JPWO2020100412A1 - アンテナモジュール、通信モジュールおよび通信装置 - Google Patents

Abstract

アンテナモジュール（１００）は、誘電体基板（１３０）と、誘電体基板（１３０）に配置される放射電極（１２１）および接地電極（ＧＮＤ）と、接地電極（ＧＮＤ）に電気的に接続される電流遮断素子（１５０）とを備える。接地電極（ＧＮＤ）は、誘電体基板（１３０）において放射電極（１２１）とは異なる層に配置される。電流遮断素子（１５０）は、接地電極（ＧＮＤ）に流れる電流を遮断するように構成される。電流遮断素子（１５０）は、接地電極（ＧＮＤ）と電気的に接続された第１端部と開放状態の第２端部とを有するとともに、接地電極（ＧＮＤ）に平行な平面電極（１５１）を含む。放射電極（１２１）から放射される高周波信号の波長をλとした場合に、電流遮断素子（１５０）の第１端部から第２端部までの長さは略λ／４である。

Description

本開示は、アンテナモジュール、ならびにそれを備えた通信モジュールおよび通信装置に関し、より特定的には、アンテナモジュールの指向性を調整するための技術に関する。

平面形状のアンテナ素子（放射電極）を搭載したパッチアンテナが知られている。パッチアンテナにおいては、用途によっては、放射される電波の方向（指向性）を調整することが必要となる場合がある。

特開２０１７−１９１９６１号公報（特許文献１）においては、給電素子の上方に無給電素子を配置したスタック型のパッチアンテナを用いたレーダシステムにおいて、無給電素子を給電素子の直上からオフセットさせることによって、放射される電波のＥ面（電界面）パターンを非対称として指向性を調整する構成が開示されている。

特開２０１７−１９１９６１号公報

パッチアンテナは、携帯電話あるいはスマートフォンなどの携帯端末に用いられる場合があるが、このような機器においては、機器全体の小型化および薄型化のニーズから、アンテナモジュール自体の小型化が必要とされる。

特許文献１に開示される構成においては、指向性を調整するためにスタック型の無給電素子を別途設ける必要がある。そのため、携帯端末などの小型機器において、特許文献１のような構成を採用することで指向性を調整すると、アンテナモジュールの小型化の妨げになる可能性がある。

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、平面形状の放射電極を有するアンテナモジュールにおいて、放射電極の数を増やすことなく、放射される電波の指向性を調整することである。

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る放射電極および接地電極と、少なくとも１つの電流遮断素子とを備える。放射電極は、高周波信号を放射する。接地電極は、誘電体基板において放射電極とは異なる層に配置される。少なくとも１つの電流遮断素子は、接地電極に電気的に接続され、接地電極に流れる電流を遮断するように構成される。少なくとも１つの電流遮断素子は、接地電極と平行であり、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む。放射電極から放射される高周波信号の波長をλとした場合に、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。

本開示によれば、アンテナモジュールの接地電極に、当該接地電極に流れる電流を遮断するように構成された電流遮断素子が設けられる。これによって、接地電極に流れる電流を調整することができるので、放射電極の数を増やすことなく電波の指向性を調整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。 図１のアンテナモジュールの詳細を説明するための平面図および断面図である。 図２の電流遮断素子において、電流が遮断される原理を説明するための図である。 電流遮断素子の他の例を示す図である。 偏波方向に直交する方向に電流遮断素子を配置した場合と、電流遮断素子を配置しない比較例の場合とにおける、接地電極の電流分布の例を示す図である。 図５における実施の形態１の場合と比較例の場合とにおけるゲインを説明するための図である。 偏波方向に平行な方向に電流遮断素子を配置した場合と、電流遮断素子を配置しない比較例の場合とにおける、接地電極の電流分布の例を示す図である。 図７における実施の形態１の場合と比較例の場合とにおけるゲインを説明するための図である。 電流遮断素子の第１の変形例を説明するための図である。 電流遮断素子の第２の変形例を説明するための図である。 実施の形態２に係るアンテナモジュールの詳細を説明するための平面図および断面図である。 実施の形態２および比較例における指向性を比較するための図である。 実施の形態２および比較例におけるアンテナ特性を比較するための図である。 実施の形態２の変形例１のアンテナモジュールの平面図である。 変形例１および比較例におけるアイソレーション特性を比較するための図である。 実施の形態２における電流遮断素子の第１例を説明するための図である。 図１１のアンテナモジュールおよび図１６のアンテナモジュールにおけるアイソレーション特性を比較するための図である。 実施の形態２における電流遮断素子の第２例を説明するための図である。 図１１のアンテナモジュールおよび図１８のアンテナモジュールにおけるアイソレーション特性を比較するための図である。 実施の形態２における電流遮断素子の第３例を説明するための図である。 実施の形態２における電流遮断素子の第４例を説明するための図である。 図２１のアンテナモジュールにおけるアイソレーション特性を説明するための図である。 ４×４のアンテナアレイに図１１の電流遮断素子を適用した場合のアンテナモジュールの平面図である。 ４×４のアンテナアレイに図１６の電流遮断素子を適用した場合のアンテナモジュールの平面図である。 アンテナアレイにおける指向性の傾斜方向を説明するための図である。 図２３および図２４のアンテナアレイのＸＰＤを説明するための図である。 ４×４のアンテナアレイを２×２のサブモジュールを用いて形成した場合のアンテナモジュールの平面図である。 実施の形態３に従う通信モジュールを説明するための図である。 実施の形態４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。 実施の形態４の変形例に係るアンテナモジュールの平面図である。

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のブロック図の一例である。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。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の一例は、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（放射電極）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。なお、図１においては、アンテナ装置１２０が二次元のアレイ状に配置された複数のアンテナ素子１２１で形成される例を示しているが、アンテナ素子１２１は必ずしも複数である必要はなく、１つのアンテナ素子１２１でアンテナ装置１２０が形成される場合であってもよい。また、複数のアンテナ素子１２１が一列に配置された一次元アレイであってもよい。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り、上段に平面図が示されており、下段に給電点ＳＰ１を通る断面図が示されている。なお、図２の上段の平面図においては、内部の構成を見やすくするために、誘電体基板１３０の一部が省略されている。

図２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、電流遮断素子１５０と、接地電極ＧＮＤとを含む。なお、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。

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、略正方形のアンテナ素子１２１が配置される。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、アンテナ素子１２１の給電点ＳＰ１に伝達される。給電点ＳＰ１は、アンテナ素子１２１の中心（対角線の交点）から、図２のＸ軸の負方向にオフセットした位置に配置されている。給電点ＳＰ１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Ｘ軸方向を偏波方向とする電波が放射される。

電流遮断素子１５０は、アンテナ素子１２１からＸ軸方向に離間した位置に、偏波方向と交差する方向に延在するように配置されている。より具体的には、電流遮断素子１５０は、誘電体基板１３０のＸ−Ｙ平面に沿って偏波方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）に延在するように配置されている。図２の例においては、２つの電流遮断素子１５０が、アンテナ素子１２１からＸ軸の正方向および負方向に離間した位置にそれぞれ配置されている。

電流遮断素子１５０は、接地電極ＧＮＤに平行な矩形状の平面電極１５１と、複数のビア１５２とを含む。電流遮断素子１５０は、平面電極１５１の長辺の一方（第１端部）において、複数のビア１５２を介して接地電極ＧＮＤに接続されている。平面電極１５１の長辺の他方（第２端部）は開放状態であり、図２のようにビア１５２を通るＸ軸に平行な断面を見ると、電流遮断素子１５０は略Ｌ字形状を有している。図２の例においては、電流遮断素子１５０は、第１端部側がアンテナ素子１２１に面するように配置されている。

アンテナ素子１２１から放射される電波の波長をλとすると、図３に示されるように、平面電極１５１のＸ軸方向の寸法（すなわち、短辺の寸法）は略λ／４となるように設定される。ここで、本開示において「略λ／４」とは、λ／４に対して±１０％の範囲内の寸法を含むことを意味する。

