JP6547845B2 - アンテナ素子、アンテナユニット、及び、通信モジュール - Google Patents

Description

本発明は、マザー基板に実装されるアンテナ素子、及び、これらマザー基板及びアンテナ素子を有するアンテナユニット、ならびに、当該アンテナユニットを備える通信モジュールに関する。

センサーネットワークや照明制御などのＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）向け無線システムにおいて、トランシーバＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）のマルチバンド化が進んできている。このため、複数の周波数帯域（バンド）に対応可能な無線システムにおいて、単一のＩＣを用いることができる。しかし、多くの場合、１つの無線システムでは単一のバンドのみが利用されるため、マルチバンド対応のＩＣを用いた通信モジュール等の無線システムであっても、アンテナ素子は単一のバンドのみで利用される。

また、ＩｏＴで利用されるバンドとしてはサブＧＨｚ帯やＵＨＦ帯が多いが、これらのバンドは国及び地域ごとに割当周波数が異なっている。よって、無線システムの仕向地やシステムごとに、異なる構成のアンテナ素子を用いることが必要である。このため、アンテナ素子のメーカー及びアンテナ素子を内蔵する各種機器を製造するメーカーにおいて、例えば次のような問題が生じ得る。つまり、アンテナ素子の生産管理、在庫管理または物流等の管理の複雑化、あるいは、アンテナ素子の品種ごとの生産量の減少、及び、これらに伴うコストアップ等である。

そこで、複数のバンドに対応可能な汎用性の高いアンテナ素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これらのアンテナ素子によれば、放射導体を構成する導体を実装部品によって選択的に接続して動作周波数を調整することにより、複数のバンドに対応することができる。

特開２００１−３３２９２４号公報

従来の方法では、動作周波数の調整のために、実装部品の位置と定数の選択が必要であり、多品種の管理に煩雑さがあった。部品実装をするのは各種機器を製造するメーカーであり、アンテナ素子上への部品実装は新たな工程を必要とすることがあった。また、部品実装を行うため、アンテナ部分の高さが高くなり、小型化の障害となっていた。さらに、利用したい周波数において有効に働かない放射素子（放射導体）が残存することによって不要輻射が生じるなどアンテナ特性の最適化が困難であった。

そこで、本発明は、小型化及び不要輻射の低減を図りつつ、複数の周波数帯域に対応可能な汎用性の高いアンテナ素子等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るアンテナ素子は、マザー基板に実装されるアンテナ素子であって、基板と、前記基板の上面に設けられた上面部分を含む複数の放射部分であって、当該基板の平面視において、第一給電点を基準に複数の周波数帯域の各々に対応した位置で分断して設けられた複数の放射部分からなる放射導体と、前記上面部分の端部の位置で前記基板を厚み方向に貫通する貫通導体と、前記上面部分の端部と対向して前記基板の下面に設けられ、前記貫通導体を介して前記上面部分と接続された下面電極とを備え、前記下面電極は、前記マザー基板の上面に設けられた上面電極に電気的に接続される。

このように、複数の放射部分からなる放射導体の上面部分の端部の位置に貫通導体及び下面電極を設けることにより、放射導体の分断された放射部分をマザー基板によって選択的に接続することができる。これにより、第一給電点から給電される放射導体の電気長を調整することができるため、放射導体の共振周波数を調整することができる。つまり、アンテナ素子は、複数の周波数帯域に対応した動作を行うことができる。

ここで、本態様によれば、複数の放射部分が分断して配置されているため、一部の放射部分のみが接続された場合であっても他の放射部分がスタブやループになりにくくなる。よって、このような場合であっても、不要輻射の低減を図ることができる。

また、基板対基板用コネクタ等を設けることなく基板をマザー基板に表面実装することができるため、アンテナ素子の小型化が図られる。すなわち、本態様に係るアンテナ素子によれば、小型化を図りつつ、複数の周波数帯域に対応することが可能となる。

また、さらに、マザー基板には、基板の放射導体に比べて極めて短い接続配線（パターン導体）を設けることで、放射導体の分断された放射部分同士を接続することができる。このため、アンテナ素子の放射特性はマザー基板の接続配線の影響を受けにくくなる。つまり、アンテナ素子の放射導体をなす複数の放射部分の公差等を管理することにより、所望の放射特性を容易に得ることができる。

したがって本態様によれば、小型化及び不要輻射の低減を図りつつ、複数の周波数帯域に対応可能な汎用性の高いアンテナ素子を実現できる。

また、前記放射導体は、前記平面視において、分断された隣り合う２つの放射部分のうち前記第一給電点側の放射部分の端部が他方の放射部分の端部を向かないように設けられることにしてもよい。

このように、隣り合う２つの放射部分のうち第一給電点側の放射部分の端部が他方の放射部分の端部を向かないことにより、当該２つの放射部分の結合を低減することができる。具体的には、複数の放射部分それぞれの第一給電点から見て開放端となる端部は、放射導体における信号の伝搬方向に導体がある場合に当該導体と強く結合する傾向がある。このような結合は、当該導体からの不要輻射の要因となり得る。そこで、第一給電点側の放射部分の端部が他方の放射部分の端部を向かないことにより、不要輻射を低減することができる。

また、前記放射導体は、分断された隣り合う２つの放射部分の各々が前記上面部分として設けられ、前記貫通導体及び前記下面電極は、当該２つの放射部分の互いに分断された端部の各々に対応して設けられることにしてもよい。

これにより、当該２つの放射部分は、各々に対応する下面電極同士を接続する接続配線がマザー基板に設けられることにより、電気的に接続されることとなる。つまり、当該２つの放射部分は、ジャンパ抵抗またはスイッチ等ではなく、基板が表面実装されるマザー基板そのものによって接続され得る。

また、前記放射導体は、分断された隣り合う２つの放射部分の一方が前記上面部分として設けられ、他方が前記基板の下面に設けられることにしてもよい。

このように、隣り合う２つの放射部分の一方を基板の上面に設け、他方を下面に設けることにより、当該２つの放射部分の結合を低減することができる。つまり、２つの放射部分のうち一方が利用され他方が利用されない場合の不要な結合を低減して、不要輻射を低減することができる。

また、前記放射導体は、前記基板の下面に設けられた下面部分を含み、前記下面部分は、前記上面部分よりも前記第一給電点から遠い位置に設けられることにしてもよい。

このように、下面部分は、上面部分よりも第一給電点から遠い位置に設けられていることにより、高い周波数帯域の信号を放射する場合には使用されず、低い周波数帯域の信号を放射する場合に使用される放射部分となる。この下面部分は基板とマザー基板とで挟まれるため、上面部分に比べて実効誘電率が高くなる。つまり、アンテナ素子は、低い周波数帯域の信号を放射するために伝搬方向の大きさが大型化しやすい放射部分において、実効誘電率が高くなっている。このため、当該放射部分の小型化を抑制することにより、アンテナ素子全体のさらなる小型化が図られる。

また、前記基板において、前記放射導体の側方に設けられた第一グランド電極を有し、前記放射導体は、前記平面視において、前記第一グランド電極と反対側で分断して設けられることにしてもよい。

このように、放射導体が第一グランド電極と反対側で分断していることにより、放射導体と第一グランド電極との結合を低減することができる。よって、放射導体と第一グランド電極との結合によるアンテナ素子の特性の変動を低減できる。

また、本発明の一態様に係るアンテナユニットは、上述したいずれかのアンテナ素子と、導電性接合材によって、上面に前記アンテナ素子が実装されるマザー基板と、前記放射導体の分断された隣り合う２つの放射部分の端部に対向して前記マザー基板の上面の位置に設けられ、前記導電性接合材を介して当該端部と接続される２つの上面電極と、を備える。

このように、アンテナ素子とマザー基板とが導電性接合材によって接合されるため、小型化、特に低背化が図られる。また、上述した汎用性の高いアンテナ素子を備えることにより、複数の周波数帯域のうち任意の周波数帯域で用いることができる。つまり、小型化及び不要輻射の低減を図りつつ、当該任意の周波数帯域でアンテナユニットを利用することができる。

また、前記２つの放射部分は、前記第一給電点から給電されないことにしてもよい。

このように、給電されない２つの放射部分同士が接続されることにより、当該２つの放射部分の共振周波数を放射導体の動作周波数から離すことができる。よって、アンテナ素子の特性の劣化を抑制することができる。

また、前記２つの放射部分は、一方の放射部分が、他方の放射部分を介さずに前記第一給電点から給電され、前記他方の放射部分が、前記一方の放射部分を介して前記第一給電点から給電されることにしてもよい。

このように、２つの放射部分の一方の放射部分を介して他方の放射部分に給電することにより、給電しない場合に比べて、低い周波数帯域の信号を放射することができる。

また、前記放射導体は、一方の放射部分が前記第一給電点から給電され、かつ、他方の放射部分が前記第一給電点から給電されない、分断された隣り合う２つの放射部分を含み、前記アンテナユニットは、さらに、前記他方の放射部分の端部に対向して前記マザー基板の上面に設けられ、前記導電性接合材を介して当該端部と接続される第二グランド電極を有することにしてもよい。

このように、他方の放射部分を第二グランド電極と接続することにより、当該他方の放射部分が非給電素子となる。つまり、当該他方の放射部分もアンテナ機能を有するため、アンテナユニットを広帯域化することができる。

