(57)【要約】  【課題】  取り扱いの容易な高周波モジュールを提供する。  【解決手段】  回路基板１０と、回路基板１０の主面に配置された高周波素子２０と、回路基板１０に設けられ、高周波素子２０に接続された高周波伝送路３０と、主面上に設けられるキャップ状の収容部材４０と、アンテナ５０と、を有する高周波モジュールであって、高周波伝送路３０は、第１端３１と第２端３２とを有し、第１端３１が高周波素子に接続されるとともに、第２端が主面に導出されており、収容部材は、枠部と誘電体材料からなる蓋部とを有し、枠部には、第１ポートと第２ポートとを有する接続導波管が内蔵され、枠部の底面に第１ポートが、上面に第２ポートがそれぞれ導出されており、枠部は、第１ポートと第２端とが電磁的に結合するように配置され、アンテナは、蓋部に配置され、第２ポートと電磁的に結合して、蓋部の収容空間と対向していない側の主面から高周波信号の受信または送信を行なう、高周波モジュールである。【選択図】  図１
2012178815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と、前記回路基板の主面に配置された高周波素子と、前記回路基板に設けられた、前記高周波素子に接続された高周波伝送路と、前記回路基板の前記主面上に設けられた、前記回路基板との間に前記高周波素子を収容する収容空間を形成する、キャップ状の収容部材と、前記高周波伝送路を伝送する高周波信号の受信および送信の少なくとも一方を行なうアンテナとを有する高周波モジュールであって、
前記高周波伝送路は、第１端と第２端とを有し、前記第１端が前記高周波素子に接続されているとともに、前記第２端が前記主面に導出されており、
前記収容部材は、枠部と、誘電体材料からなり、前記枠部の開口の一方を塞ぐように配置された蓋部とを有し、
前記枠部には、第１ポートと第２ポートとを有する接続導波管が内蔵され、前記枠部の底面に前記第１ポートが、上面に前記第２ポートがそれぞれ導出されており、
前記枠部は、前記第１ポートと前記第２端とが電磁的に結合するように配置され、
前記アンテナは、前記蓋部に配置されて、前記第２ポートと電磁的に結合して、前記蓋部の前記収容空間と対向していない側の主面から高周波信号の受信および送信の少なくとも一方を行なう、高周波モジュール。
【請求項２】
前記枠部は、複数の誘電体層を積層してなり、
前記接続導波管は、伝搬する高周波信号の波長の１／２未満の間隔で繰り返し配置された、前記誘電体層を厚み方向に貫通する複数の貫通導体群によって管壁を形成した積層型導波管である、請求項１に記載の高周波モジュール。
【請求項３】
前記枠部の前記上面と前記蓋部との間および前記枠部の前記底面と前記回路基板との間の少なくとも一方に、絶縁材料からなる接合部材を有する、請求項１または２に記載の高周波モジュール。
【請求項４】
前記枠部は、前記第１ポートおよび前記第２ポートから、伝搬する高周波信号の波長の１／４の距離分離れた外周部において、伝搬する高周波信号の波長の１／２未満の間隔で繰り返し配置された、前記誘電体層を厚み方向に貫通する複数のチョーク用貫通導体群をさらに有する、請求項１乃至３のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項５】
前記接続導波管は、
高周波信号の伝送方向に直交する断面が第１方向に延びる一対の短辺と第２方向に延びる一対の長辺とで構成される矩形状である第１伝搬部と、
前記伝送方向の延長線上において前記第１伝搬部に接続しており、前記伝送方向に直交する断面が矩形状であり、前記第１伝搬部に比べて前記第１方向の辺の長さが短く、前記第２方向の辺の長さが長い、前記伝送方向の長さが前記高周波信号の波長の１／４である変換部と、
前記伝送方向の延長線上において前記変換部の前記第１伝搬部に接続している面と反対側の面に接続しており、前記伝送方向に直交する断面が矩形状であり、前記変換部に比べて前記第１方向の辺の長さがおよび前記第２方向の辺の長さが短い第２伝搬部と、を備え、
前記第１伝搬部は、前記伝送方向において前記変換部に接続している面と反対側の面が開口していることで前記第１ポートとして機能し、
前記第２伝搬部は、前記伝送方向の延長線上において前記変換部に接続している面と反対側の面が開口していることで前記第２ポートとして機能する、請求項１乃至４のいずれかに記載の高周波モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主としてマイクロ波帯およびミリ波帯で用いる高周波素子を実装する高周波モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波回路基板の上面に、ＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit）な
