JP2008072659A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ一体型モジュール基板の基板端から放射される表面波を低減し、アンテナ特性を向上する。
【解決手段】実装基板２に実装されたアンテナ一体型モジュール基板１の高周波回路面Ｂに設けられ、高周波信号を生成する高周波回路と、アンテナ一体型モジュール基板１のアンテナ面Ａに設けられ、上記高周波回路によって生成された高周波信号を表す電磁波を放射するパッチアンテナ３と、アンテナ一体型モジュール基板１のアンテナ面Ａに、パッチアンテナ３を囲むように形成されている環状接地面４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信装置に関し、詳細には、アンテナ機能を有するマイクロ波・ミリ波無線通信装置に関するものである。

近年、通信システムの発展に伴い、ハイビジョン映像信号の無線伝送が注目されている。ハイビジョン映像信号は、大容量情報を伝達する必要があることから、広い帯域を確保できるミリ波を用いた無線伝送装置の開発が試みられている。

無線伝送装置では、例えば、送信する信号を高周波信号に変換する高周波回路と、該高周波信号を電磁波として相対する通信装置に送信するアンテナとを備えている。

しかしながら、無線伝送装置にミリ波帯を用いる場合、高周波回路とアンテナとを別々に形成してコネクタなどで接続すると、その接続部での電力の損失が大きくなってしまうという問題があった。

これに対し、接続部での電力損失を低減するために、高周波回路とアンテナとを、一つのモジュール内に収めたアンテナ一体型モジュールの開発が行われている。

ここで、図９を参照しながら、上記アンテナ一体型モジュールの一例として、例えば、特許文献１に開示されているアンテナ一体型モジュールについて説明する。

図９は、従来のアンテナ一体型モジュールの構成を示す断面図である。

アンテナ一体型モジュールは、図９に示すように、第１誘電体基板９０１にアンテナ素子９０２とそのアンテナ素子９０２に給電するための高周波線路９０３とが形成されたアンテナ回路基板Ｘと、第２誘電体基板９０４の一部に形成されたキャビティ９０５内に高周波デバイス９０６が収納されて蓋体９０７で封止され、高周波デバイス９０６に信号を伝達するための伝送線路９０８が形成された高周波基板Ｙとを積層一体化した構成を有している。また、アンテナ回路基板Ｘ、および高周波基板Ｙには、内層に、グランド層９０９、およびグランド層９１０がそれぞれ形成されている。
特開平９−２３７８６７号公報（平成９年９月９日公開）

しかしながら、上記特許文献１では、高周波回路で発生した高周波信号のうち、大部分はアンテナ素子９０２から電磁波として放射されるが、一部は表面波となってアンテナ回路基板Ｘのアンテナ素子９０２搭載面上を伝播し、アンテナ回路基板Ｘの基板端から放射される。

それゆえ、低コスト化のためにアンテナ一体型モジュールのサイズを小さくしていった場合、アンテナ回路基板Ｘの基板端から放射される表面波の割合が大きくなっていく。これにより、アンテナ素子９０２から上側に放射されている電磁波の放射パターンが表面波の影響を受け、該放射パターンが変形してしまうという問題が生じる。

また、最悪の場合は、アンテナ素子９０２の上側付近でアンテナ利得が著しく低下する可能性が生じてしまう。よって、アンテナ利得が著しく低下する角度が上側付近に存在すると、無線通信装置の配置角度がわずかにずれるだけで、通信不能が発生してしまう可能性がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、アンテナ一体型モジュール基板の基板端から放射される表面波を低減し、アンテナ特性を向上することができる無線通信装置を提供することにある。

本発明の無線通信装置は、上記課題を解決するために、実装基板に実装されたアンテナ一体型モジュール基板の一方の面側に設けられ、高周波信号を生成する高周波回路と、上記アンテナ一体型モジュール基板の他方の面側に設けられ、上記高周波回路によって生成された高周波信号を表す電磁波を放射するパッチアンテナと、上記アンテナ一体型モジュール基板の他方の面側に、上記パッチアンテナを囲むように形成されている環状接地部とを備えることを特徴としている。

上記の構成によれば、アンテナ一体型モジュール基板の他方の面側に、パッチアンテナを囲むように形成されている環状接地部を備えることによって、パッチアンテナから発生してアンテナ一体型モジュール基板の表面を伝播する表面波が環状接地部に到達すると、該表面波は環状接地部表面で反射したり、減衰吸収される。

このため、環状接地部表面の反射および減衰吸収によるシールド効果により、表面波を低減することが可能となる。よって、アンテナ一体型モジュール基板の基板端から放射される表面波を低減することが可能となる。

それゆえ、パッチアンテナの上側への、パッチアンテナのアンテナ利得を最大にすることが可能となり、パッチアンテナの上側にヌル点を有さないアンテナ放射パターンを形成することが可能となる。よって、無線通信装置のアンテナ特性を向上することが可能となる。

以上により、本発明の無線通信装置は、アンテナ一体型モジュール基板の基板端から放射される表面波を低減し、アンテナ特性を向上することが可能となる。また、アンテナ特性が向上することにより、無線通信装置のアンテナ放射角度の配置を容易にすることが可能となる。

