(57)【要約】  多軸アンテナは、第１、第２および第３軸を有する第１右手直交座標系において、第３軸方向に互いに離間した平面状放射導体および地導体を有する平面アンテナと、平面アンテナに対して第１軸方向に離間しており、第２軸方向に伸びる１つまたは２つの線状放射導体を有する少なくとも１つの線状アンテナとを含むアンテナユニットを備える。
2019026913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２および第３軸を有する第１右手直交座標系において、第３軸方向に互いに離間した平面状放射導体および地導体を有する平面アンテナと、
前記平面アンテナに対して第１軸方向に離間しており、第２軸方向に伸びる１つまたは２つの線状放射導体を有する少なくとも１つの線状アンテナと、
を含むアンテナユニットを備えた多軸アンテナ。
【請求項２】
前記平面アンテナは、前記平面状放射導体と、前記地導体との間に位置し、前記第１軸方向に伸びる第１ストリップ導体を更に有し、前記第１ストリップ導体の一部は、前記第３軸方向から見て、前記平面状放射導体と重なっている、請求項１に記載の多軸アンテナ。
【請求項３】
前記第１ストリップ導体は外部から給電される第１端部と、前記第１端部から前記第１軸方向に離間した第２端部とを有し、前記第２端部と前記平面状放射導体との前記第３軸方向の距離は、前記第１端部と前記平面状放射導体との前記第３軸方向の距離よりも小さい、請求項２に記載の多軸アンテナ。
【請求項４】
前記平面アンテナは、前記平面状放射導体と、前記地導体との間に位置し、前記第２軸方向に伸びる第２ストリップ導体を有し、前記第２ストリップ導体の一部は、前記第３軸方向から見て、前記平面状放射導体と重なっている、請求項１から３のいずれかに記載の多軸アンテナ。
【請求項５】
前記第２ストリップ導体は外部から給電される第１端部と、前記第１端部から前記第２軸方向に離間した第２端部とを有し、前記第２端部と前記平面状放射導体との前記第３軸方向の距離は、前記第１端部と前記平面状放射導体との前記第３軸方向の距離よりも小さい、請求項４に記載の多軸アンテナ。
【請求項６】
前記第３軸方向から見て前記１つまたは２つの線状放射導体は前記地導体と重なっていない、請求項１から５のいずれかに記載の多軸アンテナ。
【請求項７】
前記多軸アンテナの使用周波数帯域における搬送波の波長をλとして、前記第３軸方向から見て前記１つまたは２つの線状放射導体は、前記地導体の端部から前記第１軸方向に、λ／８以上離れている、請求項６に記載の多軸アンテナ。
【請求項８】
前記線状アンテナは、前記線状放射導体を１つ含み、前記線状放射導体の一端に接続され、前記第１軸方向に伸びる給電導体をさらに有する、請求項１から７のいずれかに記載の多軸アンテナ。
【請求項９】
前記線状アンテナは、前記線状放射導体を２つ含み、第１軸方向に伸びる２つの給電導体をさらに有し、
前記２つの線状放射導体は、第２軸方向に配列され、
前記２つの給電導体の一端は、前記配列された２つの線状放射導体の互いに隣接する一端にそれぞれ接続され、
前記２つの給電導体のうち、一方の他端は接地され、他方の他端は外部から給電される、請求項１から７のいずれかに記載の多軸アンテナ。
【請求項１０】
前記給電導体の一部は、第３軸方向から見て前記地導体と重なっている、請求項８または９に記載の多軸アンテナ。
【請求項１１】
前記第３軸方向に垂直な主面を有する誘電体をさらに備え、少なくとも前記平面アンテナの前記地導体は、前記誘電体内に位置している、請求項１から１０のいずれかに記載の多軸アンテナ。
【請求項１２】
前記誘電体は、前記主面に隣接し、かつ、前記第１軸に垂直な側面を有し、
前記線状アンテナの前記１つまたは２つの線状放射導体は、前記側面に近接して配置されている、請求項１１に記載の多軸アンテナ。
【請求項１３】
前記平面アンテナの前記平面状放射導体および前記線状アンテナの前記１つまたは２つの線状放射導体は、前記主面上に位置している、請求項１１または１２に記載の多軸アンテナ。
【請求項１４】
前記平面アンテナおよび前記線状アンテナは、前記誘電体内に位置している、請求項１１または１２に記載の多軸アンテナ。
【請求項１５】
前記誘電体は、多層セラミック体である、請求項１１から１４のいずれかに記載の多軸アンテナ。
【請求項１６】
前記誘電体は、前記第３軸方向に積層された複数のセラミック層を含む多層セラミック体であり、
前記１つまたは２つの線状放射導体と、前記平面状放射導体とは、前記複数のセラミック層の界面のうち、同じ界面に位置している、請求項１５に記載の多軸アンテナ。
【請求項１７】
前記アンテナユニットを複数備え、
前記複数のアンテナユニットは第２軸方向に配列されており、
前記複数のアンテナユニットの前記地導体は、前記第２軸方向に接続されている、請求項１から１１のいずれかに記載の多軸アンテナ。
【請求項１８】
前記アンテナユニットを複数備え、
前記複数のアンテナユニットは第２軸方向に配列されており、
前記複数のアンテナユニットの前記地導体は、前記第２軸方向に接続されている、請求項１２に記載の多軸アンテナ。
【請求項１９】
第１、第２および第３軸を有する第１右手直交座標系において、第３軸方向に互いに離間した平面状放射導体および地導体を有する平面アンテナと、
前記平面アンテナに対して第１軸方向に離間しており、第２軸方向に伸びる１つまたは２つの線状放射導体をそれぞれ有する第１および第２線状アンテナと、
を含み、前記第１線状アンテナと前記第２線状アンテナは、前記平面アンテナを挟んで前記第１軸に沿って配列されている、アンテナユニットを備えた多軸アンテナ。
【請求項２０】
請求項１２または１８に記載の多軸アンテナを備えた無線通信モジュール。
【請求項２１】
第１、第２および第３軸を有する第２右手直交座標系において、第３軸に垂直な第１および第２主面と、前記第１軸に垂直な第１および第２側部と、前記第２軸に垂直な第３および第４側部と、送信回路および受信回路の少なくとも一方とを有する回路基板と、
すくなくとも１つの請求項２０に記載の無線通信モジュールと、
を備えた無線通信装置。
【請求項２２】
前記無線通信モジュールを１つ備え、
前記無線通信モジュールの誘電体の前記側面が、前記第１から第４側部の１つに近接するように、前記多軸アンテナが、前記第１主面または前記第２主面に配置されている、請求項２１に記載の無線通信装置。
【請求項２３】
前記無線通信モジュールを１つ備え、
前記無線通信モジュールの誘電体の前記側面が、前記第１主面または前記第２主面に近接するように、前記多軸アンテナが、前記第１から第４側部の１つに配置されている、請求項２１に記載の無線通信装置。
【請求項２４】
前記無線通信モジュールを少なくとも２つ備え、
少なくとも１つの前記無線通信モジュールが前記回路基板の前記第１および第２主面の一方に配置され、
少なくとも１つの前記無線通信モジュールが前記回路基板の前記第１から第４側部の１つに配置されている、
請求項２１に記載の無線通信装置。
【請求項２５】
前記無線通信モジュールを複数備え、
前記無線通信モジュールの誘電体の前記側面が、前記第１から第４側部のいずれかに近接するように、前記複数の無線通信モジュールが、前記第１主面または前記第２主面に配置されている、請求項２１に記載の無線通信装置。
【請求項２６】
前記無線通信モジュールを複数備え、
前記無線通信モジュールの誘電体の前記側面が、前記第１主面または前記第２主面のいずれかに近接するように、前記複数の無線通信モジュールが、前記第１から第４側部の少なくとも１つに配置されている、請求項２１に記載の無線通信装置。
【請求項２７】
前記無線通信モジュールを４つ備え、
前記無線通信モジュールの誘電体の前記側面が、前記第１および第３側部にそれぞれ近接するように、前記４つの無線通信モジュールのうちの２つが、前記第１主面に配置され、
前記無線通信モジュールの誘電体の前記側面が、前記第２および第４側部にそれぞれ近接するように、前記４つの無線通信モジュールのうちの他の２つが、前記第２主面に配置されている、請求項２１に記載の無線通信装置。
【請求項２８】
前記無線通信モジュールを４つ備え、
前記無線通信モジュールの誘電体の前記側面が、前記第１主面および前記第２主面にそれぞれ近接するように、前記４つの無線通信モジュールのうちの２つが、前記第１側部および第２側部にそれぞれ配置され、
前記無線通信モジュールの誘電体の前記側面が、前記第１主面および前記第２主面にそれぞれ近接するように、前記４つの無線通信モジュールのうちの２つが、前記第３側部および第４側部にそれぞれ配置されている、請求項２１に記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は多軸アンテナ、無線通信モジュールおよび無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネット通信の増大、高画質の映像技術の開発に伴い、無線通信に求められる通信速度も増大しており、より多くの情報が送受信可能な高周波の無線通信技術が求められている。搬送波の周波数が高くなると、電磁波の直進性が高まるため、無線端末との間で電波の送受信を行う基地局の通信可能なセル半径は小さくなる。このため、短波長の搬送波を用いる無線通信では、一般に、従来よりも高い密度で基地局が配置される。【０００３】
