(57)【要約】  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、誘電体基板の第１の面の側に、アンテナとして動作するアンテナパターンが配置されている。誘電体基板の、第１の面とは反対側の第２の面に、アンテナパターンに高周波信号を供給する高周波素子が実装されている。導電材料で形成された複数の信号用導体柱及び複数の接地導体柱が、第２の面から突出している。信号用導体柱は、誘電体基板に設けられた配線パターンにより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。複数の信号用導体柱及び複数の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。高周波素子を有効にシールドし、アンテナとして動作するアンテナパターンと、接地導体とを多層化して配置することが可能な無線通信モジュールが提供される。
2016063759.tif 000002
【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に配置された接地層と、
前記接地層よりも、前記誘電体基板の第１の面の側に配置され、アンテナとして動作するアンテナパターンと、
前記誘電体基板の、前記第１の面とは反対側の第２の面に実装され、前記アンテナパターンに高周波信号を供給する高周波素子と、
前記第２の面から突出し、導電材料で形成された複数の信号用導体柱及び複数の接地導体柱と
を有し、
前記信号用導体柱は、前記誘電体基板に設けられた配線パターンにより前記高周波素子に接続され、前記接地導体柱は、前記接地層に接続されており、複数の前記信号用導体柱及び複数の前記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無線通信モジュール。
【請求項２】
前記アンテナパターンは、前記誘電体基板の外周の少なくとも一部分に沿って配置された複数のダイポールアンテナを含み、
さらに、
平面視において、前記ダイポールアンテナよりも内側に配置され、前記ダイポールアンテナの反射器として作用する反射器パターンと、
前記反射器パターンを、複数の前記接地導体柱に接続する層間接続導体と
を有し、
前記接地導体柱が、前記反射器パターンとともに、前記ダイポールアンテナの反射器として作用する請求項１に記載の無線通信モジュール。
【請求項３】
前記アンテナパターンは、さらに、前記ダイポールアンテナよりも内側に配置された複数のパッチアンテナ用の導体パターンを含む請求項２に記載の無線通信モジュール。
【請求項４】
前記アンテナパターンは、６０ＧＨｚ帯で動作するように構成されており、
複数の前記接地導体柱は、平面視において前記高周波素子を取り囲むように配置されており、
相互に隣り合う前記接地導体柱の中心間の距離は、周波数３０ＧＨｚの電波の実効波長の１／４以下である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無線通信モジュール。
【請求項５】
相互に隣り合う前記接地導体柱の中心間の距離は、周波数３０ＧＨｚの電波の実効波長の１／１２以下である請求項４に記載の無線通信モジュール。
【請求項６】
さらに、前記誘電体基板の前記第２の面の上に配置され、前記高周波素子、前記信号用導体柱、及び前記接地導体柱を埋め込む封止樹脂層を有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無線通信モジュール。
【請求項７】
さらに、前記誘電体基板の前記第２の面に接合され、平面視において前記高周波素子を取り囲む枠状基板を有し、
前記信号用導体柱及び前記接地導体柱は、前記枠状基板に形成されたスルーホール内に収容されている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無線通信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波素子とアンテナとを備えた無線通信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び特許文献２に、アンテナと高周波半導体素子とを一体化したアンテナ一体化モジュールが開示されている。【０００３】
