(57)【要約】  本発明の一実施態様である導波路は、上部導波路２１と、モード変換部２３と、を備える。この上部導波路２１は、高周波信号を第１方向へＴＥ１０モードで伝送する。このモード変換部２３は、上部導波路２１に電磁的に結合するように構成される。このモード変換部２３は、上部導波路２１を伝送される高周波信号を、ＴＥ１０モードからＴＭ１１モードに変換する。このモード変換部２３は、第１方向と直交する第２方向へ高周波信号を伝送する。本実施形態の導波路によれば、高周波信号の良好な伝送特性を実現できる。
2010114078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部において高周波信号をＴＥ１０モードで第１方向へ伝送する第１導波路と、
前記第１導波路と電磁的に結合するように構成され、前記高周波信号を前記ＴＥ１０モードからＴＭ１１モードに変換し、かつ、前記高周波信号を前記第１方向と直交する第２方向へ伝送するモード変換部と、を備える導波構造体。
【請求項２】
前記モード変換部と電磁的に結合するように構成され、内部において前記高周波信号を前記ＴＥ１０モードで前記第２方向と直交する第３方向へ伝送する第２導波路をさらに備えており、
前記モード変換部は、さらに前記高周波信号を前記ＴＭ１１モードから前記ＴＥ１０モードに変換し、前記第２導波路へと伝送する、請求項１に記載の導波構造体。
【請求項３】
前記第１導波路は、第１誘電体層と、前記第１誘電体層を挟む一対の第１主導体層と、前記一対の第１主導体層を電気的に接続する第１導体群とを含む、請求項１または２に記載の導波構造体。
【請求項４】
前記第２導波路は、第２誘電体層と、前記第２誘電体層を挟む一対の第２主導体層と、前記一対の第２主導体層を電気的に接続する第２導体群とを含む、請求項２に記載の導波構造体。
【請求項５】
前記第１導波路と電磁的に結合するように構成され、第１高周波素子に接続する第１結合部をさらに備える、請求項１から４のいずれか１つに記載の導波構造体。
【請求項６】
前記第２導波路は第１アンテナと電磁的に結合するように構成される、請求項２から５のいずれか１つに記載の導波構造体。
【請求項７】
前記第２導波路と電磁的に結合するように構成され、第２高周波素子に接続する第２結合部をさらに備える、請求項２から５のいずれか１つに記載の導波構造体。
【請求項８】
前記第２結合部は、前記第２導波路と電磁的に結合するように構成される第３導波路を介して、前記第２導波路に電磁的に結合する、
前記第２導波路は第２アンテナと電磁的に結合するように構成される、請求項７に記載の導波構造体。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の導波構造体と、
前記第１結合部に電気的に接続される第１高周波素子と、を備える、高周波モジュール。
【請求項１０】
請求項７または８に記載の導波構造体と、
前記第１結合部に電気的に接続される第１高周波素子と、
前記第２結合部に電気的に接続される第２高周波素子と、を備える、高周波モジュール。
【請求項１１】
前記第１高周波素子、前記第１接続体、および前記第１結合部を覆う第１保護部材と、
前記第２高周波素子、前記第２接続体、および前記第２結合部を覆う第２保護部材と、をさらに備える、請求項１０に記載の高周波モジュール。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の高周波モジュールであって、
前記第１アンテナは前記高周波信号を送信する送信アンテナを含み、
前記第２アンテナは前記高周波信号を受信する受信アンテナを含み、
前記第１高周波素子は前記高周波信号を出力する出力素子を含み、
前記第２導波路は、前記出力素子が出力する前記高周波信号を複数の分岐信号に分岐し、該複数の分岐信号の１つを前記送信アンテナに出力する分岐器を含み、
前記第２高周波素子は、前記複数の分岐信号の前記１つと前記受信アンテナが受信する受信信号とを混合して中間周波信号を生成し、該中間周波信号を出力するミキサを含む、請求項１０または１１に記載の高周波モジュールと、
前記ミキサからの前記中間周波信号に基づいて、探知対象物との距離および相対速度の少なくとも一方を検出する検出器と、
を備えるレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波構造体、ならびに、導波構造体を含む高周波モジュールおよびレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、３０ＧＨｚ以上の周波数を有するミリ波を高周波信号として用いる無線通信技術の研究開発が盛んに行われている。このミリ波を高周波信号として用いる無線通信技術は、データ通信、レーダに用いられている。これらの無線通信で使用される高周波基板では、良好な伝送特性が求められている。【０００３】
ミリ波などの高周波信号を伝送する伝送線路として、積層型導波路がある。この積層型導波路は、多層配線基板の中の貫通導体および導電体層によって、疑似的な導波管を構成している。この積層型導波路を高い面積集積度で形成しようとすると、高周波信号の伝送方向を平面方向から厚み方向に変更する場合が生じる。しかしながら、積層型導波路の伝送方向を厚み方向に変更すると、方向変更する部分で高周波信号が反射してしまい、伝送損失が大きくなってしまう。結果、積層型導波路の伝送特性が大きく低下してしまう。【０００４】
