JP2018157533A - ビームフォーミングアンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電波の位相の校正作業を容易に行うことができるビームフォーミングアンテナ装置を提供する。【解決手段】ビームフォーミングアンテナ装置は、配線基板の第1面に配設され、行及び列方向に配列される複数の第1アンテナエレメントと、配線基板の列方向の第1端部に配設されるとともに、複数の第1配線に接続され、複数の第1アンテナエレメントに出力するミリ波の位相を調整する複数の第1位相シフタを有する第1制御部であって、複数の第1アンテナエレメントから放射されるミリ波が形成するビームの仰角及び方位角を調整するように、複数の第1アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する、第1制御部とを含み、複数の第1配線は、複数の第1ビアを介して複数の第1アンテナエレメントに接続されており、複数の第1アンテナエレメントのうち同一行の第1アンテナエレメントに接続される第1配線同士が等しい電気長を有する。【選択図】図1
Description
本発明は、ビームフォーミングアンテナ装置に関する。
従来より、複数のアンテナ素子を配列してなる素子配列基板に対して、前記複数のアンテナ素子への給電回路パターンが形成される給電回路基板を遮蔽板を介して積層させ、前記遮蔽板には前記複数のアンテナをそれぞれ前記給電回路パターンに接続する複数のスルーホールを形成するようにしたことを特徴とするアレイアンテナ装置がある(例えば、特許文献1参照)。
ところで、従来のアレイアンテナ装置は、複数のアンテナ素子に接続される給電回路パターン(配線)の長さについては特に工夫はされていない。このため、例えば、複数のアンテナ素子から放射される電波でビームを形成させるような場合には、複数のアンテナ素子の各々について電波の位相を校正する必要がある。このような校正作業は膨大な工程が必要になり、ビームフォーミングには不向きである。
そこで、電波の位相の校正作業を容易に行うことができるビームフォーミングアンテナ装置を提供することを目的とする。
本発明の実施の形態のビームフォーミングアンテナ装置は、複数の配線層にそれぞれ配置される複数の第1配線を有する配線基板と、前記配線基板の第1面に配設され、行方向及び列方向に配列される複数の第1アンテナエレメントと、前記配線基板の前記列方向の第1端部に配設されるとともに、前記複数の第1配線に接続され、前記複数の第1アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する複数の第1位相シフタを有する第1制御部であって、前記複数の第1アンテナエレメントから放射されるミリ波が形成するビームの仰角及び方位角を調整するように、前記複数の第1アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する、第1制御部とを含み、前記複数の第1配線は、前記配線基板に厚さ方向に設けられる複数の第1ビアを介して前記複数の第1アンテナエレメントにそれぞれ接続されており、前記複数の第1アンテナエレメントのうち同一行の第1アンテナエレメントに接続される第1配線同士が等しい電気長を有する。
電波の位相の校正作業を容易に行うことができるビームフォーミングアンテナ装置を提供することができる。
以下、本発明のビームフォーミングアンテナ装置を適用した実施の形態について説明する。
<実施の形態1>
図1及び図2は、実施の形態1のビームフォーミングアンテナ装置100を示す図である。図3は、ビームフォーミングアンテナ装置100の回路構成を概略的に示す図である。なお、以下ではXYZ座標系を用いて説明を行う。また、以下では、説明の便宜上、説明の対象になる構成要素について、Z軸正方向側を上と称し、Z軸負方向側を下と称す。
図1及び図2は、実施の形態1のビームフォーミングアンテナ装置100を示す図である。図3は、ビームフォーミングアンテナ装置100の回路構成を概略的に示す図である。なお、以下ではXYZ座標系を用いて説明を行う。また、以下では、説明の便宜上、説明の対象になる構成要素について、Z軸正方向側を上と称し、Z軸負方向側を下と称す。
ビームフォーミングアンテナ装置100は、配線基板110、アンテナアレイ120、及びMMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)130を含む。
配線基板110は、複数の絶縁層及び配線層を有する多層配線基板である。配線基板110は、例えば、コア、プリプレグ、及び銅箔を重ね合わせて熱硬化処理を施したFR−4(Flame Retardant type 4)規格の配線基板である。
配線基板110のZ軸正方向側の面にはアンテナアレイ120が設けられている。アンテナアレイ120は、配線基板110のZ軸正方向側の面に設けられる銅箔をウェットエッチング等でパターニングしたものである。
アンテナアレイ120は、一例として、8行(X軸方向)×8列(Y軸方向)の64個がマトリクス状に配列されたアンテナエレメント120Aを有する。各アンテナエレメント120Aは、円形のパッチアンテナであり、第1アンテナエレメントの一例である。アンテナエレメント120Aは、一例として、ミリ波の電波を放射するようにサイズが最適化されている。64個のアンテナエレメント120Aが放射するミリ波は、特定の方向に指向性を有するビーム100Aを形成する。ビーム100Aの仰角及び方位角はMMIC130によって制御される。なお、ここではアンテナエレメント120Aが円形である形態について説明するが、アンテナエレメント120Aは矩形(四角形)であってもよい。
MMIC130は、配線基板110のZ軸負方向側の面の端部に設けられている。MMIC130は、第1制御部の一例である。MMIC130は、配線基板110に含まれる図示しない配線を介して64個のアンテナエレメント120Aに接続されている。配線基板110に含まれる配線は、第1配線の一例である。MMIC130は、64個のアンテナエレメント120Aに接続される64個のフェーズシフタ131を有する。
64個のアンテナエレメント120Aには、ベースバンド処理部10からRF(Radio Frequency)モジュール20を経てミリ波が供給されるので、MMIC130がフェーズシフタ131を制御することにより、64個のアンテナエレメント120Aから放射されるミリ波の位相を独立的に調整することができる。
64個のアンテナエレメント120Aから放射されるミリ波に対してX軸方向における位相の分布を持たせると、ビーム100Aは、XZ平面内で角度を有するように傾く。また、64個のアンテナエレメント120Aから放射されるミリ波に対してY軸方向における位相の分布を持たせると、ビーム100Aは、YZ平面内で角度を有するように傾く。
このため、64個のアンテナエレメント120Aから放射されるミリ波に対してX軸方向及びY軸方向における位相の分布を持たせれば、ビーム100Aの仰角及び方位角を制御することができる。
図4は、ビームフォーミングアンテナ装置100の校正処理を説明する図である。送信機30は、ベースバンド処理部及びRFモジュールの他に、校正部30Aを含む装置である。校正部30Aは、ビームフォーミングアンテナ装置100の校正処理を行うコンピュータである。
ここで、まず、ビームフォーミングアンテナ装置100を用いて従来の校正処理について説明する。従来の校正処理は、8行、8列のアンテナエレメント120Aのうちのm行、n列(m、nは、1〜8の任意の整数)のアンテナエレメント120Aと、i行、j列(i、jは、m、nとは異なる1〜8の任意の整数)のアンテナエレメント120Aとを選び、それぞれに接続されているフェーズシフタ131の位相をγm、n、γi、jに設定する。なお、i行、j列のアンテナエレメント120Aは、位相の基準(リファレンス)になるアンテナエレメント120Aである。
そして、m行、n列のアンテナエレメント120Aと、i行、j列のアンテナエレメント120Aとからミリ波を同時に送信し、ネットワークアナライザ40の受信アンテナ40Aで受信電力Pを観測し、m行、n列のアンテナエレメント120Aの位相遅延量δm、nと、位相の基準(リファレンス)になるi行、j列のアンテナエレメント120Aの位相遅延量δi、jとの差(δm、n−δi、j)を推測する。
位相遅延量δm、nと位相遅延量δi、jとは、m行、n列のアンテナエレメント120Aと、i行、j列のアンテナエレメント120Aとに生じる実際の遅延量である。ここで、受信電力Pは次式(1)で表すことができる。
このような受信電力Pは、図5に示すような正弦波形の特性を取る。図5は、受信電力Pの波形を示す図である。図5において、横軸は、位相遅延量δm、nと位相遅延量δi、jとの差(δm、n−δi、j)であり、縦軸は受信電力Pである。
差(δm、n−δi、j)が0から2πまで変化するようにフェーズシフタ131の位相γm、n、γi、jを変化させながら、受信電力Pが最大値(MAX)と最小値(MIN)になるときの差(δm、n−δi、j)を測定すれば、差(δm、n−δi、j)の推測値を求めることができる。
このような校正処理により、位相の基準(リファレンス)になるi行、j列のアンテナエレメント120Aの位相遅延量δi、jに対する、m行、n列のアンテナエレメント120Aの位相遅延量δm、nの差を求めることができる。
8行、8列のアンテナエレメント120Aについて、位相の基準(リファレンス)になるi行、j列のアンテナエレメント120Aに対する差(δm、n−δi、j)の推測値を求めるには、63個のアンテナエレメント120Aについて差(δm、n−δi、j)の推測値を求めることになる。
1つのアンテナエレメント120Aについてフェーズシフタ131の位相γm、n、γi、jをある値に設定した場合に、差(δm、n−δi、j)が0から2πまで変化するようにフェーズシフタ131の位相γm、n、γi、jを変化させながら、受信電力Pが最大値(MAX)と最小値(MIN)になるときの差(δm、n−δi、j)を測定するのに、約20秒掛かる。
このため、位相γm、n、γi、jを360度分振って受信電力Pが最大値(MAX)と最小値(MIN)になるときの差(δm、n−δi、j)を測定するには、20秒×360回で2時間掛かることになる。63個のアンテナエレメント120Aについての測定には、126時間掛かることになる。
ここで、ビームフォーミングアンテナ装置100は、アンテナエレメント120Aに接続される配線基板110の配線の構造を工夫することによって、校正処理に掛かる時間を大幅に低減することができる。以下、そのような処理時間の低減を実現するビームフォーミングアンテナ装置100の構成について説明する。
図6は、ビームフォーミングアンテナ装置100を示す図である。図6には、XY平面視で透過的に見たときのビームフォーミングアンテナ装置100の一部の構成要素を示す。図7は、図6におけるA−A矢視断面を示す図である。
ビームフォーミングアンテナ装置100の配線基板110は、絶縁層111〜118、グランド層141、142、143、144、配線151A、151B、152A、152B、IVH(Interstitial Via Hole)161A、161B、161C、162A、162Bを有する。
なお、図6では、配線151A、151B、152A、152B、IVH161A、161B、161C、162A、162Bについては、図7のA−A矢視断面に関わる部分のみ示し、図7のA−A矢視断面に関わらない部分については図示を省略する。
絶縁層111〜118は、例えば、ビルドアップ基板用のコア層及びプリプレグ層であり、絶縁層111の上面、絶縁層111〜118の各々の間、及び、絶縁層118の下面の9層に配線層が配設される。ここでは、上から下にかけて、L1層からL9層と称す。
アンテナエレメント120Aは、絶縁層111の上面に配設されており、MMIC130は、絶縁層118の下面でY軸正方向側の端辺に沿って配置されている。
図7に示す断面では、説明の便宜上、L1層からL9層のうち、3つのアンテナエレメント120A、グランド層141、142、143、144、及び、配線151A、151B、152A、152Bのみを示す。配線151A、151B、152A、152Bは、第1配線の一例である。また、IVH161A、161B、161C、162A、162Bは、第1ビアの一例である。
3つのアンテナエレメント120Aは、L1層であり、グランド層141、142、143、144は、それぞれ、L2層、L4層、L6層、L8層であり、配線151A、151Bは、L3層であり、配線152A、152Bは、L9層である。また、L1層とL3層を接続するIVH161A、161B、161C、及び、L3層とL9層を接続するIVH162A、162Bが設けられている。図6では、L3層の配線151A、151Bを黒く示し、L9層の配線152A、152Bをグレーで示す。
