(57)【要約】  パッチアンテナ（１０）は、グランド電位に設定される面状のグランド導体パターン（１３）と、グランド導体パターン（１３）と対向して配置された面状の導体パターンであって当該導体パターンの中心点に対して対称に配置された給電点（１１１および１１２）を有する給電導体パターン（１１）と、給電点（１１１）と給電点（１１２）との間に並列接続され、互いに異なる長さを有する給電配線（１５１および１５２）と、給電配線（１５１および１５２）のうちの少なくともいずれかの線路上に配置され、周波数帯域に応じて高周波信号を通過および減衰させる周波数選択回路（１６１および１６２）と、を備える。
2020050341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランド電位に設定される面状のグランド導体と、
前記グランド導体と対向して配置された面状の導体であって、当該導体を平面視した場合、当該導体の中心点に対して互いに反対側に位置する第１給電点および第２給電点に高周波信号が給電される給電導体と、
前記第１給電点と前記第２給電点との間に並列接続され、互いに異なる長さを有する第１給電配線および第２給電配線と、
前記第１給電配線および前記第２給電配線のうちの少なくともいずれかの線路上に配置され、周波数帯域に応じて高周波信号を通過および減衰させる周波数選択回路と、を備える、
アンテナ素子。
【請求項２】
前記第１給電配線を伝達する第１周波数帯域の高周波信号の波長をλ１ｇとすると、前記第１給電配線の長さは、略（ｎ＋１／２）×λ１ｇ（ｎは整数）であり、
前記第２給電配線を伝達する第２周波数帯域の高周波信号の波長をλ２ｇとすると、前記第２給電配線の長さは、略ｎλ２ｇ（ｎは整数）である、
請求項１に記載のアンテナ素子。
【請求項３】
前記第１給電配線および前記第２給電配線は、それぞれ、１本の共通給電配線の分岐点から分岐した配線であり、
前記第１給電配線、前記第２給電配線、および前記周波数選択回路は、前記給電導体を平面視した場合、前記給電導体の形成領域内に配置されている、
請求項１または２に記載のアンテナ素子。
【請求項４】
前記周波数選択回路は、インダクタおよびキャパシタからなるＬＣ回路である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンテナ素子。
【請求項５】
前記インダクタは、前記第１給電配線または前記第２給電配線の一部であり、当該一部の線幅は、他部の線幅より小さく、
前記キャパシタは、前記第１給電配線または前記第２給電配線が不連続となった部分を含む、
請求項４に記載のアンテナ素子。
【請求項６】
前記第１給電配線および前記第２給電配線は、前記グランド導体と前記給電導体とで挟まれた層に形成され、
前記キャパシタは、前記第１給電配線または前記第２給電配線が不連続となった部分を覆うように、前記層と対向する層に位置された電極を含む、
請求項４または５に記載のアンテナ素子。
【請求項７】
さらに、前記グランド導体および前記給電導体が配置される誘電体基板を備え、
前記第１給電配線および前記第２給電配線は、前記グランド導体と同層に形成され、
前記インダクタおよび前記キャパシタの少なくとも１つは、前記誘電体基板の主面のうち前記グランド導体に最も近い主面に実装されたチップ部品である、
請求項４または５に記載のアンテナ素子。
【請求項８】
前記周波数選択回路は、
前記第１給電配線上に配置され、第１周波数帯域を通過帯域とする帯域通過フィルタ回路と、
前記第２給電配線上に配置され、前記第１周波数帯域を減衰帯域とする帯域除去フィルタ回路と、を含み、
前記第１給電配線および前記帯域通過フィルタ回路を通過した前記第１周波数帯域の高周波信号は、前記第１給電点および前記第２給電点に略逆位相で給電され、
前記第２給電配線および前記帯域除去フィルタ回路を通過した、前記第１周波数帯域と異なる第２周波数帯域の高周波信号は、前記第１給電点および前記第２給電点に略同位相で給電される、
請求項１〜７のいずれか１項に記載のアンテナ素子。
【請求項９】
第１周波数帯域は、第２周波数帯域よりも低く、
前記周波数選択回路は、
前記第１給電配線上に配置され、前記第１周波数帯域を通過帯域とし、前記第２周波数帯域を減衰帯域とする低域通過フィルタ回路と、
前記第２給電配線上に配置され、前記第１周波数帯域を減衰帯域とし、前記第２周波数帯域を通過帯域とする高域通過フィルタ回路と、を含み、
前記第１給電配線および前記低域通過フィルタ回路を通過した前記第１周波数帯域の高周波信号は、前記第１給電点および前記第２給電点に略逆位相で給電され、
前記第２給電配線および前記高域通過フィルタ回路を通過した前記第２周波数帯域の高周波信号は、前記第１給電点および前記第２給電点に略同位相で給電される、
請求項１〜７のいずれか１項に記載のアンテナ素子。
【請求項１０】
第１周波数帯域は、第２周波数帯域よりも高く、
前記周波数選択回路は、
前記第１給電配線上に配置され、前記第１周波数帯域を通過帯域とし、前記第２周波数帯域を減衰帯域とする高域通過フィルタ回路と、
前記第２給電配線上に配置され、前記第１周波数帯域を減衰帯域とし、前記第２周波数帯域を通過帯域とする低域通過フィルタ回路と、を含み、
前記第１給電配線および前記高域通過フィルタ回路を通過した前記第１周波数帯域の高周波信号は、前記第１給電点および前記第２給電点に略逆位相で給電され、
前記第２給電配線および前記低域通過フィルタ回路を通過した前記第２周波数帯域の高周波信号は、前記第１給電点および前記第２給電点に略同位相で給電される、
請求項１〜７のいずれか１項に記載のアンテナ素子。
【請求項１１】
１次元状または２次元状に配列された複数の前記アンテナ素子を備え、
前記複数のアンテナ素子は、同一の基板に形成されている、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のアンテナ素子。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のアンテナ素子と、
前記給電導体に高周波信号を給電する給電回路と、を備え、
前記給電導体は、誘電体基板の第１主面に形成され、
前記グランド導体は、前記第１主面と背向する前記誘電体基板の第２主面に形成され、
前記給電回路は、前記誘電体基板の前記第２主面側に形成されている、
アンテナモジュール。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のアンテナ素子と、
前記給電導体に高周波信号を給電するＲＦ信号処理回路と、を備え、
前記ＲＦ信号処理回路は、
高周波信号を移相する移相回路と、
前記高周波信号を増幅する増幅回路と、を備える、