方形導波管を用いた伝送線路では、折り返し導波管を用いて伝送線路を折り返す技術が特開平９−１９９９０１号公報に記載されている。しかしながら、この折り返し導波管の技術を積層型導波路に適用しても、積層型導波路の伝送特性は、大きく低下してしまう。【０００５】
本発明の目的は、良好な伝送特性を有する導波構造体、ならびに、導波構造体を含む高周波モジュールおよびレーダ装置を提供することである。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の導波構造体は、第１導波路と、モード変換部と、を備える。この第１導波路は、内部において高周波信号をＴＥ１０モードで第１方向へ伝送する。このモード変換部は、前記第１導波路に電磁的に結合するように構成される。このモード変換部は、前記第１導波路の内部を伝送される前記高周波信号を、ＴＥ１０モードからＴＭ１１モードに変換する。このモード変換部は、前記高周波信号を前記第１方向と直交する第２方向へ伝送する。本発明の導波構造体によれば、高周波信号の良好な伝送特性を実現できる。
【０００７】
本発明の高周波モジュールおよびレーダ装置は、上述の導波構造体を含んでいる。本発明の高周波モジュールおよびレーダ装置によれば、高周波信号の良好な伝送特性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の一形態である高周波基板１の構成を示す斜視図である。
【図２】図１の切断面線ＩＩ−ＩＩで切断したときの断面図である。
【図３】図１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩで切断したときの断面図である。
【図４Ａ】接続用導波路２０の構成を示す透視図である。
【図４Ｂ】図４Ａの切断面線ＩＶ−ＩＶで切断したときの接続用導波路２０の斜視図である。
【図５Ａ】中間誘電体層３２を、第１誘電体層２４側からみたときの平面図である。
【図５Ｂ】中間誘電体層３２を、第１誘電体層２４側からみたときの平面図である。
【図６】中間誘電体層３２の厚さを変化させたときの反射特性を示すグラフである。
【図７】本発明の他の実施形態である高周波基板７０の構造を簡略的に示す断面図である。
【図８】高周波基板７０の上部導波路および下部導波路を平面視したときの模式図である。
【図９】２つの高周波基板に設けられた導波路の接続構造を平面視したときの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参考にして本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の導波構造体の実施の一形態である高周波基板１の構成を示す斜視図である。この図１では、高周波基板１の内部構造の一部および保護部材の内部を実線で示した。図２は、図１の切断面線ＩＩ−ＩＩで切断したときの断面図である。図３は、図１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩで切断したときの断面図である。
【００１０】
高周波基板１の主面には、少なくとも１つの高周波素子が実装されて高周波モジュールを構成している。この実施形態では、高周波素子としてＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrate Circuit）を採用した。高周波基板１の主面には、受信用ＭＭＩＣ２および送信用ＭＭＩＣ３が実装されている。この高周波基板１の主面を、本実施形態では第１主面としている。保護部材４，５は、受信用ＭＭＩＣ２および送信用ＭＭＩＣ３のそれぞれを保護するものである。この保護部材４，５は、高周波基板１の第１主面に配置されている。この保護部材４，５は、この保護部材４，５と、高周波基板１の第１主面とで囲まれる収容空間の内に、受信用ＭＭＩＣ２および送信用ＭＭＩＣ３を収容している。
【００１１】
本実施形態の高周波モジュールでは、２つのＭＭＩＣを実装しているが、１つであっても、３つ以上であってもよい。また、ＭＭＩＣは、受信用と、送信用とに分かれている必要はなく、送受信兼用であってもよい。
【００１２】
高周波基板１は、アンテナ基板１００に載置されている。このアンテナ基板１００に載置されている高周波基板１の面は、受信用ＭＭＩＣ２および送信用ＭＭＩＣ３が実装されている第１主面と対をなす主面である。この対をなす主面を、本実施形態では第２主面としている。
【００１３】
受信用ＭＭＩＣ２と送信用ＭＭＩＣ３とは、積層型導波路によって電気的に接続される。この積層型導波路を、本実施形態では接続用導波路２０としている。本実施形態の接続用導波路２０は、２つの積層型導波路が高周波基板１の厚み方向に重なっている。この接続用導波路２０は、２つの積層型導波路の端部が電磁的に結合するように構成している。この接続用導波路２０は、２つの積層型導波路の端部を電磁的に結合するように構成することで、２つの積層型導波路を折り返した折り返し構造をしている。この接続用導波路２０では、２つの積層型導波路のうち、第１主面に近い側を上部導波路２１とし、第２主面に近い側を下部導波路２２としている。ここで「電磁的に結合する」とは、高周波信号が伝送する際に生じる電磁界によって、２つの導波路の間を高周波信号が電磁的に結合することをいう。
【００１４】
