JP2002246839A - Electromagnetic wave generating apparatus - Google Patents
Electromagnetic wave generating apparatusInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は指向性の高い安価な
電磁波発生装置に関するものである。The present invention relates to an inexpensive electromagnetic wave generator having high directivity.
【０００２】[0002]
【従来の技術】アンテナで発生した電磁波を効率良く特
定の方向へ伝送するためには指向性の高いアンテナの使
用が必要とされる。指向性の高いアンテナとして、八木
宇田アンテナが広く用いられている。八木宇田アンテナ
の模式図を図６に示す。図６に示すように、高周波信号
１４が放射器１に印加されることにより発生した電磁波
１２は導波器３及び反射器１０により図中に示す方向に
導かれる。この結果非常に指向性の高いアンテナとな
る。マイクロ波領域で使用される八木宇田アンテナで
は、放射器Ｉ、導波器３及び反射器１０は金属棒を３次
元に配置することにより形成されている。また、高周波
信号１４は同軸ケーブル等により放射器１に導かれる。2. Description of the Related Art In order to efficiently transmit an electromagnetic wave generated by an antenna in a specific direction, it is necessary to use an antenna having high directivity. Yagi-Uda antennas are widely used as highly directional antennas. FIG. 6 is a schematic diagram of the Yagi-Uda antenna. As shown in FIG. 6, the electromagnetic wave 12 generated by applying the high-frequency signal 14 to the radiator 1 is guided by the director 3 and the reflector 10 in the direction shown in the figure. This results in an antenna with very high directivity. In the Yagi Uda antenna used in the microwave region, the radiator I, the director 3, and the reflector 10 are formed by arranging metal rods three-dimensionally. The high-frequency signal 14 is guided to the radiator 1 by a coaxial cable or the like.
【０００３】しかし、近年無線通信の急速な発展に伴
い、通信に使用する無線周波数の領域もマイクロ波から
ミリ波へと移ってくると、アンテナのサイズが小さくな
るため、金属俸を１ｍｍ程度の近距離で図６に示すよう
に正確に配置することは困難である。そこで、八木宇田
アンテナパタンを半導体基板上に形成する平面アンテナ
が検討されている。マイクロ波領域では、図７に示すよ
うに八木宇田アンテナパタンを半導体基板上に形成した
研究例が報告されている（例えば、A Broadband Quasi-
Yagi Antenna Array : J. Sor., Europeam Microwave C
onf. 1999 pp. 255)。However, with the rapid development of wireless communication in recent years, the area of the radio frequency used for communication has shifted from microwaves to millimeter waves, and the size of the antenna has become smaller. It is difficult to arrange accurately at a short distance as shown in FIG. Therefore, a planar antenna in which a Yagi-Uda antenna pattern is formed on a semiconductor substrate has been studied. In the microwave region, research examples in which a Yagi-Uda antenna pattern is formed on a semiconductor substrate as shown in FIG. 7 have been reported (for example, A Broadband Quasi-
Yagi Antenna Array: J. Sor., Europeam Microwave C
onf. 1999 pp. 255).
【０００４】しかし、この構造ではＲＦ信号を半導体基
板外部からマイクロストリップ線路１６で導入するた
め、放射器１の後方に同一基板平面上に反射器を配置す
ることができない。そこで、半導体基板４裏面にグラウ
ンドプレーン１７を形成し、このグラウンドプレーン１
７に反射器の機能をもたせることにより八木宇田アンテ
ナとして機能するようにしている。更に、このグラウン
ドプレーン１７はマイクロストリップ１６のグラウンド
プレーン１７も兼ねている。However, in this structure, since the RF signal is introduced from outside the semiconductor substrate by the microstrip line 16, a reflector cannot be arranged on the same substrate plane behind the radiator 1. Therefore, a ground plane 17 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 4 and this ground plane 1 is formed.
7 is provided with the function of a reflector so that it functions as a Yagi-Uda antenna. Further, this ground plane 17 also serves as the ground plane 17 of the microstrip 16.