また、平面電極１５１のＹ軸方向の寸法（すなわち、長辺の寸法）は、平面電極１５１の長辺に対向するアンテナ素子１２１の辺よりも長い。一般的には、アンテナ素子１２１の一辺の長さは、放射される電波の半波長（λ／２）となるように設計されるので、平面電極１５１の長辺はλ／２よりも長くすることが好ましい。

電流遮断素子１５０は、後述するように、接地電極ＧＮＤに流れる電流を遮断する機能を有する。アンテナ特性は、アンテナ素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間の電磁界の分布によって定まるため、接地電極ＧＮＤに流れる電流の分布を変化させることによって、アンテナ特性を調整することができる。

図２において、アンテナ素子、電極、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ている。

図３は、電流遮断素子１５０において、接地電極ＧＮＤに電流が遮断される原理を説明するための図である。図３中の矢印ＡＲ１のように、接地電極ＧＮＤに紙面の左から右に向かって電流が流れる場合を想定する。電流遮断素子１５０に到達した電流の一部は、ビア１５２を介して平面電極１５１に流れる。このとき、平面電極１５１の第１端部から第２端部までの寸法ｄがλ／４であるため、平面電極１５１に流れる電流の位相は共振により反転される。これにより、平面電極１５１の開放端（第２端部）の部分（図３中の領域ＲＧ１）において、接地電極ＧＮＤを流れる電流が平面電極１５１に流れる電流によってキャンセルされる。結果として、矢印ＡＲ２に示す方向には反射電流が流れるが、矢印ＡＲ３に示す方向への電流は遮断される。なお、図には示されていないが、図３において接地電極ＧＮＤの紙面の右側から左側に流れる電流についても、電流遮断素子１５０において遮断される。このように、接地電極ＧＮＤに電流遮断素子１５０を設けることによって、接地電極ＧＮＤの電流分布を調整することができる。

なお、図３に示した電流遮断素子１５０においては平面電極１５１の第１端部から第２端部までの寸法をλ／４としたが、図３の平面電極１５１の部分を、図４の電流遮断素子１５０Ａの平面電極１５１Ａに示されるように、開放端部が接地電極ＧＮＤに接近するような形状とすることで、第１端部から第２端部までの寸法をλ／４未満とすることも可能である。これは開放端部を接地電極ＧＮＤに接近させることで、寄生容量Ｃｐｒが増加して電流遮断素子１５０Ａの共振周波数が変化するためである。電流遮断素子の配置が制限されるような場合には、図４のような構成を採用することで、アンテナモジュールの小型化を図ることができる。

次に図５〜図８を用いて、電流遮断素子によるアンテナ特性への影響について説明する。

図５は、図２で示した実施の形態１のアンテナモジュール１００（図５（ｂ））と、電流遮断素子１５０を設けない比較例であるアンテナモジュール１００＃（図５（ａ））とにおける、接地電極ＧＮＤの電流分布を示す図である。図５および後述する図７においては、色が濃くなるほど電流の強度は小さくなる。

図５に示されるように、比較例のアンテナモジュール１００＃と、実施の形態１のアンテナモジュール１００とでは、接地電極ＧＮＤの電流分布が異なっている。より具体的には、比較例のアンテナモジュール１００＃に比べて、実施の形態１のほうが、電流遮断素子１５０よりも内側（すなわちアンテナ素子１２１側）の電流強度が大きくなっており、電流遮断素子１５０よりも外側の部分（図５中の領域ＲＧ２）における電流強度は小さくなっている。

図６は、図５における実施の形態１の場合と比較例の場合とにおけるゲインを説明するための図である。図６の上段には、実施の形態１のアンテナモジュール１００の平面図が示されており、図６の下段には、実施の形態１および比較例のゲインが示されている。図６の下段のグラフにおいて、横軸にはアンテナモジュールの法線方向（Ｚ軸方向）からＸ軸方向への角度が示されており、縦軸にはピークゲインが示されている。なお、図６のグラフにおいて、実線Ｌ１０は実施の形態１のアンテナモジュール１００のゲインを示しており、破線Ｌ１１は比較例のアンテナモジュール１００＃のゲインを示している。

図６を参照して、実施の形態１のアンテナモジュール１００と比較例のアンテナモジュール１００＃とでは、ゲインの全体的な形状（メインローブ，サイドローブの形状）は大きく変わらないが、実施の形態１のアンテナモジュール１００の方が比較例に比べて、メインローブ（０°付近）のゲインが大きくなっている。すなわち、電流遮断素子１５０を配置することによって、指向性が改善されている。

図７は、アンテナ素子１２１の偏波方向に平行な方向に電流遮断素子１５０Ａを配置した場合のアンテナモジュール１００Ａ（図７（ｂ））と、電流遮断素子を設けない比較例であるアンテナモジュール１００＃Ａ（図７（ａ））とにおける、接地電極ＧＮＤの電流分布を示す図である。なお、図７においては、誘電体基板１３０および接地電極ＧＮＤは、Ｙ軸方向に平行な辺を長辺とする矩形形状とされている。図７（ｂ）においては、電流遮断素子１５０Ａは、アンテナ素子１２１からＹ軸方向に離間した位置に配置される。

図７の場合においても、電流遮断素子１５０Ａによって接地電極ＧＮＤの電流分布が変化していることがわかる。特に、電流遮断素子１５０Ａの外側の部分における接地電極ＧＮＤの電流強度が、比較例の場合に比べて小さくなっている（図７中の領域ＲＧ３）。

図８は、図７における電流遮断素子１５０Ａが配置されたアンテナモジュール１００Ａの場合と比較例のアンテナモジュール１００＃Ａの場合とにおけるゲインを説明するための図である。図８の上段には、アンテナモジュール１００Ａの平面図が示されており、図８の下段には、アンテナモジュール１００Ａおよびアンテナモジュール１００＃Ａのゲインが示されている。図８の下段のグラフにおいて、横軸にはアンテナモジュールの法線方向（Ｚ軸方向）からＹ軸方向への角度が示されており、縦軸にはピークゲインが示されている。なお、図８のグラフにおいて、実線Ｌ２０はアンテナモジュール１００Ａのゲインを示しており、破線Ｌ２１は比較例のアンテナモジュール１００＃Ａのゲインを示している。

図８の場合においても、図６と同様に、アンテナモジュール１００Ａと比較例のアンテナモジュール１００＃Ａとでは、ゲインの全体形状については大きく変わらないが、アンテナモジュール１００Ａの方がアンテナモジュール１００＃Ａに比べて、メインローブ（０°付近）のゲインが大きくなっている。すなわち、電流遮断素子１５０Ａを配置することによって、指向性が改善されている。

以上のように、実施の形態１に係る平面形状のアンテナ素子を有するアンテナモジュールにおいて、接地電極に電流遮断素子を配置して接地電極に流れる電流分布を調整することによって、放射電極の数を増やすことなくアンテナモジュールの指向性を調整することができる。

（電流遮断素子の変形例）
実施の形態１においては、接地電極に平行に配置された平面電極をビアによって接地電極に接続することで電流遮断素子を形成する構成について説明したが、電流遮断素子は他の態様で形成されてもよい。

図９の第１の変形例においては、異なる層に平行に配置された２つの接地電極ＧＮＤ１，ＧＮＤ２において、上面側の接地電極ＧＮＤ２にスリット１７５が形成されており、スリット１７５の一方の端部がビア１７０により接地電極ＧＮＤ１と接続され、スリット１７５の他方の端部からλ／４の位置において接地電極ＧＮＤ１と接地電極ＧＮＤ２とがビア１７１によって接続される。そのため、接地電極ＧＮＤ２を流れる電流は、矢印ＡＲ４のように、ビア１７０、接地電極ＧＮＤ１、ビア１７１を経由して接地電極ＧＮＤ２へと至るが、接地電極ＧＮＤ２のスリット１７５の部分（図９中の領域ＲＧ４）において、対向する電流が打ち消しあって、結果的に接地電極ＧＮＤ２に流れる電流が遮断される。これによって、接地電極の電流分布を調整することができるので、アンテナモジュールの指向性を調整することが可能となる。

