JP2010206326A

JP2010206326A - 高周波基板、高周波基板を備える送信器、受信器、送受信器およびレーダ装置

Info

Publication number: JP2010206326A
Application number: JP2009047309A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Hayata; 和樹早田; Kentaro Miyasato; 健太郎宮里
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: JP5198327B2

Abstract

【課題】製造上の不具合に起因する伝送特性の劣化を抑えることができる高周波基板、高周波基板を備える送信器、受信器、送受信器およびレーダ装置を提供する。
【解決手段】積層型導波管線路５とストリップ配線８とを接続するための変換部６が設けられる第２誘電体基板１１の誘電体層の比誘電率を、積層型導波管線路５が設けられた第１誘電体基板１０の誘電体層の比誘電率よりも小さくする。誘電体層の比誘電率よりも小さくすることで、第２誘電体基板１１の表面に形成されるストリップ配線８を伝搬する高周波信号の波長を長くすることができ、ストリップ導体のパターニング精度が低く、パターン形状や寸法にばらつきが発生するような場合であっても、高周波信号の伝送特性の劣化を抑えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主としてマイクロ波帯またはミリ波帯で用いる高周波素子を実装するための高周波基板および高周波基板を備える送信器、受信器、送受信器およびレーダ装置に関する。

近年、携帯電話や無線ＬＡＮ（Local Area Network）に代表される無線通信技術の研究開発が盛んに行われている。無線通信の研究開発においては、光通信に代表されるＦＴＴＨ（Fiber to The Home）の伝送速度では１００Ｍｂｐｓ以上を達成しているものもある。

しかし、現在市販されている無線通信機器の伝送速度は、光通信のそれには及ばない。多くの無線通信機器では、マイクロ波が搬送波として利用されているが、マイクロ波ではデータ伝送速度が遅く、たとえば、ハイビジョン映像のデータ伝送において、画質劣化を抑えた大容量非圧縮映像データの伝送には向いていない。

そこで、マイクロ波よりも高い周波数の電磁波、たとえば２０ＧＨｚ以上の準ミリ波およびミリ波を利用する無線通信が、大容量のデータを伝送するための手段として、以前から注目され、研究開発が進められている。

特に６０ＧＨｚ帯では、世界共通で、広い帯域が無線通信向けに割り当てられており、このような６０ＧＨｚ帯の電磁波を利用する無線通信は、現在実用化され、光ファイバ通信に代えて、事業所間通信などに用いられ、普及しつつある。また、自動車の安全運転をサポートするものとして、ミリ波帯の電磁波を用いたレーダシステムが一般の乗用車に搭載されるようにもなっている。

これらの無線通信システムや、レーダシステムを実現するために、ミリ波信号を処理するデバイスや、ミリ波回路の研究開発が進められている。ミリ波回路の伝送線路として代表的なのは、マイクロストリップ線路やコプレーナ線路、積層型導波管線路である。これらの中で最もミリ波帯の伝送損失が低く、かつ放射が無く、広帯域であるのが積層型導波管線路である。

したがって、ミリ波回路の配線設計においては、積層型導波管線路を利用することが損失を抑える観点から最も好ましく、半導体素子に接続されたマイクロストリップ線路や半導体素子に接続されたコプレーナ線路などの高周波伝送配線路から変換されたマイクロストリップ線路を積層型導波管線路に接続させる変換構造が知られている。

特許文献１記載の変換器は、誘電体基板と、地導体パターンと、ストリップ導体パターンと、ストリップ導体パターンに連続して形成された導波管上壁用導体パターンと、地導体パターンと導波管上壁用導体パターンとを接続する接続用導体とを備え、誘電体基板と、地導体パターンと、ストリップ導体パターンとでマイクロストリップ線路を構成し、誘電体基板と、導波管上壁用導体パターンと、地導体パターンと、接続用導体とで誘電体導波管を構成している。

この変換器によって、マイクロストリップ線路と導波管とをリッジやプローブを用いずに接続することができ、接続用導体であるヴィアの配置を調整することで、導波管のインピーダンスを調整して、大きな反射を生じることなく高周波信号を伝搬させることができるようになっている。

また、高周波信号処理用の半導体素子とマイクロストリップ線路などの伝送線路との接続には、ボンディングワイヤを用いる。ミリ波などの高周波領域では、ボンディングワイヤの持つインダクタンス成分により伝送特性に影響が生じるため、伝送線路側に整合回路を設けて伝送特性を向上させている。

