JP2012182591A

JP2012182591A - アンテナ基板

Info

Publication number: JP2012182591A
Application number: JP2011043124A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Sawa; 義信澤
Original assignee: Kyocera SLC Technologies Corp
Current assignee: Kyocera SLC Technologies Corp
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2012-09-20

Abstract

【課題】広い周波数帯域において良好な電波の送受信を行なうことが可能な広帯域のアンテナ基板を提供すること。
【解決手段】第１のパッチ導体７と第２のパッチ導体８と第３のパッチ導体９とは、それぞれが第１の方向に平行な短辺７ａ，８ａ，９ａと第２の方向に平行な長辺７ｂ，８ｂ，９ｂとを有する四角形であり、第１のパッチ導体７の面積より第２のパッチ導体８の面積が大きく、第２のパッチ導体８の面積よりも第３のパッチ導体９の面積が大きいアンテナ基板である。好ましくは、第１のパッチ導体７の短辺７ａが第２のパッチ導体８の短辺８ａと同じ長さであるとともに第１のパッチ導体７の長辺７ｂが第２のパッチ導体８の長辺８ｂよりも短く、かつ第２のパッチ導体８の短辺８ａが第３のパッチ導体９の短辺９ａよりも短いとともに第２のパッチ導体８の長辺８ｂが第３のパッチ導体９の長辺９ｂよりも短い。
【選択図】図２

Description

本発明は、誘電体層と導体層とを多層に積層することにより形成したアンテナ基板に関するものである。

従来、図３に断面模式図で、図４に分解斜視図で示すように、第１の誘電体層１１と、この第１の誘電体層１１の下面に第１の方向に延在して終端する帯状のストリップ導体１４と、第１の誘電体層１１の上面にストリップ導体１４を直角に横切る第２の方向に延びるスロット１５ａを備えて被着された接地導体層１５と、第１の誘電体層１１および接地導体層１５の上に積層された第２の誘電体層１２と、第２の誘電体層１２の上面に前記スロット１５ａが形成された位置にかぶさるように被着された第１のパッチ導体１６と、第２の誘電体層１２および第１のパッチ導体１６の上に積層された第３の誘電体層１３と、第３の誘電体層１３の上面に前記第１のパッチ導体１６が形成された位置にかぶさるように被着された第２のパッチ導体１７とを備えたアンテナ基板が知られている。

このアンテナ基板においては、ストリップ導体１４に高周波信号を給電すると、その信号が電磁的な結合によりスロット１５ａを介して第１および第２のパッチ導体１６，１７に伝わり、これらの第１および第２のパッチ導体１６，１７を介して高周波信号が電磁波として放射される。ところで、このようなアンテナ基板が第１および第２の２層のパッチ導体１６，１７を互いに重なるように備えているのは、２層のパッチ導体１６，１７を互いに重なるように備えることにより、アンテナの周波数帯域を広帯域化することができるためである。

しかしながら、例えば、ワイヤレスパーソナルエリアネットワークでは、使用される周波数帯域が各国で異なり、一つのアンテナ基板を全世界で使用可能とするためには５７〜６６ＧＨｚの広い周波数帯域をカバーする必要がある。そのためには、従来のアンテナ基板よりも更に広い周波数帯域を持つアンテナ基板を提供する必要がある。