どの半導体素子が実装され、下面に、高周波信号の送信または受信の少なくとも一方を行なうアンテナを有するアンテナ基板が配置され、ＭＭＩＣとアンテナとの間を高周波伝送路によって電磁的に接続した高周波モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような高周波モジュールではアンテナ基板の下面側から高周波信号の受信および送信を行なう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２５０９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の高周波モジュールでは、高周波回路基板の一方の面にＭＭＩＣが実装され、他方の面にアンテナ基板が配置されているために、設計の自由度が低いという問題点があった。このような構成により、例えば、ＭＭＩＣによる熱を効果的に放熱させる放熱構造を所望の位置に配置することができず、高周波信号の伝送特性が劣化するおそれがあった。さらに、下面にある高周波信号の受信・送信部を遮らないように外部の配線基板等に実装する必要があるため、一般的な電子部品において実装面とする下面を実装面として使えないか、使う場合にも制限がある状態となるので、高周波モジュールの実装に対する自由度が低くなり、取り扱いの困難なものとなるおそれがあった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、設計の自由度が高く、取り扱いの容易な高周波モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の高周波モジュールは、回路基板と、前記回路基板の主面に配置された高周波素子と、前記回路基板に設けられた、前記高周波素子に接続された高周波伝送路と、前記回路基板の前記主面上に設けられた、前記回路基板との間に前記高周波素子を収容する収容空間を形成する、キャップ状の収容部材と、前記高周波伝送路を伝送する高周波信号の受信および送信の少なくとも一方を行なうアンテナとを有する高周波モジュールであって、前記高周波伝送路は、第１端と第２端とを有し、前記第１端が前記高周波素子に接続されているとともに、前記第２端が前記主面に導出されており、前記収容部材は、枠部と、誘電体材料からなり、前記枠部の開口の一方を塞ぐように配置された蓋部とを有し、前記枠部には、第１ポートと第２ポートとを有する接続導波管が内蔵され、前記枠部の底面に前記第１ポートが、上面に前記第２ポートがそれぞれ導出されており、前記枠部は、前記第１ポートと前記第２端とが電磁的に結合するように配置され、前記アンテナは、前記蓋部に配置されて、前記第２ポートと電磁的に結合して、前記蓋部の前記収容空間と対向していない側の主面から高周波信号の受信および送信の少なくとも一方を行なうものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、回路基板の高周波素子が実装される面と同じ側にアンテナが配置され
ているので、高周波素子が実装される面と反対側の面には高周波信号の伝送に関する構成がなくなり、下面に配置するものへの制約がなくなり、例えば実装に対する設計の自由度の高い高周波モジュールとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の高周波モジュールの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１の収容部材を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の高周波モジュールの変形例を示す断面図である。
【図４】図３のIIIＡ−IIIＡ線における要部矢視断面図である。
【図５】図３のIIIＢ−IIIＢ線における要部矢視断面図である。
【図６】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明の高周波モジュールの変形例を示す断面図および上面図である。
【図７】本発明の高周波モジュールの変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の高周波モジュールの変形例を示す断面図である。
【図９】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明の高周波モジュールの変形例を示す要部斜視図である。
【図１０】枠部内における接続導波管の配置例を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本発明について詳述する。なお、以下の図面において、同様の箇所には同一の符号を付し、重複する記載を省略する。
【００１０】
図１は本発明の高周波モジュールの実施の形態の一例を示す断面図であり、図２は図１の収容部材を説明する要部の分解斜視図である。
【００１１】
図１および図２に示した実施の形態の例に係る高周波モジュールは、回路基板１０，高周波素子２０，高周波伝送路３０，収容部材４０およびアンテナ５０を備えている。
【００１２】
本例では、回路基板１０の主面１０ａに、高周波素子２０が配置されている。高周波伝送路３０は、主面１０ａ上に形成された信号線路３３が接地導体層３４と結合してマイクロストリップ線路として機能する。この接地導体層３４は、回路基板１０の厚み方向に主面１０ａと離間して配置され、基準電位に接続されている。そして、高周波伝送路３０の第１端３１は、高周波素子２０とボンディングワイヤ７０を介して接続されている。第２端３２は回路基板１０の主面１０ａ上にある。
【００１３】
収容部材４０は、この例では、導電性材料からなる枠部４２と、誘電体材料からなる蓋部４３とを有し、両者を絶縁性の誘電体材料からなる接合層７１を介して接合させてキャップ状の形状とし、回路基板１０の主面１０ａ上に配置することで、内部に高周波素子２０を収容する収容空間４１を形成できるものとなる。図１に示すように、蓋部４３は、枠部４２の開口のうち一方を塞ぐように配置することで、キャップ状の形状としている。なお、図２において、蓋部４３と枠部４２との間に介在する接合層７１の図示を省略している。
【００１４】
