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技術 アンテナ装置

出願人 有限会社NAZCA
発明者 丸山敏幸那須野雅彦折山隼斗新井宏之
出願日 2015年11月26日 (3年7ヶ月経過) 出願番号 2015-231107
公開日 2017年6月1日 (2年1ヶ月経過) 公開番号 2017-098850
状態 特許登録済
技術分野 導波管型の結合装置 可変指向性アンテナ、アンテナ配列
主要キーワード パラメータ特性 雑音耐性 短絡ピン 導体片 配線ビア 平面アレイアンテナ スロット素子 ビア配線
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重要な関連分野

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図面 (20)

課題

構造の簡略化及び無線通信高品質化がなされたアンテナ装置を提供する。

解決手段

アンテナ装置は、一面にマトリックス状に整列した複数のアンテナ素子を有するアンテナ素子層と、複数のアンテナ給電線を有する第1トリプレート線路と、複数の外部接続用給電線を有する第2トリプレート線路と、を備え、前記アンテナ素子と前記アンテナ用給電線は、第1ビア配線により接続され、前記アンテナ用給電線と前記外部接続用給電線は、第2ビア配線により接続され、前記第2ビア配線の側方には、前記第2ビア配線を挟むように離間して配される第1側面短絡ピンを有し、前記第1側面短絡ピンは、前記第1接地層、前記第2接地層及び前記第3接地層を電気的に短絡する。

概要

背景

携帯電話等の無線通信サービス確立する上で基地局等に採用されているアレイアンテナは、多くの場合垂直面内指向性におけるチルト角を調整することでサービスエリアを最適化している。このようにアンテナには、偏波共用機能が求められており、偏波共用平面アレイアンテナにも高い注目が集まっている。

例えば、非特許文献1の図1(I)には、偏波共用アンテナの構造の一例が記載されている。この偏波共用アンテナは、水平偏波を受信するためのアンテナと垂直偏波を受信するためのアンテナがスロット素子を介して積層されている。

概要

構造の簡略化及び無線通信高品質化がなされたアンテナ装置を提供する。アンテナ装置は、一面にマトリックス状に整列した複数のアンテナ素子を有するアンテナ素子層と、複数のアンテナ用給電線を有する第1トリプレート線路と、複数の外部接続用給電線を有する第2トリプレート線路と、を備え、前記アンテナ素子と前記アンテナ用給電線は、第1ビア配線により接続され、前記アンテナ用給電線と前記外部接続用給電線は、第2ビア配線により接続され、前記第2ビア配線の側方には、前記第2ビア配線を挟むように離間して配される第1側面短絡ピンを有し、前記第1側面短絡ピンは、前記第1接地層、前記第2接地層及び前記第3接地層を電気的に短絡する。

目的

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、構造の簡略化及び無線通信の高品質化がなされたアンテナ装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

第1接地層と、前記第1接地層の一面にマトリックス状に整列した複数のアンテナ素子とを有するアンテナ素子層と、前記第1接地層の前記アンテナ素子が形成された面と反対側に離間して配された複数のアンテナ給電線と、前記複数のアンテナ用給電線を前記第1接地層と互いの間に挟むように離間して配される第2接地層とを有する第1トリプレート線路と、前記第2接地層の前記第1接地層と反対側に離間して配された複数の外部接続用給電線と、前記複数の外部接続用給電線を前記第2接地層と互いの間に挟むように離間して配される第3接地層とを有する第2トリプレート線路と、を備え、前記アンテナ素子と前記アンテナ用給電線は、第1ビア配線により接続され、前記アンテナ用給電線と前記外部接続用給電線は、第2ビア配線により接続され、前記第2ビア配線の側方には、前記第2ビア配線を挟むように離間して配され、前記第1接地層、前記第2接地層及び前記第3接地層を電気的に短絡する第1側面短絡ピンを有するアンテナ装置

請求項2

平面視で前記第2ビア配線及び前記第1側面短絡ピンを囲む矩形の短絡支持体設置領域内に設けられ、前記第1接地層と前記第2接地層とを電気的に短絡する第1周囲短絡支持体をさらに備える請求項1に記載のアンテナ装置。

請求項3

前記第1周囲短絡支持体が、前記短絡支持体設置領域の4つの角の内、前記アンテナ用給電線が第2ビア配線から延在する方向と反対側の2つの角に配された短絡ピンである請求項2に記載のアンテナ装置。

請求項4

前記第1周囲短絡支持体が、前記短絡支持体設置領域の4つの辺の内、前記アンテナ用給電線が第2ビア配線から延在する方向と反対側の辺に沿って配された短絡支持板である請求項2に記載のアンテナ装置。

請求項5

前記第2接地層と前記第3接地層とを電気的に短絡し、平面視で前記第2ビア配線及び前記第1側面短絡ピンを囲む矩形の短絡支持体設置領域内に設けられた第2周囲短絡支持体をさらに備える請求項1〜4のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

請求項6

前記第2周囲短絡支持体が、前記短絡支持体設置領域の4つの角の内、前記外部接続用給電線が第2ビア配線から延在する方向と反対側の2つの角に配された短絡ピンである請求項5に記載のアンテナ装置。

請求項7

前記第2周囲短絡支持体が、前記短絡支持体設置領域の4つの辺の内、前記外部接続用給電線が第2ビア配線から延在する方向と反対側の辺に沿って配された短絡支持板である請求項5に記載のアンテナ装置。