また、本発明の無線通信装置では、上記アンテナ一体型モジュール基板は、グラウンドが接続される内層地板を内層に備え、上記環状接地部は、上記内層地板に第１のスルーホールを介して接続されることが好ましい。

上記の構成によれば、環状接地部が内層地板に第１のスルーホールを介して接続されるので、環状接地部、第１のスルーホール、および内層地板が接続することにより形成される金属壁がシールドの役割を持つようになる。よって、シールド効果により、パッチアンテナから発生してアンテナ一体型モジュール基板の表面を伝播する表面波を、さらに抑圧することが可能となる。

さらに、本発明の無線通信装置では、上記環状接地部は、上記他方の面に垂直な方向から見て、上記パッチアンテナのＨ面に対して面対称な形状を有することが好ましい。

上記の構成によれば、環状接地部が、アンテナ一体型モジュール基板の他方の面に垂直な方向から見て、パッチアンテナのＨ面に対して面対称な形状を有していることにより、パッチアンテナから発生してアンテナ一体型モジュール基板の表面を伝播する表面波は、Ｈ面に対して面対称な位置で低減されている。よって、パッチアンテナの上側に放射される電磁波の放射パターンに対する表面波の影響を、Ｈ面に対して面対称に低減しているので、上記放射パターンをＨ面に対して面対称にすることが可能となる。

さらに、本発明の無線通信装置では、上記環状接地部は、上記他方の面に垂直な方向から見て、上記パッチアンテナのＥ面に対して面対称な形状を有することが好ましい。

上記の構成によれば、環状接地部が、アンテナ一体型モジュール基板の他方の面に垂直な方向から見て、パッチアンテナのＥ面に対して面対称な形状を有していることにより、パッチアンテナから発生してアンテナ一体型モジュール基板の表面を伝播する表面波は、Ｅ面に対して面対称な位置で低減されている。よって、パッチアンテナの上側に放射される電磁波の放射パターンに対する表面波の影響を、Ｅ面に対して面対称に低減しているので、上記放射パターンをＥ面に対して面対称にすることが可能となる。

さらに、本発明の無線通信装置では、上記アンテナ一体型モジュール基板は、上記他方の面が上記実装基板と向かい合うように実装され、上記実装基板は、上記環状接地部で囲まれる内側の領域と相対する領域が貫通している貫通部を有することが好ましい。

上記の構成によれば、アンテナ一体型モジュール基板は、他方の面が実装基板と向かい合うように実装されることにより、パッチアンテナが実装基板と向かい合うように実装されることになる。しかしながら、実装基板は、環状接地部で囲まれる内側の領域と相対する領域が貫通している貫通部を有することにより、パッチアンテナから放射される電磁波を、実装基板の貫通部を通り抜けさせて、問題なく無線通信装置の外へ放射することが可能となる。

さらに、本発明の無線通信装置では、上記実装基板は、上記アンテナ一体型モジュール基板が実装されている実装面側であって、かつ、上記貫通部の周囲に、上記環状接地部の接地面と同じ形状を有する接地部を備え、上記環状接地部は、上記接地部に接合されることが好ましい。

上記の構成によれば、アンテナ一体型モジュール基板が実装されている実装面であって、かつ、貫通部の周囲に、環状接地部の接地面と同じ形状を有する接地部を備え、環状接地部が接地部に接合されるので、接地部および環状接地部、あるいは、接地部、環状接地部、第１のスルーホール、および内層地板が接続することにより形成される金属壁がシールドの役割を持つようになる。よって、実装基板にもシールド効果を持たせることにより、パッチアンテナから発生してアンテナ一体型モジュール基板の表面を伝播する表面波を、さらに抑圧することが可能となる。

さらに、本発明の無線通信装置では、上記実装基板は、上記実装面と反対側の面に金属面が形成されており、上記接地部は、上記金属面に第２のスルーホールを介して接続されることが好ましい。

上記の構成によれば、接地部が金属面に第２のスルーホールを介して接続され、また、接地部は環状接地部に接合されるので、金属面、第２のスルーホール、接地部、および環状接地部、あるいは、金属面、第２のスルーホール、接地部、環状接地部、第１のスルーホール、および内層地板が接続することにより形成される金属壁がシールドの役割を持つようになる。よって、実装基板にもシールド効果をさらに持たせることにより、パッチアンテナから発生してアンテナ一体型モジュール基板の表面を伝播する表面波を、さらに抑圧することが可能となる。

さらに、本発明の無線通信装置では、上記アンテナ一体型モジュール基板は、上記他方の面側であって、かつ、上記パッチアンテナと上記環状接地部との間に、上記パッチアンテナを囲むように配置されている複数の周期構造物を備えていることが好ましい。

上記の構成によれば、アンテナ一体型モジュール基板が、他方の面側であって、かつ、パッチアンテナと環状接地部との間に、パッチアンテナを囲むように配置されている複数の周期構造物を備えていることにより、パッチアンテナから発生してアンテナ一体型モジュール基板の表面を伝播する表面波は、周期構造物が配置されている部分を通過する間、周期構造物間において反射を繰り返しながら進行するため、次第に減衰していく。よって、アンテナ一体型モジュール基板の基板端から放射される表面波を低減することが可能となる。

