(57)【要約】      （修正有）【課題】アイソレーションが十分確保され、ゲイン特性等のアンテナ特性が向上したアレイアンテナ基板を提供する。【解決手段】アレイアンテナ基板１０は、誘電体層１ａを含む誘電体基板１と、誘電体層１ａを挟んで対向する放射導体２および給電線路導体３を有するアンテナ素子領域１１と、アンテナ素子領域１１が第１の方向および第１の方向に直交する第２の方向にそれぞれ複数個近接して配列されているアレイ部１２とを備えている。アレイ部１２は、第１の方向および第２の方向の少なくとも一方向に間隔をあけて複数個配列されており、１つのアレイ部１２内において、複数の給電線路導体３の長さ方向は、同じである。隣接するアレイ部１２間において、給電線路導体３の長さ方向は、９０°異なっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体層を含む誘電体基板と、
前記誘電体層を挟んで対向する放射導体および給電線路導体を有するアンテナ素子領域と、
該アンテナ素子領域が第１の方向および該第１の方向に直交する第２の方向にそれぞれ複数個近接して配列されているアレイ部とを備えており、
該アレイ部は、前記第１の方向および前記第２の方向の少なくとも一方向に間隔をあけて複数個配列されており、
１つのアレイ部内において、複数の前記給電線路導体の長さ方向は同じであり、
隣接する前記アレイ部間において、前記給電線路導体の長さ方向が９０°異なっているアレイアンテナ基板。
【請求項２】
前記放射導体が前記誘電体基板の表面に設けられている請求項１に記載のアレイアンテナ基板。
【請求項３】
前記放射導体が前記誘電体基板の表面および内部に設けられている請求項１に記載のアレイアンテナ基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイアンテナ基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、各種無線機器に用いられる小型の平面アンテナとして、誘電体基板を挟んで放射導体と接地導体を配置した、マイクロストリップアンテナあるいはパッチアンテナと呼ばれる平面アンテナが知られている。また、ゲインを向上させる目的で、このようなアンテナ素子が１つの誘電体基板に平面方向に複数配列したアレイアンテナ基板が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。このようなアレイアンテナ基板においては、例えば、送信用アンテナと受信用アンテナを備えるもの、あるいは複数のチャンネルに対応するもの複数のアンテナを備えるものがあり、複数のアンテナ素子を平面方向に複数配列したアレイ部を１つのアンテナとして、複数のアレイ部を間隔を設けて平面方向に配列したものがある（例えば、特許文献２を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１５１４６７号公報
【特許文献２】特開平６−２２４６２９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、アレイアンテナ基板を小型化しようとすると、複数のアレイ部間においてアイソレーションが劣化して、ゲイン特性等のアンテナ特性が低下する場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示のアレイアンテナ基板は、誘電体層を含む誘電体基板と、前記誘電体層を挟んで対向する放射導体および給電線路導体を有するアンテナ素子と、該アンテナ素子が第１の方向および該第１の方向に直交する第２の方向にそれぞれ複数個近接して配列されているアレイ部とを備えており、該アレイ部は、前記第２の方向に間隔をあけて複数個配列されており、１つのアレイ部内において、複数の前記給電線路導体の長さ方向は同じであり、前記第２方向に隣接する前記アレイ部間において、前記給電線路導体の長さ方向が９０°異なっている。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の１つの態様のアレイアンテナ基板によれば、上記構成であることから、複数のアレイ部間のアイソレーションが十分確保され、ゲイン特性等のアンテナ特性が向上したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】アレイアンテナ基板の一例の模式図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。