特開２００２−２０８８０６号公報

しかしながら、特許文献１記載の変換器では、各導体パターンの寸法、形状および接続用導体の配置位置などにより高周波信号の伝送特性が大きく影響を受ける。誘電体基板の積層ずれが生じたり、パターニング精度が低いことによって導体パターンの寸法、形状の変動が生じたりすると変換器において高周波信号の反射などが起きて伝送特性が劣化してしまう。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、製造上の不具合に起因する伝送特性の劣化を抑えることができる高周波基板、高周波基板を備える送信器、受信器、送受信器およびレーダ装置を提供することである。

本発明は、第１誘電体層と、前記第１誘電体層を挟む一対の主導体層と、前記一対の主導体層を電気的に接続するビアホール導体群とを有する第１誘電体基板であって、前記第１誘電体層の、前記主導体層と前記ビアホール導体群とで囲まれた領域に高周波信号を伝搬する積層型導波管線路が設けられた第１誘電体基板と、
前記第１誘電体基板に積層される第２誘電体基板であって、前記第１誘電体層の比誘電率よりも小さい比誘電率を有する第２誘電体層と、前記第２誘電体層表面に形成される高周波伝送線路導体と、前記高周波伝送線路導体と前記積層型導波管線路とを電磁結合させるための変換部とを有する第２誘電体基板とを備えることを特徴とする高周波基板である。

また本発明は、上記の高周波基板と、
前記高周波基板の前記第２誘電体層表面に実装され、前記高周波伝送線路導体に接続された、高周波信号を出力する送信素子と、
前記第１誘電体基板の前記第２誘電体基板が積層される側とは反対側に接合されるアンテナ基板であって、前記積層型導波管線路に接続された、前記高周波信号を放射するアンテナを含むアンテナ基板とを備えることを特徴とする送信器である。

また本発明は、上記の高周波基板と、
前記高周波基板の前記第２誘電体層表面に実装され、前記高周波伝送線路導体に接続された、高周波信号が入力される受信素子と、
前記第１誘電体基板の前記第２誘電体基板が積層される側とは反対側に接合されるアンテナ基板であって、前記積層型導波管線路に接続された、前記高周波信号を捕捉するアンテナを含むアンテナ基板とを備えることを特徴とする受信器である。

また本発明は、上記の高周波基板と、
前記高周波基板の前記第２誘電体層表面に実装され、前記高周波伝送線路導体に接続された、高周波信号を出力する送信素子と、
前記送信素子で出力された高周波信号を分岐する分岐器と、
前記積層型導波管線路に接続され、前記分岐器で分岐された一方の前記高周波信号を放射する送信アンテナと、
前記積層型導波管線路に接続され、高周波信号を捕捉する受信アンテナと、
前記分岐器で分岐された他方の前記高周波信号と前記受信アンテナで捕捉された前記高周波信号とを混合して中間周波信号を出力するミキサとを含むことを特徴とする送受信器である。

また本発明は、上記の送受信器と、
前記ミキサからの中間周波信号に基づいて、探知対象物との距離または相対速度を少なくとも検出する検出器とを含むことを特徴とするレーダ装置である。

本発明によれば、第２誘電体層表面に形成される高周波伝送線路導体と、第１誘電体基板に設けられる積層型導波管線路とを、変換部により電磁的に結合させ、高周波伝送線路導体の伝送モードである準ＴＥＭモードと、積層型導波管線路の伝送モードであるＴＥモードとを変換することで、高周波信号の伝送方向に対して効率的に電磁結合が行われる。これにより、極めて反射の小さい結合が可能となり、広帯域な伝送特性を実現する。

変換部が設けられる第２誘電体基板の第２誘電体層は、前記第１誘電体層の比誘電率よりも小さい比誘電率を有するので、第２誘電体層表面に形成される高周波伝送線路導体を伝搬する高周波信号の波長を長くすることができる。

これにより、高周波伝送線路導体のパターニング精度が低く、パターン形状や寸法にばらつきが発生するような場合であっても、誘電体層中を伝播する高周波信号の管内波長に対する寸法公差の変動量が小さくなるため、所望の高周波信号の伝送特性の劣化を抑えることができる。

また本発明の送信器、受信器および送受信器によれば、上記の高周波基板に対して、第２誘電体基板に送信素子、受信素子、分岐器などを実装し、第１誘電体基板に送受信用のアンテナなどを接合することで、送信素子で処理された高周波信号をアンテナに伝送して放射させたり、アンテナで捕捉した高周波信号を、受信素子に伝送する場合に、高周波信号の伝送特性の劣化が抑えられるので、小型でかつ良好な送受信性能を実現できる。

