JP2006041966A - High frequency module - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high frequency module for reducing antenna costs and costs for connecting with an antenna at the time of configuring a radar device or communication equipment in a high frequency module used for a radar or communication using a microwave or a milli-wave. <P>SOLUTION: A high frequency module is provided with a high frequency wave line 2 formed on the upper face of a dielectric substrate 1, a frame-shaped connection electrode 4 formed at a site immediately under one end of the high frequency line 2 on the lower face of the dielectric substrate 1, a wiring board B having a waveguide path 7 in which the internal face of a through-hole 5 is formed of a conductor layer 6, and the upper end of the conductor layer 6 is electrically connected to a connection electrode 4 across a whole periphery and a converting part 3 for converting a transmission mode for transmitting the high frequency line 2 into a waveguide mode for transmitting the waveguide path 7. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、マイクロ波やミリ波を使ったレーダーや通信に用いる高周波モジュールに関するもので、アンテナコストとアンテナとの接続にかかるコストを削減できる高周波モジュールに関するものである。   The present invention relates to a high-frequency module used for radar and communication using microwaves and millimeter waves, and relates to a high-frequency module that can reduce the antenna cost and the cost required to connect the antenna.

マイクロ波やミリ波を使ったレーダーや通信に用いる高周波モジュールは、システムに必要な利得をもつパラボラアンテナや平面アレイアンテナと接続されて送受信装置になる。たとえば車間レーダーの場合、気密に封止された高周波素子を接続して高周波モジュールを構成し、この高周波モジュールと別途用意したアンテナとを導波管で接続してレーダー装置にする場合がある。この場合、レーダー装置を構成するために別途アンテナが必要になり、装置コストが上がる要因になる。   A high-frequency module used for radar or communication using microwaves or millimeter waves is connected to a parabolic antenna or a planar array antenna having a gain necessary for the system to become a transmission / reception device. For example, in the case of an inter-vehicle radar, a high-frequency module may be configured by connecting hermetically sealed high-frequency elements, and the high-frequency module and a separately prepared antenna may be connected by a waveguide to form a radar device. In this case, a separate antenna is required to configure the radar apparatus, which increases the apparatus cost.

この問題を解決するために高周波基板の裏面にアンテナを構成し、高周波基板とアンテナを一体化すれば、別途アンテナを用意する必要がなくかつ高周波モジュールとアンテナを組立てで接続する必要がなくなるので、アンテナコストと、高周波モジュールとアンテナとの接続にかかるコストを削減することができる。
特開２００１−９９９１５号公報 特開２００４−１３４５４１号公報 In order to solve this problem, if an antenna is formed on the back surface of the high-frequency board and the high-frequency board and the antenna are integrated, there is no need to separately prepare an antenna and it is not necessary to assemble and connect the high-frequency module and the antenna. The antenna cost and the cost for connecting the high frequency module and the antenna can be reduced.
JP 2001-99915 A JP 2004-134541 A

しかしながら、車間レーダーの場合、自動車前方の先行車や障害物の位置を精度よく検知するにはレーダー装置から送信されるレーダービームを細く絞る必要があり、そのためには開口面積が大きなアンテナが必要になる。開口面積が大きなアンテナを高周波基板の裏面に構成するには、パッチ等のアンテナ素子をアレイ状に並べる必要があり、高周波基板にアレイ状のアンテナ素子を作製したり、各アンテナ素子と電気的な接続を行なうための配線導体を引き回したりするのに非常に工程が多くなる。この場合、別途アンテナを用意する必要はないが、高周波基板のコストが上昇して装置トータルとしてのコストが下がらないという問題があった。   However, in the case of inter-vehicle radar, it is necessary to narrow down the radar beam transmitted from the radar device in order to accurately detect the position of the preceding vehicle and obstacles in front of the automobile, which requires an antenna with a large aperture area. Become. In order to configure an antenna with a large opening area on the back surface of the high-frequency substrate, it is necessary to arrange antenna elements such as patches in an array. For example, the number of processes is very large for routing the wiring conductors for connection. In this case, it is not necessary to prepare a separate antenna, but there is a problem that the cost of the high-frequency substrate is increased and the cost of the apparatus as a whole is not reduced.

従って、本発明は、マイクロ波やミリ波を使ったレーダーや通信に用いる高周波モジュールにおいて、レーダー装置や通信装置を構成する際に、アンテナコストと、アンテナとの接続にかかるコストを削減できる高周波モジュールを提供することにある。   Therefore, the present invention provides a high-frequency module that can reduce the antenna cost and the cost for connecting to the antenna when configuring a radar device or a communication device in a high-frequency module used for radar or communication using microwaves or millimeter waves. Is to provide.

