(57)【要約】  誘電体基板の内部または上面にグランドプレーンが設けられている。誘電体基板の底面に高周波半導体素子が実装されている。グランドプレーンより底面側の空間に配置されたシールド構造が、高周波半導体素子の下方と側方から高周波半導体素子を取り囲み、グランドプレーンに接続されている。シールド構造に開口が設けられている。放射構造部が、高周波半導体素子から出力された高周波信号を開口から電磁波として放射させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の内部または上面に設けられたグランドプレーンと、
前記誘電体基板の底面に実装された高周波半導体素子と、
前記グランドプレーンより前記底面側の空間に配置され、前記高周波半導体素子の下方と側方から前記高周波半導体素子を取り囲み、前記グランドプレーンに接続されたシールド構造と、
前記シールド構造に設けられた開口と、
前記高周波半導体素子から出力された高周波信号を前記開口から電磁波として放射させる放射構造部と
を有する高周波モジュール。
【請求項２】
さらに、前記誘電体基板の、前記グランドプレーンより上方の部分に配置され、前記高周波半導体素子により駆動される上部放射素子を有する請求項１に記載の高周波モジュール。
【請求項３】
前記シールド構造は、前記高周波半導体素子よりも下方に、前記誘電体基板と平行に配置された第１の部分と、前記第１の部分を前記グランドプレーンに接続する第２の部分とを含み、
前記開口は、前記第１の部分に設けられている請求項１または２に記載の高周波モジュール。
【請求項４】
前記放射構造部は、前記グランドプレーンと前記シールド構造とで囲まれた空間内に配置され、前記開口に向かって電磁波を放射するパッチアンテナを含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
【請求項５】
前記放射構造部は、
前記グランドプレーンと前記シールド構造とで囲まれた空間内に配置され、前記高周波半導体素子から給電される給電素子と、
前記開口と同一の平面上で、かつ前記開口の内側に配置され、前記給電素子と電磁結合する無給電素子と
を含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
【請求項６】
前記放射構造部は、
前記開口と同一の平面上で、かつ前記開口の内側に配置されたパッチアンテナと、
前記誘電体基板の前記底面から前記パッチアンテナまで達する導体柱と、
前記高周波半導体素子から前記導体柱まで高周波信号を伝送する伝送線路と
を含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
【請求項７】
前記放射構造部は、前記開口をスロットとするスロットアンテナを含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
【請求項８】
前記放射構造部は、前記シールド構造でシールドされた空間内に配置され、前記スロットアンテナを励振する励振導体を含む請求項７に記載の高周波モジュール。
【請求項９】
前記放射構造部は、前記高周波半導体素子から前記スロットアンテナに差動信号を供給する差動伝送線路を含む請求項７に記載の高周波モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
アンテナと高周波半導体素子とをモジュール化した高周波モジュールが種々提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３等）。【０００３】
特許文献１に開示された装置は、回路基板に実装された半導体素子を含む。半導体素子の上面に電磁波をシールドするシールド層が配設され、シールド層の上方にアンテナ素子が配設される。アンテナ素子は、シールド層を貫通する接続部によって半導体素子の上面に電気的に接続される。これにより、電磁波のシールド機能とアンテナ機能を兼ね備えた小型の半導体装置が実現される。【０００４】
特許文献１に開示された他の装置においては、上面にシールド層が設けられた半導体素子がモジュール基板に実装されている。シールド層の上に設けられたアンテナ素子は、半導体素子の脇に配置された接続部、及びモジュール基板を介して半導体素子に電気的に接続される。モジュール基板とアンテナ素子の間の半導体素子及び接続部は、封止樹脂によって封止されている。【０００５】
