(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波回路と、前記マイクロ波回路への信号入力のためのコネクタとを備えたマイクロ波モジュールにおいて、
前記マイクロ波回路が少なくとも二層以上実装可能なように金属ベースの一方の面に複数の誘電体を多層積層し、かつ層内に、上層側の空洞を形成するキャビティと下層側の空洞を形成するキャビティとが同一空間内で上下に重なって成る階段状の空洞を成すキャビティを形成した多層誘電体と、前記多層誘電体の複数の階段状の空洞を成すキャビティの底面にあたる層に設けられ、多層誘電体内に形成された同軸線路構造のスルーホールおよび金属ワイヤにて前記分配回路と接続された第１から第Ｍ（≧２）の初段マイクロ波回路と、その上層にあたる層における、前記初段マイクロ波回路と上下に重なる位置に設けられ、多層誘電体内に形成された同軸線路構造のスルーホールおよび金属ワイヤにて前記初段マイクロ波回路と接続された第１から第Ｋ（≧２）の後段マイクロ波回路と、前記多層誘電体の下層側の内層に設けられマイクロ波信号を前記初段マイクロ波回路に分配する分配回路と、前記多層誘電体内に形成された同軸線路構造のスルーホールを通じて、前記後段マイクロ波回路から高周波信号を伝達される複数のアンテナ素子と、一方面に前記アンテナ素子が設けられ、他方面が前記金属ベースから最も離間した層にて前記多層誘電体の階段状の空洞を成すキャビティを塞ぐように設けられた誘電体カバーと、前記金属ベースに設けられ前記分配回路との間で多層誘電体内に設けられたスルーホールおよび金属ワイヤを介して高周波信号を伝送する高周波コネクタとを具備したことを特徴とするマイクロ波モジュール。
【請求項２】
前記金属ベースおよび金属ベースに接する誘電体層内の空洞を形成するキャビティ部に搭載された前記マイクロ波回路の制御回路と、前記金属ベースに設けられた貫通穴を介して前記金属ベースから数えて一つ目の前記多層誘電体層に接続される信号制御用ピンと、前記制御回路を搭載するための上記誘電体層内の空洞を形成するキャビティ部を塞ぐ金属カバーとを具備したことを特徴とする請求項１記載のマイクロ波モジュール。
【請求項３】
前記分配回路をブランチライン型分配器にて構成したことを特徴とする請求項１記載のマイクロ波モジュール。
【請求項４】
前記分配回路をウイルキンソン型分配器にて構成したことを特徴とする請求項１記載のマイクロ波モジュール。
【請求項５】
マイクロ波回路と、前記マイクロ波回路への信号入力のためのコネクタとを備えたマイクロ波モジュールにおいて、
前記マイクロ波回路が少なくとも二層以上実装可能なように金属ベースの一方の面に複数の誘電体を多層積層し、かつ層内に、上層側の空洞を形成するキャビティと下層側の空洞を形成するキャビティとが同一空間内で上下に重なって成る階段状の空洞を成すキャビティを形成した多層誘電体と、前記多層誘電体の複数の階段状の空洞を成すキャビティの底面にあたる層に設けられ、多層誘電体内に形成された同軸線路構造のスルーホールおよび金属ワイヤにて前記分配回路と接続された第１から第Ｍ（≧２）の初段マイクロ波回路と、その上層にあたる層における、前記初段マイクロ波回路と上下に重なる位置に設けられ、多層誘電体内に形成された同軸線路構造のスルーホールおよび金属バンプにて前記初段マイクロ波回路と接続された第１から第Ｋ（≧２）の後段マイクロ波回路と、前記多層誘電体の下層側の内層に設けられマイクロ波信号を前記初段マイクロ波回路に分配する分配回路と、前記多層誘電体内に形成された同軸線路構造のスルーホールを通じて前記後段マイクロ波回路から高周波信号を伝達される複数のアンテナ素子と、一方面に前記アンテナ素子が設けられ、他方面が前記金属ベースから最も離間した層にて前記多層誘電体の階段状の空洞を成すキャビティを塞ぐように設けられた誘電体カバーと、前記金属ベースに設けられ前記分配回路との間で多層誘電体内に設けられた金属バンプおよびスルーホールを介して高周波信号を伝送する高周波コネクタとを具備したことを特徴とするマイクロ波モジュール。
【請求項６】
前記金属ベースおよび金属ベースに接する誘電体層内の空洞を形成するキャビティ部に搭載された前記マイクロ波回路の制御回路と、前記金属ベースに設けられた貫通穴を介して前記金属ベースから数えて一つ目の前記多層誘電体層に接続される信号制御用ピンと、前記制御回路を搭載するための上記誘電体層内の空洞を形成するキャビティを塞ぐ金属カバーとを具備したことを特徴とする請求項５記載のマイクロ波モジュール。
