(57)【要約】【課題】高周波数帯のアンテナと低周波数帯のアンテナとを有し、高周波数帯のアンテナの電波の放射方向を微調整することが可能なマルチアンテナモジュールを提供する。【解決手段】誘電体基板に第１の放射素子、及び第１の放射素子よりも低周波数帯で動作する第２の放射素子が設けられている。誘電体基板にグランドプレーンが設けられている。さらに、誘電体基板に、第１の放射素子及び第２の放射素子にそれぞれ給電を行う第１の給電線及び第２の給電線が設けられている。第１のスイッチ素子が、第２の放射素子に信号の給電を行う第１の状態と、第２の放射素子を、終端インピーダンスを介してグランドプレーンに接続した状態、第２の給電線及びグランドプレーンに対してフローティングにした状態、グランドプレーンに短絡させた状態の少なくとも１つの状態を含む第２の状態とを切り替える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板に設けられた第１の放射素子と、
前記誘電体基板に設けられ、前記第１の放射素子よりも低周波数帯で動作する第２の放射素子と、
前記誘電体基板に設けられたグランドプレーンと、
前記誘電体基板に設けられ、前記第１の放射素子に給電を行う第１の給電線と、
前記誘電体基板に設けられ、前記第２の放射素子に給電を行う第２の給電線と、
前記第２の放射素子に前記第２の給電線を経由して信号の給電を行う第１の状態と、前記第２の放射素子を、終端インピーダンスを介して前記グランドプレーンに接続した状態、前記第２の給電線及び前記グランドプレーンに対してフローティングにした状態、前記グランドプレーンに短絡させた状態の少なくとも１つの状態を含む第２の状態とを切り替える第１のスイッチ素子と
を有するマルチアンテナモジュール。
【請求項２】
前記終端インピーダンスの抵抗成分、インダクタンス成分、及びキャパシタンス成分が固定値である請求項１に記載のマルチアンテナモジュール。
【請求項３】
前記終端インピーダンスは前記第２の放射素子の入力インピーダンスに整合している請求項１または２に記載のマルチアンテナモジュール。
【請求項４】
前記終端インピーダンスは５０Ωである請求項３に記載のマルチアンテナモジュール。
【請求項５】
前記第１の放射素子に前記第１の給電線を経由して信号の給電を行う第３の状態と、前記第１の放射素子を、前記終端インピーダンスを介して前記グランドプレーンに接続した状態、前記第１の給電線及び前記グランドプレーンに対してフローティングにした状態、前記グランドプレーンに短絡させた状態の少なくとも１つの状態を含む第４の状態とを切り替える第２のスイッチ素子を、さらに有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマルチアンテナモジュール。
【請求項６】
前記誘電体基板は可撓性を有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマルチアンテナモジュール。
【請求項７】
前記第１の放射素子は、前記誘電体基板の一方の第１の面に配置されており、前記誘電体基板の前記第１の面とは反対側の第２の面または内部に、前記第１の放射素子に接続された第１のフロントエンド回路及び送受信回路が実装されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載のマルチアンテナモジュール。
【請求項８】
前記誘電体基板の前記第２の面または内部に、さらに、前記第２の放射素子に接続された第２のフロントエンド回路が実装されている請求項７に記載のマルチアンテナモジュール。
【請求項９】
前記第２のフロントエンド回路は、前記第２の放射素子に伝送する送信信号を増幅するパワーアンプを備えている請求項８に記載のマルチアンテナモジュール。
【請求項１０】
前記第２のフロントエンド回路は、前記パワーアンプの出力端に接続されたアイソレータを含む請求項９に記載のマルチアンテナモジュール。
【請求項１１】
前記第１の放射素子は、前記グランドプレーンと共に、２８ＧＨｚ帯、またはミリ波帯で動作するパッチアンテナを構成し、前記第２の放射素子は、６ＧＨｚ以下の周波数帯で動作する請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のマルチアンテナモジュール。
【請求項１２】
画像表示パネルと、
前記画像表示パネルに重なる位置に配置された第１のマルチアンテナモジュールと
を有し、
前記第１のマルチアンテナモジュールは、
誘電体基板に設けられた第１の放射素子と、
前記誘電体基板に設けられ、前記第１の放射素子よりも低周波数帯で動作する第２の放射素子と、
前記誘電体基板に設けられたグランドプレーンと、
前記誘電体基板に設けられ、前記第１の放射素子に給電を行う第１の給電線と、
前記誘電体基板に設けられ、前記第２の放射素子に給電を行う第２の給電線と、
前記第２の放射素子を、前記第２の給電線に接続した第１の状態と、終端インピーダンスを介して前記グランドプレーンに接続した状態、前記第２の給電線及び前記グランドプレーンに対してフローティングにした状態、前記グランドプレーンに短絡させた状態の少なくとも１つの状態を含む第２の状態とを切り替える第１のスイッチ素子と
を有する携帯端末。
【請求項１３】
前記誘電体基板は、前記画像表示パネルの表示面側に配置された透明の基板であり、
前記第１の放射素子、前記第２の放射素子、前記グランドプレーン、前記第１の給電線、及び前記第２の給電線は透明導電材料で形成されている請求項１２に記載の携帯端末。
【請求項１４】
さらに、前記第１のマルチアンテナモジュールと実質的に同一の構成を持つ第２のマルチアンテナモジュールを有し、
前記画像表示パネルは、平面視において相互に直交する２方向のうち第１の方向の寸法が第２の方向の寸法より大きく、
前記第１のマルチアンテナモジュールと前記第２のマルチアンテナモジュールとは、前記第１の方向に離れて配置されている請求項１２または１３に記載の携帯端末。
【請求項１５】
前記第１のマルチアンテナモジュールは、前記画像表示パネルの前記第１の方向の端部より外側に配置されている請求項１４に記載の携帯端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチアンテナモジュール、及びこのマルチアンテナモジュールを搭載した携帯端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１に、高周波アンテナ（６０ＧＨｚ帯のアンテナ）及び低周波アンテナ（２．４ＧＨｚ帯ＷｉＦｉ用アンテナ）の２種類のアンテナが設けられたマルチバンド用アンテナが開示されている。
【０００３】
第５世代移動通信システムをサポートする携帯端末においては、第５世代及び第４世代の移動通信システムが同時に使用される。また、第５世代移動通信システムにおいては、通信の状態に応じてビームフォーミングの微調整を行うことが求められる。特許文献１に開示されたマルチバンド用アンテナでは、ビームフォーミングの微調整を行うことが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０９７８４６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、高周波数帯のアンテナと低周波数帯のアンテナとを有し、ビームフォーミングの微調整を行うことが可能なマルチアンテナモジュール、及びこのマルチアンテナモジュールを搭載した携帯端末を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によるマルチアンテナモジュールは、
誘電体基板に設けられた第１の放射素子と、
前記誘電体基板に設けられ、前記第１の放射素子よりも低周波数帯で動作する第２の放射素子と、
前記誘電体基板に設けられたグランドプレーンと、
前記誘電体基板に設けられ、前記第１の放射素子に給電を行う第１の給電線と、
前記誘電体基板に設けられ、前記第２の放射素子に給電を行う第２の給電線と、
前記第２の放射素子に前記第２の給電線を経由して信号の給電を行う第１の状態と、前記第２の放射素子を、終端インピーダンスを介して前記グランドプレーンに接続した状態、前記第２の給電線及び前記グランドプレーンに対してフローティングにした状態、前記グランドプレーンに短絡させた状態の少なくとも１つの状態を含む第２の状態とを切り替えるスイッチ素子と
を有する。
【０００７】
本発明の他の観点による携帯端末は、
画像表示パネルと、
前記画像表示パネルに重なる位置に配置された第１のマルチアンテナモジュールと
を有し、
前記第１のマルチアンテナモジュールは、
誘電体基板に設けられた第１の放射素子と、
前記誘電体基板に設けられ、前記第１の放射素子よりも低周波数帯で動作する第２の放射素子と、
前記誘電体基板に設けられたグランドプレーンと、
前記誘電体基板に設けられ、前記第１の放射素子に給電を行う第１の給電線と、
前記誘電体基板に設けられ、前記第２の放射素子に給電を行う第２の給電線と、
前記第２の放射素子を、前記第２の給電線に接続した第１の状態と、終端インピーダンスを介して前記グランドプレーンに接続した状態、前記第２の給電線及び前記グランドプレーンに対してフローティングにした状態、前記グランドプレーンに短絡させた状態の少なくとも１つの状態を含む第２の状態とを切り替える第１のスイッチ素子と