さらに、上記周期構造物は、一つの島形状の金属パターンが、上記内層地板に第３のスルーホールを介して接続された構造を有することが好ましい。

上記の構成によれば、周期構造物が、一つの島形状の金属パターンが、内層地板に第３のスルーホールを介して接続された構造を有することにより、アンテナ一体型モジュール基板の表面がインダクタと容量とが並列接続された共振回路と等価になる。よって、アンテナ一体型モジュール基板の表面は高インピーダンスとなるため、パッチアンテナから発生してアンテナ一体型モジュール基板の表面を伝播する表面波を、さらに抑圧することが可能となる。

さらに、上記配置された周期構造物の間隔は、上記パッチアンテナから放射される電磁波の周波数で共振するように設定されることが好ましい。

アンテナ一体型モジュール基板の表面がインダクタと容量とが並列接続された共振回路と等価になる場合、パッチアンテナから放射される電磁波の周波数において、アンテナ一体型モジュール基板表面のインピーダンスが最大となる。

そこで、上記の構成によれば、配置された周期構造物の間隔が、パッチアンテナから放射される電磁波の周波数で共振するように設定されることにより、アンテナ一体型モジュール基板の基板端へ伝播するアンテナ面に平行な方向の表面波をさらに低減することが可能となる。それゆえ、アンテナ一体型モジュール基板の基板端からの表面波の放射を著しく低減することが可能となる。

さらに、本発明の無線通信装置では、上記パッチアンテナから放射される電磁波を入射して、入射した電磁波を出射する誘電体レンズを備え、上記誘電体レンズは、該レンズの焦点が上記パッチアンテナの中心に一致するように配置されることが好ましい。

上記の構成によれば、パッチアンテナから放射されるときには球面波であった電磁波が、誘電体レンズに入射し、誘電体レンズで屈折されることによって、平面波の電磁波として誘電体レンズから出射される。これにより、出射方向が揃うので、エネルギーが集合して強くなり、アンテナ利得を向上することが可能となる。

また、表面波が抑圧されていることによって、パッチアンテナから放射される電磁波のうち、大部分の電磁波が誘電体レンズに入射することから、非常に高いアンテナ効率を実現することが可能となる。

よって、アンテナ利得および効率が高いアンテナ特性を有する無線通信装置を実現することが可能となる。

本発明の無線装置は、以上のように、実装基板に実装されたアンテナ一体型モジュール基板の一方の面側に設けられ、高周波信号を生成する高周波回路と、上記アンテナ一体型モジュール基板の他方の面側に設けられ、上記高周波回路によって生成された高周波信号を表す電磁波を放射するパッチアンテナと、上記アンテナ一体型モジュール基板の他方の面側に、上記パッチアンテナを囲むように形成されている環状接地部とを備える、という構成を有している。

それゆえ、環状接地部がシールドの役割を持つことにより、パッチアンテナから発生してアンテナ一体型モジュール基板の表面を伝播する表面波がシールド効果により低減されるので、アンテナ一体型モジュール基板の基板端から放射される表面波を低減し、アンテナ特性を向上することができる無線通信装置を提供するという効果を奏する。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図３に基づいて説明すれば、以下の通りである。

図１は、本実施の形態の無線通信装置の一構成例を示す断面図である。

図２は、図１における無線通信装置において、アンテナ一体型モジュール基板１のみを、パッチアンテナ３を搭載したアンテナ面Ａに垂直な方向から見た構成図である。

なお、本発明は、アンテナ特性の向上を目的としているので、高周波信号生成やその回路の詳細な説明については省略している。また、無線通信装置における図示しない残りの部分は、従来の一般的な構成で実現可能である。

本実施の形態の無線通信装置は、例えば、ハイビジョン映像信号の無線伝送を行う装置である。また、本実施の形態においては、伝達する帯域として、マイクロ波やミリ波などを好適に用いることが可能であるが、必ずしもこれに限定されず、上記以外の波長の電波を用いてもよい。以下では、無線通信装置から放射される高周波信号電波を総称して電磁波とする。

本実施の形態の無線通信装置は、図１に示すように、アンテナ一体型モジュール基板１、および実装基板２を備えている。また、アンテナ一体型モジュール基板１、および実装基板２は、図示しない筐体に収納されている。

まず、アンテナ一体型モジュール基板１の構成について説明する。

アンテナ一体型モジュール基板１は、低温焼成セラミックの多層基板で作製されており、板状の形状を有している。

また、アンテナ一体型モジュール基板１は、アンテナと基板上の伝送線路や半導体集積回路で構成されている高周波回路（図示せず）とが一体化した基板である。上記アンテナとしてパッチアンテナ３が形成される面をアンテナ面Ａ（他方の面）、アンテナ面Ａの反対側である高周波回路が形成される面を高周波回路面Ｂ（一方の面）とする。

