WO2016063748A1 - 無線通信モジュール - Google Patents

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WO2016063748A1
WO2016063748A1 PCT/JP2015/078791 JP2015078791W WO2016063748A1 WO 2016063748 A1 WO2016063748 A1 WO 2016063748A1 JP 2015078791 W JP2015078791 W JP 2015078791W WO 2016063748 A1 WO2016063748 A1 WO 2016063748A1
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薫 須藤
英樹 上田
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株式会社村田製作所
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    • H01Q25/00Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication module including a boresight antenna and an endfire antenna.
  • Patent Document 1 discloses an antenna assembly in which a planar antenna and an endfire antenna are combined.
  • the planar antenna constitutes a phased array antenna.
  • a phased array antenna provides a beam in the elevation direction with respect to the substrate.
  • An endfire antenna provides a beam in a direction parallel to the substrate.
  • Patent Document 2 discloses a dual-polarized antenna in which a parasitic element is electromagnetically coupled to a feeding element.
  • the parasitic element has a cross shape in which a first patch extending in the x direction and a second patch extending in the y direction are orthogonal to each other. Power is fed to the feeding element from two feeding points at an intermediate position in the x direction and an intermediate position in the y direction. With this patch antenna, it is possible to excite two polarized waves orthogonal to each other.
  • the dual-polarized antenna disclosed in Patent Document 2 has directivity in the substrate normal direction (bore sight direction). It is difficult to efficiently radiate radio waves in a direction parallel to the substrate (endfire direction).
  • An object of the present invention is to provide a wireless communication module capable of ensuring wide directivity from a direction parallel to a substrate to a normal direction of the substrate.
  • a wireless communication module provides: A dielectric substrate; At least one first endfire antenna disposed on the dielectric substrate, having directivity in a direction parallel to a surface of the dielectric substrate, and having a polarization characteristic parallel to a first direction; At least one second polarization element disposed on the dielectric substrate, having directivity in a direction parallel to the surface of the dielectric substrate, and having a polarization characteristic parallel to a second direction orthogonal to the first direction.
  • Endfire antennas At least one patch antenna disposed on the dielectric substrate and provided with a first feeding point and a second feeding point different from each other;
  • a radio wave having a polarization direction parallel to the first direction is excited, and feeding the patch antenna from the second feeding point, A radio wave having a polarization direction orthogonal to the first direction is excited.
  • the first endfire antenna and the patch antenna operate as an array antenna.
  • the directivity can be continuously changed from the endfire direction covered by the first endfire antenna to the boresight direction covered by the patch antenna.
  • the wireless communication module according to the second aspect of the present invention in addition to the configuration of the wireless communication module according to the first aspect, a radio wave having a polarization direction parallel to the second direction is radiated.
  • the second endfire antenna and the patch antenna When feeding the patch antenna from the second feeding point, the second endfire antenna and the patch antenna operate as an array antenna. Thereby, directivity can be continuously changed from the endfire direction covered by the second endfire antenna to the boresight direction covered by the patch antenna.
  • the patch antenna has an array antenna structure arranged in a matrix in the first direction and the second direction.
  • the directivity can be changed in the two-dimensional direction with respect to the boresight direction.
  • the number of the patch antennas arranged in the first direction is larger than the number of the patch antennas arranged in the second direction, and each of some of the patch antennas includes the first feeding point and the second Power is supplied from the power supply point, and each of the remaining patch antennas is configured to supply power only from the second power supply point.
  • the number of phase shifters that control the phase of the high-frequency signal supplied to each antenna can be reduced.
  • the difference between the number of antennas that excite the polarization in the first direction and the number of antennas that excite the polarization in the second direction is reduced. For this reason, the radiation characteristics of two polarized waves can be made uniform.
  • the first endfire antenna has an array antenna structure arranged in the first direction;
  • the second endfire antenna has an array antenna structure arranged in the second direction.
  • the directivity of the first endfire antenna and the directivity of the second endfire antenna can be changed in the azimuth direction.
  • the first endfire antenna can be supplied with a high-frequency signal whose phase is independently controlled through a phase shifter for each first endfire antenna.
  • the second endfire antenna is supplied with a high-frequency signal having the same phase.
  • the directivity of the second endfire antenna can be sharpened.
  • the number of patch antennas arranged in the first direction is greater than the number of patch antennas arranged in the second direction, It further has a radio wave lens that converges radio waves radiated from the second endfire antenna.
  • the directivity of the second endfire antenna can be made sharper.
  • One of the first direction and the second direction is parallel to the surface of the dielectric substrate, and the other is parallel to the thickness direction of the dielectric substrate.
  • a polarized wave parallel to the thickness direction of the dielectric substrate can be excited.
  • the first endfire antenna and the patch antenna operate as an array antenna.
  • the directivity can be continuously changed from the endfire direction covered by the first endfire antenna to the boresight direction covered by the patch antenna.
  • FIG. 1 is a plan view of a wireless communication module according to the first embodiment and a block diagram of a signal transmission / reception circuit.
  • FIG. 2 is a plan view of the wireless communication module according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view of the wireless communication module according to the third embodiment.
  • FIG. 4 is a plan view of the wireless communication module according to the fourth embodiment.
  • FIG. 5 is a plan view of the wireless communication module according to the fifth embodiment.
  • 6A is a plan view of the wireless communication module according to the sixth embodiment, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along one-dot chain line 6B-6B in FIG. 6A.
  • FIG. 7 is a schematic partial cross-sectional view of a wireless device according to the seventh embodiment.
  • FIG. 1 is a plan view of a wireless communication module according to the first embodiment and a block diagram of a signal transmission / reception circuit.
  • An xyz orthogonal coordinate system is defined in which the directions parallel to the surface of the dielectric substrate 10 are the x-axis direction and the y-axis direction, and the normal direction is the z-axis direction.
  • the dielectric substrate 10 has a square or rectangular planar shape having sides parallel to the x-axis direction or the y-axis direction.
  • each of the endfire antennas 21 to 24 has directivity having a main lobe in a direction parallel to the surface of the dielectric substrate 10 (endfire direction).
