DE112020003999T5

DE112020003999T5 - Antennenmodul, Kommunikationsvorrichtung, die mit demselben befestigt ist, und Schaltungsplatine

Info

Publication number: DE112020003999T5
Application number: DE112020003999.4T
Authority: DE
Inventors: Yoshiki Yamada; Kengo Onaka
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2020-07-06
Publication date: 2022-05-19
Anticipated expiration: 2040-07-07
Also published as: US20220216605A1; DE112020003999B4; KR102432311B1; CN114521307A; JP6954512B2; WO2021059661A1; CN117293530A; JPWO2021059661A1; KR20220044852A; CN114521307B

Abstract

Ein Antennenmodul (100) umfasst ein dielektrisches Substrat (130), das eine Mehrzahl von laminierten dielektrischen Schichten sowie ein Strahlungselement (121), eine Masseelektrode (GND) und Randelektroden (150) umfasst, die in oder auf dem dielektrischen Substrat (130) gebildet sind. Das Strahlungselement (121) strahlt Funkwellen in einer ersten Polarisierungsrichtung aus. Die Masseelektrode (GND) ist so angeordnet, dass dieselbe dem Strahlungselement (121) zugewandt ist. Die Randelektroden (150) sind in einer Mehrzahl von Schichten zwischen dem Strahlungselement (121) und der Masseelektrode (GND) gebildet und sind mit der Masseelektrode (GND) elektrisch verbunden. Die Randelektroden (150) sind an Positionen angeordnet, die in Bezug auf zumindest entweder eine erste Richtung parallel zu der ersten Polarisierungsrichtung oder eine zweite Richtung orthogonal zu der ersten Polarisierungsrichtung symmetrisch sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Antennenmodul und eine Kommunikationsvorrichtung, die mit dem Antennenmodul befestigt ist, und insbesondere auf eine Struktur eines Antennenmoduls, die Charakteristika einer Antenne verbessert.
Hintergrundtechnik
In der japanischen ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2018-148290 (Patentschrift 1) ist eine Antennenvorrichtung offenbart, bei der eine Mehrzahl von tafelförmigen Strahlungselementen (Patchantennen) auf einem rechteckigen Substrat gebildet ist. Bei derartigen Patchantennen, wie sie in der Patentschrift 1 offenbart sind, ist eine tafelförmige Masseelektrode so bereitgestellt, dass dieselbe den Strahlungselementen zugewandt ist, und Funkwellen werden durch elektromagnetische Feldkopplung zwischen den Strahlungselementen und der Masseelektrode ausgestrahlt.
Referenzliste
Patentschrift
Patentschrift 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2018-148290 .
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Eine derartige Antennenvorrichtung, wie sie in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2018-148290 (Patentschrift 1) offenbart ist, wird in einem tragbaren Endgerät wie beispielsweise einem Mobiltelefon oder einem Smartphone verwendet. Für ein derartiges tragbares Endgerät gibt es immer noch große Anforderungen an die Verringerung von Größe und Dicke, und dementsprechend ist eine weitere Verringerung der Größe einer Antennenvorrichtung erforderlich, die in dem tragbaren Endgerät eingebaut ist. Insbesondere in den vergangenen Jahren gab es eine Tendenz, bei der ein Bereich in einem Gehäuse, in dem die Antennenvorrichtung angeordnet werden kann, angesichts der Vergrößerung der Smartphonebildschirme eingeschränkt wird, und daher kann die Antennenvorrichtung beispielsweise in einem schmalen Bereich auf einer Seitenfläche des Gehäuses angeordnet werden.
Um die gewünschten Antennencharakteristika in einer Patchantenne zu erzielen, ist es idealerweise notwendig, eine Masseelektrode mit einer ausreichend großen Fläche im Vergleich zu einem zugewandten Strahlungselement vorzusehen. Wenn die Antennenvorrichtung in einem derartigen beschränkten schmalen Bereich wie oben beschrieben angeordnet ist, kann es jedoch unmöglich sein, eine ausreichend große Fläche der Masseelektrode im Vergleich zu dem Strahlungselement zu gewährleisten. Gleichzeitig kann es unmöglich sein, eine symmetrische Form der Masseelektrode zu erzielen, je nach dem Einbauort der Antennenvorrichtung oder einer Positionsbeziehung derselben zu peripheren Geräten. Es ist zu befürchten, dass derartige Einschränkungen der Größe und Form der Masseelektrode zu Turbulenzen der elektrischen Kraftlinien zwischen den Strahlungselementen und der Masseelektrode führen können und die Antennencharakteristika wie Gewinn, Frequenzband oder Richtwirkung beeinflussen können.
Die vorliegende Offenbarung ist erfolgt, um derartige Probleme zu lösen, und zielt darauf ab, eine Verschlechterung der Antennencharakteristika in einem Antennenmodul, in dem eine Patchantenne gebildet ist und in dem die Größe und/oder Form der Masseelektrode eingeschränkt ist, zu unterdrücken.
Lösung des Problems
Ein Antennenmodul gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein dielektrisches Substrat, das eine Mehrzahl von laminierten dielektrischen Schichten umfasst, und ein Strahlungselement, eine Masseelektrode und Randelektroden, die in oder auf dem dielektrischen Substrat gebildet sind. Das Strahlungselement strahlt Funkwellen in einer ersten Polarisierungsrichtung aus. Die Masseelektrode ist so angeordnet, dass dieselbe dem Strahlungselement zugewandt ist. Die Randelektroden sind in einer Mehrzahl von Schichten zwischen dem Strahlungselement und der Masseelektrode gebildet und sind mit der Masseelektrode elektrisch verbunden. Die Randelektroden sind an Positionen angeordnet, die in Bezug auf zumindest entweder eine erste Richtung parallel zu der ersten Polarisierungsrichtung oder eine zweite Richtung orthogonal zu der ersten Polarisierungsrichtung symmetrisch sind.
Ein Antennenmodul gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein dielektrisches Substrat, das eine Mehrzahl von laminierten dielektrischen Schichten umfasst, sowie ein erstes Strahlungselement, ein zweites Strahlungselement, eine Masseelektrode und Randelektroden, die in oder auf dem dielektrischen Substrat gebildet sind. Das erste Strahlungselement und das zweite Strahlungselement sind so angeordnet, dass dieselben aneinander angrenzen. Die Masseelektrode ist so angeordnet, dass dieselbe dem ersten Strahlungselement und dem zweiten Strahlungselement zugewandt ist. Die Randelektroden sind in einer Mehrzahl von Schichten zwischen dem ersten Strahlungselement und der Masseelektrode und einer Mehrzahl von Schichten zwischen dem zweiten Strahlungselement und der Masseelektrode gebildet und sind mit der Masseelektrode elektrisch verbunden. Die Randelektroden sind an Positionen angeordnet, die in Bezug auf zumindest entweder eine erste Richtung parallel zu einer Polarisierungsrichtung von ausgestrahlten Funkwellen oder eine zweite Richtung orthogonal zu der Polarisierungsrichtung für jedes des ersten Strahlungselements und des zweiten Strahlungselements symmetrisch sind.
Eine Schaltungsplatine gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Vorrichtung zum Zuführen von Hochfrequenzsignalen für ein Strahlungselement und umfasst ein dielektrisches Substrat, das eine Mehrzahl von laminierten dielektrischen Schichten umfasst, eine Masseelektrode und Randelektroden. Das Strahlungselement strahlt Funkwellen in einer ersten Polarisierungsrichtung aus. Die Masseelektrode ist so angeordnet, dass dieselbe dem Strahlungselement zugewandt ist. Die Randelektroden sind in einer Mehrzahl von Schichten zwischen dem Strahlungselement und der Masseelektrode gebildet und sind mit der Masseelektrode elektrisch verbunden. Die Randelektroden sind an Positionen angeordnet, die in Bezug auf zumindest entweder eine erste Richtung parallel zu der ersten Polarisierungsrichtung oder eine zweite Richtung orthogonal zu der ersten Polarisierungsrichtung symmetrisch sind.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Bei dem Antennenmodul und der Schaltungsplatine gemäß der vorliegenden Offenbarung sind die Randelektroden, die mit der Masseelektrode elektrisch verbunden sind, in der Mehrzahl von Schichten des dielektrischen Substrats zwischen dem Strahlungselement und der Masseelektrode angeordnet. Des Weiteren sind die Randelektroden an den Positionen angeordnet, die in Bezug auf zumindest entweder die erste Richtung parallel zu der Polarisierungsrichtung des Strahlungselements oder die zweite Richtung orthogonal zu der ersten Richtung symmetrisch sind. Durch das Anordnen der Randelektroden an den Positionen, die in Bezug auf das Strahlungselement symmetrisch sind, können die in dem Strahlungselement erzeugten elektrischen Kraftlinien auf diese Weise homogenisiert werden, und deshalb kann die Verschlechterung der Antennencharakteristika aufgrund der Bedingung, dass die Größe und/oder Form der Masseelektrode beschränkt sind, unterdrückt werden.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das eine Kommunikationsvorrichtung darstellt, auf die ein Antennenmodul gemäß Ausführungsbeispiel 1 angewendet wird.
2 ist eine Draufsicht auf ein erstes Beispiel des Antennenmoduls gemäß Ausführungsbeispiel 1.
3 ist eine perspektivische Seitenansicht des Antennenmoduls von 3.
4 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Zustands von elektrischen Kraftlinien zwischen einem Strahlungselement und einer Masseelektrode in dem Fall, dass keine Randelektroden vorgesehen sind.
5 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Zustands der elektrischen Kraftlinien zwischen dem Strahlungselement und der Masseelektrode in dem Fall, dass Randelektroden vorgesehen sind.
6 ist eine Draufsicht auf ein zweites Beispiel des Antennenmoduls gemäß Ausführungsbeispiel 1.
7 ist eine perspektivische Ansicht des Antennenmoduls von 6.
8 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung von Antennencharakteristika gemäß dem Vorhandensein oder der Abwesenheit der Randelektroden.
9 ist ein Diagramm, das eine erste Modifikation der Anordnung der Randelektroden darstellt.
10 ist ein Diagramm, das eine zweite Modifikation der Anordnung der Randelektroden darstellt.
11 ist eine perspektivische Ansicht eines Antennenmoduls gemäß Ausführungsbeispiel 2.
12 ist eine Draufsicht auf ein zweites Substrat in dem Fall, dass das Antennenmodul von 11 aus der X-Achsenrichtung betrachtet wird.
