特許 7544251 アンテナモジュールおよびそれを搭載した通信装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-26

(45)【発行日】2024-09-03

(54)【発明の名称】アンテナモジュールおよびそれを搭載した通信装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/08 20060101AFI20240827BHJP

   H01Q 21/24 20060101ALI20240827BHJP

【ＦＩ】

H01Q13/08

H01Q21/24

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2023503674

(86)(22)【出願日】2022-02-10

(86)【国際出願番号】 JP2022005324

(87)【国際公開番号】W WO2022185874

(87)【国際公開日】2022-09-09

【審査請求日】2023-07-13

(31)【優先権主張番号】P 2021032805

(32)【優先日】2021-03-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 良樹

(72)【発明者】

【氏名】小村 良

【審査官】岸田 伸太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－１４２７８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－１７３２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０７７０６５００（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ １３／０８

Ｈ０１Ｑ ２１／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の誘電体層が積層された誘電体基板と、
前記誘電体基板に形成された、平板形状の第１放射素子と、
前記誘電体基板において、前記第１放射素子に対向して配置された接地電極と、
前記第１放射素子と前記接地電極との間の層に形成され、前記接地電極と電気的に接続された第１周辺電極とを備え、
前記第１放射素子は、第１偏波方向に電波を放射可能であり、
前記接地電極の前記第１偏波方向の寸法は、前記接地電極の前記第１偏波方向に直交する特定方向の寸法よりも短く、
前記誘電体基板を積層方向から平面視した場合に、前記第１周辺電極の少なくとも一部は、前記第１偏波方向における、前記接地電極の端部と前記第１放射素子の端部との間に配置される、アンテナモジュール。

【請求項2】

前記第１放射素子は、前記誘電体基板を積層方向から平面視した場合に、前記第１偏波方向に沿った第１辺および前記特定方向に沿った第２辺を含む矩形形状を有しており、
前記第１辺の寸法は、前記第２辺の寸法よりも短い、請求項１に記載のアンテナモジュール。

【請求項3】

前記第１周辺電極は、前記誘電体基板を積層方向から平面視した場合に、前記誘電体基板の前記第１偏波方向の端部において前記第２辺に沿って延在する矩形形状を有しており、
前記第２辺に沿った前記第１周辺電極の寸法は、前記第２辺の寸法よりも短い、請求項２に記載のアンテナモジュール。

【請求項4】

前記第１放射素子は、前記特定方向である第２偏波方向にも電波を放射可能であり、
前記第１放射素子から放射される電波の波長をλ_１とすると、前記第１周辺電極は、前記第１辺と前記第１周辺電極との間の前記第２偏波方向に沿った距離が少なくともλ_１／８となる位置に配置される、請求項３に記載のアンテナモジュール。

【請求項5】

前記第１周辺電極は、前記接地電極において、前記第１偏波方向の端部に配置されており、前記特定方向の端部には配置されていない、請求項２に記載のアンテナモジュール。

【請求項6】

前記第１周辺電極は、前記誘電体基板の積層方向に積層され、前記接地電極に電気的に接続された複数の電極を含み、
前記複数の電極のうち、前記誘電体基板において前記第１放射素子に最も近い層に配置された第１電極の前記第１偏波方向の寸法は、前記第１電極以外の第２電極の前記第１偏波方向の寸法よりも長い、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。

【請求項7】

前記第１電極は、前記第１電極の前記第１放射素子側の端部が、前記第２電極の前記第１放射素子側の端部よりも前記第１放射素子に近くなるように配置されている、請求項６に記載のアンテナモジュール。

【請求項8】

前記第１周辺電極は、前記特定方向に沿って並列配置された複数の電極によって形成されている、請求項１に記載のアンテナモジュール。

【請求項9】

前記第１周辺電極は、前記特定方向に延在する矩形形状の第１部分と、前記第１部分から前記特定方向に向かって突出する第２部分とを含み、
前記第１部分における前記第１放射素子に面した辺の寸法は、前記第２部分を含む前記特定方向に沿った前記第１周辺電極の寸法よりも短い、請求項１に記載のアンテナモジュール。

【請求項10】

前記第１放射素子よりも高い周波数帯域の電波を放射することが可能な第２放射素子をさらに備え、
前記第１放射素子は、前記第２放射素子と前記接地電極との間に配置されており、
前記誘電体基板を積層方向から平面視した場合に、前記第２放射素子は前記第１放射素子と重なっている、請求項１に記載のアンテナモジュール。

【請求項11】

前記第１放射素子と前記第２放射素子との間の層に形成され、前記第１放射素子に電気的に接続された第２周辺電極をさらに備え、
前記第２放射素子は、前記第１偏波方向に電波を放射可能であり、
前記誘電体基板を積層方向から平面視した場合に、
前記第２周辺電極の少なくとも一部は、前記第１偏波方向における、前記第１放射素子の端部と前記第２放射素子の端部との間に配置される、請求項１０に記載のアンテナモジュール。

