JP6438059B2 - アンテナ装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ装置及びその製造方法に関する。

特許文献１，２には、複数の誘電体層を積層することで積層型の開口面アンテナを実現する技術が記載されている。これらの文献からは、スロットと自由空間との放射界面で両者のインピーダンスの不整合を解消するため、スロットを取り囲むように貫通導体群で囲まれる空洞状の開口部を配置することでアンテナを実現したことが読み取れる。

特開２００１−１６０２７号公報 特開平１１−２３９０１７号公報

しかしながら、上記の従来技術には、次の問題があった。
（１）空洞（開口部）を利用しているため、誘電体基板の穴あけ工程等が必要となり、工程が煩雑になる。
（２）複数の誘電体層を積層する工程が煩雑になる。

本発明は、上記の問題点を解決すべく案出されたものであり、製造工程が簡便、低コストで、且つ広帯域な入力インピーダンス特性を実現し、大規模なアンテナアレーにも応用可能なアンテナ装置及びその製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、放射キャビティーを有する放射キャビティー基板と、給電導波路を有する給電導波路基板とが、接合層を介して積層された積層構造を有し、前記放射キャビティー基板は、前記放射キャビティーの内部を構成する誘電体基板と、前記誘電体基板の両面の導体層と、前記放射キャビティーの面内方向の周囲を囲むポスト壁とを備え、前記給電導波路基板は、前記給電導波路の内部を構成するガラス基板と、前記ガラス基板の両面の導体層と、前記給電導波路の面内方向の周囲を囲むポスト壁とを備え、前記誘電体基板の両面の導体層のうち、前記給電導波路側の導体層は、前記放射キャビティー側の開口となる第１の開口を有し、前記ガラス基板の両面の導体層のうち、前記放射キャビティー側の導体層は、前記給電導波路側の開口となり、前記第１の開口とは広さが異なる第２の開口を有し、前記接合層は、前記第１の開口及び前記第２の開口のうち広い方の開口以上の広さである第３の開口を有することを特徴とするアンテナ装置を提供する。

前記アンテナ装置において、前記第１の開口及び前記第２の開口は、誘電体材料で充填されている構成を採用することも可能である。
前記アンテナ装置において、前記第１の開口と、前記第２の開口とが、それぞれ異なる誘電体材料で充填されている構成を採用することも可能である。
前記アンテナ装置において、前記第１の開口と、前記第２の開口とが、同一の誘電体材料で充填されている構成を採用することも可能である。
前記アンテナ装置において、前記給電導波路のガラス基板がシリカガラス又は合成石英からなり、前記放射キャビティーの誘電体基板が前記ガラス基板の比誘電率の±１以内の比誘電率を有する樹脂材料からなる構成を採用することも可能である。
前記アンテナ装置において、前記接合層が、半田層である構成を採用することも可能である。

また、本発明は、放射キャビティーを有する放射キャビティー基板と、給電導波路を有する給電導波路基板とが、接合層を介して積層された積層構造を有するアンテナ装置の製造方法であって、前記放射キャビティーの内部を構成する誘電体基板と、前記誘電体基板の両面の導体層と、前記放射キャビティーの面内方向の周囲を囲むポスト壁とを備え、前記誘電体基板の両面の導体層のうち、前記給電導波路側の導体層は、前記放射キャビティー側の開口となる第１の開口を有する放射キャビティー基板を準備する工程と、前記給電導波路の内部を構成するガラス基板と、前記ガラス基板の両面の導体層と、前記給電導波路の面内方向の周囲を囲むポスト壁とを備え、前記ガラス基板の両面の導体層のうち、前記放射キャビティー側の導体層は、前記給電導波路側の開口となり、前記第１の開口とは広さが異なる第２の開口を有する給電導波路基板を準備する工程と、前記放射キャビティー基板と、前記給電導波路基板とを、前記第１の開口及び前記第２の開口のうち広い方の開口以上の広さである第３の開口を有する接合層を介して、積層する工程と、を有することを特徴とするアンテナ装置の製造方法を提供する。

前記アンテナ装置の製造方法において、前記第１の開口及び前記第２の開口を誘電体材料で充填する構成を採用することも可能である。
前記アンテナ装置の製造方法において、前記第１の開口と、前記第２の開口とを、それぞれ誘電体材料で充填した後、前記放射キャビティー基板と、前記給電導波路基板とを、前記接合層を介して、積層する構成を採用することも可能である。
前記アンテナ装置の製造方法において、前記第１の開口と、前記第２の開口とのいずれか一方に、前記第１の開口及び前記第２の開口を充填可能な誘電体材料を設けた後、前記放射キャビティー基板と、前記給電導波路基板とを、前記接合層を介して、積層する構成を採用することも可能である。
前記アンテナ装置の製造方法において、前記給電導波路のガラス基板がシリカガラス又は合成石英からなり、前記放射キャビティーの誘電体基板が前記ガラス基板の比誘電率の±１以内の比誘電率を有する樹脂材料からなる構成を採用することも可能である。
前記アンテナ装置の製造方法において、前記アンテナ装置において、前記接合層が、半田層である構成を採用することも可能である。