【０００５】しかし、この構造では、半導体基板４の裏
面加工が必要なこと、及びマイクロストリップ−スロッ
トライン変換器１５が必要であり、高周波領域ではこの
部分での反射が無視できない、という問題が存在する。
放射器１、反射器１０及び導波器３を同一半導体平面上
に並べた平面八木宇田アンテナを図８に示す。この例で
は、放射器１への高周波信号の供給は、基板１９裏面の
マイクロストリップ１６より基板１９内のグラウンドプ
レーン１７に設けられたスロット２０を介した電磁誘導
により行われている。However, in this structure, there is a problem that the back surface of the semiconductor substrate 4 is required and the microstrip-slotline converter 15 is required, and reflection in this portion cannot be ignored in a high frequency region. I do.
FIG. 8 shows a planar Yagi-Uda antenna in which radiator 1, reflector 10 and director 3 are arranged on the same semiconductor plane. In this example, the supply of the high-frequency signal to the radiator 1 is performed by electromagnetic induction from the microstrip 16 on the back surface of the substrate 19 via the slot 20 provided in the ground plane 17 in the substrate 19.
【０００６】このように、マイクロストリップ１６は放
射器１等と反対の面に設けてあるため、放射器１、反射
器１０及び導波器３を同一平面上に形成することが可能
である。しかし、この例においても基板１９の裏面加工
が必要である、或いは基板１９の位置合わせ及び張合わ
せといった複雑な工程が必要である、等の欠点を有して
いる。このように、従来の平面八木宇田アンテナには、
その製作において裏面加工などの複雑な工程を必要とす
るという欠点が存在する。[0006] As described above, since the microstrip 16 is provided on the surface opposite to the radiator 1 and the like, the radiator 1, the reflector 10, and the waveguide 3 can be formed on the same plane. However, this example also has drawbacks such as a need to process the back surface of the substrate 19 or a complicated process such as positioning and bonding of the substrate 19. Thus, the conventional planar Yagi Uda antenna has
There is a disadvantage that a complicated process such as back surface processing is required in the production.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明で解決しようと
する課題は、平面八木宇田アンテナにおいて、放射器に
高周波信号を伝送する伝送線を形成すると、基板の裏面
加工が必要になり製作工程が複雑化するという問題を解
決した安価な電磁波発生モジュールを提供することにあ
る。The problem to be solved by the present invention is that when a transmission line for transmitting a high-frequency signal is formed in a radiator in a planar Yagi-Uda antenna, the back surface processing of the substrate is required, and the manufacturing process becomes complicated. It is an object of the present invention to provide an inexpensive electromagnetic wave generation module that solves the problem of complication.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、高周波信号の発生にはアンテナと同一基板上に
形成したフォトダイオードを使用し、更に放射器、反射
器、導波器、及びフォトダイオードが全て基板の同一面
上に形成されており、フォトダイオードは短いスロット
ラインを介して、或いは直接に放射器に接続されている
ことを特徴とする。 〔作用〕従って、本発明によれば指向性の高い安価かつ
コンパクトな電磁波発生モジュールを形成することが可
能である。In order to solve such a problem, a high-frequency signal is generated by using a photodiode formed on the same substrate as an antenna, and further includes a radiator, a reflector, a director, and The photodiodes are all formed on the same surface of the substrate, and the photodiodes are connected to the radiator through short slot lines or directly. [Operation] Therefore, according to the present invention, an inexpensive and compact electromagnetic wave generating module having high directivity can be formed.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施例
に基づいて詳細に説明する。 〔実施例１〕本発明の第一の実施例を図１に示す。図１
は本実施例に係る電磁波発生装置を示す平面図である。
同図において、１は放射器、２はフォトダイオード、３
は導波器、４は半導体基板、５はスロットライン、６は
バイアス印加用パッド、７はグラウンド印加用パッド、
８はバイアスライン、９はグラウンドライン、１０は反
射器である。本実施例で使用したフォトダイオード２
は、ＩnＰ基板上に形成した高速応答かつ高出力を特徴
とするＵＴＣ−ＰＤ（Uni-Travelling-carrier Photodi
ode）である。また、本実施例のＵＴＣ−ＰＤは裏面か
ら光を照射する構造である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the drawings. Embodiment 1 FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. Figure 1
FIG. 2 is a plan view showing the electromagnetic wave generator according to the embodiment.