  • the azimuth angle in the positive direction of the x-axis is defined as 0 ° and the azimuth angle in the positive direction of the y-axis is defined as 90 °
  • the endfire antennas 21 to 24 have the azimuth angles of 0 °, 90 °, 180 °, It has directivity with a main lobe in the direction of 270 °.
  • a printed dipole antenna For each of the endfire antennas 21 to 24, for example, a printed dipole antenna is used.
  • a balanced feed line 25 extends from the endfire antenna 21 toward the inside of the dielectric substrate 10.
  • a balanced / unbalanced converter (balun) 26 is inserted at the base of the balanced power supply line 25.
  • the balun 26 is connected to the lower transmission line via a connection point 27.
  • a high frequency signal is supplied from the connection point 27 to the endfire antenna 21 via the balun 26 and the balanced power supply line 25.
  • a reflector pattern 28 is disposed between the endfire antenna 21 and the balun 26.
  • the reflector pattern 28 is configured by a linear pattern extending in a direction parallel to the endfire antenna 21.
  • the reflector pattern 28 is disconnected at the intersection with the balanced feed line 25 and is insulated from the balanced feed line 25.
  • the reflector pattern 28 is connected to the lower ground layer.
  • the distance between the endfire antenna 21 and the reflector pattern 28 is about 1 ⁇ 4 of the effective wavelength of the operating frequency of the endfire antenna 21.
  • the reflector pattern 28 is paired with the endfire antenna 21 and functions as a reflector.
  • each of the other endfire antennas 22 to 24 is supplied with a high-frequency signal from the connection point via the balun and the balanced feed line. Further, a reflector pattern that is paired with each of the endfire antennas 22 to 24 is disposed.
  • the endfire antennas 21 to 24 are arranged corresponding to the sides of the dielectric substrate 10, respectively.
  • Each of the endfire antenna 21 and the endfire antenna 23 is configured by a radiating element parallel to the y-axis, and the polarization direction thereof is parallel to the y-axis.
  • Each of the other endfire antennas 22 and 24 is composed of a radiating element parallel to the x-axis, and its polarization direction is parallel to the x-axis. That is, the polarization directions of the endfire antenna 21 and the endfire antenna 23 are orthogonal to the polarization directions of the other endfire antennas 22 and 24.
  • the planar shape of the patch antenna 30 is a square, and its side is parallel to the x-axis or y-axis.
  • the patch antenna 30 is arranged in a region surrounded by the endfire antennas 21 to 24.
  • the endfire antenna 23, the patch antenna 30, and the endfire antenna 21 are arranged in this order.
  • the endfire antenna 24, the patch antenna 30, and the endfire antenna 22 are arranged in this order. Are lined up.
  • the patch antenna 30 is fed from the first feeding point 35 and the second feeding point 36.
  • the first feeding point 35 is disposed at a position shifted from the center of the patch antenna 30 in the x-axis direction (leftward in FIG. 1).
  • the second feeding point 36 is disposed at a position shifted from the center of the patch antenna 30 in the y-axis direction (downward in FIG. 1).
  • a high-frequency signal is supplied from the transmission circuit 40 to the endfire antennas 21 to 24, the first feeding point 35, and the second feeding point 36 through the power amplifier 41 and the digital phase shifter 42.
  • the high frequency signal received by each antenna is supplied from the digital phase shifter 42 to the receiving circuit 44 via the low noise amplifier 43.
  • the digital phase shifter 42 can independently control the phase of the high-frequency signal for each of the endfire antennas 21 to 24, the first feeding point 35, and the second feeding point 36.
  • the digital phase shifter 42 has a function of selecting an antenna and a feeding point for transmitting and receiving signals from the endfire antennas 21 to 24, the first feeding point 35, and the second feeding point 36 (for each antenna). Switching function).
  • a high-frequency signal is supplied from the transmitting circuit 40 only to the selected antenna and feeding point, and a high-frequency signal is supplied to the receiving circuit 44 only from the selected antenna and feeding point.
  • the main lobe can be directed in the target elevation angle direction in the zx plane.
  • the endfire antenna 21, the patch antenna 30, and the endfire antenna 23 operate as a set of array antennas.
  • the main lobe can be directed in the target elevation angle direction in the yz plane.
  • the endfire antenna 22, the patch antenna 30, and the endfire antenna 24 operate as a set of array antennas.
  • digital beam forming can be performed within a wide range in the elevation direction by phase-combining the radio waves radiated from the patch antenna 30 and the radio waves radiated from the endfire antennas 21 to 24. it can.
  • the patch antenna 30 operates as two polarization antennas orthogonal to each other. For this reason, the patch antenna 30 can be used as an antenna for digital beam forming in the elevation angle direction in the zx plane and an antenna for digital beam forming in the elevation angle direction in the yz plane.
  • endfire antennas 21, 22, 23, and 24 were arranged in four directions of azimuth angles of 0 °, 90 °, 180 °, and 270 °, respectively.
  • end fire antennas may be arranged in two directions orthogonal to each other.
  • the endfire antennas 21 and 22 may be arranged for the azimuth angle 0 ° direction and 90 ° direction, respectively, and the endfire antenna may not be arranged for the azimuth angle 180 ° direction and 270 ° direction. .
  • FIG. 2 is a plan view of the wireless communication module according to the second embodiment.
  • differences from the wireless communication module according to the first embodiment illustrated in FIG. 1 will be described, and description of common configurations will be omitted.
  • Example 1 one endfire antenna was arranged corresponding to each side of the dielectric substrate 10.
  • a plurality of endfire antennas are arranged corresponding to each side of the dielectric substrate 10.
  • Two endfire antennas 211 and 212 are arranged on the side facing the direction of azimuth angle 0 °.
  • Four endfire antennas 221 to 224 are arranged on the side facing the azimuth 90 ° direction.
  • Two endfire antennas 231 and 232 are arranged on the side facing the azimuth angle of 180 °.
  • Four endfire antennas 241 to 244 are arranged on the side facing the azimuth angle of 270 °.
  • a balanced feed line and a balun are connected to each endfire antenna, as in the first embodiment shown in FIG.
