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JP7059385B2 - 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

アンテナモジュールおよびそれを搭載した通信装置 Download PDF

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Description

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、マルチバンド対応のアンテナモジュールのアンテナ特性を改善するための技術に関する。
国際公開第２０１６／０６３７５９号（特許文献１）には、誘電体基板に給電素子と高周波半導体素子とが一体化して実装されたアンテナモジュールが開示されている。また、特許文献１においては、高周波半導体素子から電力が供給されておらず、給電素子と電磁結合する無給電素子がさらに設けられた構成も開示されている。一般的に、無給電素子を設けることで、アンテナの広帯域化が図られることが知られている。
国際公開第２０１６／０６３７５９号
近年、スマートフォンなどの携帯端末が普及し、さらにはＩｏＴなどの技術革新により無線通信機能を有する家電製品や電子機器が増加している。これにより、無線ネットワークの通信トラフィックが増大し、通信速度および通信品質が低下することが懸念されている。
このような課題を解決するための１つの対策として、第５世代移動通信システム（５Ｇ）の開発が進められている。５Ｇにおいては、複数の給電素子を用いて高度なビームフォーミングおよび空間多重を行なうとともに、従来から使用されている６ＧＨｚ帯の周波数の信号に加えて、より高い周波数（数十ＧＨｚ）のミリ波帯の信号を使用することによって、通信速度の高速化および通信品質の向上を図ることを目指している。
５Ｇにおいては、周波数帯域が離れた複数のミリ波帯の周波数が用いられる場合があり、この場合、１つのアンテナで当該複数の周波数帯域の信号を送受信することが必要とされている。さらに、信号伝達経路間におけるアイソレーションを確保することも必要となる。
本開示は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、アンテナモジュールにおいて、複数の周波数帯域の高周波信号の送受信を可能とするとともに、信号伝達経路間のアイソレーションを改善することである。
本開示のある局面に従う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、平板状の第１給電素子および第２給電素子と、第１給電配線および第２給電配線とを備える。第１給電素子および第２給電素子は、接地電極に対向して配置されている。第１給電配線は、第１給電素子の第１給電点に高周波信号を伝達する。第２給電配線は、第２給電素子の第２給電点に高周波信号を伝達する。第２給電素子から放射される電波の周波数は、第１給電素子から放射される電波の周波数よりも高い。第２給電配線は、誘電体基板を平面視した場合に第２給電点とは異なる位置において接地電極側から第２給電素子まで立ち上がる第１ビアと、第１ビアと第２給電点とを接続する第１配線パターンとを含む。
本開示の他の局面に従う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、平板状の第１給電素子および第２給電素子とを備える。第１給電素子および第２給電素子は、接地電極に対向して配置されている。第１給電素子および第２給電素子には、個別の給電配線によって高周波信号が伝達される。第２給電素子から放射される電波の周波数は、第１給電素子から放射される電波の周波数よりも高い。第２給電素子の内部には、スリットと、当該スリットの内部に突出した突出部が形成されている。突出部は、前記第２給電素子に高周波信号を伝達するための給電配線の一部である。
本開示によるアンテナモジュールにおいては、対向配置された共振周波数の異なる２つの給電素子の各々に対して給電配線が設けられる。これにより、２つの周波数帯域の高周波信号を送受信することができる。さらに、高周波側の給電素子（第２給電素子）の給電配線（第２給電配線）が、第２給電素子の給電点（第２給電点）とは異なる位置で第２給電素子まで立上がるビアと、当該ビアと第２給電点とを接続する配線パターンとを含んで構成されている。このような構成とすることにより、第２給電点まで直接ビアが立ち上がる場合に比べて、２つの信号伝達経路間の結合を弱めることができるので、信号伝達経路間のアイソレーションを改善することができる。
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。 実施の形態１に係るアンテナモジュールの外観透視図である。 実施の形態１に係るアンテナモジュールの断面透視図である。 比較例のアンテナモジュールの断面透視図である。 実施の形態１および比較例におけるアイソレーション特性を示す図である。 実施の形態１および比較例におけるゲインを示す図である。 変形例１に係るアンテナモジュールの断面透視図である。 変形例２に係るアンテナモジュールの断面透視図である。 実施の形態２に係るアンテナモジュールの外観透視図である。 実施の形態２に係るアンテナモジュールの断面透視図である。 実施の形態３に係るアンテナモジュールの外観透視図である。 変形例３に係るアンテナモジュールの外観透視図である。 変形例４に係るアンテナモジュールの外観透視図である。 実施の形態４に係るアンテナモジュールの平面図および側面透視図である。
