JP3830720B2 - 高周波モジュール装置及びこれを用いた移動体通信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は小型・薄型で携帯及び移動可能であり、設置個所の形状に制限されることのない高周波モジュール装置及びこれを用いた移動体通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の携帯及び移動可能の薄型な高周波モジュール装置としては、例えば電子情報通信学会春季全国大会（１９８９年）予稿集、Ｃ−７９１に記載されたものがある。図９は上記した従来の高周波モジュール装置を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＩａ，Ｉｂで示す面に沿った断面図である。図において、１８は外部と無線信号の送受信を行うアンテナ放射素子、１９はアンテナ放射素子１８が形成された第１の誘電体層、２０は給電回路２２が設けられた第２の誘電体層、２１は高周波モジュール装置に接地ラインを供給する接地層、２２は第２の誘電体層２０上に形成される給電回路で、この給電回路２２によりアンテナ放射素子１８は給電される。
【０００３】
図のように、従来の携帯及び移動可能の薄型な高周波モジュール装置は、一般的に２つの誘電体層１９，２０及び接地層２１を有したトリプレート型ストリップ線路形式で構成されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の携帯及び移動可能の薄型な高周波モジュール装置は以上のように構成されているので、２つの誘電体層１９，２０及び接地層２１を有したトリプレート構造であるために、基板が厚くなり薄型に限界があるという課題があった。
【０００５】
また、２つの誘電体層１９，２０がアルミナ、サファイア、溶融石英、ＧａＡｓ、Ｓｉなどの固形の誘電体材料から作成されていたため、設置個所が平面でないと取り付けることができないという課題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、小型・薄型で携帯及び移動可能であり、設置個所の形状に制限されることのない高周波モジュール装置及びこれを用いた移動体通信装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る高周波モジュール装置は、一方の面に誘電体層を有し、曲げにより生じる応力を吸収するスポンジ層が積層されたフレキシブル基板と、このフレキシブル基板の一方の面に少なくとも１つ設けられ、外部と無線信号の送受信をするアンテナ放射手段と、このアンテナ放射手段と接続して、無線信号の周波数を適宜変換する周波数変換手段を含むＩＣチップと、ＩＣチップを実装する多層基板とを有する高周波モジュールと、フレキシブル基板の他方の面に設けられ、このフレキシブル基板を設置面に接着する接着手段とを備え、多層基板の周縁部に設けた接続部を介して、ＩＣチップとフレキシブル基板上のアンテナ放射手段とを電気的に接続するものである。
【０００８】
この発明に係る高周波モジュール装置は、複数のアンテナ放射手段が周波数変換手段に接続し、複数のアンテナ放射手段のうち、所望のアンテナ放射手段に適宜切り換えるアンテナ切り換え手段を高周波モジュールが備えるものである。
【０００９】
この発明に係る高周波モジュール装置は、複数のアンテナ放射手段が周波数変換手段に接続し、各アンテナ放射手段の給電位相を適宜調整する移相調整手段を高周波モジュールが備えるものである。
【００１０】
この発明に係る高周波モジュール装置は、接着手段がフレキシブル基板を着脱自在に接着するものである。
【００１１】
この発明に係る高周波モジュール装置は、接着手段が設置面に係着する係着手段からなるものである。
【００１２】
この発明に係る高周波モジュール装置は、接着手段が板状磁石からなるものである。
【００１３】
この発明に係る移動体通信装置は、請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の高周波モジュール装置を備えるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による高周波モジュール装置の構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は斜視図である。図において、１は折り曲げ自在の電子回路基板であるフレキシブル基板、１ａはフレキシブル基板１の一方の面に形成された誘電体層、１ｂはフレキシブル基板１の他方の面に形成され、フレキシブル基板１を設置面に接着する接着層（接着手段）である。２は外部との無線信号の送受信をするためのアンテナ放射素子（アンテナ放射手段）、３はアンテナ放射素子２と給電線路４を介して電気的に接続する不図示の周波数変換手段を内部に有する高周波モジュール、４はアンテナ放射素子２に給電を行う給電線路（アンテナ放射手段）、４ａは高周波モジュール３と外部インタフェース端子６とを接続する線路、５はアンテナ放射素子２、給電線路４、及び高周波モジュール３からなる基本ユニット、６は外部装置と信号のやり取りをするための外部インタフェース端子である。基本ユニット５、線路４ａ、及び外部インタフェース端子６は、フレキシブル基板１の誘電体層１ａ上に形成されるものである。なお、基本ユニット５を構成するアンテナ放射素子２は少なくとも１つ（図示の例では２つ）あればよい。
