JP7056727B2 - 高周波モジュール及び通信装置 - Google Patents

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Description

本発明は、高周波モジュール及び通信装置に関する。
特許文献１には、ベースバンドモジュールと高周波モジュールとが単一の伝送線路で接続されたミリ波システムが記載されている。単一の伝送線路は、複数の信号が重畳された重畳信号を伝送する。重畳信号は、中間周波数（ＩＦ：Intermediate Frequency）信号、局部発振（Ｌｏ：Local Oscillator）信号、制御信号、電源信号を含む。単一の伝送線路と高周波モジュールとの間には、電源信号と、その他の高周波信号（ＩＦ、Ｌｏ、制御信号）とを分離するためのバイアスＴ回路が設けられている。
米国特許出願公開第２０１２／０３０７６９５号明細書
特許文献１のミリ波システムでは、複数の信号が単一の伝送線路により伝送される。このため、高周波信号（ＩＦ、Ｌｏ、制御信号）が、高周波モジュールに含まれる高周波増幅用アンプの電源ラインと結合する可能性がある。これにより、特許文献１では、不要な帯域の高周波信号が発振して、高周波モジュールからの出力信号の信号品位が低下する可能性がある。
本発明は、不要な高周波信号の発振を抑制することができる高周波モジュール及び通信装置を提供することを目的とする。
本発明の一側面の高周波モジュールは、第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面とを有する第１基板と、前記第１主面に設けられ、外部回路との間で信号を伝送する信号端子と、前記第２主面に設けられ、電源信号が供給される電源端子と、アンテナと、前記信号端子、前記電源端子及び前記アンテナと電気的に接続され、前記信号及び前記電源信号に基づいて、前記アンテナの送受信を制御する高周波電子部品と、を有する。
本発明の一側面の通信装置は、上記の高周波モジュールと、ケーブルを介して前記信号端子と接続されたベースバンドモジュールと、を有する。
本発明の高周波モジュール及び通信装置によれば、不要な高周波信号の発振を抑制することができる。
図１は、第１実施形態に係る高周波モジュールの透過平面図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ’線に沿う断面図である。 図３は、第１実施形態に係る高周波モジュールを有する通信装置の構成例を示すブロック図である。 図４は、第２実施形態に係る高周波モジュールの透過平面図である。 図５は、第２実施形態に係る高周波モジュールの、第１基板を示す透過平面図である。 図６は、第２実施形態に係る高周波モジュールの構成を説明するための断面図である。 図７は、第２実施形態の第１変形例に係る高周波モジュールの構成を説明するための断面図である。 図８は、第３実施形態に係る高周波モジュールの斜視図である。 図９は、第３実施形態に係る高周波モジュールの構成を説明するための断面図である。 図１０は、第３実施形態の第２変形例に係る高周波モジュールの構成を説明するための断面図である。
以下に、本発明の高周波モジュール及び通信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもない。第２実施形態以降では第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る高周波モジュールの透過平面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ’線に沿う断面図である。なお、図１では、グランド端子２３の一部や配線Ｌ３等を模式的に透過させて示している。図１及び図２に示すように、高周波モジュール１は、第１基板２と、高周波電子部品３と、アンテナ４と、複数のグランド端子２３と、電源端子２４と、信号端子２５と、を有する。本実施形態の高周波モジュール１は、アンテナ付きの高周波モジュールである。高周波モジュール１は、準ミリ波帯やミリ波帯（例えば２０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ以下）の送受信を行う。
図２に示すように、第１基板２は、第１主面Ｓ１と、第１主面Ｓ１と反対側の第２主面Ｓ２とを有する。本実施形態では、第１主面Ｓ１は、高周波モジュール１の上面である。第２主面Ｓ２は、高周波モジュール１の下面である。第１基板２は、多層誘電体基板であり、内層に配線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３等や、ビア２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ、２８ｆ等が設けられている。配線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３等、及びビア２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ、２８ｆ等、放射素子４１、グランド層２１等の電極、電源端子２４、信号端子２５は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、又はこれらの合金を主成分とする金属で形成される。第１基板２は、例えばセラミックス多層基板が用いられる。