また、図１０の第２の変形例においては、２つの接地電極ＧＮＤ１，ＧＮＤ２を有するアンテナモジュールにおいて、接地電極ＧＮＤ２の端部からλ／４の位置において、接地電極ＧＮＤ１と接地電極ＧＮＤ２とがビア１７２によって接続される構成となっている。

図１０の第２の変形例の構成においては、接地電極ＧＮＤ１および接地電極ＧＮＤ２の端部（図１０中の領域ＲＧ５）において、接地電極を流れる電流が打ち消される。これによって、接地電極の電流分布を調整することができるので、アンテナモジュールの指向性を調整することが可能となる。

［実施の形態２］
実施の形態１においては、１つのアンテナ素子が形成されたアンテナモジュールにおいて、接地電極に電流遮断素子を形成することによって指向性を調整する構成について説明した。

実施の形態２においては、複数のアンテナ素子が形成されたアンテナモジュールにおいて、隣接するアンテナ素子間に電流遮断素子を形成することによって、指向性の調整とともに、アンテナ素子間のアイソレーションを向上させる構成について説明する。

図１１は、実施の形態２に係るアンテナモジュール１００Ｂの詳細を説明するための平面図（上段）および断面図（下段）である。アンテナモジュール１００Ｂにおいては、４つのアンテナ素子１２１が２×２のアレイ状に配置されている。説明を容易にするために、図１１の平面図において、紙面の左上のアンテナ素子をＰ１、左下のアンテナ素子をＰ２、右上のアンテナ素子をＰ３、右下のアンテナ素子をＰ４と称する。

アンテナモジュール１００Ｂにおいては、アンテナ素子Ｐ１，Ｐ３の間、およびアンテナ素子Ｐ２，Ｐ４の間に、実施の形態１で示したような電流遮断素子１５０がＹ軸に沿って配置されている。このような位置に電流遮断素子１５０を配置することによって、接地電極ＧＮＤにおいて、アンテナ素子Ｐ１，Ｐ２が配置される領域ＲＧ１０とアンテナ素子Ｐ３，Ｐ４が配置される領域ＲＧ１１との間に流れる電流が遮断される。これによって、アンテナモジュール１００Ｂの指向性を調整することができるとともに、領域ＲＧ１０のアンテナ素子と領域ＲＧ１１のアンテナ素子との間のアイソレーションを改善することができる。

次に、図１２および図１３を用いて、図１１の実施の形態２の電流遮断素子１５０が配置されたアンテナモジュール１００Ｂと、電流遮断素子１５０が配置されない比較例との間における指向性およびアンテナ特性の比較について説明する。

図１２は、実施の形態２および比較例における指向性を比較するための図である。図１２の上段には、実施の形態２および比較例のアンテナモジュールの概略構成が記載されている。図１２の中段および下段には、アンテナ素子Ｐ１のみを励振させた場合の、Ｚ軸方向からアンテナモジュールを平面視したときのゲインの分布（中段）およびＹ−Ｚ平面のゲイン（下段）のシミュレーション結果がそれぞれ示されている。図１２の中段において、ゲインは濃度が濃くなるにつれて大きくなる。また、図１２の下段においては、Ｚ軸上のピークゲインの値が示されている。なお、図１２および図１３のシミュレーションにおいては、放射する電波の周波数帯域が２８ＧＨｚを中心周波数とする帯域幅（以下、「放射帯域幅」とも称し、たとえば２６ＧＨｚ〜３０ＧＨｚの範囲）の場合を例として説明する。

図１２の中段を参照すると、比較例のアンテナモジュールにおいては、強度が最も大きくなる領域（ピーク領域）は、矢印ＡＲ６で示される部分であり、アンテナ素子Ｐ３の上方となっている。一方で、実施の形態２のアンテナモジュール１００Ｂにおいては、ピーク領域は矢印ＡＲ７で示されるアンテナ素子Ｐ２の上方となっている。これは、電流遮断素子１５０によって、接地電極ＧＮＤにおいて、アンテナ素子Ｐ１側の領域（領域ＲＧ１０）からアンテナ素子Ｐ３側の領域（領域ＲＧ１１）へと流れる電流が遮断されたことによるものである。

また、Ｘ−Ｙ平面におけるアンテナモジュール中心からピーク領域までの距離（すなわち、矢印ＡＲ６，ＡＲ７の長さ）は、実施の形態２のアンテナモジュール１００Ｂ方が比較例に比べて短くなっており、さらにピーク領域におけるゲインの大きさ（図中の濃度）も大きくなっている。図１２の下段においても、Ｚ軸上でのピークゲインが、２．８２ｄＢｉから３．２２ｄＢｉへと向上している。

このように、電流遮断素子１５０を配置することによって、ゲインのピーク領域が、電波の放射方向であるＺ軸に近づき、さらにピークゲインも向上するため、アンテナモジュールの指向性が改善される。

なお、図には示されていないが、他のアンテナ素子Ｐ２〜Ｐ４についても同様にピーク領域がＺ軸に近づくため、アンテナモジュール全体としても指向性が改善される。

図１３においては、上段には、アンテナ素子Ｐ１とアンテナ素子Ｐ３との間のアイソレーション特性が示されている。また、図１３の中段および下段には、全てのアンテナ素子を励振させた場合の、Ｙ−Ｚ平面において電波の放射方向をチルトさせないときのゲイン（中段）、および、Ｙ−Ｚ平面において電波の放射方向を−３０°チルト（傾斜）させたときのゲイン（下段）がそれぞれ示されている。

図１３においては、いずれも実線ＬＮ３１、ＬＮ３３，ＬＮ３５が実施の形態２のアンテナモジュール１００Ｂの場合を示しており、破線ＬＮ３２、ＬＮ３４，ＬＮ３６が比較例のアンテナモジュールの場合を示している。

図１３の上段においては、アンテナ素子Ｐ１とアンテナ素子Ｐ３との間のアイソレーションが示されているが、対象となる放射帯域幅（２６ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）においては、実施の形態２の電流遮断素子１５０を配置した構成の方がアイソレーションが大きくなっており、アンテナ素子Ｐ１とアンテナ素子Ｐ３との間のアイソレーション特性が改善されていることがわかる。

図１３の中段の、チルトなしの場合のゲインについては、角度が０°のビームの放射方向（すなわち、Ｚ軸方向）は、実施の形態２のアンテナモジュール１００Ｂの方が比較例よりも大きくなっている。一方で、サイドローブのゲインについては、実施の形態２のアンテナモジュール１００Ｂの方が比較例よりも小さくなっている。

同様に、ビームの放射方向を−３０°チルトさせた場合（図１３の下段）についても、チルト角が−３０°におけるゲインは実施の形態２のアンテナモジュール１００Ｂの方が比較例よりも大きくなっており、サイドローブのゲインは実施の形態２のアンテナモジュール１００Ｂの方が比較例よりも小さくなっている。

このように、アンテナ素子間に電流遮断素子１５０を配置することによって、チルトの有無にかかわらず、指向性およびアンテナ特性を改善することができる。

なお、図１１においては、４つのアンテナ素子が２×２のアレイ状に配置されるアンテナモジュールの例について説明したが、さらに多くのアンテナ素子を有するアンテナモジュールにおいても当該構成を適用してもよい。

（変形例１）
図１１で示した実施の形態２のアンテナモジュール１００Ｂにおいては、アンテナ素子Ｐ１，Ｐ２が配置される領域ＲＧ１０と、アンテナ素子Ｐ３，Ｐ４が配置される領域ＲＧ１１との間に電流遮断素子１５０を配置する構成について説明した。

実施の形態２の変形例１においては、領域ＲＧ１０のアンテナ素子Ｐ１，Ｐ２の間、および領域ＲＧ１１のアンテナ素子Ｐ３、Ｐ４の間に電流遮断素子をさらに配置することによって、アンテナ素子Ｐ１とアンテナ素子Ｐ２との間、およびアンテナ素子Ｐ３とアンテナ素子Ｐ４との間のアイソレーション特性を改善する構成について説明する。