13 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung von Antennencharakteristika gemäß dem Vorhandensein oder der Abwesenheit der Randelektroden in Ausführungsbeispiel 2.
14 ist eine Draufsicht auf ein Antennenmodul gemäß Modifikation 1.
15 ist eine Draufsicht auf ein Antennenmodul gemäß Modifikation 2.
16 ist eine Draufsicht auf ein Antennenmodul gemäß Ausführungsbeispiel 3.
17 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Isolation von zwei Polarisierungen gemäß dem Vorhandensein oder der Abwesenheit der Randelektroden in Ausführungsbeispiel 3.
18 ist eine Draufsicht auf ein Antennenmodul gemäß Ausführungsbeispiel 4.
19 ist eine Draufsicht auf ein Antennenmodul gemäß Modifikation 3.
20 ist eine Draufsicht auf ein Antennenmodul gemäß Modifikation 4.
21 ist eine Draufsicht auf ein Antennenmodul gemäß Ausführungsbeispiel 5.
22 ist eine perspektivische Ansicht des Antennenmoduls von 21.
23 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung von Gewinncharakteristika des Antennenmoduls von Ausführungsbeispiel 5.
24 ist ein Diagramm für Veranschaulichung der Richtwirkung des Antennenmoduls von Ausführungsbeispiel 5.
25 ist eine perspektivische Seitenansicht eines Antennenmoduls gemäß Ausführungsbeispiel 6.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. In den Zeichnungen sind identische Komponenten oder entsprechende Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen, und eine Beschreibung derselben wird nicht wiederholt.
[Ausführungsbeispiel 1]
(Basiskonfiguration der Kommunikationsvorrichtung)
1 ist ein Beispiel eines Blockdiagramms, das eine Kommunikationsvorrichtung 10 darstellt, auf die ein Antennenmodul 100 gemäß Ausführungsbeispiel 1 angewendet wird. Die Kommunikationsvorrichtung 10 ist ein tragbares Endgerät wie beispielsweise ein Mobiltelefon, ein Smartphone oder ein Tablet, ein PC mit einer Kommunikationsfunktion oder dergleichen. Ein Beispiel eines Frequenzbands von Funkwellen, das für das Antennenmodul 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet werden soll, ist ein Millimeterwellenband mit einer Mittenfrequenz von beispielsweise 28 GHz, 39 GHz, 60 GHz oder dergleichen, wobei die Anwendung auf Funkwellen anderer Frequenzbänder als den oben genannten ebenfalls möglich ist.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst die Kommunikationsvorrichtung 10 das Antennenmodul 100 und eine BBIC 200, die eine Basisbandsignalverarbeitungsschaltung bildet. Das Antennenmodul 100 umfasst eine RFIC 110 als Beispiel für eine Zufuhrschaltung und eine Antennenvorrichtung 120. Die Kommunikationsvorrichtung 10 wandelt Signale, die von der BBIC 200 an das Antennenmodul 100 übertragen werden, in der RFIC 110 aufwärts in Hochfrequenzsignale um und strahlt die Signale von der Antennenvorrichtung 120 aus. Außerdem sendet die Kommunikationsvorrichtung 10 Hochfrequenzsignale, die von der Antennenvorrichtung 120 empfangen werden, an die RFIC 110, wandelt dieselben abwärts um und verarbeitet die Signale in der BBIC 200.
In 1 sind zur Vereinfachung der Beschreibung lediglich Konfigurationen darstellt, die vier Zufuhrelementen 121 aus einer Mehrzahl von Zufuhrelementen (Strahlungselementen) 121 entsprechen, die die Antennenvorrichtung 120 bilden, und Konfigurationen, die den anderen Zufuhrelementen 121 entsprechen, die eine ähnliche Konfiguration aufweisen, werden weggelassen. Obwohl in 1 ein Beispiel dargestellt ist, bei dem die Antennenvorrichtung 120 aus der Mehrzahl von Zufuhrelementen 121 gebildet ist, die in Form eines zweidimensionalen Arrays angeordnet sind, kann auch ein eindimensionales Array verwendet werden, bei dem die Mehrzahl von Zufuhrelementen 121 in einer Linie angeordnet ist. Die Antennenvorrichtung 120 kann eine Konfiguration aufweisen, bei der ein einzelnes Zufuhrelement 121 vorgesehen ist. Bei dem Ausführungsbeispiel sind die Zufuhrelemente 121 Patchantennen mit Tafelform.
Die RFIC 110 umfasst Schalter 111A bis 111D, 113A bis 113D und 117, Leistungsverstärker 112AT bis 112DT, rauscharme Verstärker 112AR bis 112DR, Dämpfungsglieder 114A bis 114D, Phasenschieber 115A bis 115D, einen Signalsynthetisierer/Verzweigungsfilter 116, einen Mischer 118 und eine Verstärkerschaltung 119.
Zum Senden der Hochfrequenzsignale werden die Schalter 111A bis 111D und 113A bis 113D auf die Seite der Leistungsverstärker 112AT bis 112DT geschaltet, und der Schalter 117 ist mit einem sendeseitigen Verstärker in der Verstärkerschaltung 119 verbunden. Zum Empfangen der Hochfrequenzsignale werden die Schalter 111A bis 111D und 113A bis 113D auf die Seite der rauscharmen Verstärker 112AR bis 112DR geschaltet, und der Schalter 117 ist mit einem empfangsseitigen Verstärker in der Verstärkerschaltung 119 verbunden.
Die von der BBIC 200 gesendeten Signale werden durch die Verstärkerschaltung 119 verstärkt und durch den Mischer 118 aufwärts umgewandelt. Sendesignale, bei denen es sich um die aufwärts umgewandelten Hochfrequenzsignale handelt, werden mit Hilfe des Signalsynthetisierers/Verzweigungsfilters 116 in vier Teile verzweigt, durch vier Signalwege geleitet und jeweils den unterschiedlichen Zufuhrelementen 121 zugeführt. Anschließend kann die Richtwirkung der Antennenvorrichtung 120 durch individuelles Einstellen in Grad der Phasenverschiebung in den Phasenschiebern 115A bis 115D eingestellt werden, die jeweils in den Signalwegen vorgesehen sind.
Empfangssignale, bei denen es sich um die Hochfrequenzsignale handelt, die durch die Zufuhrelemente 121 empfangen werden, werden jeweils durch die vier unterschiedlichen Signalwege geleitet und mit Hilfe des Signalsynthetisierers/Verzweigungsfilters 116 gemultiplext. Die gemultiplexten Empfangssignale werden durch den Mischer 118 abwärts umgewandelt, durch die Verstärkerschaltung 119 verstärkt und anschließend an die BBIC 200 übertragen.
Die RFIC 110 ist als chipintegrierte Schaltungskomponente gebildet, die beispielsweise eine oben beschriebene Schaltungskonfiguration umfasst. Alternativ können die Geräte (Schalter, Leistungsverstärker, rauscharmer Verstärker, Dämpfungsglied und Phasenschieber), die jedem der Zufuhrelemente 121 in der RFIC 110 entsprechen, als chipintegrierte Schaltungskomponente für das entsprechende Zufuhrelement 121 gebildet sein.
(Erstes Beispiel)
Unter Verwendung von 2 und 3 werden nachfolgend Details einer Konfiguration des Antennenmoduls gemäß Ausführungsbeispiel 1 beschrieben. 2 ist eine Draufsicht auf ein erstes Beispiel des Antennenmoduls 100 von Ausführungsbeispiel 1. 3 ist eine perspektivische Seitenansicht des Antennenmoduls 100. In der Draufsicht von 2 sind dielektrische Schichten weggelassen, so dass innere Elektroden sichtbar sind.
Unter Bezugnahme auf 2 und 3 umfasst das Antennenmodul 100 zusätzlich zu dem Zufuhrelement 121 und der RFIC 110 ein dielektrisches Substrat 130, eine Zufuhrverdrahtung 140, Randelektroden 150 und Masseelektroden GND1 und GND2. Bei der folgenden Beschreibung ist eine Normalrichtung (Strahlungsrichtung von Funkwellen) in Bezug auf das dielektrische Substrat 130 als die Z-Achsenrichtung definiert, und eine Ebene senkrecht zu der Z-Achsenrichtung ist durch die X-Achse und die Y-Achse definiert, In den Zeichnungen kann eine positive Richtung entlang der Z-Achse als Oberseite bezeichnet werden und eine negative Richtung kann als Unterseite bezeichnet werden.
Das dielektrische Substrat 130 ist ein Mehrschichtsubstrat aus Niedertemperatur-Co-Fired-Ceramics (low-temperature co-fired ceramics, LTCC), ein Mehrschichtharzsubstrat, das aus einer Laminierung einer Mehrzahl von Harzschichten aus Harz wie beispielsweise Epoxid oder Polyimid gebildet wird, ein Mehrschichtharzsubstrat, das aus einer Laminierung mehrerer Harzschichten aus Flüssigkristallpolymer (LCP) mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante gebildet ist, ein Mehrschichtharzsubstrat, das aus einer Laminierung mehrerer Harzschichten aus Harz auf Fluorbasis gebildet ist, oder beispielsweise ein anderes keramisches Mehrschichtsubstrat als LTCC sein.
Das dielektrische Substrat 130 hat eine im Wesentlichen rechteckige Form, und bei demselben ist das Zufuhrelement 121 in einer Schicht (Oberseitenschicht) in der Nähe einer oberen Oberfläche 131 (Oberfläche, die in der positiven Richtung entlang der Z-Achse zugewandt ist) derselben angeordnet. Das Zufuhrelement 121 kann derart ausgeführt sein, dass dasselbe auf einer Oberfläche des dielektrischen Substrats 130 freiliegt oder in einer inneren Schicht in dem dielektrischen Substrat 130 angeordnet ist, wie bei einem Beispiel von 3 gezeigt ist. Obwohl das Beispiel, bei dem lediglich die Zufuhrelemente als Strahlungselemente verwendet werden, für eine leichtere Beschreibung als Ausführungsbeispiel 1 beschrieben ist, kann eine Konfiguration übernommen werden, bei der zusätzlich zu den Zufuhrelementen passive Elemente und/oder parasitäre Elemente vorgesehen sind.
In einer Schicht (Unterseitenschicht), die näher zu einer unteren Oberfläche 132 (Oberfläche, die in der negativen Richtung entlang der Z-Achse zugewandt ist) als das Zufuhrelement 121 in dem dielektrischen Substrat 130 gelegen ist, ist die tafelförmige Masseelektrode GND2 so angeordnet, dass dieselbe dem Zufuhrelement 121 zugewandt ist. Die Masseelektrode GND1 ist in einer Schicht zwischen dem Zufuhrelement 121 und der Masseelektrode GND2 angeordnet.
