(57)【要約】  本発明は、高周波伝送線路の接続構造および、該接続構造を有する配線基板、該配線基板を備える高周波モジュールおよびレーダ装置に関する。第１の積層型導波管副線路部２１が、マイクロストリップ線路１の誘電体層３１と同じ厚みの誘電体層３１を挟んで厚み方向に対向する一対の主導体層を有し、第２の積層型導波管副線路部２２が、第１の積層型導波管副線路部２１の誘電体層よりも厚い誘電体層３１，３２を含み、積層型導波管主線路部２３が、第２の積層型導波管副線路部２２の誘電体層よりも厚い誘電体層３１，３２，３３を含む。マイクロストリップ線路１が接続される変換部１０は、各線路部を構成する上側主導体層が一体的に形成される。
2009084697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波伝送線路導体と積層型導波管線路とを電気的に接続する高周波伝送線路の接続構造であって、前記積層型導波管線路は、第１の積層型導波管線路と、第２の積層型導波管線路と、前記第１の積層型導波管線路と第２の積層型導波管線路との間に設けられる共有線路と、を備え、
前記第１の積層型導波管線路は、
前記高周波伝送線路導体に接続された副線路部であって、誘電体層と、該誘電体層を挟んで厚み方向に対向する一対の副線路部主導体層と、この一対の副線路部主導体層を厚み方向に電気的に接続する側壁形成用ビアホール導体群とを含む副線路部と、
該副線路部に接続された主線路部であって、前記副線路部の誘電体層よりも厚い誘電体層と、該誘電体層を挟んで厚み方向に対向する一対の主線路部主導体層と、この一対の主線路部主導体層を厚み方向に電気的に接続する側壁形成用ビアホール導体群とを含む主線路部と、
前記一対の副線路部主導体層の一方の層と、前記一対の主線路部主導体層の一方の層とが一体的に形成されて成り、前記高周波伝送線路導体と電気的に接続される変換部と、を備え、
前記第２の積層型導波管線路は、
前記第１の積層型導波管線路における誘電体層のうち、少なくとも１つの誘電体層を共有し、この共有誘電体層を含む複数の誘電体層を挟んで厚み方向に対向する一対の主導体層と、
この一対の主導体層を厚み方向に電気的に接続する側壁形成用ビアホール導体群と、を含み、
前記一対の主導体層の一方の層が、前記変換部よりも厚み方向一方側に位置し、前記一対の主導体層の他方の層が、前記一対の副線路部主導体層の他方の層よりも厚み方向一方側に位置するように設けられ、
前記共有線路部は、
前記第１の積層型導波管線路および前記第２の積層型導波管線路の両方の誘電体層を挟んで厚み方向に対向する一対の共有線路主導体層と、
この一対の共有線路主導体層を厚み方向に電気的に接続する側壁形成用ビアホール導体群と、を含み、
前記一対の共有線路主導体層の一方の層が、前記変換部と電気的に接続され、前記一対の共有線路主導体層の他方の層が、前記一対の主導体層の他方の層と電気的に接続される
ことを特徴とする高周波伝送線路の接続構造。
【請求項２】
前記高周波伝送線路導体は、前記一対の副線路部主導体層によって挟まれる前記誘電体層を挟んで厚み方向に対向するストリップ導体およびグランド導体を有するマイクロストリップ線路であり、
前記ストリップ導体が、前記変換部に電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載の高周波伝送線路の接続構造。
【請求項３】
第１および第２表面を有する配線基板において、
請求項２記載の高周波伝送線路の接続構造を含み、
前記ストリップ導体および前記変換部が前記第１表面に設けられていることを特徴とする配線基板。
【請求項４】
請求項３記載の配線基板と、
前記配線基板の前記第１表面に実装され、前記マイクロストリップ線路の前記変換部とは反対側に接続された、高周波信号を発生する発振器と、
前記配線基板の前記第２表面に設けられ、前記第２の積層型導波管線路に接続された、前記高周波信号を放射する送信アンテナと、を含むことを特徴とする高周波モジュール。
【請求項５】
請求項３記載の配線基板と、
前記配線基板の前記第２表面に設けられ、前記第２の積層型導波管線路に接続された、高周波信号を捕捉する受信アンテナと、
前記配線基板の前記第１表面に実装され、前記マイクロストリップ線路の前記変換部とは反対側に接続された、前記高周波信号を検波する検波器とを含むことを特徴とする高周波モジュール。
【請求項６】
請求項３記載の配線基板と、
前記配線基板の前記第１表面に実装され、前記マイクロストリップ線路の前記変換部とは反対側に接続された、高周波信号を発生する発振器と、
前記配線基板の前記第２表面に設けられ、前記第２の積層型導波管線路に接続された送信アンテナポートと、を含むことを特徴とする高周波モジュール。
【請求項７】
請求項３記載の配線基板と、
前記配線基板の前記第２表面に設けられ、前記第２の積層型導波管線路に接続された受信アンテナポートと、
前記配線基板の前記第１表面に実装され、前記マイクロストリップ線路の前記変換部とは反対側に接続された、前記高周波信号を検波する検波器と、を含むことを特徴とする高周波モジュール。
【請求項８】
請求項２に記載された第１および第２の高周波伝送線路の接続構造を含み、前記第１および第２の接続構造の前記ストリップ導体および前記変換部が第１表面に設けられた配線基板と、
前記配線基板の前記第１表面に実装され、前記第１の接続構造のマイクロストリップ線路に接続された、高周波信号を発生する発振器と、
前記第１の接続構造のマイクロストリップ線路に設けられ、前記発振器で発生させた高周波信号を分岐する分岐器と、
前記配線基板の第２表面に設けられ、前記第１の接続構造の第２の積層型導波管線路に接続された、前記分岐器で分岐された一方の前記高周波信号を放射する送信アンテナと、
前記配線基板の前記第２表面に設けられ、第２の接続構造の第２の積層型導波管線路に接続された、高周波信号を捕捉する受信アンテナと、
前記分岐器で分岐された他方の前記高周波信号と前記受信アンテナで捕捉された前記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とを含むことを特徴とする高周波モジュール。
【請求項９】
請求項２に記載された第１および第２の高周波伝送線路の接続構造を含み、前記第１および第２の接続構造の前記ストリップ導体および前記変換部が第１表面に設けられた配線基板と、
前記配線基板の前記第１表面に実装され、前記第１の接続構造のマイクロストリップ線路に接続された、高周波信号を発生する発振器と、
前記第１の接続構造のマイクロストリップ線路に設けられ、前記発振器で発生させた高周波信号を分岐する分岐器と、
前記配線基板の第２表面に設けられ、前記第１の接続構造の第２の積層型導波管線路に接続された送信アンテナポートと、
前記配線基板の第２表面に設けられ、第２の接続構造の第２の積層型導波管線路に接続された受信アンテナポートと、
前記分岐器で分岐された前記高周波信号を利用して中間周波信号を出力するミキサとを含むことを特徴とする高周波モジュール。
【請求項１０】
請求項８記載の高周波モジュールと、
前記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とを特徴とするレーダ装置。
