特許 7597221 アンテナ装置

(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】2024-12-02

(45)【発行日】2024-12-10

(54)【発明の名称】アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/08 20060101AFI20241203BHJP

   H01Q 21/24 20060101ALI20241203BHJP

   H01Q 5/42 20150101ALI20241203BHJP

   H01Q 1/52 20060101ALI20241203BHJP

【ＦＩ】

H01Q13/08

H01Q21/24

H01Q5/42

H01Q1/52

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2023533496

(86)(22)【出願日】2022-06-16

(86)【国際出願番号】 JP2022024160

(87)【国際公開番号】W WO2023282015

(87)【国際公開日】2023-01-12

【審査請求日】2023-11-09

(31)【優先権主張番号】P 2021112219

(32)【優先日】2021-07-06

(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】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(74)【代理人】

【識別番号】100145023

【弁理士】

【氏名又は名称】川本 学

(72)【発明者】

【氏名】根本 崇弥

【審査官】岸田 伸太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開平０２－２０２２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／００３２１５４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ １３／０８

Ｈ０１Ｑ ２１／２４

Ｈ０１Ｑ ５／４２

Ｈ０１Ｑ １／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

グランドプレーンと、
平板状の第１給電素子と、
平板状の第２給電素子と、
前記第１給電素子に接続された第１給電線路と、
前記第２給電素子に接続された第２給電線路と
を備え、
前記グランドプレーン、前記第１給電素子、及び前記第２給電素子は、間隔を隔ててこの順番に積層されており、
前記第２給電線路の少なくとも一部は、前記グランドプレーンと同一の層内に配置され、前記グランドプレーンを平面視したとき前記第１給電素子と重なる位置に配置されているアンテナ装置。

【請求項2】

前記第１給電素子の共振周波数が、前記第２給電素子の共振周波数より低い請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

平面視において、前記第１給電素子の面積が前記第２給電素子の面積より大きい請求項１または２に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記第２給電線路は、前記第２給電素子の２つの第２給電点に接続されており、前記第２給電素子の幾何中心と、２つの前記第２給電点のそれぞれを通過する２本の直線が直交する請求項１または２に記載のアンテナ装置。

【請求項5】

前記第２給電線路は、前記第２給電素子の共振周波数の高周波信号を、２つの前記第２給電点に９０°の位相差をつけて供給する請求項４に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

前記第２給電線路は、４つのポートを持つ９０°ハイブリッド回路を含み、９０°ハイブリッド回路の１つのポートに高周波信号が入力され、他の２つのポートが、それぞれ２つの前記第２給電点に接続されている請求項４に記載のアンテナ装置。

【請求項7】

前記第２給電線路は、相対的に太い２本の伝送線路と、相対的に細い２本の伝送線路とが交互に接続された環状の伝送線路を含み、前記第２給電線路に高周波信号が入力される箇所と、２つの前記第２給電点のうち一方に接続された箇所との間の伝送線路が相対的に太く、２つの前記第２給電点の間に接続された伝送線路が相対的に細い請求項４に記載のアンテナ装置。

【請求項8】

前記第２給電線路は、１本の線路から分岐して２つの前記第２給電点に至る部分を含み、分岐点から２つの前記第２給電点までの電気長の差が、前記第２給電素子の共振周波数を持つ高周波信号の波長の１／４である請求項４に記載のアンテナ装置。

【請求項9】

前記第１給電線路は、前記第１給電素子の少なくとも一つの第１給電点に接続されており、
平面視において、前記第１給電素子の幾何中心と前記第１給電点とを通過する直線と、前記第２給電素子の幾何中心と一方の前記第２給電点とを通過する直線とのなす角度が、３５°以上５５°以下である請求項４に記載のアンテナ装置。

【請求項10】

前記第１給電点は２つ設けられており、前記第１給電素子の幾何中心と、前記第１給電点のそれぞれを通過する２本の直線が直交する請求項９に記載のアンテナ装置。

【請求項11】

さらに、
前記第２給電素子から間隔を隔てて配置され、平面視において前記第２給電素子と部分的に重なる平板状の第３給電素子と、
前記第３給電素子に接続された第３給電線路と
を備えた請求項１または２に記載のアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

異なる２つの周波数帯域の電波を放射可能なスタック型のパッチアンテナが下記の特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたスタック型のパッチアンテナは、グランドプレーン、その上に配置された低周波側の給電素子、及びその上に配置された高周波側の給電素子を含む。高周波側の給電素子の偏波方向と、低周波側の給電素子の偏波方向とのなす角度が、０°より大きく９０°より小さい。これにより、アンテナ特性の低下が抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０２０／２６１８０６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

給電素子に接続される給電線路の引き回しが複雑になると、給電線路のパターン設計が困難になる。例えば、給電線路用に導体層を増やさなければならない場合が生じ得る。給電線路の配置の自由度が高まると、パターン設計が容易になる。本発明の目的は、給電線路の配置の自由度を高めることが可能なアンテナ装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一観点によると、
グランドプレーンと、
平板状の第１給電素子と、
平板状の第２給電素子と、
前記第１給電素子に接続された第１給電線路と、
前記第２給電素子に接続された第２給電線路と
を備え、
前記グランドプレーン、前記第１給電素子、及び前記第２給電素子は、間隔を隔ててこの順番に積層されており、
前記第２給電線路の少なくとも一部は、前記グランドプレーンと同一の層内に配置され、前記グランドプレーンを平面視したとき前記第１給電素子と重なる位置に配置されているアンテナ装置が提供される。

【発明の効果】

【0006】

従来、第２給電線路はグランドプレーンより下の層に配置される。これに対して本発明の一観点によるアンテナ装置においては、第２給電線路の少なくとも一部がグランドプレーンと同一の層内に配置される。すなわち、給電線路の配置の自由度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、第１実施例によるアンテナ装置の断面図である。

