CN112055918B - 天线模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够以多个频率动作的多个多频带天线元件构成阵列天线。天线驱动部根据从多个动作频率中选择的一个动作频率来从多个多频带天线元件中选择至少一部分多频带天线元件，并使所选择的上述多频带天线元件动作。

Description

天线模块
技术领域
本发明涉及天线模块。
背景技术
在下述的专利文献1中公开了一种能够迅速地形成与无线信号的通信方向符合的波束图案的阵列天线系统。该阵列天线系统具有多个天线元件和控制单元，上述多个天线元件在行方向和列方向上相互隔着规定的间隔来配置，上述控制单元沿着接收的无线信号的方向使多个天线元件中的至少2个天线元件选择性地动作。
在下述的专利文献2中，公开了一种微带天线，该微带天线层叠多片天线元件(贴片)，并在各天线元件设置有同轴供电部。该微带天线能够通过多层的天线元件应对两个频率或者多个频率。
专利文献1:日本特开2008－167401号公报
专利文献2:日本特开2010－226633号公报
专利文献1所公开的阵列天线系统能够根据特定的频率的无线信号的通信方向来形成适合的波束图案，但不能应对频率不同的多个无线信号(电波)。
在通过专利文献2所公开的微带天线构成阵列天线的情况下，能够通过多层天线元件来应对两个频率或者多个频率。然而，存在若在一个频带中将放射元件的间隔优化，则在其它频带中放射元件的间隔偏离合适的范围的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够应对多个频率，并且在各频率中能够优化放射元件的间隔的天线模块。
根据本发明的一个观点，提供一种天线模块，具有：
多个多频带天线元件，构成阵列天线，并能够以多个动作频率来动作；
天线驱动部，根据从上述多个动作频率中选择的一个动作频率来从上述多个多频带天线元件中选择至少2个上述多频带天线元件，并使上述多个多频带天线元件中所选择的多频带天线元件动作。
通过根据动作频率，来选择动作的多频带天线元件的组合，能够将动作的多频带天线元件的间隔设定为优选的值。
附图说明
图1A是第一实施例的天线模块的示意图，图1B是表示一个多频带天线元件的一个例子的剖视图。
图2是第一实施例的天线模块的框图。
图3A以及图3B分别是表示作为动作频率选择39GHz以及28GHz时的动作状态的多频带天线元件的图。
图4是在图3A所示的动作状态时的天线模块的发送状态时的框图。
图5是在图3B所示的动作状态时的天线模块的发送状态时的框图。
图6A以及图6B分别是模拟对象的第一实施例的天线模块的、以39GHz以及28GHz动作时的俯视图。
图7A以及图7B分别是比较例的39GHz用以及28GHz用的贴片阵列天线的俯视图。
图8A以及图8B分别是表示39GHz以及28GHz下的第一实施例以及比较例的天线模块的指向特性的模拟结果的图表。
图9A、图9B、以及图9C是第二实施例及其变形例的天线模块所使用的一个多频带天线元件的俯视图。
图10A是第三实施例的天线模块的多个多频带天线元件的俯视图，图10B、图10C、图10D以及图10E分别是动作的多频带天线元件的组合的例子的图。
图11A是第四实施例的天线模块的多个多频带天线元件的俯视图，图11B是表示动作的多频带天线元件的组合的例子的图。
图12是表示第五实施例的天线模块的导体部分的立体图以及供电系统的路径的图。
图13A是表示第六实施例的天线模块的俯视图、以及供电线的连接方式的示意图，图13B是图13A的点划线13B－13B上的剖视图。
图14A是第七实施例的天线模块的2个第一导体图案的区域的俯视图，图14B是图14A的点划线14B－14B上的剖视图。
图15A是第八实施例的天线模块的剖视图，图15B以及图15C是第八实施例的变形例的天线模块的剖视图。
图16A以及图16B分别是第九实施例及其第一变形例的天线模块的剖视图。
图17是第九实施例的第二变形例的天线模块的剖视图。
图18是参考例的天线模块的剖视图。
具体实施方式
[第一实施例]
参照图1A至图6B的附图，对第一实施例的天线模块进行说明。
图1A是第一实施例的天线模块的示意图。第一实施例的天线模块具有多个多频带天线元件20以及天线驱动部50。多个多频带天线元件20中的每一个能够以多个频率动作。多个多频带天线元件20例如配置成二维的4行4列的矩阵状，而构成阵列天线21。此外，行数以及列数并不限定于4。多频带天线元件20的行方向的间距Px与列方向的间距Py相等。此时，45°倾斜方向的间距为((21/2)/2)Px。在这里，所谓的“倾斜方向的间距”不是指在倾斜方向上相邻的2个多频带天线元件20的间距，而是意味着着眼于由在倾斜方向上排列的多频带天线元件20构成的多个列时的列间的间距。行方向的间距Px以及列方向的间距Py为各种方向的间距中最大的。间距Px以及间距Py优选比以多个动作频率中最高的动作频率决定的自由空间波长小。例如，在最高的动作频率为39GHz的情况下，由该频率确定的自由空间波长约为7.7mm。因此，优选将间距Px以及间距Py设为7.7mm以下。
天线驱动部50包含多个供电线51、高频集成电路元件52、基带集成电路元件53、以及控制部54。基带集成电路元件53进行基带的信号处理。高频集成电路元件52进行无线频带的信号处理。控制部54从多个动作频率中选择使阵列天线21动作的一个动作频率。进一步，根据选择的动作频率从多个多频带天线元件20中决定使进行动作的多频带天线元件20的组合。若决定使进行动作的多频带天线元件20的组合，则控制部54将指定进行动作的多频带天线元件20的组合的选择信号输出至高频集成电路元件52。在控制部54中，与多个动作频率中的每一个对应地、存储有应使进行动作的多频带天线元件20的组合。高频集成电路元件52具有对所选择的多频带天线元件20进行供电，对剩余的多频带天线元件20不进行供电的功能。
