DE112021001261T5

DE112021001261T5 - Hochfrequenzmodul und drahtlose vorrichtung

Info

Publication number: DE112021001261T5
Application number: DE112021001261.4T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Igarashi; Shusaku Yanagawa
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2021-01-18
Publication date: 2022-12-08
Also published as: WO2021171830A1; US20230099457A1; JP2021136591A

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Hochfrequenzmodul bereit, das aufweist: einen Interposer; eine Vielzahl von Antennenelementgruppen, die erste Elektroden und eine zweite Elektrode umfassen und so konfiguriert sind, dass die ersten Elektroden in zumindest einer ersten Richtung auf einer ersten Oberfläche des Interposers linienförmig ausgerichtet sind; und Meta-Materialbereiche, die am Interposer vorgesehen sind und elektromagnetische Eigenschaften der Vielzahl von Antennenelementen beeinflussen. Die Meta-Materialbereiche enthalten Strukturen mit elektromagnetischen Bandlücken, die vorgesehen werden, indem vorbestimmte geometrischer Muster nahe beiden Seiten der ersten Elektroden entlang zumindest der ersten Richtung gebildet werden. Das Hochfrequenzmodul kann somit eine reduzierte Größe und ein breites Band/eine hohe Verstärkung aufweisen.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Technik bezieht sich auf ein Hochfrequenz-(HF-)Modul und eine drahtlose Vorrichtung.
[Hintergrundtechnik]
Millimeterwellen-Radare, die Objekte (Ziele) mit Radiowellen (Millimeterwellen) im 30- bis 300-GHz-Band zur Erfassung bestrahlen, sind bekannt. Die Millimeterwellen-Radare können beispielsweise Abstände und dergleichen zu Objekten mit hoher Genauigkeit messen. In den letzten Jahren hat mit der steigenden Nachfrage nach einer Verbesserung der Sicherheit in Automobilen und Techniken zum automatisierten Fahren die Rolle von Millimeterwellen-Radaren an Bedeutung gewonnen. Hochfrequenzmodule oder Vorrichtungen, die für Millimeterwellen-Radare geeignet sind, sind im Allgemeinen so konfiguriert, dass sie Übertragungs-/Empfangs-Antennenelemente und HalbleiterChips zum Verarbeiten verschiedener Signale enthalten.
Als eine für ein Millimeterwellen-Radar genutzte Antenne gibt es eine Patch-Array-Antenne, bei der eine Vielzahl von Antennenelementen in einer Array-Form angeordnet ist. Die Patch-Array-Antenne kann die Richtcharakteristik ändern, indem ein Signal mit unterschiedlicher Phase und Amplitude jedem Antennenelement bereitgestellt wird. Beispielsweise offenbart PTL 1 unten eine Technik, bei der die Richtcharakteristik gesteuert wird, indem Antennenelemente in einer Richtung auf einem dielektrischen Substrat ausgerichtet werden und eine Phasendifferenz zwischen einem ersten Hochfrequenzsignal und einem zweiten Hochfrequenzsignal, die den Antennenelementen bereitgestellt wird, geändert wird.
[Zitatliste]
[Patentliteratur]
[PTL 1] WO 2017/064856
[Zusammenfassung]
[Technisches Problem]
Für eine Patch-Array-Antenne ist eine Verkleinerung der Größe erforderlich und werden auch Charakteristiken für einen Betrieb mit großer Bandbreite/hoher Verstärkung gefordert. Da es nicht möglich ist, eine Verstärkung mit einer reduzierten Array-Größe einer Patch-Array-Antenne zu gewährleisten, und es notwendig ist, eine Verstärkerschaltung bereitzustellen, ist die Gewährleistung einer Verstärkung für die Verstärkerschaltung in Bezug auf das Design aufgrund eines Zusammenhangs mit dem Strom- bzw. Leistungsverbrauch eingeschränkt. Da die Patch-Array-Antenne eine Resonanz von Antennenelementen nutzt, sind auch die Frequenzbänder der einzelnen Antennenelemente typischerweise schmal, und es ist notwendig, die Array-Größe zu erhöhen, um das Band zu verbreitern, während die Verstärkung sichergestellt wird. Folglich ist es schwierig, diese beiden Anforderungen zusammen für Patch-Array-Antennen zu erfüllen.
Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht somit im Hinblick auf die oben erwähnten Umstände darin, ein Hochfrequenzmodul mit reduzierter Größe und einem breiten Band/einer hohen Verstärkung bereitzustellen.
Genauer gesagt besteht ein Ziel der vorliegenden Offenbarung darin, ein Hochfrequenzmodul mit einer reduzierten Größe und einem breiten Band/einer hohen Verstärkung durch eine effektive Anordnung eines Meta-Materials und von Antennenelementen bereitzustellen.
Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht auch darin, die Anzahl peripherer Schaltungen und Verdrahtungen zu reduzieren, indem die Anzahl an Antennenelementen reduziert wird, während ein breites Band/eine hohe Verstärkung gewährleistet wird, und dadurch ein Hochfrequenzmodul bereitzustellen, das als Ganzes eine reduzierte Größe und eine einfache Struktur aufweist.
Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist auch, ein Hochfrequenzmodul mit einer Struktur bereitzustellen, in der andere aktive Elemente in dessen Umgebung effizient angeordnet werden können, während eine reduzierte Größe und ein breites Band/eine hohe Verstärkung gewährleistet werden.
[Lösung für das Problem]
Eine Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung entsprechend einem bestimmten Gesichtspunkt ist ein Hochfrequenzmodul, das aufweist: einen Interposer; eine Vielzahl von Antennenelementgruppen, die erste Elektroden und eine zweite Elektrode umfassen und so konfiguriert sind, dass die ersten Elektroden in zumindest einer ersten Richtung auf einer ersten Oberfläche des Interposers linienförmig ausgerichtet sind; und Meta-Materialbereiche, die auf dem Interposer vorgesehen sind und elektromagnetische Eigenschaften der Vielzahl von Antennenelementen beeinflussen. Die Meta-Materialbereiche umfassen Strukturen mit elektromagnetischen Bandlücken, die vorgesehen werden, indem vorbestimmte geometrische Muster nahe beiden Seiten der ersten Elektroden entlang zumindest der ersten Richtung ausgebildet werden.
Eine Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung entsprechend einem anderen Gesichtspunkt ist auch eine drahtlose Vorrichtung, die aufweist: ein Hochfrequenzmodul; und eine drahtlose Steuerungsschaltung, die mit dem Hochfrequenzmodul elektrisch gekoppelt ist. Das Hochfrequenzmodul enthält einen Interposer, eine Vielzahl von Antennenelementen, die erste Elektroden und eine zweite Elektrode umfassen und so konfiguriert sind, dass sie auf einer ersten Oberfläche des Interposers eine erste Antennenelementgruppe, in der die ersten Elektroden in einer ersten Richtung linienförmig ausgerichtet sind, und eine zweite Antennenelementgruppe umfassen, in der die ersten Elektroden in einer zweiten Richtung, die zur ersten Richtung orthogonal ist, linienförmig ausgerichtet sind, und Meta-Materialbereiche, die am Interposer vorgesehen sind und elektromagnetische Eigenschaften der Vielzahl von Antennenelementen beeinflussen. Die Meta-Materialbereiche enthalten Strukturen mit elektromagnetischen Bandlücken, die so vorgesehen sind, dass sie vorbestimmte geometrische Muster nahe beiden Seiten der ersten Elektroden der Vielzahl von Antennenelementen entlang sowohl der ersten Richtung als auf der zweiten Richtung auszubilden. Die erste Antennenelementgruppe und die zweite Antennenelementgruppe teilen sich auch ein Antennenelement an einer Position der gegenseitigen Überscheidung bzw. Schnittpunktposition. Auf der anderen Seite enthält die drahtlose Steuerungsschaltung einen Phasenschieber, der mit je einem der Vielzahl von Antennenelementen elektrisch gekoppelt ist, und eine Steuerungseinheit, die den Phasenschieber so steuert, dass Phasen von Signalen für die Vielzahl von Antennenelementen geändert werden. Die Steuerungseinheit führt eine Steuerung so durch, dass ein Signal mit einer Phase mit einer Abweichung von 90 Grad bezüglich einer Phase eines Stromversorgungspunkten von einer der Antennenelementgruppen bereitzustellenden Signals dem Stromversorgungspunkt des Antennenelements an der Position der gegenseitigen Überschneidung bereitgestellt wird.