また本発明のレーダ装置によれば、高周波信号の伝送特性の劣化が抑えられた送受信器を用いることで、検出精度が高いレーダ装置を実現できる。

本発明の実施の一形態である高周波基板１を備えるアンテナモジュール２の構成を示す概略図である。積層型導波管線路５および変換部６の接続部分の拡大図である。誘電体層３１，３２，３３，３４を層ごとに展開し、高周波基板１の一表面側から見た平面図である。本発明の他の実施形態である高周波基板７０を備えるアンテナモジュール７１の構成を示す概略図である。

図１は、本発明の実施の一形態である高周波基板１を備えるアンテナモジュール２の構成を示す概略図である。

アンテナモジュール２は、高周波基板１とアンテナ基板３を含み、高周波基板１の表面には、高周波信号処理用の集積回路としてＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）４が実装される。

高周波基板１は、ＭＭＩＣ４などの高周波半導体デバイス同士の接続、および送受信用のアンテナ基板３との接続において、積層型導波管線路５および積層型導波管線路への変換部６を用いている。また、ＭＭＩＣ４と積層型導波管線路５への変換部６とは、ボンディングワイヤ７とマイクロストリップ線路８とを介して接続しているが、その間にスタブなどの整合回路を設けてもよい。また、ＭＭＩＣ４と変換部６との接続をワイヤボンディングではなく、金属バンプやはんだボールなどによるフリップチップ接続で実現してもよい。

高周波基板１の、ＭＭＩＣ４が実装されている実装面１ａとは反対の面１ｂにおいて、高周波基板１は、アンテナ基板３に接合される。

高周波基板１とアンテナ基板３とは、高周波基板１に設けられた積層型導波管線路５の接続ポート５ａと、アンテナ基板３に設けられた導波管９の一方端９ａにより電磁結合される。アンテナ基板３に設けられた導波管９は、アンテナ基板３を厚み方向に貫通する貫通孔による中空導波管で実現される。導波管９の他方端９ｂは、アンテナ基板３の裏面に解放される開口であり、この開口がスロットアンテナとして開口寸法に応じた周波数の高周波を放射または受信する。

ＭＭＩＣ４が送信用ＭＭＩＣの場合、アンテナモジュール２は、送信器として機能する。送信用のＭＭＩＣ４から出力されてボンディングワイヤ７および変換部６を経て積層型導波管線路５を伝送した高周波信号は、接続ポート５ａに至る。接続ポート５ａから出力された高周波信号は、アンテナ基板３の導波管９を伝送し、他方端９ｂのスロットアンテナから放射される。

ＭＭＩＣ４が受信用ＭＭＩＣの場合、アンテナモジュール２は、受信器として機能する。導波管９の他方端９ｂのスロットアンテナで受信した高周波信号は、アンテナ基板３の導波管９を伝送し、接続ポート５ａを介して積層型導波管線路５を伝送する。積層型導波管線路５を伝送した高周波信号は、変換部およびボンディングワイヤ７を経てＭＭＩＣ４に入力される。

ＭＭＩＣ４が送受信用ＭＭＩＣの場合、アンテナモジュール２は、送受信器として機能する。送信信号および受信信号としての高周波信号は、上記の送信器および受信器と同様に高周波基板１に設けられた積層型導波管線路５およびアンテナ基板３に設けられた導波管９を伝送する。

本発明の特徴は、高周波基板１が、第１誘電体基板１０と第２誘電体基板１１とで構成され、これらの誘電体基板を構成するそれぞれの誘電体の比誘電率が異なっていることである。

第１誘電体基板１０は、積層型導波管線路５が設けられ、アンテナ基板３との接続ポート５ａを有する。第２誘電体基板１１は、ＭＭＩＣ４の実装面１ａを有し、積層型導波管線路５と接続するための変換部６が設けられる。

積層型導波管線路５は、誘電体層が２つの導体層とこれらを電気的に接続するビアホール導体群とで囲まれるように構成され、高周波信号を伝送させるための線路のうち、誘電体（導波管）に高周波信号を伝送させるものである。

積層型導波管線路５の一方端は、上記のようにアンテナ基板３との接続ポート５ａであり、他方端は、変換部６との接続部５ｂである。

変換部６は、実装面１ａに設けられる変換導体１２と、変換導体１２が形成される部分の誘電体と、変換導体１２と接続し、誘電体を厚み方向に貫通する貫通導体と、実装面１ａとは反対の面１ｂに設けられ、貫通導体と接続する接地導体とで構成される。接地導体には、開口が設けられ、この開口と積層型導波管線路５の接続部５ｂとが接続する。

本発明の高周波基板１では、実装面１ａを有し、変換部６が設けられる第２誘電体基板１１を構成する誘電体の比誘電率を、積層型導波管線路５が設けられる第１誘電体基板１０を構成する誘電体の比誘電率よりも小さくしている。