【請求項７】
前記分配回路をブランチライン型分配器にて構成したことを特徴とする請求項５記載のマイクロ波モジュール。
【請求項８】
前記分配回路をウイルキンソン型分配器にて構成したことを特徴とする請求項５記載のマイクロ波モジュール。
【請求項９】
複数の誘電体を多層積層し、かつ層内に、上層側の空洞を形成するキャビティと下層側の空洞を形成するキャビティとが同一空間内で上下に重なって成る階段状の空洞を成すキャビティを形成した多層誘電体と、
前記多層誘電体の下層側の空洞を形成するキャビティに設けられ、前記多層誘電体内に形成された同軸線路構造のスルーホールを介して前記分配回路と接続された複数の初段マイクロ波回路と、
前記多層誘電体の下層側の空洞を形成するキャビティ内で、前記初段マイクロ波回路と上下に重なる位置に設けられ、前記多層誘電体内に形成された同軸線路構造のスルーホールを介して前記初段マイクロ波回路と接続された後段マイクロ波回路と、
前記多層誘電体の下層側の内層に設けられマイクロ波信号を前記初段マイクロ波回路に分配する分配回路と、
一方面にアンテナ素子が設けられ、他方面に前記上層側の空洞を形成するキャビティを塞ぐように設けられた誘電体カバーと、
前記後段マイクロ波回路と前記アンテナ素子の間で高周波信号を伝達し、前記多層誘電体の下層に形成された同軸線路構造のスルーホールと、
前記多層誘電体の下部に設けられ、前記同軸線路構造のスルーホールを介して前記分配回路との間で高周波信号を伝送する高周波端子と、
を具備したことを特徴とするマイクロ波モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主にフェーズドアレーアンテナ等に用いるアンテナ用送受信モジュールに関し、内部にもつマイクロ波回路間およびマイクロ波回路とその制御回路およびアンテナとの実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のマイクロ波モジュールを用いたフェーズドアレーアンテナの図を図８に示す。３２は従来の技術におけるマイクロ波モジュール、３４はフェーズドアレーアンテナ、３６はアンテナ、３７は前記マイクロ波モジュールの出力側高周波コネクタ、３８は前記アンテナの入力用高周波コネクタである。
【０００３】
また、前記マイクロ波モジュール３２の断面図を図９に示す。１は金属ベース、２は第一の誘電体、３は第二の誘電体、４は第三の誘電体、５は第四の誘電体、６は第五の誘電体、７は第六の誘電体、８は第七の誘電体、９は第八の誘電体、１０は第一の信号層、１１は第二の信号層、１２は第三の信号層、１３は第四の信号層、１４は第五の信号層、１５は第六の信号層、１６は第七の信号層、１７は第八の信号層、１８は高周波コネクタ、１９は高周波コネクタ中心導体、２０はふた、２１は制御回路、２２は初段高周波回路、２３は後段高周波回路、２４は金属ワイヤ、２５は前記第一から第七の誘電体で構成した多誘電体内で信号を伝達する同軸線路構造を模擬したスルーホール、２６は第八の誘電体内で信号を伝達する同軸線路構造を模擬したスルーホール、２７は制御信号ピンである。
【０００４】
次に動作について説明する。制御信号ピン２７から入力された制御信号は、誘電体内のスルーホール２５ａおよび第二の信号層１１内の信号伝達線路を通り、スルーホール２５ｂ、金属ワイヤ２４ｂを通って制御回路２１に入力される。制御回路２１から出力される制御信号は同様に金属ワイヤ２４ａとスルーホール２５ｃおよび第二の信号層１１から第七の信号層１６内の信号伝達線路を通り、初段高周波回路２２および後段高周波回路２３に伝達される。高周波信号は高周波コネクタ１８から入力され、高周波コネクタの中心導体１９から金属ワイヤ２４ｃを通り、初段高周波回路２２に入力される。上記制御回路２１からの制御信号にのっとり処理された信号が初段高周波回路２２から出力され、その信号は金属ワイヤ２４ｄと第五の信号層１４とスルーホール２５ｅと第七の信号層１６および金属ワイヤ２４ｅを通り後段高周波回路２３へ入力される。上記制御回路２１からの制御信号にのっとり処理された信号が後段高周波回路２３から出力され、金属ワイヤ２４ｆと第七の信号層１６およびスルーホール２５ｆを通り第八の誘電体９に設けたスルーホール２６に伝達され高周波コネクタ３７から出力される。第八の誘電体９は金属ベース１および第一から第七の誘電体２から８で構成する多層誘電体のふたとしても機能する。高周波コネクタ３７から出力された信号はアンテナ３６に設けられた高周波コネクタ３８を通り、アンテナに供給される。