Man beachte, dass Mittel/Einheiten in der Beschreibung und dergleichen nicht einfach physikalische Mittel/Einheiten bedeuten und auch einen Fall einschließen können, in dem Funktionen, die die Mittel/Einheiten aufweisen, mittels Software realisiert werden. Auch können Funktionen, die ein Mittel/eine Einheit aufweist, durch zwei oder mehr physikalische Mittel/Einheiten realisiert werden oder können Funktionen von zwei oder mehr Mitteln/Einheiten durch ein/eine physikalisches/physikalische Mittel/Einheit realisiert werden.
Auch bezieht sich das „System“ auf eine logische Gruppe einer Vielzahl von Vorrichtungen (oder funktionalen Modulen, die spezifische Funktionen realisieren), und es besteht keine besondere Einschränkung diesbezüglich, ob sich jede der Vorrichtungen und der funktionalen Module in einem einzelnen Gehäuse befindet oder nicht.
Andere technische Merkmale, Zwecke und Effekte oder Vorteile der vorliegenden Technik werden durch die folgenden Ausführungsformen, die mit Verweis auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, ersichtlich werden. Die in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Effekte sind nur veranschaulichende Beispiele und nicht darauf beschränkt, und es können andere Effekte auftreten.
Figurenliste

[1] 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Konfiguration eines äußeren Erscheinungsbilds eines Hochfrequenzmoduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technik veranschaulicht.
[2] 2 ist eine Darstellung, um eine EBG-Struktur im Hochfrequenzmodul gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik zu erläutern.
[3] 3 ist eine Darstellung, um eine Positionsbeziehung zwischen Antennenelementen und der EBG-Struktur im Hochfrequenzmodul gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik zu erläutern.
[4] 4 ist eine partielle Schnittansicht, die ein Beispiel einer Konfiguration des Hochfrequenzmoduls gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik veranschaulicht.
[5] 5 ist eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Beispiel der Konfiguration eines äußeren Erscheinungsbilds eines Hochfrequenzmoduls gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik veranschaulicht.
[6] 6 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel der Konfiguration eines äußeren Erscheinungsbilds des Hochfrequenzmoduls gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik veranschaulicht.
[7] 7 ist eine Darstellung, um die Antennenelemente im Hochfrequenzmodul gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik zu erläutern.
[8] 8 ist eine Blockdarstellung einer drahtlosen Steuerungsschaltung, die für das Hochfrequenzmodul gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik geeignet ist.
[9] 9 ist eine Draufsicht, die ein anderes Beispiel der Konfiguration eines äußeren Erscheinungsbilds des Hochfrequenzmoduls gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik veranschaulicht.
[10] 10 ist eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel der Konfiguration eines äußeren Erscheinungsbilds des Hochfrequenzmoduls gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik veranschaulicht.
[11] 11 ist eine Draufsicht und eine partielle Schnittansicht, die ein anderes Beispiel der Konfiguration eines äußeren Erscheinungsbilds des Hochfrequenzmoduls gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik veranschaulichen.
[12] 12 ist eine partielle Schnittansicht, die ein anderes Beispiel der Konfiguration des Hochfrequenzmoduls gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik veranschaulicht.

[Beschreibung der Ausführungsformen]
Ausführungsformen der vorliegenden Technik werden unten mit Verweis auf die Zeichnungen beschrieben. Die unten beschriebenen Ausführungsformen sind jedoch nur veranschaulichende Beispiele und sollen verschiedene Modifikationen und Anwendungen von Techniken, die unten nicht explizit beschrieben werden, nicht ausschließen. Die vorliegende Technik kann mit verschiedenen Modifikationen (wie etwa beispielsweise Kombinationen der Ausführungsformen) realisiert werden, ohne von deren Kern abzuweichen. In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen sind die gleichen oder ähnliche Bereiche mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Zeichnungen sind auch schematisch veranschaulicht und stimmen nicht notwendigerweise mit tatsächlichen Dimensionen, Verhältnissen und dergleichen überein. Außerdem enthalten die Zeichnungen Bereiche, in denen sich die Dimensionsbeziehungen und Verhältnisse zwischen den Zeichnungen in einigen Fällen unterscheiden.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Konfiguration eines äußeren Erscheinungsbilds eines Hochfrequenzmoduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technik veranschaulicht. Wie in der Zeichnung veranschaulicht ist, ist das Hochfrequenzmodul 1 so konfiguriert, dass es einen Meta-Materialbereich 20 und eine Vielzahl von Antennenelementen 30 enthält, die auf einem Interposer 10 angeordnet sind. Das Hochfrequenzmodul 1 kann für die Übertragung bzw. für den Empfang konfiguriert sein oder kann dafür konfiguriert sein, sowohl eine Übertragung als auch einen Empfang durchzuführen, und kann dafür konfiguriert sein, beispielsweise mittels eines Schaltmechanismus umgeschaltet zu werden.
Der Interposer 10 fungiert als dielektrisches Substrat für die Antenne und kann beispielsweise aus einem organischen Material wie etwa Glas oder einem Epoxidharz oder einem anorganischen Material wie etwa Silizium gebildet sein. In der vorliegenden Offenbarung wird angenommen, dass der Interposer 10 ein Glas-Interposer (GIP) ist. Der GIP setzt keine organischen Gase frei und hat somit den Vorteil, dass es nicht notwendig ist, ein Muster bzw. eine Struktur zum Herausziehen des freigesetzten organischen Gases in Betracht zu ziehen. Die Form und die Größe des Interposers 10 bestimmen die Form des äußeren Erscheinungsbilds des Hochfrequenzmoduls 1. Obgleich der Interposer 10 in der vorliegenden Offenbarung in Form einer rechteckigen Platte ausgebildet ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt und können andere Formen übernommen werden.
Der Meta-Materialbereich 20 ist eine Struktur als „Meta-Material“ mit einem Konzept, das ein elektromagnetisches Phänomen zur Verbesserung von Antenneneigenschaften (elektromagnetischen Eigenschaften) durch Erhöhung der Kapazität und Induktivität erlaubt. Das elektromagnetische Phänomen der Verbesserung der Antenneneigenschaften kann beispielsweise ein elektromagnetisches Phänomen eines Mediums sein, in dem eine Dielektrizitätskonstante und eine magnetische Permeabilität gleichzeitig negativ werden. Die solch ein Meta-Material nutzende Antenne kann als Meta-Material-Antenne bezeichnet werden. Obgleich es sich bei dem Meta-Materialbereich 20 zum Beispiel um eine periodische Struktur mit einem Frequenzband zum Blockieren von Radiowellen (Bandlücke), zum Beispiel eine Struktur mit elektromagnetischer Bandlücke (EBG), handelt, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Obwohl in der vorliegenden Offenbarung angenommen wird, dass der Meta-Materialbereich 20 eine EBG-Struktur mit einer Pilzstruktur ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Meta-Materialbereich 20 eine EBG-Struktur mit einer gerippten Struktur sein. 2 ist eine Darstellung, um ein Beispiel der Pilzstruktur in der EBG-Struktur zu erläutern. Mit der EBG-Struktur, die solch eine Pilzstruktur aufweist, ist es möglich, zusätzlich zur Erleichterung der Herstellung basierend auf bestehenden Techniken zur Schaltungsbearbeitung eine Verringerung der Dicke des Hochfrequenzmoduls 1, eine Begrenzung bzw. Dämpfung der gegenseitigen Verbindung bzw. Kopplung zwischen den Antennenelementen 30, eine Erhöhung der Verstärkung und dergleichen zu erzielen. Wie in 1 veranschaulicht ist, ist der Meta-Materialbereich 20 in diesem Beispiel so konfiguriert, dass die einzelnen Pilzstrukturen so ausgerichtet sind, dass sie ein streifenförmiges oder dünnes und langes rechteckiges geometrisches Muster bilden, wobei zwei streifenförmige geometrische Muster voneinander getrennt und zueinander parallel sind.