本発明によれば、第１の開口を有する放射キャビティー基板と、前記第１の開口とは広さが異なる第２の開口を有する給電導波路基板とを、第１の開口及び第２の開口よりも広く形成された第３の開口を有する接合層を介して、積層させることにより、積層ずれの影響を抑制でき、製造工程が簡便、低コストで、且つ広帯域な入力インピーダンス特性を実現することができ、大規模なアンテナアレーにも応用可能である。

本発明のアンテナ装置の第１実施形態を模式的に示す断面図である。 第１実施形態における開口等の位置関係を示す平面図である。 本発明のアンテナ装置の第２実施形態を模式的に示す断面図である。 第２実施形態における開口等の位置関係を示す平面図である。 アンテナ装置の外観を模式的に示す斜視図である。 接合層に設けられた第３の開口を示す斜視図である。 アンテナ装置の開口位置ずれの一例を示す平面図である。 接合層が第３の開口の周囲にのみ形成された例を示す断面図である。 開口を誘電体材料で充填する工程の第１の例を模式的に示す断面図である。 開口を誘電体材料で充填する工程の第２の例を模式的に示す断面図である。 例１〜２のアンテナ装置の入力インピーダンス特性を示すグラフである。 例３のアンテナ装置の入力インピーダンス特性を示すグラフである。 例３〜５のアンテナ装置の入力インピーダンス特性を示すグラフである。 例６〜１０のアンテナ装置の入力インピーダンス特性を示すグラフである。 比較例１〜３のアンテナ装置の入力インピーダンス特性を示すグラフである。

以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１及び図３は、本実施形態のアンテナ装置を模式的に例示する断面図である。図２及び図４は、それぞれ図１及び図３のアンテナ装置における開口等の位置関係を示す平面図である。また、図５は、図１及び図３のアンテナ装置の外観を示す斜視図の一例である。また、図６は、接合層に設けられた第３の開口を示すため、アンテナ装置から放射キャビティー基板の図示を省略した斜視図である。なお、図２及び図４では、Ｚ方向の位置の違いを無視して、開口等の位置がＸＹ面内に投影されている。ここで、ＸＹ面内（Ｚ軸に垂直な方向）は、基板の面に沿った面内方向である。

本実施形態のアンテナ装置は、放射キャビティー基板１０と、給電導波路基板２０とが、接合層３２を介して積層された積層構造３０を有する。上部の放射キャビティー基板１０には、放射キャビティー１５が形成されている。また、下部の給電導波路基板２０には、給電導波路２５が形成されている。給電導波路２５の上部には、放射キャビティー１５が開口３１を介して配置されている。開口３１の形状は、例えば、長辺（Ｘ方向）と短辺（Ｙ方向）を有するスロット状である。
なお、以下の明細書では、放射キャビティー基板１０及び給電導波路基板２０を総称して、「両基板１０，２０」という場合がある。

放射キャビティー基板１０は、誘電体基板１１と、誘電体基板１１の両面の導体層１２，１３と、放射キャビティー１５の面内方向の周囲を囲むポスト壁１４を備える。誘電体基板１１としては、樹脂基板、ガラス基板、セラミック基板、樹脂−ガラス等の複合材料基板が挙げられる。導体層１２，１３は、金属箔等の導体から構成することができる。放射キャビティー１５が誘電体基板１１で構成（充填）されているため、従来技術のような空洞（開口部）が不要であり、空洞を形成するための穴あけ工程等を省略することができる。また、空洞が空気（比誘電率＝１）で充填される場合と比べて、放射キャビティー１５と給電導波路２５との比誘電率の差を小さくすることができる。

放射キャビティー基板１０のポスト壁１４は、誘電体基板１１に埋設された導体から構成することができる。具体的には、誘電体基板１１の厚さ方向を貫通するスルーホール（孔）の内面に導体を成膜し、又はスルーホールの内部に導体を充填して形成される貫通導体の列から、ポスト壁１４を構成することができる。ポスト壁１４の上下両端がそれぞれ導体層１２，１３に電気的に接続されることにより、放射キャビティー１５の内部が導体層１２，１３及びポスト壁１４に囲まれる。放射キャビティー１５が基板の厚さ方向で単層の誘電体層から構成されることにより、放射キャビティー基板１０の構造が単純になり、低コスト化に寄与できる。

給電導波路基板２０は、ガラス基板２１と、ガラス基板２１の両面の導体層２２，２３と、給電導波路２５の面内方向の周囲を囲むポスト壁２４を備える。給電導波路基板２０の誘電体基板として、ガラス基板２１を採用することにより、給電導波路２５の損失を低減することができる。導体層２２，２３は、金属箔等の導体から構成することができる。ガラス基板２１を構成するガラス材料の誘電正接は、例えば給電導波路２５により伝送される電気信号の周波数において、１０^−４台であることが好ましい。ガラス基板２１の構成材料としては、例えば、シリカガラス、合成石英等が挙げられる。なお、図５中、ポスト壁１４と重なり合う箇所において、ポスト壁２４の一部の図示は省略されている。