  • one patch antenna 30 is arranged on the dielectric substrate 10, but in the second embodiment, a plurality of patch antennas 311 to 314 and 321 to 324 are arranged. Each of the patch antennas 311 to 314 and 321 to 324 is provided with a first feeding point 35 and a second feeding point 36.
  • these patch antennas 311 to 314 and 321 to 324 have an array antenna structure arranged in a matrix of 2 rows and 4 columns.
  • Patch antennas 311 to 314 are arranged in the first row and are arranged in this order toward the positive direction of the x-axis.
  • Patch antennas 321 to 324 are arranged in the second row and are arranged in this order toward the positive direction of the x-axis.
  • the endfire antennas 211, 212, 231, and 232 and the patch antennas 311 to 314 and 321 to 324 are arranged in a matrix of 2 rows and 6 columns. Endfire antennas 211 and 231 are arranged in the first row, and endfire antennas 212 and 232 are arranged in the second row. When power is supplied to the second feeding point 36 of each of the patch antennas 311 to 314 and 321 to 324, the endfire antennas 211, 212, 231, and 232 and the patch antennas 311 to 314 and 321 to 324 are arranged in 2 rows and 6 columns. Operates as a two-dimensional array antenna. This two-dimensional array antenna has a polarization characteristic parallel to the y-axis.
  • the endfire antennas 221 to 224 and 241 to 244 and the patch antennas 311 to 314 and 321 to 324 are arranged in a matrix of 4 rows and 4 columns.
  • the endfire antennas 221 and 241 are arranged in the first row
  • the endfire antennas 222 and 242 are arranged in the second row
  • the endfire antennas 223 and 243 are arranged in the third row
  • the endfire antennas 224 and 244 are four. Located in the row.
  • the endfire antennas 221 to 224 and 241 to 244 and the patch antennas 311 to 314 and 321 to 324 are arranged in 4 rows and 4 columns. Operates as a two-dimensional array antenna. This two-dimensional array antenna has a polarization characteristic parallel to the x-axis.
  • Example 1 the elevation angle of the main lobe could be changed, but the azimuth angle could not be changed.
  • the endfire antennas 211, 212, 221 to 224, 231, 232, 241 to 244 and the patch antennas 311 to 314 and 321 to 324 operate as a two-dimensional array antenna, the elevation angle of the main lobe and Both azimuth angles can be changed.
  • FIG. 3 is a plan view of the wireless communication module according to the third embodiment.
  • differences from the wireless communication module according to the second embodiment illustrated in FIG. 2 will be described, and description of common configurations will be omitted.
  • Example 2 as shown in FIG. 2, the first feeding point 35 and the second feeding point 36 are provided in all of the patch antennas 311 to 314 and 321 to 324.
  • the patch antennas 311 to 314 in the first row are provided with the second feeding point 36, but the first feeding point 35 is not provided.
  • the patch antennas 321 to 324 in the second row are provided with both the first feeding point 35 and the second feeding point 36.
  • the number of patch antennas arranged in the x-axis direction is larger than the number of patch antennas arranged in the y-axis direction.
  • Each of the patch antennas 321 to 324 is fed from a feeding point selected from the first feeding point 35 and the second feeding point 36, and each of the remaining patch antennas 311 to 314 is fed to each of the patch antennas 321 to 324. Power is supplied only from the second power supply point 36.
  • one-point fed patch antennas 311 to 314 and two-point fed patch antennas 321 to 324 are mixed.
  • Polarized waves parallel to the y-axis are excited by a total of twelve antennas including endfire antennas 211, 212, 231, 232, and patch antennas 311 to 314, 321 to 324.
  • Polarized waves parallel to the x-axis are excited by a total of twelve antennas including endfire antennas 221 to 224, 241 to 244, and patch antennas 321 to 324.
  • polarized waves parallel to the x axis are not excited.
  • the number of antennas that excite polarized waves parallel to the x axis is equal to the number of antennas that excite polarized waves parallel to the y axis. For this reason, the radiation characteristics of two polarized waves can be made uniform.
  • the number of antennas that excites polarized waves parallel to the x-axis is the same as the number of antennas that excites polarized waves parallel to the y-axis.
  • a one-point-feed patch antenna and a two-point-feed patch antenna may be mixed and arranged in a direction in which the number of arrangements is small (y direction in FIG. 3) among the row direction and the column direction. With such an arrangement, the difference between the number of antennas that excite polarized waves parallel to the x axis and the number of antennas that excite polarized waves parallel to the y axis decreases.
  • FIG. 4 is a plan view of the wireless communication module according to the fourth embodiment.
  • differences from the wireless communication module according to the second embodiment illustrated in FIG. 2 will be described, and description of common configurations will be omitted.
  • Example 2 as shown in FIG. 2, the phase of the high frequency signal supplied to the endfire antennas 211 and 212 could be controlled independently. Similarly, the phase of the high frequency signal supplied to the endfire antennas 231 and 232 can be controlled independently.
  • the end-fire antennas 211 and 212 are supplied with a high-frequency signal having the same phase from a common feeder line.
  • the endfire antennas 231 and 232 are also supplied with a high-frequency signal having the same phase from a common feeder line.
  • the endfire antennas 221 to 224 can be supplied with a high-frequency signal whose phase is controlled independently through the digital phase shifter 42 for each of the endfire antennas 221 to 224.
  • the directivity of the two endfire antennas 211 and 212 in the direction of the azimuth angle 0 ° can be sharpened.
  • the directivity of the two endfire antennas 231 and 232 in the direction of the azimuth angle of 180 ° can be sharpened.
  • the directivity in the direction of the azimuth angle of 270 ° can be sharpened.
  • one digital phase shifter 42 is disposed for the endfire antennas 211 and 212, and one digital phase shifter 42 is disposed for the endfire antennas 231 and 232. For this reason, the number of digital phase shifters 42 can be reduced.
  • FIG. 5 is a plan view of the wireless communication module according to the fifth embodiment.
  • differences from the wireless communication module according to the fourth embodiment illustrated in FIG. 4 will be described, and description of common configurations will be omitted.
  • the radio wave lens 50 is disposed in front of the endfire antennas 211 and 212.