また、8行×8列の64個のアンテナエレメント120Aについては、図6に示すようにXYZ座標を定義した場合に、Y軸負方向側からY軸正方向側にかけて、1行目から8行目と称し、X軸負方向側からX軸正方向側にかけて、1列目から8列目と称すこととする。
ビームフォーミングアンテナ装置100では、各行の8つのアンテナエレメント120Aに接続される配線は、すべて同じ長さに設定される(ルール1)。ここでいう配線とは、各行の8つのアンテナエレメント120AからMMIC130までの配線である。また、同じ長さとは、電気長が等しいことをいい、L1層からL9層までに設けられる配線の長さに加えて、層間のIVHの長さまで含めて電気長が等長に設定される。
同じ長さに設定するために、各行の8つのアンテナエレメント120Aに接続される配線は、すべて同一の三次元的な形状を有し、配線基板110を作製する際に、同一のパターンに形成される。これは、配線が複数の層にわたる場合において、各層において同一のパターンで同一の長さ、線幅、及び厚さに形成される。
また、8行のアンテナエレメント120Aの配線は、2行ずつにグループ分けされ、各グループの配線は、同じ層に配設される(ルール2)。ここでいう配線とは、ルール1と同様に、各行の8つのアンテナエレメント120AからMMIC130までの配線である。
2行ずつにグループ分けされるとは、8行を2行ずつの4つのグループに分けるという意味であり、ここでは、相隣り合う2つの行を1つのグループにする。すなわち、1行目及び2行目を1つのグループとし、同様に、3行目及び4行目を1つのグループとし、5行目及び6行目を1つのグループとし、7行目及び8行目を1つのグループとする。
各グループの配線は、同じ層に配設されるとは、各グループに含まれる2行の配線は、行が異なるもの同士でも、複数の同じ層に配置されることをいう。詳細については図12を用いて後述するが、相隣り合う配線同士の間隔をビームフォーミングアンテナ装置100が放射するミリ波の波長λの1/4(λ/4)に設定すると、平面視でアンテナエレメント120A同士の間を通せる配線の数は1本に限られる。このような理由と、配線層の数を少しでも減らしたいという理由とから、各グループに含まれる2行の配線を同じ層に配設する。
また、各グループの配線は、グループに含まれる2種類の配線が複数の層にわたって配線される場合には、2種類の配線がともに同一の複数の層にわたって配設される。
また、すべてのアンテナエレメント120Aに接続される配線は、列方向の端部に配設されるMMIC130に向かって伸延する(ルール3)。ここで、列方向とは、各列が伸延する方向であり、図6ではY軸方向である。ルール1によって各行の8つのアンテナエレメント120Aに接続される配線をすべて同じ長さに設定することを実現するために、MMIC130を列方向の端部(ここではY軸正方向の端部)に配置している。
このような3つのルールの下で、配線基板110は、次のような構成を有する。ここでは、図6及び図7に加えて、図8乃至図12を用いる。図8及び図10は、図6と同様に、XY平面視で透過的に見たときのビームフォーミングアンテナ装置100の一部の構成要素を示す図である。図9及び図11は、それぞれ、図8及び図10におけるB−B矢視断面及びC−C矢視断面を示す図である。
図6及び図7には、1行目及び2行目における2列目のアンテナエレメント120Aの配線151A、151B、152A、152B、IVH161A、161B、162A、162Bを示す。ルール1に従って、1行目の8つのアンテナエレメント120Aには、配線151A、152A、IVH161A、162Aと同様の配線及びIVHが接続される。また、同様に、ルール1に従って、2行目の8つのアンテナエレメント120Aには、配線151B、152B、IVH161B、162Bと同様の配線及びIVHが接続される。
また、ルール2に従って、配線151Aと151Bは、ともにL3層に配設され、配線152Aと152Bは、ともにL9層に配設される。配線151A、152Aの間は、IVH161A、162Aによって接続される。配線151B、152Bの間は、IVH161B、162Bによって接続される。
なお、図6では、説明の便宜上、配線152A、152Bが8行×8列の64個のアンテナエレメント120AよりもX軸負方向側に位置するように示すが、配線152A、152Bは、平面視で8行×8列の64個のアンテナエレメント120Aと重なる位置に配設されてもよい。また、配線152A、152Bは、8行×8列の64個のアンテナエレメント120AよりもX軸正方向側に位置してもよい。
図8及び図9には、3行目及び4行目における2列目のアンテナエレメント120Aの配線151C、151D、152C1、152C2、152D1、152D2、IVH161C、161D、162C、162D、163C、163Dを示す。
配線151C、151D、152C1、152C2、152D1、152D2は、第1配線の一例である。また、IVH161C、161D、162C、162D、163C、163Dは、第1ビアの一例である。
ルール1に従って、3行目の8つのアンテナエレメント120Aには、配線151C、152C1、152C2、IVH161C、162C、163Cと同様の配線及びIVHが接続される。また、同様に、ルール1に従って、4行目の8つのアンテナエレメント120Aには、配線151D、152D1、152D2、IVH161D、162D、163Dと同様の配線及びIVHが接続される。
また、ルール2に従って、配線151Cと151Dは、ともにL3層に配設され、配線152C1と152D1は、ともにL7層に配設され、配線152C2と152D2は、ともにL9層に配設される。
配線151C、152C1、152C2の間は、IVH161C、162C、163Cによって接続される。配線151D、152D1、152D2の間は、IVH161D、162D、163Dによって接続される。図8では、L3層の配線151Cと151Dを黒く示し、L9層の配線152C2と152D2をグレーで示し、L7層の配線152C1と152D1をL9層よりも薄いグレーで示す。
なお、図8では、説明の便宜上、配線152C1、152C2の一部と、配線152D1、152D2とが8行×8列の64個のアンテナエレメント120AよりもX軸負方向側に位置するように示すが、配線152C1、152C2、152D1、152D2は、平面視で8行×8列の64個のアンテナエレメント120Aと重なる位置に配設されてもよい。また、配線152C1、152C2の一部と、配線152D1、152D2とが8行×8列の64個のアンテナエレメント120AよりもX軸正方向側に位置してもよい。
図10及び図11には、7行目及び8行目における2列目のアンテナエレメント120Aの配線151G、151H、152G、152H、IVH161G、161H、162G、162Hを示す。配線151G、151H、152G、152Hは、第1配線の一例である。また、IVH161G、161H、162G、162Hは、第1ビアの一例である。
ルール1に従って、7行目の8つのアンテナエレメント120Aには、配線151G、152G、IVH161G、162Gと同様の配線及びIVHが接続される。また、同様に、ルール1に従って、8行目の8つのアンテナエレメント120Aには、配線151H、152H、IVH161H、162Hと同様の配線及びIVHが接続される。
また、ルール2に従って、配線151Gと151Hは、ともにL3層に配設され、配線152Gと152Hは、ともにL9層に配設される。配線151G、152Gの間は、IVH161G、162Gによって接続される。配線151H、152Hの間は、IVH161H、162Hによって接続される。図12では、L3層の配線151Gと151Hを黒く示し、L9層の配線152Gと152Hをグレーで示す。
なお、5行目の8つのアンテナエレメント120Aと、6行目の8つのアンテナエレメント120Aとは、アンテナエレメント120Aの真下のIVHを介してL3層の配線に接続され、L3層とL5層とを接続するIVHによってL5層の配線に接続され、L5層とL9層を接続するIVHを介してL9層の配線に接続され、L9層の配線によってMMIC130に接続される。
図12は、図10に示す配線151G、151H、152G、152H、IVH161G、161H、162G、162HのX軸方向における間隔を示す図である。
相隣り合う配線151Gと151Hと、相隣り合う配線152Gと152HとのX軸方向の間隔は、一例として、それぞれ、ビームフォーミングアンテナ装置100が放射するミリ波の波長λ(電気長)の1/4(λ/4)に設定される。
また、相隣り合う配線151G同士、相隣り合う配線151H同士、相隣り合う配線152G同士、相隣り合う配線152H同士のX軸方向の間隔は、一例として、それぞれ、波長λ(電気長)の1/2(λ/2)に設定される。
これは、図6及び図8に示すすべての配線151A、151B、152A、152B、151C、151D、152C1、152C2、152D1、152D2について同様である。
このような値に設定する理由は、配線同士のカップリングが最も小さくなる間隔だからである。また、同様な理由から、図10に示す8行、7列目のアンテナエレメント120Aのように、L3層でIVH161Gに接続される配線151Gのうち、IVH161GからY軸方向に延びる部分(X軸正方向に折れ曲がる手前までの部分)の長さは、ミリ波の波長λ(電気長)の1/4(λ/4)に設定される。
また、アンテナエレメント120Aの下には、IVHが接続されるため、アンテナエレメント120Aの下に直接接続されるIVHが存在する層(図6乃至図11ではL3層)には、IVHに接続される配線以外は、平面視でアンテナエレメント120Aの下を通すことができない。
このため、相隣り合う配線同士の間隔をビームフォーミングアンテナ装置100が放射するミリ波の波長λの1/4(λ/4)に設定すると、平面視でアンテナエレメント120A同士の間を通せる配線の数は1本に限られる。
ここで、ミリ波とは、例えば、周波数が30GHz〜300GHzの高周波である。例えば、波長の電気長λが5mmであるとすると、λ/4は1.25mmである。配線の幅は、例えば、0.1mmである。
以上のように、実施の形態1によれば、アンテナエレメント120Aを上面に配置した配線基板110において、各行の8つのアンテナエレメント120Aに接続される配線は、すべて同じ長さに設定される。また、すべてのアンテナエレメント120Aに接続される配線は、列方向の端部に配設されるMMIC130に向かって伸延する。
従って、64個のアンテナエレメント120Aのうちのいずれか1つをリファレンス用のアンテナに設定して、送信機30(図4参照)を用いて校正処理を行う際に、各行について、いずれか1つのアンテナエレメント120Aについて校正処理を行えばよい。
また、リファレンス用のアンテナエレメント120Aを含む行については校正処理が不要である。このため、64個のアンテナエレメント120Aを含むビームフォーミングアンテナ装置100では、7回の校正処理を行えばよい。
従って、電波の位相の校正作業を容易に行うことができるビームフォーミングアンテナ装置100を提供することができる。
また、以上では、ルール2により、8行のアンテナエレメント120Aの配線は、2行ずつにグループ分けされ、各グループの配線は、同じ層に配設される形態について説明した。しかしながら、8行のアンテナエレメント120Aの配線は、2行ずつにグループ分けされていなくてよく、各グループの配線は、同じ層に配設されていなくてもよい。
このような形態においても、ルール1によって、各行の8つのアンテナエレメント120Aに接続される配線がすべて同じ長さに設定されることと、ルール3によって、すべてのアンテナエレメント120Aに接続される配線が列方向の端部に配設されるMMIC130に向かって伸延することにより、校正処理の工程を減らすことができる。
また、配線は、2行ずつにグループ分けされ、各グループの配線は、同じ層に配設されるため、配線層の数を半分に減らすことができ、ビームフォーミングアンテナ装置100の小型化を図ることができる。
なお、図12に示す配線同士の間隔は一例であり、配線同士の間隔は上述以外の間隔であってもよい。また、アンテナエレメント120Aの数は一例であり、行方向及び列方向にそれぞれ複数のアンテナエレメント120Aが配列されていればよい。
また、以上では、図6に示す配線151A、151B、152A、152B、図8に示す配線151C、151D、152C1、152C2、152D1、152D2、及び、図10に示す配線151G、151H、152G、152Hのように、アンテナエレメント120AとMMIC130との間で複数の層に分割される配線について説明した。
