CN109524775B

CN109524775B - 天线模块

Info

Publication number: CN109524775B
Application number: CN201811099481.0A
Authority: CN
Inventors: 原康之; 外间尚记
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2021-04-16
Anticipated expiration: 2038-09-20
Also published as: JP6658705B2; US10826174B2; CN109524775A; US20190089047A1; JP2019057775A

Abstract

本发明提供一种具有用于检测天线信号的电力的耦合器图案的天线模块。一种天线模块，其具备：天线层(20)，其具有辐射导体(21)；接地图案(G1)，其具有狭缝(SL1)；馈电层(30)，其经由接地图案(G1)层叠于天线层(20)，且具有经由狭缝(SL1)与辐射导体(21)电磁场耦合的馈电图案(F1)；耦合器图案(C1)，其与馈电图案(F1)电磁场耦合。根据本发明，由于馈电图案(F1)和辐射导体(21)经由狭缝(SL1)电磁场耦合，因此，不需要在天线层(20)设置供电线等。由此，能够简化天线层的结构。另外，由于具备与馈电图案(F1)电磁场耦合的耦合器图案(C1)，因此，可以检测天线信号的电力。

Description

天线模块

技术领域

本发明涉及一种天线模块，尤其是涉及一种具有用于检测天线信号的电力的耦合器图案的天线模块。

背景技术

作为将包含辐射导体的天线层和包含滤波电路的电路层一体化的天线模块，已知有专利文献1中记载的天线模块。专利文献1中记载的天线模块通过层叠天线层和电路层，并且在两者之间夹设接地图案，从而防止天线层和电路层的相互干扰。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-040597号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，在专利文献1中记载的天线模块中，难以检测从辐射导体输出的天线信号的电力。

因此，本发明的目的在于，提供一种具有用于检测天线信号的电力的耦合器图案的天线模块。

用于解决技术问题的技术方案

本发明的天线模块具备：天线层，其具有辐射导体；第一接地图案，其具有第一狭缝；馈电层(feed layer)，其经由第一接地图案层叠于天线层，且具有经由第一狭缝与辐射导体电磁场耦合的第一馈电图案；以及第一耦合器图案，其与第一馈电图案或辐射导体电磁场耦合。

根据本发明，由于第一馈电图案与辐射导体经由第一狭缝电磁场耦合，因此，不需要在天线层设置供电线等。由此，能够简化天线层的结构。另外，由于具备与第一馈电图案或辐射导体电磁场耦合的第一耦合器图案，因此，可以检测天线信号的电力。

本发明的天线模块也可以还具备：电路层，其层叠于天线层及馈电层，并具有滤波电路；以及第二接地图案，其设置于电路层和馈电层之间，第二接地图案具有与第一狭缝重叠的第二狭缝，第一耦合器图案设置于电路层，并经由第二狭缝与第一馈电图案电磁场耦合。由此，可以检测从第一馈电图案输出的天线信号的电力。

在本发明中，也可以是，第一接地图案还具有第三狭缝，第一耦合器图案经由第三狭缝与辐射导体电磁场耦合。由此，可以检测从辐射导体辐射的天线信号的电力。

在本发明中，也可以是，从层叠方向观察，第一狭缝与辐射导体的第一边重叠，从层叠方向观察，第三狭缝与辐射导体的与第一边相对的第二边重叠。由此，可以更正确地检测从辐射导体辐射的天线信号的电力。

本发明的天线模块也可以还具备：电路层，其层叠于天线层及馈电层，并具有滤波电路；以及第二接地图案，其设置于电路层和馈电层之间，第二接地图案具有与第三狭缝重叠的第四狭缝，第一耦合器图案设置于电路层，经由第三及第四狭缝与辐射导体电磁场耦合。由此，可以抑制辐射导体和第一耦合器图案的耦合。

在本发明中，也可以是，第一及第二接地图案分别具有从层叠方向观察至少一部分相互重叠的第五及第六狭缝、和从层叠方向观察至少一部分相互重叠的第七及第八狭缝，从层叠方向观察，第五及第六狭缝与辐射导体的与第一及第二边邻接的第三边重叠，从层叠方向观察，第七及第八狭缝与辐射导体的与第三边相对的第四边重叠，馈电层还具有经由第五狭缝与辐射导体电磁场耦合的第二馈电图案，电路层还具有经由第七及第八狭缝与辐射导体电磁场耦合的第二耦合器图案。由此，例如，能够使用第一馈电图案向辐射导体供电水平偏振信号，并能够使用第二馈电图案向辐射导体供电垂直偏振信号。