  • the radio wave lens 50 converges the radio waves radiated from the endfire antennas 211 and 212.
  • a radio wave lens 51 is also arranged in front of the endfire antennas 231 and 232. The radio wave lens 51 converges the radio waves radiated from the endfire antennas 231 and 232.
  • the directivity in the direction of the azimuth angle 0 ° and the direction of the azimuth angle 180 ° can be made sharper.
  • FIG. 6A is a plan view of the wireless communication module according to the sixth embodiment.
  • differences from the wireless communication module according to the second embodiment illustrated in FIG. 2 will be described, and description of common configurations will be omitted.
  • Example 2 polarized waves parallel to the y-axis were excited by the endfire antennas 211, 212, 231, and 232.
  • polarized waves parallel to the z-axis are excited by the endfire antennas 211, 212, 231, and 232.
  • FIG. 6B shows a cross-sectional view taken along one-dot chain line 6B-6B in FIG. 6A.
  • Feed lines 55 and 56 are arranged inside the dielectric substrate 10.
  • a conductor column 57 extends upward from one power supply line 55.
  • a conductor column 58 extends downward from the other feeder line 56.
  • the conductor pillar 57 and the conductor pillar 58 constitute a dipole antenna that is long in the z direction.
  • the endfire antennas 211, 212, 231, and 232 excite polarized waves parallel to the z-axis, so that the sensitivity of the dielectric substrate 10 to polarized waves in the thickness direction can be increased.
  • FIG. 7 is a schematic partial cross-sectional view of a wireless device according to the seventh embodiment.
  • the wireless device according to the seventh embodiment includes, for example, a portable wireless terminal and a home appliance.
  • a wireless communication module 60 is mounted on the mother board 61.
  • the wireless communication module 60 the wireless communication module according to any one of the first to sixth embodiments is used.
  • the mother board 61 is accommodated in the radome 62.
  • the wireless communication module 60 is mounted on, for example, a corner portion of the mother board 61 sandwiched between a side facing the azimuth angle 90 ° direction and a side facing the azimuth angle 180 ° direction.
  • the endfire antennas 211 and 212 (FIG. 2) having directivity in the direction of 0.degree.
  • Toward the inside of the mother board 61 and the endfire antennas 241 to 244 (FIG. 2) having directivity in the direction of 270.degree. Are omitted. Is done.
  • a radome 62 is disposed in front of the endfire antennas 211 and 212 and the endfire antennas 241 to 244.
  • a suitable arrangement position of the endfire antenna is selected based on the positional relationship between the wireless communication module 60 and the mother board 61, the positional relationship between the wireless communication module 60 and the radome 62, and the like. Is preferred.
  • the first to seventh embodiments described above are merely examples, and it is needless to say that partial replacement or combination of configurations shown in different embodiments is possible. About the same effect by the same composition of a plurality of examples, it is not mentioned successively for every example. Furthermore, the present invention is not limited to the embodiments described above. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

