WO2023047801A1 - アンテナモジュールおよびそれを搭載する通信装置 - Google Patents

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WO2023047801A1
WO2023047801A1 PCT/JP2022/029278 JP2022029278W WO2023047801A1 WO 2023047801 A1 WO2023047801 A1 WO 2023047801A1 JP 2022029278 W JP2022029278 W JP 2022029278W WO 2023047801 A1 WO2023047801 A1 WO 2023047801A1
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WO
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radiating element
dielectric
radiating
antenna module
dielectric layer
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PCT/JP2022/029278
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English (en)
French (fr)
Inventor
薫 須藤
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/40—Radiating elements coated with or embedded in protective material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/28—Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems

Definitions

  • the present disclosure relates to an antenna module and a communication device equipped with the same, and more specifically to a technology for broadening antenna characteristics.
  • Patent Document 1 in an antenna in which a plurality of antenna portions corresponding to mutually different frequency bands are arranged on the same substrate, each antenna portion has a different thickness depending on the frequency.
  • a configuration is disclosed in which the antenna characteristics are improved by using a dielectric.
  • Patent Document 2 discloses an antenna device having a flat plate-shaped patch antenna, in which an upper portion of a dielectric member disposed on the patch antenna is sealed with a sealing resin. disclosed.
  • Patent Document 3 describes a dual-band patch antenna in which two dielectric layers are arranged on the patch antenna on the low frequency side, and two dielectric layers are arranged on the patch antenna on the high frequency side. discloses a structure in which one dielectric layer is arranged.
  • parameters suitable for antenna characteristics differ for each target frequency band.
  • antennas for three or more different frequency bands are arranged on the same substrate as described above, it may not always be possible to optimize parameters for all antennas.
  • the present disclosure has been made to solve the problems described above, and an object of the present disclosure is to provide an antenna module in which radiation elements corresponding to three or more different frequency bands are arranged, and to provide an antenna characteristic of each radiation element. is broadband.
  • An antenna module includes a dielectric substrate having a first surface and a second surface, flat plate-shaped first to third radiation elements, a first dielectric layer and a second dielectric. and a body layer.
  • the first to third radiation elements are arranged on the dielectric substrate and can radiate radio waves in different frequency bands.
  • the first dielectric layer is arranged on the first surface of the dielectric substrate so as to cover the first region where the first radiation element is arranged.
  • a second dielectric layer is disposed on the first surface of the dielectric substrate to cover a second region in which the third radiating element is disposed.
  • the dielectric constant of the first dielectric layer and the dielectric constant of the second dielectric layer are higher than the dielectric constant of the dielectric substrate.
  • the first area and the second area are adjacent.
  • the first radiating element can radiate radio waves in a first frequency band.
  • the second radiating element can radiate radio waves in a second frequency band higher than the first frequency band.
  • the third radiating element can radiate radio waves in a third frequency band higher than the second frequency band.
  • the second radiating element overlaps the first radiating element or the third radiating element when viewed from the normal direction of the dielectric substrate.
  • An antenna module includes a dielectric substrate having a first surface and a second surface, first to third radiation elements arranged on the dielectric substrate, and a first dielectric layer and a second dielectric layer.
  • Each of the first to third radiation elements includes a plurality of plate-shaped electrodes.
  • the first dielectric layer is arranged on the first surface of the dielectric substrate so as to cover the first region where the electrode of the first radiation element is arranged.
  • a second dielectric layer is arranged on the first surface of the dielectric substrate to cover a second region where the electrode of the third radiating element is arranged.
  • the first to third radiation elements can radiate radio waves in different frequency bands.
  • the dielectric constant of the first dielectric layer and the dielectric constant of the second dielectric layer are higher than the dielectric constant of the dielectric substrate.
  • the first area and the second area are adjacent.
  • the first radiating element can radiate radio waves in a first frequency band.
  • the second radiating element can radiate radio waves in a second frequency band higher than the first frequency band.
  • the third radiating element can radiate radio waves in a third frequency band higher than the second frequency band. When viewed from the normal direction of the dielectric substrate, the electrode of the second radiation element overlaps the electrode of the third radiation element.
  • the antenna module In the antenna module according to the present disclosure, three types of radiating elements capable of radiating radio waves in different frequency bands are provided on the same dielectric substrate, and two of them are provided in adjacent first and second regions. placed respectively. A remaining radiating element is then stacked with one of the other radiating elements, and different dielectric layers are disposed over the first and second regions. In such a configuration, by individually setting dielectric layers suitable for the radiating elements arranged in the first region and the radiating elements arranged in the second region, the antenna characteristics of each radiating element are widened. can be made
  • FIG. 1 is a block diagram of a communication device to which an antenna module according to Embodiment 1 is applied;
  • FIG. 2A and 2B are a plan view and a perspective side view of the antenna module of FIG. 1;
  • FIG. FIG. 2 is a diagram for explaining the effect of a dielectric layer on the antenna characteristics of a radiating element with a stack structure in the antenna module of FIG. 1;
  • FIG. 11 is a side perspective view of the antenna module of Modification 1;
  • FIG. 11 is a side perspective view of an antenna module of modification 2;
  • FIG. 8 is a plan view of an antenna module according to Embodiment 2;
  • FIG. 11 is a side perspective view of an antenna module of modification 3;
  • FIG. 11 is a side perspective view of an antenna module of modification 4;
  • FIG. 11 is a side perspective view of an antenna module of modification 5;
  • FIG. 11 is a side perspective view of an antenna module of modification 6;
  • FIG. 21 is a plan view of an antenna module of Modified Example 7;
  • FIG. 11 is a plan view of an antenna module according to Embodiment 3;
  • FIG. 1 is an example of a block diagram of a communication device 10 to which an 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 smart phone, or a tablet, or a personal computer having a communication function.
  • An example of the frequency band of the radio waves used in the antenna module 100 according to the present embodiment is, for example, millimeter-wave radio waves with center frequencies of 28 GHz, 39 GHz, and 60 GHz. Applicable.
  • communication device 10 includes antenna module 100 and BBIC 200 that configures a baseband signal processing circuit.
  • the antenna module 100 includes an RFIC 110 that is an example of a power supply device, and an antenna device 120 .
  • the communication device 10 up-converts a signal transmitted from the BBIC 200 to the antenna module 100 into a high-frequency signal at the RFIC 110 and radiates it from the antenna device 120 . Further, the communication device 10 transmits a high-frequency signal received by the antenna device 120 to the RFIC 110 , down-converts the signal, and processes the signal in the BBIC 200 .
  • the antenna module 100 is a so-called multi-band type antenna module capable of emitting radio waves in three different frequency bands.
  • Antenna device 120 includes a plurality of radiation elements 121 that radiate radio waves of a first frequency band f1, a plurality of radiation elements 122 that radiate radio waves of a second frequency band f2, and a plurality of radiation elements that radiate radio waves of a third frequency band f3. of radiating elements 123 .
  • the first frequency band f1 of the radiating element 121 is relatively lowest frequency
  • the third frequency band f3 of radiating element 123 is relatively highest frequency. That is, the magnitude relationship between the frequencies of the radio waves radiated from the three radiation elements is f1 ⁇ f2 ⁇ f3.
  • the radiating element 121 and the radiating element 122 are arranged in layers within the dielectric substrate, and the radiating element 123 is arranged on the substrate with the dielectric substrate. Stacked sets of radiating elements 121 and 122 and radiating elements 123 are alternately arranged in one direction.
  • FIG. 1 shows an example in which antenna device 120 has a configuration in which radiating elements are arranged in a two-dimensional array, but antenna device 120 is a one-dimensional array in which radiating elements are arranged in a row. may Alternatively, antenna device 120 may have a configuration in which each of radiating elements 121, 122, and 123 is provided one by one. In this embodiment, radiating elements 121, 122, and 123 are all patch antennas having a flat plate shape.
  • the RFIC 110 has a feeding circuit corresponding to each frequency band, in other words, a feeding circuit corresponding to each radiating element.
  • RFIC 110 includes a feeding circuit 110A corresponding to radiating element 121, a feeding circuit 110B corresponding to radiating element 122, and a feeding circuit 110C corresponding to radiating element 123.
  • FIG. 1 shows only the configuration corresponding to four radiating elements of the feeding circuit 110A corresponding to the radiating element 121, and other radiating elements having the same configuration. Corresponding structures are omitted. That is, the configurations of the power supply circuits 110B and 110C are the same as the configuration of the power supply circuit 110A.
  • the feeding circuit 110A 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 synthesis/dividing.
  • a wave generator 116 , a mixer 118 and an amplifier circuit 119 are provided.
  • switches 111A to 111D and 113A to 113D are switched to the power amplifiers 112AT to 112DT, and the switch 117 is connected to the amplifier circuit 119 on the transmission side.
  • switches 111A to 111D and 113A to 113D are switched to low noise amplifiers 112AR to 112DR, and switch 117 is connected to the receiving amplifier of amplifier circuit 119.
  • a signal transmitted from the BBIC 200 is amplified by the amplifier circuit 119 and up-converted by the mixer 118 .
  • a transmission signal which is an up-converted high-frequency signal, is divided into four waves by the signal combiner/demultiplexer 116, passes through four signal paths, and is fed to different radiating elements 121, respectively.
  • the directivity of antenna device 120 can be adjusted by individually adjusting the degree of phase shift of phase shifters 115A to 115D arranged in each signal path. Attenuators 114A-114D also adjust the strength of the transmitted signal.
  • the received signals which are high-frequency signals received by each radiating element 121 , pass through four different signal paths and are multiplexed by the signal combiner/demultiplexer 116 .
  • the multiplexed received signal is down-converted by mixer 118 , amplified by amplifier circuit 119 , and transmitted to BBIC 200 .
  • the RFIC 110 is formed, for example, as a one-chip integrated circuit component including the above circuit configuration.
  • each feed circuit may be formed as a separate integrated circuit component.
  • equipment switch, power amplifier, low noise amplifier, attenuator, phase shifter
  • corresponding to each radiating element may be formed as a one-chip integrated circuit component for each corresponding radiating element.
