CN111566873B - 天线元件、天线模块以及通信装置 - Google Patents

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Abstract

贴片天线(10)包括：面状的接地导体图案(13)，其设定为接地电位；供电导体图案(11)，其是与接地导体图案(13)相对地配置的面状的导体图案，具有相对于该导体图案的中心点对称地配置的供电点(111、112)；供电布线(151、152)，其并联连接于供电点(111)与供电点(112)之间，具有彼此不同的长度；以及频率选择电路(161、162)，其配置于供电布线(151、152)中的至少任一者的线路上，根据频段而使高频信号通过和衰减。

Description

天线元件、天线模块以及通信装置
技术领域
本发明涉及天线元件、天线模块以及通信装置。
背景技术
作为无线通信用的天线，例如举出专利文献1所公开的无线装置(天线模块)。专利文献1所公开的无线装置由贴片天线呈二维状配置而成的阵列天线构成，该贴片天线具有利用导体图案和接地导体夹着高频基板的构造。在构成阵列天线的多个贴片天线之间配置有切断预定的频段以外的信号的滤波器。由此，能够使无线装置小型化和高性能化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-158555号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1所记载的阵列天线(天线元件)中，配置于向多个贴片天线传递高频信号的布线上的滤波器具有切断预定的频段以外的信号的功能。但是，在由于例如多频段化等的发展而对于天线元件严格地要求多个频段的较高的频率选择性和较高的方向性时，需要使滤波器的陡度和插入损耗等通过特性与该要求对应地提高。为了提高滤波器的上述通过特性，需要提高该滤波器的功能，结果导致其大型化。随之，存在天线元件大型化这一问题。
于是，本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，提供具有较高的频率选择性和较高的方向性的小型的天线元件、天线模块以及通信装置。
用于解决问题的方案
为了达成上述目的，本发明的一技术方案的天线元件包括：面状的接地导体，其设定为接地电位；供电导体，其是与所述接地导体相对地配置的面状的导体，向在俯视该导体的情况下相对于该导体的中心点位于彼此相反侧的第1供电点和第2供电点供给高频信号；第1供电布线和第2供电布线，其并联连接于所述第1供电点与所述第2供电点之间，具有彼此不同的长度；以及频率选择电路，其配置于所述第1供电布线和所述第2供电布线中的至少任一者的线路上，根据频段而使高频信号通过和衰减。
发明的效果
采用本发明，能够提供具有较高的频率选择性和较高的方向性的小型的天线元件、天线模块以及通信装置。
附图说明
图1是表示实施方式的通信装置(天线模块)和周边电路的电路图。
图2是实施方式的贴片天线的主要部分立体图。
图3是实施方式的天线模块的俯视图和剖视图。
图4A是实施方式的贴片天线的省略供电导体图案的情况的主要部分立体图。
图4B是实施方式的贴片天线的省略供电导体图案和第2接地导体图案的情况的主要部分立体图。
图5是实施方式的贴片天线的供电结构的概略电路图。
图6是实施方式的变形例的天线模块的俯视图和剖视图。
图7A是实施方式的变形例的贴片天线的省略供电导体图案、第2接地导体图案以及介电体基板的情况的主要部分立体图。
图7B是表示实施方式的变形例的贴片天线的供电结构的一例的主要部分立体图。
图8A是表示比较例的贴片天线的3个频段的高频信号的相位状态的图。
图8B是表示实施方式的贴片天线的3个频段的高频信号的相位状态的图。
图9是比较实施方式和比较例的贴片天线的天线效率的频率特性的图表。
具体实施方式
以下，使用附图详细地说明本发明的实施方式。另外，以下说明的实施方式均表示概括或具体的例子。在以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置以及连接形态等是一例，主旨并非在于限定本发明。将以下的实施方式的构成要素中的未记载于独立权利要求的构成要素作为任意的构成要素来说明。另外，附图所示的构成要素的大小或大小之比并非一定严密。
(实施方式)
[1.1通信装置(天线模块)的电路结构]
图1是实施方式的通信装置5的电路图。该图所示的通信装置5包括天线模块1和基带信号处理电路(BBIC)2。天线模块1包括阵列天线4和RF信号处理电路(RFIC)3。通信装置5将自基带信号处理电路(BBIC)2向天线模块1传递的信号升频为高频信号而自阵列天线4辐射，并且将利用阵列天线4接收的高频信号降频而利用基带信号处理电路(BBIC)2进行信号处理。
阵列天线4具有呈二维状排列的多个贴片天线10。贴片天线10是作为辐射电波(高频信号)的辐射元件和接收电波(高频信号)的接收元件进行动作的天线元件。在本实施方式中，阵列天线4能够构成相位阵列天线。
