JP7014287B2 - アンテナモジュールおよびそれを搭載した通信装置 - Google Patents

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Description

本開示は、アンテナモジュールおよびそれを搭載した通信装置に関し、より特定的には、アンテナモジュールを小型化する技術に関する。
スマートフォンなどの携帯端末(通信装置)のアンテナ素子(放射素子)として、平板状のパッチアンテナが用いられる場合がある。このパッチアンテナで放射される電波は指向性(直進性)が高いため、多くの方向に電波を放射させるためには、携帯端末の筐体の各面に沿ってアンテナを配置することが必要となる。
特許第6168258号公報(特許文献1)には、放射素子が配置されたリジッド部と、伝送線路が形成され可撓性を有するフレキシブル部と含む多層基板を備えるアンテナモジュールにおいて、リジッド部が伝送線路の延伸方向に対して屈曲された構成が開示されている。このような可撓性のある多層基板に放射素子を配置したアンテナモジュールを採用することで、筐体内の限られたスペースへのアンテナモジュールの組み込みを容易とすることができる。
特許第6168258号公報
携帯端末においては、さらなる小型化および薄型化のニーズが高く、そのために携帯端末に用いられるアンテナモジュールについてもさらなる小型化が必要となっている。また、携帯端末の液晶表示画面の大型化も進められており、これに伴って、携帯端末内において放射素子を配置可能な領域がさらに制限される傾向にある。
本開示は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、通信装置内の限られたスペースに配置可能な、小型化されたアンテナモジュールを提供することである。
本開示のある局面に従うアンテナモジュールは、第1放射素子と、第1放射素子が配置される第1基板と、第2基板とを備える。第2基板は、第1面と第1面の反対側の第2面とを有する。第2基板は、平坦な第1部分と、第1面が外側になるように、第1部分から屈曲した屈曲部と、屈曲部からさらに延伸する平坦な第2部分とを有する。第1基板は、第2基板の第2部分における第1面に配置される。第1基板は、第1基板と第2基板との接触面から第2部分に沿って第1部分側に突出した突出部を有する。第1放射素子の少なくとも一部は、突出部に配置される。
好ましくは、アンテナモジュールは、第2基板の第1部分の第1面側に配置された第2放射素子をさらに備える。
好ましくは、アンテナモジュールは、第2基板の第1部分の第1面に配置された第3基板をさらに備える。第2放射素子は、第3基板上に配置される。
好ましくは、突出部の突出量は、上記接触面から第2放射素子の高さまでの範囲内の量である。
好ましくは、アンテナモジュールは、第2基板の第1部分に配置された給電回路と、第2基板内に形成され、給電回路から第1放射素子に高周波信号を伝送するための給電線とをさらに備える。
好ましくは、給電回路は、第2基板の第1部分の第2面に配置される。
好ましくは、アンテナモジュールは、第1基板に配置される第3放射素子をさらに備える。
本開示の他の局面に従う通信装置は、上述のいずれかに記載されたアンテナモジュールと、少なくとも一部が樹脂で形成された筐体とを備える。アンテナモジュールの放射素子は、筐体における樹脂の部分に面するように配置される。
本開示に従うアンテナモジュールによれば、第2基板の第2部分に沿って配置された第1基板が、第1基板と第2基板との接触面から突出し、当該突出部に放射素子の少なくとも一部が配置される。これによって、第2基板を屈曲させることによって通信装置内に生じるデッドスペース部分に放射素子を配置することができるので、アンテナモジュールを小型化することが可能となる。
