WO2022138045A1 - 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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WO2022138045A1
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dielectric substrate
ground electrode
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radiating element
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PCT/JP2021/044261
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友理 山川
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株式会社村田製作所
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    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/0407Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0414Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration

Definitions

  • the present disclosure relates to an antenna module and a communication device equipped with the antenna module, and more specifically, to a technique for preventing deformation of the antenna module and improving characteristics.
  • Patent Document 1 discloses an antenna module in which a flat plate-shaped radiation electrode is arranged on the front surface side of a dielectric substrate and an RFIC is arranged on the back surface side. ..
  • a flat plate-shaped ground electrode may be arranged over the entire surface of the back surface of the dielectric substrate.
  • a dielectric substrate has a flat plate shape, but when the dimension in the width direction of the cross section becomes larger than the thickness of the dielectric substrate, it occurs on the front and back surfaces of the substrate in the process of heating and cooling during substrate molding. The difference in thermal stress increases due to the difference in thermal shrinkage, and the dielectric substrate may warp.
  • the gain of the antenna module may decrease.
  • the present disclosure has been made to solve such a problem, and an object thereof is to prevent a warp of a dielectric substrate while suppressing a decrease in antenna gain in an antenna module.
  • the antenna module includes a first dielectric substrate, a first radiation element, a first ground electrode, and a second ground electrode.
  • the first dielectric substrate has first surfaces and second surfaces facing each other. It is a flat plate shape having a surface, and includes a first portion and a second portion thinner than the first portion.
  • the first radiating element is arranged in the first portion.
  • the first ground electrode is arranged in the first portion at a position facing the second surface of the first radiating element so as to face the first radiating element.
  • the second ground electrode is arranged between the first surface and the second surface in the second portion, and is electrically connected to the first ground electrode.
  • the dielectric substrate has a first portion and a second portion having different thicknesses, and the radiating element is arranged in the first portion having a relatively thick thickness.
  • the ground electrode (second ground electrode) in the second portion having a relatively thin thickness is arranged in the inner layer between the front surface (first surface) and the back surface (second surface) of the second portion.
  • FIG. FIG. 3 is a cross-sectional perspective view and a plan view of the antenna module in the communication device of FIG. 1. It is sectional drawing of the antenna module of the comparative example 1. FIG. It is sectional drawing of the antenna module of the comparative example 2. FIG. It is sectional drawing of the antenna module of the modification 1. FIG. It is sectional drawing of the antenna module of the modification 2. FIG. It is a figure for demonstrating the antenna gain in the antenna module of the comparative example 1, the embodiment 1 and the modification 1 and 2. It is sectional drawing of the antenna module of the modification 3. FIG. It is sectional drawing of the antenna module of the modification 4. FIG. It is sectional drawing of the antenna module of the modification 5. FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional perspective view of the antenna module of FIG. It is a perspective view of the antenna module of the modification 6. It is sectional drawing of the antenna module of FIG. It is a perspective view of the antenna module of the modification 7.
  • FIG. 1 is an example of a block diagram of the communication device 10 according to the present embodiment.
  • the communication device 10 is, for example, a mobile phone, a mobile terminal such as a smartphone or a tablet, a personal computer having a communication function, a base station, or the like.
  • An example of the frequency band of the radio wave used for the antenna module 100 according to the present embodiment is a radio wave in the millimeter wave band having a central frequency of 28 GHz, 39 GHz, 60 GHz, or the like, but radio waves in frequency bands other than the above are also available. Applicable.
  • 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 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 in the BBIC 200. do.
  • FIG. 1 shows an example in which the antenna device 120 is formed by a plurality of radiating elements 121 arranged in a two-dimensional array, but the radiating elements 121 do not necessarily have to be a plurality of one. It may be the case that the antenna device 120 is formed by the radiating element 121. Further, it may be a one-dimensional array in which a plurality of radiating elements 121 are arranged in a row.
  • the radiating element 121 will be described by exemplifying a patch antenna having a substantially square flat plate shape, but the shape of the radiating element 121 is a circular shape, an elliptical shape, or another polygonal shape such as a hexagonal shape. May be.
  • the RFIC 110 includes switches 111A to 111D, 113A to 113D, 117, power amplifiers 112AT to 112DT, low noise amplifiers 112AR to 112DR, attenuators 114A to 114D, phase shifters 115A to 115D, and signal synthesizers / demultiplexers. It includes an 116, a mixer 118, and an amplifier circuit 119.
  • the switches 111A to 111D and 113A to 113D are switched to the power amplifiers 112AT to 112DT side, and the switch 117 is connected to the transmitting side amplifier of the amplifier circuit 119.
  • the switches 111A to 111D and 113A to 113D are switched to the low noise amplifiers 112AR to 112DR side, and the switch 117 is connected to the receiving side amplifier of the amplifier circuit 119.
  • the signal transmitted from the BBIC 200 is amplified by the amplifier circuit 119 and up-converted by the mixer 118.
  • the transmitted signal which is an up-converted high-frequency signal, is demultiplexed by the signal synthesizer / demultiplexer 116, passes through the four signal paths, and is fed to different radiation elements 121.
  • the directivity of the antenna device 120 can be adjusted by individually adjusting the phase shift degrees of the phase shifters 115A to 115D arranged in each signal path. Further, the attenuators 114A to 114D adjust the strength of the transmitted signal.
  • the received signal which is a high-frequency signal received by each radiating element 121, passes through four different signal paths and is combined by the signal synthesizer / demultiplexer 116.
  • the combined received signal is down-converted by the mixer 118, amplified by the amplifier circuit 119, and transmitted to the BBIC 200.
  • the RFIC 110 is formed, for example, as an integrated circuit component of one chip including the above circuit configuration.
  • the equipment (switch, power amplifier, low noise amplifier, attenuator, phase shifter) corresponding to each radiating element 121 in the RFIC 110 may be formed as an integrated circuit component of one chip for each corresponding radiating element 121. ..
  • FIG. 2A and 2B are a plan view (FIG. 2A) and a cross-sectional transmission diagram (FIG. 2B) of the antenna module 100 in the communication device 10 of FIG.
  • the antenna module 100 includes a dielectric substrate 130, a feeding wiring 140, and ground electrodes GND1 and GND2 in addition to the radiating element 121 and RFIC110.
  • the positive direction of the Z axis in each figure may be referred to as the upper surface side, and the negative direction may be referred to as the lower surface side.
  • the dielectric substrate 130 is, for example, a multilayer resin substrate formed by laminating a plurality of resin layers composed of resins such as low temperature simultaneous fired ceramics (LTCC: Low Temperature Co-fired Ceramics) and resins such as epoxy and polyimide.
  • LCP liquid crystal polymer
  • It is a resin substrate, a multilayer resin substrate formed by laminating a plurality of resin layers composed of PET (Polyethylene Terephthalate) material, or a ceramic multilayer substrate other than LTCC.
  • 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 in the first embodiment includes a first portion P1 having a thickness of H1 and a second portion P2 having a thickness H2 thinner than H1 (as shown in FIG. 2B).
  • H1> H2 the upper surface of the second portion P2 is at the same position as the upper surface of the first portion P1, and the lower surface of the second portion P2 is located above the lower surface of the first portion. Therefore, in the second portion P2, the recess 160 is formed on the lower surface side of the dielectric substrate 130.
  • the width W1 in the first direction of the first portion P1 is the first direction of the second portion P2. Is larger than the width W2 (W1> W2).
