JP2021052294A - アンテナ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ミリ波帯域の信号を効率よく伝送可能なアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置は、互いに離して配置された複数のアンテナと、複数のアンテナにそれぞれ接続する第1バトラーマトリクス回路と、複数のアンテナにそれぞれ接続する第2バトラーマトリクス回路と、を備える。複数のアンテナの各々において、第1バトラーマトリクス回路に接続する第1給電点と、第2バトラーマトリクス回路に接続する第2給電点は、互いに離して配置されている。【選択図】図6

Description

本開示は、アンテナ装置に関する。
一平面上に構成されたバトラーマトリクス回路を有するアンテナ装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開平9−93008号公報
第5世代移動通信システム(5G)において、大幅な伝送レートの向上に対応するため、ミリ波帯の信号を用いることが計画されている。ミリ波帯域の信号は空間を移動する際の減衰が大きい。ミリ波帯域の信号を効率よく伝送可能なアンテナ装置が望まれている。
本開示はこのような事情に鑑みてなされたもので、ミリ波帯域の信号を効率よく伝送可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。
本開示の一態様に係るアンテナ装置は、互いに離して配置された複数のアンテナと、複数のアンテナにそれぞれ接続する第1バトラーマトリクス回路と、複数のアンテナにそれぞれ接続する第2バトラーマトリクス回路と、を備える。複数のアンテナの各々において、第1バトラーマトリクス回路に接続する第1給電点と、第2バトラーマトリクス回路に接続する第2給電点は、互いに離して配置されている。
これによれば、アンテナ装置は、第1給電点をミリ波帯域の第1電波用の給電点とし、第2給電点をミリ波帯域の第2電波用の給電点とすることができる。アンテナ装置は、ミリ波帯域の2つの電波に対応することができるので、ミリ波帯域の信号を効率よく伝送することができる。
図1は、本開示の実施形態1に係るフェーズドアレイアンテナ装置の構成例を示す図である。 図2は、本開示の実施形態1に係るバトラーマトリクス回路の構成例を示す図である。 図3は、本開示の実施形態1に係るアンテナ回路基板の構成例を模式的に示す平面図である。 図4は、本開示の実施形態1に係るアンテナ回路基板において、水平偏波用のバトラーマトリクス回路の構成例を模式的に示す平面図である。 図5は、本開示の実施形態1に係るアンテナ回路基板において、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路の構成例を模式的に示す平面図である。 図6は、本開示の実施形態1に係るアンテナ回路基板の構成例を模式的に示す斜視図である。 図7は、本開示の実施形態1に係るアンテナ回路基板の構成例を模式的に示す断面図である。 図8は、本開示の実施形態1に係るフェーズドアレイアンテナ装置の第1の構成例を示す断面図である。 図9は、本開示の実施形態1に係るフェーズドアレイアンテナ装置の第2の構成例を示す断面図である。 図10は、本開示の実施形態2に係るアンテナ回路基板の構成例を模式的に示す平面図である。 図11は、本開示の実施形態2に係るアンテナ回路基板において、水平偏波用のバトラーマトリクス回路の構成例を模式的に示す平面図である。 図12は、本開示の実施形態2に係るアンテナ回路基板において、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路の構成例を模式的に示す平面図である。 図13は、本開示の実施形態2に係るアンテナ回路基板の構成例を模式的に示す斜視図である。 図14は、本開示の実施形態2に係るアンテナ回路基板の構成例を模式的に示す断面図である。 図15は、本開示の実施形態3に係るアンテナ回路基板の構成例を模式的に示す平面図である。 図16は、本開示の実施形態3に係るアンテナ回路基板において、水平偏波用のバトラーマトリクス回路の構成例を模式的に示す平面図である。 図17は、本開示の実施形態3に係るアンテナ回路基板において、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路の構成例を模式的に示す平面図である。 図18は、本開示の実施形態3に係るアンテナ回路基板の構成例を模式的に示す斜視図である。 図19は、本開示の実施形態4に係るフェーズドアレイアンテナ装置の構成例を示す図である。 図20は、本開示の実施形態4に係るアンテナ回路基板の構成例を模式的に示す平面図である。 図21は、本開示の実施形態4に係るアンテナ回路基板において、低周波用のバトラーマトリクス回路の構成例を模式的に示す平面図である。 図22は、本開示の実施形態4に係るアンテナ回路基板において、高周波用のバトラーマトリクス回路の構成例を模式的に示す平面図である。 図23は、本開示の実施形態4に係るアンテナ回路基板の構成例を模式的に示す斜視図である。 図24は、本開示の実施形態5に係るアンテナ回路基板の構成例を示す平面図である。 図25は、本開示の実施形態5に係るアンテナ回路基板の構成例を模式的に示す断面図である。
以下において、図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
また、以下の説明における上下等の方向の定義は、単に説明の便宜上の定義であって、本開示の技術的思想を限定するものではない。例えば、対象を90°回転して観察すれば上下は左右に変換して読まれ、180°回転して観察すれば上下は反転して読まれることは勿論である。
また、以下の説明では、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の文言を用いて、方向を説明する場合がある。例えば、Z軸方向は、後述するアンテナ回路基板100の厚さ方向である。X軸方向及びY軸方向は、Z軸方向と直交する方向である。X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向は、互いに直交する。また、以下の説明において、「平面視」とは、Z軸方向から見ることを意味する。
<実施形態1>
図1は、本開示の実施形態1に係るフェーズドアレイアンテナ装置200の構成例を示す図である。図1に示すように、フェーズドアレイアンテナ装置200は、アンテナ回路基板100と、アンテナ回路基板100に信号を入力するための入力端子110と、アンテナ回路基板100から信号を出力するための出力端子122、136と、を備える。また、フェーズドアレイアンテナ装置200は、入力端子110(又は、出力端子122)とアンテナ回路基板100とを接続する伝送線路に配置された、パワーアンプ(PA)112と、単極双投(SPDT)スイッチ114と、バンドパスフィルタ116と、単極4投(SP4T)スイッチ118と、ローノイズアンプ(LNA)120とを備える。また、フェーズドアレイアンテナ装置200は、アンテナ回路基板100と出力端子136とを接続する伝送線路に配置された、単極4投(SP4T)スイッチ130と、バンドパスフィルタ132と、ローノイズアンプ(LNA)134とを備える。
パワーアンプ112は、入力端子110に入力された信号を増幅して、単極双投スイッチ114に出力する。単極双投スイッチ114は、パワーアンプ112とバンドパスフィルタ116との接続と、バンドパスフィルタ116とローノイズアンプ120との接続を切り替える。バンドパスフィルタ116、132は、特定周波数の信号のみを通過させる。特定周波数の信号として、例えば、ミリ波帯の信号が挙げられる。ミリ波帯の信号の周波数は、例えば30GHz以上300GHz以下である。
単極4投スイッチ118は、バンドパスフィルタ116と、バトラーマトリクス回路BM−Vの4つの入力端子との接続を切り替える。単極4投スイッチ130は、バンドパスフィルタ132と、バトラーマトリクス回路BM−Hの4つの入力端子との接続を切り替える。バトラーマトリクス回路BM−V、BM−Hについては、後述する。ローノイズアンプ120、134は、ノイズの付加を抑制しつつ、受信したミリ波帯の信号を増幅する。
アンテナ回路基板100は、互いに離して配置された4つのパッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4と、水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hと、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vと、を備える。バトラーマトリクス回路BM−V、BM−Hは、それぞれ4入力4出力型である。バトラーマトリクス回路BM−V、BM−Hは、例えば、互いに同一の共振周波数を有する。
