(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の放射導体と、第１地導体層とを有する放射部と、
複数のストリップ導体と第２地導体層とを有する給電部と、
を備え、
前記複数のストリップ導体は、前記第１地導体層と前記第２地導体層との間において、前記複数の放射導体に対応して配置され、
前記第１地導体層は、各放射導体と対応するストリップ導体との間に位置し、前記ストリップ導体の延びる方向と交差する方向に延びる複数のスロットと、少なくとも１つの溝または孔とを有し、
前記少なくとも１つの溝または孔は、前記複数のスロットのうち、少なくとも一対の隣接するスロットの間に位置しており、
平面視において、前記第１地導体層の、前記少なくとも１つの溝または孔によって区切られる領域内のそれぞれにおいて、前記少なくとも一対の隣接するスロットの１つに対応する放射導体、ストリップ導体および前記第２地導体層の一部が位置し、１つの平面アンテナを構成している、平面アレイアンテナ。
【請求項２】
前記複数の放射導体および前記ストリップ導体は、それぞれ、第１方向および前記第１方向に直交する第２方向に沿って２次元に配置されている請求項１に記載の平面アレイアンテナ。
【請求項３】
前記第１地導体層は、複数の孔を有し、前記複数の孔は、前記第１方向および前記第２方向に沿って配列されている、請求項２に記載の平面アレイアンテナ。
【請求項４】
前記第１地導体層は、複数の孔を有し、前記複数の孔は、前記第１方向および前記第２方向のいずれか一方にのみに沿って配列されている、請求項２に記載の平面アレイアンテナ。
【請求項５】
前記第１地導体層は、複数の溝を有し、前記複数の溝は、前記第１方向および前記第２方向に沿って配列されている、請求項２に記載の平面アレイアンテナ。
【請求項６】
前記第１地導体層は、複数の溝を有し、前記複数の溝は、前記第１方向および前記第２方向のいずれか一方にのみに沿って配列されている、請求項２に記載の平面アレイアンテナ。
【請求項７】
前記複数の放射導体と前記第１地導体層との間、前記第１地導体層と前記ストリップ導体との間および前記ストリップ導体と前記第２地導体層との間にそれぞれ位置する誘電体層をさらに備える請求項１から６のいずれかに記載の平面アレイアンテナ。
【請求項８】
複数のセラミック層をさらに備え、
前記複数の放射導体、前記第１地導体層、前記複数のストリップ導体および前記第２地導体層は前記複数のセラミック層の間に位置する請求項１から６のいずれかに記載の平面アレイアンテナ。
【請求項９】
前記複数の放射導体を覆う誘電体層をさらに備えた請求項１から８のいずれかに記載の平面アレイアンテナ。
【請求項１０】
前記第１地導体層の前記少なくとも１つの溝または孔は空洞である、請求項１から９のいずれかに記載の平面アレイアンテナ。
【請求項１１】
前記第１地導体層の前記少なくとも１つの溝または孔は、前記複数のセラミック層を構成しているセラミックと同じセラミックで充填されている、請求項１から９のいずれかに記載の平面アレイアンテナ。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の平面アレイアンテナと、
前記平面アレイアンテナと電気的に接続された能動部品と、
を備えた準ミリ波・ミリ波無線通信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は平面アレイアンテナおよび準ミリ波・ミリ波無線通信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波の無線通信には、平面アンテナが用いられる場合がある。たとえば特許文献１〜３は、導体層にスロットを形成し、放射導体に給電する平面アンテナを開示している。特に、特許文献２は、複数の平面アンテナを備える平面アレイアンテナを開示している。具体的には、複数のストリップ導体と、複数のスロットが設けられた導体層と、それぞれのスロットを覆うように配置された複数の放射導体を備えた平面アレイアンテナを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２０１７１２号公報
【特許文献２】特開平６−２９１５３６号公報
【特許文献３】特開平７−０４６０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
平面アレイアンテナは、複数の平面アンテナから出射する電磁波を合成することによって、放射特性を高めることが可能である。本願は、優れた放射特性を得ることが可能な平面アレイアンテナおよび準ミリ波・ミリ波無線通信モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の平面アレイアンテナは、複数の放射導体と、第１地導体層とを有する放射部と、複数のストリップ導体と第２地導体層とを有する給電部とを備え、前記複数のストリップ導体は、前記第１地導体層と前記第２地導体層との間において、前記複数の放射導体に対応して配置され、前記第１地導体層は、各放射導体と対応するストリップ導体との間に位置し、前記ストリップ導体の延びる方向と交差する方向に延びる複数のスロットと、前記複数のスロットのうち、隣接する２つのスロットの間に位置する溝または少なくとも１つの孔とを有する。【０００６】
