(57)【要約】【課題】各種通信機器に使用されるアンテナにおいて高周波数においても高い加工精度と再現性，ならびに高効率なアンテナを実現し、信号処理回路とアンテナが一体化されたコンパクトなアンテナとその製造法を提供することを目的とする。【解決手段】誘電体平行平板を切断して得られる誘電体角材の表面に導体層を蒸着することによって導波管を構成し、それを複数本接合した後にフォトリソグラフィ技術を用いてスロット等の開口を転写することによってスロットアレイ１０１と給電回路１０２は構成され、スロットアレイ１０１と給電回路１０２を接合後、多層配線構造を有した高周波回路１０３を積層する。【選択図】図１
2005204344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体平行平板基板を平行に切断することによって１次元状基材を作成し、前記１次元状基材の表面を良導性の物質で覆うことにより導波管と同一作用を有する伝送線路を作成する導波管製造法。
【請求項２】
良導性の物質を用いて複数本の導波管を平行に接合することにより導波管アレイを構成し、その後フォトリソグラフィ技術を用いて前記導波管アレイ表面に回路形状を転写する回路形成方法。
【請求項３】
請求項２記載の回路形成方法により作成された導波管配線回路を複数層積層することによって構成された給電回路。
【請求項４】
誘電損失が低い誘電体材を導波管内に封入することによって、前記導波管内を伝播する電磁界の伝搬波長を空気中における電磁界の伝搬波長よりも短くし、不必要な放射指向性を抑圧したスロットアレイアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波回路と一体化されたスロットアレイアンテナおよび導波管製造法および導波管の回路形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスロットアレイアンテナは、例えばＲｉｃｈａｒｄ  Ｃ．Ｊｏｈｎｓｏｎ編纂「Ａｎｔｅｎｎａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｔｈｉｒｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ」ページ９−２３のＦＩＧ．９−１８に記載されたものが知られている。ここで、図９を用いて従来のスロットアレイアンテナの構成について説明する。
【０００３】
図９は従来のスロットアレイアンテナの概略構造を示している。図９においては分かり易さのため、スロットアレイアンテナの各構成要素に分解されて示されている。図９において、９０１は給電回路，９０２は導波管アレイ，９０３は放射スロットアレイ板，９０４はレドーム，９０５は結合用スロット，９０６は放射スロット，９０７はアンテナ入力端である。以下に、各構成要素の構造について説明する。
【０００４】
給電回路９０１はパイプ構造の導波管から構成される複雑な分岐回路であり、入力端９０７から入力された電力を必要に応じた電力分配比と位相差を形成しながら多数本の導波管に分配伝送する作用を有する。
【０００５】
導波管アレイ９０２は一枚の金属板上に平行な多数の深溝が形成されており、上面を金属製の放射スロットアレイ板９０３が覆うことにより、導波管が平行に多数配置された導波管アレイ構造を実現する。
【０００６】
放射スロット板９０３は、薄い金属板に矩形状開口である放射スロット９０６を多数設けることにより構成されている。放射特性などのアンテナ特性は放射スロット９０６の相対的な励振強度と位相差によって決定される。励振強度と位相は導波管に対する放射スロット９０６の相対位置で決定されるため、導波管アレイ９０２に対する放射スロット９０６の位置精度は高いものでなければならない。
【０００７】
給電回路９０１から導波管アレイ９０２への電力伝送は、導波管アレイ９０２に貫通加工された結合用スロット９０５によりなされる。導波管アレイ９０２中の各導波管の相対的な励振分布と位相は、給電回路９０１，結合用スロット９０５，導波管アレイ９０２の各構成要素間の相対的位置により決定されるため、給電回路９０１と結合用スロット９０５、及び導波管アレイ９０２に高い加工精度と組み立て精度が要求される。
【０００８】