また、前記アンテナユニットは、さらに、前記放射導体の前記第一給電点から給電されない少なくとも１つの放射部分を覆うように前記マザー基板の上面に設けられた第三グランド電極を有することにしてもよい。

このように、給電されない放射部分を覆うように第三グランド電極を設けることにより、放射導体をなす複数の放射部分のうち放射しない放射部分と放射する放射部分との不要な結合を低減することができる。よって、不要輻射をさらに低減することができる。

また、前記アンテナユニットはさらに、前記マザー基板に設けられ、前記第一給電点と前記放射導体との接続経路に配置された周波数調整用のインピーダンス素子とを有することにしてもよい。

このように、インピーダンス素子をマザー基板に設けることにより、複数の周波数帯域のうち動作周波数に応じて、インピーダンス素子の定数を適宜調整することができる。このため、アンテナユニットの特性の最適化が図られる。

また、前記アンテナユニットはさらに、前記マザー基板に設けられ、前記第一給電点と異なる第二給電点と前記放射導体とを接続するための配線を有し、前記放射導体は、前記複数の放射部分の少なくとも１つの放射部分からなる第一群が、前記第一給電点に接続され、かつ、前記第二給電点に接続されず、前記複数の放射部分の他の少なくとも１つの放射部分からなる第二群が、前記第一給電点に接続されず、かつ、前記第二給電点に接続されることにしてもよい。

このように、第一群が第一給電点に接続され、第二群が第二給電点に接続されることにより、アンテナユニットの各種動作を切り替えることができる。

また、前記アンテナユニットは、前記複数の周波数帯域のうち少なくとも１つの周波数帯域の信号が前記第一給電点及び前記第二給電点のいずれか一方に選択的に給電されることにより、前記第一群と前記第二群とでアンテナダイバーシティ動作を行うことにしてもよい。

このように、第一群と第二群とでアンテナダイバーシティ動作を行うことにより、フェージングまたは指向性による特性劣化が特に大きくなりがちな高域側の周波数帯域での特性劣化を低減できる。

また、前記アンテナユニットは、前記複数の周波数帯域のうち一の周波数帯域の信号が前記第一給電点に給電され、他の一の周波数帯域の信号が前記第二給電点に給電されることにより、前記第一群と前記第二群とで互いに異なる周波数帯域の信号を送信または受信することにしてもよい。

このように、第一群と第二群とで互いに異なる周波数帯域の信号を送信または受信することにより、複数の周波数帯域を用いる無線モジュール等の通信システムに対応することができる。

また、本発明の一態様に係る通信モジュールは、上述したいずれかのアンテナユニットと、前記アンテナユニットを用いて通信する通信回路とを備える。

このような通信モジュールによれば、上述のアンテナユニットを備えることにより、小型化及び不要輻射の低減を図りつつ、複数の周波数帯域に対応することが可能となる。

本発明に係るアンテナ素子等によれば、小型化及び不要輻射の低減を図りつつ、複数の周波数帯域に対応可能となる。

図１は、実施の形態１に係る通信モジュールを備える無線センサの構成を示す斜視図である。 図２は、実施の形態１に係る通信モジュールを備える無線センサの機能構成を示すブロック図である。 図３は、実施の形態１に係るアンテナユニットの構成例を示す図である。 図４は、実施の形態１に係るアンテナ素子の上面図である。 図５は、実施の形態１に係るアンテナ素子の利用態様を示す図である。 図６は、実施の形態１の変形例１に係るアンテナユニットの構成例を示す図である。 図７は、実施の形態１の変形例１に係るアンテナ素子の上面図である。 図８は、実施の形態１の変形例１に係るアンテナ素子の利用態様を示す図である。 図９は、実施の形態１の変形例２に係るアンテナユニットの構成例を示す図である。 図１０は、実施の形態１の変形例２に係るアンテナ素子の上面図である。 図１１Ａは、実施の形態１の変形例２に係るアンテナ素子の利用態様を示す図である。 図１１Ｂは、実施の形態１の変形例２に係るアンテナ素子の利用態様を示す図である。 図１２は、実施の形態１の変形例２に係るアンテナユニットの性能を示す図である。 図１３は、実施の形態２に係る通信モジュールを備える無線センサの機能構成を示すブロック図である。 図１４は、実施の形態２に係るアンテナ素子の上面図である。 図１５は、実施の形態２に係るアンテナ素子の利用態様を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係るアンテナ素子、アンテナユニット及び通信モジュールについて、これらを備える無線センサを例に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。また、以下では、簡明のため、断面図に限らず斜視図及び上面図にもハッチングを施す場合がある。

（実施の形態１）
まず、通信モジュールの構成について、説明する。

図１は、本実施の形態に係る通信モジュール１０を備える無線センサ１の構成を示す斜視図である。また、図２は、本実施の形態に係る通信モジュール１０を備える無線センサ１の機能構成を示すブロック図である。なお、図１では、無線センサ１の筐体３０を透視して、筐体３０の内方に配置されている構成要素を図示している。また、以下では、図１の紙面上側を上方として説明するが、無線センサ１の使用態様によっては紙面上側が上方にならない場合も考えられる。このため、図１の紙面上方は無線センサ１の上方には限定されない。

無線センサ１は、例えば、温度、湿度または照度等を計測し、計測した値を示すデータを外部のデータ集約装置（図示せず）に定期的に送信する。無線センサ１は、当該無線センサ１が適用される無線システムで用いられる所定のバンドで上記のデータを送信する。

無線センサ１は、図１及び図２に示すように、通信モジュール１０と、１以上のセンサ素子を有するセンサ群２０と、これらを収容する筐体３０とを備える。

通信モジュール１０は、アンテナユニット１００と、当該アンテナユニット１００を用いて通信する回路部２００とを備え、例えば、センサ群２０で計測した値を示すデータを所定のバンドで送信するモジュールである。

アンテナユニット１００は、マルチバンドに対応可能に構成され、本実施の形態では、複数のバンドのうち無線センサ１が適用される無線システムで用いられる所定のバンドに対応して構成されている。アンテナユニット１００の詳細については後述する。

回路部２００は、例えばマルチバンド対応のトランシーバＩＣであり、本実施の形態では、複数のバンドのうち無線センサ１が適用される無線システムで用いられる所定のバンドで通信する通信回路である。回路部２００は、図２に示すように、例えば、機能ブロックとして、通信回路２１１、ＣＰＵ２１２、センサ群２０との接続インターフェースであるＩ／Ｏ２１３、ＲＡＭ２１４、ＲＯＭ２１５、クロック生成部２１６及び電源２１７を有する。例えば、回路部２００は、ＲＯＭ２１５に収められたプログラムをＣＰＵが実行することによってセンサ群２０に計測を行わせ、計測させた値を示すデータを通信回路２１１からアンテナユニット１００を介して送信する。なお、回路部２００の構成はこれに限らず、例えば、回路部２００が有する複数の機能ブロックの一部と他の少なくとも一部とが異なるハードウェア回路で構成されていてもかまわない。

センサ群２０は、温度センサ、湿度センサまたは照度センサ等の１以上のセンサ素子を含み、例えば、回路部２００の指示に応じて計測を行う。なお、センサ群２０に含まれるセンサ素子はこれに限らず、例えばジャイロセンサまたは磁気センサであってもかまわない。また、センサ群２０に含まれるセンサ素子の個数は１以上であればよく、１つであっても複数であってもかまわない。

筐体３０は、例えば、無線センサ１の外郭筐体を構成するケースであり、通信モジュール１０及びセンサ群２０等を衝撃等から保護する。

次に、アンテナユニット１００の構成について、具体的に説明する。

図３は、実施の形態１に係るアンテナユニット１００の構成例を示す図である。具体的には、同図の（ａ）はアンテナユニット１００の斜視図であり、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）の要部断面図である。図４は、実施の形態１に係るアンテナ素子ＡＮＴ１の上面図である。なお、図３及び図４では、アンテナユニット１００と共に通信モジュール１０を構成する回路部２００についても、あわせて図示している。このことは、以降のアンテナユニット１００の斜視図及び上面図においても同様である。また、図３の（ｂ）及び（ｃ）は、各構成要素の位置関係を概念的に示す図である。このため、厳密には同一断面とならない構成要素も図示している。このことは、以降の断面図においても同様である。

これらの図に示すアンテナユニット１００は、例えば、２４５０ＭＨｚ帯、９２０ＭＨｚ帯及び４００ＭＨｚ帯の３つのバンドに対応可能に構成されたアンテナ素子ＡＮＴ１を備え、図３では、３つのバンドのうち９２０ＭＨｚ帯のバンドに対応する構成が示されている。このアンテナユニット１００は、アンテナ素子ＡＮＴ１と、インピーダンス素子１２０と、導電性接合材１３０によって上面にアンテナ素子ＡＮＴ１が実装されるマザー基板ＭＢとを備える。

アンテナ素子ＡＮＴ１は、マザー基板ＭＢに実装されるアンテナ素子であり、アンテナ基板ＡＢと、放射導体１１０と、１以上の貫通導体（本実施の形態では４つの貫通導体１２１〜１２４）と、１以上の下面電極（本実施の形態では４つの下面電極１３１〜１３４）と、を有する。また、本実施の形態では、アンテナ素子ＡＮＴ１は、回路部２００に接続されるグランド電極ＧＮＤ１を有する。