通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ素子、アンテナモジュールおよび通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信用のアンテナとして、例えば、特許文献１に開示された無線装置（アンテナモジュール）が挙げられる。特許文献１に開示された無線装置は、導体パターンと接地導体とで高周波基板を挟む構造を有するパッチアンテナが２次元状に配置されたアレイアンテナで構成されている。アレイアンテナを構成する複数のパッチアンテナの間には、所定の周波数帯域以外の信号をカットするフィルタが配置されている。これにより、無線装置を小型化および高性能化できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１５８５５５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に記載されたアレイアンテナ（アンテナ素子）では、複数のパッチアンテナに高周波信号を伝達する配線上に配置されたフィルタが、所定の周波数帯域以外の信号をカットする機能を有している。しかしながら、例えばマルチバンド化などの進展により、アンテナ素子に対して、複数の周波数帯域における高い周波数選択性および高い指向性の要求が厳しくなると、フィルタの急峻度および挿入損失などの通過特性を当該要求に対応させて高度化する必要がある。フィルタの上記通過特性を高度化させるには、当該フィルタを高機能化する必要があり、大型化してしまう。これに伴い、アンテナ素子が大型化するといった問題がある。【０００５】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、高い周波数選択性および高い指向性を有する小型のアンテナ素子、アンテナモジュールおよび通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るアンテナ素子は、グランド電位に設定される面状のグランド導体と、前記グランド導体と対向して配置された面状の導体であって、当該導体を平面視した場合、当該導体の中心点に対して互いに反対側に位置する第１給電点および第２給電点に高周波信号が給電される給電導体と、前記第１給電点と前記第２給電点との間に並列接続され、互いに異なる長さを有する第１給電配線および第２給電配線と、前記第１給電配線および前記第２給電配線のうちの少なくともいずれかの線路上に配置され、周波数帯域に応じて高周波信号を通過および減衰させる周波数選択回路と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高い周波数選択性および高い指向性を有する小型のアンテナ素子、アンテナモジュールおよび通信装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態に係る通信装置（アンテナモジュール）および周辺回路を示す回路図である。
【図２】図２は、実施の形態に係るパッチアンテナの要部斜視図である。
【図３】図３は、実施の形態に係るアンテナモジュールの平面図および断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、実施の形態に係るパッチアンテナの給電導体パターンを省略した場合の要部斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、実施の形態に係るパッチアンテナの給電導体パターンおよび第２グランド導体パターンを省略した場合の要部斜視図である。
【図５】図５は、実施の形態に係るパッチアンテナにおける給電構成の概略回路図である。
【図６】図６は、実施の形態の変形例に係るアンテナモジュールの平面図および断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、実施の形態の変形例に係るパッチアンテナの給電導体パターンおよび第２グランド導体パターンを省略した場合の要部斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、実施の形態の変形例に係るパッチアンテナにおける給電構成の一例を示す要部斜視図である。
【図８Ａ】図８Ａは、比較例に係るパッチアンテナの３つの周波数帯域における高周波信号の位相状態を表す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、実施の形態に係るパッチアンテナの３つの周波数帯域における高周波信号の位相状態を表す図である。
【図９】図９は、実施の形態および比較例に係るパッチアンテナにおけるアンテナ効率の周波数特性を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさ、または大きさの比は、必ずしも厳密ではない。
【００１０】
（実施の形態）
［１．１  通信装置（アンテナモジュール）の回路構成］
図１は、実施の形態に係る通信装置５の回路図である。同図に示された通信装置５は、アンテナモジュール１と、ベースバンド信号処理回路（ＢＢＩＣ）２とを備える。アンテナモジュール１は、アレイアンテナ４と、ＲＦ信号処理回路（ＲＦＩＣ）３とを備える。通信装置５は、ベースバンド信号処理回路（ＢＢＩＣ）２からアンテナモジュール１へ伝達される信号を高周波信号にアップコンバートしてアレイアンテナ４から放射するとともに、アレイアンテナ４で受信した高周波信号をダウンコンバートしてベースバンド信号処理回路（ＢＢＩＣ）２にて信号処理する。
【００１１】
アレイアンテナ４は、２次元状に配列された複数のパッチアンテナ１０を有する。パッチアンテナ１０は、電波（高周波信号）を放射する放射素子、および電波（高周波信号）を受信する受信素子として動作するアンテナ素子である。本実施の形態においては、アレイアンテナ４は、フェーズドアレイアンテナを構成することが可能となる。
【００１２】
パッチアンテナ１０は、所定の周波数帯域（例えば、所定の通信バンド）について、優れた指向性を有する直線偏波を放射素子（給電導体）から放射できる小型の構造を有している。より具体的には、パッチアンテナ１０は、グランド電位に設定される面状のグランド導体と、当該グランド導体と対向して配置された面状の導体であって、当該導体を平面視した場合、当該導体の中心点に対して互いに反対側に位置する第１給電点および第２給電点に高周波信号が給電される給電導体と、第１給電点と第２給電点との間に並列接続され、互いに異なる長さを有する第１給電配線および第２給電配線と、第１給電配線および第２給電配線のうちの少なくともいずれかの線路上に配置され、周波数帯域に応じて高周波信号を通過および減衰させる周波数選択回路と、を備える。
【００１３】
これによれば、パッチアンテナ１０は、高い周波数選択性を実現すべく、異なる配線長を有する給電配線を利用している。このため、周波数選択回路に要求される高周波信号の通過特性を、フィルタ回路のみで放射電波の周波数選択性を向上させている従来のアンテナモジュールのフィルタ回路に要求される通過特性と比較して緩和できる。よって、周波数選択回路を小型化できるので、高い周波数選択性および高い指向性を有する小型のアンテナ素子を提供できる。
