifications 5 to 7 in which the position of the protruding conductor is changed in the resonance direction.
  • FIGS. 6A to 6C components above the power supply conductor plate 22 are omitted.
  • the X direction corresponds to the resonance direction.
  • the power supply conductor plate 22 may have a first side s1 and a second side s2 that intersect (for example, are substantially orthogonal to) the resonance direction in plan view.
  • the first side s1 is closer to the power supply conductor 24 than the second side s2.
  • the antenna elements 1E to 1G of Modifications 5 to 7 of the present embodiment have the same configuration as Embodiment 1 except that the number and arrangement of protruding conductors 25 are different.
  • Each of antenna elements 1E to 1G has two protruding conductors 25. All the protruding conductors 25 have the same size and shape. In each of antenna elements 1E to 1G, two protruding conductors 25 are located at both ends in the Y direction.
  • the dimensions of the feed conductor plate 22 may be set to be proportional to the effective wavelength (ie, the wavelength in the dielectric) ⁇ of the transmission frequency band of the antenna elements 1E to 1G.
  • the maximum frequency of the transmission frequency band is 71 [GHz]
  • the dielectric constant of the dielectric substrate 10 is 5.7
  • the effective wavelength ⁇ is 1.77 [mm]
  • the The dimension in the direction is 0.7 [mm].
  • the two protruding conductors 25 in FIG. 6A are located at the ends of the power supply conductor plate 22 in the X direction (that is, the ends closer to the power supply conductor 24) in plan view. This position corresponds to a position of -0.3 [mm] (see FIG. 6B) with the center of the power supply conductor plate 22 as the origin along the X direction.
  • the position of the protruding conductor 25 is represented by the position of the center point of the protruding conductor 25.
  • the two protruding conductors 25 in FIG. 6B are located in the middle of the power supply conductor plate 22 in the X direction when viewed from above. This position corresponds to a position of -0.2 [mm] along the X direction with the center of the power supply conductor plate 22 as the origin.
  • the two protruding conductors 25 in FIG. 6C are located at opposite ends of the power supply conductor plate 22 in the X direction (that is, the ends farthest from the power supply conductor 24) in plan view. This position corresponds to a position of +0.3 [mm] (see FIG. 6B) with the center of the power supply conductor plate 22 as the origin along the X direction.
  • FIGS. 7A to 7C are graphs showing the relationship between the position of the protruding conductor in the resonance direction and the pole frequency
  • FIG. 7A is the relationship between the above position and the lower pole frequency
  • FIG. 7B is the graph between the above position and the higher
  • FIG. 7C shows the relationship between the above position and the bandwidth between the two pole frequencies.
  • the polar frequencies in FIGS. 7A and 7B are obtained by obtaining the frequency characteristics of return loss through simulation for antenna elements 1E to 1G of Modifications 5 to 7, as well as additional antenna elements. It is extracted from.
  • the positions of the two protruding conductors 25 in the X direction of the additional antenna elements are ⁇ 0.1 [mm], 0 [mm], +0.1 [mm], and +0.2 [mm] (see FIG. 6B). This is the configuration.
  • the bandwidth between the pole frequencies in FIG. 7C represents the value obtained by subtracting the lower pole frequency from the higher pole frequency.
  • the antenna characteristics can be widened by widening the two pole frequencies of return loss (see pole frequencies p1 and p2 in FIG. 3).
  • pole frequencies p1 and p2 in FIG. 3 the position of the protruding conductor 25 in the X direction and the bandwidth between the pole frequencies are correlated. From the results shown in FIG. 7C, it is derived that by locating the center of the protruding conductor 25 in either region R1 or R2 (see FIGS. 6B and 7C), the antenna characteristics can be made wider.
  • regions R1 and R2 are shown by hatching.
  • the region R1 corresponds to a region that is further inward of the power supply conductor plate 22 than the first side s1 and within a distance L1 from the first side s1.
  • the region R2 corresponds to a region that is further inward of the power supply conductor plate 22 than the second side s2 and within a distance L1 from the second side s2.
  • the distance L1 is 0.1 times the effective wavelength ⁇ corresponding to the maximum frequency of the transmission frequency band.
  • the distance L1 may be expressed as 1/4 of the dimension L0 of the power supply conductor plate 22 in the X direction.
  • the main factors that affect the antenna characteristics are the position of the end surface E25 of the protruding conductor 25 on the ground conductor 21 side, and the connection position of the protruding conductor 25 to the feeding conductor plate 22. Therefore, the above matter derived from FIG. 7C may be restated as follows. That is, by locating the center of the end surface E25 of the protruding conductor 25 on the ground conductor 21 side in either region R1 or R2 in plan view, the antenna characteristics can be made wider. Alternatively, by locating the center of the connection position of the protruding conductor 25 to the feeding conductor plate 22 in either region R1 or R2, the antenna characteristics can be made wider.
  • FIG. 8A is a plan view showing an antenna element according to Embodiment 2.
  • FIG. 8B is a perspective view showing the antenna element according to the second embodiment.
  • FIG. 8C is a longitudinal cross-sectional view showing the antenna element according to the second embodiment.
  • Antenna element 1H according to Embodiment 2 has the same configuration as Embodiment 1, except that the shape of protruding conductor 25H is different.
  • the protruding conductor 25H includes a rod-shaped body 25Ha extending from the power supply conductor plate 22 toward the grounding conductor 21 side, and a plate-shaped body 25Hb connected to the rod-shaped body 25Ha and extending in a direction intersecting the protruding direction of the protruding conductor 25H.
  • the rod-shaped body 25Ha may be configured to extend in a direction perpendicular to the plate surface of the power supply conductor plate 22.
  • the plate-shaped body 25Hb may be connected to the tip of the rod-shaped body 25Ha.
  • the end surface E25 of the protruding conductor 25H corresponds to the lower surface of the plate-like body 25Hb (ie, the plate surface on the ground conductor 21 side).
  • the plate-like body 25Hb may be configured to extend along the upper surface of the ground conductor 21.
  • the plate-like body 25Hb may be a metallized conductive film.
  • the rod-shaped body 25Ha may be a via conductor that is solidified when the dielectric substrate 10 is fired.
  • the plate-shaped body 25Hb may be a copper foil, and the rod-shaped body 25Ha may be a conductor filled in a via hole of the resin substrate by plating.
  • the rod-shaped body 25Ha may be similar to the protruding conductor 25 of the first embodiment.