【請求項12】

前記特定方向に沿った前記第２周辺電極の寸法は、前記特定方向に沿った前記第２放射素子の寸法よりも短い、請求項１１に記載のアンテナモジュール。

【請求項13】

前記誘電体基板を積層方向から平面視した場合に、
前記第１放射素子は、前記第１偏波方向に沿った第１辺および前記特定方向に沿った第２辺を含む矩形形状を有しており、
前記第２周辺電極は、前記第１放射素子の前記第１偏波方向の端部において前記第２辺に沿って延在する矩形形状を有しており、
前記第２周辺電極の少なくとも一部は、前記第１偏波方向における、前記第２辺と前記第２放射素子の端部との間に配置される、請求項１１または１２に記載のアンテナモジュール。

【請求項14】

前記第２放射素子は、前記特定方向である第２偏波方向にも電波を放射可能であり、
前記第２放射素子から放射される電波の波長をλ_２とすると、前記第２周辺電極は、前記第２放射素子の前記第１偏波方向に沿った辺と前記第２周辺電極との間の前記第２偏波方向に沿った距離が少なくともλ_２／８となる位置に配置される、請求項１３に記載のアンテナモジュール。

【請求項15】

前記第１放射素子および前記第２放射素子の各々は、給電素子である、請求項１０～１４のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。

【請求項16】

平板形状の無給電素子をさらに備え、
前記第２放射素子は、前記第１放射素子と前記無給電素子との間に配置されており、
前記誘電体基板を積層方向から平面視した場合に、前記無給電素子の少なくとも一部は前記第２放射素子と重なっている、請求項１０～１５のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。

【請求項17】

前記第１放射素子から放射される電波の波長をλ_１とすると、
前記誘電体基板を積層方向から平面視した場合に、前記第１偏波方向に沿った、前記第１放射素子の中心から前記接地電極の端部までの距離はλ_１／４よりも短い、請求項１に記載のアンテナモジュール。

【請求項18】

各放射素子に高周波信号を供給するように構成された給電回路をさらに備える、請求項１～１７のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。

【請求項19】

請求項１～１８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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、アンテナモジュールおよびそれを搭載した通信装置に関し、より特定的には、アンテナ特性を向上させるための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

特許第６７９８６５７号公報（特許文献１）には、平板形状のパッチアンテナを有するアンテナモジュールにおいて、誘電体基板に対して放射素子の偏波方向を傾けて配置する構成が開示されている。特許第６７９８６５７号公報（特許文献１）に開示されたアンテナモジュールにおいては、接地電極の面積が制限された場合でも、偏波方向における放射素子と接地電極との距離を確保しやすくなるため、アンテナ特性の低下を抑制することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６７９８６５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

携帯電話あるいはスマートフォンのような携帯端末に代表される通信装置においては、さらなる小型化および薄型化が望まれている。これに伴って、当該通信装置に搭載されるアンテナモジュールについても、小型化および低背化が必要とされている。また、通信装置の小型化により、装置内においてアンテナモジュールの配置場所が制限される場合もあり、そのような場合には、アンテナモジュール内の接地電極の面積を十分に確保できない状態となり得る可能性がある。

【0005】

一般的に、平板形状のパッチアンテナにおいては、周波数帯域幅の拡大および損失低減などのアンテナ特性の観点からは、放射素子に対して十分に広い面積の接地電極を有することが好ましい。しかしながら、上述のように小型化のために、接地電極の大きさが制限される場合には、所望のアンテナ特性が実現できない可能性がある。

【0006】

このような課題に対して、特許第６７９８６５７号公報（特許文献１）に開示されるように、接地電極に対して放射素子の偏波方向を傾斜させて配置することによって、アンテナ特性の低下を抑制することができる。しかしながら、アンテナモジュールの実装態様によっては、通信装置の筐体との相互作用などの影響で、偏波方向を傾斜させることができない場合があり、そのような場合には、所望のアンテナ特性が実現できない状態となり得る。

【0007】

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、アンテナモジュールにおいて、接地電極の面積が制限される場合のアンテナ特性の低下を抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示に係るアンテナモジュールは、複数の誘電体層が積層された誘電体基板と、第１放射素子と、接地電極と、第１周辺電極とを備える。第１放射素子は、誘電体基板に形成され、平板形状を有している。接地電極は、誘電体基板において第１放射素子に対向して配置されている。第１周辺電極は、第１放射素子と接地電極との間の層に形成され、接地電極と電気的に接続されている。第１放射素子は、第１偏波方向に電波を放射可能である。接地電極の第１偏波方向の寸法は、接地電極の第１偏波方向に直交する特定方向の寸法よりも短い。誘電体基板を積層方向から平面視した場合に、第１周辺電極の少なくとも一部は、第１偏波方向における、接地電極の端部と第１放射素子の端部との間に配置される。

