(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体面上に複数の高周波回路が載置されるベースプレートと、上記複数の高周波回路が収納されるキャビティの形成される誘電体基板とを積層して成る高周波パッケージにおいて、
上記誘電体基板に形成されるキャビティは、内壁に導体壁が形成された複数の導体壁隔室が一体的に繋がれて凹凸形状を成して構成され、
当該複数の導体壁隔室の各々は、内壁の縦方向、横方向、及び高さ方向の各寸法が、上記高周波回路の信号周波数における自由空間伝搬波長の概略１／２およびその整数倍とならないようにずらした寸法で形成された
ことを特徴とする高周波パッケージ。
【請求項２】
上記キャビティを構成する複数の導体壁隔室の間を接続する導体壁隔室は、上記高周波回路間を接続する高周波信号の伝送線路が配置された  ことを特徴とする請求項１に記載の高周波パッケージ。
【請求項３】
導体面上に複数の高周波回路が載置されるベースプレートと、上記複数の高周波回路が収納されるキャビティの形成される誘電体基板とを積層して成る高周波パッケージにおいて、
上記誘電体基板は、
上記高周波回路の信号周波数における基板内伝搬波長の概略１／４以下の間隔で、上記キャビティの周囲に配列された複数のスルーホールを備え、
当該複数のスルーホールは、直線状に配列されて成るスルーホールの直線配列部を繋げて凹凸形状を成す仮想的な導体壁を形成して、
上記キャビティと上記誘電体基板の一部とが、当該仮想的な導体壁で囲まれて仮想的なキャビティが構成され、
当該仮想的な導体壁における上記直線配列部の縦方向、横方向、および高さ方向の夫々の長さが、上記高周波回路の信号周波数における上記仮想的なキャビティを伝搬する、実効波長の概略１／２およびその整数倍とならないようにずらした長さで構成される
ことを特徴とする高周波パッケージ。
【請求項４】
上記キャビティが、直方体形状を成すことを特徴とする請求項３に記載の高周波パッケージ。
【請求項５】
上記ベースプレートは、金属導体、もしくは上面に接地導体を有する誘電体基板から成ることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の高周波パッケージ。
【請求項６】
上記誘電体基板は、単層もしくは多層の誘電体基板により形成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の高周波パッケージ。
【請求項７】
上記誘電体基板は、上層に当該誘電体基板と略同形状の上記キャビティを有した金属導体板が接合されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の高周波パッケージ。
【請求項８】
上記請求項１から７のいずれかに記載の高周波パッケージを搭載し、高周波パッケージとの間で入力もしくは出力されるミリ波やマイクロ波等の高周波信号を送信または受信する手段を備えた高周波装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波帯及びミリ波帯等の高周波で動作する高周波パッケージ、および高周波パッケージを搭載し、ミリ波もしくはマイクロ波等の高周波信号を送信または受信する高周波装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の高周波パッケージの一例を示す斜視図である。図において、１ａは金属導体から成るシールリング、１ｂは内壁に導体壁を設けた刳り貫き部を有する単層もしくは多層の誘電体基板、２は上面に接地導体を有する単層もしくは多層の誘電体基板あるいは金属導体板等から成るベースプレート、３はベースプレート２上に形成或いはベースプレート２の接地導体上に実装された高周波回路、４は高周波回路３とパッケージ外部との間で高周波のＲＦ信号を入力または出力する入出力端子、１００は金属製の導体蓋を示している。
【０００３】
