(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイアンテナを構成し、複数の動作周波数で動作可能な複数のマルチバンドアンテナ素子と、
前記複数のマルチバンドアンテナ素子から少なくとも２つの前記マルチバンドアンテナ素子を、複数の動作周波数から選択した１つの動作周波数に応じて選択し、前記複数のマルチバンドアンテナ素子のうち選択されたマルチバンドアンテナ素子を動作させるアンテナ駆動部と
を有し、
前記アンテナ駆動部は複数の給電線を含み、
前記複数のマルチバンドアンテナ素子の各々は、複数の動作周波数でそれぞれ高周波信号を放射する複数の導体パターンを含み、
前記選択されたマルチバンドアンテナ素子の前記複数の導体パターンのうち、前記複数の動作周波数から選択した１つの動作周波数でそれぞれ高周波信号を放射する導体パターンは前記複数の給電線のうちの１つに結合しており、
前記アンテナ駆動部は、
前記複数の動作周波数から選択した１つの動作周波数に応じて、前記複数のマルチバンドアンテナ素子から前記少なくとも２つのマルチバンドアンテナ素子の組み合わせを選択する選択信号を出力する制御部と、
前記選択信号に基づいて、前記選択されたマルチバンドアンテナ素子に給電を行い、前記複数のマルチバンドアンテナ素子のうち残りのマルチバンドアンテナ素子には給電を行わない機能を持つ高周波集積回路素子と
を含むアンテナモジュール。
【請求項２】
前記複数のマルチバンドアンテナ素子のピッチの最大値が、複数の動作周波数のうち最も高い動作周波数で決まる自由空間波長よりも小さい請求項１に記載のアンテナモジュール。
【請求項３】
前記高周波集積回路素子は、前記選択されたマルチバンドアンテナ素子に高周波信号を入力し、前記複数のマルチバンドアンテナ素子のうち残りのマルチバンドアンテナ素子には高周波信号を入力しない請求項１または２に記載のアンテナモジュール。
【請求項４】
前記複数のマルチバンドアンテナ素子が二次元の行列状に配置されている請求項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】
前記複数のマルチバンドアンテナ素子が三角格子の格子点に対応する位置に配置されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
【請求項６】
前記アンテナ駆動部は、前記選択されたマルチバンドアンテナ素子のピッチの最大値が、選択した動作周波数で決まる自由空間波長以下になるように前記複数のマルチバンドアンテナ素子から前記少なくとも２つのマルチバンドアンテナ素子を選択する請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
【請求項７】
アレイアンテナを構成し、複数の動作周波数で動作可能な複数のマルチバンドアンテナ素子と、
前記複数のマルチバンドアンテナ素子から少なくとも２つの前記マルチバンドアンテナ素子を、複数の動作周波数から選択した１つの動作周波数に応じて選択し、前記複数のマルチバンドアンテナ素子のうち選択されたマルチバンドアンテナ素子を動作させるアンテナ駆動部と
を有し、
前記アンテナ駆動部は複数の給電線を含み、
前記複数のマルチバンドアンテナ素子の各々は、複数の動作周波数でそれぞれ高周波信号を放射する複数の導体パターンを含み、
前記選択されたマルチバンドアンテナ素子の前記複数の導体パターンのうち、前記複数の動作周波数から選択した１つの動作周波数でそれぞれ高周波信号を放射する導体パターンは前記複数の給電線のうちの１つに結合しており、
さらに、前記複数のマルチバンドアンテナ素子が設けられた誘電体基板と、
前記誘電体基板に設けられた第１グランド導体層と
を備えており、
前記複数のマルチバンドアンテナ素子の各々は、
前記誘電体基板の厚さ方向を上下方向としたとき、前記第１グランド導体層より上方に配置された第１導体パターンと、
前記第１導体パターンよりも上方に、平面視において前記第１導体パターンに重なるように配置された第２導体パターンと
を含み、
前記アンテナ駆動部は、
前記選択されたマルチバンドアンテナ素子の前記第１導体パターンを選択的に励振し、前記複数のマルチバンドアンテナ素子のうち残りのマルチバンドアンテナ素子の前記第１導体パターンは励振しない第１給電線路網と、
全ての前記複数のマルチバンドアンテナ素子の前記第２導体パターンを励振する第２給電線路網と
を含むアンテナモジュール。
【請求項８】
前記複数のマルチバンドアンテナ素子の各々は、前記第１導体パターンを前記第１グランド導体層に接続するビア導体を、さらに有する請求項７に記載のアンテナモジュール。
【請求項９】
前記第１給電線路網は、前記選択されたマルチバンドアンテナ素子の前記第１導体パターンに結合する第１給電線を含み、
前記第２給電線路網は、前記第１導体パターンの各々の下方から上方まで延び、前記第２導体パターンにそれぞれ結合する第２給電線を含む請求項８に記載のアンテナモジュール。
【請求項１０】
前記複数のマルチバンドアンテナ素子の各々において、前記第１導体パターンと前記第１給電線とが結合する第１結合箇所と、前記第２導体パターンと前記第２給電線とが結合する第２結合箇所との間に、前記ビア導体が配置されている請求項９に記載のアンテナモジュール。
【請求項１１】
複数の前記第１導体パターンの各々に対して前記ビア導体が複数個設けられており、平面視において、前記第２結合箇所を複数の前記ビア導体が取り囲んでいる請求項１０に記載のアンテナモジュール。
【請求項１２】
さらに、前記第１導体パターンと同一の層に配置され、前記第１グランド導体層に接続された第２グランド導体層を有する請求項７乃至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】
前記第１給電線路網は、前記誘電体基板に実装されて、前記第１導体パターンとの間で高周波信号の送受を行う第１高周波集積回路を含み、
前記第２給電線路網は、前記誘電体基板に実装されて、前記第２導体パターンとの間で高周波信号の送受を行う第２高周波集積回路を含む請求項７乃至１２のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
【請求項１４】
前記第１給電線路網及び前記第２給電線路網は、それぞれ前記第１導体パターン及び前記第２導体パターンを励振する第１高周波回路及び第２高周波回路を含み、前記第１高周波回路及び前記第２高周波回路は１つの集積回路素子で構成されている請求項７乃至１２のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
【請求項１５】
アレイアンテナを構成し、複数の動作周波数で動作可能な複数のマルチバンドアンテナ素子と、
前記複数のマルチバンドアンテナ素子から少なくとも２つの前記マルチバンドアンテナ素子を、複数の動作周波数から選択した１つの動作周波数に応じて選択し、前記複数のマルチバンドアンテナ素子のうち選択されたマルチバンドアンテナ素子を動作させるアンテナ駆動部と
を有し、
前記アンテナ駆動部は複数の給電線を含み、
前記複数のマルチバンドアンテナ素子の各々は、複数の動作周波数でそれぞれ高周波信号を放射する複数の導体パターンを含み、
前記選択されたマルチバンドアンテナ素子の前記複数の導体パターンのうち、前記複数の動作周波数から選択した１つの動作周波数でそれぞれ高周波信号を放射する導体パターンは前記複数の給電線のうちの１つに結合しており、
前記選択されたマルチバンドアンテナ素子以外のマルチバンドアンテナ素子の前記複数の導体パターンのうち、前記複数の動作周波数から選択した１つの動作周波数でそれぞれ高周波信号を放射する導体パターンは前記複数の給電線のいずれにも結合していない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】
迅速に無線信号の通信方向に符合したビームパターンを形成することができるアレイアンテナシステムが下記の特許文献１に開示されている。このアレイアンテナシステムは、行方向と列方向とに互いに所定の間隔をもって配置された複数のアンテナ素子と、受信される無線信号の方向に沿って複数のアンテナ素子のうち少なくとも２つのアンテナ素子を選択的に動作させる制御手段とを有する。【０００３】
