特許 7565791 高周波基板及びアンテナモジュール

(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】

(24)【登録日】2024-10-03

(45)【発行日】2024-10-11

(54)【発明の名称】高周波基板及びアンテナモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01Q 11/10 20060101AFI20241004BHJP

   H05K 3/46 20060101ALI20241004BHJP

   H01Q 21/08 20060101ALI20241004BHJP

   H01Q 21/24 20060101ALI20241004BHJP

   H01Q 23/00 20060101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

H01Q11/10

H05K3/46 Q

H01Q21/08

H01Q21/24

H01Q23/00

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020217610

(22)【出願日】2020-12-25

(65)【公開番号】P2022102717

(43)【公開日】2022-07-07

【審査請求日】2023-09-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(72)【発明者】

【氏名】山下 大輔

(72)【発明者】

【氏名】岩田 宗之

(72)【発明者】

【氏名】杉本 康宏

(72)【発明者】

【氏名】森 奈緒子

(72)【発明者】

【氏名】加賀 敦史

(72)【発明者】

【氏名】市川 順一

(72)【発明者】

【氏名】杉山 裕一

(72)【発明者】

【氏名】井場 政宏

【審査官】麻生 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０３１４１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３１７１５３１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００５－１７６３６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ １１／１０

Ｈ０５Ｋ ３／４６

Ｈ０１Ｑ ２１／０８

Ｈ０１Ｑ ２１／２４

Ｈ０１Ｑ ２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘電体層と導体層を交互に積層してなる高周波基板であって、
前記導体層に形成された複数の導体パターンと前記誘電体層を貫く複数のビア導体とを用いて構成された１又は複数の対数周期アンテナを備え、
前記１又は複数の対数周期アンテナが前記高周波基板の内部に埋設されていることを特徴とする高周波基板。

【請求項2】

前記高周波基板の厚さ方向から見た平面視で前記１又は複数の対数周期アンテナが配置される領域と重ならない領域に配置された１層又は複数層のグランド導体が設けられることを特徴とする請求項１に記載の高周波基板。

【請求項3】

前記１又は複数の対数周期アンテナのそれぞれに高周波信号を給電する給電構造が設けられることを特徴とする請求項２に記載の高周波基板。

【請求項4】

前記複数の対数周期アンテナは、水平偏波用対数周期アンテナと垂直偏波用対数周期アンテナとからなり、前記高周波基板の厚さ方向に直交する第１の方向に並んで配置されることを特徴とする請求項３に記載の高周波基板。

【請求項5】

前記水平偏波用対数周期アンテナの個数と前記垂直偏波用対数周期アンテナの個数は同一であり、かつ、それぞれ２以上であることを特徴とする請求項４に記載の高周波基板。

【請求項6】

前記高周波基板の厚さ方向から見た平面視で前記複数の対数周期アンテナが配置される領域と重ならない領域に配置された１層又は複数のグランド導体と、
前記厚さ方向から見た平面視で中央領域において電子部品を収容可能な開口部と、
前記給電構造に含まれ、前記電子部品と前記複数の対数周期アンテナのそれぞれとの間を電気的に接続する複数の給電経路と、
を更に備え、
前記厚さ方向から見た平面視で前記開口部と重なる領域には、前記水平偏波用対数周期アンテナのみが配置されていることを特徴とする請求項５に記載の高周波基板。

【請求項7】

前記複数の対数周期アンテナは、前記第１の方向の中央位置に対して対称的な配置で並ぶことを特徴とする請求項６に記載の高周波基板。

【請求項8】

前記水平偏波用対数周期アンテナは、信号側及びグランド側で対をなす複数対の水平放射素子を含み、
前記複数対の水平放射素子は、前記複数の導体パターンを用いて構成され、かつ前記厚さ方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向に並んで配置され、
前記垂直偏波用対数周期アンテナは、信号側及びグランド側で対をなす複数対の垂直放射素子を含み、
前記複数対の垂直放射素子は、前記複数のビア導体を用いて構成され、かつ前記第２の方向に並んで配置される、
ことを特徴とする請求項７に記載の高周波基板。

【請求項9】

少なくとも２個の前記水平偏波用対数周期アンテナの各々は、前記複数対の水平放射素子の基端から前記信号側及びグランド側の各先端までの延伸方向が前記第１の方向であることを特徴とする請求項８に記載の高周波基板。

【請求項10】

前記第１の方向の中央位置の近傍の少なくとも２個の前記水平偏波用対数周期アンテナの各々は、前記延伸方向が前記導体層の平面内で前記第１の方向から前記各先端が前記グランド導体と離れる方向に傾斜した方向であることを特徴とする請求項９に記載の高周波基板。

