(57)【要約】【課題】送受信回路素子と放射素子とを、ビアを介することなく結合させることにより損失を低減させることが可能なアンテナモジュールを提供する。【解決手段】基板の第１の面に放射素子が配置されている。さらに、第１の面に、放射素子に結合する第１の給電線路が配置されている。基板の第１の面とは反対側の第２の面に、第２の面に実装される送受信回路素子に接続される第２の給電線路が配置されている。第１の給電線路と第２の給電線路とが前記基板の第１の領域において磁界結合している。放射素子が配置された第２の領域と、送受信回路素子が実装される第３の領域とが、第１の領域を挟むように配置されている。基板の第１の領域は湾曲可能である。【選択図】図１
2019114938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の第１の面に配置された放射素子と、
前記第１の面に配置され、前記放射素子に結合する第１の給電線路と、
前記基板の前記第１の面とは反対側の第２の面に配置され、前記第２の面に実装される送受信回路素子に接続される第２の給電線路と
を有し、前記第１の給電線路と前記第２の給電線路とが前記基板の第１の領域において磁界結合しており、
前記放射素子が配置された第２の領域と、前記送受信回路素子が実装される第３の領域とが、前記第１の領域を挟むように配置されており、
前記基板の前記第１の領域は湾曲可能であるアンテナモジュール。
【請求項２】
前記第１の給電線路の幅が、前記第３の領域から前記第２の領域に向かって狭くなり、前記第２の給電線路の幅が、前記第３の領域から前記第２の領域に向かって広くなっている請求項１に記載のアンテナモジュール。
【請求項３】
さらに、
前記基板の前記第３の領域の前記第１の面に形成され、前記第１の給電線路を経由して前記放射素子に接続された第１のグランドプレーンと、
前記基板の前記第３の領域の前記第２の面に形成された第２のグランドプレーンと、
前記基板に設けられ、前記第１のグランドプレーンと前記第２のグランドプレーンとを接続するビアと
を有する請求項１または２に記載のアンテナモジュール。
【請求項４】
さらに、前記基板の前記第２の領域の前記第２の面に形成され、前記放射素子とともにパッチアンテナを構成する第３のグランドプレーンを有し、前記第３のグランドプレーンは前記第２の給電線路に接続されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
【請求項５】
前記基板の前記第２の領域及び前記第１の領域に形成され、前記送受信回路素子に中間周波信号、局所信号、及び直流電力の少なくとも１つを供給する信号ラインと、
前記信号ラインを、前記第２の領域において外部の回路に接続する端子と
を有する請求項１乃至４のいずれか１項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】
本発明は、アンテナモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッドラミネートモジュール基板にＲＦＩＣを実装し、片面に放射素子を形成したアンテナシステムが公知である（特許文献１）。このアンテナシステムにおいては、フレキシブル基板のダイ領域の一方の面にＲＦＩＣが実装され、他方の面にＦＲ−４基板が固定されている。ＦＲ−４基板が固定された面に放射素子が形成されている。
【０００３】
異なる方向を向く複数の面に取り付けられたアンテナ素子を有するワイヤレスデバイスが公知である（特許文献２）。この構成により、ＬＯＳカバレッジを改善することができる。例えば、複数の放射素子がＬ字形ガラス基板の外面上に形成される。送受信回路を含むＲＦチップが、ガラス基板を通して形成されたビアを通って複数の放射素子に結合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許公開第２０１２／０２３５８８１号
【特許文献２】国際公開第２０１３／０３３６５０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されたアンテナシステムにおいては、フレキシブル基板の一方の面に実装された高周波の送受信回路素子（ＲＦＩＣ）と、他方の面に形成された放射素子とを接続するためのビアが必要である。特許文献２に開示されたワイヤレスデバイスにおいても、送受信回路素子（ＲＦチップ）と放射素子とを結合するためのビアが必要である。
