WO2024116548A1 - 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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WO2024116548A1
WO2024116548A1 PCT/JP2023/033504 JP2023033504W WO2024116548A1 WO 2024116548 A1 WO2024116548 A1 WO 2024116548A1 JP 2023033504 W JP2023033504 W JP 2023033504W WO 2024116548 A1 WO2024116548 A1 WO 2024116548A1
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WO
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radiating element
antenna module
power supply
dielectric substrate
center
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PCT/JP2023/033504
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English (en)
French (fr)
Inventor
良 小村
Original Assignee
株式会社村田製作所
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • 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
    • H01Q23/00—Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements

Definitions

  • This disclosure relates to an antenna module and a communication device equipped with the same, and more specifically to a technique for improving isolation in the antenna module.
  • Patent Document 1 discloses a dual-band, dual-polarized patch antenna capable of radiating two different radio waves and radiating radio waves in two different polarization directions, in which a ground pin is connected to the center of two stacked radiating elements to improve isolation between the power supply pins for each radiating element.
  • Antenna modules such as those described above may be used in mobile communication devices such as mobile phones or smartphones.
  • communication is carried out using radio waves in multiple frequency bands in order to improve communication quality and speed.
  • radio waves in multiple frequency bands in order to improve communication quality and speed.
  • the present disclosure has been made to solve these problems, and its purpose is to improve the isolation between power supply ports in a dual-band type antenna module.
  • the antenna module includes a dielectric substrate, a ground electrode disposed on the dielectric substrate, first and second radiating elements having a flat plate shape, a first and second power supply wiring, and a via electrode connected to the ground electrode.
  • the first radiating element is disposed on the dielectric substrate facing the ground electrode.
  • the second radiating element is disposed between the first radiating element and the ground electrode.
  • the first power supply wiring passes through the second radiating element and transmits a high-frequency signal to the first radiating element.
  • the second power supply wiring transmits a high-frequency signal to the second radiating element.
  • the first power supply wiring is electrically coupled to the first radiating element at a position offset in a first direction from the center of the first radiating element.
  • the second power supply wiring is electrically coupled to the second radiating element at a position offset in a second direction different from the first direction from the center of the second radiating element.
  • the size of the second radiating element is larger than the size of the first radiating element.
  • An opening is formed in the center of the second radiating element.
  • the via electrode passes through the opening of the second radiating element and is electrically coupled to the center of the first radiating element.
  • the antenna module includes a dielectric substrate, a ground electrode disposed on the dielectric substrate, a first radiating element and a second radiating element having a flat plate shape, a first power supply wiring and a second power supply wiring, and a via electrode connected to the ground electrode.
  • the first radiating element is disposed on the dielectric substrate facing the ground electrode.
  • the second radiating element is disposed between the first radiating element and the ground electrode.
  • the first power supply wiring passes through the second radiating element and transmits a high-frequency signal to the first radiating element.
  • the second power supply wiring transmits a high-frequency signal to the second radiating element.
  • the first power supply wiring is electrically coupled to the first radiating element at a position offset from the center of the first radiating element in a first direction.
  • the second power supply wiring is electrically coupled to the second radiating element at a position offset from the center of the second radiating element in a second direction different from the first direction.
  • the size of the second radiating element is larger than the size of the first radiating element.
  • An opening is formed in the center of the second radiating element. The via electrode passes through the opening of the second radiating element.
  • the antenna module includes a dielectric substrate, a ground electrode disposed on the dielectric substrate, flat first and second radiating elements, a first and second power supply wiring, and a via electrode having a first end and a second end.
  • the first radiating element is disposed on the dielectric substrate facing the ground electrode.
  • the second radiating element is disposed between the first radiating element and the ground electrode.
  • the first power supply wiring passes through the second radiating element and transmits a high-frequency signal to the first radiating element.
  • the second power supply wiring transmits a high-frequency signal to the second radiating element.
  • the first power supply wiring is electrically coupled to the first radiating element at a position offset in a first direction from the center of the first radiating element.
  • the second power supply wiring is electrically coupled to the second radiating element at a position offset in a second direction different from the first direction from the center of the second radiating element.
  • the size of the second radiating element is larger than the size of the first radiating element.
  • An opening is formed in the center of the second radiating element.
  • the first end of the via electrode is connected to the ground electrode.
  • the second end of the via electrode is located at the position of the second radiating element or between the second radiating element and the first radiating element in the normal direction of the dielectric substrate. When viewed in a plan view in the normal direction of the dielectric substrate, the second end overlaps with the opening.
  • the antenna module according to the present disclosure includes two stacked radiating elements, and a high-frequency signal to the radiating element on the higher frequency side (first radiating element) is transmitted to the first radiating element through the radiating element on the lower frequency side (second radiating element).
  • a via electrode connected to a ground electrode is electrically coupled to the center of the first radiating element by penetrating an opening formed in the center of the second radiating element.
  • This configuration changes the current distribution in the second radiating element. Specifically, when a high-frequency signal is supplied to the first radiating element, the current is concentrated around the opening in the center of the second radiating element. This reduces the current from the power supply wiring to the first radiating element to the power supply point of the second radiating element compared to when the via electrode is not present. This improves the isolation between the power supply ports.
  • FIG. 1 is a block diagram of a communication device to which an antenna module according to a first embodiment is applied;
  • FIG. 2 is a perspective view of the antenna module of FIG. 1 .
  • FIG. 2 is a plan view of the antenna module of FIG. 1 .
  • 4 is a side perspective view of the antenna module of FIG. 3 as viewed from the direction of arrow AR1.
  • 13 is a diagram for explaining the current distribution in the radiating element on the low frequency side when power is supplied to the radiating element on the high frequency side in the antenna modules of the first embodiment and the first comparative example.
  • FIG. 10A and 10B are diagrams for explaining isolation characteristics between the power feed ports in the antenna modules of the first embodiment and the first comparative example.
  • FIG. 11 is a side perspective view of an antenna module according to a first modified example.
  • FIG. 13 is a side perspective view of an antenna module according to a second and third modified examples.
  • FIG. 13A and 13B are diagrams for explaining isolation characteristics in the antenna module of the second modified example.
  • FIG. 13 is a side perspective view of an antenna module according to a fourth modified example.
  • 13A and 13B are diagrams for explaining isolation characteristics in the antenna module of the fourth modified example.
  • FIG. 11 is a side perspective view of the antenna module of the second embodiment.
  • FIG. 13 is a side perspective view of an antenna module according to a fifth modified example.
  • the communication device 10 is, for example, a mobile terminal such as a mobile phone, a smartphone, or a tablet, or a personal computer equipped with a communication function.
  • An example of the frequency band of radio waves used in the antenna module 100 according to the present embodiment is a millimeter wave band radio wave having a center frequency of, for example, 28 GHz, 39 GHz, or 60 GHz, but radio waves of other frequency bands are also applicable.
  • the communication device 10 includes an antenna module 100 and a BBIC 200 that constitutes a baseband signal processing circuit.
  • the antenna module 100 includes an RFIC 110, which is an example of a power supply device, and an antenna device 120.
  • the communication device 10 upconverts an intermediate frequency signal transmitted from the BBIC 200 to the antenna module 100 to a high frequency signal and radiates the high frequency signal from the antenna device 120, and downconverts a high frequency signal received by the antenna device 120 to an intermediate frequency signal and processes the signal in the BBIC 200.
  • the antenna device 120 includes a dielectric substrate 130 and a plurality of antenna elements 125 arranged on the dielectric substrate 130.
  • FIG. 1 shows an example of an array configuration in which four antenna elements 125 are arranged in a row on the dielectric substrate 130, the number of antenna elements 125 is not limited to this.
  • a single antenna element 125 may be arranged on the dielectric substrate 130, or a configuration in which a plurality of antenna elements 125 other than four are arranged may be used. Also, an array configuration in which the antenna elements 125 are arranged two-dimensionally may be used.
  • the antenna element 125 includes flat radiating elements 121, 122 of different sizes.
  • the radiating elements 121, 122 are flat patch antennas having a circular, elliptical or polygonal shape. In the first embodiment, the radiating elements are described as microstrip antennas having a substantially square shape. As will be described later with reference to Figures 2 to 4, the radiating elements 121, 122 are arranged in a stack on the dielectric substrate 130, spaced apart from each other in the normal direction of the dielectric substrate 130.
  • the size of the radiating element 121 is smaller than the size of the radiating element 122. Therefore, the frequency band of the radio waves radiated from the radiating element 121 is higher than the frequency band of the radio waves radiated from the radiating element 122.
  • the antenna module 100 is a so-called dual-band type antenna module capable of radiating radio waves in two different frequency bands.
  • the frequency band of the radio waves radiated from the radiating element 121 is the 39 GHz band (37.0 GHz to 43.5 GHz)
  • the frequency band of the radio waves radiated from the radiating element 122 is the 28 GHz band (24.25 GHz to 29.5 GHz).
  • each of the radiating elements 121, 122 has two feed points offset in different directions from the center of the element, and a high-frequency signal is supplied to each feed point from the RFIC 110.
  • the antenna module 100 is a so-called dual-polarized type antenna module capable of radiating radio waves in two different polarization directions.
  • each of the radiating elements 121, 122 is configured to be capable of radiating radio waves in two mutually orthogonal polarization directions (first polarization direction, second polarization direction).
  • the RFIC 110 includes four power feed circuits 110A to 110D.
  • the power feed circuit 110A is a circuit for supplying a high-frequency signal for the first polarization direction of the radiating element 121.
  • the power feed circuit 110B is a circuit for supplying a high-frequency signal for the second polarization direction of the radiating element 121.
  • the power feed circuit 110C is a circuit for supplying a high-frequency signal for the first polarization direction of the radiating element 122.
  • the power feed circuit 110D is a circuit for supplying a high-frequency signal for the second polarization direction of the radiating element 122. Note that the internal configuration of the power feed circuits 110A to 110D is the same, so in order to facilitate explanation, in FIG. 1, only the detailed configuration of the power feed circuit 110A is shown, and the configurations of the power feed circuits 110B to 110D are omitted. Below, the function of the power feed circuit 110A will be explained as a representative.
  • the power supply circuit 110A includes switches 111A-111D, 113A-113D, and 117, power amplifiers 112AT-112DT, low-noise amplifiers 112AR-112DR, attenuators 114A-114D, phase shifters 115A-115D, a signal combiner/distributor 116, a mixer 118, and an amplifier circuit 119.
  • switches 111A-111D and 113A-113D are switched to the power amplifiers 112AT-112DT side, and switch 117 is connected to the transmitting amplifier of amplifier circuit 119.