【図２】アレイアンテナ基板の他の一例の模式図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。
【図３】アレイアンテナ基板の他の一例の模式図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。
【図４】アンテナ基板におけるアンテナ素子領域の一例を示す分解斜視図である。
【図５】アンテナ素子領域の他の一例を示す分解斜視図である。
【図６】アンテナ素子領域の他の一例を示す分解斜視図である。
【図７】アンテナ素子領域の他の一例を示す分解斜視図である。
【図８】アンテナ素子領域の他の一例を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
アレイアンテナ基板について、添付の図面を参照して説明する。なお、以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際にアレイアンテナ基板が使用されるときの上下を限定するものではない。図１〜図３は、いずれも本開示のアレイアンテナ基板の一例を示し、それぞれ（ａ）はアレイアンテナ基板の上面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は下面図である。なお、図１〜図３においては、説明の便宜上、ｘｙｚ直交座標を付しており、以下、ｚ方向の正側を上方として上面等の語を用いて説明する。また、ｙ方向を第１の方向、ｘ方向を第２の方向として説明する。
【０００９】
アレイアンテナ基板１０は、１層または複数層の誘電体層１ａが積層されてなる誘電体基板１に、複数のアンテナ素子領域１１が配列されたものである。アンテナ素子領域１１は、誘電体層１ａを挟んで対向する放射導体２および給電線路導体３を有している。複数のアンテナ素子領域１１は、第１の方向および第１の方向に直交する第２の方向にそれぞれ複数個近接して配列されてアレイ部１２を構成している。アレイ部１２は、第１の方向および第２の方向の少なくとも一方向に間隔をあけて複数個配列されている。１つのアレイ部１２内において、複数の給電線路導体３の長さ方向は同じである。そして、隣接するアレイ部１２間において、給電線路導体３の長さ方向が９０°異なっている。なお、図１〜図３において、１つのアレイ部１２は二点鎖線で囲んで示している。
【００１０】
図１に示す例においては、アンテナ素子領域１１が第１の方向（図面のｙ方向）に８つ、第２の方向（図面のｘ方向）に２つ近接して配列されてアレイ部１２を構成している。第１方向および第２方向は、誘電体基板１の主面の平面方向である。４つのアレイ部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが、第２の方向に間隔をあけて配列されている。つまり、アレイアンテナ基板１０は、６４個のアンテナ素子領域１１が配列されたものである。各アンテナ素子領域１１においては、誘電体基板１の上面に放射導体２を備え、下面には給電線路導体３を備えている。４つのアレイ部１２のうち、図面における最も左側のアレイ部１２ａの各アンテナ素子領域１１の給電線路導体３はｘ方向に伸びる形状、つまり給電線路導体３の長さ方向は第２の方向である。左から２番目のアレイ部１２ｂの各アンテナ素子領域１１の給電線路導体３はｙ方向に伸びる形状、つまり給電線路導体３の長さ方向は第１の方向である。左から３番目のアレイ部１２ｃの各給電線路導体３の長さ方向は第２の方向であり、左から４番目のアレイ部１２ｄの各給電線路導体３の長さ方向は第１の方向である。このように、隣接するアレイ部１２間において、給電線路導体３の長さ方向が互いに９０°異なっている。
【００１１】