給電導波路基板２０のポスト壁２４は、ガラス基板２１に埋設された導体から構成することができる。具体的には、ガラス基板２１の厚さ方向を貫通するスルーホール（孔）の内面に導体を成膜し、又はスルーホールの内部に導体を充填して形成される貫通導体の列から、ポスト壁２４を構成することができる。ポスト壁２４の上下両端がそれぞれ導体層２２，２３に電気的に接続されることにより、給電導波路２５の内部が導体層２２，２３及びポスト壁２４に囲まれる。給電導波路２５が基板の厚さ方向で単層の誘電体層から構成されることにより、給電導波路基板２０の構造が単純になり、低コスト化に寄与できる。

導体層１２，１３，２２，２３及びポスト壁１４，２４を構成する導体は、電気抵抗の低い金属であることが好ましく、具体例としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、これらの１種以上を含む合金等が好ましい。これらの導体と誘電体基板１１、ガラス基板２１との密着性を高めるため、間に密着層としてチタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）等の膜を設けてもよい。
ポスト壁１４，２４の貫通導体が形成されるスルーホール（孔）の断面形状は特に限定されず、円形孔、矩形孔、長孔、スリット孔等が挙げられる。ポスト壁１４，２４に沿った貫通導体の間隔は、電気信号を外部に漏洩しないように適宜設定される。

放射キャビティー基板１０と給電導波路基板２０の接合のため、例えば導体層１３と導体層２２との間に接合層３２が設けられる。接合層３２としては、金属層等の導体層が好ましい。これにより、導体層１３と導体層２２とを電気的に接続することができる。放射キャビティー基板１０の導体層１２，１３及び給電導波路基板２０の導体層２２，２３を接地する場合には、基板ごとに導体を接地してもよく、一方の基板を接地電位に、他方の基板を一方の基板に直列的に接続してもよい。

接合層３２を構成する材料としては、導体層１３，２２と同種又は異種の金属が挙げられる。導体層１３，２２と同種の金属の具体例としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、これらの１種以上を含む合金等が好ましい。接合層３２は、半田層であってもよい。半田層を構成する半田としては、Ｓｎ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｂｉ等の低融点金属、又はこれらの１種以上を含む合金が挙げられる。接合層３２は、導体層、半田層、半田以外の金属層等であってもよい。

給電導波路２５と放射キャビティー１５との間には、開口３１が形成されている。この開口３１により、電磁波（信号）を給電導波路２５から放射キャビティー１５に伝搬させることができる。この開口３１は、放射キャビティー１５側の開口である第１の開口１６と、給電導波路２５側の開口である第２の開口２６と、接合層３２の開口である第３の開口３３とから構成されている。

給電導波路２５の上流側には、給電ポート２７が設けられている。給電ポート２７に信号を伝搬させるための構造（図示せず）としては、例えば導体ピン、マイクロストリップ線路、導波管、ポスト壁導波路等を有してもよい。電気信号（電磁波）を給電ポート２７から開口２６まで伝搬させる際は、１つの給電ポート２７から１つの開口２６に連絡してもよく、１つの給電ポート２７から２つ以上の開口２６に連絡してもよい。給電導波路２５は、１段階又は２段階以上の分岐構造（図示せず）を有してもよい。

放射キャビティー基板１０の上部（外部空間側）の導体層１２は、開口１６に対向した放射開口面１７を有する。放射開口面１７を有する放射キャビティー１５により、開口面アンテナが構成される。このアンテナは、送信用、受信用いずれにも使用可能である。
放射開口面１７の面積は、ポスト壁１４で囲まれる放射キャビティー１５の断面積と同等又はそれ以下であればよいが、放射開口面１７の面積が開口１６の面積よりも広いと、電磁波（信号）を外部空間に放射しやすく（又は外部空間から入射させやすく）なり、好ましい。

第１の開口１６は、ポスト壁１４で囲まれる放射キャビティー１５の領域内において、放射キャビティー基板１０の下部（給電導波路２５側）の導体層１３に形成されている。
また、第２の開口２６は、ポスト壁２４で囲まれる給電導波路２５の領域内において、給電導波路基板２０の上部（放射キャビティー１５側）の導体層２２に形成されている。
また、第３の開口３３は、第１の開口１６及び第２の開口２６のうち広い方の開口以上の広さを有する。第３の開口３３の広さが、第１の開口１６及び第２の開口２６のうち広い方の開口の広さと同等でもよいが、第１の開口１６及び第２の開口２６よりも広く形成されることが好ましい。ここで、ある開口が、別の開口より広い場合の例示として、前者の開口のＸ方向寸法又はＹ方向寸法の少なくとも一方が、後者の開口において対応する寸法より大きい場合が挙げられる。
また、第３の開口３３が、第１の開口１６及び第２の開口２６の両方と重なり合う領域に設けられている。