【００１４】
また、アレイアンテナ４は、１次元状または２次元状に配列された複数のパッチアンテナ１０を備え、複数のパッチアンテナ１０は、誘電体基板を共有し、かつ、グランド導体パターンを共有している。
【００１５】
なお、パッチアンテナ１０は、誘電体基板がなく、板金で形成されていてもよい。よって、アレイアンテナ４を構成する各パッチアンテナ１０は、同一の誘電体基板に形成されるだけでなく、同一の基板に形成されていてもよい。また、アレイアンテナ４を構成するパッチアンテナ１０の一部が誘電体基板とは別の部材（例えば、筐体等）に形成されていてもよい。
【００１６】
上述したように、パッチアンテナ１０が優れた指向性および高い周波数選択性を有しているので、アレイアンテナ４もまた優れた指向性および高い周波数選択性を有する。さらに、パッチアンテナ１０は、中心点に対して対称配置された２つの給電点に逆相給電される構成を有していることで、高い指向性の対称性および高い交差偏波識別度（ＸＰＤ：Ｃｒｏｓｓ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ）を有する。また、高い指向性を有することで、アレイアンテナ４のチルト時の利得の対称性が向上したフェーズドアレイアンテナを実現できる。例えば、フェーズドアレイアンテナのカバー範囲が±４５°の場合、＋４５°方向には利得が過剰に高く、−４５°方向や０°方向には利得が低くなる、ということが解消される。
【００１７】
ＲＦ信号処理回路（ＲＦＩＣ）３は、スイッチ３１Ａ〜３１Ｄ、３３Ａ〜３３Ｄおよび３７と、パワーアンプ３２ＡＴ〜３２ＤＴと、ローノイズアンプ３２ＡＲ〜３２ＤＲと、減衰器３４Ａ〜３４Ｄと、移相器３５Ａ〜３５Ｄと、信号合成／分波器３６と、ミキサ３８と、増幅回路３９とを備える。
【００１８】
スイッチ３１Ａ〜３１Ｄおよび３３Ａ〜３３Ｄは、各信号経路における送信および受信を切り替えるスイッチ回路である。
【００１９】
移相器３５Ａ〜３５Ｄのそれぞれは、高周波信号を移相する移相回路である。
【００２０】
ベースバンド信号処理回路（ＢＢＩＣ）２から伝達される信号は、増幅回路３９で増幅され、ミキサ３８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は、信号合成／分波器３６で４分波され、４つの送信経路を通過して、それぞれ異なるパッチアンテナ１０に給電される。このとき、各信号経路に配置された移相器３５Ａ〜３５Ｄの移相度が個別に調整されることにより、アレイアンテナ４の指向性を調整することが可能となる。
【００２１】
また、アレイアンテナ４が有する各パッチアンテナ１０で受信した高周波信号は、それぞれ、異なる４つの受信経路を経由し、信号合成／分波器３６で合波され、ミキサ３８でダウンコンバートされ、増幅回路３９で増幅されてベースバンド信号処理回路（ＢＢＩＣ）２へ伝達される。
【００２２】
ＲＦ信号処理回路（ＲＦＩＣ）３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。
【００２３】
なお、上述した、スイッチ３１Ａ〜３１Ｄ、３３Ａ〜３３Ｄおよび３７、パワーアンプ３２ＡＴ〜３２ＤＴ、ローノイズアンプ３２ＡＲ〜３２ＤＲ、減衰器３４Ａ〜３４Ｄ、移相器３５Ａ〜３５Ｄ、信号合成／分波器３６、ミキサ３８、ならびに増幅回路３９のいずれかは、ＲＦ信号処理回路（ＲＦＩＣ）３が備えていなくてもよい。また、ＲＦ信号処理回路（ＲＦＩＣ）３は、送信経路および受信経路のいずれかのみを有していてもよい。また、本実施の形態に係る通信装置５は、単一の周波数帯域（バンド）の高周波信号を送受信するだけでなく、複数の周波数帯域（マルチバンド）の高周波信号を送受信するシステムにも適用可能である。
【００２４】
［１．２  パッチアンテナの構成］
図２は、実施の形態に係るパッチアンテナ１０の要部斜視図である。また、図３は、実施の形態に係るアンテナモジュール１の平面図および断面図である。また、図４Ａは、実施の形態に係るパッチアンテナ１０の給電導体パターン１１および誘電体基板２０を省略した場合の要部斜視図である。また、図４Ｂは、実施の形態に係るパッチアンテナ１０の給電導体パターン１１、グランド導体パターン１２および誘電体基板２０を省略した場合の要部斜視図である。なお、図３の（ｂ）は、図３の（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線の切断面におけるアンテナモジュール１の断面図である。
【００２５】
パッチアンテナ１０は、図２に示すように、誘電体基板２０と、グランド導体パターン１２および１３と、給電導体パターン１１と、を備える。パッチアンテナ１０は、図３および図４Ｂに示すように、さらに、給電配線１５１および１５２と、周波数選択回路１６１および１６２と、を備える。
【００２６】
また、図３の（ｂ）に示すように、アンテナモジュール１は、パッチアンテナ１０と、ＲＦＩＣ３と、を備える。ＲＦＩＣ３は、給電導体パターン１１に高周波信号を給電する給電回路である。ＲＦＩＣ３は、たとえば、誘電体基板２０が有する主面のうち給電導体パターン１１が形成された主面と反対側の主面に配置されている。
【００２７】
グランド導体パターン１３は、図２に示すように、誘電体基板２０の主面に略平行となるように誘電体基板２０の裏面側（ｚ軸負方向）の主面に形成され、グランド電位に設定される面状の第１グランド導体である。
【００２８】
給電導体パターン１１は、図２に示すように、グランド導体パターン１３と対向するように（略平行となるように）誘電体基板２０に配置された面状の給電導体である。給電導体パターン１１は、給電導体パターン１１を平面視した場合（Ｚ軸正側から負側を見た場合）、給電導体パターン１１の中心点に対して互いに反対側に位置する給電点１１１（第１給電点）および給電点１１２（第２給電点）を有している。給電点１１１および給電点１１２は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、それぞれ、給電ビア導体１４１および１４２に直接接続された給電導体パターン１１上の点である。なお、給電点１１１および給電点１１２は、上記中心点に対して互いに反対側に位置していればよいが、放射電波のより良好な指向性を確保するためには、図３の（ａ）に示すように、上記中心点からＹ軸方向に対称に配置されていることが望ましい。また、給電点１１１および給電点１１２は、それぞれ、給電ビア導体１４１および１４２から容量給電されてもよく、この場合には、給電点１１１および給電点１１２は、それぞれ、給電ビア導体１４１および１４２と直接接続されず、容量結合部を介して接続されていてもよい。
【００２９】