特許文献１に開示されたアンテナ一体化モジュールは、第１の導体層、第１の誘電体基板、第２の導体層、第２の誘電体基板、及び第３の導体層がこの順番に積み重ねられた多層構造を有する。第１の導体層に、第１の接地導体及びマイクロストリップアンテナが含まれる。第２の導体層に、第２の接地導体が含まれる。第３の導体層に、第３の接地導体及び給電回路が含まれる。【０００４】
第２の誘電体基板の、給電回路が形成された面に、高周波素子が実装される。第２の接地導体に結合孔が設けられている。この結合孔を通して、給電回路とマイクロストリップアンテナとが結合する。第１の接地導体、第２の接地導体、及び第３の接地導体がスルーホールを介して相互に接続されている。この構成により、高周波回路のグランドを安定化させることができる。【０００５】
特許文献２に開示されたアンテナ一体化モジュールにおいては、誘電体基板の一方の面に無線領域とアンテナ領域とが画定されている。無線領域に高周波素子が実装される。無線領域及びアンテナ領域が、封止樹脂層で被覆される。無線領域の高周波素子も、封止樹脂層で被覆される。封止樹脂層の上に、アンテナの放射素子と、高周波素子をシールドするシールド層とが同時に形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３４７２４３０号公報
【特許文献２】特開２０１４−１７９８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されたアンテナ一体化モジュールにおいては、高周波素子がシールドされていない。特許文献２に開示されたアンテナ一体化モジュールにおいては、放射素子と接地導体とを多層化して配置することが困難である。ミリ波アンテナを良好に動作させるために、放射素子と接地導体とを多層化して配置することが望まれる。【０００８】
本発明の目的は、高周波素子を有効にシールドし、アンテナとして動作するアンテナパターンと、接地導体とを多層化して配置することが可能な無線通信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】
【０００９】
本発明の第１の観点による無線通信モジュールは、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の内部に配置された接地層と、
前記接地層よりも、前記誘電体基板の第１の面の側に配置され、アンテナとして動作するアンテナパターンと、
前記誘電体基板の、前記第１の面とは反対側の第２の面に実装され、前記アンテナパターンに高周波信号を供給する高周波素子と、
前記第２の面から突出し、導電材料で形成された複数の信号用導体柱及び複数の接地導体柱と
を有し、
前記信号用導体柱は、前記誘電体基板に設けられた配線パターンにより前記高周波素子に接続され、前記接地導体柱は、前記接地層に接続されており、複数の前記信号用導体柱及び複数の前記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。【００１０】
高周波素子からの不要輻射を、誘電体基板内の接地層、及び接地導体柱でシールドすることができる。さらに、実装基板内の接地層でも、高周波素子からの不要輻射をシールドすることができる。【００１１】
本発明の第２の観点による無線通信モジュールにおいては、第１の観点による無線通信モジュールの構成に加えて、
前記アンテナパターンが、前記誘電体基板の外周の少なくとも一部分に沿って配置された複数のダイポールアンテナを含み、
さらに、無線通信モジュールは、
平面視において、前記ダイポールアンテナよりも内側に配置され、前記ダイポールアンテナの反射器として作用する反射器パターンと、
前記反射器パターンを、複数の前記接地導体柱に接続する層間接続導体と
を有し、
前記接地導体柱が、前記反射器パターンとともに、前記ダイポールアンテナの反射器として作用する。【００１２】
反射器パターン及び接地導体柱が反射器として作用するため、ダイポールアンテナの放射効率（アンテナ利得）を高めることができる。【００１３】
本発明の第３の観点による無線通信モジュールにおいては、第２の観点による無線通信モジュールの構成に加えて、
前記アンテナパターンが、さらに、前記ダイポールアンテナよりも内側に配置された複数のパッチアンテナを含む。【００１４】
