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CN114521307B - 天线模块和搭载该天线模块的通信装置以及电路基板 - Google Patents

天线模块和搭载该天线模块的通信装置以及电路基板 Download PDF

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CN114521307B
CN114521307B CN202080067617.9A CN202080067617A CN114521307B CN 114521307 B CN114521307 B CN 114521307B CN 202080067617 A CN202080067617 A CN 202080067617A CN 114521307 B CN114521307 B CN 114521307B
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Abstract

天线模块(100)包括：介电体基板(130)，其由多个介电体层层叠而成；辐射元件(121)，其形成于该介电体基板(130)；接地电极(GND)；以及周边电极(150)。辐射元件(121)在第1极化方向上辐射电波。接地电极(GND)与辐射元件(121)相对地配置。周边电极(150)形成于辐射元件(121)与接地电极(GND)之间的多个层，与接地电极(GND)电连接。周边电极(150)配置于相对于与第1极化方向平行的第1方向和与第1极化方向正交的第2方向中的至少一者对称的位置。

Description

天线模块和搭载该天线模块的通信装置以及电路基板
技术领域
本公开涉及天线模块和搭载该天线模块的通信装置，更特定而言，涉及提高天线特性的天线模块的构造。
背景技术
在日本特开2018-148290号公报(专利文献1)中公开了在矩形状的基板形成有平板状的多个辐射元件(贴片天线)的天线装置。在专利文献1那样的贴片天线中，与辐射元件相对地配置有平板状的接地电极，通过辐射元件与接地电极之间的电磁场耦合来辐射电波。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-148290号公报
发明内容
发明要解决的问题
日本特开2018-148290号公报(专利文献1)所公开那样的天线装置例如用于手机或智能手机等便携终端。在这样的便携终端中，对于小型化和薄型化的要求依然较高，随之需要内置的天线装置的进一步的小型化。特别是，近年，由于智能手机的大屏幕化，存在壳体内的能够配置天线装置的区域被限制的倾向，例如存在天线装置配置于壳体的侧面的狭小的区域的情况。
在贴片天线中，为了实现期望的天线特性，理想上需要配置相对于辐射元件而言具有足够广大的面积的接地电极。然而，在如上述那样天线装置配置于被限制的狭小的区域的情况下，可能产生无法使接地电极相对于辐射元件而言足够广大的情况。另外，根据天线装置的设置部位或与周边设备之间的位置关系，还可能产生无法将接地电极设为对称的形状的情况。若接地电极的尺寸和形状被这样限制，则有可能导致辐射元件与接地电极之间的电场线紊乱，对增益、频段或方向性等天线特性产生影响。
本公开是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于，在形成有贴片天线的天线模块中，抑制在接地电极的尺寸和/或形状被限制的情况下的天线特性的降低。
用于解决问题的方案
本公开的第1技术方案的天线模块包括：介电体基板，其由多个介电体层层叠而成；辐射元件、接地电极以及周边电极，其形成于该介电体基板。辐射元件在第1极化方向上辐射电波。接地电极与辐射元件相对地配置。周边电极形成于辐射元件与接地电极之间的多个层，并与接地电极电连接。周边电极配置于相对于与第1极化方向平行的第1方向和与第1极化方向正交的第2方向中的至少一者对称的位置。
本公开的第2技术方案的天线模块包括：介电体基板，其由多个介电体层层叠而成；第1辐射元件、第2辐射元件、接地电极以及周边电极，其形成于该介电体基板。第1辐射元件和第2辐射元件彼此相邻地配置。接地电极与第1辐射元件和第2辐射元件相对地配置。周边电极形成于第1辐射元件与接地电极之间的多个层和第2辐射元件与接地电极之间的多个层，并与接地电极电连接。周边电极在第1辐射元件和第2辐射元件各自中配置于相对于与辐射的电波的极化方向平行的第1方向和与极化方向正交的第2方向中的至少一者对称的位置。
本公开的第3技术方案的电路基板是用于向辐射元件供给高频信号的装置，包括：介电体基板，其由多个介电体层层叠而成；接地电极；以及周边电极。辐射元件在第1极化方向上辐射电波。接地电极与辐射元件相对地配置。周边电极形成于辐射元件与接地电极之间的多个层，并与接地电极电连接。周边电极配置于相对于与第1极化方向平行的第1方向和与第1极化方向正交的第2方向中的至少一者对称的位置。
发明的效果
根据本公开的天线模块和电路基板，在介电体基板的辐射元件与接地电极之间的多个层配置有与接地电极电连接的周边电极。而且，该周边电极配置于相对于与辐射元件的极化方向平行的第1方向和与第1方向正交的第2方向中的至少一者对称的位置。这样，通过将周边电极配置于相对于辐射元件对称的位置，能够使在辐射元件中产生的电场线均匀化，因此能够抑制在接地电极的尺寸和/或形状被限制的情况下的天线特性的降低。
附图说明
图1是应用基于实施方式1的天线模块的通信装置的框图。
图2是基于实施方式1的天线模块的第1例的俯视图。
图3是图2的天线模块的侧视透视图。
图4是用于说明没有周边电极的情况下的辐射元件与接地电极之间的电场线的状态的图。