在本发明中，也可以是，电路层包含配置有构成滤波电路的元件的多个电路块区域和从层叠方向观察位于多个电路块区域间的间隙区域，从层叠方向观察，第一狭缝设置于与间隙区域重叠的位置。由此，可以有效地利用间隙区域。

在本发明中，天线层也可以还具有从层叠方向观察与辐射导体重叠的另外的辐射导体。由此，可以进一步宽带化。

在本发明的天线模块中，也可以呈阵列状设置多个辐射导体。由此，能够构成所谓的相控阵。

发明效果

这样，根据本发明，能够提供一种具有用于检测输出电力的耦合器图案的天线模块。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的天线模块100的示意的透视立体图。

图2是天线模块100的示意的透视俯视图。

图3是沿着图2所示的A-A线的大致截面图。

图4是表示沿着图2所示的B-B线的端面的大致端面图。

图5是用于说明将多个天线模块100布置成阵列状的天线模块100A的结构的大致立体图。

图6是本发明的第二实施方式的天线模块200的示意的透视立体图。

图7是天线模块200的示意的透视俯视图。

图8是表示沿着图7所示的C-C线的端面的大致端面图。

图9是本发明的第三实施方式的天线模块300的示意的透视立体图。

图10是天线模块300的示意的透视俯视图。

图11是本发明的第四实施方式的天线模块400的示意的透视立体图。

图12是天线模块400的示意的透视俯视图。

符号说明

10……电路层；11、31……柱导体；12、13……外部端子；20……天线层；21、22……辐射导体；30……馈电层；100、100A、200、300、400……天线模块；BPF……带通滤波器；C1～C3……耦合器图案；CB……电路块区域；CL……间隙区域；D……电介质层；E1～E4……边；F1、F2……馈电图案；G1～G3……接地图案；G2a、G2b……开口部；SL1～SL8……狭缝。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。

＜第一实施方式＞

图1是本发明第一实施方式的天线模块100的示意的透视立体图。另外，图2是天线模块100的示意的透视俯视图，图3是沿着图2所示的A-A线的大致截面图，图4是表示沿着图2所示的B-B线的端面的大致端面图。

本实施方式的天线模块100是利用毫米波段进行无线通信的模块，如图1～图4所示，具备位于下层的电路层10、位于上层的天线层20、和位于电路层10和天线层20之间的馈电层30。电路层10、天线层20及馈电层30均具有在电介质层D的内部或表面形成有各种导体图案的结构。没有特别限定，但作为电介质层D的材料可以使用LTCC等陶瓷材料或树脂材料。在本实施方式中，由于处于天线层20的辐射导体21和处于馈电层30的馈电图案F1电磁场耦合，因此，可以由互不相同的材质构成电路层10和天线层20。例如，可以由LTCC构成一方，由树脂构成另一方。

电路层10是形成有带通滤波器BPF等的滤波电路的层，电路层10的上表面被接地图案G2覆盖，电路层10的下表面被接地图案G3覆盖。接地图案G2和接地图案G3通过沿z方向(层叠方向)延伸的多个柱导体11相互短路，由此，实现接地电位的稳定化。另外，接地图案G2除后述的开口部G2a及狭缝SL2等一部分外，形成于该xy平面的大致整个面，由此，作为电路层10的上方的电磁波屏蔽起作用。另外，接地图案G3除外部端子12的形成位置等一部分外，形成于该xy平面的大致整个面，由此，作为电路层10的下方的电磁波屏蔽起作用。

电路层10包含配置有构成带通滤波器BPF等的滤波电路的元件的多个电路块区域CB和从z方向观察位于多个电路块区域CB之间的间隙区域CL。间隙区域CL是未配置有构成滤波电路的元件或比电路块区域CB的元件形成密度低的区域。这样的间隙区域CL存在的原因是因为天线层20所需的平面尺寸比电路层10所需的平面尺寸大。电路块区域CB的周围被多个柱导体11包围，由此，间隙区域CL被从电路块区域CB屏蔽。在本实施方式中，间隙区域CL呈十字型布置以从z方向观察通过天线模块100的中心点，由此，确保对称性。

天线层20是具有辐射导体21的层。从层叠方向观察(在从z方向观察的俯视中)，辐射导体21是设置于天线模块100的大致中央部的矩形状的导体图案。辐射导体21未与其它的导体图案连接，直流上为浮动(floating)状态。天线层20的上表面开放，另一方面，下表面被接地图案G1覆盖。接地图案G1除后述的狭缝SL1等的一部分外，形成于该xy平面的大致整个面，由此，作为贴片天线(patch antenna)的基准导体起作用。另外，接地图案G1和接地图案G2通过沿z方向(层叠方向)延伸的多个柱导体31相互短路，由此，实现接地电位的稳定化。