  • switches 111A-111D and 113A-113D are switched to the low-noise amplifiers 112AR-112DR side, and switch 117 is connected to the receiving amplifier of amplifier circuit 119.
  • the intermediate frequency signal transmitted from the BBIC 200 is amplified by the amplifier circuit 119 and up-converted by the mixer 118.
  • the up-converted high frequency signal, the transmission signal is split into four by the signal combiner/distributor 116, passes through the corresponding signal paths, and is fed to the different radiating elements 121.
  • the signal combiner/distributor 116 By individually adjusting the phase shift of the phase shifters 115A-115D arranged on each signal path, the directivity of the radio waves output from the radiating element 121 can be adjusted.
  • the attenuators 114A-114D adjust the strength of the transmission signal.
  • the received signal which is a high-frequency signal received by each radiating element 121, is transmitted to the power supply circuit 110A of the RFIC 110 and is combined in the signal combiner/distributor 116 via four different signal paths.
  • the combined received signal is down-converted to an intermediate frequency signal by the mixer 118, and further amplified by the amplifier circuit 119 and transmitted to the BBIC 200.
  • the RFIC 110 is formed, for example, as a one-chip integrated circuit component including the above circuit configuration. Alternatively, it may be formed as an individual integrated circuit component for each power supply circuit. Furthermore, for the devices corresponding to each radiating element (switch, power amplifier, low-noise amplifier, attenuator, phase shifter), it may be formed as a one-chip integrated circuit component for each corresponding radiating element.
  • Fig. 2 is a perspective view of the antenna module 100 according to the first embodiment.
  • Fig. 3 is a plan view of the antenna module 100 as viewed from the normal direction of the dielectric substrate 130.
  • Fig. 4 is a side perspective view of the antenna module 100 as viewed from the direction of the arrow AR1 in Fig. 3.
  • Figures 2 and 3 show a state in which the dielectric of the dielectric substrate 130 has been removed.
  • the normal direction of the dielectric substrate 130 and the radiating elements 121, 122 is the Z-axis direction
  • the direction along one of the two adjacent sides of the radiating elements 121, 122 is the X-axis
  • the direction along the other side is the Y-axis.
  • the positive direction of the Z-axis may be referred to as the upper side
  • the negative direction as the lower side.
  • the antenna module 100 in addition to the RFIC 110, the antenna element 125, and the dielectric substrate 130, the antenna module 100 further includes power supply wiring 141A, 141B, 142A, and 142B, a ground electrode GND, and a via electrode VG.
  • the dielectric substrate 130 may be, for example, a low temperature co-fired ceramics (LTCC) multilayer substrate, a multilayer resin substrate formed by laminating multiple resin layers made of resins such as epoxy and polyimide, a multilayer resin substrate formed by laminating multiple resin layers made of liquid crystal polymer (LCP) having a lower dielectric constant, a multilayer resin substrate formed by laminating multiple resin layers made of fluorine-based resin, a multilayer resin substrate formed by laminating multiple resin layers made of PET (Polyethylene Terephthalate), or a ceramic multilayer substrate other than LTCC.
  • LCP liquid crystal polymer
  • PET Polyethylene Terephthalate
  • the dielectric substrate 130 does not necessarily have to have a multilayer structure and may be a single-layer substrate.
  • the radiating element 121 is disposed near the upper surface 131 of the dielectric substrate 130.
  • the radiating element 121 may be disposed in a manner that exposes it on the surface of the dielectric substrate 130, or may be disposed in an internal layer of the dielectric substrate 130 as in the example of FIG. 4.
  • a ground electrode GND is disposed over the entire surface of the dielectric substrate 130 near the lower surface 132 of the dielectric substrate 130.
  • the radiating element 121 is disposed opposite the ground electrode.
  • the RFIC 110 is mounted on the lower surface 132 of the dielectric substrate 130 by solder bumps 160.
  • the RFIC 110 may be mounted on the dielectric substrate 130 using a connector disposed on the RFIC 110 instead of the solder bumps.
  • the RFIC 110 may be disposed on a wiring board of a device on which the antenna module 100 is mounted, and a high-frequency signal may be supplied to the radiating element from there via a connector.
  • the radiating element 122 is disposed between the radiating element 121 and the ground electrode GND on the dielectric substrate 130.
  • the radiating element 122 is disposed opposite the dielectric substrate 130 and the radiating element 121. As shown in FIG. 3, when the dielectric substrate 130 is viewed in a planar view from the normal direction, the radiating elements 121 and 122 are disposed so that their centers coincide and overlap with each other.
  • a high-frequency signal is supplied to the radiating element 121 from the RFIC 110 via the power supply wiring 141A and 141B.
  • the power supply wiring 141A extends from the RFIC 110 to below the radiating element 121 in the dielectric layer on the lower surface 132 side of the ground electrode GND, and then penetrates the ground electrode GND and the opening OP2A of the radiating element 122 to connect to the power supply point SP1A of the radiating element 121.
  • the power supply wiring 141B extends from the RFIC 110 to below the radiating element 121 in the dielectric layer on the lower surface 132 side of the ground electrode GND, and then penetrates the ground electrode GND and the opening OP2B of the radiating element 122 to connect to the power supply point SP1B of the radiating element 121.
  • feed point SP1A is offset in the positive direction of the Y axis from the element center of radiating element 121.
  • feed point SP1B is offset in the negative direction of the X axis from the element center of radiating element 121.
  • feed point SP1B radio waves with the X axis direction as the polarization direction are radiated in the Z axis direction from radiating element 121.
  • a high frequency signal is supplied to the radiating element 122 from the RFIC 110 via the power supply wiring 142A and 142B.
  • the power supply wiring 142A extends from the RFIC 110 to below the radiating element 122 in the dielectric layer on the lower surface 132 side of the ground electrode GND, and then penetrates the ground electrode GND to connect to the power supply point SP2A of the radiating element 122.
  • the power supply wiring 142B extends from the RFIC 110 to below the radiating element 122 in the dielectric layer on the lower surface 132 side of the ground electrode GND, and then penetrates the ground electrode GND to connect to the power supply point SP2B of the radiating element 122.
  • feed point SP2A is offset in the negative direction of the Y axis from the element center of radiating element 122.
  • feed point SP2A radio waves with the Y axis direction as the polarization direction are radiated in the Z axis direction from radiating element 122.
  • feed point SP2B is offset in the positive direction of the X axis from the element center of radiating element 122.
  • feed point SP2B radio waves with the X axis direction as the polarization direction are radiated in the Z axis direction from radiating element 122.
  • the via electrode VG connects the ground electrode GND and the radiating element 121.
  • the lower end (first end) of the via electrode VG is connected to the ground electrode GND
  • the upper end (second end) of the via electrode VG is connected to the radiating element 121.
  • the via electrode VG passes through an opening OPG2 formed in the center of the radiating element 122 from the ground electrode GND, and is connected to the center of the radiating element 121. Note that the via electrode VG is not in contact with the radiating element 122 at the opening OPG2.
  • the via electrode VG connected to the center of the radiating element 121 passes through the opening OPG2 formed in the center of the radiating element 122 and is connected to the ground electrode GND.
  • the via electrode VG at ground potential is close to the opening OPG2 in a non-contact state like this, a capacitor is formed between the end of the opening OPG2 and the via electrode VG, so that current concentrates at the end of the opening OPG2.
  • current tends to concentrate at the end of a conductor due to the edge effect, so that the arrangement of the via electrode VG as described above makes it easier for current to concentrate at the end of the opening OPG2.
  • FIG. 5 shows an example of a simulation of the current distribution in the low-frequency radiating element 122 when power is supplied to the high-frequency radiating element 121 in the antenna module 100 of the first embodiment and the antenna module 100X of the first comparative example that does not have a via electrode VG.
  • the arrow on the surface of the radiating element 122 indicates the direction of the current, and the size of the arrow indicates the strength of the current.
  • the current intensity is large at the end of the opening OPG2 through which the via electrode VG passes. That is, the current is concentrated in the vicinity of and around the openings OP2A, OP2B and opening OPG2 of the radiating element 122.
  • the direction of the current flowing near the power supply points SP2A and SP2B of the radiating element 122 changes, and the current intensity is slightly reduced. That is, the isolation between the power supply wirings 141A, 141B and the power supply wirings 142A, 142B is improved.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the simulation results of the isolation characteristics between each power supply port for the antenna module 100 of the first embodiment and the antenna module 100X of the first comparative example.
  • the solid lines (LN10, LN12, LN14, LN16) show the case of the antenna module 100 of the first embodiment
  • the dashed lines (LN11, LN13, LN15, LN17) show the case of the antenna module 100X of the first comparative example.
  • the power supply ports corresponding to the power supply wirings 141A and 141B are represented by 39V and 39H, respectively
  • the power supply ports corresponding to the power supply wirings 142A and 142B are represented by 28V and 28H, respectively.
  • the frequency band on the high frequency side is represented by BW1
  • the frequency band on the low frequency side is represented by BW2.
  • graph (A) shows the isolation characteristics between the power supply wiring 142A and the power supply wiring 142B on the low frequency side.
  • Graph (A) shows that in the frequency band BW2 on the low frequency side, the antenna module 100 of the first embodiment has improved isolation characteristics compared to the antenna module 100X of the first comparative example.
  • Graph (B) shows the isolation characteristics between the low-frequency power supply wiring 142A and the high-frequency power supply wiring 141B.
  • Graph (C) shows the isolation characteristics between the low-frequency power supply wiring 142B and the high-frequency power supply wiring 141A.
  • the improvement effect is somewhat small in frequency band BW1, but the isolation characteristics of antenna module 100 are improved compared to antenna module 100X in both frequency bands BW1 and BW2.
  • Graph (D) shows the isolation characteristics between power supply wiring 141A and power supply wiring 141B on the high frequency side.
  • the isolation characteristics of antenna module 100 are improved compared to antenna module 100X in frequency band BW1 on the high frequency side.
  • a via electrode that penetrates the opening formed in the center of the low-frequency radiating element and electrically connects the high-frequency radiating element to the ground electrode, it is possible to improve the isolation characteristics between different polarizations in the same frequency band and different frequency bands.
  • both radiating elements 121 and 122 are dual polarized types, but they do not necessarily have to be dual polarized types. As long as the polarization direction of the radio waves radiated from radiating element 121 and the polarization direction of the radio waves radiated from radiating element 122 are different, the isolation characteristics can be improved even if each antenna module is a single polarized type.
  • the “radiating elements 121, 122" in the first embodiment correspond to the “first radiating element” and the “second radiating element” in the present disclosure.
  • the “power supply wirings 141A, 141B” in the first embodiment correspond to the “first power supply wiring” and the “third power supply wiring” in the present disclosure.
