WO2019167534A1 - アンテナモジュール - Google Patents

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WO2019167534A1
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ground electrode
antenna module
antenna
heat
via conductors
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直志 菅原
弘嗣 森
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q23/00—Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/46—Manufacturing multilayer circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture

Definitions

  • the present invention relates to an antenna module.
  • a high frequency module in which a plurality of via conductors are formed around a high frequency element in order to shield unnecessary electromagnetic waves (noise) from the high frequency element from being radiated to the outside.
  • Patent Document 1 a semiconductor element (high-frequency element) is arranged in a composite resin material layer formed under a ceramic substrate, and the semiconductor A high-frequency semiconductor device in which a plurality of interlayer connection structure via holes (via conductors) are formed around an element is disclosed.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which a plurality of via conductors connect a circuit pattern formed on the lower surface of a ceramic multilayer substrate and an external connection electrode formed on the lower surface of the composite resin material layer. .
  • a closed region is formed by the specific electrode, the external connection electrode, and the two via conductors. Therefore, the specific electrode, the external connection electrode, and the two via conductors can function as a slot antenna.
  • the two via conductors formed around the high-frequency element and the two conductors connected to the two via conductors function as a slot antenna by forming a slot
  • electromagnetic waves are radiated from the slot antenna to the outside.
  • the effect (shield effect) of the via conductor that shields noise from the high-frequency element from being radiated to the outside can be reduced.
  • the characteristics of the antenna module can deviate from the desired characteristics.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to suppress the characteristics of the antenna module from deviating from desired characteristics.
  • the antenna module transmits and receives high-frequency signals.
  • the antenna module includes a first ground electrode and a second ground electrode, a plurality of via conductors, a first antenna element, and a first high-frequency element.
  • the first ground electrode and the second ground electrode are disposed to face each other.
  • the plurality of via conductors connect the first ground electrode and the second ground electrode.
  • the first antenna element is disposed on the opposite side to the plurality of via conductors with respect to the first ground electrode.
  • the first high-frequency element is disposed between the first ground electrode and the second ground electrode.
  • the first high frequency element supplies power to the first antenna element.
  • the distance between the first ground electrode and the second ground electrode is shorter than one half of the effective wavelength of the high-frequency signal between the first ground electrode and the second ground electrode.
  • the distance between the first ground electrode and the second ground electrode is a half of the effective wavelength of the high-frequency signal between the first ground electrode and the second ground electrode.
  • FIG. 1 is an external perspective view of an antenna module according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a plan view of the antenna module of FIG. 2 from the X-axis direction. It is a graph which shows the result of having actually measured the relationship between the thickness of RFIC and the load (withstand load) which can be endured with a certain thickness.
  • 6 is a cross-sectional view of an antenna module according to Embodiment 2.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of an antenna module according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 6 is an external perspective view of an antenna module according to Embodiment 3.
  • FIG. It is the figure which planarly viewed from the Z-axis direction of the antenna module of FIG. It is the figure which planarly viewed the antenna module of FIG. 9 from the X-axis direction.
  • FIG. 1 is a block diagram of a communication apparatus 1000 that includes an antenna array 110.
  • the communication device 1000 is, for example, a mobile terminal such as a mobile phone, a smartphone or a tablet, or a personal computer provided with a communication function.
  • the communication apparatus 1000 includes an antenna module 100 and a BBIC (Baseband Integrated Circuit) 900 that constitutes a baseband signal processing circuit.
  • the antenna module 100 includes an RFIC (Radio Frequency Integrated Circuit) 900 that is an example of a high-frequency element, and an antenna array 110.
  • RFIC Radio Frequency Integrated Circuit
  • the communication device 1000 up-converts the signal transmitted from the BBIC 900 to the antenna module 100 into a high-frequency signal and radiates it from the antenna array 110.
  • Communication apparatus 1000 down-converts the high-frequency signal received by antenna array 110 and processes the signal using BBIC 900.
  • FIG. 1 shows the configuration of RFIC 190 corresponding to antenna elements 1111 to 1114 among a plurality of antenna elements constituting antenna array 110.
  • the RFIC 190 includes switches 31A to 31D, 33A to 33D, 37, power amplifiers 32AT to 32DT, low noise amplifiers 32AR to 32DR, attenuators 34A to 34D, phase shifters 35A to 35D, and a signal synthesizer / demultiplexer. 36, a mixer 38, and an amplifier circuit 39.
  • RFIC 190 is formed, for example, as a one-chip integrated circuit component including circuit elements (switches, power amplifiers, low noise amplifiers, attenuators, and phase shifters) corresponding to a plurality of antenna elements included in antenna array 110.
  • the circuit element may be formed as a one-chip integrated circuit component for each antenna element, separately from the RFIC 190.
  • the switches 31A to 31D and 33A to 33D are switched to the low noise amplifiers 32AR to 32DR side, and the switch 37 is connected to the reception side amplifier of the amplifier circuit 39.
  • the high-frequency signals received by the antenna elements 1111 to 1114 pass through the signal paths from the switches 31A to 31D to the phase shifters 35A to 35D, are combined by the signal synthesizer / demultiplexer 36, and are down-converted by the mixer 38.
  • the signal is amplified by the amplifier circuit 39 and transmitted to the BBIC 900.