図１４は、実施の形態２の変形例１に従う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、図１１で説明したアンテナモジュール１００Ｂに、電流遮断素子１５５がさらに追加された構成となっている。アンテナモジュール１００Ｃにおいて、図１１のアンテナモジュール１００Ｂと重複する要素の説明は繰り返さない。

図１４を参照して、電流遮断素子１５５は、アンテナ素子Ｐ１とアンテナ素子Ｐ２との間、およびアンテナ素子Ｐ３とアンテナ素子Ｐ４との間に、Ｘ軸に沿って配置される。図１４には断面図が示されていないが、電流遮断素子１５５は、電流遮断素子１５０と同様に、接地電極ＧＮＤに平行な平面電極と、当該平面電極と接地電極ＧＮＤとを接続する複数のビアで形成されている。

言い換えると、アンテナモジュール１００Ｃにおいては、各アンテナ素子について、Ｘ軸方向（第１方向）に隣接して配置されたアンテナ素子との間に電流遮断素子１５０（第１電流遮断素子）が配置され、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向（第２方向）に隣接して配置されたアンテナ素子との間に電流遮断素子１５５（第２電流遮断素子）が配置される。

なお、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、電流遮断素子１５５の平面電極のＹ軸方向の寸法はλ／４となるように設定される。また、電流遮断素子１５５の平面電極の開放端は、アンテナ素子Ｐ１，Ｐ３に対向するように配置されてもよいし、アンテナ素子Ｐ２，Ｐ４に対向するように配置されてもよい。

図１５は、アンテナ素子Ｐ１とアンテナ素子Ｐ２との間に電流遮断素子１５５を配置した変形例１のアンテナモジュール１００Ｃと、電流遮断素子１５５のない比較例のアンテナモジュールにおけるアイソレーション特性を比較するための図である。なお、比較例の構成は、図１１のアンテナモジュール１００Ｂに対応する。図１５において、横軸には周波数が示されており、縦軸にはアンテナ素子Ｐ１とアンテナ素子Ｐ２との間のアイソレーション特性が示されている。実線ＬＮ４０は変形例１におけるアイソレーションを示しており、破線ＬＮ４１は比較例におけるアイソレーションを示している。

図１５に示されるように、アンテナ素子から放射される電波の放射帯域幅（２６ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）においては、変形例１の方が比較例よりもアイソレーションが大きくなっており、アンテナ素子Ｐ１とアンテナ素子Ｐ２との間のアイソレーション特性が向上していることがわかる。

このように、アレイ状に配列された複数のアンテナ素子の各々について、直交する２つの方向に隣接する他のアンテナ素子との間に電流遮断素子を配置することによって、放射電極の数を増やすことなく放射される電波の指向性を改善することができ、さらにアンテナ素子間におけるアイソレーション特性を改善することができる。

上記の変形例１の構成は、１つのアンテナ素子から異なる偏波方向の２つの電波を放射することが可能な、いわゆるデュアル偏波型のアンテナモジュールにより適している。なお、変形例１の構成についても、４つより多くのアンテナ素子を有するアンテナモジュールに適用してもよい。

（変形例２）
次に、実施の形態２の変形例２として、電流遮断素子の構成のバリエーションについて図１６〜図２０を用いて説明する。なお、以下の変形例２の説明においては、説明を容易にするために、２つのアンテナ素子を有する一次元アレイのアンテナモジュールの場合を例として説明するが、図１１に示したような２×２の二次元アレイのアンテナモジュールであってもよいし、さらに多くのアンテナ素子を有する二次元アレイのアンテナモジュールであってもよい。また、二次元アレイの場合には、図１４の変形例１のように、第１方向に隣接するアンテナ素子との間、および第２方向に隣接するアンテナ素子との間の双方に電流遮断素子を配置してもよい。

（ａ）第１例
図１６は、実施の形態２における電流遮断素子の第１例を説明するための平面図（上段）および断面図（下図）である。図１６のアンテナモジュール１００Ｄにおいては、Ｘ軸方向に隣接する２つのアンテナ素子Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａの間に、２つの電流遮断素子１５０Ｂ１，１５０Ｂ２が配置されている。電流遮断素子１５０Ｂ１および電流遮断素子１５０Ｂ２は、実施の形態１の電流遮断素子１５０と同様に、第１端部と第２端部との間の長さがλ／４である平面電極１５１Ｂ１，１５１Ｂ２と、当該平面電極を接地電極ＧＮＤに接続するための複数のビア１５２とを含み、略Ｌ字形状の断面を有している。

電流遮断素子１５０Ｂ１および電流遮断素子１５０Ｂ２は、図１６のＹ軸に沿って互いに平行に配置されている。電流遮断素子１５０Ｂ１は電流遮断素子１５０Ｂ２よりもアンテナ素子Ｐ１Ａ側に配置されており、電流遮断素子１５０Ｂ２は電流遮断素子１５０Ｂ１よりもアンテナ素子Ｐ２Ａ側に配置されている。

電流遮断素子１５０Ｂ１は、平面電極１５１Ｂ１の開放端（第２端部）がアンテナ素子Ｐ２Ａに向くように配置される。一方、電流遮断素子１５０Ｂ２は、平面電極１５１Ｂ２の開放端（第２端部）がアンテナ素子Ｐ１Ａに向くように配置される。すなわち、電流遮断素子１５０Ｂ１および電流遮断素子１５０Ｂ２は、平面電極の開放端が互いに対向するように配置される。そして、電流遮断素子１５０Ｂ１および電流遮断素子１５０Ｂ２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、電流遮断素子１５０Ｂ１および電流遮断素子１５０Ｂ２の互いに対向する２つの開放端は、必ずしも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、電流遮断素子１５０Ｂ１および電流遮断素子１５０Ｂ２が２つの共振モードで共振する状態となる場合もある。

図１７は、図１６のアンテナモジュール１００Ｄにおけるアイソレーション特性を説明するための図である。図１７においては、図１１で示した電流遮断素子１５０を用いたアンテナモジュール１００Ｂを比較例として用いる。図１７において、横軸には周波数が示されており、縦軸にはアンテナ素子Ｐ１Ａとアンテナ素子Ｐ２Ａとの間のアイソレーション特性が示されている。実線ＬＮ５０はアンテナモジュール１００Ｄにおけるアイソレーションを示しており、破線ＬＮ５１は比較例におけるアイソレーションを示している。

図１７に示されるように、アンテナ素子から放射される電波の放射帯域幅（２６ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）においては、アンテナモジュール１００Ｄの方が比較例よりもアイソレーションが大きくなっており、アンテナ素子Ｐ１Ａとアンテナ素子Ｐ２Ａとの間のアイソレーション特性がより一層向上していることがわかる。

（ｂ）第２例
図１８は、実施の形態２における電流遮断素子の第２例を説明するための平面図である。図１８のアンテナモジュール１００Ｅにおいては、隣接する２つのアンテナ素子Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａの間に、Ｙ軸方向に２つに分割された電流遮断素子１５０Ｃ１，１５０Ｃ２が配置されている。電流遮断素子１５０Ｃ１，１５０Ｃ２は、Ｙ軸に沿って交互に配置されている。

電流遮断素子１５０Ｃ１，１５０Ｃ２の各々の構成は、基本的には実施の形態１で説明した電流遮断素子１５０と同様であり、Ｘ軸方向の寸法がλ／４の平面電極とビアとを含んで構成される。ただし、電流遮断素子１５０Ｃ１については開放端（第２端部）がアンテナ素子Ｐ２Ａに向くように配置されており、電流遮断素子１５０Ｃ２については開放端（第２端部）がアンテナ素子Ｐ１Ａに向くように配置されている。

なお、図１８においては、アンテナ素子Ｐ１Ａとアンテナ素子Ｐ２Ａとの間に２つに分割された電流遮断素子１５０Ｃ１，１５０Ｃ２が配置された例を示しているが、分割数は２より大きくてもよい。たとえば、４つの電流遮断素子について、Ｙ軸に沿って開放端が交互になるように配置される構成であってもよい。