图5是用于说明存在周边电极的情况下的辐射元件与接地电极之间的电场线的状态的图。
图6是基于实施方式1的天线模块的第2例的俯视图。
图7是图6的天线模块的立体图。
图8是用于说明根据周边电极的有无的天线特性的图。
图9是表示周边电极的配置的第1变形例的图。
图10是表示周边电极的配置的第2变形例的图。
图11是基于实施方式2的天线模块的立体图。
图12是从X轴方向观察图11的天线模块时的第2基板的俯视图。
图13是用于说明在实施方式2中根据周边电极的有无的天线特性的图。
图14是变形例1的天线模块的俯视图。
图15是变形例2的天线模块的俯视图。
图16是基于实施方式3的天线模块的俯视图。
图17是用于说明在实施方式3中根据周边电极的有无的两个极化波的隔离度的图。
图18是基于实施方式4的天线模块的俯视图。
图19是变形例3的天线模块的俯视图。
图20是变形例4的天线模块的俯视图。
图21是基于实施方式5的天线模块的俯视图。
图22是图21的天线模块的立体图。
图23是用于说明实施方式5的天线模块的增益特性的图。
图24是用于说明实施方式5的天线模块的方向性的图。
图25是基于实施方式6的天线模块的侧视透视图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细地说明本公开的实施方式。此外，对图中相同或相当的部分标注相同的附图标记，不重复其说明。
[实施方式1]
(通信装置的基本结构)
图1是应用本实施方式1的天线模块100的通信装置10的框图的一例。通信装置10例如是手机、智能手机或平板电脑等便携终端、具备通信功能的个人计算机等。本实施方式的天线模块100所使用的电波的频段的一例例如是以28GHz、39GHz以及60GHz等为中心频率的毫米波段的电波，但也能够应用上述以外的频段的电波。
参照图1，通信装置10包括天线模块100和构成基带信号处理电路的BBIC 200。天线模块100包括作为供电电路的一例的RFIC 110和天线装置120。通信装置10将从BBIC 200传递到天线模块100的信号利用RFIC 110上变频为高频信号，从天线装置120辐射。另外，通信装置10将利用天线装置120接收的高频信号向RFIC 110发送，下变频并利用BBIC 200处理信号。
在图1中，为了容易说明，仅表示与构成天线装置120的多个供电元件(辐射元件)121中的4个供电元件121对应的结构，省略与具有同样的结构的其他供电元件121对应的结构。此外，在图1中，表示天线装置120由配置成二维的阵列状的多个供电元件121形成的例子，但也可以是多个供电元件121配置成一列的一维阵列。另外，天线装置120也可以是供电元件121单独设置的结构。在本实施方式中，供电元件121是具有平板形状的贴片天线。
RFIC 110包括开关111A～111D、113A～113D、117、功率放大器112AT～112DT、低噪声放大器112AR～112DR、衰减器114A～114D、移相器115A～115D、信号合成/分波器116、混频器118以及放大电路119。
在发送高频信号的情况下，开关111A～111D、113A～113D向功率放大器112AT～112DT侧切换，并且开关117与放大电路119的发送侧放大器连接。在接收高频信号的情况下，开关111A～111D、113A～113D向低噪声放大器112AR～112DR侧切换，并且开关117与放大电路119的接收侧放大器连接。
从BBIC 200传递的信号由放大电路119放大，由混频器118上变频。作为上变频而得到的高频信号的发送信号由信号合成/分波器116分波成4个信号，通过4个信号路径而分别向不同的供电元件121供给。此时，通过分别地调整配置于各信号路径的移相器115A～115D的移相度，能够调整天线装置120的方向性。
作为由各供电元件121接收的高频信号的接收信号分别经由不同的4个信号路径，由信号合成/分波器116合波。合波而得到的接收信号由混频器118下变频，由放大电路119放大而向BBIC 200传递。
RFIC 110例如形成为包含上述电路结构的单芯片的集成电路部件。或者，对于RFIC 110的与各供电元件121对应的设备(开关、功率放大器、低噪声放大器、衰减器、移相器)，也可以针对每个对应的供电元件121形成为单芯片的集成电路部件。
(第1例)
接着，使用图2和图3，说明实施方式1的天线模块的结构的细节。图2是实施方式1的第1例的天线模块100的俯视图。另外，图3是天线模块100的侧视透视图。此外，在图2的俯视图中，省略介电体层以便看到内部的电极。
参照图2和图3，天线模块100除了包含供电元件121和RFIC 110之外，还包含介电体基板130、供电布线140、周边电极150以及接地电极GND1、GND2。此外，在以后的说明中，将介电体基板130的法线方向(电波的辐射方向)设为Z轴方向，利用X轴和Y轴规定与Z轴方向垂直的面。另外，存在将各图中的Z轴的正方向称为上方侧、将负方向称为下方侧的情况。
介电体基板130例如是低温共烧陶瓷(LTCC：Low Temperature Co-firedCeramics)多层基板、层叠多个由环氧树脂、聚酰亚胺树脂等树脂构成的树脂层而形成的多层树脂基板、层叠多个由具有更低的介电常数的液晶聚合物(Liquid Crystal Polymer：LCP)构成的树脂层而形成的多层树脂基板、层叠多个由氟系树脂构成的树脂层而形成的多层树脂基板或LTCC以外的陶瓷多层基板。
