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      天線模塊以及搭載有該天線模塊的通信裝置的制作方法

      文檔序號:24543497發布日期:2021-04-02 10:28
      天線模塊以及搭載有該天線模塊的通信裝置的制作方法

      本公開涉及天線模塊以及搭載有該天線模塊的通信裝置,更特定而言,涉及一種具有平板狀的輻射元件的天線模塊中的輻射元件的配置。



      背景技術:

      在國際公開第2016/063759號(專利文獻1)中公開了一種天線模塊,該天線模塊在矩形的電介質基板的一面配置有平板狀的貼片天線(輻射元件),在另一面配置有高頻半導體元件。

      現有技術文獻

      專利文獻

      專利文獻1:國際公開第2016/063759號



      技術實現要素:

      發明要解決的問題

      國際公開第2016/063759號(專利文獻1)公開的天線模塊有時用作例如智能手機等便攜終端的天線。針對這樣的使用了貼片天線的天線模塊而言,利用輻射元件和與該輻射元件相對地配置的接地電極之間的電磁場耦合,自輻射元件輻射電波。

      針對理想的貼片天線而言,前提是,接地電極相對于輻射元件具有無限大的大小。但是,實際上由于基板尺寸的制約,無法充分地增大接地電極,因此通常來說,相比理想的情況,天線特性可能變差。

      針對便攜終端而言,要求進一步的小型化以及薄型化,便攜終端所使用的天線模塊也需要進一步的小型化。當電介質基板的尺寸因天線模塊的小型化而受到限制時,基板所包含的接地電極的面積也會受到限制。因此,擔心無法充分地確保輻射元件與接地電極之間的電磁場耦合,天線特性變差。

      本公開是為了解決這樣的課題而做成的,其目的在于針對使用了貼片天線的天線模塊而言,在接地電極的面積受到限制的情況下,抑制天線特性的下降。

      用于解決問題的方案

      本公開的一技術方案的天線模塊具備:第1輻射元件,其能夠輻射以第1方向為極化方向的電波;以及第1接地電極,其與第1輻射元件相對地配置。在自法線方向俯視第1輻射元件的情況下,在將第1輻射元件的中心與第1接地電極的端部之間的沿著第1方向的最短距離設為第1距離,將第1輻射元件的中心與第1接地電極的端部之間的最短距離設為第2距離,將第2距離中第1接地電極的端部與第1輻射元件的端部之間的距離設為第3距離時,第1距離比第2距離長,并且第3距離比第1輻射元件的尺寸的1/2短。

      發明的效果

      對于本公開的天線模塊,在俯視天線模塊時,在將輻射元件的中心與接地電極的端部之間的沿著第1方向的最短距離設為第1距離,將輻射元件的中心與接地電極的端部之間的最短距離設為第2距離,將第2距離中接地電極的端部與輻射元件的端部之間的距離設為第3距離時,以第1距離比第2距離長且第3距離比輻射元件的尺寸的1/2短的方式相對于接地電極配置輻射元件。由此,在極化方向以及與極化方向正交的方向上,都能夠在一定程度上確保在俯視天線模塊時的輻射元件與接地電極的端部的距離。因而,對于使用了貼片天線的天線模塊,在接地電極的面積受到了限制的情況下,能夠抑制天線特性的下降。

      附圖說明

      圖1是應用實施方式1的天線模塊的通信裝置的框圖。

      圖2是表示實施方式1的天線模塊的圖。

      圖3是用于概略性地說明在實施方式1中天線特性得到改善的機理的圖。

      圖4是用于說明實施方式1以及比較例的頻帶寬度的圖。

      圖5是表示實施方式1以及比較例的反射損耗的圖。

      圖6是用于說明接地電極的形狀和輻射元件的配置對方向性的影響的圖。

      圖7是表示變形例1的天線模塊的圖。

      圖8是表示變形例2的天線模塊的圖。

      圖9是表示變形例3的天線模塊的圖。

      圖10是用于說明實施方式2的天線模塊和比較例的頻帶寬度的圖。

      圖11是實施方式3的天線模塊的俯視透視圖。

      圖12是實施方式4的天線模塊的立體圖。

      圖13是圖12的天線模塊的剖視透視圖。

      圖14是變形例4的天線模塊的立體圖。

      圖15是變形例5的天線模塊的立體圖。

      圖16是變形例6的天線模塊的立體圖。

      圖17是實施方式5的天線模塊的俯視透視圖。

      圖18是變形例7的天線模塊的俯視透視圖。

      圖19是表示實施方式6的天線模塊的圖。

      圖20是表示變形例8的天線模塊的圖。

      圖21是表示變形例9的天線模塊的圖。

      圖22是表示變形例9的比較例的天線模塊的圖。

      圖23是變形例10的天線模塊的俯視透視圖。

      具體實施方式

      以下,參照附圖詳細地說明本公開的實施方式。另外,對圖中相同或等同的部分標注相同的附圖標記,不重復其說明。

      [實施方式1]

      (通信裝置的基本結構)

      圖1是應用本實施方式1的天線模塊100的通信裝置10的框圖的一個例子。通信裝置10例如是手機、智能手機或平板電腦等便攜終端、具備通信功能的個人計算機等。用于本實施方式的天線模塊100的電波的頻段的一個例子是例如將28ghz、39ghz以及60ghz等設為中心頻率的毫米波段的電波,但也能應用上述以外的頻段的電波。

      參照圖1,通信裝置10包括天線模塊100和構成基帶信號處理電路的bbic200。天線模塊100包括天線裝置120和作為供電電路的一個例子的rfic110。通信裝置10將自bbic200向天線模塊100傳遞來的信號上變頻為高頻信號而自天線裝置120輻射,并且將利用天線裝置120接收的高頻信號下變頻而在bbic200處理信號。

      在圖1中,為了容易說明,僅示出與構成天線裝置120的多個供電元件121(輻射元件)中的4個供電元件121對應的結構,省略與具有同樣的結構的其他供電元件121對應的結構。另外,在圖1中,表示由配置成二維的陣列狀的多個供電元件121形成天線裝置120的例子,但供電元件121不必一定是多個,也可以是由1個供電元件121形成天線裝置120的情況。另外,也可以是多個供電元件121配置成一列的一維陣列。在本實施方式中,供電元件121是具有大致正方形的平板狀的貼片天線。

      rfic110包括開關111a~111d、113a~113d、117、功率放大器112at~112dt、低噪聲放大器112ar~112dr、衰減器114a~114d、移相器115a~115d、信號合成/分波器116、混頻器118和放大電路119。

