WO2020261806A1 - アンテナモジュールおよびそれを搭載した通信装置 - Google Patents
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- H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
- H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
Definitions
- the present disclosure relates to an antenna module and a communication device on which the antenna module is mounted, and more specifically to an arrangement of radiation elements in an antenna module having a flat plate-shaped radiation element.
- Patent Document 1 an antenna module capable of radiating radio waves in two different frequency bands by arranging two flat plate electrodes (patch antennas) in one dielectric block. Is disclosed.
- Patent Document 1 In the antenna module disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-104257 (Patent Document 1), two electrodes (first electrode and second electrode) are grounded with respect to the ground electrode. It has a stack-type antenna configuration in which electrodes are stacked in this order. In such a configuration, the second electrode arranged between the first electrode and the ground electrode functions as a virtual ground electrode with respect to the first electrode. That is, the first electrode operates as an antenna by the electromagnetic field coupling between the first electrode and the second electrode.
- the ground electrode has an infinite size with respect to the radiating element.
- the ground electrode cannot be made sufficiently large due to the limitation of the substrate size, so that in general, the antenna characteristics may be deteriorated as compared with the ideal case.
- the size of the first electrode is smaller than the size of the second electrode, and radio waves on the high frequency side are emitted from the first electrode. Radio waves on the low frequency side are radiated from the two electrodes.
- the size of the electrode is basically determined by the frequency of the radiated radio wave. Therefore, depending on the difference between the two frequencies, the size of the second electrode may not be sufficiently large with respect to the first electrode. Then, the antenna formed by the first electrode may not exhibit sufficient antenna characteristics.
- the present disclosure has been made to solve such a problem, and an object thereof is to suppress deterioration of antenna characteristics in a stack-type antenna module capable of radiating radio waves in two different frequency bands. Is.
- the antenna module includes a flat plate-shaped first feeding element and a second feeding element, and a first ground electrode arranged so as to face them.
- the first power feeding element is configured to be capable of radiating radio waves having the first direction as the polarization direction.
- the second feeding element is arranged between the first feeding element and the first ground electrode, and is configured to be capable of radiating radio waves having the second direction as the polarization direction.
- the first feeding element and the second feeding element overlap each other.
- the frequency of the radio wave radiated from the first feeding element is higher than the frequency of the radio wave radiated from the second feeding element.
- the first angle formed by the first direction and the second direction is larger than 0 ° and smaller than 90 °.
- the two radiating elements are arranged so that the angle ⁇ formed by the polarization direction (second direction) of the radio wave radiated from the second feeding element) is 0 ° ⁇ ⁇ 90 °.
- FIG. 1 It is a block diagram of the communication device to which the antenna module according to Embodiment 1 is applied. It is a figure which shows the antenna module according to Embodiment 1.
- FIG. It is a figure for demonstrating the mechanism which the antenna characteristic improves in Embodiment 1.
- FIG. It is a figure for demonstrating the antenna module according to Embodiment 2.
- FIG. 1 is a block diagram of an example of a communication device 10 to which the antenna module 100 according to the first embodiment is applied.
- the communication device 10 is, for example, a mobile terminal such as a mobile phone, a smartphone or a tablet, a personal computer having a communication function, or the like.
- the communication device 10 includes an antenna module 100 and a BBIC 200 constituting a baseband signal processing circuit.
- the antenna module 100 includes an RFIC 110, which is an example of a power feeding circuit, and an antenna device 120.
- the communication device 10 up-converts the signal transmitted from the BBIC 200 to the antenna module 100 into a high-frequency signal and radiates it from the antenna device 120, and down-converts the high-frequency signal received by the antenna device 120 to process the signal at the BBIC 200. To do.
- the antenna device 120 of FIG. 1 has a configuration in which the radiating elements 125 are arranged in a two-dimensional array.
- Each of the radiating elements 125 includes two feeding elements 121, 122.
- the feeding elements 121 and 122 are arranged so as to overlap each other in the normal direction of the feeding elements, as will be described later in FIG.
- the antenna device 120 is configured to be capable of radiating radio waves in different frequency bands from the feeding element 121 and the feeding element 122 of the radiating element 125. That is, the antenna device 120 is a stack type dual band type antenna device. Different high frequency signals are supplied from the RFIC 110 to the feeding elements 121 and 122.
- the antenna device 120 does not necessarily have to be a two-dimensional array, and may be a case where the antenna device 120 is formed by one radiation element 125. Further, it may be a one-dimensional array in which a plurality of radiating elements 125 are arranged in a row.
- the feeding elements 121 and 122 included in the radiating element 125 are patch antennas having a flat plate shape.
- the RFIC 110 includes switches 111A to 111H, 113A to 113H, 117A, 117B, power amplifiers 112AT to 112HT, low noise amplifiers 112AR to 112HR, attenuators 114A to 114H, phase shifters 115A to 115H, and signal synthesis / minute. It includes wave devices 116A and 116B, mixers 118A and 118B, and amplifier circuits 119A and 119B.
- the configuration of the amplifier circuit 119A is a circuit for a high frequency signal of the first frequency band radiated from the feeding element 121.
- the configuration of the amplifier circuit 119B is a circuit for a high frequency signal in the second frequency band radiated from the feeding element 122.
- the switches 111A to 111H and 113A to 113H are switched to the power amplifiers 112AT to 112HT, and the switches 117A and 117B are connected to the transmitting side amplifiers of the amplifier circuits 119A and 119B.
- the switches 111A to 111H and 113A to 113H are switched to the low noise amplifiers 112AR to 112HR, and the switches 117A and 117B are connected to the receiving side amplifiers of the amplifier circuits 119A and 119B.
- the signal transmitted from the BBIC 200 is amplified by the amplifier circuits 119A and 119B, and up-converted by the mixers 118A and 118B.
- the transmitted signal which is an up-converted high-frequency signal, is demultiplexed by the signal synthesizer / demultiplexer 116A and 116B, passes through the corresponding signal path, and is fed to different feeding elements 121 and 122, respectively.
- the directivity of the antenna device 120 can be adjusted by individually adjusting the degree of phase shift of the phase shifters 115A to 115H arranged in each signal path.
- the received signal which is a high-frequency signal received by the feeding elements 121 and 122, is transmitted to the RFIC 110 and combined in the signal synthesizer / demultiplexer 116A and 116B via four different signal paths.
- the combined received signal is down-converted by the mixers 118A and 118B, amplified by the amplifier circuits 119A and 119B, and transmitted to the BBIC 200.
- the RFIC 110 is formed as, for example, a one-chip integrated circuit component including the above circuit configuration.
- the devices switch, power amplifier, low noise amplifier, attenuator, phase shifter
- corresponding to each radiation element 125 in the RFIC 110 may be formed as an integrated circuit component of one chip for each corresponding radiation element 125. ..
- FIG. 2 a plan perspective view of the antenna module 100 is shown in the upper row, and a cross-sectional perspective view of the antenna module 100 is shown in the lower row.
- the thickness direction of the antenna module 100 is defined as the Z-axis direction, and the plane perpendicular to the Z-axis direction is defined by the X-axis and the Y-axis.
- the positive direction of the Z axis may be referred to as the upper surface side
- the negative direction may be referred to as the lower surface side.
- the antenna module 100 includes a dielectric substrate 130, a ground electrode GND, and feeding wires 151 and 152, in addition to the RFIC 110 and the radiating elements 125 (feeding elements 121 and 122).
- the RFIC 110, the dielectric substrate 130, and the power feeding wirings 151 and 152 are omitted.
- the "feeding element 121" and the “feeding element 122" correspond to the "first feeding element” and the "second feeding element” of the present disclosure, respectively.
- the dielectric substrate 130 includes, for example, a low temperature co-fired ceramics (LCC) multilayer substrate, a multilayer resin substrate formed by laminating a plurality of resin layers composed of resins such as epoxy and polyimide.
- the dielectric substrate 130 does not necessarily have to have a multi-layer structure, and may be a single-layer substrate.
- the dielectric substrate 130 has a substantially rectangular shape when viewed in a plan view from the normal direction (Z-axis direction).
- a rectangular ground electrode GND is arranged on the lower surface 132 (the surface in the negative direction of the Z axis) of the dielectric substrate 130, and the power feeding element 121 is grounded on the upper surface 131 (the surface in the positive direction of the Z axis). It is arranged to face the electrode GND.
- the power feeding element 121 may be exposed on the surface of the dielectric substrate 130, or may be arranged on the inner layer of the dielectric substrate 130 as in the example of FIG.
- the power feeding element 122 is arranged in a layer on the ground electrode GND side of the power feeding element 121 so as to face the ground electrode GND. In other words, the feeding element 122 is arranged in a layer between the feeding element 121 and the ground electrode GND.
- the feeding element 121 overlaps with the feeding element 122 when the dielectric substrate 130 is viewed in a plan view from the normal direction of the feeding element 121.
- the size of the feeding element 121 is smaller than the size of the feeding element 122, and the resonance frequency of the feeding element 121 is higher than the resonance frequency of the feeding element 122. That is, the frequency of the radio wave radiated from the feeding element 121 is higher than the frequency of the radio wave radiated from the feeding element 122.
- the frequency of the radio wave radiated from the feeding element 121 is 39 GHz
- the frequency of the radio wave radiated from the feeding element 122 is 28 GHz.
- the feeding elements 121 and 122 are arranged on the continuous dielectric substrate 130, but one or both of the feeding elements 121 and 122 are separated and different. It may be configured to be arranged on a dielectric.
- the RFIC 110 and the ground electrode GND may be mounted on a mounting board inside the communication device, and the radiating element portion may be arranged in the housing of the communication device.
- the configuration in which the feeding elements 121 and 122 are directly connected to the feeding wirings 151 and 152 to supply power is described, but one or both of the feeding elements 121 and 122 are feeding wirings. It may be configured to be fed by capacitive coupling with 151 or the feeding wiring 152.
- RFIC 110 is mounted on the lower surface 132 of the dielectric substrate 130 via the solder bumps 140.
