WO2019208100A1 - 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

Abstract

アンテナモジュール（１００）は、多層構造を有する誘電体基板（１３０）と、誘電体基板（１３０）に配置された第１放射電極（１２１）および接地電極（ＧＮＤ）と、第１放射電極（１２１）と接地電極（ＧＮＤ）との間の層に配置された第２放射電極（１５０）とを備える。第１放射電極（１２１）は、高周波電力が供給される給電素子である。誘電体基板（１３０）の法線方向からアンテナモジュール（１００）を平面視すると、第１放射電極（１２１）と第２放射電極（１５０）とは少なくとも一部が重なっている。第２放射電極（１５０）の厚みは、第１放射電極（１２１）の厚みよりも厚い。

Description

アンテナモジュールおよびそれを搭載した通信装置

　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、アンテナモジュールの周波数帯域を拡大する技術に関する。

　国際公開第２０１６／０６３７５９号（特許文献１）には、放射素子（放射電極）と高周波半導体素子とが一体化されたアンテナモジュールが開示されている。

国際公開第２０１６／０６３７５９号パンフレット

　一般的に、このようなアンテナモジュールにおいて放射される電波のピークゲインおよび周波数帯域幅は、接地電極と放射電極との間の電磁界の結合の強さによって定められる。具体的には、電磁界結合が強くなるほどピークゲインは大きくなるが周波数帯域幅は狭くなり、逆に電磁界結合が弱くなるとピークゲインは低下するが周波数帯域幅は広くなる。

　電磁界結合の強さは、接地電極と放射電極との間の距離、すなわちアンテナモジュールの厚みによって影響される。

　アンテナモジュールは、たとえば携帯電話やスマートフォンなどの携帯電子機器に用いられる場合がある。このような用途においては、機器本体の小型化および薄型化のために、アンテナモジュール自体の小型化および薄型化も望まれている。

　一方で、通信速度の高速化および通信品質の向上等の目的から、アンテナモジュールによって送受信できる電波の周波数帯域幅を拡大することも求められる場合がある。上述のように、周波数帯域幅を拡大するためには、接地電極と放射電極との間の電磁界結合の強さを弱める必要があり、その場合には、アンテナモジュールの厚みをできるだけ厚くして、接地電極と放射電極との間の距離を確保することが必要となる。

　すなわち、アンテナモジュールの薄型化と周波数帯域幅の拡大の相反するニーズを実現するためには、機器サイズから許容されるアンテナモジュールの設計寸法に対して、可能な限りアンテナモジュールの厚みを厚くすることが必要となる。

　アンテナモジュールの厚みは、主に接地電極および放射電極が配置される誘電体基板の厚みによって定まる。一方で、多層構造を有する誘電体基板の各層の厚みにもある程度の制限がある。そのため、誘電体基板の厚みを厚くするためには、誘電体基板を構成する層の数を増やす必要がある。しかしながら、層数を増やすと、製造過程における積層工程が増えてしまうので、製造コストが増加し得る。

　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、誘電体基板の層数を変えることなく、周波数帯域幅を拡大することである。

　本開示のある局面に従うアンテナモジュールは、多層構造を有する誘電体基板と、誘電体基板に配置された第１放射電極および接地電極と、第１放射電極と接地電極との間の層に配置された第２放射電極とを備える。第１放射電極および第２放射電極の一方は、高周波電力が供給される給電素子である。誘電体基板の法線方向からアンテナモジュールを平面視すると、第１放射電極と第２放射電極とは少なくとも一部が重なっている。第２放射電極の厚みは、第１放射電極の厚みよりも厚い。

　本開示の他の局面に従うアンテナモジュールは、多層構造を有する誘電体基板と、誘電体基板に配置された放射電極および接地電極と、放射電極と接地電極との間の層に配置された浮遊電極とを備える。誘電体基板の法線方向からアンテナモジュールを平面視すると、放射電極と浮遊電極とは少なくとも一部が重なっている。放射電極は、高周波電力が供給される給電素子であり、所定の周波数帯域の電波を放射するように構成される。浮遊電極は、所定の周波数帯域では共振しない寸法を有している。

　本開示のさらに他の局面に従う通信装置は、上記のいずれかのアンテナモジュールを搭載している。

　本開示によれば、アンテナモジュールにおいて、誘電体基板の第１放射電極と接地電極との間に設けられた第２放射電極の厚みを、第１放射電極よりも厚くする。これにより、第２放射電極が配置される層の厚みを実質的に厚くすることができるので、結果として、同じ層数であっても第２放射電極の増加された厚み分だけ接地電極と第１放射電極との距離を離すことが可能となる。したがって、誘電体基板の層数を変えることなく、アンテナモジュールの周波数帯域幅を拡大することができる。