特開平７−２１２１２５号公報

本発明の課題は、例えば５７〜６６ＧＨｚの広い周波数帯域においても良好な信号の送受信を行なうことが可能な広帯域のアンテナ基板を提供することにある。

本発明のアンテナ基板は、第１の誘電体層と、該第１の誘電体層の下面に配置されており、第１の方向に延在して終端する帯状のストリップ導体と、前記第１の誘電体層の上面に配置されており、前記ストリップ導体を直角に横切る第２の方向に延びるスロットを有する接地導体層と、前記第１の誘電体層および前記接地導体層上に積層された第２の誘電体層と、該第２の誘電体層の上面に前記スロットが形成された位置にかぶさるように配置された第１のパッチ導体と、前記第２の誘電体層および第１のパッチ導体上に積層された第３の誘電体層と、該第３の誘電体層の上面に前記第１のパッチ導体が形成された位置にかぶさるように配置された第２のパッチ導体と、前記第３の誘電体層および第２のパッチ導体上に積層された第４の誘電体層と、該第４の誘電体層の上面に前記第２のパッチ導体が形成された位置にかぶさるように配置された第３のパッチ導体とを具備し、前記第１のパッチ導体と第２のパッチ導体と第３のパッチ導体とは、それぞれが前記第１の方向に平行な短辺と前記第２の方向に平行な長辺とを有する四角形であり、前記第１のパッチ導体の面積より前記第２のパッチ導体の面積が大きく、該第２のパッチ導体の面積よりも前記第３のパッチ導体の面積が大きいことを特徴とするものである。

本発明アンテナ基板によれば、前記第１のパッチ導体と第２のパッチ導体と第３のパッチ導体とは、それぞれが前記第１の方向に平行な短辺と前記第２の方向に平行な長辺とを有する長方形であり、前記第１のパッチ導体の面積より前記第２のパッチ導体の面積が大きく、該第２のパッチ導体の面積よりも前記第３のパッチ導体の面積が大きいことから、このように配置された第１、第２、第３のパッチ導体で複合的な共振が良好に起こり、そのため例えば、５７〜６６ＧＨｚの広い周波数帯域において良好な信号の送受信を行なうことが可能な広帯域のアンテナ基板を提供することができる。

図１は、本発明のアンテナ基板の実施形態の一例を説明するための断面模式図である。図２は、図１に示すアンテナ基板の分解斜視図である。図３は、従来のアンテナ基板を示す断面図である。図４は、図３に示すアンテナ基板の分解斜視図である。

次に、本発明のアンテナ基板の実施形態の一例を添付の図面を基に説明する。図１に断面模式図で、図２に分解斜視図で示すように、本例のアンテナ基板は、第１の誘電体層１と、この第１の誘電体層１の下面に第１の方向に延在して終端する帯状のストリップ導体５と、第１の誘電体層１の上面にストリップ導体５を直角に横切る第２の方向に延びるスロット６ａを備えて被着された接地導体層６と、第１の誘電体層１および接地導体層６の上に積層された第２の誘電体層２と、第２の誘電体層２の上面に前記スロット６ａが形成された位置にかぶさるように被着された第１のパッチ導体７と、第２の誘電体層２および第１のパッチ導体７の上に積層された第３の誘電体層３と、第３の誘電体層３の上面に前記第１のパッチ導体７が形成された位置にかぶさるように被着された第２のパッチ導体８と、第３の誘電体層３および第２のパッチ導体８の上に積層された第４の誘電体層４と、第４の誘電体層４の上面に前記第２のパッチ導体８が形成された位置にかぶさるように被着された第３のパッチ導体９と前記とを備えている。

誘電体層１〜４は、例えばガラスクロスにエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂、アリル変性ポリフェニレンエーテル樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた絶縁シートやエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂、アリル変性ポリフェニレンエーテル樹脂にシリカ粉末等の無機絶縁フィラーを分散させた絶縁シートを硬化させて成る。これらの絶縁層１〜４は、その比誘電率が４以下であることが好ましく、厚みとしては、５０〜２００μｍ程度であるのが好ましい。また、ストリップ導体５、接地導体層６およびパッチ導体７〜８は、何れも厚みが５〜２０μｍの銅箔や銅めっき層等の良伝導性の導電材料から成る。

第１の誘電体層１の下面に配置されたストリップ導体５は、幅が５０〜３５０μｍ程度の帯状の導体である。ストリップ導体５は、第１の誘電体層１の下面を第１の方向に延在するとともにその一端が第１の誘電体層の下面において終端している。このストリップ導体５は、本例のアンテナ基板において、高周波信号を入出力するための伝送路として機能し、このストリップ導体に高周波信号が伝送される。