Jedes der Vielzahl von Antennenelementen 30 ist eine (auch als Patch-Antenne bezeichnete) Mikrostreifenantenne. Jedes Antennenelement 30 ist so konfiguriert, dass es eine Patch-Elektrode 32, die eine auf einer ersten Oberfläche (zum Beispiel einer vorderen Oberfläche) des Interposers 10 ausgebildete erste Elektrode ist, eine Masseelektrode 34, die eine auf einer zweiten Oberfläche (zum Beispiel einer rückseitigen Oberfläche) des Interposers 10 ausgebildete zweite Elektrode ist, und einen Stromversorgungspunkt 36 (siehe 3) umfasst. In dem in der Zeichnung veranschaulichten Beispiel ist eine Vielzahl von (in diesem Beispiel fünf) Antennenelementen 30 konfiguriert, wobei die Patch-Elektroden 32 in einer Linie in einem zwischen zwei Gruppen von Pilzstrukturen ausgebildeten Bereich angeordnet sind. Mit anderen Worten ist die Vielzahl von Antennenelementen 30 entlang der Längsachsenrichtung der EBG-Strukturen zwischen zwei EBG-Strukturen, die streifenförmige geometrische Muster bilden, linienförmig ausgerichtet. Man beachte, dass in der vorliegenden Offenbarung auf die Ausrichtungsrichtung der Patch-Elektroden 32 auch einfach als Ausrichtungsrichtung der Antennenelemente 30 verwiesen werden kann. Obgleich die geometrischen Muster der EBG-Strukturen in diesem Beispiel streifenförmig sind und die Meta-Materialien (Pilzstrukturen) somit nicht in dem Gebiet in der Ausrichtungsrichtung der Vielzahl von Antennenelementen 30 (der Erstreckungsrichtung von jeder der Antennenelemente 30 an beiden Enden) ausgebildet sind, ist die vorliegende Offenbarung auch nicht darauf beschränkt und kann das Meta-Material in diesem Gebiet ausgebildet sein.
Die Positionen der Stromversorgungspunkte 36 auf den Patch-Elektroden 32 werden unter Berücksichtigung der Antenneneigenschaften des Hochfrequenzmoduls 1 geeignet bestimmt. In der vorliegenden Offenbarung sind die Positionen der Stromversorgungspunkte 36 so bestimmt, dass sie wie in 3 veranschaulicht in im Wesentlichen gleichen Abständen von Endbereichen der EBG-Strukturen auf den beiden Seiten liegen. Der Abstand zwischen den Stromversorgungspunkten 36 hängt auch von der Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen als Ziele des Hochfrequenzmoduls 1 ab.
Man beachte, dass, wie in 4 veranschaulicht ist, beispielsweise ein ein vorbestimmtes elektronisches Schaltungselement enthaltendes IC-Substrat auf der Seite der rückseitigen Oberfläche (das heißt der Seite der Masseelektrode 34) des Hochfrequenzmoduls 1 über einen Kontakthöcker vorgesehen sein kann. Alternativ dazu kann ein vorbestimmtes elektronisches Schaltungselement in einem vorbestimmten Gebiet ausgebildet sein, das durch die EBG-Struktur auf dem Interposer 10 abgeteilt ist, wie in einem anderen Beispiel veranschaulicht ist. Außerdem kann eine massive Metallstruktur aus einem vorbestimmten Metallmaterial über der gesamten Oberfläche oder einem Teil der Oberfläche des Hochfrequenzmoduls 1 auf der Seite der rückseitigen Oberfläche gebildet sein.
Mit dem Hochfrequenzmodul 1, bei dem es sich um eine 1×5-Array-Antenne handelt, die ein Meta-Material vom EBG-Typ wie oben beschrieben übernimmt, kann als Ergebnis einer Simulation eine Verstärkung von etwa 17,1 dBi erhalten werden. Auf der anderen Seite beträgt eine Verstärkung einer 5×5-Array-Antenne beispielsweise im Stand der Technik, der kein Meta-Material übernimmt, etwa 18,6 dBi. Selbst in einem Fall, in dem die Anzahl an Antennenelementen 30 gering ist, ist es daher möglich, eine ausreichende Verstärkung zu gewährleisten, indem die Meta-Materialbereiche 20 mit spezifischen geometrischen Mustern effektiv angeordnet werden. Man beachte, dass in solch einem Hochfrequenzmodul 1 ein Strahlungswinkel (3 dB Strahlbreite) in der Ausrichtungsrichtung (der Y-Richtung in 1) der Vielzahl von Antennenelementen 30 enger ist als der Strahlungswinkel in einer Richtung (der X-Richtung in der Zeichnung), die zur Ausrichtungsrichtung orthogonal ist. Der Strahlungswinkel ist ein Winkel zwischen Punkten, an denen eine Strahlungsintensität um 3 dBi geringer als jene in einer Richtung ist, in der eine Strahlungsintensität der von der Antenne abgestrahlten elektromagnetischen Wellen (oder eine Empfangsempfindlichkeit der Antenne) ein Maximum ist. In diesem Beispiel beträgt der Strahlungswinkel in der Ausrichtungsrichtung der Antennenelemente 30 etwa 20 Grad und beträgt der Strahlungswinkel in der Richtung, die zur Ausrichtungsrichtung orthogonal ist, etwa 30 Grad. Dies verhält sich so, da der Strahlungswinkel aufgrund eines Überlagerungseffekts der gegenseitigen Antennenelemente 30 in der Ausrichtungsrichtung der Antennenelemente 30 eng wird, während es in der orthogonalen Richtung keinen solchen Überlagerungseffekt gibt.
Das in 1 veranschaulichte Hochfrequenzmodul 1 ist so konfiguriert, dass die Vielzahl von Antennenelementen 30 linienförmig ausgerichtet ist und es somit eine Antenneneigenschaft gibt, dass der Strahlungswinkel jedes Antennenelements 30 kleiner in dessen Ausrichtungsrichtung und größer in der dazu orthogonalen Richtung ist. Im Folgenden wird hierin das Hochfrequenzmodul 1 mit einer Konfiguration, um eine hohe Verstärkung zweidimensional zu gewährleisten, beschrieben.
5 ist eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Beispiel einer Konfiguration eines äußeren Erscheinungsbilds des Hochfrequenzmoduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technik veranschaulicht. 6 ist auch eine Draufsicht, die ein Beispiel der Konfiguration eines äußeren Erscheinungsbilds des Hochfrequenzmoduls gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik veranschaulicht, und Positionen der Stromversorgungspunkte unterscheiden sich in (a) und in (b) der Zeichnung, wie später beschrieben wird.
Wie in 5 veranschaulicht ist, weist das Hochfrequenzmodul 1 in diesem Beispiel eine Vielzahl von Antennenelementen 30 auf, die in Kreuzform ausgerichtet sind, und enthält es Meta-Materialbereiche 20, die in deren Nähe entlang der Ausrichtung der Antennenelemente 30 ausgebildet sind.