図１９は、図１８のアンテナモジュール１００Ｅにおけるアイソレーション特性を説明するための図である。図１９においても、第１例の場合と同様に、図１１で示した電流遮断素子１５０を用いたアンテナモジュール１００Ｂを比較例として用いる。図１９において、横軸には周波数が示されており、縦軸にはアンテナ素子Ｐ１Ａとアンテナ素子Ｐ２Ａとの間のアイソレーション特性が示されている。実線ＬＮ６０はアンテナモジュール１００Ｅにおけるアイソレーションを示しており、破線ＬＮ６１は比較例におけるアイソレーションを示している。

図１９に示されるように、アンテナ素子から放射される電波の放射帯域幅（２６ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）においては、アンテナモジュール１００Ｅの方が比較例よりもアイソレーションが大きくなっており、アンテナ素子Ｐ１Ａとアンテナ素子Ｐ２Ａとの間のアイソレーション特性がより一層向上していることがわかる。

（ｃ）第３例
図２０は、実施の形態２における電流遮断素子の第２例を説明するための平面図である。図２０のアンテナモジュール１００Ｆにおいては、隣接する２つのアンテナ素子Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａの間に、開放端（第２端部）が互いに対向するように配置された２つの電流遮断素子１５０Ｄ１，１５０Ｄ２が配置されている。電流遮断素子１５０Ｄ１，１５０Ｄ２の各々は、開放端が櫛歯形状を有しており、一方の櫛歯の凹部と他方の櫛歯の凸部とが互い対向するように組み合わされている。各電流遮断素子において、櫛歯の凸部の寸法がλ／４に設定される。

このような構成においても、電流遮断素子１５０Ｄ１，１５０Ｄ２によって、アンテナ素子Ｐ１Ａとアンテナ素子Ｐ２Ａとのアイソレーション特性を改善することができる。

（ｄ）第４例
図２１は、実施の形態２における電流遮断素子の第４例を説明するための図である。図２１のアンテナモジュール１００Ｇにおいては、Ｙ軸方向に隣接する２つのアンテナ素子Ｐ１Ｂ，Ｐ３Ｂの間に、４つの電流遮断素子１５５Ａ１，１５５Ａ２−１，１５５Ａ２−２，１５５Ａ３が、Ｘ軸方向に沿って並置されている。電流遮断素子１５５Ａ１，１５５Ａ２−１，１５５Ａ２−２，１５５Ａ３は、Ｘ軸方向に沿った辺の長さがそれぞれλ／４の矩形状の平面電極を有している。なお図２１の例においては、電流遮断素子１５５Ａ２−１および電流遮断素子１５５Ａ２−２が結合されて、Ｘ軸方向に沿った辺の長さがλ／２の矩形状の平面電極を有する電流遮断素子１５５Ａ２を構成している。

電流遮断素子１５５Ａ２は、Ｘ軸方向に沿った辺の中点を通りＹ軸方向に沿って配置された複数のビアによって、接地電極ＧＮＤに接続されている。電流遮断素子１５５Ａ２のＸ軸方向の両端部は開放端となっている。すなわち、電流遮断素子１５５Ａ２は、２つの電流遮断素子１５５Ａ２−１，１５５Ａ２−２がビアを共有して背面接続された構成と等価である。電流遮断素子１５５Ａ２と接地電極ＧＮＤとを接続するビアから、両開放端までの距離はλ／４である。

電流遮断素子１５５Ａ１は、Ｘ軸の負方向の端部においてＹ軸方向に沿って配置された複数のビアによって、接地電極ＧＮＤに接続されている。そして、電流遮断素子１５５Ａ１は、電流遮断素子１５５Ａ１のＸ軸の正方向の端部（開放端）が、電流遮断素子１５５Ａ２のＸ軸の負方向の開放端と対向するように配置されている。電流遮断素子１５５Ａ３は、Ｘ軸の正方向の端部においてＹ軸方向に沿って配置された複数のビアによって、接地電極ＧＮＤに接続されている。そして、電流遮断素子１５５Ａ３は、電流遮断素子１５５Ａ３のＸ軸の負方向の端部（開放端）が電流遮断素子１５５Ａ２のＸ軸の正方向の開放端と対向するように配置されている。すなわち、アンテナモジュール１００Ｇにおいては、アンテナ素子Ｐ１Ｂ，Ｐ３Ｂの間において、アンテナ素子Ｐ１Ｂ，Ｐ３Ｂから放射される電波の偏波方向（Ｘ軸方向）に、２組の対向型の電流遮断素子が形成されている。

なお、誘電体基板１３０のＸ軸方向の寸法が大きい場合には、３組以上の対向型の電流遮断素子が形成されてもよい。また、電流遮断素子は、必ずしも対向型である必要はなく、開放端が同じ方向（たとえば、Ｘ軸の正方向）に向くように複数の同じ形状の電流遮断素子が配置された構成であってもよい。

このような電流遮断素子の配置とすることによって、接地電極ＧＮＤを流れるＸ軸方向の電流を遮断することができるので、接地電極ＧＮＤを流れる電流分布を調整することができる。

図２２は、図２１のアンテナモジュール１００Ｇにおけるアイソレーション特性を説明するための図である。図２２においては、電流遮断素子を有しないアンテナモジュールを比較例として用いる。図２２において、横軸には周波数が示されており、縦軸にはアンテナ素子Ｐ１Ｂとアンテナ素子Ｐ３Ｂとの間のアイソレーション特性が示されている。実線ＬＮ７０はアンテナモジュール１００ＧＮＤにおけるアイソレーションを示しており、破線ＬＮ７１は比較例におけるアイソレーションを示している。

図２２に示されるように、アンテナ素子から放射される電波の放射帯域幅（２６ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）においては、アンテナモジュール１００Ｇの方が比較例よりもアイソレーションが大きくなっており、アンテナ素子Ｐ１Ｂとアンテナ素子Ｐ２Ｂとの間のアイソレーション特性が向上していることがわかる。

（ＸＰＤへの影響）
複数のアンテナ素子をアレイ状に配列したアンテナモジュールにおいては、各アンテナ素子から放射される電波の位相を調整することによってビームの放射方向を調整するビームフォーミングが可能である。一般的に、アンテナ素子から電波が放射される場合には、所望の偏波方向に交差する交差偏波が少なからず発生することが知られている。ビームフォーミングの際には、隣接する他のアンテナ素子から放射される交差偏波の影響が生じ、交差偏波識別度（Cross Polarization Discrimination：ＸＰＤ）が低下し得る。以下に、本実施の形態の電流遮断素子によるＸＰＤへの影響について説明する。

図２３および図２４は、４×４のアンテナアレイに電流遮断素子を適用した場合のアンテナモジュールの例の平面図である。図２３および図２４の例においては、各アンテナ素子間にＹ軸に沿って電流遮断素子が配置されている。図２３のアンテナモジュール１００Ｇは、図１１で示した電流遮断素子１５０が配置された場合の例であり、図２４のアンテナモジュール１００Ｊは、図１６で示した電流遮断素子１５０Ｂが配置された場合の例である。ＸＰＤは、主偏波のピークゲインと交差偏波のピークゲインとの差で表されるので、ＸＰＤの値（ｄＢ値）が大きくなるほど交差偏波の影響が小さくなる。なお、一般的には、ＸＰＤの目標は２０ｄＢ前後とされる場合が多い。

ここで、図２５を用いてアンテナアレイにおける指向性の傾斜方向を説明する。上述のように、各アンテナ素子に供給される高周波信号の位相を調整することによって、放射される電波のビーム方向（指向性）を傾斜させることができる。図２５のように、Ｘ軸方向を水平方向、Ｙ軸方向を鉛直方向とした場合、Ｚ軸方向から水平方向（アジマス方向）へのビームの傾斜角度をθで表し、Ｚ軸方向から鉛直方向（エレベーション方向）へのビームの傾斜角度をφで表す。