      在發送高頻信號的情況下,開關111a~111d、113a~113d向功率放大器112at~112dt側切換,并且開關117連接于放大電路119的發送側放大器。在接收高頻信號的情況下,開關111a~111d、113a~113d向低噪聲放大器112ar~112dr側切換,并且開關117連接于放大電路119的接收側放大器。

      自bbic200傳遞來的信號被放大電路119放大并利用混頻器118上變頻。上變頻而得到的高頻信號即發送信號被信號合成/分波器116分波成4個信號,經過4個信號路徑而向互不相同的供電元件121供給。此時,通過單獨地調整在各信號路徑配置的移相器115a~115d的移相度,能夠調整天線裝置120的方向性。

      利用各供電元件121接收的高頻信號即接收信號分別經由不同的4個信號路徑,在信號合成/分波器116合波。合波而得到的接收信號利用混頻器118下變頻,被放大電路119放大而向bbic200傳遞。

      rfic110例如形成為包括上述電路結構的單芯片的集成電路部件?;蛘?,也可以是,關于rfic110的與各供電元件121對應的設備(開關、功率放大器、低噪聲放大器、衰減器、移相器),針對每個對應的供電元件121都形成為單芯片的集成電路部件。

      (天線模塊的結構)

      接下來,使用圖2說明實施方式1中的天線模塊100的結構的詳細情況。在圖2中,上部(圖2的(a))是天線模塊100的俯視透視圖,下部(圖2的(b))是天線模塊的剖視透視圖。

      在圖2中,為了容易說明,以天線模塊100具有1個供電元件121來作為輻射元件的情況為例進行說明,但如后述那樣,供電元件也可以為兩個以上,還可以將供電元件二維排列。天線模塊100除了供電元件121以及rfic110之外還包括電介質基板130、供電布線170和接地電極gnd。另外,在以下的說明中,將電介質基板130的法線方向(電波的輻射方向)設為z軸方向,利用x軸以及y軸規定與z軸方向垂直的面。另外,有時將各圖中的z軸的正方向稱為上方側,將負方向稱為下方側。

      電介質基板130例如是低溫共燒陶瓷(ltcc:lowtemperatureco-firedceramics)多層基板、將由環氧或聚酰亞胺等的樹脂構成的樹脂層層疊多層而形成的多層樹脂基板、將由具有更低的介電常數的液晶聚合物(liquidcrystalpolymer:lcp)構成的樹脂層層疊多層而形成的多層樹脂基板、將由氟樹脂構成的樹脂層層疊多層而形成的多層樹脂基板、或ltcc以外的陶瓷多層基板。另外,電介質基板130也可以不一定是多層構造,也可以是單層的基板。另外,在圖2的(a)以及之后說明的俯視透視圖中,省略了電介質基板130以及供電布線。

      電介質基板130具有大致矩形形狀,在其上表面131(z軸的正方向的面)或內部的層配置有供電元件121。供電元件121是具有大致正方形的平面形狀的貼片天線。供電元件121的各邊相對于電介質基板130的長邊以及短邊(即,圖中的x軸以及y軸)傾斜預定的角度地配置。在圖2的例子中,預定的角度為大致45°。

      在電介質基板130的比供電元件121靠下表面132(z軸的負方向的面)側的層,與供電元件121相對地配置有平板形狀的接地電極gnd。在電介質基板130的下表面132借助焊料凸塊140安裝有rfic110。另外,也可以代替釬焊連接,而使用多極連接器將rfic110連接于電介質基板130。

      自rfic110經由供電布線170向供電元件121的供電點sp1供給高頻信號。在圖2的例子中,供電點sp1配置在沿虛線cl1的方向(第1方向)偏置的位置,該虛線cl1穿過供電元件121的中心(對角線的交點)cp并與供電元件121的邊平行。通過將供電點sp1配置于這樣的位置,輻射以上述的第1方向為極化方向的電波。

      供電布線170由形成在電介質基板130的層間的布線圖案以及貫通層的導通孔(日文:ビア)形成。另外,對于天線模塊100,構成輻射元件、布線圖案、電極以及導通孔等的導體由將鋁(al)、銅(cu)、金(au)、銀(ag)以及這些物質的合金作為主要成分的金屬形成。

      供電元件121配置為供電元件121的各邊相對于矩形形狀的接地電極gnd的各邊傾斜。即,供電元件121配置為,連結接地電極gnd的端部的在俯視天線模塊100時距供電元件121的中心cp的距離成為最短的位置p1與供電元件121的中心cp的方向相對于極化方向(第1方向)所成的角度θ成為0°<θ<90°。

      另外,若以接地電極gnd與供電元件121之間的距離進行描述,則在俯視天線模塊100的情況下,在將供電元件121的中心cp與接地電極gnd的端部之間的沿著第1方向的最短距離設為距離l1(第1距離),將供電元件121的中心cp與接地電極gnd的端部之間的最短距離設為距離l2(第2距離)時,距離l1比距離l2長(l1>l2)。另外,在將距離l2中供電元件121的端部與接地電極gnd的端部之間的最短距離設為距離l3(第3距離)時,距離l3比供電元件121的尺寸(邊的長度)的1/2短。

      對于本實施方式1的天線模塊100,通過相對于接地電極gnd傾斜地配置供電元件121,從而抑制天線特性變差。以下,使用圖3對利用這樣的供電元件121的配置能夠抑制天線特性變差的機理進行說明。

      在圖3中,上部(圖3的(a))表示比較例的天線模塊100#,下部(圖3的(b))表示實施方式1的天線模塊100。圖3的(a)以及圖3的(b)的右側的圖表示在沿著極化方向的截面處的、接地電極gnd與供電元件121之間的電力線。