【発明の効果】

【0009】

本開示に係るアンテナモジュールにおいては、周辺電極により放射素子と接地電極との間の容量成分が増加することによって、放射素子の寸法を短くしても所望の共振周波数を得ることができる。さらに、周辺電極によって、放射素子から接地電極に回り込む電気力線が減少する。したがって、接地電極の面積が制限される場合であっても、アンテナ特性の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１に従う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2】図１のアンテナモジュールの平面図および側面透視図である。

【図3】周辺電極による効果を説明するための図である。

【図4】実施の形態２に従うアンテナモジュールの平面図および側面透視図である。

【図5】実施の形態３に従うアンテナモジュールの平面図および側面透視図である。

【図6】実施の形態４に従うアンテナモジュールの側面透視図である。

【図7】変形例１の周辺電極を備えたアンテナモジュールを示す平面図である。

【図8】変形例２の周辺電極を備えたアンテナモジュールを示す平面図である。

【図9】変形例３の第１例のアンテナモジュールの側面透視図である。

【図10】変形例３の第２例のアンテナモジュールの側面透視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

［実施の形態１］
（通信装置の基本構成）
図１は、実施の形態１に係るアンテナモジュール１００が適用される通信装置１０のブロック図の一例である。通信装置１０は、たとえば、携帯電話、スマートフォンあるいはタブレットなどの携帯端末や、通信機能を備えたパーソナルコンピュータなどである。本実施の形態に係るアンテナモジュール１００に用いられる電波の周波数帯域の一例は、たとえば２８ＧＨｚ、３９ＧＨｚおよび６０ＧＨｚなどを中心周波数とするミリ波帯の電波であるが、上記以外の周波数帯域の電波についても適用可能である。

【0013】

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、ＲＦＩＣ１１０にて高周波信号にアップコンバートし、アンテナ装置１２０から放射する。また、通信装置１０は、アンテナ装置１２０で受信した高周波信号をＲＦＩＣ１１０へ送信し、ダウンコンバートしてＢＢＩＣ２００にて信号を処理する。

【0014】

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（給電素子）のうち、４つの放射素子１２１Ａ～１２１Ｄ（以下、包括的に「放射素子１２１」とも称する。）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に対応する構成については省略されている。なお、図１においては、アンテナ装置１２０が二次元のアレイ状に配置された複数の放射素子１２１で形成される例を示しているが、複数の放射素子１２１が一列に配置された一次元アレイであってもよい。また、アンテナ装置１２０は、放射素子１２１が単独で設けられる構成であってもよい。本実施の形態においては、放射素子１２１は、平板形状を有するパッチアンテナである。

【0015】

アンテナ装置１２０は、１つの放射素子から偏波方向が異なる２種類の電波を放射可能な、いわゆるデュアル偏波タイプのアンテナ装置である。各放射素子１２１には、ＲＦＩＣ１１０から、第１偏波用の高周波信号および第２偏波用の高周波信号が供給される。

【0016】

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、第１偏波用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、第２偏波用の高周波信号のための回路である。

【0017】

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。

【0018】

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、それぞれ異なる放射素子１２１に給電される。このとき、各信号経路に配置された移相器１１５Ａ～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。

【0019】

スイッチ１１１Ａ，１１１Ｅからの高周波信号は、放射素子１２１Ａに供給される。同様に、スイッチ１１１Ｂ，１１１Ｆからの高周波信号は、放射素子１２１Ｂに供給される。スイッチ１１１Ｃ，１１１Ｇからの高周波信号は、放射素子１２１Ｃに供給される。スイッチ１１１Ｄ，１１１Ｈからの高周波信号は、放射素子１２１Ｄに供給される。

【0020】

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。

【0021】

（アンテナモジュールの構造）
次に、図２を用いて、実施の形態１におけるアンテナモジュール１００の構成の詳細を説明する。図２は、実施の形態１の係るアンテナモジュール１００を示す図である。図２においては、上段にアンテナモジュール１００の平面図（図２（Ａ））が示されており、下段に側面透視図（図２（Ｂ））が示されている。

【0022】

アンテナモジュール１００は、放射素子１２１およびＲＦＩＣ１１０に加えて、誘電体基板１３０と、給電配線１４１，１４２と、周辺電極１５０と、接地電極ＧＮＤとを含む。なお、以降の説明において、誘電体基板１３０の法線方向（電波の放射方向）をＺ軸方向とし、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軸の正方向を上方側、負方向を下方側と称する場合がある。

【0023】

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。

【0024】

誘電体基板１３０は、法線方向（Ｚ軸方向）から平面視すると矩形形状を有している。誘電体基板１３０のＸ軸に沿った寸法は、Ｙ軸に沿った寸法よりも短い。誘電体基板１３０の上面１３１（Ｚ軸の正方向の面）に近い層（上方側の層）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表面に露出する態様で配置されてもよいし、図２（Ｂ）の例のように誘電体基板１３０の内部に配置されてもよい。

