WO2024166296A1 - 多層基板及びそれを用いたアンテナ装置 - Google Patents

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陽亮 津嵜
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    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
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    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
    • H01P5/10—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced lines or devices with unbalanced lines or devices
    • H01P5/107—Hollow-waveguide/strip-line transitions

Definitions

  • This application relates to a multilayer substrate and an antenna device using the same.
  • An antenna device is a device that transmits high-frequency signals in the microwave or millimeter wave band.
  • the antenna device includes an antenna, an IC (Integrated Circuit) that is a high-frequency signal generator that generates a high-frequency signal, and a power feed line.
  • the power feed line connects the antenna and the IC.
  • the IC may be mounted on a substrate surface different from the substrate surface of the dielectric substrate on which the antenna and power feed line are formed.
  • a circuit (converter) is required to connect the two surfaces.
  • a configuration has been disclosed in which a waveguide filled with a dielectric is formed on the inner layer of a multilayer substrate, which is a dielectric substrate (see, for example, Patent Document 1).
  • the converter has a multilayer substrate, a waveguide filled with a dielectric formed on the inner layer of the multilayer substrate, and a microstrip line, and the signal propagates from the waveguide to the microstrip line.
  • the front and back surfaces of a multilayer board can be connected by using a waveguide filled with a dielectric, which is formed in an inner layer of the multilayer board.
  • the direction of the signal to be propagated is limited to one specific direction.
  • a signal propagated through a microstrip line provided on the front surface and extending in one specific direction, the X-direction propagates through the waveguide only through a microstrip line provided on the back surface and extending in the X-direction. Therefore, if it is desired to change the signal propagation direction by 90 degrees between the front and back surfaces, i.e., to the vertical direction, an additional power supply line is required on either the front or back surface to change the signal propagation direction.
  • the present application therefore aims to provide a multilayer substrate that reduces the amount of unwanted radiation while also improving size and design freedom, and an antenna device using the same.
  • the multilayer substrate disclosed in the present application comprises a first dielectric layer having a first conductor layer on one side and a second conductor layer on the other side opposite to the first side, a second dielectric layer having a third conductor layer on one side and a fourth conductor layer on the other side opposite to the first side, the third conductor layer being disposed at a distance from the second conductor layer, one or more intermediate dielectric layers disposed between the second conductor layer and the third conductor layer, and a conductive cylindrical member abutting against the inner circumferential surface of a through hole penetrating a specific portion of the intermediate dielectric layer in the direction from the second conductor layer to the third conductor layer, the inside of the cylindrical member being filled with a dielectric made of a material different from the first dielectric layer, the second dielectric layer, and the intermediate dielectric layer, and when the substrate has a plurality of intermediate dielectric layers, an intermediate conductor layer is provided between each of the plurality of intermediate dielectric layers, and the cross-sectional shape of the waveguide
  • the antenna device disclosed in this application comprises a multilayer substrate disclosed in this application and an antenna formed on the first conductor layer or the fourth conductor layer.
  • the multilayer board disclosed in the present application comprises a first dielectric layer having a first conductor layer on one side and a second conductor layer on the other side opposite the first side, a second dielectric layer having a third conductor layer on one side and a fourth conductor layer on the other side opposite the first side, with the third conductor layer disposed at a distance from the second conductor layer, one or more intermediate dielectric layers disposed between the second and third conductor layers, and a conductive tubular member abutting the inner circumferential surface of a through hole penetrating a specific portion of the intermediate dielectric layer, the inside of the tubular member being filled with a dielectric made of a material different from the first dielectric layer, the second dielectric layer, and the intermediate dielectric layer, and the cross-sectional shape of the waveguide perpendicular to the direction of penetration through the intermediate dielectric layer is a rectangle with both corners on one diagonal line cut out, so that the direction of signal propagation can be changed by 90 degrees inside the multilayer board, eliminating the need for an
  • the multilayer board can be made smaller.
  • the design freedom of the multilayer board can be improved.
  • the amount of unwanted radiation in the multilayer board can be suppressed.
  • the antenna device disclosed in the present application includes the multilayer substrate disclosed in the present application and an antenna connected to the first conductor layer or the fourth conductor layer.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an outline of a multilayer substrate according to a first embodiment
  • 1 is a schematic diagram showing an overview of an antenna device using a multilayer substrate according to a first embodiment
  • 2 is a cross-sectional view showing an outline of a waveguide of a multilayer substrate according to a first embodiment
  • 4 is a cross-sectional view showing an outline of another waveguide of the multilayer substrate according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an outline of another waveguide of the multilayer substrate according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an outline of a multilayer substrate according to a first embodiment
  • 5A to 5C are diagrams illustrating the operation of a waveguide in the multilayer substrate according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing transmission line characteristics in a waveguide of the multilayer substrate according to the first embodiment
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing an outline of a multilayer substrate according to a second embodiment.
  • 10 is a cross-sectional view of the multilayer substrate taken along the line BB in FIG. 9.
  • 10 is a cross-sectional view of the multilayer substrate taken along the line CC of FIG. 9.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an outline of a multilayer substrate 11 according to embodiment 1, and is a diagram of the multilayer substrate 11 cut at the A-A cross section position in FIG. 6.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an outline of an antenna device 100 using the multilayer substrate 11 according to embodiment 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an outline of a waveguide 31 of the multilayer substrate 11, and is a diagram showing the shape of a cross section perpendicular to the direction in which the waveguide 31 penetrates.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an outline of another waveguide 31 of the multilayer substrate 11, and is a diagram showing the shape of a cross section perpendicular to the direction in which the waveguide 31 penetrates.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an outline of a multilayer substrate 11 according to embodiment 1, and is a diagram of the multilayer substrate 11 cut at the A-A cross section position in FIG. 6.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an outline
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an outline of another waveguide 32 of the multilayer substrate 11, and is a diagram showing the shape of a cross section perpendicular to the direction in which the waveguide 32 penetrates.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view showing an outline of the multilayer substrate 11.
  • FIG. 7 is a diagram explaining the operation of the waveguide 31 of the multilayer substrate 11.
  • FIG. 8 is a diagram showing the transmission line characteristics in the waveguide 31 of the multilayer substrate 11, and is a diagram showing the results of an electromagnetic field analysis of the reflection coefficient.
  • the X-axis, Y-axis, and Z-axis shown in the figure are three axes perpendicular to each other.
  • the direction parallel to the Y-axis is the first direction
  • the direction parallel to the X-axis is the second direction
  • the direction parallel to the Z-axis is the third direction, the Z-axis.
  • the direction indicated by the arrow in the figure in the X-axis direction is the positive X-direction
  • the direction opposite to the positive X-direction is the negative X-direction.
  • the antenna device 100 includes a multi-layer substrate 11, a high-frequency signal generator 2, and an antenna 3.
  • the multi-layer substrate 11 includes a feeder line 1 that propagates a signal from the high-frequency signal generator 2 to the antenna 3.
  • the antenna device 100 using the feeder line 1 is a device that transmits high-frequency signals in the microwave band or millimeter wave band.
  • Microwaves have a wavelength of 1 mm to 1 m and a frequency of 300 MHz to 300 GHz.
  • Millimeter waves have a wavelength of 1 mm to 10 mm and a frequency of 30 GHz to 300 GHz.
  • the antenna device 100 propagates a signal from a first direction to a second direction.
  • the high frequency signal generator 2 that generates a high frequency signal is provided, for example, as an IC (Integrated Circuit).
  • the power supply line 1 connects the high frequency signal generator 2 and the antenna 3.
  • the high frequency signal generator 2 is arranged on the multi-layer board 11, and the antenna 3 is connected to the multi-layer board 11.
  • the high frequency signal generator 2 is mounted on a surface of the multi-layer board 11 different from the board surface to which the antenna 3 is connected.
  • the antenna 3 is connected to a first conductor layer or a fourth conductor layer, which will be described later.
  • the first conductor layer is provided, for example, on one board surface of the multi-layer board 11, and the fourth conductor layer is provided on the other board surface of the multi-layer board 11.
  • the high frequency signal generator 2 When the antenna 3 is connected to the first conductor layer, the high frequency signal generator 2 is arranged on the side of the fourth conductor layer, and when the antenna 3 is connected to the fourth conductor layer, the high frequency signal generator 2 is arranged on the side of the first conductor layer.
