圆极化阵列天线以及电子设备的制作方法

1.本公开涉及圆极化阵列天线以及包括该天线的电子设备。


背景技术：

2.已知具有多个天线元件的阵列天线。下述专利文献1所涉及的天线具有与包含电介质的基板的一个面重叠的天线图案和与基板的另一个面重叠的接地图案。天线图案具有多个天线元件，由此构成阵列天线。接地图案在俯视透视中具有包含天线图案的外形。
3.在专利文献1中，提出了如下方案：为了使接地图案不成为无用电波的辐射源，是仅在上述另一个面的一部分区域形成接地图案，而不是在基板的上述另一个面的整个面上形成接地图案。此外，在专利文献1的图17中，提出了针对多个天线图案单独地设置接地图案的方案。
4.另外，在专利文献1中，关于天线元件发送以及接收的电波，没有记载是线极化以及圆极化的哪一种。此外，图示的天线元件构成为对照其形状以及传输线路来发送以及接收线极化。
5.在先技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2020-10240号公报


技术实现要素：

8.本公开的一方式所涉及的圆极化阵列天线具有天线层和接地层。所述天线层在俯视时的相互不同位置具有分别包含圆极化天线的多个天线元件。所述接地层与所述天线层对置。所述接地层具有被分离成分别与一个以上的所述天线元件对置的多个接地图案。
9.本公开的一方式所涉及的电子设备具有：上述圆极化阵列天线；和与所述圆极化阵列天线连接的ic。
附图说明
10.图1是第一实施方式所涉及的圆极化阵列天线的立体图。
11.图2是图1的ii-ii线处的剖视图。
12.图3a是表示图1的圆极化阵列天线中的天线元件的无供电贴片的俯视图。
13.图3b是表示图1的圆极化阵列天线中的天线元件的供电贴片的俯视图。
14.图3c是表示图1的圆极化阵列天线中的天线元件的接地图案的俯视图。
15.图3d是表示图1的圆极化阵列天线中的天线元件的多个导体层的俯视透视图。
16.图4a是表示比较例以及实施例所涉及的天线的增益(gain)所涉及的特性的图。
17.图4b是表示与图4a的增益所涉及的特性对应的轴比所涉及的特性的图。
18.图5a是表示比较例以及多个实施例所涉及的天线的增益所涉及的特性的图。
19.图5b是表示与图5a的增益所涉及的特性对应的轴比所涉及的特性的图。
20.图6a是表示第二实施方式所涉及的圆极化阵列天线中的天线元件的接地图案的俯视图。
21.图6b是表示具有图6a的接地图案的天线元件的多个导体层的俯视透视图。
22.图7a是表示第二实施方式所涉及的实施例中的天线的增益所涉及的特性的图。
23.图7b是表示与图7a的增益所涉及的特性对应的轴比所涉及的特性的图。
24.图8是示意性地表示实施方式所涉及的电子设备的结构的图。
25.图9a是表示第二实施方式的其他实施例所涉及的天线的增益所涉及的特性的图。
26.图9b是表示与图9a的增益所涉及的特性对应的轴比所涉及的特性的图。
27.图10a是表示图9a所涉及的天线的元件单位的增益所涉及的特性的图。
28.图10b是表示与图10a的增益所涉及的特性对应的轴比所涉及的特性的图。
29.图11a是表示第二实施方式所涉及的又一实施例所涉及的天线的增益所涉及的特性的图。
30.图11b是表示与图11a的增益所涉及的特性对应的轴比所涉及的特性的图。
31.图12a是表示图11a所涉及的天线的元件单位的增益所涉及的特性的图。
32.图12b是表示与图12a的增益所涉及的特性对应的轴比所涉及的特性的图。
具体实施方式
33.以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。另外，在以下的说明中使用的附图是示意性的图，附图上的尺寸比率等未必与现实的尺寸比率一致。此外，关于细节部分，有时省略图示和/或说明。因此，例如，即使表现为矩形，也可以以不对天线的特性等产生大的影响的大小对角部进行倒角。
34.此外，为了方便，在附图中标注固定于天线的正交坐标系xyz，并参照该附图。天线的任一个方向可以为上方或下方，但为了方便，有时将z方向的正侧作为上方，使用上表面或下表面等词。在俯视下，只要没有特别说明，则是指在z方向上观察。
35.天线能够用于发送和/或接收。但是，为了方便，有时仅对发送进行叙述。此外，根据习惯，无论是否在发送中利用天线，都会使用想起“供电点”这样的发送的用语。只要没有特别说明，实施方式的说明中的波长是具有天线作为对象的频率(例如给定频带的中心频率)的电波的波长。
36.《第一实施方式》
37.(圆极化阵列天线的概要)
38.图1是表示第一实施方式所涉及的圆极化阵列天线1(以下，有时简称为“天线1”。)的结构的立体图。另外，在该图中，天线1的一部分(后述的电介质基板23)用虚线表示。
39.天线1能够进行圆极化的发送和/或接收。在天线1中增益最高的方向为+z侧。+z侧并不限定于与z方向平行的方向，也可以是向z方向倾斜的方向。此外，天线1也可以被用作相控阵列天线，增益高的方向变化。利用天线1的频带是任意的。但是，在以下的说明中，以天线1被利用于比较高的频带中的方式为例。例如，可以在300mhz以上或3ghz以上的频带中利用天线1，此外，也可以在30ghz以下或300ghz以下的频带中利用天线1，所述的下限和上限可以适当地组合。