      對于比較例的天線模塊100#,以各邊與x軸以及y軸平行的方式配置供電元件121#。在比較例中,供電點sp1配置在自供電元件121#的中心沿y軸的正方向偏置的位置,自供電元件121#輻射以y軸方向為極化方向的電波。

      對于供電元件121#,電壓的振幅在y軸方向上的端部成為最大,由此,供電元件121#與接地電極gnd之間的電場強度也在該端部成為最大。但是,在俯視天線模塊100#的情況下,極化方向(y軸方向)上的供電元件121#的端部與接地電極gnd的端部的距離ly較短,因此在供電元件121#與接地電極gnd之間產生的電力線的量受到限制,無法充分地確保供電元件121#與接地電極gnd之間的耦合。由此,無法充分地確保供電元件121#相對于接地電極gnd的靜電電容,頻帶寬度會變窄。

      另一方面,對于圖3的(b)的實施方式1的天線模塊100,通過相對于接地電極gnd傾斜地配置供電元件121,從而極化方向(線cl1的方向:第1方向)上的供電元件121的端部與接地電極gnd的端部的距離lya比比較例的情況下的距離ly長,相比比較例的情況,供電元件121與接地電極之間的由電場進行的耦合變強。由此,供電元件121相對于接地電極gnd的靜電電容與比較例的情況相比增大,因此與比較例的情況相比能夠擴大頻帶寬度。

      另外,已知與極化方向正交的方向上的供電元件的端部與接地電極gnd的端部之間的距離影響所輻射的電波的峰值增益(方向性),供電元件的端部與接地電極gnd的端部之間的距離越長,峰值增益越大。這是因為,供電元件121與接地電極之間的由沿與極化方向正交的方向產生的磁場進行的耦合是變化的。

      與極化方向正交的方向上的供電元件的端部與接地電極gnd的端部之間的距離在比較例的情況下是最大(距離lx)的,隨著相對于比較例的狀態的傾斜θ變大而逐漸變小。如上述那樣,關于極化方向上的供電元件的端部與接地電極gnd的端部之間的距離,在θ=0°時成為最小,在θ=90°時成為最大,相對于此,與極化方向正交的方向上的供電元件與接地電極gnd之間的距離在θ=0°時成為最大,在θ=90°時成為最小。即,對于供電元件相對于接地電極gnd的傾斜而言,頻帶寬度與峰值增益成為此消彼長的關系。因此,在實施方式1中,考慮期望的頻帶寬度以及峰值增益,將供電元件相對于接地電極gnd的傾斜θ設定為成為0°<θ<90°的范圍。另外,在圖2以及圖3的例子中設定為θ=45°,以使頻帶寬度以及峰值增益這兩者都成為中等程度。在該情況下,供電元件121與接地電極gnd之間的極化方向上的距離lya成為和在與極化方向正交的方向上的距離lxa大致相同的長度。

      這樣,在實施方式1中,在電介質基板130以及接地電極gnd的形狀(面積)受到限制的情況下,對于供電元件121與接地電極gnd之間的最短距離比預定距離短的情況,通過如上述那樣相對于接地電極gnd傾斜地配置供電元件121,從而抑制頻帶寬度以及峰值增益都極端地減小。由此,能夠抑制接地電極的面積受到了限制的情況下的天線特性的下降。

      特別是,在將自供電元件121輻射的電波的波長設為λ的情況下,對于圖2中示出的距離l3比λ/4短的情況,供電元件121與接地電極gnd之間的電力線的量增多,因此天線特性的下降抑制效果增大。

      此外,在將反映了電介質基板的有效介電常數的電波的波長設為λ’的情況下,對于距離l3比λ’/4短的情況,供電元件121與接地電極gnd之間的電力線的量進一步增多,因此天線特性的下降抑制效果變得更大。

      另外,在距離l3比供電元件121與接地電極gnd之間的層疊方向上的距離(z方向上的厚度)d1的兩倍短的情況下,供電元件121與接地電極gnd之間的電力線的量進一步增多,因此天線特性的下降抑制效果進一步增大。

      接下來,使用圖4~圖6說明實施方式1的天線模塊100的天線特性與比較例的天線模塊的天線特性的比較。

      圖4以及圖5是用于說明關于實施方式1以及比較例中的頻帶寬度進行了模擬而得到的結果的圖。在圖4中,作為參考,也示出了在接地電極gnd的面積充分大的大致正方形的電介質基板配置有供電元件的情況下的頻帶寬度。這里,示出了供電元件的反射損耗成為10db以下的頻帶寬度。另外,圖5是表示實施方式1以及比較例中的反射損耗的圖表,圖5的右圖放大表示了左圖的圖表的區域rg2。在圖5中,實線ln10表示實施方式1的情況下的反射損耗,虛線ln11表示比較例的情況下的反射損耗。

      參照圖4以及圖5,對于在大致正方形的電介質基板配置有以y軸方向為極化方向的供電元件的參考例,頻帶寬度為1.98ghz。在自該狀態如比較例那樣縮短接地電極的y軸方向(極化方向)上的尺寸時,頻帶寬度下降到1.36ghz。

      對于使供電元件相對于與比較例相同的形狀的接地電極傾斜的實施方式1,反射損耗降低,頻帶寬度改善為1.51ghz。

      圖6是用于說明由電介質基板(接地電極)的形狀以及供電元件的配置產生的對方向性的影響的圖。在圖6中,左列表示正方形基板的情況,右列表示長方形基板的情況。另外,在圖6的上部表示使電介質基板的邊與供電元件的邊平行的比較例的情況,在下部表示使供電元件相對于電介質基板傾斜的實施方式1的情況。另外,如上述那樣,由于與極化方向正交的方向上的供電元件與接地電極的端部的距離影響方向性,因此在上部右列的比較例中,使電介質基板的與極化方向正交的方向上的尺寸較短。

      參照圖6,在正方形基板的情況(左列)下,即使供電元件的角度不同,方向性也都成為6.5dbi這一同等的值??紤]這是因為,接地電極的端部與供電元件的距離足夠大,且與極化方向正交的方向上的距離相對于極化方向上的距離的比率都相同。

