(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の誘電体基板の一方の表面にアンテナ素子が設けられたアンテナ基板と、第２の誘電体基板の一方の表面または内部に分波回路が設けられた分波器基板とを具備し、前記アンテナ基板を前記分波器基板の前記分波回路が設けられていない表面に一体的に取着するとともに、前記アンテナ素子と前記分波回路とを信号伝達が可能となるように接続し、且つ前記アンテナ素子と前記分波回路との間に接地層を介在せしめたアンテナ一体型分波器基板であって、前記分波回路は、方向性結合回路とリング型共振回路とからなるとともに給電側から動作周波数が高い順に配置された、互いに動作周波数が異なる複数の方向性濾波回路を具備しており、該複数の方向性濾波回路のそれぞれに対応するように動作周波数が異なる複数の前記アンテナ素子を設けるとともに、対応する前記方向性濾波回路と前記アンテナ素子とをそれぞれ信号伝達が可能となるように接続したことを特徴とするアンテナ一体型分波器基板。
【請求項２】
前記アンテナ基板又は前記分波器基板の取着面の一方に前記接地層を設けたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ一体型分波器基板。
【請求項３】
前記アンテナ基板および前記分波器基板がそれぞれ前記接地層を具備し、それぞれの前記接地層を電気的に接続してなることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ一体型分波器基板。
【請求項４】
前記分波器基板の表面に、動作周波数が異なる前記アンテナ素子がそれぞれ設けられた複数の前記アンテナ基板を一体的に取着してなることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ一体型分波器基板。
【請求項５】
前記アンテナ基板において、前記第１の誘電体基板の一方の表面に、動作周波数が異なる複数の前記アンテナ素子を備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ一体型分波器基板。
【請求項６】
前記アンテナ素子と前記分波回路とを前記接地層に設けたスロットを介して電磁結合させることによって信号伝達が可能となるように接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のアンテナ一体型分波器基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に通信に使用するアンテナ装置に用いられるアンテナ一体型分波器基板に関し、より詳しくは異なる周波数信号を送受信することができ、アンテナと分波器を一体化した小型のアンテナ一体型分波器基板に関する。
【０００２】
【従来技術】
無線通信装置の設計における現在の傾向は、複数の異なるシステムに対応できる装置を提供することにある。このような通信装置では各通信システムに対応する複数の異なる周波数帯の信号を送受信できる無線通信用部品が必要である。また通信装置全体の小型化と計量化を保つために、各部品の多機能化と小型軽量化が求められている。
【０００３】
アンテナ装置は、無線通信装置に使用される部品の中でも大きなものの一つである。アンテナの寸法を小さくするための一つの方法は波長よりも小さいアンテナ素子とインピーダンス変換器を含めて共振型のアンテナとすることであり、その例の一つにマイクロストリップアンテナがある。しかしながら、このように小型化したアンテナの特性は狭帯域となりやすく、複数のシステムに対応できる無線通信装置に利用する場合には、複数のアンテナを使用する必要が生ずる。また、他のアンテナを使用する場合でも通信装置が対応すべき周波数範囲が広いほど利用できる単一の小型アンテナを見出すことは困難である。
【０００４】