【図2】図２Ａは、第１実施例によるアンテナ装置の概略斜視図であり、図２Ｂは、第１実施例によるアンテナ装置の第２給電線路の等価回路図である。

【図3】図３Ａ及び図３Ｂは、アンテナ装置の２つのシミュレーションモデルを示す斜視図である。

【図4】図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ図３Ａ及び図３Ｂのシミュレーションモデルの反射係数を示すグラフである。

【図5】図５Ａ及び図５Ｂは、シミュレーション対象のアンテナ装置の断面図である。

【図6】図６は、図５Ａ及び図５Ｂに示したシミュレーション対象のアンテナ装置のシミュレーション結果を示すグラフである。

【図7】図７Ａ及び図７Ｂは、第１給電素子及び第２給電素子の給電点の位置に着目した平面図である。

【図8】図８は、角度θ＝０°のときに、ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれから高周波信号を入力したときの反射係数Ｓ（１，１）、Ｓ（２，２）、Ｓ（３，３）のシミュレーション結果を示すグラフである。

【図9】図９Ａ及び図９Ｂは、ポートＰ１から高周波信号を入力したときのポートＰ２、Ｐ３への通過係数Ｓ（１，２）、Ｓ（１，３）のシミュレーション結果を示すグラフである。

【図10】図１０は、通過係数Ｓ（１，２）、Ｓ（１，３）と、角度θとの関係を示すグラフである。

【図11】図１１は、第２実施例によるアンテナ装置の概略斜視図である。

【図12】図１２Ａは、第３実施例によるアンテナ装置の概略斜視図であり、図１２Ｂは、第１給電素子及び第２給電素子の位置関係を示す平面図である。

【図13】図１３は、第４実施例による通信装置に含まれるアンテナモジュールの断面図である。

【図14】図１４は、第４実施例による通信装置のブロック図である。

【図15】図１５は、第５実施例によるアンテナ装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

［第１実施例］
図１から図１０までの図面を参照して、第１実施例によるアンテナ装置について説明する。

【0009】

図１は、第１実施例によるアンテナ装置の断面図である。
誘電体多層基板５０が、１層目の導体層２１、２層目の導体層２２、３層目の導体層２３、平板状の第１給電素子３１、及び平板状の第２給電素子３２を含む。１層目の導体層２１は、グランドプレーン２１Ｇ及び第２給電線路２１Ａを含む。グランドプレーン２１Ｇ、第１給電素子３１、及び第２給電素子３２は、間隔を隔ててこの順番に積層されている。１層目の導体層２１から見て第１給電素子３１が配置された側を上側と定義する。

【0010】

１層目の導体層２１の下側に、２層目の導体層２２及び３層目の導体層２３が間隔を隔てて順番に配置されている。２層目の導体層２２は、グランドプレーン２２Ｇ、２層目の第２給電線路２２Ａ、第１給電線路２２Ｂ、２２Ｃを含む。３層目の導体層２３は、グランドプレーン２３Ｇを含む。

【0011】

第２給電線路２１Ａは、グランドプレーン２１Ｇを平面視したとき、第１給電素子３１と重なる位置に配置されている。例えば、平面視において、第２給電線路２１Ａは第１給電素子３１の外周線の内側に配置されている。第２給電線路２１Ａは、ビアＶを介して２層目の第２給電線路２２Ａに接続されている。さらに、第２給電線路２１Ａは、第１給電素子３１に設けられたクリアランスホールを通過する２つのビアＶを介して第２給電素子３２の２つの給電点３２Ａ、３２Ｂに接続されている。第２給電線路２１Ａ、２２Ａを通して第２給電素子３２に高周波信号が供給される。第２給電線路２１Ａを第２給電素子３２に接続する２つのビアＶは、平面視において、第２給電線路２１Ａを２層目の第２給電線路２２Ａに接続するビアＶとは異なる位置に配置されている。平面視において、第１給電素子３１と第２給電素子３２とは、部分的に重なっている。

【0012】

第１給電線路２２Ｂ、２２Ｃは、それぞれ１層目のグランドプレーン２１Ｇに設けられたクリアランスホールを通過するビアＶを介して、第１給電素子３１の給電点３１Ａ、３１Ｂに接続されている。第１給電線路２２Ｂ、２２Ｃを通して第１給電素子３１に高周波信号が供給される。

【0013】

平面視における第１給電素子３１の寸法が、第２給電素子３２の寸法より大きい。すなわち、第１給電素子３１の共振周波数が第２給電素子３２の共振周波数より低い。例えば、平面視において、第１給電素子３１の面積が第２給電素子３２の面積より大きい。

【0014】

次に、誘電体多層基板５０及び導体部分の材料について説明する。例えば、誘電体多層基板５０として、低温同時焼成セラミックス多層基板（ＬＴＣＣ多層基板）、低誘電率の液晶ポリマーからなる樹脂層を含む多層基板、フッ素系樹脂からなる樹脂層を含む多層基板、セラミックス多層基板等が用いられる。導体部分には、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、またはこれらの合金を主成分とする金属が用いられる。

【0015】

図２Ａは、第１実施例によるアンテナ装置の概略斜視図である。図２Ａにおいては、グランドプレーン２１Ｇ、２２Ｇ、２３Ｇ（図１）の記載を省略している。第１給電素子３１及び第２給電素子３２は、ともに円形である。第１給電素子３１の中心と第２給電素子３２の中心とは、平面視において一致する。