  • FIG. 2 shows the antenna module 100 according to the first embodiment.
  • a plan view (FIG. 2(A)) of the antenna module 100 is shown in the upper stage, and a side see-through view (FIG. 2(B)) is shown in the lower stage.
  • FIG. 2 for ease of explanation, the case where each of the radiation elements 121, 122, and 123 is composed of one electrode will be explained as an example.
  • the antenna module 100 includes, in addition to the radiating elements 121, 122, 123 and the RFIC 110, a dielectric substrate 130, feeder wirings 141, 142, 143, dielectric layers 151, 152, and a ground electrode GND.
  • the normal direction of the dielectric substrate 130 is the Z-axis direction.
  • the direction in which the radiating elements are arranged is defined as the X-axis
  • the direction orthogonal to the X-axis is defined as the Y-axis.
  • the positive direction of the Z-axis in each drawing is sometimes referred to as the upper side, and the negative direction as the lower side.
  • Dielectric substrate 130 is, for example, a low temperature co-fired ceramics (LTCC) multilayer substrate, a multilayer resin substrate formed by laminating a plurality of resin layers made of resin such as epoxy or polyimide, or more.
  • LCP liquid crystal polymer
  • the dielectric substrate 130 does not necessarily have a multi-layer structure, and may be a single-layer substrate.
  • the dielectric substrate 130 has a rectangular shape when viewed from the normal direction (Z-axis direction).
  • a ground electrode GND is arranged over the entire surface of dielectric substrate 130 at a position near lower surface 132 of dielectric substrate 130 .
  • Radiating elements 122 and 123 are arranged adjacent to each other in the X-axis direction at a position close to the upper surface 131 (surface in the positive direction of the Z-axis) of the dielectric substrate 130 . Radiating elements 122 and 123 may be arranged so as to be exposed on the surface of dielectric substrate 130 or may be arranged inside dielectric substrate 130 .
  • the radiating element 121 is arranged between the radiating element 122 and the ground electrode GND.
  • the radiating element 122 overlaps with the radiating element 121 .
  • Each of the radiating elements 121, 122, and 123 is a plate-shaped electrode having a rectangular shape.
  • the size of radiating element 122 is smaller than the size of radiating element 121 , and the size of radiating element 123 is even smaller than the size of radiating element 122 . That is, the resonant frequency of radiating element 122 is higher than the resonant frequency of radiating element 121 , and the resonant frequency of radiating element 123 is higher than the resonant frequency of radiating element 122 . Therefore, the frequency band (second frequency band) f2 of radio waves radiated from radiating element 122 is higher than the frequency band (first frequency band) f1 of radio waves radiated from radiation element 121 .
  • the frequency band (third frequency band) f3 of the radio waves radiated from the radiation element 123 is higher than the frequency band f2 of the radio waves radiated from the radiation element 122 .
  • the center frequencies of the frequency bands of radiating elements 121, 122 and 123 are 28 GHz, 39 GHz and 60 GHz, respectively.
  • a high-frequency signal is supplied from the RFIC 110 to the radiating elements 121, 122, and 123 via power supply wirings 141, 142, and 143, respectively.
  • the feed wiring 141 is connected to the feed point SP1 of the radiating element 121 through the ground electrode GND from the RFIC 110 .
  • the feeder wiring 142 is connected from the RFIC 110 through the ground electrode GND and the radiating element 121 to the feeding point SP2 of the radiating element 122 .
  • a feed wire 143 is connected to the feed point SP3 of the radiating element 123 from the RFIC 110 through the ground electrode GND. Feed point SP1 is offset from the center of radiating element 121 in the positive direction of the X-axis.
  • Feed point SP2 is offset from the center of radiating element 122 in the positive direction of the X-axis.
  • Feed point SP3 is offset from the center of radiating element 123 in the positive direction of the X-axis.
  • the RFIC 110 is mounted on the bottom surface 132 of the dielectric substrate 130 via solder bumps 160 . Note that the RFIC 110 may be connected to the dielectric substrate 130 using a multipolar connector instead of solder connection.
  • a dielectric layer 151 is arranged in a region (first region) RG1 covering the radiating elements 121 and 122, and a dielectric layer 151 is arranged in a region (second region) RG2 covering the radiating element 122.
  • a body layer 152 is disposed.
  • the dielectric layers 151 and 152 have a dielectric constant greater than that of the dielectric substrate 130, and the dielectric constant ⁇ 1 of the dielectric layer 151 is greater than the dielectric constant ⁇ 2 of the dielectric layer 152 ( ⁇ 1> ⁇ 2 ).
  • the thickness of dielectric layer 151 and the thickness of dielectric layer 152 are substantially equal.
  • the frequency bandwidth tends to expand as the Q value, which is determined by the ratio of the radiated power and the stored power from the radiating element and the ground electrode, decreases. For example, increasing the distance between the radiating element and the ground electrode or decreasing the dielectric constant between the radiating element and the ground electrode lowers the Q value and expands the frequency bandwidth.
  • the surface wave generated in the radiating element tends to be stronger, and the radiation is more effective than when there is no dielectric layer with a high dielectric constant.
  • the electric lines of force generated in the direction along the electrode surface from the end of the element fly farther. Then, the path length of the electric line of force from the radiating element to the ground electrode becomes longer, resulting in a state equivalent to the distance between the radiating element and the ground electrode becoming longer. Therefore, by covering the upper part of the radiation electrode with a dielectric layer having a high dielectric constant, the Q value of the patch antenna is lowered, resulting in an increase in the frequency bandwidth.
  • the influence of the dielectric layer on the surface wave tends to become more sensitive as the frequency of the radio wave emitted from the radiating element increases. Therefore, when the thickness of the dielectric layer is the same, it is necessary to lower the dielectric constant as the frequency of the radiated radio wave increases.
  • the antenna module of the first embodiment When arranging three types of radiating elements of different frequency bands on a common dielectric substrate, as in the antenna module of the first embodiment, there are restrictions on the area where the radiating elements can be arranged on the dielectric substrate, or manufacturing problems. Due to constraints, the material and dimensions of the dielectric substrate may not be compatible with all radiating elements.
  • the dielectric substrate has a dielectric constant suitable for a low-frequency radiating element
  • the dielectric constant may be too high for a high-frequency radiating element.
  • the dielectric constant of the dielectric substrate is set to a dielectric constant suitable for the radiating element on the high frequency side
  • the dielectric constant of the radiating element on the low frequency side is lower than that suitable for the thickness of the dielectric substrate. Therefore, it is necessary to increase the thickness of the dielectric substrate, which may hinder the miniaturization of the antenna module.
  • each radiating element when arranging three types of radiating elements as in Embodiment 1, it may not be possible to dispose each radiating element individually due to the dimensional restrictions of the dielectric substrate.
  • the spacing between the radiating elements on the high frequency side becomes too wide, causing problems such as a decrease in antenna gain and generation of grating lobes. there is a possibility.
  • the antenna module 100 of Embodiment 1 two radiating elements 121 and 122 having close frequency bands among the three types of radiating elements are arranged in a stacked structure, and the radiating elements 121 and 122 of the stacked structure are arranged. 122 and radiating element 123 are disposed adjacently on dielectric substrate 130 . As a result, the layout area of the radiating elements on the dielectric substrate 130 can be reduced compared to the case where each radiating element is individually disposed.
  • dielectric layers having a dielectric constant suitable for each radiating element are applied to the region RG1 where the radiating elements 121 and 122 of the stacked structure are arranged and the region RG2 where the radiating element 123 is arranged. are respectively arranged on the body substrate 130 .
  • the intensity of the surface wave can be individually adjusted for the low-frequency side radiation elements (radiation elements 121 and 122) and the high-frequency side radiation element 123, so that all the radiation elements are arranged on the common dielectric substrate 130.
  • the frequency bandwidth for each radiating element can be appropriately extended.
  • the dielectric constant ⁇ 1 of the dielectric layer 151 on the low frequency side larger than the dielectric constant ⁇ 2 of the dielectric layer 152 on the high frequency side, the deterioration of the beam pattern due to the surface wave of the radiation element 123 can be alleviated. can.
  • FIG. 3 shows the results of a simulation performed on the effect of expanding the frequency bandwidth of the radiating elements 121 and 122 in such a case.
  • the reflection loss is It is shown in the region RG1 where the radiating elements 121 and 122 are arranged.
  • Solid lines LN10 and LN15 in FIG. 3 evaluates the bandwidth at which a return loss of 6 dB is achieved.
  • the bandwidth BW1L in the radiation element 121 of Embodiment 1 is wider than the bandwidth BW2L in the comparative example (BW1L>BW2L).
  • the relative bandwidth which is the ratio of the bandwidth to the center frequency, is 27.1% in the comparative example, and is improved to 39.2% in the first embodiment.
  • the bandwidth BW1H in the first embodiment is wider than the bandwidth BW2H in the comparative example (BW1H>BW2H), and the relative bandwidth is 12.2% to 17.6%. is improving to
  • both the radiating elements 121 and 122 can be The frequency band can be expanded.
  • the frequency band can be expanded compared to the case where the dielectric layer 152 is not provided. can.
  • each radiating element can be provided while suppressing an increase in the arrangement area of the dielectric substrate.
  • antenna characteristics can be widened.
  • the “radiating elements 121, 122, 123" in Embodiment 1 respectively correspond to the "first radiating element", the “second radiating element” and the “third radiating element” in the present disclosure.
  • “Top surface 131" and “bottom surface 132" of dielectric substrate 130 in Embodiment 1 respectively correspond to “first surface” and “second surface” in the present disclosure.
  • Modification 1 In Embodiment 1, the configuration in which two of the three radiating elements on the relatively low frequency side have a stacked structure has been described. Modification 1 will describe a configuration in which two of the three radiation elements on the relatively high frequency side have a stacked structure.
  • FIG. 4 is a perspective side view of the antenna module 100A of Modification 1.
  • radiating element 121 which has the lowest frequency band among the three radiating elements, is arranged alone on dielectric substrate 130, and has a relatively high frequency band.