なお、「給電点」とは、実際には、ある程度の大きさを有する給電領域と定義される。
【００３０】
なお、「給電導体（パターン）の中心点」とは、例えば、給電導体（パターン）が矩形である場合には、給電導体（パターン）の２つの対角線が交差する点と定義される。
【００３１】
なお、本実施の形態では、給電導体パターン１１は、平面視において矩形となっている。また、給電導体パターン１１の給電点１１１および１１２は、中心点からＹ軸方向にずれて配置されている。これにより、パッチアンテナ１０の主偏波方向は、Ｙ軸方向となる（主偏波面はＹＺ面となる）。
【００３２】
グランド導体パターン１２は、図２に示すように、誘電体基板２０の主面に略平行となるように、グランド導体パターン１３と給電導体パターン１１との間に形成され、グランド電位に設定される面状の第２グランド導体である。グランド導体パターン１２には、図４Ａに示すように、給電ビア導体１４１および１４２を貫通させる開口部１２１および１２２が設けられている。
【００３３】
なお、本実施の形態に係るパッチアンテナ１０において、グランド導体パターン１２は、なくてもよい。グランド導体パターン１２が形成されることにより、給電導体パターン１１に流れる電流と、給電配線１５１および１５２ならびに給電ビア導体１４１および１４２に流れる電流との干渉を抑制することが可能となる。
【００３４】
誘電体基板２０は、グランド導体パターン１３と給電導体パターン１１との間に、誘電体材料が充填された多層構造を有している。なお、誘電体基板２０は、例えば、低温同時焼成セラミックス（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ：ＬＴＣＣ）基板、または、プリント基板などであってもよい。また、誘電体基板２０は、誘電体材料が充填されていない単なる空間であってもよい。この場合には、給電導体パターン１１を支持する構造が必要となる。
【００３５】
図３および図４Ｂに示すように、給電配線１５１は、給電分岐点１５０Ａおよび１５０Ｂの間に配置された第１給電配線である。給電分岐点１５０Ａおよび１５０Ｂは、それぞれ、１本の共通給電配線の分岐点である。また、給電配線１５２は、給電分岐点１５０Ａおよび１５０Ｂの間に配置された第２給電配線である。給電配線１５１および１５２は、それぞれ、１本の共通給電配線の分岐点（給電分岐点１５０Ａおよび１５０Ｂ）から分岐した配線である。なお、共通給電配線（図示せず）は、例えば、ＲＦＩＣ３と給電分岐点１５０Ｂとを結ぶ配線である。
【００３６】
給電配線１５１上（給電分岐点１５０Ａおよび１５０Ｂを結ぶ第１経路上）には、図４Ｂに示すように、周波数選択回路１６１が配置されている。本実施の形態では、給電配線１５１と周波数選択回路１６１とは、給電分岐点１５０Ａおよび１５０Ｂの間に直列接続されている。周波数選択回路１６１（図３の（ｂ）に図示せず、図４Ｂに図示）は、例えば、誘電体基板２０が有する主面のうち給電導体パターン１１が形成された主面と反対側の主面に配置されている。
【００３７】
給電配線１５２上（給電分岐点１５０Ａおよび１５０Ｂを結ぶ第２経路上）には、図４Ｂに示すように、周波数選択回路１６２が配置されている。本実施の形態では、給電配線１５２と周波数選択回路１６２とは、給電分岐点１５０Ａおよび１５０Ｂの間に直列接続されている。周波数選択回路１６２（図３の（ｂ）および図４Ｂに図示）は、例えば、誘電体基板２０が有する主面のうち給電導体パターン１１が形成された主面と反対側の主面に配置されている。
【００３８】
給電分岐点１５０Ａは、給電ビア導体１４１を介して給電点１１１と接続され、給電分岐点１５０Ｂは、給電ビア導体１４２を介して給電点１１２と接続されている。
【００３９】
周波数選択回路１６１および１６２は、それぞれ、周波数帯域に応じて高周波信号を通過および減衰させる回路である。
【００４０】
図５は、実施の形態に係るパッチアンテナ１０における給電構成の概略回路図である。図５には、ＲＦＩＣ３（図５のＲＦｉｎ）から給電点１１１および１１２までの概略回路構成が示されている。同図に示すように、給電配線１５１と給電配線１５２との長さは異なる。これにより、周波数選択回路１６１が配置された給電配線１５１は、給電点１１１および１１２に、第１周波数帯域の高周波信号を略逆位相で伝達し、周波数選択回路１６２が配置された給電配線１５２は、給電点１１１および１１２に、第１周波数帯域と異なる第２周波数帯域の高周波信号を略同位相で伝達することが可能となる。
【００４１】
より具体的には、給電分岐点１５０Ａ、給電配線１５１、周波数選択回路１６１および１５０Ｂを結ぶ第１経路の電気長と、給電分岐点１５０Ａ、給電配線１５２、周波数選択回路１６２および１５０Ｂを結ぶ第２経路の電気長とは異なっている。具体的には、第１経路の電気長Ｌ１は、第１周波数帯域の中心周波数における（誘電体基板２０での）波長をλ１ｇとした場合、Ｌ１≒（ｎ＋１／２）λ１ｇ（ｎは整数）となっている。また、第２経路の電気長Ｌ２は、第２周波数帯域の中心周波数における（誘電体基板２０での）波長をλ２ｇとした場合、Ｌ２≒ｎλ２ｇ（ｎは整数）となっている。
【００４２】
これにより、給電配線１５１により、給電導体パターン１１の中心点に対して互いに反対側に位置する給電点１１１および１１２に、略逆位相の第１周波数帯域の高周波信号が給電されるので、給電点１１１および１１２から給電導体パターン１１に流れる電流のうち、第１周波数帯域の高周波電流については、そのベクトルが給電点１１１および１１２を結ぶ方向（Ｙ軸方向）に揃うことから、指向性の対称性が向上する。より具体的には、指向性がより天頂方向（Ｚ軸正方向）を向き易い。また、給電配線１５２により、給電点１１１および１１２に、略同位相の第２周波数帯域の高周波信号が給電されるので、給電点１１１および１１２から給電導体パターン１１に流れる電流のうち、第２周波数帯域の高周波電流については、給電点１１１および１１２を結ぶ方向（Ｙ軸方向）の電流成分が打ち消しあうことから、アンテナ効率が劣化する。互いに打ち消し合うこととなる。つまり、給電導体パターン１１に流れる電流を整えることができる。よって、給電導体パターン１１から放射される第１周波数帯域の指向性および周波数選択性が向上する。さらには、第１周波数帯域の電波の指向性の対称性が向上し、さらに、第１周波数帯域の電波に対する交差偏波識別度ＸＰＤを向上できる。
【００４３】
