特許 6972303 導波管アンテナ磁気電気的適合変換器

(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】6972303

(24)【登録日】2021年11月5日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】導波管アンテナ磁気電気的適合変換器

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/06 20060101AFI20211111BHJP

   H01P 3/12 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   H01Q13/06

   H01P3/12 100

【請求項の数】14

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2020-507086(P2020-507086)

(86)(22)【出願日】2017年8月9日

(65)【公表番号】特表2020-529798(P2020-529798A)

(43)【公表日】2020年10月8日

(86)【国際出願番号】EP2017070204

(87)【国際公開番号】WO2019029803

(87)【国際公開日】20190214

【審査請求日】2020年3月16日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002185

【氏名又は名称】ソニーグループ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ザオ，クン

(72)【発明者】

【氏名】イン，ジノン

【審査官】 白井 亮

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／１７８６０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０８−１４８９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１０４１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／１１１１０７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／０４７６５８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ １３／０６

Ｈ０１Ｐ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多層回路基板（１１０、２３０）の第１水平導電層（１２１）と、前記多層回路基板（１１０）の第２水平導電層（１２２）と、前記第１導電層（１２１）と前記第２導電層（１２２）の間に延在する導電ビア（１２３、１２４）により形成される垂直側壁とによって形成される導波管（１２０）と、
前記導波管（１２０）の一端における平行板共振器（１５０）であって、前記第１導電層（１２１）に隣接する第１水平導電板（１５１）および前記第２導電層（１２２）に隣接する第２水平導電板（１５２）により前記多層回路基板（１１０、２３０）内に形成される平行板共振器（１５０）と、
前記第１導電板（１５１）および前記第２導電板（１５２）の一方から前記第１導電板（１５１）および前記第２導電板（１５２）の他方に向かって延在する少なくとも１つの導電ビア（１５５、１５６）と、
を備え、
前記少なくとも１つの導電ビア（１５５、１５６）の垂直高さは、前記第１導電板（１５１）と前記第２導電板（１５２）の間の垂直距離に満たない、アンテナ（１００、２１０）。

【請求項2】

前記第１導電板（１５１）および前記第２導電板（１５２）の一方から前記第１導電板（１５１）および前記第２導電板（１５２）の他方に向かって延在する複数の導電ビア（１５５、１５６）を備え、
前記複数の導電ビア（１５５、１５６）の垂直高さは、前記第１導電板（１５１）と前記第２導電板（１５２）の間の垂直距離に満たない、請求項１に記載のアンテナ（１００、２１０）。

【請求項3】

前記第１導電板（１５１）から前記第２導電板（１５２）に向かって延在する少なくとも１つの第１導電ビア（１５５）と、
前記第２導電板（１５２）から前記第１導電板（１５１）に向かって延在する少なくとも１つの第２導電ビア（１５６）と、
を備え、
前記少なくとも１つの第１導電ビア（１５５）および前記少なくとも１つの第２導電ビア（１５６）の垂直高さは、前記第１導電板（１５１）と前記第２導電板（１５２）の間の垂直距離に満たない
請求項１または２に記載のアンテナ（１００、２１０）。

【請求項4】

前記第１導電板（１５１）および／または前記第２導電板（１５２）から延在する前記複数の導電ビア（１５５、１５６）の配置は、前記導波管（１２０）の中心軸（ＣＡ）に対して対称である、請求項２または３に記載のアンテナ（１００、２１０）。

【請求項5】

前記平行板共振器（１５０）の前記第１導電板（１５１）に隣接する第１追加水平導電板（１６１）および前記平行板共振器（１５０）の前記第２導電板（１５２）の第２追加水平導電板（１６２）により前記多層回路基板（１１０）内に形成される追加平行板共振器（１６０）を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ（１００、２１０）。

【請求項6】

前記追加平行板共振器（１６０）の前記第１追加導電板（１６１）および前記第２追加導電板（１６２）の一方から前記追加平行板共振器（１６０）の前記第１追加導電板（１６１）および前記第２追加導電板（１６２）の他方に向かって延在する少なくとも１つの導電ビア（１６５、１６６）を備え、
前記少なくとも１つの導電ビア（１６５、１６６）の垂直高さは、前記第１追加導電板（１６１）と前記第２追加導電板（１６２）の間の垂直距離に満たない、請求項５に記載のアンテナ（１００、２１０）。

