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JP4319224B2 - アンテナ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、チップアンテナ等でより高利得なアンテナを実現するために用いられ、特に能動デバイスとアンテナを一体化したシステムオンパッケージを実現する際に有効に高利得化を実現することができるアンテナ装置に関する。
本願は、２００４年９月７日に出願された特願２００４−２６００３８号および２００５年６月１７日に出願された特願２００５−１７８００１号に対して優先権を主張するものであって、それらの内容をここに援用する。
従来から、単素子アンテナを高利得化する様々な構成が提案されている。単素子アンテナを高利得化する方法として検討された構成として金属壁付きマイクロストリップアンテナの構成例について図３０Ａ及び図３０Ｂに示す（特許文献１参照）。図３０Ａ及び図３０Ｂはそれぞれ従来のアンテナ装置の構成を示す斜視図及び断面図である。図３０Ａ及び図３０Ｂにおいて、１５はシリンダ、１６はマイクロストリップパッチ、１７は給電点、１８は基板、１９はグラウンド板、２０は給電回路用基板であり、２１は給電回路を示している。
基本的な構成として金属壁であるシリンダ１５を具備することにより、マイクロストリップアンテナを高利得化する手法を示したものである。具体的には、基板１８と基板１８上に形成されたマイクロストリップパッチ１６と基板１８の裏面に配設されたグラウンド板１９とからなるマイクロストリップアンテナの周りに、金属でできたシリンダ１５を取り付けた構造になっている。シリンダ１５はマイクロストリップアンテナのグラウンド板１９に接地されている。
日本特許第３０２６１７１号公報
しかしながら、上記特許文献１には、高利得化の値としては１０dBi程度までしか示されておらず、マイクロストリップアンテナ単素子でのさらなる高利得化については示していない。
本発明は、ミリ波帯を用いた通信システムではアンテナとその他の高周波回路との接続インターフェースに起因する損失が無視できず、この損失を削減するため，高周波回路とアンテナを一体化して構成することが有効であることに着目したものである。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高周波回路を作り込む基板とアンテナ基板を一体化し、さらに、チップ形状で反射鏡アンテナを作り込むことにより、小型でかつ高利得化を図ったアンテナ装置を提供することを目的とする。また、本発明は、こうした高利得なアンテナ装置を用いたアレーアンテナ装置，モジュール，モジュールアレー、パッケージモジュールを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、複数の誘電体層を組み合わせた多層誘電体基板と、前記多層誘電体基板の下層に設けられた給電用アンテナと、前記給電用アンテナの上方に設けられた金属板と、前記複数の誘電体層において下層から上層に向かって径が大きくなるように配置された円状または方形状のループ状金属とを具備し、前記金属板が１次反射器として機能し、前記ループ状金属が２次反射器として機能し、前記金属板の裏面に反射器として機能するＭＥＭＳデバイスを有することを特徴としている。
また、本発明のアンテナ装置において、前記金属板に円状または方形状のスロットを空けるようにしてもよい。
また、本発明のアンテナ装置において、前記金属板の下面に平面アンテナを有し、前記平面アンテナの表面にスタブを有してもよい。
また、本発明のアンテナ装置において、前記平面アンテナの素子エレメントに可変容量素子を具備してもよい。
また、本発明のアンテナ装置において、前記複数の誘電体層において複数の周波数に対応した２次反射器として機能するループ状金属を複数組、配置してもよい。
また、本発明のアンテナ装置において、前記給電用アンテナは、単一の給電素子からなる構成、または、単一の給電素子と１つ以上の無給電素子を有する構成、または、複数の給電素子を配置した構成、または、単一の給電素子と１つ以上の無給電素子を有する素子群を複数配置した構成としてもよい。
本発明のアンテナ装置は、複数の誘電体層を組み合わせた多層誘電体基板と、前記多層誘電体基板の下層に設けられた給電用アンテナと、前記給電用アンテナの上方に設けられた金属板と、前記複数の誘電体層において下層から上層に向かって径が大きくなるように配置された円状または方形状のループ状金属とを具備している。
したがって、反射型開口面アンテナと同じ動作をさせることができる。これにより、簡易構造の反射鏡アンテナを実現できる。よって、製造性の優れた高利得アンテナが実現できる。
また、本発明のアンテナ装置では、前記金属板に円状または方形状のスロットを空けるようにしている。したがって、給電用アンテナから放射された電磁波の電力の一部をそのまま放射させることができる。これにより、メインローブに落ちこみの無い指向特性を実現することができる。よって、比較的小規模の高利得アンテナを実現することができる。
また、本発明のアンテナ装置では、前記金属板の下面に平面アンテナを有し、前記平面アンテナの表面にスタブを有する。
したがって、下面に設置した平面アンテナにより励振位相を調整することが可能となる。これにより、１次放射器からの反射波の指向特性を制御することができる。よって、本構成のアンテナを用いても目的の指向特性を実現することができる。
また、本発明のアンテナ装置では、前記平面アンテナの素子エレメントに可変容量素子を具備する。
したがって、下面に設置した平面アンテナの励振位相を可変制御することができる。これにより、１次放射器からの反射波の指向特性を可変制御することができる。よって、本構成のアンテナによれば、可変指向性制御を可能とすることができる。
また、本発明のアンテナ装置では、前記複数の誘電体層において複数の周波数に対応した２次反射器として機能するループ状金属を複数組、配置する。
したがって、反射鏡を周波数ごとに動作させることができる。これにより、複数の周波数において、それぞれ異なる指向性を実現することができる。よって、複数システムに対応可能なアンテナを実現することができる。
また、本発明のアンテナ装置では、前記金属板の裏面に反射器として機能するＭＥＭＳデバイスを有する。
したがって、前記金属板下面に設置したMEMSデバイスの角度を変えることで、反射波の方向を調整することができる。これにより１次反射器からの反射波の指向特性可変制御することができる。よって、本構成のアンテナの指向特性可変制御が可能となる
また、本発明のアンテナ装置によれば、金属板を無給電素子として機能させ、ループ状金属を反射器として機能させている。これにより、給電用アンテナから放射された電磁波を無給電素子で再放射し、さらに、環状などの導電性部材によりさらに反射させる構成となっているため、高利得なアンテナ装置を実現することができると。
