JP2012090257A - アンテナモジュール及びそのアンテナユニット - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナモジュール及びそのアンテナユニットを提供する。
【解決手段】アンテナユニットであって、第１面及び第２面を含み、前記第１面は、前記第２面と対向する第１基板、前記第１面に配置された第１導電層、及び前記第２面に配置され、開口がその上に形成され、且つ前記開口が開口端を有する第２導電層、前記第１基板に形成され、前記第１導電層を前記第２導電層に接続し、それが前記開口を囲んでキャビティを定義する導電ビア、前記開口の上方に延伸し、無線信号を前記アンテナユニットに伝送する給電導体、及び前記開口の上方に配置され、前記給電導体から分離されるパッチを含むアンテナユニット。
【選択図】図２

Description

本発明は、アンテナモジュールに関し、特に、アンテナモジュール及びそのキャビティ付積層型平面アンテナユニット（cavity-backed stacked planar antenna unit）に関するものである。

図１は、アンテナ基板１０、給電基板２０、マイクロストリップパッチ３０、グランドプレーン４０、及びマイクロストリップ給電線５０を含む従来のアンテナ１を表している。アンテナ基板１０は、第１面１１及び第２面１２を含む。給電基板２０は、第３面２１及び第４面２２を含む。マイクロストリップパッチ３０は、第１面１１に配置される。グランドプレーン４０は、第３面２１に配置される。第２面１２は、グランドプレーン４０に接続される。結合開口４１は、グランドプレーン４０に形成される。マイクロストリップ給電線５０は、第４面２２に配置される。マイクロストリップ給電線５０は、結合開口４１を介してマイクロストリップパッチ３０に無線信号を送信する。従来のアンテナは、通常、小さいバンド幅、無視できない背面放射、及び不要な表面波の放射問題を有する。

"Analysis of Wide-Band Infinite Phased Arrays of Printed Folded Dipoles Embedded in Metallic Boxes", Beurden et al, IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 50, NO. 9, SEPTEMBER 2002 "Broadband Planar Superstrate Antenna for Integrated Millimeterwave Transceivers", Zwick et al, IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 54, NO. 10, OCTOBER 2006 "Design of dual-band slot antenna with double T-match stubs", Lin et al, ELECTRONICS LETTERS 13th April 2006, Vol. 42 No. 8 "Novel Broadband Circularly Polarized Cavity-Backed Aperture Antenna With Traveling Wave Excitation", Hung et al, IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 58, NO. 1, JANUARY 2010

アンテナモジュール及びそのアンテナユニットを提供する。

アンテナユニットが提供される。アンテナユニットは、第１基板、第１導電層、第２導電層、複数の導電ビア、給電導体、及びパッチを含む。第１基板は、第１面及び第２面を含み、第１面は、第２面と対向している。第１導電層は、第１面に配置される。第２導電層は、第２面に配置され、開口は、第２導電層に形成され、開口は、開口端を有する。導電ビアは、第１基板に形成され、第１導電層を第２導電層に接続する。導電ビアは、開口を囲み、キャビティを定義する。給電導体は、開口の上方に延伸し、無線信号をアンテナユニットに伝送する。パッチは、開口の上方に配置され、給電導体から分離される。

詳細な説明は、添付の図面を参照して、次の実施の形態に提供される。

本発明は、添付の図面と併せて後に続く詳細な説明と実施例を解釈することによって、より完全に理解されることができる。
従来のアンテナを表している。 本発明の実施の形態のアンテナユニットを表している。 図２の方向III−IIIに沿った断面図である。 アンテナユニットの上面図である。 アンテナユニットの入力インピーダンス（S１１）を表している。 アンテナユニットの５７GHz時のE及びH平面アンテナのパターンを表している。 アンテナユニットの５７GHz時の小さい背面放射特性を表している。 アンテナユニットの６６GHz時のE及びH平面アンテナのパターンを表している。 アンテナユニットの６６GHz時の小さい背面放射特性を表している。 本発明の実施の形態のアンテナアレイモジュールを表している。

以下の説明は、本発明を実施するベストモードが開示されている。この説明は、本発明の一般原理を例示する目的のためのもので本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、添付の請求の範囲を参考にして決定される。

図２は、本発明の実施の形態のアンテナユニット１００を表している。アンテナユニット１００は、第１基板１１０、第２基板１２０、第１導電層１３０、第２導電層１４０、複数の導電ビア１５０、給電導体（feed conductor）１６０、及びパッチ１７０を含む。第１基板１１０は、第１面１１１及び第２面１１２を含み、第１面１１１は、第２面１１２と対向している。第２基板１２０は、第３面１２１及び第４面１２２を含み、第３面１２１は、第４面１２２と対向している。第１導電層１３０は、第１面１１１に配置される。第２導電層１４０は、第２面１１２に配置され、開口１４１は、第２導電層１４０に形成され、開口１４１は、開口端（opening edge）１４２を有する。導電ビア１５０は、第１基板１１０に形成され、第１導電層１３０を第２導電層１４０に接続する。導電ビア１５０は、開口１４１を囲み、キャビティ１５１を定義する。キャビティ１５１は、導電ビア１５０及び第１導電層１３０によって形成される。給電導体１６０は、開口１４１の上方に延伸し、無線信号をアンテナユニット１００に伝送する。パッチ１７０は、開口１４１の上方に配置され、給電導体１６０と分離される。この実施の形態では、第１導電層１３０及び第２導電層１４０は、接地層である。