【請求項7】

前記追加平行板共振器（１６０）の前記第１追加導電板（１６１）および前記第２追加導電板（１６２）の一方から前記追加平行板共振器（１６０）の前記第１追加導電板（１６１）および前記第２追加導電板（１６２）の他方に向かって延在する複数の導電ビア（１６５、１６６）を備え、
前記複数の導電ビア（１６５、１６６）の垂直高さは、前記第１追加導電板（１６１）と前記第２追加導電板（１６２）の間の垂直距離に満たない、請求項６に記載のアンテナ（１００、２１０）。

【請求項8】

前記追加平行板共振器（１６０）の前記第１追加導電板（１６１）から前記第２追加導電板（１６２）に向かって延在する少なくとも１つの第１導電ビア（１６５）と、
前記追加平行板共振器（１６０）の前記第２追加導電板（１６２）から前記第１追加導電板（１６１）に向かって延在する少なくとも１つの第２導電ビア（１６６）と、
を備え、
前記少なくとも１つの第１導電ビア（１６５）および前記少なくとも１つの第２導電ビア（１６６）の垂直高さは、前記第１追加導電板（１６１）と前記第２追加導電板（１６２）の間の垂直距離に満たない、請求項６または７に記載のアンテナ（１００、２１０）。

【請求項9】

前記第１追加導電板（１６１）および／または前記第２追加導電板（１６２）から延在する前記複数の導電ビア（１６５、１６６）の配置は、前記導波管（１２０）の中心軸（ＣＡ）に対して対称である、請求項７または８に記載のアンテナ（１００、２１０）。

【請求項10】

前記追加平行板共振器（１６０）の前記第１追加導電板（１６１）および／または前記第２追加導電板（１６２）から延在する前記少なくとも１つの導電ビア（１６５、１６６）の垂直高さは、前記第１追加導電板（１６１）と前記第２追加導電板（１６２）の間の垂直距離に満たない、請求項６から９のいずれか一項に記載のアンテナ（１００、２１０）。

【請求項11】

前記アンテナ（１００、２１０）は、１ｍｍ超かつ３ｃｍ未満の波長を有する無線信号の送信用に構成される、請求項１から１０のいずれか一項に記載のアンテナ（１００、２１０）。

【請求項12】

前記アンテナ（１００、２１０）の帯域幅は少なくとも８ＧＨｚである、請求項１から１１のいずれか一項に記載のアンテナ（１００、２１０）。

【請求項13】

請求項１から１０のいずれか一項に記載の少なくとも１つのアンテナ（１００、２１０）と、
前記少なくとも１つのアンテナ（１００、２１０）を介して送信される通信信号を処理するように構成された少なくとも１つの処理装置（２４０）と、
を備える通信装置（２００）。

【請求項14】

前記多層回路基板（１１０、２３０）上に配置された無線フロントエンド回路（２２０）を備える、請求項１３に記載の通信装置（２００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンテナおよび該アンテナを備える通信装置に関する。

【背景技術】

【0002】

無線通信技術において、通信信号を伝達するためにさまざまな周波数帯が利用される。増大する帯域幅需要を満たすために、約１０ＧＨｚ〜約１００ＧＨｚの範囲における周波数に相当するミリ波長域の周波数帯も検討されている。例えば、ミリ波長域の周波数帯は、５Ｇ（第５世代）セルラー無線技術の候補として検討されている。しかしながら、そのような高い周波数の利用に伴って生じる課題として、その波長に合わせるためにアンテナの寸法を十分小さくする必要がある。さらに、十分な性能を実現するために、無線信号のさまざまな偏波をサポートする必要がある場合があり、また（例えば、アンテナアレイの形態の）複数のアンテナが、携帯電話、スマートフォン、または同様の通信装置などの小型通信装置において必要となる場合もある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

小さい寸法で実現でき垂直偏波を有する無線信号を送信することが可能なアンテナの１つの型式として、表面一体型導波管（Surface Integrated Waveguide：ＳＩＷ）アンテナがある。ＳＩＷアンテナの場合、他の回路と効率的に一体化することができる小型の導波管を形成するために、回路基板にプリントされた導電構造が用いられる。ＳＩＷアンテナは、例えば、M. Esquius-Morote他による「A Printed Transition for Matching Improvement of SIW Horn Antennas」、IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION、２０１３年４月、第６１巻、第４号に記載されている。しかし、５Ｇセルラー無線技術など、高い周波数の利用を必要とする応用分野にとって、これらのＳＩＷアンテナでは帯域幅が十分でないことがある。