枠部４２には、底面４２ａ（回路基板１０と接続される側の面）側から上面４２ｂ（蓋部４３と接続される側の面）側まで高周波信号を伝送させることができるように、接続導波管４４が内蔵されている。具体的には、枠部４０は、縁の幅が周囲に比べて広い領域があり、その領域に図２の上下方向に貫通する貫通孔が形成され、貫通孔部分を高周波信号の通る伝搬部とし、貫通孔を形作る周囲の壁を管壁とする金属導波管が作り込まれている。このような接続導波管４４は、枠部４２の底面４２ａ側の開口で形成される第１ポート４４ａ，上面４２ｂ側の開口で形成される第２ポート４４ｂを有し、第１ポート４４ａは
高周波伝送路３０の第２端３２と電磁的に結合し、第２ポート４４ｂは後述するアンテナ５０に電磁的に結合している。具体的には、高周波伝送路３０の第２端３２を被覆し、少なくとも枠部４２の底面４２ａと回路基板１０の主面１０ａとを接続する誘電体材料からなる接続層７２を設け、第２端３２と第２ポート４４ｂとが接続層７２を介して対向するように配置させ、両者を電磁的に結合させる。接続層７２は、回路基板１０に枠部４２を固定する働きと、高周波伝送線路３０と接続導波管４４とを接続層７２を介して電磁的に接続させる働きとを有する。
【００１５】
アンテナ５０は、蓋部４３のうち収容空間４１を臨む面とは反対側の面に配置されるアンテナ信号線５１と、蓋部４３の収容空間４１を臨む側の面に配置され、基準電位に接続されるとともに、アンテナ信号線５１と結合する接地導体層５２とで構成される。アンテナ信号線５１は、一端が蓋部４３および接合層７１を介して第２ポート４４ｂと電磁的に結合する伝送線路部５１ａと、伝送線路部５１ａの途中に挿入され、伝送線路部５１ａに比べ線幅の広いスタブ部５１ｂと、伝送線路部５１ａのもう一端に接続されるアンテナ導体部とを備えている。
【００１６】
上述のように構成することで、高周波素子２０の実装面と高周波信号の受信および送信の少なくとも一方を行なうアンテナ配置面とを回路基板１０の同じ側の面（主面１０ａ側）にまとめることができる。これにより、主面１０ａと反対側の面（下面）に高周波信号の伝送に寄与する部分がなくなるので、取り扱いが容易な高周波モジュールを提供することができる。さらに、下面側に配置させるものへの制約がなくなるので、高周波モジュールの実装や配置に関して設計の自由度の高い高周波モジュールを提供することができる。例えば、回路基板１０の裏面（主面１０ａの反対側の主面）を外部の配線基板等への実装面としたり、実装したり、回路基板１０の裏面に放熱構造を設けたりすることができる。
【００１７】
また、アンテナ５０を、回路基板１０上ではなく、高周波素子２０を収容する収容部材４０の上面に配置していることから、小型な高周波モジュールとすることができる。
【００１８】
また、アンテナ５０と高周波伝送路３０とを導波管によって接続しているので、高周波素子２０と近い距離に配置しても、高周波素子２０の影響を受けにくく、外部からのノイズの影響も少ない、優れた伝送特性を有する高周波モジュールとすることができる。
【００１９】
さらに、高周波伝送路３０とアンテナ５０とを導波管で接続することにより、製造の際に位置ずれが生じたとしても、損失を少なくすることができる。このように、本発明の構成によれば、ロバスト性の高い高周波モジュールを提供することができる。特に、別体で構成した蓋部４３と枠部４２とを接合して収容部材４０とする場合には、蓋部４３と枠部４２との間で位置ずれが発生しても、導波管を用いているので、接続導波管とアンテナとの間の高周波信号の伝送を損失の少ない状態で実現することができる。
【００２０】
＜変形例１：枠部＞
次に、図１に示す高周波モジュールの変形例について、図３〜図５を用いて説明する。図３は、本発明の高周波モジュールの一例を示す断面図であり、図４は、図３のIIIＡ−IIIＡ線における矢視断面図であり、図５は、図３のIIIＢ−IIIＢ線における矢視断面図である。図３に示す高周波モジュールは、図１に示す高周波モジュールとは収容部材４０を構成する枠部４２の構成が異なり、他の部分は同様の構成であるため、以下、枠部について説明する。
【００２１】
図３の枠部４２Ａは、誘電体層４２１を複数層積層して構成され、回路基板１０の主面１０ａに配置された誘電体層４２１ａ上に配置されている。誘電体層４２１ａは、誘電体層４２１と同様の材料を用いて同様の製法で設けることができる。そして、枠部４２Ａに
内蔵される接続導波管４４Ａは、誘電体層４２１，導体層４４２，４４４および貫通導体群４４１とで構成される積層型導波管である。具体的な構成は以下の通りである。
【００２２】
複数の誘電体層（４２１ａ，４２１）間およびその上面には導体層４４２〜４４４が配置されている。導体層４４２〜４４４は開口部４４２a〜４４４ａを有し、誘電体層４２
１ａと枠部４２Ａのうち最も回路基板１０寄りの誘電体層４２１との間に配置された底面４２ａ側導体層４４２の開口部４４２ａは第１ポート４４ａとして機能する。同様に、枠部４２Ａの最も蓋部４２側の誘電体層４２１上配置された上面側導体層４４３の開口部４４３ａは第２ポート４４ｂとして機能する。誘電体層４４１のうち、平面視で、開口部４４２ａ，４４３ａの内側に位置する領域が高周波信号の伝搬部として機能する。そして、開口部４４２ａ，４４３ａの周囲には、平面視で、伝搬する高周波信号の波長の１／２未満の間隔で、誘電体層４２１の厚み方向を貫通する貫通導体群４４１が配置されている。この貫通導体群４４１が接続導波管４４Ａの管壁として機能する。
【００２３】
なお、この例では、枠部４２Ａの底面４２ａおよび上面４２ｂ以外にも、誘電体層４２１間に導体層４４３を設けている。これにより、複数の誘電体層４２１間において貫通導体群４４１の位置ずれが生じても導体層４４３を介して枠部４２Ａの底面４２ａから上面４２ｂまでの間で貫通導体群４４１が電気的に接続された状態とすることができるので、伝送特性の優れたものとすることができる。