图1B是表示一个多频带天线元件20的一个例子的剖视图。多频带天线元件20设置于电介质基板30。在本说明书中，使电介质基板30的厚度方向与上下方向对应。在电介质基板30内设置有第一接地导体层31。在电介质基板30的厚度方向上，在与第一接地导体层31不同的位置配置有多频带天线元件20。将从第一接地导体层31朝向多频带天线元件20的方向定义为“上方”，并将其相反方向定义为“下方”。多频带天线元件20分别包含多个导体图案，例如第一导体图案201以及第二导体图案202。在俯视时，第一导体图案201与第二导体图案202重叠。例如，第二导体图案202配置于第一导体图案201的内侧。
供电线51与第二导体图案202耦合。具体而言，第二导体图案202与供电线51电磁耦合。供电线51例如从第二导体图案202的下表面(朝向下方的面)向下方延伸，通过设置于第一导体图案201的间隙孔以及设置于第一接地导体层31的间隙孔，从第一接地导体层31到达下侧的区域。在本说明书中，“耦合”包括直接电连接的耦合、以及电磁耦合。
第一导体图案201的大小与第二导体图案202的大小不同，相互以不同的频率共振。若第二导体图案202的共振频率的信号经由直接连接的供电线51被供给至第二导体图案202，则多频带天线元件20以第二导体图案202的共振频率动作。若第一导体图案201的共振频率的信号经由电磁耦合的供电线51被供给至第一导体图案201，则多频带天线元件20以第一导体图案201的共振频率动作。因此，多频带天线元件20以第一导体图案201的共振频率和第二导体图案202的共振频率这2个不同的频率动作。
图2是第一实施例的天线模块的框图。以下，对天线驱动部50的功能进行说明。
中频信号从基带集成电路元件53经由中频放大器60输入至上/下转换用混频器61。通过上/下转换用混频器61上转换后的高频信号经由收发切换开关62输入至功率分配器63。通过功率分配器63分割出的高频信号的每一个经由移相器64、衰减器65、收发切换开关66、功率放大器67、收发切换开关69、以及供电线51输入至多频带天线元件20。
通过多个多频带天线元件20分别接收到的高频信号经由供电线51、收发切换开关69、低噪声放大器68、收发切换开关66、衰减器65、移相器64输入至功率分配器63。通过功率分配器63合成的高频信号经由收发切换开关62输入至上/下转换用混频器61。通过上/下转换用混频器61下转换后的中频信号经由中频放大器60输入至基带集成电路元件53。
高频集成电路元件52具备收发切换开关62、66、69、功率放大器67、低噪声放大器68、衰减器65、移相器64、功率分配器63、上/下转换用混频器61、以及中频放大器60。此外，也可以是收发切换开关62、66、69、功率放大器67、低噪声放大器68、衰减器65、移相器64以及功率分配器63被一体化地构成，且是与上/下转换用混频器61以及中频放大器60分立的芯片。
控制部54将指定进行动作的多频带天线元件20的组合的选择信号输出至基带集成电路元件53。选择信号经由基带集成电路元件53输出至高频集成电路元件52，并根据选择信号来切换收发切换开关66、69的状态。收发切换开关66、69中的每一个被设定为发送状态、接收状态、以及中立状态这3个状态中的任意一个。与被设定为发送状态或者接收状态的收发切换开关66、69对应的多频带天线元件20成为动作状态。与被设定为中立状态的收发切换开关66、69对应的多频带天线元件20成为非动作状态。对于非动作状态的多频带天线元件20不进行供电。收发切换开关66、69用于时分双向通信(TDD)方式。
接下来，参照图3A以及图3B，对成为动作状态的多频带天线元件20的组合进行说明。
图3A以及图3B分别是表示作为动作频率选择39GHz以及28GHz时的动作状态的多频带天线元件20的图。在图3A以及图3B中，对动作状态的多频带天线元件20标注有阴影线。
在作为动作频率选择了39GHz的情况下，如图3A所示，使全部的多频带天线元件20动作。此时，行方向的间距Px以及列方向的间距Py相当于动作状态的多频带天线元件20的间距的最大值，其值为3.8mm。在作为动作频率选择了28GHz的情况下，如图3B所示，将动作状态的多频带天线元件20分布成方格状。此时，倾斜方向的间距Ps相当于动作状态的多频带天线元件20的间距的最大值，其值为5.4mm。在任意情况下，动作状态的多频带天线元件20的间距的最大值为由动作频率决定的自由空间波长的约1/2。由此，可波束成形的角度变宽，并且可抑制旁瓣。
图4是为图3A所示的动作状态时的天线模块的发送状态时的框图。所有的收发切换开关66、69被设定为发送状态。因此，所有的多频带天线元件20成为动作状态。在将天线模块切换为接收状态时，将所有的收发切换开关66、69切换为接收状态即可。
图5是在图3B所示的动作状态时的天线模块的发送状态时的框图。与进行动作的多频带天线元件20对应的收发切换开关66、69被设定为发送状态，与不进行动作的多频带天线元件20对应的收发切换开关66、69被设定为中立状态。因此，对于不进行动作的多频带天线元件20不进行供电。将天线模块切换为接收状态时，仅将被设定为发送状态的收发切换开关66、69切换为接收状态即可。被设定为中立状态的多频带天线元件20也可以保持中立状态。
接下来，参照图6A至图8B的附图对第一实施例的优异的效果进行说明。通过模拟求出第一实施例的天线模块与比较例的天线模块的指向特性。以下，对该模拟进行说明。
图6A以及图6B是模拟对象的第一实施例的天线模块的俯视图。多频带天线元件20被配置成4行4列的矩阵状。行方向的间距Px以及列方向的间距Py均为3.8mm。多频带天线元件20中的每一个包含39GHz用的放射导体图案(贴片)、以及比其大的28GHz用的放射导体图案(贴片)。
在以39GHz动作时，对所有的39GHz用的放射图案供电。在图6A中，对供电对象的放射图案标注有阴影线。在以28GHz动作时，选择供电对象的放射图案以将供电对象的28GHz用的放射图案配置成方格状。在图6B中，对供电对象的放射图案标注有阴影线。最短的倾斜方向的间距Ps约为5.37mm。
图7A是比较例的39GHz用的贴片阵列天线的俯视图。贴片天线配置成4行4列的矩阵状。行方向的间距Px以及列方向的间距Py均为3.8mm。