しかしながら、アンテナエレメント120AとMMIC130との間は、1つの層の配線によって接続されていてもよい。例えば、アンテナエレメント120Aの下面からL9層まで貫通するビアとL9層にある配線とを介して、MMIC130に接続される構成であってもよい。
<実施の形態2>
図13は、実施の形態2のビームフォーミングアンテナ装置200を示す図である。図13には、図6、図8、及び図10と同様に、XY平面視で透過的に見たときのビームフォーミングアンテナ装置200の一部の構成要素を示す。図14は、図13におけるD−D矢視断面を示す図である。
図13は、実施の形態2のビームフォーミングアンテナ装置200を示す図である。図13には、図6、図8、及び図10と同様に、XY平面視で透過的に見たときのビームフォーミングアンテナ装置200の一部の構成要素を示す。図14は、図13におけるD−D矢視断面を示す図である。
ビームフォーミングアンテナ装置200は、配線基板210、アンテナエレメント220A、220B、及びMMIC230A1、230A2、230B1、230B2を含む。配線基板210は、実施の形態1の配線基板110と同様のものであるが、Y軸正方向側の端部にMMIC230A1、230A2が配設され、Y軸負方向側の端部にMMIC230B1、230B2が配設され、8行×4列の32個のアンテナエレメント220A及び220Bが配設されている。
配線基板210は、絶縁層211〜214、グランド層241、242、配線、及びIVHを有する。配線基板210は、4つの絶縁層211〜214を有するため、L1層からL5層の5層の配線層を有する配線基板である。
L1層には、アンテナエレメント220A及び220Bが配設される。グランド層241及び242は、それぞれ、L2層及びL4層に配設される。L3層及びL5層には配線が配置され、IVHは、L1層とL3層を接続するものと、L3層とL5層を接続するものが設けられる。図13では、L3層の配線を黒で示し、L5層の配線をグレーで示す。
図13及び図14には、配線251B、251C、251D、251E、251F、251G、252C、252D、252E、252F、IVH261B、261C、261D、261E、261F、261G、262C、262D、262E、262Fのみを示す。
配線251B、251C、251D、251E、251F、251Gは、L3層であり、配線252C、252D、252E、252Fは、L5層である。また、IVH261B、261C、261D、261E、261F、261Gは、L1層とL3層を接続するIVHであり、IVH262C、262D、262E、262Fは、L3層とL5層を接続するIVHである。
配線251E、251F、251G、252E、252Fは、第1配線の一例である。配線251B、251C、251D、252C、252Dは、第2配線の一例である。IVH261E、261F、261G、262E、262Fは、第1ビアの一例であり、IVH261B、261C、261D、262C、262Dは、第2ビアの一例である。
アンテナエレメント220A、220Bは、アンテナアレイ220を構築する。アンテナエレメント220Aは、Y軸正方向側に配置される4行×4列の16個のアンテナエレメントであり、第1アンテナエレメントの一例である。アンテナエレメント220Bは、Y軸負方向側に配置される4行×4列の16個のアンテナエレメントであり、第2アンテナエレメントの一例である。
アンテナエレメント220A、220Bは、相隣り合う2つの連続した行が1つのグループにされる。すなわち、1行目及び2行目の8つのアンテナエレメント220Bが1つのグループを構築し、3行目及び4行目の8つのアンテナエレメント220Bが1つのグループを構築し、5行目及び6行目の8つのアンテナエレメント220Aが1つのグループを構築し、7行目及び8行目の8つのアンテナエレメント220Aが1つのグループを構築する。
アンテナエレメント220Aは、MMIC230A1、230A2に接続され、アンテナエレメント220Bは、MMIC230B1、230B2に接続される。8行×4列の32個のアンテナエレメント220A及び220Bは、MMIC230A1、230A2、230B1、230B2によってミリ波の位相が制御され、実施の形態1と同様に、ビームの仰角及び方位角が制御される。MMIC230A1、230A2は、第1制御部の一例であり、MMIC230B1、230B2は第2制御部の一例である。
MMIC230A1、230A2、230B1、230B2は、実施の形態1のMMIC130と同様である。MMIC230A1及び230A2を1つのMMICとして捉えてもよいし、1つのMMICに置き換えてもよい。同様に、MMIC230B1及び230B2を1つのMMICとして捉えてもよいし、1つのMMICに置き換えてもよい。
MMIC230A1は、配線251F、252FとIVH261F、262Fを介して、6行目のアンテナエレメント220Aに接続されるとともに、配線251E、252EとIVH261E、262Eを介して、5行目のアンテナエレメント220Aに接続される。また、MMIC230B1は、配線251C、252CとIVH261C、262Cを介して、3行目のアンテナエレメント220Bに接続されるとともに、配線251D、252DとIVH261D、262Dを介して、4行目のアンテナエレメント220Bに接続される。
配線252Cのビア262Cに近い部分と、配線252Eのビア262Eに近い部分とは、それぞれ、2行、1列目のアンテナエレメント220Bと、6行、1列目のアンテナエレメント220Aとの真下を通るが、グランド層242の下側であるため、このような配置が可能になる。
図15は、図13と同様に、XY平面視で透過的に見たときのビームフォーミングアンテナ装置200の一部の構成要素を示す図である。図16は、図15におけるE−E矢視断面を示す図である。図15では、L3層の配線を黒で示し、L5層の配線をグレーで示す。
図15及び図16には、配線251A、251B、251G、251H、252A、252B、252G、252H、IVH261A、261B、261C、261D、261E、261F、261G、261H、262A、262B、262G、262Hのみを示す。
配線251A、251B、251G、251Hは、L3層であり、配線252A、252B、252G、252Hは、L5層である。IVH261A、261B、261C、261D、261E、261F、261G、261Hは、L1層とL3層を接続するIVHであり、IVH262A、262B、262G、262Hは、L3層とL5層を接続するIVHである。
配線251G、251H、252G、252Hは、第1配線の一例である。配線251A、251B、252A、252Bは、第2配線の一例である。IVH261E、261F、261G、261H、262G、262Hは、第1ビアの一例であり、IVH261A、261B、261C、261D、262A、262Bは、第2ビアの一例である。
MMIC230A2は、配線251H、252HとIVH261H、262Hを介して、8行目のアンテナエレメント220Aに接続されるとともに、配線251G、252GとIVH261G、262Gを介して、7行目のアンテナエレメント220Aに接続される。また、MMIC230B2は、配線251A、252AとIVH261A、262Aを介して、1行目のアンテナエレメント220Bに接続されるとともに、配線251B、252BとIVH261B、262Bを介して、2行目のアンテナエレメント220Bに接続される。
以上のように、実施の形態2によれば、アンテナエレメント220A及び220Bを上面に配置した配線基板210において、各行の4つのアンテナエレメント220Aに接続される配線は、すべて同じ長さに設定される。また、さらに、すべてのアンテナエレメント220Aに接続される配線は、列方向の端部に配設されるMMIC230A1、230A2、230B1、230B2に向かって伸延する。
従って、16個のアンテナエレメント220Aのうちのいずれか1つをリファレンス用のアンテナに設定して、送信機30(図4参照)を用いて校正処理を行う際に、各行について、いずれか1つのアンテナエレメント220Aについて校正処理を行えばよい。同様に、16個のアンテナエレメント220Bのうちのいずれか1つをリファレンス用のアンテナに設定して、送信機30(図4参照)を用いて校正処理を行う際に、各行について、いずれか1つのアンテナエレメント220Bについて校正処理を行えばよい。
また、リファレンス用のアンテナエレメント120Aを含む行については校正処理が不要である。このため、32個のアンテナエレメント220A及び220Bを含むビームフォーミングアンテナ装置200では、7回の校正処理を行えばよい。
従って、電波の位相の校正作業を容易に行うことができるビームフォーミングアンテナ装置200を提供することができる。
また、配線は、2行ずつにグループ分けされ、各グループの配線は、同じ層に配設されるため、配線層の数を半分に減らすことができ、ビームフォーミングアンテナ装置200の小型化を図ることができる。
また、配線基板210のY軸正方向側の端部に配設されるMMIC230A1、230A2と、配線基板210のY軸負方向側の端部に配設されるMMIC230B1、230B2とを設けたので、平面視で配線を配線基板210のY軸方向における中央部からY軸正方向側とY軸負方向とに分散させることができるので、配線層の数を半分に減らすことができ、ビームフォーミングアンテナ装置200の小型化を図ることができる。
なお、以上では、相隣り合う2つの連続した行のアンテナエレメント220A、220Bを1つのグループにしたが、1行飛ばしの2行のアンテナエレメント220A、220Bを1つのグループにして、配線を同一の層に配置してもよい。
すなわち、1行目及び3行目の8つのアンテナエレメント220Bが1つのグループを構築し、2行目及び4行目の8つのアンテナエレメント220Bが1つのグループを構築し、5行目及び7行目の8つのアンテナエレメント220Aが1つのグループを構築し、6行目及び8行目の8つのアンテナエレメント220Aが1つのグループを構築してもよい。このような形態を図17乃至図20を用いて説明する。
図17は、実施の形態2の変形例のビームフォーミングアンテナ装置201を示す図である。図17では、図13及び図15と同様に、XY平面視で透過的に見たときのビームフォーミングアンテナ装置201の一部の構成要素を示す。図18は、図17におけるF−F矢視断面を示す図である。なお、図17では、L3層の配線を黒で示し、L5層の配線をグレーで示す。
図17及び図18には、配線251B、251D、251E、251G、252B、252D、252E、252G、IVH261A、261B、261C、261D、261E、261F、261G、261H、262B、262D、262E、262Gのみを示す。
配線251B、251D、251E、251Gは、L3層であり、配線252B、252D、252E、252Gは、L5層である。IVH261A、261B、261C、261D、261E、261F、261G、261Hは、L1層とL3層を接続するIVHであり、IVH262B、262D、262E、262Gは、L3層とL5層を接続するIVHである。
配線252B、251E、251G、252Gは、第1配線の一例である。配線251B、251D、252B、252Dは、第2配線の一例である。IVH261E、261F、261G、261H、262E、262Gは、第1ビアの一例であり、IVH261A、261B、261C、261D、262B、262Dは、第2ビアの一例である。
MMIC230A1は、配線251G、252GとIVH261G、262Gを介して、7行目のアンテナエレメント220Aに接続されるとともに、配線251E、252EとIVH261E、262Eを介して、5行目のアンテナエレメント220Aに接続される。また、MMIC230B1は、配線251B、252BとIVH261B、262Bを介して、2行目のアンテナエレメント220Bに接続されるとともに、配線251D、252DとIVH261D、262Dを介して、4行目のアンテナエレメント220Bに接続される。
図19は、図13、図15、及び図17と同様に、XY平面視で透過的に見たときのビームフォーミングアンテナ装置201の一部の構成要素を示す図である。図20は、図19におけるG−G矢視断面を示す図である。なお、図19では、L3層の配線を黒で示し、L5層の配線をグレーで示す。
図19及び図20には、配線251A、251C、251F、251H、252A、252C、252F、252H、IVH261A、261B、261C、261D、261E、261F、261G、261H、262A、262C、262F、262Hのみを示す。
配線251A、251C、251F、251Hは、L3層であり、配線252A、252C、252F、252Hは、L5層である。IVH261A、261B、261C、261D、261E、261F、261G、261Hは、L1層とL3層を接続するIVHであり、IVH262A、262C、262F、262Hは、L3層とL5層を接続するIVHである。