【0025】

誘電体基板１３０の下面１３２に近い位置において、誘電体基板１３０の全面にわたって接地電極ＧＮＤが配置される。また、誘電体基板１３０の下面１３２には、はんだバンプ１６０を介してＲＦＩＣ１１０が実装されている。なお、ＲＦＩＣ１１０は、はんだ接続に代えて、多極コネクタを用いて誘電体基板１３０に接続されてもよい。

【0026】

放射素子１２１は、矩形形状を有する平板状の電極である。放射素子１２１のＸ軸方向に沿った辺（第１辺）の寸法Ｌ１は、放射素子１２１のＹ軸方向に沿った辺（第２辺）の寸法Ｌ２よりも短い（Ｌ１＜Ｌ２）。これは、誘電体基板１３０のＸ軸方向の寸法がＹ軸方向の寸法に比べて制限されているためである。アンテナモジュール１００においては、放射素子１２１から放射される電波の波長をλ_１とした場合に、放射素子１２１の中心から誘電体基板１３０のＹ軸に沿った辺までの距離は、λ_１／４以下である。放射素子１２１には、給電配線１４１，１４２を介して、ＲＦＩＣ１１０から個別に高周波信号が供給される。なお、放射素子１２１は、必ずしも矩形形状に限られず、たとえば、円形状、楕円形状、あるいは、他の多角形であってもよい。

【0027】

給電配線１４１は、ＲＦＩＣ１１０から接地電極ＧＮＤを貫通して、放射素子１２１の給電点ＳＰ１に接続される。また、給電配線１４２は、ＲＦＩＣ１１０から接地電極ＧＮＤを貫通して、放射素子１２１の給電点ＳＰ２に接続される。給電点ＳＰ１は放射素子１２１の中心からＸ軸の正方向にオフセットしており、給電点ＳＰ２は放射素子１２１の中心からＹ軸の負方向にオフセットしている。これにより、放射素子１２１からは、Ｘ軸方向を偏波方向とする電波およびＹ軸方向を偏波方向とする電波が放射される。すなわち、アンテナモジュール１００は、デュアル偏波タイプのアンテナモジュールである。

【0028】

アンテナモジュール１００においては、誘電体基板１３０におけるＸ軸方向の端部において、放射素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間の誘電体層に周辺電極１５０が形成される。周辺電極１５０は、誘電体基板１３０の法線方向（Ｚ軸の正方向）から平面視した場合に、矩形形状を有しており、誘電体基板１３０のＸ軸方向の端部においてＹ軸方向に沿って延在している。周辺電極１５０は、放射される電波の対称性を確保するために、放射素子１２１のＹ軸方向の辺の中央部に配置されている。なお、周辺電極１５０は、必ずしも矩形形状には限られず、たとえば、楕円形状、角に丸みを有する四角形、あるいは他の多角形であってもよい。

【0029】

周辺電極１５０のＹ軸方向の寸法は、放射素子１２１のＹ軸方向の寸法よりも短い。放射素子１２１のＹ軸方向に沿った辺の寸法Ｌ２はλ_１／２である。周辺電極１５０は、放射素子１２１のＸ軸に沿った辺と周辺電極１５０との間のＹ軸方向に沿った距離が少なくともλ_１／８となる位置に配置されている。周辺電極１５０のＹ軸に沿った寸法が、対向する放射素子１２１の辺の寸法と同程度の場合、Ｙ軸方向を偏波方向とする電波の周波数帯域幅および／またはアンテナゲインなどのアンテナ特性が低下するおそれがある。そのため、アンテナモジュール１００においては、周辺電極１５０が放射素子１２１の端部に近づきすぎないように、放射素子１２１のＸ軸に沿った各辺とのＹ軸に沿った距離が少なくともλ_１／８となる位置に配置されている。これによって、Ｘ軸方向を偏波方向とする電波とＹ軸方向を偏波方向とする電波のアンテナ特性の低下を抑制することができる。

【0030】

誘電体基板１３０の積層方向（Ｚ軸方向）においては、周辺電極１５０は、放射素子１２１に最も近い層に配置された平板電極１５１（第１電極）と、平板電極１５１および接地電極ＧＮＤとの間の層に配置された複数の平板電極１５２（第２電極）とを含む。平板電極１５１および複数の平板電極１５２は、ビア１５３により互いに接続されている。ビア１５３は、接地電極ＧＮＤに接続されている。したがって、周辺電極１５０の電位は接地電位となる。

【0031】

（周辺電極の機能）
次に、図３を用いて周辺電極１５０の機能について説明する。図３においては、アンテナモジュールのＸ軸方向に沿った模式的な断面が記載されており、放射素子１２１に高周波信号が供給されたときの、放射素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間に形成される電気力線が描かれている。

