JP6777273B1 - 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

Abstract

アンテナモジュール（１００）は、誘電体基板（１３０）と、複数のアンテナ素子（１２１）と、接地電極（ＧＮＤ）と、導体壁（１２５）とを備える。複数のアンテナ素子（１２１）は、誘電体基板（１３０）において、第１方向および第２方向にアレイ状に配置されている。接地電極（ＧＮＤ）は、誘電体基板（１３０）上において、複数のアンテナ素子（１２１）に対向して配置されている。複数のアンテナ素子（１２１）に含まれる各アンテナ素子について、第１方向に隣接するアンテナ素子間に第２方向に沿って導体壁（１２５）が配置されているが、第２方向に隣接するアンテナ素子間には導体壁は配置されていない。上記第２方向は、複数のアンテナ素子（１２１）の各々から放射される電波の偏波方向である。

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、アンテナアレイにおいてビームフォーミングを行なう際のアンテナ特性を向上させる技術に関する。

特開２００８−５１６４号公報（特許文献１）には、同一の誘電体基板上に複数のアレイアンテナが配列された複合アンテナアレイ装置が開示されている。特許文献１のアンテナ装置においては、各アンテナアレイに供給される高周波信号の給電位相に位相差をもたせることにより、各アンテナアレイから放射される電波の指向性を変更させることができる。

特開２００８−５１６４号公報

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、複数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。

複数のアンテナ素子が二次元配列されたアンテナアレイにおいて、放射される電波の指向性を変化させるビームフォーミングを行なう際に、電波の偏波方向（電界方向）にビームを傾斜させると、特定の傾斜角度においてアンテナゲインが低下する場合がある。

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、複数のアンテナ素子を有するアンテナアレイにおいて、ビームフォーミングを行なう際のアンテナ特性を向上させることである。

本開示に係るアンテナモジュールは、誘電体基板と、複数のアンテナ素子と、接地電極と、導体壁とを備える。複数のアンテナ素子は、誘電体基板において、第１方向および第２方向にアレイ状に配置されている。接地電極は、誘電体基板上において、複数のアンテナ素子に対向して配置されている。複数のアンテナ素子に含まれる各アンテナ素子について、第１方向に隣接するアンテナ素子間に第２方向に沿って導体壁は配置されているが、第２方向に隣接するアンテナ素子間には導体壁は配置されていない。上記第２方向は、複数のアンテナ素子の各々から放射される電波の偏波方向である。

本開示によれば、複数のアンテナ素子を有するアンテナアレイにおいて、ビームフォーミングを行なう際のアンテナ特性を向上させることができる。

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平面図および断面図である。 図２のアンテナモジュールの斜視図である。 比較例１のアンテナモジュールの平面図である。 比較例２のアンテナモジュールの平面図である。 実施の形態１および比較例のアンテナモジュールにおいて、電界方向にビームを傾斜させた場合のアンテナゲインを説明するための図である。 実施の形態１および比較例のアンテナモジュールにおいて、θ＝４５°の場合の接地電極に流れる電流分布を示す図である。 実施の形態２に係るアンテナモジュールの平面図である。 実施の形態３に係るアンテナモジュールの平面図である。 実施の形態３に係るアンテナモジュールの一部の斜視図である。 実施の形態３に係るアンテナモジュールの一部の断面図である。 変形例に係るアンテナモジュールの平面図および断面図である。

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のブロック図の一例である。通信装置１０は、たとえばスマートフォンあるいはタブレットなどの携帯端末である。本実施の形態に係るアンテナモジュール１００に用いられる電波の周波数帯域は、たとえば２８ＧＨｚ、３９ＧＨｚおよび６０ＧＨｚを中心周波数とするミリ波帯の電波であるが、上記以外の周波数帯域の電波についても適用可能である。

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、アンテナ装置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装置１２０から放射するとともに、アンテナ装置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。