【０００６】
送受信回路素子と放射素子とを結合する給電線路がビアを含むと、ビアの部分で損失が生じてしまう。本発明の目的は、送受信回路素子と放射素子とを、ビアを介することなく結合させることにより損失を低減させることが可能なアンテナモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点によるアンテナモジュールは、
基板の第１の面に配置された放射素子と、
前記第１の面に配置され、前記放射素子に結合する第１の給電線路と、
前記基板の前記第１の面とは反対側の第２の面に配置され、前記第２の面に実装される送受信回路素子に接続される第２の給電線路と
を有し、前記第１の給電線路と前記第２の給電線路とが前記基板の第１の領域において磁界結合しており、
前記放射素子が配置された第２の領域と、前記送受信回路素子が実装される第３の領域とが、前記第１の領域を挟むように配置されており、
前記基板の前記第１の領域は湾曲可能である。
【０００８】
基板に設けられるビアを介することなく、送受信回路素子と放射素子とが結合する。これにより、ビアに起因する損失を無くすことができる。基板を第１の領域で湾曲させることにより、放射素子の放射面の向く方向を変えることができる。
【０００９】
本発明の第２の観点によるアンテナモジュールは、第１の観点によるアンテナモジュールの構成に加えて、
前記第１の給電線路の幅が、前記第３の領域から前記第２の領域に向かって狭くなり、前記第２の給電線路の幅が、前記第３の領域から前記第２の領域に向かって広くなっているという特徴を有する。
【００１０】
第１の給電線路と第２の給電線路とを等幅で構成する場合と比べて、結合の帯域幅を広くすることができる。また、基板を第１の領域で湾曲させたときの断線や損失を抑制することができる。
【００１１】
本発明の第３の観点によるアンテナモジュールは、第１または第２の観点によるアンテナモジュールの構成に加えて、
さらに、
前記基板の前記第３の領域の前記第１の面に形成され、前記第１の給電線路を経由して前記放射素子に接続された第１のグランドプレーンと、
前記基板の前記第３の領域の前記第２の面に形成された第２のグランドプレーンと、
前記基板に設けられ、前記第１のグランドプレーンと前記第２のグランドプレーンとを接続するビアと
を有する。
【００１２】
放射素子が第１のグランドプレーン及び第２のグランドプレーンに直流的に接続されるため、サージ電圧等による送受信回路素子の静電破壊を抑制することができる。
【００１３】
本発明の第４の観点によるアンテナモジュールは、第１から第３まで３の観点によるアンテナモジュールの構成に加えて、
さらに、前記基板の前記第２の領域の前記第２の面に形成され、前記放射素子とともにパッチアンテナを構成する第３のグランドプレーンを有し、前記第３のグランドプレーンは前記第２の給電線路に接続されているという特徴を有する。
【００１４】
基板を湾曲させることにより、パッチアンテナの放射面の向く方向を変化させることができる。
【００１５】
本発明の第５の観点によるアンテナモジュールは、第１から第４まで３の観点によるアンテナモジュールの構成に加えて、
前記基板の前記第２の領域及び前記第１の領域に形成され、前記送受信回路素子に中間周波信号、局所信号、及び直流電力の少なくとも１つを供給する信号ラインと、
前記信号ラインを、前記第２の領域において外部の回路に接続する端子と
を有する。
【００１６】
送受信回路に中間周波信号、局所信号、及び直流電力の少なくとも１つを供給する信号ラインと、送受信回路と放射素子とを結合する第１の伝送線路及び第２の伝送線路とが共通の基板に形成される。このため、部品点数を削減することが可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
基板に設けられるビアを介することなく、送受信回路素子と放射素子とが結合する。これにより、ビアに起因する損失を無くすことができる。基板を第１の領域で湾曲させることにより、放射素子の放射面の向く方向を変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ第１実施例によるアンテナモジュールの平面図及び底面図である。
【図２】図２Ａは、図１Ａ及び図１Ｂの一点鎖線２Ａ−２Ａにおける断面図であり、図２Ｂは湾曲した状態の断面図である。