以上の構成を有する従来のアンテナの動作原理について説明する。アンテナ入力端９０７に入力された電力は給電回路９０１を伝送しながら、結合用スロット９０５直前において必要とされる位相差と振幅比の複数の進行波に分配される。各進行波は、結合用スロット９０５によって更に整えられるとともに効率良く導波管アレイ９０２に導かれ、各導波管中で定在波を生成する。導波管内に励起された定在波によって放射スロット９０６は励振され、導波管中の電力を効率良く空間に放射し、スロットアレイアンテナとして動作する。
【非特許文献１】Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｃ．Ｊｏｈｎｓｏｎ編纂「Ａｎｔｅｎｎａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｔｈｉｒｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ」ページ９−２３のＦＩＧ．９−１８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
スロットアレイアンテナは放射指向性などの所望のアンテナ特性を実現するため、各放射スロットから外界へ放射される電磁波の相対的強度と位相の高精度な制御が要求される。そのため、給電回路，導波管アレイ，放射スロットの各構成要素、並びに、結合用スロットと放射スロットの高精度加工が必要不可欠である。
【００１０】
ところで、近年、新規通信システムにおいて利用される周波数帯の高周波化が著しい。一般に、周波数が高くなるに従ってアンテナの製作には高い加工精度が必要とされるが、それはスロットアンテナにも当てはまり、導波管の寸法精度および導波管に対するスロットの位置精度に対して絶えず高い加工精度の実現が要求されている。例えば、車載用前方監視レーダで使用される７８ＧＨｚ帯においてスロットアレイアンテナを構成しようとすると、使用される導波管の断面サイズは縦１ｍｍ横２ｍｍと小さくなり、従って導波管の側壁に形成されるスロット開口の加工精度は数１０μｍ以下の精度が要求される。そのため、従来の機械加工では高性能なアンテナの実現が困難になってきている。
【００１１】
また、現在は、通信装置の携帯性・適用性などの市場要求によりアンテナを含む装置全体の小型・軽量化に拍車がかかり、物理的に大きな領域を占有するアンテナと高周波回路の小型・軽量化が必要とされている。そのうえ、高周波数帯で高性能な通信装置を実現するためには、アンテナと高周波回路を可能な限り隣接させることが必要不可欠である。
【００１２】
ところが、従来のスロットアレイアンテナの裏面には金属製の巨大な給電回路が存在するために大変大型で重量がある。更に、従来のスロットアレイアンテナは、アンテナと高周波回路は別体で構成され、通信装置として組み上げる段になって始めて両者は結合される。そのため、不必要な配線構造や結合部で発生する予期できない特性劣化が生じることがある。
【００１３】
そこで、本発明はフォトリソグラフィ技術とセラミック加工技術を応用し、スロットと導波管、及び導波管構成による給電回路の加工精度を飛躍的に向上させるスロットアンテナ製造法を提供し、給電回路が小型に構成可能であり高周波回路と一体化したスロットアレイアンテナ構造を提供することによって上記課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明は導波管アレイと給電回路と高周波回路を一体化したスロットアレイアンテナ構造を用いた。前記導波管アレイと前記給電回路は同一の基板を用いて構成され、前記基板は、低損失な誘電体平行平板基板を平行に裁断して断面が矩形状の誘電体基材を作成し、その表面に良導体薄膜を堆積して導波管と同様な作用を有する線路を構成し、これを複数本平行に接合することによって製造される。
【００１５】
また、前記導波管アレイは、フォトリソグラフィ技術により前記基板表面の適当な位置に放射スロットと給電回路との結合用スロットを一斉形成することにより構成され、また、前記給電回路は、フォトリソグラフィ技術により適当な位置に結合用スロットが形成された前記基板を１枚以上重ねることによって製造される。
【００１６】
さらに、高周波回路は、前記給電回路の裏面に直接構成され、高周波回路により信号処理された信号は前記給電回路上に形成されている結合用スロットを通じて直接給電回路に伝達される。なお、高周波回路は多層配線構造を有し放射損失の少ない線路構造を実現するとともに回路全体をコンパクトに構成して伝送損失の低減を図る。また、高周波回路への部品実装は高周波数帯において接続損失の少ないフリップチップ実装を用いて更なる低損失化を図る。
【００１７】