- the RFIC 110 may be connected to the dielectric substrate 130 by using a multi-pole connector instead of the solder connection.
- a high frequency signal is transmitted from the RFIC 110 to the power feeding element 121 via the power feeding wiring 151.
- the power feeding wiring 151 is connected to the feeding point SP1 from the lower surface side of the feeding element 121 through the ground electrode GND and the feeding element 122 from the RFIC 110. That is, the feeding wiring 151 transmits a high frequency signal to the feeding point SP1 of the feeding element 121.
- a high frequency signal is transmitted from the RFIC 110 to the power feeding element 122 via the power feeding wiring 152.
- the feeding wiring 152 is connected to the feeding point SP2 from the lower surface side of the feeding element 122 through the ground electrode GND from the RFIC 110. That is, the feeding wiring 152 transmits a high frequency signal to the feeding point SP2 of the feeding element 122.
- the power feeding wirings 151 and 152 are formed by a wiring pattern formed between the layers of the dielectric substrate 130 and vias penetrating the layers.
- the conductors constituting the radiation element, wiring pattern, electrodes, vias, etc. are made of aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), and alloys thereof. It is made of metal as the main component.
- the feeding elements 121 and 122 both have a substantially square shape.
- the power feeding element 122 is arranged so that each side is parallel to each side of the ground electrode GND.
- the feeding point SP2 of the feeding element 122 is arranged at a position offset in the negative direction of the Y axis from the center of the feeding element 122.
- the feeding element 121 is arranged so that the center CP1 of the feeding element 121 and the center CP2 of the feeding element 122 coincide with each other and are rotated by ⁇ 1 with respect to the feeding element 122.
- the direction connecting the center CP1 of the feeding element 121 and the feeding point SP1 (direction of line CL1: first direction) and the direction connecting the center CP2 of the feeding element 122 and the feeding point SP2 (direction of line CL2: first direction).
- the feeding element 121 is arranged so that the angle (first angle) formed with (two directions) is ⁇ 1.
- the inclination of the feeding element 121 with respect to the feeding element 122 (that is, the angle ⁇ 1) is larger than 0 ° and smaller than 90 ° (0 ° ⁇ 1 ⁇ 90 °).
- the case where ⁇ 1 45 ° is shown.
- a radio wave whose polarization direction is the direction of the line CL1 (first direction) is radiated from the feeding element 121, and the direction of the line CL2 (second direction) is emitted from the feeding element 122. Radio waves with the polarization direction of are emitted.
- the shortest distance along the first direction between the center CP1 of the feeding element 121 and the end portion of the feeding element 122 is the distance L1 ( If the shortest distance between the center CP1 of the feeding element 121 and the end of the feeding element 122 is the distance L2 (second distance), the distance L1 is longer than the distance L2 (L1> L2). Further, assuming that the shortest distance between the end of the feeding element 121 and the end of the feeding element 122 along the direction of the distance L2 is the distance L3 (third distance), the distance L3 is the size (side) of the feeding element 121. It is shorter than 1/2 of the length).
- the deterioration of the antenna characteristics of the feeding element 121 is suppressed by arranging the feeding element 121 at an angle with respect to the feeding element 122.
- a mechanism capable of suppressing deterioration of antenna characteristics by arranging such a feeding element 121 will be described.
- FIG. 3 the left figure (FIG. 3 (a)) shows the antenna module 100 # of the comparative example, and the right figure (FIG. 3 (b)) shows the antenna module 100 of the first embodiment.
- the upper part shows a perspective perspective view of the antenna module
- the lower part shows a cross section (AA cross section, BB) along the polarization direction of the feeding element. The lines of electric force between the feeding elements in (cross section) are shown.
- the side of the feeding element 121 # and the side of the feeding element 122 are arranged so as to be parallel to each other.
- the feeding point SP1 of the feeding element 121 # is arranged offset in the positive direction of the Y-axis, and a radio wave having the Y-axis direction as the polarization direction is radiated from the feeding element 121 # as in the feeding element 122. Will be done.
- the feeding element 122 functions as a virtual ground electrode of the feeding element 121 #, and the feeding element 121 # operates as an antenna by the electromagnetic field coupling between the feeding element 121 # and the feeding element 122.
- the amplitude of the voltage becomes maximum at the end portion in the Y-axis direction, and thereby the electric field strength between the feeding element 121 # and the feeding element 122 also becomes maximum at the end portion.
- the distance GP between the end of the feeding element 121 # and the end of the feeding element 122 in the polarization direction (Y-axis direction) is short, so that the feeding element 121 # and the feeding element 121 # are fed.
- the amount of electric lines of electric force generated between the element 122 and the power supply element 122 is limited, and the coupling between the power supply element 121 # and the power supply element 122 cannot be sufficiently secured.
- the capacitance of the feeding element 121 # with respect to the feeding element 122 cannot be sufficiently secured, and the frequency bandwidth may be narrowed.
- the feeding element 121 is arranged at an angle with respect to the feeding element 122 in the polarization direction (direction of line CL1: first direction).
- the distance GPA between the end of the feeding element 121 and the end of the feeding element 122 along the line is longer than the distance GP in the case of the comparative example.
- the coupling due to the electric field between the feeding element 121 and the feeding element 122 becomes stronger than in the case of the comparative example. Therefore, the capacitance of the feeding element 121 with respect to the feeding element 122 is also larger than that of the comparative example, and the frequency bandwidth can be expanded as compared with the case of the comparative example.
- the shortest distance between the feeding element 121 and the feeding element 122 when the antenna module is viewed in a plan view is shorter than a predetermined distance.
- the frequency bandwidth can be expanded by arranging the feeding element 121 so as to be inclined with respect to the polarization direction of the feeding element 122 as described above. As a result, deterioration of the antenna characteristics of the power feeding element 121 on the high frequency side can be suppressed.
- the feeding element 122 Since the feeding elements 121 can be arranged line-symmetrically, the circularly polarized waves of the radiated radio waves can be suppressed. Therefore, the isolation between the linear polarizations of the two radiating elements can be improved.
- the second embodiment describes a configuration in which the antenna modules shown in FIG. 2 of the first embodiment are arranged in a one-dimensional array.
- FIG. 4 is a diagram for explaining the antenna module 100X according to the second embodiment.
- the antenna module 100X has a configuration in which four radiation elements 125 (feeding element 121 + feeding element 122) in FIG. 2 are arranged along the X-axis direction.
- the adjacent radiating elements 125 are arranged with an interval D1.
- the interval D1 is set to be wider than 1/2 of the wavelength of the radio wave on the low frequency side (28 GHz).
- the distance between adjacent radiating elements is set to 1/2 of the wavelength of the radio wave radiated from the radiating element.
- the isolation between adjacent elements can be enhanced by making the distance between adjacent elements wider than in the general case. As a result, deterioration of the active impedance in the antenna module can be suppressed, and as a result, the antenna gain can be widened.
- the feeding element 122 is tilted with respect to the ground electrode GND when the distance in the polarization direction between the feeding element 122 and the ground electrode GND cannot be sufficiently secured.
- FIG. 5 is a diagram for explaining the antenna module 100A according to the third embodiment.
- the upper row (a) shows a perspective perspective view of the antenna module 100 # 1 of the comparative example
- the lower row (FIG. 5 (b)) shows the antenna module of the third embodiment.
- a 100A plan perspective view is shown.
- the feeding element 121 # and the feeding element 122 # are arranged so that their sides are parallel to the rectangular ground electrode GND.
- the ground electrode GND has a limited dimension in the polarization direction (that is, the Y-axis direction) of the feeding element 122 #, and the distance GP1 between the feeding element 122 # and the ground electrode GND in the polarization direction cannot be sufficiently secured. It is in a state. Further, also in the power feeding element 121 #, similarly to the first embodiment, the distance GP between the feeding element 121 # and the feeding element 122 # in the polarization direction of the feeding element 121 # cannot be sufficiently secured.
- the feeding element 122 is arranged with respect to the ground electrode GND so that the angle ⁇ 2 (second angle) formed by the feeding element 122 with the polarization direction (direction of the line CL3) is larger than 0 ° and smaller than 90 °.
- ⁇ 2 45 ° is shown.
- the shortest distance along the polarization direction between the center of the feeding element 122 and the end of the ground electrode GND when viewed in a plan view from the normal direction of the feeding element 122 is defined as the distance L1A (fourth distance).
- the distance L1A is longer than the distance L2A (L1A> L2A).
- the distance L3A is the size (side length) of the feeding element 122. It is shorter than 1/2 of the).
- the distance GP1A between the end of the feeding element 122 and the end of the ground electrode GND along the polarization direction of the feeding element 122 is made longer than the distance GP1 in the case of the comparative example. be able to. Therefore, by tilting the polarization direction of the feeding element 122 with respect to the ground electrode GND, it is possible to suppress the narrowing of the frequency bandwidth of the feeding element 122.
- the feeding element 121 is arranged by inclining the angle ⁇ 1 of the polarization direction of the feeding element 121 with respect to the polarization direction of the feeding element 122 between 0 ° and 90 °, as in the first embodiment. Will be done.
- the distance GPA between the end of the power feeding element 121 and the end of the feeding element 122 along the polarization direction of the feeding element 121 can be made longer than the distance GP in the case of the comparative example. Therefore, it is possible to prevent the frequency bandwidth of the feeding element 121 from becoming narrow.
- the low-frequency side feeding element 122 is tilted with respect to the ground electrode GND, and the high-frequency side feeding element 121 is tilted with respect to the low-frequency side feeding element 122. explained.
- the antenna module is miniaturized and densified, the area of the ground electrode GND is limited, and if the feeding element 122 is tilted, the feeding element 122 may not fit within the range of the ground electrode GND. obtain.
- FIG. 6 is a diagram for explaining the antenna module 100B according to the fourth embodiment.
- the feeding element 121 and the feeding element 122 are arranged at a portion of the ground electrode GND protruding in the Y-axis direction.
