CN112350051A - 多频段天线和多频段天线的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多频段天线及其设计方法，其能够至少在第1中心波长λ1的第1波段和比第1中心波长λ1短的第2中心波长λ2的第2波段进行电磁波的收发，其至少1个天线单元包括第1辐射导体(11)和隔着相对介电常数为εr的电介质与第1辐射导体(11)隔开间隔地配置的第1接地导体(31)，第1辐射导体(11)和第1接地导体(31)具有包括一对相对的第1边(11c、11d、31c、31d)的平面形状，第1辐射导体的一对相对的第1边的距离Lrf1和第1接地导体的一对相对的边的距离Lg1满足0.2λ1/εr1/2≤Lrf1≤0.5λ1/εr1/2，0.7λ2/εr1/2≤Lg1≤1.25λ2/εr1/2的关系。根据本发明，能够容易进行所使用的频段的调节。

Description

多频段天线和多频段天线的设计方法
技术领域
本发明涉及多频段天线和多频段天线的设计方法。
背景技术
随着网络通信的增大、高画质的影像技术的开发和IoT技术的发展等，无线通信中要求的通信速度也在增大，需要能够收发更多的信息的高频的无线通信技术。此外，能够在各国、各地区使用的无线通信的频段不同的情况较多，为了实现无线通信设备的低成本化，需要对应多个频段的无线通信设备。或者，需要能够通过同时使用不同的频段的电波来传达更多的信息的无线通信器。
在这样的无线通信设备中，使用能够以多个不同的频段进行电波的收发的多频段天线。例如，专利文献1公开有能够确保天线性能并且实现小型化的多频段天线。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-062276号公报。
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明提供一种容易进行所使用的频段的调节的多频段天线和多频段天线的设计方法。
用于解决问题的技术手段
本发明的多频段天线能够至少在第1中心波长λ1的第1波段和比所述第1中心波长λ1短的第2中心波长λ2的第2波段进行电磁波的收发，所述多频段天线包含至少1个天线单元，所述至少1个天线单元包括：第1辐射导体；和隔着相对介电常数为εr的电介质与所述第1辐射导体隔开间隔地配置的第1接地导体，所述第1辐射导体和所述第1接地导体分别具有包括一对相对的第1边的平面形状，所述第1辐射导体的所述一对相对的第1边的距离Lrf1和所述第1接地导体的所述一对相对的边的距离Lg1满足以下关系，即：
0.2λ1/εr1/2≤Lrf1≤0.7λ1/εr1/2，
0.7λ2/εr1/2≤Lg1≤1.75λ2/εr1/2。
在一个实施方式中，所述至少1个天线单元还包括配置在所述第1辐射导体与所述第1接地导体之间的第2辐射导体。
在一个实施方式中，所述第2辐射导体具有包括一对相对的第1边的平面形状，所述第2辐射导体的所述一对相对的边的距离Lrs1满足以下关系，即：
0.2λ1/εr1/2≤Lrs1≤0.5λ1/εr1/2。
在一个实施方式中，多频段天线还包括配置在所述第1接地导体与所述第1辐射导体或所述第2辐射导体之间的用于向所述第1辐射导体和所述第2辐射导体馈电的第1条带状导体。
在一个实施方式中，多频段天线还包括配置在所述第1接地导体与所述第1辐射导体或所述第2辐射导体之间的用于向所述第1辐射导体和所述第2辐射导体馈电的第2条带状导体，所述第1条带状导体和所述第2条带状导体在彼此正交的方向上延伸。
在一个实施方式中，所述至少1个天线单元还包括第2接地导体，所述第2接地导体相对于所述第1接地导体配置在与所述第1辐射导体相反一侧，俯视时具有包围所述第1接地导体的外缘。
在一个实施方式中，所述第1接地导体与所述第2接地导体电连接。
在一个实施方式中，所述至少1个天线单元包括：设置于所述第2接地导体中的孔；馈电用导体，其以贯穿所述第2接地导体的孔的方式配置，且一端与所述第1条带状导体连接；和多个第1通孔导体，其俯视时以夹着或包围所述馈电用导体的方式配置，且连接所述第1接地导体与所述第2接地导体。
在一个实施方式中，所述至少1个天线单元包含连接所述第1接地导体与所述第2接地导体的多个第2通孔导体，俯视时，所述多个第2通孔导体以沿着第1接地导体的外周的至少一部分且与所述第1接地导体重叠的方式配置。
在一个实施方式中，所述第1辐射导体具有包括所述一对第1边和一对相对的第2边的矩形形状，所述第1辐射导体的所述一对相对的第2边的距离Lrf2满足以下关系，即：
0.2λ1/εr1/2≤Lrf2≤0.7λ1/εr1/2。
在一个实施方式中，所述第2辐射导体具有包括所述一对第1边和一对相对的第2边的矩形形状，所述第2辐射导体的所述一对相对的第2边的距离Lrs2满足以下关系，即：
0.2λ1/εr1/2≤Lrs2≤0.7λ1/εr1/2。
在一个实施方式中，所述第1接地导体的平面形状还包括一对相对的第2边，所述第1接地导体的所述一对相对的第2边的距离Lg2满足以下关系，即：
0.7λ2/εr1/2≤Lg2≤1.75λ2/εr1/2。
在一个实施方式中，多频段天线包括多个所述天线单元，所述多个天线单元沿第1方向排列。
在一个实施方式中，所述多个天线单元各自的所述第2接地导体与相邻的天线单元的所述第2接地导体连接。
在一个实施方式中，在所述多个天线单元的每一个中，所述第1辐射导体的所述一对第1边和所述第1接地导体的所述一对第1边以俯视时相对于所述第1方向成45°或－45°的角度的方式配置。
在一个实施方式中，所述多个天线单元各自的所述第1接地导体与相邻的天线单元的所述第1接地导体连接。
在一个实施方式中，所述多个天线单元各自的所述第1接地导体与相邻的天线单元的所述第1接地导体分离。
本发明的多频段天线的设计方法中，所述多频段天线能够在第1中心波长λ1的第1波段和比所述第1中心波长λ1短的第2中心波长λ2的第2波段进行电磁波的收发，所述多频段天线包含至少1个天线单元，所述至少1个天线单元包括：辐射导体；和隔着电介质与所述第1辐射导体隔开间隔地配置的第1接地导体，在所述多频段天线的设计方法中，基于所述第1中心波长λ1来确定所述第1辐射导体的尺寸，基于所述第2中心波长λ2来确定所述第1接地导体的尺寸。
在一个实施方式中，所述第1辐射导体和所述第1接地导体分别具有包括一对相对的第1边的平面形状，基于所述第1中心波长λ1和所述第2中心波长λ2，来确定所述第1辐射导体的所述一对相对的第1边的距离Lrf1和所述第1接地导体的所述一对相对的边的距离Lg1。
在一个实施方式中，所述至少1个天线单元还包括配置在所述第1辐射导体与所述第1接地导体之间的第2辐射导体，所述第2辐射导体具有包括一对相对的第1边的平面形状，基于所述第2中心波长λ2，来确定所述第2辐射导体的所述一对相对的边的距离Lrs1。
发明的效果
根据本发明，能够提供容易进行所使用的频段的调节的多频段天线和多频段天线的设计方法。
附图说明
图1是表示多频段天线的第一实施方式的一例的立体图。
图2是图1所示的多频段天线的主要部分的分解立体图。
图3是图1所示的多频段天线的俯视图。
图4是图3的IV－IV线的多频段天线的截面图。
图5A是表示第一实施方式的多频段天线的模拟结果的图。
图5B是表示第一实施方式的多频段天线的模拟结果的图。
图6A是表示第一实施方式的多频段天线的模拟结果的图。
图6B是表示第一实施方式的多频段天线的模拟结果的图。
图7是表示多频段天线的第二实施方式的一例的立体图。
图8是表示图7所示的多频段天线的主要部的分解立体图。
图9是图7所示的多频段天线的俯视图。