また、本発明のアンテナ装置では、円状または方形状とした金属板の円の直径または方形のいずれかの１辺の長さが、多層誘電体基板の誘電体内波長の１．４８倍から２．１６倍の範囲内となるようにしている。これにより、１０（ｄＢｉ）以上の高利得を実現することができる。
また、本発明のアンテナ装置では、円状または方形状とした金属板の円の直径または方形のいずれかの１辺の長さが、多層誘電体基板の誘電体内波長の１．６２倍から１．８６倍の範囲内となるようにしている。これにより、１５（ｄＢｉ）以上の高利得を実現することができる。
また、本発明のアンテナ装置では、金属板が５次以上の奇数次のモードを励振する金属より作られている。これにより、３次のモードを励振する無給電素子以外に、５次以上の奇数次のモードを励振する無給電素子を用いても、３次のモードを励振する無給電素子と同様に高利得を実現することができる。
また、本発明のアンテナ装置では、金属板の高さが多層誘電体基板の誘電体内波長の０．１２〜０．２８倍の範囲内となるようにしている。これにより、１０（ｄＢｉ）以上の高利得を実現することができる。
また、本発明のアンテナ装置では、金属板の高さが多層誘電体基板の誘電体内波長の０．１６〜０．２２倍の範囲内となるようにしている。これにより、１５（ｄＢｉ）以上の高利得を実現することができる。
また、本発明のアンテナ装置では、前記ループ状金属を全周から任意の角度だけ切り取った構成としている。したがって、本アンテナは１箇所のみに開口を持つアンテナとなる。これにより、給電箇所から離れた箇所に開口を作ることができる。よって、給電箇所と開口位置をずらして構成することができる。
また、本発明のアンテナ装置では、前記複数の誘電体層の各層に配置したループ状金属間をスルーホールまたはビアホールを用いて接続する。
したがって、各ループ状金属の電位を均一にすることが可能となる。これにより、反射鏡面としての動作を安定させることができる。よって、指向特性の乱れを抑えることができる。
また、アンテナ装置では、前記金属板を第２の周波数において共振するマイクロストリップアンテナとし、第１の周波数で励振する前記給電用アンテナと独立に前記第２の周波数で励振する。
したがって、第１の周波数では本来の反射鏡アンテナとして動作させることができ、第２の周波数では単素子の平面アンテナとして動作させることができる。
これにより、比較的高い第１の周波数帯では狭ビームの指向特性を実現できるのに対して、比較的低い第２の周波数帯ではブロードな指向特性を実現することができる。よって、複数のシステムに対応可能なアンテナを実現することができる。
また、本発明のモジュールはアンテナ装置の表面に能動デバイスを実装して構成している。これにより、アンテナ装置と能動デバイスとを一体化したモジュールを提供することが可能になる。また、マザーボード上などにモジュールを直に実装することができるため、損失の大きなビアホールなどを用いずに済み、接続損失を大幅に低減することができる。
また、本発明では上記のようなモジュールを複数用いてモジュールアレーを構成している。これにより、単一のモジュールでは実現できないような高利得を必要とする用途にも適用可能となる。
また、本発明では、アンテナ装置の表面に能動デバイスを実装し、空隙構造を持つ基板を該表面側においてアンテナ装置に接続してパッケージモジュールを構成している。これにより、アンテナ装置と能動デバイスとを一体化したパッケージモジュールの形態での提供が可能となる。
また、本発明のアレーアンテナ装置はアンテナ装置を複数用いて構成している。これにより、単一のアンテナ装置では実現できないような高利得を必要とする用途にも適用可能となる。
本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図。 本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す断面図。 本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す上面図。 本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す断面図。 本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図。 本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す断面図。 円環リングの配置の定義を示す図。 図３Ａに示したアンテナ装置において無給電素子７を省略した場合の構成を示す斜視図。 図３Ｂに示したアンテナ装置において無給電素子７を省略した場合の構成を示す断面図。 スロット形状によるアンテナ特性の変化を示す特性図。 ２次反射器の鏡面配置角によるアンテナ特性の変化を示す特性図。 図８〜図１１に示すアンテナ特性を求めるために用いた解析モデルを示す図。 スロットの半径とアンテナ特性（利得）の関係を示す図。 １次反射器の高さとアンテナ特性（利得）の関係を示す図。 ２次反射器の配置角とアンテナ特性（利得）の関係を示す図。 層数とアンテナ特性（利得および放射効率）の関係を示す図。 本発明の第４実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図。 本発明の第４実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す断面図。 本発明の第５実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図。 本発明の第５実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す断面図。 本発明の第６実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図。 本発明の第６実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す断面図。 本発明の第７実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す断面図。 本発明の第８実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す断面図。 本発明の第９実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す断面図。 本発明の第１０実施形態のアンテナ装置を示す斜視図。 本発明の第１０実施形態のアンテナ装置を示す断面図。 図１８Ａ及び図１８Ｂのアンテナ装置の無給電素子の形状に対するアンテナ特性を示す図。 図１８Ａ及び図１８Ｂのアンテナ装置の無給電素子の高さに対するアンテナ特性を示す図。 図１８Ａ及び図１８Ｂのアンテナ装置の指向特性を示す図。 本発明の第１１実施形態のアンテナ装置の構成を示す上面図。 本発明の第１１実施形態のアンテナ装置の構成を示す側面図。 本発明の第１２実施形態のアンテナ装置を示す斜視図。 本発明の第１２実施形態のアンテナ装置の構成を示す断面図。 本発明の第１３実施形態によりアンテナ装置をシステムオンパッケージで実現する例を示す図。 本発明の第１４実施形態に係るシステムオンパッケージの構成を示す図。 本発明の第１５実施形態に係るモジュールの構成を示す図。 本発明の第１６実施形態に係るモジュールアレーの構成を示す図。 単素子アンテナを示す平面図。 本発明の第１７実施形態に係る４素子アレーアンテナの構成を示す平面図。 従来のアンテナ装置の構成例を示す斜視図。 従来のアンテナ装置の構成例を示す断面図。
