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CN113016108B - 天线模块和搭载有天线模块的通信装置 - Google Patents

天线模块和搭载有天线模块的通信装置 Download PDF

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CN113016108B
CN113016108B CN201980075014.0A CN201980075014A CN113016108B CN 113016108 B CN113016108 B CN 113016108B CN 201980075014 A CN201980075014 A CN 201980075014A CN 113016108 B CN113016108 B CN 113016108B
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Abstract

天线模块(100)是多个天线元件(121)至少沿着第一方向排列所得到的阵列天线。多个天线元件(121)包括在第一方向上配置于中央部的第一天线组(151)以及配置于比该中央部靠端部侧的第二天线组(152)。第一天线组(151)中的天线元件之间的间隔不为等间隔，第二天线组(152)中的天线元件之间的间隔为比第一天线组(151)中的天线元件之间的间隔中的最大间隔大的等间隔。向第二天线组(152)中包括的天线元件供给的高频信号的振幅小于向第一天线组(151)中包括的天线元件供给的高频信号的振幅，天线模块整体的在第一方向上的振幅分布为单峰型。

Description

天线模块和搭载有天线模块的通信装置
技术领域
本公开涉及一种天线模块和搭载有天线模块的通信装置，更确定地说，涉及一种用于提高阵列天线的天线特性的技术。
背景技术
在多个天线元件呈阵列状配置而成的阵列天线中，已知如下结构：通过采用对构成阵列天线的天线元件赋予不均匀的激振振幅分布的结构(振幅锥度型)、或者对天线元件的排列赋予密度分布的结构(密度锥度型)，来实现期望的天线特性。
在日本特开平8-204428号公报(专利文献1)中公开了如下结构：在振幅锥度型的阵列天线中，使一部分天线元件的列间隔大于其它部分天线元件的列间隔，并且与元件间隔变宽的区域的天线元件的激振振幅相比，使与元件间隔变宽的区域相邻的天线元件的激振振幅较大。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8-204428号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1的目的在于，抑制天线特性的劣化，并确保用于将保护天线免遭风雨等的保护罩(日文：フィドーム)安装于阵列天线的空间。在专利文献1中，通过设为上述的结构，使一部分天线元件的列间隔大于其它部分天线元件的列间隔来确保保护罩的安装空间，并且通过赋予振幅锥度来使阵列天线整体的激振振幅的分布为泰勒分布，由此抑制旁瓣，从而抑制天线特性的降低。
一般地，由于对各天线元件供给高频电力的功率放大器的输出电力存在上限，因此从各天线元件输出的电波的功率存在上限。天线元件的输出功率与向天线元件供给的激振振幅的平方成比例。因此，如专利文献1那样，当使与元件间隔变宽的区域相邻的天线元件的激振振幅相对增大时，由于该区域的输出功率的上限，可能需要减小除此以外的区域的天线元件的激振振幅。这样的话，虽然能够减少旁瓣，但是作为天线而言的总功率有可能降低。
本公开是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于在阵列天线中抑制天线的总输出功率的降低并且减少旁瓣。
用于解决问题的方案
本公开所涉及的天线模块是将多个天线元件在电介质基板呈阵列状排列而成的阵列天线。多个天线元件至少沿着电介质基板的第一方向排列。多个天线元件包括在第一方向上配置于中央部的第一天线组以及配置于比该中央部靠端部侧的第二天线组。第一天线组中包括的天线元件之间的间隔不为等间隔，第二天线组中包括的天线元件之间的间隔为等间隔。第二天线组中包括的天线元件之间的间隔比第一天线组中包括的天线元件之间的间隔中的最大间隔大。向第二天线组中包括的天线元件供给的高频信号的振幅小于向第一天线组中包括的天线元件供给的高频信号的振幅，天线模块整体的在第一方向上的振幅分布为单峰型。
发明的效果
