JP6760553B1 - アンテナモジュールおよび通信装置 - Google Patents
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Abstract
第１アンテナ群および第２アンテナ群に、高周波電力をそれぞれ供給するように構成されたＲＦＩＣ（１１０Ａ）、およびＲＦＩＣ（１１０Ｂ）と、入力された基準周波数信号を分配してＲＦＩＣ（１１０Ａ）、およびＲＦＩＣ（１１０Ｂ）に出力する分配器（１４０）とを備え、分配器（１４０）は、当該分配器（１４０）が挿入される信号伝達系のインピーダンスである第１インピーダンスより低い第２インピーダンスの回路系で構成されたウィルキンソン型の第１分配器である。
Description
本実施形態は、アンテナモジュールおよび通信装置に関する。
従来から、携帯端末などの無線通信の分野において、送信側および受信側で複数のアンテナ素子（たとえば、２〜８個）を用いて通信するＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）技術が知られている。ＭＩＭＯ技術を用いることで、通信周波数の帯域幅と送信出力を強化しなくとも、データのスループットとリンクできる距離を改善することができるという利点がある。
国際公開第２０１６／０６７９６９号（特許文献１）には、積層構造の誘電体基板にアンテナ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。特許文献１に開示されたアンテナモジュールにおいては、１つの高周波半導体素子から複数のアンテナ素子に高周波信号が供給されており、上記のＭＩＭＯにも適用することが可能である。
近年、スマートフォンなどの携帯端末のユーザ数が増加し、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電子機器も増加している。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してしまうことが懸念されている。
このような課題を解決するために、上記のようなＭＩＭＯ技術をさらに発展させたマッシブＭＩＭＯ（Massive MIMO）が注目されている。マッシブＭＩＭＯは、通常のＭＩＭＯよりも多くの数（たとえば、１２８個）のアンテナ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などの技術を実現することによって、端末ごとに個別の電波を割り当てて、通信速度の高速化および通信品質の向上を図る技術である。
このような多数のアンテナ素子を用いた無線送信を行なう場合、複数の高周波半導体素子の各々から複数のアンテナ素子に送信すべき高周波信号が出力される。また、複数の高周波半導体素子には、同一の基準信号が入力される。そのため、アンテナモジュールにおいては、当該基準信号を複数の高周波半導体素子に分配するための分配器が用いられる。一方で、携帯端末などの通信装置については、さらなる小型化，薄型化が要求されており、これに伴ってアンテナモジュール自体の小型化，薄型化が必要とされている。
本実施形態は、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、分配器を内蔵したアンテナモジュールにおいて、小型化を実現することである。
本開示のある局面に従うアンテナモジュールは、積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、各々が複数のアンテナ素子を含む第１アンテナ群および第２アンテナ群と、前記第１アンテナ群および前記第２アンテナ群に、高周波電力をそれぞれ供給するように構成された第１給電回路および第２給電回路と、分配回路とを備える。分配回路は、入力された第１高周波信号を分配して前記第１給電回路および前記第２給電回路に出力する。前記第１給電回路および前記第２給電回路は、前記誘電体基板の実装面に実装される。分配回路は、前記誘電体基板において、前記第１アンテナ群および前記第２アンテナ群が配置される層よりも前記実装面側の層に配置される。分配回路は、当該分配回路が挿入される信号伝達系のインピーダンスである第１インピーダンスより低い第２インピーダンスの回路系で構成されたウィルキンソン型の第１分配器を有する。
本実施形態によるアンテナモジュールにおいては、分配器を内蔵したアンテナモジュールにおいて、小型化を実現する。
以下、本実施形態について、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。
［第１実施形態］
（通信装置の基本構成）
図１は、本実施形態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。
（通信装置の基本構成）
図１は、本実施形態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、発振器１３０（ＯＳＣ）とを備える。
アンテナモジュール１００は、２つのＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）１１０Ａ，１１０Ｂと、アンテナアレイ１２０と、分配器（ＤＩＶ）１４０と、合成チップ１５１と、分配チップ１５２とを備える。
アンテナアレイ１２０は複数のアンテナ素子１２１を含む。図１においては、複数のアンテナ素子１２１として８個のアンテナ素子１２１が４×２に二次元配列されている。図１では、アンテナモジュール１００はパッチアンテナとして機能する例として示す。また、４個のアンテナ素子１２１で構成されるアンテナ群１２３Ａ，１２３Ｂに対して、ＲＦＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂがそれぞれ設けられる構成を例として説明する。アンテナ群１２３Ａは、「第１アンテナ群」に対応し、アンテナ群１２３Ｂは、「第２アンテナ群」に対応する。また、ＲＦＩＣ１１０Ａは、「第１給電回路」に対応し、ＲＦＩＣ１１０Ｂは、「第２給電回路」に対応する。
なお、図１では、説明を容易にするために、アンテナ群１２３Ａに対応するＲＦＩＣ１１０Ａの詳細構成が示されており、同様の構成を有する他のＲＦＩＣ１１０Ｂに対応する構成については省略されている。
なお、以降の説明において、ＲＦＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂを総称して「ＲＦＩＣ１１０」とも称し、アンテナ群１２３Ａ，１２３Ｂを総称して「アンテナ群１２３」とも称する。
発振器１３０は、各ＲＦＩＣ１１０において用いられる基準周波数信号を生成する発振器である。基準周波数信号は、たとえば、２３〜２６ＧＨｚである。基準周波数信号は、波長がミリ単位の信号であり、いわゆるミリ波の信号である。基準周波数信号は、「第１高周波信号」に対応する。発振器１３０は、「第１出力回路」に対応する。発振器１３０は、入力端子３０２により、アンテナモジュール１００に接続されている。入力端子３０２は、「端子」と対応する。発振器１３０は、入力端子３０２を介して、基準周波数信号をアンテナモジュール１００に送信する。
分配器１４０は、該分配器１４０に入力された第１高周波信号を分配してＲＦＩＣ１１０Ａ（第１給電回路）およびＲＦＩＣ１１０Ｂ（第２給電回路）に出力する。本実施形態では、分配器１４０は、該分配器１４０に入力された第１高周波信号を分配してＲＦＩＣ１１０Ａ（第１給電回路）のミキサ１１８およびＲＦＩＣ１１０Ｂ（第２給電回路）のミキサ１１８に出力する。また、分配器１４０は、「第１分配器１４０１」と称することもある。
また、ＢＢＩＣ２００は、中間周波数の信号をアンテナモジュール１００に対して送信する。中間周波数の信号は、たとえば、３．５ＧＨｚ±０．５ＧＨｚの信号であり、第１高周波信号よりも周波数が低い信号である。中間周波数の信号は、「第２高周波信号」に対応する。また、ＢＢＩＣ２００は、「第２出力回路」に対応する。
また、ＢＢＩＣ２００から出力された信号が伝送される信号線路には分配チップ１５２が設けられる。分配チップ１５２は、ＢＢＩＣ２００から出力された信号を、ＲＦＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂに分配する。