【0032】

図３において、上段の図３（Ａ）は、誘電体基板１３０のサイズに制限がなく、接地電極ＧＮＤの面積を十分に広くすることができる場合を示している。中段の図３（Ｂ）は、誘電体基板１３０のサイズが制限され、Ｘ軸方向の接地電極ＧＮＤの寸法を十分に確保できない場合を示している。下段の図３（Ｃ）は、本実施の形態１のアンテナモジュール１００のような周辺電極１５０が形成された構成の場合を示している。

【0033】

図３を参照して、放射素子１２１にＸ軸方向を偏波方向とする電波の高周波信号が供給された場合、放射素子１２１のＸ軸方向の端部（すなわち、Ｙ軸に沿った辺）の電圧の大きさが最大となり、当該Ｙ軸に沿った辺と接地電極ＧＮＤとの間で電気力線が生じる。図３（Ａ）のように、放射素子１２１に対して接地電極ＧＮＤの面積が十分に広い場合、放射素子１２１の端部からの電界は、接地電極ＧＮＤに向かって下向きに生じる。これによって、アンテナモジュールにおいては、矢印ＡＲ１で示すような、Ｘ軸方向に向かうフリンジング電界が生じる。パッチアンテナにおいては、このフリンジング電界によって、放射素子の法線方向へ電波が放射される。

【0034】

しかしながら、図３（Ｂ）のように、誘電体基板１３０のＸ軸方向の寸法が制限される場合には、放射素子１２１の端部からは、接地電極ＧＮＤの端部に向かって回り込むような電界が部分的に生じる。このような回り込む電界によって、矢印ＡＲ２の示すような、矢印ＡＲ１とは逆方向のフリンジング電界が生じる。これにより、矢印ＡＲ１のフリンジング電界と矢印ＡＲ２のフリンジング電界とが互いに相殺されて、アンテナモジュール全体のフリンジング電界の大きさが小さくなる。そうすると、図３（Ａ）の場合に比べて、放射素子から電波が放射されにくくなりアンテナ特性が低減し得る。

【0035】

このような逆向きのフリンジング電界の発生は、偏波方向における放射素子１２１の端部と接地電極ＧＮＤの端部との距離が小さくなるほど顕著になる傾向にある。そのため、図２のアンテナモジュール１００におけるＸ軸方向のように、放射素子１２１に対して誘電体基板１３０（すなわち、接地電極ＧＮＤ）のサイズが制限される場合には、Ｘ軸方向を偏波方向とする電波についての特性が、Ｙ軸方向を偏波方向とする電波の特性に比べて劣ってしまうことになる。

【0036】

一方で、図３（Ｃ）に示されるように、放射素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間に、接地電極ＧＮＤに接続された周辺電極１５０を配置した場合、放射素子１２１と接地電位（周辺電極１５０）との距離が短くなるため、放射素子１２１と周辺電極１５０との間において電気力線が優先的に発生する。これより、図３（Ｂ）のような、接地電極ＧＮＤに向かって回り込むような電界の発生が低減される。そのため、図３（Ｂ）の矢印ＡＲ２のような逆向きのフリンジング電界の発生が抑制されるので、結果としてアンテナ特性の低下を抑制することができる。

【0037】

なお、周辺電極１５０は、接地電極ＧＮＤよりも優先的に放射素子１２１と結合するようにすることが必要である。そのため、周辺電極１５０は、誘電体基板１３０を平面視した場合に、全体が放射素子１２１と重なっている状態ではなく、少なくとも一部が放射素子１２１よりも外側（偏波方向）にはみ出して配置されることが好ましい。

【0038】

また、実施の形態１のアンテナモジュール１００においては、放射素子１２１が下層側の平板電極１５２と結合することを抑制するために、放射素子１２１に最も近い平板電極１５１の面積が平板電極１５２の面積よりも大きくされている。言い換えれば、平板電極１５１における偏波方向（Ｘ軸方向）の寸法は、平板電極１５２における偏波方向の寸法よりも長い。さらに、平板電極１５１における放射素子１２１側の端部が、平板電極１５２における放射素子１２１側の端部よりも放射素子１２１に近くなるように配置されている。

【0039】

以上のように、実施の形態１のアンテナモジュール１００においては、放射素子１２１に対して、接地電極ＧＮＤの寸法が制限される方向（Ｘ軸方向）について、放射素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間の層に、放射素子１２１からはみ出すように周辺電極を設けることにより、放射素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間において回り込みむような電界の発生を抑制することができる。これによって、フリンジング電界の相殺が抑制されるので、接地電極ＧＮＤの面積が制限される場合であっても、アンテナ特性の低下を抑制することができる。

【0040】

［実施の形態２］
実施の形態１においては、アンテナモジュールが単一の周波数帯域の電波を放射する構成について説明した。実施の形態２においては、異なる２つの周波数帯域の電波を放射するように構成されたアンテナモジュールに、周辺電極を適用する構成について説明する。

【0041】

図４は、実施の形態２に従うアンテナモジュール１００Ａの平面図および側面透視図である。図４のアンテナモジュール１００Ａは、図２で示した実施の形態１のアンテナモジュール１００の構成に加えて、放射素子１２２および給電配線１４１Ａ，１４２Ａが設けられた構成を有している。なお、以下の説明において、アンテナモジュール１００と重複する要素の説明は繰り返さない。

