(57)【要約】  本実施形態にかかる高周波モジュールは、基板８と、回路基板５と、共振器６とを含む。基板８は、一表面に高周波信号の入出力部７ａを有する。回路基板５は、端面が露出する誘電体導波管線路４を有し、端面を延長した仮想面が基板８の一表面に交差するように一表面上に配置される。共振器６は、両端に高周波信号の入出力端部を有し、一方の入出力端部が誘電体導波管線路４の端面に接続され、他方の入出力端部が基板８の入出力部７ａに接続される。
2009123234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一表面に高周波信号の入出力部を有する基板と、
端面が露出する誘電体導波管線路を有し、前記端面を延長した仮想面が前記基板の前記一表面に交差するように前記一表面上に配置される回路基板と、
両端に高周波信号の入出力端部を有し、一方の入出力端部が前記誘電体導波管線路の端面に接続され、他方の入出力端部が前記基板の前記入出力部に接続される、前記高周波信号を共振する共振器と、を含む高周波モジュール。
【請求項２】
前記基板の一表面と前記仮想面とが略直交する請求項１記載の高周波モジュール。
【請求項３】
前記共振器は、両端に開口する開口部を有し、一端側の開口部が前記誘電体導波管線路における高周波信号の伝送方向端面に接続され、他端側の開口部が前記基板の入出力ポートに接続される空洞共振器からなる請求項１または２に記載の高周波モジュール。
【請求項４】
前記空洞共振器は、前記開口部の周囲に実質的に高周波信号の波長の４分の１の間隔で、その間隔と実質的に同じ長さの幅の溝を有している請求項３に記載の高周波モジュール。
【請求項５】
前記回路基板は、半導体素子が実装される実装部と、前記半導体素子が電気的に接続される平面線路と、高周波信号を前記平面線路から前記誘電体導波管線路に変換する変換部と、をさらに含む請求項１〜４のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項６】
前記実装部および前記変換部は、前記回路基板に設けられたキャビティ内に設けられている請求項５に記載の高周波モジュール。
【請求項７】
前記回路基板の前記誘電体導波管線路の端面を、該端面との間に空間を形成するように覆う封止構造体をさらに含み、該封止構造体の前記誘電体導波管線路の端面を被覆する部分が前記空洞共振器となっている請求項３または４に記載の高周波モジュール。
【請求項８】
前記封止構造体は前記基板の入出力部を覆うように構成され、前記封止構造体の内面と、前記回路基板の側面と、前記基板の一表面とによって囲まれて形成される空間が、前記空洞共振器の空洞部となるように構成される請求項７記載の高周波モジュール。
【請求項９】
一表面に高周波信号の入出力部を有する基板と、両端に高周波信号の入出力端部を有し、一方の入出力端部を延長した仮想入出力面が他方の入出力端部を延長した仮想入出力面と交差する関係を有する共振器と、誘電体導波管線路が端面より露出する回路基板と、を準備する工程と、
前記回路基板を前記基板の一表面側に配置する工程と、
前記共振器の一方の入出力端部を前記誘電体導波管線路の前記端面に接続され、前記共振器の他方の入出力端部が前記基板の前記入出力部に接続されるように前記共振器を前記基板上に実装する工程と、を備えた高周波モジュールの製造方法。
【請求項１０】
一表面に高周波信号の入出力部を有する基板と、両端に高周波信号の入出力端部を有し、一方の入出力端部を延長した仮想入出力面が他方の入出力端部を延長した仮想入出力面と交差する関係を有する共振器と、誘電体導波管線路が端面より露出する回路基板と、を準備する工程と、
前記他方の入出力端部を前記入出力部に接続するように前記共振器を前記基板上に実装する工程と、
前記共振器の一方の入出力端部に対して前記誘電体導波管線路の前記端面が接続されるように前記回路基板を前記基板上に実装する工程と、を備えた高周波モジュールの製造方法。
【請求項１１】
請求項５〜８のいずれかに記載の高周波モジュールと、
前記回路基板に実装され、前記平面線路に接続された、高周波信号を発生する発振器と、
前記基板の他表面側に設けられ、前記誘電体導波管線路に接続された、前記発振器が発生させた高周波信号を放射するアンテナとを含む送信器。
【請求項１２】
請求項５〜８のいずれかに記載の高周波モジュールと、
前記基板の他表面側に設けられ、前記誘電体導波管線路に接続された、高周波信号を捕捉するアンテナと、
前記回路基板に実装され、前記誘電体導波管線路に接続された、前記アンテナが捕捉した高周波信号を検波する検波器とを含む受信器。
【請求項１３】
請求項５〜８のいずれかに記載の高周波モジュールと、
前記回路基板に実装され、前記平面線路に接続された、高周波信号を発生する発振器と、
前記平面線路に設けられ、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、
