特許 6857793 キャビティ内共振器を伴うキャビティ付スロットアンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6857793

(24)【登録日】2021年3月25日

(45)【発行日】2021年4月14日

(54)【発明の名称】キャビティ内共振器を伴うキャビティ付スロットアンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/10 20060101AFI20210405BHJP

   H01Q 1/50 20060101ALI20210405BHJP

【ＦＩ】

   H01Q13/10

   H01Q1/50

【請求項の数】16

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2020-535506(P2020-535506)

(86)(22)【出願日】2018年12月26日

(65)【公表番号】特表2021-507642(P2021-507642A)

(43)【公表日】2021年2月22日

(86)【国際出願番号】IL2018051395

(87)【国際公開番号】WO2019130305

(87)【国際公開日】20190704

【審査請求日】2020年8月21日

(31)【優先権主張番号】15/853,996

(32)【優先日】2017年12月26日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】518352396

【氏名又は名称】バヤール イメージング リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】チャヤット， ナフタリ

(72)【発明者】

【氏名】コーエン， ドロン

【審査官】 赤穂 美香

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１４９７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１８／２２１４０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−１２７７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５４７１１８１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１２７６６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２３８７９３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ １３／１０

Ｈ０１Ｑ １／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

平面基板のための無線周波数（ＲＦ）アンテナであって、前記アンテナは、
前記平面基板内の誘電材料と、
前記平面基板内の複数の導電性層と、
前記平面基板内のキャビティであって、前記キャビティは、前記誘電材料の一部を包含し、前記導電性層の一部によって、かつ、前記導電性層の電気的に相互接続された部分から形成される垂直側壁によって、境界される、キャビティと、
前記アンテナをＲＦ回路に電磁気的に結合させるためのアンテナ給電部と、
前記アンテナを外部ＲＦ場に電磁気的に結合させるための、前記キャビティの中の放射スロットと、
少なくとも２つの伝送線路共振器であって、前記少なくとも２つの伝送線路共振器は、前記少なくとも２つの伝送線路共振器が、それぞれ、異なる導電性層内に据え付けられるように、前記キャビティ内に配置される、少なくとも２つの伝送線路共振器と
を備え、
前記伝送線路共振器のうちの少なくとも１つは、前記アンテナ給電部に電磁気的に結合され、
前記伝送線路共振器のうちの少なくとも１つは、前記キャビティに電磁気的に結合され、
前記伝送線路共振器のうちの少なくとも２つは、相互に電磁気的に結合される、ＲＦアンテナ。

【請求項2】

前記放射スロットは、
線形スロットと、
Ｉ字形スロットと、
蝶ネクタイ形状スロットと
から成る群から選択される、請求項１に記載のＲＦアンテナ。

【請求項3】

前記伝送線路共振器のうちの少なくとも１つは、
短絡／開路型均一共振器と、
短絡／開路型ステップインピーダンス共振器と、
短絡／開路型テーパ状共振器と、
開路／開路型均一共振器と、
開路／開路型ステップインピーダンス共振器と、
開路／開路型テーパ状共振器と
から成る群から選択される、請求項１に記載のＲＦアンテナ。

【請求項4】

前記アンテナ給電部は、
ガルバニック接続と、
容量結合と
から成る群から選択される接続によって、前記アンテナを前記ＲＦ回路に電磁気的に結合させる、請求項１に記載のＲＦアンテナ。

【請求項5】

前記平面基板は、プリント回路基板（ＰＣＢ）であり、前記導電性層は、メタライゼーション層である、請求項１に記載のＲＦアンテナ。

【請求項6】

メタライゼーション層は、前記ＰＣＢ内の複数のビアによって相互接続される、請求項５に記載のＲＦアンテナ。

【請求項7】

前記平面基板は、集積回路（ＩＣ）内にある、請求項１に記載のＲＦアンテナ。

【請求項8】

前記少なくとも２つの共振器は、所定の水平な重複部を有し、相互に対して平行である、請求項１に記載のＲＦアンテナ。

【請求項9】

前記所定の水平な重複部は、前記少なくとも２つの共振器間の結合係数を調節する、請求項８に記載のＲＦアンテナ。

【請求項10】

平面基板のための無線周波数（ＲＦ）アンテナであって、前記アンテナは、
前記平面基板内の誘電材料と、
前記平面基板内の複数の導電性層と、
前記平面基板内の少なくとも２つのキャビティであって、各キャビティは、前記誘電材料の一部を包含し、２つの異なる導電性層の個別の部分によって、上部および底部において水平に境界され、かつ、前記導電性層の電気的に相互接続された部分から形成される垂直側壁によって、全ての側面において垂直に境界される、少なくとも２つのキャビティと、
前記アンテナをＲＦ回路に電磁気的に結合させるためのアンテナ給電部と、
前記アンテナを外部ＲＦ場に電磁気的に結合させるための、前記少なくとも２つのキャビティのうちの１つの中の放射スロットと、
前記キャビティの少なくとも１つの他のもの内に配置される少なくとも１つの伝送線路共振器と
を備え、
前記キャビティは、前記平面基板内に垂直に積み重ねられ、
各キャビティは、前記少なくとも２つのキャビティのうちの別のキャビティに垂直に隣接し、
各キャビティは、隣接するキャビティと共通の導電性層を共有し、
各共通の導電性層は、その中に、キャビティをその前記隣接するキャビティに電磁気的に結合させるスロットを配置し、
前記伝送線路共振器のうちの少なくとも１つは、前記アンテナ給電部に電磁気的に結合され、
前記伝送線路共振器のうちの少なくとも１つは、前記キャビティのうちの１つに電磁気的に結合される、ＲＦアンテナ。