图7B是比较例的28GHz用的贴片阵列天线的俯视图。该比较例的贴片阵列天线由被配置成3行3列的矩阵状的9个贴片天线中的除去一个角部后的8个贴片天线构成。除去一个角部的贴片是为了使放射图案的个数与第一实施例的天线模块(图6B)的供电对象的放射图案的个数匹配。行方向的间距Px以及列方向的间距Py均为5.4mm。
图8A以及图8B是表示第一实施例以及比较例的天线模块的指向特性的模拟结果的图表。图8A表示动作频率为39GHz的情况下(图6A、图7A)的指向特性，图8B表示动作频率为28GHz的情况下(图6B、图7B)的指向特性。图8A以及图8B中示出的图表的横轴以单位“°”表示从多频带天线元件20所排列的平面的法线方向朝向行方向的倾斜角，纵轴以单位“dB(DirTotal)”表示天线增益。图8A以及图8B的图表的实线表示第一实施例的天线模块的天线增益的模拟结果。图8A以及图8B的图表的虚线表示比较例的天线模块的天线增益的模拟结果。
如图8A所示可知，在使第一实施例的天线模块的所有的多频带天线元件20动作的情况下(图6A)，可获得与以往的39GHz用的贴片阵列天线(图7A)几乎等同的指向特性。如图8B所示可知，在仅使第一实施例的天线模块的多频带天线元件的一部分动作的情况下(图6B)，可获得与以往的28GHz用的贴片阵列天线(图7B)几乎等同的指向特性。即，在第一实施例的天线模块中，不用准备2个天线阵列就能够确保与配置有2个天线阵列的结构等同的性能。因此，能够实现天线模块的小型化。
以往，在进行2个不同的频率的电波的收发的情况下，必须准备具有不同的间距的2个贴片阵列天线。与此相对，在第一实施例中，通过使在一个阵列天线21(图1A)中动作的多频带天线元件20的组合(分组)不同，能够进行2个不同的频率的电波的收发。通过使多个多频带天线元件20的组合不同，能够根据动作频率优化多频带天线元件20的间距。例如，能够将多频带天线元件20的间距设定为由动作频率决定的自由空间波长的约1/2。其结果，能够使第一实施例的天线模块以各自的频率动作时的指向特性与以往的贴片阵列天线的每一个的指向特性几乎等同。
优选使多频带天线元件20的各种方向的间距中的最大值比由多个动作频率中的最高的动作频率决定的自由空间波长小。通过像这样设定，可获得能够抑制光栅波瓣，并提高作为阵列天线的孔径效率这样的优异的效果。更为优选将多频带天线元件20的间距的最大值设为由多个动作频率中的最高的动作频率决定的自由空间波长的1/2以下。通过像这样设定，可获得能够有效地进行波束成形这样的优异的效果。即，可获得可波束成形的角度变宽，并且能够抑制旁瓣这样的优异的效果。
在第一实施例中，多个多频带天线元件20被配置成矩阵状。通过进行从配置成矩阵状的多个多频带天线元件20中的选择、以及各多频带天线元件20的相位控制，可获得波束成形的自由度增加这样的效果。
在选择了多个动作频率中的最高的动作频率以外的频率的情况下，优选将多频带天线元件20选择为，所选择的多个多频带天线元件20的间距的最大值成为由所选择的动作频率决定的自由空间波长以下。若像这样选择动作的多频带天线元件20，则能够在所选择的动作频率下抑制光栅波瓣，并获得阵列天线的孔径效率提高这样的优异的效果。若将所选择的多频带天线元件20以外的多频带天线元件20设为非动作状态，则高频集成电路元件52所使用的端口数减少，所以能够减少消耗电力。即使减少消耗电力，作为阵列天线的增益的降低也较少。
接下来，对第一实施例的变形例进行说明。
在第一实施例中，多个多频带天线元件20沿着平行于电介质基板30(图1B)的表面的平面配置成二维的矩阵状，但并不局限于平面，也可以沿着球面、任意的曲面来配置。例如，也可以沿着飞机的机身的外板来配置多个多频带天线元件20。进一步，也可以沿着直线、曲线配置成一维状。若沿着平面来配置多个多频带天线元件20，则由于所有的多频带天线元件20的放射方向相同，所以可获得增益升高这样的效果。若沿着曲面配置多个多频带天线元件20，则由于多个多频带天线元件20的放射方向朝向各种方向，所以整体可获得指向性变宽这样的效果。另外，在第一实施例中，等间距地配置多个多频带天线元件20，但无需一定设为等间距。也可以由多个多频带天线元件20构成不等间距的阵列天线21。
在第一实施例中，通过将收发切换开关66、69(图2)设为中立状态，而将对应的多频带天线元件20设为非动作状态。此外，通过不使功率放大器67以及低噪声放大器68动作，也可以将对应的多频带天线元件20设为非动作状态。另外，也可以在收发切换开关66与功率放大器67之间、以及低噪声放大器68与收发切换开关66之间插入通断开关。能够通过接通该通断开关，而将对应的多频带天线元件20设为动作状态，通过设为断开，而将对应的多频带天线元件20设为非动作状态。
[第二实施例]
接下来，参照图9A、图9B、以及图9C，对第二实施例的天线模块进行说明。以下，对于与第一实施例的天线模块共用的结构，省略说明。
图9A是第二实施例的天线模块所使用的一个多频带天线元件20的俯视图。在第一实施例中，多频带天线元件20分别由在厚度方向上层叠的第一导体图案201和第二导体图案202(图1B)构成。第二实施例的多频带天线元件20由配置于同一面内的尺寸不同的多个导体图案203、204、205构成。
第二实施例的多频带天线元件20分别例如在最内侧配置有最小的一对导体图案203。在一对导体图案203的外侧，配置有更大的一对导体图案204。进一步，在导体图案204的外侧，配置有最大的一对导体图案205。导体图案203、204、205分别具有在一个方向上较长的形状，且相互平行地配置。这些导体图案203、204、205经由插口209与供电线210耦合。插口209设置于接地导体，该接地导体在厚度方向上配置于导体图案203、204、205与供电线210之间。在俯视时，插口209具有在与导体图案203、204、205的每一个的长边方向几乎正交的方向上较长的形状，并与导体图案203、204、205的每一个交叉。该多频带天线元件20以与导体图案203、204、205的尺寸相应的3个不同的频率动作。