次に、動作について説明する。高周波回路３は気密性を確保するために、シールリング１ａ、誘電体基板１ｂ、ベースプレート２、および導体蓋１００により形成される密閉したキャビティ内に形成あるいは実装される。誘電体基板１ｂに内層あるいは表層に配置されたＲＦ線路５を通じて、高周波回路３の入出力信号が入出力端子４との間で伝送され、また入出力端子４は例えばアンテナ素子や給電回路等の図示しない外部機器とインタフェースされる。なお、図３では、入出力端子として、誘電体基板１ｂおよびベースプレート２の板厚方向に導波管モードでＲＦ信号を伝送する導波管を用いた例を示している。
【０００４】
上記キャビティは高周波パッケージ内に高周波回路３を収納するため、一般に直方体の形状に形成される。しかし、上記直方体形状のキャビティの縦、横、高さ各方向の寸法が信号周波数における自由空間伝搬波長の概略１／２およびその整数倍になっている場合に、共振を生じて、キャビティ内の各回路が正常に動作なくなる。例えば上記キャビティ内に形成あるいは実装された伝送線路は共振周波数にて急峻な通過、反射特性の劣化を生じる。特に、ミリ波帯（３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ）で動作する高周波回路３では、高周波回路の寸法と信号周波数における自由空間伝搬波長の寸法が近接してくるため、高周波回路を内部に収納するためのキャビティの寸法が伝搬波長の１／２の整数倍に成ることが避け難く、この劣化が顕著になる。欧米では７６ＧＨｚ帯で動作するミリ波レーダが広く開発されているが、例えばこの周波数帯では自由空間伝搬波長が４ｍｍ程度（窒素ガスを封入して気密化した状態）となって、１〜３ｍｍ角の高周波回路を複数搭載するのに必要なキャビティの大きさが１０ｍｍ程度となるため、キャビティ共振が発生しやすい。
図４は、高周波回路３の信号周波数ｆ0がキャビティの共振周波数となる場合の、伝送線路の通過および反射特性を示す図であり、Ｓ１１は反射損失、Ｓ２１は通過損失、ｃは光速を示す。図において、信号周波数における伝搬波長（ｃ／ｆ0）の概略１／２がキャビティの横方向長さＷ、縦方向長さＬの整数倍（各々ｍ、ｎ倍）となる前後で、、通過および反射特性が急峻に劣化するのが判る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高周波パッケージは以上のように構成されており、上記直方体の形状のキャビティの縦、横、高さ各方向の寸法が信号周波数における自由空間伝搬波長の概略１／２およびその整数倍になっている場合に、共振を生じて、キャビティ内の各回路が正常に動作しないという問題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するために為されたもので、単層もしくは多層誘電体基板、金属プレートまたはシールリングなどを用いて気密性を有し、かつキャビティ内の共振を抑圧することにより、広帯域の通過特性を持つ高周波パッケージ、およびその高周波パッケージを搭載した高周波装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第１の発明の高周波パッケージは、導体面上に複数の高周波回路が載置されるベースプレートと、上記複数の高周波回路が収納されるキャビティの形成される誘電体基板とを積層して成る高周波パッケージにおいて、
上記誘電体基板に形成されるキャビティは、内壁に導体壁が形成された複数の導体壁隔室が一体的に繋がれて凹凸形状を成して構成され、
当該複数の導体壁隔室の各々は、内壁の縦方向、横方向、及び高さ方向の各寸法が、上記高周波回路の信号周波数における自由空間伝搬波長の概略１／２およびその整数倍とならないようにずらした寸法で形成されたものである。
また、上記キャビティを構成する複数の導体壁隔室の間を接続する導体壁隔室は、上記高周波回路間を接続する高周波信号の伝送線路が配置されたものであっても良い。
【０００８】
また、第２の発明の高周波パッケージは、導体面上に複数の高周波回路が載置されるベースプレートと、上記複数の高周波回路が収納されるキャビティの形成される誘電体基板とを積層して成る高周波パッケージにおいて、
