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JP2012175710A - アンテナモジュール - Google Patents

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JP2012175710A JP2012037333A JP2012037333A JP2012175710A JP 2012175710 A JP2012175710 A JP 2012175710A JP 2012037333 A JP2012037333 A JP 2012037333A JP 2012037333 A JP2012037333 A JP 2012037333A JP 2012175710 A JP2012175710 A JP 2012175710A
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Abstract


【課題】 改善されたSAR値を有するSIMO、MISO、またはMIMOアンテナモジュールを提供する。
【解決手段】 アンテナモジュールであって、RF信号処理ユニット(RFユニット、高周波ユニット)に接続される第1スロットアンテナユニット、及びRF信号処理ユニットに接続される第2スロットアンテナユニットを含み、前記第1及び第2スロットアンテナユニットは、無線通信ドングルに組み込まれ、前記無線通信ドングルは、前記無線通信ドングルがコンピュータに接続する時、前記第1及び第2スロットアンテナユニットを介して、コンピュータの無線電話通信ネットワークに無線信号を送信、またはコンピュータの無線電話通信ネットワークから無線信号を受信するアンテナモジュール。
【選択図】 図3

Description

本発明は、単入力/多出力(SIMO)、多入力/単出力(MISO)、または多入力/多出力(MIMO)のアンテナモジュールに関し、特に、改善されたSAR値を有するSIMO、MISO、またはMIMOのアンテナモジュールに関するものである。
比吸収率(SAR)は、高周波(RF信号)電磁界に曝された時、人体に吸収される高周波(RF信号)エネルギーの量を測定したものである。これは、単位質量あたりの組織に単位時間に吸収されるエネルギー量により規定される。SARは、一般的に、全身または局所サンプル量(一般的に1gまたは10gの組織)で平均される。そして引用値(基準値、the value cited)は、その規定の体積または質量あたりの、これまで研究された人体部で測定された最大値である。これは、組織内の電界から計算され得る。
Figure 2012175710

上式の中のσは、サンプルの伝導率を表しており、| E | は、電界強度を表しており、ρは、サンプルの密度を表している。
従来のMIMOアンテナモジュールでは、SIMO、MISO、またはMIMOアンテナモジュールのSAR値の低減は、寸法の制限及び限られたアンテナの選択により困難である。
本発明の目的は、改善されたSAR値を有するSIMO、MISO、またはMIMOアンテナモジュールを提供することにある。
本発明においては、アンテナモジュールが提供される。アンテナモジュールは、第1スロットアンテナユニット及び第2スロットアンテナユニットを含む。第1スロットアンテナユニットは、RF信号処理ユニット(高周波ユニットあるいはRFユニットと称してもよい。)に接続される。第2スロットアンテナユニットは、RF信号処理ユニットに接続される。第1及び第2スロットアンテナユニットは、無線通信ドングルに組み込まれ、無線通信ドングルは、無線通信ドングルをコンピュータに接続する時、第1及び第2スロットアンテナユニットを介して、コンピュータの無線電話通信ネットワークに無線信号を送信する、またはコンピュータの無線電話通信ネットワークから無線信号を受信するモデムとして動作する。
スロットアンテナユニットを有する本実施形態のアンテナモジュールを用いると、アンテナモジュールのSAR値が改善される。平面型逆Fアンテナ(PIFA)のアンテナユニットを有する従来のアンテナモジュールに比べ、本実施形態のアンテナモジュールのSAR値は、約0.4低減される。
詳細な説明は、添付の図面と併せて以下の実施形態に説明される。
本発明は、添付の図面と併せて後に続く詳細な説明と実施形態を解釈することによって、より完全に理解することができる。