【請求項11】

少なくとも２個の前記垂直偏波用対数周期アンテナの各々は、前記複数対の垂直放射素子のそれぞれの延伸方向が前記厚さ方向であり、前記複数対の垂直放射素子の各々を構成する複数の信号側ビア導体及び複数のグランド側ビア導体は前記第１の方向に対向して配置され、かつ、それぞれの並び方向が前記第２の方向であることを特徴とする請求項８に記載の高周波基板。

【請求項12】

前記中央位置の近傍の少なくとも２個の前記垂直偏波用対数周期アンテナの各々は、前記複数対の垂直放射素子の前記延伸方向が前記厚さ方向であり、前記複数の信号側ビア導体及び前記複数のグランド側ビア導体は、前記第１の方向に対向して配置され、かつ、それぞれの並び方向が前記第２の方向から前記グランド導体に近付くほど前記対向側の複数のビア導体から離れるように傾斜した方向であることを特徴とする請求項１１に記載の高周波基板。

【請求項13】

前記開口部に前記電子部品が載置された請求項６から１２のいずれか１項に記載の高周波基板を備えるアンテナモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、誘電体層と導体層を交互に積層してなり、対数周期アンテナを構成した高周波基板に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、使用可能な周波数帯域を広げることができるアンテナとして、対数周期アンテナが知られている。例えば、特許文献１には、誘電体基板の表面に導体パターンを用いた対数周期アンテナを構成したアンテナ装置が開示されている。一般に対数周期アンテナは多数の放射素子を設けるための広い配置面積が必要となるため、例えば、特許文献１には、ミアンダ形状やＶ字形状で放射素子を形成することで対数周期アンテナの配置面積を縮小するための方策が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平１１－１６８３２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、無線通信の多様な規格に対応するために、多数のアンテナ素子をアレイ状に配置した構成が採用されることが一般的である。また、アンテナ装置の小型軽量化の観点から、誘電体基板を用いて複数のアンテナ素子を配置することが提案されている。しかし、異なる周波数帯域の共用を図るために対数周期アンテナの採用を前提とすると、前述の特許文献１のような構造では複雑なアンテナ形状を形成するための配置面積が増加し、アンテナ装置の大型化が避けられなくなる。また、近年では異なる偏波として水平偏波や垂直偏波を共用可能なアンテナ装置が要望されるが、特許文献１のような平面的な構成では、異なる偏波に対応し得るアンテナ装置の実現は困難である。

【0005】

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、高周波基板の内部に対数周期アンテナを構成し、良好なアンテナ特性を保ちつつ、配置面積の増加を抑制して小型化が可能な高周波基板を実現するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明の高周波基板は、誘電体層と導体層を交互に積層してなる高周波基板であって、前記導体層に形成された複数の導体パターンと前記誘電体層を貫く複数のビア導体とを用いて構成された１又は複数の対数周期アンテナを備え、前記１又は複数の対数周期アンテナが前記高周波基板の内部に埋設されていることを特徴としている。

【0007】

本発明の高周波基板によれば、１又は複数の対数周期アンテナを高周波基板の内部に埋設するとともに、複数の導体パターン及び複数のビア導体を用いて構成したので、周囲の誘電体層の波長短縮効果により対数周期アンテナを小型に構成できるとともに、平面方向の導体パターンと厚さ方向のビア導体を利用することで、平面形状だけではなく多様な立体的形状を有する対数周期アンテナを実現することができる。

【0008】

本発明において、１又は複数の対数周期アンテナに加えて、高周波基板の厚さ方向から見た平面視で１又は複数の対数周期アンテナが配置される領域と重ならない領域に配置された１層又は複数層のグランド導体を設けることができる。また、１又は複数の対数周期アンテナのそれぞれに高周波信号を給電する給電構造を設けることができる。

【0009】

本発明の複数の対数周期アンテナは、水平偏波用対数周期アンテナと垂直偏波用対数周期アンテナとにより構成し、高周波基板の厚さ方向に直交する第１の方向に並べる配置としてもよい。これにより、水平偏波と垂直偏波を共用可能な高周波基板を実現する場合、延伸方向に応じて導体パターンとビア導体を適切に組み合わせることで複雑な立体的形状を容易に構成できるとともに、波長短縮効果も相まって小型化が可能となる。