 誘電体基板に、第1、第2のエンドファイアアンテナが配置されている。第1のエンドファイアアンテナは、第1の方向に平行な偏波特性を持つ。第2のエンドファイアアンテナは、第1の方向と直交する第2の方向に平行な偏波特性を持つ。誘電体基板に、相互に異なる第1の給電点及び第2の給電点が設けられたパッチアンテナが配置されている。第1の給電点からパッチアンテナに給電を行うと、第1の方向と平行な偏波方向を持つ電波が励振され、第2の給電点からパッチアンテナに給電を行うと、第1の方向と直交する偏波方向を持つ電波が励振される。基板に平行な方向から、基板の法線方向まで、広い指向性を確保することが可能な無線通信モジュールが提供される。

Description

無線通信モジュール
 本発明は、ボアサイト用アンテナとエンドファイアアンテナとを含む無線通信モジュールに関する。
 下記の特許文献1に、平面アンテナとエンドファイアアンテナとを組み合わせたアンテナアセンブリが開示されている。平面アンテナにより、フェーズドアレイアンテナが構成される。フェーズドアレイアンテナにより、基板に対して仰角方向のビームが得られる。エンドファイアアンテナにより、基板に対して平行な方向のビームが得られる。
 下記の特許文献2に、給電素子に無給電素子が電磁結合した偏波共用アンテナが開示されている。無給電素子は、x方向に延びる第1のパッチと、y方向に延びる第2のパッチとが直交した十字形状を有する。給電素子に、x方向途中位置及びy方向途中位置の2つの給電点から給電される。このパッチアンテナにより、相互に直交する2つの偏波を励振することができる。
欧州特許出願公開第2253076号明細書 国際公開第2014/045966号
 特許文献1に開示されたアンテナアセンブリでは、平面アンテナによりカバーされる放射可能範囲と、エンドファイアアンテナによりカバーされる放射可能範囲との境目に相当する方向に、効率的に電波を放射することが困難である。
 特許文献2に開示された偏波共用アンテナは、基板法線方向(ボアサイト方向)の指向性を有する。基板に平行な方向(エンドファイア方向)に電波を効率的に放射することは困難である。
 本発明の目的は、基板に平行な方向から、基板の法線方向まで、広い指向性を確保することが可能な無線通信モジュールを提供することである。
 本発明の第1の観点による無線通信モジュールは、
 誘電体基板と、
 前記誘電体基板に配置され、前記誘電体基板の表面に平行な方向に指向性を持ち、第1の方向に平行な偏波特性を持つ少なくとも1つの第1のエンドファイアアンテナと、
 前記誘電体基板に配置され、前記誘電体基板の表面に平行な方向に指向性を持ち、前記第1の方向と直交する第2の方向に平行な偏波特性を持つ少なくとも1つの第2のエンドファイアアンテナと、
 前記誘電体基板に配置され、相互に異なる第1の給電点及び第2の給電点が設けられた少なくとも1つのパッチアンテナと
を有し、
 前記第1の給電点から前記パッチアンテナに給電を行うと、前記第1の方向と平行な偏波方向を持つ電波が励振され、前記第2の給電点から前記パッチアンテナに給電を行うと、前記第1の方向と直交する偏波方向を持つ電波が励振される。
 第1の給電点からパッチアンテナに給電を行う場合、第1のエンドファイアアンテナとパッチアンテナとが、アレイアンテナとして動作する。これにより、第1のエンドファイアアンテナでカバーされるエンドファイア方向から、パッチアンテナでカバーされるボアサイト方向まで、連続的に指向性を変化させることができる。
 本発明の第2の観点による無線通信モジュールにおいては、第1の観点による無線通信モジュールの構成に加えて、
 前記第2の給電点から前記パッチアンテナに給電を行うと、前記第2の方向と平行な偏波方向を持つ電波が放射される。
 第2の給電点からパッチアンテナに給電を行う場合、第2のエンドファイアアンテナとパッチアンテナとが、アレイアンテナとして動作する。これにより、第2のエンドファイアアンテナでカバーされるエンドファイア方向から、パッチアンテナでカバーされるボアサイト方向まで、連続的に指向性を変化させることができる。
 本発明の第3の観点による無線通信モジュールにおいては、第2の観点による無線通信モジュールの構成に加えて、
 前記パッチアンテナが、前記第1の方向と前記第2の方向に行列状に並んだアレイアンテナ構造を有する。
 パッチアンテナが二次元アレイアンテナ構造を有するため、ボアサイト方向に関して2次元方向に指向性を変化させることができる。
 本発明の第4の観点による無線通信モジュールにおいては、第3の観点による無線通信モジュールの構成に加えて、
 前記第1の方向に並ぶ前記パッチアンテナの個数が、前記第2の方向に並ぶ前記パッチアンテナの個数より多く、一部の前記パッチアンテナの各々には、前記第1の給電点及び前記第2の給電点から給電が行われ、残りのパッチアンテナの各々には、前記第2の給電点のみから給電が行われるように構成されている。
 給電点の数が減少するため、各アンテナに供給する高周波信号の位相を制御する移相器の台数を削減することができる。第1の方向の偏波を励振するアンテナの個数と、第2の方向の偏波を励振するアンテナの個数との差が縮まる。このため、2つの偏波の放射特性を揃えることができる。
 本発明の第5の観点による無線通信モジュールにおいては、第3乃至第4の観点による無線通信モジュールの構成に加えて、
 前記第1のエンドファイアアンテナが、前記第1の方向に並んだアレイアンテナ構造を有し、
 前記第2のエンドファイアアンテナが、前記第2の方向に並んだアレイアンテナ構造を有する。
 第1のエンドファイアアンテナの指向性、及び第2のエンドファイアアンテナの指向性を、方位角方向に変化させることができる。
 本発明の第6の観点による無線通信モジュールにおいては、第5の観点による無線通信モジュールの構成に加えて、
 前記第1のエンドファイアアンテナには、前記第1のエンドファイアアンテナごとに、移相器を通して独立に位相が制御された高周波信号が供給可能であり、
 前記第2のエンドファイアアンテナには、同一位相の高周波信号が供給される。
 第2のエンドファイアアンテナの指向性を鋭くすることができる。
 本発明の第7の観点による無線通信モジュールにおいては、第3の観点による無線通信モジュールの構成に加えて、
 前記第1の方向に並ぶ前記パッチアンテナの個数が、前記第2の方向に並ぶ前記パッチアンテナの個数より多く、
 前記第2のエンドファイアアンテナから放射された電波を収束する電波レンズを、さらに有する。
 第2のエンドファイアアンテナの指向性を、より鋭くすることができる。
 本発明の第8の観点による無線通信モジュールにおいては、第1の観点による無線通信モジュールの構成に加えて、
 前記第1の方向及び前記第2の方向の一方が、前記誘電体基板の表面と平行であり、他方が、前記誘電体基板の厚さ方向と平行である。
 誘電体基板の厚さ方向に平行な偏波を励振することができる。
 第1の給電点からパッチアンテナに給電を行う場合、第1のエンドファイアアンテナとパッチアンテナとが、アレイアンテナとして動作する。これにより、第1のエンドファイアアンテナでカバーされるエンドファイア方向から、パッチアンテナでカバーされるボアサイト方向まで、連続的に指向性を変化させることができる。