【請求項11】

前記放射スロットは、
線形スロットと、
Ｉ字形スロットと、
蝶ネクタイ形状スロットと
から成る群から選択される、請求項１０に記載のＲＦアンテナ。

【請求項12】

伝送線路共振器は、
短絡／開路型均一共振器と、
短絡／開路型ステップインピーダンス共振器と、
短絡／開路型テーパ状共振器と、
開路／開路型均一共振器と、
開路／開路型ステップインピーダンス共振器と、
開路／開路型テーパ状共振器と
から成る群から選択される、請求項１０に記載のＲＦアンテナ。

【請求項13】

前記アンテナ給電部は、
ガルバニック接続と、
容量結合と
から成る群から選択される接続によって、前記アンテナを前記ＲＦ回路に電磁気的に結合させる、請求項１０に記載のＲＦアンテナ。

【請求項14】

前記平面基板は、プリント回路基板（ＰＣＢ）であり、前記導電性層は、メタライゼーション層である、請求項１０に記載のＲＦアンテナ。

【請求項15】

メタライゼーション層は、前記ＰＣＢ内の複数のビアによって相互接続される、請求項１４に記載のＲＦアンテナ。

【請求項16】

前記平面基板は、集積回路（ＩＣ）内にある、請求項１０に記載のＲＦアンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（分野）
本発明は、無線周波数アンテナに関し、より具体的には、通信、レーダおよび方向探知、ならびにマイクロ波撮像技術において採用されるキャビティ付スロットアンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

（背景）
アンテナは、ＲＦ回路と環境との間でインターフェースをとる、通信、レーダ、および方向探知システムにおける重要なコンポーネントである。ＲＦ回路は、多くの場合、プリント回路基板（ＰＣＢ）技術を使用して製造され、多数の工学的および商業的利点が、回路と同一のプリント回路基板上に直接ＲＦアンテナを統合させることによって実現される。そうすることは、製品の品質、信頼性、および形状因子上の小型性を改良する一方で、同時に、加工ステップ、コネクタ、および機械的支持部を排除することによって製造コストを低減させる。

【0003】

ＰＣＢに対して垂直に放射するマイクロストリップパッチアンテナと、ＰＣＢに対して垂直に両方向に放射するスロットアンテナと、ＰＣＢの表面に対して平行に放射するプリントされたビバルディアンテナならびに八木アンテナとを含む種々のＰＣＢアンテナが、存在する。キャビティ付アンテナも同様に、特に、より高い周波数で、ＰＣＢ技術において実装された。これらのアンテナは、動作周波数の約半波長の寸法を有し、より低い周波数において、相当のＰＣＢ面積を消費する。

【0004】

しかしながら、接地面への近接近性のため、ＰＣＢ ＲＦアンテナは、典型的には狭帯域応答を有し、これは、３．１〜１０．６ＧＨｚ帯域またはさらに６〜８．５ＧＨｚの下位帯域における超広帯域（ＵＷＢ）動作等のための広帯域性能が、必要とされているときに、不利である。付加的な着目用途は、５７〜７１ＧＨｚ（「６０ＧＨｚ」）のＩＳＭ帯域のミリ波帯域、７１〜７６ＧＨｚおよび８１〜８６ＧＨｚの通信帯域、ならびに７６〜８１ＧＨｚの自動車レーダ帯域である。これらの帯域またはそれらの組み合わせを網羅することは、大きい比帯域幅を伴うアンテナを必要とする。

【0005】

したがって、向上された帯域幅と、改良された広帯域整合特性とを伴うＰＣＢアンテナを有することが、望ましい。この目標は、本発明の実施形態によって充足される。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

（要旨）
本発明の実施形態によるアンテナは、プリント回路基板、集積回路、または類似する基板等の平面基板内の少なくとも１つのキャビティと、放射スロットと、信号ポートがストリップ共振器に結合されるようにキャビティ内に据え付けられる少なくとも１つのストリップ共振器とを含む。キャビティ内にストリップ共振器を位置付けることは、空間を節約し、キャビティに対するさらなる体積および厚さを可能にする一方で、アンテナの効率ならびに汎用性を高める。本発明の実施形態は、それによって、改良された小型性の形状因子と、改良された帯域幅特性との両方を伴う、ＰＣＢおよび他の平面基板のためのアンテナを提供する。

