JP6593444B2 - アンテナ一体型通信モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、アンテナ一体型通信モジュールに関する。
下記の特許文献１に、高周波回路モジュール（送受信回路部品）とアンテナ素子（パッチアンテナ）とが一体化されたアンテナ一体型通信モジュールが開示されている。このアンテナ一体型通信モジュールは、上から順番に、第１の導体層、第１の誘電体層、第２の導体層、第２の誘電体層、及び第３の導体層が積層されている。
第１の導体層にパッチアンテナが配置され、第２の導体層に接地電極が設けられ、第３の導体層に複数の配線が設けられる。送受信回路部品は、第２の誘電体層及び第３の導体層の下面に実装される。第１の導体層に配置された放射素子と、第３の導体層に配置された配線とが、第１の誘電体層及び第２の誘電体層を貫通するスルーホールを介して相互に接続される。高周波回路特性を最適化するために、第１の誘電体層が第２の誘電体層よりも厚くされ、第１の誘電体層の誘電率が第２の誘電体層の誘電率より低くされている。
特許文献１には、さらに、送受信回路部品を保護樹脂で覆う構成が開示されている。さらに、複数のパッチアンテナを配置したアレーアンテナも開示されている。
特開２００１−３２６３１９号公報
無線通信の伝送速度を向上させるために、より高い周波数の利用が進められている。今日では、家庭内でもミリ波帯を使用する無線ＬＡＮが普及しつつある。ミリ波帯では、人体や家具などの遮蔽物による反射や吸収によって、伝送損失が大きくなる。伝送損失が大きくなると、高い通信速度を維持することが困難になる。
多数の放射素子を有するアダプティブアレーアンテナを用いることにより、高い通信速度を確保することが可能である。アダプティブアレーアンテナを用いた通信方式では、多数の放射素子の入出力信号の位相及び振幅を制御することにより、天井や家具等からの反射を組み入れて送受信経路を最適化することが可能である。なお、アダプティブアレーアンテナのうち、多数の放射素子の入出力信号の位相のみを制御するものは、フェイズドアレーアンテナと呼ばれる。フェイズドアレーアンテナは、位相と振幅との両方を制御するアダプティブアレーアンテナよりも構成が簡単であることから、広く使われている。
アダプティブアレーアンテナにおいては、特性を確保するために、放射素子の数、位相及び振幅を調整する回路系統の数を多くし、さらに放射素子の各々の指向性を広くすることが重要である。また、ミリ波帯では、配線パターンの曲がりやスルーホール等に起因する特性インピーダンスの不連続部における損失が大きくなる。損失の増大を抑制するために、送受信回路部品と放射素子の給電点とを、できるだけ短く、かつ滑らかに（配線パターンの曲がり部の曲率を大きくして）接続することが望まれる。
特許文献１に開示されたアンテナモジュールの構成では、送受信回路部品と放射素子の給電点とを接続する導体が、積層された第１の誘電体層と第２の誘電体層とを貫通するスルーホール内に配置される。スルーホール内の導体と、送受信回路部品とは、第２の誘電体層の下面に配置された配線を介して接続される。
この構造では、スルーホールを避けて配線を配置しなければならない。放射素子の数が増えるとスルーホールの数も増えるため、スルーホールを避けて配線を引き回すことによって配線が長くなる。さらに、送受信回路部品は、スルーホールの位置及びその周辺を避けて配置しなければならない。これにより、配線を短くすることや、配線パターンを滑らかにすることが困難になる。その結果、伝送損失が大きくなってしまう。さらに、配線が長く、かつ配線パターンの曲がり部の曲率が大きい構成では、回路シミュレーションの精度を高めることが困難である。このため、最適な特性を有するアンテナの構造設計を、シミュレーションを用いて行うことが難しく、所望の特性が得られない場合が生じやすい。所望の特性が得られない場合には、設計の手直しが必要になってしまう。
本発明の目的は、放射素子が配置された面から、回路部品が実装される面まで達する給電線用のスルーホールを設けることなく、放射素子と回路部品とを接続することが可能なアンテナ一体型通信モジュールを提供することである。
本発明の第１の観点によるアンテナ一体型通信モジュールは、
第１の誘電体層、及び前記第１の誘電体層の上面及び下面に配置された導体パターンを含む多層基板と、
前記多層基板の上に配置され、前記第１の誘電体層とは異なる材料からなる第２の誘電体層と、