誘電体の比誘電率を小さくすることで、第２誘電体基板１１の実装面１ａに設けられるマイクロストリップ線路８や整合回路などの平面配線中を伝搬する高周波信号の波長を長くすることができる。

これにより、平面配線のパターニング精度が低く、配線形状や寸法にばらつきが発生するような場合であっても、誘電体層中を伝播する高周波信号の管内波長に対する寸法公差の変動量が低くなるため、所望の高周波信号の伝送特性の劣化を抑えることができる。また、半導体素子と平面回路を接続するボンディングワイヤとを整合させる整合回路を設けた場合に、整合回路の伝送特性の劣化を抑えられる。

積層型導波管線路５および変換部６について詳細に説明する。
図２は、積層型導波管線路５および変換部６の接続部分の拡大図である。図２（ａ）は、平面図を示し、図２（ｂ）は層方向から見た透視図を示し、図３（ｃ）は断面図を示す。

高周波基板１は、第１誘電体基板１０と第２誘電体基板１１とで構成されるが、これらの誘電体基板は、１または複数の誘電体層が積層され、これらの誘電体層間に導体層が設けられ内層配線が形成される。

たとえば、本実施形態では、第２誘電体基板１１は、１層の誘電体層３１を有し、第１誘電体基板１０は、３層の誘電体層３２，３３，３４を有し、これらが、高周波基板１のＭＭＩＣが実装された表面側からこの順に積層される。第２誘電体層である誘電体層３１の比誘電率が、第１誘電体層である誘電体層３２，３３，３４の比誘電率よりも小さくなるように、誘電体層３１と誘電体層３２，３３，３４とでは、用いる材質などが異なっている。

高周波基板１には、第２誘電体基板１１の実装面１ａを含む誘電体層３１と、誘電体層３１に形成されるマイクロストリップ線路８と、第１誘電体基板１０の誘電体層のうち、誘電体層３１に隣接する誘電体層３２を含んで形成され、マイクロストリップ線路８と変換部６を介して接続する第１の積層型導波管副線路部２１と、第１誘電体基板１０の誘電体層のうち、誘電体層３１，３２，３３を含んで形成され、第１の積層型導波管副線路部２１と接続する第２の積層型導波管副線路部２２と、第１誘電体基板１０の誘電体層のうち、誘電体層３１，３２，３３，３４を含んで形成され、第２の積層型導波管副線路部２２と接続する第３の積層型導波管副線路部２３と、第１誘電体基板１０の誘電体層のうち、誘電体層３３，３４を含んで形成され、第３の積層型導波管副線路部２３と接続する積層型導波管主線路部２４とが形成される。第１の積層型導波管副線路部２１、第２の積層型導波管副線路部２２および第３の積層型導波管副線路部２３は、マイクロストリップ線路８と積層型導波管主線路部２４とを低損失で接続するためのものであり、積層型導波管主線路部２４からマイクロストリップ線路８に近づくにつれ、下側主導体層が変換導体１２に近づくように構成されている。

マイクロストリップ線路８は、第２誘電体基板１１を構成する誘電体層３１を厚み方向に挟んで対向するストリップ導体８ａとグランド（接地）導体８ｂとで構成される。

マイクロストリップ線路８と積層型導波管線路５との接続部分を構成し、第２誘電体基板１１の表面に設けられる変換導体１２は、第１の積層型導波管副線路部２１、第２の積層型導波管副線路部２２、積層型導波管主線路部２３のそれぞれの主導体層のうち、高周波基板１の表面に設けられる上側主導体層２１１，２２１，２３１で構成され、これら上側主導体層２１１，２２１，２３１が一体的に形成されたものである。

変換導体１２の信号伝送方向に対する幅方向寸法Ｗは、主導体層の幅方向寸法と同一であり、伝送させる高周波信号の周波数などによって適宜設定すればよく、また、幅寸法は伝送させる高周波信号の遮断周波数を考慮して設定される。たとえば、伝送させる高周波信号の周波数が７６．５ＧＨｚのときはＷ＝１．１５ｍｍであり、遮断周波数は約４３ＧＨｚで設定される。

また、下側主導体層２１２，２２２，２３２の信号伝送方向端部は、伝送信号の波長λの１／４ずつ信号伝送方向にずれて設けられる。変換導体１２の信号伝送方向に平行な長さ方向寸法Ｌは、平面視したときに下側主導体層２１２，２２２，２３２を覆うように３λ／４に設定される。たとえば、伝送させる高周波信号の周波数が７０〜８５ＧＨｚのときはＬ＝０．９ｍｍである。