【0007】

本発明の実施形態による非限定的実施例は、６〜８．５ＧＨｚ帯域を網羅する、厚さ１．６ｍｍのＦＲ４基板上のＰＣＢアンテナと、５７〜９０ＧＨｚ帯域を網羅する、厚さ１ｍｍのＰＣＢアンテナ上のアンテナとを含む。

【0008】

本明細書における用語「平面基板」は、その表面が実質的にある平面内に置かれる基板を示し、これは、任意に「水平」面と称される。付随の図面内の座標系の凡例を参照すると、水平面は、ｘ−ｙ平面として示され、垂直方向は、それに直交し、ｚ方向として示される。幅および長さの程度は、水平なｘ−ｙ平面内に表現され、高さ、奥行、および厚さの程度は、ｚ方向に表現される。本発明の種々の実施形態では、基板の水平面内の寸法（すなわち、その長さおよび幅）は、その垂直方向の寸法（すなわち、その厚さ）より実質的に大きい。本発明のある実施形態では、平面基板は、ＰＣＢであり、他の実施形態では、平面基板は、集積回路基板である。プリント回路基板に関連する実施形態の本明細書における説明および図は、例証的かつ例示的な目的のためのものであり、非限定的であることを理解されたい。プリント回路基板技術に基づく実施形態の動作原理は、多くの場合、集積回路技術等の他の技術に基づく実施形態にも適用可能である。

【0009】

本発明の実施形態によると、平面基板は、誘電材料から形成され、基板の平面に対して略平行な基板内で水平に延在する導電性層を包含する。ＰＣＢ内では、導電性層は、典型的には、メタライゼーション層である。

【0010】

本発明の実施形態によると、平面基板内のキャビティは、基板の誘電材料の一部を包含する容積領域であり、平面基板の導電性層の一部によって実質的に境界され、電磁場のための無線周波数（ＲＦ）キャビティを形成する。ある実施形態では、キャビティの水平な境界は、水平な導電性層の一部を含む。ＰＣＢ使用に関連するもの等のある実施形態では、キャビティの垂直の境界は、隣接する水平なメタライゼーション層間の垂直電気相互接続（例えば、ビア）によって形成される。

【0011】

本発明によるアンテナの実施形態は、伝送能力と、受信能力との両方を含むことを理解および認識されたい。伝送のためのアンテナの励起が詳述される本明細書の説明では、これは、非限定的であり、同一のアンテナはまた、受信も可能であることを理解されたい。同様に、受信の場合では、同一のアンテナはまた、伝送も可能である。したがって、例えば、（本明細書では、「放射スロット」としても示される）「放射スロット開口」は、出射電磁放射線を伝送することに加えて、入射電磁放射線を受信することも可能であることを理解されたい。特に、本発明の種々の実施形態は、単一のアンテナが信号の伝送および受信の両方に対処することができるレーダにおける使用に適している。

【0012】

本発明の種々の実施形態は、限定ではないが、線形スロット、Ｉ字形（またはＨ字形）スロット、および蝶ネクタイ形状スロットを含む放射スロットのための異なる形状を特徴とする。

【0013】

本発明の実施形態による共振伝送線路要素は、キャビティ内に置かれ、種々の境界条件を有する。いくつかの実施形態では、伝送線路共振器は、両端において開放しており、他の実施形態では、伝送線路共振器は、一端において開放し、他端において接地に短絡される。

【0014】

関連実施形態では、放射スロットは、その中に配置される２つの伝送線路共振器を有するキャビティによって裏打ちされている。第１の伝送線路共振器は、ＲＦ回路によって給電ラインを介して励起され、第２の伝送線路共振器は、第１の伝送線路共振器への電磁気結合によって励起される。キャビティは、主に、第２の共振器によって励起され、アンテナの放射スロットは、主に、キャビティ内の場によって励起される。

【0015】

別の関連実施形態は、２つのキャビティ間に結合スロットを伴う２つの垂直に積み重ねられたキャビティを特徴とする。上側キャビティは、その上面内に放射スロットを含み、下側キャビティは、給電ラインによって駆動される半波開路／開路型共振器を含む。（この非限定的実施形態では、上側キャビティは、放射キャビティであり、上向きに放射する。構成を回転させることによって、当然ながら、用語「上側」および「下側」は、置き換えられ、アンテナは、下向きに放射する。）

【0016】

したがって、本発明のある実施形態によると、平面基板のための無線周波数（ＲＦ）アンテナが提供され、アンテナは、（ａ）平面基板内の誘電材料と、（ｂ）平面基板内の複数の導電性層と、（ｃ）平面基板内のキャビティであって、キャビティは、誘電材料の一部を包含し、導電性層の一部によって、かつ、導電性層の電気的に相互接続された部分から形成される垂直側壁によって、境界される、キャビティと、（ｄ）アンテナをＲＦ回路に電磁気的に結合させるためのアンテナ給電部と、（ｅ）アンテナを外部ＲＦ場に電磁気的に結合させるための、キャビティの中の放射スロットと、（ｆ）キャビティ内に配置される少なくとも２つの伝送線路共振器とを含み、（ｇ）伝送線路共振器のうちの少なくとも１つが、アンテナ給電部に電磁気的に結合され、伝送線路共振器のうちの少なくとも１つが、キャビティに電磁気的に結合される。