図１では、説明を容易にするために、アンテナ装置１２０を構成する複数のアンテナ素子１２１のうち、４つのアンテナ素子１２１に対応する構成のみ示され、同様の構成を有する他のアンテナ素子１２１に対応する構成については省略されている。アンテナ装置１２０においては、複数のアンテナ素子１２１は二次元のアレイ状に配置される。本実施の形態においては、アンテナ素子１２１は、略正方形の平板形状を有するパッチアンテナである。

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、アンテナ装置１２０の指向性を調整（ビームフォーミング）することができる。

各アンテナ素子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。

（アンテナモジュールの構成）
図２および図３は、本実施の形態１におけるアンテナモジュール１００の構成の詳細を説明するための図である。上段の図２（ａ）には、アンテナモジュール１００の平面図が示されており、下段の図２（ｂ）には断面図が示されている。図３は、アンテナモジュール１００の斜視図である。

図２および図３を参照して、アンテナモジュール１００は、アンテナ素子１２１およびＲＦＩＣ１１０に加えて、誘電体基板１３０と、給電配線１４０と、接地電極ＧＮＤと、導体壁１２５とを含む。なお、図２（ａ）および図３においては、内部の構成を見やすくするために、誘電体基板１３０が省略されている。また、以降の説明において、各図におけるＺ軸の正方向を上面側、負方向を下面側と称する場合がある。

誘電体基板１３０は、たとえば、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ：Low Temperature Co-fired Ceramics）多層基板、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である。なお、誘電体基板１３０は、多層基板に限らず単層構造の基板であってもよい。

誘電体基板１３０は矩形の平面形状を有しており、誘電体基板１３０の内部の層あるいは上面側の表面１３１に、略正方形の複数のアンテナ素子１２１がＸ軸方向（第１方向）およびＹ軸方向（第２方向）に沿ってアレイ状に配置される。誘電体基板１３０において、アンテナ素子１２１よりも下面側の層にアンテナ素子１２１に対向して接地電極ＧＮＤが配置される。また、誘電体基板１３０の下面側の裏面１３２には、はんだバンプ１６０を介してＲＦＩＣ１１０が配置される。

ＲＦＩＣ１１０から供給される高周波信号は、接地電極ＧＮＤを貫通する給電配線１４０を経由して、各アンテナ素子１２１の給電点ＳＰに伝達される。給電配線１４０は、誘電体基板１３０の層を貫通するビアおよび層内に配置された配線パターンで形成される。

給電点ＳＰは、アンテナ素子１２１の中心（対角線の交点）から、図２のＹ軸方向にオフセットした位置に配置されている。給電点ＳＰに高周波信号が供給されることにより、アンテナ素子１２１からはＹ軸方向を偏波方向とする電波が放射される。なお、図２の例においては、左半分のアンテナ素子１２１については、給電点ＳＰはアンテナ素子１２１の中心からＹ軸の正方向にオフセットした位置に配置されており、右半分のアンテナ素子１２１については、給電点ＳＰはアンテナ素子１２１の中心からＹ軸の負方向にオフセットした位置に配置されている。たとえば、Ｚ軸の正方向に電波が放射される場合には、右半分のアンテナ素子１２１に、左半分のアンテナ素子１２１と逆位相の高周波信号を供給することによって、アンテナ素子１２１全体の位相を一致させている。このように、左半分のアンテナ素子１２１と右半分のアンテナ素子１２１とを対称的に配置することによって、アンテナモジュール全体としての対称性を確保することができる。

アンテナ装置１２０には、複数のアンテナ素子１２１全体を囲むように導体壁１２５が形成されている。また、Ｘ軸方向に隣接するアンテナ素子間にも、Ｙ軸方向に沿って導体壁１２５が形成されている。なお、Ｙ軸方向に隣接するアンテナ素子間には導体壁１２５は形成されていない。導体壁１２５は、後述するように、接地電極ＧＮＤを流れる電流を遮断する機能を有する。