上部導波路２１の一方端部２１ａは、受信用ＭＭＩＣ２と電磁的に結合するように構成される。下部導波路２２の一方端部２２ａは、送信用ＭＭＩＣ３と電磁的に結合するように構成される。上部導波路２１の他方端部２１ｂと、下部導波路２２の他方端部２２ｂとは、モード変換部２３を介して電磁的に結合するように構成される。
【００１５】
上部導波路２１を伝送する高周波信号は、モード変換部２３の近傍において、下部導波路２２を伝送する高周波信号と伝送方向が平行で、逆向きである。送信用ＭＭＩＣ３から出力される高周波信号は、まず、下部導波路２２の一方端部２２ａから他方端部２２ｂへ伝送される。この他方端部２２ｂへ伝送される高周波信号は、モード変換部２３を経て、上部導波路２１の他方端部２１ｂから一方端部２１ａへと伝送される。この一方端部２１ａへ伝送される高周波信号は、受信用ＭＭＩＣ２に入力される。このとき、高周波信号は下部導波路２２をＴＥ１０モードで伝送する。次に、この高周波信号は、モード変換部２３にて、ＴＥ１０モードからＴＭ１１モードに変換され、モード変換部２３を伝送する。次に、この高周波信号は、ＴＭ１１モードからＴＥ１０モードに再度変換され、上部導波路２１を伝送する。上部導波路２１および下部導波路２２を伝送する高周波信号は、伝送モードがいずれもＴＥ１０モードである。また、この高周波信号は、モード変換部２３においては、伝送モードがＴＭ１１モードに変換され、伝送される。
【００１６】
上部導波路２１、下部導波路２２、およびモード変換部２３の詳細な構成については、後述する。積層型導波路は、２つの導体層と、これらを電気的に接続する貫通導体群と、で誘電体層が囲まれるように構成される。積層型導波路は、高周波信号を伝送させるための線路のうち、導体で囲まれる伝送空間で高周波信号を伝送させるものである。この積層型導波路では、誘電体を伝送路としている。
【００１７】
接続用導波路２０と受信用ＭＭＩＣ２とは、ボンディングワイヤ７および結合部９を介して接続される。ボンディングワイヤ７の一方端は、受信用ＭＭＩＣ２の図示しない接続パッドに接続される。ボンディングワイヤ７の他方端は、結合部９に接続される。結合部９は、接続用導波路２０に、上部導波路２１の一方端部２１ａで電磁的に結合するように構成される。
【００１８】
ボンディングワイヤ７と結合部９とは、直接的に接続してもよい。ボンディングワイヤ７と結合部９とは、本実施形態のように、マイクロストリップ線路１１を介して接続してもよい。また、マイクロストリップ線路１１には、インピーダンス整合用のスタブ１１ａを設けることが好ましい。
【００１９】
接続用導波路２０と送信用ＭＭＩＣ３との接続は、ボンディングワイヤ８および結合部１０を介して行われる。ボンディングワイヤ８の一方端は、送信用ＭＭＩＣ３の図示しない接続パッドに接続される。ボンディングワイヤ８の他方端は、結合部１０に接続される。結合部１０は、接続用導波路２０に、下部導波路２２の一方端部２２ａで電磁的に結合するように構成される。
【００２０】
ボンディングワイヤ８と結合部１０とは、直接的に接続してもよい。ボンディングワイヤ８と結合部１０とは、マイクロストリップ線路１２を介して接続してもよい。マイクロストリップ線路１２には、インピーダンス整合用のスタブ１２ａを設けることが好ましい。
【００２１】
接続用導波路２０は、下部導波路２２に形成されるスロット１４を介して積層型導波路に電磁的に結合するように構成している。この積層型導波路は、高周波基板１の裏面に設けられた送信ポートに接続される。この積層型導波路を、本実施形態では、送信用導波路１３としている。送信用導波路１３は、送信ポート１３ａを有する。この送信用導波路１３は、アンテナ基板１００の送信用導波管１０１の一方端と電磁的に結合するように構成される。アンテナ基板１００は、厚み方向に貫通する貫通孔を有している。この貫通孔は、中空導波管として機能する。この中空導波管を、本実施形態では送信用導波管１０１としている。送信用導波管１０１の他方端は、アンテナ基板１００の裏面に解放される開口である。この開口は、スロットアンテナとして機能している。このスロットアンテナは、開口の寸法に応じた周波数の高周波信号を放射する。
【００２２】
したがって、送信用ＭＭＩＣ３から出力される高周波信号は、始めに接続用導波路２０を伝送する。次に、この接続用導波路２０を伝送する高周波信号の一部は、下部導波路２２のスロット１４を経て送信用導波路１３に伝送される。この送信用導波路１３に伝送される高周波信号は、送信ポート１３ａに至って、出力される。送信ポート１３ａから出力された高周波信号は、アンテナ基板１００の送信用導波管１０１を伝送し、送信用導波管１０１のスロットアンテナから放射される。これにより、送信用ＭＭＩＣ３が実装される高周波基板１は、アンテナ基板１００と対をなして送信器として機能する。なお、本実施形態では、高周波基板１と、アンテナ基板１００とを別体として構成しているが、一体的に構成してもよい。
【００２３】
送信用ＭＭＩＣ３から出力される高周波信号の一部は、送信用導波路１３へ伝送される。また、この高周波信号の残りは、上部導波路２１を通過して、受信用ＭＭＩＣ２へ伝送される。受信用ＭＭＩＣ２は、接続用導波路２０と電磁的に結合するように構成される。この受信用ＭＭＩＣ２は、受信した高周波信号を伝送する積層型導波路にも電磁的に結合するように構成される。この積層型導波路を、本実施形態では受信用導波路１５としている。
【００２４】