【0010】

本発明において、水平偏波用対数周期アンテナの個数と垂直偏波用対数周期アンテナの個数を同一とし、かつ、それぞれ２以上設けてもよい。この場合、高周波基板の厚さ方向から見た平面視で複数の対数周期アンテナが配置される領域と重ならない領域に配置された１層又は複数のグランド導体と、厚さ方向から見た平面視で中央領域において電子部品を収容可能な開口部と、前記給電構造に含まれ、前記電子部品と複数の対数周期アンテナのそれぞれとの間を電気的に接続する複数の給電経路とを高周波基板に更に設け、厚さ方向から見た平面視で前記開口部と重なる領域に、水平偏波用対数周期アンテナのみを配置することができる。さらに、複数の対数周期アンテナを、第１の方向の中央位置に対して対称的な配置で並べることができる。以上のような配置により、厚さ方向のサイズを必要とする垂直偏波用対数周期アンテナが開口部や電子部品と重ならないようにでき、良好なアンテナ性能を維持しつつ高周波基板のスペースの有効活用が可能となる。

【0011】

本発明の水平偏波用対数周期アンテナは、信号側及びグランド側で対をなす複数対の水平放射素子を含めて構成し、複数対の水平放射素子を複数の導体パターンを用いて構成し、かつ厚さ方向第１の方向と直交する第２の方向に並んで配置するとともに、本発明の垂直偏波用対数周期アンテナは、信号側及びグランド側で対をなす複数対の垂直放射素子を含めて構成し、複数対の垂直放射素子を複数のビア導体を用いて構成し、かつ第２の方向に並んで配置することができる。いずれの構造も、複数の導体パターンと複数のビア導体とを組み合わせた立体的構造であり、高周波基板の内部に容易に埋設することができる。

【0012】

本発明において、少なくとも２個の水平偏波用対数周期アンテナの各々は、複数対の水平放射素子の基端から信号側及びグランド側の各先端までの延伸方向が第１の方向に一致するようにしてよい。この場合において、第１の方向の中央位置の近傍の少なくとも２個の水平偏波用対数周期アンテナの各々は、延伸方向が導体層の平面内で第１の方向から各先端がグランド導体と離れる方向に傾斜した方向にしてもよい。これにより、複数の水平偏波用対数周期アンテナの中央近傍と外縁近傍における周囲との干渉の影響を抑制し、アンテナ利得の向上に効果がある。

【0013】

本発明において、少なくとも２個の垂直偏波用対数周期アンテナの各々は、複数対の垂直放射素子のそれぞれの延伸方向が厚さ方向であり、複数対の垂直放射素子の各々を構成する複数の信号側ビア導体及び複数のグランド側ビア導体を第１の方向に対向して配置し、かつ、それぞれの並び方向を第２の方向に一致させてもよい。この場合において、中央位置の近傍の少なくとも２個の垂直偏波用対数周期アンテナの各々は、複数対の垂直放射素子の延伸方向を厚さ方向に一致させ、複数の信号側ビア導体及び複数のグランド側ビア導体を、第１の方向に対向して配置し、かつ、それぞれの並び方向を第２の方向からグランド導体に近付くほど対向側の複数のビア導体から離れるように傾斜した方向にしてもよい。これにより、複数の垂直偏波用対数周期アンテナの中央近傍と外縁近傍における周囲との干渉の影響を抑制し、アンテナ利得の向上に効果がある。

【0014】

本発明の高周波基板は、開口部に電子部品を載置することができる。開口部に載置される電子部品としては、ＩＣチップを挙げることができる。例えば、ＩＣチップの所定の端子から、高周波基板の導体層に形成した給電経路を経由して、対数周期アンテナに給電することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、高周波基板の内部に１又は複数の対数周期アンテナを埋設し、複数の導体パターンや複数のビア導体を活用して複雑な対数周期アンテナの形状を形成できるので、波長短縮効果により配置面積を増加させることなく高周波基板の小型化が可能であるとともに、周波数帯域を広げて異なる偏波にも容易に対応でき、良好なアンテナ性能を得られる高周波基板を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１実施形態の高周波基板１０の全体をＺ方向の上方から見た平面図である

【図2】図１の高周波基板１０をＸ方向に沿った矢印Ａ方向から見た概略の断面図であり

【図3】図１の高周波基板１０をＹ方向に沿った矢印Ｂ方向から見た概略の断面図である

【図4】高周波基板１０に構成される水平偏波用対数周期アンテナ４１の構造を示す斜視図である。

【図5】図４の水平偏波用対数周期アンテナ４１の構造を示す断面図である。

【図6】高周波基板１０に構成される垂直偏波用対数周期アンテナ３１の構造を示す斜視図である。

【図7】図６の垂直偏波用対数周期アンテナ３１の構造を示す断面図である。

【図8】第２実施形態の高周波基板１０の全体をＺ方向の上方から見た平面図である

【図9】図８の水平偏波用対数周期アンテナ４２ａの平面形状を拡大して示す図である。

【図10】図８の垂直平偏波用対数周期アンテナ３２ａの平面形状を拡大して示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明では、本発明の技術思想を適用した形態の例として、高周波基板に構成されるアンテナ形状が異なる２つの実施形態について説明する。