請求項8

前記第1周囲短絡支持体と前記第2周囲短絡支持体が、前記短絡支持体設置領域の4つの角のそれぞれに配され、一体化した4本の周囲短絡ピンを形成する請求項5または6のいずれかに記載のアンテナ装置。

請求項9

前記第1ビア配線の側方に前記第1ビア配線を挟むように離間して配され、前記第1接地層と前記第2接地層とを電気的に短絡する第2側面短絡ピンをさらに有する請求項1〜8のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

請求項10

前記第2トリプレート線路において、前記外部接続用給電線に前記第3接地層を貫通して給電する第3ビア配線を有し、前記第2接地層と前記第3接地層とを電気的に短絡し、前記第3ビア配線から前記外部接続用給電線の延在する方向に対して直交する方向に配される第3側面短絡ピンをさらに有する請求項1〜9のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

請求項11

前記第2接地層と前記第3接地層とを電気的に短絡し、平面視で前記第3ビア配線及び前記第3側面短絡ピンを囲む矩形の第2の短絡支持体設置領域内に設けられた第3周囲短絡支持体をさらに備える請求項10に記載のアンテナ装置。

請求項12

前記第3周囲短絡支持体が、前記第2の短絡支持体設置領域の4つの辺の内、前記外部接続用給電線が第3ビア配線から延在する方向と反対側の辺に沿って配される請求項11に記載のアンテナ装置。

請求項13

前記第1ビア配線、前記第2ビア配線及び前記第3ビア配線のそれぞれが円筒状である請求項1〜12のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

技術分野

0001

本発明は、無線通信サービス等に用いられるアンテナ装置に関する。

背景技術

0002

携帯電話等の無線通信サービスを確立する上で基地局等に採用されているアレイアンテナは、多くの場合垂直面内指向性におけるチルト角を調整することでサービスエリアを最適化している。このようにアンテナには、偏波共用機能が求められており、偏波共用平面アレイアンテナにも高い注目が集まっている。

0003

例えば、非特許文献1の図1(I)には、偏波共用アンテナの構造の一例が記載されている。この偏波共用アンテナは、水平偏波を受信するためのアンテナと垂直偏波を受信するためのアンテナがスロット素子を介して積層されている。

先行技術

0004

塚本活也、新井宏之、電子情報通信学会論文誌、’96/8 Vol.J79−B−II No.8、p.476−485。

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、水平偏波を受信するためのアンテナと垂直偏波を受信するためのアンテナをそれぞれ別の層とすると、積層する層の数が多くなり、アンテナ装置全体の構成が煩雑になるという問題がある。その結果、アンテナ装置の製造コスト及びアンテナ装置を設置する場所を確保するための設置コスト等が増大するという問題がある。

0006

特に、多くのアンテナ素子マトリックス配置で配列したアンテナ装置においては、異なる偏波配線同士が交差し混線しないように、垂直偏波と水平偏波の層を分けて作製される。

0007

ブロック給電方式を用いて垂直偏波用給電線水平偏波用の給電線を同一平面上に配置することもできるが、積層方向に配線を引き回す際にトリプレート特性を維持することができないという問題がある。

0008

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、構造の簡略化及び無線通信高品質化がなされたアンテナ装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0009

本発明の一態様に係るアンテナ素子は、第1接地層と、前記第1接地層の一面にマトリックス状に整列した複数のアンテナ素子とを有するアンテナ素子層と、前記第1接地層の前記アンテナ素子が形成された面と反対側に離間して配された複数のアンテナ用給電線と、前記複数のアンテナ用給電線を前記第1接地層と互いの間に挟むように離間して配される第2接地層とを有する第1トリプレート線路と、前記第2接地層の前記第1接地層と反対側に離間して配された複数の外部接続用給電線と、前記複数の外部接続用給電線を前記第2接地層と互いの間に挟むように離間して配される第3接地層とを有する第2トリプレート線路と、を備え、前記アンテナ素子と前記アンテナ用給電線は、第1ビア配線により接続され、前記アンテナ用給電線と前記外部接続用給電線は、第2ビア配線により接続され、前記第2ビア配線の側方には、前記第2ビア配線を挟むように離間して配され、前記第1接地層、前記第2接地層及び前記第3接地層を電気的に短絡する第1側面短絡ピンを有する。

0010

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、平面視で前記第2ビア配線及び前記第1側面短絡ピンを囲む矩形の短絡支持体設置領域内に設けられ、前記第1接地層と前記第2接地層とを電気的に短絡する第1周囲短絡支持体をさらに備えてもよい。

0011

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、前記第1周囲短絡支持体が、前記短絡支持体設置領域の4つの角の内、前記アンテナ用給電線が第2ビア配線から延在する方向と反対側の2つの角に配された短絡ピンであってもよい。

0012

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、前記第1周囲短絡支持体が、前記短絡支持体設置領域の4つの辺の内、前記アンテナ用給電線が第2ビア配線から延在する方向と反対側の辺に沿って配された短絡支持板であってもよい。

0013

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、前記第2接地層と前記第3接地層とを電気的に短絡し、平面視で前記第2ビア配線及び前記第1側面短絡ピンを囲む矩形の短絡支持体設置領域内に設けられた第2周囲短絡支持体をさらに備えてもよい。

0014

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、前記第2周囲短絡支持体が、前記短絡支持体設置領域の4つの角の内、前記外部接続用給電線が第2ビア配線から延在する方向と反対側の2つの角に配された短絡ピンであってもよい。