【0017】

加えて、本発明の別の実施形態によると、平面基板のための無線周波数（ＲＦ）アンテナもまた提供され、アンテナは、（ａ）平面基板内の誘電材料と、（ｂ）平面基板内の複数の導電性層と、（ｃ）平面基板内の少なくとも２つのキャビティであって、各キャビティは、誘電材料の一部を包含し、導電性層の一部によって、かつ、導電性層の電気的に相互接続された部分から形成される垂直側壁によって、境界される、少なくとも２つのキャビティと、（ｄ）アンテナをＲＦ回路に電磁気的に結合させるためのアンテナ給電部と、（ｅ）アンテナを外部ＲＦ場に電磁気的に結合させるための、キャビティのうちの１つの中の放射スロットと、（ｆ）キャビティのうちの少なくとも１つの中に配置される少なくとも１つの伝送線路共振器とを含み、（ｇ）キャビティは、平面基板内に垂直に積み重ねられ、各キャビティは、少なくとも２つのキャビティのうちの別のキャビティに垂直に隣接し、（ｈ）各キャビティは、隣接するキャビティと共通の導電性層を共有し、（ｉ）各共通の導電性層は、その中に、キャビティをその隣接するキャビティに電磁気的に結合させるスロットを配置し、（ｊ）伝送線路共振器のうちの少なくとも１つは、アンテナ給電部に電磁気的に結合され、（ｋ）伝送線路共振器のうちの少なくとも１つは、キャビティのうちの１つに電磁気的に結合される。