  • the multilayer substrate 11 includes a first dielectric layer 41 having a first conductor layer 21 on one side and a second conductor layer 22 on the other side opposite to the one side, a second dielectric layer 42 having a third conductor layer 23 on one side and a fourth conductor layer 24 on the other side opposite to the one side, in which the third conductor layer 23 is disposed at a distance from the second conductor layer 22, one or more intermediate dielectric layers 43 disposed between the second conductor layer 22 and the third conductor layer 23, and a waveguide 31.
  • the intermediate dielectric layer 43 may be either single or multiple.
  • the multilayer substrate 11 includes five intermediate dielectric layers 43, which are intermediate dielectric layers 43a, 43b, 43c, 43d, and 43e.
  • intermediate conductor layers 25 are provided between the respective intermediate dielectric layers 43.
  • four intermediate conductor layers 25a, 25b, 25c, and 25d are provided.
  • Each of the conductor layers of the multilayer substrate 11 is, for example, copper foil.
  • the first dielectric layer 41, the second dielectric layer 42, and the intermediate dielectric layer 43 are stacked in the Z direction, and the surfaces on which each plate-like layer is stacked are parallel to the X direction and the Y direction.
  • the waveguide 31 is a conductive cylindrical member that abuts against the inner circumferential surface of a through hole that penetrates a specific portion of the intermediate dielectric layer 43 in the direction from the second conductor layer 22 to the third conductor layer 23, and the inside of the cylindrical member is filled with a dielectric 44 made of a material different from the first dielectric layer 41, the second dielectric layer 42, and the intermediate dielectric layer 43.
  • the material of the first dielectric layer 41, the second dielectric layer 42, and the intermediate dielectric layer 43 is, for example, a glass cloth-based epoxy resin.
  • the material of the dielectric 44 filled in the waveguide 31 is, for example, an epoxy resin.
  • a low-loss dielectric 44 can be provided on the inside of the waveguide 31.
  • the performance of the waveguide 31 can be improved.
  • the first conductor pattern 21a is formed on the first conductor layer 21.
  • the fourth conductor pattern 24a is formed on the fourth conductor layer 24.
  • the power supply line 1 is formed from the first conductor pattern 21a, the fourth conductor pattern 24a, and the waveguide 31.
  • the shape of the first conductor pattern 21a in this embodiment will be described.
  • the first conductor pattern 21a has a ring-shaped line portion 21a1 having a rectangular opening, and an input/output terminal portion 21a2 extending from the ring-shaped line portion 21a1 in the positive Y direction.
  • the shape of the opening is not limited to a rectangle, and may be, for example, a polygon other than a rectangle.
  • the input/output terminal portion 21a2 has a multi-step shape whose width changes between the ring-shaped line portion 21a1 and the end of the first dielectric layer 41.
  • the first conductor pattern 21a has non-connected portions 21a3 on both sides in the X direction adjacent to the annular line portion 21a1, with a gap between them.
  • the shape of the non-connected portions 21a3 is rectangular, but the shape of the non-connected portions 21a3 is not limited to a rectangle and may be, for example, a polygon other than a rectangle.
  • the shape of the fourth conductor pattern 24a is the same as that of the first conductor pattern 21a.
  • the fourth conductor pattern 24a has a ring-shaped line portion 24a1, an input/output terminal portion 24a2, and a non-connected portion 24a3.
  • the extension direction of the input/output terminal portion 24a2 is different from the extension direction of the input/output terminal portion 21a2, and the extension direction of the input/output terminal portion 24a2 is the negative X direction.
  • the antenna 3 is connected to an end of the input/output terminal portion 21a2 or the input/output terminal portion 24a2.
  • the first conductor pattern 21a is electromagnetically coupled to the second slot 51.
  • the opening of the annular line portion 21a1 is arranged to overlap with the second slot 51 when viewed in the Z direction, as shown in FIG. 1.
  • the fourth conductor pattern 24a is electromagnetically coupled to the third slot 52.
  • the opening of the annular line portion 24a1 is arranged to overlap with the third slot 52 when viewed in the Z direction.
  • the shapes of the conductor patterns are not limited to the shapes shown in this embodiment, as long as each conductor pattern has a shape that electromagnetically couples with its respective slot.
  • the second conductor layer 22 is formed with a second slot 51, which is an open portion of the second conductor layer 22, as shown in FIG. 6.
  • the third conductor layer 23 is formed with a third slot 52, which is an open portion of the third conductor layer 23.
  • the second slot 51 is electromagnetically coupled to the first conductor pattern 21a and the waveguide 31. When viewed in the Z direction, the second slot 51 is arranged so as to overlap with the first conductor pattern 21a and the inner portion of the waveguide 31, as shown in FIG. 1.
  • the third slot 52 is electromagnetically coupled to the fourth conductor pattern 24a and the waveguide 31. When viewed in the Z direction, the third slot 52 is arranged so as to overlap with the fourth conductor pattern 24a and the inner portion of the waveguide 31.
  • the second slot 51 and the third slot 52 are formed in a rectangular shape.
  • each slot has a shape that electromagnetically couples with the respective conductor pattern and the waveguide 31, the shape of the slot is not limited to the shape shown in this embodiment.
  • the slot may be a polygon other than a square or rectangle, or may have a floating conductor pattern in the inner region of the slot.
  • ⁇ Waveguide 31> The configuration of the waveguide 31, which is a main part of the present application, will be described.
  • the shape of the cross section of the waveguide 31 perpendicular to the direction of penetration through the intermediate dielectric layer 43 is a rectangle with both corners on one diagonal line cut out.
  • the cut-out parts are called cut-out parts 61 and 62.
  • the shape of the cut-out parts of the cross section of the waveguide 31 perpendicular to the direction of penetration through the intermediate dielectric layer 43 shown in FIG. 3 is a rectangle.
  • the cut-out parts 61 and 62 may be square or rectangular as shown in FIG. 4.
  • the cut-out parts 61 and 62 are arranged symmetrically with respect to the diagonal line opposite to the diagonal line where the cut-outs are provided.
  • the cross-sectional quadrangle of the waveguide 31 is a square and the cutouts 61 and 62 are rectangular, the cutouts 61 and 62 are arranged asymmetrically with respect to the diagonal line opposite to the diagonal line where the cutouts are provided.
  • the shape of the waveguide 31 can be easily designed according to the matching conditions of the transmission line characteristics propagating through the waveguide 31, because the shape of the cutout is simple.
  • the shape of the cutout is not limited to a rectangle, and can be, for example, a polygon other than a rectangle, or a cutout shape that is asymmetrical, according to the matching conditions of the transmission line characteristics.
  • the shape of the cutout is other than a rectangle, the number of design parameters increases, making it possible to design a waveguide 31 with more precise transmission characteristics.
  • the corners of the rectangular cross section of the waveguide 31 are right angles or rounded.
  • the corners of the rectangular cross section of the waveguide 31 shown in FIG. 3 of this embodiment are right angles. When the corners are right angles, the desired transmission characteristics can be easily obtained in the waveguide 31.
  • the corners of the rectangular cross section of the waveguide 31 are not limited to right angles.
  • the corners of the rectangular cross section of the waveguide 31 may be rounded depending on, for example, the manufacturing conditions of the waveguide 32 or the matching conditions of the transmission line characteristics.
  • the other waveguide 32 has cutouts 63 and 64. When the corners are rounded, the manufacturability of the waveguide 32 is improved, and the productivity of the multilayer board 11 can be improved.
  • FIG. 7(a) to 7(c) The operation of the waveguide 31 with the cutouts 61, 62 will be explained using Figures 7(a) to 7(c).
  • the arrows shown in Figures 7(a) to 7(c) indicate the direction of the electric field excited in the second slot 51, the waveguide 31, and the third slot 52, respectively.
  • the signal propagates in the negative Y direction of the first conductor pattern 21a, and then propagates in the negative X direction of the fourth conductor pattern 24a via the waveguide 31.
  • the location where the electric field is excited is shown by a solid line
  • the location where the electric field is excited thereafter is shown by a dashed line
  • other locations are shown by dotted lines.
  • the signal propagating in the negative Y direction of the first conductor pattern 21a is electromagnetically coupled to the second slot 51 as shown in FIG. 7(a), and an electric field is excited in the second slot 51 in the negative Y direction (perpendicular to the X axis).
  • the signal electromagnetically coupled to the second slot 51 propagates through the waveguide 31 as shown in FIG. 7(b).
