JP2008193663A - 柔軟性基板集積導波管 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易ながら複雑な構造の構成要素を許容可能な製造方法を提供する。
【解決手段】平面アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃが基板集積構造の一部であって、前記平面アンテナは電磁的な導波管（ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ）と接続される。また、複数のレイヤを有するマルチレイヤ基板内において、前述の構成要素が三次元（３Ｄ）構造をとることもまた許容する。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般的に、基板集積構造の分野、特に基板集積導波管に関する。基板集積導波管は、高周波信号のために特に必要とされる。

［問題］
近年、通信システムはシステムの集積化と小型化に向けた急速な進化に直面してきた。これらどういったシステムにおいても、アンテナ及びチャネルフィルタは重要な構成要素であり、通信の成功のための選択の基準には、とりわけアンテナ性能、サイズ、重さ、及びコストが含まれる。

異なるアンテナ装置についてビーム切替えの仕組みを用いるマルチビームアンテナシステムは、アンテナ装置をシステムの構成要素に接続するために、比較的大規模な空間を必要とする。これら搬送線（ｆｅｅｄｉｎｇ ｌｉｎｅ）には、特にミリ波（ｍｍ−ｗａｖｅ）周波数領域における長距離搬送線について、高い損失と整合性の悪さによる困難が伴う。これに加えて、これら線路間では隔離の程度が低く、それゆえクロストークがフィルタの特性に影響を与える。

しかしながら、システムの小型化には、一方ではアンテナサイズによる制限がある（高利得アンテナを必要とするシステムについては、アンテナの開口の寸法が直接アンテナ利得に比例する。）。また他方では、搬送ネットワークのサイズによる制限がある。よって、搬送ネットワークをより小さくすることができれば、システム全体のサイズ及び損失もまた最小化されるであろう。

近代的機器の前述のシステム要求を満たすために、搬送ネットワークをマイクロストリップ線路を用いて実現することができる。マイクロストリップ線路は、システムを集積できる程度に単純であり、必要とする空間も少ないが、好ましくない信号（クロストーク）を放射し生成する。さらにそれらには、特にミリ波周波数について、高い損失による困難が伴う。

マイクロストリップ搬送線に代わる興味深い解決策は、方形導波管（ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ（ＷＧｓ））である。この構成要素は、ミリ波システムにおいて広く使用されてきた。これらは、その卓越した低損失により特徴付けられ、好ましくない放射も生じない。そのため、それにより例えば無線リンクシステムなどのためのチャネルフィルタなどを実現することができる。しかしながら、それらの集積化の困難さは、低コスト大容量の集積化における使用の妨げとなっている。加えて、従来の導波管は、集積平面回路に対する複雑な遷移部（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）を必要とする；典型的な集積化のスキームは分厚く、ミリ波周波数領域においては達成が困難な高精度適合処理が求められる。

［最新技術］
システムの小型化と集積化に向けた従来の方法は、マルチレイヤ技術を用いてシステムを集積するものである。搬送は、単純なマイクロストリップまたは同一平面上の線路を用い、１つのレイヤから次のレイヤへと搬送線を接続する線路を経由して行われる。そして、マイクロストリップ線路には、特に、例えばミリ波の適用場面において、好ましくない放射及び高い損失という困難が伴う。

本発明の目的は、マイクロ波及びミリ波の構成要素及びサブシステムについての低損失低コストな信号送信手段を提供することにある。さらに、製造方法としては、より簡易ながら複雑な構造の構成要素を許容するものとすべきである。

本発明は、電磁波を導くように使用可能（ｏｐｅｒａｂｌｅ）な基板集積構造であって、前記基板集積構造は１つの集積単位であり、それぞれ電磁波を導くように使用可能な複数の基板集積導波管と、電磁波を受信及び／または放出するよう使用可能な複数の平面アンテナとを備え、前記複数の平面アンテナは前記複数の基板集積導波管にそれぞれ接続される、ことを特徴とする構造に関する。