符号の説明
１…誘電体基板、２…マイクロストリップアンテナ、３…１次反射器、４…２次反射器、５…地板、６…スロット、７…無給電素子、８…スルーホール（ビアホール）、９…マイクロストリップアンテナアレー、１０…バラクターダイオード、１１…第１周波数（ｆ１）用反射器、１２…第２周波数（ｆ２）用反射器、１３…第１周波数（ｆ１）用１次反射器及び第２周波数（ｆ２）用励振素子、１４…MEMSリフレクタ、３０…導体、３１…スタブ、１０１…多層誘電体基板、１０２…マイクロストリップアンテナ、１０３…無給電素子、１０３ａ…無給電素子、１０４…二次反射器、１０４ａ…二次反射器、１０５…グラウンド板、１０６…導体板、１０７…スルーホール（又はビアホール）、１０８…導体、１３０…高周波用のパッケージ、１３１…アンテナ装置、１３１ｂ…多層の誘電体、１３１Ｂ…多層誘電体基板、１３１ａ…二次反射器、１３１ｃ…給電素子、１３１ｄ…無給電素子、１３２…ＭＭＩＣチップ、１３３…保持部材、１３４〜１３６…突起（Ｂｕｍｐ）、１３７…ビアホール、１３８…グラウンド、１４０…モジュール、１５０…マザーボード、２００…局部発振器、２０１…ＩＦ信号入力端子、２０２…アンテナ、２０３…高周波回路、２０４…移相器、２０５…周波数混合器、２０６…増幅器、２２０…単素子アンテナ、２２１…４素子アレーアンテナ、２２２…給電線
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。ただし、本発明は以下に説明する各実施形態に限定されるものではなく、例えばこれら実施形態を適宜組み合わせたものも本発明の範囲に属する。
〈第１実施形態〉
本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置の構成を図１Ａ（斜視図）及び図１Ｂ（断面図）に示す。これらの図において、１は誘電体基板、２はマイクロストリップアンテナ、３は１次反射器、４は２次反射器であり、５は地板（グラウンド板）を示している。
図１Ａ及び図１Ｂのアンテナ装置は、１層当たり０．１ｍｍの誘電体基板１が１０層からなるものであり、最下層に配置されたマイクロストリップアンテナ２から放射された電磁波は金属板からなる１次反射器３に反射し、さらに円状のループ状金属からなる２次反射器４にさらに反射させることにより動作するアンテナを示したものである。
本発明では、例えば高温焼成セラミック（ＨＴＣＣ）基板を用いることにより薄型化・小型化が可能であり、６０ＧＨｚ帯であれば約１ｍｍの厚さで実現することができる。
また、利得としては１０ｄＢｉ以上を満足することが可能となる。
なお、２次反射器４の形状は円状としたが、本発明では円状は楕円も含む。また、２次反射器４の形状は、円状以外に正方形や長方形などの方形状であっても良い。
〈第２実施形態〉
本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置の構成を図２Ａ（上面図）及び図２Ｂ（断面図）に示す。これらの図において、１は誘電体基板、２はマイクロストリップアンテナ、３は１次反射器、４は２次反射器、５は地板であり、６はスロットを示している。
図２Ａ及び図２Ｂに示した第２実施形態に係るアンテナ装置は第１実施形態に係るアンテナ装置のアンテナ構成を丁度半分に切った構成となっており，その境界には導体３０を配置したものである。
なお、２次反射器４は、円状（上述したように楕円も含む）または方形状のループ状金属を全周から任意の角度だけ切り取った構成とすることができる。
本構成により、鏡面アンテナとしては導体３０によるイメージが生じるため、第１実施形態に係るアンテナ装置に比べて、ほぼ面積を半分に圧縮することが可能となる。
また、開口面が１箇所となり、かつ給電素子が全アンテナ構成の中央から端に変わるため、回路との接続に都合が良いなどの利点が生じる。
なお、図２Ａ及び図２Ｂでは、次に述べる第３実施形態と同様にスロット６を設けた場合について例を示したが、スロット６を設けずに図１Ａ及び図１Ｂに示したものと同様の形状の１次反射器３を用いても良い。したがって、スロット６については第３実施形態において詳しく説明する。
〈第３実施形態〉
本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置の構成を図３Ａ〜図３Ｃに示す。図３Ａはアンテナ装置の全体構成を示す斜視図、図３Ｂは図３Ａの断面図、図３Ｃは、円環リングの配置の定義を示す図である。図３Ａ〜図３Ｃの各図において、１は誘電体基板、２はマイクロストリップアンテナ、３は１次反射器、４は２次反射器、５は地板、６はスロットであり、７はマイクロストリップアンテナ２から放射された電磁波を再放射する無給電素子を示している。
図３Ａ〜図３Ｃのアンテナ構成は第１実施形態（図１Ａ及び図１Ｂ）で示したアンテナ構成において、１次反射器３に円形状（楕円を含む）または方形状（正方形又は長方形を含む）のスロット６を設けることによりマイクロストリップアンテナ２から放射された電磁波のうち一部を反射させずにそのまま空間に放出させたものである。これにより１次反射器３から直接マイクロストリップアンテナ２に反射させられてくる電磁波による影響を小さくするだけでなく、メインビーム内での指向性の乱れを抑圧することができる。すなわち、第１実施形態の構成では１次反射器３の中心付近の上方にヌルパターンによる不感地帯が発生するが、本実施形態のようにスロット６を設けてアンテナとして共振させることで、こうした不感地帯の発生を防ぐことができる。
ここで、無給電素子７の配置形態について説明しておくと、図３Ｂに示したようにマイクロストリップアンテナ２の上方に配置する形態のほか、マイクロストリップアンテナ２の横に配置する形態も考えられる。
例えば、マイクロストリップアンテナ２をアンテナ装置の上方から見たときに上下方向（すなわち、紙面に対して鉛直方向）に定在波が発生しているとすると、同一形状の無給電素子をマイクロストリップアンテナ２の上下にそれぞれ配置する形態が考えられる。
あるいは、いま述べたのと同様に定在波が発生しているときに、無給電素子をマイクロストリップアンテナ２の左右にそれぞれ配置し、例えば左側に配置した無給電素子の上下方向の長さを右側に配置した無給電素子の上下方向の長さよりも長くする。こうすることで、マイクロストリップアンテナ２が例えば６０ＧＨｚで共振している場合に、左側に配置した無給電素子を例えば５８ＧＨｚで共振させ、右側に配置した無給電素子を例えば６２ＧＨｚで共振させる。これにより、より共振しやすい方向に電流の中心位置が偏るため、広帯域化が実現できる。