图10是图9的X－X线的多频段天线的截面图。
图11A是表示多频段天线的第三实施方式的一例的立体图。
图11B是表示多频段天线的第三实施方式的另一例的立体图。
图12是表示多频段天线的第四实施方式的一例的立体图。
图13是表示图12所示的多频段天线的1个天线单元的俯视图。
图14是将多频段天线的第四实施方式的另一例放大表示的立体图。
图15是表示多频段天线的第五实施方式的一例的立体图。
图16是说明从图15所示的多频段天线辐射的电磁波的强度分布的示意图。
图17是说明从图15所示的多频段天线辐射的电磁波的强度分布的示意图。
图18是表示无线通信模块的实施方式的示意的截面图。
图19是表示无线通信模块的另一实施方式的示意的截面图。
图20A是表示无线通信装置的一个实施方式的示意的俯视图。
图20B是表示无线通信装置的一个实施方式的示意的侧视图。
图21A是表示无线通信装置的另一方式的示意的俯视图。
图21B是表示无线通信装置的另一方式的示意的侧视图。
图21C是表示无线通信装置的另一方式的示意的侧视图。
附图标记的说明
11：第1辐射导体
11c、11d、12c、12d、31c、31d：第1边
11e、11f、12e、12f、31e、31f：第2边
12：第2辐射导体
21：第1条带状导体
22：第2条带状导体
23：馈电用导体
25、26：线状辐射导体
27、28：馈电导体
31：第1接地导体
32：第2接地导体
31w、32w：开口
40：电介质
41：第1通孔导体
42：第2通孔导体
55：线状天线
61：导体
62：通孔导体
63：电极
64、65：有源元件
66：无源元件
67：连接件
68：罩体
69：挠性配线
70：主板
70a：主面
70b：主面
70c～70f：侧部
101、102、102’、102”、103A、103B：多频段天线
104、105、106：多频段天线
107、107A～107D、108：无线通信模块
109、110：无线通信装置
110：无线通信装置
具体实施方式
本发明的多频段天线和多频段天线的设计方法例如能够用于准微波、厘米波、准毫米波、毫米波波段的无线通信。准微波波段的无线通信使用波长为10cm～30cm、1GHz至3GHz的频率的电波作为载波。厘米波波段的无线通信使用波长为1cm～10cm、3GHz至30GHz的频率的电波作为载波。毫米波波段的无线通信使用波长为1mm～10mm、30GHz至300GHz的频率的电波作为载波。准毫米波波段的无线通信使用波长为10mm～30mm、10GHz至30GHz的频率的电波作为载波。在这些波段的无线通信中，平面天线的尺寸为几厘米至亚毫米的级别。例如，在由多层陶瓷烧结基片构成准微波、厘米波、准毫米波、毫米波无线通信电路的情况下，能够在多层陶瓷烧结基片上安装本发明的多频段天线。
以下，在本实施方式中，只要没有另外特别说明，作为准微波、厘米波、准毫米波、毫米波的载波的一例，例示能够在第1中心波长λ1的第1波段和比第1中心波长λ1短的第2中心波长λ2的第2波段进行电磁波的收发的多频段天线。具体而言，第1波段为9.1mm～11.5mm，对应的频率为26GHz～33GHz。第2波段为7.3mm～8.3mm，对应的频率为36GHz～41GHz。以下，有时将第1波段和第2波段称为28GHz频段和38GHz频段。
在本发明中，为了说明构成要素的配置、方向等，使用右手坐标系。具体而言，第1右手坐标系具有相互正交的x、y、z轴，第2右手坐标系具有相互正交的u、v、w轴。为了区别第1右手坐标系与第2右手坐标系且确定右手系坐标的轴的顺序，对轴标注字母x、y、z和u、v、w，它们也可以称为第1、第2、第3轴。
本发明中，2个方向一致是指，2个方向形成的角度大致处于0°至约20°的范围。优选2个方向形成的角度处于0°至10°左右的范围。平行是指2个平面、2个直线或者平面与直线形成的角度处于0°至约10°的范围，更优选处于0°至约5°的范围。此外，在参照轴来说明方向时，相对于基准处于轴的+方向还是－方向是重要的情况下，区别轴的+和－地进行说明。另一方面，在是否是沿着任一个轴的方向是重要的，而不管是轴的+方向还是－方向的情况下，简单说明为“轴方向”。
(第一实施方式)
说明本发明的多频段天线的第一实施方式。图1是本发明的多频段天线101的示意立体图。图2是关于多频段天线101的主要构成要素的分解立体图。此外，图3是多频段天线101的俯视图，图4是图3的IV－IV线的截面图。
多频段天线101包括第1辐射导体11和第1接地导体31。在本实施方式中，多频段天线101还包括用于向第1辐射导体11供给电力的第1条带状导体21和第2条带状导体22。此外，如后所述，多频段天线101包括电介质40。
第1辐射导体11是平面导体，大致与xy平面平行地配置。第1辐射导体11是辐射电波的辐射元件，具有用于获得所要求的辐射特性和阻抗匹配的形状。第1辐射导体11具有包括至少一对相对的第1边11c、11d的平面形状。在本实施方式中，第1辐射导体11具有包括在x轴方向和y轴方向上大致平行的2组边的矩形形状。具体而言，第1辐射导体11具有一对相对的第1边11c、11d和一对相对的第2边11e、11f。第1边11c、11d优选相互平行，第2边11e、11f优选相互平行。此外，第1边11c、11d与第2边11e、11f优选正交。
在令电介质40的相对介电常数为εr，从第1条带状导体21和第2条带状导体22同时馈电的情况下，一对相对的第1边11c、11d的距离Lrf1满足下述式(1D)的条件。
0.2λ1/εr1/2≤Lrf1≤0.5λ1/εr1/2 (1D)
此外，优选一对相对的第2边11e、11f的距离Lrf2满足下述式(2D)的条件。
0.2λ1/εr1/2≤Lrf2≤0.5λ1/εr1/2 (2D)
Lrf2既可以与Lrf1相等，也可以不同。更优选Lrf1和Lrf2满足下述式(1D’)(2D’)的条件。
0.25λ1/εr1/2≤Lrf1≤0.4λ1/εr1/2 (1D’)
0.25λ1/εr1/2≤Lrf2≤0.4λ1/εr1/2 (2D’)
此外，在令电介质40的相对介电常数为εr，从第1条带状导体21或第2条带状导体22馈电的情况下，一对相对的第1边11c、11d的距离Lrf1满足下述式(1b)的条件。
0.3λ1/εr1/2≤Lrf1≤0.7λ1/εr1/2 (1S)
此外，优选一对相对的第2边11e、11f的距离Lrf2满足下述式(2S)的条件。
0.3λ1/εr1/2≤Lrf2≤0.7λ1/εr1/2 (2S)
Lrf2既可以与Lrf1相等，也可以不同。更优选Lrf1和Lrf2满足下述式(1’b)(2’b)的条件。
0.35λ1/εr1/2≤Lrf1≤0.6λ1/εr1/2 (1S’)
0.35λ1/εr1/2≤Lrf2≤0.6λ1/εr1/2 (2S’)
确定Lrf1和Lrf2，以使得第1辐射导体11所辐射的第1中心波长λ1的电磁波在(λ1)/2的条件下发生共振。因此，共振频率与Lrf1和Lrf2的长度相对应地移动。即，能够根据Lrf1和Lrf2的长度来调节第1波段的电磁波。
此时，根据是向第1条带状导体21和第2条带状导体22同时供给信号电力还是仅向任一条带状导体供给信号电力，所激发的电磁波的分布方向不同。在仅向第1条带状导体21和第2条带状导体22中的一个条带状导体供给信号电力的情况下，电磁波分布在与第1边11c、11d或第2边11e、11f垂直的方向上，因此确定电磁波的共振频率以使得第1边11c、11d或第2边11e、11f位于电磁波的波节点的位置。而在向第1条带状导体21和第2条带状导体22同时供给信号电力的情况下，电磁波分布在第1辐射导体11的对角线的方向上，因此确定电磁波的共振频率以使得位于第1辐射导体的对角方向上的一对顶点成为电磁波的波节点的位置。