を有する。
【発明の効果】
【０００８】
第１のスイッチ素子で第２の放射素子を第２の状態にすると、第２の放射素子が第１の放射素子の指向特性に影響を与える。これにより、第１の放射素子のビームフォーミングの微調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１Ａは、第１実施例によるマルチアンテナモジュールの平面図であり、図１Ｂは、図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける断面図である。
【図２】図２は、第１実施例によるマルチアンテナモジュールのブロック図である。
【図３】図３は、シミュレーション対象としたマルチアンテナモジュールの概略斜視図である。
【図４】図４Ａは、４個の第１の放射素子に同位相の２８ＧＨｚの信号を給電したときの放射特性のシミュレーション結果を示すグラフであり、図４Ｂは、ｙ軸の正の側の２つの第１の放射素子に、負の側の２つの第１の放射素子に対して９０°進んだ位相の２８ＧＨｚの信号を給電したときの放射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、ｙ軸の正の側の第２の放射素子に４ＧＨｚの信号を給電したときの放射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】図６は、第２実施例によるマルチアンテナモジュールの断面図である。
【図７】図７Ａは、第２実施例によるマルチアンテナモジュールのブロック図であり、図７Ｂ及び図７Ｃは、フロントエンド回路のブロック図である。
【図８】図８は、第３実施例によるマルチアンテナモジュールの平面図である。
【図９】図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃは、第４実施例によるアンテナモジュールの平面図である。
【図１０】図１０は、シミュレーション対象としたマルチアンテナモジュールの概略斜視図である。
【図１１】図１１Ａは、８個の第１の放射素子に同位相の２８ＧＨｚの信号を給電したときの放射特性のシミュレーション結果を示すグラフであり、図１１Ｂは、ｙ軸の正の側の２つの第１の放射素子に、負の側の２つの第１の放射素子に対して９０°進んだ位相の２８ＧＨｚの信号を給電したときの放射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１２】図１２Ａ及び図１２Ｂは、ｙ軸の正の側の第２の放射素子に２ＧＨｚの信号を給電したときの放射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１３】図１３Ａ及び図１３Ｂは、第４実施例の変形例によるアンテナモジュールの平面図である
【図１４】図１４Ａ及び図１４Ｂは、第４実施例の他の変形例によるアンテナモジュールの平面図である。
【図１５】図１５は、第４実施例のさらに他の変形例によるアンテナモジュールの平面図である。
【図１６】図１６は、第５実施例によるマルチアンテナモジュールのブロック図である。
【図１７】図１７は、第６実施例によるマルチアンテナモジュールの第１の放射素子及び第１のフロントエンド回路のブロック図である。
【図１８】図１８は、第７実施例によるマルチアンテナモジュールの斜視図である。
【図１９】図１９は、第７実施例の変形例によるマルチアンテナモジュールの斜視図である。
【図２０】図２０Ａ及び図２０Ｂは、それぞれ第８実施例による携帯端末の内部を示す概略斜視図及び平面図である。
【図２１】図２１は、第８実施例による携帯端末に搭載された２つのマルチアンテナモジュールのブロック図である。
【図２２】図２２は、第８実施例の変形例による携帯端末の内部を示す概略斜視図である。
【図２３】図２３は、第９実施例による携帯端末の概略断面図である。
【図２４】図２４Ａ及び図２４Ｂは、第１０実施例による携帯端末の内部のアンテナの配置を示す図である。
【図２５】図２５は、第１１実施例による携帯端末の内部のアンテナの配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１実施例］
図１Ａから図５Ｂまでの図面を参照して、第１実施例によるマルチアンテナモジュールについて説明する。
【００１１】
図１Ａは、第１実施例によるマルチアンテナモジュールの平面図である。誘電体基板２０の上面（第１の面）に、複数の第１の放射素子２１及び複数の第２の放射素子２２が配置されている。図１Ａでは、４個の第１の放射素子２１及び４個の第２の放射素子２２が配置された例が示されている。誘電体基板２０には、例えばガラスエポキシ（ＦＲ４）、低温焼成セラミック（ＬＴＣＣ）、フッ素樹脂、液晶ポリマー等を用いることができる。
【００１２】
第１の放射素子２１は、正方形または長方形の平面形状を持つ導体板で構成される。４個の第１の放射素子２１が２行２列の行列状に配置されて、二次元アレーアンテナを構成している。第１の放射素子２１は、例えば第５世代移動通信システムで用いられる周波数帯のうち高周波側の周波数帯、例えば準ミリ波帯（２０ＧＨｚ以上３０ＧＨｚ以下）やミリ波帯（３０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ以下）で動作するように設計されている。
【００１３】
第２の放射素子２２は、逆Ｆアンテナ、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ等を構成する。第２の放射素子２２は、複数の第１の放射素子２１の間、及び複数の第１の放射素子２１が行列状に配置された領域の外側に配置されている。第２の放射素子２２の各々は、例えばＬ字状または直線状の平面形状を有する。第２の放射素子２２は、第３世代及び第４世代移動通信システムで利用される周波数帯（例えば８００ＭＨｚ帯、１．９ＧＨｚ帯、２．４ＧＨｚ帯）、及び第５世代移動通信システムの低周波側の周波数帯（例えば６ＧＨｚ以下の周波数帯）で動作するように設計されている。
【００１４】
図１Ｂは、図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける断面図である。誘電体基板２０の上面に、第１の放射素子２１及び第２の放射素子２２が配置されている。誘電体基板２０の内層にグランドプレーン２６が配置されている。平面視において、第１の放射素子２１はグランドプレーン２６の内側に配置され、第２の放射素子２２はグランドプレーン２６と実質的に重ならないように配置されている。第１の放射素子２１とグランドプレーン２６とにより、パッチアンテナが構成される。
【００１５】
誘電体基板２０の裏面（第２の面）または誘電体基板２０の内部に、スイッチ素子３０が実装されている。図１Ｂでは、スイッチ素子３０が誘電体基板２０の裏面に実装されている例を示している。さらに、裏面に複数の導体柱３１が配置されている。第２の放射素子２２及び一部の導体柱３１が、それぞれ誘電体基板２０内に配置された給電線２７、２８を介してスイッチ素子３０に接続されている。第２の放射素子２２は、給電線２７、スイッチ素子３０、及び給電線２８を介して導体柱３１に接続される。他の一部の導体柱３１は、誘電体基板２０内に配置された給電線２５を介して第１の放射素子２１に接続され、さらに他の一部の導体柱３１は、グランドプレーン２６に接続されている。
【００１６】
スイッチ素子３０及び複数の導体柱３１が封止樹脂４０で封止されている。導体柱３１の各々の先端面は、封止樹脂４０の表面に露出している。露出した導体柱３１の先端面が接続端子として用いられ、マルチアンテナモジュールがマザーボード等の基板に表面実装される。
【００１７】
図２は、第１実施例によるマルチアンテナモジュールのブロック図である。複数の第１の放射素子２１が、それぞれ接続端子３５を介して第１のフロントエンド回路３７に接続される。第１のフロントエンド回路３７は、送受信回路３６に接続される。複数の第２の放射素子２２は、給電線２７を介してスイッチ素子３０に接続されている。スイッチ素子３０は、第２の放射素子２２ごとに設けられた単極四投スイッチを含む。スイッチ素子３０には、例えばＣＭＯＳ半導体素子を用いることができる。スイッチ素子３０は、制御回路５３からの制御信号によって制御される。
【００１８】
単極四投スイッチの共通端子３００が第２の放射素子２２に接続されている。第１の端子３０１が、給電線２８及び接続端子３５を介して第２のフロントエンド回路３８に接続される。第２の端子３０２は、グランドプレーン２６及び給電線２８のいずれにも電気的に接続されていないフローティング状態にされている。第３の端子３０３は、終端インピーダンス３２を介してグランドプレーン２６に接続されている。終端インピーダンス３２として、例えば抵抗成分、インダクタンス成分、及びキャパシタンス成分が固定値であるインピーダンスを用いるとよい。第４の端子３０４は、グランドプレーン２６に短絡されている。
【００１９】