  • Two frequency-side radiating elements 122, 123 are arranged on a dielectric substrate 130 as a stacked structure. Specifically, the radiation element 122 is arranged between the radiation element 123 and the ground electrode GND in the normal direction (Z-axis direction) of the dielectric substrate 130 .
  • the radiating element 123 overlaps the radiating element 122 when the dielectric substrate 130 is viewed from the normal direction.
  • a feeding line 143 for transmitting a high-frequency signal to the radiating element 123 passes from the RFIC 110 through the ground electrode GND and the radiating element 122 and is connected to the feeding point SP3 of the radiating element 123 .
  • a dielectric layer 151 is arranged in a region RG1 covering the radiating element 121, and a dielectric layer 152 is arranged in a region RG2 covering the radiating elements 122,123.
  • the dielectric constants of the dielectric layers 151 and 152 are not necessarily the same as the dielectric constants of the first embodiment, and are appropriately selected according to the characteristics required for each radiation element.
  • the configuration of the antenna module 100A of Modification 1 is suitable when the frequency band of the radiating element 122 is closer to the frequency band of the radiating element 123 than the frequency band of the radiating element 121.
  • the antenna module 100A of Modification 1 As described above, in the antenna module 100A of Modification 1 as well, two radiating elements whose frequency bands are close to each other are arranged in a stacked structure, and for each area where the radiating elements are arranged on the dielectric substrate, By arranging a dielectric layer having a dielectric constant corresponding to the radiating elements, it is possible to widen the band of the antenna characteristics of each radiating element while suppressing an increase in the layout area of the dielectric substrate.
  • Modification 2 In modification 2, an antenna module having four types of radiation elements with different frequency bands will be described.
  • FIG. 5 is a perspective side view of the antenna module 100B of Modification 2.
  • antenna device 120B of antenna module 100B includes radiating element 124 in addition to radiating elements 121, 122, and 123.
  • the frequency band (fourth frequency band) f4 of radio waves radiated from the radiation element 124 is lower than the frequency band of radio waves radiated from the radiation elements 121, 122, and 123 (f4 ⁇ f1 ⁇ f2 ⁇ f3).
  • the radiating elements 121 and 124 are arranged in a stack structure, and the radiating elements 122 and 123 are arranged in a stack structure.
  • Radiating element 124 is arranged between radiating element 121 and ground electrode GND.
  • a high-frequency signal is supplied from the RFIC 110 to the radiating element 124 through a power feed line 144 .
  • a feed wire 144 extends from the RFIC 110 through the ground electrode GND and is connected to the feed point SP4 of the radiating element 124 .
  • a feeding line 141 for supplying a high-frequency signal to the radiating element 121 is connected from the RFIC 110 through the ground electrode GND and the radiating element 124 to the feeding point SP1 of the radiating element 121 .
  • the dielectric layer 151 is arranged in the region RG1 covering the radiating elements 121 and 124, and the dielectric layer 152 is arranged in the region RG2 covering the radiating elements 122 and 123.
  • the dielectric constants of the dielectric layers 151 and 152 are determined according to the characteristics required for each radiating element.
  • the frequency band of radio waves radiated from radiating element 124 is lower than that of other radiating elements 121, 122, and 123 has been described, but the frequency band of radiating element 124 is not limited to this.
  • a combination of radiating elements forming a stack structure is appropriately determined according to the frequency band of the radiating elements 124 .
  • the "radiation element 124" in Modification 2 corresponds to the "fourth radiation element" in the present disclosure.
  • Embodiment 2 In Embodiment 2, the case where the antenna module is an array antenna in which a plurality of electrodes included in each radiation element are arranged in an array will be described.
  • FIG. 6 is a plan view of the antenna module 100C according to Embodiment 2.
  • the electrodes included in each radiating element are alternately arranged in the X-axis direction and the Y-axis direction to form an array. More specifically, as in Modification 1 above, the electrodes of the radiation elements 122 and 123 on the high frequency side have a stacked structure, and the electrode of the radiation element 121 is arranged alone on the dielectric substrate 130 . ing.
  • the radiating element 121 and the stack structure of the radiating elements 122 and 123 are alternately arranged in the X-axis direction and the Y direction.
  • a dielectric layer 151 is arranged in a region RG1 covering the electrodes of the radiating element 121, and a dielectric layer 152 is arranged in a region RG2 covering the electrodes of the radiating elements 122 and 123.
  • the hatching of the dielectric layers 151 and 152 overlapping the radiating elements is omitted in FIG. 6 and plan views of FIGS. 11 and 12 described later.
  • the radiating elements are arranged in a stacked structure, and the radiating elements are arranged on the dielectric substrate.
  • a dielectric layer having a dielectric constant corresponding to the radiating element it is possible to widen the antenna characteristics of each radiating element while suppressing an increase in the arrangement area of the dielectric substrate.
  • Modification 3 In Modified Example 3, an example of a configuration in which the thickness of the dielectric layer arranged in each region is different will be described.
  • FIG. 7 is a perspective side view of the antenna module 100D of Modification 3.
  • FIG. Antenna device 120D of antenna module 100D has an array in which the electrodes of radiation elements 122 and 123 on the high frequency side have a stacked structure and the electrodes of radiation element 121 on the low frequency side are arranged singly, as in the second embodiment. Antenna. Note that FIG. 7 shows an example in which each radiation element 121, 122, 123 includes two electrodes.
  • a dielectric layer 151 is arranged in the region RG1 covering the electrodes of the radiating element 121, and a dielectric layer 152 is arranged in the region RG2 covering the electrodes of the radiating elements 122 and 123 of the stacked structure.
  • the thickness (dimension in the Z-axis direction) D1 of the dielectric layer 151 is made thicker than the thickness D2 of the dielectric layer 152 (D1>D2). Increasing the thickness of the dielectric layer increases the effective dielectric constant as seen by the radiating element.
  • the dielectric constant of the dielectric layer 151 is made higher than that of the dielectric layer 152 compared to the case where the dielectric layers have the same thickness as in the first embodiment. It can be even bigger. Further, even if the dielectric layer 151 and the dielectric layer 152 are made of the same material, by making the thickness of the dielectric layer 151 larger than the thickness of the dielectric layer 152, the dielectric thickness when viewed from the radiating element is reduced. The effective dielectric constant of layer 151 can be greater than that of dielectric layer 152 .
  • Modification 4 In Modified Example 4, a configuration in which the position of the ground electrode in the dielectric substrate is different for each region where the dielectric layer is arranged will be described.
  • FIG. 8 is a perspective side view of the antenna module 100E of Modification 4.
  • the antenna device 120E of the antenna module 100E is an array antenna in which the electrodes of the radiation elements 122 and 123 on the high frequency side have a stacked structure and the electrode of the radiation element 121 on the low frequency side is arranged alone, as in the third modification. is.
  • the thickness of dielectric layer 151 and the thickness of dielectric layer 152 are set to be the same.
  • the ground electrode GND in the region RG1 where the dielectric layer 151 is arranged is arranged closer to the upper surface 131 than the ground electrode GND in the region RG2 where the dielectric layer 152 is arranged. .
  • the distance H1 between the radiating element 121 and the ground electrode GND is shorter than the distance H2 between the radiating element 123 and the ground electrode GND.
  • the frequency bandwidth of a radiating element in a patch antenna is affected by the distance between the radiating element and the ground electrode, and the longer the distance, the wider the frequency bandwidth.
  • radiating element 123 operates as an antenna by coupling with radiating element 122, and radiating element 122 substantially functions as a ground electrode.
  • radiating element 122 operates as an antenna by being coupled to ground electrode GND. Therefore, in order to ensure a desired frequency bandwidth for radiating elements 122 and 123, the thickness of dielectric substrate 130 (that is, distance H2 between radiating element 123 and ground electrode GND) may increase as a whole. be. In this case, for the radiating element 121 arranged alone on the dielectric substrate 130 , the distance to the ground electrode GND may become longer than the distance suitable for the characteristics of the radiating element 121 .
  • the position of the ground electrode GND in the region RG2 in which the radiating element 121 on the low frequency side is arranged is arranged closer to the upper surface 131 than the position of the ground electrode GND in the region RG1.
  • the distance from the ground electrode GND can be set to a distance suitable for the characteristics of the radiating element 121 . Therefore, deterioration of antenna characteristics in each radiating element can be suppressed.
  • Modification 5 In Modification 4, the configuration in which the distance between the radiating element 121 and the ground electrode GND is adjusted by the position of the ground electrode GND has been described. In modification 5, a configuration will be described in which the ground electrodes GND of the region RG1 and the region RG2 are arranged at the same position, and the distance from the ground electrode GND is adjusted according to the position of the radiation element 121. FIG.
  • FIG. 9 is a perspective side view of the antenna module 100F of Modification 5.
  • the radiating element 121 arranged alone on the dielectric substrate 130 is arranged at a position closer to the ground electrode GND than the radiating element 123 is. By doing so, the distance H2 between the radiating element 121 and the ground electrode GND can be made suitable for the antenna characteristics of the radiating element 121 .
  • the total amount of dielectric in the radiation direction is larger than that of the antenna module 100E of the fourth modification. Therefore, it is desirable to adjust the dielectric constant of dielectric layer 151 disposed in region RG1 according to the amount of dielectric substrate 130 between radiating element 121 and upper surface 131 .
  • Modification 6 a configuration in which the ground electrode GND is arranged at the same position and the thickness of the dielectric layer on the radiating element is made different in the same manner as in Modification 5 will be described for region RG1 and region RG2.
  • FIG. 10 is a perspective side view of the antenna module 100G of Modification 6.
  • ground electrode GND is arranged at the same position in the Z-axis direction over dielectric substrate 130 as in modification 5, and accordingly, is arranged in region RG1.
  • the position of the radiating element 121 is also arranged closer to the ground electrode GND than the radiating element 123 is.
  • the dielectric layer 151 in the region RG1 is arranged up to a position where it contacts the radiating element 121. As shown in FIG.
  • the top surface 131 of the dielectric substrate 130 of the antenna module 100G has a step between the regions RG1 and RG2, and the thickness (dimension in the Z-axis direction) of the dielectric substrate 130 in the region RG1 is It is thinner than the thickness of dielectric substrate 130 in region RG1.
