JP2014075682A - Substrate integrated antenna module - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、高周波デバイスを含む高周波回路およびこれに付随する回路が実装された誘電体基板と一体的に構成されたアンテナ装置(以下、基板一体型アンテナモジュールと呼称)に関する。 The present invention relates to a high-frequency circuit including a high-frequency device and an antenna device (hereinafter referred to as a substrate-integrated antenna module) configured integrally with a dielectric substrate on which a circuit associated therewith is mounted.
近年、天候や昼夜に左右されないマイクロ波やミリ波などの電波を応用した車載レーダのアプリケーションシステム(以下、単にアプリケーションと呼称)が、次々と実用化されている。
このような車載電波レーダに用いられるアンテナとしては、誘電体基板上にマイクロストリップパッチアンテナ(以下、単に、パッチアンテナと呼称)素子を複数配置し、アレー状に配列したアレーアンテナを構成することにより、アンテナとしての高利得化、およびビームパターンの成形が実現される。
一方で、前記車載レーダを普及価格帯の自動車に搭載させ得るためには、レーダ装置、ひいてはアンテナ装置自体の低コスト化が要求される。
このため、前記パッチアレーアンテナが形成される誘電体基板と同一の基板上に、前記パッチアレーアンテナ素子に対して電波を送信あるいは受信するための高周波デバイス、およびアンテナへの給電回路、さらには信号処理回路や電源回路までもが実装されることにより、部品個数の削減と、それに伴う低コスト化が達成される。
In recent years, in-vehicle radar application systems (hereinafter simply referred to as applications) that apply radio waves such as microwaves and millimeter waves, which are not affected by the weather or day and night, have been put into practical use one after another.
As an antenna used in such an on-vehicle radio wave radar, an array antenna is arranged by arranging a plurality of microstrip patch antenna (hereinafter simply referred to as patch antenna) elements on a dielectric substrate. High gain as an antenna and shaping of a beam pattern are realized.
On the other hand, in order to be able to mount the on-vehicle radar in an automobile in a popular price range, it is required to reduce the cost of the radar device, and thus the antenna device itself.
Therefore, on the same substrate as the dielectric substrate on which the patch array antenna is formed, a high-frequency device for transmitting or receiving radio waves to the patch array antenna element, a power feeding circuit to the antenna, and a signal Since the processing circuit and the power supply circuit are also mounted, the number of parts can be reduced and the cost can be reduced accordingly.
ここで、パッチアレーアンテナは、前記高周波デバイスおよび高周波回路から発振された電力が、マイクロストリップ線路などの給電線路によって分配され、パッチアレーアンテナを構成する各パッチ素子へと給電されることによって、アレーアンテナとしての性能を発揮することになる。
ただし、パッチアレーアンテナと高周波デバイスや高周波デバイスに付随する高周波回路を、パッチアレーアンテナと同一の誘電体基板に混載させる場合においては、パッチアレーアンテナが本来必要する放射パターンの他に、給電線路の屈曲(ベンド)部やスタブなどの整合回路、分配に必要な分岐回路などのインピーダンス不連続部、さらには、ボンディングワイヤやBGA(Ball Grid Array)など、高周波デバイスと基板線路との接続部から空間に対して不要な放射がなされる。
Here, in the patch array antenna, the power oscillated from the high-frequency device and the high-frequency circuit is distributed by a feed line such as a microstrip line, and is fed to each patch element constituting the patch array antenna. The performance as an antenna will be demonstrated.
However, when a patch array antenna and a high-frequency device or a high-frequency circuit associated with a high-frequency device are mixedly mounted on the same dielectric substrate as the patch array antenna, in addition to the radiation pattern originally required for the patch array antenna, Matching circuits such as bends and stubs, impedance discontinuities such as branch circuits necessary for distribution, and bonding wires and BGA (Ball Grid Array) and other spaces from the connection between high-frequency devices and substrate lines Unnecessary radiation is made.
そのため、前記不要放射が、前記したパッチアレーアンテナによる本来必要な放射パターンに干渉し、結果として放射パターン(振幅、位相)が乱され、ひいては、「アンテナ利得の低下」や「サイドローブレベルの上昇などのアンテナ放射パターンの劣化」を引き起こしてしまう。
そこで、特許文献1(特開平8−167812号公報)に示すように、前記したパッチアレーアンテナ以外の放射源からの不要放射を抑制するため、給電線路や高周波デバイス接続部の上面に別途シールド部材を覆うことがなされる。
Therefore, the unnecessary radiation interferes with the originally required radiation pattern by the patch array antenna, and as a result, the radiation pattern (amplitude and phase) is disturbed. As a result, “decrease in antenna gain” and “increase in sidelobe level” Cause deterioration of the antenna radiation pattern.
Therefore, as shown in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-167812), in order to suppress unnecessary radiation from a radiation source other than the above-described patch array antenna, an additional shield member is provided on the upper surface of the feed line and the high-frequency device connection portion. It is made to cover.
ここで、図1は、例えば特開平8−167812号公報(特許文献1)で示されるような従来のアレーアンテナ装置の構造を示す図であり、図1(a)は斜視図、図1(b)は要部の断面図である。図1を用いて、従来のアレイアンテナ装置の構成を説明する。
図1(a)において、パッチアレーアンテナ3は、誘電体基板1の表層に形成されており、同じく誘電体基板1の表層に実装された高周波デバイス2から給電のための基板線路4を経由して高周波電力が給電される。
ここで、図1に示す従来例においては、前述したように、パッチアレーアンテナ3以外の放射源からの不要な放射を抑制するため、給電のための基板線路4や高周波デバイス2
およびその接続部の上面にシールド部材5が被せられている。
シールド部材5は、シールドすべき領域や部材の大きさに応じて、その形状や大きさが決められる。
Here, FIG. 1 is a diagram showing a structure of a conventional array antenna device as shown in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-167812 (Patent Document 1), FIG. 1 (a) is a perspective view, and FIG. b) is a sectional view of an essential part. The configuration of a conventional array antenna apparatus will be described with reference to FIG.
