(57)【要約】  本発明に係るアンテナモジュール（１）は、誘電体基板（２０）と、複数のパッチアンテナ（１１１）を含むアレイアンテナ（１０）と、複数のパッチアンテナ（１１１）と電気的に接続されたＲＦＩＣ（４０）と、ＲＦＩＣ（４０）と電気的に接続された信号導体柱（１３１）と、グランド電位に設定されるグランド導体柱（１３２）と、を有し、誘電体基板（２０）の第１主面に垂直な方向から見た場合、グランド導体柱（１３２）は、複数のパッチアンテナ（１１１）により放射または受信される高周波信号の偏波方向において、信号導体柱（１３１）と誘電体基板（２０）の当該信号導体柱（１３１）に最も近い第１側面との間に配置されている。
2018173750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の第１主面側に設けられ、高周波信号を放射または受信する複数のパッチアンテナを含むアンテナと、
前記誘電体基板の前記第１主面と反対側の第２主面側に実装され、前記複数のパッチアンテナと電気的に接続された高周波回路部品と、
前記誘電体基板の前記第２主面側に設けられ、前記高周波回路部品と電気的に接続された信号端子と、
前記誘電体基板の前記第２主面側に設けられ、グランド電位に設定されるグランド端子と、
を有し、
前記誘電体基板の前記第１主面に垂直な方向から見た場合に、前記グランド端子は、前記複数のパッチアンテナにより放射または受信される高周波信号の偏波方向において、前記信号端子と、当該信号端子に最も近い前記誘電体基板の第１側面と、の間に配置されている、
アンテナモジュール。
【請求項２】
前記垂直な方向から見た場合に、前記高周波回路部品は、前記複数のパッチアンテナが配置された領域内に配置されている、
請求項１に記載のアンテナモジュール。
【請求項３】
前記アンテナモジュールは、前記グランド端子を含む複数のグランド端子を有し、
前記複数のグランド端子は、前記垂直な方向から見た場合、前記誘電体基板の端部において前記第１側面に沿った位置に並んで配置されている、
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】
前記アンテナモジュールは、前記グランド端子を含む複数のグランド端子を有し、
前記複数のグランド端子は、前記垂直な方向から見た場合、前記信号端子を囲むように並んで配置されている、
請求項１または２に記載のアンテナモジュール。
【請求項５】
前記信号端子は、前記高周波信号に対応する信号が入力または出力される端子であり、
前記複数のグランド端子は、前記垂直な方向から見た場合、前記信号端子を含む全ての信号端子を囲むように並んで配置されている、
請求項４に記載のアンテナモジュール。
【請求項６】
前記複数のグランド端子は、前記垂直な方向から見た場合、前記誘電体基板の端部において全ての側面に沿った位置に並んで配置されている、
請求項４または５に記載のアンテナモジュール。
【請求項７】
前記複数のグランド端子は、等間隔に並んで配置されており、
前記複数のグランド端子のうち隣り合う２つのグランド端子の中心間の距離は、前記複数のパッチアンテナにより放射または受信される高周波信号の実効波長の１／２以下である、
請求項３〜６のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
【請求項８】
前記アンテナモジュールは、前記グランド端子を含む複数のグランド端子を有し、
前記複数のグランド端子のうち少なくとも１つは、前記垂直な方向から見た場合、前記信号端子と前記高周波回路部品との間に配置されている、
請求項１〜７のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
【請求項９】
前記グランド端子は、銅または銅を主成分とする合金からなる、
請求項１〜８のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
【請求項１０】
前記高周波回路部品は、前記信号端子に入力された信号を増幅するパワーアンプを含み、
前記複数のパッチアンテナは、前記パワーアンプで増幅された信号を放射する、
請求項１〜９のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
【請求項１１】
前記高周波回路部品は、前記複数のパッチアンテナと当該高周波回路部品との間で伝達される高周波信号の位相を調整する位相調整回路を含み、
前記信号端子には、前記位相調整回路で位相が調整される信号が入力または出力される、
請求項１〜９のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
【請求項１２】
前記アンテナモジュールは、さらに、前記誘電体基板の前記第２主面側に設けられ、前記高周波回路部品を封止する樹脂からなる封止部材を有し、
前記信号端子及び前記グランド端子の各々は、前記封止部材を厚み方向に貫通する導体柱である、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のアンテナモジュールと、
ＢＢＩＣ（ベースバンドＩＣ）と、を備え、
前記高周波回路部品は、前記ＢＢＩＣから前記信号端子を介して入力された信号をアップコンバートして前記アンテナに出力する送信系の信号処理、及び、前記アンテナから入力された高周波信号をダウンコンバートして前記信号端子を介して前記ＢＢＩＣに出力する受信系の信号処理、の少なくとも一方を行うＲＦＩＣである、
通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナモジュール及び通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信用のパッチアンテナと高周波回路部品とが一体化されたアンテナモジュールとして、誘電体基板の第１主面側にパッチアンテナが配置され、誘電体基板の第１主面とは反対側の第２主面に高周波素子（すなわち高周波回路部品）が実装された構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。そして誘電体基板内に接地層（すなわちグランドパターン導体）が設けられており、誘電体基板の第２主面に接地導体柱が設けられていることにより、高周波素子からの不要輻射をシールドすることができる。また、誘電体基板の第２主面にはさらに、信号導体柱が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１６／０６３７５９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の構成では、パッチアンテナから空間中に放射された高周波信号あるいはパッチアンテナで受信される空間中の高周波信号の影響により、ＲＦ特性が悪くなる場合がある。具体的には、これら空間中の高周波信号が信号端子（上記従来の構成では信号導体柱）に伝搬してしまうことで、当該信号端子に伝搬した高周波信号が高周波回路部品に入力されることにより、上記ＲＦ特性の悪化が生じる。このような問題は、当該信号端子に当該高周波信号が伝搬しやすいミリ波等において特に顕著である。【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、パッチアンテナと高周波回路部品とが一体化されたアンテナモジュール及び通信装置について、ＲＦ特性の向上を図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モジュールは、誘電体基板と、前記誘電体基板の第１主面側に設けられ、高周波信号を放射または受信する複数のパッチアンテナを含むアンテナと、前記誘電体基板の前記第１主面と反対側の第２主面側に実装され、前記複数のパッチアンテナと電気的に接続された高周波回路部品と、前記誘電体基板の前記第２主面側に設けられ、前記高周波回路部品と電気的に接続された信号端子と、前記誘電体基板の前記第２主面側に設けられ、グランド電位に設定されるグランド端子と、を有し、前記誘電体基板の前記第１主面に垂直な方向から見た場合に、前記グランド端子は、前記複数のパッチアンテナにより放射または受信される高周波信号の偏波方向において、前記信号端子と、当該信号端子に最も近い前記誘電体基板の第１側面と、の間に配置されている。【０００７】