【請求項１１】
請求項９記載の高周波モジュールと、
前記送信アンテナポートおよび前記受信アンテナポートのそれぞれに接続された送信アンテナおよび受信アンテナと、
前記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とを特徴とするレーダ装置。
【請求項１２】
導波管線路を有する導波管基板において、
前記導波管線路は、上面および下面のうち、一方が平面状に、他方が階段状に形成されており、
前記一方の面は、同一平面上に配置される第１導体層により構成され、
前記他方の面は、異なる平面上に配置され、一部が互いに平面視で重畳する一対の第２導体層と、該第２導体層同士を前記重畳領域で接続するビア導体と、により構成されることを特徴とする導波管基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主としてマイクロ波帯またはミリ波帯で用いる高周波伝送線路導体と積層型導波管線路との接続構造、該接続構造を有する配線基板、該配線基板を備える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】
ミリ波回路の配線設計においては、半導体素子に接続されたマイクロストリップ線路や半導体素子に接続されたコプレーナ線路などの高周波伝送配線路から変換されたマイクロストリップ線路を積層型導波管線路に接続（変換）させる構造が知られている。
特開２０００−２５２７１２号公報記載の接続構造では、マイクロストリップ線路のストリップ導体が、積層型導波管線路のスロットの長手軸に交差するように配置され、グランド導体に形成されたスロットを介してマイクロストリップ線路と積層型導波管線路とが結合される構造である。
しかしながら、特開２０００−２５２７１２号公報記載の接続構造では、スロットを介してストリップ導体との電磁的な結合が行われるので、Ｓパラメータにおいて、反射波（Ｓ１１）がたとえば−２０ｄＢ以下となるような周波数帯域幅は３．７ＧＨｚで、所望な設計周波数７６．５ＧＨｚに対して比帯域が小さく、反射波の周波数特性が優れているとはいえない。
特開２００２−２０８８０６号公報記載の導波管／マイクロストリップ線路変換器は、マイクロストリップ線路のストリップ導体と、導波管の上側主導体層とが電気的に接続されるとともに、マイクロストリップ線路のグランド導体と導波管の下側主導体層とが電気的に接続され、これらのインピーダンス整合をとるために、ストリップ導体はテーパー状に形成されている。
しかしながら、このようなテーパー部を有する構造では、テーパー部の幅が導波管線路幅に近づくにつれて、マイクロストリップ線路を伝播する信号の電界分布が、テーパー部の幅方向に広がり、導波管線路の電界分布と異なる分布になるため、接続部において電磁波が漏れ、モード変換に伴う変換損失が大きくなる。
【発明の開示】
【０００３】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、反射波の周波数特性に優れ、モード変換に伴う変換損失を抑えることができる高周波伝送線路の接続構造および、該接続構造を有する配線基板、該配線基板を備える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。
本発明の一実施形態にかかる高周波伝送線路の接続構造は、高周波伝送線路導体と積層型導波管線路とを電気的に接続する高周波伝送線路の接続構造であって、
前記積層型導波管線路は、第１積層型導波管線路と、第２積層型導波管線路と、前記第１の積層型導波管線路と前記第２の積層型導波管線路との間に設けられる共有線路部と、を有する。
前記第１積層型導波管線路は、前記高周波伝送線路導体に接続された副線路部と、該副線路部に接続された主線路部と、前記高周波伝送線路導体と電気的に接続される変換部と、を有する。前記副線路部は、誘電体層と、該誘電体層を挟んで厚み方向に対向する一対の副線路部主導体層と、この一対の副線路部主導体層を厚み方向に電気的に接続する側壁形成用ビアホール導体群とを含む。前記主線路部は、前記副線路部の誘電体層よりも厚い誘電体層と、該誘電体層を挟んで厚み方向に対向する一対の主線路部主導体層と、この一対の主線路部主導体層を厚み方向に電気的に接続する側壁形成用ビアホール導体群とを含む。前記変換部は、前記一対の副線路部主導体層の一方の層と、前記一対の主線路部主導体層の一方の層とで構成され、両層は一体的に形成される。
前記第２の積層型導波管線路は、前記第１の積層型導波管線路における誘電体層のうち、少なくとも１つの誘電体層を共有し、この共有誘電体層を含む複数の誘電体層を挟んで厚み方向に対向する一対の主導体層と、この一対の主導体層を厚み方向に電気的に接続する側壁形成用ビアホール導体群とを含む。前記一対の主導体層の一方の層は、前記変換部よりも厚み方向一方側に位置し、前記一対の主導体層の他方の層が、前記一対の副線路部主導体層の他方の層よりも厚み方向一方側に位置するように設けられる。
前記共有線路部は、前記第１の積層型導波管線路と前記第２の積層型導波管線路との間に設けられ、前記第１の積層型導波管線路および前記第２の積層型導波管線路の両方の誘電体層を挟んで厚み方向に対向する一対の共有線路主導体層と、この一対の共有線路主導体層を厚み方向に電気的に接続する側壁形成用ビアホール導体群とを含む。前記一対の共有線路主導体層の一方の層は、前記変換部と電気的に接続され、前記一対の共有線路主導体層の他方の層が、前記一対の主導体層の他方の層と電気的に接続される。
また本発明の配線基板、高周波モジュールおよびレーダ装置は、上記の高周波伝送線路の接続構造を含む。
また、本発明の一実施形態にかかる導波管基板は、導波管線路を有する導波管基板において、前記導波管線路は、上面および下面のうち、一方が平面状に、他方が階段状に形成されており、前記一方の面は、同一平面上に配置される第１導体層により構成され、前記他方の面は、異なる平面上に配置され、一部が互いに平面視で重畳する一対の第２導体層と、該第２導体層同士を前記重畳領域で接続するビア導体と、により構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
【図１】本発明の一実施形態である高周波伝送線路の接続構造を含む高周波モジュール１００を示す概略断面図である。
【図２】図１に示した接続構造のうちマイクロストリップ線路１と第１の積層型導波管線路２との接続部分を示す概略斜視図である。
【図３】図１に示した接続構造のうち第１の積層型導波管線路２と第２の積層型導波管線路３との接続部分を示す概略斜視図である。
【図４Ａ】図１に示した接続構造を誘電体層ごとに展開した平面図である。
【図４Ｂ】図１に示した接続構造を誘電体層ごとに展開した平面図である。
【図４Ｃ】図１に示した接続構造を誘電体層ごとに展開した平面図である。
【図４Ｄ】図１に示した接続構造を誘電体層ごとに展開した平面図である。
【図４Ｅ】図１に示した接続構造を誘電体層ごとに展開した平面図である。
【図５Ａ】変換部１０の構成を説明するための図である。
