(57)【要約】【課題】ミリ波アンテナ装置において、アンテナ基板を信号処理用のメイン基板に積層して一体化した際、アンテナ基板が振動により破損するのを防止する。【解決手段】基板面が長尺形状で、長手方向一端側からミリ波を送・受信可能なアンテナパターンが形成されたアンテナ基板４と、アンテナ基板４におけるミリ波の送・受信方向先端側が突出するように、アンテナ基板４が積層され、アンテナ基板４にて送・受信される信号を信号処理する信号処理回路が形成されたメイン基板６と、を備えたミリ波アンテナ装置において、アンテナ基板４はメイン基板６よりも薄いセラミック基板にて構成され、メイン基板６において、アンテナ基板４が積層されて外部に突出される基板端部のアンテナ基板側角部は、断面円弧状になるよう面取りされている。【選択図】図５
2015115706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板面が長尺形状で、当該基板面には、長手方向一端側からミリ波を送・受信可能なアンテナパターンが形成されたアンテナ基板と、
前記アンテナ基板における前記ミリ波の送・受信方向先端側が突出するよう、前記アンテナ基板における前記ミリ波の送・受信方向とは反対側端部が積層され、前記アンテナ基板にて送・受信される信号を信号処理する信号処理回路が形成されたメイン基板と、
を備え、
前記アンテナ基板は、前記メイン基板よりも薄いセラミック基板にて構成され、
前記メイン基板において、前記アンテナ基板が積層されて外部に突出される基板端部の前記アンテナ基板側角部は、断面円弧状になるよう面取りされていることを特徴とするミリ波アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板にアンテナパターンを形成してなるアンテナ基板と、このアンテナ基板からの受信信号若しくは送信信号を処理する信号処理回路が形成されたメイン基板とを備えたミリ波アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人体等の被写体から放射されるミリ波帯の熱雑音を受信することで、被写体を撮像するミリ波撮像装置として、ミリ波の到来方向に向けて延びるミリ波アンテナ装置を、ミリ波の到来方向と交差する方向に平面状に複数配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、この種のミリ波撮像装置にて利用されるミリ波アンテナ装置としては、長尺形状の基板に、基板の長手方向一端側から入射するミリ波を受信するアンテナパターン（スロットアンテナ）を形成したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２８１７３８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１７１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ミリ波の受信信号は伝送損失が大きいことから、ミリ波アンテナ装置には、受信信号を検波して、その信号レベルを検出するための検波回路など、各種信号処理回路が一体的に設けられる。
【０００６】
そして、この場合、アンテナパターンを形成するアンテナ基板は、所望の受信特性が得られるように、高価なセラミック基板にて構成されるが、信号処理回路も同一のセラミック基板に形成すると、ミリ波アンテナ装置のコストアップを招くことから、信号処理回路は、アンテナ基板よりも低コストで実現可能なガラスエポキシ基板等を用いて構成される。
【０００７】
このように、アンテナ基板と信号処理回路を構成する基板とを別体にした場合、これら基板同士を接続する必要がある。
そして、信号処理回路を構成する基板は、信号処理用の各種電子部品やコネクタ等が実装されるので、アンテナ基板よりも大きくなることから、この基板をメイン基板（換言すればマザーボード）として、アンテナ基板のアンテナパターンよりも後端部分を、メイン基板に積層することで、基板同士を接続することが考えられる。
【０００８】
しかし、このようにメイン基板にアンテナ基板を積層した場合、アンテナ基板において、アンテナパターンが形成された先端部分は、メイン基板から突出されることになる。
このため、ミリ波アンテナ装置をミリ波撮像装置として利用するために、メイン基板を他のミリ波アンテナ装置のメイン基板と共に所定の設置箇所に固定すると、ミリ波撮像装置の移動時等に、アンテナ基板の先端部分が振動し、メイン基板の角部から応力が加わることになる。
【０００９】