上記誘電体基板は、
上記高周波回路の信号周波数における基板内伝搬波長の概略１／４以下の間隔で、上記キャビティの周囲に配列された複数のスルーホールを備え、
当該複数のスルーホールは、直線状に配列されて成るスルーホールの直線配列部を繋げて凹凸形状を成す仮想的な導体壁を形成して、
上記キャビティと上記誘電体基板の一部とが、当該仮想的な導体壁で囲まれて仮想的なキャビティが構成され、
当該仮想的な導体壁における上記直線配列部の縦方向、横方向、および高さ方向の夫々の長さが、上記高周波回路の信号周波数における上記仮想的なキャビティを伝搬する、実効波長の概略１／２およびその整数倍とならないようにずらした長さで構成されるものである。
【０００９】
また、第３の発明の高周波パッケージは、第２の発明において、上記キャビティが、直方体形状を成すものである。
【００１０】
また、第４の発明の高周波パッケージは、上記ベースプレートは、金属導体、もしくは上面に接地導体を有する誘電体基板から成るものである。
【００１１】
また、第５の発明の高周波パッケージは、上記誘電体基板は、単層もしくは多層の誘電体基板により形成されたものである。
【００１２】
また、第６の発明の高周波パッケージは、上記誘電体基板は、上層に当該誘電体基板と略同形状のキャビティを有した金属導体板が接合されたものである。
【００１３】
また、第７の発明の高周波装置は、上記第１から第６のいずれかの発明の高周波パッケージを搭載し、高周波パッケージとの間で入力もしくは出力されるミリ波もしくはマイクロ波を送信または受信する手段を備えたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示す高周波パッケージの斜視図である。図において、１０ａは上面に金や銀等の金属製の接地導体を有し、内壁に金や銀等の金属導体を付着させて導体壁２００を形成した異型の刳り貫き部を有する単層もしくは多層の誘電体基板、１０ｂは内壁に金や銀等の金属導体を付着させて導体壁２００を形成した異型の刳り貫き部を有する単層もしくは多層の誘電体基板、２は上面に接地導体を有する単層もしくは多層の誘電体基板あるいは金属導体板等から成るベースプレート、３はベースプレート２上に形成或いはベースプレート２の接地導体上に実装された高周波回路、４は高周波回路３とパッケージ外部との間で高周波のＲＦ信号を入力または出力する入出力端子、１００は導体蓋を示している。
【００１５】
次に、動作について説明する。図１において、高周波回路３の気密性を確保するために、誘電体基板１０ａ、１０ｂ、およびベースプレート２を、気密性を有して積層し、その上に導体蓋１００を気密性を有して接合することにより形成される異型のキャビティ内に、高周波回路３が形成あるいは実装される。高周波回路３の入出力信号はＲＦ線路５および入出力端子４を通して、図３に示す従来のものと同様、例えばアンテナ素子や給電回路等の図示しない外部機器と高周波のＲＦ信号の入出力がインタフェースされる。また、図示しない低周波用端子を通じて高周波回路３との間でＩＦ信号（数十〜数百ＧＨｚ）またはビデオ信号（数十〜数百ｋＨｚ）等が入出力され、外部の信号処理機器に接続可能となっている。
【００１６】
図１では、異型のキャビティを構成するために、内壁に導体壁２００を形成した異型の刳り貫き部と最上面に接地導体を有する単層もしく多層の誘電体基板１０ａ、１０ｂを示しているが、ベースプレート２における高周波回路を形成あるいは実装する接地導体面と導体蓋１００を電気的に同電位とできる構成であれば、例えば内壁に導体壁２００を形成した異型の刳り貫き部と最上面に接地導体を有する単層もしく多層の誘電体基板１０ｂの上面に、１０ａとして金属導体製のシールリングを接合させた構成などを用いてもよい。また、入出力端子４として導波管を示しているが、気密化が可能であれば、同軸、トリプレート線路あるいはマイクロストリップ線路などを用いた構成も可能である。
【００１７】