受信用ＭＭＩＣ２と受信用導波路１５とは、ボンディングワイヤ１６および結合部１７を介して電磁的に結合するように構成される。ボンディングワイヤ１６の一方端は、受信用ＭＭＩＣ２の図示しない接続パッドに接続される。ボンディングワイヤ１６の他方端は、結合部１７に接続される。結合部１７は、受信用導波路１５に一方端部１５ａで接続される。
【００２５】
ボンディングワイヤ１６と結合部１７とは、直接的に接続してもよい。ボンディングワイヤ１６と結合部１７とは、マイクロストリップ線路１８を介して接続してもよい。また、マイクロストリップ線路１８には、インピーダンス整合用のスタブ１８ａを設けることが好ましい。
【００２６】
受信用導波路１５は、受信ポート１５ｃを有する。この受信用導波路１５は、アンテナ基板１００の受信用導波管１０２の一方端と電磁的に結合するように構成される。このアンテナ基板１００は、厚み方向に貫通する貫通孔を有している。この貫通孔は、中空導波管として機能する。この中空導波管を、本実施形態では受信用導波管１０２として記載している。受信用導波管１０２の他方端は、アンテナ基板１００の裏面に解放される開口である。この開口は、スロットアンテナとして機能している。このスロットアンテナは、開口の寸法に応じた周波数の高周波信号を受信する。
【００２７】
したがって、受信用導波管１０２のスロットアンテナで受信した高周波信号は、始めにアンテナ基板１００の受信用導波管１０２を伝送する。次に、この受信用導波管１０２を伝送する高周波信号は、受信ポート１５ｃを経て受信用導波路１５に伝送される。受信用導波路１５を伝送する高周波信号は、結合部１７およびボンディングワイヤ１６を経て受信用ＭＭＩＣ２に入力される。これにより、受信用ＭＭＩＣ２が実装された高周波基板１は、アンテナ基板１００と対をなして受信器として機能する。
【００２８】
保護部材４，５は、高周波素子、結合部、およびこれらを接続する接続体、を収容空間の内に収めて保護している。この収容空間の面積は、高周波基板１の主面のうち、１つの半導体デバイスと、この１つの半導体デバイスに接続する結合部と、これらを接続するための接続体と、が配置される領域に相当する。また、収容空間の高さは、保護部材の高さに相当する。
【００２９】
保護部材４，５は、受信用ＭＭＩＣ２または送信用ＭＭＩＣ３を物理的に保護している。本実施形態の保護部材４，５は、外部からの電磁波が信号線路にノイズとして混入することを低減している。この保護部材４，５は、受信用ＭＭＩＣ２または送信用ＭＭＩＣ３が電磁波を外部へ放射するのを低減している。ゆえに、本実施形態の保護部材４，５は、種々の素子の発する電磁波が互いに影響を及ぼすことを低減している。保護部材４，５は、アルミニウムなどの金属によって形成するのが好ましい。この保護部材４，５として金属からなる金属筐体を採用することによって、電磁波の遮蔽性を高めることができる。加えて、この保護部材４，５として金属筐体を採用することによって、熱の伝導性を高めて、放熱性をよくすることもできる。また、この保護部材４，５は、金属からなる金属筐体に限らず、例えば、樹脂からなる樹脂筐体、およびセラミックスからなるセラミックス筐体などであってもよい。この保護部材として樹脂筐体またはセラミックス筐体を採用した場合は、内面にメッキ処理またはメタライズを施すことで、電磁波の遮蔽性を高めることができる。このメッキ処理およびメタライズは、保護部材全体に施す必要はなく、電磁波の遮蔽性を高めたい一部のみに施してもよい。
【００３０】
なお、本実施形態の保護部材４，５は、保護部材自体に収容空間を有する形状であるが、これに限定されない。保護部材は、半導体デバイスおよび結合部を保護できるものであれば、どのような形状でもよい。例えば、高周波基板に半導体デバイスを収容する凹部が形成されている場合、保護部材としては、凹部を覆うような平板状の蓋体でよい。つまり、この高周波基板に凹部が形成されている場合では、保護部材自体に収容空間が無い平板でも、保護部材として機能させることができる。
【００３１】
高周波基板１では、受信用ＭＭＩＣ２および送信用ＭＭＩＣ３などの高周波素子を積層型導波路１５，２０に電磁的に結合するように構成されている。受信用ＭＭＩＣ２と、送信用ＭＭＩＣ３との接続は、高周波基板１の中に構成される積層型導波路である接続用導波路２０によってなされる。そのため、この高周波基板１において、保護部材４，５によって保護する箇所は、ＭＭＩＣ２，３、ボンディングワイヤ７，８，１６、結合部９，１０，１７、およびマイクロストリップ線路１１，１２，１８となる。
【００３２】
この高周波基板１では、保護部材４，５で保護する保護領域を狭い領域に分けることができる。そのため、本実施形態の高周波基板１では、１つの収容空間に、１つの半導体デバイスを収容する保護部材４，５を採用することができる。例えば、本実施形態では、１つの保護部材４によって形成される収容空間の内に、１つの受信用ＭＭＩＣ２と、結合部９，１７とが収容されている。また、１つの保護部材５によって形成される収容空間には、１つの送信用ＭＭＩＣ３と、１つの結合部１０とが収容されている。
【００３３】
この高周波基板１では、収容空間内に、１つの高周波素子を収容する保護部材を採用できることから、複数の高周波素子の発する高周波信号を分離することができる。本実施形態の高周波基板１のように、送信用ＭＭＩＣ３から出力される高周波信号の変化を検出する受信用ＭＭＩＣ２を実装する場合、アイソレーション性を高めることができる。
【００３４】