- the protruding portion where the feeding element is arranged has an area slightly larger than that of the feeding element 122.
- FIG. 6A is a diagram showing an initial state.
- the feeding element 122 is arranged so as to be within the range of the ground electrode GND, and each side of the feeding element 121 is fed. It is arranged so as to be parallel to the element 122.
- the feeding points SP1 and SP2 of the feeding elements 121 and 122 are all arranged at positions offset in the Y-axis direction from the center of the feeding element, and the Y-axis direction from each feeding element is the polarization direction (arrows AR1 and AR2). ) Is emitted.
- the distance between the feeding element 121 and the feeding element 122 in the polarization direction and the distance between the feeding element 122 and the ground electrode GND cannot be sufficiently secured.
- the feeding element 121 is arranged so as to incline the polarization direction (AR1) of the feeding element 121 with respect to the polarization direction (AR2) of the feeding element 122. It is a figure which showed the state which was done.
- AR1 the polarization direction
- AR2 the polarization direction
- FIG. 6B a case where the feeding element 121 is rotated clockwise by 45 ° with respect to the feeding element 122 is shown.
- the distance between the end of the power feeding element 121 and the end of the feeding element 122 along the polarization direction (AR1) of the feeding element 121 is set as compared with the case of FIG. 6A. Can be lengthened.
- FIG. 6C shows the feeding element with respect to the grounding electrode GND in order to secure a distance from the grounding electrode GND along the polarization direction (AR2) of the feeding element 122 as described in the third embodiment. It is a figure which showed the state which the 122 was tilted and arranged. More specifically, FIG. 6C shows a case where the feeding elements 121 and 122 are rotated by 45 ° counterclockwise from the state shown in FIG. 6B. With such an arrangement, the distance between the end of the feeding element 122 and the end of the ground electrode GND along the polarization direction (AR2) of the feeding element 122 is set as compared with the case of FIG. 6A. Can be lengthened.
- the corner portion of the substantially square feeding element 122 is in a state of protruding from the ground electrode GND. Therefore, in the antenna module 100B of FIG. 6D, the portion of the feeding element 122 protruding from the ground electrode GND is cut off, and the shape of the feeding element 122 is made octagonal.
- the length of the feeding element 122 in the polarization direction (AR1) of the feeding element 121 is shorter than that in the cases of FIGS. 6 (b) and 6 (c), but it is shorter than the initial state of FIG. 6 (a). Is longer, so a certain effect can be obtained.
- the distance between the feeding elements 121 and 122 in the polarization direction and the feeding element 122 and the ground electrode GND Since the distance to and from can be set longer than in the initial state, it is possible to suppress the narrowing of the frequency bandwidth of each feeding element.
- the shape of the feeding element 122 may be a polygon other than the octagon depending on the shape of the ground electrode GND. That is, the feeding element 122 can be a polygon having four or more vertices.
- the direction of the current flowing through the feeding element 122 is disturbed, so that the polarization of the radio waves radiated from the feeding element 122 and the feeding element 121 becomes circularly polarized.
- the feeding element 121 is within the range of the feeding element 122 even if the feeding element 121 is tilted with respect to the feeding element 122 has been described, but the case where the feeding element 121 is tilted
- the portion of the feeding element 121 protruding from the feeding element 122 may be cut off in the same manner as the feeding element 122 described above.
- the main component of the radiated radio wave is adjusted to be linearly polarized by adding an auxiliary electrode or the like. ..
- FIG. 7 is a perspective view of the antenna module 100C having two different radiation surfaces.
- the dielectric substrate 130 has a substantially L-shaped cross section, and is a flat plate-shaped substrate having the Z-axis direction of FIG. 7 as the normal direction. It includes 137, a flat plate-shaped substrate 138 whose normal direction is the X-axis direction, and a bent portion 135 connecting the two substrates 137 and 138.
- feeding elements 121 are arranged in a row in the Y-axis direction on each of the two substrates 137 and 138.
- the feeding element 121 is arranged so as to be exposed on the surfaces of the substrates 137 and 138.
- the feeding element is described.
- 121 may be arranged inside the dielectric substrate of the substrates 137,138.
- the substrate 137 has a substantially rectangular shape, and four feeding elements 121 are arranged in a row on the surface thereof. Further, in the substrate 137, the feeding element 122 is arranged on the inner layer of the dielectric substrate so as to face each feeding element 121.
- the RFIC 110 is connected to the lower surface side (the surface in the negative direction of the Z axis) of the substrate 137. The RFIC 110 is mounted on the mounting board 20 by solder bumps or multi-pole connectors.
- the substrate 138 is connected to the bent portion 135 bent from the substrate 137, and the inner surface thereof (the surface in the negative direction of the X-axis) is arranged so as to face the side surface 22 of the mounting substrate 20.
- the substrate 138 has a structure in which a plurality of notched portions 136 are formed on a dielectric substrate having a substantially rectangular shape, and a bent portion 135 is connected to the notched portions 136.
- the direction from the boundary portion where the bent portion 135 and the substrate 138 are connected toward the substrate 137 along the substrate 138 that is, the Z-axis.
- a protruding portion 133 projecting in the positive direction) is formed.
- the position of the protruding end of the protruding portion 133 is located in the positive direction of the Z axis with respect to the surface on the lower surface side of the substrate 137.
- the ground electrode GND is arranged on the surface or inner layer facing the mounting substrate 20.
- one feeding element 121 is arranged in each of the protruding portions 133 of the substrate 138. Further, on the inner layer of the dielectric substrate of the substrate 138, the feeding element 122A is arranged so as to face each feeding element 121. Since the notch 136 is formed in the substrate 138, the region of the ground electrode GND coupled to each feeding element is greatly limited in the feeding element arranged on the substrate 138.
- the feeding elements 121 and 122A arranged in the protruding portion 133 have a configuration as shown in FIG. 6D. That is, the feeding element 121 is inclined with respect to the feeding element 122A so that the angle formed by the polarization direction of the feeding element 121 and the polarization direction of the feeding element 122A is larger than 0 ° and smaller than 90 °. .. Further, regarding the feeding element 122A, the direction connecting the position of the end of the ground electrode GND, which has the shortest distance to the center of the feeding element 122A, and the center of the feeding element 122A, and the polarization direction of the feeding element 122A are formed.
- the feeding element 122A is arranged at an angle with respect to the ground electrode GND so that the angle is larger than 0 ° and smaller than 90 °. At this time, in the feeding element 122A, the portion protruding from the protruding portion 133 is cut off.
- the feeding element when the area to be arranged is limited as in the substrate 138, the feeding element is also as in the antenna module 100D of FIG.
- the feeding element 121 may be tilted with respect to 122, or the feeding element 122 may be tilted with respect to the ground electrode GND.
- the notch 136 in the substrate 138 may not be formed in all of the adjacent feeding elements, and for example, there may be a portion in which two feeding elements 121 are arranged in one protruding portion.
- FIG. 9 is a diagram for explaining the antenna module 100E according to the fifth embodiment.
- a high frequency signal is supplied from the RFIC 110 to the feeding point SP3 of the feeding element 121 and the feeding point SP4 of the feeding element 122. It has a configuration.
- the feeding point SP3 can radiate the polarization in the direction orthogonal to the polarization direction (arrow AR1) of the radio wave radiated by supplying the high frequency signal to the feeding point SP1 in the feeding element 121 (arrow AR3). Placed in position. A high frequency signal is transmitted from the RFIC 110 to the feeding point SP3 via the feeding wiring 153.
- the feeding point SP4 can radiate polarization in a direction (arrow AR4) orthogonal to the polarization direction (arrow AR2) of the radio wave radiated by supplying the high frequency signal to the feeding point SP2 at the feeding element 122. It is placed in the position where A high frequency signal is transmitted from the RFIC 110 to the feeding point SP4 via the feeding wiring 154.
- the feeding element 122 By arranging the feeding element 121 at an angle with respect to the above, the distance between the end of the feeding element 121 and the end of the feeding element 122 along the polarization direction is expanded, and the frequency band of the feeding element 121 It is possible to prevent the width from becoming narrow.
- the ground electrode GND By arranging the feeding element 122 at an angle with respect to the above, it is possible to prevent the feeding element 122 from narrowing the frequency bandwidth.
- the feeding element 121 protrudes from the feeding element 122 when the feeding element 121 is tilted, and / or when the feeding element 122 protrudes from the ground electrode GND when the feeding element 122 is tilted, the implementation is carried out.
- the feeding element in the protruding portion may be cut off.
- At least one of the feeding element 121 and the feeding element 122 may have a circular shape.
- FIG. 10 is a diagram for explaining the antenna module 100F according to the sixth embodiment.
- a plan perspective view of the antenna module 100F is shown in the upper row, and a cross-sectional perspective view of the antenna module 100F is shown in the lower row.
- the feeding elements 121 to 123 are included as the radiating elements 125A, and above the feeding element 121 (Z-axis) in the antenna module 100 of the first embodiment shown in FIG.
- the power feeding element 123 is further added in the positive direction of the above.
- the description of the element overlapping with FIG. 2 is not repeated.
- the feeding element 123 has a substantially square shape like the feeding elements 121 and 122, and is arranged on the dielectric substrate 130 in a layer closer to the upper surface 131 than the feeding element 121. In other words, the feeding element 121 is arranged between the feeding element 122 and the feeding element 123. The size of the feeding element 123 is even smaller than that of the feeding element 121. That is, the frequency of the radio wave radiated from the feeding element 123 is higher than the frequency of the radio wave radiated from the feeding element 121 and the feeding element 122.
- a high frequency signal is transmitted from the RFIC 110 to the power feeding element 123 via the power feeding wiring 155.
- the power feeding wiring 155 penetrates the ground electrode GND from the RFIC 110, further penetrates the feeding element 122 and the feeding element 121, and is connected to the feeding point SP5 of the feeding element 123.