変換導体１２の上記幅方向寸法Ｗおよび長さ方向寸法Ｌは、変換部６として最小限必要な寸法であって、変換導体１２は、幅方向寸法が両側に大きくなるように形成されてもよく、長さ方向寸法がストリップ導体８ａとの接続部分とは反対側に向かって延びるように形成されてもよい。

積層型導波管線路５および変換部６は、上記のような一対の導体層（上側主導体層および下側主導体層）とともにビアホール導体群４１，４２を含んで構成される。

ビアホール導体群４１，４２は、積層型導波管線路５および変換部６を伝送する高周波信号の遮断波長以下の間隔（たとえば、伝送する高周波信号の波長の２分の１未満の間隔）で信号伝送方向に沿って配列し、積層型導波管線路５においては電気的な側壁を形成し、この側壁と一対の導体層によって積層型導波管が構成される。

側壁形成用のビアホール導体群４１，４２において、隣り合うビアホール導体の間隔が伝送する高周波信号の遮断波長よりも大きいと、この積層型導波管線路に給電された電磁波はビアホール導体とビアホール導体との隙間から漏れてしまい、側壁と一対の主導体層によって形成される積層型導波管に沿って伝搬しなくなってしまう。これに対し、側壁形成用ビアホール導体群４１，４２において、隣り合うビアホール導体の間隔が遮断波長以下であると、電磁波はビアホール導体とビアホール導体との隙間から漏れることなく反射しながら積層型導波管線路５の信号伝送方向に伝搬される。

なお、側壁形成用ビアホール導体群４１，４２を構成するビアホール導体は、隣り合うビアホール導体の間隔が、一定間隔に設けられることが好ましいが、少なくとも伝送する信号の遮断波長以下の間隔であれば良く、その範囲内で適宜設定することができる。

また、積層型導波管線路５を形成する２列の側壁形成用ビアホール導体群４１，４２の外側にさらに側壁形成用ビアホール導体群を設けて、側壁形成用ビアホール導体群による疑似的な側壁を、伝送方向に対する幅方向に２重、３重に形成することにより、電磁波の漏れをより効果的に防止することができる。

図３を参照して誘電体層毎に具体的に説明する。図３（ａ）〜図３（ｄ）は、誘電体層３１，３２，３３，３４を層ごとに展開し、高周波基板１の一表面側から見た平面図である。図３（ｅ）は、誘電体層３４を他表面側から見た平面図である。

図３（ａ）に示すように、第２誘電体基板１１を構成する誘電体層３１の一表面には、ストリップ導体８ａと、これに接続される上側主導体層２１１，２２１，２３１（変換導体１２）が形成される。また、誘電体層３１の内部には、貫通導体として２列の側壁形成用ビアホール導体群４１，４２が形成される。

さらに、変換導体１２の端部と積層型導波管主線路部２４の端部とは一表面側から見たときに重なるように配置されており、図３（ａ）には、この変換導体１２の端部と積層型導波管主線路部２４端部とを電気的に接続するビアホール導体からなる境界壁形成用ビアホール導体群４３が、信号伝送方向とは垂直な方向に伝送信号の遮断波長以下の間隔で誘電体層３１内部に配置され、この境界からの高周波信号の漏れを防止する。なお、境界壁形成用ビアホール導体群４３における両端の２本のビアホール導体は、側壁形成用ビアホール導体群４１，４２と共有される。

図３（ｂ）に示すように、第１誘電体基板１０を構成する誘電体層３２の表面には、マイクロストリップ線路８を構成するグランド導体８ｂ、副導体層５１が一体的に形成される。また、誘電体層３２の内部には、２列の側壁形成用ビアホール導体群４１，４２が形成される。

さらに、グランド導体８ｂの端部と下側主導体層２１２の端部とは一表面側から見たときに重なるように配置されており、グランド導体８ｂ端部と下側主導体層２１２端部とを電気的に接続するビアホール導体からなる境界壁形成用ビアホール導体群４３が、信号伝送方向とは垂直な方向に信号の遮断波長以下の間隔で配列され、この境界からの高周波信号の漏れを防止するように境界壁を形成している。なお、このビアホール導体群４３の配列における両端の２本のビアホール導体は、側壁形成用ビアホール導体群４１，４２と共有している。

図３（ｃ）に示すように、第１誘電体基板１０を構成する誘電体層３３の表面には、下側主導体層２１２、副導体層５２、積層型導波管主線路部２４を構成する上側主導体層６１が電気的に接続されて一体的に形成されている。また、誘電体層３３の内部には、２列の側壁形成用ビアホール導体群４１，４２が形成される。