  • the plate-like body 25Hb may be located between the two dielectric layers 11a, 11a.
  • the width of the plate-shaped body 25Hb in the X direction is equal to the diameter of the rod-shaped body 25Ha (for example, the width in the X direction in the case of a rectangle), and the width of the plate-shaped body 25Hb in the Y direction is equal to the width of the rod-shaped body 25Ha in a plan view.
  • the diameter of the plate-shaped body 25Hb in the X direction may be larger than the diameter of the rod-shaped body 25Ha
  • the width of the plate-shaped body 25Hb in the Y direction may be equal to or larger than the diameter of the rod-shaped body 25Ha in plan view.
  • the area of the plate-shaped body 25Hb (that is, the area extending in the XY direction) in plan perspective may be larger than the area of the end surface of the rod-shaped body 25Ha in plan perspective.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the width of the plate-shaped body and the lower polar frequency.
  • FIG. 9 shows the lower polar frequency obtained by simulation for each antenna element with different widths Wy in the Y direction of the plate-shaped body 25Hb (see FIG. 8A) and with the other components being the same. .
  • the results in FIG. 9 show that the larger the area of the plate-shaped body 25Hb is, the lower the lower pole frequency p1 is, and therefore the antenna characteristics can be made wider.
  • the size of the plate-like body 25Hb may be adjusted within a range where the reflection loss in the band q3 is a desired value (for example, ⁇ 10 dB or less). Through this adjustment, it is possible to achieve a broadband antenna characteristic that allows desired gain to be obtained even in the intermediate band q3.
  • a change in the length Lz (see FIG. 8C) of the rod-like body 25Ha affects the reflection loss characteristic line similarly to a change in the width Wy of the plate-like body 25Hb. If the rod-shaped body 25Ha becomes longer and the distance between the tip of the protruding conductor 25H and the ground conductor 21 becomes narrower, the distance between the ground conductor 21 and the power supply conductor plate 22 becomes smaller, as in the case where the width Wy of the plate-shaped body 25Hb becomes longer. This is because the capacitance between them increases. The same applies to the configuration without the plate-like body 25Hb (ie, the configuration of Embodiment 1).
  • the length Lz of the rod-shaped body 25Ha (or the length of the protruding conductor 25 in Embodiment 1) may also be adjusted within a range where the reflection loss in the intermediate band q3 is a desired value. Through this adjustment, it is possible to achieve a broadband antenna characteristic that allows desired gain to be obtained even in the intermediate band q3.
  • 10A to 10C are diagrams showing a modification 8A, a modification 9B, and a modification 10C of the second embodiment, respectively.
  • FIGS. 10A to 10C the structure above the power supply conductor plate 22 is omitted.
  • FIG. 11 is a graph showing the reflection loss of the antenna elements of Modifications 8 to 10.
  • the antenna element 1I of Modification Example 8 has the same configuration as that of Embodiment 2, except that the plate-like body 25Ib is square in plan view. In plan view, the entire plate-like body 25Ib is located within a region surrounded by the outer edge of the power supply conductor plate 22.
  • the plate-like bodies 25Jb and 25Kb are located beyond the area surrounded by the outer edge of the power supply conductor plate 22 when viewed from above.
  • the plate-like body 25Jb of the ninth modification has the same shape and size as the plate-like body 25Ib of the eighth modification.
  • the plate-shaped body 25Kb of Modification 10 is larger in size than the plate-shaped body 25Ib of Modification 8, and has a larger area located beyond the area surrounded by the outer edge of the power supply conductor plate 22 (that is, the amount of protrusion).
  • the plate-shaped body 25Ib (or the end surface E25 of the protruding conductor 25I on the ground conductor 21 side) does not protrude from the feeding conductor plate 22, so that the antenna has a wider band and lower reflection loss. It is shown that the properties can be obtained.
  • the number of rod-shaped bodies 25Ha connected to one plate-shaped body 25Hb may be one. With this configuration, it is possible to realize a wider band of antenna characteristics.
  • FIG. 12A is a perspective view showing an antenna substrate and an antenna module according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12B shows a longitudinal cross-sectional view showing an antenna substrate and an antenna module according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12B shows a cross section taken along line BB in FIG. 12A.
  • the antenna substrate 110 of this embodiment includes a plurality of antenna elements 1.
  • the antenna element 1 is the antenna element 1 of the first embodiment described above, it may be replaced with the antenna element 1H of the second embodiment or the antenna elements 1A to 1G and 1I of the first to eighth modifications.
  • the plurality of antenna elements 1 may be arranged in a matrix or in any other manner on the large dielectric substrate 10 for array use.
  • the antenna substrate 110 includes an electrode 130 to which an integrated circuit 200 that outputs a transmitted signal and inputs a received signal is connected, and a transmission line that transmits a signal between the electrode 130 and each antenna element 1. 120.
  • a portion of the transmission path 120 may be the feeding conductor 24 of each antenna element 1.
  • the antenna board 110 may be equipped with a filter circuit that extracts a signal in a desired frequency band from the signal on the transmission line 120.
  • the antenna module 100 of this embodiment includes an antenna substrate 110 and an integrated circuit 200.
  • the integrated circuit 200 may be bonded to the side of the antenna substrate 110 opposite to the radio wave radiation side.
  • the antenna substrate 110 and antenna module 100 of this embodiment one or both of broadband radio wave transmission and radio wave reception is possible. Furthermore, since broadband radio waves can be transmitted, it is easy to add a phase difference to the transmitted radio waves between the plurality of antenna elements 1. By adding a phase difference, it becomes possible to perform beamforming in which radio waves are formed into a beam and output at a desired angle. Therefore, according to the antenna substrate 110 and the antenna module 100 of this embodiment, it is possible to obtain the effect that beam forming is easily realized.
  • the antenna element, antenna substrate, and antenna module of the present disclosure are not limited to the above embodiments.
  • the planar shape of the power supply conductor plate and the parasitic conductor plate may be a polygonal shape other than a rectangle, or a shape whose outline includes a curve.
  • one or both of the feeding conductor plate and the parasitic conductor plate may have a slit.
  • a space such as an air gap may be located in the dielectric substrate between the ground conductor and the power supply conductor plate and between the power supply conductor plate and the parasitic conductor plate.
  • the present disclosure can be used for antenna elements, antenna substrates, and antenna modules.