前記基板の他表面側に設けられ、前記誘電体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、
前記基板の他表面側に設けられ、前記誘電体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送受信器。
【請求項１４】
請求項１３記載の送受信器と、
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検出する検出器とを含むレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置に使用される高周波モジュールおよびその製造方法ならびに該高周波モジュールを備えた送信器、受信器、送受信器およびレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量のデータを高速で伝送するために、１〜３０ＧＨｚのマイクロ波領域、３０〜３００ＧＨｚのミリ波領域などの高周波領域を利用した情報通信装置を応用したシステムが提案されている。また、車間距離を計測するレーダ装置のようなミリ波を利用したシステムなども提案されている。
このようなマイクロ波、ミリ波などの高周波を利用した装置における回路基板の構成としては、ＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuits）や受動電子部品をマイクロストリップ線路などの平面回路に実装する構成が知られている。平面回路では、電力分配回路や分岐回路、整合回路、ハイブリット回路、フィルタ回路などの各要素回路を使い分けて、システム要求を満たすように、所望の特性が得られる回路構成を備える。
また、回路基板において無線で電波を送受信するためには、アンテナが設けられるアンテナ基板が必要となる。回路基板とアンテナ基板とを接続するときには、互いの高周波信号の影響を避けるため、回路基板とアンテナ基板とがそれぞれ独立に構成され、たとえば回路基板の裏面にアンテナ基板を接続する場合が多い。そして、回路基板およびアンテナ基板のそれぞれに設けられた入出力ポート間を導波管によって接続するのが一般的である。
たとえば、特開２００２−８４２０８号公報には、回路基板とアンテナ基板とを上下に配置し、これら回路基板とアンテナ基板との間に、導波管アダプタを介在させ、この導波管アダプタに形成された導波路によって、回路基板側の入出力ポートとアンテナ基板側の入出力ポートとを接続した高周波モジュールが開示されている。
また、入出力ポートが導波管の開口部である場合には、開口部と導波管との接続は、たとえば、特開２００２−１８５２０３号公報に開示されているように、開口部同士を半田バンプで接続するといった方法が用いられる。
また、特開２００４−２５４０６８号公報には、導波管アダプタのようなものは用いずに、回路基板側の入出力ポートとアンテナ基板側の入出力ポートとを直接半田バンプを介して接続した高周波モジュールが開示されている。
ミリ波を利用したミリ波レーダ装置等に使用される高周波モジュールでは、幾多の方向からの必要な高周波信号を効率的に送受信する機能が求められる。また、ミリ波を利用して画像伝送するような無線端末装置においても、無線端末であるという可動性を生かして送受信の方向を自由に変えることが可能となるような機能が求められる。このような機能を満足させるためには、高周波モジュールが備えるアンテナ基板の指向性を高め、アンテナビーム方向を電子的に変えることができるフェイズドアレーアンテナ機能や、デジタルビームフォーミング機能などをアンテナ基板に付与する必要がある。以上のような、幾多の方向において高周波信号を送受信可能なアンテナは、複数のアンテナを用いて指向性を高めたアレーアンテナ、アレーアンテナを複数配置したマルチポートアンテナによって実現することができる。
しかしながら、特開２００２−８４２０８号公報および特開２００４−２５４０６８号公報に開示される高周波モジュールにおいては、回路基板側の入出力ポートとアンテナ基板側の入出力ポートとが、それぞれの基板同士が対向する面に設けられるため、入出力ポートと導波路とを位置決めするかまたは入出力ポート同士を位置決めするときにおいて、入出力ポートの視認性がよくない。そのため、位置決め精度が安定せず大きな位置ずれが発生する可能性がある。このような位置ずれが発生すると、回路基板とアンテナ基板との間において高周波信号が伝送される伝送路が狭くなるなど、接続部分で局所的に伝送路が変化する場合がある。このように伝送路が局所的に変化した部分では、高周波信号の反射などが発生して伝送損失が大きくなるという問題が発生することがある。また、接続には半田バンプを用いるため、入出力ポートの数が多くなるほど使用する半田バンプの数が増え、実装工程が複雑化するという問題もある。
【発明の開示】
【０００３】