第３の開口３３は、面内方向において、第１の開口１６及び第２の開口２６の両方を含む範囲に広がっている。すなわち、面内方向における第１の開口１６の範囲は第３の開口３３の範囲内に含まれ、また、第２の開口２６の範囲も第３の開口３３の範囲内に含まれている。これにより、例えば図７に示すように、第１の開口１６と第２の開口２６との位置（例えば中心位置又は周縁位置）が面内方向にずれた場合にも、第３の開口３３を通じて第１の開口１６と第２の開口２６とが連絡（接続）される。また、両基板１０，２０の面内方向のずれに対して、アンテナ装置の入力特性への影響を低減することができる。

さらに第１の開口１６と第２の開口２６とは、互いに広さが異なっている。この場合、開口１６，２６のうち、狭い方の開口の範囲が、広い方の開口の範囲に含まれることが好ましい。第１実施形態として、図１及び図２に示すように、開口２６の寸法ｇ１が、開口１６の寸法ｇ３より大きくてもよい。あるいは、第２実施形態として、図３及び図４に示すように、開口２６の寸法ｇ１が、開口１６の寸法ｇ３より小さくてもよい。
ここで、開口２６，３３，１６の寸法を表す記号ｇ１、ｇ２、ｇ３は、Ｘ方向又はＹ方向等の特定の方向に限られず、面内方向で任意の寸法を表すことができる。

第１実施形態において、開口１６の寸法ｇ３が開口２６の寸法ｇ１より小さく、開口２６の寸法ｇ１が開口３３の寸法ｇ２より小さい場合には、例えば図７に示すように、第１の開口１６と第２の開口２６との位置が面内方向にずれた場合にも、開口１６の範囲が開口２６の範囲内に含まれ、開口２６の範囲が開口３３の範囲内に含まれる関係を維持しやすくなる。

第２実施形態において、開口２６の寸法ｇ１が開口１６の寸法ｇ３より小さく、開口１６の寸法ｇ３が開口３３の寸法ｇ２より小さい場合には、第１の開口１６と第２の開口２６との位置が面内方向にずれた場合にも、開口２６の範囲が開口１６の範囲内に含まれ、開口１６の範囲が開口３３の範囲内に含まれる関係を維持しやすくなる。

このように、開口１６，２６の広さが異なっている場合、その寸法差に起因して、ずれの許容差が生じるので、両基板１０，２０の面内方向のずれに対して、アンテナ装置の入力特性への影響を低減することができる。

第３の開口３３の周囲に接合層３２が形成される幅は特に限定されず、接合層３２が放射キャビティー１５及び給電導波路２５の領域を含む、面内方向の全面的に形成されてもよい。また、図８に示すように、第３の開口３３の周囲に形成された接合層３２が、放射キャビティー１５及び給電導波路２５の領域の一部にのみ形成されてもよい。両基板１０，２０間の導体層１３，２２の間で、接合層３２の周囲には、接合層３２が形成されない空隙部３４が設けられてもよい。第３の開口３３の形状及び機能に関与しない領域では、接合層３２が、縞状、帯状、島状など、所望のパターン状又は不規則形状であってもよい。

放射キャビティー基板１０は、例えばプリント基板（ＰＣＢ）から構成することができる。放射キャビティー１５を構成する誘電体基板１１の比誘電率は、給電導波路２５を構成するガラス基板２１の比誘電率と近いことが好ましい。放射キャビティー１５の誘電体基板１１を構成する材料の比誘電率が、給電導波路２５のガラス基板２１を構成する材料の比誘電率に対して、例えば±１以内、±０．５以内などであることが好ましい。ガラスに近い誘電率を有する樹脂材料として、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂又はこれらの樹脂に無機フィラーを配合した組成物が挙げられる。具体例として、パナソニック社の商品名ＭＥＧＴＲＯＮ（登録商標）が挙げられる。

本実施形態のアンテナ装置によれば、放射キャビティー基板１０及び給電導波路基板２０からなる基板計２層の積層構造３０により、製造工程が簡便、低コストで、且つ広帯域な入力インピーダンス特性を実現することが可能である。

給電導波路２５がガラス基板２１から構成されることにより、大規模なアンテナアレーシステムを構成する場合でも、給電ロスを極力抑えることができる。一方、放射キャビティー１５を構成する誘電体基板１１は、誘電正接が２×１０^−２程度など、比較的損失の大きい材料を用いても、アンテナの放射効率を９０％超とすることができる。従って、給電導波路２５には低損失な誘電体材料、放射キャビティー１５には比較的損失が大きい低価格な誘電体材料を用いても、高性能で、構造が簡便、安価なアンテナ装置を実現することが可能である。

