(57)【要約】【課題】  アンテナ素子用のスイッチング素子による高調波成分を抑圧することが容易なアンテナ装置を得ることを目的とする。【解決手段】  非励振素子と第１グランド層との間の多層基板の内層に形成され、非励振素子の電気長を変化させるスイッチング素子と、バイアス電圧が印加されたときに、スイッチング素子から発生し、接続線路を伝搬する高周波電流の高調波成分を抑圧する高調波成分抑圧素子と、第１グランド層と第２グランド層とを電気的に接続する複数の接地スルーホールにより、スイッチング素子を囲み、バイアス電圧が印加された前記スイッチング素子から発生し、第１グランド層と第２グランド層との間を伝搬する高周波電流の高調波成分を抑圧する接地スルーホール部とを備えたことを特徴とする。【選択図】    図１
2018170546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層基板と、前記多層基板に形成されたアンテナ素子である励振素子と、前記多層基板に形成され、前記励振素子と電磁界結合して高周波電流が誘起されて、前記アンテナ素子の一部として動作する非励振素子と、前記多層基板に形成された第１グランド層と、前記非励振素子と前記第１グランド層との間の前記多層基板の内層に形成され、前記非励振素子の電気長を変化させるスイッチング素子と、前記スイッチング素子に対して前記第１グランド層の反対側の、前記多層基板の内層に形成された第２グランド層と、前記第２グランド層と絶縁され、前記第２グランド層を通過して、前記非励振素子と前記スイッチング素子とを接続する接続線路と、前記第１グランド層と絶縁され、前記第１グランド層を通過して、前記スイッチング素子にバイアス電圧を印加するバイアス線路と、前記第２グランド層と前記スイッチング素子との間における前記接続線路に形成され、前記バイアス電圧が印加されたときに、前記スイッチング素子から発生し、前記接続線路を伝搬する前記高周波電流の高調波成分を抑圧する高調波成分抑圧素子と、前記第１グランド層と前記第２グランド層とを電気的に接続する複数の接地スルーホールにより、前記スイッチング素子を囲み、前記バイアス電圧が印加された前記スイッチング素子から発生し、前記第１グランド層と前記第２グランド層との間を伝搬する前記高周波電流の高調波成分を抑圧する接地スルーホール部とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記励振素子及び前記非励振素子は、前記多層基板の同じ層であるアンテナ素子形成層に形成され、前記非励振素子が複数形成されて、前記非励振素子ごとに前記高調波成分抑圧素子及び前記接地スルーホール部を有していることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記非励振素子は、前記励振素子を中心にした回転対称性を有する配置であることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記励振素子は一つ配置され、前記非励振素子は、前記励振素子の周りに四つ配置され、前記励振素子及び前記非励振素子の平面視における配置は、十字状又はＸ字状であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記接続線路を二つ有し、前記非励振素子は中心部分が絶縁性の輪状の導体パターンであり、前記中心部分を挟んで対向する位置で、それぞれ前記接続線路と前記非励振素子とが電気的に接続されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記スイッチング素子が形成された前記多層基板の同じ層であるスイッチング素子実装層に形成され、二つの前記接続線路とそれぞれ電気的に接続された二つの第１パッド部と、前記スイッチング素子実装層に形成され、前記バイアス線路と電気的に接続され、二つの前記第１パッド部に挟まれた位置に配置された第２パッド部と、前記スイッチング素子実装層に形成され、前記第２パッド部を挟んで配置された二つの第３パッド部と、前記高調波成分抑圧素子を構成する第１高調波成分抑圧素子及び第２高調波成分抑圧素子と、前記スイッチング素子を構成する第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子とを、さらに備え、
前記第１高調波成分抑圧素子及び前記第２高調波成分抑圧素子は、それぞれ、前記第１パッド部と前記第３パッド部とに電気的接続され、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子は、それぞれ、前記第３パッド部と一つの前記第２パッド部とに電気的接続されたことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記第１パッド部及び前記第３パッド部は、前記第２パッド部の周りに配置され、前記第１パッド部及び前記第３パッド部は並びに前記第２パッド部の平面視における配置は、十字状又はＸ字状であることを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記第１パッド部及び前記第３パッド部は、前記接地スルーホール部による前記スイッチング素子を囲っている側の領域に、配置されていることを特徴とする請求項７に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記非励振素子は、平面視において前記中心部分に前記第２パッド部が重なることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記高調波成分抑圧素子は、前記接続線路のうち、前記第１パッド部と前記第３パッド部とを電気的に接続するＬ字状線路に、形成されたことを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