【0004】

このため、好適な帯域幅を有する小型のアンテナが必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態によると、アンテナが提供される。アンテナは、多層回路基板の第１水平導電層と、多層回路基板の第２水平導電層と、第１導電層と第２導電層の間に延在する導電ビアにより形成される垂直側壁とによって形成される導波管を備える。さらに、アンテナは、導波管の一端に平行板共振器を備える。平行板共振器は、多層回路基板内に形成される。具体的には、平行板共振器は、第１導電層に隣接する第１水平導電板および第２導電層に隣接する第２水平導電板により形成される。さらに、アンテナは、第１導電板および第２導電板の一方から第１導電板および第２導電板の他方に向かって延在する少なくとも１つの導電ビアを備える。平行板共振器を用いて、アンテナの共振周波数をアンテナの所望の動作周波数範囲に適合させてもよい。第１導電板および／または第２導電板から延在する導電ビアを設けることにより、少なくとも８ＧＨｚ、一般的には１０ＧＨｚ以上の帯域幅といった、アンテナの拡大された帯域幅の実現が可能となる。

【0006】

実施形態によると、アンテナは、第１導電板および第２導電板の一方から第１導電板および第２導電板の他方に向かって延在する複数の導電ビアを備える。具体的には、アンテナは、第１導電板から第２導電板に向かって延在する少なくとも１つの第１導電ビアと、第２導電板から第１導電板に向かって延在する少なくとも１つの第２導電ビアとを備える。平行板共振器の第１導電板および／または第２導電板から延在する複数の導電を用いることにより、アンテナの放射パターンを所望の形状に調整することができる。例えば、導波管の中心軸に対して対称である、第１導電板および／または第２導電板から延在する複数の導電ビアの配置を用いることにより、アンテナのほぼ対称な放射パターンを得ることができる。

【0007】

実施形態によると、平行板共振器の第１導電板および／または第２導電板から延在する少なくとも１つの導電ビアの垂直高さは、第１導電板と第２導電板の間の垂直距離に満たない。このため、少なくとも１つの導電ビアは、第１導電板と第２導電板の間に導電路を形成しない。これにより、平行板共振器の所望の共振特性を維持しつつ、アンテナの帯域幅を効率的に拡大することができる。

【0008】

実施形態によると、アンテナは追加平行板共振器を備える。追加平行板共振器は、平行板共振器の第１導電板に隣接する第１追加水平導電板および平行板共振器の第２導電板に隣接する第２追加水平導電板により、多層回路基板内に形成される。このため、縦続の平行板共振器が導波管の一端に形成されてもよい。複数の平行板共振器を縦続接続することにより、アンテナの帯域幅をさらに拡大することができる。

【0009】

また、実施形態によると、アンテナは、追加平行板共振器の第１追加導電板および第２追加導電板の一方から追加平行板共振器の第１追加導電板および第２追加導電板の他方に向かって延在する、少なくとも１つの導電ビアを備える。第１追加導電板および／または第２追加導電板から延在する導電ビアを設けることにより、アンテナのさらに拡大された帯域幅の実現、および／または帯域幅の所望の範囲への調整が可能となる。

【0010】

実施形態によると、アンテナは、追加平行板共振器の第１追加導電板および第２追加導電板の一方から追加平行板共振器の第１追加導電板および第２追加導電板の他方に向かって延在する、複数の導電ビアを備える。具体的には、アンテナは、第１追加導電板から第２追加導電板に向かって延在する少なくとも１つの第１導電ビアと、第２追加導電板から第１追加導電板に向かって延在する少なくとも１つの第２導電ビアとを備えてもよい。追加平行板共振器の第１追加導電板および／または第２追加導電板から延在する複数の導電ビアを用いることにより、アンテナの放射パターンを所望の形状に調整することができる。例えば、導波管の中心軸に対して対称である、第１追加導電板および／または第２追加導電板から延在する複数の導電ビアの配置を用いることにより、アンテナのほぼ対称な放射パターンを得ることができる。