バトラーマトリクス回路BM−Vにおいて、4つの入力端子は単極4投スイッチ118の4つの端子にそれぞれ1つずつ接続されており、4つの出力端子はパッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4にそれぞれ1つずつ接続されている。同様に、バトラーマトリクス回路BM−Hにおいて、4つの入力端子は単極4投スイッチ130の4つの端子にそれぞれ1つずつ接続されており、4つの出力端子はパッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4にそれぞれ1つずつ接続されている。パッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4の各表面は、後述の図6等に示すように、互いに平行である。
図2は、本開示の実施形態1に係るバトラーマトリクス回路BMの構成例を示す図である。図1に示したバトラーマトリクス回路BM−V、BM−Hは、例えば図2に示すバトラーマトリクス回路BMと同じ構成を有する。図2に示すように、バトラーマトリクス回路BMは、4入力4出力型であり、4つの入力端子a1、a2、a3、a4と、4つの出力端子b1、b2、b3、b4と、入力端子a1、a2、a3、a4と出力端子b1、b2、b3、b4とを接続する伝送線路TLと、を備える。また、バトラーマトリクス回路BMは、伝送線路TLに配置された4つのハイブリッドカプラHC1、HC2、HC3、HC4と、を備える。
バトラーマトリクス回路BMは、入力端子a1、a2、a3、a4に選択的に信号を入力することによって、4方向に指向性ビームを発生させるように構成されている。ハイブリッドカプラHC1、HC2、HC3、HC4は、それぞれ、入力電力を等分配して入力信号に90°の位相差をつけて出力する。表1に、バトラーマトリクス回路BMにおける入力信号と出力信号との関係の一例を示す。なお、表1の「アンテナビーム方向」の欄に記載された矢印は、パッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4の各表面の法線方向に対する、アンテナビームの傾斜方向を示している。具体的には、斜め左上方向を指している矢印は、アンテナビーム方向がパッチアンテナPA1側に傾いていることを示している。斜め左下方向を指している矢印は、アンテナビームがパッチアンテナPA2側に傾いていることを示している。斜め右上方向を指している矢印は、アンテナビーム方向がパッチアンテナPA3側に傾いていることを示している。斜め右下方向を指している矢印は、アンテナビームがパッチアンテナPA4側に傾いていることを示している。
Figure 2021052294
表1に示すように、入力端子a1に信号を入力すると、入力された信号に対して位相が0°、−90°、−90°、−180°シフトした信号が、出力端子b1、b2、b3、b4からそれぞれ出力される。出力端子b1、b2、b3、b4からそれぞれ出力される信号波が合成されることによって、パッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4の各表面の法線方向(例えば、後述の図6等に示すZ軸方向)に対してパッチアンテナPA4側に約30°傾いた方向に、アンテナビームが出力される。
同様に、入力端子a2に信号を入力すると、入力された信号に対して位相が−90°、0°、−180°、−90°シフトした信号が、出力端子b1、b2、b3、b4からそれぞれ出力される。出力端子b1、b2、b3、b4からそれぞれ出力される信号波が合成されることによって、Z軸方向に対してパッチアンテナPA3側に約30°傾いた方向にアンテナビームが出力される。
入力端子a3に信号を入力すると、入力された信号に対して位相が−90°、−180°、0°、−90°シフトした信号が、出力端子b1、b2、b3、b4からそれぞれ出力される。出力端子b1、b2、b3、b4からそれぞれ出力される信号波が合成されることによって、Z軸方向に対してパッチアンテナP2側に約30°傾いた方向に、アンテナビームが出力される。
入力端子a4に信号を入力すると、入力された信号に対して位相が−180°、−90°、−90°、0°シフトした信号が、出力端子b1、b2、b3、b4からそれぞれ出力される。出力端子b1、b2、b3、b4からそれぞれ出力される信号波が合成されることによって、Z軸方向に対してパッチアンテナPA1側に約30°傾いた方向に、アンテナビームが出力される。
図3は、本開示の実施形態1に係るアンテナ回路基板100の構成例を模式的に示す平面図である。図4は、本開示の実施形態1に係るアンテナ回路基板100において、水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hの構成例を模式的に示す平面図である。図5は、本開示の実施形態1に係るアンテナ回路基板100において、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vの構成例を模式的に示す平面図である。図6は、本開示の実施形態1に係るアンテナ回路基板100の構成例を模式的に示す斜視図である。
アンテナ回路基板100は、2行2列に配置されたパッチアンテナに、2系統のバトラーマトリクス回路が接続されたものである。水平偏波、垂直偏波の両偏波に対応するため、パッチアンテナの平面視による形状は矩形であり、X軸方向及びY軸方向に等間隔で配置されている。例えば、図3から図6に示すように、4つのパッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4の平面視による形状は、正方形である。パッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4は、平面視で正方形の角部に1つずつ位置するように配置されている。
パッチアンテナPA1には、水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hの出力端子B1−Hと、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vの出力端子B1−Vとがそれぞれ接続されている。出力端子B1−Vは水平偏波用の給電点として機能する。出力端子B1−Vは垂直偏波用の給電点として機能する。出力端子B1−H、B1−Vは、互いに離して配置されている。例えば、出力端子B1−Hは、パッチアンテナPA1が有する4つの外周辺のうち、X軸方向に平行な外周辺と隣り合う位置に配置されている。これにより、出力端子B1−Hを給電点としてパッチアンテナPA1から出力されるアンテナビームは、Y軸方向に偏波する。また、出力端子B1−Vは、パッチアンテナPA1が有する4つの外周辺のうち、Y軸方向に平行な外周辺と隣り合う位置に配置されている。これにより、出力端子B1−Vを給電点としてパッチアンテナPA1から出力されるアンテナビームは、X軸方向に偏波する。
同様に、パッチアンテナPA2には、水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hの出力端子B2−Hと、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vの出力端子B2−Vとがそれぞれ接続されている。出力端子B1−Hは水平偏波用の給電点として機能する。出力端子B2−Vは垂直偏波用の給電点として機能する。出力端子B2−H、B2−Vは、互いに離して配置されている。例えば、出力端子B2−Hは、パッチアンテナPA2が有する4つの外周辺のうち、X軸方向に平行な外周辺と隣り合う位置に配置されている。出力端子B2−Vは、パッチアンテナPA2が有する4つの外周辺のうち、Y軸方向に平行な外周辺と隣り合う位置に配置されている。
パッチアンテナPA3には、水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hの出力端子B3−Hと、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vの出力端子B3−Vとがそれぞれ接続されている。出力端子B3−Hは水平偏波用の給電点として機能する。出力端子B3−Vは垂直偏波用の給電点として機能する。出力端子B3−H、B3−Vは、互いに離して配置されている。例えば、出力端子B3−Hは、パッチアンテナPA3が有する4つの外周辺のうち、X軸方向に平行な外周辺と隣り合う位置に配置されている。出力端子B3−Vは、パッチアンテナPA3が有する4つの外周辺のうち、Y軸方向に平行な外周辺と隣り合う位置に配置されている。