本発明の高周波モジュールは、誘電体基板の上面に形成された高周波線路と、前記誘電体基板の下面の前記高周波線路の一端部の直下の部位に形成された枠状の接続電極と、貫通孔の内面に導体層が形成されて成るとともに該導体層の上端が前記接続電極に全周にわたって電気的に接続された導波管部を有する配線基板と、前記高周波線路を伝送する伝送モードを前記導波管部を伝送する導波管モードに変換するための変換部とを具備していることを特徴とする。   The high-frequency module of the present invention includes a high-frequency line formed on the upper surface of the dielectric substrate, a frame-shaped connection electrode formed in a portion immediately below one end of the high-frequency line on the lower surface of the dielectric substrate, and a through hole A wiring board having a waveguide portion having a conductor layer formed on the inner surface thereof and having an upper end of the conductor layer electrically connected to the connection electrode over the entire circumference; and a transmission mode for transmitting the high-frequency line. And a conversion unit for converting into a waveguide mode for transmitting through the waveguide unit.

本発明の高周波モジュールにおいて、好ましくは、前記高周波線路は、線路導体および該線路導体の一端部を取り囲むように形成された同一面接地導体から成ることを特徴とする。   In the high-frequency module according to the present invention, preferably, the high-frequency line includes a line conductor and a coplanar ground conductor formed so as to surround one end portion of the line conductor.

本発明の高周波モジュールにおいて、好ましくは、前記導波管部は、下側に向かうに伴って内寸法が漸次大きくなっていることを特徴とする。   In the high-frequency module of the present invention, it is preferable that the waveguide section has an inner dimension that gradually increases as it goes downward.

本発明の高周波モジュールにおいて、好ましくは、前記貫通孔は、前記配線基板を成す積層された複数の誘電体層にそれぞれ形成された貫通穴が重なることによって形成されており、複数の前記貫通穴は、それらの内寸法が下側の前記誘電体層に向かうに伴って漸次大きくなっていることを特徴とする。   In the high-frequency module according to the aspect of the invention, it is preferable that the through hole is formed by overlapping through holes formed in a plurality of laminated dielectric layers forming the wiring board, and the plurality of through holes are The inner dimensions of the dielectric layer are gradually increased toward the lower dielectric layer.

本発明の高周波モジュールにおいて、好ましくは、前記貫通孔は、内面に樹脂層が被着されることによって滑らかな面とされていることを特徴とする。   In the high-frequency module of the present invention, it is preferable that the through hole is a smooth surface by applying a resin layer on the inner surface.

本発明の高周波モジュールにおいて、好ましくは、前記貫通孔は、レーザ光の照射によって形成されていることを特徴とする。   In the high-frequency module of the present invention, preferably, the through hole is formed by laser light irradiation.

本発明の高周波モジュールにおいて、好ましくは、前記貫通孔は、砥粒の噴射によって形成されていることを特徴とする。   In the high-frequency module of the present invention, preferably, the through hole is formed by injection of abrasive grains.

本発明の高周波モジュールにおいて、好ましくは、前記配線基板の下側に、前記導波管部と連通した貫通孔から成る金属導波管部を有する金属板が設けられていることを特徴とする。   The high-frequency module according to the present invention is preferably characterized in that a metal plate having a metal waveguide portion formed of a through hole communicating with the waveguide portion is provided below the wiring board.

本発明の高周波モジュールにおいて、好ましくは、前記金属導波管部は、下側に向かうに伴って内寸法が漸次大きくなっていることを特徴とする。   In the high-frequency module according to the present invention, preferably, the metal waveguide portion has an inner dimension that gradually increases toward the lower side.

本発明の高周波モジュールは、誘電体基板の上面に形成された高周波線路と、誘電体基板の下面の高周波線路の一端部の直下の部位に形成された枠状の接続電極と、貫通孔の内面に導体層が形成されて成るとともに導体層の上端が接続電極に全周にわたって電気的に接続された導波管部を有する配線基板と、高周波線路を伝送する伝送モードを導波管部を伝送する導波管モードに変換するための変換部とを具備していることから、導波管部をアンテナとして機能させることができ、レーダー装置や通信装置を構成する際に別途アンテナを準備する必要がないとともに、誘電体基板にアレイ状のアンテナ素子を作製したり、各アンテナ素子と電気的な接続を行なうための配線導体を引き回したりする必要もなく、アンテナコストと、アンテナとの接続にかかるコストとを削減することができる。   The high-frequency module of the present invention includes a high-frequency line formed on the upper surface of the dielectric substrate, a frame-shaped connection electrode formed in a portion immediately below one end of the high-frequency line on the lower surface of the dielectric substrate, and the inner surface of the through hole A conductor substrate is formed on the wiring board having a waveguide portion in which the upper end of the conductor layer is electrically connected to the connection electrode over the entire circumference, and a transmission mode for transmitting a high-frequency line is transmitted through the waveguide portion. Since the conversion unit for converting to the waveguide mode is provided, the waveguide unit can function as an antenna, and it is necessary to prepare a separate antenna when configuring a radar device or a communication device. In addition, there is no need to fabricate an array-like antenna element on a dielectric substrate or to route a wiring conductor for electrical connection with each antenna element. It is possible to reduce the cost of connection.