图9B是第二实施例的变形例的天线模块的一个多频带天线元件20的俯视图。本变形例的多频带天线元件20包含十字形的导体图案206、以及由4个导体图案207构成的子阵列。导体图案206以相对较低的频率动作，子阵列以相对较高的频率动作。
图9C是第二实施例的另一变形例的天线模块的一个多频带天线元件20的俯视图。本变形例的多频带天线元件20分别由设置有2个插口211的长方形的导体图案208构成。2个插口211在比长方形的导体图案208的较短的边稍靠内侧，与较短的边平行地配置。在本变形例的多频带天线元件20中，利用第一共振模式和第三共振模式。
在第一共振模式中，在导体图案208的长边方向上流动的电流的振幅在两端为0，振幅最大的点在长边方向的中央出现1处。在第三共振模式下，在导体图案208的长边方向上流动的电流的振幅最大的点在长边方向上出现3处，在振幅最大的点之间、以及两端振幅为0。在本变形例中，通过第三共振模式的电流振幅最大的区域中的两端的区域因插口211而变小，从而在第三共振模式下可获得接近第一共振模式的电流分布的电流分布。由此，进行多频带动作。
即使代替第一实施例的天线模块的多频带天线元件20(图1B)，使用第二实施例或者其变形例的多频带天线元件20，也可获得与第一实施例相同的优异的效果。进一步，也可以使用其他的多频带天线元件。
[第三实施例]
接下来，参照图10A到图10E的附图，对第三实施例的天线模块进行说明。以下，对于与第一实施例的天线模块共用的结构省略说明。
图10A是第三实施例的天线模块的多个多频带天线元件20的俯视图。在第一实施例中，16个多频带天线元件20(图1A)配置成4行4列的矩阵状。在第三实施例中，36个多频带天线元件20配置成6行6列的矩阵状。用P表示行方向以及列方向的间距。
图10B至图10E的附图分别是表示动作的多频带天线元件20的组合的例子的图。在任意的附图中，都对动作的多频带天线元件20标注有阴影线。未标注阴影线的多频带天线元件20为非动作状态。
在图10B所示的例子中，将所有的多频带天线元件20设为动作状态。动作状态的多频带天线元件20的列方向以及行方向的间距为间距P，45°倾斜方向的间距等于(21/2/2)P。因此，间距的最大值为P。在图10C所示的例子中，动作状态的多频带天线元件20和非动作状态的多频带天线元件20配置成方格状。在该情况下，动作状态的多频带天线元件20的列方向以及行方向的间距为P，45°倾斜方向的间距为21/2P。间距的最大值由在倾斜方向上排列的2个多频带天线元件20的间距为21/2P给出。在图10D所示的例子中，奇数行并且奇数列的多频带天线元件20为动作状态，其它多频带天线元件20为非动作状态。在该情况下，动作状态的多频带天线元件20的行方向向以及列方向的间距为2P，45°倾斜方向的间距为21/2P。此时，间距的最大值以列方向以及行方向的间距2P给出。
在图10E所示的例子中，动作状态的多个多频带天线元件20在形成方格图案的多频带天线元件的列方向上相邻的行之间追加全部为非动作状态的多频带天线元件的行，并具有维持行方向的间距并且延长列方向的间距的相对的位置关系。在该情况下，多频带天线元件20的行方向的间距为P，列方向的间距为2P。倾斜方向的间距为(4/51/2)P。间距的最大值以列方向的间距2P给出。
在图10D以及图10E的例子中，间距的最大值相同，但其它各种方向的间距不同。因此，这些动作状态的指向特性不同。也可以根据实际的使用方式采用获得优选的指向特性的组合。
接下来，对第三实施例的优异的效果进行说明。
在第三实施例中，通过对动作状态的多频带天线元件20的组合进行各种变更并改变间距的最大值，能够以3个以上的不同的频率动作。另外，如图10D以及图10E所示的例子那样，即使间距的最大值相同，也能够使动作状态的多频带天线元件20的组合不同。像这样，可获得成为动作状态的多频带天线元件20的组合的自由度升高这样的效果。
在第三实施例中，将36个多频带天线元件20配置成6行6列，但也可以改变多频带天线元件20的个数、配置方式。
[第四实施例]
接下来，参照图11A以及图11B对第四实施例的天线模块进行说明。以下，对于与第一实施例的天线模块共用的结构省略说明。
图11A是第四实施例的天线模块的多个多频带天线元件20的俯视图。在第一实施例中，多个多频带天线元件20(图1A)配置成矩阵状，即正方形网格的网格点的位置。在第四实施例中，多个多频带天线元件20配置于三角形网格的网格点的位置。若着眼于一个多频带天线元件20，则在所关注的多频带天线元件20配置有6个最接近的多频带天线元件20，且6个最接近的多频带天线元件20配置于与正六边形的顶点对应的位置。在将该正六边形的一边的长度设为P时，多频带天线元件20的间距的最大值以((31/2)/2)P给出。
若将所有的多频带天线元件20设为动作状态，则动作状态的多频带天线元件20的间距的最大值等于((31/2)/2)P。此时，也可以以由间距的最大值((31/2)/2)P的2倍的波长决定的动作频率动作。
图11B是表示使部分多频带天线元件20动作的例子的图。在图11B中，对动作状态的多频带天线元件20标注有阴影线。在第四实施例中，也可以根据动作频率选择动作状态的多频带天线元件20，以成为最佳的组合。
在第四实施例中，也与第一实施例相同，可获得能够以一个阵列天线应对多个频率这样的优异的效果。进一步，在着眼于一个多频带天线元件20时，由于在6个方向上配置有最接近的多频带天线元件20，所以与矩阵状的配置相比，能够在更多的方位抑制光栅波瓣。其结果，可获得阵列天线的孔径效率提高这样的效果。
[第五实施例]
参照图12，对第五实施例的天线模块进行说明。
图12是表示第五实施例的天线模块的导体部分的立体图以及供电系统的路径的图。在电介质基板上设置有第一接地导体层31、多个第一导体图案201、以及多个第二导体图案202。由一个第一导体图案201和一个第二导体图案202形成一个多频带天线元件20。
