CN112189280B - 天线模块和通信装置 - Google Patents

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Abstract

天线模块包括：RFIC(110A)和RFIC(110B)，其构成为分别向第1天线组和第2天线组供给高频电力；以及分配器(140)，其对所输入的基准频率信号进行分配而向RFIC(110A)和RFIC(110B)输出，分配器(140)是威尔金森型的第1分配器，该第1分配器由比供该分配器(140)插入的信号传递系统的阻抗即第1阻抗低的第2阻抗的电路系统构成。

Description

天线模块和通信装置
技术领域
本实施方式涉及天线模块和通信装置。
背景技术
迄今为止，在便携终端等无线通信的领域中，已知一种在发送侧和接收侧使用多个天线元件(例如2个～8个)进行通信的MIMO(Multiple-Input and Multiple-Output：多输入多输出)技术。通过使用MIMO技术而具有以下优点：即使不加强通信频率的带宽和发送输出，也能改善数据的吞吐量和能够建立链路的距离。
在国际公开第2016/067969号(专利文献1)中公开了一种天线元件和高频半导体元件一体化地安装于叠层构造的电介质基板的天线模块。在专利文献1公开的天线模块中，自一个高频半导体元件向多个天线元件供给高频信号，也能应用于上述的MIMO。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2016/067969号
发明内容
发明要解决的问题
近年来，智能手机等便携终端的用户数量增加，此外通过IoT(物联网)等的技术革新，具有无线通信功能的电子设备也增加。由此，无线网络的通信量增大，从而担心通信速度和通信品质下降。
为了解决这样的问题，着眼于使如上所述的MIMO技术进一步发展而得到的大规模MIMO(Massive MIMO)。大规模MIMO是如下所述的技术：使用比通常的MIMO多的数量(例如128个)的天线元件实现高度的波束成形和空间复用等技术，从而对每个终端分派独立的电波，谋求通信速度的高速化和通信品质的提高。
在进行这样的使用了大量天线元件的无线发送的情况下，自多个高频半导体元件的各个高频半导体元件向多个天线元件输出要发送的高频信号。另外，向多个高频半导体元件输入同一基准信号。因此，在天线模块中，使用用于将该基准信号分配到多个高频半导体元件的分配器。另一方面，对便携终端等通信装置要求进一步的小型化和薄型化，随之需要天线模块本身的小型化和薄型化。
本实施方式是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于对内置有分配器的天线模块实现小型化。
用于解决问题的方案
依据本公开的某个方面的天线模块包括：电介质基板，其具有叠层构造；第1天线组和第2天线组，其配置于所述电介质基板，分别包含多个天线元件；第1供电电路和第2供电电路，其构成为分别向所述第1天线组和所述第2天线组供给高频电力；以及分配电路。分配电路对所输入的第1高频信号进行分配而向所述第1供电电路和所述第2供电电路输出。所述第1供电电路和所述第2供电电路安装于所述电介质基板的安装面。分配电路在所述电介质基板中配置于比配置所述第1天线组和所述第2天线组的层靠所述安装面侧的层。分配电路具有威尔金森型的第1分配器，所述第1分配器由比供该分配电路插入的信号传递系统的阻抗即第1阻抗低的第2阻抗的电路系统构成。
发明的效果
在本实施方式的天线模块中，对内置有分配器的天线模块实现小型化。
附图说明
图1是应用本实施方式的天线模块的通信装置的框图。
图2是将天线模块安装于BBIC的状态的剖视图。
图3是自法线方向俯视观察天线模块的情况的图。
图4是用于说明分配器等的详细结构的图。
图5是更具体地表示分配器的图。
图6是应用第2实施方式的天线模块的通信装置的框图。
图7是表示分配电路等的主要部分的图。
图8是更详细地表示分配电路等的结构的图。
图9是自法线方向俯视观察第3实施方式的天线模块的情况的图。
图10是第3实施方式的天线模块的剖视图。
图11是表示第3实施方式的分配器等的图。
图12是变形例的天线模块的剖视图。
图13是变形例的天线模块的剖视图。
具体实施方式
以下参照附图详细地说明本实施方式。另外，对图中相同或相当的部分标注相同的附图标记，不重复其说明。
[第1实施方式]
(通信装置的基本结构)
图1是应用本实施方式的天线模块100的通信装置10的框图。通信装置10例如是手机、智能手机或平板电脑等便携终端、具备通信功能的个人电脑等。
参照图1，通信装置10包括天线模块100、构成基带信号处理电路的BBIC200和振荡器130(OSC)。
天线模块100包括两个RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit：射频集成电路)110A、110B、天线阵列120、分配器(DIV)140、合成芯片151和分配芯片152。
天线阵列120包含多个天线元件121。在图1中，作为多个天线元件121，八个天线元件121以4×2的方式二维排列。在图1中，表示天线模块100作为贴片天线发挥功能的例子。另外，以相对于由四个天线元件121构成的天线组123A、123B分别设有RFIC 110A、110B的结构为例进行说明。天线组123A对应于“第1天线组”，天线组123B对应于“第2天线组”。另外，RFIC 110A对应于“第1供电电路”，RFIC 110B对应于“第2供电电路”。
另外，在图1中，为了容易说明，而示出了与天线组123A对应的RFIC 110A的详细结构，并省略了与具有同样结构的其他RFIC 110B对应的结构。
另外，在以后的说明中，也将RFIC 110A、110B统称为“RFIC 110”，也将天线组123A、123B统称为“天线组123”。
振荡器130是生成在各RFIC 110使用的基准频率信号的振荡器。基准频率信号例如为23GHz～26GHz。基准频率信号是波长为毫米单位的信号，是所谓的毫米波信号。基准频率信号对应于“第1高频信号”。振荡器130对应于“第1输出电路”。振荡器130利用输入端子302与天线模块100连接。输入端子302对应于“端子”。振荡器130经由输入端子302向天线模块100发送基准频率信号。