      另一方面,在縮短了接地電極的一條邊而成的長方形基板的情況(右列)下,在比較例中,方向性成為5.8dbi,在實施方式1中,方向性成為6.3dbi,實施方式1得到了改善。在比較例的情況下,極化方向上的接地電極的端部與供電元件的距離比下部的實施方式1的情況下的該距離長,但與極化方向正交的方向上的接地電極的端部與供電元件的距離比實施方式1的情況下的該距離短。即,在比較例中,與極化方向正交的方向上的距離相對于極化方向上的距離的比率與實施方式1的情況相比變小了。

      這樣,通過如實施方式1那樣相對于接地電極傾斜地配置供電元件,使與極化方向正交的方向上的距離相對于極化方向上的距離的比率平衡,能夠改善方向性。

      如以上那樣,對于使用了平板形狀的供電元件的天線模塊,在接地電極的面積受到限制的情況下,以連結接地電極的端部的距供電元件的中心的距離成為最短的位置與供電元件的中心的方向相對于所輻射的電波的極化方向所成的角度大于0°且小于90°的方式相對于接地電極配置供電元件,從而能夠抑制天線特性(頻帶寬度、方向性)的下降。

      (變形例)

      使用圖7~圖9說明實施方式1的變形例。

      (a)變形例1

      在變形例1中,說明供電元件121不配置于接地電極gnd的中心而是配置于端部側的情況下的天線模塊100a。對于這樣的天線模塊100a,極化方向上的、供電元件121與接地電極gnd之間的兩個距離不同。在該情況下,天線特性因較短的那個距離而受到限制。

      對于天線模塊100a,也以連結圖7中的供電元件121的中心cp與接地電極gnd的端部的位置p1的方向相對于極化方向(線cl1的方向)所成的角度θ成為0°<θ<90°的方式配置有供電元件121。由此,能夠與實施方式1同樣地抑制天線特性(頻帶寬度、方向性)的下降。

      另外,在變形例1中,在將俯視天線模塊100a時的、極化方向上的供電元件121的中心cp與接地電極gnd的端部之間的最短距離設為l1a(第1距離),將供電元件121的中心cp與接地電極gnd的端部之間的最短距離設為l2a(第2距離)時,也是l1a>l2a。另外,在將距離l2a中供電元件121的端部與接地電極gnd的端部之間的距離設為l3a(第3距離)時,距離l3a比供電元件121的邊的長度的1/2短。

      (b)變形例2

      天線元件的形狀不限于上述那樣的大致正方形。對于變形例2的天線模塊100b,使用圓形的供電元件121a來作為輻射元件。在這樣的供電元件121a的情況下,對于接地電極gnd的面積受到限制的情況,通過如上述的例子那樣傾斜供電元件121a的極化方向(0°<θ<90°),也能夠抑制天線特性(頻帶寬度、方向性)的下降。

      在該情況下,在將俯視天線模塊100b時的、極化方向上的供電元件121a的中心cp與接地電極gnd的端部之間的最短距離設為l1b(第1距離),將供電元件121的中心cp與接地電極gnd的端部之間的最短距離設為l2b(第2距離)時,也是l1b>l2b。另外,在將距離l2b中供電元件121a的端部與接地電極gnd的端部的距離設為l3b(第3距離)時,距離l3b比供電元件121a的邊的長度的1/2短。

      (c)變形例3

      在變形例3中,說明在供電元件121的周圍配置有寄生元件125來作為輻射元件的情況下的天線模塊100c。對于天線模塊100c,與大致正方形的供電元件121的各邊相對地配置有條狀的寄生元件125。在該情況下,關于包含供電元件121以及寄生元件125的整體的區域(虛線的區域rg1),以連結接地電極gnd的端部的距供電元件121的中心的距離成為最短的位置與供電元件121的中心的方向相對于極化方向所成的角度θ成為0°<θ<90°的方式配置供電元件121以及寄生元件125。通過設為這樣的結構,能夠抑制天線特性(頻帶寬度、方向性)的下降。

      另外,在該情況下,在將俯視天線模塊100c時的、極化方向上的供電元件121的中心cp與接地電極gnd的端部之間的最短距離設為l1c(第1距離),將供電元件121的中心cp與接地電極gnd的端部之間的最短距離設為l2c(第2距離)時,也是l1c>l2c。另外,在將距離l2c中供電元件121的端部與接地電極gnd的端部之間的距離設為l3c(第3距離)時,距離l3c比區域rg1的外緣的一邊的長度的1/2短。

      [實施方式2]

      在實施方式2中,說明將本公開的特征應用于能夠輻射極化方向不同的兩種極化波的所謂雙極化型的天線模塊的結構。

      圖10是用于說明實施方式2的天線模塊100d和比較例的天線模塊100#1的頻帶寬度的圖。參照圖10,天線模塊100d以及天線模塊100#1都是不僅對供電元件121的供電點sp1供給高頻信號,而且也對供電元件121的供電點sp2供給高頻信號。

      由向供電點sp1供給的高頻信號輻射的電波的極化方向與由向供電點sp2供給的高頻信號輻射的電波的極化方向正交。更具體而言,對于比較例的天線模塊100#1,供電點sp1配置于自供電元件121的中心沿y軸的正方向偏置的位置。由此,在向供電點sp1供給高頻信號時,自供電元件121輻射以y軸方向為極化方向的電波。另一方面,供電點sp2配置于自供電元件121的中心沿x軸的正方向偏置的位置。由此,在向供電點sp2供給高頻信號時,自供電元件121輻射以x軸方向為極化方向的電波。

      實施方式2的天線模塊100d具有使比較例的天線模塊100#1的供電元件121相對于接地電極gnd傾斜45°地配置而成的結構。自天線模塊100d輻射以連結供電元件121的中心與供電點sp1的方向(第1方向)為極化方向的電波,以及以連結供電元件121的中心與供電點sp2的方向(第2方向)為極化方向的電波。

      在自供電元件121的法線方向俯視天線模塊100d的情況下,在將供電元件121的中心與接地電極gnd的端部之間的沿著第1方向的極化方向的最短距離設為第1距離,將供電元件121a的中心與接地電極gnd的端部之間的最短距離設為第2距離,將第2距離中接地電極gnd的端部與供電元件121的端部之間的距離設為第3距離時,第1距離比第2距離長,并且第3距離比供電元件121的尺寸的1/2短。