【0011】

実施形態によると、追加平行板共振器の第１追加導電板および／または第２追加導電板から延在する少なくとも１つの導電ビアの垂直高さは、第１追加導電板と第２追加導電板の間の垂直距離に満たない。このため、少なくとも１つの導電ビアは、第１導電板と第２導電板の間に導電路を形成しない。これにより、追加平行板共振器の所望の共振特性を維持しつつ、アンテナの帯域幅を効率的に拡大することができる。

【0012】

実施形態によると、アンテナは、１０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの範囲内の無線信号の周波数に対応する１ｍｍ超かつ３ｃｍ未満の波長を有する無線信号の送信用に構成される。

【0013】

さらなる実施形態によると、例えば、携帯電話、スマートフォン、または同様のユーザー装置の形態の通信装置が提供される。通信装置は、上記実施形態のいずれか１つに記載の少なくとも１つのアンテナを備える。さらに、通信装置は、少なくとも１つのアンテナを介して送信される通信信号を処理するように構成された少なくとも１つの処理装置を備える。また、通信装置は、アンテナの多層回路基板上に配置された無線フロントエンド回路を備えてもよい。

【0014】

以下に、添付の図面を参照しながら、本発明の上記およびさらなる実施形態について、より詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1A】図１Ａは、本発明の実施形態によるアンテナを模式的に示す斜視図である。

【図1B】図１Ｂは、アンテナの模式的断面図である。

【図2A】図２Ａは、アンテナの平行板共振器のモノポール構造の効果を説明するための斜視図である。

【図2B】図２Ｂは、モノポール構造を有する平行板共振器と同等の回路を模式的に示す図である。

【図3】図３は、アンテナの周波数特性を説明するためのグラフである。

【図4】図４は、アンテナの放射パターンを説明するための図である。

【図5】図５は、平行板共振器が複数のモノポール構造を含むアンテナの変形例を模式的に示す斜視図である。

【図6】図６は、図５のアンテナ変形例の放射パターンを説明するための図である。

【図7】図７は、縦続平行板共振器を有するアンテナの変形例を示す模式的断面図である。

【図8】図８は、図７のアンテナ変形例の周波数特性を説明するためのグラフである。

【図9】図９は、それぞれが複数のモノポール構造を含む縦続平行板共振器を有するアンテナの変形例を模式的に示す斜視図である。

【図10】図１０は、アンテナの平行板共振器の１つのプレートから延在する複数のモノポール構造を有するアンテナの変形例を模式的に示す斜視図である。

【図11】図１１は、本発明の実施形態による通信装置を模式的に示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、本発明の例示的実施形態をより詳細に説明する。当然のことながら、以下の説明は、本発明の原理を説明する目的のためだけに示すものであり、限定する意味合いで解釈されるものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の請求の範囲によってのみ定義され、以下に説明する例示的実施形態によって限定されるものではない。

【0017】

以下に説明する実施形態は、特にｃｍ／ｍｍの波長範囲における短波長の無線信号の送信用アンテナに関する。以下に説明するアンテナおよびアンテナ装置を、例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレットコンピューターなどの通信装置において利用してもよい。

【0018】

以下に説明する概念では、多層回路基板はパッチアンテナを形成するために用いられる。多層回路基板は、垂直方向に積み重ねられた複数の層を有する。多層回路基板の複数の層は、導電性の細長片のパターンで個々に構成されてもよい。特に、多層回路基板の異なる層に形成された導電性の細長片は、異なる層の導電性の細長片間に延在する導電ビアによって互いに接続され、導波管および該導波管の出口端における少なくとも１つの平行板共振器を形成してもよい。

【0019】

さらに、パッチアンテナを無線フロントエンド回路に接続するために、多層回路基板の１つ以上の層を効率的に利用してもよい。具体的には、パッチアンテナの寸法を小さくし、かつパッチアンテナへの接続の長さを短くしてもよい。以下さらに詳細に説明するように、実施形態において、多層回路基板は、樹脂および繊維ベースの基板層の上にプリントされた構造化金属層を基材とするプリント回路基板（Printed Circuit Board：ＰＣＢ）であることを前提とする。しかしながら、低温同時焼成セラミックス（Low Temperature Co-Fired Ceramic：ＬＴＣＣ）など、多層回路基板を形成するために他の多層回路実装技術を使うことも可能である。