ダイポールアンテナが、無線通信モジュールの横方向に指向性を持ち、パッチアンテナが、無線通信モジュールの法線方向（ボアサイト方向）に指向性を持つ。【００１５】
本発明の第４の観点による無線通信モジュールにおいては、第１乃至第３の観点による無線通信モジュールの構成に加えて、
前記アンテナパターンが、６０ＧＨｚ帯で動作するように構成されており、
複数の前記接地導体柱は、平面視において前記高周波素子を取り囲むように配置されており、
相互に隣り合う前記接地導体柱の中心間の距離は、周波数３０ＧＨｚの電波の実効波長の１／４以下である。【００１６】
周波数３０ＧＨｚ以下の不要輻射を効果的にシールドすることができる。【００１７】
本発明の第４の観点による無線通信モジュールにおいては、第３の観点による無線通信モジュールの構成に加えて、
相互に隣り合う前記接地導体柱の中心間の距離が、周波数３０ＧＨｚの電波の実効波長の１／１２以下である。【００１８】
周波数３０ＧＨｚ以下の不要輻射の第２高調波及び第３高調波を効果的にシールドすることができる。【００１９】
本発明の第５の観点による無線通信モジュールは、第１乃至第５の観点による無線通信モジュールの構成に加えて、
さらに、前記誘電体基板の前記第２の面の上に配置され、前記高周波素子、前記信号用導体柱、及び前記接地導体柱を埋め込む封止樹脂層を有する。【００２０】
封止樹脂層により信号用導体柱及び接地導体柱が埋め込まれているため、信号用導体柱及び接地導体柱が、より安定して機械的に支持される。高周波素子が封止樹脂層で保護される。封止樹脂層を実装基板に熱的に結合させると、高周波素子の放熱特性を高めることができる。【００２１】
本発明の第６の観点による無線通信モジュールは、第１乃至第６の観点による無線通信モジュールの構成に加えて、
さらに、前記誘電体基板の前記第２の面に接合され、平面視において前記高周波素子を取り囲む枠状基板を有し、
前記信号用導体柱及び前記接地導体柱は、前記枠状基板に形成されたスルーホール内に収容されている。【００２２】
枠状基板により、信号用導体柱及び接地導体柱が安定して機械的に支持される。
【発明の効果】
【００２３】
高周波素子からの不要輻射を、誘電体基板内の接地層、及び接地導体柱でシールドすることができる。さらに、実装基板内の接地層でも、高周波素子からの不要輻射をシールドすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１Ａは、実施例１による無線通信モジュールの断面図であり、図１Ｂは、実施例１の変形例１による無線通信モジュールの断面図であり、図１Ｃは、実施例１の変形例２による無線通信モジュールの断面図である。
【図２】図２Ａは、誘電体基板の最も上の導体層の平断面図であり、図２Ｂは、２層目の導体層の平断面図である。
【図３】図３Ａは、誘電体基板の３層目の導体層の平断面図であり、図３Ｂは、無線通信モジュールの底面図である。
【図４】図４Ａは、実施例１による無線通信モジュールの側面図であり、図４Ｂは、図２Ａの一点鎖線４Ｂ−４Ｂにおける断面図である。
【図５】図５Ａは、図２Ａの一点鎖線５Ａ−５Ａにおける断面図であり、図５Ｂは、図２Ａの一点鎖線５Ｂ−５Ｂにおける断面図である。
【図６】図６は、実施例２による無線通信モジュールを実装基板に実装した状態の断面図である。
【図７】図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ実施例３による無線通信モジュールの底面図及び断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［実施例１］
図１Ａに、実施例１による無線通信モジュール１０、及び無線通信モジュール１０が実装される実装基板２０の断面図を示す。誘電体基板１９の内部に接地層１１が配置されている。接地層１１よりも誘電体基板１９の第１の面１９Ａの側に、アンテナパターン１２が配置されている。アンテナパターン１２は、電波を放射する放射素子として動作する。なお、アンテナパターン１２を第１の面１９Ａの上に配置してもよい。アンテナパターン１２には、例えばパッチアンテナ、プリンテッドダイポールアンテナ等が含まれる。
【００２６】
誘電体基板１９の、第１の面１９Ａとは反対側の第２の面１９Ｂに、高周波素子（高周波半導体集積回路素子）１３が実装されている。高周波素子１３の端子と、アンテナパターン１２とが給電線１４で接続されている。高周波素子１３は、給電線１４を通してアンテナパターン１２に高周波信号を供給する。また、アンテナパターン１２で受信された高周波信号が、給電線１４を通して高周波素子１３に入力される。