前記複数の放射導体および前記ストリップ導体は、それぞれ、第１方向および前記第１方向に直交する第２方向にそって２次元に配置されていてもよい。【０００７】
前記第１地導体層は、複数の孔を有し、前記複数の孔は、前記第１方向および前記第２方向に沿って配列されていてもよい。【０００８】
前記第１地導体層は、複数の孔を有し、前記複数の孔は、前記第１方向および前記第２方向のいずれか一方にのみに沿って配列されていてもよい。【０００９】
前記第１地導体層は、複数の溝を有し、前記複数の溝は、前記第１方向および前記第２方向に沿って配列されていてもよい。【００１０】
前記第１地導体層は、複数の溝を有し、前記複数の溝は、前記第１方向および前記第２方向のいずれか一方にのみに沿って配列されていてもよい。【００１１】
前記複数の放射導体と前記第１地導体層との間、前記第１地導体層と前記ストリップ導体との間および前記ストリップ導体と前記第２地導体層との間にそれぞれ位置する誘電体層をさらに備えていてもよい。【００１２】
前記平面アレイアンテナは、複数のセラミック層をさらに備え、前記複数の放射導体、前記第１地導体層、前記複数のストリップ導体および前記第２地導体層は前記複数のセラミック層の間に位置していてもよい。【００１３】
前記平面アレイアンテナは、前記複数の放射導体を覆う誘電体層をさらに備えていてもよい。【００１４】
前記第１地導体層の前記溝または少なくとも１つの孔は空洞であってもよい。【００１５】
前記第１地導体層の前記溝または少なくとも１つの孔は、前記複数のセラミック層を構成しているセラミックと同じセラミックで充填されていてもよい。【００１６】
本開示の準ミリ波・ミリ波無線通信モジュールは、上記平面アレイアンテナと、前記平面アレイアンテナと電気的に接続された能動部品とを備える。
【発明の効果】
【００１７】
本開示によれば、アレイアンテナの各放射導体から放射される電磁波の干渉が抑制され、優れた放射特性を備えた平面アレイアンテナおよび準ミリ波・ミリ波無線通信モジュールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態の平面アレイアンテナの概略を示す平面図である。
【図２】（ａ）は、図１の２Ａ−２Ａ線における平面アレイアンテナの断面図であり、（ｂ）から（ｄ）は、図１の２Ａ−２Ａ線における平面アレイアンテナの要素の概略を示す平面図である。
【図３】図１に示す平面アレイアンテナの第１地導体層の概略を示す平面図である。
【図４】平面アレイアンテナの第１地導体層に設ける開孔の他の例を示す平面図である。
【図５】平面アレイアンテナの第１地導体層に設ける開孔の他の例を示す平面図である。
【図６】平面アレイアンテナの第１地導体層に設ける開孔の他の例を示す平面図である。
【図７】平面アレイアンテナの第１地導体層に設ける開孔の他の例を示す平面図である。
【図８】平面アレイアンテナの第１地導体層に設ける開孔の他の例を示す平面図である。
【図９】第１の実施形態の他の例による平面アレイアンテナの概略を示す断面図である。
【図１０】第１の実施形態の平面アレイアンテナと配線回路とを形成した多層セラミック基板の例を示す断面図である。
【図１１】（ａ）は、無線通信モジュールの実施形態を示す模式的下面図であり、（ｂ）は、基板に実装された無線通信モジュールを示す模式的断面図である。
【図１２】計算によって求めた実施例１の平面アレイアンテナの放射特性を示す図である。
【図１３】計算によって求めた実施例２の平面アレイアンテナの放射特性を示す図である。
【図１４】計算によって求めた実施例３の平面アレイアンテナの放射特性を示す図である。
【図１５】計算によって求めた実施例４の平面アレイアンテナの放射特性を示す図である。
【図１６】計算によって求めた実施例５の平面アレイアンテナの放射特性を示す図である。
【図１７】平面アレイアンテナの他の形態を示す図であって、（ａ）は、図１の２Ａ−２Ａ線に対応する位置における平面アレイアンテナの断面図であり、（ｂ）から（ｅ）は、図１の２Ａ−２Ａ線に対応する位置における平面アレイアンテナの要素の概略を示す平面図である。
【図１８】平面アレイアンテナの他の形態を示す図であって、（ａ）は、図１の２Ａ−２Ａ線に対応する位置における平面アレイアンテナの断面図であり、（ｂ）から（ｄ）は、図１の２Ａ−２Ａ線に対応する位置における平面アレイアンテナの要素の概略を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本願発明者は、ストリップ導体からスロットを介して平面アンテナに給電する平面アンテナを複数備える平面アンテナアレイの放射特性を向上させることを鋭意検討した。その結果、平面アンテナに複数のスロットを設け、平面アンテナの放射導体に給電させる場合に、電磁波の干渉が生じ、放射特性が劣化することを見出し、電磁波の干渉を抑制し得る新規な構造の平面アレイアンテナを想到した。
【００２０】