Die Vielzahl von Antennenelementen 30 umfasst eine erste Antennenelementgruppe, die in einer Linienform in der X-Richtung ausgerichtet ist, und eine zweite Antennenelementgruppe, die in einer Linienform in der Y-Richtung, die zur X-Richtung orthogonal ist, ausgerichtet ist. In diesem Beispiel sind neun Antennenelemente 30 vorgesehen, wobei das Antennenelement 30 an der Schnittpunktposition in der Mitte gemeinsam genutzt bzw. geteilt wird. Die Positionen der Stromversorgungspunkte 36 auf den Patch-Elektroden 32 sind so bestimmt, dass sie in im Wesentlichen gleichen Abständen von den EBG-Strukturen auf den beiden Seiten liegen (siehe 3).
Genauer gesagt sind im in 6(a) veranschaulichten Beispiel die Positionen der Stromversorgungspunkte 36 der Antennenelemente 30, die in der X-Richtung (transversalen Richtung) ausgerichtet sind, in einer Linie auf einer virtuellen Linie L1 ausgerichtet und sind die Positionen der Stromversorgungspunkte 36 der Antennenelemente 30, die in der Y-Richtung (longitudinalen Richtung) ausgerichtet sind, in einer Linie auf einer virtuellen Linie L2 ausgerichtet, sodass sie mit der Position des Stromversorgungspunkts 36 des Antennenelements 30 an der Position der gegenseitigen Überschneidung bzw. Schnittpunktposition beim zentralen Bereich übereinstimmen. In dem in 6(b) veranschaulichten Beispiel sind die Positionen der Stromversorgungspunkte 36 der Antennenelemente 30, die in der X-Richtung (transversalen Richtung) ausgerichtet sind, ebenfalls in einer Linie auf der virtuellen Linie L1 ausgerichtet und sind die Positionen der Stromversorgungspunkte 36 der Antennenelemente 30, die in der Y-Richtung (longitudinalen Richtung) ausgerichtet sind, in einer Linie auf der virtuellen Linie L2 so ausgerichtet, dass sie mit der Position des Stromversorgungspunkts 36 des Antennenelements 30 an der Schnittpunktposition beim zentralen Bereich übereinstimmen. In diesem Fall sind der Stromversorgungspunkt des Antennenelements 30 an der Schnittpunktposition beim zentralen Bereich und die Stromversorgungspunkte 36 der übrigen Antennenelemente 30 in der virtuellen Linie (der virtuellen Linie L1 in diesem Beispiel) in der X-Richtung nicht ausgerichtet. Daher wird ein Signal mit einer Phase mit einer Abweichung von 90 Grad bezüglich des Signals für die übrigen Antennenelemente 30 für das Antennenelement 30 an der Schnittpunktposition in der Mitte über dessen Stromversorgungspunkt 36 verwendet. Alternativ dazu können zwei Stromversorgungspunkte 36a und 36b vorgesehen werden, statt das Signal mit einer Phase mit einer Abweichung von 90 Grad zu verwenden, wie in 7 veranschaulicht ist. Man beachte, dass, obgleich das gemeinsam genutzte Antennenelement 30 in der Mitte der in sowohl der X- als auch Y-Richtung ausgerichteten Antennenelemente 30 in diesem Beispiel liegt, die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt ist und ein Antennenelement 30 an einer vom zentralen Bereich abweichenden Position gemeinsam genutzt werden bzw. geteilt kann.
In Bezug auf die Meta-Materialbereiche 20 sind die Meta-Materialbereiche 20 in der Nähe und entlang der Vielzahl von in Kreuzform ausgerichteten Antennenelementen 30 ausgebildet. In diesem Beispiel werden die Meta-Materialbereiche 20 von vier Gruppen von EBG-Strukturen gebildet, die L-förmige geometrische Muster bilden, die mit Abstand voneinander punktsymmetrisch angeordnet sind. Auch ist ein vorbestimmtes Gebiet R veranschaulicht, das von einer ein L-förmiges geometrisches Muster bildenden EBG-Struktur 20a auf der Distalseite von der Vielzahl von Antennenelementen 30 gebildet wird. Eine Schaltung, die die gesamte drahtlose Steuerungsschaltung oder einen Teil davon bildet, welche später beschrieben wird, kann beispielsweise in dem vorbestimmten Gebiet (Elementgebiet) R angeordnet werden.
8 ist eine Blockdarstellung der drahtlosen Steuerungsschaltung, die für das Hochfrequenzmodul gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik geeignet ist. Die Zeichnung veranschaulicht als ein Beispiel eine drahtlose Steuerungsschaltung, die für das Hochfrequenzmodul 1 geeignet ist, das die Vielzahl von Antennenelementen 30 enthält, die in sowohl der longitudinalen Richtung als auch der transversalen Richtung (das heißt der Kreuzform) linienförmig ausgerichtet sind, was in 5 veranschaulicht ist.
Wie in der Zeichnung veranschaulicht ist, ist die drahtlose Steuerungsschaltung 800 so konfiguriert, dass sie eine Steuerungs-IC 810, eine Stromquelle 820, Phasenschieber 830, einen Schalter 840, einen Signalverstärker 850, einen Frequenzmodulator 860, einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 870 und einen Digital-Analog-Wandler (DAC) 880 umfasst.
Die Steuerungs-IC 810 ist eine Schaltung, die mit dem Hochfrequenzmodul 1 elektrisch verbunden ist und die drahtlose Steuerungsschaltung 800 kollektiv steuert. Die Steuerungs-IC 810 kann als programmierbare IC wie etwa beispielsweise als feldprogrammierbares Gate-Array konfiguriert sein. In der vorliegenden Offenbarung ist die Steuerungs-IC 810 ein Aspekt einer Steuerungseinheit. Beispielsweise führt die Steuerungs-IC 810 eine Steuerung zum Verschieben der Phase des Signals für die Phasenschieber 830 durch. Auf diese Weise kann das Hochfrequenzmodul 1 die Richtung und den Nebenkeulenpegel von Strahlenbündeln der Antennenelemente 30 steuern. Solch eine Steuerung ist als Beam-Steering-Steuerung bzw. Strahlsteuerung der Antennen-Arrays bekannt. Die Steuerungs-IC 810 führt auch eine Steuerung zum Umschalten des Schalters 840 durch, um zwischen Übertragungs-/Empfangsvorgängen des Hochfrequenzmoduls 1 umzuschalten.
Jeder der Vielzahl von Phasenschiebern 830 ist mit einem Antennenelement 30 verbunden und verschiebt die Phase des Signals zu/von dem Antennenelement 30 unter der Steuerung der Steuerungs-IC 810. Beispielsweise führt die Steuerungs-IC 810 eine Steuerung durch, um die Phase des Signals des Phasenschiebers 830, der mit dem Antennenelement 30 am Schnittpunkt in der Mitte verbunden ist, um 45 bis 90 Grad beispielsweise in Bezug auf den Phasenschieber 830, der mit den anderen Antennenelementen 30 verbunden ist, abweichen zu lassen. Der Phasenschieber 830 wird von der Stromquelle 820 wie etwa beispielsweise einem Low-Drop-Out-Regler (LDO) angesteuert.
Der Schalter 840 ist ein Schalter, um jedes der in der longitudinalen Richtung und der transversalen Richtung ausgerichteten Antennenelemente 30 zu verbinden. Obwohl der Schalter 840 beispielsweise von einem MOSFET gebildet wird, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Der Schalter 840 wird unter der Steuerung der Steuerungs-IC 810 im Zeitmultiplexverfahren geschaltet.
Der Signalverstärker 850 verstärkt Eingangssignale. Obgleich ein Leistungsverstärker (PA), der von einer DC-DC-Stromquelle 820 angesteuert wird, für eine Übertragung verwendet wird und ein rauscharmer Verstärker, der von einer LDO-Stromquelle 820 angesteuert wird, für einen Empfang verwendet wird, beispielsweise als Signalverstärker 850, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt.