アンテナ基板ＡＢは、導電性接合材１３０によって下面がマザー基板ＭＢの上面に対向するように接合される基板である。つまり、アンテナ素子ＡＮＴ１は、アンテナ基板ＡＢによってマザー基板ＭＢに表面実装される。

放射導体１１０は、アンテナ基板ＡＢの上面に設けられた上面部分を含む複数の放射部分１１１〜１１３からなる。複数の放射部分１１１〜１１３は、アンテナ基板ＡＢの平面視において、第一給電点ＰＳ１を基準に複数の周波数帯域（バンド）の各々に対応した位置で分断して設けられた、例えばパターン導体である。具体的には、放射導体１１０は、当該平面視において、２つの分断領域ＤＡ１１、ＤＡ１２で分断されることにより、３つの放射部分１１１〜１１３により構成されている。本実施の形態では、放射部分１１１、放射部分１１２及び放射部分１１３は、第一給電点ＰＳ１側からこの順に設けられている。

放射導体１１０は、例えば、モノポールアンテナを構成し、分断されていないと仮定した場合の全長が複数のバンドのうち最も低域のバンドにおける略１／４波長の電気長に相当する。すなわち、放射部分１１１〜１１３を接続することで構成される放射部分は、４００ＭＨｚ帯における略１／４波長の電気長を有する。また、放射部分１１１と放射部分１１２とを接続することで構成される放射部分は、９２０ＭＨｚ帯における略１／４波長の電気長を有する。また、放射部分１１１は、２４５０ＭＨｚ帯における略１／４波長の電気長を有する。

また、本実施の形態では、放射導体１１０は、第一給電点ＰＳ１を基準に複数のバンドの各々に対応した電気長で分断されたミアンダ状に設けられている。具体的には、放射導体１１０は、ミアンダ状に設けられることで形成される折り返し部分が、グランド電極ＧＮＤ１側及び反対側に位置するように設けられている。また、本実施の形態では、放射導体１１０は、アンテナ基板ＡＢの平面視において、グランド電極ＧＮＤ１と反対側で分断して設けられている。つまり、放射導体１１０は、グランド電極ＧＮＤ１に近い側の折り返し部分ではなく、グランド電極ＧＮＤ１と反対側（グランド電極ＧＮＤ１から遠い側）に位置する折り返し部分で分断されている。

また、本実施の形態では、放射導体１１０は、アンテナ基板ＡＢの平面視において、分断された隣り合う２つの放射部分のうち第一給電点ＰＳ１側の放射部分の端部が他方の放射部分の端部を向かないように設けられる。具体的には、放射部分１１１及び放射部分１１２に着目すると、図３の（ｂ）に示すように、放射部分１１１の放射部分１１２側の端部１１１ｂが放射部分１１２の放射部分１１１側の端部１１２ａを向かないように配置されている。また、放射部分１１２及び放射部分１１３に着目すると、図３の（ｃ）に示すように、放射部分１１２の放射部分１１３側の端部１１２ｂが放射部分１１３の放射部分１１２側の端部１１３ａを向かないように配置されている。つまり、分断された隣り合う２つの放射部分のうち第一給電点ＰＳ１側の放射部分の端部（第一給電点ＰＳ１から遠い側の端部）の延設方向が、他方の放射部分の端部が位置する方向と異なるように設けられる。

貫通導体１２１〜１２４は、放射導体１１０をなす複数の放射部分１１１〜１１３のうち上面部分（本実施の形態では放射部分１１１〜１１３）の端部の位置でアンテナ基板ＡＢを厚み方向に貫通する、ビア導体である。具体的には、貫通導体１２１は放射部分１１１の放射部分１１２側の端部１１１ｂの位置に設けられ、貫通導体１２２は放射部分１１２の放射部分１１１側の端部１１２ａの位置に設けられる。また、貫通導体１２３は放射部分１１２の放射部分１１３側の端部１１２ｂの位置に設けられ、貫通導体１２４は放射部分１１３の放射部分１１２側の端部１１３ａの位置に設けられる。

下面電極１３１〜１３４は、上面部分（本実施の形態では放射部分１１１〜１１３）の端部と対向してアンテナ基板ＡＢの下面に設けられるパッド電極である。また、下面電極１３１〜１３４は、貫通導体１２１〜１２４を介して上記の上面部分と接続され、かつ、アンテナ素子ＡＮＴ１をマザー基板ＭＢに表面実装するための電極である。具体的には、下面電極１３１は、端部１１１ｂと対向して設けられ、貫通導体１２１を介して放射部分１１１と接続される。なお、他の下面電極１３２〜１３４は、配置位置及び接続対象を除き下面電極１３１と同様であるため、詳細な説明を省略する。

このように、本実施の形態では、放射導体１１０は、分断された隣り合う２つの放射部分（ここでは、放射部分１１１と放射部分１１２、及び、放射部分１１２と放射部分１１３）の各々が上面部分として設けられている。また、貫通導体１２１〜１２４及び下面電極１３１〜１３４は、当該２つの放射部分の互いに分断された端部（ここでは、端部１１１ｂと端部１１２ａ、及び、端部１１２ｂと端部１１３ａ）の各々に対応して設けられる。

グランド電極ＧＮＤ１は、アンテナ基板ＡＢにおいて、放射導体１１０の側方に設けられた第一グランド電極である。グランド電極ＧＮＤ１は、本実施の形態では、アンテナ基板ＡＢの上面に放射導体１１０と並んで設けられている。例えば、グランド電極ＧＮＤ１は、アンテナ基板ＡＢの平面視において、放射導体１１０との並び方向に直交する方向で当該放射導体１１０の全幅にわたって設けられる。

以上のように構成されたアンテナ素子ＡＮＴ１は、複数のバンドの信号を送信可能または受信可能な汎用性の高い構成となっている。つまり、アンテナ素子ＡＮＴ１を複数のバンドで共通に用いることができる。具体的には、アンテナ素子ＡＮＴ１は、マザー基板ＭＢに実装されて複数の放射部分１１１〜１１３が接続されることにより、複数のバンドのいずれかのバンドの信号を送信または受信する。

なお、アンテナ基板ＡＢの材質は誘電体であれば特に限定されないが、例えば、ガラスエポキシ基板等を用いることができる。また、放射導体１１０、貫通導体１２１〜１２４、下面電極１３１〜１３４及びグランド電極ＧＮＤ１の材質は導電体であれば特に限定されないが、例えば、金、銀、銅またはこれらの合金等を用いることができる。

インピーダンス素子１２０は、第一給電点ＰＳ１と放射導体１１０との接続経路に配置された周波数調整用の素子であり、本実施の形態では、アンテナ基板ＡＢの上面に設けられている。インピーダンス素子１２０は、例えば、上記接続経路とグランドとの間にシャントに接続されるインダクタ及びキャパシタにより構成され、第一給電点ＰＳ１と放射導体１１０とのインピーダンス整合を良好にするための回路である。つまり、インピーダンス素子１２０は、マザー基板ＭＢに実装された状態でのアンテナ素子ＡＮＴ１の入力インピーダンスを調整する。

マザー基板ＭＢは、半田等の導電性接合材１３０によって、上面にアンテナ素子ＡＮＴ１が実装される基板であり、アンテナ素子ＡＮＴ１とともにアンテナユニット１００を構成する。これにより、複数のバンドで動作可能（送信可能または受信可能）に構成されたアンテナ素子ＡＮＴ１を備えるアンテナユニット１００は、当該複数のバンドのいずれかのバンドで動作することとなる。

マザー基板ＭＢには、アンテナ素子ＡＮＴ１の利用態様に応じて、上面電極（図３では２つの上面電極１４１、１４２）、及び、接続配線（図３では１つの接続配線１５１）が設けられ得る。また、本実施の形態では、マザー基板ＭＢには、回路部２００と電気的に接続されるランド１６１が設けられている。なお、上面電極及び接続配線については、後述する。また、マザー基板ＭＢの材質は誘電体であれば特に限定されないが、例えば、アンテナ基板ＡＢと同様の材質を用いることができる。また、上面電極、接続配線及びランド１６１の材質は導電体であれば特に限定されないが、例えば、放射導体１１０、貫通導体１２１〜１２４、下面電極１３１〜１３４及びグランド電極ＧＮＤ１等と同様の材質を用いることができる。

以下、共通のアンテナ素子ＡＮＴ１を利用したアンテナユニット１００の構成について、マザー基板ＭＢの構成とあわせて説明する。

図５は、本実施の形態に係るアンテナ素子ＡＮＴ１の利用態様を示す図であり、複数のバンドの各々についての利用態様が図示されている。具体的には、同図は、（ａ）に示す共通のアンテナ素子ＡＮＴ１を用いて、２４５０ＭＨｚ帯用、９２０ＭＨｚ帯用及び４００ＭＨｚ帯用のアンテナユニット１００を実現する構成を模式的に示す図である。