以上の構成と製造法を用いることにより、導波管の加工精度、及び、スロットの位置精度の飛躍的な向上と、アンテナと高周波回路との一体化が実現できるため、ミリ波帯においても小型軽量・高性能なスロットアレイアンテナが得られる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように本発明によれば、導波管給電型スロットアレイアンテナの作成においてミリ波帯においても十分な加工精度を実現でき、また、大量生産を可能にする。更に、高周波回路とスロットアレイアンテナの一体化が実現されるため、アンテナを含む装置全体を小型・軽量構成できるという有利な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図８を用いて説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は本発明の高周波回路一体型スロットアレイアンテナの構造を示す概略構成図である。図１において、１０１はスロットアレイ、１０２は給電回路、１０３は高周波回路であり、本発明の高周波回路一体型スロットアレイアンテナは高周波回路１０５、給電回路１０４、スロットアレイ１０１の順に各構成要素が積層された構造を有している。また、１０４はスロットアレイ１０１上に構成された放射スロット、１０５は放射スロット１０４から発生する電波を表わす。
【００２１】
高周波回路１０３は、低周波数帯の入力信号を高周波数帯の送信信号に変換する作用を有する。高周波回路１０３からの高周波信号は給電回路１０２に伝えられ、給電回路１０２において適当な電力分配比と位相差を有した複数の信号に分割される。分割後の高周波信号はスロットアレイ１０１に伝送され、放射スロット１０４を通して外界に電波１０５として放射される。
【００２２】
本発明は、従来では大型の構造体となっていたアンテナシステム全体を、高周波回路と給電回路とスロットアレイを一体化することによって小型化し、良好な携行性・搭載性を実現するとともに伝送線路長を短縮し、伝送損失が低い高性能なスロットアレイアンテナを提供する。また、本発明の特徴である低損失特性はアンテナ利得の向上をもたらし、特に伝送線路における損失が顕著となるミリ波帯において、アンテナを小型に構成することを可能にする。
【００２３】
なお、図１の説明では電波を放射する送信用アンテナとしての構成を示したが、高周波回路１０３を受信用あるいは送受共用の高周波回路にすることによって受信用あるいは送受共用アンテナとして動作することは言うまでもない。
【００２４】
また、図１の説明では、高周波回路１０３は高周波数帯と低周波数帯の周波数変換の作用をする構成を示したが、高周波回路１０３中にデジタル信号処理の作用などの信号処理系全ての作用を包含させる構成も可能であることは言うまでもない。
【００２５】
次に本発明におけるスロットアレイ１０１の詳細構造について図２を参照しながら説明する。図２はスロットアレイ１０１の詳細構造を示す概略構成図である。図２において、２０１は導波管、２０２は結合用スロットである。スロットアレイ１０１は、導電性の優れた接着剤を用いて導波管２０１を多数本平行に固定することによって構成される。導波管２０１の対向する２面は、それぞれ多数の放射スロット１０４と複数個の結合用スロット２０２が形成されている。
【００２６】
結合用スロット２０２は、図１記載の給電回路１０２とスロットアレイ１０１間の電力伝送作用を有する。すなわち、給電回路１０２からの信号をアンテナの放射特性の実現に必要な電力分配比と位相差を生成しつつ、各導波管２０１へ効率良く電力伝送する。
【００２７】
ここで、スロットアレイ１０１を構成する導波管２０１の詳細構造について以下に述べる。図３は本発明の導波管２０１の詳細構造を示した概略構成図である。図３において、３０１は誘電体、３０２は導体層である。
【００２８】
誘電体３０１は断面が矩形形状をした１次元状誘電体であり、その表面は滑らかに研磨されている。良導性の物質から成る導体層３０２は、導波管２０１内部を伝播する電磁波の周波数に依存する表皮深さ以上の膜厚で誘電体３０１表面を被覆しており、低い伝送損失を実現する。
【００２９】
従来では中空のパイプ状構造であった導波管を、誘電体で充填された本発明の導波管構造をとることによって次の利点が生じる。
【００３０】