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の一例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。
図１を参照して、通信装置１０は、アンテナモジュール１００と、ベースバンド信号処理回路を構成するＢＢＩＣ２００とを備える。アンテナモジュール１００は、給電回路の一例であるＲＦＩＣ１１０と、アンテナ装置１２０とを備える。通信装置１０は、ＢＢＩＣ２００からアンテナモジュール１００へ伝達された信号を高周波信号にアップコンバートしてアンテナ装置１２０から放射するとともに、アンテナ装置１２０で受信した高周波信号をダウンコンバートしてＢＢＩＣ２００にて信号を処理する。
図１のアンテナ装置１２０においては、放射素子１２５が二次元のアレイ状に配置された構成を有している。放射素子１２５の各々は、２つの給電素子１２１，１２２を含んでいる。アンテナ装置１２０は、放射素子１２５の給電素子１２１および給電素子１２２から、それぞれ異なる周波数帯域の電波を放射することが可能に構成された、いわゆるデュアルバンドタイプのアンテナ装置である。各給電素子１２１，１２２には、ＲＦＩＣ１１０から異なる高周波信号が供給される。
図１では、説明を容易にするために、アンテナ装置１２０を構成する複数の放射素子１２５のうち、４つの放射素子１２５に対応する構成のみ示され、同様の構成を有する他の放射素子１２５に対応する構成については省略されている。なお、アンテナ装置１２０は必ずしも二次元アレイでなくてもよく、１つの放射素子１２５でアンテナ装置１２０が形成される場合であってもよい。また、複数の放射素子１２５が一列に配置された一次元アレイであってもよい。本実施の形態においては、放射素子１２５に含まれる給電素子１２１，１２２は、略正方形の平板形状を有するパッチアンテナである。
ＲＦＩＣ１１０は、スイッチ１１１Ａ～１１１Ｈ，１１３Ａ～１１３Ｈ，１１７Ａ，１１７Ｂと、パワーアンプ１１２ＡＴ～１１２ＨＴと、ローノイズアンプ１１２ＡＲ～１１２ＨＲと、減衰器１１４Ａ～１１４Ｈと、移相器１１５Ａ～１１５Ｈと、信号合成／分波器１１６Ａ，１１６Ｂと、ミキサ１１８Ａ，１１８Ｂと、増幅回路１１９Ａ、１１９Ｂとを備える。このうち、スイッチ１１１Ａ～１１１Ｄ，１１３Ａ～１１３Ｄ，１１７Ａ、パワーアンプ１１２ＡＴ～１１２ＤＴ、ローノイズアンプ１１２ＡＲ～１１２ＤＲ、減衰器１１４Ａ～１１４Ｄ、移相器１１５Ａ～１１５Ｄ、信号合成／分波器１１６Ａ、ミキサ１１８Ａ、および増幅回路１１９Ａの構成が、給電素子１２１から放射される第１周波数帯域の高周波信号のための回路である。また、スイッチ１１１Ｅ～１１１Ｈ，１１３Ｅ～１１３Ｈ，１１７Ｂ、パワーアンプ１１２ＥＴ～１１２ＨＴ、ローノイズアンプ１１２ＥＲ～１１２ＨＲ、減衰器１１４Ｅ～１１４Ｈ、移相器１１５Ｅ～１１５Ｈ、信号合成／分波器１１６Ｂ、ミキサ１１８Ｂ、および増幅回路１１９Ｂの構成が、給電素子１２２から放射される第２周波数帯域の高周波信号のための回路である。
高周波信号を送信する場合には、スイッチ１１１Ａ～１１１Ｈ，１１３Ａ～１１３Ｈがパワーアンプ１１２ＡＴ～１１２ＨＴ側へ切換えられるとともに、スイッチ１１７Ａ，１１７Ｂが増幅回路１１９Ａ，１１９Ｂ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～１１１Ｈ，１１３Ａ～１１３Ｈがローノイズアンプ１１２ＡＲ～１１２ＨＲ側へ切換えられるとともに、スイッチ１１７Ａ，１１７Ｂが増幅回路１１９Ａ，１１９Ｂ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１１９Ａ，１１９Ｂで増幅され、ミキサ１１８Ａ，１１８Ｂ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１１６Ａ，１１６Ｂで４分波され、対応する信号経路を通過して、それぞれ異なる給電素子１２１，１２２に給電される。各信号経路に配置された移相器１１５Ａ～１１５Ｈ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。
各給電素子１２１，１２２で受信された高周波信号である受信信号はＲＦＩＣ１１０に伝達され、それぞれ異なる４つの信号経路を経由して信号合成／分波器１１６Ａ，１１６Ｂにおいて合波される。合波された受信信号は、ミキサ１１８Ａ，１１８Ｂでダウンコンバートされ、増幅回路１１９Ａ，１１９Ｂで増幅されてＢＢＩＣ２００へ伝達される。
ＲＦＩＣ１１０は、例えば、上記回路構成を含む１チップの集積回路部品として形成される。あるいは、ＲＦＩＣ１１０における各放射素子１２５に対応する機器（スイッチ、パワーアンプ、ローノイズアンプ、減衰器、移相器）については、対応する放射素子１２５毎に１チップの集積回路部品として形成されてもよい。