アンテナ一体型モジュール基板１は、アンテナ面Ａに、パッチアンテナ３、環状接地面４（環状接地部）、および接続端子５を備え、また、アンテナ面Ａと高周波回路面Ｂとの間の内層に、アンテナ面Ａおよび高周波回路面Ｂと平行な内層地板６を備えている。

また、アンテナ一体型モジュール基板１は、パッチアンテナ３から裏面の高周波回路に到達するように形成されたスルーホール７、および、環状接地面４から内層地板６に到達するように形成されたスルーホール８（第１のスルーホール）を有している。

パッチアンテナ３は、表面が長方形の板状の形状を有している。なお、パッチアンテナ３の表面形状は長方形に限定されるものではなく、円形や楕円形、その他の形状であってもよい。つまりは、給電線路とインピーダンス整合がとれ、アンテナとして機能する形状であればよい。

また、パッチアンテナ３は、図２に示すように、アンテナ一体型モジュール基板１のアンテナ面Ａの中央に、パッチアンテナ３の端面が基板端と平行になるように配置されている。但し、中央に限らず、設計に応じて好適な位置に配置してもよい。

環状接地面４は、表面が中空矩形の板状の形状を有している。また、環状接地面４は、アンテナ一体型モジュール基板１のアンテナ面Ａにパッチアンテナ３を囲むように、パッチアンテナ３から所定の間隔を空けて配置されている。上記所定の間隔としては、パッチアンテナ３から放射される電磁波の周波数に対して、１／２λ程度以上であることが好ましい。

詳細には、図２に示すように、アンテナ一体型モジュール基板１をアンテナ面Ａに垂直な方向から見て、パッチアンテナ３を該パッチアンテナ３の中心を中心にして、パッチアンテナ３の端面と平行な方向に十字に分断したとき、縦方向に分断された面をＥ面、横方向に分断された面をＨ面とする。このとき、Ｅ面およびＨ面に対して面対称になるように、環状接地面４はアンテナ面Ａに設けられている。

接続端子５は、表面が正方形をした板状の形状を有している。また、接続端子５は、アンテナ一体型モジュール基板１のアンテナ面Ａにおいて、Ｅ面を挟み相対する２辺の基板端側に、基板端に揃うように１０個ずつ１列にそれぞれ配置されている。

なお、接続端子５の個数や配置は、これに限らず、基板端の長さに応じて好適に変更することが可能であり、実装基板２への実装強度を満足できるように設定すればよい。

内層地板６は、アンテナ面Ａと高周波回路面Ｂとの間で、アンテナ面Ａおよび高周波回路面Ｂに平行な位置で積層化することにより形成されている。但し、スルーホール７が形成される領域には、スルーホール７を避けるために開口している開口部が内層地板６に形成されている。また、内層地板６にはＧＮＤが接続される。

スルーホール７は、パッチアンテナ３の真下に形成されている。これにより、パッチアンテナ３が、スルーホール７を介して反対面の高周波回路に接続される。

スルーホール８は、環状接地面４の真下に形成されている。また、環状接地面４の１辺に対して２列のスルーホール８が形成されている。これにより、環状接地面４が、スルーホール８を介して内層地板６に接続される。

なお、スルーホール８は多く形成されているほど好適である。例えば、スルーホール８が、パッチアンテナ３から放射される電磁波の基板内波長の１／８以下の間隔で形成されていれば、スルーホール８が形成されている部分は、金属壁が形成されているのとほぼ等価と見なせる。

次に、実装基板２の構成について説明する。

実装基板２は、ガラスエポキシのプリント基板で形成されており、板状の形状を有している。また、実装基板２は、無線通信装置に備えられる部品が実装されている基板であり、実装領域内の中央に、アンテナ一体型モジュール基板１の環状接地面４で囲まれる内側の矩形状の領域と相対する同様の形状の領域が貫通している貫通孔９（貫通部）を有している。

また、実装基板２では、アンテナ一体型モジュール基板１が実装される面には、接地面１０（接地部）、および接続端子１１が備えられおり、この面をアンテナ実装面Ｃ（実装面）とする。一方、アンテナ実装面Ｃと反対側の面には、金属面１２が形成されている。また、実装基板２は、接地面１０から裏面の金属面１２に到達するように形成されたスルーホール１３（第２のスルーホール）を有している。

接地面１０は、表面が環状接地面４の表面形状である中空矩形形状と同様な、板状の形状を有している。また、接地面１０は、実装基板２の貫通孔９の周縁に沿って配置されている。

接続端子１１は、表面が正方形をした板状の形状を有している。また、接続端子１１は、実装基板２の接地面１０とアンテナ一体型モジュール基板１の環状接地面４とが向かい合って合わせられるとき、アンテナ一体型モジュール基板１の接続端子５が形成されている箇所および個数に揃うように配置されている。

金属面１２は、アンテナ実装面Ｃと反対側の面上の全体を覆うように形成されている。

スルーホール１３は、接地面１０の真下に形成されている。また、接地面１０の１辺に対して２列のスルーホール１３が形成されている。これにより、接地面１０が、スルーホール１３を介して金属面１２に接続される。