実施の形態に従うアンテナモジュールが適用される通信装置のブロック図である。 比較例におけるアンテナモジュールの配置を説明するための図である。 比較例におけるアンテナモジュールの製造プロセスと通信装置への取付例を示す図である。 実施の形態に従うアンテナモジュールの第1の例を示す図である。 図4のアンテナモジュールの実装基板への実装例を示す図である。 実施の形態に従うアンテナモジュールの第2の例を示す図である。 実施の形態に従うアンテナモジュールの第3の例を示す図である。 実施の形態に従うアンテナモジュールの第4の例を示す図である。 図8のアンテナモジュールの通信装置への取付例を示す図である。 実施の形態の変形例に従うアンテナモジュールを示す図である。 誘電体基板へのフレキシブル基板の取付態様の変形例を示す第1図である。 誘電体基板へのフレキシブル基板の取付態様の変形例を示す第2図である。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
(通信装置の基本構成)
図1は、本実施の形態に係るアンテナモジュール100が適用される通信装置10の一例のブロック図である。通信装置10は、たとえば、携帯電話、スマートフォンあるいはタブレットなどの携帯端末や、通信機能を備えたパーソナルコンピュータなどである。
図1を参照して、通信装置10は、アンテナモジュール100と、ベースバンド信号処理回路を構成するBBIC200とを備える。アンテナモジュール100は、給電回路の一例であるRFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)110と、アンテナアレイ120とを備える。通信装置10は、BBIC200からアンテナモジュール100へ伝達された信号を高周波信号にアップコンバートしてアンテナアレイ120から放射するとともに、アンテナアレイ120で受信した高周波信号をダウンコンバートしてBBIC200にて信号処理する。
なお、図1では、説明を容易にするために、アンテナアレイ120を構成する複数のアンテナ素子121のうち、4つのアンテナ素子(放射素子)121に対応する構成のみ示され、同様の構成を有する他のアンテナ素子121に対応する構成については省略されている。
RFIC110は、スイッチ111A~111D,113A~113D,117と、パワーアンプ112AT~112DTと、ローノイズアンプ112AR~112DRと、減衰器114A~114Dと、移相器115A~115Dと、信号合成/分波器116と、ミキサ118と、増幅回路119とを備える。
高周波信号を送信する場合には、スイッチ111A~111D,113A~113Dがパワーアンプ112AT~112DT側へ切換えられるとともに、スイッチ117が増幅回路119の送信側アンプに接続される。高周波信号を受信する場合には、スイッチ111A~111D,113A~113Dがローノイズアンプ112AR~112DR側へ切換えられるとともに、スイッチ117が増幅回路119の受信側アンプに接続される。
BBIC200から伝達された信号は、増幅回路119で増幅され、ミキサ118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である送信信号は、信号合成/分波器116で4分波され、4つの信号経路を通過して、それぞれ異なるアンテナ素子121に給電される。このとき、各信号経路に配置された移相器115A~115Dの移相度が個別に調整されることにより、アンテナアレイ120の指向性を調整することができる。
また、各アンテナ素子121で受信された高周波信号である受信信号は、それぞれ、異なる4つの信号経路を経由し、信号合成/分波器116で合波される。合波された受信信号は、ミキサ118でダウンコンバートされ、増幅回路119で増幅されてBBIC200へ伝達される。
RFIC110は、例えば、上記回路構成を含む1チップの集積回路部品として形成される。あるいは、RFIC110における各アンテナ素子121に対応する機器(スイッチ、パワーアンプ、ローノイズアンプ、減衰器、移相器)については、対応するアンテナ素子121毎に1チップの集積回路部品として形成されてもよい。
(比較例の説明)
図2および図3を用いて、比較例におけるアンテナモジュール100#の配置について説明する。図2は、アンテナモジュール100#が実装基板20に配置された斜視図であり、図3はアンテナモジュール100#の概略的な製造プロセスおよび通信装置への取付例を示す図である。
図2および図3を参照して、アンテナモジュール100#は、RFIC110を介して実装基板20の一方の主面21に配置される。RFIC110には、可撓性を有するフレキシブル基板160を介して、誘電体基板130,131が配置される。誘電体基板130,131の各々には、アンテナ素子121が配置される。
