特許 7582516 アンテナモジュール

(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】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】アンテナモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01Q 5/378 20150101AFI20241106BHJP

   H01Q 5/328 20150101ALI20241106BHJP

   H01Q 5/40 20150101ALI20241106BHJP

   H01Q 9/30 20060101ALI20241106BHJP

   H01Q 9/14 20060101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

H01Q5/378

H01Q5/328

H01Q5/40

H01Q9/30

H01Q9/14

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023569227

(86)(22)【出願日】2022-11-30

(86)【国際出願番号】 JP2022044158

(87)【国際公開番号】W WO2023120075

(87)【国際公開日】2023-06-29

【審査請求日】2024-02-21

(31)【優先権主張番号】P 2021207801

(32)【優先日】2021-12-22

(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】田邊 冬夢

(72)【発明者】

【氏名】立花 真也

【審査官】白井 亮

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０６１７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５０１６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１３８１９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ ５／３７８

Ｈ０１Ｑ ５／３２８

Ｈ０１Ｑ ５／４０

Ｈ０１Ｑ ９／３０

Ｈ０１Ｑ ９／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１共振周波数を持つ第１アンテナ装置と、
第２共振周波数を持つ第２アンテナ装置と、
前記第２アンテナ装置の所定の位置とグランドとの間に接続される通過フィルタと、を備え、
前記第１アンテナ装置は、第１給電回路に接続された第１放射素子を含み、
前記第２アンテナ装置は、第２給電回路に接続された第２放射素子を含み、
前記通過フィルタは、前記第２共振周波数を遮断し、前記第１放射素子と前記第２放射素子とが、電界もしくは磁界の少なくとも一方で結合することで、前記グランドから前記通過フィルタを経由し前記第２放射素子を通る経路で機能する無給電アンテナの第３共振周波数を通過させる、アンテナモジュール。

【請求項2】

前記第２共振周波数は、前記第２給電回路と接続する前記第２放射素子の基本周波数である、請求項１に記載のアンテナモジュール。

【請求項3】

前記通過フィルタは、前記第１共振周波数を通過させる、請求項１または請求項２に記載のアンテナモジュール。

【請求項4】

前記第１共振周波数は、前記第２共振周波数よりも高い、請求項１または請求項２に記載のアンテナモジュール。

【請求項5】

前記第３共振周波数は、前記第１共振周波数と前記第２共振周波数との間の周波数である、請求項４に記載のアンテナモジュール。

【請求項6】

前記通過フィルタは、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタのいずれかで構成される、請求項１または請求項２に記載のアンテナモジュール。

【請求項7】

前記通過フィルタと前記グランドとの間には、スイッチと複数種類の周波数調整素子とが設けられ、
前記スイッチにより前記複数種類の周波数調整素子との接続位置を切替えることで周波数変換が可能である、請求項１または請求項２に記載のアンテナモジュール。

【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に関し、より特定的には、狭いエリアでアンテナ数を増やさずに使用可能な周波数帯域を広帯域化するための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

使用可能な周波数帯域を広帯域化する技術として、特開２００９－１５９２９１号公報（特許文献１）のアンテナ装置がある。特許文献１に開示されているアンテナ装置は、給電アンテナと無給電アンテナとを結合することにより使用可能な周波数帯域を広帯域化する装置である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－１５９２９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のアンテナ装置を用いて使用可能な周波数帯域を広帯域化させたが、小型の通信機器において、さらに他のアンテナをアンテナエリアに設置してより広帯域化する要望がある。しかし、小型の通信機器のアンテナエリアは限られており、複数のアンテナが近接することによりアイソレーションの劣化が無視できなくなり、通信性能が劣化してしまう可能性がある。通信性能の劣化を防ぐためには、他のアンテナを特許文献１のアンテナ装置から離す必要が生じる。このように、特許文献１のアンテナ装置は、狭いアンテナエリアにおいて他のアンテナを設置することにより周波数帯域を広帯域化することには適していない。

