CN107078403B - 无线通信模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线通信模块。在电介质基板配置第一、第二端射天线。第一端射天线具有与第一方向平行的极化波特性。第二端射天线具有与和第一方向正交的第二方向平行的极化波特性。在电介质基板配置设置了相互不同的第一供电点以及第二供电点的贴片天线。若从第一供电点对贴片天线进行供电，则激发具有与第一方向平行的极化方向的电波，若从第二供电点对贴片天线进行供电，则激发具有与第一方向正交的极化方向的电波。能够确保从与基板平行的方向到基板的法线方向的较宽的指向性。

Description

无线通信模块
技术领域
本发明涉及包含校准用天线和端射天线的无线通信模块。
背景技术
下述的专利文献1公开了组合平面天线和端射天线的天线组件。通过平面天线，构成相控阵列天线。通过相控阵列天线，相对于基板得到仰角方向的波束。通过端射天线，得到与基板平行的方向的波束。
下述的专利文献2公开了无供电元件与供电元件电磁耦合的极化波共用天线。无供电元件具有向x方向延伸的第一贴片与向y方向延伸的第二贴片正交的十字形状。对供电元件从x方向中途位置以及y方向中途位置的两个供电点供电。通过该贴片天线，能够激发相互正交的两个极化波。
专利文献1：欧州专利申请公开第2253076号说明书
专利文献2：国际公开第2014/045966号
在专利文献1所公开的天线组件中，难以高效地向相当于被平面天线覆盖的可发射范围、和被端射天线覆盖的可发射范围的分界线的方向发射电波。
专利文献2所公开的极化波共用天线具有基板法线方向(校准方向)的指向性。难以高效地向与基板平行的方向(端射方向)发射电波。
发明内容
本发明的目的在于提供能够确保从与基板平行的方向到基板的法线方向的较宽的指向性的无线通信模块。
本发明的第一观点的无线通信模块具有：
电介质基板；
至少一个第一端射天线，其配置在上述电介质基板，且在与上述电介质基板的表面平行的方向具有指向性，具有与第一方向平行的极化波特性；
至少一个第二端射天线，其配置在上述电介质基板，且在与上述电介质基板的表面平行的方向具有指向性，具有与和上述第一方向正交的第二方向平行的极化波特性；以及
至少一个贴片天线，其配置在上述电介质基板，且设置有相互不同的第一供电点以及第二供电点，
若从上述第一供电点对上述贴片天线进行供电，则激发具有与上述第一方向平行的极化方向的电波，若从上述第二供电点对上述贴片天线进行供电，则激发具有与上述第一方向正交的极化方向的电波。
在从第一供电点对贴片天线进行供电的情况下，第一端射天线和贴片天线作为阵列天线进行动作。由此，能够使指向性连续地从被第一端射天线覆盖的端射方向变化到被贴片天线覆盖的校准方向。
在本发明的第二观点的无线通信模块中，除了第一观点的无线通信模块的构成之外，
若从上述第二供电点对上述贴片天线进行供电，则发射具有与上述第二方向平行的极化方向的电波。
在从第二供电点对贴片天线进行供电的情况下，第二端射天线与贴片天线作为阵列天线进行动作。由此，能够使指向性连续地从被第二端射天线覆盖的端射方向变化到被贴片天线覆盖的校准方向。
在本发明的第三观点的无线通信模块中，除了第二观点的无线通信模块的构成之外，
上述贴片天线具有在上述第一方向和上述第二方向排列为矩阵状的阵列天线结构。
由于贴片天线具有二维阵列天线结构，所以关于校准方向能够使指向性向二维方向变化。
在本发明的第四观点的无线通信模块中，除了第三观点的无线通信模块的构成之外，
构成为在上述第一方向排列的上述贴片天线的个数比在上述第二方向排列的上述贴片天线的个数多，对一部分的上述贴片天线的各个从上述第一供电点以及上述第二供电点进行供电，对剩余的贴片天线的各个仅从上述第二供电点进行供电。
由于供电点的数目减少，所以能够减少控制供给到各天线的高频信号的相位的移相器的台数。激发第一方向的极化波的天线的个数与激发第二方向的极化波的天线的个数之差缩小。因此，能够使两个极化波的发射特性一致。
在本发明的第五观点的无线通信模块中，除了第三～第四观点的无线通信模块的构成之外，
上述第一端射天线具有排列在上述第一方向的阵列天线结构，
上述第二端射天线具有排列在上述第二方向的阵列天线结构。
能够使第一端射天线的指向性、以及第二端射天线的指向性向方位角方向变化。
在本发明的第六观点的无线通信模块中，除了第五观点的无线通信模块的构成之外，
对于上述第一端射天线，能够对上述第一端射天线的每一个供给通过移相器独立地控制了相位的高频信号，