在将电介质基板的厚度方向设为上下方向时，第一导体图案201配置于第一接地导体层31的上方。在与电介质基板的上表面平行的两个方向(行方向以及列方向)上，多个第一导体图案201以等间隔配置。多个第二导体图案202与多个第一导体图案201对应地配置于第一导体图案201的上方。第二导体图案202比第一导体图案201小，在俯视时，配置为至少一部分与对应的第一导体图案201重叠。在图12中，示出第二导体图案202配置于第一导体图案201的内侧的例子。第一导体图案201以及第二导体图案202的平面形状为正方形或者长方形。
第一供电线路网521包含多个第一供电线511，第二供电线路网522包含多个第二供电线512。例如，与多个第一供电线511以及多个第二供电线512中的每一个对应地设置焊盘，多个第一供电线511以及多个第二供电线512经由焊盘与高频电路连接。一部分多个第一导体图案201分别与第一供电线511耦合，剩余的第一导体图案201不与供电线耦合。通过该结构，通过第一供电线路网521，选择性地激励一部分第一导体图案201。所有的第二导体图案202分别与第二供电线512耦合，并被第二供电线路网522激励。
作为一个例子，36个第一导体图案201以及36个第二导体图案202分别配置成6行6列的矩阵状。第一供电线路网521激励位于奇数行并且奇数列的第一导体图案201。即，在行方向以及列方向上隔着一个来激励第一导体图案201。在图12中，对被激励的第一导体图案201以及第二导体图案202标注有阴影线。
多个第一导体图案201分别经由设置于电介质基板内的导通孔导体32与第一接地导体层31连接。
通过第一供电线路网521激励的多个第一导体图案201构成第一阵列天线。多个第二导体图案202构成第二阵列天线。第二导体图案202的每一个的共振频率比第一导体图案201的每一个的共振频率高。由第二导体图案202构成的第二阵列天线以比由第一导体图案201构成的第一阵列天线高的频带来动作。
接下来，对通过采用第五实施例的天线模块的结构而获得的优异的效果进行说明。
通过在电介质基板的厚度方向上重叠地配置以相互不同的频率动作的第一阵列天线和第二阵列天线，能够实现以2个频带动作的多频带天线模块的小型化。
配置于第二导体图案202的下方的第一导体图案201经由导通孔导体32与第一接地导体层31连接，第一导体图案201的尺寸偏离与第二导体图案202的共振频率相应的合适的尺寸。因此，从第二导体图案202观察，在其正下方配置有由第一导体图案201构成的天线用接地。
对于第二导体图案202作为天线用接地发挥作用的第一导体图案201的大小根据天线设计来决定。电介质基板的大小根据与天线所需的特性无关的各种的重要因素来决定。因此，存在实际的天线用接地的大小与天线设计时的天线用接地的大小不同的情况。若天线用接地的大小与设计时的大小不同，则存在得不到设计上的天线的特性的情况。在这样的情况下，必须重新修改天线设计。在第五实施例中，由于从第二导体图案202观察到的天线用接地亦即第一导体图案201的大小在设计时就决定，所以在将第二导体图案202作为放射元件的天线中，能够确保设计上的天线特性。
若从第一导体图案201观察，第一接地导体层31作为天线用接地来发挥作用，导通孔导体32作为使第一导体图案201与第一接地导体层31短路的短路销来发挥作用。因此，第一导体图案201作为板状倒F天线而动作。由此，在动作频带相同时，能够使由第一导体图案201构成的放射元件比不具有短路销的贴片天线的放射元件小型化。
通过使多个第一导体图案201中的每一个小型化，能够以较窄的间隔来配置多个第一导体图案201。其结果，也能够缩小第二导体图案202的间隔。通过缩短多个第二导体图案202的排列周期(间距)，能够抑制光栅波瓣。为了充分抑制光栅波瓣，优选使第二导体图案202的排列周期成为由动作频率决定的自由空间波长以下。
若根据第二阵列天线的动作频率以合适的间隔来配置多个第二导体图案202，则第一导体图案201的间隔比与第一阵列天线的动作频率相应的合适的间隔窄。若第一导体图案201的间隔比合适的间隔窄，则第一导体图案201间的隔离特性降低。在第五实施例中，由于在行方向以及列方向上隔着一个选择性地激励多个第一导体图案201，所以能够抑制隔离特性的降低。
接下来，对第五实施例的变形例进行说明。
在第五实施例中，在行方向以及列方向上隔着一个来激励多个第一导体图案201，但也可以隔着两个、或者隔着两个以上的间隔来激励第一导体图案201。成为激励对象的第一导体图案201的间隔也可以根据第一阵列天线的动作频率设定为合适的值。
在第五实施例中，36个第一导体图案201以及36个第二导体图案202分别配置成6行6列的矩阵状，但第一导体图案201以及第二导体图案202的个数并不限定于36个。例如，更为一般而言，导体图案也可以配置成n行m列的矩阵状。在这里，n以及m为1个以上的整数。另外，第一导体图案201以及第二导体图案202也可以未必配置成矩阵状。
在第五实施例中，多频带天线元件20分别与2个动作频率对应地包含有2个导体图案，即第一导体图案201和第二导体图案202。多个多频带天线元件20分别为包含与3个以上的动作频率分别对应的3个以上的导体图案的结构，从而也能够实现可以以3个以上的动作频率动作的天线模块。
在可以以2个以上的动作频率动作的第五实施例的变形例的天线模块中，在从多个动作频率中选择一个动作频率时，包含与所选择的动作频率对应的多个导体图案中与供电线耦合的导体图案的多频带天线元件20成为供电对象，对于剩余的多频带天线元件20不进行供电。换言之，在第五实施例的本变形例的天线模块中，与所选择的动作频率对应的导体图案中被选择为供电对象的多频带天线元件20的导体图案与供电线耦合，剩余的多频带天线元件20的导体图案不与供电线耦合。导体图案通过与多个供电线中的一个耦合而作为天线而动作。若所选择的动作频率不同，则包含与所选择的动作频率对应的导体图案中与供电线耦合的导体图案的多个多频带天线元件20的组合也不同。
另外，在第五实施例中，仅使第一供电线511与多个第一导体图案201中应激励的一部分第一导体图案201耦合，但也可以使第一供电线511与所有的第一导体图案201耦合。在该情况下，也可以经由与应激励的第一导体图案201耦合的第一供电线511对第一导体图案201供电，而不进行经由其它第一供电线511的供电。也可以使与第一供电线511连接的高频集成电路元件具有经由一部分第一供电线511进行供电，而不进行经由其它供电线的供电的功能。