【図５Ｂ】変換部１０の構成を説明するための図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態である送信器Ｔの構成を示す模式図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態である送信器Ｔの構成を示す模式図である。
【図６Ｃ】本発明の一実施形態である送信器Ｔの構成を示す模式図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態である受信器Ｒの構成を示す模式図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態である受信器Ｒの構成を示す模式図である。
【図７Ｃ】本発明の一実施形態である受信器Ｒの構成を示す模式図である。
【図８】本発明の一実施形態である送受信器ＴＲの構成を示す模式的な平面図である。
【図９】本発明の一実施形態である送受信器ＴＲ２の構成を示す模式的な平面図である。
【図１０】図１に示した接続構造を示す概略断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態である高周波伝送線路の接続構造を含む高周波モジュール１００を示す概略断面図であり、図１０は、図１に示した接続構造の概略断面であり、図２は、図１に示した接続構造のうちマイクロストリップ線路１と第１の積層型導波管線路２との接続部分を示す概略斜視図であり、図３は、図１に示した接続構造のうち第１の積層型導波管線路２と第２の積層型導波管線路３との接続部分を示す概略斜視図であり、図４Ａ〜図４Ｅは、図１に示した接続構造を誘電体層ごとに展開した平面図である。
なお、図２および図３は、内部構造がわかるようにマイクロストリップ線路１、第１の積層型導波管線路２および第２の積層型導波管線路３に対して、誘電体層の図示を省略している。
高周波伝送線路とは、マイクロ波帯またはミリ波帯の高周波信号を伝送させるための線路であり、本発明のように、高周波伝送線路導体および積層型導波管線路を含むものである。高周波伝送線路導体は、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、コプレーナ線路およびボンディングワイヤなどを含み、高周波信号を伝送させるための線路のうち、配線導体に高周波信号を伝送させるものである。積層型導波管線路は、たとえば誘電体層が、２つの導体層とこれら２つの導体層を電気的に接続するビアホール導体群とで囲まれるように構成され、高周波信号を伝送させるための線路のうち、誘電体（導波管）に高周波信号を伝送させるものである。
積層型導波管線路は、たとえば導体層用ペーストの塗布された誘電体グリーンシートを積層して多層化し焼成することで得られるものであって、その厚みを容易に設定できるものである。ある程度の厚みまでは積層型導波管線路の厚みが厚いほど伝送損失が小さくなることから、厚みの設定により所望な伝送特性を容易に得ることができる。
図１に示すように、本発明の高周波モジュール１００では、厚み方向の一表面１００ａの略全面には、マイクロストリップ線路１、マイクロストリップ線路１に電気的に接続される高周波回路素子であるＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）１０１、ＭＭＩＣバイアス配線１０２、高周波信号配線１０３などが配置され、一表面１００ａの反対側の他表面１００ｂは、略全面がアンテナ面として構成される。
したがって、高周波モジュール１００を構成する配線基板１０４は、アンテナ面である他表面１００ｂを含むアンテナ層１０５と、第１給電層１０６と、第２給電層１０７とがこの順に積層されている。
ＭＭＩＣ１０１と、マイクロストリップ線路１とはボンディングワイヤ１０８を介して接続されており、ＭＭＩＣ１０１から出力される高周波信号は、ボンディングワイヤ１０８を伝送し、マイクロストリップ線路１のワイヤの接続部分からストリップ導体を一表面１００ａに沿って伝送し、変換部１０を介して配線基板１０４の厚み方向に、第１の積層型導波管線路２を伝送する。
図２、図３、図４Ａ〜図４Ｅおよび図１０に示す実施形態では、複数の誘電体層３１，３２，３３，３４が、一表面１００ａ側からこの順に積層され、誘電体層のうち、一表面１００ａを含む誘電体層３１上に形成されるマイクロストリップ線路１と、上側の複数の誘電体層（本実施形態では誘電体層３１，３２，３３）を含んで形成され、マイクロストリップ線路１と変換部１０を介して接続する第１の積層型導波管線路２と、上側の誘電体層の一部（本実施形態では誘電体層３２，３３）を含む下側の複数の誘電体層（本実施形態では誘電体層３２，３３，３４）を含んで形成され、第１の積層型導波管線路２との変換部を有する第２の積層型導波管線路３とを含んで構成される。
マイクロストリップ線路１は、誘電体層３１を厚み方向に挟んで対向するストリップ導体１１とグランド（接地）導体１２とで構成されている。
マイクロストリップ線路１においては、ストリップ導体１１およびグランド導体１２によって挟まれる誘電体層３１は複数層からなる構成であってもよいが、図２、図３、図４Ａ〜図４Ｅおよび図１０に示す本実施形態では、誘電体層３１を１層としている。
図２、図４Ａ〜図４Ｅおよび図１０を用いてマイクロストリップ線路１と第１の積層型導波管線路２との接続部について詳細に説明する。
第１の積層型導波管線路２は、マイクロストリップ線路１に接続され誘電体層３１を含む第１の積層型導波管副線路部２１と、第１の積層型導波管副線路部２１に接続され誘電体層３２を含む第２の積層型導波管副線路部２２と、第２の積層型導波管副線路部２２に接続され誘電体層３３を含む積層型導波管主線路部２３とから構成される。
これら各線路部の詳細な構成は後述するが、各線路部の端部がマイクロストリップ線路１から遠ざかる方向に所定の距離ずつずれるように、階段状に設けられる。
また、第１の積層型導波管線路２は、それぞれの線路部毎に誘電体層の厚みが異なるように構成され、具体的にはマイクロストリップ線路１から遠ざかるにしたがって誘電体層の厚みが段階的に厚くなり、すなわち第１の積層型導波管副線路部２１における一対の主導体層に挟まれた誘電体層が最も薄く、積層型導波管主線路部２３における一対の主導体層に挟まれた誘電体層が最も厚くなっている。
第１の積層型導波管線路２は、たとえば、誘電体グリーンシートを積層して多層化し焼成することで得られるものであって、グリーンシート厚みを調整することで容易に誘電体層厚みを制御できる。
第１の積層型導波管副線路部２１は、マイクロストリップ線路１のストリップ導体１１およびグランド導体１２にそれぞれ電気的に接続され、誘電体層３１を挟んで厚み方向に対向する、上側主導体層２１１、下側主導体層２１２からなる一対の主導体層を具備している。
第２の積層型導波管副線路部２２は、誘電体層３１，３２からなる誘電体層であって、第１の積層型導波管副線路部２１の誘電体層３１よりも厚い誘電体層を挟んで、第１の積層型導波管副線路部２１の一対の主導体層の厚み方向間隔よりも広い間隔で厚み方向に対向する、上側主導体層２２１、下側主導体層２２２からなる一対の主導体層を具備している。
積層型導波管主線路部２３は、誘電体層３１，３２，３３からなる誘電体層であって、第２の積層型導波管副線路部２２の誘電体層３１、３２よりも厚い誘電体層を挟んで、第２の積層型導波管副線路部２２の一対の主導体層の厚み方向間隔よりも広い間隔で厚み方向に対向する、上側主導体層２３１、下側主導体層２３２からなる一対の主導体層を具備している。