導体壁１２５は、Ｘ軸あるいはＹ軸に沿って直線状に配置される。導体壁１２５は、接地電極ＧＮＤに接続された複数のビア１２７と、当該ビア１２７を接続する配線パターン１２６とで形成されている。なお、直線状に配置されたビア１２７を板状の部材としてもよい。導体壁１２５のＺ軸方向の接地電極ＧＮＤからの高さは、接地電極ＧＮＤからアンテナ素子１２１を超えない高さに設定することが好ましい。図２の例においては、導体壁１２５の高さはアンテナ素子１２１とほぼ同じ高さに設定されている。

導体壁１２５を形成するビア１２７は、図２および図３に示されるような、Ｚ軸方向に直線状に伸びるビアとして形成される場合に限られない。たとえば、誘電体基板１３０が多層基板で形成されるような場合には、各層間のビアに若干の段差が設けられる態様であってもよい。または、部分的に配線パターンを用いて、Ｚ軸方向に階段状あるいはジグザグ状に形成されたビアであってもよい。

なお、図２および図３において、アンテナ素子、電極、配線パターンおよびビア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る。

複数のアンテナ素子がアレイ状に配置されたアンテナアレイにおいては、アンテナ素子に供給する高周波信号の位相を調整することによって、アンテナアレイから放射される電波（ビーム）の放射方向を傾斜させて指向性を調整することができる。たとえば、通信システムの基地局のアンテナにおいてこのようにビームフォーミングを行なうことによって、広範囲の通信端末に対して電波を放射することが可能となる。

一方で、ビームフォーミングを行なう際に、電波の偏波方向（電界方向：アジマス方向（θ））にビームを傾斜させると、特定の傾斜角度においてアンテナゲインが低下する現象が発生する場合がある。

本実施の形態１においては、アンテナアレイにおいて、隣接するアンテナ素子間に上述のような導体壁を形成することによって、ビームを傾斜させた場合に特定の傾斜角度で生じるアンテナゲインの低下を抑制する。

図４は、比較例１のアンテナモジュール１００Ａの平面図である。アンテナモジュール１００Ａにおいては、アンテナ素子１２１全体の周囲およびアンテナ素子１２１間のいずれにも導体壁１２５が形成されていない。また、図５は比較例２のアンテナモジュール１００Ｂの平面図である。アンテナモジュール１００Ｂにおいては、実施の形態１のアンテナモジュール１００の構成に加えて、さらにＹ軸方向に隣接するアンテナ素子間にも導体壁１２５が形成された構成となっている。

図６は、実施の形態１および比較例１，２のアンテナモジュールにおいて、電界方向（アジマス方向）にビームを傾斜させた場合のアンテナゲインを説明するための図である。図６においては、横軸にアジマス方向の傾斜角度（θ）が示されており、縦軸には各アジマスにおいてとり得る最大アンテナゲインが示されている。図６において、実線ＬＮ１０が実施の形態１の場合を示しており、破線ＬＮ１１，ＬＮ１２が比較例１，２の場合をそれぞれ示している。なお、アジマス方向の傾斜角度が９０°より大きい範囲（および、−９０°よりも小さい範囲）については、アンテナモジュールの裏面側へ放射される電波のゲインを表わしているが、実際にはサイドローブおよびバックローブによるものである。

図６を参照して、一般的に、ビームが傾斜されない場合（すなわち、θ＝０°）にアンテナゲインが最も大きくなり、傾斜角度の絶対値が大きくなるほどアンテナゲインは徐々に低下する。しかしながら、導体壁１２５が形成されていない比較例１（破線ＬＮ１１）については、アジマスがθ＝４５°〜７５°（および、θ＝−７５°〜−４５°）の範囲においては、アンテナゲインの低下量が他の角度範囲に比べて比較的大きくなっていることがわかる。