その結果、無線通信端末から、近い距離にある基地局の数は増えることになり、近接する複数の基地局のなかから、高品質で通信が可能な特定の基地局を選択することが必要となる場合がある。つまり、放射可能な方位が広く、かつ、指向性が高いアンテナが求められる場合がある。【０００４】
例えば、特許文献１は、電波の強度の強い方向から受信を行うためのダイバーシティ―アンテナを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１４６５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願は、短波長の帯域において、２方向以上の指向性を有する多軸アンテナ、無線通信モジュールおよび無線通信装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の、多軸アンテナは、第１、第２および第３軸を有する第１右手直交座標系において、第３軸方向に互いに離間した平面状放射導体および地導体を有する平面アンテナと、前記平面アンテナに対して第１軸方向に離間しており、第２軸方向に伸びる１つまたは２つの線状放射導体を有する少なくとも１つの線状アンテナとを含むアンテナユニットを備える。【０００８】
前記平面アンテナは、前記平面状放射導体と、前記地導体との間に位置し第１軸方向に伸びる第１ストリップ導体を更に有し、前記第１ストリップ導体の一部は、前記第３軸方向から見て、前記平面状放射導体と重なっていてもよい。【０００９】
前記第１ストリップ導体は外部から給電される第１端部と、前記第１端部から前記第１軸方向に離間した第２端部とを有し、前記第２端部と前記平面状放射導体との前記第３軸方向の距離は、前記第１端部と前記平面状放射導体との前記第３軸方向の距離よりも小さくてもよい。【００１０】
前記平面アンテナは、前記平面状放射導体と、前記地導体との間に位置し、前記第２軸方向に伸びる第２ストリップ導体を有し、前記第２ストリップ導体の一部は、前記第３軸方向から見て、前記平面状放射導体と重なっていてもよい。【００１１】
前記第２ストリップ導体は外部から給電される第１端部と、前記第１端部から前記第２軸方向に離間した第２端部とを有し、前記第２端部と前記平面状放射導体との前記第３軸方向の距離は、前記第１端部と前記平面状放射導体との前記第３軸方向の距離よりも小さくてもよい。【００１２】
前記第３軸方向から見て前記１つまたは２つの線状放射導体は前記地導体と重なっていなくてもよい。【００１３】
前記多軸アンテナの使用周波数帯域における搬送波の波長をλとして、前記第３軸方向から見て前記１つまたは２つの線状放射導体は、前記地導体の端部から前記第１軸方向に、λ／８以上離れていてもよい。【００１４】
前記線状アンテナは、前記線状放射導体を１つ含み、前記線状放射導体の一端に接続され、前記第１軸方向に伸びる給電導体をさらに有していてもよい。【００１５】
前記線状アンテナは、前記線状放射導体を２つ含み、第１軸方向に伸びる２つの給電導体をさらに有し、前記２つの線状放射導体は、第２軸方向に配列され、前記２つの給電導体の一端は、前記配列された２つの線状放射導体の互いに隣接する一端にそれぞれ接続され、前記２つの給電導体のうち、一方の他端は接地され、他方の他端は、外部から給電されてもよい。【００１６】
前記給電導体の一部は、第３軸方向から見て前記地導体と重なっていてもよい。【００１７】
前記第３軸方向に垂直な主面を有する誘電体をさらに備え、少なくとも前記平面アンテナの前記地導体は、前記誘電体内に位置していてもよい。【００１８】
前記誘電体は、前記主面に隣接し、かつ、前記第１軸に垂直な側面を有し、前記線状アンテナの前記１つまたは２つの線状放射導体は、前記側面に近接して配置されていてもよい。【００１９】
前記平面アンテナの前記平面状放射導体および前記線状アンテナの前記１つまたは２つの線状放射導体は、前記主面上に位置していてもよい。【００２０】
前記平面アンテナおよび前記線状アンテナは、前記誘電体内に位置していてもよい。【００２１】
前記誘電体は、多層セラミック体であってもよい。【００２２】
前記誘電体は、前記第３軸方向に積層された複数のセラミック層を含む多層セラミック体であり、
前記１つまたは２つの線状放射導体と、前記平面状放射導体とは、前記複数のセラミック層の界面のうち、同じ界面に位置していてもよい。【００２３】
前記アンテナユニットを複数備え、前記複数のアンテナユニットは第２軸方向に配列されており、前記複数のアンテナユニットの前記地導体は、前記第２軸方向に接続されていてもよい。【００２４】
前記アンテナユニットを複数備え、前記複数のアンテナユニットは第２軸方向に配列されており、前記複数のアンテナユニットの前記地導体は、前記第２軸方向に接続されていてもよい。【００２５】
本開示の他の多軸アンテナは、第１、第２および第３軸を有する第１右手直交座標系において、第３軸方向に互いに離間した平面状放射導体および地導体を有する平面アンテナと、前記平面アンテナに対して第１軸方向に離間しており、第２軸方向に伸びる１つまたは２つの線状放射導体をそれぞれ有する第１および第２線状アンテナと、含み、前記第１線状アンテナと前記第２線状アンテナは、前記平面アンテナを挟んで前記第１軸に沿って配列されている、アンテナユニットを備える。【００２６】
本開示の無線通信モジュールは上記多軸アンテナを備える。【００２７】
本開示の無線通信装置は、第１、第２および第３軸を有する第２右手直交座標系において、第３軸に垂直な第１および第２主面と、前記第１軸に垂直な第１および第２側部と、前記第２軸に垂直な第３および第４側部と、送信回路および受信回路の少なくとも一方とを有する回路基板と、
すくなくとも１つの上記の無線通信モジュールとを備える。【００２８】
前記無線通信モジュールを１つ備え、前記無線通信モジュールの誘電体の前記側面が、前記第１から第４側部の１つに近接するように、前記多軸アンテナが、前記第１主面または前記第２主面に配置されていてもよい。【００２９】
前記無線通信モジュールを１つ備え、前記無線通信モジュールの誘電体の前記側面が、前記第１主面または前記第２主面に近接するように、前記多軸アンテナが、前記第１から第４側部の１つに配置されていてもよい。【００３０】
前記無線通信モジュールを少なくとも２つ備え、少なくとも１つの前記無線通信モジュールが前記回路基板の前記第１および第２主面の一方に配置され、少なくとも１つの前記無線通信モジュールが前記回路基板の前記第１から第４側部の１つに配置されていてもよい。【００３１】
前記無線通信モジュールを複数備え、前記無線通信モジュールの誘電体の前記側面が、前記第１から第４側部のいずれかに近接するように、前記複数の無線通信モジュールが、前記第１主面または前記第２主面に配置されていてもよい。【００３２】
前記無線通信モジュールを複数備え、前記無線通信モジュールの誘電体の前記側面が、前記第１主面または前記第２主面のいずれかに近接するように、前記複数の無線通信モジュールが、前記第１から第４側部の少なくとも１つに配置されていてもよい。【００３３】
前記無線通信モジュールを４つ備え、前記無線通信モジュールの誘電体の前記側面が、前記第１および第３側部にそれぞれ近接するように、前記４つの無線通信モジュールのうちの２つが、前記第１主面に配置され、前記無線通信モジュールの誘電体の前記側面が、前記第２および第４側部にそれぞれ近接するように、前記４つの無線通信モジュールのうちの他の２つが、前記第２主面に配置されていてもよい。【００３４】
前記無線通信モジュールを４つ備え、前記無線通信モジュールの誘電体の前記側面が、前記第１主面および前記第２主面にそれぞれ近接するように、前記４つの無線通信モジュールのうちの２つが、前記第１側部および第２側部にそれぞれ配置され、前記無線通信モジュールの誘電体の前記側面が、前記第１主面および前記第２主面にそれぞれ近接するように、前記４つの無線通信モジュールのうちの２つが、前記第３側部および第４側部にそれぞれ配置されていてもよい。
【発明の効果】
【００３５】
本開示の多軸アンテナによれば、２方向以上の指向性を有し、広い方位で電磁波を送受信することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（ａ）は、本開示の多軸アンテナの一実施形態を示す斜視図であり、（ｂ）は、多軸アンテナの１つのアンテナユニットを示す斜視図である。
【図２】図１（ａ）のＡ−Ａ線における多軸アンテナの模式的断面図である。
【図３】多軸アンテナの平面アンテナに備えられるストリップ導体の分解斜視図である。
【図４】（ａ）は多軸アンテナの平面アンテナへの給電手段の一例を示し、（ｂ）および（ｃ）は、線状アンテナへの給電手段の一例を示す。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、多軸アンテナの１つのアンテナユニットから放射される電磁波の強度分布を示す模式図である。
【図６】多軸アンテナの他の実形態を示す斜視図である。
【図７】多軸アンテナの他の実形態を示す斜視図である。
【図８】多軸アンテナの他の実形態を示す斜視図である。