特許文献２に、パワーアンプ用トランジスタ等の回路部品を搭載した回路モジュールが開示されている。この回路モジュールでは、回路部品を搭載したモジュール基板の上面全面に、回路部品を包み込むように絶縁樹脂層が形成されている。枠状の側面シールド板が、回路部品の周囲を取り囲むようにモジュール基板上に搭載され、絶縁樹脂層の中に埋設されている。絶縁樹脂層の上面に上面シールド層が形成されている。【０００６】
特許文献３に開示された無線通信モジュールにおいては、誘電体基板の内部に接地層が配置されている。接地層よりも下側の面に高周波素子が実装されている。設置層より上側にアンテナパターンが配置されている。複数の信号用導体柱及び複数の接地導体柱が、高周波素子が実装された面からから突出している。信号用導体柱は高周波素子に接続され、接地導体柱は接地層に接続されている。信号用導体柱及び接地導体柱の先端が、実装基板の端子に電気的に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−２１６２８号公報
【特許文献２】特開２００７−１５７８９１号公報
【特許文献３】国際公開第２０１６／０６３７５９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示された装置においては、シールド層の両側に、それぞれ半導体素子とアンテナ素子とが配置されている。このため、この装置は、半導体素子、シールド層、及びアンテナ素子が積み重ねられた構造を有する。このため、装置全体を、半導体素子、シールド層、及びアンテナ素子の各々の厚さの合計よりも薄くすることは困難である。【０００９】
特許文献２に開示された回路モジュールにはアンテナ素子が搭載されていない。このため、回路モジュールとは別にアンテナ素子を準備し、両者を接続しなければならない。【００１０】
特許文献３に開示された無線通信モジュールでは、高周波素子がシールドされていない。【００１１】
本発明の目的は、高周波半導体素子をシールドし、かつ薄型化が可能な高周波モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の観点による高周波モジュールは、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の内部または上面に設けられたグランドプレーンと、
前記誘電体基板の底面に実装された高周波半導体素子と、
前記グランドプレーンより前記底面側の空間に配置され、前記高周波半導体素子の下方と側方から前記高周波半導体素子を取り囲み、前記グランドプレーンに接続されたシールド構造と、
前記シールド構造に設けられた開口と、
前記高周波半導体素子から出力された高周波信号を前記開口から電磁波として放射させる放射構造部と
を有する。
【発明の効果】
【００１３】
グランドプレーンとシールド構造とで、高周波半導体素子をシールドすることができる。シールド層として機能するグランドプレーンから見て、高周波半導体素子と放射構造部とが同一の側に配置されるため、高周波モジュールの薄型化を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１Ａは、第１実施例による高周波モジュールの断面図であり、図１Ｂは、図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける平断面図である。
【図２】図２は、第２実施例による高周波モジュールの断面図である。
【図３】図３Ａは、第３実施例による高周波モジュールの断面図であり、図３Ｂは、図３Ａの一点鎖線３Ｂ−３Ｂにおける平断面図である。
【図４】図４Ａは、第３実施例の変形例による高周波モジュールの断面図であり、図４Ｂは、図４Ａの一点鎖線４Ｂ−４Ｂにおける平断面図である。
【図５】図５は、第４実施例による高周波モジュールの断面図である。
【図６】図６は、第５実施例による高周波モジュールの断面図である。
【図７】図７は、第６実施例による高周波モジュールの断面図である。
【図８】図８は、第７実施例による高周波モジュールの断面図である。
【図９】図９Ａは、第８実施例による高周波モジュールの断面図であり、図９Ｂは、第８実施例による高周波モジュールのスロットアンテナ部の底面図である。
【図１０】図１０Ａは、第９実施例による高周波モジュールの断面図であり、図１０Ｂは、第９実施例による高周波モジュールのスロットアンテナ部の底面図である。
【図１１】図１１Ａは、反射係数Ｓ１１のシミュレーション結果を示すグラフであり、図１１Ｂは、アンテナ利得のシミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［第１実施例］
図１Ａ及び図１Ｂを参照して、第１実施例による高周波モジュールについて説明する。