【０００５】
上記マイクロ波モジュールは図８のようにアンテナと一対となり、フェーズドアレーアンテナ３４に収納される。アンテナの大きさはその使用周波数により決定され、使用周波数が高いほど、アンテナの大きさが小さくなり、マイクロ波モジュールを小型化する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のマイクロ波モジュールではアンテナとマイクロ波モジュールをコネクタで接続していたため、使用周波数が高くなるとモジュールを小型化する必要があり、かつ隣接する各アンテナ間の距離に比例してコネクタを近接して設ける必要が発生し、実装が困難になるという課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明によるマイクロ波モジュールは、マイクロ波回路と、前記マイクロ波回路への信号入力のためのコネクタとを備えたマイクロ波モジュールにおいて、前記マイクロ波回路が少なくとも二層以上実装可能なように金属ベースの一方の面に複数の誘電体を多層積層し、かつ層内に階段状のキャビティを形成して成る多層誘電体と、前記多層誘電体の内層に設けられマイクロ波信号を分配する分配回路と、前記多層誘電体の複数の階段状キャビティの底面にあたる層に設けられ、多層誘電体内に形成された同軸線路構造のスルーホールおよび金属ワイヤにて前記分配回路と接続された第１から第Ｍ（≧２）の初段マイクロ波回路と、その上層にあたる層に設けられ、多層誘電体内に形成された同軸線路構造のスルーホールおよび金属ワイヤにて前記初段マイクロ波回路と接続された第１から第Ｋ（≧２）の後段マイクロ波回路と、前記多層誘電体内に形成された同軸線路構造のスルーホールを通じて、前記後段マイクロ波回路から高周波信号を伝達される複数のアンテナ素子と、一方面に前記アンテナ素子が設けられ、他方面が前記金属ベースから最も離間した層にて前記多層誘電体の階段状キャビティを塞ぐように設けられた誘電体カバーと、前記金属ベースに設けられ前記分配回路との間で多層誘電体内に設けられたスルーホールおよび金属ワイヤを介して高周波信号を伝送する高周波コネクタとを具備したものである。
【０００８】
第２の発明によるマイクロ波モジュールは、第１の発明において、前記金属ベースおよび金属ベースに接する誘電体層内のキャビティ部に搭載された前記マイクロ波回路の制御回路と、前記金属ベースに設けられた貫通穴を介して前記金属ベースから数えて一つ目の前記多層誘電体層に接続される信号制御用ピンと、前記制御回路を搭載するためのキャビティを塞ぐ金属カバーとを具備したものである。
【０００９】
第３の発明によるマイクロ波モジュールは、第１の発明において、前記分配回路をブランチライン型分配器にて構成したものである。
【００１０】
第４の発明によるマイクロ波モジュールは、第１の発明において、前記分配回路をウイルキンソン型分配器にて構成したものである。
【００１１】
第５の発明によるマイクロ波モジュールは、マイクロ波回路と、前記マイクロ波回路への信号入力のためのコネクタとを備えたマイクロ波モジュールにおいて、前記マイクロ波回路が少なくとも二層以上実装可能なように金属ベースの一方の面に複数の誘電体を多層積層し、かつ層内に階段状のキャビティを形成して成る多層誘電体と、前記多層誘電体の内層に設けられマイクロ波信号を分配する分配回路と、前記多層誘電体の複数の階段状キャビティの底面にあたる層に設けられ、多層誘電体内に形成された同軸線路構造のスルーホールおよび金属バンプにて前記分配回路と接続された第１から第Ｍの初段マイクロ波回路と、その上層にあたる層に設けられ、多層誘電体内に形成された同軸線路構造のスルーホールおよび金属バンプにて前記初段マイクロ波回路と接続された第１から第Ｋの後段マイクロ波回路と、前記多層誘電体内に形成された同軸線路構造のスルーホールを通じて前記後段マイクロ波回路から高周波信号を伝達される複数のアンテナ素子と、一方面に前記アンテナ素子が設けられ、他方面が前記金属ベースから最も離間した層にて前記多層誘電体の階段状のキャビティを塞ぐように設けられた誘電体カバーと、前記金属ベースに設けられ前記分配回路との間で多層誘電体内に設けられた金属バンプおよびスルーホールを介して高周波信号を伝送する高周波コネクタとを具備したものである。
【００１２】