セラミックス多層基板としては、例えば低温同時焼成セラミックス多層基板（ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）多層基板）が用いられる。なお、第１基板２は、エポキシ、ポリイミドなどの樹脂から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板であってもよい。また、第１基板２は、低い誘電率を有する液晶ポリマー（Liquid Crystal Polymer：ＬＣＰ）から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板でもよく、フッ素系樹脂から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板でもよく、ＬＴＣＣよりも高温で焼結されるセラミックス多層基板でもよい。
高周波電子部品３、アンテナ４及び信号端子２５は、第１基板２の第１主面Ｓ１に設けられている。電源端子２４及び複数のグランド端子２３は、第１基板２の第２主面Ｓ２に設けられている。
図１に示すように、アンテナ４は、複数の放射素子４１が行列状に配列されたアレイアンテナである。複数の放射素子４１は、Ｘ方向に配列され、かつ、Ｙ方向に配列される。なお、高周波モジュール１は、複数の放射素子４１が第１基板２の表面上に露出する構成に限定されず、例えば、複数の放射素子４１を覆う保護層が設けられていてもよい。ここで、Ｘ方向及びＹ方向は、第１主面Ｓ１に平行な方向である。Ｘ方向は、第１基板２の一辺に沿った方向である。Ｙ方向は、Ｘ方向と直交する。
図２に示すように、複数の放射素子４１は、それぞれ、第２信号経路５２を介して高周波電子部品３の第２高周波端子３５と接続される。第２信号経路５２は、放射素子４１ごとに個別に設けられている。第２信号経路５２は、配線Ｌ２と、ビア２８ｃ、２８ｄとを含む。配線Ｌ２は、第１基板２の内層又は表面に設けられる。また、ビア２８ｃは、配線Ｌ２の一端と、放射素子４１とを電気的に接続する。ビア２８ｄは、配線Ｌ２の他端と、第２高周波端子３５とを電気的に接続する。
これにより、高周波電子部品３は、それぞれの放射素子４１に高周波信号ＲＦ（図３参照）を供給できる。高周波信号ＲＦが供給されることで、放射素子４１には所定の方向に電流が流れ、電流が流れる方向に平行な偏波が放射される。高周波モジュール１は、放射素子４１の配置や、励振される高周波信号ＲＦの振幅、位相を制御することにより、所望の放射パターン（指向性）が得られる。
高周波電子部品３は、信号端子２５、電源端子２４及びアンテナ４と電気的に接続される。高周波電子部品３は、各種高周波信号（中間周波数信号ＩＦ、局部発振信号Ｌｏ、制御信号Ｃｎｔｒ（図３参照））及び電源信号ＤＣ（図３参照）に基づいて、アンテナ４の送受信を制御する回路である。高周波電子部品３は、例えばＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）である。図２に示すように、高周波電子部品３は、第１高周波端子３４、第２高周波端子３５、電子部品電源端子３６等の複数の端子を介して、第１主面Ｓ１に、例えばフリップチップボンディングにより実装されている。
図２に示すように、信号端子２５は、第１主面Ｓ１に設けられ、高周波モジュール１と外部回路（図２では省略して示す）との間で信号を伝送する。信号端子２５は、外部回路であるベースバンドモジュール１０１（図３参照）と接続され、中間周波数信号ＩＦ、局部発振信号Ｌｏ、制御信号Ｃｎｔｒ等の高周波信号を伝送する。信号端子２５は、例えば同軸ケーブルと接続できる同軸コネクタである。
高周波電子部品３と信号端子２５とは、第１基板２に設けられた第１信号経路５１を介して電気的に接続される。第１信号経路５１は、第１基板２を通り、一端及び他端がいずれも第１主面Ｓ１に配置される。具体的には、第１信号経路５１は、電気的に接続された配線Ｌ１と、ビア２８ａ、２８ｂを含む。配線Ｌ１は、第１基板２の内層や表面に設けられる。
図１に示すように、信号端子２５と、高周波電子部品３と、アンテナ４は、平面視で、互いに重ならない位置に設けられる。信号端子２５は、複数配置されていてもよい。この場合、複数の信号端子２５には、異なる中間周波数信号ＩＦ、局部発振信号Ｌｏ、制御信号Ｃｎｔｒが伝送される。
図２に示すように、電源端子２４は、第２主面Ｓ２に設けられ、電源１０２（図３参照）から電源信号ＤＣが供給される。電源信号ＤＣは、例えば直流の電圧信号である。高周波電子部品３と電源端子２４とは、第１基板２に設けられた電源信号経路５３を介して電気的に接続される。電源信号経路５３は、第１基板２の内部を通り、一端が第１主面Ｓ１に配置され、他端が第２主面Ｓ２に配置される。具体的には、電源信号経路５３は、電気的に接続された配線Ｌ３と、ビア２８ｅ、２８ｆを含む。配線Ｌ３は、第１基板２の内層や表面に設けられる。
このような構成により、本実施形態の高周波モジュール１において、各種高周波信号を伝送する信号端子２５と、電源端子２４とが、それぞれ第１主面Ｓ１と、第２主面Ｓ２とに分離されている。このため、単一の伝送線路を介して各種高周波信号及び電源信号ＤＣを伝送する場合に比べて、高周波電子部品３の電源ライン（例えば電源信号経路５３を含む）に高周波信号が結合することを抑制できる。この結果、高周波モジュール１は、不要な高周波信号の発振を抑制できる。さらに、本実施形態では、高周波信号と電源信号を分離するためのバイアスＴ回路等の回路を設ける必要がない。このため、高周波モジュール１は、回路規模を抑制することができる。また、高周波モジュール１は、バイアスＴ回路等での高周波信号の信号品位の低下や、スプリアスの発生を抑制できる。
