特開 2024-96634 通信モジュールおよびそれに用いられる電磁束制御部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024096634

(43)【公開日】2024-07-17

(54)【発明の名称】通信モジュールおよびそれに用いられる電磁束制御部材

(51)【国際特許分類】

   H01Q 15/02 20060101AFI20240709BHJP

   H01Q 15/10 20060101ALI20240709BHJP

   G02B 3/00 20060101ALI20240709BHJP

【ＦＩ】

H01Q15/02

H01Q15/10

G02B3/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023000274

(22)【出願日】2023-01-04

(71)【出願人】

【識別番号】000208765

【氏名又は名称】株式会社エンプラス

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森岡 心平

(72)【発明者】

【氏名】菅沼 孝吉

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼鳥 洋

【テーマコード（参考）】

5J020

【Ｆターム（参考）】

5J020AA01

5J020AA02

5J020BB01

5J020BC06

(57)【要約】

【課題】一次放射器に対して電磁束制御部材が位置ずれした場合であっても結合損失の低下を抑制できる通信モジュールを提供すること。
【解決手段】通信モジュールは、一次放射器と、電磁束制御部材と、を有する。電磁束制御部材は、一次放射器から送信された電磁束を入射させるための入射面と、入射面で入射した電磁束を外部に出射させるための出射面と、を含み、入射面および出射面は、出射される電磁束が、一次放射器から出射される電磁束の出射角度と、電磁束制御部材の誘電率と、任意に設定される電磁束制御部材の焦点距離とに基づいて、一次放射器から送信された電磁束をコリメートするために最適化された基準レンズの焦点位置から送信され、基準レンズに入射後に出射される電磁束よりも拡がるように構成されている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電磁束を送信するための一次放射器と、前記一次放射器から送信された電磁束の進行方向を制御するための電磁束制御部材と、を有する、通信モジュールであって、
前記電磁束制御部材は、
前記一次放射器から送信された電磁束を入射させるための入射面と、
前記入射面で入射した電磁束を外部に出射させるための出射面と、を含み、
前記入射面および前記出射面は、前記出射面から出射される電磁束が、前記一次放射器から出射される電磁束の出射角度と、前記電磁束制御部材の誘電率と、任意に設定される前記電磁束制御部材の焦点距離とに基づいて、前記一次放射器から送信された電磁束をコリメートするために最適化された基準レンズの焦点位置から送信され、前記基準レンズに入射後に出射される電磁束よりも拡がるように構成されている、
通信モジュール。

【請求項2】

前記基準レンズは、
前記入射面に対応し、電磁束を入射させるための基準入射面と、
前記出射面に対応し、前記基準入射面で入射した電磁束を外部に出射させるための基準出射面と、を含む、
請求項１に記載の通信モジュール。

【請求項3】

前記基準入射面の頂点曲率半径の絶対値と、前記基準出射面の頂点曲率半径の絶対値とを比較して、前記基準入射面の頂点曲率半径の絶対値が大きい場合において、
前記入射面の頂点曲率半径は、前記基準入射面の頂点曲率半径と同一であり、
凸面である前記出射面の頂点曲率半径の絶対値は、前記基準出射面の頂点曲率半径の絶対値よりも大きい、
請求項２に記載の通信モジュール。

【請求項4】

前記基準入射面の頂点曲率半径の絶対値と、前記基準出射面の頂点曲率半径の絶対値とを比較して、前記基準出射面の頂点曲率半径の絶対値が大きい場合において、
前記出射面の頂点曲率半径は、前記基準出射面の頂点曲率半径と同一であり、
凹面である前記入射面の頂点曲率半径の絶対値は、前記基準入射面の頂点曲率半径の絶対値よりも小さい、
請求項２に記載の通信モジュール。

【請求項5】

前記一次放射器と、前記一次放射器から送信された電磁束を受信するための受信部との間隔を５ｍとし、
前記一次放射器と、受信器を有する前記受信部とは、同じ構成のモジュールであり、
前記一次放射器を前記基準レンズの焦点位置よりも前記電磁束制御部材の近くに配置したとき、
前記一次放射器から送信され前記受信部で受信した電磁束の結合損失は、０～－６１ｄＢの範囲内である、
請求項１に記載の通信モジュール。

【請求項6】

前記一次放射器と、前記一次放射器から送信された電磁束を受信するための受信部とを一定距離離間させ、
前記一次放射器と、受信器を有する前記受信部とは、同じ構成のモジュールを使用し、
前記一次放射器を前記基準レンズの焦点位置よりも前記電磁束制御部材の近くに配置したとき、
前記一次放射器から送信され前記受信部で受信した電磁束の結合損失は、０～－６１ｄＢの範囲内である、
請求項１に記載の通信モジュール。

【請求項7】

前記電磁束は、ミリ波、準ミリ波、またはテラヘルツ波である、請求項１に記載の通信モジュール。

【請求項8】

前記入射面または前記出射面には、電磁束の反射を抑制するための整合層が配置されている、請求項１に記載の通信モジュール。

【請求項9】

前記整合層は、複数の凸部である、請求項８に記載の通信モジュール。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか一項に記載の通信モジュールに用いられる、電磁束制御部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、通信モジュールおよびそれに用いられる電磁束制御部材に関する。