In the figure, 1 is a radiator, 2 is a photodiode, 3
Is a waveguide, 4 is a semiconductor substrate, 5 is a slot line, 6 is a pad for bias application, 7 is a pad for ground application,
8 is a bias line, 9 is a ground line, and 10 is a reflector. Photodiode 2 used in this embodiment
Is a UTC-PD (Uni-Travelling-carrier Photodiode) formed on an InP substrate and featuring high-speed response and high output.
ode). The UTC-PD according to the present embodiment has a structure in which light is emitted from the back surface.
【００１０】二つの放射器１、導波器３、反射器１０な
どは半導体基板４上にパタニングした金属薄膜から構成
されている。本実施例では、フォトダイオード２に光信
号を入射することにより、高周波電気信号を発生させ
る。この高周波電気信号は二つのスロットライン５を通
って、それぞれ放射器１に伝送される。各放射器１によ
り発生した電磁波は導波器３及び反射器１０の効果によ
り、導波器３方向に放射される。フォトダイオード２は
非常に短いスロットライン５により放射器１に接続され
ているため、反射器１０を最適の位置に配置することが
可能である。The two radiators 1, the director 3, the reflector 10, and the like are formed of a metal thin film patterned on a semiconductor substrate 4. In this embodiment, a high-frequency electric signal is generated by making an optical signal incident on the photodiode 2. This high-frequency electric signal is transmitted to the radiator 1 through two slot lines 5. The electromagnetic wave generated by each radiator 1 is radiated in the direction of the director 3 by the effect of the director 3 and the reflector 10. Since the photodiode 2 is connected to the radiator 1 by a very short slot line 5, it is possible to arrange the reflector 10 at an optimum position.
【００１１】また、スロットライン５は非常に短いた
め、伝送損失を抑制することが可能である。また、本実
施例の構造ではフォトダイオード２からスロットライン
５によって放射器１に直接に接続されているため、伝送
線の変換による損失はない。なお、本実施例ではフォト
ダイオード２としてＵＴＣ−ＰＤを使用しているが、他
の高速応答のフォトダイオードを使用しても構わない。
また、放射器１の数は３つであるが、所望の放射パタン
を得られるのであれば数を変えても構わない。Further, since the slot line 5 is very short, transmission loss can be suppressed. In the structure of this embodiment, since the photodiode 2 is directly connected to the radiator 1 by the slot line 5, there is no loss due to the conversion of the transmission line. In this embodiment, the UTC-PD is used as the photodiode 2, but another high-speed response photodiode may be used.
The number of radiators 1 is three, but the number may be changed as long as a desired radiation pattern can be obtained.
【００１２】本実施例に係る電磁波発生装置の動作状況
を図４に示す。同図において、１は放射器、２はフォト
ダイオード、３は導波器、４は半導体基板、５はスロッ
トライン、６はバイアス印加用パッド、７はグラウンド
印加用パッド、８はバイアスライン、９はクラウンドラ
イン、１０は反射器、１２は電磁波、１３は光である。
本実施例で使用したフォトダイオード２は裏面入射型で
あるため、光１３は基板裏面から入射される。高速応答
のフォトダイオード２では、表面方向或いは断面方向か
ら光を入射する構造より、裏面から入射する構造の方が
出力飽和レベルが高い。FIG. 4 shows an operation state of the electromagnetic wave generator according to the present embodiment. In the figure, 1 is a radiator, 2 is a photodiode, 3 is a waveguide, 4 is a semiconductor substrate, 5 is a slot line, 6 is a bias application pad, 7 is a ground application pad, 8 is a bias line, 9 Is a round line, 10 is a reflector, 12 is an electromagnetic wave, and 13 is light.