配線251F、251H、252F、252Hは、第1配線の一例である。配線251A、251C、252A、252Cは、第2配線の一例である。IVH261E、261F、261G、261H、262F、262Hは、第1ビアの一例であり、IVH261A、261B、261C、261D、262A、262Cは、第2ビアの一例である。
MMIC230A2は、配線251H、252HとIVH261H、262Hを介して、8行目のアンテナエレメント220Aに接続されるとともに、配線251F、252FとIVH261F、262Fを介して、6行目のアンテナエレメント220Aに接続される。また、MMIC230B2は、配線251A、252AとIVH261A、262Aを介して、1行目のアンテナエレメント220Bに接続されるとともに、配線251C、252CとIVH261C、262Cを介して、3行目のアンテナエレメント220Bに接続される。
以上のように、実施の形態2の変形例では、1行飛ばしの2行のアンテナエレメント220A、220Bを1つのグループにして、配線を同一の層に配置したが、各行のアンテナエレメント220A、220Bに接続される配線同士が同一の層に配設されることは同様である。
従って、電波の位相の校正作業を容易に行うことができるビームフォーミングアンテナ装置201を提供することができる。
なお、ここでは、1行飛ばしの2行のアンテナエレメント220A、220Bを1つのグループにして配線を同一の層に配置する形態について説明したが、2行飛ばし、又は、2行以上の行を飛ばした2行のアンテナエレメント220A、220Bを1つのグループにして配線を同一の層に配置してもよい。
<実施の形態3>
実施の形態3は、インターリーブ型のビームフォーミングアンテナ装置について説明する。
インターリーブ型のビームフォーミングアンテナ装置は、64個のフェーズシフタ131及び64個のアンテナエレメント(図4参照)を32個ずつの2つのグループに分け、各グループのアンテナエレメントを1つおきに配置する。これにより、各グループのアンテナエレメント同士の間隔は、2倍に拡がる。
実施の形態3は、インターリーブ型のビームフォーミングアンテナ装置について説明する。
インターリーブ型のビームフォーミングアンテナ装置は、64個のフェーズシフタ131及び64個のアンテナエレメント(図4参照)を32個ずつの2つのグループに分け、各グループのアンテナエレメントを1つおきに配置する。これにより、各グループのアンテナエレメント同士の間隔は、2倍に拡がる。
同一のグループのアンテナエレメント同士の間隔を広げるとビームが細くなり、アンテナエレメント同士の間隔が広がるとグレーディングローブと呼ばれる不要放射が発生するため、一方のグループのフェーズシフタ131にA+Bの信号を入力し、他方のグループのフェーズシフタ131にA−Bの信号を入力すると、ある方向では(A+B)+(A−B)=2Aと、信号Aだけの電波となり、別の方向では(A+B)−(A−B)=2Bと信号Bだけの電波になる。これがインターリーブ型のビームフォーミングアンテナ装置である。
以下、図6乃至図11の内容を援用して、実施の形態3のインターリーブ型のビームフォーミングアンテナ装置について説明する。
図21は、実施の形態3のインターリーブ型のビームフォーミングアンテナ装置300を示す図である。図21には、XY平面視で透過的に見たときのビームフォーミングアンテナ装置200の一部の構成要素を示す。図22及び図23は、図21におけるH−H矢視断面及びI−I矢視断面をそれぞれ示す図である。
ビームフォーミングアンテナ装置300は、配線基板310、32個のアンテナエレメント320A、32個のアンテナエレメント320B、MMIC330A、330Bを含む。アンテナエレメント320Aは、第1アンテナエレメントの一例であり、アンテナエレメント320Bは、第2アンテナエレメントの一例である。また、MMIC330Aは、第1制御部の一例であり、MMIC330Bは、第2制御部の一例である。
配線基板310は、2つのMMIC330A、330Bを配置したことにより、実施の形態1の配線基板110よりも層数が増えている。以下、実施の形態1のビームフォーミングアンテナ装置100と同様の構成要素については同一の符号を用いて説明し、その説明を省略する。
配線基板310は、絶縁層111〜118、絶縁層319A、319B、グランド層141、142、143、144、グランド層345、配線351AA、351BA、351AB、351BB、352AA、352AB、352BA、352BB、355AA、355AB、355BA、355BB、IVH361AA、361AB、361AC、361BA、361BB、361BC、362AA、362AB、362BA、362BB、365AA、365AB、365BA、365BBを有する。
図21には、64個のアンテナエレメント320A、320Bのうちの一部を示す。64個のアンテナエレメント320A、320Bは、実施の形態1の64個のアンテナエレメント120を2つのグループに分け、アンテナエレメント320Aと320Bを1列おきに交互に配置したものである。
より具体的には、X軸方向において最も負方向側の1列目には、Y軸方向に8個のアンテナエレメント320Bが配置され、2列目にはY軸方向に8個のアンテナエレメント320Aが配置され、3列目にはY軸方向に8個のアンテナエレメント320Bが配置される。このように交互に配置されることにより、8列目にはY軸方向に8個のアンテナエレメント320Aが配置される。
また、図21では、配線351AA、351BA、351AB、351BB、352AA、352AB、352BA、352BB、355AA、355AB、355BA、355BB、IVH361AA、361AB、361AC、361BA、361BB、361BC、362AA、362AB、362BA、362BB、365AA、365AB、365BA、365BBについては、図22及び図23のH−H矢視断面及びI−I矢視断面に関わる部分のみ示し、これら2つの矢視断面に関わらない部分については図示を省略する。
絶縁層319A、319Bは、絶縁層118の下面に配置されており、例えば、ビルドアップ基板用のコア層及びプリプレグ層である。絶縁層319A、319Bの間には、グランド層345が配置され、絶縁層319Bの下面には、配線355AB、355BBが配置される。
絶縁層111の上面、絶縁層111〜118、319A、319Bの各々の間、及び、絶縁層319Bの下面の11層に配線層が配設される。ここでは、上から下にかけて、L1層からL11層と称す。
配線351AA、351BA、351AB、351BBは、L3層であり、配線352AA、352AB、352BA、352BBは、L9層であり、配線355AA、355AB、355BA、355BBは、L11層である。グランド層345は、L10層である。図21では、L3層の配線351AA、351BA、351AB、351BBを黒で示し、L9層の配線352AA、352AB、352BA、352BBをグレーで示し、L11層の配線355AA、355AB、355BA、355BBを黒で示す。
IVH361AA、361AB、361AC、361BA、361BB、361BCは、L1層とL3層を接続し、IVH362AA、362AB、362BA、362BBは、L3層とL9層を接続し、IVH365AA、365AB、365BA、365BBは、L9層とL11層を接続する。
配線351AA、351AB、352AA、352AB、355AA、355ABは、第1配線の一例であり、配線351BA、351BB、352BA、352BB、355BA、355BBは、第2配線の一例である。
IVH361AA、361AB、361AC、362AA、362AB、365AA、365ABは、第1ビアの一例であり、IVH361BA、361BB、361BC、362BA、362BB、365BA、365BBは、第2ビアの一例である。
MMIC330A、330Bは、Y軸正方向側に配置されている。MMIC330Bは、MMIC330AよりもY軸正方向側に位置し、配線基板310のY軸正方向側の端部に配置されている。MMIC330A、330Bは、それぞれ、アンテナエレメント320A、320Bから放射されるミリ波が形成するビームの仰角及び方位角を調整するように、アンテナエレメント320A、320Bに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する。
このような構成のビームフォーミングアンテナ装置300は、実施の形態1と同様に、ルール1〜3を満たす。すなわち、各行の4つのアンテナエレメント120Aに接続される配線は、すべて同じ長さに設定され、各行の4つのアンテナエレメント120Bに接続される配線は、すべて同じ長さに設定される(ルール1)。
また、8行のアンテナエレメント320A、320Bの配線は、2行ずつにグループ分けされ、各グループの配線は、同じ層に配設される(ルール2)。また、すべてのアンテナエレメント320A、320Bに接続される配線は、列方向の端部に配設されるMMIC330A、330Bに向かって伸延する(ルール3)。
図21及び図22には、1行目及び2行目における2列目のアンテナエレメント320Aの配線351AA、351AB、352AA、352AB、355AA、355AB、IVH361AA、361AB、362AA、362AB、365AA、365ABを示す。ルール1に従って、1行目の4つのアンテナエレメント320Aには、配線351AA、352AA、365AA、IVH361AA、362AA、365AAと同様の配線及びIVHが接続される。また、同様に、ルール1に従って、2行目の4つのアンテナエレメント320Aには、配線351AB、352AB、355AB、IVH361AB、362AB、365ABと同様の配線及びIVHが接続される。
また、ルール2に従って、配線351AAと351ABは、ともにL3層に配設され、配線352AAと352ABは、ともにL9層に配設され、配線355AAと355ABは、ともにL11層に配設される。
配線351AA、352AA、355AAの間は、IVH361AA、362AA、365AAによって接続される。配線351AB、352AB、355ABの間は、IVH361AB、362AB、365ABによって接続される。
なお、図21では、説明の便宜上、配線352AA、352ABが8行×8列の64個のアンテナエレメント320A、320BよりもX軸負方向側に位置するように示すが、配線352AA、352ABは、平面視で8行×8列の64個のアンテナエレメント320A、320Bと重なる位置に配設されてもよい。また、配線352AA、352ABは、8行×8列の64個のアンテナエレメント320A、320BよりもX軸正方向側に位置してもよい。
図21及び図23には、1行目及び2行目における1列目のアンテナエレメント320Bの配線351BA、351BB、352BA、352BB、355BA、355BB、IVH361BA、361BB、362BA、362BB、365BA、365BBを示す。ルール1に従って、1行目の4つのアンテナエレメント320Bには、配線351BA、352BA、365BA、IVH361BA、362BA、365BAと同様の配線及びIVHが接続される。また、同様に、ルール1に従って、2行目の4つのアンテナエレメント320Bには、配線351BB、352BB、355BB、IVH361BB、362BB、365BBと同様の配線及びIVHが接続される。
また、ルール2に従って、配線351BAと351BBは、ともにL3層に配設され、配線352BAと352BBは、ともにL9層に配設され、配線355BAと355BBは、ともにL11層に配設される。
配線351BA、352BA、355BAの間は、IVH361BA、362BA、365BAによって接続される。配線351BB、352BB、355BBの間は、IVH361BB、362BB、365BBによって接続される。
なお、図21では、説明の便宜上、配線352BA、352BBが8行×8列の64個のアンテナエレメント320A、320BよりもX軸負方向側に位置するように示すが、配線352BA、352BBは、平面視で8行×8列の64個のアンテナエレメント320A、320Bと重なる位置に配設されてもよい。また、配線352BA、352BBは、8行×8列の64個のアンテナエレメント320A、320BよりもX軸正方向側に位置してもよい。
図24は、実施の形態3のインターリーブ型のビームフォーミングアンテナ装置300を示す図である。図24には、XY平面視で透過的に見たときのビームフォーミングアンテナ装置200の一部の構成要素を示す。図25及び図26は、図24におけるJ−J矢視断面及びK−K矢視断面をそれぞれ示す図である。