【図９】本開示の無線通信モジュールの一実施形態を示す模式的断面図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、本開示の無線通信装置の一実施形態を示す模式的平面図および側面図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本開示の無線通信装置の他の形態を示す模式的平面図および側面図である。
【図１２】（ａ）は、シミュレーションによって求めた図１１に示す無線通信装置のゲイン分布を示し、（ｂ）は、第２右手直交座標系とゲイン分布で示す電磁波の方向θおよびφとの関係を示す。
【図１３】多軸アンテナの他の形態を示す模式的断面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は多軸アンテナの平面アンテナおよび線状アンテナへの給電手段の他の例を示す。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は、多軸アンテナの他の形態を示す模式的上面図および模式的断面図である。
【図１６】多軸アンテナの他の形態を示す模式的上面図である。
【図１７】多軸アンテナの他の形態を示す模式的上面図である。
【図１８】多軸アンテナの他の形態を示す模式的上面図である。
【図１９】多軸アンテナの他の形態を示す模式的上面図である。
【図２０】（ａ）および（ｂ）は、多軸アンテナの他の形態を示す模式的上面図である。
【図２１】（ａ）および（ｂ）は、多軸アンテナの他の形態を示す模式的上面図である。
【図２２】多軸アンテナの他の形態を示す模式的上面図である。
【図２３】多軸アンテナの他の形態を示す模式的上面図である。
【図２４】（ａ）および（ｂ）は、無線通信モジュールの他の形態を示す模式的断面図である。
【図２５】無線通信モジュールの他の形態を示す模式的断面図である。
【図２６】無線通信モジュールの他の形態を示す模式的断面図である。
【図２７】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、無線通信装置の他の形態示す模式的平面図および側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本開示の多軸アンテナ、無線通信モジュールおよび無線通信装置は、例えば、準マイクロ波・センチメートル波・準ミリ波・ミリ波帯域の無線通信に利用可能である。準マイクロ波帯域の無線通信は、波長が１０ｃｍ〜３０ｃｍであり、１ＧＨｚから３ＧＨｚの周波数の電波を搬送波として用いる。センチメートル波帯域の無線通信は、波長が１ｃｍ〜１０ｃｍであり、３ＧＨｚから３０ＧＨｚの周波数の電波を搬送波として用いる。ミリ波帯域の無線通信は、波長が１ｍｍ〜１０ｍｍであり、３０ＧＨｚから３００ＧＨｚの周波数の電波を搬送波として用いる。準ミリ波帯域の無線通信は、波長が１０ｍｍ〜３０ｍｍであり、１０ＧＨｚから３０ＧＨｚの周波数の電波を搬送波として用いる。これらの帯域の無線通信では、平面アンテナのサイズは数センチからサブミリメートルのオーダーになる。例えば、準マイクロ波・センチメートル波・準ミリ波・ミリ波無線通信回路を、多層セラミック焼結基板によって構成する場合、多層セラミック焼結基板に本開示の多軸アンテナを実装することが可能となる。以下、本実施形態では、特に他の説明をしない限り、準マイクロ波・センチメートル波・準ミリ波・ミリ波の搬送波の一例として、搬送波の周波数が３０ＧＨｚであり、搬送波の波長λが１０ｍｍである場合を例に挙げて、平面アレイアンテナを説明する。
【００３８】
本開示において、構成要素の配置、方向等を説明するために、右手直交座標系を用いる。具体的には、第１右手直交座標系は互いに直交するｘ、ｙ、ｚ軸を有し、第２右手直交座標系は、互いに直交するｕ、ｖ、ｗ軸を有する。第１右手直交座標系と第２右手直交座標系とを区別し、かつ、右手系座標の軸の順序を特定するために、軸に、ｘ、ｙ、ｚ、およびｕ、ｖ、ｗのアルファベットを与えるが、これらは、第１、第２、第３軸と呼んでもよい。
【００３９】
本開示において、２つの方向がそろっているとは、概ね２つの方向のなす角度が０°から約４５°の範囲にあることをいう。平行とは、２つの平面、２つの直線、あるいは、平面と直線とのなす角度が０°から約１０°の範囲にあることをいう。また、軸を参照して方向を説明する場合において、基準に対して軸の＋方向であるのか−方向であるのかが重要である場合には、軸の＋と−とを区別し説明する。一方、いずれの軸に沿った方向であるかが重要であり、軸の＋方向であるのか−方向であるのかを問わない場合には、単に「軸方向」と説明する。
【００４０】
（第１の実施形態）
本開示の多軸アンテナの実施形態を説明する。図１（ａ）は本開示の多軸アンテナ１０１を示す模式的斜視図である。また、図２は、図１（ａ）Ａ−Ａ線における多軸アンテナ１０１の模式断面図である。多軸アンテナ１０１は複数のアンテナユニット５０を含む。本実施形態では、多軸アンテナ１０１は４つのアンテナユニット５０を含んでいるが、アンテナユニット５０の数は４に限られず、多軸アンテナ１０１は少なくとも１つのアンテナユニット５０を含んでいればよい。
【００４１】
図１（ｂ）は、多軸アンテナ１０１の１つのアンテナユニット５０を示す模式的拡大斜視図である。各アンテナユニット５０は、平面アンテナ１０と、線状アンテナ２０とを含む。図１（ｂ）に示すように、第１右手系直交座標系において、複数のアンテナユニット５０はｙ方向に配列されている。後述するように、多軸アンテナ１０１は誘電体４０を備え、各アンテナユニット５０の平面アンテナ１０および線状アンテナ２０は誘電体４０に設けられている。図１（ａ）および以下の斜視図では、多軸アンテナ１０１の内部の構造を示すため、誘電体４０は透明であるように示している。
【００４２】
平面アンテナ１０はパッチアンテナとも呼ばれる。平面アンテナ１０は、平面状放射導体１１および地導体１２を含む。平面状放射導体１１および地導体１２は、ｚ軸方向において互いに離間している。平面状放射導体１１は、概ねｘｙ平面に平行に配置されている。平面状放射導体１１は、電波を放射する放射素子であり、求められる放射特性およびインピーダンス整合を得るための形状を有している。
【００４３】
本実施形態では、平面状放射導体１１は、ｙ方向に伸びる（長手を有する）長方形形状を有している。平面状放射導体１１は、正方形、円形等他の形状を有していてもよい。平面状放射導体１１は、一般的には、搬送波の波長λの１／２の長さを基準としたサイズで構成されている。例えば、誘電体４０の比誘電率が８である場合、平面状放射導体１１は、ｙ方向に２．８ｍｍ、ｘ方向に１．７ｍｍの長さを有する。
【００４４】
地導体１２は基準電位に接続される接地電極であり、ｚ軸方向からみて、平面状放射導体１１よりも大きく、かつ、少なくとも平面状放射導体１１の下方の領域を含む領域に配置されている。本実施形態では地導体１２は、隣接するアンテナユニット５０の地導体１２と接続されている。
【００４５】
平面アンテナ１０は、平面状放射導体１１と電磁結合し、平面状放射導体１１に信号電力を供給し得る給電手段を備えている。例えば、平面状放射導体１１に信号電力を供給する導体が直接接続されていてもよいし、ストリップ導体、スロット給電などによる電磁界結合によって、平面状放射導体１１に信号電力を供給してもよい。平面状放射導体１１とストリップ導体との間にスロットが設けられた平面導体層を設け、平面導体層のスロットから給電を行ってもよい。直接接続で給電する場合、共振周波数のずれ等が起こりにくいという効果がある。電磁界結合によって給電（例えば容量結合での給電）する場合、帯域幅を広げるという効果がある。本実施形態では、平面アンテナ１０は、第１ストリップ導体１３を備えている。
【００４６】
第１ストリップ導体１３は、平面状放射導体１１と、地導体１２との間に位置する。第１ストリップ導体１３は、ｚ軸方向から見て、ｘ方向に延びており、一部または全部が平面状放射導体１１と重なっている。
【００４７】
図３は、第１ストリップ導体１３の分解斜視図である。本実施形態では、第１ストリップ導体１３は、平面ストリップ１４、１５と導体１６とを含む。本実施形態では、平面ストリップ１４はｘ方向およびｙ方向の長さがほぼ等しい矩形形状を有し、平面ストリップ１５は、ｘ方向に長手を有する矩形形状を有する。平面ストリップ１４、１５をｚ軸方向から見るとｘ軸方向に長手を有する矩形形状である。導体１６は、平面ストリップ１４および平面ストリップ１５の間に位置し、平面ストリップ１５の長手方向の一端近傍に接続されている。
【００４８】
図２に示すように、ｘ方向に延びる第１ストリップ導体１３は、外部から信号電力が供給される第１端部１３ａと、第１端部１３ａからｘ方向に離間した第２端部１３ｂとを有する。第２端部１３ｂと平面状放射導体１１とのｚ軸方向の距離は、第１端部１３ａと平面状放射導体１１とのｚ軸方向の距離よりも小さい。つまり、第１ストリップ導体１３と平面状放射導体１１、および、地導体１２との距離が長手方向で変化することによって、平面状放射導体１１と地導体１２との間に挟まれた誘電体空間内の電磁界の勾配が大きくなる。このため、複数の共振モードが現れやすくなり、放射する電磁波が広帯域化される。第１ストリップ導体１３への給電は以下において詳述する。
【００４９】