図３は、図２の方向III−IIIに沿った断面図である。図３に示されるように、パッチ１７０は、第４面１２２に配置され、第３面１２１は、第２導電層１４０に接触する。この実施の形態では、給電導体１６０は、第２基板１２０に埋め込まれている。

図４は、アンテナユニット１００の上面図である。給電導体１６０は、T形状であり、第１部分１６１及び第２部分１６２を含み、第２部分１６２の端は第１部分１６１に接続される。パッチ１７０は、長方形であり、主軸１７１を有し、給電導体１６０の第１部分１６１は、主軸１７１に平行する。開口１４１は、長方形である。第１部分１６１とパッチ１７０間の距離d１は、約０.１５λであり、λは、無線信号の波長である。軸１７１に平行した距離d１または開口１４１の幅を変更することにより、インピーダンス整合が変更し得る。軸１７１に垂直な開口１４１の長さを変更することにより、アンテナの共振の中心周波数がシフトされ得る。パッチ１７０と開口端１４２との間の距離を変更することにより、アンテナユニットのバンド幅が変更され得る。図３を更に参照すると、第１導電層１３０と第２導電層１４０との間の高さhは、約０.２５λである。各２つの導電ビア間の間隔gは、λ／８より小さく設計されている。高さh及び間隔gも変更され得る。

上述の実施の形態では、キャビティ１５１及び開口１４１は、長方形である。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。長方形のキャビティ１５１及び開口１４１は、円形、楕円形、及び他の開口の形状によって実行される。

上述の実施の形態では、給電導体１６０は、T形状である。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。給電導体１６０は、ここでは第２基板１２０に埋め込まれた、ストリップ線路構造である。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、他の伝送線路構造も実装され得る。また、第２部分の延伸方向または形状も変更され得る。

上述の実施の形態では、パッチ１７０は、第４面１２２に配置される。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。パッチ１７０及び給電導体１６０は、同じ面に配置されてもよい。例えば、パッチ１７０及び給電導体１６０の両方が第４面１２２に配置されてもよい。または、パッチ１７０が第３面１２１に配置され、給電導体１６０が第４面１２２に配置されてもよい。

図８は、本発明の実施の形態のアンテナアレイモジュール２００を表しており、本発明の実施の形態のアンテナユニット１００は、同じ第１基板１１０、第２基板１２０、第１導電層１３０、及び第２導電層１４０に形成される。本発明の実施の形態のアンテナアレイモジュール２００は、アンテナユニット１００間の改善されたアイソレーションを提供する（１５dB以上）。この実施の形態では、アンテナユニット１００間の距離は、０.５λである。本発明の実施の形態のアンテナユニット１００またはアンテナアレイモジュール２００は、発明は、標準的な低コストのPCBプロセスによって容易に大量生産され得る。

明細書における「第１の」、「第２の」、「第３の」等の序数詞の使用は、それ自体が優先度、序列、又は順序を示唆するものではなく、むしろ、単に２つ以上の特徴、要素、項目等を区別するためのラベルとして使用している。クレーム要素を変えるための、請求項における「第１の」、「第２の」、「第３の」等の序数詞の使用は、それ自体が１つのクレーム要素を他のクレーム要素と比較して優先度、序列、又は順序、もしくは方法を実施する行為の時間的順序を示唆するものではなく、むしろ、単にクレーム要素を区別するために、特定の名前を有する１つのクレーム要素を同じ名前を有する他の要素から区別するためのラベルとして（だが、序数詞を）使用している。

この発明は、実施例の方法及び望ましい実施の形態によって記述されているが、本発明は、これらを限定するものではないことは理解される。逆に、種々の変更及び同様の配置をカバーするものである（当業者には明白なように）。よって、添付の請求の範囲は、最も広義な解釈が与えられ、全てのこのような変更及び同様の配置を含むべきである。

１ 従来のアンテナ
１０ ウエハアンテナ基板
１１ 第１面
１２ 第２面
２０ 給電基板
２１ 第３面
２２ 第４面
３０ マイクロストリップパッチ
４０ グランドプレーン
４１ 結合開口
５０ マイクロストリップ給電線
１００ アンテナユニット
１１０ 第１基板
１１１ 第１面
１１２ 第２面
１２０ 第２基板
１２１ 第３面
１２２ 第４面
１３０ 第１導電層
１４０ 第２導電層
１４１ 開口
１４２ 開口端
１５０ 複数の導電ビア
１５１ キャビティ
１６０ 給電導体
１６１ 第１部分
１６２ 第２部分
１７０ パッチ
１７１ 主軸