本発明の高周波モジュールにおいて、好ましくは、高周波線路は、線路導体および線路導体の一端部を取り囲むように形成された同一面接地導体から成ることから、この同一面接地導体により誘電体基板内に形成された変換部と誘電体基板の上部空間とをシールドすることが可能になり、誘電体基板の上部空間における不要共振の発生を抑制することができる。   In the high-frequency module of the present invention, preferably, the high-frequency line is composed of the line conductor and the same-surface ground conductor formed so as to surround one end portion of the line conductor. It is possible to shield the converted portion and the upper space of the dielectric substrate, and the occurrence of unnecessary resonance in the upper space of the dielectric substrate can be suppressed.

本発明の高周波モジュールにおいて、好ましくは、導波管部は、下側に向かうに伴って内寸法が漸次大きくなっていることから、導波管部から空間に信号が放射される部分の開口面積が空間に近づくほど漸次大きくなり、導波管部のインピーダンスが空間のインピーダンスに近くなって信号の反射が低減するとともに、放射される信号の指向性が鋭くなり、誘電体レンズ等によるビーム成形が容易になる。   In the high-frequency module of the present invention, preferably, the waveguide portion has an inner dimension that gradually increases toward the lower side, so that an opening area of a portion where a signal is radiated from the waveguide portion to the space is increased. As the distance closer to the space increases, the impedance of the waveguide section becomes closer to the impedance of the space and the reflection of the signal is reduced, and the directivity of the emitted signal becomes sharper, and beam shaping by a dielectric lens or the like is performed. It becomes easy.

本発明の高周波モジュールにおいて、好ましくは、配線基板の貫通孔は、配線基板を成す積層された複数の誘電体層にそれぞれ形成された貫通穴が重なることによって形成されており、複数の貫通穴は、それらの内寸法が下側の誘電体層に向かうに伴って漸次大きくなっていることから、配線基板のテーパー状の貫通孔を、開口寸法が異なる貫通穴を有する複数の誘電体層を積層した積層技術で容易に作製することができ、配線基板のコストを低減することができる。   In the high-frequency module of the present invention, preferably, the through holes of the wiring board are formed by overlapping through holes formed in a plurality of stacked dielectric layers constituting the wiring board, and the plurality of through holes are Since the inner dimensions of the wiring board gradually increase toward the lower dielectric layer, a plurality of dielectric layers having through holes with different opening dimensions are laminated on the tapered through hole of the wiring board. Thus, it can be easily manufactured by the laminated technique, and the cost of the wiring board can be reduced.

本発明の高周波モジュールにおいて、好ましくは、配線基板の貫通孔は、内面に樹脂層が被着されることによって滑らかな面とされていることから、テーパー状の貫通孔における開口寸法の変化に伴うインピーダンスの変化が滑らかになり、インピーダンスミスマッチによる信号の反射が低減される。   In the high-frequency module according to the present invention, preferably, the through hole of the wiring board is made a smooth surface by applying a resin layer on the inner surface, so that the opening dimension of the tapered through hole is changed. Impedance changes smoothly and signal reflection due to impedance mismatch is reduced.

本発明の高周波モジュールにおいて、好ましくは、配線基板の貫通孔は、レーザ光の照射によって形成されていることから、配線基板に貫通孔を極めて容易に形成することができるとともに、レーザ光の条件や照射角度を調整して内寸法が上側開口から下側開口にかけて一定の貫通孔、あるいは下側に向かうに伴って内寸法が大きくなっているテーパー状の貫通孔を容易に形成することができ、配線基板をより低コスト化することができる。   In the high-frequency module of the present invention, preferably, the through hole of the wiring board is formed by laser light irradiation, so that the through hole can be formed very easily in the wiring board, and the laser light conditions and By adjusting the irradiation angle, it is possible to easily form a constant through-hole whose inner dimension is from the upper opening to the lower opening, or a tapered through-hole whose inner dimension increases as it goes downward, The cost of the wiring board can be further reduced.

本発明の高周波モジュールにおいて、好ましくは、配線基板の貫通孔は、砥粒の噴射によって形成されていることから、配線基板に貫通孔を極めて容易に形成することができるとともに、砥粒噴射の条件や噴射角度を調整して内寸法が上側開口から下側開口にかけて一定の貫通孔、あるいは下側に向かうに伴って内寸法が大きくなっているテーパー状の貫通孔を容易に形成することができ、配線基板をより低コスト化することができる。   In the high-frequency module of the present invention, preferably, the through hole of the wiring board is formed by spraying abrasive grains, so that the through hole can be formed very easily in the wiring board and the conditions of the abrasive grain spraying Or by adjusting the spray angle, it is possible to easily form a through-hole whose inner dimension is constant from the upper opening to the lower opening, or a tapered through-hole whose inner dimension increases as it goes downward. The wiring board can be further reduced in cost.

