JP7514665B2 - アンテナ素子及びアレイアンテナ - Google Patents

Description

本開示は、アンテナ素子及びアレイアンテナに関する。

特許文献１には、誘電体基板に、地導体と、給電ビアを介して給電される放射導体と、無給電放射導体とが積層されたマイクロストリップアンテナ（パッチアンテナ）が記載されている。

特開２０１１－１５５４７９号公報

アンテナ素子がデュアルバンド特性を有し、１つのアンテナ素子で複数の周波数帯で電波の送受信が可能であると有益である。

本開示は、デュアルバンド特性を有するアンテナ素子、並びに、上記のアンテナ素子を有するアレイアンテナを提供することを目的とする。

本開示に係るアンテナ素子は、
第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有する誘電体基板と、
前記誘電体基板に位置し、前記第１面から前記第２面にかけて順に並んだ第１放射導体、第２放射導体及び地導体と、
前記第２放射導体に接続された給電ビアと、
前記第２放射導体と前記第１放射導体とに接続された１つ又は複数の接続ビアと、
を備え、
前記第２放射導体の放射面は、第１辺と当該第１辺に対向する第２辺とを有し、
前記給電ビアは、前記放射面に垂直な方向から見て、前記第２辺よりも前記第１辺の近くに位置し、かつ、前記放射面に垂直な方向から見て、前記放射面の前記第１辺の中点と前記第２辺の中点とを結ぶ中央線上に位置し、
前記１つ又は複数の接続ビアは、前記放射面に垂直な方向から見て、前記第１辺からの距離が当該第１辺と前記第２辺との間の距離の３／４以内の領域に位置し、かつ、前記放射面に垂直な方向から見て、前記中央線に対して対称に配置されている。

本開示に係るアレイアンテナは、
上記のアンテナ素子を複数有する。

本開示によれば、デュアルバンド特性を有するアンテナ素子、並びに、上記のアンテナ素子を有するアレイアンテナを提供できる。

本開示の実施形態１のアンテナ素子を示す斜視図（Ａ）、平面図（Ｂ）及びＣ－Ｃ線における断面図（Ｃ）である。 接続ビアの配置を示す第２放射導体の平面図である。 実施形態１のアンテナ素子において接続ビアの位置と反射特性との関係を示すグラフである。 接続ビアの位置と減衰極の周波数との関係を示すグラフである。 接続ビアの位置により第２の減衰極の減衰量が小さくなる作用を説明する図である。 接続ビアを中央線に対して非対称に配置した比較例のアンテナ素子の反射特性を示すグラフである。 図６の比較例のアンテナ素子の作用を説明する第１放射導体の電界分布図である。 本開示の実施形態２のアンテナ素子を示す斜視図（Ａ）、平面図（Ｂ）及びＣ－Ｃ線における断面図（Ｃ）である。 実施形態２の接続ビアの配置を示す第２放射導体の平面図である。 実施形態２のアンテナ素子において２つの接続ビアの位置と反射特性との関係を示すグラフである。 実施形態２のアンテナ素子において２つの接続ビアの位置と反射特性との関係を示すグラフである。 実施形態２のアンテナ素子において２つの接続ビアの位置と反射特性との関係を示すグラフである。 本開示の実施形態３のアンテナ素子を示す断面図（Ａ）と、Ｄ－Ｄ線断面図（Ｂ）と、変形例のアンテナ素子のＤ－Ｄ線断面図（Ｃ）である。 本開示の実施形態３のアンテナ素子の変形例を示す断面図（Ａ）と、Ｄ－Ｄ線断面図（Ｂ）である。 本開示の実施形態のアレイアンテナを示す斜視図（Ａ）と、Ｂ－Ｂ線断面図（Ｂ）である。

以下、本開示の各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本開示の実施形態１のアンテナ素子を示す斜視図（Ａ）、平面図（Ｂ）及びＣ－Ｃ線における断面図（Ｃ）である。以下、図１のＺ方向を下方、Ｚ方向と垂直なＸ方向及びＹ方向を平面方向として説明する。Ｚ方向は、第２放射導体２２の放射面に垂直な方向であり、Ｘ方向及びＹ方向は、第２放射導体２２の放射面に沿った互いに直交する２つの方向である。本明細書における上下左右の方向は、アンテナ素子１の使用時における上下左右の方向と異なっていてもよい。