In FIG. 1A, a
Here, in the conventional example shown in FIG. 1, as described above, in order to suppress unnecessary radiation from radiation sources other than the
And the
The shape and size of the
前記したような車載レーダ装置に用いるアンテナ装置の場合、送信アンテナおよび受信アンテナが、それぞれ1チャンネルずつ配置されるだけではレーダ機能、特に測角機能が成立しない。
測角機能が成立するためには、1チャンネルの送信アンテナの他に、少なくとも2チャンネルの受信アンテナが必要である。従って、アンテナのチャンネル数は、3チャンネル以上が必要となる。
そのため、アンテナ給電レイアウトが複雑になる場合には、前記したシールド部材5が複雑な形状となってしまう。あるいは、図1に示すように、必要な箇所に小分けした複数のシールド部材5を用いて、全ての不要放射源を覆わなくてはならなくなる。
従って、いれずにしても、図1に示すような従来例の場合、不要放射の影響を抑制したパッチアレーアンテナの特性を確保するためには、部品(例えば、シールド部材)の個数増大やコスト増大を避けることができない。
In the case of the antenna device used in the on-vehicle radar device as described above, the radar function, in particular, the angle measurement function cannot be established only by arranging the transmission antenna and the reception antenna for each one channel.
In order to establish the angle measuring function, at least two channel receiving antennas are required in addition to one channel transmitting antenna. Accordingly, the number of antenna channels is required to be 3 or more.
Therefore, when the antenna power feeding layout is complicated, the
Therefore, in the case of the conventional example as shown in FIG. 1, in order to ensure the characteristics of the patch array antenna that suppresses the influence of unnecessary radiation, the number of parts (for example, shield members) increases and the cost increases. An increase cannot be avoided.
また、図1(b)に示すように、シールド部材5によって給電のための基板線路4を覆う場合、そもそも、パッチアレーアンテナ3と給電のための基板線路4とは完全には分離し難い。
そのため、給電線路部を覆うシールド部材5は、パッチアレーアンテナ3自体にも自ずと近接してしまう。
従って、本来必要なパッチアレーアンテナ3による放射パターンは、シールド部材5での散乱や再放射、ブロッキングなどによって乱され、結局は前記したようなアンテナ放射パターンの劣化を引き起こしてしまう。
また、シールド部材5の影響を受けないように、パッチアレーアンテナを給電線路から十分に離して配置しようとすると、基板(すなわち、誘電体基板)全体が大きくなることに伴うアンテナ装置の寸法増大、さらには基板線路長の増大に伴う損失増加(性能劣化)をもたらすこととなる。
Further, as shown in FIG. 1B, when the
For this reason, the
Therefore, the radiation pattern by the
Further, if the patch array antenna is to be disposed sufficiently away from the feed line so as not to be affected by the
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、シールド部材などの追加に伴う部品個数の増加、コストの増大、あるいはアンテナ装置の大型化などをもたらすことなく、本来必要なアンテナ放射パターンを損なわせるような不要放射を低減させることができる「基板一体型アンテナモジュール」を提供することを目的である。 The present invention has been made to solve such problems, and is essential without increasing the number of parts, increasing costs, or increasing the size of the antenna device due to the addition of a shield member or the like. An object of the present invention is to provide a “board-integrated antenna module” that can reduce unnecessary radiation that impairs the antenna radiation pattern.
本発明に係る基板一体型アンテナモジュールは、送信用高周波デバイス、受信用高周波デバイスおよび基板配線が実装されている誘電体基板と、送信用の導波管スロットアレーアンテナである送信アンテナおよび受信用の導波管スロットアレーアンテナである受信アンテナ用の給電導波管が形成され、前記誘電体基板の全面を覆うシールド機能を有した導体部材とが一体的に構成された基板一体型アンテナモジュールであって、
前記導体部材は、前記誘電体基板に実装された送信用高周波デバイスおよび該送信用高周波デバイスに接続される基板線路とを覆う空隙により形成された送信キャビティと前記誘電体基板に実装された受信用高周波デバイスおよび該受信用高周波デバイスに接続される基板線路とを覆う空隙により形成された受信キャビティとを設けたものである。
A substrate-integrated antenna module according to the present invention includes a dielectric substrate on which a high-frequency device for transmission, a high-frequency device for reception and substrate wiring are mounted, a transmission antenna that is a waveguide slot array antenna for transmission, and a reception antenna A board-integrated antenna module in which a feeding waveguide for a receiving antenna, which is a waveguide slot array antenna, is formed and a conductor member having a shielding function covering the entire surface of the dielectric substrate is integrally formed. And
The conductor member includes a transmission cavity formed by a gap covering a transmission high-frequency device mounted on the dielectric substrate and a substrate line connected to the transmission high-frequency device, and a reception component mounted on the dielectric substrate. A receiving cavity formed by a gap covering the high-frequency device and the substrate line connected to the receiving high-frequency device is provided.
本発明によれば、シールド部材などの追加に伴う部品個数の増加、コストの増大、あるいはアンテナ装置の大型化などをもたらすことなく、本来必要とするアンテナ放射パターンを損なわせるような不要放射を低減させることができる「基板一体型アンテナモジュール」を提供することができる。 According to the present invention, unnecessary radiation that impairs an originally required antenna radiation pattern is reduced without increasing the number of components, adding cost, or increasing the size of the antenna device due to the addition of a shield member or the like. It is possible to provide a “substrate integrated antenna module”.
以下、図面に基づいて、本発明の一実施の形態例について説明する。
なお、各図間において、同一符号は、同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態1.
本発明の実施の形態1による基板一体型アンテナモジュールの構造を図2に示す。
なお、図2(a)は斜視図、図2(b)は要部の断面図である。
図2に示すように、アンテナモジュールは、誘電体基板1と導体部材11とが一体的に構成される。
導体部材11には、アレー状に配置された複数の放射スロット7および給電導波管8で構成された導波管スロットアレーアンテナ60、61、62が形成されている。
ここで、アンテナのチャンネルの構成については、レーダ装置あるいは通信装置などのアンテナモジュールが適用されるアプリケーションに応じて必要なチャンネル構成が適用される。
実施の形態1は、例として車載用のレーダ装置に適用した場合のチャンネル構成を示しており、導波管スロットアレーアンテナ60は、レーダ波を送信するための送信アンテナであり、導波管スロットアレーアンテナ61、62は、それぞれターゲットからのエコーを受信するための第1の受信アンテナ,第2の受信アンテナである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the drawings, the same reference numerals indicate the same or equivalent ones.