好適には、前記基板集積導波管は、ビアとマイクロストリップと導体とを備える。

好適には、少なくとも１つの前記基板集積導波管は、電磁波周波数フィルタを備える。

好適には、少なくとも１つの前記基板集積導波管は相互接続を備え、前記相互接続は少なくとも２つの前記基板集積導波管を相互接続するよう使用可能である。

好適には、前記相互接続は、マルチプレクサを含む。

好適には、前記基板集積構造は、マルチレイヤ基板内に実装される。

好適には、少なくとも２つの前記平面アンテナは、それぞれ異なるレイヤに配置される。

好適には、少なくとも２つの前記基板集積導波管は、それぞれ異なるレイヤに配置される。

好適には、少なくとも一部の前記ビアは、同時に全ての基板集積導波管の一部でもある。

好適には、少なくとも１つの前記平面アンテナ及び前記それぞれの基板集積導波管は、マイクロストリップ線路を備える。

また、本発明は、先に述べた前記装置の製造方法であって、前記装置は複数のレイヤを備え、前記レイヤはそれぞれ構成要素を備え、ビアは前記装置のレイヤを貫いてそれぞれのレイヤのコンポーネント及び／またはそれぞれのレイヤが形成されるのと同一のステップにて形成されることを特徴とする、製造方法に関する。

先に述べた前記装置の他の製造方法においては、前記装置は複数のレイヤを備え、前記レイヤはそれぞれ構成要素を備え、ビアは前記装置のレイヤを貫いて他の全ての装置の構成要素が形成された後に形成されることを特徴とする。

好適には、ビアは少なくとも１つのレイヤを貫いて垂直に伸張する。

本発明の特徴、目的、及び利点は、図面と関連して以下に述べる詳細な説明からより明白となるであろう。

図１は、上面図（２）と断面図（３）を含む基板構造（１）を示している。

上面図（２）は、部分的に表面の下方に位置する構成要素の図示を許容しており、前記表面は上層（１１ａ）を備え、第１の平面アンテナ（４ａ）、第２の平面アンテナ（４ｂ）、第３の平面アンテナ（４ｃ）、それぞれのマイクロストリップ線路（６ａ、６ｂ、６ｃ）、それぞれの基板集積導波管（ＳＩＷＧ：Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｖｅ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ）（５ａ、５ｂ、５ｃ）、及びそれぞれの搬送線（７ａ、７ｂ、７ｃ）が示され、それらは全て基板（１１）上または基板（１１）内に分けられ／集積される。前述の全ての構成要素は同一の基板／構成要素上に配置され、よって続けて及び／または段階的に同一のウエハ、半導体基板、ＬＣＰ（液晶高分子）基板、または前記基板構造（１）を重ね合わせるのに適した他の材料上に形成される。

平面アンテナ（４ａ、４ｂ、４ｃ）は、対称軸Ｘに沿って並んで対象的に配置され、互いに等距離を持ち、二次的に形成される。平面アンテナ（４ａ、４ｂ、４ｃ）は、それぞれ幅Ｗ、及び長さＬを有する。前記平面アンテナは、円形若しくは曲線状のような他の形に形成することもでき、及び／または前記アンテナに由来する放射された電磁場の統計に依存して互いに異なる距離を有することもできる。他の例においては、少なくとも２つの平面アンテナが基板集積構造の一部であり、及び／または対称軸Ｘに関して非対称的に位置し、及び／または上面図（２）に関して互いに水平及び／または垂直方向にシフトされる。当然ながら、平面アンテナ（４ａ、４ｂ、４ｃ）は、それぞれ異なるサイズを有することもできる。

マイクロストリップ線路（６ａ、６ｂ）は、上面図（２）から見て互いに直交する水平及び垂直な線路を備え、より具体的には、前記線路は対称軸Ｘに対して直交し、または平行している。水平な線路と垂直な線路、またはその逆の間の接続点は、角部を形成する。本発明は前記角部に限定されず、電磁波の漏出を低減させるために、それぞれ２つの直交する線路の間で曲線及び丸みを持つ角部として実装することもできる。軸Ｘと直交し、それぞれのマイクロストリップ線路（６ａ、６ｂ、６ｃ）の一部である線路は、２つのアンテナ間（４ａと４ｂ、または４ｂと４ｃ）の空白の中央を走行し、より正確には、前記線路は両アンテナから等距離を有する。当然ながら、前記線路は前記特徴に限定されず、前記アンテナのうち１つのより近くを走行することもできる。また、直線状のマイクロストリップ線路を９０°を超える角度を以って曲げた部分により徐々に折りたたむようにしたマイクロストリップ線路を形成することも可能である。マイクロストリップ線路（６ａ、６ｂ、６ｃ）は前記アンテナ（４ａ、４ｂ、４ｃ）と前記基板集積導波管（５ａ、５ｂ、５ｃ）とをそれぞれ相互接続する。本実施形態において、全てのマイクロストリップ線路（６ａ、６ｂ、６ｃ）は同じ幅を有するが、他の実施形態においては、これらは例えば搬送される信号の周波数に依存してアンテナごとに変えることもできる。