  • the signal propagating through the waveguide 31 propagates while rotating 45 degrees with respect to the X axis according to the shape of the waveguide 31. Then, the signal rotated 45 degrees with respect to the X axis direction is electromagnetically coupled to the third slot 52 as shown in FIG. 7(c).
  • the signal electromagnetically coupled to the third slot 52 propagates while further rotating 45 degrees with respect to the X axis according to the opening shape of the third slot 52.
  • the electric field direction of the signal propagating through the third slot 52 is rotated 90 degrees with respect to the electric field direction of the signal propagating through the second slot 51, and finally, it is electromagnetically coupled to the fourth conductor pattern 24a and propagates in the negative X direction.
  • the shape of the cross section perpendicular to the direction of penetrating the intermediate dielectric layer 43 in the waveguide 31 is a shape in which both corners on one diagonal line of a rectangle are cut out, so that the signal propagation direction can be changed by 90 degrees inside the multilayer substrate 11. Since the signal propagation direction can be changed by 90 degrees inside the multilayer substrate 11, an additional conductor pattern for changing the signal propagation direction is not required in either the first conductor layer 21 in which the first conductor pattern 21a is provided or the fourth conductor layer 24 in which the fourth conductor pattern 24a is provided. Since an additional conductor pattern is not required, the multilayer substrate 11 can be made smaller.
  • the design freedom of the multilayer substrate 11 can be improved. Furthermore, since no discontinuity that abruptly changes the signal propagation direction occurs, the amount of unnecessary radiation can be suppressed. Furthermore, by using such a multilayer substrate 11 in the antenna device 100, the amount of unnecessary radiation can be suppressed, and an antenna device 100 that is smaller in size and has improved design freedom can be obtained.
  • FIG. 8 is a diagram showing the reflection coefficient versus normalized frequency obtained by electromagnetic field analysis, with the horizontal axis representing normalized frequency and the vertical axis representing reflection coefficient.
  • the reflection coefficient is -20 dB or less at a bandwidth of 8% or more, with the normalized frequency "1" at the center, and that good characteristics are realized.
  • This characteristic means that the transmitted frequency propagates without reflection, and the structure of the waveguide 31 disclosed in this application makes it possible to change the signal propagation direction by 90 degrees with good characteristics.
  • FIG. 8 shows the analysis results for the waveguide 31 having the vertical cross section shown in FIG. 3, the effectiveness of the structure of the waveguide 31 is the same for the other shapes of the waveguide 31 shown in embodiment 1 and other embodiments described later.
  • the dimensions of the waveguide 31 will be described.
  • the length of the intermediate dielectric layer 43 in the penetrating direction of the waveguide 31 is a quarter wavelength of the wavelength of the signal propagating through the waveguide 31.
  • the direction of the signal propagating through the waveguide 31 is the plus Z direction or the minus Z direction.
  • the wavelength of the signal propagating through the waveguide 31 is not limited to a quarter wavelength of the wavelength of the signal propagating through the waveguide 31, and may be changed according to preferred transmission line characteristics or design specifications.
  • the length of the intermediate dielectric layer 43 in the penetrating direction of the waveguide 31 is a quarter wavelength of the wavelength of the signal propagating through the waveguide 31, the desired transmission characteristics can be easily obtained in the waveguide 31.
  • the guide wavelength is calculated to be 2.25 mm.
  • the length of a quarter of the guide wavelength is 0.56 mm.
  • the waveguide 31 is provided in the multilayer substrate 11 so that the length of the waveguide 31 in the penetration direction in the intermediate dielectric layer 43 is 0.56 mm. If the length of the waveguide 31 in the penetration direction is 0.56 mm, the thickness of the multilayer substrate 11 is, for example, 1.1 mm.
  • the distance between the opposing sides of the rectangular cross section of the waveguide 31 is half the wavelength of the signal propagating through the waveguide 31.
  • the distance between the opposing sides of the rectangular cross section of the waveguide 31 is the distance indicated by the arrow.
  • the distance between the opposing sides of the rectangular cross section of the waveguide 31 is not limited to half the wavelength of the signal propagating through the waveguide 31, and the length may be changed depending on the preferred transmission line characteristics or design specifications.
  • the distance between the opposing sides of the rectangular cross section of the waveguide 31 is half the wavelength of the signal propagating through the waveguide 31, the desired transmission characteristics can be easily obtained in the waveguide 31.
  • ⁇ Formation of Waveguide 31> An example of a method for forming the waveguide 31 will be described with reference to the waveguide 31 shown in FIG. 1.
  • a through hole penetrating a specific portion of the intermediate dielectric layer 43 is formed by a drill.
  • the inner circumferential surface of the through hole is plated to form a conductive tubular member.
  • the plating material is, for example, copper.
  • the conductive tubular member and the intermediate conductor layer 25 are electrically connected.
  • the inside of the tubular member is filled with a dielectric 44 made of a material different from the first dielectric layer 41, the second dielectric layer 42, and the intermediate dielectric layer 43.
  • the material of the dielectric 44 to be filled is, for example, epoxy resin.
  • the waveguide 31 portion of the multilayer substrate 11 is formed.
  • the second conductor layer 22, the third conductor layer 23, the first dielectric layer 41, the second dielectric layer 42, the first conductor layer 21, and the fourth conductor layer 24 are stacked and provided.
  • a first conductor pattern 21 a is provided on the first conductor layer 21
  • a fourth conductor pattern 24 a is provided on the fourth conductor layer 24 , thereby forming the multilayer substrate 11 .
  • the multilayer substrate 11 comprises a first dielectric layer 41 having a first conductor layer 21 on one side and a second conductor layer 22 on the other side, a second dielectric layer 42 having a third conductor layer 23 on one side and a fourth conductor layer 24 on the other side, in which the third conductor layer 23 is disposed at a distance from the second conductor layer 22, one or more intermediate dielectric layers 43 disposed between the second conductor layer 22 and the third conductor layer 23, and a conductive tubular member abutting against the inner circumferential surface of a through hole penetrating a specific portion of the intermediate dielectric layer 43, and a conductive tubular member disposed on the inside of the tubular member.
  • the waveguide 31 is filled with a dielectric 44 made of a material different from the first dielectric layer 41, the second dielectric layer 42, and the intermediate dielectric layer 43.
  • the cross-sectional shape of the waveguide 31 perpendicular to the direction of penetration through the intermediate dielectric layer 43 is a rectangle with both corners on one diagonal line cut out, so that the signal propagation direction can be changed by 90 degrees inside the multilayer substrate 11, and therefore an additional conductor pattern for changing the signal propagation direction in either the first conductor layer 21 or the fourth conductor layer 24 is not required. Since an additional conductor pattern is not required, the multilayer substrate 11 can be made smaller. Furthermore, since an additional conductor pattern is not required and the area of the circuit does not increase, the design freedom of the multilayer substrate 11 can be improved. Furthermore, since no discontinuity that abruptly changes the signal propagation direction occurs, the amount of unnecessary radiation in the multilayer substrate 11 can be suppressed.
  • the length of the intermediate dielectric layer 43 in the direction through which the waveguide 31 penetrates is a quarter of the wavelength of the signal propagating through the waveguide 31, the desired transmission characteristics can be easily obtained in the waveguide 31. Also, if the distance between opposing sides of the rectangular cross section of the waveguide 31 is a half of the wavelength of the signal propagating through the waveguide 31, the desired transmission characteristics can be easily obtained in the waveguide 31.
  • the desired transmission characteristics can be easily obtained in the waveguide 31. If the corners of the rectangular cross section of the waveguide 31 are rounded, the desired transmission characteristics can be easily obtained and the manufacturability of the waveguide 31 is improved, thereby improving the productivity of the multilayer board 11.
  • the shape of the cutout portion of the waveguide 31 in a cross section perpendicular to the direction of penetration through the intermediate dielectric layer 43 is rectangular, the shape of the cutout is simple, so the shape of the waveguide 31 can be easily designed according to the matching conditions of the transmission line characteristics propagating through the waveguide 31. Furthermore, when the shape of the cutout portions 61, 62 is other than rectangular, the number of design parameters increases, making it possible to design a waveguide 31 with more precise transmission characteristics.