  • the switches 31A to 31D and 33A to 33D are switched to the power amplifiers 32AT to 32DT side, and the switch 37 is connected to the transmission side amplifier of the amplifier circuit 39.
  • the signal transmitted from the BBIC 900 is amplified by the amplifier circuit 39 and up-converted by the mixer 38.
  • the up-converted high-frequency signal is demultiplexed by the signal synthesizer / demultiplexer 36, passes through the signal paths from the phase shifters 35A to 35D to the switches 31A to 31D, and is fed to the antenna elements 1111 to 1114. .
  • the directivity of the antenna array 110 can be adjusted.
  • FIG. 2 is an external perspective view of the antenna module 100 according to the first embodiment.
  • 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
  • the antenna module 100 transmits and receives high-frequency signals.
  • the antenna module 100 includes antenna elements 1111 to 1114 (first antenna elements), a heat radiating member 120 (first heat radiating member), a dielectric layer 130, and a ground electrode 141 ( A first ground electrode), a ground electrode 142 (second ground electrode), a plurality of via conductors 150, a mold layer 170, and an RFIC 190 (first high-frequency element) are provided.
  • the ground electrode 142, the mold layer 170, and the dielectric layer 130 are stacked in this order with the Z-axis direction as the stacking direction.
  • the mold layer 170 is indicated by a dotted line so that the plurality of via conductors 150 can be easily seen.
  • the ground electrode 141 is disposed on the dielectric layer 130 so as to face the antenna elements 1111 to 1114.
  • the antenna module 100 is a microstrip antenna.
  • the ground electrodes 141 and 142 are connected by a plurality of via conductors 150.
  • the antenna elements 1111 to 1114 are arranged in a matrix in the dielectric layer 130 so as to be opposite to the plurality of via conductors 150 with respect to the ground electrode 141. Specifically, the antenna elements 1111 and 1112 are arranged along the Y axis. The antenna elements 1113 and 1114 are arranged along the Y axis. The antenna elements 1111 and 1113 are arranged along the X axis. The antenna elements 1112 and 1114 are arranged along the X axis.
  • the RFIC 190 is disposed on the mold layer 170 so as to be between the ground electrodes 141 and 142.
  • the RFIC 190 is connected to the antenna elements 1111 to 1114 by power supply lines (not shown), and supplies power to the antenna elements 1111 to 1114.
  • the plurality of via conductors 150 are arranged so as to surround the periphery of the RFIC 190.
  • the plurality of via conductors 150 shield noise from the RFIC 190 from being radiated to the outside.
  • the heat dissipation member 120 is disposed between the RFIC 190 and the ground electrode 142. When viewed in plan from the Z-axis direction, the heat dissipation member 120 overlaps the entire RFIC 190.
  • the heat radiating member 120 guides the heat of the RFIC 190 to the outside of the antenna module 100. Since metal has a relatively higher thermal conductivity than other materials, the heat dissipation member 120 preferably includes metal.
  • FIG. 4 is a plan view of the antenna module 100 of FIG. 2 from the X-axis direction.
  • the distance H1 represents the distance between the ground electrodes 141 and 142.
  • the distance W1 represents the distance between adjacent via conductors included in the plurality of via conductors 150.
  • the thickness H2 represents the thickness of the RFIC 190.
  • the mold layer 170 is indicated by a dotted line so that the plurality of via conductors 150 can be easily seen.
  • a closed region Slt1 is formed by the ground electrode 141, the two adjacent via conductors 150, and the ground electrode 142. Therefore, the ground electrode 141, the two adjacent via conductors 150, and the ground electrode 142 can function as a slot antenna.
  • the shielding effect of the plurality of via conductors 150 can be reduced.
  • the characteristics of the antenna module 100 deviate from the desired characteristics. obtain.
  • the distance H1 between the ground electrodes 141 and 142 is a half of the effective wavelength of the high-frequency signal between the ground electrodes 141 and 142 (hereinafter also simply referred to as “effective wavelength”).
  • effective wavelength the effective wavelength of the high-frequency signal between the ground electrodes 141 and 142
  • the ground electrode 141 forming the closed region Slt1 the adjacent two via conductors 150, and the ground electrode 142, a high frequency signal having an effective wavelength resonates and a standing wave is prevented from being generated. That is, since the ground electrode 141, the two adjacent via conductors 150, and the ground electrode 142 can be prevented from functioning as a slot antenna, the characteristics of the antenna module 100 are prevented from deviating from desired characteristics. Can do.
  • the distance W1 between two adjacent via conductors included in the plurality of via conductors 150 is also made smaller than one half of the effective wavelength. By doing so, it is possible to further prevent the ground electrode 141, the two adjacent via conductors 150, and the ground electrode 142 from functioning as a slot antenna, so that the characteristics of the antenna module 100 deviate from the desired characteristics. This can be further suppressed.
  • the thickness H2 of the RFIC 190 is set to 100 ⁇ m or more so that the RFIC 190 is not destroyed in the manufacturing process of the antenna module 100.
  • the RFIC 190 is picked up by a manufacturing machine and moved to an appropriate place. At the time of pickup, the RFIC 190 is subjected to a stress of about 10 N in the thickness direction (Z-axis direction in FIG. 4). Therefore, the RFIC 190 needs to be thick enough to withstand a stress of about 10N.