介电体基板130具有大致矩形状，在距其上表面131(Z轴的正方向的面)较近的层(上方侧的层)配置有供电元件121。供电元件121既可以是暴露于介电体基板130的表面的形态，也可以如图3的例子那样配置于介电体基板130的内部的层。此外，在本实施方式1中，为了容易说明，以仅使用供电元件作为辐射元件的情况为例来说明，但也可以是除了供电元件之外还配置有无源元件和/或寄生元件的结构。
在介电体基板130中，在与供电元件121相比距下表面132(Z轴的负方向的面)的距离较近的层(下方侧的层)以与供电元件121相对的方式配置有平板形状的接地电极GND2。另外，在供电元件121与接地电极GND2之间的层配置有接地电极GND1。
接地电极GND1与接地电极GND2之间的层被用作布线区域。在布线区域中配置有布线图案170，该布线图案170形成用于向辐射元件供给高频信号的供电布线、与供电布线连接的短截线和滤波器以及用于与其他电子部件连接的连接布线等。这样，通过在接地电极GND1的与供电元件121相反的那一侧的介电体层形成布线区域，能够抑制供电元件121与各布线图案170之间的不必要的耦合。
在介电体基板130的下表面132借助钎焊凸块160安装有RFIC 110。此外，也可以代替钎焊连接而使用多极连接器来将RFIC 110与介电体基板130连接。
从RFIC 110经由供电布线140向供电元件121的供电点SP1供给高频信号。供电布线140从RFIC 110贯穿接地电极GND2而立起，在布线区域延伸。然后，供电布线140从供电元件121的正下方贯穿接地电极GND1而立起，与供电元件121的供电点SP1连接。
在图2和图3的例子中，供电元件121的供电点SP1配置于从供电元件121的中心向Y轴的正方向偏置的位置。通过将供电点SP1设为这样的位置，从而从供电元件121辐射以Y轴方向为极化方向的电波。
周边电极150在介电体基板130的端部处形成于供电元件121与接地电极GND1之间的多个介电体层。在天线模块100中，在从介电体基板130的法线方向(Z轴的正方向)俯视的情况下，沿着矩形状的供电元件121的各边配置有周边电极150。沿着各边配置的周边电极150配置于相对于供电元件121的极化方向(Y轴方向)和与该极化方向正交的方向(X轴方向)对称的位置。
在俯视介电体基板130的情况下，各周边电极150以在层叠方向上重叠的方式配置。即，周边电极150形成沿着介电体基板130的各边的假想的导体壁。并且，在层叠方向上相邻的周边电极150彼此由导通孔(日文：ビア)155电连接。而且，最下层的周边电极150由导通孔155与接地电极GND1电连接。即，周边电极150实质上成为与接地电极GND1的端部在层叠方向上延长而成的结构等效的结构。此外，周边电极150也可以不是同一形状，例如，也可以是，在介电体基板130的层叠方向上，电极尺寸随着靠近接地电极GND1而变大。
在天线模块100中，优选的是，形成于在层叠方向上彼此相邻的介电体层的导通孔155以在从介电体基板130的法线方向俯视的情况下相互不重叠的方式配置。形成导通孔155的导电材料(代表性的例子是铜)与介电体材料相比在被加压的情况下的压缩率较小。因此，若在从介电体基板130的法线方向俯视的情况下各层的导通孔155全部配置于相同的位置，则在为了介电体层的压接而对介电体基板130进行加压压制时，与其他介电体部分相比，导通孔155的部分的厚度的减少率变小，可能成为介电体基板130整体的厚度的偏差的主要原因。因而，如上所述，通过将在层叠方向上彼此相邻的介电体层的导通孔155设为不同的位置，能够提高成形后的介电体基板130的厚度精度。
此外，关于周边电极150彼此的电连接和周边电极150与接地电极GND1之间的电连接，不限于由导通孔155进行的直接的连接，还包含其局部或全部设为电容耦合的结构。
在具有这样的平板形状的辐射元件的贴片天线中，利用辐射元件与接地电极之间的电磁场耦合辐射电波。并且，为了实现期望的天线特性，需要配置相对于辐射元件而言具有足够广大的面积的接地电极。
另一方面，在采用贴片天线的手机或智能手机等便携终端中，对于小型化和薄型化的要求依然较高，随之需要内置的天线装置的进一步的小型化。
然而，在天线装置配置于壳体内的有限的空间的情况下，可能产生无法使接地电极相对于辐射元件而言足够广大的情况。另外，根据天线装置的设置部位或与周边设备之间的位置关系，也可能产生无法将接地电极设为对称的形状的情况。若接地电极的尺寸和形状这样被限制，则有可能导致辐射元件与接地电极之间的电场线紊乱，对增益、频段或方向性等天线特性产生影响。
图4是用于说明相对于辐射元件而言无法充分地确保接地电极的面积的情况的辐射元件与接地电极之间的电场线的状态的图。若向供电元件121(辐射元件)供给高频信号，则在供电元件121的端部与接地电极GND1之间产生电磁场耦合。此时，从供电元件121的一个端部向接地电极GND1发出电场线，在另一个端部处，接收来自接地电极GND1的电场线。
在接地电极GND1的面积相对于供电元件121而言足够广大的情况下，在接地电极GND1的与供电元件121相对的面中电场线进行交换。然而，在无法充分地确保接地电极GND1的面积的情况下，如图4所示，可能产生电场线的一部分绕到接地电极GND1的背面的状态。这样，存在如下可能性：向天线装置的背面侧辐射的电波的比例增加，方向性紊乱而期望的方向的天线增益劣化，或者带宽变窄，或者极化方向如圆极化那样变动。
在实施方式1的天线模块100中，如图5所示，与接地电极GND1电连接的周边电极150配置于供电元件121与接地电极GND1之间的层。周边电极150与供电元件121之间的距离比接地电极GND1与供电元件121之间的距离短，因此周边电极150与供电元件121电磁场耦合的耦合度比接地电极GND1与供电元件121电磁场耦合的耦合度强。因此，在图4中绕到接地电极GND1的背面侧的电场线在图5中产生在与周边电极150之间。由此，抑制电波向天线装置的背面侧辐射的情况，因此能够抑制增益等天线特性的降低。
