WO2021070462A1

WO2021070462A1 - アンテナモジュール

Info

Publication number: WO2021070462A1
Application number: PCT/JP2020/030397
Authority: WO
Inventors: 敬三櫻井
Original assignee: 京セラ株式会社
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2021-04-15
Also published as: JP7281551B2; US11916288B2; US20220416412A1; JPWO2021070462A1

Abstract

本開示に係るアンテナモジュールは、制御回路を有する制御基板と、制御基板上に搭載され、シールドスルーホールおよび平面視した場合に並んで配置された複数の第１のアンテナ用パッチ導体を有するアンテナ基板と、シールドスルーホールと電気的に接続され、高周波フィルターおよび低周波フィルターを有するフィルターとを備える。制御基板またはアンテナ基板は、第１のアンテナ用パッチ導体と対向する位置に内部アンテナを有している。平面視した場合に、互いに隣接する第１のアンテナ用パッチ導体の間に、シールドスルーホールとフィルターとが位置している。

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。

　ワイヤレスネットワークを利用した通信機器には、電気信号の送受信のため、例えば特許文献１に記載されるようなアンテナモジュールが搭載されている。

特開２００３－３０９４８３号公報

本開示の第１の実施形態に係るアンテナモジュールを示す説明図である。図１に示す領域Ｘの透視図である。（Ａ）は、本開示の第２の実施形態に係るアンテナモジュールに備えられるアンテナ基板を示す模式図であり、（Ｂ）は、本開示の第２の実施形態に係るアンテナモジュールを示す説明図である。（Ａ）は、本開示の第３の実施形態に係るアンテナモジュールに備えられるアンテナ基板を示す模式図であり、（Ｂ）は、本開示の第３の実施形態に係るアンテナモジュールを示す説明図である。

　特許文献１に記載されるように、従来のアンテナモジュールには、必要な周波数帯の電気信号と不要な周波数帯の電気信号とを分離するためのフィルタリング基板が、制御回路を有する制御基板の表面に接続されている。すなわち、アンテナ回路を有するアンテナ基板と制御基板との間に、さらにフィルタリング基板が存在しており、基板の層数が多くなるため嵩高く複雑な構造を有している。そのため、通信機器の小型化などの妨げとなる。

　本開示に係るアンテナモジュールは、制御基板の表面にアンテナ基板が搭載されており、アンテナ基板と制御基板との間にフィルタリング基板が存在しない。そのため、本開示に係るアンテナモジュールは、基板の層数が少なく多層化を避けることができるため、シンプルな構造を有している。

　本開示の第１の実施形態に係るアンテナモジュールを、図１および２に基づいて説明する。図１は、本開示の第１の実施形態に係るアンテナモジュール１を示す説明図である。第１の実施形態に係るアンテナモジュール１は、制御基板１１およびアンテナ基板１２を含む。

　制御基板１１は制御回路を備えており、電磁波の強弱を制御するために使用される。図１では詳細に示していないが、制御基板１１は、例えば、絶縁層と配線導体層とが交互に積層されたビルドアップ構造を有している。

　絶縁層は、絶縁性を有する素材で形成されていれば特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド－トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの樹脂が挙げられる。これらの樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。

　絶縁層には、補強材が含まれていてもよい。補強材としては、例えば、ガラス繊維、ガラス不織布、アラミド不織布、アラミド繊維、ポリエステル繊維などの絶縁性布材が挙げられる。補強材は２種以上を併用してもよい。さらに、絶縁層には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機絶縁性フィラーが分散されていてもよい。

　配線導体層は、導電性を有する素材であれば特に限定されない。導電性を有する素材としては、例えば、銅などの金属が挙げられる。配線導体層は、具体的には、銅箔などの金属箔や銅めっきなどの金属めっきによって形成される。さらに、図２に示すように、制御基板１１には、内部アンテナ１７が備えられている。図２に示すように、制御基板１１に内部アンテナ１７が備えられることによって、使用する電磁波の帯域幅を広げることができる。

　制御基板１１の表面に、アンテナ基板１２が制御基板１１と電気的に接続されている。アンテナ基板１２は、絶縁層１３、アンテナ用パッチ導体１４、シールドスルーホール１５およびフィルター１６を含む。