另一方面，对于第2中心波长λ2的电磁波，Lrf1和Lrf2不满足共振条件。因此，即使Lrf1和Lrf2的长度发生变化，第2波段的电磁波的特性也不怎么变化。
如上所述，第1边11c、11d和第2边11e、11f位于电磁波的波节点，因此优选具有与电磁波的宽度相应的一定程度的长度。在第1辐射导体11具有矩形形状的情况下，第1边11c、11d的长度等于作为第2边11e、11f间的距离的Lrf2，第2边11e、11f的长度等于作为第1边11c、11d间的距离的Lrf1。
第1接地导体31为平面导体，大致与xy平面平行，在z轴方向上，隔着电介质40与第1辐射导体11隔开间隔地配置。第1接地导体31调节从第1辐射导体11辐射的电磁波的分布。俯视时(从z轴方向看时)，第1接地导体31大于第1辐射导体11，第1接地导体31的外缘包围第1辐射导体11的外侧。
第1接地导体31具有至少包括一对相对的第1边31c、31d的平面形状。在本实施方式中，第1接地导体31具有包括在x轴方向和y轴方向上大致平行的2组边的矩形形状。具体而言，第1辐射导体31具有一对相对的第1边31c、31d和一对相对的第2边31e、31f。第1边31c、31d优选相互平行，第2边31e、31f优选相互平行。此外，第1边31c、31d与第2边31e、31f优选正交。
在从第1条带状导体21和第2条带状导体22同时馈电的情况下，一对相对的第1边31c、31d的距离Lg1满足下述式(3D)的条件。
0.7λ2/εr1/2≤Lg1≤1.25λ2/εr1/2 (3D)
此外，优选一对相对的第2边31e、31f的距离Lg2满足下述式(4D)的条件。
0.7λ2/εr1/2≤Lg2≤1.25λ2/εr1/2 (4D)
Lg2既可以与Lg1相等，也可以不同。更优选Lg1、Lg2满足下述式(3’)、(4’)的条件。
0.8λ2/εr1/2≤Lg1≤1.1λ2/εr1/2 (3D’)
0.8λ2/εr1/2≤Lg2≤1.1λ2/εr1/2 (4D’)
此外，在从第1条带状导体21或第2条带状导体22进行馈电的情况下，一对相对的第1边31c、31d的距离Lg1满足下述式(3S)的条件。
1λ2/εr1/2≤Lg1≤1.75λ2/εr1/2 (3S)
此外，优选一对相对的第2边31c、31d的距离Lg2满足下述式(4S)的条件。
1λ2/εr1/2≤Lg2≤1.75λ2/εr1/2 (4S)
Lg2既可以与Lg1相等，也可以不同。更优选Lg1、Lg2满足下述式(3’b)、(4’b)的条件。
1.1λ2/εr1/2≤Lg1≤1.55λ2/εr1/2 (3S’)
1.1λ2/εr1/2≤Lg2≤1.55λ2/εr1/2 (4S’)
第1边31c、31d和第2边31e、31f大致位于从第1接地导体31辐射的第2波段的电磁波的波节点。因此，第2波段的电磁波的共振频率与Lg1和Lg2的长度相对应地移动。即，能够根据Lg1和Lg2的长度来调节第2波段的电磁波。
另一方面，第1边31c、31d和第2边32e、32f不在从第1接地导体31辐射的第1波段的电磁波的波节点。因此，即使Lg1和Lg2的长度发生变化，第1波段的电磁波的特性也不怎么变化。
如上所述，第1边31c、31d和第2边31e、31f位于电磁波的波节点，因此优选具有与电磁波的宽度相应的一定程度的长度。不过，由于第1接地导体31与第1辐射导体11相比非常大，因此即使第1接地导体31具有矩形以外的形状，也能够确保第1边31c、31d和第2边31e、31f的足够的长度。例如，第1接地导体31也可以具有八边形形状。在这种情况下，优选第1边31c、31d与第2边31e、31f以正交的方式配置。
在第1辐射导体11具有矩形形状的情况下，第1边11c、11d的长度等于作为第2边11e、11f间的距离的Lrf2，第2边11e、11f的长度等于作为第1边11c、11d间的距离的Lrf1。
根据以上说明，在向第1条带状导体21和第2条带状导体22之一或双方进行馈电，构成辐射电磁波的多频段天线的情况下，优选满足下述的条件(1)至(4)。
0.2λ1/εr1/2≤Lrf1≤0.7λ1/εr1/2 (1)
0.2λ1/εr1/2≤Lrf2≤0.7λ1/εr1/2 (2)
0.7λ2/εr1/2≤Lg1≤1.75λ2/εr1/2 (3)
0.7λ2/εr1/2≤Lg2≤1.75λ2/εr1/2 (4)
此外，在向第1条带状导体21和第2条带状导体22之一和双方进行馈电，构成辐射电磁波的多频段天线的情况下，优选满足下述的条件(1M)至(4M)。
0.3λ1/εr1/2≤Lrf1≤0.5λ1/εr1/2 (1M)
0.3λ1/εr1/2≤Lrf2≤0.5λ1/εr1/2 (2M)
1λ2/εr1/2≤Lg1≤1.25λ2/εr1/2 (3M)
1λ2/εr1/2≤Lg2≤1.25λ2/εr1/2 (4M)
第1条带状导体21和第2条带状导体22在z轴方向上，配置在第1辐射导体11与第1接地导体31之间。第1条带状导体21和第2条带状导体22与第1辐射导体11电磁耦合，供给信号电力。在本实施方式中，第1条带状导体21在x轴方向上延伸，第2条带状导体22在与第1条带状导体延伸的方向正交的方向即y轴方向上延伸。z轴方向上的第1辐射导体11与第1条带状导体21和第2条带状导体22的间隔d1例如为5μm～500μm。
第1条带状导体21和第2条带状导体22延伸的方向与第1辐射导体11的第1边11c、11d或第2边11e、11f平行，且与第1接地导体31的第1边31c、31d或第2边31e、31f平行。
在第1条带状导体21和第2条带状导体22的一端分别连接有馈电用导体23的一端23a。馈电用导体23在z轴方向延伸，插入第1接地导体31中所设置的开口31w。
虽然未图示，但是馈电用导体23的另一端23b在电介质40的位于第1接地导体31的背面31b侧的区域，与所配置的信息发送电路和信息接收电路的有源元件、无源元件、连接它们的配线连接。从信息发送电路输出的信号电力经馈电用导体23被供给至第1条带状导体21和第2条带状导体22，通过电容耦合进一步向第1辐射导体供给信号电力。
另外，在本实施方式中，多频段天线101通过电容耦合所引起的电磁耦合，从第1条带状导体21和第2条带状导体22向第1辐射导体11供给信号电力，不过向第1辐射导体11去的信号电力的供给并不限定于此。也可以代替第1条带状导体21和第2条带状导体22，利用其它方法将信号电力供给至第1辐射导体11。例如，既可以通过将供给信号电力的导体与第1辐射导体11直接连接而利用直接耦合馈电，也可以利用借助具有插槽的导体使得电磁耦合的插槽馈电。
电介质40也可以为具有1.5～100左右的相对介电常数εr的树脂、玻璃、陶瓷等。优选电介质40为层叠由树脂、玻璃、陶瓷等构成的多个层而得到的多层电介质。电介质40例如为具有多个陶瓷层的多层陶瓷体，在多个陶瓷层间设置有第1辐射导体11、第1条带状导体21、第2条带状导体22、第1接地导体31，馈电用导体23设置在1个以上的陶瓷层内。第1辐射导体11也可以设置在电介质40的主面40a，第1接地导体31也可以设置在电介质40的背面40b。电介质40内的z轴方向上的各构成要素的间隔等能够通过改变配置在各构成要素间的陶瓷层的厚度和数量来调节。
多频段天线101的电介质40以外的构成要素由具有导电性的材料形成。例如由含有Au、Ag、Cu、Ni、Al、Mo、W等金属的材料形成。