馈电层30位于电路层10和天线层20之间。在馈电层30和电路层10之间存在接地图案G2，在馈电层30和天线层20之间存在接地图案G1。在馈电层30设有馈电图案F1。馈电图案F1为沿y方向延伸的带状的导体图案，在本实施方式中，馈电图案F1的整体与辐射导体21具有重叠。馈电图案F1的一端经由设置于接地图案G2的开口部G2a与电路层10的带通滤波器BPF连接。

从z方向观察，馈电图案F1的前端部附近与设置于接地图案G1的狭缝SL1及设置于接地图案G2的狭缝SL2具有重叠。狭缝SL1、SL2分别是设置于接地图案G1、G2的切口部，在本实施方式中，具有将x方向设为长边方向的形状。从z方向观察，狭缝SL1和狭缝SL2相互重叠，配置为横切沿辐射导体21的y方向延伸的边E1。

馈电图案F1经由狭缝SL1与辐射导体21电磁场耦合。由此，从带通滤波器BPF向馈电图案F1供给的天线信号经由狭缝SL1向辐射导体21供给，并被辐射到空间。这样，在本实施方式中，由于不是使用柱状的导体向辐射导体21直接供电，而是通过经由狭缝SL1的电磁场耦合进行供电，因此，天线层20的结构非常简单，能够简化制造工艺。

另一方面，从馈电图案F1辐射的电磁波经由狭缝SL2向电路层10辐射，但由于在与狭缝SL2重叠的位置分配有间隙区域CL，因此，电路层10中包含的滤波电路和馈电图案F1不相互干扰。另外，狭缝SL2是为了使馈电图案F1和辐射导体21经由狭缝SL1充分地电磁场耦合所需的要素，在与狭缝SL1重叠的位置不存在狭缝SL2的情况下，馈电图案F1和辐射导体21的电磁场耦合不充分。

这样，由于本实施方式的天线模块100通过经由狭缝SL1的电磁场耦合进行供电，因此，能够简化天线层20的结构。而且，由于在电路层10中与狭缝SL1、SL2重叠的位置分配有间隙区域CL，因此，可以提高电路层10的利用效率，同时可以防止馈电图案F1和滤波电路的相互干扰。

另外，在本实施方式中，由于电路块区域CB被分割成4个，且布置成十字型以使间隙区域CL通过天线模块100的中心点，因此，也可以提高辐射导体21的对称性。

进而，本实施方式的天线模块100中，在电路层10设置有耦合器图案C1。耦合器图案C1是沿y方向延伸的带状的导体图案，设置于经由狭缝SL2与馈电图案F1重叠的位置。通过该结构，由于馈电图案F1和耦合器图案C1经由狭缝SL2电磁场耦合，因此，从馈电图案F1输出的天线信号的一部分向耦合器图案C1供电。因此，如果通过将与耦合器图案C1连接的外部端子13与放大器等连接而监视电力，则可以检测从馈电图案F1输出的天线信号的电力。

这样，由于本实施方式的天线模块100具备与馈电图案F1电磁场耦合的耦合器图案C1，因此，能够检测从馈电图案F1输出的天线信号的电力。馈电图案F1和耦合器图案C1的耦合度可以通过两者间的z方向上的距离及耦合器图案C1的平面大小等进行调整。

图5是用于说明将多个天线模块100布置成阵列状而成的天线模块100A的结构的大致立体图。在图5所示的例子中，9个天线模块100在xy平面上布置成阵列状。这样，如果将多个天线模块100布置成阵列状，则能够构成所谓的相控阵。由此，可以使射束的方向任意地变化。

＜第二实施方式＞

图6是本发明的第二实施方式的天线模块200的示意的透视立体图。另外，图7是天线模块200的示意的透视俯视图，图8是表示沿着图7所示的C-C线的端面的大致端面图。

如图6～图8所示，第二实施方式的天线模块200中，在接地图案G1、G2上分别设有另外的狭缝SL3、SL4，并且，在与狭缝SL3、SL4重叠的位置设置有耦合器图案C2，在这一点上与第一实施方式的天线模块100不同。在本实施方式中，耦合器图案C1被省略，但与第一实施方式的天线模块100相同，也可以设置耦合器图案C1。由于其它的结构与第一实施方式的天线模块100基本上相同，因此，对相同的要素标注相同的符号，并省略重复的说明。