根据本公开，在阵列天线中，整体的激振振幅分布为单峰型，关于配置在端部侧的第二天线组，相比于配置在中央部的第一天线组而言，被配置为天线元件之间的间隔较大，并且被设定为被供给的高频信号的振幅(激振振幅)较小。像这样，通过在第一天线组中，将天线元件排列为密度锥度型，并且在第二天线组中，将激振振幅设为振幅锥度型，来使阵列天线整体的激振振幅分布为单峰型，从而能够抑制从天线辐射的电波的总输出功率的降低，并且能够减少旁瓣。
附图说明
图1是示出将天线模块用作基站的通信系统的概要的图。
图2是应用本实施方式的天线模块的通信装置的框图。
图3是示出实施方式1所涉及的一维阵列的天线装置的一例的图。
图4是用于说明图3的天线装置的天线元件间隔和激振振幅的图。
图5是示出天线元件间隔和激振振幅的其它例的图。
图6是示出泰勒分布的一例的图。
图7是用于说明天线元件的排列的第一图。
图8是用于说明天线元件的排列的第二图。
图9是用于说明天线元件的分配方法的一例的图。
图10是用于说明栅瓣的产生原理的图。
图11是用于说明栅瓣的产生与元件间隔之间的关系的图。
图12是用于说明实施方式1的天线模块和比较例中的、天线元件的配置及激振振幅的图。
图13是用于说明θ0＝0°的情况下的峰值增益的比较的图。
图14是用于说明θ0＝45°的情况下的峰值增益的比较的图。
图15是用于说明实施方式1的天线装置和比较例的天线特性的图。
图16是示出实施方式2所涉及的二维阵列的天线装置的第一例的图。
图17是示出实施方式2所涉及的二维阵列的天线装置的第二例的图。
具体实施方式
下面，参照附图来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标记，不重复对其说明。
(通信系统的概要)
图1是示出将包括本实施方式的天线模块的通信装置10用作基站的通信系统1的概要的图。通信系统1具备包括通信装置10的基站以及多个便携式终端20(例如20A～20D)。
近年来，作为LTE(Long Term Evolution：长期演进)和LTE-Advanced(LTE的演进)等所谓的第四代移动通信系统(4G)的下一代通信系统，正在推进第五代移动通信系统(5G)的开发。在5G的系统中，除了使用以往的比较低的频带(例如MHz频带以下)以外，还组合使用毫米波频段的高频带(例如数GHz～数十GHz)的电波，由此旨在确保通信的稳定性并且实现高速化和大容量化。
另一方面，高频率的电波具有因波长短而电波难以到达很远的地方这样的特征。作为用于解决这种问题的天线技术，提出了Massive MIMO(Multiple Input MultipleOutput：多输入多输出)。Massive MIMO是如下的技术：使用呈阵列状配置的多个天线元件，通过进行控制使得从各天线元件辐射的电波以相同的相位重叠，由此形成对于特定的方向具有灵敏的指向性的波束，使得即使是高频带的电波也能够辐射至远到一定程度的地方。
通过使用Massive MIMO，来使辐射的电波的指向性在水平方向(经度方向：X轴方向)和垂直方向(海拔方向：Y轴方向)上变化，由此能够实现向广范围的波束成形。由此，能够从基站的天线向各便携式终端所在的位置单独地辐射电波，因此能够实现稳定的通信质量。
本实施方式中使用的通信装置10具备包括呈阵列状配置的多个天线元件的天线装置120，通过调整从各天线元件辐射的相位，能够实现波束成形。
一般地，在从天线辐射的电波中形成向主辐射方向辐射的主瓣和在横向上辐射的旁瓣。通常，旁瓣向不期望的方向辐射，因此对于在该方向上存在的通信装置而言会成为妨碍波。另外，由旁瓣辐射并被墙壁或建筑物等反射后到达接收装置的电波与由主瓣辐射并直接到达接收装置的电波之间引起干扰，由此会减弱接收强度、或者使接收强度不稳定。并且，在存在比符号长度长的延迟的情况下，在符号间引起干扰，从而导致进一步降低通信质量。因此，一般的是期望降低旁瓣的强度。
作为用于减少旁瓣的方法，已知如下方法：通过赋予使向阵列天线的各天线元件供给的高频信号的激振振幅的分布不均匀的振幅锥度，来使阵列天线整体的激振振幅分布为泰勒分布等单峰型。然而，在使用振幅锥度的情况下，作为天线而言能够输出的总功率有可能会根据激振振幅分布而降低。
因此，在本实施方式中，采用如下结构：在阵列天线中，对阵列的端部侧的天线元件赋予振幅锥度，并且针对阵列的中央部的天线元件，使元件间隔小来设置密度锥度，由此使阵列天线整体的激振振幅分布为单峰型，从而抑制总功率的降低并且减少旁瓣。
下面，说明包括本实施方式所涉及的天线模块的通信装置的详细结构。
(通信装置的基本结构)