　絶縁層１３は、絶縁性を有する素材であれば特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、フッ素樹脂や液晶ポリマー、上述の樹脂などが挙げられる。絶縁層１３にも、必要に応じて、上述の補強材が含まれていてもよく、無機絶縁性フィラーが分散されていてもよい。

　アンテナ用パッチ導体１４は、電磁波を受発信するために備えられている。アンテナ基板１２を平面視した場合に、複数のアンテナ用パッチ導体１４が縦横に複数備えられている。複数のアンテナ用パッチ導体１４は、通常、等間隔で整列して位置している。

　アンテナ基板１２では、アンテナ用パッチ導体１４は、絶縁層１３の上下面にそれぞれ対向する位置に備えられている。本明細書において、便宜上、絶縁層１３の上面に位置するアンテナ用パッチ導体１４を「第１のアンテナ用パッチ導体」とし、絶縁層１３の下面に位置するアンテナ用パッチ導体１４を「第２のアンテナ用パッチ導体」とする。アンテナ用パッチ導体１４は、導電性を有する素材であれば特に限定されない。このような素材としては、上述の配線導体層と同様に、銅などの金属が挙げられる。

　アンテナ基板１２を平面視した場合に、互いに隣接するアンテナ用パッチ導体１４の間には、シールドスルーホール１５が形成されている。シールドスルーホール１５は、グランド用スルーホールであり、フィルター回路への電磁波による影響およびフィルター回路からの電磁波により受発信の電磁波への影響を低減する。

　シールドスルーホール１５は、アンテナ用パッチ導体１４の周囲に沿うように形成されている。図２において、シールドスルーホール１５は、アンテナ用パッチ導体１４の２辺のみに沿うように記載されているが、実際には、シールドスルーホール１５は、残りの２辺にも沿うように位置している。

　アンテナ基板１２において、フィルター１６は、アンテナ基板１２（絶縁層１３）に埋設され、シールドスルーホール１５に挟まれるように設けられている。フィルター１６は、アンテナ用パッチ導体１４で受信された電磁波、あるいはアンテナ用パッチ導体１４から発信される電磁波のうち、必要な周波数帯の電磁波と不要な周波数帯の電磁波とを分離する。

　フィルター１６には、少なくとも高周波フィルター（ＨＰＦ）および低周波フィルター（ＬＰＦ）が含まれていればよい。ＨＰＦおよびＬＰＦが含まれていれば、高周波数帯の電磁波と低周波数帯の電磁波とを除去することができる。図１に示すフィルター１６には、ＨＰＦおよびＬＰＦ以外にも、帯域フィルター（バンドパスフィルター：ＢＰＦ）が含まれている。

　第１の実施形態に係るアンテナモジュール１において、例えば、アンテナ用パッチ導体１４（第１のアンテナ用パッチ導体）で受信された電磁波は、第１のアンテナ用パッチ導体と対向する位置に備えられたアンテナ用パッチ導体１４（第２のアンテナ用パッチ導体）を介して、制御基板１１に備えられた内部アンテナ１７に伝送される。次いで、内部アンテナ１７に伝達された電磁波は、信号用導体を通ってフィルター１６まで伝送される。フィルター１６に伝送された電磁波は、必要な周波数帯の電磁波と不要な周波数帯の電磁波とに分離される。必要な周波数帯の電磁波は、制御基板１１に備えられた制御回路に伝送される。一方、不要な周波数帯の電磁波は、例えば、制御基板１１に形成されたグランド層に伝送され、アンテナモジュール１の外部に放出される。

　第１の実施形態に係るアンテナモジュール１においてフィルター１６は、アンテナ基板１２内に埋設されている。そのため、第１の実施形態に係るアンテナモジュール１には、フィルター１６を含むさらなる基板が存在しない。したがって、第１の実施形態に係るアンテナモジュール１は、多層化を避けることができるためシンプルな構造を有しており、通信機器の小型化にも寄与することができる。

　次に、本開示の第２の実施形態に係るアンテナモジュールを、図３に基づいて説明する。図３（Ａ）は、本開示の第２の実施形態に係るアンテナモジュール２に備えられるアンテナ基板２２を示す模式図である。図３（Ｂ）は、本開示の第２の実施形態に係るアンテナモジュール２を示す説明図である。