これに対して、実施の形態１および比較例２のように導体壁１２５を形成した場合には、上記のアジマスがθ＝４５°〜７５°（および、θ＝−７５°〜−４５°）の範囲のアンテナゲインが、比較例１に比べて約２〜３ｄＢｉほど向上している。ここで、アンテナモジュールの実質的な放射方向である−９０°〜９０°の範囲においては、実施の形態１と比較例２とでは、ほぼ同程度のアンテナゲインが実現されている。上述のように、実施の形態１の構成においては、アンテナ素子間にＸ軸方向（磁界方向）に沿った導体壁１２５が形成されていない。したがって、実施の形態１の構成とすることで、比較例２と比べてよりシンプルな構成で同程度のゲインを向上することができ、さらに製造コストの削減にもつながる。

図７は、実施の形態１および比較例１，２のアンテナモジュールにおいて、アジマスが４５°（θ＝４５°）にビームを傾斜させた場合に、接地電極ＧＮＤを流れる電流の分布の一例を示した図である。図７（ａ）は比較例１のアンテナモジュール１００Ａの場合を示し、図７（ｂ）は実施の形態１のアンテナモジュール１００の場合を示し、図７（ｃ）は比較例２のアンテナモジュール１００Ｂの場合を示している。このとき、接地電極ＧＮＤには、電界方向であるＹ軸の正方向から負方向に向かって電流が流れる。なお、図７においては、電流強度が等しい箇所（すなわち、電流の同位相面）が等高線として描かれている。

図７を参照して、導体壁１２５が形成されていない比較例１（図７（ａ））においては、隣り合うアンテナ素子１２１同士が影響しあうため、電流の同位相面が歪んでしまい、Ｘ軸に沿った同位相面が直線状ではなく弓形となっている。これにより、Ｘ軸に沿って配置されたアンテナ素子１２１同士であっても、中央部に配置されているアンテナ素子１２１から放射される電波と、端部に配置されているアンテナ素子１２１から放射される電波の位相が一致しない状態が生じてしまい、アンテナゲインが低下してしまうものと考えられる。

一方で、Ｙ軸に沿って導体壁１２５が形成された実施の形態１（図７（ｂ））においては、Ｘ軸方向に隣接するアンテナ素子１２１の影響が導体壁１２５によって遮断されているため、Ｘ軸に沿った電流の同位相面がほぼ直線状となっている。すなわち、Ｘ軸方向に隣接するアンテナ素子１２１同士の電波の位相が一致するため、アンテナゲインの低下が抑制されるものと考えられる。

また、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って導体壁１２５が形成された比較例２（図７（ｃ））においては、各アンテナ素子１２１が導体壁１２５により区画されているため、隣接する他のアンテナ素子１２１からの影響は排除される。そのため、当然のことながら、各アンテナ素子１２１においてＸ軸方向に沿った電流の同位相面はほぼ一致する。したがって、比較例２においてもアンテナゲインの低下が抑制されている。

図７に示されるように、電波の放射方向を傾斜させた場合に生じるアンテナゲインの低下は、電界方向（Ｙ軸方向）に直交する方向（Ｘ軸方向）に沿った電流の位相がずれることによって生じていると考えられる。そのため、Ｘ軸方向に隣接するアンテナ素子１２１の間に導体壁１２５を設けて互いの影響を排除することによって、アンテナゲインの低下を抑制することができる。もちろん、比較例２の構成においても、アンテナゲインの低下を抑制することは可能であるが、実施の形態１のように、電界方向（Ｙ軸方向）に沿ったアンテナ素子間に導体壁１２５を形成し、磁界方向（Ｘ軸方向）に沿ったアンテナ素子間には導体壁１２５を形成しないようにすることで、よりシンプルな構成で比較例２と同等のアンテナゲインの改善効果を得ることができる。

［実施の形態２］
実施の形態１においては、複数のアンテナ素子１２１がＸ軸方向およびＹ軸方向に直線状に配置され、Ｘ軸方向に隣接するアンテナ素子１２１間に連続した導体壁１２５が形成される構成について説明したが、複数のアンテナ素子１２１のアレイ状配置については、必ずしも各方向に直線状に配置されていなくてもよい。