図２６は、上記の図２３および図２４のアンテナアレイにおいて、アジマス方向およびエレベーション方向にビームを傾斜させたときのＸＰＤのシミュレーション結果を示したグラフである。図２６においては、エレベーションφ＝０°とした状態でアジマスθを変化させた場合のＸＰＤをグラフの左側に示し、アジマスθ＝０°とした状態でエレベーションφを変化させた場合のＸＰＤをグラフの右側に示している。なお、図２６中において、線ＬＮ８０，ＬＮ９０は図２３のアンテナモジュール１００ＨのＸＰＤを示しており、線ＬＮ８１，ＬＮ９１は図２４のアンテナモジュール１００ＪのＸＰＤを示している。

図２６を参照して、アジマス方向に傾斜させた場合には、アンテナモジュール１００Ｈおよびアンテナモジュール１００Ｊのいずれも、どの角度においても６０ｄＢを超える高いＸＰＤが達成されている。これは、電流遮断素子によって、隣接するアンテナ素子による影響が低減されているためであると推測される。

一方、エレベーション方向に傾斜させた場合には、アンテナモジュール１００Ｈおよびアンテナモジュール１００Ｊのいずれも、推奨される２０ｄＢ以上のＸＰＤが実現できてはいるものの、アンテナモジュール１００Ｈ（線ＬＮ９０）はアンテナモジュール１００Ｊ（線ＬＮ９１）に比べると、ＸＰＤの数値としてはやや劣る結果となっている。

アンテナモジュール１００Ｈおよびアンテナモジュール１００Ｊのいずれも、Ｙ軸方向に隣接したアンテナ素子間には電流遮断素子が配置されていない。そのため、エレベーション方向に傾斜させた場合については、アジマス方向に傾斜させた場合のような電流遮断素子の効果は基本的には発揮されにくい。しかしながら、アンテナモジュール１００Ｊに用いられる電流遮断素子１５０Ｂのような構成では、アンテナモジュール１００Ｈに比べて電流遮断素子の配置の対称性が向上することによって、接地電極ＧＮＤにおける電流分布の対称性も改善されるため、エレベーション方向の傾斜に対しても高いＸＰＤが実現できている。このように、電流遮断素子の構成を工夫することによって接地電極ＧＮＤの電流分布を調整することで、アンテナモジュール全体のＸＰＤを改善することが期待できる。

なお、図１４で説明したアンテナモジュール１００Ｃのように、Ｙ軸方向に隣接するアンテナ素子間についても電流遮断素子を配置する構成としてもよく、そのような構成とすることで、さらにＸＰＤを改善することが可能となる。

上記の４×４のアンテナアレイの構成を有するアンテナモジュールは、図２３および図２４のように１つの誘電体基板で形成する場合に限られない。たとえば、４つの２×２のアンテナアレイを組み合わせることによって、４×４のアンテナアレイを形成してもよい。

図２７は、４×４のアンテナアレイを２×２のサブモジュールを用いて形成した場合のアンテナモジュール１００Ｋの平面図である。図２７を参照して、アンテナモジュール１００Ｋは、４つのサブモジュール１０５−１〜１０５−４を組み合わせることによって形成されている。アンテナモジュール１００Ｋにおいては、隣接する２つのサブモジュールの間には隙間が形成されている。

各サブモジュールは、いずれも同じ構造をしており、図１１あるいは図１４で示したアンテナモジュールのように、略正方形の誘電体基板１３０に、４つのアンテナ素子１２１が２×２のアレイ状に配置されている。各サブモジュールには、図１４に示したアンテナモジュール１００Ｃのように、電流遮断素子１５０Ｅ１がＸ軸方向に隣接するアンテナ素子の間にＹ軸に沿って配置されており、電流遮断素子１５５Ｅ１がＹ軸方向に隣接するアンテナ素子の間にＸ軸に沿って配置されている。

電流遮断素子１５０Ｅ１および電流遮断素子１５５Ｅ１は、図１６のアンテナモジュール１００Ｄのように、延在方向に並置される２つの電流遮断素子で構成されている。なお、電流遮断素子１５０Ｅ１および電流遮断素子１５５Ｅ１においては、双方の平面電極の開放端（第２端部）が対向するように配置されてもよいし、平面電極の他方の端部（第１端部）が対向するように配置されていてもよい。

また、各サブモジュールにおいては、誘電体基板１３０におけるＹ軸に沿った一方の辺、および、Ｘ軸に沿った一方の辺には、電流遮断素子１５０Ｅ２および電流遮断素子１５５Ｅ２がそれぞれ配置される。電流遮断素子１５０Ｅ２および電流遮断素子１５５Ｅ２は、電流遮断素子１５０Ｅ１および電流遮断素子１５５Ｅ１とは異なり、１つの電流遮断素子で構成されている。隣接する２つのサブモジュールに形成される隙間によって、サブモジュール間のアイソレーションがある程度改善される。そのため、隣接するサブモジュールの対向する辺の一方のみに電流遮断素子を配置する構成であっても、十分なアイソレーションを確保することができる。

なお、たとえばサブモジュール１０５−３，１０５−４におけるＸ軸に沿った辺、および、サブモジュール１０５−２，１０５−４におけるＹ軸に沿った辺については、当該辺に対向するサブモジュールがないため、必ずしも電流遮断素子１５０Ｅ２，１５５Ｅ２を配置する必要はない。しかしながら、すべてのサブモジュールを同一構造とすることによって、１種類のサブモジュールを用いて大きなアンテナアレイを形成することができるという利点がある。たとえば、９個のサブモジュールを用いることで６×６のアンテナアレイを形成することができ、１６個のサブモジュールを用いることで８×８のアンテナアレイを形成することができる。

［実施の形態３］
上述の実施の形態１および実施の形態２においては、アンテナ素子が配置されるアンテナモジュールに含まれる接地電極に電流遮断素子を配置する構成について説明した。

一方で、アンテナモジュールの指向性は、アンテナモジュール以外の構成によっても影響を受ける場合がある。たとえば、アンテナモジュールに含まれる接地電極は、最終的にはアンテナモジュールが搭載される実装基板に含まれる接地電極と接続される。そのため、実装基板側の接地電極の電流分布の状態によっては、アンテナモジュールの指向性が変化し得る。

そこで、実施の形態３においては、アンテナモジュールが搭載される実装基板に含まれる接地電極に電流遮断素子を配置することによって、アンテナモジュールの指向性を調整する構成について説明する。

図２８は、実施の形態３に従う通信モジュール５０を説明するための図である。通信モジュール５０は、アンテナモジュール１００と、当該アンテナモジュール１００が搭載される実装基板５２と、アンテナモジュール１００を取り囲むように配置された複数の電流遮断素子１５０Ｆとを含む。実装基板５２には、図１で説明したＢＢＩＣ２００および他の機能を有する回路が形成あるいは実装される。

このように実装基板には多くの機器あるいは回路が形成されるため、アンテナモジュールは、必ずしも実装基板の中央部分に配置されるとは限らない。また、実装基板上の各機器および回路における消費電力が異なるため、実装基板に含まれる接地電極の電流分布は、実装基板全体にわたって必ずしも一様とはならない。そのため、実装基板上におけるアンテナモジュールの位置、および、実装基板上の他の機器の動作状態等によって、実装基板の接地電極における電流分布が変化する。そうすると、それに伴ってアンテナモジュールの接地電極の電流分布も変化するため、結果としてアンテナモジュールの指向性に影響が及ぼされることになり得る。

実施の形態３の通信モジュール５０においては、アンテナモジュール１００の周囲を取り囲むように電流遮断素子１５０Ｆが配置されている。このような構成とすることによって、実装基板５２の接地電極において、アンテナモジュール１００が配置される電流遮断素子１５０Ｆの内側の電流が電流遮断素子１５０Ｆの外側へ漏洩することが抑制されるとともに、電流遮断素子１５０Ｆの外側を流れる電流が電流遮断素子１５０Ｆの内側に進入することが抑制される。

したがって、図２８のように、接地電極の電流分布が不安定となりやすい実装基板５２の端部にアンテナモジュール１００が配置されるような場合であっても、電流遮断素子１５０Ｆでアンテナモジュール１００を取り囲むことによって、アンテナモジュール１００が配置される部分（電流遮断素子１５０Ｆの内部）の電流分布を安定化することが可能となる。これによって、アンテナモジュールの指向性への影響を低減し、アンテナ特性を改善することができる。