The structure of the substrate integrated antenna module according to the first embodiment of the present invention is shown in FIG.
2A is a perspective view, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the main part.
As shown in FIG. 2, in the antenna module, a
The
Here, as the channel configuration of the antenna, a necessary channel configuration is applied according to an application to which an antenna module such as a radar device or a communication device is applied.
The first embodiment shows a channel configuration when applied to an on-vehicle radar device as an example, and a waveguide
次に、導波管スロットアレーアンテナ60(送信アンテナ)、導波管スロットアレーアンテナ61(第1の受信アンテナ)および導波管スロットアレーアンテナ62(第2の受信アンテナ)に対しての電力の授受方法について述べる。
まず、送信系について述べる。
送信波は、送信用高周波デバイス20により生成され、誘電体基板1上に形成された基板線路4を経由して伝送された後、給電導波管8、さらには送信アンテナである導波管スロットアレーアンテナ60に給電される。
ここで、基板線路4を伝送する電磁波の伝送モードは、給電導波管8の伝送モードに変換するための伝送モード変換回路10を経由することで、導波管線路‐基板線路間で伝送モード変換がなされ、送信用高周波デバイス20と送信用アンテナ(導波管スロットアレーアンテナ60)との間で電力授受が実現する。
Next, the power to the waveguide slot array antenna 60 (transmitting antenna), the waveguide slot array antenna 61 (first receiving antenna), and the waveguide slot array antenna 62 (second receiving antenna) is Describe the delivery method.
First, the transmission system will be described.
The transmission wave is generated by the transmission high-
Here, the transmission mode of the electromagnetic wave transmitted through the
また、誘電体基板1の表層(表面)に実装された送信用高周波デバイス20は、導体部材11における凹部と誘電体基板1との空隙により形成された送信キャビティ90の内部に収納された状態となっている。
従って、送信キャビティ90内部に実装して形成されている送信用高周波デバイス20の接続部および基板線路4からの不要放射成分は、導体部材11によってシールドされているため導体部材11の外部には放射されない。
このため、本来必要である放射スロットからの放射成分は、前記した不要放射成分から干渉を受けることがない。そのため、所望のアンテナ放射特性を維持することができる。
Further, the transmission high-
Therefore, the unnecessary radiation component from the connection portion of the transmission high-
For this reason, the radiation component from the radiation slot that is originally necessary does not receive interference from the aforementioned unwanted radiation component. Therefore, desired antenna radiation characteristics can be maintained.
受信系についても、送信系と同様であり、第1の受信アンテナ(導波管スロットアレーアンテナ61)および第2の受信アンテナ(導波管スロットアレーアンテナ62)が受信した受信波は、それぞれ伝送モード変換回路10を経由することによって、導波管伝送モードから基板線路4を伝送する電磁波の伝送モードに変換され、受信用高周波デバイス21に入力される。
また、誘電体基板1の表層に実装された受信用高周波デバイス21および基板線路4は、送信系の場合と同様、導体部材11における凹部と誘電体基板1との空隙により形成された受信キャビティ91よってシールドされている。
The reception system is the same as the transmission system, and the reception waves received by the first reception antenna (waveguide slot array antenna 61) and the second reception antenna (waveguide slot array antenna 62) are transmitted. By passing through the
Further, the receiving high-
従って、受信キャビティ91の内部に実装されている受信用高周波デバイス21と基板線路4との接続部および基板線路4において、本来受信アンテナが受信すべき電波の到来波を受信してしまうことがない。
つまり、受信用高周波デバイス21と基板線路4は、受信キャビティ91と誘電体基板1の表層の導体によって囲まれてシールドされているので、本来受信アンテナを介して受信すべき外来の電波を受信用高周波デバイス21と基板線路4との接続部や基板線路4から受信してしまうことがない。
このため、受信アンテナとして、所望の放射特性を維持することができる。
Therefore, the incoming wave of the radio wave that should originally be received by the receiving antenna is not received at the connecting portion between the receiving high-
In other words, the reception high-
For this reason, a desired radiation characteristic can be maintained as a receiving antenna.
上述したとおり、本実施の形態では、送信用高周波デバイス20は送信キャビティ90内に、受信用高周波デバイス21は受信キャビティ91内にそれぞれ分離して格納されている。従って、送受信間における電波の漏れこみ、特に誘電体基板1上での空間結合を抑制することができる。
そのため、例えばレーダ装置においては、近距離での検知性能に直結する送受信間アイソレーションの特性を高めることができる。
As described above, in this embodiment, the transmission high-
Therefore, for example, in a radar apparatus, it is possible to improve the isolation characteristic between transmission and reception that is directly connected to the detection performance at a short distance.
上述した説明では、送信チャンネルが1チャンネル、受信チャンネルが2チャンネルの場合について述べたが、チャンネル構成についてはこの限りではない。
また、図2において、アンテナの素子数として、各チャンネルにつき6素子の放射スロット7で構成する場合を図示しているが、アンテナ素子数の構成についてもこの限りではない。
また、各チャンネルにおいて、一列構成の場合を例示したが、必要に応じて多列化してもよい。
また、高周波デバイスが、送信用高周波デバイス20と受信用高周波デバイス21に分離されている場合について述べたが、送受信一体型の高周波デバイスであっても、本発明による基本的な効果は享受できる。
In the above description, the case where the transmission channel is 1 channel and the reception channel is 2 channels has been described, but the channel configuration is not limited to this.
Further, in FIG. 2, the case where the number of antenna elements is configured by the
Moreover, although the case where each channel has a one-row configuration is illustrated, it may be multi-rowed as necessary.