  • dielectric layer 151 is formed thicker than dielectric layer 152 so as to fill the reduced thickness.
  • Modification 7 In Embodiment 2 and Modifications 3 to 6, the configurations in which the radiating elements arranged singly and the radiating elements having the stack structure are alternately arranged on the dielectric substrate have been described. In Modified Example 7, a configuration will be described in which a single radiating element and a stacked radiating element are collectively arranged in separate regions on a dielectric substrate.
  • FIG. 11 is a plan view of the antenna module 100H of Modification 7.
  • antenna device 120H of antenna module 100H six radiating elements 121 are two-dimensionally arranged in region RG1 of dielectric substrate 130 in the negative direction of the X axis, and in region RG2 of dielectric substrate 130 in the positive direction of the X axis.
  • a stack structure of six sets of radiating elements 122 and 123 are two-dimensionally arranged.
  • Radiating element 121 is covered with dielectric layer 151 in region RG1, and radiating elements 122 and 123 are covered with dielectric layer 152 in region RG2.
  • the pitch between the radiating elements corresponding to the same frequency is set to the pitch corresponding to the radiating element 121 on the low frequency side.
  • the pitch of the radiating elements 122 and 123 on the high frequency side may become excessively longer than the pitch suitable for these radiating elements.
  • the antenna characteristics will deteriorate due to a decrease in antenna gain or generation of grating lobes.
  • the pitch between the elements becomes relatively Since the shorter pitch of the radiation elements on the high frequency side can be set shorter than the pitch of the radiation elements on the low frequency side, it is possible to suppress deterioration in antenna characteristics due to restrictions on the pitch between elements.
  • Embodiment 3 In the above-described embodiment and modifications, the configuration in which each radiating element radiates radio waves in one polarization direction has been described. In Embodiment 3, a configuration will be described in which features of the present disclosure are applied to a so-called dual-polarization type antenna module capable of emitting radio waves in two different polarization directions.
  • FIG. 12 is a plan view of antenna module 100I according to the third embodiment.
  • antenna device 120I of antenna module 100I is an array in which radiating elements 121 and stacked structures of radiating elements 122 and 123 are alternately arranged adjacent to each other, similar to antenna module 100C of FIG. Antenna.
  • each of radiating elements 121, 122, and 123 is provided with two feeding points.
  • a feeding point SP11 is arranged at a position offset from the center of the electrode in the positive direction of the X axis, and power is fed at a position offset from the center of the electrode in the negative direction of the Y axis.
  • a point SP12 is placed.
  • radio waves are radiated from the radiating element 121 with the X-axis direction as the polarization direction.
  • radio waves are radiated from the radiating element 121 with the Y-axis direction as the polarization direction.
  • a feeding point SP21 is arranged at a position offset in the positive direction of the X-axis from the center of the electrode, and a feeding point SP22 is arranged at a position offset in the negative direction of the Y-axis from the center of the electrode. are placed.
  • a high-frequency signal is supplied to the feeding point SP21, radio waves are radiated from the radiation element 122 with the X-axis direction as the polarization direction.
  • a high-frequency signal is supplied to the feeding point SP22
  • radio waves are radiated from the radiation element 122 with the Y-axis direction as the polarization direction.
  • a feeding point SP31 is arranged at a position offset from the center of the electrode in the negative direction of the X-axis
  • a feeding point SP32 is arranged at a position offset from the center of the electrode in the positive direction of the Y-axis.
  • the radiating element 122 and the radiating element 123 overlap each other. If they are oriented in the same direction, the power supply lines are closely coupled to each other, which may cause a decrease in isolation.
  • the position of the feeding point on the radiating element 122 in the direction opposite to the position of the feeding point on the radiating element 123, the radio waves radiated from the radiating element 122 and the radio waves radiated from the radiating element 123 are isolated. A decrease in characteristics can be suppressed.
  • the dielectric layer 151 is arranged in the region RG1 where the radiating element 121 is arranged, and the dielectric layer 152 is arranged in the region RG2 where the radiating elements 122 and 123 are arranged. By doing so, the antenna characteristics of each radiating element can be widened.
  • the "X-axis direction” and “Y-axis direction” in Embodiment 3 respectively correspond to the "first direction” and "second direction” in the present disclosure.
  • a plate-shaped patch antenna was described as an example of a radiating element, but the above features can also be applied when each radiating element is a loop antenna.