图2是应用本实施方式所涉及的天线模块100的通信装置10的框图的一例。通信装置10例如是移动电话、智能手机或平板电脑等便携式终端、具备通信功能的个人计算机那样的终端装置、以及与该终端装置进行通信的基站。本实施方式所涉及的天线模块100中使用的电波的频带的一例例如是以28GHz、39GHz以及60GHz为中心频率的毫米波频段的电波，但是也能够应用上述以外的频带的电波。
参照图2，通信装置10具备天线模块100以及构成基带信号处理电路的BBIC 200。天线模块100具备天线装置120和作为馈电电路的一例的RFIC 110。通信装置10将从BBIC200传递到天线模块100的信号上变频为高频信号后从天线装置120辐射出该高频信号，并且对由天线装置120接收到的高频信号进行下变频后在BBIC 200中对信号进行处理。
天线装置120是包括多个天线元件(辐射电极)121的阵列天线。在图2中，为了易于进行说明，仅示出与构成天线装置120的多个天线元件121中的4个天线元件121对应的结构，省略了与具有同样结构的其它天线元件121对应的结构。此外，在图2中，示出了多个天线元件121呈二维的阵列状配置而成的阵列天线的例子，但是也可以是天线元件121被配置成一维的结构。在本实施方式中，天线元件121是具有大致正方形的平板形状的贴片天线。
RFIC 110具备开关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，将开关111A～111D、113A～113D切换到功率放大器112AT～112DT侧，并且将开关117连接到放大电路119的发送侧放大器。在接收高频信号的情况下，将开关111A～111D、113A～113D切换到低噪声放大器112AR～112DR侧，并且将开关117连接到放大电路119的接收侧放大器。
从BBIC 200传递的信号在放大电路119中被放大，在混频器118中被进行上变频。进行上变频所得到的高频信号即发送信号在信号合成/分波器116中被进行4分波，经过4个信号路径被分别馈电至不同的天线元件121。此时，通过独立地调整配置于各信号路径的移相器115A～115D的移相度数，能够调整天线装置120的指向性。
由各天线元件121接收到的高频信号即接收信号分别经由不同的4个信号路径，在信号合成/分波器116中被进行合波。进行合波所得到的接收信号在混频器118中被进行下变频，在放大电路119中被放大后被传递至BBIC 200。
RFIC 110例如被形成为包括上述电路结构的单芯片的集成电路部件。或者，关于RFIC 110中的与各天线元件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)，也可以按每个对应的各天线元件121形成为单芯片的集成电路部件。
在下面的说明中，将天线装置以一维阵列构成的情况作为实施方式1进行说明，将天线装置以二维阵列构成的情况作为实施方式2进行说明。
[实施方式1]
(元件排列和振幅)
图3是示出实施方式1所涉及的天线模块中包括的天线装置120的一例的图。在图3的例子中，天线装置120包括电介质基板130以及16个天线元件121。天线装置120是将天线元件121配置成1列的1×16的一维的线性阵列天线。在此后的说明中，将被排列的天线元件的中央(在图3中，是从端部起的第8个天线元件与第9个天线元件之间)设为原点，将天线元件121的排列方向设为X轴，将沿着电介质基板130且与X轴正交的方向设为Y轴，而且将天线元件121的法线方向设为Z轴。
图4是用于说明图3的天线装置120的天线元件的元件间隔和激振振幅的图。在图4的上部示出天线元件121的配置概要。在图4的下部的曲线图中，横轴表示元件位置，纵轴表示向各天线元件供给的激振振幅。
此外，横轴的元件位置通过将向天线元件121供给的高频信号的波长设为λ0、将各天线元件121的从原点起的在X轴方向上的距离设为x的情况下的该距离与波长的比率x/λ0来表示。另外，关于纵轴的激振振幅，通过与能够向各天线元件121供给的激振振幅的最大值的比率来表示。
在图4的曲线图中，实线L10表示实施方式1中的天线装置120的激振振幅，虚线L11表示对等间隔地配置的天线元件赋予泰勒分布的激振振幅的振幅锥度型的情况的比较例。
天线装置120中的天线元件121被分类为配置在中央部附近的第一天线组151以及配置在比该第一天线组151靠端部侧的第二天线组152。在图3的例子中，以从阵列天线的两端部起的第5个天线元件为边界，将边界内侧(中央侧)的天线元件设为第一天线组151，将边界外侧(端部侧)的天线元件设为第二天线组152。