図1は、実施例1による無線通信モジュールの平面図、及び信号送受信回路のブロック図である。 図2は、実施例2による無線通信モジュールの平面図である。 図3は、実施例3による無線通信モジュールの平面図である。 図4は、実施例4による無線通信モジュールの平面図である。 図5は、実施例5による無線通信モジュールの平面図である。 図6Aは、実施例6による無線通信モジュールの平面図であり、図6Bは、図6Aの一点鎖線6B-6Bにおける断面図である。 図7は、実施例7による無線装置の概略部分断面図である。
 [実施例1]
 図1に、実施例1による無線通信モジュールの平面図、及び信号送受信回路のブロック図を示す。誘電体基板10の表面に平行な方向をx軸方向及びy軸方向とし、法線方向をz軸方向とするxyz直交座標系を定義する。誘電体基板10は、x軸方向またはy軸方向に平行な辺を有する正方形または長方形の平面形状を有する。
 誘電体基板10に、4つのエンドファイアアンテナ21~24、及び1つのパッチアンテナ30が配置されている。エンドファイアアンテナ21~24の各々は、誘電体基板10の表面に平行な方向(エンドファイア方向)にメインローブを持つ指向性を有する。x軸の正の方向の方位角を0°、y軸の正の方向の方位角を90°と定義した時、エンドファイアアンテナ21~24は、それぞれ方位角0°、90°、180°、270°の方向にメインローブを持つ指向性を有する。
 エンドファイアアンテナ21~24の各々には、例えばプリンテッドダイポールアンテナが用いられる。エンドファイアアンテナ21から誘電体基板10の内側に向かって平衡給電線25が延びる。平衡給電線25の基部に平衡不平衡変換器(バラン)26が挿入されている。バラン26は、接続点27を介して、下層の伝送線に接続されている。接続点27から、バラン26、平衡給電線25を経由してエンドファイアアンテナ21に高周波信号が供給される。
 エンドファイアアンテナ21とバラン26との間に、反射器パターン28が配置されている。反射器パターン28は、エンドファイアアンテナ21に平行な方向に延びる線状パターンで構成される。反射器パターン28は、平衡給電線25との交差箇所において断線しており、平衡給電線25から絶縁されている。反射器パターン28は、下層の接地層に接続されている。エンドファイアアンテナ21と反射器パターン28との間隔は、エンドファイアアンテナ21の動作周波数の実効波長の約1/4である。反射器パターン28はエンドファイアアンテナ21と対を成し、反射器として機能する。他のエンドファイアアンテナ22~24の各々にも、同様に、接続点からバラン及び平衡給電線を経由して、高周波信号が供給される。さらに、エンドファイアアンテナ22~24の各々と対を成す反射器パターンが配置されている。
 エンドファイアアンテナ21~24は、それぞれ誘電体基板10の辺に対応して配置されている。エンドファイアアンテナ21及びエンドファイアアンテナ23の各々は、y軸に平行な放射素子で構成され、その偏波方向はy軸に平行である。他のエンドファイアアンテナ22及びエンドファイアアンテナ24の各々は、x軸に平行な放射素子で構成され、その偏波方向はx軸に平行である。すなわち、エンドファイアアンテナ21及びエンドファイアアンテナ23の偏波方向は、他のエンドファイアアンテナ22及びエンドファイアアンテナ24の偏波方向と直交する。
 パッチアンテナ30の平面形状は正方形であり、その辺は、x軸またはy軸に平行である。パッチアンテナ30は、エンドファイアアンテナ21~24に囲まれた領域内に配置されている。x軸方向に関しては、エンドファイアアンテナ23、パッチアンテナ30、及びエンドファイアアンテナ21がこの順番に並び、y軸方向に関しては、エンドファイアアンテナ24、パッチアンテナ30、及びエンドファイアアンテナ22がこの順番に並んでいる。
 第1の給電点35及び第2の給電点36からパッチアンテナ30に給電される。第1の給電点35は、パッチアンテナ30の中心からx軸方向(図1において左方)にずれた位置に配置されている。第2の給電点36は、パッチアンテナ30の中心からy軸方向(図1において下方)にずれた位置に配置されている。
 第1の給電点35からパッチアンテナ30に給電すると、x軸に平行な偏波が励振される。このとき、パッチアンテナ30から放射される電波の偏波方向は、エンドファイアアンテナ22及びエンドファイアアンテナ24の偏波方向と平行である。第2の給電点36からパッチアンテナ30に給電すると、y軸に平行な偏波が励振される。このとき、パッチアンテナ30から放射される電波の偏波方向は、エンドファイアアンテナ21及びエンドファイアアンテナ23の偏波方向と平行である。
 送信回路40から、パワーアンプ41、デジタル移相器42を介して、エンドファイアアンテナ21~24、第1の給電点35及び第2の給電点36に、高周波信号が供給される。各アンテナで受信した高周波信号は、デジタル移相器42からローノイズアンプ43を介して受信回路44に供給される。デジタル移相器42は、エンドファイアアンテナ21~24、第1の給電点35及び第2の給電点36ごとに、高周波信号の位相を独立に制御することができる。さらに、デジタル移相器42は、エンドファイアアンテナ21~24、第1の給電点35及び第2の給電点36の中から、信号の送受を行うアンテナ及び給電点を選択する機能(アンテナごとにスイッチングを行う機能)を有する。送信回路40から、選択されたアンテナ及び給電点のみに高周波信号が供給され、選択されたアンテナ及び給電点のみから、受信回路44に高周波信号が供給される。
 エンドファイアアンテナ21、第2の給電点36、及びエンドファイアアンテナ23に供給する高周波信号の位相を制御することにより、メインローブを、zx面内に関して目標とする仰角方向に向けることができる。このとき、エンドファイアアンテナ21、パッチアンテナ30、及びエンドファイアアンテナ23が、一組のアレイアンテナとして動作する。
 エンドファイアアンテナ22、第1の給電点35、及びエンドファイアアンテナ24に供給する高周波信号の位相を制御することにより、メインローブを、yz面内に関して目標とする仰角方向に向けることができる。このとき、エンドファイアアンテナ22、パッチアンテナ30、及びエンドファイアアンテナ24が、一組のアレイアンテナとして動作する。
 実施例1においては、パッチアンテナ30から放射される電波と、エンドファイアアンテナ21~24から放射される電波とを位相合成することにより、仰角方向に関して広い範囲内で、デジタルビームフォーミングを行うことができる。パッチアンテナ30が、相互に直交する2つの偏波用のアンテナとして動作する。このため、パッチアンテナ30を、zx面内の仰角方向に関するデジタルビームフォーミング用のアンテナ、及びyz面内の仰角方向に関するデジタルビームフォーミング用のアンテナとして利用可能である。
 実施例1による無線通信モジュールは、方位角0°、90°、180°、及び270°の4方向に対して、それぞれエンドファイアアンテナ21、22、23、24を配置した。その他の構成として、相互に直交する2方向に対して、それぞれエンドファイアアンテナを配置してもよい。例えば、方位角0°方向及び90°方向に対して、それぞれエンドファイアアンテナ21、22を配置し、方位角180°方向及び270°方向に対しては、エンドファイアアンテナを配置しない構成としてもよい。