另外，周边电极150配置于相对于电波的极化方向和/或与该极化方向正交的方向对称的位置。由此，能够提高在供电元件121与接地电极GND1之间产生的电场线的对称性，因此能够抑制极化方向的变动。
此外，优选的是，若将从供电元件121辐射的电波的自由空间波长设为λ0，则周边电极150在沿着极化方向从供电元件121的面中心CP到接地电极GND1的端部的长度(图2的距离LG)小于λ0/2的情况下进行配置。
(第2例)
图6和图7是表示基于实施方式1的天线模块的第2例的图。图6是天线模块100A的俯视图，图7是天线模块100A的立体图。在图6和图7中也是，为了容易说明，省略介电体层。
图6的天线模块100A是相对于图2的天线模块100而言接地电极的尺寸被进一步限制的情况的例子，在与天线模块100同样地配置供电元件121的情况下，俯视时的供电元件121的端部与接地电极GND1的端部之间的间隔进一步变窄。
因此，在天线模块100A中，为了尽量确保从供电元件121的面中心CP到接地电极GND1的端部的极化方向上的距离，供电元件121成为以供电元件121的面中心CP为中心而绕Z轴倾斜45°地配置的结构。即，供电点SP1配置于从供电元件121的面中心CP向X轴的负方向和Y轴的正方向偏置相等距离的位置。因此，在天线模块100A中，极化方向成为从Y轴的正方向向X轴的负方向倾斜45°的方向(图6的单点划线CL1的方向)。通过将供电元件121设为这样的配置，能够确保俯视时的供电元件121的端部与接地电极GND1的端部之间的间隔，抑制带宽的降低。
此外，在天线模块100A中，使供电元件121倾斜的结果是，供电元件121自接地电极GND1的范围(即，介电体基板130的范围)伸出，因此切除正方形的供电元件121的四角的部分，供电元件121整体成为八边形的形状。
并且，在天线模块100A中，沿着供电元件121的沿着极化方向的边和与极化方向正交的边，大致直角三角形的周边电极150A配置于供电元件121与接地电极GND1之间的层。周边电极150A以斜边同与极化方向平行的第1方向或与极化方向正交的第2方向相对的方式配置。这样，通过将周边电极150A配置于相对于电波的极化方向和/或与该极化方向正交的方向对称的位置，从而提高供电元件121与接地电极GND1之间的耦合度，并且，改善在供电元件121与接地电极GND1之间产生的电场线的对称性，从而能够抑制天线特性的降低。
此外，在图6和图7中，表示周边电极150A呈大致直角三角形的情况，但周边电极的形状也可以是直角三角形以外的三角形，也可以是图2那样的矩形状。另外，优选的是，周边电极150A的尺寸是相对的供电元件121的边的长度以上。另外，优选的是，若将从供电元件121辐射的电波的自由空间波长设为λ0，则周边电极150A在沿着极化方向(图6的单点划线CL1的方向)从供电元件121的面中心CP到接地电极GND1的端部的长度(图6的距离LGA)小于λ0/2的情况下进行配置。
(天线特性的比较)
使用图8，说明根据周边电极的有无的天线特性。在图8中，表示关于在图6中表示的第2例的天线模块100A的结构和不具有周边电极的比较例1的模拟结果。在图8中，从上栏起表示天线模块的立体图、俯视图、接地电极的电流分布图以及天线增益。此外，在电流分布图中，以虚线描绘表示相同的强度的电流的等高线。另外，关于天线增益，在以供电元件121的面中心为原点的X-Y平面中表示相对于辐射方向(Z轴方向)的各角度的峰值增益。
参照图8，在比较例1的天线模块100#1中，关于供电元件121和接地电极GND1的配置，与天线模块100A同样，但未配置周边电极150A。因此，在比较例1的天线模块100#1中，电场线的一部分绕到接地电极GND1的背面。由此，在比较例1的天线模块100#1中，背面侧(特别是120°～180°)的增益变大，总计的峰值增益成为4.8[dBi]。与此相比，在具有周边电极150A的天线模块100A中，背面侧的增益变小，总计的峰值增益被改善为5.3[dBi]。即，可知，电场线绕到背面侧的情况被周边电极150A抑制。
天线模块100A和比较例1的天线模块100#1均为接地电极GND1的Y轴方向的尺寸比X轴方向的尺寸短，接地电极的形状相对于通过供电元件121的面中心CP的极化方向不对称。因此，天线模块100#1的接地电极中的电流分布成为以Y轴方向为短轴的走形的椭圆形。另一方面，在实施方式1的天线模块100A中，在相对于极化方向和与极化方向正交的方向对称的位置配置有周边电极150A。因此，可知，接地电极中的电流分布与比较例1相比接近正圆，电流的对称性提高。
这样，即使在无法使接地电极相对于辐射元件而言足够广大的情况和/或接地电极相对于通过供电元件的面中心的极化方向不对称的情况下，也能够通过对称地配置与接地电极电连接的周边电极来抑制在辐射元件与接地电极之间产生的电场线绕到背面的情况，并且提高电场线的对称性。由此，能够抑制在接地电极的尺寸和/或形状被限制的情况下的天线特性的降低。
(变形例)
图9是表示周边电极的配置的第1变形例的图(侧视透视图)。在图9的天线模块100B中，与在图3中表示的天线模块100相比，周边电极的层叠方向的配置不同。更详细而言，在天线模块100B中，形成于距接地电极GND1越近的介电体层的周边电极150B越偏向介电体基板130的内侧地配置。换言之，周边电极150B以在从介电体基板130的法线方向俯视的情况下越靠近接地电极GND1则越靠近供电元件121的方式配置。