分配器140对输入到该分配器140的第1高频信号进行分配而向RFIC 110A(第1供电电路)和RFIC 110B(第2供电电路)输出。在本实施方式中，分配器140对输入到该分配器140的第1高频信号进行分配而向RFIC 110A(第1供电电路)的混频器118和RFIC 110B(第2供电电路)的混频器118输出。另外，分配器140有时也称为“第1分配器1401”。
另外，BBIC 200对天线模块100发送中频的信号。中频的信号例如为3.5GHz±0.5GHz的信号，是频率低于第1高频信号的信号。中频的信号对应于“第2高频信号”。另外，BBIC 200对应于“第2输出电路”。
另外，在传输自BBIC 200输出的信号的信号线路设有分配芯片152。分配芯片152将自BBIC 200输出的信号分配给RFIC 110A、110B。
另外，在传输自各RFIC 110A、110B的放大电路119输出的信号的信号线路设有合成芯片151。合成芯片151对自各RFIC 110A、110B的放大电路119输出的信号进行合成而向BBIC 200输出。
RFIC 110包括开关111A～111D、113A～113D、117、功率放大器112AT～112DT、低噪声放大器112AR～112DR、衰减器114A～114D、移相器115A～115D、信号合成/分波器116、混频器118和放大电路119。另外，在图1的例子中，表示混频器118搭载于RFIC 110A的例子，但混频器118也可以搭载于其他的IC(例如BBIC 200等)。
在发送高频信号的情况下，开关111A～111D、113A～113D向功率放大器112AT～112DT侧切换，并且开关117与放大电路119的发送侧放大器连接。在接收高频信号的情况下，开关111A～111D、113A～113D向低噪声放大器112AR～112DR侧切换，并且开关117与放大电路119的接收侧放大器连接。
自BBIC 200输出的第2高频信号被分配芯片152分配而分配并传递到各RFIC110A、110B的放大电路119。该传递来的信号由放大电路119放大并由混频器118上变频。上变频得到的发送信号被信号合成/分波器116分波成四个信号，通过四个信号路径供给到分别不同的供电元件121。此时，通过分别地调整在各信号路径配置的移相器115A～115D的移相度，能够调整天线阵列120的方向性。
另外，利用各供电元件121接收的接收信号分别经由不同的四个信号路径，被信号合成/分波器116合波。合波后的接收信号由混频器118下变频，并由放大电路119放大。由各RFIC 110A、110B的放大电路119放大后的所有信号输出到合成芯片151。合成芯片151对由各RFIC 110A、110B的放大电路119放大的所有信号进行合成而向BBIC 200输出。
RFIC 110例如形成为包含上述电路结构的单芯片的集成电路部件。或者，关于RFIC 110所包含的器件中的与各天线元件121对应的器件(开关、功率放大器、低噪声放大器、衰减器和移相器)，也可以在对应的每个天线元件121形成为单芯片的集成电路部件。
RFIC 110的混频器118通过将第1高频信号和第2高频信号混合而生成高频电力。RFIC 110作为将该生成的高频电力向各天线元件121供给的供电电路发挥功能。
通信装置10将自BBIC 200向天线模块100传递的信号上变频为高频信号而自天线阵列120辐射，并且将由天线阵列120接收到的高频信号下变频而在BBIC 200进行信号处理。
(天线模块的结构)
图2是图1的天线模块100安装于BBIC 200的状态的剖视图。将电介质基板125的叠层构造的叠层方向的轴线设为Z轴。将与Z轴正交的轴线设为X轴和Y轴。也将Z轴的方向称为法线方向。图3是自法线方向俯视观察天线模块100的情况的图，是示出了分配器140等的图。参照图2和图3，天线模块100具备叠层构造的电介质基板125。电介质基板125由例如低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics：LTCC)形成。另外，电介质基板125也可以是例如将由环氧和聚酰亚胺等树脂构成的树脂层叠层多层而形成的多层树脂基板、将由具有更低的介电常数的液晶聚合物(Liquid Crystal Polymer：LCP)构成的树脂层叠层多层而形成的多层树脂基板、将由氟类树脂构成的树脂层叠层多层而形成的多层树脂基板或LTCC以外的陶瓷多层基板。
在电介质基板125的内部的层配置有已利用图1说明的天线元件121。在图2中，天线组123A和天线组123B所包含的天线元件分别各示出了两个。
在电介质基板125的安装面126形成有第1端子电极401、第2端子电极402、第3端子电极403、第4端子电极404和第5端子电极405等。虽然未图示，但在电介质基板125的安装面126形成有用于安装器件的电极图案以及将电极图案彼此电连接的布线图案。
另外，如后述那样，在分配器140的输入端设有第1阻抗变换部181，并且在分配器140的两个输出端分别设有第2阻抗变换部182、183。在下文中，也将第1阻抗变换部181和第2阻抗变换部182、183统一称为“阻抗变换部”。在将所传递的代表性的高频信号的波长设为λ时，阻抗变换部(第1阻抗变换部和第2阻抗变换部)的线路长度设计为λ/4。也就是说，在本实施方式中，阻抗变换部是所谓的λ/4变量器。
RFIC 110A和RFIC 110B经由钎焊凸块155安装于安装面126。
RFIC 110A经由钎焊凸块155、第1端子电极401以及供电线128A连接于天线组123A所包含的天线元件。因而，来自RFIC 110A的高频电力经由钎焊凸块155、第1端子电极401以及供电线128A供给到天线组123A所包含的天线元件。第1端子电极401是用于向天线组123A供给高频电力的电极。
RFIC 110B经由钎焊凸块155、第2端子电极402以及供电线128B连接于天线组123B所包含的天线元件。因而，来自RFIC 110B的高频电力经由钎焊凸块155、第2端子电极402以及供电线128B供给到天线组123B所包含的天线元件。第2端子电极402是用于向天线组123B供给高频电力的电极。
在图2的例子中，供电线128A、128B分别贯穿接地电极GND1、接地电极GND2，连接于各天线组所包含的天线元件121。