 [実施例2]
 図2に、実施例2による無線通信モジュールの平面図を示す。以下、図1に示した実施例1による無線通信モジュールとの相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
 実施例1では、誘電体基板10の各辺に対応して、1つのエンドファイアアンテナが配置されていた。実施例2においては、誘電体基板10の各辺に対応して、複数のエンドファイアアンテナが配置される。方位角0°方向を向く辺に、2個のエンドファイアアンテナ211、212が配置されている。方位角90°方向を向く辺に、4個のエンドファイアアンテナ221~224が配置されている。方位角180°方向を向く辺に、2個のエンドファイアアンテナ231、232が配置されている。方位角270°方向を向く辺に、4個のエンドファイアアンテナ241~244が配置されている。各エンドファイアアンテナに、図1に示した実施例1と同様に、平衡給電線及びバランが接続されている。
 実施例1では、誘電体基板10に1つのパッチアンテナ30が配置されていたが、実施例2では、複数のパッチアンテナ311~314、321~324が配置されている。パッチアンテナ311~314、321~324の各々に、第1の給電点35及び第2の給電点36が設けられている。
 x軸方向を行方向とし、y軸方向を列方向としたとき、これらのパッチアンテナ311~314、321~324は、2行4列の行列状に配置されたアレイアンテナ構造を有する。パッチアンテナ311~314が、1行目に配置され、x軸の正の方向に向かってこの順番に並んでいる。パッチアンテナ321~324が、2行目に配置され、x軸の正の方向に向かってこの順番に並んでいる。
 エンドファイアアンテナ211、212、231、232、及びパッチアンテナ311~314、321~324は、2行6列の行列状に配置されている。エンドファイアアンテナ211、231が1行目に配置され、エンドファイアアンテナ212、232が2行目に配置されている。パッチアンテナ311~314、321~324の各々の第2の給電点36に給電すると、エンドファイアアンテナ211、212、231、232、及びパッチアンテナ311~314、321~324が、2行6列に配置された二次元アレイアンテナとして動作する。この二次元アレイアンテナは、y軸に平行な偏波特性を持つ。
 エンドファイアアンテナ221~224、241~244、及びパッチアンテナ311~314、321~324は、4行4列の行列状に配置されている。エンドファイアアンテナ221、241が1列目に配置され、エンドファイアアンテナ222、242が2列目に配置され、エンドファイアアンテナ223、243が3列目に配置され、エンドファイアアンテナ224、244が4列目に配置されている。パッチアンテナ311~314、321~324の各々の第1の給電点35に給電すると、エンドファイアアンテナ221~224、241~244、及びパッチアンテナ311~314、321~324が、4行4列に配置された二次元アレイアンテナとして動作する。この二次元アレイアンテナは、x軸に平行な偏波特性を持つ。
 実施例1においては、メインローブの仰角を変化させることができたが、方位角を変化させることはできなかった。実施例2においては、エンドファイアアンテナ211、212、221~224、231、232、241~244、及びパッチアンテナ311~314、321~324が二次元アレイアンテナとして動作するため、メインローブの仰角及び方位角の両方を変化させることができる。
 [実施例3]
 図3に、実施例3による無線通信モジュールの平面図を示す。以下、図2に示した実施例2による無線通信モジュールとの相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
 実施例2では、図2に示したように、パッチアンテナ311~314、321~324の全てに、第1の給電点35及び第2の給電点36が設けられていた。実施例3においては、1行目のパッチアンテナ311~314には、第2の給電点36が設けられているが、第1の給電点35は設けられていない。2行目のパッチアンテナ321~324には、第1の給電点35及び第2の給電点36の両方が設けられている。
 x軸方向に並ぶパッチアンテナの個数が、y軸方向に並ぶパッチアンテナの個数より多い。一部のパッチアンテナ321~324の各々には、第1の給電点35及び第2の給電点36から選択された給電点から給電が行われ、残りのパッチアンテナ311~314の各々には、第2の給電点36のみから給電が行われる。1つの行には、1点給電のみのパッチアンテナ311~314が属するか、または2点給電のみのパッチアンテナ321~324が属する。1つの列には、1点給電のパッチアンテナ311~314と、2点給電のパッチアンテナ321~324が混在する。
 パッチアンテナ311~314に第1の給電点35が設けられていないため、デジタル移相器42の個数を削減することができる。y軸に平行な偏波が、エンドファイアアンテナ211、212、231、232、及びパッチアンテナ311~314、321~324の合計12個のアンテナで励振される。x軸に平行な偏波は、エンドファイアアンテナ221~224、241~244、及びパッチアンテナ321~324の合計12個のアンテナで励振される。パッチアンテナ311~314では、x軸に平行な偏波が励振されない。x軸に平行な偏波を励振するアンテナの個数と、y軸に平行な偏波を励振するアンテナの個数とが等しい。このため、2つの偏波の放射特性を揃えることができる。
 実施例3では、x軸に平行な偏波を励振するアンテナの個数と、y軸に平行な偏波を励振するアンテナの個数とを同一にしたが、必ずしも両者を同一にする必要はない。行方向及び列方向のうち配列個数の少ない方向(図3においてy方向)に、1点給電のパッチアンテナと2点給電のパッチアンテナとを混在させて配置すればよい。このような配置にすると、x軸に平行な偏波を励振するアンテナの個数と、y軸に平行な偏波を励振するアンテナの個数との差が小さくなる。
 [実施例4]
 図4に、実施例4による無線通信モジュールの平面図を示す。以下、図2に示した実施例2による無線通信モジュールとの相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
 実施例2では、図2に示したように、エンドファイアアンテナ211、212に供給する高周波信号の位相を、独立して制御することが可能であった。同様に、エンドファイアアンテナ231、232に供給する高周波信号の位相も、独立して制御することが可能であった。実施例4においては、エンドファイアアンテナ211、212に、共通の給電線から同一位相の高周波信号が供給される。エンドファイアアンテナ231、232にも、共通の給電線から同一位相の高周波信号が供給される。
 エンドファイアアンテナ221~224には、エンドファイアアンテナ221~224ごとに、デジタル移相器42を通して独立に位相が制御された高周波信号を供給することが可能である。
 実施例4による無線通信モジュールにおいては、2つのエンドファイアアンテナ211、212の、方位角0°の方向への指向性を鋭くすることができる。同様に、2つのエンドファイアアンテナ231、232の、方位角180°の方向への指向性を鋭くすることができる。方位角90°の方向に指向性を持つエンドファイアアンテナ221~224は、方位角0°の方向に指向性を持つエンドファイアアンテナ211、212よりも多い。このため、方位角90°の方向への指向性は、エンドファイアアンテナ221~224に供給する高周波信号の位相を一致させなくても、十分鋭くすることが可能である。同様に、方位角270°の方向への指向性も鋭くすることが可能である。