本開示の平面アレイアンテナは、例えば、準ミリ波・ミリ波帯域の無線通信に利用可能である。ミリ波帯域の無線通信は、波長が１ｍｍ〜１０ｍｍであり、３０ＧＨｚから３００ＧＨｚの周波数の電波を搬送波として用いる。準ミリ波帯域の無線通信は、波長が１０ｍｍ〜３０ｍｍであり、１０ＧＨｚから３０ＧＨｚの周波数の電波を搬送波として用いる。準ミリ波・ミリ波帯域の無線通信では、平面アンテナのサイズは数センチあるいはミリメートルのオーダーになる。このため、例えば、準ミリ波・ミリ波無線通信回路を、多層セラミック焼結基板（例えば多層セラミック基板１０２）によって構成する場合、多層セラミック焼結基板に本開示の平面アレイアンテナを実装することが可能となる。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は本開示の平面アレイアンテナ１０１の実施形態を示す平面図である。多層セラミック体４０の上面４０ｕに複数の放射導体３０がアレイ状に配置されている。本実施形態では、放射導体３０は、図１に示すように、ｘ方向（第１方向）およびｘ方向に直交するｙ方向（第２方向）に２次元に配列されており、アレイを構成している。図２（ａ）に図１の２Ａ−２Ａ線における平面アレイアンテナ１０１の断面図を示す。
【００２２】
平面アレイアンテナ１０１は、放射部５１と、給電部５２とを含む。給電部５２と放射部５１とは電磁結合しており、給電部５２から供給される信号電力を放射部５１が受け取り、電磁波が放射導体３０から放出される。放射部５１は複数の放射導体３０と、第１地導体層２０とを有する。また、給電部５２は、複数のストリップ導体１０と、第２地導体層６０とを有する。複数のストリップ導体１０のそれぞれは、第１地導体層２０と第２地導体層６０との間に位置し、放射導体３０の１つに対応して配置されている。つまり、これら構成要素の積層方向であるｚ方向からみて、各ストリップ導体１０の少なくとも一部が、対応する放射導体３０と重なっている。図２（ｂ）、図２（ｃ）および図２（ｄ）は、２Ａ−２Ａ断面に示される放射導体３０、第１地導体層２０およびストリップ導体１０の平面図である。
【００２３】
放射導体３０、第１地導体層２０、ストリップ導体１０および第２地導体層６０の間には、誘電体層が位置している。誘電体層は、樹脂層、ガラス層、セラミック層、空洞等であってよい。本実施形態では、誘電体層はセラミック層であり、平面アレイアンテナ１０１は複数のセラミック層を含む多層セラミック体４０に放射導体３０、第１地導体層２０、ストリップ導体１０および第２地導体層６０が設けられた多層セラミック基板として構成されている。多層セラミック基板によって平面アレイアンテナ１０１を構成する例は後述する。
【００２４】
放射導体３０は、電波を放射する放射素子であり、導電性層によって形成される。例えば本実施形態では、放射導体３０は、矩形（方形）形状を有している。しかし、放射導体は、円形状あるいは他の形状を有していてもよい。上述したように、複数の放射導体３０は、アレイアンテナを構成しており、これにより、放射または受信する電波の指向性が高められる。また、放射導体３０のピッチｐは波長λ０の１／２である。ここで、λｄは、後述するように誘電体である多層セラミック体４０中における搬送波の波長であり、λ０は、搬送波の真空中における波長である。
【００２５】
第１地導体層２０も導電性層によって形成される。第１地導体層２０は、放射導体３０のアレイの領域３０ｒを含む大きさを有し、かつ、ｚ方向から見て、領域３０ｒを含むように、放射導体３０に対して配置されていることが好ましい（図１、図２参照）。
【００２６】
第１地導体層２０は、複数のスロット２１を含む。各スロット２１は、放射導体３０の１つと対応するストリップ導体１０との間に位置し、ストリップ導体１０の延びる方向であるｘ方向と交差するｙ方向に延びる。スロット２１を有する第１地導体層２０は、後述するストリップ導体１０と第２地導体層６０とで構成されるマイクロストリップラインに印加される信号電力が、スロット２１を介して放射部５１へ電磁結合する際、放射導体として機能する。放射導体３０とスロット２１を有する第１地導体層２０とによって複共振が生じ、放射する電磁波が広帯域化される。
【００２７】
また、第１地導体層２０は、複数のスロット２１のうち、隣接する２つのスロット２１の間に位置する少なくとも１つの開口を有する。開口は溝または孔である。本実施形態では、第１地導体層２０は、複数の孔２２を有する。スロット２１および孔２２は、第１地導体層２０に設けられた貫通開口であり、これらの領域において導電性層が欠落している。後述するように、スロット２１および孔２２内に誘電体が埋め込まれていてもよいし、空洞であってもよい。スロット２１の内周の長さＬ（内周の４辺を合計した長さに相当）はλｄである。孔２２の直径ｗｈは、λｄ／４以下である。複数の孔２２の配置について以下において詳述する。
【００２８】
複数のストリップ導体１０は、導電性層によって形成される。複数のストリップ導体１０は、ｚ方向から見て、第１地導体層２０の複数のスロット２１と交差するように配置されている。本実施形態では、ストリップ導体１０の幅ｗｍは例えば１４０μｍである。
【００２９】
第２地導体層６０も導電性層によって形成される。第２地導体層６０は、放射導体３０のアレイの領域３０ｒを含む大きさを有し、かつ、ｚ方向（多層セラミック体４０の積層方向）から見て、領域３０ｒを含むように、放射導体３０に対して配置されていることが好ましい（図１、図２参照）。
【００３０】