【0018】

［第１実施形態］
図１～図７を用いて、本発明の高周波基板の例である第１実施形態について説明する。図１～図７では、説明の便宜のため、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向をそれぞれ矢印にて示している。図１は、第１実施形態の高周波基板１０の全体をＺ方向の上方から見た平面図である。また、図２は、図１の高周波基板１０をＸ方向に沿った矢印Ａ方向から見た概略の断面図であり、図３は、図１の高周波基板１０をＹ方向に沿った矢印Ｂ方向から見た概略の断面図である。また、図４及び図５は、高周波基板１０に構成される水平偏波用対数周期アンテナ４１の構造を示す斜視図及び断面図であり、図６及び図７は、高周波基板１０に構成される垂直偏波用対数周期アンテナ３１の構造を示す斜視図及び側面図である。

【0019】

第１実施形態の高周波基板１０は、所定の誘電率を有する誘電体材料からなる誘電体基板であって、誘電体層と導体層とを交互に積層した多層構造を有し、Ｘ方向に沿う短辺と、Ｙ方向に沿う長辺と、Ｚ方向に沿う所定の厚さを有する直方体の板状部材である。図１においては、Ｚ方向の上方から見た平面視で高周波基板１０の全体が透過して示され、多層のグランド導体１１や高周波回路などを含むＲＦ領域Ａ１と、複数の対数周期アンテナ３１～３４、４１～４４を含むアンテナ領域Ａ２とがそれぞれ配置される。すなわち、ＲＦ領域Ａ１とアンテナ領域Ａ２とはＸ方向（本発明の第２の方向）の境界位置ＸＢで領域区分され、互いにＸ方向に対向している。

【0020】

アンテナ領域Ａ１には、４個の垂直偏波用対数周期アンテナ３１～３４と、４個の水平偏波用対数周期アンテナ４１～４４とが、誘電体基板１０の内部に埋設された状態で、Ｙ方向（本発明の第１の方向）に並んで配置されている。ここで、対数周期アンテナは、長さの異なる放射素子対を規則的に配置することで広い周波数帯域と鋭い放射指向性を確保できるアンテナである。そして、４個の垂直偏波用対数周期アンテナ３１～３４はそれぞれ垂直偏波を放射し、４個の水平偏波用対数周期アンテナ４１～４４はそれぞれ水平偏波を放射する。第１実施形態では垂直偏波用対数周期アンテナの個数及び水平偏波用対数周期アンテナの個数がそれぞれ４個の場合を示すが、アンテナ特性の観点から、両者の個数を同一に保ちつつ増減させることができる。なお、後述するように、高周波基板１０の内部に、少なくとも垂直偏波用対数周期アンテナ又は水平偏波用対数周期アンテナのいずれか１個のみを埋設する構造であってもよい。

【0021】

図１に示すように、８個の対数周期アンテナ３１～３４、４１～４４の並び方は、Ｙ方向の中央位置ＹＣに対して対称的な配置となっている。すなわち、中央位置ＹＣの近傍では、２個の水平偏波用対数周期アンテナ４２、４３が隣接し、そこから両側に向かって、垂直偏波用対数周期アンテナ３２、３３、水平偏波用対数周期アンテナ４１、４４、垂直偏波用対数周期アンテナ３１、３４の並び順になっている。このような並び順を採用した理由については後述する。また、第１実施形態では、８個の対数周期アンテナ３１～３４、４１～４４がＸ方向に不等間隔で並んでいる。一般には、複数のアンテナを並べて配置する場合、使用波長に応じた等間隔に設定することが多いが、第１実施形態の配置においてアンテナ間隔をある程度ずらして設定した場合であってもアンテナ性能を確保することが可能である。

【0022】

以下、図２及び図３を参照して、図１の高周波基板１０の断面構造について説明する。図２は、図１の高周波基板１０をＸ方向に沿った矢印Ａ方向から見た断面図であり、図３は、図１の高周波基板１０をＹ方向に沿った矢印Ｂ方向から見た断面図である。なお、図２及び図３においては、主にＲＦ領域Ａ１の構造を明確にするために、８個の対数周期アンテナ３１～３４、４１～４２については図示を省略している。図２及び図３に示すように、高周波基板１０には、Ｚ方向に対向する下部の表面１０ａ及び上部の表面１０ｂを含めた複数の導体層Ｌが形成され、それぞれの導体層Ｌには多様な導体パターンが形成されている。また、高周波基板１０には、それぞれの誘電体層を厚さ方向であるＺ方向に貫いて延伸する複数のビア導体Ｖが形成されている。複数の導体層Ｌには、前述の多層のグランド導体１１（図１）が形成され、Ｚ方向に対向するグランド導体１１同士が複数のビア導体Ｖを介して電気的に接続されている。