【0016】

１層目の第２給電線路２１Ａは、平面視において円周状の形状を有し、第１給電素子３１の外周線の内側に配置されている。図２Ａにおいて、第２給電線路２１Ａを破線で示している。２層目の第２給電線路２２Ａが、ビアＶを介して２層目の第２給電線路２１Ａに接続されている。さらに、第２給電線路２１Ａは、２つのビアＶを介して、それぞれ第２給電素子３２の２つの給電点３２Ａ、３２Ｂに接続されている。この２つのビアＶは、第１給電素子３１に設けられたクリアランスホールを通過する。ポートＰ１から２層目の第２給電線路２２Ａ、及び１層目の第２給電線路２１Ａを介して給電点３２Ａ、３２Ｂに高周波信号が供給される。

【0017】

図２Ｂは、第２給電線路２１Ａの等価回路図である。第２給電線路２１Ａは、９０°ハイブリッド回路を構成している。すなわち、第２給電線路２１Ａは、特性インピーダンスがＺ_０の２本の伝送線路と、特性インピーダンスがＺ_０／２^１／２の２本の伝送線路との組み合わせで構成される。特性インピーダンスがＺ_０／２^１／２の２本の伝送線路の幅は、特性インピーダンスがＺ_０の２本の伝送線路の幅より太い。特性インピーダンスがＺ_０の２本の伝送線路と、特性インピーダンスがＺ_０／２^１／２の２本の伝送線路とがリング状に交互に接続されている。各伝送線路の電気長は、第２給電素子３２の共振周波数に相当する波長の１／４である。

【0018】

９０°ハイブリッド回路の４つのポートのうち一つのポートに、第２給電線路２２Ａが接続されている。ポートＰ１から第２給電線路２２Ａを介して９０°ハイブリッド回路に高周波信号が入力される。第２給電線路２２Ａに接続されたポートに対して特性インピーダンスＺ_０／２^１／２を挟んで隣り合うポートが、給電点３２Ａに接続されている。第２給電線路２２Ａに接続されたポートに対して対角の位置のポートが、給電点３２Ｂに接続されている。９０°ハイブリッド回路の残りの一つのポートをＰｘと標記する。

【0019】

ポートＰ１から高周波信号を入力すると、一方の給電点３２Ｂに出力される高周波信号の位相は、他方の給電点３２Ａに出力される高周波信号の位相より９０°遅れる。ポートＰｘには、信号は出力されない。逆に、給電点３２Ｂに入力される高周波信号に対して９０°の位相遅れを持った高周波信号が給電点３２Ａに入力されると、ポートＰ１から高周波信号が出力され、ポートＰｘには出力されない。このように、第２給電線路２１Ａは、２つの給電点３２Ａ、３２Ｂに、相互に９０°の位相差を持たせて高周波信号を供給する機能を有する。

【0020】

例えば、図２Ａに示したように、円周状の伝送線路の１／４周ごとに伝送線路の幅を増減することにより、９０°ハイブリッド回路が構成される。円周の中心を挟んで相互に対向する部分の幅が等しく、隣り合う部分の幅が異なっている。すなわち、円周状の第２給電線路２１Ａは、相対的に幅の太い２つの部分と、細い２つの部分とを含む。なお、第２給電線路２１Ａを、円周以外の環状、例えば正方形の外周に沿う形状としてもよい。この場合、相互に対向する２つの辺に沿う部分の太さを等しくすればよい。

【0021】

２層目の第２給電線路２２Ａに接続された箇所と、給電点３２Ｂに接続された箇所とを両端とする線分が、円周の中心を通過する。２層目の第２給電線路２２Ａに接続された箇所から給電点３２Ａに接続された箇所までの部分が相対的に太く、２つの給電点３２Ａと３２Ｂとに接続された部分が相対的に細い。

【0022】

図２Ａに示した第２給電素子３２の中心から２つの給電点３２Ａ、３２Ｂに向かって延びる２本の半径のなす中心角は９０°である。この２つの給電点３２Ａ、３２Ｂに、９０°の位相差を持つ高周波信号が供給されるため、第２給電素子３２から放射される電波は円偏波になる。

【0023】

図２Ａに示す第１給電素子３１の中心から２つの給電点３１Ａ、３１Ｂに向かう２本の半径のなす中心角は９０°である。給電点３１Ａ、３１Ｂの一方に高周波信号を供給すると、第１給電素子３１から放射される電波は直線偏波になる。給電点３１Ａ、３１Ｂのそれぞれに９０°の位相差を持つ高周波信号を供給すると、第１給電素子３１から放射される電波は円偏波になる。

【0024】

１層目のグランドプレーン２１Ｇ（図１）、第１給電素子３１、及び第２給電素子３２により、スタック型パッチアンテナが構成される。一般的なスタック型パッチアンテナでは、平面視において第１給電素子３１と重なる領域のうち、給電用のビアＶが通過するクリアランスホールを除いて、全域にグランドプレーン２１Ｇ（図１）が配置される。これに対して第１実施例では、グランドプレーン２１Ｇと同一の１層目の導体層２１（図１）に、第２給電線路２１Ａが配置されている。

【0025】

以下、グランドプレーン２１Ｇと同一の１層目の導体層２１に第２給電線路２１Ａを配置する構成が、アンテナ特性に与える影響について説明する。

【0026】

第１給電素子３１に高周波信号を供給すると、その縁とグランドプレーン２１Ｇとの間に電界が集中する。第２給電線路２１Ａが配置された領域には電界が集中しないため、第２給電線路２１Ａが第１給電素子３１の動作に与える影響は小さい。第２給電線路２１Ａが第１給電素子３１の動作に与える影響が小さいことを確認するために、シミュレーションを行った。図３Ａから図４Ｂまでの図面を参照して、このシミュレーション結果について説明する。