  • antenna element 1, 1A to 1K antenna element 10 dielectric substrate 11a dielectric layer (first dielectric) 11b dielectric layer (second dielectric) 21 Grounding conductor 22 Feed conductor plate 23 Parasitic conductor plate 24 Feed conductor 25, 25H, 25I Projecting conductor 25Ha, 25Ia Rod-shaped body 25Hb, 25Ib Plate-shaped body E25 End surface R1, R2 Region s1 First side s2 Second side 100 Antenna module 110 antenna board 120 transmission path 130 electrode 200 integrated circuit p1 lower polar frequency p2 higher polar frequency

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Abstract

アンテナ素子は、第１誘電体、第２誘電体、接地導体、給電導体板及び無給電導体板を有しており、接地導体と給電導体板と無給電導体板は順に位置し、第１誘電体を挟んで接地導体と給電導体板とが互いに対向して位置し、第２誘電体を挟んで給電導体板と無給電導体板とが互いに対向して位置し、給電導体板から接地導体側へ突出する突出導体を備える。

Description

アンテナ素子、アンテナ基板及びアンテナモジュール
　本開示は、アンテナ素子、アンテナ基板及びアンテナモジュールに関する。
　特許文献１には、広帯域のアンテナ素子として、誘電体を挟んで互いに対向する導体板と接地導体とを有するマイクロストリップアンテナが示されている。
特開昭５５－９３３０５号公報
　近年、アンテナの特性をより広帯域化することが求められている。本開示は、より広帯域の特性を有するアンテナ素子、アンテナ基板及びアンテナモジュールを提供することを目的とする。
　本開示に係るアンテナ素子は、
　第１誘電体、第２誘電体、接地導体、給電導体板および無給電導体板を有しており、
　前記接地導体と前記給電導体板と前記無給電導体板は順に位置し、
　前記第１誘電体を挟んで前記接地導体と前記給電導体板とが互いに対向して位置しているとともに、
　前記第２誘電体を挟んで前記給電導体板と前記無給電導体板とが互いに対向して位置し、
　前記給電導体板から前記接地導体側へ突出する突出導体を備える。
　本開示に係るアンテナ基板は、
　複数のアンテナ素子を有し、
　前記複数のアンテナ素子の各々が上記のアンテナ素子である。
　本開示に係るアンテナモジュールは、
　上記のアンテナ基板と、
　集積回路と、
　を備える。
　本開示によれば、より広帯域の特性を有するアンテナ素子、アンテナ基板及びアンテナモジュールを提供できる。
本開示の実施形態１に係るアンテナ素子を示す斜視図である。 本開示の実施形態１に係るアンテナ素子を示す平面図である。 図１ＢのＡ－Ａ線における縦断面図である。 図１ＢのＢ－Ｂ線における縦断面図である。 実施形態１に係るアンテナ素子及び比較例１～３の反射損失を示すグラフである。 突出導体の位置を共振方向に直交する方向に変化させた変形例１を示す図である。 突出導体の位置を共振方向に直交する方向に変化させた変形例２を示す図である。 突出導体の位置を共振方向に直交する方向に変化させた変形例３を示す図である。 突出導体の位置を共振方向に直交する方向に変化させた変形例４を示す図である。 変形例１～変形例４のアンテナ素子の反射損失を示すグラフである。 突出導体の位置を共振方向に変化させた変形例５を示す図である。 突出導体の位置を共振方向に変化させた変形例６を示す図である。 突出導体の位置を共振方向に変化させた変形例７を示す図である。 突出導体の共振方向における位置と極周波数との関係を示すグラフであり、上記の位置と低い方の極周波数との関係を示す。 突出導体の共振方向における位置と極周波数との関係を示すグラフであり、上記の位置と高い方の極周波数との関係を示す。 突出導体の共振方向における位置と極周波数との関係を示すグラフであり、上記位置と２つの極周波数間の帯域幅との関係を示す。 実施形態２に係るアンテナ素子を示す平面図である。 実施形態２に係るアンテナ素子を示す斜視図である。 実施形態２に係るアンテナ素子を示す縦断面図である。 板状体の幅と低い方の極周波数との関係を示すグラフである。 実施形態２の変形例８を示す図である。 実施形態２の変形例９を示す図である。 実施形態２の変形例１０を示す図である。 変形例８～変形例１０のアンテナ素子の反射損失を示すグラフである。 本開示の実施形態に係るアンテナ基板及びアンテナモジュールを示す斜視図である。 本開示の実施形態に係るアンテナ基板及びアンテナモジュールを示す縦断面図である。
　以下、本開示の各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
　（実施形態１）
　図１Ａは、本開示の実施形態１に係るアンテナ素子を示す斜視図である。図１Ｂは、本開示の実施形態１に係るアンテナ素子を示す平面図である。図２Ａは、図１ＢのＡ－Ａ線における縦断面図である。図２Ｂは、図１ＢのＢ－Ｂ線における縦断面図である。以下、図中のＺ方向を鉛直下方、Ｚ方向と垂直なＸ方向及びＹ方向を水平方向として説明する。Ｚ方向は給電導体板２２の上面に垂直な方向であり、Ｘ方向及びＹ方向は給電導体板２２の上面に沿った方向で、互いに直交する方向である。本明細書における上下左右の方向は、アンテナ素子１の使用時における上下左右の方向と異なっていてもよい。