Der Frequenzmodulator 860 führt eine Frequenzmodulation an Eingangssignalen auf der Basis von beispielsweise von einer (nicht veranschaulichten) PLL-Schaltung bereitgestellten Taktsignalen durch. Der Frequenzmodulator 860 ist so konfiguriert, dass er beispielsweise einen Aufwärtswandler 862 und einen Abwärtswandler 864 enthält. Der Aufwärtswandler 862 wandelt ein Niederfrequenzsignal in ein übertragbares Hochfrequenzsignal um. Der Abwärtswandler 864 wandelt auch ein empfangenes Hochfrequenzsignal in ein Niederfrequenzsignal um, sodass es möglich ist, eine interne Verarbeitung daran durchzuführen.
Der ADC 870 wandelt ein empfangenes analoges Signal in ein digitales Signal um und gibt das digitale Signal an eine interne Schaltung, die nicht veranschaulicht ist, ab. Der DAC 880 wandelt ebenfalls ein eingespeistes digitales Signal in ein analoges Signal um und gibt das analoge Signal an den Aufwärtswandler 862 ab.
Man beachte, dass, obgleich in der Zeichnung nicht veranschaulicht, das Antennenelement 30 an der Schnittpunktposition in der Mitte mit beispielsweise einem Wilkinson-Verteiler verbunden ist. Obgleich die Phasenschieber 830 entsprechend der Anzahl an Antennenelementen 30 benötigt werden, ist es im Allgemeinen möglich, eine Konfiguration zu übernehmen, in der sich die linienförmig ausgerichteten Antennenelemente 30 in der vorliegenden Ausführungsform senkrecht schneiden, und somit ist es möglich, die Anzahl an Antennenelementen 30 zu reduzieren und dadurch die Anzahl an Phasenschiebern 830 ebenfalls zu reduzieren und den Leistungsverbrauch zu reduzieren.
Wie oben beschrieben wurde, umfasst das Hochfrequenzmodul 1 in diesem Beispiel die Vielzahl von Antennenelementen 30, die in sowohl der X-Richtung als auch der Y-Richtung, die zur X-Richtung orthogonal ist, linienförmig ausgerichtet sind, und Meta-Materialbereiche 20 mit EBG-Strukturen, die in deren Nähe entlang der Ausrichtung der Vielzahl von Antennenelementen 30 ausgerichtet sind. Daher werden die Strahlungswinkel in sowohl der X-Richtung als auch der Y-Richtung gleich und ist es möglich, eine hohe Verstärkung zweidimensional zu gewährleisten.
(Andere Modifikationsbeispiele)
9 ist eine Draufsicht, die ein anderes Beispiel der Konfiguration eines äußeren Erscheinungsbilds des Hochfrequenzmoduls gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik veranschaulicht. Wie in der Zeichnung veranschaulicht ist, enthält das Hochfrequenzmodul 1 in diesem Beispiel eine Vielzahl von Antennenelementen 30, die in einer L-Form ausgerichtet sind, und enthält es Meta-Materialbereiche 20 in der Nähe und entlang der Ausrichtung der Antennenelemente 30.
Mit anderen Worten umfasst die Vielzahl von Antennenelementen 30 eine erste Antennenelementgruppe, die in der X-Richtung linienförmig ausgerichtet ist, und eine zweite Antennenelementgruppe, die in der Y-Richtung, die zur X-Richtung orthogonal ist, linienförmig ausgerichtet ist. In diesem Beispiel sind neun, in einer L-Form ausgerichtete Antennenelemente 30 vorgesehen, wobei das Antennenelement 30 an der Position, an der sich die ersten und zweiten Antennenelementgruppen an einem Endbereich sowohl der ersten als auch der zweiten Antennenelementgruppen schneiden, gemeinsam genutzt wird. Daher liegt das gemeinsam genutzte Antennenelement 30 an der von der Mitte des Interposers 10 abweichenden Position. Die Positionen der Stromversorgungspunkte 36 auf den Patch-Elektroden 32 sind so bestimmt, dass sie wie oben beschrieben in im Wesentlichen gleichen Abständen von den EBG-Strukturen auf den beiden Seiten liegen.
In Bezug auf die Meta-Materialbereiche 20 sind die Meta-Materialbereiche 20 in der Nähe und entlang der Vielzahl von in der L-Form ausgerichteten Antennenelementen 30 ausgebildet. Beispielsweise sind die Meta-Materialbereiche 20 so konfiguriert, dass sie eine in ein L-förmiges geometrisches Muster ausgebildete EBG-Struktur 20a und zwei, in streifenförmige geometrische Muster ausgebildete EBG-Strukturen 20b umfassen. Obgleich in diesem Beispiel die beiden EBG-Strukturen 20b getrennt voneinander ausgebildet sind, kann beispielsweise eine L-förmige EBG-Struktur wie die EBG-Struktur 20a entlang der Außenseite der Vielzahl von in der L-Form ausgerichteten Antennenelementen 30 konfiguriert sein.
Die Zeichnung veranschaulicht auch ein vorbestimmtes Gebiet R, das von der das L-förmige geometrische Muster bildenden EBG-Struktur 20a abgeteilt und auf der Distalseite der Vielzahl von Antennenelementen 30 ausgebildet ist. In diesem Beispiel ist die Vielzahl von Antennenelementen 30 in der L-Form ausgerichtet, liegt das gemeinsam genutzte Antennenelement 30 an einer von der Mitte des Interposers 10 abweichenden Position und kann das vorbestimmte Gebiet R maximiert werden. Somit ist es möglich, ein Schaltungselement, das ein aktives Element und dergleichen enthält, das die gesamte drahtlose Steuerungsschaltung oder einen Teil davon bildet, wie beispielsweise in 8 veranschaulicht ist, im vorbestimmten Gebiet R wirksam anzuordnen.
Außerdem ist es möglich, eine drahtlose Vorrichtung, die solch ein Hochfrequenzmodul 1 enthält, das die in der L-Form ausgerichteten Antennenelemente 30 enthält, beispielsweise in einem Eckbereich eines Schaltungssubstrats anzuordnen, das innerhalb einer Vorrichtung wie etwa eines Smartphones vorgesehen ist, was zu einer weiteren Reduzierung der Größe der Vorrichtung beiträgt.
10 ist eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel der Konfiguration eines äußeren Erscheinungsbilds des Hochfrequenzmoduls gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Wie in der Zeichnung veranschaulicht ist, umfasst das Hochfrequenzmodul 1 in diesem Beispiel die Vielzahl von in T-Form ausgerichteten Antennenelementen 30 und umfasst Meta-Materialbereiche 20, die in der Nähe und entlang der Ausrichtung der Antennenelemente 30 ausgebildet sind.
Mit anderen Worten umfasst die Vielzahl von Antennenelementen 30 eine erste Antennenelementgruppe, die in der X-Richtung linienförmig ausgerichtet ist, und eine zweite Antennenelementgruppe, die in der Y-Richtung, die zur X-Richtung orthogonal ist, linienförmig ausgerichtet ist. In diesem Beispiel sind neun, in T-Form ausgerichtete Antennenelemente 30 vorgesehen, wobei das Antennenelement 30 an der Position, an der sich die erste Antennenelementgruppe und die zweite Antennenelementgruppe an der mittleren Position der ersten Antennenelementgruppe und an einem Endbereich der zweiten Antennenelementgruppe schneiden, gemeinsam genutzt wird. Daher liegt das gemeinsam genutzte Antennenelement 30 an der von der Mitte des Interposers 10 abweichenden Position. Die Positionen der Stromversorgungspunkte 36 auf den Patch-Elektroden 32 sind wie oben beschrieben in im Wesentlichen gleichen Abständen von den EBG-Strukturen auf den beiden Seiten bestimmt.