各々の通信システムに応じて個別のアンテナを具備した無線通信装置において使用されるアンテナには、それぞれのアンテナと、それに対応する送受信機との間で信号を伝送するための複数の給電線が必要である。通信装置の小型軽量化およびコスト低減のためには、できるだけ部品の共有化を図り部品点数を減らすことが望ましく、アンテナへの給電においても可能であれば一本の給電線を使用することが望ましい。
【０００５】
周波数の異なる複数の信号が伝送された単一の伝送線から周波数毎に異なる伝送線に分波し複数のアンテナに伝送したり、あるいは複数のアンテナによって受信された周波数の異なる複数の信号を単一の伝送線に合波する方法としては、例えば、図８、図９に示すような回路が使用される。
【０００６】
図８の回路に示すように、周波数の異なる複数の信号が伝送される単一の伝送線２１を複数の伝送線２２ａ、２２ｂ、２２ｃに分割した後、各信号周波数に適合した濾波器２３ａ、２３ｂ、２３ｃによって、それぞれの周波数の信号のみを通過させてそれぞれの給電線２４ａ，２４ｂ，２４ｃを経由して各アンテナ素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃに伝送する方法、または図９に示されるように、周波数の異なる複数の信号が伝送される単一の伝送線２６を分波器２７に接続して、異なる周波数ごとに分波し給電線２８ａ，２８ｂ，２８ｃを経由して各アンテナ素子２９ａ、２９ｂ、２９ｃに伝送する方法が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の分波、または合波する方法においては、図８の回路では、信号の電力が分割されるために、信号電力の浪費が起こる欠点がある。一方、図９の回路では、信号の電力が浪費されない点において有利である。
【０００８】
しかしながら、上記図９の回路を具体的に構成する場合、アンテナ素子２９ａ，２９ｂ，２９ｃと、分波器２７とを別体にて形成しそれらを電気的に結線することが一般的に行なわれているが、一本の給電線から分波器を経由して複数のアンテナに給電する場合、分波器とアンテナの間の給電線が長いと、信号電力の損失が大きくなるという問題があった。
【０００９】
他方、誘電体基板の表面に分波器とアンテナとを形成することも提案されているが、分波器とアンテナとを同一面内に設けると、給電線を短くすることはできるものの、アンテナと分波器の両方の大きさだけ基板の面積が必要になり、小型化には不利である。また分波器をアンテナに近づけすぎるとアンテナと分波器回路との間で干渉が起こり特性の劣化をもたらす虞があった。
【００１０】
従って、本発明は、上記の問題点を解決することを主たる目的とするものであって、具体的には、アンテナと分波器とを一体的に形成して小型化を図ることができるとともに、アンテナと分波器との干渉を阻止することのできるアンテナ一体型分波器基板を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述の従来技術による問題点を解決するために種々検討を行なった結果、アンテナ素子を設けたアンテナ基板と分波回路を設けた分波器基板とを一体的に形成するとともに、前記アンテナ素子と分波回路間に接地層を形成することにより上記の目的が達成されることを見いだしたものである。
【００１２】
即ち、本発明のアンテナ一体型分波器基板は、第１の誘電体基板の一方の表面にアンテナ素子が設けられたアンテナ基板と、第２の誘電体基板の一方の表面または内部に分波回路が設けられた分波器基板とを具備し、前記アンテナ基板を前記分波器基板の前記分波回路が設けられていない表面に一体的に取着するとともに、前記アンテナ素子と前記分波回路とを信号伝達が可能となるように接続し、且つ前記アンテナ素子と前記分波回路との間に接地層を介在せしめたアンテナ一体型分波器基板であって、前記分波回路は、方向性結合回路とリング型共振回路とからなるとともに給電側から動作周波数が高い順に配置された、互いに動作周波数が異なる複数の方向性濾波回路を具備しており、該複数の方向性濾波回路のそれぞれに対応するように動作周波数が異なる複数の前記アンテナ素子を設けるとともに、対応する前記方向性濾波回路と前記アンテナ素子とをそれぞれ信号伝達が可能となるように接続したことを特徴とするものである。