【００２７】
誘電体基板１９の第２の面１９Ｂから、複数の信号用導体柱１５及び複数の接地導体柱１６が突出している。信号用導体柱１５は、誘電体基板１９に設けられた配線パターン１７により高周波素子１３に接続されている。接地導体柱１６は、接地層１１に接続されている。
【００２８】
無線通信モジュール１０は、複数の信号用導体柱１５及び複数の接地導体柱１６の先端において、実装基板２０の端子２１に電気的に接続される。実装基板２０は、例えばＣＰＵ、ベースバンド集積回路素子等が実装されたマザーボードである。実装基板２０の内部に接地層２２が配置されている。接地層２２は、接地導体柱１６を介して、無線通信モジュール１０の接地層１１に接続される。
【００２９】
実施例１においては、無線通信モジュール１０の接地層１１のみならず、実装基板２０の接地層２２も、アンテナパターン１２と対を成す接地面として動作する。このため、無線通信モジュール１０の平面寸法よりも広い接地面を確保することができる。接地面が広くなることにより、アンテナの動作が安定する。
【００３０】
高周波素子１３は、その上方に配置された接地層１１、及び下方に配置された接地層２２によりシールドされる。このため、高周波素子１３からの上方及び下方への不要輻射を効率的にシールドすることができる。さらに、複数配置される接地導体柱１６の中心間の距離を、高周波素子１３から発射されるスプリアスの実効波長の１／４以下とすることにより、高周波素子１３からの側方へのスプリアス発射を効果的に抑制することができる。接地導体柱１６の中心間の距離を、スプリアスの実効波長の１／１２以下とすることにより、スプリアスの第２高調波及び第３高調波の発射も効果的に抑制することができる。ここで、「実効波長」とは、着目している領域の誘電率を考慮した実際の波長を意味する。
【００３１】
図１Ｂに、実施例１の変形例１による無線通信モジュール１０の断面図を示す。以下、図１Ａに示した実施例１との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。実施例１の変形例１においては、誘電体基板１９の第２の面１９Ｂ、高周波素子１３、信号用導体柱１５、及び接地導体柱１６が、封止樹脂層２５に埋め込まれている。誘電体基板１９の第２の面１９Ｂに信号用導体柱１５及び接地導体柱１６を接合した後に、樹脂を充填することにより、封止樹脂層２５が形成される。信号用導体柱１５の先端、及び接地導体柱１６の先端は、封止樹脂層２５から露出している。
【００３２】
実施例１の変形例１においては、封止樹脂層２５が実装基板２０に対向するため、無線通信モジュール１０と実装基板２０との共平面性を確保することが容易である。誘電体基板１９の第２の面１９Ｂに実装される部品、例えば高周波素子１３等が封止樹脂層２５で保護されるため、高い信頼性を確保することができる。さらに、封止樹脂層２５と実装基板２０とを熱的に結合させることにより、高周波素子１３で発生した熱を実装基板２０に効率的に伝達することができる。これにより、高周波素子１３の放熱特性を高めることができる。
【００３３】
図１Ｃに、実施例１の変形例２による無線通信モジュール１０の断面図を示す。以下、図１Ａに示した実施例１との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。実施例１の変形例２においては、誘電体基板１９の第２の面１９Ｂに枠状基板２６が接合されている。枠状基板２６は、平面視において高周波素子１３を取り囲んでいる。信号用導体柱１５及び接地導体柱１６は、枠状基板２６に形成されたスルーホール内に収容されている。スルーホール内に信号用導体柱１５及び接地導体柱１６を充填した後、枠状基板２６が誘電体基板１９に接合される。
【００３４】
実施例１の変形例２においては、枠状基板２６が実装基板２０に対向するため、無線通信モジュール１０と実装基板２０との共平面性を確保することが容易である。さらに、信号用導体柱１５及び接地導体柱１６が枠状基板２６のスルーホール内に収容されているため、信号用導体柱１５及び接地導体柱１６の機械的強度を高めることができる。
【００３５】
［実施例２］