（アンテナモジュールの構成）
次に、図２および図３を用いて、本実施の形態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、アンテナモジュール１００の外観透視図である。また、図３は、当該アンテナモジュール１００の断面透視図である。以降の説明においては、説明を容易にするために、１つの放射素子１２５が形成されたアンテナモジュールを例として説明する。なお、図２および図３に示すように、アンテナモジュール１００の厚さ方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に垂直な面をＸ軸およびＹ軸で規定する。また、各図におけるＺ軸の正方向を上面側、負方向を下面側と称する場合がある。
図２および図３を参照して、アンテナモジュール１００は、ＲＦＩＣ１１０および放射素子１２５（給電素子１２１，１２２）に加えて、誘電体基板１３０と、接地電極ＧＮＤと、給電配線１４１，１４２とを備える。なお、図２においては、ＲＦＩＣ１１０，接地電極ＧＮＤおよび誘電体基板１３０は省略されている。
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、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）から平面視すると略矩形状を有しており、その上面１３１（Ｚ軸の正方向の面）側に給電素子１２２が接地電極ＧＮＤに対向して配置される。給電素子１２２は、誘電体基板１３０表面に露出する態様であってもよいし、図３の例のように誘電体基板１３０の内層に配置されてもよい。
給電素子１２１は、給電素子１２２よりも接地電極ＧＮＤ側の層に、接地電極ＧＮＤに対向して配置される。言い換えると、給電素子１２１は、給電素子１２２と接地電極ＧＮＤとの間の層に配置されている。給電素子１２１は、誘電体基板１３０を平面視した場合に、給電素子１２２と重なっている。給電素子１２２のサイズは給電素子１２１のサイズよりも小さく、給電素子１２２の共振周波数は給電素子１２１の共振周波数よりも高い。すなわち、給電素子１２２から放射される電波の周波数は、給電素子１２１から放射される電波の周波数よりも高い。たとえば、給電素子１２１から放射される電波の周波数は２８ＧＨｚであり、給電素子１２２から放射される電波の周波数は３９ＧＨｚである。
誘電体基板１３０の下面１３２には、はんだバンプ１５０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。
給電素子１２１には、給電配線１４１を介してＲＦＩＣ１１０から高周波信号が伝達される。給電配線１４１は、ＲＦＩＣ１１０から、接地電極ＧＮＤを貫通して、給電素子１２１の下面側から給電点ＳＰ１に接続される。すなわち、給電配線１４１は、給電素子１２１の給電点ＳＰ１に高周波信号を伝達する。
給電素子１２２には、給電配線１４２を介してＲＦＩＣ１１０から高周波信号が伝達される。給電配線１４２は、ＲＦＩＣ１１０から、接地電極ＧＮＤおよび給電素子１２１を貫通して、給電素子１２２の給電点ＳＰ２に接続される。給電配線１４２は、給電素子１２１を貫通するビア１４５と、給電素子１２２が配置される層に形成された配線パターン１４６とを含む。誘電体基板１３０を平面視した場合に、ビア１４５は給電点ＳＰ２とは異なる位置で接地電極ＧＮＤ側から給電素子１２２が配置される層まで立ち上がり、配線パターン１４６によってビア１４５と給電点ＳＰ２とが接続される。すなわち、給電配線１４２は、給電素子１２２の給電点ＳＰ２に高周波信号を伝達する。
給電素子１２１の給電点ＳＰ１は、給電素子１２１の中心からＹ軸の正方向にオフセットした位置に配置されている。また、給電素子１２２の給電点ＳＰ２は、給電素子１２２の中心からＹ軸の負方向にオフセットした位置に配置されている。これにより、給電素子１２１，１２２の各々からは、Ｙ軸方向を偏波方向とする電波が放射される。
なお、配線パターン１４６は、実際の製造プロセスにおいては、図３に示されるように、給電素子１２２に形成された、偏波方向（Ｙ軸方向）に延在するスリット１４７内に突出する突出部として形成される。すなわち、突出部は給電配線１４２の一部である。この突出部と給電素子１２２との接続位置付近が、給電素子１２２の給電点ＳＰ２となる。そして、突出部の突出端部（開放端側の部分）にビア１４５が接続されて、高周波信号が伝達される。
このように、２つの給電素子（第１給電素子，第２給電素子）が積層されたいわゆるスタック型のアンテナモジュールにおいて、２つの給電素子に対して個別の給電配線で高周波信号が伝達され、第２給電素子への給電配線が第１給電素子を貫通する構成の場合、当該第１給電素子とそれを貫通している給電配線との間で結合が生じ得る。そうすると、第１給電素子から放射すべき高周波信号が、第２給電素子用の信号伝達経路に漏洩して、２つの信号伝達経路間でのアイソレーションが低下するおそれがある。