【背景技術】

【0002】

無線通信において、より多くの情報を高効率で長距離に伝送するための手段として、誘電体で形成されたレンズアンテナを用いることが知られている。レンズアンテナは、球面波を平面波に変換するなど、電磁波の進行方向を制御する機能を有しており、近年、準ミリ波、ミリ波、およびテラヘルツ波などの波長が短い電波にも使用され始めている。近年では、５Ｇ、６Ｇ規格のミリ波、テラヘルツ波を用いた通信が研究されており、高利得アンテナとしてレンズアンテナが注目されている。

【0003】

従来、レンズアンテナは、ホーンアンテナと組み合わせて使われている。レンズアンテナは、ホーンアンテナから焦点距離を離して配置されたときに最も効果を発揮するように最適化されている。ここで、レンズアンテナの球面、非球面または自由曲面における曲率は、一定の計算アルゴリズムによって最適化されることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。

【0004】

非特許文献１には、レンズアンテナの焦点距離と、レンズアンテナを構成する誘電体の誘電率と、ホーンアンテナから送信される電磁波の角度とに基づいて入射面または出射面を最適化する方法が記載されている。

【0005】

また、このようなレンズアンテナの固定方法として、ホーンアンテナのフランジに直接固定される方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。さらに、レンズアンテナの別の固定方法として、固定治具を用いてホーンアンテナから一定の距離を保って、ホーンアンテナと誘電体レンズアンテナの中心が一致するように固定する方法がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平９―３２１５３３号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】Farizah Ansarudin, et al., “Multi Beam Dielectric Lens Antenna for 5G Base Station”, Sensors, Volume 20, Issue 20, 5849.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

非特許文献１および特許文献１に記載のレンズアンテナは、使用する波長の１０～２０倍程度の大きさを有するため、レンズアンテナと、ホーンアンテナとの位置合わせは容易であった。

【0009】

しかしながら、近年、使用される波長が短くなり、それに伴いレンズアンテナおよびホーンアンテナのサイズが小さくなり、高い位置合わせ精度も要求されるようになってきた。このため、非特許文献１および特許文献１に記載の方法では、レンズアンテナおよびホーンアンテナを精度良く位置決めできず、結合損失が低下してしまうという問題があった。

【0010】

そこで、本発明の目的は、一次放射器に対して電磁束制御部材が位置ずれした場合であっても結合損失の低下を抑制できる通信モジュールおよびそれに用いられる電磁束制御部材を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、以下の通信モジュールおよびそれに用いられる電磁束制御部材に関する。
［１］電磁束を送信するための一次放射器と、前記一次放射器から送信された電磁束の進行方向を制御するための電磁束制御部材と、を有する、通信モジュールであって、前記電磁束制御部材は、前記一次放射器から送信された電磁束を入射させるための入射面と、前記入射面で入射した電磁束を外部に出射させるための出射面と、を含み、前記入射面および前記出射面は、前記出射面から出射される電磁束が、前記一次放射器から出射される電磁束の出射角度と、前記電磁束制御部材の誘電率と、任意に設定される前記電磁束制御部材の焦点距離とに基づいて、前記一次放射器から送信された電磁束をコリメートするために最適化された基準レンズの焦点位置から送信され、前記基準レンズに入射後に出射される電磁束よりも拡がるように構成されている、通信モジュール。
［２］前記基準レンズは、前記入射面に対応し、電磁束を入射させるための基準入射面と、前記出射面に対応し、前記基準入射面で入射した電磁束を外部に出射させるための基準出射面と、を含む、［１］に記載の通信モジュール。
［３］前記基準入射面の頂点曲率半径の絶対値と、前記基準出射面の頂点曲率半径の絶対値とを比較して、前記基準入射面の頂点曲率半径の絶対値が大きい場合において、前記入射面の頂点曲率半径は、前記基準入射面の頂点曲率半径と同一であり、凸面である前記出射面の頂点曲率半径の絶対値は、前記基準出射面の頂点曲率半径の絶対値よりも大きい、［１］または［２］に記載の通信モジュール。
［４］前記基準入射面の頂点曲率半径の絶対値と、前記基準出射面の頂点曲率半径の絶対値とを比較して、前記基準出射面の頂点曲率半径の絶対値が大きい場合において、前記出射面の頂点曲率半径は、前記基準出射面の頂点曲率半径と同一であり、凹面である前記入射面の頂点曲率半径の絶対値は、前記基準入射面の頂点曲率半径の絶対値よりも小さい、［１］または［２］に記載の通信モジュール。
［５］前記一次放射器と、前記一次放射器から送信された電磁束を受信するための受信部との間隔を５ｍとし、前記一次放射器と、前記受信部を有する受信器とは、同じ構成のモジュールであり、前記一次放射器を前記基準レンズの焦点位置よりも前記電磁束制御部材の近くに配置したとき、前記一次放射器から送信され前記受信部で受信した電磁束の結合損失は、０～－６１ｄＢの範囲内である、［１］～［４］のいずれか一項に記載の通信モジュール。
［６］前記一次放射器と、前記一次放射器から送信された電磁束を受信するための受信部とを一定距離離間させ、前記一次放射器と、前記受信部を有する受信器とは、同じ構成のモジュールを使用し、前記一次放射器を前記基準レンズの焦点位置よりも前記電磁束制御部材の近くに配置したとき、前記一次放射器から送信され前記受信部で受信した電磁束の結合損失は、０～－６１ｄＢの範囲内である、［１］～［４］のいずれか一項に記載の通信モジュール。
［７］前記電磁束は、ミリ波、準ミリ波、またはテラヘルツ波である、［１］～［６］のいずれか一項に記載の通信モジュール。
［８］前記入射面または前記出射面には、電磁束の反射を抑制するための整合層が配置されている、［１］～［７］のいずれか一項に記載の通信モジュール。
［９］前記整合層は、複数の凸部である、［１］～［８］のいずれか一項に記載の通信モジュール。
［１０］［１］～［９］のいずれか一項に記載の通信モジュールに用いられる、電磁束制御部材。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、一次放射器に対して電磁束制御部材が位置ずれした場合であっても結合損失の低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、実施の形態１の通信モジュールの構成を示す図である。