本発明の高周波モジュールは、好ましくは、配線基板の下側に、導波管部と連通した貫通孔から成る金属導波管部を有する金属板が設けられていることから、金属導波管部をアンテナとして機能させることができ、レーダー装置や通信装置を構成する際に別途アンテナを準備する必要がないとともに、誘電体基板にアレイ状のアンテナ素子を作製したり、各アンテナ素子と電気的な接続を行なうための配線導体を引き回したりする必要もなく、アンテナコストと、アンテナとの接続にかかるコストとを削減することができる。また、金属板によって、放射した信号や空間の電磁ノイズから高周波モジュールを良好にシールドすることができる。   In the high-frequency module of the present invention, preferably, a metal plate having a metal waveguide portion including a through hole communicating with the waveguide portion is provided on the lower side of the wiring board. Can be made to function as an antenna, and it is not necessary to prepare a separate antenna when configuring a radar device or a communication device. In addition, an array-like antenna element can be fabricated on a dielectric substrate, and each antenna element can be electrically connected. There is no need to route wiring conductors for connection, and the antenna cost and the cost for connection to the antenna can be reduced. Moreover, the high frequency module can be well shielded from the radiated signal and the electromagnetic noise of the space by the metal plate.

本発明の高周波モジュールにおいて、好ましくは、金属導波管部は、下側に向かうに伴って内寸法が漸次大きくなっていることから、金属導波管部から空間に信号が放射される部分の開口面積が空間に近づくほど漸次大きくなり、金属導波管部のインピーダンスが空間のインピーダンスに近くなって信号の反射が低減するとともに、放射される信号の指向性が鋭くなり、誘電体レンズ等によるビーム成形が容易になる。   In the high-frequency module of the present invention, preferably, the metal waveguide portion has an inner dimension that gradually increases toward the lower side. As the aperture area gets closer to the space, the impedance of the metal waveguide portion becomes closer to the impedance of the space and the reflection of the signal is reduced, and the directivity of the emitted signal becomes sharper, and the dielectric lens etc. Beam shaping becomes easy.

本発明の高周波モジュールを図面に基づき詳述する。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る。また、図２（ａ）は図１の高周波モジュールから空間に信号を放射する際の高周波特性をシミュレーションするためのシミュレーションモデル、図２（ｂ）は図２（ａ）の反射特性のシミュレーション結果、図２（ｃ）は図２（ａ）の放射パターンのシミュレーション結果である。   The high-frequency module of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a high-frequency module according to the present invention. 2A is a simulation model for simulating the high-frequency characteristics when a signal is radiated from the high-frequency module of FIG. 1 to the space. FIG. 2B is a simulation result of the reflection characteristics of FIG. FIG. 2C is a simulation result of the radiation pattern of FIG.

図１において、Ａは高周波基板、１は誘電体基板、２は高周波線路、３は変換部、４は接続電極、Ｂは配線基板、５は貫通孔、６は導体層、７は導波管部である。   In FIG. 1, A is a high frequency substrate, 1 is a dielectric substrate, 2 is a high frequency line, 3 is a converter, 4 is a connection electrode, B is a wiring substrate, 5 is a through hole, 6 is a conductor layer, and 7 is a waveguide. Part.

誘電体基板１の表面に高周波線路２が形成されている。高周波線路２は、例えば、線路導体とこの線路導体の一端部を取り囲むように形成された同一面接地導体とから成る。この線路導体の一端部には高周波線路２を伝送する信号の伝送モードを配線基板Ｂの導波管部７の導波管モードに変換する変換部３が形成され、誘電体基板１の裏面の上記線路導体の一端部の直下の部位には導波管部７の断面形状と同じ形状の接続電極４が形成されている。また、高周波線路２の線路導体の他の一端部には高周波素子がワイヤーボンディング等で接続されている。そして、高周波素子が誘電体基板１と蓋体とから成る容器内に気密に封止されることによって高周波基板Ａが構成されている。   A high frequency line 2 is formed on the surface of the dielectric substrate 1. The high-frequency line 2 includes, for example, a line conductor and a coplanar ground conductor formed so as to surround one end of the line conductor. One end portion of the line conductor is formed with a conversion unit 3 that converts a transmission mode of a signal transmitted through the high-frequency line 2 into a waveguide mode of the waveguide unit 7 of the wiring board B. A connection electrode 4 having the same shape as the cross-sectional shape of the waveguide portion 7 is formed at a position immediately below one end of the line conductor. A high frequency element is connected to the other end of the line conductor of the high frequency line 2 by wire bonding or the like. And the high frequency board | substrate A is comprised by airtightly sealing the high frequency element in the container which consists of the dielectric substrate 1 and a cover body.