40.天线1的形状大致为具有一定厚度的平板状。图1所示的天线1的平面形状只不过
是为了方便图示而切出包括天线1的平板(基板)的一部分时的形状(图示的侧面为上述基板的剖面)。但是，图1所示的平面形状也可以是实际的天线1的平面形状。在这种情况下，天线1的平面形状可以为任意的形状，例如可以为矩形状(图示的例子)、其他的多边形状、圆形或椭圆形。电介质(例如电介质层)也可以与天线1的上表面和/或下表面重叠。在另一观点中，图示的平板形状可以是包括天线1的构件(例如以z方向为厚度方向的基板)的一部分。另外，在本实施方式的说明中，不区分“层”和“板”。
41.天线1的大小可以根据天线1所利用的频带等而适当设定。但是，如上所述，在本实施方式的说明中，为了方便，有时以在比较高的频带中利用天线1的方式为例。进而，作为天线1，有时例示比较小型的天线。例如，图示的范围的x方向的长度(或后述的天线元件的x方向或y方向的长度)可以为1mm以上且100mm以下。此外，图示的范围的y方向的长度可以为3mm以上且300mm以下。天线1的厚度例如可以设为0.1mm以上且10mm以下。这样的比较小的天线1例如可以构成为组装于电子设备的电子部件。但是，天线1也可以在俯视时具有几十cm以上或几m以上的大小。
42.天线1具有多个(图中为4个)天线元件3，构成为阵列天线。此外，各天线元件3由能够进行圆极化的发送和/或接收的圆极化天线构成。由此，天线1能够进行圆极化的发送和/或接收。
43.图2是图1的ii-ii线处的剖视图。
44.天线1例如从+z侧起依次具有天线层5、第一电介质层7和接地层9。此外，天线1具有贯通第一电介质层7的多个(参照图1)的供电导通孔11。天线层5包括多个天线元件3，直接有助于电波的发送和/或接收。接地层9是被赋予基准电位的层，构成所谓的底板。第一电介质层7例如有助于天线层5以及接地层9的支承以及绝缘。供电导通孔11有助于对天线层5的供电。
45.在天线1中，接地层9以外的结构可以与公知的圆极化阵列天线的结构相同(当然，也可以设为新的结构)。在以下的说明中，对于与公知的结构相同的结构，有时适当地省略说明。
46.天线层5例如从+z侧起依次具有第一导体层13、第二电介质层15和第二导体层17。如图1以及图2所示，第一导体层13具有分别针对每个天线元件3而没置的多个无供电贴片19。此外，第二导体层17具有分别针对每个天线元件3而设置的多个供电贴片21。
47.如图2所示，可以理解为，第一电介质层7以及第二电介质层15构成电介质基板23。第二电介质层15中的与无供电贴片19以及供电贴片21重叠的部分可以被视为针对每个天线元件3设置的单独电介质层15a。
48.以下，首先，主要对接地层9以外的结构进行叙述。接下来，对接地层9的结构进行叙述。
49.(导体)
50.导体层(第一导体层13、第二导体层17以及接地层9等)的厚度以及与导体层交叉的轴状导体(供电导通孔11)的形状以及尺寸可以考虑天线1的特性等而适当地设定。导体层的厚度可以比电介质层(第一电介质层7以及第二电介质层15等)的厚度薄。若列举导体层的厚度的一个例子，则为1μm以上且1mm以下。
51.各种导体构件(第一导体层13、第二导体层17以及接地层9以及供电导通孔11等)
的材料例如是金属。金属可以是cu或al等适当的金属。各种导体构件的材料可以互相相同，也可以互相不同。此外，各导体构件可以由单一的材料构成，也可以由多种材料构成。作为后者，例如能够举出层叠互不相同的材料的层而构成的导体层。
52.在导体层(例如第二导体层17)和与该导体层正交的轴状导体(例如供电导通孔11)的连接部中，从材料等的观点来看时，导体层的上表面或下表面与轴状导体的端面可以接合，也可以是轴状导体贯通导体层，也可以不能够进行这样的区别。以下，为了方便，有时以将轴状导体接合于导体层的上表面或下表面的方式为例。
53.(电介质层)
54.关于电介质基板23(在其他观点中为第一电介质层7以及第二电介质层15)的平面形状以及俯视时的尺寸，可以援引天线1的平面形状以及俯视时的尺寸的说明(已叙述的)。各电介质层的厚度可以适当设定为提高天线的特性。该设定方法例如可以与公知的贴片天线中的设定方法相同。
55.第一电介质层7以及第二电介质层15的材料可以互相相同，也可以互相不同。各电介质层可以由单一的材料构成，也可以由多种材料构成。在一个电介质层由多种材料构成的情况下，例如，上述一个电介质层可以通过在厚度方向上层叠包含不同材料的电介质层来构成，和/或也可以在包含玻璃布等的基材中含浸电介质而构成。电介质层的材料(电介质)例如是陶瓷和/或树脂。
56.(天线元件)
57.如上所述，天线元件3的结构可以是能够进行圆极化的发送和/或接收的各种结构。例如，天线元件3可以是贴片天线、线状天线(例如偶极天线或环形天线)或缝隙天线。但是，在本实施方式的说明中，主要以贴片天线为例。