図24及び図25には、3行目及び4行目における2列目のアンテナエレメント320Aの配線351AC、351AD、352AC1、352AC2、352AD1、352AD2、355AC、355AD、IVH361AC、361AD、362AC、362AD、365AC、365ADを示す。ルール1に従って、3行目の4つのアンテナエレメント320Aには、配線351AC、352AC1、352AC2、365AC、IVH361AC、362AC、363AC、365ACと同様の配線及びIVHが接続される。また、同様に、ルール1に従って、4行目の4つのアンテナエレメント320Aには、配線351AD、352AD1、352AD2、355AD、IVH361AD、362AD、363AD、365ADと同様の配線及びIVHが接続される。
また、ルール2に従って、配線351ACと351ADは、ともにL3層に配設され、配線352AC1と352AD1は、ともにL7層に配設され、配線352AC2と352AD2は、ともにL9層に配設され、配線355ACと355ADは、ともにL11層に配設される。
配線351AC、352AC1、352AC2、355ACの間は、IVH361AC、362AC、363AC、365ACによって接続される。配線351AD、352AD1、352AD2、355ADの間は、IVH361AD、362AD、363AD、365ADによって接続される。
図24では、L3層の配線351AC、351ADを黒で示し、L7層の配線352AC1と352AD1を薄いグレーで示し、L9層の配線352AC2と352AD2を濃いグレーで示し、L11層の配線355ACと355ADを黒で示す。
なお、図24では、説明の便宜上、配線352AC1、352AC2、352AD1、352AD2が8行×8列の64個のアンテナエレメント320A、320BよりもX軸負方向側に位置するように示すが、配線352AC1、352AC2、352AD1、352AD2は、平面視で8行×8列の64個のアンテナエレメント320A、320Bと重なる位置に配設されてもよい。また、配線352AC1、352AC2、352AD1、352AD2は、8行×8列の64個のアンテナエレメント320A、320BよりもX軸正方向側に位置してもよい。
図24及び図26には、3行目及び4行目における1列目のアンテナエレメント320Bの配線351BC、351BD、352BC1、352BC2、352BD1、352BD2、355BC、355BD、IVH361BC、361BD、362BC、362BD、365BC、365BDを示す。ルール1に従って、3行目の4つのアンテナエレメント320Bには、配線351BC、352BC1、352BC2、365BC、IVH361BC、362BC、363BC、365BCと同様の配線及びIVHが接続される。また、同様に、ルール1に従って、4行目の4つのアンテナエレメント320Bには、配線351BD、352BD1、352BD2、355BD、IVH361BD、362BD、363BD、365BDと同様の配線及びIVHが接続される。
また、ルール2に従って、配線351BCと351BDは、ともにL3層に配設され、配線352BC1と352BD1は、ともにL7層に配設され、配線352BC2と352BD2は、ともにL9層に配設され、配線355BCと355BDは、ともにL11層に配設される。
図24では、L3層の配線351BC、351BDを黒で示し、L7層の配線352BC1、352BD1を薄いグレーで示し、L9層の配線352BC2、352BD2を濃いグレーで示し、L11層の配線355BC、355BDを黒で示す。
配線351BC、352BC1、352BC2、355BCの間は、IVH361BC、362BC、363BC、365BCによって接続される。配線351BD、352BD1、352BD2、355BDの間は、IVH361BD、362BD、363BD、365BDによって接続される。
なお、図24では、説明の便宜上、配線352BC1、352BC2、352BD1、352BD2が8行×8列の64個のアンテナエレメント320A、320BよりもX軸負方向側に位置するように示すが、配線352BC1、352BC2、352BD1、352BD2は、平面視で8行×8列の64個のアンテナエレメント320A、320Bと重なる位置に配設されてもよい。また、配線352BC1、352BC2、352BD1、352BD2は、8行×8列の64個のアンテナエレメント320A、320BよりもX軸正方向側に位置してもよい。
図27は、実施の形態3のインターリーブ型のビームフォーミングアンテナ装置300を示す図である。図27には、XY平面視で透過的に見たときのビームフォーミングアンテナ装置300の一部の構成要素を示す。図28及び図29は、図27におけるL−L矢視断面及びM−M矢視断面をそれぞれ示す図である。
図27及び図28には、7行目及び8行目における2列目のアンテナエレメント320Aの配線351AG、351AH、352AG、352AH、355AG、355AH、IVH361AG、361AH、362AG、362AH、365AG、365AHを示す。ルール1に従って、7行目の4つのアンテナエレメント320Aには、配線351AG、352AG、365AG、IVH361AG、362AG、365AGと同様の配線及びIVHが接続される。また、同様に、ルール1に従って、8行目の4つのアンテナエレメント320Aには、配線351AH、352AH、355AH、IVH361AH、362AH、365AHと同様の配線及びIVHが接続される。
また、ルール2に従って、配線351AGと351AHは、ともにL3層に配設され、配線352AGと352AHは、ともにL9層に配設され、配線355AGと355AHは、ともにL11層に配設される。図27では、L3層の配線351AG、351AHを黒で示し、L9層の配線352AG、352AHをグレーで示し、L11層の配線355AG、355AHを黒で示す。
配線351AG、352AG、355AGの間は、IVH361AG、362AG、365AGによって接続される。配線351AH、352AH、355AHの間は、IVH361AH、362AH、365AHによって接続される。
なお、図27では、説明の便宜上、配線352AG、352AHが8行×8列の64個のアンテナエレメント320A、320BよりもX軸負方向側に位置するように示すが、配線352AG、352AHは、平面視で8行×8列の64個のアンテナエレメント320A、320Bと重なる位置に配設されてもよい。また、配線352AG、352AHは、8行×8列の64個のアンテナエレメント320A、320BよりもX軸正方向側に位置してもよい。
図27及び図29には、7行目及び8行目における1列目のアンテナエレメント320Bの配線351BG、351BH、352BG、352BH、355BG、355BH、IVH361BG、361BH、362BG、362BH、365BG、365BHを示す。ルール1に従って、7行目の4つのアンテナエレメント320Bには、配線351BG、352BG、365BG、IVH361BG、362BG、365BGと同様の配線及びIVHが接続される。また、同様に、ルール1に従って、8行目の4つのアンテナエレメント320Bには、配線351BH、352BH、355BH、IVH361BH、362BH、365BHと同様の配線及びIVHが接続される。
また、ルール2に従って、配線351BGと351BHは、ともにL3層に配設され、配線352BGと352BHは、ともにL9層に配設され、配線355BGと355BHは、ともにL11層に配設される。図27では、L3層の配線351BG、351BHを黒で示し、L9層の配線352BG、352BHをグレーで示し、L11層の配線355BG、355BHを黒で示す。
配線351BG、352BG、355BGの間は、IVH361BG、362BG、365BGによって接続される。配線351BH、352BH、355BHの間は、IVH361BH、362BH、365BHによって接続される。
なお、図27では、説明の便宜上、配線352BG、352BHが8行×8列の64個のアンテナエレメント320A、320BよりもX軸負方向側に位置するように示すが、配線352BG、352BHは、平面視で8行×8列の64個のアンテナエレメント320A、320Bと重なる位置に配設されてもよい。また、配線352BG、352BHは、8行×8列の64個のアンテナエレメント320A、320BよりもX軸正方向側に位置してもよい。
以上のように、実施の形態3によれば、アンテナエレメント320A、320Bを上面に配置した配線基板310において、各行の8つのアンテナエレメント320A、320Bに接続される配線は、すべて同じ長さに設定される。また、すべてのアンテナエレメント320A、320Bに接続される配線は、列方向の端部に配設されるMMIC330A、330Bにそれぞれ向かって伸延する。
従って、32個のアンテナエレメント320Aのうちのいずれか1つをリファレンス用のアンテナに設定して、送信機30(図4参照)を用いて校正処理を行う際に、各行について、いずれか1つのアンテナエレメント320Aについて校正処理を行えばよい。同様に、32個のアンテナエレメント320Bのうちのいずれか1つをリファレンス用のアンテナに設定して、送信機30(図4参照)を用いて校正処理を行う際に、各行について、いずれか1つのアンテナエレメント320Bについて校正処理を行えばよい。
また、リファレンス用のアンテナエレメント320A、320Bを含む行については校正処理が不要である。このため、64個のアンテナエレメント320A、320Bを含むビームフォーミングアンテナ装置300では、14回の校正処理を行えばよい。
従って、電波の位相の校正作業を容易に行うことができるビームフォーミングアンテナ装置300を提供することができる。
なお、以上では、MMIC330AがMMIC330BよりもY軸負方向側に位置する形態について説明したが、MMIC330AとMMIC330Bの位置は逆であってもよい。
また、実施の形態3では、ビームフォーミングアンテナ装置300が2つのMMIC330A、330Bを含む形態について説明したが、MMIC330A、330Bは、一体化されて1つのMMICであってもよい。1つのMMICの中に、MMIC330A、330Bに対応する制御部が設けられていてもよい。
図30は、実施の形態3の変形例のビームフォーミングアンテナ装置301を示す図である。ビームフォーミングアンテナ装置301は、配線基板310、32個のアンテナエレメント320A、32個のアンテナエレメント320B、MMIC331を含む。MMIC331は、MMIC330A、330B(図21乃至図29参照)に対応する2つの制御部331A、331Bを有する。また、配線352BA、352BBは、制御部331BよりもY軸正方向側まで延在しており、IVH365BA、365BBは、制御部331BよりもY軸正方向側に設けられている。なお、図21に示す配線355BA、355BBに相当する配線は、IVH365BA、365BBの下端からY軸負方向側に伸延して、MMIC331の制御部331Bに接続されている。配線355BA、355BBに相当する配線は、配線352BA、352BBの真下に位置するため、図示を省略する。
その他の構成は、図21乃至図29に示すビームフォーミングアンテナ装置300と同様である。このように、1つのMMICが2つの制御部331A、331Bを有し、制御部331A、331Bが図21乃至図29に示すMMIC330A、330Bと同様に、アンテナエレメント320A、320Bに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する構成であってもよい。
図31は、実施の形態3の変形例のビームフォーミングアンテナ装置300Mを示す図である。図31には、XY平面視で透過的に見たときのビームフォーミングアンテナ装置200の一部の構成要素を示す。図32は、図21におけるN−N矢視断面を示す図である。
ビームフォーミングアンテナ装置300Mは、アンテナエレメントを3つのグループに分けて、3つのMMICで別々に駆動するものである。このような駆動により、ビームフォーミングアンテナ装置300Mは、3本のビームを放射する。
ビームフォーミングアンテナ装置300Mは、配線基板310M、24個のアンテナエレメント320A、24個のアンテナエレメント320B、24個のアンテナエレメント320C、MMIC330A、330B、330Cを含む。
ビームフォーミングアンテナ装置300Mでは、72個のアンテナエレメント320A、320B、320Cが8行(X軸方向)×9列(Y軸方向)で配列されている。それぞれ24個あるアンテナエレメント320A、320B、320Cは、1列目から3列目において、アンテナエレメント320B、320A、320Cの順に配列されており、これは、4列目から6列目と、7列目から9列目とにおいて同様である。