また、各ＲＦＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂの増幅回路１１９から出力された信号が伝送される信号線路には合成チップ１５１が設けられる。合成チップ１５１は、各ＲＦＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂの増幅回路１１９から出力された信号を合成して、ＢＢＩＣ２００に出力する。
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。なお、図１の例では、ミキサ１１８は、ＲＦＩＣ１１０Ａに搭載されている例が示されているが、ミキサ１１８は、他のＩＣ（たとえば、ＢＢＩＣ２００等）に搭載されるようにしてもよい。
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から出力された第２高周波信号は、分配チップ１５２で分配されて各ＲＦＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂの増幅回路１１９に分配して伝達される。該伝達された信号は、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、それぞれ異なるアンテナ素子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。
また、各アンテナ素子１２１で受信された受信信号は、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で増幅される。各ＲＦＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂの増幅回路１１９で増幅された信号の全ては、合成チップ１５１に出力される。合成チップ１５１は、各ＲＦＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂの増幅回路１１９で増幅された信号の全てを合成して、ＢＢＩＣ２００に出力する。
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に含まれる機器のうち、各アンテナ素子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、対応するアンテナ素子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。
ＲＦＩＣ１１０のミキサ１１８は、第１高周波信号と第２高周波信号とを混合することによって高周波電力を生成する。ＲＦＩＣ１１０は、該生成された高周波電力を各アンテナ素子１２１に供給する給電回路として機能する。
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にて信号処理する。
（アンテナモジュールの構成）
図２は、図１のアンテナモジュール１００がＢＢＩＣ２００に実装された状態の断面図である。誘電体基板１２５の積層構造における積層方向の軸をＺ軸とする。Ｚ軸に直交する軸をＸ軸およびＹ軸とする。Ｚ軸の方向を法線方向ともいう。図３は、アンテナモジュール１００を法線方向から平面視した場合の図であり、分配器１４０等を示した図である。図２および図３を参照して、アンテナモジュール１００は、積層構造の誘電体基板１２５を備える。誘電体基板１２５は、たとえば低温同時焼成セラミックス（Low Temperature Co-fired Ceramics：ＬＴＣＣ）で形成される。また、誘電体基板１２５は、たとえば、エポキシ、ポリイミドなどの樹脂から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、より低い誘電率を有する液晶ポリマー（Liquid Crystal Polymer：ＬＣＰ）から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、フッ素系樹脂から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、あるいは、ＬＴＣＣ以外のセラミックス多層基板としてもよい。
図２は、図１のアンテナモジュール１００がＢＢＩＣ２００に実装された状態の断面図である。誘電体基板１２５の積層構造における積層方向の軸をＺ軸とする。Ｚ軸に直交する軸をＸ軸およびＹ軸とする。Ｚ軸の方向を法線方向ともいう。図３は、アンテナモジュール１００を法線方向から平面視した場合の図であり、分配器１４０等を示した図である。図２および図３を参照して、アンテナモジュール１００は、積層構造の誘電体基板１２５を備える。誘電体基板１２５は、たとえば低温同時焼成セラミックス（Low Temperature Co-fired Ceramics：ＬＴＣＣ）で形成される。また、誘電体基板１２５は、たとえば、エポキシ、ポリイミドなどの樹脂から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、より低い誘電率を有する液晶ポリマー（Liquid Crystal Polymer：ＬＣＰ）から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、フッ素系樹脂から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、あるいは、ＬＴＣＣ以外のセラミックス多層基板としてもよい。
誘電体基板１２５の内部の層には、図１で説明したアンテナ素子１２１が配置される。図２においては、アンテナ群１２３Ａおよびアンテナ群１２３Ｂに含まれるアンテナ素子がそれぞれ２つずつ示されている。
誘電体基板１２５の実装面１２６には、第１端子電極４０１、第２端子電極４０２、第３端子電極４０３、第４端子電極４０４、第５端子電極４０５等が形成される。誘電体基板１２５の実装面１２６には、図示されていないが、機器を実装するための電極パターンおよび電極パターン同士を電気的に接続する配線パターンが形成されている。
また、後述するように、分配器１４０の入力端には、第１インピーダンス変換部１８１が設けられるとともに、分配器１４０の２つの出力端には第２インピーダンス変換部１８２，１８３がそれぞれ設けられる。以下では、第１インピーダンス変換部１８１、および第２インピーダンス変換部１８２，１８３をまとめて「インピーダンス変換部」ともいう。インピーダンス変換部（第１インピーダンス変換部、第２インピーダンス変換部）の線路長は、伝達する代表的な高周波信号の波長をλとするとλ／４となるように設計されている。つまり、本実施形態では、インピーダンス変換部は、いわゆる、λ／４変成器である。
ＲＦＩＣ１１０ＡおよびＲＦＩＣ１１０Ｂは、はんだバンプ１５５を介して実装面１２６に実装される。
ＲＦＩＣ１１０Ａは、はんだバンプ１５５、第１端子電極４０１、および給電線１２８Ａを介して、アンテナ群１２３Ａに含まれるアンテナ素子に接続される。したがって、アンテナ群１２３Ａに含まれるアンテナ素子には、はんだバンプ１５５、第１端子電極４０１、および給電線１２８Ａを介して、ＲＦＩＣ１１０Ａからの高周波電力が供給される。第１端子電極４０１は、アンテナ群１２３Ａに高周波電力を供給するための電極である。
ＲＦＩＣ１１０Ｂは、はんだバンプ１５５、第２端子電極４０２、および給電線１２８Ｂを介して、アンテナ群１２３Ｂに含まれるアンテナ素子に接続される。したがって、アンテナ群１２３Ｂに含まれるアンテナ素子には、はんだバンプ１５５、第２端子電極４０２、および給電線１２８Ａを介して、ＲＦＩＣ１１０Ｂからの高周波電力が供給される。第２端子電極４０２は、アンテナ群１２３Ｂに高周波電力を供給するための電極である。
図２の例では、給電線１２８Ａ，１２８Ｂの各々は、接地電極ＧＮＤ１，接地電極ＧＮＤ２を貫通して、各アンテナ群に含まれるアンテナ素子１２１に接続される。
実装面１２６に実装された各機器は、樹脂１３５によってモールドされている。樹脂１３５には、ＢＢＩＣ２００との信号を授受するためのＩ／Ｏ用の貫通電極１６０が形成される。貫通電極１６０の実装面１２６側の端部は、実装面１２６に形成された配線パターンに接続されている。また、貫通電極１６０のＢＢＩＣ２００側の面に露出した端部は、電極パターン１６５およびはんだバンプ１７０を介してＢＢＩＣ２００表面の接続端子２１０に接続されている。貫通電極１６０および実装面１２６の配線パターンを経由して、ＢＢＩＣ２００と各ＲＦＩＣ１１０との間で信号が授受される。