実施の形態２においては、一方の方向に隣接するアンテナ素子同士は直線状に配置されているが、他方の方向に隣接するアンテナ素子についてはジグザグ状に配置される構成（すなわち、千鳥配置）について説明する。

図８は、実施の形態２に係るアンテナモジュール１００Ｃの平面図である。アンテナモジュール１００Ｃにおいては、電界方向（偏波方向）に直交するＸ軸方向（第１方向）に隣接するアンテナ素子同士は直線状に配置されている。電界方向に沿ったＹ軸方向（第２方向）に隣接するアンテナ素子同士については、互いにＸ軸方向にオフセットした位置に配置されており、図８の破線枠の領域ＡＲ１で示されるようにジグザグ状に配置されている。

そして、Ｘ軸方向に隣接するアンテナ素子間には、Ｙ軸方向に延伸する導体壁１２５Ａが形成されている。

なお、各導体壁１２５ＡのＹ軸方向の長さは、アンテナ素子１２１のＹ軸に沿った辺の長さ以上とすることが望ましい。さらに、Ｘ軸方向にアンテナ装置１２０を透過的に見た場合に、導体壁１２５Ａ同士の間に隙間が生じないように導体壁１２５Ａを形成することがより好ましい。このような構成とすることによって、Ｘ軸方向に隣接するアンテナ素子１２１同士の互いの影響を低減することができ、電界方向に電波の放射方向を傾斜させたときに、特定の傾斜角度に生じるアンテナゲインの低下を抑制することができる。

［実施の形態３］
実施の形態３においては、実施の形態１のような偏波方向（Ｙ軸方向）に沿った導体壁をアンテナ素子間に形成する構成に加えて、Ｙ軸方向に隣接するアンテナ素子間に電流遮断素子を配置する構成について説明する。

図９〜図１１は、実施の形態３に係るアンテナモジュール１００Ｄの構成を説明するための図である。図９にはアンテナモジュール１００Ｄの平面図が示されており、図１０にはアンテナモジュール１００Ｄの斜視図の一部分が示されている。また、図１１には、Ｙ軸方向の中央部付近の部分的な断面図が示されている。

図９〜図１１を参照して、アンテナモジュール１００Ｄにおいては、複数のアンテナ素子１２１が、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の各々に直線状に配置されている。そして、実施の形態１のアンテナモジュール１００のように、アンテナ素子１２１全体を囲むように導体壁１２５が形成されており、さらに、Ｘ軸方向に隣接するアンテナ素子１２１間にＹ軸方向に沿って導体壁１２５が形成されている。

アンテナモジュール１００Ｄは、各アンテナ素子１２１に対して無給電素子１２２が設けられた、いわゆるスタック型のアンテナである。無給電素子１２２は、誘電体基板１３０において、対応するアンテナ素子１２１よりも誘電体基板１３０の表面１３１側に、当該アンテナ素子１２１と対向するように配置される。無給電素子１２２は、アンテナ素子１２１から放射される電波の周波数帯域を広域化するために設けられる。

アンテナモジュール１００Ｄにおいては、Ｙ軸方向に隣接したアンテナ素子１２１の間に、少なくとも１つの電流遮断素子１５０が配置される。電流遮断素子１５０は、接地電極に平行に配置された平面電極１５１と、平面電極１５１と接地電極ＧＮＤとを電気的に接続する複数のビア１５２とを含んで構成されている。平面電極１５１は、略矩形形状を有しており、ビア１５２を介して接地電極ＧＮＤに接続される第１端部１５４と、開放状態の第２端部１５５とを有している。図１０および図１１に示されるように、第１端部１５４および第２端部１５５は、平面電極１５１のＸ軸方向に沿った辺に対応する。図１１のように、第１端部１５４から第２端部１５５へ向かう方向の断面は略Ｌ字形状をとなっている。アンテナ素子１２１から放射される電波の波長をλとすると、アンテナ素子１２１のＹ軸方向の長さ（すなわち、第１端部１５４から第２端部１５５までの長さ）は略λ／４に設定される。