58.作为能够进行圆极化的发送和/或接收的贴片天线，例如可举出2点供电式的正方形的贴片天线、以及1点供电式的贴片天线。作为后者的天线中的导电性的贴片(例如供电贴片)的形状，例如可举出长方形的贴片、将正方形的一对角部倒角而成的贴片、以及在圆形上形成有一对凸部或一对凹部的贴片。
59.贴片例如可以是半波长贴片。在此，半波长贴片是指平面形状的大小以1/2
×
λg为基础的贴片。λg是考虑了电介质基板23的介电常数等的贴片的位置处的有效波长。例如，在2点供电式的正方形的贴片天线中，理论上，一边的长度为1/2
×
λg。此外，例如，在1点供电式的贴片天线中，作为成为圆极化的分量的两个线极化的振动方向上的长度，理论上可以设定比1/2
×
λg大的长度以及比1/2
×
λg小的长度。
60.在本实施方式中作为例子的天线元件3的结构如下。
61.图3a是无供电贴片19的俯视图。图3b是供电贴片21的俯视图。图3d是天线元件3的俯视透视图。在图3d中，示出了天线元件3的导体以及接地层9。
62.在图示的天线元件3中，供电贴片21的平面形状为正方形的一对角部被倒角得比较大的形状。此外，无供电贴片19的平面形状被设为正方形。而且，两者被配置为几何中心彼此重叠。供电贴片21在作为基体(base)的正方形的一边的中央附近(参照图3d的焊盘25的位置)设置有供电点(连接有供电导通孔11)。
63.在供电贴片21中，通过供给交流电流，产生电场在沿着成为基体的正方形的两个对角线的方向上振动的频率互不相同的线极化，进而产生椭圆极化(例如轴比为10db以
上)。而且，无供电贴片19产生改善上述的椭圆极化的轴比而接近圆极化(例如轴比为3db以下)的作用。在此，轴比(ar：axial ratio)是表示何种程度接近圆极化的指标。轴比在将左旋圆极化的电场强度设为el、将右旋圆极化的电场强度设为er时，由ar＝(|el|+|er|)/(|el|-|er|)表示。因此，轴比以作为电场强度的单位的db来表示。
64.另外，与图示的例子不同，供电贴片21本身可以产生圆极化(例如轴比为3db以下)。例如，供电贴片21的倒角可以比图示的例子小。而且，无供电贴片19(以及第二电介质层15)可以省略，或者以其他作用为主要目的而设置。作为其他的作用，例如可举出宽带化。
65.向供电贴片21的供电方法可以适当地进行。在图示的例子中，通过设置与供电贴片21的下表面连接的供电导通孔11来实现供电。作为与图示的例子不同的方式，例如可列举出如下方式：第二导体层17具有从供电贴片21延伸的供电线路(微带线路)，在该供电线路上连接有供电导通孔11。
66.(多个天线元件的位置关系等)
67.多个天线元件3的数量以及位置关系可以适当地设定。例如，天线元件3的数量可以仅为两个，也可以为三个以上。此外，多个天线元件3既可以以一列进行排列，也可以以两列以上进行排列，也可以以无法对这样的列进行概括的数量或者位置关系来配置。此外，多个天线元件3可以纵横排列，也可以以交错状排列，也可以呈放射状和/或同心圆状排列。
68.在多个天线元件3沿着给定的方向排列的方式中，多个天线元件3的间距可以是恒定的，也可以不是恒定的。间距例如是在俯视时相邻的贴片的几何中心彼此的距离。间距的具体大小可以适当设定。例如，间距以贴片彼此相互分离为条件，可以设为自由空间中的波长的3/10以上且9/10以下，此外，也可以为上述的范围外。此外，例如，间距可以为实效的波长λg的6/10以上且2倍以下，此外，也可以为上述的范围外。
69.在俯视时，多个天线元件3的朝向(贴片的形状的朝向和/或与供电点的关系中的朝向)可以互相相同，也可以互相不同。此外，多个天线元件3可以以构成顺序旋转阵列天线地进行配置以及控制，也可以不进行这样的配置以及控制。
70.在图1的例子中，在俯视时，与供电点(供电导通孔11)的关系中的天线元件3的朝向在相邻的情况下彼此相差180
°
。在这种情况下，例如，相邻的天线元件彼此被供给相位相差180
°
的电流。在这样的方式中，例如能够将用于供电的结构交替地设置在相反侧，因此，有时有利于天线1的小型化。另外，与图示的例子不同，与供电点的关系中的天线元件3的朝向也可以在相邻的天线元件3彼此之间相互相同。在这种情况下，例如，向多个天线元件3供给的电流的相位可以互相相同，因此电路结构被简化。
71.(接地层)
72.如图1以及图2所示，接地层9具有分别针对每个天线元件3而设置的多个接地图案27。即，接地层9不是遍及多个天线元件3地扩展，而是针对每个天线元件3分离。由此，例如，天线1发送的圆极化的轴比提高。
73.在图示的例子中，在接地层9内，多个接地图案27完全分离。但是，与图示的例子不同，“分离”不需要在接地层9内接地图案27完全分离。例如，在将与接地图案27的排列方向正交的方向(在图示的例子中为x方向)上的长度设为宽度时，互相相邻的接地图案27彼此也可以通过比接地图案27的宽度(例如最大宽度)小的宽度的布线而相互电连接。因此，这里所说的分离例如可以设为在接地图案27彼此之间形成有间隙。另外，在如上述那样设置