図２に示す例においては、アンテナ素子領域１１の数および配列、アレイ部１２の数および配列は、いずれも図１に示す例と同じである。図１および図２に示す例において、各アレイ部１２の給電線路導体３は、いずれも各アンテナ素子領域１１の外縁から中央部に向かって伸びている。図１に示す例においては、１番左のアレイ部１２ａおよびから３番目のアレイ部１２ｃの給電線路導体３はｘ方向の負側に伸び、左から２番目のアレイ部１２ｂおよび左から４番目のアレイ部１２ｄの給電線路導体３はｙ方向の負側に伸びている。これに対して、図２に示す例においては、１番左のアレイ部１２ａの給電線路導体３はｘ方向の負側に伸び、左から２番目のアレイ部１２ｂの給電線路導体３はｙ方向の正側に伸び、左から３番目のアレイ部１２ｃの給電線路導体３はｘ方向の正側に伸び、左から４番目のアレイ部１２ｄの給電線路導体３はｙ方向の負側に伸びている。すなわち、左から右に進むにつれて、給電線路導体３の伸びる方向が９０°ずつ左回転している。
【００１２】
図３に示す例においては、図１および図２に示す例と比較して、アンテナ素子領域１１の総数は同じであるが、各アレイ部１２（１２ａ〜１２ｈ）におけるアンテナ素子領域１１の数が半分の４つで、アレイ部１２の数は２倍の８つである。各アレイ部１２（１２ａ〜１２ｈ）において、アンテナ素子領域１１は、第１の方向に４つ、第２の方向に２つ近接して配列されている。また、第２の方向に４列、第１の方向に２列の合計８つのアレイ部が互いに間隔をあけて配列されている。この例の場合においても、隣接するアレイ部１２間において、給電線路導体３の長さ方向が互いに９０°異なっている。より具体的には、第１の方向または第２の方向に隣接するアレイ部１２間において、給電線路導体３の伸びる方向が９０°回転している。
【００１３】
このように、隣接するアレイ部１２間において、給電線路導体３の長さ方向が９０°異なっていることから、電界の向き（偏波方向）も９０°異なるためにアレイ部１２間のアイソレーションが十分確保され、ゲイン特性等のアンテナ特性が向上したアレイアンテナ基板１０となる。また、アレイ部１２間のアイソレーションが十分確保されるので、アレイ部１２の間隔を小さくし、小型のアレイアンテナ基板１０とすることができる。
【００１４】
図４〜図８は、いずれもアレイアンテナ基板におけるアンテナ素子領域の一例を示す分解斜視図である。アンテナ素子領域１１は、電波の送受信を行なう放射導体２と、放射導体２に給電するための給電線路導体３と接地導体５とで基本的に構成されているものであり、その他の構成や接続関係によって、例えば図４〜図８に示す例のようなものがある。図４〜図８に示す例では、給電線路導体３は、放射導体２との間に接地導体５を挟むように、誘電体基板１の下面に設けられている。給電線路導体３はいわゆるマイクロストリップ線路導体であり、誘電体基板１の下面におけるアンテナ素子領域１１外縁から中心部へ向けて延びている。給電線路導体３は、図４〜図８に示す例における給電線路導体３が設けられた誘電体層４ａの下面に、さらに誘電体層４ａを設け、その下面に接地導体を設けて、いわゆるストリップ線路導体とすることもできる。また、アンテナ素子領域１１の形態はこれらに限られるものではない。
【００１５】
図４に示す例のアンテナ素子領域１１では、接地導体５はスロット５ａを有しており、平面透視で給電線路導体３の先端部と重なっている。このスロット５ａは、平面透視で給電線路導体３に対して直交する方向に長い形状で、例えば長方形状である。給電線路導体３に電流（信号）が流れると、その周りに磁界が発生し、この磁界がこのスロット５ａを通って、給電線路導体３と放射導体２とが結合することで給電線路導体３から放射導体２に給電される。この例の場合は、給電線路導体３の伸びる方向が電界の向きとなる。１つのアレイ部１２において、各アンテナ素子領域１１間で放射導体２同士は離れているが、接地導体５は接続されていてもよく、１つのアレイ部１２において各アンテナ素子領域１１にまたがる１つの接地導体５が配置されていてもよい。これは、図５〜図８に示す例においても同様である。
【００１６】