　本実施形態１のアンテナ素子１は、誘電体基板１０と、当該誘電体基板１０に位置する給電導体板２２、無給電導体板２３、接地導体２１、給電導体２４及び突出導体２５とを備える。
　接地導体２１と給電導体板２２と無給電導体板２３とは、当該順に位置する。接地導体２１と給電導体板２２とは誘電体基板１０の一部の層（すなわち第１誘電体としての誘電体層１１ａ）を挟んで互いに対向して位置する。給電導体板２２と無給電導体板２３とは誘電体基板１０の一部の層（すなわち第２誘電体としての誘電体層１１ｂ）を挟んで互いに対向して位置する。
　平面透視において、接地導体２１は、給電導体板２２及び無給電導体板２３よりも大きな面積を有してもよい。平面透視において、給電導体板２２及び無給電導体板２３は、矩形状であってもよい。平面透視とは、下方に透視することを意味する。
　給電導体２４は、給電導体板２２に接続される。給電導体２４は、給電導体板２２の中央から一方へ偏った位置に接続されてもよい。図１および図２において、給電導体２４は、給電導体板２２の中央からＸ方向へ偏った位置に接続されている。給電導体２４は、接地導体２１の貫通孔２１ａを介して接地導体２１の下方から給電導体板２２まで延在してもよい。給電導体２４は、送信信号に応じた電力を給電導体板２２に伝送してもよい。あるいは、給電導体２４は、アンテナ素子１が受信した信号を伝送してもよい。
　誘電体基板１０の材質は、酸化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミック焼結体、ムライト質焼結体又は窒化アルミニウム質焼結体等のセラミック、あるいは、樹脂であってもよい。誘電体基板１０は、積層構造を有し、複数（例えば４つ）の誘電体層１１ａ、１１ｂを有してもよい。そして、下方の誘電体層１１ａの下面に接地導体２１が位置し、中間の２つの誘電体層１１ａ、１１ｂの間に給電導体板２２が位置し、最も上の誘電体層１１ｂの上面に無給電導体板２３が位置してもよい。接地導体２１のさらに下方に誘電体層を有していてもよい。
　給電導体板２２及び無給電導体板２３は、メタライズ加工された導体膜であってもよい。給電導体２４及び突出導体２５は誘電体基板１０の焼成時に固化されたビア導体であってもよい。誘電体基板１０が樹脂基板である場合、給電導体板２２及び無給電導体板２３は銅箔であってもよく、給電導体２４及び突出導体２５は、樹脂基板のビアホールにめっきにより充填された導体であってもよい。
　上記構成のアンテナ素子１によれば、給電導体２４を介して給電導体板２２に高周波の給電が行われることで、給電導体板２２に共振が生じ、給電導体板２２から電波が出力される。さらに、給電導体板２２から無給電導体板２３に電界の振動が伝わることで、無給電導体板２３に共振が生じ、無給電導体板２３から電波が出力される。無給電導体板２３の共振周波数は、給電導体板２２の共振周波数よりも高くなるように設定される。このような設定により、図３に示すように、給電導体板２２の共振周波数に対応する低い方の極周波数ｐ１（図３を参照）の周辺帯域、無給電導体板２３の共振周波数に対応する高い方の極周波数ｐ２（図３を参照）の周辺帯域、並びに、極周波数ｐ１、ｐ２の間の帯域において損失の低い広帯域の特性が得られる。
　＜突出導体＞
　突出導体２５は、給電導体板２２から接地導体２１側へ突出する。突出する方向は、Ｚ方向（すなわち上下方向）であってもよいが、Ｚ方向の成分を含めばＸ方向及びＹ方向の一方又は両方の成分を含む方向であってもよい。突出導体２５は、円柱状、多角柱状など、突出方向に延びる棒状体であってよい。突出導体２５は、突出方向において太さが変わらない形状であってもよいし、先細り、先太りなど太さが変わる形状であってもよい。突出導体２５は上下方向にまっすぐ延びた形状であってもよいし、水平方向へ曲がった部位を有する形状であってもよい。突出導体２５が円柱状でかつまっすぐであることで、突出導体２５の成形工程が容易になり、かつ、突出導体２５と誘電体基板１０との間の応力分布を分散させることができ、突出導体２５の周辺の強度を向上できる。
　突出導体２５は、横断面の形状及び寸法が給電導体２４と同一であってもよいし、異なってもよい。同一である場合、突出導体２５と給電導体２４とを共通の工程で形成しやすい。横断面とは水平方向に沿った断面を意味する。
　突出導体２５の長さ（すなわち上下方向の寸法）は、接地導体２１と接触しない範囲で任意であってもよい。突出導体２５の長さは、給電導体板２２と接地導体２１との距離（すなわち対向する面の間の長さ）の１／４以上であってもよい。当該長さにより、後述する給電導体板２２の静電容量を増す作用がより得られる。誘電体基板１０が積層構造を有する場合、誘電体層１１ａの層間に突出導体２５の先端が位置してもよい。例えば、接地導体２１と給電導体板２２との間に同一厚みの２層の誘電体層１１ａがある場合には、突出導体２５は接地導体２１と給電導体板２２との間の間隔の半分の長さを有してもよい。突出導体２５の先端が複数の誘電体層１１ａの層間に位置することで、突出導体２５の成形工程が容易になる。
　突出導体２５は、接地導体２１側の端に面すなわち端面Ｅ２５を有してもよい。端面Ｅ２５は接地導体２１の上面と平行であってもよいし、当該上面に対して傾斜していてもよい。端面Ｅ２５があることで、端面Ｅ２５に電荷を蓄えることができ、後述する給電導体板２２の静電容量を増す作用を増強できる。突出導体２５の端面Ｅ２５とは、誘電体基板１０を透明であるものとして、接地導体２１側から－Ｚ方向（すなわち上方）に見たときに表れる突出導体２５の面であり、かつ、Ｚ方向の軸と面の垂線との成す鋭角が３０度未満である面を意味する。端面Ｅ２５の中心とは、平面透視における端面Ｅ２５の面積を、Ｘ方向において二等分する直線とＹ方向において二等分する直線との交点を意味する。ここでＸ方向とは給電導体板２２の縁と給電導体２４とを最短距離で結ぶ線分方向とする。端面Ｅ２５が非連続な複数の端面を含む場合、端面Ｅ２５の中心とは上記複数の端面の各々に存在し、当該各端面に基づいて定義されるものとする。