下記の特許文献２に、複数枚のアンテナ素子（パッチ）を積層し、各アンテナ素子に同軸給電部を備えたマイクロストリップアンテナが開示されている。このマイクロストリップアンテナは、複数層のアンテナ素子によって２周波または多周波に対応することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６７４０１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２６６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されたアレイアンテナシステムは、特定の周波数の無線信号の通信方向に応じて好適なビームパターンを形成することができるが、周波数の異なる複数の無線信号（電波）には対応できない。【０００６】
特許文献２に開示されたマイクロストリップアンテナでアレイアンテナを構成した場合、複数層のアンテナ素子によって２周波または多周波に対応することができる。ところが、一つの周波数帯において放射素子の間隔を好適化すると、他の周波数帯において放射素子の間隔が好適な範囲からずれてしまう場合がある。【０００７】
本発明の目的は、複数周波数に対応でき、かつ各周波数において放射素子の間隔を好適化す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】
【０００８】
本発明の一観点によると、
アレイアンテナを構成し、複数の動作周波数で動作可能な複数のマルチバンドアンテナ素子と、
前記複数のマルチバンドアンテナ素子から少なくとも２つの前記マルチバンドアンテナ素子を、複数の動作周波数から選択した１つの動作周波数に応じて選択し、前記複数のマルチバンドアンテナ素子のうち選択されたマルチバンドアンテナ素子を動作させるアンテナ駆動部と
を有し、
前記アンテナ駆動部は複数の給電線を含み、
前記複数のマルチバンドアンテナ素子の各々は、複数の動作周波数でそれぞれ高周波信号を放射する複数の導体パターンを含み、
前記選択されたマルチバンドアンテナ素子の前記複数の導体パターンのうち、前記複数の動作周波数から選択した１つの動作周波数でそれぞれ高周波信号を放射する導体パターンは前記複数の給電線のうちの１つに結合しており、
前記アンテナ駆動部は、
前記複数の動作周波数から選択した１つの動作周波数に応じて、前記複数のマルチバンドアンテナ素子から前記少なくとも２つのマルチバンドアンテナ素子の組み合わせを選択する選択信号を出力する制御部と、
前記選択信号に基づいて、前記選択されたマルチバンドアンテナ素子に給電を行い、前記複数のマルチバンドアンテナ素子のうち残りのマルチバンドアンテナ素子には給電を行わない機能を持つ高周波集積回路素子と
を含むアンテナモジュールが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
動作周波数に応じて、動作させるマルチバンドアンテナ素子の組み合わせを選択することにより、動作させるマルチバンドアンテナ素子の間隔を好ましい値に設定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１Ａは、第１実施例によるアンテナモジュールの概略図であり、図１Ｂは、１つのマルチバンドアンテナ素子の一例を示す断面図である。
【図２】図２は、第１実施例によるアンテナモジュールのブロック図である。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ動作周波数として３９ＧＨｚ及び２８ＧＨｚを選択した時の動作状態のマルチバンドアンテナ素子を示す図である。
【図４】図４は、図３Ａに示した動作状態のときのアンテナモジュールの送信状態のときのブロック図である。
【図５】図５は、図３Ｂに示した動作状態のときのアンテナモジュールの送信状態のときのブロック図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれシミュレーション対象の第１実施例によるアンテナモジュールの、３９ＧＨｚ及び２８ＧＨｚで動作時の平面図である。
【図７】図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ比較例による３９ＧＨｚ用及び２８ＧＨｚ用のパッチアレイアンテナの平面図である。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ３９ＧＨｚ及び２８ＧＨｚにおける第１実施例及び比較例によるアンテナモジュールの指向特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃは、第２実施例及びその変形例によるアンテナモジュールに用いられる１つのマルチバンドアンテナ素子の平面図である。
【図１０】図１０Ａは、第３実施例によるアンテナモジュールの複数のマルチバンドアンテナ素子の平面図であり、図１０Ｂ、図１０Ｃ、図１０Ｄ及び図１０Ｅは、それぞれ動作させるマルチバンドアンテナ素子の組み合わせの例を示す図である。
【図１１】図１１Ａは、第４実施例によるアンテナモジュールの複数のマルチバンドアンテナ素子の平面図であり、図１１Ｂは、動作させるマルチバンドアンテナ素子の組み合わせの例を示す図である。
【図１２】図１２は、第５実施例によるアンテナモジュールの導体部分の斜視図及び給電系の経路を示す図である。
【図１３】図１３Ａは、第６実施例によるアンテナモジュールの平面図、及び給電線の接続態様を示す模式図であり、図１３Ｂは、図１３Ａの一点鎖線１３Ｂ−１３Ｂにおける断面図である。
【図１４】図１４Ａは、第７実施例によるアンテナモジュールの２つの第１導体パターンの領域の平面図であり、図１４Ｂは、図１４Ａの一点鎖線１４Ｂ−１４Ｂにおける断面図である。
【図１５】図１５Ａは、第８実施例によるアンテナモジュールの断面図であり、図１５Ｂ及び図１５Ｃは、第８実施例の変形例によるアンテナモジュールの断面図である。
【図１６】図１６Ａ及び図１６Ｂは、それぞれ第９実施例及びその第１変形例によるアンテナモジュールの断面図である。
【図１７】図１７は、第９実施例の第２変形例によるアンテナモジュールの断面図である。
【図１８】図１８は、参考例によるアンテナモジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施例］
図１Ａから図６Ｂ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。
図１Ａは、第１実施例によるアンテナモジュールの概略図である。第１実施例によるアンテナモジュールは、複数のマルチバンドアンテナ素子２０及びアンテナ駆動部５０を有する。複数のマルチバンドアンテナ素子２０の各々は複数の周波数で動作可能である。複数のマルチバンドアンテナ素子２０は、例えば二次元の４行４列の行列状に配置されており、アレイアンテナ２１を構成している。なお、行数及び列数は４に限定されない。マルチバンドアンテナ素子２０の行方向のピッチＰｘと列方向のピッチＰｙとは等しい。このとき、４５°斜め方向のピッチは、（（２１／２）／２）Ｐｘになる。ここで、「斜め方向のピッチ」とは、斜め方向に隣り合う２つのマルチバンドアンテナ素子２０のピッチを指すのではなく、斜め方向に並ぶマルチバンドアンテナ素子２０からなる複数の列に着目した時の列間のピッチを意味する。行方向のピッチＰｘ及び列方向のピッチＰｙが、種々の方向のピッチのうち最大となる。ピッチＰｘ及びピッチＰｙは、複数の動作周波数のうち最も高い動作周波数で決まる自由空間波長よりも小さくすることが好ましい。例えば、最も高い動作周波数が３９ＧＨｚである場合、その周波数で決まる自由空間波長は約７．７ｍｍである。従って、ピッチＰｘ及びピッチＰｙを７．７ｍｍ以下にすることが好ましい。
【００１２】
アンテナ駆動部５０は、複数の給電線５１、高周波集積回路素子５２、ベースバンド集積回路素子５３、及び制御部５４を含む。ベースバンド集積回路素子５３は、ベースバンドの信号処理を行う。高周波集積回路素子５２は、無線周波数帯の信号処理を行う。制御部５４は、複数の動作周波数からアレイアンテナ２１を動作させる１つの動作周波数を選択する。さらに、選択した動作周波数に応じて複数のマルチバンドアンテナ素子２０から動作させるマルチバンドアンテナ素子２０の組み合わせを決定する。動作させるマルチバンドアンテナ素子２０の組み合わせを決定すると、制御部５４は動作させるマルチバンドアンテナ素子２０の組み合わせを指定する選択信号を、高周波集積回路素子５２に出力する。制御部５４には、複数の動作周波数の各々に対応して、動作させるべきマルチバンドアンテナ素子２０の組み合わせが記憶されている。高周波集積回路素子５２は、選択されたマルチバンドアンテナ素子２０に給電を行い、残りのマルチバンドアンテナ素子２０には給電を行わない機能を持つ。
【００１３】