本実施の形態１においては、給電配線１４２のビア１４５が、給電素子１２２の給電点ＳＰ２よりも内側（給電素子１２２の中心側）において低周波側の給電素子１２１を貫通し、給電素子１２２が配置される層において配線パターン１４６によって給電点ＳＰ２に接続されている。
給電素子１２１と給電素子１２２との間の電界結合の強度は、電流密度が高くなる端部において強くなる傾向にある。言い換えると、給電素子１２１の中心に近いほど電界強度は弱くなる。そのため、給電素子間を通る給電配線１４２の位置が給電素子１２１の中心に近いほど、給電配線１４２のビア１４５と給電素子１２１との結合が弱くなる。したがって、本実施の形態１のように、給電素子１２２への給電配線１４２のビア１４５を給電点ＳＰ２よりも内側に配置することで、給電点ＳＰ２の直下からビアを接続する場合に比べて、信号伝達経路間のアイソレーションを改善することができる。
図４は、比較例のアンテナモジュール１００＃の断面透視図である。アンテナモジュール１００＃においては、給電素子１２２＃に高周波信号を伝達する給電配線１４２＃は、接地電極ＧＮＤ側から給電素子１２１＃が配置される層まで立上がり、給電素子１２１＃が配置される層で外側にオフセットして、給電素子１２２＃の給電点ＳＰ２の直下から給電素子１２２＃に接続されている。その他の部分については図３の実施の形態１と同様の構成であり、重複する要素の説明は繰り返さない。
次に、図５および図６を用いて、比較例のアンテナモジュール１００＃と、実施の形態１のアンテナモジュール１００とのアンテナ特性について説明する。図５は実施の形態１および比較例における給電配線１４１と給電配線１４２との間のアイソレーション特性を示す図であり、図６は実施の形態１および比較例におけるアンテナゲインを示す図である。
図５を参照して、図５において、横軸には周波数が示されており、縦軸には実施の形態１の場合のアイソレーション（実線ＬＮ１０）および比較例の場合のアイソレーション（破線ＬＮ１１）が示されている。なお、図５において、Ｆ１は給電素子１２１の周波数帯域を示し、Ｆ２は給電素子１２２の周波数帯域を示している。
図５からわかるように、実施の形態１の方が比較例よりもアイソレーションが大きくなっている。すなわち、実施の形態１においては、２つの信号伝達経路間のアイソレーションが比較例よりも改善されている。
図６のアンテナゲインについては、給電素子１２１の周波数帯域Ｆ１では、実施の形態１のほうが比較例よりも全域にわたってゲインが改善している。また、給電素子１２２の周波数帯域Ｆ２では、実施の形態１において特に高周波側のゲインが改善しており、比較例にくらべて周波数帯域Ｆ２の全域にわたって均一なゲインが達成できている。
以上のように、実施の形態１においては、個別給電される２つの給電素子を有するスタック型のアンテナモジュールにおいて、低周波側の給電素子（第１給電素子）を貫通する高周波側の給電素子（第２給電素子）用の給電配線が、第２給電素子の給電点よりも内側で立ち上がり、さらに当該第２給電素子が配置される層において外側にオフセットされて給電点に接続されている。このような構成とすることによって、２つの周波数帯域の高周波信号を送受信することができる。さらに、２つの信号伝達経路間の結合を弱めることができるので、２つの信号伝達経路間のアイソレーションを改善することができる。
なお、本実施の形態１における「給電素子１２１」および「給電素子１２２」は、本開示における「第１給電素子」および「第２給電素子」にそれぞれ対応する。本実施の形態１における「給電配線１４１」および「給電配線１４２」は、本開示における「第１給電配線」および「第２給電配線」にそれぞれ対応する。本実施の形態１における「給電点ＳＰ１」および「給電点ＳＰ２」は、本開示における「第１給電点」および「第２給電点」にそれぞれ対応する。本実施の形態１における「ビア１４５」および「配線パターン１４６」は、本開示における「第１ビア」および「第１配線パターン」にそれぞれ対応する。
（変形例１）
実施の形態１のアンテナモジュール１００においては、高周波側の給電素子１２２が配置される層に配線パターン１４６が形成される構成について説明したが、オフセット用の配線パターンは、給電素子１２２よりも誘電体基板１３０の表面（上面）１３１側に形成されてもよい。
図７に示される変形例１に係るアンテナモジュール１００Ａにおいては、高周波側の給電素子１２２に高周波信号を伝達する給電配線１４２Ａは、ビア１４５Ａによって、接地電極ＧＮＤ側から給電素子１２１および給電素子１２２を貫通して、誘電体基板１３０の上面１３１と給電素子１２２との間の層まで立上がり、配線パターン１４６Ａによって給電素子１２２の外側にオフセットして給電点ＳＰ２に接続されている。
このような構成においても、給電素子間を通る給電配線１４２Ａの位置が、給電点ＳＰ２よりも内側となっているため、２つの信号伝達経路間のアイソレーションを改善することができる。
（変形例２）
図８は、変形例２に係るアンテナモジュール１００Ｂの断面透視図である。アンテナモジュール１００Ｂにおいては、高周波側の給電素子１２２に高周波信号を伝達するための給電配線１４２Ｂは、接地電極ＧＮＤ側から、まずビア１４５Ｂ１で給電素子１２１が配置される層まで立上がり、配線パターン１４６Ｂ１で給電素子１２１の内側にオフセットする。そして、給電配線１４２Ｂは、そこからビア１４５Ｂ２で給電素子１２２が配置される層までさらに立ち上がり、配線パターン１４６Ｂ２で給電素子１２２の外側にオフセットして給電点ＳＰ２に接続されている。