Eine Schicht zwischen der Masseelektrode GND1 und der Masseelektrode GND2 wird als Verdrahtungsbereich verwendet. In dem Verdrahtungsbereich ist eine Verdrahtungsstruktur 170 angeordnet, wobei die Verdrahtungsstruktur 170 die Zufuhrverdrahtung bildet, um die Hochfrequenzsignale dem Strahlungselement zuzuführen, Stichleitungen und Filter, die mit der Zufuhrverdrahtung verbunden werden sollen, eine Verbindungsverdrahtung, die mit anderen elektronischen Komponenten verbunden werden soll, und dergleichen. Eine unnötige Kopplung zwischen dem Zufuhrelement 121 und der Verdrahtungsstruktur 170 kann unterdrückt werden, indem der Verdrahtungsbereich in der dielektrischen Schicht gegenüber dem Zufuhrelement 121 in Bezug auf die Masseelektrode GND1 auf diese Weise gebildet wird.
Unterhalb der unteren Oberfläche 132 des dielektrischen Substrats 130 ist die RFIC 110 mit zwischen denselben angeordneten Löthöckern 160 befestigt. Die RFIC 110 kann mit dem dielektrischen Substrat 130 unter Verwendung von Mehrpolverbindern anstelle einer Lötverbindung verbunden sein.
Die Hochfrequenzsignale werden von der RFIC 110 durch die Zufuhrverdrahtung 140 hindurch einem Speisepunkt SP1 des Zufuhrelements 121 zugeführt. Die Zufuhrverdrahtung 140 führt von der RFIC 110 durch die Masseelektrode GND2 hindurch und erstreckt sich in dem Verdrahtungsbereich. Ferner führt die Zufuhrverdrahtung 140 von unmittelbar unterhalb des Zufuhrelements 121 durch die Masseelektrode GND1 hindurch und ist mit dem Speisepunkt SP1 des Zufuhrelements 121 verbunden.
Bei dem Beispiel von 2 und 3 ist der Speisepunkt SP1 des Zufuhrelements 121 an einer Position angeordnet, die von einer Mitte des Zufuhrelements 121 in einer positiven Richtung entlang der Y-Achse versetzt ist. Bei Anordnung des Speisepunkts SP1 an einer derartigen Position werden Funkwellen mit einer Polarisierungsrichtung entlang der Y-Achse von dem Zufuhrelement 121 ausgestrahlt.
Die Randelektroden 150 sind in Endabschnitten des dielektrischen Substrats 130 und in einer Mehrzahl von dielektrischen Schichten zwischen dem Zufuhrelement 121 und der Masseelektrode GND1 gebildet. In dem Antennenmodul 100 sind die Randelektroden 150 bei Draufsicht in Normalrichtung (positive Richtung entlang der Z-Achse) in Bezug auf das dielektrische Substrat 130 entlang der Seiten des rechteckigen Zufuhrelements 121 angeordnet. Die Randelektroden 150, die entlang der Seiten angeordnet sind, sind an Positionen angeordnet, die in Bezug auf die Polarisierungsrichtung (Y-Achsenrichtung) des Zufuhrelements 121 und einer Richtung (X-Achsenrichtung) orthogonal zu der Polarisierungsrichtung symmetrisch sind.
Bei Draufsicht auf das dielektrische Substrat 130 sind die Randelektroden 150 so angeordnet, dass dieselben in einer Laminierrichtung überlagert sind. Das heißt, die Randelektroden 150 bilden eine virtuelle Leiterwand entlang der Seiten des dielektrischen Substrats 130. Die Randelektroden 150, die in der Laminierrichtung angrenzen, sind durch Durchgangslöcher 155 elektrisch miteinander verbunden. Ferner sind die Randelektroden 150 auf der Unterseite mit der Masseelektrode GND1 durch die Durchgangslöcher 155 elektrisch verbunden. Das heißt, die Randelektroden 150 weisen im Wesentlichen eine Konfiguration auf, die äquivalent zu einer Konfiguration ist, bei der Endabschnitte der Masseelektrode GND1 in der Laminierrichtung erweitert sind. Im Übrigen weisen die Randelektroden 150 gegebenenfalls keine identische Form auf, und die Größe der Elektroden kann bei Annäherung an die Masseelektrode GND in der Laminierrichtung des dielektrischen Substrats 130 beispielsweise zunehmen.
In dem Antennenmodul sind die Durchgangslöcher 155, die in den in der Laminierrichtung angrenzenden dielektrischen Schichten gebildet sind, vorzugsweise so angeordnet, dass dieselben bei Draufsicht in Normalrichtung in Bezug auf das dielektrische Substrat 130 nicht überlappen. Elektrisches Leitmaterial (typischerweise Kupfer), das die Durchgangslöcher 155 bildet, zeigt bei Druckbeaufschlagung eine geringere Kompressibilität als das dielektrische Material auf. Deshalb zeigen, wenn das dielektrische Substrat 130 zum Druckbonden der dielektrischen Schichten gepresst wird, in dem Fall, dass alle Durchgangslöcher 155 in den Schichten bei Draufsicht in Normalrichtung in Bezug auf das dielektrische Substrat 130 an denselben Positionen angeordnet sind, Abschnitte, die aus den Durchgangslöchern 155 bestehen, im Vergleich zu anderen dielektrischen Abschnitten eine geringere Dickenabnahmerate auf, was eine Schwankung der Dicke in dem gesamten dielektrischen Substrat 130 bewirken kann. Somit kann die Dickengenauigkeit des dielektrischen Substrats 130, das einer Formbildung unterzogen wurde, erhöht werden, indem die Durchgangslöcher 155 in den dielektrischen Schichten, die in Laminierrichtung aneinander grenzen, an verschiedenen Positionen wie oben beschrieben angeordnet werden.
Elektrische Verbindungen zwischen den Randelektroden 150 und zwischen den Randelektroden 150 und der Masseelektrode GND1 sind nicht auf direkte Verbindungen durch die Durchgangslöcher 155 hindurch beschränkt und können eine Konfiguration umfassen, bei der einige oder alle der Verbindungen durch kapazitive Kopplung erreicht werden.
Von einer Patchantenne mit einem derartigen tafelförmigen Strahlungselement werden Funkwellen mittels elektromagnetischer Feldkopplung zwischen dem Strahlungselement und der Masseelektrode ausgestrahlt. Um die gewünschten Antennencharakteristika zu erreichen, ist es notwendig, die Masseelektrode mit einer ausreichend großen Fläche im Vergleich zu dem zugewandten Strahlungselement zu versehen.
Andererseits gibt es bei tragbaren Endgeräten wie beispielsweise Mobiltelefonen oder Smartphones, in denen Patchantennen verwendet werden, immer noch große Anforderungen an die Verringerung von Größe und Dicke, so dass eine weitere Verringerung der Größe von Antennenvorrichtungen erforderlich ist, die in den tragbaren Endgeräten eingebaut sind.
Wenn die Antennenvorrichtung jedoch in einem begrenzen Raum in einem Gehäuse untergebracht ist, kann es unmöglich sein, eine ausreichend große Fläche der Masseelektrode im Vergleich zu dem Strahlungselement zu gewährleisten. Gleichzeitig kann es unmöglich sein, eine symmetrische Form der Masseelektrode zu erzielen, je nach dem Einbauort der Antennenvorrichtung oder einer Positionsbeziehung derselben zu peripheren Geräten. Es ist zu befürchten, dass derartige Einschränkungen der Größe und Form der Masseelektrode zu Turbulenzen der elektrischen Kraftlinien zwischen dem Strahlungselement und der Masseelektrode führen und die Antennencharakteristika wie Gewinn, Frequenzband oder Richtwirkung beeinflussen können.
4 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Zustands der elektrischen Kraftlinien zwischen dem Strahlungselement und der Masseelektrode in dem Fall, dass im Vergleich zu dem Strahlungselement keine ausreichende Fläche der Masseelektrode gewährleistet werden kann. Wenn Hochfrequenzsignale dem Zufuhrelement 121 (Strahlungselement) zugeführt werden, kommt es zu einer elektromagnetischen Feldkopplung zwischen Endabschnitten des Zufuhrelements 121 und der Masseelektrode GND1. Dann werden elektrische Kraftlinien von einem Endabschnitt des Zufuhrelements 121 an die Masseelektrode GND1 ausgestrahlt, und der andere Endabschnitt empfängt elektrische Kraftlinien von der Masseelektrode GND1.
Falls die Masseelektrode GND1 im Vergleich zu dem Zufuhrelement 121 eine ausreichend große Fläche aufweist, sind elektrische Kraftlinien vorhanden und werden auf einer Oberfläche der Masseelektrode GND1 empfangen, die dem Zufuhrelement 121 zugewandt ist. Wenn jedoch keine ausreichende Fläche der Masseelektrode GND1 gewährleistet werden kann, kann ein Teil der elektrischen Kraftlinien zu einer hinteren Oberfläche der Masseelektrode GND1 verlaufen, wie in 4 dargestellt ist. In einem derartigen Fall kann eine Erhöhung des Anteils von Funkwellen, die zu einer Seite der hinteren Oberflächen der Antennenvorrichtung ausgestrahlt werden, aufgrund einer Störung der Richtwirkung, einer Verringerung der Frequenzbandbreite oder einer Schwankung in der Polarisierungsrichtung, beispielsweise zirkuläre Polarisation, zu einer Verschlechterung des Antennengewinns in einer gewünschten Richtung führen.
In dem Antennenmodul 100 von Ausführungsbeispiel 1 sind die Randelektroden 150, die mit der Masseelektrode GND1 elektrisch verbunden sind, wie in 5 in den Schichten zwischen dem Zufuhrelement 121 und der Masseelektrode GND1 angeordnet. Abstände zwischen den Randelektroden 150 und dem Zufuhrelement 121 sind kürzer als ein Abstand zwischen der Masseelektrode GND1 und dem Zufuhrelement 121, und somit weisen die Randelektroden 150 im Hinblick auf die elektromagnetische Feldkopplung mit dem Zufuhrelement ein größeres Ausmaß auf als die Masseelektrode GND11. Dementsprechend werden die elektrischen Kraftlinien, die zu der Seite der hinteren Oberflächen der Masseelektrode GND von 4 verlaufen, in Richtung zu und von den Randelektroden 150 in 5 erzeugt. Auf diese Weise wird die Strahlung von Funkwellen zu der Seite der hinteren Oberflächen der Antennenvorrichtung unterdrückt, so dass die Verschlechterung der Antennencharakteristika, zum Beispiel des Gewinns, unterdrückt werden kann.