基板集積導波管（５ａ、５ｂ、５ｃ）は、搬送チャネル（８ａ、８ｂ、８ｃ）とフィルタチャネル（９ａ、９ｂ、９ｃ）とをそれぞれ備える。ＳＩＷＧとは、導波管のポスト壁とも呼ばれるエッジ壁を実現するために、金属のビアの配列と共に平面基板内に統合される誘電場導波管（ＷＧ）の一形態である。フィルタチャネル（９ａ、９ｂ、９ｃ）は、チャネルの両側に周期的に配置されたビアによって特徴付けられ、図１に示しているように、前記ビアはチャネルの中央で凹部を形成し、またはチャネルの幅を狭めている。レイヤの片側のビアは、基板集積導波管（５ａ、５ｂ、５ｃ）の中央線に沿って前記レイヤの他の側に向けて鏡像をなす。前記アンテナ（４ａ、４ｂ、４ｃ）の１つに由来する信号は、まずそれぞれの搬送線（８ａ、８ｂ、８ｃ）に沿って走行し、そしてそれぞれのフィルタリングチャネル（９ａ、９ｂ、９ｃ）に入る。当然ながら、搬送チャネル及びフィルタリングチャネルに関する信号が通過する一連の構成要素は、予約され得る。第１の基板集積導波管（５ａ）は第２の基板集積導波管（５ｂ）よりも長く、一方第２の基板集積導波管（５ｂ）は第３の基板集積導波管（５ｃ）よりも長い。第２の基板集積導波管（５ｂ）は、少なくとも第３の平面アンテナ（４ｃ）の長さよりも長い。第１の基板集積導波管（５ａ）は、少なくとも第１及び第２の平面アンテナ（４ａと４ｂ）を迂回できる程度に長い。第３の基板集積導波管（５ｃ）は、第３のマイクロストリップ線路（６ｃ）及び第３の搬送マイクロストリップ線路（７ｃ）に直接接続され得るフィルタチャネル（９ｃ）を少なくとも備えるために、最小の長さを有する。第１の基板集積導波管（５ａ）が片側でアンテナを迂回する一方、第２の基板集積導波管（５ｂ）対称軸Ｘと平行する他の側でアンテナを迂回する。３つの基板集積導波管（５ａ、５ｂ、５ｃ）は互いに、及び平面アンテナ（４ａ、４ｂ、４ｃ）の列と対称軸に対して、それぞれ平行である。当然ながら、他の実施形態では、ＳＩＷＧは互いに平行でなくてもよい。図１において、対称軸Ｘと直交して測定される基板集積導波管（５ａ、５ｂ、５ｃ）の幅は、平面アンテナ（４ａ、４ｂ、４ｃ）よりも小さいが、マイクロストリップ線路（６ａ〜６ｃ、７ａ〜７ｃ）よりはそれぞれ大きい。本実施形態において、全てのＳＩＷＧは同じ幅を有し、これはビアがそれぞれＳＩＷＧの他の側に位置するビアに対して同じ距離を有することを意味する。他の実施形態において、ＳＩＷＧの幅を、例えば搬送される信号の周波数に依存して変化させてもよい。搬送線（８ａ、８ｂ、８ｃ）及びフィルタリングチャネル（９ａ、９ｂ、９ｃ）は、異なる例としては変化させることができるが、図１においてはフィルタリングチャネル（９ａ、９ｂ、９ｃ）は常に一定の長さを全ての基板集積導波管（５ａ、５ｂ、５ｃ）について有し、第１及び第２の基板集積導波管（５ａ、５ｂ）の搬送チャネル（８ａ、８ｂ）よりも小さい領域を含む。他の例においては、基板集積導波管（５ａ、５ｂ、５ｃ）は、搬送チャネルまたはフィルタリングチャネルのいずれかを備える。

第１、第２、及び第３の搬送マイクロストリップライン（７ａ、７ｂ、７ｃ）は、第１、第２、及び第３の基板集積導波管（５ａ、５ｂ、５ｃ）にそれぞれ付随し、信号についての接続点または終端を提供するように使用可能であり、前記信号は、アンテナにて受信され基板集積導波管を介して外部の構成要素（図示されていない）へと送信され、または外部の構成要素により受信されて基板集積導波管を介して伝送のためのアンテナへ送信される。受信器及び／または送信器を備えるこれら外部の構成要素は、基板構造（１）と同一の構成要素上に配置されてもよいが、線（ｗｉｒｅ）を介し、さらに前記終端を介して基板構造（１）と連結されなければならない。第１、第２、及び第３の搬送マイクロストリップ線路（７ａ、７ｂ、７ｃ）は、前述したような第１、第２、及び第３のマイクロストリップ線路（６ａ、６ｂ、６ｃ）のように形成することができる。