  • the antenna device 100 includes the multilayer substrate 11 disclosed in the present application and the antenna 3 connected to the first conductor layer 21 or the fourth conductor layer 24, the use of the multilayer substrate 11 disclosed in the present application in the antenna device 100 makes it possible to obtain an antenna device 100 that is smaller in size and has improved design freedom while suppressing the amount of unwanted radiation.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an outline of the multilayer substrate 12 according to the second embodiment, and shows the multilayer substrate 12 cut at the same position as the A-A cross-sectional position in Fig. 6.
  • Fig. 10 is a cross-sectional view of the multilayer substrate 12 cut at the B-B cross-sectional position in Fig. 9, showing a cross-sectional view of the intermediate dielectric layer 43c.
  • Fig. 11 is a cross-sectional view of the multilayer substrate 12 cut at the C-C cross-sectional position in Fig. 9, showing a cross-sectional view of the intermediate conductor layer 25b.
  • the multilayer substrate 12 according to the second embodiment has a configuration in which a waveguide 33 is formed by a plurality of via holes 71.
  • the multilayer substrate 11 includes a first dielectric layer 41 having a first conductor layer 21 on one side and a second conductor layer 22 on the other side opposite the first side, a second dielectric layer 42 having a third conductor layer 23 on one side and a fourth conductor layer 24 on the other side opposite the first side, in which the third conductor layer 23 is disposed at a distance from the second conductor layer 22, one or more intermediate dielectric layers 43 disposed between the second conductor layer 22 and the third conductor layer 23, and a plurality of via holes 71 penetrating the intermediate dielectric layer 43 in the direction from the second conductor layer 22 to the third conductor layer 23 and surrounding a specific portion of the intermediate dielectric layer 43.
  • the intermediate dielectric layer 43 may be single or multiple.
  • the multilayer substrate 11 has five intermediate dielectric layers 43, that is, intermediate dielectric layers 43a, 43b, 43c, 43d, and 43e.
  • intermediate conductor layers 25 are provided at least in the portions between the plurality of intermediate dielectric layers 43 excluding the waveguide 33 consisting of the plurality of via holes 71 and specific portions.
  • four intermediate conductor layers 25a, 25b, 25c, and 25d are provided.
  • Each of the conductor layers of the multilayer substrate 11 is, for example, copper foil.
  • a waveguide 33 is formed by a plurality of via holes 71.
  • the shape of the line connecting the plurality of via holes 71 in a cross section perpendicular to the direction of penetration of the intermediate dielectric layer 43 in the waveguide 33 is a shape in which both corners on one diagonal of a rectangle are cut out.
  • the cut-out portions are called cut-out portions 65 and 66.
  • the intermediate conductor layer 25b has an opening 25b1 surrounding a specific portion of the intermediate dielectric layer 43.
  • the portion of the intermediate dielectric layer 43 shown in FIG. 11 is a portion of the intermediate dielectric layer 43c.
  • the intermediate conductor layers 25a, 25c, and 25d have the same configuration as the intermediate conductor layer 25b.
  • the plurality of via holes 71 are provided so as to overlap the periphery of the opening 25b1 surrounding the specific portion of the intermediate dielectric layer 43.
  • the plurality of via holes 71 and the intermediate conductor layer 25 are electrically connected.
  • the waveguide 33 is formed by 20 via holes 71, but the number of via holes 71 is not limited to this.
  • the waveguide 33 formed by the multiple via holes 71 has a shape in which the line connecting the multiple via holes 71 in a vertical cross section has a shape in which both corners on one diagonal of a rectangle are cut out, so that the signal propagation direction can be changed by 90 degrees inside the multilayer substrate 12, similar to the waveguide 31 of the first embodiment. Since the signal propagation direction can be changed by 90 degrees inside the multilayer substrate 11, an additional conductor pattern for changing the signal propagation direction is not required in either the first conductor layer 21 on which the first conductor pattern 21a is provided or the fourth conductor layer 24 on which the fourth conductor pattern 24a is provided. Since an additional conductor pattern is not required, the multilayer substrate 12 can be made smaller. Furthermore, since an additional conductor pattern is not required and the area of the circuit does not increase, the design freedom of the multilayer substrate 12 can be improved. Furthermore, since no discontinuity that abruptly changes the signal propagation direction occurs, the amount of unnecessary radiation can be suppressed.