  • the dielectric substrate 130 has a substantially rectangular shape when viewed in a plan view from the normal direction (Z-axis direction), and the radiating element 121 is arranged on the upper surface 131 (the surface in the positive direction of the Z-axis) side of the first portion P1. Will be done.
  • the ground electrode GND1 is arranged at a position on the lower surface 132 side of the first portion P1 so as to face the radiating element 121.
  • the radiating element 121 may be exposed on the upper surface 131 of the dielectric substrate 130, or may be arranged near the upper surface 131 of the inner layer of the dielectric substrate 130 as in the example of FIG.
  • a connection terminal 155 for connecting an external device is arranged on the lower surface 132 of the first portion P1.
  • the RFIC 110 is connected to the connection terminal 155 via the solder bump 150.
  • the ground electrode GND2 is arranged between the upper surface 131 and the lower surface 132.
  • the ground electrode GND2 is electrically connected to the ground electrode GND1 by a via V1 formed of a conductive member such as copper or aluminum.
  • the ground electrode GND2 is arranged at a position that does not overlap with the radiating element 121 when the dielectric substrate 130 is viewed in a plan view from the normal direction.
  • the feeding wiring 140 penetrates the ground electrode GND1 from the RFIC 110 and is connected to the feeding point SP1 of the radiating element 121.
  • a high frequency signal is transmitted from the RFIC 110 to the radiating element 121 by the feeding wiring 140.
  • the feeding point SP1 is arranged at a position offset in the positive direction of the X-axis from the center of the radiating element 121 when the radiating element 121 is viewed in a plan view from the normal direction (Z-axis direction).
  • radio waves having the polarization direction in the X-axis direction are radiated from the radiating element 121.
  • FIG. 3 is a cross-sectional transmission view of the antenna module 100X of Comparative Example 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional transmission diagram of the antenna module 100Y of Comparative Example 2.
  • the dielectric substrates 130X and 130Y in the comparative example both have a flat plate shape having a uniform thickness H1.
  • Comparative Example 1 is an example in which the dimension of the dielectric substrate 130X in the X-axis direction is set to the same dimension W1 as the first portion P1 of the antenna module 100.
  • the ground electrode GND1 of Comparative Example 2 is arranged at the same position in the thickness direction over the entire dielectric substrate 130Y.
  • the heating and cooling processes when molding the dielectric substrate 130Y When the ground electrode GND1Y is uniformly arranged on the dielectric substrate 130Y, which is larger in size than the radiating element 121, as in the antenna module 100Y of Comparative Example 2, the heating and cooling processes when molding the dielectric substrate 130Y.
  • a thermal stress difference may occur due to a difference between the thermal expansion coefficient of the dielectric and the thermal expansion coefficient of the ground electrode GND1Y, and the dielectric substrate 130Y may be warped. Then, it may be difficult to mount the RFIC 110, or the characteristics such as the directivity and frequency band of the radiated radio wave may be affected.
  • the dimension of the dielectric substrate 130X in the X-axis direction is shortened as in the antenna module 100X of Comparative Example 1 of FIG. 3, the difference in the conductor ratio between the upper surface side and the lower surface side of the dielectric substrate is reduced. It is possible to suppress the warp of the dielectric substrate as in Comparative Example 2. However, since the area of the ground electrode GND1 becomes small, the electric lines of force generated between the radiating element 121 and the ground electrode GND1 are reduced, and the gain of the antenna module may decrease. That is, regarding the size of the dielectric substrate, there is a trade-off relationship between the warp of the dielectric substrate and the antenna gain.
  • the radiation element 121 and the ground electrode GND1 are arranged on the relatively thick first portion P1 of the dielectric substrate 130, and further, the dielectric substrate 130 is relatively thick.
  • a ground electrode GND2 electrically connected to the ground electrode GND1 is arranged in the inner layer of the thin second portion P2.
  • the frequency bandwidth of the radiated radio wave can be expanded by increasing the area of the ground electrode with respect to the radiating element 121.
  • the "upper surface 131" and “lower surface 132" in the first embodiment correspond to the “first surface” and the “second surface” in the present disclosure, respectively.
  • the “radiating element 121" in the first embodiment corresponds to the “first radiating element” in the present disclosure.
  • the "ground electrode GND1” and “ground electrode GND2” in the first embodiment correspond to the "first ground electrode” and the “second ground electrode” in the present disclosure, respectively.
  • the ground electrodes GND1A of the first portion P1 and the second portion P2 are arranged at the same positions in the thickness direction of the dielectric substrate 130. Even in such a configuration, since the recess 160 is formed on the lower surface side of the second portion P2 of the dielectric substrate 130, it is possible to prevent warpage when molding the dielectric substrate 130. Further, since the area of the ground electrode GND1A can be increased with respect to the radiating element 121, it is possible to suppress the decrease in the antenna gain and expand the frequency bandwidth.
  • the ground electrode GND2 is arranged so that the radiation element 121 and the ground electrode GND2 of the second portion P2 do not overlap when the dielectric substrate 130 is viewed in a plan view from the normal direction. Was there. However, the ground electrode of the second portion P2 may partially overlap the radiating element 121.
  • FIG. 6 is a cross-sectional perspective view of the antenna module 100B of the modified example 2.
  • the antenna module 100B as shown in the region RG1 of FIG. 6, when the dielectric substrate 130 is viewed in a plan view from the normal direction, the end portion of the ground electrode GND2A of the second portion P2 is partially attached to the radiation element 121.
  • the ground electrode GND2A is arranged so as to overlap with the ground electrode GND2A.
  • the area of the region where the radiation element 121 and the ground electrode GND1 overlap when the dielectric substrate 130 is viewed in a plan view from the normal direction is smaller than that of the antenna module 100 of the first embodiment. Therefore, the antenna characteristics such as the antenna gain are slightly inferior to those of the antenna module 100.
  • the recess 160 is formed on the lower surface side of the second portion P2 of the dielectric substrate 130, and the area of the entire ground electrode can be secured with respect to the radiating element 121. Compared with the case of the comparative example, it is possible to suppress the decrease of the antenna gain while preventing the warp of the dielectric substrate 130.
  • FIG. 7 is a diagram showing antenna gains in each of the antenna modules of Comparative Example 1, Embodiment 1 and Modifications 1 and 2 described above.
  • the frequency is shown on the horizontal axis, and the antenna gain is shown on the vertical axis.
  • the frequency band targeted by each antenna module is the 28 GHz band, and each antenna module is referred to as the 24.25 GHz to 27.50 GHz frequency bands BP1 and n257, which are referred to as n258. It covers the frequency band BP2 from 26.50 GHz to 29.50.
  • the antenna gain of the antenna module 100 of the first embodiment is shown by the solid line LN10
  • the antenna gain of the antenna module 100X of the comparative example 1 is shown by the alternate long and short dash line LN13.
  • the antenna gains of the modified examples 1 and 2 are shown by the broken line LN11 and the alternate long and short dash line LN12, respectively.
  • the gain is higher than that of the comparative example 1. You can see that it has been realized.
  • FIG. 8 is a cross-sectional perspective view of the antenna module 100C of the modified example 3.
  • the dimension W2A in the X-axis direction of the second portion P2A of the dielectric substrate 130C is further larger than that of the antenna module 100 of the first embodiment (W2A> W2).