上記構成によれば、周波数選択回路１６１により、第１周波数帯域の高周波信号を、給電配線１５１を介して、給電点１１１および１１２に略逆位相で給電することが可能となる。また、周波数選択回路１６２により、第２周波数帯域の高周波信号を、給電配線１５２を介して、給電点１１１および１１２に略同位相で給電することが可能となる。これにより、第１周波数帯域の電波の指向性を向上させつつ、第２周波数帯域の電波の放射を抑制できる。つまり、高い周波数選択性および高い指向性を実現できる。ここで、パッチアンテナ１０は、高い周波数選択性を実現すべく、給電配線１５１および１５２の逆相給電および同相給電を利用している。このため、周波数選択回路１６１および１６２に要求される高周波信号の通過特性は、フィルタ回路のみで放射電波の周波数選択性を向上させる従来のアンテナモジュールのフィルタ回路に要求される通過特性と比較して緩和できる。つまり、従来のアンテナモジュールのフィルタ回路に比べて、周波数選択回路１６１および１６２の急峻性および挿入損失などの通過特性を緩和できるので、周波数選択回路１６１および１６２を小型化しつつ、高い周波数選択性および高い指向性を有する小型のパッチアンテナ１０を提供できる。
【００４４】
なお、本実施の形態に係るパッチアンテナ１０では、図３の（ａ）に示すように、給電配線１５１および１５２、ならびに、周波数選択回路１６１および１６２は、給電導体パターン１１を平面視した場合、給電導体パターン１１の形成領域内に配置されている。
【００４５】
これにより、上記平面視において、給電配線１５１および１５２、ならびに、周波数選択回路１６１および１６２が給電導体パターン１１の形成領域外に配置されていないので、パッチアンテナ１０およびアンテナモジュール１を小型化できる。
【００４６】
また、図４Ｂに示すように、本実施の形態では、給電配線１５１および１５２、ならびに、給電分岐点１５０Ａおよび１５０Ｂは、グランド導体パターン１３と同層に形成されている。より具体的には、給電配線１５１および１５２は、グランド導体パターン１３内に設けられた開口部１３１（図３の（ａ）に図示）内に形成されている。また、周波数選択回路１６１および１６２は、例えば、インダクタおよびキャパシタからなるＬＣ回路であり、チップ部品で構成されている。当該チップ部品は、誘電体基板２０の主面のうちグランド導体パターン１３に最も近い主面に実装されている。これにより、給電配線１５１および１５２、ならびに、周波数選択回路１６１および１６２を形成するための電極層を、グランド導体パターン１３以外に設ける必要がないので、パッチアンテナ１０の製造工程を簡素化できる。
【００４７】
また、周波数選択回路１６１および１６２は、上記ＬＣ回路で構成されているので、所定の周波数帯域の高周波信号を通過させ、また、減衰させるにあたり、帯域通過型、帯域除去型、低域通過型、および高域通過型のフィルタ機能を比較的自由に持たせることが可能となる。
【００４８】
なお、周波数選択回路１６１および１６２を構成するインダクタおよびキャパシタは、チップ部品でなくてもよく、給電配線１５１および１５２の一部であってもよい。例えば、インダクタは、給電配線１５１または１５２の一部の線幅を、他部の線幅より小さくすることで、所望のインダクタンス成分を設定することが可能である。また、例えば、キャパシタは、給電配線１５１または１５２の一部を不連続とすることで、当該一部に所望のキャパシタンス成分を設定することが可能である。つまり、周波数選択回路１６１および１６２の少なくとも一方は、給電配線１５１または１５２の一部であってもよい。
【００４９】
これにより、周波数選択回路１６１および１６２を配置するにあたり、給電配線１５１および１５２以外のスペースを必要としないので、パッチアンテナ１０をさらに小型化できる。
【００５０】
周波数選択回路１６１は、例えば、第１周波数帯域を通過帯域とする帯域通過フィルタ回路である。また、周波数選択回路１６２は、例えば、第１周波数帯域を減衰帯域とする帯域除去フィルタ回路である。このとき、給電配線１５１および周波数選択回路１６１（帯域通過フィルタ回路）を通過した第１周波数帯域の高周波信号は、給電点１１１および給電点１１２に略逆位相で給電される。また、給電配線１５２および周波数選択回路１６２（帯域除去フィルタ回路）通過した第２周波数帯域の高周波信号は、給電点１１１および１１２に略同位相で給電される。
【００５１】
これによれば、給電導体パターン１１に供給される第１周波数帯域の高周波信号は、周波数選択回路１６２により給電配線１５２に流れるのを極力排除され、周波数選択回路１６１により給電配線１５１を流れる。また、第２周波数帯域の高周波信号は、周波数選択回路１６１により給電配線１５１に流れるのを極力排除され、周波数選択回路１６２により給電配線１５２を流れる。これにより、第１周波数帯域の高周波信号が逆位相で給電点１１１および１１２に給電され、第２周波数帯域の高周波信号が同位相で給電点１１１および１１２に給電されるので、第１周波数帯域の周波数選択性および指向性をさらに向上できる。
【００５２】
なお、周波数選択回路１６２は、例えば、第２周波数帯域を通過帯域とする帯域通過フィルタ回路であってもよい。このとき、給電配線１５１および周波数選択回路１６１（帯域通過フィルタ回路）を通過した第１周波数帯域の高周波信号は、給電点１１１および給電点１１２に略逆位相で給電される。また、給電配線１５２および周波数選択回路１６２（帯域通過フィルタ回路）通過した第２周波数帯域の高周波信号は、給電点１１１および１１２に略同位相で給電される。
【００５３】
これによれば、給電導体パターン１１に供給される第１周波数帯域の高周波信号の逆相成分を周波数選択回路１６１により給電点１１１および１１２に給電し、第２周波数帯域の高周波信号の同相成分を周波数選択回路１６２により給電点１１１および１１２に給電するので、第１周波数帯域の周波数選択性および指向性をさらに向上できる。
【００５４】
また、第１周波数帯域が第２周波数帯域よりも低い場合には、周波数選択回路１６１は、例えば、第１周波数帯域を通過帯域とし、第２周波数帯域を減衰帯域とする低域通過フィルタ回路であり、周波数選択回路１６２は、第１周波数帯域を減衰帯域とし、第２周波数帯域を通過帯域とする高域通過フィルタ回路であってもよい。このとき、給電配線１５１および周波数選択回路１６１（低域通過フィルタ回路）を通過した第１周波数帯域の高周波信号は、給電点１１１および１１２に略逆位相で給電される。また、給電配線１５２および周波数選択回路１６２（高域通過フィルタ回路）通過した第２周波数帯域の高周波信号は、給電点１１１および１１２に略同位相で給電される。
【００５５】
これによれば、給電導体パターン１１に供給される第１周波数帯域の高周波信号は、周波数選択回路１６２により給電配線１５２に流れるのを極力排除され、周波数選択回路１６１により給電配線１５１を流れる。また、第２周波数帯域の高周波信号は、周波数選択回路１６１により給電配線１５１に流れるのを極力排除され、周波数選択回路１６２により給電配線１５２を流れる。これにより、第１周波数帯域の高周波信号が逆位相で給電点１１１および１１２に給電され、第２周波数帯域の高周波信号が同位相で給電点１１１および１１２に給電されるので、第１周波数帯域の周波数選択性および指向性をさらに向上できる。
【００５６】