狭缝SL3、SL4具有将x方向设为长边方向的形状。从z方向观察，狭缝SL3和狭缝SL4相互重叠，配置为横切沿辐射导体21的y方向延伸的边E2。边E2是与边E1相对的边。

耦合器图案C2是设置于电路层10的沿y方向延伸的带状的导体图案，设置于经由狭缝SL3、SL4与辐射导体21重叠的位置。通过该结构，由于辐射导体21和耦合器图案C2经由狭缝SL3、SL4电磁场耦合，因此，辐射导体21的辐射能量的一部分向耦合器图案C2供电。因此，如果通过将与耦合器图案C2连接的外部端子13与放大器等连接而监视电力，则可以检测从辐射导体21输出的天线信号的电力。

这样，由于本实施方式的天线模块200具备与辐射导体21电磁场耦合的耦合器图案C2，因此，能够检测从辐射导体21输出的天线信号的电力。在本实施方式中，也可以将耦合器图案C2配置于接地图案G1和接地图案G2之间，即馈电层30中，但在该情况下，辐射导体21和耦合器图案C2的耦合太强，天线效率可能降低。因此，与将耦合器图案C2配置于馈电层30相比，优选将耦合器图案C2配置于电路层10。辐射导体21和耦合器图案C2的耦合度可以通过两者间的z方向上的距离、耦合器图案C2的平面尺寸、狭缝SL3、SL4的尺寸等进行调整。

进而，也可以在耦合器图案C2的基础上，在与狭缝SL3、SL4重叠的馈电层30设置另外的馈电图案。该情况下，如果向与狭缝SL1、SL2重叠的馈电图案F1和与狭缝SL3、SL4重叠的另外的馈电图案供给相辅的差分天线信号，则不需要使用平衡变压器(baluntransformer)等将差分天线信号转换为单端的天线信号。

＜第三实施方式＞

图9是本发明的第三实施方式的天线模块300的示意的透视立体图。另外，图10是天线模块300的示意的透视俯视图。

如图9及图10所示，第三实施方式的天线模块300中，在接地图案G1上设置有狭缝SL5、SL7，在接地图案G2设置有狭缝SL6、SL8。进而，在与狭缝SL5、SL6重叠的位置设置有另外的馈电图案F2，并且，在与狭缝SL7、SL8重叠的位置设置有另外的耦合器图案C3。由于其它的结构与第二实施方式的天线模块200基本上相同，因此，对相同的要素标注相同的符号，并省略重复的说明。

狭缝SL5～SL8具有将y方向设为长边方向的形状。从z方向观察，狭缝SL5和狭缝SL6相互重叠，配置为横切沿辐射导体21的x方向延伸的边E3。边E3是与边E1及E2邻接的边。另外，从z方向观察，狭缝SL7和狭缝SL8相互重叠，配置为横切沿辐射导体21的x方向延伸的边E4。边E4与边E3相对，且与边1及边E2邻接。

馈电图案F2是设置于馈电层30的沿x方向延伸的带状的导体图案，在本实施方式中，馈电图案F2的整体与辐射导体21具有重叠。馈电图案F2的一端经由设置于接地图案G2的开口部G2b与电路层10的带通滤波器BPF连接。

从z方向观察，馈电图案F2的前端部附近与设置于接地图案G1的狭缝SL5及设置于接地图案G2的狭缝SL6具有重叠。

耦合器图案C3是设置于电路层10的沿x方向延伸的带状的导体图案，从z方向观察，与设置于接地图案G1的狭缝SL7及设置于接地图案G2的狭缝SL8具有重叠。通过该结构，由于辐射导体21和耦合器图案C2经由狭缝SL7、SL8电磁场耦合，因此，辐射导体21的辐射能量的一部分向耦合器图案C3供电。因此，如果通过将与耦合器图案C3连接的外部端子13与放大器等连接而监视电力，则可以检测从辐射导体21输出的天线信号的电力。

这样，本实施方式的天线模块300具备与辐射导体21电磁场耦合的两个馈电图案F1、F2，且由于这两个馈电图案F1、F2沿与辐射导体21相互正交的边E1、E3设置，因此，作为二偏振波天线(two-polarized-wave antenna)起作用。例如，可以使用馈电图案F1向辐射导体21供电水平偏振信号，并可以使用馈电图案F2向辐射导体21供电垂直偏振信号。而且，由于馈电图案F1和馈电图案F2仅供电位置相互错开90°，其它的结构相互一致，因此，能够容易保持水平偏振信号和垂直偏振信号的平衡。