また、中間周波数信号ＩＦ、局部発振信号Ｌｏ、制御信号Ｃｎｔｒ等の各種高周波信号は、信号端子２５及び第１信号経路５１を介して伝送される。電源信号ＤＣは、電源端子２４及び電源信号経路５３を介して伝送される。すなわち、各種高周波信号と電源信号ＤＣとは、異なる経路で伝送される。
また、高周波モジュール１において、アンテナ４及び高周波電子部品３は、第１基板２に対して電源端子２４の反対側の主面に設けられる。このため、第２主面Ｓ２を、携帯無線端末等のマザーボードに容易に実装可能である。
高周波モジュール１がマザーボード上に実装された場合に、電源信号ＤＣはマザーボードを介して供給される。この場合、電源信号ＤＣを供給するためのケーブルが不要であり、高周波モジュール１の構成が簡便になり、ケーブルがアンテナとして動作することを抑制できる。このため、ケーブルの存在に起因するアンテナ特性の劣化を抑制できる。
図２に示すように、複数のグランド端子２３は、第２主面Ｓ２に設けられ、例えばマザーボードのグランドに電気的に接続される。グランド層２１は、第２主面Ｓ２のほぼ全面に設けられる。絶縁層２２は、グランド層２１を覆っており、複数の開口２２ａが設けられている。絶縁層２２は、例えばレジストなどの樹脂材料である。グランド層２１のうち、開口２２ａから露出する部分がグランド端子２３である。
電源端子２４は、グランド層２１が設けられた第１基板２の第２主面Ｓ２に設けられる。電源端子２４は、グランド層２１の開口２１ａの内部に設けられる。電源端子２４の周囲には、グランド層２１が設けられ、電源端子２４はグランド層２１と離隔している。また、絶縁層２２には、電源端子２４と重なる位置に開口２２ｂが設けられる。これにより、電源端子２４は、絶縁層２２から露出する。絶縁層２２は、一部が電源端子２４の周縁に重なって設けられるオーバーレジストであるが、絶縁層２２が電源端子２４と重ならないクリアランスレジストであってもよい。
このような構成により、高周波モジュール１は、グランド端子２３及び電源端子２４に形成されたバンプ２９（図７参照）を介して、携帯無線端末等のマザーボードの上に実装可能である。これにより、高周波モジュール１の放熱特性が向上する。
図１に示すように、複数のグランド端子２３は、Ｘ方向及びＹ方向に配列される。グランド端子２３は、平面視で、信号端子２５、高周波電子部品３及びアンテナ４と、重なる位置に設けられてもよく、重ならない位置に設けられてもよい。電源端子２４は、Ｘ方向に隣り合う２つのグランド端子２３の間に配置される。これにより、高周波モジュール１は、電源信号ＤＣと高周波信号の結合を抑制できる。また、高周波モジュール１は、電源ラインに重畳する低周波ノイズの外部への放射を抑制できる。
なお、電源端子２４は、平面視で、高周波電子部品３及びアンテナ４と、重なる位置に設けられてもよく、重ならない位置に設けられてもよい。また、高周波モジュール１は、高周波電子部品３の他に、高周波チップ部品等の周辺部品を有していてもよい。
（通信装置）
図３は、第１実施形態に係る高周波モジュールを有する通信装置の構成例を示すブロック図である。図３に示すように、通信装置１００は、上述の高周波モジュール１と、ベースバンドモジュール１０１と、電源１０２と、を有する。ベースバンドモジュール１０１は、ケーブル２５１を介して信号端子２５に接続される。ベースバンドモジュール１０１は、送信の際に、中間周波数信号ＩＦ、局部発振信号Ｌｏ及び制御信号Ｃｎｔｒを、単一のケーブル２５１を介して高周波モジュール１に供給する。ケーブル２５１は、例えば同軸ケーブルである。ベースバンドモジュール１０１は、受信の際に、中間周波数信号ＩＦを、ケーブル２５１を介して高周波モジュール１から受け取る。ベースバンドモジュール１０１は、携帯無線端末等の電子機器の内部において、高周波モジュール１と離れた位置に配置できる。
電源１０２は、マザーボードの接続配線２４１を介して電源端子２４と接続され、電源信号ＤＣを高周波モジュール１に供給する。電源１０２は、ホストＩＣに含まれる電源であってもよく、電子機器の電源であってもよい。
高周波モジュール１の高周波電子部品３は、送信回路３１と、受信回路３２と、電力増幅回路３３と、を有する。送信回路３１は、中間周波数信号ＩＦ、局部発振信号Ｌｏ及び制御信号Ｃｎｔｒに基づいて、中間周波数信号ＩＦを高周波信号ＲＦ（例えば６０ＧＨｚ）に変調する。
電力増幅回路３３は、電源信号ＤＣに基づいて、入力された高周波信号ＲＦを増幅する。電力増幅回路３３は、増幅された高周波信号ＲＦをアンテナ４に供給する。また、電力増幅回路３３は、受信した高周波信号ＲＦを増幅して受信回路３２に出力する。
受信の際には、アンテナ４は、受信した高周波信号ＲＦを受信回路３２に供給する。受信回路３２は、受信した高周波信号を中間周波数信号ＩＦに復調して、中間周波数信号ＩＦをベースバンドモジュール１０１に供給する。
中間周波数信号ＩＦ、局部発振信号Ｌｏ、制御信号Ｃｎｔｒ等の各種高周波信号は、単一のケーブル２５１を介して信号端子２５に供給される。また、電源信号ＤＣは、マザーボードの接続配線２４１を介して電源端子２４に供給される。この結果、通信装置１００は、高周波電子部品３の電源ラインに高周波信号が結合することを抑制できる。