【0027】

図３Ａ及び図３Ｂは、アンテナ装置の２つのシミュレーションモデルを示す斜視図である。図３Ａに示したシミュレーションモデルは、第１実施例によるアンテナ装置（図１、図２）と同様に、１層目の導体層２１（図１）に第２給電線路２１Ａが配置されている。ポートＰ１から２層目の第２給電線路２２Ａ、１層目の第２給電線路２１Ａを介して第２給電素子３２の２つの給電点３２Ａ、３２Ｂに高周波信号が供給される。ポートＰ２、Ｐ３から、それぞれ第１給電線路２２Ｂ、２２Ｃを介して第１給電素子３１の２つの給電点３１Ａ、３１Ｂに高周波信号が供給される。

【0028】

図３Ｂに示したシミュレーションモデルでは、１層目の第２給電線路２１Ａ（図３Ａ）が配置されていない。２つのポートＰ１、Ｐ６から、それぞれ第２給電線路２２Ａ、２２Ｄを介して第２給電素子３２の２つの給電点３２Ａ、３２Ｂに高周波信号が供給される。ポートＰ２、Ｐ３から高周波信号を入力したときの反射係数Ｓ（２，２）、Ｓ（３，３）を求めた。

【0029】

図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ図３Ａ及び図３Ｂのシミュレーションモデルの反射係数を示すグラフである。横軸は周波数を単位「ＧＨｚ」で表し、縦軸はＳパラメータの値を単位「ｄＢ」で表す。図３Ａ及び図３Ｂのいずれのシミュレーションモデルにおいても、第１給電素子３１の共振周波数４０ＧＨｚにおいて、反射係数Ｓ（２，２）、Ｓ（３，３）が下向きのピークを示している。このシミュレーションにより、グランドプレーン２１Ｇ（図１）と同一の１層目の導体層２１に第２給電線路２１Ａを配置しても、第１給電素子３１の動作は、大きな影響を受けないことが確認された。

【0030】

また、一般的なパッチアンテナにおいては、給電素子と給電線路との間に、両者のアイソレーションを高めるためにグランドプレーンが配置される。ところが、第１実施例によるアンテナ装置においては、第２給電素子３２（図１）と第２給電線路２１Ａ（図１）との間にグランドプレーンが配置されない。次に、図５Ａから図６までの図面を参照して、第２給電素子３２と第２給電線路２１Ａとの間にグランドプレーンが配置されない構成が、アンテナ特性に与える影響について説明する。

【0031】

第２給電素子３２と第２給電線路２１Ａとのアイソレーションの程度を確認するために、シミュレーションを行った。
図５Ａ及び図５Ｂは、アンテナ装置のシミュレーションモデルの断面図である。図５Ａに示したシミュレーションモデルでは、第１実施例によるアンテナ装置の第２給電線路２１Ａに代えて、１層目の導体層２１に配線２１Ｘが配置されている。配線２１Ｘの両端が、それぞれ２層目の導体層２２に配置された配線２２Ｘ、２２Ｙに接続されている。

【0032】

１層目の導体層２１に配置されたグランドプレーン２１Ｇ及び配線２１Ｘと、第２給電素子３２との間に、第１給電素子３１が配置されている。２層目の導体層２２に配置された第２給電線路２２Ａから、グランドプレーン２１Ｇ及び第１給電素子３１を貫通するビアＶを介して、第２給電素子３２に高周波信号が供給される。第１給電素子３１の共振周波数は４０ＧＨｚであり、第２給電素子３２の共振周波数は６０ＧＨｚである。

【0033】

図５Ｂに示したシミュレーションモデルでは、図５Ａに示したシミュレーションモデルから第１給電素子３１が除去されている。

【0034】

第２給電線路２２ＡがポートＰ１に接続され、配線２２Ｘ、２２Ｙが、それぞれポートＰ４、Ｐ５に接続される。ポートＰ１から高周波信号を入力したときの、ポートＰ１からポートＰ４、Ｐ５までのＳパラメータＳ（１，４）、Ｓ（１，５）をシミュレーションにより求めた。

【0035】

図６は、シミュレーション結果を示すグラフである。横軸は周波数を単位「ＧＨｚ」で表し、縦軸はＳパラメータの計算値を単位「ｄＢ」で表す。図６のグラフ中の太い実線及び細い実線は、それぞれ図５Ａに示したシミュレーションモデルの通過係数Ｓ（１，４）及びＳ（１，５）を示す。太い破線及び細い破線は、それぞれ図５Ｂに示したシミュレーションモデルの通過係数Ｓ（１，４）及びＳ（１，５）を示す。

【0036】

第１給電素子３１が配置されているシミュレーションモデル（図５Ａ）では、第１給電素子３１が配置されていないシミュレーションモデル（図５Ｂ）と比べて、第２給電素子３２の共振周波数６０ＧＨｚの近傍において、Ｓ（１，４）、Ｓ（１，５）が１０ｄＢ程度低下していることがわかる。これは、第２給電素子３２と配線２１Ｘとの間のアイソレーションが高いことを意味する。

【0037】

図５Ａに示したように、第２給電素子３２と配線２１Ｘとの間に第１給電素子３１を配置すると、両者のアイソレーションが高まることが確認された。これは、第１実施例によるアンテナ装置（図１、図２）において、第２給電素子３２と第２給電線路２１Ａとの間のアイソレーションの低下が抑制されることを意味する。第２給電素子３２の共振周波数６０ＧＨｚにおいて、Ｓ（１，４）、Ｓ（１，５）は－３５ｄＢ以下である。これは、第１実施例によるアンテナ装置において、第２給電素子３２と第２給電線路２１Ａとの間の十分なアイソレーションが確保されることを意味する。