そして、アンテナ基板は、破損し易いセラミック基板にて構成されているので、メイン基板の角部から加わる応力により破損することが考えられる。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、ミリ波アンテナ装置において、アンテナ基板と信号処理用のメイン基板とを別体で構成した場合に、アンテナ基板をメイン基板に積層して一体化した際、アンテナ基板が振動により破損するのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するためになされた本発明のミリ波アンテナ装置は、
基板面が長尺形状で、当該基板面には、長手方向一端側からミリ波を送・受信可能なアンテナパターンが形成されたアンテナ基板と、
前記アンテナ基板における前記ミリ波の送・受信方向先端側が突出するよう、前記アンテナ基板における前記ミリ波の送・受信方向とは反対側端部が積層され、前記アンテナ基板にて送・受信される信号を信号処理する信号処理回路が形成されたメイン基板と、
を備え、
前記アンテナ基板は、前記メイン基板よりも薄いセラミック基板にて構成され、
前記メイン基板において、前記アンテナ基板が積層されて外部に突出される基板端部の前記アンテナ基板側角部は、断面円弧状になるよう面取りされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
このように、本発明のミリ波アンテナ装置においては、信号処理回路が形成されたメイン基板が、アンテナ基板と別体で構成され、アンテナ基板が、メイン基板に対し、ミリ波の送・受信方向先端側が突出するように積層される。
【００１２】
しかし、メイン基板において、アンテナ基板が積層されて外部に突出される基板端部のアンテナ基板側角部は、断面円弧状になるよう面取りされていることから、アンテナ基板が振動した際に、メイン基板の角部からアンテナ基板に加わる応力を低減して、アンテナ基板が損傷するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態のミリ波アンテナ装置全体の構成を表す構成図である。
【図２】ワイヤボンディングにより電源供給を行うランドの構成を表す断面図である。
【図３】反転増幅回路の構成及びこれを構成する帰還抵抗の実装部分の配線パターンを表す説明図である。
【図４】検波回路基板の配線パターンを表す説明図である。
【図５】メイン基板からのアンテナ基板の突出部分の基板形状を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１に示すように、本実施形態のミリ波アンテナ装置２は、人体等の被写体の画像（ミリ波画像）を撮像するのに用いられるイメージング素子であり、被写体から放射されるミリ波帯の熱雑音を受信するアンテナ基板４と、このアンテナ基板４からの受信信号を信号処理するメイン基板６とから構成されている。
【００１５】
アンテナ基板４は、細長い長方形状のセラミック基板（詳しくはアルミナ基板）にて構成されており、片面（表面）にミリ波受信用のアンテナパターンを形成し、裏面をグランドパターンとすることにより構成されている。
【００１６】
なお、アンテナ基板４には、アンテナパターンとして、アンテナ基板４の長手方向一端側に向いた開口を有するスロット部、スロット部の開口先端から延びる一対の延出部、及び、各延出部に、それぞれ、スロット部の開口を挟んで他方の延出部に向けて突出された複数の突起からなるコルゲート構造の突起部、が形成されているが、このアンテナパターンについては、特許文献２に記載されているので、詳細な説明は省略する。
【００１７】
次に、メイン基板６は、アンテナ基板４よりも幅及び長さが大きい長方形状のガラスエポキシ基板にて構成されており、片面(表面）に受信信号処理用の配線パターンが形成され、中間層に電源供給用の配線パターン（電源供給ライン）が形成され、裏面がグランドパターンとされた３層構造となっている。
【００１８】
そして、メイン基板６において、配線パターンが形成された表面には、メイン基板６の長手方向一端側からスロット部の開口側が突出するように、アンテナ基板４が積層されている。
【００１９】
なお、メイン基板６のアンテナ基板４の積層部分は、グランドパターンとされており、アンテナ基板４は、裏面のグランドパターンがメイン基板６に向いた状態で積層される。また、その積層には、ガラスエポキシ系の接着剤が用いられる。
【００２０】
また、メイン基板６において、配線パターンが形成された表面には、アンテナ基板４側からメイン基板６の長手方向に沿って、アンテナ基板４からの受信信号を増幅する前段のローノイズアンプ（ＬＮＡ）１０、ＬＮＡ接続基板１２、後段のＬＮＡ１４、検波回路基板１６が実装されている。
【００２１】
なお、ＬＮＡ接続基板１２は、前段のＬＮＡ１０から後段のＬＮＡ１４へ受信信号を伝送するためのものであり、これら各部を接続するマイクロストリップラインと、マイクロストリップラインに接続された一対のスタブとにより、バンドパスフィルタを構成している。
【００２２】