第一天线组151中包括的天线元件的元件间隔被设定为比第二天线组152中包括的天线元件的元件间隔小。更具体地说，第一天线组151中包括的天线元件被配置为：离中央部(x/λ0＝0)越近，则元件间隔越小，离端部侧的第二天线组152越近，则元件间隔越大。即，第一天线组151中包括的天线元件不被等间隔地配置。另一方面，第二天线组152中包括的天线元件被等间隔地配置，第二天线组152中包括的天线元件的间隔比第一天线组151中包括的天线元件之间的间隔中的最大间隔大。
在第一天线组151中，对任意的天线元件均供给能够供给的最大激振振幅。另一方面，在第二天线组152中，对各天线元件供给不同的激振振幅。即，对第一天线组151中的天线元件供给等振幅的高频信号，对第二天线组152中的天线元件供给不等振幅的高频信号。此外，如后述那样，向第二天线组152中包括的天线元件供给的激振振幅被设定为阵列天线整体的激振振幅分布为单峰型的泰勒分布。
此外，图4是将第二天线组152中的元件间隔设定为0.52λ0的情况下的激振振幅的例子，但是在该情况下，向第二天线组152中的最端部的天线元件供给的激振振幅比第2个天线元件的激振振幅大。另一方面，图5的线L15是将第二天线组152中的元件间隔设定为0.525λ0的情况下的激振振幅的例子，在该情况下，关于第二天线组152中的天线元件，向离端部越近的天线元件供给的激振振幅越小。
接着，使用图6～图9来说明本实施方式1中的设定元件间隔的方法。
首先，说明泰勒分布。一般地，泰勒分布被定义为实现将切比雪夫(Chebyshev)分布的指向性与均匀分布的指向性在第m个零点处进行了连接的指向性的激振分布。通过式(1)来表示泰勒分布p(ξ)。
[数式1]
其中，R为通过振幅真值表示的旁瓣水平的倒数。当将用分贝表示的旁瓣水平设为SLLdB时，如式(5)那样变换得到R。
[数式2]
例如，在将旁瓣水平与主瓣之比设定为-20dBc的情况下，R＝10。
图6是在旁瓣水平为-25dBc、m＝3的情况下通过式(1)给出的泰勒分布的一例。
接着，说明将阵列天线的端部侧的元件间隔限制为指定值并将不等振幅与等振幅组合的情况下的天线元件的分配方法。
首先，如图7所示，将N个天线元件的各元件的坐标从X轴的负方向起依次设为x1、x2、···、xN。此时，作为与天线的尺寸有关的参数，当将两端的天线元件间的距离设为L时，L被表示为式(6)。
L＝xN-x1 (6)
如式(7)那样定义关于所赋予的激振分布p(ξ)(-1≤ξ≤1)的累积函数A(ξ)。
[数式3]
另外，将x与ξ的比例常数设为γ。
ξi＝γxi (8)
在此，在图7所示的一维的排列中，将从负侧的端部(即x1)起的q个元件间隔以及从正侧的端部(即xN)起的r个元件间隔如式(9)那样限制为指定值。在图8中示出这种天线元件的排列。
[数式4]
接着，使用图9来考虑针对向各天线元件分配的振幅的累积函数的区间。在图9的上部示出图6所示的泰勒分布的激振分布p(ξ)，在图9的下部示出累积函数A(ξ)。关于受到限制的负侧的q区间和正侧的r区间的累积函数，如式(10)那样的关系成立。
[数式5]
另一方面，在第(q+1)区间中为累积函数的左端的Aq与第(N-r)区间中为累积函数的右端的AN-r之间[Aq，AN-r](图9的范围SC)内，由于不受式(9)的限制，因此该区间内的振幅能够以将区间宽度进行(N-q-r)等分的方式决定天线元件的配置。即，能够如式(11)那样表示第i区间(q+1≤i≤N-r)。
[数式6]
而且，当使用其中心值将天线元件的配置进行对应时，式(12)的关系成立。
[数式7]
关于目前为止的未知数，xi为N个，ξi为N个，Ai为(q+r)个，γ为1个，合计为(2N+q+r+1)个。与此对应地，关于相互独立的方程式，式(6)为1个，式(8)为N个，式(9)为(q+r)个，式(10)为(q+r)个，式(12)为(N-q-r)个，合计为(2N+q+r+1)个，为相同数量，因此能够唯一地确定解。由此，对于所获得的天线元件的元件间隔，通过如式(13)那样设定各天线元件的激振振幅wi，能够使阵列天线整体的激振振幅分布为泰勒分布。
[数式8]
此外，根据式(9)，下面的式(14)成立。
[数式9]
在此，当导入满足下面的式(15)那样的变量Δx时，自然满足式(6)。
[数式10]
另外，根据式(10)，下面的式(16)和式(17)成立。
[数式11]
而且，当对在式(12)中设为i＝q+1和i＝N-r时的式子应用上述的式(16)和式(17)来进行整理时，表示为下面的式(18)和式(19)。