【0023】

また、図２及び図３に示すように、高周波基板１０の表面１０ａの側の中央領域には開口部１０ｃが形成され、その開口部１０ｃにＩＣチップ２０が載置されている。ＩＣチップ２０は複数の端子２０ａを備えており、それぞれの端子２０ａが開口部１０ｃに面した所定の導体層Ｌの複数のパッド（不図示）に接続されている。このＩＣチップ２０は、所定の８個の端子２０ａから、複数の導体層Ｌに形成された給電経路（不図示）を経由して８個の対数周期アンテナ３１～３４、４１～４４のそれぞれに対して給電する役割を有する。また、ＩＣチップ２０の近傍のＲＦ領域Ａ１には、ＩＣチップ２０の動作に必要なＲＦ回路が構成されている。また、図３に示すように、アンテナ領域Ａ２におけるＩＣチップ２０の上部には、反射板１２が配置されている。この反射板１２はグランド導体１１に接続され、ＩＣチップ２０と８個の対数周期アンテナ３１～３４、４１～４４との間での干渉を防止するシールド板として機能する。図１から理解されるように、反射板１２は、１対の水平偏波用対数周期アンテナ４２、４３の直下に配置されている。

【0024】

次に、図４及び図５を用いて、水平偏波用対数周期アンテナ４１の構造について説明する。なお、他の水平偏波用対数周期アンテナ４２～４４についても基本的な構造は水平偏波用対数周期アンテナ４１と共通である。図４に示すように、水平偏波用対数周期アンテナ４１は、信号側接続導体５０ａ、５０ｂ及びグランド側接続導体６０ａ、６０ｂと、信号側及びグランド側のビア導体Ｖａ、Ｖｂと、信号側の３個の水平放射素子５１、５２、５３と、グランド側の３個の水平放射素子６１、６２、６３とを備えて構成される。図４においては境界位置ＸＢ（図１参照）を示し、アンテナ領域Ａ２における水平偏波用対数周期アンテナ４１の構造のみを示している。

【0025】

以上の構成において、１対の信号側接続導体５０ａ及びグランド側接続導体６０ａは同一の導体層Ｌａ（図５）に形成され、それぞれの端部Ｅａ、ＥｂからＸ方向に延伸する。信号側接続導体５０ｂは直下の導体層Ｌｂ（図５）に形成され、ビア導体Ｖａを介して信号側接続導体５０ａと接続され、信号側接続導体５０ａとはＸ方向を逆向きに延伸する。グランド側接続導体６０ｂは直上の導体層Ｌｃ（図５）に形成され、ビア導体Ｖｂを介してグランド側接続導体６０ａと接続され、グランド側接続導体６０ａとはＸ方向を逆向きに延伸する。従って、図５に示すように、連続する３層の導体層Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃのうち、中央の導体層Ｌａに配置された１対の信号側接続導体５０ａ及びグランド側接続導体６０ａを挟んで、下部に信号側接続導体５０ｂが配置され、上部にグランド側接続導体６０ｂが配置される構造となっている。なお、図４には示されないが、信号側接続導体５０ａの端部Ｅａは、ＩＣチップ２０の所定の端子２０ａに至る給電経路１３（図５）に接続され、グランド側接続導体５０ｂの端部Ｅｂは、所定のグランド導体１１と連結されている。

【0026】

信号側接続導体５０ｂ及びグランド側接続導体６０ｂには、信号側及びグランド側の全部で３対をなす１対の水平放射素子５１、６１と、１対の水平放射素子５２、６２と、１対の水平放射素子５３、６３とが接続され、それぞれの基端から先端までＹ方向の両側に延伸している。Ｘ方向に並んで配置される１対の水平放射素子５１、６１と、１対の水平放射素子５２、６２と、１対の水平放射素子５３、６３は、境界位置ＸＢに近付くにつれてＹ方向の長さが長くなり、かつ並び方向に沿ってＹ方向への延伸方向は互い違いとなっている。さらに、信号側とグランド側の各対のＹ方向の位置は共通であるが、図５で説明したように、Ｚ方向の位置は信号側とグランド側で異なっている。

【0027】

上記のように長さの異なる３種の水平放射素子を具備する水平偏波用対数周期アンテナ４１は、主にＸ方向に沿って広い周波数帯域の水平偏波の電波を放射することができる。ただし、複数のグランド導体１１の存在により、水平偏波用対数周期アンテナ４１の放射指向性は、Ｘ方向に沿って主に高周波基板１０のアンテナ領域Ａ２の側の側面を向く方向で強くなり、ＲＦ領域Ａ１の側を向く方向では相対的に弱くなる。また、高周波基板１０の全体の水平偏波の放射指向性は、４個の水平偏波用対数周期アンテナ４１～４４を合成した指向性により定まる。