より具体的には、同図の（ａ）はアンテナ基板ＡＢの上面図であり、同図の（ｂ１）〜（ｂ３）の各々はマザー基板ＭＢの上面図であり、同図の（ｃ１）〜（ｃ３）の各々は、対応するマザー基板ＭＢにアンテナ基板ＡＢを実装した場合の上面図である。また、同図の（ｂ１）及び（ｃ１）は２４５０ＭＨｚ帯用での各上面図であり、同図の（ｂ２）及び（ｃ２）は９２０ＭＨｚ帯用での各上面図であり、（ｂ３）及び（ｃ３）は４００ＭＨｚ帯用での各上面図である。また、同図の（ｂ１）〜（ｂ３）における領域Ｘ１、Ｘ２はそれぞれ、マザー基板ＭＢにおけるアンテナ基板ＡＢの配置領域、及び、回路部２００の配置領域を示す。なお、（ｃ１）〜（ｃ３）では、放射部分１１１〜１１３の接続形態の簡明のため、アンテナ基板ＡＢの一部を透過して図示している。これらの事項は、以降の利用態様を示す図においても同様である。

図５の（ｂ１）に示すように、アンテナ素子ＡＮＴ１を２４５０ＭＨｚ帯で利用する場合、マザー基板ＭＢには放射部分１１１〜１１３を接続する配線を設けない。このため、図５の（ｃ１）に示すように、アンテナ基板ＡＢをマザー基板ＭＢに実装しても放射部分１１１〜１１３は分断されたままの状態となる。これにより、アンテナユニット１００は、放射部分１１１の長さに対応する２４５０ＭＨｚ帯で動作することとなる。

また、図５の（ｂ２）に示すように、アンテナ素子ＡＮＴ１を９２０ＭＨｚ帯で利用する場合、マザー基板ＭＢには２つの上面電極１４１、１４２と接続配線１５１とを設ける。

上面電極１４１、１４２は、図３に示すように、放射導体１１０の分断された隣り合う２つの放射部分の端部（ここでは、放射部分１１１の端部１１１ｂ及び放射部分１１２の端部１１２ａ）に対向してマザー基板ＭＢの上面の位置に設けられる、例えばパッド電極である。これら上面電極１４１、１４２は、導電性接合材１３０を介して対向する下面電極１３１、１３２と接続される。

接続配線１５１は、マザー基板ＭＢに設けられ、一端が上記の２つの上面電極１４１、１４２の一方に接続され、他端が当該２つの上面電極１４１、１４２の他方に接続される、例えばパターン配線である。本実施の形態では、接続配線１５１はマザー基板ＭＢの上面に配置され、マザー基板ＭＢの平面視において、上面電極１４１と上面電極１４２とを最短距離で接続するように設けられている。

なお、接続配線１５１の構成はこれに限定されず、例えば、マザー基板ＭＢの内層または下面に配置されていてもかまわない。ただし、接続配線１５１の配線長を短縮化することにより、アンテナユニット１００のアンテナ特性をアンテナ素子ＡＮＴ１によって管理することができる。つまり、接続配線１５１の配線長を短縮化して放射導体１１０のパターン導体の公差等を適切に管理することにより、安定したアンテナ特性を得ることができる。

このような上面電極１４１、１４２および接続配線１５１を設けることにより、図５の（ｃ２）に示すように、アンテナ基板ＡＢをマザー基板ＭＢに実装すると、放射部分１１１と放射部分１１２とが接続配線１５１を介して接続される。これにより、アンテナユニット１００は、放射部分１１１と放射部分１１２との長さに対応する９２０ＭＨｚ帯で動作することとなる。

また、図５の（ｂ３）に示すように、アンテナ素子ＡＮＴ１を４００ＭＨｚ帯で利用する場合、マザー基板ＭＢには、９００ＭＨｚ帯と比較してさらに、２つの上面電極１４３、１４４と、接続配線１５２とを設ける。

上面電極１４３、１４４は、放射部分１１２の端部１１２ｂ及び放射部分１１３の端部１１３ａに対向してマザー基板ＭＢの上面の位置に設けられる。また、接続配線１５２は、上面電極１４３と１４４とを接続する。なお、上面電極１４３、１４４及び接続配線１５２は、配置位置及び接続対象を除き、上面電極１４１、１４２および接続配線１５１と同様であるため、詳細な説明を省略する。

このような上面電極１４３、１４４及び接続配線１５２、ならびに、上述した上面電極１４１、１４２及び接続配線１５１を設けることにより、図５の（ｃ３）に示すように、アンテナ基板ＡＢをマザー基板ＭＢに実装すると、放射部分１１１〜１１３が接続配線１５１、１５２を介して接続される。これにより、アンテナユニット１００は、放射部分１１１〜１１３の長さに対応する４００ＭＨｚ帯で動作することとなる。

以上、本実施の形態に係るアンテナ素子ＡＮＴ１等の構成について、説明した。以下では、このようなアンテナ素子ＡＮＴ１、及び、アンテナ素子ＡＮＴ１を備えるアンテナユニット１００及び通信モジュール１０によって奏される効果について説明する。

上述したように、本実施の形態に係るアンテナ素子ＡＮＴ１によれば、複数の放射部分１１１〜１１３からなる放射導体１１０の上面部分（本実施の形態では、放射部分１１１〜１１３）の端部の位置に貫通導体１２１〜１２４及び下面電極１３１〜１３４を設けることにより、放射導体１１０の分断された放射部分１１１〜１１３をマザー基板ＭＢによって選択的に接続することができる。これにより、第一給電点ＰＳ１から給電される放射導体１１０の電気長を調整することができるため、放射導体１１０の共振周波数を調整することができる。つまり、アンテナ素子ＡＮＴ１は、複数の周波数帯域に対応した動作を行うことができる。また、基板対基板用コネクタ等を設けることなくアンテナ基板ＡＢをマザー基板ＭＢに表面実装することができるため、アンテナ素子ＡＮＴ１の小型化が図られる。すなわち、本実施の形態に係るアンテナ素子ＡＮＴ１によれば、小型化及び不要輻射の低減を図りつつ、複数の周波数帯域に対応することが可能となる。

また、さらに、マザー基板ＭＢには、アンテナ基板ＡＢの放射導体１１０に比べて極めて短い接続配線１５１、１５２を設けることで、放射導体１１０の分断された放射部分１１１〜１１３同士を接続することができる。このため、アンテナ素子ＡＮＴ１の放射特性はマザー基板ＭＢの接続配線１５１、１５２の影響を受けにくくなる。つまり、アンテナ素子ＡＮＴ１の放射導体１１０をなす複数の放射部分１１１〜１１３の公差等を管理することにより、所望の放射特性を容易に得ることができる。

ここで、複数の周波数帯域に対応するアンテナ素子として、例えば、ミアンダ状のアンテナパターンの折り返し部分を選択的に接続することにより動作周波数を変更する構成が考えられる。しかしながら、このような構成では、折り返し部分を接続して動作周波数を高い周波数帯にした場合に、余ったアンテナパターンがスタブやループとなって不要な共振や結合を生じさせる虞がある。したがって、このようなアンテナ素子では、放射効率の劣化または指向性の乱れ等のアンテナ性能の劣化が生じ得る。

これに対して、本実施の形態に係るアンテナ素子ＡＮＴ１によれば、放射導体１１０をなす複数の放射部分１１１〜１１３が分断して配置されている。このため、マザー基板ＭＢによって複数の放射部分１１１〜１１３の一部のみが接続された場合であっても、他の部分がスタブやループになりにくくなる。よって、アンテナ素子ＡＮＴ１によれば、不要輻射を低減することができる。つまり、上記のようなアンテナ性能の劣化を低減することができる。

具体的には、本実施の形態に係るアンテナ素子ＡＮＴ１によれば、隣り合う２つの放射部分（本実施の形態では、放射部分１１１と放射部分１１２、及び、放射部分１１２と放射部分１１３）は、各々に対応する下面電極１３１〜１３４同士を接続する接続配線１５１、１５２がマザー基板ＭＢに設けられることにより、電気的に接続されることとなる。つまり、当該２つの放射部分は、ジャンパ抵抗またはスイッチ等ではなく、アンテナ基板ＡＢが表面実装されるマザー基板ＭＢそのものによって接続され得る。

また、本実施の形態に係るアンテナ素子ＡＮＴ１によれば、隣り合う２つの放射部分のうち第一給電点ＰＳ１側の放射部分の端部が他方の放射部分の端部を向かないことにより、当該２つの放射部分の結合を低減することができる。具体的には、複数の放射部分１１１〜１１３それぞれの第一給電点ＰＳ１から見て開放端となる端部は、放射導体１１０における信号の伝搬方向に導体がある場合に当該導体と強く結合する傾向がある。このような結合は、当該導体からの不要輻射の要因となり得る。そこで、第一給電点ＰＳ１側の放射部分の端部が他方の放射部分の端部を向かないことにより、不要輻射を低減することができる。

また、本実施の形態に係るアンテナ素子ＡＮＴ１によれば、放射導体１１０が第一グランド電極（本実施の形態ではグランド電極ＧＮＤ１）と反対側で分断していることにより、放射導体１１０と第一グランド電極との結合を低減することができる。つまり、複数の放射部分１１１〜１１３それぞれの開放端が第一グランド電極から遠い位置に配置されるため、放射導体１１０と第一グランド電極との結合によるアンテナ素子ＡＮＴ１の特性の変動を低減できる。