図1は、MISOアンテナモジュールが受信モードの時の本発明の第1実施形態の多入力/単出力(MISO)アンテナモジュールのブロック図である。 図2は、MISOアンテナモジュールが送信モードの時の本発明の第1実施形態の多入力/単出力(MISO)アンテナモジュールのブロック図である。 図3は、単入力/多出力(SIMO)、MISO、または多入力/多出力(MIMO)アンテナモジュールの第1スロットアンテナユニット及び第2スロットアンテナユニットの透視図である。 図4は、SIMO/MISO/MIMOアンテナモジュールの第1スロットアンテナユニット及び第2スロットアンテナユニットの上面図である。 図5は、スロットアンテナユニットのスロットの実施形態を表す第1の図である。。 図6は、スロットアンテナユニットのスロットの実施形態を表す第2の図である。 図7は、スロットアンテナユニットのスロットの実施形態を表す第3の図である。 図8は、スロットアンテナユニットのスロットの実施形態を表す第4の図である。 図9は、スロットアンテナユニットのスロットの実施形態を表す第5の図である。。 図10は、スロットアンテナユニットのスロットの実施形態を表す第6の図である。 図11は、スロットアンテナユニットのスロットの実施形態を表す第7の図である。 図12は、スロットアンテナユニットのスロットの実施形態を表す第8の図である。 図13は、MISOアンテナモジュールが受信モードの時の本発明の第2実施形態の多入力/単出力(MISO)アンテナモジュールのブロック図である。 図14は、MISOアンテナモジュールが送信モードの時の本発明の第1実施形態の多入力/単出力(MISO)アンテナモジュールのブロック図である。 図15は、携帯電子機器に組み込まれた実施形態のSIMO/MISO/MIMOアンテナモジュールを表している。
以下の説明は、本発明を実施するベストモードが開示されている。この説明は、本発明の一般原理を例示する目的のためのもので本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参考にして決定される。
図1及び図2は、本発明の第1実施形態の多入力/単出力(MISO)アンテナモジュールを含む電子装置100のブロック図である。MISOアンテナモジュールは、RF信号処理ユニット(RFユニットあるいは高周波ユニットと称してもよい)130、第1スロットアンテナユニット110、第2スロットアンテナユニット120、第1スイッチ装置141、及び第1パワーアンプ(PA)142を含む。
RF信号処理ユニット130は、RF無線信号(高周波無線信号)を受信することができ、受信した信号をベースバンドユニットによって処理されたベースバンド信号に変換するか、またはベースバンドユニットからのベースバンド信号を受信し、受信した信号を後に送信されるRF無線信号に変換する。RF信号処理ユニット130は、無線周波数の変換あるいはRF信号(高周波信号)の変換を実行する複数のハードウェアデバイスを含んでもよい。例えば、RF信号処理ユニット130は、無線通信システムの無線周波数で発振される搬送波にベースバンド信号を多重化するミキサを含むことができる。無線周波数は、広帯域符号分割多重アクセス(WCDMA)システムで用いられる900MHz、1900MHz、または2100MHz、または、用いられる無線アクセス技術(RAT)によって決まる他の周波数である。RF信号処理ユニット130は、第1受信ポートRX1、第2受信ポートRX2、及び送信ポートTX1を含む。
第1スロットアンテナユニット110は、第1スイッチ装置141に接続され、第1スイッチ装置141は、第1受信ポートRX1及び送信ポートTX1にそれぞれ接続され、且つパワーアンプ142は、第1送信ポートTX1と第1スイッチ装置141との間に接続される。
第2スロットアンテナユニット120は、第2受信ポートRX2に接続される。
図1に示された受信モードでは、第1スイッチ装置141は、第1アンテナユニット110を切り替え、第1受信ポートRX1に接続する。次いで、第1スロットアンテナユニット110は、第1受信信号を受信し、第1受信信号は、第1受信ポートRX1に送信される。また、第2スロットアンテナユニット120は、第2受信信号を受信し、第2受信信号は、第2受信ポートRX2に送信される。
図2に示された送信モードでは、第1スイッチ装置141は、第1アンテナユニット110を切り替え、送信ポートTX1に接続する。次いで、送信信号は、送信ポートTX1から送信され、パワーアンプ142によって増幅され、第1スロットアンテナユニット110を介して発される。