      此外,在將供電元件121的中心與接地電極gnd的端部之間的沿著第2方向的極化方向的最短距離設為第4距離時,第4距離比第2距離長。

      在比較例中,相對于x軸方向的極化波,供電元件121與接地電極gnd的端部的距離較長,因此反射損耗變得小于10db的頻帶寬度成為2.34ghz。另一方面,相對于y軸方向的極化波,供電元件121與接地電極gnd的端部的距離較短,因此頻帶寬度成為1.40ghz。

      相對于此,對于實施方式2的天線模塊100d,兩種極化波的頻帶寬度都成為1.75ghz。雖然頻段比比較例的x軸方向的極化波的情況下的頻段稍窄,但兩種極化波的頻段之差較小,各極化波的特性被平均化。

      這樣,關于雙極化型的天線模塊,在接地電極的面積受到限制的情況下,通過相對于接地電極傾斜地配置供電元件,也能夠抑制一極化波的特性極端地下降。

      [實施方式3]

      在實施方式3中,說明將本公開的特征應用于配置有多個供電元件的陣列天線的結構。

      圖11是實施方式3的天線模塊100e的俯視透視圖。天線模塊100e具有以與長方形的接地電極gnd相對的方式沿x軸方向呈一列地配置有大致正方形的4個供電元件121的結構。并且,各供電元件121配置為使自各供電元件121輻射的電波的極化方向相對于接地電極gnd的各邊傾斜。

      即,關于各供電元件121,以連結接地電極gnd的端部的距供電元件121的中心的距離成為最短的位置與供電元件121的中心的方向相對于自供電元件121輻射的電波的極化方向所成的角度θ成為0°<θ<90°的方式,相對于接地電極gnd配置供電元件121。

      此時,在將俯視天線模塊100e時的、極化方向上的供電元件121的中心與接地電極gnd的端部之間的最短距離設為第1距離,將供電元件121的中心與接地電極gnd的端部之間的最短距離設為第2距離時,第1距離比第2距離長。另外,在將第2距離中供電元件121的端部與接地電極gnd的端部之間的距離設為第3距離時,第3距離比供電元件121的尺寸的1/2短。

      在自各供電元件121輻射的電波的極化方向為y軸方向的情況下,各供電元件121的y軸方向上的接地電極gnd的區域受到限制。另外,在極化方向為x軸方向的情況下,中央的兩個供電元件121能夠充分地確保接地電極gnd的區域,但配置在端部的供電元件121的接地電極gnd的區域受到限制。

      另一方面,對于圖11所示的天線模塊100e,通過相對于接地電極gnd傾斜地配置供電元件121,在極化方向以及與極化方向正交的方向上都能確保接地電極gnd的區域。由此,對于端部的供電元件121,也能夠抑制天線特性的下降,從而也能夠抑制陣列天線整體的特性的下降。

      這里,相鄰的供電元件121彼此的間隔d1優選設定為比所輻射的電波的波長的1/2寬。通常,在陣列天線的情況下,相鄰的輻射元件的間隔設定為自該輻射元件輻射的電波的波長的1/2。但是,通過如圖11的天線模塊100e那樣使相鄰的元件間隔比通常的情況寬,能夠提高相鄰的元件間的隔離度。由此,對于天線模塊,在同時驅動多個輻射元件時,能夠減少各輻射元件的供電布線間的信號的蔓延,因此能夠抑制在驅動輻射元件時的阻抗(所謂的有源阻抗)的變差。因而,能夠使天線增益寬頻帶化。

      另外,在天線模塊的設計中,在不改變電介質基板的尺寸而是擴大供電元件的間隔d1的情況下,圖11中的x軸方向上的電介質基板的端部與兩端的供電元件的距離(圖11中的g1)可以設為所輻射的電波的波長的1/4以下。

      另外,在圖11中,說明了將供電元件一維排列而成的陣列天線的例子,但也能將本公開的特征應用于將供電元件二維排列而成的陣列天線。

      另外,在實施方式3中,陣列天線的兩端的供電元件對應于本公開的“第1輻射元件”,與兩端的供電元件相鄰的供電元件對應于本公開的“第2輻射元件”。

      [實施方式4]

      在實施方式4中,說明具有兩個不同的輻射面的天線模塊的情況。

      圖12是實施方式4的天線模塊100f的立體圖,圖13是天線模塊100f的包含彎曲部的zx平面的剖視透視圖。

      參照圖12以及圖13,對于天線模塊100f的天線裝置120a,電介質基板130b的截面形狀成為大致l字形,包括:以圖12以及圖13的z軸方向為法線方向的平板狀的基板133a(第2基板)、以圖12以及圖13的x軸方向為法線方向的平板狀的基板133b(第1基板)、以及連接該兩個基板133a、133b的彎曲部135。

      對于天線模塊100f,在兩個基板133a、133b均沿y軸方向呈一列地配置有4個供電元件121。在以下的說明中,為了容易理解,說明供電元件121配置為暴露于基板133a、133b的表面的例子,但也可以如實施方式1的圖2那樣將供電元件121配置在基板133a、133b的電介質基板的內部。

      基板133a具有大致矩形形狀,在其表面呈一列地配置有4個供電元件121。另外,在基板133a的下表面側(z軸的負方向的面)連接有rfic110。rfic110借助焊料凸塊180安裝于安裝基板20的表面21。另外,rfic110也可以使用多極連接器來代替釬焊連接而安裝于安裝基板20。

      基板133b連接于自基板133a彎曲而成的彎曲部135,其內側的面(x軸的負方向的面)配置為面對安裝基板20的側面22?;?33b成為在大致矩形形狀的電介質基板形成有多個缺口部136的結構,在該缺口部136連接有彎曲部135。換言之,在基板133b的沒有形成缺口部136的部分形成有自彎曲部135與基板133b連接的交界部134沿該基板133b向朝向基板133a的方向(即,z軸的正方向)突出的突出部134a、134b。該突出部134a、134b的突出端的位置位于比基板133a的下表面側(面對安裝基板20的一側)的面靠z軸的正方向的位置。