上述の積層構造３０においては、開口３１が空気等の気体で充填されてもよいが、比誘電率が１より大きい誘電体材料が開口３１に充填されてもよい。開口３１を誘電体材料で充填する工程は、特に限定されないが、両基板１０，２０を積層する際に、第１の開口１６又は第２の開口２６の一方又は両方に、誘電体材料が配置されてもよい。この誘電体材料が、接合層３２内の第３の開口３３の一部又は全部に充填されてもよい。

第１の例として、図９に、放射キャビティー基板１０側の開口１６には誘電体材料１８が充填され、給電導波路基板２０側の開口２６には誘電体材料２８が充填された例を示す。両方の開口１６，２６を対向させ、接合層３２（図示略）を介在させて、両基板１０，２０を積層することにより、基板間の隙間４０が閉じて、図１、図３、図８等と同様な積層構造３０が得られる。なお、図９では、第１実施形態として、第１の開口１６の寸法が第２の開口２６の寸法より小さい場合を例示した。第２実施形態として、第１の開口１６の寸法が第２の開口２６の寸法より大きい場合であっても、同様に、各開口１６，２６に誘電体材料１８，２８を充填することができる。

放射キャビティー基板１０側の誘電体材料１８を導体層１３より厚膜にするか、給電導波路基板２０側の誘電体材料２８を導体層２２より厚膜にすることにより、誘電体材料１８，２８の一方又は両方が、接合層３２の第３の開口３３内に突出していてもよい。誘電体材料１８，２８は、接合層３２の開口３３の一部又は全部に充填されてもよい。
積層後の積層構造３０において、誘電体材料１８，２８が互いに接触していてもよく、誘電体材料１８，２８の間に隙間が生じていてもよい。
放射キャビティー基板１０側の誘電体材料１８と、給電導波路基板２０側の誘電体材料２８とは、同一の材料でもよく、異なる材料でもよい。

放射キャビティー基板１０側の誘電体材料１８としては、ソルダーレジスト等のレジスト材料を利用することが好ましい。なぜなら、放射キャビティー基板１０をプリント基板の製造技術に基づいて製作する際に、レジスト材料を容易に利用することができ、誘電体材料１８の準備及び充填工程を別途用意する必要がないためである。例えば、開口１６を有する導体層１３を形成する際に、開口１６の位置に設けるレジスト材料を残して、誘電体材料１８とすることもできる。

給電導波路基板２０側の誘電体材料２８としては、樹脂材料等のパッシベーション材料を利用することが好ましい。なぜなら、給電導波路基板２０をガラス基板２１の加工技術に基づいて製作する際に、パッシベーション材料を容易に利用することができ、誘電体材料２８の準備及び充填工程を別途用意する必要がないためである。パッシベーション材料としては、ポリイミド等の樹脂材料、酸化物等の無機材料が挙げられる。

第２の例として、図１０には、放射キャビティー基板１０側の開口１６に、導体層１３より厚膜で、給電導波路基板２０側の開口２６の充填も可能な誘電体材料３８を充填する例を示す。開口１６，２６を対向させ、接合層３２（図示略）を介在させて、両基板１０，２０を積層することにより、基板間の隙間４０が閉じて、図１、図３、図８等と同様な積層構造３０が得られる。なお、図１０では、第１実施形態として、第１の開口１６の寸法が第２の開口２６の寸法より小さい場合を例示した。第２実施形態として、第１の開口１６の寸法が第２の開口２６の寸法より大きい場合であっても、同様に、各開口１６，２６に誘電体材料３８を充填することができる。

なお、図１０では、導体層１３より厚膜の誘電体材料３８を放射キャビティー基板１０側の開口１６に配置した例を示したが、これとは逆に、導体層２２より厚膜の誘電体材料３８を給電導波路基板２０側の開口２６に配置することも可能である。いずれの場合も、放射キャビティー基板１０側の開口１６と、給電導波路基板２０側の開口２６とを、同一の材料で充填することができる。この誘電体材料３８は、接合層３２の開口３３の一部又は全部に充填されてもよい。
また、別の例として、両基板１０，２０の一方に配置する誘電体材料３８を、２種以上の誘電体材料から構成した後、両基板１０，２０を積層することも可能である。

開口１６，２６，３１，３３を充填するための誘電体材料１８，２８，３８は、比誘電率が１より大きい誘電体材料であることが好ましい。空気の比誘電率は約１（約１．０００５８５）であるが、開口充填用の誘電体材料の比誘電率として、例えば１．５〜１５程度が挙げられる。開口１６，２６，３１，３３に２種類又は３種類以上の誘電体材料が配置されてもよい。