パッチアンテナPA4には、水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hの出力端子B4−Hと、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vの出力端子B4−Vとがそれぞれ接続されている。出力端子B4−Hは水平偏波用の給電点として機能する。出力端子B4−Vは垂直偏波用の給電点として機能する。出力端子B4−H、B4−Vは、互いに離して配置されている。例えば、出力端子B4−Hは、パッチアンテナPA4が有する4つの外周辺のうち、X軸方向に平行な外周辺と隣り合う位置に配置されている。出力端子B4−Vは、パッチアンテナPA4が有する4つの外周辺のうち、Y軸方向に平行な外周辺と隣り合う位置に配置されている。
図4に示すように、水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hは、4つのハイブリッドカプラHC1−H、HC2−H、HC3−H、HC4−H、を有する。ハイブリッドカプラHC1−Hは入力端子A1−H、A2−Hに接続している。ハイブリッドカプラHC2−Hは入力端子A3−H、A4−Hに接続している。ハイブリッドカプラHC3−Hは出力端子B1−H、B2−Hに接続している。ハイブリッドカプラHC4−Hは出力端子B3−H、B4−Hに接続している。入力端子A1−H、A2−H、A3−H、A4−Hに入力された信号は、水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hによって分配、位相が変化され、4つの出力端子B1−H、B2−H、B3−H、B4−Hにそれぞれ出力される。
図5に示すように、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vは、4つのハイブリッドカプラHC1−V、HC2−V、HC3−V、HC4−V、を有する。ハイブリッドカプラHC1−Vは、ビアV11、V12を介して、入力端子A1−V、A2−Vに接続している。ハイブリッドカプラHC2−Vは、ビアV13、V14を介して、入力端子A3−V、A4−Vに接続している。ハイブリッドカプラHC3−Vは出力端子B1−V、B2−Vに接続している。ハイブリッドカプラHC4−Vは出力端子B3−V、B4−Vに接続している。入力端子A1−V、A2−V、A3−V、A4−Vに入力された信号は、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vによって分配、位相が変化され、4つの出力端子B1−V、B2−V、B3−V、B4−Vにそれぞれ出力される。
図3から図5に示すように、アンテナ回路基板100では、水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hの平面視による中心位置C1と、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vの平面視による中心位置C2と、4つのパッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4を含むアンテナ群の平面視による中心位置C3とが互いに一致している。
図4及び図5に示すように、X軸方向に平行で、かつ中心位置C1、C2、C3を通る仮想線をXLとする。また、Y軸方向に平行で、かつ中心位置C1、C2、C3を通る仮想線をXLとする。水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hを構成する各部と、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vを構成する各部と、パッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4は、それぞれ、仮想線XLを境界に平面視で上下対称に配置されており、仮想線YLを境界に平面視で左右対称に配置されている。
例えば、水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hにおいて、ハイブリッドカプラHC1−H、HC2−Hは、仮想線XLを境界に平面視で上下対称となっている。ハイブリッドカプラHC1−H、HC2−Hは、互いに同一の形状で同一の線路長を有する。ハイブリッドカプラHC1−Hと入力端子A1−H、A2−Hとを接続する線路L11、L12と、ハイブリッドカプラHC2−Hと入力端子A3−H、A4−Hとを接続する線路L13、L14も、仮想線XLを境界に平面視で上下対称となっている。線路L11、L12、L13、L14は、互いに同一の形状で同一の線路長を有する。
また、ハイブリッドカプラHC3−Hと、HC4−Hは、仮想線YLを境界に平面視で左右対称となっている。ハイブリッドカプラHC3−H、HC4−Hは、互いに同一の形状で同一の線路長を有する。ハイブリッドカプラHC3−Hと出力端子B1−H、B2−Hとを接続する線路L15、L16と、ハイブリッドカプラHC4−Hと出力端子B3−H、B4−Hとを接続する線路L17、L18も、仮想線YLを境界に平面視で左右対称となっている。線路L15、L16、L17、L18は、互いに同一の形状で同一の線路長を有する。
同様に、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vにおいて、ハイブリッドカプラHC1−V、HC2−Vは、仮想線YLを境界に平面視で左右対称となっている。ハイブリッドカプラHC1−V、HC2−Vは、互いに同一の形状で同一の線路長を有する。ハイブリッドカプラHC1−Vと入力端子A1−V、A2−Vとを接続する線路L21、L22と、ハイブリッドカプラHC2−Vと入力端子A3−V、A4−Vとを接続する線路L23、L24も、仮想線YLを境界に平面視で左右対称となっている。線路L21、L22、L23、L24は、互いに同一の形状で同一の線路長を有する。
また、ハイブリッドカプラHC3−Vと、HC4−Vは、仮想線XLを境界に平面視で上下対称となっている。ハイブリッドカプラHC3−V、HC4−Vは、互いに同一の形状で同一の線路長を有する。ハイブリッドカプラHC3−Vと出力端子B1−V、B3−Vとを接続する線路L25、L26と、ハイブリッドカプラHC4−Vと出力端子B2−V、B4−Vとを接続する線路L27、L28も、仮想線XLを境界に平面視で上下対称となっている。線路L25、L26、L27、L28は、互いに同一の形状で同一の線路長を有する。
図7は、本開示の実施形態1に係るアンテナ回路基板100の構成例を模式的に示す断面図である。アンテナ回路基板100は、有機基板、ビルドアップ基板、セラミック基板など、配線の多層化が可能な任意の基板で構成されている。また、アンテナ回路基板100には、2層ストリップラインで構成されていてもよいし、マイクロストリップライン又はストリップラインが積層された構造を有してもよい。例えば、図7に示すように、アンテナ回路基板100は、第1有機基板10と、第1ストリップライン20と、第2ストリップライン30と、第2有機基板40とが、この順で積層された構造を有する。
図7に示すように、アンテナ回路基板100は、おもて面100aと、おもて面100aの反対側に位置するうら面100bとを有する。アンテナ回路基板100は、おもて面100aとうら面100bとの間に位置する第1導電層2と、第1導電層2とおもて面100aとの間に位置する第2導電層3と、第2導電層3を挟んで第1導電層2の反対側に位置する第3導電層4と、を有する。例えば、第3導電層4は、おもて面100aに設けられている。また、アンテナ回路基板100は、うら面100bに設けられた第4導電層5と、おもて面100aとうら面100bとの間に設けられた接続配線9A、9B、9C、9Dとを有する。
接続配線9Aは、第1導電層2と第2導電層3とを接続する。接続配線9Bは、第2導電層3と第3導電層4とを接続する。接続配線9Cは、第1導電層2と第3導電層4とを接続する。接続配線9Dは、第1導電層2と第4導電層5とを接続する。
第1導電層2、第2導電層3及び第3導電層4は、例えば、銅(Cu)又はCu合金などの金属で構成されている。接続配線9A、9B、9C、9Dは、例えば、Z軸方向に設けられたビアと、水平方向(例えば、X軸方向及びY軸方向)に設けられた中継配線との組み合わせで構成されている。中継配線は、例えば第1導電層2、第2導電層3と同一レイヤに形成された導電層で構成されていてもよい。
水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hは、第1導電層2を含んで構成されている。例えば、バトラーマトリクス回路BM−Hに含まれる4つのハイブリッドカプラHC1−H、HC2−H、HC3−H、HC4−Hと、これらに接続する配線は、第1導電層2で構成されている。
垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vは、第2導電層3を含んで構成されている。例えば、バトラーマトリクス回路BM−Vに含まれる4つのハイブリッドカプラHC1−V、HC2−V、HC3−V、HC4−Vと、これらを接続する配線は、第2導電層3で構成されている。パッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4は、第3導電層4で構成されている。
水平偏波用の4つの出力端子B1−H、B2−H、B3−H、B4−Hは、例えば、接続配線9Cで構成されている。垂直偏波用の4つの出力端子B1−V、B2−V、B3−V、B4−Vは、例えば、接続配線9Bで構成されている。水平偏波用の4つの入力端子A1−H、A2−H、A3−H、A4−Hと、垂直偏波用の4つの入力端子A1−V、A2−V、A3−V、A4−Vは、例えば、第4導電層5で構成されている。ビアV11、V12、V13、V14は、例えば、接続配線9A、9Dで構成されている。
図8は、本開示の実施形態1に係るフェーズドアレイアンテナ装置200の第1の構成例を示す断面図である。図8に示すように、フェーズドアレイアンテナ装置200は、アンテナ回路基板100と、アンテナ回路基板100と向かい合う配線基板50と、複数の接続部品60と、複数個の電子部品61から67と、を備える。本開示の実施形態では、パッケージングされた電子部品を電子モジュールと呼んでもよい。
配線基板50は、コアとなる絶縁基板(以下、コア基板)と、コア基板の少なくとも一方の面側に設けられた複数の配線パターンと、複数の絶縁層とを有する。コア基板の厚さ方向において、配線パターンと絶縁層とが交互に配置されている。また、絶縁層にはスルーホールが設けられている。スルーホールを通して、上側の配線パターンと下側の配線パターンとが接続されている。配線基板50のおもて面50aには、電子部品と電気的に接続するためのランド等が設けられている。配線基板50のうら面50bには、配線基板50を他の基板70に実装するための端子部51が設けられている。接続部品60は、基板対基板コネクタ、又は、絶縁体の内部に配線を有する部品である。
電子部品61、62は、アンテナ回路基板100の裏面100b側に実装されている。例えば、電子部品61、62は、図1に示した単極4投(SP4T)スイッチ118、130の機能を有する部品である。なお、本開示の実施形態において、電子部品61、62の種類は、上記に限定されるものではない。
電子部品63から67は、配線基板50のおもて面50a側に実装されている。例えば、電子部品63は、図1に示した単極双投(SPDT)スイッチ114の機能を有する部品である。電子部品64は、図1に示したパワーアンプ(PA)112の機能を有する部品である。電子部品65は、図1に示したローノイズアンプ(LNA)120、134の機能を有する部品である。電子部品66、67は、表面実装部品(SMD:surface mount device)である。SMDの一例として、表面実装用のトランジスタ、ダイオード、抵抗器、コンデンサ又はインダクタが挙げられる。なお、本開示の実施形態において、電子部品63から67の種類は、上記に限定されるものではない。
図9は、本開示の実施形態1に係るフェーズドアレイアンテナ装置200の第2の構成例を示す断面図である。図9に示すように、フェーズドアレイアンテナ装置200は、アンテナ回路基板100が設けられたアンテナ回路基板100と、アンテナ回路基板100のうら面100b側に実装された電子部品68、69と、を有する。電子部品68は、例えば図1に示した単極4投(SP4T)スイッチ118、130の機能を有する部品である。電子部品69は、MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit:モノリシック・マイクロ波集積回路)である。なお、本開示の実施形態において、電子部品68、69の種類は、上記に限定されるものではない。
以上説明したように、本開示の実施形態1に係るフェーズドアレイアンテナ装置200(本開示の「アンテナ装置」の一例)は、アンテナ回路基板100(本開示の「基板」の一例)を備える。アンテナ回路基板100は、互いに離して配置された4つのパッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4(本開示の「アンテナ」の一例)と、4つのパッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4にそれぞれ接続する水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−H(本開示の「第1バトラーマトリクス回路」の一例)と、4つのパッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4にそれぞれ接続する垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−V(本開示の「第2バトラーマトリクス回路」の一例)と、を備える。4つのパッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4の各々において、出力端子B1−H、B2−H、B3−H、B4−H(本開示の「第1給電点」の一例)と、出力端子B1−V、B2−V、B3−V、B4−V(本開示の「第2給電点」の一例)は、互いに離して配置されている。
これによれば、アンテナ回路基板100は、出力端子B1−H、B2−H、B3−H、B4−Hをミリ波帯域の水平偏波の給電点とし、出力端子B1−V、B2−V、B3−V、B4−Vをミリ波帯域の垂直偏波の給電点とすることができる。アンテナ回路基板100は、ミリ波帯域の2偏波に対応することができるので、ミリ波帯域の信号を効率よく伝送することができる。
また、バトラーマトリクス回路BMは、入力端子A1、A2、A3、A4のいずれか1つに信号が入力されることによって、ある一定の間隔の位相差をもつ信号を出力端子B1、B2、B3、B4に出力させるものであり、ディバイダーと、フェイズシフトの機能を併せ持つ回路である。例えば、アンテナ回路基板100は、バトラーマトリクス回路BM−Vに単極双投スイッチ114を接続することで、垂直偏波用の移相回路を構成している。また、アンテナ回路基板100は、バトラーマトリクス回路BM−Hに単極双投スイッチ130を接続することで、水平偏波用の移相回路を構成している。バトラーマトリクス回路BMは、受動部品だけで構成されたパッシブ回路であり、回路構成は簡単である。
移相回路には、ディレイラインや容量を切り替えるフェイズシフタ(移相器)が使われることが一般的であるが、アンテナ毎にフェイズシフタやそれを制御する為のドライバが必要となるため、回路規模が大きくなる。しかしながら、アンテナ回路基板100は、パッシブ回路であるバトラーマトリクス回路BMにスイッチを接続して移相回路を実現しているため、位相回路の回路規模が小さくて済む。これにより、アンテナ回路基板100は、小型化と低消費電力化が可能である。アンテナ回路基板100と、アンテナ回路基板100を備えるフェーズドアレイアンテナ装置200は、小型化と低消費電力化が可能であるため、携帯端末の用途に適している。
また、アンテナ回路基板100では、水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hと、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−HとがZ軸方向で互いに重なるように配置されている。これにより、バトラーマトリクス回路BM−H、BM−Vの占有面積を低く抑えることができるので、アンテナ回路基板100とフェーズドアレイアンテナ装置200のさらなる小型化に寄与することができる。
また、水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hは、4つの入力端子A1−H、A2−H、A3−H、A4−H(本開示の「第1端子」の一例)と、入力端子A1−H、A2−Hに接続するハイブリッドカプラHC1−Hと、入力端子A3−H、A4−Hに接続するハイブリッドカプラHC2−Hと、出力端子B1−H、B2−Hに接続するハイブリッドカプラHC3−Hと、出力端子B3−H、B4−Hに接続するハイブリッドカプラHC4−Hと、を有する。ハイブリッドカプラHC1−H、HC2−Hは、本開示の「第1ハイブリッドカプラ」の一例である。ハイブリッドカプラHC3−H、HC4−Hは、本開示の「第2ハイブリッドカプラ」の一例である。