本発明の目的は、回路基板と高周波信号の入出力が行われる入出力部が形成される基板との間の高周波接続を低損失かつ安定に行うことができる高周波モジュールおよびその製造方法を提供し、この高周波モジュールを備えた送信器、受信器、送受信器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モジュールは、基板と、回路基板と、共振器とを含む。前記基板は、一表面に高周波信号の入出力部を有する。前記回路基板は、端面が露出する誘電体導波管線路を有し、前記端面を延長した仮想面が前記基板の前記一表面に交差するように前記一表面上に配置される。前記共振器は、両端に高周波信号の入出力端部を有し、一方の入出力端部が前記誘電体導波管線路の端面に接続され、他方の入出力端部が前記基板の前記入出力部に接続される。
また本発明の一実施形態にかかる前記高周波モジュールの製造方法は、準備工程と、回路基板の配置工程と、共振器の実装工程とを備える。前記準備工程は、基板と、共振器と、回路基板とを準備する工程である。前記基板は、一表面に高周波信号の入出力部を有する。前記共振器は、両端に高周波信号の入出力端部を有し、一方の入出力端部を延長した仮想入出力面が他方の入出力端部を延長した仮想入出力面と交差する関係を有する。前記回路基板は、誘電体導波管線路が端面より露出する。前記回路基板の配置工程は、前記回路基板を前記基板の一表面側に配置する工程である。前記共振器の実装工程は、前記共振器の一方の入出力端部を前記誘電体導波管線路の前記端面に接続され、前記共振器の他方の入出力端部が前記基板の前記入出力部に接続されるように前記共振器を前記基板上に実装する工程である。
また本発明の他の実施形態にかかる高周波モジュールの製造方法は、準備工程と、共振器の実装工程と、回路基板の実装とを備える。前記準備工程は、基板と、共振器と、回路基板とを準備する工程である。前記基板は、一表面に高周波信号の入出力部を有する。前記共振器は、両端に高周波信号の入出力端部を有し、一方の入出力端部を延長した仮想入出力面が他方の入出力端部を延長した仮想入出力面と交差する関係を有する。前記回路基板は、誘電体導波管線路が端面より露出する。前記共振器の実装工程は、前記他方の入出力端部を前記入出力部に接続するように前記共振器を前記基板上に実装する工程である。前記回路基板の実装工程は、前記共振器の一方の入出力端部に対して前記誘電体導波管線路の前記端面が接続されるように前記回路基板を前記基板上に実装する工程である。
また本発明の一実施形態にかかる送信器は、前記高周波モジュールと、発振器と、アンテナとを含む。発振器は、前記回路基板の一表面に実装され、平面線路に接続され、高周波信号を発生する。アンテナは、前記基板の他表面側に設けられ、前記誘電体型導波管線路に接続され、前記発振器が発生させた高周波信号を放射する。
また本発明の一実施形態にかかる受信器は、前記高周波モジュールと、アンテナと、検波器とを含む。アンテナは、前記基板の他表面側に設けられ、前記誘電体導波管線路に接続され、高周波信号を捕捉する。検波器は、前記回路基板の一表面に実装され、前記誘電体導波管線路に接続され、前記アンテナが捕捉した高周波信号を検波する。
また本発明の一実施形態にかかる送受信器は、前記高周波モジュールと、発振器と、分岐器と、送信アンテナと、受信アンテナと、ミキサとを含む。発振器は、前記回路基板に実装され、前記平面線路に接続され、高周波信号を発生する。分岐器は、平面線路に設けられ、前記発振器で発生させた高周波信号を分岐する。送信アンテナは、前記基板の他表面側に設けられ、前記誘電体導波管線路に接続され、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。受信アンテナは、前記基板の他表面側に設けられ、前記誘電体導波管線路に接続され、高周波信号を捕捉する。ミキサは、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高周波信号とを混合して中間周波信号を出力する。
また本発明の一実施形態にかかるレーダ装置は、前記送受信器と、検出器とを含む。検出器は、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検出する。
本発明の回路基板によれば、誘電体導波管線路の伝送方向端面と基板の入出力部との位置決めがしやすく、大きな位置ずれがなく接続できる。その結果、回路基板と入出力部が形成される基板との間の高周波接続を低損失かつ安定に行うことができる。
【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】本発明の第１の実施形態である高周波モジュールの構成を示す図である。
【図２Ａ】回路基板の構成を示す図である。