有布线的情况下，布线的宽度可以为接地图案27的宽度的1/2以下、1/3以下或1/5以下。
74.图3c是接地图案27的俯视图。
75.如图示的例子那样，接地图案27可以具有开口27a，使得不与供电导通孔11和/或与供电导通孔11连接的焊盘25短路。焊盘25可以具有与接地层9相同的材料以及厚度。即，接地层9以及焊盘25可以包括在相同的导体层中。但是，焊盘25的材料和/或厚度可以与接地层9不同，也可以不设置。
76.如上所述，第二导体层17可以具有从供电贴片21延伸的传输线路。而且，供电导通孔11可以与传输线路的与供电贴片21相反的一侧的端部连接。在该方式中，供电导通孔11可以位于接地图案27的外侧。即，接地图案27也可以不具有开口27a。在本实施方式的说明中，为了方便，有时无论有无开口27a，都进行忽略了开口27a的存在的表现。
77.接地图案27的具体形状可以适当设定。在图示的例子中，接地图案27的平面形状为正方形。此外，接地图案27的平面形状可以是长方形、矩形以外的多边形、圆形、椭圆形或者它们的组合。多个接地图案27的形状例如互相相同。
78.如上所述，在图1的例子中，在相邻的天线元件3彼此之间，供电导通孔11的位置相互不同。进而，在图1的例子中，在相邻的接地图案27彼此之间，开口27a的位置不同。但是，如已叙述的说明所理解的那样，开口27a的位置也可以在相邻的接地图案27彼此中互相相同。
79.接地图案27的大小可以适当地设定。例如，接地图案27的大小(以及形状)例如可以设为在俯视透视中包含天线元件3(在其他观点中为供电贴片21和/或无供电贴片19。以下，在本段落中同样。)的大小。这样一来，接地图案27的外缘例如可以其整体位于天线元件3的外缘的外侧，也可以一部分与天线元件3的外缘重叠。
80.将通过接地图案27的几何中心且两端位于接地图案27的外缘的线段的长度作为接地图案27的直径(关于贴片等也同样)。此时，接地图案27的最小直径或最大直径可以为天线元件3(在其他观点中为供电贴片21和/或无供电贴片19)的最大直径以上。接地图案27的最小直径和/或最大直径可以为自由空间中的波长的1/4以上且1倍以下，此外，也可以为上述的范围外。此外，例如，接地图案27的最小直径和/或最大直径可以为有效的波长λg的1/2以上且2倍以下，此外，也可以为上述的范围外。
81.在俯视透视中，接地图案27相对于天线元件3的位置关系可以适当设定。例如，接地图案27的几何中心可以与供电贴片21的几何中心和/或无供电贴片19的几何中心一致(图示的例子)，也可以错开。
82.多个接地图案27的间距例如与多个天线元件3的间距相同。但是，例如，在俯视透视中，各接地图案27既可以包含与本身对应的天线元件3，也可以存在接地图案27的间距与天线元件3的间距不一致的部分。
83.在多个接地图案27中，相邻的接地图案27彼此的距离d1(参照图1。换言之间隙的大小，例如最小距离)可以适当设定。例如，距离d1可以是在产生了接地图案27中设想的电场时不产生绝缘破坏的最小限度的大小以上。此外，例如，距离d1可以设为天线元件3(在其他观点中为供电贴片21和/或无供电贴片19)的俯视时的最大直径的1/10以上和/或1倍以下。
84.相对于多个接地图案27的基准电位的赋予可以通过适当的方法进行。例如，接地
图案27可以经由安装天线1的电路基板的导体和/或包括天线1的电路基板的导体，与信号接地和/或框架接地电连接。上述电路基板的导体可以针对每个接地图案27设置，也可以设置于多个接地图案27中的一部分(例如一个)。在后者的情况下，如已述那样，多个接地图案27可以通过接地层9所包括的布线而相互连接。
85.如上所述，圆极化阵列天线1具有天线层5和与天线层5对置的接地层9。天线层5在俯视时的互不相同的位置具有分别由圆极化天线构成的多个天线元件3。接地层9具有分别与一个以上的天线元件3对置地分离的多个接地图案27。
86.在这种情况下，例如与接地层9遍及全部的天线元件3无间隙地扩展地形成的方式相比，圆极化的轴比提高。作为其理由，考虑到宽的底板起到相对提高形成椭圆极化的长轴的线极化的增益的作用，通过分割接地层9，减少了这样的作用。
87.多个接地图案27可以一对一地与天线元件3对置。在这种情况下，例如，如从提高上述的轴比的理由所理解的那样，与一个接地图案27与两个以上的天线元件3重叠的方式(该方式也可以包括于本公开所涉及的技术中)相比，提高轴比的效果提高。
88.多个接地图案27在俯视透视中也可以分别包含一个以上的天线元件3。进而，多个接地图案27在俯视透视中也可以分别包含一个天线元件3(也可以一对一地包含)。在这种情况下，例如，与在俯视透视中天线元件3具有不与接地图案27重叠的部分的方式(该方式也可以包括于本公开所涉及的技术中)相比，各天线元件3所涉及的特性提高。
89.多个接地图案27各自的平面形状可以是正方形。在这种情况下，例如，结构简单，此外，设计容易。此外，由于接地图案27难以在特定的方向上变长，因此如根据因接地层9的分离而提高轴比的上述理由所理解的那样，容易提高轴比。