0015

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、前記第2周囲短絡支持体が、前記短絡支持体設置領域の4つの辺の内、前記外部接続用給電線が第2ビア配線から延在する方向と反対側の辺に沿って配された短絡支持板であってもよい。

0016

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、前記第1周囲短絡支持体と前記第2周囲短絡支持体が、前記短絡支持体設置領域の4つの角のそれぞれに配され、一体化した4本の周囲短絡ピンを形成してもよい。

0017

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、前記第1ビア配線の側方に前記第1ビア配線を挟むように離間して配され、前記第1接地層と前記第2接地層とを電気的に短絡する第2側面短絡ピンをさらに有してもよい。

0018

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置における前記第2トリプレート線路において、前記外部接続用給電線に前記第3接地層を貫通して給電する第3ビア配線を有し、前記第2接地層と前記第3接地層とを電気的に短絡し、前記第3ビア配線から前記外部接続用給電線の延在する方向に対して直交する方向に配される第3側面短絡ピンをさらに有してもよい。

0019

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、前記第2接地層と前記第3接地層とを電気的に短絡し、平面視で前記第3ビア配線及び前記第3側面短絡ピンを囲む矩形の第2の短絡支持体設置領域内に設けられた第3周囲短絡支持体をさらに備えてもよい。

0020

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、前記第3周囲短絡支持体が、前記第2の短絡支持体設置領域の4つの辺の内、前記外部接続用給電線が第3ビア配線から延在する方向と反対側の辺に沿って配されてもよい。

0021

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、前記第1ビア配線、前記第2ビア配線及び前記第3ビア配線のそれぞれが円筒状であってもよい。

発明の効果

0022

本発明の一態様に係るアンテナ装置によれば、構造の簡略化及び無線通信の高品質化がなされたアンテナ装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0023

本発明の第1の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す斜視図である。
本発明の一態様に係るアンテナ装置におけるアンテナ素子層の斜視図である。
本発明の一態様に係るアンテナ装置におけるアンテナ素子層の側面図である。
本発明の一態様に係るアンテナ装置における第1トリプレート線路の斜視図である。
図4におけるA−A面で本発明の一態様に係るアンテナ装置を切断した断面であり、アンテナ素子層及び第1トリプレート線路の間を拡大した模式図である。
本発明の一態様に係るアンテナ装置における第2トリプレート線路の斜視図である。
図6におけるB−B面で本発明の一態様に係るアンテナ装置を切断した断面であり、第1トリプレート線路及び第2トリプレート線路の間を拡大した模式図である。
本発明の一態様に係るアンテナ装置全体の断面模式図である。
本発明の一態様に係るアンテナ装置における第2ビア配線の近傍を拡大した斜視図である。
本発明の一態様に係るアンテナ装置における第2ビア配線の近傍を拡大した斜視図であり、第2ビア配線、第1側面短絡ピン、短絡支持体設置領域及び周囲短絡支持体の大きさ及び位置関係を示す図である。
本発明の一態様に係るアンテナ装置における第3ビア配線の近傍を拡大した斜視図である。
実施例1のSパラメータ特性を測定した際の第1側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるSパラメータ特性を示す。
実施例2のSパラメータ特性を測定した際の第1側面短絡ピンの配置の模式図と、この配置におけるSパラメータ特性を示す。
実施例3のSパラメータ特性を測定した際の第1側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるSパラメータ特性を示す。
実施例4のSパラメータ特性を測定した際の第1側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるSパラメータ特性を示す。
実施例5のSパラメータ特性を測定した際の周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるSパラメータ特性を示す。
実施例6のSパラメータ特性を測定した際の第3側面短絡ピン及び第3周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるSパラメータ特性を示す。
実施例7のSパラメータ特性を測定した際の第3周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるSパラメータ特性を示す。
実施例8のSパラメータ特性を測定した際の第3側面短絡ピンの配置の模式図と、この配置におけるSパラメータ特性を示す。
実施例9のSパラメータ特性を測定した際の第3配線ビアの周囲を模式的に示した模式図と、Sパラメータ特性を示す。

0024

<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態に係るアンテナ装置を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す斜視図である。この図において、アンテナ装置1を構成するアンテナ素子層10、第1トリプレート線路20、第2トリプレート線路30のそれぞれは、理解を容易にするために離して図示している。

0025

図1に示すように、本発明の一態様に係るアンテナ装置1は、アンテナ素子層10と、第1トリプレート線路20と、第2トリプレート線路30とを有する。アンテナ素子層10と第1トリプレート線路20とは、第1ビア配線40(図3図5参照)により接続され、第1トリプレート線路20と第2トリプレート線路30とは、第2ビア配線50(図5図7参照)により接続されている。

0026

以下、アンテナ素子層10、第1トリプレート線路20及び第2トリプレート線路30の積層方向をz方向とし、z方向と垂直な面をxy平面とする。xy平面においては、アンテナ素子層10、第1トリプレート線路20及び第2トリプレート線路30の一辺と平行な面をx方向とし、x方向及びz方向と直交する方向をy方向とする。

0027

(アンテナ素子層)
図2は、本発明の一態様に係るアンテナ装置におけるアンテナ素子層の斜視図である。また、図3は、本発明の一態様に係るアンテナ装置におけるアンテナ素子層の側面図である。図2に示すように、アンテナ素子層10は、第1接地層11と、第1接地層11の一面11aに配設された複数のアンテナ素子12とを有する。図2において複数のアンテナ素子12は、x方向とy方向のそれぞれに4個ずつ整列した16個のアンテナ素子12からなり、4×4のマトリックスを形成している。

