JP6747624B2 - アンテナモジュールおよびそれを搭載した通信装置 - Google Patents

Description

本開示は、アンテナモジュールおよびそれを搭載した通信装置に関し、より特定的には、２つの周波数帯域を放射可能なアンテナモジュールの特性を向上させる技術に関する。

国際公開第２０１６／０６３７５９号（特許文献１）には、誘電体基板に給電素子と高周波半導体素子とが一体化して実装されたアンテナモジュールが開示されている。また、特許文献１においては、高周波半導体素子から電力が供給されておらず、給電素子と電磁結合する無給電素子がさらに設けられた構成も開示されている。一般的に、無給電素子を設けることで、アンテナの広帯域化が図られることが知られている。

国際公開第２０１６／０６３７５９号

近年、スマートフォンなどの携帯端末が普及し、さらにはＩｏＴなどの技術革新により無線通信機能を有する家電製品や電子機器が増加している。これにより、無線ネットワークの通信トラフィックが増大し、通信速度および通信品質が低下することが懸念されている。

このような課題を解決するための１つの対策として、第５世代移動通信システム（５Ｇ）の開発が進められている。５Ｇにおいては、多数の給電素子を用いて高度なビームフォーミングおよび空間多重を行なうとともに、従来から使用されている６ＧＨｚ帯の周波数の信号に加えて、より高い周波数（数十ＧＨｚ）のミリ波帯の信号を使用することによって、通信速度の高速化および通信品質の向上を図ることを目指している。

５Ｇにおいては、周波数帯域が離れた、複数のミリ波帯の周波数が用いられる場合があり、この場合、１つのアンテナで当該複数の周波数帯域の信号を送受信することが必要とされている。

本開示は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の周波数帯域の信号を送受信可能なアンテナモジュールを提供することである。

本開示に係るアンテナモジュールは、多層構造を有する誘電体基板と、誘電体基板に配置され高周波電力が供給される給電素子と、誘電体基板に配置された接地電極と、給電素子と接地電極との間の層に配置された無給電素子と、第１給電配線とを備える。第１給電配線は、無給電素子を貫通し、給電素子に高周波電力を供給する。誘電体基板の法線方向からアンテナモジュールを平面視すると、（ｉ）給電素子の少なくとも一部は無給電素子と重なっており、（ｉｉ）第１給電配線が給電素子に接続される第１位置は、接地電極側から無給電素子が配置される層まで第１給電配線が到達する第２位置とは異なっている。

好ましくは、誘電体基板の法線方向からアンテナモジュールを平面視すると、第１位置は、第２位置よりも無給電素子の外側方向にずれている。

好ましくは、誘電体基板の法線方向からアンテナモジュールを平面視すると、第１位置は、第２位置よりも無給電素子の内側方向にずれている。

好ましくは、第１給電配線は、無給電素子が配置される層においてオフセットしている。

好ましくは、第１給電配線は、無給電素子と給電素子との間の層においてオフセットしている。

好ましくは、給電素子の面積は、無給電素子の面積よりも小さい。誘電体基板の法線方向からアンテナモジュールを平面視すると、給電素子は無給電素子の内側に配置されている。

好ましくは、アンテナモジュールは、誘電体基板に実装され、給電素子に高周波電力を供給する給電回路をさらに備える。

好ましくは、アンテナモジュールは、無給電素子と給電回路との間において、第１給電配線に接続される少なくとも１つのスタブをさらに備える。

好ましくは、アンテナモジュールは、無給電素子を貫通し、給電素子に高周波電力を供給する第２給電配線をさらに備える。誘電体基板の法線方向からアンテナモジュールを平面視すると、第２給電配線が給電素子に接続される第３位置は、接地電極側から無給電素子が配置される層まで第２給電配線が到達する第４位置とは異なっている。

好ましくは、法線方向からアンテナモジュールを平面視すると、（ｉ）前記第１位置は、第２位置よりも無給電素子の外側方向にずれており、（ｉｉ）第３位置は、第４位置よりも無給電素子の外側方向にずれいる。

本開示の他の局面にかかる通信装置は、上記のいずれかに記載のアンテナモジュールを搭載している。

本開示においては、給電素子と無給電素子とを有するアンテナモジュールにおいて、給電回路（ＲＦＩＣ：Radio Frequency Integrated Circuit）から無給電素子の層に立上る給電配線の位置と、給電素子に給電配線が接続される位置とがずれた構成となる。これによって、給電素子によって放射される信号の周波数におけるインピーダンスと、無給電素子によって放射される信号の周波数におけるインピーダンスとを個別に調節することができる。したがって、給電素子および無給電素子の各々についての周波数帯域の信号を送受信することが可能となる。