誘電体基板130は、主面21に沿って延在しており、主面21の法線方向(すなわち、図2のZ軸方向)へ電波が放射されるようにアンテナ素子121が配置されている。
フレキシブル基板160は、実装基板20の主面21から側面22に面するように屈曲しており、側面22に沿った面に誘電体基板131が配置されている。誘電体基板131には、側面22の法線方向(すなわち、図2のX軸方向)へ電波が放射されるようにアンテナ素子121が配置されている。なお、フレキシブル基板160に代えて、たとえば熱可塑性を有するリジッド基板が設けられていてもよい。
誘電体基板130,131およびフレキシブル基板160の誘電体基板162(図3)は、たとえば、エポキシ、ポリイミドなどの樹脂で形成される。また、フレキシブル基板160の誘電体基板162は、より低い誘電率を有する液晶ポリマー(Liquid Crystal Polymer:LCP)あるいはフッ素系樹脂を用いて形成されてもよい。なお、誘電体基板130,131についても、誘電体基板162と同じく、LCPあるいはフッ素系樹脂を用いて形成してもよい。
次に図3を参照して、図2に示したアンテナモジュール100#の製造プロセスを概略的に説明する。
図3(a)の断面図に示されるように、まず、可撓性を有する誘電体基板162の表裏面に接地電極GND1,GND2を積層することによってフレキシブル基板160が形成される。その後、フレキシブル基板160の接地電極GND1上の一方端側に誘電体基板130が積層され、他方端側に誘電体基板131が積層される。そして、誘電体基板130,131上にアンテナ素子121が配置される。
次に、フレキシブル基板160の誘電体基板130,131が形成されていない部分において、フレキシブル基板160が屈曲されて、図3(b)のような形状とされる。図3(b)においては、フレキシブル基板160は、接地電極GND1が形成された面(第1面)が外側になり、接地電極GND2が形成された面(第2面)が内側になるように約90°屈曲されている。なお、屈曲角度については90°に限られず、たとえば、70°あるいは80°のような角度であってもよい。
実装基板20の主面21には、はんだバンプ140を介してRFIC110が配置されており、当該RFIC110上に誘電体基板130が位置するように、アンテナモジュール100#が配置される(図3(c))。このとき、フレキシブル基板160の他方端側に配置された誘電体基板131は、実装基板20の側面22に面するように配置される。
アンテナ素子121には、給電線170,170Aを介して、RFIC110から高周波信号が伝達される。
実装基板20に実装されたアンテナモジュール100#は、通信装置10の略箱型の筐体30の角部分に取付けられる。なお、筐体30の角部分は、デザイン上、多少の丸みがあってもよい。これによって、アンテナ素子121は、通信装置10の筐体30の異なる面に面するように配置される。なお、筐体30が金属製の場合には、アンテナ素子121から放射される電波に対して筐体30がシールドとして機能してしまうため、アンテナ素子121が面する部分には、部分的に樹脂部35が形成される。
アンテナモジュール100#をこのような構成とすることによって、電波を2方向へ放射することが可能となる。
(実施の形態のアンテナモジュールの説明)
上述のような比較例においては、実装基板20の側面22に沿った部分においてアンテナ素子121を配置できる領域は、実装基板20の厚みに対応する領域に限定される。そのため、通信装置10の薄型化のために、図3(c)の矢印のように実装基板20の厚みをさらに薄くすると、誘電体基板131の平面領域が狭められてしまい、アンテナ素子121が配置できなくなるおそれがある。
そこで、本実施の形態においては、筐体30の内側に生じるデッドスペースAR1(図3(c)の破線領域)を有効に利用することによって、実装基板20の厚み方向においてアンテナ素子121を配置することのできる領域を確保する手法を採用する。
図4は、実施の形態に従うアンテナモジュール100の第1の例を示す図である。図4を参照して、アンテナモジュール100は、誘電体基板162に接地電極GND1,GND2が積層されたフレキシブル基板160と、誘電体基板150と、アンテナ素子121とを備える。