Die Randelektroden 150 sind an den Positionen platziert, die in Bezug auf die Polarisierungsrichtung der Funkwellen und/oder zu der Richtung orthogonal zu der Polarisierungsrichtung symmetrisch sind. Dadurch kann die Symmetrie der elektrischen Kraftlinien, die zwischen dem Zufuhrelement 121 und der Masseelektrode GND1 erzeugt werden, verbessert werden, so dass die Schwankung der Polarisierungsrichtung unterdrückt werden kann.
Bei einer Freiraumwellenlänge der Funkwellen, die von dem Zufuhrelement 121 ausgestrahlt werden, die als λ₀ definiert ist, sind die Randelektroden 150 vorzugsweise unter der Bedingung vorgesehen, dass eine Länge (Abstand LG in 2) von einer Oberflächenmitte CP des Zufuhrelements 121 zu einem Endabschnitt der Masseelektrode GND1 entlang der Polarisierungsrichtung kleiner als λ₀/2 ist.
(Zweites Beispiel)
6 und 7 sind Diagramme, die ein zweites Beispiel des Antennenmoduls gemäß Ausführungsbeispiel 1 veranschaulichen. 6 ist eine Draufsicht auf ein Antennenmodul 100A, und 7 ist eine perspektivische Ansicht des Antennenmoduls 100A. In 6 sowie in 7 werden die dielektrischen Schichten zur leichteren Beschreibung weggelassen.
Das Antennenmodul 100A von 6 ist ein Beispiel, bei dem die Größen der Masseelektroden im Vergleich zu dem Antennenmodul 100 von 2 weiter eingeschränkt sind, und Abstände zwischen den Endabschnitten des Zufuhrelements 121 und den Endabschnitten der Masseelektrode GND1 bei Draufsicht weiter verengt sind, unter der Bedingung, dass das Zufuhrelement 121 wie in dem Antennenmodul 100 angeordnet ist.
Deshalb weist das Antennenmodul 100A eine Konfiguration auf, bei der das Zufuhrelement 121 mit einer Neigung von 45° um die Z-Achse mit der Oberflächenmitte CP des Speiseelements 121 als Zentrum angeordnet ist, damit die Abstände von der Oberflächenmitte CP des Zufuhrelements 121 zu den Endabschnitten der Masseelektrode GND1 in der Polarisierungsrichtung so lang wie möglich sein können. Das heißt, der Speisepunkt SP1 wird an einer Position angeordnet, die von der Oberflächenmitte CP des Zufuhrelements 121 um gleiche Abstände in der negativen Richtung entlang der X-Achse und der positiven Richtung entlang der Y-Achse versetzt ist. In dem Antennenmodul 100A ist daher die Polarisierungsrichtung eine Richtung (Richtung entlang einer Strichpunktlinie CL1 in 6), die sich aus einer 45°-Neigung der positiven Richtung entlang der Y-Achse in die negative Richtung entlang der X-Achse ergibt. Eine derartige Anordnung des Zufuhrelements 121 ermöglicht es, die Abstände zwischen den Endabschnitten des Zufuhrelements 121 und den Endabschnitten der Masseelektrode GND1 bei Draufsicht zu gewährleisten und die Verringerung der Frequenzbandbreite zu unterdrücken.
In dem Antennenmodul 100A wird das Zufuhrelement 121 dazu gebracht, als Ergebnis der Neigung des Zufuhrelements 121 von einer Ausdehnung der Masseelektrode GND1 (d. h., einer Ausdehnung des dielektrischen Substrats 130) vorzustehen, und somit werden vier Eckabschnitte des quadratischen Zufuhrelements 121 abgeschnitten, so dass das Zufuhrelement 121 im Wesentlichen wie ein Achteck geformt ist.
In dem Antennenmodul 100A sind Randelektroden 150A, die im Wesentlichen wie rechtwinklige Dreiecke geformt sind, entlang der Seiten des Zufuhrelements 121, die sich entlang der Polarisierungsrichtung erstrecken, und den Seiten desselben, die orthogonal zu der Polarisierungsrichtung sind, und in Schichten zwischen dem Zufuhrelement 121 und der Masseelektrode GND1 angeordnet. Die Randelektroden 150A sind so angeordnet, dass die Hypotenusen derselben in eine erste Richtung parallel zu der Polarisierungsrichtung gewandt sind oder in eine zweite Richtung orthogonal zu der Polarisierungsrichtung gewandt sind. Eine derartige Anordnung der Randelektroden 150A an Positionen, die in Bezug auf die Polarisierungsrichtung der Funkwellen und/oder die Richtung orthogonal zu der Polarisierungsrichtung symmetrisch sind, erhöht das Ausmaß der Kopplung zwischen dem Zufuhrelement 121 und der Masseelektrode GND1 und verbessert die Symmetrie der elektrischen Kraftlinien, die zwischen dem Zufuhrelement 121 und der Masseelektrode GND1 erzeugt werden, so dass die Verschlechterung der Antennencharakteristika unterdrückt werden kann.
Obwohl die Randelektroden 150A in 6 und 7 im Wesentlichen wie ein rechtwinkliges Dreieck geformt sind, können die Randelektroden die Form eines anderen Dreiecks als die eines rechtwinkligen Dreiecks haben oder wie in 2 rechteckig sein. Vorzugsweise sollte eine Größe der Randelektroden 150 größer als oder gleich einer Länge einer zugewandten Seite des Zufuhrelements 121 sein. Da die Freiraumwellenlänge von Funkwellen, die von dem Zufuhrelement 121 ausgestrahlt werden, als λ₀ definiert ist, sind die Randelektroden 150A vorzugsweise unter der Bedingung vorgesehen, dass eine Länge (Abstand LGA in 7) von der Oberflächenmitte CP des Zufuhrelements 121 zu einem Endabschnitt der Masseelektrode GND1 entlang der Polarisierungsrichtung (Richtung entlang der Strichpunktlinie CL1 in 6) kleiner als λ₀/2 ist.
(Vergleich der Antennencharakteristika)
Anhand von 8 werden Antennencharakteristika gemäß dem Vorhandensein oder der Abwesenheit von Randelektroden beschrieben. In 8 sind Ergebnisse von Simulationen mit einer Konfiguration des Antennenmoduls 100A des in 6 dargestellten zweiten Beispiels und des Vergleichsbeispiels 1 dargestellt, das keine Randelektroden umfasst. In 8 sind perspektivische Ansichten von Antennenmodulen, Draufsichten auf dieselben, Stromverteilungsdiagramme bezüglich der Masseelektrode und Antennengewinne in absteigender Reihenfolge von oben dargestellt. Bei den Stromverteilungsdiagrammen sind Konturlinien, die jeweils Ströme mit gleicher Stärke bezeichnen, als gestrichelte Linien dargestellt. Bei den Antennengewinnen sind Spitzengewinne mit den Winkeln aus der Strahlungsrichtung (Z-Achsenrichtung) in einer X-Y-Ebene dargestellt, deren Ursprung in der Oberflächenmitte des Zufuhrelements 121 liegt.
In einem Antennenmodul 100#1 von Vergleichsbeispiel 1 ist unter Bezugnahme auf 8 die Anordnung des Zufuhrelements 121 und der Masseelektrode GND1 ähnlich wie bei dem Antennenmodul 100A, während die Randelektroden 150A nicht vorgesehen sind. Deshalb kann ein Teil der elektrischen Kraftlinien in dem Antennenmodul 100#1 von Vergleichsbeispiel 1 zu der hinteren Oberfläche der Masseelektrode GND1 verlaufen. In dem Antennenmodul 100#1 von Vergleichsbeispiel 1 sind dementsprechend die Gewinne auf der Seite der hinteren Oberfläche (insbesondere zwischen 120° und 180°) erhöht, und ein Spitzengewinn beträgt insgesamt 4,8 [dBi]. In dem Antennenmodul 100A mit den Randelektroden 150A dagegen sind die Gewinne auf der Seite der hinteren Oberfläche verringert, und der Spitzengewinn verbessert sich insgesamt auf 5,3 [dBi]. Das heißt, es wird beobachtet, dass die elektrischen Kraftlinien, die zu der Seite der hinteren Oberfläche verlaufen, durch die Randelektroden 150A unterdrückt werden.
Sowohl in dem Antennenmodul 100A als auch in dem Antennenmodul 100#1 von Vergleichsbeispiel 1 ist eine Abmessung der Masseelektrode GND1 entlang der Y-Achsenrichtung kleiner als eine Abmessung derselben entlang der X-Achsenrichtung, und eine Form der Masseelektrode ist in Bezug auf die Polarisierungsrichtung, die durch die Oberflächenmitte CP des Zufuhrelements 121 verläuft, asymmetrisch. Dementsprechend hat eine Stromverteilung in der Masseelektrode des Antennenmoduls 100#1 die Form einer verzerrten Ellipse mit einer Nebenachse entlang der Y-Achsenrichtung. In dem Antennenmodul 100A von Ausführungsbeispiel 1 sind dagegen die Randelektroden 150A an Positionen angeordnet, die in Bezug auf die Polarisierungsrichtung und die Richtung orthogonal zu der Polarisierungsrichtung symmetrisch sind. Dementsprechend wird beobachtet, dass eine Stromverteilung in der Masseelektrode im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel 1 einem echten Kreis näher kommt und die Symmetrie der Ströme verbessert ist.
Die symmetrische Anordnung der Randelektroden, die mit der Masseelektrode elektrisch verbunden sind, ermöglicht somit eine Unterdrückung der elektrischen Kraftlinien, die zwischen dem Strahlungselement und der Masseelektrode erzeugt werden und zu der hinteren Oberfläche verlaufen, und eine Verbesserung der Symmetrie der elektrischen Kraftlinien, selbst wenn die Fläche der Masseelektrode im Vergleich zu dem Strahlungselement nicht ausreichend groß gestaltet werden kann und/oder selbst wenn die Masseelektrode in Bezug auf die Polarisierungsrichtung, die durch die Oberflächenmitte des Zufuhrelements verläuft, asymmetrisch ist. Auf diese Weise kann die Verschlechterung der Antennencharakteristika unter der Bedingung, dass die Größe und/oder Form der Masseelektrode eingeschränkt ist, unterdrückt werden.