0028

第1接地層11はプレート状の導体からなり、アンテナ素子12は矩形状の導体片である。アンテナ素子12は、後述する第1ビア配線40によって電気的にアンテナ用給電線22と接続されている。図2に示すように、アンテナ素子12と平面視重なる位置には、パッチアンテナ13を有してもよい。パッチアンテナ13は、導体のプレートからなる。パッチアンテナ13は、絶縁性を有する支持部14によりアンテナ素子12から離間して配置されている。パッチアンテナ13を有すると、アンテナ装置1が使用する周波数帯域規制(調整)することができる。アンテナ装置1が使用する周波数帯域によっては、必ずしも必要なものではない。

0029

(第1トリプレート線路)
図4は、本発明の一態様に係るアンテナ装置における第1トリプレート線路の斜視図である。図5は、図4におけるA−A面で本発明の一態様に係るアンテナ装置を切断した断面であり、アンテナ素子層及び第1トリプレート線路の間を拡大した模式図である。

0030

第1トリプレート線路20は、第2接地層21と、複数のアンテナ用給電線22を有する。複数のアンテナ用給電線22は、アンテナ素子層10における第1接地層11と第2接地層21との間に挟まれるように、それぞれから離間して配される。第2接地層21はプレート状の導体からなり、アンテナ用給電線22は平線状の導体からなる。すなわち、第1接地層11及び第2接地層21と、アンテナ用給電線22とは、2つのグランド層の間に伝送用の給電線が配設されたトリプレート線路を構成している。

0031

アンテナ用給電線22のそれぞれは、所定の分岐構造を有する。アンテナ用給電線22は、後述する第2トリプレート線路30を伝送した高周波信号を給電部22aで受け取り、所定の分岐構造に沿って高周波信号を分岐しつつ、伝送部22bから各アンテナ素子12へ伝送する。

0032

また、アンテナ用給電線22には、複数の支持部23を有していてもよい。支持部23を用いると、アンテナ用給電線22をより安定的に、第1接地層11と第2接地層21との間に離間して支持できる。支持部23は、高周波信号の伝送を阻害しない材料からなることが好ましく、例えばテフロン登録商標)等を用いることができる。

0033

(第2トリプレート線路)
図6は、本発明の一態様に係るアンテナ装置における第2トリプレート線路の斜視図である。図7は、図6におけるB−B面で本発明の一態様に係るアンテナ装置を切断した断面であり、第1トリプレート線路及び第2トリプレート線路の間を拡大した模式図である。

0034

第2トリプレート線路30は、第3接地層31と、複数の外部接続用給電線32を有する。複数の外部接続用給電線32は、第1トリプレート線路20における第2接地層21と第3接地層31との間に挟まれるように、それぞれから離間して配される。第3接地層31はプレート状の導体からなり、外部接続用給電線32は平線状の導体からなる。すなわち、第2接地層21及び第3接地層31と、外部接続用給電線32とは、2つのグランド層の間に伝送用の給電線が配設されたトリプレート線路を構成している。

0035

外部接続用給電線32のそれぞれは、所定の分岐構造を有して分配器をなしている。外部接続用給電線32は、給電部32aから供給された高周波信号を、所定の分岐構造に沿って分岐しつつ、伝送部32bへ伝送する。外部接続用給電線32の給電部32aからアンテナ用給電線22の各伝送部22bまでの伝送距離は等しくなっており、回路全体同相の高周波信号を伝送する。

0036

また、外部接続用給電線32には、複数の支持部33を有していてもよい。支持部33を用いると、外部接続用給電線32をより安定的に、第2接地層21と第3接地層31との間に離間して支持できる。支持部33は、高周波信号の伝送を阻害しない材料からなることが好ましく、例えばテフロン(登録商標)等を用いることができる。

0037

(ビア配線)
ここまでアンテナ装置1の各層の構成について説明した。次いで、高周波信号を各層間に伝送する構成について説明する。図8は、本発明の一態様に係るアンテナ装置全体の断面模式図である。上述の図5図7が積層されたものに対応する。

0038

図8に示すように、各層間は第1接地層11、第2接地層21及び第3接地層31に設けられた貫通孔を貫くビア配線によって接続されている。第1接地層11を貫くビア配線を第1ビア配線40、第2接地層21を貫くビア配線を第2ビア配線50、第3接地層31を貫くビア配線を第3ビア配線60という。
第1ビア配線40は、アンテナ素子12とアンテナ用給電線22とを接続する。第2ビア配線50は、アンテナ用給電線22と外部接続用給電線32とを接続する。第3ビア配線60は、外部接続用給電線32と外部に設けられた接続端子70とを接続する。各ビア配線は導体からなり、高周波信号を伝送することができる。

0039

図9は、本発明の一態様に係るアンテナ装置における第2ビア配線の近傍を拡大した斜視図である。図9に示すように第2ビア配線50は、第2接地層21に設けられた開口部21Aを貫き、第2接地層21の下層(−z方向)に位置する外部接続用給電線32と、第2接地層21の上層(+z方向)に位置するアンテナ用給電線22を接続する。開口部21Aの形状(角穴丸穴等)は特に問わない。