なお、実施の形態３における電流遮断素子についても、実施の形態１，２において説明した変形例の構成を、矛盾が生じない範囲で適宜採用することが可能である。

［実施の形態４］
実施の形態４においては、２つの異なる周波数帯域の電波を放射することが可能なデュアルバンドタイプのアンテナモジュールに対して、本開示の電流遮断素子を適用した場合の例について説明する。

図２９は、実施の形態４に係るアンテナモジュール１００Ｌの平面図（上段）および断面図（下段）である。図２９を参照して、アンテナモジュール１００Ｌにおいては、実施の形態１の図２で示したアンテナモジュール１００の構成に加えて、アンテナ素子１２２と、当該アンテナ素子１２２に高周波信号を供給するための給電配線１４５と、電流遮断素子２５０とがさらに備えられている。

アンテナ素子１２２は、アンテナ素子１２１と同様に、略正方形の平板形状を有するパッチアンテナである。アンテナ素子１２２は、誘電体基板１３０の内部の層あるいは上面側の表面１３１に配置される。アンテナ素子１２１は、アンテナ素子１２２と接地電極ＧＮＤとの間の層に配置される。誘電体基板１３０の法線方向から平面視した場合に、アンテナ素子１２１とアンテナ素子１２２とは重なっている。

アンテナ素子１２２には、給電配線１４５によりＲＦＩＣ１１０からの高周波信号が伝達される。給電配線１４５は、ＲＦＩＣ１１０に接続されたはんだバンプ１６０から、接地電極ＧＮＤおよびアンテナ素子１２１を貫通して、アンテナ素子１２２の給電点ＳＰ２に接続される。給電点ＳＰ２は、アンテナ素子１２２の中心からＸ軸の正方向にオフセットした位置に配置されている。給電点ＳＰ２に高周波信号が供給されることにより、アンテナ素子１２２からＸ軸方向を偏波方向とする電波が放射される。

図２９に示されるように、アンテナ素子１２２はアンテナ素子１２１よりもサイズが小さく、アンテナ素子１２２の共振周波数はアンテナ素子１２２の共振周波数よりも高い。したがって、アンテナ素子１２２から放射される電波の周波数帯域は、アンテナ素子１２１から放射される電波の周波数帯域よりも高い。たとえば、アンテナ素子１２１からは２８ＧＨｚ帯の電波が放射され、アンテナ素子１２２からは３９ＧＨｚ帯の電波が放射される。

電流遮断素子２５０は、アンテナ素子１２２からＸ軸の正方向および負方向に離間した位置に、Ｙ軸方向に延在するように配置されている。図２９の例においては、電流遮断素子２５０は、誘電体基板１３０において、電流遮断素子１５０よりも外側に配置されている。すなわち、アンテナモジュール１００Ｌを平面視した場合に、アンテナ素子１２１，１２２と電流遮断素子２５０との間に電流遮断素子１５０が位置するような配置となっている。

電流遮断素子２５０は、電流遮断素子１５０と同様に、接地電極ＧＮＤに平行な矩形状の平面電極２５１と、複数のビア２５２とを含む。電流遮断素子２５０は、平面電極２５１の長辺の一方（第１端部）において、複数のビア２５２を介して接地電極ＧＮＤに接続されている。平面電極２５１の長辺の他方（第２端部）は開放状態であり、ビア２５２を通るＸ軸に平行な断面を見ると、電流遮断素子２５０は略Ｌ字形状を有している。

また、電流遮断素子１５０は、平面電極２５１の開放端部（第２端部）が、平面電極１５１の開放端部（第２端部）と対向するように配置されている。

平面電極２５１のＸ軸方向の寸法（すなわち、短辺の寸法）は、アンテナ素子１２２から放射される電波の波長の略１／４となるように設定される。上述のように、アンテナ素子１２２から放射される電波の周波数帯域は、アンテナ素子１２１から放射される電波の周波数帯域よりも高い。言い換えれば、アンテナ素子１２２から放射される電波の波長は、アンテナ素子１２１から放射される電波の波長よりも短い。したがって、平面電極２５１のＸ軸方向の寸法は、平面電極１５１のＸ軸方向の寸法よりも短い。

このように、異なるサイズのアンテナ素子を誘電体基板の積層方向に対向させて配置した、スタック型のデュアルバンドタイプのアンテナモジュールにおいて、放射される電波の周波数帯域に対応した電流遮断素子を個別に配置することによって、接地電極に流れる電流の分布を変化させて、各周波数帯域についてのアンテナ特性を調整することができる。

（変形例）
上記の実施の形態４では、スタック型のデュアルバンドタイプのアンテナモジュールにおいて、高周波数側のアンテナ素子から放射される電波の偏波方向が、低周波数側のアンテナ素子から放射される電波の偏波方向と同じ場合について説明した。

実施の形態４の変形例においては、高周波数側のアンテナ素子から放射される電波の偏波方向と、低周波数側のアンテナ素子から放射される電波の偏波方向とが異なる場合について説明する。

図３０は、実施の形態４の変形例に係るアンテナモジュール１００Ｍの平面図である。図３０を参照して、アンテナモジュール１００Ｍは、図２９のアンテナモジュール１００Ｌと同様に、積層方向に対向して配置されたアンテナ素子１２１およびアンテナ素子１２２とを含んでいる。すなわち、アンテナモジュール１００Ｍは、スタック型のデュアルバンドタイプのアンテナモジュールである。

アンテナモジュール１００Ｍにおいては、低周波数側のアンテナ素子１２１の給電点ＳＰ１は、アンテナ素子１２１の中心からＸ軸の負方向にオフセットした位置に配置されており、高周波数側のアンテナ素子１２２の給電点ＳＰ２は、アンテナ素子１２２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いる。すなわち、アンテナ素子１２１からはＸ軸方向を偏波方向とする電波が放射され、アンテナ素子１２２からはＹ軸方向の偏波とする電波が放射される。

そして、アンテナモジュール１００Ｍにおいては、アンテナ素子１２２から放射される電波に対する特性を調整するために、アンテナ素子１２２からＹ軸の正方向および負方向に離間した位置に、Ｘ軸方向に延在して電流遮断素子２５０Ａが配置される。すなわち、電流遮断素子２５０Ａは、アンテナ素子１２２から放射される電波の偏波方向に直交する方向に配置される。

電流遮断素子２５０Ａは、電流遮断素子１５０と同様に、接地電極ＧＮＤに平行な矩形状の平面電極２５１Ａと、複数のビア２５２Ａとを含む。電流遮断素子２５０Ａは、平面電極２５１Ａの長辺の一方（第１端部）において、複数のビア２５２Ａを介して接地電極ＧＮＤに接続されている。平面電極２５１Ａの長辺の他方（第２端部）は開放状態であり、ビア２５２Ａを通るＹ軸に平行な断面を見ると、電流遮断素子２５０Ａは略Ｌ字形状を有している。

平面電極２５１ＡのＹ軸方向の寸法（すなわち、短辺の寸法）は、アンテナ素子１２２から放射される電波の波長の略１／４となるように設定される。上述のように、アンテナ素子１２２から放射される電波の周波数帯域は、アンテナ素子１２１から放射される電波の周波数帯域よりも高い。言い換えれば、アンテナ素子１２２から放射される電波の波長は、アンテナ素子１２１から放射される電波の波長よりも短い。したがって、平面電極２５１ＡのＹ軸方向の寸法は、平面電極１５１のＹ軸方向の寸法よりも短い。

このように、スタック型のデュアルバンドタイプのアンテナモジュールにおいて、高周波数側の電波の偏波方向と、低周波数側の電波の偏波方向とが異なる場合には、放射される各電波の偏波方向に直交する方向に、周波数帯域に対応した電流遮断素子を配置することによって、各周波数帯域についてのアンテナ特性を調整することができる。