[数式12]
当用式(6)、式(14)、式(15)置换该式(18)和式(19)中的ξi时，结果是式(18)和式(19)成为以γ和Δx为未知数的隐式的联立方程式。因而，式(18)、式(19)的联立方程式例如能够使用双变量牛顿法，在数值上通过数次迭代计算进行求解。
接着，使用图10和图11来说明天线元件的元件间隔与栅瓣的关系。栅瓣是旁瓣的一种，将在元件间隔为半波长以上的阵列天线中进行相位合成而使波束倾斜为特定的方位角θ0时在与该方位角θ0不同的方位角θj产生的波瓣称为栅瓣。
图10是用于说明栅瓣的产生原理的图。参照图10，考虑如下情况：在如图3所示的一维阵列的天线装置120中，将元件间隔设为dx，以从Z轴方向向X轴的正方向形成θ0的方位角进行主波束的波束成形。
此时，通过从图10中的接近原点的天线元件121-1起随着去向X轴的正方向而使所辐射的电波的相位依次延迟，由此以θ0的方位角辐射主波束。例如，关于与从天线元件121-1辐射出的电波的某个波面W11为相同相位的波面，在天线元件121-2处为波面W12，在天线元件121-3处为波面W13。因而，当将与这些相同相位的波面相切的等相位面设为S10时，电波向与等相位面S10垂直的方向传播。同样地，关于从等相位面S10前移了1个波长λ0的波面，由来自天线元件121-2的电波的波面W22、来自天线元件121-3的电波的波面W23、来自天线元件121-4的电波的波面W24等形成等相位面S20。关于再前移了1个波长λ0的波面，由来自天线元件121-3的电波的波面W33等形成等相位面S30。
另一方面，在来自天线元件121-1的电波的波面W11、来自天线元件121-2的电波的波面W22、来自天线元件121-3的电波的波面W33那样的、相位相差2nπ的波面之间也形成相同相位的等相位面SM10、SM20、SM30。根据该等相位面SM10、SM20、SM30以θj的方位角传播的电波就是栅瓣。
在此，当将相邻的天线元件间的激振振幅的相位差设为Δφ时，Δφ能够表示为下面的式(20)。
[数式13]
当关于θj对其求解时，能够变形为式(21)。
[数式14]
在此，产生最低阶次(j＝1)的栅瓣θ1的条件为式(22)，结果能够表示为式(23)。
[数式15]
图11是将式(23)的关系表示为曲线的图。在图11中，横轴表示主波束的方位角θ0，纵轴表示元件间隔。此外，关于元件间隔，通过实际的元件间隔dx与所辐射的电波的波长λ0之比来表示。而且，如式(23)所示，关于各方位角θ0，当元件间隔大于图11中的实线L20时，产生栅瓣。如根据图11可知的那样，元件间隔越大，则越容易产生栅瓣。
例如，在方位角θ0＝60°的情况下，当dx/λ0＞0.536时，产生栅瓣。即，在方位角θ0＝60°的情况下，为了抑制产生栅瓣，需要使元件间隔dx小于0.536λ0。
(模拟结果)
考虑如上所述的关系，针对将天线元件数设为16个(N＝16)、将两端的元件间隔设为7.5λ0(L＝7.5λ0)、将激振振幅分布设为旁瓣水平为-20dBc且m＝2的泰勒分布、将端部侧的第二天线组152的4个区间的元件间隔设为0.52λ0的情况下的旁瓣水平和总功率进行了模拟。
在模拟中，对将元件间隔设为等间隔并将各天线元件的激振振幅设为恒定(最大)的情况(比较例1)、将元件间隔设为等间隔并将激振振幅设为泰勒分布(不等振幅)的振幅锥度型的情况(比较例2)、以及使元件间隔随着从端部去向中央部而逐渐变短并将激振振幅设为恒定(最大)的密度锥度型的情况(比较例3)进行了比较。
图12是示出实施方式1和各比较例中的、元件位置(x/λ0)及激振振幅的曲线图。在图12中，线L40表示实施方式1，线L41～L43分别表示比较例1～3。
图13和图14是示出主波束的方位角θ0＝0°(即，未倾斜)的情况(图13)以及使主波束的方位角倾斜为θ0＝45°的情况(图14)下的峰值增益的曲线图。在图13和图14中，实线L50、L60表示实施方式1的情况，虚线L51、L61表示比较例1的情况，一点划线L52、L62表示比较例2的情况，双点划线L53、L63表示比较例3的情况。
另外，图15是将模拟的结果进行了汇总的图。此外，在图15中，关于总功率，表示为以比较例1的总功率为基准(0dB)时的其它各事例的总功率的差。另外，关于旁瓣水平，表示为旁瓣的最大增益与主瓣的增益之比。