对上述第二端射天线供给相同相位的高频信号。
能够使第二端射天线的指向性锐化。
在本发明的第七观点的无线通信模块中，除了第三观点的无线通信模块的构成之外，
在上述第一方向排列的上述贴片天线的个数比在上述第二方向排列的上述贴片天线的个数多，
还具有对从上述第二端射天线发射的电波进行聚束的电波透镜。
能够使第二端射天线的指向性进一步锐化。
在本发明的第八观点的无线通信模块中，除了第一观点的无线通信模块的构成之外，
上述第一方向以及上述第二方向的一方与上述电介质基板的表面平行，另一方与上述电介质基板的厚度方向平行。
能够激发与电介质基板的厚度方向平行的极化波。
在从第一供电点对贴片天线进行供电的情况下，第一端射天线与贴片天线作为阵列天线进行动作。由此，能够使指向性连续地从被第一端射天线覆盖的端射方向变化到被贴片天线覆盖的校准方向。
附图说明
图1是实施例1的无线通信模块的俯视图、以及信号发送接收电路的框图。
图2是实施例2的无线通信模块的俯视图。
图3是实施例3的无线通信模块的俯视图。
图4是实施例4的无线通信模块的俯视图。
图5是实施例5的无线通信模块的俯视图。
图6A是实施例6的无线通信模块的俯视图，图6B是图6A的点划线6B－6B上的剖视图。
图7是实施例7的无线装置的示意局部剖视图。
具体实施方式
[实施例1]
图1示出实施例1的无线通信模块的俯视图、以及信号发送接收电路的框图。定义将与电介质基板10的表面平行的方向设为x轴方向以及y轴方向，并将法线方向设为z轴方向的xyz正交坐标系。电介质基板10具备具有与x轴方向或者y轴方向平行的边的正方形或者长方形的平面形状。
在电介质基板10配置四个端射天线21～24、以及一个贴片天线30。端射天线21～24的各个具有在与电介质基板10的表面平行的方向(端射方向)具有主瓣的指向性。在将x轴的正的方向的方位角定义为0°，并将y轴的正的方向的方位角定义为90°时，端射天线21～24分别具有在方位角0°、90°、180°、270°的方向具有主瓣的指向性。
端射天线21～24的各个例如使用印制偶极子天线。平衡供电线25从端射天线21朝向电介质基板10的内侧延伸。在平衡供电线25的基部***平衡不平衡转换器(平衡非平衡转换器)26。平衡非平衡转换器26经由连接点27与下层的传输线连接。从连接点27经由平衡非平衡转换器26、平衡供电线25向端射天线21供给高频信号。
在端射天线21与平衡非平衡转换器26之间，配置反射器图案28。反射器图案28由向与端射天线21平行的方向延伸的线状图案构成。反射器图案28在与平衡供电线25的交叉位置断线，与平衡供电线25绝缘。反射器图案28与下层的接地层连接。端射天线21与反射器图案28的间隔是端射天线21的动作频率的有效波长的大约1/4。反射器图案28与端射天线21成对，作为反射器发挥作用。在其它的端射天线22～24的各个也同样地从连接点经由平衡非平衡转换器以及平衡供电线供给高频信号。并且，配置与端射天线22～24的各个成对的反射器图案。
端射天线21～24分别与电介质基板10的边对应地配置。端射天线21以及端射天线23的各个由与y轴平行的发射元件构成，其极化方向与y轴平行。其它的端射天线22以及端射天线24的各个由与x轴平行的发射元件构成，其极化方向与x轴平行。即，端射天线21以及端射天线23的极化方向与其它的端射天线22以及端射天线24的极化方向正交。
贴片天线30的平面形状为正方形，其边与x轴或者y轴平行。贴片天线30配置在被端射天线21～24围起的区域内。关于x轴方向，依次排列端射天线23、贴片天线30、以及端射天线21，关于y轴方向，依次排列端射天线24、贴片天线30、以及端射天线22。
从第一供电点35以及第二供电点36向贴片天线30供电。第一供电点35配置在从贴片天线30的中心向x轴方向(图1中是左方)偏移的位置。第二供电点36配置在从贴片天线30的中心向y轴方向(图1中是下方)偏移的位置。
若从第一供电点35向贴片天线30供电，则激发与x轴平行的极化波。此时，从贴片天线30发射的电波的极化方向与端射天线22以及端射天线24的极化方向平行。若从第二供电点36向贴片天线30供电，则激发与y轴平行的极化波。此时，从贴片天线30发射的电波的极化方向与端射天线21以及端射天线23的极化方向平行。