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る高周波モジュールの透過平面図である。図５は、第２実施形態に係る高周波モジュールの、第１基板を示す透過平面図である。図６は、第２実施形態に係る高周波モジュールの構成を説明するための断面図である。なお、図６は、第１信号経路５１Ａ、第２信号経路５２Ａ及び電源信号経路５３Ａを説明するために模式的に示している。
第２実施形態では、上記第１実施形態とは異なり、高周波モジュール１Ａが、第１基板２Ａと、第２基板６とを有する構成について説明する。図６に示すように、高周波モジュール１Ａにおいて、第２基板６は、第３主面Ｓ３と、第３主面Ｓ３と反対側の第４主面Ｓ４とを有する。第２基板６の第４主面Ｓ４は、第１基板２Ａの第１主面Ｓ１Ａと対向して配置される。
第２基板６は、多層誘電体基板であり、内層に配線Ｌ２Ａ、Ｌ４、Ｌ５等や、ビア６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄ、６８ｅ、６８ｆ等が設けられている。第２基板６は、第１基板２Ａと同様に、例えば低温同時焼成セラミックス多層基板等が用いられる。図４及び図５に示すように、第２基板６の外形形状は、第１基板２Ａの外形形状よりも小さい。
図６に示すように、アンテナ４は、第２基板６の第３主面Ｓ３に設けられる。高周波電子部品３は、第１高周波端子３４、第２高周波端子３５、電子部品電源端子３６等の複数の端子を介して、第２基板６の第４主面Ｓ４に実装される。図４に示すように、アンテナ４の放射素子４１の少なくとも一部分は、平面視で、高周波電子部品３と重なる位置に配置されている。このため、高周波モジュール１Ａは、平面視での面積を小さくすることができ、小型化が可能である。
図６に示すように、第１基板２Ａと第２基板６との間に、複数の基板間接続部材７２が設けられ、モールド部材７１で封止されている。複数の基板間接続部材７２のうち、第１信号経路５１Ａの一部となるものを第１基板間接続部材７２Ａと表す。複数の基板間接続部材７２のうち、電源信号経路５３Ａの一部となるものを第２基板間接続部材７２Ｂと表す。以下の説明において、基板間接続部材７２、第１基板間接続部材７２Ａ及び第２基板間接続部材７２Ｂを区別して説明する必要がない場合には、単に基板間接続部材７２と表す。
基板間接続部材７２は、第１基板２Ａの第１主面Ｓ１Ａと第２基板６の第４主面Ｓ４との間に設けられている。基板間接続部材７２は、柱状の部材であり、例えば銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の導電性材料で形成される。第１基板２Ａの第１主面Ｓ１Ａ及び第２基板６の第４主面Ｓ４には、基板間接続部材７２と接続するための端子（図示しない）が設けられており、これらの端子と基板間接続部材７２とが電気的に接続される。基板間接続部材７２は、例えば半田リフローや超音波接合等により、第２基板６に実装される。
図４に示すように、複数の基板間接続部材７２は、第２基板６の外周線の内側において、第２基板６の外周線に沿って配列される。第１基板間接続部材７２Ａは、Ｙ方向に隣り合う基板間接続部材７２の間に配置される。また、第２基板間接続部材７２Ｂは、Ｘ方向に隣り合う基板間接続部材７２の間に配置される。また、基板間接続部材７２は、アンテナ４と重なる位置に設けられていてもよいし、アンテナ４と重ならない位置に設けられていてもよい。
図６に示すように、高周波電子部品３及び基板間接続部材７２は、モールド部材７１の中に封止されている。モールド部材７１は、熱硬化性樹脂に無機フィラーが含有された複合樹脂が用いられる。熱硬化性樹脂として例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂等が用いられる。無機フィラーとして、酸化アルミニウム、シリカ、二酸化チタン等が用いられる。モールド部材７１の形成には、例えば、ポッティング技術、トランスファー技術、コンプレッションモールド技術等の樹脂成形技術が用いられる。
信号端子２５は、第１基板２Ａの第１主面Ｓ１Ａに設けられている。信号端子２５は、第１主面Ｓ１Ａの、モールド部材７１が設けられていない部分に配置される。これにより、高周波モジュール１Ａは、モールド部材７１により高周波電子部品３を保護するとともに、外部回路（例えば、図３に示すベースバンドモジュール１０１）と信号端子２５との接続が容易である。また、電源端子２４及び複数のグランド端子２３は、第１基板２Ａの第２主面Ｓ２Ａに設けられている。
図４及び図５に示すように、信号端子２５は、第２基板６と重ならない位置に設けられている。なお、図５では、第２基板６を二点鎖線で示し、第１基板間接続部材７２Ａ及び第２基板間接続部材７２Ｂを実線で示している。図５に示すように、グランド端子２３は、第２基板６と重なる位置に設けられる。また、グランド端子２３は、第２基板６と重ならない位置にも設けられている。また、電源端子２４の周囲を囲んで複数のグランド端子２３が設けられている。
図６に示すように、高周波電子部品３と信号端子２５とは、第１信号経路５１Ａを介して接続される。第１信号経路５１Ａは、第１基板２Ａと第２基板６とを電気的に接続する。第１信号経路５１Ａは、第１伝送線路５１１と、第１基板間接続部材７２Ａと、第２伝送線路５１２と、を含む。
第１伝送線路５１１は、第１基板２Ａに設けられ、電気的に接続された配線Ｌ１Ａ及びビア２８Ａａ、２８Ａｂを有する。配線Ｌ１Ａは、第１基板２Ａの内層に設けられる。図５に示すように、配線Ｌ１Ａは、平面視で第２基板６と重なる位置から、第２基板６と重ならない位置まで延在する。