多频段天线101能够使用上述的材料的电介质和导电性材料，使用公知的技术来制作。特别是能够利用使用树脂、玻璃、陶瓷的多层(层叠)基片技术适当地制作。例如，在电介质40使用多层陶瓷体的情况下，能够适当地使用同时烧制陶瓷基片技术。换言之，多频段天线101能够作为同时烧制陶瓷基片来制作。
构成多频段天线101的同时烧制陶瓷基片既可以是低温烧制陶瓷(LTCC，LowTemperature Co-fired Ceramics)基片，也可以是高温烧制陶瓷(HTCC，High TemperatureCo-fired Ceramics)基片。从高频特性的观点出发，存在优选使用低温烧制陶瓷基片的情况。在电介质40、第1辐射导体11、第1条带状导体21、第2条带状导体22、第1接地导体31中使用与烧制温度、用途等和无线通信的频率等相应的陶瓷材料和导电性材料。用于形成这些元件的导电膏与用于形成电介质40的多层陶瓷体的生片同时烧制(Co-fired)。在同时烧制陶瓷基片为低温烧制陶瓷基片的情况下，使用能够在800℃至1000℃左右的温度范围烧结的陶瓷材料和导电性材料。例如可以为使用以Al、Si、Sr为主成分且以Ti、Bi、Cu、Mn、Na、K为副成分的陶瓷材料、以Al、Si、Sr为主成分且以Ca、Pb、Na、K为副成分的陶瓷材料、含有Al、Mg、Si、Gd的陶瓷材料、含有Al、Si、Zr、Mg的陶瓷材料。此外，还可以使用含有Ag或Cu的导电性材料。陶瓷材料的介电常数为3～15左右。在同时烧制陶瓷基片为高温烧制陶瓷基片的情况下，能够使用以Al为主成分的陶瓷材料和含有W(钨)或Mo(钼)的导电性材料。
更具体而言，作为LTCC材料，例如能够使用低介电常数(相对介电常数5～10)的Al－Mg－Si－Gd－O类电介质材料、包括由Mg2SiO4构成的结晶相和由Si－Ba－La－B－O类构成的玻璃等的电介质材料、Al－Si－Sr－O类电介质材料、Al－Si－Ba－O类电介质材料、高介电常数(相对介电常数50以上)的Bi－Ca－Nb－O类电介质材料等各种各样的材料。
例如，Al－Si－Sr－O类电介质材料在作为主成分含有Al、Si、Sr、Ti的氧化物的情况下，将作为主成分的Al、Si、Sr、Ti分别换算为Al2O3、SiO2、SrO、TiO2时，优选含有Al2O3：10～60质量％，SiO2：25～60质量％，SrO：7.5～50质量％，TiO2：20质量％以下(包含0)。此外，优选相对于其主成分100质量部，作为副成分，将Bi、Na、K、Co的组中的至少1种通过Bi2O3换算含有0.1～10质量部，通过Na2O换算含有0.1～5质量部，通过K2O换算含有0.1～5质量部，通过CoO换算含有0.1～5质量部，进一步，优选将Cu、Mn、Ag的组中的至少1种通过CuO换算含有0.01～5质量部，通过Mn3O4换算含有0.01～5质量部，含有Ag0.01～5质量部。还能够含有其它不可避杂质。
接着，说明多频段天线的动作。在多频段天线101，当向第1条带状导体21供给信号电力时，多频段天线101具有在作为与第1条带状导体21的延伸方向平行的面上扩展的强度分布，发出向z轴的正方向行进的电磁波。此外，当向第2条带状导体22供给信号电力时，多频段天线101具有在作为与第2条带状导体22的延伸方向平行的面上扩展的强度分布，发出向z轴的正方向行进的电磁波。通过选择进行馈电的条带状导体，能够有选择地辐射多频段天线101的偏波方向不同的电磁波。
此外，在向第1条带状导体21和第2条带状导体22同时供给信号电力的情况下，第1辐射导体11发出2个电磁波合成的电磁波。由于2个电磁波正交，所以接收合成后的电磁波而生成的信号能够分离为2个信号。因此，根据多频段天线101，能够利用第1条带状导体21和第2条带状导体22从第1辐射导体11辐射不同的信号电力，能够收发更多的信息。
接着，说明通过模拟求取多频段天线101的第1辐射导体11和第1接地导体31的尺寸与能够辐射的电磁波的特性的关系的一例。图5A和图5B表示将第1接地导体31的尺寸固定并使第1辐射导体11的尺寸变化的情况下所辐射的电磁波的特性。图5A表示回波损耗的频率特性，图5B表示第1辐射导体11的一片的长度与回波损耗的极小值的关系。在以下的表1中表示模拟所使用的参数的数值。
设第1辐射导体11和第1接地导体31分别具有正方形的形状并进行计算。即，Lrf1＝Lrf2，第1边11c、11d和第2边11e、11f的长度为Lrf1。同样，Lg1＝Lg2，第1边31c、31d和第2边31e、31f的长度为Lg1。
[表1]
第1辐射导体11的Lrf1和Lrf2 1、1.1、1.2、1.3、1.4mm
第1接地导体31的Lg1和Lg2 4.5mm
电介质40的相对介电常数εr 8
如图5A所示，在将第1接地导体31的尺寸固定并使第1辐射导体11的1边的长度变化的情况下，在38GHz附近可见的回波损耗的极小值Min2的位置几乎不变。与此相对，在28GHz附近可见的回波损耗的极小值Min1的位置在第1辐射导体11的1边的长度(Lrf1、Lrf2)发生变化时，大幅移动。如图5B所示，随着Lrf1变长，回波损耗的极小值Min1向低频侧移动。此外，在Lrf1为1～1.4mm的范围内，Lrf1的值与回波损耗的极小值Min1的频率为比例关系。
图6A和图6B表示在第1辐射导体11的尺寸固定并使第1接地导体31的尺寸变化的情况下所辐射的电磁波的特性。图6A表示回波损耗的频率特性，图6B表示第1接地导体31的一片的长度与回波损耗的极小值的关系。在以下的表2中表示模拟所使用的参数的数值。
[表2]
Figure BDA0002602621600000151
如图6A所示，在将第1辐射导体11的尺寸固定并使第1接地导体31的1边的长度变化的情况下，在28GHz附近可见的回波损耗的极小值Min1的位置几乎不变。与此相对，在38GHz附近可见的回波损耗的极小值Min2的位置在第1接地导体31的1边的长度(Lg1、Lg2)发生变化时，大幅移动。如图6B所示，随着Lg1变长，回波损耗的极小值Min2向低频侧移动。此外，在Lg1为4～5mm的范围内，Lg1的值与回波损耗的极小值Min2的频率为比例关系。
从这些结果可知，多频段天线101能够在2个频段进行电磁波的收发，2个频段的位置能够通过改变第1辐射导体11和第1接地导体的尺寸，具体而言一对边的距离Lrf1、Lrf2、Lg1、Lg2，来使2个频段的位置独立地移动。这表示从多频段天线101辐射的电磁波中，第1频段的电磁波与第2频段的电磁波，更具体而言28GHz频段的电磁波与38GHz频段的电磁波以不同的模式被收发。
由上述特征可知，本发明提供多频段天线的新的天线设计方法。具体而言，在设计能够在第1中心波长λ1的第1波段和比上述第1中心波长λ1短的第2中心波长λ2的第2波段进行电磁波的收发的多频段天线的情况下，基于第1中心波长λ1来确定第1辐射导体的尺寸，基于第2中心波长λ2来确定第1接地导体的尺寸即可。
例如，首先，按照要制作的多频段天线的规格，确定第1中心波长λ1和第2中心波长λ2。然后，基于第1中心波长λ1，来确定第1辐射导体11的尺寸。具体而言，确定第1辐射导体的一对相对的第1边的距离Lrf1和第2边的距离Lrf2。更具体而言，以满足式(1)、(2)的方式来确定距离Lrf1、Lrf2。此时，也可以在满足式(1)、(2)的范围内，使距离Lrf1、Lrf2变化，确定使得回波损耗的极小值Min1变得更小的距离Lrf1、Lrf2。