図１Ａは、第１実施例による高周波モジュールの断面図である。誘電体基板１１の一方の面（以下「上面」という。）にグランドプレーン（接地パターン）１２が配置されている。誘電体基板１１の他方の面（以下「底面」という。）に高周波半導体素子１３及びその他の受動素子が実装されている。本明細書において、誘電体基板１１の上面が向く方向を上方、底面が向く方向を「下方」、上下方向に対して直交する方向を「側方」と定義する。なお、ある基準位置に対して相対的に上方に位置する領域、下方に位置する領域、側方に位置する領域を、それぞれ単に「上方」、「下方」、「側方」という場合もある。誘電体基板１１の底面から複数の導体柱１５が下方に向かって伸びる。複数の導体柱１５は、それぞれ誘電体基板１１内の配線及びビア導体を介して高周波半導体素子１３に接続されている。
【００１６】
誘電体基板１１の底面に封止樹脂層１７が形成されている。封止樹脂層１７は高周波半導体素子１３及び導体柱１５を埋め込んでいる。高周波半導体素子１３は封止樹脂層１７で完全に覆われており、複数の導体柱１５の各々は封止樹脂層１７の表面（底面）まで達する。導体柱１５の各々の先端に、入出力用の端子１６が設けられている。
【００１７】
シールド構造２０が、グランドプレーン１２より底面側の空間に配置され、高周波半導体素子１３、及びその他の受動素子を下方と側方から取り囲んでいる。シールド構造２０は、誘電体基板１１内を厚さ方向に延びる複数のビア導体１４を介してグランドプレーン１２に接続されている。シールド構造２０は、高周波半導体素子１３よりも下方に配置された平面状の第１の部分２０Ａと、高周波半導体素子１３を側方から取り囲む枠状の第２の部分２０Ｂとを含む。第１の部分２０Ａは、誘電体基板１１の底面と平行に配置されている。第２の部分２０Ｂは、第１の部分２０Ａをビア導体１４に接続する。
【００１８】
高周波半導体素子１３の下方及び側方がシールド構造２０によってシールドされ、上方がグランドプレーン１２によってシールドされている。グランドプレーン１２とシールド構造２０とを接続する複数のビア導体１４は、平面視において高周波半導体素子１３を取り囲むように配列している。複数のビア導体１４が配列する間隔は、高周波モジュールから放射すべき電磁波の周波数域では、実質的に配列方向に連続していると見做せる程度の狭さに設定されている。このため、複数のビア導体１４も、高周波モジュールから放射すべき電磁波の周波数域でシールド機能を持つ。
【００１９】
第１の部分２０Ａに少なくとも１つの開口２３が形成されている。シールド構造２０、グランドプレーン１２、及び周囲のビア導体１４で囲まれた空間、または開口２３と同一の平面上に、放射構造部３０が配置されている。誘電体基板１１内に配置された伝送線路３２が、高周波半導体素子１３から放射構造部３０まで高周波信号を伝送する。放射構造部３０は高周波半導体素子１３から出力された高周波信号を開口２３から電磁波として放射させる。ここで、「開口２３から」とは、「電磁波が開口２３内を通過して」という意味と、「開口２３自体が放射源となって」という意味の両方を含んでいる。
【００２０】
図１Ｂは、図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける平断面図である。封止樹脂層１７内に高周波半導体素子１３が封止されている。高周波半導体素子１３とは異なる位置に放射構造部３０が設けられている。複数の導体柱１５が、高周波半導体素子１３及び放射構造部３０を側方から取り囲む。複数の導体柱１５は、例えば仮想的な長方形の外周に沿って配置されている。複数の導体柱１５が配置された領域の外側に、シールド構造２０の第２の部分２０Ｂが配置されている。第２の部分２０Ｂは、複数の導体柱１５が配置された領域を取り囲んでいる。第２の部分２０Ｂは、平面視において、例えば仮想的な長方形の外周線に沿う形状を有する。
【００２１】
次に、図１に示した第１実施例による高周波モジュールの製造方法について説明する。一般的なプリント配線基板の製造方法を用いて、グランドプレーン１２、ビア導体１４、伝送線路３２等が設けられた誘電体基板１１を作製する。この誘電体基板１１に高周波半導体素子１３、その他の回路部品、導体柱１５、及びシールド構造２０の枠状の第２の部分２０Ｂを実装する。これらの部品の実装には、例えばはんだリフロー技術を用いることができる。
【００２２】
誘電体基板１１の底面に部品を実装した後、誘電体基板１１の底面に液状樹脂を塗布する。塗布された液状樹脂を硬化させることにより、封止樹脂層１７を形成する。その後、封止樹脂層１７の表層部を研磨することにより、導体柱１５の上面及び第２の部分２０Ｂの上面を露出させる。封止樹脂層１７の研磨後、シールド構造２０の第１の部分２０Ａを形成する。さらに、導体柱１５の露出した上面に入出力用の端子１６を形成する。最後に、誘電体基板１１及び封止樹脂層１７を高周波モジュール単位に分離する。