また、検波回路基板１６は、ＬＮＡ１４から出力された受信信号を検波することで、その信号レベル（振幅）を表す電圧信号を出力するためのものであり、検波用のダイオードが実装されている。
【００２３】
また、検波回路基板１６の後段側には、検波回路基板１６からの出力を増幅する反転増幅回路１８を構成する電子部品（オペアンプＯＰ１、抵抗Ｒ等）が実装され、更に、その後段側には、外部装置接続用のコネクタ２０が実装されている。
【００２４】
また、メイン基板６において、反転増幅回路１８とコネクタ２０との間、及び、アンテナ基板４とは反対側の端部には、当該ミリ波アンテナ装置２をイメージング素子として、他のイメージング素子と共に一列若しくはマトリクス状に位置決めするためのガイドピン挿入用の孔部２２、２３が穿設されている。
【００２５】
次に、ＬＮＡ１０、１４は、ワンチップのＩＣにて構成されており、その実装位置近傍には、ワイヤボンディングにより中間層の電源供給ラインに接続するためのランド２４、２５が形成されている。
【００２６】
図２に示すように、このランド２４、２５は、中間層の電源供給ラインに接続されたスルーホール２６をハンダ等の導電材で穴埋めすることにより形成されている。これは、ランド形成用の配線パターンを形成することなく、基板表面でのボンディング領域を確保するためである。
【００２７】
また、反転増幅回路１８は、オペアンプＯＰ１を中心に構成されることから、その回路構成は、図３（ａ）に示すようになるが、メイン基板６には、図３（ｂ）に示すように、帰還抵抗Ｒｆとして、複数のチップ抵抗を実装可能な配線パターンが形成されている。
【００２８】
これは、ミリ波アンテナ装置２を一旦製造した後、コネクタ２０からの信号出力特性を調整できるようにするためである。つまり、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値を変化させれば、反転増幅回路１８の増幅率、延いては、コネクタ２０からの信号出力特性が変化するので、本実施形態では、その特性調整のために、帰還抵抗Ｒｆとして実装するチップ抵抗の交換等を容易に行うことができるようにしている。
【００２９】
また、アンテナ基板４、ＬＮＡ接続基板１２、及び検波回路基板１６が実装される、メイン基板６のグランドパターンには、グランドパターンの一部を除去することで、これら各基板４、１２、１６の積層位置を示す案内部２８が形成されている。
【００３０】
なお、ＬＮＡ接続基板１２及び検波回路基板１６は、アンテナ基板４と同様、セラミック基板にて構成されており、メイン基板６への固定（積層）には、アンテナ基板４と同様、ガラスエポキシ系の接着剤が用いられる。
【００３１】
次に、検波回路基板１６は、表面に図４に示す配線パターンを形成して、検波用のダイオード３０を実装し、裏面をグランドパターンとすることにより構成されている。
図４に示すように、検波回路基板１６の配線パターンは、ＬＮＡ１４からの受信信号を入力する入力部３２と、この入力部３２にダイオード３０を介して接続され、検波後の信号を反転増幅回路１８に出力する出力部３４と、入力部３２に接続されて、ダイオード３０に順方向バイアス電圧を供給するための電源供給部３６とにより構成されている。
【００３２】
入力部３２は、ＬＮＡ１４との整合をとるためのスタブ３２ａが形成されたマイクロストリップラインにて構成されており、ダイオード３０のアノード及び電源供給部３６が接続される出力側は、ＬＮＡ１４側よりもパターン幅が大きい三角形状になっている。
【００３３】
また、出力部３４及び電源供給部３６は、それぞれ、キャパシタＣを構成する３つの矩形パターンと、これらを順に接続する配線パターンからなるインダクタＬとによりローパスフィルタを構成している。
【００３４】
そして、出力部３４においてダイオード３０のカソードが接続される部分は、ダイオード３０のビームリード幅と同じパターン幅になっている。これは、ダイオード３０と出力部３４との接続部分から不要な信号が放射されるのを防止するためである。
【００３５】
また、電源供給部３６は、検波回路基板１６の基板面積が増加するのを防止するため、出力部３４に平行となるようローパスフィルタの配線パターンが形成されている。そして、電源供給部３６の入力部３２とは反対側には、所定の間隔を開けて、グランドパターン３８が形成されている。
【００３６】
このグランドパターン３８は、ダイオード３０をゼロバイアスで動作させるか、所定のバイアス電圧を印加することで動作させるかを切り換えるのに用いられるものであり、スルーホール３８ａを介して、検波回路基板１６の裏面のグランドパターンに接続されている。
【００３７】
なお、ダイオード３０をゼロバイアスで動作させる場合には、図４に示すように、電源供給部３６の開放端側の矩形パターンとグランドパターン３８とが、ワイヤボンディング等によってジャンパ線３９にて直接接続される。