図１Ｂは、１つのマルチバンドアンテナ素子２０の一例を示す断面図である。マルチバンドアンテナ素子２０は誘電体基板３０に設けられている。本明細書において、誘電体基板３０の厚さ方向を上下方向に対応させる。誘電体基板３０内に第１グランド導体層３１が設けられている。誘電体基板３０の厚さ方向に関して第１グランド導体層３１とは異なる位置にマルチバンドアンテナ素子２０が配置されている。第１グランド導体層３１からマルチバンドアンテナ素子２０に向かう方向を「上方向」と定義し、その反対方向を「下方向」と定義する。マルチバンドアンテナ素子２０の各々は、複数の導体パターン、例えば第１導体パターン２０１及び第２導体パターン２０２を含む。平面視において、第１導体パターン２０１と第２導体パターン２０２とが重なっている。例えば、第２導体パターン２０２が第１導体パターン２０１の内側に配置されている。
【００１４】
第２導体パターン２０２に給電線５１が結合している。具体的には、第２導体パターン２０２が給電線５１に電磁界結合している。給電線５１は、例えば第２導体パターン２０２の下面（下方向を向く面）から下方に延び、第１導体パターン２０１に設けられたクリアランスホール及び第１グランド導体層３１に設けられたクリアランスホールを通って、第１グランド導体層３１より下側の領域まで達する。本明細書において「結合」は、電気的に直接接続されている結合、及び電磁界結合を含む。
【００１５】
第１導体パターン２０１の大きさと第２導体パターン２０２の大きさとは異なっており、相互に異なる周波数で共振する。第２導体パターン２０２の共振周波数の信号が、直接接続されている給電線５１を介して第２導体パターン２０２に供給されると、マルチバンドアンテナ素子２０は第２導体パターン２０２の共振周波数で動作する。第１導体パターン２０１の共振周波数の信号が、電磁界結合されている給電線５１を介して第１導体パターン２０１に供給されると、マルチバンドアンテナ素子２０は第１導体パターン２０１の共振周波数で動作する。よって、マルチバンドアンテナ素子２０は、第１導体パターン２０１の共振周波数と、第２導体パターン２０２の共振周波数との２つの異なる周波数で動作する。
【００１６】
図２は、第１実施例によるアンテナモジュールのブロック図である。以下、アンテナ駆動部５０の機能について説明する。
【００１７】
ベースバンド集積回路素子５３から中間周波増幅器６０を介してアップダウンコンバート用ミキサ６１に、中間周波信号が入力される。アップダウンコンバート用ミキサ６１でアップコンバートされた高周波信号が、送受信切り替えスイッチ６２を介してパワーディバイダ６３に入力される。パワーディバイダ６３で分割された高周波信号の各々が、移相器６４、アッテネータ６５、送受信切り替えスイッチ６６、パワーアンプ６７、送受信切り替えスイッチ６９、及び給電線５１を経由してマルチバンドアンテナ素子２０に入力される。
【００１８】
複数のマルチバンドアンテナ素子２０の各々で受信された高周波信号が、給電線５１、送受信切り替えスイッチ６９、ローノイズアンプ６８、送受信切り替えスイッチ６６、アッテネータ６５、移相器６４を経由してパワーディバイダ６３に入力される。パワーディバイダ６３で合成された高周波信号が、送受信切り替えスイッチ６２を経由して、アップダウンコンバート用ミキサ６１に入力される。アップダウンコンバート用ミキサ６１でダウンコンバートされた中間周波信号が、中間周波増幅器６０を経由してベースバンド集積回路素子５３に入力される。
【００１９】
高周波集積回路素子５２は、送受信切り替えスイッチ６２、６６、６９と、パワーアンプ６７と、ローノイズアンプ６８と、アッテネータ６５と、移相器６４と、パワーディバイダ６３と、アップダウンコンバート用ミキサ６１と、中間周波増幅器６０とを備える。なお、送受信切り替えスイッチ６２、６６、６９、パワーアンプ６７、ローノイズアンプ６８、アッテネータ６５、移相器６４及びパワーディバイダ６３が一体化して構成され、アップダウンコンバート用ミキサ６１及び中間周波増幅器６０とは別チップであってもよい。
【００２０】
制御部５４が、動作させるマルチバンドアンテナ素子２０の組み合わせを指定する選択信号をベースバンド集積回路素子５３に出力する。選択信号は、ベースバンド集積回路素子５３を介して高周波集積回路素子５２に出力され、選択信号によって送受信切り替えスイッチ６６、６９の状態が切り替えられる。送受信切り替えスイッチ６６、６９の各々は、送信状態、受信状態、及び中立状態の３つの状態のいずれかに設定される。送信状態または受信状態に設定された送受信切り替えスイッチ６６、６９に対応するマルチバンドアンテナ素子２０は動作状態になる。中立状態に設定された送受信切り替えスイッチ６６、６９に対応するマルチバンドアンテナ素子２０は非動作状態になる。非動作状態のマルチバンドアンテナ素子２０には給電が行われない。送受信切り替えスイッチ６６、６９は、時間分割双方向通信（ＴＤＤ）方式用のものである。
【００２１】
次に、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、動作状態にするマルチバンドアンテナ素子２０の組み合わせについて説明する。
図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ動作周波数として３９ＧＨｚ及び２８ＧＨｚを選択した時の動作状態のマルチバンドアンテナ素子２０を示す図である。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、動作状態のマルチバンドアンテナ素子２０にハッチングが付されている。
【００２２】
動作周波数として３９ＧＨｚを選択した場合は、図３Ａに示すように、全てのマルチバンドアンテナ素子２０を動作させる。このとき、行方向のピッチＰｘ及び列方向のピッチＰｙが、動作状態のマルチバンドアンテナ素子２０のピッチの最大値に相当し、その値は３．８ｍｍである。動作周波数として２８ＧＨｚを選択した場合は、図３Ｂに示すように、動作状態のマルチバンドアンテナ素子２０は市松模様状に分布する。このとき、斜め方向のピッチＰｓが、動作状態のマルチバンドアンテナ素子２０のピッチの最大値に相当し、その値は５．４ｍｍである。いずれの場合も、動作状態のマルチバンドアンテナ素子２０のピッチの最大値は、動作周波数で決まる自由空間波長の約１／２である。これにより、ビームフォーミング可能な角度が広がり、かつサイドローブが抑制される。
【００２３】
図４は、図３Ａに示した動作状態のときのアンテナモジュールの送信状態のときのブロック図である。全ての送受信切り替えスイッチ６６、６９が、送信状態に設定されている。このため、全てのマルチバンドアンテナ素子２０が動作状態になる。アンテナモジュールを受信状態に切り替えるには、全ての送受信切り替えスイッチ６６、６９を受信状態に切り替えればよい。
【００２４】
図５は、図３Ｂに示した動作状態のときのアンテナモジュールの送信状態のときのブロック図である。動作させるマルチバンドアンテナ素子２０に対応する送受信切り替えスイッチ６６、６９が送信状態に設定されており、動作させないマルチバンドアンテナ素子２０に対応する送受信切り替えスイッチ６６、６９は中立状態に設定されている。このため、動作させないマルチバンドアンテナ素子２０には給電が行われない。アンテナモジュールを受信状態に切り替えるには、送信状態に設定されている送受信切り替えスイッチ６６、６９のみを受信状態に切り替えればよい。中立状態に設定されているマルチバンドアンテナ素子２０は、中立状態にしたままでよい。
【００２５】
次に、図６Ａから図８Ｂまでの図面を参照して第１実施例の優れた効果について説明する。第１実施例によるアンテナモジュールと、比較例によるアンテナモジュールとの指向特性をシミュレーションによって求めた。以下、このシミュレーションについて説明する。
【００２６】
図６Ａ及び図６Ｂは、シミュレーション対象の第１実施例によるアンテナモジュールの平面図である。マルチバンドアンテナ素子２０が４行４列の行列状に配置されている。行方向のピッチＰｘ及び列方向のピッチＰｙは、共に３．８ｍｍである。マルチバンドアンテナ素子２０の各々は、３９ＧＨｚ用の放射導体パターン（パッチ）と、それよりも大きな２８ＧＨｚ用の放射導体パターン（パッチ）とを含む。
【００２７】
３９ＧＨｚで動作させるときには、すべての３９ＧＨｚ用の放射パターンに給電する。図６Ａにおいて給電対象の放射パターンにハッチングを付している。２８ＧＨｚで動作させるときには、給電対象の２８ＧＨｚ用の放射パターンが市松模様状に配置されるように給電対象の放射パターンを選択する。図６Ｂにおいて給電対象の放射パターンにハッチングを付している。最短の斜め方向のピッチＰｓは約５．３７ｍｍである。
【００２８】
図７Ａは、比較例による３９ＧＨｚ用のパッチアレイアンテナの平面図である。パッチアンテナが４行４列の行列状に配置されている。行方向のピッチＰｘ及び列方向のピッチＰｙは、共に３．８ｍｍである。