【0038】

次に、図７Ａから図１０までの図面を参照して、第１給電素子３１の給電点３１Ａ、３１Ｂと、第２給電素子３２の給電点３２Ａ、３２Ｂとの好ましい位置関係について説明する。

【0039】

図７Ａ及び図７Ｂは、第１給電素子３１及び第２給電素子３２の給電点の位置に着目した平面図である。第１給電素子３１及び第２給電素子３２の平面視における幾何中心をＯと標記する。幾何中心Ｏから第１給電素子３１の２つの給電点３１Ａ、３１Ｂに向かう２本の半径のなす中心角α、及び幾何中心Ｏから第２給電素子３２の２つの給電点３２Ａ、３２Ｂに向かう２本の半径のなす中心角αは、ともに９０°である。

【0040】

図７Ａは、平面視において、幾何中心Ｏ、第１給電素子３１の一方の給電点３１Ａ、及び第２給電素子３２の一方の給電点３２Ａが１本の直線上に位置し、幾何中心Ｏ、第１給電素子３１の他方の給電点３１Ｂ、及び第２給電素子３２の他方の給電点３２Ｂも１本の直線上に位置する状態を示している。図７Ｂは、第１給電素子３１の２つの給電点３１Ａ、３１Ｂを、幾何中心Ｏを中心として角度θだけ回転移動させた状態を示している。図７Ａに示した状態は、角度θ＝０°の状態に相当する。

【0041】

ポートＰ１から第２給電線路２２Ａ、２１Ａを介して第２給電素子３２の２つの給電点３２Ａ、３２Ｂに高周波信号が供給される。ポートＰ２、Ｐ３から、それぞれ第１給電線路２２Ｂ、２２Ｃを介して第１給電素子３１の給電点３１Ａ、３１Ｂに高周波信号が供給される。

【0042】

図８は、角度θ＝０°のときに、ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれから高周波信号を入力したときの反射係数Ｓ（１，１）、Ｓ（２，２）、Ｓ（３，３）のシミュレーション結果を示すグラフである。横軸は周波数を単位「ＧＨｚ」で表し、縦軸はＳパラメータの計算値を単位「ｄＢ」で表す。グラフ中の実線、太い破線、及び細い破線が、それぞれ反射係数Ｓ（１，１）、Ｓ（２，２）、Ｓ（３，３）を示す。周波数４０ＧＨｚの近傍で第１給電素子３１が共振し、６０ＧＨｚの近傍で第２給電素子３２が共振していることがわかる。反射係数Ｓ（１，１）、Ｓ（２，２）、Ｓ（３，３）の傾向は、角度θを変化させても大きな変化はなかった。

【0043】

図９Ａ及び図９Ｂは、ポートＰ１から高周波信号を入力したときのポートＰ２、Ｐ３への通過係数Ｓ（１，２）、Ｓ（１，３）のシミュレーション結果を示すグラフである。横軸は周波数を単位「ＧＨｚ」で表し、縦軸はＳパラメータの計算値を単位「ｄＢ」で表す。グラフ中の実線及び破線が、それぞれ通過係数Ｓ（１，２）、Ｓ（１，３）示す。図９Ａは、角度θ＝０°の状態、図９Ｂは、角度θ＝４５°の状態のシミュレーション結果を示す。

【0044】

ポートＰ１から第２給電素子３２に供給した高周波信号が、第１給電素子３１に結合してポートＰ２、Ｐ３から出力される。第１給電素子３１と第２給電素子３２とのアイソレーションが高いことが好ましいことから、通過係数Ｓ（１，２）、Ｓ（１，３）が小さいことが好ましい。第２給電素子３２の共振周波数６０ＧＨｚにおいて、角度θ＝０°のとき、Ｓ（１，２）＝－１３．５ｄＢであり、Ｓ（１，３）＝－１０．６２ｄＢである。これに対して角度θ＝４５°のとき、Ｓ（１，２）＝－１９．５９ｄＢであり、Ｓ（１，３）＝－１７．６４ｄＢである。この結果から、角度θを０°にするよりも、４５°にする方が、アイソレーションを高める点で好ましいことがわかる。

【0045】

角度θを０°から３６０°まで変化させて、通過係数Ｓ（１，２）、Ｓ（１，３）を求めた。

【0046】

図１０は、通過係数Ｓ（１，２）、Ｓ（１，３）と、角度θとの関係を示すグラフである。横軸は角度θを単位「度」で表し、縦軸はＳパラメータの計算値を単位「ｄＢ」で表す。グラフ中の太い破線及び細い破線が、それぞれ通過係数Ｓ（１，２）及びＳ（１，３）を表す。グラフ中の太い実線は、通過係数Ｓ（１，２）及びＳ（１，３）のうち値が大きい方（すなわち、特性が悪い方）の通過係数を連ねた線である。通過係数Ｓ（１，２）及びＳ（１，３）のうち値が大きい方の通過係数をＳＬと標記する。すなわち、ＳＬ＝ｍａｘ（Ｓ（１，２）、Ｓ（１，３））である。角度θが４５°、１３５°、２２５°、３１５°の近傍Ｒ４５、Ｒ１３５、Ｒ２２５、Ｒ３１５で、通過係数ＳＬが小さくなっていることがわかる。すなわち、角度θが４５°＋９０°×ｎ（ｎ＝０，１，２，３）の近傍で、通過係数ＳＬが小さくなっていることがわかる。