実施の形態１に係るアンテナモジュールが適用される通信装置のブロック図である。 実施の形態１に係るアンテナモジュールの断面図である。 図２のアンテナモジュールにおける給電素子と給電配線との位置を説明するための斜視図である。 比較例１のアンテナモジュールの断面図である。 図４の比較例１のアンテナモジュールにおける放射素子と給電配線との位置を説明するための斜視図である。 比較例１のアンテナモジュールの反射特性の一例を示す図である。 実施の形態１のアンテナモジュールの反射特性の一例を示す図である。 変形例１に係るアンテナモジュールの断面図である。 変形例２に係るアンテナモジュールの断面図である。 変形例３に係るアンテナモジュールの断面図である。 変形例３に係るアンテナモジュールの反射特性の一例を示す図である。 実施の形態２に係る２偏波タイプのアンテナモジュールにおける給電素子と給電配線との位置を説明するための斜視図である。 比較例２に係るアンテナモジュールにおける放射素子と給電配線との位置を説明するための斜視図である。 比較例２のアンテナモジュールにおける給電配線間のアイソレーション特性の一例を示す図である。 実施の形態２のアンテナモジュールにおける給電配線間のアイソレーション特性の一例を示す図である。 実施の形態３に係るスタブを有するアンテナモジュールにおける放射素子と給電配線との位置を説明するための斜視図である。 実施の形態３のアンテナモジュールの反射特性の一例を示す図である。 実施の形態３に係る２偏波タイプでかつスタブを有するアンテナモジュールにおける放射素子と給電配線との位置を説明するための斜視図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
（通信装置の基本構成）
図１は、本実施の形態１に係るアンテナモジュール１００が適用される通信装置１０の一例のブロック図である。通信装置１０は、たとえば、携帯電話、スマートフォンあるいはタブレットなどの携帯端末や、通信機能を備えたパーソナルコンピュータなどである。

図１を参照して、通信装置１０は、アンテナモジュール１００と、ベースバンド信号処理回路を構成するＢＢＩＣ２００とを備える。アンテナモジュール１００は、給電回路の一例であるＲＦＩＣ１１０と、アンテナアレイ１２０とを備える。通信装置１０は、ＢＢＩＣ２００からアンテナモジュール１００へ伝達された信号を高周波信号にアップコンバートしてアンテナアレイ１２０から放射するとともに、アンテナアレイ１２０で受信した高周波信号をダウンコンバートしてＢＢＩＣ２００にて信号を処理する。

なお、図１では、説明を容易にするために、アンテナアレイ１２０を構成する複数の給電素子１２１のうち、４つの給電素子１２１に対応する構成のみ示され、同様の構成を有する他の給電素子１２１に対応する構成については省略されている。また、本実施の形態においては、給電素子１２１が、矩形の平板形状を有するパッチアンテナである場合を例として説明する。

ＲＦＩＣ１１０は、スイッチ１１１Ａ〜１１１Ｄ，１１３Ａ〜１１３Ｄ，１１７と、パワーアンプ１１２ＡＴ〜１１２ＤＴと、ローノイズアンプ１１２ＡＲ〜１１２ＤＲと、減衰器１１４Ａ〜１１４Ｄと、移相器１１５Ａ〜１１５Ｄと、信号合成／分波器１１６と、ミキサ１１８と、増幅回路１１９とを備える。

高周波信号を送信する場合には、スイッチ１１１Ａ〜１１１Ｄ，１１３Ａ〜１１３Ｄがパワーアンプ１１２ＡＴ〜１１２ＤＴ側へ切換えられるとともに、スイッチ１１７が増幅回路１１９の送信側アンプに接続される。高周波信号を受信する場合には、スイッチ１１１Ａ〜１１１Ｄ，１１３Ａ〜１１３Ｄがローノイズアンプ１１２ＡＲ〜１１２ＤＲ側へ切換えられるとともに、スイッチ１１７が増幅回路１１９の受信側アンプに接続される。