Claims (20)

1. アンテナユニットであって、
   第１面及び第２面を含み、前記第１面は、前記第２面と対向する第１基板、
   前記第１面に配置された第１導電層、及び
   前記第２面に配置され、開口がその上に形成され、且つ前記開口が開口端を有する第２導電層、
   前記第１基板に形成され、前記第１導電層を前記第２導電層に接続し、それが前記開口を囲んでキャビティを定義する導電ビア、
   前記開口の上方に延伸し、無線信号を前記アンテナユニットに伝送する給電導体、及び
   前記開口の上方に配置され、前記給電導体から分離されるパッチを含むアンテナユニット。
2. 電界は、パッチ、給電導体と第２導電層の開口端との間に形成され、前記第２導電層に対して斜めの共振方向を向上させる請求項１に記載のアンテナユニット。
3. 第２基板を更に含み、前記第２基板は、第３面及び第４面を含み、前記第３面は、前記第４面と対向し、前記パッチは、前記第４面に配置され、且つ前記第３面は、前記第２導電層に接触する請求項１に記載のアンテナユニット。
4. 前記給電導体は、前記第２基板に埋め込まれる請求項３に記載のアンテナユニット。
5. 前記給電導体は、前記第４面に配置される請求項３に記載のアンテナユニット。
6. 前記給電導体は、T形状であり、前記給電導体は、第１部分及び第２部分を含み、前記第２部分の端は前記第１部分に接続される請求項１に記載のアンテナユニット。
7. 前記パッチは、長方形であり、前記パッチは、主軸を有し、前記給電導体の前記第１部分は、前記主軸に平行する請求項６に記載のアンテナユニット。
8. 前記第１部分と前記パッチ間の距離は、約０.１５λであり、λは、前記無線信号の波長である請求項７に記載のアンテナユニット。
9. 前記開口は、長方形であり、前記パッチは、長方形である請求項１に記載のアンテナユニット。
10. 前記第１導電層と前記第２導電層との間の高さは、約０.２５λであり、λは、前記無線信号の波長である請求項１に記載のアンテナユニット。
11. 各２つの導電ビア間の間隔は、λ／８より小さく設計されており、λは、前記無線信号の波長である請求項１に記載のアンテナユニット。
12. 前記第１導電層及び前記第２導電層は、接地層である請求項１に記載のアンテナユニット。
13. アンテナアレイモジュールであって、
    第１面及び第２面を含み、前記第１面は、前記第２面と対向する第１基板、
    前記第１面に配置された第１導電層、
    前記第２面に配置された第２導電層、及び
    マトリクスに配置され、それぞれ前記第２導電層に形成され、開口端を有する開口、
    前記第１基板に形成され、前記第１導電層を前記第２導電層に接続し、それが前記開口を囲んでキャビティを定義する複数の導電ビア、
    前記開口の上方に延伸し、無線信号を前記アンテナユニットに伝送する給電導体と、
    前記開口の上方に配置され、前記給電導体から分離されるパッチを有する複数のアンテナユニットを含むアンテナアレイモジュール。
14. 第２基板を更に含み、前記第２基板は、第３面及び第４面を含み、前記第３面は、前記第４面と対向し、前記各アンテナユニットのパッチは、前記第４面に配置され、且つ前記第３面は、前記第２導電層に接触する請求項１３に記載のアンテナアレイモジュール。
15. 前記各アンテナユニットの給電導体は、前記第２基板に埋め込まれる請求項１４に記載のアンテナアレイモジュール。
16. 前記各アンテナユニットの給電導体は、T形状であり、前記各アンテナユニットの給電導体は、第１部分及び第２部分を含み、前記第２部分の端は前記第１部分に接続される請求項１３に記載のアンテナアレイモジュール。
17. 前記各アンテナユニットのパッチは、長方形であり、前記各アンテナユニットのパッチは、主軸を有し、前記各アンテナユニットの給電導体の前記第１部分は、前記主軸に平行する請求項１６に記載のアンテナアレイモジュール。
18. 前記各アンテナユニットの開口は、長方形であり、前記各アンテナユニットのパッチは、長方形である請求項１３に記載のアンテナアレイモジュール。
19. 前記第１導電層及び前記第２導電層は、接地層である請求項１３に記載のアンテナアレイモジュール。
20. アンテナユニットであって、
    第１面及び第２面を含み、前記第１面は、前記第２面と対向する第１基板、
    前記第２面に配置され、開口がその上に形成される導電層、
    前記第１基板に形成され、前記開口を囲み、前記導電層に電気的接続される導電キャビティ、
    前記開口の上方に延伸し、無線信号を前記アンテナユニットに伝送する給電導体、及び
    前記開口の上方に配置され、前記給電導体から分離されるパッチを含むアンテナユニット。

Images