前記スイッチング素子実装層における前記高調波成分抑圧素子、前記第１パッド部、前記第２パッド部、前記第３パッド部及び前記Ｌ字状線路は、平面視においてＳ字状に配置されたことを特徴とする請求項１０に記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
前記第１パッド部及び前記第３パッド部は、前記第２パッド部の前記バイアス線路と電気的に接続された位置を中心にした回転対称性を有する配置であることを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１３】
前記高調波成分抑圧素子は、前記接続線路に形成されたフィルタ又はスタブであることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１４】
前記高調波成分抑圧素子は、前記高周波電流の高調波成分の周波数以上でハイインピーダンスとなる回路であることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１５】
前記接地スルーホール部は、前記複数の接地スルーホールの間隔が、前記第１グランド層と前記第２グランド層との間における前記多層基板の比誘電率を考慮した、前記高周波電流の高調波成分の八分の一波長に相当する長さ以下であることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、指向性の制御機能が可能なアンテナ素子を有するアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のアンテナ装置には、励振素子又は非励振素子にスイッチング素子を接続し、このスイッチング素子を動作／非動作させることでアンテナ素子の電気長を変化させる制御や、この電気長の変化を利用し、励振状態を変化させて放射指向性を制御するものがある（例えば、特許文献１参照）。このような指向性制御が可能なアンテナ装置は、励振素子と非励振素子とがアンテナ素子と呼ばれている。アンテナ装置は、レーダ装置や無線通信などに使用されるものである。アンテナ装置には、アンテナ素子から放射される送信信号を増幅する高周波増幅回路を備えたものがある。高周波増幅回路には、高周波増幅回路から発生した高調波成分を抑圧する高調波処理回路を有するものがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３２２９７２号公報
【特許文献２】特開２００６−１９７０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、指向性の制御機能用にスイッチング素子を備えたアンテナ装置は、スイッチング素子に高周波電流が流れると、スイッチング素子の非線形性によって励振周波数に対し高調波成分が発生し、この高調波成分がアンテナ素子からの不要放射の原因となる。このような不要放射が、他の無線設備に対して干渉などの悪影響を与えることをさけるため、高調波成分の抑圧が必要であるという課題が従来のアンテナ装置にはある。また、特許文献１に開示されているようなアンテナ装置は、スイッチング素子が、アンテナ素子を形成した基板表面に実装されている。そのため、スイッチング素子から発生し、直接、スイッチング素子から高調波成分が不要放射として、空間に伝搬する可能性があるという課題がある。
【０００５】
一方、従来の高調波処理回路は、高周波増幅回路から発生した高調波を抑圧するものであり、スイッチング素子を備えたアンテナ装置のスイッチング素子から発生する高調波成分を抑圧するものではないという課題がある。また、特許文献２に開示されているような高調波処理回路は、無線送信機器において、無線送信機器で発生した高調波成分の抑圧するものであり、アンテナ素子用のスイッチング素子への適用には言及していないという課題がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、アンテナ素子用のスイッチング素子に起因とする高調波成分を抑圧することが容易なアンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るアンテナ装置は、多層基板と、前記多層基板に形成されたアンテナ素子である励振素子と、前記多層基板に形成され、前記励振素子と電磁界結合して高周波電流が誘起されて、前記アンテナ素子の一部として動作する非励振素子と、前記多層基板に形成された第１グランド層と、前記非励振素子と前記第１グランド層との間の前記多層基板の内層に形成され、前記非励振素子の電気長を変化させるスイッチング素子と、前記スイッチング素子に対して前記第１グランド層の反対側に、前記多層基板の内層に形成された第２グランド層と、前記第２グランド層と絶縁され、前記第２グランド層を通過して、前記非励振素子と前記スイッチング素子とを接続する接続線路と、前記第１グランド層と絶縁され、前記第１グランド層を通過して、前記スイッチング素子にバイアス電圧を印加するバイアス線路と、前記第２グランド層と前記スイッチング素子との間における前記接続線路に形成され、前記バイアス電圧が印加されたときに、前記スイッチング素子から発生し、前記接続線路を伝搬する前記高周波電流の高調波成分を抑圧する高調波成分抑圧素子と、前記第１グランド層と前記第２グランド層とを電気的に接続する複数の接地スルーホールにより、前記スイッチング素子を囲み、前記バイアス電圧が印加された前記スイッチング素子から発生し、前記第１グランド層と前記第２グランド層との間を伝搬する前記高周波電流の高調波成分を抑圧する接地スルーホール部とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、スイッチング素子を起因とする高調波成分を、高調波成分抑圧素子及び接地スルーホール部によって、抑圧することが可能なアンテナ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の透視斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の断面図（縦方向）である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の断面図（横方向）である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の断面図（横方向）である。