【図2】図２Ａ～Ｃは、実施の形態１におけるホーンアンテナの構成を示す図である。

【図3】図３Ａ～Ｃは、実施の形態１の電磁束制御部材の構成を示す図である。

【図4】図４Ａ、Ｂは、基準レンズと、実施の形態１の電磁束制御部材との光路図である。

【図5】図５Ａ、Ｂは、基準レンズと、実施の形態１の変形例１の電磁束制御部材との光路図である。

【図6】図６は、実施の形態２の通信モジュールの構成を示す図である。

【図7】図７Ａ～Ｃは、実施の形態２の電磁束制御部材の構成を示す図である。

【図8】図８Ａ、Ｂは、一次放射器および受信部の間の距離と、電磁束の結合損失との関係を説明するための図である。

【図9】図９Ａ、Ｂは、一次放射器のずれ量と、電磁束の結合損失との関係を説明するための図である。

【図10】図１０Ａ、Ｂは、結合損失に対する電磁束制御部材の影響を説明するための図である。

【図11】図１１Ａ、Ｂは、結合損失に対する電磁束制御部材の位置ずれの影響を説明するための図である。

【図12】図１２Ａ、Ｂは、結合損失に対する出射面の曲率半径の影響のシミュレーション結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

【0015】

［実施の形態１］
（通信モジュールの構成）
図１は、実施の形態１の通信モジュール１００の構成を示す模式図である。図２Ａ～Ｃは、ホーンアンテナの構成を示す図である。図２Ａは、ホーンアンテナの平面図であり、図２Ｂは、右側面図であり、図２Ｃは、正面図である。

【0016】

図１および図２Ａ～Ｃに示されるように、通信モジュール１００は、一次放射器１１０と、電磁束制御部材１２０とを有する。通信モジュール１００は、送信モジュールとして使用されてもよいし、受信モジュールとして使用されてもよいし、送信モジューおよび受信モジュールとして使用してもよい。本実施の形態では、送信モジュールおよび受信モジュールとして使用できる。すなわち、本実施の形態では、送信モジュールとしての通信モジュール１００は、一次放射器１１０と、電磁束制御部材１２０とを有する。一方、受信モジュールとしての通信モジュール１００は、電磁束制御部材１２０と、受信部１３０とを有する。一次放射器１１０と、受信部１３０とは、同じ構成のモジュールが好ましい。一次放射器１１０は、電波源１１１と、第１アンテナ１１２とを有する。よって、受信部１３０は、受信器１３１と、第２アンテナ１３２とを有する。

【0017】

電波源１１１は、所定の波長の電磁束を送信する。電波源１１１の種類は、上記の機能を発揮できれば特に限定されず、公知の電波源を使用できる。電波源１１１から送信される電磁束の種類は、ミリ波、準ミリ波、またはラヘルツ波であることが好ましい。本実施の形態の電磁束制御部材１２０に使用される電磁波の波長は、特に限定されないが、例えば１～１０ｍｍの範囲内である。

【0018】

第１アンテナ１１２は、電波源１１１から送信された電磁束を所定の拡がりを有する状態で、電磁束制御部材１２０に向けて制御する。第１アンテナ１１２は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。第１アンテナ１１２の種類の例には、ホーンアンテナ、パッチアンテナが含まれる。本実施の形態では、第１アンテナ１１２は、ホーンアンテナである（図２Ａ～Ｃ参照）。例えば、ホーンアンテナの上開口部の大きさは縦２．５ｍｍ×横１．８ｍｍであり、下開口部の大きさは縦０．９ｍｍ×横０．４ｍｍであり、長さは６ｍｍである。上開口部および下開口部の形状は、いずれも矩形である。また、本実施の形態では、ホーンアンテナの下開口部から１ｍｍ上方に電波源１１１が配置されている。