第１の積層型導波管副線路部２１、第２の積層型導波管副線路部２２、積層型導波管主線路部２３は、それぞれ一対の主導体層間を、ビアホール導体を介して電気的に接続する。ビアホール導体は、伝送する信号波長の２分の１未満の間隔で信号伝送方向に沿って配列した側壁形成用ビアホール導体群４１，４２を２列具備している。
このように形成された２列の側壁形成用ビアホール導体群４１，４２は、積層型導波管線路における電気的な側壁を形成し、この側壁と一対の主導体層によって導波管が構成される。
一対の主導体層は、信号伝送方向に対する幅がいずれも同一となるように形成され、この幅は、側壁形成用ビアホール導体群４１，４２の列同士の間隔よりも大きい。
各線路部がこのような構成を有することで、導波管には電界成分が入射面に対し横向きであるＴＥ波（Transverse Electric Wave）、または磁界成分が入射面に対し横向きであるＴＭ波 (Transverse Magnetic Wave)が伝播される。
図５Ａおよび図５Ｂは、変換部１０の構成を説明するための図である。図５Ａは、変換部１０の平面図であり、図５Ｂは、マイクロストリップ線路１と第１の積層型導波管線路２との接続部分の断面図である。
マイクロストリップ線路１と第１の積層型導波管線路２との接続部分を構成し、一表面１００ａに設けられる変換部１０は、第１の積層型導波管副線路部２１、第２の積層型導波管副線路部２２、積層型導波管主線路部２３のそれぞれの主導体層のうち、一表面１００ａに設けられる上側主導体層２１１，２２１，２３１で構成され、これら上側主導体層２１１，２２１，２３１が一体的に形成されたものである。
変換部１０の信号伝送方向に対する幅方向寸法Ｗは、主導体層の幅方向寸法と同一であり、伝送信号の周波数などによって適宜設定すればよく、また、幅寸法は伝送させる高周波信号の遮断周波数を考慮して設定される。たとえば、伝送信号の周波数が７６．５ＧＨｚのときはＷ＝１．１５ｍｍであり、遮断周波数は約４３ＧＨｚで設定される。
また、下側主導体層２１２，２２２，２３２の信号伝送方向端部は、伝送信号の波長λの１／４ずつ信号伝送方向にずれて設けられる。変換部１０の信号伝送方向に平行な長さ方向寸法Ｌは、平面視したときに下側主導体層２１２，２２２，２３２を覆うように３λ／４に設定される。たとえば、伝送信号の周波数が７０〜８５ＧＨｚのときはＬ＝０．９ｍｍである。
なお、変換部１０の上記幅方向寸法Ｗおよび長さ方向寸法Ｌは、変換部として最小限必要な寸法であって、変換部１０は、幅方向寸法が両側に大きくなるように形成されてもよく、長さ方向寸法がストリップ導体１１との接続部分とは反対側に向かって延びるように形成されてもよい。
側壁形成用ビアホール導体群４１，４２において、隣り合うビアホール導体の間隔が伝送する信号波長λの２分の１（λ／２）よりも小さくする。これにより、電磁波はビアホール導体とビアホール導体との隙間から漏れるのが抑制され、反射しながら積層型導波管線路の信号伝送方向に伝播される。
なお、側壁形成用ビアホール導体群４１，４２を構成するビアホール導体は、隣り合うビアホール導体の間隔が、一定間隔に設けられることが好ましいが、少なくとも伝送する信号波長λの１／２未満の間隔であれば良く、その範囲内で適宜設定することができる。
また、積層型導波管線路２を形成する２列の側壁形成用ビアホール導体群４１，４２の外側にさらに側壁形成用ビアホール導体群を設けて、側壁形成用ビアホール導体群による疑似的な側壁を、伝送方向に対する幅方向に２重、３重に形成することにより、電磁波の漏れをより効果的に抑制することができる。
誘電体層が複数層からなる場合は、誘電体層間に主導体層と平行に副導体層を設けることが好ましい。副導体層は、同じ列に属し、同じ誘電体層を貫通する各ビアホール導体を、面方向に電気的に接続し、ビアホール導体の配列方向に延びる帯状の導体層である。
このような副導体層は、図４Ａ〜図４Ｅにおける導体層５３，５４，５５が、これに相当し、ビアホール導体群と副導体層とによって、格子状に形成された側壁が得られ、様々な方向の電磁波漏れを抑制することができる。また、副導体層は、ビアホール導体の大きなランドとしても機能し、積層ずれによって生じるビアホール導体の厚み方向の接続不良を抑制することができる。ビアホール導体の厚み方向の接続不良が生じると、接続不良部分で電磁波の漏れが発生しやすくなり、伝送損失が大きくなってしまうが、副導体層を設けることでこれを抑制することができる。
次に、図３、図４Ａ〜図４Ｅおよび図１０を用いて第１の積層型導波管線路２と第２の積層型導波管線路３との接続部について詳細に説明する。
第１の積層型導波管線路２と第２の積層型導波管線路３との接続部は、誘電体層３１，３２，３３，３４の積層構造からなるものである。
第１の積層型導波管線路２は、上記のように、複数の誘電体層３１，３２，３３を挟んで厚み方向に対向する上側主導体層２１１，２２１，２３１および下側主導体層２１２，２２２，２３２からなる一対の主導体層および、この一対の主導体層間を電気的に接続するビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した側壁形成用ビアホール導体群４１，４２を２列具備している。
第２の積層型導波管線路３は、第１の積層型導波管線路２における一対の主導体層に挟まれる複数の誘電体層３１，３２，３３のうち、少なくとも１層の誘電体層を誘電体層として共有する。本実施形態においては、共有誘電体層は誘電体層３２，３３の２層である。
第２の積層型導波管線路３は、この共有誘電体層３２，３３を含む複数の誘電体層３２，３３，３４を挟んで厚み方向に対向する上側主導体層６１および下側主導体層６２からなる一対の主導体層を具備している。また、この一対の主導体層間を電気的に接続するビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した側壁形成用ビアホール導体群４１，４２を２列具備している。
ここで、第２の積層型導波管線路３は、第１の積層型導波管線路２に対して次のような配置になっている。
第２の積層型導波管線路３における上側主導体層６１は、第１の積層型導波管線路２における最上位の上側主導体層２１１，２２１，２３１、すなわち変換部１０よりも下側に配置され、第１の積層型導波管副線路部２１の下側主導体層２１２と同一平面に形成される。第２の積層型導波管線路３における下側主導体層６２は、第１の積層型導波管線路２における最下位の下側主導体層２３２よりも下側に位置している。
換言すれば、第２の積層型導波管線路３は第１の積層型導波管線路２を厚み方向（積層型導波管線路２，３内を伝播する電磁波の電界方向）に誘電体層１層分だけずらした位置に設けられている。なお、図では複数の誘電体層として３層構造のものが例示されているが層数についての限定はない。
また、第１の積層型導波管線路２と第２の積層型導波管線路３との間には、共有線路部５が設けられている。この共有線路部５は、第１の積層型導波管線路２および第２の積層型導波管線路３と同様に、一対の主導体層（上側主導体層５１、下側主導体層５２）と、この一対の主導体層間を電気的に接続するビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した側壁形成用ビアホール導体群４１，４２を２列具備している。