从发送电路40经由功率放大器41、数字移相器42，向端射天线21～24、第一供电点35以及第二供电点36供给高频信号。在各天线接收的高频信号从数字移相器42经由低噪声放大器43供给至接收电路44。数字移相器42能够按照端射天线21～24、第一供电点35以及第二供电点36独立地控制高频信号的相位。并且，数字移相器42具有从端射天线21～24、第一供电点35以及第二供电点36中，选择进行信号的发送接收的天线以及供电点的功能(对每个天线进行开关的功能)。从发送电路40仅对选择的天线以及供电点供给高频信号，仅从选择的天线以及供电点向接收电路44供给高频信号。
通过控制供给到端射天线21、第二供电点36、以及端射天线23的高频信号的相位，能够使主瓣朝向在zx面内作为目标的仰角方向。此时，端射天线21、贴片天线30、以及端射天线23作为一组阵列天线动作。
通过控制供给到端射天线22、第一供电点35、以及端射天线24的高频信号的相位，能够使主瓣朝向在yz面内作为目标的仰角方向。此时，端射天线22、贴片天线30、以及端射天线24作为一组阵列天线动作。
在实施例1中，通过对从贴片天线30发射的电波、和从端射天线21～24发射的电波进行相位合成，能够关于仰角方向在较宽的范围内进行数字波束形成。贴片天线30作为相互正交的两个极化波用的天线进行动作。因此，能够将贴片天线30利用为与zx面内的仰角方向有关的数字波束形成用的天线、以及与yz面内的仰角方向有关的数字波束形成用的天线。
实施例1的无线通信模块针对方位角0°、90°、180°、以及270°四个方向，分别配置端射天线21、22、23、24。作为其它的构成，也可以针对相互正交的两个方向，分别配置端射天线。例如，也可以构成为针对方位角0°方向以及90°方向，分别配置端射天线21、22，针对方位角180°方向以及270°方向，不配置端射天线。
[实施例2]
图2示出实施例2的无线通信模块的俯视图。以下，对与图1所示的实施例1的无线通信模块的不同点进行说明，对于共同的构成省略说明。
在实施例1中，与电介质基板10的各边对应地配置一个端射天线。在实施例2中，与电介质基板10的各边对应地配置多个端射天线。在朝向方位角0°方向的边配置两个端射天线211、212。在朝向方位角90°方向的边配置四个端射天线221～224。在朝向方位角180°方向的边配置两个端射天线231、232。在朝向方位角270°方向的边配置四个端射天线241～244。与图1所示的实施例1相同，在各端射天线连接平衡供电线以及平衡非平衡转换器。
在实施例1中，在电介质基板10配置一个贴片天线30，但在实施例2中，配置多个贴片天线311～314、321～324。在贴片天线311～314、321～324的各个设置第一供电点35以及第二供电点36。
在将x轴方向设为行方向，并将y轴方向设为列方向时，这些贴片天线311～314，321～324具有配置为两行四列的矩阵状的阵列天线结构。贴片天线311～314配置在第一行，朝向x轴的正的方向依次排列。贴片天线321～324配置在第二行，朝向x轴的正的方向依次排列。
端射天线211、212、231、232、以及贴片天线311～314、321～324配置为两行六列的矩阵状。端射天线211、231配置在第一行，端射天线212、232配置在第二行。若对贴片天线311～314、321～324的各个的第二供电点36供电，则端射天线211、212、231、232、以及贴片天线311～314、321～324作为配置为两行六列的二维阵列天线进行动作。该二维阵列天线具有与y轴平行的极化波特性。
端射天线221～224、241～244、以及贴片天线311～314、321～324配置为四行四列的矩阵状。端射天线221、241配置在第一列，端射天线222、242配置在第二列，端射天线223、243配置在第三列，端射天线224、244配置在第四列。若对贴片天线311～314、321～324的各个的第一供电点35供电，则端射天线221～224、241～244、以及贴片天线311～314、321～324作为配置为四行四列的二维阵列天线进行动作。该二维阵列天线具有与x轴平行的极化波特性。
在实施例1中，能够使主瓣的仰角变化，但不能够使方位角变化。在实施例2中，由于端射天线211、212、221～224、231、232、241～244、以及贴片天线311～314、321～324作为二维阵列天线进行动作，所以能够使主瓣的仰角以及方位角双方变化。
[实施例3]
图3示出实施例3的无线通信模块的俯视图。以下，对与图2所示的实施例2的无线通信模块的不同点进行说明，对于共同的构成省略说明。