本実施形態のアンテナ素子１は、第１面１１と第１面１１とは反対側の第２面１２とを有する誘電体基板１０と、誘電体基板１０に位置しかつ第１面１１から第２面１２にかけて順に並んだ第１放射導体２１、第２放射導体２２及び地導体２３と、第２放射導体２２に接続された給電ビア２４と、第１放射導体２１と第２放射導体２２とに接続された接続ビア２５と、を備える。

誘電体基板１０は、例えば酸化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミック焼結体、ムライト質焼結体又は窒化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料から成る誘電体材料であってもよい。誘電体基板１０の第１面１１と第２面１２とは平行であってもよい。

第１放射導体２１、第２放射導体２２及び地導体２３は、各々が膜状の導体であり、広い面が互いに対向する。第１放射導体２１は誘電体基板１０の第１面１１に位置し、地導体２３は誘電体基板１０の第２面１２に位置する。

第１放射導体２１及び第２放射導体２２は、広い面（上面及び下面）が電波を放射する放射面に相当する。第１放射導体２１の放射面及び第２放射導体２２の放射面は矩形状であり、正方形であってもよい。第１放射導体２１と第２放射導体２２とは、大きさが一致していなくてもよい。第２放射導体２２は、上方から見て、第１放射導体２１と重なる。第１放射導体２１の放射面の各辺は、第２放射導体２２の放射面の対応する各辺と略平行であってもよい。図１（Ａ）～図１（Ｃ）の例に示すように、第１放射導体２１は、第２放射導体２２より僅かに大きく、上方から見て、第１放射導体２１の中心点と第２放射導体２２の中心点とが略重なってもよい。

地導体２３は、給電ビア２４を通す、あるいは、給電ビア２４の一端部を露出させる貫通孔２３ｈを有する。上方から見て、地導体２３は第１放射導体２１及び第２放射導体２２を内包する大きさを有していてもよい。

給電ビア２４は、地導体２３の貫通孔２３ｈから第２放射導体２２の高さにかけて延在する導体であり、第２放射導体２２に接続し、地導体２３に接続されない。給電ビア２４は、上下方向に延在する。給電ビア２４は、送信電波を発生させる高周波電流をアンテナ素子１の外部から第２放射導体２２へ伝送する。あるいは、給電ビア２４は、受信電波を示す高周波電流を第２放射導体２２からアンテナ素子１の外部へ伝送する。

接続ビア２５は、第２放射導体２２の高さから第１放射導体２１の高さにかけて延在する導体であり、第１放射導体２１と第２放射導体２２とに接続する。接続ビア２５は、上下方向に延在する。接続ビア２５は、第１放射導体２１と第２放射導体２２との間で高周波電流を伝送する。実施形態１では、アンテナ素子１は１つの接続ビア２５を有する。

＜接続ビアの配置＞
図２は、接続ビアの配置を示す第２放射導体の平面図である。図２においては、断面ではないが、領域Ｒ１を区別しやすいようにハッチングを施している。図２に示すように、第２放射導体２２の放射面は、第１辺Ｎ１と、第１辺Ｎ１に対向する第２辺Ｎ２とを有する。第１辺Ｎ１の中点と第２辺Ｎ２の中点とを結ぶ直線を中央線Ｏ１と記す。

給電ビア２４は、上方から透視した場合に、第２辺Ｎ２よりも第１辺Ｎ１の近くに位置し、中央線Ｏ１と重なる。接続ビア２５は、上方から透視した場合に、中央線Ｏ１上で、第１辺Ｎ１からの距離が第１辺Ｎ１と第２辺Ｎ２との間の距離Ｌ１の３／４以下の領域Ｒ１に位置する。接続ビア２５の中心軸ａ２５は、上方から透視した場合に、給電ビア２４の中心軸ａ２４と重ならないが、重なってもよい。