【0005】

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り、その目的は狭いアンテナエリアにおいてアンテナ数を増加させずに周波数帯域を広帯域化することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に従うアンテナモジュールは、第１共振周波数を持つ第１アンテナ装置と、第２共振周波数を持つ第２アンテナ装置と、第２アンテナ装置の所定の位置とグランドとの間に接続される通過フィルタと、を備える。第１アンテナ装置は、第１給電回路に接続された第１放射素子を含む。第２アンテナ装置は、第２給電回路に接続された第２放射素子を含む。通過フィルタは、第２共振周波数を遮断し、第１放射素子と第２放射素子とが、電界もしくは磁界の少なくとも一方で結合することで、グランドから通過フィルタを経由し第２放射素子を通る経路で機能する無給電アンテナの第３共振周波数を通過させる。

【発明の効果】

【0007】

本開示によるアンテナモジュールにおいては、第１アンテナに無給電アンテナの第３周波数に対応する帯域が付加される。このため、狭いアンテナエリアにおいてアンテナ数を増加させずに周波数帯域を広帯域化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１におけるアンテナモジュールの構成を示す図である。

【図2】実施の形態１におけるアンテナモジュールの放射効率の一例を示す図である。

【図3】実施の形態２におけるアンテナモジュールの構成を示す図である。

【図4】実施の形態２におけるアンテナモジュールの放射効率の一例を示す図である。

【図5】実施の形態３におけるアンテナモジュールの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。

【0010】

本開示における放射効率は、給電回路から供給される電力に対する出力の比を示すものである。すなわち、給電回路から供給される電力に対し、回路上のロスやマッチング不整合による損失も含めた効率である。

【0011】

［実施の形態１］
＜アンテナモジュールの基本構成＞
図１は、実施の形態１におけるアンテナモジュール１の構成を示す図である。アンテナモジュール１は、第１アンテナ装置１００および第２アンテナ装置２００を含む。第１アンテナ装置１００は、給電回路ＲＦ１と、放射素子１０１とを含む。第２アンテナ装置２００は、給電回路ＲＦ２と、放射素子２０１と、通過フィルタ１０とを含む。

【0012】

アンテナモジュール１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の通信装置に搭載される。第１アンテナ装置１００は、たとえば、モノポールアンテナである。第２アンテナ装置２００は、たとえば、モノポールアンテナである。

【0013】

給電回路ＲＦ１は、ｆ１帯の周波数帯域の高周波信号ＦＳ１を放射素子１０１に供給する。放射素子１０１は、給電回路ＲＦ１から供給されたｆ１帯の高周波信号ＦＳ１を電波として空気中に放射可能である。ｆ１帯の周波数帯域は、たとえば、５Ｇ－ＮＲ（Ｎｅｗ Ｒａｄｉｏ）のｎ７７（３.３－４.２ＧＨｚ）、ｎ７８（３.３－３.８ＧＨｚ）、ｎ７９（４．４－５．０ＧＨｚ）を含む帯域である。

【0014】

給電回路ＲＦ２は、ｆ２帯の周波数帯域の高周波信号ＦＳ２を放射素子２０１に供給する。放射素子２０１は、給電回路ＲＦ２から供給されたｆ２帯の高周波信号ＦＳ２を電波として空気中に放射可能である。ｆ２帯の周波数帯域は、たとえば、ｎ４１（２．５－２．７ＧＨｚ）を含む帯域である。

【0015】

放射素子２０１とグランドとの間には、通過フィルタ１０が接続されている。通過フィルタ１０は、特定の周波数帯の高周波信号を通過させ、その他の周波数帯の高周波信号を遮断あるいは減衰させるバンドパスフィルタである。通過フィルタ１０は、ｆ２帯の周波数帯域の高周波信号ＦＳ２を遮断あるいは減衰させるように構成されている。

【0016】

放射素子１０１および放射素子２０１は、同一の基板５０に搭載される。放射素子１０１および放射素子２０１は、同一の基板５０に設けられているが、同一のアンテナモジュール１内に設けられていれば、異なる基板に設けられていてもよい。

【0017】

放射素子１０１と放射素子２０１とは、電界もしくは磁界の少なくとも一方で結合する。通過フィルタ１０は、放射素子２０１とグランドとの間に配置されている。これにより、グランドから通過フィルタ１０を経由し放射素子２０１を通る経路が、励振することにより無給電アンテナ３００として機能する。無給電アンテナ３００は、ｆ３帯の高周波信号ＦＳ３の送受信が可能である。