  • the configuration in which the dielectric layers 151 and 152 are arranged so as to be in contact with the dielectric substrate 130 has been described. It may be arranged such that an air layer is provided between the dielectric layers 151 and 152 and the dielectric substrate 130 .
  • the dielectric layers 151 and 152 are arranged on the housing of the communication device 10, and each radiating element of the dielectric substrate 130 arranged on the mounting substrate is arranged so as to face the dielectric layers 151 and 152. It may be a configuration.
  • each antenna module described above the configuration in which each radiating element and the ground electrode GND are arranged on the same dielectric substrate 130 has been described. may have been In this case, the feed lines are connected by solder bumps or other connecting members between the two substrates.
  • the top surfaces of the dielectric layers 151 and 152 are flat, but the top surfaces of the dielectric layers 151 and 152 may be uneven.

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Abstract

アンテナモジュール（１００）は、上面（１３１）および下面（１３２）を有する誘電体（１３０）と、平板形状の放射素子（１２１，１２２，１２３）と、誘電体層（１５１，１５２）とを備える。放射素子（１２１，１２２，１２３）は、誘電体基板（１３０）に配置され、互いに異なる周波数帯域の電波を放射可能である。誘電体層（１５１）は、放射素子（１２１）が配置される第１領域を覆うように配置される。誘電体層（１５２）は、放射素子（１２３）が配置される第２領域を覆うように配置される。誘電体層（１５１，１５２）の誘電率は、誘電体基板（１３０）の誘電率よりも高い。第１領域と第２領域とは隣接している。誘電体（１３０）の法線方向から平面視した場合に、放射素子（１２２）は、放射素子（１２１）または放射素子（１２３）と重なっている。

Description

アンテナモジュールおよびそれを搭載する通信装置
　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、アンテナ特性を広帯域化するための技術に関する。
　特開２００３－１９８２３０号公報（特許文献１）には、同一基板上に、互いに異なる周波数帯域に対応した複数のアンテナ部分が配列されたアンテナにおいて、各アンテナ部分について、周波数に応じて異なる厚みの誘電体を用いることで、アンテナ特性を向上させる構成が開示されている。
　国際公開第２０２０／０６６４５３号明細書（特許文献２）には、平板形状のパッチアンテナ有するアンテナ装置において、パッチアンテナ上に配置された誘電体部材の上部が封止樹脂で封止された構成が開示されている。
　米国特許第１０７８４５９３号明細書（特許文献３）には、デュアルバンドタイプのパッチアンテナにおいて、低周波数側のパッチアンテナ上には２層の誘電体層が配置され、高周波数側のパッチアンテナ上には１層の誘電体層が配置された構成が開示されている。
特開２００３－１９８２３０号公報 国際公開第２０２０／０６６４５３号明細書 米国特許第１０７８４５９３号明細書
　近年では、複数の通信規格に対応した通信装置の開発が進められている。このような通信装置においては、通信規格ごとに定められた異なる周波数帯域の電波を送受信することが必要であり、３種類以上の周波数帯域に対応したアンテナが同一の誘電体基板上に配置される場合がある。そして、各周波数帯域について広い周波数帯域幅を有することが望まれている。
　一般的に、アンテナ特性に適したパラメータ（誘電率等）は、対象とする周波数帯域ごとに異なっている。上記のように異なる３種類以上の周波数帯域のアンテナが同一基板上に配置される構成の場合には、必ずしも全てのアンテナについてのパラメータを最適化できない場合がある。
　本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、異なる３種類以上の周波数帯域に対応した放射素子が配置されたアンテナモジュールにおいて、各放射素子のアンテナ特性を広帯域化させることである。
　本開示の第１の局面に係るアンテナモジュールは、第１面および第２面を有する誘電体基板と、平板形状の第１放射素子～第３放射素子と、第１誘電体層および第２誘電体層とを備える。第１放射素子～第３放射素子は、誘電体基板に配置され、互いに異なる周波数帯域の電波を放射可能である。第１誘電体層は、誘電体基板の第１面上において、第１放射素子が配置される第１領域を覆うように配置される。第２誘電体層は、誘電体基板の第１面上において、第３放射素子が配置される第２領域を覆う配置される。第１誘電体層の誘電率および第２誘電体層の誘電率は、誘電体基板の誘電率よりも高い。第１領域と第２領域とは隣接している。第１放射素子は、第１周波数帯域の電波を放射可能である。第２放射素子は、第１周波数帯域よりも高い第２周波数帯域の電波を放射可能である。第３放射素子は、第２周波数帯域よりも高い第３周波数帯域の電波を放射可能である。誘電体基板の法線方向から平面視した場合に、第２放射素子は、第１放射素子または第３放射素子と重なっている。
　本開示の第２の局面に係るアンテナモジュールは、第１面および第２面を有する誘電体基板と、誘電体基板に配置された第１放射素子～第３放射素子と、第１誘電体層および第２誘電体層とを備える。第１放射素子～第３放射素子の各々は、平板形状の複数の電極を含む。第１誘電体層は、誘電体基板の第１面上において、第１放射素子の電極が配置される第１領域を覆うように配置される。第２誘電体層は、誘電体基板の第１面上において、第３放射素子の電極が配置される第２領域を覆う配置される。第１放射素子～第３放射素子は、互いに異なる周波数帯域の電波を放射可能である。第１誘電体層の誘電率および第２誘電体層の誘電率は、誘電体基板の誘電率よりも高い。第１領域と第２領域とは隣接している。第１放射素子は、第１周波数帯域の電波を放射可能である。第２放射素子は、第１周波数帯域よりも高い第２周波数帯域の電波を放射可能である。第３放射素子は、第２周波数帯域よりも高い第３周波数帯域の電波を放射可能である。誘電体基板の法線方向から平面視した場合に、第２放射素子の電極は、第３放射素子の電極と重なっている。
　本開示に係るアンテナモジュールにおいては、互いに異なる周波数帯域の電波を放射可能な３種類の放射素子が同一誘電体基板に設けられ、そのうちの２つの放射素子が隣接した第１領域および第２領域にそれぞれ配置されている。そして、残りの放射素子が他の放射素子の一方とスタック構造とされており、第１領域および第２領域を覆うように、異なる誘電体層が配置されている。このような構成において、第１領域に配置された放射素子、および、第２領域に配置された放射素子に適した誘電体層を個別に設定することによって、各放射素子のアンテナ特性を広帯域化させることができる。
実施の形態１に係るアンテナモジュールが適用される通信装置のブロック図である。 図１のアンテナモジュールの平面図および側面透視図である。 図１のアンテナモジュールにおいて、スタック構造の放射素子のアンテナ特性における誘電体層の効果を説明するための図である。 変形例１のアンテナモジュールの側面透視図である。 変形例２のアンテナモジュールの側面透視図である。 実施の形態２に係るアンテナモジュールの平面図である。 変形例３のアンテナモジュールの側面透視図である。 変形例４のアンテナモジュールの側面透視図である。 変形例５のアンテナモジュールの側面透視図である。 変形例６のアンテナモジュールの側面透視図である。 変形例７アンテナモジュールの平面図である。 実施の形態３に係るアンテナモジュールの平面図である。
　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。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、給電装置の一例である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、ＲＦＩＣ１１０にて高周波信号にアップコンバートし、アンテナ装置１２０から放射する。また、通信装置１０は、アンテナ装置１２０で受信した高周波信号をＲＦＩＣ１１０へ送信し、ダウンコンバートしてＢＢＩＣ２００にて信号を処理する。
　アンテナモジュール１００は、互いに異なる３種類の周波数帯域の電波が放射可能な、いわゆるマルチバンドタイプのアンテナモジュールである。アンテナ装置１２０は、第１周波数帯域ｆ１の電波を放射する複数の放射素子１２１、第２周波数帯域ｆ２の電波を放射する複数の放射素子１２２、および、第３周波数帯域ｆ３の電波を放射する複数の放射素子１２３を含む。アンテナモジュール１００において、放射素子１２１の第１周波数帯域ｆ１が相対的に最も低い周波数であり、放射素子１２３の第３周波数帯域ｆ３が相対的に最も高い周波数である。すなわち、３つの放射素子から放射される電波の周波数の大小関係は、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３となる。
　なお、図１に示す例においては、放射素子１２１および放射素子１２２は誘電体基板内に積層して配置され、放射素子１２３は基板に誘電体基板で配置されている。積層された放射素子１２１と放射素子１２２との組、および、放射素子１２３は、一方向に交互に配置されている。図１においては、アンテナ装置１２０が、放射素子が二次元のアレイ状に配置された構成の例が示されているが、アンテナ装置１２０は、放射素子が一列に配置された一次元アレイであってもよい。あるいは、アンテナ装置１２０は、放射素子１２１，１２２，１２３の各々が１つずつ設けられる構成であってもよい。本実施の形態においては、放射素子１２１，１２２，１２３はいずれも、平板形状を有するパッチアンテナである。
　ＲＦＩＣ１１０は、各周波数帯域に対応した給電回路、言い換えれば、各放射素子に対応した給電回路を有している。具体的には、ＲＦＩＣ１１０は、放射素子１２１に対応した給電回路１１０Ａ、放射素子１２２に対応した給電回路１１０Ｂ、および放射素子１２３に対応した給電回路１１０Ｃを含む。なお、説明を容易にするために、図１においては、放射素子１２１に対応した給電回路１１０Ａについて４つの放射素子に対応する構成のみが示されており、同様の構成を有する他の放射素子に対応する構成については省略されている。すなわち、給電回路１１０Ｂ，１１０Ｃの構成は、給電回路１１０Ａの構成と同様である。
　給電回路１１０Ａ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、各給電回路ごとに個別の集積回路部品として形成されてもよい。さらに、各放射素子に対応する機器（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、対応する放射素子毎に１チップの集積回路部品として形成されてもよい。
　（アンテナモジュールの構造）
