(57)【要約】【課題】高周波線路と導波管との接続部での電磁波の吸収を有効に防止して伝送特性に優れ、変換効率が高い開口面アンテナを提供すること。【解決手段】誘電体層２と、線路導体３と接地導体層４からなる高周波線路１と、線路導体３に交差して形成されており線路導体３と電磁的に結合されたスロット５と、平面透視において線路導体３の端部およびスロット５を取り囲む複数のシールド導体７とを備えている。複数のシールド導体７のうち、線路導体３の延長方向に配置されたシールド導体同士の間隔Ｄ１が、他のシールド導体同士の間隔Ｄ２より狭い。【選択図】図１
2007266836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の面を有する誘電体層と、
該誘電体層の前記第１の面に形成されており、線路導体と該線路導体の端部を取り囲む接地導体層からなる高周波線路と、
前記誘電体層の前記第１の面に、前記線路導体に交差して形成されており、前記線路導体と電磁的に結合されたスロットと、
前記誘電体層の内部に形成されており、平面透視において前記線路導体の前記端部および前記スロットを取り囲む複数のシールド導体とを備え、
前記複数のシールド導体のうち、前記線路導体の延長方向に配置されたシールド導体同士の間隔が、他のシールド導体同士の間隔より狭いことを特徴とする開口面アンテナ。
【請求項２】
前記線路導体の延長方向に、前記シールド導体が少なくとも３個設けられていることを特徴とする請求項１記載の開口面アンテナ。
【請求項３】
前記線路導体の延長方向における前記シールド導体の形成領域の幅が、前記線路導体の幅の１〜３０倍であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の開口面アンテナ。
【請求項４】
前記線路導体の延長方向に配置された前記シールド導体同士の間隔が、前記誘電体層の厚みの２倍以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の開口面アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波やミリ波を用いた通信やレーダーに使用されるアンテナに関するもので、帯域が広く薄型化が可能な開口面アンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波やミリ波等の電磁波を効率良く放射するアンテナとして導波管を用いたホーンアンテナが知られている。ホーンアンテナは導波管内を伝送してきた高周波信号を空間に放射するアンテナである。導波管内部は空間と同じ誘電率（一般的には空気の誘電率）であり、そのインピーダンスは空間のインピーダンスに近くなっている。また、導波管内を伝送する高周波信号の電磁場モードは空間を伝送する高周波信号の電磁場モードに類似しており、導波管を伝送してきた高周波信号の電磁場モードはホーン近傍の空間で容易に空間を伝送する高周波信号の電磁場モードに変化できる。これらの理由よりホーンアンテナはインピーダンスやモードのミスマッチによる反射が小さく、高効率で比較的広帯域であることが知られている。
【０００３】
一方、一般にマイクロ波やミリ波を用いた通信やレーダーに用いられる回路はマイクロストリップ線路やコプレーナ線路を用いた平面回路である。この場合、回路とホーンアンテナを接続するには平面回路を導波管に変換する変換器が必要になり、変換器を使用することによるコストアップや反射等の性能劣化が生じる場合がある。平面回路から空間に直接電磁波を放射するアンテナの１つとしてパッチアンテナが知られている。パッチアンテナは比較的インピーダンスが小さい平面回路と、比較的インピーダンスが大きい空間とをパッチの共振を使って整合している。共振による整合では共振器のインピーダンスが帯域に影響する。帯域を広くするためにパッチのインピーダンスを大きくしようとするとパッチ幅を小さくする必要があり放射効率が下がる。放射効率を上げるためにパッチ幅を大きくするとパッチのインピーダンスが小さくなり帯域が狭くなる傾向がある。パッチアンテナの設計では高周波信号を効率良く空間に放射することが第１条件であり、そのため帯域を犠牲にして、帯域が狭くなっている場合が多い。
【０００４】
この問題を解決するために共振器としてインピーダンスが大きい空洞共振器を用いた開口面アンテナが提案されている。この開口面アンテナでは平面回路を形成する誘電体基板内部に誘電体が充填された空洞共振器を構成し、広帯域なアンテナを実現している。