- the feeding point SP5 of the feeding element 123 is arranged at a position offset in the negative direction of the X axis from the center CP5 of the feeding element 123. Therefore, when a high-frequency signal is supplied from the RFIC 110 to the feeding element 123, a radio wave having a polarization direction in the X-axis direction is radiated.
- the center CP3 of the feeding element 123 coincides with the center CP1 of the feeding element 121 and the center CP2 of the feeding element 122.
- the power feeding element 123 is arranged so as to be rotated with respect to the power feeding element 122. In other words, the angle formed by the direction connecting the center CP1 of the power feeding element 121 and the feeding point SP1 (the direction of the line CL1) and the direction connecting the center CP5 of the feeding element 123 and the feeding point SP5 (the direction of the line CL5)
- the power feeding element 123 is arranged so as to be ⁇ 3.
- the inclination of the feeding element 123 with respect to the feeding element 121 (that is, the angle ⁇ 3) is larger than 0 ° and smaller than 90 ° (0 ° ⁇ 3 ⁇ 90 °).
- the case of ⁇ 3 45 ° is shown.
- the positional relationship between the feeding element 123 and the feeding element 121 is the same as the positional relationship between the feeding element 121 and the feeding element 122. That is, by arranging the feeding element 123 at an angle with respect to the feeding element 121, it is possible to expand the frequency bandwidth of the feeding element 123, thereby suppressing deterioration of the antenna characteristics of the feeding element 123. it can.
- FIG. 11 is a side transmission view of the antenna module 100G of the first modification.
- the antenna module 100G has a configuration in which the dielectric substrate 130 in the antenna module 100 shown in FIG. 2 is replaced with two dielectric substrates 130A and 130B separated from each other. In FIG. 11, the description of the elements overlapping with FIG. 2 is not repeated.
- the feeding element 121 is formed on the upper surface 131A or the inner layer of the dielectric substrate 130A.
- the power feeding element 122 and the ground electrode GND are formed on the dielectric substrate 130B separated from the dielectric substrate 130A.
- the RFIC 110 is mounted on the lower surface 132B of the dielectric substrate 130B via the solder bumps 140.
- the lower surface 132A of the dielectric substrate 130A and the upper surface 131B of the dielectric substrate 130B are connected by a connecting member.
- a connecting member In the example of FIG. 11, the case where the solder bump 141 is used as the connecting member is shown, but the connecting member may be a flexible cable or a connector.
- the power supply wiring 151 electrically connects the RFIC 110 and the power supply element 121 via the solder bumps 141.
- the frequency bandwidth can be expanded by arranging the feeding element 121 so as to tilt the polarization direction with respect to the polarization direction of the feeding element 122, whereby the feeding on the high frequency side can be performed. It is possible to suppress the deterioration of the antenna characteristics of the element 121.
- FIG. 12 is a side transmission view of the antenna module 100H of the second modification.
- the antenna module 100H has a configuration in which the dielectric substrate 130 in the antenna module 100 shown in FIG. 2 is replaced with two dielectric substrates 130C and 130D separated from each other. In FIG. 12, the description of the elements overlapping with FIG. 2 is not repeated.
- the feeding element 121 and the feeding element 122 are formed on the dielectric substrate 130C.
- the power feeding element 121 is formed on the upper surface 131C or the inner layer of the dielectric substrate 130C.
- the power feeding element 122 is formed on the dielectric substrate 130C in a layer between the power feeding element 121 and the lower surface 132C.
- the ground electrode GND is formed on the dielectric substrate 130D separated from the dielectric substrate 130C.
- the RFIC 110 is mounted on the lower surface 132D of the dielectric substrate 130D via the solder bumps 140.
- the lower surface 132C of the dielectric substrate 130C and the upper surface 131D of the dielectric substrate 130D are connected by a connecting member.
- a connecting member In the example of FIG. 12, the case where the solder bumps 141 and 142 are used as the connecting member is shown, but the connecting member may be a flexible cable or a connector.
- the power supply wiring 151 electrically connects the RFIC 110 and the power supply element 121 via the solder bumps 141.
- the power feeding wiring 152 electrically connects the RFIC 110 and the power feeding element 122 via the solder bump 142.
- the frequency bandwidth can be expanded by arranging the feeding element 121 so as to tilt the polarization direction with respect to the polarization direction of the feeding element 122, whereby the feeding on the high frequency side can be performed. It is possible to suppress the deterioration of the antenna characteristics of the element 121.
- a part or all of the feeding elements is a dielectric substrate different from the dielectric substrate on which the ground electrode is formed. May be formed in. Further, the configuration may be such that three power feeding elements are formed on three different dielectric substrates.
- 10 communication device 20 mounting board, 22 side surface, 100, 100A-100H, 100X antenna module, 110 RFIC, 111A-111H, 113A-113H, 117A, 117B switch, 112AR-112HR low noise amplifier, 112AT-112HT power amplifier, 114A ⁇ 114H attenuator, 115A ⁇ 115H phase shifter, 116A, 116B signal synthesizer / demultiplexer, 118A, 118B mixer, 119A, 119B amplifier circuit, 120 antenna device, 121, 122, 122A, 123 feeding element, 125, 125A Radiating element, 130 dielectric substrate, 131, 131A to 131D upper surface, 132, 132A to 132D lower surface, 133 protrusion, 135 bending part, 136 notch, 137, 138 board, 140 to 142 solder bump, 151 to 155 power supply wiring , 200 BBIC, GND ground electrode, SP1 to SP5 feeding point.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