放射キャビティー基板１０の誘電体基板１１を構成する材料の比誘電率をε_１、給電導波路基板２０のガラス基板２１を構成する材料の比誘電率をε_２とするとき、誘電体材料１８，２８，３８の比誘電率ε_３としては、ε_１−１≦ε_３≦ε_１＋１、ε_２−１≦ε_３≦ε_２＋１、ｍｉｎ（ε_１，ε_２）≦ε_３≦ｍａｘ（ε_１，ε_２）、ｍｉｎ（ε_１，ε_２）−１≦ε_３≦ｍａｘ（ε_１，ε_２）＋１等の範囲内であることが好ましい。これにより、低損失の帯域を広げることができる。ここで、ｍｉｎ（ａ，ｂ）はａ及びｂの最小値を表し、ｍａｘ（ａ，ｂ）はａ及びｂの最大値を表す。

第１の開口１６を有する放射キャビティー基板１０と、第２の開口２６を有する給電導波路基板２０とを、第３の開口３３を有する接合層３２を介して、積層するための方法としては、拡散接合等による固体金属間の接合、半田等の溶融金属を用いた接合が挙げられる。

拡散接合等を用いる場合は、開口を有する金属箔などにより、第３の開口３３を有する接合層３２を構成し、両基板１０，２０間の導体層１３，２２の間に、開口３３を有する接合層３２を挟み込み、導体層１３と接合層３２と導体層２２とを直接接合させる方法が挙げられる。

半田を用いる場合は、両基板１０，２０間の導体層１３，２２の一方又は両方の上に、あらかじめ半田を設けてから両基板１０，２０間を閉じて加熱し、半田を溶融させ、その後、冷却により半田を固化させる方法が挙げられる。また、両基板１０，２０間を閉じる際に、両基板１０，２０間に溶融半田、粒状半田等の半田を供給してもよい。半田を供給する前には、あらかじめ第３の開口３３となる領域にソルダーレジスト等の誘電体材料を設けてもよい。接合層３２の形成範囲は、ソルダーレジストの有無に限らず、半田の供給量、フラックス（塗布）の有無等によっても調整可能である。

接合層３２の厚さは、特に限定されないが、例えば１０〜１００μｍが挙げられる。開口１６，２６，３３の寸法及び寸法比は適宜調整可能である。放射キャビティー１５側と給電導波路２５側の導体層１３，２２の開口１６，２６の寸法は、同一であるとは限らず、異ならせることも可能である。開口１６，２６の寸法が異なる場合も、各寸法や寸法比は適宜調整可能である。ここで、寸法比としては、各開口１６，２６，３３のＸ方向寸法とＹ方向寸法との比、開口１６，２６，３３のうち２つの開口のＸ方向寸法どうしの比、開口１６，２６，３３のうち２つの開口のＹ方向寸法どうしの比などが挙げられる。

以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

上述の実施形態において、対向する放射キャビティー基板１０の導体層１３と、給電導波路基板２０の導体層２２と、これらの間の接合層３２とは、それぞれ別の層として図示したが、これらを１層としてもよい。例えば、２つの基板の接合後に、導体層１３，２２及び接合層３２が一体化して界面が不明瞭であっても、製造物の構造及び機能としては異なることはない。

すなわち、本実施形態のアンテナ装置は、放射キャビティー１５と給電導波路２５とが、基板の厚さ方向に積層された積層構造３０を有し、放射キャビティー１５及び給電導波路２５の間に開口３１を有する１層又は２層以上の導体層（上述の実施形態における導体層１３，２２，３２に相当）と、放射キャビティー１５の内部を構成する誘電体基板１１と、誘電体基板１１の開口３１とは反対側の面を覆う導体層１２と、放射キャビティー１５の面内方向の周囲を囲むポスト壁１４と、給電導波路２５の内部を構成するガラス基板２１と、ガラス基板２１の開口３１とは反対側の面を覆う導体層２３と、給電導波路２５の面内方向の周囲を囲むポスト壁２４とを備え、開口３１が、基板の厚さ方向の中間部において、基板に接する側よりも広く形成された構造であってもよい。

第３の開口が、第１の開口及び第２の開口よりも広くされる方向は、面内方向の全周であってもよく、開口の長手方向（長辺に沿う方向）等、特定の方向であってもよい。
また、本発明により設計した各実施例のアンテナ装置は、例えば、Ｅ−ｂａｎｄ（７１〜８６ＧＨｚ）等、所望の帯域をすべてカバーするように設計することが可能である。

以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

図１１に示される例１，２のグラフは、図１〜６に記載の構成を電磁波解析し、アンテナの入力インピーダンス特性を計算した結果である。
放射開口面１７の寸法は、ｘ１＝１８００μｍ、ｙ１＝２０００μｍと設定した。
給電導波路２５の幅寸法ｘ２は、１７００μｍと設定した。
放射キャビティー１５と給電導波路２５との間において、導体層１３，２２の厚さは、それぞれ２０μｍと設定した。開口１６の寸法ｇ３及び開口２６の寸法ｇ１は、小さい方の開口がＸ方向に９００μｍ、Ｙ方向に４２４μｍとし、大きい方の開口がＸ方向に１０００μｍ、Ｙ方向に５２４μｍと設定した。また、接合層３２の厚さは、３０μｍとした。第３の開口３３の寸法ｇ２は、Ｘ方向に１１００μｍ、Ｙ方向に６２４μｍと設定した。