Was die Meta-Materialbereiche 20 anbetrifft, sind die Meta-Materialbereiche 20 in der Nähe und entlang der Vielzahl von in der T-Form ausgerichteten Antennenelementen 30 ausgebildet. Beispielsweise sind die Meta-Materialbereiche 20 so konfiguriert, dass sie zwei, in L-förmige geometrische Muster ausgebildete EBG-Strukturen 20a und eine in ein streifenförmiges geometrisches Muster ausgebildete EBG-Struktur 20b umfassen.
11 ist eine Darstellung, die ein anderes Beispiel der Konfiguration eines äußeren Erscheinungsbilds des Hochfrequenzmoduls gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik veranschaulicht, wobei (a) eine Draufsicht ist, die ein weiteres Beispiel der Konfiguration eines äußeren Erscheinungsbilds des Hochfrequenzmoduls veranschaulicht, und (b) dessen partielle Schnittansicht ist. Das Hochfrequenzmodul 1 in diesem Beispiel weist vertiefte Bereiche 112 zum Ausbilden von Luftschichten in der Nähe der Vielzahl von Antennenelementen 30 auf.
Mit anderen Worten sind die vertieften Bereiche 112 in der Nähe der Patch-Elektroden 32 entlang der Ausrichtungsrichtung der Patch-Elektroden 32 ausgebildet. Obgleich ein Beispiel, in dem ein vertiefter Bereich 112 zwischen den Patch-Elektroden 32 ausgebildet ist, in der Zeichnung veranschaulicht ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt und kann beispielsweise eine Vielzahl vertiefter Bereiche 112 zwischen den Patch-Elektroden 32 ausgebildet werden. Die vertieften Bereiche 112 werden gebildet, indem beispielsweise ein Teil des Interposers 10 auf der Seite der ersten Oberfläche geschnitten wird. Die Form und die Größe der vertieften Bereiche 112 werden unter Berücksichtigung der Antenneneigenschaften des Hochfrequenzmoduls 1 geeignet bestimmt. In einem anderen Beispiel können die vertieften Bereiche 112 so ausgebildet werden, dass sie die Patch-Elektroden 32 umgeben, obgleich dies in der Zeichnung nicht veranschaulicht ist.
Auf diese Weise kann das Hochfrequenzmodul 1 ebene Wellen dämpfen, indem die Luftschichten bildenden vertieften Bereiche 112 im Interposer 10 ausgebildet werden. Obgleich elektromagnetische Strahlung in der Richtung, die zur Ausrichtungsrichtung der Antennenelemente 30 orthogonal ist, in einer Hochfrequenzdomäne stärker wird, können insbesondere die vertieften Bereiche 112, die in der Nähe und entlang der Ausrichtungsrichtung der Antennenelemente 30 ausgebildet sind, elektromagnetische Strahlung dämpfen und die Richtung der Strahlung in der Richtung nach oben lenken. Ein Ergebnis einer Simulation solch eines Hochfrequenzmoduls 1 zeigte, dass die elektromagnetische Strahlung in der Richtung von 75 Grad um etwa -0,3 dBi reduziert wurde und dass die elektromagnetische Strahlung nach oben um etwa +0,2 dBi verbessert wurde.
12 ist eine partielle Schnittansicht, die ein weiteres Beispiel der Konfiguration eines äußeren Erscheinungsbilds des Hochfrequenzmoduls gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik veranschaulicht. Das Hochfrequenzmodul 1 in diesem Beispiel ist eine Mikrostreifenantenne mit einer Struktur, in der Elemente ohne Stromversorgung montiert sind. Obgleich in der Zeichnung nicht explizit veranschaulicht, nimmt das Hochfrequenzmodul 1 in diesem Beispiel ebenfalls die Konfiguration an, die die Vielzahl von Antennenelementen 30 und die Meta-Materialbereiche 20 wie oben beschrieben umfasst.
Mit anderen Worten enthält das Hochfrequenzmodul 1 einen zusätzlichen Interposer 12, der auf der ersten Oberfläche des Interposers 10 platziert ist, und ein Element 122 ohne Stromversorgung, das auf der ersten Oberfläche des zusätzlichen Interposers 12 wie in der Zeichnung veranschaulicht ausgebildet ist.
Der zusätzliche Interposer 12 bildet einen vorbestimmten Raum zwischen den Patch-Elektroden 32 und dem Element 122 ohne Stromversorgung. Der zusätzliche Interposer 12 weist vertiefte Bereiche 124 zum Ausbilden einer Luftschicht auf. Die vertieften Bereiche 124 sind so ausgebildet, dass sie die Patch-Elektroden 32 abdecken. Der zusätzliche Interposer 12 ist ähnlich dem Interposer 10 beispielsweise ein Glas-Interposer (GIP).
Das Element 122 ohne Stromversorgung weist im Gegensatz zu den Patch-Elektroden 32 keine Stromversorgungspunkte auf. Das Element 122 ohne Stromversorgung ist so ausgebildet, dass es über die vertieften Bereiche 124 auf der ersten Oberfläche (vorderen Oberfläche) des zusätzlichen Interposers 12 den Patch-Elektroden 32 gegenüberliegt. Der Abstand zwischen den Patch-Elektroden 32 und dem Element 122 ohne Stromversorgung wird unter Berücksichtigung der Antenneneigenschaften des Hochfrequenzmoduls 1 geeignet bestimmt. In der vorliegenden Offenbarung ist das Element 122 ohne Stromversorgung ein Aspekt der dritten Elektrode.
Auf diese Weise kann das Hochfrequenzmodul 1 eine effektive spezifische Dielektrizitätskonstante reduzieren, kann das Auftreten ebener Wellen dämpfen und kann somit eine Verstärkung verbessern, indem die die Luftschichten auf dem Interposer 10 ausbildenden vertieften Bereiche 124 ausgebildet werden. Ein Ergebnis einer Simulation zeigte, dass die Verstärkung des Hochfrequenzmoduls 1 in diesem Beispiel um etwa 1 dBi verbessert wurde und im Vergleich mit einem Hochfrequenzmodul mit einer Struktur, die die vertieften Bereiche 124 nicht aufweist, auch bis zu etwa 17,2 dBi verbessert wurde.
Jede der oben erwähnten Ausführungsformen ist ein veranschaulichendes Beispiel, um die vorliegende Technik zu erläutern, und die vorliegende Technik soll nicht nur auf diese Ausführungsformen begrenzt sein. Die vorliegende Technik kann in verschiedenen Formen realisiert werden, ohne von deren Kern abzuweichen.
Beispielsweise können die Schritte, die Vorgänge oder die Funktionen des Verfahrens, die in der Beschreibung offenbart sind, parallel oder in unterschiedlicher Reihenfolge durchgeführt werden, sofern keine Konflikte in deren Ergebnis auftreten. Die beschriebenen Schritte, Vorgänge und Funktionen sind nur als Beispiele angegeben, und einige der Schritte, der Vorgänge und der Funktionen können weggelassen oder in einem Schritt, einem Vorgang und Funktionen kombiniert werden, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen, und andere Schritte, Vorgänge oder Funktionen können hinzugefügt werden.
Obgleich verschiedene Ausführungsformen in der Beschreibung offenbart worden sind, können auch spezifische Merkmale (technische Punkte) in einer der Ausführungsformen einer anderen Ausführungsform mit geeigneten Verbesserungen hinzugefügt werden oder durch ein spezifisches Merkmal in der anderen Ausführungsform ersetzt werden, und solch eine Ausführungsform ist ebenfalls im Kern der vorliegenden Technik enthalten.
Die vorliegende Technik kann auch so konfiguriert sein, dass sie die folgenden technischen Punkte bzw. Aspekte umfasst.