【0018】

また、本発明のさらなる実施形態によると、加えて、平面基板のための無線周波数（ＲＦ）アンテナも提供され、アンテナは、（ａ）平面基板内の誘電材料と、（ｂ）平面基板内の複数の導電性層と、（ｃ）平面基板内の単一のキャビティであって、キャビティは、誘電材料の一部を包含し、導電性層の一部によって、かつ、導電性層の電気的に相互接続された部分から形成される垂直側壁によって、境界される、キャビティと、（ｄ）アンテナをＲＦ回路に電磁気的に結合させるためのアンテナ給電部と、（ｅ）アンテナを外部ＲＦ場に電磁気的に結合させるための、キャビティの中の放射スロットと、（ｆ）キャビティ内に配置される単一の伝送線路共振器とを含み、（ｇ）伝送線路共振器は、アンテナ給電部に電磁気的に結合され、（ｈ）伝送線路共振器は、キャビティに電磁気的に結合される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
平面基板のための無線周波数（ＲＦ）アンテナであって、前記アンテナは、
前記平面基板内の誘電材料と、
前記平面基板内の複数の導電性層と、
前記平面基板内のキャビティであって、前記キャビティは、前記誘電材料の一部を包含し、前記導電性層の一部によって、かつ、前記導電性層の電気的に相互接続された部分から形成される垂直側壁によって、境界される、キャビティと、
前記アンテナをＲＦ回路に電磁気的に結合させるためのアンテナ給電部と、
前記アンテナを外部ＲＦ場に電磁気的に結合させるための、前記キャビティの中の放射スロットと、
少なくとも２つの伝送線路共振器であって、前記少なくとも２つの伝送線路共振器は、前記少なくとも２つの伝送線路共振器が、それぞれ、異なる導電性層内に据え付けられるように、前記キャビティ内に配置される、少なくとも２つの伝送線路共振器と
を備え、
前記伝送線路共振器のうちの少なくとも１つは、前記アンテナ給電部に電磁気的に結合され、
前記伝送線路共振器のうちの少なくとも１つは、前記キャビティに電磁気的に結合され、
前記伝送線路共振器のうちの少なくとも２つは、相互に電磁気的に結合される、ＲＦアンテナ。
（項目２）
平面基板のための無線周波数（ＲＦ）アンテナであって、前記アンテナは、
前記平面基板内の誘電材料と、
前記平面基板内の複数の導電性層と、
前記平面基板内の少なくとも２つのキャビティであって、各キャビティは、前記誘電材料の一部を包含し、２つの異なる導電性層の個別の部分によって、上部および底部において水平に境界され、かつ、前記導電性層の電気的に相互接続された部分から形成される垂直側壁によって、全ての側面において垂直に境界される、少なくとも２つのキャビティと、
前記アンテナをＲＦ回路に電磁気的に結合させるためのアンテナ給電部と、
前記アンテナを外部ＲＦ場に電磁気的に結合させるための、前記少なくとも２つのキャビティのうちの１つの中の放射スロットと、
前記キャビティの少なくとも１つの他のもの内に配置される少なくとも１つの伝送線路共振器と
を備え、
前記キャビティは、前記平面基板内に垂直に積み重ねられ、
各キャビティは、前記少なくとも２つのキャビティのうちの別のキャビティに垂直に隣接し、
各キャビティは、隣接するキャビティと共通の導電性層を共有し、
各共通の導電性層は、その中に、キャビティをその前記隣接するキャビティに電磁気的に結合させるスロットを配置し、
前記伝送線路共振器のうちの少なくとも１つは、前記アンテナ給電部に電磁気的に結合され、
前記伝送線路共振器のうちの少なくとも１つは、前記キャビティのうちの１つに電磁気的に結合される、ＲＦアンテナ。
（項目３）
前記放射スロットは、
線形スロットと、
Ｉ字形スロットと、
蝶ネクタイ形状スロットと
から成る群から選択される、項目１に記載のＲＦアンテナ。
（項目４）
前記放射スロットは、
線形スロットと、
Ｉ字形スロットと、
蝶ネクタイ形状スロットと
から成る群から選択される、項目２に記載のＲＦアンテナ。
（項目５）
前記伝送線路共振器のうちの少なくとも１つは、
短絡／開路型均一共振器と、
短絡／開路型ステップインピーダンス共振器と、
短絡／開路型テーパ状共振器と、
開路／開路型均一共振器と、
開路／開路型ステップインピーダンス共振器と、
開路／開路型テーパ状共振器と
から成る群から選択される、項目１に記載のＲＦアンテナ。
（項目６）
伝送線路共振器は、
短絡／開路型均一共振器と、
短絡／開路型ステップインピーダンス共振器と、
短絡／開路型テーパ状共振器と、
開路／開路型均一共振器と、
開路／開路型ステップインピーダンス共振器と、
開路／開路型テーパ状共振器と
から成る群から選択される、項目２に記載のＲＦアンテナ。
（項目７）
前記アンテナ給電部は、
ガルバニック接続と、
容量結合と
から成る群から選択される接続によって、前記アンテナを前記ＲＦ回路に電磁気的に結合させる、項目１に記載のＲＦアンテナ。
（項目８）
前記アンテナ給電部は、
ガルバニック接続と、
容量結合と
から成る群から選択される接続によって、前記アンテナを前記ＲＦ回路に電磁気的に結合させる、項目２に記載のＲＦアンテナ。
（項目９）
前記平面基板は、プリント回路基板（ＰＣＢ）であり、前記導電性層は、メタライゼーション層である、項目１に記載のＲＦアンテナ。
（項目１０）
前記平面基板は、プリント回路基板（ＰＣＢ）であり、前記導電性層は、メタライゼーション層である、項目２に記載のＲＦアンテナ。
（項目１１）
メタライゼーション層は、前記ＰＣＢ内の複数のビアによって相互接続される、項目９に記載のＲＦアンテナ。
（項目１２）
メタライゼーション層は、前記ＰＣＢ内の複数のビアによって相互接続される、項目１０に記載のＲＦアンテナ。
（項目１３）
前記平面基板は、集積回路（ＩＣ）内にある、項目１に記載のＲＦアンテナ。
（項目１４）
前記平面基板は、集積回路（ＩＣ）内にある、項目２に記載のＲＦアンテナ。
（項目１５）
前記少なくとも２つの共振器は、所定の水平な重複部を有し、相互に対して平行である、項目１に記載のＲＦアンテナ。
（項目１６）
前記所定の水平な重複部は、前記少なくとも２つの共振器間の結合係数を調節する、項目１５に記載のＲＦアンテナ。

【図面の簡単な説明】

【0019】

開示される主題は、以下の詳細な説明を参照し、付随の図面とともに熟読されることによって最も深く理解され得る。

【0020】

【図1】図１は、本発明のある実施形態による、２つのキャビティ内伝送線路共振器によって給電される、ＰＣＢ内のキャビティ付スロットアンテナの等角図である。

【0021】

【図2】図２は、本発明の実施形態による、アンテナスロット形状の種々の非限定的実施例を図示する。

【0022】

【図3】図３は、本発明の実施形態による、キャビティ内開路／開路型伝送線路共振器形状の種々の非限定的実施例を示す。

【0023】

【図4】図４は、本発明の実施形態による、キャビティ内短絡／開路型伝送線路共振器形状の種々の非限定的実施例を示す。

【0024】

【図5】図５は、本発明の実施形態による、共振器のＸ−Ｙ平面内の相対位置を図示する。

【0025】

【図6】図６は、本発明の実施形態による、開路／開路型キャビティ内伝送線路共振器によって給電される、ＰＣＢ上のキャビティ付スロットアンテナの等角図である。

【0026】

【図7】図７は、本発明の実施形態による、２つの垂直に重ねられたスロット結合キャビティを有する、ＰＣＢ上のキャビティ付スロットアンテナの等角図である。

【0027】

【図8】図８は、本発明のある実施形態による、二重偏波および円偏波のためのスロット形状を図示する。

【0028】

【図9】図９は、本発明の他の実施形態による、二重偏波および円偏波のための伝送線路共振器形状を図示する。

【0029】

例証の単純化および明確化のために、図に示される要素は、必ずしも縮尺通りに描かれておらず、いくつかの要素の寸法は、他の要素に対して誇張され得る。加えて、参照番号が、対応または類似する要素を示すために複数の図面間で繰り返され得る。