線状アンテナ２０は、平面アンテナ１０からｘ軸方向に離間している。線状アンテナ２０は、少なくとも１つの線状放射導体を１つ含む。本実施形態では、線状アンテナ２０は、線状放射導体２１および線状放射導体２２を含む。線状放射導体２１および線状放射導体２２はそれぞれ、ｙ方向に延びるストライプ形状を有し、ｙ方向に近接して配列されている。
【００５０】
線状アンテナ２０は、線状放射導体２１および線状放射導体２２に信号電力を供給するために、給電導体２３および給電導体２４をさらに含む。給電導体２３および給電導体２４はｘ方向に延びるストライプ形状を有している。給電導体２３および給電導体２４の一端は、配列された線状放射導体２１および線状放射導体２２の互いに隣接する一端にそれぞれ接続されている。
【００５１】
ｚ軸方向から見て、線状アンテナ２０の線状放射導体２１および線状放射導体２２は地導体１２と重なっていてもよいし、重なっていなくてもよい。ｚ軸方向から見て、線状アンテナ２０の線状放射導体２１、２２が地導体１２と重なっていない場合には、線状アンテナ２０の線状放射導体２１、２２がｘ軸方向において、地導体１２の縁からλ／８以上離れていることが好ましい。ｚ軸方向から見て、線状アンテナ２０の線状放射導体２１、２２が地導体１２と重なっている場合には、地導体１２と線状放射導体２１、２２とはｚ軸方向にλ／８以上離れていることが好ましい。
【００５２】
線状アンテナ２０の給電導体２３および給電導体２４の他端を含む一部は、ｚ軸方向から見て、地導体１２と重なっていてもよい。給電導体２３および給電導体２４の他端の一方は、基準電位に接続され、他方は、信号電力が供給される。線状放射導体２１および線状放射導体２２のｙ方向の長さは、例えば、１．２ｍｍ程度である。また、ｘ方向の長さ（幅）は、たとえば、０．２ｍｍ程度である。
【００５３】
次に、平面アンテナ１０および線状アンテナ２０への給電を説明する。平面アンテナ１０の第１ストリップ導体１３、および、線状アンテナ２０の線状放射導体２１への給電も、導体による接続、あるいは、ストリップ導体、スロット給電などによる電磁界結合によって行うことができる。
【００５４】
例えば、図４（ａ）に示すように、地導体１２に孔１２ｃを設け、孔１２ｃに配置された導電体４１の一端を平面アンテナ１０の第１ストリップ導体１３を構成している平面ストリップ１５と接続してもよい。導電体４１の他端は、たとえば、地導体１２の下方に形成された回路パターン（図示していない）と接続される。
【００５５】
同様に図４（ｂ）に示すように、地導体１２に孔１２ｄを設け、孔１２ｄに配置された導電体４２の一端を線状アンテナ２０の給電導体２３および給電導体２４の一方と接続してもよい。図４（ｂ）は、給電導体２４が導電体４２に接続されている例を示す。導電体４２の他端は、たとえば、地導体１２の下方に形成された回路パターンと接続される。給電導体２３および給電導体２４の他方は、基準電位と接続される。図４（ｃ）に示すように、例えば、地導体１２と給電導体２３とを導電体４３によって接続してもよい。
【００５６】
次に誘電体４０における平面アンテナ１０および線状アンテナ２０の配置を説明する。上述したように平面アンテナ１０および線状アンテナ２０は、誘電体４０に設けられる。図１（ａ）に示すように、誘電体４０は例えば、主面４０ａ、主面４０ｂと、側面４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆを備える直方体の形状を有する。主面４０ａ、主面４０ｂは直方体の６つの面のうち、他の面に比べて大きい２つの面である。主面４０ａ、主面４０ｂは、平面状放射導体１１および地導体１２と平行である。各アンテナユニット５０は、上述したようにｙ軸方向に配列されている。複数のアンテナユニット５０のｙ方向の配列ピッチは、λ／２程度である。
【００５７】
図２に示すように、各アンテナユニット５０において、平面アンテナ１０の地導体１２は誘電体４０内に配置される。平面アンテナ１０の平面状放射導体１１および線状アンテナ２０の線状放射導体２１、２２は、誘電体４０の主面４０ａまたは誘電体４０の内部に配置される。平面状放射導体１１および線状放射導体２１、２２は電磁波を放出する素子であるため、放射効率を高めるという観点では、平面状放射導体１１および線状放射導体２１、２２は主面４０ａ上に配置されていることが好ましい。しかし、主面４０ａに平面状放射導体１１および線状放射導体２１、２２が露出していると、外力等によって変形が生じたり、外部環境に曝されることによって、平面状放射導体１１および線状放射導体２１、２２に酸化、腐食等が生じる可能性がある。本願発明者の検討によれば、平面状放射導体１１および線状放射導体２１、２２を覆う誘電体の厚さが７０μｍ以下であれば、平面状放射導体１１および線状放射導体２１、２２を主面４０ａに形成し、さらに、保護膜としてＡｕ/Ｎｉメッキ層を形成する場合と同等以上の放射効率を実現することができることが分かった。平面状放射導体１１および線状放射導体２１、２２を覆う誘電体４０の部分４０ｈの厚さｔは小さいほど損失が少ないため、アンテナ特性の観点では、特に下限に制限はない。しかし、厚さｔが小さくなりすぎると、誘電体４０の形成方法によっては、厚さｔを均一にすることが困難になる場合がある。例えば、誘電体４０を多層セラミック体で構成するためには、例えば、厚さｔは、５μｍ以上であることが好ましい。つまり、厚さｔは５μｍ以上７０μｍ以下であることがより好ましい。特に誘電体４０として、比誘電率が５〜１０程度の低比誘電率のセラミックを用いてもＡｕ/Ｎｉメッキを施した平面アンテナと同等以上の放射効率を実現するためには、厚さｔは５μｍ以上、２０μｍ未満であることが好ましい。
【００５８】
また、線状放射導体２１、２２は、主面４０ａに隣接し、ｘ軸に垂直な側面４０ｃまたは４０ｄに近接していることが好ましい。後述するように、線状アンテナ２０は−ｘ軸の方向に電磁波を放出するため、線状放射導体２１、２２をｘ軸方向において覆う誘電体４０の厚さが小さいほうが好ましいからである。
【００５９】
上述した理由から、ｘ軸方向における側面４０ｃから線状放射導体２１、２２までの距離ｄは、７０μｍ以下が好ましく、５μｍ以上７０μｍ以下であることがより好ましい。
【００６０】
後述するように多軸アンテナ１０１を低温同時焼成セラミック基板によって構成する場合、ダイシング、焼成前溝入れ（ハーフカット）、焼成後スクライブ、ブレークなどで個片化する際にはチッピングのリスクがあるため、側面４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ方向へは１５０μｍ以上であるのが好ましい場合もある。
【００６１】
誘電体４０は、１．５〜１００程度の比誘電率を有する樹脂、ガラス、セラミック等であってもよい。好ましくは、誘電体４０は、樹脂、ガラス、セラミック等からなる複数の層が積層された多層誘電体である。誘電体４０は、例えば、複数のセラミック層を備えた多層セラミック体であり、複数のセラミック層間に、線状放射導体２１、２２、給電導体２３、２４、平面状放射導体１１、地導体１２および平面ストリップ１４、１５が設けられ、導体１６がビア導体として１以上のセラミック層内に設けられる。線状放射導体２１、２２、給電導体２３、２４および平面状放射導体１１は同じセラミック層間に設けられていてもよい。また、線状放射導体２１と給電導体２３、および、線状放射導体２２と給電導体２４とは、一体的なＬ字型の導体として形成してもよい。平面状放射導体１１と地導体１２との間隔等、平面アンテナ１０および線状アンテナ２０のｚ軸方向における各素子間の間隔は、各素子間に配置するセラミック層の厚さおよび数をかえることによって調節することができる。
【００６２】
平面アンテナ１０および線状アンテナ２０の各構成要素は、電気伝導性を有する材料で形成されている。例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、等の金属を含む材料によって形成されている。
【００６３】
多軸アンテナ１０１は、上述した材料の誘電体および導電性材料を用いて、公知の技術を用いて作製することが可能である。特に、樹脂、ガラス、セラミックを用いた多層（積層）基板技術を用いて好適に作製することができる。例えば、誘電体４０に多層セラミック体を用いる場合には、同時焼成セラミック基板技術を用いて好適に用いることができる。言い換えれば、多軸アンテナ１０１は、同時焼成セラミック基板として作製することができる。
【００６４】