第２伝送線路５１２は、第２基板６に設けられ、電気的に接続された配線Ｌ４及びビア６８ａ、６８ｂを有する。配線Ｌ４は、第２基板６の内層に設けられる。図４に示すように、平面視で配線Ｌ４は、高周波電子部品３と重ならない位置から、高周波電子部品３と重なる位置まで延在する。
図６に示すように、高周波電子部品３と電源端子２４とは、電源信号経路５３Ａを介して接続される。電源信号経路５３Ａは、少なくとも第１基板２Ａの内部を厚み方向に通り、第１基板２Ａと第２基板６とを電気的に接続する。電源信号経路５３Ａは、第１電源信号伝送線路５３１と、第２基板間接続部材７２Ｂと、第２電源信号伝送線路５３２とを含む。
第１電源信号伝送線路５３１は、第１基板２Ａに設けられ、電気的に接続された配線Ｌ３及びビア２８ｅ、２８ｆを有する。配線Ｌ３は、第１基板２Ａの内層に設けられる。図５に示すように、平面視で配線Ｌ３及び電源端子２４は、第２基板６と重なる位置に設けられている。なお、配線Ｌ３は、第１基板２Ａの内層に設けられているため、グランド端子２３と重なって設けられていてもよく、グランド端子２３と重ならない位置に設けられていてもよい。
図６に示すように、第２電源信号伝送線路５３２は、第２基板６に設けられ、電気的に接続された配線Ｌ５及びビア６８ｃ、６８ｄを有する。配線Ｌ５は、第２基板６の内層に設けられる。図４に示すように、平面視で配線Ｌ５は、高周波電子部品３と重なる位置から、高周波電子部品３と重ならない位置まで延在する。また、配線Ｌ５の一部は、アンテナ４と重なって設けられていてもよい。
図６に示すように、複数の放射素子４１は、それぞれ、第２信号経路５２Ａを介して高周波電子部品３と接続される。第２信号経路５２Ａは、放射素子４１ごとに個別に設けられている。第２信号経路５２Ａは、電気的に接続された配線Ｌ２Ａと、ビア６８ｅ、６８ｆとを含む。配線Ｌ２Ａは、第２基板６の内層に設けられる。
本実施形態の高周波モジュール１Ａにおいて、アンテナ４は第２基板６に設けられ、信号端子２５及び電源端子２４は第１基板２Ａに設けられる。このため、アンテナ４から放射される信号と電源信号ＤＣの結合を抑制できる。
本実施形態において、第１基板２Ａに設けられた信号端子２５及び電源端子２４は、それぞれ、第１信号経路５１Ａ及び電源信号経路５３Ａを介して、第２基板６に設けられた高周波電子部品３と電気的に接続される。中間周波数信号ＩＦ、局部発振信号Ｌｏ、制御信号Ｃｎｔｒ等の各種高周波信号は、信号端子２５及び第１信号経路５１Ａを介して伝送される。電源信号ＤＣは、電源端子２４及び電源信号経路５３Ａを介して伝送される。
（第１変形例）
図７は、第２実施形態の第１変形例に係る高周波モジュールの構成を説明するための断面図である。本変形例では、上記第２実施形態とは異なり、高周波モジュール１Ｂが、グランド層２６、６１、６２を有する構成について説明する。
グランド層２６は、第１基板２Ｂの内層に設けられている。グランド層２６は、ビア２９ａを介して基板間接続部材７２Ｃの第１基板２Ｂ側の端部と接続される。また、グランド層２６は、ビア２９ｂを介して第２主面Ｓ２Ｂに設けられたグランド層２１と接続される。信号端子２５と、電源端子２４との間にグランド層２６が配置される。これにより、高周波モジュール１Ｂにおいて、各種高周波信号を伝送する信号端子２５及び第１信号経路５１Ａと、電源端子２４とがグランド層２６により分離される。
また、グランド端子２３には、それぞれバンプ２９が設けられている。高周波モジュール１Ｂは、バンプ２９を介してマザーボードに実装可能である。バンプ２９は、例えば半田バンプである。
グランド層６１及びグランド層６２は、第２基板６Ａの内層に設けられている。グランド層６１とグランド層６２とは、異なる層に設けられ、互いに重なって配置される。グランド層６１は、第３主面Ｓ３Ａに垂直な方向において、アンテナ４と第１信号経路５１Ａとの間、かつ、アンテナ４と電源信号経路５３Ａとの間に設けられている。
グランド層６２は、第３主面Ｓ３Ａに垂直な方向において、電源信号経路５３Ａと第１信号経路５１Ａとの間、かつ、電源信号経路５３Ａとアンテナ４との間に設けられている。グランド層６１とグランド層６２とは、ビア６９ａ、６９ｃを介して電気的に接続される。グランド層６２は、ビア６９ｂを介して基板間接続部材７２Ｃの第２基板６Ａ側の端部と接続される。また、グランド層６２は、ビア６９ｄを介して電子部品グランド端子３７と接続される。このようにグランド層６１、６２を設けることにより、アンテナ４から放射される信号と、各種高周波信号と、電源信号ＤＣの結合を抑制できる。
なお、第１信号経路５１Ａ、第２信号経路５２Ａ及び電源信号経路５３Ａは、グランド層２６、６１、６２と離隔して設けられる。例えば、グランド層２６には開口２６ａが設けられており、電源信号経路５３Ａのビア２８ｅは、開口２６ａを通って電源端子２４に接続される。また、グランド層６１、６２には、それぞれ開口６１ａ、６２ａが設けられており、第２信号経路５２Ａのビア６８ｆは、開口６１ａ、６２ａを通って第２高周波端子３５と接続される。
グランド層２６は、第１基板２Ｂの略全面と重なる領域に設けられる。グランド層６１、６２は、第２基板６Ａの略全面と重なる領域に設けられる。これに限定されず、グランド層２６、６１、６２は、部分的に設けられていてもよい。
（第３実施形態）