【特許文献１】特開２００１−０１６０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、開口面アンテナでは空洞共振器を誘電体基板内部に構成する必要があるため、パッチアンテナと比較すると誘電体基板が厚くなる場合がある。特にこのアンテナの1次放射器であるスロットへの給電に積層型導波管やマイクロストリップ線路等の給電線を用いた場合、給電線を構成するためにスロットの上にさらに誘電体層を設ける必要があり誘電体基板の厚さが空洞共振器の厚さよりも更に厚くなって、装置が大型化するという問題があった。
【０００６】
従って、本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、広帯域な開口面アンテナにおいて、誘電体基板の厚さを厚くせずに給電線を構成でき、放射効率が高く、放射特性のばらつきが小さい開口面アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の開口面アンテナは、第１および第２の面を有する誘電体層と、該誘電体層の前記第１の面に形成されており、線路導体と該線路導体の端部を取り囲む接地導体層からなる高周波線路と、前記誘電体層の前記第１の面に、前記線路導体に交差して形成されており、前記線路導体と電磁的に結合されたスロットと、前記誘電体層の内部に形成されており、平面透視において前記線路導体の前記端部および前記スロットを取り囲む複数のシールド導体とを備え、前記複数のシールド導体のうち、前記線路導体の延長方向に配置されたシールド導体同士の間隔が、他のシールド導体同士の間隔より狭いことを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の開口面アンテナは、前記線路導体の延長方向に、前記シールド導体が少なくとも３個設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の開口面アンテナは、前記線路導体の延長方向における前記シールド導体の形成領域の幅が、前記線路導体の幅の１〜３０倍であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の開口面アンテナは、前記線路導体の延長方向に配置された前記シールド導体同士の間隔が、前記誘電体層の厚みの２倍以下であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の開口面アンテナは、複数のシールド導体のうち、線路導体の延長方向に配置されたシールド導体同士の間隔が、他のシールド導体同士の間隔より狭いことにより、線路導体を伝送される信号の電磁波が誘電体層に最も吸収されやすい線路導体の延長方向の領域における電磁波のもれを低減することができる。よって、線路導体を伝送される信号の電磁波の一部が誘電体層に吸収され、高周波線路と導波管との急激なインピーダンスの変化を抑制することが可能となり、高周波信号の導波管への伝送を良好にすることができる。その結果、変換効率の高いものとすることができる。
【００１２】
本発明の開口面アンテナは、線路導体の延長方向に、前記シールド導体が少なくとも３個設けられていることにより、線路導体を伝送される信号の電磁波の一部が誘電体層に吸収されることを低減させることができる。
【００１３】
本発明の開口面アンテナは、線路導体の延長方向における前記シールド導体の形成領域の幅が、前記線路導体の幅の１〜３０倍であることにより、線路導体を伝送される信号の電磁波の一部が誘電体層に吸収されることを低減できるとともに、誘電体層とシールド導体との熱膨張差による応力で誘電体層にクラックが生じる可能性を低減させることができる。
【００１４】
本発明の開口面アンテナは、線路導体の延長方向に配置された前記シールド導体同士の間隔が、前記誘電体層の厚みの２倍以下であることにより、線路導体を伝送される信号の電磁波の一部が誘電体層に吸収されることを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明における第一の発明を添付資料に基づき詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の開口面アンテナの実施の形態の一例を示す平面図であり、（ｂ）は図１（ａ）の開口面アンテナのＡ−Ａ’線断面図である。図１において、１は高周波線路、２は誘電体層、３は線路導体、４は同一面接地導体層、５は第１の接地導体層（同一面接地導体層）４に形成されたスロット、７はシールド導体、８は下部接地導体層、９は上部接地導体層、１０は第二の誘電体層であり、これらにより開口面アンテナが形成される。
【００１６】