図５に示す例のアンテナ素子領域１１では、給電線路導体３の先端部と放射導体２とが貫通導体４ａによって電気的に接続されており、貫通導体４ａによって給電線路導体３から放射導体２に給電される。このときの接地導体５には開口部５ｂが設けられており、貫通導体４ａはこの開口部５ｂ内を通って給電線路導体３と放射導体２とを接続している。開口部５ｂは、接地導体５と貫通導体４ａとの間にクリアランスを設けて、これらが短絡しないようにするためのものであり、平面透視の形状は、例えば円形状である。この例においては、貫通導体４ａは放射導体２の中心部ではなく、中心部と外縁部との間に接続されている。この例の場合は、放射導体２における給電線路導体３との接続点、すなわち貫通導体４ａが接続された給電点と放射導体の中心とを結ぶ方向が電界の向きとなる。そのため、アンテナ素子領域１１の構成が図５に示す例のような場合には、同じアレイ部１２内の各アンテナ素子領域１１においては、給電線路導体３の各アンテナ素子領域１１の外
縁部から伸びる方向（長さ方向）は同じであり、隣接するアレイ部１２間においては、給電線路導体３の伸びる方向が９０°回転した配置とすることができる。
【００１７】
図６に示す例のアンテナ素子領域１１は、図４に示す例に対して、上面に放射導体２が設けられた誘電体層１ａの上にさらに誘電体層１ａが設けられており、アレイアンテナ基板１は、放射導体２が誘電体基板１の内部に設けられたものとなっている。これにより、放射導体２が誘電体層１ａによって保護されるので、外部のものに当たったり、あるいは使用する雰囲気にさらされたりすることで損傷する可能性が低減される。一方、図１〜図５に示す例では、放射導体２が誘電体基板１の表面に設けられているアレイアンテナ基板１である。このような場合には、放射導体２が露出しているので、アンテナ特性がより高いものとなる。
【００１８】
図７に示す例のアンテナ素子領域１１は、放射導体２を２つ備えている。言い換えれば、図７に示す例のようなアンテナ素子領域１１を備えるアレイアンテナ基板１においては、放射導体２が誘電体基板１の表面および内部に設けられている。このような構成の場合は、インピーダンスの高帯域化が可能となり、より広い周波数範囲で放射することが可能となる。
【００１９】
図８に示す例のアンテナ素子領域１１は、給電線路導体３の先端部は誘電体基板１の下面の中心部に位置しており、接地導体５は、この給電線路導体３の先端部と重なる位置にスロット５ａを有している点は図５に示す例と同様である。図８に示す例の場合は、放射導体２に、平面視でスロット５ａと重なる位置に開口部２ａが設けられており、開口部２ａに近接して開口部２ａを取り囲むように配置された複数の貫通導体４ａによって、接地導体５と放射導体５とが接続されている。この例の場合は、誘電体基板１の厚みを使用周波数のλ／４に設定するので５０ＧＨｚ以上のアンテナでは特に薄型化が可能になり適している。図８に示す例においては、誘電体基板１が３層の誘電体層１ａで構成されており、放射導体２と接地導体５との間の誘電体層１ａ間に接続導体層４ｂを設けているが、誘電体基板１が２層の誘電体層１ａで構成され、接続導体層４ｂが設けられていないものであってもよい。
【００２０】
誘電体基板１は、アレイアンテナ基板１０の基本的な構造部分であり、アレイアンテナ基板１０としての機械的な強度の確保、および複数の放射導体２と接地導体５との間絶縁性の確保等の機能を有している。誘電体基板１は、例えば上から見たときに（平面視において）正方形状または長方形状等の四角形状で、平板状である。誘電体基板１の寸法は、例えば、四角形の一辺の長さが３ｍｍ〜１００ｍｍで、厚みが０．３ｍｍ〜３ｍｍとすることができる。
【００２１】
誘電体基板１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミック焼結体、ムライト質焼結体または窒化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料から成る誘電体材料からなる複数の誘電体層１ａが積層されて形成されている。図１〜図８に示す例では誘電体層１ａは２層または３層であるが、絶縁層１ａの層数はこれらに限られるものではない。
【００２２】