在实施例2中，如图2所示，在贴片天线311～314、321～324的全部设置第一供电点35以及第二供电点36。在实施例3中，在第一行的贴片天线311～314设有第二供电点36，但不设置第一供电点35。在第二行的贴片天线321～324设有第一供电点35以及第二供电点36双方。
在x轴方向排列的贴片天线的个数比在y轴方向排列的贴片天线的个数多。对一部分的贴片天线321～324的各个从第一供电点35以及第二供电点36中被选择的供电点进行供电，对剩余的贴片天线311～314的各个仅从第二供电点36进行供电。仅一点供电的贴片天线311～314属于一行，或者仅两点供电的贴片天线321～324属于一行。在一列一点供电的贴片天线311～314、和两点供电的贴片天线321～324混在一起。
由于在贴片天线311～314未设置第一供电点35，所以能够减少数字移相器42的个数。在端射天线211、212、231、232、以及贴片天线311～314、321～324总共十二个天线激发与y轴平行的极化波。在端射天线221～224、241～244、以及贴片天线321～324总共十二个天线激发与x轴平行的极化波。在贴片天线311～314中，不激发与x轴平行的极化波。激发与x轴平行的极化波的天线的个数和激发与y轴平行的极化波的天线的个数相等。因此，能够使两个极化波的发射特性一致。
虽然在实施例3中，使激发与x轴平行的极化波的天线的个数、和激发与y轴平行的极化波的天线的个数相同，但不需要一定使两者相同。使一点供电的贴片天线和两点供电的贴片天线混在一起地配置在行方向以及列方向中排列个数较少的方向(在图3中是y方向)即可。若成为这样的配置，则激发与x轴平行的极化波的天线的个数和激发与y轴平行的极化波的天线的个数之差变小。
[实施例4]
图4示出实施例4的无线通信模块的俯视图。以下，对与图2所示的实施例2的无线通信模块的不同点进行说明，对共同的构成省略说明。
在实施例2中，如图2所示，能够独立地控制供给到端射天线211、212的高频信号的相位。同样地，也能够独立地控制供给到端射天线231、232的高频信号的相位。在实施例4中，从共同的供电线对端射天线211、212供给相同相位的高频信号。也从共同的供电线对端射天线231、232供给相同相位的高频信号。
对端射天线221～224能够按照端射天线221～224的每一个，供给通过数字移相器42独立地控制相位的高频信号。
在实施例4的无线通信模块中，能够使两个端射天线211、212的向方位角0°的方向的指向性锐化。同样地，能够使两个端射天线231、232的向方位角180°的方向的指向性锐化。在方位角90°的方向具有指向性的端射天线221～224比在方位角0°的方向具有指向性的端射天线211、212多。因此，即使不使供给到端射天线221～224的高频信号的相位一致，也能够使向方位角90°的方向的指向性足够锐化。同样地，也能够使向方位角270°的方向的指向性锐化。
并且，在实施例4中，针对端射天线211、212配置一个数字移相器42，针对端射天线231、232配置一个数字移相器42。因此，能够减少数字移相器42的个数。
[实施例5]
图5示出实施例5的无线通信模块的俯视图。以下，对与图4所示的实施例4的无线通信模块的不同点进行说明，对共同的构成省略说明。
在实施例5中，在端射天线211、212的前方配置电波透镜50。电波透镜50对从端射天线211、212发射的电波进行聚束。在端射天线231、232的前方也配置电波透镜51。电波透镜51对从端射天线231、232发射的电波进行聚束。
通过配置电波透镜50、51，能够使向方位角0°的方向、以及方位角180°的方向的指向性进一步锐化。
[实施例6]
图6A示出实施例6的无线通信模块的俯视图。以下，对与图2所示的实施例2的无线通信模块的不同点进行说明，对共同的构成省略说明。
在实施例2中，通过端射天线211、212、231、232，激发与y轴平行的极化波。在实施例6中，通过端射天线211、212、231、232，激发与z轴(电介质基板10的厚度方向)平行的极化波。
图6B示出图6A的点划线6B－6B上的剖视图。在电介质基板10的内部配置供电线55、56。导体柱57从一方的供电线55向上方延伸。导体柱58从另一方的供电线56向下方延伸。通过导体柱57以及导体柱58，在z方向构成较长的偶极子天线。
在实施例6中，通过端射天线211、212、231、232，激发与z轴平行的极化波，所以能够提高针对电介质基板10的厚度方向的极化波的灵敏度。