第６の発明によるマイクロ波モジュールは、第５の発明において、前記金属ベースおよび金属ベースに接する誘電体層内のキャビティ部に搭載された前記マイクロ波回路の制御回路と、前記金属ベースに設けられた貫通穴を介して前記金属ベースから数えて一つ目の前記多層誘電体層に接続される信号制御用ピンと、前記制御回路を搭載するためのキャビティを塞ぐ金属カバーとを具備したものである。
【００１３】
第７の発明によるマイクロ波モジュールは、第５の発明において、前記分配回路をブランチライン型分配器にて構成したものである。
【００１４】
第８の発明によるマイクロ波モジュールは、第５の発明において、前記分配回路をウイルキンソン型分配器にて構成したものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明のマイクロ波モジュールを用いたフェーズドアレーアンテナの一実施例の図を図１に示す。３３は本発明におけるマイクロ波モジュール、３５はフェーズドアレーアンテナである。本図は仮に４モジュールを一体化して記載してある。
【００１６】
また、前記マイクロ波モジュール３３の断面図を図２に示す。１は金属ベース、２は第一の誘電体、３は第二の誘電体、４は第三の誘電体、５は第四の誘電体、６は第五の誘電体、７は第六の誘電体、８は第七の誘電体、９は第八の誘電体、１０は第一の信号層、１１は第二の信号層、１２は第三の信号層、１３は第四の信号層、１４は第五の信号層、１５は第六の信号層、１６は第七の信号層、１７は第八の信号層、１８は高周波コネクタ、１９は高周波コネクタ中心導体、２０はふた、２１は制御回路、２２はＭ個（２以上）の初段高周波回路、２３はＫ個（２以上）の後段高周波回路、２４は金属ワイヤ、２５は前記第一から第七の誘電体で構成した多誘電体内で信号を伝達するスルーホール、２６は第八の誘電体内信号を伝達するスルーホールである。図中、金属ベース１を貫通し第一の信号層１０に接続される制御信号ピン２７は省略してある。
【００１７】
また、前記マイクロ波モジュール３３の３面図を図３に示す。２７は制御信号ピン、３０は複数のアンテナ素子を形成するプリントアンテナである。
【００１８】
また、前記マイクロ波モジュール３３の第五の信号層１４および第七の信号層１６での上視図を図４に、第三の信号層１２の上視図を図５に示す。第５図において、２８はブランチライン型分配器、２９は終端抵抗である。
【００１９】
次に動作について説明する。制御信号ピン２７から入力された制御信号は、誘電体内のスルーホール２５と第一の信号層１０および第二の信号層１１内の信号伝達線路を通り、金属ワイヤ２４を通って制御回路２１に入力される。制御回路２１から出力される制御信号は同様に金属ワイヤ２４ａおよび２４ｂとスルーホール２５ｈおよび２５ｉと第二の信号層１１から第七の信号層１６内の信号伝達線路を通り、初段高周波回路２２および後段高周波回路２３に伝達される。高周波信号は高周波コネクタ１９から入力され、高周波コネクタ１９からスルーホール２５ａを通り、第三の信号層１２に設けられた分配器２８に入力される。分配器２８にて４分配された信号はスルーホール２５ｂおよび２５ｃと第五の信号層１４に設けられた信号パターンおよび金属ワイヤ２４ｃと２４ｅを通り第一の初段高周波回路２２ａおよび第二の初段高周波回路２２ｂに入力される。図２では断面図のため、第三の初段高周波回路および第四の初段高周波回路や、それに接続するスルーホールや金属ワイヤ等については記載できていないが、存在することはいうまでもない。以後、第一の初段高周波回路２２ａから出力された高周波信号について説明する。上記制御回路２１からの制御信号にのっとり処理された信号が第一の初段高周波回路２２ａから出力され、その信号は金属ワイヤ２４ｄと第五の信号層１４とスルーホール２５ｄと第七の信号層１６および金属ワイヤ２４ｈを通り後段高周波回路２３ａへ入力される。その後、上記制御回路２１からの制御信号にのっとり処理された高周波信号が後段高周波信号２３ａから出力され、金属ワイヤ２４ｇと第七の信号層１６およびスルーホール２５ｆおよび第八の誘電体９内のスルーホール２６ａを通りプリントアンテナ３０ａに伝達される。なお、他のプリントアンテナ３０ｂ等についても、同様に後段高周波回路２３ｂ等からの高周波信号が伝達される。
【００２０】
実施の形態２．
この発明における他の実施例における第三の信号層１２の上視図を図６に示す。図６において、３９はウィルキンソン型分配器である。
【００２１】
動作については、実施の形態１におけるブランチライン型分配器２８をウィルキンソン型分配器３９におきかえたものである。