【図５】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の断面図（横方向）である。
【図６】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の断面図（横方向）である。
【図７】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の断面図（横方向）である。
【図８】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の断面図（横方向）である。
【図９】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置のアンテナ素子の平面図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置のアンテナ素子の平面図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置（アレイアンテナ装置）のアンテナ素子の平面図（応用例）である。
【図１２】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置（アレイアンテナ装置）のアンテナ素子の平面図（応用例）である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置について、図１から図１０を用いて説明する。なお、図１１及び図１２は、図１から図１０を用いて説明する実施の形態１に係るアンテナ装置の応用例（アレイアンテナ装置）を示すものである。そのため、図１１及び図１２は、実施の形態１に係るアンテナ装置を説明するものであるともいえる。図中、同一符号や同一表記は説明を省略する場合がある。図１から図１０において、アンテナ素子１は、多層基板２に形成されたアンテナ装置の放射素子である。多層基板２は、表面及び裏面並びに内層である誘電体層に導体パターン、接地導体パターン、チップなどの部品、スルーホール（ビア）などが形成された多層の誘電体基板である。表面にアンテナ素子１が導体パターンで形成されている。もちろん、多層基板２は、アンテナ素子１が形成された表面（層）にさらに誘電体層を形成してもよい。詳しくは、アンテナ素子１は、多層基板２の表面（層）にエッチングされたマイクロストリップアンテナである。多層基板２の表面や内層（層）に形成される導体パターンや接地導体パターンは、銅箔パターンなどの基板製造に一般的に用いられるもの使用すればよい。
【００１１】
図１から図１０において、励振素子３は、多層基板２に形成されたアンテナ素子１である。非励振素子４は、多層基板２に形成され、励振素子３と電磁界結合して高周波電流が誘起されて、アンテナ素子１の一部として動作するものである。励振素子３と非励振素子４とが形成されている層（面）がアンテナ素子形成層１ｓ（アンテナ素子形成面１ｓ）である。励振素子３と非励振素子４とが電磁界結合することが可能であれば、図示しているように、励振素子３と非励振素子４とを同じ層（面）に形成する必要はない。よって、アンテナ素子形成層１ｓ（アンテナ素子形成面１ｓ）は複数の層に亘る場合がある。
【００１２】
図１から図１０において、第１グランド層５は、多層基板に形成されたグランド層（接地導体パターン）である。スイッチング素子６（第１スイッチング素子６ａ及び第２スイッチング素子６ｂ）は、非励振素子４と第１グランド層５との間の多層基板２の内層に形成され、非励振素子４の電気長を変化させる部品である。第２グランド層７は、スイッチング素子６に対して第１グランド層５の反対側の、多層基板２の内層に形成されたグランド層（接地導体パターン）である。第２グランド層７は、アンテナ素子１の接地導体パターンとしても機能している。そのため、アンテナ素子１は、励振素子３、非励振素子４、第２グランド層７（アンテナ接地導体層７）から構成されているともいえる。接続線路８は、第２グランド層７と絶縁され、第２グランド層７を通過して、非励振素子４とスイッチング素子６とを接続する線路である。バイアス線路９は、第１グランド層５と絶縁され、第１グランド層５を通過して、スイッチング素子６にバイアス電圧を印加する電源配線である。
【００１３】
図１から図１０において、高調波成分抑圧素子１０（第１高調波成分抑圧素子１０ａ及び第２高調波成分抑圧素子１０ｂ）は、第２グランド層７とスイッチング素子６との間における接続線路８に形成され、バイアス電圧が印加されたときに、スイッチング素子６から発生し、接続線路８を伝搬する高周波電流の高調波成分を抑圧する素子である。接地スルーホール部１１は、第１グランド層５と第２グランド層７とを電気的に接続する複数の接地スルーホール１１により、スイッチング素子６を囲み、バイアス電圧が印加されたスイッチング素子６から発生し、第１グランド層５と第２グランド層７との間を伝搬する高周波電流の高調波成分を抑圧するスルーホール群である。図中、接地スルーホール１１の符号表記は図の見易さを優先して、一つの接地スルーホール１１のみに付している。スイッチング素子実装層１２は、多層基板２の内層であり、第１グランド層５と第２グランド層７との間に形成されたスイッチング素子６が実装された層である。電源供給層１３は、第１グランド層５に対してスイッチング素子実装層１２の反対側の、多層基板２の層（多層基板２の裏面に相当する層）に形成され、バイアス線路９の一部が形成されている層である。多層基板２の裏面（層）にさらに誘電体層を形成してもよい。この場合、電源供給層１３は多層基板２の内層となる。