  • the shape of the waveguide 31 depended on the size of the drill used to form the through holes, particularly in corners such as the corners of the waveguide 31.
  • the waveguide 33 is formed by multiple via holes 71, so the shape of the waveguide 33 does not depend on the size of the drill, improving the design freedom for the shape of the waveguide 33.
  • the multilayer substrate 12 includes a plurality of via holes 71 that penetrate the intermediate dielectric layer 43 in the direction from the second conductor layer 22 to the third conductor layer 23 and surround a specific portion of the intermediate dielectric layer 43, and the plurality of via holes 71 form a waveguide 33.
  • the shape of the line connecting the plurality of via holes 71 in a cross section perpendicular to the direction of penetration of the intermediate dielectric layer 43 in the waveguide 33 is a shape in which both corners on one diagonal line of a rectangle are cut out, so that the signal propagation direction can be changed by 90 degrees inside the multilayer substrate 11, and therefore an additional conductor pattern for changing the signal propagation direction is not required in either the first conductor layer 21 or the fourth conductor layer 24.
  • the waveguide 33 is formed by a plurality of via holes 71, the design freedom for the shape of the waveguide 33 can be improved. In addition, since no discontinuity that abruptly changes the signal propagation direction occurs, the amount of unnecessary radiation can be suppressed.

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Abstract

多層基板（１１）は一方の側に第一導体層（２１）及び他方の側に第二導体層（２２）を有した第一の誘電体層（４１）、一方の側に第三導体層（２３）及び他方の側に第四導体層（２４）を有し、第二導体層（２２）と間隔を空けて第三導体層（２３）が配置された第二の誘電体層（４２）、第二導体層（２２）と第三導体層（２３）の間に配置された単数又は複数の中間誘電体層（４３）、第二導体層（２２）から第三導体層（２３）の方向に中間誘電体層（４３）の特定の部分を貫通した貫通孔の内周面に当接した導電性の筒状部材であって、筒状部材の内側に第一の誘電体層（４１）、第二の誘電体層（４２）、および中間誘電体層（４３）と異なる材料からなる誘電体（４４）が充填された導波管（３１）を備え、導波管（３１）の中間誘電体層（４３）を貫通した方向に対して垂直な断面の形状は四角形の１つの対角線上の角部の双方が切り欠かれた形状である。

Description

多層基板及びそれを用いたアンテナ装置
　本願は、多層基板及びそれを用いたアンテナ装置に関するものである。
　アンテナ装置は、マイクロ波帯あるいはミリ波帯の高周波信号を伝送する装置である。アンテナ装置は、アンテナと、高周波信号を発生させる高周波信号発生器であるＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）と、給電線路とを備える。給電線路は、アンテナとＩＣとを接続する。ＩＣは、アンテナ及び給電線路が形成された誘電体基板の基板面と異なる基板面に実装される場合がある。
　ＩＣをアンテナが形成された誘電体基板の基板面と異なる面に実装する場合、双方の面を接続するための回路（変換器）が必要である。誘電体基板である多層基板の内層に、誘電体を充填した導波管を形成した構成が開示されている（例えば、特許文献1参照）。特許文献1では、変換器は、多層基板と、多層基板の内層に形成され、誘電体を充填した導波管と、マイクロストリップ線路とを有し、導波管からマイクロストリップ線路へ信号は伝搬する。開示された変換器を用いれば、多層基板の表面と裏面とを接続することができる。
特開２０２１－１３９７７９号公報
　多層基板の内層に形成され、誘電体を充填した導波管を用いることで、多層基板の表面と裏面とを接続することができる。しかしながら、開示された導波管の形状により多層基板の表面と裏面とを接続する場合、伝搬させる信号の方向は、一つの特定の方向に限られている。例えば、表面に設けられ、一つの特定の方向であるＸ方向に延出したマイクロストリップ線路を伝搬した信号は、導波管を介して、裏面に設けられ、Ｘ方向に延出したマイクロストリップ線路のみを伝搬することになる。そのため、信号の伝搬方向を表面と裏面とで９０度、つまり垂直方向に転換させたい場合、表面、又は裏面のどちらか一方の面に信号の伝搬方向を変えるための追加の給電線路が必要となる。
　追加の給電線路において、例えば、給電線路を引き回せるスペースの確保が十分できない場合、信号の伝搬方向を急激に変えなければならない。信号の伝搬方向を急激に変えた給電線路では、不連続部が発生することになる。不連続部では、不要な電波が放射（以下、不要放射と称する）される。不要放射は、その量によって、アンテナ性能及び回路性能に影響を与える。そのため、不連続部から不要放射が発生するという課題があった。不要放射の量を抑制するためには、追加の給電線路において緩慢に線路の方向を転換すればよい。しかしながら、追加の給電線路の方向を緩慢に転換した場合、給電線路を引き回すスペースが増大するので、給電線路を設けた回路の面積が増大し、多層基板が大型化するという課題があった。また、回路の面積が増大するため、多層基板の設計の自由度が低減するという課題があった。
　そこで、本願は、不要放射の量を抑制すると共に、小型化及び設計自由度が向上した多層基板、及びそれを用いたアンテナ装置を得ることを目的とする。
　本願に開示される多層基板は、一方の側に第一導体層、及び前記一方の側とは反対側の他方の側に第二導体層を有した第一の誘電体層と、一方の側に第三導体層、及び前記一方の側とは反対側の他方の側に第四導体層を有し、前記第二導体層と間隔を空けて前記第三導体層が配置された第二の誘電体層と、前記第二導体層と前記第三導体層との間に配置された単数又は複数の中間誘電体層と、前記第二導体層から前記第三導体層の方向に前記中間誘電体層の特定の部分を貫通した貫通孔の内周面に当接した導電性の筒状部材であって、前記筒状部材の内側に前記第一の誘電体層、前記第二の誘電体層、及び前記中間誘電体層とは異なる材料からなる誘電体が充填された導波管とを備え、複数の前記中間誘電体層を有した場合、複数の前記中間誘電体層のそれぞれの間の部分には、中間導体層が設けられ、前記導波管における前記中間誘電体層を貫通した方向に対して垂直な断面の形状は、四角形の１つの対角線上の角部の双方が切り欠かれた形状である。
　本願に開示されるアンテナ装置は、本願に開示された多層基板と、前記第一導体層又は前記第四導体層に形成されたアンテナと、を備えたものである。