フレキシブル基板160は、比較例の場合と同様に、接地電極GND1が形成されている第1面が外側となるように屈曲される。ここで、フレキシブル基板160の一方端側の平坦部を「第1部分165」と称し、第1部分165から屈曲された部分を「屈曲部166」と称し、屈曲部166からさらに延伸する平坦部を「第2部分167」と称する。
誘電体基板150は、第2部分167の第1面に沿って配置されており、その一方端は、誘電体基板150とフレキシブル基板160との接触面から第1部分165側に突出している。アンテナ素子121は、その少なくとも一部が、誘電体基板150の突出部分(突出部152)と重なるように配置される。
誘電体基板150および図7~図10で後述する誘電体基板150Aについても、図3における誘電体基板130,131と同様に、エポキシ、ポリイミドなどの樹脂、あるいは、より低い誘電率を有する液晶ポリマー(LCP)、フッ素系樹脂を用いて形成される。なお、誘電体基板150,150Aの材料は、フレキシブル基板160の誘電体基板162と同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。 図5は、図4のアンテナモジュール100を実装基板20に実装した場合の例を示す図である。図5を参照して、RFIC110は、図3の比較例と同様に、はんだバンプ140を介して実装基板20の主面21に実装される。そして、RFIC110において、実装基板20に面する側と反対の面に、アンテナモジュール100の第1部分165の第2面が接続される。このとき、アンテナモジュール100は、第2部分167が実装基板20の側面22に面するように配置される。アンテナ素子121には、フレキシブル基板160および誘電体基板150の内部を通る給電線170によって、RFIC110から高周波信号が伝達される。
このような構成とすることによって、図3におけるデッドスペースAR1の部分にアンテナ素子121を配置することができるので、実装基板20の側面方向に電波を放射するアンテナの機能を損なうことなく、実装基板20および通信装置10を薄型化することが可能となる。
以下、図6~図10を用いて、実施の形態に従うアンテナモジュールの他のバリエーションの例について説明する。
図6は、実施の形態に従うアンテナモジュールの第2の例を示す図であり、当該アンテナモジュール100Aにおいては、フレキシブル基板160の第1部分165側にもアンテナ素子121Aが配置されている。アンテナ素子121AとRFIC110とは給電線170Aで接続されており、RFIC110から高周波信号が給電線170Aを通してアンテナ素子121Aに伝達される。
このような構成とすることによって、実装基板20の主面21および側面22の双方の法線方向に電波を出力することができる。
なお、アンテナ素子121Aは、図3の比較例と同様に筐体に接するように配置される場合があるので、誘電体基板150の突出部152の突出量は、アンテナ素子121Aの高さまでの量とすることが望ましい。
図7は、実施の形態に従うアンテナモジュールの第3の例を示す図であり、アンテナモジュール100Bにおいては、第1部分165側に配置されるアンテナ素子121Aが、図6のようにフレキシブル基板160に直接配置されるのではなく、誘電体基板150Aを介して配置されている。アンテナの周波数帯域幅は、アンテナ素子と接地電極との間の距離により定まるので、たとえば図6の場合よりもアンテナ素子121Aの周波数帯域幅を広帯域化したいような場合に、図7の例のような誘電体基板150Aを用いてもよい。
なお、図7の場合においても、第2部分167側の誘電体基板150の突出部152の突出量は、アンテナ素子121Aの高さまでとすることが望ましい。
図8は、実施の形態に従うアンテナモジュールの第4の例を示す図であり、アンテナモジュール100Cにおいては、誘電体基板150に、アンテナ素子121に加えてアンテナ素子121Bが配置された構成となっている。アンテナ素子121とアンテナ素子121Bとは、誘電体基板150において、実装基板20の厚み方向に離間して配置される。アンテナ素子121Bには、給電線170BによってRFIC110から高周波信号が伝達される。このように、誘電体基板150に突出部152を設けることによって、実装基板20の厚み方向に複数のアンテナ素子を配置することも可能となる。