さらに、下側主導体層２１２の端部と下側主導体層２２２の端部とは一表面側から見たときに重なるように配置されており、下側主導体層２１２端部と下側主導体層２２２端部とを電気的に接続するビアホール導体からなる境界壁形成用ビアホール導体群４３が、信号伝送方向とは垂直な方向に信号の遮断波長以下の間隔で配列され、この境界からの高周波信号の漏れを防止するように境界壁を形成している。なお、このビアホール導体群４３の配列における両端の２本のビアホール導体は、側壁形成用ビアホール導体群４１，４２と共有している。

図３（ｄ）に示すように、第１誘電体基板１０を構成する誘電体層３４の表面には、下側主導体層２２２、副導体層５３が形成される。また、誘電体層３４の内部には、２列の側壁形成用ビアホール導体群４１，４２が形成される。

さらに、下側主導体層２２２の端部と下側主導体層２３２の端部とは一表面側から見たときに重なるように配置されており、下側主導体層２２２端部と下側主導体層２３２端部とを電気的に接続するビアホール導体からなる境界壁形成用ビアホール導体群４３が、信号伝送方向とは垂直な方向に信号の遮断波長以下の間隔で配列され、この境界からの高周波信号の漏れを防止するように境界壁を形成している。なお、このビアホール導体群４３の配列における両端の２本のビアホール導体は、側壁形成用ビアホール導体群４１，４２と共有している。

図３（ｅ）に示すように、誘電体層３４の裏面には、下側主導体層２３２、積層型導波管主線路部２４を構成する下側主導体層６２が形成される。なお、図３（ｅ）には示していないが、下側主導体層２３２の端部には、図３（ｄ）に示す境界壁形成用ビアホール導体群４３が接続されている。また、積層型導波管主線路部２４を構成する下側主導体層６２には、図３（ｄ）に示す側壁形成用ビアホール導体群４１，４２が接続されている。

さらに、第１誘電体基板１０のように積層型導波管線路を構成する誘電体層が複数層からなる場合は、誘電体層間に主導体層と平行に副導体層を設けることが好ましい。副導体層は、同じ列に属し、同じ誘電体層を貫通する各ビアホール導体群を、列ごとにそれぞれ個別に電気的に接続し、ビアホール導体群の配列方向に延びる帯状の導体層である。

このような副導体層は、図３における導体層５１，５２，５３が、これに相当し、ビアホール導体群と副導体層とによって、格子状に形成された側壁が得られ、様々な方向の電磁波漏れを遮蔽することができる。また、副導体層は、ビアホール導体の大きなランドとしても機能し、積層ずれによって生じるビアホール導体の厚み方向の接続不良を抑制することができる。ビアホール導体の厚み方向の接続不良が生じると、接続不良部分で電磁波の漏れが発生しやすくなり、伝送損失が大きくなってしまうが、副導体層を設けることでこれを防止することができる。

このような変換部６の構成とすることで、ＭＭＩＣ４から出力された高周波信号またはＭＭＩＣ４に入力される高周波信号の伝送モードは、マイクロストリップ線路８の伝送モードである準ＴＥＭモードと、積層型導波管線路５の伝送モードであるＴＥモードとが互いに変換され、広帯域、低損失の信号伝送を実現できる。

上記のように、変換部６が設けられる第２誘電体基板１１を構成する誘電体の比誘電率が、積層型導波管線路５が設けられる第１誘電体基板１０を構成する誘電体の比誘電率よりも小さくなるのであれば、誘電体の材質は問わない。好ましくは、第２誘電体基板１１を構成する誘電体の比誘電率が、第１誘電体基板１０を構成する誘電体の比誘電率の３／４倍以下、より好ましくは、１／２倍以下であるのがよい。これにより、高周波信号の伝送特性の劣化を有効に抑えることができる。

第１誘電体基板１０および第２誘電体基板１１を構成する誘電体としては、アルミナ、窒化アルミニウム、ガラスセラミックスなどのセラミックス材料、ポリイミド、ガラスエポキシ、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、液晶ポリマー、フッ素樹脂、フッ素ガラス樹脂などの有機材料を用いることができる。

第１誘電体基板１０および第２誘電体基板１１を構成する誘電体が、いずれもセラミックス材料である場合は、たとえば、第１誘電体基板１０を構成する誘電体として比誘電率が９〜１０程度のアルミナを用い、第２誘電体基板１１を構成する誘電体として比誘電率が２〜４程度のガラスセラミックスを用いることが好ましい。

第１誘電体基板１０および第２誘電体基板１１を構成する誘電体が、いずれもセラミックス材料である場合は、以下のように高周波基板１を製造することができる。

第１誘電体基板１０用に、アルミナ質セラミックスの原料粉末に適当な有機溶剤・溶媒を添加混合して泥漿状になすとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用してシート状となすことによって複数枚のセラミックグリーンシートを得、第２誘電体基板１１用に、ガラスセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤・溶媒を添加混合してセラミックグリーンシートを得る。