さらに、この高周波基板１では、複数の高周波素子を収容する場合に比べて収容空間の大幅に小さい保護部材を採用することができる。これにより、この高周波基板１では、高周波素子から放射される電磁波が収容空間内で発振するのを低減することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、ＭＭＩＣと、積層型導波路への結合部とを電気的に接続する接続体として、ボンディングワイヤおよびマイクロストリップ線路を用いている。しかし、ボンディングワイヤおよびマイクロストリップ線路は、ＭＭＩＣおよび結合部の電気的な接続に必須の構成ではない。例えば、ＭＭＩＣの接続パッドから結合部にボンディングワイヤを直接接続してもよい。また、ＭＭＩＣと結合部との接続体として、をワイヤボンディングではなく、金属バンプ、異方性導電性材、導電性接着剤、および樹脂に導電性材料を混ぜたものを採用してもよい。つまり、ＭＭＩＣは、結合部にフリップチップで接続されていてもよい。
【００３６】
さらに、本実施形態の高周波基板１では、折り返し構造を有する接続用導波路２０によって、ＭＭＩＣ２，３間を電気的に接続している。この高周波基板１では、接続用導波路２０が占める面積を小さくすることができ、高周波基板１を小型化できる。この折り返しをする構造として、接続用導波路２０は、モード変換部２３を有している。このモード変換部２３では、接続用導波路２０を伝送する高周波信号の伝送モードを、ＴＥ１０モードからＴＭ１１モードに変換している。この伝送モードの変換によって、モード変換部２３は、高周波信号の反射を低減し、伝送損失を抑えている。この結果、接続用導波路２０は、良好な伝送特性を有している。
【００３７】
なお、本実施形態の高周波基板１では、接続用導波路２０のスロット１４からＭＭＩＣ３までの間の部位にも折り返し構造を採用している。この折り返し構造は、上部導波路４１、下部導波路４２、およびモード変換部４３を有している。さらに、この高周波基板１では、送信用導波路１３にも折り返し構造を採用している。この送信用導波路１３の折り返し構造は、上部導波路４４、下部導波路４５、およびモード変換部４６を有する。このように、高周波基板１は、モード変換部を有する折り返し構造を、内部に形成した種々の積層型導波路に採用している。これにより、この高周波基板１では、積層型導波路の占める面積をさらに小さくしている。
【００３８】
図４Ａは、接続用導波路２０の構成を示す透視図である。図４Ｂは、図４Ａの切断面線ＩＶ−ＩＶで切断したときの接続用導波路２０の斜視図である。
【００３９】
上部導波路２１は、第１誘電体層２４と、一対の主導体層２５，２６と、貫通導体群２７と、を有する。この一対の主導体層２５，２６は、第１誘電体層２４を挟んでいる。この一対の主導体層２５，２６は、主導体層２５が高周波基板１の第１主面側に位置し、主導体層２６が第２主面側に位置している。この貫通導体群２７は、一対の主導体層２５，２６を電気的に接続している。この貫通導体群２７は、第１誘電体層２４を厚み方向に貫通している。この貫通導体群２７は、複数の貫通導体によって構成されている。
【００４０】
また、下部導波路２２は、第２誘電体層２８と、一対の主導体層２９，３０と、貫通導体群３１と、を有する。この一対の主導体層２９，３０は、第２誘電体層２８を挟んでいる。この一対の主導体層２９，３０は、主導体層２９が高周波基板１の第１主面側に位置し、主導体層３０が第２主面側に位置している。この貫通導体群３１は、一対の主導体層２９，３０を電気的に接続している。貫通導体群３１は、第１誘電体層２４を厚み方向に貫通している。この貫通導体群３１は、複数の貫通導体によって構成されている。なお、本実施形態の貫通導体群２７，３１は、複数の貫通導体で構成されているが、複数の貫通導体が一体的に形成された一対の貫通導体であってもよい。
【００４１】
上部導波路２１および下部導波路２２は、高周波信号の伝送方向における幅を合わせて、ａとしている。この伝送方向における幅は、伝送方向に直交する幅方向における長さである。
【００４２】
上部導波路２１の主導体層２６は、下部導波路２２の主導体層２９に対向して配置されている。この主導体層２６は、上部導波路２１の端部に、下部導波路２２を臨む貫通孔が形成されている。この主導体層２６の貫通孔は、上部導波路２１のスロット３３として機能する。
【００４３】
また、主導体層２９は、下部導波路２２の端部に、上部導波路２１を臨む貫通孔が形成されている。この主導体層２９の貫通孔は、下部導波路２２のスロット３４として機能する。このスロット３４は、スロット３３に対向している。スロット３３，３４は、貫通導体群３５によって電気的に接続されている。この貫通導体群３５は、複数の貫通導体を含んでいる。この複数の貫通導体は、スロット３３，３４として機能する貫通孔の周囲に配置されている。この貫通導体群３５は、貫通孔を囲んでいる。なお、本実施形態の貫通導体群３５は、複数の貫通導体で構成されているが、複数の貫通導体が一体的に形成された１つの貫通導体であってもよい。
【００４４】
図５Ａは、中間誘電体層３２を、第１誘電体層２４側からみたときの平面図である。図５Ｂは、第２誘電体層２８を、中間誘電体層３２側からみたときの平面図である。
【００４５】