前記第２の誘電体層に形成された少なくとも１つの放射素子と、
前記放射素子と前記導体パターンとを接続する給電線と、
前記多層基板の下面に実装された送受信回路部品と、
前記多層基板の、前記第２の誘電体層が配置された面とは反対側の面に配置され、前記送受信回路部品を覆う第３の誘電体層と、
前記第３の誘電体層に埋設され、一端が前記第１の誘電体層の下面に配置された前記導体パターンに接続され、他端が前記第３の誘電体層の表面まで達する導電性の棒状部材と
を有し、
前記給電線は、前記第２の誘電体層の厚さ方向に延びる導電性の導体ピンを含み、前記導体ピンは、前記放射素子と、前記第１の誘電体層の上面に配置された前記導体パターンとを電気的に接続する。
給電線となる棒状導体が多層基板の上面に配置された導体パターンに接続されているため、多層基板内に給電線用のスルーホールを設ける必要が無い。このため、導体ピンの位置及び導体ピンが接続されている導体パターンの位置を避けることなく多層基板内に配線パターンを配置することができる。さらに、多層基板の底面に回路部品を実装する場合に、導体ピンの位置を避ける必要が無い。
本発明の第２の観点によるアンテナ一体型通信モジュールは、第１の観点によるアンテナ一体型通信モジュールの構成に追加して、前記第２の誘電体層の誘電率が、前記第１の誘電体層の誘電率より小さいという特徴を有する。
本発明の第３の観点によるアンテナ一体型通信モジュールは、第１または第２の観点によるアンテナ一体型通信モジュールの構成に追加して、前記第２の誘電体層の誘電正接が前記第１の誘電体層の誘電正接よりも小さいという特徴を有する。
第２の誘電体層として第１の誘電体層の誘電正接よりも小さい誘電正接を持つ材料を用いることにより、第２の誘電体層内での電気エネルギの損失が小さくなるため、アンテナ特性の向上を図ることができる。
本発明の第４の観点によるアンテナ一体型通信モジュールは、第１乃至第３の観点によるアンテナ一体型通信モジュールの構成に加えて、前記導体ピンの一方の端面が、前記第１の誘電体層の上面に配置された前記導体パターンの上面に接しているという特徴を有する。
導体ピンが、第１の誘電体層の上面に配置された導体パターンよりも低い位置まで延びている構成では、下方に延びる部分が意図しない開放端（オープンスタブ）として動作してしまう。導体ピンの一方の端面が、第１の誘電体層の上面に配置された導体パターンに対向する構成とすることにより、下方に延びる部分が発生しない。その結果、意図しない開放端の発生が回避される。
本発明の第５の観点によるアンテナ一体型通信モジュールは、第１乃至第４の観点によるアンテナ一体型通信モジュールの構成に加えて、前記導体ピンの、長さ方向に直交する断面の形状及び面積が、長さ方向に関して一定であるという特徴を有する。
上述の特徴を有する構成を採用することにより、導体ピンを伝搬する高周波信号の伝送損失の増大を抑制することができる。
本発明の第６の観点によるアンテナ一体型通信モジュールは、第１乃至第５の観点によるアンテナ一体型通信モジュールの構成に加えて、前記アンテナ一体型通信モジュールが、複数の前記放射素子を含み、複数の前記放射素子がアダプティブアレーアンテナを構成しているという特徴を有する。
上述の特徴を有する構成を採用することにより、アンテナから放射された電波が伝搬する空間に存在する天井や家具等からの反射を組み入れて送受信経路を最適化することが可能である。
本発明の第７の観点によるアンテナ一体型通信モジュールは、第６の観点によるアンテナ一体型通信モジュールの構成に加えて、前記第２の誘電体層の上面が、平坦な領域と、前記平坦な領域に連続する傾斜領域とを含み、前記平坦な領域の法線方向と、前記傾斜領域の法線方向とが、前記第２の誘電体層から遠ざかるに従って相互に離れる向きに前記傾斜領域が傾斜しており、前記平坦な領域と前記傾斜領域とに、それぞれパッチアンテナとして動作する複数の前記放射素子が配置されているという特徴を有する。
傾斜領域に配置された放射素子は、側方への指向性を強く持つ。これにより、アダプティブアレーアンテナとして、指向性調整の自由度を高めることができる。
給電線となる棒状導体が多層基板の上面に配置された導体パターンに接続されているため、多層基板内に給電線用のスルーホールを設ける必要が無い。このため、導体ピンの位置、及び導体ピンが接続された導体パターンの位置を避けることなく多層基板内に配線パターンを配置することができる。さらに、多層基板の底面に回路部品を実装する場合に、導体ピンの位置を避ける必要が無い。