【００２４】
また、導体層４４２〜４４４は、少なくとも平面視したときに貫通導体群４４１が存在する領域を含むような大きさを有していればよい。この例では、枠部４２Ａのうち、接続導波管４４が内蔵されるために他の部位に比べて縁部が幅広となっている領域のみを覆う形状（大きさ）としているが、開口部４４２ａ，４４３ａ，４４４ａを除く誘電体層４２１の全面を覆うように配置してもよい。
【００２５】
さらに、図５に示すように、誘電体層４２１ａを厚み方向に貫通する貫通導体７３を、平面視で見たときに、第１ポート４４ａの、高周波伝送路３０が延びる方向と反対側の外周を囲うように配置してもよい。貫通導体７３は、伝搬する高周波信号の波長の１／２未満の間隔で繰り返し配置されている。このように構成することで、高周波伝送路３０と接続導波管４４Ａとの間で高周波信号が漏洩することを抑制できる、伝送特性の優れたものとすることができる。
【００２６】
＜変形例２：高周波伝送路＞
次に、本発明の変形例について、図３に示す高周波モジュールに基づき、図６を用いて説明する。図６は、本発明の高周波モジュールの変形例を示す、（ａ）は断面図，（ｂ）は図６（ａ）のVI−VI線における矢視断面図である。図６に示す高周波モジュールは、図３に示す高周波モジュールとは高周波伝送路３０の構成が異なり、他の部分は同様の構成であるため、異なる部分について説明する。
【００２７】
図１，３に示す例では、高周波伝送路３０はマイクロストリップ線路によって構成されていたが、この例では、第１端３１，第２端３２のみが主面１０ａ上に導出された積層型導波管によって構成している。
【００２８】
具体的には、回路基板１０Ａは、誘電体層１１１を複数層積層した積層体によって構成される（この例では５層の誘電体層１１１ａ〜１１１ｅを積層している）。そして、誘電体層１１１ａ，１１１ｂ間に上側主導体層３３１を、誘電体層１１１ｃ，１１１ｄ間に下側導体層３３２を配置している。これら上側主導体層３３１と下側主導体層３３２とは、誘電体層１１１ｂ，１１１ｃを厚み方向に貫通する貫通導体群３３３によって電気的に接続されている。この貫通導体群３３３は、伝搬する高周波信号の波長の１／２未満の間隔
で繰り返し配置されている。この上側主導体層３３１，下側主導体層３３２，貫通導体群３３３によって積層型導波管を構成し、上側主導体層３３１は導波管の上側の管壁として機能し、下側主導体層３３２は導波管の下側の管壁として機能し、貫通導体群３３３は導波管の側壁として機能する。
【００２９】
そして、上側主導体層３３１には開口部３３１ａ，３３１ｂが形成されている。開口部３３１ａは、平面視で誘電体層１１１ａ上（主面１０ａ）に配置されたスロット導体３３４に設けられた開口部３３４ａと重なるように配置されている。このスロット導体３３４と上側主導体層３３１とは、互いの開口部３３４ａ，３３１ａの外周部を囲うように、伝搬する高周波信号の波長の１／２未満の間隔で配置された接続用貫通導体群３３５で、厚み方向に電気的に接続されている。
【００３０】
スロット導体３３４は、高周波伝送路３０の第１端３１として機能し、高周波素子２０とボンディングワイヤ７０ａ，７０ｂによって電気的に接続される。ここで、ボンディングワイヤ７０ａは高周波信号を伝送する信号線として機能し、スロット導体３３４の開口部３３４ａの上方を跨ぐように、すなわち、開口部３３４ａを挟んで高周波部品２０と反対側においてスロット導体３３４に電気的に接続されている。ボンディングワイヤ７０ｂは基準電位線として機能し、開口部３３４ａの上方を跨がずに、すなわち、開口部３３４ａよりも高周波部品２０側において電気的に接続されている。なお、この例ではボンディングワイヤ７０ｂを２本用いて、平面視でボンディングワイヤ７０ａの両側を挟むように配置している。
【００３１】
開口部３３１ｂは、枠部４２の底面４２ａに導出されている接続導波管４４Ａの第１ポート４４ａを構成する底面側導体層４４２の開口部４４２ａと平面視で重なるように位置している。そしてこの底面側導体層４４２と上側主導体層３３１とは、互いの開口部４４２ａと３３１ｂとの外周部を囲うように伝搬する高周波信号の波長の１／２未満の間隔で配置された接続用貫通導体群３３６で、厚み方向に電気的に接続されている。
【００３２】
なお、この例では、高周波伝送路３０を構成する積層型導波管において、回路基板１０Ａの内部に位置する信号伝搬部から第２端３２を主面１０ａに導出するために、高周波信号の伝送方向の第２端３２側の管壁（図６（ａ）の左側）を、各誘電体層１１１ａ〜１１１ｄ毎に１／４λずつずらした階段状の構成としている。なお、ここでλは、積層型導波管を伝搬する高周波信号の波長である。このような階段状形状とすることにより、主面１０ａに導出された第２端３２と、回路基板１０Ａの内部に位置する、導体層３３１，３３２，貫通導体群３３３で形成される信号伝搬部との間で損失の少ない状態で高周波信号を伝搬させることができる。
【００３３】
このように、接続導波管４４Ａと積層型導波管で構成される高周波伝送路３０とを用いたことから、図１，３の高周波モジュールにおいて必要であった誘電体層４４１ａが不要となり、導体層４４２の開口部４４２ａが、高周波伝送路３０の第２端３２としての機能も有するものとなる。
【００３４】
このような構成により、高周波信号を伝送する部位のうち、露出している部分は、高周波信号の送信・受信を行なうアンテナ５０部分のみとなるので、ノイズおよび損失の少ない、伝送特性の優れた高周波モジュールを提供することができる。
【００３５】