【００１５】
次に動作について説明する。
実施の形態１における高周波モジュール装置は、アンテナ放射素子２を介した外部との無線信号の送受信、及び外部インタフェース端子６を介して、例えばコンピュータ等の外部装置と信号の送受信を行う機能を有するものである。
先ず、無線信号の送信時において、外部インタフェース端子６及び線路４ａを介して高周波モジュール３に送信する無線信号に係る信号が入力される。このあと、高周波モジュール３内の周波数変換手段によって周波数変換された後に給電線路４を介してアンテナ放射素子２に入力されて外部に無線信号が送信される。また、無線信号の受信時において、外部からの送信されてきた無線信号はアンテナ放射素子２において検出されて給電線路４を介して高周波モジュール３に入力される。このあと、高周波モジュール３内の周波数変換手段によって周波数変換された後、線路４ａを介して外部インタフェース端子６より外部装置に信号が出力される。
【００１６】
図２は実施の形態１よる高周波モジュール装置の具体的構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は基本ユニット及びフレキシブル基板の断面図、（ｃ）は実施の形態１による高周波モジュール装置を曲面に取り付けた場合における基本ユニットの断面図を示している。図２（ａ）において、１２はアンテナ放射素子であるパッチアンテナ（アンテナ放射手段）、１３はパッチアンテナ１２と高周波モジュール３との間の信号を伝送するコプレナ線路である（アンテナ放射手段）。また、基本ユニット５は１個の高周波モジュール３にコプレナ線路１３を介してパッチアンテナ１２を４個接続しており、この基本ユニット５が４個配置されている。１３ａは基本ユニット５を相互に接続するコプレナ線路である。
【００１７】
図２（ｂ）、及び図２（ｃ）において、１ｃはフレキシブル基板１の下面に形成された接着層（接着手段）で、フレキシブル基板１を設置面に着脱自在に接着する。３ａはＩＣチップ３ｂなどを実装する多層基板で、ガラスセラミック若しくは有機系材料から構成される。３ｂは周波数変換手段などの高周波回路が集積されたＩＣチップ（周波数変換手段）、３ｃは高周波モジュール３とＩＣチップ３ｂとを電気的に接続する導電性バンプで、３ｄは高周波モジュール３とコプレナ線路１３とを電気的に接続する導電性バンプである。高周波モジュール３は多層基板３ａ、高周波回路を集積したＩＣチップ３ｂ、ＩＣチップ３ｂと多層基板３ａとを電気的に接続する導電性バンプ３ｃ、及び多層基板３ａとフレキシブル基板１とを電気的に接続する導電性バンプ３ｄからなる。ＩＣチップ３ｂは導電性バンプ３ｃにより多層基板３ａにフリップチップ実装され、高周波モジュール３も同様に導電性バンプ３ｄによってフレキシブル基板１にフリップチップ実装される。
【００１８】
１４は誘電体層であるポリイミドフィルム層、１５はフレキシブル基板１に弾性を持たせるためのスポンジ層、１６は高周波モジュール３に接地電位を供給するためのグランド層、１７はコプレナ線路１３のグランドパターンとグランド層１６とを電気的に接続するスルーホールである。フレキシブル基板１はコプレナ線路１３、ポリイミドフィルム層１４、スポンジ層１５、接着層１ｃ、グランド層１６、及びスルーホール１７から構成される。また、コプレナ線路１３はポリイミドフィルム１４上に形成されるＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）構造とする。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００１９】
次に概要について説明する。
本願発明の高周波モジュール装置の特徴として、設置面の形状によらず高周波モジュール装置を設置することができることにある。ここで、例えば図２（ｃ）に示すように設置面が曲面形状である場合について説明する。フレキシブル基板１は折り曲げ自在であることから、設置面の曲面に沿って変形して接着層１ｃに間隙を生じることなく取り付けることができ、また、異なる曲率面であっても取り付け強度の低下を防ぐことができる。
【００２０】
このとき、高周波モジュール３にはフレキシブル基板１を曲げるときに生じる応力が加わるが、フレキシブル基板１内のスポンジ層１５自体の変形によって高周波モジュール３に加わる応力を吸収するために、高周波モジュール３とフレキシブル基板１との接続部に応力が集中することがない。