【００２３】
次に、図１に示した第１実施例の優れた効果について説明する。第１実施例では、放射構造部３０に高周波信号を供給する高周波半導体素子１３、その他の受動素子、及びこれらを接続する伝送線路が、グランドプレーン１２、ビア導体１４、及びシールド構造２０で囲まれた空間内に配置されている。このため、高周波半導体素子１３等への全方向からの電磁ノイズの入射、及び全方向への電磁ノイズの放射をシールドすることができる。
【００２４】
また、第１実施例では、誘電体基板１１の下方向、例えば高周波半導体素子１３が実装されている底面が向く方向に電磁波を放射することができる。誘電体基板１１の下方向に指向性を持たせる場合、一般的には、シールド構造２０の第１の部分２０Ａをアンテナのグランドとして用い、シールド構造２０の下側に放射素子を配置する。この構造では、高周波半導体素子１３、シールド構造２０、及び放射素子の３つの構造物が積み重ねられる。
【００２５】
これに対し、第１実施例では、放射構造部３０がシールド構造２０に対して高周波半導体素子１３と同じ側に配置されている。このため、高周波モジュールの薄型化を図ることが可能になる。
【００２６】
開口２３内を通過して電磁波を放射させる場合には、放射効率の低下を抑制するために、開口２３の寸法を、放射させる電磁波の実効波長の１／２以上とすることが好ましい。例えば、開口２３を正方形とする場合には、正方形の一辺の長さを実効波長の１／２以上にするとよい。
【００２７】
開口２３を大きくし過ぎると、シールドすべき周波数域の電磁ノイズに対するシールド効果が低下してしまう。例えば、開口２３の寸法を、高周波半導体素子１３の動作に用いられる中間周波数信号及びローカル信号の周波数のうち最も高い周波数に対応する実効波長の１／２以下とすることが好ましい。開口２３の寸法をこのように設定することにより、中間周波数信号及びローカル信号の周波数域の電磁ノイズを効果的にシールドすることができる。
【００２８】
［第２実施例］
次に、図２を参照して、第２実施例による高周波モジュールについて説明する。以下、第１実施例による高周波モジュール（図１）と共通の構成については説明を省略する。
【００２９】
図２は、第２実施例による高周波モジュールの断面図である。第２実施例においては、グランドプレーン１２よりも上方の部分（グランドプレーン１２を基準として放射構造部３０とは反対側）に上部放射素子３５、３６が配置されている。例えば、グランドプレーン１２が誘電体基板１１の内層に配置され、上部放射素子３５が誘電体基板１１の上面に配置されている。もう一方の上部放射素子３６は、グランドプレーン１２より上方の誘電体基板１１内に配置されている。例えば、一方の上部放射素子３５はパッチアンテナであり、他方の上部放射素子３６はモノポールアンテナである。
【００３０】
上部放射素子３５、３６は、それぞれ誘電体基板１１内に配置された伝送線路３７、３８を介して高周波半導体素子１３に接続されており、高周波半導体素子１３によって駆動される。伝送線路３７、３８は、グランドプレーン１２に設けられた開口を通って、グランドプレーン１２の上側の空間から下側の空間に延びる。
【００３１】
第２実施例においては、放射構造部３０、上部放射素子３５及び３６が、それぞれ高周波モジュールの下方、上方、及び側方に向けて電磁波を放射する。このように、第２実施例による高周波モジュールは、上方、下方、及び側方の複数の方向に向けて電磁波を放射することができる。
【００３２】
なお、上部放射素子３５及び３６の一方のみを配置してもよい。例えば、上部放射素子３５を配置した高周波モジュールは、下方及び上方に向けて電磁波を放射することができる。上部放射素子３６を配置した高周波モジュールは、下方及び側方に向けて電磁波を放射することができる。
【００３３】
［第３実施例］
次に、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、第３実施例による高周波モジュールについて説明する。以下、第２実施例による高周波モジュール（図２）と共通の構成については説明を省略する。
【００３４】