多軸アンテナ１０１を構成する同時焼成セラミック基板は、低温焼成セラミック（ＬＴＣＣ、Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）基板であってもよいし、高温焼成セラミック（ＨＴＣＣ、Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）基板であってもよい。高周波特性の観点では、低温焼成セラミック基板を用いた方が好ましい場合がある。誘電体４０、線状放射導体２１、２２、給電導体２３、２４、平面状放射導体１１、地導体１２、平面ストリップ１４、１５および導体１６には、焼成温度、用途等および無線通信の周波数等に応じたセラミック材料および導電性材料が用いられる。これらの素子を形成するための導電性ペーストと、誘電体４０の多層セラミック体を形成するためのグリーンシートが同時に焼成（Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ）される。同時焼成セラミック基板が低温焼成セラミック基板である場合、８００℃から１０００℃程度の温度範囲で焼結することができるセラミック材料および導電性材料を用いる。例えばＡｌ、Ｓｉ、Ｓｒを主成分とし、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｋを副成分とするセラミック材料、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｒを主成分とし、Ｃａ、Ｐｂ、Ｎａ、Ｋを副成分とするセラミック材料、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｄを含むセラミック材料、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇを含むセラミック材料が用いられる。また、ＡｇまたはＣｕを含む導電性材料が用いられる。セラミック材料の誘電率は３〜１５程度である。同時焼成セラミック基板が高温焼成セラミック基板である場合、Ａｌを主成分とするセラミック材料および、Ｗ（タングステン）またはＭｏ（モリブデン）を含む導電性材料を用いることができる。
【００６５】
より具体的には、ＬＴＣＣ材料として、例えば、低誘電率（比誘電率５〜１０）のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｇｄ−Ｏ系誘電体材料、Ｍｇ2ＳｉＯ4からなる結晶相とＳｉ−Ｂａ−Ｌａ−Ｂ−Ｏ系からなるガラス等からなる誘電体材料、Ａｌ−Ｓｉ−Ｓｒ−Ｏ系誘電体材料、Ａｌ−Ｓｉ−Ｂａ−Ｏ系誘電体材料、高誘電率（比誘電率５０以上）のＢｉ−Ｃａ−Ｎｂ−Ｏ系誘電体材料等様々な材料を用いることができる。
【００６６】
例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｓｒ−Ｏ系誘電体材料は、主成分としてＡｌ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｉの酸化物を含む場合は、主成分であるＡｌ、Ｓｉ、Ｓｒ、ＴｉをそれぞれＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＳｒＯ、ＴｉＯ2に換算したとき、Ａｌ2Ｏ3：１０〜６０質量％、ＳｉＯ2：２５〜６０質量％、ＳｒＯ：７．５〜５０質量％、ＴｉＯ2：２０質量％以下（０を含む）を含有することが好ましい。また、その主成分１００質量部に対して、副成分として、Ｂｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｏの群のうちの少なくとも１種をＢｉ2Ｏ3換算で０．１〜１０質量部、Ｎａ2Ｏ換算で０．１〜５質量部、Ｋ2Ｏ換算で０．１〜５質量部、ＣｏＯ換算で０．１〜５質量部含有することが好ましく、更に、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇの群のうちの少なくとも１種をＣｕＯ換算で０．０１〜５質量部、Ｍｎ3Ｏ4換算で０．０１〜５質量部、Ａｇを０．０１〜５質量部含有することが好ましい。その他不可避不純物を含有することもできる。
【００６７】
図５（ａ）および（ｂ）を参照しながら、多軸アンテナ１０１の動作を説明する。多軸アンテナ１０１において、各アンテナユニット５０の平面アンテナ１０に第１ストリップ導体１３を介して信号電力を給電すると、図５（ａ）に示すように、各アンテナユニット５０の平面状放射導体１１は、全体として、平面状放射導体１１に垂直な方向、つまり、ｚ軸の正方向に最大強度を有し、第１ストリップ導体１３の延びる方向に平行なｘｚ面に広がった強度分布Ｆ+zを有する電磁波を放出する。一方、図５（ｂ）に示すように、各アンテナユニット５０の線状アンテナ２０に信号電力を供給すると、線状放射導体２１、２２は、全体として、ｘ軸の負方向に最大強度を有し、ｘｚ面に広がった強度分布Ｆ-xを有する電磁波を放出する。
【００６８】
多軸アンテナ１０１において、平面アンテナ１０および線状アンテナ２０は同時に使用してもよいし、選択的に使用してもよい。同時にこれらのアンテナに給電を行うことによって、干渉によりゲインが低下することが好ましくない場合、例えば、同位相の信号電力を平面アンテナ１０および線状アンテナ２０に供給する場合には、ＲＦスイッチなどを用い、送受信すべき信号を選択的に、平面アンテナ１０または線状アンテナ２０に入力すればよい。
【００６９】
平面アンテナ１０および線状アンテナ２０を同時に使用する場合には、平面アンテナ１０および線状アンテナ２０に入力する信号に位相差を与えることが好ましい。これにより、干渉が抑制され、ゲインが向上し得る。例えば、ダイオードスイッチやＭＥＭＳスイッチなどで構成された移相器などを用い、送受信すべき信号を選択的に、平面アンテナ１０または線状アンテナ２０に入力すればよい。
【００７０】
多軸アンテナ１０１は複数のアンテナユニット５０を備える。このため、各アンテナユニット５０において、平面アンテナ１０および線状アンテナ２０の一方を選択し、同じ位相の信号電力を給電することによって、１つのアンテナユニット５０による強度分布よりも指向性を高めることができる。また、各アンテナユニット５０の平面アンテナ１０または線状アンテナ２０に給電する信号電力の位相を適切にシフトさせ、各アンテナユニット５０間の平面アンテナ１０または線状アンテナ２０に位相差を設けること、各アンテナユニット５０の平面アンテナ１０と線状アンテナ２０との間に位相差を設け、必要に応じて、さらにその位相差をアンテナユニット５０間で異ならせることによって、最大強度となる方向をｘｚ面内（φ＝０度）のθ、および、ｙｚ面内（φ＝９０度）のθ方向に変化させることができる。よって、複数のアンテナユニット５０を備え、アレイ化することによって、ｘｚ面内およびｙｚ面内において、指向性が高い方向を変化させることが可能である。
【００７１】
このように、本開示の多軸アンテナ１０１によれば、直交する２方向に電磁波を放射し、また、直交する２方向からの電磁波を受信することが可能である。
【００７２】
本開示の多軸アンテナには種々の改変が可能である。図６に示す多軸アンテナ１０２は、線状アンテナが１つの線状放射導体を備えている点で、多軸アンテナ１０１と異なる。多軸アンテナ１０２の各アンテナユニット５０は、平面アンテナ１０と、線状アンテナ２６とを備える。平面アンテナ１０は多軸アンテナ１０１の平面アンテナと同じ構造を備えている。
【００７３】
線状アンテナ２６は上述したように１つの線状アンテナを備えている。本実施形態では、線状アンテナ２６は、線状放射導体２２と線状放射導体２２接続された給電導体２４とを含む。線状放射導体２２および給電導体２４は多軸アンテナ１０１の対応する素子と同じ構成を備えており、給電導体２４に信号電力が供給される。
【００７４】
線状アンテナ２６はモノポールアンテナである。線状アンテナ２６に信号電力を供給すると、線状放射導体２２は、ｘ軸の負方向に最大強度を有し、ｘｚ面に広がった強度分布を有する電磁波を放出する。したがって、多軸アンテナ１０２も多軸アンテナ１０１と同様に、直交する２方向に選択的に電磁波を放射し、また、直交する２方向からの電磁波を選択的に受信することが可能である。
【００７５】
図７に示す多軸アンテナ１０３は、平面アンテナが給電用の２つのストリップ導体を備えている点で、多軸アンテナ１０１と異なる。多軸アンテナ１０３において、各アンテナユニット５０の平面アンテナ１０は、平面状放射導体１１と地導体１２と、第１ストリップ導体１３と第２ストリップ導体１７とを備える。
【００７６】
平面状放射導体１１、地導体１２および第１ストリップ導体１３の形状および配置は多軸アンテナ１０１の対応する素子と同じである。第２ストリップ導体１７は、ｙ軸に沿って延びている。第２ストリップ導体１７は、第１ストリップ導体１３と同様、図３に示すように、平面ストリップ１４、１５と導体１６とを含む。第２ストリップ導体１７においても、第２端部１３ｂと平面状放射導体１１との第３軸方向の距離は、第１端部１３ａと平面状放射導体１１との第３軸方向の距離よりも小さい。ｙ軸方向において第１端部１３ａは、第２端部１２ｂよりも正側に位置している。
【００７７】
平面アンテナ１０において、第１ストリップ導体１３および第２ストリップ導体１７は、同時に使用してもよいし、いずれか一方を選択的に使用してもよい。
【００７８】
第２ストリップ導体１７に信号電力が供給されると、平面状放射導体１１は、ｚ軸の正方向に最大強度を有し、第２ストリップ導体１７の延びる方向に平行なｙｚ面に広がった強度分布を有する電磁波を放出する。この電磁波の最大強度の方向は第１ストリップ導体１３に給電した場合に生じる電磁波と一致する（ｚ軸の正方向）が、分布は、第１ストリップ導体１３に給電した場合に生じる電磁波の分布と概ね直交する。したがって、多軸アンテナ１０３によれば、平面アンテナ１０と線状アンテナ２０との切換による放射特性の切換に加え、平面アンテナ１０も２つの放射特性を切り替えることが可能である。よって、より広い方位において選択的に電磁波の送受信を行うことが可能である。
【００７９】