以上の構成において、アンテナ一体型モジュール基板１および実装基板２は、アンテナ面Ａとアンテナ実装面Ｃとが互いに向かい合い、かつ、環状接地面４と接地面１０とが、および接続端子５と接続端子１１とが一致するように重ね合わせられ、一体型化されている。なお、環状接地面４と接地面１０とは、および、接続端子５と接続端子１１とは、半田によって接合されている。

また、実装基板２は貫通孔９を有しているので、アンテナ一体型モジュール基板１と実装基板２とを重ね合わせて一体型にしても、アンテナ一体型モジュール基板１のパッチアンテナ３の上側（貫通孔９を貫通する方向）には遮るものがない。よって、パッチアンテナ３から放射される電磁波は実装基板２の貫通孔９を通り抜けるので、パッチアンテナ３からの電磁波放射を問題なく行うことが可能である。

次に、無線通信装置が送信処理を行う動作について説明する。

まず、送信信号が高周波回路に入力されると、高周波回路では高周波信号が生成される。そして、高周波回路からスルーホール７を介して、生成された高周波信号がパッチアンテナ３に伝達される。その後、パッチアンテナ３から高周波信号を表す電磁波が放射される。

ところが、パッチアンテナ３から放射される電磁波のうち、大部分の電磁波は、実装基板２の貫通孔９を介して空間に放射されるが、一部分の電磁波は、アンテナ一体型モジュール基板１のアンテナ面Ａを伝播しようとする表面波となってしまう。

上記表面波がパッチアンテナ３から基板端へ向かって伝播すると、環状接地面４がパッチアンテナ３を囲むように設けられているので、表面波は基板端へ到達する前に、環状接地面４に到達する。

このとき、環状接地面４の表面の反射および減衰吸収によって、表面波は反射したり、減衰吸収されたりする。すなわち、環状接地面４が金属壁となり、シールドの役割を果たすことによって、シールド効果によりアンテナ面Ａに平行な方向の表面波が低減する。

これにより、基板端へ伝播するアンテナ面Ａに平行な方向の表面波が低減するので、アンテナ一体型モジュール基板１の基板端からの表面波の放射を低減することが可能となる。

それゆえ、パッチアンテナ３から横方向の不要なアンテナ利得は低減され、一方で、アンテナ利得はパッチアンテナ３から貫通孔９を貫通する方向で最大となる。したがって、パッチアンテナ３から貫通孔９を貫通する方向付近にヌル点を持たないアンテナ放射パターンを有することが可能となる。

以上により、本実施の形態の無線通信装置は、実装基板２のアンテナ実装面Ｃと、アンテナ一体型モジュール基板１のアンテナ面Ａとが互いに向かい合いように、アンテナ一体型モジュール基板１が実装基板２に実装され、アンテナ一体型モジュール基板１は、アンテナ面Ａに、パッチアンテナ３およびパッチアンテナ３を囲むように形成されている環状接地面４、並びに、高周波回路面Ｂに高周波回路を備えている、という構成である。

これにより、アンテナ一体型モジュール基板１のアンテナ面Ａに、パッチアンテナ３を囲むように形成されている環状接地面４を備えることによって、パッチアンテナ３から発生するアンテナ一体型モジュール基板１のアンテナ面Ａを伝播する表面波は、環状接地面４に到達すると、環状接地面４の表面で反射したり、減衰吸収される。

このため、環状接地面４の表面の反射および減衰吸収によるシールド効果により、表面波を低減することが可能となる。よって、アンテナ一体型モジュール基板１の基板端から放射される表面波を低減することが可能となる。

それゆえ、パッチアンテナ３から実装基板２の貫通孔９を貫通する方向への、パッチアンテナ３のアンテナ利得を最大にすることが可能となり、パッチアンテナ３から実装基板２の貫通孔９を貫通する方向にヌル点を有さないアンテナ放射パターンを形成することが可能となる。よって、無線通信装置のアンテナ特性を向上することが可能となる。

以上により、本発明の無線通信装置は、アンテナ一体型モジュール基板１の基板端から放射される表面波を低減し、アンテナ特性を向上することが可能となる。

また、アンテナ一体型モジュール基板１を小型化しても良好なアンテナ特性を得ることが可能となり、無線通信装置のアンテナ放射角度の配置を容易にすることが可能となる。

また、本実施の形態の無線通信装置では、環状接地面４は、スルーホール８、および内層地板６に接続しているので、環状接地面４、スルーホール８、および内層地板６が接続することにより形成される境域が金属壁として働き、アンテナ一体型モジュール基板１の表面を伝播する表面波に対して、さらにシールドの役割を果たす。

さらに、実装基板２では、接地面１０、スルーホール１３、および金属面１２が接続し、また、環状接地面４と接地面１０とが接続されることにより、金属面１２、スルーホール１３、接地面１０、環状接地面４、スルーホール８、および内層地板６が接続することにより形成される境域が金属壁として働き、さらにシールド領域が設けられるので、アンテナ一体型モジュール基板１の表面を伝播する表面波に対して、さらにシールドの役割を果たす。