次に、図２Ａ〜図５Ｂを参照して、実施例２による無線通信モジュール１０について説明する。実施例２による無線通信モジュール１０は、多層の導体層が形成された誘電体基板１９を含む。
【００３６】
図２Ａに、誘電体基板１９内の最も上の導体層の平断面図を示す。誘電体基板１９は、長方形または正方形の平面形状を有する。最も上の導体層は、複数のプリンテッドダイポールアンテナ３０、給電線３１、バラン（平衡不平衡変換器）３２、及び複数のパッチアンテナの導体パターン３８を含む。誘電体基板１９には、例えばエポキシ樹脂等が用いられる。ダイポールアンテナ３０、給電線３１、バラン３２、及び複数のパッチアンテナの導体パターン３８には、例えば銅等の導電材料が用いられる。同様に、下層の導体層にも、銅等の導電材料が用いられる。
【００３７】
複数のダイポールアンテナ３０は、誘電体基板１９の外周線に沿って、外周線よりもやや内側に配置されている。ダイポールアンテナ３０の各々は、誘電体基板１９の外周線に対して平行に配置されている。一例として、誘電体基板１９の１つの辺に３個のダイポールアンテナ３０が配置される。
【００３８】
ダイポールアンテナ３０の各々から、誘電体基板１９の内側に向かって平衡型の給電線３１が延びる。給電線３１の内側の端部にバラン（平衡不平衡変換器）３２が設けられている。バラン３２は、平衡型の給電線３１の一方の位相を他方の位相に対して１８０度ずらす。バラン３２は、接続点３６において、誘電体基板１９の内層の伝送線路に接続されている。
【００３９】
ダイポールアンテナ３０よりもやや内側に、かつバラン３２より外側に、反射器パターン３３が配置されている。反射器パターン３３は、誘電体基板１９よりもやや小さい長方形の外周線に沿って配置された線状の導体パターンで構成される。反射器パターン３３は、給電線３１と交差する箇所において切断されており、給電線３１から絶縁されている。ダイポールアンテナ３０と反射器パターン３３との間隔は、ダイポールアンテナ３０の動作周波数の電波の実効波長の１／４に等しい。反射器パターン３３に沿って並ぶ複数の接続点３４において、反射器パターン３３が内層の接地層に接続されている。
【００４０】
複数のパッチアンテナの導体パターン３８は、ダイポールアンテナ３０よりも内側に、行列状に配置されている。図１Ａに示した例では、導体パターン３８が２行３列の行列状に配置されている。行方向及び列方向は、誘電体基板１９の外周線に対して平行である。
【００４１】
図２Ｂに、誘電体基板１９内の上から２層目の導体層の平断面図を示す。２層目には、接地層４０が配置されている。接地層４０は、平面視において、最上層の反射器パターン３３（図２Ａ）に整合する外周を有する。接地層４０に、複数の開口４１、及び複数の開口４２が設けられている。
【００４２】
開口４１は、最上層のパッチアンテナの導体パターン３８（図２Ａ）に対応して配置されている。開口４１の各々は、導体パターン３８よりも大きい正方形の平面形状を有する。
【００４３】
開口４２は、バラン３２の接続点３６（図２Ａ）に対応する位置に配置されている。開口４２の内側に、層間接続導体４３が配置されている。層間接続導体４３は、上層のバラン３２（図２Ａ）と、下層の伝送線路とを接続する。
【００４４】
図３Ａに、誘電体基板１９内の上から３層目の導体層の平断面図を示す。３層目には、接地層５０、給電素子５１、伝送線路５２、及び層間接続導体５３が配置されている。接地層５０は、枠状の平面形状を有し、最上層の反射器パターン３３（図２Ａ）及び２層目の接地層４０（図２Ｂ）に接続されている。接地層５０の外周線は、平面視において反射器パターン３３（図２Ａ）に整合する。給電素子５１、伝送線路５２、及び層間接続導体５３は、枠状の接地層５０に囲まれた領域に配置されている。伝送線路５２及び層間接続導体５３は、最上層のバラン３２（図２Ａ）に接続されている。
【００４５】
図３Ｂに、無線通信モジュール１０の底面図を示す。誘電体基板１９（図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ）の底面に封止樹脂層２５が密着している。封止樹脂層２５内に、高周波素子（高周波半導体集積回路素子）１３、高周波回路部品１８、及び導体柱２９が埋め込まれている。高周波回路部品１８には、インダクタ、キャパシタ等が含まれる。高周波素子１３及び高周波回路部品１８は、誘電体基板１９（図３Ａ）の裏面に実装されている。導体柱２９は、誘電体基板１９の裏面から突出しており、その先端は、封止樹脂層２５の表面に露出している。導体柱２９には、例えば銅等の導電材料が用いられる。封止樹脂層２５には、例えばエポキシ樹脂、シアネート樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられる。