【0047】

また、角度θ＝４５°＋９０°×ｎ±１０°の範囲で、角度θ＝０°＋９０°×ｎの場合と比べて、通過係数ＳＬが小さくなっている。すなわち、角度θ＝４５°＋９０°×ｎ±１０°の範囲で、アイソレーションを高める点で優位性が認められた。アイソレーションを高めるために、第１給電素子３１の幾何中心Ｏ及び給電点３１Ａ、３１Ｂとの一方を通過する直線と、第２給電素子３２の幾何中心Ｏ及び給電点３２Ａ、３２Ｂの一方を通過する直線とのなす角度（９０°未満の方の角度）が３５°以上５５°以下になるように、給電点を配置することが好ましい。

【0048】

次に、第１実施例の優れた効果について説明する。
第１実施例では、第１給電素子３１に対してグランドとして機能するグランドプレーン２１Ｇ（図１）と同一の１層目の導体層２１に、第２給電線路２１Ａを配置している。１層目の導体層２１への給電線の配置を禁止する場合と比べて、給電線路の配置の自由度が高まる。第２給電線路２１Ａを他の導体層に配置する必要がなくなるため、他の導体層の配線の配置の自由度が高まるという優れた効果が得られる。その結果、導体層の層数の増大を抑制することができ、アンテナ装置の薄型化を図ることが可能になる。また、図３Ａから図６までの図面を参照して説明したように、グランドプレーン２１Ｇと同一の１層目の導体層２１に第２給電線路２１Ａを配置しても、アンテナ特性に与える影響は小さい。

【0049】

次に、第１実施例の変形例について説明する。
第１実施例では、第２給電素子３２の２つの給電点３２Ａ、３２Ｂに９０°の位相差をつけて高周波信号を供給する第２給電線路２１Ａを、９０°ハイブリッド回路で構成しているが、第２給電線路２１Ａとして、他の構成の伝送線路を用いてもよい。例えば、１本の伝送線路から２本の伝送線路に分岐させ、分岐後の２本の伝送線路を、それぞれ給電点３２Ａ、３２Ｂに接続してもよい。この場合、円偏波を放射させるためには、分岐点から２つの第２給電点３２Ａ、３２Ｂまでの２本の伝送線路の電気長の差を、第２給電素子３２の共振周波数に相当する波長の１／４にするとよい。

【0050】

第２給電素子３２に無給電素子を装荷してもよい。第２給電素子３２と無給電素子とを複共振させることにより、広帯域化を図ることができる。

【0051】

［第２実施例］
次に、図１１を参照して第２実施例によるアンテナ装置について説明する。以下、図１から図１０までの図面を参照して説明した第１実施例によるアンテナ装置と共通の構成については説明を省略する。

【0052】

図１１は、第２実施例によるアンテナ装置の概略斜視図である。第１実施例によるアンテナ装置（図２）においては、第１給電素子３１に２つの給電点３１Ａ、３１Ｂを設け、第２給電素子３２に２つの給電点３２Ａ、３２Ｂを設けている。これに対して第２実施例では、第１給電素子３１に１つの給電点３１Ａが設けられ、第２給電素子３２に１つの給電点３２Ａが設けられている。

【0053】

第１実施例では、１層目の導体層２１に配置された第２給電線路２１Ａ（図２）が円周状であるが、第２実施例では、第２給電線路２１Ａが、例えば直線状である。第２給電線路２１Ａの一端がビアＶを介して第２給電素子３２の給電点３２Ａに接続されている。第２給電線路２１Ａの他端は、ビアＶを介して２層目の第２給電線路２２Ａに接続されている。２層目の導体層２２に配置された配線２２Ｅが、１層目の導体層２１に配置された第２給電線路２１Ａと、平面視において交差する。

【0054】

給電点３２Ａと２層目の第２給電線路２２Ａとは、配線２２Ｅから見て相互に反対側に配置されている。平面視において、第１給電素子３１の幾何中心Ｏと給電点３１Ａとを通過する直線と、第２給電素子３２の幾何中心Ｏと給電点３２Ａとを通過する直線とのなす角度をθと標記する。角度θを変化させると、第１給電素子３１と第２給電素子３２とのアイソレーションが変化する。

【0055】

次に、第２実施例の優れた効果について説明する。
第２実施例においても第１実施例と同様に、グランドプレーン２１Ｇ（図１）と同一の１層目の導体層２１（図１）に第２給電線路２１Ａが配置されている。このため、給電線路の配置の自由度が高まるという優れた効果が得られる。例えば、第２給電線路２１Ａと交差する配線２２Ｅを、２層目の第２給電線路２２Ａと同一の２層目の導体層２２（図１）に配置することが可能である。

【0056】

第２実施例では、第１給電素子３１及び第２給電素子３２から、直線偏波の電波が放射される。２つの直線偏波の偏波面が直交する場合に、第１給電素子３１と第２給電素子３２とのアイソレーションが最も高くなる。アイソレーションを高くするために、角度θを９０°にすることが好ましい。なお、図１０を参照して説明した第１実施例と同様の考え方により、角度θを８０°以上１００°以下にすることが好ましい。

【0057】

次に、第２実施例の変形例について説明する。第２実施例では、第１給電素子３１及び第２給電素子３２に、給電点を１つずつ設けているが、一方の給電素子に２つの給電点を設けてもよい。第２給電素子３２に２つの給電点を設ける場合には、第１実施例（図２）と同様に、２つの給電点に供給される高周波信号に９０°の位相差がつくように、第２給電線路２１Ａを配置するとよい。

【0058】

［第３実施例］
次に、図１２Ａ及び図１２Ｂを参照して第３実施例によるアンテナ装置について説明する。以下、図１から図１０までの図面を参照して説明した第１実施例によるアンテナ装置と共通の構成については説明を省略する。