電流遮断素子１５０をこのような構成とすることによって、接地電極ＧＮＤと対向する平面電極１５１の開放端（第２端部１５５）において、接地電極ＧＮＤを流れる電流が干渉によって相殺されるため、接地電極ＧＮＤにおいてＹ軸方向に流れる電流を遮断することができる。すなわち、電流遮断素子１５０は、実施の形態１の比較例２における、Ｘ軸に沿った導体壁１２５と同様の作用を奏する。

なお、実施の形態３のアンテナモジュール１００Ｄにおいては、アンテナ素子１２１間には２つの電流遮断素子１５０が配置されており、当該２つの電流遮断素子１５０は平面電極１５１の開放端（第２端部１５５）が互いに対向するように配置されている。そして、２つの電流遮断素子１５０の互いに対向する２つの開放端は、部分的に電極１５３を介して電気的に接続されている。このように、２つの電流遮断素子における開放端同士を対向させることによって開放端間に容量成分が生じ、かつその一部を電気的に結合させることによって誘導成分が生じる。これによって、ｏｄｄモードおよびｅｖｅｎモードの２つの共振モードで共振することができるので、より広い周波数帯域において電流遮断効果が実現できる。

なお、２つの電流遮断素子１５０の互いに対向する２つの開放端を部分的に接続することは必須ではない。たとえば、誘電体基板１３０の誘電率が異なれば、２つの開放端を接続しなくとも、２つの電流遮断素子１５０が２つの共振モードで共振する状態となる場合もある。

このように、Ｙ軸方向に沿った導体壁とともに、Ｙ軸方向に隣接するアンテナ素子間に少なくとも１つの電流遮断素子を配置することによって、接地電極を流れる電流分布を調整することができる。これによって、アンテナ素子間のアイソレーションを高めるとともに、電波の放射方向を傾斜させた場合におけるアンテナゲインの低下を抑制することができる。

なお、実施の形態３においては、無給電素子が設けられる構成の例について説明したが、実施の形態１のように無給電素子が設けられない構成に電流遮断素子を配置してもよい。また、アンテナ素子間に１つの電流遮断素子が配置される構成であってもよい。

［変形例］
上述の実施の形態においては、アンテナアレイに含まれる各アンテナ素子に対して個別の給電配線を用いて高周波信号が供給される構成について説明した。変形例においては、１つの給電配線によって複数のアンテナ素子に高周波信号を供給するアンテナモジュールの構成において、上記のような導体壁を形成する構成について説明する。

図１２は、変形例に係るアンテナモジュール１００Ｅの平面図（図１２（ａ））および断面図（図１２（ｂ））である。アンテナモジュール１００Ｅにおいては、実施の形態１で説明した図２のアンテナモジュール１００と同様に、矩形状の誘電体基板１３０の内部の層あるいは上面側の表面１３１に、複数のアンテナ素子１２１がＸ軸方向（第１方向）およびＹ軸方向（第２方向）に沿ってアレイ状に配置されている。そして、複数のアンテナ素子１２１全体を囲むように導体壁１２５が形成されており、さらに、Ｘ軸方向に隣接するアンテナ素子間にＹ軸方向（偏波方向）に沿って導体壁１２５が形成されている。

アンテナモジュール１００Ｅにおいては、図１２（ｂ）の断面図に示されるように、Ｙ軸方向に隣接配列された２つのアンテナ素子１２１によってサブアレイ１７０が形成されている。そして、各サブアレイ１７０に含まれるアンテナ素子１２１に対して、共通の給電配線１４０Ａを介してＲＦＩＣ１１０から高周波信号が供給されている。言い換えると、ＲＦＩＣ１１０に接続された給電配線１４０Ａは、途中で２方向に分岐されて、サブアレイ１７０に含まれる２つのアンテナ素子１２１の各々に接続されている。