(Modifikation)
9 ist ein Diagramm (perspektivische Seitenansicht), das eine erste Modifikation der Anordnung der Randelektroden zeigt. In einem Antennenmodul 100B von 9 ist die Anordnung der Randelektroden in Bezug auf die Laminierrichtung anders als bei dem in 3 dargestellten Antennenmodul 100. Genauer gesagt ist in dem Antennenmodul 100B, je näher eine dielektrische Schicht, in der eine Randelektrode 150B gebildet ist, an der Masseelektrode GND 1 liegt, desto weiter innen in dem dielektrischen Substrat 130 die Randelektrode 150B angeordnet. Anders gesagt sind die Randelektroden 150B so angeordnet, dass dieselben in der Draufsicht in Normalrichtung in Bezug auf das dielektrische Substrat 130 mit Annäherung an die Masseelektrode GND1 nahe an das Zufuhrelement 121 gelangen.
Bei einer derartigen Konfiguration kann auch das Ausmaß der Kopplung zwischen dem Zufuhrelement 121 und der Masseelektrode GND1 erhöht werden, so dass die Antennencharakteristika verbessert werden können. Ferner sind die von dem Zufuhrelement 121, der Masseelektrode GND1 und einer Leiterwand der Randelektrode 150C umgebenen Dielektrika im Vergleich zu der in 2 dargestellten Konfiguration des Antennenmoduls 100 mengenmäßig reduziert, so dass die elektrostatische Kapazität zwischen dem Zufuhrelement 121 und der Masseelektrode GND1 verringert ist. Dadurch wird eine Erhöhung der Frequenzbandbreite der ausgestrahlten Funkwellen ermöglicht.
10 ist ein Diagramm (Draufsicht), das eine zweite Modifikation der Anordnung der Randelektroden zeigt. In einem Antennenmodul 100C von 10 ist im Vergleich zu dem in 2 dargestellten Antennenmodul 100 eine Randelektrode 150C so angeordnet, dass dieselbe eine Schleife um das Zufuhrelement 121 bildet. Durch eine derartige Form der Randelektrode werden auch die elektrischen Kraftlinien, die zu der Seite der hinteren Oberfläche verlaufen, unterdrückt, und die Symmetrie der elektrischen Kraftlinien kann verbessert werden, da die Randelektrode an Positionen angeordnet ist, die in Bezug auf die Polarisierungsrichtung und die Richtung orthogonal zu der Polarisierungsrichtung symmetrisch sind. Dementsprechend können die Antennencharakteristika verbessert werden.
[Ausführungsbeispiel 2]
Bei Ausführungsbeispiel 1 wurde die Konfiguration beschrieben, bei der das Strahlungselement einzeln vorgesehen ist. Bei Ausführungsbeispiel 2 wird eine Konfiguration beschrieben, bei der Randelektroden in einer Arrayantenne mit einer Mehrzahl von Strahlungselementen vorgesehen sind.
11 ist eine perspektivische Ansicht eines Antennenmoduls 100D gemäß Ausführungsbeispiel 2. Unter Bezugnahme auf 11 ist eine Antennenvorrichtung 120A des Antennenmoduls 100D eine Arrayantenne, bei der eine Mehrzahl von Zufuhrelementen 121 auf einem dielektrischen Substrat 130A angeordnet ist, das im Wesentlichen wie ein Buchstabe L geformt ist.
Das dielektrische Substrat 130A umfasst ein erstes Substrat 1301 und ein zweites Substrat 1302, die sich in Normalrichtung voneinander unterscheiden und bei denen es sich um tafelförmige und gekrümmte Abschnitte 135 handelt, um das erste Substrat 1301 und das zweite Substrat 1302 zu verbinden.
Das erste Substrat 1301 ist eine rechteckige flache Platte, deren Normalrichtung entlang der Z-Achsenrichtung verläuft und auf der vier Zufuhrelemente 121 entlang der Y-Achsenrichtung angeordnet sind. Die RFIC 110 ist auf einer Seite der hinteren Oberfläche des ersten Substrats 1301 angeordnet.
Das zweite Substrat 1302 ist eine flache Platte, deren Normalrichtung entlang der X-Achsenrichtung verläuft und auf der vier Zufuhrelemente 121 entlang der X-Achsenrichtung angeordnet sind. In dem zweiten Substrat 1302 sind in Abschnitten, die mit den gekrümmten Abschnitten 135 verbunden werden sollen, Ausschnittabschnitte 136 gebildet und vorstehende Abschnitte 133 gebildet, die in der positiven Richtung entlang der Z-Achse von den Ausschnittabschnitten 136 vorstehen. Zumindest ein Abschnitt jedes der Zufuhrelemente 121, die auf dem zweiten Substrat 1302 angeordnet sind, ist auf den vorstehenden Abschnitten 133 gebildet.
Eine derartige Konfiguration wird für ein Gerät verwendet, das wie eine dünne Platte geformt ist, beispielsweise ein Smartphone, und das Funkwellen in zwei Richtungen von einer Hauptoberflächenseite und einer Seitenoberflächenseite ausstrahlt. In dem Antennenmodul 100D entspricht das erste Substrat 1301 der Hauptoberflächenseite, und das zweite Substrat 1302 entspricht der Seitenoberflächenseite. Auf dem zweiten Substrat 1302, das bei dieser Konfiguration auf der Seitenoberflächenseite angeordnet ist, ist aufgrund einer Beschränkung der Abmessungen des Geräts entlang der Dickenrichtung, d. h. der Z-Achsenrichtung, die Masseelektrode GND1 mit ausreichender Fläche unter Umständen nicht gewährleistet. Darüber hinaus sorgen die Ausschnittabschnitte 136 zum Verbinden mit den gekrümmten Abschnitten 135 für eine asymmetrische Form der Masseelektrode GND1 in Bezug auf die Polarisierungsrichtung, die durch die Oberflächenmitte jedes der Zufuhrelemente 121 verläuft, und sorgen außerdem für eine unterschiedliche Form der Masseelektrode GND1 für jedes der Zufuhrelemente 121. Dann werden die Antennencharakteristika der Zufuhrelemente 121 der Arrayantenne heterogen, und somit können die Charakteristika der gesamten Arrayantenne verschlechtert werden.
Bei Ausführungsbeispiel 2 werden deshalb die Antennencharakteristika der Mehrzahl von Zufuhrelementen, die die Arrayantenne bilden, durch Anbringen derartiger Randelektroden, wie sie bei Ausführungsbeispiel 1 beschrieben sind, an der Arrayantenne homogenisiert, so dass die Antennencharakteristika der gesamten Arrayantenne verbessert werden.
12 ist eine Draufsicht auf das zweite Substrat 1302 unter der Bedingung, dass das Antennenmodul 100D von 11 aus der X-Achsenrichtung betrachtet wird. In 12 sind die dielektrischen Schichten weggelassen. Die auf dem zweiten Substrat 1302 angeordneten Zufuhrelemente 121 weisen eine Konfiguration auf, die derjenigen des Antennenmoduls 100A ähnlich ist, das bei dem zweiten Beispiel von Ausführungsbeispiel 1 beschrieben ist.
Genauer gesagt weist jedes der Zufuhrelemente 121 den Speisepunkt SP1 (d. h., die Polarisierungsrichtung) mit einer Neigung von 45° in Bezug auf die Z-Achse auf und hat ferner eine achteckige Form auf, die sich aus dem Entfernen von vier Ecken ergibt. Die Randelektroden 150A sind an Positionen angeordnet, die Seiten des Zufuhrelements 121 zugewandt sind, die sich entlang der Polarisierungsrichtung erstrecken, und Seiten desselben, die sich entlang der Richtung orthogonal zu der Polarisierungsrichtung erstrecken, und in Schichten zwischen dem Zufuhrelement 121 und der Masseelektrode GND1. Mit einer derartigen Konfiguration können die Antennencharakteristika durch die Randelektroden homogenisiert werden, selbst wenn eine Schwankung unter den Masseelektroden, die den Zufuhrelementen entsprechen, durch Beschränkungen der Größen und/oder Formen der Masseelektroden hervorgerufen wird.
13 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung von Unterschieden der Antennencharakteristika gemäß dem Vorhandensein oder der Abwesenheit von Randelektroden in einer derartigen Arrayantenne, wie sie in 11 und 12 dargestellt ist. In 13 sind Ergebnisse von Simulationen mit einem Abschnitt, der aus dem zweiten Substrat 1302 besteht, in dem Antennenmodul 100D von Ausführungsbeispiel 2 und einem Antennenmodul 100#2 von Vergleichsbeispiel 2 dargestellt, bei dem keine Randelektroden 150A vorgesehen sind. In 13 sind Rückflussdämpfungen in zwei benachbarten Zufuhrelementen 121-1 und 121-2 in mittleren Segmenten dargestellt, und Antennengewinne mit einer Ausstrahlung von Funkwellen von vier Zufuhrelementen 121-1 bis 121-4 aus sind in unteren Segmenten dargestellt.
Hinsichtlich der Rückflussdämpfungen kennzeichnen die durchgezogenen Linien LN20 und LN20# das Zufuhrelement 121-1 und die gestrichelten Linien LN21 und LN21# das Zufuhrelement 121-2. Was die Antennengewinne betrifft, so sind die Spitzengewinne einer Hauptkeule ML1 unter der Hauptkeule ML1 und den Nebenkeulen SL1 und SL2 von Funkwellen, die in der X-Achsenrichtung ausgestrahlt werden, dargestellt. Hinsichtlich der Antennengewinne kennzeichnet eine durchgezogene Linie LN25 das Antennenmodul 100D von Ausführungsbeispiel 2 und eine gestrichelte Linie LN26 kennzeichnet das Antennenmodul 100#2 von Vergleichsbeispiel 2.
In dem Antennenmodul 100#2 von Vergleichsbeispiel 2 sind unter Bezugnahme auf 13 Frequenzen, die die Rückflussdämpfungen verringern, und eine Frequenzbandbreite, die eine bestimmte Rückflussdämpfung erreicht, zwischen den beiden Zufuhrelementen leicht unterschiedlich. Das heißt, die beiden benachbarten Zufuhrelemente weisen unterschiedliche Antennencharakteristika auf. In dem Antennenmodul 100D von Ausführungsbeispiel 2 dagegen sind die beiden benachbarten Zufuhrelemente in den Frequenzen, die die Rückflussdämpfungen verringern, und der Frequenzbandbreite im Wesentlichen identisch, und die Schwankungen der Antennencharakteristika werden verringert.