変形例２においては、給電配線１４２Ｂは、一続きのビアで給電素子１２１を貫通しているのではなく、給電素子１２１が配置される層において一旦内側にオフセットしている。そのため、給電素子１２１と配線パターン１４６Ｂ１との間の結合がやや増加してしまうが、給電素子１２１と給電素子１２２との間を通るビア１４５Ｂ２が給電点ＳＰ２よりも内側に配置されているため、２つの信号伝達経路間の結合を弱めることができる。これにより、２つの信号伝達経路間のアイソレーションを改善することができる。
［実施の形態２］
実施の形態１においては、高周波側の給電素子に高周波信号を伝達する給電配線が、当該給電素子が配置される層において給電素子の内側から外側に向けてオフセットする構成について説明した。実施の形態２においては、高周波側の給電素子が配置される層における給電配線が外側から内側に向けてオフセットする構成について説明する。
図９は、実施の形態２に係るアンテナモジュール１００Ｃの外観透視図である。また、図１０は、アンテナモジュール１００Ｃの断面透視図である。図９および図１０に示されるように、給電素子１２２に高周波信号を伝達する給電配線１４２Ｃは、ビア１４５Ｃによって給電素子１２１を貫通して給電素子１２２が配置される層まで立上がり、給電素子１２２が配置される層において給電素子１２２の内側にオフセットして給電点ＳＰ２に接続されている。
このような構成においては、給電素子１２１と給電素子１２２との間の空間的伝送モードと、配線パターン１４６Ｃを伝達する高周波信号との結合が弱くなるため、給電素子１２１と給電素子１２２との間の伝送を介した２つの信号伝達経路間の結合を弱めることができる。そのため、信号伝達経路間のアイソレーションを改善することができる。
［実施の形態３］
実施の形態１および実施の形態２においては、各給電素子から放射される電波の偏波方向が１つである、シングル偏波タイプのアンテナモジュールの場合について説明した。
実施の形態３においては、各給電素子から互いに直交する２つの偏波方向の電波が放射される、デュアル偏波タイプのアンテナモジュールの場合について説明する。
図１１は、実施の形態３に係るアンテナモジュール１００Ｄの外観透視図である。図１１を参照して、アンテナモジュール１００Ｄにおいては、実施の形態１のような、各給電素子からＹ軸方向を偏波方向とする電波が放射される構成に加えて、各給電素子からＸ軸方向を偏波方向とする電波も放射される構成が設けられる。
より詳細には、アンテナモジュール１００Ｄは、アンテナモジュール１００の構成に加えて、給電素子１２１に高周波信号を伝達する給電配線１４１Ｘ、および給電素子１２２に高周波信号を伝達する給電配線１４２Ｘをさらに備えている。
給電配線１４１Ｘは、ＲＦＩＣ１１０から、接地電極ＧＮＤを貫通して、給電素子１２１の下面側から給電点ＳＰ１Ｘに接続される。給電点ＳＰ１Ｘは、給電素子１２１の中心からＸ軸の正方向にオフセットした位置に配置されている。これにより、給電配線１４１Ｘを介して高周波信号を供給することによって、給電素子１２１から、Ｘ軸方向を偏波方向とする電波が放射される。
給電配線１４２Ｘは、ＲＦＩＣ１１０から、接地電極ＧＮＤおよび給電素子１２１を貫通して、給電素子１２２の給電点ＳＰ２Ｘに接続される。給電配線１４２Ｘは、給電素子１２１を貫通するビア１４５Ｘと、給電素子１２２が配置される層に形成された配線パターン１４６Ｘとを含む。誘電体基板１３０を平面視した場合に、ビア１４５Ｘは給電点ＳＰ２Ｘとは異なる位置で接地電極ＧＮＤ側から給電素子１２２が配置される層まで立ち上がり、配線パターン１４６Ｘによってビア１４５Ｘと給電点ＳＰ２Ｘとが接続される。給電点ＳＰ２Ｘは、給電素子１２２の中心からＸ軸の負方向にオフセットした位置に配置されている。これにより、給電配線１４２Ｘを介して高周波信号を供給することによって、給電素子１２２から、Ｘ軸方向を偏波方向とする電波が放射される。配線パターン１４６Ｘは、偏波方向であるＸ軸方向に延在している。
実施の形態３のデュアル偏波タイプのアンテナモジュールにおいても、高周波側の給電素子用の給電配線が給電点よりも内側で立ち上がり、さらに当該給電素子が配置される層において外側にオフセットして給電点に接続する構成とすることによって、２つの周波数帯域の高周波信号を送受信するとともに、２つの信号伝達経路間のアイソレーションを改善することができる。
なお、本実施の形態３における「給電配線１４１Ｘ」および「給電配線１４２Ｘ」は、本開示における「第３給電配線」および「第４給電配線」にそれぞれ対応する。本実施の形態３における「給電点ＳＰ１Ｘ」および「給電点ＳＰ２Ｘ」は、本開示における「第３給電点」および「第４給電点」にそれぞれ対応する。本実施の形態３における「ビア１４５Ｘ」および「配線パターン１４６Ｘ」は、本開示における「第２ビア」および「第２配線パターン」にそれぞれ対応する。
（変形例３）
変形例３においては、各給電配線にスタブを配置することによって、各給電素子において送受信される電波の周波数帯域幅を拡大する構成について説明する。