在这样的结构中也是，能够提高供电元件121与接地电极GND1之间的耦合程度，因此能够提高天线特性。而且，由供电元件121、接地电极GND1、周边电极150B的导体壁包围的介电体与在图2中表示的天线模块100的结构相比变少，供电元件121与接地电极GND1之间的静电电容减少。由此，能够扩大辐射的电波的带宽。
图10是表示周边电极的配置的第2变形例的图(俯视图)。与在图2中表示的天线模块100相比，在图10的天线模块100C中，周边电极150C呈环状配置于供电元件121的周围。在这样的周边电极的形状的情况下也是，在相对于极化方向和与极化方向正交的方向对称的位置配置有周边电极，因此电场线绕到背面侧的情况被抑制，并且能够提高电场线的对称性。因而，能够提高天线特性。
[实施方式2]
在实施方式1中，说明了辐射元件单独配置的结构。在实施方式2中，说明在配置有多个辐射元件的阵列天线中使用周边电极的结构。
图11是基于实施方式2的天线模块100D的立体图。参照图11，天线模块100D的天线装置120A是在具有大致L字形状的介电体基板130A配置有多个供电元件121的阵列天线。
介电体基板130A包含法线方向彼此不同的平板形状的第1基板1301和第2基板1302以及将第1基板1301和第2基板1302连接的弯曲部135。
第1基板1301是以Z轴方向为法线方向的矩形状的平板，沿着Y轴方向排列有4个供电元件121。在第1基板1301的背面侧配置有RFIC 110。
第2基板1302是以X轴方向为法线方向的平板，沿着Y轴方向排列有4个供电元件121。第2基板1302在与弯曲部135连接的部分形成有缺口部136，形成有从该缺口部136向Z轴的正方向突出的突出部133。配置于第2基板1302的供电元件121各自的至少局部形成于该突出部133。
这样的结构例如用于在智能手机那样的较薄的板状的设备中向主面侧和侧面侧这两个方向辐射电波的情况。在天线模块100D的情况下，第1基板1301与主面侧对应，第2基板1302与侧面侧对应。在该情况下，关于配置于侧面侧的第2基板1302，可能产生设备的厚度方向即Z轴方向的尺寸被限制，无法确保足够大的接地电极GND1的情况。另外，由于用于与弯曲部135连接的缺口部136而导致接地电极GND1的形状相对于通过各供电元件121的面中心的极化方向不对称，而且接地电极GND1的形状根据每个供电元件121而不同。这样，阵列天线的各供电元件121的天线特性变得不均匀，因此存在阵列天线整体的特性也恶化的可能性。
因此，在实施方式2中，通过在阵列天线中应用在实施方式1中说明的那样的周边电极，从而使构成阵列天线的多个供电元件的天线特性均匀化，改善阵列天线整体的天线特性。
图12是从X轴方向观察图11的天线模块100D时的第2基板1302的俯视图。此外，在图12中，省略介电体层。配置于第2基板1302的供电元件121具有与在实施方式1的第2例中说明的天线模块100A类似的结构。
更详细而言，供电元件121分别设为供电点SP1(即极化方向)相对于Z轴倾斜45°地配置，进而削除四角而成的八边形的形状。并且，在与供电元件121的沿着极化方向的边和沿着与极化方向正交的方向的边相对的位置处，在供电元件121与接地电极GND1之间的层配置有周边电极150A。通过设为这样的结构，即使在由于接地电极的尺寸和/或形状的限制而在与各供电元件对应的接地电极产生偏差的情况下，也能够利用周边电极使天线特性均匀化。
图13是用于说明在如图11和图12所示那样的阵列天线中根据周边电极的有无的天线特性的区别的图。在图13中，表示关于实施方式2的天线模块100D的第2基板1302的部分和未配置周边电极150A的比较例2的天线模块100#2的模拟结果。在图13中，在中栏表示相邻的两个供电元件121-1、121-2的反射损耗，在下栏表示从4个供电元件121-1～121-4辐射电波的情况的天线增益。
此外，关于反射损耗，实线LN20、LN20#表示供电元件121-1，虚线LN21、LN21#表示供电元件121-2。另外，关于天线增益，表示在X轴方向上辐射的电波的主瓣ML1和旁瓣SL1、SL2中的主瓣ML1的峰值增益。关于天线增益，实线LN25表示实施方式2的天线模块100D，虚线LN26表示比较例2的天线模块100#2。
参照图13，在比较例2的天线模块100#2中，反射损耗降低的频率和实现预定的反射损耗的带宽在两个供电元件中稍微偏离。即，在相邻的两个供电元件中，成为不同的天线特性。另一方面，在实施方式2的天线模块100D中，在相邻的两个供电元件中，反射损耗降低的频率大致相同，带宽大致相同，天线特性的偏差减少。
由此，关于通带中的天线增益也是，可知，与比较例2的天线模块100#2(虚线LN26)相比，实施方式2的天线模块100D(实线LN25)较大，天线特性得到改善。
如以上那样，在形成有阵列天线的天线模块中，即使在相对于辐射元件而言接地电极的尺寸和/或形状被限制的情况下，通过对各辐射元件在相对于极化方向和/或与极化方向正交的方向对称的位置配置周边电极，能够减少辐射元件间的天线特性的偏差，能够提高天线模块整体的天线特性。
(变形例1)
在图11和图12中表示的实施方式2的天线模块100D中，说明了针对每对相邻的供电元件分别配置有周边电极的结构。在变形例1中，说明在阵列天线中通过使相邻的供电元件的周边电极共通化来进一步提高天线特性的结构。
图14是基于变形例1的天线模块100D1的俯视图。在天线模块100D1中，供电元件121-1与供电元件121-2之间的周边电极150A和供电元件121-3与供电元件121-4之间的周边电极150A由连接电极151电连接而一体化。此外，周边电极150A和连接电极151也可以并非是连结单独的要素而成的结构而是一体化地形成的结构。