[第六实施例]
接下来，参照图13A以及图13B，对第六实施例的天线模块进行说明。以下，对于与第五实施例的天线模块(图12)共用的结构省略说明。
图13A是第六实施例的天线模块的俯视图，示意性地示出供电线的连接方式。在第五实施例中，由第一导体图案201以及第二导体图案202构成的多频带天线元件20分别配置成6行6列的矩阵状，但在第六实施例中，将多频带天线元件20配置成5行5列的矩阵状。
在俯视时，第二导体图案202与配置于对应的位置的第一导体图案201重叠，并配置于第一导体图案201的内侧。在俯视时，多个第一导体图案201配置于比第一接地导体层31的外周线靠内侧。
多个第一供电线511分别与应激励的第一导体图案201在第一耦合位置212耦合。作为应激励的第一导体图案201，选择奇数行并且奇数列的第一导体图案201。多个第二供电线512分别与多个第二导体图案202在第二耦合位置213耦合。在俯视时，连接第一导体图案201和第一接地导体层31的导通孔导体32配置于第一耦合位置212与第二耦合位置213之间。
在图13A中，记载为第一供电线511以及第二供电线512相互不重叠，但实际上，也有第一供电线511以及第二供电线512遍及电介质基板的内层的多层来配置，在俯视时相互重叠、或者交叉的情况。
图13B是图13A的点划线13B－13B上的剖视图。在电介质基板30的内层设置有第一接地导体层31。在将电介质基板30的厚度方向设为上下方向时，在第一接地导体层31的上方配置有多个第一导体图案201，在其上方配置有第二导体图案202。在每个第一导体图案201上设置有导通孔导体32，导通孔导体32将对应的第一导体图案201与第一接地导体层31连接。
在比第一接地导体层31靠下方，设置有其它接地导体层35。接地导体层35通过接地导通孔导体36与第一接地导体层31连接。在第一接地导体层31与其下方的接地导体层35之间，设置有布线511B、512B。
导通孔导体511A从第一接地导体层31的下方通过设置于第一接地导体层31的开口(间隙孔)内向上方延伸，并与第一导体图案201的第一耦合位置212耦合。导通孔导体511A以及布线511B构成第一供电线511。
导通孔导体512A从第一接地导体层31的下方，通过设置于第一接地导体层31的开口(间隙孔)内向上方延伸。进一步，导通孔导体512A从第一导体图案201的下方通过设置于第一导体图案201的开口(间隙孔)内向上方延伸，并在第二导体图案202的第二耦合位置213耦合。导通孔导体512A以及布线512B构成第二供电线512。在着眼于一个多频带天线元件20时，将第一导体图案201与第一接地导体层31连接的导通孔导体32配置于作为第一供电线511的一部分的导通孔导体511A与作为第二供电线512的一部分的导通孔导体512A之间。
接下来，对通过采用第六实施例的天线模块的结构而获得的优异的效果进行说明。
在第六实施例中，也可获得与第五实施例(图12)相同的效果。进一步，在第六实施例中，与第一接地导体层31连接的导通孔导体32配置在作为第一供电线511的一部分的导通孔导体511A与作为第二供电线512的一部分的导通孔导体512A之间。因此，能够确保第一供电线511与第二供电线512的充分的隔离。
[第七实施例]
接下来，参照图14A以及图14B，对第七实施例的天线模块进行说明。以下，对于与第六实施例的天线模块(图13A、图13B)共用的结构省略说明。
图14A是第七实施例的天线模块的2个多频带天线元件20的俯视图。在俯视时，在第一导体图案201的内部配置有第二导体图案202。在图14A中，左侧的第一导体图案201被设为激励对象，右侧的第一导体图案201未被设为激励对象。在第六实施例中，对多个第一导体图案201中的每一个设置有一个导通孔导体32(图13A)。与此相对，在第七实施例中，对第一导体图案201的每一个设置有多个例如6个导通孔导体32。在俯视时，多个导通孔导体32配置为包围第二耦合位置213。例如，多个导通孔导体32在以第二耦合位置213为中心的圆周上以等间隔来配置。
图14B是图14A的点划线14B－14B上的剖视图。在图14B所示的剖面上，在第二供电线512的导通孔导体512A的两侧，分别配置有导通孔导体32。
接下来，对通过采用第七实施例的天线模块的结构而获得的优异的效果进行说明。在第六实施例中，能够确保与相互对应的第一导体图案201和第二导体图案202分别连接的导通孔导体511A与导通孔导体512A之间的隔离。在第七实施例中，不仅确保相互对应的导通孔导体511A与导通孔导体512A之间的隔离，能够对全方位屏蔽导通孔导体512A。
[第八实施例]
接下来，参照图15A，对第八实施例的天线模块进行说明。以下，对于与第六实施例的天线模块(图13A、图13B)共用的结构省略说明。
图15A是第八实施例的天线模块的剖视图。在第六实施例中，在比第一接地导体层31(图13B)靠上方，未设置接地导体层。在第八实施例中，在与第一导体图案201相同的层，设置有第二接地导体层37。在第二接地导体层37与第一导体图案201之间设置有间隙。第二接地导体层37经由接地导通孔导体39与其下方的第一接地导体层31连接。
接下来，对通过采用第八实施例的天线模块的结构而获得的优异的效果进行说明。在第八实施例中，在与第一导体图案201相同的层配置有第二接地导体层37，但两者在相同的层内相互不连接。因此，与第五实施例相同，对于第二导体图案202实质作为接地发挥作用的第一导体图案201的尺寸不取决于电介质基板30的大小。因此，即使电介质基板30的大小从天线设计的前提条件变化，也能够确保所希望的天线特性。
另外，能够在第一接地导体层31与第二接地导体层37之间，配置带状线路。