0040

第2ビア配線50の形状は、特に限定するものではないが円筒状であることが好ましい。第2ビア配線50の形状を内部に溝を有する円筒状とすると、アンテナ用給電線22及び外部接続用給電線32を挟んでネジ止めすることで、容易にアンテナ用給電線22と外部接続用給電線32の電気的な接続を得ることができる。第1ビア配線40、第3ビア配線60についても同様の形状とすることが好ましい。

0041

また、図9に示すように第2ビア配線50の側方には、第1側面短絡ピン51が形成されている。ここで「側方」とは、第2ビア配線50に対して接続されるアンテナ用給電線22及び外部接続用給電線32の延在方向に対して垂直な方向を意味する。第1側面短絡ピン51はz方向に延在し、第1接地層11、第2接地層21及び第3接地層31に接続される。第1側面短絡ピン51は導体からなるため、第1側面短絡ピン51は第1接地層11、第2接地層21及び第3接地層31と等電位になる。すなわち、第1側面短絡ピン51はグランド線として機能する。

0042

つまり、第1側面短絡ピン51と第2ビア配線50とは、2つのグランド線の間に伝送用の給電線が配設された、z方向に伸びるトリプレート線路を構成している。したがって、各層の積層方向(z方向)に高周波信号が伝送される際の伝送損失を抑制し、雑音耐性を高めることができる。

0043

また、平面視で第2ビア配線50及び第1側面短絡ピン51を囲む矩形の短絡支持体設置領域R1には、周囲短絡支持体52を有することが好ましい。周囲短絡支持体52は、図9に示すように短絡ピンからなってもよいし、各層間を接続する支持板であってもよい。
周囲短絡支持体52を有すると、各層の積層方向に高周波信号が伝送される際に、不良モード等の発生をより抑制することができる。すなわち、伝送損失をより抑制でき、雑音耐性もより向上する。

0044

周囲短絡支持体52は、第1接地層11と第2接地層21とを短絡させる第1周囲短絡支持体53と、第2接地層21と第3接地層31とを短絡させる第2周囲短絡支持体54と、に分けられる。第1周囲短絡支持体53と第2周囲短絡支持体54とは図9に示すように一体化されていてもよいし、それぞれ短絡支持体設置領域R1内の異なる位置に設けてもよい。構造の簡略化という観点からは、一体化していることが好ましい。

0045

周囲短絡支持体52は、第2ビア配線50に対して対称な位置に設けられていることが好ましい。例えば図9に示すように、短絡支持体設置領域R1の4つの角に周囲短絡支持体52を配設することができる。周囲短絡支持体52が第2ビア配線50に対して対称な位置に設けられていることで、いずれの方向においても不良モードの発生等を好適に抑制することができる。

0046

第1側面短絡ピン51の形状は、特に限定するものではないが、第2ビア配線50と同様に円筒状であることが好ましい。第2ビア配線50と同様に、ネジ止めにより接続を確保する構成とすることができる。また、周囲短絡支持体52が、短絡ピンからなる場合も同様である。

0047

第2ビア配線50、第1側面短絡ピン51、短絡支持体設置領域R1及び周囲短絡支持体52の大きさ及び位置関係は、図10の関係を満たすことが好ましい。
アンテナ用給電線22の幅をWとすると、第2ビア配線50の径r1は0.5W〜1.0Wであることが好ましい。第2ビア配線50の径r1が狭すぎると電気的な抵抗が生じ、高周波信号の伝送効率が下がる。また、第2ビア配線50の径r1が大きすぎると、第2接地層21におけるアンテナ用給電線22を引き回すためのスペースの確保が難しくなる。

0048

また、第1側面短絡ピン51の径r2は、第2ビア配線50の径r1より大きいことが好ましく、具体的には0.5W〜1.5Wであることが好ましい。第1側面短絡ピン51は、上述のようにz方向に高周波信号を伝送する際のトリプレート線路を形成する。第1側面短絡ピン51の径r2が第2ビア配線50の径r1より大きければ、第2ビア配線50はいずれの部分においてもグランド線である第1側面短絡ピン51に挟まれることになり、伝送損失を抑制できる。

0049

また、第1側面短絡ピン51の第2ビア配線50に対する位置は、充分近いことが好ましい。具体的には、第1側面短絡ピン51と第2ビア配線50の最近接距離dが、0.25W〜0.5Wであることが好ましい。第1側面短絡ピン51と第2ビア配線50の距離が遠すぎると、トリプレート線路の構造に伴う伝送損失の抑制効果を充分に得ることができない。また、第1側面短絡ピン51と第2ビア配線50との距離が近すぎると、作製する際に高い精度が必要となる。

0050

また、短絡支持体設置領域R1の1辺の長さL1は1W〜3Wであることが好ましい。短絡支持体設置領域R1が大きすぎると、第2ビア配線50に沿って高周波信号を伝送する際に生じる不良モードを抑制する効果が低下する。また、短絡支持体設置領域R1が狭すぎると、短絡支持体設置領域R1に第2ビア配線50、第1側面短絡ピン51及び周囲短絡支持体52を配設する際に、それぞれが密集してしまい製造しにくくなる。

0051

周囲短絡支持体52が短絡ピンからなる場合、その径r3は、0.25W〜1Wであることが好ましい。周囲短絡支持体52の径r3が小さすぎると、第2ビア配線50に沿って高周波信号を伝送する際に生じる不良モードを抑制する効果が低下する。また、周囲短絡支持体52の径r3が大きすぎると、第2接地層21におけるアンテナ用給電線22を引き回すためのスペースの確保が難しくなる。