図3及び図4は、電子装置100の第1スロットアンテナユニット110及び第2スロットアンテナユニット120を表しており、電子装置100は、基板160及び接地層170を更に含み、RF信号処理ユニット(図示されていない)、接地層170、第1スロットアンテナユニット110、及び第2スロットアンテナユニット120は、基板160上に配置される。基板160は、第1面161及び第2面162を含み、第1面161は、第2面に対向し、接地層170は、第2面162に配置される。
電子装置100は、単入力/多出力(SIMO)、多入力/単出力(MISO)、または多入力/多出力(MIMO)アンテナモジュールが搭載され、性能を改善している。2つの送信器及び2つ以上の受信器が用いられる時、2つのデータストリームを同時にアンテナモジュールを介して伝送することができ、データ転送速度を倍にする。アンテナモジュールを伴った複数の受信器は、装置間の距離をより大きくする。例えば、IEEE802.11n(Wi−Fi)ワイヤレス標準は、MIMOを用いて速度を100Mbpsまたはそれ以上に上げ、少なくとも802.11aと11gの速度を倍にする。アンテナモジュールは、ワイマックス(WiMAX)及びロングタームエボリューション(LTE)通信装置に用いられてもよい。
第1スロットアンテナユニット110及び第2スロットアンテナユニット120は、同じ構造または異なる構造を有することができる。図3及び図4の実施形態では、第1スロットアンテナユニット110は、第1給電導体(feed conductor)111及び第1スロット112を含む。第1スロット112は、接地素子170に形成され、第1給電導体111は、第1面161上に配置され、第1スロット112に対応する。第2スロットアンテナユニット120は、第2給電導体(feed conductor)121及び第2スロット122を含む。第2スロット122は、接地素子170に形成され、第2給電導体121は、第1面161上に配置され、第2スロット122に対応する。
スロットアンテナユニットを有する本実施形態のアンテナモジュールを用いると、アンテナモジュールのSAR値が改善される。平面型逆Fアンテナ(PIFA)のアンテナユニットを有する従来のアンテナモジュールに比べ、本実施形態のアンテナモジュールのSAR値は、約0.4低減される。
スロットアンテナユニットのスロットパターンは、調整され得る。本発明のスロットの実施形態を、第1スロットアンテナユニットを例にとって説明する。図5は、第1スロット112の実施形態を表しており、第1スロットは、L形状である。図6は、第1スロット112の他の実施形態を表しており、第1スロットは、第1部113及び第2部114を含み、第1部113は、L形状であり、第2部114は、細長形状(longitudinal)であり、第2部114は、第1部113の一端に接続される。
図7は、第1スロット112のさらに他の実施形態を表しており、第1スロットは、第1部113(1)及び第2部114(1)を含み、第1部113(1)はL形状であり、第2部114(1)もL形状である。第1部113(1)は、第1段115(1)及び第2段116(1)を含み、第1段115(1)は、第2段116(1)に接続され、それに垂直する。第1段115(1)の一端は、接地素子の側面171で開口され、第2部114(1)の一端は、第2段116(1)の一端に接続される。第2部114(1)は、第2段116(1)と接地素子の側面171との間に位置される。
図8は、第1スロット112のさらに他の実施形態を表しており、第1スロットは、第1部113(2)及び第2部114(2)を含み、第1部113(2)はL形状であり、第2部114(2)もL形状である。第1部113(2)は、第1段115(2)及び第2段116(2)を含み、第1段115(2)は、第2段116(2)に接続され、それに垂直する。第1段115(2)の一端は、接地素子の側面171で開口され、第2部114(2)の一端は、第2段116(2)の一端に接続される。第2段116(2)は、第2部114(2)と接地素子の側面171との間に位置される。
図9は、第1スロット112のさらに他の実施形態を表しており、第1スロットは、第1部113(3)及び第2部114(3)を含み、第1部113(3)は、L形状であり、第2部114(3)は、U形状である。第1部113(3)は、第1段115(3)及び第2段116(3)を含み、第1段115(3)は、第2段116(3)に接続され、それに垂直する。第1段115(3)の一端は、接地素子の側面171で開口され、第2部114(3)の一端は、第2段116(3)の一端に接続される。第2部114(3)は、第2段116(3)と接地素子の側面171との間に位置される。