图15B是第八实施例的变形例的天线模块的剖视图。在第八实施例中，作为第一供电线511的一部分的布线511B(图15A)配置于第一接地导体层31的下方。在图15B所示的变形例中，布线511B配置于第一接地导体层31与第二接地导体层37之间。在本变形例中，由于将布线511B配置于第一接地导体层31的上方，所以与仅在第一接地导体层31的下方配置布线的结构相比，可获得容易进行布线的环绕这样的效果。
如图15C所示，不仅布线511B，与第二导体图案202耦合的第二供电线512的布线512B也可以配置于第一接地导体层31与第二接地导体层37之间。
[第九实施例]
接下来，参照图16A，对第九实施例的天线模块进行说明。以下，对于与第六实施例的天线模块(图13A、图13B)共用的结构省略说明。
图16A是第九实施例的天线模块的剖视图。在第九实施例中，在电介质基板30的下表面安装有第一高频集成电路41以及第二高频集成电路42。第一高频集成电路41经由第一供电线511与一部分第一导体图案201连接，并与第一导体图案201之间进行高频信号的收发。第二高频集成电路42经由第二供电线512与第二导体图案202连接，并与第二导体图案202之间进行高频信号的收发。
在第一接地导体层31的下方，设置有其它接地导体层35，进一步在其下方设置有其它接地导体层38。构成第一供电线511的布线配置于接地导体层35与接地导体层38之间，构成第二供电线512的布线配置于第一接地导体层31与接地导体层35之间。
接下来，对通过采用第九实施例的天线模块的结构而获得的优异的效果进行说明。在第九实施例中，在主板等安装基板上安装第六实施例的天线模块(图13A、图13B)、以及高频集成电路，与通过主板上的布线连接天线模块和高频集成电路的结构相比，能够实现小型化。另外，通过利用分立的集成电路元件构成第一高频集成电路41和第二高频集成电路42，能够容易地确保频率间的充分的隔离。例如，在第一导体图案201以及第二导体图案202的动作频带分别为28GHz频带以及60GHz频带时，能够防止28GHz频带的高频电路与60GHz频带的高频电路之间的相互的干扰。
在电介质基板30上，除了第一高频集成电路41以及第二高频集成电路42以外，也可以安装电阻元件、电感器、电容器、基带集成电路、DCDC转换器等。根据需要，也可以屏蔽第一高频集成电路41以及第二高频集成电路42等。例如，也可以通过屏蔽罐覆盖第一高频集成电路41以及第二高频集成电路42等。此外，也可以用密封树脂密封第一高频集成电路41以及第二高频集成电路42等，并在密封树脂的表面形成屏蔽导体膜。
接下来，参照图16B，对第九实施例的第一变形例的天线模块进行说明。
图16B是第九实施例的第一变形例的天线模块的剖视图。在第九实施例中，用分立的元件构成激励第一导体图案201的第一高频集成电路41、以及激励第二导体图案202的第二高频集成电路42，但在本变形例中，用一个集成电路元件43来实现两者的功能。如图16B所示，集成电路元件43包含有激励第一导体图案201的第一高频电路以及激励第二导体图案202的第二高频电路双方。在第九实施例的第一变形例中，与第九实施例相比能够减少部件件数。
在第九实施例的第一变形例中，第一供电线511和第二供电线512相互配置于不同的层，但也可以将两者配置于相同的层。另外，也可以跨越多个层来配置第一供电线511以及第二供电线512的每一个。
接下来，参照图17，对第九实施例的第二变形例的天线模块进行说明。
图17是第九实施例的第二变形例的天线模块的剖视图。在电介质基板30的下表面安装有集成电路元件44。在第九实施例的第一变形例(图16B)中，在一部分第一导体图案201上连接有第一供电线511，但在第二变形例中，在所有第一导体图案201上都未连接供电线。即，多频带天线元件20分别具有与第一实施例的天线模块的多频带天线元件20(图1B)相同的结构。所有的多频带天线元件20的第二导体图案202通过第二供电线512与集成电路元件44连接。集成电路元件44具有第一实施例的天线模块的高频集成电路元件52(图2)的功能。
集成电路元件44根据收发的电波的频率从多个多频带天线元件20中选择应动作的多频带天线元件20，并对所选择的多频带天线元件20的第二导体图案202进行供电。对于未被选择的多频带天线元件20的第二导体图案202不供电。在第九实施例的第二变形例中，一个集成电路元件44能够以多个动作频率使多频带天线元件20动作。因此，在第二变形例中也与第一变形例相同，与第九实施例相比能够减少部件件数。
[参考例]
接下来，参照图18，对参考例的天线模块进行说明。以下，对于与第八实施例的天线模块(图15A)共用的结构省略说明。
图18是参考例的天线模块的剖视图。在第八实施例(图15A)中，分别配置多个第一导体图案201以及第二导体图案202，构成第一阵列天线以及第二阵列天线。在参考例中，各配置有一个第一导体图案201以及第二导体图案202。连接第二导体图案202和第一接地导体层31的多个导通孔导体32配置为在俯视时包围构成第二供电线512的一部分的导通孔导体512A。构成第一供电线511的一部分的布线511B配置于第一接地导体层31与第二接地导体层37之间。
接下来，对通过采用参考例的天线模块的结构而获得的优异的效果进行说明。
在参考例中，也与第八实施例相同，第二接地导体层37在同一层内与第一导体图案201分离。因此，作为第二导体图案202的天线用接地发挥作用的第一导体图案201的尺寸不管电介质基板30的尺寸如何而被固定。因此，能够抑制将第二导体图案202作为放射元件的天线的特性从设计天线时的所希望的特性变化。
上述的各实施例是例示，当然能够进行在不同的实施例中示出的结构的部分置换或者组合。对于由多个实施例的相同的结构起到的相同的作用效果，不在每个实施例中依次提及。进一步，本发明并不限制于上述的实施例。例如，能够进行各种变更、改进、组合等对本领域技术人员来说是显而易见的。
附图标记说明