Further, although the case where the high-frequency device is separated into the transmission high-
次に、実施の形態1における導波管スロットアレーアンテナの構造について、図3を用いて詳細に説明する。
実施の形態1における導波管スロットアレーアンテナの上面図の一部を図3(a)、要部の断面図を図3(b)に示す。
ここでは、給電導波管8として、矩形断面の導波管を縦置きした場合を例にとって説明する。
図3(a)の上面図には、実施の形態1における導波管スロットアレーアンテナの一部を示す。
図3(a)に示すように、放射スロット7は、先端短絡された給電導波管8の狭壁面側に、導波管の管軸方向に沿って配置される。
また、給電導波管8が先端短絡されていることで、給電導波管8の内部には定在波が生成され、これにより、給電導波管8の狭壁面上には給電導波管8の1/2管内波長の間隔で、管軸と垂直な方向に最大電流が流れることになる。
従って、放射スロット7の配置位置としては、まず先端短絡位置から給電導波管8の1/4管内波長の位置に配置し、給電導波管8の1/2管内波長の間隔で配置していくことによって、給電導波管8を伝搬するエネルギーを各放射スロット7に結合させることができる。
また、放射スロット7の長さを概略1/2自由空間波長とすることにより、放射スロット7は共振して空間に電磁波が放射される。
Next, the structure of the waveguide slot array antenna according to
FIG. 3A shows a part of a top view of the waveguide slot array antenna according to the first embodiment, and FIG. 3B shows a cross-sectional view of the main part.
Here, a case where a rectangular cross-section waveguide is placed vertically as the
3A shows a part of the waveguide slot array antenna in the first embodiment.
As shown in FIG. 3A, the
Further, since the
Therefore, the
Further, by setting the length of the
実施の形態1における給電導波管8の断面構造を図3(b)を用いて説明する。
図3(b)は、図3(a)におけるA−A’線で給電導波管8をカットした場合の断面図を示している。
図3(b)において、給電導波管8の壁面は、放射スロットが形成される面とは逆側の狭壁面を誘電体基板1の表層導体により形成し、それ以外の3面は、導体部材11に形成された溝構造によって構成される。
従って、電磁波が伝搬する給電導波管8の内壁、言い換えれば電流が分布する給電導波管8の内壁は、導体部材11と誘電体基板1の表層導体によって分割構成されているが、この分割面においても互いに電気的に導通されていることが求められる。
一方、前記2部材(すなわち、導体部材11と誘電体基板1)を単にネジ留めしただけでは、部材自体の反りにより隙間が発生してしまう可能性が存在するため、電気的な導通が図れない部位が生じる。このため、給電導波管8の伝送性能、ひいては、導波管スロットアレーアンテナの放射性能が劣化してしまう。
A cross-sectional structure of the
FIG. 3B shows a cross-sectional view when the feeding
In FIG. 3 (b), the wall surface of the
Therefore, the inner wall of the feeding
On the other hand, if the two members (that is, the
前記分割面における隙間によりアンテナ性能が劣化するのを抑制するため、図3(b)に示すように、導体部材11に設けた導波管溝の両脇において、導波管溝の開口端部から概略1/2自由空間波長だけ離した位置に、概略1/2自由空間波長以上の深さのチョーク溝12を設ける。なお、導波管溝とは、導体部材11に給電導波管8を形成することによって出来る「断面がコの字型の溝」のことである。
これにより、前記した隙間150によるアンテナ性能の劣化をある程度抑制することが可能になる。
ただし、導波管端部における分割隙間は、チョーク溝12を設けても隙間150による性能劣化を抑制できない場合が存在する。とりわけ、給電導波管8が、単純な導波管線路ではなくて、何らかの反射を引き起こす構造物を含む場合などにおいては、何らかの導通手段が必要になる場合がある。このため、前記チョーク溝12による隙間対策に加えて、導通部材による導通確保を図る。
例えば、導体部材11と誘電体基板1の接合部に、導電性のシート、半田めっき、半田レベラー、などの柔軟性や追従性が見込まれる導電性部材を固定あるいは塗布した後に、導体部材11と誘電体基板1を固定することによって、前記導通部材の間(すなわち、導体部材11と誘電体基板1の間)に生じる隙間を極小にできる。
In order to prevent the antenna performance from being deteriorated due to the gap in the dividing surface, as shown in FIG. 3B, the open ends of the waveguide groove on both sides of the waveguide groove provided in the conductor member 11 A
As a result, it is possible to suppress degradation of antenna performance due to the
However, the division gap at the waveguide end may not be able to suppress performance degradation due to the
For example, after fixing or applying a conductive member that is expected to be flexible or followable, such as a conductive sheet, solder plating, or solder leveler, to the joint between the
また、はんだボールや、はんだ盛りなどの離散的な導通部材を、導体部材11と誘電体基板1の接合部に実装あるいは塗布した後に、導体部材11と誘電体基板1を固定することによって、前記導通部材11と誘電体基板1との分割面の間に生じるであろう隙間による性能劣化を抑制できる。
また、導電性接着剤による接着や、はんだ材料やはんだボールによる接合により、導体部材11と誘電体基板1を導通かつ固定することによって、分割面の導通を確保できる。
しかしながら、前記導電性ペーストによる接着やはんだ材料による接合を行った場合、適用エリア寸法や材料選定、温度条件などによっては、導体部材11と誘電体基板1との間の熱膨張係数差により接合部に熱応力が加わり、接合部が破断する恐れがある。
ただし、導電性接着剤を熱硬化後、両部材同士を接着させずに、ネジ留めなどで固定した場合には、接着した場合に比べて前期導通部材に熱歪みに起因する応力が直接印加することはないので、接続部が破断する恐れを小さくすることができる。
Further, after mounting or applying a discrete conductive member such as a solder ball or a solder pile on the joint between the
Further, the conduction of the divided surfaces can be ensured by conducting and fixing the
However, when bonding with the conductive paste or bonding with a solder material is performed, depending on the size of the application area, material selection, temperature conditions, etc., the bonded portion may be caused by a difference in thermal expansion coefficient between the
However, when the conductive adhesive is heat-cured and fixed by screwing or the like without bonding the two members together, the stress due to thermal distortion is directly applied to the conducting member in the previous period compared to the case of bonding. Since this is not the case, the risk of breakage of the connecting portion can be reduced.