  • FIG. 5 is a graph showing the results of actual measurement of the relationship between the thickness H2 of the RFIC 190 and the load (withstand load) that can be endured at the thickness H2.
  • the minimum value of the thickness H2 that can withstand a load of 10 N is 70 ⁇ m. Therefore, in the antenna module 100, a design margin Mgn of about 30 ⁇ m is set so that the thickness H2 is set to 100 ⁇ m or more so that the thickness H2 does not become less than 70 ⁇ m even if manufacturing variations occur.
  • the strength of the RFIC 190 is maintained so as not to be destroyed in the manufacturing process of the antenna module 100.
  • the effective wavelength ⁇ g of the high-frequency signal in a specific layer (for example, the mold layer 170 in the first embodiment) between the first ground electrode and the second ground electrode is the free space wavelength (wavelength in vacuum) of the high-frequency signal.
  • ⁇ 0 , the specific dielectric constant ⁇ r of the specific layer, and the relative permeability ⁇ r of the specific layer are expressed by the following formula (1).
  • the antenna module concerning Embodiment 1 it can control that the characteristic of an antenna module deviates from a desired characteristic.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the antenna module 200 according to the second embodiment.
  • the configuration of the antenna module 200 is a configuration in which the RFIC 190 of the antenna module 100 of FIG. 3 is replaced with the RFIC 290, and a heat radiation electrode 260 and an adhesive layer 280 are added. Since the configuration other than these is the same, the description will not be repeated.
  • the RFIC 290 includes a heat radiation electrode 260.
  • the heat radiation electrode 260 is formed inside the RFIC 290 when the RFIC 290 is manufactured. A part of the heat radiation electrode 260 is exposed to the outside of the RFIC 290 by polishing (grinding).
  • the heat radiating member 120 is fixed to the heat radiating electrode 260 via the adhesive layer 280.
  • the heat of the RFIC 290 is transmitted to the heat radiating member 120 mainly through the heat radiating electrode 260, so that the heat radiation of the RFIC 290 can be efficiently performed.
  • the antenna module according to the second embodiment and the modification it is possible to suppress the characteristic of the antenna module from deviating from a desired characteristic, and to efficiently dissipate heat from the high-frequency element.
  • FIG. 8 is an external perspective view of the antenna module 300 according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a plan view of the antenna module 300 of FIG. 8 from the Z-axis direction.
  • FIG. 10 is a plan view of the antenna module 300 of FIG. 9 from the X-axis direction.
  • the antenna module 300 includes antenna elements 3111 to 3114 (first antenna element), antenna elements 3115 to 3118 (second antenna element), and a heat radiating member 321 (first heat radiating member). ), A heat radiation member 322 (second heat radiation member), a heat sink 323 (third heat radiation member), dielectric layers 331 and 332, a ground electrode 341 (first ground electrode), and a ground electrode 342 (second ground). Electrode), a plurality of via conductors 350, a mold layer 370, a plurality of fixing members 380, an RFIC 391 (first high frequency element), and an RFIC 392 (second high frequency element).
  • the heat sink 323, the dielectric layer 332, the mold layer 370, and the dielectric layer 331 are stacked in this order with the Z-axis direction as the stacking direction. 8 and 10, the mold layer 370 is indicated by a dotted line so that the plurality of via conductors 350 can be easily seen.
  • the ground electrode 341 is disposed on the dielectric layer 331 so as to face the antenna elements 3111 to 3118.
  • the antenna module 300 is a microstrip antenna.
  • the ground electrode 342 is disposed on the dielectric layer 332.
  • the ground electrode 342 is connected to the ground electrode 341 by a plurality of via conductors 350.
  • the distance H31 between the ground electrodes 341 and 342 is smaller than one half of the effective wavelength.
  • the antenna elements 3111 to 3118 are arranged in a matrix in the dielectric layer 331 so as to be opposite to the ground electrode 341 from the plurality of via conductors 350. Specifically, the antenna elements 3111, 3112, 3115, and 3116 are arranged along the Y axis. The antenna elements 3113, 3114, 3117, 3118 are arranged along the Y axis. The antenna elements 3111 and 3113 are arranged along the X axis. The antenna elements 3112 and 3114 are arranged along the X axis. The antenna elements 3115 and 3117 are arranged along the X axis. The antenna elements 3116 and 3118 are arranged along the X axis.
  • the RFIC 391 is disposed on the mold layer 370 so as to be between the ground electrodes 341 and 342.
  • the RFIC 391 is connected to the antenna elements 3111 to 3114 by a power supply line (not shown), and supplies power to the antenna elements 3111 to 3114.
  • the thickness H32 of the RFIC 391 is 100 ⁇ m or more.
  • the RFIC 392 is disposed on the mold layer 370 so as to be between the ground electrodes 341 and 342.
  • the RFIC 392 is connected to the antenna elements 3115 to 3118 through a feed line (not shown) and supplies power to the antenna elements 3115 to 3118.
  • the thickness H33 of the RFIC 392 is 100 ⁇ m or more.
  • the plurality of via conductors 350 are arranged so as to surround the periphery of the RFICs 391 and 392.
  • the plurality of via conductors 350 shield noise from the RFIC 391 and the RFIC 392 from being radiated to the outside.