図８は、第３実施形態に係る高周波モジュールの斜視図である。図９は、第３実施形態に係る高周波モジュールの構成を説明するための断面図である。なお、図８では、各構成要素の関係を見やすくするため、第１信号経路５１、第２信号経路５２及び電源信号経路５３等に含まれる各種配線やビア等を省略して示す。
第３実施形態では、上記第１実施形態及び第２実施形態とは異なり、高周波モジュール１Ｃの第１基板２２０が屈曲している構成について説明する。第１基板２２０は、平板状の部分２９１（第１部分）と、部分２９２（第２部分）と、平板状の部分２９３（第３部分）とを有する。部分２９２は、部分２９１と部分２９３との間に設けられ、部分２９１及び部分２９３よりも薄い。第１基板２２０は、部分２９２において屈曲している。
第１基板２２０は、誘電体層２２１（第１誘電体層）と、誘電体層２２２（第２誘電体層）と、誘電体層２２３とを含む。誘電体層２２１は、部分２９１から部分２９３に亘って形成されている。誘電体層２２１は、柔軟性のある素材（フレキシブル素材）から形成されている。誘電体層２２１は、部分２９２において屈曲している。誘電体層２２２は、部分２９１に形成されている。誘電体層２２３は、部分２９３に形成されている。なお、第１基板２２０は、一体の誘電体から形成されていてもよい。
複数の放射素子４１は、部分２９３の第３主面Ｓ１３に設けられる。複数の放射素子４１は、Ｙ方向に配列され、かつ、Ｚ方向に配列される。複数の放射素子４１の法線方向はＸ方向（－Ｘ方向）である。
グランド層２３２は、部分２９１から部分２９３に亘って誘電体層２２１に形成されている。誘電体層２２３は、部分２９３においてグランド層２３２を覆い、部分２９３の第４主面Ｓ１４を構成する。グランド層２３２は、ビアを介してグランド層２１に接続されている。グランド層２３２は、Ｘ方向において、複数の放射素子４１と対向している。
高周波電子部品３及び信号端子２５は、部分２９１の第１主面Ｓ１１に設けられる。第１信号経路５１は、部分２９１に設けられ、高周波電子部品３と信号端子２５とを接続している。グランド端子２３及び電源端子２４は、部分２９１の第２主面Ｓ１２に設けられる。電源信号経路５３は、部分２９１を貫通して、高周波電子部品３と電源端子２４とを接続している。
第２信号経路５２は、部分２９１から部分２９３に亘って設けられ、高周波電子部品３と複数の放射素子４１とを接続している。高周波電子部品３は、第２信号経路５２を介して複数の放射素子４１に高周波信号をそれぞれ供給する。高周波電子部品３は、第２信号経路５２を介して複数の放射素子４１から高周波信号をそれぞれ受ける。
高周波モジュール１Ｃにおいては、第１基板２２０が部分２９２において屈曲している。このため、複数の放射素子４１の法線方向が、部分２９１の第１主面Ｓ１１と平行方向に向けられる。第３実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態とは励振方向が異なる偏波を有する高周波信号の送信及び受信を行うことができる。
また、高周波モジュール１Ｃにおいては、誘電体層２２１がフレキシブル素材から形成されているため、屈曲している部分２９２において発生する応力を低減することができる。そのため、部分２９１及び部分２９３において、第１基板２２０の表面の平面性を維持することができる。そのため、複数の放射素子４１の法線方向が所望の方向からずれることを抑制することができる。その結果、第１基板２２０を屈曲することによる高周波モジュール１Ｃの特性の低下を抑制することができる。
（第２変形例）
図１０は、第３実施形態の第２変形例に係る高周波モジュールの構成を説明するための断面図である。図１０に示すように、第２変形例の高周波モジュール１Ｄは、アンテナ４に加えアンテナ４Ａを有する。アンテナ４の複数の放射素子４１は、部分２９３の第３主面Ｓ１３に設けられる。アンテナ４Ａの複数の放射素子４２は、部分２９１の第１主面Ｓ１１に設けられる。複数の放射素子４２は、第１主面Ｓ１１において、高周波電子部品３と部分２９２との間の領域に設けられる。ただし、複数の放射素子４２の配置は、これに限定されず、第１主面Ｓ１１の高周波電子部品３及び信号端子２５と重ならない領域に設けることができる。複数の放射素子４１及び複数の放射素子４２は、それぞれ第２信号経路５２を介して高周波電子部品３に接続される。
第２変形例の高周波モジュール１Ｄにおいて、複数の放射素子４１の法線方向はＸ方向に向けられ、複数の放射素子４２の法線方向はＺ方向に向けられる。複数の放射素子４１及び複数の放射素子４２は、それぞれ異なる励振方向の偏波を有する高周波信号の送信及び受信が可能である。このため、高周波モジュール１Ｄは、上述した第１実施形態から第３実施形態に比べて高周波信号の送信及び受信のカバレッジの範囲を拡大することができる。
なお、上記した実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
高周波モジュール１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ及び通信装置１００は、下記の態様をとることができる。
（１）本発明の一側面の高周波モジュールは、第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面とを有する第１基板と、
前記第１主面に設けられ、外部回路との間で信号を伝送する信号端子と、
前記第２主面に設けられ、電源信号が供給される電源端子と、
アンテナと、
前記信号端子、前記電源端子及び前記アンテナと電気的に接続され、前記信号及び前記電源信号に基づいて、前記アンテナの送受信を制御する高周波電子部品と、を有する。