また、本実施の形態に係るアンテナ素子ＡＮＴ１によれば、放射導体１１０がミアンダ状に設けられることにより、複数の放射部分１１１〜１１３の各々の長さの調整が容易となる。よって、複数の周波数帯域の各々を動作周波数とできるようなアンテナ素子ＡＮＴ１を容易に実現することができる。

また、本実施の形態に係るアンテナユニット１００によれば、アンテナ素子ＡＮＴ１とマザー基板ＭＢとが導電性接合材１３０によって接合されるため、小型化、特に低背化が図られる。また、上述した汎用性の高いアンテナ素子ＡＮＴ１を備えることにより、複数の周波数帯域のうち任意の周波数帯域で用いることができる。つまり、小型化を図りつつ、当該任意の周波数帯域でアンテナユニット１００を利用することができる。

具体的には、本実施の形態に係るアンテナユニット１００によれば、２つの上面電極と接続配線とによって、放射導体１１０をなす隣り合う２つの放射部分が電気的に接続される。よって、放射導体１１０をなす任意の隣り合う２つの放射部分同士を電気的に接続することが可能となるため、放射導体１１０の共振周波数を調整することができる。すなわち、本態様に係るアンテナユニット１００によれば、小型化を図りつつ、複数の周波数帯域に対応することが可能となる。

また、本実施の形態に係る通信モジュール１０によれば、上述のアンテナユニット１００を備えることにより、小型化を図りつつ、複数の周波数帯域に対応することが可能となる。

（実施の形態１の変形例１）
上記実施の形態１では、放射導体１１０は各々が上面部分である放射部分１１１〜１１３からなるとしたが、放射導体はアンテナ基板ＡＢの下面に設けられた下面部分を含んでもかまわない。そこで、以下、実施の形態１の変形例１に係る通信モジュール１０Ａとして、このような放射導体を有する通信モジュールを例に説明する。なお、本変形例において、通信モジュール１０Ａの機能構成は上記実施の形態１と同様のため、その説明を省略する。

図６は、実施の形態１の変形例１に係るアンテナユニット１００Ａの構成例を示す図である。具体的には、同図の（ａ）はアンテナユニット１００Ａの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の要部断面図である。図７は、実施の形態１の変形例１に係るアンテナ素子ＡＮＴ２の上面図である。

これらの図に示すように、本変形例に係るアンテナ素子ＡＮＴ２は、上記の実施の形態１に比べて、放射部分１１１、１１３を含む放射導体１１０に代わり、放射部分１１１Ａ、１１３Ａを含む放射導体１１０Ａを有する。また、本変形例では、インピーダンス素子１２０は、マザー基板ＭＢに設けられ、第一給電点ＰＳ１と放射導体１１０Ａとの接続経路に配置されている。

放射部分１１１Ａ、１１３Ａは、アンテナ基板ＡＢの下面に設けられた下面部分である。つまり、本変形例では、放射導体１１０Ａは、分断された隣り合う２つの放射部分（ここでは、放射部分１１１Ａと放射部分１１２、及び、放射部分１１２と放射部分１１３Ａ）の一方が上面部分として設けられ、他方が下面に設けられる。具体的には、本変形例では、放射部分１１１Ａ、１１２、１１３Ａは、第一給電点ＰＳ１を基準とした並び順において交互に上面部分及び下面部分として設けられている。このように下面部分として設けられた放射部分１１１Ａ、１１３Ａの端部はそれぞれ、例えば、下面電極１３１、１３４と一体に形成されている。また、当該端部の位置には、貫通導体が設けられない。

ここで、放射部分１１２、１１３Ａに着目すると、下面部分である放射部分１１３Ａは、上面部分である放射部分１１２よりも第一給電点ＰＳ１から遠い位置に設けられる。つまり、低周波側のバンドで使用する放射部分１１３Ａは、アンテナ基板ＡＢとマザー基板ＭＢとで挟まれるように配置される。

また、本変形例では、アンテナ基板ＡＢの上面に設けられ、一方の端部が第一給電点ＰＳ１に接続され、他方の端部が貫通導体１２１Ａ及びマザー基板ＭＢの配線を介してインピーダンス素子１２０に接続される接続配線１１１Ｂが設けられている。このような接続配線１１１Ｂ及び貫通導体１２１Ａを設けることにより、マザー基板ＭＢに実装されたインピーダンス素子１２０を、第一給電点ＰＳ１と放射導体１１０Ａとの接続経路に配置することができる。

以下、共通のアンテナ素子ＡＮＴ２を利用したアンテナユニット１００Ａの構成について、マザー基板ＭＢの構成とあわせて説明する。

図８は、本変形例に係るアンテナ素子ＡＮＴ２の利用態様を示す図であり、複数のバンドの各々についての利用態様が図示されている。具体的には、同図は、（ａ）に示す共通のアンテナ素子ＡＮＴ２を用いて、２４５０ＭＨｚ帯用、９２０ＭＨｚ帯用及び４００ＭＨｚ帯用のアンテナユニット１００Ａを実現する構成を模式的に示す図である。

図８の（ｂ１）に示すように、アンテナ素子ＡＮＴ２を２４５０ＭＨｚ帯で利用する場合、マザー基板ＭＢには２つの上面電極１４３、１４４と、接続配線１５２とを設ける。このため、図８の（ｃ１）に示すように、アンテナ基板ＡＢをマザー基板ＭＢに実装すると、２つの放射部分１１２、１１３Ａが接続配線１５２を介して接続される。このとき、２つの放射部分１１２、１１３Ａはいずれも、第一給電点ＰＳ１から給電されない放射部分である。つまり、本変形例では、アンテナユニット１００Ａは、給電されない放射部分１１２、１１３Ｂ同士が接続された状態で、放射部分１１１Ａの長さに対応する２４５０ＭＨｚ帯で動作することとなる。

図８の（ｂ２）、（ｂ３）、（ｃ２）及び（ｃ３）で示されるアンテナ素子ＡＮＴ２を９２０ＭＨｚ帯及び４００ＭＨｚで利用する場合のマザー基板ＭＢ及びアンテナユニット１００Ａの事項については、図５の（ｂ２）、（ｂ３）、（ｃ２）及び（ｃ３）で示した実施の形態１の事項と同様であるため、説明を省略する。

このように構成された本変形例に係るアンテナ素子ＡＮＴ２であっても、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。すなわち、複数の放射部分１１１Ａ、１１２、１１３Ａからなる放射導体１１０Ａの上面部分（本変形例では放射部分１１２）の端部の位置に貫通導体１２２、１２３及び下面電極１３２、１３３を設けることにより、小型化を図りつつ、複数の周波数帯域に対応することが可能となる。

また、本変形例に係るアンテナ素子ＡＮＴ２によれば、隣り合う２つの放射部分の一方をアンテナ基板ＡＢの上面に設け、他方を下面に設けることにより、当該２つの放射部分の結合を低減することができる。つまり、２つの放射部分のうち一方が利用され他方が利用されない場合の不要な結合を低減して、不要輻射を低減することができる。

また、本変形例に係るアンテナ素子ＡＮＴ２によれば、下面部分は、上面部分よりも第一給電点ＰＳ１から遠い位置に設けられていることにより、高い周波数帯域の信号を放射する場合には使用されず、低い周波数帯域の信号を放射する場合に使用される放射部分となる。この下面部分はアンテナ基板ＡＢとマザー基板ＭＢとで挟まれるため、上面部分に比べて実効誘電率が高くなる。つまり、アンテナ素子は、低い周波数帯域の信号を放射するために伝搬方向の大きさが大型化しやすい放射部分において、実効誘電率が高くなっている。このため、当該放射部分の小型化を抑制することにより、アンテナ素子全体のさらなる小型化が図られる。

また、本変形例に係るアンテナユニット１００Ａによれば、給電されない２つの放射部分（本変形例では放射部分１１２と放射部分１１３Ａ）同士が接続されることにより、当該２つの放射部分の共振周波数を放射導体１１０Ａの動作周波数から離すことができる。よって、アンテナ素子ＡＮＴ２の特性の劣化を抑制することができる。

特に、本変形例では、放射部分１１１Ａと放射部分１１２との長さが同等であるため、これらの共振周波数が比較的近くなっている。このため、放射部分１１１Ａを使用して放射部分１１２を使用しない場合に不要共振が生じる場合がある。そこで、放射部分１１２を放射部分１１３Ａと接続することにより、放射部分１１２及び放射部分１１３Ａの共振周波数を利用周波数から離して不要共振の発生を抑制することができる。

また、本変形例に係るアンテナユニット１００Ａによれば、インピーダンス素子１２０をマザー基板ＭＢに設けることにより、複数の周波数帯域のうち動作周波数に応じて、インピーダンス素子１２０の定数を適宜調整することができる。このため、アンテナユニット１００Ａの特性の最適化が図られる。また、アンテナ素子ＡＮＴ２側での定数調整をすることなく特性の最適化を図ることができる。すなわち、利用されるバンドや実装状態での最適化によって定数が変更される可能性があるインピーダンス素子１２０を、アンテナ素子ＡＮＴ２の製造段階で変更せずに済む。このため、アンテナ素子ＡＮＴ２の設計効率及び製造効率の向上が図られる。