【００４６】
複数の導体柱２９は、平面視において反射器パターン３３（図２Ａ）に沿って、等間隔に配列している。すなわち、導体柱２９は、ダイポールアンテナ３０よりも内側に配置されている。導体柱２９には、複数の信号用導体柱１５と複数の接地導体柱１６とが含まれる。信号用導体柱１５は、誘電体基板１９（図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ）に形成された配線パターンにより高周波素子１３に接続されている。接地導体柱１６は、接地層５０（図３Ａ）に接続されている。
【００４７】
図４Ａに、無線通信モジュール１０の側面図を示す。無線通信モジュール１０は、誘電体基板１９及び封止樹脂層２５を含む。誘電体基板１９の表側である第１の面１９Ａとは反対側の第２の面１９Ｂが、封止樹脂層２５で被覆されている。
【００４８】
図４Ｂに、図２Ａの一点鎖線４Ｂ−４Ｂにおける断面図を示す。誘電体基板１９の内部に、ダイポールアンテナ３０が配置されている。ダイポールアンテナ３０は、内層の接地層４０（図２Ｂ）より第１の面１９Ａ側に配置されている。
【００４９】
図５Ａに、図２Ａの一点鎖線５Ａ−５Ａにおける断面図を示す。誘電体基板１９内の最も上の導体層に、ダイポールアンテナ３０、給電線３１、及び反射器パターン３３が配置されている。２層目に接地層４０が配置され、３層目に接地層５０が配置されている。反射器パターン３３と、その下の接地層４０とが、層間接続導体３５で接続されている。接地層４０と、その下の接地層５０とが、層間接続導体４５で接続されている。
【００５０】
封止樹脂層２５に、複数の信号用導体柱１５及び複数の接地導体柱１６が埋め込まれている。信号用導体柱１５及び接地導体柱１６の先端面は、封止樹脂層２５から露出している。接地導体柱１６は、誘電体基板１９内の層間接続導体５５を介して接地層５０に接続されている。信号用導体柱１５は、誘電体基板１９に形成された配線パターン１７を介して高周波素子１３（図３Ｂ）に接続されている。信号用導体柱１５及び接地導体柱１６は、平面視においてダイポールアンテナ３０よりも内側に配置されている。
【００５１】
図５Ｂに、図２Ａの一点鎖線５Ｂ−５Ｂにおける断面図を示す。誘電体基板１９の最も上の導体層に、パッチアンテナ３９の導体パターン３８が配置されている。２層目に、接地層４０が配置されている。３層目に、接地層５０、及びパッチアンテナ３９の給電素子５１が配置されている。３層目の給電素子５１と最上層の導体パターン３８とは、２層目の接地層４０に設けられた開口４１（図２Ｂ）を通して、相互に電磁結合する。導体パターン３８は、無給電素子として機能する。なお、導体パターン３８に直接給電してもよい。
【００５２】
誘電体基板１９の第２の面１９Ｂに、高周波素子１３及び高周波回路部品１８が実装されている。高周波素子１３から、給電線１４を介して給電素子５１に給電される。給電線１４は、誘電体基板１９内に配置された層間接続導体５６、及び第２の面１９Ｂに形成された配線パターン５７を含む。
【００５３】
誘電体基板１９の第２の面１９Ｂから接地導体柱１６が突出している。高周波素子１３、高周波回路部品１８、及び接地導体柱１６が、封止樹脂層２５に埋め込まれている。接地層４０と接地層５０とが、層間接続導体４５により相互に接続されている。接地層５０と接地導体柱１６とが、層間接続導体５５により相互に接続される。
【００５４】
次に、実施例２による無線通信モジュール１０の機能について説明する。複数のダイポールアンテナ３０（図２Ａ）は、誘電体基板１９の基板面に平行な方向（横方向）に効率的に電波を放射するエンドファイアアンテナとして動作する。パッチアンテナ３９（図５Ｂ）は、誘電体基板１９の基板面の法線方向（ボアサイト方向）に効率的に電波を放射する。
【００５５】
複数のダイポールアンテナ３０、及び複数のパッチアンテナ３９に供給する信号の位相を調整することにより、誘電体基板１９よりも上方の半球面内において、指向性を任意に変化させることができる。