上側主導体層５１は、第１の積層型導波管線路２の上側主導体層２３１と同一平面上に、上側主導体層２３１と一体的に形成される。下側主導体層５２は、第２の積層型導波管線路３の下側主導体層６２と同一平面上に、下側主導体層６２と一体的に形成される。
この構造において、良好な反射特性を得るために、共有線路部５の信号伝送方向の距離としては０．１５ｍｍ〜０．４０ｍｍ程度が望ましい。
第１の積層型導波管線路２、共有線路部５、第２の積層型導波管線路３にわたって形成される２列の側壁形成用ビアホール導体群４１，４２は、伝送する信号波長の２分の１未満の間隔で信号伝送方向に沿って配列される。
また、第２の積層型導波管線路３および共有線路部５においても、第１の積層型導波管線路２と同様に、側壁形成用ビアホール導体群４１，４２の外側にさらに側壁形成用ビアホール導体群を設けて、側壁を伝送方向に対する幅方向に２重、３重に形成することにより、電磁波の漏れをより効果的に抑制することができる。
また、第２の積層型導波管線路３および共有線路部５においても、第１の積層型導波管線路２と同様に、誘電体層が複数からなる場合は、副導体層を設けることが好ましい。
図４Ａ〜図４Ｅを参照して誘電体層毎に具体的に説明する。図４Ａ〜図４Ｄは、誘電体層３１，３２，３３，３４を層ごとに展開し、一表面１００ａ側から見た平面図である。図４Ｅは、誘電体層３４を他表面１００ｂ側から見た平面図である。
図４Ａに示すように、誘電体層３１の表面には、ストリップ導体１１と、これに接続され、第１の積層型導波管線路２を構成する上側主導体層２１１，２２１，２３１（変換部１０）が形成される。共有線路部５の上側主導体層５１は、一端が第１の積層型導波管線路２における上側主導体層２３１の端部に接続して形成される。また、誘電体層３１の内部には、２列の側壁形成用ビアホール導体群４１，４２が形成される。
さらに、共有線路部５の他端に近接する部位と第２の積層型導波管線路３の端部とは上から見て重なっていて、図４Ａには、この共有線路部５の上側主導体層５１の他端に近接する部位と第２の積層型導波管線路３の上側主導体層６１の端部とを電気的に接続する５本のビアホール導体からなる境界壁形成用ビアホール導体群４３が、信号伝送方向とは垂直な方向に伝送信号波長λの２分の１未満の間隔で誘電体層３１内部に配列され、この境界からの高周波信号の漏れを抑制する。なお、境界壁形成用ビアホール導体群４３における両端の２本のビアホール導体は、側壁形成用ビアホール導体群４１，４２と共有される。
図４Ｂに示すように、誘電体層３２の表面には、マイクロストリップ線路１を構成するグランド導体１２、第１の積層型導波管線路２を構成する下側主導体層２１２、副導体層５３、第２の積層型導波管線路３を構成する上側主導体層６１が一体的に形成される。また、誘電体層３２の内部には、２列の側壁形成用ビアホール導体群４１，４２が形成される。この側壁形成用ビアホール導体群４１，４２は、第１の積層型導波管線路２から第２の積層型導波管線路３にかけてそれぞれ８本のビアホール導体で構成されている。
図４Ｃに示すように、誘電体層３３の表面には、第１の積層型導波管線路２を構成する下側主導体層２２２、副導体層５４、第２の積層型導波管線路３を構成する副導体層５５が電気的に接続されて一体的に形成されている。また、誘電体層３３の内部には、２列の側壁形成用ビアホール導体群４１，４２が形成される。この側壁形成用ビアホール導体群４１，４２は第１の積層型導波管線路２から第２の積層型導波管線路３にかけてそれぞれ８本ずつのビアホール導体で構成されている。
図４Ｄに示すように、誘電体層３４の表面には、第１の積層型導波管線路２を構成する下側主導体層２３２、第２の積層型導波管線路３を構成する副導体層５６が形成される。また、誘電体層３４の内部には、２列の側壁形成用ビアホール導体群４１，４２が形成される。誘電体層３４の内部に形成された側壁形成用ビアホール導体群４１，４２は、共有線路部５から第２の積層型導波管線路３にかけてそれぞれ５本のビアホール導体で構成されている。
さらに、第１の積層型導波管線路２の端部と共有線路部５の一端に近接する部位とは上から見て重なっていて、この第１の積層型導波管線路２の下側主導体層２３２端部と共有線路部５の下側主導体層５２とを電気的に接続するビアホール導体からなる境界壁形成用ビアホール導体群が、信号伝送方向とは垂直な方向に信号波長λの２分の１未満の間隔で配列され、この境界からの高周波信号の漏れを防止するように境界壁を形成している。なお、このビアホール導体群の配列における両端の２本のビアホール導体は、側壁形成用ビアホール導体群４１，４２と共有している。
図４Ｅに示すように、誘電体層３４の裏面には、第２の積層型導波管線路３を構成する下側主導体層６２が形成される。なお、図４Ｅには示していないが、共有線路部５を構成する下側主導体層５２の一端に近接する部位には、図４Ｄに示す境界壁形成用ビアホール導体群４３が接続されている。また、第２の積層型導波管線路３を構成する下側主導体層６２には、図４Ｄに示す側壁形成用ビアホール導体群４１，４２が接続されている。
このように、第１の積層型導波管線路２においては、第１の積層型導波管副線路部２１から積層型導波管主線路部２３にかけて、線路部毎に誘電体層の厚みが段階的に厚くなるように構成される。具体的には、第１の積層型導波管副線路部２１が誘電体層３１とこれを挟む一対の主導体層を具備し、第２の積層型導波管副線路部２２が誘電体層３１，３２とこれを挟む一対の主導体層を具備し、積層型導波管主線路部２３が誘電体層３１，３２，３３とこれを挟む一対の主導体層を具備する。
このように、信号伝送方向に沿って導波管を構成する誘電体層の厚みを厚くすることで、マイクロストリップ線路１と第１の積層型導波管線路２における積層型導波管主線路部２３との特性インピーダンスを整合させやすく、設計しやすくなる。したがって、いわゆる積層ずれなど製造上の不具合が生じたとしても特性の変動が少なく、変換損失を小さくするように特性インピーダンスを整合させることができる。
導波管幅であるビアホール導体群４１とビアホール導体群４２との間隔のみの変更によって調整を図ろうとすると、幅の変更によって第１の積層型導波管線路２の管内を伝送する高周波信号の波長が変化してしまう。そうすると、特性インピーダンスを整合するための調整が困難となる。
これに対し、本発明によれば誘電体層厚みの変更による調整を図るので、第１の積層型導波管線路２の管内波長が変化しない。また、変換部１０の周波数帯域は１０ＧＨｚ以上と広帯域であるため、これにより、特性インピーダンスを整合するための調整が容易であり、また特性インピーダンス整合の自由度とバラツキによる安定度も向上する。
また、第２の積層型導波管線路においては、一対の主導体層の一方の層が、変換部よりも厚み方向一方側、すなわち内層側に配置することにより、主導体層を表面に配置せず内層に設けることができるので、本接続構造を有する配線基板では、他の線路導体や高周波回路素子等の回路要素をより多く基板表面実装することができ、小型でありかつより高機能な高周波回路を構成することができる。