　本願に開示される多層基板によれば、一方の側に第一導体層、及び一方の側とは反対側の他方の側に第二導体層を有した第一の誘電体層と、一方の側に第三導体層、及び一方の側とは反対側の他方の側に第四導体層を有し、第二導体層と間隔を空けて第三導体層が配置された第二の誘電体層と、第二導体層と第三導体層との間に配置された単数又は複数の中間誘電体層と、中間誘電体層の特定の部分を貫通した貫通孔の内周面に当接した導電性の筒状部材であって、筒状部材の内側に第一の誘電体層、第二の誘電体層、及び中間誘電体層とは異なる材料からなる誘電体が充填された導波管とを備え、導波管における中間誘電体層を貫通した方向に対して垂直な断面の形状が、四角形の１つの対角線上の角部の双方が切り欠かれた形状であるため、多層基板の内側において信号の伝搬する方向を９０度変えることができるので、第一導体層又は第四導体層のどちらか一方の層において信号の伝搬方向を変えるための追加の導体パターンが不要になる。追加の導体パターンが不要になるので、多層基板を小型化することができる。また、追加の導体パターンが不要になり回路の面積が増大しないので、多層基板の設計自由度を向上させることができる。また、信号の伝搬方向を急激に変える不連続部が発生しないので、多層基板における不要放射の量を抑制することができる。
　本願に開示されるアンテナ装置によれば、本願に開示された多層基板と、第一導体層又は第四導体層に接続されたアンテナと、を備えたため、本願に開示した多層基板をアンテナ装置に用いることで、不要放射の量を抑制すると共に、小型化及び設計自由度が向上したアンテナ装置を得ることができる。
実施の形態１に係る多層基板の概略を示す断面図である。 実施の形態１に係る多層基板を用いたアンテナ装置の概略を示す模式図である。 実施の形態１に係る多層基板の導波管の概略を示す断面図である。 実施の形態１に係る多層基板の別の導波管の概略を示す断面図である。 実施の形態１に係る多層基板の別の導波管の概略を示す断面図である。 実施の形態１に係る多層基板の概略を示す分解斜視図である。 実施の形態１に係る多層基板の導波管の動作を説明する図である。 実施の形態１に係る多層基板の導波管における伝送線路特性を示す図である。 実施の形態２に係る多層基板の概略を示す断面図である。 図９のＢ－Ｂ断面位置で切断した多層基板の断面図である。 図９のＣ－Ｃ断面位置で切断した多層基板の断面図である。
　以下、本願の実施の形態による多層基板及びそれを用いたアンテナ装置を図に基づいて説明する。なお、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
　図１は実施の形態１に係る多層基板１１の概略を示す断面図で、図６のＡ－Ａ断面位置で多層基板１１を切断した図、図２は実施の形態１に係る多層基板１１を用いたアンテナ装置１００の概略を示す模式図、図３は多層基板１１の導波管３１の概略を示す断面図で、導波管３１の貫通した方向に対して垂直な断面の形状を示した図、図４は多層基板１１の別の導波管３１の概略を示す断面図で、導波管３１の貫通した方向に対して垂直な断面の形状を示した図、図５は多層基板１１の別の導波管３２の概略を示す断面図で、導波管３２の貫通した方向に対して垂直な断面の形状を示した図、図６は多層基板１１の概略を示す分解斜視図、図７は多層基板１１の導波管３１の動作を説明する図、図８は多層基板１１の導波管３１における伝送線路特性を示す図で、反射係数の電磁界解析の結果を示した図である。なお、図中に記載するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、互いに垂直な３軸とする。Ｙ軸に平行な方向を第１の方向であるＹ軸方向、Ｘ軸に平行な方向を第２の方向であるＸ軸方向、Ｚ軸に平行な方向を第３の方向であるＺ軸方向とする。Ｘ軸方向のうち図中矢印で示す方向をプラスＸ方向、プラスＸ方向の逆の方向をマイナスＸ方向とし、Ｙ軸方向及びＺ軸方向についてもＸ軸方向の場合と同様とする。
＜アンテナ装置１００＞
　アンテナ装置１００は、図２に示すように、多層基板１１と、高周波信号発生器２と、アンテナ３とを備える。多層基板１１は、高周波信号発生器２からアンテナ３に信号を伝搬する給電線路１を備える。給電線路１を用いたアンテナ装置１００は、マイクロ波帯あるいはミリ波帯の高周波信号を伝送する装置である。マイクロ波は波長が１ｍｍから１ｍ、周波数が３００ＭＨｚから３００ＧＨｚである。ミリ波は波長が１ｍｍから１０ｍｍ、周波数が３０ＧＨｚから３００ＧＨｚである。アンテナ装置１００は、信号を第１の方向から第２の方向に伝搬させる。
　高周波信号を発生させる高周波信号発生器２は、例えば、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）で設けられる。給電線路１は、高周波信号発生器２とアンテナ３とを接続する。多層基板１１に高周波信号発生器２が配置されると共に、多層基板１１にアンテナ３が接続される。高周波信号発生器２は、アンテナ３が接続された多層基板１１の基板面と異なる面に実装される。アンテナ３は、後述する第一導体層又は第四導体層に接続される。第一導体層は、例えば、多層基板１１の一方の基板面に設けられ、第四導体層は多層基板１１の他方の基板面に設けられる。アンテナ３が第一導体層に接続された場合、高周波信号発生器２は第四導体層の側に配置され、アンテナ３が第四導体層に接続された場合、高周波信号発生器２は第一導体層の側に配置される。
＜多層基板１１＞
　多層基板１１は、図１に示すように、一方の側に第一導体層２１、及び一方の側とは反対側の他方の側に第二導体層２２を有した第一の誘電体層４１と、一方の側に第三導体層２３、及び一方の側とは反対側の他方の側に第四導体層２４を有し、第二導体層２２と間隔を空けて第三導体層２３が配置された第二の誘電体層４２と、第二導体層２２と第三導体層２３との間に配置された単数又は複数の中間誘電体層４３と、導波管３１とを備える。中間誘電体層４３は、単数でも複数でも構わない。本実施の形態では、多層基板１１は、５つの中間誘電体層４３として、中間誘電体層４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ、４３ｅを有する。多層基板１１が複数の中間誘電体層４３を有した場合、複数の中間誘電体層４３のそれぞれの間の部分には、中間導体層２５が設けられる。本実施の形態では、多層基板１１が５つの中間誘電体層４３を有するため、４つの中間導体層２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄが設けられる。多層基板１１が有した導体層のそれぞれは、例えば、銅箔である。図１では、第一の誘電体層４１、第二の誘電体層４２、及び中間誘電体層４３はＺ方向に積層され、板状のそれぞれの層が積層される面は、Ｘ方向及びＹ方向に平行である。
　導波管３１は、第二導体層２２から第三導体層２３の方向に中間誘電体層４３の特定の部分を貫通した貫通孔の内周面に当接した導電性の筒状部材であって、筒状部材の内側に第一の誘電体層４１、第二の誘電体層４２、及び中間誘電体層４３とは異なる材料からなる誘電体４４が充填されている。第一の誘電体層４１、第二の誘電体層４２、及び中間誘電体層４３の材料は、例えば、ガラス布基材エポキシ樹脂である。導波管３１に充填された誘電体４４の材料は、例えば、エポキシ樹脂である。導波管３１の内側の誘電体４４と誘電体層とで異なる誘電体にすることで、導波管３１の内側に低損失な誘電体４４を設けることができる。導波管３１の内側に低損失な誘電体４４を設けることで、導波管３１の性能を向上させることができる。
　第一導体層２１には、図６に示すように、第一導体パターン２１ａが形成される。第四導体層２４には、第四導体パターン２４ａが形成される。図６では、第四導体パターン２４ａは外形のみを破線で示す。本実施の形態では、給電線路１は、第一導体パターン２１ａと、第四導体パターン２４ａと、導波管３１とから形成される。本実施の形態における第一導体パターン２１ａの形状について説明する。第一導体パターン２１ａは、矩形の開口部を有した環状線路部２１ａ１と、環状線路部２１ａ１からプラスＹ方向に延出した入出力端子部２１ａ２とを有する。開口部の形状は矩形に限るものではなく、例えば、矩形以外の多角形であっても構わない。入出力端子部２１ａ２は、環状線路部２１ａ１と第一の誘電体層４１の端部との間の部分で幅の変わる多段形状を有している。第一導体パターン２１ａは、Ｘ方向の両側であって、環状線路部２１ａ１に隣接した位置に、環状線路部２１ａ１とは隙間を空けて配置された非接続部２１ａ３を有する。本実施の形態では、非接続部２１ａ３の形状は矩形であるが、非接続部２１ａ３の形状は矩形に限るものではなく、例えば、矩形以外の多角形であっても構わない。
　第四導体パターン２４ａの形状は、第一導体パターン２１ａの形状と同様である。第四導体パターン２４ａは、環状線路部２４ａ１と、入出力端子部２４ａ２と、非接続部２４ａ３とを有する。ただし、入出力端子部２４ａ２の延出方向が入出力端子部２１ａ２の延出方向とは異なっており、入出力端子部２４ａ２の延出方向は、マイナスＸ方向である。アンテナ３は、入出力端子部２１ａ２又は入出力端子部２４ａ２の端部に接続される。
　第一導体パターン２１ａは、第二スロット５１と電磁界結合する。環状線路部２１ａ１の開口部は、Ｚ方向に見て、図１に示すように、第二スロット５１と重複して配置されている。第四導体パターン２４ａは、第三スロット５２と電磁界結合する。環状線路部２４ａ１の開口部は、Ｚ方向に見て、第三スロット５２と重複して配置されている。それぞれの導体パターンがそれぞれのスロットと電磁界結合する形状であれば、導体パターンの形状は、本実施の形態に示した形状に限るものではない。
　第二導体層２２には、図６に示すように、第二導体層２２の開口した部分である第二スロット５１が形成される。第三導体層２３には、第三導体層２３の開口した部分である第三スロット５２が形成される。第二スロット５１は、第一導体パターン２１ａ及び導波管３１と電磁界結合する。第二スロット５１は、Ｚ方向に見て、図１に示すように、第一導体パターン２１ａ及び導波管３１の内側部分と重複して配置されている。第三スロット５２は、第四導体パターン２４ａ及び導波管３１と電磁界結合する。第三スロット５２は、Ｚ方向に見て、第四導体パターン２４ａ及び導波管３１の内側部分と重複して配置されている。
　本実施の形態では、第二スロット５１及び第三スロット５２は、長方形に形成される。それぞれのスロットがそれぞれの導体パターン及び導波管３１と電磁界結合する形状であれば、スロットの形状は、本実施の形態に示した形状に限るものではない。スロットは、形状が正方形又は矩形以外の多角形、又はスロットの内側の領域に浮遊導体パターンを有した構成であっても構わない。
＜導波管３１＞