      對于基板133a、133b以及彎曲部135,在面對安裝基板20的表面或內層配置有接地電極gnd。來自rfic110的高頻信號經由供電布線170向基板133a的供電元件121傳遞。另外,來自rfic110的高頻信號經由供電布線171向基板133b的供電元件121傳遞。供電布線171自rfic110經過基板133a、133b的電介質的內部以及彎曲部135的電介質的內部(或表面)與配置于基板133b的供電元件121連接。

      在位于基板133b的端部的突出部134a各配置1個供電元件121。另外,在中央部的突出部134b配置兩個供電元件121。由于在基板133b形成有缺口部136,因此對于配置于基板133b的供電元件121,與各供電元件121耦合的接地電極gnd的區域被大幅地限制。在圖12的例子中,特別是基板133b的z軸方向上的尺寸以及供電元件121與缺口部136之間的尺寸可能受到限制。

      因此,在天線模塊100f,關于配置于基板133b的供電元件121,自各供電元件121輻射的電波的極化方向配置為相對于基板133b的接地電極gnd的各邊傾斜。即,對于各供電元件121,以連結接地電極gnd的端部的距供電元件121的中心的距離成為最短的位置與供電元件121的中心的方向相對于極化方向所成的角度θ成為0°<θ<90°的方式配置供電元件121。

      此時,在自法線方向俯視基板133b的情況下,在將各供電元件121的、極化方向上的供電元件121的中心與接地電極gnd的端部之間的最短距離設為第1距離,將供電元件121的中心與接地電極gnd的端部之間的最短距離設為第2距離時,第1距離比第2距離長。另外,在將第2距離中供電元件121的端部與接地電極gnd的端部之間的距離設為第3距離時,第3距離比供電元件121的邊的長度的1/2短。

      通過設為這樣的結構,即使對于在電介質基板(接地電極)的一部分形成有缺口部而使接地電極的面積受到限制那樣的情況,也能夠抑制天線特性的下降。

      另外,在圖12的天線模塊100f,關于配置于基板133a的供電元件121,配置為極化方向與接地電極gnd的x軸方向的邊平行,但在基板133a的x軸方向或y軸方向上的尺寸受到限制的那樣的情況下,也可以與實施方式3的圖11同樣地傾斜配置供電元件121。

      (變形例4)

      在變形例4中,說明對于實施方式4的l字形的天線模塊,在兩個基板都形成有缺口部的情況的例子。

      圖14是變形例4的天線模塊100g的立體圖。對于天線模塊100g的天線裝置120b,電介質基板130c具有兩個基板133a、133b,在基板133a、133b分別形成有突出部134c、134d。對于天線裝置120b,在與突出部134c對應的位置形成有突出部134d,在基板133a的缺口部137與基板133b的缺口部136之間形成有彎曲部135。并且,供電元件121在各基板配置于至少供電元件121的一部分與突出部重疊的位置。

      在這樣的結構中,各供電元件121分別配置于對應的突出部,因此與供電元件121耦合的接地電極gnd的面積被大幅地限制。因此,對于天線模塊100g,配置于基板133a的供電元件121以及配置于基板133b的供電元件121這兩者都配置為自各供電元件121輻射的電波的極化方向相對于基板的接地電極gnd的各邊傾斜。

      即,關于配置于基板133a的各供電元件121,也與基板133b處的供電元件121同樣,以連結接地電極gnd的端部的距供電元件121的中心的距離成為最短的位置與供電元件121的中心的方向相對于極化方向(第2方向)所成的角度θ成為0°<θ<90°的方式配置供電元件121。

      此時,在自法線方向俯視基板133a的情況下,在將各供電元件121的、極化方向上的供電元件121的中心與接地電極gnd的端部之間的最短距離設為第5距離,將供電元件121的中心與接地電極gnd的端部之間的最短距離設為第6距離時,第5距離比第6距離長。另外,在將第5距離中供電元件121的端部與接地電極gnd的端部之間的距離設為第7距離時,第7距離比供電元件121的邊的長度的1/2短。

      由此,能夠擴大在極化方向以及與該極化方向正交的方向上的接地電極gnd的區域,因此能夠抑制天線特性的下降。

      (變形例5)

      在變形例5中,說明能夠向不同的兩個方向輻射電波的結構的另一個例子。

      圖15是變形例5的天線模塊100h的立體圖。參照圖15,對于天線模塊100h的天線裝置120c,以z軸方向為法線方向的基板133a設為大致正方形的平板狀,在形成于沿著x軸的邊側的基板133b之外,還在沿著y軸的邊側形成有基板133c?;?33c具有與基板133b同樣的形狀,形成有多個突出部134c?;?33c利用彎曲部135c連接于基板133a。并且,在基板133c,供電元件121配置為其至少一部分與突出部134c重疊。利用天線裝置120c能夠向x軸方向以及y軸方向輻射電波。

      在這樣的結構中,關于配置于基板133c的供電元件121,也與配置于基板133b的供電元件121同樣,與各供電元件121耦合的接地電極gnd的面積被缺口部136大幅地限制。因此,對于天線模塊100h,配置為自各供電元件121輻射的電波的極化方向相對于基板133c的接地電極gnd的各邊傾斜。

      即,關于配置于基板133c的各供電元件121,以連結接地電極gnd的端部的距供電元件121的中心的距離成為最短的位置與供電元件121的中心的方向相對于極化方向(第2方向)所成的角度θ成為0°<θ<90°的方式配置供電元件121。

      此時,在自法線方向俯視基板133c的情況下,在將各供電元件121的、極化方向上的供電元件121的中心與接地電極gnd的端部之間的最短距離設為第5距離,將供電元件121的中心與接地電極gnd的端部之間的最短距離設為第6距離時,第5距離比第6距離長。另外,在將第5距離中供電元件121的端部與接地電極gnd的端部之間的距離設為第7距離時,第7距離比供電元件121的邊的長度的1/2短。

      由此,能夠擴大在極化方向以及與該極化方向正交的方向上的接地電極gnd的區域,因此能夠抑制天線特性的下降。

      另外,在圖15中,表示了在以x軸以及y軸為法線方向的基板133b以及基板133c配置有供電元件的例子,但也可以是在此之外還在以z軸方向為法線方向的基板133a也配置有供電元件而向3個方向輻射電波的結構。

      (變形例6)