　次に、図２を用いて、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は、実施の形態１の係るアンテナモジュール１００を示す図である。図２においては、上段にアンテナモジュール１００の平面図（図２（Ａ））が示されており、下段に側面透視図（図２（Ｂ））が示されている。なお、図２においては、説明を容易にするために、放射素子１２１，１２２，１２３の各々が、１つの電極で構成される場合を例として説明する。
　アンテナモジュール１００は、放射素子１２１，１２２，１２３およびＲＦＩＣ１１０に加えて、誘電体基板１３０と、給電配線１４１，１４２，１４３と、誘電体層１５１，１５２と、接地電極ＧＮＤとを含む。なお、以降の説明において、誘電体基板１３０の法線方向（電波の放射方向）をＺ軸方向とする。また、Ｚ軸方向に垂直な面において、放射素子の配列方向をＸ軸とし、Ｘ軸に直交する方向をＹ軸として規定する。また、各図におけるＺ軸の正方向を上方側、負方向を下方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。
　誘電体基板１３０は、法線方向（Ｚ軸方向）から平面視すると矩形形状を有している。誘電体基板１３０の下面１３２に近い位置において、誘電体基板１３０の全面にわたって接地電極ＧＮＤが配置される。誘電体基板１３０の上面１３１（Ｚ軸の正方向の面）に近い位置に、放射素子１２２，１２３がＸ軸方向に隣接して配置されている。放射素子１２２，１２３は、誘電体基板１３０の表面に露出する態様で配置されてもよいし、誘電体基板１３０の内部に配置されてもよい。
　放射素子１２１は、放射素子１２２と接地電極ＧＮＤとの間に配置されている。誘電体基板１３０を法線方向（Ｚ軸方向）から平面視した場合、放射素子１２２は放射素子１２１と重なっている。
　放射素子１２１，１２２，１２３の各々は、矩形形状を有する平板状の電極である。放射素子１２２のサイズは放射素子１２１のサイズよりも小さく、放射素子１２３のサイズは放射素子１２２のサイズよりもさらに小さい。すなわち、放射素子１２２の共振周波数は放射素子１２１の共振周波数よりも高く、放射素子１２３の共振周波数は放射素子１２２の共振周波数よりも高い。そのため、放射素子１２２から放射される電波の周波数帯域（第２周波数帯域）ｆ２は、放射素子１２１から放射される電波の周波数帯域（第１周波数帯域）ｆ１よりも高い。また、放射素子１２３から放射される電波の周波数帯域（第３周波数帯域）ｆ３は、放射素子１２２から放射される電波の周波数帯域ｆ２よりも高い。実施の形態１の例においては、放射素子１２１，１２２，１２３の周波数帯域の中心周波数は、それぞれ２８ＧＨｚ、３９ＧＨｚおよび６０ＧＨｚである。
　放射素子１２１，１２２，１２３には、それぞれ給電配線１４１，１４２，１４３を介して、ＲＦＩＣ１１０から高周波信号が供給される。給電配線１４１は、ＲＦＩＣ１１０から接地電極ＧＮＤを貫通して、放射素子１２１の給電点ＳＰ１に接続される。また、給電配線１４２は、ＲＦＩＣ１１０から接地電極ＧＮＤおよび放射素子１２１を貫通して、放射素子１２２の給電点ＳＰ２に接続される。給電配線１４３は、ＲＦＩＣ１１０から接地電極ＧＮＤを貫通して、放射素子１２３の給電点ＳＰ３に接続される。給電点ＳＰ１は、放射素子１２１の中心からＸ軸の正方向にオフセットしている。給電点ＳＰ２は、放射素子１２２の中心からＸ軸の正方向にオフセットしている。給電点ＳＰ３は、放射素子１２３の中心からＸ軸の正方向にオフセットしている。これにより、放射素子１２１，１２２，１２３の各々からは、Ｘ軸方向を偏波方向とする電波が放射される。
　誘電体基板１３０の下面１３２には、はんだバンプ１６０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。
　誘電体基板１３０の上面１３１において、放射素子１２１，１２２を覆う領域（第１領域）ＲＧ１には誘電体層１５１が配置されており、放射素子１２２を覆う領域（第２領域）ＲＧ２には誘電体層１５２が配置されている。誘電体層１５１，１５２の誘電率は、いずれも誘電体基板１３０の誘電率よりも大きく、さらに、誘電体層１５１の誘電率ε１は誘電体層１５２の誘電率ε２よりも大きい（ε１＞ε２）。なお、実施の形態１においては、誘電体層１５１の厚みと誘電体層１５２の厚みはほぼ等しい。
　平板形状のパッチアンテナにおいては、一般的に、放射素子と接地電極とによる放射電力および蓄積電力の割合で決まるＱ値が低下すると周波数帯域幅が拡大する傾向にある。たとえば、放射素子と接地電極との間の距離を長くしたり、放射素子と接地電極との間の誘電率を低くしたりすると、Ｑ値が低下して周波数帯域幅が拡大する。
　誘電体基板よりも高い誘電率の誘電体層で放射素子の上部を覆った場合、放射素子に生じる表面波が強くなる傾向にあり、高誘電率の誘電体層がない場合に比べて、放射素子の端部から電極面に沿った方向に発生する電気力線がより遠くまで飛ぶようになる。そうすると、放射素子から接地電極に至るまでの電気力線の経路長が長くなるため、結果的に放射素子と接地電極との間の距離が長くなったことと等価な状態となる。そのため、高誘電率の誘電体層で放射電極の上部を覆うことによって、パッチアンテナのＱ値が低下し、結果として周波数帯域幅が拡大する。
　誘電体層による表面波への影響は誘電体層の誘電率が高いほど大きくなるため、誘電率を高くするほど周波数帯域幅の拡大効果は大きくなる。しかしながら、電気力線の経路長が長くなるため、逆に不要モードの共振が発生しやすくなる。すなわち、周波数帯域幅の拡大と不要モードの共振の発生は、互いにトレードオフの関係となる。
　ここで、誘電体層による表面波への影響は、放射素子から放射される電波の周波数が高いほどセンシティブになる傾向にある。そのため、誘電体層の厚みが同じ場合には、放射する電波の周波数が高くなるにつれて誘電率を低くすることが必要となる。
　本実施の形態１のアンテナモジュールのように、共通の誘電体基板上に異なる周波数帯域の３種類の放射素子を配置する場合、誘電体基板上における放射素子の配置可能面積の制約あるいは製造上の制約から、誘電体基板の材質および寸法を、すべての放射素子に適合した状態とすることができない場合がある。
　たとえば、誘電体基板の誘電率を低周波数側の放射素子に適合した誘電率とした場合には、高周波数側の放射素子に対しては誘電率が高すぎる値となり得る。そうすると、周波数帯域幅が十分に確保できなかったり、波長減少効果のために不要モードの共振が生じやすくなったりする可能性がある。逆に、誘電体基板の誘電率を高周波数側の放射素子に適合した誘電率とした場合には、低周波数側の放射素子については、誘電体基板の厚みに適した誘電率よりも低くなってしまうため、誘電体基板の厚みを厚くすることが必要となり、アンテナモジュールの小型化を阻害する要因になる可能性がある。
　また、実施の形態１のように３種類の放射素子を配置する場合、誘電体基板の寸法上の制約から、各放射素子を個別に配置することができない場合がある。特に、各放射素子を複数個配列したアレイアンテナの場合、高周波数側の放射素子については、放射素子間の間隔が広くなり過ぎてしまい、アンテナゲインの低下あるいはグレーティングローブの発生などの問題が生じる可能性がある。
　そこで、実施の形態１のアンテナモジュール１００においては、３種類の放射素子のうち、周波数帯域が近接した２つの放射素子１２１，１２２がスタック構造として配置されるとともに、当該スタック構造の放射素子１２１，１２２および放射素子１２３が誘電体基板１３０上に隣接して配置される。これによって、各放射素子を個別に配置する場合に比べて、誘電体基板１３０における放射素子の配置面積を低減することができる。
　さらに、アンテナモジュール１００においては、スタック構造の放射素子１２１，１２２が配置される領域ＲＧ１、および、放射素子１２３が配置される領域ＲＧ２に、各放射素子に適した誘電率の誘電体層が誘電体基板１３０上にそれぞれ配置される。これによって、低周波数側の放射素子（放射素子１２１，１２２）および高周波数側の放射素子１２３について表面波の強さを個別に調整できるので、すべての放射素子が共通の誘電体基板１３０に配置されていても、各放射素子についての周波数帯域幅を適切に拡大することができる。なお、低周波数側の誘電体層１５１の誘電率ε１を高周波数側の誘電体層１５２の誘電率ε２よりも大きくすることによって、放射素子１２３の表面波によるビームパターンの劣化を緩和することができる。
　ここで、スタック構造の放射素子１２１，１２２については、異なる周波数帯域に対して共通の誘電体層１５１が設けられている。図３は、このような場合における、放射素子１２１，１２２についての周波数帯域幅の拡大効果についてシミュレーションを行なった結果である。図３においては、放射素子１２１，１２２が配置される領域ＲＧ１において、誘電体層１５１が配置された場合（実施の形態１）および誘電体層１５１が配置されない場合（比較例）の反射損失が示されている。図３における実線ＬＮ１０，ＬＮ１５は放射素子１２１の反射損失を示しており、破線ＬＮ１１，ＬＮ１６は放射素子１２２の反射損失を示している。なお、図３においては、６ｄＢの反射損失が達成される帯域幅について評価している。
　図３に示されるように、実施の形態１の放射素子１２１における帯域幅ＢＷ１Ｌは、比較例における帯域幅ＢＷ２Ｌよりも広くなっている（ＢＷ１Ｌ＞ＢＷ２Ｌ）。中心周波数に対する帯域幅の比率である比帯域幅についても、比較例においては２７．１％であり、実施の形態１においては３９．２％と改善している。
　また、放射素子１２２についても、実施の形態１における帯域幅ＢＷ１Ｈは、比較例における帯域幅ＢＷ２Ｈよりも広くなっており（ＢＷ１Ｈ＞ＢＷ２Ｈ）、比帯域幅についても１２．２％から１７．６％へと改善している。
　このように、放射素子がスタック構造として配置された場合においても、誘電体基板の上面に誘電体基板よりも誘電率の高い誘電体層を配置することによって、放射素子１２１，１２２の双方についての周波数帯域を拡大することができる。
　また、個別に配置された放射素子１２３については、放射素子１２３に適した誘電率の誘電体層１５２を配置することによって、当該誘電体層１５２がない場合に比べて周波数帯域を拡大することができる。
　以上のように、互いに異なる３種類の周波数帯域に対応した放射素子が配置されたアンテナモジュールにおいて、周波数帯域が近接する２つの放射素子をスタック構造として残余の放射素子に隣接して配置するとともに、誘電体基板上の放射素子が配置される各領域について配置される放射素子に対応した誘電率の誘電体層を配置することよって、誘電体基板の配置面積の増大を抑制しつつ、各放射素子のアンテナ特性を広帯域化させることができる。
　なお、実施の形態１における「放射素子１２１，１２２，１２３」は、本開示における「第１放射素子」、「第２放射素子」および「第３放射素子」にそれぞれ対応する。実施の形態１における誘電体基板１３０の「上面１３１」お「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。
　（変形例１）
　実施の形態１においては、３つの放射素子のうち、相対的に低周波数側の２つの放射素子がスタック構造にされた構成について説明した。変形例１においては、３つの放射素子のうち、相対的に高い周波数側の２つの放射素子がスタック構造にされた構成について説明する。
　図４は、変形例１のアンテナモジュール１００Ａの側面透視図である。図４を参照して、アンテナモジュール１００Ａのアンテナ装置１２０Ａにおいては、３つの放射素子のうち、周波数帯域が最も低い放射素子１２１が誘電体基板１３０上に単独で配置されており、相対的に高周波数側の２つの放射素子１２２，１２３が、スタック構造として誘電体基板１３０に配置されている。具体的には、放射素子１２２は、誘電体基板１３０の法線方向（Ｚ軸方向）において、放射素子１２３と接地電極ＧＮＤとの間に配置されている。なお、図４には示されていないが、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１２３は、放射素子１２２と重なっている。放射素子１２３に高周波信号を伝達する給電配線１４３は、ＲＦＩＣ１１０から接地電極ＧＮＤおよび放射素子１２２を貫通して、放射素子１２３の給電点ＳＰ３に接続される。