  • the “power supply wirings 142A, 142B” in the first embodiment correspond to the “second power supply wiring” and the “fourth power supply wiring” in the present disclosure.
  • the "positive direction of the Y axis" and the “negative direction of the Y axis” correspond to the “first direction” and the “fourth direction” in the present disclosure, respectively, and the "negative direction of the X axis” and the “positive direction of the X axis” correspond to the "second direction” and the “third direction” in the present disclosure, respectively.
  • Fig. 7 is a side perspective view of an antenna module 100A of a first modified example.
  • the antenna module 100A is different in that the via electrode VG in the antenna module 100 of the first embodiment shown in Fig. 4 is replaced with a via electrode VG1, and the configuration other than the via electrode VG1 is the same as that of Fig. 4. In Fig. 7, the description of the elements that overlap with Fig. 4 will not be repeated.
  • the via electrode VG1 is not directly connected to the radiating element 121, but is capacitively coupled to the radiating element 121 by a plate electrode 170 arranged opposite the radiating element 121.
  • the position of the plate electrode 170 i.e., the position of the upper end (second end) of the via electrode VG1
  • the second end of the via electrode VG1 overlaps with the opening OPG2 of the radiating element 122.
  • the position of capacitive coupling in the via electrode is not limited to the boundary with the radiating element 121.
  • the via electrode may be divided midway and capacitively coupled at the divided portion.
  • the via electrode VG2 in the antenna module 100B of the second modification includes a first portion VG2A connected to the ground electrode GND and a second portion VG2B connected to the radiating element 121.
  • the first portion VG2A and the second portion VG2B are capacitively coupled in the layer between the radiating element 121 and the radiating element 122.
  • the via electrode VG3 in the antenna module 100C of the third modification includes a first portion VG3A connected to the ground electrode GND and a second portion VG3B connected to the radiating element 121.
  • the first portion VG3A and the second portion VG3B are capacitively coupled in the layer between the radiating element 122 and the ground electrode GND.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the isolation characteristics of the antenna module 100B in the above-mentioned modified example 2.
  • FIG. 9 shows a comparison with the antenna module 100 of embodiment 1 in terms of the isolation characteristics between the low-frequency power supply wiring 142A and the power supply wiring 142B, and between the low-frequency power supply wiring 142B and the high-frequency power supply wiring 141A in the antenna module 100B.
  • the solid lines (LN20, LN22) are for the antenna module 100B of modified example 2
  • the dashed lines (LN21, LN23) are for the antenna module 100 of embodiment 1.
  • the antenna module 100B of the second modification has improved isolation characteristics compared to the antenna module 100 of the first embodiment, both between the power supply wirings 142A and 142B in the frequency band BW2 and between the power supply wirings 141A and 142B in the frequency bands BW1 and BW2.
  • the via electrodes are partially capacitively coupled, by configuring the opening OPG2 formed in the center of the radiating element 122 to penetrate the via electrode as described in FIG. 5, the current is concentrated at the end of the opening OPG2 of the radiating element 122, improving the isolation characteristics between the power supply ports.
  • the phase of the current flowing through the via electrode may change depending on the position of the capacitive coupling in the via electrode. Therefore, the position of the capacitive coupling suitable for improving the isolation characteristics may differ depending on the frequency band of the radio waves to be radiated. In other words, it is possible to adjust the isolation characteristics by setting the position of the capacitive coupling according to the frequency band of the radio waves to be radiated.
  • the via electrode extends linearly from the ground electrode GND toward the radiating element 121.
  • the via electrode extends linearly from the ground electrode GND toward the radiating element 121.
  • a configuration will be described in which vias in different layers constituting the via electrode are offset between the ground electrode GND and the radiating element 121.
  • FIG. 10 is a side perspective view of an antenna module 100D of the fourth modified example.
  • the via electrode VG in the antenna module 100 of the first embodiment is replaced with a via electrode VG4, and the other configurations are the same as those of the antenna module 100D.
  • the description of the elements in FIG. 10 that overlap with those in FIG. 4 will not be repeated.
  • the via electrode VG4 has a configuration in which multiple vias and multiple strip-shaped flat electrodes are arranged alternately. Therefore, when the antenna module 100D is viewed from the side, the vias of different layers constituting the via electrode VG4 are offset between the ground electrode GND and the radiating element 121. In other words, the via electrode VG4 is arranged in a zigzag shape from the ground electrode GND toward the radiating element 121. At this time, the path length of the via electrode VG4 can be changed by adjusting the length of the flat electrode. When the path length of the via electrode VG4 changes, the inductance value of the via electrode VG4 changes, and the impedance changes. Therefore, the isolation characteristics can be adjusted by changing the shape of the via electrode VG4 according to the frequency band of the radiated radio waves, etc.
  • the plate electrode of the via electrode VG4 is depicted as extending in the horizontal direction in FIG. 10 (i.e., the direction from the feed point SP1A toward SP1B).
  • the extension direction of the plate electrode of the via electrode VG4 is a direction that is equidistant from the feed points SP1A and SP1B.
  • the plate electrode of the via electrode VG4 extends in the direction of the arrow AR1 in FIG. 3.
  • a portion that is partially capacitively coupled to the via electrode may be provided, and the capacitance value may be changed along with the inductance value to adjust the isolation characteristics.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the isolation characteristics in the antenna module 100D of the fourth modified example.
  • FIG. 11 as an example, the isolation characteristics between the power supply wiring 141A on the high frequency side and the power supply wiring 142B on the low frequency side are shown.
  • the solid line LN30 shows the case of the antenna module 100D of the fourth modified example
  • the dashed line LN31 shows the case of the antenna module 100 of the first embodiment.
  • the isolation characteristics are similar, but in the low-frequency band BW2, the isolation characteristics of the antenna module 100D of variant 4 are improved over the isolation characteristics of the antenna module 100.
  • the vias of different layers that make up the via electrode are offset between the ground electrode GND and the radiating element 121, it is possible to improve the isolation characteristics compared to when the via electrode is linear.
  • FIG. 12 is a side perspective view of antenna module 100E of embodiment 2.
  • antenna module 100E further includes radiating element 123 arranged closer to top surface 131 of dielectric substrate 130 than radiating element 121.
  • antenna module 100E includes power supply wiring 143A, 143B and via electrode VG5 instead of power supply wiring 141A, 141B and via electrode VG of antenna module 100.
  • radiating element 121 is a parasitic element, and radiating element 123 is a powered element. Openings OPG1, OP1A, and OP1B are formed in radiating element 121.
  • the power supply wiring 143A passes from the RFIC 110 through the opening OP2A of the radiating element 122 and the opening OP1A of the radiating element 121, and is connected to the power supply point SP3A of the radiating element 123.
  • the power supply wiring 143B passes from the RFIC 110 through the opening OP2B of the radiating element 122 and the opening OP1B of the radiating element 121, and is connected to the power supply point SP3B of the radiating element 123.
  • the via electrode VG5 passes through the opening OPG2 formed in the center of the radiating element 122 and the opening OPG1 formed in the center of the radiating element 121, and is electrically coupled to the center of the radiating element 123.
  • the via electrode VG5 may be capacitively coupled to the radiating element 123.
  • the size of the radiating element 123 is smaller than the size of the radiating element 121. Therefore, by supplying a high-frequency signal corresponding to the resonant frequency of the radiating element 123 to the radiating element 123 via the power supply wiring 143A, 143B, radio waves in a higher frequency band than the radiating element 121 are radiated from the radiating element 123. Also, by supplying a high-frequency signal corresponding to the resonant frequency of the radiating element 121 to the power supply wiring 143A, 143B, radio waves are radiated from the radiating element 121.
  • the antenna module 100E can function as a triple-band type antenna module capable of radiating radio waves in three different frequency bands (for example, 28 GHz, 39 GHz, and 60 GHz).
  • the frequency band of radiating element 121 can be effectively expanded.
  • radiating elements 121, 122, 123 in embodiment 2 correspond to the “third radiating element,” “second radiating element,” and “first radiating element” in this disclosure, respectively.
  • Power supply wiring 143A” and “power supply wiring 143B” in embodiment 2 correspond to the “first power supply wiring” and “third power supply wiring” in this disclosure, respectively.
  • FIG. 13 is a side perspective view of antenna module 100F of modified example 5.
  • antenna module 100F similar to antenna module 100E of embodiment 2, radiating element 123, which is smaller than radiating element 122, is further arranged on the upper surface 131 side of dielectric substrate 130 than radiating element 121.
  • radiating elements 121 and 122 are powered elements, and radiating element 123 is an unpowered element.
  • high frequency signals are supplied to the power feed points SP1A and SP1B by power feed wirings 141A and 141B, respectively.
  • high frequency signals are supplied to the power feed points SP2A and SP2B by power feed wirings 142A and 142B, respectively.
  • a via electrode VG5 is electrically coupled to the center of the radiating element 123, penetrating an opening OPG2 formed in the center of the radiating element 122 and an opening OPG1 formed in the center of the radiating element 121.
  • antenna module 100F unlike antenna module 100E of embodiment 2, it is not possible to supply a high-frequency signal individually to radiating element 123.
  • the size of radiating element 123 is set to be slightly smaller than the size of radiating element 121, and is configured so that when a high-frequency signal is supplied to radiating element 121, radiating element 123 also resonates with it. This makes it possible to expand the frequency band of radiating element 121 to the high-frequency side.
  • radiating elements 121, 122, 123 in variant 5 correspond to the "first radiating element,” “second radiating element,” and “fourth radiating element” in this disclosure, respectively.
  • An antenna module includes a dielectric substrate, a ground electrode disposed on the dielectric substrate, a first radiating element and a second radiating element having a flat plate shape, a first feed wiring and a second feed wiring, and a via electrode connected to the ground electrode.
  • the first radiating element is disposed on the dielectric substrate facing the ground electrode.
  • the second radiating element is disposed between the first radiating element and the ground electrode.
  • the first feed wiring passes through the second radiating element and transmits a high-frequency signal to the first radiating element.
  • the second feed wiring transmits a high-frequency signal to the second radiating element.
  • the first feed wiring is electrically coupled to the first radiating element at a position offset from the center of the first radiating element in a first direction.
  • the second feed wiring is electrically coupled to the second radiating element at a position offset from the center of the second radiating element in a second direction different from the first direction.
  • the size of the second radiating element is larger than the size of the first radiating element.
  • An opening is formed in the center of the second radiating element.
  • the via electrode passes through the opening of the second radiating element and is electrically coupled to the central portion of the first radiating element.
  • the via electrode is connected to the first radiating element.
  • the via electrode is capacitively coupled to the first radiating element.
  • the via electrode includes a first portion connected to the ground electrode and a second portion that is capacitively coupled to the first portion and is disposed between the first portion and the first radiating element.