【0019】

受信器１３１は、電波源１１１から送信される電磁束を受信する。受信器１３１の種類は、上記の機能を発揮できれば特に限定されず、公知のものを使用できる。

【0020】

第２アンテナ１３２は、電波源１１１から送信された電磁束を受信器１３１に向けて集めるように制御する。第２アンテナ１３２は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。第２アンテナ１３２の種類の例には、ホーンアンテナ、パッチアンテナが含まれる。本実施の形態では、第２アンテナ１３２は、ホーンアンテナである（図２Ａ～Ｃ参照）。例えば、ホーンアンテナの上開口部の大きさは縦２．５ｍｍ×横１．８ｍｍであり、下開口部の大きさは縦０．９ｍｍ×横０．４ｍｍであり、長さは６ｍｍである。上開口部および下開口部の形状は、いずれも矩形である。また、本実施の形態では、ホーンアンテナの下開口部から１ｍｍ上開口部側に受信器１３１が配置されている。

【0021】

一次放射器１１０に含まれる第１アンテナ１１２と、受信部１３０に含まれる第１アンテナ１１２とは、同じ形状でもよいし、異なる形状でもよい。上述したように、本実施の形態では、一次放射器１１０に含まれる第１アンテナ１１２と、受信部１３０に含まれる第２アンテナ１３２とは、同じ形状である。

【0022】

（電磁束制御部材の構成）
図３Ａは、電磁束制御部材１２０の平面図であり、図３Ｂは、正面図であり、図３Ｃは、図３Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。

【0023】

ここでは、送信モジュールに含まれる電磁束制御部材１２０について説明する。電磁束制御部材１２０は、一次放射器１１０から送信された電磁束（電磁波）の進行方向を制御する。具体的には、電磁束制御部材１２０は、一次放射器１１０から送信された電磁束を拡がって進行するように制御する。図３Ａ～Ｃに示されるように、電磁束制御部材１２０は、入射面１２１と、出射面１２２とを有している。なお、本実施の形態では、電磁束制御部材１２０は、側方に配置された側面１２３をさらに有する。

【0024】

電磁束制御部材１２０の材料は、本発明の効果を発揮できるものであれば特に限定されず、制御対象の電磁束を透過させうる材料から適宜選択される。電磁束制御部材１２０の材料の例には、セラミックス、樹脂、ガラスが含まれる。樹脂の例には、ポリプロピレン、ポリシクロオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン、変性ポリフェニレンエーテルが含まれる。セラミックスの例には、ＣａＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ＢａＴｉＯ_３、ＺｎＯが含まれる。また、電磁束制御部材１２０の材料の例には、上述したセラミックの粉末を含んだ上述の樹脂が含まれる。

【0025】

本実施の形態では、電磁束制御部材１２０は、表裏方向に延在する中心軸ＣＡを回転軸とした回転対称（円対称）である。また、本実施の形態では、電磁束制御部材１２０の高さ（厚み）は５ｍｍであり、平面視したときの直径は１０ｍｍである。また、中心軸ＣＡは、入射面１２１の中心軸ＣＡでもあり、出射面１２２の中心軸ＣＡでもあり、側面１２３の中心軸ＣＡでもある。

【0026】

入射面１２１は、電磁束を電磁束制御部材１２０の内部に入射させ、かつ電磁束を所定の方向に進行させる。入射面１２１の形状は、上記の機能を発揮できれば特に限定されず、出射面１２２の形状などに応じて適宜設定される。入射面１２１は、平面でもよいし、凹面でもよい。入射面１２１は、電磁束制御部材１２０の中心軸ＣＡと交わるように配置されている。本実施の形態では、入射面１２１の形状は、中心軸ＣＡを回転軸とした回転対称（円対称）であり、かつ平面である。なお、入射面１２１の詳細な設定方法については、後述する。

【0027】

出射面１２２は、入射面１２１で入射した電磁波を電磁束制御部材１２０の外部に出射させ、かつ電磁束を所定の方向に進行させる。出射面１２２の形状は、上記の機能を発揮できれば特に限定されず、入射面１２１の形状などに応じて適宜設定される。本実施の形態では、出射面１２２は、中心軸ＣＡと交わるように配置されている。本実施の形態では、出射面１２２の形状は、中心軸ＣＡを回転軸とした回転対称（円対称）であり、かつ凸面である。なお、出射面１２２の詳細な設定方法については、後述する。

【0028】

すなわち、本実施の形態では、出射面１２２が凸面であり、かつ入射面１２１が平面の態様と、出射面１２２が凸面であり、かつ入射面１２１が凹面の態様（図５Ｂ参照）とが考えられる。

【0029】

側面１２３は、入射面１２１と、出射面１２２との間に配置されている。側面１２３の一端は入射面１２３の外縁と接続し、他端は出射面１２２の外縁と接続されている。本実施の形態において、側面１２３は、円柱の側面の形状である。電磁束制御部材１２０が側面１２３を有さない場合には、入射面１２３の外縁と、出射面１２２の外縁とは直接接続する。

【0030】

なお、受信モジュールに含まれる電磁束制御部材１２０は、送信モジュールに含まれる電磁束制御部材１２０から送信された電磁束（電磁波）の進行方向を制御する。受信モジュールに含まれる電磁束制御部材１２０は、送信モジュールに含まれる電磁束制御部材１２０における入射面１２１が出射面として機能し、出射面１２２が入射面として機能する。その他の構成は、送信モジュールに含まれる電磁束制御部材１２０と同様である。

【0031】

ここで、入射面１２１および出射面１２２の詳細な設定方法について説明する。本実施の形態の電磁束制御部材１２０における入射面１２１または出射面１２２は、基準レンズ５２０に基づいて設定される。そこで、まず、基準レンズ５２０について説明する。