　第２の実施形態に係るアンテナモジュール２は、第１の実施形態に係るアンテナモジュール１と比べてフィルターの位置が異なる。第１の実施形態に係るアンテナモジュール１では、上述のように、フィルター１６は、アンテナ基板１２内に埋設されている。一方、第２の実施形態に係るアンテナモジュール２では、フィルター２６は、アンテナ基板２２の表面に位置しており絶縁層２３内に埋設されていない。すなわち、第２の実施形態に係るアンテナモジュール２では、アンテナ用パッチ導体２４を囲むように、フィルター２６を含む部材２６’がアンテナ基板２２の表面に位置している。

　フィルター２６は、アンテナ基板２２の表面に設けられていても、上述のように、必要な周波数帯の電磁波と不要な周波数帯の電磁波とを分離することができる。第２の実施形態に係るアンテナモジュール２において、例えば、アンテナ用パッチ導体２４（第１のアンテナ用パッチ導体）で受信された電磁波は、第１のアンテナ用パッチ導体と対向する位置に備えられたアンテナ用パッチ導体２４（第２のアンテナ用パッチ導体）を介して、制御基板２１に備えられた内部アンテナに伝送される。

　次いで、内部アンテナに伝達された電磁波は、アンテナ基板２２に位置する信号用スルーホール２８を通ってフィルター２６まで伝送される。フィルター２６に伝送された電磁波は、必要な周波数帯の電磁波と不要な周波数帯の電磁波とに分離される。必要な周波数帯の電磁波は、信号用スルーホール２８を通って制御基板２１に備えられた制御回路に伝送される。一方、不要な周波数帯の電磁波は、例えば、制御基板２１に形成されたグランド層に伝送され、アンテナモジュール２の外部に放出される。

　第２の実施形態に係るアンテナモジュール２では、フィルター２６を含む部材２６’がアンテナ基板２２の表面に搭載されている。そのため、部材２６’が、アンテナ基板２２の表面のアンテナ用パッチ導体２４間における電磁波の混線を低減する。さらに、フィルターを含むさらなる基板が存在しない。したがって、第２の実施形態に係るアンテナモジュール２は、多層化を避けることができるため、シンプルな構造を有しており、通信機器の小型化にも寄与することができる。

　第２の実施形態に係るアンテナモジュール２に含まれる制御基板２１、絶縁層２３、アンテナ用パッチ導体２４およびシールドスルーホール２５は、上述の第１の実施形態に係るアンテナモジュール１に含まれる制御基板１１、絶縁層１３、アンテナ用パッチ導体１４およびシールドスルーホール１５で説明した通りである。したがって、詳細な説明は省略する。

　次に、本開示の第３の実施形態に係るアンテナモジュールを、図４に基づいて説明する。図４（Ａ）は、本開示の第３の実施形態に係るアンテナモジュール３に備えられるアンテナ基板３２を示す模式図である。図３（Ｂ）は、本開示の第３の実施形態に係るアンテナモジュール３を示す説明図である。

　第３の実施形態に係るアンテナモジュール３は、第２の実施形態に係るアンテナモジュール２と同様、フィルター３６はアンテナ基板３２の表面に設けられている。しかし、第２の実施形態に係るアンテナモジュール２では、フィルター２６を部材２６’として搭載しているのに対し、第３の実施形態に係るアンテナモジュール３では、フィルター３６が内蔵された枠体３６’でアンテナ用パッチ導体３４を囲んでいる。

　フィルター３６を内蔵している枠体３６’の材質は特に限定されない。枠体３６’の材質としては、エポキシ樹脂、ビスマレイミド－トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、フッ素樹脂、液晶ポリマーなどの樹脂が挙げられる。これらの樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。

　このように、アンテナ基板３２の表面に枠体３６’を設けることによって、アンテナ基板３２と制御基板３１との熱膨張率の違いによるアンテナモジュール３の反りや変形を低減することができる。つまり、枠体３６’は、アンテナモジュールの剛性を向上させる。さらに、フィルターを含むさらなる基板が存在しない。したがって、第３の実施形態にかかるアンテナモジュール３は、シンプルな構造を有しており、通信機器の小型化にも寄与することができる。

　さらに、フィルター３６が内蔵された枠体３６’の少なくとも外側面および内側面は、金属膜で被覆されていてもよい。枠体３６’の少なくとも外側面および内側面が金属膜で被覆されることによって、枠体３６’に導波管としての機能を付与することができる。金属膜としては、例えば銅、金、アルミなどの膜が挙げられる。金属膜の形成方法は限定されず、例えば、金属膜はめっきによって形成されてもよく、金属箔の貼り付けによって形成されてもよい。さらに、枠体３６’の上端面が金属膜で被覆されていても構わない。