Since the photodiode 2 used in this embodiment is of the back-illuminated type, the light 13 is incident from the back of the substrate. In the photodiode 2 having a high-speed response, the structure in which light is incident from the back surface has a higher output saturation level than the structure in which light is incident from the front surface direction or the cross-sectional direction.
【００１３】一方、放射器１で発生した電磁波１２は反
射器１０及び導波器３により図４に示す方向に放射され
る。この結果、出力飽和レベルの高いフォトダイオード
２を使用しても、光入射用部品が電磁波１２の放射に干
渉することはなく、所望の放射パタンを得ることが可能
である。本実施例に係る電磁波発生装置の放射パタンを
図５に示す。図５に示すように、本実施例に係る電磁波
発生装置は、高い指向性を有することが判る。On the other hand, the electromagnetic wave 12 generated by the radiator 1 is radiated by the reflector 10 and the director 3 in the direction shown in FIG. As a result, even if the photodiode 2 having a high output saturation level is used, the light incident component does not interfere with the radiation of the electromagnetic wave 12 and a desired radiation pattern can be obtained. FIG. 5 shows a radiation pattern of the electromagnetic wave generator according to the present embodiment. As shown in FIG. 5, it can be seen that the electromagnetic wave generator according to the present embodiment has high directivity.
【００１４】〔実施例２〕本発明の第二の実施例を図２
に示す。図２は第二の実施例に係る電磁波発生装置を示
す平面図である。同図において、１は放射器、２はフォ
トダイオード、３は導波器、４は半導体基板、５はスロ
ットライン、６はバイアス印加用パッド、７はグラウン
ド印加用パッド、８はバイアスライン、９はグラウンド
ライン、１０は反射器、１１はキャパシタ（容量）であ
る。ここでは、ＭＩＭキャパシタを用いた。Embodiment 2 FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.
Shown in FIG. 2 is a plan view showing an electromagnetic wave generator according to the second embodiment. In the figure, 1 is a radiator, 2 is a photodiode, 3 is a waveguide, 4 is a semiconductor substrate, 5 is a slot line, 6 is a bias application pad, 7 is a ground application pad, 8 is a bias line, 9 Is a ground line, 10 is a reflector, and 11 is a capacitor (capacitance). Here, an MIM capacitor was used.
【００１５】本実施例では、バイアスライン８及びグラ
ウンドライン９を高周波信号に対してオープンに見える
ような線路長になるようにしてある。即ち、高周波信号
に対してインピーダンスが実質的に無限大となるように
設計されている。更に、バイアス印加用パッド６とグラ
ウンド印加用パッド７はキャパシタ１１を介して接続し
てある。この結果、本実施例の構成を取ることにより、
高周波信号がバイアスライン８やグラウントライン９へ
の漏れが防止され、アンテナの効率を上げることが可能
となる。その他の構成は、前述した実施例と同様なもの
である。In this embodiment, the line length of the bias line 8 and the ground line 9 is set so as to appear open to a high-frequency signal. That is, the impedance is designed to be substantially infinite with respect to the high frequency signal. Further, the pad 6 for bias application and the pad 7 for ground application are connected via a capacitor 11. As a result, by adopting the configuration of the present embodiment,
Leakage of the high frequency signal to the bias line 8 and the ground line 9 is prevented, and the efficiency of the antenna can be increased. Other configurations are similar to those of the above-described embodiment.
【００１６】〔実施例３〕本発明の第三の実施例を図３
に示す。図３は第三の実施例に係る電磁波発生装置を示
す平面図である。図３において、１は放射器、２はフォ
トダイオード、３は導波器、４は半導体基板、６はバイ
アス印加用パッド、７はグラウンド印加用パッド、８は
バイアスライン、９はグラウンドライン、１０は反射器
である。[Embodiment 3] FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention.