図10は、第1スロット112のさらに他の実施形態を表しており、第1スロットは、第1部113(4)及び第2部114(4)を含み、第1部113(4)は、L形状であり、第2部114(4)は、U形状である。第1部113(4)は、第1段115(4)及び第2段116(4)を含み、第1段115(4)は、第2段116(4)に接続され、それに垂直する。第1段115(4)の一端は、接地素子の側面171で開口され、第2部114(4)の一端は、第2段116(4)の一端に接続される。第2段116(4)は、第2部114(4)と接地素子の側面171との間に位置される。
図11は、第1スロット112のさらに他の実施形態を表しており、第1スロットは、第1部113(5)及び第2部114(5)を含み、第1部113(5)は、U形状であり、第2部114(5)は、U形状である。第1部113(5)の一端は、接地素子の側面171で開口され、第2部114(5)の一端は、第1部113(5)のもう一端に接続される。
図12は、第1スロット112のさらに他の実施形態を表しており、第1スロットは、第1部113(6)及び第2部114(6)を含み、第1部113(6)は、稲妻形状であり、第2部114(6)は、U形状である。第1部113(6)の一端は、接地素子の側面171で開口され、第2部114(6)の一端は、第1部113(6)のもう一端に接続される。
図5〜図12に示したスロットアンテナパターンのいずれも、左右を反対にひっくり返して第2スロット122を形成するようにしてよい。ただし、本発明はこれに制限されるものではない。また、当業者は、上述の実施形態のスロットパターンを類似であるが異なるパターンに変更してよい。しかし、本発明はこれに制限されるものでもない。
図13及び図14は、本発明の第2実施形態のMIMOアンテナモジュールを含む電子装置100’のブロック図である。電子装置100’は、RF信号処理ユニット130’、第1スロットアンテナユニット110、第2スロットアンテナユニット120、第1スイッチ装置141、第1パワーアンプ(PA)142、第2スイッチ装置151、及び第2パワーアンプ(PA)152を含む。RF信号処理ユニット130’は、第1受信ポートRX1、第2受信ポートRX2、及び第1送信ポートTX1、及び第2送信ポートTX2を含む。
RF信号処理ユニット130’は、RF信号処理ユニット130と同様に動作し、その詳細は、図1及び図2の説明を参照することができる。
第1スロットアンテナユニット110は、第1スイッチ装置141に接続され、第1スイッチ装置141は、第1受信ポートRX1及び送信ポートTX1にそれぞれ接続され、且つパワーアンプ142は、第1送信ポートTX1と第1スイッチ装置141との間に接続される。
第2スロットアンテナユニット120は、第2スイッチ装置151に接続され、第2スイッチ装置151は、第2受信ポートRX2及び第2送信ポートTX2に選択的に接続され、第2パワーアンプ152は、第2送信ポートTX2と第1スイッチ装置141との間に接続される。
図13に示された受信モードでは、第1スイッチ装置141は、第1アンテナユニット110を切り替え、第1送信ポートTX1に接続し、第2スイッチ装置151は、第2アンテナユニット120を切り替え、第2受信ポートRX2に接続することで、第1スロットアンテナユニット110は、第1受信信号を受信し、第1受信信号は、第1受信ポートRX1に送信され、第2スロットアンテナユニット120は、第2受信信号を受信し、第2受信信号は、第2受信ポートRX2に送信される。
図14に示された送信モードでは、第1スイッチ装置141は、第1アンテナユニット110を切り替え、第1送信ポートTX1に接続し、第2スイッチ装置151は、第2アンテナユニット120を切り替え、第2送信ポートTX2に接続することで、第1送信信号は、第1送信ポートTX1から送信され、第1パワーアンプ142によって増幅され、第1スロットアンテナユニット110を介して発され、第2送信信号は、第2送信ポートTX2から送信され、第2パワーアンプ152によって増幅され、第2スロットアンテナユニット120を介して発される。第1送信信号で送信されたデータは、第2送信信号で送信されたデータと同じまたは異なってもよい。第1送信信号で送信されたデータが第2送信信号で送信されたデータと同じ時、MIMOアンテナモジュールは、出力電力を改善する。第1送信信号で送信されるデータが第2送信信号で伝送されるデータと異なる時、MIMOアンテナモジュールは、データ伝送速度を上げる。