参照图12～图15，关于总功率，未对激振振幅赋予振幅锥度的比较例3(密度锥度型)的总功率与比较例1的总功率相同，但是在赋予了振幅锥度的比较例2和实施方式1中，与基准相比总功率有所降低。然而，在实施方式1中，不仅针对端部侧(第二天线组152)设置振幅锥度，而且通过密度锥度使阵列的中央部分(第一天线组151)的元件间隔变窄，因此相比于比较例2的振幅锥度型的情况而言，第二天线组152中的激振振幅被设定得更大。由此，实施方式1的总功率(-1.2dB)大于比较例2的总功率(-2.1dB)。
当着眼于旁瓣水平时，在主波束的方位角没有倾斜的情况下(θ0＝0°)，除比较例1以外的情况下的旁瓣水平为与约-20dBc大致相同的水平，与比较例1的-13.1dBc的情况相比，旁瓣水平有所降低。另一方面，在使主波束的方位角倾斜的情况下(θ0＝45°)，在赋予了振幅锥度的比较例2和实施方式1中，与θ0＝0°的情况同样地达成了约-20dBc的旁瓣水平。然而，关于密度锥度型的比较例3，在θ＜-15°的范围内产生栅瓣，在θ＝-70°附近，旁瓣水平为-8.5dBc，大于等间隔、等振幅的比较例1(图14的线L63)。在比较例3中，与其它的比较例及实施方式1的情况相比，端部侧的元件间隔变大，因此在使主波束倾斜的情况下，旁瓣水平增加。
对以上进行总结，关于比较例1和密度锥度型的比较例3，总功率变大，但是当考虑波束成形时，旁瓣水平也会变大。另外，关于比较例2，虽然旁瓣水平能够降低，但是总功率不足。因而，如实施方式1那样，将阵列的端部侧(第二天线组152)的元件间隔设为等间隔，并且使中央附近(第一天线组151)的元件间隔不为等间隔且小于端部侧的间隔，通过将对各天线元件赋予的激振振幅设为不等振幅使得整体成为泰勒分布，由此能够抑制总功率的降低并且降低旁瓣水平。
[实施方式2]
在实施方式2中，如上述那样说明天线装置为二维阵列的情况下的天线模块。
在二维阵列的情况下，能够向经度方向(X轴方向：水平方向)和海拔方向(Y轴方向：垂直方向)双方倾斜。因此，需要还考虑海拔方向的倾斜来评价总功率和旁瓣水平。
(第一例)
图16是示出包括实施方式2所涉及的二维阵列的天线装置120A的天线模块100A的第一例的图。此外，在实施方式2中，还包括后述的第二例在内，为了易于进行说明，以8×8的二维阵列的情况为例进行说明，但是阵列的天线元件的数量不限于此，例如也可以是16×16(256个元件)那样的更多元件的情况。
在第一例的天线装置120A中，除了经度方向(X轴方向)以外，在海拔方向(Y轴方向)上也与实施方式1同样地元件间隔不被设定为等间隔，并且对激振振幅赋予振幅锥度。
更具体地说，在X轴方向上，关于中央部(第一天线组151)的4个天线元件，元件间隔不为等间隔，并且激振振幅被设定为等振幅。另一方面，关于端部侧(第二天线组152)的3个天线元件，元件间隔被设为等间隔，并且对激振振幅赋予振幅锥度。在此，第二天线组152的元件间隔被设定为大于第一天线组151中的元件间隔的最大值。另外，第二天线组152的激振振幅被设定为小于第一天线组151中的激振振幅且如图9等中所说明的那样在X轴方向上激振振幅分布为泰勒分布。
在Y轴方向上也是，关于中央部(第一天线组161)的4个天线元件，元件间隔不为等间隔，并且激振振幅被设定为等振幅。另一方面，关于端部侧(第二天线组162)的3个天线元件，元件间隔被设为等间隔，并且对激振振幅赋予振幅锥度。第二天线组162的元件间隔被设定为大于第一天线组161中的元件间隔的最大值。另外，第二天线组162的激振振幅被设定为小于第一天线组161中的激振振幅且在Y轴方向上激振振幅分布为泰勒分布。
在此，在实施方式2的第一例的天线模块100A中，天线装置120A为通过4个子模块120A-1～120A-4的组合而形成的结构。在各子模块中形成有16个天线元件121。在图16的例子中，X轴方向和Y轴方向上的天线元件为相同的配置，因此能够通过将使相同结构的天线模块逐个旋转了90°的天线模块组合来形成天线装置120A。但是，需要使从各子模块辐射的偏振波方向一致。
另外，在各子模块中，优选的是，RFIC 110配置于在X轴方向和Y轴方向上元件间隔均被设定得较小的区域中的与电波的辐射方向相反的一侧(背面侧)。在图16的例子中，例如是用虚线示出的区域。如上所述，关于元件间隔被设定得较小的第一天线组151、161的天线元件，为确保总功率而要求设定为使激振振幅(供给电力)尽可能地大。向天线元件121供给的电力的一部分会被从RFIC 110至天线元件121的馈电布线的电阻成分消耗。因此，优选的是，使激振振幅被设定得大的第一天线组中包括的天线元件与RFIC 110之间的距离尽可能地短。