【0020】

図１は、説明した概念に基づくアンテナ１００を示す斜視図である。図示された例において、アンテナ１００は、多層ＰＣＢ１１０と、該多層ＰＣＢ１１０に形成された導波管１２０とを備える。多層ＰＣＢ１１０は、垂直方向に積み重ねられた複数のＰＣＢ層からなる。複数のＰＣＢ層は、例えば、それぞれ絶縁基板上の構造化金属被覆層に対応してもよい。導波管１２０は、ＰＣＢ層の１つにおける第１導電層１２１とＰＣＢ層の別の１つにおける第２導電層１２２とで形成される。導波管１２０の側壁は、第１導電層１２１と第２導電層１２２の間に延在する導電ビア１２３、１２４により形成される。特に、導波管１２０の第１側壁は導電ビア１２３により形成され、導波管の反対側の第２側壁は導電ビア１２４により形成される。図１では、第１導電層１２１がＰＣＢ１１０の最下層として、また第２導電層１２２がＰＣＢ１１０の最上層として示されているが、当然のことながら、第１導電層１２１および第２導電層１２２の少なくとも１つを、ある中間のＰＣＢ層に形成することも可能である。同様に、導電ビア１２３、１２４はＰＣＢ１１０の外側に隣接して形成されてなくてもよく、しかもＰＣＢ１１０のより中心にある領域に形成されることもあり得る。

【0021】

さらに図示されているように、アンテナ１００は、導波管１２０の一端に配置された給電点１３０を備える。給電点１３０は、導波管１２０において伝播する電波の生成を可能にする。給電点１３０は、ＰＣＢ層の１層以上における１つ以上の導電性の細長片および／または１つ以上の導電ビアで形成されてもよい。

【0022】

またさらに、アンテナ１００は、導波管１２０の出口側、すなわち、給電点１３０に対する導波管１２０の反対側に形成された平行板共振器１５０を備える。平行板共振器１５０の構造を、図１Ｂに示す断面図によってさらに説明する。

【0023】

図１Ｂに示すように、平行板共振器１５０は、導波管１２０の第１導電層１２１に隣接する第１導電板１５１と、導波管１２０の第２導電層１２２に隣接する第２導電板１５２とで形成される。図示された例では、平行板共振器１５０の第１導電板１５１が導波管１２０の第１導電層１２１と同じＰＣＢ層に形成され、平行板共振器１５０の第２導電板１５２が導波管１２０の第２導電層１２２と同じＰＣＢ層に形成される。平行板共振器１５０の第１導電板１５１および第２導電板１５２は、互いにかつ導波管１２０に、容量的かつ誘導的に結合される。

【0024】

さらに図示されているように、導電ビア１５５が、平行板共振器１５０の第１導電板１５１から平行板共振器１５０の第２導電板１５２に向かって延在する。図示された例では、導電ビア１５５は、第２導電板１５２までの全距離には延在していない。図１Ｂにおいて、第１導電板１５１と第２導電板１５２の間の距離は、Ｈで表される。距離Ｈは、ＰＣＢ１１０の厚さにほぼ対応していてもよく、また２〜４ｍｍの範囲であってもよい。導電ビア１５５の垂直長さは、Ｈｍで表され、距離Ｈよりも短く、例えば、１〜３ｍｍである。このため、導電ビア１５５は、平行板共振器１５０の第１導電板１５１と平行板共振器１５０の第２導電板１５２の間に導電路を形成しない。しかしながら、導電ビア１５５は、第１導電板１５１と第２導電板１５２の誘導的かつ容量的結合を修正する。これについては、図２Ａおよび２Ｂを参照しながらさらに説明する。

【0025】

図２Ａは、第１導電板１５１から第２導電板１５２に向かって延在する導電ビア１５５を有する平行板共振器１５０の斜視図である。一点鎖線は、導波管１２０の中心軸を表す。アンテナ１００の動作時、電波が、導波管１２０の中心軸ＣＡに沿って、平行板共振器１５０に電波がつながる箇所である導波管１２０の出口側に向かって、伝播する。点線の円で示すように、アンテナ１００の動作時に、平行板共振器１５０内で磁流Ｍが発生する。点線の矢印でさらに示すように、例えば、導波管１２０内の電場によって、導電ビア１５５内に電流Ｊを励起することができる。そのため、アンテナ１００の動作時に、導電ビア１５５は、受動的に入力されるモノポールアンテナと同様に作用してもよい。このため、導電ビア１５５および同様の構造は、以下で「モノポール構造」とも呼ばれる。電流Ｊの影響により磁流Ｍの影響が打ち消され、その結果、平行板共振器１５０の共振周波数範囲が広くなる。導電ビア１５５によって形成されたモノポール構造を有する平行板共振器１５０は、磁気効果と電気効果を組み合わせることでアンテナ１００を所望の動作周波数範囲に適合させることができるので、モノポール構造を有する平行板共振器は、磁気電気的適合変換器と呼ばれることもある。