基板集積構造（１）の断面図（３）は、第１、第２、及び第３のレイヤ（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）と、底部レイヤ（１５）と、第１のレイヤ（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）、第２のレイヤ（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）、及び第３のレイヤ（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）をそれぞれ備える、第１、第２、並びに第３の平面アンテナ集合（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）と、第１、第２、及び第３のマイクロストリップ線路（６ａ、６ｂ、６ｃ）と、第３の基板集積導波管（５ｃ）と、第３の搬送マイクロストリップ線路（７ｃ）とを示している。上面図（２）において触れたように、マイクロストリップ線路（６ａ、６ｂ）はそれぞれのアンテナ（４ａ、４ｂ）に接続されるが、前記接続は、明確化の理由のために断面図（３）には示していない。

アンテナ集合（２１ａ）は平面アンテナ（４ａ）と同等であり、第１のレイヤ（１２ａ）、第２のレイヤ（１３ａ）、及び第３のレイヤ（１４ａ）を備える。断面図（３）では平面アンテナ（４ａ）はアンテナ集合（２１ａ）として示されている一方、上面図（２）ではアンテナ集合（２１ａ）が平面アンテナ（４ａ）として示されている。その他のアンテナ集合（２１ｂ及び２１ｃ）はそれぞれアンテナ集合（２１ａ）に対応する。第１、第２、及び第３のレイヤ（１２ａ、１３ａ、１４ａ）は互いに等しい距離を有するが、本実施形態に限定されるものではない。また、図１においては、３つの全てのレイヤ（１２ａ、１３ａ、１４ａ）が同じサイズを有しており、底部レイヤ１５に対して直交する軸Ａに沿って整列させられている。他の例においては、電磁波による反転刺激を変化させるために、レイヤ（１２ａ、１３ａ、１４ａ）を互いに水平方向または垂直方向にシフトしてもよい。下部レイヤ（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）はマイクロストリップ線路（６ａ、６ｂ、６ｃ）と接続され、上に位置する他のレイヤ（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）に電気刺激を与える。別の例として、他のレイヤをそれぞれマイクロストリップ線路に接続してもよい。従って、レイヤとマイクロストリップ線路の接続のどういった組合せも可能であり、より具体的には、第２及び第３、または第２及び第１のレイヤ（など）を前記マイクロストリップ線路に接続してもよい。また、平面アンテナは３つのレイヤのみに限定されず、少なくともそれぞれ１つのレイヤを備え得る。

第３の基板集積導波管（５ｃ）は複数のビアを備え、第３のフィルタチャネルのビアが典型的に１０ｃとして参照されている。ビアは１つのレイヤを貫いて形成され、第３の基板集積導波管（５ｃ）の上のレイヤ（２２ａ）を下のレイヤ（２２ｂ）と接続する。ビアは全て互いに平行し、底部レイヤと直交する。上のレイヤ及び下のレイヤ（２２ａ及び２２ｂ）は、基本的にはマイクロストリップ線路（例えば６ｃまたは７ｃ）と同様に形成されるが、前記マイクロストリップ線路よりも大きな幅を持つ。図１に示されたレイヤ（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）を除く全ての構成要素は、例えば金若しくは銅といった金属、または金及び銅によるマルチレイヤからなり、前記ビアは前記金属の組成によって充填され、または覆われる。レイヤ（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）は、例えば液晶高分子のような柔軟な何らかの材料からなる。レイヤの厚さは２５、５０または１００μｍとすることができるが、設計周波数に依存してより大きくまたはより小さくすることもできる。ビア間の距離は、λｇ／１０の範囲内であって、ここでλｇは基板内での波長を表す。ビアは、ポスト間でエネルギーが漏出しない程度に、互いに離れて位置するべきでない。ビアの直径は基板の高さに依存し、よって製造仕様に起因し、基板全体の高さが増加すると前記直径は増加される。ビアの直径は、好適には、１００μｍから２００μｍの間の範囲だが、前記値に限定されるものではなく、最終的には周波数に依存する。製造に関して、全ての部分（アンテナ、フィルタ、及び導体）は、同一のレイヤ内では同時に製造される。ビアは、完全な基板構造が終了した後、または同一のレイヤの構成要素が作られるのと同一のステップにおいて作成することができる。当然ながら、必要であれば図３、４、または５にて説明しているように、前記基板集積導波管を屈曲させ、または曲線を形成することにより、マイクロストリップ線路（６ａ、６ｂ、６ｃ）を省略して基板集積導波管を直接アンテナに接続することも可能である。