【００２９】
図７Ｂは、比較例による２８ＧＨｚ用のパッチアレイアンテナの平面図である。この比較例によるパッチアレイアンテナは、３行３列の行列状に配置された９個のパッチアンテナのうち角の１つを取り除いた８個のパッチアンテナで構成される。角の１つのパッチを取り除いたのは、放射パターンの個数を、第１実施例によるアンテナモジュール（図６Ｂ）の給電対象の放射パターンの個数と合わせるためである。行方向のピッチＰｘ及び列方向のピッチＰｙは、共に５．４ｍｍである。
【００３０】
図８Ａ及び図８Ｂは、第１実施例及び比較例によるアンテナモジュールの指向特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図８Ａは、動作周波数が３９ＧＨｚの場合（図６Ａ、図７Ａ）の指向特性を示し、図８Ｂは、動作周波数が２８ＧＨｚの場合（図６Ｂ、図７Ｂ）の指向特性を示す。図８Ａ及び図８Ｂに示したグラフの横軸は、マルチバンドアンテナ素子２０が配列する平面の法線方向から行方向への傾斜角を単位「°」で表し、縦軸はアンテナ利得を単位「ｄＢ（ＤｉｒＴｏｔａｌ）」で表す。図８Ａ及び図８Ｂのグラフの実線は、第１実施例によるアンテナモジュールのアンテナ利得のシミュレーション結果を示す。図８Ａ及び図８Ｂのグラフの破線は、比較例によるアンテナモジュールのアンテナ利得のシミュレーション結果を示す。
【００３１】
図８Ａに示すように、第１実施例によるアンテナモジュールの全てのマルチバンドアンテナ素子２０を動作させた場合（図６Ａ）、従来の３９ＧＨｚ用のパッチアレイアンテナ（図７Ａ）とほぼ同等の指向特性が得られていることがわかる。図８Ｂに示すように、第１実施例によるアンテナモジュールのマルチバンドアンテナ素子の一部のみを動作させた場合（図６Ｂ）、従来の２８ＧＨｚ用のパッチアレイアンテナ（図７Ｂ）とほぼ同等の指向特性が得られていることがわかる。すなわち、第１実施例によるアンテナモジュールにおいては、アンテナアレーを２つ用意することなくアンテナアレーを２つ配置した構成と同等の性能を確保することができる。このため、アンテナモジュールの小型化を図ることが可能になる。
【００３２】
従来は、２つの異なる周波数の電波の送受信を行う場合、異なるピッチを持つ２つのパッチアレイアンテナを準備しなければならなかった。これに対し、第１実施例では、１つのアレイアンテナ２１（図１Ａ）において動作させるマルチバンドアンテナ素子２０の組み合わせ（グルーピング）を異ならせることにより、２つの異なる周波数の電波の送受信を行うことができる。複数のマルチバンドアンテナ素子２０の組み合わせを異ならせることにより、マルチバンドアンテナ素子２０のピッチを、動作周波数に応じて好適化することが可能になる。例えば、マルチバンドアンテナ素子２０のピッチを、動作周波数で決まる自由空間波長の約１／２に設定することが可能になる。その結果、第１実施例によるアンテナモジュールをそれぞれの周波数で動作させるときの指向特性を、従来のパッチアレイアンテナの各々の指向特性とほぼ同等にすることができる。
【００３３】
マルチバンドアンテナ素子２０の種々の方向のピッチのうち最大値を、複数の動作周波数のうち最も高い動作周波数で決まる自由空間波長よりも小さくすることが好ましい。このように設定することにより、グレーティングローブを抑圧することができ、アレイアンテナとしての開口効率が上がるという優れた効果が得られる。マルチバンドアンテナ素子２０のピッチの最大値を、複数の動作周波数のうち最も高い動作周波数で決まる自由空間波長の１／２以下にすることがより好ましい。このように設定することにより、効果的にビームフォーミングを行うことが可能になるという優れた効果が得られる。すなわち、ビームフォーミング可能な角度が広がり、かつサイドローブを抑圧することができるという優れた効果が得られる。
【００３４】
第１実施例では、複数のマルチバンドアンテナ素子２０が行列状に配置されている。行列状に配置された複数のマルチバンドアンテナ素子２０からの選択と、各マルチバンドアンテナ素子２０の位相制御とを行うことにより、ビームフォーミングの自由度が増すという効果が得られる。
【００３５】
複数の動作周波数のうち最も高い動作周波数以外の周波数を選択した場合、選択する複数のマルチバンドアンテナ素子２０のピッチの最大値が、選択した動作周波数で決まる自由空間波長以下になるように、マルチバンドアンテナ素子２０を選択することが好ましい。動作させるマルチバンドアンテナ素子２０をこのように選択すると、選択した動作周波数においてグレーティングローブを抑圧することができ、アレイアンテナの開口効率が上がるという優れた効果が得られる。選択したマルチバンドアンテナ素子２０以外のマルチバンドアンテナ素子２０を非動作状態にすると、高周波集積回路素子５２の使用するポート数が減るため、消費電力を低減させることができる。消費電力を削減しても、アレイアンテナとしての利得の低下は少ない。
【００３６】
次に、第１実施例の変形例について説明する。
第１実施例では、複数のマルチバンドアンテナ素子２０が誘電体基板３０（図１Ｂ）の表面に平行な平面に沿って、二次元の行列状に配置されていたが、平面に限らず、球面や任意の曲面に沿って配置してもよい。例えば、航空機の機体の外板に沿って複数のマルチバンドアンテナ素子２０を配置してもよい。さらに、直線や曲線に沿って一次元状に配置してもよい。複数のマルチバンドアンテナ素子２０を平面に沿って配置すると、すべてのマルチバンドアンテナ素子２０の放射方向が同一になるため、利得が高くなるという効果が得られる。複数のマルチバンドアンテナ素子２０を曲面に沿って配置すると、複数のマルチバンドアンテナ素子２０の放射方向が種々の方向を向くため、全体として指向性が広くなるという効果が得られる。また、第１実施例では、複数のマルチバンドアンテナ素子２０を等ピッチで配置したが、必ずしも等ピッチにする必要はない。複数のマルチバンドアンテナ素子２０で不等ピッチのアレイアンテナ２１を構成してもよい。
【００３７】
第１実施例では、送受信切り替えスイッチ６６、６９（図２）を中立状態にすることにより、対応するマルチバンドアンテナ素子２０を非動作状態にした。その他に、パワーアンプ６７及びローノイズアンプ６８を動作させないことにより、対応するマルチバンドアンテナ素子２０を非動作状態にしてもよい。また、送受信切り替えスイッチ６６とパワーアンプ６７との間、及びローノイズアンプ６８と送受信切り替えスイッチ６６との間にオンオフスイッチを挿入してもよい。このオンオフスイッチをオンにすることによって、対応するマルチバンドアンテナ素子２０動作状態にし、オフにすることによって、対応するマルチバンドアンテナ素子２０を非動作状態にすることができる。
【００３８】
［第２実施例］
次に、図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃ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、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。
【００３９】
図９Ａは、第２実施例によるアンテナモジュールに用いられる１つのマルチバンドアンテナ素子２０の平面図である。第１実施例では、マルチバンドアンテナ素子２０の各々が、厚さ方向に積み重ねられた第１導体パターン２０１と第２導体パターン２０２（図１Ｂ）とで構成されていた。第２実施例によるマルチバンドアンテナ素子２０は、同一面内に配置された寸法の異なる複数の導体パターン２０３、２０４、２０５で構成される。
【００４０】
第２実施例によるマルチバンドアンテナ素子２０の各々は、例えば、最も内側に最も小さな一対の導体パターン２０３が配置されている。一対の導体パターン２０３の外側に、より大きな一対の導体パターン２０４が配置されている。さらに、導体パターン２０４の外側に、最も大きな一対の導体パターン２０５が配置されている。導体パターン２０３、２０４、２０５の各々は一方向に長い形状を持ち、相互に平行に配置されている。これらの導体パターン２０３、２０４、２０５は、スロット２０９を介して給電線２１０に結合する。スロット２０９は、厚さ方向に関して導体パターン２０３、２０４、２０５と給電線２１０との間に配置されているグランド導体に設けられている。平面視において、スロット２０９は導体パターン２０３、２０４、２０５の各々の長手方向とほぼ直交する方向に長い形状を持ち、導体パターン２０３、２０４、２０５の各々と交差している。このマルチバンドアンテナ素子２０は、導体パターン２０３、２０４、２０５の寸法に応じた３つの異なる周波数で動作する。
【００４１】