その後、これらセラミックグリーンシートの各々に適当な打ち抜き加工を施すとともに、導体ペーストをビアホールへ充填し、配線パターン、ベタパターンを印刷したものを積層し、焼成することによって、第１誘電体基板１０および第２誘電体基板１１、すなわち高周波基板１が製造される。

また、ストリップ導体、グランド導体および一対の主導体層としては、たとえば誘電体層がアルミナ質セラミックスからなる場合には、タングステン・モリブデンなどの金属粉末に適当なアルミナ・シリカ・マグネシア等の酸化物や有機溶剤・溶媒等を添加混合した導体ペーストを厚膜印刷法によりセラミックグリーンシート上に印刷し、しかる後、約１６００℃の高温で同時焼成し、厚み１０〜１５μｍ以上となるようにして形成する。なお、金属粉末としては、ガラスセラミックスの場合は銅・金・銀が、アルミナ質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスの場合はタングステン・モリブデンが好適である。また、主導体層の厚みは５〜５０μｍ程度である。

このように、第１誘電体基板１０および第２誘電体基板１１を構成する誘電体として異なる種類の材質を用いる場合、それぞれの焼結温度が異なることになる。

ガラスセラミックスの場合は、焼結温度が８５０〜１０００℃であり、アルミナの場合は１５００〜１７００℃あるので、まず、グリーンシートの積層体を、ガラスセラミックスの焼結温度で焼成する。このとき、アルミナのグリーンシートは、焼結しないので収縮が起こらず、ガラスセラミックスが焼結するときにアルミナのグリーンシートによってガラスセラミックスの収縮が抑制される。これにより、ガラスセラミックスの拘束焼成が可能となる。

さらに、ガラスセラミックスの焼結後、アルミナの焼結温度で焼成する。このとき、ガラスセラミックスはすでに焼結されているので、アルミナの焼結時にガラスセラミックスの収縮は起こらない。したがって、アルミナが焼結するときにガラスセラミックスによってアルミナの収縮が抑制される。これにより、アルミナの拘束焼成が可能となる。

以上のように、別途、拘束焼成用の治具などを使用することなく、拘束焼成が可能であり、高い寸法精度で高周波基板１を製造することができる。

また、第１誘電体基板１０を構成する誘電体が、セラミックス材料であり、第２誘電体基板１１を構成する誘電体が、樹脂材料である場合は、たとえば、第１誘電体基板１０を構成する誘電体として比誘電率が９〜１０程度のアルミナを用い、第２誘電体基板１１を構成する誘電体として比誘電率が２〜４程度のポリイミド、ガラスエポキシ、ＰＴＦＥ、液晶ポリマー、フッ素樹脂、フッ素ガラス樹脂を用いることが好ましい。

このような構成の場合は、第１誘電体基板１０と、第２誘電体基板１１とを個別に製造し、導電性接着剤などで貼り合わせることで高周波基板１を製造することができる。

積層型導波管線路５と変換部６との間のずれが、伝送特性には大きな影響を与えるので、第１誘電体基板１０と、第２誘電体基板１１とを個別に製造することで、これらの貼り合わせ工程を、画像認識技術などを適用して高精度することができ、積層型導波管線路５と変換部６との間のずれを抑制することができる。

さらに、第２誘電体基板１１にＭＭＩＣ４を予め実装したのち、ＭＭＩＣ４実装済みの第２誘電体基板１１と、第１誘電体基板１０とを貼り合わせることもできる。

図４は、本発明の他の実施形態である高周波基板７０を備えるアンテナモジュール７１の構成を示す概略図である。

本実施形態のアンテナモジュール７１と、図１に示したアンテナモジュール２との構成の違いは、本実施形態では、ＭＭＩＣ４の保護キャップ７２を備えること、第２誘電体基板７３が、保護キャップ７２の内部空間に収まる程度の大きさに設けられることである。

なお、図１に示したアンテナモジュール２と同じ構成については、同じ参照符号を付し、説明は省略する。

保護キャップ７２を設ける目的は、外部からの不要電磁波が信号線路に結合して信号にノイズが混入することを防ぐとともに、外部へ電磁波を放射することにより、他の機器に悪影響を及ぼすことを防止するものである。保護キャップ７２は、アルミニウムなどの金属からなる金属筐体によって形成するのが好ましい。保護キャップ７２を金属筐体とすることによって、電磁波の遮蔽性が高く、放熱性がよくなる。また、金属筐体に限らず、樹脂筐体やセラミックス筐体の内面に金属めっきや金属メタライズを施したものでもよい。