図３は、第１地導体層２０全体の平面図である。図３において、放射導体３０の位置およびストリップ導体１０の位置を破線で示している。複数の孔２２は、本実施形態では、隣接する２つのスロット２１の間にｘ方向およびｙ方向に沿って配置されている。例えば、隣接する２つのスロット２１のｘ方向における中間点およびｙ方向の中間点の位置をそれぞれ通り、ｙ方向およびｘ方向に平行な直線上に配列された孔２２の列２２ｐおよび孔２２の列２２ｑが配置されている。孔２２の数、直径、位置および間隔は、電磁波の干渉抑制に影響する。これらの最適値は、平面アレイアンテナ１０１に求められる特性に依存する。列２２ｐおよび列２２ｑによって、各スロット２１を含む第１地導体層２０の領域２０ｒが区切られている。領域２０ｒにおいて、ｚ方向に位置する放射導体３０、第１地導体層２０、ストリップ導体１０および第２地導体層６０が１つの平面アンテナを構成している。
【００３１】
平面アレイアンテナ１０１によれば、給電部５２の各ストリップ導体１０と第２地導体層６０とで構成されるマイクロストリップラインに印加される信号電力が、スロット２１を介して放射部５１へ電磁結合し、第１地導体層２０に設けられた孔２２によって、平面アンテナ間の相互の電磁気的干渉が抑制される。このため、放射導体３０から放射される電波の干渉が最適化され、放射特性の低下も抑制される。以下において説明するように、特に放射特性におけるメインローブとサイドローブとのゲイン差を大きくすることができ、指向性に優れた放射特性を実現することができる。
【００３２】
平面アンテナ、マイクロストリップライン等、高周波信号を伝送したり、高周波の電磁波を放射する素子構造では、地導体は一般に電磁波のシールド構造として機能する。この観点から、地導体層に孔２２を設けることは一般的ではない。例えば、特開２００３−７８３３７号公報に開示された積層アンテナは、スロットと、複数の穿孔部とが設けられた金属皮膜を備えている。この金属皮膜の穿孔はフォトニックバンドギャップを構成しており、スロット以外の領域で金属皮膜が電磁波を伝播させないようにするための構造であって、複数の平面アンテナ間における電磁波の干渉を最適化する構造ではない。
【００３３】
なお、上記実施形態の平面アレイアンテナ１０１は、１つの放射導体３０に対して、図２(ｃ)および（ｄ）に示すようにｙ方向に延びるスロット２１およびｘ方向に延びるストリップ導体１０を備えていた。平面アレイアンテナは他の形態のスロットおよびストリップ導体を備えていてもよい。図１７（ａ）から（ｅ）に示す平面アレイアンテナ１０１’は、第１地導体層２０に設けられ、ｘ方向およびｙ方向に延びるスロットが交差した十字形状の開口２１ｂを備える。また、平面アレイアンテナ１０１’ の十字形状の開口２１ｂに対応して、ｘ方向に延びるストリップ導体１０とｙ方向に延びるストリップ導体１０ｂとを備える。ストリップ導体１０とストリップ導体１０ｂとはｚ方向から見て交差するように誘電体層を介して配置されている。
【００３４】
図１８（ａ）から（ｄ）に示す平面アレイアンテナ１０１’’は、平面アレイアンテナ１０１’と同様、十字形状の開口２１ｂを有するが、ストリップ導体の形態が平面アレイアンテナ１０１’と異なっている。平面アレイアンテナ１０１’’はｘ方向に延びるストリップ導体１０ｄとｙ方向に延びるストリップ導体１０ｃとを備える。これらのストリップ導体は十字形状の開口２１ｂに対応しているが、ｘ方向およびｙ方向の長さは十字形状を構成する交差する２つのストリップの１／２の長さよりも短い。例えば、ストリップ導体１０ｃとストリップ導体１０ｄとは誘電体層中において、第１地導体層２０から同じ距離を隔てた位置に配置することができる。
【００３５】
なお、上記実施形態において、第１地導体層２０は、ｘ方向に配列された孔２２の列２２ｑおよびｙ方向に配列された孔２２の列２２ｐの両方を備えていた。しかし、例えば、図４および図５に示すように、第１地導体層２０にｙ方向に配列された複数の孔２２の列２２ｐのみを設けてもよいし、ｘ方向に配列された複数の孔２２の列２２ｑのみを設けてもよい。また、孔２２の形状は円に限られず、三角形、四角形等の多角形であってもよく、孤立した任意の形状の貫通開口を有する孔２２であればよい。
【００３６】
また、第１地導体層に形成する孔の列は１つであってもよいし、２以上であってもよい。ｘ方向およびｙ方向に沿った１列同士を交差させて十字状に配置してもよく、２列同士を交差させて二重の十字状に配置してもよい。孔の列における孔のピッチは等しくてもよいし、第１地導体層を介した干渉を抑制できていれば、孔の間隔を変化させたり、孔の間隔をランダムに設定してもよい。また、平面アレイアンテナにおいて、各アンテナを囲うように、孔や溝を第１地導体層に形成してもよい。
【００３７】
また、孔２２の代わりに溝を設けてもよい。図６および図７に示すように、第１地導体層２０のｙ方向に隣接する２つのスロット２１の間に、ｘ方向に延びる溝２３ｑを設けてもよいし、第１地導体層２０のｘ方向に隣接する２つのスロット２１の間に、ｙ方向に延びる溝２３ｐを設けてもよい。さらに図８に示すように、第１地導体層２０のｘ方向およびｙ方向に隣接する２つのスロット２１の間に、ｙ方向に延びる溝２３ｐおよびｘ方向に延びる溝２３ｑを設けてもよい。
【００３８】
溝２３ｐは、第１地導体層２０の厚さの１／２以上の深さを有することが好ましく、底を有しないことがより好ましい。つまり、溝２３ｐは第１地導体層２０を貫通し、溝２３ｐが伸びる方向と交差する方向に第１地導体層２０を分断していることが好ましい。溝２３ｐは、第１地導体層２０の外形を規定する対向する２辺に達していてもよいし、対向する２辺の近傍で第１地導体層２０が接続されているストリップ状の貫通開口であってもよい。