[实施例7]
图7示出实施例7的无线装置的概略局部剖视图。实施例7的无线装置例如包含有移动无线终端、家电设备等。在母板61安装无线通信模块60。无线通信模块60使用实施例1～实施例6的任意一个的无线通信模块。母板61收纳于天线罩62。
无线通信模块60例如安装在母板61的、被朝向方位角90°方向的边、和朝向方位角180°方向的边夹着的角部。省略朝向母板61的内部的具有方位角0°方向的指向性的端射天线211、212(图2)、以及具有方位角270°方向的指向性的端射天线241～244(图2)。在端射天线211、212、以及端射天线241～244的前方配置天线罩62。
如实施例7的无线装置那样，优选基于无线通信模块60与母板61的位置关系、无线通信模块60与天线罩62的位置关系等，选择端射天线的合适的配置位置。
上述的实施例1～实施例7是例示，当然能够进行不同的实施例所示的构成的部分的置换或者组合。对于多个实施例的相同的构成所带来的相同的作用效果并不在每个实施例依次提及。并且，本发明并不限制于上述的实施例。例如，本领域技术人员当然明确能够进行各种变更、改进、组合等。
符号说明
10…电介质基板，21～24…端射天线，25…平衡供电线，26…平衡非平衡转换器(平衡不平衡转换器)，27…连接点，28…反射器图案，30…贴片天线，35…第一供电点，36…第二供电点，40…发送电路，41…功率放大器，42…数字移相器，43…低噪声放大器，44…接收电路，50、51…电波透镜，55、56…平衡供电线，57、58…导体柱，60…无线通信模块，61…母板，62…天线罩，211、212、221～224、231、232、241～244…端射天线，311～314、321～324…贴片天线。

Claims (10)

1.一种无线通信模块，其中，具有：
电介质基板；
至少一个第一端射天线，其配置在上述电介质基板，且在与上述电介质基板的表面平行的方向具有指向性，并具有与第一方向平行的极化波特性；
至少一个第二端射天线，其配置在上述电介质基板，且在与上述电介质基板的表面平行的方向具有指向性，并具有与和上述第一方向正交的第二方向平行的极化波特性；以及
至少一个贴片天线，其配置在上述电介质基板，且设置有相互不同的第一供电点以及第二供电点，
若从上述第一供电点对上述贴片天线进行供电，则激发具有与上述第一方向平行的极化方向的电波，若从上述第二供电点对上述贴片天线进行供电，则激发具有与上述第一方向正交的极化方向的电波，
上述第一端射天线和上述第二端射天线分别与上述电介质基板的边对应地配置。
2.根据权利要求1所述的无线通信模块，其中，
若从上述第二供电点对上述贴片天线进行供电，则发射具有与上述第二方向平行的极化方向的电波。
3.根据权利要求2所述的无线通信模块，其中，
上述贴片天线具有在上述第一方向和上述第二方向排列为矩阵状的阵列天线结构。
4.根据权利要求3所述的无线通信模块，其中，
构成为在上述第一方向排列的上述贴片天线的个数比在上述第二方向排列的上述贴片天线的个数多，对一部分的上述贴片天线的各个从上述第一供电点以及上述第二供电点进行供电，对剩余的贴片天线的各个仅从上述第二供电点进行供电。
5.根据权利要求3或者4所述的无线通信模块，其中，
上述第一端射天线具有排列在上述第一方向的阵列天线结构，
上述第二端射天线具有排列在上述第二方向的阵列天线结构。
6.根据权利要求5所述的无线通信模块，其中，
对于上述第一端射天线，能够对上述第一端射天线的每一个供给通过移相器独立地控制了相位的高频信号，
对上述第二端射天线供给相同相位的高频信号。
7.根据权利要求3所述的无线通信模块，其中，
在上述第一方向排列的上述贴片天线的个数比在上述第二方向排列的上述贴片天线的个数多，
上述无线通信模块还具有对从上述第二端射天线发射的电波进行聚束的电波透镜。
8.根据权利要求1所述的无线通信模块，其中，
上述第一方向以及上述第二方向的一方与上述电介质基板的表面平行，另一方与上述电介质基板的厚度方向平行。
9.根据权利要求1所述的无线通信模块，其中，
从上述第一端射天线发射的电波、从上述第二端射天线发射的电波、以及从上述贴片天线发射的电波被相位合成。
10.根据权利要求1所述的无线通信模块，其中，
上述贴片天线配置在同一电介质基板上被上述第一端射天线和上述第二端射天线包围的区域。
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