アンテナモジュール(100)は、平板状の第1給電素子(121)および第2給電素子(122)と、これらに対向して配置された接地電極(GND)とを備える。第1給電素子(121)は、第1方向を偏波方向とする電波を放射可能に構成される。第2給電素子(122)は、第1給電素子(121)と接地電極(GND)との間に配置され、第2方向を偏波方向とする電波を放射可能に構成される。第1給電素子(121)の法線方向から平面視した場合に、第1給電素子(121)と第2給電素子(122)とは重なっている。第1給電素子(121)から放射される電波の周波数は、第2給電素子(122)から放射される電波の周波数よりも高い。第1方向と第2方向とのなす角度は、0°より大きく90°より小さい。
Description
本開示は、アンテナモジュールおよびそれを搭載した通信装置に関し、より特定的には、平板状の放射素子を有するアンテナモジュールにおける放射素子の配置に関する。
特開2007-104257号公報(特許文献1)には、1つの誘電体ブロック内に2つの平板電極(パッチアンテナ)を配置し、異なる2つの周波数帯域の電波を放射することが可能なアンテナモジュールが開示されている。
特開2007-104257号公報(特許文献1)に開示されるアンテナモジュールにおいては、2つの電極(第1電極,第2電極)が、接地電極に対して、第1電極、第2電極、接地電極の順で積層されたスタック型アンテナの構成を有している。このような構成において、第1電極と接地電極との間に配置された第2電極は、第1電極に対する仮想的な接地電極として機能する。すなわち、第1電極は、第1電極と第2電極との間の電磁界結合によってアンテナとして動作する。
理想的なパッチアンテナにおいては、接地電極は放射素子に対して無限大の大きさを有することが前提とされている。しかしながら、実際には基板サイズの制約により接地電極を十分に大きくできないため、一般的には、理想的な場合に比べるとアンテナ特性は劣化し得る。
特開2007-104257号公報(特許文献1)のようなスタック型の構成においては、第1電極のサイズは第2電極のサイズよりも小さく、第1電極から高周波側の電波が放出され、第2電極からは低周波側の電波が放射される。ここで、電極のサイズは、基本的には放射される電波の周波数によって定まる。そのため、2つの周波数の差によっては、第1電極に対して第2電極のサイズを十分に大きくできない場合が生じ得る。そうすると、第1電極によって形成されるアンテナについて、十分なアンテナ特性が発揮できない可能性がある。
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、異なる2つの周波数帯域の電波を放射可能なスタック型のアンテナモジュールにおいて、アンテナ特性の低下を抑制することである。
本開示に係るアンテナモジュールは、平板状の第1給電素子および第2給電素子と、これらに対向して配置された第1接地電極とを備える。第1給電素子は、第1方向を偏波方向とする電波を放射可能に構成される。第2給電素子は、第1給電素子と第1接地電極との間に配置され、第2方向を偏波方向とする電波を放射可能に構成される。第1給電素子の法線方向から平面視した場合に、第1給電素子と第2給電素子とは重なっている。第1給電素子から放射される電波の周波数は、第2給電素子から放射される電波の周波数よりも高い。第1方向と第2方向とのなす第1角度は、0°より大きく90°より小さい。
本開示に従うアンテナモジュールによれば、スタック型のアンテナモジュールにおいて、高周波側の放射素子(第1給電素子)から放射される電波の偏波方向(第1方向)と、低周波側の放射素子(第2給電素子)から放射される電波の偏波方向(第2方向)とのなす角度θが0°<θ<90°となるように、2つの放射素子が配置される。このような構成とすることによって、アンテナモジュールを平面視したときの、第1給電素子の偏波方向(第1方向)に沿った第1給電素子の端部から第2給電素子の端部までの距離を、第1給電素子の偏波方向と第2給電素子の偏波方向とが一致あるいは直交する場合に比べて長くすることができる。したがって、アンテナ特性の低下を抑制することができる。
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の一例のブロック図である。通信装置10は、たとえば、携帯電話、スマートフォンあるいはタブレットなどの携帯端末や、通信機能を備えたパーソナルコンピュータなどである。
(通信装置の基本構成)
図1は、本実施の形態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の一例のブロック図である。通信装置10は、たとえば、携帯電話、スマートフォンあるいはタブレットなどの携帯端末や、通信機能を備えたパーソナルコンピュータなどである。
図1を参照して、通信装置10は、アンテナモジュール100と、ベースバンド信号処理回路を構成するBBIC200とを備える。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のアンテナ装置120においては、放射素子125が二次元のアレイ状に配置された構成を有している。放射素子125の各々は、2つの給電素子121,122を含んでいる。給電素子121,122は、図2で後述するように、給電素子の法線方向に重なるように配置されている。アンテナ装置120は、放射素子125の給電素子121および給電素子122から、それぞれ異なる周波数帯域の電波を放射することが可能に構成されている。すなわち、アンテナ装置120は、スタック型のデュアルバンドタイプのアンテナ装置である。各給電素子121,122には、RFIC110から異なる高周波信号が供給される。
図1では、説明を容易にするために、アンテナ装置120を構成する複数の放射素子125のうち、4つの放射素子125に対応する構成のみ示され、同様の構成を有する他の放射素子125に対応する構成については省略されている。なお、アンテナ装置120は必ずしも二次元アレイでなくてもよく、1つの放射素子125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、複数の放射素子125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、放射素子125に含まれる給電素子121,122は、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~111H,113A~113H,117A,117Bと、パワーアンプ112AT~112HTと、ローノイズアンプ112AR~112HRと、減衰器114A~114Hと、移相器115A~115Hと、信号合成/分波器116A,116Bと、ミキサ118A,118Bと、増幅回路119A、119Bとを備える。このうち、スイッチ111A~111D,113A~113D,117A、パワーアンプ112AT~112DT、ローノイズアンプ112AR~112DR、減衰器114A~114D、移相器115A~115D、信号合成/分波器116A、ミキサ118A、および増幅回路119Aの構成が、給電素子121から放射される第1周波数帯域の高周波信号のための回路である。また、スイッチ111E~111H,113E~113H,117B、パワーアンプ112ET~112HT、ローノイズアンプ112ER~112HR、減衰器114E~114H、移相器115E~115H、信号合成/分波器116B、ミキサ118B、および増幅回路119Bの構成が、給電素子122から放射される第2周波数帯域の高周波信号のための回路である。
高周波信号を送信する場合には、スイッチ111A~111H,113A~113Hがパワーアンプ112AT~112HT側へ切換えられるとともに、スイッチ117A,117Bが増幅回路119A,119B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~111H,113A~113Hがローノイズアンプ112AR~112HR側へ切換えられるとともに、スイッチ117A,117Bが増幅回路119A,119B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119A,119Bで増幅され、ミキサ118A,118B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116A,116Bで4分波され、対応する信号経路を通過して、それぞれ異なる給電素子121,122に給電される。各信号経路に配置された移相器115A~115H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。
各給電素子121,122で受信された高周波信号である受信信号はRFIC110に伝達され、それぞれ異なる4つの信号経路を経由して信号合成/分波器116A,116Bにおいて合波される。合波された受信信号は、ミキサ118A,118Bでダウンコンバートされ、増幅回路119A,119B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における各放射素子125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、対応する放射素子125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)
次に、図2を用いて、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。図2において、上段にはアンテナモジュール100の平面透視図が示されており、下段にはアンテナモジュール100の断面透視図が示されている。以降の説明においては、説明を容易にするために、1つの放射素子125が形成されたアンテナモジュールを例として説明する。なお、図2に示すように、アンテナモジュール100の厚さ方向をZ軸方向とし、Z軸方向に垂直な面をX軸およびY軸で規定する。また、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。
次に、図2を用いて、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。図2において、上段にはアンテナモジュール100の平面透視図が示されており、下段にはアンテナモジュール100の断面透視図が示されている。以降の説明においては、説明を容易にするために、1つの放射素子125が形成されたアンテナモジュールを例として説明する。なお、図2に示すように、アンテナモジュール100の厚さ方向をZ軸方向とし、Z軸方向に垂直な面をX軸およびY軸で規定する。また、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。
図2を参照して、アンテナモジュール100は、RFIC110および放射素子125(給電素子121,122)に加えて、誘電体基板130と、接地電極GNDと、給電配線151,152とを備える。なお、平面透視図においては、RFIC110、誘電体基板130、および給電配線151,152は省略されている。図2のアンテナモジュール100においては、「給電素子121」および「給電素子122」が、それぞれ本開示の「第1給電素子」および「第2給電素子」に対応する。
誘電体基板130は、たとえば、低温同時焼成セラミックス(LTCC:Low Temperature Co-fired Ceramics)多層基板、エポキシ、ポリイミドなどの樹脂から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、より低い誘電率を有する液晶ポリマー(Liquid Crystal Polymer:LCP)から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、フッ素系樹脂から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、あるいは、LTCC以外のセラミックス多層基板である。なお、誘電体基板130は必ずしも多層構造でなくてもよく、単層の基板であってもよい。
誘電体基板130は、法線方向(Z軸方向)から平面視すると略矩形状を有している。誘電体基板130の下面132(Z軸の負方向の面)側には、矩形状の接地電極GNDが配置されており、上面131(Z軸の正方向の面)側に給電素子121が接地電極GNDに対向して配置される。給電素子121は、誘電体基板130表面に露出する態様であってもよいし、図2の例のように誘電体基板130の内層に配置されてもよい。