また、マイクロストリップアンテナ２についてもここで説明しておくと、マイクロストリップアンテナ２はこれまでに示したような単素子のもので構成しても良いし、複数の素子をアレー状に配置して構成しても良い。また、マイクロストリップアンテナ２に加えて無給電素子７を設ける場合には、これらをさらにアレー状に複数配置して構成しても良い。このことは、本実施形態以外の他の実施形態でも同様である。
なお、図３Ａ及び図３Ｂでは無給電素子７を設けた構成を示したが、無給電素子７を設けることは必須ではないため省略しても良い。この場合のアンテナ装置の構成例を図４Ａ及び図４Ｂに示す。
また、本実施形態以外の他の実施形態では無給電素子を設けていない実施形態もあるが、そうした実施形態において本実施形態と同様に無給電素子を設けても良い。
次に、一例として誘電体基板１に高温焼成セラミック基板（誘電率９．０）を用いることを想定して、モーメント法により解析した結果を示す。１層あたりの基板厚０．１ｍｍの基板を１０層用い、以下のパラメータで２次反射器４を構成する金属の円環リングを４層配置した場合（構成ａ）と、円環リングを９層配置した場合（構成ｂ）における６０ＧＨｚ帯での構成（構成パラメータ）（Ａ）と特性（Ｂ）を示すと以下の通りである。
（構成ａ）
（Ａ）構成パラメータ
・ １層目 給電素子：１辺が0.785mmの方形パッチ
（給電箇所：中心から0.1mm）
・ ２層目 円環リング：内径半径2.5 mm 外径半径3.25 mm
・ ３層目 円環リング：内径半径3.1 mm 外径半径3.85 mm
・ ４層目 円環リング：内径半径3.7 mm 外径半径4.45 mm
・ ５層目 円環リング：内径半径4.3 mm 外径半径5.05 mm
・ １０層目 円形パッチ：半径2.55 mm スロット半径0.57 mm
（Ｂ）特性利得 15.7dBi（59GHz）
（構成ｂ）
（Ａ）構成パラメータ
・ １層目 給電素子：１辺が0.785mmの方形パッチ
（給電箇所：中心から0.1mm）
・ ２層目 円環リング：内径半径2.5 mm 外径半径3.25 mm
・ ３層目 円環リング：内径半径3.0 mm 外径半径3.75 m
・ ４層目 円環リング：内径半径3.5 mm 外径半径4.25 mm
・ ５層目 円環リング：内径半径4.0 mm 外径半径4.75 mm
・ ６層目 円環リング：内径半径4.5 mm 外径半径5.25 mm
・ ７層目 円環リング：内径半径5.0 mm 外径半径5.75 mm
・ ８層目 円環リング：内径半径5.5 mm 外径半径6.25 mm
・ ９層目 円環リング：内径半径6.0 mm 外径半径6.75 mm
・ １０層目 円環リング：内径半径6.5 mm 外径半径7.25 mm
・ １０層目 円形パッチ：半径2.55 mm スロット半径0.57 mm
（Ｂ）特性・利得 16.0dBi（60GHz）
また、構成ａにおいて、１次反射器３に配置したスロット６の形状によりアンテナ特性が変化する。ここで、スロット６の直径によるアンテナ特性の変化を図５に示す。同図からアンテナ利得と放射効率は、ほぼ似た特性を持つことが分かり、さらにスロット直径として0.55mmから0.60mmとするのが良いことが分かる。
次に、２次反射器４の配置によるアンテナ特性の変化を図３Ｃで示した２次反射器４の鏡面配置角αを用いて示すと図６のようになる。同図から明らかなように、２次反射器４の配置角αによりアンテナ利得が大きく変化し、ほぼ８０度の時にアンテナ特性が改善され、７８度から８１度の間であれば、比較的高い利得のアンテナが実現できることが分かる。
また、図８〜図１１は上記以外の種々のパラメータについてアンテナ特性を示したものであって、図７に示す解析モデルに基づいている。図７の解析モデルによるアンテナ装置の構成は図４Ｂに示した構成と同じであって、Ｈは地板５の放射方向側の面を基準とした１次反射器３の高さ，Ｒ１は１次反射器３の外径の半径，Ｒ２はスロット６の半径，αは前述した２次反射４の鏡面配置角である。
図８はスロット６の半径Ｒ２と利得の関係を示した図であって、誘電体基板１の層数が４層，７層，９層の場合についてそれぞれ示したものである。図９は１次反射器３の高さＨと利得の関係を示した図であって、誘電体基板１の層数が４層，７層，９層の場合についてそれぞれ示したものである。図１０は鏡面配置角αと利得の関係を示した図であって、誘電体基板１の層数が４層，７層，９層の場合についてそれぞれ示したものである。図１１は誘電体基板１の層数と利得及び放射効率との関係を示した図である。これらの図から分かるように、半径Ｒ２，高さＨ，鏡面配置角α，層数の１つ以上の値を変えることによって、ある程度利得を調整することができる。
〈第４実施形態〉
本発明の第４実施形態に係るアンテナ装置の構成を図１２Ａ（斜視図）及び図１２Ｂ（断面図）に示す。これらの図において、１は誘電体基板、２はマイクロストリップアンテナ、３は１次反射器、４は２次反射器、５は地板、６はスロットであり、８はビアホール、またはスルーホールを示している。
図１２Ａ及び図１２Ｂに示した第４実施形態に係るアンテナ装置の構成は第３実施形態で示したアンテナ構成（図４Ａ及び図４Ｂ）に対して２次反射器４のリング状金属のレイヤ間をビアホールまたはスルーホール８を追加して接続した構成を示したものである。
本構成により２次反射器４内の電位が共通化されるため、アンテナの動作が安定し、指向性の乱れが小さくなるという利点が生じる。
〈第５実施形態〉
本発明の第５実施形態に係るアンテナ装置の構成を図１３Ａ（斜視図）及び図１３Ｂ（断面図）に示す。これらの図において、１は誘電体基板、２はマイクロストリップアンテナ、３は１次反射器、４は２次反射器、５は地板であり、９はマイクロストリップアンテナアレー，３１はスタブを示している。
第５実施形態に係るアンテナ装置が第１実施形態に係るアンテナ装置と構成上、異なるのは、１次放射器３の裏面に、平面アンテナを形成するマイクロストリップアンテナアレー９を有していること、および、マイクロストリップアンテナアレー９を構成している個々のアンテナに対して金属片からなるスタブ３１を取り付けていることにあり、他の構成は同一である。
マイクロストリップアンテナアレー９は、マイクロストリップアンテナ２からの電磁波の電力をいったん蓄積し、電磁波の位相をずらして再放射するものである。電磁波の位相をずらすための手段として本実施形態ではスタブ３１を設けており、スタブ３１の大きさを個々に変えることによって、形成されるビームをチルトさせることができる。
本構成により１次反射器３からの反射波を目的とする指向性となるように成形することができる。これにより２次反射器４まで含めた総合の指向特性を制御することができる。
〈第６実施形態〉
本発明の第６実施形態に係るアンテナ装置の構成を図１４Ａ及び図１４Ｂに示す。これらの図において、１は誘電体基板、２はマイクロストリップアンテナ、３は１次反射器、４は２次反射器、５は地板、９はマイクロストリップアンテナアレーであり、１０はバラクターダイオードを示している。