また、誘電体基板1に実装された回路素子のうち、高周波デバイス以外の電子回路素子を、導体部材11における凹部と誘電体基板1との空隙により形成されたキャビティ構造内部に収納することによって、回路素子が出力したノイズ信号が外部空間へと放射したり漏洩することを防ぐことができる。
また、上記とは逆に、誘電体基板1に実装された電子回路(特に、受信用回路素子)において、外部空間からの到来波やノイズ信号の受信を抑制することができる。
また、キャビティ空間は、導波管スロットアレーアンテナを介して外部空間と繋がっているが、導波管スロットアレーアンテナを構成している給電導波管8は、本来放射させるべき電磁波の周波数より低い周波数の電波は、前記給電導波管8の遮断周波数を下回り伝搬させないため、導波管スロットアレーアンテナにおける高周波電波の伝搬経路をノイズ電波が伝搬して、外部空間に放射されてしまったり、あるいは外部空間からノイズを受信してしまうことはない。
Further, among the circuit elements mounted on the
Contrary to the above, in an electronic circuit (particularly, a receiving circuit element) mounted on the
The cavity space is connected to the external space via the waveguide slot array antenna, but the
送信用高周波デバイス20と高周波デバイス以外の電子回路素子30を収納した送信キャビティ90と受信用高周波デバイス21と高周波デバイス以外の電子回路素子30を収納した送信キャビティ91を、導体部材11に同梱した場合の構造を図4に示す。
送信キャビティ90および受信キャビティ91は、導体部材11における凹部と誘電体基板1との空隙により形成されている。
なお、図4(a)は斜視図、図4(b)は上面図である。
図4に示すように、高周波デバイス以外の電子回路素子30を、送信キャビティ90、受信キャビティ91と同梱させることにより、導体部材11の構造をよりシンプルにできるとともに、誘電体基板1の部品実装レイアウトの自由度を高めることができる。
A
The
4A is a perspective view, and FIG. 4B is a top view.
As shown in FIG. 4, the
ここで、高周波デバイス以外の電子回路素子30を、導体部材11における凹部と誘電体基板1との空隙により形成された別のキャビティに収納した場合、特に、送信用高周波デバイス20を収納した送信キャビティ90、受信用高周波デバイス21を収納した受信キャビティ91とは別のキャビティ92に、高周波デバイス以外の電子回路素子30を収納した場合の構造を図5に示す。
なお、図5(a)は斜視図、図5(b)は上面図である。
図5に示すように、送信キャビティと受信キャビティを分離することによって、送信と受信のアイソレーションを向上させることができる。
また、キャビティ空間を誘電体基板レイアウト(機能ブロック毎)に応じて複数設けることによって、誘電体基板に実装されている各種電子回路(機能ブロック)間、あるいは外部空間とのアイソレーションを向上(結合を低減)させることができる。
また、各キャビティ間を隔絶させるために形成する壁(すなわち、各キャビティを構成するために誘電体基板1に直交して設けられる壁)は、導体部材11の剛性向上や、反り量を低減させるためのリブ構造として活用することもできる。
Here, when the
5A is a perspective view, and FIG. 5B is a top view.
As shown in FIG. 5, the transmission and reception isolation can be improved by separating the transmission cavity and the reception cavity.
Also, by providing multiple cavity spaces according to the dielectric substrate layout (for each functional block), isolation between various electronic circuits (functional blocks) mounted on the dielectric substrate or external space is improved (combined) Can be reduced).
Further, the walls formed to isolate the cavities (that is, the walls provided orthogonal to the
導波管スロットアレーアンテナや、キャビティ構造が形成されている導体部材11は、エッチング、板金あるいはプレス加工によって形成された金属プレートを、積層ネジ留めあるいは拡散接合することによって構成してもよいが、アンテナ性能を悪化させる隙間(すなわち、導体部材11と誘電体基板1との間の生じる隙間150)の箇所を最小限にするため、金属による射出成形か、またはダイキャスト成形により形成するのが好適である。
また、樹脂成形によって導体部材11を成形し、表面を導電性材料によりめっきするか、導電性塗料を塗布することによって、より微細なアンテナ構造にも対応可能となる。
The waveguide slot array antenna and the
Further, by forming the
以下に、実施の形態1による基板一体型アンテナモジュールの構成および効果の要点について述べる。
実施の形態1においては、まず、アンテナは、導波管線路により励振(給電)された放射スロットをアンテナ素子とし、放射スロットをアレー状に配置した導波管スロットアレーアンテナであり、アンテナとして必要な放射特性を実現する。
そして、導波管スロットアレーアンテナは、その構成部材として、単一または複数の導体部材、あるいは、導体部材の他の部材として誘電体基板の導体の一部を使って形成されている。
従って、アンテナへの引き回し給電線路(基板線路)は、導体(ほぼ、導体部材で構成されているが基板表層導体も含む)によりシールドされた導波管線路によって構成されており、空間への放射がない。そのため、アンテナからの本来必要な放射パターンを乱すような不要放射は、原理的に発生しない。
なお、従来例では、複数のアンテナへの引き回し給電線路(基板線路)は導体でシールドされていないので、複数のシールドケースでシールドする必要があった。
Hereinafter, the configuration and effects of the substrate integrated antenna module according to the first embodiment will be described.
In the first embodiment, the antenna is a waveguide slot array antenna in which a radiation slot excited (fed) by a waveguide line is used as an antenna element, and the radiation slots are arranged in an array, and is necessary as an antenna. Realize the radiation characteristics.
The waveguide slot array antenna is formed by using a part of a conductor of a dielectric substrate as a constituent member of a single or a plurality of conductor members or as another member of the conductor member.