同様に、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vは、4つの入力端子A1−V、A2−V、A3−V、A4−V(本開示の「第2端子」の一例)と、入力端子A1−V、A2−Vに接続するハイブリッドカプラHC1−Vと、入力端子A3−V、A4−Vに接続するハイブリッドカプラHC2−Vと、出力端子B1−V、B3−Vに接続するハイブリッドカプラHC3−Vと、出力端子B2−V、B4−Vに接続するハイブリッドカプラHC4−Vと、を有する。ハイブリッドカプラHC1−V、HC2−Vは、本開示の「第3ハイブリッドカプラ」の一例である。ハイブリッドカプラHC3−V、HC4−Vは、本開示の「第4ハイブリッドカプラ」の一例である。
入力端子A1−H、A2−Hに接続するハイブリッドカプラHC1−Hと、入力端子A1−V、A2−Vに接続するハイブリッドカプラHC1−Vは、互いに同一の形状で同一の線路長を有する。入力端子A3−H、A4−Hに接続するハイブリッドカプラHC2−Hと、入力端子A3−V、A4−Vに接続するハイブリッドカプラHC2−Vは、互いに同一の形状で同一の線路長を有する。
また、出力端子B1−H、B2−Hに接続するハイブリッドカプラHC3−Hと、出力端子B1−V、B3−Vに接続するハイブリッドカプラHC3−Vは、互いに同一の形状で同一の線路長を有する。出力端子B3−H、B4−Hに接続するハイブリッドカプラHC4−Hと、出力端子B2−V、B4−Vに接続するハイブリッドカプラHC4−Vは、互いに同一の形状で同一の線路長を有する。
また、水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hの線路L15、L16、L17、L18(本開示の「第3線路」の一例)と、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vの線路L25、L26、L27、L28(本開示の「第4線路」の一例)は、互いに同一の形状で同一の線路長を有する。
これにより、水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hの入力端子A1−H、A2−H、A3−H、A4−Hから出力端子B1−H、B2−H、B3−H、B4−Hまでの線路長と、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vの入力端子A1−V、A2−V、A3−V、A4−Vから出力端子B1−V、B2−V、B3−V、B4−Vまでの線路長とを、互いに同一の長さに近づけることができる。
なお、上記の実施形態1では、パッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4の平面視による形状が正方形であることを説明したが、本開示はこれに限定されない。パッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4の平面視による形状は、長方形でもよいし、正方形又は長方形以外の多角形であってもよいし、円形又は楕円形であってもよい。
<実施形態2>
本開示の実施形態では、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vと水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hとをそれぞれ複数の導電層で構成してもよい。
図10は、本開示の実施形態2に係るアンテナ回路基板100Aの構成例を模式的に示す平面図である。図11は、本開示の実施形態2に係るアンテナ回路基板100Aにおいて、水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hの構成例を模式的に示す平面図である。図12は、本開示の実施形態2に係るアンテナ回路基板100Aにおいて、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vの構成例を模式的に示す平面図である。図13は、本開示の実施形態2に係るアンテナ回路基板100Aの構成例を模式的に示す斜視図である。図14は、本開示の実施形態2に係るアンテナ回路基板100Aの構成例を模式的に示す断面図である。
図10から図13に示すように、アンテナ回路基板100Aでは、水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hと、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vのいずれにおいても、入力端子側のハイブリッドカプラHC1−H、HC2−H、HC1−V、HC2−Vは1層目の導電層で構成され、出力端子側のハイブリッドカプラHC3−H、HC4−H、HC3−V、HC4−Vは2層目の導電層で構成されている。1層目の導電層は、例えば図14に示す第1導電層2である。2層目の導電層は、例えば図14に示す第2導電層3である。パッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4は、例えば図14に示す第3導電層4で構成されている。
また、アンテナ回路基板100Aでは、中心位置C1、C2を中心に、バトラーマトリクス回路BM−Hに対してバトラーマトリクス回路BM−Vを相対的に90°回転させると、ビアV1−H、V2−H、V3−H、V4−Hとその周辺部と、ビアV1−V、V2−V、V3−V、V4−Vとその周辺部とを除いて、バトラーマトリクス回路BM−Hとバトラーマトリクス回路BM−Vとが平面視で一致する。
アンテナ回路基板100Aにおいて、線路L11、L12、L13、L14(本開示の「第1線路」の一例)と、線路L21、L22、L23、L24(本開示の「第2線路」の一例)は、互いに同一の形状で同一の線路長を有する。また、線路L15からL18と、線路L25からL28も、互いに同一の形状で同一の線路長を有する。
また、ビアV1−Hを介してハイブリッドカプラHC1−HとハイブリッドカプラHC3−Hとを接続する線路と、ビアV1−Vを介してハイブリッドカプラHC1−VとハイブリッドカプラHC3−Vとを接続する線路は、互いに同一の線路長となっている。同様に、ビアV2−Hを介してハイブリッドカプラHC1−HとハイブリッドカプラHC4−Hとを接続する線路と、ビアV2−Vを介してハイブリッドカプラHC1−VとハイブリッドカプラHC4−Vとを接続する線路は、互いに同一の線路長となっている。ビアV3−Hを介してハイブリッドカプラHC2−HとハイブリッドカプラHC3−Hとを接続する線路と、ビアV3−Vを介してハイブリッドカプラHC2−VとハイブリッドカプラHC3−Vとを接続する線路は、互いに同一の線路長となっている。ビアV4−Hを介してハイブリッドカプラHC2−HとハイブリッドカプラHC4−Hとを接続する線路と、ビアV4−Vを介してハイブリッドカプラHC2−VとハイブリッドカプラHC4−Vとを接続する線路は、互いに同一の線路長となっている。
このように、アンテナ回路基板100Aでは、入力端子A1−H、A2−H、A3−H、A4−HとパッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4との間の線路長と、入力端子A1−V、A2−V、A3−V、A4−VとパッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4との間の線路長とが、互いに同一の長さとなっている。これにより、バトラーマトリクス回路BM−Hとバトラーマトリクス回路BM−Vとの間で、特性差を低減することができる。
<実施形態3>
図15は、本開示の実施形態3に係るアンテナ回路基板100Bの構成例を模式的に示す平面図である。図16は、本開示の実施形態3に係るアンテナ回路基板100Bにおいて、水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hの構成例を模式的に示す平面図である。図17は、本開示の実施形態3に係るアンテナ回路基板100Bにおいて、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vの構成例を模式的に示す平面図である。図18は、本開示の実施形態3に係るアンテナ回路基板100Bの構成例を模式的に示す斜視図である。
図15から図18に示すように、実施形態3に係るアンテナ回路基板100Bは、実施形態2に係るアンテナ回路基板100Aと比べて、バトラーマトリクス回路BM−VのハイブリッドカプラHC1−V、HC2−V、HC3−V、HC4−Vが中心位置C2に近づけて配置されている。
例えば、ハイブリッドカプラHC1−Vは、ハイブリッドカプラHC3−Hに対して平面視で位置をずらして配置されている。ハイブリッドカプラHC1−Vの位置をずらす方向は、中心位置C2に近づく方向である。同様に、ハイブリッドカプラHC2−Vは、ハイブリッドカプラHC4−Hに対して平面視で位置をずらして配置されている。ハイブリッドカプラHC2−Vの位置をずらす方向は、中心位置C2に近づく方向である。ハイブリッドカプラHC3−Vは、ハイブリッドカプラHC1−Hに対して平面視で位置をずらして配置されている。ハイブリッドカプラHC3−Vの位置をずらす方向は、中心位置C2に近づく方向である。ハイブリッドカプラHC4−Vは、ハイブリッドカプラHC2−Hに対して平面視で位置をずらして配置されている。ハイブリッドカプラHC4−Vの位置をずらす方向は、中心位置C2に近づく方向である。