(1) Ein Hochfrequenzmodul, aufweisend: einen Interposer; eine Vielzahl von Antennenelementgruppen, die erste Elektroden und eine zweite Elektrode umfassen und so konfiguriert sind, dass die ersten Elektroden in zumindest einer ersten Richtung auf einer ersten Oberfläche des Interposers linienförmig ausgerichtet sind; und Meta-Materialbereiche, die am Interposer vorgesehen sind und elektromagnetische Eigenschaften der Vielzahl von Antennenelementen beeinflussen, wobei die Meta-Materialbereiche Strukturen mit elektromagnetischen Bandlücken umfassen, die vorgesehen werden, indem vorbestimmte geometrische Muster nahe beiden Seiten der ersten Elektroden entlang zumindest der ersten Richtung ausgebildet werden.
(2) Das Hochfrequenzmodul gemäß dem obigen (1), worin jedes der Vielzahl von Antennenelementen einen Stromversorgungspunkt an einer Position mit einem äquivalenten Abstand von Endbereichen der Strukturen mit elektromagnetischen Bandlücken aufweist, die nahe den beiden Seiten der ersten Elektroden vorgesehen sind.
(3) Das Hochfrequenzmodul gemäß dem obigen (1) oder (2), worin die Vielzahl von Antennenelementen eine erste Antennenelementgruppe, in der die ersten Elektroden in der ersten Richtung linienförmig ausgerichtet sind, und eine zweite Antennenelementgruppe umfasst, in der die ersten Elektroden in einer zweiten Richtung, die zur ersten Richtung orthogonal ist, linienförmig ausgerichtet sind, und die erste Antennenelementgruppe und die zweite Antennenelementgruppe sich ein Antennenelement an einer Position der gegenseitigen Überschneidung teilen.
(4) Das Hochfrequenzmodul gemäß einem der obigen (1) bis (3), worin die Meta-Materialbereiche ferner Strukturen mit elektromagnetischen Bandlücken enthalten, die vorbestimmte geometrische Muster bilden und nahe den beiden Seiten der ersten Elektroden entlang der zweiten Richtung vorgesehen sind.
(5) Das Hochfrequenzmodul gemäß einem der obigen (1) bis (4), worin die erste Antennenelementgruppe und die zweite Antennenelementgruppe in Kreuzform ausgerichtet sind, wobei sie sich ein Antennenelement an einer Position teilen, an der sich die erste Antennenelementgruppe und die zweite Antennenelementgruppe an einem zentralen Bereich schneiden.
(6) Das Hochfrequenzmodul gemäß einem der obigen (1) bis (4), worin die erste Antennenelementgruppe und die zweite Antennenelementgruppe in einer L-Form ausgerichtet sind, wobei sie sich ein Antennenelement an einer Position teilen, an der sich die erste Antennenelementgruppe und die zweite Antennenelementgruppe an einem Endbereich schneiden.
(7) Das Hochfrequenzmodul gemäß einem der obigen (1) bis (4), worin die erste Antennenelementgruppe und die zweite Antennenelementgruppe in einer T-Form ausgerichtet sind, wobei sie sich ein Antennenelement an einer Position teilen, an der sich die erste Antennenelementgruppe und die zweite Antennenelementgruppe an einem zentralen Bereich von einer der Antennengruppen und an einem Ende der anderen Antennengruppe schneiden.
(8) Das Hochfrequenzmodul gemäß einem der obigen (1) bis (7), worin ein vorbestimmtes aktives elektronisches Schaltungselement in einem Gebiet angeordnet ist, das von der Struktur mit elektromagnetischer Bandlücke, die das vorbestimmte geometrische Muster bildet, auf einer Distalseite von der Vielzahl von Antennenelementen gebildet wird.
(9) Das Hochfrequenzmodul gemäß einem der obigen (1) bis (8), worin ein Antennenelement an der Position einer gegenseitigen Überschneidung einen Stromversorgungspunkt aufweist, der auf einer virtuellen Linie liegt, die Stromversorgungspunkte von einer der Antennengruppen verbindet, und mit einer Abweichung von einer virtuellen Linie gelegen ist, die Stromversorgungspunkte der anderen Antennengruppe verbindet.
(10) Das Hochfrequenzmodul gemäß dem obigen (9), worin ein Signal mit einer Phase mit einer Abweichung von 90 Grad in Bezug auf eine Phase eines den Stromversorgungspunkten der anderen Antennenelementgruppe bereitgestellten Signals dem Stromversorgungspunkt des Antennenelements an der Position der gegenseitigen Überschneidung bereitgestellt wird.
(11) Das Hochfrequenzmodul gemäß einem der obigen (1) bis (9), worin das Antennenelement an der Position der gegenseitigen Überschneidung einen ersten Stromversorgungspunkt, der auf einer Stromversorgungspunkte von einer der Antennengruppen verbindenden virtuellen Linie liegt, und einen zweiten Stromversorgungspunkt aufweist, der auf einer Stromversorgungspunkte der anderen Antennengruppe verbindenden virtuellen Linie liegt.
(12) Das Hochfrequenzmodul gemäß einem der obigen (1) bis (11), worin der Interposer einen vertieften Bereich zum Ausbilden einer Luftschicht nahe den ersten Elektroden aufweist.
(13) Das Hochfrequenzmodul gemäß einem der obigen (1) bis (12), worin der vertiefte Bereich zwischen den ersten Elektroden zumindest entlang der ersten Richtung ausgebildet ist.
(14) Das Hochfrequenzmodul gemäß einem der obigen (1) bis (13), ferner aufweisend: einen zusätzlichen Interposer, der auf dem Interposer geschichtet ist und einen vertieften Bereich zum Ausbilden einer Luftschicht enthält; und eine dritte Elektrode, die am zusätzlichen Interposer vorgesehen ist, wobei die dritte Elektrode so vorgesehen ist, dass sie über den vertieften Bereich den ersten Elektroden gegenüberliegt.
(15) Das Hochfrequenzmodul gemäß einem der obigen (1) bis (14), worin eine massive Metallstruktur auf einer Seite der zweiten Oberfläche des Interposers enthalten ist.
(16) Eine drahtlose Vorrichtung, aufweisend: ein Hochfrequenzmodul; und eine drahtlose Steuerungsschaltung, die mit dem Hochfrequenzmodul elektrisch gekoppelt ist, wobei das Hochfrequenzmodul einen Interposer, eine Vielzahl von Antennenelementen, die erste Elektroden und eine zweite Elektrode umfassen und so konfiguriert sind, dass sie auf einer ersten Oberfläche des Interposers eine erste Antennenelementgruppe, in der die ersten Elektroden in einer ersten Richtung linienförmig ausgerichtet sind, und eine zweite Antennenelementgruppe umfassen, in der die ersten Elektroden in einer zweiten Richtung, die zur ersten Richtung orthogonal ist, linienförmig ausgerichtet sind, und Meta-Materialbereiche umfasst, die am Interposer vorgesehen sind und elektromagnetische Eigenschaften der Vielzahl von Antennenelementen beeinflussen, die Meta-Materialbereiche Strukturen mit elektromagnetischen Bandlücken enthalten, die vorgesehen sind, um vorbestimmte geometrische Muster nahe beiden Seiten der ersten Elektroden der Vielzahl von Antennenelementen entlang sowohl der ersten Richtung als auch der zweiten Richtung zu bilden, die erste Antennenelementgruppe und die zweite Antennenelementgruppe sich ein Antennenelement an einer Position der gegenseitigen Überschneidung teilen, die drahtlose Steuerungsschaltung einen Phasenschieber enthält, der mit je einem der Vielzahl von Antennenelementen elektrisch gekoppelt ist, und eine Steuerungseinheit, die den Phasenschieber so steuert, dass Phasen von Signalen für die Vielzahl von Antennenelementen geändert werden, und die Steuerungseinheit eine Steuerung so durchführt, dass ein Signal mit einer Phase mit einer Abweichung von 90 Grad in Bezug auf eine Phase eines Stromversorgungspunkten von einer der Antennenelementgruppen bereitzustellenden Signals dem Stromversorgungspunkt des Antennenelements an der Position der gegenseitigen Überschneidung bereitgestellt wird.