  • the via electrode has a configuration in which the vias of different layers constituting the via electrode are offset between the ground electrode and the first radiating element.
  • the antenna module described in any one of paragraphs 1 to 5 further includes a third power supply wiring that passes through the second radiating element and transmits a high-frequency signal to the first radiating element.
  • the third power supply wiring is electrically coupled to the first radiating element at a position offset in the third direction from the center of the first radiating element.
  • the antenna module described in 6 further includes a fourth power supply wiring that transmits a high-frequency signal to the second radiating element.
  • the fourth power supply wiring is electrically coupled to the second radiating element at a position offset from the center of the second radiating element in a fourth direction different from the second direction.
  • the antenna module described in clause 1 further includes a third radiating element having a flat plate shape and disposed between the first radiating element and the second radiating element.
  • the first power supply wiring and the via electrode pass through the third radiating element to reach the first radiating element.
  • the size of the third radiating element is larger than the size of the first radiating element and smaller than the size of the second radiating element.
  • the dielectric substrate has a first surface and a second surface that face each other.
  • the ground electrode is disposed closer to the second surface than the first radiating element.
  • the antenna module further includes a fourth radiating element having a flat plate shape and disposed closer to the first surface than the first radiating element. The size of the fourth radiating element is smaller than the size of the first radiating element.
  • the via electrode passes through the first radiating element and is electrically coupled to the center of the fourth radiating element.
  • An antenna module includes a dielectric substrate, a ground electrode disposed on the dielectric substrate, a first radiating element and a second radiating element having a flat plate shape, a first power supply wiring and a second power supply wiring, and a via electrode connected to the ground electrode.
  • the first radiating element is disposed on the dielectric substrate facing the ground electrode.
  • the second radiating element is disposed between the first radiating element and the ground electrode.
  • the first power supply wiring passes through the second radiating element and transmits a high-frequency signal to the first radiating element.
  • the second power supply wiring passes through the second radiating element.
  • the first power supply wiring is electrically coupled to the first radiating element at a position offset from the center of the first radiating element in a first direction.
  • the second power supply wiring is electrically coupled to the second radiating element at a position offset from the center of the second radiating element in a second direction different from the first direction.
  • the size of the second radiating element is larger than the size of the first radiating element.
  • An opening is formed in the center of the second radiating element. The via electrode passes through the opening of the second radiating element.
  • An antenna module includes a dielectric substrate, a ground electrode disposed on the dielectric substrate, flat first and second radiating elements, a first and second power supply wiring, and a via electrode having a first end and a second end.
  • the first radiating element is disposed on the dielectric substrate facing the ground electrode.
  • the second radiating element is disposed between the first radiating element and the ground electrode.
  • the first power supply wiring passes through the second radiating element and transmits a high-frequency signal to the first radiating element.
  • the second power supply wiring transmits a high-frequency signal to the second radiating element.
  • the first power supply wiring is electrically coupled to the first radiating element at a position offset in a first direction from the center of the first radiating element.
  • the second power supply wiring is electrically coupled to the second radiating element at a position offset in a second direction different from the first direction from the center of the second radiating element.
  • the size of the second radiating element is larger than the size of the first radiating element.
  • An opening is formed in the center of the second radiating element.
  • the first end of the via electrode is connected to the ground electrode.
  • the second end of the via electrode is located at the position of the second radiating element or between the second radiating element and the first radiating element in the normal direction of the dielectric substrate. When viewed in a plan view in the normal direction of the dielectric substrate, the second end overlaps with the opening.
  • the antenna module described in any one of paragraphs 1 to 14 further includes a power supply device for supplying a high-frequency signal to the first radiating element and the second radiating element.
  • a communication device includes an antenna module according to any one of the preceding claims.

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Abstract