共通端子３００を第１の端子３０１に接続すると、第２の放射素子２２が給電線２７、２８を介して第２のフロントエンド回路３８に接続される。共通端子３００を第２の端子３０２に接続すると、第２の放射素子２２がフローティング状態（グランドに対してオープン状態）になる。共通端子３００を第３の端子３０３に接続すると、第２の放射素子２２が終端インピーダンス３２を介してグランドプレーン２６に接続される（終端インピーダンス３２で終端される）。終端インピーダンス３２を第２の放射素子２２の入力インピーダンス、及び給電線２７の特性インピーダンス、例えば５０Ωに整合させると、第２の放射素子２２が無反射終端に接続された状態になる。共通端子３００を第４の端子３０４に接続すると、第２の放射素子２２がグランドに短絡された状態（短絡状態）になる。
【００２０】
第２の放射素子２２をフローティングにした状態は、第２の放射素子の給電点が無限大のインピーダンスで終端された状態ということができる。第２の放射素子２２をグランドに短絡させた状態は、ゼロインピーダンスで終端された状態ということができる。
【００２１】
次に、第１実施例によるマルチアンテナモジュールの持つ優れた効果について説明する。
誘電体基板２０に、複数の第１の放射素子２１及びグランドプレーン２６からなる複数のパッチアンテナが配置されるため、ビームフォーミングを行うことができる。さらに、同一の誘電体基板２０に、第１の放射素子２１より低周波数帯で動作する第２の放射素子２２が配置されているため、複数の周波数帯で動作するマルチアンテナモジュールの小型化を図ることができる。
【００２２】
第２の放射素子２２を動作させないとき、第２の放射素子２２を、スイッチ素子３０を介してオープン状態にすると、第２の放射素子２２が無給電素子として動作する。このとき、第１の放射素子２１に入力された信号が第２の放射素子２２と結合して、第２の放射素子２２から電波が再放射される。第２の放射素子２２を短絡状態にすると、第２の放射素子２２が反射板として働き、第１の放射素子２１から放射された電波を実質的に完全に反射する。第２の放射素子２２を終端インピーダンス３２で終端すると、短絡状態とオープン状態との中間的な結合状態が得られることとなり、電波の放射方向が変化する。
【００２３】
このように、第１の放射素子２１に結合する第２の放射素子２２の電磁気的な条件を変化させることにより、複数の第１の放射素子２１のビームフォーミングの微調整を行うことができる。ビームフォーミングの自由度を高めることができるということもできる。例えば、複数の第１の放射素子２１を含むアレーアンテナの指向特性を調整することができる。
【００２４】
次に、図３から図５Ｂまでの図面を参照して、第１実施例によるマルチアンテナモジュールの指向特性をシミュレーションした結果について説明する。
【００２５】
図３は、シミュレーション対象としたマルチアンテナモジュールの概略斜視図である。誘電体基板２０として一辺の長さが１５ｍｍの正方形の基板を用いた。誘電体基板２０の比誘電率εｒは、一例として３．５とした。誘電体基板２０の相互に直交する辺の方向をそれぞれｘ軸及びｙ軸とし、第１の面の法線方向をｚ軸とするｘｙｚ直交座標系を定義する。誘電体基板２０の上面に、４個の第１の放射素子２１及び２個の第２の放射素子２２を配置した。誘電体基板２０の裏面にグランドプレーン２６を配置した。
【００２６】
４個の第１の放射素子２１は、ｙ軸方向及びｘ軸方向をそれぞれ行方向及び列方向とする２行２列の行列状に配置されている。第１の放射素子２１の各々は、ｘ軸方向及びｙ軸方向の寸法がそれぞれ２．５ｍｍ及び３．６ｍｍの長方形の平面形状を有する。第１の放射素子２１のｘ軸方向及びｙ軸方向の中心間距離は、ともに５．０ｍｍである。第１の放射素子２１の各々の給電点を、ｘ軸の正の側の辺の中点よりやや内側に配置した。
【００２７】
誘電体基板２０の上面の、ｘ軸に平行な２辺に沿って、各辺のやや内側にそれぞれ第２の放射素子２２を配置した。第２の放射素子２２の各々の長さは１２ｍｍである。ｙ軸の正の側に配置された第２の放射素子２２の給電点は、ｘ軸の負の側の端部に配置し、ｙ軸の負の側に配置された第２の放射素子２２の給電点は、ｘ軸の正の側の端部に配置した。
【００２８】
第１の放射素子２１とグランドプレーン２６とが、２８ＧＨｚ帯のパッチアンテナとして動作する。第２の放射素子２２が、４ＧＨｚ帯のモノポールアンテナとして動作する。
【００２９】
誘電体基板２０の上面の法線方向からｙ軸の正の向きに傾斜する角度をθｙで表し、ｘ軸の正の向きに傾斜する角度をθｘで表す。
【００３０】
図４Ａは、４個の第１の放射素子２１（図３）に同位相の２８ＧＨｚの信号を給電したときの放射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。これは、θｘ及びθｙが０度の方向にビームを振り向けた例に相当する。図４Ｂは、ｙ軸の正の側の２つの第１の放射素子２１（図３）に、負の側の２つの第１の放射素子２１に対して９０°進んだ位相の２８ＧＨｚの信号を給電したときの放射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。これは、θｘが０度、θｙが−３０度の方向にビームを振り向けた例に相当する。図４Ａ及び図４Ｂの横軸は角度θｙを単位「度」で表し、縦軸はアンテナゲインを単位「ｄＢｉ」で表す。
【００３１】
図４Ａ及び図４Ｂにおいて、太い実線、細い実線、及び破線は、それぞれ第２の放射素子２２を５０Ωで終端した状態、グランドに短絡させた状態、及びフローティングにした状態におけるアンテナゲインを示す。
【００３２】
図４Ａ及び図４Ｂに結果を示したシミュレーションにより、第２の放射素子２２の終端状態によって第１の放射素子２１から放射されるビームパターンを変化させることが可能であることが確認された。また、これらのビームパターンは、第２の放射素子２２に給電を行う第１の状態のビームパターンとも異なる。
【００３３】
第２の放射素子２２を第１の状態（給電状態）から第２の状態（終端インピーダンス状態、オープン状態、または短絡状態）にすることにより、第１の放射素子２１の指向特性が変化することが確認された。このように、第２の放射素子２２を第１の状態と第２の状態との間で切り替えることにより、第１の放射素子２１のビームフォーミングの微調整を行うことができる。さらに、第２の状態において終端状態を変化させることにより、第１の放射素子２１のビームフォーミングの微調整を行うことができる。
【００３４】
図４Ｂに示したグラフには現れていないが、ヌル点を示す角度θｙも、第２の放射素子２２の終端状態によって変化することが確認された。妨害電波の到来方向がヌル点に一致するようにビームフォーミングの微調整を行うことにより、妨害電波の影響を低減させることができる。
【００３５】
図５Ａ及び図５Ｂは、ｙ軸の正の側の第２の放射素子２２（図３）に４ＧＨｚの信号を給電したときの放射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図５Ａはｘｚ面内の放射特性を示し、図５Ｂはｙｚ面内の放射特性を示している。図５Ａの横軸は角度θｘを単位「度」で表し、図５Ｂの横軸は角度θｙを単位「度」で表す。図５Ａ及び図５Ｂの縦軸はアンテナゲインを単位「ｄＢｉ」で表す。
【００３６】
図５Ａ及び図５Ｂにおいて、太い実線、細い実線、及び破線は、それぞれ第１の放射素子２１を５０Ωで終端した状態、グランドに短絡させた状態、及びフローティングにした状態におけるアンテナゲインを示す。なお、ｙ軸の負の側の第２の放射素子２２（図３）は、５０Ωで終端した。
【００３７】
図５Ａ及び図５Ｂに結果を示したシミュレーションにより、第１の放射素子２１の終端状態によって第２の放射素子２２から放射されるビームパターンを変化させることが可能であることが確認された。第１の放射素子２１の終端状態を変化させることにより、第２の放射素子２２のビームフォーミングの微調整を行うことができる。第１の放射素子２１の終端状態を変化させる方法については、後に図１６を参照して具体的に説明する。
【００３８】
図５Ａ及び図５Ｂに示したビームパターンは、第１の放射素子２１を給電状態にした時の第２の放射素子２２のビームパターンと異なっている。第１の放射素子２１に給電を行う状態と、第１の放射素子２１を終端インピーダンスで終端する状態とを切り替えることにより、第２の放射素子２２の指向特性を変化させることができる。
【００３９】
［第１実施例の変形例］
第１実施例において、第１の放射素子２１を、１０ＧＨｚ以上の周波数帯で動作するように設計し、第２の放射素子２２を、第１の放射素子２１より低周波数帯で動作するように設計するとよい。例えば、第１の放射素子２１を、第５世代移動通信システムで用いられる高周波数側の周波数帯（２８ＧＨｚ帯、ミリ波帯）で動作させるように設計するとよい。
【００４０】
さらに、第２の放射素子２２を、６ＧＨｚ以下の周波数帯で動作させるように設計するとよい。例えば、第２の放射素子２２を、第５世代移動通信システムで用いられる低周波数側の周波数帯（６ＧＨｚ以下）で動作させるように設計するとよい。その他に、例えば、第２の放射素子２２を、第３世代または第４世代移動通信システムで用いられる６００ＭＨｚ以上９６０ＭＨｚ以下のいずれかの周波数帯、及び１．９ＧＨｚ以上３．６ＧＨｚ以下のいずれかの周波数帯で動作させるように設計するとよい。さらに、第２の放射素子２２を、ＷｉＦｉ規格の通信システムで用いられる２．４ＧＨｚ帯で動作させるように設計するとよい。