接着，基于第2中心波长λ2，确定第1接地导体31的尺寸。具体而言，确定第1接地导体31的一对相对的第1边的距离Lg1和第2边的距离Lg2。更具体而言，以满足式(3)、(4)的方式来确定距离Lg1、Lg2。此时，也可以在满足式(3)、(4)的范围内，使用所确定的Lg1、Lg2，使距离Lg1、Lg2变化，确定使得回波损耗的极小值Min2变得更小的距离Lg1、Lg2。
在上述的例子中，首先确定第1辐射导体11的尺寸，然后确定第1接地导体31的尺寸，也可以先确定第1接地导体31的尺寸，然后确定第1辐射导体11的尺寸。此外，只要Lrf1、Lrf2、Lg1、Lg2在满足式(1)、(2)、(3)、(4)的范围内变化，就如上述那样，第1辐射导体11的尺寸对第2频段的电磁波的辐射特性没有大的影响，第1接地导体31的尺寸对第1频段的电磁波的辐射特性没有大的影响。因此，也可以使Lrf1、Lrf2、Lg1、Lg2同时变化地进行模拟，探索回波损耗的极小值Min1、Min2的频率。
这样，根据本实施方式的多频段天线，至少使第1辐射导体11和第1接地导体31具有满足式(1)和式(3)的关系的尺寸，由此，第1频段的电磁波与第2频段的电磁波被以不同的模式收发。因此，能够独立地进行第1频段的电磁波和第2频段的位置的调节，实现容易进行所使用的频段的调节的多频段天线和多频段天线的设计方法。
(第二实施方式)
说明本发明的多频段天线的第二实施方式。图7是本发明的多频段天线102的示意立体图。图8是关于多频段天线102的主要构成要素的分解立体图。此外，图9是多频段天线102的俯视图，图10是图9的X－X线的截面图。多频段天线102还包括第2辐射导体12、第2接地导体32和多个第1通孔导体41，这与第一实施方式的多频段天线101不同。
第2辐射导体12是平面导体，大致与xy平面平行地配置。第2辐射导体12在z轴方向上位于第1辐射导体11与第1接地导体31之间。在多频段天线102包括第1条带状导体21和第2条带状导体22的情况下，第2辐射导体位于第1辐射导体11与第1条带状导体21和第2条带状导体22之间。
第2辐射导体12将从第1辐射导体11辐射的电磁波中，特别使第1波段的电磁波宽频化。第2辐射导体12具有至少包括一对相对的第1边12c、12d的平面形状。在本实施方式中，第2辐射导体12具有包括与x轴方向和y轴方向大致平行的2组边的矩形形状。具体而言，第2辐射导体12具有一对相对的第1边12c、12d和一对相对的第2边12e、12f。
一对相对的第1边12c、12d的距离Lrs1满足下述式(5)的条件。
0.2λ1/εr1/2≤Lrs1≤0.5λ1/εr1/2 (5)
此外，优选一对相对的第2边12e、12f的距离Lrs2满足下述式(6)的条件。
0.2λ1/εr1/2≤Lrs2≤0.5λ1/εr1/2 (6)
Lrs2既可以与Lrs1相等，也可以不同。更优选Lrs1和Lrs2满足下述式(5’)、(6’)的条件。
0.25λ1/εr1/2≤Lrs1≤0.4λ1/εr1/2 (5’)
0.25λ1/εr1/2≤Lrs2≤0.4λ1/εr1/2 (6’)
优选俯视时第2辐射导体12小于第1辐射导体11。即，优选第2辐射导体12的外缘位于第1辐射导体11的外缘的内侧。因此，优选Lrf1＞Lrs1，Lrf2＞Lrs2。
z轴方向上的第2辐射导体12与第1条带状导体21和第2条带状导体22的间隔d2例如为5μm～500μm。第1辐射导体11与第1条带状导体21和第2条带状导体22的间隔d1也可以与第一实施方式的多频段天线101的d1相同。
第2接地导体32是平面导体，大致与xy平面平行，在z轴方向上，相对于第1接地导体31配置在与第1辐射导体11相反侧。俯视时，第2接地导体32大于第1接地导体31，具有包围第1接地导体31的外缘。
第2接地导体32具有开口32w，馈电用导体23插入至第2接地导体32的开口32w，馈电用导体23的另一端23b位于第2接地导体32的背面32b侧。
第2接地导体32作为整个多频段天线102的接地电极，或者与第2接地导体32相比能够配置在下方的由过滤器、放大器、芯片部件、数字IC等有源元件、无源元件等构成的信息发送电路、信息接收电路等的接地电极发挥作用。
多个第1通孔导体41以在俯视时夹着或者包围各馈电用导体23的方式配置。此外，多个第1通孔导体41连接第1接地导体31与第2接地导体32。例如，在本实施方式中，以包围馈电用导体23的周围的方式配置有8个第1通孔导体41。第1通孔导体41屏蔽馈电用导体23，抑制馈电用导体23与第1接地导体31电磁耦合。
根据本实施方式的多频段天线102，具备第2辐射导体12，由此，传播作为第1波段的28GHz频段的回波损耗小的波段。即，实现28GHz帯的宽频化。此外，能够利用第2接地导体32和第1通孔导体41，将馈电用导体23的阻抗控制为恰当的值(例如50欧姆)，或抑制电磁波的不需要的共振和反射。
(第三实施方式)
说明本发明的多频段天线的第三实施方式。图11A和图11B是本发明的多频段天线103A和103B的示意立体图。本实施方式的多频段天线103A和103B作为天线单元包括多个第一实施方式的多频段天线101或第二实施方式多频段天线102，构成天线阵列。
图11A所示的多频段天线103A包括多个1维地配置的多频段天线102。在图11A，多频段天线102沿x方向配置，不过也可以沿y方向排列。在多频段天线103A中，各多频段天线102的第2接地导体32与相邻的多频段天线102的第2接地导体32连接。因此，在多频段天线103A中，第2接地导体32构成连续的1个平面导体。第1接地导体31相互分离。
图11B所示的多频段天线103B包括多个2维地配置的多频段天线102。在图11B，多频段天线102沿x方向和y轴方向的2维配置。在多频段天线103B，各多频段天线102的第2接地导体32与相邻的多频段天线102的第2接地导体32连接。因此，在多频段天线103B中，第2接地导体32构成连续的1个平面导体。
多频段天线103A、103B，作为天线单元所具有的多频段天线102的数量是任意的，图11A和图11B所示的方式是示意的一例。多频段天线103A、103B的x轴方向或y轴方向上的多频段天线102的排列间距(多频段天线102的中心间距离)例如为3mm～6mm。
多频段天线103A、103B是平面阵列天线，当向各多频段天线102按相同相位供给信号电力时，从各多频段天线102辐射的电磁波被合成，能够发出指向性更高的电磁波。另一方面，通过对输入各多频段天线102的信号电力赋予相位差和振幅差，能够控制所辐射的电磁波的分布和行进方向，即实现波束成形。根据多频段天线103A、103B，能够在第一和第二频段实现电磁波的波束成形。
(第四实施方式)
说明本发明的多频段天线的第四实施方式。图12是表示本发明的多频段天线104的示意立体图。多频段天线104作为天线单元包括沿x方向呈1维配置的多个多频段天线102’。图13是多频段天线102’的示意的俯视图。
多频段天线102’的第1接地导体31’具有八边形形状，这与第二实施方式的多频段天线102不同。多频段天线102’包括第1辐射导体11、第2辐射导体12、第1条带状导体21、第2条带状导体22、第1接地导体31’和第2接地导体32。z轴方向上的第1辐射导体11、第2辐射导体12、第1条带状导体21、第2条带状导体22、第1接地导体31’和第2接地导体32的配置与多频段天线102相同。
在多频段天线102’中，第1辐射导体11、第2辐射导体12、第1条带状导体21、第2条带状导体22，相比于多频段天线102，配置在绕z轴旋转－45±3°的方向上。因此，第1条带状导体21与第2条带状导体22处于相对于yz平面对称的位置。