実施の形態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断面図である。 比較例のアンテナモジュールの断面図である。 シミュレーションに用いたアンテナモジュールの構成を説明する図である。 図４のアンテナモジュールの平面図である。 シミュレーション結果の一例を示す図である。 変形例１に係るアンテナモジュールの断面図である。 変形例２に係るアンテナモジュールの断面図である。 変形例３に係るアンテナモジュールの断面図である。 実施の形態２に係るアンテナモジュールの断面図である。 変形例４に係るアンテナモジュールの断面図である。 図１１のアンテナモジュールを平面視したときの、放射電極と浮遊電極との位置関係を説明するための図である。 変形例５に係るアンテナモジュールの断面図である。 変形例６に係るアンテナモジュールの断面図である。 変形例７に係るアンテナモジュールの断面図である。 変形例８に係るアンテナモジュールの断面図である。

　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、アンテナアレイ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アレイ１２０から放射するとともに、アンテナアレイ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。

　なお、図１では、説明を容易にするために、アンテナアレイ１２０を構成する複数の給電素子１２１のうち、４つの給電素子１２１に対応する構成のみ示され、同様の構成を有する他の給電素子１２１に対応する構成については省略されている。また、本実施の形態においては、給電素子１２１が、矩形の平板形状を有するパッチアンテナである場合を例として説明する。

　ＲＦＩＣ１１０は、スイッチ１１１Ａ～１１１Ｄ，１１３Ａ～１１３Ｄ，１１７と、パワーアンプ１１２ＡＴ～１１２ＤＴと、ローノイズアンプ１１２ＡＲ～１１２ＤＲと、減衰器１１４Ａ～１１４Ｄと、移相器１１５Ａ～１１５Ｄと、信号合成／分波器１１６と、ミキサ１１８と、増幅回路１１９とを備える。

　高周波信号を送信する場合には、スイッチ１１１Ａ～１１１Ｄ，１１３Ａ～１１３Ｄがパワーアンプ１１２ＡＴ～１１２ＤＴ側へ切換えられるとともに、スイッチ１１７が増幅回路１１９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～１１１Ｄ，１１３Ａ～１１３Ｄがローノイズアンプ１１２ＡＲ～１１２ＤＲ側へ切換えられるとともに、スイッチ１１７が増幅回路１１９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１１９で増幅され、ミキサ１１８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１１６で４分波され、４つの信号経路を通過して、それぞれ異なる給電素子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～１１５Ｄの移相度が個別に調整されることにより、アンテナアレイ１２０の指向性を調整することができる。

　各給電素子１２１で受信された高周波信号である受信信号は、それぞれ、異なる４つの信号経路を経由し、信号合成／分波器１１６で合波される。合波された受信信号は、ミキサ１１８でダウンコンバートされ、増幅回路１１９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における各給電素子１２１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、対応する給電素子１２１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造）
　図２は、実施の形態１に従うアンテナモジュール１００の断面図である。図２を参照して、アンテナモジュール１００は、給電素子１２１およびＲＦＩＣ１１０に加えて、誘電体基板１３０と、接地電極ＧＮＤと、無給電素子１５０と、給電配線１４０を備える。なお、図２においては、説明を容易にするために、給電素子１２１が１つだけ配置される場合について説明するが、複数の給電素子１２１が配置される構成であってもよい。また、以降の説明においては、給電素子１２１および無給電素子１５０を包括して「放射電極」とも称する。

　誘電体基板１３０は、たとえば、エポキシ、ポリイミドなどの樹脂が多層構造に形成された基板である。また、誘電体基板１３０は、より低い誘電率を有する液晶ポリマー（Liquid　Crystal　Polymer：ＬＣＰ）あるいはフッ素系樹脂を用いて形成されてもよい。

　給電素子１２１は、誘電体基板１３０の第１面１３２あるいは誘電体基板１３０の内部の層に配置される。図２の例においては、給電素子１２１は、誘電体基板１３０の第１面１３２と給電素子１２１の表面とが同じレベルとなるように、誘電体基板１３０に埋め込まれた態様となっている。

　ＲＦＩＣ１１０は、誘電体基板１３０における、上記の第１面１３２とは反対側の第２面（実装面）１３４に、はんだバンプなど（図示せず）の接続用電極を介して実装される。接地電極ＧＮＤは、誘電体基板１３０において、給電素子１２１が配置される層と第２面１３４との間に配置される。

　無給電素子１５０は、誘電体基板１３０の給電素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間の層に、給電素子１２１と対向するように配置される。無給電素子１５０のサイズ（放射面の面積）は、給電素子１２１のサイズよりも大きく、誘電体基板１３０の第１面１３２の法線方向からアンテナモジュール１００を平面視した場合に、給電素子１２１の全体が無給電素子１５０と重なるように配置されている。無給電素子１５０の厚みｄ２は、給電素子１２１の厚みｄ１よりも厚い（ｄ２＞ｄ１）。