【0018】

通過フィルタ１０は、ｆ３帯の周波数帯域の高周波信号ＦＳ３を通過させる。これにより、放射素子１０１には、無給電アンテナ３００のｆ３帯の周波数帯域が付加される。通過フィルタ１０は、特定の周波数帯の信号を通過させ、その他の周波数帯の信号を遮断あるいは減衰させるバンドパスフィルタとして説明したが、ｆ２周波数帯よりｆ３周波数帯が高い場合は、特定の周波数よりも低い帯域の信号を通さず、特定の周波数よりも高い帯域の信号を通すハイパスフィルタであってもよい。

【0019】

さらに、通過フィルタ１０は、ｆ１帯の周波数帯域の高周波信号ＦＳ１を通過させてもよい。ｆ３帯とｆ１帯とが近接している場合は、ｆ３帯の無給電アンテナによる共振の影響がｆ１帯までもたらされ、ｆ１帯での放射効率も改善されうる。

【0020】

図２は、実施の形態１におけるアンテナモジュール１の放射効率の一例を示す図である。図２において、横軸は周波数［ＧＨｚ］、縦軸は放射効率［ｄＢ］である。放射素子２０１の放射効率が、二点鎖線で示す波形で示される。通過フィルタ１０を挿入する前の放射素子１０１の放射効率が、一点鎖線で示す波形で示される。通過フィルタ１０を挿入した後の放射素子１０１の放射効率が、一点鎖線の上側の実線で示す波形で示される。

【0021】

図２に示すように、給電回路ＲＦ２により供給される高周波信号ＦＳ２の共振周波数Ｆ２が最も低く、給電回路ＲＦ１により供給される高周波信号ＦＳ１の共振周波数Ｆ１が最も高い。無給電アンテナ３００により供給させる高周波信号ＦＳ３の共振周波数Ｆ３は、共振周波数Ｆ２と共振周波数Ｆ１との間の周波数である。共振周波数Ｆ１は、給電回路ＲＦ１と接続する放射素子１０１の基本周波数である。共振周波数Ｆ２は、給電回路ＲＦ２と接続する放射素子２０１の基本周波数である。

【0022】

図２に示すように、通過フィルタ１０を挿入することで無給電アンテナ３００の影響により、第１アンテナ装置１００の共振周波数Ｆ３を含むｆ３帯の放射効率が向上する。通過フィルタ１０は、ｆ１帯およびｆ３帯の周波数帯を通過させ、ｆ２帯の周波数帯を遮断あるいは減衰させるフィルタ特性である。通過フィルタ１０をｆ１帯も通過させる特性とすることで、共振周波数Ｆ１を含むｆ１帯の放射効率も向上する。このように、アンテナモジュール１は、グランドから通過フィルタ１０を経由し放射素子２０１を通る経路が無給電アンテナ３００として機能することにより、狭いアンテナエリアにおいてアンテナ数を増加させずに周波数帯域を広帯域化することができる。

【0023】

［実施の形態２］
＜アンテナモジュールの基本構成＞
図３は、実施の形態２におけるアンテナモジュール２の構成を示す図である。アンテナモジュール２は、第１アンテナ装置１００および第２アンテナ装置４００を含む。第１アンテナ装置１００は、給電回路ＲＦ１と、放射素子１０１とを含む。第２アンテナ装置４００は、給電回路ＲＦ２と、放射素子４０１と、通過フィルタ１０とを含む。

【0024】

アンテナモジュール２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の通信装置に搭載される。第１アンテナ装置１００は、たとえば、モノポールアンテナである。第２アンテナ装置４００は、たとえば、モノポールアンテナである。

【0025】

放射素子１０１および放射素子４０１は、同一の基板５０に搭載される。放射素子１０１および放射素子４０１は、同一の基板５０に設けられているが、同一のアンテナモジュール２内に設けられていれば、異なる基板に設けられていてもよい。

【0026】

放射素子１０１と放射素子４０１とは、電界もしくは磁界の少なくとも一方で結合する。通過フィルタ１０は、放射素子４０１とグランドとの間に配置されている。これにより、グランドから通過フィルタ１０を経由し放射素子４０１を通る経路が、励振することにより無給電アンテナ３００として機能する。無給電アンテナ３００は、ｆ３帯の高周波信号ＦＳ３の送受信が可能である。