　そして、誘電体基板１３０において放射素子１２１を覆う領域ＲＧ１には誘電体層１５１が配置され、放射素子１２２，１２３を覆う領域ＲＧ２には誘電体層１５２が配置されている。なお、誘電体層１５１，１５２の誘電率は、実施の形態１の場合の誘電率とは必ずしも同じでなくてもよく、各放射素子に要求される特性に応じて適宜選択される。
　なお、変形例１のアンテナモジュール１００Ａの構成は、放射素子１２２の周波数帯域が、放射素子１２１の周波数帯域よりも放射素子１２３の周波数帯域に近い場合に好適である。
　以上のように、変形例１のアンテナモジュール１００Ａにおいても、周波数帯域が近接する２つの放射素子をスタック構造として配置するとともに、誘電体基板上の放射素子が配置される各領域について、配置される放射素子に対応した誘電率の誘電体層を配置することよって、誘電体基板の配置面積の増大を抑制しつつ、各放射素子のアンテナ特性を広帯域化させることができる。
　（変形例２）
　変形例２においては、互いに周波数帯域が異なる４種類の放射素子を有するアンテナモジュールの場合について説明する。
　図５は、変形例２のアンテナモジュール１００Ｂの側面透視図である。図５を参照して、アンテナモジュール１００Ｂのアンテナ装置１２０Ｂは、放射素子１２１，１２２，１２３に加えて、放射素子１２４を含む。アンテナモジュール１００Ｂの例においては、放射素子１２４から放射される電波の周波数帯域（第４周波数帯域）ｆ４は、放射素子１２１，１２２，１２３から放射される電波の周波数帯域よりも低い（ｆ４＜ｆ１＜ｆ２＜ｆ３）。
　アンテナモジュール１００Ｂにおいては、放射素子１２１，１２４がスタック構造に配置され、放射素子１２２，１２３がスタック構造として配置される。放射素子１２４は、放射素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間に配置されている。放射素子１２４には、給電配線１４４によってＲＦＩＣ１１０から高周波信号が供給される。給電配線１４４は、ＲＦＩＣ１１０から接地電極ＧＮＤを貫通し、放射素子１２４の給電点ＳＰ４に接続される。放射素子１２１に高周波信号を供給する給電配線１４１は、ＲＦＩＣ１１０から接地電極ＧＮＤおよび放射素子１２４を貫通して、放射素子１２１の給電点ＳＰ１に接続される。
　そして、誘電体基板１３０において放射素子１２１，１２４を覆う領域ＲＧ１には誘電体層１５１が配置され、放射素子１２２，１２３を覆う領域ＲＧ２には誘電体層１５２が配置される。誘電体層１５１，１５２の誘電率については、各放射素子に要求される特性に応じて決定される。
　なお、上記の例においては、放射素子１２４から放射される電波の周波数帯域が他の放射素子１２１，１２２，１２３よりも低い場合について説明したが、放射素子１２４の周波数帯域はこれに限らない。スタック構造を形成する放射素子の組み合わせは、放射素子１２４の周波数帯域に応じて適宜決定される。
　以上のように、互いに周波数帯域が異なる４種類の放射素子を有するアンテナモジュールの場合においても、周波数帯域が近接する２つの放射素子をスタック構造として配置するとともに、誘電体基板上の放射素子が配置される各領域について、配置される放射素子に対応した誘電率の誘電体層を配置することよって、誘電体基板の配置面積の増大を抑制しつつ、各放射素子のアンテナ特性を広帯域化させることができる。
　なお、変形例２における「放射素子１２４」は、本開示における「第４放射素子」に対応する。
　［実施の形態２］
　実施の形態２においては、アンテナモジュールが、各放射素子に含まれる複数の電極がアレイ状に配置されたアレイアンテナの場合について説明する。
　図６は、実施の形態２に係るアンテナモジュール１００Ｃの平面図である。図６のアンテナモジュール１００Ｃのアンテナ装置１２０Ｃにおいては、各放射素子に含まれる電極が、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に交互に配置されてアレイ化されている。より具体的には、上記の変形例１のように、高周波数側の放射素子１２２，１２３の電極はスタック構造となっており、放射素子１２１の電極は単独で誘電体基板１３０上に配置されている。そして、放射素子１２１と、放射素子１２２，１２３のスタック構造とが、Ｘ軸方向およびＹ方向に交互に配置されている。
　そして、誘電体基板１３０上において、放射素子１２１の電極を覆う領域ＲＧ１には誘電体層１５１が配置され、放射素子１２２，１２３の電極を覆う領域ＲＧ２には誘電体層１５２が配置されている。なお、説明を容易にするために、図６および後述する図１１，図１２の平面図において、各放射素子と重なる部分の誘電体層１５１，１５２のハッチングは省略されている。
　以上のように、アレイアンテナにおいても、互いに周波数帯域が異なる３種類の放射素子について、周波数帯域が近接する２つの放射素子をスタック構造として配置するとともに、誘電体基板上の放射素子が配置される各領域について、配置される放射素子に対応した誘電率の誘電体層を配置することよって、誘電体基板の配置面積の増大を抑制しつつ、各放射素子のアンテナ特性を広帯域化させることができる。
　（変形例３）
　変形例３においては、各領域に配置される誘電体層の厚みが異なる構成の例について説明する。
　図７は、変形例３のアンテナモジュール１００Ｄの側面透視図である。アンテナモジュール１００Ｄのアンテナ装置１２０Ｄは、実施の形態２と同様に、高周波数側の放射素子１２２，１２３の電極がスタック構造とされ、低周波数側の放射素子１２１の電極が単独で配置されたアレイアンテナである。なお、図７においては、各放射素子１２１，１２２，１２３が２つの電極を含む場合の例が示されている。
　放射素子１２１の電極を覆う領域ＲＧ１には誘電体層１５１が配置されており、スタック構造の放射素子１２２，１２３の電極を覆う領域ＲＧ２には誘電体層１５２が配置されている。ここで、アンテナモジュール１００Ｄにおいては、誘電体層１５１の厚み（Ｚ軸方向の寸法）Ｄ１は、誘電体層１５２の厚みＤ２よりも厚くされている（Ｄ１＞Ｄ２）。誘電体層の厚みを厚くすると、放射素子から見たときの実質的な誘電率が大きくなる。そのため、アンテナモジュール１００Ｄのような構成とすることによって、実施の形態１のように誘電体層の厚みが同じ場合に比べて、誘電体層１５１の誘電率を誘電体層１５２の誘電率よりもさらに大きくすることができる。また、誘電体層１５１および誘電体層１５２が同じ材料の場合であっても、誘電体層１５１の厚みを誘電体層１５２の厚みよりも大きくすることによって、放射素子から見たときの誘電体層１５１における実質的な誘電率を、誘電体層１５２よりも大きくすることができる。
　（変形例４）
　変形例４においては、誘電体層が配置される領域ごとに、誘電体基板内における接地電極の位置が異なる構成について説明する。
　図８は、変形例４のアンテナモジュール１００Ｅの側面透視図である。アンテナモジュール１００Ｅのアンテナ装置１２０Ｅは、変形例３と同様に、高周波数側の放射素子１２２，１２３の電極がスタック構造とされ、低周波数側の放射素子１２１の電極が単独で配置されたアレイアンテナである。なお、アンテナモジュール１００Ｅにおいては、誘電体層１５１の厚みと誘電体層１５２の厚みは同じ厚みに設定されている。そして、アンテナモジュール１００Ｅにおいては、誘電体層１５１が配置される領域ＲＧ１における接地電極ＧＮＤは、誘電体層１５２が配置される領域ＲＧ２の接地電極ＧＮＤよりも上面１３１に近い位置に配置されている。言い換えれば、放射素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間の距離Ｈ１は、放射素子１２３と接地電極ＧＮＤとの間の距離Ｈ２よりも短い。
　一般的に、パッチアンテナにおける放射素子の周波数帯域幅は、放射素子と接地電極との間の距離に影響され、当該距離が長い方が周波数帯域幅は広くなる。領域ＲＧ２における放射素子のスタック構造の場合、放射素子１２３については、放射素子１２２と結合することによってアンテナとして動作し、放射素子１２２が実質的に接地電極として機能する。一方、放射素子１２２については、接地電極ＧＮＤと結合することによってアンテナとして動作する。そのため、放射素子１２２，１２３について所望の周波数帯域幅を確保するためには、誘電体基板１３０の厚み（すなわち、放射素子１２３と接地電極ＧＮＤとの間の距離Ｈ２）が全体として厚くなる場合がある。この場合、誘電体基板１３０に単独で配置される放射素子１２１に対しては、接地電極ＧＮＤまでの距離が、放射素子１２１の特性に適した距離よりも長くなってしまう可能性がある。
　アンテナモジュール１００Ｅにおいては、低周波数側の放射素子１２１が配置される領域ＲＧ２の接地電極ＧＮＤの位置を、領域ＲＧ１の接地電極ＧＮＤの位置よりも上面１３１側に配置することによって、放射素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間の距離を、放射素子１２１の特性に適した距離に設定することができる。したがって、各放射素子におけるアンテナ特性の低下を抑制することができる。
　（変形例５）
　変形例４においては、放射素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間の距離を、接地電極ＧＮＤの位置によって調整する構成について説明した。変形例５においては、領域ＲＧ１および領域ＲＧ２の接地電極ＧＮＤを同じ位置に配置し、放射素子１２１の位置によって接地電極ＧＮＤとの距離を調整する構成について説明する。
　図９は、変形例５のアンテナモジュール１００Ｆの側面透視図である。アンテナモジュール１００Ｆのアンテナ装置１２０Ｆにおいては、誘電体基板１３０に単独で配置される放射素子１２１が、放射素子１２３よりも接地電極ＧＮＤに近い位置に配置されている。このようにすることによって、放射素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間の距離Ｈ２を、放射素子１２１のアンテナ特性に適した距離とすることができる。
　なお、アンテナモジュール１００Ｆの場合、放射素子１２１よりも上面１３１側に誘電体基板１３０の一部が存在するため、変形例４のアンテナモジュール１００Ｅに比べると放射方向における誘電体の総量が多くなる。そのため、領域ＲＧ１に配置される誘電体層１５１の誘電率については、放射素子１２１と上面１３１との間の誘電体基板１３０の量に応じて調整することが望ましい。
　（変形例６）
　変形例６においては、領域ＲＧ１および領域ＲＧ２について、変形例５と同様に接地電極ＧＮＤを同じ位置に配置するとともに、放射素子上の誘電体層の厚みを異ならせた構成について説明する。
　図１０は、変形例６のアンテナモジュール１００Ｇの側面透視図である。アンテナモジュール１００Ｇのアンテナ装置１２０Ｇにおいては、変形例５と同様に、接地電極ＧＮＤは、誘電体基板１３０の全域にわたってＺ軸方向の同じ位置に配置されており、それに伴って、領域ＲＧ１に配置される放射素子１２１の位置も、放射素子１２３よりも接地電極ＧＮＤに近い位置に配置されている。さらに、アンテナモジュール１００Ｇにおいては、領域ＲＧ１の誘電体層１５１は、放射素子１２１に接する位置まで配置されている。言い換えれば、アンテナモジュール１００Ｇの誘電体基板１３０における上面１３１は、領域ＲＧ１と領域ＲＧ２との間で段差を有しており、領域ＲＧ１における誘電体基板１３０の厚み（Ｚ軸方向の寸法）は、領域ＲＧ１における誘電体基板１３０の厚みよりも薄くなっている。そして、領域ＲＧ１においては、誘電体層１５１は、当該薄くなった厚みを埋めるように、誘電体層１５２よりも厚く形成されている。
　このような構成とすることによって、放射素子１２１の放射方向において誘電体層の境界をなくすことができるので、誘電体層の境界に起因する反射損失を低減するとことができる。さらに、放射素子１２１上の誘電体層の誘電率をより高くできるので、放射素子１２１についてのアンテナ特性を広帯域化することができる。
　（変形例７）
　実施の形態２および変形例３～変形例６においては、単独配置される放射素子とスタック構造の放射素子とが、誘電体基板上において交互に配置される構成について説明した。変形例７においては、単独配置される放射素子、および、スタック構造の放射素子が、それぞれ誘電体基板上の個別の領域にまとめて配置される構成について説明する。