【００３９】
図４から図８に示す形態の第１地導体層２０を備える平面アレイアンテナであっても、同様に、各ストリップ導体１０と第２地導体層６０とで構成されるマイクロストリップラインに印加される信号電力が、スロット２１を介して放射部５１へ電磁結合する際、平面アンテナ相互の電磁気的干渉が抑制される。このため、放射導体３０から放射される電波の干渉が最適化され、放射特性の低下も抑制される。
【００４０】
（多層セラミック基板による平面アレイアンテナの形態）
以下、平面アレイアンテナを多層セラミック基板によって構成する形態を説明する。多層セラミック基板によって平面アレイアンテナ１０１を構成する場合、図１および図２に示すように、多層セラミック体４０の内部または表面に放射導体３０、第１地導体層２０、ストリップ導体１０および第２地導体層６０を設ける。例えば、多層セラミック体４０は、セラミック層４０ａ〜４０ｄを含み、セラミック層４０ａとセラミック層４０ｂとの間に第２地導体層６０とが位置している。また、複数のストリップ導体１０は、セラミック層４０ｂとセラミック層４０ｃとの間に位置し、第１地導体層２０は、セラミック層４０ｃとセラミック層４０ｄとの間に位置している。第１地導体層２０のスロット２１および孔２２は、空洞であってもよし、セラミック層４０ｃおよびセラミック層４０ｄの一部が充填されていてもよい。スロット２１および孔２２にセラミック層４０ｃおよびセラミック層４０ｄの一部が充填されていれば、セラミック層４０ｃとセラミック層４０ｄとの密着性が向上し、多層セラミック体４０の強度を高めることができる。複数の放射導体３０は、セラミック層４０ｄ上、つまり、多層セラミック体４０の上面４０ｕに位置している。
【００４１】
多層セラミック体４０においてセラミック層４０ａ〜４０ｄの境界は明確には存在しない場合がある。この場合、例えば、第１地導体層２０等のセラミック以外の構成要素が２つのセラミック層の間に存在する場合には、第１地導体層２０の位置が２つのセラミック層の境界と対応づけることができる。セラミック層４０ａ〜４０ｄはそれぞれ、セラミックの焼結前のセラミックグリーンシートに対応していてもよいし、２層以上のセラミックグリーンシートに対応していてもよい。また、セラミック層４０ａの下方に、更に他のセラミック層を有していてもよいし、導電性ビアおよび配線パターン等を有していてもよい。各セラミック層４０ａ〜４０ｄの厚さは、例えば１μｍ以上１５ｍｍ以下であり、好ましくは、２５μｍ以上１ｍｍ以下である。これにより、ミリ波帯および準ミリ波帯の平面アレイアンテナを構成することができる。
【００４２】
放射導体３０は、放射効率の観点では、多層セラミック体４０の上面４０ｕに位置し、外部に露出していることが好ましい。しかし、放射導体３０を外部環境による酸化、あるいは、外力による損傷や変形から保護するため、図９（の平面アレイアンテナ１０１’）に示すように、セラミック層４０ｅで覆われていてもよい。酸化を防止するためには、放射導体３０にメッキを施すことも考えられる。しかし、この場合、メッキによって放射導体３０の導電率が低下し、放射特性が低下し得る。これに対し、セラミック層４０ｅで覆う場合には、放射導体３０の導電率は低下しないため、メッキを設ける場合と同等以上の放射特性を維持しつつ、外力からの保護等、メッキよりも高い保護効果を得ることができる。
【００４３】
この場合、放射導体３０を覆うセラミック層４０ｅの厚さは、７０μｍ以下であることが好ましい。これにより、平面アレイアンテナに一般的に使用される、Ａｕ/Ｎｉメッキした放射導体３０の場合と同等以上の放射効率を実現することができる。セラミック層４０ｅの厚さは小さいほど損失が少ないため、アンテナ特性の観点では、特に下限に制限はない。しかし、セラミック層４０ｅの厚さが小さくなりすぎると、厚さを均一にすることが困難になる場合がある。セラミック層４０ｅの厚さを均一に形成するためには、セラミック層４０ｅの厚さは、例えば、５μｍであることが好ましい。つまり、セラミック層４０ｅの厚さは５μｍ以上７０μｍ以下であることがより好ましい。
【００４４】
多層セラミック基板は、平面アレイアンテナ１０１の他に、他の構成要素をそなえていてもよい。例えば、図１０に示すように、多層セラミック基板１０２は、第２地導体層６０よりも下方に複数のセラミック層をさらに備え、受動部品パターン７１および配線パターン７２と、複数のセラミック層に設けられた導電性ビア７３をさらに備えていてもよい。受動部品パターン７１は、例えば、導電性層あるは、所定の抵抗値を有するセラミックであり、インダクタ、コンデンサ、抵抗、結合器、分配器、フィルタ、電源等を構成している。また、導電性ビア７３および配線パターン７２は、受動部品パターン、地導体等と接続され、所定の回路を構成している。多層セラミック基板１０２は、セラミック層と平面アレイアンテナ１０１の放射導体３０等の導電体、受動部品パターン７１、配線パターン７２および導電性ビア７３とが同時に焼成された同時焼成セラミック基板である。
【００４５】
また、多層セラミック体４０の下面４０ｖには、例えば、外部の基板と接続するための、電極７４、受動部品を接続するための電極７５および集積回路等の能動部品を接続するための電極７６が位置していてもよい。ストリップ導体１０は、図示しない位置に配置された導電性ビアによって、電極７４、７５、７６のいずれかと電気的に接続されていてもよい。