誘電体基板１は、例えばガラスセラミック焼結体からなる場合であれば、次のようにして製作することができる。まず、ガラス成分となる酸化ケイ素、酸化ホウ素およびフィラー成分となる酸化アルミニウム等の粉末を主成分とする原料粉末を、有機溶剤、バインダと混練してスラリーとするとともに、このスラリーをドクターブレード法またはリップコータ法等の成形方法でシート状に成形して誘電体基板１の誘電体層１ａとなるセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を作製する。次に、複数のグリーンシートを積層して積層体を作製する。その後、この積層体を約900〜1000℃程度の温度で焼
成することによって誘電体基板１を製作することができる。
【００２３】
誘電体基板１を含むアレイアンテナ基板１０は、このようなアレイアンテナ基板１０となる複数の基板領域が母基板に配列された多数個取り基板として製作することもできる。複数の基板領域を含む母基板を、基板領域毎に分割して複数のアレイアンテナ基板１０をより効率よく製作することもできる。この場合には、母基板のうち基板領域の境界に沿って分割用の溝が設けられていてもよい。
【００２４】
誘電体基板１の表面または内部には、図１〜図８に示す例のように、放射導体２、接地導体５、給電線路導体３が設けられている。図１〜図８に示す例においては省略しているが、例えば、接地導体５は外部回路の接地電位に接続するための、誘電体基板１の内部から外表面にかけて接地引出線路部（不図示）を備えている。例えば、給電線路導体３が設けられた誘電体層１ａの下面にさらに誘電体層１ａを設け、その誘電体層１ａの下面（誘電体基板１の下面）に外部回路に接続するための接地電極を設け、この接地電極と接地導体５とを貫通導体で接続するなどして接地引出線路部とすることができる。上述したように、１つのアレイ部１２において各アンテナ素子領域１１にまたがる１つの接地導体５が配置されている場合には、各アレイ部１２につき１つの接地引出線路部を設ければよいので、設計の自由度が高まり、より小型化しやすくなる。同様に、各給電線路導体３を外部回路の給電部を含むアンテナ制御部に接続するための給電引出線路部（不図示）も備えている。例えば、給電線路導体３が設けられた誘電体層１ａの下面にさらに誘電体層１ａを設け、その誘電体層１ａの下面（誘電体基板１の下面）に外部回路に接続するための給電電極を設け、この給電電極と給電線路導体３とを貫通導体で接続するなどして給電引出線路部とすることができる。この場合の電極は各アレイ部１２に対して１つずつまたは各給電線路導体３に対して１つずつ設けることができる。誘電体基板１の下面に外部回路との接続部である接地電極および給電電極を配置することで、放射導体２を外部へ向けた状態での外部回路との接続が容易となる。図５に示す例のように給電線路導体３と放射導体２との電気的な接続を貫通導体４ａで行なう場合、あるいは図８に示す例のように、放射導体２に設けた開口部２ａの周りで放射導体２と接地導体を接続する貫通導体４ａを備えるには、これらの間の誘電体層１ａを貫通する貫通導体４ａを設ける。
【００２５】
放射導体２、給電線路導体３、接地導体５、貫通導体４ａおよび接続導体層４ｂ（以下、まとめて配線導体とも呼ぶ。）は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、パラジウム、金、白金、ニッケルまたはコバルト等の金属、またはこれらの金属を含む合金の金属材料を導体材料として主に含むものである。このような金属材料は、メタライズ層またはめっき層等の金属層として誘電体基板１の表面に設けられている。この金属層は、１層でもよく、複数層でもよい。
【００２６】
放射導体２、給電線路導体３、接地導体５および接続導体層４ｂは、例えば、銅のメタライズ層である場合には、銅の粉末を有機溶剤および有機バインダと混合して作製した金属ペーストを誘電体層１ａとなるグリーンシートの所定位置にスクリーン印刷法等の方法で印刷してグリーンシートとともに焼成する方法で形成することができる。また、貫通導体４ａは、上記の金属ペーストの印刷に先駆けてグリーンシートの所定の位置に貫通孔を設け、上記と同様の金属ペーストをこの貫通孔に充填しておくことで形成することができる。
【００２７】