【００１４】
図１から図１０において、給電スルーホール１４（ＲＦ給電スルーホール１４）は、多層基板２の裏面から表面を通過して、一端を励振素子３と電気的に接続されたスルーホールである。給電スルーホール１４の他端は、同軸線路の中心導体と電気的に接続され、高周波信号（ＲＦ信号）が供給されている。高周波信号（ＲＦ信号）の供給源の図示は省略する。同軸線路の外導体は、多層基板２の内層を介して、第２グランド層７（アンテナ接地導体層７）と電気的に接続すればよい。励振素子３の給電線路は、同軸線路以外のものでもよい。スイッチング素子実装層１２は、複数の接地スルーホール１１により、スイッチング素子６を囲んでいる領域よりも外側に、接地導体パターン１２ｇが形成されている。電源供給層１３は、バイアス線路９が形成された領域以外には接地導体パターン１３ｇが形成されている。厳密には、バイアス線路９と絶縁するために形成された領域よりも外側に、電源供給層１３の接地導体パターン１３ｇが形成されている。
【００１５】
図１から図１０において、給電スルーホール１４は、接地導体パターン１３ｇ、第１グランド層５、接地導体パターン１２ｇ、第２グランド層７と絶縁され、接地導体パターン１３ｇ、第１グランド層５、接地導体パターン１２ｇ、第２グランド層７を通過して、励振素子３と電気的に接続されている。図示は省略するが、接地導体パターン１３ｇ、第１グランド層５、接地導体パターン１２ｇ、第２グランド層７は、共通接地スルーホールで電気的に接続してもよい。この場合、前述の同軸線路の外導体は、接地導体パターン１３ｇと電気的に接続すればよい。
【００１６】
ここで、接続線路８及びバイアス線路９の線路の詳細を説明する。接続線路８のうち、第２グランド層７と絶縁され、第２グランド層７を通過している部分、つまり、図１の一点鎖線Ａ‐Ａ’によるアンテナ装置の断面と平行な面に沿って延伸している部分は、スルーホールで形成されており、接続スルーホール８ｈ（接続線路のスルーホール部分８ｈ）と呼ぶ。接続線路８のうち、スイッチング素子実装層１２に形成されている部分、つまり、図１の一点鎖線Ａ‐Ａ’によるアンテナ装置の断面と直交している平面の部分は、導体パターンで形成されており、接続平面線路８ｓ（接続線路の平面線路部分８ｓ、Ｌ字状線路８ｓ）、第１パッド部８ｐ（接続線路のパッド部分８ｐ）、第３パッド部８ｑ（接続線路のパッド部分８ｑ）と呼ぶ。
【００１７】
接続スルーホール８ｈの一端は、非励振素子４と電気的に接続されている。接続スルーホール８ｈの他端と第１パッド部８ｐの一端とは、電気的に接続されている。なお、接続スルーホール８ｈの他端はさらに多層基板２の裏面側の方向（第１グランド層５の方向）に延伸し、第１グランド層５の接地導体パターンと接続スルーホール８ｈとが電気的に接続されている（図１及び後述の図５を参照）。第１グランド層５の接地導体パターンと接続されている部分を接続スルーホール８ｈの他端と呼ぶ場合は、第１パッド部８ｐの一端と接続スルーホール８ｈの電気的な接続は、接続スルーホール８ｈの一端と他端との間の部分で、第１パッド部８ｐの一端と電気的に接続されているといえる。
【００１８】
第１パッド部８ｐの他端と接続平面線路８ｓの一端とは、電気的に接続されている。接続平面線路８ｓの他端と第３パッド部８ｑの一端とは、電気的に接続されている。第３パッド部８ｑの他端は、スイッチング素子６の一端と電気的に接続されている。スイッチング素子６の他端は、後述する第２パッド部９ｐの一端と接続されている。また、接続平面線路８ｓは、線路（配線）の途中にフィルタを設けることで高調波成分を抑圧することが可能である。または、線路（配線）の途中にスタブ（側路）を設けることで高調波成分を抑圧することも可能である。これらの、接続線路８に形成されたフィルタ回路又はスタブは、高調波成分抑圧素子１０に相当する。高調波成分抑圧素子１０は、高周波電流の高調波成分の周波数以上を抑圧するものや、高周波電流の高調波成分の周波数以上でハイインピーダンスとなる回路であればよい。
【００１９】
このように、接続線路８は、接続スルーホール８ｈ、第１パッド部８ｐ、接続平面線路８ｓ、第３パッド部８ｑで構成されている。なお、接続スルーホール８ｈ、第１パッド部８ｐ、接続平面線路８ｓ、第３パッド部８ｑのいずれか一つを接続線路８はと呼んでもよい。さらに、接続スルーホール８ｈ、第１パッド部８ｐ、接続平面線路８ｓ、第３パッド部８ｑのそれぞれにおいて、それ自身と他の接続線路８の構成を説明する場合に、他の接続線路８の構成をまとめて単に接続線路８と呼んでもよい。例えば、第１パッド部８ｐに対する第１パッド部８ｐ以外の接続線路８の構成を、接続線路８と呼ぶ。これは「第１パッド部８ｐと、第１パッド部８ｐに電気的に接続された接続線路８（第１パッド部８ｐ以外の接続スルーホール８ｈ、接続平面線路８ｓ、第３パッド部８ｑ）とを介して、非励振素子４に高周波電流が供給される」というような説明を許容していることを意味している。
【００２０】