ＢＢＩＣ２００から伝達された信号は、増幅回路１１９で増幅され、ミキサ１１８でアップコンバートされる。アップコンバートされた高周波信号である送信信号は、信号合成／分波器１１６で４分波され、４つの信号経路を通過して、それぞれ異なる給電素子１２１に給電される。このとき、各信号経路に配置された移相器１１５Ａ〜１１５Ｄの移相度が個別に調整されることにより、アンテナアレイ１２０の指向性を調整することができる。

各給電素子１２１で受信された高周波信号である受信信号は、それぞれ、異なる４つの信号経路を経由し、信号合成／分波器１１６で合波される。合波された受信信号は、ミキサ１１８でダウンコンバートされ、増幅回路１１９で増幅されてＢＢＩＣ２００へ伝達される。

ＲＦＩＣ１１０は、例えば、上記回路構成を含む１チップの集積回路部品として形成される。あるいは、ＲＦＩＣ１１０における各給電素子１２１に対応する機器（スイッチ、パワーアンプ、ローノイズアンプ、減衰器、移相器）については、対応する給電素子１２１毎に１チップの集積回路部品として形成されてもよい。

（アンテナモジュールの構造）
図２および図３を用いて、アンテナモジュール１００の構造について説明する。図２はアンテナモジュール１００の断面図であり、図３は給電素子１２１および無給電素子１２５と給電配線１６０との位置を説明するための斜視図である。

図２を参照して、アンテナモジュール１００は、給電素子１２１およびＲＦＩＣ１１０に加えて、誘電体基板１３０と、接地電極ＧＮＤと、無給電素子１２５とを備える。なお、図２においては、説明を容易にするために、給電素子１２１が１つだけ配置される場合について説明するが、複数の給電素子１２１が配置される構成であってもよい。また、図３においては、理解を容易にするために、給電素子１２１、無給電素子１２５および給電配線１６０のみを記載しており、誘電体基板１３０およびＲＦＩＣ１１０については記載を省略している。また、以降の説明においては、給電素子および無給電素子を包括して「放射素子」とも称する。

誘電体基板１３０は、たとえば、エポキシ、ポリイミドなどの樹脂が多層構造に形成された基板である。また、誘電体基板１３０は、より低い誘電率を有する液晶ポリマー（Liquid Crystal Polymer：ＬＣＰ）あるいはフッ素系樹脂を用いて形成されてもよい。

給電素子１２１は、誘電体基板１３０の第１面１３４あるいは誘電体基板１３０の内部の層に配置される。ＲＦＩＣ１１０は、誘電体基板１３０における、上記の第１面１３４とは反対側の第２面（実装面）１３２に、はんだバンプなど（図示せず）の接続用電極を介して実装される。接地電極ＧＮＤは、誘電体基板１３０において、給電素子１２１が配置される層と第２面１３２との間に配置される。

無給電素子１２５は、誘電体基板１３０の給電素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間の層に、給電素子１２１と対向するように配置される。無給電素子１２５は、誘電体基板１３０の第１面１３４の法線方向からアンテナモジュール１００を平面視した場合に、給電素子１２１の少なくとも一部と重なっている。なお、図２および図３においては、給電素子１２１と無給電素子１２５とが略同じ大きさである場合の例を示しているが、図１０等で後述するように、給電素子１２１と無給電素子１２５とが異なる大きさであってもよい。

給電配線１６０は、ＲＦＩＣ１１０から、接地電極ＧＮＤおよび無給電素子１２５を貫通して、給電素子１２１に接続される。より詳細には、図３に示すように、給電配線１６０は、ＲＦＩＣ１１０から無給電素子１２５が配置される層までビア１６１で立上り、当該層において、配線パターン１６２によって無給電素子１２５の外側方向にオフセットし、そこからビア１６３によって給電素子１２１までさらに立上っている。ここで、ビア１６３と給電素子１２１との接続位置Ｐ１を「第１位置」と称し、無給電素子１２５が配置される層においてビア１６１と配線パターン１６２との接続位置Ｐ２を「第２位置」とも称する。このように、無給電素子１２５が配置される層まで到達した給電配線１６０は、接続位置Ｐ２において無給電素子１２５の外側方向に屈曲し、接続位置Ｐ１の直下で給電素子１２１の方向にさらに屈曲して給電素子１２１に接続される。