図３Ａは、第３実施例による高周波モジュールの断面図であり、図３Ｂは、図３Ａの一点鎖線３Ｂ−３Ｂにおける平断面図である。第３実施例においては、シールド構造２０が、開口２３の縁から誘電体基板１１の底面まで延びる中空の筒状の第３の部分２０Ｃを含む。図３Ｂでは、第３の部分２０Ｃが角筒状である例を示しているが、第３の部分２０Ｃを丸筒状としてもよい。第３の部分２０Ｃは、誘電体基板１１内に配置された複数のビア導体１８を介してグランドプレーン１２に接続されている。平面視において、第３の部分２０Ｃは開口２３の外周線とほぼ一致する。複数のビア導体１８は、平面視において筒状の第３の部分２０Ｃに沿って離散的に配列している。複数のビア導体１８の配列する間隔は、高周波モジュールから放射すべき電磁波の周波数域では、実質的に配列方向に連続していると見做せる程度の狭さ、例えば波長の１／４に設定されている。
【００３５】
シールド構造２０、グランドプレーン１２、及びビア導体１４、１８によってシールドされた空間に、高周波半導体素子１３が配置されている。放射構造部３０は、平面視において筒状の第３の部分２０Ｃで囲まれた領域、すなわちシールドされた空間の外側に配置されている。
【００３６】
第３実施例においては、筒状の第３の部分２０Ｃ及び複数のビア導体１８を設けることにより、第１及び第２実施例と比べてシールド効果を高めることができる。
【００３７】
次に、図４Ａ及び図４Ｂを参照して、第３実施例の変形例による高周波モジュールについて説明する。図４Ａは、第３実施例の変形例による高周波モジュールの断面図である。図４Ｂは、図４Ａの一点鎖線４Ｂ−４Ｂにおける断面図である。本変形例では、シールド構造２０の第３の部分２０Ｃとして、筒状の導体に代えて複数の導体柱が用いられる。複数の導体柱は、平面視において開口２３の外周線に沿って離散的に配列している。複数の導体柱の配列する間隔は、高周波モジュールから放射すべき電磁波の周波数域では、実質的に配列方向に連続していると見做せる程度の狭さ、例えば波長の１／４に設定されている。このように、第３の部分２０Ｃとして、筒状の導体に代えて、複数の導体柱を用いてもよい。
【００３８】
［第４実施例］
次に、図５を参照して、第４実施例による高周波モジュールについて説明する。以下、第３実施例による高周波モジュール（図３）と共通の構成については説明を省略する。
【００３９】
図５は、第４実施例による高周波モジュールの断面図である。第４実施例においては、放射構造部３０としてパッチアンテナ３１が用いられる。パッチアンテナ３１は、誘電体基板１１の底面上に形成されている。平面視において、パッチアンテナ３１は、開口２３の内側に配置されている。パッチアンテナ３１から放射された電磁波は、開口２３内を通過して外部に放射される。
【００４０】
パッチアンテナ３１は、グランドプレーン１２に対して逆方向に強い指向性を持つ。このため、高周波モジュールの下方向に強い指向性を得ることができる。
【００４１】
［第５実施例］
次に、図６を参照して、第５実施例による高周波モジュールについて説明する。以下、第４実施例による高周波モジュール（図５）と共通の構成については説明を省略する。
【００４２】
図６は、第５実施例による高周波モジュールの断面図である。第５実施例においても、第４実施例と同様に放射構造部３０としてパッチアンテナ３１が用いられる。第５実施例においては、パッチアンテナ３１が開口２３と同一の平面上に配置される。例えば、封止樹脂層１７の表面に、シールド構造２０の第１の部分２０Ａ、及び放射構造部３０としてのパッチアンテナ３１が配置される。パッチアンテナ３１は、封止樹脂層１７内に配置された導体柱３３を介して、誘電体基板１１の内部に配置されている伝送線路３２に接続される。
【００４３】
第５実施例では、第４実施例と比べて、グランドプレーン１２からパッチアンテナ３１までの距離が長い。このため、第４実施例による高周波モジュールよりも広帯域化を図ることが可能である。
【００４４】
［第６実施例］
次に、図７を参照して、第６実施例による高周波モジュールについて説明する。以下、第４実施例による高周波モジュール（図５）と共通の構成については説明を省略する。
【００４５】
図７は、第６実施例による高周波モジュールの断面図である。第６実施例においては、放射構造部３０として、給電素子３４Ａと無給電素子３４Ｂとからなるスタックパッチアンテナが用いられる。給電素子３４Ａは、第４実施例のパッチアンテナ３１（図５）と同様に誘電体基板１１の底面上に形成されている。無給電素子３４Ｂは、開口２３と同一の平面上で、かつ開口２３の内側に配置されている。例えば、無給電素子３４Ｂは封止樹脂層１７の表面に形成されている。無給電素子３４Ｂは給電素子３４Ａと電磁結合する。
【００４６】
第６実施例においては、給電素子３４Ａと無給電素子３４Ｂとで複共振が生じることにより、広帯域化を図ることができる。