　アンテナ素子１は、複数の突出導体２５を有してもよい。複数の突出導体２５の間隔は、一本の突出導体２５の太さ（すなわち横幅）以上であってもよい。このような間隔があることで、誘電体基板１０における複数の突出導体２５の間に位置する部位の強度を維持できる。
　平面透視において、突出導体２５の端面Ｅ２５は、給電導体板２２から外側にはみ出さないように位置してもよい（図１Ｂを参照）。言い換えれば、平面透視において、突出導体２５の端面Ｅ２５の全部が給電導体板２２の外縁に囲まれた領域内に位置してもよい。ここで、給電導体板２２の外縁に囲まれた領域とは、給電導体板２２にスリット等の切欠きが無ければ給電導体板２２が占める領域と一致し、スリット等の切欠きが有れば給電導体板２２と切欠きとを合わせた領域に相当する。上記の構成によれば、後述する「板状体のはみ出しについて」の項で説明するように、反射損失がより低く、かつ、より広帯域な特性が得られる。
　給電導体２４は、給電導体板２２の中央から偏った位置に接続されてもよい。給電導体板２２における共振は、給電導体板２２の中央の点と給電導体２４の接続位置（すなわち給電点）の中心とを結ぶ方向に生じる。図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ及び図２Ｂにおいて、給電導体２４は、給電導体板２２の中央からＸ方向へ偏った位置に接続されている。よって、Ｘ方向が給電導体板２２における共振方向であり、Ｙ方向が共振方向に直交する方向である。給電導体板２２は、平面透視において、共振方向と交差（例えばほぼ直交）する第１辺ｓ１と第２辺ｓ２とを有してもよい。第１辺ｓ１は第２辺ｓ２よりも給電導体２４に近い。
　平面透視において、突出導体２５の端面Ｅ２５の中心は、図１Ｂの領域Ｒ１、Ｒ２の少なくとも一方に位置してもよい。図１Ｂにおいて領域Ｒ１、Ｒ２を網掛けで示す。領域Ｒ１は、第１辺ｓ１よりも給電導体板２２の内方で、かつ、第１辺ｓ１から距離Ｌ１以内の領域に相当する。領域Ｒ２は、第２辺ｓ２よりも給電導体板２２の内方で、かつ、第２辺ｓ２から距離Ｌ１以内の領域に相当する。距離Ｌ１は、伝送周波数帯域の最大周波数に対応する実効波長λの０．１倍である。距離Ｌ１は、給電導体板２２のＸ方向における寸法Ｌ０の１／４と言い換えてもよい。当該構成によれば、後述する「突出導体の共振方向における配置」の項で説明するように、アンテナ特性のより広帯域化が実現する。
　アンテナ素子１は、図１Ｂに示すように、４つの突出導体２５を有し、平面透視において４つの突出導体２５が給電導体板２２の四つの隅部にそれぞれ位置してもよい。ここで、隅部とは、給電導体板２２をＸ方向において４等分、並びに、Ｙ方向において４等分してできた各領域のうち、給電導体板２２の角部を含む領域を意味してもよい。当該構成により、複数の突出導体２５の間隔を大きくすることができ、よって、誘電体基板１０に脆弱な部位が生じることを低減できる。さらに、領域Ｒ１、Ｒ２の両方に突出導体２５が位置することにより、アンテナ特性の大幅な広帯域化を実現できる。
　＜突出導体の作用＞
　図３は、実施形態１に係るアンテナ素子及び比較例１～３の反射損失を示すグラフである。図３の反射損失はシミュレーションの結果である。
　突出導体２５は、平面透視における給電導体板２２の寸法を変えることなく、給電導体板２２と接地導体２１との間の静電容量を増加する作用を及ぼす。したがって、給電導体板２２の共振周波数が突出導体２５が無いときに比べて低くなる。一方、突出導体２５は、無給電導体板２３の共振周波数に大きな影響を及ぼさない。したがって、アンテナ素子１の高い方の極周波数ｐ２を動かさずに、低い方の極周波数ｐ１を低い値にすることができ、アンテナ特性を広帯域化することができる。
　図３の比較例１の特性は、突出導体２５が無く、その他は実施形態１のアンテナ素子１と同一構成の特性を示す。比較例１の特性と実施形態１の特性との比較から示されるように、突出導体２５が有ることで、低い方の極周波数ｐ１が、突出導体２５が無い場合の極周波数ｐ１ａよりも低い値となる。一方、高い方の極周波数ｐ２は大きく変化しない。よって、実施形態１において広帯域化が実現している。
　図３の比較例２の特性は、パッチサイズで低い方の極周波数ｐ１を調整した特性を示す。パッチサイズとは給電導体板２２及び無給電導体板２３のサイズを意味する。比較例２では給電導体板２２のサイズを調整している。比較例２の特性と実施形態１の特性との比較から示されるように、給電導体板２２のサイズを調整することで、低い方の極周波数ｐ１が実施形態１と同様の値になるように調整できる。しかしながら、パッチサイズにより低い方の極周波数ｐ１を調整した場合、無給電導体板２３と接地導体２１との間で給電導体板２２の面積が相対的に変化するため、無給電導体板２３と接地導体２１との間の静電容量に影響が及び、高い方の極周波数ｐ２付近の反射損失が大きくなってしまう。一方、実施形態１のように突出導体２５によって低い方の極周波数ｐ１を低くした場合、給電導体板２２の面積に制約が掛からず、給電導体板２２及び無給電導体板２３の特性が良好となるように給電導体板２２の面積を設定できる。したがって、実施形態１では、特性の広帯域化に加えて、高い方の極周波数ｐ２における反射損失が低下し、高いアンテナゲインが得られる。
　図３の比較例３の特性は、突出導体を、給電導体板２２にではなく、接地導体２１に設けた構成の特性を示す。すなわち、比較例３の構成は、接地導体２１から給電導体板２２側へ突出する突出導体を備え、給電導体板２２の突出導体２５を有さない。その他の構成は、実施形態１と同様である。比較例３と実施形態１との特性の比較から示されるように、接地導体２１の突出導体は、給電導体板２２の静電容量を増やすことに加えて、無給電導体板２３の静電容量も増やしてしまう。したがって、高い方の極周波数ｐ２ｃが低い値に変化してしまい、広帯域化の作用が低減してしまう。一方、実施形態１のように突出導体２５が給電導体板２２にあることで、高い方の極周波数ｐ２への影響は少なく、低い方の極周波数ｐ１を低くできる。よって、アンテナ特性の広帯域化が実現する。