なお、本実施形態では、ストリップ導体１１と、第１の積層型導波管副線路部２１を構成する上側主導体層２１１と、第２の積層型導波管副線路部２２を構成する上側主導体層２２１と、積層型導波管主線路部２３を構成する上側主導体層２３１が同一平面上に形成され、それぞれの端部同士が直接電気的に接続されている。また、グランド導体１２と、第１の積層型導波管副線路部２１を構成する下側主導体層２１２と、第２の積層型導波管副線路部２２を構成する下側主導体層２２２と、積層型導波管主線路部２３を構成する下側主導体層２３２のそれぞれの端部同士がビアホール導体を信号波長の２分の１未満の間隔で配列した境界壁形成用ビアホール導体群により、厚み方向に電気的に接続された構成となっている。しかし、これに限定されず、各上側主導体層を境界壁形成用ビアホール導体群により厚み方向に電気的に接続し、各下側主導体層を同一平面上に形成して直接電気的に接続した構成としてもよく、各上側主導体層および各下側主導体層をそれぞれ境界壁形成用ビアホール導体群により厚み方向に電気的に接続した構成としてもよい。
また、図２および図４Ａ〜図４Ｅに示すように、本実施形態では、ビアホール導体群４１とビアホール導体群４２との間隔を、第２の積層型導波管副線路部２２および積層型導波管主線路部２３で同じ間隔とし、第１の積層型導波管副線路部２１におけるビアホール導体群４１とビアホール導体群４２との間隔を第２の積層型導波管副線路部２２および積層型導波管主線路部２３における間隔よりも狭くしてもよい。これにより、第１の積層型導波管副線路部２１における積層型導波管線路２の電界分布を、マイクロストリップ線路１の電界分布に近づけることができるため、モード変換に伴う電磁波の漏れを小さくし、結合量を高める効果がある。
また、ビアホール導体群４１とビアホール導体群４２との間隔を、第１の積層型導波管副線路部２１から積層型導波管主線路部２３にかけて段階的に広がるようにしてもよく、具体的には第１の積層型導波管副線路部２１における間隔よりも第２の積層型導波管副線路部２２における間隔を広くし、第２の積層型導波管副線路部２２における間隔よりも積層型導波管主線路部２３における間隔を広くするように構成しても良い。
本発明としては、各線路部として、ストリップ導体１１およびグランド導体１２にそれぞれ接続された厚み方向間隔の狭い一対の主導体層を具備する第１の積層型導波管副線路部２１と、第１の積層型導波管副線路部２１よりも厚み方向間隔の広い一対の主導体層を具備する積層型導波管主線路部２３とを有していればよく、たとえば第１の積層型導波管副線路部２１における一対の主導体層（上側主導体層２１１、下側主導体層２１２）が１層の誘電体層を挟んで厚み方向に対向し、積層型導波管主線路部２３における一対の主導体層（上側主導体層２３１、下側主導体層２３２）が２層の誘電体層を挟んで厚み方向に対向するように構成し、上記のような第２の積層型導波管副線路部２２を有しない構成であってもよい。
特性インピーダンスを良好に調整するという観点からは、信号伝送方向に隣接する各配線部において、一対の主導体層の厚み方向間隔の変化、すなわち誘電体層の厚みの変化が小さくなるような構成とするのが好ましい。
さらに、積層型導波管主線路部２３がより多くの誘電体層を含むような構成の場合には、一対の主導体層の間隔が異なるｎ個（ｎは２以上の整数）の積層型導波管副線路部（第１の積層型導波管副線路部、第２の積層型導波管副線路部、……、第ｎの積層型導波管副線路部）を、マイクロストリップ線路１と積層型導波管主線路部２３との間に有する構成としてもよい。これにより、特性インピーダンス整合の微調整が可能となり、調整の自由度をより向上させることができる。ただし、積層型導波管副線路部の数が多過ぎるとインピーダンス整合の調整が難しくなることから、ｎは１０以下であるのが好ましい。なお、積層型導波管主線路部２３を形成する誘電体層の厚みは、主導体層の幅よりも大きくならない範囲であるのが好ましい。
上記のような接続構造を有する配線基板としては、高周波信号の伝送を妨げにく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が、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からなることが望ましい。
ガラスセラミックからなる配線基板は、たとえば以下のようにして作製される。たとえば、ガラスセラミックス、アルミナ質セラミックスや窒化アルミニウム質セラミックス等のセラミック原料粉末に適当な有機溶媒を添加混合して泥漿状になすとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用して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。しかる後、これらセラミックグリーンシートの各々に適当な打ち抜き加工を施すとともに、導体ペーストをビアホールへ充填し、配線パターン、ベタパターンを印刷したものを積層する。そして、ガラスセラミックスの場合は８５０〜１０００℃、アルミナ質セラミックスの場合は１５００〜１７００℃、窒化アルミニウム質セラミックスの場合は１６００〜１９００℃の温度で焼成する。
また、ストリップ導体、グランド導体および一対の主導体層としては、たとえば誘電体層がアルミナ質セラミックスからなる場合には、タングステンまたはモリブデンなどの金属粉末に、適当なアルミナ、シリカまたはマグネシア等の酸化物および有機溶媒等を添加混合した導体ペーストを厚膜印刷法によりセラミックグリーンシート上に印刷し、しかる後、約１６００℃の高温で同時焼成し、厚み１０〜１５μｍ以上となるようにして形成する。なお、金属粉末としては、ガラスセラミックスの場合は銅、金または銀が、アルミナ質セラミックスまたは窒化アルミニウム質セラミックスの場合はタングステンまたはモリブデンが好適である。また、主導体層の厚みは一般的に５〜５０μｍ程度とされる。
配線基板の誘電体層としては、上記のようなセラミックスからなることが好ましいが、伝送性または製造コストなどの観点から、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、たとえば、ＰＴＥＴ、液晶ポリマー、ＦＲ４、フッ素樹脂またはフッ素ガラス樹脂などが挙げられる。
次に、本発明の他の実施形態である高周波モジュールについて図面を参照しつつ詳細に説明する。
図６Ａ〜図６Ｃは、本発明の一実施形態である送信器Ｔの構成を示す模式図であり、図６Ａは一表面側の平面図、図６Ｂは断面図、図６Ｃは他表面側の平面図である。図７Ａ〜図７Ｃは、本発明の一実施形態である受信器Ｒの構成を示す模式図であり、図７Ａは一表面側の平面図、図７Ｂは断面図、図７Ｃは他表面側の平面図である。図８は、本発明の一実施形態である送受信器ＴＲの構成を示す模式的な平面図である。図９は、本発明の一実施形態である送受信器ＴＲ２の構成を示す模式的な平面図である。
図６Ａ〜図６Ｃに示す送信器Ｔは、高周波信号を発生する高周波発振器７１と、一端が高周波発振器７１に接続され、高周波発振器７１からの高周波信号を伝送する高周波伝送線路７２と、高周波伝送線路７２の他端に接続され、高周波信号を放射する送信アンテナ７３とを含んで構成される。