20…多频带天线元件；21…阵列天线；30…电介质基板；31…第一接地导体层；32…导通孔导体；35…接地导体层；36…接地导通孔导体；37…第二接地导体层；38…接地导体层；39…接地导通孔导体；41…第一高频集成电路(第一RFIC)；42…第二高频集成电路(第二RFIC)；43、44…集成电路元件；50…天线驱动部；51…供电线；52…高频集成电路元件(RFIC)；53…基带集成电路元件(BBIC)；54…控制部；60…中频放大器；61…上/下转换用混频器；62…收发切换开关；63…功率分配器；64…移相器；65…衰减器；66…收发切换开关；67…功率放大器；68…低噪声放大器；69…收发切换开关；201…第一导体图案；202…第二导体图案；203、204、205、206、207、208…导体图案；209…插口；210…供电线；211…插口；212…第一耦合位置；213…第二耦合位置；511…第一供电线；511A…导通孔导体；511B…布线；512…第二供电线；512A…导通孔导体；512B…布线；521…第一供电线路网；522…第二供电线路网。

Claims (13)

1.一种天线模块，具有：
多个多频带天线元件，构成阵列天线，并能够以多个动作频率来动作；以及
天线驱动部，根据从多个动作频率中选择的一个动作频率，来从上述多个多频带天线元件中选择至少2个上述多频带天线元件，并使上述多个多频带天线元件中所选择的多频带天线元件动作，
上述天线驱动部包含多个供电线，
上述多个多频带天线元件中的每一个多频带天线元件包含以多个动作频率分别放射高频信号的多个导体图案，
上述所选择的多频带天线元件的上述多个导体图案中的、以从上述多个动作频率中选择出的一个动作频率分别放射高频信号的导体图案与上述多个供电线中的一个供电线耦合，
上述天线驱动部包含：
控制部，根据从上述多个动作频率中选择出的一个动作频率，来输出从上述多个多频带天线元件中选择上述至少2个多频带天线元件的组合的选择信号；以及
高频集成电路元件，具有基于上述选择信号，来对选择出的上述多频带天线元件进行供电，对上述多个多频带天线元件中的剩余的多频带天线元件不进行供电的功能，
上述多个多频带天线元件的间距的最大值比以多个动作频率中的最高的动作频率决定的自由空间波长小。
2.根据权利要求1所述的天线模块，其中，
上述高频集成电路元件对选择出的上述多频带天线元件输入高频信号，对上述多个多频带天线元件中的剩余的多频带天线元件不输入高频信号。
3.根据权利要求1所述的天线模块，其中，
上述多个多频带天线元件配置成二维的矩阵状。
4.根据权利要求1所述的天线模块，其中，
上述多个多频带天线元件配置于与三角形网格的网格点对应的位置。
5.根据权利要求1所述的天线模块，其中，
上述天线驱动部从上述多个多频带天线元件中选择上述至少2个多频带天线元件，以使选择出的上述多频带天线元件的间距的最大值为以选择出的动作频率决定的自由空间波长以下。
6.一种天线模块，具有：
多个多频带天线元件，构成阵列天线，并能够以多个动作频率来动作；以及
天线驱动部，根据从多个动作频率中选择的一个动作频率，来从上述多个多频带天线元件中选择至少2个上述多频带天线元件，并使上述多个多频带天线元件中所选择的多频带天线元件动作，
上述天线驱动部包含多个供电线，
上述多个多频带天线元件中的每一个多频带天线元件包含以多个动作频率分别放射高频信号的多个导体图案，
上述所选择的多频带天线元件的上述多个导体图案中的、以从上述多个动作频率中选择出的一个动作频率分别放射高频信号的导体图案与上述多个供电线中的一个供电线耦合，
上述天线模块还具备：
电介质基板，设置有上述多个多频带天线元件；以及
第一接地导体层，设置于上述电介质基板，
上述多个多频带天线元件中的每一个多频带天线元件包含：
第一导体图案，在以上述电介质基板的厚度方向为上下方向时，配置于比上述第一接地导体层靠上方；以及
第二导体图案，在比上述第一导体图案靠上方，配置为在俯视时与上述第一导体图案重叠，
上述天线驱动部包含：
第一供电线路网，选择性地激励选择出的上述多频带天线元件的上述第一导体图案，且不激励上述多个多频带天线元件中的剩余的多频带天线元件的上述第一导体图案；以及
第二供电线路网，激励所有的上述多个多频带天线元件的上述第二导体图案，
上述多个多频带天线元件的间距的最大值比以多个动作频率中的最高的动作频率决定的自由空间波长小。
7.根据权利要求6所述的天线模块，其中，
上述多个多频带天线元件中的每一个多频带天线元件还具有导通孔导体，上述导通孔导体将上述第一导体图案与上述第一接地导体层连接。
8.根据权利要求7所述的天线模块，其中，
上述第一供电线路网包含第一供电线，上述第一供电线与选择出的上述多频带天线元件的上述第一导体图案耦合，
上述第二供电线路网包含第二供电线，上述第二供电线从上述第一导体图案的每一个的下方延伸到上方，并分别与上述第二导体图案耦合。
9.根据权利要求8所述的天线模块，其中，
在上述多个多频带天线元件中的每一个多频带天线元件中，在上述第一导体图案与上述第一供电线耦合的第一耦合位置、和上述第二导体图案与上述第二供电线耦合的第二耦合位置之间，配置有上述导通孔导体。
10.根据权利要求9所述的天线模块，其中，
对多个上述第一导体图案中的每一个第一导体图案设置有多个上述导通孔导体，在俯视时，多个上述导通孔导体包围上述第二耦合位置。
11.根据权利要求6～10中任一项所述的天线模块，其中，
还具有第二接地导体层，上述第二接地导体层配置于与上述第一导体图案同一层，并与上述第一接地导体层连接。
12.根据权利要求6～10中任一项所述的天线模块，其中，
上述第一供电线路网包含第一高频集成电路，上述第一高频集成电路安装于上述电介质基板，与上述第一导体图案之间进行高频信号的收发，
上述第二供电线路网包含第二高频集成电路，上述第二高频集成电路安装于上述电介质基板，与上述第二导体图案之间进行高频信号的收发。
13.根据权利要求6～10中任一项所述的天线模块，其中，
上述第一供电线路网以及上述第二供电线路网分别包含第一高频电路以及第二高频电路，上述第一高频电路以及第二高频电路激励上述第一导体图案以及上述第二导体图案，上述第一高频电路以及上述第二高频电路由一个集成电路元件构成。
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