【0026】

図２Ｂは、平行板共振器１５０と同等の回路を示す図である。図示されているように、平行板共振器１５０の共振特性を、第１導電板１５１と第２導電板１５２の間の結合を表す静電容量Ｃｐ、抵抗Ｒｐ、およびインダクタンスＬｐ、さらにモノポール構造を介した第１導電板１５１と第２導電板１５２の間の結合を表す静電容量Ｃｍ、抵抗Ｒｍ、およびインダクタンスＬｍによりモデル化してもよい。図から分かるように、平行板共振器１５０の総合特性は、静電容量Ｃｐ、抵抗Ｒｐ、およびインダクタンスＬｐを有する並列ＲＬＣ回路と、静電容量Ｃｍ、抵抗Ｒｍ、およびインダクタンスＬｍを有する直列ＲＬＣ回路とによって決定される。

【0027】

図３は、導電ビア１５５により形成されるモノポール構造を含む磁気電気的適合変換器の効果を説明するための例示的周波数特性のグラフである。図３において、モノポール構造を有する平行板共振器１５０を備えたアンテナ１００の周波数特性は、Ａで表される。アンテナ１００と同様だがモノポール構造を含まない比較アンテナの周波数特性は、Ｂで表される。平行板共振器を備えていないさらなる比較アンテナの周波数特性は、Ｃで表される。グラフから分かるように、モノポール構造を含むアンテナ１００の共振周波数範囲は、モノポール構造を持たない比較アンテナの場合よりも、非常に広い。−１０ｄＢにおける帯域幅を測定すると、比較アンテナでは帯域幅が約４ＧＨｚであるのに対して、アンテナ１００では約１０ＧＨｚの帯域幅が得られる。平行板共振器を持たない比較アンテナの場合、観察された周波数範囲において共振特性がない。

【0028】

図４は、垂直方向から測定した方位角θの関数として、アンテナ１００の放射パターンを示した図である。図４において、垂直方向はθ＝０°に対応する。図から分かるように、アンテナ１００は、アンテナ１００の水平面に対して対称ではない放射パターンを有する。これは、モノポール構造が平行板共振器１５０の第１導電板１５１上だけに対称に形成されているためと考えられる。放射パターンがこのように非対称となるのを防ぐために、平行板共振器１５０は、対称に配置された複数のモノポール構造を含むように改良されてもよい。図５は、アンテナ１００の対応する変形例を示す図である。

【0029】

図５の例では、平行板共振器１５０は、平行板共振器１５０の第１導電板１５１から平行板共振器１５０の第２導電板１５２に向かって延在する第１導電ビア１５５と、平行板共振器１５０の第２導電板１５２から平行板共振器１５０の第１導電板１５１に向かって延在する第２導電ビア１５６とを備える。図示されているように、第１導電ビア１５５および第２導電ビア１５６は、導波管１２０の中心軸ＣＡに対して回転対称である配置となるように形成される。具体的には、第１導電ビア１５５および第２導電ビア１５６を導波管１２０の中心軸ＣＡの周りに１８０°回転させると、第１導電ビア１５５は第２導電ビア１５６の元の位置に着き、第２導電ビア１５６は第１導電ビア１５５の元の位置に着くことになる。図６は、図５に示されるような改良型平行板共振器１５０を用いたときのアンテナ１００の放射パターンを示す図である。図から分かるように、第１導電ビア１５５および第２導電ビア１５６の対称配置により、アンテナ１００の放射パターンが非対称となるのを防ぐことができる。