【0042】

図４を参照して、アンテナモジュール１００Ａにおいては、誘電体基板１３０において、放射素子１２１よりも上面１３１側に放射素子１２２が配置されている。言い換えれば、放射素子１２１は、放射素子１２２と接地電極ＧＮＤとの間に配置されている。放射素子１２２は矩形形状を有しており、誘電体基板１３０を積層方向（Ｚ軸方向）から平面視した場合に、放射素子１２１と放射素子１２２とは、互いに中心が一致するように重なっている。なお、放射素子１２２は、必ずしも矩形形状に限られず、たとえば、円形状、楕円形状、あるいは、他の多角形であってもよい。

【0043】

放射素子１２２のサイズは、放射素子１２１のサイズよりも小さい。そのため、放射素子１２２からは、放射素子１２１から放射される電波よりも高い周波数帯域の電波が放射される。すなわち、アンテナモジュール１００Ａは、異なる２つの周波数帯域の電波が放射可能な、いわゆるスタック型のデュアルバンドタイプのアンテナモジュールである。

【0044】

放射素子１２２には、給電配線１４１Ａ，１４２Ａを介して、ＲＦＩＣ１１０から個別に高周波信号が供給される。給電配線１４１Ａは、ＲＦＩＣ１１０から接地電極ＧＮＤおよび放射素子１２１を貫通して、放射素子１２２の給電点ＳＰ１Ａに接続される。また、給電配線１４２Ａは、ＲＦＩＣ１１０から接地電極ＧＮＤおよび放射素子１２１を貫通して、放射素子１２２の給電点ＳＰ２Ａに接続される。給電点ＳＰ１Ａは放射素子１２１の中心からＸ軸の負方向にオフセットしており、給電点ＳＰ２Ａは放射素子１２１の中心からＹ軸の正方向にオフセットしている。これにより、放射素子１２２からは、Ｘ軸方向を偏波方向とする電波およびＹ軸方向を偏波方向とする電波が放射される。

【0045】

アンテナモジュール１００Ａにおいても、実施の形態１のアンテナモジュール１００と同様に、接地電極ＧＮＤの面積が制限される偏波方向（Ｘ軸方向）については、放射素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間の層に周辺電極１５０が配置されている。これによって、相対的に低い周波数帯域の電波を放射する放射素子１２１について、接地電極ＧＮＤの面積の制限に伴うアンテナ特性の低下を抑制することができる。

【0046】

なお、アンテナモジュール１００Ａにおいては、２つの放射素子１２１，１２２の各々が給電素子であり、ＲＦＩＣ１１０から高周波信号が個別に供給される構成について説明したが、低周波数側の放射素子１２１を無給電素子とする構成としてもよい。この場合、給電配線１４１Ａ，１４２Ａは、放射素子１２１を貫通して放射素子１２２に接続される。放射素子１２１に適合した高周波信号を給電配線１４１Ａ，１４２Ａに供給すると、給電配線１４１Ａ，１４２Ａと放射素子１２１とが電磁界結合により結合することによって、放射素子１２１に高周波信号が伝達される。

【0047】

［実施の形態３］
実施の形態２においては、デュアルバンドタイプのアンテナモジュールにおいて、放射素子と接地電極との間の層に設けられた周辺電極を用いて、低周波数側の放射素子のアンテナ特性の低下を抑制する構成について説明した。

【0048】

実施の形態３においては、デュアルバンドタイプのアンテナモジュールにおいて、高周波数側の電波を放射する放射素子についてのアンテナ特性の低下を抑制する構成について説明する。

【0049】

図５は、実施の形態３に従うアンテナモジュール１００Ｂの平面図および側面透視図である。図５のアンテナモジュール１００Ｂは、図４で示した実施の形態２のアンテナモジュール１００Ａの構成に加えて、放射素子１２２用の周辺電極１７０が設けられた構成を有している。なお、以下の説明において、アンテナモジュール１００，１００Ａと重複する要素の説明は繰り返さない。

【0050】

図５を参照して、アンテナモジュール１００Ｂにおいては、低周波数側の放射素子１２１上において、放射素子１２１のＹ軸方向の辺に沿って、矩形形状の周辺電極１７０が配置されている。周辺電極１７０は、放射素子１２２のＹ軸にそった辺の中央部に配置されている。

【0051】

周辺電極１７０のＹ軸方向の寸法は、放射素子１２２のＹ軸方向の寸法よりも短い。放射素子１２２から放射される電波の波長をλ_２とすると、放射素子１２２のＹ軸方向に沿った辺の寸法Ｌ３はλ_２／２であり、周辺電極１７０は、放射素子１２２のＸ軸方向に沿った辺と周辺電極１７０との間のＹ軸方向に沿った距離が少なくともλ_２／８となる位置に配置されている。