（実施の形態１の変形例２）
上記実施の形態１及びその変形例１では、アンテナ素子は３つのバンドに対応可能に構成されているとしたが、アンテナ素子は２以上のバンドに対応可能に構成されていればよく、例えば、４以上のバンドに対応可能に構成されていてもかまわない。そこで、以下、実施の形態１の変形例２に係る通信モジュール１０Ｂとして、このようなアンテナ素子を有する通信モジュールを例に説明する。なお、本変形例において、通信モジュール１０Ｂの機能構成は上記実施の形態１と同様のため、その説明を省略する。

図９は、実施の形態１の変形例２に係るアンテナユニット１００Ｂの構成例を示す図である。具体的には、同図はアンテナユニット１００Ｂの斜視図である。図１０は、実施の形態１の変形例２に係るアンテナユニット１００Ｂの上面図である。

これらの図に示すアンテナユニット１００Ｂは、例えば、２４５０ＭＨｚ帯と３つのサブＧＨｚ帯（ここでは、９２０ＭＨｚ帯、８７０ＭＨｚ帯及び４００ＭＨｚ帯）との４つのバンドに対応可能に構成されたアンテナ素子ＡＮＴ３を備える。つまり、アンテナユニット１００Ｂは、欧州の８７０ＭＨｚ帯（８６８〜８７０ＭＨｚ帯）にも対応可能に構成されている。図９では、４つのバンドのうち２４５０ＭＨｚ帯のバンドに対応する構成が示されている。なお、アンテナ素子ＡＮＴ３が対応可能なバンドはこれに限らず、例えば、２４５０ＭＨｚ帯と上記以外のサブＧＨｚ帯に対応可能であってもかまわない。

具体的には、本変形例に係るアンテナ素子ＡＮＴ３は、上記の実施の形態１の変形例１に比べて、３つの放射部分１１１Ａ、１１２、１１３Ａからなる放射導体１１０Ａに代わり、４つの放射部分１１１Ａ、１１２、１１３Ｂ、１１４Ｂからなる放射導体１１０Ｂを有する。

ここで、放射部分１１３Ｂ、１１４Ｂは、図６及び図７に示す放射部分１１３Ａの一部が切り欠かれた形状となっている。これは、８７０ＭＨｚ帯での動作時は、９２０ＭＨｚ帯での動作時に対して追加で必要とする放射部分が短いため、実施の形態１及びその変形例１のようにアンテナ基板ＡＢ上の放射導体を分割した場合、放射部分の開放端が次の放射部分が位置する方向及びグランド電極ＧＮＤ１が位置する方向を向いてしまい、不要輻射が生じる虞がある。このため、本変形例では、マザー基板ＭＢ上で８７０ＭＨｚ帯での動作時に追加で必要となる放射部分の延長を施している。さらに、この延長した放射部分がマザー基板ＭＢ上の放射部分と干渉しないように一部の放射部分１１３Ｂ、１１４Ｂを切り欠くことで、４００ＭＨｚ帯での動作時にはマザー基板ＭＢ上で放射部分１１３Ｂ、１１４Ｂ同士を接続するようにしている。

以下、共通のアンテナ素子ＡＮＴ３を利用したアンテナユニット１００Ｂの構成について、マザー基板ＭＢの構成とあわせて説明する。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、本変形例に係るアンテナ素子ＡＮＴ３の利用態様を示す図であり、複数のバンドの各々についての利用態様が図示されている。具体的には、これらの図は、（ａ）に示す共通のアンテナ素子ＡＮＴ３を用いて、２４５０ＭＨｚ帯用、９２０ＭＨｚ帯用、８７０ＭＨｚ帯用及び４００ＭＨｚ帯用のアンテナユニット１００Ｂを実現する構成を模式的に示す図である。

図１１Ａの（ｂ１）に示すように、アンテナ素子ＡＮＴ３を２４５０ＭＨｚ帯で利用する場合、マザー基板ＭＢにはグランドパッドＧＰ２及びグランド電極ＧＮＤ２を設ける。

ここで、放射導体１１０Ｂは、一方の放射部分が第一給電点ＰＳ１から給電され、かつ、他方の放射部分が第一給電点ＰＳ１から給電されない、分断された隣り合う２つの放射部分を含む。ここでは、放射部分１１１Ａ、１１２が当該２つの放射部分に相当し、放射部分１１１Ａは第一給電点ＰＳ１から給電され、放射部分１１２は第一給電点ＰＳ１から給電されない構成となっている。

グランドパッドＧＰ２は、上記の他方の放射部分（本実施の形態では放射部分１１２）の端部に対向してマザー基板ＭＢの上面に設けられ、導電性接合材１３０を介して当該端部と接続される第二グランド電極である。本実施の形態では、グランドパッドＧＰ２は、放射部分１１２の放射部分１１１と反対側の端部に対向して設けられている。

グランド電極ＧＮＤ２は、放射導体１１０Ｂの第一給電点ＰＳ１から給電されない少なくとも１つの放射部分を覆うようにマザー基板ＭＢの上面に設けられた第三グランド電極である。グランド電極ＧＮＤ２は、本実施の形態では、放射部分１１３Ｂ、１１４Ｂを覆うように設けられている。なお、グランド電極ＧＮＤ２は、放射部分１１３Ｂ、１１４Ｂの全てを覆うように設けられていることが好ましいが、少なくとも一部を覆うように設けられていてもかまわない。

なお、グランドパッドＧＰ２及びグランド電極ＧＮＤ２の材質は導電体であれば特に限定されないが、例えば、放射導体１１０、貫通導体１２１〜１２４、下面電極１３１〜１３４及びグランド電極ＧＮＤ１等と同様の材質を用いることができる。

このような構成により、図１１Ａの（ｃ１）に示すように、アンテナ基板ＡＢをマザー基板ＭＢに実装すると、放射部分１１１Ａが給電導体となり、当該放射部分１１１Ａに隣り合う放射部分１１２が無給電放射導体となる。また、放射部分１１３Ｂ、１１４Ｂはグランド電極ＧＮＤ２で覆われることとなる。

図１１Ａの（ｂ２）及び（ｃ２）で示されるアンテナ素子ＡＮＴ３を９２０ＭＨｚ帯で利用する場合のマザー基板ＭＢ及びアンテナユニット１００Ｂの事項については、図５の（ｂ２）及び（ｃ２）（ｃ４）で示した実施の形態１の事項と同様であるため、説明を省略する。

図１１Ｂの（ｂ３）に示すように、アンテナ素子ＡＮＴ３を８７０ＭＨｚ帯で利用する場合、図１１Ａの（ｂ２）で示したアンテナ素子ＡＮＴ３を９２０ＭＨｚ帯で利用する場合に比べて、さらに、マザー基板ＭＢには上面電極１４３と、接続配線１５３Ｂとを設ける。

接続配線１５３Ｂは、一方の端部が上面電極１４３に接続され、他方の端部がいずれの導電体にも接続されない、パターン配線である。つまり、接続配線１５３Ｂは、他方の端部が開放端となっている。接続配線１５３Ｂは、アンテナ素子ＡＮＴ３の放射部分１１１Ａ及び１１２と接続された場合に、これらで全長が８７０ＭＨｚ帯における略１／４波長の電気長となるように構成されている。

このような構成により、図１１Ｂの（ｃ３）に示すように、アンテナ基板ＡＢをマザー基板ＭＢに実装すると、放射部分１１１Ａ、１１２及び接続配線１５３Ｂが接続配線１５１を介して接続される。これにより、アンテナユニット１００Ｂは、放射部分１１１Ａ、１１２及び接続配線１５３Ｂの長さに対応する８７０ＭＨｚ帯で動作することとなる。

図１１Ｂの（ｂ４）に示すように、アンテナ素子ＡＮＴ３を４００ＭＨｚ帯で利用する場合、図１１Ｂの（ｂ３）で示したアンテナ素子ＡＮＴ３を８７０ＭＨｚ帯で利用する場合に比べて、接続配線１５３Ｂを設けずに、実施の形態１と同様に接続配線１５２及び上面電極１４４を設ける。また、さらに、マザー基板ＭＢには、放射部分１１３Ｂと放射部分１１４Ｂとを接続するための接続配線１５４Ｂ及び２つの上面電極を設ける。

このような構成により、図１１Ｂの（ｃ４）に示すように、アンテナ基板ＡＢをマザー基板ＭＢに実装すると、放射部分１１１Ａ、１１２、１１３Ｂ、１１４Ｂが接続配線１５１、１５２、１５４Ｂを介して接続される。これにより、アンテナユニット１００Ｂは、放射部分１１１Ａ、１１２、１１３Ｂ、１１４Ｂの長さに対応する４００ＭＨｚ帯で動作することとなる。

このように構成された本変形例に係るアンテナ素子ＡＮＴ３であっても、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。すなわち、複数の放射部分１１１Ａ、１１２、１１３Ｂ、１１４Ｂからなる放射導体１１０Ｂの上面部分（本変形例では放射部分１１２）の端部の位置に貫通導体１２２、１２３及び下面電極１３２、１３３を設けることにより、小型化を図りつつ、複数の周波数帯域に対応することが可能となる。