＜反射特性＞
図３は、実施形態１のアンテナ素子において接続ビアの位置と反射特性との関係を示すグラフである。図３の反射特性は、接続ビア２５が無いアンテナ素子と、接続ビア２５が有り、接続ビア２５の位置が異なる複数のアンテナ素子との反射損失をシミュレーションにより求めた結果である。シミュレーションにおいて、第２放射導体２２は１．７５ｍｍ四方の正方形、第１放射導体２１は１．７ｍｍ四方の正方形、地導体２３と第２放射導体２２との間隔は０．３ｍｍ、第２放射導体２２と第１放射導体２１との間隔は０．５ｍｍとした。さらに、図２に示したように、給電ビア２４の中心軸ａ２４は、中央線Ｏ１に重なり、かつ、第２放射導体２２の第１辺Ｎ１から０．２２５ｍｍ離れた構成とした。さらに、接続ビア２５の中心軸ａ２５が中央線Ｏ１に重なり、中心軸ａ２５と第２放射導体２２の第１辺Ｎ１との距離ｘ１を変動するパラメータとした。図３の凡例に示す値が距離ｘ１を示す。

図３の接続ビア無しのグラフ線に示すように、第１放射導体２１及び第２放射導体２２を有するアンテナ素子は、反射特性に２つの減衰極ｐ１、ｐ２が表れる。減衰極周辺の帯域は反射損失が低くなり、例えば反射損失が－１０ｄＢ以下となる帯域を電波の送受信帯域として使用できる。２つの減衰極は、第２放射導体２２の共振周波数と第１放射導体２１の共振周波数との違いに基づき生じる。

図３の０．０７５ｍｍ～１．６７５ｍｍのグラフ線に示すように、接続ビア２５を有するアンテナ素子１は、接続ビア２５が無い場合と比較して、反射特性の２つの減衰極の間隔が広がる。具体的には、高周波側の減衰極の周波数が上昇する。さらに、接続ビア２５の位置に応じて２つの減衰極の間隔の大きさと減衰極の反射損失の大きさが変化する。

図４は、接続ビアの位置と２つの減衰極の周波数との関係を示すグラフである。図４のグラフは、図３の各周波数特性の２つの減衰極の周波数を表わしている。２つの減衰極の周波数間隔が広がることで、一方の減衰極の周辺帯域と、他方の減衰極の周辺帯域とを、離間した２つの送受信帯域として使用し、アンテナ素子１のデュアルバンド特性を実現できる。図４に示すように、２つの減衰極の間隔は、接続ビア２５が第２放射導体２２の中央に位置する場合に狭くなり、中央から離間すると広くなる。

ただし、図３の１．２７５ｍｍ～１．６２５ｍｍのグラフ線に示すように、接続ビア２５が第２放射導体２２の第１辺Ｎ１から離れて第２辺Ｎ２に近づくと、高周波側の減衰極の反射損失が高くなる。そして、接続ビア２５が第２辺Ｎ２により近づくと、高周波側の減衰極がほぼ消失する。したがって、図４の範囲Ｃ１の構成は、デュアルバンド特性を実現することが難しい。

高周波側の減衰極の消失は、次のような作用に起因する。図５に示すように、第１放射導体２１では、誘電体基板１０を介して第２放射導体２２から第１放射導体２１へ電界Ｅ１が伝播することで共振電流Ｉ１が生じる。加えて、第１放射導体２１では、接続ビア２５の周辺を介して第２放射導体２２から電界Ｅ２が伝播することで共振電流Ｉ２が生じる。接続ビア２５が、第２辺Ｎ２に近いと、共振電流Ｉ１、Ｉ２が打ち消しあうように作用し、第１放射導体２１の共振電流が低下し、反射特定の高周波側の減衰極を消失させてしまう。

実施形態１のアンテナ素子１においては、接続ビア２５を領域Ｒ１（図２）に配置することで、反射特性の高周波側の減衰極が消失しない範囲で、２つの減衰極の間隔を調整し、アンテナ素子１のデュアルバンド特性を実現できる。