まず第１に、内部に誘電体が充填された導波管の伝搬波長は従来の導波管に比べ短くなるために、従来のスロットアンテナ特有の不必要なグレーティングローブの発生を抑圧することが可能である。通常のスロットアレイアンテナにおける放射スロットは、図３に示すように導波管の伝搬波長の１／２波長間隔で、導波管面に対して異なった位置に配置される。そのため、隣接した１対の放射スロットが伝搬波長の１波長間隔で繰り返す構造が生成される。中空パイプの導波管の伝搬波長は自由空間の伝搬波長に比べ長いため、伝搬波長１波長の繰り返し構造は不必要なグレーティングローブを発生させる原因となる。ところが、本発明における導波管内の伝搬波長は従来の導波管に比べ短くなるために、上記の繰り返し構造により発生するグレーティングローブをアンテナの可視領域外に位置させることが可能となる。
【００３１】
また、本発明にける導波管２０１の第２の利点は従来構造の導波管に比べ、高い加工精度と量産性に富むことである。これを示すために、図４を参照しながら説明する。
【００３２】
図４は本発明におけるスロットアレイ１０１の製造過程を示す工程図である。
【００３３】
まず、工程（１）において、導波管２０１高さと同じ厚さを有する平行平板状の誘電体基板を平行に切断し誘電体３０１を作る。次に工程（２）において、良導性の物質で切断された誘電体３０１の表面を覆うことによって導体層３０２を形成し導波管２０１を作成する。そして、工程（３）において良導性の接着剤を用いて導波管２０１を複数本配列し固定し、導波管アレイ構造を作る。その後工程（４）において、導波管アレイの表面を研磨して表面を平坦化する。最後に工程（５）において研磨後の面にフォトリソグラフィ技術用いてを放射スロット１０４と結合用スロット２０２を形成する。以上の工程によりスロットアレイ１０１を製造する。
【００３４】
ここで、工程（３）の後に、分厚く良導性の被覆膜を形成する中間工程を入れたり、あるいは、工程（２）で十分厚い導体層３０２を形成したり、あるいは、工程（３）において使用される良導性の接着剤で全体を被覆するなどして、十分な厚さの導体層を形成することが損失の少ないスロットアレイ１０１を構成する上で大切である。
【００３５】
図４で示したスロットアレイ１０１の製造過程は以下の点において優れる。
【００３６】
例えば、７８ＧＨｚ帯で使用される導波管断面のサイズは約１ｍｍ×２ｍｍと小さくなるため、導波管内を伝播する電磁界の高精度な位相制御が必要となるスロットアレイアンテナにおいて、従来の中空パイプ構造の導波管と機械加工を用いての十分な加工精度の実現は困難を極める。ところが、本発明における導波管の製造工程において、誘電体３０１の製造法が平行平板の切断のみであるために加工精度が非常に高く、各導波管２０１の特性の再現性は良好でかつ量産性に富む。ゆえに、本発明のスロットアレイ構成と製造工程を用いることによって、高性能なスロットアレイが大量に生産することが可能となる。
【００３７】
また、アンテナの放射指向性などのアンテナ特性を決定する放射スロットからの放射電磁界の振幅・位相精度は導波管と放射スロットの相対的位置により決定されるため、従来の機械加工に比べ遥かに高い描画精度を有するフォトリソグラフィ技術を利用することにより、本発明のスロットアレイの特性は大変再現性が高い上に量産性に富むという特徴を有する。
【００３８】
なお、工程（１）において誘電体３０１を誘電体平行平板から切断することよって形成すると述べたが、粉状セラミックを矩形上の鋳型に充填し加圧昇温することによって形成したり、粉状セラミック材料を高温で分解可能な樹脂などの結合材に混入し、焼成前に誘電体３０１と同様な形状の構造体を作成した後、加圧・加温工程を経ることにより製造することが可能であることは言うまでもない。
【００３９】
以上、スロットアレイ１０１の構造とその製造工程について述べた。次に、本発明の高周波回路一体型スロットアレイアンテナの構成要素である給電回路１０２の詳細構造について図５を参照しながら説明する。
【００４０】
図５は給電回路１０２の構成を示す概略構成図である。図５において、５０１は開口であり導波管２０１の上面の導体層３０２をほぼ全域取り除くことによって構成される。また、５０２は給電用スロットであり、高周波回路１０３からの電力を効率良く給電回路１０２に導く作用を有する。
【００４１】
本発明における給電回路１０２は、図４で述べたスロットアレイ１０１と同様な製造過程により作成される。すなわち、誘電体基板を裁断することによって誘電体角材を作り、その表面を導体膜で覆うことによって製作した導波管を多数本平行に配置し、それらを良導性の接着剤で結合して導波管アレイを作成する。そして導波管アレイ表面に、フォトリソグラフィ技術を用いて結合用スロット５０２と開口５０１をパターンニングすることにより給電回路１０２は作成される。その後、給電回路１０２と先述のスロットアレイ１０１は良導性の接着材などで結合され、開口５０１はスロットアレイ１０１下面にある結合用スロット２０２で覆われることになり導波管を形成する。