  • a distance W31 between two adjacent via conductors included in the plurality of via conductors 350 is smaller than a half of the effective wavelength.
  • the heat radiation member 321 is disposed between the RFIC 391 and the ground electrode 342. When viewed in plan from the Z-axis direction, the heat dissipation member 321 overlaps the entire RFIC 391. The heat dissipation member 321 guides the heat of the RFIC 391 to the outside of the antenna module 300. Since metal has a relatively higher thermal conductivity than other materials, it is desirable that the heat dissipation member 321 contain metal.
  • the heat radiation member 322 is disposed between the RFIC 392 and the ground electrode 342. When viewed in plan from the Z-axis direction, the heat dissipation member 322 overlaps the entire RFIC 392. The heat dissipation member 322 guides the heat of the RFIC 392 to the outside of the antenna module 300. Since metal has a relatively higher thermal conductivity than other materials, the heat dissipation member 322 preferably contains metal.
  • the heat sink 323 is fixed to the dielectric layer 332 by a plurality of fixing members 380. When viewed in plan from the Z-axis direction, the heat sink 323 overlaps all of the heat dissipating member 321 and all of the heat dissipating member 322.
  • the heat sink 323 is a heat radiating member common to the heat radiating members 321 and 322, and guides the heat of the heat radiating member 321 and the heat of the 322 to the outside of the antenna module 300.
  • the third heat radiating member may be a part of a housing that houses a plurality of high-frequency elements and a plurality of antenna elements.
  • the antenna module according to Embodiment 3 it is possible to suppress the characteristics of the antenna module from deviating from the desired characteristics.

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

アンテナモジュールの特性が所望の特性から乖離することを抑制する。アンテナモジュール（１００）は、高周波信号を送信および受信する。第１グランド電極（１４１）および第２グランド電極（１４２）は、互いに対向して配置されている。複数のビア導体（１５０）は、第１グランド電極（１４１）および第２グランド電極（１４２）を接続する。第１アンテナ素子（１１１１）は、第１グランド電極（１４１）に対して、複数のビア導体（１５０）とは反対側に配置されている。第１高周波素子（１９０）は、第１グランド電極（１４１）および第２グランド電極（１４２）の間に配置されている。第１高周波素子（１９０）は、第１アンテナ素子（１１１１）に電力を供給する。第１グランド電極（１４１）と第２グランド電極（１４２）との距離は、第１グランド電極（１４１）と第２グランド電極（１４２）との間での高周波信号の実効波長の２分の１より短い。

Description

アンテナモジュール
　本発明は、アンテナモジュールに関する。
　従来、高周波素子からの不要な電磁波（ノイズ）が外部へ放射されることを遮蔽するために、高周波素子の周囲に複数のビア導体が形成された高周波モジュールが知られている。たとえば、米国特許第６，８１５，８１０号明細書（特許文献１）には、セラミック基板の下部に形成された複合樹脂材料層において、半導体素子（高周波素子）が配置されているとともに、当該半導体素子の周囲に複数の層間接続構造ビアホール（ビア導体）が形成された高周波半導体装置が開示されている。
米国特許第６，８１５，８１０号明細書
