[发明专利]差动馈电方向性可变缝隙天线

说明书

技术领域

本发明涉及接收、发送微波段和毫米波段等的模拟高频信号或数 字信号的差动馈电天线。

背景技术

近年来，伴随着硅系列晶体管的特性的飞速提高，不仅在数字电 路中，在模拟高频电路单元中，也正在加速从化合物半导体晶体管向 硅系列晶体管的置换，进而，实现模拟高频电路部与数字基带部的单 芯片化。其结果是，曾经作为高频电路的主流的单端电路(single end circuit)正在被置换成使正负符号的信号进行平衡动作的差动信号电 路。这是因为差动信号电路具有大幅减少无用辐射，在移动终端内不 能配置无限面积的接地导体的条件下确保良好的电路特性等的优点。 在差动信号电路中，各个电路元件需要维持平衡进行动作，而在硅系 列晶体管中特性偏差少，能够维持信号的差动平衡。另外，还有为了 避免硅基板自身具有的损失而优选使用差动线路的理由。其结果是， 在保持在单端电路中获得的高的高频特性的同时，能够应对差动信号 供电，这点成为对天线、滤波器等高频器件的强烈要求。

图17(a)表示从上表面观看时的透视示意图，图17(b)表示在 图中的直线A1-A2处切断后的剖面结构图，上述图所示的是通过单 端线路103馈电的二分之一波长缝隙天线(现有例1)。在形成于电介 质基板101的背面上的接地导体面105上，形成有具有二分之一有效 波长的缝隙长度Ls的缝隙谐振器601。为了满足输入匹配条件，从单 端电路103的开路终端点113到与缝隙601交叉为止的距离Lm设定为 动作频率下的四分之一有效波长。缝隙谐振器601通过沿厚度方向全 部切除接地导体面105的局部区域中的导体而得到。如图中所示那样， 以下述方式定义坐标系，将与馈电线路的传输方向平行的方向作为X 轴，将电介质基板形成面作为XY面。图18表示现有例1的典型的发 射方向特性的一个例子。图18(a)表示YZ面的发射方向性，图18 (b)表示XZ面的发射方向性。从图明显可知，在现有例1中，在± Z方向能够得到表示最大增益的发射方向特性。另外，在±X方向显示 零特性，而在±Y方向上相对于主波束方向也能够得到10dB左右的增 益减少效果。

另外，图19(a)表示从上表面观看时的透视示意图，图19(b) 表示在图中的直线A1-A2处切断后的剖面示意图，上述图所示的是 由单端线路103馈电的四分之一波长缝隙天线(现有例2)。在形成于 电介质基板101的背面上的有限面积的接地导体105上，形成有具有 四分之一有效波长的缝隙长度Ls的缝隙谐振器601。缝隙谐振器在接 地导体105的边缘部分上形成为开放终端。图20(a)表示YZ面中的 发射方向性、图20(b)表示XZ面中的发射方向性、图20(c)表示 XY面中的发射方向性。从图明显可知，在现有例2中，能够实现在负 Y方向上显示最大增益的宽的发射方向特性。

在专利文献1中，公开有使上述缝隙结构在差动馈电线路的正下 方与传输方向正交地配置的电路结构(现有例3)。即，专利文献1的 电路结构是将对缝隙谐振器进行馈电的电路从单端电路置换成差动馈 电线路的结构。专利文献1的目的是实现有选择地仅使无意叠加在差 动信号上的无用同相信号反射的功能，从该目的明显可知，专利文献1 中公开的电路结构不具有向自由空间发射差动信号的功能。

图21(a)(b)示意地对在分别通过单端线路、差动馈电线路进行 馈电的情况下，在二分之一波长缝隙谐振器内产生的电场分布的状况 进行比较说明。在通过单端线路馈电的情况下的缝隙中，电场201沿 着缝隙宽度方向取向并分布，在两端成为最小强度，在中央部成为最 大强度。另一方面，在通过差动馈电线路馈电的情况下，由正符号的 电压在缝隙内产生的电场201a和由负符号的电压在缝隙内产生的电场 201b具有强度相等且反向的矢量，因此两个电场总体上抵消。因此， 即使以差动馈电线路对二分之一波长缝隙谐振器进行馈电，在原理上 也不能实现电磁波的有效的发射。另外，如果从非常接近的激振点被 馈电反相的电压，则互相抵消，不能实现有效的发射，这一点在将二 分之一波长缝隙谐振器置换成四分之一波长缝隙谐振器的情况下也相 同。由此，与通过单端线路进行馈电的情况相比，并不容易实现使差 动馈电线路与缝隙谐振器结构耦合的实用的天线特性。

在非专利文献2中，公开有以下情况，通过分割差动线路的背面 的接地导体，形成端部开放的缝隙结构，能够除去无意叠加在线路上 的同相模式。在这种情况下，很明显其目的也不是实现差动信号成分 的有效的发射。