また、第１周波数帯域が第２周波数帯域よりも高い場合には、周波数選択回路１６１は、例えば、第１周波数帯域を通過帯域とし、第２周波数帯域を減衰帯域とする高域通過フィルタ回路であり、周波数選択回路１６２は、第１周波数帯域を減衰帯域とし、第２周波数帯域を通過帯域とする低域通過フィルタ回路であってもよい。このとき、給電配線１５１および周波数選択回路１６１（高域通過フィルタ回路）を通過した第１周波数帯域の高周波信号は、給電点１１１および１１２に略逆位相で給電される。また、給電配線１５２および周波数選択回路１６２（低域通過フィルタ回路）通過した第２周波数帯域の高周波信号は、給電点１１１および１１２に略同位相で給電される。
【００５７】
これによれば、給電導体パターン１１に供給される第１周波数帯域の高周波信号は、周波数選択回路１６２により給電配線１５２に流れるのを極力排除され、周波数選択回路１６１により給電配線１５１を流れる。また、第２周波数帯域の高周波信号は、周波数選択回路１６１により給電配線１５１に流れるのを極力排除され、周波数選択回路１６２により給電配線１５２を流れる。これにより、第１周波数帯域の高周波信号が逆位相で給電点１１１および１１２に給電され、第２周波数帯域の高周波信号が同位相で給電点１１１および１１２に給電されるので、第１周波数帯域の周波数選択性および指向性をさらに向上できる。
【００５８】
なお、周波数選択回路１６１および１６２のうちいずれか一方は、なくてもよい。これにより、第１周波数帯域の高周波信号を給電点１１１および１１２に略逆位相で給電すること、および、第２周波数帯域の高周波信号を給電点１１１および１１２に略同位相で給電することが可能となるので、高い周波数選択性および高い指向性を有する小型のパッチアンテナを提供できる。
【００５９】
［１．３  変形例に係るパッチアンテナの構成］
図６は、実施の形態の変形例に係るアンテナモジュール１Ａの平面図および断面図である。また、図７Ａは、実施の形態の変形例に係るパッチアンテナ１０Ａの給電導体パターン１１Ａ、グランド導体パターン１２Ａおよび誘電体基板２０を省略した場合の要部斜視図である。また、図７Ｂは、実施の形態の変形例に係るパッチアンテナ１０Ａにおける給電構成の一例を示す要部斜視図である。なお、図６の（ｂ）は、図６の（ａ）のＶＩ−ＶＩ線の切断面におけるアンテナモジュール１Ａの断面図である。
【００６０】
パッチアンテナ１０Ａは、誘電体基板２０と、グランド導体パターン１２Ａおよび１３Ａと、給電導体パターン１１Ａと、を備える。パッチアンテナ１０Ａは、図６、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、さらに、給電配線１５１Ａおよび１５２Ａと、周波数選択回路１６１Ａおよび１６２Ａと、を備える。なお、本変形例の係るパッチアンテナ１０Ａの外観斜視図は、図２に示されたパッチアンテナ１０において、給電導体パターン１１を給電導体パターン１１Ａに置き換え、グランド導体パターン１２および１３をグランド導体パターン１２Ａおよび１３Ａに置き換えたものと同様であるため、図示を省略している。
【００６１】
また、図６の（ｂ）に示すように、アンテナモジュール１Ａは、パッチアンテナ１０Ａと、ＲＦＩＣ３と、を備える。ＲＦＩＣ３は、給電導体パターン１１Ａに高周波信号を給電する給電回路である。ＲＦＩＣ３は、たとえば、誘電体基板２０が有する主面のうち給電導体パターン１１Ａが形成された主面と反対側の主面に配置されている。
【００６２】
図６および図７Ａに示すように、グランド導体パターン１３Ａは、誘電体基板２０の主面に略平行となるように誘電体基板２０の裏面側（ｚ軸負方向）の主面に形成され、グランド電位に設定される面状の第１グランド導体である。
【００６３】
また、給電導体パターン１１Ａは、グランド導体パターン１３Ａと対向するように（略平行となるように）誘電体基板２０に配置された面状の給電導体である。給電導体パターン１１Ａは、給電導体パターン１１Ａを平面視した場合（Ｚ軸正側から負側を見た場合）、給電導体パターン１１Ａの中心点に対して互いに反対側に位置する給電点１１１Ａ（第１給電点）および給電点１１２Ａ（第２給電点）を有している。給電点１１１Ａおよび給電点１１２Ａは、図６および図７Ａに示すように、それぞれ、給電ビア導体１４１Ａおよび１４２Ａに直接接続された給電導体パターン１１Ａ上の点である。なお、給電点１１１Ａおよび給電点１１２Ａは、上記中心点に対して互いに反対側に位置していればよいが、放射電波のより良好な指向性を確保するためには、図６の（ａ）に示すように、上記中心点からＹ軸方向に対称に配置されていることが望ましい。また、給電点１１１Ａおよび給電点１１２Ａは、それぞれ、給電ビア導体１４１Ａおよび１４２Ａから容量給電されてもよく、この場合には、給電点１１１Ａおよび給電点１１２Ａは、それぞれ、給電ビア導体１４１Ａおよび１４２Ａと直接接続されず、容量結合部を介して接続されていてもよい。
【００６４】
グランド導体パターン１２Ａは、図６に示すように、誘電体基板２０の主面に略平行となるように、グランド導体パターン１３Ａと給電導体パターン１１Ａとの間に形成され、グランド電位に設定される面状の第２グランド導体である。グランド導体パターン１２には、図６の（ａ）に示すように、給電ビア導体１４１Ａおよび１４２Ａを貫通させる開口部１２１Ａおよび１２２Ａが設けられている。
【００６５】
なお、本変形例に係るパッチアンテナ１０Ａにおいて、グランド導体パターン１２Ａは、なくてもよい。グランド導体パターン１２Ａが形成されることにより、給電配線１５１Ａおよび１５２Ａならびに給電ビア導体１４１Ａおよび１４２Ａのシールド性が強化されるので、より低雑音の高周波信号を放射または受信することが可能となる。
【００６６】
図６および図７Ａに示すように、給電配線１５１Ａおよび１５２Ａは、グランド導体パターン１３Ａと給電導体パターン１１Ａ（およびグランド導体パターン１２Ａ）とで挟まれた層に形成されている。給電配線１５１Ａは、給電分岐点１５０Ａおよび１５０Ｂの間に配置された第１給電配線である。また、給電配線１５２Ａは、給電分岐点１５０Ａおよび１５０Ｂの間に配置された第２給電配線である。給電配線１５１Ａおよび１５２Ａは、それぞれ、１本の共通給電配線の分岐点から分岐した配線である。共通給電配線（図示せず）は、例えば、ＲＦＩＣ３と給電分岐点１５０Ｂとを結ぶ配線である。
【００６７】
給電配線１５１Ａ上には、図７Ｂに示すように、周波数選択回路１６１Ａが配置されている。本変形例では、周波数選択回路１６１Ａは、給電配線１５１Ａの線路の一部を用いて形成されている。給電配線１５１Ａと周波数選択回路１６１Ａとは、図５に示されたように、回路構成としては給電分岐点１５０Ａおよび１５０Ｂの間に直列接続されている。周波数選択回路１６１Ａは、例えば、図７Ｂに示すように、インダクタ１５１Ｌと、キャパシタ１５１Ｃとが直列接続された、いわゆるＬＣ直列共振回路となっている。インダクタ１５１Ｌは、給電配線１５１Ａの線幅が細くなった部分に設定されている。キャパシタ１５１Ｃは、給電配線１５１Ａが不連続となった部分と、当該部分を覆うように給電配線１５１Ａが形成された層と対向する層に配置された電極とを含む。上記回路構成により、周波数選択回路１６１Ａは、例えば、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）を構成する。