　特許文献１には、複数のビア導体が、セラミック多層基板の下面に形成された回路パターンと、複合樹脂材料層の下部表面に形成された外部接続用電極とを接続する構成が開示されている。
　回路パターンに含まれる特定電極と外部接続用電極とが２つのビア導体で接続されている場合、特定電極、外部接続用電極、および２つのビア導体によって閉領域（スロット）が形成される。そのため、特定電極、外部接続用電極、および２つのビア導体は、スロットアンテナとして機能し得る。
　高周波素子の周囲に形成された２つのビア導体、および当該２つのビア導体が接続する２つの導体がスロットを形成することによりスロットアンテナとして機能すると、スロットアンテナから外部へ電磁波が放射されるため、高周波素子からのノイズが外部へ放射されることを遮蔽するというビア導体の効果（シールド効果）が減殺され得る。
　アンテナモジュールにおいて、所望の指向性を有する電磁波をアンテナ素子から放射する必要がある場合、意図されていないスロットアンテナが形成されると、アンテナモジュールの特性が所望の特性から乖離し得る。
　本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、アンテナモジュールの特性が所望の特性から乖離することを抑制することである。
　本発明の一実施形態によるアンテナモジュールは、高周波信号を送信および受信する。アンテナモジュールは、第１グランド電極および第２グランド電極と、複数のビア導体と、第１アンテナ素子と、第１高周波素子とを備える。第１グランド電極および第２グランド電極は、互いに対向して配置されている。複数のビア導体は、第１グランド電極および第２グランド電極を接続する。第１アンテナ素子は、第１グランド電極に対して、複数のビア導体とは反対側に配置されている。第１高周波素子は、第１グランド電極および第２グランド電極の間に配置されている。第１高周波素子は、第１アンテナ素子に電力を供給する。第１グランド電極と第２グランド電極との距離は、第１グランド電極と第２グランド電極との間での高周波信号の実効波長の２分の１より短い。
　本発明の一実施形態に係るアンテナモジュールによれば、第１グランド電極と第２グランド電極との距離が第１グランド電極と第２グランド電極との間での高周波信号の実効波長の２分の１より短いことにより、第１グランド電極、複数のビア導体、および第２グランド電極がスロットアンテナとして機能することを抑制することができる。その結果、アンテナモジュールの特性が所望の特性から乖離することを抑制することができる。
アンテナアレイを備え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外観斜視図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。 図２のアンテナモジュールをＸ軸方向から平面視した図である。 ＲＦＩＣの厚みと、或る厚みで耐えられる荷重（耐荷重）との関係を実際に測定した結果を示すグラフである。 実施の形態２に係るアンテナモジュールの断面図である。 実施の形態２の変形例に係るアンテナモジュールの断面図である。 実施の形態３に係るアンテナモジュールの外観斜視図である。 図８のアンテナモジュールのＺ軸方向から平面視した図である。 図９のアンテナモジュールをＸ軸方向から平面視した図である。
　以下、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原則として繰り返さない。
　［実施の形態１］
　図１は、アンテナアレイ１１０を備える通信装置１０００のブロック図である。通信装置１０００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、もしくは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に示されるように、通信装置１０００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ＢＢＩＣ（Baseband　Integrated　Circuit）９００とを備える。アンテナモジュール１００は、高周波素子の一例であるＲＦＩＣ（Radio　Frequency　Integrated　Circuit）９００と、アンテナアレイ１１０とを含む。
　通信装置１０００は、ＢＢＩＣ９００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１１０から放射する。通信装置１０００は、アンテナアレイ１１０で受信した高周波信号をダウンコンバートしてＢＢＩＣ９００にて信号処理する。
　アンテナアレイ１１０は、複数の平板状のアンテナ素子（放射導体）が、規則的に配置されている。図１においては、アンテナアレイ１１０を構成する複数のアンテナ素子のうち、アンテナ素子１１１１～１１１４に対応するＲＦＩＣ１９０の構成が示されている。
　ＲＦＩＣ１９０は、スイッチ３１Ａ～３１Ｄ，３３Ａ～３３Ｄ，３７と、パワーアンプ３２ＡＴ～３２ＤＴと、ローノイズアンプ３２ＡＲ～３２ＤＲと、減衰器３４Ａ～３４Ｄと、移相器３５Ａ～３５Ｄと、信号合成／分波器３６と、ミキサ３８と、増幅回路３９とを備える。
　ＲＦＩＣ１９０は、たとえば、アンテナアレイ１１０に含まれる複数のアンテナ素子に対応する回路要素（スイッチ、パワーアンプ、ローノイズアンプ、減衰器、および移相器）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、当該回路要素については、ＲＦＩＣ１９０とは別に、アンテナ素子毎に１チップの集積回路部品として形成されてもよい。
　高周波信号を受信する場合、スイッチ３１Ａ～３１Ｄ，３３Ａ～３３Ｄがローノイズアンプ３２ＡＲ～３２ＤＲ側へ切換えられるとともに、スイッチ３７が増幅回路３９の受信側アンプに接続される。