【００４６】
第２地導体層６０よりも下面側に位置する複数のセラミック層に設けられたこれらの構成要素により、受動部品を含む配線回路が構成される。配線回路の上述した、複数の電極に受動部品および集積回路等が接続されることによって、無線通信回路が構成される。
【００４７】
多層セラミック基板によって平面アレイアンテナ１０１を構成する場合、各セラミック層と放射導体３０などの導電層とを同時に焼成することが可能である。つまり同時焼成セラミック基板によって平面アレイアンテナ１０１を構成することができる。同時焼成セラミック基板は、低温焼成セラミック（ＬＴＣＣ、Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）基板であってもよいし、高温焼成セラミック（ＨＴＣＣ、Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）基板であってもよい。高周波特性の観点では、低温焼成セラミック基板を用いた方が好ましい場合がある。多層セラミック構造のセラミック層、放射導体、地導体、ストリップ導体、受動部品パターン、配線パターン、導電性ビアには、焼成温度、用途等および無線通信の周波数等に応じたセラミック材料および導電性材料が用いられる。放射導体、地導体（具体的には地導体層）、ストリップ導体、受動部品パターン、配線パターン、導電性ビアを形成するための導電性ペーストと、多層セラミック構造のセラミック層を形成するためのグリーンシートが同時に焼成（Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ）される。同時焼成セラミック基板が低温焼成セラミック基板である場合、８００℃から１０００℃程度の温度範囲で焼結することができるセラミック材料および導電性材料を用いる。例えばＡｌ、Ｓｉ、Ｓｒを主成分とし、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｋの少なくとも１種を副成分とするセラミック材料、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｒを主成分とし、Ｃａ、Ｐｂ、Ｎａ、Ｋの少なくとも１種を副成分とするセラミック材料、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｄを含むセラミック材料、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇを含むセラミック材料が用いられる。また、ＡｇまたはＣｕを含む導電性材料が用いられる。セラミック材料の誘電率は３〜１５程度である。同時焼成セラミック基板が高温焼成多層セラミック基板である場合、Ａｌを主成分とするセラミック材料および、Ｗ（タングステン）またはＭｏ（モリブデン）を含む導電性材料を用いることができる。
【００４８】
より具体的には、ＬＴＣＣ材料として、例えば、低誘電率（比誘電率５〜１０）のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｇｄ−Ｏ系誘電体材料、Ｍｇ2ＳｉＯ4からなる結晶相とＳｉ−Ｂａ−Ｌａ−Ｂ−Ｏ系からなるガラス等からなる誘電体材料、Ａｌ−Ｓｉ−Ｓｒ−Ｏ系誘電体材料、Ａｌ−Ｓｉ−Ｂａ−Ｏ系誘電体材料、高誘電率（比誘電率５０以上）のＢｉ−Ｃａ−Ｎｂ−Ｏ系誘電体材料等様々な材料を用いることができる。
【００４９】
例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｓｒ−Ｏ系誘電体材料は、主成分としてＡｌ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｉの酸化物を含む場合は、主成分であるＡｌ、Ｓｉ、Ｓｒ、ＴｉをそれぞれＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＳｒＯ、ＴｉＯ2に換算したとき、Ａｌ2Ｏ3：１０〜６０質量％、ＳｉＯ2：２５〜６０質量％、ＳｒＯ：７．５〜５０質量％、ＴｉＯ2：２０質量％以下（０を含む）を含有することが好ましい。また、その主成分１００質量部に対して、副成分として、Ｂｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｏの群のうちの少なくとも１種をＢｉ2Ｏ3換算で０．１〜１０質量部、Ｎａ2Ｏ換算で０．１〜５質量部、Ｋ2Ｏ換算で０．１〜５質量部、ＣｏＯ換算で０．１〜５質量部含有することが好ましく、更に、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇの群のうちの少なくとも１種をＣｕＯ換算で０．０１〜５質量部、Ｍｎ3Ｏ4換算で０．０１〜５質量部、Ａｇを０．０１〜５質量部含有することが好ましい。その他不可避不純物を含有することもできる。
【００５０】
多層セラミック体４０における複数のセラミック層は、それぞれ同じ組成を有し、同じ材料によって形成されていてもよい。あるいは、平面アンテナの放射効率を高めるために、多層セラミック体４０の放射導体近傍のセラミック層は、それよりも下方のセラミック層と異なる組成を有し、異なる材料によって形成されていてもよい。異なる組成を有することにより、異なる誘電率を有することが可能となり、放射効率を向上させることが可能となる。