　図１１は、変形例７のアンテナモジュール１００Ｈの平面図である。アンテナモジュール１００Ｈのアンテナ装置１２０Ｈにおいては、誘電体基板１３０におけるＸ軸の負方向の領域ＲＧ１に６つの放射素子１２１が二次元配列されており、誘電体基板１３０におけるＸ軸の正方向の領域ＲＧ２に６組の放射素子１２２，１２３のスタック構造が二次元配列されている。そして、領域ＲＧ１においては放射素子１２１が誘電体層１５１に覆われており、領域ＲＧ２においては放射素子１２２，１２３が誘電体層１５２に覆われている。
　実施の形態２のように放射素子が交互配置された構成においては、同じ周波数に対応した放射素子同士の素子間ピッチが、低周波数側の放射素子１２１に対応したピッチに設定される。この場合、高周波数側の放射素子１２２，１２３のピッチが、これらの放射素子に適したピッチよりも過度に長くなる場合が生じ得る。そうすると、アンテナゲインの低下あるいはグレーティングローブの発生により、アンテナ特性が低下する可能性がある。
　変形例７のように、低周波数側の放射素子１２１を領域ＲＧ１にまとめて配置し、高周波数側の放射素子１２２，１２３を領域ＲＧ２にまとめて配置することによって、素子間ピッチが相対的に短くなる高周波数側の放射素子のピッチを、低周波数側の放射素子のピッチよりも短く設定することができるので、素子間ピッチの制約によるアンテナ特性の低下を抑制することができる。
　［実施の形態３］
　上述の実施の形態および変形例においては、各放射素子が１つの偏波方向の電波を放射する構成について説明した。実施の形態３においては、異なる２つの偏波方向の電波を放射可能な、いわゆるデュアル偏波タイプのアンテナモジュールに本開示の特徴を適用した構成について説明する。
　図１２は、実施の形態３に従うアンテナモジュール１００Ｉの平面図である。図１２を参照して、アンテナモジュール１００Ｉのアンテナ装置１２０Ｉは、図６のアンテナモジュール１００Ｃと同様に、放射素子１２１と、放射素子１２２，１２３のスタック構造とが交互に隣接して配置されたアレイアンテナである。アンテナモジュール１００Ｉにおいては、放射素子１２１，１２２，１２３の各々には、２つの給電点が設けられている。
　より具体的には、放射素子１２１においては、電極の中心からＸ軸の正方向にオフセットした位置に給電点ＳＰ１１が配置されるとともに、電極の中心からＹ軸の負方向にオフセットした位置に給電点ＳＰ１２が配置されている。給電点ＳＰ１１に高周波信号が供給されることにより、放射素子１２１からＸ軸方向を偏波方向とする電波が放射される。一方で、給電点ＳＰ１２に高周波信号が供給されることにより、放射素子１２１からＹ軸方向を偏波方向とする電波が放射される。
　同様に、放射素子１２２においては、電極の中心からＸ軸の正方向にオフセットした位置に給電点ＳＰ２１が配置されるとともに、電極の中心からＹ軸の負方向にオフセットした位置に給電点ＳＰ２２が配置されている。給電点ＳＰ２１に高周波信号が供給されることにより、放射素子１２２からＸ軸方向を偏波方向とする電波が放射される。一方で、給電点ＳＰ２２に高周波信号が供給されることにより、放射素子１２２からＹ軸方向を偏波方向とする電波が放射される。
　放射素子１２３においては、電極の中心からＸ軸の負方向にオフセットした位置に給電点ＳＰ３１が配置されるとともに、電極の中心からＹ軸の正方向にオフセットした位置に給電点ＳＰ３２が配置されている。給電点ＳＰ３１に高周波信号が供給されることにより、放射素子１２３からＸ軸方向を偏波方向とする電波が放射される。一方で、給電点ＳＰ３２に高周波信号が供給されることにより、放射素子１２３からＹ軸方向を偏波方向とする電波が放射される。
　なお、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１２２と放射素子１２３とが重なっているため、同じ偏波に対応する給電点の位置を放射素子１２２および放射素子１２３で同じ方向とすると、給電配線が近接して結合してしまい、アイソレーションの低下の要因となるおそれがある。放射素子１２２における給電点の位置を、放射素子１２３における給電点の位置と反対の方向に配置することによって、放射素子１２２から放射される電波と、放射素子１２３から放射される電波とのアイソレーション特性の低下を抑制することができる。
　このようなデュアル偏波タイプのアンテナモジュール１００Ｉにおいても、放射素子１２１が配置される領域ＲＧ１に誘電体層１５１を配置し、放射素子１２２，１２３が配置される領域ＲＧ２に誘電体層１５２を配置することによって、各放射素子のアンテナ特性を広帯域化させることができる。
　なお、実施の形態３における「Ｘ軸方向」および「Ｙ軸方向」は、本開示における「第１方向」および「第２方向」にそれぞれ対応する。
　上述の実施の形態および変形例においては、放射素子として平板形状のパッチアンテナを例として説明したが、各放射素子がループアンテナの場合にも上記の特徴を適用することができる。
　また、上記の各アンテナモジュールにおいては、誘電体層１５１，１５２が誘電体基板１３０に接するように配置される構成について説明したが、誘電体層１５１，１５２と誘電体基板１３０とが離間して配置され、誘電体層１５１，１５２と誘電体基板１３０との間に空気層が設けられる構成であってもよい。たとえば、誘電体層１５１，１５２が通信装置１０の筐体に配置されており、実装基板に配置された誘電体基板１３０の各放射素子が、誘電体層１５１，１５２に面するように配置した構成であってもよい。
　さらに、上記の各アンテナモジュールにおいては、各放射素子と接地電極ＧＮＤが同じ誘電体基板１３０に配置される構成について説明したが、接地電極ＧＮＤが配置される基板とは異なる基板に放射素子が配置されていてもよい。この場合、２つの基板間において、給電配線は、はんだバンプあるいは他の接続部材によって接続される。
　また、領域ＲＧ１，ＲＧ２においては、誘電体層１５１，１５２の上面は平坦となっているが、誘電体層１５１，１５２の上面に凹凸が設けられていてもよい。
　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。本発明の範囲は、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～１００Ｉ　アンテナモジュール、１１０　ＲＦＩＣ、１１０Ａ～１１０Ｃ　給電回路、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、１２０，１２０Ａ～１２０Ｉ　アンテナ装置、１２１～１２４　放射素子、１３０　誘電体基板、１４１～１４４　給電配線、１５１，１５２　誘電体層、１６０　はんだバンプ、２００　ＢＢＩＣ、ＧＮＤ　接地電極、ＲＧ１，ＲＧ２　領域、ＳＰ１～ＳＰ４，ＳＰ１１，ＳＰ１２，ＳＰ２１，ＳＰ２２，ＳＰ３１，ＳＰ３２　給電点。

Claims (14)

  1. 　第１面および第２面を有する誘電体基板と、
    　前記誘電体基板に配置され、互いに異なる周波数帯域の電波を放射可能な平板形状の第１放射素子、第２放射素子および第３放射素子と、
    　前記第１放射素子が配置される第１領域を覆うように、前記第１面上に配置された第１誘電体層と、
    　前記第３放射素子が配置される第２領域を覆うように、前記第１面上に配置された第２誘電体層とを備え、
    　前記第１領域と前記第２領域とは隣接しており、
    　前記第１誘電体層の誘電率および前記第２誘電体層の誘電率は、前記誘電体基板の誘電率よりも高く、
    　前記第１放射素子は、第１周波数帯域の電波を放射可能であり、
    　前記第２放射素子は、前記第１周波数帯域よりも高い第２周波数帯域の電波を放射可能であり、
    　前記第３放射素子は、前記第２周波数帯域よりも高い第３周波数帯域の電波を放射可能であり、
    　前記誘電体基板の法線方向から平面視した場合に、前記第２放射素子は、前記第１放射素子または前記第３放射素子と重なっている、アンテナモジュール。
  2. 　前記第１放射素子、前記第２放射素子および前記第３放射素子に対向して配置された接地電極をさらに備え、
    　前記第２放射素子は、前記第１放射素子と重なっており、
    　前記第１放射素子は、前記第２放射素子と前記接地電極との間に配置されている、請求項１に記載のアンテナモジュール。
  3. 　前記第１放射素子、前記第２放射素子および前記第３放射素子に対向して配置された接地電極をさらに備え、
    　前記第２放射素子は、前記第３放射素子と重なっており、
    　前記第２放射素子は、前記第３放射素子と前記接地電極との間に配置されている、請求項１に記載のアンテナモジュール。
  4. 　前記第１放射素子と前記接地電極との間の距離は、前記第３放射素子と前記接地電極との間の距離よりも短い、請求項３に記載のアンテナモジュール。
  5. 　前記第１領域における前記接地電極は、前記第２領域における前記接地電極よりも、前記第１面に近い位置に配置されている、請求項４に記載のアンテナモジュール。
  6. 　前記第１放射素子は、前記第３放射素子よりも、前記接地電極に近い位置に配置されている、請求項４に記載のアンテナモジュール。
  7. 　前記第２周波数帯域よりも低い第４周波数帯域の電波を放射可能な第４放射素子をさらに備え、
    　前記誘電体基板の法線方向から平面視した場合に、前記第４放射素子は、前記第１放射素子と重なっている、請求項３～６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誘電体層の誘電率は、前記第２誘電体層の誘電率よりも高い、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誘電体層は、前記第２誘電体層よりも厚い、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。
  10. 　前記第１放射素子、前記第２放射素子および前記第３放射素子の各々は、異なる２つの偏波方向の電波を放射可能に構成される、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. 　前記第１放射素子、前記第２放射素子および前記第３放射素子の各々において、第１給電点および第２給電点に高周波信号が供給されており、
    　前記第１給電点は、対応する放射素子の中心から第１方向にオフセットした位置に配置されており、
    　前記第２給電点は、対応する放射素子の中心から、前記第１方向とは異なる第２方向にオフセットした位置に配置されている、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. 　第１面および第２面を有する誘電体基板と、
    　前記誘電体基板に配置され、各々が平板形状の複数の電極を含む第１放射素子、第２放射素子および第３放射素子と、
    　前記第１放射素子の電極が配置される第１領域を覆うように、前記第１面上に配置された第１誘電体層と、
    　前記第３放射素子の電極が配置される第２領域を覆うように、前記第１面上に配置された第２誘電体層とを備え、
    　前記第１放射素子、前記第２放射素子および前記第３放射素子は、互いに異なる周波数帯域の電波を放射可能であり、
    　前記第１領域と前記第２領域とは隣接しており、
    　前記第１誘電体層の誘電率および前記第２誘電体層の誘電率は、前記誘電体基板の誘電率よりも高く、
    　前記第１放射素子は、第１周波数帯域の電波を放射可能であり、
    　前記第２放射素子は、前記第１周波数帯域よりも高い第２周波数帯域の電波を放射可能であり、
    　前記第３放射素子は、前記第２周波数帯域よりも高い第３周波数帯域の電波を放射可能であり、
    　前記誘電体基板の法線方向から平面視した場合に、前記第２放射素子の電極は、前記第３放射素子の電極と重なっている、アンテナモジュール。
  13. 　各放射素子に高周波信号を供給する給電装置をさらに備える、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。
  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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