これにより、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vでは、ハイブリッドカプラHC3−V、HC4−Vの外側(すなわち、パッチアンテナPA1、PA3間と、パッチアンテナPA2、PA4間)にそれぞれスペースR3、R4が得られる。アンテナ回路基板100Bは、スペースR3、R4の分だけ、面積を小型化することができる。また、アンテナ回路基板100Bでは、スペースR3、R4にハイブリッドカプラ以外の他の回路、配線等を配置してもよい。
<実施形態4>
上記の実施形態1から3では、バトラーマトリクス回路BM−V、BM−Hがそれぞれ同一の共振周波数を有し、バトラーマトリクス回路BM−Vが垂直偏波用に用いられ、バトラーマトリクス回路BM−Hが水平偏波用に用いられる場合を説明した。
しかしながら、本開示において、2つのバトラーマトリクス回路BMは互いに異なる共振周波数を有してもよい。例えば、本開示の実施形態では、2つのバトラーマトリクス回路BMのうち、一方を低周波用のバトラーマトリクス回路BM−LF(本開示の「第1バトラーマトリクス回路」の一例)とし、他方を高周波用のバトラーマトリクス回路BM−HF(本開示の「第2バトラーマトリクス回路」の一例)としてもよい。
図19は、本開示の実施形態4に係るフェーズドアレイアンテナ装置200Cの構成例を示す図である。フェーズドアレイアンテナ装置200Cは、本開示のアンテナ装置の一例である。図19に示すように、フェーズドアレイアンテナ装置200Cは、アンテナ回路基板100Cと、アンテナ回路基板100Cに信号を入力するための入力端子210と、アンテナ回路基板100Cから信号を出力するための出力端子230と、を備える。また、フェーズドアレイアンテナ装置200は、入力端子210(又は、出力端子230)とアンテナ回路基板100Cとを接続する伝送線路に配置された、パワーアンプ(PA)212と、フィルタ214、224と、単極双投(SPDT)スイッチ216、218と、単極4投(SP4T)スイッチ220、222と、ローノイズアンプ(LNA)226と、を備える。
パワーアンプ212は、入力端子210に入力された信号を増幅して、フィルタ214に出力する。フィルタ214、224は、特定周波数の信号のみを通過させる。特定周波数の信号として、例えば、ミリ波帯の信号が挙げられる。単極双投スイッチ216は、フィルタ214、224と、単極双投スイッチ218との接続を切り替える。単極双投スイッチ218は、単極双投スイッチ216と、単極4投スイッチ220、222との接続を切り替える。
単極4投スイッチ220は、単極双投スイッチ218と、バトラーマトリクス回路BM−HFの4つの入力端子との接続を切り替える。単極4投スイッチ222は、単極双投スイッチ218と、バトラーマトリクス回路BM−LFの4つの入力端子との接続を切り替える。ローノイズアンプ226は、ノイズの付加を抑制しつつ、受信したミリ波帯の信号を増幅する。
アンテナ回路基板100Cは、互いに離して配置された4つのパッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4と、2つのバトラーマトリクス回路と、を備える。アンテナ回路基板100Cにおいて、2つのバトラーマトリクス回路は、互いに異なる共振周波数を有する。アンテナ回路基板100Cは、2つのバトラーマトリクス回路として、高周波用のバトラーマトリクス回路BM−HFと、低周波用のバトラーマトリクス回路BM−LFとを備える。バトラーマトリクス回路BM−HF、BM−LFは、それぞれ4入力4出力型である。
バトラーマトリクス回路BM−HFにおいて、4つの入力端子は単極4投スイッチの4つの端子にそれぞれ1つずつ接続されており、4つの出力端子はパッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4にそれぞれ1つずつ接続されている。同様に、バトラーマトリクス回路BM−LFにおいて、4つの入力端子は単極4投スイッチ130の4つの端子にそれぞれ1つずつ接続されており、4つの出力端子はパッチアンテナPA1、PA2、PA3、PA4にそれぞれ1つずつ接続されている。
図20は、本開示の実施形態4に係るアンテナ回路基板100Cの構成例を模式的に示す平面図である。図21は、本開示の実施形態4に係るアンテナ回路基板100Cにおいて、低周波用のバトラーマトリクス回路BM−LFの構成例を模式的に示す平面図である。図22は、本開示の実施形態4に係るアンテナ回路基板100Cにおいて、高周波用のバトラーマトリクス回路BM−HFの構成例を模式的に示す平面図である。図23は、本開示の実施形態4に係るアンテナ回路基板100Cの構成例を模式的に示す斜視図である。
図20、図21、図23に示すように、低周波用のバトラーマトリクス回路BM−LFは、4つの入力端子A1−LF、A2−LF、A3−LF、A4−LF(本開示の「第1端子」の一例)と、入力端子A1−LF、A2−LFに接続するハイブリッドカプラHC1−LFと、入力端子A3−LF、A4−LFに接続するハイブリッドカプラHC2−LFと、出力端子B1−LF、B2−LFに接続するハイブリッドカプラHC3−LFと、出力端子B3−LF、B4−LFに接続するハイブリッドカプラHC4−LFと、を有する。ハイブリッドカプラHC1−LF、HC2−LFは、本開示の「第1ハイブリッドカプラ」の一例である。ハイブリッドカプラHC3−LF、HC4−LFは、本開示の「第2ハイブリッドカプラ」の一例である。
出力端子B1−LFはパッチアンテナPA1に接続している。出力端子B2−LFはパッチアンテナPA2に接続している。出力端子B3−LFはパッチアンテナPA3に接続している。出力端子B4−LFはパッチアンテナPA4に接続している。出力端子B1−LF、B2−LF、B3−LF、B4−LFは、本開示の「第1給電点」の一例である。
図20、図22、図23に示すように、高周波用のバトラーマトリクス回路BM−HFは、4つの入力端子A1−HF、A2−HF、A3−HF、A4−HF(本開示の「第2端子」の一例)と、入力端子A1−HF、A2−HFに接続するハイブリッドカプラHC1−HFと、入力端子A3−HF、A4−HFに接続するハイブリッドカプラHC2−HFと、出力端子B1−HF、B3−HFに接続するハイブリッドカプラHC3−HFと、出力端子B2−HF、B4−HFに接続するハイブリッドカプラHC4−HFと、を有する。ハイブリッドカプラHC1−HF、HC2−HFは、本開示の「第3ハイブリッドカプラ」の一例である。ハイブリッドカプラHC3−HF、HC4−HFは、本開示の「第4ハイブリッドカプラ」の一例である。
出力端子B1−HFはパッチアンテナPA1に接続している。出力端子B2−HFはパッチアンテナPA2に接続している。出力端子B3−HFはパッチアンテナPA3に接続している。出力端子B4−HFはパッチアンテナPA4に接続している。出力端子B1−HF、B2−HF、B3−HF、B4−HFは、本開示の「第2給電点」の一例である。
図20から図23に示すように、低周波用のバトラーマトリクス回路BM−LFと、高周波用のバトラーマトリクス回路BM−HFは、いずれも、入力端子側のハイブリッドカプラは1層目の導電層で構成され、出力端子側のハイブリッドカプラは2層目の導電層で構成されている。入力端子側のハイブリッドカプラHC1−LF、HC2−LF、HC1−HF、HC2−HFは1層目の導電層で構成され、出力端子側のハイブリッドカプラHC3−LF、HC4−LF、HC3−HF、HC4−HFは2層目の導電層で構成されている。
アンテナ回路基板100Cは、例えば、図14に示したアンテナ回路基板100Aと同じ層構造を有する。アンテナ回路基板100Cにおいて、1層目の導電層は図14に示した第1導電層2であり、2層目の導電層は図14に示した第2導電層3である。
図21に示すように、低周波用のバトラーマトリクス回路BM−LFにおいて、ハイブリッドカプラHC1−LFとハイブリッドカプラHC3−LFは、ビアV1−LFを介して互いに接続されている。ハイブリッドカプラHC1−LFとハイブリッドカプラHC4−LFは、ビアV3−LFを介して互いに接続されている。ハイブリッドカプラHC2−LFとハイブリッドカプラHC3−LFは、ビアV2−LFを介して互いに接続されている。ハイブリッドカプラHC2−LFとハイブリッドカプラHC4−LFは、ビアV4−LFを介して互いに接続されている。