 さらに、実施例4では、エンドファイアアンテナ211、212に対して1つのデジタル移相器42が配置され、エンドファイアアンテナ231、232に対して1つのデジタル移相器42が配置される。このため、デジタル移相器42の個数を削減することが可能である。
 [実施例5]
 図5に、実施例5による無線通信モジュールの平面図を示す。以下、図4に示した実施例4による無線通信モジュールとの相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
 実施例5においては、エンドファイアアンテナ211、212の前方に、電波レンズ50が配置されている。電波レンズ50は、エンドファイアアンテナ211、212から放射された電波を収束する。エンドファイアアンテナ231、232の前方にも、電波レンズ51が配置されている。電波レンズ51は、エンドファイアアンテナ231、232から放射された電波を収束する。
 電波レンズ50、51を配置することにより、方位角0°の方向、及び方位角180°の方向への指向性を、より鋭くすることができる。
 [実施例6]
 図6Aに、実施例6による無線通信モジュールの平面図を示す。以下、図2に示した実施例2による無線通信モジュールとの相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
 実施例2においては、エンドファイアアンテナ211、212、231、232により、y軸に平行な偏波が励振された。実施例6においては、エンドファイアアンテナ211、212、231、232により、z軸(誘電体基板10の厚さ方向)に平行な偏波が励振される。
 図6Bに、図6Aの一点鎖線6B-6Bにおける断面図を示す。誘電体基板10の内部に給電線55、56が配置されている。一方の給電線55から上方に導体柱57が延びる。他方の給電線56から下方に導体柱58が延びる。導体柱57及び導体柱58により、z方向に長いダイポールアンテナが構成される。
 実施例6においては、エンドファイアアンテナ211、212、231、232により、z軸に平行な偏波が励振されるため、誘電体基板10の厚さ方向の偏波に対する感度を高めることができる。
 [実施例7]
 図7に、実施例7による無線装置の概略部分断面図を示す。実施例7による無線装置には、例えば携帯無線端末、家電機器等が含まれる。マザーボード61に無線通信モジュール60が実装されている。無線通信モジュール60には、実施例1乃至実施例6のいずれか1つによる無線通信モジュールが用いられる。マザーボード61は、レドーム62に収容される。
 無線通信モジュール60は、例えばマザーボード61の、方位角90°方向を向く辺と、方位角180°方向を向く辺とで挟まれた角部に実装されている。マザーボード61の内部に向かう方位角0°方向の指向性を持つエンドファイアアンテナ211、212(図2)、及び方位角270°方向の指向性を持つエンドファイアアンテナ241~244(図2)が省略される。エンドファイアアンテナ211、212、及びエンドファイアアンテナ241~244の前方に、レドーム62が配置されている。
 実施例7による無線装置のように、無線通信モジュール60とマザーボード61との位置関係、無線通信モジュール60とレドーム62との位置関係等に基づいて、エンドファイアアンテナの好適な配置位置を選択することが好ましい。
 上述の実施例1乃至実施例7は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及されていない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
10 誘電体基板
21~24 エンドファイアアンテナ
25 平衡給電線
26 バラン(平衡不平衡変換器)
27 接続点
28 反射器パターン
30 パッチアンテナ
35 第1の給電点
36 第2の給電点
40 送信回路
41 パワーアンプ
42 デジタル移相器
43 ローノイズアンプ
44 受信回路
50、51 電波レンズ
55、56 平衡給電線
57、58 導体柱
60 無線通信モジュール
61 マザーボード
62 レドーム
211、212、221~224、231、232、241~244 エンドファイアアンテナ
311~314、321~324 パッチアンテナ

Claims (8)

  1.  誘電体基板と、
     前記誘電体基板に配置され、前記誘電体基板の表面に平行な方向に指向性を持ち、第1の方向に平行な偏波特性を持つ少なくとも1つの第1のエンドファイアアンテナと、
     前記誘電体基板に配置され、前記誘電体基板の表面に平行な方向に指向性を持ち、前記第1の方向と直交する第2の方向に平行な偏波特性を持つ少なくとも1つの第2のエンドファイアアンテナと、
     前記誘電体基板に配置され、相互に異なる第1の給電点及び第2の給電点が設けられた少なくとも1つのパッチアンテナと
    を有し、
     前記第1の給電点から前記パッチアンテナに給電を行うと、前記第1の方向と平行な偏波方向を持つ電波が励振され、前記第2の給電点から前記パッチアンテナに給電を行うと、前記第1の方向と直交する偏波方向を持つ電波が励振される無線通信モジュール。
  2.  前記第2の給電点から前記パッチアンテナに給電を行うと、前記第2の方向と平行な偏波方向を持つ電波が放射される請求項1に記載の無線通信モジュール。
  3.  前記パッチアンテナは、前記第1の方向と前記第2の方向に行列状に並んだアレイアンテナ構造を有する請求項2に記載の無線通信モジュール。
  4.  前記第1の方向に並ぶ前記パッチアンテナの個数が、前記第2の方向に並ぶ前記パッチアンテナの個数より多く、一部の前記パッチアンテナの各々には、前記第1の給電点及び前記第2の給電点から給電が行われ、残りのパッチアンテナの各々には、前記第2の給電点のみから給電が行われるように構成されている請求項3に記載の無線通信モジュール。
  5.  前記第1のエンドファイアアンテナは、前記第1の方向に並んだアレイアンテナ構造を有し、
     前記第2のエンドファイアアンテナは、前記第2の方向に並んだアレイアンテナ構造を有する請求項3または4に記載の無線通信モジュール。
  6.  前記第1のエンドファイアアンテナには、前記第1のエンドファイアアンテナごとに、移相器を通して独立に位相が制御された高周波信号が供給可能であり、
     前記第2のエンドファイアアンテナには、同一位相の高周波信号が供給される請求項5に記載の無線通信モジュール。
  7.  前記第1の方向に並ぶ前記パッチアンテナの個数が、前記第2の方向に並ぶ前記パッチアンテナの個数より多く、
     前記第2のエンドファイアアンテナから放射された電波を収束する電波レンズを、さらに有する請求項3に記載の無線通信モジュール。
  8.  前記第1の方向及び前記第2の方向の一方は、前記誘電体基板の表面と平行であり、他方は、前記誘電体基板の厚さ方向と平行である請求項1に記載の無線通信モジュール。
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