【００４１】
第１実施例では、４個の第１の放射素子２１を二次元状に配置したが、その他の配置を採用してもよい。例えば、２個以上の第１の放射素子２１を一次元状に配置してもよいし、３個以上の第１の放射素子２１を二次元状に配置してもよい。
【００４２】
誘電体基板２０として、可撓性を有する基板を用いるとよい。可撓性を有する基板を用いることにより、マルチアンテナモジュールの搭載位置の自由度が高まるという効果が得られる。例えば、誘電体基板２０として、変形させることは可能であるが、変形させた後の形状を保持する性質を持つ基板を用いるとよい。
【００４３】
［第２実施例］
次に、図６、図７Ａ、図７Ｂ、及び図７Ｃを参照して、第２実施例によるマルチアンテナモジュールについて説明する。以下、第１実施例によるマルチアンテナモジュール（図１Ａ、図１Ｂ、図２）の構成と共通の構成については説明を省略する。
【００４４】
図６は、第２実施例によるマルチアンテナモジュールの断面図である。第１実施例では、誘電体基板２０の裏面にスイッチ素子３０（図１Ｂ）が実装されていた。第２実施例では、スイッチ素子３０の他に、第１の放射素子２１用の送受信回路３６と第１のフロントエンド回路３７、第２の放射素子２２用の第２のフロントエンド回路３８、及び同軸コネクタ４１が実装されている。送受信回路３６は、例えば高周波集積回路素子（ＲＦＩＣ）で構成される。第１のフロントエンド回路３７及び第２のフロントエンド回路３８の各々はモジュール化されている。第１実施例によるマルチアンテナモジュールの導体柱３１（図１Ｂ）は配置されていない。送受信回路３６、第１のフロントエンド回路３７、及び第２のフロントエンド回路３８が封止樹脂４０で封止されている。同軸コネクタ４１に同軸ケーブル４３が接続される。なお、封止樹脂４０を配置しなくてもよい。
【００４５】
図７Ａは、第２実施例によるマルチアンテナモジュールのブロック図である。複数の第１の放射素子２１が、それぞれ第１のフロントエンド回路３７に接続されている。第１のフロントエンド回路３７は、図７Ｂに示すように、第１の放射素子２１ごとに、パワーアンプ３７１、ローノイズアンプ３７２、デュプレクサ３７３、フィルタ回路、マッチング回路等を含む。パワーアンプ３７１は送信信号を増幅する機能を有する。ローノイズアンプ３７２は受信信号を増幅する機能を有する。デュプレクサ３７３は送受信を切り替える機能を有する。複数の第１のフロントエンド回路３７がそれぞれ送受信回路３６に接続されている。送受信回路３６は、送信信号の生成処理及び受信信号の受信処理を行う変復調回路、及び増幅回路を含む。
【００４６】
スイッチ素子３０を構成する複数の単極四投スイッチの各々の第１の端子３０１が、第２のフロントエンド回路３８に接続されている。第２のフロントエンド回路３８は、図７Ｃに示すように、第２の放射素子２２ごとに、パワーアンプ３８１、ローノイズアンプ３８２、デュプレクサ３８３、フィルタ回路、マッチング回路等を含む。
【００４７】
次に、第２実施例によるマルチアンテナモジュールの持つ優れた効果について説明する。
第２実施例では、第１の放射素子２１及び第２の放射素子２２が配置された誘電体基板２０に、送受信回路３６、第１のフロントエンド回路３７、及び第２のフロントエンド回路３８が実装されている。このため、信号の伝搬ロスを低減させることができる。さらに、送受信回路３６、第１のフロントエンド回路３７、及び第２のフロントエンド回路３８等を外付けする構造と比べて、マルチアンテナモジュールを搭載する無線機器の小型化を図ることができる。
【００４８】
特に、第１の放射素子２１が動作する１０ＧＨｚ以上の周波数帯では、信号の伝搬ロスが大きい。第１の放射素子２１に給電する送受信回路３６を第１の放射素子２１と同一の誘電体基板２０に実装することにより、伝搬ロスを低減させる顕著な効果が得られる。
【００４９】
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、同軸コネクタ４１を設けて、同軸ケーブル４３を介して信号及び電源の送受を行った。同軸コネクタ４１に代えて、第１実施例によるマルチアンテナモジュール（図１Ｂ）のように複数の導体柱３１を配置して表面実装型にしてもよい。
【００５０】
［第３実施例］
次に、図８を参照して第３実施例によるマルチアンテナモジュールについて説明する。以下、第１実施例によるマルチアンテナモジュール（図１Ａ、図１Ｂ、図２）の構成と共通の構成については説明を省略する。
【００５１】
図８は、第３実施例によるマルチアンテナモジュールの平面図である。第１実施例では、第１の放射素子２１の平面形状が正方形または長方形であったが、第３実施例においては、第１の放射素子２１の平面形状が円形である。例えば、円形の第１の放射素子２１の各々に対して、中心角９０度をなす２本の半径上にそれぞれ給電点を配置することにより、放射する電波を円偏波にすることができる。
【００５２】
［第４実施例］
次に、図９Ａから図１２Ｂまでの図面を参照して、第４実施例によるマルチアンテナモジュールについて説明する。以下、第１実施例（図１Ａ、図１Ｂ、図２）によるマルチアンテナモジュールの構成と共通の構成については説明を省略する。
【００５３】
図９Ａは、第４実施例によるマルチアンテナモジュールの平面図である。第１実施例（図１Ａ）では、４個の第１の放射素子２１が２行２列の行列状に配置されていた。第４実施例では、８個の第１の放射素子２１が、４行２列の行列状に配置されている。第２の放射素子２２は、第１の放射素子２１の間、及び８個の第１の放射素子２１が配置された領域の外側に配置されている。図９Ａに示した例では、一方の第２の放射素子２２は、行方向に関して第１の放射素子２１の約２個分の長さ、列方向に関して第１の放射素子２１の約４個分の長さを持つＬ字状の形状を有する。他方の第２の放射素子２２は、行方向に関して第１の放射素子２１の約１個分の長さ、列方向に関して第１の放射素子２１の約２個分の長さを持つＬ字状の形状を有する。
【００５４】
図９Ｂは、第２の放射素子２２のパターンを異ならせたマルチアンテナモジュールの平面図である。図９Ｂに示した例では、第１の放射素子２１の間に第２の放射素子２２を配置せず、８個の第１の放射素子２１が配置された領域の外側にのみ第２の放射素子２２を配置している。２つの第２の放射素子２２の各々が、行方向に関して第１の放射素子２１の約２個分の長さ、列方向に関して第１の放射素子２１の約４個分の長さを持つＬ字状の形状を有する。
【００５５】
図９Ｃは、第２の放射素子２２のパターンをさらに異ならせたマルチアンテナモジュールの平面図である。図９Ｃに示した例では、一方の第２の放射素子２２は、図９Ａに示した例と同様に、行方向に関して第１の放射素子２１の約２個分の長さ、列方向に関して第１の放射素子２１の約４個分の長さを持つＬ字状の形状を有する。他方の第２の放射素子２２は、行方向に関して第１の放射素子２１の約１個分の長さ、列方向に関して第１の放射素子２１の約４個分の長さを持つＬ字状の形状を有する。
【００５６】
図９Ａから図９Ｃまでの図に示すように、第２の放射素子２２の長さを変化させることにより、第２の放射素子２２の共振周波数を変化させることができる。使用周波数帯に応じて、第２の放射素子２２の長さを設定すればよい。
【００５７】
第４実施例では、列方向に４個の第１の放射素子２１が配置されているため、２個の第１の放射素子２１を配置する第１実施例と比べて、列方向に関してビーム幅の狭い指向性を得ることができる。
【００５８】
次に、図１０から図１２Ｂまでの図面を参照して、第４実施例によるアンテナモジュールの指向特性をシミュレーションした結果について説明する。
【００５９】
図１０は、シミュレーション対象としたマルチアンテナモジュールの概略斜視図である。誘電体基板２０として長辺の長さが２５ｍｍ、短辺の長さが１５ｍｍの長方形の基板を用いた。誘電体基板２０の比誘電率εｒは、一例として３．５とした。誘電体基板２０の長辺方向をｘ軸方向、短辺方向をｙ軸方向とし、上面の法線方向をｚ軸方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。誘電体基板２０の上面に、８個の第１の放射素子２１及び２個の第２の放射素子２２を配置した。誘電体基板２０の裏面にグランドプレーン２６を配置した。
【００６０】
ｘ軸方向に４個の第１の放射素子２１が並び、ｙ軸方向に２個の第１の放射素子２１が並ぶ。第１の放射素子２１の各々は、ｘ軸方向及びｙ軸方向の寸法がそれぞれ２．５ｍｍ及び３．６ｍｍの長方形の平面形状を有する。第１の放射素子２１のｘ軸方向及びｙ軸方向の中心間距離は、ともに５．０ｍｍである。第１の放射素子２１の各々の給電点を、ｘ軸の正の側の辺の中点よりやや内側に配置した。
【００６１】
誘電体基板２０の上面の、ｘ軸に平行な２つの長辺に沿って、各辺のやや内側にそれぞれ第２の放射素子２２を配置した。第２の放射素子２２の各々の長さは２４ｍｍである。ｙ軸の正の側に配置された第２の放射素子２２の給電点は、ｘ軸の負の側の端部に配置し、ｙ軸の負の側に配置された第２の放射素子２２の給電点は、ｘ軸の正の側の端部に配置した。