Shown in FIG. 3 is a plan view showing an electromagnetic wave generator according to the third embodiment. In FIG. 3, 1 is a radiator, 2 is a photodiode, 3 is a waveguide, 4 is a semiconductor substrate, 6 is a pad for bias application, 7 is a pad for ground application, 8 is a bias line, 9 is a ground line, 10 Is a reflector.
【００１７】本実施例では、第一や第二の実施例と異な
り、フォトダイオード２はスロットラインを介さずに二
つの放射器１に直接に接続されている。この結果、スロ
ットライン５における伝送損失がなくなるのと同時に、
スロットライン５などの電磁波放射には不要な金属パタ
ンがなくなるため、より指向性の高い放射パタンを得る
ことが可能となる。In this embodiment, unlike the first and second embodiments, the photodiode 2 is directly connected to the two radiators 1 without passing through a slot line. As a result, the transmission loss in the slot line 5 is eliminated, and at the same time,
Unnecessary metal patterns are eliminated for electromagnetic wave radiation from the slot line 5 and the like, so that a radiation pattern with higher directivity can be obtained.
【００１８】このように説明したように、本発明は、図
１，２，３に示された構造を特徴とする電磁波発生装置
であり、半導体基板の同一面上に構成部品を配置した構
成で、高周波発生源をフォトダイオードとしフォトダイ
オードを直接或いは短い伝送線路を介して放射器に接続
しているので、指向性の高く安価でかつコンパクトな電
磁波溌生モジュールを実現する。その他の構成は、前述
した実施例と同様なものである。As described above, the present invention is an electromagnetic wave generator characterized by the structure shown in FIGS. 1, 2 and 3, and has a structure in which components are arranged on the same surface of a semiconductor substrate. Since the high-frequency generation source is a photodiode and the photodiode is connected to the radiator directly or via a short transmission line, an inexpensive and compact electromagnetic wave generating module with high directivity is realized. Other configurations are similar to those of the above-described embodiment.
【００１９】[0019]
【発明の効果】本発明は、放射器、反射器、導波器、及
びフォトダイオードが全て基板の同一面上に形成されて
おり、フォトダイオードは短いスロットラインを介し
て、或いは直接に放射器に接続されている。この結果、
本発明によれば以下の効果が得られる。 （１）製作に際して基板裏面の加工が必要ないため、製
作プロセスが簡単になり、コストを低減できる。 （２）放射器とフォトダイオードは導波路の変換なしに
直接或いは極短いスロットラインで接続されているた
め、フォトダイオードの出力を効率良く電磁波に変換す
ることが可能となる。 （３）フォトダイオードと放射器は近距離に配置されて
いるため、反射器を最適な位置に配置することが可能で
あり、この結果、アンテナの指向性を向上することが可
能である。 （４）電磁波は基板表面と平行方向に放射されるため、
飽和出力レベルの高い裏面入射型のフォトダイオードを
使用すること可能となり、この結果アンテナの最大出力
が向上する。According to the present invention, the radiator, the reflector, the director, and the photodiode are all formed on the same surface of the substrate, and the photodiode can be radiated through a short slot line or directly. It is connected to the. As a result,
According to the present invention, the following effects can be obtained. (1) Since there is no need to process the back surface of the substrate at the time of manufacturing, the manufacturing process is simplified and the cost can be reduced. (2) Since the radiator and the photodiode are connected directly or via a very short slot line without conversion of the waveguide, the output of the photodiode can be efficiently converted to an electromagnetic wave. (3) Since the photodiode and the radiator are arranged at a short distance, the reflector can be arranged at an optimum position, and as a result, the directivity of the antenna can be improved. (4) Since electromagnetic waves are emitted in a direction parallel to the substrate surface,
It is possible to use a back-illuminated photodiode having a high saturation output level, and as a result, the maximum output of the antenna is improved.