また、発振器１３０からの信号（第１高周波信号）を授受するためのＩ／Ｏ用の貫通電極１６１が形成される。貫通電極１６１は、入力端子３０２に対応する。貫通電極１６１の実装面１２６側の端部は、はんだバンプ１５５および第３端子電極４０３を介して、第１インピーダンス変換部１８１に接続される。第３端子電極４０３は、第１高周波信号が入力される電極である。また、貫通電極１６１の発振器１３０側の面に露出した端部は、電極パターン１６６およびはんだバンプ１７１を介して発振器１３０表面の接続端子２１１に接続されている。貫通電極１６１および実装面１２６の配線パターンを経由して、発振器１３０からの第１高周波信号は、分配器１４０に入力される。第１高周波信号は、該分配器１４０において各ＲＦＩＣ１１０に分配される。
ＲＦＩＣ１１０Ａは、はんだバンプ１５５および第４端子電極４０４を介して、第２インピーダンス変換部１８２に接続される。第４端子電極４０４は、分配器１４０で分配された第１高周波信号を、ＲＦＩＣ１１０Ａに出力する電極である。
ＲＦＩＣ１１０Ｂは、はんだバンプ１５５および第５端子電極４０５を介して、第２インピーダンス変換部１８３に接続される。第５端子電極４０５は、分配器１４０で分配された第１高周波信号を、ＲＦＩＣ１１０Ｂに出力する電極である。
誘電体基板１２５において、アンテナ素子１２１と実装面１２６との間の層に接地電極ＧＮＤ１（第１接地電極）が形成され、接地電極ＧＮＤ１と実装面１２６との間の層にさらに接地電極ＧＮＤ２（第２接地電極）が形成される。接地電極ＧＮＤ２に、貫通口３００が形成される。ビアは、貫通口３００を貫通する。このビアは、貫通電極１６１と第１インピーダンス変換部１８１を接続するものである。貫通口３００以外のＸＹ平面においては、接地電極ＧＮＤ２が配置される。
なお、本実施形態では、誘電体基板１２５の、アンテナ素子１２１が配置される層よりも表面１２７側の層において、各アンテナ素子１２１に対向する位置に無給電素子１２２が配置される。
誘電体基板１２５の接地電極ＧＮＤ１よりも表面１２７側の部分は、アンテナモジュール１００において実質的なアンテナとして機能し、本明細書においてはこの領域を「アンテナ層ＡＮＴ」と称する。また、誘電体基板１２５において、接地電極ＧＮＤ１と接地電極ＧＮＤ２との間の領域には、実装面１２６に実装された各機器同士、あるいは各機器とアンテナ素子との間を接続する配線パターンが形成され、本明細書においてはこの領域を「配線層ＬＩＮＥ」と称する。さらに、樹脂１３５でモールドされた領域を、本明細書においては「部品層ＰＲＴ」と称する。
分配器１４０は、誘電体基板１２５において、アンテナ群１２３Ａおよびアンテナ群１２３Ｂが配置される層よりも実装面１２６側の層に配置される。
分配器１４０は、上記の配線層ＬＩＮＥの層に配置される。分配器１４０は、実装面１２６に実装された発振器１３０に接続されるとともに、配線層ＬＩＮＥに形成される配線パターン１２９によって各ＲＦＩＣ１１０に接続される。分配器１４０は、発振器１３０からの基準周波数信号を受け、当該基準周波数信号を各ＲＦＩＣ１１０に分配する。
また、アンテナ素子１２１、配線パターン１２９、貫通電極１６０，１６１等を構成する導体は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、および、これらの合金を主成分とする金属で形成されている。
図２、図３、および図９では、合成チップ１５１および分配チップ１５２の記載を省略しているが、図２、図３、および図９には、合成チップ１５１および分配チップ１５２が記載されるようにしてもよい。
また、図３に示すように、アンテナモジュール１００をＺ軸方向から平面視した場合において、分配器１４０と、ＲＦＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂとは、重ならない構成が採用されている。このような構成が採用されていることにより、「分配器１４０と、ＲＦＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂとは、重畳している構成」と比較して、アンテナモジュール１００の高さ（Ｚ軸方向の長さ）を低くすることができる（低背化することができる）。なお、アンテナモジュール１００をＺ軸方向から平面視した場合において、分配器１４０の少なくとも一部が、ＲＦＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂに重なる構成が採用されてもよい。このような構成が採用される場合には、電磁的結合の防止のために、分配器１４０と、ＲＦＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂとの間にＧＮＤが設けられることが好ましい。
また、図３に示すように、アンテナモジュール１００を法線方向から平面視した場合において、第１インピーダンス変換部１８１は、ＲＦＩＣ１１０Ａと、ＲＦＩＣ１１０Ｂとの間に設けられる。したがって、Ｘ軸方向にアンテナモジュール１００が延伸しないようにすることができることから、アンテナモジュール１００を小型化でき、その結果、長い配線を設ける必要もなくなり、信号の伝送ロスが低減できる。
また、図２の例では、第１インピーダンス変換部１８１は、分配器１４０の下層に配置されるとともに、第２インピーダンス変換部１８２，１８３は、分配器１４０と同一の層に配置されている例が示されている。しかしながら、第１インピーダンス変換部１８１は、分配器１４０と同一の層に設けられるようにしてもよい。また、第２インピーダンス変換部１８２，１８３は、分配器１４０と異なる層に配置されるようにしてもよい。
また、図２の例では、分配器１４０が、第２インピーダンス変換部１８２，１８３よりも厚みが厚いように図示されている。しかしながら、分配器１４０と、第２インピーダンス変換部１８２，１８３とは、厚みが同一であるように構成されてもよい。また、分配器１４０は、第２インピーダンス変換部１８２，１８３よりも厚みが薄いように構成されてもよい。ただ、アンテナモジュール１００の低背化を実現するために、分配器１４０と、第２インピーダンス変換部１８２，１８３とは、線路厚みが同一であるように構成されることが好ましい。
（分配器などの構成）
図４は、発振器１３０から各ＲＦＩＣへ伝達される第１高周波信号の伝達経路を示す図である。本実施形態においては、分配器１４０として、ウィルキンソン型分配器を用いる。ウィルキンソン型分配器は、他のタイプの分配器に比べて低損失であり、かつ、分配された信号の位相が同位相となるという特徴を有する。
図４は、発振器１３０から各ＲＦＩＣへ伝達される第１高周波信号の伝達経路を示す図である。本実施形態においては、分配器１４０として、ウィルキンソン型分配器を用いる。ウィルキンソン型分配器は、他のタイプの分配器に比べて低損失であり、かつ、分配された信号の位相が同位相となるという特徴を有する。
分配器１４０は、入力端１４７、線路１４２、線路１４４、抵抗器１９４、第１出力端１４８、および第２出力端１４９を含む。
本実施形態の入力端１４７は、該入力端１４７に入力される信号を２つに分岐する分岐部の機能を有する。入力端１４７には、線路１４１の一端が接続される。線路１４１の他端には、接続部３０８を介して第１インピーダンス変換部１８１の一端が接続される。第１インピーダンス変換部１８１の他端には、接続部３０６を介して線路３０４の一端が接続される。線路３０４の他端は、入力端子３０２を介して、発振器１３０に接続される。
第１出力端１４８には、線路１４３の一端が接続される。線路１４３の他端には、接続部３１０を介して第２インピーダンス変換部１８２の一端が接続される。第２インピーダンス変換部１８２の他端には、接続部３１４を介して線路３１６の一端が接続される。線路３１６の他端は、出力端子３１８を介して、ＲＦＩＣ１１０Ａに接続される。
第２出力端１４９には、線路１４５の一端が接続される。線路１４５の他端には、接続部３１２を介して第２インピーダンス変換部１８３の一端が接続される。第２インピーダンス変換部１８３の他端には、接続部３２０を介して線路３２２の一端が接続される。線路３２２の他端は、出力端子３２４を介して、ＲＦＩＣ１１０Ｂに接続される。
また、分岐された２つの出力のアイソレーションを確保するために、第１出力端１４８と第２出力端１４９との間に、抵抗器１９４が接続される。
次に信号の流れを説明する。発振器１３０から出力された基準周波数信号は、入力端子３０２、線路３０４、接続部３０６、第１インピーダンス変換部１８１、接続部３０８、線路１４１、入力端１４７（分岐部）の順序で伝送される。入力端１４７（分岐部）に入力された基準周波数信号は、該入力端１４７（分岐部）で２個の信号に分岐される。