0052

側面短絡ピン及び周囲短絡支持体は、第2ビア配線50の周囲に限られず、第1ビア配線40及び第3ビア配線60の周囲に設けてもよい。

0053

例えば、図4に示すように、第1ビア配線40の側方に、第2側面短絡ピン41が形成されていてもよい。ここで「側方」とは、第1ビア配線40に対して接続されるアンテナ用給電線22の延在方向に対して垂直な方向を意味する。第2側面短絡ピン41はz方向に延在し、第1接地層11と第2接地層21を接続する。第2側面短絡ピン41は導体からなるため、第1接地層11と第2接地層21は等電位になる。すなわち、第2側面短絡ピン41はグラント線として機能する。

0054

つまり、第2側面短絡ピン41と第1ビア配線40とは、2つのグランド線の間に伝送用の給電線が配設された、z方向に伸びるトリプレート線路を構成している。したがって、各層の積層方向(z方向)に高周波信号が伝送される際にも、伝送損失を抑制でき、雑音耐性も向上する。

0055

また、第1ビア配線40の周囲に、周囲短絡支持体を形成してもよい。一方で、4×4のマトリックス配置でアンテナ素子が配列する場合、第1ビア配線40は図4に示すように第2接地層21上に32カ所存在することになる。全ての箇所に、周囲短絡支持体を配設すると、第2接地層21上の構成が複雑になる。そのため、要求される伝送精度に応じて周囲短絡支持体を設ける数、位置を適宜設定することが好ましい。

0056

第3ビア配線60についても同様に第3側面短絡ピン61及び第3周囲短絡支持体62を設けることが好ましい。
図11は、本発明の一態様に係るアンテナ装置における第3ビア配線の近傍を拡大した斜視図である。図11に示すように第3ビア配線60は、第3接地層31に設けられた開口部31Aを貫き、第3接地層31の下層(−z方向)に設けられた接続端子70と、第3接地層31の上層(+z方向)に位置する外部接続用給電線32を接続する。開口部31Aの形状は特に問わない。

0057

図11に示すように、第3側面短絡ピン61は、第3ビア配線60から外部接続用給電線32の延在する方向に対して直交する方向に配されている。第3側面短絡ピン61はz方向に延在し、第2接地層21及び第3接地層31を接続する。第3側面短絡ピン61は導体からなるため、第2接地層21及び第3接地層31と等電位になる。すなわち、第3側面短絡ピン61はグラント線として機能する。

0058

また、図11に示すように、平面視で第3ビア配線60及び第3側面短絡ピン61を囲む矩形の第2の短絡支持体設置領域R2内に設けられた第3周囲短絡支持体62をさらに有していてもよい。第3周囲短絡支持体62の形状は特に問わず、上述のような短絡ピンを用いてもよいし、板状の支持体(支持板)を用いてもよい。支持板としては、例えば図11に示すように、第2接地層21と第3接地層31を接続する支持部62aと、第2接地層21及び第3接地層31に沿って延在する延在部62bからなるU字型の支持板を用いることができる。延在部62bを有することで、第2接地層21と第3接地層31との間をより強固に支持できる。

0059

このように、第3ビア配線60の周囲にも第3側面短絡ピン61及び第3周囲短絡支持体62を有することで、接続端子70から外部接続用給電線32に給電する際にも、高周波信号の損失を抑制することができる。

0060

(アンテナ装置の動作)
ここまで、アンテナ装置1の各層の構成及び各層を接続する構成について説明した。ついで、アンテナ装置1の機能について図1図11を参照しながら説明する。アンテナ装置1から電波を出力する場合を例に、以下説明する。

0061

まず高周波信号は、接続端子70からアンテナ装置1内に給電される。接続端子70は、第3接地層31から外部に突出しており、同軸ケーブル等を繋ぐことで給電を行うことができる。接続端子70は、アンテナ装置1に2カ所あり、垂直偏波と水平偏波をそれぞれ独立に入力する。

0062

接続端子70から給電された高周波信号は、第3ビア配線60を介してそれぞれ二つの外部接続用給電線32の給電部32aに伝送される(図6参照)。第3ビア配線60の周囲には、第3側面短絡ピン61及び第3周囲短絡支持体62が設けられており、積層方向(z方向)への伝送における伝送損失を抑制することができる。また、これらが電波障壁となり、雑音耐性も高くなる。

0063

給電部32aに伝送された高周波信号は、外部接続用給電線32に沿って、それぞれ4つの伝送部32bに伝搬する。この際、外部接続用給電線は、接地された第2接地層21及び第3接地層31に挟まれてトリプレート線路を構成している。そのため、伝送損失の抑制と高い雑音耐性を維持することができる。

0064

次いで、伝送部32bから第2ビア配線50を介してアンテナ用給電線22の給電部22aに高周波信号が伝送される(図5図7参照)。アンテナ用給電線22の給電部22aは全部で8つあり、その内の4つに伝送される信号が垂直偏波であり、残りの4つに伝送される信号が水平偏波である。
第2ビア配線50の周囲には、第1側面短絡ピン51及び周囲短絡支持体52が設けられており、積層方向(z方向)への伝送における伝送損失を抑制することができる。また、これらが電波障壁となり、雑音耐性も高くなる。

0065

給電部22aに伝送された高周波信号は、アンテナ用給電線22に沿って、それぞれさらに4つに分岐する(図4参照)。これにより垂直偏波の信号を伝送する伝送部22bが16個、水平偏波の信号を伝送する伝送部22bが16個となる。各アンテナ素子12に垂直偏波の信号と水平偏波の信号をそれぞれ1つずつ伝えるため、伝送部22bは2つが1つのペアとなるように配設されている。