【００６８】
給電配線１５２Ａ上には、図７Ｂに示すように、周波数選択回路１６２Ａが配置されている。本変形例では、周波数選択回路１６２Ａは、給電配線１５２Ａの線路の一部を用いて形成されている。給電配線１５２Ａと周波数選択回路１６２Ａとは、図５に示されたように、回路構成としては給電分岐点１５０Ａおよび１５０Ｂの間に直列接続されている。周波数選択回路１６２Ａは、例えば、図７Ｂに示すように、インダクタ１５２Ｌと、キャパシタ１５２Ｃとが並列接続された、いわゆるＬＣ並列共振回路となっている。インダクタ１５２Ｌは、給電配線１５２Ａの線幅が細くなった部分に設定されている。キャパシタ１５２Ｃは、給電配線１５２Ａが不連続となった部分と、当該部分を覆うように給電配線１５２Ａが形成された層と対向する層に配置された電極とを含む。上記回路構成により、周波数選択回路１６２Ａは、例えば、帯域除去フィルタ（ＢＥＦ）を構成する。
【００６９】
給電分岐点１５０Ａは、給電ビア導体１４１Ａを介して給電点１１１Ａと接続され、給電分岐点１５０Ｂは、給電ビア導体１４２Ａを介して給電点１１２Ａと接続されている。
【００７０】
周波数選択回路１６１Ａおよび１６２Ａは、それぞれ、周波数帯域に応じて高周波信号を通過および減衰させる回路である。
【００７１】
本変形例の上記構成によれば、周波数選択回路１６１Ａにより、第１周波数帯域の高周波信号を、給電配線１５１Ａを介して、給電点１１１Ａおよび１１２Ａに略逆位相で給電することが可能となる。また、周波数選択回路１６２Ａにより、第２周波数帯域の高周波信号を、給電配線１５２Ａを介して、給電点１１１Ａおよび１１２Ａに略同位相で給電することが可能となる。これにより、第１周波数帯域の電波の指向性を向上させつつ、第２周波数帯域の電波の放射を抑制できる。つまり、高い周波数選択性および高い指向性を実現できる。ここで、パッチアンテナ１０Ａは、高い周波数選択性を実現すべく、給電配線１５１Ａおよび１５２Ａの逆相給電および同相給電を利用している。このため、周波数選択回路１６１Ａおよび１６２Ａに要求される高周波信号の通過特性は、フィルタ回路のみで放射電波の周波数選択性を向上させる従来のアンテナモジュールのフィルタ回路に要求される通過特性と比較して緩和できる。つまり、従来のアンテナモジュールのフィルタ回路に比べて、周波数選択回路１６１Ａおよび１６２Ａの急峻性および挿入損失などの通過特性を緩和できるので、周波数選択回路１６１Ａおよび１６２Ａを小型化しつつ、高い周波数選択性および高い指向性を有する小型のパッチアンテナ１０Ａを提供できる。
【００７２】
なお、本変形例に係るパッチアンテナ１０Ａでは、図６の（ａ）に示すように、給電配線１５１Ａおよび１５２Ａ、ならびに、周波数選択回路１６１Ａおよび１６２Ａは、給電導体パターン１１Ａを平面視した場合、給電導体パターン１１Ａの形成領域内に配置されている。
【００７３】
これにより、上記平面視において、給電配線１５１Ａおよび１５２Ａ、ならびに、周波数選択回路１６１Ａおよび１６２Ａが給電導体パターン１１Ａの形成領域外に配置されていないので、パッチアンテナ１０Ａおよびアンテナモジュール１Ａを小型化できる。
【００７４】
さらに、本変形例に係るパッチアンテナ１０Ａでは、給電配線１５１Ａおよび１５２Ａ、ならびに、周波数選択回路１６１Ａおよび１６２Ａを、グランド導体パターン１３Ａと給電導体パターン１１Ａとで挟まれた領域に形成できるので、グランド導体パターン１３Ａおよび給電導体パターン１１Ａが形成された層の面積を増大させることがないので、パッチアンテナ１０Ａの省面積化を達成できる。
【００７５】
［１．４  パッチアンテナの特性］
以下、本実施の形態に係るパッチアンテナ１０の給電特性および放射特性について示す。
【００７６】
図８Ａは、比較例に係るパッチアンテナの３つの周波数帯域における高周波信号の位相状態を表す図である。また、図８Ｂは、実施の形態に係るパッチアンテナ１０の３つの周波数帯域における高周波信号の位相状態を表す図である。図８Ａおよび図８Ｂには、異なる３つの周波数帯域を有する高周波信号を共通給電配線に印加した場合の、給電配線１５１および１５２、ならびに、給電ビア導体１４１および１４２に流れる高周波信号の位相分布を統合して表したシミュレーション結果が示されている。
【００７７】
なお、比較例に係るパッチアンテナは、実施の形態に係るパッチアンテナ１０と比較して、周波数選択回路１６１、１６２および第２周波数帯域の高周波信号を同相給電する給電配線１５２が配置されていない点が構成として異なる。
【００７８】
図８Ａに示すように、比較例に係るパッチアンテナでは、（ａ）２５．０ＧＨｚを中心周波数とする周波数帯域（第２周波数帯域）、（ｂ）２８．０ＧＨｚを中心周波数とする周波数帯域（第１周波数帯域：２６．５−２９．５ＧＨｚ）、および（ｃ）３１．０ＧＨｚを中心周波数とする周波数帯域（第２周波数帯域）、の３つの周波数帯域において、いずれの場合も、給電点１１２に接続された給電ビア導体１４１には、位相差が０°である高周波信号が主として流れ、給電点１１１に接続された給電ビア導体１４２には、位相差が１８０°である高周波信号が主として流れている。つまり、比較例に係るパッチアンテナでは、上記３つの周波数帯域において、給電点１１１および１１２には略逆相給電されている。
【００７９】
これに対して、図８Ｂに示すように、実施の形態に係るパッチアンテナ１０では、（ａ）２５．０ＧＨｚを中心周波数とする周波数帯域（第２周波数帯域）、および、（ｃ）３１．０ＧＨｚを中心周波数とする周波数帯域（第２周波数帯域）では、給電ビア導体１４１には位相差が０°である高周波信号が主として流れ、給電ビア導体１４２にも位相差が０°である高周波信号が主として流れている。一方、（ｂ）２８．０ＧＨｚを中心周波数とする周波数帯域（第１周波数帯域：２６．５−２９．５ＧＨｚ）では、給電ビア導体１４１には位相差が０°である高周波信号が主として流れ、給電ビア導体１４２には位相差が１８０°である高周波信号が主として流れている。つまり、実施の形態に係るパッチアンテナ１０では、上記３つの周波数帯域のうち２つの周波数帯域（中心周波数２５．０ＧＨｚ、３１．０ＧＨｚ）において、給電点１１１および１１２には略同相給電され、１つの周波数帯域（中心周波数２８．０ＧＨｚ）において、給電点１１１および１１２には略逆相給電されている。
【００８０】
図９は、実施の形態および比較例に係るパッチアンテナにおけるアンテナ効率の周波数特性を比較したグラフである。
【００８１】