Bezugszeichenliste

1: Hochfrequenzmodul
10, 12: Interposer
20: Meta-Materialbereich (EBG-Struktur)
30: Antennenelement
32: Patch-Elektrode
34: Masseelektrode
36: Stromversorgungspunkt
112: vertiefter Bereich
122: Element ohne Stromversorgung
124: vertiefter Bereich
800: drahtlose Steuerungsschaltung
810: Steuerungs-IC
820: Stromquelle
830: Phasenschieber
840: Schalter
850: Signalverstärker
860: Frequenzmodulator
870: Analog-Digital-Wandler
880: Digital-Analog-Wandler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2017064856 [0004]

Claims

Hochfrequenzmodul, aufweisend: einen Interposer; eine Vielzahl von Antennenelementgruppen, die erste Elektroden und eine zweite Elektrode umfassen und so konfiguriert sind, dass die ersten Elektroden in zumindest einer ersten Richtung auf einer ersten Oberfläche des Interposers linienförmig ausgerichtet sind; und Meta-Materialbereiche, die am Interposer vorgesehen sind und elektromagnetische Eigenschaften der Vielzahl von Antennenelementen beeinflussen, wobei die Meta-Materialbereiche Strukturen mit elektromagnetischen Bandlücken umfassen, die vorgesehen werden, indem vorbestimmte geometrische Muster nahe beiden Seiten der ersten Elektroden entlang zumindest der ersten Richtung ausgebildet werden.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 1, wobei jedes der Vielzahl von Antennenelementen einen Stromversorgungspunkt an einer Position mit einem äquivalenten Abstand von Endbereichen der Strukturen mit elektromagnetischen Bandlücken aufweist, die nahe den beiden Seiten der ersten Elektroden vorgesehen sind.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Antennenelementen eine erste Antennenelementgruppe, in der die ersten Elektroden in der ersten Richtung linienförmig ausgerichtet sind, und eine zweite Antennenelementgruppe umfasst, in der die ersten Elektroden in einer zweiten Richtung, die zur ersten Richtung orthogonal ist, linienförmig ausgerichtet sind, und die erste Antennenelementgruppe und die zweite Antennenelementgruppe sich ein Antennenelement an einer Position der gegenseitigen Überschneidung teilen.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 3, wobei die Meta-Materialbereiche ferner Strukturen mit elektromagnetischen Bandlücken enthalten, die vorbestimmte geometrische Muster bilden und nahe den beiden Seiten der ersten Elektroden entlang der zweiten Richtung vorgesehen sind.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 4, wobei die erste Antennenelementgruppe und die zweite Antennenelementgruppe in Kreuzform ausgerichtet sind, wobei sie sich ein Antennenelement an einer Position teilen, an der sich die erste Antennenelementgruppe und die zweite Antennenelementgruppe an einem zentralen Bereich schneiden.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 4, wobei die erste Antennenelementgruppe und die zweite Antennenelementgruppe in einer L-Form ausgerichtet sind, wobei sie sich ein Antennenelement an einer Position teilen, an der sich die erste Antennenelementgruppe und die zweite Antennenelementgruppe an einem Endbereich schneiden.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 4, wobei die erste Antennenelementgruppe und die zweite Antennenelementgruppe in einer T-Form ausgerichtet sind, wobei sie sich ein Antennenelement an einer Position teilen, an der sich die erste Antennenelementgruppe und die zweite Antennenelementgruppe an einem zentralen Bereich von einer der Antennengruppen und an einem Ende der anderen Antennengruppe schneiden.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 4, wobei ein vorbestimmtes aktives elektronisches Schaltungselement in einem Gebiet angeordnet ist, das von der Struktur mit elektromagnetischer Bandlücke, die das vorbestimmte geometrische Muster bildet, auf einer Distalseite von der Vielzahl von Antennenelementen gebildet wird.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 4, wobei ein Antennenelement an der Position einer gegenseitigen Überschneidung einen Stromversorgungspunkt aufweist, der auf einer virtuellen Linie liegt, die Stromversorgungspunkte von einer der Antennengruppen verbindet, und mit einer Abweichung von einer virtuellen Linie gelegen ist, die Stromversorgungspunkte der anderen Antennengruppe verbindet.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 9, wobei ein Signal mit einer Phase mit einer Abweichung von 90 Grad in Bezug auf eine Phase eines den Stromversorgungspunkten der anderen Antennenelementgruppe bereitgestellten Signals dem Stromversorgungspunkt des Antennenelements an der Position der gegenseitigen Überschneidung bereitgestellt wird.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 4, wobei das Antennenelement an der Position der gegenseitigen Überschneidung einen ersten Stromversorgungspunkt, der auf einer Stromversorgungspunkte von einer der Antennengruppen verbindenden virtuellen Linie liegt, und einen zweiten Stromversorgungspunkt aufweist, der auf einer Stromversorgungspunkte der anderen Antennengruppe verbindenden virtuellen Linie liegt.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 1, wobei der Interposer einen vertieften Bereich zum Ausbilden einer Luftschicht nahe den ersten Elektroden aufweist.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 12, wobei der vertiefte Bereich zwischen den ersten Elektroden zumindest entlang der ersten Richtung ausgebildet ist.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen zusätzlichen Interposer, der auf dem Interposer geschichtet ist und einen vertieften Bereich zum Ausbilden einer Luftschicht enthält; und eine dritte Elektrode, die am zusätzlichen Interposer vorgesehen ist, wobei die dritte Elektrode so vorgesehen ist, dass sie über den vertieften Bereich den ersten Elektroden gegenüberliegt.
Hochfrequenzmodul nach Anspruch 1, wobei eine massive Metallstruktur auf einer Seite der zweiten Oberfläche des Interposers enthalten ist.
Drahtlose Vorrichtung, aufweisend: ein Hochfrequenzmodul; und eine drahtlose Steuerungsschaltung, die mit dem Hochfrequenzmodul elektrisch gekoppelt ist, wobei das Hochfrequenzmodul einen Interposer, eine Vielzahl von Antennenelementen, die erste Elektroden und eine zweite Elektrode umfassen und so konfiguriert sind, dass sie auf einer ersten Oberfläche des Interposers eine erste Antennenelementgruppe, in der die ersten Elektroden in einer ersten Richtung linienförmig ausgerichtet sind, und eine zweite Antennenelementgruppe umfassen, in der die ersten Elektroden in einer zweiten Richtung, die zur ersten Richtung orthogonal ist, linienförmig ausgerichtet sind, und Meta-Materialbereiche umfasst, die am Interposer vorgesehen sind und elektromagnetische Eigenschaften der Vielzahl von Antennenelementen beeinflussen, die Meta-Materialbereiche Strukturen mit elektromagnetischen Bandlücken enthalten, die vorgesehen sind, um vorbestimmte geometrische Muster nahe beiden Seiten der ersten Elektroden der Vielzahl von Antennenelementen entlang sowohl der ersten Richtung als auch der zweiten Richtung zu bilden, die erste Antennenelementgruppe und die zweite Antennenelementgruppe sich ein Antennenelement an einer Position der gegenseitigen Überschneidung teilen, die drahtlose Steuerungsschaltung einen Phasenschieber, der mit je einem der Vielzahl von Antennenelementen elektrisch gekoppelt ist, und eine Steuerungseinheit enthält, die den Phasenschieber so steuert, dass Phasen von Signalen für die Vielzahl von Antennenelementen geändert werden, und die Steuerungseinheit eine Steuerung so durchführt, dass ein Signal mit einer Phase mit einer Abweichung von 90 Grad in Bezug auf eine Phase eines Stromversorgungspunkten von einer der Antennenelementgruppen bereitzustellenden Signals dem Stromversorgungspunkt des Antennenelements an der Position der gegenseitigen Überschneidung bereitgestellt wird.