ここで、アンテナエレメント320A、320B、320Cのうち、隣り合うアンテナエレメント320A及び320Bは、それぞれ、第1アンテナエレメント及び第2アンテナエレメントの一例である。また、隣り合うアンテナエレメント320B及び320Cは、それぞれ、第1アンテナエレメント及び第2アンテナエレメントの一例である。
また、隣り合うアンテナエレメント320A及び320Bに接続されるMMIC330A及び330Bは、それぞれ、第1制御部及び第2制御部の一例である。また、隣り合うアンテナエレメント320B及び320Cに接続されるMMIC330B及び330Cは、それぞれ、第1制御部及び第2制御部の一例である。
配線基板310Mは、絶縁層111〜118、絶縁層319A、319B、グランド層141、142、143、144、グランド層345、配線351AA、351BA、351AB、351BB、351CA、351CA、352AA、352AB、352BA、352BB、352CA、352CB、355AA、355AB、355BA、355BB、355CA、355CB、IVH361AA、361AB、361AC、361BA、361BB、361BC、361CA、361CB、361CC、362AA、362AB、362BA、362BB、362CA、362CB、365AA、365AB、365BA、365BB、365CA、365CBを有する。なお、図31には、72個のアンテナエレメント320A、320B、320Cのうちの一部を示す。
アンテナエレメント320A、320B、320Cは、MMIC330A、330B、330Cによってそれぞれ駆動される。アンテナエレメント320A、320Bと、MMIC330A、330Bとの接続関係は、図21乃至図29に示すビームフォーミングアンテナ装置300における接続関係と同様である。
ビームフォーミングアンテナ装置300Mは、上述のように、アンテナエレメント320CとMMIC330Cとによって構築される3つ目のグループを図21乃至図29に示すビームフォーミングアンテナ装置300に加え、アンテナエレメント320A、320B、320Cを24個ずつにした構成を有する。
このため、ここでは、アンテナエレメント320CとMMIC330Cとを接続する配線351CA、351CA、352CA、352CB、355CA、355CB、IVH361CA、361CB、361CC、362CA、362CB、365CA、365CBについて説明する。
図31及び図32には、1行目及び2行目における3列目のアンテナエレメント320Cの配線351CA、351CB、352CA、352CB、355CA、355CB、IVH361CA、361CB、362CA、362CB、365CA、365CBを示す。ルール1に従って、1行目の3つのアンテナエレメント320Cには、配線351CA、352CA、365CA、IVH361CA、362CA、365CAと同様の配線及びIVHが接続される。また、同様に、ルール1に従って、2行目の3つのアンテナエレメント320Cには、配線351CB、352CB、355CB、IVH361CB、362CB、365CBと同様の配線及びIVHが接続される。
また、ルール2に従って、配線351CAと351CBは、ともにL3層に配設され、配線352CAと352CBは、ともにL9層に配設され、配線355CAと355CBは、ともにL11層に配設される。
配線351CA、352CA、355CAの間は、IVH361CA、362CA、365CAによって接続される。配線351CB、352CB、355CBの間は、IVH361CB、362CB、365CBによって接続される。
図33は、実施の形態3の変形例のビームフォーミングアンテナ装置300Mを示す図である。図33には、XY平面視で透過的に見たときのビームフォーミングアンテナ装置300Mの一部の構成要素を示す。図34は、図33におけるO−O矢視断面を示す図である。
図33及び図34には、3行目及び4行目における3列目のアンテナエレメント320Cの配線351CC、351CD、352CC1、352CC2、352CD1、352CD2、355CC、355CD、IVH361CC、361CD、362CC、362CD、363CC、363CD、365CC、365CDを示す。
ルール1に従って、3行目の3つのアンテナエレメント320Cには、配線351CC、352CC1、352CC2、365CC、IVH361CC、362CC、363CC、365CCと同様の配線及びIVHが接続される。また、同様に、ルール1に従って、4行目の3つのアンテナエレメント320Cには、配線351CD、352CD1、352CD2、355CD、IVH361CD、362CD、363CD、365CDと同様の配線及びIVHが接続される。
また、ルール2に従って、配線351CCと351CDは、ともにL3層に配設され、配線352CC1と352CD1は、ともにL7層に配設され、配線352CC2と352CD2は、ともにL9層に配設され、配線355CCと355CDは、ともにL11層に配設される。
配線351CC、352CC1、352CC2、355CCの間は、IVH361CC、362CC、363CC、365CCによって接続される。配線351CD、352CD1、352CD2、355CDの間は、IVH361CD、362CD、363CD、365CDによって接続される。
図35は、実施の形態3の変形例のビームフォーミングアンテナ装置300Mを示す図である。図35には、XY平面視で透過的に見たときのビームフォーミングアンテナ装置300Mの一部の構成要素を示す。図36は、図35におけるP−P矢視断面を示す図である。
図35及び図36には、7行目及び8行目における3列目のアンテナエレメント320Cの配線351CG、351CH、352CG、352CH、355CG、355CH、IVH361CG、361CH、362CG、362CH、365CG、365CHを示す。ルール1に従って、7行目の3つのアンテナエレメント320Cには、配線351CG、352CG、365CG、IVH361CG、362CG、365CGと同様の配線及びIVHが接続される。また、同様に、ルール1に従って、8行目の3つのアンテナエレメント320Cには、配線351CH、352CH、355CH、IVH361CH、362CH、365CHと同様の配線及びIVHが接続される。
また、ルール2に従って、配線351CGと351CHは、ともにL3層に配設され、配線352CGと352CHは、ともにL9層に配設され、配線355CGと355CHは、ともにL11層に配設される。
配線351CG、352CG、355CGの間は、IVH361CG、362CG、365CGによって接続される。配線351CH、352CH、355CHの間は、IVH361CH、362CH、365CHによって接続される。
以上のように、実施の形態3の変形例によれば、アンテナエレメント320A、320B、320Cを上面に配置した配線基板310Mにおいて、各行の8つのアンテナエレメント320A、320B、320Cに接続される配線は、すべて同じ長さに設定される。また、すべてのアンテナエレメント320A、320B、320Cに接続される配線は、列方向の端部に配設されるMMIC330A、330B、330Cにそれぞれ向かって伸延する。
従って、24個のアンテナエレメント320Aのうちのいずれか1つをリファレンス用のアンテナに設定して、送信機30(図4参照)を用いて校正処理を行う際に、各行について、いずれか1つのアンテナエレメント320Aについて校正処理を行えばよい。同様に、24個のアンテナエレメント320Bのうちのいずれか1つをリファレンス用のアンテナに設定して、送信機30(図4参照)を用いて校正処理を行う際に、各行について、いずれか1つのアンテナエレメント320Bについて校正処理を行えばよい。同様に、24個のアンテナエレメント320Cのうちのいずれか1つをリファレンス用のアンテナに設定して、送信機30(図4参照)を用いて校正処理を行う際に、各行について、いずれか1つのアンテナエレメント320Cについて校正処理を行えばよい。
また、リファレンス用のアンテナエレメント320A、320B、320Cを含む行については校正処理が不要である。このため、72個のアンテナエレメント320A、320B、320Cを含むビームフォーミングアンテナ装置300Mでは、21回の校正処理を行えばよい。
従って、電波の位相の校正作業を容易に行うことができるビームフォーミングアンテナ装置300Mを提供することができる。
なお、以上では、1列目から3列目において、アンテナエレメント320B、320A、320Cの順に配列される形態について説明したが、1列目から3列目において、アンテナエレメント320A、320B、320Cの順であってもよいし、その他の順番であってもよい。3列毎に同一の規則でアンテナエレメント320A、320B、320Cが配列されていればよい。
また、以上では、Y軸負方向側からY軸正方向側にかけて、MMIC330A、330B、330Cの順に配列される形態について説明したが、MMIC330A、330B、330Cの順番は、どのような順番であってもよい。
以上、本発明の例示的な実施の形態のビームフォーミングアンテナ装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)
複数の配線層にそれぞれ配置される複数の第1配線を有する配線基板と、
前記配線基板の第1面に配設され、行方向及び列方向に配列される複数の第1アンテナエレメントと、
前記配線基板の前記列方向の第1端部に配設されるとともに、前記複数の第1配線に接続され、前記複数の第1アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する複数の第1位相シフタを有する第1制御部であって、前記複数の第1アンテナエレメントから放射されるミリ波が形成するビームの仰角及び方位角を調整するように、前記複数の第1アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する、第1制御部と
を含み、
前記複数の第1配線は、前記配線基板に厚さ方向に設けられる複数の第1ビアを介して前記複数の第1アンテナエレメントにそれぞれ接続されており、前記複数の第1アンテナエレメントのうち同一行の第1アンテナエレメントに接続される第1配線同士が等しい電気長を有する、ビームフォーミングアンテナ装置。
(付記2)
前記複数の第1アンテナエレメントのうち同一行の第1アンテナエレメントに接続される第1配線同士は、同一のパターンに形成されることにより、互いに等しい電気長を有する、付記1記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記3)
前記複数の第1アンテナエレメントは、2行ずつの複数の第1グループに分けられており、
同一の前記第1グループに含まれる2行の前記第1アンテナエレメントに接続される前記第1配線同士は、1又は複数の同一の配線層に配置される、付記1又は2記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記4)
前記第1グループに含まれる2行の前記第1アンテナエレメントは、隣り合う2行、又は、1行おきの2行の第1アンテナエレメントである、付記3記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記5)
前記配線基板は、前記複数の配線層にそれぞれ配置される複数の第2配線をさらに有し、
前記配線基板の第1面に配設され、行方向及び列方向に配列される複数の第2アンテナエレメントと、
前記配線基板の前記列方向の第2端部に配設されるとともに、前記複数の第2配線に接続され、前記複数の第2アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する複数の第2位相シフタを有する第2制御部であって、前記複数の第1アンテナエレメント及び前記複数の第2アンテナエレメントから放射されるミリ波が形成するビームの仰角及び方位角を前記第1制御部とともに調整するように、前記複数の第2アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する、第2制御部と
をさらに含み、
前記複数の第2配線は、前記配線基板に厚さ方向に設けられる複数の第2ビアを介して前記複数の第2アンテナエレメントにそれぞれ接続されており、前記複数の第2アンテナエレメントのうち同一行の第2アンテナエレメントに接続される第2配線同士が等しい電気長を有する、付記1乃至4のいずれか一項記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記6)
前記複数の第2アンテナエレメントのうち同一行の第2アンテナエレメントに接続される第2配線同士は、同一のパターンに形成されることにより、互いに等しい電気長を有する、付記5記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記7)