これにより、グランド端子がシールドとなって複数のパッチアンテナと信号端子とのアイソレーションを向上することができる。その結果、上記高周波信号が信号端子に与える影響を抑制することができる。したがって、複数のパッチアンテナから信号端子に伝搬した高周波信号が高周波回路部品に入力されることによるＲＦ特性の悪化を抑制することができる。すなわち、パッチアンテナと高周波回路部品とが一体化されたアンテナモジュールについて、ＲＦ特性の向上が図られる。【０００８】
また、前記垂直な方向から見た場合に、前記高周波回路部品は、前記複数のパッチアンテナが配置された領域内に配置されていることにしてもよい。【０００９】
これにより、高周波回路部品と各パッチアンテナとを接続する給電線を短く設計することができるので、給電線によって生じるロスが低減され、高性能なアンテナモジュールを実現することができる。このようなアンテナモジュールは、給電線が長くなると当該給電線によるロスが大きくなりやすいミリ波帯のアンテナモジュールとして好適である。【００１０】
また、前記アンテナモジュールは、前記グランド端子を含む複数のグランド端子を有し、前記複数のグランド端子は、前記垂直な方向から見た場合、前記誘電体基板の端部において前記第１側面に沿った位置に並んで配置されていることにしてもよい。【００１１】
これにより、複数のパッチアンテナと信号端子とのアイソレーションをさらに向上することができるので、ＲＦ特性のさらなる向上を図ることができる。【００１２】
また、前記アンテナモジュールは、前記グランド端子を含む複数のグランド端子を有し、前記複数のグランド端子は、前記垂直な方向から見た場合、前記信号端子を囲むように並んで配置されていることにしてもよい。【００１３】
これにより、複数のパッチアンテナと信号端子とのアイソレーションをさらに向上することができるので、ＲＦ特性のさらなる向上を図ることができる。【００１４】
また、前記信号端子は、前記高周波信号に対応する信号が入力または出力される端子であり、前記複数のグランド端子は、前記垂直な方向から見た場合、前記信号端子を含む全ての信号端子を囲むように並んで配置されていることにしてもよい。【００１５】
これにより、複数のパッチアンテナと全ての信号端子とのアイソレーションを向上することができるので、ＲＦ特性のさらなる向上を図ることができる。【００１６】
また、前記複数のグランド端子は、前記垂直な方向から見た場合、前記誘電体基板の端部において全ての側面に沿った位置に並んで配置されていることにしてもよい。【００１７】
これにより、複数のパッチアンテナと信号端子とのアイソレーションを向上しつつ、複数のグランド端子で囲まれた領域の任意の位置に信号端子を配置することができる。つまり、信号端子のレイアウト自由度が向上する。【００１８】
また、前記複数のグランド端子は、等間隔に並んで配置されており、前記複数のグランド端子のうち隣り合う２つのグランド端子の中心間の距離は、前記複数のパッチアンテナにより放射または受信される高周波信号の実効波長の１／２以下であることにしてもよい。【００１９】
これにより、当該２つのグランド端子間の隙間を当該実効波長の１／２よりも有意に狭くすることができる。したがって、当該高周波信号をより確実にシールドすることができるので、ＲＦ特性のさらなる向上を図ることができる。【００２０】
また、前記アンテナモジュールは、前記グランド端子を含む複数のグランド端子を有し、前記複数のグランド端子のうち少なくとも１つは、前記垂直な方向から見た場合、前記信号端子と前記高周波回路部品との間に配置されていることにしてもよい。【００２１】
これにより、高周波回路部品と信号端子とのアイソレーションを向上することができる。よって、信号端子を介して伝達される信号が高周波回路部品に与える影響、あるいは、高周波回路部品の不要輻射が信号端子に与える影響等、高周波回路部品とグランド端子との互いの影響を抑制することができるので、ＲＦ特性のさらなる向上を図ることができる。【００２２】
また、前記グランド端子は、銅または銅を主成分とする合金からなることにしてもよい。【００２３】
このように、導電率の高い銅がグランド端子に含まれることにより、グランド端子によるシールド効果を向上することができるので、ＲＦ特性のさらなる向上を図ることができる。【００２４】
また、前記高周波回路部品は、前記信号端子に入力された信号を増幅するパワーアンプを含み、前記複数のパッチアンテナは、前記パワーアンプで増幅された信号を放射することにしてもよい。【００２５】
パッチアンテナから放射された高周波信号が信号端子に伝搬してしまうと、パワーアンプの発振等の予期せぬ不具合が生じることにより、ＲＦ特性が悪くなる。これに対して、本態様によれば、上記高周波信号が信号端子に与える影響を抑制することができる。したがって、複数のパッチアンテナから信号端子に伝搬した高周波信号がパワーアンプに入力されることによるＲＦ特性の悪化を抑制し、ＲＦ特性の向上を図ることができる。【００２６】
また、前記高周波回路部品は、前記複数のパッチアンテナと当該高周波回路部品との間で伝達される高周波信号の位相を調整する位相調整回路を含み、前記信号端子には、前記位相調整回路で位相が調整される信号が入力または出力されることにしてもよい。【００２７】
パッチアンテナによる高周波信号が信号端子に伝搬してしまうと、位相調整回路による移相度の調整が所望どおりにできない等の予期せぬ不具合が生じることにより、ＲＦ特性が悪くなる。これに対して、本態様によれば、上記高周波信号が信号端子に与える影響を抑制することができる。したがって、複数のパッチアンテナから信号端子に伝搬した高周波信号が位相調整回路に入力されることによるＲＦ特性の悪化を抑制し、ＲＦ特性の向上を図ることができる。【００２８】
また、前記アンテナモジュールは、さらに、前記誘電体基板の前記第２主面側に設けられ、前記高周波回路部品を封止する樹脂からなる封止部材を有し、前記信号端子及び前記グランド端子の各々は、前記封止部材を厚み方向に貫通する導体柱であることにしてもよい。【００２９】
これにより、複数のパッチアンテナと高周波回路部品とが一体化されたアンテナモジュールについて、マザー基板に実装される実装面側を平坦化することができるため、実装工程の簡素化が図られる。【００３０】
また、本発明の一態様に係る通信装置は、上記いずれかのアンテナモジュールと、ＢＢＩＣ（ベースバンドＩＣ）と、を備え、前記高周波回路部品は、前記ＢＢＩＣから前記信号端子を介して入力された信号をアップコンバートして前記アンテナに出力する送信系の信号処理、及び、前記アンテナから入力された高周波信号をダウンコンバートして前記信号端子を介して前記ＢＢＩＣに出力する受信系の信号処理、の少なくとも一方を行うＲＦＩＣである。【００３１】
このような通信装置によれば、上記いずれかのアンテナモジュールを備えることにより、ＲＦ特性の向上が図られる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、パッチアンテナと高周波回路部品とが一体化されたアンテナモジュール及び通信装置について、ＲＦ特性の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、実施の形態に係るアンテナモジュールの外観斜視図である。
【図２】図２は、実施の形態に係るアンテナモジュールの分解斜視図である。
【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及び断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、第１のシミュレーションモデルの斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、第１のシミュレーションモデルの平面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第２のシミュレーションモデルの斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第２のシミュレーションモデルの平面図である。
【図６】図６は、第１のシミュレーションモデル及び第２のシミュレーションモデルにおけるアイソレーション特性を示すグラフである。