【図２Ｂ】回路基板の構成を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態である高周波モジュールの構成を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態である高周波モジュールの構成を示す断面図である。
【図５】高周波モジュールの構成を示す正面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態である送信器の構成を示す図である。
【図７】本発明の第５の実施形態である受信器の構成を示す図である。
【図８】本発明の第６の実施形態である送受信器およびレーダ装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０００５】
１  誘電体層
２  導体層
３  貫通導体
３ａ  貫通導体群
４  誘電体導波管線路
４ａ  伝送方向端面
５  回路基板
６  共振器
７  基板導波管
７ａ  第１入出力ポート
７ｂ  第２入出力ポート
８  アンテナ基板
９  ＭＭＩＣ
１０  平面線路
１１  ボンディングワイヤ
１２  調整要素
２０  高周波モジュール
２１  高周波モジュール
３０  送信器
３１  発振器
４０  受信器
４１  検波器
５０  送受信器
５１  分岐器
５２  分波器
５３  ミキサ
６０  レーダ装置
６１  検出器
１００  高周波モジュール
１０１ａ  第１キャビティ
１０１ｂ  第２キャビティ
１０２  積層型導波管線路
１０２ａ  変換部
１０５  メタルキャリア層
１０６  導電性接着層
１０８  封止構造体
１０９  制御基板
１１１  制御信号用パッド
１２０  回路基板
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
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、本発明の第１の実施形態である高周波モジュール２０の構成を示す図である。また、図２Ａおよび図２Ｂは、回路基板５の構成を示す図である。図２Ａは、回路基板５の上面図であり、図２Ｂは、回路基板５における高周波信号の伝送方向から見た側面図である。高周波モジュール２０は、回路基板５と、共振器６と、一表面に高周波信号の第１入出力部（第１入出力ポート７ａ）を有する基板８とを含む。
回路基板５は、誘電体層１と、誘電体層１を挟んで対向する一対の導体層２と、一対の導体層２を電気的に接続する貫通導体群３ａと、を備える。貫通導体群３ａは、誘電体層１を貫通し、一対の導体層２同士を電気的に接続する複数の貫通導体３を有する。貫通導体群３ａは、高周波信号の伝送方向に沿って間隔ｇを空けて配列された一対の貫通導体列を有する。一対の貫通導体列は、高周波信号の伝送方向に直交する方向に間隔ｗをあけて配置されている。
このように配置された貫通導体群３ａは、電気的な側壁を形成し、この側壁と一対の導体層２によって導波管である誘電体導波管線路４が形成される。また、誘電体導波管線路４を複数層が重ねて積層型導波管線路を構成してもよい。この場合には、その層数が回路基板５内で異なっていてもよい。
なお、間隔ｇは、高周波信号の波長の２分の１未満である。この場合、給電された電磁波が貫通導体同士の隙間から漏れることなく反射しながら誘電体導波管線路４の高周波信号伝送方向に伝播される。また、間隔ｇ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高周波信号の波長の２分の１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。
図１に示す回路基板５上には、平面線路１０や平面線路１０に電気的に接続される高周波回路素子であるＭＭＩＣ９が配置されており、平面線路１０とＭＭＩＣ９とがボンディングワイヤ１１を介して電気的に接続されている。
平面線路１０やボンディングワイヤ１１などは、誘電体銅波管線路４に電気的に接続される高周波伝送線路導体を構成しており、この高周波伝送線路導体と誘電体導波管線路４とで、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高周波伝送線路を構成する。
このため、ＭＭＩＣ９から出力される高周波信号は、ボンディングワイヤ１１を介して平面線路１０とボンディングワイヤ１１との接続部分から導体層２を表面に沿って伝送し、さらに誘電体導波管線路４を伝送する。なお、ＭＭＩＣ９と平面線路１０との接続構造は、ボンディングワイヤ１１を介した接続構造である必要はなく、フリップチップによる接続構造であってもよい。
上記のような接続構造を有する回路基板５は、高周波信号の伝送を妨げることがない特性を有する材質であれば特に限定されるものではないが、誘電体層１は、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。