変換部３は、高周波線路２の端部と導波管部７とを電磁的に結合し、高周波線路２を伝送する信号の伝送モードを導波管部７の導波管モードに変換する作用をなす。このような変換部３としては、例えば、誘電体基板１の内部や表面に平面視で高周波線路２の端部を取り囲むような接地導体を設けた構成、誘電体基板１の表面に高周波線路２の端部を取り囲むような同一面接地導体を設けるとともに同一面接地導体に高周波線路２の端部に直交するスロットを設けた構成、誘電体基板１の内部に平面視で高周波線路２の端部を取り囲むように一定間隔で並んだビアを形成した構成、誘電体基板１の上面に高周波線路２の端部を覆うように導電性の蓋体で覆った構成、あるいはこれらの構成の組合せにより形成することができる。   The conversion unit 3 electromagnetically couples the end of the high-frequency line 2 and the waveguide unit 7, and converts the transmission mode of the signal transmitted through the high-frequency line 2 to the waveguide mode of the waveguide unit 7. Make. As such a conversion unit 3, for example, a configuration in which a ground conductor that surrounds an end portion of the high-frequency line 2 in a plan view is provided in or on the dielectric substrate 1, and the high-frequency line 2 is provided on the surface of the dielectric substrate 1. The same-surface grounding conductor is provided so as to surround the end of the high-frequency line 2, and a slot orthogonal to the end of the high-frequency line 2 is provided on the same-surface grounding conductor. A structure in which vias arranged at regular intervals are formed so as to surround the conductor, a structure in which the upper surface of the dielectric substrate 1 is covered with a conductive lid so as to cover the end of the high-frequency line 2, or a combination of these structures can do.

また、配線基板Ｂには貫通孔５が形成され、貫通孔５の内面に導体層６が形成されることによって導波管部７が構成されている。そして、高周波基板Ａの接続電極４と配線基板Ｂの導波管部７の上端とを半田等で電気的に接続して、配線基板Ｂの導波管部７をアンテナとして機能させることのできる高周波モジュールと成る。これにより、レーダー装置や通信装置を構成する際に別途アンテナを準備する必要がないとともに、誘電体基板１にアレイ状のアンテナ素子を作製したり、各アンテナ素子と電気的な接続を行なうための配線導体を引き回したりする必要もなく、アンテナコストと、アンテナとの接続にかかるコストとを削減することができる。   Further, the through-hole 5 is formed in the wiring board B, and the conductor layer 6 is formed on the inner surface of the through-hole 5 to constitute the waveguide portion 7. Then, the connection electrode 4 of the high frequency substrate A and the upper end of the waveguide portion 7 of the wiring substrate B are electrically connected with solder or the like, so that the waveguide portion 7 of the wiring substrate B can function as an antenna. It becomes a high frequency module. Accordingly, it is not necessary to separately prepare an antenna when configuring a radar device or a communication device, and an array-like antenna element is formed on the dielectric substrate 1 or electrically connected to each antenna element. There is no need to route the wiring conductor, and the antenna cost and the cost for connection to the antenna can be reduced.

また、レーダー装置のように送信されるレーダービームを細く絞る必要がある場合には、導波管部７の先に誘電体レンズを設置すればよく、そのとき高周波信号は導波管部７から誘電体レンズに電波として伝送されるため、高周波基板Ａあるいは配線基板Ｂと誘電体レンズとを電気的に接続する必要はない。   Further, when it is necessary to narrow down the transmitted radar beam like a radar device, a dielectric lens may be installed at the tip of the waveguide unit 7, and at this time, a high frequency signal is transmitted from the waveguide unit 7. Since it is transmitted as a radio wave to the dielectric lens, there is no need to electrically connect the high frequency substrate A or the wiring substrate B and the dielectric lens.

誘電体基板１および配線基板Ｂは、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料や、ガラスセラミックス、エポキシ樹脂等の樹脂材料等から成る。また、高周波線路２や接続電極４、導体層６は、例えばタングステンを主成分とするメタライズ等で形成される。また、それらの露出した表面にはさらにニッケル、金等を主成分とするめっきが施されていてもよい。   The dielectric substrate 1 and the wiring substrate B are made of a ceramic material such as an aluminum oxide sintered body, or a resin material such as glass ceramics or epoxy resin. Moreover, the high frequency line 2, the connection electrode 4, and the conductor layer 6 are formed by metallization etc. which have tungsten as a main component, for example. Further, the exposed surface may be further plated with nickel, gold or the like as a main component.

図２（ａ）は高周波モジュールの導波管部７から空間に信号を放射する際の高周波特性をシミュレーションするためのシミュレーションモデルである。下方の直方体が導波管部７であり、この直方体の上下面が導波管部７の開口、側面が導体層６である。このモデルでは導波管部７はＷＲ12規格であり導波管部７の開口の長辺が３．０９８ｍｍ、短辺が１．５４９ｍｍである。導波管部７の高周波線路２側の開口に相当する直方体の下面から高周波信号を入力し、導波管部７の高周波線路２側とは反対側の開口に相当する直方体の上面から電波として空間に放射される場合をシミュレーションしている。また、上方の円柱は空間をモデル化したものである。円柱の上面と側面は、遠方における放射パターンをシミュレーションするために吸収境界が設定されている。シミュレーションは有限要素法による電磁界シミュレーションである。   FIG. 2A is a simulation model for simulating high-frequency characteristics when a signal is radiated into the space from the waveguide section 7 of the high-frequency module. The lower rectangular parallelepiped is the waveguide portion 7, the upper and lower surfaces of this rectangular parallelepiped are the openings of the waveguide portion 7, and the side surfaces are the conductor layers 6. In this model, the waveguide portion 7 is WR12 standard, the long side of the opening of the waveguide portion 7 is 3.098 mm, and the short side is 1.549 mm. A high frequency signal is input from the lower surface of the rectangular parallelepiped corresponding to the opening on the high frequency line 2 side of the waveguide unit 7, and the radio wave is transmitted from the upper surface of the rectangular parallelepiped corresponding to the opening on the opposite side of the waveguide unit 7 from the high frequency line 2 side. The case of radiating into space is simulated. The upper cylinder is a model of space. An absorption boundary is set on the upper surface and the side surface of the cylinder in order to simulate a radiation pattern in the distance. The simulation is an electromagnetic field simulation by a finite element method.