なお、給電配線１６０は、図２に示されるような、ＲＦＩＣ１１０から無給電素子１２５が形成される層まで直線的に配置されるものには限られない。たとえば、給電配線１６０は、ＲＦＩＣ１１０から無給電素子１２５が形成される層に至るまでに屈曲していてもよい。すなわち、上記の「第２位置」は、無給電素子１２５が形成される層に対して、給電配線１６０が接地電極ＧＮＤ側から到達する位置である。

従来から、給電素子に無給電素子を設けることによって、送受信を行なう周波数帯域の広帯域化を図る技術が知られている。これは、給電素子である給電素子の共振周波数と無給電素子の共振周波数との間の周波数において、リターンロスが低下することを利用したものである。

無給電素子を用いる場合、一般的には、給電素子よりも電波が放射される側に無給電素子が配置される。この場合、無給電素子のインピーダンスは固定であるため、無給電素子の共振周波数におけるリターンロスも一定となる。

一方で、給電素子については、給電位置を変更することによって給電素子のインピーダンスが変化してアンテナ特性が変化することが知られている。

具体的には、給電素子のインピーダンスを回路の特性インピーダンス（たとえば、５０Ωあるいは７５Ω）に近づけると、給電素子の共振周波数付近の狭い帯域において急激にインピーダンスが低下する。そのため、共振周波数のごく近い領域でのリターンロスは低下するものの、当該領域の周囲の周波数におけるリターンロスは比較的大きな値となってしまう。逆に給電素子のインピーダンスを特性インピーダンスからずらすと、共振周波数でのリターンロスは増加するものの、共振周波数付近でのインピーダンスが緩やかに低下するため、それに伴ってリターンロスも徐々に低下する特性を示す。

言い換えると、反射特性を示すグラフにおいて、給電素子のインピーダンスが特性インピーダンスに近い場合には、共振周波数における谷（損失低下量）は狭くかつ深くなり、特性インピーダンスからずれると谷が浅くかつ広くなる。すなわち、損失の低下量（谷の深さ）と損失が低下する帯域幅（谷の幅）はトレードオフの関係にある。したがって、給電素子のインピーダンスが特性インピーダンスからずれると、リターンロスが低下する領域が見かけ上広くなり、要求される損失の目標によっては、周波数帯域の広帯域化を図ることができる。

また、本発明者は、無給電素子において、給電素子へ電力を供給する給電配線を貫通させ、その貫通位置を変化させることによって、給電素子の場合と同様に、無給電素子のインピーダンスを変化させることができることを見出した。そこで、本実施の形態においては、図２および図３で説明したように、アンテナモジュールを誘電体基板の法線方向から平面視した場合に、無給電配線が形成される層に給電配線が立上る位置（図２における「第２位置Ｐ２」）と、給電配線が給電素子に接続される給電点の位置（図２における「第１位置Ｐ１」）とを異なる位置とする。このような構成として、上記の第１位置Ｐ１および第２位置Ｐ２を適宜調整することで、給電素子の共振周波数付近の帯域幅と、無給電素子の共振周波数付近の帯域幅を個別に調整することが可能となる。

次に、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間のオフセットの有無によるリターンロスの変化について、比較例を用いて説明する。図４は、比較例１におけるアンテナモジュール１００＃の断面図であり、図５は、アンテナモジュール１００＃のおける放射素子と給電配線との位置を説明するための斜視図である。

比較例１においては、給電配線１６０＃は途中でオフセットしておらず、図５のように、アンテナモジュール１００＃を誘電体基板１３０の法線方向から平面視した場合に、給電素子１２１の給電点（第１位置Ｐ１＃）と、無給電素子１２５の貫通位置（第２位置Ｐ２）とが重なっている。

この比較例１のアンテナモジュール１００＃における反射特性のシミュレーション結果を図６に示し、本実施の形態１の図２のアンテナモジュール１００における反射特性のシミュレーション結果を図７に示す。図６および図７において、横軸には周波数が示され、縦軸にはアンテナモジュール１００，１００＃についての反射損失（リターンロス）が示される。リターンロスが大きいほど信号が放射されにくく、リターンロスが小さいほど信号が放射されやすい。

図６および図７のシミュレーションにおいては、実施の形態１のアンテナモジュール１００および比較例１のアンテナモジュール１００＃の各素子のサイズは略同じとしており、周波数ｆ１が無給電素子１２５の共振周波数であり、周波数ｆ２が給電素子１２１の共振周波数である。