　本願の要部である導波管３１の構成について説明する。導波管３１における中間誘電体層４３を貫通した方向に対して垂直な断面の形状は、四角形の１つの対角線上の角部の双方が切り欠かれた形状である。切り欠かれた部分を、切欠き部６１、６２と称する。図３に示した導波管３１における中間誘電体層４３を貫通した方向に対して垂直な断面の切り欠かれた部分の形状は、四角形である。切欠き部６１、６２の形状は、正方形でもよく、図４に示すように、長方形であっても構わない。導波管３１の断面の四角形が正方形であり、切欠き部６１、６２が正方形の場合、切り欠きを設けた対角線とは反対側の対角線に対して切欠き部６１、６２は対称に配置される。導波管３１の断面の四角形が正方形であり、切欠き部６１、６２が長方形の場合、切り欠きを設けた対角線とは反対側の対角線に対して切欠き部６１、６２は非対称に配置される。
　切欠き部の形状を四角形とした場合、切り欠きの形状が単純な形状であるため、導波管３１を伝搬する伝送線路特性の整合条件に応じて、導波管３１の形状の設計を容易に行うことができる。切欠き部の形状は四角形に限るものではなく、伝送線路特性の整合条件に応じて、例えば、四角形以外の多角形、又は左右が非対称な切り欠き形状でも構わない。切欠き部の形状を四角形以外にした場合、設計のパラメータが増えるため、より精密な伝送特性を備えた導波管３１を設計することができる。
　導波管３１の断面の四角形における角部は、直角である、又は丸みを帯びた形状である。本実施の形態の図３に示した導波管３１の断面の四角形における角部は、直角である。角部が直角である場合、導波管３１において、所望の伝送特性を容易に得ることができる。導波管３１の断面の四角形における角部は、直角に限るものではない。図５に示した別の導波管３２の例のように、導波管３１の断面の四角形における角部は、例えば、導波管３２の製造条件、又は伝送線路特性の整合条件に応じて、丸みを帯びた形状であっても構わない。別の導波管３２は、切欠き部６３、６４を有する。角部が丸みを帯びた形状である場合、導波管３２の製造性が向上するため、多層基板１１の生産性を向上させることができる。
　切欠き部６１、６２を設けた導波管３１の動作について、図７（ａ）から図７（ｃ）を用いて説明する。図７（ａ）から図７（ｃ）に示した矢印は、第二スロット５１、導波管３１、第三スロット５２のそれぞれに励起される電界方向を示す。ここでは、信号が第一導体パターン２１ａのマイナスＹ方向に伝搬した後、導波管３１を経由して、第四導体パターン２４ａのマイナスＸ方向に伝搬すると仮定して説明する。図において、電界が励起された箇所を実線で示し、その後に電界が励起される箇所を破線で示し、他の箇所を点線で示す。
　第一導体パターン２１ａのマイナスＹ方向に伝搬する信号は、図７（ａ）に示すように、第二スロット５１に電磁結合し、第二スロット５１にマイナスＹ方向（Ｘ軸に対して垂直な方向）に電界が励起する。第二スロット５１に電磁結合した信号は、図７（ｂ）に示すように、導波管３１を伝搬する。導波管３１を伝搬する信号は、導波管３１の形状に応じて、Ｘ軸に対して４５度回転して伝搬する。その後、Ｘ軸方向に対して４５度に回転した信号は、図７（ｃ）に示すように、第三スロット５２に電磁結合する。第三スロット５２に電磁結合する信号は、第三スロット５２の開口形状に応じて、さらにＸ軸に対して４５度回転して伝搬する。第三スロット５２を伝搬する信号の電界方向は、第二スロット５１を伝搬した信号の電界方向に対して９０度回転した状態となり、最終的に、第四導体パターン２４ａに電磁結合して、マイナスＸ方向に伝搬する。
　このように導波管３１における中間誘電体層４３を貫通した方向に対して垂直な断面の形状を、四角形の１つの対角線上の角部の双方が切り欠かれた形状にしたため、多層基板１１の内側において信号の伝搬する方向を９０度変えることができる。多層基板１１の内側において信号の伝搬する方向を９０度変えることができるので、第一導体パターン２１ａを設けた第一導体層２１、又は第四導体パターン２４ａを設けた第四導体層２４のどちらか一方の層において信号の伝搬方向を変えるための追加の導体パターンが不要になる。追加の導体パターンが不要になるので、多層基板１１を小型化することができる。また、追加の導体パターンが不要になり回路の面積が増大しないので、多層基板１１の設計自由度を向上させることができる。また、信号の伝搬方向を急激に変える不連続部が発生しないので、不要放射の量を抑制することができる。また、このような多層基板１１をアンテナ装置１００に用いることで、不要放射の量を抑制すると共に、小型化及び設計自由度が向上したアンテナ装置１００を得ることができる。
　上述した導波管３１の構造の有効性について、図８を例として説明する。図８は、電磁界解析により求めた規格化周波数に対する反射係数を示した図で、横軸は規格化周波数、縦軸は反射係数である。図において、規格化周波数「１」を中心として、帯域幅８％以上で反射係数が－２０ｄＢ以下であり、良好な特性が実現されていることがわかる。この特性は、透過周波数で反射がなく伝搬することを意味しており、本願で開示した導波管３１の構造により、良好な特性で信号の伝搬方向を９０度変えることができる。図８は図３に示した垂直な断面を有する導波管３１での解析結果を示すものであるが、導波管３１の構造の有効性は実施の形態１に示す他の導波管３１の形状、及び後述する他の実施の形態においても同様である。
＜導波管３１の寸法＞
　導波管３１の寸法について説明する。中間誘電体層４３における導波管３１の貫通方向の長さは、導波管３１を伝搬する信号の波長の４分の１波長の長さである。図１において、導波管３１を伝搬する信号の方向は、プラスＺ方向、又はマイナスＺ方向である。導波管３１を伝搬する信号の波長は、導波管３１を伝搬する信号の波長の４分の１波長の長さに限るものではなく、好ましい伝送線路特性、又は設計仕様に応じで長さを変更しても構わない。中間誘電体層４３における導波管３１の貫通方向の長さを、導波管３１を伝搬する信号の波長の４分の１波長の長さにした場合、導波管３１において、所望の伝送特性を容易に得ることができる。
　具体的な導波管３１の寸法の例について説明する。導波管３１を伝搬する信号の周波数を７７ＧＨｚ、誘電体４４の比誘電率を３とした場合、管内波長は２．２５ｍｍと計算される。この場合、管内波長の４分の１波長の長さは０．５６ｍｍになる。中間誘電体層４３における導波管３１の貫通方向の長さが０．５６ｍｍとなるように、導波管３１は多層基板１１に設けられる。導波管３１の貫通方向の長さを０．５６ｍｍとした場合、多層基板１１の厚みは、例えば、１．１ｍｍである。
　導波管３１の断面の四角形における対向した辺の間の距離は、導波管３１を伝搬する信号の波長の２分の１波長の長さである。図３において、導波管３１の断面の四角形における対向した辺の間の距離は矢印で示した距離である。導波管３１の断面の四角形における対向した辺の間の距離は、導波管３１を伝搬する信号の波長の２分の１波長の長さに限るものではなく、好ましい伝送線路特性、又は設計仕様に応じで長さを変更しても構わない。導波管３１の断面の四角形における対向した辺の間の距離を、導波管３１を伝搬する信号の波長の２分の１波長の長さにした場合、導波管３１において、所望の伝送特性を容易に得ることができる。
＜導波管３１の形成＞
　導波管３１の形成方法の例を、図１に示した導波管３１について説明する。まず、５つの中間誘電体層４３と４つの中間導体層２５が設けられた状態で、中間誘電体層４３の特定の部分を貫通した貫通孔をドリルにより形成する。次に、貫通孔の内周面にめっきを施し、導電性の筒状部材を形成する。めっきの材料は、例えば、銅である。導電性の筒状部材と中間導体層２５とは、電気的に接続されている。次に、筒状部材の内側に第一の誘電体層４１、第二の誘電体層４２、及び中間誘電体層４３とは異なる材料からなる誘電体４４を充填する。充填する誘電体４４の材料は、例えば、エポキシ樹脂である。このようにして、多層基板１１の導波管３１の部分は形成される。これらの工程の後、第二導体層２２、第三導体層２３、第一の誘電体層４１、第二の誘電体層４２、第一導体層２１、及び第四導体層２４が積層して設けられる。次に、第一導体層２１に第一導体パターン２１ａを設け、第四導体層２４に第四導体パターン２４ａを設けることで、多層基板１１が形成される。
　以上のように、実施の形態１による多層基板１１は、一方の側に第一導体層２１及び他方の側に第二導体層２２を有した第一の誘電体層４１と、一方の側に第三導体層２３及び他方の側に第四導体層２４を有し、第二導体層２２と間隔を空けて第三導体層２３が配置された第二の誘電体層４２と、第二導体層２２と第三導体層２３との間に配置された単数又は複数の中間誘電体層４３と、中間誘電体層４３の特定の部分を貫通した貫通孔の内周面に当接した導電性の筒状部材であって、筒状部材の内側に第一の誘電体層４１、第二の誘電体層４２、及び中間誘電体層４３とは異なる材料からなる誘電体４４が充填された導波管３１とを備え、導波管３１における中間誘電体層４３を貫通した方向に対して垂直な断面の形状が、四角形の１つの対角線上の角部の双方が切り欠かれた形状であるため、多層基板１１の内側において信号の伝搬する方向を９０度変えることができるので、第一導体層２１又は第四導体層２４のどちらか一方の層において信号の伝搬方向を変えるための追加の導体パターンが不要になる。追加の導体パターンが不要になるので、多層基板１１を小型化することができる。また、追加の導体パターンが不要になり回路の面積が増大しないので、多層基板１１の設計自由度を向上させることができる。また、信号の伝搬方向を急激に変える不連続部が発生しないので、多層基板１１における不要放射の量を抑制することができる。
　中間誘電体層４３における導波管３１の貫通方向の長さが、導波管３１を伝搬する信号の波長の４分の１波長の長さである場合、導波管３１において、所望の伝送特性を容易に得ることができる。また、導波管３１の断面の四角形における対向した辺の間の距離が、導波管３１を伝搬する信号の波長の２分の１波長の長さである場合、導波管３１において、所望の伝送特性を容易に得ることができる。
　導波管３１の断面の四角形における角部が、直角である場合、導波管３１において、所望の伝送特性を容易に得ることができる。導波管３１の断面の四角形における角部が、丸みを帯びた形状である場合、所望の伝送特性を容易に得ることができると共に、導波管３１の製造性が向上するため、多層基板１１の生産性を向上させることができる。