図２（ｂ）は図２（ａ）のモデルを用いたときの反射特性のシミュレーション結果である。６０ＧＨｚから９０ＧＨｚにかけて反射は−１２ｄＢから−１５ｄＢの範囲にあり良好な特性である。７６．５ＧＨｚにおける反射は−１２．８ｄＢである。   FIG. 2B shows a simulation result of reflection characteristics when the model of FIG. Reflection is in the range of -12 dB to -15 dB from 60 GHz to 90 GHz, which is a good characteristic. The reflection at 76.5 GHz is -12.8 dB.

図２（ｃ）は図２（ａ）のモデルを用いたときの高周波モジュールから放射される周波数７６．５ＧＨｚの電波の放射パターンのシミュレーション結果である。この図において、実線（Phi=0°）はｘｚ平面内の放射パターンを示し、破線（Phi=90°）はｙｚ平面内の放射パターンを示す。そして、指向性利得は６．５ｄＢｉであり、開口面積から期待される指向性利得と一致しているので一般的な開口面アンテナとして機能していると言える。   FIG. 2C shows a simulation result of a radiation pattern of a radio wave having a frequency of 76.5 GHz radiated from the high frequency module when the model of FIG. 2A is used. In this figure, a solid line (Phi = 0 °) indicates a radiation pattern in the xz plane, and a broken line (Phi = 90 °) indicates a radiation pattern in the yz plane. The directivity gain is 6.5 dBi, which matches the directivity gain expected from the aperture area, and thus can be said to function as a general aperture antenna.

図３は、本発明の高周波モジュールの実施の形態の他の一例を説明するための概略断面図である。図３において、図１と同じ部位には同じ記号を付し、８は下側に向かうに伴って内寸法が大きくなっている貫通孔（以下、テーパー状貫通孔という）、９は導体層、１０は下側に向かうに伴って内寸法が大きくなっている導波管部（以下テーパー状導波管部）である。本発明の高周波モジュールは導波管部１０は、図３に示すように下側に向かうに伴って内寸法が大きくなっていることが好ましい。これにより、テーパー状導波管部１０から空間に信号が放射される部分の開口面積が空間に近づくほど漸次大きくなり、テーパー状導波管部１０のインピーダンスが空間のインピーダンスに近くなって信号の反射が低減するとともに、放射される信号の指向性が鋭くなり、誘電体レンズ等によるビーム成形が容易になる。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining another example of the embodiment of the high-frequency module of the present invention. In FIG. 3, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, 8 is a through hole (hereinafter referred to as a taper-shaped through hole) whose inner dimension increases toward the lower side, 9 is a conductor layer, Reference numeral 10 denotes a waveguide portion (hereinafter referred to as a tapered waveguide portion) whose inner dimension increases as it goes downward. In the high-frequency module of the present invention, it is preferable that the internal dimensions of the waveguide portion 10 become larger as it goes downward as shown in FIG. As a result, the opening area of the portion where the signal is radiated from the tapered waveguide portion 10 to the space gradually increases as it approaches the space, and the impedance of the tapered waveguide portion 10 becomes closer to the impedance of the space and the signal is transmitted. The reflection is reduced, the directivity of the emitted signal is sharpened, and beam shaping by a dielectric lens or the like is facilitated.

テーパー状導波管部１０の内面と配線基板Ｂの下面との成す角度は、９０〜１３５度であるのがよい。これにより、導波管部１０と空間との間のインピーダンス変化をより低減して信号の損失をより有効に抑制することができるとともに、信号の回折をより有効に抑制することができ、放射される信号の指向性をより鋭くすることができる。   The angle formed by the inner surface of the tapered waveguide portion 10 and the lower surface of the wiring board B is preferably 90 to 135 degrees. As a result, the impedance change between the waveguide section 10 and the space can be further reduced to suppress the signal loss more effectively, and the signal diffraction can be more effectively suppressed and radiated. The signal directivity can be made sharper.