　給電配線１４０は、ＲＦＩＣ１１０から、接地電極ＧＮＤおよび無給電素子１５０を貫通して、給電素子１２１に接続される。給電配線１４０は、ＲＦＩＣ１１０からの高周波電力を給電素子１２１へと供給する。なお、図には示されていないが、接地電極ＧＮＤには、給電配線１４０が貫通する貫通孔が形成されている。

　図３は、比較例のアンテナモジュール１００＃の断面図である。アンテナモジュール１００＃は、無給電素子１５０＃の厚みを除いて、基本的には図２のアンテナモジュール１００の構成と同じである。アンテナモジュール１００＃の無給電素子１５０＃は、給電素子１２１と同じ厚み（ｄ１）となっている。給電素子１２１と無給電素子１５０＃との間の距離は、アンテナモジュール１００と同様にＨ１とする。また、無給電素子１５０＃と接地電極ＧＮＤとの間の距離も、アンテナモジュール１００と同様にＨ２とする。この場合、アンテナモジュール１００における接地電極ＧＮＤと給電素子１２１との間の距離Ｈ３は、アンテナモジュール１００＃における接地電極ＧＮＤと給電素子１２１との間の距離Ｈ３＃よりも、無給電素子の厚みの差（ｄ２－ｄ１）だけ長くなる。

　一般的に、放射電極から放射することができる電波の周波数帯域幅は、放射電極と接地電極との間の電磁界結合の強さによって定まることが知られている。電磁界結合の強さが強くなるにつれて周波数帯域幅は狭くなり、電磁界結合の強さが弱くなるにつれて周波数帯域幅は広くなる。また、電磁界結合の強度は、放射電極と接地電極との間の距離が近くなるほど強くなり、遠ざかるほど弱くなる。

　また、電磁界結合は、放射電極の接地電極側の主面に限らず側面についても生じ得る。このため、放射電極と接地電極との間の距離が一定の場合には、電磁界結合の強度は、放射電極の厚みが薄くなるほど強くなり、厚くなるほど弱くなる。すなわち、当該場合には、放射電極の厚みが厚くなることで放射電極の上面（すなわち、接地電極とは反対の面）と接地電極との間の距離が拡大されるほど電磁界結合の強度が小さくなる。

　ここで、放射電極（第１放射電極）と接地電極との間に他の放射電極（第２放射電極）が配置された構成では、第１放射電極から放射することができる電波の周波数帯域幅は、第１放射電極と第２放射電極との間の電磁界結合の強度に依存する。一方で、第２放射電極から放射することができる電波の周波数帯域幅は、第２放射電極と接地電極との間の電磁界結合の強度に依存する。

　また、アンテナモジュール１００における接地電極ＧＮＤから無給電素子１５０の上面までの距離Ｈ４は、アンテナモジュール１００＃における接地電極ＧＮＤから無給電素子１５０＃の上面までの距離Ｈ４＃よりも、無給電素子の厚みの差（ｄ２－ｄ１）だけ長くなる。したがって、無給電素子１５０，１５０＃から放射される電波の周波数帯域幅は、アンテナモジュール１００の方が、比較例のアンテナモジュール１００＃よりも広くなる。

　ここで、放射電極から放射される電波の周波数帯域を拡大するためには、基本的には誘電体基板の厚みを厚くすることが必要となる。しかしながら、誘電体基板の層数を増加させると、製造過程における積層工程が増えてしまうので製造コストが増加し得る。

　本実施の形態１のように、給電素子と接地電極との間に配置される無給電素子の厚みを厚くすることで、誘電体基板の層数を増加することなく無給電素子（放射電極）から放射される電波の周波数帯域幅を拡大することができる。

　次に、図２および図３のように、無給電素子の厚みを変化させた場合の周波数帯域幅の違いについてシミュレーションを行なった結果について説明する。図４は、シミュレーションに用いたアンテナモジュールの断面図である。図４（ａ）のアンテナモジュール１００Ａが本実施の形態１に従うアンテナモジュールであり、図４（ｂ）のアンテナモジュール１００＃Ａが比較例のアンテナモジュールである。

　なお、図４（ａ）および図４（ｂ）のアンテナモジュール１００Ａ，１００＃Ａにおいては、図５の平面図に示すように、誘電体基板１３０の第１面１３２の給電素子１２１の各辺に沿って短冊状の無給電素子１２２が配置されており、さらに給電配線１４０が無給電素子１５０，１５０＃の層でオフセットしている点が図２，図３のアンテナモジュールと異なっているが、その他の部分については図２および図３の構成と同じである。すなわち、アンテナモジュール１００Ａの無給電素子１５０の厚みは、アンテナモジュール１００＃Ａの無給電素子１５０＃の厚みよりも厚くなっている。