贴片天线10具有关于预定的频段(例如预定的通信频段)能够自辐射元件(供电导体)辐射具有优异的方向性的直线偏振波的小型的构造。更具体而言，贴片天线10包括：面状的接地导体，其设定为接地电位；供电导体，其是与该接地导体相对地配置的面状的导体，向在俯视该导体的情况下相对于该导体的中心点位于彼此相反侧的第1供电点和第2供电点供给高频信号；第1供电布线和第2供电布线，其并联连接于第1供电点与第2供电点之间，具有彼此不同的长度；以及频率选择电路，其配置于第1供电布线和第2供电布线中的至少任一者的线路上，根据频段而使高频信号通过和衰减。
由此，贴片天线10为了实现较高的频率选择性而利用具有不同的布线长度的供电布线。因此，与仅利用滤波电路提高辐射电波的频率选择性的以往的天线模块的滤波电路所要求的通过特性相比，能够缓和频率选择电路所要求的高频信号的通过特性。由此，能够使频率选择电路小型化，因此能够提供具有较高的频率选择性和较高的方向性的小型的天线元件。
另外，阵列天线4包括呈一维状或二维状排列的多个贴片天线10，多个贴片天线10共有介电体基板，并且，共有接地导体图案。
另外，贴片天线10也可以不具有介电体基板而是由金属板形成。由此，构成阵列天线4的各贴片天线10不仅可以形成于同一介电体基板，也可以形成于同一基板。另外，也可以是，构成阵列天线4的贴片天线10中的一部分贴片天线10形成于介电体基板以外的构件(例如壳体等)。
如上所述，贴片天线10具有优异的方向性和较高的频率选择性，因此阵列天线4也具有优异的方向性和较高的频率选择性。并且，贴片天线10具有向相对于中心点对称配置的两个供电点进行反相供电的结构，从而具有较高的方向性的对称性和较高的交叉极化识别度(XPD：Cross Polarization Discrimination)。另外，通过具有较高的方向性，能够实现阵列天线4倾斜时的增益的对称性提高的相位阵列天线。例如，在相位阵列天线的覆盖范围为±45°的情况下，能够消除在+45°方向上增益过高而在－45°方向、0°方向上增益降低这一现象。
RF信号处理电路(RFIC)3包括开关31A～31D、33A～33D、37、功率放大器32AT～32DT、低噪声放大器32AR～32DR、衰减器34A～34D、移相器35A～35D、信号合成/分波器36、混频器38以及放大电路39。
开关31A～31D、33A～33D是切换各信号路径的发送和接收的开关电路。
移相器35A～35D分别是移动高频信号的相位的移相电路。
自基带信号处理电路(BBIC)2传递的信号被放大电路39放大，被混频器38升频。升频而得到的高频信号被信号合成/分波器36分波成4个信号，通过4个发送路径，向彼此不同的贴片天线10供给。此时，通过逐一地调整在各信号路径配置的移相器35A～35D的移相度，能够调整阵列天线4的方向性。
另外，利用阵列天线4所具有的各贴片天线10接收的高频信号分别经由不同的4个接收路径，被信号合成/分波器36合波，被混频器38降频，被放大电路39放大而向基带信号处理电路(BBIC)2传递。
RF信号处理电路(RFIC)3例如形成为包含上述电路结构的单芯片的集成电路部件。
另外，RF信号处理电路(RFIC)3也可以不包括上述的开关31A～31D、33A～33D、37、功率放大器32AT～32DT、低噪声放大器32AR～32DR、衰减器34A～34D、移相器35A～35D、信号合成/分波器36、混频器38以及放大电路39中的任一者。另外，RF信号处理电路(RFIC)3也可以仅具有发送路径和接收路径中的任一者。另外，本实施方式的通信装置5也能够应用于不仅发送接收单一的频段(单频段)的高频信号，也发送接收多个频段(多频段)的高频信号的系统。
[1.2贴片天线的结构]
图2是实施方式的贴片天线10的主要部分立体图。另外，图3是实施方式的天线模块1的俯视图和剖视图。另外，图4A是实施方式的贴片天线10的省略供电导体图案11和介电体基板20的情况的主要部分立体图。另外，图4B是实施方式的贴片天线10的省略供电导体图案11、接地导体图案12以及介电体基板20的情况的主要部分立体图。另外，图3的(b)是天线模块1的沿着图3的(a)的III-III线的截面的剖视图。
如图2所示，贴片天线10包括介电体基板20、接地导体图案12、13以及供电导体图案11。如图3和图4B所示，贴片天线10还包括供电布线151、152和频率选择电路161、162。
另外，如图3的(b)所示，天线模块1包括贴片天线10和RFIC3。RFIC3是向供电导体图案11供给高频信号的供电电路。RFIC3例如配置于介电体基板20所具有的主面中的与形成有供电导体图案11的主面相反的一侧的主面。
如图2所示，接地导体图案13是以与介电体基板20的主面大致平行的方式形成于介电体基板20的背面侧(z轴负方向)的主面并设定为接地电位的面状的第1接地导体。