【0030】

図示される要素の配向を定義するために、図面は、個別の適用可能な座標系基準を示す。それに沿って共振器が据え付けられる方向は、本明細書では、共振器の「長さ」を参照して、「ｘ」方向として示され、それに沿って放射スロットが据え付けられる方向は、本明細書では、スロットの「幅」を参照して、「ｙ」方向として示され、それに沿ってＰＣＢ層が据え付けられる方向は、本明細書では、ＰＣＢ層に対する要素の「高さ」または「奥行」を参照して、「ｚ」方向として示される。

【発明を実施するための形態】

【0031】

（詳細な説明）
図１は、本発明のある実施形態による、ＰＣＢ内のＲＦキャビティ付スロットアンテナ１００の等角図である。ＰＣＢの上面（その一部のみが、示されている）は、メタライズされ、接地面１１０を形成する。ＰＣＢの底部表面１１２もまた、メタライズされている。スロットが、接地面１１０内にエッチングされ、示されるように、ｚ方向に伝送される照射を伴う放射スロット１２０を形成する。スロット１２０は、側壁１３０、１３１、１４０、および１４１（上面接地面１１０とのその交差部分が破線として示される）と上面１１０と底部表面１１２とによって形成されるキャビティによって裏打ちされ、その全てが、導電性を有する。キャビティは、ＰＣＢ基板材料によって形成される誘電体で充填される。キャビティ側壁１３０、１３１、１４０、および１４１は、典型的には、垂直の「ビア」正孔（すなわち、ＰＣＢのメタライゼーション層を相互接続するメタライズされた側壁を伴う正孔）によって加工される。図１の実施形態では、２つのキャビティ内共振器（すなわち、ステップインピーダンス開路／開路型伝送線路共振器）１５０と、（端部１６１において側壁１３０に短絡され、端部１６２において開路される）「短絡／開路型」伝送線路共振器１６０が、存在する。共振器１５０および１６０は、それぞれ、ＰＣＢ内部メタライゼーション層１１３および１１４内に据え付けられる。共振器１６０は、本明細書に説明されるように、本発明の付加的実施形態による種々の方法で、点１６３において共振器１６０に接続されるＲＦ源１７０によって駆動される。（ＲＦ回路は、図に示されていない。）

【0032】

図２は、本発明のいくつかの実施形態による、接地面２１０を伴う（破線として示される）交差部分２３０を有するキャビティの上方のＰＣＢ接地面２１０内の放射スロットの構成を図示し、図２（ａ）は、線形スロット２２０を示し、図２（ｂ）は、Ｉ字形（またはＨ字形）スロット２２２を示し、図２（ｃ）は、蝶ネクタイ形状スロット２２４を示す。これらの実施形態は、他の形状もまた可能性として考えられるため、非限定的である。

【0033】

図２（ｄ）、図２（ｅ）、および図２（ｆ）は、キャビティ中心からオフセットされた上記のスロットの異形物を示す。図２（ｄ）は、オフセットされた線形スロット２２１を示し、図２（ｅ）は、オフセットされたＩ字形スロット２２３を示し、図２（ｆ）は、オフセットされた蝶ネクタイ形状スロット２２５を示す。上記に記載されるように、付加的なオフセット形状もまた、可能性として考えられる。

【0034】

スロットの片側上のメタライゼーション部２４０およびスロットの他方側上のメタライゼーション部２５０は、本明細書では「フラップ」として示され、２つの部分キャビティを画定する。キャビティの奥行が、キャビティの長さに対して小さいとき、フラップは、２つの「短絡／開路型」共振器を画定する。スロットが中心からオフセットされた実施形態では、フラップ２４１および２５１は、異なる共振周波数を有する。周波数のこの分離は、アンテナのさらなる広帯域化を可能にする。

【0035】

図３は、本発明のいくつかの実施形態による、接地面３１０によって囲繞されるＰＣＢキャビティ３３０内の中間の「開路／開路型」共振器の構成を図示する。図３（ａ）は、開回路側３５０と、開回路側３５１とを有する線形共振器３５２を図示し、図３（ｂ）は、開回路側３５３と、開回路側３５５とを有するステップインピーダンスダンベル形状共振器３５４を図示し、図３（ｃ）は、開回路側３５７と、開回路側３５８とを有するテーパ状のインピーダンス蝶ネクタイ形状共振器３５６を図示する。これらの実施形態は、他の形状もまた可能性として考えられるため、非限定的である。