また、回路基板１０，枠部４２Ａを誘電体層４２１，１１１となるグリーンシートを用いて一体に形成すれば、高周波伝送路３０と接続導波管４４Ａとの接続を良好に行なえるものとなる。
【００３６】
＜変形例３：接続導波管接続部＞
次に、図６に示す高周波モジュールの変形例について、図７を用いて説明する。図７に示す高周波モジュールは、図６に示す高周波モジュールとは、高周波伝送路３０と接続導波管４４Ａとの間および接続導波管とアンテナ５０との間の接続部の構成が異なり、他の部分は同様の構成であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００３７】
図７において、上側導体層４４２の開口部４４２ａの外周部および底面側導体層４４１の開口部４４１ａの外周部に設けられた貫通導体群４４１の配列から、伝搬する高周波信号の波長の１／４の距離分外側に離れた位置において、チョーク用貫通導体群４４５ａ，４４５ｂを設けている。チョーク用貫通導体群４４５ａは、蓋部４３側に位置する（最上層の）誘電体層４２１を厚み方向に貫通し、最上層の誘電体層４２１とその下の誘電体４２１との間に形成された導体層４４４と、上側導体層４４３と、を電気的に接続した構成となっている。チョーク用貫通導体群４４５ｂは、底面４２ａ（最下層）側に位置する誘電体層４２１を厚み方向に貫通し、底面側導体層４４２と、最下層とその上の誘電体層４２１との間に位置する導体層４４４とを電気的に接続している。
【００３８】
このような構成により、接続導波管においてチョーク構造を設けることができる。
【００３９】
チョーク構造を設けることにより、製造時に位置ずれが生じても、損失の少ない状態で高周波信号を伝送することができる。
【００４０】
＜変形例４：アンテナ＞
次に、本発明の高周波モジュールの変形例について図８を用いて説明する。図８に示す高周波モジュールは、蓋部４３，アンテナ５０および蓋部４３と枠部４２との接続方法が図７に示す高周波モジュールと異なる。このため、異なる点のみについて説明する。
【００４１】
蓋部４３Ａは、複数の誘電体層４３１（誘電体層４３１ａ〜４３１ｄ）が積層された積層体で構成される。
【００４２】
図７に示す高周波モジュールのアンテナ５０は、図２に示すように、アンテナ信号線５１の伝送線路部５１ａが第２ポート４４ｂと電磁的に結合していたが、図８のアンテナ５０Ａは、伝送線路部５１ａと第２ポート４４ｂとの間に、蓋部４３Ａ中に形成された積層型導波管５３を介在させている。積層型導波管５３は、一端で第２ポート４４ｂと電磁的に結合し、他端で伝送線路部５１ａと電磁的に結合する。
【００４３】
具体的には、アンテナ５０Ａは以下のような構成となっている。誘電体層４３１ａ，４３１ｂ間に上側主導体層５３１を、誘電体層４３１ｃ，４３１ｄ間に下側導体層５３２を配置している。これら上側主導体層５３１と下側主導体層５３２とは、誘電体層４３１ｂ，４３１ｃを厚み方向に貫通する貫通導体群５３３によって電気的に接続されている。この貫通導体群５３３は、伝搬する高周波信号の波長の１／２未満の間隔で繰り返し配置されている。この上側主導体層５３１，下側主導体層５３２，貫通導体群５３３によって積層型導波管５３を構成し、上側主導体層５３１は導波管５３の上側の管壁として機能し、下側主導体層５３２は導波管５３の下側の管壁として機能し、貫通導体群５３３は導波管５３の側壁として機能する。
【００４４】
そして、上側主導体層５３１には開口部５３１ａが形成されている。開口部５３１ａは、誘電体層４３１ａを挟んでアンテナ信号線５１の伝送線路部５１ａの一端と対向するように配置されている。上側主導体層５３１は、アンテナ信号線５１と対向するように延在しており、アンテナ信号線５１と結合してマイクロストリップ線路を構成する基準電位電極層としての機能を有する。これにより、積層型導波管５３とアンテナ信号線５１とが電
磁的に結合される。
【００４５】
下側主導体層５３２には開口部３３２ａが形成されている。開口部３３２ａは、平面視で誘電体層４３１ｄの回路基板１０Ａ側の主面に配置されたスロット導体５３４に設けられた開口部５３４ａと重なるように配置されている。このスロット導体５３４と下側主導体層５３２とは、互いの開口部５３４ａ，５３２ａの外周部を囲うように、伝搬する高周波信号の波長の１／２未満の間隔で配置された接続用貫通導体群５３５で、厚み方向に電気的に接続されている。
【００４６】
スロット導体５３４は、積層型導波管５３のポートとして機能し、接続導波管４４Ａの第２ポート４４ｂを構成する上面側導体層４４３の開口部４４３ａと平面視で重なるように位置させる。そして、接合層７１を介して対向配置させることで、接続導波管４４Ａと積層型導波管５３とのポートを電磁的に結合させることができる。
【００４７】
なお、この例では、積層型導波管５３において、蓋部４３Ａの内部に位置する信号伝搬部から回路基板１０Ａと対向する側の主面にポートを導出するために、図８の左側の管壁を、各誘電体層４３１ａ〜４３１ｄ毎に１／４λずつずらした階段状の構成としている。なお、ここでλは、積層型導波管５３を伝搬する高周波信号の波長である。このような階段状形状とすることにより、損失の少ない状態で高周波信号を伝搬させることができる。
【００４８】
このような構成とすることにより、接続導波管４４Ａとアンテナ５０との接続が、導波管同士の接続となる。これにより、接続部の位置ずれに対する許容度が大きくなるので、ロバスト性の高いものとすることができる。具体的には、約５０μｍの位置ずれが生じても伝送特性を良好に保つことができる。このため、図８のように、アンテナ５０を構成する積層型導波管５３を内蔵させた蓋部４３Ａを別体として用意し、これと回路基板１０Ａに一体形成した枠部４３Ａとを接合層７１によって接合させて高周波モジュールを製造する場合であっても、損失の少ない、伝送特性の優れた高周波モジュールを提供できる。また、接合層７１，７２として、接着剤等を用いても伝送特性を損なうことがないので、製造が容易で、生産性の高いものとすることができる。