这样，通过使相邻的周边电极共通化，接收从供电元件发出的电场线的周边电极的面积变大，因此能够抑制绕到接地电极GND1的背面的电场线。由此，能够进一步抑制天线增益的劣化、带宽的狭窄化、极化方向的变动等天线特性的降低。
此外，在使周边电极的局部共通化的情况下，可能产生各供电元件中的电场线分布的对称性恶化的情况，但在这样的情况下，也可以适当调整未共通化的周边电极的大小和/或形状等。
(变形例2)
在变形例1中，说明了利用另外的连接电极使相邻的供电元件的周边电极一体化的结构。
在图15所示的变形例2的天线模块100D2中，成为如下结构：不使用图14的连接电极151，以周边电极150A自身相互接触的方式配置有供电元件121，相邻的周边电极150A连结而共通化。在图15的天线模块100D2中也是，接收从供电元件发出的电场线的周边电极的面积变大，因此能够进一步抑制天线增益的劣化、带宽的狭窄化、极化方向的变动等天线特性的降低。
[实施方式3]
在实施方式1和实施方式2中，说明了从1个辐射元件辐射单独的极化方向的电波的结构。在实施方式3中，说明在能够从1个辐射元件辐射不同的两个极化方向的电波的所谓的双极化类型的天线模块应用周边电极的结构的例子。
图16是基于实施方式3的天线模块100E的俯视图。天线模块100E是与实施方式2的天线模块100D同样的阵列天线，但在各供电元件121-1～121-4配置有两个供电点SP1、SP2这一点不同。在各供电元件121-1～121-4中，若向供电点SP1供给高频信号，则辐射以从Z轴向Y轴的负方向倾斜45°的方向(单点划线CL1的延伸方向)为极化方向的电波。另外，若向供电点SP2供给高频信号，则辐射以从Z轴向Y轴的正方向倾斜45°的方向(单点划线CL2的延伸方向)为极化方向的电波。
此外，供电元件121-2以相对于相邻的供电元件121-1旋转180°的形态配置。另外，供电元件121-4以相对于相邻的供电元件121-3旋转180°的形态配置。并且，在以相互旋转180°的形态配置的供电元件间，向相同的供电点供给相位反转的高频信号。通过这样的相位调整，能够使从各供电元件辐射的各极化方向的电波的相位一致。而且，通过使相邻配置的供电元件旋转180°地配置，能够改善交叉极化鉴别度(Cross PolarizationDiscrimination：XPD)。
并且，在天线模块100E中也是，对各供电元件121-1～121-4在相对于极化方向和与极化方向正交的方向对称的位置配置有周边电极150A。由此，能够减少随着接地电极GND1的尺寸和/或形状的限制而产生的供电元件间的天线特性的偏差，改善天线模块整体的天线特性。
图17是用于说明在双极化类型的天线模块中根据周边电极的有无的两个极化波的隔离度的图。在图17中，表示实施方式3的天线模块100E和未配置周边电极150A的比较例3的天线模块100#3中的两个供电点间的隔离度的模拟结果。从图17可知，在期望的通带中，实施方式3的天线模块100E的隔离度相对于比较例3的天线模块100#3的隔离度而言得到改善。通过改善两个极化波间的隔离度，能够改善反射损耗和增益，进而还实现有源阻抗的提高。
如以上那样，在双极化类型的天线模块中也是，通过对各辐射元件在相对于极化方向和/或与极化方向正交的方向对称的位置配置周边电极，从而即使在接地电极存在制约的情况下，也能够提高天线特性。
在上述的说明中，说明了在双极化类型的阵列天线应用周边电极的例子，但也能够应用于在实施方式1中表示的那样的辐射元件是1个的情况的双极化类型的天线模块。
[实施方式4]
在上述的实施方式中，说明了从辐射元件辐射的电波的频段是1个的情况。在实施方式4中，关于能够从各辐射元件辐射不同的两个频段的电波的所谓的双频类型的天线模块，说明应用上述那样的周边电极的结构。
图18是基于实施方式4的天线模块100F的俯视图。天线模块100F与实施方式3同样是双极化类型的阵列天线，但作为辐射元件，除了供电元件121A之外还具有无源元件122这一点不同。
无源元件122配置于供电元件121A与接地电极GND1之间的层。来自RFIC 110的供电布线贯穿无源元件122而与供电元件121A的供电点SP1、SP2连接。无源元件122的极化方向的尺寸比供电元件121A的极化方向的尺寸大。因此，无源元件122的谐振频率比供电元件121A的谐振频率低。通过供给与无源元件122的谐振频率对应的高频信号，从而从无源元件122辐射比供电元件121A的频段低的频段的电波。即，天线模块100F是能够辐射不同的两个频段的电波的双频类型的天线模块。
此外，供电元件121A和无源元件122由于接地电极GND1的尺寸的制约而以极化方向相对于Z轴方向倾斜45°的方式配置。而且，关于无源元件122，削除自接地电极GND1伸出的四角的部分而设为八边形的形状。
在此，关于高频侧的供电元件121A，由于与无源元件122之间的电磁场耦合而作为天线发挥功能。另一方面，关于无源元件122，由于与接地电极GND1之间的电磁场耦合而作为天线发挥功能。关于接地电极GND1，与实施方式2和实施方式3同样，无法相对于无源元件122而言确保足够的大小，而且成为相对于通过无源元件122的面中心的极化方向不对称的形状。
因此，在天线模块100F中，在与无源元件122的沿着极化方向的边和沿着与极化方向正交的方向的边相对的位置处，在无源元件122与接地电极GND1之间的层配置有周边电极150A。由此，能够减少无源元件122间的天线特性的偏差，提高天线模块整体的天线特性。
此外，在天线模块100F中，说明了包括供电元件和无源元件作为辐射元件的结构的例子，但也可以将两个辐射元件均设为供电元件。
(变形例3)