【図７】図７は、実施の形態に係るアンテナモジュールを備える通信装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図８】図８は、実施の形態の変形例１に係るアンテナモジュールの平面図である。
【図９】図９は、実施の形態の変形例２に係るアンテナモジュールの平面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態の変形例３に係るアンテナモジュールの平面図である。
【図１１】図１１は、ダミー導体柱を有するアンテナモジュールの一例の要部平面図である。
【図１２】図１２は、ダミー導体柱を有するアンテナモジュールの他の一例の要部平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
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、構成要素の配置及び接続形態などは、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。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する場合がある。
【００３５】
（実施の形態）
［１．  アンテナモジュール］
［１−１．  構造］
図１〜図３は、実施の形態に係るアンテナモジュール１の構造を示す図である。具体的には、図１は、実施の形態に係るアンテナモジュール１の外観斜視図である。図２は、実施の形態に係るアンテナモジュール１の分解斜視図である。より具体的には、同図には、誘電体基板２０と封止部材３０とを分離した状態が示されている。図３は、実施の形態に係るアンテナモジュール１の平面図及び断面図である。より具体的には、図３の（ａ）は、誘電体基板２０を透視してアンテナモジュール１を上面側（図中のＺ軸プラス側）から見た場合の平面図であり、図３の（ｂ）は、図３の（ａ）のIII−III線における断面図である。
【００３６】
以降、アンテナモジュール１の厚さ方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直かつ互いに直交する方向をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向として説明し、Ｚ軸プラス側をアンテナモジュール１の上面（天面）側として説明する。しかし、実際の使用態様においては、アンテナモジュール１の厚さ方向が上下方向とはならない場合もあるため、アンテナモジュール１の上面側は上方向に限らない。また、本実施の形態では、アンテナモジュール１は略矩形平板形状を有し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれはアンテナモジュール１の隣り合う２つの側面と平行な方向である。なお、アンテナモジュール１の形状は、これに限らず、例えば、略円形平板形状であってもよいし、さらには平板形状に限らず中央部と周縁部とで厚みが異なる形状であってもかまわない。
【００３７】
また、図２において、封止部材３０の上面にはＲＦＩＣ４０の端子である表面電極（ランドまたはパッドとも言う）あるいは表面電極に接続される導電性接合材（例えば、はんだ）が露出するが、これについては図示を省略する。また、図３の（ｂ）では、簡明のため、厳密には別断面にある構成要素を同一図面内に示している場合、あるいは、同一断面にある構成要素の図示を省略している場合がある。
【００３８】
図１に示すように、アンテナモジュール１は、アレイアンテナ１０と、アレイアンテナ１０が上面側に設けられた誘電体基板２０と、を有する。本実施の形態ではさらに、アンテナモジュール１は、誘電体基板２０の下面に設けられた封止部材３０を有する。また、図２及び図３に示すように、アンテナモジュール１は、さらに、誘電体基板２０の下面側に、高周波回路部品であるＲＦＩＣ４０と、信号端子である信号導体柱１３１と、グランド端子であるグランド導体柱１３２と、を有する。本実施の形態では、これらＲＦＩＣ４０、信号導体柱１３１及びグランド導体柱１３２は、信号導体柱１３１の下面及びグランド導体柱１３２の下面を除き、封止部材３０で覆われている。また、本実施の形態では、信号導体柱１３１及びグランド導体柱１３２は、いずれも複数個設けられている。なお、信号導体柱１３１及びグランド導体柱１３２それぞれの個数は、特に限定されず、１以上であればよい。
【００３９】
以下、これらアンテナモジュール１を構成する各部材について、具体的に説明する。
【００４０】
アレイアンテナ１０は、誘電体基板２０の第１主面側である上面側（Ｚ軸プラス側）に設けられ、高周波信号を放射または受信する複数のパッチアンテナ１１１を含むアンテナである。本実施の形態では、アレイアンテナ１０は、６行３列の２次元状に配置された１８個のパッチアンテナ１１１からなる。
【００４１】
なお、アレイアンテナ１０を構成するパッチアンテナ１１１の個数及び配置は、これに限らず、例えば、複数のパッチアンテナ１１１が１次元状に並んで配置されていてもかまわない。
【００４２】
各パッチアンテナ１１１は、図３に示すように、誘電体基板２０の主面に略平行に設けられたパターン導体によって構成され、当該パターン導体の下面に給電点１１１ｐを有する。このパッチアンテナ１１１は、給電された高周波信号を空間中に放射する、または、空間中の高周波信号を受信する。本実施の形態では、パッチアンテナ１１１は、ＲＦＩＣ４０から給電点１１１ｐに給電された高周波信号を空間中に放射し、空間中の高周波信号を受信して給電点１１１ｐからＲＦＩＣ４０に出力する。つまり、本実施の形態におけるパッチアンテナ１１１は、ＲＦＩＣ４０との間で伝達される高周波信号に相当する電波（空間伝搬する高周波信号）を放射する放射素子でもあり、当該電波を受信する受信素子でもある。
【００４３】
本実施の形態では、パッチアンテナ１１１は、アンテナモジュール１を平面視した場合（Ｚ軸プラス側から見た場合）に、Ｙ軸方向に延びてＸ軸方向に対向する１対の辺とＸ軸方向に延びてＹ軸方向に対向する１対の辺とで囲まれる矩形形状であり、給電点１１１ｐが当該矩形形状の中心点からＹ軸マイナス側にずれた位置に設けられている。このため、本実施の形態において、パッチアンテナ１１１によって放射または受信される電波の偏波方向はＹ軸方向となる。
【００４４】
当該電波の波長及び比帯域幅等は、パッチアンテナ１１１のサイズ（ここでは、Ｙ軸方向の大きさ及びＸ軸方向の大きさ）に依存する。このため、パッチアンテナ１１１のサイズは、周波数等の要求仕様に応じて適宜決定され得る。
【００４５】
なお、図１〜図３では、簡明のため、パッチアンテナ１１１を誘電体基板２０の上面から露出させて図示している。しかし、パッチアンテナ１１１は、誘電体基板２０の上面側に設けられていればよく、例えば、誘電体基板２０が多層基板で構成された場合には、多層基板の内層に設けられていてもかまわない。
【００４６】
ここで、「上面側」とは、上下方向の中心よりも上側であることを意味する。すなわち、第１主面とこれと反対側の第２主面とを有する誘電体基板２０において、「第１主面側に設けられる」とは、第２主面よりも第１主面の近くに設けられることを意味する。以降、他の部材の同様の表現についても、同様である。
【００４７】
誘電体基板２０は、誘電体材料からなる基板素体２０ａと、上記のパッチアンテナ１１１等を構成する各種導体と、で構成されている。この誘電体基板２０は、本実施の形態では、図２及び図３の（ａ）に示すように４つの側面２１〜２４を有する略矩形平板形状であり、図３の（ｂ）に示すように複数の誘電体層が積層されることで構成された多層基板である。なお、誘電体基板２０は、これに限らず、例えば、略円形平板形状であってもかまわないし、あるいは、単層基板であってもかまわない。
【００４８】
誘電体基板２０の各種導体には、パッチアンテナ１１１を構成するパターン導体の他に、アレイアンテナ１０及びＲＦＩＣ４０とともにアンテナモジュール１を構成する回路を形成する導体が含まれる。当該導体には、具体的には、ＲＦＩＣ４０のＡＮＴ端子１４１とパッチアンテナ１１１の給電点１１１ｐとの間で高周波信号を伝達する給電線を構成するパターン導体１２１及びビア導体１２２と、信号導体柱１３１とＲＦＩＣ４０のＩ／Ｏ端子１４２との間で信号を伝達するパターン導体１２４と、が含まれる。