第１ストリップ導体１３および第２ストリップ導体１７に同時に使用する場合、平面アンテナ１０は、偏波面が直交した電磁波を送受信する。偏波面が直交した２つの電磁波は干渉が少なく、高品質の状態で送受信が可能であるため、平面アンテナ１０の伝送速度が２倍になり高速大容量通信が可能となる。
【００８０】
なお、多軸アンテナ１０３の平面アンテナ１０は２つのストリップ導体を備えているが、さらに他のストリップ導体を備えていてもよい。例えば、平面アンテナ１０は、第１ストリップ導体１３および第２ストリップ導体１７に加えて、ｙ軸方向に平行に延び、ｙ軸方向において第１端部１３ａが第２端部１２ｂよりも負側に位置している第３のストリップ導体をさらに備えていてもよい。これにより、第２ストリップ導体１７に給電することによって得られる電磁分布とは異なる放射特性をさらに得ることが可能となる。
【００８１】
図８に示す多軸アンテナ１０４は、さらに他の線状アンテナ２７を備えている点で、多軸アンテナ１０３と異なる。多軸アンテナ１０４の各アンテナユニット５０は、平面アンテナ１０、線状アンテナ２０および線状アンテナ２７を備える。線状アンテナ２７の構造は、線状放射導体２１、２２が側面４０ｅに近接して配置されている点を除き、線状アンテナ２０と同様の構造を備える。線状アンテナ２０および線状アンテナ２７は平面アンテナ１０を挟んで、ｘ軸方向に配置されている。
【００８２】
線状アンテナ２７は、線状アンテナ２０の放射特性をＺ軸を中心軸として１８０度回転させた放射特性を備える。線状アンテナ２７を備えることによって、多軸アンテナ１０４は、＋ｘ方向の放射特性をさらに備えることが可能となり、より広い方位において電磁波の送受信を行う事が可能となる。
【００８３】
（第２の実施形態）
本開示の無線通信モジュールの実施形態を説明する。図９は、無線通信モジュール１１２の模式的断面図である。無線通信モジュール１１２は、第１の実施形態の多軸アンテナ１０１と、能動素子６４、６５と、受動素子６６と、コネクタ６７とを備える。無線通信モジュール１１２は、能動素子６４、６５および受動素子６６を覆うカバー６８を備えていてもよい。カバー６８は金属などで構成され、電磁シールド、ヒートシンクあるいは両方の機能を有する。放熱の機能が求められない場合には、カバー６８に代えて、樹脂で能動素子６４、６５および受動素子６６をモールドしてもよい。
【００８４】
多軸アンテナ１０１の誘電体４０の地導体１２よりも主面４０ｂ側には、平面アンテナ１０および線状アンテナ２０と接続するための、配線回路パターンを構成する導体６１、ビア導体６２が設けられている。また、平面アンテナ１０および線状アンテナ２０と導体６１とはビア導体６２で接続されている。主面４０ｂには、電極６３が設けられている。
【００８５】
能動素子６４、６５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）、パワーアンプ（ＰＡ）、高周波ＩＣ等であり、受動素子６６は、コンデンサ、コイル、ＲＦスイッチ等である。コネクタ６７は、無線通信モジュール１１２と外部とを接続するためのコネクタである。
【００８６】
能動素子６４、６５、受動素子６６およびコネクタ６７は、多軸アンテナ１０１の誘電体４０の主面４０ｂの電極６３と半田等によって接続されることにより、多軸アンテナ１０１の主面４０ｂに実装されている。導体６１およびビア導体６２によって構成される配線回路、能動素子６４、６５、受動素子６６およびコネクタ６７によって、信号処理回路等を構成している。
【００８７】
無線通信モジュール１１２において、平面アンテナ１０および線状アンテナ２０が近接する主面４０ａは、能動素子６４、６５等が接続された主面４０ｂと反対側に位置している。このため、能動素子６４、６５等の影響を受けることなく、電磁波を平面アンテナ１０および線状アンテナ２０から放射し、また、外部から到達する準ミリ波およびミリ波帯の電波を平面アンテナ１０および線状アンテナ２０で受信することができる。したがって、直交する２方向において、選択的に電磁波を送受信可能なアンテナを備え、小型の無線通信モジュールが実現し得る。
【００８８】
（第３の実施形態）
本開示の無線通信装置の実施形態を説明する。図１０（ａ）および（ｂ）は、無線通信装置１１３の模式的平面図および側面図である。無線通信装置１１３は、メインボード（回路基板）７０と、１または複数の無線通信モジュール１１２とを備える。図１０では、無線通信装置１１３は４つの無線通信モジュール１１２Ａ〜１１２Ｄを備えている。
【００８９】
メインボード７０は、無線通信装置１１３の機能を実現するために必要な電子回路、および無線通信回路等を備えている。メインボード７０の姿勢および位置を検出するため、地磁気センサ、ＧＰＳユニット等を備えていてもよい。
【００９０】
メインボード７０は、主面７０ａ、７０ｂ、と４つの側部７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ、７０ｆとを有している。主面７０ａ、７０ｂは、第２右手直交座標系におけるｗ軸に垂直であり、側部７０ｃ、７０ｅはｕ軸に垂直であり、側部７０ｄ、７０ｆは、ｖ軸に垂直である。図１０では、模式的にメインボード７０を長方形の主面を有する直方体で示しているが、側部７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ、７０ｆのそれぞれは、複数の面で構成されていてもよい。
【００９１】
無線通信装置は、１または複数の無線通信モジュールを備える。無線通信モジュールの数は、どの方位において電磁波の送受信を行うか、送受信の感度をどの程度にするか等の無線通信装置の仕様、求められる性能等に応じて調節することができる。メインボード７０における無線通信モジュールの配置も、無線通信装置における他の無線通信モジュールや他の機能モジュールとの電磁気的干渉、配置上の干渉、無線通信装置の外装を介した場合の電磁波の送受信の感度を考慮して任意の位置に決定することができる。メインボード７０の主面７０ａ、７０ｂに無線通信モジュールを配置する場合、側部７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ、７０ｆの１つに近接する位置であれば、メインボード７０に設けられる他の回路等との干渉を受けにくい場合がある。しかし、主面７０ａ、７０ｂにおける無線通信モジュールの配置は、側部７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ、７０ｆに近接した位置に限られず、主面７０ａ７０ｂの中央等であってもよい。
【００９２】
本実施形態では、無線通信装置１１３において、無線通信モジュール１１２Ａ〜１１２Ｄは、多軸アンテナ１０１の誘電体４０の側面４０ｃが、側部７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ、７０ｆの１つに近接し、誘電体４０の主面４０ａがメインボード７０と反対側に位置するように、主面７０ａまたは主面７０ｂに配置されている。誘電体４０の側面４０ｃは、線状アンテナ２０の線状放射導体２１、２２が近接しており、側面４０ｃから電磁波が放射される。また、誘電体４０の主面４０ａは、平面アンテナ１０の平面状放射導体１１が近接しており、主面４０ａから電磁波が放射される。このため、無線通信モジュール１１２Ａ〜１１２Ｄから放射される電磁波が、メインボード７０と干渉しにくい位置および方向に、無線通信モジュール１１２Ａ〜１１２Ｄはメインボード７０に配置される。無線通信モジュール１１２Ａ〜１１２Ｄはｕｖｗ方向にそれぞれ近接していてもよいし、離れていてもよい。
【００９３】
例えば、図１０に示す例では、無線通信モジュール１１２Ａ、１１２Ｃの側面４０ｃが、側部７０ｃ、７０ｄのいずれかに近接するように無線通信モジュール１１２Ａ、１１２Ｃが主面７０ａ上に配置されている。また、無線通信モジュール１１２Ｂ、１１２Ｄの側面４０ｃが、側部７０ｅ、７０ｆのいずれかに近接するように無線通信モジュール１１２Ｂ、１１２Ｄが主面７０ｂ上に配置されている。本実施形態では、無線通信モジュール１１２Ａの側面４０ｃは、側部７０ｃに、無線通信モジュール１１２Ｂの側面４０ｃは、側部７０ｅに近接している。また、無線通信モジュール１１２Ｃの側面４０ｃは、側部７０ｄに、無線通信モジュール１１２Ｄの側面４０ｃは、側部７０ｆに近接している。無線通信モジュール１１２Ａ〜１１２Ｄは、メインボード７０の中心に対して点対称に配置されている。
【００９４】
このように配置された無線通信モジュール１１２Ａ〜１１２Ｄの平面アンテナ１０および線状アンテナ２０から放射される電磁波の分布における最大強度の方向は、表１に示す通りである。
【００９５】
【表１】
2019026913.tif 000003
【００９６】
このように、メインボード７０に対して全方位（±ｕ、±ｖ、±ｗ方向）へ電磁波を放射させることができる。たとえば、無線通信装置１１３のＧＰＳユニットで位置を検出すれば、無線通信装置１１３の周囲にある位置情報が既知の複数の基地局のうち、最も近い基地局、および、その基地局の無線通信装置１１３からの方位が決定できる。また、無線通信装置１１３の地磁気センサを用いれば、無線通信装置１１３の姿勢が決定でき、現在の無線通信装置１１３の姿勢において、決定した通信すべき基地局に最も強い強度で電磁波を放射することのできる無線通信モジュール１１２Ａ〜１１２Ｄおよび平面アンテナ１０／線状アンテナ２０を決定することができる。よって、決定した無線通信モジュールおよびアンテナを用いて電磁波の送受信を行うことによって、高品質な通信を行うことが可能となる。