90.多个天线元件3的至少一部分可以在第一方向(y方向)上排列。在多个接地图案27的每一个中，y方向上的最大长度和与y方向正交的第二方向(x方向)上的最大长度可以相同。在这种情况下，例如与上述的正方形的效果同样地，容易提高轴比。
91.在多个接地图案27中，相邻的接地图案27彼此的距离d1可以为天线元件3的俯视时的最大直径的1/10以上。在这种情况下，可以说距离d1被充分确保，容易得到通过分离接地层9而提高轴比的效果。
92.多个接地图案27各自的最小直径可以为天线元件3的俯视时的最大直径以上。在这种情况下，例如，接地图案27相互分离，并且在与天线元件3的比较中确保面积。其结果，例如天线的特性容易提高。
93.(第一实施方式所涉及的实施例)
94.对于比较例以及实施例所涉及的天线，通过模拟计算调查了特性。其结果，能够确认通过分离接地层9来提高轴比。具体如下。
95.比较例以及实施例中共通的条件如下所述。设为对象的频率为28ghz。该频率的自由空间中的波长λ约为10.7mm。天线如图1所示，4个天线元件3排列成一列。天线元件3的间距设为恒定，且设为3/4
×
λ。无供电贴片19设为一条边约为2.4mm的正方形。供电贴片21是以一边约为2.5mm的正方形为基体，以从成为基体的正方形的一边去除约1.2mm的长度地进行了倒角的形状。供电贴片21与无供电贴片19的距离为0.4mm。供电贴片21与接地层的距离为0.5mm。电介质基板23的相对介电常数约为3.28。
96.比较例以及实施例中相互不同的条件如下所述。比较例所涉及的接地层为在俯视
透视中包含4个天线元件3的一个整面状图案(基本上无间隙地扩展的图案)。如图1所示，实施例所涉及的接地层9分别具有在俯视透视中包含一个天线元件3的多个(在此为4个)接地图案27。接地图案27的形状为正方形，一边的长度约为5.4mm。如图3d所示，各接地图案27的几何中心与供电贴片21的几何中心以及无供电贴片19的几何中心一致。另外，图3a～图3d中例示的尺寸比率基于此处的实施例的尺寸。
97.图4a以及图4b是表示比较例以及实施例所涉及的天线的特性的图。在图4a以及图4b中，横轴表示频率f(ghz)。在图4a中，纵轴表示增益(dbi)。在图4b中，纵轴表示轴比(简记为ar。单位为db)。在这些图中，线l0表示比较例的特性。线l1表示实施例的特性。
98.如图4a所示，实施例确保了与比较例的增益相同程度的增益。在以28ghz为中心的频带中，实施例的增益稍微低于比较例的增益，但其差比较小。在图示的例子中，28ghz下的增益之差为0.3dbi左右。
99.另一方面，如图4a所示，实施例与比较例相比轴比提高。更详细而言，在图示的例子中，比较例在28ghz附近出现了极大值，但在实施例中，通过使出现上述极大值的曲线平整，与比较例相比轴比接近0db。更详细而言，在28ghz附近，实施例的轴比比较例的轴比小约2.4db。此外，在实施例中，使轴比的极大值出现的曲线平整，其结果，例如轴比为3db以下的频带比比较例更宽。
100.(第一实施方式所涉及的其他实施例)
101.对于上述的实施例，对于使接地图案27彼此的距离d1不同的实施例，也通过模拟计算求出增益以及轴比。其结果，确认了能够在各种距离d1中提高轴比。具体如下。
102.在与上述的图4a以及图4b所涉及的实施例基本相同的条件下，使接地图案27彼此的距离d1在0λ～8/16
×
λ的范围内各变化λ/16，计算出各自的增益以及轴比。另外，即使使距离d1变化，也能够维持多个接地图案27的间距(在此为3/4
×
λ)以及形状(在此为正方形)，接地图案27的大小也随着距离d1的变化而变化。
103.图5a以及图5b是表示计算结果的图。图5a是与图4a同样地表示增益的图。图5b是与图4b同样地表示轴比的图。图例中，用λ表示距离d1。距离d1为“0”的例子相当于图4a以及图4b所示的比较例。距离d1为“4λ/16”相当于图4a以及图4b所示的实施例。
104.如图5a所示，在距离d1比较短的情况下，实施例的增益与比较例的增益大致相同。但是，若距离d1比某种程度的大小(例如7/16
×
λ)大，则实施例的增益与比较例的增益之差变大。认为这是因为接地图案27变小，形成与意图的电场不同的电场。
105.如图5b所示，即使距离d1从“0”变为“λ/16”，轴比也提高。即，若接地层9被分离，则即使距离d1较小，轴比也会提高。在图示的例子中，若使距离d1从“λ/16”变大，则轴比进一步提高。但是，若距离d1为“8λ/16”，则轴比恶化。
106.从以上的倾向适当地设定距离d1(和/或接地图案27的大小)的下限和/或上限。
107.例如，在图示的例子中，作为距离d1的范围，能够设定为2/16
×
λ以上且4/16
×
λ以下。此时，在以28ghz为中心的3ghz的频带中，轴比为3db以下，并且增益为11dbi以上。