図１は、第１実施例によるアンテナ一体型通信モジュールのブロック図である。 図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、それぞれ第１実施例によるアンテナ一体型通信モジュールの平面図、断面図、及び底面図である。 図３Ａは、第２の誘電体層の上面に配置された導体パターンの配置図であり、図３Ｂ及び図３Ｃは、それぞれ多層基板の上から１層目及び２層目の導体層に配置される導体パターンの配置図である。 図３Ｄ、図３Ｅ、図３Ｆ、及び図３Ｇは、それぞれ多層基板の上から３層目、４層目、５層目、及び６層目の導体層に配置される導体パターンの配置図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、第１実施例によるアンテナ一体型通信モジュールの、製造途中段階における断面図である。 図４Ｃ及び図４Ｄは、第１実施例によるアンテナ一体型通信モジュールの、製造途中段階における断面図である。 図４Ｅは、第１実施例によるアンテナ一体型通信モジュールの、製造途中段階における断面図であり、図４Ｆは、第１実施例によるアンテナ一体型通信モジュールの断面図である。 図５Ａは、第１比較例によるアンテナ一体型通信モジュールのアンテナ基板の断面図であり、図５Ｂは、第１比較例によるアンテナ一体型通信モジュールの多層基板及び第３の誘電体層の断面図であり、図５Ｃは、第１比較例によるアンテナ一体型通信モジュールの断面図である。 図６は、第２比較例によるアンテナ一体型通信モジュールの断面図である。 図７は、第３比較例によるアンテナ一体型通信モジュールの断面図である。 図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ第２実施例によるアンテナ一体型通信モジュールの断面図及び底面図である。
［第１実施例］
図１に、第１実施例によるアンテナ一体型通信モジュール１のブロック図を示す。第１実施例によるアンテナ一体型通信モジュール１は、位相のみを制御する３２素子のフェイズドアレーアンテナを含み、６０ＧＨｚ帯のミリ波を用いた通信に用いられる。
３２個の放射素子２０が、それぞれ送受信回路部品１０の入出力端子１１に接続されている。入出力端子１１の各々は、スイッチ（送受切替器）１２を介して、受信用ローノイズアンプ１３及び送信用パワーアンプ１４の一方に、選択的に接続される。通常は、放射素子２０は受信用ローノイズアンプ１３に接続されており、送信時にのみ送信用パワーアンプ１４に接続される。
受信用ローノイズアンプ１３の出力が受信用の移相器１５に入力される。複数の移相器１５の出力が、コンバイナ（信号合成器）１６で集約され、周波数コンバータ１７の受信部に入力されている。この構成により、複数の放射素子２０で受信された受信信号は、位相調整して合成された後、周波数コンバータ１７の受信部に入力される。
周波数コンバータ１７の送信部からの送信信号が、スプリッタ（信号分波器）１８を介して、複数の送信用の移相器１９に入力される。複数の移相器１９の出力が、それぞれ送信用パワーアンプ１４に接続されている。この構成により、送信信号は、スプリッタ１８で複数の移相器１９に分配されて位相調整された後、増幅されて、放射素子２０から放射される。
スイッチ１２、受信用ローノイズアンプ１３、送信用パワーアンプ１４、移相器１５、１９、コンバイナ１６、スプリッタ１８、周波数コンバータ１７は、例えば１チップの集積回路部品で構成される。
アンテナ一体型通信モジュール１は、さらに電源部２５及びダイプレクサ２６を含む。このアンテナ一体型通信モジュール１は、コンピュータ、スマートフォン等の主機器３０に組み込まれる。主機器３０からダイプレクサ２６に、電源及び局部発振信号ＬＯが供給される。送信時には、さらに、主機器３０からダイプレクサ２６に中間周波信号ＩＦが供給される。
電源部２５は、主機器３０から供給された電源と信号とから、送受信回路部品１０を動作させるための電源電圧を生成する。ダイプレクサ２６は、主機器３０から供給された信号から、周波数コンバータ１７を動作させるための局部発振信号ＬＯを分離し、周波数コンバータ１７に供給する。さらに、ダイプレクサ２６は、中間周波信号ＩＦの分離または合成を行う。