【００４２】
次に給電回路１０２の動作について述べる。給電用スロット５０２を通して信号が導波管２０１に伝えられると、導波管２０１上面には結合用スロット２０２があるために、導波管２０１内の電磁界はスロットアレイ１０１を構成する全ての導波管２０１へ伝えられる。伝送された電磁界は、最終的に放射スロット１０４から外界へ向って放射される。
【００４３】
ここで、給電回路１０２は図５において３つの誘電体材から構成される例を示したが、図２で示したスロットアレイ１０１と同様の導波管アレイを用いても構成可能であることは言うまでもない。図４において、工程（４）まで、スロットアレイ１０１と全く同一の工程・材料・寸法で導波管アレイを作成し、工程（５）においてスロットアレイ１０１用と給電回路１０２用のパターンニングに変えることによって給電回路１０２を作成する。この場合、導波管アレイを構成する導波管１本に開口５０１がパターンニングされることになる。
【００４４】
更に、図５で示した給電回路１０２は１層構造であったが、これを多層構造にして、より複雑な給電回路が構成可能であることは言うまでもない。
【００４５】
以上、本発明の高周波回路一体型スロットアレイアンテナの給電回路について述べた。次に、本発明の高周波回路１０３について述べる。
【００４６】
図６は本発明の高周波回路一体型スロットアレイアンテナの構成要素である高周波回路１０３の層構造を示した概略構成図である。図６において、６０１はＭＭＩＣ（Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ  Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  ＩＣ），６０２は多層配線，６０３はＶＩＡホール，６０４はバンプである。高周波回路１０３は、給電回路１０２において給電用スロット５０２の形成された面に多層配線構造６０２を設けることによって形成されている。また、多層配線構造６０２の回路上へのＭＭＩＣなどの回路部品の実装は、バンプ６０４を介して行われるいわゆるフリップチップ実装が用いられる。高周波回路１０３から給電回路１０２への信号の伝達は、給電用スロット５０２を介して高周波回路１０３の線路と導波管２０１を電磁界結合させることにより実現されている。
【００４７】
高周波回路１０３の構成にフリップチップ実装や多層配線構造を用いることによって以下の利点が生じる。高周波数帯において高効率な回路を実現する際に問題となるのが、伝送線路において発生する線路損失と、回路部品あるいは回路と回路の接続する際に発生する接続損失である。そこで、低損失な線路構造を実現するとともに可能な限り線路長を短くすることが必要である。本発明においては多層配線構造を用いることによって、伝送線路を接地導体で被覆し放射損失の少ない線路構造を実現するとともに、回路全体をコンパクトに構成して線路長を短くする。また、ＭＭＩＣなどの部品の実装には通常のワイヤボンディングよりも高周波数帯における接続損失の低いフリップチップ実装を用いて低損失化を実現している。
【００４８】
高周波回路１０３と給電回路１０２の結合は、例えば、スロットアレイ１０１と給電回路１０２が接合された後に、液体状の誘電体材料の塗布と焼成によって誘電体薄膜を形成し、その上に金属箔膜による線路配線を構成するプロセスを複数回用いて直接給電回路１０２裏面に多層配線回路を構成する。そして最後にＭＭＩＣなどの回路部品をフリップチップ実装する。その際、高周波回路だけではなく、ＩＦ（中間周波数）回路やデジタル回路、電源回路まで集積出来れば本発明のアンテナを用いた通信装置全体のコンパクト性も本発明の特徴の一つにすることができる。
【００４９】
以上、本発明における高周波回路１０３の構成について述べた。なお、図６においは多層配線構造を有した高周波回路１０３の構成例について説明したが、単層誘電体基板を用いた回路構成が可能であることは言うまでもない。また、多層配線を一旦セラミック基板上に構成し、その後良導性の接着剤を用いて、スロットアレイ１０１と一体化された給電回路１０２上に高周波回路を接合する構成が可能であることも言うまでもない。
【００５０】