図１２は、変形例３に係るアンテナモジュール１００Ｅの外観透視図である。アンテナモジュール１００Ｅにおいては、実施の形態３のアンテナモジュール１００Ｄの構成に加えて、各給電配線から放射すべき電波の周波数に応じた長さを有するスタブが設けられている。なお、各スタブは、ショートスタブであってもよいし、オープンスタブであってもよい。
詳細には、給電配線１４１および給電配線１４１Ｘにおいて、給電素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間の層に延在する配線パターンに、スタブ１６１およびスタブ１６１Ｘがそれぞれ配置される。スタブ１６１，１６１Ｘの長さは、たとえば、給電素子１２１から放射される電波の周波数（２８ＧＨｚ）に対応した波長の１／４の長さに設定される。
また、給電配線１４２および給電配線１４２Ｘにおいて、給電素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間の層に延在する配線パターンに、スタブ１６２およびスタブ１６２Ｘがそれぞれ配置される。スタブ１６２，１６２Ｘの長さは、たとえば、給電素子１２２から放射される電波の周波数（３９ＧＨｚ）に対応した波長の１／４の長さに設定される。
このように、各給電配線に、放射する高周波信号の周波数に対応したスタブを配置して給電素子との整合を改善することによって、送受信可能な電波の周波数帯域を拡大することができる。
（変形例４）
変形例４においては、図１２で示したアンテナモジュール１００Ｅの各給電配線に、相手側の周波数帯域の信号の影響を除去するためのスタブが追加された構成について説明する。
図１３は、変形例４に係るアンテナモジュール１００Ｅ１の外観透視図である。アンテナモジュール１００Ｅ１においては、低周波数側の給電素子１２１に対応する給電配線１４１，１４１Ｘに、スタブ１６３，１６３Ｘがそれぞれ追加されている。スタブ１６３，１６３Ｘは、高周波数側の給電素子１２２から放射される電波の周波数（３９ＧＨｚ）に対応した長さ（たとえば、１／４波長）に設定されている。
また、高周波数側の給電素子１２２に対応する給電配線１４２，１４２Ｘについても、スタブ１６４，１６４Ｘがそれぞれ追加されている。スタブ１６４，１６４Ｘは、低周波数側の給電素子１２１から放射される電波の周波数（２８ＧＨｚ）に対応した長さ（たとえば、１／４波長）に設定されている。
ここで、一般的に、伝送経路に配置されたスタブは、変形例３のように給電素子とのマッチングを改善するために用いることもできるが、伝送経路におけるスタブの位置を調整することによって、当該スタブを、伝送経路に伝達される信号の特定の周波数の信号成分を除去するためのノッチフィルタとして機能させることもできる。
変形例４においては、スタブ１６３，１６３Ｘ，１６４，１６４Ｘは、対応する給電配線において、ノッチフィルタとして機能する位置に配置される。これにより、スタブ１６３，１６３Ｘによって、給電配線１４１，１４１Ｘで伝達される高周波信号における、高周波数側（３９ＧＨｚ）の信号成分が除去される。また、スタブ１６４，１６４Ｘによって、給電配線１４２，１４２Ｘで伝達される高周波信号における、低周波数側（２８ＧＨｚ）の信号成分が除去される。
このように、デュアルバンドタイプのアンテナモジュールにおいて、各給電配線に、相手側の給電素子の周波数帯域に対応した長さのスタブを配置することによって、当該給電配線で伝達される高周波信号における相手側の周波数帯域の信号成分を除去することができる。これによって、２つの給電素子から放射される電波のアイソレーションを改善することができる。
なお、変形例３，４において、各スタブの長さは、必ずしも対象となる電波の１／４波長には限定されない。たとえば、スタブの長さは、対象となる電波の１／２波長であってもよい。あるいは、スタブの位置を調整することによって、１／４波長（あるいは１／２波長）から若干ずれた長さとしてもよい。
［実施の形態４］
実施の形態１～３においては、２つの給電素子が積層されたスタック型のアンテナモジュールの場合の例について説明した。
実施の形態４においては、２つの給電素子が同一層内に配置されたアンテナモジュールの場合について説明する。
図１４は、実施の形態４に係るアンテナモジュール１００Ｆを説明するための図である。図１４においては、図１４（ａ）にアンテナモジュール１００Ｆの平面図が示されており、図１４（ｂ）にアンテナモジュール１００Ｆの側面透視図が示されている。
図１４を参照して、アンテナモジュール１００Ｆにおいては、矩形状を有する高周波側の給電素子１２２Ｆを取り囲むように、低周波側の給電素子１２１Ｆが配置されている。アンテナモジュール１００Ｆにおいては、給電素子１２１Ｆと給電素子１２２Ｆとは、同じ層に配置されている。
給電素子１２１Ｆには、給電配線１４１Ｆを介してＲＦＩＣ１１０から高周波信号が伝達される。給電配線１４１Ｆは、ＲＦＩＣ１１０から、接地電極ＧＮＤを貫通して、給電素子１２１Ｆの下面側から給電点ＳＰ１Ｆに接続される。すなわち、給電配線１４１Ｆは、給電素子１２１Ｆの給電点ＳＰ１Ｆに高周波信号を伝達する。