在图16的天线装置120A中，激振振幅被设定得大的区域为天线装置120A的中心附近。因此，如图16那样，在各子模块中，RFIC 110被配置于天线装置120A的中心附近，使得第一天线组151、161中包括的天线元件与RFIC 110之间的距离小于第二天线组152、162中包括的天线元件与RFIC 110之间的距离。由此，能够将向第一天线组151、161中的天线元件供给的激振振幅设定得尽可能地大，由此能够确保大的总功率。
此外，在图16中，以Y轴方向上的元件间隔和激振振幅被设定为与X轴方向上的元件间隔和激振振幅相同的情况为例进行了说明，但是例如在X轴方向和Y轴方向的波束的倾斜范围不同的情况下，也可以根据该倾斜范围将元件间隔和激振振幅设为不同的设定。
(第二例)
在实施方式2的第一例中，说明了在天线装置的经度方向和海拔方向这两个方向上，元件间隔不被设定为等间隔且对激振振幅赋予振幅锥度的结构。
然而，根据天线装置中的波束成形的方式，即使是二维阵列，也可以将经度方向和海拔方向中的某一方设为等间隔且等振幅。例如，是使波束仅向经度方向和海拔方向中的某一方倾斜那样的情况、或者是希望使总功率变大那样的情况。
在实施方式2的第二例中，说明如下结构：在二维阵列的天线装置中，在经度方向和海拔方向中的某一方向上，使元件间隔不为等间隔且对激振振幅赋予振幅锥度，在另一方向上，将元件间隔设为等间隔且将激振振幅设为等振幅。
图17是示出包括实施方式2所涉及的二维阵列的天线装置120B的天线模块100B的第二例的图。在第二例的天线装置120B中，在经度方向(X轴方向)上，元件间隔不被设定为等间隔，并且对激振振幅赋予了振幅锥度。另一方面，在海拔方向(Y轴方向)上，各天线元件被配置为与相邻的天线元件之间的元件间隔为等间隔。
在第二例中也是，天线装置120B是由4个子模块120B-1～120B-4的组合形成的。如图17所示，子模块120B-1为使子模块120B-2旋转了180°的配置，子模块120B-3也为使子模块120B-4旋转了180°的配置。因此，第二例的天线装置120B也能够由相同结构的天线模块的组合来形成。
另外，第二例的天线装置120B也是，RFIC 110被配置于离激振振幅被设定得较大的第一天线组151近的位置。在第二例中，在Y轴方向上元件间隔为等间隔，因此RFIC 110在各子模块中被配置于第一天线组151的区域中的Y轴方向上的中央附近(图17的虚线部)。通过设为这种配置，使得在各子模块中第一天线组151中包括的天线元件与RFIC 110之间的距离小于第二天线组152中包括的天线元件与RFIC 110之间的距离。因而，能够将向第一天线组151的天线元件供给的激振振幅设定得尽可能地大，由此能够确保大的总功率。
此外，在上述的第二例中，说明了在海拔方向(Y轴方向)上设为等间隔且等振幅的例子，但是也可以根据设置阵列天线的状态而在经度方向(X轴方向)上设为等间隔且等振幅、在海拔方向上不为等间隔且不为等振幅。
在上述的实施方式1和实施方式2的各天线装置中，说明了将相同形状和相同尺寸的天线元件呈一维或二维排列的结构。然而，天线元件的形状和尺寸也可以不必一致，也可以为了减轻天线元件之间的耦合和/或调整共振频率而使至少一部分天线元件的形状和尺寸不同。
应当认为本次公开的实施方式在所有方面是例示而非限制性的。本公开的范围不是通过上述的实施方式的说明表示的，而是通过权利要求书表示的，意图包括与权利要求书等同的意义和范围内的所有变更。
附图标记说明
1：通信系统；10：通信装置；20A～20D：便携式终端；100、100A、100B：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、120B：天线装置；120A-1～120A-4、120B-1～120B-4：子模块；121：天线元件；130：电介质基板；151、161：第一天线组；152、162：第二天线组；200：BBIC。

Claims (22)

1.一种天线模块，是将多个天线元件在电介质基板呈阵列状排列所得到的，其中，
所述多个天线元件至少沿着所述电介质基板的第一方向排列，
所述多个天线元件包括在所述第一方向上配置于中央部的第一天线组以及配置于比该中央部靠端部侧的第二天线组，
所述第一天线组中包括的天线元件之间的间隔不为等间隔，
所述第二天线组中包括的天线元件之间的间隔为等间隔，
所述第二天线组中包括的天线元件之间的间隔比所述第一天线组中包括的天线元件之间的间隔中的最大间隔大，
向所述第二天线组中包括的天线元件供给的高频信号的振幅小于向所述第一天线组中包括的天线元件供给的高频信号的振幅，所述天线模块整体的在所述第一方向上的振幅分布为单峰型，