如图2所示，供电导体图案11是以与接地导体图案13相对(大致平行)的方式配置于介电体基板20的面状的供电导体。供电导体图案11具有在俯视供电导体图案11的情况(从Z轴正侧观察负侧的情况)下相对于供电导体图案11的中心点位于彼此相反侧的供电点111(第1供电点)和供电点112(第2供电点)。如图4A和图4B所示，供电点111和供电点112分别是供电导体图案11上的与供电导通孔导体(日文：給電ビア導体)141、142直接连接的点。另外，供电点111和供电点112相对于上述中心点位于彼此相反侧即可，但为了确保辐射电波的更良好的方向性，期望的是，如图3的(a)所示，相对于上述中心点在Y轴方向上对称地配置。另外，也可以是，供电点111和供电点112分别由供电导通孔导体141、142电容供电，在该情况下，也可以是，供电点111和供电点112分别与供电导通孔导体141、142不直接连接而是经由电容耦合部连接。
另外，“供电点”实际定义为具有一定程度的大小的供电区域。
另外，“供电导体(图案)的中心点”定义为例如在供电导体(图案)为矩形的情况下供电导体(图案)的两条对角线交叉的点。
另外，在本实施方式中，供电导体图案11在俯视下成为矩形。另外，供电导体图案11的供电点111、112自中心点沿着Y轴方向偏离地配置。由此，贴片天线10的主偏振波方向成为Y轴方向(主偏振波面成为YZ面)。
如图2所示，接地导体图案12是以与介电体基板20的主面大致平行的方式形成于接地导体图案13与供电导体图案11之间并设定为接地电位的面状的第2接地导体。如图4A所示，在接地导体图案12设有供供电导通孔导体141、142贯通的开口部121、122。
另外，在本实施方式的贴片天线10中，也可以不具有接地导体图案12。通过形成接地导体图案12，能够抑制在供电导体图案11流通的电流与在供电布线151、152和供电导通孔导体141、142流通的电流的干涉。
介电体基板20具有在接地导体图案13与供电导体图案11之间填充有介电体材料的多层构造。另外，介电体基板20例如也可以是低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-firedCeramics：LTCC)基板或印刷基板等。另外，介电体基板20也可以是未填充介电体材料的单纯的空间。在该情况下，需要支承供电导体图案11的构造。
如图3和图4B所示，供电布线151是配置于供电分支点150A、150B之间的第1供电布线。供电分支点150A、150B分别是1根共通供电布线的分支点。另外，供电布线152是配置于供电分支点150A、150B之间的第2供电布线。供电布线151、152分别是自1根共通供电布线的分支点(供电分支点150A、150B)分支的布线。另外，共通供电布线(未图示)例如是将RFIC3与供电分支点150B连结的布线。
如图4B所示，在供电布线151上(连结供电分支点150A、150B的第1路径上)配置有频率选择电路161。在本实施方式中，供电布线151和频率选择电路161串联连接于供电分支点150A、150B之间。频率选择电路161(在图3的(b)中未图示，在图4B中图示)例如配置于介电体基板20所具有的主面中的与形成有供电导体图案11的主面相反的一侧的主面。
如图4B所示，在供电布线152上(连结供电分支点150A、150B的第2路径上)配置有频率选择电路162。在本实施方式中，供电布线152和频率选择电路162串联连接于供电分支点150A、150B之间。频率选择电路162(在图3的(b)和图4B中图示)例如配置于介电体基板20所具有的主面中的与形成有供电导体图案11的主面相反的一侧的主面。
供电分支点150A经由供电导通孔导体141与供电点111连接，供电分支点150B经由供电导通孔导体142与供电点112连接。
频率选择电路161、162分别是根据频段而使高频信号通过和衰减的电路。
图5是实施方式的贴片天线10的供电结构的概略电路图。在图5中表示从RFIC3(图5的RFin)到供电点111、112的概略电路结构。如该图所示，供电布线151和供电布线152的长度不同。由此，配置有频率选择电路161的供电布线151能够将第1频段的高频信号以大致相反相位向供电点111、112传递，配置有频率选择电路162的供电布线152能够将与第1频段不同的第2频段的高频信号以大致相同相位向供电点111、112传递。
更具体而言，将供电分支点150A、供电布线151、频率选择电路161以及供电分支点150B连结的第1路径的电长度与将供电分支点150A、供电布线152、频率选择电路162以及供电分支点150B连结的第2路径的电长度不同。具体而言，在将第1频段的中心频率下的(在介电体基板20中的)波长设为λ1g的情况下，第1路径的电长度L1成为L1≈(n+1/2)λ1g(n为整数)。另外，在将第2频段的中心频率下的(在介电体基板20中的)波长设为λ2g的情况下，第2路径的电长度L2成为L2≈nλ2g(n为整数)。