以上本発明の高周波回路一体型スロットアレイアンテナの構造について述べた。本発明においては、低損失な誘電体平行平板基板を平行に裁断して断面が矩形状の誘電体基材を作成し、その表面に良導体薄膜を堆積して導波管と同様な作用を有する伝送線路を構成し、これを複数本平行に接合することによって平面状の導波管アレイを製造する。スロットアレイと給電回路はフォトリソグラフィ技術により導波管アレイの適当な位置に放射スロットと給電回路との結合用スロットを形成することにより構成され、また、給電回路は、フォトリソグラフィ技術により適当な位置に結合用スロットが形成された前記基板を１枚以上重ねることによって製造される。さらに、多層配線構造を有する高周波回路は、前記給電回路の裏面に構成され、高周波回路により信号処理された信号は前記給電回路上に形成されている結合用スロットを通じて直接給電回路に伝達される。
【００５１】
以上の構成と製造法を用いることにより、導波管の加工精度、及び、スロットの位置精度の飛躍的な向上と、アンテナと高周波回路との一体化が実現できるため、ミリ波帯においても小型・軽量・高性能なスロットアレイアンテナが得られる。
【００５２】
（実施の形態２）
図７は、本発明の高周波回路一体型スロットアレイアンテナを用いた衝突防止レーダの動作を示した概略構成図である。図７において、７０１は本発明のスロットアレイアンテナ，７０２は自動車，７０３はミリ波である。
【００５３】
本発明の衝突防止レーダの動作について以下に述べる。
【００５４】
本発明のスロットアンテナ７０１からミリ波７０２を自動車の前方・側方・後方に放射し、衝突の可能性がある障害物を位置・速度検知するとともに運転者への警告、ならびに自動車の自動制御による回避を行なう。また、自動車に搭載された本発明のスロットアレイアンテナ７０１は他の自動車間、道路に固定されたアンテナとのミリ波を通した通信が可能であり、ミリ波特有の通信エリアの狭域性と高速伝送を用いた通信網を構築することが可能である。
【００５５】
（実施の形態３）
図８は、本発明のスロットアレイアンテナを用いた高速無線ＬＡＮの構成を示した概略構成図である。図８において、８０１は家電・音響映像機器，８０２はコンピューター，８０３はＯＡ機器，８０５は本発明のスロットアレイアンテナであり全て室内８０６に設置されている。また、８０７は基地局であり屋外に設置されている。
【００５６】
家電・音響映像機器８０１とコンピュータ８０２とＯＡ機器８０３は各々直接装置間で相互通信が可能であるが、室内８０６に設置された本発明のスロットアレイアンテナ８０５を通しても相互に通信回線が形成されている。また、室内８０６の全ての機器群は、屋外にある基地局８０７と本発明のスロットアレイアンテナ８０５を介して高速通信回線が引かれており、室外との高速な情報収集・発信が可能である。
【実施例】
【００５７】
次に、本発明の具体例を説明する。
【００５８】
（実施例１）
以下、本発明の高周波回路一体型スロットアレイアンテナの第１の実施例について説明する。第１の実施例においては、図２で説明したスロットアレイ１０１と図５で説明した給電回路は全て石英基板から作成されている。
【００５９】
図４で説明したプロセスを辿って以下にその作成法を説明する。まず、厚さ６５０μｍの石英基板を平行に、幅１３００μｍの幅で裁断する。裁断された石英棒の表面に真空蒸着によって銅薄膜を形成し、それを電極として１μｍ以上の銅厚膜を電解メッキして石英棒を軸とした導波管を作成する。次に導波管を平行に配置し短辺同士を低温半田で接合する。その後、表面を研磨し平坦化する。そして最後に、感光性のレジストを塗布し、そこに放射スロットや結合用スロットあるいは給電回路用の給電スロットや開口を光学転写し、それを転写マスクとして表面の銅厚膜を石英棒表面まで貫通エッチングすることより、スロットアレイ１０１と給電回路１０２を各々作成する。
【００６０】
給電回路１０２とスロットアレイ１０１を低温半田などで接合した後、給電回路１０２の表面に、ＢＣＢ（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎ）を塗布し、ＶＩＡホールなどの導通穴加工を施し、更にその上に１μｍの銅薄膜を堆積し回路パターンをエッチングする。この工程を複数回繰り返し、給電回路１０２表面に多層配線構造を有した高周波回路を形成する。そして最後にＭＭＩＣやその他の回路部品をフリップチップ実装し、高周波回路全体の動作が確認できたら、他の基板上に製作されたＩＦ回路とデジタル回路、並びに電源回路を搭載し、第１の実施例における高周波回路一体型スロットアンテナは完成する。