【００３８】
また、ダイオード３０に所定のバイアス電圧を印加して動作させる場合（つまり、ダイオード３０に順方向電流を流す場合）には、図４に点線で示すように、チップコンデンサ３８ｂの一方の面の電極が接地されるように、グランドパターン３８にチップコンデンサ３８ｂを積層する。
【００３９】
そして、チップコンデンサ３８ｂのグランドパターン３８とは反対側の面の電極と、電源供給部３６の開放端側の矩形パターンとを、ワイヤボンディング等によってジャンパ線３９にて接続する。また、チップコンデンサ３８ｂのグランドパターン３８とは反対側の面の電極には、メイン基板６側からジャンパ線等を介してバイアス電圧を印加する。
【００４０】
このように、電源供給部３６は、ジャンパ線３９にてグランドパターン３８に直接接続するか、グランドパターン３８に積層されたコンデンサ３８ｂに接続するかによって、ダイオード３０をゼロバイアスで動作させるか、バイアス電圧を印加して動作させるかを設定できる。
【００４１】
上記のように構成された本実施形態のミリ波アンテナ装置２は、孔部２２、２３へガイドピンを挿入して、所定の枠体に位置決め固定されることにより、本実施形態のミリ波アンテナ装置２と同一構成の他のイメージング素子と共に一列若しくはマトリクス状に配置されて、ミリ波画像撮像用のラインセンサ若しくは２次元撮像装置の一画素検出用のイメージング素子として利用される。
【００４２】
そして、メイン基板６の幅は、他のイメージング素子と幅方向に並べることで、各イメージング素子のアンテナ基板４先端の受信部分が所定の等間隔となるように設定されている。
【００４３】
一方、アンテナ基板４の厚みは、約５０μｍに設定され、メイン基板６の厚みは、１０倍以上の約６６０μｍに設定されている。このため、上記のようにミリ波アンテナ装置２を所定の枠体に固定し、ラインセンサ若しくは２次元撮像装置を構成すると、メイン基板６は固定されるものの、メイン基板６から突出したアンテナ基板４は自由に動くことになる。
【００４４】
従って、ラインセンサ若しくは２次元撮像装置を移動させると、アンテナ基板４が、基板面に直交する方向に振動することになり、その振動により、アンテナ基板４のメイン基板６からの突出部分に力が加わり、アンテナ基板４が破損することが考えられる。
【００４５】
そこで、本実施形態では、図５に示すように、メイン基板６のアンテナ基板４側端部において、メイン基板６の厚み方向で、アンテナ基板４が積層される基板表面側の角部は、断面円弧状になるよう丸みを付けて面取り（丸み面取り）されている。
【００４６】
この結果、本実施形態のミリ波アンテナ装置２によれば、アンテナ基板４が振動した際に、メイン基板６からアンテナ基板４に加わる応力を分散させ、アンテナ基板４が破損するのを防止することができる。
【００４７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて、種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、アンテナ基板４には、アンテナパターンにて、開口先端部分にコルゲート構造の突起部が形成されたスロットアンテナが形成されているものとして説明したが、本発明のアンテナ基板は、長尺形状のセラミック基板に、その長手方向一端側から電波を放射するアンテナパターンを形成したものであればよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、メイン基板６には、ＬＮＡ１０、ＬＮＡ接続基板１２、ＬＮＡ１４、検波回路基板１６や、反転増幅回路１８を構成するオペアンプＯＰ１等が実装されるものとして説明したが、本発明のメイン基板は、長手方向先端部分に積層されたアンテナ基板から入力される受信信号、若しくは、そのアンテナ基板から送信させる送信信号を信号処理する信号処理回路が形成されたものであればよい。
【符号の説明】
【００４９】
２…ミリ波アンテナ装置、４…アンテナ基板、６…メイン基板、１０，１４…ＬＮＡ、１２…ＬＮＡ接続基板、１６…検波回路基板、１８…反転増幅回路、２０…コネクタ、２２，２３…孔部（ガイドピン挿入用）、２４，２５…ランド、２６…スルーホール、２８…案内部、３０…ダイオード、３２…入力部、３２ａ…スタブ、３４…出力部、３６…電源供給部、３８…グランドパターン、３８ａ…スルーホール、３８ｂ…チップコンデンサ、３９…ジャンパ線、Ｃ…キャパシタ、Ｌ…インダクタ、ＯＰ１…オペアンプ、Ｒ…抵抗、Ｒｆ…帰還抵抗。
【図１】
2015115706.tif 000003
【図２】
2015115706.tif 000004
【図３】
2015115706.tif 000005
【図４】
2015115706.tif 000006
【図５】
2015115706.tif 000007