図22に示すように、高周波用のバトラーマトリクス回路BM−HFにおいて、ハイブリッドカプラHC1−HFとハイブリッドカプラHC3−HFは、ビアV1−HFを介して互いに接続されている。ハイブリッドカプラHC1−HFとハイブリッドカプラHC4−HFは、ビアV2−HFを介して互いに接続されている。ハイブリッドカプラHC2−HFとハイブリッドカプラHC3−HFは、ビアV3−HFを介して互いに接続されている。ハイブリッドカプラHC2−HFとハイブリッドカプラHC4−HFは、ビアV3−HFを介して互いに接続されている。
アンテナ回路基板100Cは、出力端子B1−LF、B2−LF、B3−LF、B4−LFをミリ波帯域の低周波用の給電点とし、出力端子B1−HF、B2−HF、B3−HF、B4−HFをミリ波帯域の高周波用の給電点とすることができる。アンテナ回路基板100Cは、ミリ波帯域の2つの周波数に対応することができるので、ミリ波帯域の信号を効率よく伝送することができる。
<実施形態5>
上記の実施形態1から5では、2層の導電層を用いて、2つのバトラーマトリクス回路を構成する場合を説明した。しかしながら、本開示の実施形態において、2つのバトラーマトリクス回路を構成する導電層は2層に限定されない。例えば、1層の導電層を用いて、2つのバトラーマトリクス回路を構成してもよい。
図24は、本開示の実施形態5に係るアンテナ回路基板100Dの構成例を示す平面図である。図25は、本開示の実施形態5に係るアンテナ回路基板100Dの構成例を模式的に示す断面図である。図24に示すように、アンテナ回路基板100Dにおいて、水平偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Hと、垂直偏波用のバトラーマトリクス回路BM−Vは、平面視で並んで配置されている。バトラーマトリクス回路BM−Hと、バトラーマトリクス回路BM−Vは、それぞれ同一レイヤ(例えば、1層目)の導電層で構成されている。
図25は、本開示の実施形態5に係るアンテナ回路基板100Dの構成例を模式的に示す断面図である。アンテナ回路基板100Dは、有機基板、ビルドアップ基板、セラミック基板など、配線の多層化が可能な任意の基板で構成されている。また、アンテナ回路基板100Dは、マイクロストリップラインで構成されていてもよい。
図25に示すように、アンテナ回路基板100Dは、おもて面100aと、おもて面100aの反対側に位置するうら面100bとを有する。うら面100bに導電層311が設けられ、おもて面100aに導電層321が設けられている。また、おもて面100aとうら面100bとの間に絶縁層310、320が設けられている。導電層311、321は、接続配線309で接続されている。
導電層311、321は、例えば、Cu又はCu合金などの金属で構成されている。接続配線309は、例えば、Z軸方向に設けられたビアと、水平方向(例えば、X軸方向及びY軸方向)に設けられた中継配線との組み合わせで構成されている。中継配線は、絶縁層310、320間に設けられた導電層で構成されている。
アンテナ回路基板100Dにおいて、バトラーマトリクス回路BM−Hに含まれる4つのハイブリッドカプラと、バトラーマトリクス回路BM−Vに含まれる4つのハイブリッドカプラは、それぞれ導電層311で構成されている。
アンテナ回路基板100Dは、実施形態1に係るアンテナ回路基板100と比べて基板面積は増えてしまうが、ミリ波帯域の水平偏波及び垂直偏波に対応することができるので、ミリ波帯域の信号を効率よく伝送することができる。
<その他の実施形態>
上記のように、本開示は実施形態1から5によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本開示を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。本技術はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。上述した実施形態1から5の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも1つを行うことができる。実施形態1から5を任意に組み合わせてもよい。また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
(1)互いに離して配置された複数のアンテナと、
前記複数のアンテナにそれぞれ接続する第1バトラーマトリクス回路と、
前記複数のアンテナにそれぞれ接続する第2バトラーマトリクス回路と、を備え、
前記複数のアンテナの各々において、
前記第1バトラーマトリクス回路に接続する第1給電点と、前記第2バトラーマトリクス回路に接続する第2給電点は、互いに離して配置されているアンテナ装置。
(2)前記第1バトラーマトリクス回路と、前記第2バトラーマトリクス回路は、平面視で互いに重なるように配置されている、
上記(1)に記載のアンテナ装置。
(3)前記第1バトラーマトリクス回路は、
複数の第1端子と、
前記複数の第1端子に接続する第1ハイブリッドカプラと、
前記第1ハイブリッドカプラと前記複数の第1給電点とに接続する第2ハイブリッドカプラと、を有し、
前記第2バトラーマトリクス回路は、
複数の第2端子と、
前記複数の第2端子に接続する第3ハイブリッドカプラと、
前記第3ハイブリッドカプラと前記複数の第2給電点とに接続する第4ハイブリッドカプラと、を有する、
上記(1)又は(2)に記載のアンテナ装置。
(4)第1面と、前記第1面の反対側に位置する第2面とを有する基板、をさらに備え、
前記基板は、
前記第1面と前記第2面との間に位置する第1導電層と、
前記第1導電層と前記第1面との間に位置する第2導電層と、
前記第2導電層を挟んで前記第1導電層の反対側に位置する第3導電層と、を有し、
前記第1ハイブリッドカプラ及び前記第2ハイブリッドカプラは第1導電層で構成され、
前記第3ハイブリッドカプラ及び前記第4ハイブリッドカプラは第2導電層で構成され、
前記複数のアンテナは前記第3導電層で構成されている、
上記(3)に記載のアンテナ装置。
(5)第1面と、前記第1面の反対側に位置する第2面とを有する基板、をさらに備え、
前記基板は、
前記第1面と前記第2面との間に位置する第1導電層と、
前記第1導電層と前記第1面との間に位置する第2導電層と、
前記第2導電層を挟んで前記第1導電層の反対側に位置する第3導電層と、を有し、
前記第1ハイブリッドカプラ及び前記第3ハイブリッドカプラは、前記第1導電層及び前記第2導電層の一方で構成され、
前記第2ハイブリッドカプラ及び前記第4ハイブリッドカプラは、前記第1導電層及び前記第2導電層の他方で構成され、
前記複数のアンテナは前記第3導電層で構成されている、
上記(3)に記載のアンテナ装置。
(6)前記第1ハイブリッドカプラと前記第3ハイブリッドカプラは、互いに同一の形状で同一の線路長を有する、
上記(4)又は(5)に記載のアンテナ装置。
(7)前記第2ハイブリッドカプラと前記第4ハイブリッドカプラは、互いに同一の形状で同一の線路長を有する、
上記(4)から(6)のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
(8)前記第1端子と前記第1ハイブリッドカプラとの間の第1線路と、前記第2端子と前記第3ハイブリッドカプラとの間の第2線路は、互いに同一の形状で同一の線路長を有する、
上記(4)から(7)のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
(9)前記第2ハイブリッドカプラと前記第1給電点との間の第3線路と、前記第4ハイブリッドカプラと前記第2給電点との間の第4線路は、互いに同一の形状で同一の線路長を有する、
上記(4)から(8)のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
(10)前記複数のアンテナを含むアンテナ群の平面視による中心位置と、前記第1バトラーマトリクス回路の平面視による中心位置と、前記第2バトラーマトリクス回路の平面視による中心位置とが互いに一致する、
上記(1)から(9)のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
2 第1導電層
3 第2導電層
4 第3導電層
5 第4導電層
9A、9B、9C、9D、309 接続配線
10 第1有機基板
20 第1ストリップライン
30 第2ストリップライン
40 第2有機基板
50 配線基板
50a、100a おもて面
50b、100b うら面
51 端子部
60 接続部品
61、62、63、64、65、66、67、68、69 電子部品
70 他の基板
100、100A、100B、100C、100D アンテナ回路基板
110 入力端子
112、212 パワーアンプ
114 単極双投スイッチ
116、132 バンドパスフィルタ
118、130 単極双投スイッチ