入力端１４７（分岐部）において分岐された２個の信号のうち一方の信号は、線路１４２、第１出力端１４８、線路１４３、接続部３１０、第２インピーダンス変換部１８２、接続部３１４、線路３１６、出力端子３１８の順序で伝送され、ＲＦＩＣ１１０Ａに入力される。
入力端１４７（分岐部）において分岐された２個の信号のうち他方の信号は、線路１４４、第２出力端１４９、線路１４５、接続部３１２、第２インピーダンス変換部１８３、接続部３２０、線路３２２、出力端子３２４の順序で伝送され、ＲＦＩＣ１１０Ｂに入力される。このように、分配器１４０は、入力端１４７から入力された基準周波数信号を、ＲＦＩＣ１１０ＡおよびＲＦＩＣ１１０Ｂに分配する。
次に、分配器１４０などのインピーダンスなどを説明する。線路３０４、線路３１６、および線路３２２のインピーダンスの値をそれぞれＺ０とする。線路１４１、線路１４３、線路１４５のインピーダンスの値をそれぞれＺ１とする。ただし、Ｚ０＞Ｚ１となるように設定されている。Ｚ０は、「第１インピーダンス」に対応する。Ｚ１は、「第２インピーダンス」に対応する。
抵抗器１９４のインピーダンスＺＲは、２×Ｚ１に設定される。線路１４２、線路１４４のインピーダンスＺＬは、√２×Ｚ１に設定される。線路１４２，１４４、第１インピーダンス変換部１８１、第２インピーダンス変換部１８２、および第２インピーダンス変換部１８３の線路長は、伝達する代表的な高周波信号の波長をλとするとλ／４となるように設定されている。
次に、インピーダンス変換部（第１インピーダンス変換部１８１、第２インピーダンス変換部１８２、第２インピーダンス変換部１８３）について説明する。λ／４の長さのインピーダンス変換部のインピーダンスＺ２と、該インピーダンス変換部の一方に接続されている線路のインピーダンスＺ０と、該インピーダンス変換部の他方に接続されている線路のインピーダンスＺ１とでは、以下の式（１）が成立する。
たとえば、インピーダンスＺ０（線路３０４、線路３１６、線路３２２のインピーダンス）＝５０Ωとし、インピーダンスＺ１（線路１４１、線路１４３、線路１４５のインピーダンス）＝２５Ωとした場合には、各インピーダンスの値は以下のようになる。
Ｚ２（インピーダンス変換部のインピーダンス）＝約３５．３Ω
ＺＬ（線路１４２、線路１４４のインピーダンス）＝約３５．３Ω
ＺＲ（抵抗器１９４のインピーダンス）＝５０Ω
このように、第１インピーダンス変換部１８１、第２インピーダンス変換部１８２、および第２インピーダンス変換部１８３は、それぞれ、いわゆるλ／４変成器とし、該λ／４変成器のそれぞれのインピーダンスは、約３５．３Ωに設計される。
Ｚ２（インピーダンス変換部のインピーダンス）＝約３５．３Ω
ＺＬ（線路１４２、線路１４４のインピーダンス）＝約３５．３Ω
ＺＲ（抵抗器１９４のインピーダンス）＝５０Ω
このように、第１インピーダンス変換部１８１、第２インピーダンス変換部１８２、および第２インピーダンス変換部１８３は、それぞれ、いわゆるλ／４変成器とし、該λ／４変成器のそれぞれのインピーダンスは、約３５．３Ωに設計される。
第１インピーダンス変換部１８１は、線路１４１を介して、分配器１４０の入力端１４７に接続される。また、第１インピーダンス変換部１８１は、第１インピーダンス（線路３０４のインピーダンスＺ０）を、第２インピーダンス（線路３０４のインピーダンスＺ１）に変換するように構成されている。
第２インピーダンス変換部１８２は、線路１４３を介して、分配器１４０の第１出力端１４８に接続される。また、第２インピーダンス変換部１８２は、第２インピーダンス（線路１４３のインピーダンスＺ１）を、第１インピーダンス（線路３１６のインピーダンスＺ０）に変換するように構成されている。
第２インピーダンス変換部１８３は、線路１４５を介して、分配器１４０の第２出力端１４９に接続される。また、第２インピーダンス変換部１８３は、第２インピーダンス（線路１４５のインピーダンスＺ１）を、第１インピーダンス（線路３２２のインピーダンスＺ０）に変換するように構成されている。
また、分配器１４０は、第１インピーダンスの信号伝達系に挿入されている。図４の例では、分配器１４０は、第１インピーダンスの一例としてインピーダンスがＺ０である線路で構成された信号線である。第１インピーダンスの信号伝達系の信号線は、「線路３０４、線路３１６、および線路３２２」に対応する。
また、分配器１４０は、第２インピーダンスの回路系で構成されたウィルキンソン型の分配器である。本実施形態では、「第２インピーダンスの回路系で構成された分配器１４０」とは、第２インピーダンス（２５Ω）を基準に設定された分配器である。換言すれば、「第２インピーダンスの回路系で構成された分配器１４０」とは、第１インピーダンス（５０Ω）よりも入力インピーダンスおよび出力インピーダンスが低い（２５Ω）の分配器である。
以降、「第１インピーダンスの信号伝達系」を「第１インピーダンス系」と称し、「第２インピーダンスの回路系」を「第２インピーダンス系」と称して説明する場合がある。
図４の例では、分配器１４０は、第２インピーダンスの一例であるインピーダンスＺ１を基準に設定された分配器である。なお、分配器１４０（第１分配器１４０１）の入力インピーダンス、および出力インピーダンスのそれぞれは、第２インピーダンスであればよく、分配器１４０を構成する伝送線路の特性インピーダンスは、第１インピーダンスよりも高い構成としてもよい。
なお、本実施形態では、Ｚ２＝ＺＬとなり、インピーダンス変換部に係る線路と、線路１４２と、線路１４４とのそれぞれのインピーダンスは同一となる。
図５は、分配器１４０を図４よりも具体的に示した図である。図５においては、線路１４２と、線路１４４とが湾曲して記載されている。また、図５においては、インピーダンスが低いほど、線路の幅が太く記載されている。
たとえば、線路３０４のインピーダンスは５０Ωであり、第１インピーダンス変換部１８１に係る線路のインピーダンスは３５．３Ωであり、線路１４１のインピーダンスは２５Ωである。線路１４１の幅＝Ａ、第１インピーダンス変換部１８１に係る線路の幅＝Ｂ、線路３０４の幅＝Ｃとすると、Ａ＞Ｂ＞Ｃとなるように、図５では記載されている。
ここで、本実施形態では、線路３０４の長さＬ１は、線路１４１の長さＬ２よりも短くなるように設定されている。
一般的に、ストリップ線路あるいはマイクロストリップ線路で形成される分配器のインピーダンスは、分配器を構成する線路（本実施形態では、図２の１４０に対応）とＧＮＤ（本実施形態では、図２の接地電極ＧＮＤ１あるいは接地電極ＧＮＤ２に対応）との距離が大きいほど、大きくなる。したがって、分配器のインピーダンスが高くなると、線路とＧＮＤとの距離を大きくすることが必要となり、結果的に、分配器が配置される誘電体基板の誘電体層（本実施形態では、配線層ＬＩＮＥに対応）が厚くなる。よって、分配器が配置される誘電体層が厚くなると、アンテナモジュール全体の厚み（本実施形態では、アンテナモジュール１００の積層方向の長さ）が厚くなってしまう。
そこで、本実施形態では、分配器１４０は、第１インピーダンス系の信号線路間（線路３０４、線路３１６、線路３２２の間）に挿入されている。さらに、この分配器１４０は、第１インピーダンスより低い第２インピーダンス系で構成されている。
したがって、「本実施形態の低インピーダンス系である第２インピーダンス系のアンテナモジュール」においては、「第１インピーダンス系で構成されている分配器を有するアンテナモジュール」と比較して、分配器１４０が配置される誘電体層（たとえば、配線層ＬＩＮＥ）を薄くすることができる。その結果、「第１インピーダンス系で構成されている分配器を有するアンテナモジュール」と比較して、アンテナモジュールの厚みを薄くすることができる。
また、アンテナモジュールの厚みを一定とした場合には、分配器１４０が配置される配線層ＬＩＮＥを薄くすることができると、アンテナ層ＡＮＴの厚みを確保することができる。したがって、アンテナ層ＡＮＴでの配線の配置の自由度を向上させることができる。
また、アンテナ層ＡＮＴの厚みを確保することにより、電極（図２の例では、アンテナ素子１２１、無給電素子１２２）の厚みを太くすることができる。したがって、アンテナモジュールの製造ばらつきによるアンテナモジュールの特性差を低減できる。