  • W2A> W2 the area of the entire ground electrode with respect to the radiating element 121 becomes larger, if the depth of the recess 160C in the thickness direction is shallow, even if the recess is formed, the influence of thermal stress becomes large and warpage occurs. Is a concern.
  • the thickness of the second portion P2A of the dielectric substrate 130C becomes large as in the antenna module 100C of the modification 3, it is preferable to further reduce the thickness of the second portion P2A (H3 ⁇ H2).
  • the difference in density between the conductors (radiating element, ground electrode) in the thickness direction of the dielectric substrate 130C is reduced, so that the warp of the dielectric substrate 130C can be reduced. ..
  • the thickness of the second portion P2A may be kept the same as that of the antenna module 100, and the ground electrode GND2 may be arranged on the upper surface 131 side as compared with the case of the antenna module 100.
  • the connector 180 for connecting to the mounting board may be arranged on the lower surface 132 of the dielectric board 130C in the recess 160C.
  • the connector 180 By arranging the connector 180 in the portion of the recess 160C, the dimension in the Z-axis direction including the mounting board can be reduced.
  • other parts may be arranged in the portion of the lower surface 132 of the recess 160C in place of the connector 180 or in addition to the connector 180.
  • FIG. 9 is a cross-sectional perspective view of the antenna module 100D of the modified example 4.
  • recesses 160 are formed on both sides of the first portion P1 of the dielectric substrate 130D (that is, in the positive and negative directions of the X-axis with respect to the first portion P1).
  • the radiating element 121 The beam direction (ie, directivity) of the radio waves radiated from can be adjusted.
  • the Y-axis direction may have the same configuration.
  • FIG. 10 is a cross-sectional perspective view of the antenna module 100E of the modified example 5.
  • the recess 170 is formed not only on the lower surface 132 side but also on the upper surface 131 side in the second portion P2 of the dielectric substrate 130E. With such a configuration, the thickness of the dielectric of the second portion P2 may be made thinner than that of the first portion P1.
  • the electric lines of force from the radiating element to the ground electrode GND2 via the recess 170 pass through the dielectric layer, the air layer, and the dielectric layer in this order. Unwanted reflections can occur at the boundaries of. Therefore, it is desirable to determine whether or not to adopt the concave portion 170 in consideration of the influence of the reflection.
  • the effective dielectric constant of the antenna module 100E can be determined by providing the air layer in the passage path of the electric lines of force as in the antenna module 100E. Can be reduced. Therefore, in the antenna module 100E, it can be expected that the frequency bandwidth is expanded as compared with the antenna module 100 of the first embodiment.
  • FIG. 11 is a perspective view of the antenna module 100F of the second embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional perspective view of the ZX plane including the bent portion 135 of the antenna module 100F.
  • the antenna device 120F of the antenna module 100F includes a dielectric substrate 130F1 and a dielectric substrate 130F2 connected to each other by a bent portion 135.
  • the antenna device 120F has a substantially L-shaped cross section.
  • the dielectric substrate 130F1 is formed in a flat plate shape having the Z-axis direction as the normal direction.
  • the dielectric substrate 130F2 is formed in a flat plate shape having the X-axis direction as the normal direction.
  • each of the radiating elements includes a feeding element (first element) and a non-feeding element (second element).
  • first element a feeding element
  • second element a non-feeding element
  • the dielectric substrate 130F1 has a substantially rectangular shape, and the feeding elements 125 in the four radiating elements 121F are arranged in a row in the Y-axis direction on the surface thereof.
  • the ground electrode GND1 is arranged so as to face the feeding element 125.
  • a non-feeding element 126 is arranged between the feeding element 125 and the ground electrode GND1 so as to face the feeding element 125.
  • Each of the feeding element 125 and the non-feeding element 126 is a rectangular patch antenna.
  • Each side of the feeding element 125 and the feeding element 126 is arranged so as to be parallel to the corresponding side of the dielectric substrate 130F1.
  • the size of the non-feeding element 126 is larger than the size of the feeding element 125. Therefore, the resonance frequency of the non-feeding element 126 is lower than the resonance frequency of the feeding element 125, and the frequency band of the radio wave radiated from the feeding element 126 is lower than the frequency band of the radio wave radiated from the feeding element 125.
  • the RFIC 110 is connected to the lower surface side (the surface in the negative direction of the Z axis) of the dielectric substrate 130F1.
  • the RFIC 110 is mounted on the mounting board 105 via the solder bump 106.
  • the RFIC 110 may be mounted on the mounting board 105 by using a multi-pole connector instead of the solder connection.
  • the dielectric substrate 130F1 has a recess 160 formed in a portion (second portion) in which the radiation element 121F and the RFIC 110 are not arranged.
  • a ground electrode GND2 is arranged in the second portion, and is electrically connected to the ground electrode GND1.
  • a high frequency signal is supplied from the RFIC 110 to the feeding element 125 via the feeding wiring 141 and 142.
  • the feeding wires 141 and 142 pass through the ground electrode GND1 and the non-feeding element 126 from the RFIC 110 and are connected to the feeding points SP1 and SP2 of the feeding element 125, respectively.
  • the feeding point SP1 is arranged at a position offset in the positive direction of the X axis from the center of the feeding element 125. Therefore, by supplying a high frequency signal having a frequency corresponding to the feeding element 125 to the feeding point SP1, a radio wave having a polarization direction in the X-axis direction is radiated from the feeding element 125. Further, the feeding point SP2 is arranged at a position offset in the positive direction of the Y axis from the center of the feeding element 125. Therefore, by supplying a high frequency signal having a frequency corresponding to the feeding element 125 to the feeding point SP2, a radio wave having a polarization direction in the Y-axis direction is radiated from the feeding element 125.
  • a radio wave having a polarization direction in the X-axis direction is radiated from the non-feeding element 126.
  • a radio wave having a polarization direction in the Y-axis direction is radiated from the non-feeding element 126.
  • the antenna module 100F is a so-called dual polarization type and dual band type antenna module.
  • the dielectric substrate 130F2 has a flat plate shape, and the feeding elements 125A of the four radiating elements 121FA are arranged in a row in the Y-axis direction on the surface thereof. As described above, the dielectric substrate 130F2 is connected to the dielectric substrate 130F1 by the bent portion 135. In the dielectric substrate 130F2, a notch 136 is formed in a portion to which the bent portion 135 is connected. In the dielectric substrate 130F2, in the portion where the notch 136 is not formed, the boundary portion where the bent portion 135 and the dielectric substrate 130F2 are connected is directed toward the dielectric substrate 130F1 along the dielectric substrate 130F2. A protruding portion 137 protruding in the direction (that is, in the positive direction of the Z axis) is formed.
  • the ground electrode GND1 is arranged on the layer on the back surface (positive direction of the X axis in FIG. 12) side of the dielectric substrate 130F2.
  • the ground electrode GND1 extends from the dielectric substrate 130F1 to the dielectric substrate 130F2 via the bent portion 135.
  • the non-feeding element 126A is arranged between the feeding element 125A and the ground electrode GND1 so as to face the feeding element 125A.
  • Each of the feeding element 125A and the non-feeding element 126A is a rectangular patch antenna.
  • Each side of the feeding element 125A and the feeding element 126A is arranged so as to be inclined with respect to the corresponding side of the dielectric substrate 130F1.
  • a high frequency signal is supplied from the RFIC 110 to the power feeding element 125A via the power feeding wirings 141A and 142A.