　アンテナ素子１１１１～１１１４で受信された高周波信号は、スイッチ３１Ａ～３１Ｄから移相器３５Ａ～３５Ｄまでの各信号経路を経由し、信号合成／分波器３６で合波され、ミキサ３８でダウンコンバートされ、増幅回路３９で増幅されてＢＢＩＣ９００へ伝達される。
　高周波信号をアンテナアレイ１１０から送信する場合には、スイッチ３１Ａ～３１Ｄ，３３Ａ～３３Ｄがパワーアンプ３２ＡＴ～３２ＤＴ側へ切換えられるとともに、スイッチ３７が増幅回路３９の送信側アンプに接続される。
　ＢＢＩＣ９００から伝達された信号は、増幅回路３９で増幅され、ミキサ３８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は、信号合成／分波器３６で４分波され、移相器３５Ａ～３５Ｄからスイッチ３１Ａ～３１Ｄまでの各信号経路を通過してアンテナ素子１１１１～１１１４に給電される。各信号経路に配置された移相器３５Ａ～３５Ｄ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１１０の指向性を調整することが可能となる。
　図２は、実施の形態１に係るアンテナモジュール１００の外観斜視図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。アンテナモジュール１００は、高周波信号を送信および受信する。
　図２および図３に示されるように、アンテナモジュール１００は、アンテナ素子１１１１～１１１４（第１アンテナ素子）と、放熱部材１２０（第１放熱部材）と、誘電体層１３０と、グランド電極１４１（第１グランド電極）と、グランド電極１４２（第２グランド電極）と、複数のビア導体１５０と、モールド層１７０と、ＲＦＩＣ１９０（第１高周波素子）とを備える。
　グランド電極１４２、モールド層１７０、および誘電体層１３０は、Ｚ軸方向を積層方向として、この順に積層されている。なお、図２においては、複数のビア導体１５０を見え易くするため、モールド層１７０を点線で示している。
　グランド電極１４１は、アンテナ素子１１１１～１１１４と対向するように誘電体層１３０に配置されている。アンテナモジュール１００は、マイクロストリップアンテナである。グランド電極１４１および１４２は、複数のビア導体１５０によって接続されている。
　アンテナ素子１１１１～１１１４は、グランド電極１４１に対して、複数のビア導体１５０とは反対側となるように、誘電体層１３０において行列状に配置されている。具体的には、アンテナ素子１１１１，１１１２は、Ｙ軸に沿って配置されている。アンテナ素子１１１３，１１１４は、Ｙ軸に沿って配置されている。アンテナ素子１１１１，１１１３は、Ｘ軸に沿って配置されている。アンテナ素子１１１２，１１１４は、Ｘ軸に沿って配置されている。
　ＲＦＩＣ１９０は、グランド電極１４１および１４２の間となるようにモールド層１７０に配置されている。ＲＦＩＣ１９０は、不図示の給電ラインによってアンテナ素子１１１１～１１１４に接続され、アンテナ素子１１１１～１１１４に電力を供給する。
　複数のビア導体１５０は、ＲＦＩＣ１９０の周囲を囲むように配置されている。複数のビア導体１５０は、ＲＦＩＣ１９０からのノイズが外部へ放射されることを遮蔽する。
　放熱部材１２０は、ＲＦＩＣ１９０およびグランド電極１４２との間に配置されている。Ｚ軸方向から平面視したとき、放熱部材１２０は、ＲＦＩＣ１９０の全部と重なっている。放熱部材１２０は、ＲＦＩＣ１９０の熱をアンテナモジュール１００の外部へ導く。金属は他の物質よりも熱伝導率が比較的高いため、放熱部材１２０は金属を含んでいることが望ましい。
　図４は、図２のアンテナモジュール１００をＸ軸方向から平面視した図である。図４において、距離Ｈ１は、グランド電極１４１と１４２との距離を表す。距離Ｗ１は、複数のビア導体１５０に含まれる隣接するビア導体の距離を表す。厚みＨ２は、ＲＦＩＣ１９０の厚みを表す。なお、図４においても図２と同様に、複数のビア導体１５０を見え易くするため、モールド層１７０を点線で示している。
　図４に示されるように、グランド電極１４１、隣接する２つのビア導体１５０、およびグランド電極１４２によって閉領域Ｓｌｔ１が形成されている。そのため、グランド電極１４１、隣接する２つのビア導体１５０、およびグランド電極１４２は、スロットアンテナとして機能し得る。
　グランド電極１４１、隣接する２つのビア導体１５０、およびグランド電極１４２がスロットアンテナとして機能すると、複数のビア導体１５０のシールド効果が減殺され得る。
　アンテナモジュール１００において、所望の指向性を有する電磁波をアンテナ素子１１１１～１１１４から放射する必要がある場合、意図されていないスロットアンテナが形成されると、アンテナモジュール１００の特性が所望の特性から乖離し得る。
　そこで、アンテナモジュール１００においては、グランド電極１４１と１４２との距離Ｈ１をグランド電極１４１と１４２との間での高周波信号の実効波長（以下では単に「実効波長」ともいう。）の２分の１よりも小さくし、閉領域Ｓｌｔ１を形成するグランド電極１４１、隣接する２つのビア導体１５０、およびグランド電極１４２において、実効波長の高周波信号が共振し、定在波が生じることを抑制する。すなわち、グランド電極１４１、隣接する２つのビア導体１５０、およびグランド電極１４２がスロットアンテナとして機能することを抑制することができるため、アンテナモジュール１００の特性が所望の特性から乖離することを抑制することができる。
　さらに、アンテナモジュール１００においては、複数のビア導体１５０に含まれる隣接する２つのビア導体の距離Ｗ１も、実効波長の２分の１よりも小さくする。このようにすることで、グランド電極１４１、隣接する２つのビア導体１５０、およびグランド電極１４２がスロットアンテナとして機能することをさらに抑制することができるため、アンテナモジュール１００の特性が所望の特性から乖離することをさらに抑制することができる。