この中間誘電体層３２は、第１誘電体層２４と第２誘電体層２８との間に設けられている。この中間誘電体層３２を、貫通導体３５は貫通している。中間誘電体層３２のうち、上部導波路２１の主導体層２６、下部導波路２２の主導体層２９、および貫通導体３５によって囲まれる領域は、周囲から電磁気的に遮蔽される。この周囲から電磁的に遮蔽される領域を、この実施形態では遮蔽領域としている。スロット３３，３４は、中間誘電体層３２の厚み方向における遮蔽領域の端部に相当する。この中間誘電体層３２の遮蔽領域は、モード変換部２３として機能する。この実施形態のモード変換部２３は、スロット３３，３４間を高周波信号が伝送する導波路として機能している。
【００４６】
この遮蔽領域を伝送する高周波信号の伝送モードは、スロット３３，３４の大きさ、形状によって定まる。このスロット３３，３４は、伝送モードがＴＭ１１モードとなるような形状に形成される。本実施形態のスロット３３，３４は、正方形状に形成されている。このスロット３３，３４の一辺の長さは、上部導波路２１および下部導波路２２の幅に合わせて、ａとしている。
【００４７】
本実施形態では、第１誘電体層２４および第２誘電体層２８として、同じ厚さの３つの誘電体層を積層した構成を採用している。また、本実施形態の中間誘電体層３２の厚さは、第１誘電体層２４および第２誘電体層２８を構成する誘電体層の１層分の厚さである。言い換えると、中間誘電体層３２の厚さは、第１誘電体層２４および第２誘電体層２８の厚さの３分の１となっている。第１誘電体層２４、第２誘電体層２８、および中間誘電体層３２はそれぞれ、複数の誘電体層を積層して構成してもよい。貫通導体群２７および貫通導体群３１は、積層された複数の誘電体層を貫通している。
【００４８】
ここで、中間誘電体層３２の厚みは、上部導波路２１の厚み方向における長さと、下部導波路２２の厚み方向における長さと、モード変換部２３の厚み方向における長さとの和が、伝送する高周波信号の管内波長の２分の１以上の長さになるようにされる。このように、中間誘電体層３２の厚みを設定することで、上部導波路２１または下部導波路２２からＴＥ１０モードで伝送される高周波信号を、モード変換部２３でＴＭ１１モードに変換して伝送することができる。
【００４９】
この積層型導波路においては、貫通導体群２７，３１のうちの信号伝送方向に沿って並ぶ２列の貫通導体群を、列ごとに導体層で電気的に接続することが好ましい。本実施形態では、複数の誘電体層の間に導体層を形成して、貫通導体群を構成する貫通導体を列ごとに電気的に接続している。この貫通導体群２７，３１を接続する導体層を、本実施形態では副導体層２５ａ，２６ａ，２９ａ，３０ａとしている。この副導体層２５ａ，２６ａ，２９ａ，３０ａを形成することで、幅方向に偏波する電磁波のうち、所定の周波数以上のものを遮断している。
【００５０】
また、第１誘電体層２４、第２誘電体層２８および中間誘電体層３２を、複数の誘電体層を積層して構成した場合は、副導体層２５ａ，２６ａ，２９ａ，３０ａを形成することで、積層の際のズレなどの製造上のバラツキを低減できる。
【００５１】
なお、上部導波路２１の厚み方向における長さと、下部導波路２２の厚み方向における長さとの和を、伝送する高周波信号の管内波長の２分の１以上にすることで、中間誘電体層３２を省略することができる。このとき、第１誘電体層２４を構成する主導体層２６と、第２誘電体層２８を構成する主導体層２９とを一体的に構成して、１つの導体層となるように構成すればよい。このように、主導体層を一体的に構成した場合は、スロットの開口がモード変換部として機能する。
【００５２】
中間誘電体層３２の厚さを変化させて、接続用導波路２０の反射特性を、シミュレーションに基づいて検討した。検討したシミュレーションモデルは、図４Ａおよび図４Ｂに示す構成に基づく。第１誘電体層２４および第２誘電体層２８の厚さを１５０μｍとした。スロット３３，３４の一辺の長さａを１０３０（μｍ）とした。伝送する高周波信号の周波数を７６．５（ＧＨｚ）とした。上部導波路２１からモード変換部２３を経て下部導波路２２へと高周波信号を伝播させたときの、上部導波路２１の端面における反射をＳパラメータで算出して、接続用導波路２０の反射特性を評価した。
【００５３】
図６は、中間誘電体層３２の厚さを変化させたときの反射特性を示すグラフである。横軸は、中間誘電体層３２の厚さ（ｍｍ）を示し、縦軸は、Ｓパラメータによる反射Ｓ１１（ｄＢ）を示す。
【００５４】
高周波信号の好ましい反射レベルの目安を−１５（ｄＢ）以下とする。このシミュレーション結果から、中間誘電体層３２の厚さとして０．０７５〜０．２５（ｍｍ）の範囲内が好ましいことがわかった。
【００５５】
以上のように本実施形態によれば、上部導波路２１および下部導波路２２を伝送するときはＴＥ１０モードで伝送させ、モード変換部２３を伝送するときはＴＭ１１モードで伝送させることが可能となる。この高周波基板では、ＴＥ１０モードと、ＴＭ１１モードとの混在モードに比べて、反射による伝送損失を低減することができる。ここの高周波基板では、伝送特性を向上させることができる。
【００５６】
ＭＭＩＣ２，３への駆動用のバイアス電圧は、以下のようにして供給する。
【００５７】
ＭＭＩＣの接続パッドと、高周波基板１の第１主面に形成されたバイアス供給用パッドとを、ワイヤボンディング接続またはフリップチップ接続により接続する。バイアス供給用パッドと、高周波基板１の第１主面に形成された外部接続用パッドとを、高周波基板１の内に形成されるバイアス供給用配線で接続する。外部接続用パッドにバイアス電圧供給源を接続することで、ＭＭＩＣに対して駆動用のバイアス電圧を供給することができる。
【００５８】