由此，利用供电布线151向相对于供电导体图案11的中心点位于彼此相反侧的供电点111、112供给大致相反相位的第1频段的高频信号，因此自供电点111、112向供电导体图案11流通的电流中的第1频段的高频电流的矢量集中于连结供电点111、112的方向(Y轴方向)，因此方向性的对称性提高。更具体而言，方向性更易于朝向天顶方向(Z轴正方向)。另外，利用供电布线152将大致相同相位的第2频段的高频信号向供电点111、112供给，因此自供电点111、112向供电导体图案11流通的电流中的第2频段的高频电流的在连结供电点111、112的方向(Y轴方向)上的电流成分相互抵消，因此天线效率劣化。即，能够调节在供电导体图案11流通的电流。由此，自供电导体图案11辐射的第1频段的方向性和频率选择性提高。并且，第1频段的电波的方向性的对称性提高，并且，能够提高对于第1频段的电波的交叉极化识别度XPD。
采用上述结构，能够利用频率选择电路161将第1频段的高频信号经由供电布线151以大致相反相位向供电点111、112供给。另外，能够利用频率选择电路162将第2频段的高频信号经由供电布线152以大致相同相位向供电点111、112供给。由此，能够提高第1频段的电波的方向性，同时抑制第2频段的电波的辐射。即，能够实现较高的频率选择性和较高的方向性。在此，贴片天线10为了实现较高的频率选择性而利用供电布线151、152的反相供电和同相供电。因此，与仅利用滤波电路提高辐射电波的频率选择性的以往的天线模块的滤波电路所要求的通过特性相比，能够缓和频率选择电路161、162所要求的高频信号的通过特性。即，与以往的天线模块的滤波电路相比，能够缓和频率选择电路161、162的陡度和插入损耗等通过特性，因此能够提供使频率选择电路161、162小型化且具有较高的频率选择性和较高的方向性的小型的贴片天线10。
另外，在本实施方式的贴片天线10中，如图3的(a)所示，在俯视供电导体图案11的情况下，供电布线151、152和频率选择电路161、162配置于供电导体图案11的形成区域内。
由此，在上述俯视下，供电布线151、152和频率选择电路161、162未配置于供电导体图案11的形成区域外，因此能够使贴片天线10和天线模块1小型化。
另外，如图4B所示，在本实施方式中，供电布线151、152和供电分支点150A、150B形成于与接地导体图案13相同的层。更具体而言，供电布线151、152形成于在接地导体图案13内设置的开口部131(在图3的(a)中图示)内。另外，频率选择电路161、162例如是由电感和电容形成的LC电路，由芯片部件构成。该芯片部件安装于介电体基板20的主面中的最靠近接地导体图案13的主面。由此，不需要在接地导体图案13以外设置用于形成供电布线151、152和频率选择电路161、162的电极层，因此能够简化贴片天线10的制造工序。
另外，频率选择电路161、162由上述LC电路构成，因此在使预定的频段的高频信号通过和衰减时，能够比较自如地具有带通型、带阻型、低通型以及高通型的滤波器功能。
另外，构成频率选择电路161、162的电感和电容也可以不是芯片部件，也可以是供电布线151、152的一部分。例如，对于电感而言，通过使供电布线151或152的一部分的线宽比其他部分的线宽小，能够设定期望的电感成分。另外，例如，对于电容而言，通过将供电布线151或152的一部分设为不连续，能够在该一部分设定期望的电容成分。即，频率选择电路161、162中的至少一者也可以是供电布线151或152的一部分。
由此，在配置频率选择电路161、162时，不需要供电布线151、152以外的空间，因此能够使贴片天线10进一步小型化。
频率选择电路161例如是将第1频段设为通过频段的带通滤波电路。另外，频率选择电路162例如是将第1频段设为衰减频段的带阻滤波电路。此时，通过供电布线151和频率选择电路161(带通滤波电路)的第1频段的高频信号以大致相反相位向供电点111和供电点112供给。另外，通过供电布线152和频率选择电路162(带阻滤波电路)的第2频段的高频信号以大致相同相位向供电点111、112供给。
由此，向供电导体图案11供给的第1频段的高频信号尽量排除利用频率选择电路162在供电布线152流通的状况，利用频率选择电路161在供电布线151流通。另外，第2频段的高频信号尽量排除利用频率选择电路161在供电布线151流通的状况，利用频率选择电路162在供电布线152流通。由此，第1频段的高频信号以相反相位向供电点111、112供给，第2频段的高频信号以相同的相位向供电点111、112供给，因此能够进一步提高第1频段的频率选择性和方向性。
另外，频率选择电路162例如也可以是将第2频段设为通过频段的带通滤波电路。此时，通过供电布线151和频率选择电路161(带通滤波电路)的第1频段的高频信号以大致相反相位向供电点111和供电点112供给。另外，通过供电布线152和频率选择电路162(带通滤波电路)的第2频段的高频信号以大致相同相位向供电点111、112供给。
由此，利用频率选择电路161将向供电导体图案11供给的第1频段的高频信号的反相成分向供电点111、112供给，利用频率选择电路162将第2频段的高频信号的同相成分向供电点111、112供给，因此能够进一步提高第1频段的频率选择性和方向性。