　＜共振方向に直交する方向における突出導体の配置＞
　図４Ａ～図４Ｄは、突出導体の位置を共振方向に直交する方向に変化させた変形例１～変形例４をそれぞれ示す図である。図４Ａ～図４Ｄにおいては、給電導体板２２より上方の構成要素を省略して示している。上記の図において、Ｙ方向が共振方向に直交する方向に相当する。図５は、変形例１～変形例４のアンテナ素子の反射損失を示すグラフである。図５はシミュレーションの結果を示す。
　前述したように、給電導体２４は、給電導体板２２の中央から偏った位置に接続されてもよい。給電導体板２２における共振は、給電導体板２２の中央の点と給電導体２４の接続位置（すなわち給電点）の中心とを結ぶ方向に生じる。図４Ａ～図４Ｄにおいて、Ｘ方向が給電導体板２２の共振方向であり、Ｙ方向が共振方向に直交する方向である。
　本実施形態の変形例１～変形例４のアンテナ素子１Ａ～１Ｄは、突出導体２５の個数及び配置が異なる他は実施形態１と同様の構成を有する。アンテナ素子１Ａ～１Ｄの各々は１つの突出導体２５を有する。各突出導体２５は寸法、形状、及びＸ方向の位置が同一である。
　変形例１の突出導体２５は、平面透視において給電導体板２２のＹ方向における端に位置する。変形例２及び変形例３の突出導体２５は、平面透視において給電導体板２２のＹ方向における中央と端との間にそれぞれ位置する。変形例４の突出導体２５は、平面透視において給電導体板２２のＹ方向における中央に位置する。
　変形例１～変形例４のアンテナ素子１Ａ～１Ｄの反射損失は、図５に示すように、同等の特性を有する。図５の結果から、共振方向に直交する方向（すなわちＹ方向）に突出導体２５の位置が異なっても、アンテナ特性の広帯域化を実現できるという事項が導き出される。
　突出導体２５の位置に関して、アンテナ特性へ影響を与える主な要因は、突出導体２５の接地導体２１側の端面Ｅ２５の位置、並びに、突出導体２５の給電導体板２２への接続位置である。したがって、図５から導き出される上記の事項は、次のように言い換えてもよい。すなわち、平面透視で、突出導体２５の接地導体２１側の端面Ｅ２５が、給電導体板２２内において共振方向に直交する方向に位置が異なっても、アンテナ特性の広帯域化を実現できる。あるいは、突出導体２５の給電導体板２２への接続位置が共振方向に直交する方向に異なっても、アンテナ特性の広帯域化を実現できる。
　＜突出導体の共振方向における配置＞
　図６Ａ～図６Ｃは、突出導体の位置を共振方向に変化させた変形例５～変形例７を示す図である。図６Ａ～図６Ｃにおいては、給電導体板２２より上方の構成要素を省略して示している。上記の図においては、Ｘ方向が共振方向に相当する。
　前述したように、給電導体板２２は、平面透視において、共振方向と交差（例えばほぼ直交）する第１辺ｓ１と第２辺ｓ２とを有してもよい。第１辺ｓ１は第２辺ｓ２よりも給電導体２４に近い。
　本実施形態の変形例５～変形例７のアンテナ素子１Ｅ～１Ｇは、突出導体２５の個数及び配置が異なる他は実施形態１と同様の構成を有する。アンテナ素子１Ｅ～１Ｇの各々は２つの突出導体２５を有する。全ての突出導体２５は寸法、形状が同一である。アンテナ素子１Ｅ～１Ｇの各々において、２つの突出導体２５はＹ方向における両端にそれぞれ位置している。
　給電導体板２２の寸法は、アンテナ素子１Ｅ～１Ｇの伝送周波数帯の実効波長（すなわち誘電体中の波長）λに比例するように設定されてもよい。本実施形態においては、伝送周波数帯の最大周波数が７１［ＧＨｚ］、誘電体基板１０の比誘電率が５．７、実効波長λが１．７７［ｍｍ］であり、給電導体板２２のＸ方向の寸法を０．７［ｍｍ］としている。
　図６Ａの２つの突出導体２５は、平面透視において給電導体板２２のＸ方向における端（すなわち給電導体２４に近い方の端）に位置する。当該位置は、Ｘ方向に沿って、給電導体板２２の中央を原点とする－０．３［ｍｍ］（図６Ｂを参照）の位置に相当する。ここで、並びに、以下において、突出導体２５の位置は、突出導体２５の中心点の位置により表わしている。
　図６Ｂの２つの突出導体２５は、平面透視において給電導体板２２のＸ方向における中間に位置する。当該位置は、Ｘ方向に沿って、給電導体板２２の中央を原点とする－０．２［ｍｍ］の位置に相当する。
　図６Ｃの２つの突出導体２５は、平面透視において給電導体板２２のＸ方向における反対側の端（すなわち給電導体２４から遠い方の端）に位置する。当該位置は、Ｘ方向に沿って、給電導体板２２の中央を原点とする＋０．３［ｍｍ］（図６Ｂを参照）の位置に相当する。
　図７Ａ～図７Ｃは、突出導体の共振方向における位置と極周波数との関係を示すグラフであり、図７Ａは上記の位置と低い方の極周波数との関係、図７Ｂは上記の位置と高い方の極周波数との関係、図７Ｃは上記位置と２つの極周波数間の帯域幅との関係を示す。図７Ａ及び図７Ｂの極周波数は、変形例５～変形例７のアンテナ素子１Ｅ～１Ｇに加え、追加の複数のアンテナ素子について、シミュレーションにより反射損失の周波数特性を取得し、取得された特性線から抽出されたものである。追加のアンテナ素子は、２つの突出導体２５のＸ方向における位置を－０．１［ｍｍ］、０［ｍｍ］、＋０．１［ｍｍ］、＋０．２［ｍｍ］（図６Ｂを参照）とした構成である。図７Ｃの極周波数間の帯域幅は、高い方の極周波数から低い方の極周波数を減じた値を示す。
　アンテナ特性は、反射損失の２つの極周波数（図３の極周波数ｐ１、ｐ２を参照）が広がることで広帯域化できる。図７Ｃに示されるように、突出導体２５のＸ方向の位置と極周波数間の帯域幅とは相関する。図７Ｃの結果から、突出導体２５の中心は、領域Ｒ１、Ｒ２（図６Ｂ、図７Ｃを参照）のいずれかに位置することで、アンテナ特性をより広帯域化できるという事項が導き出される。図６Ｂ及び図７Ｃにおいて領域Ｒ１、Ｒ２を網掛けで示す。
　ここで、領域Ｒ１は、第１辺ｓ１よりも給電導体板２２の内方で、かつ、第１辺ｓ１から距離Ｌ１以内の領域に相当する。領域Ｒ２は、第２辺ｓ２よりも給電導体板２２の内方で、かつ、第２辺ｓ２から距離Ｌ１以内の領域に相当する。距離Ｌ１は、伝送周波数帯域の最大周波数に対応する実効波長λの０．１倍である。距離Ｌ１は、給電導体板２２のＸ方向における寸法Ｌ０の１／４と言い換えてもよい。