Therefore, the feed line (substrate line) routed to the antenna is composed of a waveguide line shielded by a conductor (almost composed of a conductor member but also including a substrate surface layer conductor), and radiates into the space. There is no. Therefore, unnecessary radiation that disturbs the originally required radiation pattern from the antenna does not occur in principle.
In the conventional example, since the feed line (substrate line) routed to a plurality of antennas is not shielded by a conductor, it has to be shielded by a plurality of shield cases.
また、前記した単一または複数の導体部材は、これを実装する誘電体基板の全面を覆い、誘電体基板の表層に実装された高周波デバイスや基板線路は、アンテナを形成している導体部材の凹部と誘電体基板との空隙により形成されたキャビティ構造内部に収納された状態となる。
従って、導波管スロットアレーアンテナが形成された導体部材は、従来から不要放射抑制のために基板上に被されているシールド筐体(すなわち、シールド部材)と同等の効果を発揮する。このため、基板線路や高周波デバイス接続部からの不要放射が抑制される。
In addition, the single or plural conductor members described above cover the entire surface of the dielectric substrate on which the conductor member is mounted, and the high-frequency device and the substrate line mounted on the surface layer of the dielectric substrate are the conductor members forming the antenna. It will be in the state accommodated in the cavity structure formed of the space | gap of a recessed part and a dielectric substrate.
Therefore, the conductor member in which the waveguide slot array antenna is formed exhibits an effect equivalent to that of a shield casing (that is, a shield member) conventionally covered on a substrate for suppressing unnecessary radiation. For this reason, the unnecessary radiation | emission from a board | substrate track | line or a high frequency device connection part is suppressed.
実施の形態1による基板一体型アンテナモジュールにおいては、導波管スロットアレーアンテナが形成された導体部材によって、一体的に誘電体基板上の基板線路および高周波デバイスを包み込み、シールドすることができる。
そのため、従来のように、シールド部材などの部品個数を増大させたり、シールド部材の形状を複雑化させるなどしてコストを増大させたりすることなく、本来必要なアンテナ放射パターンを損なわせる不要放射を低減させることが可能となる。
また、アンテナに給電を行う給電線路が、導体部材内部に設けた導波管線路によって実現されるため、アンテナに給電線路を近接させることが可能となり、誘電体基板を含めたアンテナモジュールを大型化することなく、本来必要なアンテナ放射パターンを損なわせる不要放射を低減させることが可能となる。
In the substrate integrated antenna module according to the first embodiment, the substrate line and the high frequency device on the dielectric substrate can be integrally wrapped and shielded by the conductor member on which the waveguide slot array antenna is formed.
Therefore, as in the past, unnecessary radiation that impairs the originally required antenna radiation pattern without increasing the number of parts such as the shield member or increasing the cost by complicating the shape of the shield member. It can be reduced.
In addition, since the feed line that feeds power to the antenna is realized by the waveguide line provided inside the conductor member, it is possible to bring the feed line close to the antenna, and the size of the antenna module including the dielectric substrate is increased. Without this, it is possible to reduce unnecessary radiation that impairs the originally required antenna radiation pattern.
また、誘電体基板に実装されている他の電子回路部品も同様に、導波管スロットアレーアンテナを形成する導体部材によって覆われることにより、電子回路部品から放射されるノイズを外部に放射しないようにすることができると同時に、外部からのノイズを受けないようにすることができる。
このように、導波管スロットアレーアンテナが形成された導体部材で、電子回路部品におけるシールド部材の機能を併せ持たせることができる。
また、本実施の形態における構成によれば、複数のアンテナへと給電するのに必要な給電線路のうち殆どの区間を、導体部材の内部に形成した中空の導波管線路によって実現できるため、より低損失な伝送性能が確保できる上に、誘電体損失の見込まれる誘電体基板上の線路区間を最小限にすることができる。
このため、誘電体基板として、誘電正接を低く抑えた高価な低損失基板を採用せずとも、ガラスエポキシ樹脂基板などの廉価な誘電体基板を用いることができるので、低コストなアンテナモジュールを実現することが可能となる。
Similarly, other electronic circuit components mounted on the dielectric substrate are covered with a conductor member forming a waveguide slot array antenna so that noise emitted from the electronic circuit components is not radiated to the outside. At the same time, it is possible to prevent external noise.
Thus, the conductor member in which the waveguide slot array antenna is formed can have the function of the shield member in the electronic circuit component.
In addition, according to the configuration of the present embodiment, since most sections of the feed lines necessary to feed power to a plurality of antennas can be realized by a hollow waveguide formed inside the conductor member, In addition to ensuring lower transmission performance, the line section on the dielectric substrate where dielectric loss is expected can be minimized.
Therefore, it is possible to use a low-cost dielectric substrate such as a glass epoxy resin substrate without using an expensive low-loss substrate with a low dielectric loss tangent as the dielectric substrate, thus realizing a low-cost antenna module. It becomes possible to do.