　無給電素子１２２を加えることで複共振を発生させ、周波数帯域幅を拡大する効果がある。

　図６は、図４（ａ），（ｂ）のアンテナモジュールについての特性をシミュレーションした結果を示す図である。図６においては、横軸に周波数が示されており、縦軸には反射損失（リターンロス）が示されている。実線Ｌ１が図４（ａ）のアンテナモジュール１００Ａの特性を示しており、破線Ｌ２が図４（ｂ）のアンテナモジュール１００＃Ａの特性を示している。なお、図６において、２８ＧＨｚ帯（２５～３０ＧＨｚ付近）の共振周波数は無給電素子が支配的であり、３８．５ＧＨｚ帯（３５～４５ＧＨｚ付近）の共振周波数は給電素子１２１が支配的である。

　図４のように、接地電極ＧＮＤと無給電素子の１５０，１５０＃との間の距離Ｈ２と無給電素子１５０，１５０＃と給電素子１２１との間の距離Ｈ１は変化していないが、無給電素子１５０の厚みを無給電素子１５０＃の厚みよりも増やすことで、接地電極ＧＮＤから無給電素子１５０の上面までの距離Ｈ４が増加している。３８．５ＧＨｚ帯の帯域幅は、距離Ｈ１に支配されるために変化が小さい。一方で、距離Ｈ２は変わらないが２８ＧＨｚ帯に支配的なアンテナ厚みに相当する距離Ｈ４が大きくなるため、２８ＧＨｚ帯の周波数帯域幅が拡大する。実際、２８ＧＨｚ帯については、反射損失が１０ｄＢ以上となる周波数帯域幅は、図４（ａ）のアンテナモジュール１００Ａでは２６．５～３０．０ＧＨｚであり、比較例の図４（ｂ）のアンテナモジュール１００＃Ａでは２６．５～２９．５ＧＨｚとなっている。すなわち、無給電素子の厚みを厚くした実施の形態１のアンテナモジュール１００Ａの周波数帯域幅の方が広くなっている。

　なお、無給電素子１５０の厚みを厚くして距離Ｈ３を拡大するとともに、無給電素子１５０を接地電極ＧＮＤに近づけることによって、距離Ｈ２を短くするとともに距離Ｈ１を広げて、３８．５ＧＨｚ帯の周波数帯域幅を拡大するようにしてもよい。また、２８ＧＨｚ帯と３８．５ＧＨｚ帯の周波数帯域幅の拡大幅のバランスを取ることも可能である。

　このように、給電素子と接地電極との間に配置された無給電素子の厚みを厚くすることによって、誘電体基板の層数を増やすことなく、特定のバンドの周波数帯域幅を拡大することができる。

　なお、実際の機器の設計においては、当該機器の他の部品のサイズによってアンテナモジュールのサイズ（厚み）が制限される。すなわち、周波数帯域幅を拡大するために無制限にアンテナモジュールの厚みを厚くすることはできない。

　上記のようなアンテナモジュールは、製造時において、各層を積層後に加熱しながら厚み方向に加圧することによって誘電体の各層と放射電極とが密着される。このとき、誘電体材料は加圧によって若干厚みが減少するため、製造工程においてアンテナモジュールの厚みが設計値よりも薄くなり、所望の周波数帯域幅よりもやや狭まってしまうという状態が生じ得る。

　一方で、銅などの金属材料で形成される放射電極については、アンテナモジュールの製造工程における加圧によって厚みはほとんど変化しない。したがって、本実施の形態１のように金属の無給電素子１５０の厚みを厚くすることによって、製造工程におけるアンテナモジュールの厚みの減少を抑制することができる。すなわち、周波数帯域幅を設計値よりもさらに拡大するというよりは、むしろ、製造工程において周波数帯域幅が設計値から低下することを抑制することができるという効果を奏する。

　（変形例１）
　実施の形態１においては、給電素子と接地電極との間に配置された平板状の無給電素子の厚み全体を厚くする構成について説明したが、無給電素子の厚みを厚くする構成はこれに限られない。

　図７は、変形例１に従うアンテナモジュール１００Ｂの断面図である。図７を参照して、変形例１においては、無給電素子１５０Ｂは、誘電体基板１３０の異なる層に配置された２つの平板状の電極１５１，１５２と、これら２つの電極１５１，１５２を電気的に接続する複数のビア１５３とによって形成されている。

　２つの電極１５１，１５２は、互いに同一形状かつ同一サイズ（寸法）を有する金属板（たとえば、銅）である。なお、２つの電極１５１，１５２の厚み、ならびに、ビア１５３の寸法および数については、無給電素子１５０Ｂの共振周波数が所望の周波数となるように適宜設計される。

　無給電素子１５０Ｂをこのような構成とすることによって、無給電素子１５０Ｂの全体の厚みｄ３を、図３の比較例の場合よりも厚くすることができる（ｄ３＞ｄ１）。そして、給電素子１２１と無給電素子１５０Ｂとの間の距離、および、無給電素子１５０Ｂと接地電極ＧＮＤとの間の距離を比較例の場合と同様にそれぞれＨ１，Ｈ２とすると、接地電極ＧＮＤから給電素子１２１までの距離Ｈ３Ｂを、上記の図３の比較例の場合の距離Ｈ３＃よりも長くすることができる。また、接地電極ＧＮＤから無給電素子１５０Ｂの上面までの距離Ｈ４Ｂを、上記の図３の比較例の場合の距離Ｈ４＃よりも長くすることができる。これにより、比較例のアンテナモジュール１００＃と比較して、２８ＧＨｚ帯の周波数帯域幅を拡大することができる。