Es wird also beobachtet, dass das Antennenmodul 100D (durchgezogene Linie LN25) von Ausführungsbeispiel 2 auch in einem Durchlassband größere Antennengewinne aufweist, verglichen mit dem Antennenmodul 100#2 (gestrichelte Linie LN26) von Vergleichsbeispiel 2, und die Antennencharakteristika verbessert.
Wie oben beschrieben ist, ermöglicht die Anordnung der Randelektroden an den Positionen, die in Bezug auf die Polarisierungsrichtung und/oder die Richtung orthogonal zu der Polarisierungsrichtung für jedes der Strahlungselemente symmetrisch sind, eine Verringerung der Schwankungen der Antennencharakteristika unter den Strahlungselementen und eine Verbesserung der Antennencharakteristika des gesamten Antennenmoduls, selbst wenn die Größen und/oder Formen der Masseelektroden in Bezug auf die Strahlungselemente in dem Antennenmodul, in dem die Arrayantenne gebildet ist, beschränkt sind.
(Modifikation 1)
In dem Antennenmodul 100D von Ausführungsbeispiel 2, das in 11 und 12 dargestellt ist, wurde die Konfiguration beschrieben, bei der die Randelektroden für jedes der benachbarten Zufuhrelemente einzeln vorgesehen ist. Bei Modifikation 1 wird eine Konfiguration beschrieben, bei der die Antennencharakteristika durch die Gemeinsamkeit der Randelektroden für die benachbarten Zufuhrelemente in einer Arrayantenne weiter verbessert werden.
14 ist eine Draufsicht auf ein Antennenmodul 100D1 gemäß Modifikation 1. Bei dem Antennenmodul 100D1 sind die Randelektroden 150A zwischen dem Zufuhrelement 121-1 und dem Zufuhrelement 121-2 und die Randelektroden 150A zwischen dem Zufuhrelement 121-3 und dem Zufuhrelement 121-4 elektrisch verbunden und durch Verbindungselektroden 151 integriert. Die Randelektroden 150A und die Verbindungselektroden 151 können einstückig gebildet sein, anstatt aus einzelnen, miteinander verbundenen Elementen zu bestehen.
Die Gemeinsamkeit der benachbarten Randelektroden vergrößert also eine Fläche der Randelektroden, die die von den Zufuhrelementen ausgestrahlten elektrischen Kraftlinien aufnehmen, und ermöglicht somit die Unterdrückung der elektrischen Kraftlinien, die zu der der hinteren Oberfläche der Masseelektrode GND1 verlaufen. Infolgedessen kann die Verschlechterung der Antennencharakteristika, beispielsweise die Verschlechterung der Antennengewinne, eine Verengung der Frequenzbandbreite oder die Schwankung der Polarisierungsrichtung weiter unterdrückt werden.
Obwohl die Gemeinsamkeit einiger der Randelektroden die Symmetrie einer Verteilung der elektrischen Kraftlinien in jedem Zufuhrelement verschlechtern kann, können Größen, Formen und/oder dergleichen der Randelektroden, die ohne Gemeinsamkeit vorgesehen sind, in einem derartigen Fall in angemessener Weise angepasst werden.
(Modifikation 2)
In Modifikation 1 wurde eine Konfiguration beschrieben, bei der die Randelektroden für die benachbarten Zufuhrelemente durch die separaten Verbindungselektroden integriert werden.
Ein Antennenmodul 100D2 von Modifikation 2, das in 15 dargestellt ist, weist eine Konfiguration auf, bei der das Zufuhrelement 121 so angeordnet ist, dass die Randelektroden 150 selbst ohne Verwendung der Verbindungselektroden 151 von 14 miteinander in Kontakt gebracht werden, und bei der die Kopplung und die Gemeinsamkeit der benachbarten Randelektroden 150 erreicht wird. Auch in dem Antennenmodul 100D2 von 15 wird die Fläche der Randelektroden, die die von den Zufuhrelementen ausgestrahlten elektrischen Kraftlinien empfängt, vergrößert, so dass die Verschlechterung der Antennencharakteristika, beispielsweise die Verschlechterung der Antennengewinne, die Verengung der Frequenzbandbreite oder die Schwankung der Polarisierungsrichtung weiter unterdrückt werden kann.
[Ausführungsbeispiel 3]
Bei Ausführungsbeispiel 1 und Ausführungsbeispiel 2 wurden die Konfigurationen beschrieben, bei denen Funkwellen mit der einzigen Polarisierungsrichtung von einem Strahlungselement ausgestrahlt werden. Bei Ausführungsbeispiel 3 wird ein Beispiel einer Konfiguration beschrieben, bei der die Randelektroden auf ein sogenanntes „Dualpolarisierungsantennenmodul“ angewendet werden, bei dem Funkwellen mit zwei unterschiedlichen Polarisierungsrichtungen von einem Strahlungselement ausgestrahlt werden können.
16 ist eine Draufsicht auf ein Antennenmodul 100E gemäß Ausführungsbeispiel 3. Das Antennenmodul 100E ist eine Arrayantenne, die dem Antennenmodul 100D von Ausführungsbeispiel 2 ähnlich ist, sich jedoch darin unterscheidet, dass zwei Speisepunkte SP1 und SP2 für jedes der Zufuhrelemente 121-1 bis 121-4 bereitgestellt sind. Wenn Funkfrequenzsignale dem Speisepunkt SP1 jedes der Zufuhrelemente 121-1 bis 121-4 zugeführt werden, werden Funkwellen mit einer Polarisierungsrichtung entlang einer Richtung (Richtung, in der sich eine Strichpunktlinie CL1 erstreckt) ausgestrahlt, die um 45° in der negativen Richtung entlang der Y-Achse in Bezug auf die Z-Achse geneigt ist. Wenn dem Speisepunkt SP2 Hochfrequenzsignale zugeführt werden, werden Funkwellen mit einer Polarisierungsrichtung entlang einer Richtung (Richtung, in der sich eine Strichpunktlinie CL2 erstreckt) ausgestrahlt, die um 45° in der positiven Richtung entlang der Y-Achse in Bezug auf die Z-Achse geneigt ist.
Das Zufuhrelement 121-2 ist so angeordnet, dass dasselbe um 180° in Bezug auf das benachbarte Zufuhrelement 121-1 gedreht ist. Das Zufuhrelement 121-4 ist so angeordnet, dass dasselbe um 180° in Bezug auf das benachbarte Zufuhrelement 121-3 gedreht ist. Hochfrequenzsignale mit invertierten Phasen werden identischen Speisepunkten der Zufuhrelemente zugeführt, die so angeordnet sind, dass dieselben um 180° zueinander gedreht sind. Die Phasen der Funkwellen, die von jedem Zufuhrelement ausgestrahlt werden und jede Polarisierungsrichtung aufweisen, können durch eine derartige Phaseneinstellung zur Übereinstimmung gebracht werden. Darüber hinaus kann eine Kreuzpolarisierungsdiskriminierung (cross polarization discrimination, XPD) durch Anordnung der Zufuhrelemente verbessert werden, die so angeordnet sind, dass dieselben mit einer Drehung von 180° aneinander angrenzen.
Auch in dem Antennenmodul 100E sind die Randelektroden 150A für jedes der Zufuhrelemente 121-1 bis 121-4 an Positionen angeordnet, die in Bezug auf die Polarisierungsrichtung und die Richtung orthogonal zu der Polarisierungsrichtung symmetrisch sind. Auf diese Weise können die Schwankungen der Antennencharakteristika unter den Zufuhrelementen, die mit den Einschränkungen der Größe und/oder Form der Masseelektrode GND1 verbunden sind, verringert werden und die Antennencharakteristika des gesamten Antennenmoduls verbessert werden.
17 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Isolation von zwei Polarisierungen gemäß dem Vorhandensein oder der Abwesenheit der Randelektroden in dem Dualpolarisierungsantennenmodul. In 17 sind Ergebnisse von Simulationen der Isolation zwischen zwei Speisepunkten in dem Antennenmodul 100E von Ausführungsbeispiel 3 und einem Antennenmodul 100#3 von Vergleichsbeispiel 3 dargestellt, in dem Isolation Randelektroden 150A vorgesehen sind. Wie aus 17 ersichtlich ist, ist die Isolierung in dem Antennenmodul 100E von Ausführungsbeispiel 3 im Vergleich zu der Isolation in dem Antennenmodul 100#3 von Vergleichsbeispiel 3 in einem gewünschten Durchlassband verbessert. Die Verbesserung der Isolation zwischen den beiden Polarisierungen führt zu einer Verbesserung der Rückflussdämpfungen und des Gewinns und führt zu einer weiteren Verbesserung der aktiven Impedanz.
Auch bei dem Dualpolarisierungsantennenmodul können, wie oben beschrieben ist, die Antennencharakteristika verbessert werden, selbst bei Vorhandensein von Beschränkungen der Masseelektrode, indem die Randelektroden an Positionen angeordnet werden, die in Bezug auf die Polarisierungsrichtung und/oder die Richtung orthogonal zu der Polarisierungsrichtung für jedes der Strahlungselemente symmetrisch sind.
Obwohl das Beispiel, bei dem die Randelektroden auf die Dualpolarisierungsarrayantenne angewendet werden, bei der obigen Beschreibung beschrieben wurde, können die Randelektroden auf das Dualpolarisierungsantennenmodul angewendet werden, das ein einziges Strahlungselement aufweist, wie bei Ausführungsbeispiel 1 beschrieben ist.
[Ausführungsbeispiel 4]
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden die Konfigurationen beschrieben, bei denen die von den Strahlungselementen ausgestrahlten Funkwellen ein einziges Frequenzband aufweisen. Bei Ausführungsbeispiel 4 wird eine Konfiguration beschrieben, bei der derartige Randelektroden wie oben beschrieben auf ein sogenanntes „Dualbandantennenmodul“ angewendet werden, bei dem Funkwellen mit zwei unterschiedlichen Frequenzbändern von jedem Strahlungselement ausgestrahlt werden können.
18 ist eine Draufsicht auf ein Antennenmodul 100F gemäß Ausführungsbeispiel 4. Das Antennenmodul 100F ist eine Dualpolarisierungsarrayantenne wie bei Ausführungsbeispiel 3, unterscheidet sich jedoch darin, dass passive Elemente 122 zusätzlich zu Zufuhrelementen 121A als Strahlungselemente bereitgestellt sind.