【図１】本発明の第一の実施例に係る電磁波発生装置を
示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing an electromagnetic wave generator according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第二の実施例に係る電磁波発生装置を
示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an electromagnetic wave generator according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明方法の第三の実施例に係る電磁波発生装
置を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing an electromagnetic wave generator according to a third embodiment of the method of the present invention.
【図４】本発明方法の第一の実施例に係る電磁波発生装
置の動作状況を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation state of the electromagnetic wave generator according to the first embodiment of the method of the present invention.
【図５】本発明方法の第一の実施例に係る電磁波発生装
置の放射パタンを示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a radiation pattern of the electromagnetic wave generator according to the first embodiment of the method of the present invention.
【図６】第一の従来例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a first conventional example.
【図７】第二の従来例を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a second conventional example.
【図８】第三の従来例を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a third conventional example.
１ 放射器 ２ フォトダイオード ３ 導波器 ４ 半導体基板 ５ スロットライン ６ バイアス印加用パッド ７ グラウンド印加用パッド ８ バイアスライン ９ グラウンドライン １０ 反射器 １１ キャパシタ（容量） １２ 電磁波 １３ 光 １４ 高周波信号 １５ マイクロストリップ−スロットライン変換器 １６ マイクロストリップ １７ グラウンドプレーン １８ コネクタ １９ 基板 ２０ スロット Reference Signs List 1 radiator 2 photodiode 3 director 4 semiconductor substrate 5 slot line 6 bias applying pad 7 ground applying pad 8 bias line 9 ground line 10 reflector 11 capacitor (capacitance) 12 electromagnetic wave 13 light 14 high frequency signal 15 microstrip -Slot line converter 16 Microstrip 17 Ground plane 18 Connector 19 Board 20 Slot
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Claims (6)
器、反射器及び導波器が形成され、前記フォトダイオー
ドはスロットラインにより前記放射器に接続されている
ことを特徴とする電磁波発生装置。1. An electromagnetic wave generator, wherein a photodiode, a radiator, a reflector, and a director are formed on a semiconductor substrate, and the photodiode is connected to the radiator by a slot line.
器、反射器及び導波器が形成され、前記フォトダイオー
ドは前記放射器に直接に接続することを特徴とする電磁
波発生装置。2. An electromagnetic wave generator, wherein a photodiode, a radiator, a reflector, and a director are formed on a semiconductor substrate, and the photodiode is directly connected to the radiator.
て、前記スロットラインにバイアス印加用パッド及びグ
ラウンド印加用パッドが各々バイアスライン及びグラウ
ンドラインを介して接続していることを特徴とする電磁
波発生装置。3. The electromagnetic wave generator according to claim 1, wherein a bias application pad and a ground application pad are connected to the slot line via a bias line and a ground line, respectively. .
て、前記放射器の一端にバイアスラインを介してバイア
ス印加用パッドが、他端にグランドラインを介してグラ
ンド印加用パッドが接続していることを特徴とする電磁
波発生装置。4. The electromagnetic wave generator according to claim 2, wherein one end of the radiator is connected to a bias application pad via a bias line, and the other end is connected to a ground application pad via a ground line. An electromagnetic wave generator characterized by the above-mentioned.
おいて、前記フォトダイオードは光を裏面から入射する
構成であることを特徴とする電磁波発生装置。5. The electromagnetic wave generator according to claim 3, wherein the photodiode has a structure in which light is incident from a back surface.
において、前記バイアス印加用パッドと前記グラウンド
印加用パッドは容量に接続されており、かつ、前記バイ
アスライン及びグラウンドラインは電磁波発生装置の動
作する周波数の信号に対してインピーダンスが実質的に
無限大となるように設計されていることを特徴とする電
磁波発生装置。6. The electromagnetic wave generator according to claim 3, wherein the bias application pad and the ground application pad are connected to a capacitor, and the bias line and the ground line are connected to each other. An electromagnetic wave generator characterized in that the impedance is designed to be substantially infinite for a signal of an operating frequency.
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