所述多个天线元件还沿着与所述第一方向交叉的第二方向排列，
所述多个天线元件沿着所述第二方向等间隔地配置。
2.根据权利要求1所述的天线模块，其中，
在所述第一天线组中包括的天线元件中，离端部越近的天线元件之间的间隔越大。
3.根据权利要求1或2所述的天线模块，其中，
当将向所述多个天线元件供给的高频信号的波长设为λ时，
所述第二天线组中包括的天线元件之间的间隔小于0.6λ。
4.根据权利要求1或2所述的天线模块，其中，
在所述第二天线组中包括的天线元件中，向离端部越近的天线元件供给的高频信号的振幅越小。
5.根据权利要求1或2所述的天线模块，其中，
所述多个天线元件在所述第一方向上呈线对称地配置。
6.根据权利要求1所述的天线模块，其中，
所述多个天线元件在所述第二方向上呈线对称地配置。
7.根据权利要求1所述的天线模块，其中，
所述天线模块由多个子模块形成，
在所述多个子模块的各个子模块中包括相同数量的天线元件。
8.根据权利要求7所述的天线模块，其中，
所述多个子模块被形成为相同的构造。
9.根据权利要求7或8所述的天线模块，其中，
在所述多个子模块的各个子模块中配置有构成为向该子模块中包括的天线元件供给高频信号的馈电电路。
10.根据权利要求9所述的天线模块，其中，
所述馈电电路配置于所述电介质基板的与从天线元件辐射的电波的辐射方向相反的方向的面。
11.根据权利要求9所述的天线模块，其中，
所述馈电电路配置于对应的子模块中的、使所述馈电电路与所述第一天线组中包括的天线元件之间的距离小于所述馈电电路与所述第二天线组中包括的天线元件之间的距离的位置。
12.根据权利要求1或2所述的天线模块，其中，
所述第一方向为水平方向。
13.一种天线模块，是将多个天线元件在电介质基板呈阵列状排列所得到的，其中，
所述多个天线元件至少沿着所述电介质基板的第一方向排列，
所述多个天线元件包括在所述第一方向上配置于中央部的第一天线组以及配置于比该中央部靠端部侧的第二天线组，
所述第一天线组中包括的天线元件之间的间隔不为等间隔，
所述第二天线组中包括的天线元件之间的间隔为等间隔，
所述第二天线组中包括的天线元件之间的间隔比所述第一天线组中包括的天线元件之间的间隔中的最大间隔大，
向所述第二天线组中包括的天线元件供给的高频信号的振幅小于向所述第一天线组中包括的天线元件供给的高频信号的振幅，所述天线模块整体的在所述第一方向上的振幅分布为单峰型，
所述多个天线元件还沿着与所述第一方向交叉的第二方向排列，
所述多个天线元件包括在所述第二方向上配置于中央部的第三天线组以及配置于比该中央部靠端部侧的第四天线组，
所述第三天线组中包括的天线元件之间的间隔不为等间隔，
所述第四天线组中包括的天线元件之间的间隔为等间隔，
所述第四天线组中包括的天线元件之间的间隔比所述第三天线组中包括的天线元件之间的间隔中的最大间隔大，
向所述第四天线组中包括的天线元件供给的高频信号的振幅小于向所述第三天线组中包括的天线元件供给的高频信号的振幅，所述天线模块整体的在所述第二方向上的振幅分布为单峰型。
14.根据权利要求13所述的天线模块，其中，
所述多个天线元件在所述第二方向上呈线对称地配置。
15.根据权利要求13或14所述的天线模块，其中，
所述天线模块由多个子模块形成，
在所述多个子模块的各个子模块中包括相同数量的天线元件。
16.根据权利要求15所述的天线模块，其中，
所述多个子模块被形成为相同的构造。
17.根据权利要求15所述的天线模块，其中，
在所述多个子模块的各个子模块中配置有构成为向该子模块中包括的天线元件供给高频信号的馈电电路。
18.根据权利要求17所述的天线模块，其中，
所述馈电电路配置于所述电介质基板的与从天线元件辐射的电波的辐射方向相反的方向的面。
19.根据权利要求17或18所述的天线模块，其中，
所述馈电电路配置于对应的子模块中的、使所述馈电电路与所述第一天线组中包括的天线元件之间的距离小于所述馈电电路与所述第二天线组中包括的天线元件之间的距离的位置。
20.根据权利要求17或18所述的天线模块，其中，
所述馈电电路配置于对应的子模块中的、使所述馈电电路与所述第三天线组中包括的天线元件之间的距离小于所述馈电电路与所述第四天线组中包括的天线元件之间的距离的位置。
21.根据权利要求13或14所述的天线模块，其中，
所述第一方向为水平方向。
22.一种通信装置，搭载有根据权利要求1～21中的任一项所述的天线模块。
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