給電素子１２２Ｆには、給電配線１４２Ｆを介してＲＦＩＣ１１０から高周波信号が伝達される。給電配線１４２Ｆは、ＲＦＩＣ１１０から、接地電極ＧＮＤを貫通して、給電素子１２２Ｆの給電点ＳＰ２Ｆに接続される。給電配線１４２Ｆは、接地電極ＧＮＤ側から給電素子１２２Ｆが配置される層まで立上がるビア１４５Ｆと、給電素子１２２が配置される層に形成された配線パターン１４６Ｆとを含む。誘電体基板１３０を平面視した場合に、ビア１４５Ｆは給電点ＳＰ２Ｆとは異なる位置（給電点ＳＰ２Ｆよりも給電素子１２２Ｆの内側の位置）で接地電極ＧＮＤ側から給電素子１２２が配置される層まで立ち上がり、配線パターン１４６Ｆによってビア１４５Ｆと給電点ＳＰ２Ｆとが接続される。すなわち、給電配線１４２Ｆは、給電素子１２２Ｆの給電点ＳＰ２Ｆに高周波信号を伝達する。
給電素子１２１Ｆの給電点ＳＰ１Ｆは、給電素子１２１Ｆの中心からＹ軸の正方向にオフセットした位置に配置されている。また、給電素子１２２Ｆの給電点ＳＰ２Ｆは、給電素子１２２Ｆの中心からＹ軸の負方向にオフセットした位置に配置されている。これにより、給電素子１２１Ｆ，１２２Ｆの各々からは、Ｙ軸方向を偏波方向とする電波が放射される。配線パターン１４６Ｆは、偏波方向（Ｙ軸方向）に延在している。
アンテナモジュール１００Ｆのように、給電素子１２１Ｆが給電素子１２２Ｆの周囲に配置される構成において、給電配線１４２Ｆが給電素子１２２Ｆの端部に近い位置で立上がっていると、給電配線１４２Ｆと給電素子１２１Ｆとの距離が近くなるため結合が生じやすくなる。アンテナモジュール１００Ｆにおいては、給電配線１４２Ｆを給電素子１２２Ｆの内側（中心に近い位置）で立ち上げて、給電素子１２２Ｆが配置される層でオフセットさせることによって、給電配線１４２Ｆと給電素子１２１Ｆとの離間距離を確保する。これによって、給電配線１４２Ｆと給電素子１２１Ｆとの結合を抑制することができるので、２つの信号伝達経路間のアイソレーションを改善することができる。
なお、本実施の形態４における「給電素子１２１Ｆ」および「給電素子１２２Ｆ」は、本開示における「第１給電素子」および「第２給電素子」にそれぞれ対応する。本実施の形態４における「給電配線１４１Ｆ」および「給電配線１４２Ｆ」は、本開示における「第１給電配線」および「第２給電配線」にそれぞれ対応する。本実施の形態４における「給電点ＳＰ１Ｆ」および「給電点ＳＰ２Ｆ」は、本開示における「第１給電点」および「第２給電点」にそれぞれ対応する。本実施の形態４における「ビア１４５Ｆ」および「配線パターン１４６Ｆ」は、本開示における「第１ビア」および「第１配線パターン」にそれぞれ対応する。
なお、上述の各実施の形態および各変形例においては、放射素子および接地電極が同じ誘電体基板に形成される構成について説明したが、放射素子および接地電極がそれぞれ異なる基板に形成される構成であってもよい。この場合、２つの基板間の給電配線は、接続電極あるいはケーブルを用いて接続される。
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。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１０ 通信装置、１００，１００Ａ～１００Ｆ，１００Ｅ１ アンテナモジュール、１１０ ＲＦＩＣ、１１１Ａ～１１１Ｈ，１１３Ａ～１１３Ｈ，１１７Ａ，１１７Ｂ スイッチ、１１２ＡＲ～１１２ＨＲ ローノイズアンプ、１１２ＡＴ～１１２ＨＴ パワーアンプ、１１４Ａ～１１４Ｈ 減衰器、１１５Ａ～１１５Ｈ 移相器、１１６Ａ，１１６Ｂ 信号合成／分波器、１１８Ａ，１１８Ｂ ミキサ、１１９Ａ，１１９Ｂ 増幅回路、１２０ アンテナ装置、１２１，１２１Ｆ，１２２，１２２Ｆ 給電素子、１２５ 放射素子、１３０ 誘電体基板、１３１ 上面、１３２ 下面、１４１，１４１Ｆ，１４１Ｘ，１４２，１４２Ａ～１４２Ｃ，１４２Ｆ，１４２Ｘ 給電配線、１４５，１４５Ａ，１４５Ｂ１，１４５Ｂ２，１４５Ｃ，１４５Ｆ，１４５Ｘ ビア、１４６，１４６Ａ，１４６Ｂ１，１４６Ｂ２，１４６Ｃ，１４６Ｆ，１４６Ｘ 配線パターン、１４７ スリット、１５０ はんだバンプ、１６１，１６１Ｘ，１６２，１６２Ｘ，１６３，１６３Ｘ，１６４，１６４Ｘ スタブ、２００ ＢＢＩＣ、ＧＮＤ 接地電極、ＳＰ１Ｘ，ＳＰ１，ＳＰ１Ｆ，ＳＰ２Ｆ，ＳＰ２Ｘ，ＳＰ２ 給電点。

Claims (10)

  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、
    前記接地電極に対向して配置された平板状の第１給電素子および第２給電素子と、
    前記第１給電素子の第１給電点に高周波信号を伝達する第１給電配線と、
    前記第２給電素子の第２給電点に高周波信号を伝達する第２給電配線とを備え、
    前記第２給電素子から放射される電波の周波数は、前記第１給電素子から放射される電波の周波数よりも高く、
    前記第１給電素子は、前記第２給電素子と前記接地電極との間に配置されており、
    前記第２給電配線は、前記第１給電素子を貫通しており、
    前記第２給電配線は、
    前記誘電体基板を平面視した場合に、前記第２給電点よりも前記第１給電素子の中心に近い位置において前記接地電極側から前記第２給電素子まで立ち上がる第１ビアと、