この構成において、高周波伝送線路７２は、上記の実施形態における高周波伝送線路導体と積層型導波管線路との接続構造を含んで構成され、複数の誘電体層から成る誘電体基板７０の表面に形成された、マイクロストリップ線路７２ａと、変換部７２ｂを介してマイクロストリップ線路７２ａに接続された第１の積層型導波管線路７２ｃと、これに接続された第２の積層型導波管線路７２ｄとから構成される。
マイクロストリップ線路７２ａの端部は、高周波発振器７１とボンディングワイヤを介して接続され、第２の積層型導波管線路７２ｄの端部には、送信アンテナ７３が接続される。なお、誘電体基板７０は、全体のうち一部分のみを図示している。
高周波発振器７１は、ガンダイオードを利用したガン発振器、またはインパットダイオードを利用したインパット発振器またはＦＥＴ（Field Effect Transistor）などのトランジスタを利用した発振器として機能するＭＭＩＣなどを含んで構成され、高周波信号を発生する。高周波発振器７１は、誘電体基板７０上に、半導体素子、コンデンサ、抵抗器、インダクタ等の他の電子部品とともに実装される。
誘電体基板７０の裏面側に設けられる、送信アンテナ７３は、スロットアンテナによって実現される。すなわち、誘電体基板７０の裏面に形成される導体層のうち、第２の積層型導波管線路７２ｄの端部が位置する部位に切り欠き部（スロット）を設けることによって送信アンテナ７３としてのスロットアンテナを形成することができる。
送信アンテナ７３は、スロットアンテナ以外にもパッチアンテナによっても実現可能である。また、その切り欠き部をスロットアンテナとして用いる代わりにアンテナポートとしてもよくて、この場合には、アンテナポートに導波管の一端を接続し、その導波管の他端に送信アンテナを接続する。
図６Ａ〜図６Ｃに示した送信器Ｔは、以下のように動作する。
誘電体基板７０の表面に実装された高周波発振器７１により、たとえば７７ＧＨｚの高周波信号を発生し、この高周波信号は誘電体基板７０の表面に形成されたマイクロストリップ線路７２ａを伝搬し、同じく誘電体基板７０の表面に形成された変換部７２ｂを経て、誘電体基板７０の内部に形成された第１の積層型導波管線路７２ｃおよび第２の積層型導波管線路７２ｄをさらに伝搬して誘電体基板７０の裏面に形成された送信アンテナから放射される。
このような送信器Ｔによれば、誘電体基板７０の電子部品が実装される一表面に設けられるマイクロストリップ線路７２ａから、その反対面に設けられる送信アンテナもしくは送信アンテナポートまで低損失かつ安定に高周波信号を伝送することができる。すなわち、高周波伝送線路７２は、誘電体基板７０に一体的に形成されるので、機械的な振動や温度変動による各部材の膨張・収縮等に対しても線路のずれ等による損失が生じることなく安定に高周波信号を伝搬させることができる。このような送信器Ｔを、移動物体に搭載して使用すれば、振動や環境変化に対して堅牢なので好適である。
図７Ａ〜図７Ｃに示す受信器Ｒは、高周波信号を捕捉する受信アンテナ７４と、受信アンテナ７４の一端に接続され、受信アンテナ７４によって捕捉される高周波信号を伝送する高周波伝送線路７５と、高周波伝送線路７５の他端に接続され、高周波伝送線路７５により伝送される高周波信号を検波する高周波検波器７６とを含んで構成される。また、好ましくは高周波伝送線路７５の高周波検波器７６にできるだけ近い位置にローノイズアンプ７７が接続される。
この構成において、高周波伝送線路７５は、上記の実施形態における高周波伝送線路導体と積層型導波管線路との接続構造を含んで構成され、複数の誘電体層から成る誘電体基板７０の表面に形成された、マイクロストリップ線路７５ａと、変換部７５ｂを介してマイクロストリップ線路７５ａに接続された第１の積層型導波管線路７５ｃと、これに接続された第２の積層型導波管線路７５ｄとから構成される。
マイクロストリップ線路７５ａの端部に高周波検波器７６が、途中部分にローノイズアンプ７７がそれぞれボンディングワイヤを介して接続され、第２の積層型導波管線路７５ｄの端部に受信アンテナ７４が接続される。なお、誘電体基板７０は、全体のうち一部分のみを図示している。
受信アンテナ７４は、上記送信器Ｔにおける送信アンテナ７３と同様の構成である。すなわち、送信アンテナ７３と受信アンテナ７４とは、名称が異なるだけで、構成としては実質的に同一である。なお、上記送信器Ｔと同様、受信アンテナ７４の代わりに受信アンテナポートを設け、受信アンテナポートに導波管の一端を接続し、この導波管の他端に受信アンテナを接続してもよい。
図７Ａ〜図７Ｃに示した受信器Ｒは、以下のように動作する。
誘電体基板７０の裏面に形成された、受信アンテナ７４によって高周波信号が捕捉されると、第２の積層型導波管線路７５ｄおよび第１の積層型導波管線路７５ｃを伝搬し、誘電体基板７０の表面に形成された変換部７５ｂを経て、同じく誘電体基板７０の表面に形成されたマイクロストリップ線路７５ａを伝搬し、ローノイズアンプ７７によって増幅され、高周波検波器７６によって検波される。
このような受信器Ｒによれば、受信アンテナもしくは受信アンテナポートから誘電体基板７０の電子部品が実装される一表面に設けられるマイクロストリップ線路まで低損失かつ安定に高周波信号を伝送することができる。すなわち、高周波伝送線路７５は誘電体基板７０に一体的に形成されるので、機械的な振動や温度変動による各部材の膨張・収縮等に対しても線路のずれ等による損失が生じることなく安定に高周波信号を伝搬させることができる。このような受信器Ｒを、移動物体に搭載して使用すれば、振動や環境変化に対して堅牢なので好適である。
図８に示す送受信器ＴＲは、図６Ａ〜図６Ｃに示した送信器Ｔと同じ構成を有する送信部Ｔ’と、図７Ａ〜図７Ｃに示した受信器Ｒと同じ構成を有する受信部Ｒ’と、送信部Ｔ’におけるマイクロストリップ線路７２ａに設けられ、高周波発振器７１で発生させた高周波信号を分岐する分岐器７８と、分岐器７８で分岐された、ローカル信号としての高周波信号と受信アンテナ７４で捕捉された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７９とを含んで構成される。なお、送受信器ＴＲにおいて、図６Ａ〜図６Ｃおよび図７Ａ〜図７Ｃで示した送信器Ｔおよび受信器Ｒと同じ構成については、同じ参照符号を付した。
送受信器ＴＲについて、高周波伝送線路７２および高周波伝送線路７５は、図６Ａ〜図６Ｃおよび図７Ａ〜図７Ｃのそれぞれで示した構成と同様であるので、断面図および他表面側の平面図は省略した。
図８に示す送受信器ＴＲでは、送信部Ｔ’の高周波発振器７１の出力端に分岐器７８を設け、分岐器７８によって高周波発振器７１で発生させた高周波信号を２分岐し、分岐した一方の信号は送信アンテナ７３側に、他方の信号は受信部Ｒ’側にローカル信号として出力するように構成され、そのローカル信号が受信部Ｒ’のミキサ７９に入力される。
分岐器７８は、たとえば、それぞれの端子間の電気長がλ／４である（ただし、第１および第４の端子間の電気長は３λ／４である。）第１、第２、第３および第４の端子を有するラットレース７８ａと、ラットレース７８ａの第３の端子に接続された終端抵抗７８ｂとから構成される。ラットレース７８ａは、第１の端子がマイクロストリップ線路７２ａに接続され、第４の端子が他のマイクロストリップ線路によりミキサ７９に接続される。