上記キャビティはその縦、横、高さの各方向の各寸法が、信号周波数における自由空間伝搬波長λの概略１／２およびその整数倍とならないような凹凸を設けた、複数の導体壁隔室を接続した異型構造を利用して、信号周波数にて共振が起こらないようにしている。図１では、特に横方向長さＷが伝搬波長λの概略１／２およびその整数倍とならないように、横方向に複数の導体壁隔室６ａ（Ｃの字型の導体壁隔室）、６ｂ（この字型の導体壁隔室）、６ｃ（逆Ｃの字型の導体壁隔室）を接続して成るキャビティの一例を示している。導体壁隔室６ａと６ｂ、６ｂと６ｃは、それぞれ細長の二の字型の導体壁隔室で接続されており、全体が繋がって構成されるキャビティの内壁面は、上述したように金属導体が付着されて導体壁２００を構成している。この各導体壁隔室６ａ、６ｂ、６ｃは、各々の横方向長さが、高周波回路３の自由空間伝搬波長λの概略１／２の整数倍からオフセットされるように設定し（例えば、信号周波数が７６．５ＧＨｚ、伝搬波長λが３．９ｍｍの場合、６ａ、６ｂ、６ｃの横方向長さを、各々３ｍｍ、５ｍｍ、３ｍｍとして）、キャビティ共振を生じさせないようにしている。また、キャビティを複数の導体壁隔室で形成することにより、キャビティ内には、各導体壁隔室（６ａ、６ｂ、６ｃ）の横方向長さにそれぞれ対応した複数の基本モードが存在し、それぞれのモードが互いに干渉し合って、キャビティの共振がより抑圧される。
なお、従来例の図３ではキャビティ３００ａとキャビティ３００ｂとを、分割して配置している。これは、キャビティ増幅器用の高周波回路と発振器用の高周波回路、または受信系の高周波回路と送信系の高周波回路のように、２つのキャビティ間のアイソレーションをとるために、キャビティを複数に分割しているのであって、この実施の形態１の導体壁隔室６ａ、６ｂ、６ｃのように、必ずしもキャビティ共振の抑圧を考慮したものではない。
一方、図１におけるキャビティ６ｄは、導体壁隔室６ａ、６ｂ、６ｃから成るキャビティと分離されているが、このキャビティ６ｄについては、導体壁隔室６ａ、６ｂ、６ｃと同様、信号周波数における自由空間伝搬波長λの概略１／２およびその整数倍とならないような寸法で形成されていることは言うまでもない。
【００１８】
このように複数の導体壁隔室からなるキャビティでは、従来の直方体型キャビティで起こる基本モードの共振にくらべて、キャビティ内の共振が緩和される。このため、キャビティ内のアイソレーションが確保され、広帯域な通過特性を有して回路が安定に動作し、本来回路が自由空間内で持っている所定の性能を得ることができる。
【００１９】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２を示す高周波パッケージの斜視図である。図において、１１ａ、１１ｂは高周波回路を収納するための刳り貫き部と最上面に接地導体を有する単層もしくは多層の誘電体基板、１２はスルーホール列を示している。また、図１に示した例と同一部分には同一符号を付している。
【００２０】
次に、動作について説明する。図２において、高周波回路４は気密性を確保するために、直方体形状の刳り貫き部と最上面に接地導体を有する単層もしくは多層の誘電体基板１１ａ、および１１ｂと、ベースプレート２と、導体蓋１００により形成される密閉した自由空間または一部誘電体を含むキャビティ７内に形成あるいは実装される。複数のスルーホール列１２は上記直方体形状の刳り貫き部（キャビティ）の周囲に信号周波数における基板内伝搬波長λの概略１／４以下の間隔で配置されかつ異型形状に配列されて、電磁的に基板内伝搬波長λより長い波長の信号を遮蔽する電磁壁を形成している。
【００２１】
上記電磁壁は、縦、横、高さの各方向の各寸法が信号周波数における実効伝搬波長の概略１／２およびその整数倍とならないような直線状の電磁壁面を、凹凸状に複数組み合わせ異型形状となるように配列して形成することにより、実施の形態１同様に信号周波数にて共振が起こらないようにしている。また、従来の直方体型キャビティで起こる基本モードの共振にくらべて、異型の電磁壁を周囲にまとった自由空間または一部誘電体を含むキャビティ７では共振が緩和される。このため、帯域内の良好な通過特性を得られ、回路が安定に動作し、本来回路が自由空間内で持っている所定の性能を得ることができる。