比較例１において、給電素子１２１の給電点（第１位置Ｐ１＃）は、インピーダンスが特性インピーダンス（５０Ω）となる位置（最適位置）に設定されている。図６において給電素子１２１の共振周波数ｆ２では、リターンロスはおよそ２３ｄＢである。

一方、実施の形態１のアンテナモジュール１００における給電点（第１位置Ｐ１）は、比較例１における給電点Ｐ１＃（最適位置）よりも、無給電素子１２５の外側方向にずれた位置となっている。このため、図７に示されるように、給電素子１２１の共振周波数ｆ２では、リターンロスがおよそ２１ｄＢに低下している。

ここで、リターンロスの目標（許容範囲）を１０ｄＢ以下に設定した場合には、比較例１においては、周波数ｆ２付近で目標をクリアしている帯域幅はＢ２となり、実施の形態１においてはＢ２より広い通過帯域幅Ｂ２Ａ（Ｂ２＜Ｂ２Ａ）となっている。したがって、実施の形態１のアンテナモジュール１００では、給電素子１２１の共振周波数ｆ２におけるリターンロスはやや低下しているが、目標とするリターンロスを達成し得る帯域幅は広くなっている。

なお、無給電素子１２５については、アンテナモジュール１００，１００＃のいずれにおいても、給電配線の貫通位置Ｐ２が同じ位置であるため、図６および図７においてインピーダンスがほぼ同じとなっている。そのため、無給電素子１２５の共振周波数ｆ１におけるリターンロスはほぼ同じ大きさとなり、目標リターンロスを達成し得る通過帯域幅Ｂ１，Ｂ１Ａもほぼ同じ幅となっている。

このように、誘電体基板１３０において、無給電素子１２５を給電素子１２１よりも接地電極ＧＮＤ側に配置し、無給電素子１２５を貫通させるとともに、さらに給電配線１６０をオフセットさせて給電素子１２１に接続することによって、各素子の共振周波数の付近における高周波信号の通過帯域幅を個別に調整することができる。

なお、上記の説明においては、説明を容易にするために、無給電素子１２５における給電配線の貫通位置Ｐ２を同じ位置としたが、ＲＦＩＣ１１０から無給電素子１２５までの給電配線の立上り経路を変更して、貫通位置Ｐ２をずらすことによって、無給電素子１２５の共振周波数ｆ１付近における高周波信号の通過帯域幅をさらに調整することができる。

（変形例１）
実施の形態１の図２で示したアンテナモジュール１００においては、断面図において、給電配線が無給電素子１２５の外側方向に屈曲し、第１位置（給電点）Ｐ１が第２位置Ｐ２よりも、無給電素子１２５の外側方向にずれた構成について説明した。しかしながら、通過帯域幅の調整においては、給電配線のオフセット方向はこれに限られない。

図８に示される変形例１のアンテナモジュール１００Ａにおいては、断面図において、給電配線１６０Ａが無給電素子１２５の内側方向に屈曲しており、第１位置Ｐ１が第２位置Ｐ２Ａよりも無給電素子１２５の内側方向にずれた構成を有している。

たとえば、図４で示した比較例１のアンテナモジュール１００＃の状態から、無給電素子１２５の帯域幅を調整したい場合に、第２位置Ｐ２Ａを第１位置Ｐ１よりも外側方向に配置することによって、結果的に第１位置Ｐ１が第２位置Ｐ２Ａよりも、無給電素子１２５の内側方向にずれた状態とすることができる。

給電配線のオフセット方向については、通過帯域幅を調整したい素子に応じて、適宜設定することができる。

（変形例２）
実施の形態１および変形例１においては、給電配線が無給電素子１２５が形成される層においてオフセットする構成であった。これらの構成においては、誘電体基板の層数を削減することが可能である。

図９に示される変形例２のアンテナモジュール１００Ｂにおいては、給電配線１６０Ｂが、給電素子１２１と無給電素子１２５との間の層においてオフセットしている。

（変形例３）
実施の形態１および変形例１，２においては、給電素子１２１と無給電素子１２５とが略同じサイズである場合について説明した。

一般的に、給電素子１２１および無給電素子１２５の共振周波数は、各素子のサイズによって定まる。概略的には、素子サイズが大きくなると共振周波数が低くなり、素子サイズが小さくなると共振周波数が高くなる傾向がある。したがって、給電素子１２１のサイズおよび無給電素子１２５のサイズを調整することによって、対象となる高周波信号の周波数に適合させることができる。