給電素子122は、給電素子121よりも接地電極GND側の層に、接地電極GNDに対向して配置される。言い換えると、給電素子122は、給電素子121と接地電極GNDとの間の層に配置されている。給電素子121は、給電素子121の法線方向から誘電体基板130を平面視した場合に、給電素子122と重なっている。給電素子121のサイズは給電素子122のサイズよりも小さく、給電素子121の共振周波数は給電素子122の共振周波数よりも高い。すなわち、給電素子121から放射される電波の周波数は、給電素子122から放射される電波の周波数よりも高い。たとえば、給電素子121から放射される電波の周波数は39GHzであり、給電素子122から放射される電波の周波数は28GHzである。
なお、図2に示したアンテナモジュール100においては、給電素子121,122が、連続した誘電体基板130に配置される構成について示したが、給電素子121,122の一方あるいは双方が、分離した異なる誘電体に配置される構成であってもよい。たとえば、RFIC110および接地電極GNDが通信機器内部の実装基板に実装され、放射素子の部分が通信装置の筐体に配置されるような構成であってもよい。
また、アンテナモジュール100においては、給電素子121,122が、それぞれ給電配線151,152と直接接続されることで給電される構成について説明したが、給電素子121,122の一方または双方が、給電配線151あるいは給電配線152との間の容量結合によって給電される構成であってもよい。
誘電体基板130の下面132には、はんだバンプ140を介してRFIC110が実装されている。なお、RFIC110は、はんだ接続に代えて、多極コネクタを用いて誘電体基板130に接続されてもよい。
給電素子121には、給電配線151を介してRFIC110から高周波信号が伝達される。給電配線151は、RFIC110から、接地電極GNDおよび給電素子122を貫通して、給電素子121の下面側から給電点SP1に接続される。すなわち、給電配線151は、給電素子121の給電点SP1に高周波信号を伝達する。
給電素子122には、給電配線152を介してRFIC110から高周波信号が伝達される。給電配線152は、RFIC110から、接地電極GNDを貫通して、給電素子122の下面側から給電点SP2に接続される。すなわち、給電配線152は、給電素子122の給電点SP2に高周波信号を伝達する。
給電配線151,152は、誘電体基板130の層間に形成された配線パターン、および層を貫通するビアによって形成されている。なお、アンテナモジュール100において、放射素子、配線パターン、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。
実施の形態1のアンテナモジュール100においては、給電素子121,122は、いずれも略正方形の形状を有している。給電素子122は、各辺が接地電極GNDの各辺に平行になるように配置されている。給電素子122の給電点SP2は、給電素子122の中心からY軸の負方向にオフセットした位置に配置されている。
一方、給電素子121は、給電素子121の中心CP1と給電素子122の中心CP2とが一致し、かつ、給電素子122に対してθ1だけ回転させた状態となるように配置されている。言い換えると、給電素子121の中心CP1と給電点SP1とを結ぶ方向(線CL1の方向:第1方向)と、給電素子122の中心CP2と給電点SP2とを結ぶ方向(線CL2の方向:第2方向)とのなす角度(第1角度)がθ1となるように、給電素子121が配置される。
給電素子122に対する給電素子121の傾き(すなわち、角度θ1)は、0°より大きく90°よりも小さい(0°<θ1<90°)。なお、図2のアンテナモジュール100においては、θ1=45°の場合が示されている。
このようなアンテナモジュール100においては、給電素子121からは、線CL1の方向(第1方向)を偏波方向とする電波が放射され、給電素子122からは、線CL2の方向(第2方向)を偏波方向とする電波が放射される。
このとき、給電素子121の法線方向からアンテナモジュール100を平面視した場合に、給電素子121の中心CP1と給電素子122の端部との間の第1方向に沿った最短距離を距離L1(第1距離)とし、給電素子121の中心CP1と給電素子122の端部との間の最短距離を距離L2(第2距離)とすると、距離L1は距離L2よりも長い(L1>L2)。また、距離L2の方向に沿った給電素子121の端部と給電素子122の端部との間の最短距離を距離L3(第3距離)とすると、距離L3は給電素子121のサイズ(辺の長さ)の1/2よりも短い。
このように、本実施の形態1のアンテナモジュール100においては、給電素子122に対して給電素子121を傾けて配置することによって、給電素子121のアンテナ特性の悪化を抑制する。以下、図3を用いて、このような給電素子121の配置によってアンテナ特性の悪化を抑制できるメカニズムについて説明する。
図3において、左図(図3(a))は比較例のアンテナモジュール100#を示し、右図(図3(b))は実施の形態1のアンテナモジュール100を示す。図3(a)および図3(b)の各々において、上段はアンテナモジュールの平面透視図が示されており、下段は給電素子の偏波方向に沿った断面(A-A断面,B-B断面)における給電素子間の電気力線を示したものである。
アンテナモジュール100#においては、給電素子121#の辺と給電素子122の辺とが平行になるように配置されている。そして、給電素子121#の給電点SP1は、Y軸の正方向にオフセットして配置されており、給電素子121#からは給電素子122と同様にY軸方向を偏波方向とする電波が放射される。
給電素子122は給電素子121#の仮想的な接地電極として機能し、給電素子121#と給電素子122との間の電磁界結合によって、給電素子121#がアンテナとして動作する。
このとき、給電素子121#では、Y軸方向の端部において電圧の振幅が最大となり、それによって、当該端部において給電素子121#と給電素子122との間の電界強度も最大となる。しかしながら、給電素子121#を平面視した場合に、偏波方向(Y軸方向)における給電素子121#の端部と給電素子122の端部との距離GPが短いため、給電素子121#と給電素子122との間に生じる電気力線の量が制限されてしまい、給電素子121#と給電素子122との間の結合が十分に確保できなくなる。これにより、給電素子122に対する給電素子121#の静電容量が十分に確保できず、周波数帯域幅が狭くなる可能性がある。
一方、図3(b)の実施の形態1のアンテナモジュール100においては、給電素子121を給電素子122に対して傾けて配置することによって、偏波方向(線CL1の方向:第1方向)に沿った給電素子121の端部と給電素子122の端部との距離GPAが比較例の場合の距離GPよりも長くなる。これにより、比較例の場合に比べて給電素子121と給電素子122との間の電界による結合が強くなる。そのため、給電素子122に対する給電素子121の静電容量も比較例の場合に比べて大きくなり、比較例の場合よりも周波数帯域幅を拡大することができる。
このように、実施の形態1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、アンテナモジュールを平面視したときの給電素子121と給電素子122との間の最短距離が所定距離よりも短くなる場合に、上記のように給電素子122の偏波方向に対して給電素子121の偏波方向を傾けて配置することによって、周波数帯域幅を拡大することが可能となる。これにより、高周波側の給電素子121のアンテナ特性の低下を抑制することができる。
なお、給電素子122の偏波方向と給電素子121の偏波方向とのなす角度(すなわち、給電素子122に対する給電素子121の傾きθ1)を45°とした場合には、給電素子122に対して給電素子121を線対称に配置できるので、放射される電波の円偏波を抑制することができる。したがって、2つの放射素子の直線偏波間のアイソレーションを向上させることができる。
[実施の形態2]
実施の形態2は、実施の形態1の図2で示したアンテナモジュールを一次元にアレイ状に配列された構成について説明する。
実施の形態2は、実施の形態1の図2で示したアンテナモジュールを一次元にアレイ状に配列された構成について説明する。
図4は、実施の形態2に従うアンテナモジュール100Xを説明するための図である。図4を参照して、アンテナモジュール100Xは、図2における放射素子125(給電素子121+給電素子122)が、X軸方向に沿って4つ配列された構成を有している。隣接する放射素子125同士は、間隔D1をあけて配置されている。アンテナモジュール100Xにおいては、この間隔D1は、低周波数側(28GHz)の電波の波長の1/2よりも広くなるように設定することが好ましい。
一般的に、アレイアンテナの場合には、隣接する放射素子の間隔は、当該放射素子から放射される電波の波長の1/2に設定される。しかしながら、図4のアンテナモジュール100Xのように、隣接する素子間隔を一般的な場合よりも広くすることによって、隣接する素子間のアイソレーションを高めることができる。これにより、アンテナモジュールにおけるアクティブインピーダンスの劣化を抑制することができ、結果としてアンテナゲインを広帯域化することができる。
[実施の形態3]
実施の形態1においては、給電素子121と、給電素子121の仮想的な接地電極として機能する給電素子122との間の偏波方向の距離が十分に確保できない場合に、給電素子122に対して給電素子121を傾けて配置する構成について説明した。
実施の形態1においては、給電素子121と、給電素子121の仮想的な接地電極として機能する給電素子122との間の偏波方向の距離が十分に確保できない場合に、給電素子122に対して給電素子121を傾けて配置する構成について説明した。
実施の形態3においては、給電素子122と接地電極GNDとの間の偏波方向の距離が十分に確保できない場合に、給電素子122を接地電極GNDに対して傾けて配置する構成について説明する。
図5は、実施の形態3に従うアンテナモジュール100Aを説明するための図である。図5においては、上段(図5(a))には比較例のアンテナモジュール100#1の平面透視図が示されており、下段(図5(b))には実施の形態3のアンテナモジュール100Aの平面透視図が示されている。
比較例のアンテナモジュール100#1においては、給電素子121#および給電素子122#は、矩形形状の接地電極GNDに対して、各辺が平行になるように配置されている。接地電極GNDは、給電素子122#の偏波方向(すなわち、Y軸方向)の寸法が制限されており、当該偏波方向における給電素子122#と接地電極GNDとの距離GP1が十分に確保できない状態となっている。また、給電素子121#についても、実施の形態1と同様に、給電素子121#の偏波方向における給電素子121#と給電素子122#との距離GPが十分に確保できない状態となっている。
実施の形態3のアンテナモジュール100Aにおいては、給電素子122の中心CP2との距離が最短となる接地電極GNDの端部の位置P2と給電素子122の中心CP2とを結ぶ方向(線CL4の方向)と、給電素子122の偏波方向(線CL3の方向)とのなす角度θ2(第2角度)が0°より大きく90°より小さくなるように、接地電極GNDに対して給電素子122が配置される。なお、図5(b)の例においては、θ2=45°の場合が示されている。
言い換えれば、給電素子122の法線方向から平面視した場合に、給電素子122の中心と接地電極GNDの端部との間の偏波方向に沿った最短距離を距離L1A(第4距離)とし、給電素子122の中心CP2と接地電極GNDの端部との間の最短距離を距離L2A(第5距離)とすると、距離L1Aは距離L2Aよりも長い(L1A>L2A)。さらに、距離L2Aの方向に沿った接地電極GNDの端部と給電素子122の端部との間の距離を距離L3A(第6距離)とすると、距離L3Aは給電素子122のサイズ(辺の長さ)の1/2よりも短い。
このような配置にすることによって、給電素子122の偏波方向に沿った給電素子122の端部と接地電極GNDとの端部との距離GP1Aを、比較例の場合の距離GP1よりも長くすることができる。したがって、接地電極GNDに対して給電素子122の偏波方向を傾けることによって、給電素子122の周波数帯域幅が狭くなることを抑制することができる。
また、給電素子121については、実施の形態1と同様に、給電素子122の偏波方向に対する給電素子121の偏波方向の角度θ1を0°~90°の間で傾けて給電素子121が配置される。なお、図5(b)には、θ1=45°の場合が例示されており、上記のように図5(b)ではθ2=45°であるため、給電素子121の偏波方向はY軸方向に一致している。
これにより、給電素子121の偏波方向に沿った給電素子121の端部と給電素子122の端部との距離GPAを、比較例の場合の距離GPよりも長くすることができる。したがって、給電素子121についても周波数帯域幅が狭くなることを抑制することができる。
[実施の形態4]