図１４Ａ及び図１４Ｂに示した第６実施形態に係るアンテナ装置が第５実施形態に係るアンテナ装置（図１３Ａ及び図１３Ｂ）と構成上、異なるのは、１次反射器３裏面に配置されたマイクロストリップアンテナアレー９の素子に可変容量素子の一種であるバラクターダイオード１０を具備している点にある。図１４Ｂに示した構成例では、バラクターダイオード１０を１次反射器３上に配置して、マイクロストリップアンテナアレー９を構成する各アンテナとの間を配線で接続するようにしている。これにより第５実施形態に係るアンテナ装置では固定の指向性制御が可能であったが、バラクターダイオード１０ヘの加圧電圧の制御により指向性を可変することが可能となる。
〈第７実施形態〉
本発明の第７実施形態に係るアンテナ装置の構成を図１５に示す。同図において、１は誘電体基板、２はマイクロストリップアンテナ、３は１次反射器、４は２次反射器、５は地板、１１は第１周波数（ｆ１）用反射器であり、１２は第２周波数（ｆ２）用反射器を示している。なお、ｆ１用反射器１１とｆ２用反射器１２により２次反射器４を構成している。
図１５に示した第７実施形態に係るアンテナ装置が第１実施形態に係るアンテナ装置と構成上、異なるのは複数の周波数に対応した２次反射器を具備している点である。ここでは、一例として第１周波数用反射器１１と第２周波数用反射器１２を具備することで、２周波において別々の２次反射器を構成した例を示す。本実施形態は、２次反射器４を構成する円環リングを波長に対して十分狭い間隔で配置することで擬似的に穴のない鏡面として見える性質を利用している。
なお、本実施形態は３周波以上の共用であっても可能なアンテナ構成である。これにより複数の周波数においてそれぞれ異なる指向特性を実現することが可能となる。
〈第８実施形態〉
本発明の第８実施形態に係るアンテナ装置の構成を図１６に示す。同図において、１は誘電体基板、２はマイクロストリップアンテナ（ｆ１用励振素子）、４は２次反射器、５は地板であり、１３は第１周波数（ｆ１）用１次反射器及び第２周波数（ｆ２）用励振素子を示している。なお、周波数ｆ２は周波数ｆ１よりも低い周波数に設定する。例えば、周波数ｆ１はミリ波帯（具体的には６０ＧＨｚなど）とし、周波数ｆ２は無線ＬＡＮで使用される５ＧＨｚ帯とする。
図１６に示した第８実施形態に係るアンテナ装置が、第１実施形態に係るアンテナ装置と構成上、異なるのは、マイクロストリップアンテナ２を励振するだけでなく、マイクロストリップアンテナ２が励振する周波数帯とは異なる周波数帯において１次反射器１３を励振することにある。
これにより、従来の狭ビーム特性を得るものに対しては鏡面アンテナとして動作させ、より低い周波数帯においてブロードな指向特性を実現する場合には第２周波数用励振素子１３を用いて放射させるということが可能となる。
なお、本実施形態は、他の実施形態、例えば後述する第１０〜第１２実施形態に係るアンテナ装置に適用しても良い。
〈第９実施形態〉
本発明の第９実施形態に係るアンテナ装置の構成を図１７に示す。同図において、１は誘電体基板、２はマイクロストリップアンテナ、４は２次反射器、５は地板であり、１４はMEMS（Micro Electro Mechanical System）リフレクタを示している。
図１７に示した第９実施形態に係るアンテナ装置が、第１実施形態に係るアンテナ装置と構成上、異なるのは１次反射器３の裏面にMEMSリフレクタ１４を具備した点にある。これによりMEMSデバイスに加えられる電圧値により反射板の角度が変化するため、１次反射器３からの反射波を制御することが可能となる。これによりアンテナ全体の指向特性を可変させることができる。
〈第１０実施形態〉
以下、本発明の第１０実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の第１０実施形態並びに後述する第１１実施形態および第１２実施形態のアンテナ装置では、それらが備える無給電素子が３次のモードを励振する場合を対象としている。
本発明の第１０実施形態におけるアンテナ装置の構造について図１８Ａ及び図１８Ｂを参照しつつ説明する。図１８Ａ及び図１８Ｂは第１０実施形態のアンテナ装置を示す図であり、図１８Ａは構成図(斜視図）であり、図１８Ｂは図１８ＡのＩ−Ｉ線の断面図である。
第１０実施形態のアンテナ装置は、図１８Ｂに示すように、１０層の誘電体を組み合わせた多層誘電体基板１０１を有しており、本実施形態においては多層誘電体基板１０１として高温焼成セラミック基板（ＨＴＣＣ基板：Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）を用いる。ＨＴＣＣ基板を用いることにより、例えば、６０ＧＨｚ帯の周波数帯域であれば、多層誘電体基板１０１の厚さをほぼ１（ｍｍ）（各層の誘電体の厚みをほぼ０．１（ｍｍ））にすることが可能となる。なお、図１８Ｂにおいては、多層誘電体基板１０１として１０層の誘電体を組み合わせた多層誘電体基板を示しているが、多層誘電体基板として２層以上の誘電体を組み合わせたものであればよい。また、図１８Ａでは、多層誘電体基板１０１が１０層の誘電体を組み合わせたものであることの図示は省略している。
アンテナ装置には、多層誘電体基板１０１の放射方向（図１８Ｂ中に図示）に対して最下層の誘電体の放射方向側の面に金属などの導電性部材によりなるマイクロストリップアンテナ１０２が配置されている。マイクロストリップアンテナ１０２は単素子アンテナとしての給電素子である。
また、アンテナ装置は、マイクロストリップアンテナ１０２よりも放射方向側に配置される無給電素子１０３を備えている。無給電素子１０３は円形状をした金属よりなる。例えば、後述する解析結果に示すように、無給電素子１０３の直径が多層誘電体基板１０１の誘電体内における波長（誘電体内波長）の１．４８倍から２．１６倍（１．４８波長から２．１６波長）において利得１０（ｄＢｉ）以上を実現でき、無給電素子１０３の直径が誘電体内波長の１．６２倍から１．８６倍（１．６２波長から１．８６波長）において利得１５（ｄＢｉ）以上を実現できる。なお、無給電素子１０３の形状として、円形状の他、正方形であってもよい。この場合も、無給電素子１０３の１辺が誘電体内波長の１．４８倍から２．１６倍（１．４８波長から２．１６波長）において利得１０（ｄＢｉ）以上を実現でき、無給電素子１０３の１辺が誘電体内波長の１．６２倍から１．８６倍（１．６２波長から１．８６波長）において利得１５（ｄＢｉ）以上を実現できる。
なお、ここでは無給電素子１０３を円形状としたが、円形状は楕円も含む。無給電素子１０３が楕円の場合には、楕円の長径または短径の少なくとも一方が円の場合の直径と同様の条件を満足すれば良い。また、正方形に限らず長方形などの方形状であっても良い。この場合には、長方形の少なくとも１辺が正方形の場合と同様の条件を満足すれば良い。また、無給電素子１０３の形状は正確な円形状あるいは方形状でなくとも良く、例えば一部が欠けている形状や一部が変形している形状などであっても良い。