図４は、本発明の高周波モジュールの実施の形態の他の一例を説明するための概略断面図である。図４の例は、図３の例のテーパー状貫通孔８が、開口寸法が異なる貫通穴を有する複数の誘電体層１１を積層することにより形成されたものである。このようにすることによりテーパー状貫通孔８を通常の積層技術で実現することができ、配線基板Ｂのコストを低減することができる。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining another example of the embodiment of the high-frequency module of the present invention. In the example of FIG. 4, the tapered through hole 8 of the example of FIG. 3 is formed by laminating a plurality of dielectric layers 11 having through holes with different opening dimensions. By doing in this way, the taper-shaped through-hole 8 can be implement | achieved with a normal lamination technique, and the cost of the wiring board B can be reduced.

図５は、本発明の高周波モジュールの実施の形態の他の一例を説明するための概略断面図である。図５の例は、図４の例の複数の誘電体層１１を積層して形成されたテーパー状貫通孔８の内側の段差部にエポキシ樹脂等の樹脂層１２を被着して、テーパー状貫通孔８の内面を滑らかにしたものである。このようにすることにより、導体層９をより容易に滑らかな面とすることができ、テーパー状導波管部１０における開口寸法の変化に伴うインピーダンスの変化が滑らかになり、インピーダンスミスマッチによる信号の反射が低減される。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining another example of the embodiment of the high-frequency module of the present invention. In the example of FIG. 5, a resin layer 12 such as an epoxy resin is attached to a step portion inside the tapered through hole 8 formed by laminating the plurality of dielectric layers 11 of the example of FIG. The inner surface of the through-hole 8 is made smooth. By doing so, the conductor layer 9 can be made a smooth surface more easily, the change of the impedance due to the change of the opening size in the tapered waveguide portion 10 becomes smooth, and the signal due to the impedance mismatch Reflection is reduced.

図６は、本発明の高周波モジュールの実施の形態の他の一例を説明するための概略断面図である。図６において、図１と同じ部位には同じ記号を付し、１３は導波管部、１４は金属板、１５は貫通孔、１６は金属導波管部である。高周波基板Ａの接続電極４と配線基板Ｂの導波管部１３の上端とを電気的に接続し、配線基板Ｂの導波管部１３の下端と金属板１４の貫通孔１５の上側の開口縁部とを電気的に接続することによって接続電極４、導波管部１３、および金属導波管部１６を連通した導波管とすることができる。これにより、金属導波管部１６をアンテナとして機能させることができ、レーダー装置や通信装置を構成する際に別途アンテナを準備する必要がないとともに、誘電体基板１にアレイ状のアンテナ素子を作製したり、各アンテナ素子と電気的な接続を行なうための配線導体を引き回したりする必要もなく、アンテナコストと、アンテナとの接続にかかるコストとを削減することができる。また、金属板１４が高周波モジュールを収納する金属容器の一部の場合、金属板１４によって、放射した信号や空間の電磁ノイズから高周波モジュールを良好にシールドすることができる。   FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining another example of the embodiment of the high-frequency module of the present invention. In FIG. 6, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, 13 is a waveguide portion, 14 is a metal plate, 15 is a through hole, and 16 is a metal waveguide portion. The connection electrode 4 of the high frequency substrate A and the upper end of the waveguide portion 13 of the wiring substrate B are electrically connected, and the lower end of the waveguide portion 13 of the wiring substrate B and the opening above the through hole 15 of the metal plate 14. By electrically connecting the edge portion, a waveguide in which the connection electrode 4, the waveguide portion 13, and the metal waveguide portion 16 are communicated can be obtained. As a result, the metal waveguide portion 16 can function as an antenna, and it is not necessary to prepare a separate antenna when configuring a radar device or a communication device, and an arrayed antenna element is fabricated on the dielectric substrate 1. Therefore, there is no need to route a wiring conductor for electrical connection with each antenna element, and the antenna cost and the cost for connection with the antenna can be reduced. Further, when the metal plate 14 is a part of a metal container that houses the high-frequency module, the metal plate 14 can well shield the high-frequency module from radiated signals and space electromagnetic noise.

図７は、本発明の高周波モジュールの実施の形態の他の一例を説明するための概略断面図である。図７の例は、図６の例の金属導波管部１６を下側に向かうに伴って内寸法が大きくなるようにしたものである。このようにすることにより、金属導波管部１６から空間に信号が放射される部分の導波管の面積が大きくなり、金属導波管部１６と空間との間のインピーダンス差が小さくなって信号の反射が低減するとともに、放射される信号の指向性が鋭くなり、誘電体レンズ等によるビーム成形が容易になる。   FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining another example of the embodiment of the high-frequency module of the present invention. In the example of FIG. 7, the inner dimension increases as the metal waveguide portion 16 of the example of FIG. 6 moves downward. By doing so, the area of the waveguide where the signal is radiated from the metal waveguide portion 16 to the space is increased, and the impedance difference between the metal waveguide portion 16 and the space is reduced. The reflection of the signal is reduced, the directivity of the emitted signal is sharpened, and beam shaping by a dielectric lens or the like is facilitated.