図15は、携帯電子機器1に組み込まれた実施形態のアンテナモジュールを表している。本実施形態のアンテナモジュールは、無線通信ドングル(dongle)、例えばWi−Fi、WCDMA、WiMAX、またはLTEドングル、または同様の、しかし異なる装置などに組み込まれてもよい。無線通信ドングルは、PC、ノートブック、または平面型(planar)コンピュータ、或いはその他に接続するユニバーサルシリアルバス(USB)インターフェースを更に提供する。無線通信ドングルは、USBインターフェースを介して任意のコンピュータに接続する時のモデムとして動作し、基地局、node−B、advanced node−B、または他の無線電話通信ネットワークで無線通信サービスを提供する。
明細書における「第1の」、「第2の」、「第3の」等の序数詞の使用は、それ自体が優先度、序列、又は順序を示唆するものではなく、むしろ、単に2つ以上の特徴、要素、項目等を区別するためのラベルとして使用している。クレーム要素を変えるための、請求項における「第1の」、「第2の」、「第3の」等の序数詞の使用は、それ自体が、1つのクレーム要素を他のクレーム要素と比較して優先度、序列、又は順序、もしくは方法を実施する行為の時間的順序を示唆するものではなく、むしろ、単にクレーム要素を区別するために、特定の名前を有する1つのクレーム要素を同じ名前を有する他の要素から区別するためのラベルとして(だが、序数詞を)使用している。
この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、逆に、当業者にとって明白な種々の変更や、同様のあるいは類似の配置や構成をカバーするものである。よって、添付の特許請求の範囲の解釈においては、最も広義な解釈が行われ、全てのこのような変更及び同様あるいは類似の配置や構成を含むものである。
100、100’ MIMOアンテナモジュールを含む電子装置
110 第1スロットアンテナユニット
111 第1給電導体
112 第1スロット
113、113(1)、113(2)、113(3)、113(4)、113(5)、113(6) 第1部分
114、114(1)、114(2)、114(3)、114(4)、114(5)、114(6) 第1部分
115、115(1)、115(2)、115(3)、115(4) 第1段
116、116(1)、116(2)、116(3)、116(4) 第2段
120 第2スロットアンテナユニット
121 第2給電導体
122 第2スロット
130、130’ RF信号処理ユニット(RFユニット、高周波ユニット)
141 第1スイッチ装置
142 第1パワーアンプ(PA)
151 第2スイッチ装置
152 第2パワーアンプ
160 基板
161 第1面
162 第2面
170 接地層
171 側面
RX1 第1受信ポート
RX2 第2受信ポート
TX1 第1送信ポート
TX2 第2送信ポート

Claims (16)

  1. アンテナモジュールであって、
    RF信号処理ユニットに接続される第1スロットアンテナユニット、及び
    RF信号処理ユニットに接続される第2スロットアンテナユニットを含み、
    前記第1及び第2スロットアンテナユニットは、無線通信ドングルに組み込まれ、前記無線通信ドングルは、前記無線通信ドングルがコンピュータに接続する時、前記第1及び第2スロットアンテナユニットを介して、コンピュータの無線電話通信ネットワークに無線信号を送信、またはコンピュータの無線電話通信ネットワークから無線信号を受信するアンテナモジュール。
  2. 基板及び接地層を更に含み、前記RF信号処理ユニット、前記接地層、前記第1スロットアンテナユニット、及び前記第2スロットアンテナユニットは、前記基板に配置される請求項1に記載のアンテナモジュール。
  3. 前記基板は、第1面及び第2面を含み、前記第1面は、前記第2面に対向し、前記接地層は、第2面に配置され、前記第1スロットアンテナユニットは、第1給電導体及び第1スロットを含み、前記第2スロットアンテナユニットは、第2給電導体及び第2スロットを含み、前記第1スロット及び前記第2スロットは、接地素子に形成され、前記第1給電導体は、第1面上に配置され、前記第1スロットに対応し、前記第2給電導体は、前記第1面上に配置され、前記第2スロットに対応する請求項2に記載のアンテナモジュール。
  4. 前記第1または第2スロットは、L形状である請求項3に記載のアンテナモジュール。
  5. 前記第1または第2スロットは、第1部及び第2部を含み、前記第1部は、L形状であり、前記第2部は、細長形状であり、前記第2部は、前記第1部の一端に接続される請求項3に記載のアンテナモジュール。