【００４９】
さらに、図８に示す高周波モジュールは、高周波信号を伝送させる経路が全て導波管であるため、伝送特性の良好なものとすることができる。また、収容部材４０のうち収容空間４１を臨む面に導体層がないため、高周波素子２０やボンディングワイヤ７０が不要な導体層と結合するおそれがない。このため、収容部材４０を小さくすることができ、小型な高周波モジュールを提供することができる。
【００５０】
＜変形例：導波管＞
図１〜図８では、枠部４２に内蔵される接続導波管４４の高周波信号の伝搬方向に沿う方向における断面形状が一定である構成について説明したが、図９（ａ）に示すように伝搬部の形状が高周波信号の伝搬方向に沿って変化するものとしてもよい。図９（ａ）は枠部４２に内蔵される接続導波管４４Ｂの形状を示す外形を示す斜視図である。なお、図９（ａ）において接続導波管４４Ｂの構成が明確となるように、図１（ａ）,図２,図３，図６（ａ），図７，図８に示す例の接続導波管４４の記載向きから９０°回転させている。すなわち、図１（ａ）,図２,図３，図６（ａ），図７，図８に示す例では第１ポート４４ａが紙面下側に、第２ポート４４ｂが紙面上側に向くように記載されているが、図９（ａ）では、第１ポート４４Ｂａが紙面手前に、第２ポート４４Ｂｂが紙面の奥側に位置するように配置されている。
【００５１】
接続導波管４４Ｂは、第１伝搬部４５１と変換部４５２と第２伝搬部４５３とを有する。第１伝搬部４５１，変換部４５２，第２伝搬部４５３は、高周波信号の伝搬方向に沿っ
て順に配置されている。第１伝搬部４５１は、高周波信号の伝送方向（伝搬方向：Ｘ方向）に直交する断面が第１方向（Ｚ方向）に延びる一対の短辺と第２方向（Ｙ方向）に延びる一対の長辺とで構成される矩形状となっている。変換部４５２は、高周波信号の伝送方向の延長線上において第１伝搬部４５１に接続しており、伝送方向に直交する断面が矩形状であり、第１伝搬部４５１に比べて第１方向の辺の長さが短く、第２方向の辺の長さが長い。そして、伝送方向の長さが伝搬する高周波信号の波長の１／４となっている。第２伝搬部４５３は、伝送方向の延長線上において変換部４５２の第１伝搬部４５１に接続している面と反対側の面に接続しており、伝送方向に直交する断面が矩形状であり、変換部４５２に比べて第１方向の辺の長さ及び前記第２方向の辺の長さが短くなっている。
【００５２】
そして、第１伝搬部４５１において、高周波信号の伝送方向の延長線上において変換部４５２と接続している面と反対側の面が第１ポート４４Ｂａとして機能する。また、第２伝搬部４５２において、高周波信号の伝送方向の延長線上において変換部４５２と接続している面と反対側の面が第２ポート４４Ｂｂとして機能する。
【００５３】
このような構成とすることにより、第１伝搬部４５１および第２伝搬部４５３よりも第２方向の幅が広い変換部４５２により、第１伝搬部４５１と変換部４５２との界面で生じる反射波Ｒ１と、変換部４５２と第２伝搬部４５３との界面で生じる反射波Ｒ２との反射レベルを同等とすることができ、反射波を打ち消し合い、高周波信号の損失を抑制して、優れた伝送特性を有するものとすることができる。
【００５４】
ここで、上述の構成とすることにより、優れた伝送特性を実現できるメカニズムについて考察する。
【００５５】
まず、変換部４５２の伝送方向の長さは伝搬する高周波信号の波長の１／４としている。このように構成することにより、反射波Ｒ１と、反射波Ｒ２との位相を逆位相とすることができる。これにより、反射波Ｒ１と反射波Ｒ２とを互いに打ち消すものとなる。
【００５６】
次に、変換部４５２の第２方向に延びる辺の長さは、第１伝搬部４５１，第２伝搬部４５３の第２方向に延びる辺の長さに比べて長くなっている。これにより、反射波Ｒ１と反射波Ｒ２との反射レベル（振幅）を略同一とすることができる。このメカニズムは明らかではないが、以下のように推測している。
【００５７】
従来、伝搬方向においてインピーダンスを変更する場合には、反射をできるだけ小さくするために、第１方向の辺の長さのみを階段状に変化させたり、テーパー状に徐々に変化させたりしていた。この場合には、導波管中のインピーダンスも徐々に変化するものとなっているため、各界面におけるインピーダンスの比率の差異は無視できるレベルではなかった。これに対して、接続導波管４４Ｂでは、変換部４５２の第２方向における幅を長くとることにより、変換部４５２のインピーダンスＺＢは、第１伝搬部４５１および第２伝搬部４５３のインピーダンスＺＡ，ＺＣに比べ大幅に低くなっている。これにより、第１伝搬部４５１と変換部４５２との界面および変換部４５２と第２伝搬部４５３との界面における反射は大きくなる。しかしながら、各界面におけるインピーダンスの比率（ＺＢ／ＺＡ，ＺＢ／ＺＣ）を略同一とみなすことができるようになり、これにより、反射波Ｒ１，Ｒ２の反射レベルを揃えることができる。
【００５８】
このようなインピーダンスを大幅に低くした変換部４５２をインピーダンスが大きく変わる部位の近傍に配置することにより、伝送特性を良好にすることができる。本発明の実施形態に係る高周波モジュールは、高周波伝送路３０と接続導波管４４との接続部位でインピーダンスが大きく変化する（乱れる）可能性がある。このため、上述のような構成を有する接続導波管４４Ｂの構成をとることが好ましい。
【００５９】