　（変形例２）
　図８は、変形例２に従うアンテナモジュール１００Ｃの断面図である。アンテナモジュール１００Ｃは、上記の変形例１における無給電素子１５０Ｂの２つの電極の厚みをさらに厚くした構成の例である。より具体的には、アンテナモジュール１００Ｃの無給電素子１５０Ｃに含まれる２つの電極１５１Ｃ，１５２Ｃの厚みは、図７の２つの電極１５１，１５２の厚みよりも厚く、かつ、給電素子１２１の厚みよりも厚い。

　このような構成とすることによって、無給電素子１５０Ｃ全体の厚みｄ４を、無給電素子１５０Ｂの厚みｄ３よりもさらに厚くすることができるので、接地電極ＧＮＤと給電素子１２１との間の距離Ｈ３Ｃが変形例１の場合よりもさらに長くなる。また、接地電極ＧＮＤから無給電素子１５０Ｃの上面までの距離Ｈ４Ｃが変形例１の場合よりもさらに長くなる。これによって、２８ＧＨｚ帯の周波数帯域幅を、変形例１の場合よりもさらに拡大することができる。

　（変形例３）
　実施の形態１および変形例１，２においては、誘電体基板１３０の第１面１３２に給電素子１２１が配置され、給電素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間に無給電素子が配置される構成について説明したが、給電素子１２１と無給電素子との配置は逆であってもよい。また、実施の形態１および変形例１，２においては、給電素子１２１が３８．５ＧＨｚに対応し、無給電素子が２８ＧＨｚ帯に対応してが、これらの対応は逆であってもよい。

　図９は、変形例３に従うアンテナモジュール１００Ｄの断面図である。図９を参照して、変形例３のアンテナモジュール１００Ｄにおいては、誘電体基板１３０の第１面１３２に無給電素子１５０Ｄが配置され、無給電素子１５０Ｄと接地電極ＧＮＤとの間に給電素子１２１Ｄが配置されている。そして、給電配線１４０Ｄを介して高周波電力がＲＦＩＣ１１０から給電素子１２１Ｄへと供給される。また、アンテナモジュール１００Ｄにおいては、無給電素子１５０Ｄが３８．５ＧＨｚ帯に対応し、給電素子１２１が２８ＧＨｚ帯に対応する。

　変形例３の場合には、給電素子１２１Ｄの厚みｄ５が、無給電素子１５０Ｄの厚みｄ４よりも厚くなるように設計される。これにより、給電素子１２１Ｄの厚みが無給電素子１５０Ｄの厚みと同じｄ４の場合に比べて、無給電素子１５０Ｄと接地電極ＧＮＤとの間の距離Ｈ３Ｄを長くすることができる。また、上記の場合に比べて、接地電極ＧＮＤから給電素子１２１Ｄの上面までの距離Ｈ４Ｄを長くすることができる。したがって、給電素子１２１Ｄの厚みがｄ４の場合に比べて、２８ＧＨｚ帯の周波数帯域幅を拡大することができる。

　なお、変形例３のような、給電素子が無給電素子と接地電極との間に配置される場合においても、給電素子を変形例１，２のような構成とすることも可能である。

　［実施の形態２］
　実施の形態１においては、誘電体基板の厚み方向に２つの放射電極（給電素子，無給電素子）を備えるアンテナモジュールにおいて、誘電体基板の内層側に配置された放射電極の厚みを厚くすることによって、周波数帯域幅を拡大する構成について説明した。

　実施の形態２においては、厚み方向に１つの放射電極（給電素子）を有するアンテナモジュールにおいて、放射電極として機能しない浮遊電極を誘電基板内に配置することによって、実施の形態１と同様に周波数帯域幅を拡大する構成について説明する。

　すなわち、実施の形態１では、複数のバンドに対応するアンテナモジュールにおいて、特定のバンドの周波数帯域幅を拡大するために、内層側に配置された放射電極の厚みを厚くする構成について説明した。このような内層側に配置された電極の厚みを厚くすることで周波数帯域幅を拡大する技術的思想は、単一のバンドに対応するアンテナモジュールにも適用することができる。そこで、実施の形態２では、単一のバンドに対応するアンテナモジュールについて説明する。

　なお、実施の形態２で説明する構成は、単一のバンドに対応するアンテナモジュールに限らず、無給電素子等をさらに有することにより複数のバンドに対応してもよい。

　図１０は、実施の形態２に係るアンテナモジュール１００Ｅの断面図である。図１０を参照して、アンテナモジュール１００Ｅにおいては、図２のアンテナモジュール１００と比較すると、無給電素子１５０が浮遊電極１６０に置き換わった構成となっている。