安装于安装面126的各器件由树脂135模制而成。在树脂135形成有用于与BBIC200之间发送、接收信号的I/O用的贯通电极160。贯通电极160的安装面126侧的端部与形成于安装面126的布线图案连接。另外，贯通电极160的在BBIC 200侧的面暴露的端部经由电极图案165和钎焊凸块170连接于BBIC 200表面的连接端子210。经由贯通电极160和安装面126的布线图案在BBIC 200与各RFIC 110之间发送、接收信号。
另外，形成有用于发送、接收来自振荡器130的信号(第1高频信号)的I/O用的贯通电极161。贯通电极161对应于输入端子302。贯通电极161的安装面126侧的端部经由钎焊凸块155和第3端子电极403连接于第1阻抗变换部181。第3端子电极403是供第1高频信号输入的电极。另外，贯通电极161的在振荡器130侧的面暴露的端部经由电极图案166和钎焊凸块171连接于振荡器130表面的连接端子211。来自振荡器130的第1高频信号经由贯通电极161和安装面126的布线图案输入到分配器140。第1高频信号在该分配器140处向各RFIC 110分配。
RFIC 110A经由钎焊凸块155和第4端子电极404连接于第2阻抗变换部182。第4端子电极404是向RFIC 110A输出由分配器140分配后的第1高频信号的电极。
RFIC 110B经由钎焊凸块155和第5端子电极405连接于第2阻抗变换部183。第5端子电极405是向RFIC 110B输出由分配器140分配后的第1高频信号的电极。
在电介质基板125中，在天线元件121与安装面126之间的层形成有接地电极GND1(第1接地电极)，在接地电极GND1与安装面126之间的层进一步形成有接地电极GND2(第2接地电极)。在接地电极GND2形成有通孔300。导通孔(via)贯通通孔300。该导通孔连接贯通电极161和第1阻抗变换部181。在XY平面中的通孔300以外的部分配置有接地电极GND2。
另外，在本实施方式中，在电介质基板125的比配置天线元件121的层靠表面127侧的层的与各天线元件121相对的位置配置有无源元件122。
电介质基板125的比接地电极GND1靠表面127侧的部分在天线模块100中作为实质的天线发挥功能，在本说明书中，将该区域称为“天线层ANT”。另外，在电介质基板125中，在接地电极GND1与接地电极GND2之间的区域形成有将安装于安装面126的各器件彼此或各器件与天线元件之间连接的布线图案，在本说明书中，将该区域称为“布线层LINE”。此外，在本说明书中，将由树脂135模制而成的区域称为“部件层PRT”。
分配器140在电介质基板125中配置于比配置天线组123A和天线组123B的层靠安装面126侧的层。
分配器140配置于上述的布线层LINE的层。分配器140与安装于安装面126的振荡器130连接，并且利用形成于布线层LINE的布线图案129与各RFIC 110连接。分配器140接收来自振荡器130的基准频率信号，并将该基准频率信号分配给各RFIC 110。
另外，构成天线元件121、布线图案129和贯通电极160、161等的导体由以铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)以及这些金属的合金为主要成分的金属形成。
在图2、图3和图9中省略了合成芯片151和分配芯片152的记载，但也可以在图2、图3和图9中记载合成芯片151和分配芯片152。
另外，如图3所示，采用了在自Z轴方向俯视观察天线模块100的情况下分配器140与RFIC 110A、110B不重叠的结构。通过采用这样的结构，与“分配器140与RFIC 110A、110B重叠的结构”相比，能够降低天线模块100的高度(Z轴方向的长度)(能够扁平化)。另外，也可以采用在自Z轴方向俯视观察天线模块100的情况下分配器140的至少局部与RFIC 110A、110B重叠的结构。在采用这样的结构的情况下，为了防止电磁耦合，优选在分配器140与RFIC 110A、110B之间设置GND。
另外，如图3所示，在自法线方向俯视观察天线模块100的情况下，第1阻抗变换部181设在RFIC 110A与RFIC 110B之间。因而，能使天线模块100不沿X轴方向延伸，因此能使天线模块100小型化，其结果为，也不必设置较长的布线，能够减少信号的传输损耗。
另外，在图2的例子中示出了第1阻抗变换部181配置于分配器140的下层并且第2阻抗变换部182、183配置于与分配器140相同的层的例子。但是，第1阻抗变换部181也可以设于与分配器140相同的层。另外，第2阻抗变换部182、183也可以配置于与分配器140不同的层。
另外，在图2的例子中图示为分配器140的厚度比第2阻抗变换部182、183的厚度厚。但是，分配器140和第2阻抗变换部182、183也可以构成为厚度相同。另外，分配器140也可以构成为厚度比第2阻抗变换部182、183的厚度薄。但为了实现天线模块100的扁平化，优选使分配器140和第2阻抗变换部182、183构成为线路厚度相同。
(分配器等的结构)
图4是表示自振荡器130向各RFIC传递的第1高频信号的传递路径的图。在本实施方式中，作为分配器140，使用威尔金森型分配器。威尔金森型分配器与其他类型的分配器相比，具有损失低并且所分配的信号的相位为同相位的特征。
分配器140包含输入端147、线路142、线路144、电阻器194、第1输出端148和第2输出端149。
本实施方式的输入端147具有将输入到该输入端147的信号分支成两个的分支部的功能。线路141的一端与输入端147连接。第1阻抗变换部181的一端经由连接部308与线路141的另一端连接。线路304的一端经由连接部306与第1阻抗变换部181的另一端连接。线路304的另一端经由输入端子302与振荡器130连接。
线路143的一端与第1输出端148连接。第2阻抗变换部182的一端经由连接部310与线路143的另一端连接。线路316的一端经由连接部314与第2阻抗变换部182的另一端连接。线路316的另一端经由输出端子318与RFIC 110A连接。
线路145的一端与第2输出端149连接。第2阻抗变换部183的一端经由连接部312与线路145的另一端连接。线路322的一端经由连接部320与第2阻抗变换部183的另一端连接。线路322的另一端经由输出端子324与RFIC 110B连接。
另外，为了确保分支而成的两个输出的隔离，在第1输出端148与第2输出端149之间连接有电阻器194。