【0036】

（共振器３５４等の）ステップインピーダンス共振器が、典型的には、キャビティ内でのより良好な嵌合のために、共振器を物理的に短くするために使用される。図３では、接地面３１０は、キャビティ内３３０に包含される「開路／開路型」共振器を有する。個別の共振器の２つの側面は、「１／４波」区分を形成し、これは、典型的な場合では、それぞれ、図２のフラップ２４１および２５１に結合される。共振器とスロットとの間の結合量は、共振器が据え付けられる高さによっておよびその幅によって制御される。スロットが、長さの中心からオフセットされることができることと同様に、共振器もまた、片側とフラップ２４１および他方側とフラップ２５１との相対結合量が制御されることができるように、そのようにオフセットされることができる。前述に記載されるように、オフセット構成を使用することの影響および利点が、下記に開示される。

【0037】

図４は、本発明のいくつかの実施形態による、接地面４１０によって囲繞されるＰＣＢキャビティ４３０内の被駆動要素として典型的には使用される「短絡／開路型」共振器の構成を図示する。図４（ａ）は、接地面４１０への短絡接続部４６１を有する線形共振器４６０を図示し、図４（ｂ）は、接地面４１０への短絡接続部４６３を有するステップインピーダンス共振器４６２を図示し、図４（ｃ）は、接地面４１０への短絡接続部の代わりに役割を果たす容量性スタブ４６５を有するステップインピーダンス共振器４６４を図示する。図４（ｃ）の構成は、接地面４１０とのガルバニック（直流）接触が回避されるべきである場合、有益である。これらの実施形態は、他の形状もまた可能性として考えられるため、非限定的である。

【0038】

図４では、共振器は、典型的には、キャビティ縁に近接し、４（ａ）および４（ｂ）では、共振器は、図４の共振器と図３の「開路／開路型」共振器の側面のうちの１つとがともに１／４波結合区分に近似するように、キャビティ縁に直流的に接続される。図４の「短絡／開路型」共振器と図３の「開路／開路型」共振器との間の結合量は、共振器が据え付けられる個別の高さによっておよびそれらの個別の幅によって制御される。

【0039】

図５は、アンテナの構成要素の相対的設置を図示するための、図１のアンテナの平面図を示す。図５は、接地面１１２が除去された状態で底面側からのアンテナを示す。中間の共振器１５０は、側面１５１および１５２が、それぞれ、スロット１２０の２つの側面フラップ１２１および１２２の下に延在するように、スロット１２０を横断して延在する。伝送線路共振器１５０は、ｘ−ｙ平面内のそれらの重複部に照らして、「短絡／開路型」共振器１６０に結合される。共振器１６０は、側壁１３０への短絡接続部１６１を有する。共振器間の結合係数は、接地面１１２の上方のそれらの個別の高さ（図５に図示せず）、共振器間のｚ方向の間隔、それらのｘ方向の重複量、およびそれらのｙ方向の幅によって判定される。典型的には、共振器の高さは、共振器の寸法および重複量が、アンテナ内の共振器間の結合係数を調節するように修正されるように、ＰＣＢ製造技術の制約（層の「積み重ね」）の中で選定される。共振器１６０に沿った給電点１７１の場所は、共振器１６０への結合係数を判定する。結合係数の全体的なセットが、アンテナの周波数応答を判定し、着目周波数範囲にわたって均一な応答を提供するように選定される。

【0040】

図６は、本発明の別の実施形態によるアンテナ６００を示し、キャビティは、入力源６７０によって直接駆動される１つの「開路／開路型」共振器６５０のみを包含する。アンテナ６００は、アンテナ内のフィルタの次数を低減させる犠牲を伴って、より単純なＰＣＢの積み重ねを可能にする。

【0041】

図７は、本発明のある実施形態による、アンテナ７００を図示し、２つの垂直に積み重ねられたＰＣＢキャビティ（すなわち、側壁７３０、７３１、７４０、および７４１を有する上側キャビティ７２５（破線として示される）、および、側壁７３２、７３３、７４２および７４３を有する下側キャビティ７２７（破線として示される））が、存在する。下側キャビティ７２７は、両方のキャビティに共通である表面７１２内のスロット７２２を通して、上側キャビティ７２５に結合される。上面７１０は、放射スロット７２０を含有する。下側キャビティ７２７は、その中に、下側キャビティ７２７に結合する「短絡／開路型」共振器７６０を包含する。アンテナ７００が、フィルタ構造を形成し、伝送線路共振器７６０、下側キャビティ７２７、および上側キャビティ７２５が、縦に並んで結合され、広帯域応答を達成する。

【0042】

上下に重なる２つのＰＣＢキャビティを伴うアンテナ７００は、特に、１つの目的が高い表面密度で複数のアンテナをパッキングすることであるアンテナアレイに適用可能である。これは、同一平面内で側方に変位されかつそれによって過剰なＰＣＢ表面積を消費する付加的なＳＩＷ（表面集積導波管）共振器に結合されるＳＩＷアンテナ等の現行の技術より有利である。