0066

アンテナ用給電線22は、接地された第1接地層11及び第2接地層21に挟まれてトリプレート線路を構成している。そのため、アンテナ用給電線22に沿った高周波信号の伝搬は、伝送損失の抑制と高い雑音耐性が維持される。

0067

最後にアンテナ用給電線22の伝送部22bまで伝送された高周波信号は、アンテナ素子12へ第1ビア配線40を介して伝送される(図8参照)。第1ビア配線40の周囲にも、第2側面短絡ピン41が設けられており、積層方向(z方向)への伝送における伝送損失を抑制することができる。また、これらが電波障壁となり、雑音耐性も高くなる。

0068

このようにして、各アンテナ素子12に垂直偏波の信号及び水平偏波の信号がそれぞれ伝送される。アンテナ素子12まで伝送された高周波信号は、電波として外部に放出される。垂直偏波の信号及び水平偏波の信号のそれぞれを制御することで、信号通信のサービスエリアを最適化することができる。

0069

上述のように、本発明の一態様に係るアンテナ装置1によれば、各層の延在方向及び積層方向のいずれにおいてもトリプレート線路を形成することができ、給電線における伝送損失を抑制できると共に、雑音耐性を向上することができる。その結果、高品質な無線通信サービスを提供することができる。
また、垂直偏波の信号を伝播する給電線と、水平偏波の信号を伝播する給電線を同一平面上に配設することができ、アンテナ装置1が多層化されることをさけ、より簡易層構成とすることができる。

0070

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

0071

アンテナ装置の第2ビア配線の周囲に配設される第1側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置を変更しながら、Sパラメータ特性の変化をシミュレーションにより測定した。SパラメータはS11を測定した。

0072

(実施例1)
図12は、実施例1のSパラメータ特性を測定した際の第1側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるSパラメータ特性を示す。図12(a)は第1側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置を示す斜視模式図であり、図12(b)は第1側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置を示す側面模式図である。符号は、図9と同様の符号を付している。また、図12(c)は、実施例1におけるSパラメータ特性を示す。

0073

実施例1では、図12(a)及び(b)に示すように、第2ビア配線50の側方に第1側面短絡ピン51を設け、短絡支持体設置領域の4つの角に周囲短絡支持体52を設けた。周囲短絡支持体52は、第1接地層11、第2接地層21及び第3接地層31に貫通し、短絡支持体設置領域の4つの角に配設した。

0074

図12(c)に示すように、動作周波数である3.5GHzにおいては、−30dB以下の反射特性を示しており、伝送損失が低減されていることが分かる。

0075

(実施例2)
図13は、実施例2のSパラメータ特性を測定した際の第1側面短絡ピンの配置の模式図と、この配置におけるSパラメータ特性を示す。図13(a)は第1側面短絡ピンの配置を示す斜視模式図であり、図13(b)は第1側面短絡ピンの配置を示す側面模式図である。符号は、図9と同様の符号を付している。また、図13(c)は、実施例2におけるSパラメータ特性を示す。

0076

実施例2では、図13(a)及び(b)に示すように、周囲短絡支持体52が無く、第1側面短絡ピン51のみからなる点が実施例1と異なる。

0077

図13(c)に示すように、動作周波数である3.5GHzにおいては、−27dB程度の反射特性を示しており、実施例1と比較すると伝送損失が若干増加している。

0078

(実施例3)
図14は、実施例3のSパラメータ特性を測定した際の第1側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるSパラメータ特性を示す。図14(a)は第1側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置を示す斜視模式図であり、図14(b)は第1側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置を示す側面模式図である。符号は、図9と同様の符号を付している。また、図14(c)は、実施例3におけるSパラメータ特性を示す。

0079

実施例3では、図14(a)及び(b)に示すように、周囲短絡支持体の配置が実施例1と異なる。実施例3では、周囲短絡支持体が、第1接地層11、第2接地層21及び第3接地層31に延在しておらず、第1接地層11と第2接地層21を繋ぐ第1周囲短絡支持体53と、第2接地層21と第3接地層31を繋ぐ第2周囲短絡支持体54とに分かれている。第1周囲短絡支持体53は、短絡支持体設置領域の4つの角の内、アンテナ用給電線22が第2ビア配線50から延在する方向と反対側の2つの角に配されており、第2周囲短絡支持体54は、短絡支持体設置領域の4つの角の内、外部接続用給電線32が第2ビア配線50から延在する方向と反対側の2つの角に配されている。

0080

図14(c)に示すように、動作周波数である3.5GHzにおいては、−28dB程度の反射特性を示しており、実施例1と比較すると伝送損失が若干増加している。

0081

(実施例4)
図15は、実施例4のSパラメータ特性を測定した際の第1側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるSパラメータ特性を示す。図15(a)は第1側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置を示す斜視模式図であり、図15(b)は第1側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置を示す側面模式図である。符号は、図9と同様の符号を付している。また、図15(c)は、実施例4におけるSパラメータ特性を示す。

0082

実施例4では、図15(a)及び(b)に示すように、周囲短絡支持体の配置が実施例3と異なる。実施例4では、第1周囲短絡支持体53は、短絡支持体設置領域の4つの角の内、アンテナ用給電線22が第2ビア配線50から延在する方向の2つの角に配されており、第2周囲短絡支持体54は、短絡支持体設置領域の4つの角の内、外部接続用給電線32が第2ビア配線50から延在する方向の2つの角に配されている。