図９Ｂは、第２実施例の変形例によるアンテナモジュールの１つのマルチバンドアンテナ素子２０の平面図である。本変形例によるマルチバンドアンテナ素子２０は、十字形状の導体パターン２０６と、４つの導体パターン２０７からなるサブアレイとを含む。導体パターン２０６が相対的に低い周波数で動作し、サブアレイが相対的に高い周波数で動作する。
【００４２】
図９Ｃは、第２実施例の他の変形例によるアンテナモジュールの１つのマルチバンドアンテナ素子２０の平面図である。本変形例によるマルチバンドアンテナ素子２０の各々は、２つのスロット２１１が設けられた長方形の導体パターン２０８で構成される。２つのスロット２１１は、長方形の導体パターン２０８の短い辺よりやや内側に、短い辺に平行に配置されている。本変形例によるマルチバンドアンテナ素子２０では、第１共振モードと第３共振モードとが利用される。
【００４３】
第１共振モードでは、導体パターン２０８の長手方向に流れる電流の振幅が両端において０になり、振幅が最大になる点が長手方向の中央に１箇所現れる。第３共振モードでは、導体パターン２０８の長手方向に流れる電流の振幅が最大となる点が長手方向に３箇所現れ、振幅が最大となる点の間、及び両端で振幅が０になる。本変形例では、第３共振モードの電流振幅が最大となる領域のうち両端の領域がスロット２１１によって小さくされていることにより、第１共振モードの電流分布に近い電流分布が第３共振モードで得られる。これにより、マルチバンド動作が行われる。
【００４４】
第１実施例によるアンテナモジュールのマルチバンドアンテナ素子２０（図１Ｂ）に代えて、第２実施例またはその変形例によるマルチバンドアンテナ素子２０を用いても、第１実施例と同様の優れた効果が得られる。さらに、その他のマルチバンドアンテナ素子を用いてもよい。
【００４５】
［第３実施例］
次に、図１０Ａから図１０Ｅまでの図面を参照して、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、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。
【００４６】
図１０Ａは、第３実施例によるアンテナモジュールの複数のマルチバンドアンテナ素子２０の平面図である。第１実施例では、１６個のマルチバンドアンテナ素子２０（図１Ａ）が４行４列の行列状に配置されていた。第３実施例では、３６個のマルチバンドアンテナ素子２０が６行６列の行列状に配置されている。行方向及び列方向のピッチをＰで表す。
【００４７】
図１０Ｂから図１０Ｅまでの図面は、それぞれ動作させるマルチバンドアンテナ素子２０の組み合わせの例を示す図である。いずれの図面においても、動作させるマルチバンドアンテナ素子２０にハッチングを付している。ハッチングが付されていないマルチバンドアンテナ素子２０は非動作状態である。
【００４８】
図１０Ｂに示した例では、全てのマルチバンドアンテナ素子２０を動作状態にする。動作状態のマルチバンドアンテナ素子２０の列方向及び行方向のピッチはピッチＰであり、４５°斜め方向のピッチは（２１／２／２）Ｐに等しい。したがって、ピッチの最大値がＰになる。図１０Ｃに示した例では、動作状態のマルチバンドアンテナ素子２０と、非動作状態のマルチバンドアンテナ素子２０とが市松模様状に配置されている。この場合、動作状態のマルチバンドアンテナ素子２０の列方向及び行方向のピッチがＰであり、４５°斜め方向のピッチが２１／２Ｐである。ピッチの最大値は、斜め方向に並ぶ２つのマルチバンドアンテナ素子２０のピッチである２１／２Ｐで与えられる。図１０Ｄに示した例では、奇数行かつ奇数列のマルチバンドアンテナ素子２０が動作状態になり、その他のマルチバンドアンテナ素子２０は非動作状態になる。この場合、動作状態のマルチバンドアンテナ素子２０の行方向及び列方向のピッチが２Ｐであり、４５°斜め方向のピッチは２１／２Ｐである。このとき、ピッチの最大値は、列方向及び行方向のピッチ２Ｐで与えられる。
【００４９】
図１０Ｅに示した例では、動作状態の複数のマルチバンドアンテナ素子２０が、市松模様を形成するマルチバンドアンテナ素子の列方向に隣り合う行の間にすべて非動作状態としたマルチバンドアンテナ素子の行を追加し、行方向のピッチを維持しながら列方向のピッチを長くした相対的位置関係を持つ。この場合、マルチバンドアンテナ素子２０の行方向のピッチがＰであり、列方向のピッチが２Ｐである。斜め方向のピッチは、（４／５１／２）Ｐになる。ピッチの最大値は列方向のピッチ２Ｐで与えられる。
【００５０】
図１０Ｄ及び図１０Ｅの例では、ピッチの最大値は同一であるが、他の種々の方向のピッチは異なっている。このため、これらの動作状態の指向特性は異なる。実際の使用形態に応じて好ましい指向特性が得られる組み合わせを採用するとよい。
【００５１】
次に、第３実施例の優れた効果について説明する。
第３実施例では、動作状態のマルチバンドアンテナ素子２０の組み合わせを種々変更してピッチの最大値を変えることにより、３つ以上の異なる周波数で動作させることが可能になる。また、図１０Ｄ及び図１０Ｅに示した例のように、ピッチの最大値が同一でも、動作状態のマルチバンドアンテナ素子２０の組み合わせを異ならせることができる。このように、動作状態にするマルチバンドアンテナ素子２０の組み合わせの自由度が高くなるという効果が得られる。
【００５２】
第３実施例では、３６個のマルチバンドアンテナ素子２０を６行６列に配置したが、マルチバンドアンテナ素子２０の個数や配置形態を代えてもよい。
【００５３】
［第４実施例］
次に、図１１Ａ及び図１１Ｂ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、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。
【００５４】
図１１Ａは、第４実施例によるアンテナモジュールの複数のマルチバンドアンテナ素子２０の平面図である。第１実施例では、複数のマルチバンドアンテナ素子２０（図１Ａ）が行列状、すなわち正方格子の格子点の位置に配置されていた。第４実施例では、複数のマルチバンドアンテナ素子２０が三角格子の格子点の位置に配置されている。１つのマルチバンドアンテナ素子２０に着目すると、着目するマルチバンドアンテナ素子２０に最近接のマルチバンドアンテナ素子２０が６個配置されており、６個の最近接のマルチバンドアンテナ素子２０が正六角形の頂点に対応する位置に配置されている。マルチバンドアンテナ素子２０のピッチの最大値は、この正六角形の一辺の長さＰとしたとき、（（３１／２）／２）Ｐで与えられる。
【００５５】
全てのマルチバンドアンテナ素子２０を動作状態にすると、動作状態のマルチバンドアンテナ素子２０のピッチの最大値が（（３１／２）／２）Ｐに等しくなる。このとき、ピッチの最大値（（３１／２）／２）Ｐの２倍の波長で決まる動作周波数で動作させるとよい。
【００５６】
図１１Ｂは、一部のマルチバンドアンテナ素子２０を動作させる例を示す図である。図１１Ｂにおいて、動作状態のマルチバンドアンテナ素子２０にハッチングを付している。第４実施例においても、動作周波数に応じて最適の組み合わせになるように動作状態のマルチバンドアンテナ素子２０を選択するとよい。
【００５７】
第４実施例においても、第１実施例と同様に、１つのアレイアンテナで複数の周波数に対応することができるという優れた効果が得られる。さらに、１つのマルチバンドアンテナ素子２０に着目したとき、６方向に最近接のマルチバンドアンテナ素子２０が配置されているため、行列状の配置と比べてより多くの方位に関してグレーティングローブを抑圧することができる。その結果、アレイアンテナの開口効率が上がるという優れた効果が得られる。
【００５８】
［第５実施例］
図１２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。
図１２は、第５実施例によるアンテナモジュールの導体部分の斜視図及び給電系の経路を示す図である。誘電体基板に第１グランド導体層３１、複数の第１導体パターン２０１、及び複数の第２導体パターン２０２が設けられている。１つの第１導体パターン２０１と１つの第２導体パターン２０２とで、１つのマルチバンドアンテナ素子２０が形成される。
【００５９】
誘電体基板の厚さ方向を上下方向としたとき、第１導体パターン２０１は第１グランド導体層３１の上方に配置されている。誘電体基板の上面に平行な二方向（行方向及び列方向）に関して、複数の第１導体パターン２０１は等間隔に配置されている。複数の第２導体パターン２０２は、複数の第１導体パターン２０１に対応して、第１導体パターン２０１の上方に配置されている。第２導体パターン２０２は第１導体パターン２０１より小さく、平面視において、対応する第１導体パターン２０１と少なくとも部分的に重なるように配置されている。図１２では、第２導体パターン２０２が第１導体パターン２０１の内側に配置された例を示している。第１導体パターン２０１及び第２導体パターン２０２の平面形状は正方形または長方形である。