続いて、バイアス線路９のうち、スイッチング素子実装層１２に形成されている部分、つまり、図１の一点鎖線Ａ‐Ａ’によるアンテナ装置の断面と直交している平面の部分は、導体パターンで形成されており、第２パッド部９ｐ（バイアス線路のパッド部分９ｐ）と呼ぶ。バイアス線路９のうち、第１グランド層５と絶縁され、第１グランド層５を通過している部分、つまり、図１の一点鎖線Ａ‐Ａ’によるアンテナ装置の断面に沿って延伸している部分は、スルーホールで形成されており、バイアススルーホール９ｈ（バイアス線路のスルーホール部分９ｈ）と呼ぶ。バイアス線路９のうち、電源供給層１３に形成されている部分、つまり、図１の一点鎖線Ａ‐Ａ’によるアンテナ装置の断面と直交している平面の部分は、導体パターンで形成されており、バイアス平面線路９ｓ（基板配線９ｓ、バイアス線路の平面線路部分９ｓ）と呼ぶ。
【００２１】
第２パッド部９ｐの一端は、前述のとおり、スイッチング素子６の他端と電気的に接続されている。第２パッド部９ｐの他端とバイアススルーホール９ｈの一端とは、電気的に接続されている。バイアススルーホール９ｈの他端とバイアス平面線路９ｓの一端とは、電気的に接続されている。バイアス平面線路９ｓの他端は、バイアス電圧の供給源に接続されている。バイアス電圧の供給源の図示は省略する。
【００２２】
このように、バイアス線路９は、第２パッド部９ｐ、バイアススルーホール９ｈ、バイアス平面線路９ｓで構成されている。なお、第２パッド部９ｐ、バイアススルーホール９ｈ、バイアス平面線路９ｓのいずれか一つをバイアス線路９と呼んでもよい。さらに、第２パッド部９ｐ、バイアススルーホール９ｈ、バイアス平面線路９ｓのそれぞれにおいて、それ自身と他のバイアス線路９の構成を説明する場合に、他のバイアス線路９の構成をまとめて単にバイアス線路９と呼んでもよい。例えば、第２パッド部９ｐに対する第２パッド部９ｐ以外のバイアス線路９の構成を、バイアス線路９と呼ぶ。これは「第２パッド部９ｐと、第２パッド部９ｐに電気的に接続されたバイアス線路９（第２パッド部９ｐ以外のバイアススルーホール９ｈ、バイアス平面線路９ｓ）とでバイアス電圧をスイッチング素子６に印加する」というような説明を許容していることを意味している。
【００２３】
次に、図１から図８を用いて、実施の形態１に係るアンテナ装置の詳細構造を説明する。図２は、図１の一点鎖線Ａ‐Ａ’によるアンテナ装置の断面図である。図３から図８は、アンテナ装置の多層基板２の各層（表面、裏面、内層）を平面視した図である。厳密には、図１の一点鎖線Ａ‐Ａ’によるアンテナ装置の断面に直交する平面で多層基板２の各層（表面、裏面、内層）を見た断面図である。これらの断面図は、一部、多層基板２の表面から裏面に向かって透視した状態を示す部分もある。よって、図３から図８における平面視の方向は、アンテナ素子形成層１ｓの面を正面にした方向であるといえる。また、図２を縦方向のアンテナ装置の断面図とすれば、図３から図８は横方向のアンテナ装置の断面図といえる。図３は、アンテナ素子形成層１ｓを平面視した図である。図４は、第２グランド層７を平面視した図である。図５は、第１グランド層５を平面視した図である。図６は、接地導体パターン１３ｇを平面視した図である。図７は、スイッチング素子実装層１２を平面視した図である。図８は、スイッチング素子実装層１２（変形例）を平面視した図である。
【００２４】
図１に示すように、接続スルーホール８ｈは多層基板２に二つ形成されているが、接続スルーホール８ｈは、図１の一点鎖線Ａ‐Ａ’によるアンテナ装置の断面と平行な面に沿って延伸しているため、図２では表れていない。一方、バイアススルーホール９ｈ及び給電スルーホール１４は、図１の一点鎖線Ａ‐Ａ’によるアンテナ装置の断面に沿って延伸しているため、図２に表れている。図１に示すように、スイッチング素子６が多層基板２に二つ形成されている。図２では、二つのスイッチング素子６（スイッチング素子６ａ、スイッチング素子６ｂ）がそれぞれ第２パッド部９ｐ（一つ）と第３パッド部８ｑとに跨って電気的に接続されている配置であることが分かる。
【００２５】
図１に示すように、アンテナ装置は、接続線路８を二つ有している。図１及び図３に示すように、非励振素子４は中心部分が絶縁性の輪状の導体パターンであり、中心部分を挟んで対向する位置で、それぞれ接続線路８（接続スルーホール８ｈ）と非励振素子４とが電気的に接続されている。中心部分は、非励振素子４の導体パターンに囲われているといえる。換言すると、非励振素子３の形状は、ロ字のように中心に導体パターンが存在しない構造といえる。非励振素子３自体は、接続スルーホール８ｈを介して、第１グランド層５と接続されている。
【００２６】
図３における非励振素子４の導体パターン上に表示された黒い二つの点は、それぞれ非励振素子４と接続線路８（接続スルーホール８ｈ）との接続点を意味している。図３における励振素子３の導体パターン上に表示された黒い一つの点は、励振素子３と給電スルーホール１４との接続点（励振素子３の給電点）を意味している。この給電点から給電スルーホール１４を介して、励振素子３に高周波信号（ＲＦ信号）が入力される。
【００２７】
図３における非励振素子４の導体パターンに囲われた中心部分に表示された黒い一つの点は、後述する第２パッド部９ｐとバイアス線路９（バイアススルーホール９ｈ）との接続点を透視して表示していることを意味している。これは、換言すると、非励振素子４が、平面視において非励振素子４の導体パターンに囲われている中心部分に第２パッド部９ｐが重なることを意味しているといえる。図２に示す断面図からも、非励振素子４と第２パッド部９ｐとの位置関係が分かる。このように、非励振素子４と第２パッド部９ｐとを配置すると、接続線路８の全長を短くすることが容易なため、アンテナ装置の小型化に資するものとなる。
【００２８】
図４の右側に点線で示した矩形は、接地スルーホール部１１（複数の接地スルーホール１１）を意味している。図４に示すように、接続スルーホール８ｈ（二つ）と給電スルーホール１４とは、第２グランド層７の接地導体パターンから距離をおくことで絶縁されていることが分かる。図４における接続スルーホール８ｈと接続スルーホール８ｈとの間に表示された黒い一つの点は、後述する第２パッド部９ｐとバイアス線路９（バイアススルーホール９ｈ）との接続点を透視して表示していることを意味している。