続いて、接続ビア２５を中央線Ｏ１上に配置する意義について説明する。図６は、接続ビア２５を中央線Ｏ１に対して非対称に配置した比較例のアンテナ素子の反射特性を示すグラフである。図７（Ａ）～図７（Ｃ）は、図６の比較例のアンテナ素子の作用を説明する第１放射導体の電界分布図である。図６に示すように、接続ビア２５を中央線Ｏ１からＹ方向に変位した構成では、反射特性に３つの減衰極ｐ１～ｐ３が生じ、高周波側の２つの減衰極の反射損失が比較的に高くなる。これは、接続ビア２５が中央線Ｏ１に対して非対称であることで、第１放射導体２１に生じる共振電流に複数の共振モードが生じることに起因する。すなわち、共振電流に、互いに対向する２辺Ｍ１、Ｍ２に強い電界が表れる第１共振モード（図７（Ａ））に加えて、一方の対角線Ｋ１の両端に強い電界が表れる第２共振モード（図７（Ｂ））が加わる。さらに、もう一方の対角線Ｋ２の両端に強い電界が表れる第３共振モード（図７（Ｃ））が加わる。第２共振モードと第３共振モードとが、高周波側の２つの減衰極の周波数に対応する。

実施形態１のアンテナ素子１は、接続ビア２５を中央線Ｏ１上に配置することで、反射特性の高周波側の減衰極を１つに集約し、高周波側の減衰極の反射損失を低くすることができ、アンテナ素子１のデュアルバンド特性を実現できる。

以上のように、実施形態１のアンテナ素子１によれば、第１放射導体２１と第２放射導体２２とを接続する接続ビア２５を有し、接続ビア２５が領域Ｒ１（図２）に位置する。したがって、アンテナ素子１の反射特性に現れる２つの減衰極の周波数間隔を、減衰極が消失しない範囲で広げることができる。したがって、２つの減衰極の周辺帯域を２つの離間した送受信帯域としたデュアルバンド特性を実現できる。

さらに、実施形態１のアンテナ素子１によれば、接続ビア２５の接続により第１放射導体２１の共振周波数を高い方へシフトさせることができ、第１放射導体２１の面積を縮小するなどの制約が生じないため、高いアンテナ利得を維持できる。

さらに、実施形態１のアンテナ素子１によれば、給電ビア２４と接続ビア２５とは中心軸ａ２４、ａ２５が重ならない別個のビアであり、接続ビア２５の配置を給電ビア２４の配置から独立させて決定できる。したがって、接続ビア２５の配置と給電ビア２４の配置により、アンテナ利得、２つの減衰極の周波数間隔などの種類の異なる複数のアンテナ特性を調整できる設計自由度が得られる。

さらに、実施形態１のアンテナ素子１によれば、接続ビア２５は中央線Ｏ１（図２）上に位置し、中央線Ｏ１に対して対称に配置されている。したがって、反射特性における高周波側の減衰極を１つに集約することができ、減衰極の反射損失が高くなることを抑制できる。したがって、低周波側と減衰極の周辺帯域と高周波側の減衰極の周辺帯域の反射損失が低減し、これら２つの帯域を送受信帯域としたデュアルバンド特性を実現できる。なお、僅かであれば接続ビア２５が中央線Ｏ１から外れて配置されてもよく、この配置でも、高周波側の減衰極は大きく２つに分割されずに、デュアルバンドの特性を維持できる。

（実施形態２）
図８は、本開示の実施形態２のアンテナ素子を示す斜視図（Ａ）、平面図（Ｂ）及びＣ－Ｃ線における断面図（Ｃ）である。図９は、実施形態２の接続ビアの配置を示す第２放射導体の平面図である。図９においては、断面ではないが、領域Ｒ１、Ｒ２を区別しやすいようにハッチングを施している。

実施形態２のアンテナ素子１Ａは、２つの接続ビア２５Ａ、２５Ｂを有する。接続ビア２５Ａ、２５Ｂは、第２放射導体２２の高さから第１放射導体２１の高さにかけて延在する導体であり、第１放射導体２１と第２放射導体２２とに接続する。接続ビア２５Ａ、２５Ｂは、上下方向に延在する。アンテナ素子１Ａのその他の構成要素は、実施形態１と同様である。

図９に示すように、２つの接続ビア２５Ａ、２５Ｂは、領域Ｒ１において中央線Ｏ１に対して対称に配置されている。接続ビア２５Ａ、２５Ｂの位置は、領域Ｒ２内であってもよい。領域Ｒ１は、第２放射導体２２において給電ビア２４に近い側の第１辺Ｎ１から、第１辺Ｎ１とそれに対向する第２辺Ｎ２との間の距離Ｌ１の３／４の範囲であり、領域Ｒ２は第１辺Ｎ１から距離Ｌ１の１／４の範囲である。