【0043】

本発明の実施形態によるキャビティ内伝送線路共振器は、典型的には、パッチアンテナと対照的に、長さ寸法に対して狭い幅寸法を有する。本発明のキャビティ要素の目的は、放射することではなく、むしろ、キャビティとスロットとの組み合わせを放射するためのエネルギーを結合させることである。

【0044】

本発明の関連実施形態によると、伝送線路共振器は、前述に議論されるように、キャビティの中心からｙ方向にオフセットされ、有利には、共振器とキャビティとの間の結合係数を改変する。

【0045】

本発明の別の実施形態では、（図１の共振器１５０および１６０等の）伝送線路共振器が、共振器がブロードサイド結合されるのではなく側面結合されるように、キャビティ内の同一の高さに横並びに設置される。

【0046】

ＰＣＢ技術を対象とした上記の説明に関して前述に記載されるように、本発明の実施形態はまた、集積回路上のＬＴＣＣ（低温共焼成セラミック）および高周波数アンテナの他の実装等の複数の誘電体層および種々の形態の導電性層を特徴とする他の技術にも適用可能であることが、当業者によって理解される。

【0047】

本発明の実施形態がまた二重および円偏波アンテナにも適応可能であることもまた、当業者によって理解される。キャビティおよびスロットをｘおよびｙ寸法の両方に共振させることによって、および、キャビティ内伝送線路共振器に２つ以上の共振モードを支援させることによって、アンテナは、複数の偏波に関して機能することができる。図８（ａ）は、「＋」形状を伴うスロット８２０を図示し、図８（ｂ）は、「×」形状を伴うスロット８２４を図示し、これらは、「ｘ」および「ｙ」方向の両方の共振モードを有する。共振は、相対的寸法に従って、同一または異なる周波数になることができる。図９（ａ）は、ともに「ｘ」および「ｙ」偏波の両方における共振を支援する共振器９５１および直交して配向された共振器９５２を図示し、図９（ｂ）は、２つの共振モードを支援する「＋」形状の共振器９５４を図示する。別の実施形態では、別個の給電共振器が、偏波毎に使用され、さらなる実施形態では、単一の給電部が、両方の偏波に結合するために使用される。上記に言及される特徴は、アンテナにおいて使用されることができ、アンテナは、限定ではないが、２つの給電点を伴う同一の周波数帯域における二重偏波アンテナ、２つの給電点を伴う異なる（かつ可能性として重複する）周波数帯域を伴う二重偏波アンテナ、二重偏波二重自己ダイプレクシング帯域アンテナ、２つの偏波内の共振周波数の周波数をずらすことによる円偏波アンテナ、２つの偏波の９０度給電による円偏波アンテナ、および、２つの偏波の直交ハイブリッドベースの給電による二重円偏波アンテナを含む。

【0048】

本発明の実施形態が、自由空間または誘電体媒体の中への放射のためだけではなく、これらの実施形態を導波管ランチャとして使用するように、アンテナパラメータをそれに応じて調節することによって、導波管の中に放射するためにも適用可能であることが、当業者によってさらに理解される。本発明による導波管ランチャのアレイは、例えば、大きい開口アレイ内のアンテナアレイ要素への複数の信号の低損失分布のために使用されることができる。

【0049】

付加的な非限定的実施例
付加的な非限定的実施例として、６〜８．５ＧＨｚ帯域を網羅するアンテナが、１０層のＦＲ４ベースの積み重ねを使用する厚さ１．６ｍｍのＰＣＢ上に実装される。アンテナは、中心において０．４ｍｍの間隙を有する蝶ネクタイ型スロットを伴う、長さ１０．５ｍｍ、幅１８ｍｍのキャビティを使用する。中間の開路／開路型共振器は、長さ９．９５ｍｍである。駆動される短絡／開路型共振器は、容量性スタブによって形成される仮想接地を使用し、接地へのガルバニック（直流）接続を回避する。キャビティ壁は、隣接するビアの高密度の列によって形成される。

【0050】

さらなる非限定的実施例として、５８〜８５ＧＨｚ帯域を網羅するアンテナは、上側キャビティを伴う２つの積み重ねられたキャビティを特徴とし、上側キャビティは、寸法が長さ１．８５ｍｍ、幅２．６５ｍｍ、高さ０．７ｍｍであり、かつ、上面の大部分を占有するスロットを有する。キャビティ側壁は、ビアの列によって形成される。下側キャビティは、長さ０．９５ｍｍ、幅１．６５ｍｍ、および高さ０．３ｍｍである。下側キャビティ側壁は、ビアの列によって形成され、キャビティは、Ｉ字形スロットによって相互接続される。下側キャビティは、長さ０．３ｍｍおよび幅０．２ｍｍである短絡／開路型共振器によって励起される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】