【００４９】
パターン導体１２１は、誘電体基板２０の主面に沿って誘電体基板２０の内層に設けられ、例えば、パッチアンテナ１１１の給電点１１１ｐに接続されたビア導体１２２と、ＲＦＩＣ４０のＡＮＴ端子１４１に接続されたビア導体１２２とを接続する。
【００５０】
ビア導体１２２は、誘電体基板２０の主面に垂直な厚さ方向に沿って設けられ、例えば、互いに異なる層に設けられたパターン導体同士を接続する層間接続導体である。
【００５１】
パターン導体１２４は、誘電体基板２０の主面に沿って誘電体基板２０の下面に設けられ、例えば、信号導体柱１３１とＲＦＩＣ４０のＩ／Ｏ端子１４２とを接続する。
【００５２】
このような誘電体基板２０としては、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、プリント基板等が用いられる。
【００５３】
なお、誘電体基板２０には、さらに、パターン導体１２１の上層及び下層に、パターン導体１２１を挟んで対向して配置された一対のグランドパターン導体が設けられていることが好ましい。さらには、これらグランドパターン導体は誘電体基板２０の略全体にわたって設けられていることが好ましい。このように誘電体基板２０の略全体にわたってグランドパターン導体を設けることにより、複数のパッチアンテナ１１１によって放射または受信される高周波信号が誘電体基板２０内部を介して各信号導体柱１３１に伝搬することを抑制できる。また、当該一対のグランドパターン導体のうち、例えば、パターン導体１２１の上層のグランドパターン導体のみ設けられ、パターン導体１２１の下層のグランドパターン導体は設けられていなくてもかまわない。
【００５４】
また、パターン導体１２４は、誘電体基板２０の内層に設けられ、ビア導体を介して信号導体柱１３１とＲＦＩＣ４０のＩ／Ｏ端子１４２とを接続していてもかまわない。
【００５５】
封止部材３０は、誘電体基板２０の下面（第２主面）側に設けられ、ＲＦＩＣ４０を封止する樹脂からなる。本実施の形態では、封止部材３０は、誘電体基板２０の下面上に設けられ、誘電体基板２０の４つの側面２１〜２４と面一の４つの側面と、誘電体基板２０の下面と略平行の１つの下面とを有し、誘電体基板２０の下面全体に設けられている。つまり、本実施の形態において、ＲＦＩＣ４０、信号導体柱１３１及びグランド導体柱１３２は、封止部材３０に埋め込まれている。
【００５６】
このような封止部材３０の材質は特に限定されないが、例えば、エポキシ、または、ポリイミド樹脂等が用いられる。
【００５７】
なお、封止部材３０の形状は、上記に限らず、誘電体基板２０の側面２１〜２４よりも内側または外側に位置する側面を有してもかまわないし、段差が設けられた下面を有してもかまわない。また、封止部材３０は、誘電体基板２０の下面と直接的には接しておらず、当該下面との間に絶縁膜等が設けられていてもかまわない。
【００５８】
ＲＦＩＣ４０は、誘電体基板２０の下面側に実装され、複数のパッチアンテナ１１１と電気的に接続された高周波回路部品であり、ＲＦ信号処理回路を構成する。ＲＦＩＣ４０は、後述するＢＢＩＣから信号導体柱１３１を介して入力された信号をアップコンバートしてアレイアンテナ１０に出力する送信系の信号処理、及び、アレイアンテナ１０から入力された高周波信号をダウンコンバートして信号導体柱１３１を介してＢＢＩＣに出力する受信系の信号処理、の少なくとも一方を行う。
【００５９】
本実施の形態では、ＲＦＩＣ４０は、複数のパッチアンテナ１１１に対応する複数のＡＮＴ端子１４１と、複数の信号導体柱１３１に対応する複数のＩ／Ｏ端子１４２と、を有する。例えば、ＲＦＩＣ４０は、送信系の信号処理として、送信系の信号導体柱１３１を介して送信系のＩ／Ｏ端子１４２（ここではＩｎｐｕｔ端子として機能）に入力された信号についてアップコンバート及び分波等を行い、複数のＡＮＴ端子１４１から複数のパッチアンテナ１１１に給電する。また、例えば、ＲＦＩＣ４０は、受信系の信号処理として、複数のパッチアンテナ１１１で受信されて複数のＡＮＴ端子１４１に入力された信号について合波及びダウンコンバート等を行い、受信系のＩ／Ｏ端子１４２（ここではＯｕｔｐｕｔ端子として機能）から受信系の信号導体柱１３１を介して出力する。
【００６０】
なお、ＲＦＩＣ４０における信号処理の一例については、アンテナモジュール１を用いた通信装置の構成と合わせて後述する。
【００６１】
また、ＲＦＩＣ４０は、図３に示すように、誘電体基板２０の上面に垂直な方向から見た場合（すなわち、Ｙ軸プラス側から見た場合）、複数のパッチアンテナ１１１が配置された領域であるＡＮＴ領域内に配置されている。これにより、ＲＦＩＣ４０と各パッチアンテナ１１１とを接続する給電線を短く設計することができる。
【００６２】
ここで、ＡＮＴ領域とは、上記方向から見た場合に、複数のパッチアンテナ１１１を包含する最小の領域であり、本実施の形態では矩形形状の領域である。また、上記方向から見た場合に、ＲＦＩＣ４０がＡＮＴ領域に位置するとは、ＲＦＩＣ４０の少なくとも一部がＡＮＴ領域内に位置することを意味し、特定的には、ＲＦＩＣ４０全体がＡＮＴ領域内に位置することを意味する。このようにＲＦＩＣ４０を配置することにより、いずれのパッチアンテナ１１１についても、給電線を短く設計することができる。
【００６３】
なお、ＡＮＴ領域の形状は、複数のパッチアンテナ１１１の配置態様に対応し、矩形形状には限らない。
【００６４】
信号導体柱１３１は、誘電体基板２０の下面側に設けられ、ＲＦＩＣ４０と電気的に接続された信号端子であり、封止部材３０を厚み方向に貫通する導体柱である。本実施の形態では、信号導体柱１３１は、円柱形状に構成され、誘電体基板２０の下面上に設けられている。具体的には、信号導体柱１３１は、上面が誘電体基板２０のパターン導体１２４に接続され、下面が封止部材３０の下面から露出している。
【００６５】
グランド導体柱１３２は、誘電体基板２０の下面側に設けられ、グランド電位に設定されるグランド端子であり、封止部材３０を厚み方向に貫通する導体柱である。本実施の形態では、グランド導体柱１３２は、円柱形状に構成され、誘電体基板２０の下面上に設けられている。具体的には、グランド導体柱１３２は、上面が誘電体基板２０のグランド電極（図示せず）に接続され、下面が封止部材３０の下面から露出している。
【００６６】
このような信号導体柱１３１及びグランド導体柱１３２は、アンテナモジュール１がマザー基板（図示せず）に実装される際にアンテナモジュール１の外部接続端子となる。つまり、アンテナモジュール１は、リフロー等により、信号導体柱１３１及びグランド導体柱１３２がマザー基板の電極と電気的及び機械的に接続されることにより、マザー基板に実装される。
【００６７】
このような信号導体柱１３１及びグランド導体柱１３２の材質は特に限定されないが、例えば、導電率の高い（すなわち抵抗値の低い）銅等が用いられる。
【００６８】
なお、信号導体柱１３１及びグランド導体柱１３２のそれぞれは、誘電体基板２０の下面上に設けられていなくてもかまわない。つまり、信号導体柱１３１及びグランド導体柱１３２のそれぞれは、上方端部が誘電体基板２０に埋め込まれていてもかまわないし、誘電体基板２０の下面と直接的には接しておらず、当該下面との間に絶縁膜等が設けられていてもかまわない。
【００６９】
また、グランド導体柱１３２は、誘電体基板２０のグランド電極（図示せず）に接続されていなくてもよく、アンテナモジュール１がマザー基板（図示せず）に実装されてグランド導体柱１３２がマザー基板のグランド電極と接続されることによりグランド電位に設定されてもかまわない。また、グランド導体柱１３２は、誘電体基板２０のパターン導体を介してＲＦＩＣ４０のグランド端子と電気的に接続されていてもかまわない。
【００７０】
また、信号導体柱１３１及びグランド導体柱１３２は、円柱形状に限らず、例えば、角柱形状、あるいは、断面が略円形または略矩形のテーパー形状であってもかまわない。
【００７１】
以上のように、本実施の形態に係るアンテナモジュール１では、誘電体基板２０の第１主面側（本実施の形態では上面側）に複数のパッチアンテナ１１１が設けられ、誘電体基板２０の第２主面側（本実施の形態では下面側）に高周波回路部品（本実施の形態ではＲＦＩＣ４０）が実装されている。また、誘電体基板２０の主面に垂直な方向から見て（本実施の形態ではＺ軸方向から見て）、ＲＦＩＣ４０がＡＮＴ領域内に配置されている。