　突出導体２５の位置に関して、アンテナ特性へ影響を与える主な要因は、突出導体２５の接地導体２１側の端面Ｅ２５の位置、並びに、突出導体２５の給電導体板２２への接続位置である。したがって、図７Ｃから導き出される上記の事項は、次のように言い換えてもよい。すなわち、平面透視で、突出導体２５の接地導体２１側の端面Ｅ２５の中心が、領域Ｒ１、Ｒ２のいずれかに位置することで、アンテナ特性をより広帯域化できる。あるいは、突出導体２５の給電導体板２２への接続位置の中心が領域Ｒ１、Ｒ２のいずれかに位置することで、アンテナ特性をより広帯域化できる。
　（実施形態２）
　図８Ａは、実施形態２に係るアンテナ素子を示す平面図である。図８Ｂは、実施形態２に係るアンテナ素子を示す斜視図である。図８Ｃは、実施形態２に係るアンテナ素子を示す縦断面図である。図８Ａ及び図８Ｂにおいて給電導体板２２より上方の構成を省略している。実施形態２に係るアンテナ素子１Ｈは、突出導体２５Ｈの形状が異なる他は、実施形態１と同様の構成を有する。
　突出導体２５Ｈは、給電導体板２２から接地導体２１側に延びる棒状体２５Ｈａと、棒状体２５Ｈａに接続し、突出導体２５Ｈの突出方向と交差する方向に広がる板状体２５Ｈｂとを有する。棒状体２５Ｈａは、給電導体板２２の板面に対して垂直な方向に延びる構成であってもよい。板状体２５Ｈｂは、棒状体２５Ｈａの先端に接続されてもよい。当該構成において、突出導体２５Ｈの端面Ｅ２５は板状体２５Ｈｂの下面（すなわち接地導体２１側の板面）に相当する。板状体２５Ｈｂは、接地導体２１の上面に沿って広がる構成であってもよい。
　板状体２５Ｈｂは、メタライズ加工された導体膜であってもよい。棒状体２５Ｈａは、誘電体基板１０の焼成時に固化されたビア導体であってもよい。あるいは、誘電体基板１０が樹脂基板である場合は、板状体２５Ｈｂは銅箔であってもよく、棒状体２５Ｈａは、樹脂基板のビアホールにめっきにより充填された導体であってもよい。棒状体２５Ｈａは、実施形態１の突出導体２５と同様であってもよい。板状体２５Ｈｂは、２つの誘電体層１１ａ、１１ａの層間に位置してもよい。
　板状体２５Ｈｂは、図８Ａに示すように、平面透視においてＸ方向の幅が棒状体２５Ｈａの直径（例えば矩形の場合はＸ方向の幅）と同等であり、Ｙ方向の幅が棒状体２５Ｈａの直径よりも大きくてもよい。あるいは、板状体２５Ｈｂは、平面透視においてＸ方向の幅が棒状体２５Ｈａの直径よりも大きく、Ｙ方向の幅が棒状体２５Ｈａの直径と同等或いは当該直径よりも大きくてもよい。平面透視における板状体２５Ｈｂの面積（すなわちＸ－Ｙ方向に広がる面積）は、平面透視における棒状体２５Ｈａの端面の面積よりも大きくてもよい。
　＜板状体の大小＞
　図９は、板状体の幅と低い方の極周波数との関係を示すグラフである。
　板状体２５Ｈｂの幅すなわち面積を変えると、接地導体２１と給電導体板２２との間の静電容量が変化し、反射損失の低い方の極周波数ｐ１（図３を参照）が変化する。図９は、板状体２５ＨｂのＹ方向の幅Ｗｙ（図８Ａを参照）が異なり、その他の構成要素を同一とした各アンテナ素子に対して、シミュレーションにより取得された低い方の極周波数を示す。図９の結果から、板状体２５Ｈｂの面積が大きい方が、低い方の極周波数ｐ１が低下し、よってアンテナ特性をより広帯域化できることが示される。
　一方、反射損失の特性線（図３を参照）において、高い方の極周波数ｐ２がほぼ一定で、低い方の極周波数ｐ１が低くなりすぎると、２つの極周波数ｐ１、ｐ２の中間の帯域ｑ３（図３を参照）の盛り上がり量が増す。よって、当該帯域ｑ３における反射損失が大きくなる。
　したがって、上記帯域ｑ３の反射損失が所望の値（例えば－１０ｄＢ以下）となる範囲で、板状体２５Ｈｂのサイズが調整されてもよい。当該調整により、中間の帯域ｑ３においても所望のゲインが得られるアンテナ特性の広帯域化を実現できる。
　＜棒状体の長さ＞
　棒状体２５Ｈａの長さＬｚ（図８Ｃを参照）の変化は、板状体２５Ｈｂの幅Ｗｙの変化と同様に反射損失の特性線に影響する。棒状体２５Ｈａが長くなり、突出導体２５Ｈの先端と接地導体２１との間隔が狭まれば、板状体２５Ｈｂの幅Ｗｙが長くなった場合と同様に、接地導体２１と給電導体板２２との間の静電容量が増すからである。板状体２５Ｈｂを有さない構成（すなわち実施形態１の構成）においても同様である。
　したがって、棒状体２５Ｈａの長さＬｚ（あるいは、実施形態１の突出導体２５の長さ）についても、上記中間の帯域ｑ３の反射損失が所望の値となる範囲で調整されてもよい。当該調整により、中間の帯域ｑ３においても所望のゲインが得られるアンテナ特性の広帯域化を実現できる。
　＜板状体のはみ出しについて＞
　図１０Ａ～図１０Ｃは、実施形態２の変形例８Ａ、変形例９Ｂ及び変形例１０Ｃをそれぞれ示す図である。図１０Ａ～図１０Ｃは、給電導体板２２より上方の構成を省いている。図１１は、変形例８～変形例１０のアンテナ素子の反射損失を示すグラフである。
　変形例８のアンテナ素子１Ｉは、板状体２５Ｉｂを平面透視において正方形とした他は実施形態２の構成と同様である。平面透視において、板状体２５Ｉｂの全部が、給電導体板２２の外縁に囲まれた領域内に位置する。
　変形例９及び変形例１０のアンテナ素子１Ｊ、１Ｋは、平面透視において板状体２５Ｊｂ、２５Ｋｂの一部が給電導体板２２の外縁に囲まれた領域を超えて位置する。変形例９の板状体２５Ｊｂは、変形例８の板状体２５Ｉｂと同一形状及び同一サイズである。変形例１０の板状体２５Ｋｂは、変形例８の板状体２５Ｉｂよりもサイズが大きく、給電導体板２２の外縁に囲まれた領域を超えて位置する面積（すなわちはみ出し量）が大きい。
　図１１の結果から、平面透視において、板状体２５Ｉｂ（あるいは突出導体２５Ｉの接地導体２１側の端面Ｅ２５）が、給電導体板２２からはみ出さないことにより、より広帯域でより反射損失の低いアンテナ特性が得られることが示される。
　＜板状体と複数の棒状体との接続＞