【００９７】
無線通信モジュール１１２Ａ〜１１２Ｄはメインボード７０の側部に配置してもよい。図１１（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、無線通信装置１１４の模式的平面図および側部図である。無線通信装置１１４において、無線通信モジュール１１２Ａ〜１１２Ｄは、多軸アンテナ１０１の誘電体４０の側面４０ｃが、主面７０ａまたは主面７０ｂに近接し、誘電体４０の主面４０ａがメインボード７０と反対側に位置するように、側部７０ｃ〜７０ｆのいずかに配置されている。
【００９８】
図１１に示す例では、無線通信モジュール１１２Ａ、１１２Ｂの側面４０ｃが、主面７０ａ、７０ｂのいずれかに近接するように無線通信モジュール１１２Ａ、１１２Ｂが側部７０ｃ、７０ｅに配置されている。また、無線通信モジュール１１２Ｃ、１１２Ｄの側面４０ｃが、主面７０ａ、７０ｂのいずれかに近接するように無線通信モジュール１１２Ｃ、１１２Ｄが側部７０ｄ、７０ｆに配置されている。本実施形態では、無線通信モジュール１１２Ａの側面４０ｃは、主面７０ａに、無線通信モジュール１１２Ｂの側面４０ｃは、主面７０ｂに近接している。また、無線通信モジュール１１２Ｃの側面４０ｃは、主面７０ａに、無線通信モジュール１１２Ｄの側面４０ｃは、主面７０ｂに近接している。無線通信モジュール１１２Ａ〜１１２Ｄは、メインボード７０の中心に対して点対称に配置されている。無線通信モジュール１１２Ａ〜１１２Ｄのｗ軸方向の位置は、メインボード７０のｗ軸方向の中心からずれていてもよい。また、無線通信モジュール１１２Ａ〜１１２Ｄは、メインボード７０の側部７０ｃ〜７０ｆと接していてよいし、間隙を設けて配置されていてもよい。
【００９９】
このように配置された無線通信モジュール１１２Ａ〜１１２Ｄの平面アンテナ１０および線状アンテナ２０から放射される電磁波の分布における最大強度の方向は、表２に示す通りである。
【０１００】
【表２】
2019026913.tif 000004
【０１０１】
このように、図１１に示す配置でも、無線通信装置１１４は、メインボード７０に対して全方位（±ｕ、±ｖ、±ｗ方向）へ電磁波を放射させることができる。
【０１０２】
図１２（ａ）は、図１１に示すように無線通信モジュールが４つ配置された無線通信装置１１４から放射される電磁波の強度分布をシミュレーションによって求めた結果の一例を示す。電磁波の方向を示すθは、図１１（ｂ）および図１２（ｂ）に示すように、ＷＶ平面において、ｗ軸を基準とし、ｗ軸からｖ軸方向にプラスを取った角度を示す。φは、図１１（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、ｕｖ平面において、ｕ軸を基準とし、ｕ軸からｖ軸方向にプラスを取った角度を示す。
【０１０３】
図１２に示すように、ゲインの大きさは、θおよびφの角度によって変化するが、θおよびφのほとんどの領域において、７ｄＢ以上のゲインが得られている。図１２において、ゲインが７ｄＢ未満の領域を破線で囲み、黒く着色している。黒く着色された領域は、全θおよびφの範囲の約０．５％である。つまり、約９９．５％の方位で７ｄＢ以上のゲインが得られることになる。
【０１０４】
図１２に示すゲイン分布は、同時に得られるものではなく、複数の多軸アンテナを切り替えて放射することより得られる分布である。上述したように、複数の多軸アンテナの１つを選択し、かつ、線状アンテナおよび平面アンテナの一方を選択することによって、指向性の高い電磁波を送受信することができる。つまり、本実施形態によれば、多軸アンテナを複数備えることによって、方位のカバレッジが高く、かつ指向性に優れた無線通信装置が実現し得る。
【０１０５】
（変形例）
本開示の多軸アンテナ、無線通信モジュールおよび無線通信装置には種々の改変が可能である。
【０１０６】
［平面アンテナおよび線状アンテナが露出する形態］
上記実施形態では、平面アンテナおよび線状アンテナの放射導体は誘電体で覆われていた。しかし、放射導体は誘電体から露出していてもよい。図１３は、多軸アンテナ１１５の模式的断面図である。例えば、図１３に示すように、多軸アンテナ１１５において、平面アンテナ１０の平面状放射導体１１、線状アンテナ２０の線状放射導体２１、２２、および、これらに接続された給電導体２３、２４は、誘電体４０の主面４０ａ上に形成されており、誘電体４０から露出していてもよい。平面状放射導体１１および線状放射導体２１、２２を誘電体で保護しなくてもよい場合には、これらを誘電体４０から露出させることにより、アンテナの放射効率をより高めることが可能である。
【０１０７】
［給電導体への給電の他の形態］
第１の実施形態において、給電導体２３、２４、および、第１ストリップ導体１３への信号電力の供給あるいは基準電位への接続は、導体を直接接続することによって行っていた。しかし、導体とは直接接続せず、容量結合によって接続されていてもよい。図１４（ａ）から（ｃ）に示すように、平面ストリップ１５、給電体２３、２４と導電体４１、４２、４３とは接しておらず、ギャップが形成されていてもよい。ギャップは誘電体４０の一部または空気などの気体で満たされている。この場合、地導体１２への信号電力のリークを抑制するため、ギャップの間隔ｄ１は、地導体１２に設けられた孔１２ｃ、１２ｄと導電体４１、４２との間隔ｄ２よりも短いほうが好ましい。
【０１０８】
上述したギャップの大きさによって容量を調整することが可能となり、平面アンテナおよび線状アンテナの回路設計における設計の自由度を高めることが可能となる。
【０１０９】
［シールドを有する形態］
多軸アンテナにおいて、各アンテナユニット間、あるいは、アンテナユニットの平面アンテナと線状アンテナとの間に電磁波の伝播を抑制するシールドまたは電磁波吸収構造を形成してもよい。
【０１１０】
図１５（ａ）は多軸アンテナ１１６の模式的上面図であり、（ｂ）は、ｙ軸に垂直な模式的断面図である。多軸アンテナ１１６は、複数のビア導体３１と導体３２とを備える点で、第１の実施形態の多軸アンテナ１０１と異なる。
【０１１１】
ビア導体３１は、ｚ軸方向に伸びる柱形状を有しており、複数のビア導体３１は、各アンテナユニット５０において、地導体１２上であって、平面アンテナ１０と線状アンテナ２０との間にｙ軸方向に配列されている。複数のビア導体３１の一端は地導体１２に接続されており、他端は、導体３２に接続されている。ビア導体３１は、例えば誘電体４０を形成する際に用いるセラミックグリーンシートに貫通孔を設け、貫通孔内に導電ペーストを充填し、積層することによって形成できる。
【０１１２】
多軸アンテナ１１６によれば、地導体１２に接続されたビア導体３１が平面アンテナ１０と線状アンテナ２０との間に配置されることによって、平面アンテナ１０と線状アンテナ２０との間における電磁波の相互干渉が抑制され得る。
【０１１３】
ビア導体３１の配置は図１５に示す例に限られない。図１６および図１７はビア導体の他の配置例を示す多軸アンテナの模式的上面図を示す。図１６に示す多軸アンテナ１１７において、ビア導体３１は、アンテナユニット５０間に配置されている。また、図１７に示す多軸アンテナ１１８において、ビア導体３１は、アンテナユニット５０間および各アンテナユニット５０の平面アンテナ１０と線状アンテナ２０との間に配置されている。これらの形態においても、ビア導体３１が分ける２つの領域間における電磁気的相互作用が抑制され得る。
【０１１４】
［地導体の他の形態］
図１８および図１９は、他の形態の地導体を備える多軸アンテナ１１９、１２０の模式的上面図を示す。第１の実施形態の多軸アンテナ１０１において、地導体１２はｙ方向につながっている。このため、第１ストリップ導体１３に給電を行い、電磁波を放射させる場合、地導体１２をｙ方向に伝搬する電磁波の反射の影響によって電磁波の出力が低下する場合がある。このような出力の低下が好ましくない場合には、図１８に示すように、隣接するアンテナユニット５０間において、地導体１２にスリット１２ｓを設け、各アンテナユニット５０の地導体１２ｐを電気的に分離してもよい。
【０１１５】
また、地導体１２がｙ軸方向に繋がっていることにより、平面アンテナ１０が放射する電磁波の分布に影響が生じる場合には、地導体１２に切り欠きを設け、電磁波の広がりを抑制してもよい。図１９に示すように、隣接するアンテナユニット５０間において、地導体１２に切り欠き１２ｎを設けてもよい。切り欠き１２ｎは、例えば、ｙ軸に平行な辺を底辺とする直角二等辺三角形であってもよい。切り欠き１２ｎを設けることによって、各アンテナユニット５０で地導体１２のｘ方向とｙ方向とにおける形状の差異を小さくすることができ、合成された電磁波のｚ軸回りの対称性を高めることができる。
【０１１６】
［アンテナ、給電用導体等の配置の他の形態］