なお、本発明は、以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。   It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明の高周波モジュールの実施の形態の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of embodiment of the high frequency module of this invention. （ａ）は図１の高周波モジュールの高周波特性の配線基板内導波管から空間に信号を放射する際の高周波特性をシミュレーションするためのシミュレーションモデル、（ｂ）は（ａ）の反射特性のシミュレーション結果、（ｃ）は（ａ）の放射パターンのシミュレーション結果である。(A) is a simulation model for simulating high-frequency characteristics when a signal is radiated into the space from the waveguide in the wiring board of the high-frequency characteristics of the high-frequency module of FIG. 1, and (b) is a simulation of the reflection characteristics of (a). As a result, (c) is a simulation result of the radiation pattern of (a). 本発明の高周波モジュールの実施の形態の他の一例を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating another example of embodiment of the high frequency module of this invention. 本発明の高周波モジュールの実施の形態の他の一例を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating another example of embodiment of the high frequency module of this invention. 本発明の高周波モジュールの実施の形態の他の一例を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating another example of embodiment of the high frequency module of this invention. 本発明の高周波モジュールの実施の形態の他の一例を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating another example of embodiment of the high frequency module of this invention. 本発明の高周波モジュールの実施の形態の他の一例を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating another example of embodiment of the high frequency module of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１：誘電体基板
２：高周波線路
３：変換部
４：接続電極
５，８：貫通孔
６，９：導体層
７，１０，１３：導波管部
１１：誘電体層
１２：樹脂層
１４：金属板
１５：貫通孔
１６：金属導波管部
Ｂ：配線基板 1: Dielectric substrate 2: High frequency line 3: Conversion unit 4: Connection electrode 5, 8: Through hole 6, 9: Conductor layers 7, 10, 13: Waveguide unit 11: Dielectric layer 12: Resin layer 14: Metal plate 15: Through hole 16: Metal waveguide part B: Wiring board

Claims (9)

誘電体基板の上面に形成された高周波線路と、前記誘電体基板の下面の前記高周波線路の一端部の直下の部位に形成された枠状の接続電極と、貫通孔の内面に導体層が形成されて成るとともに該導体層の上端が前記接続電極に全周にわたって電気的に接続された導波管部を有する配線基板と、前記高周波線路を伝送する伝送モードを前記導波管部を伝送する導波管モードに変換するための変換部とを具備していることを特徴とする高周波モジュール。 A high-frequency line formed on the upper surface of the dielectric substrate, a frame-like connection electrode formed at a position immediately below one end of the high-frequency line on the lower surface of the dielectric substrate, and a conductor layer formed on the inner surface of the through hole And a wiring board having a waveguide portion whose upper end is electrically connected to the connection electrode over the entire circumference, and a transmission mode for transmitting the high-frequency line is transmitted through the waveguide portion. A high-frequency module, comprising: a conversion unit for converting to a waveguide mode. 前記高周波線路は、線路導体および該線路導体の一端部を取り囲むように形成された同一面接地導体から成ることを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール。 The high-frequency module according to claim 1, wherein the high-frequency line includes a line conductor and a coplanar ground conductor formed so as to surround one end of the line conductor. 前記導波管部は、下側に向かうに伴って内寸法が漸次大きくなっていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波モジュール。 The high-frequency module according to claim 1, wherein an inner dimension of the waveguide portion gradually increases as it goes downward. 前記貫通孔は、前記配線基板を成す積層された複数の誘電体層にそれぞれ形成された貫通穴が重なることによって形成されており、複数の前記貫通穴は、それらの内寸法が下側の前記誘電体層に向かうに伴って漸次大きくなっていることを特徴とする請求項３記載の高周波モジュール。 The through holes are formed by overlapping through holes respectively formed in a plurality of laminated dielectric layers forming the wiring board, and the plurality of through holes have the inner dimensions on the lower side. The high-frequency module according to claim 3, wherein the high-frequency module gradually increases with increasing distance toward the dielectric layer. 前記貫通孔は、内面に樹脂層が被着されることによって滑らかな面とされていることを特徴とする請求項４記載の高周波モジュール。 The high-frequency module according to claim 4, wherein the through-hole has a smooth surface by applying a resin layer on the inner surface. 前記貫通孔は、レーザ光の照射によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高周波モジュール。 The high-frequency module according to claim 1, wherein the through hole is formed by laser light irradiation. 前記貫通孔は、砥粒の噴射によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高周波モジュール。 The high-frequency module according to claim 1, wherein the through hole is formed by spraying abrasive grains. 前記配線基板の下側に、前記導波管部と連通した貫通孔から成る金属導波管部を有する金属板が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の高周波モジュール。 8. The metal plate having a metal waveguide portion formed of a through hole communicating with the waveguide portion is provided below the wiring board. 9. The high-frequency module described. 前記金属導波管部は、下側に向かうに伴って内寸法が漸次大きくなっていることを特徴とする請求項８記載の高周波モジュール。 The high-frequency module according to claim 8, wherein the metal waveguide portion has an inner dimension that gradually increases toward the lower side.
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