      在變形例6中,說明對于實施方式4的l字形的天線模塊,在兩個基板都沒有形成缺口部的情況的例子。

      圖16是變形例6的天線模塊100y的立體圖。對于天線模塊100y的天線裝置120y,電介質基板130y具有兩個基板133a、133b,在基板133a、133b沒有形成缺口部。并且,利用彎曲部135連接基板133a與基板133b。在基板133a、133b均沿y軸方向配置有4個供電元件121。

      在這樣的結構中,在基板133a的沿著y軸方向的邊與基板133a上的供電元件121的距離較短且以x軸方向為極化方向的情況下,以及/或者,在基板133b的沿著y軸方向的邊與基板133b上的供電元件121的距離較短且以z軸方向為極化方向的情況下,有時接地電極gnd的在與各供電元件121耦合的極化方向上的面積受到限制。因此,對于天線模塊100y,配置于基板133a的供電元件121以及配置于基板133b的供電元件121這兩者都配置為使自各供電元件121輻射的電波的極化方向相對于各基板的沿著y軸的邊傾斜。

      即,對于配置于基板133a的各供電元件121以及基板133b處的供電元件121,都以連結接地電極gnd的端部的距供電元件121的中心的距離成為最短的位置與供電元件121的中心的方向相對于極化方向所成的角度θ成為0°<θ<90°的方式配置供電元件121。

      通過這樣設置,在自法線方向俯視各基板的情況下,在將極化方向上的、供電元件121的中心與接地電極gnd的端部之間的最短距離設為第5距離,將供電元件121的中心與接地電極gnd的端部之間的最短距離設為第6距離時,第5距離比第6距離長。另外,在將第5距離中供電元件121的端部與接地電極gnd的端部之間的距離設為第7距離時,第7距離比供電元件121的邊的長度的1/2短。

      由此,能夠擴大在極化方向以及與該極化方向正交的方向上的接地電極gnd的區域,因此能夠抑制天線特性的下降。

      另外,在實施方式4及其變形例中,形成于基板133b的供電元件對應于本公開的“第1輻射元件”,形成于基板133a或基板133c的供電元件對應于本公開的“第4輻射元件”。

      [實施方式5]

      在實施方式5中,說明對于在實施方式3中進行了說明的陣列天線還能夠輻射不同的頻率的高頻信號的結構。

      圖17是實施方式5的天線模塊100i的俯視透視圖。對于天線模塊100i,在相鄰的兩個供電元件121之間配置有供電元件122,該供電元件122能夠輻射與自供電元件121輻射的電波的頻率不同的頻率的電波。即,天線模塊100i是雙頻段型的天線模塊。供電元件122與供電元件121同樣是具有大致正方形的平板狀的貼片天線。

      在圖17的例子中,自供電元件122輻射的電波的頻率(例如39ghz)比自供電元件121輻射的電波的頻率(例如28ghz)高。因此,供電元件122的尺寸比供電元件121的尺寸小。

      如圖17那樣,對于在共用的電介質基板交替地配置有能夠輻射不同的頻率的電波的供電元件的結構,尺寸較大的低頻側的供電元件121相對于接地電極gnd的面積受到限制。因而,對于天線模塊100i,通過相對于接地電極傾斜地配置供電元件121,能夠抑制供電元件121的天線特性下降。

      另外,關于尺寸較小的高頻側的供電元件122,也可以與供電元件121同樣地傾斜配置。

      (變形例7)

      在實施方式5中,說明了輻射不同的頻率的電波的其他輻射元件是平板狀的貼片天線的情況。在變形例7中,說明該其他的輻射元件是貼片天線以外的類型的輻射元件的情況。

      圖18是變形例7的天線模塊100j的俯視透視圖。對于天線模塊100j,在相鄰的兩個供電元件121之間配置有偶極天線123。在這樣的結構中,在作為貼片天線的供電元件121相對于接地電極gnd的面積受到限制的情況下,相對于接地電極傾斜地配置供電元件121。通過設為這樣的結構,能夠抑制供電元件121的天線特性下降。

      另外,配置在兩個供電元件121之間的輻射元件也可以是貼片天線以及偶極天線以外的輻射元件。

      在實施方式5中,“供電元件122”以及“偶極天線123”對應于本公開的“第3輻射元件”。

      [實施方式6]

      在實施方式6中,說明多個輻射元件沿電介質基板的層疊方向相對地配置的疊層型的貼片天線的情況。

      圖19是表示實施方式6的天線模塊100k的圖。在圖19中,上部(圖19的(a))是天線模塊100k的俯視透視圖,下部(圖19的(b))是天線模塊100k的剖視透視圖。

      參照圖19,天線模塊100k在利用圖2進行了說明的實施方式1的結構之外,作為輻射元件還包括配置于與供電元件121不同的層的無源元件124。供電元件121配置于電介質基板130的內部,無源元件124在比供電元件121靠電介質基板130的上表面131側的位置與供電元件121相對地配置。另外,無源元件124既可以配置為暴露于電介質基板130的上表面131,也可以配置于電介質基板130的內部。

      無源元件124的尺寸與供電元件121的尺寸大致相同。另外,在自法線方向俯視天線模塊100k的情況下,無源元件124配置為與供電元件121重疊。通過配置這樣的無源元件124,能夠擴大天線模塊100k的頻帶寬度。

      對于天線模塊100k,在接地電極gnd的面積受到限制的情況下,與實施方式1的情況同樣,也相對于接地電極gnd傾斜地配置供電元件121。此時,無源元件124也與供電元件121同樣地相對于接地電極gnd傾斜地配置。

      通過設為這樣的結構,對于疊層型的天線模塊也能夠抑制天線特性的下降。

      (變形例8)

      在變形例8中,說明雙頻段型的疊層型的天線模塊。

      圖20是表示變形例8的天線模塊100l的圖。在圖20中,上部(圖20的(a))是天線模塊100l的俯視透視圖,下部(圖20的(b))是天線模塊100l的剖視透視圖。

      參照圖20,天線模塊100l在利用圖2進行了說明的實施方式1的結構之外,作為輻射元件還包括配置于與供電元件121不同的層的無源元件124a。無源元件124a在供電元件121與接地電極gnd之間的層與供電元件121相對地配置。