【００５１】
また、放射導体３０をセラミック層以外の樹脂あるいはガラスなどからなる層で覆ってもよいし、多層セラミック体４０と、樹脂あるいはガラスなどからなる回路基板とを組み合わせ、複合基板を構成してもよい。
【００５２】
同時焼成セラミック基板は、ＬＴＣＣ基板またはＨＴＣＣ基板と同様の製造方法を用いて製造することができる。
【００５３】
例えば、まず、上述した元素を含むセラミック材料を用意し、必要に応じて、例えば７００℃〜８５０℃で仮焼し、粉砕することにより造粒する。セラミック材料にガラス成分の粉末、有機バインダ、可塑剤、溶剤を添加し、これらの混合物のスラリーを得る。誘電率を異ならせるため等により、セラミック層を異なる材料によって形成する場合には、異なる材料を含む２種類のスラリーを用意する。また、上述した導電性材料の粉末を有機バインダおよび溶剤等と混合し、導電ペーストを得る。
【００５４】
ドクターブレード法、圧延（押し出し）法、印刷法、インクジェット式塗布法、転写法等を用いて、スラリーから所定の厚さの層をキャリアフィルム上に形成し、乾燥させる。スラリーの層を切断することによって、セラミックグリーンシートを得る。
【００５５】
次に、同時焼成セラミック基板内で構成する回路に従い、レーザ、メカ式パンチャ等を用いて複数のセラミックグリーンシートにビアホールを形成し、スクリーン印刷法を用いて各ビアホールに導電ペーストを充填する。また、スクリーン印刷等によって、導電ペーストをセラミックグリーンシートに印刷し、配線パターン、受動部品パターン、放射導体のパターン、第１および第２地導体層のパターンおよびストリップ導体のパターンをセラミックグリーンシートに形成する。
【００５６】
上述した導電ペーストが配置されたセラミックグリーンシートを、仮圧着を行いながら順次積層し、グリーンシート積層体を形成する。その後、グリーンシート積層体からバインダを除去し、脱バインダ後のグリーンシート積層体を焼成する。これにより、同時焼成セラミック基板が完成する。
【００５７】
このようにして作製される同時焼成セラミック基板は、ミリ波無線通信用の配線回路、受動部品および平面アレイアンテナを備える。このため、同時焼成セラミック基板にミリ波無線通信用のチップセット等を実装することによって、アンテナも備えた無線通信モジュールが実現する。
【００５８】
また、多層セラミック体の表面のセラミック層が放射導体の全体を完全に覆っている場合には、放射導体を外部環境および外力から保護することができ、放射効率が低下したり、アンテナの特性が変化したりするのを抑制することができる。
【００５９】
なお、本実施形態おいて説明した平面アレイアンテナの放射導体、地導体およびストリップ導体の形状、数、配置は模式的な一例に過ぎない。例えば、複数の放射導体のうち、一部を地導体から異なる距離に位置するセラミック層の界面に配置してもよい。また、放射導体にスロットを設けてもよい。また、平面アレイアンテナは、放射導体の他に、給電されない導体をさらに含んでおり、放射導体と、セラミック層を介して積層されていてもよい。
【００６０】
（第２の実施形態）
準ミリ波・ミリ波無線通信モジュールの実施形態を説明する。図１１（ａ）は、本開示の無線通信モジュールの実施形態を示す模式的下面図であり、図１１（ｂ）は、基板に実装された無線通信モジュールを示す模式的断面図である。無線通信モジュール１０３は、第１の実施形態の多層セラミック基板１０２と、半田バンプ８１と、受動部品８２と能動部品８３とを備える。半田バンプ８１は、多層セラミック基板１０２の下面４０ｖに位置する電極７４に設けられている。受動部品８２は、例えば、チップコンデンサ、チップインダクタ、チップ抵抗等であり、電極７５に半田などによって接合されている。能動部品８３は、例えば、無線通信用のチップセットであり、受信回路、送信回路、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、ベースバンドプロセッサ、メディアアクセスコントローラ等であり、電極７６に半田などによって接合されている。
【００６１】
無線通信モジュール１０３は、例えば、電極９２が設けられた回路基板９１にフリップチップボンディングによって、フェイスダウンで、つまり、受動部品８２および能動部品８３が回路基板９１と対向するように接合される。回路基板９１の電極９２と多層セラミック基板１０２の電極７４とが半田バンプ８１によって電気的に接続されることにより、多層セラミック基板１０２が外部の電源回路や他のモジュールと電気的に接続される。
【００６２】
回路基板９１に実装された無線通信モジュール１０３において、多層セラミック基板１０２の上面４０ｕは、回路基板９１と反対側に位置している。このため、受動部品８２および能動部品８３、あるいは、回路基板９１の影響を受けることなく、準ミリ波およびミリ波帯の電波を（図１のような）放射部５１から放射し、また、外部から到達する準ミリ波およびミリ波帯の電波を放射部５１で受信することができる。したがって、アンテナを備え、小型であり、かつ、表面実装が可能な無線通信モジュールが実現し得る。
【００６３】
（平面アレイアンテナの特性の計算例）
第１の実施形態の平面アレイアンテナの特性を計算によって求めた結果を説明する。
【００６４】