　アンテナモジュール１００においては、アンテナモジュール１００の製造工程においてＲＦＩＣ１９０が破壊されないように、ＲＦＩＣ１９０の厚みＨ２を１００μｍ以上とする。
　アンテナモジュール１００の製造工程において、ＲＦＩＣ１９０は、製造機械によってピックアップされ、適当な場所に移動される。ピックアップ時にＲＦＩＣ１９０には、厚み方向（図４のＺ軸方向）に１０Ｎ程度の応力が負荷される。そのため、ＲＦＩＣ１９０には、１０Ｎ程度の応力に耐えられる程度の厚みが必要になる。
　図５は、ＲＦＩＣ１９０の厚みＨ２と、厚みＨ２で耐えられる荷重（耐荷重）との関係を実際に測定した結果を示すグラフである。図５に示されるように、１０Ｎの荷重に耐えられる厚みＨ２の最小値は、７０μｍである。そこで、アンテナモジュール１００においては、製造バラツキが生じても厚みＨ２が７０μｍ未満とならないように、３０μｍ程度の設計マージンＭｇｎを設定して、厚みＨ２を１００μｍ以上とする。厚みＨ２を１００μｍ以上とすることにより、ＲＦＩＣ１９０の強度が、アンテナモジュール１００の製造工程において破壊されない程度に維持される。
　なお、第１グランド電極と第２グランド電極との間の特定層（たとえば、実施の形態１におけるモールド層１７０）における高周波信号の実効波長λｇは、高周波信号の自由空間波長（真空中の波長）λ０、特定層の比誘電率εｒ、および特定層の比透磁率μｒを用いて、以下の式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　以上、実施の形態１に係るアンテナモジュールによれば、アンテナモジュールの特性が所望の特性から乖離することを抑制することができる。
　［実施の形態２］
　実施の形態２においては、高周波素子の放熱電極を用いて、放熱効果を向上させる構成について説明する。
　図６は、実施の形態２に係るアンテナモジュール２００の断面図である。アンテナモジュール２００の構成は、図３のアンテナモジュール１００のＲＦＩＣ１９０がＲＦＩＣ２９０に置き換えられているとともに、放熱電極２６０および接着層２８０が加えられた構成である。これら以外の構成は同様であるため、説明を繰り返さない。
　図６に示されるように、ＲＦＩＣ２９０は、放熱電極２６０を含む。放熱電極２６０は、ＲＦＩＣ２９０の製造時にＲＦＩＣ２９０の内部に形成される。放熱電極２６０の一部は、研磨加工（グラインド）によってＲＦＩＣ２９０の外部に露出される。放熱部材１２０は、接着層２８０を介して放熱電極２６０に固定されている。
　アンテナモジュール２００においては、ＲＦＩＣ２９０の熱が主に放熱電極２６０を介して放熱部材１２０に伝達されるため、ＲＦＩＣ２９０の放熱を効率的に行なうことができる。
　［実施の形態２の変形例］
　実施の形態２においては、高周波素子の放熱電極が放熱部材に固定される場合について説明した。放熱電極は、図７に示される実施の形態２の変形例に係るアンテナモジュール２００Ａのように、放熱電極２６０が放熱部材を介さずグランド電極１４２に直接的に近接あるいは接触していてもよい。
　以上、実施の形態２および変形例に係るアンテナモジュールによれば、アンテナモジュールの特性が所望の特性から乖離することを抑制することができるとともに、高周波素子の放熱を効率的に行なうことができる。
　［実施の形態３］
　実施の形態１および２においては、高周波素子を１つ備えるアンテナモジュールについて説明した。実施の形態３においては、複数の高周波素子を備えるアンテナモジュールについて説明する。
　図８は、実施の形態３に係るアンテナモジュール３００の外観斜視図である。図９は、図８のアンテナモジュール３００のＺ軸方向から平面視した図である。図１０は、図９のアンテナモジュール３００をＸ軸方向から平面視した図である。
　図８～図１０に示されるように、アンテナモジュール３００は、アンテナ素子３１１１～３１１４（第１アンテナ素子）と、アンテナ素子３１１５～３１１８（第２アンテナ素子）と、放熱部材３２１（第１放熱部材）と、放熱部材３２２（第２放熱部材）と、ヒートシンク３２３（第３放熱部材）と、誘電体層３３１，３３２と、グランド電極３４１（第１グランド電極）と、グランド電極３４２（第２グランド電極）と、複数のビア導体３５０と、モールド層３７０と、複数の固定部材３８０と、ＲＦＩＣ３９１（第１高周波素子）と、ＲＦＩＣ３９２（第２高周波素子）とを備える。
　ヒートシンク３２３、誘電体層３３２、モールド層３７０、および誘電体層３３１は、Ｚ軸方向を積層方向として、この順に積層されている。なお、図８および図１０においては、複数のビア導体３５０を見え易くするため、モールド層３７０を点線で示している。
　グランド電極３４１は、アンテナ素子３１１１～３１１８と対向するように誘電体層３３１に配置されている。アンテナモジュール３００は、マイクロストリップアンテナである。
　グランド電極３４２は、誘電体層３３２に配置されている。グランド電極３４２は、複数のビア導体３５０によってグランド電極３４１に接続されている。グランド電極３４１と３４２との距離Ｈ３１は、実効波長の２分の１よりも小さい。
　アンテナ素子３１１１～３１１８は、グランド電極３４１に対して、複数のビア導体３５０とは反対側となるように、誘電体層３３１において行列状に配置されている。具体的には、アンテナ素子３１１１，３１１２，３１１５，３１１６は、Ｙ軸に沿って配置されている。アンテナ素子３１１３，３１１４，３１１７，３１１８は、Ｙ軸に沿って配置されている。アンテナ素子３１１１，３１１３は、Ｘ軸に沿って配置されている。アンテナ素子３１１２，３１１４は、Ｘ軸に沿って配置されている。アンテナ素子３１１５，３１１７は、Ｘ軸に沿って配置されている。アンテナ素子３１１６，３１１８は、Ｘ軸に沿って配置されている。
　ＲＦＩＣ３９１は、グランド電極３４１および３４２の間となるようにモールド層３７０に配置されている。ＲＦＩＣ３９１は、不図示の給電ラインによってアンテナ素子３１１１～３１１４に接続され、アンテナ素子３１１１～３１１４に電力を供給する。ＲＦＩＣ３９１の厚みＨ３２は、１００μｍ以上である。