アンテナモジュール（１００）は、誘電体基板（１３０）と、誘電体基板に配置された接地電極（ＧＮＤ）と、誘電体基板において、接地電極に対向して配置されている平板形状の第１放射素子（１２１）と、第１放射素子と接地電極との間に配置されている平板形状の第２放射素子（１２２）であって、サイズが第１放射素子のサイズよりも大きく、中央部に開口部（ＯＰＧ２）が形成されている第２放射素子と、第２放射素子を貫通し、第１放射素子の中心から第１方向にオフセットした位置において、第１放射素子と電気的に結合している第１給電配線（１４１Ａ）と、第２放射素子の中心から第１方向とは異なる第２方向にオフセットした位置において、第２放射素子と電気的に結合している第２給電配線（１４２Ｂ）と、接地電極に接続され、第２放射素子の開口部を貫通し、第１放射素子の中央部に電気的に結合しているビア電極（ＶＧ）とを備える。

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におけるアイソレーションを向上させるための技術に関する。
　米国特許出願公開第２０２１／０３６７３５８号（特許文献１）には、異なる２つの電波を放射可能であり、かつ、異なる２つの偏波方向に電波を放射可能な、デュアルバンドかつデュアル偏波タイプのパッチアンテナにおいて、各放射素子についての給電ピン間のアイソレーションを改善するために、スタックされた２つの放射素子の中央部に、接地ピンが接続された構成が開示されている。
米国特許出願公開第２０２１／０３６７３５８号
　上記のようなアンテナモジュールは、携帯電話あるいはスマートフォンに代表されるモバイル通信装置に用いられる場合がある。このようなモバイル通信装置においては、通信品質および通信速度の向上のために、複数の周波数帯域の電波を用いた通信が行なわれている。一方で、アンテナ特性の向上のニーズは依然として高く、異なる周波数帯域間におけるアイソレーションのさらなる向上が求められている。
　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、デュアルバンドタイプのアンテナモジュールにおいて、給電ポート間のアイソレーションを向上させることである。
　本開示の第１局面に係るアンテナモジュールは、誘電体基板と、誘電体基板に配置された接地電極と、平板形状の第１放射素子および第２放射素子と、第１給電配線および第２給電配線と、接地電極に接続されるビア電極とを備える。第１放射素子は、誘電体基板において、接地電極に対向して配置されている。第２放射素子は、第１放射素子と接地電極との間に配置されている。第１給電配線は、第２放射素子を貫通し、第１放射素子に高周波信号を伝達する。第２給電配線は、第２放射素子に高周波信号を伝達する。第１給電配線は、第１放射素子の中心から第１方向にオフセットした位置において、第１放射素子と電気的に結合している。第２給電配線は、第２放射素子の中心から第１方向とは異なる第２方向にオフセットした位置において、第２放射素子と電気的に結合している。第２放射素子のサイズは、第１放射素子のサイズよりも大きい。第２放射素子の中央部には開口部が形成されている。ビア電極は、第２放射素子の開口部を貫通し、第１放射素子の中央部に電気的に結合している。
　本開示の第２局面に係るアンテナモジュールは、誘電体基板と、誘電体基板に配置された接地電極と、平板形状の第１放射素子および第２放射素子と、第１給電配線および第２給電配線と、接地電極に接続されるビア電極とを備える。第１放射素子は、誘電体基板において、接地電極に対向して配置されている。第２放射素子は、第１放射素子と接地電極との間に配置されている。第１給電配線は、第２放射素子を貫通し、第１放射素子に高周波信号を伝達する。第２給電配線は、第２放射素子に高周波信号を伝達する。第１給電配線は、第１放射素子の中心から第１方向にオフセットした位置において、第１放射素子と電気的に結合している。第２給電配線は、第２放射素子の中心から第１方向とは異なる第２方向にオフセットした位置において、第２放射素子と電気的に結合している。第２放射素子のサイズは、第１放射素子のサイズよりも大きい。第２放射素子の中央部には開口部が形成されている。ビア電極は、第２放射素子の開口部を貫通している。
　本開示の第３局面に係るアンテナモジュールは、誘電体基板と、誘電体基板に配置された接地電極と、平板形状の第１放射素子および第２放射素子と、第１給電配線および第２給電配線と、第１端部および第２端部を有するビア電極とを備える。第１放射素子は、誘電体基板において、接地電極に対向して配置されている。第２放射素子は、第１放射素子と接地電極との間に配置されている。第１給電配線は、第２放射素子を貫通し、第１放射素子に高周波信号を伝達する。第２給電配線は、第２放射素子に高周波信号を伝達する。第１給電配線は、第１放射素子の中心から第１方向にオフセットした位置において、第１放射素子と電気的に結合している。第２給電配線は、第２放射素子の中心から第１方向とは異なる第２方向にオフセットした位置において、第２放射素子と電気的に結合している。第２放射素子のサイズは、第１放射素子のサイズよりも大きい。第２放射素子の中央部には開口部が形成されている。ビア電極の第１端部は、接地電極に接続されている。ビア電極の第２端部は、誘電体基板の法線方向における、第２放射素子の位置、または、第２放射素子と第１放射素子との間の位置にある。誘電体基板の法線方向を平面視した場合に、第２端部は開口部と重なっている。
　本開示に係るアンテナモジュールは、スタックされた２つの放射素子を備えており、高周波数側の放射素子（第１放射素子）への高周波信号は、低周波数側の放射素子（第２放射素子）を貫通して第１放射素子へと伝達される。そして、接地電極に接続されたビア電極が、第２放射素子の中央部に形成された開口部を貫通して第１放射素子の中央部に電気的に結合されている。このような構成により、第２放射素子における電流分布が変化する。具体的には、第１放射素子へ高周波信号を供給する際に、第２放射素子において中央部の開口部周辺に電流が集中する。これにより、当該ビア電極がない場合に比べて、第１放射素子への給電配線から第２放射素子の給電点に至る電流が低減される。これにより、給電ポート間のアイソレーションを向上させることができる。
実施の形態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斜視図である。 図１のアンテナモジュールの平面図である。 図３のアンテナモジュールを矢印ＡＲ１から見たときの側面透視図である。 実施の形態１および比較例１のアンテナモジュールにおいて、高周波数側の放射素子に給電したときの低周波数側の放射素子における電流分布を説明するための図である。 実施の形態１および比較例１のアンテナモジュールにおける各給電ポート間のアイソレーション特性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および変形例３のアンテナモジュールの側面透視図である。 変形例２のアンテナモジュールにおけるアイソレーション特性を説明するための図である。 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４のアンテナモジュールにおけるアイソレーション特性を説明するための図である。 実施の形態２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。
　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へ伝達された中間周波数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中間周波数信号にダウンコンバートしてＢＢＩＣ２００にて信号を処理する。
　アンテナ装置１２０は、誘電体基板１３０と、当該誘電体基板１３０に配置された複数のアンテナ素子１２５を含む。図１においては、誘電体基板１３０に、４つのアンテナ素子１２５が一列に配置されたアレイ構成の例が記載されているが、アンテナ素子１２５の数はこれに限らない。誘電体基板１３０に単独のアンテナ素子１２５が配置されていてもよいし、４つ以外の複数のアンテナ素子１２５が配置された構成であってもよい。また、アンテナ素子１２５が二次元的に配列されたアレイ構成であってもよい。
　アンテナ素子１２５は、互いにサイズの異なる平板形状の放射素子１２１，１２２を含む。放射素子１２１，１２２は、円形、楕円形あるいは多角形を有する平板形状のパッチアンテナである。実施の形態１においては、各放射素子は、略正方形を有するマイクロストリップアンテナの場合を例として説明する。図２～図４で後述するように、放射素子１２１，１２２は、誘電体基板１３０において、誘電体基板１３０の法線方向に互いに離間してスタック状に配置されている。
　放射素子１２１のサイズは放射素子１２２のサイズよりも小さい。そのため、放射素子１２１から放射される電波の周波数帯域は、放射素子１２２から放射される電波の周波数帯域よりも高い。すなわち、アンテナモジュール１００は、異なる２つの周波数帯域の電波を放射することが可能な、いわゆるデュアルバンドタイプのアンテナモジュールである。実施の形態１の例においては、放射素子１２１から放射される電波の周波数帯域は３９ＧＨｚ帯（３７．０ＧＨｚ～４３．５ＧＨｚ）であり、放射素子１２２から放射される電波の周波数帯域は２８ＧＨｚ帯（２４．２５ＧＨｚ～２９．５ＧＨｚ）である。
　また、放射素子１２１，１２２の各々には、素子の中心から異なる方向にオフセットした２つの給電点が配置されており、各給電点にＲＦＩＣ１１０から高周波信号が供給されている。すなわち、アンテナモジュール１００は、異なる２つの偏波方向の電波を放射することが可能な、いわゆるデュアル偏波タイプのアンテナモジュールである。実施の形態１の例においては、放射素子１２１，１２２の各々は、互いに直交する２つの偏波方向（第１偏波方向，第２偏波方向）に電波を放射することが可能に構成されている。
　ＲＦＩＣ１１０は、４つの給電回路１１０Ａ～１１０Ｄを含む。給電回路１１０Ａは、放射素子１２１の第１偏波方向用の高周波信号を供給するための回路である。給電回路１１０Ｂは放射素子１２１の第２偏波方向用の高周波信号を供給するための回路である。給電回路１１０Ｃは、放射素子１２２の第１偏波方向用の高周波信号を供給するための回路である。給電回路１１０Ｄは、放射素子１２２の第２偏波方向用の高周波信号を供給するための回路である。なお、給電回路１１０Ａ～１１０Ｄの内部構成は共通であるため、図１においては、説明を容易にするために、給電回路１１０Ａについてのみ詳細構成が記載されており、給電回路１１０Ｂ～１１０Ｄの構成は省略されている。以下では、代表として給電回路１１０Ａの機能について説明する。
　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／分配器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から伝達された中間周波数信号は、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／分配器１１６で４分波され、対応する信号経路を通過して、それぞれ異なる放射素子１２１に給電される。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、放射素子１２１から出力される電波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ＲＦＩＣ１１０の給電回路１１０Ａに伝達され、異なる４つの信号経路を経由して信号合成／分配器１１６において合波される。合波された受信信号はミキサ１１８で中間周波数信号へダウンコンバートされ、さらに増幅回路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～図４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に係るアンテナモジュール１００の斜視図である。図３は、誘電体基板１３０の法線方向からアンテナモジュール１００を見たときの平面図である。図４は、図３において矢印ＡＲ１の方向からアンテナモジュール１００を見たときの側面透視図である。
　なお、図２および図３においては、内部の構成を分かりやすくするために、誘電体基板１３０の誘電体が取り除かれた状態が示されている。また、図３に示されるように、誘電体基板１３０および放射素子１２１，１２２の法線方向をＺ軸方向とし、放射素子１２１，１２２の隣接した２つの辺の一方に沿った方向をＸ軸とし、他方の辺に沿った方向をＹ軸とする。各図において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。
　図２～図４を参照して、アンテナモジュール１００は、ＲＦＩＣ１１０、アンテナ素子１２５および誘電体基板１３０に加えて、給電配線１４１Ａ，１４１Ｂ，１４２Ａ，１４２Ｂ、接地電極ＧＮＤおよびビア電極ＶＧをさらに備える。