【0059】

図１２Ａは、第３実施例によるアンテナ装置の概略斜視図であり、図１２Ｂは、第１給電素子３１及び第２給電素子３２の位置関係を示す平面図である。第１実施例によるアンテナ装置では、第１給電素子３１及び第２給電素子３２が円形である。これに対して第３実施例では、第１給電素子３１及び第２給電素子３２が正方形である。第１給電素子３１の２つの給電点３１Ａ、３１Ｂが、第１給電素子３１の相互に隣り合う２つの辺の中点と、第１給電素子３１の幾何中心Ｏとを結ぶ線分上に配置されている。同様に、第２給電素子３２の２つの給電点３２Ａ、３２Ｂが、第２給電素子３２の相互に隣り合う２つの辺の中点と、第２給電素子３２の幾何中心Ｏとを結ぶ線分上に配置されている。

【0060】

第１実施例と同様に、第１給電素子３１の幾何中心Ｏ及び第１給電素子３１の一方の給電点３１Ａを通過する直線と、第２給電素子３２の幾何中心Ｏ及び第２給電素子３２の一方の給電点３２Ａを通過する直線とのなす角度（９０°未満の角度）をθと標記する。第１実施例では、平面視において第２給電素子３２が第１給電素子３１の外周線の内側に配置されている。これに対して第３実施例では、第２給電素子３２の頂点の近傍が、平面視において第１給電素子３１の外側にはみ出す場合がある。

【0061】

第１実施例と同様に、グランドプレーン２１Ｇと同一の１層目の導体層２１に、第２給電線路２１Ａが配置されている。図１２Ａでは、第２給電線路２１Ａを直線状に示しているが、第１実施例（図２）と同様に第２給電線路２１Ａを円周状にしてもよい。

【0062】

次に、第３実施例の優れた効果について説明する。
第３実施例においても第１実施例と同様に、給電線路の配置の自由度が高まるという優れた効果が得られる。また、第１給電素子３１と第２給電素子３２とのアイソレーションを高めるために、角度θを３５°以上５５°以下にすることが好ましい。

【0063】

次に、第３実施例の変形例について説明する。第３実施例では、第１給電素子３１及び第２給電素子３２の平面視における形状を正方形にしているが、その他の形状にしてもよい。例えば、長方形、四隅を正方形状に切り欠いた方形状等にしてもよい。また、第１給電素子３１及び第２給電素子３２の一方を放形状にし、他方を円形にしてもよい。第１給電素子３１及び第２給電素子３２を種々の形状にすることが可能であるが、どのような形状の場合にも、第１給電素子３１の共振周波数が第２給電素子３２の共振周波数より低くなるようにするとよい。

【0064】

［第４実施例］
次に、図１３及び図１４を参照して第４実施例による通信装置について説明する。第４実施例による通信装置は、第１実施例から第３実施例までのいずれかの実施例によるアンテナ装置、またはこれらの変形例によるアンテナ装置を含んでいる。

【0065】

図１３は、第４実施例による通信装置に含まれるアンテナモジュール１００の断面図である。１枚の誘電体多層基板５０に、複数のアンテナ素子３０が設けられている。複数のアンテナ素子３０は、一次元または二次元のアレイ状に配置されており、アレイアンテナを構成する。

【0066】

複数のアンテナ素子３０の各々は、第１給電素子３１及び第２給電素子３２を含む。誘電体多層基板５０は、その内部に１層目の導体層２１、及びその下側の多層配線構造を含む。１層目の導体層２１は、グランドプレーン２１Ｇ、及びアンテナ素子３０ごとに配置された第２給電線路２１Ａを含む。グランドプレーン２１Ｇ、第２給電線路２１Ａ、第１給電素子３１及び第２給電素子３２の構成は、第１実施例から第３実施例までのいずれかの実施例によるアンテナ装置の構成と同一である。

【0067】

誘電体多層基板５０の下面に高周波集積回路素子（ＲＦＩＣ）１１０が実装されている。高周波集積回路素子１１０は、誘電体多層基板５０内に設けられた配線を介して、複数のアンテナ素子３０の第１給電素子３１及び第２給電素子３２に接続されている。

【0068】

図１４は、第４実施例による通信装置のブロック図である。第４実施例による通信装置は、アンテナモジュール１００及びベースバンド集積回路素子（ＢＢＩＣ）１３５を含む。アンテナモジュール１００は、高周波集積回路素子１１０及びアンテナ装置１３０を含む。アンテナ装置１３０は、複数のアンテナ素子３０を含む。

【0069】

アンテナモジュール１００は、ベースバンド集積回路素子１３５から入力されたベースバンド信号または中間周波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１３０から送信する。さらに、アンテナ装置１３０で受信された高周波信号をダウンコンバートしてベースバンド集積回路素子１３５に出力する。

【0070】

次に、高周波集積回路素子１１０の構成及び機能について説明する。高周波集積回路素子１１０は、複数の送受信系統１２０を備えている。複数の送受信系統１２０のそれぞれは、移相器１１５、減衰器１１４、スイッチ１１３、パワーアンプ１１２Ｔ、ローノイズアンプ１１２Ｒ、及びスイッチ１１１を含む。４つの送受信系統ごとに、合成分波器１１６、スイッチ１１７、ミキサ１１８、及び増幅回路１１９が備えられている。複数の送受信系統１２０には、アンテナ素子３０の低周波側の第１給電素子３１による送受信信号を処理する送受信系統１２０と、高周波側の第２給電素子３２による送受信信号を処理する送受信系統１２０とが含まれる。

【0071】

ベースバンド集積回路素子１３５から増幅回路１１９に送信すべき信号が入力される。増幅回路１１９は、入力された信号を増幅し、ミキサ１１８が、増幅された信号をアップコンバートする。アップコンバートされた高周波信号が、スイッチ１１７を経由して合成分波器１１６に入力される。合成分波器１１６で分波された複数の高周波信号が、それぞれ送受信系統１２０の移相器１１５に入力される。