另外，也可以是，在第1频段低于第2频段的情况下，频率选择电路161例如是将第1频段设为通过频段并将第2频段设为衰减频段的低通滤波电路，频率选择电路162是将第1频段设为衰减频段并将第2频段设为通过频段的高通滤波电路。此时，通过供电布线151和频率选择电路161(低通滤波电路)的第1频段的高频信号以大致相反相位向供电点111、112供给。另外，通过供电布线152和频率选择电路162(高通滤波电路)的第2频段的高频信号以大致相同相位向供电点111、112供给。
由此，向供电导体图案11供给的第1频段的高频信号尽量排除利用频率选择电路162在供电布线152流通的状况，利用频率选择电路161在供电布线151流通。另外，第2频段的高频信号尽量排除利用频率选择电路161在供电布线151流通的状况，利用频率选择电路162在供电布线152流通。由此，第1频段的高频信号以相反相位向供电点111、112供给，第2频段的高频信号以相同的相位向供电点111、112供给，因此能够进一步提高第1频段的频率选择性和方向性。
另外，也可以是，在第1频段高于第2频段的情况下，频率选择电路161例如是将第1频段设为通过频段并将第2频段设为衰减频段的高通滤波电路，频率选择电路162是将第1频段设为衰减频段并将第2频段设为通过频段的低通滤波电路。此时，通过供电布线151和频率选择电路161(高通滤波电路)的第1频段的高频信号以大致相反相位向供电点111、112供给。另外，通过供电布线152和频率选择电路162(低通滤波电路)的第2频段的高频信号以大致相同相位向供电点111、112供给。
由此，向供电导体图案11供给的第1频段的高频信号尽量排除利用频率选择电路162在供电布线152流通的状况，利用频率选择电路161在供电布线151流通。另外，第2频段的高频信号尽量排除利用频率选择电路161在供电布线151流通的状况，利用频率选择电路162在供电布线152流通。由此，第1频段的高频信号以相反相位向供电点111、112供给，第2频段的高频信号以相同的相位向供电点111、112供给，因此能够进一步提高第1频段的频率选择性和方向性。
另外，也可以不具有频率选择电路161、162中的任一者。由此，能够将第1频段的高频信号以大致相反相位向供电点111、112供给，能够将第2频段的高频信号以大致相同相位向供电点111、112供给，因此能够提供具有较高的频率选择性和较高的方向性的小型的贴片天线。
[1.3变形例的贴片天线的结构]
图6是实施方式的变形例的天线模块1A的俯视图和剖视图。另外，图7A是实施方式的变形例的贴片天线10A的省略供电导体图案11A、接地导体图案12A以及介电体基板20的情况的主要部分立体图。另外，图7B是表示实施方式的变形例的贴片天线10A的供电结构的一例的主要部分立体图。另外，图6的(b)是天线模块1A的沿着图6的(a)的VI-VI线的截面的剖视图。
贴片天线10A包括介电体基板20、接地导体图案12A、13A以及供电导体图案11A。如图6、图7A以及图7B所示，贴片天线10A还包括供电布线151A、152A和频率选择电路161A、162A。另外，本变形例的贴片天线10A的外观立体图与在图2所示的贴片天线10中将供电导体图案11替换为供电导体图案11A并将接地导体图案12、13替换为接地导体图案12A、13A而得到的外观立体图同样，因此省略图示。
另外，如图6的(b)所示，天线模块1A包括贴片天线10A和RFIC3。RFIC3是向供电导体图案11A供给高频信号的供电电路。RFIC3例如配置于介电体基板20所具有的主面中的与形成有供电导体图案11A的主面相反的一侧的主面。
如图6和图7A所示，接地导体图案13A是以与介电体基板20的主面大致平行的方式形成于介电体基板20的背面侧(z轴负方向)的主面并设定为接地电位的面状的第1接地导体。
另外，供电导体图案11A是以与接地导体图案13A相对(大致平行)的方式配置于介电体基板20的面状的供电导体。供电导体图案11A具有在俯视供电导体图案11A的情况(从Z轴正侧观察负侧的情况)下相对于供电导体图案11A的中心点位于彼此相反侧的供电点111A(第1供电点)和供电点112A(第2供电点)。如图6和图7A所示，供电点111A和供电点112A分别是供电导体图案11A上的与供电导通孔导体141A、142A直接连接的点。另外，供电点111A和供电点112A相对于上述中心点位于彼此相反侧即可，但为了确保辐射电波的更良好的方向性，期望的是，如图6的(a)所示，相对于上述中心点在Y轴方向上对称地配置。另外，也可以是，供电点111A和供电点112A分别由供电导通孔导体141A、142A电容供电，在该情况下，也可以是，供电点111A和供电点112A分别与供电导通孔导体141A、142A不直接连接而是经由电容耦合部连接。
如图6所示，接地导体图案12A是以与介电体基板20的主面大致平行的方式形成于接地导体图案13A与供电导体图案11A之间并设定为接地电位的面状的第2接地导体。如图6的(a)所示，在接地导体图案12设有供供电导通孔导体141A、142A贯通的开口部121A、122A。
另外，在本变形例的贴片天线10A中，也可以不具有接地导体图案12A。通过形成接地导体图案12A，加强供电布线151A、152A和供电导通孔导体141A、142A的屏蔽性，因此能够辐射或接收更低噪声的高频信号。