【0032】

図４Ａは、基準レンズ５２０における電磁束の光路図である。図４Ａに示されるように、基準レンズ５２０は、一次放射器１１０から送信された電磁束をコリメートするのに最適化されたレンズである。基準レンズ５２０は、電磁束制御部材１２０の入射面１２１に対応し、電磁束を入射させるための基準入射面５２１と、電磁束制御部材１２０の出射面１２２に対応し、基準入射面５２１で入射した電磁束を外部に出射させるための基準出射面５２２とを含む。なお、本実施の形態では、基準入射面５２１は平面であり、基準出射面５２２は、凸面である。一次放射器１１０から送信された電磁束は、基準入射面５２１で基準レンズ５２０の内部に入射し、基準出射面５２２で基準レンズ５２０の外部に出射される。このとき、基準出射面５２２から出射される電磁束は、平行である。基準レンズ５２０は、上述の非特許文献１（Farizah Ansarudin, et al., “Multi Beam Dielectric Lens Antenna for 5G Base Station”, Sensors, Volume 20, Issue 20, 5849）に基づいて、一次放射器１１０から送信される電磁束の出射角度と、電磁束制御部材１２０の誘電率と、任意に設定される電磁束制御部材１２０の焦点距離とに基づいて、電波源１１１から送信された電磁束をコリメートするために最適化されている。ここで、本実施の形態において、焦点位置とは、基準出射面５２２からコリメート光を入射させ、基準入射面５２１から出射させた場合の焦点の位置を意味する。

【0033】

図４Ｂは、本実施の形態の電磁束制御部材１２０における電磁束の光路図である。本実施の形態の電磁束制御部材１２０は、基準レンズ５２０の焦点位置から送信され、基準レンズ５２０に入射後に出射される平行な電磁束よりも拡がるように構成されている。本実施の形態では、電磁束制御部材１２０の入射面１２１および／または出射面１２２の形状が、基準レンズ５２０の基準入射面５２１または基準出射面５２２とわずかに異なる。電磁束制御部材１２０の入射面１２１または出射面１２２は、以下の条件を満たすように設定されることが好ましい。

【0034】

まず、基準入射面５２１の頂点曲率半径の絶対値と、基準出射面５２２の頂点曲率半径の絶対値とを比較する。ここで、頂点曲率半径とは、基準入射面５２１、基準出射面５２２、入射面１２１または出射面１２２の頂点における曲率半径を意味する。なお、入射面１２１が平面における頂点とは入射面１２１の中心を意味し、平面の曲率半径は無限大とする。す基準入射面５２１の頂点曲率半径の絶対値が、基準出射面５２２の頂点曲率半径の絶対値よりも大きい場合には、入射面１２１の頂点曲率半径は、基準入射面５２１の頂点曲率半径と同一である。すなわち、本実施の形態では、出射面１２２の形状が基準出射面５２２とわずかに異なる。

【0035】

本実施の形態では、基準レンズ５２０の基準入射面５２１は平面であり、基準出射面５２２は凸面である。すなわち、本実施の形態では、基準入射面５２１の頂点曲率半径の絶対値（無限大）は、基準出射面５２２の頂点曲率半径の絶対値よりも大きい。この場合には、凸面である出射面１２２の頂点曲率半径の絶対値は、基準出射面５２２の頂点曲率半径の絶対値よりも大きいことが好ましい。言い換えると、出射面１２２の頂点における曲率の絶対値は、基準出射面５２２の頂点における曲率の絶対値よりも小さいことが好ましい。

【0036】

なお、本実施の形態では、頂点における曲率半径の絶対値を使用したが、任意の点同士の曲率半径の絶対値を比較してもよいし、所定の領域における曲率半径の絶対値を比較してもよい。

【0037】

（変形例）
次に、本実施の形態における変形例の送信モジュールについて説明する。なお、変形例の送信モジュールは、電磁束制御部材２２０の構成のみが実施の形態１の通信モジュール１００と異なる。そこで、電磁束制御部材２２０の構成のみについて説明し、本実施の形態１と同様の構成については、同じ符号を付して、その説明を省略する。

【0038】

図５Ａは、基準レンズ６２０における電磁束の光路図であり、図５Ｂは、変形例における電磁束の光路図である。

【0039】

図５Ａ、Ｂに示されるように、本変形例における電磁束制御部材２２０は、入射面２２１と、出射面２２２と、を有する。本変形例では、入射面２２１は凹面であり、かつ出射面２２２は凸面である。

【0040】

変形例における基準レンズ６２０は、基準入射面６２１と、基準出射面６２２とを含む。なお、変形例では、基準入射面６２１は凹面であり、基準出射面６２２は凸面である。変形例においても、基準レンズ６２０の基準出射面６２２から出射される電磁束は、平行である。

【0041】

変形例において、基準出射面６２２の頂点曲率半径の絶対値が、基準入射面６２１の頂点曲率半径の絶対値よりも大きい場合には、出射面２２２の頂点曲率半径は、基準出射面６２２の頂点曲率半径と同一である。すなわち、この場合、入射面２２１の形状が基準入射面６２１とわずかに異なる。具体的には、凹面である入射面２２１の頂点曲率半径の絶対値は、基準入射面６２１の頂点曲率半径の絶対値よりも大きいことが好ましい。言い換えると、入射面２２１の頂点における曲率の絶対値は、基準入射面６２１の頂点における曲率の絶対値よりも小さいことが好ましい。