  • the feeding wires 141A and 142A pass through the ground electrode GND1 from the RFIC 110, pass through the bent portion 135, pass through the non-feeding element 126A, and are connected to the feeding points SP1A and SP2A of the feeding element 125A, respectively.
  • the feeding point SP1A is arranged at a position offset from the center of the feeding element 125A in the first direction at an angle ⁇ (0 ° ⁇ ⁇ 90 °) with respect to the Z axis.
  • the feeding point SP2A is arranged at a position offset from the center of the feeding element 125A in the second direction orthogonal to the first direction.
  • a radio wave having the first direction as the polarization direction is radiated from the feeding element 125A.
  • a radio wave having a second direction as a polarization direction is radiated from the feeding element 125 or A.
  • a radio wave having the first direction as the polarization direction is radiated from the non-feeding element 126A.
  • the thickness of the second portion of the dielectric substrate 130F1 in which the radiating element 121F is not arranged is thinner than that of the first portion in which the radiating element 121F is arranged.
  • the ground electrode GND2 is arranged in the inner layer of the second portion. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the antenna gain while preventing the dielectric substrate 130F1 from warping.
  • Each of the “feeding elements 125 and 125A” in the second embodiment corresponds to the "first element” in the present disclosure.
  • Each of the “passive repeaters 126, 126A” in the second embodiment corresponds to the “second element” in the present disclosure.
  • the “dielectric substrate 130F1" and “dielectric substrate 130F2" in the second embodiment correspond to the "first dielectric substrate” and the “second dielectric substrate” in the present disclosure, respectively.
  • Any one of the radiating elements 121F in the second embodiment corresponds to the "first radiating element” in the present disclosure, and the other radiating element 121F arranged adjacent thereto corresponds to the "second radiating element” in the present disclosure. do.
  • FIG. 13 is a perspective view of the antenna module 100G of the modified example 6. Further, FIG. 14 is a cross-sectional perspective view of the ZX plane including the bent portion 135 of the antenna module 100G.
  • the antenna module 100G has a configuration in which each side of the radiating element 121F arranged on the dielectric substrate 130F1 is inclined with respect to the side of the dielectric substrate 130F1 with respect to the antenna module 100F described with reference to FIGS. 11 and 12. The difference is that they are.
  • FIGS. 13 and 14 other configurations are the same as those of the antenna module 100F of the second embodiment, and the description of the common elements is not repeated.
  • the angle ⁇ formed by the direction of the virtual line connecting the center of the feeding element 125 and the feeding point SP1 and the X-axis direction is 0 ° ⁇ .
  • the radiating element 121F is arranged so that ⁇ ⁇ 90 °.
  • the thickness of the second portion of the dielectric substrate 130F1 in which the radiating element 121F is not arranged is thinner than that of the first portion in which the radiating element 121F is arranged, and the ground electrode is formed in the inner layer of the second portion. GND2 is arranged. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the antenna gain while preventing the dielectric substrate 130F1 from warping.
  • FIG. 15 is a perspective view of the antenna module 100H of the modified example 7.
  • the antenna device 120H of the antenna module 100H has a configuration in which the dielectric substrates 130F1 and 130F2 in the antenna module 100G of the modification 6 are replaced with the dielectric substrates 130H1 and 130H2.
  • other parts are the same as the antenna module 100G, and the description of the overlapping elements is not repeated.
  • a recess 160G was formed at the end of the dielectric substrate 130F1 on the long side along the Y axis.
  • a recess 160H is formed in a portion of the dielectric substrate 130H1 on the short side side along the X axis where the radiating element 121 is not arranged.