高周波線路１は、誘電体層２の第１の面（上面）２ａに形成された線路導体３と、線路導体３を取り囲むように形成された同一面接地導体層４とによってコプレーナ線路状に形成されている。また、誘電体層２の上面の同一面接地導体層４にはスロット５が設けられており、線路導体３の一端と電磁的に結合されている。これにより、高周波線路１に伝送された高周波信号は、スロット５から電磁波として、下方に放射される。
【００１７】
また、誘電体層２は、誘電体層２の側面に形成された側面導体または図１のような誘電体層２の内部に配された貫通導体から成るシールド導体７によりシールドされており、スロット５から誘電体層２中に放射された電磁波が漏れ出すことを防ぎ、変換効率が低下することを防止している。
【００１８】
本発明においては、スロット５を取り囲むシールド導体７のうち、線路導体３の延長方向の領域において隣接するもの同士の間隔Ｄ１が他の領域において隣接するもの同士の間隔Ｄ２より狭い。これにより、線路導体３を伝送する信号の電磁波が誘電体層２に最も吸収されやすい線路導体３の延長方向の領域において、電磁波のもれを低減させることができる。よって、変換効率の高いものとすることができる。
【００１９】
好ましくは、線路導体３の延長方向の領域において隣接するシールド導体７を少なくとも３個設けるのがよい。これにより、線路導体３を伝送する信号の電磁波がシールド導体７間の隙間を通ってもれるのをより有効に防止することができる。
【００２０】
また好ましくは、線路導体の延長方向の領域において隣接するシールド導体７群の長さを線路導体３の幅の１〜３０倍とするのがよい。１倍未満では線路導体３を伝送する信号の電磁波がシールド導体７間の隙間を通ってもれるのを有効に防止する効果が小さくなりやすい。また、３０倍を超えると、シールド導体７同士の間の壁厚みが薄くなり、シールド導体７と誘電体層２との熱膨張差による応力が大きくなって誘電体層２にクラックが生じやすくなる。
【００２１】
また、線路導体３の延長方向の領域において隣接するシールド導体７同士の間隔を誘電体層２の厚みの２倍以下にするのがよい。２倍より大きくなると、線路導体３を伝送する信号の電磁波の一部が誘電体層２に漏れて、吸収され、かつインピーダンスが、高周波線路１とスロット部のインピーダンスの不整合が大きくなり、高周波信号の導波管への伝送を阻害しやすくなる。
【００２２】
また、誘電体層２の第２の面（下面）２ｂには平面透視でスロット５を取り囲むように形成された枠状の下部接地導体層８が配され、同一面接地導体層４と下部接地導体層８は接続導体７で接続されている。
【００２３】
好ましくは、この下部接地導体層８に、上側主面に枠状の上部接地導体層９が形成された第二の誘電体層１０がＡｕ−Ｓｎろう材等によりろう付けされており、この上部接地導体層９の開口と下部接地導体層８の開口が対向している構成とするのがよい。
【００２４】
このような構造とすることにより、誘電体層に生じる共振モードであるＴＭモードの最も磁界が強い、第二の誘電体層１０と、高周波線路１が形成された誘電体層２とを上部接地導体層９および下部接地導体層８によって分離することができるので、高周波線路１を伝送する電磁界モードであるＴＥモードとＴＭモードとが結合して高周波線路１を伝送する信号エネルギーがＴＭモードへ移行するのを有効に防止することができる。その結果、共振による信号反射を有効に防止して高周波線路１から第二の誘電体層１０への良好な信号変換を行なうことができる。
【００２５】
誘電体層２および第二の誘電体層１０を形成する誘電体材料としては、酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，窒化珪素，ムライト等を主成分とするセラミック材料、ガラス、ガラスとセラミックフィラーとの混合物を焼成して形成されたガラスセラミック材料、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂，四フッ化エチレン樹脂を始めとするフッ素系樹脂等の有機樹脂系材料、有機樹脂−セラミック（ガラスも含む）複合系材料等が用いられる。
【００２６】
線路導体３，同一面接地導体層４，貫通導体等のシールド導体７，下部接地導体層８ならびに上部接地導体層９を形成する導体材料としては、タングステン，モリブデン，金，銀，銅等を主成分とするメタライズ、あるいは金，銀，銅，アルミニウム等を主成分とする金属箔等が用いられる。
【００２７】
特に、開口面アンテナを、高周波部品を搭載する配線基板に内蔵する場合は、誘電体層２および第二の誘電体層１０を形成する誘電体材料として、誘電正接が小さく、かつ気密封止が可能であることが望ましい。このような誘電体材料としては、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体などのセラミックスやガラスセラミック材料が挙げられる。このような硬質系材料で構成すれば、誘電正接が小さく、かつ搭載した高周波部品を気密に封止することができるので、搭載した高周波部品の信頼性を高める上で好ましい。この場合、導体材料としては、誘電体材料との同時焼成が可能なメタライズ導体を用いることが、気密封止性と生産性を高める上で望ましい。