108.此外，如上所述，即使距离d1为λ/16，轴比也提高。在此，λ/16约为0.67mm。此外，天线元件3的最大直径为供电贴片21的对角线的长度，约为3.5mm。因此，例如，距离d1可以为天线元件3的最大直径的1/10以上或1/5以上。
109.如上所述，延长了距离d1时的增益的降低和/或轴比的降低被认为是由接地图案
27的大小引起的。在此，在距离d1为“8λ/16”时，接地图案27的一边的长度(在另一观点中为最小直径)约为2.7mm，在距离d1为“7λ/16”时，接地图案27的一边的长度约为3.3mm。另一方面，成为供电贴片21的基体的正方形的一边的长度约为2.5mm，最大直径(对角线的长度)约为3.5mm。因此，例如，接地图案27的最小直径可以设定为天线元件3的一边的长度以上或最大直径以上。
110.《第二实施方式》
111.在第二实施方式的说明中，基本上仅对与第一实施方式的不同点进行说明。没有特别提及的事项可以与第一实施方式相同，或者从第一实施方式类推。
112.图6a是第二实施方式所涉及的天线的接地图案227的俯视图，与第一实施方式的图3c对应。图6b是第二实施方式所涉及的天线的俯视透视图，与第一实施方式的图3d对应。
113.接地图案可以设为适当的形状，如第一实施方式所述。而且，第二实施方式所涉及的接地图案227形成为对正方形的一对角部进行了倒角的形状。若这样进行倒角，则轴比进一步提高。作为其理由，可举出形成于接地图案227的电流分布从线极化接近圆极化的情况。
114.倒角的位置、形状以及大小等可以适当设定。例如，对角是两对，但被倒角的一对对角可以是在天线元件3中在最小直径的方向(在图示的例子中为供电贴片21的被倒角的一对对角的对置方向)上相互对置的对角。两个倒角例如可以以互相相同的形状以及大小形成。此外，倒角例如可以以从成为基体的正方形通过直线除去2等边三角形地进行。成为基体的正方形的大小以及倒角的大小可以适当地设定。例如，倒角的大小可以是除去成为基体的正方形的一边的长度的1/3以上且2/3以下的大小，也可以是上述的范围外的大小。
115.(第二实施方式所涉及的实施例)
116.对于第二实施方式的天线，设定具体的材料以及尺寸等，通过模拟计算调查了特性。其结果可知，第二实施方式的天线与第一实施方式的天线相比，能够提高增益以及轴比这两者。具体如下。
117.图7a以及图7b是表示实施例的天线的特性的图，是与图4a以及图4b同样的图。在这些图中，线l1表示第一实施方式所涉及的实施例的特性。线l2表示第二实施方式所涉及的实施例的特性。关于2个实施例，接地图案的形状以及大小以外的条件互相相同，此外，与参照图4a以及图4b等说明的第一实施方式所涉及的已述的实施例的条件相同。
118.通过线l1表示特性的第一实施方式所涉及的实施例(以下，有时称为“第一实施例”)是第一实施方式所涉及的已述的多个实施例(距离d1互不相同的多个实施例)中的特性最高的实施例。第一实施例是在图4a以及图4b中示出的实施例，此外，图5a以及图5b中的距离d1是4/16
×
λ的实施例。
119.此外，根据线l2示出特性的第二实施方式所涉及的实施例(以下，有时称为“第二实施例”)是第二实施方式所涉及的多个实施例(距离d1以及倒角的大小相互不同的多个实施例)中特性最佳的实施例。在第二实施例中，成为接地图案227的基体的正方形的一边的长度约为7.5mm。倒角的大小为从正方形的一条边去除约3.2mm的长度的大小。距离d1约为0.5mm。在图6a以及图6b中例示的尺寸比率以第二实施例的尺寸为基准。
120.如图7a以及图7b所示，第二实施例与第一实施方式所涉及的实施例相比增益以及轴比提高。具体而言，在25ghz，增益提高了0.2dbi，轴比提高了0.5db。
121.另外，第二实施例中的距离d1比较短。例如，约0.5mm的距离d1是自由空间中的波长λ(约10.7mm)的约1/20的长度。此外，距离d1是天线元件3的俯视时的最大直径(供电贴片21的对角线的长度：约3.5mm)的约1/7。因此，也确认到距离d1较小(例如可以设为天线元件3的最大直径的1/10以上)。
122.(第二实施方式所涉及的其他实施例)
123.上述的第二实施例相对于第一实施例，不仅接地图案的角部被倒角，而且距离d1(在另一观点中为倒角前的基体的正方形的尺寸)也不同。以下，仅在角部被倒角的点表示与第一实施例不同的第二实施方式所涉及的实施例(以下，有时称为“第三实施例”)的特性。在第三实施例中，倒角的大小为从正方形的一条边去除约1.6mm的长度的大小，小于第二实施例的倒角的大小。
124.图9a以及图9b是表示实施例的天线的特性的图，是与图7a以及图7b相同的图。在这些图中，线l1表示第一实施例的特性。线l2表示第二实施例的特性。线l3表示第三实施例的特性。
125.另外，图9a以及图9b的实施例严格地说，与图7a以及图7b的实施例相比，电介质基板23的俯视时的尺寸稍微不同。其结果，在前者的图和后者的图中特性稍微不同。但是，作为对象的频带(以28ghz为中心的3ghz左右的频带)内的实施例彼此的相对关系在前者的图和后者的图中几乎看不到差异，因此为了方便，共通地使用第一实施例以及第二实施例的称呼。