ＭＭＩＣ４を駆動させるためのバイアス配線７４は第１誘電体基板１０に内部に形成され、第２誘電体基板７３の裏面の接続パッドに接続される。

また本発明の他の実施形態として、高周波基板１を備える送受信器およびレーダ装置が実現可能である。

送受信器は、高周波基板１と、第２誘電体基板１１に実装される送信用のＭＭＩＣ４と、ＭＭＩＣ４から出力された高周波信号を分岐する分岐器と、アンテナ基板３に設けられる送信アンテナで、積層型導波管線路５に接続され、分岐器で分岐された一方の高周波信号を放射する送信アンテナと、積層型導波管線路５に接続され、アンテナ基板３に設けられる、高周波信号を捕捉する受信アンテナと、分岐器で分岐された他方の高周波信号と受信アンテナで捕捉された高周波信号とを混合して中間周波信号を出力するミキサとを含む。

また、レーダ装置は、上記の送受信器と、ミキサからの中間周波信号に基づいて、探知対象物との距離または相対速度を少なくとも検出する検出器とを含む。

本発明の送受信器は、高周波基板１を用いることにより、高周波信号の伝送特性の劣化が抑えられるので、小型でかつ良好な送受信性能を実現できる。

また本発明のレーダ装置は、高周波信号の伝送特性の劣化が抑えられた送受信器を用いることで、検出精度を向上させることができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではない。高周波伝送線路導体と積層型導波管線路とを電磁結合させるための変換部６は、上記構造に限らず、公知の高周波伝送線路導体と積層型導波管線路との接続構造が適用できる。

１高周波基板
２アンテナモジュール
３アンテナ基板
４ＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）
５積層型導波管線路
６変換部
１０第１誘電体基板
１１第２誘電体基板

Claims

第１誘電体層と、前記第１誘電体層を挟む一対の主導体層と、前記一対の主導体層を電気的に接続するビアホール導体群とを有する第１誘電体基板であって、前記第１誘電体層の、前記主導体層と前記ビアホール導体群とで囲まれた領域に高周波信号を伝搬する積層型導波管線路が設けられた第１誘電体基板と、
前記第１誘電体基板に積層される第２誘電体基板であって、前記第１誘電体層の比誘電率よりも小さい比誘電率を有する第２誘電体層と、前記第２誘電体層表面に形成される高周波伝送線路導体と、前記高周波伝送線路導体と前記積層型導波管線路とを電磁結合させるための変換部とを有する第２誘電体基板とを備えることを特徴とする高周波基板。
前記高周波伝送線路導体は、ストリップ線路を構成するストリップ導体であり、
前記変換部は、前記第２誘電体層表面に形成され、前記ストリップ導体に電気的に接続される変換導体を含むことを特徴とする請求項１記載の高周波基板。
請求項１または２記載の高周波基板と、
前記高周波基板の前記第２誘電体層表面に実装され、前記高周波伝送線路導体に接続された、高周波信号を出力する送信素子と、
前記第１誘電体基板の前記第２誘電体基板が積層される側とは反対側に接合されるアンテナ基板であって、前記積層型導波管線路に接続された、前記高周波信号を放射するアンテナを含むアンテナ基板とを備えることを特徴とする送信器。
請求項１または２記載の高周波基板と、
前記高周波基板の前記第２誘電体層表面に実装され、前記高周波伝送線路導体に接続された、高周波信号が入力される受信素子と、
前記第１誘電体基板の前記第２誘電体基板が積層される側とは反対側に接合されるアンテナ基板であって、前記積層型導波管線路に接続された、前記高周波信号を捕捉するアンテナを含むアンテナ基板とを備えることを特徴とする受信器。
請求項１または２記載の高周波基板と、
前記高周波基板の前記第２誘電体層表面に実装され、前記高周波伝送線路導体に接続された、高周波信号を出力する送信素子と、
前記送信素子で出力された高周波信号を分岐する分岐器と、
前記積層型導波管線路に接続され、前記分岐器で分岐された一方の前記高周波信号を放射する送信アンテナと、
前記積層型導波管線路に接続され、高周波信号を捕捉する受信アンテナと、
前記分岐器で分岐された他方の前記高周波信号と前記受信アンテナで捕捉された前記高周波信号とを混合して中間周波信号を出力するミキサとを含むことを特徴とする送受信器。
請求項６記載の送受信器と、
前記ミキサからの中間周波信号に基づいて、探知対象物との距離または相対速度を少なくとも検出する検出器とを含むことを特徴とするレーダ装置。