【００６２】
第１の放射素子２１とグランドプレーン２６とが、２８ＧＨｚ帯のパッチアンテナとして動作する。第２の放射素子２２が、２ＧＨｚ帯のモノポールアンテナとして動作する。
【００６３】
誘電体基板２０の上面の法線方向からｙ軸の正の向きに傾斜する角度をθｙで表し、ｘ軸の正の向きに傾斜する角度をθｘで表す。
【００６４】
図１１Ａは、８個の第１の放射素子２１（図１０）に同位相の２８ＧＨｚの信号を給電したときの放射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。これは、θｘ及びθｙが０度の方向にビームを振り向けた例に相当する。図１１Ｂは、ｙ軸の正の側の２つの第１の放射素子２１（図３）に、負の側の２つの第１の放射素子２１に対して９０°進んだ位相の２８ＧＨｚの信号を給電したときの放射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。これは、θｘが０度、θｙが−３０度の方向にビームを振り向けた例に相当する。図１１Ａ及び図１１Ｂの横軸は角度θｙを単位「度」で表し、縦軸はアンテナゲインを単位「ｄＢｉ」で表す。
【００６５】
図１１Ａ及び図１１Ｂにおいて、太い実線、細い実線、及び破線は、それぞれ第２の放射素子２２を５０Ωで終端した状態、グランドに短絡させた状態、及びフローティングにした状態におけるアンテナゲインを示す。
【００６６】
図１１Ａ及び図１１Ｂに結果を示したシミュレーションにより、第２の放射素子２２の終端状態によって第１の放射素子２１から放射されるビームパターンを変化させることが可能であることが確認された。また、これらのビームパターンは、第２の放射素子２２に給電を行う第１の状態のビームパターンとも異なる。
【００６７】
第２の放射素子２２を第１の状態（給電状態）から第２の状態（終端インピーダンス状態、オープン状態、または短絡状態）にすることにより、第１の放射素子２１の指向特性が変化することが確認された。このように、第２の放射素子２２を第１の状態と第２の状態との間で切り替えることにより、第１の放射素子２１のビームフォーミングの微調整を行うことができる。さらに、第２の状態において終端状態を変化させることにより、第１の放射素子２１のビームフォーミングの微調整を行うことができる。
【００６８】
図１１Ｂに示したグラフには現れていないが、ヌル点を示す角度θｙも、第２の放射素子２２の終端状態によって変化することが確認された。妨害電波の到来方向がヌル点に一致するようにビームフォーミングを微調整することにより、妨害電波の影響を低減させることができる。
【００６９】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、ｙ軸の正の側の第２の放射素子２２（図１０）に２ＧＨｚの信号を給電したときの放射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図１２Ａはｘｚ面内の放射特性を示し、図１２Ｂはｙｚ面内の放射特性を示している。図１２Ａの横軸は角度θｘを単位「度」で表し、図１２Ｂの横軸は角度θｙを単位「度」で表す。図１２Ａ及び図１２Ｂの縦軸はアンテナゲインを単位「ｄＢｉ」で表す。
【００７０】
図１２Ａ及び図１２Ｂにおいて、太い実線、細い実線、及び破線は、それぞれ第１の放射素子２１を５０Ωで終端した状態、グランドに短絡させた状態、及びフローティングにした状態におけるアンテナゲインを示す。なお、ｙ軸の負の側の第２の放射素子２２（図１０）は、５０Ωで終端した。
【００７１】
図１２Ａ及び図１２Ｂに結果を示したシミュレーションにより、第１の放射素子２１の終端状態によって第２の放射素子２２から放射されるビームパターンを変化させることが可能であることが確認された。第１の放射素子２１の終端状態を変化させることにより、第２の放射素子２２のビームフォーミングの微調整を行うことができる。第１の放射素子２１の終端状態を変化させる方法については、後に図１６を参照して具体的に説明する。
【００７２】
図１２Ａ及び図１２Ｂに示したビームパターンは、第１の放射素子２１を給電状態にした時の第２の放射素子２２のビームパターンと異なっている。第１の放射素子２１に給電を行う状態と、第１の放射素子２１を終端インピーダンスで終端する状態とを切り替えることにより、第２の放射素子２２のビームフォーミングの微調整を行うことができる。
【００７３】
［第４実施例の変形例］
次に、図１３Ａから図１５までの図面を参照して、第４実施例の変形例によるマルチアンテナモジュールについて説明する。
【００７４】
図１３Ａ及び図１３Ｂは、第４実施例の変形例によるマルチアンテナモジュールの平面図である。第４実施例（図９Ａから図９Ｃ）では、８個の第１の放射素子２１が行列状に配置されていたが、図１３Ａに示した変形例では、１６個の第１の放射素子２１が４行４列の行列状に配置されている。第１の放射素子２１の間、及び複数の第１の放射素子２１が分布する領域の外側に複数の第２の放射素子２２が配置されている。
【００７５】
図１３Ａ及び図１３Ｂに示したように、第１の放射素子２１の個数を増やすことにより、アンテナゲインを高くすることができる。さらに、行方向及び列方向の二方向に並ぶ第１の放射素子２１の個数を同一にすることにより、行方向及び列方向のいずれの方向に関しても、同等のビーム幅の狭い指向性を実現することが可能になる。
【００７６】
図１４Ａ及び図１４Ｂは、第４実施例の他の変形例によるマルチアンテナモジュールの平面図である。図１４Ａ及び図１４Ｂに示した変形例では、第２の放射素子２２がメアンダ形状の部分を含んでいる。例えば、第２の放射素子２２に沿って一端から他端に進むとき、右に折れ曲がる箇所と左に折れ曲がる箇所とが現れる。
【００７７】
図１４Ａ及び図１４Ｂに示したように、第２の放射素子２２の平面形状をメアンダ形状にすることにより、第２の放射素子２２を決められた領域内で長くすることができる。第２の放射素子２２を長くすることにより、第２の放射素子２２をより低い周波数で動作させることが可能になる。
【００７８】
例えば、図１０に示したシミュレーションにおいては、第２の放射素子２２を誘電体基板２０の長辺に沿って直線状に配置することによって、第２の放射素子２２の動作周波数帯を２ＧＨｚとした。図１３Ａ及び図１３Ｂのように、第２の放射素子２２を行方向及び列方向に延びるＬ字状にすることにより、約１ＧＨｚで動作させることが可能である。さらに、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、第２の放射素子２２をメアンダ形状にすることにより、第２の放射素子２２を１ＧＨｚ未満、例えば８００ＭＨｚ帯、９００ＭＨｚ帯で動作させることが可能になる。
【００７９】
図１５は、第４実施例のさらに他の変形例によるマルチアンテナモジュールの平面図である。第１実施例（図１Ａ、図１Ｂ）、及び第４実施例では、第１の放射素子２１と第２の放射素子２２とが、誘電体基板２０の上面に配置されていた。図１５に示した変形例では、第２の放射素子２２が、誘電体基板２０の上面のみならず、内層にも配置されている。すなわち、第２の放射素子２２が、誘電体基板２０の複数の導体層に配置されている。図１５では、一つの第２の放射素子２２Ａが誘電体基板２０の上面に配置され、もう一つの第２の放射素子２２Ｂが誘電体基板２０の内層に配置されている。
【００８０】
第１の放射素子２１とは異なる導体層（内層）に配置された第２の放射素子２２Ｂも、上面に配置された第２の放射素子２２Ａと同様に、第１の放射素子２１と重ならないように、第１の放射素子２１の間及び外側に配置されている。上面の第２の放射素子２２Ａと内層の第２の放射素子２２Ｂとは平面視において相互に交差する。交差箇所において、一方の第２の放射素子２２Ａと他方の第２の放射素子２２Ｂとが直交する。
【００８１】
図１５に示した変形例では、複数の第２の放射素子２２を平面視において交差させることができるため、第２の放射素子２２の配置の自由度が高まる。また、交差箇所において第２の放射素子２２同士が相互に直交するため、両者の電磁気的な結合を低減させることができる。
【００８２】
［第５実施例］
次に、図１６を参照して第５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、第１実施例（図１Ａから図２）によるアンテナモジュールの構成と共通の構成については説明を省略する。
【００８３】
図１６は、第５実施例によるアンテナモジュールのブロック図である。第１実施例（図２）では、第２の放射素子２２にスイッチ素子３０が接続されており、第１の放射素子２１は第１のフロントエンド回路３７にスイッチ素子を介することなく接続されていた。第５実施例（図１６）では、第１の放射素子２１にもスイッチ素子３４が接続されている。
【００８４】
スイッチ素子３４は、第１の放射素子２１の各々を、対応する第１のフロントエンド回路３７に接続して給電を行う第３の状態と、第１のフロントエンド回路３７に接続されない第４の状態とを切り替える。第４の状態は、第１の放射素子２１を終端インピーダンス３３で終端した状態、第１の放射素子２１のオープン状態、短絡状態の少なくとも一つの状態を含む。スイッチ素子３４の状態の切り替えは、制御回路５３が行う。終端インピーダンス３３の抵抗成分、インダクタンス成分、及びキャパシタンス成分は、終端インピーダンス３２と同様に固定値にするとよい。終端インピーダンス３３を第１の放射素子２１の入力インピーダンスに整合させて無反射終端としてもよい。