また、本変形例に係るアンテナユニット１００Ｂによれば、第一給電点ＰＳ１から給電される放射部分１１１Ａに隣り合う放射部分１１２を第二グランド電極（本変形例ではグランドパッドＧＰ２）と接続することにより、放射部分１１２が非給電素子となる。つまり、放射部分１１２もアンテナ機能を有するため、アンテナユニット１００Ｂを広帯域化することができる。

図１２は、本変形例に係るアンテナユニット１００Ｂの性能を示すグラフであり、横軸に周波数が示され、縦軸にリターンロスが示されている。同図に示すように、本変形例（図中の「変形例２」）では、実施の形態１及び実施の形態１の変形例１（図中の「変形例１」）に比べ、全体的にリターンロスが改善している。つまり、本変形例では、帯域幅が広くなっていることがわかる。

なお、アンテナユニット１００Ｂを適宜設計することにより、広帯域化に限らず、指向性等の他の性能を調整してもかまわない。

また、本変形例に係るアンテナユニット１００Ｂによれば、給電されない放射部分(本変形例では、放射部分１１３Ｂ、１１４Ｂ)を覆うように第三グランド電極（本変形例ではグランド電極ＧＮＤ２）を設けることにより、放射導体１１０Ｂをなす複数の放射部分のうち放射しない放射部分と放射する放射部分との不要な結合を低減することができる。よって、不要輻射をさらに低減することができる。

（実施の形態２）
上記実施の形態１及びその変形例では、１つの給電点から給電されるアンテナ素子を例に、小型化を図りつつ、複数のバンドに対応可能なアンテナ素子について説明した。しかし、上記説明した技術は、複数の給電点から給電されるアンテナ素子に適用することもできる。そこで、以下、実施の形態２に係る通信モジュール１０Ｃとして、このようなアンテナ素子を有する通信モジュールを例に説明する。

図１３は、本実施の形態に係る通信モジュール１０Ｃを備える無線センサ１の機能構成を示すブロック図である。

通信モジュール１０Ｃは、アンテナダイバーシティ動作（以下、ダイバーシティ動作）可能なモジュールであり、例えば、２４５０ＭＨｚ帯でダイバーシティ動作を行う。通信モジュール１０Ｃは、図２の通信モジュール１０に比べて、アンテナユニット１００Ｃａ、１００Ｃｂを複数（ここでは２つ）備える点、及び、回路部２００Ｃの構成が異なる。

回路部２００Ｃは、図２の回路部２００に比べて、ＣＰＵ２１２に代わり、ダイバーシティ動作を制御することができるＣＰＵ２１２Ｃを有する。また、ＣＰＵ２１２Ｃの制御に応じて、アンテナユニット１００Ｃａ、１００Ｃｂのいずれか一方を選択的に回路部２００Ｃに接続するスイッチ２１８Ｃを有する。

図１４は、実施の形態２に係るアンテナ素子ＡＮＴ４の上面図である。

同図に示すアンテナ素子ＡＮＴ４は、図１０に示すアンテナ素子ＡＮＴ３に比べて、さらに、第二給電点ＰＳ２、及び、放射導体１１０Ｂ（図１０参照）を第二給電点ＰＳ２に接続するための接続配線１１５Ｃを備える。ここで、第二給電点ＰＳ２は、図１３に示す通信モジュール１０Ｃにおいてダイバーシティ動作を行う場合に使用される。

以下、共通のアンテナ素子ＡＮＴ４を利用したアンテナユニット１００Ｃａ、１００Ｃｂの構成について、マザー基板ＭＢの構成とあわせて説明する。なお、本実施の形態では、便宜上、２４５０ＭＨｚ帯でダイバーシティ動作を行う際にアンテナ機能を有す部分をアンテナユニット１００Ｃａ、１００Ｃｂと記載する。ただし、これらは一体のアンテナユニットとして構成されていてもよく、当該アンテナユニットの一部がアンテナユニット１００Ｃａに相当し、他部がアンテナユニット１００Ｃｂに相当していてもかまわない。

図１５は、本実施の形態に係るアンテナ素子ＡＮＴ４の利用態様を示す図である。具体的には、同図は、（ａ）に示す共通のアンテナ素子ＡＮＴ４を用いて、２４５０ＭＨｚ帯においてダイバーシティ動作を行うアンテナユニット１００Ｃａ、１００Ｃｂを実現する構成を模式的に示す図である。なお、本実施の形態では、サブＧＨｚ帯（９２０ＭＨｚ帯、８７０ＭＨｚ帯及び４００ＭＨｚ）帯における利用態様については図１１Ａ及び図１１Ｂと同様であるため、図示を省略する。

図１５の（ｂ）に示すように、アンテナ素子ＡＮＴ４を２４５０ＭＨｚ帯で利用する場合、マザー基板ＭＢには、接続配線１５５Ｄを設ける。また、本実施の形態では、さらに、グランドパッドＧＰ３及びグランド電極ＧＮＤ２を設ける。

接続配線１５５Ｄは、マザー基板ＭＢに設けられ、第一給電点ＰＳ１と異なる第二給電点ＰＳ２と放射導体１１０Ｂとを接続するための配線である。本実施の形態では、接続配線１５５Ｄは、端部が放射部分１１４Ｂの略中点と対向するように配置される。

グランドパッドＧＰ３は、放射導体１１０Ｂの第一給電点ＰＳ１及び第二給電点ＰＳ２のいずれにも接続されない放射部分１１２、１１３Ｂの端部等に対向してマザー基板ＭＢの上面に設けられ、導電性接合材１３０を介して当該端部等と接続される。

グランド電極ＧＮＤ３は、放射導体１１０Ｂの第一給電点ＰＳ１及び第二給電点ＰＳ２のいずれにも接続されない放射部分１１２、１１３Ｂを覆うようにマザー基板ＭＢの上面に設けられる。なお、グランド電極ＧＮＤ３は、放射部分１１２、１１３Ｂの全てを覆うように設けられていることが好ましいが、少なくとも一部を覆うように設けられていてもかまわない。

このような構成により、図１５の（ｃ）に示すように、アンテナ基板ＡＢをマザー基板ＭＢに実装すると、放射導体１１０Ｂは次のように接続される。すなわち、放射導体１１０Ｂは、複数の放射部分１１１Ａ、１１２、１１３Ｂ、１１４Ｂの少なくとも１つの放射部分（本実施の形態では１つの放射部分１１１Ａ）からなる第一群が、第一給電点ＰＳ１に接続され、かつ、第二給電点ＰＳ２に接続されない。また、放射導体１１０Ｂは、当該複数の放射部分の他の少なくとも１つの放射部分（本実施の形態では１つの放射部分１１４Ｂ）からなる第二群が、第一給電点ＰＳ１に接続されず、かつ、第二給電点ＰＳ２に接続される。つまり、本実施の形態では、アンテナ素子ＡＮＴ４の第一群を構成する放射部分１１１Ａ及びマザー基板ＭＢによってアンテナユニット１００Ｃａが形成され、アンテナ素子ＡＮＴ４の第二群を構成する放射部分１１４Ｂ及びマザー基板ＭＢによってアンテナユニット１００Ｃｂが形成される。

つまり、アンテナユニット１００Ｃａとアンテナユニット１００Ｃｂとは、複数の周波数帯域のうち少なくとも１つの周波数帯域（ここでは、２４５０ＭＨｚ帯）の信号が第一給電点ＰＳ１及び第二給電点ＰＳ２のいずれか一方に選択的に給電されることにより、上記の第一群と上記の第二群とでアンテナダイバーシティ動作を行う。

このように構成された本実施の形態に係るアンテナ素子ＡＮＴ４であっても、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

また、本実施の形態に係るアンテナユニット１００Ｃａ、１００Ｃｂによれば、第一群（本実施の形態では１つの放射部分１１１Ａ）が第一給電点ＰＳ１に接続され、第二群（本実施の形態では１つの放射部分１１４Ｂ）が第二給電点ＰＳ２に接続されることにより、アンテナユニット１００Ｃａ、１００Ｃｂの各種動作を切り替えることができる。

具体的には、本実施の形態に係るアンテナユニット１００Ｃａ、１００Ｃｂによれば、第一群と第二群とでアンテナダイバーシティ動作を行うことにより、フェージングまたは指向性による特性劣化が特に大きくなりがちな高域側の周波数帯域での特性劣化を低減できる。

また、本実施の形態に係るアンテナユニット１００Ｃａ、１００Ｃｂによれば、２４５０ＭＨｚ帯で使用されない放射部分１１２、１１３Ｂと接続するグランドパッドＧＰ３を設けている。これにより、ダイバーシティ動作をする両ブランチ（放射部分１１１Ａ及び放射部分１１４Ｂ）同士の結合を抑制できる。

なお、本実施の形態では、アンテナユニット１００Ｃａ、１００Ｃｂについて、ダイバーシティ動作を例に説明したが、アンテナユニット１００Ｃａ、１００Ｃｂを用いて通信する通信回路がＭＩＭＯに対応する場合、アンテナユニット１００Ｃａ、１００ＣｂをＭＩＭＯ動作させてもかまわない。つまり、アンテナユニット１００Ｃａ、１００Ｃｂは、複数の周波数帯域のうち少なくとも１つの周波数帯域の信号が第一給電点ＰＳ１及び第二給電点ＰＳ２のいずれにも給電されることにより、上記の第一群と上記の第二群とでＭＩＭＯ動作を行ってもかまわない。