　ＲＦＩＣ３９２は、グランド電極３４１および３４２の間となるようにモールド層３７０に配置されている。ＲＦＩＣ３９２は、不図示の給電ラインによってアンテナ素子３１１５～３１１８に接続され、アンテナ素子３１１５～３１１８に電力を供給する。ＲＦＩＣ３９２の厚みＨ３３は、１００μｍ以上である。
　複数のビア導体３５０は、ＲＦＩＣ３９１および３９２の周囲を囲むように配置されている。複数のビア導体３５０は、ＲＦＩＣ３９１およびＲＦＩＣ３９２からのノイズが外部へ放射されることを遮蔽する。複数のビア導体３５０に含まれる隣接する２つのビア導体の距離Ｗ３１は、実効波長の２分の１よりも小さい。
　放熱部材３２１は、ＲＦＩＣ３９１およびグランド電極３４２との間に配置されている。Ｚ軸方向から平面視したとき、放熱部材３２１は、ＲＦＩＣ３９１の全部と重なっている。放熱部材３２１は、ＲＦＩＣ３９１の熱をアンテナモジュール３００の外部へ導く。金属は他の物質よりも熱伝導率が比較的高いため、放熱部材３２１は金属を含んでいることが望ましい。
　放熱部材３２２は、ＲＦＩＣ３９２およびグランド電極３４２との間に配置されている。Ｚ軸方向から平面視したとき、放熱部材３２２は、ＲＦＩＣ３９２の全部と重なっている。放熱部材３２２は、ＲＦＩＣ３９２の熱をアンテナモジュール３００の外部へ導く。金属は他の物質よりも熱伝導率が比較的高いため、放熱部材３２２は金属を含んでいることが望ましい。
　ヒートシンク３２３は、複数の固定部材３８０によって誘電体層３３２に固定されている。Ｚ軸方向から平面視したとき、ヒートシンク３２３は、放熱部材３２１の全部および放熱部材３２２の全部と重なっている。ヒートシンク３２３は、放熱部材３２１および３２２に共通の放熱部材であり、放熱部材３２１の熱および３２２の熱をアンテナモジュール３００の外部へ導く。
　なお、実施の形態３においては、複数の高周波素子に共通の第３放熱部材がヒートシンクである場合について説明した。第３放熱部材は、複数の高周波素子および複数のアンテナ素子を収容する筐体の一部であってもよい。
　以上、実施の形態３に係るアンテナモジュールによれば、アンテナモジュールの特性が所望の特性から乖離することを抑制することができる。
　今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わされて実施されることも予定されている。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。本発明の範囲は上記した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。
　３１Ａ，３１Ｄ，３３Ａ，３３Ｄ，３７　スイッチ、３２ＡＲ，３２ＤＲ　ローノイズアンプ、３２ＡＴ，３２ＤＴ　パワーアンプ、３４Ａ，３４Ｄ　減衰器、３５Ａ，３５Ｄ　移相器、３６　分波器、３８　ミキサ、３９　増幅回路、１００，２００，２００Ａ，３００　アンテナモジュール、１１０　アンテナアレイ、１２０，３２１，３２２　放熱部材、１３０，３３１，３３２　誘電体層、１４１，１４２，３４１，３４２　グランド電極、１５０，３５０　ビア導体、１７０，３７０　モールド層、２６０　放熱電極、２８０　接着層、３２３　ヒートシンク、３８０　固定部材、１０００　通信装置、１１１１～１１１４，３１１１～３１１８　アンテナ素子、１９０，２９０，３９１，３９２　ＲＦＩＣ。

Claims (7)

  1. 　高周波信号を送信および受信するためのアンテナモジュールであって、
    　互いに対向して配置される第１グランド電極および第２グランド電極と、
    　前記第１グランド電極および前記第２グランド電極を接続する複数のビア導体と、
    　前記第１グランド電極に対して、前記複数のビア導体とは反対側に配置された第１アンテナ素子と、
    　前記第１グランド電極および前記第２グランド電極の間に配置され、前記第１アンテナ素子に電力を供給する第１高周波素子とを備え、
    　前記第１グランド電極と前記第２グランド電極との距離は、前記第１グランド電極と前記第２グランド電極との間での前記高周波信号の実効波長の２分の１より短い、アンテナモジュール。
  2. 　前記複数のビア導体に含まれる隣接する２つのビア導体の距離は、前記実効波長の２分の１より短い、請求項１に記載のアンテナモジュール。
  3. 　前記第１グランド電極の法線方向の前記第１高周波素子の厚みは、１００μｍ以上である、請求項１または２に記載のアンテナモジュール。
  4. 　前記第１高周波素子と前記第２グランド電極との間に配置され、前記第１高周波素子の熱を外部へ導く第１放熱部材をさらに備える、請求項１～３のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
  5. 　前記第１放熱部材は、金属を含む、請求項４に記載のアンテナモジュール。
  6. 　前記第１高周波素子は、前記第１高周波素子の外部に露出する放熱電極を含み、
    　前記第１放熱部材は、前記放熱電極に固定されている、請求項４または５に記載のアンテナモジュール。
  7. 　前記第１グランド電極に対して、前記複数のビア導体とは反対側に配置された第２アンテナ素子と、
    　前記第１グランド電極と前記第２グランド電極との間に配置され、前記第２アンテナ素子に電力を供給する第２高周波素子と、
    　前記第２高周波素子と前記第２グランド電極との間に配置され、前記第２高周波素子の熱を外部へ導く第２放熱部材と、
    　前記第１放熱部材の熱および前記第２放熱部材の熱を外部へ導く第３放熱部材とをさらに備える、請求項４～６のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
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