    前記第１ビアと前記第２給電点とを接続する第１配線パターンとを含む、アンテナモジュール。
  2. 前記第１配線パターンは、前記第２給電素子が配置される層に配置される、請求項１に記載のアンテナモジュール。
  3. 前記第２給電素子は、前記誘電体基板の内層に配置されており、
    前記第１配線パターンは、前記誘電体基板において前記第２給電素子よりも前記誘電体基板の表面側の層に配置される、請求項１に記載のアンテナモジュール。
  4. 前記第１配線パターンは、前記第２給電素子から放射される電波の偏波方向に延在する、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. 前記第１給電素子の第３給電点に高周波信号を伝達する第３給電配線と、
    前記第２給電素子の第４給電点に高周波信号を伝達する第４給電配線とをさらに備え、
    前記第１給電素子は、前記第１給電配線からの高周波信号により第１偏波方向に電波を放射し、前記第３給電配線からの高周波信号により第２偏波方向に電波を放射するように構成され、
    前記第２給電素子は、前記第２給電配線からの高周波信号により前記第１偏波方向に電波を放射し、前記第４給電配線からの高周波信号により前記第２偏波方向に電波を放射するように構成され、
    前記第４給電配線は、
    前記誘電体基板を平面視した場合に、前記第４給電点よりも前記第１給電素子の中心に近い位置において前記接地電極側から前記第２給電素子まで立ち上がる第２ビアと、
    前記第２ビアと前記第４給電点とを接続する第２配線パターンとを含み、
    前記第１配線パターンは、前記第１偏波方向に延在し、
    前記第２配線パターンは、前記第２偏波方向に延在する、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。
  6. 誘電体基板と、
    前記誘電体基板に配置された接地電極と、
    前記接地電極に対向して配置された平板状の第１給電素子および第２給電素子と、
    前記第１給電素子の第１給電点に高周波信号を伝達する第１給電配線と、
    前記第２給電素子の第２給電点に高周波信号を伝達する第２給電配線とを備え、
    前記第２給電素子から放射される電波の周波数は、前記第１給電素子から放射される電波の周波数よりも高く、
    前記第１給電素子は、前記第２給電素子と同じ層において、前記第２給電素子を取り囲むように配置されており、
    前記第２給電配線は、
    前記誘電体基板を平面視した場合に、前記第２給電点よりも前記第１給電素子の中心に近い位置において前記接地電極側から前記第２給電素子まで立ち上がる第１ビアと、
    前記第１ビアと前記第２給電点とを接続する第１配線パターンとを含む、アンテナモジュール。
  7. 前記第１給電素子および前記第２給電素子に高周波信号を供給する給電回路をさらに備える、請求項１～６のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
  8. 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を搭載した、通信装置。
  9. 誘電体基板と、
    前記誘電体基板に配置された接地電極と、
    前記接地電極に対向して配置された平板状の第１給電素子および第２給電素子とを備え、
    前記第１給電素子および前記第２給電素子には、個別の給電配線によって高周波信号が伝達されており、
    前記第２給電素子から放射される電波の周波数は、前記第１給電素子から放射される電波の周波数よりも高く、
    前記第１給電素子は、前記第２給電素子と前記接地電極との間に配置されており、
    前記第２給電素子に接続される給電配線は、前記第１給電素子を貫通しており、
    前記第２給電素子の内部には、スリットと、当該スリットの内部において前記第２給電素子の中心に向かって突出した突出部が形成されており、
    前記突出部は、前記第２給電素子に高周波信号を伝達するための給電配線の一部である、アンテナモジュール。
  10. 誘電体基板と、
    前記誘電体基板に配置された接地電極と、
    前記接地電極に対向して配置された平板状の第１給電素子および第２給電素子とを備え、
    前記第１給電素子および前記第２給電素子には、個別の給電配線によって高周波信号が伝達されており、
    前記第２給電素子から放射される電波の周波数は、前記第１給電素子から放射される電波の周波数よりも高く、
    前記第１給電素子は、前記第２給電素子と同じ層において、前記第２給電素子を取り囲むように配置されており、
    前記第２給電素子の内部には、スリットと、当該スリットの内部において前記第２給電素子の中心に向かって突出した突出部が形成されており、
    前記突出部は、前記第２給電素子に高周波信号を伝達するための給電配線の一部である、アンテナモジュール。
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