図２Ａに、第１実施例によるアンテナ一体型通信モジュール１の平面図を示す。基板の上面に、一例として４行８列の行列状に、３２個の放射素子２０が配置されている。１行目及び４行目の放射素子２０には、基板の側方（図２Ａにおいて上方向及び下方向）に指向性を持つプリンテッドダイポールアンテナ２０Ａが用いられ、エンドファイアアンテナとして機能する。２行目及び３行目の放射素子２０には、基板の法線方向に指向性を持つパッチアンテナ２０Ｂが用いられる。
プリンテッドダイポールアンテナ２０Ａから後方（基板の内側）に向って、給電線２４が延び、バラン（平衡不平衡変換器）を介して接続点２１に至る。接続点２１は、給電線を介して内層の配線パターンに接続される。プリンテッドダイポールアンテナ２０Ａの後方に、行方向に延びる線状の接地配線２２が配置されている。２行目のパッチアンテナ２０Ｂと３行目のパッチアンテナ２０Ｂとの間に、行方向に延びる接地配線２３が配置されている。接地配線２２、２３は、アンテナ特性を調整するとともに、アンテナ間のアイソレーションを確保する機能を有する。
図２Ｂに、図２Ａの一点鎖線２Ｂ−２Ｂにおける断面図を示す。多層基板４０が、第１の誘電体層４１、及び導体パターンを含む。導体パターンは、第１の誘電体層４１の上面、内部、及び下面に配置されている。第１の誘電体層４１の上面に配置された導体パターンは、接地導体４５、及び複数のランド４４を含む。ランド４４は、放射素子２０（図２Ａ）に対応して配置される。多層基板４０には、例えば、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）基板、プリント基板等を用いることができる。
多層基板４０上に、第２の誘電体層４２が積層されている。接地導体４５及びランド４４は、第１の誘電体層４１と第２の誘電体層４２との界面に配置されており、第２の誘電体層４２に密着している。第２の誘電体層４２の上面に、放射素子２０（図２Ａ）が配置されている。図２Ｂに示した断面には、複数の放射素子２０のうちパッチアンテナ２０Ｂが現れている。
第２の誘電体層４２内に、厚さ方向に延びる導電性の棒状部材（導体ピン）５０が埋設されている。棒状部材５０は、一方の端部（上端）において放射素子２０に接続されており、他方の端部（下端）においてランド４４に接続されている。第１の誘電体層４１の上面に配置された接地導体４５は、パッチアンテナ２０Ｂに対応する接地層（電気壁）として作用する。接地配線２２、２３（図２Ａ）は、放射素子２０に接続されていない他の棒状部材５０（図２Ｂの断面には現れていない）を介して接地導体４５に接続されている。
多層基板４０の下面に複数の回路部品が実装されている。回路部品には、送受信回路部品１０、電源部２５、ダイプレクサ２６等が含まれる。送受信回路部品１０、電源部２５、ダイプレクサ２６等の回路部品が、第３の誘電体層４３で覆われている。送受信回路部品１０は、多層基板４０内の導体パターン、ランド４４、及び棒状部材５０を介して放射素子２０に接続される。放射素子２０が配置された面から、送受信回路部品１０が実装された面まで貫通するスルーホールは形成されていない。
第３の誘電体層４３内に、厚さ方向に延びる導電性の棒状部材７０が埋設されている。棒状部材７０は、一方の端部（上端）において、多層基板４０の下面に配置された導体パターンに接続されており、他方の端部（下端）は、第３の誘電体層４３の表面に露出している。
図２Ｃに、アンテナ一体型通信モジュール１の底面図を示す。第３の誘電体層４３の底面に、複数の棒状部材７０の下端が露出している。複数の棒状部材７０は、第３の誘電体層４３の外周線よりやや内側に、外周線に沿って配列している。棒状部材７０の露出した下端が、主機器３０（図１）と接続するための外部接続端子として使用される。例えば、外部接続端子に載せられたはんだボール等により、アンテナ一体型通信モジュール１が主機器３０のマザーボードに平面実装される。
図３Ａに、第２の誘電体層４２の上面に配置された導体パターンの配置図を示し、図３Ｂから図３Ｇに、多層基板４０（図２Ｂ）の上面、内部、及び下面に配置された導体パターンの配置図を示す。図３Ａは、図２Ａに示したものと同一である。
図３Ｂは上から１層目、図３Ｃは上から２層目、図３Ｄは上から３層目、図３Ｅは上から４層目、図３Ｆは上から５層目、及び図３Ｇは上から６層目の導体層に配置された導体パターンをそれぞれ示す。５層目及び６層目の導体層には、電源、局部発振信号ＬＯ、中間周波信号ＩＦ、制御信号等の配線が配置されるが、図３Ｆ及び図３Ｇでは、これらの配線の図示が省略され、アンテナに係わる導体パターン、及び送受信回路部品１０に接続されるランドパターンのみが示されている。