図１０（Ａ）～図１２（Ｂ）は、実施形態２のアンテナ素子において２つの接続ビアの位置と反射特性との関係を示すグラフである。グラフには、２つの接続ビア２５Ａ、２５Ｂの配置が異なる複数のアンテナ素子について、シミュレーションにより求めた反射損失の周波数特性が示されている。グラフには、１つの接続ビアを有するアンテナ素子の反射損失の特性（「ビア１本」の特性線）も含まれる。シミュレーションにおいて、接続ビア２５Ａ、２５Ｂ以外の各部のパラメータは、図３のシミュレーションのパラメータと同様である。また、接続ビア２５Ａ、２５Ｂの配置は、中央線Ｏ１から接続ビア２５Ａ、２５Ｂの中心軸ａ２５Ａ、ａ２５Ｂまでの距離ｙ１（図９）と、第１辺Ｎ１から接続ビア２５Ａ、２５Ｂの中心軸ａ２５Ａ、ａ２５Ｂまでの距離ｘ１とを、変動パラメータとした。図１０（Ａ）～図１２（Ｂ）の凡例に示す値が距離ｙ１を示す。図１０（Ａ）～図１２（Ｂ）のグラフ上に距離ｘ１の値を示す。

図１０（Ａ）～図１２（Ｂ）のグラフは、接続ビア２５が１つの場合と比較して、２つの接続ビア２５Ａ、２５Ｂを有することで、２つの減衰極の間隔をより広げられることを示す。特に、上記のグラフは、距離ｘ１が第１辺Ｎ１から第２辺Ｎ２までの距離Ｌ１の１／４以下である場合に、２つの減衰極の反射損失を低い値に維持しつつ、２つの減衰極が広がる距離ｙ１の設定が存在することを示す。例えば、図１０（Ａ）の距離ｙ１＝０．８ｍｍ、図１０（Ｂ）の距離ｙ１＝０．８ｍｍなどが該当する。

実施形態２のアンテナ素子１Ａによれば、２つの接続ビア２５Ａ、２５Ｂを有することで、反射特性の２つの減衰極の周波数間隔をより広げる設計自由度が得られる。そして、２つの接続ビア２５Ａ、２５Ｂが領域Ｒ１に位置することで、２つの減衰極の反射損失が低い値となり、アンテナ素子１Ａのデュアルバンド特性を実現できる。さらに、２つの接続ビア２５Ａ、２５Ｂが中央線Ｏ１に対して対称に配置されることで、反射特性における高周波側の減衰極を１つに集約することができ、減衰極の反射損失が高くなることを抑制できる。２つの接続ビア２５Ａ、２５Ｂを中央線Ｏ１に対して非対称に配置した場合には、図６及び図７（Ａ）～図７（Ｃ）に示したように、第１放射導体２１の共振電流に対角線Ｋ１、Ｋ２の両端に強い電界が表れる共振モードが加わり、高周波側の減衰極が複数に分かれることで、分割された各減衰極の反射損失が増してしまうためである。なお、僅かであれば接続ビア２５Ａ、２５Ｂが中央線Ｏ１に対して非対称に配置されてもよく、この配置でも、高周波側の減衰極は大きく２つに分割されずに、デュアルバンドの特性を維持できる。

さらに、実施形態２のアンテナ素子１Ａによれば、２つの接続ビア２５Ａ、２５Ｂが領域Ｒ２に位置し、かつ、距離ｙ１をシミュレーションの結果又は実験の結果等に基づき適宜に設定することで、反射特性の２つの減衰極の周波数間隔をより広げ、かつ、減衰極の反射損失が低いアンテナ特性を実現できる。そして、送受信周波数の間隔がより広い、アンテナ素子１Ａのデュアルバンド特性を実現できる。なお、図１０（Ａ）～図１２（Ｂ）の「ビア１本」のグラフ線から示されるように、１つの接続ビア２５を有する実施形態１のアンテナ素子１においても、接続ビア２５を領域Ｒ２の配置することで、送受信周波数の間隔をより広くした、アンテナ素子１のデュアルバンド特性を実現できる。