図２は、基板構造（１ａ）の第２の例であって、第２の例の上面図（２ａ）と断面図（３ａ）を含む例を示している。

前記第２の例の上面図（２ａ）は、第１、第２、及び第３の平面アンテナ（４ａ、４ｂ、４ｃ）、第３の基板集積導波管（５ｄ）、第３のマイクロストリップ線路（６ｄ）、搬送マイクロストリップ線路（１６ｄ）、第２及び第１の基板集積導波管（５ｅ、５ｆ）、第２及び第１のマイクロストリップ線路（６ｅ、６ｆ）を示しており、三次元（３Ｄ）基板の第１、第４、及び第７のレイヤ（１１ｋ、１１ｇ、１１ｄ）が上面図内に見えている。基本的に、それぞれ特徴及び特性についての以降の説明を除き、またはそれらに加えて、図２の全ての構成要素は図１の構成要素に対応する。

第２の例の断面図（３ａ）は、９つのレイヤ（１１ｄから１１ｎ）、６つの導体レイヤ（１５ａ、１６ａ、１６ｂ、１５ｂ、１５ｃ、１６ｃ）、第１の基板集積導波管の底部レイヤ（１５ａ）から第２の基板集積導波管の底部レイヤ（１５ｂ）まで以上に伸張し、最終的に第１の基板集積導波管の底部レイヤ（１５ａ）から第３の基板集積導波管の上部レイヤ（１６ｃ）並びに第１、第２、及び第３の平面アンテナのそれぞれのレイヤ（１２ａ、１３ａ、１４ａ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、１２ｃ、１３ｃ、１４ｃ）までの範囲を占める。ビアの長さは前述の長さに限定されないが、少なくともそれぞれの基板集積導波管の底部レイヤから上部レイヤまでの範囲を占め、前記基板集積導波管内の電磁波の内包と誘導を提供する必要がある。全ての平面アンテナのレイヤは、三次元基板の第１のレイヤから第９のレイヤ上にそれぞれ位置し、より具体的には、平面アンテナの前記各レイヤは、三次元基板（１１ｄ〜１１ｍ）の前記レイヤ上に唯一のレイヤとして位置する。第１の基板集積導波管（５ｆ）は上部レイヤ（１６ｃ）及び底部レイヤ（１５ｃ）の一部を備え、第２の基板集積導波管（５ｅ）は上部レイヤ（１６ｂ）及び底部レイヤ（１５ｂ）の一部を備え、第３の基板集積導波管（５ｅ）は上部レイヤ（１６ａ）及び底部レイヤ（１５ａ）の一部を備える。基本的に、レイヤ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）は、マイクロストリップ線路（６ｆ、６ｅ、６ｄ）、基板集積導波管（５ｆ、５ｅ、５ｄ）、及び例えば上面図（２ａ）に見えているように１６ｄなどとして参照される搬送マイクロストリップ線路をそれぞれ備える。前記レイヤ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）は、全て同じ厚さを有し、互いに平行するが、前記技術的特徴に限定されるものではない。さらに、隣り合う２つの間には相互接続（図２には示されていない）があってもよく、互いの下方には基板集積導波管が横たわり信号を前記ＳＩＷＧ間で共有することができる。相互接続は、例えば１５ｂのような下部レイヤ及び１６ａのようなそれぞれのＳＩＷＧの上部レイヤ内のビアの穴部により、並びに上に横たわるＳＩＷＧから下に横たわるＳＩＷＧまでのチャネルを形成するビアにより形成される；それゆえ追加的なビアを、穴部の周囲の端部上に位置させなければならない。信号の分割と収集を許容する他の相互接続もまた可能である。例えば、上部レイヤ１６ａの一部を徐々に下部レイヤ１５ｂに導き、前記下部レイヤに吸収させることができる。同様に、上部レイヤ１６ａとの平行を保たせた下部レイヤ１５ａを前記下部レイヤ１５ｂに徐々に導いて吸収させてもよい。導体レイヤ１６ａまたは１５ａがその上に位置し得る傾斜は、１１ｋから１１ｍなどのようなそれぞれのレイヤを格子状にエッチングすることにより、製造することができる。