複数のプリンテッドダイポールアンテナ２０Ａの接続点２１（図３Ａ）、及び複数のパッチアンテナ２０Ｂ（図３Ａ）の各々の給電点が、その直下に配置された１層目の導体層のランド（導体パターン）４４（図３Ｂ）、及び２層目の導体層の導体パターン５３（図３Ｃ）を介して、３層目の導体層の導体パターン５４（図３Ｄ）に接続される。
多層基板４０の６層目に、送受信回路部品１０（図２Ｂ）に接続される複数のランド６０、６１（図３Ｇ）が配置されている。複数のランド６０は、送受信回路部品１０を放射素子２０に接続するためのものであり、他の複数のランド６１は、送受信回路部品１０を、電源、局部発振信号ＬＯ、中間周波信号ＩＦ、制御信号等の配線パターン、及び接地導体に接続するためのものである。複数のランド６０の各々は、その直上に配置された５層目の導体層の導体パターン５９（図３Ｆ）及び４層目の導体層の導体パターン５７（図３Ｅ）を介して、３層目の導体層に配置された導体パターン５５に接続される。
３層目の導体層において、複数の配線パターン５６（図３Ｄ）が、送受信回路部品１０（図３Ｇ）に接続されている導体パターン５５と、放射素子２０（図３Ａ）に接続されている導体パターン５４とを接続する。
１層目の導体層に、接地導体４５（図３Ｂ）が配置されている。接地導体４５は、ランド４４が配置されている箇所以外のほぼ全域に配置されている。第２の誘電体層４２の上面に配置された接地配線２２、２３（図３Ａ）は、１層目の導体層に配置された接地導体４５に接続される。
４層目の導体層に、接地導体５８が配置されている。接地導体５８は、導体パターン５７が配置されている箇所以外のほぼ全域に配置されている。接地導体５８は、その上の接地導体４５（図３Ｂ）に接続されている。接地導体４５と５８とを接続するための導体パターンが、２層目及び３層目の導体層に配置されるが、図３Ｃ及び図３Ｄでは、この導体パターンの図示が省略されている。さらに、接地導体５８は、５層目及び６層目の導体層に配置された導体パターンを介して、棒状部材７０（図２Ｂ）に接続されている。
次に、図４Ａから図４Ｆまでの図面を参照して、第１実施例によるアンテナ一体型通信モジュール１の製造方法について説明する。
図４Ａに示す多層基板４０を準備する。多層基板４０の上面には、複数のランド４４、及び接地導体４５が配置されている。多層基板４０には、ＬＴＣＣ基板、プリント基板等を用いることができる。
図４Ｂに示すように、複数のランド４４にそれぞれ棒状部材５０を接合する。さらに、接地配線２２、２３（図２Ａ）を接地導体４５に接続するための棒状部材を、接地導体４５の所定の位置に接合する。棒状部材５０の位置決めには、例えば電子部品実装機（マウンタ）を用いることができる。接合方法として、はんだ付け、ろう付け、スポット溶接等を用いることができる。なお、棒状部材５０の下端を多層基板４０の表層部に差し込んでもよい。棒状部材５０は、例えば円柱状の形状を有し、多層基板４０の上面に対してほぼ垂直な姿勢で固定される。棒状部材５０の下方の端面が、ランド４４に対向する。
図４Ｃに示すように、多層基板４０の上面及び棒状部材５０を第２の誘電体層４２で覆う。第２の誘電体層４２は、例えば多層基板４０の上面に液状の誘電体材料を塗布した後、硬化させることにより形成される。誘電体材料が硬化した後、その上面及び棒状部材５０を一括して研磨することにより、平坦化する。これにより、第２の誘電体層４２が目標となる厚さに調整されるとともに、棒状部材５０の上端が第２の誘電体層４２の上面に露出する。第２の誘電体層４２には、アンテナの動作周波数である６０ＧＨｚ帯において、誘電正接が小さく、かつ特性のばらつきが少ない誘電体材料を用いることが好ましい。
図４Ｄに示すように、第２の誘電体層４２の平坦化された上面に、放射素子２０（図２Ａ）を形成する。図４Ｄには、放射素子２０のうちパッチアンテナ２０Ｂが現れている。同時に、プリンテッドダイポールアンテナ２０Ａ、接地配線２２、２３も形成される。放射素子２０等は、例えば第２の誘電体層４２の上面に金属膜を配置した後、パターニングすることにより形成される。第２の誘電体層４２の上面が平坦化されて、棒状部材５０の上端が露出しているため、放射素子２０が棒状部材５０に電気的に接続される。
図４Ｅに示すように、多層基板４０の下面に、送受信回路部品１０、電源部２５、ダイプレクサ２６等の回路部品を実装する。さらに、棒状部材７０を下面（６層目）の回路パターンに接合する。