例１は、第１実施形態として、開口１６の寸法ｇ３が開口２６の寸法ｇ１より小さい場合である。したがって、ｇ３が９００μｍ×４２４μｍ、ｇ１が１０００μｍ×５２４μｍ、ｇ２が１１００μｍ×６２４μｍとなっている。
例２は、第２実施形態として、開口１６の寸法ｇ３が開口２６の寸法ｇ１より大きい場合である。したがって、ｇ１が９００μｍ×４２４μｍ、ｇ３が１０００μｍ×５２４μｍ、ｇ２が１１００μｍ×６２４μｍとなっている。

誘電体基板１１は、厚さ６００μｍで、比誘電率３．７、誘電正接０．００４の誘電材料から構成されていると設定した。
ガラス基板２１は、厚さ５３６μｍで、比誘電率３．８２、誘電正接０．０００３３６のガラス材料から構成されていると設定した。
給電導波路２５と放射キャビティー１５との間において、例１，２では、開口１６，２６，３３全体が空気（比誘電率１、誘電正接０）で満たされている。

図１１において、「例１」及び「例２」は、面内方向における第１の開口１６と第２の開口２６との間に変位がない場合である。「例１（ｘ変位）」及び「例２（ｘ変位）」は、第１の開口１６と第２の開口２６との間の変位がＸ方向に５０μｍの場合である。
これらの結果から、後述する比較例２の結果でみられた大きな特性の劣化は、ｘ変位の場合にも認められない。これは、給電導波路２５と放射キャビティー１５との間に、導体層１３，２２の開口１６，２６よりも一回り大きい寸法の開口３３を有する接合層３２が挿入されていることにより、構造変動に対する特性感度が小さくなったためと考えられる。

図１２に示される例３は、第１の開口１６及び第２の開口２６のうち、大きい方の開口２６の寸法ｇ１をＸ方向に１１００μｍ、Ｙ方向に６２４μｍと設定し、それ以外は例１と同様にした場合の結果を示す。「例３（ｘ変位）」は、例１，２と同様に、Ｘ方向に５０μｍ変位させた場合である。例３でも、例１、２と同様に、広帯域で優れた特性を有し、Ｘ方向の変位に対して特性の劣化が少なく、耐性を有することが分かる。

図１３には、第１の開口１６及び第２の開口２６のうち、大きい方の開口２６の寸法ｇ１を同一にして、小さい方の開口１６の寸法ｇ３を変更した場合として、例３〜５の結果を示す。なお、図１３の例３は、図１２の例３に示す結果と同一である。
図１３に示される例４は、第１の開口１６及び第２の開口２６のうち、小さい方の開口１６の寸法ｇ３をＸ方向に８００μｍ、Ｙ方向に３２４μｍと設定し、それ以外は例３と同様にした。例５は、第１の開口１６及び第２の開口２６のうち、小さい方の開口１６の寸法ｇ３をＸ方向に８５０μｍ、Ｙ方向に３７４μｍと設定し、それ以外は例３と同様にした。例４では、小さい方の開口１６の寸法が小さすぎると考えられる。例５は、帯域が狭くなるが、アンテナとして使用可能である。

なお、同様な解析を、接合層３２の開口３３の寸法がＸ方向に１０７５〜１８７５μｍ、Ｙ方向に６２４〜１４２４μｍの範囲で複数実施したところ、同様に優れた特性を示すことが計算結果から分かっている。接合層３２の開口３３の寸法は、１８７５μｍ×１４２４μｍより大きくすることができる。接合層３２の開口３３を大きくすると、例１，２に比べて格段と特性が改善し、別の効果を有することが明らかになった。

図１４には、接合層３２の厚さを変更した例を示す。例６，７では、開口１６の寸法ｇ３を開口２６の寸法ｇ１と等しくした。したがって、ｇ１及びｇ３が１０００μｍ×５２４μｍ、ｇ２が１１００μｍ×６２４μｍである。例８〜１０では、各開口１６，２６，３３の寸法が例１と同じである。そして、接合層３２の厚さは、例６及び例８で３０μｍ、例７及び例９で６０μｍ、例１０で９０μｍと設定した。なお、例８は、例１と同一である。

導体層１３，２２の開口１６，２６の寸法が等しい場合、例６，７を比較すると、｜Ｓ１１｜が−１０ｄＢとなる帯域幅の減少が大きい。導体層１３，２２の開口１６，２６の寸法が異なる場合、例８，９を比較すると、｜Ｓ１１｜が−１０ｄＢとなる帯域幅の減少は軽微である。例８〜１０を比較すると、接合層３２の厚さの増加に従って、帯域幅は減少するが、例１０でもアンテナとして使用可能である。