また、アンテナ装置には、多層誘電体基板１０１の放射方向に対して２層目の誘電体から最下層（１０層目）の誘電体の放射方向側の面の夫々に金属などの導電性部材からなる二次反射器１０４が配置されている。二次反射器１０４は、外周および内周が円である環状をした構造である（円状）。そして、２層目の誘電体の放射方向側の面に配置された二次反射器１０４から最下層（１０層目）の誘電体の放射方向側の面に配置された二次反射器１０４に向かって、それらの直径は順次小さくなっている。
なお、二次反射器１０４を配置する誘電体は上記に限られるものではなく、例えば、１０層の全てに配置するようにしてもよい。また、二次反射器１０４の環状の形状として、外周および内周が円の他、楕円であってもよく（楕円状）、方形であってもよい（方形のループ状）。
さらに、アンテナ装置には、多層誘電体基板１０１のアンテナ装置の放射方向と反対側の面にグラウンド板１０５が配置されている。マイクロストリップアンテナ１０２はグラウンド板１０５に接地されている。
図１８Ａ及び図１８Ｂに構造を示したアンテナ装置は、マイクロストリップアンテナ１０２から放射された電磁波が無給電素子１０３により再放射され、さらに、二次反射器１０４によりさらに反射させることにより動作するものである。
なお、本実施形態では、第１実施形態〜第９実施形態とは異なって一次反射器が存在しないが、第１実施形態〜第９実施形態との対応が分かりやすいように、第１実施形態〜第９実施形態に準じて参照符号１０４を二次反射器として説明している。
以下、図１８Ａ及び図１８Ｂのアンテナ装置において、モーメント法により解析した結果として、無給電素子１０３の形状に対するアンテナ特性を図１９に示す。なお、図１９では、横軸が円形をした無給電素子１０３の半径（ｍｍ）であり、縦軸が利得（ｄＢｉ）と放射効率（％）である。なお、図１９中、実線が利得であり、点線が放射効率である。
ただし、モーメント法による解析は次の条件の下に行われている。電磁波の周波数帯域を６０ＧＨｚとする。多層誘電体基板１０１として、１層当たりの厚さが０．１（ｍｍ）である１０層の誘電体からなり、多層誘電体基板１０１として比誘電率が９．０のＨＴＣＣ基板が用いられている。また、無給電素子１０３の高さがグラウンド板１０５の放射方向側の面から０．３（ｍｍ）である。二次反射器１０４は多層誘電体基板１０１の放射方向に対して２層目の誘電体から最下層（１０層目）の誘電体の放射方向側の面の夫々に配置されている。
誘電体内波長λは、比誘電率εｒ、周波数をｆとすると、下記のようにして求めることができる。なお、ｃは真空中の光の速度である。
λ＝ｃ／ｆ×（１／（εｒ）１／２）
解析に利用した周波数が６０ＧＨｚ、ＨＴＣＣ基板の比誘電率が９、光の速度が３×１０８（ｍ／ｓ）であることから、誘電体内波長λは、
λ＝３×１０８／（６０×１０９）×（１／（９）１／２）＝１．６７×１０−３（ｍ）＝１．６７（ｍｍ）となる。
これを利用することによって、図１９の無給電素子１０３の半径（ｍｍ）をもとに、無給電素子１０３の直径が誘電体内波長の何倍であるかを換算することができる。なお、本実施形態のアンテナ装置のように空気層に近い部分にも伝搬する場合を考慮すると、実際の誘電体内波長は１．６７ｍｍよりも少し長くなる場合も考えられる。したがって誘電体内波長はほぼ１．６７ｍｍと言える。
図１９の解析結果から、最大の利得で１８．６（ｄＢｉ）を実現することができている。また、無給電素子１０３の直径が誘電体内波長の１．４８倍から２．１６倍（１．４８波長から２．１６波長）において利得１０（ｄＢｉ）以上を実現できている。また、無給電素子１０３の直径が誘電体内波長の１．６２倍から１．８６倍（１．６２波長から１．８６波長）において利得１５（ｄＢｉ）以上を実現できている。
つまり、本実施形態のアンテナ装置によれば、１０（ｄＢｉ）以上の高利得を実現でき、さらに、１５（ｄＢｉ）以上の高利得をも実現することができる。
なお、無給電素子１０３の形状が円である場合と正方形である場合とにおいて、図１８Ａ及び図１８Ｂのアンテナ素子は同じ動作をするため、円形の無給電素子の直径と正方形の無給電素子の１辺の長さが同じである場合には、ほぼ同じ利得（ｄＢｉ）が得られる。
また、図１８Ａ及び図１８Ｂのアンテナ装置において、モーメント法により解析した結果として、無給電素子１０３の高さに対するアンテナ特性を図２０に示す。なお、図２０では、横軸が無給電素子１０３のグラウンド板１０５の放射方向側の面からの高さ（ｍｍ）であり、縦軸が利得（ｄＢｉ）と放射効率（％）である。なお、図２０中、実線が利得であり、点線が放射効率である。
ただし、モーメント法による解析は次の条件の下に行われている。電磁波の周波数帯域を６０ＧＨｚとする。多層誘電体基板１０１として、１層当たりの厚さが０．１（ｍｍ）である１０層の誘電体からなり、多層誘電体基板１０１として比誘電率が９．０のＨＴＣＣ基板が用いられている。また、無給電素子１０３の直径が２．８（ｍｍ）である。二次反射器１０４は多層誘電体基板１０１の放射方向に対して２層目の誘電体から最下層（１０層目）の誘電体の放射方向側の面の夫々に配置されている。
図２０の解析結果から、無給電素子１０３の高さが０．２（ｍｍ）から０．４６（ｍｍ）において利得１０（ｄＢｉ）以上を実現できている。なお、上述したように誘電体内波長λは約１．６７（ｍｍ）であるため、無給電素子１０３の高さを波長に換算すると約０．１２〜０．２８波長となる。また、無給電素子１０３の高さが０．２６（ｍｍ）から０．３６（ｍｍ）において利得１５（ｄＢｉ）以上を実現できている。この場合の無給電素子１０３の高さを波長に換算すると約０．１６〜０．２２波長となる。
つまり、本実施形態のアンテナ装置によれば、１０（ｄＢｉ）以上の高利得を実現でき、さらに、１５（ｄＢｉ）以上の高利得をも実現することができる。
さらに、図１８Ａ及び図１８Ｂのアンテナ装置において、モーメント法により解析した結果として、アンテナ装置の指向特性を図２１に示す。なお、図２１では、横軸が角度（ｄｅｇ）であり、縦軸が相対電力（ｄＢ）である。なお、図２１中、実線がＨ面のアンテナパターンであり、点線がＥ面のアンテナパターンである。本実施形態では、マイクロストリップアンテナ１０２からの電磁波を周囲に散乱させる目的で無給電素子１０３を設けているため、通常用いられる無給電素子に対してサイズが大きくなっている。これによって複数個の定在波が発生し、図２１に示したように大きなサイドローブを持った特性を有する。
ただし、モーメント法による解析は次の条件の下に行われている。電磁波の周波数帯域を６０ＧＨｚとする。多層誘電体基板１０１として、１層当たりの厚さが０．１（ｍｍ）である１０層の誘電体からなり、多層誘電体基板１０１として比誘電率が９．０のＨＴＣＣ基板が用いられている。また、無給電素子１０３の直径が２．８（ｍｍ）であり、その高さがグラウンド板１０５の放射方向側の面から０．３（ｍｍ）である。二次反射器１０４は多層誘電体基板１０１の放射方向に対して２層目の誘電体から最下層（１０層目）の誘電体の放射方向側の面の夫々に配置されている。
〈第１１実施形態〉