【0030】

図７の模式的断面図によって示されるような、さらなる変形例によると、アンテナ１００の磁気電気的適合変換器は、付加的平行板共振器１６０をさらに備えてもよい。図７に示すように、付加的平行板共振器１６０は、平行板共振器１５０の第１導電板１５１に隣接する第１導電板１６１と、平行板共振器１５０の第２導電板１５２に隣接する第２導電板１６２とで形成される。図示された例では、付加的平行板共振器１６０の第１導電板１６１は、平行板共振器１５０の第１導電板１５１および導波管１２０の第１導電層１２１と同じＰＣＢ層に形成される。同様に、付加的平行板共振器１６０の第２導電板１６２は、平行板共振器１５０の第２導電板１５２および導波管１２０の第２導電層１２２と同じＰＣＢ層に形成される。付加的平行板共振器１６０の第１導電板１６１および第２導電板１６２は、互いにかつ平行板共振器１５０の導電板１５１、１５２に、容量的かつ誘導的に結合される。このため、平行板共振器１５０および付加的平行板共振器１６０は、導波管１２０の出口端に複数の縦続平行板共振器１５０、１６０の構造を形成する。縦続平行板共振器１５０、１６０により、アンテナ１００の帯域幅がさらに拡大される。

【0031】

図８は、縦続平行板共振器１５０、１６０の効果を説明するための例示的周波数特性のグラフである。図８において、縦続平行板共振器１５０、１６０を備えたアンテナ１００の周波数特性は、Ｄで表される。比較のため、図８では、平行板共振器１５０だけで付加的平行板共振器１６０は備えない場合のアンテナ１００の周波数特性も、図３と同じくＡで表す。グラフから分かるように、縦続平行板共振器１５０、１６０を備えるアンテナ１００の共振周波数範囲は、平行板共振器１５０だけの場合よりも、非常に広い。−１０ｄＢにおける帯域幅を測定すると、縦続平行板共振器１５０、１６０を備えるアンテナ１００では約１６ＧＨｚの帯域幅が得られ、５Ｇセルラー無線技術に用いられる予定の多くの周波数帯をカバーしている。

【0032】

なお、図７の例において平行板共振器１５０にのみモノポール構造が設けられているが、導波管１２０の出口端における複数の縦続平行板共振器のそれぞれに、１つ以上のモノポール構造を設けることも可能である。そのような追加のモノポール構造により、アンテナの帯域幅のさらなる拡大および／または帯域幅の所望の周波数範囲への調整が可能になる。アンテナ１００の対応する変形例を図９に示す。

【0033】

図９の例では、縦続平行板共振器１５０、１６０は、図７の例と同様の構成を有する。しかしながら、この場合も、付加的平行板共振器１６０にはモノポール構造が設けられ、該モノポール構造は、付加的平行板共振器１６０の第１導電板１６１から付加的平行板共振器１６０の第２導電板１６２に向かって延在する第１導電ビア１６５と、付加的平行板共振器１６０の第２導電板１６２から付加的平行板共振器１６０の第１導電板１６１に向かって延在する第２導電ビア１６６とで形成されている。第１導電ビア１５５および第２導電ビア１５６と同様に、付加的平行板共振器１６０の第１導電ビア１６５および第２導電ビア１６６は、導波管１２０の中心軸ＣＡに対して回転対称である配置となるように形成される。具体的には、第１導電ビア１６５および第２導電ビア１６６を導波管１２０の中心軸ＣＡの周りに１８０°回転させると、第１導電ビア１６５は第２導電ビア１６６の元の位置に着き、第２導電ビア１６６は第１導電ビア１６５の元の位置に着くことになる。この第１導電ビア１６５および第２導電ビア１６６の対称配置により、アンテナ１００の放射パターンが非対称となるのを防ぐことができる。

【0034】

上記例において、平行板共振器１５０、１６０の導電板１５１、１５２、１６１、１６２それぞれに１つだけのモノポール構造があるとしたが、磁気電気的適合変換器が平行板共振器の同じ導電板上に配置された複数のモノポール構造を含むことも可能である。すなわち、アンテナ１００の変形例において、平行板共振器１５０は、第１導電板１５１から第２導電板１５２に向かって延在する複数の導電ビアにより形成された複数のモノポール構造および／または第２導電板１５２から第１導電板１５１に向かって延在する複数の導電ビアにより形成された複数のモノポール構造を含み得る。同様に、付加的平行板共振器１６０は、第１導電板１６１から第２導電板１６２に向かって延在する複数の導電ビアにより形成された複数のモノポール構造および／または第２導電板１６２から第１導電板１６１に向かって延在する複数の導電ビアにより形成された複数のモノポール構造を含み得る。アンテナ１００の対応する変形例を図１０に示す。