図４Ｆに示すように、多層基板４０の下面、下面に実装された回路部品、及び棒状部材７０を第３の誘電体層４３で覆う。第３の誘電体層４３は、第２の誘電体層４２と同様の方法で形成することができる。第３の誘電体層４３の表面を研磨することにより、平坦化する。これにより、アンテナ一体型通信モジュール１の全体の厚さを調整することができる。
図４Ａから図４Ｆまでの図面では、製造途中段階における１つのアンテナ一体型通信モジュール１の断面図を示している。実際には、集合基板に複数のアンテナ一体型通信モジュール１を形成した後、集合基板を個々のアンテナ一体型通信モジュール１に分割することにより、個々のアンテナ一体型通信モジュール１が作製される。多層基板４０及び第３の誘電体層４３（図４Ｆ）の側面をシールド膜で覆ってもよい。
次に、第１実施例によるアンテナ一体型通信モジュール１の優れた効果について、比較例と対比しながら説明する。
図５Ａから図５Ｃに、第１比較例によるアンテナ一体型通信モジュールの断面図を示す。
図５Ａは、アンテナ基板８０の断面図である。アンテナ基板８０の上面に複数の放射素子２０が配置されており、下面に、ランド８２が配置されている。アンテナ基板８０を貫通するスルーホール８１を経由して、放射素子２０とランド８２とが接続されている。
図５Ｂは、電子回路部品が実装された多層基板４０、及び第３の誘電体層４３の断面図である。多層基板４０及び第３の誘電体層４３の構成は、第１実施例によるアンテナ一体型通信モジュールの多層基板４０及び第３の誘電体層４３（図２Ｂ）の構成と同一である。
図５Ｃに示すように、アンテナ基板８０と多層基板４０とが、はんだ８３を介して貼り合せられる。放射素子２０は、スルーホール８１内の導体を介して、多層基板４０の導体パターンに接続される。
第１比較例では、アンテナ基板８０と多層基板４０とが別々に作製された後、はんだを用いて貼り合わせられる。アンテナ基板８０には、良好なアンテナ特性を得る観点から、好ましい誘電体材料が用いられる。このため、アンテナ基板８０と、多層基板４０とは、異なる誘電体材料で形成される。その結果、２枚の基板の貼り合せ箇所に発生し得る熱応力が、断面積の比較的小さな貼り合わせ箇所に集中してしまう。この熱応力の集中のために、接合の信頼性が低下してしまう。
第１実施例では、図４Ｃに示したように、多層基板４０の上に液状の誘電体材料を塗布することにより、第２の誘電体層４２が形成される。このため、第２の誘電体層４２が多層基板４０に密着する。第１実施例の構造は、図５Ｃに示した第１比較例の構造に比べて、機械的強度の観点において、高い信頼性を確保することができる。
さらに、第１比較例では、はんだ及びスルーホールを介して、放射素子２０が多層基板４０の導体パターンに接続される。これに対し、第１実施例では、棒状部材５０（図２Ｂ）を介して、放射素子２０が多層基板４０の導体パターンに接続される。このように、第１実施例の接続構造の幾何学的形状は、第１比較例の接続構造の幾何学的形状より単純である。このため、第１実施例の構造を採用することにより、伝送損失を小さくすることができる。さらに、幾何学的形状が単純であることにより、電磁界のシミュレーション精度を高めることが可能である。これにより、シミュレーションを用いた設計の最適化を行うことが容易になる。
図６に、第２比較例によるアンテナ一体型通信モジュールの断面図を示す。第２比較例では、多層基板４０の上に、ビルドアップ工法を用いてアンテナ支持誘電体層８５が積層される。ビルドアップ工法では、積層される層ごとにフィルドビア８６が形成される。放射素子２０は、多段のフィルドビア８６を介して多層基板４０の導体パターンに接続される。
第２比較例では、アンテナ支持誘電体層８５に、ビルドアップ工法に適した誘電体材料を用いなければならない。このため、材料選択の自由度が低くなってしまう。さらに、多段のフィルドビア８６は、断面積が厚さ方向に関して変動するため、伝送損失が大きくなってしまう。
第１実施例では、第２の誘電体層４２（図２Ｂ）の形成にビルドアップ工法を適用しないため、材料選択の自由度が低くなることはない。このため、アンテナの動作周波数である６０ＧＨｚ帯において、誘電正接が小さく、かつ特性のばらつきが少ない誘電体材料が用いられる。第１実施例において、第２の誘電体層４２の誘電体材料として、多層基板４０の第１の誘電体層４１よりも誘電率の小さな材料を用いることが好ましい。さらに、第２の誘電体層４２の誘電体材料として、多層基板４０の第１の誘電体層４１よりも誘電正接の小さな材料を用いることが好ましい。