誘電体層１は、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得ることができる。そして、シート状の誘電体層１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て、貫通導体３を形成する。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℃の温度で焼成することによって製作される。
なお、誘電体層１としては、伝送信号の周波数や製造コストの観点から、樹脂材料を用いることもできる。誘電体層１として使用可能な樹脂材料としては、たとえば、フッ素樹脂、ガラス基材入りフッ素樹脂、無機粒子と樹脂を混合した混合材料などが挙げられる。
また、導体層２としては、たとえば誘電体層１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、モリブデンなどの金属粉末に適当なアルミナ、シリカ、マグネシア等の酸化物や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誘電体層１上に印刷し、しかる後、約１６００℃の高温で同時焼成し、厚み５〜５０μｍ程度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、銀が、アルミナ質セラミックス、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、モリブデンが好適である。
本実施形態の高周波モジュール２０における回路基板５は、誘電体導波管線路４の端面４ａを延長した仮想面が、基板８の第１入出力ポート７ａが露出する基板８の一表面に対して交差、好ましくは略直交するように、基板８の一表面側に配置される。
基板８は、厚み方向に貫通する基板導波管７を有する。基板導波管７は、基板７の一表面側（回路基板５が配置される側）に第１入出力部である第１入出力ポート７ａと、他表面側に第２入出力部である第２入出力ポート７ｂと、を有する。ここで、基板８としては、たとえば、アンテナ基板が挙げられる。なお、基板導波管７は、空間であっても良いし、内部に誘電体が充填されていても良い。
基板８がアンテナ基板の場合は、ＭＭＩＣ９から出力されて誘電体導波管線路４を伝送した高周波信号は、後述する共振器６を介して第１入出力ポート７ａから基板導波管７を伝送し、第２入出力ポート７ｂから放射される。また、第２入出力ポート７ｂで捕捉した高周波信号は、基板導波管７を伝送して第１入出力ポート７ａから共振器６を介して誘電体導波管線路４を伝送する。
本実施形態では、基板８はアンテナ基板である。本実施形態の高周波モジュール２０においては、誘電体導波管線路４の端面４ａの前記仮想面と基板８の一表面とが交差する位置関係が存在しているので、誘電体導波管線路４の端面４ａと共振器６との接続、および共振器６と第１入出力ポート７ａとの接続を視認可能な状態で位置精度よく行なうことができる。その結果、誘電体導波管線路４と第１入出力ポート７ａとの位置ずれが少なくなる。
また、回路基板５と基板８との間には、回路基板５との信号の授受を行うための周辺回路を配した樹脂基板などが介在してもよいが、本実施形態では、回路基板５は、アンテナ基板８の一表面に固着実装される。
共振器６は、両端に入出力端部を有し、一方の入出力端部が誘電体導波管線路４の端面４ａに接続され、他方の入出力端部が基板８の第１入出力ポート７ａに接続されている。このように、交差、好ましくは略直交するように配置されている誘電体導波管線路４の端面４ａと基板８の第１入出力ポート７ａとを接続する接続部であってベンド（屈曲）部である部位に、共振器６が設けられているので、位置ずれに対して高周波信号の伝送損失が増大しにくくなり、回路基板５と基板８との間の高周波接続を低損失かつ安定に行うことができる。
また、共振器６は、前記ベンド部に対応して両端に開口する開口部を有し、一端側の開口部が誘電体導波管線路４の端面４ａに接続され、他端側の開口部が基板８の第１入出力ポート７ａに接続される空洞共振器からなることが好ましい。これによって、高周波信号が伝送されるときの入出力部となる誘電体導波管線路４の端面４ａと基板８の第１入出力ポート７ａとが、空洞共振器の空洞部によって覆われるような構造とすることができる。そのため、入出力部における接続箇所において高周波信号の漏洩を抑制することができる。
また、空洞共振器からなる共振器６は、開口部の周囲に実質的に高周波信号の波長の４分の１の間隔で、その間隔と実質的に同じ長さの幅の溝を有してもよい。このような溝は、チョークの働きをするため、開口部の接続箇所の隙間からの高周波信号の漏洩を抑制することができる。
なお、共振器６は、アルミニウムなどの金属からなる金属管によって形成するのが好ましい。共振器６を金属管とすることによって、放熱性がよくなり、回路基板５と基板８との間の高周波接続を低損失かつ安定に行うことができる。また、共振器６は、樹脂管の内周面に金属めっきを施して形成してもよい。樹脂管の内周面に金属めっきを施して共振器６を形成する場合には、金属めっきの厚みは、表皮効果を考慮した厚みとする。