第１地導体層に設ける開口の種類および配列方向を表１に示すように異ならせた実施例１から実施例５の平面アレイアンテナの放射特性を計算によって求めた。計算に用いた条件は以下の通りである。
放射導体の材料：銀
スロットのサイズ：１．６ｍｍ（ｙ方向）ｘ０．５ｍｍ（ｘ方向）
放射導体のサイズ：２ｍｍ（ｙ方向）ｘ０．５ｍｍ（ｘ方向）
孔の直径、または、溝の幅：１００μｍ
放射導体３０のピッチｐ：２．５ｍｍ（６０ＧＨｚ帯のλ／２）
多層セラミック体４０の誘電率：６
【００６５】
図１２から図１６に計算した平面アレイアンテナの放射特性を示す。表１に、第１地導体層に設けた開口の種類および配列方向と、放射特性を示す図との対応を示す。図１２から図１６において、横軸は、図１に示すように座標をとった場合におけるｘｚ平面内において、−ｚ軸方向を−１８０°および＋１８０°とし、＋ｚ軸方向を０°とした場合の角度を示し、縦軸はゲインを示す。
【００６６】
【表１】
0006741068.tif 000002
【００６７】
図１２は、実施例１の平面アレイアンテナから放射される電磁波のｘｚ平面におけるゲインの放射パターンを示す。図１２に示すように、６０°付近においてもっともゲインが大きくなる。この６０°付近のピークをメインローブ（Ｍａｉｎ  Ｌｏｂｅ）という。このほか、−７５°および１２０°付近にもピークを有する、これらをサイドローブ（Ｓｉｄｅ  Ｌｏｂｅ）という。一般にアレイアンテナには、放射あるいは受信する電磁波の指向性が高いことが求められる。このため、サイドローブの角度でみられる電磁波の放射は不要波であり、指向性が高いという観点では、メインローブのピークとサイドローブのゲイン差は大きいほうが好ましい。図１２に示す計算例では、メインローブとサイドローブにおけるゲイン差は、約８ｄＢである。図１３は、実施例２の平面アレイアンテナから放射される電磁波のｘｚ平面におけるゲインの放射パターンを示す。図１３およびこれ以降の図では、メインローブおよび次にゲインが大きいサイドローブが含まれる５０°から１５０°の範囲でのゲインの放射パターンを示す。図１３において、比較のために第１地導体層２０に開口を設けない場合の放射特性を合わせて示す。
【００６８】
図１３に示すように、メインローブのゲインは、開口を設けない場合（以下参考例と呼ぶ）と実施例２とで、ほとんど変化はない。しかし、サイドローブのゲインは、実施例２のほうが１ｄＢ程度小さい。つまり、実施例２は、参考例に比べて、メインローブとサイドローブにおけるゲイン差が大きくなっており、放射特性における指向性が高まっている。
【００６９】
図１４から図１６は、開口として溝を第１地導体層２０に設けた場合の放射特性を示している。図１４に示すように、この計算例では、溝をｘ方向に設ける場合、開口を設けることで放射特性は改善される。なお、開口は隣り合うスロット同士の干渉の抑制にも寄与する。これに対して、図１５および図１６に示すように、溝を少なくともｙ方向に設ける場合、ｙ方向の溝がアンテナの共振方向（ｘ方向）と交差して共振を遮るので、開口を設けることによってサイドローブのゲインとメインローブのゲインとの差を大きくすることができる。具体的には、実施例４では、メインローブのゲインの低下が約１ｄＢであるのに対し、サイドローブのゲインの低下は、約４ｄＢである。また、実施例５では、メインローブのゲインの低下が約１．５ｄＢであるのに対し、サイドローブのゲインの低下は、約２ｄＢである。したがって、特に実施例４、５では、参考例に比べて、放射特性における指向性が高まっている。
【符号の説明】
【００７０】
１０    ストリップ導体
２０    第１地導体層
２０ｒ  領域
２１    スロット
２２    孔
２２ｐ、２２ｑ  列
２３ｐ、２３ｑ  溝
３０    放射導体
３０ｒ  領域
４０    多層セラミック体
４０ａ〜４０ｅ  セラミック層
４０ｕ  上面
４０ｖ  下面
５１    放射部
５２    給電部
６０    第２地導体層
７１    受動部品パターン
７２    配線パターン
７３    導電性ビア
７４〜７６    電極
８１    半田バンプ
８２    受動部品
８３    能動部品
９１    回路基板
９２    電極
９３    封止樹脂
１０１、１０１’  平面アレイアンテナ
１０２  多層セラミック基板
１０３  無線通信モジュール
【図１】
0006741068.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
0006741068.tif 000006
【図５】
0006741068.tif 000007
【図６】
0006741068.tif 000008
【図７】
0006741068.tif 000009
【図８】
0006741068.tif 000010
【図９】
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【図１０】
0006741068.tif 000012
【図１１】
0006741068.tif 000013
【図１２】
0006741068.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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