【図３】図３は、第２実施例によるアンテナモジュールの断面図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ第３実施例によるアンテナモジュールの平面図及び底面図である。
【図５】図５は、図４Ａ及び図４Ｂの一点鎖線５−５における断面図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ第４実施例によるアンテナモジュールの平面図及び底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第１実施例］
図１Ａから図２Ｂまでの図面を参照して、第１実施例によるアンテナモジュールについて説明する。
【００２０】
図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ第１実施例によるアンテナモジュールの平面図及び底面図である。基板１０の上面（第１の面）に放射素子２０、第１の給電線路２１、及び第１のグランドプレーン２２が配置されている。第１の給電線路２１は、その一端において放射素子２０に結合（連続）しており、他端において第１のグランドプレーン２２に結合（連続）している。第１の給電線路２１が延びる方向をｙ軸方向とし、上面の法線方向をｚ軸の正方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。
【００２１】
基板１０の底面（第２の面）に、第２のグランドプレーン２６、第２の給電線路２７、及び第３のグランドプレーン２８が配置されている。第２の給電線路２７はｙ軸方向に延び、第１の給電線路２１と磁界結合している。基板１０をｙ軸方向に３つの領域に区分し、第１の給電線路２１と第２の給電線路２７とが磁界結合している領域を第１の領域１０Ａと定義する。第１の領域１０Ａの一方の側を第２の領域１０Ｂ、及び他方の側を第３の領域１０Ｃと定義する。
【００２２】
放射素子２０及び第３のグランドプレーン２８は、第２の領域１０Ｂに配置されている。放射素子２０と第３のグランドプレーン２８とによってパッチアンテナが構成される。第１のグランドプレーン２２及び第２のグランドプレーン２６は第３の領域１０Ｃに配置されている。基板１０の第３の領域１０Ｃの底面に送受信回路素子３０が実装される。第２の給電線路２７の一端が第３のグランドプレーン２８に結合（連続）しており、他端が送受信回路素子３０に接続される。送受信回路素子３０のグランド端子が第２のグランドプレーン２６に接続される。第２のグランドプレーン２６は、基板１０に設けられたビア２５を介して第１のグランドプレーン２２に接続されている。
【００２３】
第１の給電線路２１は、第３の領域１０Ｃから第２の領域１０Ｂに向かって徐々に細くなっており、第２の給電線路２７が、その逆に第３の領域１０Ｃから第２の領域１０Ｂに向かって徐々に太くなっている。なお、第１の給電線路２１及び第２の給電線路２７の幅を階段状に変化させてもよい。
【００２４】
図２Ａは、図１Ａ及び図１Ｂの一点鎖線２Ａ−２Ａにおける断面図である。基板１０の上面に放射素子２０、第１の給電線路２１、及び第１のグランドプレーン２２が設けられている。基板１０の底面に第２のグランドプレーン２６、第２の給電線路２７、及び第３のグランドプレーン２８が設けられている。第１のグランドプレーン２２と第２のグランドプレーン２６とが、基板１０に設けられたビア２５によって相互に接続されている。基板１０の底面に送受信回路素子３０が、例えばフリップチップボンディングにより実装されている。
【００２５】
第１の給電線路２１と第２の給電線路２７とは、ビアによって接続されておらず、磁界結合している。
【００２６】
基板１０の第１の領域１０Ａは湾曲可能である。例えば、基板１０としてフレキシブル基板が用いられる。基板１０を第１の領域１０Ａにおいて湾曲させた状態の断面図を図２Ｂに示す。なお、基板１０は、放射素子２０が配置された第２の領域１０Ｂにおいても湾曲させることができる。送受信回路素子３０を基板１０にフリップチップボンディングするときには、基板１０の上面を硬い基板（リジッド基板）に仮固定しておくとよい。
【００２７】
次に、第１実施例によるアンテナモジュールの構成を採用することにより得られる優れた効果について説明する。第１実施例では、送受信回路素子３０と放射素子２０とが、基板１０を貫通するビアを経由することなく、第２の給電線路２７と第１の給電線路２１との磁界結合を介して結合している。このため、ビアに起因する伝送損失が生じない。