  6. 前記第1または第2スロットは、第1部及び第2部を含み、前記第1部は、L形状であり、前記第2部は、L形状であり、且つ前記第1部は、第1段及び第2段を含み、前記第1段は、前記第2段に接続され、それに垂直し、前記第1段の一端は、前記接地素子の側面で開口され、前記第2部の一端は、前記第2段の一端に接続され、前記第2部は、前記第2段と前記接地素子の側面との間に位置される請求項3に記載のアンテナモジュール。
  7. 前記第1または第2スロットは、第1部及び第2部を含み、前記第1部は、L形状であり、前記第2部は、L形状であり、且つ前記第1部は、第1段及び第2段を含み、前記第1段は、前記第2段に接続され、それに垂直し、前記第1段の一端は、前記接地素子の側面で開口され、前記第2部の一端は、前記第2段の一端に接続され、前記第2部は、前記第2段と前記接地素子の側面との間に位置される請求項3に記載のアンテナモジュール。
  8. 前記第1または第2スロットは、第1部及び第2部を含み、前記第1部は、L形状であり、前記第2部は、U形状であり、且つ前記第1部は、第1段及び第2段を含み、前記第1段は、前記第2段に接続され、それに垂直し、前記第1段の一端は、前記接地素子の側面で開口され、前記第2部の一端は、前記第2段の一端に接続され、前記第2部は、前記第2段と前記接地素子の側面との間に位置される請求項3に記載のアンテナモジュール。
  9. 前記第1または第2スロットは、第1部及び第2部を含み、前記第1部は、L形状であり、前記第2部は、U形状であり、且つ前記第1部は、第1段及び第2段を含み、前記第1段は、前記第2段に接続され、それに垂直し、前記第1段の一端は、前記接地素子の側面で開口され、前記第2部の一端は、前記第2段の一端に接続され、前記第2段は、前記第2部と前記接地素子の側面との間に位置される請求項3に記載のアンテナモジュール。
  10. 前記第1または第2スロットは、第1部及び第2部を含み、前記第1部は、U形状であり、前記第2部は、U形状であり、前記第1部の一端は、前記接地素子の側面で開口され、前記第2部の一端は、前記第2部のもう一端に接続される請求項3に記載のアンテナモジュール。
  11. 前記第1または第2スロットは、第1部及び第2部を含み、前記第1部は、稲妻形状であり、前記第2部は、U形状であり、前記第1部は、接地素子の側面171で開口された一端を含み、前記第2部の一端は、前記第1部のもう一端に接続される請求項3に記載のアンテナモジュール。
  12. 前記第1または第2給電導体は、細長形状である請求項3に記載のアンテナモジュール。
  13. 前記第1スロットアンテナユニットは、前記RF信号処理ユニットの第1受信ポートに接続され、前記第2スロットアンテナユニットは、前記RF信号処理ユニットの第2受信ポートに接続され、受信モードでは、前記第1スロットアンテナユニットは、前記無線信号を受信し、前記無線信号は、前記第1受信ポートに送信され、前記第2スロットアンテナユニットは、前記無線信号を受信し、前記無線信号は、前記第2受信ポートに送信される請求項1に記載のアンテナモジュール。
  14. 前記第1スロットアンテナユニットは、前記RF信号処理ユニットの第1送信ポートに接続され、前記第2スロットアンテナユニットは、前記RF信号処理ユニットの第2送信ポートに接続され、送信モードでは、送信信号は、前記第1送信ポートから送信され、前記第1スロットアンテナユニットを介して発され、前記送信信号は、前記第2送信ポートから送信され、前記第2スロットアンテナユニットを介して発される請求項1に記載のアンテナモジュール。
  15. 前記第1スロットアンテナユニットは、前記RF信号処理ユニットの第1受信ポートに接続され、前記第2スロットアンテナユニットは、前記RF信号処理ユニットの第2受信ポートに接続され、受信モードでは、前記第1スロットアンテナユニットは、第1無線信号を受信し、前記第1無線信号は、前記第1受信ポートに送信され、前記第2スロットアンテナユニットは、第2無線信号を受信し、前記第2無線信号は、前記第2受信ポートに送信される請求項1に記載のアンテナモジュール。
  16. 前記第1スロットアンテナユニットは、前記RF信号処理ユニットの第1送信ポートに接続され、前記第2スロットアンテナユニットは、前記RF信号処理ユニットの第2送信ポートに接続され、送信モードでは、第1送信信号は、前記第1送信ポートから送信され、前記第1スロットアンテナユニットを介して発され、第2送信信号は、前記第2送信ポートから送信され、前記第2スロットアンテナユニットを介して発される請求項1に記載のアンテナモジュール。
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