図１０は、変形例３に係るアンテナモジュール１００Ｃの断面図であり、図１１は、アンテナモジュール１００Ｃの反射特性の一例を示す図である。図１０のアンテナモジュール１００Ｃは、実施の形態１の図２で示したアンテナモジュール１００における給電素子１２１が給電素子１２１Ｃに置き換わったものとなっている。給電素子１２１Ｃは、無給電素子１２５よりもサイズが小さく、図１０の断面図においては、給電素子１２１Ｃの幅Ｗ１が無給電素子１２５の幅Ｗ２よりも小さく設定されている（Ｗ１＜Ｗ２）。すなわち、給電素子１２１Ｃの放射面の面積は、無給電素子１２５の放射面の面積よりも小さく、かつ、放射面（すなわち、誘電体基板）の法線方向から平面視した場合に、給電素子１２１Ｃは無給電素子１２５の内側になるように配置されている。そのため、図１１に示されるように給電素子１２１Ｃの共振周波数ｆ３は、図２のアンテナモジュール１００の共振周波数ｆ２よりも高くなっている。

なお、図１０のアンテナモジュール１００Ｃにおいても、誘電体基板１３０の法線方向から平面視した場合に、給電素子１２１Ｃにおける給電配線１６０の接続位置Ｐ１と、無給電素子１２５における給電配線１６０の貫通位置Ｐ２とは異なっている。

図１１には示していないが、無給電素子１２５のサイズをさらに大きくした場合には、無給電素子１２５の共振周波数が低下するため、より低い周波数帯域の高周波信号に適合させることができる。

なお、給電素子１２１Ｃのサイズを無給電素子１２５のサイズよりも大きくすることも可能であるが、誘電体基板１３０の法線方向からアンテナモジュール１００Ｃを平面視した場合に、無給電素子１２５の全体が給電素子１２１Ｃに覆われてしまうと、無給電素子１２５から放射される電波が給電素子１２１Ｃに遮られて、正しく放射されない状態となり得る。そのため、高周波信号の放射方向に配置される給電素子１２１Ｃの素子サイズは、無給電素子１２５のサイズよりも小さくすることが好ましい。

また、給電素子１２１Ｃのサイズを無給電素子１２５のサイズよりも大きくする場合には、アンテナモジュール１００Ｃを平面視した場合に、無給電素子１２５の少なくとも一部が給電素子１２１Ｃからはみ出して、互いに重ならないように配置することが必要である。

［実施の形態２］
実施の形態１においては、給電素子の給電点が１つである１偏波タイプのアンテナモジュールについて説明したが、実施の形態１で説明した特徴については、１つの給電素子から２つの偏波を放射させることが可能な２偏波タイプの給電素子についても適用することが可能である。

図１２は、実施の形態２に係る２偏波タイプのアンテナモジュールにおける放射素子と給電配線との位置を説明するための斜視図である。なお、図１２においては、給電素子のサイズが無給電素子のサイズよりも小さい変形例３のような場合を例として図示するが、図２等のように、給電素子のサイズと無給電素子のサイズが略同じ場合であってもよい。

給電配線１６０は、図示しないＲＦＩＣから立上り、無給電素子１２５が形成される層において図１２中のＸ軸の正方向にオフセットし、さらに給電素子１２１Ｃへ向けて立上っている。一方、もう一つの偏波を放射するための給電配線１６５は、矩形の給電素子１２１Ｃの対角線の中心Ｃ１に対して、給電配線１６０を図１２中のＺ軸周りに−９０°回転させた位置に配置されている。より詳しくは、給電配線１６５は、図示しないＲＦＩＣから立上り、無給電素子１２５が形成される層においてＹ軸の負方向にオフセットし、さらに給電素子１２１Ｃへ向けて立上っている。

実施の形態２においても、無給電素子１２５における給電配線１６０，１６５の貫通位置と、給電素子１２１Ｃにおける給電配線１６０，１６５の給電点とがずれており、これによって通過帯域幅の調整が可能となっている。