【0027】

通過フィルタ１０は、放射素子４０１の所定の位置である、位置Ｐ１または位置Ｐ２とグランドとの間に接続される。通過フィルタ１０は、ｆ１帯およびｆ３帯の周波数帯を通過させ、ｆ２帯の周波数帯を遮断あるいは減衰させるフィルタ特性である。たとえば、通過フィルタ１０は、２．７ＧＨｚ以下の周波数帯を減衰させ、２．７ＧＨｚ以上の周波数帯を通過させるフィルタ特性である。

【0028】

給電回路ＲＦ２との接続位置Ｐ０から位置Ｐ１までの距離がＡ１であり、給電回路ＲＦ２との接続位置Ｐ０から位置Ｐ２までの距離がＡ２である。位置Ｐ１または位置Ｐ２には、たとえば、グランドと接地するための短絡ピンが配置されるようにすればよい。通過フィルタ１０は、放射素子４０１におけるその他の位置に配置されるようにしてもよい。

【0029】

アンテナモジュール２では、放射素子４０１の長さを変えずに、通過フィルタ１０の位置を変えることにより、広帯域化したい周波数帯域の位置を変更することができる。具体的に、図４により通過フィルタ１０の位置を変えた場合の周波数帯域の変化について説明する。

【0030】

図４は、実施の形態２におけるアンテナモジュール２の放射効率の一例を示す図である。図４において、横軸は周波数［ＧＨｚ］、縦軸は放射効率［ｄＢ］である。放射素子４０１の放射効率が、二点鎖線で示す波形で示される。通過フィルタ１０が、位置Ｐ１に接続されているときの放射素子１０１の放射効率が、グラフ右の実線で示す波形で示される。通過フィルタ１０が、位置Ｐ２に接続されているときの放射素子１０１の放射効率が、グラフ右の一点鎖線で示す波形で示される。

【0031】

図４に示すように、給電回路ＲＦ２により供給される高周波信号ＦＳ２の共振周波数Ｆ２が最も低く、給電回路ＲＦ１により供給される高周波信号ＦＳ１の共振周波数Ｆ１が最も高い。無給電アンテナ３００により供給させる高周波信号ＦＳ３の共振周波数Ｆ３または共振周波数Ｆ３’は、共振周波数Ｆ２と共振周波数Ｆ１との間の周波数である。共振周波数Ｆ１は、給電回路ＲＦ１と接続する放射素子１０１の基本周波数である。共振周波数Ｆ２は、給電回路ＲＦ２と接続する放射素子２０１の基本周波数である。

【0032】

図４に示すように、位置Ｐ１の通過フィルタ１０による無給電アンテナ３００の影響により、共振周波数Ｆ３を含むｆ３帯の放射効率が向上する。広帯域化したい周波数帯域の位置を変更したい場合、たとえば、通過フィルタ１０の位置を位置Ｐ１から位置Ｐ２に変更すればよい。これにより、給電回路ＲＦ２との接続位置Ｐ０からの距離が距離Ａ１から距離Ａ２へとなることで、通過フィルタ１０が放射素子４０１の端部へ近づく。距離Ａ２の位置の通過フィルタ１０による無給電アンテナ３００の影響により、共振周波数Ｆ３’を含むｆ３’帯の放射効率が向上する。

【0033】

このように、アンテナモジュール２では、放射素子４０１の長さを変えず、すなわちｆ２帯域は変えずに、通過フィルタ１０の位置を変えることにより、広帯域化したい周波数帯域の位置を変更することができる。たとえば、図４に示すように、通過フィルタ１０の位置を放射素子４０１の端部に近づけることにより、広帯域化したい周波数帯域の位置を共振周波数Ｆ１へ近づけることができる。

【0034】

実際のアンテナモジュールでは、基板上に給電回路とそこから伸びる配線が放射素子の一部として存在し、その配線と接続された基板上とは別の放射素子がある。通過フィルタは基板上の配線である放射素子に接続されていても良いし、基板とは別の放射素子において接続されていても良い。