実施の形態3においては、低周波側の給電素子122を接地電極GNDに対して傾けて配置するとともに、高周波側の給電素子121を低周波側の給電素子122に対して傾けて配置する構成について説明した。
実施の形態3においては、低周波側の給電素子122を接地電極GNDに対して傾けて配置するとともに、高周波側の給電素子121を低周波側の給電素子122に対して傾けて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小型化および高密度化がすすめられると、接地電極GNDの面積が制限されてしまい、給電素子122を傾けると、接地電極GNDの範囲に給電素子122が収まらない場合が生じ得る。
実施の形態4においては、接地電極GNDの面積が制限されて、傾斜させた給電素子122が接地電極GNDの範囲内に収まらない場合に対応した構成について説明する。
図6は、実施の形態4に従うアンテナモジュール100Bを説明するための図である。
図6を参照して、接地電極GNDにおけるY軸方向に突出した部分に給電素子121および給電素子122を配置する場合を考える。このとき、給電素子が配置される突出部分は、給電素子122よりも若干大きい程度の面積である。
図6を参照して、接地電極GNDにおけるY軸方向に突出した部分に給電素子121および給電素子122を配置する場合を考える。このとき、給電素子が配置される突出部分は、給電素子122よりも若干大きい程度の面積である。
図6(a)は初期状態を示す図であり、図6(a)においては、給電素子122は接地電極GNDの範囲に収まるように配置されており、給電素子121については、各辺が給電素子122と平行になるように配置されている。給電素子121,122の給電点SP1,SP2は、いずれも給電素子の中心からY軸方向にオフセットした位置に配置されており、各給電素子からはY軸方向を偏波方向(矢印AR1,AR2)とする電波が放射される。このような配置の場合、偏波方向における給電素子121と給電素子122との距離、および、給電素子122と接地電極GNDとの距離が十分に確保できない状態となっている。
図6(b)は、実施の形態1で説明したように、給電素子122の偏波方向(AR2)に対して給電素子121の偏波方向(AR1)を傾けるように、給電素子121を配置した状態を示した図である。図6(b)の例においては、給電素子122に対して給電素子121を時計回りに45°回転させた場合が示されている。このような配置とすることによって、給電素子121の偏波方向(AR1)に沿った給電素子121の端部と給電素子122の端部との距離を、図6(a)の場合に比べて長くすることができる。
図6(c)は、実施の形態3で説明したように、給電素子122の偏波方向(AR2)に沿った接地電極GNDとの距離を確保するために、接地電極GNDに対して給電素子122を傾けて配置した状態を示した図である。より具体的には、図6(c)においては、図6(b)の状態から給電素子121,122を反時計回りに45°回転させた場合が示されている。このような配置とすることによって、給電素子122の偏波方向(AR2)に沿った給電素子122の端部と接地電極GNDの端部との距離を、図6(a)の場合に比べて長くすることができる。
しかしながら、図6(c)においては、略正方形の給電素子122の角部分が、接地電極GNDからはみ出した状態となっている。そのため、図6(d)のアンテナモジュール100Bにおいては、給電素子122における接地電極GNDからはみ出た部分が切除され、給電素子122の形状が八角形にされている。この場合、給電素子121の偏波方向(AR1)における給電素子122の長さが図6(b),(c)の場合に比べて短くなってしまうが、図6(a)の初期状態よりは長くなっているため、一定の効果を得ることができる。
アンテナモジュール100Bのような構成とすることによって、接地電極GNDの面積が制限されている場合であっても、偏波方向における給電素子121,122間の距離、および、給電素子122と接地電極GNDとの距離を、初期状態の場合よりも長く設定できるので、各給電素子の周波数帯域幅が狭くなることを抑制できる。
なお、上記の例においては、給電素子122を八角形とした場合について説明したが、接地電極GNDの形状に応じて、給電素子122の形状を八角形以外の多角形としてもよい。すなわち、給電素子122は、頂点が4以上の多角形とすることができる。ただし、給電素子122の形状の対称性が崩れると、給電素子122を流れる電流の方向が乱れてしまうため、給電素子122および給電素子121から放射される電波の偏波が円偏波となる場合がある。そのような場合には、各給電素子に部分的に補助電極を追加する等の変更を行なって、放射される電波の主成分が直線偏波となるように調整することが必要となる。
また、図6のアンテナモジュール100Bにおいては、給電素子121は、給電素子122に対して傾けて配置しても給電素子122の範囲内に収まる場合について説明したが、給電素子121を傾斜させた場合に給電素子122からはみ出てしまう場合には、上記の給電素子122と同様に、給電素子122からはみ出た給電素子121の部分を切除するようにしてもよい。この場合にも、給電素子121から放射される電波の偏波が円偏波となる場合には、補助電極の追加等により、放射される電波の主成分が直線偏波となるように調整する。
(適用例)
図7を用いて、実施の形態4が適用された構成例について説明する。図7は、2つの異なる放射面を有するアンテナモジュール100Cの斜視図である。
図7を用いて、実施の形態4が適用された構成例について説明する。図7は、2つの異なる放射面を有するアンテナモジュール100Cの斜視図である。
図7を参照して、アンテナモジュール100Cのアンテナ装置120において、誘電体基板130は、断面形状が略L字形状となっており、図7のZ軸方向を法線方向とする平板状の基板137と、X軸方向を法線方向とする平板状の基板138と、当該2つの基板137,138を接続する屈曲部135とを含む。
アンテナモジュール100Cにおいては、2つの基板137,138の各々に、4つの給電素子121がY軸方向に一列に配置されている。以下の説明において、理解を容易にするために、給電素子121が基板137,138の表面に露出するように配置された例について説明するが、実施の形態1の図2のように、給電素子121は基板137,138の誘電体基板の内部に配置されてもよい。
基板137は略矩形形状を有しており、その表面に4つの給電素子121が一列に配置されている。また、基板137においては、誘電体基板の内層に各給電素子121に対向して給電素子122が配置されている。基板137の下面側(Z軸の負方向の面)には、RFIC110が接続されている。RFIC110は、はんだバンプあるいは多極コネクタにより、実装基板20に実装される。
基板138は、基板137から屈曲した屈曲部135に接続されており、その内側の面(X軸の負方向の面)が実装基板20の側面22に面するように配置される。基板138は、略矩形形状の誘電体基板に複数の切欠部136が形成された構成となっており、この切欠部136に屈曲部135が接続されている。言い換えると、基板138において切欠部136が形成されていない部分には、屈曲部135と基板138とが接続される境界部から、当該基板138に沿って基板137に向かう方向(すなわち、Z軸の正方向)に突出した突出部133が形成されている。この突出部133の突出端の位置は、基板137の下面側の面よりもZ軸の正方向に位置している。基板137,138および屈曲部135において、実装基板20に面する表面あるいは内層には接地電極GNDが配置されている。
そして、基板138の突出部133の各々には、1つの給電素子121が配置されている。また、基板138の誘電体基板の内層には、各給電素子121に対向して給電素子122Aが配置されている。基板138には切欠部136が形成されているため、基板138に配置される給電素子においては、各給電素子と結合する接地電極GNDの領域が大きく制限される。
そのため、アンテナモジュール100Cにおいては、突出部133に配置される給電素子121,122Aについて、図6(d)で示したような構成を採用する。すなわち、給電素子121の偏波方向と給電素子122Aの偏波方向とのなす角度が0°より大きく90°より小さくなるように、給電素子122Aに対して給電素子121が傾斜して配置される。さらに、給電素子122Aについては、給電素子122Aの中心との距離が最短となる接地電極GNDの端部の位置と給電素子122Aの中心とを結ぶ方向と、給電素子122Aの偏波方向とのなす角度が0°より大きく90°より小さくなるように、給電素子122Aが接地電極GNDに対して傾斜して配置される。このとき、給電素子122Aにおいて、突出部133からはみ出る部分は切除される。
このような構成とすることによって、基板138の突出部133のように放射素子が配置される領域が制限される場合においても、周波数帯域幅が狭くなることを抑制することができる。
なお、基板137に配置された放射素子(給電素子121,122)についても、基板138のように、配置すべき領域が制限される場合には、図8のアンテナモジュール100Dのように、給電素子122に対して給電素子121を傾斜させたり、接地電極GNDに対して給電素子122を傾斜させてもよい。
また、基板138における切欠部136については、隣接する給電素子間のすべてに形成されていなくてもよく、たとえば、1つの突出部に2つの給電素子121が配置される部分があってもよい。
[実施の形態5]
上記の実施の形態においては、各給電素子から放射される電波の偏波方向がそれぞれ1つである場合について説明した。
上記の実施の形態においては、各給電素子から放射される電波の偏波方向がそれぞれ1つである場合について説明した。
実施の形態5においては、給電素子121および給電素子122の各々から、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タイプのアンテナモジュールの場合について説明する。
図9は、実施の形態5に従うアンテナモジュール100Eを説明するための図である。アンテナモジュール100Eは、図2で示した実施の形態1のアンテナモジュール100の構成に加えて、給電素子121の給電点SP3および給電素子122の給電点SP4にも、RFIC110から高周波信号が供給される構成を有している。
給電点SP3は、給電素子121において、給電点SP1に高周波信号が供給されることによって放射される電波の偏波方向(矢印AR1)と直交する方向(矢印AR3)の偏波が放射可能となる位置に配置される。給電点SP3には、給電配線153を介してRFIC110から高周波信号が伝達される。
また、給電点SP4は、給電素子122において、給電点SP2に高周波信号が供給されることによって放射される電波の偏波方向(矢印AR2)と直交する方向(矢印AR4)の偏波が放射可能となる位置に配置される。給電点SP4には、給電配線154を介してRFIC110から高周波信号が伝達される。
デュアル偏波タイプのアンテナモジュールにおいても、給電素子121の偏波方向に沿った給電素子121の端部と給電素子122の端部との間の距離が十分に確保されない場合には、給電素子122に対して給電素子121を傾斜させて配置することによって、偏波方向に沿った給電素子121の端部と給電素子122の端部との間の距離を拡大して、給電素子121の周波数帯域幅が狭くなることを抑制できる。
また、実施の形態3のように、給電素子122の偏波方向に沿った給電素子122の端部と接地電極GNDの端部との間の距離が十分に確保されない場合には、接地電極GNDに対して給電素子122を傾斜させて配置することによって、給電素子122周波数帯域幅が狭くなることを抑制できる。なお、給電素子121を傾斜させたときに給電素子122から給電素子121がはみ出す場合、および/または、給電素子122を傾斜させたときに接地電極GNDから給電素子122がはみ出す場合には、実施の形態4のように、はみ出た部分の給電素子を切除してもよい。
なお、上記の実施の形態において、給電素子121および給電素子122の少なくとも一方が円形状であってもよい。
[実施の形態6]
上述の各実施の形態においては、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の場合について説明した。実施の形態6においては、3つの異なる周波数帯域の電波を放射することが可能な、トリプルバンドタイプのアンテナモジュールについて説明する。
上述の各実施の形態においては、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の場合について説明した。実施の形態6においては、3つの異なる周波数帯域の電波を放射することが可能な、トリプルバンドタイプのアンテナモジュールについて説明する。
図10は、実施の形態6に従うアンテナモジュール100Fを説明するための図である。図10において、上段にはアンテナモジュール100Fの平面透視図が示されており、下段にはアンテナモジュール100Fの断面透視図が示されている。
図10を参照して、アンテナモジュール100Fにおいては、放射素子125Aとして、給電素子121~123を含んでおり、図2で示した実施の形態1のアンテナモジュール100における給電素子121の上方(Z軸の正方向)に、給電素子123がさらに追加された構成となっている。なお、図10において、図2と重複する要素の説明は繰り返さない。