【００６０】
第１給電線路網５２１が複数の第１給電線５１１を含み、第２給電線路網５２２が複数の第２給電線５１２を含む。例えば、複数の第１給電線５１１及び複数の第２給電線５１２のそれぞれに対応してパッドが設けられ、複数の第１給電線５１１及び複数の第２給電線５１２はパッドを介して高周波回路に接続される。一部の複数の第１導体パターン２０１は、それぞれ第１給電線５１１に結合しており、残りの第１導体パターン２０１は給電線に結合していない。この構成により、第１給電線路網５２１によって、一部の第１導体パターン２０１が選択的に励振される。全ての第２導体パターン２０２がそれぞれ第２給電線５１２に結合しており、第２給電線路網５２２によって励振される。
【００６１】
一例として３６個の第１導体パターン２０１及び３６個の第２導体パターン２０２がそれぞれ６行６列の行列状に配置されている。第１給電線路網５２１は、奇数番目の行で、かつ奇数番目の列に位置する第１導体パターン２０１を励振する。すなわち、第１導体パターン２０１は、行方向及び列方向に関して一つ置きに励振される。図１２において、励振される第１導体パターン２０１及び第２導体パターン２０２にハッチングを付している。
【００６２】
複数の第１導体パターン２０１は、それぞれ誘電体基板内に設けられたビア導体３２を介して第１グランド導体層３１に接続されている。
【００６３】
第１給電線路網５２１によって励振される複数の第１導体パターン２０１が、第１アレイアンテナを構成する。複数の第２導体パターン２０２が、第２アレイアンテナを構成する。第２導体パターン２０２の各々の共振周波数は、第１導体パターン２０１の各々の共振周波数より高い。第２導体パターン２０２によって構成される第２アレイアンテナは、第１導体パターン２０１によって構成される第１アレイアンテナよりも高い周波数帯で動作する。
【００６４】
次に、第５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。
【００６５】
相互に異なる周波数で動作する第１アレイアンテナと第２アレイアンテナとを誘電体基板の厚さ方向に重ねて配置することにより、２つの周波数帯で動作するマルチバンドアンテナモジュールの小型化を図ることができる。
【００６６】
第２導体パターン２０２の下方に配置された第１導体パターン２０１がビア導体３２を介して第１グランド導体層３１に接続されており、第１導体パターン２０１の寸法は、第２導体パターン２０２の共振周波数に応じた好適な寸法からずれている。このため、第２導体パターン２０２から見ると、その直下に第１導体パターン２０１からなるアンテナ用グランドが配置されていることになる。
【００６７】
第２導体パターン２０２に対してアンテナ用グランドとして機能する第１導体パターン２０１の大きさは、アンテナ設計によって決まる。誘電体基板の大きさは、アンテナに求められる特性とは無関係の種々の要因によって決まる。このため、実際のアンテナ用グランドの大きさがアンテナ設計時のアンテナ用グランドの大きさとは異なってしまう場合がある。アンテナ用グランドの大きさが設計時の大きさと異なると、設計上のアンテナの特性が得られなくなってしまう場合がある。このような場合には、アンテナ設計をやり直さなければならない。第５実施例では、第２導体パターン２０２から見たアンテナ用グランドである第１導体パターン２０１の大きさが設計時に決まるため、第２導体パターン２０２を放射素子とするアンテナにおいて、設計上のアンテナ特性を確保することができる。
【００６８】
第１導体パターン２０１から見ると、第１グランド導体層３１がアンテナ用グランドとして機能し、ビア導体３２は、第１導体パターン２０１を第１グランド導体層３１に短絡するショートピンとして機能する。このため、第１導体パターン２０１は、板状逆Ｆアンテナとして動作する。これにより、動作周波数帯が同一であるとき、第１導体パターン２０１からなる放射素子を、ショートピンを持たないパッチアンテナの放射素子より小型化することができる。
【００６９】
複数の第１導体パターン２０１の各々を小型化することにより、複数の第１導体パターン２０１を狭い間隔で配置することが可能になる。その結果、第２導体パターン２０２の間隔も狭くすることが可能になる。複数の第２導体パターン２０２の配列周期（ピッチ）を短くすることにより、グレーティングローブを抑圧することができる。グレーティングローブを十分抑圧するために、第２導体パターン２０２の配列周期を、動作周波数で決まる自由空間波長以下にすることが好ましい。
【００７０】
第２アレイアンテナの動作周波数に応じて好適な間隔で複数の第２導体パターン２０２を配置すると、第１導体パターン２０１の間隔は、第１アレイアンテナの動作周波数に応じた好適な間隔よりも狭くなってしまう。第１導体パターン２０１の間隔が好適な間隔より狭くなると、第１導体パターン２０１間のアイソレーション特性が低下してしまう。第５実施例では、複数の第１導体パターン２０１を、行方向及び列方向に一つ置きに選択的に励振するため、アイソレーション特性の低下を抑制することができる。
【００７１】
次に、第５実施例の変形例について説明する。
第５実施例では、複数の第１導体パターン２０１を、行方向及び列方向に一つ置きに励振したが、二つ置き、またはそれ以上の間隔を置いて第１導体パターン２０１を励振してもよい。励振する対象となる第１導体パターン２０１の間隔は、第１アレイアンテナの動作周波数に応じて好適な値に設定するとよい。
【００７２】
第５実施例では、３６個の第１導体パターン２０１及び３６個の第２導体パターン２０２が、それぞれ６行６列の行列状に配置されていたが、第１導体パターン２０１及び第２導体パターン２０２の個数は３６個に限定されない。例えば、より一般的に、第１導体パターン２０１及び第２導体パターン２０２はｎ行ｍ列の行列状に配してもよい。ここで、ｎ及びｍは１以上の整数である。また、第１導体パターン２０１及び第２導体パターン２０２は、必ずしも行列状に配置しなくてもよい。
【００７３】
第５実施例では、マルチバンドアンテナ素子２０の各々が、２つの動作周波数に対応して２つの導体パターン、すなわち第１導体パターン２０１と第２導体パターン２０２とを含んでいる。複数のマルチバンドアンテナ素子２０の各々が、３つ以上の動作周波数にそれぞれ対応する３つ以上の導体パターンを含む構成とすることにより、３つ以上の動作周波数で動作可能なアンテナモジュールを実現することも可能である。
【００７４】
２つ以上の動作周波数で動作可能な第５実施例の変形例によるアンテナモジュールにおいては、複数の動作周波数から１つの動作周波数を選択したとき、選択された動作周波数に対応する複数の導体パターンのうち給電線に結合している導体パターンを含むマルチバンドアンテナ素子２０が給電対象となり、残りのマルチバンドアンテナ素子２０には給電されない。言い換えると、第５実施例の本変形例によるアンテナモジュールでは、選択された動作周波数に対応する導体パターンのうち、給電対象として選択されたマルチバンドアンテナ素子２０の導体パターンは給電線に結合しており、残りのマルチバンドアンテナ素子２０の導体パターンは給電線に結合していない。導体パターンは、複数の給電線のうち１つに結合することによりアンテナとして動作する。選択された動作周波数が異なると、選択された動作周波数に対応する導体パターンのうち給電線に結合した導体パターンを含む複数のマルチバンドアンテナ素子２０の組み合わせも異なる。
【００７５】
また、第５実施例では、複数の第１導体パターン２０１のうち励振すべき一部の第１導体パターン２０１のみに第１給電線５１１を結合させたが、全ての第１導体パターン２０１に対してそれぞれ第１給電線５１１を結合させてもよい。この場合、励振すべき第１導体パターン２０１に結合している第１給電線５１１を介して第１導体パターン２０１に給電し、他の第１給電線５１１を介した給電を行わなければよい。一部の第１給電線５１１を介して給電を行い、他の給電線を介して給電を行わない機能は、第１給電線５１１に接続される高周波集積回路素子に持たせるとよい。
【００７６】
［第６実施例］
次に、図１３Ａ及び図１３Ｂを参照して、第６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５実施例によるアンテナモジュール（図１２）と共通の構成については説明を省略する。
【００７７】