【００７２】
これにより、本実施の形態によれば、高周波回路部品と各パッチアンテナ１１１とを接続する給電線を短く設計することができるので、給電線によって生じるロスが低減され、高性能なアンテナモジュール１を実現することができる。このようなアンテナモジュール１は、給電線が長くなると当該給電線によるロスが大きくなりやすいミリ波帯のアンテナモジュールとして好適である。
【００７３】
［１−２．  信号端子（信号導体柱）とグランド端子（グランド導体柱）との位置関係］
［１−２−１．  本発明に至った経緯］
これに関し、本願発明者は、このようなパッチアンテナと高周波回路部品とが一体化されたアンテナモジュールの開発を進めていくうちに、パッチアンテナにより放射または受信される高周波信号（空間伝搬する高周波信号、すなわち電波）が信号端子（本実施の形態の信号導体柱に相当）に伝搬することにより、アンテナモジュールのＲＦ特性が悪くなることに気付いた。
【００７４】
具体的には、ミリ波帯より低域の周波数帯では、パッチアンテナにより空間伝搬する高周波信号の波長に比べて信号端子のサイズが十分に小さいため、当該高周波信号が信号端子に伝搬しにくい。これに対し、ミリ波帯のように高域の周波数帯では、パッチアンテナにより空間伝搬する高周波信号の波長が短いため、当該高周波信号が信号端子に伝搬しやすくなる。これに関し、当該高周波信号の信号端子への伝搬を抑制するためには信号端子のさらなる小型化が必要となるが、製造工程上または要求仕様上による制約により信号端子の小型化には限界がある。このため、高域の周波数帯では、パッチアンテナにより空間伝搬する高周波信号の波長に比べて信号端子のサイズを十分に小さくすることが難しく、上記のように空間伝搬する高周波信号が信号端子に伝搬しやすくなってしまう。
【００７５】
また、パッチアンテナにより空間伝搬する高周波信号は、誘電体基板において当該パッチアンテナが設けられた一方主面側から他方主面側へ向かって、当該誘電体基板の側面を回り込む。このため、パッチアンテナから信号端子に伝搬する高周波信号は、誘電体基板において当該高周波信号の偏波方向における側面からの回り込みが支配的となる。
【００７６】
また、このような高周波信号の回り込みは、誘電体基板の側面からＡＮＴ領域までの隙間が狭いほど、すなわち誘電体基板を平面視した場合にＡＮＴ領域の占める割合が高いほど、顕著となる。したがって、当該高周波信号の周り込みを抑制するためには、誘電体基板の側面からＡＮＴ領域までの隙間を広く確保することが考えられるが、このような構成はアンテナモジュールの小型化の妨げとなる。
【００７７】
そこで、本願発明者は、パッチアンテナと高周波回路部品とが一体化されたアンテナモジュールにおいて、パッチアンテナにより空間伝搬する高周波信号（以降、「パッチアンテナによる高周波信号」と記載する場合あり）の信号端子への伝搬を抑制するために、信号端子とグランド端子との相対的な位置関係に着目し、本発明に想到するに至った。
【００７８】
［１−２−２．  実施の形態での位置関係］
以下、本実施の形態における信号導体柱１３１（すなわち信号端子）とグランド導体柱１３２（すなわちグランド端子）との位置関係について、引き続き図３を用いて説明する。
【００７９】
図３の（ａ）に示すように、本実施の形態では、誘電体基板２０の上面（すなわち第１主面）に垂直な方向から見た場合（すなわち、Ｚ軸プラス側から見た場合）、複数のパッチアンテナ１１１により放射または受信される高周波信号の偏波方向（ここではＹ軸方向）において、各信号導体柱１３１と誘電体基板２０の当該信号導体柱１３１に最も近い側面との間にグランド導体柱１３２が配置されている。具体的には、上記の方向から見た場合、誘電体基板２０の端部において、当該偏波方向における誘電体基板２０の一方の側面２１に沿って複数（ここでは１４個）のグランド導体柱１３２が配置されている。また、上記の方向から見た場合、誘電体基板２０の端部において、当該偏波方向における誘電体基板２０の他方の側面２３に沿って複数（ここでは１４個）のグランド導体柱１３２が配置されている。
【００８０】
また、上記の方向から見た場合、複数のグランド導体柱１３２は、少なくとも１つの信号導体柱１３１を囲むように並んで配置されており、本実施の形態では、全ての信号導体柱１３１を囲むように並んで配置されている。具体的には、上記の方向から見た場合、複数のグランド導体柱１３２は、誘電体基板２０の端部において全ての側面２１〜２４に沿って並んで配置されている。より具体的には、複数のグランド導体柱１３２は、誘電体基板２０の外周に沿って矩形環状に配置され、複数の信号導体柱１３１はその内周に矩形環状に配置されている。
【００８１】
また、これら複数のグランド導体柱１３２は、等間隔に並んで配置されており、隣り合う２つのグランド導体柱１３２の中心間の距離ｐは、複数のパッチアンテナ１１１により放射または受信される高周波信号の実効波長の１／２以下である。また、本実施の形態では、複数の信号導体柱１３１は、等間隔に並んで配置されており、隣り合う２つの信号導体柱１３１の中心間の距離は、隣り合う２つのグランド導体柱１３２の中心間の距離と略同等である。また、本実施の形態では、誘電体基板２０の各側面２１〜２４に沿って並ぶ隣り合うグランド導体柱１３２と信号導体柱１３１との中心間の距離は、隣り合う２つのグランド導体柱１３２の中心間の距離と略同等である。
【００８２】
ここで、「実効波長」とは、着目している領域の誘電率を考慮した実際の波長を意味し、本実施の形態では、グランド導体柱１３２が設けられた封止部材３０の誘電率及び透磁率を主として考慮した実際の波長を意味する。例えば、複数のパッチアンテナ１１１により放射または受信される高周波信号の真空中の波長をλ０とし、封止部材３０の比誘電率をεｒとし、封止部材３０の比透磁率をμｒとすると、実効波長λｇは、次式で近似される。
【００８３】
λｇ＝λ０×１／√（εｒ×μｒ）
【００８４】
なお、複数の信号導体柱１３１の配置態様は、上記に限らず、例えば、隣り合う２つのグランド導体柱１３２の中心間の距離の２倍以上の整数倍で等間隔に配置されていてもかまわないし、さらには、等間隔に配置されていなくてもかまわない。また、誘電体基板２０の各側面２１〜２４に沿って並ぶ隣り合うグランド導体柱１３２と信号導体柱１３１との中心間の距離は、上記に限らず、例えば、隣り合う２つのグランド導体柱１３２の中心間の距離の２倍以上の整数倍であってもかまわないし、当該整数倍以外の任意の距離であってもかまわない。
【００８５】
本実施の形態によれば、複数の信号導体柱１３１と複数のグランド導体柱１３２とを上記のような位置関係にすることにより、パッチアンテナ１１１から信号導体柱１３１への高周波信号の空間伝搬を抑制することができる。つまり、パッチアンテナ１１１と信号導体柱１３１とのアイソレーションを向上することができる。
【００８６】
［１−２−３．  シミュレーションによる比較］
このことについて、第１のシミュレーションモデル及び第２のシミュレーションモデルを用いて説明する。
【００８７】
まず、実施の形態の比較例に相当する第１のシミュレーションモデルについて説明する。
【００８８】
図４Ａは、第１のシミュレーションモデル９０Ｍの斜視図である。図４Ｂは、第１のシミュレーションモデル９０Ｍの平面図である。なお、いずれのシミュレーションモデルにおいても、パターン導体１２１と給電素子１１１ａとの間には、給電線を構成するビア導体１２２及びその周囲を除いて、パターン導体１２１と給電素子１１１ａとを隔てるグランドパターン導体が設けられているが、これについては簡明のため図示を省略する。
【００８９】
なお、図４Ａにおいて、パッチアンテナ１１１の給電点１１１ｐに接続されているビア導体１２２と信号導体柱１３１に接続されているパターン導体１２１とを接続する構成が省略されているものの、これらは互いに電気的に接続されている。また、これらの図には、第１のシミュレーションモデル９０Ｍが実装されたマザー基板５０及びマザー基板５０における給電用のパターン導体５１も合わせて示されている。これらの事項は、後述する第２のシミュレーションモデルの斜視図及び平面図においても同様である。
【００９０】