図３は基板構造（１ｂ）の第３の例であって、これ以降に説明する全ての構成要素が上面図に示されており、表面／上部レイヤの下の構成要素もまた明確化の理由から部分的に示されている。基本的に、図３の全ての構成要素は、それらの特徴に関する以下の説明を除き、またはそれに加えて、図２の構成要素に対応する。第１、第２、及び第３の平面アンテナ（４ａ、４ｂ、４ｃ）は、図２において説明されたそれぞれの平面アンテナに対応する。従って、３つの平面アンテナは、図２において説明しているように、それぞれのレイヤ（１１ｄ、１１ｇ、１１ｋ）上に位置する。また、第３の基板集積導波管（５ｄ）及び第３のマイクロストリップ線路（６ｄ）は、図２において説明されたそれぞれの構成要素に対応する。第３の基板集積導波管は（５ｄ）は、搬送チャネル（８ｄ）及びフィルタリングチャネル（９ｄ）を備える。３つの平面アンテナ（４ａ、４ｂ、４ｃ）の列は第３の基板集積導波管（５ｄ）と９０°の角度をもってレイヤ上に配置され、第２及び第３の基板集積導波管はそれぞれの平面アンテナ（４ａ、４ｂ）と接続するために曲線を形成する。また、マイクロストリップ線路を用いて曲線を形成し、それぞれ平面アンテナ（４ａ、４ｂ）と基板集積導波管（５ｄ）の下に横たわる基板集積導波管（図３には示されていない）とを相互接続させてもよい。アンテナ（４ａ、４ｂ、４ｃ）の第１のレイヤは見ることができ、三次元構造（１１ｋ、１１ｇ、１１ｄ）のそれぞれのレイヤ上に位置する。

図４は基板構造（１ｃ）の第４の例であって、これ以降に説明する特徴が上面図に示されており、表面／上部レイヤの下の構成要素もまた明確化の理由から部分的に示されている。基本的に、図４の全ての構成要素は、それらの特徴に関する以下の説明を除き、またはそれに加えて、図３の構成要素に対応する。第１、第２、及び第３の平面アンテナ（４ａ、４ｂ、４ｃ）、第３の基板集積導波管（５ｃ）、及び第３のマイクロストリップ線路（６ｄ）は、図３において説明された同一の構成要素にそれぞれ対応する。この場合、第３の平面アンテナ（４ｃ）は第２及び第１の平面アンテナの間に配置される。よって、第１及び第３の平面アンテナと第３の基板集積導波管とが９０°の角度を形成し、並びに第２及び第３の平面アンテナと第３の基板集積導波管もまた９０°の角度を形成する。それゆえ、第１及び第２の基板集積導波管もまた第３の平面アンテナ（４ｃ）のレイヤの下で曲線形状をとり、そこでは矢印Ｇの視点から見て右へ第２の基板集積導波管が方向を変え（平行して整列する２つの円の列として示されている）、第３の基板集積導波管は左へ時方向を変えて、それぞれの平面アンテナと接続する。特に、第２の基板集積導波管は、第３の基板集積導波管とは異なるレイヤ上にある。アンテナ（４ａ、４ｂ、４ｃ）の第１のレイヤは見ることができ、三次元構造（１１ｋ、１１ｇ、１１ｄ）のそれぞれのレイヤ上に位置する。

図５は基板構造（１ｄ）の第５の例であって、これ以降に説明する全ての特徴が上面図に示されており、表面／上部レイヤの下の構成要素もまた明確化の理由から部分的に示されている。基本的に、図５の全ての構成要素は、それらの特徴に関する以下の説明を除き、またはそれに加えて、図４の構成要素に対応する。ダイプレクサ（１７）を除き、図５に示されている他の全ての構成要素は、図４において説明した構成要素に対応する。ダイプレクサ（１７）は、第３の平面アンテナのレイヤの下に配置され、第３の基板集積導波管の後に割当てられる。ダイプレクサ（１７）は、第３の平面アンテナの右側または左側にそれぞれ配置される第１の平面アンテナ及び第２の平面アンテナへ電磁波を供給するように使用可能である。ダイプレクサ（１７）は、第１の平面アンテナ（４ａ）と接続する第１の枝部（１８ａ）、及び第２の平面アンテナ（４ｂ）と接続する第２の枝部（１８ｂ）を備える。最終的に、基板集積導波管（５ｄ）の搬送チャネル（８ｄ）の下に配置される搬送チャネルは、ダイプレクサ（１７）の入射口となる角部としての機能を果たすビアによって、末端で拡げられる。ダイプレクサ（１７）は最終的に、チャネルの幅の中央に位置する分離ビア（１９）によって、２つの枝部に分割される。信号強度の分布に依存し、分離ビア（１９）を、特定の平面アンテナへより多くの電力を供給するように移動させることもできる。第１及び第２のアンテナ（４ａ、４ｂ）の第１のレイヤは見ることができ、三次元構造（１１ｄ）の同一のレイヤ上に位置する。