　図８の板状体２５Ｈｂの幅Ｗｙが長くなると、複数の棒状体２５Ｈａを１つの板状体２５Ｈｂに接続することが可能となる。しかしながら、離間した複数の棒状体２５Ｈａが１つの板状体２５Ｈｂに接続されると、給電導体板２２、一方の棒状体２５Ｈａ、板状体２５Ｈｂ、もう一方の棒状体２５Ｈａと連なるループ状の電流経路が形成される。ループ状の電流経路は、給電導体板２２の共振態様に影響を及ぼすことから、アンテナ特性の広帯域化が困難となる。
　したがって、１つの板状体２５Ｈｂに接続される棒状体２５Ｈａは１つであってもよい。当該構成によりアンテナ特性のより広帯域化を実現できる。
　（アンテナ基板及びアンテナモジュール）
　図１２Ａは、本開示の実施形態に係るアンテナ基板及びアンテナモジュールを示す斜視図である。図１２Ｂは、本開示の実施形態に係るアンテナ基板及びアンテナモジュールを示す縦断面図を示す。図１２Ｂは、図１２ＡのＢ－Ｂ線における断面を示す。
　本実施形態のアンテナ基板１１０は、複数のアンテナ素子１を備える。アンテナ素子１は、前述した実施形態１のアンテナ素子１であるが、実施形態２のアンテナ素子１Ｈ、又は、変形例１～８のアンテナ素子１Ａ～１Ｇ、１Ｉに代替されてもよい。複数のアンテナ素子１はアレイ用の大型の誘電体基板１０にマトリックス状など縦横に配列されてもよいし、どのように配列されていてもよい。
　アンテナ基板１１０は、送信信号の出力、並びに、受信信号の入力の少なくとも一方を行う集積回路２００が接続される電極１３０と、当該電極１３０と各アンテナ素子１との間で信号を伝送する伝送路１２０とを有してもよい。伝送路１２０の一部が各アンテナ素子１の給電導体２４であってもよい。
　アンテナ基板１１０は、伝送路１２０の信号から所望の周波数帯域の信号を抽出するフィルタ回路が搭載されてもよい。
　本実施形態のアンテナモジュール１００は、アンテナ基板１１０と集積回路２００とを備える。集積回路２００は、アンテナ基板１１０の電波の放射側とは反対側に接合されてもよい。
　本実施形態のアンテナ基板１１０及びアンテナモジュール１００によれば、広帯域な電波の送信及び電波の受信の一方又は両方が可能となる。さらに、広帯域な電波の送信が可能であることから、複数のアンテナ素子１の間で送信電波に位相差を付加しやすい。そして、位相差を付加することで、電波をビーム状にして所望の角度に出力するビームフォーミングが可能となる。したがって、本実施形態のアンテナ基板１１０及びアンテナモジュール１００によれば、ビームフォーミングを実現しやすいという効果が得られる。
　以上、本開示の各実施形態について説明した。しかし、本開示のアンテナ素子、アンテナ基板及びアンテナモジュールは、上記実施形態に限られるものでない。例えば、給電導体板及び無給電導体板の平面形状は矩形以外の多角形状、あるいは、外形線に曲線を含む形状であってもよい。また、給電導体板及び無給電導体板の一方又は両方がスリットを有していてもよい。さらに、誘電体基板には、接地導体と給電導体板との間、給電導体板と無給電導体板との間に、エアギャップ等の空間が位置してもよい。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　本開示は、アンテナ素子、アンテナ基板及びアンテナモジュールに利用できる。
　１、１Ａ～１Ｋ　アンテナ素子
　１０　誘電体基板
　１１ａ　誘電体層（第１誘電体）
　１１ｂ　誘電体層（第２誘電体）
　２１　接地導体
　２２　給電導体板
　２３　無給電導体板
　２４　給電導体
　２５、２５Ｈ、２５Ｉ　突出導体
　２５Ｈａ、２５Ｉａ　棒状体
　２５Ｈｂ、２５Ｉｂ　板状体
　Ｅ２５　端面
　Ｒ１、Ｒ２　領域
　ｓ１　第１辺
　ｓ２　第２辺
　１００　アンテナモジュール
　１１０　アンテナ基板
　１２０　伝送路
　１３０　電極
　２００　集積回路
　ｐ１　低い方の極周波数
　ｐ２　高い方の極周波数

Claims (7)

  1. 　第１誘電体、第２誘電体、接地導体、給電導体板および無給電導体板を有しており、
    　前記接地導体と前記給電導体板と前記無給電導体板は順に位置し、
    　前記第１誘電体を挟んで前記接地導体と前記給電導体板とが互いに対向して位置しているとともに、
    　前記第２誘電体を挟んで前記給電導体板と前記無給電導体板とが互いに対向して位置し、
    　前記給電導体板から前記接地導体側へ突出する突出導体を備える、
    　アンテナ素子。
  2. 　前記突出導体は、突出方向に延びる棒状体を有する、
    　請求項１記載のアンテナ素子。
  3. 　前記突出導体は、前記棒状体に接続され、前記突出方向と交差する方向に広がる板状体を更に有する、
    　請求項２記載のアンテナ素子。
  4. 　平面透視において、前記突出導体の前記接地導体側における端面の全部が、前記給電導体板の外縁に囲まれた領域内に位置する、
    　請求項１又は請求項２に記載のアンテナ素子。
  5. 　平面透視において、前記給電導体板は共振方向と交差する第１辺と第２辺とを有し、
    　平面透視において、前記突出導体の前記接地導体側の端面の中心が、前記第１辺よりも内方かつ前記第１辺から距離Ｌ１以内、並びに、前記第２辺よりも内方かつ前記第２辺よりも前記距離Ｌ１以内、の少なくとも一方に位置し、
    　前記距離Ｌ１は、伝送周波数帯域の最大周波数に対応する実効波長×０．１である、
    　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のアンテナ素子。
  6. 　複数のアンテナ素子を有し、
    　前記複数のアンテナ素子の各々が請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のアンテナ素子であるアンテナ基板。
  7. 　請求項６記載のアンテナ基板と、
    　集積回路と、
    　を備えるアンテナモジュール。
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