0083

図15(c)に示すように、動作周波数である3.5GHzにおいては、−27dB程度の反射特性を示しており、実施例1と比較すると伝送損失が若干増加している。

0084

(実施例5)
図16は、実施例5のSパラメータ特性を測定した際の周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるSパラメータ特性を示す。図16(a)は周囲短絡支持体の配置を示す斜視模式図であり、図16(b)は周囲短絡支持体の配置を示す側面模式図である。符号は、図9と同様の符号を付している。また、図16(c)は、実施例5におけるSパラメータ特性を示す。

0085

実施例5では、図16(a)及び(b)に示すように、第1側面短絡ピン51が無く、周囲短絡支持体52のみからなる点が実施例1と異なる。

0086

図16(c)に示すように、動作周波数である3.5GHzにおいては、−12dB程度の反射特性を示しており、実施例1と比較すると伝送損失が大幅に増加していることが分かる。

0087

実施例1〜5では、アンテナ装置の第2ビア配線の周囲に配設される第1側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置を変更してSパラメータを測定した。次いで、第3ビア配線の周囲に配設される第3側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の構成を変更して、Sパラメータ特性の変化をシミュレーションにより測定した。SパラメータはS11を測定した。シミュレーションは、計算を簡便にするために、模式的に第3ビア配線の周囲の構成のみを抜き出して行った。

0088

(実施例6)
図17は、実施例6のSパラメータ特性を測定した際の第3側面短絡ピン及び第3周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるSパラメータ特性を示す。図17(a)は第3側面短絡ピン及び第3周囲短絡支持体の配置を示す斜視模式図であり、図17(b)は第3側面短絡ピン及び第3周囲短絡支持体の配置を示す側面模式図である。符号は、図11と同様の符号を付している。また、図17(c)は、実施例6におけるSパラメータ特性を示す。

0089

実施例6では、図17(a)及び(b)に示すように、第3ビア配線60から外部接続用給電線32の延在する方向に対して直交する方向に配される第3側面短絡ピン61を設け、外部接続用給電線32が第3ビア配線60から延在する方向と反対側に、その方向と直交する方向に第3周囲短絡支持体62を設けた。

0090

図17(c)に示すように、動作周波数である3.5GHzにおいては、−40dB以下の反射特性を示し、伝送損失が顕著に低減されていることが分かる。

0091

(実施例7)
図18は、実施例7のSパラメータ特性を測定した際の第3周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるSパラメータ特性を示す。図18(a)は第3周囲短絡支持体の配置を示す斜視模式図であり、図18(b)は第3周囲短絡支持体の配置を示す側面模式図である。符号は、図11と同様の符号を付している。また、図18(c)は、実施例7におけるSパラメータ特性を示す。

0092

実施例7では、図18(a)及び(b)に示すように、第3側面短絡ピンを有さない点が実施例6と異なる。

0093

図18(c)に示すように、動作周波数である3.5GHzにおいては、−18dB程度の反射特性を示しており、実施例6と比較すると伝送損失が大幅に増加している。

0094

(実施例8)
図19は、実施例8のSパラメータ特性を測定した際の第3側面短絡ピンの配置の模式図と、この配置におけるSパラメータ特性を示す。図19(a)は第3側面短絡ピンの配置を示す斜視模式図であり、図19(b)は第3側面短絡ピンの配置を示す側面模式図である。符号は、図11と同様の符号を付している。また、図19(c)は、実施例8におけるSパラメータ特性を示す。

0095

実施例8では、図19(a)及び(b)に示すように、第3周囲短絡支持体を有さない点が実施例6と異なる。

0096

図19(c)に示すように、動作周波数である3.5GHzにおいては、−15dB程度の反射特性を示しており、実施例6と比較すると伝送損失が大幅に増加している。

0097

(実施例9)
図20は、実施例9のSパラメータ特性を測定した際の第3配線ビアの周囲を模式的に示した模式図と、Sパラメータ特性を示す。図20(a)は第3配線ビアの周囲の斜視模式図であり、図20(b)は第3配線ビアの周囲の側面模式図である。符号は、図11と同様の符号を付している。また、図20(c)は、実施例9におけるSパラメータ特性を示す。

0098

実施例9では、図20(a)及び(b)に示すように、第3側面短絡ピン及び第3周囲短絡支持体を有さない点が実施例6と異なる。

実施例

0099

図20(c)に示すように、動作周波数である3.5GHzにおいては、−12dB程度の反射特性を示しており、実施例6と比較すると伝送損失が大幅に増加している。

0100

1アンテナ装置
10アンテナ素子層
11 第1接地層
12アンテナ素子
13パッチアンテナ
14 支持部
20 第1トリプレート線路
21 第2接地層
21A 開口部
22アンテナ用給電線
22a給電部
22b伝送部
23 支持部
30 第2トリプレート線路
31 第3接地層
32外部接続用給電線
32a 給電部
32b 伝送部
33 支持部
40 第1ビア配線
50 第2ビア配線
51 第1側面短絡ピン
52 周囲短絡支持体
53 第1周囲短絡支持体
54 第2周囲短絡支持体
60 第3ビア配線
61 第3側面短絡ピン
62 第3周囲短絡支持体
70接続端子
R1 短絡支持体設置領域
R2 第2の短絡支持体設置領域

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