よって、アンテナ一体型モジュール基板１の基板端へ伝播するアンテナ面Ａに平行な方向の表面波がさらに抑圧されるので、アンテナ一体型モジュール基板１の基板端からの表面波の放射を著しく低減することが可能となる。

また、環状接地面４は、Ｅ面およびＨ面に対して面対称な形状を有していることにより、パッチアンテナ３から発生するアンテナ一体型モジュール基板１の表面を伝播する表面波は、Ｅ面およびＨ面に対して面対称な位置で低減されている。

よって、パッチアンテナ３の上側に放射される電磁波の放射パターンに対する表面波の影響を、Ｅ面およびＨ面に対して面対称に低減しているので、上記放射パターンをＥ面およびＨ面に対して面対称にすることが可能となる。

さらに、環状接地面４は、Ｅ面およびＨ面に対して面対称な形状を有していることにより、貫通孔９もＥ面およびＨ面に対して面対称な形状となっている。よって、パッチアンテナ３から放射される電磁波は貫通孔９を通り抜けて空間に放射されるので、貫通孔９を通り抜けてパッチアンテナ３から放射される電磁波のアンテナ放射パターンを、Ｅ面およびＨ面に対して面対称にすることが可能となる。

また、上記説明では、環状接地面４が中空矩形断面形状を有している場合を説明したが、これに限らず、他の形状でもよい。これについて、図３に、例えば、環状接地面４の断面形状が中空円状のときを示す。

図３は、アンテナ一体型モジュール基板１０１のみを、パッチアンテナ３を搭載したアンテナ面Ａに垂直な方向から見た構成図である。

アンテナ一体型モジュール基板１０１は、アンテナ一体型モジュール基板１における環状接地面４の構成に代えて、環状接地面１０４（環状接地部）を備え、環状接地面１０４から内層地板６に到達するように形成されたスルーホール１０８（第１のスルーホール）を有している。

環状接地面１０４は、表面が中空円状である偏平な中空円柱の形状を有している。また、環状接地面１０４は、アンテナ一体型モジュール基板１０１のアンテナ面Ａにパッチアンテナ３を囲むように、パッチアンテナ３から所定の間隔を空けて配置されている。

詳細には、アンテナ一体型モジュール基板１０１をアンテナ面Ａに垂直な方向から見て、パッチアンテナ３の中心と、環状接地面１０４の断面中空円状の円の中心とが一致するように、環状接地面１０４はアンテナ面Ａに設けられている。

スルーホール１０８は、環状接地面１０４の真下に形成されている。また、環状接地面４の円形と同心円状になるように大小２つの円状のスルーホール８が形成されている。これにより、環状接地面１０４が、スルーホール１０８を介して内層地板６に接続される。

上記構成の場合であっても、アンテナ一体型モジュール基板１０１では、パッチアンテナ３から発生するアンテナ一体型モジュール基板１０１の表面を伝播する表面波は、まず、環状接地面１０４に到達する。このとき、環状接地面１０４がシールドの役割を果たすことにより、上記アンテナ一体型モジュール基板１を備える無線通信装置が奏する効果と同様の効果を得ることが可能である。

このように、図１，２に示したアンテナ一体型モジュール基板１の環状接地面４は、断面形状が、図２に示したような中空矩形の他に、図３に示したような中空円状でもよいし、または中空楕円状としてもよい。アンテナ一体型モジュール基板１のサイズや形成方法、およびアンテナ放射パターンなどの設計に応じて、好適に決定することが可能である。

なお、アンテナ一体型モジュール基板１の環状接地面４に相対する、実装基板２の接地面１０および貫通孔９は、環状接地面４の形状に応じて形状を決定すればよい。

また、アンテナ一体型モジュール基板１は低温焼成セラミックの多層基板で作製されており、実装基板２はガラスエポキシのプリント基板で形成されているとして説明したが、これに限らず、アンテナ一体型モジュール基板１は高温焼成セラミックの多層基板で構成してもよいし、実装基板２はテフロン(登録商標)系のプリント基板で形成してもよい。

さらに、上記無線通信装置では、送信動作について説明したが、これに限らず、高周波回路の回路構成を変更することにより、受信動作を行う受信機として使用することも可能である。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図４および図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図４は、本実施の形態の無線通信装置の一構成例を示す断面図である。

図５は、図４における無線通信装置において、アンテナ一体型モジュール基板２０１のみを、パッチアンテナ３を搭載したアンテナ面Ａに垂直な方向から見た構成図である。

本実施の形態の無線通信装置は、アンテナ一体型モジュール基板２０１、および実装基板２を備えている。

アンテナ一体型モジュール基板２０１は、前記実施の形態１のアンテナ一体型モジュール基板１の構成に加えて、アンテナ面Ａに、周期構造物２１５を備えている。また、アンテナ一体型モジュール基板２０１は、周期構造物２１５から内層地板６に到達するように形成されたスルーホール２１６（第３のスルーホール）を有している。

周期構造物２１５は、表面が正方形をした板状の形状を有している。また、周期構造物２１５は、アンテナ面Ａであって、かつ、パッチアンテナ３と環状接地面４との間の領域に、パッチアンテナ３を囲むように略マトリックス状に配置されている。