126.如图9a以及图9b所示，在作为对象的频率(28ghz附近)，与第一实施例相比，第三实施例得到同等的增益，并且轴比提高。但是，第三实施例的轴比的提高量比第二实施例小，此外，第三实施例的增益比第二实施例的增益低。具体而言，在28ghz附近，增益为第一实施例：11.6dbi，第二实施例：12.3dbi，第三实施例：11.6dbi，轴比为第一实施例：2.1dbi，第二实施例：1.2dbi，第三实施例：1.9dbi。
127.如从上述理解的那样，通过多或少地进行倒角，能够提高轴比。例如，若将第三实施例中的倒角的大小设为下限的一例，则如下所述。在第三实施例中，从一个角部去除2等边三角形，从正方形的一边的长度(约5.4mm)去除约1.6mm的长度。在此，自由空间中的波长λ约为10.7mm。因此，例如，通过倒角从正方形的一边的长度去除的长度可以为正方形的一边的长度的0.3以上(1.6mm/5.4mm以上)，此外，也可以为0.15λ以上(1.6mm/10.7mm
×
λ以上)。
128.此外，如从上述理解的那样，越增大倒角，越容易提高轴比以及增益。从另一观点来看，越增大倒角，越容易减小距离d1(增大成为基体的正方形)。例如，在第二实施例中，通过倒角从正方形的一边的长度去除的长度约为0.3λ(3.2mm/10.7mm
×
λ)。因此，通过倒角从正方形的一边的长度除去的长度可以为第二实施例与第三实施例之间的值以上，例如可以为0.20λ以上或0.25λ以上。上限例如可以设为小于正方形的一边的长度的1/2。
129.图10a以及图10b是表示假定从第一实施例～第三实施例所涉及的天线切出大致与一个天线元件3对应的宽度的部分的情况下的各天线(以下，有时称为“单天线”)的特性的图。图10a以及图10b的横轴以及纵轴与图9a以及图9b的横轴以及纵轴相同。线l1a、l2a以及l3a分别对应于第一、第二以及第三实施例的天线。
130.从图9a与图10a的比较可知，与阵列天线的情况不同，在单天线的情况下，第三实
施例的对象频率(28ghz附近)的增益比第一实施例的对象频率的增益低。此外，在单天线的情况下，虽然第二实施例的对象频率的增益比第一实施例的对象频率的增益高，但与阵列天线的情况相比，其差并不显著。具体而言，在28ghz附近，增益为第一实施例：5.9dbi，第二实施例：6.1dbi，第三实施例：5.6dbi。
131.从图9b与图10b的比较可知，与阵列天线的情况不同，在单天线的情况下，第三实施例的对象频率的轴比比第二实施例的对象频率的轴比良好。具体而言，在28ghz附近，轴比为第一实施例：2.3dbi，第二实施例：1.8dbi，第三实施例：1.6dbi。
132.如上所述，在本次的实施例的范围中，通过对角部进行倒角来维持(或提高)增益并且提高轴比的效果与单天线的情况相比更容易在阵列天线的情况下产生。此外，在单天线的情况下，倒角越大，轴比越提高。即，上述比较大的倒角的下限值的例子(0.20λ以上或0.25λ)不能从单天线得到。
133.(第二实施方式所涉及的又一实施例)
134.在第二实施例中，接地图案的被倒角的一对对角是正方形的两对对角中的、位于与供电贴片21的被倒角的一对对角相同的方向的一对对角。以下，表示接地图案的被倒角的一对对角是剩余的一对对角的实施例(以下，有时称为“第四实施例”)的特性。第四实施例除了一对对角的方向不同这点以外，与第二实施例相同。
135.图11a以及图11b是表示实施例的天线的特性的图，是与图9a以及图9b同样的图。在这些图中，线l2与图9a以及图9b的线l2相同。线l4表示第四实施例的特性。
136.如该图所示，在作为对象的频率(28ghz)附近，第四实施例与第二实施例相比，增益低，轴比远离1。因此，在将对一对对角进行了倒角的供电贴片21与对一对对角进行了倒角的接地图案227组合的情况下，若前者的一对对角与后者的一对对角为相同方向，则增益以及轴比容易提高。
137.图12a以及图12b与图10a以及图10b同样地，是表示单天线的特性的图。线l 1a以及线l 2a与图9a以及图9b的线相同。线l 4a对应于第四实施例的天线。
138.从图11a与图12a的比较可知，与阵列天线的情况不同，在单天线的情况下，在作为对象的频率(28ghz)附近，第四实施例的增益与第二实施例的增益大致相同。具体而言，28ghz附近的单天线的增益为第一实施例：5.9dbi、第二实施例6.1dbi、第四实施例5.9dbi。从图11b与图12b的比较可知，第二实施例的轴比与第四实施例的轴比的大小关系在阵列天线的情况和单天线的情况下同样。
139.如从上述理解的那样，在本次的实施例的范围中，通过使接地图案的倒角的方向与供电贴片21的倒角的方向一致来维持(或提高)增益并且提高轴比的效果与单天线的情况相比更容易在阵列天线的情况下产生。
140.《应用例》
141.图8是示意性地表示作为实施方式所涉及的天线的应用例的电子设备51的结构的图。另外，在以下的说明中，为了方便，使用第一实施方式的天线1的附图标记，但也可以将第二实施方式的天线用于电子设备51。