Die passiven Elemente 122 sind in Schichten zwischen den Zufuhrelementen 121A und der Masseelektrode GND1 angeordnet. Eine Zufuhrverdrahtung von der RFIC 110 ist durch die passiven Elemente 122 hindurch mit den Speisepunkten SP1 und SP2 der Zufuhrelemente 121A verbunden. Eine Abmessung der passiven Elemente 122 in der Polarisierungsrichtung ist größer als eine Abmessung der Zufuhrelemente 121A in der Polarisierungsrichtung. Dementsprechend ist eine Resonanzfrequenz der passiven Elemente 122 niedriger als eine Resonanzfrequenz der Zufuhrelemente 121A. Das Zuführen von Hochfrequenzsignalen, die der Resonanzfrequenz der passiven Elemente 122 entsprechen, führt dazu, dass die passiven Elemente 122 Funkwellen ausstrahlen, die in einem niedrigeren Frequenzband liegen als die der Zufuhrelemente 121A. Das heißt, das Antennenmodul 100F ist ein Dualbandantennenmodul, das in der Lage ist, Funkwellen mit zwei unterschiedlichen Frequenzbändern auszustrahlen.
Die Zufuhrelemente 121A und die passiven Elemente 122 sind so angeordnet, dass die Polarisierungsrichtung aufgrund der Einschränkung bezüglich der Größe der Masseelektrode GND1 in Bezug auf die Z-Achsenrichtung um 45° geneigt ist. Ferner weisen die passiven Elemente 122 eine achteckige Form auf, die sich aus dem Entfernen von vier Eckabschnitten ergibt, die von der Masseelektrode GND1 vorstehen.
Die Zufuhrelemente 121A auf einer Seite mit höherer Frequenz dienen hier mittels elektromagnetischer Feldkopplung mit den passiven Elementen 122 als Antenne. Gleichzeitig dienen die passiven Elemente 122 mittels elektromagnetischer Feldkopplung mit der Masseelektrode GND1 als Antenne. Für die Masseelektrode GND1 ist, wie bei Ausführungsbeispiel 2 und Ausführungsbeispiel 3, eine ausreichende Fläche in Bezug auf die passiven Elemente 122 nicht gewährleistet, und ferner ist eine Form vorgesehen, die in Bezug auf die Polarisierungsrichtung, die durch eine Oberflächenmitte eines passiven Elements 122 verläuft, asymmetrisch ist.
Bei dem Antennenmodul 100F sind deshalb die Randelektroden 150A an Positionen angeordnet, die Seiten der passiven Elemente 122 zugewandt sind, die sich entlang der Polarisierungsrichtung erstrecken, und Seiten derselben, die sich entlang der Richtung orthogonal zu der Polarisierungsrichtung erstrecken, und in Schichten zwischen den passiven Elementen 122 und der Masseelektrode GND1. Somit können die Schwankungen der Antennencharakteristika unter den passiven Elementen 122 verringert und die Antennencharakteristika des gesamten Antennenmoduls verbessert werden.
Bei dem Antennenmodul 100F können, obwohl ein Beispiel einer Konfiguration beschrieben wurde, bei der die Zufuhrelemente und die passiven Elemente als die Strahlungselemente vorgesehen sind, beide Strahlungselemente Zufuhrelemente sein.
(Modifikation 3)
19 ist eine Draufsicht auf ein Antennenmodul 100F1 gemäß Modifikation 3. Bei dem Antennenmodul 100F1 von Modifikation 3, wie bei der in 14 beschriebenen Modifikation 1, werden die Kopplung und die Gemeinsamkeit unter den Randelektroden 150A für benachbarte Strahlungselemente in dem Antennenmodul 100F durch die Verbindungselektroden 151 erreicht. Durch eine derartige Konfiguration können elektrische Kraftlinien, die von den passiven Elementen 122 ausgestrahlt werden und zu der hinteren Oberfläche der Masseelektrode GND1 verlaufen, unterdrückt werden, so dass die Verschlechterung der Antennencharakteristika im Vergleich mit dem Antennenmodul 100F von Ausführungsbeispiel 4 weiter unterdrückt werden kann.
(Modifikation 4)
20 ist eine Draufsicht auf ein Antennenmodul 100F2 gemäß Modifikation 4. Wie bei der in 15 beschriebenen Modifikation 2 weist das Antennenmodul 100F2 von Modifikation 4 eine Konfiguration auf, bei der die Zufuhrelemente 121 so angeordnet sind, dass benachbarte Randelektroden 150A in Kontakt miteinander gebracht werden, und so, dass die Gemeinsamkeit zwischen den Randelektroden 150A erreicht wird. Bei einer derartigen Konfiguration können auch elektrische Kraftlinien, die von den passiven Elementen 122 ausgestrahlt werden und zu der hinteren Oberfläche der Masseelektrode GND1 verlaufen, unterdrückt werden, so dass die Verschlechterung der Antennencharakteristika im Vergleich zu dem Antennenmodul 100F von Ausführungsbeispiel 4 weiter unterdrückt werden kann.
[Ausführungsbeispiel 5]
Die Fläche für die Randelektrode ist vorzugsweise vergrößert, damit die elektrischen Kraftlinien, die zu der hinteren Oberfläche der Masseelektrode verlaufen, bei Verwendung der Randelektroden unterdrückt werden können. Andererseits kann in dem Fall, in dem andere Elemente wie beispielsweise Stichleitungen oder Filter in dem dielektrischen Substrat gebildet sind, ein Layout dieser Elemente eingeschränkt werden, indem die Randelektroden vergrößert werden.
Bei Ausführungsbeispiel 5 wird eine Konfiguration beschrieben, die sowohl die Freiheit des Layouts in dem dielektrischen Substrat als auch die Reduzierung der elektrischen Kraftlinien, die auf der hinteren Oberfläche des Substrats verlaufen, gewährleisten kann.
21 und 22 sind Diagramme, die ein Antennenmodul 100G gemäß Ausführungsbeispiel 5 veranschaulichen. 21 ist eine Draufsicht auf das Antennenmodul 100G, und 22 ist eine perspektivische Ansicht des Antennenmoduls 100G. In 21 sowie in 22 sind zu Vereinfachung der Beschreibung die dielektrischen Schichten weggelassen. Bei dem Antennenmodul 100G sind Randelektroden 150D anstelle der Randelektroden 150A in dem Antennenmodul 100A bereitgestellt, das in dem zweiten Beispiel von Ausführungsbeispiel 1 beschrieben ist. In 21 und 22 wird die Beschreibung von Elementen, die dem in 6 und 7 dargestellten Antennenmodul 100A gemeinsam sind, nicht wiederholt.
Unter Bezugnahme auf 21 und 22 sind die Randelektroden 150D in dem Antennenmodul 100G so gebildet, dass dieselben etwas kleinere Größen aufweisen als die in 6 und 7 dargestellten Randelektroden 150. Genauer gesagt sind die Randelektroden 150A Draufsicht auf das dielektrische Substrat jeweils im Wesentlichen wie das rechtwinkliges Dreieck bei gebildet, während ein Beispiel der Randelektroden 150D von Ausführungsbeispiel 5 im Wesentlichen wie ein Trapez geformt ist, das sich aus dem Entfernen eines Abschnitts (Bereich AR1 der gestrichelten Linien in 21) eines Scheitelpunktabschnitts mit einem rechten Winkel des oben beschriebenen rechtwinkligen Dreiecks ergibt. Diese Formänderung und Größenreduzierung der Randelektroden ermöglichen die Erweiterung von Räumen auf dem dielektrischen Substrat, wo andere Elemente angeordnet werden können.
Unter Verwendung von 23 und 24 werden nachfolgend Antennencharakteristika des Antennenmoduls 100G von Ausführungsbeispiel 5 im Vergleich zu den Antennencharakteristika des Antennenmoduls 100A beschrieben. 23 veranschaulicht Frequenzcharakteristika des Antennengewinns, und 24 veranschaulicht die Richtwirkung.
In 23 sind die Frequenzcharakteristika der Antennengewinne unter der Bedingung, dass das Durchlassband eine Mittenfrequenz von 28 GHz aufweist. In 23 und 24 kennzeichnen durchgezogene Linien LN40 und LN50 einen Fall mit dem Antennenmodul 100A und gestrichelte Linien LN41 und LN51 kennzeichnen einen Fall mit dem Antennenmodul 100G.
Wie in 23 dargestellt ist, ist die Größe der Randelektroden des Antennenmoduls 100G von Ausführungsbeispiel 5 im Vergleich zu dem Antennenmodul 100A reduziert, und das Antennenmodul 100G hat einen geringfügig niedrigeren Antennengewinn als der Fall mit dem Antennenmodul 100A im Allgemeinen. In dem beabsichtigten Durchlassband (25 GHz bis 29,5 GHz) sind jedoch Antennengewinne von mindestens 7 dBi in dem gesamten Band gewährleistet.
Ein Graph von 24 stellt die Richtwirkung unter der Bedingung dar, dass Funkwellen mit der Mittenfrequenz von 28 GHz ausgestrahlt werden und Winkel in Normalrichtung des Zufuhrelements 121 in Bezug auf ein Segment entlang der Polarisierungsrichtung auf einer horizontalen Achse dargestellt sind. Im Vergleich zu den Spitzengewinnen bei dem Winkel von 0° Grad ist zu beobachten, dass der Fall mit dem Antennenmodul 100G den Spitzengewinn von 8 dBi erreicht, was etwa 0,2 dBi niedriger ist als in dem Fall mit dem Antennenmodul 100A.
In einem Bereich mit Winkeln von mehr als 100° und einem Bereich mit Winkeln von weniger als -100° sind die Gewinne des Antennenmoduls 100G etwas größer als die Gewinne des Antennenmoduls 100A. Dies deutet auf eine Verstärkung des Verlaufens zu der hinteren Oberfläche des dielektrischen Substrats hin. Das heißt, dass im Fall des Antennenmoduls 100G die Richtwirkung im Allgemeinen innerhalb eines angestrebten Spezifizierungsbereichs liegt, obwohl dieselbe im Vergleich zu dem Antennenmodul 100A eine leichte Reduzierung aufzeigt.
Wie oben beschrieben ist, ist das Antennenmodul 100G von Ausführungsbeispiel 5 hinsichtlich der Antennencharakteristika dem in 6 dargestellten Antennenmodul 100A leicht unterlegen, kann jedoch die Antennencharakteristika im Vergleich zu Fällen verbessern, in denen keine Randelektroden verwendet werden. Auf der anderen Seite kann die Freiheit des Layouts in dem dielektrischen Substrat durch die Reduzierung der Größe der Randelektroden verbessert werden.