【００８５】
第５実施例においては、第１の放射素子２１の状態を、第３の状態と第４の状態との間で切り替えることにより、第２の放射素子２２のアンテナ特性を微調整することができる。第２の放射素子２２のアンテナ特性を微調整できることは、図５Ａ、図５Ｂ、図１２Ａ及び図１２Ｂに示したシミュレーション結果により確認されている。
【００８６】
［第６実施例］
次に、図１７を参照して第６実施例によるマルチアンテナモジュールについて説明する。以下、第２実施例によるマルチアンテナモジュール（図６、図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ）と共通の構成については説明を省略する。
【００８７】
図１７は、第６実施例によるマルチアンテナモジュールの第２の放射素子２２及び第２のフロントエンド回路３８のブロック図である。第２実施例によるマルチアンテナモジュールの第２のフロントエンド回路３８（図７Ｃ）は、パワーアンプ３８１、ローノイズアンプ３８２、及びデュプレクサ３８３を含んでいた。第６実施例によるマルチアンテナモジュールの第２のフロントエンド回路３８は、さらに、パワーアンプ３８１の出力側に挿入されたアイソレータ３８４を含む。
【００８８】
次に、第６実施例によるマルチアンテナモジュールの持つ優れた効果について説明する。
第１の放射素子２１から放射される高周波数帯の電波が、第２の放射素子２２を介してパワーアンプ３８１の出力端に流入する場合がある。パワーアンプ３８１の出力端に高周波帯数の信号が流入すると、パワーアンプ３８１の歪みが増大してしまう。第６実施例では、アイソレータ３８４を挿入することにより、パワーアンプ３８１の出力端への高周波数帯の信号の流入を抑制することができる。これにより、パワーアンプ３７１の歪の増大が抑制される。さらに、アイソレータ３８４を挿入することにより、他の第２の放射素子２２から放射される電波が、当該第２の放射素子２２を介してパワーアンプ３８１の出力端に流入することを抑制する効果も得られる。
【００８９】
［第７実施例］
次に、図１８を参照して第７実施例によるマルチアンテナモジュールについて説明する。以下、第１実施例によるマルチアンテナモジュール（図１Ａ、図１Ｂ、図２）の構成と共通の構成については説明を省略する。
【００９０】
図１８は、第７実施例によるマルチアンテナモジュールの斜視図である。第１実施例では、誘電体基板２０（図１Ａ）の上面に第１の放射素子２１及び第２の放射素子２２が配置されていた。第７実施例では、誘電体基板２０の上面に第１の放射素子２１が配置されており、誘電体基板２０の上面と下面とを接続する側面に第２の放射素子２２が配置されている。
【００９１】
第７実施例では、誘電体基板２０の側面に配置された第２の放射素子２２を、第１の放射素子２１のグランド、無給電素子等として動作させることができる。その結果、第１の放射素子２１のビームフォーミングの微調整を行うことができる。
【００９２】
［第７実施例の変形例］
次に、図１９を参照して第７実施例の変形例によるマルチアンテナモジュールについて説明する。
【００９３】
図１９は、第７実施例の変形例によるマルチアンテナモジュールの斜視図である。第７実施例では、第２の放射素子２２（図１８）が誘電体基板２０の側面に配置されていたが、本変形例では、第２の放射素子２２が、誘電体基板２０の上面及び側面の両方に配置されている。
【００９４】
第１の放射素子２１と、誘電体基板２０の上面に配置された第２の放射素子２２との結合が、第１の放射素子２１と、側面に配置された第２の放射素子２２との結合より強い。このため、誘電体基板２０の上面に配置された第２の放射素子２２を、第１の放射素子２１のビームフォーミングの制御に利用するとよい。
【００９５】
［第８実施例］
次に、図２０Ａ、図２０Ｂ、及び図２１を参照して、第８実施例による携帯端末について説明する。第８実施例による携帯端末に、第１実施例から第７実施例までのいずれかの複数のマルチアンテナモジュールが搭載される。
【００９６】
図２０Ａ及び図２０Ｂは、それぞれ第８実施例による携帯端末の内部を示す概略斜視図及び平面図である。筐体６０の内側に画像表示パネル６１、カメラ６２、マイク６３、マルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂが収容されている。２つのマルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂは、第１実施例から第７実施例までのいずれかのマルチアンテナモジュールと同一の構成を有し、両者は実質的に同一の構成を有する。画像表示パネル６１には、例えば液晶表示パネル、有機ＥＬパネル等を用いることができる。
【００９７】
画像表示パネル６１は、平面視において相互に直交する２方向のうち第１の方向（以下、長さ方向という。）の寸法が第２の方向（以下、幅方向という。）の寸法より大きい形状を有する。筐体６０も、平面視において長さ方向の寸法が幅方向の寸法より大きい外形を有する。長さ方向及び幅方向に直交する方向（以下、厚さ方向という。）の筐体６０の寸法（厚さ）は、長さ方向の寸法及び幅方向の寸法より小さい。
【００９８】
カメラ６２とマイク６３とは、それぞれ筐体６０の長さ方向の両端の近傍に配置されている。２つのマルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂは、厚さ方向に関して、画像表示パネル６１の表示面とは反対側に配置されており、面内方向に関しては、画像表示パネル６１の長さ方向の両端より外側に配置されている。例えば、一方のマルチアンテナモジュール７０Ａはカメラ６２の近傍に配置され、他方のマルチアンテナモジュール７０Ｂはマイク６３の近傍に配置される。
【００９９】
図２１は、第８実施例による携帯端末に搭載された２つのマルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂのブロック図である。一方のマルチアンテナモジュール７０Ａの複数の第１の放射素子２１、及び他方のマルチアンテナモジュール７０Ｂの複数の第１の放射素子２１が、ＭＩＭＯ伝送用のアンテナとして使用される。複数の第１の放射素子２１が第１のフロントエンド回路３７に接続されている。第１のフロントエンド回路３７に、複数の第１の放射素子２１に対応して複数の入力端子３９が設けられている。送信信号が複数のストリームに分割され、複数のストリームがそれぞれ第１のフロントエンド回路３７の複数の入力端子３９に入力される。
【０１００】
マルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂの複数の第２の放射素子２２は、ダイバーシチ無線通信方式用のアンテナとして使用することができる。
【０１０１】
次に、第８実施例による携帯端末の持つ優れた効果について説明する。複数の第１の放射素子２１を用いてＭＩＭＯ伝送を行うことにより、伝送容量の増大を図ることができる。２つのマルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂが筐体６０の長さ方向に離れて配置されているため、２つのマルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂの間隔を大きくすることができる。これにより、ＭＩＭＯ伝送におけるチャネル容量を増大させることが可能になる。
【０１０２】
さらに、第８実施例では、マルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂが、平面視において画像表示パネル６１と重ならない位置に配置されている。このため、画像表示パネル６１に設けられている導体からマルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂまでの距離が遠くなる。マルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂを画像表示パネル６１の導体から遠ざけることにより、マルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂの特性が画像表示パネル６１の影響を受け難くなるという効果が得られる。なお、この効果は、１つのマルチアンテナモジュールを配置する場合にも得られる。
【０１０３】
［第８実施例の変形例］
第８実施例では、マルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂの複数の第１の放射素子２１の各々を、ＭＩＭＯ伝送の実効単体素子として使用した。マルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂの各々を１つの実効単体素子として使用してもよい。この場合、実効単体素子ごとにビームフォーミングを行うことが可能になる。