また、共振器６の空洞部サイズは、誘電体導波管線路４の端面４ａのサイズおよび基板８の第１入出力ポート７ａの開口サイズを考慮して、高周波信号の周波数に対して共振するように設定される。
たとえば、回路基板５における２列の貫通導体群３ａの間隔ｗ（Ｘ軸方向の長さ）が０．４５ｍｍで誘電体層１の厚みｈ（Ｙ軸方向の長さ）が１．１５ｍｍ（誘電体導波管線路４の端面４ａのサイズ：０．４５ｍｍ×１．１５ｍｍ）、第１入出力ポート７ａにおいて前記貫通導体群３ａの間隔ｗに対応する長さ（Ｘ軸方向の長さ）が１．２５ｍｍで誘電体層１の厚みｈに対応する長さ（Ｚ軸方向の長さ）が２．５ｍｍ（第１入出力ポート７ａの開口面のサイズ：１．２５ｍｍ×２．５ｍｍ）である場合、周波数７６．５ＧＨｚの高周波信号のＴＥ１０モードでの共振および伝送には、共振器６の空洞部サイズは、貫通導体群３ａの間隔ｗに対応する長さ（Ｘ軸方向の長さ）が１．２５ｍｍで、誘電体層１の厚みｈに対応する長さ（Ｙ軸方向の長さ）が２．５ｍｍで、誘電体導波管線路４の延在方向に対応する長さ（Ｚ軸方向の長さ）が３．１ｍｍに設定する。
また、誘電体導波管線路４の端面４ａのサイズおよび基板８の第１入出力ポート７ａの開口サイズを考慮して、共振器６の空洞部サイズを設定することによって、周波数７６．５ＧＨｚの高周波信号のＴＭ１１モードでの共振および伝送も可能である。
図３は、本発明の第２の実施形態である高周波モジュール２１の構成を示す図である。高周波モジュール２１は、前述した高周波モジュール２０に類似しており、同一の部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。高周波モジュール２１においては、共振器６には、共振器６の空洞部内をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向のそれぞれに変位可能なピン状の調整要素１２が配設されている。この調整要素１２を、該要素の長手方向に沿って変位させることによって、共振器６に伝送する高周波信号の周波数を調整することができる。なお、調整要素１２は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向のうち、少なくとも１方向に配設されていればよい。
次に、高周波モジュール２０，２１の製造方法について説明する。まず、誘電体導波管線路４における高周波信号の端面４ａを延長した仮想面と第１入出力ポート７ａが露出する基板８の一表面とが交差、好ましくは略直交するように、回路基板５を基板８の一表面側の上方に配置して実装する。これによって、高周波信号が伝送されるときの入出力部となる誘電体導波管線路４の端面４ａと基板８の第１入出力ポート７ａとが、同時に視認可能な状態となる。
そして、共振器６の一端側を誘電体導波管線路４の端面４ａに位置決めして接続し、他端側を基板８の第１入出力ポート７ａに位置決めして接続して、共振器６を実装する。このとき、誘電体導波管線路４の端面４ａと基板８の第１入出力ポート７ａとを同時に視認可能であるため、共振器６の位置決めがしやすく、位置合わせの精度を高めることができる。そのため、この製造方法により作製した高周波モジュール２０，２１は、共振器６と誘電体導波管線路４との接続部、ならびに、共振器６と基板導波管７との接続部における、高周波信号の局所的変化を抑え、回路基板５と基板８との間の高周波接続を低損失かつ安定に行うことができる。
また、回路基板５を基板８に実装した後に共振器６が基板８に実装されるので、共振器６の構造をより自由に設定することができる。具体的には、共振器６の一部を回路基板５の上方に配置させ、共振器６によって誘電体導波管線路４の端面４ａを上方から覆う構造を容易に実現できる。そのため、この製造方法により作製した高周波モジュール２０，２１は、誘電体導波管線路４の端面４ａにおける高周波信号の漏洩を有効に抑止することが可能となる。
高周波モジュール２０，２１の他の製造方法について、以下に説明する。まず、共振器６の他方の入出力端部を基板８の第１入出力ポート７ａの開口面に位置決めして接続する。このとき、第１入出力ポート７ａは容易に視認可能であるため、位置決めがしやすく、大きな位置ずれがなく共振器６の入出力端部と第１入出力ポート７ａとを接続することができる。
そして、誘電体導波管線路４の端面４ａを共振器６の一方の入出力端部に位置決めして接続して、回路基板５を基板８の一表面側の上方に配置して実装する。このとき、誘電体導波管線路４の端面４ａが容易に視認可能であるため、位置決めがしやすく、位置ずれを小さく抑えた状態で、共振器６の入出力端部と第１入出力ポート７ａとを接続することができる。