  • the ground electrode GND2 is arranged in the inner layer of the thin second portion where the recess 160H is formed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the antenna gain while preventing the dielectric substrate 130H1 from warping.
  • a recess may be formed on the end on the long side of the dielectric substrate 130H1 as in Modification 6.

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Abstract

アンテナモジュール(100)は、誘電体基板(130)と、放射素子(121)と、接地電極(GND1,GND2)とを備える、誘電体基板(130)は、互いに対向する第1面(131)および第2面(132)を有し、平板状の第1部分(P1)および当該第1部分(P1)よりも厚みの薄い第2部分(P2)を含む。放射素子(121)は、第1部分(P1)に配置されている。接地電極(GND1)は、第1部分(P1)において、放射素子(121)よりも第2面(132)に向かう方向の位置に、放射素子(121)に対向して配置されている。接地電極(GND2)は、第2部分(P2)における第1面(131)と第2面(132)との間に配置され、接地電極(GND1)に電気的に接続されている。

Description

アンテナモジュールおよびそれを搭載した通信装置
 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、アンテナモジュールの変形防止と特性向上を実現するための技術に関する。
 国際公開第2019/026595号明細書(特許文献1)には、誘電体基板の表面側に平板形状の放射電極が配置されるとともに、裏面側にRFICが配置されたアンテナモジュールが開示されている。
国際公開第2019/026595号明細書
 上記のようなアンテナモジュールでは、誘電体基板の裏面側の全面にわたって平板形状の接地電極が配置される場合がある。一般的に誘電体基板は平板形状を有しているが、誘電体基板の厚みに対して断面の幅方向の寸法が大きくなると、基板成形時の加熱,冷却の過程において基板の表裏面で生じる熱収縮の差によって熱応力差が大きくなり、誘電体基板に反りが発生する場合がある。
 一方で、誘電体基板の幅方向の寸法を小さくすると、誘電体基板の反りは抑制されるものの、放射電極に対する接地電極の面積が小さくなり、放射電極と接地電極との間に生じる電気力線が少なくなる。そのため、かえってアンテナモジュールのゲインが低下する場合がある。
 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、アンテナモジュールにおいて、アンテナゲインの低下を抑制しながら、誘電体基板の反りを防止することである。
 本開示に係るアンテナモジュールは、第1誘電体基板と、第1放射素子と、第1接地電極および第2接地電極とを備える、第1誘電体基板は、互いに対向する第1面および第2面を有する平板形状であり、第1部分および第1部分よりも厚みの薄い第2部分を含む。第1放射素子は、第1部分に配置されている。第1接地電極は、第1部分において、第1放射素子よりも第2面に向かう方向の位置に、第1放射素子に対向して配置されている。第2接地電極は、第2部分における第1面と第2面との間に配置され、第1接地電極に電気的に接続されている。
 本開示によるアンテナモジュールによれば、誘電体基板が厚みの異なる第1部分と第2部分とを有しており、放射素子は相対的に厚みの厚い第1部分に配置されている。相対的に厚みの薄い第2部分における接地電極(第2接地電極)は、第2部分の表面(第1面)と裏面(第2面)との間の内層に配置されている。このような構成とすることによって、放射素子に対して接地電極の面積を大きくすることができるので、アンテナゲインの低下を抑制できる。さらに、放射素子が配置されていない第2部分の誘電体基板が薄くされているため、誘電体基板の反りを防止することができる。
実施の形態1に係る通信装置のブロック図である。 図1の通信装置におけるアンテナモジュールの断面透視図および平面図である。 比較例1のアンテナモジュールの断面透視図である。 比較例2のアンテナモジュールの断面透視図である。 変形例1のアンテナモジュールの断面透視図である。 変形例2のアンテナモジュールの断面透視図である。 比較例1、実施の形態1および変形例1,2のアンテナモジュールにおけるアンテナゲインを説明するための図である。 変形例3のアンテナモジュールの断面透視図である。 変形例4のアンテナモジュールの断面透視図である。 変形例5のアンテナモジュールの断面透視図である。 実施の形態2のアンテナモジュールの斜視図である。 図11のアンテナモジュールの断面透視図である。 変形例6のアンテナモジュールの斜視図である。 図13のアンテナモジュールの断面透視図である。 変形例7のアンテナモジュールの斜視図である。
 以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
 [実施の形態1]
 (通信装置の基本構成)
 図1は、本実施の形態に係る通信装置10のブロック図の一例である。通信装置10は、たとえば、携帯電話、スマートフォンあるいはタブレットなどの携帯端末、通信機能を備えたパーソナルコンピュータ、または基地局などである。本実施の形態に係るアンテナモジュール100に用いられる電波の周波数帯域の一例は、たとえば28GHz、39GHzおよび60GHzなどを中心周波数とするミリ波帯の電波であるが、上記以外の周波数帯域の電波についても適用可能である。
 図1を参照して、通信装置10は、アンテナモジュール100と、ベースバンド信号処理回路を構成するBBIC200とを備える。アンテナモジュール100は、給電回路の一例であるRFIC110と、アンテナ装置120とを備える。通信装置10は、BBIC200からアンテナモジュール100へ伝達された信号を高周波信号にアップコンバートしてアンテナ装置120から放射するとともに、アンテナ装置120で受信した高周波信号をダウンコンバートしてBBIC200にて信号を処理する。
 図1では、説明を容易にするために、アンテナ装置120を構成する複数の放射素子121のうち、4つの放射素子121に対応する構成のみ示され、同様の構成を有する他の放射素子121に対応する構成については省略されている。なお、図1においては、アンテナ装置120が二次元のアレイ状に配置された複数の放射素子121で形成される例を示しているが、放射素子121は必ずしも複数である必要はなく、1つの放射素子121でアンテナ装置120が形成される場合であってもよい。また、複数の放射素子121が一列に配置された一次元アレイであってもよい。本実施の形態においては、放射素子121は、略正方形の平板状を有するパッチアンテナを例として説明するが、放射素子121の形状は円形、楕円形、あるいは、六角形のような他の多角形であってもよい。
 RFIC110は、スイッチ111A~111D,113A~113D,117と、パワーアンプ112AT~112DTと、ローノイズアンプ112AR~112DRと、減衰器114A~114Dと、移相器115A~115Dと、信号合成/分波器116と、ミキサ118と、増幅回路119とを備える。
 高周波信号を送信する場合には、スイッチ111A~111D,113A~113Dがパワーアンプ112AT~112DT側へ切換えられるとともに、スイッチ117が増幅回路119の送信側アンプに接続される。高周波信号を受信する場合には、スイッチ111A~111D,113A~113Dがローノイズアンプ112AR~112DR側へ切換えられるとともに、スイッチ117が増幅回路119の受信側アンプに接続される。
 BBIC200から伝達された信号は、増幅回路119で増幅され、ミキサ118でアップコンバートされる。アップコンバートされた高周波信号である送信信号は、信号合成/分波器116で4分波され、4つの信号経路を通過して、それぞれ異なる放射素子121に給電される。このとき、各信号経路に配置された移相器115A~115Dの移相度が個別に調整されることにより、アンテナ装置120の指向性を調整することができる。また、減衰器114A~114Dは送信信号の強度を調整する。
 各放射素子121で受信された高周波信号である受信信号は、それぞれ、異なる4つの信号経路を経由し、信号合成/分波器116で合波される。合波された受信信号は、ミキサ118でダウンコンバートされ、増幅回路119で増幅されてBBIC200へ伝達される。
 RFIC110は、例えば、上記回路構成を含む1チップの集積回路部品として形成される。あるいは、RFIC110における各放射素子121に対応する機器(スイッチ、パワーアンプ、ローノイズアンプ、減衰器、移相器)については、対応する放射素子121毎に1チップの集積回路部品として形成されてもよい。
 (アンテナモジュールの構成)