【００２８】
放射素子２０が第１の給電線路２１を介して第１のグランドプレーン２２に接続されている。第１のグランドプレーン２２は、ビア２５及び第２のグランドプレーン２６を介して送受信回路素子３０のグランド端子に接続される。このように、放射素子２０が直流的にはグランドに接続されるため、サージ電圧等による送受信回路素子３０の静電破壊が生じにくいという効果が得られる。
【００２９】
第３の領域１０Ｃから第２の領域１０Ｂに向かって第１の給電線路２１が徐々に細くなり、第２の給電線路２７が徐々に太くなることにより、第１の給電線路２１及び第２の給電線路２７がインピーダンス変換機能を持つ。第１の給電線路２１及び第２の給電線路２７を等幅にする場合に比べて、磁界結合する帯域幅を広くすることができる。さらに、第１の給電線路２１及び第２の給電線路２７の長さを放射素子２０の動作周波数の波長の１／４倍以下にしても、マッチングを取ることができる。このため、第１の領域１０Ａのｙ軸方向の寸法を小さくすることができる。
【００３０】
また、第１実施例では、基板１０を第１の領域１０Ａで湾曲させることにより、放射素子２０の放射面を変化させることができる。また、第１の領域１０Ａに配置されている第１の給電線路２１及び第２の給電線路２７が、等幅の給電線路を用いる場合と比べて太いため、基板１０を湾曲させたときの断線等が発生しにくい。さらに、基板１０を湾曲させたときの伝送損失の増大を抑制することができる。
【００３１】
第１実施例では、放射素子２０が配置された第２の領域１０Ｂ、及び送受信回路素子３０が実装される第３の領域１０Ｃにフレキシブル基板を用いたが、第２の領域１０Ｂ及び第３の領域１０Ｃにリジッド基板を用いてもよい。
【００３２】
［第２実施例］
次に、図３を参照して第２実施例によるアンテナモジュールについて説明する。以下、図１Ａから図２Ｂ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モジュールと共通の構成については説明を省略する。
【００３３】
図３は、第２実施例によるアンテナモジュールの断面図である。第２実施例においては、基板１０の第３の領域１０Ｃの上面にリジッド基板１５が固定されている。リジッド基板１５は、例えば接着剤、ハンダ等によって第１のグランドプレーン２２の表面に固定されている。
【００３４】
リジッド基板１５は、基板１０の第３の領域１０Ｃの機械的強度を補強する機能を持つ。リジッド基板１５を配置することにより、送受信回路素子３０と基板１０との接続箇所の信頼性を高めることができる。
【００３５】
［第３実施例］
次に、図４Ａ、図４Ｂ、及び図５を参照して、第３実施例によるアンテナモジュールについて説明する。以下、図１Ａから図２Ｂ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モジュールと共通の構成については説明を省略する。
【００３６】
図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ第３実施例によるアンテナモジュールの平面図及び底面図である。基板１０の底面に信号ライン３２が配置されている。信号ライン３２は、第２の領域１０Ｂから第１の領域１０Ａを通過して第３の領域１０Ｃまで延びる。信号ライン３２の第２の領域１０Ｂ側の端部に、接続用の端子３３が設けられている。接続用の端子３３として、例えば同軸ケーブル用コネクタ、基板接続用ランド等が用いられる。信号ライン３２の第３の領域１０Ｃ側の端部に、接続用のランド３４が設けられている。
【００３７】
基板１０の上面の、信号ライン３２に対応する領域に第４のグランドプレーン２３が設けられている。第４のグランドプレーン２３は第１のグランドプレーン２２に連続している。信号ライン３２と第４のグランドプレーン２３とにより、マイクロストリップラインが構成される。
【００３８】
基板１０の底面にダイプレクサ３５が実装される。ダイプレクサ３５の信号端子は、ランド３４を介して信号ライン３２に接続される。ダイプレクサ３５のグランド端子は第２のグランドプレーン２６に接続される。
【００３９】
図５は、図４Ａ及び図４Ｂの一点鎖線５−５における断面図である。基板１０の底面に信号ライン３２、端子３３、ランド３４、及び第２のグランドプレーン２６が形成されており、上面に第４のグランドプレーン２３及び第１のグランドプレーン２２が形成されている。基板１０の裏面にダイプレクサ３５が実装されている。ダイプレクサ３５の信号端子がランド３４に接続され、グランド端子が第２のグランドプレーン２６に接続されている。