　浮遊電極１６０は、給電素子１２１および無給電素子１５０と同様に、銅などの金属材料で形成されている。浮遊電極１６０は、誘電体基板１３０において、給電素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間の層に配置される。また、浮遊電極１６０は、アンテナモジュール１００Ｅを平面視した場合に、給電素子１２１と少なくとも一部が重なる位置に配置される。

　浮遊電極１６０は、円形形状あるいは多角形形状に形成されている。給電素子１２１から放射される高周波信号の波長をλとすると、浮遊電極１６０は、円形形状の場合にはその直径がλ／４未満の長さとされ、多角形形状の場合には各辺または各対角線がλ／４未満の長さとされる。このような寸法で浮遊電極１６０を形成することによって、その共振周波数を当該アンテナモジュールから放射される高周波信号の周波数帯域幅の範囲外とすることができる。したがって、浮遊電極１６０はアンテナモジュール１００Ｅにおいては放射電極として機能しない。

　このように、放射電極として機能しない浮遊電極１６０を、放射電極（給電素子１２１）と接地電極ＧＮＤとの間に配置することによって、誘電体基板１３０の厚み方向における銅含有率が増加し、浮遊電極１６０が配置された層については、製造工程において厚みの減少を低減することができる。これにより、アンテナモジュール１００Ｅにおいては、浮遊電極１６０が配置されない場合に比べて、給電素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間の距離を長くすることができる。したがって、誘電体基板１３０の層数を増加することなく特定のバンドの周波数帯域幅を拡大することができる。

　（変形例４）
　変形例３においては、給電素子に対して１つの浮遊電極を設ける構成について説明したが、浮遊電極の数はこれに限られず、複数の浮遊電極を設けてもよい。

　図１１は、変形例４に係るアンテナモジュール１００Ｆの断面図である。図１１を参照して、アンテナモジュール１００Ｆにおいては、給電素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間の層に、複数の浮遊電極１６０Ｆが配置されている。図１２は、アンテナモジュールを平面視したときの、放射電極と浮遊電極との位置関係を説明するための図である。アンテナモジュール１００Ｆの例においては、矩形形状を有する４つの浮遊電極１６０Ｆが、給電素子１２１の四隅の部分に少なくとも一部が重なるように、給電素子１２１に対して対称にそれぞれ配置されている。

　給電素子１２１と重なるように配置されることによって、製造工程において誘電体材料の厚さが減少することに伴う給電素子１２１の沈み込みを抑制することができる。これにより、給電素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間の距離を確保することができるので、浮遊電極を設けない場合に比べて周波数帯域幅を広くすることができる。また、浮遊電極１６０Ｆを給電素子１２１に対して対称に配置することによって、給電素子１２１の沈み込みを均一にできるので、製造工程における給電素子１２１の歪みを抑制することができる。

　（変形例５）
　変形例５においては、図１１で説明したアンテナモジュール１００Ｆにおける浮遊電極１６０の厚みがさらに厚くされた構成について説明する。

　図１３は、変形例５に従うアンテナモジュール１００Ｇの断面図である。アンテナモジュール１００Ｇにおける浮遊電極１６０Ｇは、図１１におけるアンテナモジュール１００Ｆの浮遊電極１６０と比べて、電極の厚みが厚くされている。これにより、誘電体基板１３０の法線方向の銅含有率を増加させることができ、図１１のときに比べて給電素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間の距離をさらに長くすることができる。

　したがって、アンテナモジュール１００Ｇにおける給電素子１２１の周波数帯域幅をさらに拡大することができる。

　（変形例６）
　図１４は、変形例６に係るアンテナモジュール１００Ｈの断面図である。アンテナモジュール１００Ｈにおいては、変形例４で説明した浮遊電極が複数の層に設けられる構成を有している。

　図１４を参照して、アンテナモジュール１００Ｈは、浮遊電極１６０Ｈとして、誘電体基板１３０の異なる層に配置された２つの電極１６１，１６２を含む。電極１６１，１６２は、互いに同一形状かつ同一サイズ（寸法）に形成されている。電極１６１および電極１６２は、アンテナモジュール１００Ｈを法線方向から平面視した場合に、互いに重なるように配置されている。なお、図示していないが、２つの電極１６１，１６２を含む複数の浮遊電極１６０Ｈは、変形例４の図１２で説明したように、給電素子１２１の四隅の部分と少なくとも一部が重なるように対称的に配置される。

　このように、誘電体基板の厚み方向の異なる層に複数の浮遊電極を配置することによって、誘電体基板の厚み方向の銅含有率をさらに増加させることができる。したがって、製造工程における給電素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間の距離の減少を抑制することができ、特定のバンドの周波数帯域幅を拡大することができる。