接下来说明信号的流动。自振荡器130输出的基准频率信号以输入端子302、线路304、连接部306、第1阻抗变换部181、连接部308、线路141、输入端147(分支部)的顺序传输。输入到输入端147(分支部)的基准频率信号在该输入端147(分支部)分支成两个信号。
在输入端147(分支部)分支而成的两个信号中的一个信号以线路142、第1输出端148、线路143、连接部310、第2阻抗变换部182、连接部314、线路316和输出端子318的顺序传输，向RFIC 110A输入。
在输入端147(分支部)分支而成的两个信号中的另一个信号以线路144、第2输出端149、线路145、连接部312、第2阻抗变换部183、连接部320、线路322和输出端子324的顺序传输，向RFIC 110B输入。这样，分配器140将自输入端147输入的基准频率信号分配给RFIC110A和RFIC 110B。
接下来说明分配器140等的阻抗等。将线路304、线路316和线路322的阻抗值分别设为Z0。将线路141、线路143和线路145的阻抗值分别设为Z1。其中设定为Z0>Z1。Z0对应于“第1阻抗”。Z1对应于“第2阻抗”。
电阻器194的阻抗ZR设定为2×Z1。线路142和线路144的阻抗ZL设定为√2×Z1。在将所传递的代表性的高频信号的波长设为λ时，线路142、144、第1阻抗变换部181、第2阻抗变换部182和第2阻抗变换部183的线路长度设定为λ/4。
接下来，说明阻抗变换部(第1阻抗变换部181、第2阻抗变换部182和第2阻抗变换部183)。对于λ/4的长度的阻抗变换部的阻抗Z2、与该阻抗变换部的一侧连接的线路的阻抗Z0和与该阻抗变换部的另一侧连接的线路的阻抗Z1，以下的式(1)成立。
[数式1]
Figure BDA0002772393970000111
例如，在使阻抗Z0(线路304、线路316和线路322的阻抗)＝50Ω并使阻抗Z1(线路141、线路143和线路145的阻抗)＝25Ω的情况下，各阻抗的值如下所示。
Z2(阻抗变换部的阻抗)＝约35.3Ω
ZL(线路142和线路144的阻抗)＝约35.3Ω
ZR(电阻器194的阻抗)＝50Ω
这样，第1阻抗变换部181、第2阻抗变换部182和第2阻抗变换部183分别设为所谓的λ/4变量器，该λ/4变量器各自的阻抗设计为约35.3Ω。
第1阻抗变换部181经由线路141与分配器140的输入端147连接。另外，第1阻抗变换部181构成为将第1阻抗(线路304的阻抗Z0)变换为第2阻抗(线路304的阻抗Z1)。
第2阻抗变换部182经由线路143与分配器140的第1输出端148连接。另外，第2阻抗变换部182构成为将第2阻抗(线路143的阻抗Z1)变换为第1阻抗(线路316的阻抗Z0)。
第2阻抗变换部183经由线路145与分配器140的第2输出端149连接。另外，第2阻抗变换部183构成为将第2阻抗(线路145的阻抗Z1)变换为第1阻抗(线路322的阻抗Z0)。
另外，分配器140插入于第1阻抗的信号传递系统。在图4的例子中，分配器140是由作为第1阻抗的一例的阻抗为Z0的线路构成的信号线。第1阻抗的信号传递系统的信号线对应于“线路304、线路316和线路322”。
另外，分配器140是由第2阻抗的电路系统构成的威尔金森型的分配器。在本实施方式中，“由第2阻抗的电路系统构成的分配器140”是以第2阻抗(25Ω)为基准而设定的分配器。换言之，“由第2阻抗的电路系统构成的分配器140”是输入阻抗和输出阻抗(25Ω)低于第1阻抗(50Ω)的分配器。
以下，有时将“第1阻抗的信号传递系统”称为“第1阻抗系统”，将“第2阻抗的电路系统”称为“第2阻抗系统”进行说明。
在图4的例子中，分配器140是以作为第2阻抗的一例的阻抗Z1为基准而设定的分配器。另外，分配器140(第1分配器1401)的输入阻抗和输出阻抗分别为第2阻抗即可，也可以设为构成分配器140的传输线路的特性阻抗比第1阻抗高的结构。
另外，在本实施方式中，Z2＝ZL，阻抗变换部的线路、线路142和线路144各自的阻抗相同。
图5是比图4具体地表示分配器140的图。在图5中，弯曲地记载线路142和线路144。另外，在图5中，阻抗越低，线路的宽度记载得越粗。
例如，线路304的阻抗为50Ω，第1阻抗变换部181的线路的阻抗为35.3Ω，线路141的阻抗为25Ω。在使线路141的宽度＝A，使第1阻抗变换部181的线路的宽度＝B，使线路304的宽度＝C时，在图5中记载为A>B>C。
这里，在本实施方式中，线路304的长度L1设定为比线路141的长度L2短。
通常，构成分配器的线路(在本实施方式中对应于图2的140)与GND(在本实施方式中对应于图2的接地电极GND1或接地电极GND2)的距离越大，由带状线路或微带线路形成的分配器的阻抗越大。因而，当分配器的阻抗增高时，需要增大线路与GND的距离，结果使配置有分配器的电介质基板的电介质层(在本实施方式中对应于布线层LINE)变厚。由此，当配置有分配器的电介质层变厚时，天线模块整体的厚度(在本实施方式中是天线模块100的叠层方向的长度)会变厚。
因此，在本实施方式中，分配器140插入于第1阻抗系统的信号线路之间(线路304、线路316和线路322之间)。此外，该分配器140由比第1阻抗低的第2阻抗系统构成。
因而，在“作为本实施方式的低阻抗系统的第2阻抗系统的天线模块”中，与“具有由第1阻抗系统构成的分配器的天线模块”相比，能够使配置有分配器140的电介质层(例如布线层LINE)较薄。其结果为，与“具有由第1阻抗系统构成的分配器的天线模块”相比，能使天线模块的厚度较薄。
另外，在将天线模块的厚度设为恒定的情况下，若能使配置有分配器140的布线层LINE较薄，则能够确保天线层ANT的厚度。因而，能够提高天线层ANT中的布线的配置自由度。
另外，通过确保天线层ANT的厚度，能够加大电极(在图2的例子中是天线元件121和无源元件122)的厚度。因而，能够减少由天线模块的制造偏差导致的天线模块的特性差。
另外，在本实施方式的天线模块中，使第1阻抗变换部181与分配器140的连接部308连接。另外，使第2阻抗变换部182与分配器140的第1输出端148连接，并且使第2阻抗变换部183与分配器140的第2输出端149连接。
例如，天线模块100通过具有第1阻抗变换部181，从而使线路304、第1阻抗变换部181和线路141各自的阻抗成为50Ω、37.3Ω、25Ω。因而，与“不具有阻抗变换部的天线模块”相比，能使阻抗的变化量变得平缓。由此，与“不具有阻抗变换部的天线模块”相比，能够减少信号(例如基准频率信号)的反射等，能够减少信号的损失。