120、134、226 ローノイズアンプ
122、136、230 出力端子
200、200C フェーズドアレイアンテナ装置
210 入力端子
214、224 フィルタ
216、218 単極双投スイッチ
220、222 単極4投スイッチ
310、320 絶縁層
320、321 導電層
a1からa4、A1−HからA4−H、A1−HFからA4−HF、A1−LFからA4−LF、A1−VからA4−V 入力端子
b1からb4、B1−HからB4−H、B1−HFからB4−HF、B1−LFからB4−LF、B1−VからB4−V 入力端子
BM、BM−H、BM−HF、BM−LF、BM−V バトラーマトリクス回路
C1、C2、C3 中心位置
HC1からHC4、HC1−HからHC4−H、HC1−HFからHC4−HF、HC1−LFからHC4−LF、HC1−VからHC4−V ハイブリッドカプラ
L11からL18、L21からL28 線路
PA1、PA2、PA3、PA4 パッチアンテナ
PS1、PS2 移相器
R3、R4 スペース
TL 伝送線路
V1−HからV4−H、V1−HFからV4−HF、V1−LFからV4−LF、V1−VからV4−V、V11からV14 ビア
XL、YL 仮想線

Claims (10)

  1. 互いに離して配置された複数のアンテナと、
    前記複数のアンテナにそれぞれ接続する第1バトラーマトリクス回路と、
    前記複数のアンテナにそれぞれ接続する第2バトラーマトリクス回路と、を備え、
    前記複数のアンテナの各々において、
    前記第1バトラーマトリクス回路に接続する第1給電点と、前記第2バトラーマトリクス回路に接続する第2給電点は、互いに離して配置されているアンテナ装置。
  2. 前記第1バトラーマトリクス回路と、前記第2バトラーマトリクス回路は、平面視で互いに重なるように配置されている、請求項1に記載のアンテナ装置。
  3. 前記第1バトラーマトリクス回路は、
    複数の第1端子と、
    前記複数の第1端子に接続する第1ハイブリッドカプラと、
    前記第1ハイブリッドカプラと前記複数の第1給電点とに接続する第2ハイブリッドカプラと、を有し、
    前記第2バトラーマトリクス回路は、
    複数の第2端子と、
    前記複数の第2端子に接続する第3ハイブリッドカプラと、
    前記第3ハイブリッドカプラと前記複数の第2給電点とに接続する第4ハイブリッドカプラと、を有する、請求項1に記載のアンテナ装置。
  4. 第1面と、前記第1面の反対側に位置する第2面とを有する基板、をさらに備え、
    前記基板は、
    前記第1面と前記第2面との間に位置する第1導電層と、
    前記第1導電層と前記第1面との間に位置する第2導電層と、
    前記第2導電層を挟んで前記第1導電層の反対側に位置する第3導電層と、を有し、
    前記第1ハイブリッドカプラ及び前記第2ハイブリッドカプラは第1導電層で構成され、
    前記第3ハイブリッドカプラ及び前記第4ハイブリッドカプラは第2導電層で構成され、
    前記複数のアンテナは前記第3導電層で構成されている、請求項3に記載のアンテナ装置。
  5. 第1面と、前記第1面の反対側に位置する第2面とを有する基板、をさらに備え、
    前記基板は、
    前記第1面と前記第2面との間に位置する第1導電層と、
    前記第1導電層と前記第1面との間に位置する第2導電層と、
    前記第2導電層を挟んで前記第1導電層の反対側に位置する第3導電層と、を有し、
    前記第1ハイブリッドカプラ及び前記第3ハイブリッドカプラは、前記第1導電層及び前記第2導電層の一方で構成され、
    前記第2ハイブリッドカプラ及び前記第4ハイブリッドカプラは、前記第1導電層及び前記第2導電層の他方で構成され、
    前記複数のアンテナは前記第3導電層で構成されている、請求項3に記載のアンテナ装置。
  6. 前記第1ハイブリッドカプラと前記第3ハイブリッドカプラは、互いに同一の形状で同一の線路長を有する、請求項4に記載のアンテナ装置。
  7. 前記第2ハイブリッドカプラと前記第4ハイブリッドカプラは、互いに同一の形状で同一の線路長を有する、請求項4に記載のアンテナ装置。
  8. 前記第1端子と前記第1ハイブリッドカプラとの間の第1線路と、前記第2端子と前記第3ハイブリッドカプラとの間の第2線路は、互いに同一の形状で同一の線路長を有する、請求項4に記載のアンテナ装置。
  9. 前記第2ハイブリッドカプラと前記第1給電点との間の第3線路と、前記第4ハイブリッドカプラと前記第2給電点との間の第4線路は、互いに同一の形状で同一の線路長を有する、請求項4に記載のアンテナ装置。
  10. 前記複数のアンテナを含むアンテナ群の平面視による中心位置と、前記第1バトラーマトリクス回路の平面視による中心位置と、前記第2バトラーマトリクス回路の平面視による中心位置とが互いに一致する、請求項1に記載のアンテナ装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117039458A (zh) * 2023-10-09 2023-11-10 成都恪赛科技有限公司 一种5g毫米波相控阵前端模组

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020018593A1 (en) * 2018-07-16 2020-01-23 Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Switched-beam end-fire planar array and integrated feed network for 60-ghz chip-to-chip space-surface wave communications

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4989011A (en) * 1987-10-23 1991-01-29 Hughes Aircraft Company Dual mode phased array antenna system
JP3255217B2 (ja) 1995-09-21 2002-02-12 日本電信電話株式会社 バトラーマトリクス回路とアンテナ装置
JP2004200869A (ja) * 2002-12-17 2004-07-15 Iwatsu Electric Co Ltd 円偏波アレーアンテナ装置
US20040242272A1 (en) * 2003-05-29 2004-12-02 Aiken Richard T. Antenna system for adjustable sectorization of a wireless cell
US8041313B2 (en) 2008-04-04 2011-10-18 Futurewei Technologies, Inc. System and method for wireless communications
EP2685557B1 (en) * 2012-04-20 2019-09-11 Huawei Technologies Co., Ltd. Antenna and base station
KR20140114644A (ko) * 2013-03-19 2014-09-29 한국전자통신연구원 광대역 버틀러 매트릭스 장치
US9692126B2 (en) * 2014-05-30 2017-06-27 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Millimeter (mm) wave switched beam antenna system
CN104600437B (zh) 2014-12-30 2018-05-01 上海华为技术有限公司 一种交织极化的多波束天线
EP3726644B1 (en) * 2017-12-11 2022-11-16 Sony Semiconductor Solutions Corporation Butler matrix circuit, phased array antenna, front end module, and wireless communication terminal

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117039458A (zh) * 2023-10-09 2023-11-10 成都恪赛科技有限公司 一种5g毫米波相控阵前端模组
CN117039458B (zh) * 2023-10-09 2024-02-20 成都恪赛科技有限公司 一种5g毫米波相控阵前端模组

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