【００５６】
図６に、実施例２による無線通信モジュール１０を実装基板２０に実装した状態の断面図を示す。誘電体基板１９に、複数のパッチアンテナ３９及び複数のダイポールアンテナ３０が配置されている。誘電体基板１９の第２の面１９Ｂに、高周波素子１３が実装されている。
【００５７】
信号用導体柱１５及び接地導体柱１６の先端が、半田ボール２７により、実装基板２０の端子２１に接続される。実装基板２０に、ＣＰＵ６０及びベースバンド集積回路素子（ベースバンドＩＣ）６１が実装されている。信号用導体柱１５は、実装基板２０に形成された配線パターン２８によりベースバンド集積回路素子６１に接続される。実装基板２０内に接地層２２が配置されている。接地導体柱１６は、層間接続導体２３を介して接地層２２に接続されている。
【００５８】
無線通信モジュール１０の送信動作について説明する。ベースバンド集積回路素子６１から高周波素子１３に、中間周波数信号（ＩＦ信号）及び制御信号を送信する。制御信号は、複数のダイポールアンテナ３０及び複数のパッチアンテナ３９に供給する信号の位相シフト情報、及び送信モードの指令を含む。高周波素子１３は、受信したＩＦ信号をミリ波帯の高周波信号（ＲＦ信号）にアップコンバートする。さらに、制御信号に基づいて、複数のダイポールアンテナ３０及び複数のパッチアンテナ３９に、位相を調整してＲＦ信号を供給する。これにより、ダイポールアンテナ３０及びパッチアンテナ３９から電波を放射するとともに、目標とする方向への放射強度を高めることができる。
【００５９】
次に、無線通信モジュール１０の受信動作について説明する。ベースバンド集積回路素子６１から高周波素子１３に、複数のダイポールアンテナ３０及び複数のパッチアンテナ３９で受信される信号の位相シフト情報、及び受信モードの指令を含む。高周波素子１３は、複数のダイポールアンテナ３０及び複数のパッチアンテナ３９で受信されたＲＦ信号の位相を調整し、かつＲＦ信号をＩＦ信号にダウンコンバートする。ダウンコンバートされたＩＦ信号が、高周波素子１３からベースバンド集積回路素子６１に送信される。これにより、目標とする方向の受信感度を高めることができる。
【００６０】
以下、実施例２による無線通信モジュール１０の構成を採用することの優れた効果について説明する。
【００６１】
実施例２による無線通信モジュール１０も、実施例１と同様に、無線通信モジュール１０の接地層４０（図２Ｂ）及び接地層５０（図３Ａ）のみならず、実装基板２０の接地層２２（図６）も、ダイポールアンテナ３０及びパッチアンテナ３９（図６）と対を成す接地面として動作する。このため、無線通信モジュール１０の平面寸法よりも広い接地面を確保することができる。接地面が広くなることにより、アンテナの動作が安定する。
【００６２】
高周波素子１３（図６）が、無線通信モジュール１０の接地層４０（図２Ｂ）、接地導体柱１６（図３Ｂ）、及び実装基板２０の接地層２２（図６）が、シールド層として作用する。このため、高周波素子１３からの不要輻射を効率的にシールドすることができる。十分なシールド効果を得るために、複数配置される接地導体柱１６の中心間の距離を、高周波素子１３から発射されるスプリアスの実効波長の１／４以下とすることが好ましい。接地導体柱１６の中心間の距離が広くなることを避けるために、接地導体柱１６の間に配置する信号用導体柱１５は、１個以下とすることが好ましい。スプリアスの第２高調波及び第３高調波の発射を効果的にシールドするために、接地導体柱１６の中心間の距離を、スプリアスの実効波長の１／１２以下とすることがより好ましい。
【００６３】
本願の発明者らの評価実験によると、ダイポールアンテナ３０及びパッチアンテナ３９の動作周波数を６０ＧＨｚ帯とする場合、周波数３０ＧＨｚ以下の周波数のスプリアス強度が相対的に高いことが判明した。接地導体柱１６が配置されている領域における周波数３０ＧＨｚの電波の実効波長は約５．２ｍｍである。実効波長の１／４は、約１．３ｍｍであり、実効波長の１／１２は、約０．４３ｍｍである。
【００６４】
無線通信モジュール１０と実装基板２０（図６）との間に、アンダーフィル剤を充填することにより、高周波素子１３から発生する熱を、効率的に実装基板２０に伝達することができる。また、誘電体基板１９の第２の面１９Ｂが封止樹脂層２５（図４Ａ）で被覆されているため、無線通信モジュール１０と実装基板２０との共平面性を高めることができる。