　なお、図１４においては、浮遊電極１６０Ｈの２つの電極１６１，１６２が同一形状かつ同一サイズである場合の例について説明したが、電極１６１と電極１６２の形状および／またはサイズを異なるものとしてもよい。ただし、この場合であっても、電極１６１の組については給電素子１２１に対して対称に配置されることが好ましく、また、電極１６２の組についても給電素子１２１に対して対称に配置されることが好ましい。

　（変形例７）
　図１５は、変形例７に係るアンテナモジュール１００Ｉの断面図である。アンテナモジュール１００Ｉにおいては、図１４のアンテナモジュール１００Ｈにおける浮遊電極の２つの電極をビアで電気的に接続した構成を有している。

　図１５を参照して、アンテナモジュール１００Ｉは、浮遊電極１６０Ｉとして、誘電体基板１３０の異なる層に配置された２つの電極１６５，１６６と、これらを電気的に接続する金属製（たとえば、銅）の複数のビア１６７とを含む。電極１６５，１６６は、互いに同一形状かつ同一サイズに形成されており、アンテナモジュール１００Ｉを法線方向から平面視した場合に、互いに重なるように配置されている。なお、図示していないが、２つの電極１６５，１６６を含む複数の浮遊電極１６０Ｉは、変形例４の図１２で説明したように、給電素子１２１の四隅の部分と少なくとも一部が重なるように対称的に配置される。

　このように、浮遊電極１６０Ｉの２つの電極１６５，１６６間を金属製のビアで接続することによって、製造工程において２つの電極１６５，１６６の間隔が狭められることが抑制できる。したがって、製造工程における給電素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間の距離の減少を抑制することができ、特定のバンドの周波数帯域幅を拡大することができる。

　（変形例８）
　変形例７のアンテナモジュール１００Ｉの浮遊電極１６０においては、ビア１６７で接続された２つの電極１６５，１６６が同一形状かつ同一サイズである場合について説明した。

　変形例８に係るアンテナモジュール１００Ｊにおいては、異なる形状および／またはサイズの２つの電極をビアで接続することによって浮遊電極が形成される構成について説明する。

　図１６を参照して、アンテナモジュール１００Ｊにおいては、浮遊電極１６０Ｊとして、誘電体基板１３０の異なる層に配置された２つの電極１６５Ｊ，１６６Ｊと、これらを電気的に接続する金属製の複数のビア１６７Ｊとを含む。電極１６５Ｊおよび電極１６６Ｊとは、互いに異なる形状および／またはサイズで形成されている。なお、図１６においては、電極１６５Ｊのサイズが電極１６６Ｊのサイズよりも小さい例が示されているが、これとは反対に、電極１６５Ｊのサイズを電極１６６Ｊのサイズよりも大きくしてもよい。

　変形例８のアンテナモジュール１００Ｊにおいても、変形例７と同様に、製造工程において２つの電極が形成される層の間隔が狭められることが抑制されるので、製造工程における給電素子１２１と接地電極ＧＮＤとの間の距離の減少を抑制することができる。したがって、特定のバンドの周波数帯域幅を拡大することができる。

　なお、変形例７，８においても、浮遊電極に含まれる各電極の厚みを放射電極の厚みよりも厚くするようにしてもよい。また、２つの電極間の距離をさらに遠ざけ、より長いビアで２つの電極を接続するようにしてもよい。誘電体基板の厚み方向における銅含有率を増やすことで、製造工程における誘電体材料の厚みの低下を抑制することができ、それによって特定のバンドの周波数帯域幅を拡大することが可能となる。

　実施の形態２においては、放射電極が１つの場合について説明したが、実施の形態１と実施の形態２を組合わせて、２つの放射電極（給電素子，無給電素子）と浮遊電極とを有する構成としてもよい。さらに、３つ以上の放射電極を有する構成としてもよい。

　また、ＲＦＩＣの実装位置は、誘電体基板の第２面には限られず、放射電極と異なる位置において誘電体基板の第１面に形成されてもよい。この場合には、接地電極には、給電配線が貫通する貫通孔が形成されなくてもよい。

　なお、上記の説明においては、誘電体基板１３０の第１面１３２側に配置される放射電極（第１放射電極）が、１枚の平板状の電極である場合を例として説明したが、当該放射電極を図７の無給電素子１５０Ｂのように、複数の平板状電極をビアで接続した。しかし、第１放射電極は、当該第１放射電極と、第１放射電極よりも誘電体基板１３０の内層側に形成された他の放射電極（第２放射電極）との間に配置された他の電極とビアで接続される構成であってもよい。当該他の電極については、放射素子として機能してもよいし、実施の形態２のように放射素子として機能しないものであってもよい。この構成において、第１放射電極に接続される他の電極の厚み、または、第１放射電極と当該他の電極とを接続するビアの厚みは、第１放射電極の厚みには含まれない。