このような構成により、第１の端子から入力される高周波信号を２分岐して第２の端子および第４の端子のそれぞれから出力することができる。なお、分岐器７８としては、他にも高周波スイッチ素子、他のハイブリッド回路またはサーキュレータによっても実現可能である。ハイブリッド回路は、上記ラットレースの他に、たとえば方向性結合器、ブランチラインまたはマジックＴなどによって実現される。
送受信器ＴＲは、誘電体基板７０の一表面に送信部Ｔ’および受信部Ｒ’を取り囲むように形成された、封止キャップを取り付けるための環状導体８０をさらに設けることがより好ましい。環状導体８０上には、送信部Ｔ’および受信部Ｒ’を封止する封止キャップが取り付けられる（図示せず）。封止キャップは、少なくとも環状導体８０との接合部がたとえば金（Ａｕ）等の金属製であり、たとえば金等のろう材を介して環状導体８０に接合される。
送受信器ＴＲにおいても、送信アンテナ７３および受信アンテナ７４の代わりに、それぞれ送信アンテナポートおよび受信アンテナポートを設け、それぞれに導波管の一端を接続し、これら導波管のそれぞれの他端に送信アンテナおよび受信アンテナを接続してもよい。
また、送受信器ＴＲは、同じ誘電体基板７０上に、ミキサ７９から出力される中間周波信号を処理する回路としてＩＦ部をさらに設けても良い。
図８に示した送受信器ＴＲは、以下のように動作する。
送信部Ｔ’では、誘電体基板７０の表面に実装された高周波発振器７１によりたとえば７７ＧＨｚの高周波信号を発生し、この高周波信号は分岐器７８の第１の端子に入力されて分岐され、第２の端子および第４の端子から出力される。この分岐された高周波信号の一方である、第２の端子から出力される高周波信号は、誘電体基板７０の表面に形成されたマイクロストリップ線路７２ａを伝搬し、同じく誘電体基板７０の表面に形成された変換部７２ｂを経て、誘電体基板７０の内部に形成された第１の積層型導波管線路７２ｃおよび第２の積層型導波管線路７２ｄをさらに伝搬して誘電体基板７０の裏面に形成された送信アンテナ７３から放射される。また、分岐された高周波信号の他方である、分岐器７８の第４の端子から出力される高周波信号は、同じく誘電体基板７０の表面に形成された他のマイクロストリップ線路を伝搬し、受信部Ｒ’側のミキサ７９に入力される。
受信部Ｒ’では、誘電体基板７０の他表面に形成された受信アンテナ７４によって高周波信号が捕捉されると、高周波伝送線路７５を伝播し、ローノイズアンプ７７によって増幅され、ミキサ７９に入力される。ミキサ７９は、受信アンテナ７４で捕捉した高周波信号とローカル信号とを混合して中間周波信号を出力する。
このような送受信器ＴＲによれば、送受信回路等の複雑な高周波回路をマイクロストリップ線路を用いて基板表面上に構成することができ、その高周波回路から外部空間に入出射され、送受信に使用される高周波信号は、基板内部に形成された積層型導波管線路を通じて基板裏面側に低損失に伝搬させて、基板他表面側から効果的に入出射することができる。これにより、小型かつ良好な送受信性能を有するものとなる。すなわち、本発明の接続構造により高周波回路と導波管とアンテナとを一体的に構成することができるので、従来の金属導波管を用いる構成に比べて、組立が容易であり、また導波管自体も積層型導波管線路を用いることにより、積層セラミック基板のデザインルールを適用し複雑かつ微細な構造を設計および製造しやすくすることができる。
また、前述のとおり、高周波伝送線路７２，７５は誘電体基板７０に一体的に形成されるので、機械的な振動や温度変動による各部材の膨張・収縮等に対しても線路のずれ等による損失が生じることなく安定に高周波信号を伝搬させることができるので、このような送受信器ＴＲを、移動物体に搭載して使用すれば、振動や環境変化に対して堅牢なので好適である。
図９に示す送受信器ＴＲ２は、図８に示した送受信器ＴＲに対して、送信アンテナ７３および受信アンテナ７４を、それぞれＮ個（Ｎは２以上の整数）設け、それぞれに接続されるＮ対の高周波伝送線路７２，７５をさらに含んで構成される。図に示した例では、高周波伝送線路７２が３対、高周波伝送線路７５が３対設けられる。
図９に示すように、高周波伝送線路７２，７５は、一対のマイクロストリップ線路７２ａ，７５ａの端部に１対Ｎ切替スイッチ８１，８２の入力側を接続し、それら切替スイッチ８１，８２の出力側であるＮ端子のそれぞれにＮ対の変換部７２ｂ，７５ｂを接続し、これらＮ対の変換部７２ｂ，７５ｂに接続される第１の積層型導波管線路７２ｃ，７５ｃ、第２の積層型導波管線路７２ｄ，７５ｄをそれぞれＮ対としてもよい。
また、送受信器ＴＲ２は、さらにＭＭＩＣ等にバイアス電圧を供給するバイアス線路８３を含んで構成される。なお、ＩＦ部は図示せず省略されている。
図９に示す送受信器ＴＲ２によれば、図８に示した送受信器ＴＲと同様の作用効果に加えて、アンテナの指向性を切替スイッチ８１，８２により動的に変更し、高周波信号を送受信する方向を空間的および時間的に変更することができる機能を有する。本発明の接続構造によって複雑な回路に対しても設計および製造しやすいものであることから、このような機能を有する送受信器ＴＲ２を好適に実施することができる。
本発明のさらに他の実施形態として、レーダ装置がある。レーダ装置は、たとえば、図８に示した送受信器ＴＲと、ミキサ７９からの中間周波信号に基づいて、探知対象物との距離、相対速度を検出する検出器とを含んで構成される。
このレーダ装置は、高周波発振器に電圧制御型発振器を用いたＦＭ−ＣＷレーダによって実現される。また、パルスレーダ、２周波ＣＷレーダ、ＦＭパルスレーダまたはスペクトル拡散レーダによって実現してもよい。
検出器は、上記の高周波検波器を含んで構成され、送受信用アンテナから放射され、測定対象物によって反射された電波（エコー）を受信して得られる中間周波信号に基づいて、測定対象物までの距離を算出する。検出器は、たとえばマイクロコンピュータによって実現される。
このようなレーダ装置によれば、本発明の接続構造を有する配線基板を用いることで、小型でかつ一体的に構成することができ、部品点数を減らしたり、移動によって各構成要素に加わるモーメントの大きさを小さくしたりすることができ、量産性や動作安定性に優れたものとなる。
本発明によれば、マイクロストリップ線路と積層型導波管線路とのインピーダンスの整合をとるとともに、いわゆる積層ずれなど製造上の不具合が生じたとしても特性の変動が少なく、変換損失を小さくすることができ、しかも、ストリップ導体形成面に他の線路導体および高周波回路素子を配置する自由度を向上させることができる高周波伝送線路の接続構造およびこれを有する配線基板を提供することができる。
また、このような配線基板を使用し、小型でありかつ良好な送受信性能を有する送受信器等を構成する高周波モジュールとこれを具備するレーダ装置を提供することができる。
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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