【００４７】
［第７実施例］
次に、図８を参照して、第７実施例による高周波モジュールについて説明する。以下、第１実施例による高周波モジュール（図１）と共通の構成については説明を省略する。
【００４８】
図８は、第７実施例による高周波モジュールの断面図である。第７実施例においては、放射構造部３０として、開口２３をスロットとし、放射すべき電磁波の周波数を一次共振周波数に持つスロットアンテナ４０が用いられる。スロットアンテナ４０の一次共振周波数よりも低い周波数域の電磁波に対しては、シールド構造２０は開口２３の無い導体として動作するため、良好なシールド特性が実現される。
【００４９】
［第８実施例］
次に、図９Ａ及び図９Ｂを参照して、第８実施例による高周波モジュールについて説明する。以下、第７実施例による高周波モジュール（図８）と共通の構成については説明を省略する。
【００５０】
図９Ａは、第８実施例による高周波モジュールの断面図であり、図９Ｂは、スロットアンテナ部の底面図である。第７実施例では、スロットアンテナ４０（図８）の励振構造が具体化されていなかったが、第８実施例では、放射構造部３０が、スロットアンテナ４０及び励振導体４１を含む。励振導体４１は、伝送線路３２を介して高周波半導体素子１３に接続されている。
【００５１】
励振導体４１がパッチアンテナとして動作することにより、励振導体４１から電磁波が放射される。この電磁波によってスロットアンテナ４０が励振される。スロットアンテナ４０の開口２３は、平面視において正方形の励振導体４１の相互に対向する２つの辺と交差するように配置されている。
【００５２】
［第９実施例］
次に、図１０Ａから図１１Ｂまでの図面を参照して、第９実施例による高周波モジュールについて説明する。以下、第８実施例による高周波モジュール（図８）と共通の構成については説明を省略する。
【００５３】
図１０Ａは、第９実施例による高周波モジュールの断面図であり、図１０Ｂは、スロットアンテナ部の底面図である。第８実施例では、スロットアンテナ４０が励振導体４１（図９Ａ、図９Ｂ）により励振されるが、第９実施例では、高周波半導体素子１３からスロットアンテナ４０に差動伝送線路を介して差動信号が給電される。
【００５４】
差動伝送線路は、誘電体基板１１内に配置された一対の伝送線路３２、及び封止樹脂層１７内に配置された一対の導体柱４２を含む。一対の導体柱４２の上面が、開口２３の両側の導体（シールド構造２０の第１の部分２０Ａ）に接続されている。給電点は、開口２３の長さ方向に関してほぼ中心に位置する。第９実施例では、放射構造部３０として、開口２３をスロットとするスロットアンテナ４０が用いられる。
【００５５】
次に、第９実施例の優れた効果について説明する。スロットアンテナ４０に差動給電を行ったときと、一点給電を行ったときの反射係数Ｓ１１とアンテナ利得とをシミュレーションによって算出した。以下、シミュレーション結果について説明する。
【００５６】
シミュレーション対象のスロットアンテナ４０のスロットが形成された導体平面とグランドプレーン１２との間隔を０．５ｍｍとし、スロットアンテナ４０に給電する導体柱４２の直径を０．２５ｍｍとした。差動給電を行う場合のスロットアンテナ４０の開口の長さを２．３ｍｍ、幅を０．２ｍｍとした。比較例として一点給電を行う場合のスロットアンテナの開口の長さを２．２ｍｍ、幅を０．２ｍｍとした。一点給電を行う場合には、一対の導体柱の一方をグランドに接続した。
【００５７】
図１１Ａは、反射係数Ｓ１１のシミュレーション結果を示すグラフである。横軸は周波数を単位「ＭＨｚ」で表し、縦軸は反射係数Ｓ１１を単位「ｄＢ」で表す。図１１Ｂは、アンテナ利得のシミュレーション結果を示すグラフである。横軸は周波数を単位「ＭＨｚ」で表し、縦軸はアンテナ利得を単位「ｄＢｉ」で表す。図１１Ａ及び図１１Ｂのグラフにおいて、実線は差動給電を行った場合のシミュレーション結果を示し、破線は一点給電を行った場合のシミュレーション結果を示す。
【００５８】
反射係数Ｓ１１のシミュレーション結果（図１１Ａ）から、差動給電を行うことにより一点給電を行う場合に比べて広帯域化が図られていることがわかる。また、アンテナ利得のシミュレーション結果（図１１Ｂ）から、差動給電を行うことにより一点給電を行う場合に比べて高いアンテナ利得が得られることがわかる。
【００５９】
第９実施例では、スロットアンテナ４０に差動給電を行うため、広帯域化及び高利得化を図ることができる。また、給電のために差動伝送線路を用いると、一対の伝送線路３２及び一対の導体柱４２の近傍に電磁界が集中する。このため、シールド構造２０及びグランドプレーン１２で囲まれた空間内での高周波信号の干渉を低減することができる。