如图6和图7A所示，供电布线151A、152A形成于被接地导体图案13A和供电导体图案11A(和接地导体图案12A)夹着的层。供电布线151A是配置于供电分支点150A、150B之间的第1供电布线。另外，供电布线152A是配置于供电分支点150A、150B之间的第2供电布线。供电布线151A、152A分别是自1根共通供电布线的分支点分支的布线。共通供电布线(未图示)例如是将RFIC3与供电分支点150B连结的布线。
如图7B所示，在供电布线151A上配置有频率选择电路161A。在本变形例中，频率选择电路161A使用供电布线151A的线路的一部分形成。如图5所示，供电布线151A和频率选择电路161A作为电路结构串联连接于供电分支点150A、150B之间。例如，如图7B所示，频率选择电路161A成为电感151L与电容151C串联连接的所谓的LC串联谐振电路。电感151L设定于供电布线151A的线宽变细的部分。电容151C包含供电布线151A不连续的部分和以覆盖该部分的方式配置于与形成有供电布线151A的层相对的层的电极。利用上述电路结构，频率选择电路161A例如构成带通滤波器(BPF)。
如图7B所示，在供电布线152A上配置有频率选择电路162A。在本变形例中，频率选择电路162A使用供电布线152A的线路的一部分形成。如图5所示，供电布线152A和频率选择电路162A作为电路结构串联连接于供电分支点150A、150B之间。例如，如图7B所示，频率选择电路162A成为电感152L与电容152C并联连接的所谓的LC并联谐振电路。电感152L设定于供电布线152A的线宽变细的部分。电容152C包含供电布线152A不连续的部分和以覆盖该部分的方式配置于与形成有供电布线152A的层相对的层的电极。利用上述电路结构，频率选择电路162A例如构成带阻滤波器(BEF)。
供电分支点150A经由供电导通孔导体141A与供电点111A连接，供电分支点150B经由供电导通孔导体142A与供电点112A连接。
频率选择电路161A、162A分别是根据频段而使高频信号通过和衰减的电路。
采用本变形例的上述结构，能够利用频率选择电路161A将第1频段的高频信号经由供电布线151A以大致相反相位向供电点111A、112A供给。另外，能够利用频率选择电路162A将第2频段的高频信号经由供电布线152A以大致相同相位向供电点111A、112A供给。由此，能够提高第1频段的电波的方向性，同时抑制第2频段的电波的辐射。即，能够实现较高的频率选择性和较高的方向性。在此，贴片天线10A为了实现较高的频率选择性而利用供电布线151A、152A的反相供电和同相供电。因此，与仅利用滤波电路提高辐射电波的频率选择性的以往的天线模块的滤波电路所要求的通过特性相比，能够缓和频率选择电路161A、162A所要求的高频信号的通过特性。即，与以往的天线模块的滤波电路相比，能够缓和频率选择电路161A、162A的陡度和插入损耗等通过特性，因此能够提供使频率选择电路161A、162A小型化且具有较高的频率选择性和较高的方向性的小型的贴片天线10A。
另外，在本变形例的贴片天线10A中，如图6的(a)所示，在俯视供电导体图案11A的情况下，供电布线151A、152A和频率选择电路161A、162A配置于供电导体图案11A的形成区域内。
由此，在上述俯视下，供电布线151A、152A和频率选择电路161A、162A未配置于供电导体图案11A的形成区域外，因此能够使贴片天线10A和天线模块1A小型化。
并且，在本变形例的贴片天线10A中，能够将供电布线151A、152A和频率选择电路161A、162A形成于被接地导体图案13A和供电导体图案11A夹着的区域，因此不会使形成有接地导体图案13A和供电导体图案11A的层的面积增大，因此能够节省贴片天线10A的面积。
[1.4贴片天线的特性]
以下，说明本实施方式的贴片天线10的供电特性和辐射特性。
图8A是表示比较例的贴片天线的3个频段的高频信号的相位状态的图。另外，图8B是表示实施方式的贴片天线10的3个频段的高频信号的相位状态的图。在图8A和图8B中示出合并地表示将具有不同的3个频段的高频信号施加于共通供电布线的情况的在供电布线151、152和供电导通孔导体141、142流通的高频信号的相位分布的模拟结果。
另外，与实施方式的贴片天线10相比，在比较例的贴片天线中，未配置频率选择电路161、162和同相供给第2频段的高频信号的供电布线152，这一点在结构上不同。
如图8A所示，在比较例的贴片天线中，在(a)将25.0GHz设为中心频率的频段(第2频段)、(b)将28.0GHz设为中心频率的频段(第1频段：26.5-29.5GHz)以及(c)将31.0GHz设为中心频率的频段(第2频段)这3个频段中的任一频段的情况下，均是在与供电点112连接的供电导通孔导体142主要流通相位差为0°的高频信号，在与供电点111连接的供电导通孔导体141主要流通相位差为180°的高频信号。即，在比较例的贴片天线中，在上述3个频段中，对供电点111、112进行大致反相供电。