【0072】

移相器１１５で所定の位相遅れを受けた高周波信号が、減衰器１１４、スイッチ１１３、パワーアンプ１１２Ｔ、スイッチ１１１を経由して、アンテナ装置１３０のアンテナ素子３０に供給される。

【0073】

アンテナ素子３０で受信された高周波信号が、スイッチ１１１、ローノイズアンプ１１２Ｒ、スイッチ１１３、減衰器１１４、及び移相器１１５を経由して合成分波器１１６に入力される。合成分波器１１６で合成された受信信号が、スイッチ１１７を経由してミキサ１１８に入力される。ミキサ１１８は、受信信号をダウンコンバートする。ミキサ１１８でダウンコンバートされた信号が、増幅回路１１９を経由してベースバンド集積回路素子１３５に入力される。

【0074】

次に、第４実施例の優れた効果について説明する。
第４実施例による通信装置は、第１実施例から第３実施例までのいずれかの実施例によるアンテナ装置を搭載している。このため、第１実施例から第３実施例までの実施例と同様に、アンテナ装置内の給電線路の配置の自由度が高まるという優れた効果が得られる。このため、誘電体多層基板５０（図１３）内の導体層の層数の増加を抑制することができる。導体層の層数の増加が抑制されるため、アンテナモジュールを薄型にすることが可能になる。

【0075】

［第５実施例］
次に、図１５を参照して第５実施例によるアンテナ装置について説明する。以下、図１から図１０までの図面を参照して説明した第１実施例によるアンテナ装置と共通の構成については説明を省略する。

【0076】

図１５は、第５実施例によるアンテナ装置の断面図である。第１実施例によるアンテナ装置（図１）は、第１給電素子３１と第２給電素子３２との２つの給電素子を含んでいる。これに対して第５実施例によるアンテナ装置は、第１給電素子３１及び第２給電素子３２に加えて、第２給電素子３２から間隔を隔てて配置された平板状の第３給電素子３３を含んでいる。平面視において、第３給電素子３３は第２給電素子３２と部分的に重なっている。すなわち、第１給電素子３１、第２給電素子３２、及び第３給電素子３３が、この順番に積み重ねられている。

【0077】

３層目の導体層２３の下側に第３給電線路２４Ａが配置されている。第３給電線路２４Ａは、グランドプレーン２３Ｇ、２２Ｇ、２１Ｇ、第１給電素子３１、及び第２給電素子３２に設けられたクリアランスホールを通るビアＶを介して第３給電素子３３に接続されている。

【0078】

第３給電素子３３の共振周波数は、第２給電素子３２の共振周波数より高い。例えば、平面視において、第３給電素子３３の面積が第２給電素子３２の面積より小さい。

【0079】

次に、第５実施例の優れた効果について説明する。
第５実施例によるアンテナ装置は、３つの周波数帯域の電波の送受信を行うことができる。また、第１実施例と同様にグランドプレーン２１Ｇと同一の１層目の導体層２１に第２給電線路２１Ａが配置されているため、給電線路の配置の自由度が高まるという優れた効果が得られる。

【0080】

次に、第５実施例の変形例について説明する。第５実施例では、第３給電素子３３の共振周波数が第２給電素子３２の共振周波数より高いが、その逆に第２給電素子３２の共振周波数が第３給電素子３３の共振周波数より高い構成としてもよい。この場合も、第１給電素子３１の共振周波数は、第２給電素子３２及び第３給電素子３３の何れの共振周波数より低い。

【0081】

第５実施例では、グランドプレーン２１Ｇと同一の１層目の導体層２１に、第２給電素子３２に接続された第２給電線路２１Ａが配置されている。第２給電線路２１Ａに代えて、または第２給電線路２１Ａに追加して、第３給電素子３３に接続された給電線路を、１層目の導体層２１に配置してもよい。この場合、１層目の導体層２１に配置された給電線路は、平面視において第１給電素子３１の外周線の内側に配置するとよい。

【0082】

第５実施例では、第１給電素子３１、第２給電素子３２、及び第３給電素子３３の３つの給電素子が積み重ねられているが、４つ以上の平板状の給電素子を積み重ねてもよい。また、第５実施例では、第３給電素子３３に接続された第３給電線路２４Ａを、３層目の導体層２３の下側に配置しているが、２層目の導体層２２に配置してもよい。

【0083】

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

【符号の説明】

【0084】

２１ １層目の導体層
２１Ａ １層目の第２給電線路
２１Ｇ グランドプレーン
２１Ｘ 配線
２２ ２層目の導体層
２２Ａ ２層目の第２給電線路
２２Ｂ、２２Ｃ 第１給電線路
２２Ｄ ２層目の第２給電線路
２２Ｅ 配線
２２Ｇ グランドプレーン
２２Ｘ、２２Ｙ 配線
２３ ３層目の導体層
２３Ｇ グランドプレーン
２４Ａ 第３給電線路
３０ アンテナ素子
３１ 第１給電素子
３１Ａ、３１Ｂ 給電点
３２ 第２給電素子
３２Ａ、３２Ｂ 給電点
３３ 第３給電素子
５０ 誘電体多層基板
１００ アンテナモジュール
１１０ 高周波集積回路素子（ＲＦＩＣ）
１１１ スイッチ
１１２Ｔ パワーアンプ
１１２Ｒ ローノイズアンプ
１１３ スイッチ
１１４ 減衰器
１１５ 移相器
１１６ 合成分波器
１１７ スイッチ
１１８ ミキサ
１１９ 増幅回路
１２０ 送受信系統
１３０ アンテナ装置
１３５ ベースバンド集積回路素子（ＢＢＩＣ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】