【0042】

（効果）
本実施の形態に係る通信モジュール１００によれば、電磁束制御部材１２０、２２０から出射される電磁束が拡がるように制御されるため、一次放射器１１０に対して電磁束制御部材１２０、２２０が位置ずれした場合であっても結合損失の低下を抑制できる。

【0043】

［実施の形態２］
（通信モジュールの構成）
次に、実施の形態２に係る送信モジュール４００について説明する。本実施の形態に係る通信モジュール４００は、電磁束制御部材４２０の構成が実施の形態１に係る通信モジュール１００と異なる。そこで、本実施の形態では、電磁束制御部材４２０を主として説明する。また、実施の形態１の通信モジュール１００と同じ構成については、同様の符号を付してその説明を省略する。

【0044】

図６は、実施の形態２に係る通信モジュール４００の構成を示す図である。図７Ａ～Ｃは、実施の形態２に係る電磁束制御部材４２０の構成を示す図である。

【0045】

図６に示されるように、通信モジュール４００は、一次放射器１１０と、電磁束制御部材４２０とを有する。本実施の形態では、送信モジュールとしての通信モジュール１００は、一次放射器１１０と、電磁束制御部材４２０とを有する。一方、受信モジュールとしての通信モジュール１００は、電磁束制御部材４２０と、受信部１３０とを有する。

【0046】

図７Ａ～Ｃに示されるように、電磁束制御部材４２０は、入射面４２１と、出射面４２２とを有している。入射面４２１または出射面４２２には、整合層４２４が配置されている。なお、本実施の形態は、入射面４２１および出射面４２２に整合層４２４が配置されている。

【0047】

整合層４２４を除く入射面４２１は、平面でもよいし、凹面でもよい。本実施の形態では、整合層４２４を除く入射面４２１は、平面である。また、整合層４２４を除く出射面４２２は、凸面である。

【0048】

整合層４２４は、電磁束の反射を抑制する。整合層４２４の構成は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。整合層４２４は、電磁束を反射するための反射膜でもよいし、複数の凸部４２５でもよい。本実施の形態では、入射面４２１および出射面４２２には、整合層４２４として複数の凸部４２５が配置されている。すなわち、入射面４２１には平面上に複数の凸部４２５が配置されており、出射面４２２には凸曲面上に複数の凸部４２５が配置されている。

【0049】

凸部４２５が設けられている部分は、空気と、凸部４２５を構成する樹脂などの材料と、が混在している層となる。これにより、当該層は、空気の屈折率と当該材料の屈折率との間の屈折率をもつ層として機能する。そのため凸部４２５によって、入射面４２１に入射する電磁束、および、出射面４２２から出射する電磁束が急激な屈折率の変化によって反射することが抑制される。

【0050】

凸部４２５の形状は、上記機能を発揮できれば特に制限されない。凸部４２５の形状は、電磁束制御部材４２０の表面（入射面４２１または出射面４２２）から離れても大きさが変わらない形状（例えば、柱体）であってもよいし、大きさが変化する形状（例えば、錐体または錐台）であってもよい。しかし、屈折率の変化を緩やかにするという観点からは、凸部４２５は電磁束制御部材４２０の表面から離れるにつれて、細くなる形状を有することが好ましい。

【0051】

凸部４２５の形状の例には、角柱、円柱、角錐、円錐、角錐台、円錐台等が含まれる。これらの内で、屈折率の変化を緩やかにするという観点からは、角錐、円錐、角錐台、円錐台が好ましい。

【0052】

凸部４２５の大きさは、反射を防止したい電磁波の波長に合わせて適宜選択されればよい。例えば、周波数３００ＧＨｚ帯の場合、平面視したときの凸部４２５の最大の長さは、２００～５００μｍ程度であり、凸部４２５の高さは２００～５００μｍ程度であればよい。また、たとえば周波数１００ＧＨｚ帯の場合、平面視したときの凸部４２５の最大の長さは、６００～１５００μｍ程度であり、凸部４２５の高さは６００～１５００μｍ程度であればよい。また、凸部４２５の大きさは、電磁波の波長の半分以下であり、加工限界以上であることが好ましい。

【0053】

また、凸部４２５は、離型性をよくするという観点から、２つの面の角度が９０°以下の辺を有さない形状であることが好ましい。この観点から、凸部は、面取りされている角柱形状、面取りされている角錐台形状、面取りされている角錐形状などが好ましい。面取りは、凸部４２５の上面および／または付け根にあることが好ましい。面取りの例には、Ｃ面取り、Ｒ面取りが含まれる。

【0054】

なお、本実施の形態では、凸部４２５は、８つの辺がＲ面取りされた四角柱である。

【0055】

（効果）
本実施の形態に係る通信モジュール４００は、実施の形態１の通信モジュールと同様の効果を有する。また、本実施の形態に係る通信モジュール４００は、整合層４２４を有するため、より電磁束の反射を防止できる。