これらの図に示すように、第１のシミュレーションモデル９０Ｍは、実施の形態に係るアンテナモジュール１においてＹ軸方向に隣り合う２つのパッチアンテナ１１１に対応する構成を有する。ただし、第１のシミュレーションモデル９０Ｍは、実施の形態に比べ、誘電体基板２０の上面に垂直な方向から見た場合（Ｚ軸プラス側から見た場合）に、信号導体柱１３１が誘電体基板２０の端部に配置されている点が異なる。つまり、第１のシミュレーションモデル９０Ｍは、信号導体柱１３１と当該信号導体柱１３１に最も近い側面２１との間に、グランド導体柱１３２が配置されていない構成である。
【００９１】
また、実施の形態では、パッチアンテナ１１１として給電点１１１ｐを有する１つのパターン導体を例に説明したが、ここでは、パッチアンテナ１１１は、給電点１１１ｐを有するパターン導体である給電素子１１１ａと、給電点１１１ｐを有さず給電素子１１１ａの上面側に給電素子１１１ａと離間して配置された無給電素子１１１ｂと、を有する構成を用いている。
【００９２】
次に、実施の形態に相当する第２のシミュレーションモデルについて説明する。
【００９３】
図５Ａは、第２のシミュレーションモデル１０Ｍを示す斜視図である。図５Ｂは、第２のシミュレーションモデル１０Ｍの平面図である。
【００９４】
これらの図に示すように、第２のシミュレーションモデル１０Ｍは、第１のシミュレーションモデル９０Ｍに比べ、信号導体柱１３１と当該信号導体柱１３１に最も近い側面２１との間に、グランド導体柱１３２が配置されている。また、さらに、第２のシミュレーションモデル１０Ｍでは、信号導体柱１３１を囲むように複数のグランド導体柱１３２が配置されている。具体的には、第２のシミュレーションモデル１０Ｍは、第１のシミュレーションモデル９０Ｍに比べ、信号導体柱１３１よりも誘電体基板２０の側面２１側（つまり外側）に複数のグランド導体柱１３２が配置され、さらに、信号導体柱１３１よりも誘電体基板２０の側面２１と反対側（つまり内側）に複数のグランド導体柱１３２が配置された構成である。
【００９５】
図６は、第１のシミュレーションモデル９０Ｍ及び第２のシミュレーションモデル１０Ｍにおけるアイソレーション特性を示すグラフである。具体的には、ここでは、アイソレーションとして、パッチアンテナ１１１と信号導体柱１３１との間の分離度が示されており、より具体的には、パッチアンテナ１１１から放射された高周波信号に対する信号導体柱１３１に伝搬した当該高周波信号の強度比の絶対値が示されている。
【００９６】
同図から明らかなように、第２のシミュレーションモデル１０Ｍによれば、第１のシミュレーションモデル９０Ｍに比べて、パッチアンテナ１１１と信号導体柱１３１とのアイソレーションが３０ｄＢ以上向上している。
【００９７】
［１−２−４．  まとめ］
これら第１のシミュレーションモデル９０Ｍ及び第２のシミュレーションモデル１０Ｍのアイソレーションの比較結果（図６参照）からも明らかなように、本実施の形態によれば、次のような効果が奏される。すなわち、誘電体基板２０の第１主面に垂直な方向から見た場合（本実施の形態ではＺ軸プラス側から見た場合）、グランド端子（本実施の形態では複数のグランド導体柱１３２）が、複数のパッチアンテナ１１１による高周波信号の偏波方向（本実施の形態ではＹ軸方向）において、信号端子（本実施の形態では複数の信号導体柱１３１）と、当該信号端子に最も近い誘電体基板２０の第１側面（本実施の形態では、側面２１または側面２３）との間に配置されていることにより、グランド端子がシールドとなって複数のパッチアンテナ１１１と信号端子とのアイソレーションを向上することができる。その結果、上記高周波信号が信号端子に与える影響を抑制することができる。したがって、複数のパッチアンテナ１１１から信号端子に伝搬した高周波信号が高周波回路部品（本実施の形態ではＲＦＩＣ４０）に入力されることによるＲＦ特性の悪化を抑制することができる。すなわち、パッチアンテナ１１１と高周波回路部品とが一体化されたアンテナモジュール１について、ＲＦ特性の向上を図ることができる。
【００９８】
また、本実施の形態によれば、上記の垂直な方向から見た場合、複数のグランド端子が誘電体基板２０の端部において第１側面に沿って並んで配置されていることにより、複数のパッチアンテナ１１１と信号端子とのアイソレーションをさらに向上することができる。よって、ＲＦ特性のさらなる向上を図ることができる。
【００９９】
また、本実施の形態によれば、上記の垂直な方向から見た場合、複数のグランド端子が信号端子を囲むように並んで配置されていることにより、当該信号端子について上記の偏波方向と異なる偏波方向に偏波する高周波信号もシールドすることができる。よって、複数のパッチアンテナ１１１と信号端子とのアイソレーションをさらに向上することができるので、ＲＦ特性のさらなる向上を図ることができる。
【０１００】
また、本実施の形態によれば、上記の垂直な方向から見た場合、複数のグランド端子が全ての信号端子を囲むように並んで配置されていることにより、全ての信号端子について上記の偏波方向と異なる偏波方向に偏波する高周波信号もシールドすることができる。よって、複数のパッチアンテナ１１１と全ての信号端子とのアイソレーションを向上することができるので、ＲＦ特性のさらなる向上を図ることができる。
【０１０１】
また、本実施の形態によれば、上記の垂直な方向から見た場合、複数のグランド端子が誘電体基板２０の端部において全ての側面２１〜２４に沿って並んで配置されていることにより、複数のパッチアンテナ１１１と信号端子とのアイソレーションを向上しつつ、複数のグランド端子で囲まれた領域の任意の位置に信号端子を配置することができる。つまり、信号端子のレイアウト自由度が向上する。
【０１０２】
また、例えば、グランド端子は、銅または銅を主成分とする合金からなることが好ましい。このように、導電率の高い銅がグランド端子に含まれることにより、グランド端子によるシールド効果を向上することができるので、ＲＦ特性のさらなる向上を図ることができる。
【０１０３】
また、本実施の形態によれば、複数のグランド端子のうち隣り合う２つのグランド端子の中心間の距離（本実施の形態では、隣り合う２つのグランド導体柱１３２の中心間の距離ｐ（図３の（ａ）参照））が、複数のパッチアンテナ１１１により放射または受信される高周波信号の実効波長の１／２以下である。これにより、当該２つのグランド端子間の隙間（本実施の形態では、隣り合う２つのグランド導体柱１３２の間の隙間ｄ（図３の（ａ）参照））を当該実効波長の１／２よりも有意（例えば７５パーセント以下）に狭くすることができる。したがって、当該高周波信号をより確実にシールドすることができるので、ＲＦ特性のさらなる向上を図ることができる。
【０１０４】
また、本実施の形態によれば、高周波回路部品を封止する封止部材３０を有し、信号端子及びグランド端子の各々は、封止部材３０を厚み方向に貫通する導体柱（具体的には、それぞれ信号導体柱１３１及びグランド導体柱１３２）である。これにより、複数のパッチアンテナ１１１と高周波回路部品とが一体化されたアンテナモジュール１について、マザー基板に実装される実装面側を平坦化することができるため、実装工程の簡素化が図られる。
【０１０５】
［２．  通信装置］
本実施の形態に係るアンテナモジュール１は、下面を実装面としてプリント基板等のマザー基板に実装され、例えば、マザー基板に実装されたＢＢＩＣ２とともに通信装置を構成することができる。
【０１０６】
これに関し、本実施の形態に係るアンテナモジュール１は、各パッチアンテナ１１１から放射される高周波信号の位相及び信号強度を制御することにより鋭い指向性を実現することができる。このようなアンテナモジュール１は、例えば、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つであるＭａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯ（Multiple  Input  Multiple  Output）に対応する通信装置に用いることができる。
【０１０７】
そこで、以下では、このような通信装置について、アンテナモジュール１のＲＦＩＣ４０の処理についても述べつつ説明する。
【０１０８】