給電素子123は、給電素子121,122と同様に略正方形の形状を有しており、誘電体基板130において給電素子121よりも上面131に近い層に配置されている。言い換えれば、給電素子121は、給電素子122と給電素子123との間に配置されている。給電素子123のサイズは、給電素子121よりもさらに小さい。すなわち、給電素子123から放射される電波の周波数は、給電素子121および給電素子122から放射される電波の周波数よりも高い。
給電素子123には、給電配線155を介してRFIC110から高周波信号が伝達される。給電配線155は、RFIC110から接地電極GNDを貫通し、さらに給電素子122および給電素子121を貫通して、給電素子123の給電点SP5に接続される。給電素子123の給電点SP5は、給電素子123の中心CP5からX軸の負方向にオフセットした位置に配置されている。したがって、RFIC110から給電素子123に高周波信号が供給されると、X軸方向を偏波方向とする電波が放射される。
アンテナモジュール100Fの法線方向から平面視した場合に、給電素子123の中心CP3は、給電素子121の中心CP1および給電素子122の中心CP2と一致している。そして、給電素子123は、給電素子122に対して回転させた状態となるように配置されている。言い換えると、給電素子121の中心CP1と給電点SP1とを結ぶ方向(線CL1の方向)と、給電素子123の中心CP5と給電点SP5とを結ぶ方向(線CL5の方向)とのなす角度がθ3となるように、給電素子123が配置される。給電素子121に対する給電素子123の傾き(すなわち、角度θ3)は、0°より大きく90°よりも小さい(0°<θ3<90°)。なお、図10のアンテナモジュール100Fにおいては、θ3=45°の場合が示されている。
このような構成においては、給電素子123と給電素子121との間の位置関係は、給電素子121と給電素子122との間の位置関係と同様となる。すなわち、給電素子121に対して給電素子123を傾けて配置することによって、給電素子123の周波数帯域幅を拡大することが可能となり、これにより、給電素子123のアンテナ特性の低下を抑制することができる。
[変形例]
上記の実施の形態においては、放射素子と接地電極とが同じ誘電体基板に形成される構成について説明した。変形例においては、放射素子の一部あるいは全部が、接地電極が形成される誘電体基板から分離した他の誘電体基板に形成される構成について説明する。
上記の実施の形態においては、放射素子と接地電極とが同じ誘電体基板に形成される構成について説明した。変形例においては、放射素子の一部あるいは全部が、接地電極が形成される誘電体基板から分離した他の誘電体基板に形成される構成について説明する。
(変形例1)
図11は、変形例1のアンテナモジュール100Gの側面透過図である。アンテナモジュール100Gにおいては、図2で示したアンテナモジュール100における誘電体基板130が、互いに分離された2つの誘電体基板130A,130Bに置き換えられた構成となっている。図11において、図2と重複する要素の説明は繰り返さない。
図11は、変形例1のアンテナモジュール100Gの側面透過図である。アンテナモジュール100Gにおいては、図2で示したアンテナモジュール100における誘電体基板130が、互いに分離された2つの誘電体基板130A,130Bに置き換えられた構成となっている。図11において、図2と重複する要素の説明は繰り返さない。
図11を参照して、アンテナモジュール100Gにおいては、給電素子121は誘電体基板130Aの上面131Aあるいは内層に形成されている。一方、給電素子122および接地電極GNDは、誘電体基板130Aから分離した誘電体基板130Bに形成されている。誘電体基板130Bの下面132Bには、はんだバンプ140を介してRFIC110が実装されている。
誘電体基板130Aの下面132Aと誘電体基板130Bの上面131Bとは、接続部材によって接続されている。図11の例においては、接続部材としてはんだバンプ141が用いられる場合が示されているが、接続部材は可撓性を有するケーブルあるいはコネクタであってもよい。給電配線151は、はんだバンプ141を介して、RFIC110と給電素子121とを電気的に接続している。
このような構成においても、給電素子122の偏波方向に対して給電素子121の偏波方向を傾けて配置することによって、周波数帯域幅を拡大することが可能となり、これにより、高周波側の給電素子121のアンテナ特性の低下を抑制することができる。
(変形例2)
図12は、変形例2のアンテナモジュール100Hの側面透過図である。アンテナモジュール100Hにおいては、図2で示したアンテナモジュール100における誘電体基板130が、互いに分離された2つの誘電体基板130C,130Dに置き換えられた構成となっている。図12において、図2と重複する要素の説明は繰り返さない。
図12は、変形例2のアンテナモジュール100Hの側面透過図である。アンテナモジュール100Hにおいては、図2で示したアンテナモジュール100における誘電体基板130が、互いに分離された2つの誘電体基板130C,130Dに置き換えられた構成となっている。図12において、図2と重複する要素の説明は繰り返さない。
図12を参照して、アンテナモジュール100Hにおいては、給電素子121および給電素子122は誘電体基板130Cに形成されている。給電素子121は、誘電体基板130Cの上面131Cあるいは内層に形成されている。給電素子122は、誘電体基板130Cにおいて、給電素子121と下面132Cとの間の層に形成される。一方、接地電極GNDは、誘電体基板130Cから分離した誘電体基板130Dに形成されている。誘電体基板130Dの下面132Dには、はんだバンプ140を介してRFIC110が実装されている。
誘電体基板130Cの下面132Cと誘電体基板130Dの上面131Dとは、接続部材によって接続されている。図12の例においては、接続部材としてはんだバンプ141,142が用いられる場合が示されているが、接続部材は可撓性を有するケーブルあるいはコネクタであってもよい。
給電配線151は、はんだバンプ141を介してRFIC110と給電素子121とを電気的に接続している。同様に、給電配線152は、はんだバンプ142を介してRFIC110と給電素子122とを電気的に接続している。
このような構成においても、給電素子122の偏波方向に対して給電素子121の偏波方向を傾けて配置することによって、周波数帯域幅を拡大することが可能となり、これにより、高周波側の給電素子121のアンテナ特性の低下を抑制することができる。
なお、実施の形態6で示したような、放射素子として3つの給電素子を有するアンテナモジュールにおいても、給電素子の一部あるいは全部が、接地電極が形成された誘電体基板とは異なる誘電体基板に形成されてもよい。また、互いに異なる3つの誘電体基板に、3つの給電素子がそれぞれ形成される構成であってもよい。
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、20 実装基板、22 側面、100,100A~100H,100X アンテナモジュール、110 RFIC、111A~111H,113A~113H,117A,117B スイッチ、112AR~112HR ローノイズアンプ、112AT~112HT パワーアンプ、114A~114H 減衰器、115A~115H 移相器、116A,116B 信号合成/分波器、118A,118B ミキサ、119A,119B 増幅回路、120 アンテナ装置、121,122,122A,123 給電素子、125,125A 放射素子、130 誘電体基板、131,131A~131D 上面、132,132A~132D 下面、133 突出部、135 屈曲部、136 切欠部、137,138 基板、140~142 はんだバンプ、151~155 給電配線、200 BBIC、GND 接地電極、SP1~SP5 給電点。
Claims (14)
- 第1方向を偏波方向とする電波を放射可能な平板状の第1給電素子と、
前記第1給電素子に対向して配置される第1接地電極と、
前記第1給電素子と前記第1接地電極との間に配置され、第2方向を偏波方向とする電波を放射可能な平板状の第2給電素子とを備え、
前記第1給電素子の法線方向から平面視した場合に、前記第1給電素子と前記第2給電素子とは重なっており、
前記第1給電素子から放射される電波の周波数は、前記第2給電素子から放射される電波の周波数よりも高く、
前記第1方向と前記第2方向とのなす第1角度は、0°より大きく90°より小さい、アンテナモジュール。 - 前記第1給電素子の法線方向から平面視した場合に、前記第1給電素子の中心と前記第2給電素子の端部との間の前記第1方向に沿った最短距離を第1距離とし、前記第1給電素子の中心と前記第2給電素子の端部との間の最短距離を第2距離とすると、前記第1距離は前記第2距離よりも長い、請求項1に記載のアンテナモジュール。
- 前記第1給電素子の法線方向から平面視した場合に、前記第2距離における前記第2給電素子の端部と前記第1給電素子の端部との間の距離を第3距離とすると、前記第3距離は前記第1給電素子のサイズの1/2よりも短い、請求項2に記載のアンテナモジュール。
- 前記第2給電素子の形状は、頂点の数が4以上の多角形である、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。
- 前記第2給電素子の中心との距離が最短となる前記第1接地電極の端部の位置と前記第2給電素子の中心とを結ぶ方向と、前記第2方向とのなす第2角度は、0°より大きく90°より小さい、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。
- 前記第2給電素子の法線方向から平面視した場合に、前記第2給電素子の中心と前記第1接地電極の端部との間の前記第2方向に沿った最短距離を第4距離とし、前記第2給電素子の中心と前記第1接地電極の端部との間の最短距離を第5距離とし、前記第5距離において前記第1接地電極の端部と前記第2給電素子の端部との間の距離を第6距離とすると、前記第4距離は前記第5距離よりも長く、かつ、前記第6距離は前記第2給電素子のサイズの1/2よりも短い、請求項5に記載のアンテナモジュール。
- 前記第1給電素子は、前記第1方向に直交する方向を偏波方向とする電波をさらに放射可能である、請求項1~6のいずれか1項に記載のアンテナモジュール。
- 前記第2給電素子は、前記第2方向に直交する方向を偏波方向とする電波をさらに放射可能である、請求項1~7のいずれか1項に記載のアンテナモジュール。
- 平板状の第3給電素子と、
前記第3給電素子に対向して配置された第2接地電極をさらに備え、
前記第3給電素子の法線方向は、前記第1給電素子および前記第2給電素子の法線方向とは異なる、請求項1~8のいずれか1項に記載のアンテナモジュール。 - 前記第3給電素子と前記第2接地電極との間に配置された第4給電素子をさらに備え、
前記第3給電素子は、第3方向を偏波方向とする電波を放射可能であり、
前記第4給電素子は、第4方向を偏波方向とする電波を放射可能であり、
前記第3給電素子の法線方向から平面視した場合に、前記第3給電素子と前記第4給電素子とは重なっており、
前記第3給電素子から放射される電波の周波数は、前記第4給電素子から放射される電波の周波数よりも高く、
前記第3方向と前記第4方向とのなす第3角度は、0°より大きく90°より小さい、請求項9に記載のアンテナモジュール。 - 前記第4給電素子の中心との距離が最短となる前記第2接地電極の端部の位置と前記第4給電素子の中心とを結ぶ方向と、前記第4方向とのなす第4角度は、0°より大きく90°より小さい、請求項10に記載のアンテナモジュール。
- 前記第1接地電極に対向して配置される平板状の第5給電素子および第6給電素子をさらに備え、
前記第5給電素子は、前記第1方向を偏波方向とする電波を放射可能であり、
前記第6給電素子は、前記第5給電素子と前記第1接地電極との間に配置され、前記第2方向を偏波方向とする電波を放射可能であり、
前記第5給電素子の法線方向から平面視した場合に、前記第5給電素子と前記第6給電素子とは重なっており、
前記第5給電素子から放射される電波の周波数は、前記第6給電素子から放射される電波の周波数よりも高い、請求項1~8のいずれか1項に記載の、アンテナモジュール。 - 各給電素子に高周波信号を供給するように構成された給電回路をさらに備える、請求項1~12のいずれか1項に記載のアンテナモジュール。
- 請求項1~13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。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2020551437 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 20831775 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20831775 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |