(57)【要約】【課題】小型化が可能な通信装置を提供する。【解決手段】モジュール１０は、基板１１の上下に誘電体層１２Ａ，１２Ｂを備えると共に誘電体層１２Ａ上にはアンテナ１３および外部から伝送された信号を高周波または低周波に変換する周波数変換部１４が設けられ、アンテナ１３によって外部へ信号が通信されている。モジュール１０は超音波アクチュエータ３０Ａによってモジュール１０全体が駆動される。モジュール１０および超音波アクチュエータ３０Ａは筐体４０に収容され、筐体４０にはアンテナ１３の信号の放射方向を制限する窓３１が設けられ、その外部には信号を成形するレンズ５０が備えられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を用いた通信を行う通信部と、外部回路側の信号よりも前記通信部側の信号の方が周波数が高くなるように相互に周波数変換を行う周波数変換部とを有するモジュールと、
前記モジュールを駆動する駆動部と
を備えた通信装置。
【請求項２】
少なくとも前記モジュールを収容する筐体を備えた、請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記筐体内に前記駆動部が収容されており、前記駆動部は前記筐体内で前記モジュールを駆動する、請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記駆動部が前記筐体の外部に配置されており、前記駆動部は前記モジュールを前記筐体と共に駆動する、請求項２に記載の通信装置。
【請求項５】
前記筐体は前記高周波信号の通信方向を制限するための窓部を有する、請求項２に記載の通信装置。
【請求項６】
前記筐体は前記高周波信号の通信方向を補正するレンズを有する、請求項２に記載の通信装置。
【請求項７】
前記駆動部が高分子アクチュエータを用いて構成されている、請求項１に記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミリ波等からなる高周波信号を用いた通信を行う通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ミリ波のフロントエンドは、大型のレーダ機器または小型のスキャナ機器などに用いられている。大型のレーダ機器ではパラボラアンテナを回転させる走査方法が用いられ、比較的小型の自動車のレーダではホーンロッドを回転させる走査方法が用いられている。これらは基本的にモータとギア機構とからなる回転モジュールによってパラボラアンテナやホーンロッドを回転させる可動式の走査方法である。
【０００３】
一方、非可動式の走査方法が用いられている小型のスキャナ機器では、アンテナを複数の平面に配置してその位相を電子走査するフェーズドアレーアンテナ技術がミリ波へ応用され、開発されている（例えば、特許文献１，２参照）。このタイプではアンテナの機械的走査は必要ない。また、特許文献３ではポリゴンミラーとレンズアンテナとを用いてミリ波画像を撮像する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００６−５２８４６４号公報
【特許文献２】特許第４２３８４８号公報
【特許文献３】特開２００８−２４１３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、アンテナ部を独立して駆動させる場合には、回転モジュールのようにアンテナを構成するモジュールとは別のモジュールを設ける必要があり、通信装置を大型化する要因となっていた。また、フェーズドアレーアンテナ技術を用いた場合には、複数のアンテナ素子を２次元配置しなければならず、アンテナ部分の大型化が避けられなかった。更に、動作の切り替えに用いられるミリ波用の低損失な小型のスイッチの量産は未だ実現されていないため、通信装置の大型化が問題となっていた。
【０００６】
また、このような従来のミリ波を用いた通信装置では、ベースバンド回路などの外部回路から、ベースバンドの高周波信号がミリ波モジュールに入力され、モジュールにおいてより高い周波数の高周波信号に変換されていた。この変換された高周波信号は導波管などを用いてモジュールよりアンテナに伝送されている。導波管は例えば金属製の管であり、通信装置の大型化の一因ともなっていた。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、小型化が可能な通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による通信装置は、高周波信号を用いた通信を行う通信部と、外部回路側の信号よりも通信部側の信号の方が周波数が高くなるように相互に周波数変換を行う周波数変換部とを有するモジュールと、モジュールを駆動する駆動部とを備えたものである。
【０００９】
本発明の通信装置では、周波数変換部および通信部を備えたモジュール全体を駆動部によって駆動することにより、通信部のみを駆動させるためのモジュールまたは複数の通信用の素子を用いることなく高周波信号の通信（送受信）を行うことが可能となる。また、外部回路とモジュールとの間の信号として、上記高周波信号よりも低周波の信号を用いることにより、この部分の信号の伝送のために導波管を用いる必要もなくなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の通信装置によれば、周波数変換部および通信部を備えたモジュール全体を駆動部によって駆動するようにしたので、通信部を駆動させるためのモジュールまたは複数の通信用の素子を用いることなく信号の通信（送受信）を行うことができる。また、モジュールに周波数変換部を備えるようにしたので、外部回路とモジュールとの間の信号として、上記高周波信号よりも低周波の信号を用いることができ、簡易な配線を用いることができる。よって、モジュール全体を駆動することが可能となり、通信装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る通信装置の構成を表す断面図である。
【図２】図１に示したモジュールの詳細構成を表す断面図である。
【図３】比較例に係る従来の通信装置の構成を表す模式図である。
【図４】比較例に係る従来の通信装置の構成を表す模式図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る通信装置の構成を表す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る通信装置の構成を表す断面図である。
【図７】図６に示した導電性高分子アクチュエータの動作原理を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、以下の順序で図面を参照しつつ詳細に説明する。
１．第１の実施の形態（駆動部として超音波アクチュエータを用いた例）
２．第２の実施の形態（駆動部として電磁式のリニアモータを用いた例）
３．第３の実施の形態（駆動部として導電性高分子アクチュエータを用いた例）
【００１３】
１．第１の実施の形態
（全体構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る通信装置１の断面構成を表したものである。この通信装置１は、例えばミリ波等の高周波信号Ｓｏｕｔを用いた通信を行うものであり、配線基板１８上に実装されたモジュール１０と、駆動部３０としての超音波アクチュエータ３０Ａとを備える。このモジュール１０および超音波アクチュエータ３０Ａは筐体４０に収容されている。この筐体４０において、モジュール１０から放射される高周波信号Ｓｏｕｔの放射方向には窓４１が設けられており、筐体４０の外部にはレンズ５０が配置されている。
【００１４】
図２は、モジュール１０の詳細な断面構成を表したものである。モジュール１０は、基板１１の上下に第１誘電体層１２Ａおよび第２誘電体層１２Ｂを有し、第１誘電体層１２Ａ上には通信部（アンテナ）１３および周波数変換部（ＲＦＩＣ；Radio Frequency Integrated Circuit）１４が搭載されている。第２誘電体層１２Ｂの下には配線基板１８が設けられ、配線基板１８にはベースバンド回路（外部回路；図示せず）から配線２１を介して外部から信号が入力される。
【００１５】
基板１１は、例えばシリコン基板であるが、その他、合成石英、ガラス、金属、樹脂または樹脂フィルムなどからなるものでもよい。基板１１には、アンテナ１３に対向する位置に開口１１Ａが設けられている。ここでは、開口１１Ａは基板１１を貫通しているが、基板１１の一部が残っていてもよい。アンテナ１３に対向する位置に開口１１Ａを設けて中空構造とすることにより、基板１１による渦電流損失などが低減される。
【００１６】
なお、開口１１Ａとアンテナ１３とが対向するとは、両者が少なくとも一部において上下方向（基板１１の厚み方向）で重なる関係にあることをいう。すなわち、開口１１Ａの大きさおよび形状がアンテナ１３のそれに完全に一致する場合だけではなく、上記効果を得ることができる程度であれば、両者の一部のみが上下方向（基板１１の厚さ方向）で重なる関係にある場合も含むものである。
【００１７】
第１誘電体層１２Ａおよび第２誘電体層１２Ｂとしては、例えばベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミド（ＰＩ）、パリレンおよびダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などの有機材料の他に、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）などの無機材料を用いることができる。なお、第１誘電体層１２Ａは基板１１と、アンテナ１３およびＲＦＩＣ１４との接着層としても働き、特にＢＣＢを用いることによって、これらの接続処理を２８０度程度の低温で行うことが可能となる。
【００１８】
貫通電極１１Ｂ、コンタクト１５Ａ，１５Ｂ、電極１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ、配線１７，１９およびバンプ２０は、ベースバンド回路から配線２１を介して入力される信号をアンテナ１３へ伝達するためのものである。また、バンプ２０は基板１１を配線基板１８に実装させるための接続部でもある。これらの材料としては、例えば銅（Ｃｕ）を用いることができるが、アルミニウム（Ａｌ）やその他の金属を用いてもよく特に限定されない。なお、貫通電極１１Ｂの基板１１と接する表面には、例えば下地チタン（Ｔｉ）／銅薄膜（Ｃｕ）からなるシード層１１Ｃが設けられている。
【００１９】
アンテナ１３は、例えば３エレの擬似八木アンテナであり、配線１７Ａを介してＲＦＩＣ１４に接続されている。アンテナ１３の材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）を用いることができるがその他の金属材料を用いてもよい。
【００２０】
ＲＦＩＣ１４は、ベースバンド回路から入力された数ＧＨｚの周波数の信号（低周波信号）を高周波（例えば３０〜１００ＧＨｚ程度の周波数）の信号Ｓｏｕｔに変換する周波数変換部である。このＲＦＩＣ１４としては、例えばアンテナ１３と同様にアルミニウム（Ａｌ）を用いることができるが、金（Ａｕ）等のその他の金属材料を用いてもよい。ＲＦＩＣ１４は、配線１７Ａを介してアンテナ１３に接続されると共に、配線１７Ｂ、電極１６Ａおよびコンタクト１５Ａをこの順に介して貫通電極１１Ｂに接続されている。
【００２１】
配線基板１８は、基板１１と同様に例えばシリコン基板であるが、その他、合成石英、ガラス、金属、樹脂または樹脂フィルムなどからなるものでもよい。配線基板１８上には、ベースバンド回路（図示せず）から配線２１（例えばフレキシブルケーブル）を介して入力された信号をＲＦＩＣ１４に伝達するための配線１９が設けられている。配線基板１８および配線１９にはそれぞれバンプ２０を介して基板１１が実装されている。配線基板１８の裏面には超音波アクチュエータ３０Ａが有するヒンジ３３をスライドさせるための溝１８Ａが形成されている。
【００２２】
超音波アクチュエータ３０Ａは、支持基板３１上に設けられており、ヒンジ３３と、超音波振動子（ピエゾ振動子）３２とから構成されている。ヒンジ３３は、溝１８Ａと溝３１Ａとをスライドさせてモジュール１０を駆動するものである。この超音波振動子３２をＰ１方向に動かすことによってボール３４を中心としてモジュール１０が円周方向（Ｐ２方向）に変位させる。
【００２３】
筐体４０は、例えば矩形状であるが、その形状は特に限定されない。筐体４０はモジュール１０および駆動部３０を収納するものであり、この筐体４０におけるアンテナ１３の放射方向には、窓部（窓）４１が形成され、高周波信号の通信方向が制御されている。窓４１の材料としては、ミリ波の損失が少ない、例えば液晶ポリエステル（ＬＣＰ；Liquid Crystal Polymer）、ポリテトラフルオロエチレンあるいは石英などを用いることができる。
【００２４】
レンズ５０は、アンテナ１３から放射される高周波信号Ｓｏｕｔを整形し、通信方向を制限するためのものであり、例えばエフシータレンズを用いて構成されている。このレンズ５０の材料としては、筐体４０の窓４１と同様に、例えばＬＣＰ、ポリテトラフルオロエチレンあるいは石英などを用いることができる。なお、このレンズ５０は必ずしも設ける必要はない。
【００２５】
以下に、通信装置１の作用および効果について説明する。
【００２６】
通信装置１では、ベースバンド回路から入力された低周波信号がＲＦＩＣ１４によって高周波信号Ｓｏｕｔへ変換され、この高周波信号Ｓｏｕｔは配線１７Ａを介してアンテナ１３から外部へ放射され、通信が行われる。
【００２７】
従来の通信装置としては図３に示したように、例えば通信部１１３をモータとギア機構とからなる回転モジュール１３０を用いて回転させて対象を走査する可動式の通信装置１０１が用いられている。また、図４に示したように、例えば平面上に多数の小さなアンテナ素子１１３Ａが配置されているフェーズドアレーアンテナのような非可動式の通信装置１０２が用いられている。フェーズドアレーアンテナの走査方法は、通信部１１３を上下左右に動かすのではなく、平面上に多数の小さなアンテナ素子１１３Ａからそれぞれ放射される電波の位相を電気回路で制御することにより、これらのアンテナ素子１１３Ａからの電波を合成して、旋回あるいは俯仰させて対象を走査する。
【００２８】
ところが、可動式の通信装置１０１ではアンテナを駆動させるためのモータとギア機構からなる回転モジュール１３０、また、非可動式の通信装置１０２では複数のアンテナ素子１１３Ａを配列させるための空間が必要であるため、通信装置の小型化は困難であった。
【００２９】
更に、外部からモジュールへ入力される信号は、すでに高周波に変換された信号が導波管を通ってアンテナへ入力されていた。この導波管が装置の大型化の一因となっていた。また、導波管は大電力の伝送には適しているが、本実施の形態において用いられるようなミリ波では減衰が大きい。加えて高周波信号は伝送距離に比例して減衰が大きくなるため、ベースバンド回路から導波管を介してのモジュールへの高周波信号の伝送は非効率的であった。
【００３０】
これに対し、本実施の形態の通信装置１では、モジュール１０に外部から入力された信号を高周波に変換する周波数変換部としてＲＦＩＣ１４を実装すると共に、モジュール１０全体を駆動部である超音波アクチュエータ４０Ａで駆動させる。これにより、従来用いられているような通信部であるアンテナ１３を駆動させるための回転モジュール、または複数のアンテナを用いることなく、アンテナ１３の指向性を制御することが可能となる。従って、回転モジュールまたは上述したフェーズドアレーアンテナのように複数のアンテナを配置するための空間が不要となる。また、ベースバンド回路とモジュール１０との間の信号の伝送に従来のような導波管ではなく、例えばフレキシブルケーブルのような簡易な配線を用いることが可能となる。
【００３１】
以上のように本実施の形態の通信装置１では、外部から入力された信号を高周波に変換するＲＦＩＣ１４とアンテナ１３とを搭載したモジュール１０全体を、超音波アクチュエータ４０Ａによって可動させるようにしたので、通信装置１の小型化が可能となる。
【００３２】
また、外部回路からモジュール１０へ低い周波数の信号で入力し、モジュール内において高周波信号へ変換するようにしたので、信号の減衰を抑制することできる。
【００３３】
更に、可動式の通信装置１０１に用いられている通信部１１３を駆動させるための回転モジュール１３０、または非可動式の通信装置１０２を構成する多数のアンテナ素子１１３Ａが不要となるため、コストを抑えることも可能となる。
【００３４】
以下、本発明の他の実施の形態について説明するが、上記第１の実施の形態と同一構成部分については同一符号を付してその説明は省略する。各実施の形態の作用および効果については、第１の実施の形態と同様である。
【００３５】
２．第２の実施の形態
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る通信装置２の断面構成を表したものである。この通信装置２では、駆動部３０として、超音波アクチュエータ３０Ａの代わりに電磁式のリニアモータ３０Ｂが用いられている。
【００３６】
リニアモータ３０Ｂは、可動部３５と支持基板３１とから構成されている。可動部３５は、電磁コイル３５Ａと電磁コイル３５Ａの時局を変化させるためのモータ電源３５Ｂとヒンジ３３とを有している。支持基板３１は溝３１Ａと固定磁石３１Ｂとを有している。
【００３７】
このリニアモータ３０Ｂは、電磁コイル３５Ａの磁極をモータ電源３５Ｂによって変化させることにより、固定磁石３１Ａ上を駆動部３５が移動する。これにより、モジュール１０は第１の実施の形態と同様に配線基板１８の裏面およびリニアモータの３０Ｂの支持基板３５の表面に設けられた溝１８Ａ，３１Ａをヒンジ３３が面内方向（Ｐ１）に移動し、モジュール１０がＰ２方向に駆動される。
【００３８】
３．第３の実施の形態
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る通信装置３の断面構成を表したものである。この通信装置３では、駆動部３０として超音波アクチュエータ３０Ａの代わりに導電性高分子アクチュエータ３０Ｃが用いられている。
【００３９】
導電性高分子アクチュエータ３０Ｃは、例えばポリピロールなどのイオンが可動できる絶縁機材からなる保液層３７（またはゲル層）と、保液層３７を挟持するように互いに対向配置された一対の電極３６Ａ，３６Ｂとから構成されている。電極３６Ａ，３６Ｂは、例えばポリピロールなどの導電性高分子フィルムを用いることができる。電極３６Ａ，３６Ｂ上にはそれぞれ外部接続端子３９Ａ，３９Ｂが設けられ、これら外部接続端子３９Ａ，３９Ｂを介して駆動電源３８から所定の電圧が印加される。この導電性高分子アクチュエータ３０Ｃの、例えば第１電極３６Ａ上に、例えばポリイミドフィルムを用いてモジュール１０が接着される。
【００４０】
図７は、本実施の形態の通信装置３の動作を表したものである。電源３６Ａ，３６Ｂ
に対して駆動電源３８より所定の電圧を印加することで導電性高分子アクチュエータ３０Ｃは湾曲変形する。
【００４１】
負（−）電位が印加された電極３６Ａでは、陰イオンが保液層３７に放出されて収縮する。一方、正（＋）電位が印加された電極３６Ｂでは、電極３６Ａから放出された陰イオンが保液層３７を介して取り込まれて膨張する。これにより、導電性高分子アクチュエータ３０Ｃは電圧が印加されていない状態の図７（Ｂ）から図７（Ａ）に移行する。これとは逆に、負電位が電極３６Ｂに印加され正電位が電極３６Ａに印加されると、電極３６Ｂが収縮し電極３６Ａが膨張するため、導電性アクチュエータ３０Ｃは図７（Ｃ）の状態に移行する。
【００４２】
このように電極３６Ａ，３６Ｂに所定の電圧を印加することにより導電性アクチュエータ３０Ｃは湾曲変形し、モジュール１０が動き、アンテナ１３の指向性が制御される。
【００４３】
なお、先に駆動部３０として超音波アクチュエータ３０Ａおよびリニアモータ３０Ｂを用いた例を第１，第２の実施の形態として説明したが、より小型化が可能な通信装置としては本実施の形態の通信装置３が最も適している。
【００４４】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態においてはモジュール１０および駆動部３０を筐体４０に収納し、筐体４０内でモジュール１０を駆動するようにしたが、筐体４０内にモジュール１０を、筐体４０の外部に駆動部３０を設置し、筐体４０と共にモジュール１０を駆動するようにしてもよい。
【００４５】
また、上記実施の形態ではベースバンド回路から入力された信号をアンテナ１３から外部へ送信する例を説明したが、本発明の通信装置は、アンテナ１３において外部から受信した信号をベースバンド回路側へ送信する場合にも適用することができる。この場合には、外部から受信した高周波信号はＲＦＩＣ１４において低周波信号に変換され、配線２１を介してベースバンド回路に送信される。
【００４６】
更に、上記実施の形態ではアンテナ１３とＲＦＩＣ１４とが分離している例を示したが、ＲＦＩＣ１４の表面にアンテナパターンを形成するようにしてもよい。
【００４７】
また、上記実施の形態ではベースバンド回路からの信号がフレキシブルケーブルによって入力される例を示したが、この部分を光信号で伝送することも可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１，２，３…通信装置、１１…基板、１１Ａ…開口、１１Ｂ…貫通電極、１２Ａ…第１誘電体層層、１２Ｂ…第２誘電体層、１３…アンテナ（通信部）、１４…ＲＦＩＣ（周波数変換部）、１５Ａ，１５Ｂ…コンタクト、１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ…電極、１７Ａ，１７Ｂ…配線、１８…配線基板、１８Ａ…溝、１９…配線、２０…バンプ、２１…配線回路、３０…駆動部、３０Ａ…超音波アクチュエータ、３０Ｂ…リニアモータ、３０Ｃ…導電性高分子アクチュエータ。
【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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