进而，由于本实施方式的天线模块300具备与辐射导体21电磁场耦合的两个耦合器图案C2、C3，因此，可以分别检测水平偏振信号及垂直偏振信号的电力。进而，通过在馈电层30的与狭缝SL3、SL4重叠的位置设置另外的馈电图案，并且在馈电层30的在与狭缝SL7、SL8重叠的位置还设置另外的馈电图案，从而可以将水平偏振信号及垂直偏振信号均设为差分形式。

＜第四实施方式＞

图11是本发明的第四实施方式的天线模块400的示意的透视立体图。另外，图12是天线模块400的示意的透视俯视图。

如图11及图12所示，第四实施方式的天线模块400中，在天线层20上追加另外的辐射导体22，在这一点上与第三实施方式的天线模块300不同。由于其它的结构与第三实施方式的天线模块300基本上相同，因此，对相同的要素标注相同的符号，并省略重复的说明。

辐射导体22是以与辐射导体21重叠的方式设置于辐射导体21的下部的矩形状的导体图案。辐射导体22未与其它的导体图案连接，直流上为浮动状态。这样，如果在天线层20形成多个辐射导体21、22，则可以进一步放大天线带宽。在图11及图12所示的例子中，辐射导体22比辐射导体21的尺寸稍大，但只要辐射导体21、22的尺寸、两者间的距离等根据要求的天线特性进行适当地调整即可。

以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述的实施方式，可以在不脱离本发明的宗旨的范围内进行各种变更，显然这些也包含在本发明的范围内。

Claims

1.一种天线模块，其特征在于，具备：

天线层，其具有辐射导体；

第一接地图案，其具有第一狭缝；

馈电层，其经由所述第一接地图案层叠于所述天线层，且具有经由所述第一狭缝与所述辐射导体电磁场耦合的第一馈电图案；

电路层，其层叠于所述天线层及所述馈电层，并具有滤波电路；

第二接地图案，其设置于所述电路层和所述馈电层之间；以及

第一耦合器图案，其与所述第一馈电图案或所述辐射导体电磁场耦合，

所述电路层包含配置有构成所述滤波电路的元件的多个电路块区域和从所述层叠方向观察位于所述多个电路块区域间的间隙区域，

从所述层叠方向观察，所述第一狭缝设置于与所述间隙区域重叠的位置。

2.根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，

所述第二接地图案具有与所述第一狭缝重叠的第二狭缝，

所述第一耦合器图案设置于所述电路层，并经由所述第二狭缝与所述第一馈电图案电磁场耦合，

从所述层叠方向观察，所述第二狭缝设置于与所述间隙区域重叠的位置。

3.根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，

所述第一接地图案还具有第三狭缝，

所述第一耦合器图案经由所述第三狭缝与所述辐射导体电磁场耦合，

从所述层叠方向观察，所述第三狭缝设置于与所述间隙区域重叠的位置。

4.根据权利要求3所述的天线模块，其特征在于，

从所述层叠方向观察，所述第一狭缝与所述辐射导体的第一边重叠，

从所述层叠方向观察，所述第三狭缝与所述辐射导体的与所述第一边相对的第二边重叠。

5.根据权利要求4所述的天线模块，其特征在于，

所述第二接地图案具有与所述第三狭缝重叠的第四狭缝，

所述第一耦合器图案设置于所述电路层，且经由所述第三狭缝及第四狭缝与所述辐射导体电磁场耦合，

从所述层叠方向观察，所述第四狭缝设置于与所述间隙区域重叠的位置。

6.根据权利要求5所述的天线模块，其特征在于，

所述第一接地图案及第二接地图案分别具有从所述层叠方向观察至少一部分相互重叠的第五狭缝及第六狭缝、和从所述层叠方向观察至少一部分相互重叠的第七狭缝及第八狭缝，

从所述层叠方向观察，所述第五狭缝及第六狭缝与所述辐射导体的与所述第一边及第二边邻接的第三边重叠，

从所述层叠方向观察，所述第七狭缝及第八狭缝与所述辐射导体的与所述第三边相对的第四边重叠，

所述馈电层还具有经由所述第五狭缝与所述辐射导体电磁场耦合的第二馈电图案，

所述电路层还具有经由所述第七狭缝及第八狭缝与所述辐射导体电磁场耦合的第二耦合器图案，

从所述层叠方向观察，所述第五至第八狭缝设置于与所述间隙区域重叠的位置。

7.根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，

所述天线层还具有从层叠方向观察与所述辐射导体重叠的另外的辐射导体。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的天线模块，其特征在于，

呈阵列状设置有多个所述辐射导体。