图19是基于变形例3的天线模块100F1的俯视图。在变形例3的天线模块100F1中，与在图14中说明的变形例1同样，天线模块100F1的相邻的辐射元件的周边电极150A由连接电极151连结而共通化。通过设为这样的结构，能够抑制从无源元件122发出的电场线绕到接地电极GND1的背面的情况，因此与实施方式4的天线模块100F相比，能够进一步抑制天线特性的降低。
(变形例4)
图20是基于变形例4的天线模块100F2的俯视图。在变形例4的天线模块100F2中，与在图15中说明的变形例2同样，成为如下结构：以相邻的周边电极150A彼此接触的方式配置有供电元件121A，该周边电极150A彼此共通化。在这样的结构中也是，能够抑制从无源元件122发出的电场线绕到接地电极GND1的背面的情况，因此与实施方式4的天线模块100F相比，能够进一步抑制天线特性的降低。
[实施方式5]
为了使用周边电极来抑制绕到接地电极的背面的电场线，优选增大周边电极的面积。另一方面，在短截线或滤波器等其他要素形成于介电体基板内的情况下，若增大周边电极，则这些要素的布局可能被制约。
在实施方式5中，说明能够兼顾介电体基板内的布局的自由度的确保和电场线绕到基板背面的情况的减少的结构。
图21和图22是表示基于实施方式5的天线模块100G的图。图21是天线模块100G的俯视图，图22是天线模块100G的立体图。在图21和图22中也是，为了容易说明，省略介电体层。在天线模块100G中，代替在实施方式1的第2例中表示的天线模块100A中的周边电极150A而配置有周边电极150D。此外，在图21和图22中，不重复与在图6和图7中表示的天线模块100A共通的要素的说明。
参照图21和图22，天线模块100G中的周边电极150D形成为与在图6和图7中表示的周边电极150A相比稍小的尺寸。更具体而言，周边电极150A在俯视介电体基板的情况下具有大致直角三角形的形状，但在实施方式5的周边电极150D的例子中，形成为去除上述的直角三角形的直角的顶点部分的局部(图21的虚线区域RG1)而成的大致梯形形状。这样，通过使周边电极的形状变形而小型化，能够在介电体基板中扩张能够配置其他要素的空间。
接着，使用图23和图24，在与天线模块100A的天线特性比较的同时说明实施方式5的天线模块100G的天线特性。图23表示天线增益的频率特性，图24表示方向性。
在图23中，是以28GHz为中心频率的通带的情况的天线增益的频率特性。在图23和图24中，实线LN40、LN50表示天线模块100A的情况，虚线LN41、LN51表示天线模块100G的情况。
如图23所示，在实施方式5的天线模块100G中，与天线模块100A相比，周边电极小型化，因此关于天线增益，与天线模块100A的情况相比，天线模块100G的天线增益整体上稍微变低。然而，在成为对象的通带(25GHz～29.5GHz)中，能够在整个频段的范围确保7dBi以上的天线增益。
图24的图表表示辐射中心频率28GHz的电波时的方向性，横轴表示沿着极化方向的截面中的相对于供电元件121的法线方向的角度。通过比较角度0°时的峰值增益，可知，在天线模块100G的情况下，与天线模块100A的情况相比，变低约0.2dBi程度，但能够实现8dBi的峰值增益。
关于角度比100°大的区域和比-100°小的区域，天线模块100G的增益比天线模块100A的增益稍大。这表示绕到介电体基板的背面的情况增加。即，在天线模块100G的情况下，关于方向性也是，可以看到与天线模块100A相比稍微降低，但整体能够实现作为目标的规格范围内。
如以上那样，在实施方式5的天线模块100G中，关于天线特性，稍微不及在图6中表示的天线模块100A，但与不使用周边电极的情况相比，能够提高天线特性。另一方面，通过周边电极的小型化，能够提高介电体基板内的布局的自由度。
关于采用天线模块100A和天线模块100G中的哪一个结构，根据要求的天线特性和应该配置于天线模块内的要素的有无而适当选择。
[实施方式6]
在上述的实施方式和各变形例中，说明了辐射元件和接地电极配置于相同的介电体基板的结构。然而，也可以是辐射元件形成于与形成有其他要素的介电体基板不同的介电体基板的结构。
图25是基于实施方式6的天线模块100H的侧视透视图。在天线模块100H中，成为如下结构：实施方式1的在图3中表示的天线模块100中的供电元件121形成于介电体基板130B，供电元件121以外的要素形成于相对于介电体基板130B独立的电路基板300。在电路基板300中，在介电体基板130C配置有图3的天线模块100中的供电元件121以外的要素，在介电体基板130C的下表面侧安装有RFIC 110。
介电体基板130B的下表面以与电路基板300的介电体基板130C的上表面相对的方式配置。供电布线140借助配置于介电体基板130B与介电体基板130C之间的连接端子161与供电元件121连接。作为连接端子161，使用钎焊凸块、连接器或连接用电缆。
这样，通过设为供RFIC配置的电路基板和供辐射元件形成的介电体基板形成为单独的基板的结构，能够提高通信装置内的设备配置的自由度。例如，能够设为将电路基板配置于主板，将辐射元件配置于壳体的结构。
应该认为本次公开的实施方式在所有的方面为例示而并非限制。本公开的范围由权利要求书表示而不由上述的实施方式的说明表示，意图包含在与权利要求书同等的含义和范围内的所有的变更。
附图标记说明