以上説明したように、実施の形態1による基板一体型アンテナモジュールは、送信用高周波デバイス20、受信用高周波デバイス21および基板配線4が実装されている誘電体基板1と、送信用の導波管スロットアレーアンテナである送信アンテナ60および受信用の導波管スロットアレーアンテナである受信アンテナ61、62用の給電導波管8が形成され、誘電体基板1の全面を覆うシールド機能を有した導体部材11とが一体的に構成された基板一体型アンテナモジュールであって、
導体部材11は、誘電体基板1に実装された送信用高周波デバイス20および該送信用高周波デバイス20に接続される基板線路4とを覆う空隙により形成された送信キャビティ90と誘電体基板1に実装された受信用高周波デバイス21および該受信用高周波デバイス21に接続される基板線路4とを覆う空隙により形成された受信キャビティ91とを設けている。
As described above, the substrate-integrated antenna module according to
The
また、本実施の形態による基板一体型アンテナモジュールは、基板線路4を伝搬する電磁波の伝送モードを、給電導波管8を伝搬する電磁波の伝送モードに変換する伝送モード変換回路10を含んで構成されおり、伝送モード変換回路10は、導体部材11に形成されている溝構造と誘電体基板1に形成されている基板配線4の導体パターンを含んで形成されている。
また、本実施の形態による基板一体型アンテナモジュールは、送信キャビティ90および受信キャビティ91とは別のキャビティであって、高周波デバイス以外の電子回路素子30を覆う空隙で形成されたキャビティを設けている。
また、本実施の形態による基板一体型アンテナモジュールにおいては、導体部材11は単一の導体部材であって、導波管スロットアレーアンテナを形成する導波管線路である給電導波管8が、導体部材11に設けられた溝構造と誘電体基板1の導体パターンにより形成されている。
The board-integrated antenna module according to the present embodiment includes a transmission
Further, the substrate integrated antenna module according to the present embodiment is a cavity different from the
Further, in the board integrated antenna module according to the present embodiment, the
また、本実施の形態による基板一体型アンテナモジュールにおいては、送信キャビティ90および受信キャビティ91は、互いに分離独立して形成されている。
また、本実施の形態による基板一体型アンテナモジュールにおいては、導体部材11は、樹脂成形された部材の表面を導電性材料でめっき処理をしたものか、または導電性塗料を塗布したものである。
また、本実施の形態による基板一体型アンテナモジュールにおいては、導体部材11は、金属射出成形またはダイキャスト成形によって形成されている。
また、本実施の形態による基板一体型アンテナモジュールにおいては、 導体部材11は、エッチング、板金あるいはプレス加工によって形成された金属プレートを積層ネジ留めあるいは拡散接合することによって形成されている。
In the board-integrated antenna module according to the present embodiment, the
In the substrate integrated antenna module according to the present embodiment, the
Moreover, in the board integrated antenna module according to the present embodiment, the
In the board-integrated antenna module according to the present embodiment, the
実施の形態2.
図6は、実施の形態2における基板一体型アンテナモジュールの導波管スロットアレーアンテナの構造を説明するための図である。
なお、図6(a)は給電導波管の断面構造を示しており、図6(b)は送信用高周波デバイスから送信アンテナまでの給電構造の断面を示している。
実施の形態2における給電導波管8の断面構造は、図6(a)に示すように、第1の導体部材(上部材)100と第2の導体部材(下部材)200と、誘電体基板1とで構成されており、給電導波管8は、第1の導体部材(上部材)100と第2の導体部材(下部材)200により、導波管断面の概略中央部にて分割構成される。
ここで、導波管広壁面の概略中央部には電流が流れないため、第1の導体部材(上部材)100と第2の導体部材(下部材)200との分割による隙間160では、導波管内壁を流れる電流分布を分断することがない。従って、導波管の特性を大きく悪化させることはない。
FIG. 6 is a view for explaining the structure of the waveguide slot array antenna of the board-integrated antenna module according to the second embodiment.
6A shows a cross-sectional structure of the feed waveguide, and FIG. 6B shows a cross-section of the feed structure from the high-frequency device for transmission to the transmission antenna.
As shown in FIG. 6A, the cross-sectional structure of the
Here, since no current flows in the approximate center of the wide wall surface of the waveguide, the
また、導体部材11と誘電体部材1との間の隙間150は、給電導波管8の構造とは完全に無関係であるため、隙間150が空いていても特性を悪化させることはない。
ただし、給電導波管8内部において、整合素子や屈曲した導波管回路が存在する場合には反射が生じるため、導波管広壁面の概略中央部にも電流が流れる場合がある。そのため、導波管断面の概略中央部を分割構成したとしても、隙間160による性能劣化が免れない場合がある。
このような場合、実施の形態2においては、前記分割面における隙間160によりアンテナ性能劣化を抑制するため、図6(a)に示すように、導体部材11に設けた導波管溝の両脇に、導波管溝の開口端部から概略1/2自由空間波長だけ離した位置に概略1/2自由空間波長以上の深さのチョーク溝12を設ける。これによって、前記した隙間によるアンテナ性能劣化をある程度抑制することが可能になる。
Further, since the
However, if there is a matching element or a bent waveguide circuit in the
In such a case, in the second embodiment, in order to suppress the antenna performance deterioration by the
実施の形態2による基板一体型アンテナモジュールにおいて、送信用高周波デバイス20から送信アンテナ60までの給電経路を示す断面図を図6(b)に示す。
図6(b)では、送信アンテナ60の場合を例にとって説明する。図6(b)に示すように、送信用高周波デバイス20から出力された高周波信号は、基板線路4を伝送してモード変換回路10にて導波管モードで伝送する電磁波の伝送モードに変換されたあと、複数のベンド(bend)回路70を経由して、送信アンテナ60に給電される。
図6(b)に示すように、給電導波管8は第1の導体部材(上部材)100と第2の導体部材(下部材)200により、導波管断面の概略中央部にて分割構成されるため、上述した理由から、大きな特性劣化は生じない。
In the substrate integrated antenna module according to the second embodiment, FIG. 6B shows a cross-sectional view showing a feeding path from the transmitting high-
In FIG. 6B, the case of the
As shown in FIG. 6B, the feeding
しかしながら、モード変換回路10および導波管ベンド回路70の一部においては、導波管断面端部で分割構成されることとなり、導波管断面端部の隙間150は、給電導波管8およびモード変換回路10の性能を大きく低下させる。
このため、導波管断面端部の隙間150を、別途導通部材を用いた導通策を講じるか、図3(b)、図6(a)と同様に、チョーク溝12を用いた隙間対策が必要となる。
また、図6(b)に示すように、導波管断面端部で分割構成されたモード変換回路10およびベンド回路70の経路長は極力短くなるようにし、アンテナ−高周波デバイス間の引き回し経路は、極力、導波管断面の概略中央部にて分割構成された給電導波管8で配線されることが望ましい。
However, a part of the
For this reason, the
Further, as shown in FIG. 6B, the path lengths of the
実施の形態2における基板一体型アンテナモジュールの構造を、図7に示す。
図7に示すように、アンテナモジュールは、誘電体基板1、第1の導体部材(上部材)100、第2の導体部材(下部材)200により構成される。
また、誘電体基板1の表層に実装された送信用高周波デバイス20および受信用高周波デバイス21は、第1の導体部材(下部材)200における凹部と誘電体基板1との空隙により形成された送信キャビティ90および受信キャヒセティ91の内部に収納された状態となっている。
そして、キャビティ内部に実装されている送信用高周波デバイス20と受信用高周波デバイス21の接続部および基板線路4からの不要放射成分は、第2の導体部材(下部材)200および第1の導体部材(上部材)100によってシールドされているため、不要放射成分は、外部には放射されない。
このため、本来必要である放射スロットからの放射成分は、前記した不要放射成分から干渉を受けることがないため、所望の放射特性を維持することができる。
FIG. 7 shows the structure of the board-integrated antenna module according to the second embodiment.