特别是在本实施方式中，第1阻抗变换部181的线路长度为λ/4。由此，第1阻抗变换部181的输入侧阻抗成为50Ω，第1阻抗变换部181的输出侧阻抗成为25Ω。因而，能够进一步减少由信号的反射导致的损失。
另外，考虑使阻抗变换部不与输入端147、第1输出端148和第2输出端149全都连接的结构，例如使阻抗变换部与输入端147连接而使阻抗变换部不与第1输出端148和第2输出端149连接的结构。
但是，若是该结构，则分配器140的输入侧的阻抗与分配器140的输出侧的阻抗会不同。其结果为，有可能由于输入到分配器140的信号的反射等导致损失增加而通信特性下降。
因此，在本实施方式中，使阻抗变换部与输入端147、第1输出端148和第2输出端149全都连接。由此，能使分配器140的输入侧的阻抗与分配器140的输出侧的阻抗相同。在本实施方式中，能将分配器140的输入侧的阻抗与分配器140的输出侧的阻抗都设为50Ω。因而，能使输入到分配器140的信号的反射等的发生减少。
另外，如图5所示，天线模块100具有线路304来作为从输入端子302到分配器140的第1阻抗系统(例如50Ω)的信号线路。天线模块100具有线路141来作为从输入端子302到分配器140的第2阻抗系统(例如25Ω)的信号线路。线路304是高频信号的损失大于线路141的线路。
因此，在本实施方式中，如图5所示设定为，高频信号的损失较大的线路304的长度L1比高频信号的损失较小的线路141的长度L2短。因而，本实施方式的天线模块100与“L1≥L2的天线模块”相比，能够减少信号(例如基准频率信号)的损失。
另外，如图1所示，本实施方式的天线模块100的多个天线元件121二维排列。因而，本实施方式的天线模块100能够调整天线阵列120的方向性。
[第2实施方式]
第2实施方式的天线模块100A是将一个基准频率信号分配给四个RFIC的天线模块。第2实施方式的天线模块100A为了将一个基准频率信号分配给四个RFIC而具备三个分配器。图6是应用了第2实施方式的天线模块100A的通信装置10A的框图。
将图1和图6进行比较，图1的天线模块100的RFIC的数量和天线组的数量分别为两个，相对于此，图6的天线模块100A的RFIC的数量和天线组的数量分别为四个。天线模块100A包括由四个天线元件121构成的四个天线组123A～123D和四个RFIC 110A～110D。四个RFIC 110A～110D分别对四个天线组123A～123D输出高频信号。RFIC 110C对应于“第3供电电路”，RFIC 110D对应于“第4供电电路”。另外，天线组123C对应于“第3天线组”，天线组123D对应于“第4天线组”。
另外，图1的天线模块100具有分配器140，相对于此，图6的天线模块100A具有分配电路150(DIV)。图7是表示图6的主要部分的图。亦如图7所示，自振荡器130输出的基准频率信号由分配电路150分别分配给RFIC 110A～110D。此外，RFIC 110A～110D对四个天线组123A～123D分别供给高频电力。
亦如在图7的分配电路150中的三个分支点所示，分配电路150包含三个分配器。由振荡器130生成的基准频率信号由分配电路150分波成四个信号而向各RFIC 110A～110D的混频器118输出。
自BBIC 200输出的信号被分配芯片152分波成四个信号而向各RFIC 110A～110D的放大电路119输出。合成芯片151将自各RFIC 110A～110D的放大电路119输出的信号合成而向BBIC 200输出。
图8是表示第2实施方式中的自振荡器130向各RFIC传递的第1高频信号的传递路径的图。图9是自法线方向俯视观察天线模块100A的情况的图，是表示第1分配器1401、第2分配器1402和第3分配器1403等的图。在图8和图9的例子中，分配电路150具有第1分配器1401、第2分配器1402和第3分配器1403来作为三个分配器。另外，第1分配器1401、第2分配器1402和第3分配器1403的结构以及各分配器所包含的各线路的阻抗与分配器140(参照第1实施方式)相同。第1分配器1401、第2分配器1402和第3分配器1403全都是由第2阻抗系统构成的威尔金森型的分配器。
第2分配器1402包含输入端1472、线路1421、线路1442、电阻器1942、第1输出端1482和第2输出端1492。
第3分配器1403包含输入端1473、线路1422、线路1443、电阻器1943、第1输出端1483和第2输出端1493。
在线路143的一端连接有第1输出端148，在线路143的另一端连接有第2分配器1402的输入端1472。线路1432的一端与第2分配器1402的第1输出端1482连接。第2阻抗变换部1811的一端经由连接部3102与线路1432的另一端连接。线路1911的一端经由连接部3142与第2阻抗变换部1811的另一端连接。线路1911的另一端经由输出端子1921与RFIC 110A连接。
另外，线路1452的一端与第2分配器1402的第2输出端1492连接。第2阻抗变换部1812的一端经由连接部3202与线路1452的另一端连接。线路1912的一端经由连接部3242与第2阻抗变换部1812的另一端连接。线路1912的另一端经由输出端子1922与RFIC 110B连接。
在线路145的一端连接有第2输出端149，在线路145的另一端连接有第3分配器1403的输入端1473。线路1433的一端与第3分配器1403的第1输出端1483连接。第2阻抗变换部1813的一端经由连接部3103与线路1433的另一端连接。线路1913的一端经由连接部3143与第2阻抗变换部1813的另一端连接。线路1913的另一端经由输出端子1923与RFIC 110C连接。
另外，线路1453的一端与第3分配器1403的第2输出端1493连接。第2阻抗变换部1814的一端经由连接部3203与线路1453的另一端连接。线路1914的一端经由连接部3243与第2阻抗变换部1814的另一端连接。线路1914的另一端经由输出端子1924与RFIC 110D连接。
接下来说明信号的流动。自振荡器130输出的基准频率信号以输入端子302、线路304、连接部306、第1阻抗变换部181、连接部308、线路141和输入端147(分支部)的顺序传输。输入到输入端147(分支部)的基准频率信号在该输入端147(分支部)分支成两个信号。