【００２２】
実施の形態３．
本発明の他の実施例を図７に示す。図において、３１は金属バンプであり、それ以外は実施の形態１と同様である。
【００２３】
次に動作について説明する。制御信号ピン２７から入力された制御信号は、スルーホール２５と第一の信号層１０および第二の信号層１１内の信号伝達線路を通り、金属バンプ３１を通って制御回路２１に入力される。制御回路２１から出力される制御信号は同様に金属バンプ３１ａ及び３１ｂと第二の信号層１１とスルーホール２５ｈ、２５ｉと第二の信号層１１から第七の信号層１６内の信号伝達線路と金属ワイヤ２４と金属バンプ３１を通り、初段高周波回路２２および後段高周波回路２３に伝達される。
高周波信号は高周波コネクタ１８から入力され、高周波コネクタ１９からスルーホール２５ａを通り、第三の信号層１２に設けられた分配器２８に入力される。分配器２８にて４分配された信号はスルーホール２５ｂおよび２５ｃと第五の信号層１４および金属ワイヤ２４ｃと２４ｅを通り第一の初段高周波回路２２ａおよび第二の初段高周波回路２２ｂに入力される。図７では断面図のため、第三の初段高周波回路および第四の高周波回路については記載できていないが、存在することはいうまでもない。以後、第一の初段高周波回路２２ａから出力された高周波信号について説明する。
上記制御回路２１からの制御信号にのっとり処理された信号が第一の初段高周波回路２２ａから出力され、その信号は金属ワイヤ２４ｄと第五の信号層１４とスルーホール２５ｄと第七の信号層１６および金属バンプ３１ｄを通り後段高周波回路２３ａへ入力される。上記制御回路２１からの制御信号にのっとり処理された信号が後段高周波回路２３ａから出力され、金属バンプ３１ｃと第七の信号層１６およびスルーホール２５ｆおよび第八の誘電体９内のスルーホール２６ａを通りプリントアンテナ３０ａに伝達される。
【００２４】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、マイクロ波モジュールのカバーにアンテナを一体化することで、マイクロ波モジュールとアンテナとの接続用コネクタをなくすことが可能になり、モジュールを小型化できる特徴がある。
【００２５】
また、多層誘電体で構成したマイクロ波モジュール内にマイクロ波信号の分配回路を内蔵することで、複数のモジュールを一体化することが可能となり、マイクロ波モジュールを小型化できる特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるマイクロ波モジュールをフェーズドアレーアンテナに実装した図である。
【図２】  本発明によるマイクロ波モジュールの断面図である。
【図３】  本発明によるマイクロ波モジュールの３面図である。
【図４】  本発明によるマイクロ波モジュールの途中の信号層における上視図である。
【図５】  ブランチライン型分配器を示す図である。
【図６】  ウィルキンソン型分配器を示す図である。
【図７】  本発明による第三の実施例を示す図である。
【図８】  従来のマイクロ波モジュールを使用したフェーズドアレーアンテナの図である。
【図９】  従来のマイクロ波モジュールの断面を示す図である。
【符号の説明】
１  金属ベース、２  第一の誘電体、３  第二の誘電体、４  第三の誘電体、５  第四の誘電体、６  第五の誘電体、７  第六の誘電体、８  第七の誘電体、９  第八の誘電体、１０  第一の信号層、１１  第二の信号層、１２  第三の信号層、１３  第四の信号層、１４  第五の信号層、１５  第六の信号層、１６  第七の信号層、１７  第八の信号層、１８  高周波コネクタ、１９  高周波コネクタ中心導体、２０  ふた、２１  制御用ＩＣ、２２  初段高周波回路、２３  後段高周波回路、２４  金属ワイヤ、２５  スルーホール、２６  スルーホール、２７  制御信号ピン、２８  ブランチライン型分配器、２９  終端抵抗、３０プリントアンテナ、３１  バンプ、３２  マイクロ波モジュール、３３  マイクロ波モジュール、３４  フェーズドアレーアンテナ、３５  フェーズドアレーアンテナ、３６  アンテナ、３７  高周波コネクタ、３８  高周波コネクタ、３９  ウィルキンソン型分配器。
【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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