【００２９】
図５に示すように、バイアススルーホール９ｈと給電スルーホール１４とは、第１グランド層５の接地導体パターンから距離をおくことで絶縁されていることが分かる。図５におけるバイアススルーホール９ｈと接地スルーホール１１との間に表示された黒い二つの点は、第１グランド層５の接地導体パターンと接続スルーホール８ｈとが電気的に接続されている接続点を意味している。
【００３０】
図６に示すように、バイアス平面線路９ｓと給電スルーホール１４とは、電源供給層１３の接地導体パターンから距離をおくことで絶縁されていることが分かる。図６におけるバイアス平面線路９ｓの先端（一端）に表示された黒い一つの点は、バイアス平面線路９ｓの先端（一端）とバイアススルーホール９ｈの他端とが電気的に接続されている接続点を意味している。電源供給層１３は、第１グランド層５よりも下層に存在し、多層基板２の内層に実装したスイッチング素子６にバイアス電圧を供給するためのバイアス平面線路９ｓ（電源配線９ｓ）を有している。バイアス平面線路９ｓは、バイアススルーホール９ｈを介して、第２パッド部９ｐと接続されている、バイアス平面線路９ｓの形状は問わない。
【００３１】
図７の右側に点線で示した矩形は、接地スルーホール部１１（複数の接地スルーホール１１）を意味している。図７に示すように、給電スルーホール１４は、スイッチング素子実装層１２の接地導体パターンから距離をおくことで絶縁されていることが分かる。図１及び図４に示すように、二つの第１パッド部８ｐは、スイッチング素子６が形成された多層基板２の同じ層であるスイッチング素子実装層１２に形成され、二つの接続線路８（二つ接続スルーホール８ｈ）とそれぞれ電気的に接続されている。また、第２パッド部９ｐは、スイッチング素子実装層１２に形成され、バイアス線路９（バイアススルーホール９ｈ）と電気的に接続され、二つの第１パッド部８ｐに挟まれた位置に配置されている。さらに、二つの第３パッド部８ｑは、スイッチング素子実装層１２に形成され、第２パッド部９ｐを挟んで配置されている。
【００３２】
図１及び図７に示すように、高調波成分抑圧素子１０は、第１高調波成分抑圧素子１０ａ及び第２高調波成分抑圧素子１０ｂから構成されている。スイッチング素子６は、第１スイッチング素子６ａ及び第２スイッチング素子６ｂから構成されている。第１高調波成分抑圧素子１０ａ及び第２高調波成分抑圧素子１０ｂは、それぞれ、第１パッド部８ｐと第３パッド部８ｑとに電気的接続され、第１スイッチング素子６ａ及び第２スイッチング素子６ｂは、それぞれ、第３パッド部８ｑと一つの第２パッド部９ｐとに電気的接続されている。なお、第３パッド部８ｑ及び第２パッド部９ｐの寸法は、スイッチング素子６が複数個実装できるように決定する。一つの第３パッド部８に複数のスイッチング素子６を実装する場合は、各スイッチング素子６へのバイアス電圧供給を変更するために、第２パッド部９ｐは、複数に分割することもある。また、図４において、第１パッド部８ｐ上に表示した黒い点は、第１パッド部８ｐと接続スルーホール８ｈ（接続線路８）との接続点を意味している。同じく、第２パッド部９ｐ上に表示した黒い点は、第２パッド部９ｐとバイアススルーホール９ｈ（バイアス線路９）との接続点を意味している。
【００３３】
高調波成分抑圧素子（第１高調波成分抑圧素子１０ａ、第２高調波成分抑圧素子１０ｂ）は、接続線路８（接続平面線路８ｓ）のうち、図１及び図７に示すように、第１パッド部８ｐと第３パッド部８ｑとを電気的に接続するＬ字状線路８ｓに、形成されている。Ｌ字状線路８ｓを用いることで、第１パッド部８ｐ、接続平面線路８ｓ、第３パッド部８ｑを直線上に配置しなくても済む。さらに、Ｌ字状線路８ｓを用いることで、スイッチング素子実装層１２における高調波成分抑圧素子１０（第１高調波成分抑圧素子１０ａ、第２高調波成分抑圧素子１０ｂ）、二つの第１パッド部８ｐ、一つの第２パッド部９ｐ、二つの第３パッド部８ｑ及び二つのＬ字状線路８ｓは、平面視においてＳ字状に配置されていることになる。よって、高調波成分抑圧素子１０、第１パッド部８ｐ、第２パッド部９ｐ、第３パッド部８ｑ及びＬ字状線路８ｓがスイッチング素子実装層１２に占める面積を少なくすることができる。
【００３４】
図１及び図７に示すように、第１パッド部８ｐ及び第３パッド部８ｑは、接地スルーホール部１１によるスイッチング素子６を囲っている側の領域に、配置されている。第２パッド部９ｐは、スイッチング素子６よりも、接地スルーホール部１１によるスイッチング素子６を囲っている側の内側に配置されているので、当然、第２パッド部９ｐも、接地スルーホール部１１によるスイッチング素子６を囲っている側の領域に、配置されているといえる。
【００３５】
アンテナ装置の第１パッド部８ｐ及び第３パッド部８ｑは、第２パッド部９ｐの周りに配置され、第１パッド部８ｐ及び第３パッド部８ｑは並びに第２パッド部９ｐの平面視における配置は、第２パッド部９ｐを中心とした十字状となっている。なお、アンテナ装置の第１パッド部８ｐ及び第３パッド部８ｑは、第２パッド部９ｐのバイアス線路９（バイアススルーホール９ｈ）と電気的に接続された位置（接続点）、又は、第２パッド部９ｐの中心（重心を意味に含む）を中心にした回転対称性を有する配置である。
【００３６】