また、第１実施例では、棒状部材５０（図２Ｂ）の各々が、その下端から上端まで単一体（シングルボディ）で構成されている。さらに、棒状部材５０（図２Ｂ）の、長さ方向に直交する断面の形状及び面積が、長さ方向に関して一定である。このため、伝送損失の増大を抑制することができる。
図７に、第３比較例によるアンテナ一体型通信モジュールの断面図を示す。第３比較例では、多層基板４０の上にアンテナ支持誘電体層８７が積層されている。アンテナ支持誘電体層８７の上面に放射素子２０が配置されている。多層基板４０とアンテナ支持誘電体層８７とを貫通するスルーホール８８が形成されている。スルーホール８８内の導体が放射素子２０に接続されており、給電線として機能する。
送受信回路部品１０が、多層基板４０の内部に配置された導体パターン８９を介して、スルーホール８８内の導体に接続されている。スルーホール８８内の導体は、接続箇所９０から放射素子２０に向って上方に延びるとともに、反対方向（下方）にも延びる。スルーホール８８内の導体のうち、接続箇所９０から下方に延びている部分は、伝送線路に接続されたオープンスタブとして動作する。さらに、送受信回路部品１０を、スルーホール８８と重ならない位置に配置しなければならない。このため、部品配置の自由度が低下してしまう。
第１実施例においては、放射素子２０と送受信回路部品１０（図２Ｂ）との接続に、スルーホールが用いられない。このため、伝送線路に不要なオープンスタブが形成されることはない。さらに、部品配置の自由度の低下を回避することができる。
第１実施例では、複数の放射素子２０（図２Ａ）に、プリンテッドダイポールアンテナ２０Ａ及びパッチアンテナ２０Ｂを用いたが、その他の形状のアンテナを用いてもよい。また、放射素子２０（図２Ｂ）を保護用の絶縁層で覆ってもよい。パッチアンテナ２０Ｂ（図２Ｂ）の上に、無給電素子を配置してもよい。また、第１実施例によるアンテナ一体型通信モジュールにおいては、複数の放射素子２０の入出力信号の位相のみを制御したが、位相と振幅の両方を制御してもよい。
［第２実施例］
次に、図８Ａ及び図８Ｂを参照して、第２実施例によるアンテナ一体型通信モジュール１について説明する。以下、第１実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
図８Ａ及び図８Ｂに、それぞれ第２実施例によるアンテナ一体型通信モジュール１の断面図及び底面図を示す。第２実施例では、第２の誘電体層４２の上面が、多層基板４０の上面に対して平行な平坦な領域４６と、平坦な領域４６に対して傾斜した傾斜領域４７とを含む。傾斜領域４７は、平坦な領域４６の両端において、平坦な領域４６に連続する。平坦な領域４６の法線方向４６ｎと、傾斜領域４７の法線方向４７ｎとが、第２の誘電体層４２から遠ざかるに従って相互に離れる向きに傾斜領域４７が傾斜している。傾斜領域４７を形成するには、第２の誘電体層４２の上面を平坦化するための研磨を行った後、面取りするように研磨すればよい。平坦な領域４６と傾斜領域４７とに、それぞれ複数のパッチアンテナ２０Ｂが配置されている。
第１実施例では、多層基板４０（図２Ｂ）の下面の全域が第３の誘電体層４３で覆われていた。第２実施例では、多層基板４０の下面の一部が露出している。この露出した領域に、同軸ケーブル用コネクタのレセプタクル４８が実装されている。レセプタクル４８は、多層基板４０の内部に配置された導体パターンを介して、送受信回路部品１０に接続されている。
第１実施例によるアンテナ一体型通信モジュール１は、主機器のマザーボード等に表面実装される。これに対し、第２実施例によるアンテナ一体型通信モジュール１は、主機器の筐体に取り付けられ、同軸ケーブルを介して、主機器と電気的に接続される。同軸ケーブルによって、電源、局部発振信号ＬＯ、及び中間周波信号ＩＦが重畳された信号が伝送される。
第２実施例では、平坦な領域４６に配置された複数のパッチアンテナ２０Ｂと、傾斜領域４７に配置された複数のパッチアンテナ２０Ｂとにより、アダプティブアレーアンテナが構成される。傾斜領域４７に配置されたパッチアンテナ２０Ｂは、平坦な領域４６に配置されたパッチアンテナ２０Ｂに比べて、側方への指向性を強く持つ。このため、アダプティブアレーアンテナの指向性調整の自由度を高めることができる。