【００２１】
また、ポリイミドフィルム層１４はフレキシブル基板１を曲げても表面の伸縮が小さいので、この上に構成した高周波信号を伝搬させるコプレナ線路１３の長さ、間隔がほとんど変化しない。これにより、フレキシブル基板１を曲げることによる特性劣化を小さくすることができる。
【００２２】
以上のように、この実施の形態１によれば、一方の面に誘電体層１ａ，１４を有するフレキシブル基板１と、このフレキシブル基板１の一方の面に少なくとも１つ設けられ、外部と無線信号の送受信をするためのアンテナ放射素子２，１２や給電線路４，１３からなるアンテナ放射手段と、このアンテナ放射手段と接続して、ＩＣチップ３ｂ内に設けられ、無線信号の周波数を適宜変換する周波数変換手段とを有する高周波モジュール３と、フレキシブル基板１の他方の面に設けられ、このフレキシブル基板１を設置面に接着する接着層１ｂとを備えるので、アンテナ放射素子２及び高周波モジュール３が同一面上に形成されることから、小型、且つ薄型とすることができる。また、接着層１ｂを介してフレキシブル基板１を接着するので設置が容易である。さらに、誘電体層１ａ及び接着層１ｂを変形可能な材料で作成することにより、設置箇所の形状に比較的制限されることなく設置することができる。
【００２３】
実施の形態２．
この実施の形態２は複数のアンテナ放射手段を有し、これらのアンテナ放射手段のうち、所望のアンテナ放射手段に適宜切り換えるアンテナ切り換え手段を高周波モジュールが備えるものである。
【００２４】
図３はこの実施の形態２による高周波モジュール装置の構成を示す上面図である。図において、７は高周波モジュール３内に設けられ、複数個のアンテナ放射素子２から所望のアンテナ放射素子に切り換える切り換え手段（アンテナ切り換え手段）である。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２５】
次に概要について説明する。
個々のアンテナ放射素子２と高周波モジュール３との間の動作は上記実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を省略し、複数個のアンテナ放射素子２を１つの高周波モジュール３に接続することによって期待できる構成について説明する。高周波モジュール３に接続する各アンテナ放射素子２は、切り換え手段７によって所望のアンテナ放射素子２に適宜切り換えることができる。これにより、受信すべきフェージング受信波を複数のアンテナ放射素子２で交互に受信し、受信波を合成若しくは切り換えて受信信号とすることで、アンテナ切換ダイバーシチとして動作させることができる。
【００２６】
以上のように、この実施の形態２によれば、アンテナ放射素子２及び給電線路４からなるアンテナ放射手段が周波数変換手段に複数個接続し、複数のアンテナ放射手段のうち、所望のアンテナ放射手段に適宜切り換える切り換え手段７を高周波モジュール３が備えるので、アンテナ切換ダイバーシチとして動作させることができる。
【００２７】
実施の形態３．
この実施の形態３は複数のアンテナ放射手段を有し、各アンテナ放射手段の給電位相を適宜調整する移相調整手段を高周波モジュールが備えるものである。
【００２８】
図４はこの発明の実施の形態３による高周波モジュール装置の構成を示す上面図である。図において、８はアンテナ放射素子２の給電位相の移相量を切り換える移相器（移相調整手段）、９は合波回路（移相調整手段）で、各アンテナ放射素子２が受信した電波を合波する。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２９】
次に概要について説明する。
高周波モジュール３に移相器８及び合波回路９を持たせ、複数個のアンテナ放射素子２を接続することにより、フェーズドアレイとして動作させることができる。具体的に説明すると、移相器８により各アンテナ放射素子２の給電位相を一定の規則に従って電子的に変えてゆくことで、一定位相差で励振された各アンテナ放射素子２から放射される放射ビームを走査することができる。また、受信時においては各アンテナ放射素子２の出力を合波回路９により適当に合成することで、自由度の高いビーム合成をすることができる。
【００３０】
以上のように、この実施の形態３によれば、アンテナ放射素子２及び給電線路４からなるアンテナ放射手段が周波数変換手段に複数個接続し、各アンテナ放射手段の給電位相を適宜調整する、移相器８及び合波回路９からなる移相調整手段を高周波モジュール３が備えるので、フェーズドアレイとして動作させることができる。
【００３１】
実施の形態４．
この実施の形態４はフレキシブル基板に設けた接着手段を着脱自在としたものである。
【００３２】
図５はこの発明の実施の形態４による高周波モジュール装置の構成を示す斜視図である。図において、１ｃはフレキシブル基板１に形成した繰り返し脱着可能の接着層（接着手段）である。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３３】