図７は、実施の形態に係るアンテナモジュール１を備える通信装置５の構成を示す回路ブロック図である。なお、同図では、簡明のため、ＲＦＩＣ４０の回路ブロックとして、アレイアンテナ１０が有する複数のパッチアンテナ１１１のうち４つのパッチアンテナ１１１に対応する回路ブロックついてのみ図示し、他の回路ブロックについては図示を省略する。また、以下では、これら４つのパッチアンテナ１１１に対応する回路ブロックについて説明し、他の回路ブロックについては説明を省略する。
【０１０９】
同図に示すように、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を構成するＢＢＩＣ２とを備える。
【０１１０】
アンテナモジュール１は、上述したように、アレイアンテナ１０と、ＲＦＩＣ４０とを備える。
【０１１１】
ＲＦＩＣ４０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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
ＢＢＩＣ２から信号端子（具体的には送信系の信号導体柱１３１）を介してＲＦＩＣ４０に伝達された信号は、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１１１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１０の指向性を調整することが可能となる。
【０１１４】
また、アレイアンテナ１０が有する各パッチアンテナ１１１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で増幅されて信号端子（具体的には受信系の信号導体柱１３１）を介してＢＢＩＣ２へ伝達される。
【０１１５】
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、ＲＦＩＣ４０が備えていなくてもよい。また、ＲＦＩＣ４０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。
【０１１６】
このように、ＲＦＩＣ４０は、信号端子（本実施の形態では信号導体柱１３１）に入力された信号を増幅するパワーアンプ３２ＡＴ〜３２ＤＴを含み、複数のパッチアンテナ１１１はパワーアンプ３２ＡＴ〜３２ＤＴで増幅された信号を放射する。
【０１１７】
このような通信装置５において、パッチアンテナ１１１から放射された高周波信号が信号端子に伝搬してしまうと、パワーアンプ３２ＡＴ〜３２ＤＴの発振等の予期せぬ不具合が生じることにより、ＲＦ特性が悪くなる。
【０１１８】
これに対して、通信装置５は、上述したアンテナモジュール１を備えることにより、上記高周波信号が信号端子に与える影響を抑制することができる。したがって、複数のパッチアンテナ１１１から信号端子に伝搬した高周波信号がパワーアンプ３２ＡＴ〜３２ＤＴに入力されることによるＲＦ特性の悪化を抑制し、ＲＦ特性の向上を図ることができる。
【０１１９】
また、ＲＦＩＣ４０は、複数のパッチアンテナ１１１とＲＦＩＣ４０との間で伝達される高周波信号の位相を調整する位相調整回路を含み、信号端子（本実施の形態では信号導体柱１３１）には、位相調整回路で位相が調整される信号が入力または出力される。ここで、本実施の形態では、位相調整回路は移相器３５Ａ〜３５Ｄによって構成され、送信系の信号導体柱１３１には位相調整回路による位相調整前の信号が入力され、受信系の信号導体柱１３１には位相調整回路による位相調整後の信号が出力される。
【０１２０】
このような通信装置５において、パッチアンテナ１１１による高周波信号が信号端子に伝搬してしまうと、位相調整回路による移相度の調整が所望どおりにできない等の予期せぬ不具合が生じることにより、ＲＦ特性が悪くなる。
【０１２１】
これに対して、通信装置５は、上述したアンテナモジュール１を備えることにより、上記高周波信号が信号端子に与える影響を抑制することができる。したがって、複数のパッチアンテナ１１１から信号端子に伝搬した高周波信号が位相調整回路に入力されることによるＲＦ特性の悪化を抑制し、ＲＦ特性の向上を図ることができる。
【０１２２】
なお、アンテナモジュール１における信号端子（実施の形態では信号導体柱１３１）及びグランド端子（実施の形態ではグランド導体柱１３２）の配置については、上記実施の形態に限られない。そこで、以下、実施の形態の変形例として、上記実施の形態と異なる配置について、説明する。
【０１２３】
（変形例１）
図８は、実施の形態の変形例１に係るアンテナモジュール１Ａの平面図である。なお、同図では、誘電体基板２０を透視してアンテナモジュール１Ａを上面側（図中のＺ軸プラス側）から見た場合の平面図が示されている。このことは、以降の各変形例の平面図においても同様である。
【０１２４】
同図に示すように、本変形例に係るアンテナモジュール１Ａは、実施の形態に係るアンテナモジュール１に比べて、さらに、誘電体基板２０の第１主面に垂直な方向から見た場合（すなわちＺ軸プラス側から見た場合）、各信号端子（ここでは信号導体柱１３１）と高周波回路部品（ここではＲＦＩＣ４０）との間にグランド端子（ここではグランド導体柱１３２）が配置されている点が異なる。つまり、アンテナモジュール１Ａが有する複数のグランド端子のうち少なくとも１つは、当該垂直な方向から見た場合、信号端子と高周波回路部品との間に配置されている。
【０１２５】
具体的には、本変形例では、実施の形態に比べ、当該垂直な方向から見た場合、さらに、矩形環状に配置された複数の信号導体柱１３１とＲＦＩＣ４０との間に、矩形環状に配置された複数のグランド導体柱１３２を有する。
【０１２６】
このように構成された本変形例に係るアンテナモジュール１Ａであっても、実施の形態と同様の構成を有するため、同様の効果を奏することができる。
【０１２７】
また、本変形例によれば、さらに、信号端子（ここでは信号導体柱１３１）と高周波回路部品（ここではＲＦＩＣ４０）との間にグランド端子（ここではグランド導体柱１３２）が配置されていることにより、高周波回路部品と信号端子とのアイソレーションを向上することができる。よって、信号端子を介して伝達される信号（すなわち信号導体柱１３１を流れる信号）が高周波回路部品に与える影響、あるいは、高周波回路部品の不要輻射が信号端子に与える影響等、高周波回路部品とグランド端子との互いの影響を抑制することができるので、ＲＦ特性のさらなる向上を図ることができる。
【０１２８】
（変形例２）
図９は、実施の形態の変形例２に係るアンテナモジュール１Ｂの平面図である。
【０１２９】
同図に示すように、本変形例に係るアンテナモジュール１Ｂは、実施の形態に係るアンテナモジュール１に比べて、誘電体基板２０の第１主面に垂直な方向から見た場合（すなわちＺ軸プラス側から見た場合）、誘電体基板２０の側面２２に沿って並んで配置されていた複数のグランド端子（ここではグランド導体柱１３２）、及び、誘電体基板２０の側面２４に沿って並んで配置されていた複数のグランド端子が設けられていない点が異なる。つまり、アンテナモジュール１Ｂは、当該垂直な方向から見た場合、各信号端子（ここでは信号導体柱１３１）について、複数のパッチアンテナ１１１による高周波信号の偏波方向おいて誘電体基板２０の最も近い第１側面（本実施の形態では、側面２１または側面２３）との間に配置されたグランド端子のみを有する。
【０１３０】
このように構成された本変形例に係るアンテナモジュール１Ｂであっても、実施の形態１に比べて効果は多少劣るものの、信号端子（ここでは信号導体柱１３１）と誘電体基板２０の当該信号端子に最も近い側面との間にグランド端子が配置されることにより、実施の形態１と同様に、複数のパッチアンテナ１１１と信号端子とのアイソレーションを向上することができる。
【０１３１】
（変形例３）
図１０は、実施の形態の変形例３に係るアンテナモジュール１Ｃの平面図である。
【０１３２】
上記実施の形態及びその変形例１、２では、アンテナモジュールが有する全ての信号端子（ここでは信号導体柱１３１）がグランド端子（ここではグランド導体柱１３２）によってシールドされていた。これに対して、本変形例では、アンテナモジュール１Ｃが有する複数の信号端子のうち一部の信号端子のみがグランド端子によってシールドされている点が異なる。具体的には、同図では、複数の信号導体柱１３１及び複数のグランド導体柱１３２のうち、Ｘ軸マイナス側から２番目、かつ、Ｙ軸マイナス側から２番目に位置する信号導体柱１３１のみが当該信号導体柱１３１を囲む８個のグランド導体柱１３２によってシールドされている。