以下、本発明の第１１実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本発明の第１１実施形態におけるアンテナ装置の構造について図２２Ａ及び図２２Ｂを参照しつつ説明する。図２２Ａ及び図２２Ｂは第１１実施形態のアンテナ装置を示す図であり、図２２Ａは上面図であり、図２２Ｂは図２２ＡのII方向からみた側面図である。なお、図２２Ａにはマイクロストリップアンテナ１０２が図示されていないが、第１１実施形態のアンテナ装置はマイクロストリップアンテナを有しており、後述する導体板１０６と接触しない位置に設けられている。
図２２Ａ及び図２２Ｂに示す第１１実施形態のアンテナ装置は、図１８Ａ及び図１８Ｂの第１０実施形態のアンテナ装置とは、以下の点において異なっている。つまり、本実施形態のアンテナ装置では、図１８Ａ及び図１８Ｂの環状をした二次反射器１０４の代わりに、図２２Ａに示すような、外周および内周が円である環状の半分（１８０度分）を取り除いた形状を持つ二次反射器１０４ａを有している。また、本実施形態のアンテナ装置では、図１８Ａ及び図１８Ｂの円形をした無給電素子１０３の代わりに、図２２Ａに示すような、半円形の無給電素子１０３ａを有している。そして、アンテナ装置には、二次反射器１０４ａの両端部を接続する平板の導体板１０６が、アンテナ装置の側面、すなわち図２２ＡのII方向から見て全面に設けられている。
なお、その他の構成は図１８Ａ及び図１８Ｂの第１０実施形態のアンテナ装置と実質的に同様であり、詳細は省略する。
上述したように、第１１実施形態のアンテナ装置によれば、導体板１０６により二次反射器１０４ａなどのイメージ（鏡像）を生じさせる構造となっているため、図１８Ａ及び図１８Ｂのアンテナ装置に比べて、アンテナ装置の放射方向から見た平面の面積をほぼ半分にすることができ、アンテナ装置の小型化を図ることができる。また、開口面が１箇所となり、かつ、マイクロストリップアンテナがアンテナ装置の端面付近に位置することになるため、給電回路などとの接続が容易になるという利点が得られる。
なお、図２３Ａ及び図２３Ｂのアンテナ装置では、二次反射器１０４ａは環状の半分（１８０度分）を取り除いた形状にしている場合であるが、これに限らない。例えば、環状の４分の３（２７０度分）を取り除いた形状にしてもよい。
〈第１２実施形態〉
以下、本発明の第１２実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本発明の第１２実施形態におけるアンテナ装置の構造について図２３Ａ及び図２３Ｂを参照しつつ説明する。図２３Ａ及び図２３Ｂは第１２実施形態のアンテナ装置を示す図であり、図２３Ａは構成図であり、図２３Ｂは図２３ＡのIII−III線の断面図である。
図２３Ａ及び図２３Ｂに示す第１２実施形態のアンテナ装置では、図１８Ａ及び図１８Ｂの第１０実施形態のアンテナ装置とは異なり、多層誘電体基板１０１の各層の誘電体にスルーホール１０７（又はビアホール）を設けている。そして、本実施形態のアンテナ装置では、このスルーホール１０７内に金属などの導体１０８を設け、この導体１０８により各層の誘電体を挟んで存在する、つまり、互いに隣接する二次反射器１０４が互いに接続されている。つまり、各二次反射器１０４は、他の二次反射器１０４および導体１０８を介して、全ての他の二次反射器１０４に接続されている。また、多層誘電体基板１０１の放射方向に対して最下層に設けられた二次反射器１０４はスルーホール１０７内の導体１０８によりグラウンド板１０５に接続されている。
なお、その他の構成は図１８Ａ及び図１８Ｂの第１０実施形態のアンテナ装置と実質的に同様であり、詳細は省略する。
上述したように、第１２実施形態のアンテナ装置によれば、多層誘電体基板１０１の各層の誘電体にスルーホール１０７を設けて導体１０８を配置し、導体１０８を利用して各二次反射器１０４を互いに接続する構成になっており、このため、各二次反射器１０４の電位が同じになる。従って、アンテナ装置の動作が安定し、指向性の乱れが軽減するという利点が得られる。
また、各二次反射器１０４が、導体１０８、或いは導体１０８および他の二次反射器１０４によりグラウンド板１０５に接続する構成になっているために、各二次反射器１０４の電位が同じになるだけでなく一定の電位に保たれ、より優れたアンテナ装置を実現することが可能になっている。
なお、図２３Ａ及び図２３Ｂのアンテナ装置では互いに隣接する二次反射器１０４を接続する構成となっているが、これに限らず、各二次反射器１０４が、他の二次反射器１０４、導体１０８およびグラウンド板１０５の何れか、或いは、複数を介して、全ての他の二次反射器１０４に接続されていればよい。
例えば、二次反射器１０４の夫々がグラウンド板１０５に直接接続されるように、多層誘電体基板１０１にスルーホールを設けてそのスルーホール内に導体を配置して各二次反射器１０４をグラウンド板１０５に接続するなどである。
〈第１３実施形態〉
上述した各実施形態に係るアンテナ装置を応用した高周波用のパッケージについて図２４を参照しつつ説明する。図２４は、アンテナ装置を用いた高周波用のパッケージの概略図であり、マザーボード１５０に取り付けられた様子を示している。
高周波用のパッケージ１３０は、ビアホール１３７を有する保持部材１３３と、ビアホール１３７に突起（Ｂｕｍｐ）１３４を利用して取り付けられたアンテナ装置１３１を備えている。ビアホール１３７を有する保持部材１３３は、キャビティ構造ないし空隙構造を持つ基板を形成している。アンテナ装置１３１は、上述した各実施形態のいずれのアンテナ装置でも良いが、図２４の構成例では、多層の誘電体１３１ｂを組み合わせた多層誘電体基板１３１Ｂ、その多層誘電体基板１３１Ｂの複数の層に設けられた二次反射器１３１ａ、給電素子（例えば、マイクロストリップアンテナ）１３１ｃ、および無給電素子１３１ｄを有する例を示している。また、パッケージ１３０には、アンテナ装置１３１の放射方向と反対側に高集積化されたＭＭＩＣ（Microwave Monolithic Integrated Circuit）チップ（能動デバイス）１３２が設けられ、突起（Ｂｕｍｐ）１３５を利用してアンテナ装置１３１に取り付けられている。なお、Ｂｕｍｐ１３５は、アンテナ装置１３１の下面に設けられた端子とＭＭＩＣ１３２の上面に設けられた端子とを電気的に接続している。
また、突起（Ｂｕｍｐ）１３６を利用することによって、ビアホール１３７がマザーボード１５０に取り付けられている。すなわち、Ｂｕｍｐ１３４，ビヤホール１３７，Ｂｕｍｐ１３６を介することで、アンテナ装置１３１の下面に設けられた電源用端子，制御用端子，データ入出力用端子などの各端子と、マザーボード１５０上に設けられた各端子とを電気的に接続している。
なお、ＭＭＩＣチップ１３２に搭載する機能はシステムの構成などに応じて異なってくるが、一例として、周波数変換を行うダウンコンバータ及びアップコンバータや、低雑音化及び低損失化を図るための増幅器などが挙げられる。このほか、送受信機としての機能や変復調器としての機能を搭載する場合もある。
〈第１４実施形態〉