なお、図２９および図３０に示したデュアルバンドタイプの構成は、実施の形態２に示したようなアンテナアレイにも適用可能である。また、実施の形態４および変形例における電流遮断素子についても、実施の形態１，２において説明した変形例の構成を、矛盾が生じない範囲で適宜採用することが可能である。

また、上記の実施の形態においては、アンテナモジュールに対して接地電極に電流遮断素子を設けることによって、アンテナモジュールの指向性を調整する例について説明したが、このような電流遮断素子は、アンテナモジュール以外の高周波デバイスに用いてもよい。たとえば、２つのフィルタ装置の間の接地電極、あるいは、２つの高周波モジュールの間の接地電極に電流遮断素子を配置することによって、フィルタ間および高周波モジュール間のアイソレーションを改善するようにしてもよい。

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、５０ 通信モジュール、５２ 実装基板、１００，１００Ａ〜１００Ｈ，１００Ｊ〜１００Ｍ アンテナモジュール、１０５ サブモジュール、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、１２１，１２２，Ｐ１〜Ｐ４，Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａ アンテナ素子、１３０ 誘電体基板、１３１ 表面、１３２ 裏面、１４０，１４５ 給電配線、１５０，１５０Ａ〜１５０Ｆ，１５５，１５５Ａ，１５５Ｅ，２５０，２５０Ａ 電流遮断素子、１５１，１５１Ａ，１５１Ｂ，１５３，２５１，２５１Ａ 平面電極、１５２，１７０〜１７２，２５２，２５２Ａ ビア、１６０ はんだバンプ、１７５ スリット、２００ ＢＢＩＣ、Ｃｐｒ 寄生容量、ＧＮＤ，ＧＮＤ１，ＧＮＤ２ 接地電極、ＲＧ１〜ＲＧ５，ＲＧ１０，ＲＧ１１ 領域、ＳＰ１，ＳＰ２ 給電点。

電流遮断素子１５０Ｂ１は、平面電極１５１Ｂ１の開放端（第２端部）がアンテナ素子Ｐ２Ａに向くように配置される。一方、電流遮断素子１５０Ｂ２は、平面電極１５１Ｂ２の開放端（第２端部）がアンテナ素子Ｐ１Ａに向くように配置される。すなわち、電流遮断素子１５０Ｂ１および電流遮断素子１５０Ｂ２は、平面電極の開放端が互いに対向するように配置される。そして、電流遮断素子１５０Ｂ１および電流遮断素子１５０Ｂ２の互いに対向する２つの開放端は、部分的に平面電極１５３を介して電気的に接続されている。

（ｃ）第３例
図２０は、実施の形態２における電流遮断素子の第３例を説明するための平面図である。図２０のアンテナモジュール１００Ｆにおいては、隣接する２つのアンテナ素子Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａの間に、開放端（第２端部）が互いに対向するように配置された２つの電流遮断素子１５０Ｄ１，１５０Ｄ２が配置されている。電流遮断素子１５０Ｄ１，１５０Ｄ２の各々は、開放端が櫛歯形状を有しており、一方の櫛歯の凹部と他方の櫛歯の凸部とが互い対向するように組み合わされている。各電流遮断素子において、櫛歯の凸部の寸法がλ／４に設定される。

図２２は、図２１のアンテナモジュール１００Ｇにおけるアイソレーション特性を説明するための図である。図２２においては、電流遮断素子を有しないアンテナモジュールを比較例として用いる。図２２において、横軸には周波数が示されており、縦軸にはアンテナ素子Ｐ１Ｂとアンテナ素子Ｐ３Ｂとの間のアイソレーション特性が示されている。実線ＬＮ７０はアンテナモジュール１００Ｇにおけるアイソレーションを示しており、破線ＬＮ７１は比較例におけるアイソレーションを示している。

図２２に示されるように、アンテナ素子から放射される電波の放射帯域幅（２６ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）においては、アンテナモジュール１００Ｇの方が比較例よりもアイソレーションが大きくなっており、アンテナ素子Ｐ１Ｂとアンテナ素子Ｐ３Ｂとの間のアイソレーション特性が向上していることがわかる。

図２３および図２４は、４×４のアンテナアレイに電流遮断素子を適用した場合のアンテナモジュールの例の平面図である。図２３および図２４の例においては、各アンテナ素子間にＹ軸に沿って電流遮断素子が配置されている。図２３のアンテナモジュール１００Ｈは、図１１で示した電流遮断素子１５０が配置された場合の例であり、図２４のアンテナモジュール１００Ｊは、図１６で示した電流遮断素子１５０Ｂが配置された場合の例である。ＸＰＤは、主偏波のピークゲインと交差偏波のピークゲインとの差で表されるので、ＸＰＤの値（ｄＢ値）が大きくなるほど交差偏波の影響が小さくなる。なお、一般的には、ＸＰＤの目標は２０ｄＢ前後とされる場合が多い。

図２９に示されるように、アンテナ素子１２２はアンテナ素子１２１よりもサイズが小さく、アンテナ素子１２２の共振周波数はアンテナ素子１２１の共振周波数よりも高い。したがって、アンテナ素子１２２から放射される電波の周波数帯域は、アンテナ素子１２１から放射される電波の周波数帯域よりも高い。たとえば、アンテナ素子１２１からは２８ＧＨｚ帯の電波が放射され、アンテナ素子１２２からは３９ＧＨｚ帯の電波が放射される。

Claims (12)

1. 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、高周波信号を放射する第１放射電極と、
   前記誘電体基板において、前記第１放射電極とは異なる層に配置された接地電極と、
   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た、少なくとも１つの電流遮断素子とを備え、
   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、
   前記第１放射電極から放射される高周波信号の波長を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、アンテナモジュール。
2. 前記平面電極は、前記平面電極の第１端部および第２端部を短辺とする略矩形形状を有しており、
   前記平面電極の長辺はλ／２よりも長い、請求項１に記載のアンテナモジュール。
3. 前記誘電体基板の法線方向から平面視した場合に、
   前記平面電極は、前記長辺の延在方向が、前記第１放射電極から放射される高周波信号の偏波方向と直交するように配置される、請求項２に記載のアンテナモジュール。
4. 前記誘電体基板の法線方向から平面視した場合に、
   前記第１放射電極および前記平面電極は、前記第１放射電極から放射される高周波信号の偏波方向に並んで配置される、請求項３に記載のアンテナモジュール。
5. 前記誘電体基板に配置された第２放射電極をさらに備え、
   前記少なくとも１つの電流遮断素子は、前記第１放射電極と前記第２放射電極との間に配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
6. 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放射電極と前記第２放射電極との間に、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５に記載のアンテナモジュール。
7. 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６に記載のアンテナモジュール。
8. 前記第１電流遮断素子の第２端部および前記第２電流遮断素子の第２端部の各々は櫛歯形状を有する、請求項６に記載のアンテナモジュール。
9. 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、
   前記アンテナモジュールを前記誘電体基板の法線方向から平面視した場合に、 前記第１電流遮断素子は、前記第１電流遮断素子の第２端部が前記第２放射電極に向かう方向になるように配置され、
   前記第２電流遮断素子は、前記第２電流遮断素子の第２端部が前記第１放射電極に向かう方向になるように配置され、
   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放射電極および前記第２放射電極の対向する辺に沿う方向に交互に配置される、請求項５に記載のアンテナモジュール。
10. 前記第１放射電極に対して、第１方向に隣接して配置された第２放射電極と、
    前記第１放射電極に対して、前記第１方向と直交する第２方向に隣接して配置された第３放射電極とをさらに備え、
    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電流遮断素子は、前記第１放射電極と前記第２放射電極との間に配置され、
    前記第２電流遮断素子は、前記第１放射電極と前記第３放射電極との間に配置される、請求項１〜４のいずれか１項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。
12. 通信モジュールであって、
    放射電極を含むアンテナモジュールと、
    接地電極を含み、前記アンテナモジュールを実装する実装基板と、
    前記実装基板において、前記アンテナモジュールの周囲に配置された少なくとも１つの電流遮断素子とを備え、
    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、
    前記放射電極から放射される高周波信号の波長を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、通信モジュール。

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