【００１４】
また、前記接地層としては、前記アンテナ基板又は前記分波器基板の取着面の一方に前記接地層を設けるか、または前記アンテナ基板および前記分波器基板がそれぞれ前記接地層を具備し、それぞれの前記接地層を電気的に接続してもよい。
【００１５】
また、前記アンテナ基板においては、前記第１の誘電体基板の一方の表面に、動作周波数が異なる複数の前記アンテナ素子を備えることもでき、さらには前記分波器基板の表面に、動作周波数が異なる前記アンテナ素子がそれぞれ設けられた複数の前記アンテナ基板を一体的に取着することも可能である。
さらに、本発明のアンテナ一体型分波器基板前記は、アンテナ素子と前記分波回路とを前記接地層に設けたスロットを介して電磁結合させることによって信号伝達が可能となるように接続してもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のアンテナ一体型分波器基板を図面を基に説明する。
【００１７】
図１は、本発明のアンテナ一体型分波器基板の一実施例を示す概略断面図であり、図２はその概略斜視図である。図１及び図２のアンテナ一体型分波器基板Ａは、第１の誘電体基板１ａ，１ｂの一方の表面にアンテナ素子２ａ，２ｂが設けられた２つのアンテナ基板３ａ、３ｂと、第２の誘電体基板４の内部に分波回路５が内蔵された分波器基板６とを具備するもので、上記アンテナ基板３ａ、３ｂと分波器基板６とは、アンテナ基板３ａ、３ｂを分波器基板６の分波回路５が設けられていない表面に一体的に取着することによって接合一体化されている。そして、アンテナ素子２ａ，２ｂと分波回路５とは第１の誘電体基板１ａ，１ｂおよび第２の誘電体基板４に設けられた貫通導体７ａ，７ｂによって電気的に接続されている。
【００１８】
また分波器基板６のアンテナ基板３ａ，３ｂの接合表面には接地層８が被着形成されており、前記貫通導体７ａ，７ｂとは非接触状態に保たれている。なお、この接地層８は、分波器基板６のアンテナ基板３ａ，３ｂの接合面表面に形成することなく、アンテナ基板３ａ，３ｂの分波器基板６との接合面表面に形成してもよく、さらに両基板の接合面にそれぞれ形成して接地層同志を接合することも可能である。
【００１９】
上記アンテナ基板３ａ，３ｂにおいては、アンテナ素子２ａ，２ｂと接地層８によってマイクロストリップアンテナが形成されている。また第２の誘電体基板４の他方の表面には接地層９が被着形成されており、接地層８，９および分波回路５によってストリップ線路による回路が形成されている。
【００２０】
本発明によれば、上記の構造によってアンテナ基板３ａ，３ｂと分波器基板６とが接合一体化されているために小型軽量化できるともに、図９に示したような一本の給電線から分波器を経由して複数のアンテナに給電する回路を形成する場合、分波器とアンテナの間の給電線、即ち、貫通導体７ａ，７ｂの長さを短くできるために、分波器からアンテナへ伝送される信号の損失を低減することができる。またアンテナ素子２ａ，２ｂと分波回路５との間には接地層８が介在しているために、アンテナ素子２ａ，２ｂから放射される電磁界と分波回路５の電磁界とが互いに干渉して特性が劣化することも避けられる。
【００２１】
なお、本発明において、前記分波回路５としては、周知の回路を用いることができるが、その具体的な回路パターンの例を図３に示した。分波回路５は、方向性結合回路ａ，ｂと、リング型共振回路ｃからなる方向性濾波回路ｘを具備し、分波する信号の数によって方向性濾波回路の数を調整されるが、図３では２つの方向性濾波回路ｘ１，ｘ２が設けられている。
【００２２】
この図３の分波回路５においては、まず、送受信機側のポート１０から入力された異なる周波数からなる２つの信号ｆ１，ｆ２のうち１つの信号ｆ１は、伝送線路１１から第１の方向性濾波回路ｘ１における方向性結合回路ａ１及びリング型共振回路ｃ１により決定される周波数において、方向性結合回路ａ１によってリング型共振回路ｃ１に結合され、さらに他方に形成されたもう一つの方向性結合回路ｂ１により他方の伝送線路１２に結合され、給電線となる貫通導体７ａを経由してアンテナ素子２ａに伝送される。