そのため、この製造方法により作製した高周波モジュール２０，２１は、入出力部における、高周波信号が伝送される伝送路の局所的変化を抑え、回路基板５と基板８との間の高周波接続を低損失かつ安定に行うことができる。
また、基板８の一表面側に共振器６を実装した後に回路基板５を実装するので、回路基板５を実装した直後には、共振器６と回路基板５との間にクリアランスがある状態であり、この状態で特性評価を行ってからリワークするか、または共振器６と回路基板５との間の隙間を導体で覆い組立完成品を得るといった良品選別を行うことができる。
図４は、本発明の第３の実施形態である高周波モジュール１００の構成を示す断面図である。また、図５は、高周波モジュール１００の構成を示す正面図である。本実施形態において、上述の実施形態の構成と同一の部分には同一の参照符を付し、その説明を省略する。高周波モジュール１００は、回路基板１２０と、一表面に第１入出力ポート７ａが形成される基板８（アンテナ基板）と、空洞共振器６として機能する封止構造体１０８とを含む。
回路基板１２０は、平面線路１０と誘電体層１の内部に形成される誘電体導波管線路である積層型導波管線路１０２とが電気的に接続されて高周波回路を形成する基板である。平面線路１０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のうち、配線導体に高周波信号を伝送させるものであり、マイクロストリップ線路やコプレーナー線路などが挙げられるが、好ましくはマイクロストリップ線路である。
なお積層型導波管線路１０２は、図２Ａおよび図２Ｂに示される誘電体導波管線路４と類似の構成を有し、その外側側面が、高周波信号が入出力する入出力部となっており、露出している。
本実施形態における回路基板１２０においては、誘電体層１は、第１キャビティ１０１ａと、該第１キャビティ１０１ａ内に設けられ、該第１キャビティ１０１ａよりも小さい第２キャビティ１０１ｂと、を有する。第１キャビティ１０１ａの底面、すなわち、第２キャビティ１０１ｂの周囲の領域には、変換部１０２ａが設けられている。第２キャビティ１０１の底面には、半導体素子であるＭＭＩＣ９などが厚み方向一表面に実装される。
ＭＭＩＣ９から出力される高周波信号は、ボンディングワイヤ１１を伝送し、平面線路１０から変換部１０２ａを介して積層型導波管線路１０２を伝送する。
一方、本実施形態における基板８は、アンテナ基板であり、複数の基板導波管７を有する。また、基板８上には、基板８による高周波信号の送受信を制御する制御基板１０９が備えられており、制御基板１０９と回路基板１２０とは制御信号用パッド１１１を介して電気的に接続されている。
封止構造体１０８は、ＭＭＩＣ９などの半導体素子を、温度、湿度、機械的損失から保護するためのものであり、回路基板１２０全体を覆うように形成されており、かつ回路基板１２０の表面と封止構造体１０８の内面が密着し、回路基板１２０の側面と封止構造体１０８の内側面との間には共振空間が形成され、該空間によって共振器６を構成している。そして、共振器６を介して基板導波管７の第１入出力ポート７ａが積層型導波管線路１０２の端面に接続されている。
このため、ＭＭＩＣ９から出力されて積層型導波管線路１０２を伝送した高周波信号は、封止構造体１０８の共振器６を介して第１入出力ポート７ａから基板導波管７を伝送し、第２入出力ポート７ｂから放射される。また、第２入出力ポート７ｂで捕捉した高周波信号は、基板導波管７を伝送して第１入出力ポート７ａから共振器６を介して積層型導波管線路１０２を伝送する。
なお、本実施形態では、封止構造体１０８は、アルミニウムなどの金属材料から形成される。このように、回路基板１２０を覆う封止構造体１０８を金属材料で形成することによって、ＭＭＩＣ９などの半導体素子から発生する熱を外部に向けて放熱する役割を果たし、半導体素子の特性劣化を抑制することができる。
以上のように、本実施形態にかかる高周波モジュール１００では、回路基板１２０において高周波信号が入出力される入出力部が、積層型導波管線路１０２の外側側面となるように構成され、積層型導波管線路１０２の端面と基板８の第１入出力ポート７ａとは、封止構造体１０８の空洞共振器６によって接続されているので、回路基板の側面を有効に利用でき、回路基板の入出力部と基板の入出力部とが対向するように回路基板と基板が配置される場合に比べて、回路基板１２０が大きくなってしまうのを防止して小型化が達成可能である。
また、小型化された回路基板１２０によって、その回路基板１２０を覆う封止構造体１０８の大きさも小さくすることができる。よって、ＭＭＩＣ９などの半導体素子を収容する封止構造体１０８の内部空間を小さくして、この内部空間で不要な共振現象が誘発されるのを防止することができ、ＭＭＩＣ９などの半導体素子の特性劣化を抑制することができる。