第１の誘電体層１の上面に配置された接地導体層６は、第１の誘電体層の上面の大部分を覆うように配置されており、ストリップ導体５を直角に横切る第２の方向に延びる長方形状のスロット６ａを備えている。スロット６ａは、第１の方向に平行な幅が０．１〜１ｍｍ程度、第２の方向に平行な長さが０．５〜１５０ｍｍ程度であり、ストリップ導体５の終端側の辺がストリップ導体５の終端する一端から０．２〜８ｍｍの位置を横切るように設けられている。この接地導体層６は、ストリップ導体５を伝送する高周波信号を電磁波としてスロット６ａを介してパッチ導体７〜９に供給したり、あるいはパッチ導体７〜９で受信した高周波信号の電磁波をスロット６ａを介してストリップ導体５に伝えたりする機能を果たしている。

第２の誘電体層２の上面に配置された第１のパッチ導体７は、ストリップ導体５が延在する第１の方向に平行な短辺７ａと、スロット６ａが延びる第２の方向に平行な長辺７ｂとを有する四角形であり、スロット６ａからの高周波信号の電磁波を外部に向けて放射するとともに第２および第３のパッチ導体８，９に伝える機能を果たしている。

第３の誘電体層３の上面に配置された第２のパッチ導体８も、同様にストリップ導体５が延在する第１の方向に平行な短辺８ａと、スロット６ａが延びる第２の方向に平行な長辺８ｂとを有する四角形であり、第１のパッチ導体７からの高周波信号の電磁波を外部に向けて放射するとともに第３のパッチ導体９に伝える機能を果たしている。

第４の誘電体層４の上面に配置された第３のパッチ導体９も同様にストリップ導体５が延在する第１の方向に平行な短辺９ａと、スロット６ａが延びる第２の方向に平行な長辺９ｂとを有する四角形であり、第１および第２のパッチ導体，８からの高周波信号の電磁波を外部に向けて放射する機能を果たしている。

なお、第１〜第３のパッチ導体７〜９における短辺７ａ〜９ａおよび長辺７ｂ〜９ｂの長さはそれぞれ０．５〜５ｍｍである。なお、ここでは便宜上、短辺７ａ〜９ａ、長辺７ｂ〜９ｂと表現しており、両者の長さが同一であってもよいし、あるいは両者の長さが逆転していてもよい。

そして、本例においては、第２のパッチ導体８が第１のパッチ導体７の形成位置にかぶさるように配置されており、第３のパッチ導体９が第２のパッチ導体８の形成位置にかぶさるように配置されているとともに、第２のパッチ導体８の面積が第１のパッチ導体７の面積より大きく、第３のパッチ導体９の面積が第２のパッチ導体８の面積よりも大きい。このように、第２のパッチ導体８が第１のパッチ導体７の形成位置にかぶさるように配置されており、第３のパッチ導体９が第２のパッチ導体８の形成位置にかぶさるように配置されているとともに、第２のパッチ導体８の面積が第１のパッチ導体７の面積より大きく、第３のパッチ導体９の面積が第２のパッチ導体８の面積よりも大きいものとすると、例えばパッチ導体７〜９を介して高周波信号を放射する場合に、下側のパッチ導体７から上側のパッチ導体８，９の外周縁に沿って順次拡がるように放射されるので、第１〜第３のパッチ導体７〜９を介して放射される高周波信号の周波数帯域が広いものとなる。

さらに、第１のパッチ導体７と第２のパッチ導体８とで短辺７ａと短辺８ａとの長さを同じとし、さらにこれらの短辺７ａ，８ａよりも第３のパッチ導体９の短辺９ａを長くするとともに、第３のパッチ導体９の長辺９ｂの長さを第２のパッチ導体の長辺８ｂの長さより長くし、第２のパッチ導体８の長辺８ｂの長さを第１のパッチ導体７の長辺７ｂの長さよりも長くすることが好ましい。このように第１のパッチ導体７と第２のパッチ導体８とで短辺７ａと短辺８ａとの長さを同じとし、さらにこれらの短辺７ａ，８ａよりも第３のパッチ導体９の短辺９ａを長くするとともに、第３のパッチ導体９の長辺９ｂの長さを第２のパッチ導体の長辺８ｂの長さより長くし、第２のパッチ導体８の長辺８ｂの長さを第１のパッチ導体７の長辺７ｂの長さよりも長くすることにより、第１〜第３のパッチ導体７〜９を介して放射される高周波信号の周波数帯域をさらに広いものとすることができる。