図７に示す多軸アンテナ１０３において平面アンテナ１０は給電用の２つのストリップ導体（第１ストリップ導体１３、第２ストリップ導体１７）を備えていた。２つのストリップ導体の伸びる方向は図７に示した形態の方向に限られない。図２０（ａ）、（ｂ）、図２１（ａ）、（ｂ）は、平面アンテナの形態が異なる多軸アンテナ１２１〜１２４の模式的上面図を示す。多軸アンテナ１２１〜１２４において、平面アンテナ１０は、略正方形の平面状放射導体１１を備えている。平面視において、平面状射導体１１は、各辺がｘ軸およびｙ軸に対して４５°の角度をなしている。また、２つのストリップ導体１３、１７は、ｘ軸およびｙ軸に対して４５°の角度をなす方向に伸びている。２つのストリップ導体１３、１７は、互いに直交する方向に伸びている。ストリップ導体１３、１７の伸びる方向を異ならせることによって、平面アンテナ１０から放出される電磁波の進行方向や電磁波の分布を異ならせることができる。多軸アンテナ１２１〜１２４では、平面状射導体１１の各辺がｘ軸およびｙ軸に対して４５°の角度をなしているが、２つのストリップ導体１３、１７が互いに直交していれば、平面状射導体１１の各辺がｘ軸およびｙ軸となす角度は４５°以外の角度であってもよい。
【０１１７】
また、上述したように、平面アンテナの平面放状射導体への給電は導体を平面状放射導体に接続することによって直接行ってもよい。図２２は、多軸アンテナ１２５の模式的上面図を示す。多軸アンテナ１２５において、平面アンテナ１０は、ストリップ導体に代えて、ビア導体３３、３４を備えている。ビア導体３３、３４は、ｚ軸方向に伸びる柱形状を有しており、平面状放射導体１１の隣接する２つの辺の中央近傍にそれぞれ接続されている。
【０１１８】
線状アンテナの配置および数も上記実施形態に限られない。図２３は、多軸アンテナ１２６の模式的上面図を示す。多軸アンテナ１２６は、線状アンテナ２８、２９をさらに備えている点で、図８に示す多軸アンテナ１０４と異なる。多軸アンテナ１２６の各アンテナユニット５０のうち、誘電体の側面４０ｄ、４０ｆに隣接するアンテナユニットは、側面４０ｄ、４０ｆに隣接する線状アンテナ２８、２９をそれぞれ備える。線状アンテナ２８、２９は、線状放射導体２１、２２が側面４０ｄまたは側面４０ｆに近接して配置されている点を除き、線状アンテナ２０と同様の構造を備える。地導体１２は、線状アンテナ２０、２７、２８、２９の下には設けられていないが、平面アンテナ１０の下には設けられている。多軸アンテナ１２６によれば、線状アンテナ２８、２９を備えることによって、より広い方位において、電磁波を送受することが可能である。
【０１１９】
［実装の他の形態］
多軸アンテナ１０１は種々の形態で他の基板等に実装されモジュールとして、あるいは無線通信装置として用いられ得る。図２４から図２６は、無線通信モジュール１２７〜１２９の模式的断面図である。図２４（ａ）に示す無線通信モジュール１２７の多軸アンテナ１０１において、誘電体４０の主面４０ｂに凹部４０ｇが設けられており、凹部４０ｇ内に、能動素子６４、６５および受動素子６６が配置されている。主面４０ｂには電極６３が設けられている。
【０１２０】
多軸アンテナ１０１は、電極９２を有する回路基板９１に実装されている。例えば、回路基板９１の電極９２と多軸アンテナ１０１の電極６３とが半田バンプ９４によって接合されている。半田バンプ９４は、ボールグリッドアレイとして、電極６３または電極９２にあらかじめ形成しておくことが可能である。
【０１２１】
図２４（ｂ）に示す無線通信モジュール１２７’のように、半田バンプ９５が大きい場合には、誘電体４０に凹部を設けず、平坦な主面４０ｂに、能動素子６４、６５および受動素子６６を配置してもよい。
【０１２２】
図２５に示す無線通信モジュール１２８において、多軸アンテナ１０１の電極６３は、可撓性配線６８と電気的に接続されている。可撓性配線６８は、例えば配線回路が形成されたフレキシブルプリント基板、同軸ケーブル、液晶ポリマー基板等である。特に液晶ポリマーは高周波特性に優れるため、多軸アンテナ１０１への配線回路として好適に用いることができる。
【０１２３】
図２６に示す無線通信モジュール１２９において、多軸アンテナ１０１の電極６３は、可撓性配線６８と電気的に接続されている。可撓性配線６８の表面および／または内部には、多軸アンテナ１０１の一部の平面状放射導体１１、線状放射導体２１、２２等が設けられている。
【０１２４】
無線通信モジュール１２９によれば、可撓性配線６８に設けられた平面状放射導体１１、線状放射導体２１、２２は、可撓性配線６８を折り曲げることによって、誘電体４０に設けられた平面状放射導体１１、線状放射導体２１、２２とは異なる方向に配置することができる。このため、より広い方位において電磁波を送受することが可能である。
【０１２５】
無線通信モジュールの配置も上記実施形態に限られない。図２７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、無線通信装置１３０の模式的平面図および側面図である。無線通信装置１３０では、メインボード７０の、主面７０ａ、７０ｂに無線通信モジュール１１２Ａ、１１２Ｂがそれぞれ配置され、側部７０ｄ、７０ｆに無線通信モジュール１１２Ｃ、１１２Ｄがそれぞれ配置されている。つまり、メインボードの主面および側部の両方に無線通信モジュールを配置してもよい。主面および側部に配置する無線通信モジュールの数も２個ずつに限られず、１個と３個または３個と１個でもよい。さらに、無線通信装置１３０は、１〜３個の無線通信モジュールを主面および側部に配置してもよい。つまり、複数の無線通信モジュールのうち、少なくとも１つが、メインボード７０の主面７０ａ、７０ｂのいずれかに配置され、他の少なくとも１つが、メインボード７０の第１から第４側部７０ｃ〜７０ｆのいずれかに配置されていてもよい。
【０１２６】
無線通信装置１３０の無線通信モジュール１１２Ａ〜１１２Ｄの平面アンテナ１０および線状アンテナ２０から放射される電磁波の分布における最大強度の方向は、表３に示す通りである。
【０１２７】
【表３】
2019026913.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本開示の多軸アンテナ、無線通信モジュールおよび無線通信装置は、種々の高周波無線通信用のアンテナおよびアンテナを含む無線通信回路に好適に用いることが可能であり、特に帯の無線通信装置に好適に用いられる。
【符号の説明】
【０１２９】
１０      平面アンテナ
１１      平面状放射導体
１２      地導体
１２ｂ    第２端部
１２ｃ、１２ｄ    孔
１３      第１ストリップ導体
１３ａ    第１端部
１３ｂ    第２端部
１４、１５      平面ストリップ
１６      導体
１７      第２ストリップ導体
２０、２６、２７      線状アンテナ
２１、２２      線状放射導体
２３、２４      給電導体
４０      誘電体
４０ａ、４０ｂ    主面
４０ｃ〜４０ｈ    側面
４０ｈ    部分
４１、４２、４３      導電体
５０      アンテナユニット
６１      導体
６２      ビア導体
６３、９２      電極
６４、６５      能動素子
６６      受動素子
６７      コネクタ
６８      カバー
７０      メインボード
７０ａ、７０ｂ    主面
７０ｃ〜７０ｆ    側部
９１  回路基板
９４、９５    半田バンプ
１０１〜１０４、１１５〜１２６    多軸アンテナ
１１２、１１２Ａ〜１１２Ｄ、１２７〜１２９  無線通信モジュール
１１３、１１４、１３０    無線通信装置
【図１】
2019026913.tif 000006
【図２】
2019026913.tif 000007
【図３】
2019026913.tif 000008
【図４】
2019026913.tif 000009
【図５】
2019026913.tif 000010
【図６】
2019026913.tif 000011
【図７】
2019026913.tif 000012
【図８】
2019026913.tif 000013
【図９】
2019026913.tif 000014
【図１０】
2019026913.tif 000015
【図１１】
2019026913.tif 000016
【図１２】
2019026913.tif 000017
【図１３】
2019026913.tif 000018
【図１４】
2019026913.tif 000019
【図１５】
2019026913.tif 000020
【図１６】
2019026913.tif 000021
【図１７】
2019026913.tif 000022
【図１８】
2019026913.tif 000023
【図１９】
2019026913.tif 000024
【図２０】
2019026913.tif 000025
【図２１】
2019026913.tif 000026
【図２２】
2019026913.tif 000027
【図２３】
2019026913.tif 000028
【図２４】
2019026913.tif 000029
【図２５】
2019026913.tif 000030
【図２６】
2019026913.tif 000031
【図２７】
2019026913.tif 000032
【国際調査報告】
2019026913.tif 000033
2019026913.tif 000034
2019026913.tif 000035