前記複数の第2アンテナエレメントは、2行ずつの複数の第2グループに分けられており、
同一の前記第2グループに含まれる2行の前記第2アンテナエレメントに接続される前記第2配線同士は、1又は複数の同一の配線層に配置される、付記5又は6記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記8)
前記第2グループに含まれる2行の前記第2アンテナエレメントは、隣り合う2行、又は、1行おきの2行の第2アンテナエレメントである、付記7記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記9)
複数の配線層にそれぞれ配置される複数の第1配線と複数の第2配線とを有する配線基板と、
前記配線基板の第1面に配設され、行方向及び列方向に配列される複数の第1アンテナエレメントと、
前記配線基板の前記第1面に配設され、前記行方向及び前記列方向に配列される複数の第2アンテナエレメントであって、前記行方向において前記複数の第1アンテナエレメントの隣にそれぞれ配置される複数の第2アンテナエレメントと、
前記配線基板の前記列方向の第1端部側に配設されるとともに、前記複数の第1配線に接続され、前記複数の第1アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する複数の第1位相シフタを有する第1制御部であって、前記複数の第1アンテナエレメントから放射されるミリ波が形成するビームの仰角及び方位角を調整するように、前記複数の第1アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する、第1制御部と、
前記配線基板の前記列方向の前記第1端部側に配設されるとともに、前記複数の第2配線に接続され、前記複数の第2アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する複数の第2位相シフタを有する第2制御部であって、前記複数の第2アンテナエレメントから放射されるミリ波が形成するビームの仰角及び方位角を調整するように、前記複数の第2アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する、第2制御部と
を含み、
前記複数の第1配線は、前記配線基板に厚さ方向に設けられる複数の第1ビアを介して前記複数の第1アンテナエレメントにそれぞれ接続されており、前記複数の第1アンテナエレメントのうち同一行の第1アンテナエレメントに接続される第1配線同士が等しい電気長を有し、
前記複数の第2配線は、前記配線基板に厚さ方向に設けられる複数の第2ビアを介して前記複数の第2アンテナエレメントにそれぞれ接続されており、前記複数の第2アンテナエレメントのうち同一行の第2アンテナエレメントに接続される第2配線同士が等しい電気長を有する、ビームフォーミングアンテナ装置。
(付記10)
前記第2制御部は、前記第1制御部に対して、前記列方向における一方側又は他方側に配置される、付記9記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記11)
前記複数の第1アンテナエレメントのうち同一行の第1アンテナエレメントに接続される第1配線同士は、同一のパターンに形成されることにより、互いに等しい電気長を有し、
前記複数の第2アンテナエレメントのうち同一行の第2アンテナエレメントに接続される第2配線同士は、同一のパターンに形成されることにより、互いに等しい電気長を有する、付記9又は10記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記12)
前記複数の第1アンテナエレメントは、2行ずつの複数の第1グループに分けられており、
同一の前記第1グループに含まれる2行の前記第1アンテナエレメントに接続される前記第1配線同士は、1又は複数の同一の配線層に配置され、
前記複数の第2アンテナエレメントは、2行ずつの複数の第2グループに分けられており、
同一の前記第2グループに含まれる2行の前記第2アンテナエレメントに接続される前記第2配線同士は、1又は複数の同一の配線層に配置され、
前記複数の第1配線と前記複数の第2配線とのうち、同一の行に含まれる前記第1アンテナエレメントと前記第2アンテナエレメントとにそれぞれ接続される第1配線と第2配線は、同一の配線層に配置される、付記9乃至11のいずれか一項記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記13)
前記第1グループに含まれる2行の前記第1アンテナエレメントは、隣り合う2行、又は、1行おきの2行の第1アンテナエレメントであり、
前記第2グループに含まれる2行の前記第2アンテナエレメントは、隣り合う2行、又は、1行おきの2行の第2アンテナエレメントである、付記12記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記1)
複数の配線層にそれぞれ配置される複数の第1配線を有する配線基板と、
前記配線基板の第1面に配設され、行方向及び列方向に配列される複数の第1アンテナエレメントと、
前記配線基板の前記列方向の第1端部に配設されるとともに、前記複数の第1配線に接続され、前記複数の第1アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する複数の第1位相シフタを有する第1制御部であって、前記複数の第1アンテナエレメントから放射されるミリ波が形成するビームの仰角及び方位角を調整するように、前記複数の第1アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する、第1制御部と
を含み、
前記複数の第1配線は、前記配線基板に厚さ方向に設けられる複数の第1ビアを介して前記複数の第1アンテナエレメントにそれぞれ接続されており、前記複数の第1アンテナエレメントのうち同一行の第1アンテナエレメントに接続される第1配線同士が等しい電気長を有する、ビームフォーミングアンテナ装置。
(付記2)
前記複数の第1アンテナエレメントのうち同一行の第1アンテナエレメントに接続される第1配線同士は、同一のパターンに形成されることにより、互いに等しい電気長を有する、付記1記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記3)
前記複数の第1アンテナエレメントは、2行ずつの複数の第1グループに分けられており、
同一の前記第1グループに含まれる2行の前記第1アンテナエレメントに接続される前記第1配線同士は、1又は複数の同一の配線層に配置される、付記1又は2記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記4)
前記第1グループに含まれる2行の前記第1アンテナエレメントは、隣り合う2行、又は、1行おきの2行の第1アンテナエレメントである、付記3記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記5)
前記配線基板は、前記複数の配線層にそれぞれ配置される複数の第2配線をさらに有し、
前記配線基板の第1面に配設され、行方向及び列方向に配列される複数の第2アンテナエレメントと、
前記配線基板の前記列方向の第2端部に配設されるとともに、前記複数の第2配線に接続され、前記複数の第2アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する複数の第2位相シフタを有する第2制御部であって、前記複数の第1アンテナエレメント及び前記複数の第2アンテナエレメントから放射されるミリ波が形成するビームの仰角及び方位角を前記第1制御部とともに調整するように、前記複数の第2アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する、第2制御部と
をさらに含み、
前記複数の第2配線は、前記配線基板に厚さ方向に設けられる複数の第2ビアを介して前記複数の第2アンテナエレメントにそれぞれ接続されており、前記複数の第2アンテナエレメントのうち同一行の第2アンテナエレメントに接続される第2配線同士が等しい電気長を有する、付記1乃至4のいずれか一項記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記6)
前記複数の第2アンテナエレメントのうち同一行の第2アンテナエレメントに接続される第2配線同士は、同一のパターンに形成されることにより、互いに等しい電気長を有する、付記5記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記7)
前記複数の第2アンテナエレメントは、2行ずつの複数の第2グループに分けられており、
同一の前記第2グループに含まれる2行の前記第2アンテナエレメントに接続される前記第2配線同士は、1又は複数の同一の配線層に配置される、付記5又は6記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記8)
前記第2グループに含まれる2行の前記第2アンテナエレメントは、隣り合う2行、又は、1行おきの2行の第2アンテナエレメントである、付記7記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記9)
複数の配線層にそれぞれ配置される複数の第1配線と複数の第2配線とを有する配線基板と、
前記配線基板の第1面に配設され、行方向及び列方向に配列される複数の第1アンテナエレメントと、
前記配線基板の前記第1面に配設され、前記行方向及び前記列方向に配列される複数の第2アンテナエレメントであって、前記行方向において前記複数の第1アンテナエレメントの隣にそれぞれ配置される複数の第2アンテナエレメントと、
前記配線基板の前記列方向の第1端部側に配設されるとともに、前記複数の第1配線に接続され、前記複数の第1アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する複数の第1位相シフタを有する第1制御部であって、前記複数の第1アンテナエレメントから放射されるミリ波が形成するビームの仰角及び方位角を調整するように、前記複数の第1アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する、第1制御部と、
前記配線基板の前記列方向の前記第1端部側に配設されるとともに、前記複数の第2配線に接続され、前記複数の第2アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する複数の第2位相シフタを有する第2制御部であって、前記複数の第2アンテナエレメントから放射されるミリ波が形成するビームの仰角及び方位角を調整するように、前記複数の第2アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する、第2制御部と
を含み、
前記複数の第1配線は、前記配線基板に厚さ方向に設けられる複数の第1ビアを介して前記複数の第1アンテナエレメントにそれぞれ接続されており、前記複数の第1アンテナエレメントのうち同一行の第1アンテナエレメントに接続される第1配線同士が等しい電気長を有し、
前記複数の第2配線は、前記配線基板に厚さ方向に設けられる複数の第2ビアを介して前記複数の第2アンテナエレメントにそれぞれ接続されており、前記複数の第2アンテナエレメントのうち同一行の第2アンテナエレメントに接続される第2配線同士が等しい電気長を有する、ビームフォーミングアンテナ装置。
(付記10)
前記第2制御部は、前記第1制御部に対して、前記列方向における一方側又は他方側に配置される、付記9記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記11)
前記複数の第1アンテナエレメントのうち同一行の第1アンテナエレメントに接続される第1配線同士は、同一のパターンに形成されることにより、互いに等しい電気長を有し、
前記複数の第2アンテナエレメントのうち同一行の第2アンテナエレメントに接続される第2配線同士は、同一のパターンに形成されることにより、互いに等しい電気長を有する、付記9又は10記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記12)
前記複数の第1アンテナエレメントは、2行ずつの複数の第1グループに分けられており、
同一の前記第1グループに含まれる2行の前記第1アンテナエレメントに接続される前記第1配線同士は、1又は複数の同一の配線層に配置され、