同様の理由により、図６〜図８のように高周波伝送線路３０を、回路基板１０に内蔵する積層型導波管とする場合において、この積層型導波管を、第１端側伝搬部３０１と変換部３０２と第２端側伝搬部３０３とを有するものとしてもよい。このような構成を有する積層型導波管と図９（ａ）に示す接続導波管４４Ｂとを組み合わせた例を図９（ｂ）に示す。なお、図９（ｂ）において、高周波信号が伝搬する伝搬部の形状のみ記載し、その他の構成の図示を省略している。
【００６０】
具体的には、第１端側伝搬部３０１は、高周波信号の伝送方向（Ｚ方向）に直交する断面が第３方向（Ｘ方向）に延びる一対の短辺と第４方向（Ｙ方向）に延びる一対の長辺とで構成される矩形状となっている。変換部３０２は、伝送方向の延長線上において第１端側伝搬部３０１に接続しており、伝送方向に直交する断面が矩形状であり、第１端側伝搬部３０１に比べて第３方向の辺の長さおよび第４方向の辺の長さが長くなっている。そして、伝送方向の長さが高周波信号の波長の１／４となっている。第２端側伝搬部３０３は、伝送方向の延長線上において変換部３０２の第１端側伝搬部３０１に接続している面と反対側の面に接続しており、伝送方向に直交する断面が矩形状であり、変換部３０２に比べて第３方向の辺の長さが長く、かつ前記第４方向の辺の長さが短くなっている。なお、この積層型導波管において高周波信号の伝送方向は、第１端側伝搬部３０１から変換部３０２にかけての伝送方向をいう。
【００６１】
そして、第１端側伝搬部３０１の変換部３０２と接続された面と反対側の面の近傍において、第１端３１を構成するスロット導体３３４を介して接続されている。第２端側伝搬部３０３の変換部３０２と接続された面と直交する面（伝送方向と平行な面）に第２端３２を構成する開口部が形成されている。このような位置に開口部を設けることにより、第１端側伝搬部３０１の変換部３０２とを伝送する高周波信号の伝送方向を９０°変換することができる。このように高周波信号の伝送方向を９０°変換する場合には、通常反射が大きくなり伝送特性が劣化するが、第１端側伝搬部３０１と第２端側伝搬部３０２との間に大きな反射を発生させる変換部３０２を設けることにより、９０°変換することにより生じる反射の影響を打ち消すことができる。
【００６２】
このように、高周波信号の伝送方向を変更することで大きなインピーダンスの変化が生じ、かつ、積層型導波管の導波部（管壁で囲まれた信号伝搬部）を構成する回路基板１０構成材料と、接続導波管４４Ｂの導波部を構成する構成材料との違いに起因するインピーダンス変化が生じる高周波モジュールにおいて、導波管の構成を図９に示すような構成とすることにより、高周波信号の伝送特性を良好なものとすることができる。
【００６３】
なお、積層型導波管の導波部を比誘電率４の樹脂基板で構成し、接続導波管４４Ｂの導波部を比誘電率９．４アルミナで構成するものとして、周波数特性についてシミュレーションした。その結果、直方体状の導波管を用いた場合に比べて、帯域は広がり、透過特性（Ｓ２１）の優れた領域の幅も広くなっていることを確認した。
【００６４】
ここで、変換部３０２，４５２の第４方向及び第２方向の幅は、他の部位に比べ十分にインピーダンスが低くなれば特に限定されない。例えば、他の部位に比べ１／４λ長ければ十分に機能する。すなわち、図９（ａ）に示すｙ１＋ｙ２の値が高周波信号の波長の１／４程度あれば変換部として機能する。
【００６５】
＜変形例：その他＞
図１〜図９に示す例は、枠部４２に１つの接続導波管４４を内蔵する構成について説明したが、２つ以上の接続導波管を内蔵させてもよい。その場合には、図１０に示すように、平面視で、２つの接続導波管４４Ａの間において導体層４４３に開口部７５を設けるこ
とが好ましい。この開口部７５は、２つの接続導波管４４Ａから、伝搬する高周波信号の波長の１／４だけ離れた位置に配置される。なお、底面側の導体層４４２においても、同様の位置に開口を設けることが好ましい。また、枠部４２の外周部と接続導波管４４Ａの外周部との間隔を伝送する高周波信号の波長の１／４とすることが好ましい。
【００６６】
このような構成とすることで、互いの接続導波管４４Ａを伝搬する高周波信号同士が混合するおそれを抑制することができ、優れた伝送特性を有する高周波モジュールとすることができる。
【００６７】
なお、複数の接続導波管の配列方向、向き等は図１０に制限されることなく自由に設定することができる。
【００６８】
さらに、図１，図２に示す例では、接続導波管４４の貫通孔（信号伝搬部）は空気で充たされた構成となっているが、枠部４２の貫通孔に誘電体材料を充填してもよい。この場合には、接続導波管４４の信号伝搬部の誘電率と、蓋部４３，回路基板１０を構成する材料の誘電率との差を少なくすることにより、高周波信号の損失を少なくすることができる。
【００６９】
また、図１〜図８に示す例では、収容部材４０の内側は対向する面が平坦であり、かつ平行になっているが、非平行となるようにしてもよい。高周波素子２０を収容する収容空間４１における共振を抑制するためである。例えば、枠部４２の内壁（収容空間４１を臨む側の面）に凹凸構造を設ければよい。図８に示す例であれば、蓋部４３Ａの回路基板１０Ａ側の面に凹凸構造を設けてもよい。
【００７０】
また、図１〜図８に示す例では、アンテナ５０は蓋部４３の上面に配置されたアンテナ信号線路導体によって構成されるが、例えば、蓋部４３を複数の誘電体層が積層される積層体とし、この誘電体層間に、蓋部４３の上面側に向けて徐々に開口部が大きくなるような導体層を形成することで、アンテナを蓋部４３に内蔵させる構成としてもよい。
【００７１】