このような２つの偏波を放射可能なアンテナモジュールにおいては、２つの給電配線間のアイソレーションを確保することが重要となる。そこで、次に、図１３に示すような給電配線にオフセットを設けない２偏波タイプのアンテナモジュール（比較例２）の場合とアイソレーション特性について比較する。図１３においては、給電配線１６０，１６５に対応する給電配線１６０＃，１６５＃は、いずれも、図示しないＲＦＩＣから立上り、無給電素子１２５を貫通して、そのまま直線的に給電素子１２１Ｃまで立上っている。

図１４は、比較例２における給電配線１６０＃と給電配線１６５＃との間のアイソレーション特性を示す図であり、図１５は、実施の形態２における給電配線１６０と給電配線１６５との間のアイソレーション特性を示す図である。図１４および図１５において、横軸には周波数が示され、縦軸には一方の給電配線と他方の給電配線とのアイソレーションが示される。また、Ｂ１は無給電素子１２５における通過帯域幅であり、Ｂ２は給電素子１２１Ｃにおける通過帯域幅である。

図１４と図１５とを比較して、無給電素子１２５については、図１２および図１３において、いずれの給電配線についても無給電素子１２５を貫通する位置に変更がない。そのため、無給電素子１２５の通過帯域幅Ｂ１におけるアイソレーションには大きな変化がなく、ほぼ同じレベルとなっている。

一方で、給電素子１２１Ｃへの給電配線の接続点（給電点）の位置を図１２のようにオフセットさせた場合（図１５）には、オフセットのない図１４に比べて、給電素子１２１Ｃの通過帯域幅Ｂ２における特に高周波数側のアイソレーションが改善されている。

このアイソレーション特性の改善は、オフセットのない図１３の場合の２つの給電点間の距離よりも、オフセットのある図１２の場合の２つの給電点間の距離が長くなったことによるものである。そのため、２つの給電配線を無給電素子１２５の内側方向にオフセットさせた場合には、２つの給電点間の距離が短くなるため、アイソレーション特性は悪化することになる。

このように、２偏波タイプのアンテナモジュールにおいては、給電素子における給電点間の距離が広がる方向に給電配線をオフセットさせることによって、給電配線間のアイソレーション特性を調整することができる。

［実施の形態３］
高周波回路のインピーダンス調整のために、伝送線路にスタブを設けることが一般的に知られている。

実施の形態３においては、実施の形態１，２で説明したアンテナモジュールの給電配線にスタブを設けることによって、給電素子および無給電素子の通過帯域幅を広帯域化する構成について説明する。

図１６は、実施の形態３に係るアンテナモジュールの放射素子と給電配線の位置を説明するための斜視図である。図１６においては、実施の形態１の変形例３（図１０）で説明したアンテナモジュール１００Ｃと同様に、無給電素子１２５よりもサイズの小さい給電素子１２１Ｃを有する場合を例が記載されているが、図２，図３等のように給電素子と無給電素子とが略同じサイズであってもよい。

図１６を参照して、実施の形態３に係るアンテナモジュールにおいて、給電配線１７０は、無給電素子１２５が形成される層から立下り、無給電素子１２５と接地電極ＧＮＤとの間の層に形成された配線パターン１７２を通り、さらにビア１７４を介してＲＦＩＣ１１０に接続される。そして、配線パターン１７２に、スタブ１８０，１８５が接続されている。

スタブ１８０，１８５の線路長は、給電素子１２１Ｃおよび無給電素子１２５のそれぞれの共振周波数に対応して設定される。このスタブ１８０，１８５により、インピーダンスを調整することによって、図１７の反射特性のグラフに示されるように、無給電素子１２５の共振周波数ｆ１および給電素子１２１Ｃの共振周波数ｆ３の付近の周波数におけるリターンロスを低減することができる。これにより、スタブを設けない実施の形態１の変形例３（図１０，図１１）の場合と比較すると、共振周波数ｆ１付近の通過帯域幅Ｂ１および共振周波数ｆ３付近の通過帯域幅Ｂ３を広域化することができる。

図１６においては、１偏波タイプのアンテナモジュールの場合について説明したが、スタブの設置による通過帯域幅の広域化は、実施の形態２の２偏波タイプのアンテナモジュールにも適用可能である（図１８）。図１８を参照して、もう一方の偏波用の給電配線１７５は、配線パターン１７２Ａを通り、ビア１７４Ａを介してＲＦＩＣ１１０へ接続される。そして、配線パターン１７２Ａに、スタブ１８０Ａ，１８５Ａが接続される。