これによれば、高周波信号を伝送する信号端子と、電源端子とが分離され、第１主面と第２主面に分かれている。このため、単一の伝送線路を介して各種高周波信号及び電源信号を伝送する場合に比べて、高周波電子部品の電源ラインに高周波信号が結合することを抑制できる。この結果、高周波モジュールは、不要な高周波信号の発振を抑制できる。さらに、高周波信号と電源信号を分離するためのバイアスＴ回路等の回路を設ける必要がない。このため、高周波モジュールは、回路規模を抑制することができる。また、高周波モジュールは、バイアスＴ回路等での高周波信号の信号品位の低下や、スプリアスの発生を抑制できる。
（２）前記アンテナ及び前記高周波電子部品は、前記第１基板に対して前記電源端子の反対側に設けられる、
上記（１）に記載の高周波モジュール。
これによれば、第２主面を、携帯無線端末等のマザーボードに容易に実装可能である。また、高周波モジュールがマザーボード上に実装された場合に、電源信号はマザーボードを介して供給される。この場合、電源信号を供給するためのケーブルが不要であり、高周波モジュールの構成が簡便になる。また、電源信号供給用のケーブルがないため、ケーブルがアンテナとして動作することを抑制できる。このため、高周波モジュールは、ケーブルの存在に起因するアンテナ特性の劣化を抑制できる。
（３）前記第１基板の前記第２主面に設けられ、グランドに接続される複数のグランド端子を有し、
前記電源端子は、隣り合う複数のグランド端子の間に配置される、
上記（１）又は上記（２）に記載の高周波モジュール。
隣り合う複数のグランド端子の間に電源端子が配置されることにより、シールドとして働いて、高周波モジュールは、電源信号と高周波信号の結合を抑制できる。また、高周波モジュールは、電源ラインに重畳する低周波ノイズの外部への放射を抑制できる。
（４）前記アンテナ及び前記高周波電子部品は、前記第１基板の前記第１主面に設けられ、
前記高周波電子部品と前記信号端子とは、前記第１基板に設けられた第１信号経路を介して電気的に接続され、
前記高周波電子部品と前記電源端子とは、前記第１基板を通り、一端が前記第１主面に配置され、他端が前記第２主面に配置される電源信号経路を介して電気的に接続される、
上記（１）から上記（３）のいずれか１つに記載の高周波モジュール。
これによれば、中間周波数信号、局部発振信号、制御信号等の高周波信号は、信号端子及び第１信号経路を介して伝送される。また、電源信号は、電源端子及び電源信号経路を介して伝送される。すなわち、各種高周波信号と電源信号とは、異なる経路で、基板の別の面に配置された端子から伝送される。この結果、高周波モジュールは、高周波電子部品の電源ライン（電源信号経路）に高周波信号が結合することを抑制できる。
（５）第３主面と、前記第３主面と反対側の第４主面とを有し、前記第４主面が前記第１基板の前記第１主面と対向して配置された第２基板を有し、
前記アンテナは、前記第２基板の前記第３主面に設けられ、
前記高周波電子部品は、前記第４主面に設けられ、
前記高周波電子部品と前記信号端子とは、前記第１基板と前記第２基板とを電気的に接続する第１信号経路を介して接続され、
前記高周波電子部品と前記電源端子とは、少なくとも記第１基板の内部を通り、前記第１基板と前記第２基板とを電気的に接続する電源信号経路を介して接続される、
上記（１）から上記（３）のいずれか１つに記載の高周波モジュール。
これによれば、アンテナは第２基板に設けられ、信号端子及び電源端子は第１基板に設けられる。このため、アンテナから放射される信号と電源信号の結合を抑制できる。また、アンテナの少なくとも一部分は、平面視で、高周波電子部品と重なる位置に配置できる。このため、高周波モジュールの平面視での面積を小さくして、小型化が可能である。
（６）前記第１基板と前記第２基板との間に充填され、前記高周波電子部品を封止するモールド部材を有し、
前記信号端子は、前記第１主面の、前記モールド部材が設けられていない部分に配置される、
上記（５）に記載の高周波モジュール。
これによれば、モールド部材により高周波電子部品を保護するとともに、外部回路と信号端子との接続が容易である。
（７）前記第１基板は、平板状の第１部分、第３部分及び前記第１部分と前記第３部分との間に設けられ前記第１部分よりも薄い第２部分を有し、
前記第１基板は、前記第２部分において屈曲しており、
前記高周波電子部品及び前記信号端子は、前記第１部分の前記第１主面に設けられ、
前記電源端子は、前記第１部分の前記第２主面に設けられ、
前記アンテナは、前記第３部分の第３主面に設けられる、
上記（１）に記載の高周波モジュール。
これによれば、複数の放射素子４１の法線方向が、部分２９１の第１主面Ｓ１１と平行方向に向けられる。このため、複数の放射素子４１が高周波電子部品３と同じ第１主面Ｓ１１に設けられた場合に比べて、異なる励振方向の偏波を有する高周波信号の送信及び受信が可能である。
（８）前記アンテナは、さらに、前記第１部分の前記第１主面に設けられる、
上記（７）に記載の高周波モジュール。
これによれば、アンテナ４の各放射素子４１と、アンテナ４Ａの各放射素子４２とは、互いに異なる方向の法線方向が向けられる。したがって、複数の放射素子４１及び複数の放射素子４２は、それぞれ異なる励振方向の偏波を有する高周波信号の送信及び受信が可能である。このため、高周波モジュール１Ｄは、高周波信号の送信及び受信のカバレッジの範囲を拡大することができる。