【0052】

スタック型のデュアルバンドタイプのアンテナモジュールにおいては、低周波数側の放射素子１２１は、高周波数側の放射素子１２２に対する接地電極として機能する。そのため、放射素子１２２に対して放射素子１２１の面積を十分に確保できない場合には、放射素子１２２から放射される高周波数側の電波について、図３で説明したような特性の劣化が生じ得る。そのため、接地電極として機能する放射素子１２１の寸法が制限される偏波方向（Ｘ軸方向）について、放射素子１２１と放射素子１２２との間の層に、放射素子１２１に接続された周辺電極１７０を配置することによって、放射素子１２２についてのアンテナ特性の低下を抑制することができる。

【0053】

なお、周辺電極１５０の場合と同様に、誘電体基板１３０を平面視した場合に、周辺電極１７０の少なくとも一部が、放射素子１２２から偏波方向にはみ出すように配置することが好ましい。言い換えれば、周辺電極１７０の少なくとも一部は、Ｘ軸方向における、放射素子１２１の端部と放射素子１２２の端部との間に配置することが好ましい。また、図５においては、Ｘ軸方向を偏波方向とする電波に対して周辺電極１７０が配置される構成について示されているが、Ｙ軸方向を偏波方向とする電波について、放射素子１２２に対して放射素子１２１の面積が十分に確保できない場合には、Ｙ軸方向についても周辺電極１７０を配置するようにしてもよい。また、周辺電極１７０は、必ずしも矩形形状には限られず、たとえば、楕円形状、角に丸みを有する四角形、あるいは他の多角形であってもよい。

【0054】

以上のように、低周波数側の放射素子に加えて、高周波数側の放射素子に対しても周辺電極を配置することによって、デュアルバンドタイプのアンテナモジュールにおいて、各周波数帯域の電波について、接地電極として機能する電極の面積の制限に伴うアンテナ特性の低下を抑制することができる。

【0055】

［実施の形態４］
実施の形態４においては、実施の形態３のアンテナモジュール１００Ｂの構成に加えて、周波数帯域幅を拡大するための無給電素子がさらに設けられた構成について説明する。

【0056】

図６は、実施の形態４に従うアンテナモジュール１００Ｃの側面透視図である。アンテナモジュール１００Ｃにおいては、実施の形態３のアンテナモジュール１００Ｂの構成に加えて、放射素子１２２よりも上面１３１側に、無給電素子１２３が配置されている。図には示していないが、誘電体基板１３０を平面視した場合に、無給電素子１２３は、放射素子１２１，１２２と少なくとも一部が重なるように配置されている。なお、以下の説明において、実施の形態１～３で説明したアンテナモジュール１００，１００Ａ，１００Ｂと重複する要素の説明は繰り返さない。

【0057】

無給電素子１２３のサイズは、放射素子１２２とほぼ同じサイズに形成されている。これにより、放射素子１２２から電波が放射されると、放射された電波によって、当該電波に近接した振動モードで無給電素子１２３が励振される。これにより、放射素子１２２の周波数帯域に近接した周波数帯域の電波が放射される。したがって、放射素子１２２から放射される高周波数側の電波について、周波数帯域幅を拡大することができる。

【0058】

［変形例］
以下の変形例においては、放射素子１２１に対して設けられる周辺電極１５０の形状についてのバリエーションについて説明する。なお、以下の変形例の形状は、実施の形態３で説明した放射素子１２２についての周辺電極１７０についても適用可能である。

【0059】

（変形例１）
図７は、変形例１の周辺電極１５０Ａを備えたアンテナモジュール１００Ｄを示す平面図である。

【0060】

図７を参照して、アンテナモジュール１００Ｄにおける周辺電極１５０Ａは、誘電体基板１３０を平面視した場合に、各層の電極が分割された複数の平板電極により形成された構成を有している。図７の例においては、周辺電極１５０Ａは、Ｙ軸方向に並列配置された２つの電極で構成されている。

【0061】

放射素子１２１から放射される電波の波長をλ_１とした場合に、周辺電極１５０ＡのうちＹ軸の正方向に配置された電極は、放射素子１２１のＹ軸の正方向側の辺と当該電極との間のＹ軸方向に沿った距離が少なくともλ_１／８となる位置に配置されている。また、周辺電極１５０ＡのうちＹ軸の負方向に配置された電極は、放射素子１２１のＹ軸の負方向側の辺と当該電極との間のＹ軸方向に沿った距離が少なくともλ_１／８となる位置に配置されている。

【0062】

なお、周辺電極１５０Ａは、下層のすべての平板電極についても分割された構成であってもよいし、下層の一部の平板電極については周辺電極１５０のように一体化された１つの電極で形成されていてもよい。また、周辺電極は３以上に分割された平板電極を並列配置した構成としてもよい。