【0028】

次に、図６及び図７を用いて、垂直偏波用対数周期アンテナ３１の構造について説明する。なお、他の垂直偏波用対数周期アンテナ３２～３４についても基本的な構造は垂直偏波用対数周期アンテナ３１と共通である。図６に示すように、垂直偏波用対数周期アンテナ３１は、信号側接続導体７０ａ、７０ｂ及びグランド側接続導体８０ａ、８０ｂと、信号側の４個の垂直放射素子７１、７２、７３、７４と、グランド側の４個の水平放射素子８１、８２、８３、８４とを備えて構成される。図６においても、境界位置ＸＢから一方側のアンテナ領域Ａ２における垂直偏波用対数周期アンテナ３１の構造のみを示している。

【0029】

以上の構成において、１対の信号側接続導体７０ａ及びグランド側接続導体８０ａは、それぞれの端部Ｅｄ、ＥｅからＸ方向に延伸し、逆側の端部で折り返して１対の信号側接続導体７０ｂ及びグランド側接続導体８０ｂがＸ方向を逆向きに延伸する。この場合、信号側接続導体７０ａ、７０ｂは導体層Ｌｄ（図５）に形成され、グランド側接続導体８０ａ、８０ｂは導体層Ｌｄから僅かに直下の導体層Ｌｅ（図５）に形成される。なお、１対の信号側接続導体７０ａ及びグランド側接続導体８０ａはＺ方向に対向配置されるが、１対の信号側接続導体７０ｂ及びグランド側接続導体８０ｂは互いにＹ方向にも間隔を置いてＺ方向に対向配置される。また、図６には示されないが、信号側接続導体７０ａの端部Ｅｄは、ＩＣチップ２０の所定の端子２０ａに至る給電経路１３（図７）に接続され、グランド側接続導体８０ｂの端部Ｅｅは、所定のグランド導体１１と連結されている。

【0030】

折り返し側の信号側接続導体７０ｂ及びグランド側接続導体８０ｂには、信号側及びグランド側の全部で４対をなす１対の垂直放射素子７１、８１と、１対の垂直放射素子７２、８２と、１対の垂直放射素子７３、８３と、１対の垂直放射素子７４、８４とが接続され、それぞれの基端から先端までＺ方向の上下に延伸している。Ｘ方向に並んで配置される１対の垂直放射素子７１、８１と、１対の垂直放射素子７２、８２と、１対の垂直放射素子７３、８３と、１対の垂直放射素子７４、８４とは、境界位置ＸＢに近付くにつれてＺ方向の長さが長くなり、かつ並び方向に沿ってＺ方向への延伸方向は互い違いとなっている。さらに、信号側とグランド側の各対のＸ方向の位置は共通であるが、前述したように、Ｙ方向の位置は信号側とグランド側で異なっている。

【0031】

上記のように長さの異なる３種の垂直放射素子を具備する垂直偏波用対数周期アンテナ３１は、主にＸ方向に沿って広い周波数帯域の垂直偏波の電波を放射することができる。ただし、複数のグランド導体１１の存在により、垂直偏波用対数周期アンテナ３１についても、前述の水平偏波用対数周期アンテナ４１と同傾向のＸ方向に沿った放射指向性を持つ。また、高周波基板１０の全体の垂直偏波の放射指向性は、４個の垂直偏波用対数周期アンテナ３１～３４を合成した指向性により定まる。

【0032】

次に図１に戻って、８個の対数周期アンテナ３１～３４、４１～４４のＹ方向の並び順は、図５及び図７で説明したＺ方向の配置が主な理由である。本来は、水平偏波と垂直偏波を共用可能とする場合には、アンテナ特性の観点から水平偏波用対数周期アンテナと個数と垂直偏波用対数周期アンテナの個数を同一とし、かつ交互に並べることが一般的な配置である。しかし、中央位置ＹＣの近傍直下には、開口部１０ｃ内のＩＣチップ２０やその上部の反射板１２（図１）が存在するので、図７に示すように、Ｚ方向の両側に延伸する垂直偏波用対数周期アンテナ３１～３４を配置することは困難である。従って、本実施形態では、図５に示すようにＺ方向の厚さを十分小さくすることが可能な２個の水平偏波用対数周期アンテナ４２、４３を中央位置の近傍ＹＣに配置することで、ＩＣチップ２０及び反射板１２の配置の妨げになることを避けることができる。一方、水平偏波用対数周期アンテナ４１～４４と垂直偏波用対数周期アンテナ３１～３４は、中央位置ＹＣに対して図１の左側と右側で対称的な配置とし、両者を同数に保ったので、高周波基板１０のサイズを大きくすることなくスペースを有効に活用しつつ、良好なアンテナ性能を保つことが可能となる。

【0033】

以上の第１実施形態では、高周波基板１０に８個の対数周期アンテナ３１～３４、４１～４４を構成する例を説明したが、これに限られることなく、少なくとも１個の対数周期アンテナを高周波基板１０の内部に埋設する構成を採用する場合であっても、本発明の適用が可能である。すなわち、従来の構成では、平面形状の対数周期アンテナの主要部を基板表面に配置することが一般的である（例えば、特許文献１参照）。これに対し、本発明に係る高周波基板は、複数の導体層Ｌの導体パターンと複数のビア導体Ｖを組み合わせて対数周期アンテナを構成し、その周囲には比較的誘電率の高い誘電体材料が存在するので、波長短縮効果により対数周期アンテナを小型に構成できるメリットがある。従来の構成では、本発明と同様のアンテナ特性を有する対数周期アンテナを構成すると、基板サイズの大型化は避けられないため、本発明の適用による高周波基板の小型化の効果は明らかである。

【0034】

第１実施形態においては、高周波基板１０の開口部１０ｃにＩＣチップ２０を載置した構造を示したが、ＩＣチップ２０に代えて所定の機能を有する多様な電子部品を開口部１０ｃに載置することができる。また、外部から８個の対数周期アンテナ３１～３４、４１～４４に給電する場合には、それぞれの給電端子のみを設け、開口部１０ｃやＩＣチップ２０等の電子部品を設けない構造を採用してもよい。このような構造を用いる場合、高周波基板１０の露出部分に設けた給電端子から図４～図７に示す端部Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｄ、Ｅｅに至る給電経路を含む給電構造を形成する必要がある。

【0035】

［第２実施形態］
次に図８～図１０を用いて、本発明の高周波基板の例である第２実施形態について説明する。第２実施形態において、基本的な構成及び効果についての多くは第１実施形態と共通であるため、以下では主に第１実施形態との相違点について説明する。図８は、第２実施形態の高周波基板１０の全体をＺ方向の上方から見た平面図であり、第１実施形態の図１に対応する図である。なお、図８の高周波基板１０の各断面図については、図２及び図３と同様である。

【0036】

第２実施形態の高周波基板１０において第１実施形態と異なるのは、図８に示すように、図１の２個の垂直偏波用対数周期アンテナ３２、３３及び２個の水平偏波用対数周期アンテナ４２、４３を、それぞれＺ方向から見た平面形状が異なる２個の垂直偏波用対数周期アンテナ３２ａ、３３ａ及び２個の水平偏波用対数周期アンテナ４２ａ、４３ａで置き換えた点である。ここで、図９及び図１０は、図８の水平偏波用対数周期アンテナ４２ａ及び垂直偏波用対数周期アンテナ３２ａのそれぞれの平面形状を拡大して示す図である。なお、他の水平偏波用対数周期アンテナ４２ｂ及び垂直偏波用対数周期アンテナ３２ｂについては、図９及び図１０をＹ方向に対して対称的な配置で考えればよい。

【0037】

図９に示す水平偏波用対数周期アンテナ４２ａにおいて、図４及び図５を用いて説明した水平偏波用対数周期アンテナ４２の構成部材と立体的構造は概ね共通しているが、水平放射素子の個数と延伸方向が異なっている。すなわち、水平偏波用対数周期アンテナ４２ａにおいては、全部で８個の水平放射素子５１～５４、６１～６４が信号側及びグランド側で４対をなし、それぞれの基端から先端に至る延伸方向がＹ方向から傾斜した方向になっている。具体的には、信号側接続導体５０ａ及びグランド側接続導体６０ａの位置を基準に、両側の８個の水平放射素子５１～５４、６１～６４の各先端が境界位置ＸＢと離れる方向（グランド導体１１と離れる方向）に向かって傾斜し、それが両側で対称的な配置となっている。なお、８個の水平放射素子５１～５４、６１～６４のそれぞれの長さの変化や互い違いの配置については、第１実施形態の場合と共通である。