在第1分配器1401的输入端147分配得到的两个信号中的第1信号经由线路142、第1输出端148和线路143输入到第2分配器1402的输入端1472(分支部)。
在第2分配器1402的输入端1472(分支部)分配得到的两个第1信号中的一个第1信号以线路1442、第1输出端1482、线路1432、连接部3102、第2阻抗变换部1811、连接部3142、线路1911和输出端子1921的顺序传输，向RFIC 110A输入。
在输入端1472(分支部)分配得到的两个第1信号中的另一个第1信号以线路1421、第2输出端1492、线路1452、连接部3202、第2阻抗变换部1812、连接部3242、线路1912和输出端子1922的顺序传输，向RFIC 110B输入。
在第1分配器1401的输入端147分配得到的两个信号中的第2信号经由线路144、第2输出端149和线路145输入到第3分配器1403的输入端1473(分支部)。
在输入端1473(分支部)分配得到的两个第2信号中的一个第2信号以线路1443、第1输出端1483、线路1433、连接部3103、第2阻抗变换部1813、连接部3143、线路1913和输出端子1923的顺序传输，向RFIC 110C输入。
在第3分配器1403的输入端1473(分支部)分配得到的两个第2信号中的另一个第2信号以线路1422、第2输出端1493、线路1453、连接部3203、第2阻抗变换部1814、连接部3243、线路1914和输出端子1924的顺序传输，向RFIC 110D输入。
接下来说明阻抗。线路304、线路1911、线路1912、线路1913和线路1914的阻抗为Z0(第1阻抗，例如为50Ω)。
线路141、线路143、线路145、线路1432、线路1452、线路1433和线路1453的阻抗为Z1(第2阻抗，例如为25Ω)。
第1阻抗变换部181、第2阻抗变换部1811、第2阻抗变换部1812、第2阻抗变换部1813和第2阻抗变换部1814的阻抗为约35.3Ω(参照式(1))。
线路142、线路144、线路1421、线路1442、线路1422以及线路1443的阻抗为√2×Z1(例如为约35.3Ω)。
电阻器194、电阻器1942和电阻器1943的阻抗为2×Z1(例如为约35.3Ω)。
另外，第1分配器1401的一个输出端即第1输出端148与第2分配器1402的输入端1472之间未设置第1阻抗系统的线路，仅由第2阻抗系统的线路143连接。另外，第1分配器1401的另一个输出端即第2输出端149与第3分配器1403的输入端1473之间未设置第1阻抗系统的线路，仅由第2阻抗系统的线路145连接。
另外，作为变形例，也可以仅利用第2阻抗系统的线路143连接第1输出端148与第2分配器1402的输入端1472之间和第2输出端149与第3分配器1403的输入端1473之间中的任一者。另外，也可以利用例如其他阻抗系统的线路(例如第1阻抗系统的线路)连接另一者。也就是说，可以仅利用第2阻抗系统的线路143连接第1输出端148与第2分配器1402的输入端1472之间和第2输出端149与第3分配器1403的输入端1473之间中的至少一者。
在本实施方式中，如图8所示，第2分配器1402连接于第1分配器1401的两个输出端中的一个输出端即第1输出端148。第2分配器1402将由第1分配器1401分配得到的第1高频信号(上述的第1信号)进一步分配而向第1供电电路(RFIC 110A)和第2供电电路(RFIC110B)输出。
另外，第3分配器1403连接于第1分配器的两个输出端中的另一个输出端即第2输出端149。第3分配器1403将由第1分配器1401分配得到的第1高频信号(上述的第2信号)进一步分配而向第3供电电路(RFIC 110C)和所述第4供电电路(RFIC 110D)输出。因而，能将来自振荡器130的信号分配给四个RFIC 110A～110D。
另外，在本实施方式的天线模块100A中，能使分配电路150的输入侧的阻抗与分配电路150的输出侧的阻抗相同。在本实施方式中，能将分配电路150的输入侧的阻抗和分配电路150的输出侧的阻抗均设为50Ω。因而，能够减少天线模块100中的信号反射等，从而能够减少信号的损失。
另外，第1分配器1401的一个输出端即第1输出端148与第2分配器1402的输入端1472之间未设置第1阻抗系统的线路，仅由第2阻抗系统的线路143连接。另外，第1分配器1401的另一个输出端即第2输出端149与第3分配器1403的输入端1473之间未设置第1阻抗系统的线路(高阻抗系统的线路)等，仅由第2阻抗系统的线路145(低阻抗系统的线路)连接。因而，与“在第1输出端148与第2分配器1402的输入端1472之间包含第1阻抗系统的线路并且在第2输出端149与第3分配器1403的输入端1473之间包含第1阻抗系统的线路的天线模块”相比，能减少第1分配器1401和第2分配器1402之间的信号损失以及第1分配器1401和第3分配器1403之间的信号损失。
另外，在图9的例子中，四个无源元件122和RFIC的组有四个。在图9的例子中，自法线方向俯视观察天线模块100A的情况下的形状为矩形。这四个组分别配置于该矩形的四角。另外，在四个组的中央配置有第1分配器1401、第2分配器1402和第3分配器1403。利用这样的结构，能使天线模块100A小型化。
[第3实施方式]
在第3实施方式中，将连结合成芯片151与RFIC 110A～110D的线路和连结分配芯片152与RFIC 110A～110D的线路统一称为“线路组”。线路组向RFIC 110A～RFIC 110D传输来自BBIC 200(第2输出电路)的第2高频信号。在第3实施方式的天线模块中，配置有线路组的层和配置有分配电路150的层分别单独地设置。
图10是第3实施方式的天线模块100B的剖视图。天线模块100B具有接地电极GND1、接地电极GND2和接地电极GND3。在图10的例子中，在电介质基板125的厚度方向上，自配置有天线元件121的层朝向安装面126按照接地电极GND1、接地电极GND2和接地电极GND3的顺序设有接地电极GND1、接地电极GND2和接地电极GND3。接地电极GND1、接地电极GND2和接地电极GND3分别对应于“第1接地导体”、“第2接地导体”和“第3接地导体”。