　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の上面１３１に近い位置に、放射素子１２１が配置されている。放射素子１２１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、図４の例のように誘電体基板１３０の内部の層に配置されてもよい。誘電体基板１３０の下面１３２に近い位置には、誘電体基板１３０の全面にわたって接地電極ＧＮＤが配置されている。放射素子１２１は、接地電極に対向して配置されている。また、誘電体基板１３０の下面１３２には、はんだバンプ１６０によってＲＦＩＣ１１０が実装されている。なお、ＲＦＩＣ１１０は、はんだバンプに代えて、ＲＦＩＣ１１０に配置されたコネクタを用いて誘電体基板１３０に実装されてもよい。あるいは、ＲＦＩＣ１１０は、アンテナモジュール１００が搭載される機器の配線基板に配置され、そこからコネクタを介して放射素子に高周波信号を供給するようにしてもよい。
　放射素子１２２は、誘電体基板１３０において放射素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間に配置されている。放射素子１２２は、誘電体基板１３０および放射素子１２１に対向して配置されている。図３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、放射素子１２１，１２２は、素子の中心が一致し、互いに重なるように配置されている。
　放射素子１２１には、給電配線１４１Ａ，１４１Ｂを介して、ＲＦＩＣ１１０から高周波信号が供給される。給電配線１４１Ａは、接地電極ＧＮＤよりも下面１３２側の誘電体層においてＲＦＩＣ１１０から放射素子１２１の下方まで延伸し、そこから接地電極ＧＮＤおよび放射素子１２２の開口部ＯＰ２Ａを貫通して放射素子１２１の給電点ＳＰ１Ａに接続される。同様に、給電配線１４１Ｂは、接地電極ＧＮＤよりも下面１３２側の誘電体層においてＲＦＩＣ１１０から放射素子１２１の下方まで延伸し、そこから接地電極ＧＮＤおよび放射素子１２２の開口部ＯＰ２Ｂを貫通して放射素子１２１の給電点ＳＰ１Ｂに接続される。
　図３に示されるように、給電点ＳＰ１Ａは放射素子１２１の素子中心からＹ軸の正方向にオフセットしている。給電点ＳＰ１Ａに高周波信号が供給されることによって、放射素子１２１からは、Ｙ軸方向を偏波方向とする電波がＺ軸方向に放射される。また、給電点ＳＰ１Ｂは放射素子１２１の素子中心からＸ軸の負方向にオフセットしている。給電点ＳＰ１Ｂに高周波信号が供給されることによって、放射素子１２１からは、Ｘ軸方向を偏波方向とする電波がＺ軸方向に放射される。
　放射素子１２２には、給電配線１４２Ａ，１４２Ｂを介して、ＲＦＩＣ１１０から高周波信号が供給される。給電配線１４２Ａは、接地電極ＧＮＤよりも下面１３２側の誘電体層においてＲＦＩＣ１１０から放射素子１２２の下方まで延伸し、そこから接地電極ＧＮＤを貫通して放射素子１２２の給電点ＳＰ２Ａに接続される。同様に、給電配線１４２Ｂは、接地電極ＧＮＤよりも下面１３２側の誘電体層においてＲＦＩＣ１１０から放射素子１２２の下方まで延伸し、そこから接地電極ＧＮＤを貫通して放射素子１２２の給電点ＳＰ２Ｂに接続される。
　図３に示されるように、給電点ＳＰ２Ａは放射素子１２２の素子中心からＹ軸の負方向にオフセットしている。給電点ＳＰ２Ａに高周波信号が供給されることによって、放射素子１２２からは、Ｙ軸方向を偏波方向とする電波がＺ軸方向に放射される。また、給電点ＳＰ２Ｂは放射素子１２２の素子中心からＸ軸の正方向にオフセットしている。給電点ＳＰ２Ｂに高周波信号が供給されることによって、放射素子１２２からは、Ｘ軸方向を偏波方向とする電波がＺ軸方向に放射される。
　ビア電極ＶＧは、接地電極ＧＮＤと放射素子１２１とを接続している。言い換えれば、ビア電極ＶＧの下方側の端部（第１端部）は接地電極ＧＮＤに接続されている、ビア電極ＶＧの上方側の端部（第２端部）は放射素子１２１に接続されている。ビア電極ＶＧは、接地電極ＧＮＤから、放射素子１２２の中央部に形成された開口部ＯＰＧ２を貫通し、放射素子１２１の中心に接続されている。なお、開口部ＯＰＧ２において、ビア電極ＶＧは放射素子１２２とは接触していない。
　（アンテナ特性）
　上記のようなスタック型のアンテナモジュールにおいては、給電配線１４１Ａ，１４１Ｂによって高周波数側の放射素子１２１に対して高周波信号が供給されると、それに応じて、放射素子１２１に対して接地電極として機能する放射素子１２２にも電流が流れる。このとき、放射素子１２２において、給電配線１４１Ａ，１４１Ｂが放射素子１２２を貫通する開口部ＯＰ２Ａ，ＯＰ２Ｂと、放射素子１２２の給電点ＳＰ２Ａ，ＳＰ２Ｂとを結ぶ経路に電流が流れると、高周波数側の給電経路と低周波数側の給電経路との間に結合が生じてしまい、アイソレーション特性が低下する場合がある。
　ここで、実施の形態１のアンテナモジュール１００においては、上述のように、放射素子１２１の中心に接続されたビア電極ＶＧが、放射素子１２２の中央部に形成された開口部ＯＰＧ２を貫通して接地電極ＧＮＤに接続されている。このように開口部ＯＰＧ２に対して、非接触の状態で接地電位のビア電極ＶＧが近接していると、開口部ＯＰＧ２の端部とビア電極ＶＧとの間でキャパシタが形成されるため、開口部ＯＰＧ２の端部に電流が集中する。特に、高周波信号の場合には、縁端効果によって導体の端部に電流が集中しやすい傾向があるため、上記のようなビア電極ＶＧの配置によって、開口部ＯＰＧ２の端部へ電流が集中しやすくなる。
　そうすると、放射素子１２２上における電流分布が変化し、給電配線１４１Ａ，１４１Ｂが貫通する開口部ＯＰ２Ａ，ＯＰ２Ｂおよびビア電極ＶＧが貫通する開口部ＯＰＧ２の端部、ならびに、これらの開口部間の電流密度が増加し、それ以外の他の部分の電流密度が相対的に減少する。その結果、ビア電極ＶＧがない場合に比べて、給電配線１４１Ａ，１４１Ｂが放射素子１２２を貫通する開口部ＯＰ２Ａ，ＯＰ２Ｂと、放射素子１２２の給電点ＳＰ２Ａ，ＳＰ２Ｂとを結ぶ経路に流れる電流が減少し、異なる周波数帯域の給電ポート間におけるアイソレーションを改善することができる。
　図５は、実施の形態１のアンテナモジュール１００、および、ビア電極ＶＧを有さない比較例１のアンテナモジュール１００Ｘにおいて、高周波数側の放射素子１２１に給電したときの低周波数側の放射素子１２２における電流分布のシミュレーションの一例を示す図である。図５において、放射素子１２２の面に記載された矢印は電流の向きを示しており、矢印の大きさが電流の強度を示している。
　図５に示されるように、比較例１においては、給電配線１４１Ａ，１４１Ｂが貫通する開口部ＯＰ２Ａ，ＯＰ２Ｂの周囲の電流強度が高くなっており、開口部ＯＰ２Ａと開口部ＯＰ２Ｂとの間における電流もやや強くなっている。
　一方、実施の形態１の構成においては、開口部ＯＰ２Ａ，ＯＰ２Ｂに加えて、ビア電極ＶＧが通過する開口部ＯＰＧ２の端部の電流強度が大きくなっている。すなわち、放射素子１２２の開口部ＯＰ２Ａ，ＯＰ２Ｂおよび開口部ＯＰＧ２の近傍とその周辺に電流が集中している。また、これに伴って、放射素子１２２の給電点ＳＰ２Ａ，ＳＰ２Ｂ付近に流れる電流の方向が変化するとともに、電流強度がやや低下している。すなわち、給電配線１４１Ａ，１４１Ｂと給電配線１４２Ａ，１４２Ｂとの間のアイソレーションが改善している。
　図６は、実施の形態１のアンテナモジュール１００および比較例１のアンテナモジュール１００Ｘについての、各給電ポート間のアイソレーション特性のシミュレーション結果を説明するための図である。図６の各グラフにおいて、実線（ＬＮ１０，ＬＮ１２，ＬＮ１４，ＬＮ１６）は実施の形態１のアンテナモジュール１００の場合を示しており、破線（ＬＮ１１，ＬＮ１３，ＬＮ１５，ＬＮ１７）は比較例１のアンテナモジュール１００Ｘの場合を示している。なお、図６において、給電配線１４１Ａ，１４１Ｂに対応する給電ポートをそれぞれ３９Ｖおよび３９Ｈで表わし、給電配線１４２Ａ，１４２Ｂに対応する給電ポートをそれぞれ２８Ｖおよび２８Ｈで表わしている。また、高周波数側の周波数帯域をＢＷ１で表わし、低周波数側の周波数帯域をＢＷ２で表わしている。
　図６を参照して、グラフ（Ａ）は、低周波数側の給電配線１４２Ａと給電配線１４２Ｂとの間のアイソレーション特性である。グラフ（Ａ）においては、低周波数側の周波数帯域ＢＷ２において、実施の形態１のアンテナモジュール１００の方が、比較例１のアンテナモジュール１００Ｘに比べてアイソレーション特性が改善していることがわかる。
　グラフ（Ｂ）は、低周波数側の給電配線１４２Ａと高周波数側の給電配線１４１Ｂとの間のアイソレーション特性である。また、グラフ（Ｃ）は、低周波数側の給電配線１４２Ｂと高周波数側の給電配線１４１Ａとの間のアイソレーション特性である。グラフ（Ｂ），（Ｃ）のいずれにおいても、周波数帯域ＢＷ１における改善効果がやや少ないものの、周波数帯域ＢＷ１，ＢＷ２の双方でアンテナモジュール１００の方がアンテナモジュール１００Ｘに比べてアイソレーション特性が改善している。
　グラフ（Ｄ）は、高周波数側の給電配線１４１Ａと給電配線１４１Ｂとの間のアイソレーション特性である。グラフ（Ｄ）においても、高周波数側の周波数帯域ＢＷ１において、アンテナモジュール１００の方がアンテナモジュール１００Ｘに比べてアイソレーション特性が改善している。
　以上のように、スタック型のデュアルバンドタイプかつデュアル偏波タイプのアンテナモジュールにおいて、低周波数側の放射素子の中央部に形成された開口部を貫通し、高周波数側の放射素子と接地電極とを電気的に接続するビア電極を設けることによって、同一周波数帯域および異なる周波数帯域における、異なる偏波間のアイソレーション特性を改善することができる。
　なお、アンテナモジュール１００においては、放射素子１２１，１２２の双方がデュアル偏波タイプであったが、必ずしもデュアル偏波タイプである必要はなく、放射素子１２１から放射される電波の偏波方向と、放射素子１２２から放射される電波の偏波方向が異なっていれば、各々がシングル偏波タイプのアンテナモジュールであってもアイソレーション特性を改善することができる。
　実施の形態１における「放射素子１２１，１２２」は、本開示における「第１放射素子」および「第２放射素子」にそれぞれ対応する。実施の形態１における「給電配線１４１Ａ，１４１Ｂ」は、本開示の「第１給電配線」および「第３給電配線」にそれぞれ対応する。実施の形態１における「給電配線１４２Ａ，１４２Ｂ」は本開示の「第２給電配線」および「第４給電配線」にそれぞれ対応する。実施の形態１において、「Ｙ軸の正方向」および「Ｙ軸の負方向」は本開示の「第１方向」および「第４方向」にそれぞれ対応し、「Ｘ軸の負方向」および「Ｘ軸の正方向」は本開示の「第２方向」および「第３方向」にそれぞれ対応する。
　（変形例１～変形例３）
　実施の形態１のアンテナモジュール１００においては、ビア電極ＶＧは放射素子１２１に直接接続された構成となっていたが、ビア電極ＶＧおよび放射素子１２１は、電気的に結合されていれば、必ずしも直接接続されていなくてもよい。　図７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。アンテナモジュール１００Ａにおいては、図４で示した実施の形態１のアンテナモジュール１００におけるビア電極ＶＧがビア電極ＶＧ１に置き換わった点が異なっており、ビア電極ＶＧ１以外の構成は図４と同様である。図７において、図４と重複する要素の説明は繰り返さない。
　ビア電極ＶＧ１は、放射素子１２１には直接接続されておらず、放射素子１２１に対向して配置された平板電極１７０によって、放射素子１２１と容量結合している。
　なお、平板電極１７０の位置、すなわち、ビア電極ＶＧ１の上方側の端部（第２端部）の位置は、誘電体基板１３０の法線方向における、放射素子１２２と同じ位置、または、放射素子１２２から放射素子１２１までの間のいずれの位置であってもよい。このとき、誘電体基板１３０の法線方向から平面視した場合に、ビア電極ＶＧ１の第２端部は、放射素子１２２の開口部ＯＰＧ２と重なっている。
　また、ビア電極における容量結合の位置は、放射素子１２１との境界の部分には限らない。たとえば、図８の変形例２のアンテナモジュール１００Ｂ、および、変形例３のアンテナモジュール１００Ｃのように、ビア電極が途中で分断され、当該分断部分で容量結合された構成であってもよい。
　変形例２のアンテナモジュール１００Ｂにおけるビア電極ＶＧ２は、接地電極ＧＮＤに接続された第１部分ＶＧ２Ａと、放射素子１２１に接続された第２部分ＶＧ２Ｂとを含んでいる。第１部分ＶＧ２Ａと第２部分ＶＧ２Ｂは、放射素子１２１と放射素子１２２の間の層において容量結合している。