【0035】

図１０の例では、平行板共振器１５０は、図１Ａ、１Ｂ、および２Ａに示された図と同じ構成を有する。しかし、この場合、平行板共振器１５０には、平行板共振器１６０の第１導電板１５１から平行板共振器１６０の第２導電板１５２に向かって延在する複数の導電ビア１５５により形成された複数のモノポール構造が設けられている。図示されているように、複数の導電ビア１５５は、平行板共振器１５０の幅方向Ｗに沿って等間隔に配置されている。さらに、複数の導電ビア１５５の配置は、導波管１２０の中心軸ＣＡを通る垂直面に対して鏡面対称である。この第１導電ビア１６５および第２導電ビア１６６の対称配置により、幅方向Ｗに沿ってより均一かつ水平面において導波管１２０の中心軸ＣＡに対して対称なアンテナ１００の放射パターンを得ることができる。

【0036】

上記例において、アンテナ１００の製造方法は、多層回路基板の第１水平導電層と、多層回路基板の第２水平導電層と、第１導電層と第２導電層の間に延在する複数の導電ビアにより形成される垂直側壁とによって形成される導波管を設ける工程を含んでもよい。さらに、この方法は、第１導電層に隣接する第１水平導電板および第２導電層に隣接する第２水平導電板により多層回路基板に形成される平行板共振器を、導波管の一端に設ける工程を含んでもよい。さらに、この方法は、第１導電板および第２導電板の一方から第１導電板および第２導電板の他方に向かって延在する少なくとも１つの導電ビアを設ける工程を含んでもよい。このため、アンテナ１００を、多層回路基板にパターン化された導電構造を設けることにより効率的に形成してもよい。

【0037】

図１１は、上述のようなアンテナが設けられた、例えばアンテナ１００を有する、通信装置２００を模式的に示した図である。通信装置２００は、例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレットコンピューターなどの小型ユーザー装置に該当してもよい。しかし、当然のことながら、車両設置型通信装置、無線モデム、または自律センサなど、他の種類の通信装置も同様に用いてもよい。

【0038】

図示されているように、通信装置２００は１つ以上のアンテナ２１０を備える。これらのアンテナ２１０は、導波管と、平行板共振器を含み平行板共振器の少なくとも１つの導電板上に少なくともモノポール構造を有する磁気電気的適合変換器とを有する、上記タイプの少なくとも１つのアンテナを含む。例えば、アンテナ２１０は、上記アンテナ１００に対応する１つ以上のアンテナを含んでもよい。さらに、通信装置２００は、他の種類のアンテナも備えてもよい。アンテナ２１０は、上記多層ＰＣＢ１１０などの多層回路基板２３０上の無線フロントエンド回路２２０と一体化されてもよい。さらに図示されているように、通信装置２００は１つ以上の通信処理装置２４０も備える。通信処理装置２４０は、アンテナ２１０を介した送信用の通信信号を生成したり処理したりしてもよい。この目的のために、通信処理装置２４０は、５Ｇセルラー無線技術に従うなど、１つ以上の通信プロトコルに従って、さまざまな種類の信号処理およびデータ処理を実行してもよい。

【0039】

当然のことながら、上述したような概念はさまざまな変更が可能である。例えば、上記概念を、５Ｇ技術に限らず、さまざまな種類の無線技術や通信装置に適用することも可能である。むしろ、上記概念は、さまざまな周波数範囲において、さまざまなアンテナ帯域幅を用いて適用可能である。説明されたアンテナは、通信装置からの無線信号の送信用および／または通信装置における無線信号の受信用に使用してもよい。上記アンテナは、例えば、さまざまなＰＣＢ技術を用いて導電層、プレート、およびビアを設けることにより、効率的に製造されてもよい。さらに、当然のことながら、説明されたアンテナに、アンテナの形状に関するさまざまな変更を行ってもよい。例えば、説明された導波管のほぼ長方形の形状を、角状などのより複雑な形状に変更することも可能である。さらに、上記概念は、対称な構成のモノポール構造の説明された例に限定されない。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】