【００６５】
さらに、実施例２においては、図５Ａに示すように、反射器パターン３３の下に、層間接続導体３５、接地層４０、層間接続導体４５、接地層５０、層間接続導体５５、及び接地導体柱１６が配置されている。これらの接地された導体部分が、ダイポールアンテナ３０（図２Ａ）に対して反射器として作用する。ダイポールアンテナ３０が配置されている最上層の反射器パターン３３のみならず、下層の導体部分も反射器として作用するため、ダイポールアンテナ３０の放射効率（アンテナ利得）を高めることができる。
【００６６】
下層の導体部分を反射器として動作させるために、ダイポールアンテナ３０の長手方向に平行で、かつ誘電体基板１９の基板面に対して垂直な仮想平面上に、反射器パターン３３、層間接続導体３５、接地層４０、層間接続導体４５、接地層５０、層間接続導体５５、及び接地導体柱１６を配置することが好ましい。この仮想平面とダイポールアンテナ３０との距離は、ダイポールアンテナ３０の動作周波数における実効波長の１／４とすることが好ましい。
【００６７】
実施例２では、図２Ａに示したように、誘電体基板１９の外周のほぼ全域に沿って、ダイポールアンテナ３０を配置した。その他の構成として、ダイポールアンテナ３０を、誘電体基板１９の外周の一部分に沿って配置してもよい。例えば、誘電体基板１９の相互に隣り合う２つの辺に沿ってダイポールアンテナ３０を配置し、他の２つの辺には、ダイポールアンテナ３０を配置しない構成としてもよい。
【００６８】
［実施例３］
図７Ａ及び図７Ｂに、それぞれ実施例３による無線通信モジュール１０の底面図及び断面図を示す。以下、図２Ａ〜図６に示した実施例２との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
【００６９】
実施例３においては、実施例２の封止樹脂層２５（図３Ａ〜図４Ｂ）に代えて、枠状基板２６が採用されている。この枠状基板２６に形成されたスルーホール内に、信号用導体柱１５及び接地導体柱１６が充填されている。枠状基板２６の内側に、誘電体基板１９が露出している。枠状基板２６で囲まれた領域に、高周波素子１３及び高周波回路部品１８が配置されている。
【００７０】
実施例３においては、枠状基板２６に信号用導体柱１５及び接地導体柱１６を組み込んだ後、枠状基板２６が誘電体基板１９に接合される。枠状基板２６を備えることにより、無線通信モジュール１０と実装基板２０との共平面性を高めることができる。
【００７１】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、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。さらに、種々の変更、改良等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００７２】
１０  無線通信モジュール
１１  接地層
１２  アンテナパターン
１３  高周波素子
１４  給電線
１５  信号用導体柱
１６  接地導体柱
１７  配線パターン
１８  高周波回路部品
１９  誘電体基板
１９Ａ  第１の面
１９Ｂ  第２の面
２０  実装基板
２１  端子
２２  接地層
２３  層間接続導体
２５  封止樹脂層
２６  枠状基板
２７  半田ボール
２８  配線パターン
２９  導体柱
３０  ダイポールアンテナ
３１  給電線
３２  バラン
３３  反射器パターン
３４  接続点
３５  層間接続導体
３６  接続点
３８  パッチアンテナの導体パターン（無給電素子）
３９  パッチアンテナ
４０  接地層
４１、４２  開口
４３  層間接続導体
４５  層間接続導体
５０  接地層
５１  パッチアンテナの給電素子
５２  伝送線路
５３  層間接続導体
５５、５６  層間接続導体
５７  配線パターン
６０  ＣＰＵ
６１  ベースバンド集積回路素子
【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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【国際調査報告】
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