また、本実施形態のアンテナモジュールでは、第１インピーダンス変換部１８１を、分配器１４０の接続部３０８に接続させる。また、第２インピーダンス変換部１８２を分配器１４０の第１出力端１４８に接続させるとともに、第２インピーダンス変換部１８３は、分配器１４０の第２出力端１４９に接続させる。
たとえば、アンテナモジュール１００は、第１インピーダンス変換部１８１を有することにより、線路３０４、第１インピーダンス変換部１８１、線路１４１それぞれのインピーダンスは、５０Ω、３７．３Ω、２５Ωとなる。したがって、「インピーダンス変換部を有さないアンテナモジュール」と比較して、インピーダンスの変化量を緩やかにすることができる。よって、「インピーダンス変換部を有さないアンテナモジュール」と比較して、信号（たとえば、基準周波数信号）の反射などを低減でき、信号の損失を低減できる。
特に、本実施形態では、第１インピーダンス変換部１８１の線路長がλ／４である。これにより、第１インピーダンス変換部１８１の入力側インピーダンスが５０Ωとなり、第１インピーダンス変換部１８１の出力側インピーダンスが２５Ωとなる。したがって、信号の反射による損失を一層低減できる。
また、入力端１４７、第１出力端１４８、および第２出力端１４９の全てにインピーンダンス変換部を接続させない構成、たとえば、入力端１４７にはインピーダンス変換部を接続する一方、第１出力端１４８、および第２出力端１４９にはインピーダンス変換部を接続させない構成が考えられる。
しかしながら、この構成であれば、分配器１４０の入力側のインピーダンスと、分配器１４０の出力側のインピーダンスとが異なってしまう。その結果、分配器１４０に入力される信号の反射等によって損失が増加して通信特性が低下するおそれがある。
そこで、本実施形態では、入力端１４７、第１出力端１４８、および第２出力端１４９の全てにインピーンダンス変換部を接続させる。これにより、分配器１４０の入力側のインピーダンスと、分配器１４０の出力側のインピーダンスとを同一にすることができる。本実施形態では、分配器１４０の入力側のインピーダンスと、分配器１４０の出力側のインピーダンスとを共に５０Ωとすることができる。したがって、分配器１４０に入力される信号の反射等が生じることを低減できる。
また、図５に示したように、アンテナモジュール１００は、入力端子３０２から分配器１４０までの第１インピーダンス系（たとえば、５０Ω）の信号線路として、線路３０４を有する。アンテナモジュール１００は、入力端子３０２から分配器１４０までの第２インピーダンス系（たとえば、２５Ω）の信号線路として、線路１４１を有する。線路３０４は、線路１４１よりも高周波信号の損失が大きい線路である。
そこで、本実施形態では、図５に示すように、高周波信号の損失が大きい線路３０４の長さＬ１は、高周波信号の損失が小さい線路１４１の長さＬ２よりも短くなるように設定されている。したがって、本実施形態のアンテナモジュール１００は、「Ｌ１≧Ｌ２となるアンテナモジュール」と比較して、信号（たとえば、基準周波数信号）の損失を低減させることができる。
また、図１に示すように、本実施形態のアンテナモジュール１００の複数のアンテナ素子１２１は、二次元配列される。したがって、本実施形態のアンテナモジュール１００は、アンテナアレイ１２０の指向性を調整することができる。
［第２実施形態］
第２実施形態のアンテナモジュール１００Ａは、１の基準周波数信号を４つのＲＦＩＣに分配するアンテナモジュールである。第２実施形態のアンテナモジュール１００Ａは、１の基準周波数信号を４つのＲＦＩＣに分配するために、３つの分配器を備える。図６は、第２実施形態のアンテナモジュール１００Ａが適用される通信装置１０Ａのブロック図である。
第２実施形態のアンテナモジュール１００Ａは、１の基準周波数信号を４つのＲＦＩＣに分配するアンテナモジュールである。第２実施形態のアンテナモジュール１００Ａは、１の基準周波数信号を４つのＲＦＩＣに分配するために、３つの分配器を備える。図６は、第２実施形態のアンテナモジュール１００Ａが適用される通信装置１０Ａのブロック図である。
図１と図６とを比較すると、図１のアンテナモジュール１００は、ＲＦＩＣの数、およびアンテナ群の数はそれぞれ２個であるのに対し、図６のアンテナモジュール１００Ａは、ＲＦＩＣの数、およびアンテナ群の数はそれぞれ４個である。アンテナモジュール１００Ａは、４個のアンテナ素子１２１で構成される４個のアンテナ群１２３Ａ〜１２３Ｄと、４個のＲＦＩＣ１１０Ａ〜１１０Ｄとを備える。４個のＲＦＩＣ１１０Ａ〜１１０Ｄのそれぞれは、４個のアンテナ群１２３Ａ〜１２３Ｄに対して高周波信号を出力する。ＲＦＩＣ１１０Ｃは、「第３給電回路」に対応し、ＲＦＩＣ１１０Ｄは、「第４給電回路」に対応する。また、アンテナ群１２３Ｃは、「第３アンテナ群」に対応し、アンテナ群１２３Ｄは、「第４アンテナ群」に対応する。
また、図１のアンテナモジュール１００は、分配器１４０を有するのに対し、図６のアンテナモジュール１００Ａは、分配回路１５０（ＤＩＶ）を有する。図７は、図６の主要な部分を示した図である。図７にも示すように発振器１３０から出力された基準周波数信号は、分配回路１５０により、ＲＦＩＣ１１０Ａ〜１１０Ｄのそれぞれに分配される。さらに、ＲＦＩＣ１１０Ａ〜１１０Ｄは、４個のアンテナ群１２３Ａ〜１２３Ｄのそれぞれに対して高周波電力を供給する。
図７の分配回路１５０での３つの分岐点にも示されるように分配回路１５０は、３つの分配器を含む。発振器１３０で生成された基準周波数信号は、分配回路１５０で４つに分波されて、各ＲＦＩＣ１１０Ａ〜１１０Ｄのミキサ１１８へ出力される。
ＢＢＩＣ２００から出力された信号は、分配チップ１５２で４つに分波されて、各ＲＦＩＣ１１０Ａ〜１１０Ｄの増幅回路１１９へ出力される。合成チップ１５１は、各ＲＦＩＣ１１０Ａ〜１１０Ｄの増幅回路１１９から出力された信号を合成して、ＢＢＩＣ２００に出力する。
図８は、第２実施形態での発振器１３０から各ＲＦＩＣへと伝達される第１高周波信号の伝達経路を示す図である。図９は、アンテナモジュール１００Ａを法線方向から平面視した場合の図であり、第１分配器１４０１と、第２分配器１４０２と、第３分配器１４０３等を示した図である。図８および図９の例では、分配回路１５０は、３つの分配器として、第１分配器１４０１と、第２分配器１４０２と、第３分配器１４０３とを有する。また、第１分配器１４０１と、第２分配器１４０２と、第３分配器１４０３との構成、および各分配器に含まれる各線路のインピーダンスは、分配器１４０（第１実施形態参照）と同一である。第１分配器１４０１と、第２分配器１４０２と、第３分配器１４０３は全て、第２インピーダンス系で構成されたウィルキンソン型の分配器である。
第２分配器１４０２は、入力端１４７２、線路１４２１、線路１４４２、抵抗器１９４２、第１出力端１４８２、および第２出力端１４９２を含む。
第３分配器１４０３は、入力端１４７３、線路１４２２、線路１４４３、抵抗器１９４３、第１出力端１４８３、および第２出力端１４９３を含む。
線路１４３の一端には、第１出力端１４８が接続され、線路１４３の他端には、第２分配器１４０２の入力端１４７２が接続される。第２分配器１４０２の第１出力端１４８２には、線路１４３２の一端が接続される。線路１４３２の他端には、接続部３１０２を介して第２インピーダンス変換部１８１１の一端が接続される。第２インピーダンス変換部１８１１の他端には、接続部３１４２を介して線路１９１１の一端が接続される。線路１９１１の他端は、出力端子１９２１を介して、ＲＦＩＣ１１０Ａに接続される。
また、第２分配器１４０２の第２出力端１４９２には、線路１４５２の一端が接続される。線路１４５２の他端には、接続部３２０２を介して第２インピーダンス変換部１８１２の一端が接続される。第２インピーダンス変換部１８１２の他端には、接続部３２４２を介して線路１９１２の一端が接続される。線路１９１２の他端は、出力端子１９２２を介して、ＲＦＩＣ１１０Ｂに接続される。
線路１４５の一端には、第２出力端１４９が接続され、線路１４５の他端には、第３分配器１４０３の入力端１４７３が接続される。第３分配器１４０３の第１出力端１４８３には、線路１４３３の一端が接続される。線路１４３３の他端には、接続部３１０３を介して第２インピーダンス変換部１８１３の一端が接続される。第２インピーダンス変換部１８１３の他端には、接続部３１４３を介して線路１９１３の一端が接続される。線路１９１３の他端は、出力端子１９２３を介して、ＲＦＩＣ１１０Ｃに接続される。