前記複数の第2アンテナエレメントは、2行ずつの複数の第2グループに分けられており、
同一の前記第2グループに含まれる2行の前記第2アンテナエレメントに接続される前記第2配線同士は、1又は複数の同一の配線層に配置され、
前記複数の第1配線と前記複数の第2配線とのうち、同一の行に含まれる前記第1アンテナエレメントと前記第2アンテナエレメントとにそれぞれ接続される第1配線と第2配線は、同一の配線層に配置される、付記9乃至11のいずれか一項記載のビームフォーミングアンテナ装置。
(付記13)
前記第1グループに含まれる2行の前記第1アンテナエレメントは、隣り合う2行、又は、1行おきの2行の第1アンテナエレメントであり、
前記第2グループに含まれる2行の前記第2アンテナエレメントは、隣り合う2行、又は、1行おきの2行の第2アンテナエレメントである、付記12記載のビームフォーミングアンテナ装置。
10 ベースバンド処理部
20 RFモジュール
30 送信機
30A 校正部
100、200、201 ビームフォーミングアンテナ装置
100A ビーム
110 配線基板
111〜118 絶縁層
120、220 アンテナアレイ
120A、220A、220B アンテナエレメント
130、230A1、230A2、230B1、230B2 MMIC
131 フェーズシフタ
141、142、143、144 グランド層
151A〜151D、151G、151H、152A、152B、152C1、152C2、152D1、152D2、152G〜152H、251A〜251H、252A〜252H 配線
161A〜161D、161G、161H、162A〜162D、162G、162H、261A〜261H、262A〜262H IVH
300、300M、301 ビームフォーミングアンテナ装置
310、310M 配線基板
320A、320B、320C アンテナエレメント
330A、330B、330C MMIC
319A、319B 絶縁層
345 グランド層
351AA、351BA、351AB、351BB、351CA、351CA、352AA、352AB、352BA、352BB、352CA、352CB、355AA、355AB、355BA、355BB、355CA、355CB 配線
361AA、361AB、361AC、361BA、361BB、361BC、361CA、361CB、361CC、362AA、362AB、362BA、362BB、362CA、362CB、365AA、365AB、365BA、365BB、365CA、365CB IVH
20 RFモジュール
30 送信機
30A 校正部
100、200、201 ビームフォーミングアンテナ装置
100A ビーム
110 配線基板
111〜118 絶縁層
120、220 アンテナアレイ
120A、220A、220B アンテナエレメント
130、230A1、230A2、230B1、230B2 MMIC
131 フェーズシフタ
141、142、143、144 グランド層
151A〜151D、151G、151H、152A、152B、152C1、152C2、152D1、152D2、152G〜152H、251A〜251H、252A〜252H 配線
161A〜161D、161G、161H、162A〜162D、162G、162H、261A〜261H、262A〜262H IVH
300、300M、301 ビームフォーミングアンテナ装置
310、310M 配線基板
320A、320B、320C アンテナエレメント
330A、330B、330C MMIC
319A、319B 絶縁層
345 グランド層
351AA、351BA、351AB、351BB、351CA、351CA、352AA、352AB、352BA、352BB、352CA、352CB、355AA、355AB、355BA、355BB、355CA、355CB 配線
361AA、361AB、361AC、361BA、361BB、361BC、361CA、361CB、361CC、362AA、362AB、362BA、362BB、362CA、362CB、365AA、365AB、365BA、365BB、365CA、365CB IVH
Claims (13)
- 複数の配線層にそれぞれ配置される複数の第1配線を有する配線基板と、
前記配線基板の第1面に配設され、行方向及び列方向に配列される複数の第1アンテナエレメントと、
前記配線基板の前記列方向の第1端部に配設されるとともに、前記複数の第1配線に接続され、前記複数の第1アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する複数の第1位相シフタを有する第1制御部であって、前記複数の第1アンテナエレメントから放射されるミリ波が形成するビームの仰角及び方位角を調整するように、前記複数の第1アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する、第1制御部と
を含み、
前記複数の第1配線は、前記配線基板に厚さ方向に設けられる複数の第1ビアを介して前記複数の第1アンテナエレメントにそれぞれ接続されており、前記複数の第1アンテナエレメントのうち同一行の第1アンテナエレメントに接続される第1配線同士が等しい電気長を有する、ビームフォーミングアンテナ装置。 - 前記複数の第1アンテナエレメントのうち同一行の第1アンテナエレメントに接続される第1配線同士は、同一のパターンに形成されることにより、互いに等しい電気長を有する、請求項1記載のビームフォーミングアンテナ装置。
- 前記複数の第1アンテナエレメントは、2行ずつの複数の第1グループに分けられており、
同一の前記第1グループに含まれる2行の前記第1アンテナエレメントに接続される前記第1配線同士は、1又は複数の同一の配線層に配置される、請求項1又は2記載のビームフォーミングアンテナ装置。 - 前記第1グループに含まれる2行の前記第1アンテナエレメントは、隣り合う2行、又は、1行おきの2行の第1アンテナエレメントである、請求項3記載のビームフォーミングアンテナ装置。
- 前記配線基板は、前記複数の配線層にそれぞれ配置される複数の第2配線をさらに有し、
前記配線基板の第1面に配設され、行方向及び列方向に配列される複数の第2アンテナエレメントと、
前記配線基板の前記列方向の第2端部に配設されるとともに、前記複数の第2配線に接続され、前記複数の第2アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する複数の第2位相シフタを有する第2制御部であって、前記複数の第1アンテナエレメント及び前記複数の第2アンテナエレメントから放射されるミリ波が形成するビームの仰角及び方位角を前記第1制御部とともに調整するように、前記複数の第2アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する、第2制御部と
をさらに含み、
前記複数の第2配線は、前記配線基板に厚さ方向に設けられる複数の第2ビアを介して前記複数の第2アンテナエレメントにそれぞれ接続されており、前記複数の第2アンテナエレメントのうち同一行の第2アンテナエレメントに接続される第2配線同士が等しい電気長を有する、請求項1乃至4のいずれか一項記載のビームフォーミングアンテナ装置。 - 前記複数の第2アンテナエレメントのうち同一行の第2アンテナエレメントに接続される第2配線同士は、同一のパターンに形成されることにより、互いに等しい電気長を有する、請求項5記載のビームフォーミングアンテナ装置。
- 前記複数の第2アンテナエレメントは、2行ずつの複数の第2グループに分けられており、
同一の前記第2グループに含まれる2行の前記第2アンテナエレメントに接続される前記第2配線同士は、1又は複数の同一の配線層に配置される、請求項5又は6記載のビームフォーミングアンテナ装置。 - 前記第2グループに含まれる2行の前記第2アンテナエレメントは、隣り合う2行、又は、1行おきの2行の第2アンテナエレメントである、請求項7記載のビームフォーミングアンテナ装置。
- 複数の配線層にそれぞれ配置される複数の第1配線と複数の第2配線とを有する配線基板と、
前記配線基板の第1面に配設され、行方向及び列方向に配列される複数の第1アンテナエレメントと、
前記配線基板の前記第1面に配設され、前記行方向及び前記列方向に配列される複数の第2アンテナエレメントであって、前記行方向において前記複数の第1アンテナエレメントの隣にそれぞれ配置される複数の第2アンテナエレメントと、
前記配線基板の前記列方向の第1端部側に配設されるとともに、前記複数の第1配線に接続され、前記複数の第1アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する複数の第1位相シフタを有する第1制御部であって、前記複数の第1アンテナエレメントから放射されるミリ波が形成するビームの仰角及び方位角を調整するように、前記複数の第1アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する、第1制御部と、
前記配線基板の前記列方向の前記第1端部側に配設されるとともに、前記複数の第2配線に接続され、前記複数の第2アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する複数の第2位相シフタを有する第2制御部であって、前記複数の第2アンテナエレメントから放射されるミリ波が形成するビームの仰角及び方位角を調整するように、前記複数の第2アンテナエレメントに出力するミリ波の位相をそれぞれ調整する、第2制御部と
を含み、
前記複数の第1配線は、前記配線基板に厚さ方向に設けられる複数の第1ビアを介して前記複数の第1アンテナエレメントにそれぞれ接続されており、前記複数の第1アンテナエレメントのうち同一行の第1アンテナエレメントに接続される第1配線同士が等しい電気長を有し、
前記複数の第2配線は、前記配線基板に厚さ方向に設けられる複数の第2ビアを介して前記複数の第2アンテナエレメントにそれぞれ接続されており、前記複数の第2アンテナエレメントのうち同一行の第2アンテナエレメントに接続される第2配線同士が等しい電気長を有する、ビームフォーミングアンテナ装置。 - 前記第2制御部は、前記第1制御部に対して、前記列方向における一方側又は他方側に配置される、請求項9記載のビームフォーミングアンテナ装置。
- 前記複数の第1アンテナエレメントのうち同一行の第1アンテナエレメントに接続される第1配線同士は、同一のパターンに形成されることにより、互いに等しい電気長を有し、
前記複数の第2アンテナエレメントのうち同一行の第2アンテナエレメントに接続される第2配線同士は、同一のパターンに形成されることにより、互いに等しい電気長を有する、請求項9又は10記載のビームフォーミングアンテナ装置。 - 前記複数の第1アンテナエレメントは、2行ずつの複数の第1グループに分けられており、
同一の前記第1グループに含まれる2行の前記第1アンテナエレメントに接続される前記第1配線同士は、1又は複数の同一の配線層に配置され、
前記複数の第2アンテナエレメントは、2行ずつの複数の第2グループに分けられており、
同一の前記第2グループに含まれる2行の前記第2アンテナエレメントに接続される前記第2配線同士は、1又は複数の同一の配線層に配置され、
前記複数の第1配線と前記複数の第2配線とのうち、同一の行に含まれる前記第1アンテナエレメントと前記第2アンテナエレメントとにそれぞれ接続される第1配線と第2配線は、同一の配線層に配置される、請求項9乃至11のいずれか一項記載のビームフォーミングアンテナ装置。 - 前記第1グループに含まれる2行の前記第1アンテナエレメントは、隣り合う2行、又は、1行おきの2行の第1アンテナエレメントであり、
前記第2グループに含まれる2行の前記第2アンテナエレメントは、隣り合う2行、又は、1行おきの2行の第2アンテナエレメントである、請求項12記載のビームフォーミングアンテナ装置。
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Cited By (1)
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US20210242948A1 (en) * | 2020-01-30 | 2021-08-05 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Array antenna system, and calibration method and apparatus thereof |
-
2017
- 2017-07-25 JP JP2017143733A patent/JP2018157533A/ja active Pending
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