さらに、図３に示す例においては、誘電体層４２１ａの平面形状を枠部４２Ａと同じにしているが、さらに広範な領域を覆う形状としてもよい。すなわち、高周波伝送路３０がマイクロストリップ線路の場合に、信号線路３３上に誘電体層を配置した構成としてもよい。このような構成とすることにより、信号線路３３が露出している場合に比べて、ノイズや損失の少ない、伝送特性の優れた高周波モジュールを提供することができる。なお、信号線路３３上に誘電体層を配置した構成としても、信号線路３３と接続導波管４４とは主面１０ａにおいて電磁的に接続させることはできるため、第２端３２が主面に導出されているものとなる。このように、「高周波伝送路の第２端が主面に導出される」とは、伝搬する高周波信号を主面にて電磁的に結合させることが可能なことをいい、物理的に露出している構成に限定されるものではない。
【００７２】
＜各部の構成＞
回路基板１０は、高周波素子２０を保持するものであれば特に限定されず、セラミック基板や有機基板を用いることができる。有機基板としては、ガラスエポキシ基板や液晶基板，４フッ化エチレン樹脂基板，樹脂基板等がある。
【００７３】
高周波部品２０は、高周波信号を介して信号伝達が行なわれている高周波回路を含んで構成されるものであり、例えばダイオードやＭＭＩＣ等を用いることができる。
【００７４】
高周波伝送路３０を構成する信号線路３３，接地導体層３４、アンテナ５０を構成するアンテナ信号線５１，接地導体層５２等は、導電材料からなる膜を印刷技術等で形成し、
パターニングして構成すればよい。
【００７５】
回路基板１０，枠部４０を積層体で構成する場合には、誘電体層１１１，４２１，４３１は、高周波信号の伝送を妨げることがない特性を有するものであればとりわけ限定するものではないが、伝送線路を形成する際の精度および製造の容易性の点から、セラミックスからなるものが望ましい。
【００７６】
たとえば、ガラスセラミックス、アルミナ質セラミックスや窒化アルミニウム質セラミックス等のセラミック原料粉末に適当な有機溶剤・溶媒を添加混合して泥漿状になすとともに、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用してシート状となすことによって複数枚のセラミックグリーンシートを得る。しかる後、これらセラミックグリーンシートの各々に適当な打ち抜き加工を施すとともに、導体ペーストを貫通孔へ充填し、配線パターンあるいはいわゆるベタパターンとして印刷したものを積層して、ガラスセラミックスの場合は８５０〜１０００℃、アルミナ質セラミックスの場合は１５００〜１７００℃、窒化アルミニウム質セラミックスの場合は１６００〜１９００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００７７】
また、スロット導体３３４，５３４、導体層３３１，３３２，４４２，４４３，４４４，５３１，５３２などの金属導体層としては、例えば誘電体層がアルミナ質セラミックスからなる場合には、タングステン，モリブデンなどの金属粉末に適当なアルミナ，シリカ，マグネシア等の酸化物や有機溶剤，溶媒等を添加混合した導体ペーストを厚膜印刷法によってセラミックグリーンシート上に印刷し、しかる後、約１６００℃の高温で同時焼成して、厚みが１０〜１５μｍ以上となるようにして形成する。なお、金属粉末としては、ガラスセラミックスの場合は銅，金，銀が、アルミナ質セラミックス，窒化アルミニウム質セラミックスの場合はタングステン，モリブデンが好適である。また、このような導体層の厚みは一般的に５〜５０μｍ程度とされる。
【００７８】
誘電体層１１１，４２１，４３１としては、上記のようなセラミックスからなることが好ましいが、伝送信号の周波数や製造コストなどの観点から、樹脂材料を用いることもできる。誘電体層として使用可能な樹脂材料としては、例えば、ＰＴＥＴ、液晶ポリマー、ＦＲ４、フッ素樹脂、フッ素ガラス樹脂などが挙げられる。この場合の金属導体としては、例えば銅箔の貼り付け、あるいは銅めっき膜での被覆を行ない、これをエッチングなどによってパターン形成したものを使用することができる。
【００７９】
貫通導体群７３，３３３，３３５，４４１，５３３，５３５は、例えば、グリーンシートに設けた貫通孔にタングステンメタライズペーストを充填し、同時焼成させて得ることができる。
【００８０】
収容部材４０によって回路基板１０との間に形成される収容空間４１の大きさは、収容空間４１の高さ、幅および奥行きによって決まる共振周波数が、伝搬する高周波信号の使用帯域から外れるように設定する。
【００８１】
蓋部４３は、絶縁性の誘電体材料であれば特に限定はされないが、セラミック基板や有機基板を用いることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１０  回路基板
１０ａ  主面
２０  高周波素子
３０  高周波伝送路
３１  第１端
３２  第２端
４０  収容部材
４１  収容空間
４２，４２Ａ  枠部
４２ａ  底面
４２ｂ  上面
４２１  誘電体層
４３  蓋部
４４，４４Ａ，４４Ｂ  接続導波管
４４ａ  第１ポート
４４ｂ  第２ポート
４４１  貫通導体群
４４５  チョーク用貫通導体群
５０  アンテナ
７１，７２  接合層（接合部材）
【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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【図１０】
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