また、第３分配器１４０３の第２出力端１４９３には、線路１４５３の一端が接続される。線路１４５３の他端には、接続部３２０３を介して第２インピーダンス変換部１８１４の一端が接続される。第２インピーダンス変換部１８１４の他端には、接続部３２４３を介して線路１９１４の一端が接続される。線路１９１４の他端は、出力端子１９２４を介して、ＲＦＩＣ１１０Ｄに接続される。
次に信号の流れを説明する。発振器１３０から出力された基準周波数信号は、入力端子３０２、線路３０４、接続部３０６、第１インピーダンス変換部１８１、接続部３０８、線路１４１、入力端１４７（分岐部）の順序で伝送される。入力端１４７（分岐部）に入力された基準周波数信号は、該入力端１４７（分岐部）で２個の信号に分岐される。
第１分配器１４０１の入力端１４７で分配された２個の信号のうち第１信号は、線路１４２、第１出力端１４８、線路１４３を介して、第２分配器１４０２の入力端１４７２（分岐部）に入力される。
第２分配器１４０２の入力端１４７２（分岐部）で分配された２個の第１信号のうち一方の第１信号は線路１４４２、第１出力端１４８２、線路１４３２、接続部３１０２、第２インピーダンス変換部１８１１、接続部３１４２、線路１９１１、出力端子１９２１の順序で伝送され、ＲＦＩＣ１１０Ａに入力される。
入力端１４７２（分岐部）で分配された２個の第１信号のうち他方の第１信号は線路１４２１、第２出力端１４９２、線路１４５２、接続部３２０２、第２インピーダンス変換部１８１２、接続部３２４２、線路１９１２、出力端子１９２２の順序で伝送され、ＲＦＩＣ１１０Ｂに入力される。
第１分配器１４０１の入力端１４７で分配された２個の信号のうち第２信号は、線路１４４、第２出力端１４９、線路１４５を介して、第３分配器１４０３の入力端１４７３（分岐部）に入力される。
入力端１４７３（分岐部）で分配された２個の第２信号のうち一方の第２信号は線路１４４３、第１出力端１４８３、線路１４３３、接続部３１０３、第２インピーダンス変換部１８１３、接続部３１４３、線路１９１３、出力端子１９２３の順序で伝送され、ＲＦＩＣ１１０Ｃに入力される。
第３分配器１４０３の入力端１４７３（分岐部）で分配された２個の第２信号のうち他方の第２信号は線路１４２２、第２出力端１４９３、線路１４５３、接続部３２０３、第２インピーダンス変換部１８１４、接続部３２４３、線路１９１４、出力端子１９２４の順序で伝送され、ＲＦＩＣ１１０Ｄに入力される。
次に、インピーダンスを説明する。線路３０４、線路１９１１、線路１９１２、線路１９１３、線路１９１４のインピーダンスは、Ｚ０（第１インピーダンス、たとえば、５０Ω）となる。
線路１４１、線路１４３、線路１４５、線路１４３２、線路１４５２、線路１４３３、線路１４５３のインピーダンスは、Ｚ１（第２インピーダンス、たとえば、２５Ω）となる。
第１インピーダンス変換部１８１、第２インピーダンス変換部１８１１、第２インピーダンス変換部１８１１、第２インピーダンス変換部１８１３、および第２インピーダンス変換部１８１４のインピーダンスは、約３５．３Ω（式（１）参照）となる。
線路１４２、線路１４４、線路１４２１、線路１４４２、線路１４２２、および線路１４４３のインピーダンスは、√２×Ｚ１（たとえば、約３５．３Ω）となる。
抵抗器１９４、抵抗器１９４２、抵抗器１９４３のインピーダンスは、２×Ｚ１（たとえば、約３５．３Ω）となる。
また、第１分配器１４０１の一方の第１出力端１４８と第２分配器１４０２の入力端１４７２との間は、第１インピーダンス系の線路が設置されておらず、第２インピーダンス系の線路１４３のみで接続されている。また、第１分配器１４０１の他方の第２出力端１４９と第３分配器１４０３の入力端１４７３との間は、第１インピーダンス系の線路が設置されておらず、第２インピーダンス系の線路１４５のみで接続されている。
なお、変形例として、第１出力端１４８と第２分配器１４０２の入力端１４７２との間、および第２出力端１４９と第３分配器１４０３の入力端１４７３との間のいずれか一方を、第２インピーダンス系の線路１４３のみで接続させるようにしてもよい。また、他方を、たとえば、他のインピーダンス系の線路（たとえば、第１インピーダンス系の線路）で接続するようにしてもよい。つまり、第１出力端１４８と第２分配器１４０２の入力端１４７２との間、および第２出力端１４９と第３分配器１４０３の入力端１４７３との間のうち、少なくとも一方を、第２インピーダンス系の線路１４３のみで接続させるようにしてもよい。
本実施形態では、図８に示すように、第２分配器１４０２は、第１分配器１４０１の２つの出力端のうち一方の第１出力端１４８に接続される。第２分配器１４０２は、第１分配器１４０１で分配された第１高周波信号（上述の第１信号）をさらに分配して第１給電回路（ＲＦＩＣ１１０Ａ）および第２給電回路（ＲＦＩＣ１１０Ｂ）に出力する。
また、第３分配器１４０３は、第１分配器の２つの出力端のうち他方の第２出力端１４９に接続される。第３分配器１４０３は、第１分配器１４０１で分配された第１高周波信号（上述の第２信号）をさらに分配して第３給電回路（ＲＦＩＣ１１０Ｃ）および前記第４給電回路（ＲＦＩＣ１１０Ｄ）に出力する。したがって、発振器１３０からの信号を４個のＲＦＩＣ１１０Ａ〜１１０Ｄに分配できる。
また、本実施形態のアンテナモジュール１００Ａでは、分配回路１５０の入力側のインピーダンスと、分配回路１５０の出力側のインピーダンスとを同一にすることができる。本実施形態では、分配回路１５０の入力側のインピーダンスと、分配回路１５０の出力側のインピーダンスとを共に５０Ωとすることができる。したがって、アンテナモジュール１００における信号の反射などを低減でき、信号の損失を低減できる。
また、第１分配器１４０１の一方の第１出力端１４８と第２分配器１４０２の入力端１４７２との間は、第１インピーダンス系の線路が設置されておらず、第２インピーダンス系の線路１４３のみで接続されている。また、第１分配器１４０１の他方の第２出力端１４９と第３分配器１４０３の入力端１４７３との間は、第１インピーダンス系の線路（高インピーダンス系の線路）などが設置されておらず、第２インピーダンス系の線路１４５（低インピーダンス系の線路）のみで接続されている。したがって、「第１出力端１４８と第２分配器１４０２の入力端１４７２との間に第１インピーダンス系の線路が含まれており、第２出力端１４９と第３分配器１４０３の入力端１４７３との間は、第１インピーダンス系の線路が含まれているアンテナモジュール」と比較して、第１分配器１４０１および第２分配器１４０２の間での信号の損失、および第１分配器１４０１および第３分配器１４０３の間での信号の損失を低下させることができる。
また、図９の例において、４つの無給電素子１２２とＲＦＩＣとの組が４つある。図９の例では、アンテナモジュール１００Ａを法線方向から平面視した場合の形状は矩形状となる。この４つの組は、それぞれ、該矩形状の４隅に配置されている。また、４つの組の中央に、第１分配器１４０１、第２分配器１４０２、および第３分配器１４０３が配置される。このような構成により、アンテナモジュール１００Ａを小型化できる。
［第３実施形態］
第３実施形態では、合成チップ１５１とＲＦＩＣ１１０Ａ〜１１０Ｄとを結ぶ線路と、分配チップ１５２とＲＦＩＣ１１０Ａ〜１１０Ｄとを結ぶ線路とをまとめて「線路群」という。線路群は、ＢＢＩＣ２００（第２出力回路）からの第２高周波信号を、ＲＦＩＣ１１０Ａ〜ＲＦＩＣ１１０Ｄに伝送する。第３実施形態のアンテナモジュールでは、線路群が配置される層と、分配回路１５０が配置される層が別個に設けられている。
第３実施形態では、合成チップ１５１とＲＦＩＣ１１０Ａ〜１１０Ｄとを結ぶ線路と、分配チップ１５２とＲＦＩＣ１１０Ａ〜１１０Ｄとを結ぶ線路とをまとめて「線路群」という。線路群は、ＢＢＩＣ２００（第２出力回路）からの第２高周波信号を、ＲＦＩＣ１１０Ａ〜ＲＦＩＣ１１０Ｄに伝送する。第３実施形態のアンテナモジュールでは、線路群が配置される層と、分配回路１５０が配置される層が別個に設けられている。
図１０は、第３実施形態のアンテナモジュール１００Ｂの断面図である。アンテナモジュール１００Ｂは、接地電極ＧＮＤ１と、接地電極ＧＮＤ２と、接地電極ＧＮＤ３とを有する。図１０の例では、誘電体基板１２５の厚み方向において、アンテナ素子１２１が配置されている層から、実装面１２６に向かって、接地電極ＧＮＤ１、接地電極ＧＮＤ２、および接地電極ＧＮＤ３の順番で、接地電極ＧＮＤ１、接地電極ＧＮＤ２、および接地電極ＧＮＤ３は設けられている。接地電極ＧＮＤ１、接地電極ＧＮＤ２、および接地電極ＧＮＤ３は、それぞれ「第１接地導体」、「第２接地導体」、および「第３接地導体」に対応する。