【００２８】
本発明の開口面アンテナは以下のようにして作製される。例えば誘電体材料に酸化アルミニウム質焼結体を用いる場合であれば、まず酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合してスラリー状にし、これを周知のドクターブレード法やカレンダーロール法によりシート状に成形してセラミックグリーンシートを作製する。また、タングステンやモリブデン等の高融点金属，酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な溶剤，溶媒を添加混合してメタライズペーストを作製する。
【００２９】
次に、誘電体層２および第二の誘電体層１０となるセラミックグリーンシートに、例えば打ち抜き法により貫通導体であるシールド導体７を形成するための貫通孔を形成し、例えば印刷法によりその貫通孔にメタライズペーストを埋め込み、続いて線路導体３や同一面接地導体層４，下部接地導体層８，上部接地導体層９の形状にメタライズペーストを印刷する。また、誘電体層２および第二の誘電体層１０が複数の誘電体層の積層構造からなる場合には、同様にメタライズペーストが印刷されたり貫通孔に埋め込まれたセラミックグリーンシートを積層し、加圧して圧着してもよい。
【００３０】
そして、これらの誘電体層２および第二の誘電体層１０となるセラミックグリーンシートをそれぞれ高温（約１６００℃）で焼成する。さらに、必要に応じて、線路導体３や同一面接地導体層４，下部接地導体層８，上部接地導体層９等のように上下面に露出する導体の表面に、例えば、ニッケルめっきおよび金めっきを被着させる。
【００３１】
しかる後、誘電体層２の下部接地導体層８と第二の誘電体層１０の上部接地導体層９とをろう付けすることにより開口面アンテナが完成する。
【００３２】
本発明のシールド導体７は、スロット５を取り囲むよう誘電体層２の側面または内部に配され、同一面接地導体層４と下部接地導体層８とを電気的に接続している。
【００３３】
なお、シールド導体７は、同一面接地導体層４と下部接地導体層８とを電気的に接続できれば良く、側面導体や貫通導体等、種々の手段が用いられる。例えば、誘電体層２の側面に被着された導体や、誘電体層２の側面の切り欠き部の内壁に導体層が被着されたいわゆるキャスタレーション導体、貫通孔の内壁に導体層が被着されたいわゆるスルーホール導体、貫通孔の内部が導体で充填されたいわゆるビア導体などが挙げられる。
【００３４】
ろう材によって、下部接地導体層８へ取り付けるためには、同一面接地導体層４およびシールド導体７と電気的に接続された下部接続用導体層８を、取り付けられる上部接地導体層９の開口に合わせて形成しておくとよい。例えば、図１に示したように、誘電体層２の下面に、シールド用貫通導体から成るシールド導体７と接続されたメタライズ層から成る下部接地導体層８を形成しておくと、導体部７および同一面接地導体層４との電気的接続がより確実なものとなるので、信頼性の高い開口面アンテナを構成することができる点で好ましいものとなる。
【００３５】
また、第二の誘電体層１０の厚みは高周波線路１を伝送する信号の波長の１／２倍以下であるのがよい。これにより、スロット５から放射されて第二の誘電体層１０の下側主面で反射し、上部接地導体層９で再度反射して再び第二の誘電体層１０の下側主面に戻ってきた反射波と、スロット５から直接第二の誘電体層１０の下側主面まで伝送してきた直接波とを同位相にすることができ、反射波と直接波とが強め合うために高周波線路１から誘電体層２への変換効率をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（ａ）は本発明の開口面アンテナの実施の形態の例を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）の開口面アンテナのＡ−Ａ’線における断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１・・・・・高周波線路
２・・・・・誘電体層
３・・・・・線路導体
４・・・・・同一面接地導体層
５・・・・・スロット
７・・・・・シールド導体
８・・・・・下部接地導体層
９・・・・・上部接地導体層
１０・・・・・第二の誘電体層
【図１】
2007266836.tif 000003