142.电子设备51可以设为各种方式。例如，电子设备51可以是通信设备。作为通信设备，例如能够举出便携终端、基站、中继站、无线lan(local area network：局域网)的母机、卫星定位系统的接收机、装卸于各种电子设备的天线装置、收音机、电视机以及电子收费系
统(etc)的车载器。作为便携终端，例如可以举出移动电话机(包括智能手机)、平板型pc(personal computer)或笔记本型pc。此外，作为通信设备以外的电子设备51，能够列举雷达装置以及微波炉。另外，以下，有时以电子设备51是通信设备为前提进行说明。
143.电子设备51例如具有天线模块53和收容天线模块53的壳体55。
144.天线模块53例如具有天线1、经由天线1进行电波的发送的发送电路、和/或经由天线1进行电波的接收的接收电路。这样的发送电路和/或接收电路例如可以由一个以上的ic(integrated circuit：集成电路)57构成。ic57例如是rf(radio frequency：射频)-ic，与供电导通孔11的下端电连接。
145.发送电路例如可以对包括任意信息的基带信号进行频率的提升以及调制，并将高频信号输入至天线1。接收电路例如可以对来自天线1的高频信号进行频率的降低以及解调，取得包括任意的信息的基带信号。
146.ic57(发送电路和/或接收电路)与天线1的具体连接方式是任意的。在图示的例子中，天线1构成为天线基板59的一个主面侧的一部分。ic57安装于天线基板59的另一个主面。而且，供电导通孔11经由天线基板59内的导体(导体层和/或导通孔)与ic57电连接。
147.在图示的例子中，天线模块53除了天线基板59以及ic57以外，还具有安装天线基板59的安装基板61和安装于安装基板61的电子部件63。ic57(发送电路和/或接收电路)也可以是安装于安装基板61的部件。
148.如从所述的电子设备51的各种方式(便携终端等)的例示所理解的那样，电子设备51的材料、大小以及形状是任意的。天线1与电子设备51的相对大小也是任意的。
149.本公开所涉及的技术并不限定于以上的实施方式，也可以以各种方式实施。
150.例如，天线也可以不具有第一电介质层7。例如，天线层5的下方也可以是空间(在其他观点中为空气)。在天线层具有两个以上的导体层(例如供电贴片21以及无供电贴片19)的方式中，介于两者之间的电介质层(第二电介质层15)也是同样的。在这样的情况下，导体层彼此例如可以通过由绝缘体构成的支柱相互固定。
151.根据本公开，也可以提取不以是阵列天线为前提的概念。例如，也可以提取以下的概念1。
152.(概念1)
153.天线具有：
154.圆极化天线(天线元件、天线层)；以及
155.接地图案(接地层)，与所述圆极化天线对置，
156.所述接地图案的平面形状是在正方形中仅对两对对角当中的一对对角进行了倒角的形状。
[0157]-附图标记说明-[0158]1…
圆极化阵列天线，3
…
天线元件，5
…
天线层，9
…
接地层，27
…
接地图案。

技术特征：
1.一种圆极化阵列天线，具有：天线层，在俯视时的互不相同的位置具有分别包含圆极化天线的多个天线元件；以及接地层，与所述天线层对置，所述接地层具有被分离成分别与一个以上的所述天线元件对置的多个接地图案。2.根据权利要求1所述的圆极化阵列天线，其中，所述多个接地图案一对一地与所述天线元件对置。3.根据权利要求2所述的圆极化阵列天线，其中，所述多个接地图案分别在俯视透视时包含一个所述天线元件。4.根据权利要求2或3所述的圆极化阵列天线，其中，所述多个接地图案各自的平面形状为正方形。5.根据权利要求2或3所述的圆极化阵列天线，其中，所述多个接地图案各自的平面形状是在正方形中仅对两对对角当中的一对对角进行了倒角的形状。6.根据权利要求2或3所述的圆极化阵列天线，其中，所述多个天线元件的至少一部分在第一方向上排列，在所述多个接地图案的每一个中，所述第一方向上的最大长度和与所述第一方向正交的第二方向上的最大长度相同。7.根据权利要求1～6中任一项所述的圆极化阵列天线，其中，在所述多个接地图案中，相邻的接地图案彼此的距离为所述天线元件的俯视时的最大直径的1/10以上。8.根据权利要求1～7中任一项所述的圆极化阵列天线，其中，所述多个接地图案各自的最小直径为所述天线元件的俯视时的最大直径以上。9.一种电子设备，具有：权利要求1～7中任一项所述的圆极化阵列天线；以及ic，与所述圆极化阵列天线连接。

技术总结
圆极化阵列天线具有：天线层；以及接地层，与天线层对置。天线层在俯视时的互不相同的位置具有分别包含圆极化天线的多个天线元件。接地层具有被分离成分别与一个以上的所述天线元件对置的多个接地图案。元件对置的多个接地图案。元件对置的多个接地图案。


技术研发人员：中岛毅树 平井匠 山本大辅 守田达弥 早田和树
受保护的技术使用者：京瓷株式会社
技术研发日：2022.02.18
技术公布日：2023/10/11