　変形例３のアンテナモジュール１００Ｃにおけるビア電極ＶＧ３は、接地電極ＧＮＤに接続された第１部分ＶＧ３Ａと、放射素子１２１に接続された第２部分ＶＧ３Ｂとを含んでいる。第１部分ＶＧ３Ａと第２部分ＶＧ３Ｂは、放射素子１２２と接地電極ＧＮＤとの間の層において容量結合している。
　図９は、上記の変形例２におけるアンテナモジュール１００Ｂのアイソレーション特性の一例を示す図である。図９においては、アンテナモジュール１００Ｂにおける、低周波数側の給電配線１４２Ａと給電配線１４２Ｂとの間のアイソレーション特性、および、低周波数側の給電配線１４２Ｂと高周波数側の給電配線１４１Ａとの間のアイソレーション特性について、実施の形態１のアンテナモジュール１００との比較が示されている。図９において、実線（ＬＮ２０，ＬＮ２２）が変形例２のアンテナモジュール１００Ｂの場合であり、破線（ＬＮ２１，ＬＮ２３）が実施の形態１のアンテナモジュール１００の場合である。
　図９に示されるように、周波数帯域ＢＷ２における給電配線１４２Ａ，１４２Ｂ間、および、周波数帯域ＢＷ１，ＢＷ２における給電配線１４１Ａ，１４２Ｂ間のいずれにおいても、変形例２のアンテナモジュール１００Ｂの方が、実施の形態１のアンテナモジュール１００よりもアイソレーション特性が改善している。
　以上のように、ビア電極が部分的に容量結合されている構成においても、図５で説明したように、放射素子１２２の中央部に形成された開口部ＯＰＧ２を、ビア電極が貫通する構成とすることによって、放射素子１２２の開口部ＯＰＧ２の端部に電流が集中し、給電ポート間のアイソレーション特性を改善することができる。なお、ビア電極における容量結合の位置によって、ビア電極に流れる電流の位相が変化し得る。そのため、放射対象の電波の周波数帯域によって、アイソレーション特性の改善に適した容量結合の位置が異なる場合がある。言い換えれば、放射対象の電波の周波数帯域に応じて容量結合の位置を設定することで、アイソレーション特性を調整することが可能である。
　（変形例４）
　上記の各実施形態においては、ビア電極が接地電極ＧＮＤから放射素子１２１に向かって直線状に延伸する構成であった。変形例４においては、接地電極ＧＮＤから放射素子１２１までの間において、ビア電極を構成する異なる層のビアがオフセットしている構成について説明する。
　図１０は、変形例４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においては、実施の形態１のアンテナモジュール１００におけるビア電極ＶＧがビア電極ＶＧ４に置き換わった構成となっており、その他の構成はアンテナモジュール１００Ｄと同様である。図１０において図４と重複する要素の説明は繰り返さない。
　図１０を参照して、ビア電極ＶＧ４は、複数のビアと帯状の複数の平板電極が交互に配置された構成を有している。そのため、アンテナモジュール１００Ｄを側面から見た場合に、ビア電極ＶＧ４は、接地電極ＧＮＤから放射素子１２１までの間において、ビア電極ＶＧ４を構成する異なる層のビアがオフセットしている。言い換えれば、ビア電極ＶＧ４は、接地電極ＧＮＤから放射素子１２１に向かってジグザグ状に配置されている。このとき、平板電極の長さを調整することによって、ビア電極ＶＧ４の経路長を変化させることができる。ビア電極ＶＧ４の経路長が変化すると、ビア電極ＶＧ４のインダクタンス値が変化し、インピーダンスが変化する。そのため、放射する電波の周波数帯域等に応じてビア電極ＶＧ４の形状を変化させることで、アイソレーション特性を調整することができる。
　なお、図１０においては、ビア電極ＶＧ４の構造の説明を容易にするために、ビア電極ＶＧ４における平板電極は、図１０における横方向（すなわち、給電点ＳＰ１ＡからＳＰ１Ｂに向かう方向）に延在するように描かれている。しかしながら、アンテナモジュール１００Ｄがデュアル偏波タイプの場合、２つの偏波に対する影響を均一にするために、ビア電極ＶＧ４の平板電極の延在方向は、給電点ＳＰ１Ａおよび給電点ＳＰ１Ｂから等距離の位置となる方向とすることが好ましい。言い換えれば、ビア電極ＶＧ４の平板電極は、図３における矢印ＡＲ１の方向に延在させることが好ましい。
　また、ビア電極を、２つの層でオフセットしたビアを有する構成とすることに加えて、変形例１～３のように、ビア電極に部分的に容量結合する部分を設けて、インダクタンス値とともにキャパシタンス値を変更してアイソレーション特性を調整するようにしてもよい。
　図１１は、変形例４のアンテナモジュール１００Ｄにおけるアイソレーション特性を説明するための図である。図１１においては、一例として、高周波数側の給電配線１４１Ａと低周波数側の給電配線１４２Ｂとの間のアイソレーション特性が示されている。図１１において、実線ＬＮ３０は変形例４のアンテナモジュール１００Ｄの場合を示しており、破線ＬＮ３１は実施の形態１のアンテナモジュール１００の場合を示している。
　図１１に示されるように、高周波数側の周波数帯域ＢＷ１では、いずれのアイソレーション特性も同程度であるが、低周波数側の周波数帯域ＢＷ２おいては、変形例４のアンテナモジュール１００Ｄのアイソレーション特性が、アンテナモジュール１００のアイソレーション特性よりも改善している。
　以上のように、接地電極ＧＮＤから放射素子１２１までの間において、ビア電極を構成する異なる層のビアがオフセットした構成とすることによって、ビア電極が直線状の場合に比べて、アイソレーション特性を改善することができる。
　［実施の形態２］
　実施の形態１および変形例１～４においては、２つの給電素子がスタック状に配置される構成について説明した。実施の形態２および後述する変形例５においては、２つの給電素子に加えて、無給電素子がスタック状に配置される構成について説明する。
　図１２は、実施の形態２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においては、実施の形態１のアンテナモジュール１００に加えて、放射素子１２１よりも誘電体基板１３０の上面１３１側に、放射素子１２３がさらに配置された構成となっている。また、アンテナモジュール１００Ｅにおいては、アンテナモジュール１００の給電配線１４１Ａ，１４１Ｂおよびビア電極ＶＧに代えて、給電配線１４３Ａ，１４３Ｂおよびビア電極ＶＧ５が設けられている。
　アンテナモジュール１００Ｅにおいては、放射素子１２１は無給電素子であり、放射素子１２３は給電素子である。放射素子１２１には、開口部ＯＰＧ１，ＯＰ１Ａ，ＯＰ１Ｂが形成されている。
　給電配線１４３Ａは、ＲＦＩＣ１１０から、放射素子１２２の開口部ＯＰ２Ａおよび放射素子１２１の開口部ＯＰ１Ａを貫通して、放射素子１２３の給電点ＳＰ３Ａに接続される。給電配線１４３Ｂは、ＲＦＩＣ１１０から、放射素子１２２の開口部ＯＰ２Ｂおよび放射素子１２１の開口部ＯＰ１Ｂを貫通して、放射素子１２３の給電点ＳＰ３Ｂに接続される。また、ビア電極ＶＧ５は、放射素子１２２の中心部に形成された開口部ＯＰＧ２、および、放射素子１２１の中心部に形成された開口部ＯＰＧ１を貫通して、放射素子１２３の中心に電気的に結合される。なお、ビア電極ＶＧ５は、放射素子１２３と容量結合していてもよい。
　放射素子１２３のサイズは、放射素子１２１のサイズよりも小さい。そのため、給電配線１４３Ａ，１４３Ｂを介して放射素子１２３の共振周波数に対応した高周波信号を放射素子１２３に供給することにより、放射素子１２１よりも高い周波数帯域の電波が放射素子１２３から放射される。また、給電配線１４３Ａ，１４３Ｂに、放射素子１２１の共振周波数に対応した高周波信号を供給することによって、放射素子１２１から電波が放射される。言い換えれば、アンテナモジュール１００Ｅは、３つの異なる周波数帯域（たとえば２８ＧＨｚ、３９ＧＨｚおよび６０ＧＨｚ）の電波を放射することが可能な、トリプルバンドタイプのアンテナモジュールとして機能することができる。
　なお、放射素子１２３の共振周波数を、放射素子１２１の周波数帯域よりも少し高く、かつ、放射素子１２１も共振可能な周波数（たとえば、４６ＧＨｚ）に設定することによって、放射素子１２１の周波数帯域を実質的に拡大することができる。
　なお、実施の形態２における「放射素子１２１，１２２，１２３」は、本開示における「第３放射素子」、「第２放射素子」および「第１放射素子」にそれぞれ対応する。実施の形態２における「給電配線１４３Ａ」および「給電配線１４３Ｂ」は、本開示における「第１給電配線」および「第３給電配線」にそれぞれ対応する。
　（変形例５）
　変形例５においては、２つの給電素子よりも誘電体基板の上面側に、無給電素子が配置される構成について説明する。
　図１３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においては、実施の形態２のアンテナモジュール１００Ｅと同様に、放射素子１２１よりも誘電体基板１３０の上面１３１側に、放射素子１２２よりも小さいサイズの放射素子１２３がさらに配置された構成となっている。しかしながら、アンテナモジュール１００Ｆでは、放射素子１２１，１２２は給電素子であり、放射素子１２３は無給電素子とされている。
　より詳細には、放射素子１２１には、実施の形態１のアンテナモジュール１００と同様に、給電配線１４１Ａ，１４１Ｂによって、給電点ＳＰ１Ａ，ＳＰ１Ｂに高周波信号がそれぞれ供給される。また、放射素子１２２には、給電配線１４２Ａ，１４２Ｂによって、給電点ＳＰ２Ａ，ＳＰ２Ｂに高周波信号がそれぞれ供給される。放射素子１２３の中心には、放射素子１２２の中心部に形成された開口部ＯＰＧ２、および、放射素子１２１の中心部に形成された開口部ＯＰＧ１を貫通して、ビア電極ＶＧ５が電気的に結合される。
　アンテナモジュール１００Ｆの場合、実施の形態２のアンテナモジュール１００Ｅのように、放射素子１２３には個別に高周波信号を供給することができない。アンテナモジュール１００Ｆにおいては、放射素子１２３のサイズは放射素子１２１のサイズよりもやや小さく設定されており、放射素子１２１に高周波信号が供給されると、それとともに放射素子１２３も共振するように構成されている。これにより、放射素子１２１の周波数帯域を高周波数側に拡大することができる。
　なお、変形例５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４放射素子」にそれぞれ対応する。
　［態様］
　（第１項）一態様に係るアンテナモジュールは、誘電体基板と、誘電体基板に配置された接地電極と、平板形状の第１放射素子および第２放射素子と、第１給電配線および第２給電配線と、接地電極に接続されるビア電極とを備える。第１放射素子は、誘電体基板において、接地電極に対向して配置されている。第２放射素子は、第１放射素子と接地電極との間に配置されている。第１給電配線は、第２放射素子を貫通し、第１放射素子に高周波信号を伝達する。第２給電配線は、第２放射素子に高周波信号を伝達する。第１給電配線は、第１放射素子の中心から第１方向にオフセットした位置において、第１放射素子と電気的に結合している。第２給電配線は、第２放射素子の中心から第１方向とは異なる第２方向にオフセットした位置において、第２放射素子と電気的に結合している。第２放射素子のサイズは、第１放射素子のサイズよりも大きい。第２放射素子の中央部には開口部が形成されている。ビア電極は、第２放射素子の開口部を貫通し、第１放射素子の中央部に電気的に結合している。
　（第２項）第１項に記載のアンテナモジュールにおいて、ビア電極は、第１放射素子に接続されている。
　（第３項）第１項に記載のアンテナモジュールにおいて、ビア電極は、第１放射素子と容量結合している。
　（第４項）第１項～第３項のいずれか１項に記載のアンテナモジュールにおいて、ビア電極は、接地電極に接続された第１部分と、当該第１部分と容量結合するとともに第１部分と第１放射素子との間に配置された第２部分とを含む。
　（第５項）第１項～第４項のいずれか１項に記載のアンテナモジュールにおいて、ビア電極は、接地電極から第１放射素子までの間において、ビア電極を構成する異なる層のビアがオフセットした構成を有している。
　（第６項）第１項～第５項のいずれか１項に記載のアンテナモジュールは、第２放射素子を貫通し、第１放射素子に高周波信号を伝達する第３給電配線をさらに備える。第３給電配線は、第１放射素子の中心から第３方向にオフセットした位置において、第１放射素子と電気的に結合している。
　（第７項）第６項に記載のアンテナモジュールは、第２放射素子に高周波信号を伝達する第４給電配線をさらに備える。第４給電配線は、第２放射素子の中心から第２方向とは異なる第４方向にオフセットした位置において、第２放射素子と電気的に結合している。
　（第８項）第７項に記載のアンテナモジュールにおいて、誘電体基板の法線方向から平面視した場合に、第１放射素子の中心と第２放射素子の中心は重なっている。第３方向は、第１放射素子の中心に対して第２方向と反対方向である。第４方向は、第１放射素子の中心に対して第１方向と反対方向である。