同図に示すように、比較例に係るパッチアンテナでは、上記３つの周波数帯域（中心周波数２５．０ＧＨｚ、２８．０ＧＨｚ、３１．０ＧＨｚ）において、２つの給電点１１１および１１２に略逆相給電されているため、上記３つの周波数帯域にわたる広範囲な周波数帯域で、給電導体パターンから高いアンテナ効率で電波が放射されている。
【００８２】
これに対して、実施の形態に係るパッチアンテナ１０では、１つの周波数帯域（中心周波数２８．０ＧＨｚ）において、２つの給電点１１１および１１２に略逆相給電されているため、給電導体パターン１１から高いアンテナ効率で電波が放射されているが、２つの周波数帯域（中心周波数２５．０ＧＨｚ、３１．０ＧＨｚ）において、２つの給電点１１１および１１２に略同相給電されているため、給電導体パターン１１からの放射が抑制されている。
【００８３】
つまり、実施の形態に係るパッチアンテナ１０および比較例に係るパッチアンテナの給電特性および放射特性を比較すると、実施の形態に係るパッチアンテナ１０のほうが、高い周波数選択性を有していることが解る。複数の周波数帯域のうちの一の周波数帯域の高周波信号を放射させ、隣接する他の周波数帯域の高周波信号の放射を抑制したい場合、比較例に係るパッチアンテナよりも本実施の形態に係るパッチアンテナ１０のほうが有利である。
【００８４】
なお、変形例に係るパッチアンテナ１０Ａについても、実施の形態に係るパッチアンテナ１０と同様に、比較例に係るパッチアンテナよりも高い周波数選択性を有する。
【００８５】
（その他の実施の形態など）
以上、本発明に係るアンテナ素子、アンテナモジュールおよび通信装置について、実施の形態および変形例を挙げて説明したが、本発明のアンテナ素子、アンテナモジュールおよび通信装置は、上記実施の形態および変形例に限定されるものではない。上記実施の形態および変形例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態および変形例に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本開示のアンテナ素子、アンテナモジュールおよび通信装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
【００８６】
なお、本実施の形態および変形例における給電導体パターンの「給電点」とは、グランド導体パターン側から給電導体パターンが配置された層まで給電配線が立ち上がった、当該給電導体パターンの位置（点）を指す。ただし、給電配線が隙間をあけて貫通する開口部が給電導体パターンに設けられている場合には、当該給電導体パターンのうち上記位置に最近接する領域を指すことがある。
【００８７】
また、例えば、実施の形態および変形例に係るパッチアンテナは、Ｍａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯシステムにも適用できる。５Ｇ（第５世代移動通信システム）で有望な無線伝送技術の１つは、ファントムセルとＭａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯシステムとの組み合わせである。ファントムセルは、低い周波数帯のマクロセルと高い周波数帯のスモールセルとの間で通信の安定性を確保するための制御信号と、高速データ通信の対象であるデータ信号とを分離するネットワーク構成である。各ファントムセルにＭａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯのアンテナ装置が設けられる。Ｍａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯシステムは、ミリ波帯等において伝送品質を向上させるための技術であり、各パッチアンテナから送信される信号を制御することで、パッチアンテナの指向性を制御する。また、Ｍａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯシステムは、多数のパッチアンテナを用いるため、鋭い指向性のビームを生成することができる。ビームの指向性を高めることで高い周波数帯でも電波をある程度遠くまで飛ばすことができるとともに、セル間の干渉を減らして周波数利用効率を高めることができる。
【００８８】
また、上記実施の形態およびその変形例に係るパッチアンテナは、誘電体基板を有する構成としたが、本発明に係るパッチアンテナは、誘電体基板の代わりに、板金で形成されていてもよい。よって、上記パッチアンテナを複数有するアンテナ装置において、当該複数のパッチアンテナは、同一の誘電体基板に形成されるだけでなく、同一の基板に形成されていてもよく、また、上記複数のパッチアンテナの一部が誘電体基板とは別の部材（例えば、筐体等）に形成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、マルチバンド対応のアンテナ素子として、ミリ波帯移動体通信システムおよびＭａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯシステムなどの通信機器に広く利用できる。
【符号の説明】
【００９０】
１、１Ａ    アンテナモジュール
２    ベースバンド信号処理回路（ＢＢＩＣ）
３    ＲＦ信号処理回路（ＲＦＩＣ）
４    アレイアンテナ
５    通信装置
１０、１０Ａ    パッチアンテナ
１１、１１Ａ    給電導体パターン
１２、１２Ａ、１３、１３Ａ    グランド導体パターン
２０    誘電体基板
３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄ、３７    スイッチ
３２ＡＲ、３２ＢＲ、３２ＣＲ、３２ＤＲ    ローノイズアンプ
３２ＡＴ、３２ＢＴ、３２ＣＴ、３２ＤＴ    パワーアンプ
３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄ    減衰器
３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ、３５Ｄ    移相器
３６    信号合成／分波器
３８    ミキサ
３９    増幅回路
１１１、１１１Ａ、１１２、１１２Ａ    給電点
１２１、１２１Ａ、１２２、１２２Ａ、１３１    開口部
１４１、１４１Ａ、１４２、１４２Ａ    給電ビア導体
１５０Ａ、１５０Ｂ    給電分岐点
１５１、１５１Ａ、１５２、１５２Ａ    給電配線
１５１Ｃ、１５２Ｃ    キャパシタ
１５１Ｌ、１５２Ｌ    インダクタ
１６１、１６１Ａ、１６２、１６２Ａ    周波数選択回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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