図9は、図8のアンテナモジュール100Cを通信装置10へ取付けた状態を示す図である。図9に示されるように、アンテナ素子121Aは、筐体30において実装基板20の主面21に対向する部分に設けられた樹脂部35Aに面するように配置される。また、アンテナ素子121,121Bは、筐体30において実装基板20の側面22に対向する部分に設けられた樹脂部35に面するように配置される。なお、各アンテナ素子121,121A,121Bと樹脂部35,35Aとの間には隙間があってもよい。
比較例の図3と図9とを比較すると、図9においては、図3におけるデッドスペースAR1の部分にもアンテナ素子121が配置されている。これにより、実装基板20が薄くされても、側面側のアンテナ素子の配置領域を確保することができる。そのため、通信装置内の限られたスペースに効率的にアンテナ素子を配置することができ、通信装置の小型化,薄型化に寄与することができる。
(変形例)
上述の実施の形態のいずれの例においても、実装基板の側面に面する誘電体基板に突出部を設ける構成について説明したが、逆に、実装基板の主面に面する誘電体基板に突出部を設けることによって、デッドスペースを利用する構成としてもよい。
たとえば、近年では、スマートフォンの大画面化により、筐体の端部に近い部分にまで液晶パネルが配置される場合がある。図10に示すように、液晶パネル200Aは、表示画面として機能する液晶220と、液晶220の表面に配置されユーザからの操作を受け付けるタッチパネル210と、これらを支持および保護するシャーシ230とを含んで構成される。そして、液晶パネル200Aは、平面視した場合に実装基板20の実装面と重なるように配置される。
アンテナ素子が液晶パネル200Aの背面に配置されると、液晶パネル200Aの各部に形成される導電部材がシールドとして機能し得るため、電波を外部に放射できなくなってしまう。
そのため、このような場合には、第1部分165側の誘電体基板150Aを筐体30の側面方向に突出させ、当該突出部にアンテナ素子121Aを配置することによって、平面視した場合に液晶パネル200Aとが重ならないようにアンテナ素子121Aを配置することができる。したがって、筐体の端部に近い部分まで液晶パネルが配置されるような場合であっても、筐体30の端部から液晶パネル200Aの法線方向へ電波を放射することが可能となる。
なお、上記の実施の形態においては、放射電極が誘電体層の表面に配置される構成を例として説明したが、放射電極は、誘電体層の内部に配置される構成であってもよい。すなわち、放射電極は、誘電体層から露出していなくてもよく、レジストあるいは薄膜の誘電体層であるカバーレイによって覆われていてもよい。また、接地電極についても同様に、誘電体層の内部に形成される構成であってもよい。
また、上記の実施の形態では、フレキシブル基板が、誘電体層の両面に接地電極が配置されたストリップラインを形成する例について説明した。しかしながら、フレキシブル基板は、誘電体層の片方のみに接地電極が配置されたマイクロストリップライン、あるいは、誘電体層において接地電極と給電線とが同層に配置されたコプレーナラインとして形成されてもよい。
上記の実施の形態においては、実装基板の側面側に配置される誘電体基板の裏面側(実装基板側)に、フレキシブル基板が取付けられる構成であったが、誘電体基板へのフレキシブル基板の取付態様は、他の構成とすることも可能である。具体的には、フレキシブル基板は、誘電体基板の表面側(筐体側)に取付けられてもよい。
図11および図12は、実装基板の側面側に配置される誘電体基板へのフレキシブル基板の変形例を示す図である。図11は、当該変形例を適用したアンテナモジュール100Eが実装基板20に実装されたときの斜視図である。図12は、図11のアンテナモジュール100Eの断面図である。
図11および図12を参照して、アンテナモジュール100Eにおいては、実装基板20の側面22側に配置される誘電体基板150BのY軸方向の辺の中央付近には、部分的に切欠部135が形成されている。そして、フレキシブル基板160Aは、この切欠部135を通って、誘電体基板150Bの裏面側からアンテナ素子121が配置されている表面側へ突出し、接着部材あるいはコネクタを用いて誘電体基板150Bの表面に接続される。