また、積層型導波管線路１０２の入出力部と基板８の第１入出力ポート７ａとは、空洞共振器６によって接続されているので、高周波信号の伝送路となる空洞共振器６の空洞部を、放射波が発生しない状態に維持することができる。そのため、封止構造体１０８の内部空間で不要な共振現象が誘発されるのをさらに防止することができる。
また、本実施の形態の高周波モジュール１００では、回路基板１２０は、積層型導波管線路１０２の入出力部である端面と第１入出力ポート７ａが露出する基板８の一表面とが交差、好ましくは略直交するように、基板８一表面に導電性接着層１０６を介して固着実装されている。このとき、回路基板１２０と基板８との間には、各基板間のシールドを保持するためのメタルキャリア層１０５が形成されている。そして、封止構造体１０８は、回路基板１２０の最上層である誘電体層１に導電性接着層１０６を介して固着実装されて、回路基板１２０および基板８の第１入出力ポート７ａを覆うように構成されている。これによって、封止構造体１０８と、回路基板１２０の側面と、基板８とによって囲まれた空間が形成され、この空間が空洞共振器６となっている。このようにして、高周波モジュール１００の構成を簡略化することができる。
また、回路基板１２０に形成される第１および第２キャビティと封止構造体１０８とで囲まれる空間と、前記共振器６に対応する空洞部とが隔離されるので、共振器６の空洞部内で共振される高周波がキャビティ側の空間に進入したり、逆に、キャビティ側の空間においてボンディングワイヤ１１やＭＭＩＣ９から放射された放射波が共振器６の空洞部内に進入するのを防止することができる。
次に、高周波モジュール１００を備えた送信器、受信器、送受信器およびレーダ装置について説明する。図６は、本発明の第４の実施形態である送信器３０の構成を示す図である。本実施形態の送信器３０は、高周波モジュール１００を備えている。送信器３０は、回路基板１２０の一表面に実装された高周波信号を発生する発信器３１を含む。発振器３１は平面線路１０を介して積層型導波管線路１０２に接続されている。そして、送信器３０は、前記発振器３１が発生させた高周波信号を、基板８（アンテナ基板）の他表面側においてアンテナ（第２入出力ポート７ｂ）から放射するように構成されている。
また図７は、本発明の第５の実施形態である受信器４０の構成を示す図である。本実施形態の受信器４０は、高周波モジュール１００を備えている。受信器４０は、回路基板１２０の一表面に実装された検波器４１を有する。検波器４１は平面線路１０を介して積層型導波管線路１０２に接続されている。そして、受信器４０は、基板８（アンテナ基板）のアンテナ（第２入出力ポート７ｂ）で捕捉した高周波信号を検波器４１で検波する。
また図８は、本発明の第６の実施形態である送受信器５０およびレーダ装置６０の構成を示す図である。本実施形態のレーダ装置６０は、高周波モジュール１００を備える送受信器５０と、送受信器５０が備えるミキサ５３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６１とを含む。
送受信器５０は、高周波モジュール１００を備えている。送受信器５０は、発信器３１と、分岐器５１と、ミキサ５３とを含む。発信器３１は、回路基板１２０の一表面に実装され、平面線路１０に接続される。また、分岐器５１は、平面線路１０に設けられ、発振器３１で発生させた高周波信号を分岐する。そして、前記分岐器５１で分岐された一方の高周波信号は、分波器５２を介してアンテナ（第２入出力ポート７ｂ）から放射される。この第２入出力ポート７ｂは、高周波信号の捕捉もする。そして、ミキサ５３は、分岐器５１で分岐された他方の高周波信号と、第２入出力ポート７ｂで捕捉されて分波器５２を介して伝送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。
前述した送信器３０、受信器４０、送受信器５０およびレーダ装置６０によれば、高周波モジュール１００を備えて、回路基板１２０に対して一表面に発振器３１、検波器４１などを実装し、回路基板１２０の他表面に送受信用の基板８などを設けることで、一表面側の回路形成部で処理された高周波信号を、他表面側に設けられた基板８に伝送し、基板８の他表面における第２入出力ポート７ｂから放射させたり、逆に他表面側に設けられた基板８の第２入出力ポート７ｂで捕捉した高周波信号を、回路基板１２０の一表面側の回路形成部に伝送したりすることが効果的に行えるので、小型でありかつ良好な送受信性能を実現できる。
上述の実施形態において、共振器として空洞共振器が使用されたが、これに限定されず、筒状の導電体の内部を誘電体で充填した誘電体共振器などであってもよい。
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２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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