　（第９項）第８項に記載のアンテナモジュールにおいて、誘電体基板の法線方向から平面視した場合に、第１方向は第３方向と直交している。
　（第１０項）第１項に記載のアンテナモジュールは、第１放射素子と第２放射素子との間に配置された平板形状の第３放射素子をさらに備える。第１給電配線およびビア電極は、第３放射素子を貫通して第１放射素子に至る。第３放射素子のサイズは、第１放射素子のサイズよりも大きく、かつ、第２放射素子のサイズよりも小さい。
　（第１１項）第１項に記載のアンテナモジュールにおいて、誘電体基板は、互いに対向する第１面および第２面を有している。接地電極は、第１放射素子よりも第２面側に配置されている。アンテナモジュールは、第１放射素子よりも第１面側に配置された平板形状の第４放射素子をさらに備える。第４放射素子のサイズは、第１放射素子のサイズよりも小さい。
　（第１２項）第１１項に記載のアンテナモジュールにおいて、ビア電極は、第１放射素子を貫通して、第４放射素子の中央部に電気的に結合している。
　（第１３項）一態様に係るアンテナモジュールは、誘電体基板と、誘電体基板に配置された接地電極と、平板形状の第１放射素子および第２放射素子と、第１給電配線および第２給電配線と、接地電極に接続されるビア電極とを備える。第１放射素子は、誘電体基板において、接地電極に対向して配置されている。第２放射素子は、第１放射素子と接地電極との間に配置されている。第１給電配線は、第２放射素子を貫通し、第１放射素子に高周波信号を伝達する。第２給電配線は、第２放射素子に高周波信号を伝達する。第１給電配線は、第１放射素子の中心から第１方向にオフセットした位置において、第１放射素子と電気的に結合している。第２給電配線は、第２放射素子の中心から第１方向とは異なる第２方向にオフセットした位置において、第２放射素子と電気的に結合している。第２放射素子のサイズは、第１放射素子のサイズよりも大きい。第２放射素子の中央部には開口部が形成されている。ビア電極は、第２放射素子の開口部を貫通している。
　（第１４項）一態様に係るアンテナモジュールは、誘電体基板と、誘電体基板に配置された接地電極と、平板形状の第１放射素子および第２放射素子と、第１給電配線および第２給電配線と、第１端部および第２端部を有するビア電極とを備える。第１放射素子は、誘電体基板において、接地電極に対向して配置されている。第２放射素子は、第１放射素子と接地電極との間に配置されている。第１給電配線は、第２放射素子を貫通し、第１放射素子に高周波信号を伝達する。第２給電配線は、第２放射素子に高周波信号を伝達する。第１給電配線は、第１放射素子の中心から第１方向にオフセットした位置において、第１放射素子と電気的に結合している。第２給電配線は、第２放射素子の中心から第１方向とは異なる第２方向にオフセットした位置において、第２放射素子と電気的に結合している。第２放射素子のサイズは、第１放射素子のサイズよりも大きい。第２放射素子の中央部には開口部が形成されている。ビア電極の第１端部は、接地電極に接続されている。ビア電極の第２端部は、誘電体基板の法線方向における、第２放射素子の位置、または、第２放射素子と第１放射素子との間の位置にある。誘電体基板の法線方向を平面視した場合に、第２端部は開口部と重なっている。
　（第１５項）第１項～第１４項のいずれか１項に記載のアンテナモジュールは、第１放射素子および第２放射素子に高周波信号を供給するための給電装置をさらに備える。
　（第１６項）一態様に係る通信装置は、第１項～第１５項のいずれか１項に記載のアンテナモジュールを備える。
　今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した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～１００Ｆ，１００Ｘ　アンテナモジュール、１１０　ＲＦＩＣ、１１０Ａ～１１０Ｄ　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／分配器、１１８　ミキサ、１１９　増幅回路、１２０　アンテナ装置、１２１～１２３　放射素子、１２５　アンテナ素子、１３０　誘電体基板、１３１　上面、１３２　下面、１４１Ａ～１４１３Ａ，１４１Ｂ～１４３Ｂ　給電配線、１６０　はんだバンプ、１７０　平板電極、２００　ＢＢＩＣ、ＢＷ１，ＢＷ２　周波数帯域、ＧＮＤ　接地電極、ＯＰ１Ａ，ＯＰ１Ｂ，ＯＰ２Ａ，ＯＰ２Ｂ，ＯＰＧ１，ＯＰＧ２　開口部、ＳＰ１Ａ～ＳＰ３Ａ，ＳＰ１Ｂ～ＳＰ３Ｂ　給電点、ＶＧ，ＶＧ１～ＶＧ５　ビア電極、ＶＧ２Ａ，ＶＧ３Ａ　第１部分、ＶＧ２Ｂ，ＶＧ３Ｂ　第２部分。

Claims (16)

  1. 　誘電体基板と、
    　前記誘電体基板に配置された接地電極と、
    　前記誘電体基板において、前記接地電極に対向して配置された平板形状の第１放射素子と、
    　前記第１放射素子と前記接地電極との間に配置された平板形状の第２放射素子と、
    　前記第２放射素子を貫通し、前記第１放射素子に高周波信号を伝達する第１給電配線と、
    　前記第２放射素子に高周波信号を伝達する第２給電配線と、
    　前記接地電極に接続されるビア電極とを備え、
    　前記第１給電配線は、前記第１放射素子の中心から第１方向にオフセットした位置において、前記第１放射素子と電気的に結合しており、
    　前記第２給電配線は、前記第２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おいて、前記第２放射素子と電気的に結合しており、
    　前記第２放射素子のサイズは、前記第１放射素子のサイズよりも大きく、
    　前記第２放射素子の中央部には開口部が形成されており、
    　前記ビア電極は、前記第２放射素子の前記開口部を貫通し、前記第１放射素子の中央部に電気的に結合している、アンテナモジュール。
  2. 　前記ビア電極は、前記第１放射素子に接続されている、請求項１に記載のアンテナモジュール。
  3. 　前記ビア電極は、前記第１放射素子と容量結合している、請求項１に記載のアンテナモジュール。
  4. 　前記ビア電極は、
    　　前記接地電極に接続された第１部分と、
    　　前記第１部分と容量結合し、前記第１部分と前記第１放射素子との間に配置された第２部分とを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
  5. 　前記ビア電極は、前記接地電極から前記第１放射素子までの間において、前記ビア電極を構成する異なる層のビアがオフセットした構成を有している、請求項１～４のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
  6. 　前記第２放射素子を貫通し、前記第１放射素子に高周波信号を伝達する第３給電配線をさらに備え、
    　前記第３給電配線は、前記第１放射素子の中心から前記第１方向とは異なる第３方向にオフセットした位置において、前記第１放射素子と電気的に結合している、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２放射素子に高周波信号を伝達する第４給電配線をさらに備え、
    　前記第４給電配線は、前記第２放射素子の中心から前記第２方向とは異なる第４方向にオフセットした位置において、前記第２放射素子と電気的に結合している、請求項６に記載のアンテナモジュール。
  8. 　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１放射素子の中心と前記第２放射素子の中心は重なっており、
    　前記第３方向は、前記第１放射素子の中心に対して前記第２方向と反対方向であり、
    　前記第４方向は、前記第１放射素子の中心に対して前記第１方向と反対方向である、請求項７に記載のアンテナモジュール。
  9. 　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１方向は前記第３方向と直交しており、前記第２方向は前記第４方向と直交している、請求項８に記載のアンテナモジュール。
  10. 　前記第１放射素子と前記第２放射素子との間に配置された平板形状の第３放射素子をさらに備え、
    　前記第１給電配線および前記ビア電極は、前記第３放射素子を貫通して前記第１放射素子に至り、
    　前記第３放射素子のサイズは、前記第１放射素子のサイズよりも大きく、かつ、前記第２放射素子のサイズよりも小さい、請求項１に記載のアンテナモジュール。
  11. 　前記誘電体基板は、互いに対向する第１面および第２面を有し、
    　前記接地電極は、前記第１放射素子よりも前記第２面側に配置されており、
    　前記アンテナモジュールは、前記第１放射素子よりも前記第１面側に配置された平板形状の第４放射素子をさらに備え、
    　前記第４放射素子のサイズは、前記第１放射素子のサイズよりも小さい、請求項１に記載のアンテナモジュール。
  12. 　前記ビア電極は、前記第１放射素子を貫通して、前記第４放射素子の中央部に電気的に結合している、請求項１１に記載のアンテナモジュール。
  13. 　誘電体基板と、
    　前記誘電体基板に配置された接地電極と、
    　前記誘電体基板において、前記接地電極に対向して配置された平板形状の第１放射素子と、
    　前記第１放射素子と前記接地電極との間に配置された平板形状の第２放射素子と、
    　前記第２放射素子を貫通し、前記第１放射素子に高周波信号を伝達する第１給電配線と、
    　前記第２放射素子に高周波信号を伝達する第２給電配線と、
    　前記接地電極に接続されたビア電極とを備え、
    　前記第１給電配線は、前記第１放射素子の中心から第１方向にオフセットした位置において、前記第１放射素子と電気的に結合しており、
    　前記第２給電配線は、前記第２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おいて、前記第２放射素子と電気的に結合しており、
    　前記第２放射素子のサイズは、前記第１放射素子のサイズよりも大きく、
    　前記第２放射素子の中央部には開口部が形成されており、
    　前記ビア電極は、前記第２放射素子の前記開口部を貫通している、アンテナモジュール。
  14. 　誘電体基板と、
    　前記誘電体基板に配置された接地電極と、
    　前記誘電体基板において、前記接地電極に対向して配置された平板形状の第１放射素子と、
    　前記第１放射素子と前記接地電極との間に配置された平板形状の第２放射素子と、
    　前記第２放射素子を貫通し、前記第１放射素子に高周波信号を伝達する第１給電配線と、
    　前記第２放射素子に高周波信号を伝達する第２給電配線と、
    　第１端部および第２端部を有するビア電極とを備え、
    　前記第１給電配線は、前記第１放射素子の中心から第１方向にオフセットした位置において、前記第１放射素子と電気的に結合しており、
    　前記第２給電配線は、前記第２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おいて、前記第２放射素子と電気的に結合しており、
    　前記第２放射素子のサイズは、前記第１放射素子のサイズよりも大きく、
    　前記第２放射素子の中央部には開口部が形成されており、
    　前記ビア電極の前記第１端部は、前記接地電極に接続されており、
    　前記ビア電極の前記第２端部は、前記誘電体基板の法線方向における、前記第２放射素子の位置、または、前記第２放射素子と前記第１放射素子との間の位置にあり、
    　前記誘電体基板の法線方向を平面視した場合に、前記第２端部は前記開口部と重なっている、アンテナモジュール。
  15. 　前記第１放射素子および前記第２放射素子に高周波信号を供給するための給電装置をさらに備える、請求項１～１４のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
  16. 　請求項１～１５のいずれか１項に記載のアンテナモジュールを備えた、通信装置。
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WO2017100126A1 (en) * 2015-12-09 2017-06-15 Viasat, Inc. Stacked self-diplexed multi-band patch antenna
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