As shown in FIG. 7, the antenna module includes a
In addition, the transmission high-
And the unnecessary radiation component from the connection part of the transmission
For this reason, since the radiation component from the radiation slot that is originally necessary does not receive interference from the above-described unnecessary radiation component, the desired radiation characteristic can be maintained.
また、上述したように、給電導波管8は、第1の導体部材(上部材)100と第2の導体部材(下部材)200により、導波管断面の概略中央部にて分割構成されているため、隙間160が給電導波管8の特性を大きく悪化させることはない。
従って、実施の形態2による基板一体型アンテナモジュールの構成によれば、実施の形態1と比べて部品個数は増加するが、隙間に対してロバスト(robust)な特性を有するアンテナモジュールを得ることができる。
実施の形態2による基板一体型アンテナモジュールは、基本的な特徴および効果は実施の形態1と同一であり、導体部材を2部品化したことと、これにより給電導波管の分割構成を変更したことだけが異なる。
従って、実施の形態1で述べた特徴や効果は、実施の形態1と同様に適用可能である。
In addition, as described above, the
Therefore, according to the configuration of the board-integrated antenna module according to the second embodiment, the number of components is increased as compared with the first embodiment, but an antenna module having a robust characteristic with respect to the gap can be obtained. it can.
The board-integrated antenna module according to the second embodiment has the same basic features and effects as those of the first embodiment, and the conductor member is divided into two parts, thereby changing the divided configuration of the feed waveguide. Only thing is different.
Therefore, the features and effects described in the first embodiment can be applied as in the first embodiment.
以上説明したように、実施の形態2による基板一体型アンテナモジュールの導体部材は少なくとも2つの導体部材100、200により構成されており、導波管スロットアレーアンテナを形成する導波管線路は、2つの導体部材100、200が互いに向き合うようにして形成された溝構造により形成されており、2つの導体部材によって分割形成された導波管線路の分割面(すなわち、導体部材の上下部材間の隙間160)は、導波管線路の断面において概略中央にて分割形成されている。
従って、実施の形態2による基板一体型アンテナモジュールの構成によれば、実施の形態1と比べて部品個数は増加するが、隙間に対してロバストな特性を有するアンテナモジュールを得ることができる。
As described above, the conductor member of the substrate integrated antenna module according to the second embodiment is composed of at least two
Therefore, according to the configuration of the board-integrated antenna module according to the second embodiment, the number of components is increased as compared with the first embodiment, but an antenna module having characteristics robust to the gap can be obtained.
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形省略することが可能である。 In the present invention, it is possible to combine the respective embodiments within the scope of the invention or to appropriately modify and omit the respective embodiments.
本発明は、シールド用部材の削減できるとともに、不要放射を低減させることができる基板一体型アンテナモジュールの実現に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for realizing a board-integrated antenna module that can reduce shielding members and reduce unnecessary radiation.
1 誘電体基板 2 高周波デバイス
3 パッチアレーアンテナ 4 基板線路
5 シールド部材 7 放射スロット
8 給電導波管 10 伝送モード変換回路
11 導体部材 12 チョーク溝
20 送信用高周波デバイス 21 受信用高周波デバイス
30 高周波デバイス以外の電子回路素子
60 導波管スロットアレーアンテナ(送信アンテナ)
61 導波管スロットアレーアンテナ(第1の受信アンテナ)
62 導波管スロットアレーアンテナ(第2の受信アンテナ)
70 導波管ベンド回路
90 送信キャビティ 91 受信キャビティ
92 送信キャビティおよび受信キャビティとは別のキャビティ
100 第1の導体部材(上部材)
200 第2の導体部材(下部材)
150 導体部材と誘電体基板の間の隙間
160 導体部材の上下部材間の隙間
DESCRIPTION OF
61 Waveguide slot array antenna (first receiving antenna)
62 Waveguide slot array antenna (second receiving antenna)
70
200 Second conductor member (lower member)
150 Gap between conductor member and
Claims (9)
送信用の導波管スロットアレーアンテナである送信アンテナおよび受信用の導波管スロットアレーアンテナである受信アンテナ用の給電導波管が形成され、前記誘電体基板の全面を覆うシールド機能を有した導体部材とが一体的に構成された基板一体型アンテナモジュールであって、
前記導体部材は、前記誘電体基板に実装された送信用高周波デバイスおよび該送信用高周波デバイスに接続される基板線路とを覆う空隙により形成された送信キャビティと前記誘電体基板に実装された受信用高周波デバイスおよび該受信用高周波デバイスに接続される基板線路とを覆う空隙により形成された受信キャビティとを設けていることを特徴とする基板一体型アンテナモジュール。 A dielectric substrate on which a high-frequency device for transmission, a high-frequency device for reception and substrate wiring are mounted;
A transmission antenna that is a transmission waveguide slot array antenna and a feeding waveguide for a reception antenna that is a reception waveguide slot array antenna are formed, and has a shielding function that covers the entire surface of the dielectric substrate A board-integrated antenna module integrally configured with a conductor member,
The conductor member includes a transmission cavity formed by a gap covering a transmission high-frequency device mounted on the dielectric substrate and a substrate line connected to the transmission high-frequency device, and a reception component mounted on the dielectric substrate. A substrate-integrated antenna module, comprising: a receiving cavity formed by a gap that covers a high-frequency device and a substrate line connected to the receiving high-frequency device.
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