【００２２】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３では、実施の形態１或いは２の高周波パッケージとの間で、入力もしくは出力されるミリ波やマイクロ波等の高周波電波を、送信または受信する高周波装置について述べる。この高周波装置として、例えばミリ波帯のＲＦ信号を送信し、周囲からの反射波を受信することによって周囲に存在する物体までの距離や方向を計測するミリ波レーダや、マイクロ波の通信信号を送信する送信機或いはマイクロ波の通信信号を受信する受信機を備えたマイクロ波通信装置や、ミリ波帯の送信ビームを走査し、受信波から画像を生成して、周囲に存在する物体のビデオ画像を得るミリ波画像装置等がある。
【００２３】
図１或いは図２に示した高周波パッケージにおいて、高周波のＲＦ信号を入出力する入出力端子４を、図示しないアンテナ素子等に接続し、また高周波パッケージに設けられた図示しない低周波用端子を、信号処理器に接続する。送信系のアンテナ素子等は、高周波パッケージ内で生成され出力された送信系のＲＦ信号を空中に放射する。また、受信系のアンテナ素子等は、受信したＲＦ信号（ミリ波帯）を高周波パッケージに入力し、高周波パッケージ内でＩＦ信号（数十から数百ＭＨｚ）またはビデオ信号（数十〜数百ｋＨｚ）に変換される。また、高周波パッケージ内で変換されたＩＦ信号は、高周波パッケージの低周波用端子に接続された外部の信号処理器に入力され、ビデオ信号（数十〜数百ｋＨｚ）に変換される。このビデオ信号を信号処理器内でＡ／Ｄ変換後にＦＦＴ処理などを施すことによって、例えばミリ波レーダやミリ波通信装置等の高周波装置として機能させることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、第1、第４から第６の発明によれば、内壁に導体壁を形成した導体壁隔室の縦、横および高さ各方向の寸法が、信号周波数における自由空間伝搬波長の概略１／２の整数倍とならないように複数組み合わせて異型キャビティを形成したことにより、キャビティ共振を抑圧して、帯域内の良好な通過特性を得ることができ、内部に実装した高周波回路の安定動作が可能な高周波パッケージを得ることができる。
【００２５】
また、第２、３の発明によれば、自由空間または一部誘電体を含むキャビティの周囲に信号周波数における基板内伝搬波長の概略１／４以下の間隔で複数のスルーホール列を配置し電磁壁を形成し、その電磁壁の縦、横および高さ各方向の寸法が信号周波数における実効伝搬波長の概略１／２の整数倍とならないように異型構造としたことにより、キャビティ共振を抑圧して、帯域内の良好な通過特性を得ることができ、内部に実装した高周波回路の安定動作が可能な高周波パッケージを得ることができる。
【００２６】
さらにまた、第７の発明によれば、より安定に動作する高周波装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１を示す高周波パッケージの斜視図である。
【図２】  この発明の実施の形態２を示す高周波パッケージの斜視図である。
【図３】  従来の高周波パッケージの一例を示す斜視図である。
【図４】  従来の高周波パッケージ内に形成された伝送線路の通過および反射特性の一例である。
【符号の説明】
２  ベースプレート、３  高周波回路、４  入出力端子、６  導体壁隔室、７自由空間または一部誘電体を含むキャビティ、１０ａ、１０ｂ  誘電体基板、１１ａ、１１ｂ  誘電体基板、１２  スルーホール、１００  導体蓋
【図１】
0003673194.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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