【０１０４】
携帯端末に１つのマルチアンテナモジュール７０Ａのみを配置し、１つのマルチアンテナモジュール７０Ａの複数の第１の放射素子２１を用いてＭＩＭＯ伝送を行ってもよい。
【０１０５】
次に、図２２を参照して、第８実施例の他の変形例による携帯端末について説明する。
図２２は、第８実施例の他の変形例による携帯端末の内部を示す概略斜視図である。第８実施例では、筐体６０の厚さ方向に関して、マルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂ（図２０）が画像表示パネル６１の表示面とは反対側に配置されていた。本変形例では、マルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂが画像表示パネル６１の表示面側に配置されている。なお、平面視において、マルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂは、画像表示パネル６１と重なる。
【０１０６】
マルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂが画像の視認性を妨げないようにするために、誘電体基板２０（図１Ｂ）として透明の基板が用いられている。さらに、第１の放射素子２１、第２の放射素子２２、グランドプレーン２６、給電線２７等は、酸化インジウムスズ等の透明導電材料で形成される。スイッチ素子３０（図１Ｂ）は、画像表示パネル６１の画像表示領域と重ならない位置に配置される。マルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂは、例えば透明接着剤により画像表示パネル６１に貼り付けられる。
【０１０７】
本変形例のように、マルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂを透明材料で形成することにより、マルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂの配置の自由度を高めることができる。
【０１０８】
図２２に示した変形例では、マルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂを画像表示パネル６１に貼り付ける構成としたが、画像表示パネル６１の表面に、第１の放射素子２１及び第２の放射素子２２等を配置してもよい。この場合、例えば画像表示パネル６１の表面の透明保護膜が、誘電体基板２０（図１Ｂ）として利用されることになる。透明保護膜の内部に、透明導電材料からなるグランドプレーン２６（図１Ｂ）が配置される。
【０１０９】
［第９実施例］
次に、図２３を参照して第９実施例による携帯端末について説明する。以下、第８実施例（図２０Ａ、図２０Ｂ）による携帯端末の構成と共通の構成については説明を省略する。
【０１１０】
図２３は、第９実施例による携帯端末の概略断面図である。筐体６０の中に画像表示パネル６１、回路基板６４、及び電池６５が収容されている。回路基板６４及び電池６５は、画像表示パネル６１の裏側の空間に配置されている。平面視において、回路基板６４及び電池６５は、画像表示パネル６１に重なっている。
【０１１１】
第８実施例（図２０Ａ、図２０Ｂ）では、２つのマルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂが画像表示パネル６１の裏側の空間に配置されていた。第９実施例では、画像表示パネル６１の表側の空間にマルチアンテナモジュール７０Ａが配置されており、裏側の空間にマルチアンテナモジュール７０Ｂが配置されている。裏側のマルチアンテナモジュール７０Ｂは、平面視において回路基板６４と重なる位置に配置されている。表側のマルチアンテナモジュール７０Ａは、第８実施例の変形例（図２２）による携帯端末に搭載されたマルチアンテナモジュール７０Ａと同様の構成を有する。裏側のマルチアンテナモジュール７０Ｂは、回路基板６４に表面実装してもよいし、同軸ケーブルで回路基板６４に接続してもよい。
【０１１２】
第９実施例においては、携帯端末の表側及び裏側の両方に電波の強い指向性を持たせることができる。
【０１１３】
［第１０実施例］
次に、図２４Ａを参照して、第１０実施例による携帯端末について説明する。以下、第８実施例（図２０Ａ、図２０Ｂ）による携帯端末の構成と共通の構成については説明を省略する。
【０１１４】
図２４Ａは、第１０実施例による携帯端末に搭載されたマルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂの配置を示す概略平面図である。第８実施例（図２０Ａ、図２０Ｂ）では、筐体６０に対するマルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂの姿勢については特に言及しなかった。第１０実施例では、マルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂの姿勢について具体的に説明する。
【０１１５】
筐体６０内に回路基板６４及び電池６５が、相互に重ならないように配置されている。２つのマルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂが回路基板６４に重なる位置に配置されている。
【０１１６】
第１０実施例による携帯端末に搭載されるマルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂの誘電体基板は、第４実施例（図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ）のように、一方向に長い形状を持つ。誘電体基板の長手方向に並ぶ第１の放射素子２１の個数が、それに直交する幅方向に並ぶ第１の放射素子２１の個数より多い。第１０実施例では、一方のマルチアンテナモジュール７０Ａの長手方向と、他方のマルチアンテナモジュール７０Ｂの長手方向とが相互に直交する。例えば、マルチアンテナモジュール７０Ａの長手方向が筐体６０の長手方向と平行であり、マルチアンテナモジュール７０Ｂの長手方向が筐体６０の長手方向と直交する。また、２つのマルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂは、それぞれ筐体６０の２つの角部に対応して配置されている。
【０１１７】
一方のマルチアンテナモジュール７０Ａの第１の放射素子２１から放射される電波の偏波方向と、他方のマルチアンテナモジュール７０Ｂの第１の放射素子２１から放射される電波の偏波方向とは相互に平行である。例えば、一方のマルチアンテナモジュール７０Ａにおいては、第１の放射素子２１から放射される電波の偏波方向が、マルチアンテナモジュール７０Ａの長手方向と平行である。他方のマルチアンテナモジュール７０Ｂにおいては、第１の放射素子２１から放射される電波の偏波方向が、マルチアンテナモジュール７０Ｂの長手方向と直交する。
【０１１８】
２つのマルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂの偏波方向を平行にすることにより、２つのマルチアンテナモジュール７０Ａ、７０ＢをＭＩＭＯ伝送用のアンテナとして使用することができる。このように、２つのマルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂを、両者の長手方向が相互に直交する姿勢で配置した構成においても、ＭＩＭＯ伝送を実現することができる。
【０１１９】
［第１０実施例の変形例］
次に、第１０実施例の変形例について説明する。
第１０実施例による携帯端末は、偏波方向が長手方向に平行なマルチアンテナモジュールと、偏波方向が長手方向に直交するマルチアンテナモジュールとを搭載している。１つのマルチアンテナモジュールに、長手方向に平行な偏波を送受信するモードと、長手方向に直交する偏波を送受信するモードとの２つの偏波モードを設けるとよい。例えば、第１の放射素子２１の各々に、相互に直交する方向に励振する２つの給電点を設け、一方の給電点に選択的に給電を行うとよい。マルチアンテナモジュールに２つの偏波モードを設けることにより、２つのマルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂとして、同一の構造（同一の型式）のマルチアンテナモジュールを用いることができる。
【０１２０】
一方のマルチアンテナモジュール７０Ａの偏波方向と、他方のマルチアンテナモジュール７０Ｂの偏波方向とを直交させてもよい。偏波方向を直交させることにより、偏波ダイバーシティ通信方式を実現することができる。
【０１２１】
図２４Ｂは、他の変形例による携帯端末の概略平面図である。本変形例においては、マルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂに加えて、３個目のマルチアンテナモジュール７０Ｃが回路基板６４と重なる位置に配置されている。３個目のマルチアンテナモジュール７０Ｃの長手方向は、例えばマルチアンテナモジュール７０Ａの長手方向と平行である。３個のマルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃを搭載することにより、ＭＩＭＯ伝送の伝送速度を高めることができる。なお、マルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃは同期して動作している。