【００６１】
本実施例においては誘電体材として石英基板を用いたが、これは７８ＧＨｚにおいて誘電率が３．８程度と比較的低い上に、伝送損失の原因となる誘電体損失が０．０００４程度と大変低いためである。
【００６２】
さて、従来の導波管、すなわち米国規格におけるＷＲ−１０導波管において、管内電磁界の伝搬波長は７８ＧＨｚにおいて５．９ｍｍとなる。図３において説明したように、隣り合う放射スロットは伝搬波長の１／２の間隔で配置されるが、放射スロットの幾何学的配置は２つの放射スロットが対となった１波長の繰り返し構造になる。そこで、従来の導波管を用いてスロットアンテナを構成すると、スロットの繰り返し構造は５．９ｍｍとなり、自由空間での波長３．８５ｍｍを超えるため、不必要な方向への電波の放射が現れることになる。例えばスロットアレイの法線方向にアンテナの電磁界最大放射方向が一致している場合、従来の導波管を用いると法線から±４１°の角度方向にも電磁界放射の強い方向が現れる。ところが、本実施例においては石英基板を用いているために、管内の伝搬波長は３．０ｍｍとなり、法線方向から±９０°の角度範囲には先述の電磁界放射は生じ得ない。
【００６３】
また、従来の導波管へスロット加工を施した場合にはパイプ肉厚が厚いために、スロット開口幅に比較して比較的深い穴加工となる。この場合、スロットが単純な開口と見なせなくなるためアンテナ設計が大変困難になる。ところが、本実施例においては、スロット穴深さは銅厚膜と等しく、７８ＧＨｚにおける表皮深さ０．５μｍ程度まで銅膜厚を薄く出来るために上記問題は解消される。
【００６４】
更に、高周波数帯になればなるほど導波管配線による給電回路や導波管アレイ構造は従来の導波管を用いての製作が難しく、量産性・廉価性の実現は困難になることが予想される。ところが、本実施例は、石英の平行平板の切断と接合、ならびに半導体の作成に従来より使用されているプロセスを用いるため、量産性と再現性が期待できる。
【００６５】
ここで最後に本実施例における加工精度について言及する。例えば、直径４インチの石英基板の平行度は±１５μｍ以下であり、基板の切断精度は±１０μｍ以下であるため、導波管加工精度は±１５μメートルが実現できる。また、スロットの描画精度は全面にわたり±１μｍ以下が実現可能である。この加工精度はスロットアレイアンテナの放射指向性特性の不明瞭を無くし、より高い再現性が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明にかかるスロットアレイアンテナ、導波管製造法および回路形成方法は、導波管給電型スロットアレイアンテナの作成において、ミリ波帯においても十分な加工精度を実現でき、また、大量生産を可能にし、更に、高周波回路とスロットアレイアンテナの一体化が実現されるため、アンテナを含む装置全体を小型・軽量構成できるという有利な効果を有し、高周波回路と一体化されたスロットアレイアンテナおよび導波管製造法および導波管の回路形成方法等として、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の高周波回路一体型スロットアレイアンテナの構造を示す斜視図
【図２】図１のスロットアレイの詳細構造を示す斜視図
【図３】図２の導波管の詳細構造を示した斜視図
【図４】本発明におけるスロットアレイの製造過程を示す工程図
【図５】図１の給電回路の構成を示す斜視図
【図６】図１の高周波回路の層構造を示した断面図
【図７】本発明の高周波回路一体型スロットアレイアンテナを用いた衝突防止レーダの動作を説明する概略構成図
【図８】本発明のスロットアレイアンテナを用いた高速無線ＬＡＮの動作を説明する概略構成図
【図９】従来のスロットアレイアンテナの構造を示す分解斜視図
【符号の説明】
【００６８】
１０１    スロットアレイ
１０２    給電回路
１０３    高周波回路
１０４    放射スロット
１０５    電波
【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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【図８】
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【図９】
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