【００４０】
信号ライン３２を介して、外部から中間周波信号、局所信号、及び直流電力がダイプレクサ３５に供給される。ダイプレクサ３５は、信号ライン３２に重畳されたこれらの信号を分離して送受信回路素子３０に供給する。
【００４１】
次に、第３実施例によるアンテナモジュールの構成を採用することにより得られる優れた効果について説明する。第３実施例では、信号ライン３２を通して、外部の回路、例えばベースバンドモジュール等から送受信回路素子３０にローカル信号、中間周波信号、及び直流電力を供給することができる。放射素子２０に高周波信号を供給する第１の給電線路２１、第２の給電線路２７、及び送受信回路素子３０とベースバンドモジュールとを接続する信号ライン３２を、共通の基板１０に形成されているため、部品点数を削減することが可能になる。
【００４２】
第３実施例では、１本の信号ライン３２にローカル信号、中間周波信号、及び直流電力を重畳させたが、ローカル信号及び中間周波信号を伝送する信号ラインを別々に設け、直流電力を供給する電源ラインをさらに別に設けてもよい。
【００４３】
［第４実施例］
次に、図６Ａ及び図６Ｂを参照して第４実施例によるアンテナモジュールについて説明する。以下、図１Ａから図２Ｂ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モジュールと共通の構成については説明を省略する。
【００４４】
図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ第４実施例によるアンテナモジュールの平面図及び底面図である。第１実施例では、基板１０の第２の領域１０Ｂの上面に１つの放射素子２０（図１）が配置されていたが、第４実施例では、複数の放射素子２０が、ｘ軸方向を行方向としｙ軸方向を列方向とする行列状に配置されている。例えば、図６Ａでは、受信用の複数の放射素子２０Ａが４行４列の行列状に配置され、送信用の複数の放射素子２０Ｂが４行２列の行列状に配置されている。複数の放射素子２０は、列ごとに伝送線路２９によって直列に結合されている。複数の放射素子２０の複数の列にそれぞれ対応して、複数の第１の給電線路２１が配置されている。
【００４５】
基板１０の第２の領域１０Ｂの底面に設けられた第３のグランドプレーン２８は、受信用の放射素子２０Ａに対応する部分２８Ａと、送信用の放射素子２０Ｂに対応する部分２８Ｂとに分離されている。
【００４６】
次に、第４実施例によるアンテナモジュールの構成を採用することにより得られる優れた効果について説明する。第４実施例では、ｙ軸方向に複数の放射素子２０を配置することにより、ｙ軸方向に関する指向性を鋭くし、ピーク利得を高めることができる。
【００４７】
ｘ軸方向に関しては、複数の放射素子２０の各列を実効的な単体素子とするＭＩＭＯ用のアレーアンテナ、またはフェーズドアレーアンテナとして動作させることができる。第３のグランドプレーン２８を、受信用の部分２８Ａと送信用の部分２８Ｂとに分離することにより、送受信間のアイソレーションを確保することができる。
【００４８】
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】
【００４９】
１０  基板
１０Ａ  第１の領域
１０Ｂ  第２の領域
１０Ｃ  第３の領域
１５  リジッド基板
２０  放射素子
２０Ａ  受信用の放射素子
２０Ｂ  送信用の放射素子
２１  第１の給電線路
２２  第１のグランドプレーン
２３  第４のグランドプレーン
２５  ビア
２６  第２のグランドプレーン
２７  第２の給電線路
２８  第３のグランドプレーン
２８Ａ  受信用の放射素子に対応する部分
２８Ｂ  送信用の放射素子に対応する部分
２９  伝送線路
３０  送受信回路素子
３２  信号ライン
３３  端子
３４  ランド
３５  ダイプレクサ
【図１】
2019114938.tif 000003
【図２】
2019114938.tif 000004
【図３】
2019114938.tif 000005
【図４】
2019114938.tif 000006
【図５】
2019114938.tif 000007
【図６】
2019114938.tif 000008