図７及び図８に示す第１パッド部８ｐ及び第３パッド部８ｑは、第２パッド部９ｐのバイアス線路９（バイアススルーホール９ｈ）と電気的に接続された位置を中心にした回転対称性を有する配置である。図８の右側に点線で示した矩形は、接地スルーホール部１１（複数の接地スルーホール１１）を意味している。図８に示すように、給電スルーホール１４は、スイッチング素子実装層１２の接地導体パターンから距離をおくことで絶縁されていることが分かる。図７に示すアンテナ装置のスイッチング素子実装層１２の構成と、図８に示すアンテナ装置のスイッチング素子実装層１２の構成との相違点は次のとおりであるため、図８の詳細説明は省略する。第１パッド部８ｐ及び第３パッド部８ｑは並びに第２パッド部９ｐの平面視における配置が、図７の第２パッド部９ｐを中心とした十字状となっていることに対して、図８の第２パッド部９ｐを中心としたＸ字状となっていることが相違点である。
【００３７】
よって、図８においても、アンテナ装置の第１パッド部８ｐ及び第３パッド部８ｑは、第２パッド部９ｐのバイアス線路９（バイアススルーホール９ｈ）と電気的に接続された位置（接続点）を中心にした回転対称性を有する配置であるといえる。同じく、図８においても、スイッチング素子実装層１２における高調波成分抑圧素子１０、第１パッド部８ｐ、第２パッド部９ｐ、第３パッド部８ｑ及びＬ字状線路８ｓは、平面視においてＳ字状に配置されているといえる。
【００３８】
図８に示す第１パッド部８ｐの配置の場合は、当然、接続スルーホール８ｈの配置も変わる。接続スルーホール８ｈの一端と非励振素子４との非励振素子４上の接続点も変わる。但し、図７に示す第１パッド部８ｐの配置と、図８に示す第１パッド部８ｐの配置との傾斜角度（十字からＸ字への傾斜角度）と同じ傾斜角度に、図１及び図４に示す非励振素子を傾斜させると、接続スルーホール８ｈの一端と非励振素子４との接続点は、非励振素子４上においては変わらない。
【００３９】
このように実施の形態１に係るアンテナ装置は、多層基板２が、スイッチング素子実装層１２、電源供給層１３、第１グランド層５、第２グランド層７から構成される。多層基板２の表面にはアンテナ素子１を配置している。多層基板２は、表面からある一定の間隔を開けて第２グランド層７を配置し、その第２グランド層７から数層隔てて第１グランド層５を配置している。また、実施の形態１に係るアンテナ装置は、スイッチング素子実装層１２が、第１グランド層５と第２グランド層７とのグランド層間を接続した複数の接地スルーホール１１に囲まれた内部において、図２に示すように、多層基板２の表面の非励振素子４の直下に当たる部分に、スイッチング素子６が配置されている。詳しくは、第１スイッチング素子６ａ又は第２スイッチング素子６ｂを電気的に接続するための第２パッド部９ｐ及び第３パッド部８ｑ、接続スルーホール８ｈを電気的に接続するための第１パッド部８ｐ、第３パッド部８ｑと第１パッド部８ｐとを電気的に接続するための接続平面線路８ｓを設けた構造である。
【００４０】
実施の形態１に係るアンテナ装置の動作について説明をする。励振素子３に高周波が励起されると、励振素子３からの電磁界結合によって非励振素子４に高周波電流が誘起される。このとき、非励振素子４に接続線路８を介して接続されているスイッチング素子６を動作状態にする。つまり、スイッチング素子６が導通状態にすることで、バイアス電圧を印加すると、非励振素子４の電気長が変化し、非励振素子４は共振状態となる。換言すると、変化した後の非励振素子４の電気長が共振状態となるように、スイッチング素子６が非動作状態（非導通状態）における非励振素子４の寸法が予め決められている。このように、スイッチング素子６の動作／非動作を切り換えることで、非励振素子４の電気長が変化させることができる。スイッチング素子６の動作／非動作の切り換えは、バイアス電圧の印加の有り／無しで行なう。
【００４１】
非励振素子４にバイアス電圧を印加するために、スイッチング素子６に高周波電流が流れると、スイッチング素子６の非線形性によりスイッチング素子６の出力側には、基本周波数の他に高調波成分が出力され、接続線路８を伝搬してアンテナ素子１などから、不要放射として空間に放射されてしまう可能性がある。しかし、実施の形態１に係るアンテナ装置では、スイッチング素子６と非励振素子４をつなぐ接続線路８において、高周波成分抑圧素子１０を設けることで、高調波成分に対応する周波数を遮断することができる。なお、高周波成分抑圧素子１０は、多層基板２において、スイッチング素子実装層１２と異なる層に配置してもよい。好ましくは、スイッチング素子６を接地導体パターンに囲まれた層内に配置する。
【００４２】
一方、スイッチング素子６自体から直接放射する高調波成分や、スイッチング素子実装層１２内の接続線路８から放射する高調波成分は、スイッチング素子３５を内層している層の上下に配置した第１グランド層５と第２グランド層７との間に形成した複数の接地スルーホール１１に囲まれた構成の内部に閉じ込めることで、グランド電位による、スイッチング素子６のシールド効果を実現し、空間への不要放射を抑圧している。複数の接地スルーホール１１に囲まれた構成の内部に閉じ込めるために好ましい接地スルーホール１１の間隔は、λ／８以下（λは、高周波電流の高調波成分の波長）である。詳しくは、第１グランド層５と第２グランド層７との間における多層基板２の比誘電率による波長短縮率を考慮した、高周波電流の高調波成分の八分の一波長に相当する長さ以下をλ／８以下と称している。
【００４３】
このように、実施の形態１に係るアンテナ装置は、スイッチング素子６をバイアス電圧により動作／非動作することで非励振素子４の電気長を変化させ、アンテナ素子１の放射指向性を変化させる機能を有している。さらに、実施の形態１に係るアンテナ装置は、非励振素子４に接続したスイッチング素子６から発生する励振周波数の高調波成分を多層基板２の内部にて抑圧する構造を有するものであるといえる。
【００４４】