このように、第一群と第二群とでＭＩＭＯ動作を行うことにより、フェージングまたは指向性による特性劣化が特に大きくなりがちな高域側の周波数帯域での特性劣化を低減しつつ、伝送容量の増大を図ることができる。

また、上記の実施の形態１の変形例２で説明したように、９２０ＭＨｚ帯及び８９０ＭＨｚ帯においては放射部分１１３Ｂ、１１４Ｂが使用されない。このため、アンテナ素子ＡＮＴ４を９２０ＭＨｚ帯または８７０ＭＨｚ帯で利用する際には第一給電点ＰＳ１と放射部分１１１Ａ、１１２とが接続され、２４５０ＭＨｚ帯で利用する際には第二給電点ＰＳ２と放射部分１１４Ｂとが接続されるように、マザー基板ＭＢを設計してもかまわない。

つまり、アンテナユニットは、複数の周波数帯域のうち一の周波数帯域（ここでは、９２０ＭＨｚ帯及び８９０ＭＨｚ帯）の信号が第一給電点ＰＳ１に給電され、他の一の周波数帯域（ここでは、２４５０ＭＨｚ帯）の信号が第二給電点ＰＳ２に給電されることにより、第一群（ここでは、放射部分１１１Ａ、１１２）と第二群（ここでは、放射部分１１４Ｂ）とで互いに異なる周波数帯域の信号を送信または受信してもかまわない。

これにより、アンテナ素子ＡＮＴ４が適用される無線システムが複数のバンドに対応している場合にも、単一のアンテナ素子ＡＮＴ４ないし通信モジュールを用いて異なる周波数帯で動作させることができる。

さらに、このような構成において、放射部分１１３Ｂを適切な長さに設計し、設置等によって無給電放射導体として利用することで、放射特性の改善を図ることができる。

また、このような構成において、上記の第一群と第二群とは同時に送信または受信してもかまわない。これにより、アンテナユニットは、無線モジュール等の通信システムのキャリアアグリゲーション化に対応することができる。

（その他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態及びその変形例に係るアンテナ素子、アンテナユニット及び通信モジュールについて説明したが、本発明は、個々の実施の形態及びその変形例には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態及びその変形例に施したものや、異なる実施の形態及びその変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

例えば、放射導体はミアンダ状に設けられていなくてもよく、例えば、スパイラル状、または、矩形平面状に設けられていてもかまわない。

また、例えば、隣り合う２つの放射部分のうち第一給電点ＰＳ１側の放射部分の端部が他方の放射部分の端部を向いていてもかまわない。ただし、不要輻射を低減する観点からは第一給電点ＰＳ１側の放射部分の端部が他方の放射部分の端部を向いていないことが好ましく、さらには、第一給電点ＰＳ１側の放射部分の端部が他方の放射部分のいずれの部分にも向いていないことが好ましい。

また、例えば、放射導体は、第一グランド電極（上記説明ではグランド電極ＧＮＤ１）と反対側とは異なる位置で分断していてもかまわない。

本発明は、小型かつ汎用性の高いアンテナ素子、アンテナユニット及び通信モジュールとして、無線センサなどの無線機器に広く利用できる。

１ 無線センサ
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 通信モジュール
２０ センサ群
３０ 筐体
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃａ、１００Ｃｂ アンテナユニット
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ 放射導体
１１１、１１１Ａ、１１２、１１３、１１３Ａ、１１３Ｂ、１１４Ｂ 放射部分
１１１Ｂ、１１５Ｃ、１５１、１５２、１５３Ｂ、１５４Ｂ、１５５Ｄ 接続配線
１１１ｂ、１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａ 端部
１２０ インピーダンス素子
１２１、１２１Ａ、１２２、１２３、１２４ 貫通導体
１３０ 導電性接合材
１３１〜１３４ 下面電極
１４１〜１４４ 上面電極
１６１ ランド
２００、２００Ｃ 回路部
２１１ 通信回路
２１２、２１２Ｃ ＣＰＵ
２１３ Ｉ／Ｏ
２１４ ＲＡＭ
２１５ ＲＯＭ
２１６ クロック生成部
２１７ 電源
２１８Ｃ スイッチ
ＡＢ アンテナ基板
ＡＮＴ１〜ＡＮＴ４ アンテナ素子
ＧＮＤ１〜ＧＮＤ３ グランド電極
ＧＰ２、ＧＰ３ グランドパッド
ＭＢ マザー基板
ＰＳ１ 第一給電点
ＰＳ２ 第二給電点

Claims (16)

1. マザー基板に実装されるアンテナ素子であって、
   基板と、
   前記基板の上面に設けられた上面部分を含む複数の放射部分であって、当該基板の平面視において、第一給電点を基準に複数の周波数帯域の各々に対応した位置で分断して設けられた複数の放射部分からなる放射導体と、
   前記上面部分の端部の位置で前記基板を厚み方向に貫通する貫通導体と、
   前記上面部分の端部と対向して前記基板の下面に設けられ、前記貫通導体を介して前記上面部分と接続された下面電極とを備え、
   前記下面電極は、前記マザー基板の上面に設けられた上面電極に電気的に接続される、
   アンテナ素子。
2. 前記放射導体は、前記平面視において、分断された隣り合う２つの放射部分のうち前記第一給電点側の放射部分の端部が他方の放射部分の端部を向かないように設けられる
   請求項１に記載のアンテナ素子。
3. 前記放射導体は、分断された隣り合う２つの放射部分の各々が前記上面部分として設けられ、
   前記貫通導体及び前記下面電極は、当該２つの放射部分の互いに分断された端部の各々に対応して設けられる
   請求項１または２に記載のアンテナ素子。
4. 前記放射導体は、分断された隣り合う２つの放射部分の一方が前記上面部分として設けられ、他方が前記基板の下面に設けられる
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンテナ素子。
5. 前記放射導体は、前記基板の下面に設けられた下面部分を含み、
   前記下面部分は、前記上面部分よりも前記第一給電点から遠い位置に設けられる
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のアンテナ素子。
6. 前記基板において、前記放射導体の側方に設けられた第一グランド電極を有し、
   前記放射導体は、前記平面視において、前記第一グランド電極と反対側で分断して設けられる
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のアンテナ素子。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のアンテナ素子と、
   導電性接合材によって、上面に前記アンテナ素子が実装されるマザー基板と、
   前記放射導体の分断された隣り合う２つの放射部分の端部に対向して前記マザー基板の上面の位置に設けられ、前記導電性接合材を介して当該端部と接続される２つの上面電極と、を備える
   アンテナユニット。
8. 前記２つの放射部分は、前記第一給電点から給電されない
   請求項７に記載のアンテナユニット。
9. 前記２つの放射部分は、
   一方の放射部分が、他方の放射部分を介さずに前記第一給電点から給電され、
   前記他方の放射部分が、前記一方の放射部分を介して前記第一給電点から給電される
   請求項７に記載のアンテナユニット。
10. 前記放射導体は、一方の放射部分が前記第一給電点から給電され、かつ、他方の放射部分が前記第一給電点から給電されない、分断された隣り合う２つの放射部分を含み、
    前記アンテナユニットは、さらに、前記他方の放射部分の端部に対向して前記マザー基板の上面に設けられ、前記導電性接合材を介して当該端部と接続される第二グランド電極を有する
    請求項７〜９のいずれか１項に記載のアンテナユニット。
11. 前記アンテナユニットは、さらに、前記放射導体の前記第一給電点から給電されない少なくとも１つの放射部分を覆うように前記マザー基板の上面に設けられた第三グランド電極を有する
    請求項７〜１０のいずれか１項に記載のアンテナユニット。
12. 前記アンテナユニットはさらに、前記マザー基板に設けられ、前記第一給電点と前記放射導体との接続経路に配置された周波数調整用のインピーダンス素子とを有する
    請求項７〜１１のいずれか１項に記載のアンテナユニット。
13. 前記アンテナユニットはさらに、前記マザー基板に設けられ、前記第一給電点と異なる第二給電点と前記放射導体とを接続するための配線を有し、
    前記放射導体は、
    前記複数の放射部分の少なくとも１つの放射部分からなる第一群が、前記第一給電点に接続され、かつ、前記第二給電点に接続されず、
    前記複数の放射部分の他の少なくとも１つの放射部分からなる第二群が、前記第一給電点に接続されず、かつ、前記第二給電点に接続される
    請求項７〜１２のいずれか１項に記載のアンテナユニット。
14. 前記アンテナユニットは、前記複数の周波数帯域のうち少なくとも１つの周波数帯域の信号が前記第一給電点及び前記第二給電点のいずれか一方に選択的に給電されることにより、前記第一群と前記第二群とでアンテナダイバーシティ動作を行う
    請求項１３に記載のアンテナユニット。
15. 前記アンテナユニットは、前記複数の周波数帯域のうち一の周波数帯域の信号が前記第一給電点に給電され、他の一の周波数帯域の信号が前記第二給電点に給電されることにより、前記第一群と前記第二群とで互いに異なる周波数帯域の信号を送信または受信する
    請求項１３に記載のアンテナユニット。
16. 請求項７〜１５のいずれか１項に記載のアンテナユニットと、
    前記アンテナユニットを用いて通信する通信回路とを備える
    通信モジュール。

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