図１０の例では、線路群３０５（合成チップ１５１とＲＦＩＣ１１０Ａ〜１１０Ｄとを結ぶ線路と、分配チップ１５２とＲＦＩＣ１１０Ａ〜１１０Ｄとを結ぶ線路）は、接地電極ＧＮＤ１および接地電極ＧＮＤ２の間の層に配置される。また、分配回路１５０は、接地電極ＧＮＤ２および接地電極ＧＮＤ３の間の層に配置される。
また、分配回路１５０（第１分配器１４０１、第２分配器１４０２、および第３分配器１４０３）が配置される層を「分配器層ＤＩＶ」と称する。線路群３０５が配置される層を、「配線層ＬＩＮＥ」と称する。線路群３０５は、「信号線路」に対応する。
図１１は、アンテナ素子１２１および無給電素子１２２が形成されている側から誘電体基板１２５の厚み方向において平面視した場合の線路群３０５、および分配回路１５０を示した図である。図１１の例では、分配回路１５０の記載については、１個の分配器として記載している。
図１１（Ａ）は比較例を示し、図１１（Ｂ）は本実施形態を示す。図１１（Ａ）の比較例では、線路群と、分配回路１５０とは、同一のＧＮＤの間に配置されている。仮に、誘電体基板１２５の厚み方向において平面視した場合に、線路群３０５と、分配回路１５０とが重畳するように、線路群３０５と分配回路１５０とが配置された場合には、線路群３０５と分配回路１５０とが電磁的結合が生じてしまうおそれがあった。そこで、図１１（Ａ）に示すように、比較例では、誘電体基板１２５の厚み方向において平面視した場合に、線路群３０５と、分配回路１５０とが重畳しないように（線路群３０５を迂回させるように）、線路群３０５と分配回路１５０とを配置させる必要がある。
図１１（Ａ）のような構成であると、誘電体基板１２５の厚み方向と垂直な平面（つまり、図１１のＸＹ平面）において、線路群３０５が配置される領域が増大してしまう。さらに、誘電体基板１２５の厚み方向において平面視した場合に、線路群３０５と、分配回路１５０とが重畳しないように配置させる必要があるため、線路群３０５の配置の自由度を狭めることにもなる。
そこで、本実施形態では、図１０に示すように、線路群３０５を、接地電極ＧＮＤ１および接地電極ＧＮＤ２の間の層に配置させる。また、分配回路１５０を、接地電極ＧＮＤ２および接地電極ＧＮＤ３の間の層に配置させる。
第２実施形態でも説明したように、第１分配器１４０１、第２分配器１４０２、および第３分配器１４０３は、第２インピーダンス系で構成されていることから、第１分配器１４０１、第２分配器１４０２、および第３分配器１４０３が配置される誘電体層（分配回路１５０が配置されるＤＩＶ層）を薄くすることができる。
したがって、接地電極ＧＮＤ３を追加して、線路群３０５を、接地電極ＧＮＤ１および接地電極ＧＮＤ２の間の層に配置させ、分配回路１５０を、接地電極ＧＮＤ２および接地電極ＧＮＤ３の間の層に配置させることが可能となる。
このような構成により、線路群３０５と、分配回路１５０との間に、シールド層（図１０の例では、接地電極ＧＮＤ２）を設けることができる。したがって、図１１（Ｂ）に示すように、アンテナ素子１２１および無給電素子１２２が形成されている側の誘電体基板１２５の厚み方向においてアンテナモジュール１００を平面視した場合において、線路群３０５は、分配回路１５０と重なるように配置させることができる。したがって、第３実施形態のアンテナモジュール１００Ｂによれば、誘電体基板１２５の厚み方向と垂直な平面（つまり、図１１のＸＹ平面）において、線路群３０５が配置される領域を、比較例と比較して小さくすることができる。さらに、第３実施形態のアンテナモジュール１００Ｂによれば、図１１（Ａ）の比較例のように線路群３０５を迂回させる必要がないことから、該比較例と比較して、線路群３０５の配置の自由度を向上させることができる。
また、線路群３０５と分配回路１５０とが重なるように、線路群３０５と分配回路１５０とが配置された場合であっても、接地電極ＧＮＤ２により、線路群３０５と、分配回路１５０との間での電磁的結合を低減できる。よって、アンテナモジュールの特性が低下することを抑制できる。また、本実施形態では、アンテナモジュールの設計によっては、線路群３０５と分配回路１５０とが重ならないように、線路群３０５と分配回路１５０とを配置させるようにしてもよい。
［変形例］
以上、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。本発明は、上記の実施形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。
以上、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。本発明は、上記の実施形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。
（１） 本実施形態では、インピーダンス変換部を備えるとして説明した。しかしながら、インピーダンス変換部を備えないようにしてもよい。このような構成によれば、インピーダンス変換部を備えるアンテナモジュールと比較して、インピーダンス変換部に関するコストを低減させることができる。
（２） 図４などにおいては、インピーダンス変換部を線路を介して分配器に接続するとして説明した。たとえば、図４の例では、第１インピーダンス変換部１８１を線路１４１を介して分配器１４０に接続するとして説明した。しかしながら、インピーダンス変換部を線路を介さずに、直接的に、分配器に接続するようにしてもよい。このような構成によれば、該線路を備えるアンテナモジュールと比較して、該線路に関するコストを低減させることができる。
（３） 図５において、線路３０４、第１インピーダンス変換部１８１、線路１４１のように、インピーダンスは、５０Ω、約３５．３Ω、２５Ωの３段階で変化するとして説明した。しかしながら、この段階数は、４以上としてもよい。
（４） 出力端子から分配器までの第１インピーダンス系の信号線路の長さは、出力端子から分配器までの第２インピーダンス系の信号線路の長さよりも短くなるようにしてもよい。たとえば、図５において、図５の出力端子３１８からまでの分配器１４０までの第１インピーダンス系の線路３１６の長さＬ３は、出力端子３１８からまでの分配器１４０までの第２インピーダンス系の線路１４３の長さＬ４よりも短いようにしてもよい。この構成によれば、「Ｌ３≧Ｌ４となるアンテナモジュール」と比較して、高周波信号の損失を低減させることができる。
（５） 本実施形態の第１分配器１４０１、第２分配器１４０２、および第３分配器１４０３は、入力端側の第２インピーダンスの信号線路および出力端側の第２インピーダンスの信号線路を有していないとして説明した。たとえば、図５では、第１分配器１４０１は、第２インピーダンスの信号線路として「入力端側の信号線路１４１、出力端側の信号線路１４３、および出力端側の信号線路１４５」を有していないとして説明した。しかし、第１分配器１４０１、第２分配器１４０２、および第３分配器１４０３のうちの少なくとも１つは、入力端側の第２インピーダンスの信号線路および出力端側の第２インピーダンスの信号線路の少なくとも１つを有する構成としてもよい。たとえば、第１分配器１４０１、第２分配器１４０２、および第３分配器１４０３は、入力端側の第２インピーダンスの信号線路および出力端側の第２インピーダンスの信号線路の双方を有する構成としてもよい。
（６） 図１３は、変形例のアンテナモジュール１００Ｄの断面図である。図２の例では、第１端子電極４０１、第２端子電極４０２、第３端子電極４０３、第４端子電極４０４、第５端子電極４０５、ＲＦＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂ、およびはんだバンプ１５５は、樹脂１３５によってモールドされているとして説明した。しかしながら、図１３に示すように、第１端子電極４０１、第２端子電極４０２、第３端子電極４０３、第４端子電極４０４、第５端子電極４０５、ＲＦＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂ、およびはんだバンプ１５５は、モールドされていなくてもよい。図１３の例では、ＲＦＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂは、アンテナモジュール１００Ｄに対して外付けされる。ＲＦＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂは、はんだバンプ１５５を介して、アンテナモジュール１００Ｄに接続されている。図１３の例のアンテナモジュール１００Ｄは、ＲＦＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂを含まずに、誘電体基板１２５、アンテナ群１２３Ａ，１２３Ｂ、第１端子電極４０１、第２端子電極４０２、第３端子電極４０３、第４端子電極４０４、第５端子電極４０５、および分配器１４０を含む。図１３の例では、アンテナモジュール１００Ｄが含まないＲＦＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂ、およびはんだバンプ１５５が破線で示されている。