誘電体基板150Bに配置されたアンテナ素子121には、フレキシブル基板160Aおよび誘電体基板150Bを通る給電線170Cを介して、RFIC110からの高周波信号が伝達される。
なお、上記の実施の形態において、誘電体基板150,150Bが本発明の「第1基板」に対応し、フレキシブル基板160,160Aが本発明の「第2基板」に対応し、誘電体基板150Aが本発明の「第3基板」に対応する。また、アンテナ素子121,121A,121Bが、本発明の「第1放射素子」,「第2放射素子」,「第3放射素子」にそれぞれ対応する。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10 通信装置、20 実装基板、21 主面、22 側面、30 筐体、35,35A,35B 樹脂部、100,100A~100C,100# アンテナモジュール、110 RFIC、111A~111D,113A~113D,117 スイッチ、112AR~112DR ローノイズアンプ、112AT~112DT パワーアンプ、114A~114D 減衰器、115A~115D 移相器、116 信号合成/分波器、118 ミキサ、119 増幅回路、120 アンテナアレイ、121,121A,121B アンテナ素子、130,131,150,150A,150B,162 誘電体基板、140 はんだバンプ、152 突出部、160,160A フレキシブル基板、165 第1部分、166 屈曲部、167 第2部分、170,170A~170C 給電線、200 BBIC、200A 液晶パネル、AR1 デッドスペース、GND1,GND2 接地電極。

Claims (10)

  1. 第1放射素子と、
    前記第1放射素子が配置される第1基板と、
    第1面と前記第1面の反対側の第2面とを有する第2基板とを備え、
    前記第2基板は、
    平坦な第1部分と、
    前記第1面が外側になるように、前記第1部分から屈曲した屈曲部と、
    前記屈曲部からさらに延伸する平坦な第2部分とを有し、
    前記第1基板は、前記第2部分における前記第1面に配置されており、
    前記第1基板は、前記第1基板と前記第2基板との接触面から前記第2部分に沿って前記第1部分側に突出した突出部を有し、
    前記第1放射素子の少なくとも一部は、前記突出部に配置される、アンテナモジュール。
  2. 前記第2基板の前記第1部分の前記第1面側に配置された第2放射素子をさらに備える、請求項1に記載のアンテナモジュール。
  3. 前記第2基板の前記第1部分の前記第1面に配置された第3基板をさらに備え、
    前記第2放射素子は、前記第3基板上に配置される、請求項2に記載のアンテナモジュール。
  4. 前記突出部の突出量は、前記接触面から前記第2放射素子の高さまでの範囲内の量である、請求項3に記載のアンテナモジュール。
  5. 前記第2基板の前記第1部分に配置された給電回路と、
    前記第2基板内に形成され、前記給電回路から前記第1放射素子に高周波信号を伝送するための給電線とをさらに備える、請求項1~4のいずれか1項に記載のアンテナモジュール。
  6. 前記給電回路は、前記第2基板の前記第1部分の前記第2面に配置される、請求項5に記載のアンテナモジュール。
  7. 前記第1基板に配置される第3放射素子をさらに備える、請求項1~6のいずれか1項に記載のアンテナモジュール。
  8. 前記第1基板および前記第2基板の各々は、誘電体基板を含む、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。
  9. 前記第2部分は、前記屈曲部に沿ってさらに延伸している、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。
  10. 請求項1~のいずれか1項に記載のアンテナモジュールを搭載した通信装置であって、
    少なくとも一部が樹脂で形成された筐体を備え、
    前記アンテナモジュールの放射素子は、前記筐体における前記樹脂の部分に面するように配置される、通信装置。
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