 図2は、図1の通信装置10におけるアンテナモジュール100の平面図(図2(a))および断面透過図(図2(b))である。図2を参照して、アンテナモジュール100は、放射素子121およびRFIC110に加えて、誘電体基板130と、給電配線140と、接地電極GND1,GND2とを含む。なお、以降の説明において、各図におけるZ軸の正方向を上面側、負方向を下面側と称する場合がある。
 誘電体基板130は、たとえば、低温同時焼成セラミックス(LTCC:Low Temperature Co-fired Ceramics)多層基板、エポキシ、ポリイミドなどの樹脂から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、より低い誘電率を有する液晶ポリマー(Liquid Crystal Polymer:LCP)から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、フッ素系樹脂から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、PET(Polyethylene Terephthalate)材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。
 実施の形態1における誘電体基板130は、図2(b)に示されるように、H1の厚みを有する第1部分P1と、H1より薄い厚みH2を有する第2部分P2とを含んでいる(H1>H2)。誘電体基板130においては、第2部分P2の上面は第1部分P1の上面と同じ位置にあり、第2部分P2の下面は第1部分の下面よりも上方の位置にある。そのため、第2部分P2においては、誘電体基板130の下面側に凹部160が形成されている。第1部分P1から第2部分P2に向かう方向(すなわち、図2ではX軸方向)を第1方向とすると、第1部分P1の第1方向の幅W1は、第2部分P2の第1方向の幅W2よりも大きい(W1>W2)。
 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おり、第1部分P1における上面131(Z軸の正方向の面)側に放射素子121が配置される。第1部分P1の下面132側の位置に、放射素子121に対向して接地電極GND1が配置される。なお、放射素子121は、誘電体基板130の上面131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の内層の上面131付近に配置されてもよい。第1部分P1の下面132には、外部機器を接続するための接続端子155が配置されている。当該接続端子155に、はんだバンプ150を介してRFIC110が接続されている。
 また、誘電体基板130の第2部分P2において、上面131と下面132との間には接地電極GND2が配置されている。接地電極GND2は、銅、アルミ等の導電部材で形成されたビアV1によって接地電極GND1と電気的に接続されている。接地電極GND2は、誘電体基板130を法線方向から平面視した場合に、放射素子121と重ならない位置に配置されている。
 給電配線140は、RFIC110から接地電極GND1を貫通して、放射素子121の給電点SP1に接続される。放射素子121には、給電配線140によってRFIC110から高周波信号が伝達される。給電点SP1は、放射素子121を法線方向(Z軸方向)から平面視した場合に、放射素子121の中心からX軸の正方向にオフセットした位置に配置されている。給電点SP1に高周波信号が供給されることによって、X軸方向を偏波方向とする電波が放射素子121から放射される。
 次に、図3および図4の比較例を用いて、実施の形態1のアンテナモジュール100の特徴について説明する。図3は、比較例1のアンテナモジュール100Xの断面透過図である。また、図4は、比較例2のアンテナモジュール100Yの断面透過図である。比較例における誘電体基板130X,130Yは、いずれも一様の厚みH1の平板形状を有している。
 比較例1は、誘電体基板130XのX軸方向の寸法が、アンテナモジュール100の第1部分P1と同じ寸法W1に設定された例である。また、比較例2は、誘電体基板130YのX軸方向の寸法が、アンテナモジュール100のX軸方向の寸法と同じ寸法W3(=W1+W2)に設定された例である。比較例2の接地電極GND1は、誘電体基板130Yの全体にわたって厚み方向の同じ位置に配置されている。
 比較例2のアンテナモジュール100Yのように、放射素子121に比べてサイズの大きい誘電体基板130Yに一様に接地電極GND1Yを配置した場合、誘電体基板130Yを成形する際の加熱,冷却の過程において、誘電体の熱膨張係数と接地電極GND1Yの熱膨張係数との違いから熱応力差が生じ、誘電体基板130Yに反りが生じてしまう場合がある。そうすると、RFIC110の実装が困難になったり、放射される電波の指向性および周波数帯域などの特性に影響が生じたりするおそれがある。
 一方、図3の比較例1のアンテナモジュール100Xのように、誘電体基板130XのX軸方向の寸法を短くすると、誘電体基板の上面側および下面側における導体比率の差が低減されるので、比較例2のような誘電体基板の反りを抑制することができる。しかしながら、接地電極GND1の面積が小さくなるので、放射素子121と接地電極GND1との間に生じる電気力線が少なくなってしまい、かえってアンテナモジュールのゲインが低下する可能性がある。すなわち、誘電体基板のサイズに関して、誘電体基板の反りとアンテナゲインとはトレードオフの関係にある。
 本実施の形態1のアンテナモジュール100においては、誘電体基板130において相対的に厚みの厚い第1部分P1に放射素子121と接地電極GND1が配置されており、さらに誘電体基板130において相対的に厚みの薄い第2部分P2の内層に、接地電極GND1に電気的に接続された接地電極GND2が配置されている。このように、放射素子121が配置されていない誘電体基板の第2部分P2が薄く形成されていることにより、誘電体基板130の反りを防止することができる。さらに、放射素子121に対する接地電極全体の面積を大きくすることができるので、アンテナゲインの低下を抑制できる。
 なお、実際のアンテナモジュールにおいては、接地電極においても電流分布が生じ、接地電極内でも少なからず電流が流れる。これにより放射素子だけでなく接地電極からも若干の電波が放射され得る。そのため、放射素子121に対して接地電極の面積を大きくすることよって、放射される電波の周波数帯域幅を拡大することもできる。
 実施の形態1における「上面131」および「下面132」は、本開示における「第1面」および「第2面」にそれぞれ対応する。実施の形態1における「放射素子121」は、本開示における「第1放射素子」に対応する。実施の形態1における「接地電極GND1」および「接地電極GND2」は、本開示における「第1接地電極」および「第2接地電極」にそれぞれ対応する。
 (変形例1)
 実施の形態1のアンテナモジュール100においては、第1部分P1の接地電極GND1および第2部分P2の接地電極GND2が、誘電体基板130において厚み方向の異なる位置に配置された構成について説明した。
 図5に示される変形例1のアンテナモジュール100Aにおいては、第1部分P1および第2部分P2の接地電極GND1Aは、誘電体基板130の厚み方向における同じ位置に配置されている。このような構成においても、誘電体基板130の第2部分P2の下面側に凹部160が形成されているため、誘電体基板130を成形する際の反りを防止することができる。また、放射素子121に対して接地電極GND1Aの面積を大きくできるので、アンテナゲインの低下の抑制および周波数帯域幅の拡大を実現することができる。
 (変形例2)
 実施の形態1のアンテナモジュール100においては、誘電体基板130を法線方向から平面視した場合に、放射素子121と第2部分P2の接地電極GND2とが重ならないように接地電極GND2が配置されていた。しかしながら、第2部分P2の接地電極は、放射素子121と部分的に重なっていてもよい。
 図6は、変形例2のアンテナモジュール100Bの断面透視図である。アンテナモジュール100Bにおいては、図6の領域RG1に示されるように、誘電体基板130を法線方向から平面視した場合に、第2部分P2の接地電極GND2Aの端部が放射素子121に部分的に重なるように接地電極GND2Aが配置されている。
 アンテナモジュール100Bにおいては、誘電体基板130を法線方向から平面視した場合の、放射素子121および接地電極GND1が重なる領域の面積が、実施の形態1のアンテナモジュール100に比べて小さくなる。そのため、アンテナモジュール100と比較すると、アンテナゲインなどのアンテナ特性がやや劣ってしまう。しかしながら、アンテナモジュール100と同様に、誘電体基板130の第2部分P2の下面側に凹部160が形成されており、また放射素子121に対して接地電極全体の面積を確保することができるので、比較例の場合に比べて誘電体基板130の反りを防止しつつアンテナゲインの低下を抑制できる。
 (ゲイン特性の比較)
 図7は、上述の比較例1、実施の形態1および変形例1,2の各アンテナモジュールにおけるアンテナゲインを示す図である。図7においては、横軸に周波数が示されており、縦軸にはアンテナゲインが示されている。なお、上述の例において、各アンテナモジュールが対象とする周波数帯域は28GHz帯であり、各アンテナモジュールは、n258と称される24.25GHz~27.50GHzの周波数帯域BP1、およびn257と称される26.50GHz~29.50の周波数帯域BP2をカバーしている。