【００６０】
上記第１実施例から第９実施例までの各実施例では、シールド構造２０に１つの開口２３を形成したが、複数の開口２３を形成してもよい。この場合、複数の開口２３に対して、それぞれ放射構造部３０を配置すればよい。例えば、複数の放射構造部３０及び開口２３により、アレイアンテナを構成することができる。
【００６１】
上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００６２】
１１  誘電体基板
１２  グランドプレーン
１３  高周波半導体素子
１４  ビア導体
１５  導体柱
１６  入出力用の端子
１７  封止樹脂層
１８  ビア導体
２０  シールド構造
２０Ａ  第１の部分
２０Ｂ  第２の部分
２０Ｃ  第３の部分
３０  放射構造部
３１  パッチアンテナ
３２  伝送線路
３３  導体柱
３４Ａ  給電素子
３４Ｂ  無給電素子
３５、３６  上部放射素子
３７、３８  伝送線路
４０  スロットアンテナ
４１  励振導体
４２  導体柱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年9月17日(2019.9.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の内部または上面に設けられたグランドプレーンと、
前記誘電体基板の底面に実装された高周波半導体素子と、
前記グランドプレーンより前記底面側の空間に配置され、前記高周波半導体素子の下方と側方から前記高周波半導体素子を取り囲み、前記グランドプレーンに接続されたシールド構造と、
前記シールド構造に設けられた開口と、
前記高周波半導体素子から出力された高周波信号を前記開口から電磁波として放射させる放射構造部と、
前記誘電体基板の、前記グランドプレーンより上方の部分に配置され、前記高周波半導体素子により駆動される上部放射素子と
を有する高周波モジュール。
【請求項２】
さらに、前記誘電体基板の前記底面が向く方向に向けて設けられ、前記高周波半導体素子に接続された入出力端子を有する請求項１に記載の高周波モジュール。
【請求項３】
前記シールド構造は、前記高周波半導体素子よりも下方に、前記誘電体基板と平行に配置された第１の部分と、前記第１の部分を前記グランドプレーンに接続する第２の部分とを含み、
前記開口は、前記第１の部分に設けられている請求項１または２に記載の高周波モジュール。
【請求項４】
前記放射構造部は、前記グランドプレーンと前記シールド構造とで囲まれた空間内に配置され、前記開口に向かって電磁波を放射するパッチアンテナを含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
【請求項５】
前記放射構造部は、
前記グランドプレーンと前記シールド構造とで囲まれた空間内に配置され、前記高周波半導体素子から給電される給電素子と、
前記開口と同一の平面上で、かつ前記開口の内側に配置され、前記給電素子と電磁結合する無給電素子と
を含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
【請求項６】
前記放射構造部は、
前記開口と同一の平面上で、かつ前記開口の内側に配置されたパッチアンテナと、
前記誘電体基板の前記底面から前記パッチアンテナまで達する導体柱と、
前記高周波半導体素子から前記導体柱まで高周波信号を伝送する伝送線路と
を含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
【請求項７】
前記放射構造部は、前記開口をスロットとするスロットアンテナを含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
【請求項８】
前記放射構造部は、前記シールド構造でシールドされた空間内に配置され、前記スロットアンテナを励振する励振導体を含む請求項７に記載の高周波モジュール。
【請求項９】
前記放射構造部は、前記高周波半導体素子から前記スロットアンテナに差動信号を供給する差動伝送線路を含む請求項７に記載の高周波モジュール。
【請求項１０】
前記開口から放射される電磁波は、前記高周波半導体素子が実装されている前記底面が向く方向に放射される請求項１乃至９のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
【国際調査報告】
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