図１３Ａは、第６実施例によるアンテナモジュールの平面図であり、給電線の接続形態を模式的に示している。第５実施例では、第１導体パターン２０１及び第２導体パターン２０２からなるマルチバンドアンテナ素子２０が、それぞれ６行６列の行列状に配置されていたが、第６実施例では、マルチバンドアンテナ素子２０が５行５列の行列状に配置されている。
【００７８】
平面視において、第２導体パターン２０２は、対応する位置に配置された第１導体パターン２０１と重なり、第１導体パターン２０１の内側に配置されている。複数の第１導体パターン２０１は、平面視において第１グランド導体層３１の外周線より内側に配置されている。
【００７９】
複数の第１給電線５１１が、それぞれ励振すべき第１導体パターン２０１に、第１結合箇所２１２において結合している。励振すべき第１導体パターン２０１として、奇数番目の行、かつ奇数番目の列の第１導体パターン２０１が選択されている。複数の第２給電線５１２が、それぞれ複数の第２導体パターン２０２に、第２結合箇所２１３において結合している。第１導体パターン２０１と第１グランド導体層３１とを接続するビア導体３２が、平面視において第１結合箇所２１２と第２結合箇所２１３との間に配置されている。
【００８０】
図１３Ａでは、第１給電線５１１及び第２給電線５１２が、相互に重ならないように記載されているが、実際には、第１給電線５１１及び第２給電線５１２は、誘電体基板の内層の複数層に亘って配置され、平面視において相互に重なり、または交差する場合もある。
【００８１】
図１３Ｂは、図１３Ａの一点鎖線１３Ｂ−１３Ｂにおける断面図である。誘電体基板３０の内層に第１グランド導体層３１が設けられている。誘電体基板３０の厚さ方向を上下方向としたとき、第１グランド導体層３１の上方に複数の第１導体パターン２０１が配置されており、その上方に第２導体パターン２０２が配置されている。第１導体パターン２０１ごとにビア導体３２が設けられており、ビア導体３２は、対応する第１導体パターン２０１を第１グランド導体層３１に接続する。
【００８２】
第１グランド導体層３１よりも下方に、他のグランド導体層３５が設けられている。グランド導体層３５はグランドビア導体３６によって第１グランド導体層３１に接続されている。第１グランド導体層３１と、その下方のグランド導体層３５との間に、配線５１１Ｂ、５１２Ｂが設けられている。
【００８３】
ビア導体５１１Ａが、第１グランド導体層３１の下方から、第１グランド導体層３１に設けられた開口（クリアランスホール）内を通過して上方に延び、第１導体パターン２０１の第１結合箇所２１２に結合している。ビア導体５１１Ａ及び配線５１１Ｂが、第１給電線５１１を構成する。
【００８４】
ビア導体５１２Ａが、第１グランド導体層３１の下方から、第１グランド導体層３１に設けられた開口（クリアランスホール）内を通過して上方に延びている。さらに、ビア導体５１２Ａは、第１導体パターン２０１の下方から、第１導体パターン２０１に設けられた開口（クリアランスホール）内を通過して上方に延び、第２導体パターン２０２の第２結合箇所２１３に結合している。ビア導体５１２Ａ及び配線５１２Ｂが、第２給電線５１２を構成する。１つのマルチバンドアンテナ素子２０に着目したとき、第１導体パターン２０１を第１グランド導体層３１に接続するビア導体３２は、第１給電線５１１の一部であるビア導体５１１Ａと第２給電線５１２の一部であるビア導体５１２Ａとの間に配置されている。
【００８５】
次に、第６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。
【００８６】
第６実施例においても、第５実施例（図１２）と同様の効果が得られる。さらに、第６実施例では、第１グランド導体層３１に接続されたビア導体３２が、第１給電線５１１の一部であるビア導体５１１Ａと第２給電線５１２の一部であるビア導体５１２Ａとの間に配置されている。このため、第１給電線５１１と第２給電線５１２との十分なアイソレーションを確保することができる。
【００８７】
［第７実施例］
次に、図１４Ａ及び図１４Ｂを参照して、第７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６実施例によるアンテナモジュール（図１３Ａ、図１３Ｂ）と共通の構成については説明を省略する。
【００８８】
図１４Ａは、第７実施例によるアンテナモジュールの２つのマルチバンドアンテナ素子２０の平面図である。平面視において、第１導体パターン２０１の内部に第２導体パターン２０２が配置されている。図１４Ａにおいて、左側の第１導体パターン２０１が励振対象とされており、右側の第１導体パターン２０１は励振対象とされていない。第６実施例においては、複数の第１導体パターン２０１の各々に対して１つのビア導体３２（図１３Ａ）が設けられていた。これに対し、第７実施例では、第１導体パターン２０１の各々に対して複数、例えば６個のビア導体３２が設けられている。平面視において複数のビア導体３２は、第２結合箇所２１３を取り囲むように配置されている。例えば、複数のビア導体３２は、第２結合箇所２１３を中心とする円周上に等間隔で配置されている。
【００８９】
図１４Ｂは、図１４Ａの一点鎖線１４Ｂ−１４Ｂにおける断面図である。図１４Ｂに示した断面において、第２給電線５１２のビア導体５１２Ａの両側に、それぞれビア導体３２が配置されている。
【００９０】
次に、第７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６実施例では、相互に対応する第１導体パターン２０１と第２導体パターン２０２とにそれぞれ接続されたビア導体５１１Ａとビア導体５１２Ａとの間のアイソレーションを確保することができた。第７実施例においては、相互に対応するビア導体５１１Ａとビア導体５１２Ａとの間のアイソレーションのみならず、全方位に対してビア導体５１２Ａをシールドすることができる。
【００９１】
［第８実施例］
次に、図１５Ａを参照して、第８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６実施例によるアンテナモジュール（図１３Ａ、図１３Ｂ）と共通の構成については説明を省略する。
【００９２】
図１５Ａは、第８実施例によるアンテナモジュールの断面図である。第６実施例では、第１グランド導体層３１（図１３Ｂ）よりも上方には、グランド導体層が設けられていなかった。第８実施例においては、第１導体パターン２０１と同一の層に、第２グランド導体層３７が設けられている。第２グランド導体層３７と第１導体パターン２０１との間には間隙が設けられている。第２グランド導体層３７は、グランドビア導体３９を介してその下の第１グランド導体層３１に接続されている。
【００９３】
次に、第８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すぐれた効果について説明する。第８実施例においては、第１導体パターン２０１と同一の層に第２グランド導体層３７が配置されているが、両者は同一層内で相互に接続されていない。このため、第５実施例と同様に、第２導体パターン２０２に対して実質的にグランドとして機能する第１導体パターン２０１の寸法が誘電体基板３０の大きさに依存しない。このため、誘電体基板３０の大きさがアンテナ設計の前提条件から変化しても、所望のアンテナ特性を確保することができる。
【００９４】
また、第１グランド導体層３１と第２グランド導体層３７との間に、ストリップ線路を配置することが可能になる。
【００９５】
図１５Ｂは、第８実施例の変形例によるアンテナモジュールの断面図である。第８実施例では、第１給電線５１１の一部となる配線５１１Ｂ（図１５Ａ）が第１グランド導体層３１の下方に配置されていた。図１５Ｂに示した変形例では、配線５１１Ｂが第１グランド導体層３１と第２グランド導体層３７との間に配置されている。本変形例では、第１グランド導体層３１の上方に配線５１１Ｂを配置するため、第１グランド導体層３１の下方にのみ配線を配置する構成と比べて、配線の取り回しが容易になるという効果が得られる。
【００９６】
図１５Ｃに示すように、配線５１１Ｂのみならず、第２導体パターン２０２に結合する第２給電線５１２の配線５１２Ｂも、第１グランド導体層３１と第２グランド導体層３７との間に配置してもよい。
【００９７】
［第９実施例］
次に、図１６Ａを参照して、第９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６実施例によるアンテナモジュール（図１３Ａ、図１３Ｂ）と共通の構成については説明を省略する。
【００９８】