 図7において、実施の形態1のアンテナモジュール100のアンテナゲインが実線LN10で示されており、比較例1のアンテナモジュール100Xのアンテナゲインが二点鎖線LN13で示されている。また、変形例1,2のアンテナゲインが、それぞれ破線LN11および一点鎖線LN12で示されている。
 図7に示されるように、変形例2のアンテナモジュール100Bにおける24.5GHz以下の部分を除くと、実施の形態1および変形例1,2のいずれの場合も、比較例1よりも高いゲインが実現できていることがわかる。
 (変形例3)
 図8は、変形例3のアンテナモジュール100Cの断面透視図である。アンテナモジュール100Cにおいては、実施の形態1のアンテナモジュール100に比べて、誘電体基板130Cの第2部分P2AのX軸方向の寸法W2Aがさらに大きくなっている(W2A>W2)。この場合、放射素子121に対する接地電極全体の面積がより大きくなるため、凹部160Cの厚み方向の深さが浅いと、凹部が形成されていたとしても熱応力の影響が大きくなって反りが発生することが懸念される。
 そのため、変形例3のアンテナモジュール100Cのように、誘電体基板130Cの第2部分P2Aの寸法が大きくなる場合には、第2部分P2Aの厚みをさらに薄く(H3<H2)することが好ましい。第2部分P2Aの厚みをさらに薄くすることによって、誘電体基板130Cの厚み方向における導体(放射素子,接地電極)の疎密差が低減されるので、誘電体基板130Cの反りを低減することができる。
 なお、第2部分P2Aの厚みをアンテナモジュール100と同程度にしたままで、アンテナモジュール100の場合よりも上面131側に接地電極GND2配置するようにしてもよい。
 また、凹部160Cにおける誘電体基板130Cの下面132の部分に、実装基板に接続するためのコネクタ180が配置されていてもよい。凹部160Cの部分にコネクタ180を配置することによって、実装基板を含めたZ軸方向の寸法を低減することができる。なお、凹部160Cの下面132の部分に、コネクタ180に代えてまたはコネクタ180に加えて、他の部品が配置されていてもよい。
 (変形例4)
 図9は、変形例4のアンテナモジュール100Dの断面透視図である。アンテナモジュール100Dにおいては、誘電体基板130Dにおける第1部分P1の両側(すなわち、第1部分P1よりもX軸の正方向および負方向)に、凹部160が形成されている。このように、誘電体基板130Dにおいて、第1部分P1に対して第2部分P2を対称的に形成することによって、誘電体基板130Dの反り防止およびアンテナゲインの低下抑制に加えて、放射素子121から放射される電波のビーム方向(すなわち、指向性)を調整することができる。なお、Y軸方向も同様の構成としてもよい。
 (変形例5)
 図10は、変形例5のアンテナモジュール100Eの断面透視図である。アンテナモジュール100Eにおいては、誘電体基板130Eの第2部分P2において、下面132側だけでなく上面131側にも凹部170が形成された構成となっている。このような構成とすることによって、第2部分P2の誘電体の厚みを第1部分P1に比べて薄くするようにしてもよい。
 ただし、アンテナモジュール100Eの場合、放射素子から凹部170を経由して接地電極GND2に至る電気力線は、誘電体層、空気層、誘電体層の順に通過するため、誘電体層と空気層との境界で不要な反射が生じる可能性がある。そのため、凹部170の形成については、当該反射による影響を考慮して採用するか否かを判断することが望ましい。
 なお、一般的に空気層の誘電率は誘電体基板の誘電率よりも低いので、アンテナモジュール100Eのように、電気力線の通過経路に空気層を設けることによってアンテナモジュール100Eにおける実効誘電率を低減することができる。そのため、アンテナモジュール100Eにおいては、実施の形態1のアンテナモジュール100に比べて、周波数帯域幅を拡大することが期待できる。
 [実施の形態2]
 実施の形態1においては、誘電体基板に単独の放射素子が配置される例について説明した。実施の形態2においては、2つの異なる放射面を有するアレイアンテナに対して、実施の形態1と同様の特徴を適用した構成について説明する。
 図11は、実施の形態2のアンテナモジュール100Fの斜視図である。また、図12は、アンテナモジュール100Fの屈曲部135を含むZX平面の断面透視図である。
 図11および図12を参照して、アンテナモジュール100Fのアンテナ装置120Fは、屈曲部135によって互いに接続された誘電体基板130F1および誘電体基板130F2を含む。アンテナ装置120Fは、断面形状が略L字形状を有している。誘電体基板130F1は、Z軸方向を法線方向とする平板形状に形成されている。また、誘電体基板130F2は、X軸方向を法線方向とする平板形状に形成されている。
 アンテナモジュール100Fにおいては、2つの誘電体基板130F1,130F2の各々に、4つの放射素子がY軸方向に一列に配置されている。放射素子の各々は、給電素子(第1素子)と無給電素子(第2素子)とを含む。なお、以下の説明において、理解を容易にするために、給電素子が誘電体基板130F1,130F2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、給電素子は誘電体基板130F1,130F2の内部に配置されてもよい。
 誘電体基板130F1は略矩形形状を有しており、その表面に4つの放射素子121Fにおける給電素子125がY軸方向に一列に配置されている。誘電体基板130F1において、給電素子125に対向して接地電極GND1が配置されている。また、給電素子125と接地電極GND1との間には、無給電素子126が給電素子125に対向して配置されている。給電素子125および無給電素子126の各々は、矩形形状のパッチアンテナである。給電素子125および無給電素子126の各辺は、誘電体基板130F1の対応する辺に対して平行となるように配置されている。
 無給電素子126のサイズは、給電素子125のサイズより大きい。そのため、無給電素子126の共振周波数は給電素子125の共振周波数よりも低く、無給電素子126から放射される電波の周波数帯域は、給電素子125から放射される電波の周波数帯域よりも低い。
 誘電体基板130F1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106を介して、実装基板105に実装されている。なお、RFIC110は、はんだ接続に代えて、多極コネクタを用いて実装基板105に実装されてもよい。
 誘電体基板130F1は、実施の形態1と同様に、放射素子121FおよびRFIC110が配置されていない部分(第2部分)に凹部160が形成されている。当該第2部分には接地電極GND2が配置されており、接地電極GND1と電気的に接続されている。
 給電素子125には、給電配線141,142を介してRFIC110から高周波信号が供給される。給電配線141,142は、RFIC110から接地電極GND1および無給電素子126を貫通して、給電素子125の給電点SP1,SP2にそれぞれ接続されている。
 給電点SP1は、給電素子125の中心からX軸の正方向にオフセットした位置に配置されている。そのため、給電素子125に対応した周波数の高周波信号を給電点SP1に供給することによって、X軸方向を偏波方向とする電波が給電素子125から放射される。また、給電点SP2は、給電素子125の中心からY軸の正方向にオフセットした位置に配置されている。そのため、給電素子125に対応した周波数の高周波信号を給電点SP2に供給することによって、Y軸方向を偏波方向とする電波が給電素子125から放射される。
 また、無給電素子126に対応した周波数の高周波信号を給電点SP1に供給することによって、X軸方向を偏波方向とする電波が無給電素子126から放射される。無給電素子126に対応した周波数の高周波信号を給電点SP2に供給することによって、Y軸方向を偏波方向とする電波が無給電素子126から放射される。
 すなわち、アンテナモジュール100Fは、いわゆるデュアル偏波タイプかつデュアルバンドタイプのアンテナモジュールである。
 誘電体基板130F2は平板形状を有しており、その表面に4つの放射素子121FAにおける給電素子125AがY軸方向に一列に配置されている。上述のように、誘電体基板130F2は、屈曲部135により誘電体基板130F1と接続されている。誘電体基板130F2において、屈曲部135が接続される部分には切欠部136が形成されている。誘電体基板130F2において、当該切欠部136が形成されていない部分には、屈曲部135と誘電体基板130F2とが接続される境界部から、当該誘電体基板130F2に沿って誘電体基板130F1に向かう方向(すなわち、Z軸の正方向)に突出した突出部137が形成されている。
 誘電体基板130F2の裏面(図12のX軸の正方向)側の層には接地電極GND1が配置されている。接地電極GND1は、誘電体基板130F1から屈曲部135を介して誘電体基板130F2まで延在している。誘電体基板130F2においても、給電素子125Aと接地電極GND1との間には、給電素子125Aに対向して無給電素子126Aが配置されている。
 給電素子125Aおよび無給電素子126Aの各々は、矩形形状のパッチアンテナである。給電素子125Aおよび無給電素子126Aの各辺は、誘電体基板130F1の対応する辺に対して傾斜するように配置されている。