なお、上記の実施の形態においては、いずれもＲＦＩＣ１１０が誘電体基板１３０の第１面１３４の反対側の第２面１３２に実装される場合を例として説明したが、ＲＦＩＣ１１０は第１面１３４に配置されてもよい。この場合には、給電配線１６０は、第１面１３４から無給電素子１２５と接地電極ＧＮＤとの間の層を経由し、無給電素子１２５が形成される層まで立上る。

上記においては、給電配線が貫通する無給電素子が１つの場合の例について説明したが、無給電素子の数はこれに限らず、２つ以上の無給電素子が配置される構成であってもよい。なお、上述の実施の形態のように、各給電配線を用いて、給電素子および無給電素子から異なる周波数帯域の高周波信号を放射する態様の場合には、給電配線が貫通する無給電素子は１つであることが望ましい。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 通信装置、１２１，１２１Ｃ 給電素子、１００，１００Ａ〜１００Ｃ アンテナモジュール、１１１Ａ〜１１１Ｄ，１１３Ａ〜１１３Ｄ，１１７ スイッチ、１１２ＡＲ〜１１２ＤＲ ローノイズアンプ、１１２ＡＴ〜１１２ＤＴ パワーアンプ、１１４Ａ〜１１４Ｄ 減衰器、１１５Ａ〜１１５Ｄ 移相器、１１６ 信号合成／分波器、１１８ ミキサ、１１９ 増幅回路、１２０ アンテナアレイ、１２５ 無給電素子、１３０ 誘電体基板、１６０，１６０Ａ，１６０Ｂ，１６５，１７０，１７５ 給電配線、１６１，１６３，１７４，１７４Ａ ビア、１６２，１７２，１７２Ａ 配線パターン、１８０，１８０Ａ，１８５，１８５Ａ スタブ、ＧＮＤ 接地電極。

Claims (11)

1. アンテナモジュールであって、
   多層構造を有する誘電体基板と、
   前記誘電体基板に配置され、高周波電力が供給される給電素子と、
   前記誘電体基板に配置された接地電極と、
   前記給電素子と前記接地電極との間の層に配置された無給電素子と、
   前記無給電素子を貫通し、前記給電素子に高周波電力を供給する第１給電配線とを備え、
   前記誘電体基板の法線方向から前記アンテナモジュールを平面視すると、
   前記給電素子の少なくとも一部は前記無給電素子と重なっており、
   前記第１給電配線が前記給電素子に接続される第１位置は、前記接地電極側から前記無給電素子が配置される層まで前記第１給電配線が到達する第２位置とは異なっている、アンテナモジュール。
2. 前記法線方向から前記アンテナモジュールを平面視すると、前記第１位置は、前記第２位置よりも前記無給電素子の外側方向にずれている、請求項１に記載のアンテナモジュール。
3. 前記法線方向から前記アンテナモジュールを平面視すると、前記第１位置は、前記第２位置よりも前記無給電素子の内側方向にずれている、請求項１に記載のアンテナモジュール。
4. 前記第１給電配線は、前記無給電素子が配置される層においてオフセットしている、請求項２または３のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
5. 前記第１給電配線は、前記無給電素子と前記給電素子との間の層においてオフセットしている、請求項２または３のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
6. 前記給電素子の面積は、前記無給電素子の面積よりも小さく、
   前記法線方向から前記アンテナモジュールを平面視すると、前記給電素子は前記無給電素子の内側に配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
7. 前記誘電体基板に実装され、前記給電素子に高周波電力を供給する給電回路をさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
8. 前記無給電素子と前記給電回路との間において、前記第１給電配線に接続される少なくとも１つのスタブをさらに備える、請求項７に記載のアンテナモジュール。
9. 前記無給電素子を貫通し、前記給電素子に高周波電力を供給する第２給電配線をさらに備え、
   前記法線方向から前記アンテナモジュールを平面視すると、前記第２給電配線が前記給電素子に接続される第３位置は、前記接地電極側から前記無給電素子が配置される層まで前記第２給電配線が到達する第４位置とは異なっている、請求項１に記載のアンテナモジュール。
10. 前記法線方向から前記アンテナモジュールを平面視すると、
    前記第１位置は、前記第２位置よりも前記無給電素子の外側方向にずれており、
    前記第３位置は、前記第４位置よりも前記無給電素子の外側方向にずれている、請求項９に記載のアンテナモジュール。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のアンテナモジュールを搭載した通信装置。

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