（７） 本実施形態では、ＲＦＩＣ１１０Ａは「第１給電回路」に対応し、ＲＦＩＣ１１０Ｂは「第２給電回路」に対応する構成を説明した。しかしながら、第１給電回路および第２給電回路の少なくとも一方は、高周波電力を供給する機能を有する回路の一部としてもよい。
（８） 図２のアンテナモジュール１００では、アンテナ素子１２１および無給電素子１２２が配置されている誘電体基板と、分配器１４０が配置されている誘電体基板とが同一であるとして説明した。図１２は、変形例のアンテナモジュール１００ＣがＢＢＩＣ２００に実装された状態の断面図である。図１２に示すように、アンテナモジュール１００Ｃでは、アンテナ素子１２１および無給電素子１２２が配置されている誘電体基板と、分配器１４０が配置されている誘電体基板とが異なる。図１２の例では、誘電体基板１２５Ａにアンテナ素子１２１および無給電素子１２２が配置されており、誘電体基板１２５Ｂに分配器１４０が配置されている。誘電体基板１２５Ａおよび誘電体基板１２５Ｂは、はんだバンプ６５５を介して一体化される。また、誘電体基板１２５Ａおよび誘電体基板１２５Ｂは、導線を介して接続されてもよい。この場合には、誘電体基板１２５Ａおよび誘電体基板１２５Ｂは例えば接着剤などにより一体化される。
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。本実施形態の範囲は、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、１００ 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、１２１ アンテナ素子、１２２ 無給電素子、１２５ 誘電体基板、１２６ 実装面、１２７ 表面、１２８Ａ，１２８Ｂ 給電線、１２９ 配線パターン、１３０ 発振器、１３５ 樹脂、１４０ 分配器、１５０ 分配回路、１５５，１７０，１７１ バンプ、１６０，１６１，２１１ 貫通電極、１６５，１６６ 電極パターン、１８１ 第１インピーダンス変換部、１８２，１８３，１８１１，１８１２，１８１３，１８１４ 第２インピーダンス変換部、１４０１ 第１分配器、１４０２ 第２分配器、１４０３ 第３分配器。
Claims (10)
- アンテナモジュールであって、
積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、各々が複数のアンテナ素子を含む第１アンテナ群および第２アンテナ群と、
前記第１アンテナ群および前記第２アンテナ群に、高周波電力をそれぞれ供給するように構成された第１給電回路および第２給電回路と、
入力された第１高周波信号を分配して前記第１給電回路および前記第２給電回路に出力する分配回路とを備え、
前記第１給電回路および前記第２給電回路は、前記誘電体基板の実装面に実装され、
前記分配回路は、
前記誘電体基板において、前記第１アンテナ群および前記第２アンテナ群が配置される層よりも前記実装面側の層に配置され、
当該分配回路が挿入される信号伝達系のインピーダンスである第１インピーダンスより低い第２インピーダンスの回路系で構成されたウィルキンソン型の第１分配器を有する、アンテナモジュール。 - 前記分配回路の入力端に接続され、かつ前記第１インピーダンスを前記第２インピーダンスに変換するように構成された第１インピーダンス変換部と、
前記分配回路の出力端に接続され、かつ前記第２インピーダンスを前記第１インピーダンスに変換するように構成された第２インピーダンス変換部とをさらに備える、請求項１に記載のアンテナモジュール。 - 前記アンテナモジュールは、
前記誘電体基板に配置され、各々が複数のアンテナ素子を含む第３アンテナ群および第４アンテナ群と、
前記第３アンテナ群および前記第４アンテナ群に、高周波電力をそれぞれ供給するように構成された第３給電回路および第４給電回路とをさらに備え、
前記分配回路は、
前記第１分配器の２つの出力端のうち一方の出力端に接続され、前記第１分配器で分配された前記第１高周波信号をさらに分配して前記第１給電回路および前記第２給電回路に出力する第２分配器と、
前記第１分配器の２つの出力端のうち他方の出力端に接続され、前記第１分配器で分配された前記第１高周波信号をさらに分配して前記第３給電回路および前記第４給電回路に出力する第３分配器とをさらに備える、請求項１または請求項２に記載のアンテナモジュール。 - 前記第１分配器の一方の出力端と前記第２分配器の入力端との間、および、前記第１分配器の他方の出力端と前記第３分配器の入力端との間の少なくとも一方は、前記第２インピーダンスの信号線路のみで接続されている、請求項３に記載のアンテナモジュール。
- 前記第１高周波信号は、前記第１給電回路および前記第２給電回路で用いられる基準周波数信号であり、
前記アンテナモジュールは、前記第１高周波信号が入力される端子をさらに備え、
前記端子から前記分配回路までの前記第１インピーダンスの信号線路の長さは、前記端子から前記分配回路までの前記第２インピーダンスの信号線路の長さよりも短い、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。 - 前記第１給電回路および前記第２給電回路は、基準周波数信号である前記第１高周波信号を第２高周波信号と混合することによって高周波電力を生成し、
前記アンテナモジュールは、互いに異なる層に配置された、第１接地導体と、第２接地導体と、第３接地導体とをさらに備え、
前記第２高周波信号を伝達する信号線路は、前記第１接地導体と前記第２接地導体との間の層に配置され、
前記分配回路は、前記第２接地導体と前記第３接地導体との間の層に配置される、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。 - 前記信号線路は、前記アンテナモジュールを平面視したときに、前記分配回路と重なるように配置される、請求項６に記載のアンテナモジュール。
- 前記複数のアンテナ素子は、二次元配列される、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
- アンテナモジュールであって、
積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、各々が複数のアンテナ素子を含む第１アンテナ群および第２アンテナ群と、
前記第１アンテナ群および前記第２アンテナ群に、高周波電力をそれぞれ供給するための第１端子電極および第２端子電極と、
第１高周波信号が入力される第３端子電極と、
前記第１高周波信号を出力する第４端子電極および第５端子電極と、
前記第３端子電極から入力された前記第１高周波信号を分配して前記第４端子電極および前記第５端子電極に出力する分配回路とを備え、
前記第１端子電極、前記第２端子電極、前記第３端子電極、前記第４端子電極、および前記第５端子電極は、前記誘電体基板の実装面に配置され、
前記分配回路は、
前記誘電体基板において、前記第１アンテナ群および前記第２アンテナ群が配置される層よりも前記実装面側の層に配置され、
当該分配回路が挿入される信号伝達系のインピーダンスである第１インピーダンスより低い第２インピーダンスの回路系で構成されたウィルキンソン型の第１分配器を有する、アンテナモジュール。 - 請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載のアンテナモジュールを備える通信装置。
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