本実施形態では、受信用ＭＭＩＣ２の接続パッドと、高周波基板１の第１主面に形成されたバイアス供給用パッド５０とをボンディングワイヤ５１により接続する。バイアス供給用パッド５０と、高周波基板１の第１主面に形成された外部接続用パッド５２とを、高周波基板１の内に形成されるバイアス供給用配線５３で接続する。また、送信用ＭＭＩＣ３の接続パッドと、高周波基板１の第１主面に形成されたバイアス供給用パッド６０とをボンディングワイヤ６１により接続し、バイアス供給用パッド６０と、高周波基板１の第１主面に形成された外部接続用パッド６２とを、高周波基板１の内に形成されるバイアス供給用配線６３で接続する。
【００５９】
また、上述の実施形態では、折り返し構造を採用した積層型導波路、すなわち上部導波路の伝送方向と下部導波路の伝送方向とが逆向きとなる構造、について説明した。本発明の実施形態はこの折り返し構造に限られない。本発明の実施形態には、上部導波路の伝送方向と下部導波路の伝送方向とが同じ向きとなる構造も含まれる。
【００６０】
図７は、本発明の他の実施形態である高周波基板７０の構造を簡略的に示す断面図である。本実施形態の高周波基板は、図１，２などで示した上記の実施形態と類似の構造を有し、下部導波路の配置が異なっている。したがって、上記の実施形態における高周波基板１と同様の部位については、同じ参照符号を付して説明は省略する。
【００６１】
上部導波路７１の一方端部７１ａは、受信用ＭＭＩＣ２に電磁的に結合するように構成される。下部導波路７２の一方端部は、送信用ＭＭＩＣに電磁的に結合するように構成される。上部導波路７１の他方端部７１ｂおよび下部導波路７２の他方端部７２ｂのそれぞれは、モード変換部７３に電磁的に結合するように構成される。上部導波路７１と下部導波路７２とをそれぞれ伝送する高周波信号は、モード変換部７３の近傍において、伝送方向が平行で、同じ向きである。
【００６２】
上部導波路７１と、下部導波路７２とを伝送する高周波信号は、伝送モードがＴＥ１０モードである。このＴＥ１０モードの高周波信号は、モード変換部７３にて、ＴＭ１１モードに変換され、伝送される。下部導波路７２を伝送する高周波信号の伝送方向は、高周波基板１の主面に平行な平面方向から、モード変換部７３で厚み方向へと切り替わる。モード変換部７３をＴＭ１１モードで伝送した高周波信号は、ＴＥ１０モードに変換され、上部導波路７１を伝送する。このモード変換部７３を伝送する高周波信号の伝送方向は、厚み方向から上部導波路７１で平面方向へと切り替わる。
【００６３】
このような高周波信号の伝送方向が、平面方向と、厚み方向とで切り替わるような伝送線路おいて、本実施形態のモード変換部７３を用いることで、反射による伝送損失を低減することができる。本実施形態では、伝送損失の低減によって、高周波信号の良好な伝送特性を実現できる。
【００６４】
図８は、高周波基板７０の上部導波路７１および下部導波路７２を平面視したときの模式図である。高周波基板１を平面視したときに、上部導波路７１における高周波信号の伝送方向と、下部導波路７２における高周波信号の伝送方向と、のなす角をθとする。つまり、この角度θは、０°，１８０°のときに、上部導波路７１における高周波信号の伝送方向と、下部導波路７２における高周波信号の伝送方向とが平行で、かつ、同じ向きまたは逆向きとなる。この角度θは、例えば０°≦θ≦４５°，１３５°≦θ≦２２５°，３１５°≦θ＜３６０°であることが好ましい。この角度θをこの範囲にすることで、角度による伝送損失を−３ｄＢよりも抑えることができる。そのため、高周波基板７０の内層において、角度θの上記範囲だけ導波路の設計自由度が向上する。
【００６５】
さらに、他の実施形態として、２つの高周波基板を採用することも可能である。つまり、一方の高周波基板に設けられた導波路と、他方の高周波基板に設けられた導波路とを、モード変換部を介して接続することが可能である。一方の高周波基板に形成された導波路が第１導波路に相当し、他方の高周波基板に形成された導波路が第２導波路に相当する。モード変換部は、高周波基板のいずれかに形成されていてもよい。また、モード変換部の一部が一方の高周波基板に形成され、モード変換部の残部が他方の高周波基板に形成されていてもよい。２つの高周波基板は、２つの導波路がモード変換部を介して接続するように、高周波基板を接続する。
【００６６】
図９は、２つの高周波基板に設けられた導波路の接続構造を平面視したときの模式図である。一方の高周波基板８０に形成された導波路を第１導波路８１とし、他方の高周波基板８２に形成された導波路を第２導波路８３とする。第１導波路８１における高周波信号の伝送方向と、第２導波路８３における高周波信号の伝送方向とのなす角をθとする。この角度θは、例えば０°≦θ≦４５°，１３５°≦θ≦２２５°，３１５°≦θ＜３６０°であることが好ましい。
【００６７】
高周波基板８０と、高周波基板８２とを、はんだなどの接合部材で接合するときに、回転による接合ずれが生じてしまう場合がある。この回転による接合ずれが上記の角θの範囲内であれば、接合ずれがあっても、良好な伝送特性を実現できる。
【００６８】
また、本発明の他の実施形態として、高周波基板１を備える送受信器およびレーダ装置が実現可能である。
【００６９】
送受信器には、図１で示した高周波基板１のように、受信用ＭＭＩＣ２と送信用ＭＭＩＣ３とが実装される。この送受信器では、接続用導波路２０を送信用ＭＭＩＣ３から出力された高周波信号を分岐する分岐器としている。この送受信器は、高周波基板１と、アンテナ基板１００とを有している。このアンテナ基板１００は、送信用導波管１０１と、受信用導波管１０２とを含む。この送受信器では、分岐器で分岐する他方の高周波信号と、受信アンテナで受信する高周波信号と、を混合して中間周波信号を出力するミキサが受信用ＭＭＩＣ２に内蔵されている。