【００２３】
他方の信号ｆ２はさらに伝送線路１１を進行し次の方向性濾波回路ｘ２における方向性結合回路ａ２において方向性結合回路ａ２とリング型共振回路ｃ２により決定される周波数においてリング型共振回路ｃ２に結合され、他方の方向性結合回路ｂ２により他方の伝送線路１３に結合され給電線となる貫通導体７ｂを経由してアンテナ素子２ｂに伝送される。
【００２４】
なお、上記２つの方向性濾波回路ｘ１，ｘ２で分波されなかった周波数成分は伝送線路１１を進行するが、例えば、それがミキサ回路や増幅器等で発生した高調波成分等の不要成分である場合には、伝送線路１１の終端において減衰器等を設け、減衰させる。また上記２つの方向性濾波回路ｘ１，ｘ２で分波されなかった周波数成分中に第３の信号を含ませることができ、その場合にはこの伝送線路１１の終端を第３のアンテナ素子（図示せず）に接続すればよい。
【００２５】
また、ポート１０から入力された信号が異なる周波数からなる３つ以上の信号を含む場合には、図３と同様にその数に応じた方向性濾波回路を順次設けて分波すればよい。
【００２６】
なお、分波回路５において、前記複数の方向性濾波回路ｘ１，ｘ２は、ポート１０側から動作周波数が高い順に配置することが望ましい。これは逆に配置した場合、低い周波数ｆ１で動作する第１の方向性濾波回路ｘ１における高次の共振によって、高い方の周波数ｆ２の信号成分が方向性濾波回路ｘ１に漏れ出て、次に配置された第２の方向性濾波回路ｘ２において正しく信号ｆ２が取り出されることが妨げられる可能性があるためである。
【００２７】
図３の共振回路においては、リング型共振回路ｃ１、ｃ２に結合され他方の伝送線路１２、１３へ結合された信号は、給電線となる貫通導体７ａ，７ｂの方向へ進行し、伝送線路１２、１３の反対側の方向へは伝送しない。
【００２８】
なお、図１、図２のアンテナ一体型分波器基板Ａでは、分波回路５を第２の誘電体基板４の内部に設けたが、本発明によれば、図４に示すように、分波回路５は、第２の誘電体基板４のアンテナ基板３ａ，３ｂとの接合面とは反対側の面に形成することも可能である。
【００２９】
即ち、図４に示すように、第２の誘電体基板４のアンテナ基板３ａ，３ｂとの接合面とは反対側の面に分波回路５が被着形成されており、アンテナ素子２ａ，２ｂと分波回路５とは第１の誘電体基板１ａ，１ｂ及び第２の誘電体基板４を貫通する貫通導体７ａ，７ｂによって電気的に接続されている。また、この分波器基板６のアンテナ基板３ａ，３ｂとの接合面に接地層８が被着形成されているために、アンテナ素子２ａ，２ｂと分波回路５との間の干渉を阻止することができる。
【００３０】
また、図１乃至図４では、分波器基板６の表面に複数のアンテナ基板３ａ，３ｂを一体的に形成したが、図５の概略斜視図に示すように、複数のアンテナ素子２ａ，２ｂは１つの第１の誘電体基板１の表面に形成しても良い。
【００３１】
本発明において、アンテナ基板３，３ａ，３ｂと分波器基板６とは、分波器基板６の接地層８に対して接着剤等によってアンテナ基板３，３ａ，３ｂを接合一体化することができる。また、第１の誘電体基板１，１ａ，１ｂ及び第２の誘電体基板４がセラミックスからなる場合には、アンテナ基板３，３ａ，３ｂと分波器基板６とを焼成により一体化することも可能である。
【００３２】
また、貫通導体７ａ，７ｂは、第１の誘電体基板１，１ａ，１ｂ及び第２の誘電体基板４に開けられた孔内に導体を充填するか、または金属ピンを埋設することにより形成することもできる。また、第１の誘電体基板１，１ａ，１ｂ及び第２の誘電体基板４がセラミックスの場合には、アンテナ素子２ａ，２ｂ、接地層８，９、分波回路５を、金属ペーストの塗布及び貫通孔内に金属ペーストを充填した後に、第１の誘電体基板１，１ａ，１ｂ及び第２の誘電体基板４と同時焼成することによって形成することも可能である。
【００３３】
また、分波回路５からのアンテナ素子２ａ，２ｂへの給電方法としては、貫通導体７ａ，７ｂの形成に限られず、例えば接地層８にスロットを設け、アンテナ素子２ａ，２ｂと分波回路５の伝送線路１２、１３とを電磁結合させることもできる。