【0056】

［シミュレーション］
次に、通信モジュールにおける結合損失について調べた。

【0057】

一次放射器１１０と、一次放射器１１０から送信された電磁束を受信するための受信部１３０との間隔を５ｍとし、一次放射器１１０と、受信器１３１を有する受信部１３０とは、同じ構成のモジュールであり、一次放射器１１０を基準レンズの焦点位置よりも電磁束制御部材１２０の近くに配置したとき、一次放射器１１０から送信され受信部１３０で受信した電磁束の結合損失は、０～－６１ｄＢの範囲内が好ましい。また、一次放射器１１０と、一次放射器１１０から送信された電磁束を受信するための受信部１３０とを一定距離離間させ、一次放射器１１０と、受信器１３１を有する受信部１３０とは、同じ構成のモジュールを使用し、一次放射器１１０を基準レンズ５２０の焦点位置よりも電磁束制御部材１２０の近くに配置したとき、一次放射器１１０から送信され受信部１３０で受信した電磁束の結合損失は、０～－６１ｄＢの範囲内が好ましい。

【0058】

一次放射器１１０および受信部１３０の間の距離が異なる場合の結合損失について調べた。電波源１１１から送信される電磁束の周波数は、２７０ＧＨｚとした。一次放射器１１０の第１アンテナ１１２および受信部１３０の第２アンテナ１３２として、２７０ＧＨｚ用のホーンアンテナを使用した。一次放射器１１０および受信部１３０の間の距離は、３００、５００、１０００、２０００、５０００、８０００、１００００ｍｍとした。なお、本シミュレーションでは、電磁束制御部材を使用していない。

【0059】

図８Ａ、Ｂは、一次放射器１１０および受信部１３０の間の距離と、電磁束の結合損失との関係を説明するための図である。図８Ａは、本シミュレーションの装置構成を示す図であり、図８Ｂは、シミュレーション結果を示すグラフである。図８Ｂの横軸は一次放射器１１０および受信部１３０の間の距離Ｌ１（ｍｍ）を示しており、縦軸は結合損失（ｄＢ）を示している。図８Ａ、Ｂに示されるように、一次放射器１１０および受信部１３０の間の距離Ｌ１が長くなるほど、結合損失が大きくなることがわかる。

【0060】

次に、一次放射器１１０が平面方向（図９ＡのＹ方向）に位置ずれしたときの結合損失に与える影響について調べた。電波源１１１から送信される電磁束の周波数は、２７０ＧＨｚとした。第１アンテナ１１２および第２アンテナ１３２として、２７０ＧＨｚ用のホーンアンテナを使用した。一次放射器１１０のずれ量は、１．０、５．０、１０、５０、１００、５００ｍｍとした。一次放射器１１０および受信部１３０の間の距離は、５０００ｍｍとした。なお、本シミュレーションでは、電磁束制御部材を使用していない。

【0061】

図９Ａ、Ｂは、一次放射器１１０のずれ量と、電磁束の結合損失との関係を説明するための図である。図９Ａは、本シミュレーションの装置構成を示す図であり、図９Ｂは、シミュレーション結果を示すグラフである。図９Ｂの横軸は一次放射器１１０のずれ量Ｌ２（ｍｍ）を示しており、縦軸は結合損失（ｄＢ）を示している。図９Ａ、Ｂに示されるように、一次放射器１１０の位置ずれが大きくなるほど、結合損失が大きくなることがわかる。

【0062】

次に、結合損失に対する電磁束制御部材１２０、４２０の影響について調べた。電波源１１１から送信される電磁束の周波数は、２７０ＧＨｚとした。第１アンテナ１１２および第２アンテナ１３２として、２７０ＧＨｚ用のホーンアンテナを使用した。一次放射器１１０および受信部１３０の間の距離は、５０００ｍｍとした。電磁束制御部材として、整合層４２４を有していない電磁束制御部材１２０（実施の形態１）、入射面４２１および出射面４２２に整合層４２４を有する電磁束制御部材４２０（実施の形態２）、出射面４２２にのみ整合層４２４を有する電磁束制御部材４２０（実施の形態２）を使用した。なお、電磁束制御部材１２０、４２０は、送信側のみに配置した。

【0063】

基準レンズ５２０の基準出射面５２２における頂点の曲率半径は、－０．７９０２４０７０６（ｍ）であり、基準出射面５２１は、平面である。曲率は－１．２５９４０７６６（ｍ^―１）であり、コーニック定数は－１．５２１７３６６である。なお、基準レンズ５２０は、上述の非特許文献１に基づいて設定した。

【0064】

図１０Ａ、Ｂは、結合損失に対する電磁束制御部材の影響を説明するための図である。図１０Ａは、シミュレーションに使用した装置構成を説明するための図であり、図１０Ｂシミュレーション結果を示すグラフである。図１０Ｂの縦軸は、結合損失（ｄＢ）を示している。なお、本シミュレーションでは、一次放射器１１０と、電磁束制御部材１２０、４２０と、受信部１３０とは、同軸上に配置されており、電磁束制御部材１２０、４２０の焦点位置に一時放射器１１０の上側開口部が位置するように配置されている。