【０１３３】
例えば、ＲＦＩＣ４０と電気的に接続される複数の信号導体柱１３１は、ＲＦＩＣ４０に入力される各種信号、または、ＲＦＩＣから出力される各種信号を伝達する。各種信号には、高周波用の信号、制御信号または電源、等が含まれ、これらの各種信号は、複数のパッチアンテナ１１１による高周波信号の影響を受けた場合にＲＦ特性を大きく悪化させるセンシティブな信号と当該影響を受けた場合であってもＲＦ特性をあまり悪化させないノンセンシティブな信号とに分類される。
【０１３４】
そこで、本変形例では、例えば、複数の信号導体柱１３１のうちセンシティブな信号を伝達する信号導体柱１３１のみをグランド導体柱１３２によってシールドしてもかまわない。
【０１３５】
このように構成された本変形例に係るアンテナモジュール１Ｃによれば、全ての信号端子（ここでは信号導体柱１３１）のうち一部の信号端子のみをグランド端子（ここではグランド導体柱１３２）によってシールドすることにより、グランド端子の個数を削減することができる。
【０１３６】
ここで、信号導体柱１３１が伝達する「高周波用の信号」とは、複数のパッチアンテナ１１１によって放射または受信される高周波信号に対応する信号であり、本変形例では、ＢＢＩＣ２等から入力されるベースバンド信号またはＢＢＩＣ２に出力するベースバンド信号である。
【０１３７】
これに関し、本変形例では、誘電体基板２０の第２主面側に実装された高周波回路部品としてＲＦＩＣ４０を例に説明しているため、「高周波用の信号」は複数のパッチアンテナ１１１によって放射または受信される高周波信号よりも周波数の低いベースバンド信号である。しかし、当該高周波回路部品は、ＲＦＩＣ４０に限らず、高周波用の信号端子（ここでは信号導体柱１３１）に入力された信号を処理してアレイアンテナ１０に出力することによりアレイアンテナ１０に高周波信号を放射させる、または、アレイアンテナ１０により受信されることでアレイアンテナ１０から入力された高周波信号を処理して高周波用の信号端子に出力する回路部品であればよい。このため、「高周波用の信号」は、ベースバンド信号に限らず、複数のパッチアンテナ１１１によって放射または受信される高周波信号と同じ周波数の高周波信号であってもよい。
【０１３８】
すなわち、「高周波用の信号」とは、アンテナモジュール１Ｃの主経路によって伝送される信号であり、複数のパッチアンテナ１１１によって放射または受信される高周波信号に含まれる情報（例えば、通信対象のデジタルデータ）を含む。つまり、高周波用の信号を伝達する信号端子（ここでは信号導体柱１３１）とは、アンテナモジュール１Ｃの主経路の入力端子または出力端子である。
【０１３９】
（その他の変形例）
以上、本発明の実施の形態およびその変形例に係るアンテナモジュールおよび通信装置について説明したが、本発明は上記実施の形態およびその変形例に限定されるものではない。上記実施の形態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。
【０１４０】
例えば、アンテナモジュールは、さらに、誘電体基板２０の第２主面側（上記説明では下面側）に設けられ、信号端子（上記説明では信号導体柱１３１）及びグランド端子（上記説明ではグランド導体柱１３２）とは異なるダミー端子等の端子を有してもかまわない。このような構成として、導体柱によって構成されたダミー端子であるダミー導体柱を有する構成を例に説明する。例えば、ダミー端子とは、アンテナモジュールにおいて他と電気的に接続されない独立した端子であり、アンテナモジュールをマザー基板等に実装する際に機械的な接続強度を確保するための端子である。
【０１４１】
図１１は、ダミー導体柱１３３を有するアンテナモジュールの一例の要部平面図である。図１２は、ダミー導体柱１３３を有するアンテナモジュールの他の一例の要部平面図である。
【０１４２】
これらの図に示すように、アンテナモジュールは、誘電体基板２０の第１主面に垂直な方向から見た場合（ここではＺ軸プラス側から見た場合）、パッチアンテナ１１１により放射または受信される高周波信号の偏波方向（ここではＹ軸方向）において、信号導体柱１３１と誘電体基板２０の当該信号導体柱１３１に最も近い第１側面（ここでは側面２１）との間にグランド導体柱１３２が設けられていればよく、他の端子レイアウト位置には、ダミー導体柱１３３が設けられていてもかまわない。
【０１４３】
また、図１１に示すように第１側面に沿って複数のグランド導体柱１３２が並んで配置されていてもかまわないし、図１２に示すようにグランド導体柱１３２とダミー導体柱１３３とが並んで配置されていてもかまわない。
【０１４４】
なお、図１１及び図１２に示すダミー導体柱１３３が設けられていなくてもかまわない。つまり、アンテナモジュールは、１つの信号導体柱１３１のみ及び１つのグランド導体柱１３２のみを有し、当該グランド導体柱がパッチアンテナによる高周波信号の偏波方向において、当該１つの信号導体柱１３１と第１側面との間に配置されていてもかまわない。
【０１４５】
また、上記説明では、ＲＦＩＣ４０は、送信系の信号処理及び受信系の信号処理の両方を行う構成を例に説明したが、これに限らず、いずれか一方のみを行ってもかまわない。
【０１４６】
また、上記説明では、高周波回路部品としてＲＦＩＣ４０を例に説明したが、高周波回路部品はこれに限らない。例えば、高周波回路部品は、信号端子（上記説明では信号導体柱１３１）に入力された信号を増幅するパワーアンプであり、複数のパッチアンテナ１１１は、当該パワーアンプで増幅された信号を放射してもかまわない。あるいは、例えば、高周波回路部品は、複数のパッチアンテナ１１１と当該高周波回路部品との間で伝達される高周波信号の位相を調整する位相調整回路であり、信号端子（上記説明では信号導体柱１３１）には、当該位相調整回路で位相が調整される信号が入力または出力されてもかまわない。
【０１４７】
また、上記説明では、アンテナモジュールは封止部材３０を有し、信号端子及びグランド端子は封止部材３０を貫通する導体柱であるとした。しかし、アンテナモジュールは封止部材を有していなくてもよく、信号端子及びグランド端子は誘電体基板２０の第２主面側（例えば第２主面上）に設けられたパターン電極である表面電極であってもかまわない。このように構成されたアンテナモジュールは、キャビティ構造を有するマザー基板等に信号端子及びグランド端子によって実装され得る。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明は、バンドパスフィルタ機能のある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】
【０１４９】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ    アンテナモジュール
２    ＢＢＩＣ
５    通信装置
１０    アレイアンテナ（アンテナ）
１０Ｍ  第２のシミュレーションモデル
２０    誘電体基板
２０ａ    基板素体
２１〜２４    側面
３０    封止部材
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
４０    ＲＦＩＣ
５０    マザー基板
５１，１２１，１２４    パターン導体  
９０Ｍ  第１のシミュレーションモデル
１１１    パッチアンテナ
１１１ａ    給電素子
１１１ｂ    無給電素子
１１１ｐ    給電点
１２２    ビア導体
１３１    信号導体柱（信号端子）
１３２    グランド導体柱（グランド端子）
１３３    ダミー導体柱
１４１    ＡＮＴ端子
１４２    Ｉ／Ｏ端子
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2018173750.tif 000016
【国際調査報告】
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2018173750.tif 000018
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