在图10的例子中，线路组305(连结合成芯片151与RFIC 110A～110D的线路和连结分配芯片152与RFIC 110A～110D的线路)配置于接地电极GND1和接地电极GND2之间的层。另外，分配电路150配置于接地电极GND2和接地电极GND3之间的层。
另外，将配置有分配电路150(第1分配器1401、第2分配器1402和第3分配器1403)的层称为“分配器层DIV”。将配置有线路组305的层称为“布线层LINE”。线路组305对应于“信号线路”。
图11是表示在自形成有天线元件121和无源元件122的一侧在电介质基板125的厚度方向上进行俯视观察的情况下的线路组305和分配电路150的图。在图11的例子中，关于分配电路150的记载，记载为一个分配器。
图11的(A)表示比较例，图11的(B)表示本实施方式。在图11的(A)的比较例中，线路组和分配电路150配置在同一GND之间。在假设线路组305和分配电路150配置为在沿电介质基板125的厚度方向俯视观察时线路组305与分配电路150重叠的情况下，线路组305和分配电路150有可能发生电磁耦合。因此，如图11的(A)所示，在比较例中，需要使线路组305和分配电路150配置为在沿电介质基板125的厚度方向俯视观察的情况下线路组305与分配电路150不重叠(使线路组305绕过分配电路150)。
若为图11的(A)那样的结构，则导致在与电介质基板125的厚度方向垂直的平面(也就是图11的XY平面)中，配置线路组305的区域增大。而且，由于需要使线路组305和分配电路150配置为在沿电介质基板125的厚度方向俯视观察的情况下线路组305与分配电路150不重叠，因此也会减小线路组305的配置自由度。
因此，在本实施方式中，如图10所示，使线路组305配置于接地电极GND1和接地电极GND2之间的层。另外，使分配电路150配置于接地电极GND2和接地电极GND3之间的层。
亦如在第2实施方式中说明的那样，第1分配器1401、第2分配器1402和第3分配器1403由第2阻抗系统构成，因此能使配置第1分配器1401、第2分配器1402和第3分配器1403的电介质层(配置分配电路150的DIV层)较薄。
因而，能够追加接地电极GND3，使线路组305配置于接地电极GND1和接地电极GND2之间的层，并使分配电路150配置于接地电极GND2和接地电极GND3之间的层。
利用这样的结构，能在线路组305与分配电路150之间设置屏蔽层(在图10的例子中是接地电极GND2)。因而，如图11的(B)所示，能够配置为，在自形成有天线元件121和无源元件122的一侧沿电介质基板125的厚度方向俯视观察天线模块100的情况下，线路组305与分配电路150重叠。因而，采用第3实施方式的天线模块100B，与比较例相比，能够减小在与电介质基板125的厚度方向垂直的平面(也就是图11的XY平面)中配置有线路组305的区域。而且，采用第3实施方式的天线模块100B，不必如图11的(A)的比较例那样使线路组305绕过分配电路150，因此与该比较例相比，能够提高线路组305的配置自由度。
另外，即使在线路组305和分配电路150配置为线路组305与分配电路150重叠的情况下，也能利用接地电极GND2减少线路组305与分配电路150之间的电磁耦合。由此，能够抑制天线模块的特性下降。另外，在本实施方式中，根据天线模块的设计，也可以使线路组305和分配电路150配置为线路组305与分配电路150不重叠。
[变形例]
以上，本发明并不限定于上述的实施方式。本发明不限于上述的实施方式，能够进行各种各样的变形和应用。
(1)在本实施方式中设为具备阻抗变换部而进行了说明。但是也可以不具备阻抗变换部。采用这样的结构，与具备阻抗变换部的天线模块相比，能够降低与阻抗变换部相关的成本。
(2)在图4等中设为使阻抗变换部经由线路连接于分配器而进行了说明。例如，在图4的例子中设为使第1阻抗变换部181经由线路141连接于分配器140而进行了说明。但是，也可以使阻抗变换部不经由线路而直接连接于分配器。采用这样的结构，与具备该线路的天线模块相比，能够降低与该线路相关的成本。
(3)在图5中设为如线路304、第1阻抗变换部181和线路141那样使阻抗以50Ω、约35.3Ω和25Ω这三个阶段变化而进行了说明。但是，该阶段数也可以设为四个以上。
(4)从输出端子到分配器的第1阻抗系统的信号线路的长度也可以比从输出端子到分配器的第2阻抗系统的信号线路的长度短。例如在图5中，图5的从输出端子318到分配器140的第1阻抗系统的线路316的长度L3也可以比从输出端子318到分配器140的第2阻抗系统的线路143的长度L4短。采用这样的结构，与“L3≥L4的天线模块”相比，能够减少高频信号的损失。
(5)设为本实施方式的第1分配器1401、第2分配器1402和第3分配器1403不具有输入端侧的第2阻抗的信号线路和输出端侧的第2阻抗的信号线路而进行了说明。例如，在图5中设为第1分配器1401不具有“输入端侧的信号线路141、输出端侧的信号线路143和输出端侧的信号线路145”来作为第2阻抗的信号线路而进行了说明。但是也可以设为，第1分配器1401、第2分配器1402和第3分配器1403中的至少一者具有输入端侧的第2阻抗的信号线路和输出端侧的第2阻抗的信号线路中的至少一者的结构。例如也可以设为，第1分配器1401、第2分配器1402和第3分配器1403具有输入端侧的第2阻抗的信号线路和输出端侧的第2阻抗的信号线路这两者的结构。
(6)图13是变形例的天线模块100D的剖视图。在图2的例子中，设为利用树脂135模制第1端子电极401、第2端子电极402、第3端子电极403、第4端子电极404、第5端子电极405、RFIC 110A、110B以及钎焊凸块155而进行了说明。但是，也可以如图13所示，第1端子电极401、第2端子电极402、第3端子电极403、第4端子电极404、第5端子电极405、RFIC 110A、110B以及钎焊凸块155未被模制。在图13的例子中，RFIC 110A、110B外装于天线模块100D。RFIC 110A、110B经由钎焊凸块155连接于天线模块100D。图13的例子的天线模块100D不包含RFIC 110A、110B，包含电介质基板125、天线组123A、123B、第1端子电极401、第2端子电极402、第3端子电极403、第4端子电极404、第5端子电极405以及分配器140。在图13的例子中，天线模块100D不包含的RFIC 110A、110B以及钎焊凸块155用虚线表示。