相对于此，如图8B所示，在实施方式的贴片天线10中，在(a)将25.0GHz设为中心频率的频段(第2频段)和(c)将31.0GHz设为中心频率的频段(第2频段)中，在供电导通孔导体141主要流通相位差为0°的高频信号，在供电导通孔导体142也主要流通相位差为0°的高频信号。另一方面，在(b)将28.0GHz设为中心频率的频段(第1频段：26.5-29.5GHz)中，在供电导通孔导体141主要流通相位差为0°的高频信号，在供电导通孔导体142主要流通相位差为180°的高频信号。即，在实施方式的贴片天线10中，在上述3个频段中的两个频段(中心频率25.0GHz、31.0GHz)中，对供电点111、112进行大致同相供电，在1个频段(中心频率28.0GHz)中，对供电点111、112进行大致反相供电。
图9是比较实施方式和比较例的贴片天线的天线效率的频率特性的图表。
如该图所示，在比较例的贴片天线中，在上述3个频段(中心频率25.0GHz、28.0GHz、31.0GHz)中，对两个供电点111、112进行大致反相供电，因此在包含上述3个频段的大范围的频段中，自供电导体图案以较高的天线效率辐射电波。
相对于此，在实施方式的贴片天线10中，在1个频段(中心频率28.0GHz)中，对两个供电点111、112进行大致反相供电，因此自供电导体图案11以较高的天线效率辐射电波，但在两个频段(中心频率25.0GHz、31.0GHz)中，对两个供电点111、112进行大致同相供电，因此抑制自供电导体图案11的辐射。
即，在比较实施方式的贴片天线10和比较例的贴片天线的供电特性和辐射特性时，得知实施方式的贴片天线10具有较高的频率选择性。在期望辐射多个频段中的一频段的高频信号并抑制相邻的其他频段的高频信号的辐射的情况下，本实施方式的贴片天线10比比较例的贴片天线有利。
另外，变形例的贴片天线10A也与实施方式的贴片天线10同样，具有比比较例的贴片天线高的频率选择性。
(其他实施方式等)
以上，举出实施方式和变形例说明了本发明的天线元件、天线模块以及通信装置，但本发明的天线元件、天线模块以及通信装置不限定于上述实施方式和变形例。将上述实施方式和变形例的任意的构成要素组合而实现的另外的实施方式、对于上述实施方式和变形例在不脱离本发明的主旨的范围内实施本领域技术人员所能够想到的各种变形而得到的变形例、内置本公开的天线元件、天线模块以及通信装置的各种设备也包含于本发明。
另外，本实施方式和变形例的供电导体图案的“供电点”是指供电布线自接地导体图案侧立起至配置有供电导体图案的层的该供电导体图案的位置(点)。不过，当在供电导体图案设有供供电布线空开间隙地贯通的开口部的情况下，有时是指该供电导体图案中的最靠近上述位置的区域。
另外，例如，实施方式和变形例的贴片天线也能够应用于Massive MIMO系统。在5G(第5代移动通信系统)中有望实现的无线传输技术之一是虚像单元与Massive MIMO系统的组合。虚像单元是将用于在较低的频段的宏单元与较高的频段的小单元之间确保通信的稳定性的控制信号与作为高速数据通信的对象的数据信号分离的网络结构。在各虚像单元设有Massive MIMO的天线装置。Massive MIMO系统是用于在毫米波段等中提高传输品质的技术，通过控制自各贴片天线发送的信号而控制贴片天线的方向性。另外，Massive MIMO系统使用大量的贴片天线，因此能够生成尖锐的方向性的波束。通过提高波束的方向性，即使在较高的频段中也能够使电波飞射至一定程度的远处，并且能够减少单元间的干涉而提高频率利用效率。
另外，上述实施方式及其变形例的贴片天线设为具有介电体基板的结构，但本发明的贴片天线也可以代替介电体基板而由金属板形成。由此，在具有多个上述贴片天线的天线装置中，该多个贴片天线不仅可以形成于同一介电体基板，也可以形成于同一基板，另外，上述多个贴片天线中的一部分贴片天线也可以形成于介电体基板以外的构件(例如壳体等)。
产业上的可利用性
本发明作为应对多频段的天线元件，能够广泛地利用于毫米波段移动体通信系统和Massive MIMO系统等的通信设备。
附图标记说明
1、1A、天线模块；2、基带信号处理电路(BBIC)；3、RF信号处理电路(RFIC)；4、阵列天线；5、通信装置；10、10A、贴片天线；11、11A、供电导体图案；12、12A、13、13A、接地导体图案；20、介电体基板；31A、31B、31C、31D、33A、33B、33C、33D、37、开关；32AR、32BR、32CR、32DR、低噪声放大器；32AT、32BT、32CT、32DT、功率放大器；34A、34B、34C、34D、衰减器；35A、35B、35C、35D、移相器；36、信号合成/分波器；38、混频器；39、放大电路；111、111A、112、112A、供电点；121、121A、122、122A、131、开口部；141、141A、142、142A、供电导通孔导体；150A、150B、供电分支点；151、151A、152、152A、供电布线；151C、152C、电容；151L、152L、电感；161、161A、162、162A、频率选择电路。