図１５の比較例１は、接合層３２とその開口３３を省略し、給電導波路２５と放射キャビティー１５との間において、導体層１３，２２を拡散接合等により直接接合した場合を示す。また、図１５の比較例２，３は、比較例１と同様にして導体層１３，２２を拡散接合等により直接接合した際、開口１６，２６間に変位が生じた場合を示す。比較例２の変位はＸ方向に５０μｍ、比較例３の変位はＹ方向に５０μｍと設定した。
比較例１〜３の結果から、接合層３２及びその開口３３を省略した場合には、変位により特性変動（劣化）がみられた。特にＸ方向の変位（比較例２）は、特性に大きく影響（劣化）を及ぼすことが分かる。

１０…放射キャビティー基板、１１…誘電体基板、１２，１３，２２，２３…導体層、１４，２４…ポスト壁、１５…放射キャビティー、１６…第１の開口、１７…放射開口面、１８，２８，３８…誘電体材料、２０…給電導波路基板、２１…ガラス基板、２５…給電導波路、２６…第２の開口、２７…給電ポート、３０…積層構造、３１…開口、３２…接合層、３３…第３の開口、３４…空隙部、４０…隙間。

Claims (12)

1. 放射キャビティーを有する放射キャビティー基板と、給電導波路を有する給電導波路基板とが、接合層を介して積層された積層構造を有し、
   前記放射キャビティー基板は、前記放射キャビティーの内部を構成する誘電体基板と、前記誘電体基板の両面の導体層と、前記放射キャビティーの面内方向の周囲を囲むポスト壁とを備え、
   前記給電導波路基板は、前記給電導波路の内部を構成するガラス基板と、前記ガラス基板の両面の導体層と、前記給電導波路の面内方向の周囲を囲むポスト壁とを備え、
   前記誘電体基板の両面の導体層のうち、前記給電導波路側の導体層は、前記放射キャビティー側の開口となる第１の開口を有し、
   前記ガラス基板の両面の導体層のうち、前記放射キャビティー側の導体層は、前記給電導波路側の開口となり、前記第１の開口とは広さが異なる第２の開口を有し、
   前記接合層は、前記第１の開口及び前記第２の開口のうち広い方の開口以上の広さである第３の開口を有することを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第１の開口及び前記第２の開口は、誘電体材料で充填されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第１の開口と、前記第２の開口とが、それぞれ異なる誘電体材料で充填されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第１の開口と、前記第２の開口とが、同一の誘電体材料で充填されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
5. 前記給電導波路のガラス基板がシリカガラス又は合成石英からなり、前記放射キャビティーの誘電体基板が前記ガラス基板の比誘電率の±１以内の比誘電率を有する樹脂材料からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. 前記接合層が、半田層であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
7. 放射キャビティーを有する放射キャビティー基板と、給電導波路を有する給電導波路基板とが、接合層を介して積層された積層構造を有するアンテナ装置の製造方法であって、
   前記放射キャビティーの内部を構成する誘電体基板と、前記誘電体基板の両面の導体層と、前記放射キャビティーの面内方向の周囲を囲むポスト壁とを備え、前記誘電体基板の両面の導体層のうち、前記給電導波路側の導体層は、前記放射キャビティー側の開口となる第１の開口を有する放射キャビティー基板を準備する工程と、
   前記給電導波路の内部を構成するガラス基板と、前記ガラス基板の両面の導体層と、前記給電導波路の面内方向の周囲を囲むポスト壁とを備え、前記ガラス基板の両面の導体層のうち、前記放射キャビティー側の導体層は、前記給電導波路側の開口となり、前記第１の開口とは広さが異なる第２の開口を有する給電導波路基板を準備する工程と、
   前記放射キャビティー基板と、前記給電導波路基板とを、前記第１の開口及び前記第２の開口のうち広い方の開口以上の広さである第３の開口を有する接合層を介して、積層する工程と、
   を有することを特徴とするアンテナ装置の製造方法。
8. 前記第１の開口及び前記第２の開口を誘電体材料で充填することを特徴とする請求項７に記載のアンテナ装置の製造方法。
9. 前記第１の開口と、前記第２の開口とを、それぞれ誘電体材料で充填した後、前記放射キャビティー基板と、前記給電導波路基板とを、前記接合層を介して、積層することを特徴とする請求項８に記載のアンテナ装置の製造方法。
10. 前記第１の開口と、前記第２の開口とのいずれか一方に、前記第１の開口及び前記第２の開口を充填可能な誘電体材料を設けた後、前記放射キャビティー基板と、前記給電導波路基板とを、前記接合層を介して、積層することを特徴とする請求項８に記載のアンテナ装置の製造方法。
11. 前記給電導波路のガラス基板がシリカガラス又は合成石英からなり、前記放射キャビティーの誘電体基板が前記ガラス基板の比誘電率の±１以内の比誘電率を有する樹脂材料からなることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載のアンテナ装置の製造方法。
12. 前記接合層が、半田層であることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載のアンテナ装置の製造方法。

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