(7)在本实施方式中，说明了RFIC 110A对应于“第1供电电路”并且RFIC 110B对应于“第2供电电路”的结构。但是，第1供电电路和第2供电电路中的至少一者也可以设为具有供给高频电力的功能的电路的一部分。
(8)在图2的天线模块100中，使配置有天线元件121和无源元件122的电介质基板与配置有分配器140的电介质基板相同而进行了说明。图12是变形例的天线模块100C安装于BBIC 200的状态的剖视图。如图12所示，在天线模块100C中，配置有天线元件121和无源元件122的电介质基板与配置有分配器140的电介质基板不同。在图12的例子中，在电介质基板125A配置有天线元件121和无源元件122，在电介质基板125B配置有分配器140。电介质基板125A和电介质基板125B经由钎焊凸块655一体化。另外，电介质基板125A和电介质基板125B也可以经由导线连接。在该情况下，电介质基板125A和电介质基板125B利用例如粘接剂等一体化。
应认为本次公开的实施方式在所有方面均为例示，并不是限制性的。本实施方式的范围由权利要求书示出，而不是由上述的实施方式的说明示出，并且意在包含与权利要求书等同的意思和范围内的所有变更。
附图标记说明
10、通信装置；100、天线模块；111A～111D、113A～113D、117、开关；112AR～112DR、低噪声放大器；112AT～112DT、功率放大器；114A～114D、衰减器；115A～115D、移相器；116、信号合成/分波器；118、混频器；119、放大电路；120、天线阵列；121、天线元件；122、无源元件；125、电介质基板；126、安装面；127、表面；128A、128B、供电线；129、布线图案；130、振荡器；135、树脂；140、分配器；150、分配电路；155、170、171、凸块；160、161、211、贯通电极；165、166、电极图案；181、第1阻抗变换部；182、183、1811、1812、1813、1814、第2阻抗变换部；1401、第1分配器；1402、第2分配器；1403、第3分配器。

Claims (10)

1.一种天线模块，其中，
所述天线模块包括：
电介质基板，其具有叠层构造；
第1天线组和第2天线组，其配置于所述电介质基板，分别包含多个天线元件；
第1供电电路和第2供电电路，其构成为分别向所述第1天线组和所述第2天线组供给高频电力；以及
分配电路，其对所输入的第1高频信号进行分配而向所述第1供电电路和所述第2供电电路输出，
所述第1供电电路和所述第2供电电路安装于所述电介质基板的安装面，
所述分配电路在所述电介质基板中配置于比配置所述第1天线组和所述第2天线组的层更靠所述安装面侧的层，
所述分配电路具有威尔金森型的第1分配器，所述第1分配器由比供该分配电路插入的信号传递系统的阻抗即第1阻抗低的第2阻抗的电路系统构成。
2.根据权利要求1所述的天线模块，其中，
所述天线模块还包括：
第1阻抗变换部，其构成为与所述分配电路的输入端连接并且将所述第1阻抗变换为所述第2阻抗；以及
第2阻抗变换部，其构成为与所述分配电路的输出端连接并且将所述第2阻抗变换为所述第1阻抗。
3.根据权利要求1或2所述的天线模块，其中，
所述天线模块还包括：
第3天线组和第4天线组，其配置于所述电介质基板，分别包含多个天线元件；以及
第3供电电路和第4供电电路，其构成为分别向所述第3天线组和所述第4天线组供给高频电力，
所述分配电路还包括：
第2分配器，其与所述第1分配器的两个输出端中的一个输出端连接，对由所述第1分配器分配得到的所述第1高频信号进一步进行分配，而向所述第1供电电路和所述第2供电电路输出；以及
第3分配器，其与所述第1分配器的两个输出端中的另一个输出端连接，对由所述第1分配器分配得到的所述第1高频信号进一步进行分配，而向所述第3供电电路和所述第4供电电路输出。
4.根据权利要求3所述的天线模块，其中，
所述第1分配器的一个输出端与所述第2分配器的输入端之间以及所述第1分配器的另一个输出端与所述第3分配器的输入端之间的至少一者仅由所述第2阻抗的信号线路连接。
5.根据权利要求1或2所述的天线模块，其中，
所述第1高频信号是在所述第1供电电路和所述第2供电电路中使用的基准频率信号，
所述天线模块还包括供所述第1高频信号输入的端子，
从所述端子到所述分配电路的所述第1阻抗的信号线路的长度比从所述端子到所述分配电路的所述第2阻抗的信号线路的长度短。
6.根据权利要求1或2所述的天线模块，其中，
所述第1供电电路和所述第2供电电路将作为基准频率信号的所述第1高频信号与第2高频信号混合，从而生成高频电力，
所述天线模块还包括配置于互不相同的层的第1接地导体、第2接地导体和第3接地导体，
传递所述第2高频信号的信号线路配置于所述第1接地导体与所述第2接地导体之间的层，
所述分配电路配置于所述第2接地导体与所述第3接地导体之间的层。
7.根据权利要求6所述的天线模块，其中，
所述信号线路配置为在俯视观察所述天线模块时与所述分配电路重叠。
8.根据权利要求1或2所述的天线模块，其中，
所述多个天线元件二维排列。
9.一种天线模块，其中，
所述天线模块包括：
电介质基板，其具有叠层构造；
第1天线组和第2天线组，其配置于所述电介质基板，分别包含多个天线元件；
第1端子电极和第2端子电极，其用于分别向所述第1天线组和所述第2天线组供给高频电力；
第3端子电极，其供第1高频信号输入；
第4端子电极和第5端子电极，其输出所述第1高频信号；以及
分配电路，其对自所述第3端子电极输入的所述第1高频信号进行分配，而向所述第4端子电极和所述第5端子电极输出，
所述第1端子电极、所述第2端子电极、所述第3端子电极、所述第4端子电极和所述第5端子电极配置于所述电介质基板的安装面，
所述分配电路在所述电介质基板中配置于比配置所述第1天线组和所述第2天线组的层更靠所述安装面侧的层，
所述分配电路具有威尔金森型的第1分配器，所述第1分配器由比供该分配电路插入的信号传递系统的阻抗即第1阻抗低的第2阻抗的电路系统构成。
10.一种通信装置，其中，
所述通信装置具备权利要求1～9中任一项所述的天线模块。
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