このような、複数のアンテナ素子で形成されるサブアレイによってアンテナアレイが形成される場合においても、偏波方向に直交する方向に隣接するアンテナ素子間に偏波方向に延在する導体壁を形成する一方で、偏波方向に隣接するアンテナ素子間には導体壁を形成しない構成とすることによって、アンテナゲインを改善することができる。

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、１００，１００Ａ〜１００Ｅ アンテナモジュール、１１０ ＲＦＩＣ、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 アンテナ装置、１２１ アンテナ素子、１２２ 無給電素子、１２５，１２５Ａ 導体壁、１２６ 配線パターン、１２７，１５２ ビア、１３０ 誘電体基板、１３１ 表面、１３２ 裏面、１４０，１４０Ａ 給電配線、１５０ 電流遮断素子、１５１ 平面電極、１５３ 電極、１５４ 第１端部、１５５ 第２端部、１６０ はんだバンプ、１７０ サブアレイ、２００ ＢＢＩＣ、ＧＮＤ 接地電極、ＳＰ 給電点。

Claims (12)

1. 誘電体基板と、
   前記誘電体基板において、第１方向および第２方向にアレイ状に配置された複数のアンテナ素子と、
   前記誘電体基板において、前記複数のアンテナ素子に対向して配置された接地電極と、
   前記複数のアンテナ素子に含まれる各アンテナ素子について、前記第１方向に隣接するアンテナ素子間に、前記第２方向に沿って配置された導体壁とを備え、
   前記第２方向は、前記複数のアンテナ素子の各々から放射される電波の偏波方向であり、
   前記第２方向に隣接するアンテナ素子間には、前記導体壁は配置されていない、アンテナモジュール。
2. 前記複数のアンテナ素子の各々は、パッチアンテナである、請求項１に記載のアンテナモジュール。
3. 前記第１方向と前記第２方向とは直交する、請求項１または２に記載のアンテナモジュール。
4. 前記複数のアンテナ素子は、前記第１方向および前記第２方向に直線状に配置される、請求項３に記載のアンテナモジュール。
5. 前記複数のアンテナ素子は、前記第１方向には直線状に配置され、前記第２方向にはジグザグ状に配置される、請求項３に記載のアンテナモジュール。
6. 前記導体壁は、前記接地電極に接続されるとともに直線状に配置された複数のビアと、前記複数のビアを接続する配線パターンとで形成されている、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. 前記複数のアンテナ素子に含まれる各アンテナ素子について、前記第２方向に隣接するアンテナ素子間に配置された少なくとも１つの電流遮断素子を備え、
   前記少なくとも１つの電流遮断素子は、前記接地電極に電気的に接続され、前記接地電極に流れる電流を遮断するように構成されており、
   前記少なくとも１つの電流遮断素子は、前記接地電極と平行であり、前記接地電極と電気的に接続された第１端部と開放状態の第２端部とを有する平面電極を含み、
   前記複数のアンテナ素子から放射される電波の波長をλとした場合に、前記少なくとも１つの電流遮断素子の第１端部から第２端部までの長さは略λ／４である、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. 前記少なくとも１つの電流遮断素子は、第１電流遮断素子と第２電流遮断素子とを含み、
   前記第１電流遮断素子および前記第２電流遮断素子は、前記第１電流遮断素子における第２端部と前記第２電流遮断素子における第２端部とが対向するように配置される、請求項７に記載のアンテナモジュール。
9. 前記第１電流遮断素子の第２端部と前記第２電流遮断素子の第２端部とは、部分的に電気的に接続されている、請求項８に記載のアンテナモジュール。
10. 前記複数のアンテナ素子の各々に対応した無給電素子をさらに備え、
    前記複数のアンテナ素子の各々は、対応する無給電素子と前記接地電極との間に配置される、請求項７〜９のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
11. 前記複数のアンテナ素子に高周波信号を供給する給電回路をさらに備える、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。
12. 請求項１〜１１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。

Images