【0035】

［実施の形態３］
＜アンテナモジュールの基本構成＞
図５は、実施の形態３におけるアンテナモジュール３の構成を示す図である。アンテナモジュール３は、第１アンテナ装置１００および第２アンテナ装置５００を含む。第１アンテナ装置１００は、給電回路ＲＦ１と、放射素子１０１とを含む。第２アンテナ装置５００は、給電回路ＲＦ２と、放射素子５０１と、通過フィルタ１０と、スイッチ２０と、スイッチ２０と接続可能な複数種類の周波数調整素子とを含む。

【0036】

アンテナモジュール３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の通信装置に搭載される。第１アンテナ装置１００は、たとえば、モノポールアンテナである。第２アンテナ装置５００は、たとえば、モノポールアンテナである。

【0037】

放射素子１０１および放射素子５０１は、同一の基板５０に搭載される。放射素子１０１および放射素子５０１は、同一の基板５０に設けられているが、同一のアンテナモジュール３内に設けられていれば、異なる基板に設けられていてもよい。

【0038】

放射素子１０１と放射素子５０１とは、電界もしくは磁界の少なくとも一方で結合する。通過フィルタ１０は、放射素子５０１とグランドとの間に配置されている。これにより、グランドから複数種類の周波数調整素子のいずれかを介し、通過フィルタ１０を経由し放射素子５０１を通る経路が、励振することにより無給電アンテナ６００として機能する。無給電アンテナ６００からは、ｆ３帯の高周波信号ＦＳ３が供給される。

【0039】

複数種類の周波数調整素子には、インダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３およびキャパシタＣ１が含まれる。インダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３およびキャパシタＣ１は、一方端がスイッチ２０を介して通過フィルタ１０と接続可能であり、他方端がグランドに接地する位置に配置される。インダクタおよびキャパシタの数は、適宜変更可能である。インダクタおよびキャパシタの位置は、通過フィルタ１０と放射素子５０１との間であってもよい。

【0040】

スイッチ２０は、複数種類の周波数調整素子とショート経路Ｓとの接続位置を切替えることで周波数変換を行なう。ここで、インダクタは、何も付けていない状態の０Ωの状態から接続することによりｆ３周波数を０Ωの状態での周波数よりも低くすることができる。インダクタは、０Ωの状態での周波数よりも低い領域においてインダクタンス値が大きいほどｆ３周波数を低くし、インダクタンス値が小さいほどｆ３周波数を高く設定することができる。

【0041】

逆に、キャパシタは、何も付けてない状態の０Ωの状態から接続することによりｆ３周波数を０Ωの状態での周波数よりも高くすることができる。キャパシタは、０Ωの状態での周波数よりも高い領域において、キャパシタンス値が大きいほどｆ３周波数を低くし、キャパシタンス値が小さいほどｆ３周波数を高く設定することができる。通過フィルタ１０は、これら周波数調整素子を通過した場合の通過可能周波数に対して通過となるように設計されていればよい。

【0042】

このように、アンテナモジュール３では、複数種類の周波数調整素子との接続を切替えることで周波数変換を行ない、広帯域化したい周波数帯域の位置を変更することができる。

【0043】

また、スイッチ２０を設置せず、通過フィルタ１０とグランドとの間に部品を基板上に実装する実装電極を配置し、アンテナモジュールを通信端末や携帯端末に組み込んだあとにインダクタやキャパシタを用いて周波数調整してもよい。

【0044】

なお、各実施の形態において、アンテナ装置は、モノポールアンテナの場合について説明したが、アンテナ装置は、逆Ｆ型アンテナ等のその他のアンテナであってもよい。

【0045】

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。

【符号の説明】

【0046】

１，２，３ アンテナモジュール、１０ 通過フィルタ、２０ スイッチ、５０ 基板、１００ 第１アンテナ装置、２００，４００，５００ 第２アンテナ装置、１０１，２０１，４０１，５０１ 放射素子、３００，６００ 無給電アンテナ、Ｃ１ キャパシタ、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３ 共振周波数、ＦＳ１，ＦＳ２，ＦＳ３ 高周波信号、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ インダクタ、ＲＦ１，ＲＦ２ 給電回路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】