在第1辐射导体11和第2辐射导体12中，第1边11c、11d、12c、12d相对于x轴成45±3°的角度，第2边11e、11f、12e、12f相对于x轴成－45±3°的角度。第1边11c、11d、12c、12d分别满足式(1)、(5)的关系，第2边11e、11f、12e、12f分别满足式(2)、(6)的关系。
第1接地导体31’分别包括一对相对的第1边31c、31d，第2边31e、31f，第3边31g、31h，第4边31i、31j。第1边31c、31d相对于x轴成45±3°的角度，与第1条带状导体21交叉。第2边31e、31f相对于x轴成－45±3°的角度，与第2条带状导体22交叉。第1边31c、31d和第2边31e、31f分别满足式(3)、(4)的关系。第3边31g、31h和第4边31i、31j分别与x轴和y轴平行。
不过，如图12所示，第1接地导体31’与相邻的多频段天线102’的第1接地导体31’在x轴方向上相互连接。具体而言，除x轴方向上的两端的多频段天线102’以外，第1接地导体31’的第4边31j与相邻的多频段天线102’的第1接地导体31’的第4边31i连接。在位于x轴方向上的两端的多频段天线102’中，第1接地导体31’的第4边31i或第4边31j与相邻的多频段天线102’的第1接地导体31’的第4边31j或31i分别连接。
在本实施方式中，多频段天线102’的第1接地导体31’与相邻的多频段天线102’的第1接地导体31’连接，不过多频段天线102’的第1接地导体31’也可以与相邻的多频段天线102’的第1接地导体31’分离。此外，第1接地导体31’具有第3边31g、31h和第4边31i、31j的八边形形状，不过也可以具有形状。例如，根据第1边11c、11d间的距离Lg1和第2边12c、12d的距离Lg2、以及多频段天线102’的x轴方向的排列间距，第1接地导体31’也可以不具有第3边31g、31h，而是使第1边31c与第2边31e相接，第1边31d与第2边31f相接。进一步，第1接地导体31’也可以不具有第4边31i、31j，而是使第1边31d与第2边31e相接，第1边31c与第2边31f相接。在这种情况下，各多频段天线102’的第1接地导体31’具有正方形形状，各边相对于x轴成45°或－45°的角度，与相邻的第1接地导体31’分离或在顶点相接。
与第一和第二实施方式同样，根据多频段天线104，至少使第1辐射导体11和第1接地导体31’具有满足式(1)和式(3)的关系的尺寸，由此，第1频段的电磁波与第2频段的电磁波以不同的模式被收发。因此，能够独立地进行第1频段的电磁波和第2频段的电磁波的中心频率(共振频率)的位置的调节，提供容易进行所使用的频段的调节的平面阵列天线及其设计方法。
此外，在多频段天线104的各多频段天线102’中，当向第1条带状导体21和第2条带状导体22同时进行信号电力的馈电时，产生具有在从xz平面以z轴为中心倾斜+45°和－45°的平面上扩展的分布的电磁波。2个电磁波的合成波在z轴的正方向具有最大强度，具有在xz平面和yz平面上扩展的强度分布。
这样，被馈电至第1条带状导体21的信号电力所引起的电磁波与被馈电至第2条带状导体22的信号电力所引起的电磁波，相对于包含作为排列方向的x轴的xz平面对称分布，因此能够抑制起因于电磁波的非对称性的电磁波的扩展，降低不希望的来自相邻天线的干涉的影响。
此外，由于位于电磁波的波节点的第1辐射导体11的第1边11c、11d、第2边11e、11f和第1接地导体31的第1边31c、31d、第2边3e、3f相对于x轴成上述的角度，所以能够抑制与从相邻的多频段天线102’辐射的电磁波的不希望的干涉等的不良影响。因此，多频段天线104能够进行指向性更高的波束成形。
能够对多频段天线104进行各种改变。图14是将作为多频段天线105的天线单元之一的多频段天线102”之一进行放大表示的立体图。多频段天线105包括多个多频段天线102”，多频段天线102”还包括连接第1接地导体31与第2接地导体32的至少1个第2通孔导体42，这与多频段天线102’不同。在本实施方式中，多频段天线102”包括多个第2通孔导体42。多个第2通孔导体42沿第1接地导体31的外缘平行地配置(既可以与外缘一致，也可以位于其内侧)，一端与第1接地导体31连接，另一端与第2接地导体32连接。也可以多个第2通孔导体42的一端与第1接地导体31连接，另一端不与第2接地导体32连接。第2通孔导体42的直径和间距也可以为与第1通孔导体41相同的尺寸。此外，在图14，也可以在多个第2通孔导体42之间设置有间隙，第2通孔导体42的侧面彼此相接。
第2通孔导体42能够形成与共振方向(在第1和第2条带状导体同时馈电的情况下为45度方向)正交的壁，添加在第2通孔导体42形成的空间内共振的效果。通过控制第2通孔导体42所围成的空间的共振方向(在第1和第2条带状导体同时馈电的情况下为45度方向)间距离，能够控制阻抗和共振频率。
多个第2通孔导体42作为屏蔽部件发挥作用，抑制从第1辐射导体11辐射的电磁波泄漏至相邻的多频段天线102”。因此，能够抑制多频段天线102”间的不良影响，实现能够进行指向性更高的波束成形的多频段天线。
(第五实施方式)
说明多频段天线的第五实施方式。图15是表示本发明的多频段天线106的示意立体图。多频段天线106是多轴天线，包括多频段天线104和多个线状天线55。多频段天线104具有与第四实施方式中说明的多频段天线104相同的结构。
多个线状天线55分别对应多频段天线104的多个多频段天线102’的1个多频段天线102’，在y轴方向上隔开间隔地配置。各线状天线55包含与x轴方向平行地延伸的1个或2个线状辐射导体。在图15所示的方式中，线状天线55包含线状辐射导体25、26。线状辐射导体25、26分别具有沿x轴方向延伸的条带状，在x轴方向接近地排列。在y轴方向上配置的1个多频段天线102’和1个线状天线55构成1个天线单元。
线状天线55为了向线状辐射导体25、26供给信号电力而进一步包含馈电导体27、28。馈电导体27、28具有沿y轴方向延伸的条带状。馈电导体27、28的一端与所排列的线状辐射导体25、26的相互相邻的一端分别连接。
从z轴方向看，线状天线55的线状辐射导体25、26既可以与第2接地导体32重叠，也可以不重叠。从z轴方向看，线状天线55的线状辐射导体25、26与第2接地导体32不重叠的情况下，优选线状天线55的线状辐射导体25、26在y轴方向上从第2接地导体32的缘离开λ/8以上。从z轴方向看，线状辐射导体25、26与第2接地导体32重叠的情况下，优选第2接地导体32与线状辐射导体25、26在z轴方向上离开λ/8以上。
线状天线55的包含馈电导体27、28的另一端的一部分从z轴方向看也可以与第2接地导体32重叠。馈电导体27、28的另一端的一个与基准电位连接，馈电导体27、28的另一端的另一个供给信号电力。线状辐射导体25、26的x轴方向的长度例如为1.2mm左右。此外，y轴方向的长度(宽度)例如为0.2mm左右。
参照图16和图17，说明多频段天线106的动作。在多频段天线106中，当通过第1条带状导体21和第2条带状导体22同时或有选择地向各天线单元的多频段天线102’发出进行信号电力的馈电时，如图16所示那样，第1辐射导体11发出作为整体在与第1辐射导体11垂直的方向、即z轴的正方向上具有最大强度的、具有强度分布F+z的电磁波。另一方面，如图17所示那样，当向各天线单元的线状天线55供给信号电力时，线状辐射导体25、26发出作为整体在y轴的正方向上具有最大强度、具有在yz面上扩展的强度分布F+y的电磁波放出。