10、通信装置；100、100A～100H、100D1、100D2、100F1、100F2、天线模块；110、RFIC；111A～111D、113A～113D、117、开关；112AR～112DR、低噪声放大器；112AT～112DT、功率放大器；114A～114D、衰减器；115A～115D、移相器；116、信号合成/分波器；118、混频器；119、放大电路；120、120A、天线装置；121、121A、供电元件；122、无源元件；130、130A～130C、介电体基板；131、上表面；132、下表面；133、突出部；135、弯曲部；136、缺口部；140、供电布线；150、150A～150D、周边电极；151、连接电极；155、导通孔；160、钎焊凸块；161、连接端子；170、布线图案；200、BBIC；300、电路基板；1301、第1基板；1302、第2基板；CP、面中心；GND、GND1、GND2、接地电极；ML1、主瓣；SL1、SL2、旁瓣；SP1、SP2、供电点。

Claims (14)

1.一种天线模块，其中，
该天线模块包括：
介电体基板，其由多个介电体层层叠而成；
辐射元件，其形成于所述介电体基板，在第1极化方向上辐射电波；
接地电极，其与所述辐射元件相对地配置；以及
周边电极，其形成于所述辐射元件与所述接地电极之间的多个层，并与所述接地电极电连接，
所述周边电极配置于相对于与所述第1极化方向平行的第1方向和与所述第1极化方向正交的第2方向中的至少一者对称的位置，
该天线模块包含将在所述介电体基板的层叠方向上相邻的所述周边电极彼此电连接的多个导通孔，形成于所述多个介电体层中的在所述层叠方向上彼此相邻的介电体层的所述多个导通孔以在从所述介电体基板的法线方向俯视的情况下相互不重叠的方式配置。
2.根据权利要求1所述的天线模块，其中，
若将从所述辐射元件辐射的电波的自由空间波长设为λ0，则在从所述介电体基板的法线方向俯视的情况下，从所述辐射元件的面中心到所述接地电极的端部的在所述第1极化方向上的最短距离比λ0/2小。
3.根据权利要求1所述的天线模块，其中，
在从所述介电体基板的法线方向俯视的情况下，所述接地电极具有相对于通过所述辐射元件的中心的极化方向不对称的形状。
4.根据权利要求1所述的天线模块，其中，
所述辐射元件能够还在与所述第1极化方向不同的第2极化方向上辐射电波。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的天线模块，其中，
所述辐射元件包含：
第1元件，其与所述接地电极相对，辐射第1频段的电波；以及
第2元件，其配置于所述第1元件与所述接地电极之间的层，辐射比所述第1频段低的第2频段的电波。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的天线模块，其中，
所述周边电极在从所述介电体基板的法线方向俯视的情况下形成为包围所述辐射元件的周围的环状。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的天线模块，其中，
所述周边电极在从所述介电体基板的法线方向俯视的情况下具有斜边与所述辐射元件的沿着所述第1方向的边或沿着所述第2方向的边相对的大致直角三角形的形状。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的天线模块，其中，
该天线模块还包括以向各辐射元件供给高频信号的方式构成的供电电路。
9.一种天线模块，其中，
该天线模块包括：
介电体基板，其由多个介电体层层叠而成；
第1辐射元件和第2辐射元件，其形成于所述介电体基板，并彼此相邻地配置；
接地电极，其与所述第1辐射元件和所述第2辐射元件相对地配置；以及
周边电极，其形成于所述第1辐射元件与所述接地电极之间的多个层和所述第2辐射元件与所述接地电极之间的多个层，并与所述接地电极电连接，
所述周边电极在所述第1辐射元件和所述第2辐射元件各自中配置于相对于与辐射的电波的极化方向平行的第1方向和与所述极化方向正交的第2方向中的至少一者对称的位置，
该天线模块包含将在所述介电体基板的层叠方向上相邻的所述周边电极彼此电连接的多个导通孔，形成于所述多个介电体层中的在所述层叠方向上彼此相邻的介电体层的所述多个导通孔以在从所述介电体基板的法线方向俯视的情况下相互不重叠的方式配置。
10.根据权利要求9所述的天线模块，其中，
针对所述第1辐射元件配置的第1周边电极和针对所述第2辐射元件配置且与所述第1周边电极相邻的第2周边电极连结而共通化。
11.根据权利要求10所述的天线模块，其中，
所述第1周边电极和所述第2周边电极在从所述介电体基板的法线方向俯视的情况下在所述第1辐射元件和所述第2辐射元件各自中具有斜边与沿着所述第1方向的边或沿着所述第2方向的边相对的大致直角三角形的形状。
12.根据权利要求9～11中任一项所述的天线模块，其中，
该天线模块还包括以向各辐射元件供给高频信号的方式构成的供电电路。
13.一种通信装置，其中，
该通信装置搭载权利要求1～12中任一项所述的天线模块。
14.一种电路基板，其以向在第1极化方向上辐射电波的辐射元件供给高频信号的方式构成，其中，
该电路基板包括：
介电体基板，其由多个介电体层层叠而成；
接地电极，其与所述辐射元件相对地配置；以及
周边电极，其形成于所述辐射元件与所述接地电极之间的多个层，并与所述接地电极电连接，
所述周边电极配置于相对于与所述第1极化方向平行的第1方向和与所述第1极化方向正交的第2方向中的至少一者对称的位置，
该电路基板包含将在所述介电体基板的层叠方向上相邻的所述周边电极彼此电连接的多个导通孔，形成于所述多个介电体层中的在所述层叠方向上彼此相邻的介电体层的所述多个导通孔以在从所述介电体基板的法线方向俯视的情况下相互不重叠的方式配置。
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