【０１２２】
図２５は、さらに他の変形例による携帯端末の概略平面図である。本変形例では、マルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂが回路基板６４と重なる位置に配置され、マルチアンテナモジュール７０Ｃが電池６５と重なる位置に配置されている。電池６５と重なる位置にマルチアンテナモジュール７０Ｃを配置することにより、マルチアンテナモジュールの搭載位置の自由度を高めることができる。なお、マルチアンテナモジュール７０Ｃは、フレキシブル基板またはケーブル等（図示せず）で回路基板６４と接続され、マルチアンテナモジュール７０Ａ、７０Ｂと同期して動作している。
【０１２３】
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】
【０１２４】
２０  誘電体基板
２１  第１の放射素子
２２、２２Ａ、２２Ｂ  第２の放射素子
２５  給電線
２６  グランドプレーン
２７、２８  給電線
３０  スイッチ素子
３１  導体柱
３２、３３  終端インピーダンス
３４  スイッチ素子
３５  接続端子
３６  送受信回路
３７  第１のフロントエンド回路
３８  第２のフロントエンド回路
３９  入力端子
４０  封止樹脂
４１  同軸コネクタ
４３  同軸ケーブル
５３  制御回路
６０  筐体
６１  画像表示パネル
６２  カメラ
６３  マイク
６４  回路基板
６５  電池
７０Ａ、７０Ｂ、７０ｃ  マルチアンテナモジュール
３００  共通端子
３０１  第１の端子
３０２  第２の端子
３０３  第３の端子
３０４  第４の端子
３７１  パワーアンプ
３７２  ローノイズアンプ
３７３  デュプレクサ
３８１  パワーアンプ
３８２  ローノイズアンプ
３８３  デュプレクサ
３８４  アイソレータ
【図１】
2019080298.tif 000003
【図２】
2019080298.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019080298.tif 000009
【図８】
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【図９】
2019080298.tif 000011
【図１０】
2019080298.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2019080298.tif 000015
【図１４】
2019080298.tif 000016
【図１５】
2019080298.tif 000017
【図１６】
2019080298.tif 000018
【図１７】
2019080298.tif 000019
【図１８】
2019080298.tif 000020
【図１９】
2019080298.tif 000021
【図２０】
2019080298.tif 000022
【図２１】
2019080298.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月13日(2018.7.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
【図１】図１Ａは、第１実施例によるマルチアンテナモジュールの平面図であり、図１Ｂは、図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける断面図である。
【図２】図２は、第１実施例によるマルチアンテナモジュールのブロック図である。
【図３】図３は、シミュレーション対象としたマルチアンテナモジュールの概略斜視図である。
【図４】図４Ａは、４個の第１の放射素子に同位相の２８ＧＨｚの信号を給電したときの放射特性のシミュレーション結果を示すグラフであり、図４Ｂは、ｙ軸の正の側の２つの第１の放射素子に、負の側の２つの第１の放射素子に対して９０°進んだ位相の２８ＧＨｚの信号を給電したときの放射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、ｙ軸の正の側の第２の放射素子に４ＧＨｚの信号を給電したときの放射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】図６は、第２実施例によるマルチアンテナモジュールの断面図である。
【図７】図７Ａは、第２実施例によるマルチアンテナモジュールのブロック図であり、図７Ｂ及び図７Ｃは、フロントエンド回路のブロック図である。
【図８】図８は、第３実施例によるマルチアンテナモジュールの平面図である。
【図９】図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃは、第４実施例によるアンテナモジュールの平面図である。
【図１０】図１０は、シミュレーション対象としたマルチアンテナモジュールの概略斜視図である。
【図１１】図１１Ａは、８個の第１の放射素子に同位相の２８ＧＨｚの信号を給電したときの放射特性のシミュレーション結果を示すグラフであり、図１１Ｂは、ｙ軸の正の側の４つの第１の放射素子に、負の側の４つの第１の放射素子に対して９０°進んだ位相の２８ＧＨｚの信号を給電したときの放射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１２】図１２Ａ及び図１２Ｂは、ｙ軸の正の側の第２の放射素子に２ＧＨｚの信号を給電したときの放射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１３】図１３Ａ及び図１３Ｂは、第４実施例の変形例によるアンテナモジュールの平面図である
【図１４】図１４Ａ及び図１４Ｂは、第４実施例の他の変形例によるアンテナモジュールの平面図である。
【図１５】図１５は、第４実施例のさらに他の変形例によるアンテナモジュールの平面図である。
【図１６】図１６は、第５実施例によるマルチアンテナモジュールのブロック図である。
【図１７】図１７は、第６実施例によるマルチアンテナモジュールの第２の放射素子及び第２のフロントエンド回路のブロック図である。
【図１８】図１８は、第７実施例によるマルチアンテナモジュールの斜視図である。
【図１９】図１９は、第７実施例の変形例によるマルチアンテナモジュールの斜視図である。
【図２０】図２０Ａ及び図２０Ｂは、それぞれ第８実施例による携帯端末の内部を示す概略斜視図及び平面図である。
【図２１】図２１は、第８実施例による携帯端末に搭載された２つのマルチアンテナモジュールのブロック図である。
【図２２】図２２は、第８実施例の変形例による携帯端末の内部を示す概略斜視図である。
【図２３】図２３は、第９実施例による携帯端末の概略断面図である。
【図２４】図２４Ａ及び図２４Ｂは、それぞれ第１０実施例及びその変形例による携帯端末の内部のアンテナの配置を示す図である。
【図２５】図２５は、第１０実施例のさらに他の変形例による携帯端末の内部のアンテナの配置を示す図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
図１１Ａは、８個の第１の放射素子２１（図１０）に同位相の２８ＧＨｚの信号を給電したときの放射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。これは、θｘ及びθｙが０度の方向にビームを振り向けた例に相当する。図１１Ｂは、ｙ軸の正の側の４つの第１の放射素子２１（図１０）に、負の側の４つの第１の放射素子２１に対して９０°進んだ位相の２８ＧＨｚの信号を給電したときの放射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。これは、θｘが０度、θｙが−３０度の方向にビームを振り向けた例に相当する。図１１Ａ及び図１１Ｂの横軸は角度θｙを単位「度」で表し、縦軸はアンテナゲインを単位「ｄＢｉ」で表す。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
次に、第６実施例によるマルチアンテナモジュールの持つ優れた効果について説明する。
第１の放射素子２１から放射される高周波数帯の電波が、第２の放射素子２２を介してパワーアンプ３８１の出力端に流入する場合がある。パワーアンプ３８１の出力端に高周波帯数の信号が流入すると、パワーアンプ３８１の歪みが増大してしまう。第６実施例では、アイソレータ３８４を挿入することにより、パワーアンプ３８１の出力端への高周波数帯の信号の流入を抑制することができる。これにより、パワーアンプ３８１の歪の増大が抑制される。さらに、アイソレータ３８４を挿入することにより、他の第２の放射素子２２から放射される電波が、当該第２の放射素子２２を介してパワーアンプ３８１の出力端に流入することを抑制する効果も得られる。