次に概要について説明する。
フレキシブル基板１に形成した接着層１ｃを繰り返し脱着可能とすることにより、設置個所に固定されることがなくなることから、繰り返しの移動及び携帯使用が可能となる。繰り返し脱着可能な接着層１ｃとしては、吸盤、ゲル状材料によるものなどでもよいが、以下に具体的な例を挙げる。
【００３４】
図６は実施の形態４による高周波モジュールが使用する接着層の他の例を示す斜視図である。図において、１ｄはフレキシブル基板１を設置面に係着させて接着する接着層（係着手段、接着手段）で、例えば布などの表面の繊維に係着する鉤部をテープ上に多数設けてなるマジックテープ（株式会社クラレの登録商標）などを使用する。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３５】
このように構成することで、設置面が接着層１ｄと係着する布などの表面であれば、フレキシブル基板１の接着層１ｄの鉤部が表面の繊維に絡み合って接着することができる。
【００３６】
なお、上記では接着層１ｄにマジックテープのような設置面と係着する鉤部を有するものを示したが、これに限らず、接着層１ｄと設置面とが係着して着脱自在に設置することができるものならばよい。
【００３７】
図７は実施の形態４による高周波モジュールが使用する接着層の他の例を示す斜視図である。図において、１ｅは板状磁石（接着手段）であり、フレキシブル基板１とともに変形可能である。また、板状磁石１ｅとしては、弾性材料と磁性材料とを練り合わせて作成されるフレキシブルに変形可能な磁石（いわゆる、ゴム磁石）や磁石粒子を弾性材料からなる板材に塗布したものなどが考えられる。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３８】
このように構成することで、常磁性材料で構成される設置面であれば、フレキシブル基板１の接着層１ｅを設置面に接着することができる。
【００３９】
以上のように、この実施の形態４によれば、接着層１ｃがフレキシブル基板１を着脱自在に接着するので、フレキシブル基板１を繰り返し脱着可能であることから設置個所に固定されず、繰り返しの移動及び携帯使用が可能となる。
【００４０】
また、この実施の形態４によれば、接着層１ｄが設置面に係着する係着手段からなるので、上記と同様の効果を奏する。
【００４１】
さらに、この実施の形態４によれば、接着層１ｅが板状磁石からなるので、上記と同様の効果を奏する。
【００４２】
実施の形態５．
この実施の形態５では上記実施の形態で示した高周波モジュール装置を使用した移動体通信装置について示す。
【００４３】
図８はこの発明の実施の形態５による移動体通信装置を示す上面図である。図において、１１は上記実施の形態１〜４に示したような高周波モジュール装置を無線送受信部として使用した移動体通信装置である。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００４４】
次に概要について説明する。
携帯及び移動可能な通信装置に高周波モジュール装置を無線送受信部として使用することで、場所に制限されずに情報通信が可能となる。このように、上記実施の形態２，３のようにアンテナ切り換えダイバーシチやフェーズドアレイとして動作させることのできる本願発明の高周波モジュール装置を使用することで、従来の移動体通信装置にはない様々な通信機能を持たすことができ、加えて携帯性を損なうことがない。
【００４５】
以上のように、この実施の形態５によれば、移動体通信装置に本願発明の高周波モジュール装置を使用するので、様々な通信機能を有し、加えて携帯性のよい移動体通信装置を提供することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、この発明の高周波モジュールによれば、一方の面に誘電体層を有するフレキシブル基板と、このフレキシブル基板の一方の面に少なくとも１つ設けられ、外部と無線信号の送受信をするためのアンテナ放射手段と、このアンテナ放射手段と接続して、無線信号の周波数を適宜変換する周波数変換手段とを有する高周波モジュールと、フレキシブル基板の他方の面に設けられ、このフレキシブル基板を設置面に接着する接着手段とを備えるので、アンテナ放射素子及び高周波モジュールが同一面上に形成されることから、小型、且つ薄型とすることができる効果がある。また、接着手段を介してフレキシブル基板を接着するので設置が容易である。さらに、設置箇所の形状に比較的制限されることなく設置することができる効果がある。
【００４７】
この発明の高周波モジュールによれば、複数のアンテナ放射手段が周波数変換手段に接続し、複数のアンテナ放射手段のうち、所望のアンテナ放射手段に適宜切り換えるアンテナ切り換え手段を高周波モジュールが備えるので、アンテナ切換ダイバーシチとして動作させることができる。