【0065】

図１０Ａ、Ｂに示されるように、電磁束制御部材１２０を配置することで結合損失の低下を抑制した。また、出射面４２２に整合層４２４を配置することで、結合損失の低下をさらに抑制し、出射面４２２および入射面４２１に整合層４２４を配置することで、結合損失の低下は、さらに抑制された。

【0066】

次に、結合損失に対する基準レンズ５２０、電磁束制御部材１２０、４２０の位置ずれの影響について調べた。電波源１１１から送信される電磁束の周波数は、２７０ＧＨｚとした。第１アンテナ１１２および第２アンテナ１３２として、２７０ＧＨｚ用のホーンアンテナを使用した。一次放射器１１０および受信部１３０の間の距離は、５０００ｍｍとした。電磁束制御部材として、基準レンズ５２０、整合層４２４を有していない電磁束制御部材１２０（実施の形態１）、入射面４２１および出射面４２２に整合層４２４を有する電磁束制御部材４２０（実施の形態２）を使用した。なお、本シミュレーションでは、一次放射器１１０と、電磁束制御部材１２０、４２０と、受信部１３０とは、同軸上に配置されており、電磁束制御部材１２０、４２０の焦点位置に一時放射器１１０の上側開口部が位置するように配置されている。なお、基準レンズ５２０は、上述の非特許文献１に基づいて設定した。

【0067】

図１１Ａ、Ｂは、結合損失に対する基準レンズ５２０、電磁束制御部材１２０、４２０の位置ずれの影響を説明するための図である。図１１Ａは、シミュレーションに使用した装置構成を説明するための図である。図１１Ｂシミュレーション結果を示すグラフである。図１１Ｂの横軸は基準レンズ５２０、電磁束制御部材１２０、４２０のずれ量Ｌ３（ｍｍ）を示しており、縦軸は結合損失（ｄＢ）を示している。図１１Ｂの黒丸シンボルの実線は基準レンズ５２０の結果を示しており、白抜きシンボルの実線は整合層４２４を有していない電磁束制御部材１２０（実施の形態１）の結果を示しており、白抜きシンボルの破線は、入射面４２１および出射面４２２に整合層４２４を有する電磁束制御部材４２０（実施の形態２）の結果を示している。

【0068】

図１１Ａ、Ｂに示されるように、実施の形態１に係る電磁束制御部材１２０（白抜きシンボルの実線）は、基準レンズ５２０（黒丸シンボルの実線）と比較して、位置ずれした場合であっても結合損失の低下を抑制できることがわかった。また、実施の形態２に係る電磁束制御部材４２０（白抜きシンボルの破線）は、基準レンズ５２０および電磁束制御部材１２０と比較して、位置ずれした場合であっても結合損失の低下をさらに抑制した。

【0069】

次に、結合損失に対する出射面１２２、４２２の曲率半径の影響について調べた。電波源１１１から送信される電磁束の周波数は、２７０ＧＨｚとした。第１アンテナ１１２および第２アンテナ１３２として、２７０ＧＨｚ用のホーンアンテナを使用した。一次放射器１１０および受信部１３０の間の距離は、５０００ｍｍとした。電磁束制御部材として、入射面１２１が平面であって、出射面１２２の頂点曲率半径が－１１ｍまたは－１２ｍであって、入射面１２１および出射面１２２に整合層を有しない電磁束制御部材１２０（実施の形態１）、入射面４２１および出射面４２２に整合層４２４を有する電磁束制御部材４２０（実施の形態２）を使用した。

【0070】

図１２Ａ、Ｂは、シミュレーション結果を示すグラフである。図１２Ａ、Ｂの横軸は電磁束制御部材１２０、４２０のずれ量Ｌ３（ｍｍ）を示しており、縦軸は結合損失（ｄＢ）を示している。図１２Ａ、Ｂの実線は、曲率半径が－１１の電磁束制御部材１２０の結果を示しており、点線は、曲率半径が－１２の電磁束制御部材４２０の結果を示している。

【0071】

図１２Ａ、Ｂに示されるように、整合層４２４を有する電磁束制御部材４２０は、整合層４２４を有さない電磁束制御部材１２０と比較して、一次放射器１１０に対して電磁束制御部材が位置ずれした場合であっても結合損失の低下を抑制した。また、曲率半径が－１２の電磁束制御部材４２０は、曲率半径が－１１の電磁束制御部材１２０と比較して、一次放射器１１０に対して電磁束制御部材が位置ずれした場合であっても結合損失の低下を抑制した。すなわち、曲率半径が大きいほど、一次放射器１１０に対して電磁束制御部材が位置ずれした場合であっても結合損失の低下を抑制できる。

【産業上の利用可能性】

【0072】

本発明の通信モジュールおよびそれに用いられる電磁束制御部材は、例えば、無線通信や光学分野において有用である。

【符号の説明】

【0073】

１００、４００ 通信モジュール
１１０ 一次放射器
１１１ 電波源
１１２ 第１アンテナ
１２０、２２０、４２０ 電磁束制御部材
１２１、２２１、４２１ 入射面
１２２、２２２、４２２ 出射面
１２３ 側面
１３０ 受信部
１３１ 受信器
１３２ 第２アンテナ
４２４ 整合層
４２５ 凸部
５２０、６２０ 基準レンズ
５２１、６２１ 基準入射面
５２２、６２２ 基準出射面
ＣＡ 中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】