詳細には、図５に示すように、環状接地面４の内側の４面に沿って、周期構造物２１５が１面に対して２列なすように、パッチアンテナ３から所定の間隔を空けて複数備えられている。

さらに、各周期構造物２１５の真下には、それぞれスルーホール２１６が形成されている。これにより、周期構造物２１５は、スルーホール２１６を介して内層地板６に接続される。

ここで、本実施の形態では、周期構造物２１５を、一つの島形状の導体パターンがスルーホール２１６によって内層地板６と接続された構造を１単位としている。そして、周期構造物２１５は、１単位ずつ、一定の間隔で並べて配置されている。なお、上記一定の間隔は、所望の周波数付近で周期構造物２１５が共振するように設定する。所望の周波数とは、パッチアンテナ３から放射される電磁波の周波数と同じ周波数である。

上記の構成によれば、表面波がパッチアンテナ３からアンテナ一体型モジュール基板２０１の基板端へ向かって伝播すると、周期構造物２１５がパッチアンテナ３と環状接地面４との間に設けられているので、表面波は、まず、周期構造物２１５に到達する。

このとき、周期構造物２１５を透過しようとする表面波は、周期構造物２１５が配置されている部分を通過する間、周期構造物２１５間において反射を繰り返しながら進行する。それゆえ、多重反射により次第に減衰していくので、最終的には大きく減衰する。

これについて、図６を参照しながら、詳細に説明する。

図６（ａ）は、２個分の周期構造物２１５（一方を周期構造物２１５ａ、他方を周期構造物２１５ｂとする）の断面図であり、（ｂ）は、容量ＣとインダクタＬとの並列共振回路を示す回路図である。なお、ここでは、周期構造物２１５ａの真下に形成されているスルーホールをスルーホール２１６ａ、および、周期構造物２１５ｂの真下に形成されているスルーホールをスルーホール２１６ｂとする。

図６（ａ）に示す構造を等価回路で示すと、周期構造物２１５ａと周期構造物２１５ｂとの島状の導体パターン間のギャップは、容量Ｃとなる。また、一方の周期構造物２１５ａのギャップ端からスルーホール２１６ａ、内層地板６、他方のスルーホール２１６ｂ、周期構造物２１５ｂのギャップ端へと至る経路は、インダクタＬとして働く。

よって、上記構造は、図６（ｂ）に示すように、容量ＣとインダクタＬとの並列共振回路となる。そして、容量ＣとインダクタＬとが共振する周波数において、アンテナ一体型モジュール基板２０１の表面は高インピーダンスとなる。それゆえ、アンテナ一体型モジュール基板２０１を伝播する表面波のうち、容量ＣとインダクタＬとが共振する周波数成分が、もっとも抑圧されることになる。

したがって、パッチアンテナ３から放射される電磁波の周波数で共振するように、周期構造物２１５の形状や配置間隔を決定することにより、パッチアンテナ３から伝播してくる表面波をもっとも抑圧することが可能となっている。

以上により、アンテナ面Ａに平行な方向に沿ってアンテナ一体型モジュール基板２０１の基板端へ伝播する表面波がさらに低減されるので、アンテナ一体型モジュール基板２０１の基板端からの表面波の放射を著しく低減することが可能となる。

〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１および実施の形態２と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１および実施の形態２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図７は、本実施の形態の無線通信装置の一構成例を示す断面図である。

本実施の形態の無線通信装置は、前記実施の形態１の無線通信装置の構成に加えて、筐体３２１に取り付けられた誘電体レンズ３２０を備えている。

誘電体レンズ３２０は、高密度ポリエチレンで作製されている。また、誘電体レンズ３２０は、該レンズの焦点が、アンテナ一体型モジュール基板１のパッチアンテナ３の表面の中心に一致するように配置されている。但し、パッチアンテナ３の中心は、誘電体レンズ３２０の焦点と一致することが望ましいが、これに限らず、誘電体レンズ３２０の集光半径内であれば許容できる。

ここで、図８を参照しながら、上記集光半径について説明する。

図８は、誘電体レンズ３２０の焦点を示す平面図である。

集光半径ｄは、焦点からレンズの径を覗き込んだ半角をθとすると、
ｄ＝ｋ・λ／ｓｉｎθ（ｋは定数）
で表される。

例えば、誘電体レンズ３２０の半径が１５ｍｍ、焦点距離が９ｍｍとする。放射する電磁波が６０ＧＨｚの場合、波長は５ｍｍであり、ｋは通常０．６程度の値であるため、集光半径ｄは約３．５ｍｍとなる。したがって、パッチアンテナ３の中心が、誘電体レンズ３２０の焦点を中心とする半径３．５ｍｍの円の内側に配置されていればよい。

上記の構成によれば、パッチアンテナ３から電磁波が放射されるとき、前述した説明により表面波を抑圧することによって、パッチアンテナ３から実装基板２の貫通孔９を貫通する方向に集められた電磁波のうち、大部分の電磁波は誘電体レンズ３２０に入射する。