【００７０】
この送受信器は、高周波基板１を用いることにより、反射による伝送損失を低減できるので、伝送特性を高めることができる。また、この送受信器では、小型でかつ良好な送受信性能を実現できる。
【００７１】
また、レーダ装置は、上記の送受信器と、ミキサからの中間周波信号に基づいて、探知対象物との距離または相対速度を少なくとも検出する検出器とを含む。このレーダ装置は、小型でかつ良好な送受信性能を実現できる送受信器を用いることで、小型でかつ検出精度を向上させることができる。
【００７２】
上記のような構成を有する高周波基板１の誘電体層としては、高周波信号の伝送を妨げることがない特性を有するものであればとりわけ限定するものではない。伝送線路を形成する際の精度、および製造の容易性の点からセラミックスで誘電体層を形成することが望ましい。
【００７３】
このような誘電体層は、例えば、次のような工程を経て製造される。まず、セラミック原料粉末に有機溶剤および有機溶媒を添加し、これを混合して泥漿状になす。このセラミックとしては、例えば、ガラスセラミックス、アルミナ質セラミックス、および窒化アルミニウム質セラミックスなどが挙げられる。次に、この泥漿状になしたものをシート状となすことによって複数枚のセラミックグリーンシートを得る。このシート状となす方法としては、例えばドクターブレード法、カレンダーロール法などが挙げられる。次に、これらセラミックグリーンシートに打ち抜き加工を施してビアホールを形成する。このビアホールには、導体ペーストをビアホールへ充填する。併せて、セラミックグリーンシートに、種々の導体パターンを印刷する。セラミックグリーンシートにこれらの加工を施したものを積層する。この積層したセラミックグリーンシートを焼成して誘電体を得る。この焼成の温度としては、ガラスセラミックスの場合は８５０〜１０００（℃）であり、アルミナ質セラミックスの場合は１５００〜１７００（℃）であり、窒化アルミニウム質セラミックスの場合は１６００〜１９００（℃）である。
【００７４】
また、一対の導体層などの種々の導体層としては、誘電体層の材料に応じて、次のような導体ペーストを採用することが好ましい。誘電体層がアルミナ質セラミックスからなる場合には、例えばタングステン、およびモリブデンなどの金属粉末に、酸化物、有機溶剤、有機溶媒などを添加して、これを混合した導体ペーストである。この酸化物としては、例えばアルミナ、シリカ、およびマグネシアなどが挙げられる。また、ガラスセラミックスの場合には、金属粉末として、例えば銅、金、および銀が好適である。また、アルミナ質セラミックスおよび窒化アルミニウム質セラミックスの場合は、金属粉末として、例えばタングステンおよびモリブデンが好適である。これらの導体ペーストは、厚膜印刷法などによって、セラミックグリーンシート上に印刷される。この印刷の後に、約１６００（℃）の高温で焼成する。この印刷は、焼成後の厚みが１０〜１５（μｍ）以上となるように行う。なお、主導体層の厚みは、一般的に５〜５０（μｍ）程度とされる。
【００７５】
配線基板の誘電体層としては、樹脂材料を用いることもできる。誘電体層として使用可能な樹脂材料としては、例えば、ＰＴＥＴ（Poly(TriEthylene Terephthalate)）、液晶ポリマー、フッ素樹脂、およびガラス基材を有するフッ素樹脂またはエポキシ樹脂などが挙げられる。特に、ガラス基材を有するエポキシ樹脂は、ＦＲ４（Flame Retardant type 4）のものが好ましい。さらには、セラミックに樹脂を混合させた混合材料も挙げられる。この場合の金属導体としては、例えば貼り付けた銅箔または銅めっき膜をパターン形成したものが挙げられる。このパターン形成の方法としては、エッチングなどが挙げられる。
【００７６】
樹脂基板を誘電体層として、内面を銅めっきした貫通ビア、または埋め込みビアによって、貫通導体群を形成する。モード変換部の開口は、ドリル、レーザ、エッチングなど各種方法を用いて樹脂基板の所定の位置に形成する。高周波基板は、種々の導体パターンを形成した樹脂基板を積層して貼り合わせることで形成できる。
【００７７】
前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は請求の範囲に示すものである。
【符号の説明】
【００７８】
１  高周波基板
２  受信用ＭＭＩＣ
３  送信用ＭＭＩＣ
４，５  保護部材
７，８  ボンディングワイヤ
９，１０，１７  結合部
１３  送信用導波路
１５  受信用導波路
２０  接続用導波路
２１  上部導波路
２２  下部導波路
２３  モード変換部
【図１】
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【図２】
2010114078.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
2010114078.tif 000006
【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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