Welche der Konfiguration des Antennenmoduls 100A und der Konfiguration des Antennenmoduls 100G übernommen werden soll, wird in angemessener Weise abhängig von den erforderlichen Antennencharakteristika und dem Vorhandensein oder der Abwesenheit von Elementen entschieden, die in dem Antennenmodul vorgesehen werden sollen.
[Ausführungsbeispiel 6]
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen und Modifikationen wurden die Konfigurationen beschrieben, bei denen die Strahlungselemente und die Masseelektrode auf demselben dielektrischen Substrat angeordnet sind. Die Strahlungselemente können jedoch auch eine Konfiguration aufweisen, bei der die Strahlungselemente auf einem dielektrischen Substrat gebildet sind, das sich von dem dielektrischen Substrat unterscheidet, auf dem die anderen Elemente gebildet sind.
25 ist eine perspektivische Seitenansicht eines Antennenmoduls 100H gemäß Ausführungsbeispiel 6. Das Antennenmodul 100H weist eine Konfiguration auf, bei der das Zufuhrelement 121 in dem Antennenmodul 100, das in 3 für das Ausführungsbeispiel 1 dargestellt ist, in oder auf einem dielektrischen Substrat 130B gebildet ist und bei der andere Elemente als das Zufuhrelement 121 unabhängig von dem dielektrischen Substrat 130B in oder auf einer Schaltungsplatine 300 gebildet sind. In der Schaltungsplatine 300 sind die anderen Elemente als das Zufuhrelement 121 in dem Antennenmodul 100 von 3 in oder auf einem dielektrischen Substrat 130C angeordnet, und die RFIC 110 ist auf einer Seite der unteren Oberfläche des dielektrischen Substrats 130C befestigt.
Eine untere Oberfläche des dielektrischen Substrats 130B ist so angeordnet, dass dieselbe einer oberen Oberfläche des dielektrischen Substrats 130C in der Schaltungsplatine 300 zugewandt ist. Die Zufuhrverdrahtung 140 ist mit dem Zufuhrelement 121 durch einen Verbindungsanschluss 126 verbunden, der zwischen dem dielektrischen Substrat 130B und dem dielektrischen Substrat 130C angeordnet ist. Ein Löthöcker, ein Verbinder oder ein Verbindungskabel wird als Verbindungsanschluss 161 verwendet.
Somit kann die Freiheit der Geräteanordnung in einer Kommunikationsvorrichtung durch die Konfiguration erhöht werden, bei der die Schaltungsplatine, die mit der RFIC versehen werden soll, und das dielektrische Substrat, das mit dem Strahlungselement gebildet werden soll, als getrennte Substrate gebildet sind. Auf diese Weise kann zum Beispiel eine Konfiguration übernommen werden, bei der die Schaltungsplatine auf einer Hauptplatine angeordnet ist und bei der das Strahlungselement in einem Gehäuse angeordnet ist.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Ausführungsbeispiele in jeder Hinsicht beispielhaft und nicht einschränkend sind. Ein Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung soll durch die Ansprüche anstelle der Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die oben beschrieben sind, bezeichnet werden, und alle Modifikationen innerhalb des Zwecks und des Schutzumfangs umfassen, die den Ansprüchen gleichwertig sind.
Bezugszeichenliste

10: Kommunikationsvorrichtung
100, 100A-100H, 100D1, 100D2, 100F1, 100F2: Antennenmodul
110: RFIC
111A-111D, 113A-113D, 117: Schalter
112AR-112DR: rauscharme Verstärker
112AT-112DT: Leistungsverstärker
114A-114D: Dämpfungsglied
115A-115D: Phasenschieber
116: Signalsynthetisierer/Verzweigungsfilter
118: Mischer
119: Verstärkerschaltung
120, 120A: Antennenvorrichtung
121, 121A: Zufuhrelement
122: passives Element
130, 130A-130C, 1301, 1302: dielektrisches Substrat
131: obere Oberfläche
132: untere Oberfläche
133: vorstehender Abschnitt
135: gekrümmter Abschnitt
136: Ausschnittabschnitt
140: Zufuhrverdrahtung
150, 150A-150D: Randelektrode
151: Verbindungselektroden
155: Durchgangsloch
160: Löthöcker
161: Verbindungsanschluss
170: Verdrahtungsstruktur
200: BBIC
300: Schaltungsplatine
CP: Oberflächenmitte
GND, GND1, GND2: Masseelektrode
ML1: Hauptkeule
SL1, SL2: Nebenkeule
SP1, SP2: Speisepunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2018148290 [0003, 0004]

Claims

Ein Antennenmodul, das folgende Merkmale aufweist: ein dielektrisches Substrat, das eine Mehrzahl von laminierten dielektrischen Schichten umfasst; ein Strahlungselement, das in oder auf dem dielektrischen Substrat gebildet ist und das Funkwellen in einer ersten Polarisierungsrichtung ausstrahlen soll; eine Masseelektrode, die so angeordnet ist, dass dieselbe dem Strahlungselement zugewandt ist; und Randelektroden, die in einer Mehrzahl von Schichten zwischen dem Strahlungselement und der Masseelektrode gebildet sind und die mit der Masseelektrode elektrisch verbunden sind, wobei die Randelektroden an Positionen angeordnet sind, die in Bezug auf zumindest entweder eine erste Richtung parallel zu der ersten Polarisierungsrichtung oder eine zweite Richtung orthogonal zu der ersten Polarisierungsrichtung symmetrisch sind.
Das Antennenmodul gemäß Anspruch 1, wobei mit einer Freiraumwellenlänge der Funkwellen, die von dem Strahlungselement ausgestrahlt werden, die als λ₀ definiert ist, ein kürzester Abstand von einer Oberflächenmitte des Strahlungselements zu einem Endabschnitt der Masseelektrode entlang der ersten Polarisierungsrichtung bei Draufsicht in Normalrichtung in Bezug auf das dielektrische Substrat kleiner als λ₀/2 ist.
Das Antennenmodul gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Masseelektrode eine Form hat, die in Bezug auf eine Polarisierungsrichtung, die durch die Mitte des Strahlungselements verläuft, bei Draufsicht in Normalrichtung in Bezug auf das dielektrische Substrat asymmetrisch ist.
Das Antennenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Strahlungselement außerdem in der Lage ist, Funkwellen in einer zweiten Polarisierungsrichtung auszustrahlen, die sich von der ersten Polarisierungsrichtung unterscheidet.
Das Antennenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Strahlungselement Folgendes umfasst: ein erstes Element, das der Masseelektrode zugewandt ist und das Funkwellen in einem ersten Frequenzband ausstrahlen soll, und ein zweites Element, das in einer Schicht zwischen dem ersten Element und der Masseelektrode angeordnet ist und das Funkwellen in einem zweiten Frequenzband ausstrahlen soll, das niedriger als das erste Frequenzband ist.
Das Antennenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Randelektroden wie Schleifen gebildet sind, die bei Draufsicht in Normalrichtung in Bezug auf das dielektrische Substrat das Strahlungselement umgeben.
Das Antennenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Randelektroden jeweils im Wesentlichen wie ein rechtwinkliges Dreieck geformt sind, mit einer Hypotenuse, die bei Draufsicht in Normalrichtung in Bezug auf das dielektrische Substrat einer Seite entlang der ersten Richtung oder einer Seite entlang der zweiten Richtung des Strahlungselements zugewandt ist.
Ein Antennenmodul, das folgende Merkmale aufweist: ein dielektrisches Substrat, das eine Mehrzahl von laminierten dielektrischen Schichten umfasst; ein erstes Strahlungselement und ein zweites Strahlungselement, die in oder auf dem dielektrischen Substrat gebildet sind und die so angeordnet sind, dass dieselben aneinander angrenzen; eine Masseelektrode, die so angeordnet ist, dass dieselbe dem ersten Strahlungselement und dem zweiten Strahlungselement zugewandt ist; und Randelektroden, die in einer Mehrzahl von Schichten zwischen dem ersten Strahlungselement und der Masseelektrode und einer Mehrzahl von Schichten zwischen dem zweiten Strahlungselement und der Masseelektrode gebildet sind und die mit der Masseelektrode elektrisch verbunden sind, wobei die Randelektroden an Positionen angeordnet sind, die in Bezug auf zumindest entweder eine erste Richtung parallel zu einer Polarisierungsrichtung von ausgestrahlten Funkwellen oder eine zweite Richtung orthogonal zu der Polarisierungsrichtung für jedes des ersten Strahlungselements und des zweiten Strahlungselements symmetrisch sind.
Das Antennenmodul gemäß Anspruch 8, wobei Kopplung und Gemeinsamkeit zwischen einer ersten Randelektrode, die für das erste Strahlungselement angeordnet ist, und einer zweiten Randelektrode, die für das zweite Strahlungselement angeordnet ist und an die erste Randelektrode angrenzt, erzielt werden.
Das Antennenmodul gemäß Anspruch 9, wobei die erste Randelektrode und die zweite Randelektrode jeweils im Wesentlichen wie ein rechtwinkliges Dreieck geformt sind, mit einer Hypotenuse, die einer Seite entlang der ersten Richtung oder einer Seite entlang der zweiten Richtung jedes des ersten Strahlungselements und des zweiten Strahlungselements zugewandt ist, bei Draufsicht in Normalrichtung in Bezug auf das dielektrische Substrat.
Das Antennenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, das ferner folgende Merkmale aufweist: eine Zufuhrschaltung, die dazu konfiguriert ist, jedem der Strahlungselemente Hochfrequenzsignale zuzuführen.
Eine Kommunikationsvorrichtung, die mit dem Antennenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 befestigt ist.
Eine Schaltungsplatine, die dazu konfiguriert ist, einem Strahlungselement, das Funkwellen in eine erste Polarisierungsrichtung ausstrahlt, Hochfrequenzsignale zuzuführen, wobei die Schaltungsplatine folgende Merkmale aufweist: ein dielektrisches Substrat, das eine Mehrzahl von laminierten dielektrischen Schichten umfasst; eine Masseelektrode, die so angeordnet ist, dass dieselbe dem Strahlungselement zugewandt ist; und Randelektroden, die in einer Mehrzahl von Schichten zwischen dem Strahlungselement und der Masseelektrode gebildet sind und die mit der Masseelektrode elektrisch verbunden sind, wobei die Randelektroden an Positionen angeordnet sind, die in Bezug auf zumindest entweder eine erste Richtung parallel zu der ersten Polarisierungsrichtung oder eine zweite Richtung orthogonal zu der ersten Polarisierungsrichtung symmetrisch sind.