ここで、図７を参照しながら、誘電体レンズ３２０に入射した電磁波３２２ａについて説明する。

このとき、誘電体レンズ３２０に入射した電磁波３２２ａは球面波である。ところが、電磁波３２２ａは誘電体レンズ３２０と空気の境界面で屈折し、平面波となった電磁波３２２ｂが誘電体レンズ３２０から出射される。この結果、電磁波のエネルギー方向が揃うので、アンテナ利得が向上する。

また、パッチアンテナ３からの放射電磁波は、大部分が誘電体レンズ３２０に入射することから、非常に高いアンテナ効率を実現することが可能となる。

よって、アンテナ利得および効率が高いアンテナ特性を有する無線通信装置を実現することが可能となる。

また、アンテナ一体型モジュール基板１に限らず、前記実施の形態１で説明したアンテナ一体型モジュール基板１０１や、前記実施の形態２で説明したアンテナ一体型モジュール基板２０１を用いてもよい。

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、小型で高性能な無線通信装置を実現する上で特に有効であり、ハイビジョン映像信号の無線映像伝送装置などに利用することができる。

本発明における無線通信装置の実施の一形態を示す断面図である。 上記無線通信装置におけるアンテナ一体型モジュールを、パッチアンテナ搭載面に垂直な方向から見た平面図である。 上記無線通信装置におけるアンテナ一体型モジュールの他の構成を、パッチアンテナ搭載面に垂直な方向から見た平面図である。 本発明における無線通信装置の他の実施の形態を示す断面図である。 上記無線通信装置におけるアンテナ一体型モジュールを、パッチアンテナ搭載面に垂直な方向から見た平面図である。 上記無線通信装置における周期構造物において、（ａ）は構成を示す断面図であり、（ｂ）は共振回路を示す回路図である。 本発明における無線通信装置のさらに他の実施の形態を示す断面図である。 上記無線通信装置における誘電体レンズの焦点を示す平面図である。 従来のアンテナ一体型モジュール基板を示す断面図である。

符号の説明

１，１０１，２０１ アンテナ一体型モジュール基板
２ 実装基板
３ パッチアンテナ
４，１０４ 環状接地面（環状接地部）
５ 接続端子
６ 内層地板
７ スルーホール
８，１０８ スルーホール（第１のスルーホール）
９ 貫通孔（貫通部）
１０ 接地面（接地部）
１１ 接続端子
１２ 金属面
１３ スルーホール（第２のスルーホール）
２１５ 周期構造物
２１６ スルーホール（第３のスルーホール）
３２０ 誘電体レンズ
３２１ 筐体
３２２ａ，３２２ｂ 電磁波
Ａ アンテナ面（他方の面）
Ｂ 高周波回路面（一方の面）
Ｃ アンテナ実装面（実装面）

Claims (11)

1. 実装基板に実装されたアンテナ一体型モジュール基板の一方の面側に設けられ、高周波信号を生成する高周波回路と、
   上記アンテナ一体型モジュール基板の他方の面側に設けられ、上記高周波回路によって生成された高周波信号を表す電磁波を放射するパッチアンテナと、
   上記アンテナ一体型モジュール基板の他方の面側に、上記パッチアンテナを囲むように形成されている環状接地部とを備えることを特徴とする無線通信装置。
2. 上記アンテナ一体型モジュール基板は、グラウンドが接続される内層地板を内層に備え、
   上記環状接地部は、上記内層地板に第１のスルーホールを介して接続されることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 上記環状接地部は、上記他方の面に垂直な方向から見て、上記パッチアンテナのＨ面に対して面対称な形状を有することを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
4. 上記環状接地部は、上記他方の面に垂直な方向から見て、上記パッチアンテナのＥ面に対して面対称な形状を有することを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
5. 上記アンテナ一体型モジュール基板は、上記他方の面が上記実装基板と向かい合うように実装され、
   上記実装基板は、上記環状接地部で囲まれる内側の領域と相対する領域が貫通している貫通部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信装置。
6. 上記実装基板は、上記アンテナ一体型モジュール基板が実装されている実装面側であって、かつ、上記貫通部の周囲に、上記環状接地部の接地面と同じ形状を有する接地部を備え、
   上記環状接地部は、上記接地部に接合されることを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
7. 上記実装基板は、上記実装面と反対側の面に金属面が形成されており、
   上記接地部は、上記金属面に第２のスルーホールを介して接続されることを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
8. 上記アンテナ一体型モジュール基板は、上記他方の面側であって、かつ、上記パッチアンテナと上記環状接地部との間に、上記パッチアンテナを囲むように配置されている複数の周期構造物を備えていることを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
9. 上記周期構造物は、一つの島形状の金属パターンが、上記内層地板に第３のスルーホールを介して接続された構造を有することを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
10. 上記配置された周期構造物の間隔は、上記パッチアンテナから放射される電磁波の周波数で共振するように設定されることを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
11. 上記パッチアンテナから放射される電磁波を入射して、入射した電磁波を出射する誘電体レンズを備え、
    上記誘電体レンズは、該レンズの焦点が上記パッチアンテナの中心に一致するように配置されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の無線通信装置。

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