本発明の第１４実施形態に係る高周波用のパッケージについて図２５を参照して説明する。第１３実施形態（図２４）では給電素子１３１ｃをＭＭＩＣ１３２上に実装する例を示したが、本実施形態では給電素子１３１ｃをアンテナ装置１３１側に設けている。また、図２４において給電素子１３１ｃが配置されていた位置にはＢｕｍｐ１３５を設けている。さらに、図２４ではグラウンドの図示を省略していたが、本実施形態では給電素子１３１ｃの下層に配置されたグラウンド１３８を明示してある。なお、図２４に示した無給電素子１３１ｄは図示を省略している。その他の構成は、図２４に示したものと同じである。
〈第１５実施形態〉
本発明の第１５実施形態に係るモジュールについて図２６を参照して説明する。本実施形態では、第１４実施形態のように高周波用のパッケージ１３０を構成するのではなく、アンテナ装置１３１の表面にＭＭＩＣ１３２を実装してモジュール１４０を構成した点にある。なお、ここで言うアンテナ装置の表面とは、マザーボード１５０上に設けられた端子と電気的なコンタクトをとるための端子が設けられたアンテナ装置１３１の下面を指している。このため、本実施形態では、図２５に示した保持部材１３３，Ｂｕｍｐ１３６，ビアホール１３７が存在しない。
本実施形態では、ＭＭＩＣ１３２が挿通可能な穴をマザーボード１５０に空け、アンテナ装置１３１の下面に設けられた端子とマザーボード１５０上に設けられた端子とをＢｕｍｐ１３４で電気的に接続するとともに、Ｂｕｍｐ１３４でアンテナ装置１３１を支持するようにしている。
図２４及び図２５に示した構成の場合にはミリ波帯における損失のほとんどをビアホール１３７が占めることになるが、本実施形態ではＢｕｍｐ１３４で直接コンタクトをとっておりビアホールを設ける必要がないため、アンテナ装置１３１とマザーボード１５０を接続する際の損失を大幅に低減できる。
〈第１６実施形態〉
本発明の第１６実施形態に係るモジュールアレーについて図２７を参照して説明する。図２７は、第１５実施形態（図２６）に係るモジュールを４個設けたモジュールアレーについてその電気的な構成を示したブロック図である。図２７において、２００はマイクロストリップアンテナの原発振である局部発振器，２０１はＩＦ（中間周波数）信号入力端子，２０２は上述した各実施形態のアンテナ装置に相当するアンテナ，２０３は高周波回路，２０４は移相器，２０５は周波数混合器，２０６は低雑音化及び低損失化を図るための増幅器である。周波数混合器２０５と増幅器２０６により高周波回路２０３を構成し、アンテナ２０２と高周波回路２０３によりモジュールを構成している。
局部発振器２００が発生させた発振信号は、各モジュールに対応して設けられた移相器２０４に入力される。移相器２０４は、発振信号の位相を個別に調整することで、各モジュールのアンテナ２０２から放射される電磁波の位相を個別に制御する。周波数混合器２０５は、ＩＦ信号入力端子２０１から入力される共通のＩＦ信号と移相器２０４の出力を混合する。増幅器２０６は混合された信号を増幅してアンテナ２０２に供給する。以上のような構成とすることで、移相器２０４を用いた位相の調整を行ってビームの指向特性を制御できる。
〈第１７実施形態〉
上述した各実施形態は、いずれも図２８に示されるような単素子アンテナ２２０に係るものであったが、こうした単素子アンテナ２２０を複数個設けてアレーアンテナを構成することで、さらなる高利得化を図ることが可能である。例えば、自動車の衝突防止レーダでは高い利得を必要とするが、単素子アンテナを用いてこのような高い利得を実現することは難しい。しかし、例えば単素子アンテナを４素子設けてアレーアンテナを構成することで、利得が６ｄＢｉ向上するので、アレーアンテナを構成する個々の単素子アンテナとして上述した各実施形態に係るアンテナ装置のような高利得のものを用いれば、自動車の衝突防止レーダのような用途にも適用可能となる。
図２９は単素子アンテナ２２０を４素子設けた４素子アレーアンテナ２２１の構成例を示しており、４個の単素子アンテナ２２０を同一平面上に配置して、これら単素子アンテナ２２０の間を給電線２２２で電気的に接続している。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。
例えば、上記の各実施形態では、無給電素子により３次のモードを励振する場合を対象としたものであるが、これに限らず、３次のモードを励振する無給電素子の代わりに、５次以上の奇数次のモードを励振する形状および寸法の無給電素子を第１０から第１２の実施形態に適用するようにしてもよい。
本発明は、チップアンテナ等でより高利得なアンテナを実現するために用いられる。特に、システムオンパッケージを実現するにあたって高利得化を図る場合に有用である。本発明では、アンテナと高周波回路との接続インターフェースに起因する損失が無視できないことに着目し、高周波回路を作り込む基板とアンテナ基板を一体化しつつ、反射鏡アンテナをチップ形状で作り込むことにより、小型でかつ高利得なアンテナ装置を実現できる。また、本発明では、こうしたアンテナ装置を用いたアレーアンテナ装置，モジュール，モジュールアレー、パッケージモジュールを実現できる。

Claims (6)

  1. 複数の誘電体層を組み合わせた多層誘電体基板と、
    前記多層誘電体基板の下層に設けられた給電用アンテナと、
    前記給電用アンテナの上方に設けられた金属板と、
    前記複数の誘電体層において下層から上層に向かって径が大きくなるように配置された円状または方形状のループ状金属と
    を具備し、
    前記金属板が１次反射器として機能し、
    前記ループ状金属が２次反射器として機能し、
    前記金属板の裏面に反射器として機能するＭＥＭＳデバイスを有する
    ことを特徴とするアンテナ装置。
  2. 前記金属板に円状または方形状のスロットを空けたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 前記金属板の下面に平面アンテナを有し、
    前記平面アンテナの表面にスタブを有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
  4. 前記平面アンテナの素子エレメントに可変容量素子を具備したことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
  5. 前記複数の誘電体層において複数の周波数に対応した２次反射器として機能するループ状金属を複数組、配置したことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
  6. 前記給電用アンテナは、単一の給電素子からなる構成、または、単一の給電素子と１つ以上の無給電素子を有する構成、または、複数の給電素子を配置した構成、または、単一の給電素子と１つ以上の無給電素子を有する素子群を複数配置した構成であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
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