　導波管３１における中間誘電体層４３を貫通した方向に対して垂直な断面の切り欠かれた部分の形状が、四角形である場合、切り欠きの形状が単純な形状であるため、導波管３１を伝搬する伝送線路特性の整合条件に応じて、導波管３１の形状の設計を容易に行うことができる。また、切欠き部６１、６２の形状を四角形以外にした場合、設計のパラメータが増えるため、より精密な伝送特性を備えた導波管３１を設計することができる。
　実施の形態１によるアンテナ装置１００が、本願に開示した多層基板１１と、第一導体層２１又は第四導体層２４に接続されたアンテナ３とを備えた場合、本願に開示した多層基板１１をアンテナ装置１００に用いることで、不要放射の量を抑制すると共に、小型化及び設計自由度が向上したアンテナ装置１００を得ることができる。
実施の形態２．
　実施の形態２に係る多層基板１２について説明する。図９は実施の形態２に係る多層基板１２の概略を示す断面図で、図６のＡ－Ａ断面位置と同等の位置で多層基板１２を切断した図、図１０は図９のＢ－Ｂ断面位置で切断した多層基板１２の断面図で、中間誘電体層４３ｃの部分の断面図、図１１は図９のＣ－Ｃ断面位置で切断した多層基板１２の断面図で、中間導体層２５ｂの部分の断面図である。実施の形態２に係る多層基板１２は、複数のビアホール７１により導波管３３が形成された構成になっている。
　多層基板１１は、図９に示すように、一方の側に第一導体層２１、及び一方の側とは反対側の他方の側に第二導体層２２を有した第一の誘電体層４１と、一方の側に第三導体層２３、及び一方の側とは反対側の他方の側に第四導体層２４を有し、第二導体層２２と間隔を空けて第三導体層２３が配置された第二の誘電体層４２と、第二導体層２２と第三導体層２３との間に配置された単数又は複数の中間誘電体層４３と、第二導体層２２から第三導体層２３の方向に中間誘電体層４３を貫通し、中間誘電体層４３の特定の部分を取り囲む複数のビアホール７１とを備える。中間誘電体層４３は、単数でも複数でも構わない。本実施の形態では、多層基板１１は、５つの中間誘電体層４３として、中間誘電体層４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ、４３ｅを有する。多層基板１１が複数の中間誘電体層４３を有した場合、少なくとも、複数のビアホール７１からなる導波管３３及び特定の部分を除いた複数の中間誘電体層４３のそれぞれの間の部分には、中間導体層２５が設けられる。本実施の形態では、多層基板１１が５つの中間誘電体層４３を有するため、４つの中間導体層２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄが設けられる。多層基板１１が有した導体層のそれぞれは、例えば、銅箔である。
　図１０に示すように、複数のビアホール７１により導波管３３が形成される。導波管３３における中間誘電体層４３を貫通した方向に対して垂直な断面における複数のビアホール７１をつなげた線の形状は、四角形の１つの対角線上の角部の双方が切り欠かれた形状である。切り欠かれた部分を、切欠き部６５、６６と称する。図１１に示すように、中間導体層２５ｂは、中間誘電体層４３の特定の部分を取り囲む開口部２５ｂ１を有する。図１１に示された中間誘電体層４３の部分は、中間誘電体層４３ｃの部分である。中間導体層２５ａ、２５ｃ、２５ｄも、中間導体層２５ｂと同様の構成である。複数のビアホール７１は、中間誘電体層４３の特定の部分を取り囲む開口部２５ｂ１の周囲の部分に重なるように設けられる。複数のビアホール７１と中間導体層２５とは、電気的に接続されている。図１０では２０個のビアホール７１により導波管３３が形成される構成であるが、ビアホール７１の個数はこれに限るものではない。
　複数のビアホール７１により形成された導波管３３は、垂直な断面における複数のビアホール７１をつなげた線の形状は、四角形の１つの対角線上の角部の双方が切り欠かれた形状であるため、実施の形態１の導波管３１と同様に、多層基板１２の内側において信号の伝搬する方向を９０度変えることができる。多層基板１１の内側において信号の伝搬する方向を９０度変えることができるので、第一導体パターン２１ａを設けた第一導体層２１、又は第四導体パターン２４ａを設けた第四導体層２４のどちらか一方の層において信号の伝搬方向を変えるための追加の導体パターンが不要になる。追加の導体パターンが不要になるので、多層基板１２を小型化することができる。また、追加の導体パターンが不要になり回路の面積が増大しないので、多層基板１２の設計自由度を向上させることができる。また、信号の伝搬方向を急激に変える不連続部が発生しないので、不要放射の量を抑制することができる。
　実施の形態１に示した導波管３１は、中間誘電体層４３の特定の部分を貫通した貫通孔をドリルで形成していた。そのため、導波管３１の形状は、特に導波管３１の角部のような隅の部分において、貫通孔を形成するドリルのサイズに依存していた。本実施の形態では、複数のビアホール７１により導波管３３を形成しているため、導波管３３の形状はドリルのサイズに依存しないので、導波管３３の形状に対する設計自由度を向上させることができる。
　以上のように、実施の形態２による多層基板１２は、第二導体層２２から第三導体層２３の方向に中間誘電体層４３を貫通し、中間誘電体層４３の特定の部分を取り囲む複数のビアホール７１を備え、複数のビアホール７１により導波管３３が形成され、導波管３３における中間誘電体層４３を貫通した方向に対して垂直な断面における複数のビアホール７１をつなげた線の形状は、四角形の１つの対角線上の角部の双方が切り欠かれた形状であるため、多層基板１１の内側において信号の伝搬する方向を９０度変えることができるので、第一導体層２１又は第四導体層２４のどちらか一方の層において信号の伝搬方向を変えるための追加の導体パターンが不要になる。また、複数のビアホール７１により導波管３３を形成しているため、導波管３３の形状に対する設計自由度を向上させることができる。また、信号の伝搬方向を急激に変える不連続部が発生しないので、不要放射の量を抑制することができる。
　また本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１　給電線路、２　高周波信号発生器、３　アンテナ、１１、１２　多層基板、２１　第一導体層、２１ａ　第一導体パターン、２１ａ１　環状線路部、２１ａ２　入出力端子部、２１ａ３　非接続部、２２　第二導体層、２３　第三導体層、２４　第四導体層、２４ａ　第四導体パターン、２４ａ１　環状線路部、２４ａ２　入出力端子部、２４ａ３　非接続部、２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ　中間導体層、２５ｂ１　開口部、３１、３２、３３　導波管、４１　第一の誘電体層、４２　第二の誘電体層、４３、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ、４３ｅ　中間誘電体層、４４　誘電体、５１　第二スロット、５２　第三スロット、６１、６２、６３、６４、６５、６６　切欠き部、７１　ビアホール、１００　アンテナ装置

Claims (7)

  1. 　一方の側に第一導体層、及び前記一方の側とは反対側の他方の側に第二導体層を有した第一の誘電体層と、
    　一方の側に第三導体層、及び前記一方の側とは反対側の他方の側に第四導体層を有し、前記第二導体層と間隔を空けて前記第三導体層が配置された第二の誘電体層と、
    　前記第二導体層と前記第三導体層との間に配置された単数又は複数の中間誘電体層と、
    　前記第二導体層から前記第三導体層の方向に前記中間誘電体層の特定の部分を貫通した貫通孔の内周面に当接した導電性の筒状部材であって、前記筒状部材の内側に前記第一の誘電体層、前記第二の誘電体層、及び前記中間誘電体層とは異なる材料からなる誘電体が充填された導波管と、を備え、
    　複数の前記中間誘電体層を有した場合、複数の前記中間誘電体層のそれぞれの間の部分には、中間導体層が設けられ、
    　前記導波管における前記中間誘電体層を貫通した方向に対して垂直な断面の形状は、四角形の１つの対角線上の角部の双方が切り欠かれた形状である多層基板。
  2. 　一方の側に第一導体層、及び前記一方の側とは反対側の他方の側に第二導体層を有した第一の誘電体層と、
    　一方の側に第三導体層、及び前記一方の側とは反対側の他方の側に第四導体層を有し、前記第二導体層と間隔を空けて前記第三導体層が配置された第二の誘電体層と、
    　前記第二導体層と前記第三導体層との間に配置された単数又は複数の中間誘電体層と、
    　前記第二導体層から前記第三導体層の方向に前記中間誘電体層を貫通し、前記中間誘電体層の特定の部分を取り囲む複数のビアホールと、を備え、
    　複数の前記ビアホールにより導波管が形成され、
    　複数の前記中間誘電体層を有した場合、少なくとも、前記導波管及び前記特定の部分を除いた複数の前記中間誘電体層のそれぞれの間の部分には、中間導体層が設けられ、
    　前記導波管における前記中間誘電体層を貫通した方向に対して垂直な断面における複数の前記ビアホールをつなげた線の形状は、四角形の１つの対角線上の角部の双方が切り欠かれた形状である多層基板。
  3. 　前記中間誘電体層における前記導波管の貫通方向の長さは、前記導波管を伝搬する信号の波長の４分の１波長の長さである請求項１又は２に記載の多層基板。
  4. 　前記四角形における対向した辺の間の距離は、前記導波管を伝搬する信号の波長の２分の１波長の長さである請求項１から３のいずれか１項に記載の多層基板。
  5. 　前記四角形における角部は、直角である、又は丸みを帯びた形状である請求項１から４のいずれか１項に記載の多層基板。
  6. 　前記導波管における前記中間誘電体層を貫通した方向に対して垂直な断面の切り欠かれた部分の形状は、四角形である請求項１から５のいずれか１項に記載の多層基板。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載した多層基板と、
    　前記第一導体層又は前記第四導体層に接続されたアンテナと、を備えたアンテナ装置。
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