図１６Ａは、第９実施例によるアンテナモジュールの断面図である。第９実施例では、誘電体基板３０の下面に第１高周波集積回路４１及び第２高周波集積回路４２が実装されている。第１高周波集積回路４１は、第１給電線５１１を介して一部の第１導体パターン２０１に接続されており、第１導体パターン２０１との間で高周波信号の送受を行う。第２高周波集積回路４２は、第２給電線５１２を介して第２導体パターン２０２に接続されており、第２導体パターン２０２との間で高周波信号の送受を行う。
【００９９】
第１グランド導体層３１の下方に、他のグランド導体層３５が設けられ、さらにその下方に他のグランド導体層３８が設けられている。第１給電線５１１を構成する配線は、グランド導体層３５とグランド導体層３８との間に配置され、第２給電線５１２を構成する配線は、第１グランド導体層３１とグランド導体層３５との間に配置されている。
【０１００】
次に、第９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９実施例では、マザーボード等の実装基板に第６実施例によるアンテナモジュール（図１３Ａ、図１３Ｂ）、及び高周波集積回路を実装して、アンテナモジュールと高周波集積回路とをマザーボード上の配線により接続する構成と比べて、小型化を図ることができる。また、第１高周波集積回路４１と第２高周波集積回路４２とを別々の集積回路素子で構成することにより、周波数間での十分なアイソレーションを容易に確保することができる。例えば、第１導体パターン２０１及び第２導体パターン２０２の動作周波数帯がそれぞれ２８ＧＨｚ帯及び６０ＧＨｚ帯であるとき、２８ＧＨｚ帯の高周波回路と６０ＧＨｚ帯の高周波回路との間の相互の干渉を防止することができる。
【０１０１】
誘電体基板３０に、第１高周波集積回路４１及び第２高周波集積回路４２の他に、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、ベースバンド集積回路、ＤＣＤＣコンバータ等を実装してもよい。必要に応じて、第１高周波集積回路４１及び第２高周波集積回路４２等をシールドしてもよい。例えば、シールド缶で第１高周波集積回路４１及び第２高周波集積回路４２等を覆うとよい。その他に、第１高周波集積回路４１及び第２高周波集積回路４２等を封止樹脂で封止し、封止樹脂の表面にシールド導体膜を形成してもよい。
【０１０２】
次に、図１６Ｂを参照して、第９実施例の第１変形例によるアンテナモジュールについて説明する。
図１６Ｂは、第９実施例の第１変形例によるアンテナモジュールの断面図である。第９実施例では、第１導体パターン２０１を励振する第１高周波集積回路４１と、第２導体パターン２０２を励振する第２高周波集積回路４２とを別々の素子で構成したが、本変形例では、両者の機能を１つの集積回路素子４３で実現している。図１６Ｂに示すように、集積回路素子４３が第１導体パターン２０１を励振する第１高周波回路及び第２導体パターン２０２を励振する第２高周波回路の両方を含んでいる。第９実施例の第１変形例では、第９実施例と比べて部品点数を削減することができる。
【０１０３】
第９実施例の第１変形例では、第１給電線５１１と第２給電線５１２とを相互に異なる層に配置したが、両者を同一の層に配置してもよい。また、第１給電線５１１及び第２給電線５１２の各々を、複数の層にまたがって配置してもよい。
【０１０４】
次に、図１７を参照して、第９実施例の第２変形例によるアンテナモジュールについて説明する。
図１７は、第９実施例の第２変形例によるアンテナモジュールの断面図である。誘電体基板３０の下面に集積回路素子４４が実装されている。第９実施例の第１変形例（図１６Ｂ）では、一部の第１導体パターン２０１に第１給電線５１１が接続されていたが、第２変形例では、いずれの第１導体パターン２０１にも給電線が接続されていない。すなわち、マルチバンドアンテナ素子２０の各々は、第１実施例によるアンテナモジュールのマルチバンドアンテナ素子２０（図１Ｂ）と同一の構造を有する。全てのマルチバンドアンテナ素子２０の第２導体パターン２０２が、第２給電線５１２によって集積回路素子４４に接続されている。集積回路素子４４は、第１実施例によるアンテナモジュールの高周波集積回路素子５２（図２）の機能を含んでいる。
【０１０５】
集積回路素子４４は、送受信する電波の周波数に応じて複数のマルチバンドアンテナ素子２０から動作させるべきマルチバンドアンテナ素子２０を選択し、選択されたマルチバンドアンテナ素子２０の第２導体パターン２０２に給電を行う。選択されなかったマルチバンドアンテナ素子２０の第２導体パターン２０２には給電を行わない。第９実施例の第２変形例においては、１つの集積回路素子４４が、複数の動作周波数でマルチバンドアンテナ素子２０を動作させることができる。従って、第２変形例においても第１変形例と同様に、第９実施例と比べて部品点数を削減することができる。
【０１０６】
［参考例］
次に、図１８を参照して、参考例によるアンテナモジュールについて説明する。以下、第８実施例によるアンテナモジュール（図１５Ａ）と共通の構成については説明を省略する。
【０１０７】
図１８は、参考例によるアンテナモジュールの断面図である。第８実施例（図１５Ａ）では、第１導体パターン２０１及び第２導体パターン２０２がそれぞれ複数個配置されて、第１アレイアンテナ及び第２アレイアンテナを構成していた。参考例では、第１導体パターン２０１及び第２導体パターン２０２が１つずつ配置されている。第２導体パターン２０２と第１グランド導体層３１とを接続する複数のビア導体３２が、平面視において第２給電線５１２の一部を構成するビア導体５１２Ａを取り囲むように配置されている。第１給電線５１１の一部を構成する配線５１１Ｂは、第１グランド導体層３１と第２グランド導体層３７との間に配置されている。
【０１０８】
次に、参考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。
参考例においても、第８実施例と同様に、第２グランド導体層３７が第１導体パターン２０１から同一層内で切り離されている。このため、第２導体パターン２０２のアンテナ用グランドとして機能する第１導体パターン２０１の寸法が、誘電体基板３０の寸法に依らず固定される。このため、第２導体パターン２０２を放射素子とするアンテナの特性が、アンテナ設計時の所望の特性から変化してしまうことを抑制することができる。
【０１０９】
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】
【０１１０】
２０  マルチバンドアンテナ素子
２１  アレイアンテナ
３０  誘電体基板
３１  第１グランド導体層
３２  ビア導体
３５  グランド導体層
３６  グランドビア導体
３７  第２グランド導体層
３８  グランド導体層
３９  グランドビア導体
４１  第１高周波集積回路（第１ＲＦＩＣ）
４２  第２高周波集積回路（第２ＲＦＩＣ）
４３、４４  集積回路素子
５０  アンテナ駆動部
５１  給電線
５２  高周波集積回路素子（ＲＦＩＣ）
５３  ベースバンド集積回路素子（ＢＢＩＣ）
５４  制御部
６０  中間周波増幅器
６１  アップダウンコンバート用ミキサ
６２  送受信切り替えスイッチ
６３  パワーディバイダ
６４  移相器
６５  アッテネータ
６６  送受信切り替えスイッチ
６７  パワーアンプ
６８  ローノイズアンプ
６９  送受信切り替えスイッチ
２０１  第１導体パターン
２０２  第２導体パターン
２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８  導体パターン
２０９  スロット
２１０  給電線
２１１  スロット
２１２  第１結合箇所
２１３  第２結合箇所
５１１  第１給電線
５１１Ａ  ビア導体
５１１Ｂ  配線
５１２  第２給電線
５１２Ａ  ビア導体
５１２Ｂ  配線
５２１  第１給電線路網
５２２  第２給電線路網
【図１】
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【図２】
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【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】
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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】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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