また、配線導体うち、放射導体２および給電線路導体３の露出表面には、電解めっき法または無電解めっき法等のめっき法でニッケルおよび金等のめっき層がさらに被着されていてもよい。この場合、前述したように多数個取り基板の形態でアレイアンテナ基板１０を製作する際に、複数の基板領域の配線導体を互いに電気的に接続させておけば、複数のアレイアンテナ基板１０の配線導体に一括してめっき層を被着させることもできる。
【００２８】
放射導体２の平面視の形状は、矩形状あるいは円形状であり、四角形の誘電体基板１にできるだけ大きい放射導体２を設けるためには正方形とすることができる。また、接地導体５の平面視の形状は、放射導体２の相似形で、一回り大きいものとすることができる。そして、平面透視で、接地導体５の外周が放射導体２の外周より外側に位置して重なるように配置することができる。このようにすることで、放射導体２の外周部まで確実に電波を放射することができるものとなる。上述したように、同一のアレイ部１２内の接地導体５は互いに接続された、アレイ部１２の大きさと同等の１つとすることもできる。
【００２９】
放射導体２、接地導体５の大きさは、アレイアンテナ基板１０に求められるアンテナ特性に応じて、また、誘電体層１ａの比誘電率および厚みによって、適宜設定することができる。また、接地導体５に設けられるスロット５ａ、放射導体２に設けられる開口部２ａおよび給電線路導体３の寸法についても同様である。１つのアレイ部１２内における各アンテナ素子領域１１の構成および寸法は同じものであるが、異なるアレイ部１２間では、各部の寸法等が異なり、アンテナ特性が異なるものとすることができる。例えば、図１〜図７に示す例のような場合であれば、放射導体２は０．５ｍｍ角〜１０ｍｍ角とすることができる。
【００３０】
１つのアレイ部１２内における、放射導体２間の間隔は、互いに絶縁性が確保され、独立した放射導体２（アンテナ素子）として動作することができるものであればよく、例えば、０．０３ｍｍ〜１ｍｍとすることができる。
【００３１】
また、アレイ部１２間の間隔は、アンテナ素子の特性により、要求されるアイソレーションが確保できる間隔とすればよいが、例えば、１ｍｍ〜１０ｍｍとすることができる。例えば、アンテナ素子領域１１の形態が図４に示す例のようなものであって、アレイ部１２間の間隔が同じ３ｍｍであっても、給電線路導体３の長さ方向がアレイ部１２間において同方向である場合のアイソレーションが１５ｄＢ程度であるときに、給電線路導体３の長さ方向がアレイ部１２間において９０°異なっている場合のアイソレーションは２５ｄＢ程度と向上させることができる。あるいは、給電線路導体３の長さ方向がアレイ部１２間において９０°異なっている場合においてもアイソレーションが１５ｄＢでよければ、アレイ部１２間の間隔を３ｍｍより小さくできるので、アレイアンテナ基板１０をより小型のものとすることができる。
【００３２】
１つのアレイ部１２内における、アンテナ素子領域１１の数および配置、あるいは１つのアレイアンテナ基板１におけるアレイ部１２の数および配置についても、要求されるアンテナ特性に応じて設定することができる。例えば、１つのアレイ部１２内における、アンテナ素子領域１１は、第１の方向および第２の方向にそれぞれ２個〜２０個配列し、アレイ部１２は、第１の方向および第２の方向にそれぞれ２個〜１０個配列することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・誘電体基板
１ａ・・・誘電体層
２・・・放射導体
２ａ・・・開口部
３・・・給電線路導体
４ａ・・・貫通導体
４ｂ・・・接続導体層
５・・・接地導体
５ａ・・・スロット
１０・・・アレイアンテナ基板
１１・・・アンテナ素子領域
１２（１２ａ〜１２ｈ）・・・アレイ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2018198365.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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