 給電素子125Aには、給電配線141A,142Aを介してRFIC110から高周波信号が供給される。給電配線141A,142Aは、RFIC110から接地電極GND1を貫通して屈曲部135を経由し、さらに無給電素子126Aを貫通して、給電素子125Aの給電点SP1A,SP2Aにそれぞれ接続されている。給電点SP1Aは、給電素子125Aの中心から、Z軸に対して角度φ(0°<φ<90°)の第1方向にオフセットした位置に配置されている。また、給電点SP2Aは、給電素子125Aの中心から、第1方向に直交する第2方向にオフセットした位置に配置されている。
 そのため、給電素子125Aに対応した周波数の高周波信号を給電点SP1Aに供給することによって、第1方向を偏波方向とする電波が給電素子125Aから放射される。給電素子125Aに対応した周波数の高周波信号を給電点SP2に供給することによって、第2方向を偏波方向とする電波が給電素子125かAら放射される。また、無給電素子126Aに対応した周波数の高周波信号を給電点SP1Aに供給することによって、第1方向を偏波方向とする電波が無給電素子126Aから放射される。無給電素子126Aに対応した周波数の高周波信号を給電点SP2Aに供給することによって、第2方向を偏波方向とする電波が無給電素子126Aから放射される。
 上記のような構成を有するアンテナモジュール100Fにおいても、誘電体基板130F1について、放射素子121Fが配置されていない第2部分の厚みが、放射素子121Fが配置されている第1部分よりも薄くなっており、当該第2部分の内層に接地電極GND2が配置されている。したがって、誘電体基板130F1の反りを防止しつつ、アンテナゲインの低下を抑制することができる。
 なお、実施の形態2における「給電素子125,125A」の各々は、本開示における「第1素子」に対応する。実施の形態2における「無給電素子126,126A」の各々は、本開示における「第2素子」に対応する。実施の形態2における「誘電体基板130F1」および「誘電体基板130F2」は、本開示における「第1誘電体基板」および「第2誘電体基板」にそれぞれ対応する。実施の形態2における放射素子121Fのいずれか1つが本開示における「第1放射素子」に対応し、それに隣接して配置される他の放射素子121Fが本開示における「第2放射素子」に対応する。
 (変形例6)
 図13は、変形例6のアンテナモジュール100Gの斜視図である。また、図14は、アンテナモジュール100Gの屈曲部135を含むZX平面の断面透視図である。アンテナモジュール100Gは、図11および図12で説明したアンテナモジュール100Fに対して、誘電体基板130F1に配置された放射素子121Fの各辺が誘電体基板130F1の辺に対して傾斜した構成となっている点が異なっている。図13および図14において、その他の構成については実施の形態2のアンテナモジュール100Fと同様であり、共通する要素の説明は繰り返さない。
 図13および図14および参照して、アンテナモジュール100Gのアンテナ装置120Gにおいては、給電素子125の中心と給電点SP1とを結ぶ仮想線の方向と、X軸方向とのなす角度θが0°<θ<90°となるように放射素子121Fが配置されている。
 そして、誘電体基板130F1について、放射素子121Fが配置されていない第2部分の厚みが、放射素子121Fが配置されている第1部分よりも薄くなっており、当該第2部分の内層に接地電極GND2が配置されている。したがって、誘電体基板130F1の反りを防止しつつ、アンテナゲインの低下を抑制することができる。
 (変形例7)
 図15は、変形例7のアンテナモジュール100Hの斜視図である。アンテナモジュール100Hのアンテナ装置120Hにおいては、変形例6のアンテナモジュール100Gにおける誘電体基板130F1,130F2が、誘電体基板130H1,130H2に置き換わった構成を有している。アンテナモジュール100Hにおいて、その他の部分はアンテナモジュール100Gと同様であり、重複する要素の説明は繰り返さない。
 アンテナモジュール100Gにおいては、誘電体基板130F1のY軸の沿った長辺側の端部に凹部160Gが形成されていた。アンテナモジュール100Hにおいては、誘電体基板130H1のX軸に沿った短辺側の端部の、放射素子121が配置されていない部分に、凹部160Hが形成されている。そして、図15には図示されていないが、誘電体基板130H1において、凹部160Hが形成される厚みの薄い第2部分の内層に接地電極GND2が配置されている。したがって、誘電体基板130H1の反りを防止しつつ、アンテナゲインの低下を抑制することができる。
 なお、誘電体基板130H1の短辺側の端部に加えて、変形例6のように、誘電体基板130H1の長辺側の端部にも凹部を形成してもよい。
 今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 10 通信装置、100,100A~100H,100X,100Y アンテナモジュール、105 実装基板、106,150 はんだバンプ、110 RFIC、111A~111D,113A~113D,117 スイッチ、112AR~112DR ローノイズアンプ、112AT~112DT パワーアンプ、114A~114D 減衰器、115A~115D 移相器、116 信号合成/分波器、118 ミキサ、119 増幅回路、120,120F,120G,120H アンテナ装置、121,121F,121FA 放射素子、125,125A 給電素子、126,126A 無給電素子、130,130C~130E,130F1,130F2,130H1,130H2,130X,130Y 誘電体基板、131 上面、132 下面、135 屈曲部、136 切欠部、137 突出部、140,141,141A,142,142A 給電配線、155 接続端子、160,160C,160H,170 凹部、180 コネクタ、200 BBIC、GND1,GND1A,GND1Y,GND2,GND2A 接地電極、P1 第1部分、P2,P2A 第2部分、SP1,SP1A,SP2A,SP2 給電点、V1 ビア。

Claims (14)

  1.  互いに対向する第1面および第2面を有し、平板状の第1部分および前記第1部分よりも厚みの薄い第2部分を含む第1誘電体基板と、
     前記第1部分に配置された第1放射素子と、
     前記第1部分において、前記第1放射素子よりも前記第2面に向かう方向の位置に、前記第1放射素子に対向して配置された第1接地電極と、
     前記第2部分における前記第1面と前記第2面との間に配置され、前記第1接地電極に電気的に接続された第2接地電極とを備える、アンテナモジュール。
  2.  前記第2接地電極は、前記第1誘電体基板の厚み方向において、前記第1接地電極と同じ位置に位置している、請求項1に記載のアンテナモジュール。
  3.  前記第2接地電極は、前記第1誘電体基板の厚み方向において、前記第1面と前記第1接地電極との間の位置に配置されており、
     前記アンテナモジュールは、前記第1接地電極と前記第2接地電極とを接続するビア導体をさらに備える、請求項1に記載のアンテナモジュール。
  4.  前記第1誘電体基板を法線方向から平面視した場合に、前記第2接地電極は前記第1放射素子と重なっていない、請求項3に記載のアンテナモジュール。
  5.  前記第1誘電体基板を法線方向から平面視した場合に、前記第2接地電極の一部は前記第1放射素子と重なっている、請求項3に記載のアンテナモジュール。
  6.  前記第1部分から前記第2部分に向かう方向を第1方向とすると、
     前記第1部分の前記第1方向の幅は、前記第2部分の前記第1方向の幅よりも広い、請求項1~5のいずれか1項に記載のアンテナモジュール。
  7.  前記第1放射素子は、
      第1周波数帯域の電波を放射可能な第1素子と、
      前記第1素子と前記第1接地電極との間に配置され、前記第1周波数帯域よりも低い第2周波数帯域の電波を放射可能な第2素子とを含む、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。
  8.  前記第1放射素子は、2つの異なる偏波方向の電波を放射可能に構成されている、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。
  9.  前記第1誘電体基板を法線方向から平面視した場合に、前記第1部分において、前記第1放射素子に隣接して配置された第2放射素子をさらに備える、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。
  10.  前記第1誘電体基板は、法線方向から平面視した場合に矩形形状を有しており、
     前記第1放射素子は、矩形形状を有する平板状の電極を含み、
     前記第1誘電体基板の辺と前記第1放射素子の辺とのなす角をθとすると、0°<θ<90°である、請求項1~9のいずれか1項に記載のアンテナモジュール。
  11.  第2誘電体基板と、
     前記第2誘電体基板に配置された第3放射素子とをさらに備え、
     前記第2誘電体基板の法線方向は、前記第1誘電体基板の法線方向とは異なる、請求項1~10のいずれか1項に記載のアンテナモジュール。
  12.  前記第1部分の前記第2面に配置され、外部機器を接続するための接続端子をさらに備える、請求項1~11のいずれか1項に記載のアンテナモジュール。
  13.  前記接続端子に接続され、前記第1放射素子に高周波信号を供給する給電回路をさらに備える、請求項12に記載のアンテナモジュール。
  14.  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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