最新技術の方形導波管（ＷＧ）に対する解決策は、図１から図５において示したように、基板集積導波管（ＳＩＷＧ）としての被覆された基板へと方形導波管を集積することである。ＳＩＷＧ技術は、その低損失低コストによって特徴付けられ、多くのマイクロ波及びミリ波の構成要素及びサブシステムについての出版物内で報告されている。

ＳＩＷＧ、アンテナ搬送、アンテナ自体、及びチャネルフィルタは、１つの構成要素内で、同一の材料から、同一の製造ステップ（図１）において作成される。全ての構成要素について同一の製造技術が用いられることから、副次的な回路の構成要素間の、設計が複雑な遷移部は必要とされない。さらなるシステムの小型化のためには、個々の構成要素は三次元モジュール（図２）と呼ばれるマルチレイヤ構成内に配置される。

複数の構成要素をそれぞれの上面に堆積させて、より複雑な集積化モジュールを形成することができる（図２）。この堆積型配置の利点は、製造中にＳＩＷＧの生成に必要なビアの穴部の処理を１つのステップで行うことができる点である。これは、相当に低い生産コストと、相当に低い個々の構成要素間の性能差異とをもたらす。

ＳＩＷＧは、システム全体のサイズを最小化するために曲げられ、またはどういった形状をも取り得るように、柔軟な板材料から製造される。この柔軟な板材料には、例えば液晶高分子を含む。従来の方形導波管（ＷＧ）は、サイズが大きく、分厚く、また重いものである。対照的に、ＳＩＷＧはサイズがより小さく、よってシステム内の集積化に求められる空間もより少ない。従来の方形導波管のように、ＳＩＷＧは導波管の外部に放射を行わず、それゆえ損失が低く、クロストークを無視できる。

ＳＩＷＧは被覆された（金属化された）基板から製造されるため、アンテナ部分、ＳＩＷＧ、及びチャネルフィルタのような回路の他の構成要素を、同一の形成技術により、同一の製造ステップ内で、そして同一の材料から作成することができる。

図１によれば、ＳＩＷＧとアンテナ間の遷移部は相当に単純化され、前記遷移部は、同一平面上の単純なマイクロストリップまたはビアによる遷移部を含む。従来の導波管に求められるような金属加工と比較して、ミリ波導波管の適用場面にはマイクロメートル範囲の精度が求められるため、エッチング技術（ＳＩＷＧに用いられる）を用いる製造工程が採用される。

ＳＩＷＧは、マルチレイヤ構造を有する可能性を提示する。ＳＩＷＧはマルチレイヤ構成内に集積することができ、それにより多くの空間が節約され、ＳＩＷＧはクロストークの弊害を受けない。ＳＩＷＧに柔軟な材料を用いることで、さらに折り重ねてシステムサイズを最小化することができ、そうすることでより高度な集積化密度に導かれる。

これまで、回路板、アンテナ、搬送ネットワーク及びチャネルフィルタのような副次的構成要素は、分離された部分として作成され、高価な組立部品に接続されてきた。よって、本発明の主題に係る利点は、次の通りである：
・ＳＩＷＧにより、全てのこれら回路の副次的構成要素は１つの回路に集積され、そしてより良好な電気的性能、より小さいサイズ、高い集積化密度、及び最終的に安価な製品がもたらされる。
・構成要素がマルチレイヤ技術によって配置され、同一の導波管技術（ここではＳＩＷＧ）から製造されるため、サイズがより小さくなる。
・無線周波数（ＲＦ）性能がより少ないクロストークにより改善され、回路の構成要素間の遷移部が少なくなり、相互接続の長さ（電気的長さ）が短縮され、それにより送信の振る舞いの変動が小さくなる。
・特に異なるレイヤ上の導波管フィルタについて、異なる導波管に同一のビアの穴部を用いることができる。これにより製造工程が単純化され、よって生産コストが下落する。加えて、ビア穴部の処理が複数の構成要素間で共有されるため、考慮されるべき処理の変動が小さくなることで生産の歩留まりが増加する。