在多频段天线106中，既可以同时使用，也可以有选择地使用多频段天线102’和线状天线55。在不优选通过同时向这些进行天线馈电，因干涉而增益下降的情况下，例如，向多频段天线102’和线状天线55供给同相位的信号电力的情况下，使用RF开关等，有选择地向多频段天线102’或线状天线55输入要收发的信号即可。
在同时使用多频段天线102’和线状天线55的情况下，优选对向多频段天线102’和线状天线55输入的信号赋予相位差。由此，能够抑制干涉，提高增益。例如，使用由二极管开关、MEMS开关等构成的移相器等，有选择地向多频段天线102’或线状天线55输入要收发的信号即可。
多频段天线106包括多个天线单元。因此，还能够进行从多频段天线102’和线状天线55辐射的电磁波的波束成形。
(第六实施方式)
说明本发明的无线通信模块的实施方式。图18是无线通信模块107的xz平面的示意的截面图。无线通信模块107例如包括第三实施方式的多频段天线106、有源元件64、65、无源元件66和连接件67。无线通信模块107也可以包括覆盖有源元件64、65和无源元件66的罩体68。罩体68由金属等构成，具有电磁屏蔽、散热器或者两方面的功能。在不要求散热的功能的情况下，也可以取代罩体68，利用树脂将有源元件64、65和无源元件66模塑成型。
在多频段天线106的电介质40的比第2接地导体32靠主面40b侧，设置有用于与多频段天线102’和线状天线55(将它们合并以附图标记60表示)连接的构成配线电路图案的导体61、通孔导体62。在主面40b设置有电极63。在图18所示的xz截面未出示线状天线55的构成要素。
有源元件64、65是DC/DC转换器、低噪声放大器(LNA)、功率放大器(PA)、高频IC等，无源元件66是电容器、线圈、RF开关等。连接件67用于连接无线通信模块107与外部。
有源元件64、65、无源元件66和连接器67通过钎焊等与多频段天线106的电介质40的主面40b的电极63连接，由此安装在多频段天线106的主面40b。通过由导体61和通孔导体62构成的配线电路、有源元件64、65、无源元件66和连接器67，来构成信号处理电路等。
在无线通信模块107中，多频段天线102’和线状天线55所靠近的主面40a位于与连接有有源元件64、65等的主面40b相反侧。因此，能够不受有源元件64、65等的影响地从多频段天线102’和线状天线55辐射电磁波，此外，能够利用多频段天线102’和线状天线55接收从外部到达的准毫米波和毫米波频段等的电波。因此，在正交的2个方向上，包括能够有选择地收发电磁波的天线，能够实现小型的无线通信模块。
在图19所示的无线通信模块108中，多频段天线106的电极63与挠性配线69电连接。挠性配线69例如是形成有配线电路的柔性电路板、同轴线缆、液晶聚合物基片等。特别是液晶聚合物由于高频特性优异，能够优选用于连向多频段天线106的配线电路。
(第七实施方式)
说明本发明的无线通信装置的实施方式。图20A和图20B是无线通信装置109的示意的俯视图和侧视图。无线通信装置109包括主板(电路基片)70和1个或多个无线通信模块107。在图13，无线通信装置109包括4个无线通信模块107A～107D。
主板70包括实现无线通信装置109的功能所需的电子电路和无线通信电路等。为了检测主板70的朝向和位置，也可以包括地磁传感器、GPS单元等。
主板70具有主面70a、70b和4个侧部70c、70d、70e、70f。主面70a、70b与第2右手坐标系的w轴垂直，侧部70c、70e与v轴垂直，侧部70d、70f与u轴垂直。在图20A，以具有长方形主面的长方体示意地表示主板70，但侧部70c、70d、70e、70f也可以分别由多个面构成。
无线通信装置109包括1个或多个无线通信模块。无线通信模块的个数能够根据在哪个方位进行电磁波的收发、收发的灵敏度如何等无线通信装置的规格、所要求的性能等来进行调节。主板70的无线通信模块的配置也能够考虑与无线通信装置的其它无线通信模块及其它功能模块的电磁干涉、配置上的干涉、借助无线通信装置的外装的情况下的电磁波的收发的灵敏度来确定任意的位置。在将无线通信模块配置在主板70的主面70a、70b的情况下，存在只要是靠近侧部70c、70d、70e、70f之一的位置就不易受到与设置在主板70的其它电路等的干涉的情况。不过，主面70a、70b的无线通信模块的配置并不限定于靠近侧部70c、70d、70e、70f的位置，也可以是主面70a、70b的中央等。
在本实施方式中，在无线通信装置109中，无线通信模块107A～107D以多频段天线106的电介质40的侧面40c靠近侧部70c、70d、70e、70f之一、电介质40的主面40a位于主板70相反侧的方式，配置在主面70a或主面70b。电介质40的侧面40c靠近线状天线55的线状辐射导体25、26，电磁波从侧面40c辐射。此外，电介质40的主面40a靠近多频段天线102的第1辐射导体11，电磁波从主面40a辐射。因此，在从无线通信模块107A～107D辐射的电磁波不易与主板70干涉的位置和方向上，在主板70配置无线通信模块107A～107D。无线通信模块107A～107D既可以在uvw方向上相互靠近，也可以分离。
例如，在图20A和图20B所示的例子中，以无线通信模块107A、107C的侧面40c靠近侧部70c、70d中的任一个侧部的方式，在主面70a上配置无线通信模块107A、107C。此外，以无线通信模块107B、107D的侧面40c靠近侧部70e、70f中的任一个侧部的方式，在主面70b上配置无线通信模块107B、107D。在本实施方式中，无线通信模块107A的侧面40c靠近侧部70c，无线通信模块107B的侧面40c靠近侧部70e。此外，无线通信模块107C的侧面40c靠近侧部70d，无线通信模块107D的侧面40c靠近侧部70f。无线通信模块107A～107D相对于主板70的中心点对称地配置。
从这样配置的无线通信模块107A～107D的多频段天线102和线状天线55辐射的电磁波的分布中的最大强度的方向如表3所示。
[表3]
无线通信模块 多频段天线102’的辐射方向 线状天线55的辐射方向
107A +w +v
107B －w －v
107C +w －u
107D －w +u
这样，能够使电磁波相对于主板70向全方位(±u、±v、±w方向)辐射。例如，只要用无线通信装置109的GPS单元来检测位置，就能够确定处于无线通信装置109的周围的位置信息已知的多个基站中最近的基站和该基站的相较于无线通信装置109的方位。此外，只要使用无线通信装置109的地磁传感器，就能够确定无线通信装置109的朝向，能够确定能够以当前的无线通信装置109的朝向，以最强的强度向所确定的要进行通信的基站辐射电磁波的无线通信模块107A～107D和多频段天线102’/线状天线55。由此，能够通过使用所确定的无线通信模块和天线进行电磁波的收发，来进行高品质的通信。
无线通信模块107A～107D也可以配置在主板70的侧部。图21A～21C是无线通信装置110的示意的俯视图和侧视图。在无线通信装置110中，无线通信模块107A～107D以多频段天线106的电介质40的侧面40c靠近主面70a或主面70b，电介质40的主面40a位于主板70相反侧的方式，配置在侧部70c～70f中的任一个侧部。