      在自法線方向俯視天線模塊100l的情況下,供電元件121的整體配置為與無源元件124a重疊。供電布線170貫穿無源元件124a而連接于供電元件121。

      無源元件124a的尺寸比供電元件121的尺寸大。因此,無源元件124a的諧振頻率比供電元件121的諧振頻率低。在自rfic110向供電布線170供給與無源元件124a的諧振頻率對應的頻率的高頻信號時,供電布線170與無源元件124a電磁場耦合,自無源元件124a輻射電波。

      在這樣的結構中,尺寸更大的無源元件124a相對于接地電極gnd的面積更受到限制。因而,對于天線模塊100l,通過相對于接地電極傾斜地配置無源元件124a,能夠抑制無源元件124a的天線特性下降。另外,對于天線模塊100l,供電元件121也與無源元件124a同樣傾斜地配置。

      (變形例9)

      在變形例9中,說明對于疊層型的天線模塊利用獨立的供電布線對兩個輻射元件供給高頻信號的情況。

      圖21是表示變形例9的天線模塊100m的圖。在圖21中,上部(圖21的(a))是天線模塊100m的俯視透視圖,下部(圖21的(b))是天線模塊100m的剖視透視圖。

      參照圖21,天線模塊100m包括供電元件121以及供電元件121a來作為輻射元件。供電元件121a在供電元件121與接地電極gnd之間的層與供電元件121相對地配置。在自法線方向俯視天線模塊100m的情況下,供電元件121的整體配置為與供電元件121a重疊。

      供電元件121a的尺寸比供電元件121的尺寸大。因此,供電元件121a的諧振頻率比供電元件121的諧振頻率低。因此,在向供電元件121a供給高頻信號時,自供電元件121a輻射比自供電元件121輻射的電波的頻率低的頻率的電波。另外,在圖21的例子中,在供電元件121以及供電元件121a均設有兩個供電點。即,天線模塊100m是雙頻段型且雙極化型的天線模塊。

      對于供電元件121,經由供電布線1701向供電點sp1供給高頻信號,經由供電布線1702向供電點sp2供給高頻信號。供電布線1701以及供電布線1702自rfic110貫穿供電元件121a而連接于供電元件121。另外,對于供電元件121a,經由供電布線1703向供電點sp3供給高頻信號,經由供電布線1704向供電點sp4供給高頻信號。在供電元件121以及供電元件121a均以兩種極化波相互正交的方式配置有供電點。

      并且,對于天線模塊100m,與實施方式1同樣,供電元件121以及供電元件121a的各邊配置為相對于矩形形狀的接地電極gnd的各邊傾斜。即,在俯視天線模塊100m的情況下,在各供電元件,以連結接地電極gnd的端部的距供電元件的中心的距離成為最短的位置與供電元件的中心的方向相對于極化方向所成的角度θ成為0°<θ<90°的方式配置有各供電元件。另外,在圖21的例子中,各供電元件相對于接地電極gnd傾斜45°地配置。

      圖22是變形例9的比較例的天線模塊100#2的俯視透視圖。對于天線模塊100#2,供電元件121、121a的各邊配置為與接地電極gnd的邊平行。

      在圖22的變形例中,通過向供電點sp1以及供電點sp3供給高頻信號,自供電元件121以及供電元件121a輻射以y軸方向為極化方向的電波。另外,通過向供電點sp2以及供電點sp4供給高頻信號,自供電元件121以及供電元件121a輻射以x軸方向為極化方向的電波。

      在該情況下,關于作為接地電極gnd的長邊的延伸方向的x軸方向的極化波,能夠充分地確保在俯視天線模塊100#2的情況下的從各供電元件到接地電極gnd的端部的距離,但關于y軸方向的極化波,相比于x軸方向,到接地電極gnd的端部的距離受到限制。因而,y軸方向的極化波相比于x軸方向的極化波,天線特性(頻帶寬度以及方向性)可能下降。

      另一方面,對于圖21的天線模塊100m,通過使供電元件傾斜,能夠針對正交的兩種極化波確保從供電元件到接地電極gnd的端部的距離,因此能夠抑制一極化波的特性極端地下降。

      (變形例10)

      在變形例10中,說明將多個疊層型天線模塊一維地配置而成的陣列天線的例子。

      圖23是變形例10的天線模塊100n的俯視透視圖。天線模塊100n具有沿x軸方向配置4個在變形例9中示出的天線模塊100m的輻射元件(供電元件121、121a)而成的結構。相鄰的輻射元件彼此空開間隔d2地配置。對于天線模塊100n,該間隔d2優選設置為比自供電元件121a輻射的低頻率側的電波的波長的1/2寬。

      通過設為這樣的結構,與圖11處的說明同樣,能夠提高相鄰的輻射元件間的隔離度。由此,能夠抑制天線模塊的有源阻抗變差,結果能夠使天線增益寬頻帶化。另外,對于天線模塊100n,說明了各供電元件能夠沿兩個極化方向輻射電波的雙極化型的天線模塊的例子,但也可以是各供電元件沿1個極化方向輻射電波的結構。

      本次公開的實施方式在所有方面均為例示,不應認為是限制性的。本公開的范圍由權利要求書表明,而不是由上述的實施方式的說明表明,并且意圖包含在與權利要求書等同的意思和范圍內的所有變更。

      附圖標記說明

      10、通信裝置;20、安裝基板;100、100a~100n、100y、100#、100#1、100#2、天線模塊;110、rfid;111a~111d、113a~113d、117、開關;112ar~112dr、低噪聲放大器;112at~112dt、功率放大器;114a、114d、衰減器;115a、115d、移相器;116、信號合成/分波器;118、混頻器;119、放大電路;120、120a~120c、120y、天線裝置;121、121a、121#、122、122#、供電元件;123、偶極天線;124、124a、無源元件;125、寄生元件;130、130b、130c、130y、電介質基板;133a~133c、基板;134、交界部;134a~134d、突出部;135、135c、彎曲部;136、137、缺口部;140、180、焊料凸塊;170、171、1701~1704、供電布線;200、bbic;gnd、接地電極;sp1~sp4、供電點。

      再多了解一些
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