第１実施例による表面実装型のアンテナ一体型通信モジュール１において、第２の誘電体層４２（図２Ｂ）の表面に、傾斜領域４７（図８Ａ）を設けてもよい。また、第１実施例のように、第２の誘電体層４２（図２Ｂ）の全域が平坦なアンテナ一体型通信モジュール１に、同軸ケーブル用コネクタのレセプタクル４８（図８Ａ、図８Ｂ）を取り付けてもよい。
上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
１ アンテナ一体型通信モジュール
１０ 送受信回路部品
１１ 入出力端子
１２ スイッチ（送受切替器）
１３ 受信用ローノイズアンプ
１４ 送信用パワーアンプ
１５ 移相器
１６ コンバイナ（信号合成器）
１７ 周波数コンバータ
１８ スプリッタ（信号分波器）
１９ 移相器
２０ 放射素子
２０Ａ プリンテッドダイポールアンテナ
２０Ｂ パッチアンテナ
２１ 接続点
２２、２３ 接地配線
２４ 給電線
２５ 電源部
２６ ダイプレクサ
３０ 主機器
４０ 多層基板
４１ 第１の誘電体層
４２ 第２の誘電体層
４３ 第３の誘電体層
４４ 接地導体
４５ ランド
４６ 平坦な領域
４６ｎ 平坦な領域の法線方向
４７ 傾斜領域
４７ｎ 傾斜領域の法線方向
４８ 同軸ケーブル用コネクタのレセプタクル
５０ 棒状部材
５３、５４、５５ 導体パターン
５６ 配線パターン
５７ 導体パターン
５８ 接地導体
５９ 導体パターン
６０、６１ ランド
７０ 棒状部材
８０ アンテナ基板
８１ スルーホール
８２ ランド
８３ はんだ
８５ アンテナ支持誘電体層
８６ フィルドビア
８７ アンテナ支持誘電体層
８８ スルーホール
８９ 導体パターン
９０ 接続箇所

Claims (7)

  1. 第１の誘電体層、及び前記第１の誘電体層の上面及び下面に配置された導体パターンを含む多層基板と、
    前記多層基板の上に配置され、前記第１の誘電体層とは異なる材料からなる第２の誘電体層と、
    前記第２の誘電体層に形成された少なくとも１つの放射素子と、
    前記放射素子と前記導体パターンとを接続する給電線と、
    前記多層基板の下面に実装された送受信回路部品と、
    前記多層基板の、前記第２の誘電体層が配置された面とは反対側の面に配置され、前記送受信回路部品を覆う第３の誘電体層と、
    前記第３の誘電体層に埋設され、一端が前記第１の誘電体層の下面に配置された前記導体パターンに接続され、他端が前記第３の誘電体層の表面まで達する導電性の棒状部材と
    を有し、
    前記給電線は、前記第２の誘電体層の厚さ方向に延びる導電性の導体ピンを含み、前記導体ピンは、前記放射素子と、前記第１の誘電体層の上面に配置された前記導体パターンとを電気的に接続するアンテナ一体型通信モジュール。
  2. 前記第２の誘電体層の誘電率が、前記第１の誘電体層の誘電率より小さい請求項１に記載のアンテナ一体型通信モジュール。
  3. 前記第２の誘電体層の誘電正接が前記第１の誘電体層の誘電正接よりも小さい請求項１または２に記載のアンテナ一体型通信モジュール。
  4. 前記導体ピンの一方の端面が、前記第１の誘電体層の上面に配置された前記導体パターンの上面に接している請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ一体型通信モジュール。
  5. 前記導体ピンの、長さ方向に直交する断面の形状及び面積は、長さ方向に関して一定である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ一体型通信モジュール。
  6. 前記アンテナ一体型通信モジュールは、複数の前記放射素子を含み、
    複数の前記放射素子がアダプティブアレーアンテナを構成している請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ一体型通信モジュール。
  7. 前記第２の誘電体層の上面が、平坦な領域と、前記平坦な領域に連続する傾斜領域とを含み、前記平坦な領域の法線方向と、前記傾斜領域の法線方向とが、前記第２の誘電体層から遠ざかるに従って相互に離れる向きに前記傾斜領域が傾斜しており、前記平坦な領域と前記傾斜領域とに、それぞれパッチアンテナとして動作する複数の前記放射素子が配置されている請求項６に記載のアンテナ一体型通信モジュール。
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