【0063】

（変形例２）
図８は、変形例２の周辺電極１５０Ｂを備えたアンテナモジュール１００Ｅを示す平面図である。

【0064】

図８を参照して、アンテナモジュール１００Ｅにおける周辺電極１５０Ｂは、Ｙ軸方向に延在する矩形形状の第１部分１５５と、当該第１部分１５５からＹ軸の正方向および負方向に向かって突出した矩形形状の第２部分１５６とを含んだ形状を有している。

【0065】

第１部分１５５は、第１部分１５５のＹ軸方向の端部と、放射素子１２１のＹ軸方向の端部との距離がλ_１／８となる位置に配置されている。第２部分１５６は、第１部分１５５において、放射素子１２１から遠い側の辺に沿って形成されている。すなわち、周辺電極１５０Ｂにおいて、第１部分１５５における放射素子１２１に面した辺の寸法は、第２部分１５６を含むＹ軸方向に沿った周辺電極１５０Ｂの寸法よりも短い。

【0066】

このような形状の周辺電極とすることによって、放射素子１２１のＸ軸方向に発生する電界については、第２部分１５６によって放射素子１２１と周辺電極１５０Ｂとの結合が強められることで、アンテナ特性の低下を抑制することができる。一方で、放射素子１２１のＹ軸方向に発生する電界に対しては、放射素子１２１と周辺電極１５０ＢとのＹ軸に沿った距離がλ_１／８以上確保できるので、放射素子１２１と周辺電極１５０Ｂとの結合を抑制することができる。したがって、Ｘ軸方向を偏波方向とする電波とＹ軸方向を偏波方向とする電波のアンテナ特性の低下を抑制することができる。

【0067】

（変形例３）
上述の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共通の誘電基板内に配置される構成について説明した。変形例３においては、放射素子および接地電極がそれぞれ異なる誘電体基板に配置される構成について説明する。

【0068】

図９は、変形例３の第１例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、図２に示したアンテナモジュール１００の誘電体基板１３０が、誘電体基板１３０Ａに置き換わった構成となっている。なお、図９において、図２と重複する要素の説明は繰り返さない。

【0069】

アンテナモジュール１００Ｆにおいて、誘電体基板１３０Ａは、放射素子１２１が配置された第１基板１３０Ａ１と、接地電極ＧＮＤおよび周辺電極１５０が配置された第２基板１３０Ａ２とから構成されている。そして、第１基板１３０Ａ１と第２基板１３０Ａ２との間において、給電配線１４１，１４２の各々は、はんだバンプ１６５によって接続されている。

【0070】

また、図１０は、変形例３の第２例のアンテナモジュール１００Ｇの側面透視図である。アンテナモジュール１００Ｇにおいては、図２に示したアンテナモジュール１００の誘電体基板１３０が、誘電体基板１３０Ｂに置き換わった構成となっている。なお、図１０においても、図２と重複する要素の説明は繰り返さない。

【0071】

アンテナモジュール１００Ｇにおいて、誘電体基板１３０Ｂは、放射素子１２１および周辺電極１５０が配置された第１基板１３０Ｂ１と、接地電極ＧＮＤが配置された第２基板１３０Ｂ２とから構成されている。そして、第１基板１３０Ｂ１と第２基板１３０Ｂ２との間において、給電配線１４１，１４２および周辺電極１５０を接地電極ＧＮＤに接続するビア１５３の各々は、はんだバンプ１６６によって接続されている。

【0072】

アンテナモジュール１００Ｆ，１００Ｇのように、誘電体基板を、放射素子および接地電極が個別の基板に配置されるように構成することによって、フレキシブルな配置が可能になる。

【0073】

なお、誘電体基板を、放射素子が配置された第１基板、接地電極が配置された第２基板、および、周辺電極が配置された第３基板の３つの異なる基板で構成してもよい。

【0074】

なお、上記の実施の形態における「放射素子１２１」および「放射素子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。実施の形態における「周辺電極１５０」および「周辺電極１７０」は、本開示における「第１周辺電極」および「第２周辺電極」にそれぞれ対応する。実施の形態における「Ｘ軸方向」および「Ｙ軸方向」は、本開示における「第１偏波方向」および「第２偏波方向」にそれぞれ対応する。

【0075】

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。

【符号の説明】

【0076】

１０ 通信装置、１００，１００Ａ～１００Ｇ 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、１２１，１２１Ａ～１２１Ｄ，１２２ 放射素子、１２３ 無給電素子、１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ 誘電体基板、１３０Ａ１，１３０Ｂ１ 第１基板、１３０Ａ２，１３０Ｂ２ 第２基板、１４１，１４１Ａ，１４２，１４２Ａ 給電配線、１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ，１７０ 周辺電極、１５１，１５２ 平板電極、１５３ ビア、１６０，１６５，１６６ はんだバンプ、２００ ＢＢＩＣ、ＧＮＤ 接地電極、ＳＰ１，ＳＰ１Ａ，ＳＰ２，ＳＰ２Ａ 給電点。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】