【００３４】
また、本発明のアンテナ一体型分波器基板によれば、分波器基板６によって少なくとも２つ以上に分波された少なくとも一部の信号が分波器基板６と一体化されたアンテナ基板３，３ａ，３ｂのアンテナ素子に供給されていればよく、他の分波された信号はワイヤアンテナなどの周知の外部アンテナ素子に供給することもできる。
【００３５】
本発明におけるアンテナ一体型分波器基板において、第１の誘電体基板１，１ａ，１ｂ及び第２の誘電体基板４は、アルミナ、ガラス、ガラスセラミックス、窒化アルミなどのセラミックス材料や、エポキシ樹脂などの有機樹脂を含有する有機系絶縁材料あるいは有機系−セラミック系複合材料など周知の絶縁材料によって形成することができる。また、アンテナ素子２ａ，２ｂ、接地層８，９及び分波回路５などは、銅、銀、金、タングステン、モリブデンなどの周知の導体材料によって形成される。
【００３６】
なお、アンテナ基板３，３ａ，３ｂにおける第１の誘電体基板１，１ａ，１ｂと分波器基板６における第２の誘電体基板４とは、同一の誘電体材料によって形成しても良いが、用いる周波数と、小型化の要求と、加工精度並びに放射効率を勘案して適宜適当な誘電率を有する誘電体材料を選択すればよい。
【００３７】
図３で説明した分波回路の分波特性について評価解析を行ない、その結果を図７に示した。なお、誘電率４．９の第２の誘電体基板４内に銅からなる図３の回路を形成した。図７から明らかなように、周波数２．５ＧＨｚの信号と周波数５．８ＧＨｚの周波数が分波された。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明のアンテナ一体型分波器基板によれば、異なる複数の周波数を含む信号を一本の給電線を使用して複数のアンテナに給電することができ、アンテナと分波器を相互に干渉することなく一体化し、給電線の長さを最小限にできると同時に小型軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のアンテナ一体型分波器基板の一実施例を説明するための概略断面図である。
【図２】  図１のアンテナ一体型分波器基板の概略斜視図である。
【図３】  本発明のアンテナ一体型分波器基板における分波回路を説明するためのパターン図である。
【図４】  本発明のアンテナ一体型分波器基板の他の実施例を説明するための概略断面図である。
【図５】  本発明のアンテナ一体型分波器基板のさらに他の実施例を説明するための概略断面図である。
【図６】  図５のアンテナ一体型分波器基板の概略斜視図である。
【図７】  図３の分波回路の分波特性の評価解析結果を示すグラフである。
【図８】  アンテナおよび分波回路を備える回路の概念図である。
【図９】  アンテナおよび分波回路を備える他の回路の概念図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ  第１の誘電体基板
２ａ，２ｂ  アンテナ素子
３，３ａ，３ｂ  アンテナ基板
４  第２の誘電体基板
５  分波回路
６  分波器基板
７ａ，７ｂ  貫通導体
８，９  接地層
ｘ１，ｘ２  方向性濾波回路
ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２  方向性結合回路
ｃ１，ｃ２  リング型共振回路
Ａ  アンテナ一体型分波器基板
【図１】
0004309529.tif 000002
【図２】
0004309529.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004309529.tif 000006
【図６】
0004309529.tif 000007
【図７】
0004309529.tif 000008
【図８】
0004309529.tif 000009
【図９】
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