なお、本発明者が図２に示したアンテナ基板において、絶縁層１〜４の比誘電率を３．７、絶縁層１，２の厚みをそれぞれ１００μｍ、絶縁層３，４の厚みをそれぞれ２００μｍとし、ストリップ導体５の厚みを１５μｍ、幅を２００μｍ、接地導体層６、パッチ導体７〜９の厚みをそれぞれ１１μｍ、スロット６ａの幅を０．２ｍｍ、長さを１ｍｍ、スロット６ａからストリップ導体５の終端までの距離を０．７５ｍｍとし、これらの寸法を共通とした上で、第１のパッチ導体７の寸法を７ａが０．６ｍｍ、７ｂが０．７ｍｍとし、第２のパッチ導体８の寸法を８ａが０．６ｍｍ、８ｂが０．９ｍｍとし、第３のパッチ導体９の寸法を９ａが０．８ｍｍ、９ｂが１．０ｍｍとした本発明に対応する第１のモデルと、第１のパッチ導体７の寸法を７ａが０．６ｍｍ、７ｂが０．７ｍｍとし、第２のパッチ導体８および第３のパッチ導体９の寸法も第１のパッチ導体と同寸法とした本発明の範囲外に対応する第２のモデルとを電磁界シミュレータによるシミュレーションで比較した結果、本発明の範囲外に対応する第２のモデルでは、反射損が−１０ｄＢ以下の帯域が５５〜７０ＧＨｚ、反射損が−１５ｄＢ以下の帯域が６５〜６８ＧＨｚであったのに対して本発明に対応する第１のモデルでは、反射損が−１０ｄＢ以下の帯域が５５〜７３ＧＨｚ、反射損が−１５ｄＢ以下の帯域が５７〜７１ＧＨｚと広いものであることが確認できた。

１第１の誘電体層
２第２の誘電体層
３第３の誘電体層
４第４の誘電体層
５ストリップ導体
６接地導体層
６ａスロット
７第１のパッチ導体
７ａ短辺
７ｂ長辺
８第２のパッチ導体
８ａ短辺
８ｂ長辺
９第３のパッチ導体
９ａ短辺
９ｂ長辺

Claims

第１の誘電体層と、該第１の誘電体層の下面に配置されており、第１の方向に延在して終端する帯状のストリップ導体と、前記第１の誘電体層の上面に配置されており、前記ストリップ導体を直角に横切る第２の方向に延びるスロットを有する接地導体層と、前記第１の誘電体層および前記接地導体層上に積層された第２の誘電体層と、該第２の誘電体層の上面に前記スロットが形成された位置にかぶさるように配置された第１のパッチ導体と、前記第２の誘電体層および第１のパッチ導体上に積層された第３の誘電体層と、該第３の誘電体層の上面に前記第１のパッチ導体が形成された位置にかぶさるように配置された第２のパッチ導体と、前記第３の誘電体層および第２のパッチ導体上に積層された第４の誘電体層と、該第４の誘電体層の上面に前記第２のパッチ導体が形成された位置にかぶさるように配置された第３のパッチ導体とを具備し、前記第１のパッチ導体と第２のパッチ導体と第３のパッチ導体とは、それぞれが前記第１の方向に平行な短辺と前記第２の方向に平行な長辺とを有する四角形であり、前記第１のパッチ導体の面積より前記第２のパッチ導体の面積が大きく、該第２のパッチ導体の面積よりも前記第３のパッチ導体の面積が大きいことを特徴とするアンテナ基板。
前記第１のパッチ導体の短辺が前記第２のパッチ導体の短辺と同じ長さであるとともに前記第１のパッチ導体の長辺が前記第２のパッチ導体の長辺よりも短く、かつ前記第２のパッチ導体の短辺が前記第３のパッチ導体の短辺よりも短いとともに前記第２のパッチ導体の長辺が前記第３のパッチ導体の長辺よりも短いことを特徴とする請求項１記載のアンテナ基板。