　第３の実施形態に係るアンテナモジュール３に含まれる制御基板３１、絶縁層３３、アンテナ用パッチ導体３４およびシールドスルーホール３５は、上述の第１の実施形態に係るアンテナモジュール１に含まれる制御基板１１、絶縁層１３、アンテナ用パッチ導体１４およびシールドスルーホール１５で説明した通りである。第３の実施形態に係るアンテナモジュール３に含まれる信号用スルーホール３８は、上述の第２の実施形態に係るアンテナモジュール２に含まれる信号用スルーホール２８で説明した通りである。したがって、これらの詳細な説明は省略する。

　本開示のアンテナモジュールは、上述の一実施形態および他の実施形態に限定されない。上述の実施形態では、内部アンテナ１７は、いずれも制御基板１１に備えられている。しかし、内部アンテナは、アンテナ基板内に備えられていてもよい。この場合、アンテナ用パッチ導体は上述の第１のアンテナ用パッチ導体のみが備えられ、第２のアンテナ用パッチ導体の代わりに内部アンテナが備えられる。

　１つのアンテナモジュール内に上述の複数の実施形態が存在していても構わない。この場合、１つのアンテナモジュール内に各実施形態における電磁波の送受信特性を持たせることが可能になる点で有利である。

　さらに、本開示のアンテナモジュールには、より反りを低減するために、制御基板の下面に金属の枠（スティフナー）を設けてもよい。金属の枠としては、例えば銅、４２合金、コバール、ステンレス、アルミなどの枠が挙げられる。

　１、２、３　アンテナモジュール
　１１、２１、３１　制御基板
　１２、２２、３２　アンテナ基板
　１３、２３、３３　絶縁層
　１４、２４、３４　アンテナ用パッチ導体
　１５、２５、３５　シールドスルーホール
　１６、２６、３６　フィルター
　１７　内部アンテナ
　２８、３８　信号用スルーホール

Claims

　制御回路を有する制御基板と、
　前記制御基板上に搭載されるとともに、シールドスルーホールおよび平面視した場合に並んで配置された複数の第１のアンテナ用パッチ導体を有するアンテナ基板と、
　前記シールドスルーホールと電気的に接続されるとともに、高周波フィルターおよび低周波フィルターを有するフィルターと、
を備えており、
　前記制御基板または前記アンテナ基板は、前記第１のアンテナ用パッチ導体と対向する位置に配置された内部アンテナを有しており、
　平面視した場合に、互いに隣接する前記第１のアンテナ用パッチ導体の間に、前記シールドスルーホールと前記フィルターとが位置していることを特徴とするアンテナモジュール。
　前記フィルターが、前記アンテナ基板内に位置しており、前記シールドスルーホールで挟まれている請求項１に記載のアンテナモジュール。
　前記第１のアンテナ用パッチ導体が、前記フィルターおよび前記シールドスルーホールの上方に位置している請求項２に記載のアンテナモジュール。
　前記フィルターが、前記アンテナ基板上に位置している請求項１に記載のアンテナモジュール。
　前記フィルターが、前記シールドスルーホールの上方に位置している請求項４に記載のアンテナモジュール。
　前記アンテナ基板上に、前記第１のアンテナ用パッチ導体それぞれを分離するように取り囲む枠体をさらに備えており、
　前記フィルターが、前記枠体に内蔵されている請求項１に記載のアンテナモジュール。
　前記枠体は、外方に位置する外側面と、前記第１のアンテナ用パッチ導体を取り囲むよう位置する内側面と、を有しており、
　少なくとも前記外側面および前記内側面が、金属膜で被覆されている請求項６に記載のアンテナモジュール。
　前記内部アンテナが、前記制御基板内に位置しており、
　前記アンテナ基板は、前記第１のアンテナ用パッチ導体と対向する位置にそれぞれ配置された複数の第２のアンテナ用パッチ導体をさらに有している請求項１～７のいずれかに記載のアンテナモジュール。
　平面視した場合に、互いに隣接する前記第２のアンテナ用パッチ導体の間に、前記シールドスルーホールと前記フィルターとが位置している請求項８に記載のアンテナモジュール。