（実施形態３）
図１３は、本開示の実施形態３のアンテナ素子を示す縦断面図（Ａ）と、（Ａ）のＤ－Ｄ線断面図（Ｂ）と、変形例のアンテナ素子における（Ａ）のＤ－Ｄ線断面図（Ｃ）である。図１４は、本開示の実施形態３のアンテナ素子の変形例を示す縦断面図（Ａ）と、（Ａ）のＤ－Ｄ断面図（Ｂ）である。実施形態３のアンテナ素子１Ｂは、第１放射導体２１と第２放射導体２２との間に、誘電体基板１０の中空部３１（３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ）を有する。その他の構成要素は、実施形態１又は実施形態２と同様である。中空部３１（３１Ａ、３１Ｂ）は、図１３（Ｂ）に示すように、接続ビア２５を囲む環状であってもよいし、図１３（Ｃ）に示すように、接続ビア２５を挟む複数の帯状の形状を有していてもよい。環状の中空部３１であれば、上方から透視したときに、中空部３１の外周形状は矩形で、中空部３１は、第１放射導体２１の周縁部並びに第２放射導体２２の周縁部と重なる配置としてもよい。帯状の中空部３１Ａ、３１Ｂであれば、上方から透視したときに、中空部３１Ａ、３１Ｂと第１放射導体２１及び第２放射導体２２の給電ビア２４に近い側の第１辺Ｎ１、Ｍ１とそれに対向する第２辺Ｎ２、Ｍ２と重なる配置としてもよい。あるいは、中空部３１Ｃは、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示すように、Ｚ方向に延びる多数の長孔が、Ｘ－Ｙの二次元方向に間隔を開けて配置された構成としてもよいし、Ｘ－Ｙの二次元方向における或る領域に等間隔に配置された構成としてもよい。あるいは、多数の中空部３１Ｃに接続ビア２５を含めた構成が、上方から透視したときに、Ｘ－Ｙの二次元方向における或る領域に等間隔に配置された構成としてもよい。長孔形状の多数の中空部３１Ｃは、上方から透視したときに、第１放射導体２１及び第１放射導体２１の周辺部と重なる配置としてもよいし、上記の環状の中空部３１、あるいは、帯状の中空部３１Ａ、３１Ｂと重なる配置としてもよい。長孔形状の中空部３１Ｃの各々は、例えば直径０．１ｍｍの円柱状など、上方から見たときのサイズと形状が、接続ビア２５と同一であってもよい。中空部３１Ｃの個数は、図１４（Ｂ）では“６×６－１”個であるが、少なくとも８個以上としてもよい。

実施形態３のアンテナ素子１Ｂによれば、中空部３１（３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ）により、第１放射導体２１の共振周波数と第２放射導体２２の共振周波数とを離して、反射特性の２つの減衰極の間隔をより大きくできる。したがって、デュアルバンド化において、より離れた２つの周波数帯に電波の送受信帯域を設定できる。

さらに、誘電体基板１０の中空の部分は大きく一体化されると、誘電体基板１０に力が加わったときに誘電体基板１０を撓み変形させる要因となりやすい。誘電体基板１０の変形は、アンテナ特性に影響する。しかし、実施形態３の中空部３１（３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ）は、接続ビア２５の周囲に中空で無い部分を有するので、中空部３１（３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ）に起因した誘電体基板１０の変形を抑制し、アンテナ特性の安定化を図ることができる。特に、実施形態３の複数の中空部３１Ｃによれば、個々の中空部３１ＣがＺ方向に延びる長孔形状なので、中空部３１Ｃに起因した誘電体基板１０の撓みを抑える効果がより大きくなる。

（アレイアンテナ）
図１５は、本開示の実施形態に係るアレイアンテナを示す斜視図（Ａ）とＢ－Ｂ線における縦断面図（Ｂ）である。本実施形態のアレイアンテナ１００は、複数のアンテナ素子１（又は１Ａ、１Ｂ）を備える。複数のアンテナ素子１はアレイ用の大型の誘電体基板１１０にマトリックス状など縦横に配列されてもよいし、どのように配列されていてもよい。アレイアンテナ１００は、送信信号又は受信信号を入出力する集積回路２００が接続される電極１３０と、電極１３０と各アンテナ素子１との間で信号を伝送する伝送路１２０とを有する。伝送路１２０のアンテナ素子１側の端部は各アンテナ素子１の給電ビア２４でもある。アレイアンテナ１００には、伝送路１２０の信号周波数を抽出するフィルタ回路が搭載されてもよい。なお、図１５のアレイアンテナ１００は、１つの誘電体基板１１０に複数のアンテナ素子１が形成されることで、複数のアンテナ素子１が一体化された例であるが、アンテナアレイは、１つのアレイ基板に複数のアンテナ素子１が搭載されることで、複数のアンテナ素子１が一体化された構成としてもよい。さらに、上述のようなアレイアンテナ１００が１つのアレイ基板に複数搭載されて、より多くのアンテナ素子を有するアレイアンテナが構成されてもよい。集積回路２００が搭載される前の構成をアレイアンテナと呼び、集積回路２００が搭載された構成をアンテナモジュールと呼んでもよい。

本実施形態のアレイアンテナ１００によれば、複数のアンテナ素子１（又は１Ａ、１Ｂ）の各々がデュアルバンドの特性を有しているので、デュアルバンドに対応したアレイアンテナ１００を提供できる。ここで、比較例のアレイアンテナとして、複数のアンテナ素子のうち半分に第１送受信帯域に対応したアンテナ素子を適用し、残り半分に第２送受信帯域に対応したアンテナ素子を適用した構成を想定する。本実施形態のアレイアンテナ１００によれば、上記比較例のアレイアンテナと比較して、第１送受信帯域に対応するアンテナ素子１の総面積、並びに、第２送受信帯域に対応したアンテナ素子１の総面積が倍増するので、アレイアンテナ１００の総面積に対する各周波数帯のアンテナ利得を向上できる。

（製造方法）
アンテナ素子１、１Ａ、１Ｂの誘電体基板１０又はアレイアンテナ１００の誘電体基板１１０は、例えばガラスセラミック焼結体からなる場合であれば、次のようにして製作することができる。まず、ガラス成分となる酸化ケイ素、酸化ホウ素及びフィラー成分となる酸化アルミニウム等の粉末を主成分とする原料粉末を、有機溶剤、バインダと混練してスラリーとするとともに、このスラリーをドクターブレード法又はリップコータ法等の成形方法でシート状に成形して誘電体基板１０の各層となるセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を作製する。図１３に示す例のような中空部３１、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃは、セラミックグリーンシートに金型等を用いて貫通孔を設けておくことで、容易に形成することができる。次に、複数のグリーンシートを積層して積層体を作製する。このとき、中空部３１、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃとなる貫通孔が連続した大きな孔であると、その上下に位置するグリーンシートが変形し、貫通孔内へ凸状に変形してしまう場合がある。一方、中空部３１、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃとなる貫通孔は、環状であるか複数設けられており、連続した大きな孔でないので変形し難い。また、連続した大きな貫通孔の場合に対して、グリーンシートの貫通孔の中間に位置する部分（貫通孔が設けられていない接続ビア２５の周辺部分）が上下のグリーンシートを支える支持部のように機能する。グリーンシートの変形をより抑えるために、貫通孔の内部を、例えば後の焼成工程において焼失する有機成分から成る充填材で充填しておくこともできる。また、環状の中空部３１に対応する貫通孔をグリーンシートに打ち抜き加工で形成する場合には、接続ビア２５の周辺部分が浮島になり、抜け落ちてしまうため、中空部３１の部分に充填材を充填して接続ビア２５の周辺部分を支持してもよい。充填材は、例えば、アクリル樹脂と有機溶剤とを含むグリーンシートと同等の厚みのシート状のものである。例えば、グリーンシートに貫通孔を設ける際に、グリーンシート上にシート状の充填材を載置した状態で、充填材とともにグリーンシートを打ち抜きつつ、グリーンシートの貫通孔に打ち抜かれた充填材シートをはめ込むことで貫通孔に充填材を充填させることができる。この場合には、貫通孔の大きさが小さいので充填材から発生するガスの量が少なく、このガスによる変形も発生し難い。その後、この積層体を約９００～１０００℃程度の温度で焼成することによって誘電体基板１０を製作することができる。焼成後には、中空部３１（３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ）に空気が充填される。ここでいう空気とは、焼成時の雰囲気、バインダ、充填材の分解ガス等を含むものであるが、気体であるのでその比誘電率は純粋な空気と同レベルで小さな値となる。

第１放射導体２１、第２放射導体２２、地導体２３、給電ビア２４、接続ビア２５及びアレイアンテナ１００の伝送路１２０（以下、まとめて配線導体とも呼ぶ。）は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、パラジウム、金、白金、ニッケル又はコバルト等の金属、又はこれらの金属を含む合金の金属材料を導体材料として主に含むものである。第１放射導体２１、第２放射導体２２、地導体２３及び伝送路１２０は、例えば、銅のメタライズ層である場合には、銅の粉末を有機溶剤及び有機バインダと混合して作製した金属ペーストを誘電体基板１０の各層となるグリーンシートの所定位置にスクリーン印刷法等の方法で印刷してグリーンシートとともに焼成する方法で形成することができる。また、給電ビア２４、接続ビア２５及び伝送路１２０のビア部分は、上記の金属ペーストの印刷に先駆けてグリーンシートの所定の位置に貫通孔を設け、上記と同様の金属ペーストをこの貫通孔に充填しておくことで形成することができる。配線導体うち、第１放射導体２１、並びに、伝送路１２０の電極１３０となるメタライズ層の露出表面には、電解めっき法又は無電解めっき法等のめっき法でニッケル及び金等のめっき層が更に被着されていてもよい。

以上、本開示の各実施形態について説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限られるものでない。例えば、上記実施形態では、接続ビアが１本と２本の構成を示したが、アンテナ素子が３本以上の接続ビアを有してもよい。また、上記実施形態では、第１放射導体が誘電体基板の表面に露出した構成を示したが、第１放射導体は誘電体基板内に位置してもよい。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１、１Ａ、１Ｂ アンテナ素子
１０ 誘電体基板
２１ 第１放射導体
２２ 第２放射導体
Ｎ１ 第１辺
Ｎ２ 第２辺
２３ 地導体
２４ 給電ビア
ａ２４ 中心軸
２５、２５Ａ、２５Ｂ 接続ビア
ａ２５、ａ２５Ａ、ａ２５Ｂ 中心軸
Ｒ１、Ｒ２ 領域
３１、３１Ａ、３１Ｂ 中空部
１００ アレイアンテナ
１１０ 誘電体基板

Claims (5)

1. 第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有する誘電体基板と、
   前記誘電体基板に位置し、前記第１面から前記第２面にかけて順に並んだ第１放射導体、第２放射導体及び地導体と、
   前記第２放射導体に接続された給電ビアと、
   前記第２放射導体と前記第１放射導体とに接続された１つ又は複数の接続ビアと、
   を備え、
   前記第２放射導体の放射面は、第１辺と当該第１辺に対向する第２辺とを有し、
   前記給電ビアは、前記放射面に垂直な方向から見て、前記第２辺よりも前記第１辺の近くに位置し、かつ、前記放射面に垂直な方向から見て、前記放射面の前記第１辺の中点と前記第２辺の中点とを結ぶ中央線上に位置し、
   前記１つ又は複数の接続ビアは、前記放射面に垂直な方向から見て、前記第１辺からの距離が当該第１辺と前記第２辺との間の距離の３／４以内の領域に位置し、かつ、前記放射面に垂直な方向から見て、前記中央線に対して対称に配置されている、
   アンテナ素子。
2. 前記放射面に垂直な方向から見て、前記接続ビアの中心軸は前記給電ビアの中心軸と重ならない、
   請求項１記載のアンテナ素子。
3. 前記接続ビアは、前記放射面に垂直な方向から見て、前記第１辺からの距離が当該第１辺と前記第２辺との間の距離の１／４以下の領域に位置する、
   請求項１又は請求項２に記載のアンテナ素子。
4. 前記第１放射導体と前記第２放射導体との間に位置する前記誘電体基板の中空部を備える、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ素子。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のアンテナ素子を複数有するアレイアンテナ。

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