【００４８】
この発明の高周波モジュールによれば、複数のアンテナ放射手段が周波数変換手段に接続し、各アンテナ放射手段の給電位相を適宜調整する移相調整手段を高周波モジュールが備えるので、フェーズドアレイとして動作させることができる。
【００４９】
この発明の高周波モジュールによれば、接着手段がフレキシブル基板を着脱自在に接着するので、設置個所に固定されず、移動及び携帯の自由度を高めることができる効果がある。
【００５０】
この発明の高周波モジュールによれば、接着手段が設置面に係着する係着手段からなるので、上記段落００４９と同様の効果を奏する。
【００５１】
この発明の高周波モジュールによれば、接着手段が板状磁石からなるので、上記段落００４９と同様の効果を奏する。
【００５２】
この発明の移動体通信装置よれば、請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の高周波モジュール装置を備えるもので、場所に制限されずに情報通信が可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による高周波モジュール装置の構成を示す図ある。
【図２】 実施の形態１よる高周波モジュール装置の具体的構成を示す図である。
【図３】 この実施の形態２による高周波モジュール装置の構成を示す上面図である。
【図４】 この発明の実施の形態３による高周波モジュール装置の構成を示す上面図である。
【図５】 この発明の実施の形態４による高周波モジュール装置の構成を示す斜視図である。
【図６】 実施の形態４による高周波モジュールが使用する接着層の他の例を示す斜視図である。
【図７】 実施の形態４による高周波モジュールが使用する接着層の他の例を示す斜視図である。
【図８】 この発明の実施の形態５による移動体通信装置を示す上面図である。
【図９】 従来の高周波モジュール装置を示す図である。
【符号の説明】
１ フレキシブル基板、１ａ 誘電体層、１ｂ，１ｃ 接着層（接着手段）、１ｄ 接着層（係着手段、接着手段）、１ｅ 板状磁石（接着手段）、２ アンテナ放射素子（アンテナ放射手段）、３ 高周波モジュール、３ａ 多層基板、３ｂ ＩＣチップ（周波数変換手段）、３ｃ，３ｄ 導電性バンプ、４ 給電線路（アンテナ放射手段）、４ａ 線路、５ 基本ユニット、６ 外部インタフェース端子、７ 切り換え手段（アンテナ切り換え手段）、８ 移相器（移相調整手段）、９ 合波回路（移相調整手段）、１１ 移動体通信装置、１２ パッチアンテナ（アンテナ放射手段）、１３ コプレナ線路（アンテナ放射手段）、１３ａ コプレナ線路、１４ ポリイミドフィルム層、１５ スポンジ層、１６ グランド層、１７ スルーホール。

Claims (7)

1. 一方の面に誘電体層を有し、曲げにより生じる応力を吸収するスポンジ層が積層されたフレキシブル基板と、
   このフレキシブル基板の一方の面に少なくとも１つ設けられ、外部と無線信号の送受信をするアンテナ放射手段と、このアンテナ放射手段と接続して、上記無線信号の周波数を適宜変換する周波数変換手段を含むＩＣチップと、上記ＩＣチップを実装する多層基板とを有する高周波モジュールと、
   上記フレキシブル基板の他方の面に設けられ、このフレキシブル基板を設置面に接着する接着手段とを備え、
   上記多層基板の周縁部に設けた接続部を介して、上記ＩＣチップと上記フレキシブル基板上の上記アンテナ放射手段とを電気的に接続する高周波モジュール装置。
2. 高周波モジュールは、複数のアンテナ放射手段が周波数変換手段に接続し、
   上記複数のアンテナ放射手段のうち、所望のアンテナ放射手段に適宜切り換えるアンテナ切り換え手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール装置。
3. 高周波モジュールは、複数のアンテナ放射手段が周波数変換手段に接続し、
   各アンテナ放射手段の給電位相を適宜調整する移相調整手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール装置。
4. 接着手段は、フレキシブル基板を着脱自在に接着することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の高周波モジュール装置。
5. 接着手段は、設置面に係着する係着手段からなることを特徴とする請求項４項記載の高周波モジュール装置。
6. 接着手段は、板状磁石からなることを特徴とする請求項４項記載の高周波モジュール装置。
7. 請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の高周波モジュール装置を備えた移動体通信装置。

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