図９及び図１０を用いて、実施の形態１に係るアンテナ装置に好適なアンテナ素子１の配列（配置）を説明する。詳しくは、アンテナ素子１である励振素子３及び非励振素子４が、多層基板２の同じ層であるアンテナ素子形成層１ｓに形成され、非励振素子４が複数形成されて、非励振素子４ごとに高調波成分抑圧素子１０及び接地スルーホール部１１並びに接続線路８及びバイアス線路９を有している構造である。図９及び図１０では、非励振素子４が四つの場合を図示しているがこれに限るものではない。図９及び図１０に示す励振素子３及び非励振素子４の黒い点は図３で説明したものと同じである。図９及び図１０に示す非励振素子３は、励振素子４を中心（重心を意味に含む）にした回転対称性を有する配置である。
【００４５】
図９及び図１０において、素子アンテナ１は励振素子３及び四つの非励振素子４から構成されており、多層基板２の表面（層）にエッチングされたマイクロストリップアンテナである。詳しくは、図９に示すアンテナ装置は、励振素子３は一つ配置され、非励振素子４は、励振素子３の周りに四つ配置され、励振素子３及び非励振素子４の平面視における配置は、十字状である。図１０に示すアンテナ装置は、励振素子３は一つ配置され、非励振素子４は、励振素子３の周りに四つ配置され、励振素子３及び非励振素子４の平面視における配置は、Ｘ字状である。
【００４６】
図９及び図１０に示すアンテナ装置は、四つの非励振素子４にそれぞれ接続されたスイッチング素子６の動作／非動作の切り換えに関して、スイッチング素子６ごとに個別に制御してもよいし、同時に同じ制御をしてもよい。非励振素子４が複数形成されていることで、アンテナ素子１としての電気長の変化させることができる範囲を広くすることができる。図９及び図１０に示すアンテナ装置の多層基板２の内層は、図１から図８を用いた説明した多層基板２の内層と同じであるため説明は省略する。また、図９及び図１０に示すように、励振素子３の周囲に複数の非励振素子４を配置したアンテナ素子１を基本アンテナ素子１５としてアレイアンテナ装置を構成してもよい。基本アンテナ素子１５は点線で囲った部分である。
【００４７】
図１１は、図９に示す基本アンテナ素子１５を用いたアレイアンテナ装置である。図１１は、アレイアンテナ装置のアンテナ素子１（基本アンテナ素子１５を七つ配置）の平面図（応用例）である。図１２は、図１０に示す基本アンテナ素子１５を用いたアレイアンテナ装置である。図１２は、アレイアンテナ装置のアンテナ素子１（基本アンテナ素子１５を七つ配置）の平面図（応用例）である。
【００４８】
図１１及び１２に示すアレイアンテナ装置は、中心に一つの基本アンテナ素子１５を配置し、この基本アンテナ素子１５の概略形状による外形が正方形（図中では点線で示している。図９及び図１０の点線と同じものである。）の各辺に四つの基本アンテナ素子１５を配列している。中心の一つの基本アンテナ素子１５の一辺ごとに、四つの基本アンテナ素子１５の一辺が対向している。さらに、図１１及び１２に示すアンテナ装置は、正方形（図中では点線で示している）の四つの頂点のうち二つの頂点の横にそれぞれ基本アンテナ素子１５を配列している。中心の一つの基本アンテナ素子１５の二つ頂点（対向する頂点）に、それぞれ二つの基本アンテナ素子１５の頂点が対向している。図示は省略するが、四つの頂点の全てにそれぞれ基本アンテナ素子１５を配列してもよい。なお、概略形状とは、基本アンテナ素子１５の周囲を仮想直線で結んだ形状を意味している。
【００４９】
実施の形態１に係るアレイアンテナ装置は、励振素子３の直下に給電スルーホール１４を配置し、非励振素子４の直下に接地導体パターン１２ｇ以外のスイッチング素子実装層１２の構成を配置しているので、アレイアンテナ装置としての設計が容易である。
【００５０】
このような構成のため、実施の形態１に係るアレイアンテナ装置も、アンテナ装置と同様に、スイッチング素子６をバイアス電圧により動作／非動作することで非励振素子４の電気長を変化させ、アンテナ素子１の放射指向性を変化させる機能を有している。さらに、非励振素子４に接続したスイッチング素子６から発生する励振周波数の高調波成分を多層基板２の内部にて抑圧する構造を有するものであるといえる。
【符号の説明】
【００５１】
１  アンテナ素子、１ｓ  アンテナ素子形成層（アンテナ素子形成面）２  多層基板、
３  励振素子、４  非励振素子、５  第１グランド層、６  スイッチング素子、
６ａ  第１スイッチング素子、６ｂ  第２スイッチング素子、
７  第２グランド層（アンテナ接地導体層）、８  接続線路、
８ｈ  接続スルーホール（接続線路のスルーホール部分）
８ｓ  接続平面線路（線路線路の平面線路部分、Ｌ字状線路）、
８ｐ  第１パッド部（接続線路のパッド部分）、
８ｑ  第３パッド部（接続線路のパッド部分）、９  バイアス線路、
９ｈ  バイアススルーホール（バイアス線路のスルーホール部分）、
９ｓ  バイアス平面線路（電源配線、基板配線、バイアス線路の平面線路部分）、
９ｐ  第２パッド部（バイアス線路のパッド部分）、
１０  高調波成分抑圧素子、１０ａ  第１高調波成分抑圧素子、
１０ｂ  第２高調波成分抑圧素子、１１  接地スルーホール部（接地スルーホール）、
１２  スイッチング素子実装層、１２ｇ  接地導体パターン、１３  電源供給層、
１３ｇ  接地導体パターン、１４  給電スルーホール（ＲＦ給電スルーホール）、
１５  基本アンテナ素子。
【図１】
2018170546.tif 000003
【図２】
2018170546.tif 000004
【図３】
2018170546.tif 000005
【図４】
2018170546.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2018170546.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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