　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～１００Ｊ，１００＃　アンテナモジュール、１１１Ａ～１１１Ｄ，１１３Ａ～１１３Ｄ，１１７　スイッチ、１１２ＡＲ～１１２ＤＲ　ローノイズアンプ、１１２ＡＴ～１１２ＤＴ　パワーアンプ、１１４Ａ～１１４Ｄ　減衰器、１１５Ａ～１１５Ｄ　移相器、１１６　信号合成／分波器、１１８　ミキサ、１１９　増幅回路、１２０　アンテナアレイ、１２１，１２１Ｄ　給電素子、１２２，１５０，１５０Ｂ～１５０Ｄ，１５０＃　無給電素子、１３０　誘電体基板、１３２　第１面、１３４　第２面、１４０，１４０Ｄ　給電配線、１５１，１５１Ｃ，１５２，１５２Ｃ，１６１，１６２，１６５，１６５Ｊ，１６６，１６６Ｊ　電極、１５３，１６７，１６７Ｊ　ビア、１６０，１６０Ｆ～１６０Ｊ　浮遊電極、ＧＮＤ　接地電極。

Claims (17)

1. 　アンテナモジュールであって、
   　多層構造を有する誘電体基板と、
   　前記誘電体基板に配置された第１放射電極および接地電極と、
   　前記第１放射電極と前記接地電極との間の層に配置された第２放射電極とを備え、
   　前記第１放射電極および前記第２放射電極の一方は、高周波電力が供給される給電素子であり、
   　前記誘電体基板の法線方向から前記アンテナモジュールを平面視すると、前記第１放射電極と前記第２放射電極とは少なくとも一部が重なっており、
   　前記第２放射電極の厚みは、前記第１放射電極の厚みよりも厚い、アンテナモジュール。
2. 　前記第１放射電極は給電素子であり、
   　前記第２放射電極は無給電素子である、請求項１に記載のアンテナモジュール。
3. 　前記第１放射電極は無給電素子であり、
   　前記第２放射電極は給電素子である、請求項１に記載のアンテナモジュール。
4. 　前記第１放射電極および前記第２放射電極は、互いに異なる周波数帯域の電波を放射する、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２放射電極は、前記法線方向に整列して配置された同一形状かつ同一サイズの２つの電極と、前記２つの電極を接続する複数のビアとを含み、
   　前記第２放射電極の厚みは、前記２つの電極のうち、前記第１放射電極に近い側の電極の前記第１放射電極に対向する面と、前記接地電極に近い側の電極の前記接地電極に対向する面との間の距離である、請求項１～４のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
6. 　前記２つの電極それぞれの厚みは、前記第１放射電極の厚みよりも厚い、請求項５に記載のアンテナモジュール。
7. 　アンテナモジュールであって、
   　多層構造を有する誘電体基板と、
   　前記誘電体基板に配置された放射電極および接地電極と、
   　前記放射電極と前記接地電極との間の層に配置された浮遊電極とを備え、
   　前記誘電体基板の法線方向から前記アンテナモジュールを平面視すると、前記放射電極と前記浮遊電極とは少なくとも一部が重なっており、
   　前記放射電極は、高周波電力が供給される給電素子であり、所定の周波数帯域の電波を放射するように構成され、
   　前記浮遊電極は、前記所定の周波数帯域では共振しない寸法を有している、アンテナモジュール。
8. 　前記放射電極から放射される電波の波長をλとすると、前記浮遊電極は、各辺または各対角線がλ／４未満の長さを有する多角形形状に形成される、請求項７に記載のアンテナモジュール。
9. 　前記放射電極から放射される電波の波長をλとすると、前記浮遊電極は、直径がλ／４未満の長さを有する円形形状に形成される、請求項７に記載のアンテナモジュール。
10. 　前記浮遊電極は、同一形状かつ同一サイズの複数の第１電極を含み、
    　前記複数の第１電極は、前記誘電体基板の法線方向から前記アンテナモジュールを平面視すると、前記放射電極に対して対称に配置される、請求項８または９に記載のアンテナモジュール。
11. 　前記浮遊電極は、前記複数の第１電極の各々に対応して設けられ、対応する前記第１電極と前記法線方向に重なるように配置された第２電極をさらに含む、請求項１０に記載のアンテナモジュール。
12. 　前記複数の第１電極の各々は、対応する前記第２電極と複数のビアにより接続される、請求項１１に記載のアンテナモジュール。
13. 　前記複数の第１電極の各々は、対応する前記第２電極と同一形状かつ同一サイズを有する、請求項１１または１２に記載のアンテナモジュール。
14. 　前記複数の第１電極の各々は、対応する前記第２電極とは異なる形状を有する、請求項１１または１２に記載のアンテナモジュール。
15. 　前記浮遊電極の厚みは、前記放射電極の厚みよりも厚い、請求項７～１４のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
16. 　前記誘電体基板に実装され、前記給電素子に高周波電力を供給する給電回路をさらに備える、請求項１～１５のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
17. 　請求項１～１６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。

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