在图21A～21C所示的例子中，以无线通信模块107A、107B的侧面40c靠近主面70a、70b中的任一个主面的方式，在侧部70c、70e配置无线通信模块107A、107B。此外，以无线通信模块107C、107D的侧面40c靠近主面70a、70b中的任一个主面的方式，在侧部70d、70f配置无线通信模块107C、107D。在本实施方式中，无线通信模块107A的侧面40c靠近主面70a，无线通信模块107B的侧面40c靠近主面70b。此外，无线通信模块107C的侧面40c靠近主面70a，无线通信模块107D的侧面40c靠近主面70b。无线通信模块107A～107D关于主板70的中心点对称地配置。无线通信模块107A～107D的w轴方向的位置也可以从主板70的w轴方向的中心偏离。此外，无线通信模块107A～107D既可以与主板70的侧部70c～70f接触，也可以设置间隙地配置。
从这样配置的无线通信模块107A～107D的多频段天线102’和线状天线55辐射的电磁波的分布中的最大强度的方向如表4所示。
[表4]
无线通信模块 多频段天线102’的辐射方向 线状天线55的辐射方向
107A +v +w
107B －v －w
107C －u －w
107D +u +w
这样，在图21A～21C所示的配置中，无线通信装置110也能够使电磁波相对于主板70向全方位(±u、±v、±w方向)辐射。
无线通信装置中的无线通信模块107的配置并不限定于上述实施方式，而能够进一步进行各种改变。例如，也可以使多个无线模块中的一部分配置在主板70的主面70a、70b的至少1个主面，其余的无线模块配置在侧部70c、70d、70e、70f的至少1个侧部。
(其它方式)
第一～第七实施方式中说明的多频段天线等的特征能够适当地组合实施。此外，多频段天线中的平面天线的个数也并不限定于实施方式中示出的值。
工业上的可利用性
本发明的多频段天线能够在各种高频无线通信用的天线和包含天线的无线通信电路中适当地使用，特别优选用于准微波、厘米波、准毫米波、毫米波频段的无线通信装置。

Claims (20)

1.一种多频段天线，其特征在于：
能够至少在第1中心波长λ1的第1波段和比所述第1中心波长λ1短的第2中心波长λ2的第2波段进行电磁波的收发，
所述多频段天线包含至少1个天线单元，所述至少1个天线单元包括：
第1辐射导体；和
隔着相对介电常数为εr的电介质与所述第1辐射导体隔开间隔地配置的第1接地导体，
所述第1辐射导体和所述第1接地导体分别具有包括一对相对的第1边的平面形状，
所述第1辐射导体的所述一对相对的第1边的距离Lrf1和所述第1接地导体的所述一对相对的边的距离Lg1满足以下关系，即：
0.2λ1/εr1/2≤Lrf1≤0.7λ1/εr1/2，
0.7λ2/εr1/2≤Lg1≤1.75λ2/εr1/2。
2.如权利要求1所述的多频段天线，其特征在于：
所述至少1个天线单元还包括配置在所述第1辐射导体与所述第1接地导体之间的第2辐射导体。
3.如权利要求2所述的多频段天线，其特征在于：
所述第2辐射导体具有包括一对相对的第1边的平面形状，
所述第2辐射导体的所述一对相对的边的距离Lrs1满足以下关系，即：0.2λ1/εr1/2≤Lrs1≤0.5λ1/εr1/2。
4.如权利要求2或3所述的多频段天线，其特征在于：
还包括配置在所述第1接地导体与所述第1辐射导体或所述第2辐射导体之间的用于向所述第1辐射导体和所述第2辐射导体馈电的第1条带状导体。
5.如权利要求4所述的多频段天线，其特征在于：
还包括配置在所述第1接地导体与所述第1辐射导体或所述第2辐射导体之间的用于向所述第1辐射导体和所述第2辐射导体馈电的第2条带状导体，
所述第1条带状导体和所述第2条带状导体在彼此正交的方向上延伸。
6.如权利要求4或5所述的多频段天线，其特征在于：
所述至少1个天线单元还包括第2接地导体，所述第2接地导体相对于所述第1接地导体配置在与所述第1辐射导体相反一侧，俯视时具有包围所述第1接地导体的外缘。
7.如权利要求6所述的多频段天线，其特征在于：
所述第1接地导体与所述第2接地导体电连接。
8.如权利要求7所述的多频段天线，其特征在于，
所述至少1个天线单元包括：
设置于所述第2接地导体中的孔；
馈电用导体，其以贯穿所述第2接地导体的孔的方式配置，且一端与所述第1条带状导体连接；和
多个第1通孔导体，其俯视时以夹着或包围所述馈电用导体的方式配置，且连接所述第1接地导体与所述第2接地导体。
9.如权利要求7或8所述的多频段天线，其特征在于：
所述至少1个天线单元包含连接所述第1接地导体与所述第2接地导体的多个第2通孔导体，
俯视时，所述多个第2通孔导体以沿着第1接地导体的外周的至少一部分且与所述第1接地导体重叠的方式配置。
10.如权利要求1～9中任一项所述的多频段天线，其特征在于：
所述第1辐射导体具有包括所述一对第1边和一对相对的第2边的矩形形状，
所述第1辐射导体的所述一对相对的第2边的距离Lrf2满足以下关系，即：0.2λ1/εr1/2≤Lrf2≤0.7λ1/εr1/2。
11.如权利要求3所述的多频段天线，其特征在于：
所述第2辐射导体具有包括所述一对第1边和一对相对的第2边的矩形形状，
所述第2辐射导体的所述一对相对的第2边的距离Lrs2满足以下关系，即：0.2λ1/εr1/2≤Lrs2≤0.7λ1/εr1/2。
12.如权利要求1～11中任一项所述的多频段天线，其特征在于：
所述第1接地导体的平面形状还包括一对相对的第2边，
所述第1接地导体的所述一对相对的第2边的距离Lg2满足以下关系，即：0.7λ2/εr1/2≤Lg2≤1.75λ2/εr1/2。
13.如权利要求1～12中任一项所述的多频段天线，其特征在于：
包括多个所述天线单元，
所述多个天线单元沿第1方向排列。
14.如权利要求6～9中任一项所述的多频段天线，其特征在于：
包括多个所述天线单元，
所述多个天线单元沿第1方向排列，
所述多个天线单元各自的所述第2接地导体与相邻的天线单元的所述第2接地导体连接。
15.如权利要求14所述的多频段天线，其特征在于：
在所述多个天线单元的每一个中，所述第1辐射导体的所述一对第1边和所述第1接地导体的所述一对第1边以俯视时相对于所述第1方向成45°或－45°的角度的方式配置。
16.如权利要求15所述的多频段天线，其特征在于：
所述多个天线单元各自的所述第1接地导体与相邻的天线单元的所述第1接地导体连接。
17.如权利要求15所述的多频段天线，其特征在于：
所述多个天线单元各自的所述第1接地导体与相邻的天线单元的所述第1接地导体分离。
18.一种多频段天线的设计方法，其特征在于：
所述多频段天线能够在第1中心波长λ1的第1波段和比所述第1中心波长λ1短的第2中心波长λ2的第2波段进行电磁波的收发，
所述多频段天线包含至少1个天线单元，所述至少1个天线单元包括：
辐射导体；和
隔着电介质与所述第1辐射导体隔开间隔地配置的第1接地导体，
在所述多频段天线的设计方法中，
基于所述第1中心波长λ1来确定所述第1辐射导体的尺寸，
基于所述第2中心波长λ2来确定所述第1接地导体的尺寸。
19.如权利要求18所述的多频段天线的设计方法，其特征在于：
所述第1辐射导体和所述第1接地导体分别具有包括一对相对的第1边的平面形状，
基于所述第1中心波长λ1和所述第2中心波长λ2，来确定所述第1辐射导体的所述一对相对的第1边的距离Lrf1和所述第1接地导体的所述一对相对的边的距离Lg1。
20.如权利要求18所述的多频段天线的设计方法，其特征在于：
所述至少1个天线单元还包括配置在所述第1辐射导体与所述第1接地导体之间的第2辐射导体，
所述第2辐射导体具有包括一对相对的第1边的平面形状，
基于所述第2中心波长λ2，来确定所述第2辐射导体的所述一对相对的边的距离Lrs1。
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