【0038】

また、図１０に示す垂直偏波用対数周期アンテナ３２ａにおいて、図６及び図７を用いて説明した垂直偏波用対数周期アンテナ３２の構成部材と立体的構造は概ね共通しているが、垂直放射素子の並び方向が異なっている。すなわち、垂直偏波用対数周期アンテナ３２ａにおいては、信号側接続導体７０ｂの延伸方向とそれに接続される４個の垂直放射素子７１～７４の並び方向がいずれも境界位置ＸＢに近付くほど（グランド導体１１に近付くほど）、中央の信号側接続導体７０ａから離れる方向に傾斜している。同様に、グランド側接続導体８０ｂの延伸方向とそれに接続される４個の垂直放射素子８１～８４の並び方向がいずれも境界位置ＸＢに近付くほど（グランド導体１１に近付くほど）、中央のグランド側接続導体８０ａから離れる方向に傾斜している。そして、中央の信号側接続導体７０ａ及びグランド側接続導体８０ａを基準に、両側で対称的な配置となっている。なお、８個の垂直放射素子７１～７４、８１～８４のそれぞれのＺ方向の長さの変化や互い違いの配置については、第１実施形態の場合と共通である。

【0039】

図８に示すように、図９及び図１０に示す平面形状は、Ｙ方向の中央位置を挟んだ２個の水平偏波用対数周期アンテナ４２ａ、４３ａと、その両側の２個の垂直偏波用対数周期アンテナ３２ａ、３３ａのみに対して適用され、それ以外の２個の水平偏波用対数周期アンテナ４１、４４及び２個の垂直偏波用対数周期アンテナ３１、３４については第１実施形態と同一の平面形状となっている。複数の対数周期アンテナを並べて配置する場合、並び方向の外縁部に近い対数周期アンテナに比べて、並び方向の中央に近い対数周期アンテナは周囲の対数周期アンテナやグランドとの干渉の影響が増え、その結果としてアンテナ利得が低下しやすくなる傾向にある。発明者らの検証の結果、この点を改善するために、第２実施形態の図８～図１０の構成を採用することが有効であることが判明した。シミュレーションの結果、第２実施形態の構成の採用により、図９及び図１０の平面形状を有する水平偏波用対数周期アンテナ４２ａ、４３ａ及び垂直偏波用対数周期アンテナ３２ａ、３３ａに関し、Ｘ方向に沿ったアンテナ利得の２～３ｄＢ程度の改善効果を確認することができた。

【0040】

なお、図８～図１０において、水平偏波用対数周期アンテナ４２ａ、４３ａは、各水平放射素子５１～６４、６１～６４の延伸方向が第１実施形態と比べて３０°程度傾斜し、かつ垂直偏波用対数周期アンテナ３２ａ、３３ａは、各垂直放射素子７１～７４、８１～８４の並び方向が第１実施形態と比べて５°程度傾斜している例を示したが、それぞれの傾斜角度は、所望のアンテナ性能に応じて適宜に変更することができる。

【0041】

第１及び第２実施形態の高周波基板１０は作製するに際しては、例えば、ドクターブレード法により形成した低温焼成用の複数のセラミックグリーンシートを用意し、それぞれのセラミックグリーンシートに対して打ち抜き加工により複数のビアホールをする。そして、それぞれのビアホールに対してスクリーン印刷により導電性ペーストを充填することで、複数のビア導体を形成するとともに、それぞれのセラミックグリーンシートの表面に対してスクリーン印刷により導電性ペーストを塗布し、複数の導体パターンを形成する。このようにして形成される複数の導体パターンと複数のビア導体とにより、複数の対数周期アンテナやグランド導体等の基本構造を形成することができる。次いで、複数のセラミックグリーンシートを順に積層して加熱加圧し、得られた積層体を脱脂、焼成することにより高周波基板１０を得ることができる。

【0042】

以上、第１及び第２実施形態に基づき本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更を施すことができる。すなわち、図１～図１０を用いて説明した配線基板１０の構造は、本発明の作用効果を得られる限り、他の構造や材料を用いた多様な配線基板に対して広く本発明を適用することができる。特に、水平偏波用対数周期アンテナ４１～４４と垂直偏波用対数周期アンテナ３１～３４の個数、形状、放射素子の個数や長さ、その他の設計事項、あるいはグランド導体１１の配置や形状などについては、本発明の作用効果を得られる限り、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0043】

１０…高周波基板
１０ａ、１０ｂ…表面
１０ｃ…開口部
１１…グランド導体
１２…反射板
１３…給電経路
２０…ＩＣチップ
３１、３２、３３、３４…垂直偏波用対数周期アンテナ
４１、４２、４３、４４…水平偏波用対数周期アンテナ
５１、５２、５３、６１、６２、６３…水平放射素子
７１、７２、７３、７４、８１、８２、８３、８４…垂直放射素子
５０ａ、５０ｂ、７０ａ、７０ｂ…信号側接続導体
６０ａ、６０ｂ、８０ａ、８０ｂ…グランド側接続導体
Ｌ…導体層
Ｖ…ビア導体
Ａ１…ＲＦ領域
Ａ２…アンテナ領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】