Claims (13)

1.一种天线元件，其中，
该天线元件包括：
面状的接地导体，其设定为接地电位；
供电导体，其是与所述接地导体相对地配置的面状的导体，向在俯视该导体的情况下相对于该导体的中心点位于彼此相反侧的第1供电点和第2供电点供给高频信号；
第1供电布线和第2供电布线，其并联连接于所述第1供电点与所述第2供电点之间，具有彼此不同的长度；以及
频率选择电路，其包括配置于所述第1供电布线上的第1频率选择电路和配置于所述第2供电布线上的第2频率选择电路，根据频段而使高频信号通过和衰减，
配置有所述第1频率选择电路的所述第1供电布线以相反相位向所述第1供电点和所述第2供电点供给第1频段的高频信号，配置有所述第2频率选择电路的所述第2供电布线以相同相位向所述第1供电点和所述第2供电点供给第2频段的高频信号。
2.根据权利要求1所述的天线元件，其中，
在将在所述第1供电布线中传递的第1频段的高频信号的波长设为λ1g时，所述第1供电布线的长度为大致(n+1/2)×λ1g，
在将在所述第2供电布线中传递的第2频段的高频信号的波长设为λ2g时，所述第2供电布线的长度为大致nλ2g，
上述n为整数。
3.根据权利要求1或2所述的天线元件，其中，
所述第1供电布线和所述第2供电布线分别是自1根共通供电布线的分支点分支的布线，
在俯视所述供电导体的情况下，所述第1供电布线、所述第2供电布线以及所述频率选择电路配置于所述供电导体的形成区域内。
4.根据权利要求1所述的天线元件，其中，
所述频率选择电路是由电感和电容形成的LC电路。
5.根据权利要求4所述的天线元件，其中
所述电感是所述第1供电布线或所述第2供电布线的一部分，该一部分的线宽比其他部分的线宽小，
所述电容包含所述第1供电布线或所述第2供电布线不连续的部分。
6.根据权利要求4所述的天线元件，其中，
所述第1供电布线和所述第2供电布线形成于被所述接地导体和所述供电导体夹着的层，
所述电容包含以覆盖所述第1供电布线或所述第2供电布线不连续的部分的方式位于与所述层相对的层的电极。
7.根据权利要求4所述的天线元件，其中，
该天线元件还包括配置有所述接地导体和所述供电导体的介电体基板，
所述第1供电布线和所述第2供电布线形成于与所述接地导体相同的层，
所述电感和所述电容中的至少一者是安装于所述介电体基板的主面中的最靠近所述接地导体的主面的芯片部件。
8.根据权利要求1所述的天线元件，其中，
所述频率选择电路包含：
带通滤波电路，其配置于所述第1供电布线上，将所述第1频段设为通过频段；以及
带阻滤波电路，其配置于所述第2供电布线上，将所述第1频段设为衰减频段，
通过所述第1供电布线和所述带通滤波电路的所述第1频段的高频信号以大致相反相位向所述第1供电点和所述第2供电点供给，
通过所述第2供电布线和所述带阻滤波电路的所述第2频段的高频信号以大致相同相位向所述第1供电点和所述第2供电点供给。
9.根据权利要求1所述的天线元件，其中，
所述第1频段低于所述第2频段，
所述频率选择电路包含：
低通滤波电路，其配置于所述第1供电布线上，将所述第1频段设为通过频段，将所述第2频段设为衰减频段；以及
高通滤波电路，其配置于所述第2供电布线上，将所述第1频段设为衰减频段，将所述第2频段设为通过频段，
通过所述第1供电布线和所述低通滤波电路的所述第1频段的高频信号以大致相反相位向所述第1供电点和所述第2供电点供给，
通过所述第2供电布线和所述高通滤波电路的所述第2频段的高频信号以大致相同相位向所述第1供电点和所述第2供电点供给。
10.根据权利要求1所述的天线元件，其中，
所述第1频段高于所述第2频段，
所述频率选择电路包含：
高通滤波电路，其配置于所述第1供电布线上，将所述第1频段设为通过频段，将所述第2频段设为衰减频段；以及
低通滤波电路，其配置于所述第2供电布线上，将所述第1频段设为衰减频段，将所述第2频段设为通过频段，
通过所述第1供电布线和所述高通滤波电路的所述第1频段的高频信号以大致相反相位向所述第1供电点和所述第2供电点供给，
通过所述第2供电布线和所述低通滤波电路的所述第2频段的高频信号以大致相同相位向所述第1供电点和所述第2供电点供给。
11.根据权利要求1所述的天线元件，其中，
在同一基板形成多个所述天线元件，多个所述天线元件呈一维状或二维状排列。
12.一种天线模块，其中，
该天线模块包括：
权利要求1～11中任一项所述的天线元件；以及
供电电路，其向所述供电导体供给高频信号，
所述供电导体形成于介电体基板的第1主面，
所述接地导体形成于所述介电体基板的与所述第1主面背向的第2主面，
所述供电电路形成于所述介电体基板的所述第2主面侧。
13.一种通信装置，其中，
该通信装置包括：
权利要求1～11中任一项所述的天线元件；以及
RF信号处理电路，其向所述供电导体供给高频信号，
所述RF信号处理电路包括：
移相电路，其移动高频信号的相位；以及
放大电路，其放大所述高频信号。
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