ここで詳細に説明される液晶高分子（ＬＣＰ）は、本発明において用いることのできる材料の一例に過ぎない。液晶高分子は、パラオキシ安息香酸及び関連する高分子に基づく、部分的に結晶構造をとる芳香族ポリエステルの１つの種類である。液晶高分子は、液相においては高度に秩序だった構造の領域を形成することができる。典型的には、ＬＣＰは、高温における顕著な機械的性質、優れた化学的耐性、特有の難燃性、及び良好な耐候性を有する。液晶高分子は、焼結可能な高温から射出成型可能な合成物まで多様な形態をとして現れる。焼結は、材料を粒子が互いに接着するまで（融点下で）加熱することにより、物体を粉状体から生成する方法である。ＬＣＰは例外的に非活性である。ＬＣＰは、上昇した温度でほとんどの化学物質の存在下で応力亀裂に抵抗し、その化学物質には芳香族酸またはハロゲン化炭化水素、強酸、塩基、ケトン、及び他の攻撃性を持つ工業的物質が含まれる。沸騰水中における加水分解安定性は優秀である。当該高分子を劣化させる環境は、高温蒸気、濃硫酸、及び沸騰する腐食性材料である。

本発明に係る基板構造を備えたある実施形態を示している。 本発明に係る基板構造を備えた他の実施形態を示している。 本発明に係る基板構造を備えた他の実施形態を示している。 本発明に係る基板構造を備えた他の実施形態を示している。 本発明に係る基板構造を備えた他の実施形態を示している。

Claims (16)

1. 内部に電磁波を誘導するよう使用可能な基板集積構造（１）であって、前記基板集積構造（１）は１つの集積単位であり、それぞれ電磁波を誘導するよう使用可能な複数の基板集積導波管（５ａ、５ｂ、５ｃ）と、前記複数の基板集積導波管（５ａ、５ｂ、５ｃ）にそれぞれ接合され電磁波を受信及び／または放出するよう使用可能な複数の平面アンテナ（４ａ、４ｂ、４ｃ）とを備える、基板集積構造（１）。
2. 前記基板集積導波管（５ａ、５ｂ、５ｃ）は、ビア（１０ｃ）及びマイクロストリップ導体（２２ａ及び２２ｂ）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 少なくとも１つの前記基板集積導波管（５ａ、５ｂ、５ｃ）は、電磁波周波数フィルタ（９ａ、９ｂ、９ｃ）を備えることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 少なくとも１つの前記基板集積導波管（５ａ、５ｂ、５ｃ）は、少なくとも２つの前記基板集積導波管（５ａ、５ｂ、５ｃ）を相互接続するよう使用可能な相互接続を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
5. 前記相互接続は、マルチプレクサ（１７）を備えることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記基板集積構造（１）は、マルチレイヤ基板（１１）内に実装されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
7. 少なくとも２つの前記平面アンテナ（４ａ、４ｂ、４ｃ）は、それぞれ異なるレイヤに配置されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
8. 少なくとも２つの前記基板集積導波管（５ａ、５ｂ、５ｃ）は、それぞれ異なるレイヤに配置されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
9. 前記ビア（１０ｃ）の少なくとも一部は、同時に全ての基板集積導波管（５ａ、５ｂ、５ｃ）の一部であることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 少なくとも１つの前記平面アンテナ（４ａ、４ｂ、４ｃ）とそれぞれの前記基板集積導波管（５ａ、５ｂ、５ｃ）との間の接続は、マイクロストリップ線路（６ａ、６ｂ、６ｃ）を備えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
11. 前記基板集積導波管（５ａ、５ｂ、５ｃ）は、互いに平行であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。
12. 前記平面アンテナ（４ａ、４ｂ、４ｃ）は、互いに平行であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の装置。
13. 少なくとも１つの基板集積導波管は前記平面アンテナ（４ａ、４ｂ、４ｃ）の一方の側に配置され、少なくとも１つの基板集積導波管は前記平面アンテナ（４ａ、４ｂ、４ｃ）の他方の側に配置されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の装置。
14. 前記装置は複数のレイヤを備え、前記レイヤはそれぞれ構成要素を備え、各レイヤの構成要素及び／または各レイヤが形成されるのと同一のステップにおいて前記装置のレイヤを貫いてビアが形成されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の装置を製造する方法。
15. 前記装置は複数のレイヤを備え、前記レイヤはそれぞれ構成要素を備え、前記装置の他の全ての構成要素が生産された後に前記装置を貫いてビアが生産されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の装置を生産する方法。
16. ビアが少なくとも１つのレイヤを貫いて垂直に伸張することを特徴とする、請求項１５に記載の装置の生産方法。

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