（９）前記アンテナは、複数の放射素子が配列されたアレイアンテナであり、
複数の放射素子のそれぞれは、第２信号経路を介して前記高周波電子部品と接続される、
上記（１）から上記（８）のいずれか１つに記載の高周波モジュール。
これによれば、高周波モジュールは、放射素子の配置や、励振される高周波信号の振幅、位相を制御することにより、所望の放射パターン（指向性）が得られる。
（１０）上記（１）から上記（９）のいずれか１つに記載の高周波モジュールと、
ケーブルを介して前記信号端子と接続されたベースバンドモジュールと、を有する、
通信装置。
これによれば、各種高周波信号は、単一のケーブルを介して信号端子に供給される。また、電源信号は、例えば、マザーボードを介して電源端子に供給される。すなわち、通信装置において、各種高周波信号と電源信号とは、異なる経路で高周波モジュールに伝送される。この結果、通信装置は、高周波電子部品の電源ラインに高周波信号が結合することを抑制できる。
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ 高周波モジュール
２、２Ａ、２Ｂ、２２０ 第１基板
３ 高周波電子部品
４、４Ａ アンテナ
６、６Ａ 第２基板
２１、２６、６１、６２ グランド層
２２ 絶縁層
２３ グランド端子
２４ 電源端子
２５ 信号端子
２９ バンプ
３１ 送信回路
３２ 受信回路
３３ 電力増幅回路
３４ 第１高周波端子
３５ 第２高周波端子
３６ 電子部品電源端子
４１、４２ 放射素子
５１、５１Ａ 第１信号経路
５２、５２Ａ 第２信号経路
５３、５３Ａ 電源信号経路
７１ モールド部材
７２ 基板間接続部材
１００ 通信装置
１０１ ベースバンドモジュール
２２１、２２２、２２３ 誘電体層
２９１、２９２、２９３ 部分
Ｓ１、Ｓ１Ａ、Ｓ１１ 第１主面
Ｓ２、Ｓ２Ａ、Ｓ１２ 第２主面
Ｓ３、Ｓ１３ 第３主面
Ｓ４、Ｓ１４ 第４主面

Claims (8)

  1. 第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面とを有する第１基板と、
    前記第１主面に設けられ、外部回路との間で信号を伝送する信号端子と、
    前記第２主面に設けられ、電源信号が供給される電源端子と、
    アンテナと、
    前記信号端子、前記電源端子及び前記アンテナと電気的に接続され、前記信号及び前記電源信号に基づいて、前記アンテナの送受信を制御する高周波電子部品と、を有し、
    前記アンテナは、複数の放射素子が配列されたアレイアンテナであり、
    前記アンテナ及び前記高周波電子部品は、前記第１基板の前記第１主面に設けられ、
    前記高周波電子部品と前記信号端子とは、前記第１基板に設けられた第１信号経路を介して電気的に接続され、
    複数の放射素子のそれぞれは、前記第１基板に設けられた第２信号経路を介して前記高周波電子部品と接続され、
    前記高周波電子部品と前記電源端子とは、前記第１基板を通り、一端が前記第１主面に配置され、他端が前記第２主面に配置される電源信号経路を介して電気的に接続され、
    前記第１基板の前記第１主面で、前記第１主面に平行な方向に沿って前記アンテナ、前記高周波電子部品、前記信号端子の順に並んで配置され、
    前記第１基板の内部で、前記第１主面に平行な方向に沿って前記第２信号経路、前記電源信号経路、前記第１信号経路の順に並んで配置される
    高周波モジュール。
  2. 前記第１基板の前記第２主面に設けられ、グランドに接続される複数のグランド端子を有し、
    前記電源端子は、隣り合う複数のグランド端子の間に配置される、
    請求項１に記載の高周波モジュール。
  3. 第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面とを有する第１基板と、
    前記第１主面に設けられ、外部回路との間で信号を伝送する信号端子と、
    前記第２主面に設けられ、電源信号が供給される電源端子と、
    アンテナと、
    前記信号端子、前記電源端子及び前記アンテナと電気的に接続され、前記信号及び前記電源信号に基づいて、前記アンテナの送受信を制御する高周波電子部品と、
    第３主面と、前記第３主面と反対側の第４主面とを有し、前記第４主面が前記第１基板の前記第１主面と対向して配置された第２基板を有し、
    前記アンテナは、前記第２基板の前記第３主面に設けられ、
    前記高周波電子部品は、前記第４主面に設けられ、
    前記高周波電子部品と前記信号端子とは、前記第１基板と前記第２基板とを電気的に接続する第１信号経路を介して接続され、
    前記高周波電子部品と前記電源端子とは、少なくとも記第１基板を通り、前記第１基板と前記第２基板とを電気的に接続する電源信号経路を介して接続される、
    高周波モジュール。
  4. 前記第１基板と前記第２基板との間に充填され、前記高周波電子部品を封止するモールド部材を有し、
    前記信号端子は、前記第１主面の、前記モールド部材が設けられていない部分に配置される、
    請求項３に記載の高周波モジュール。
  5. 第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面とを有する第１基板と、
    前記第１主面に設けられ、外部回路との間で信号を伝送する信号端子と、
    前記第２主面に設けられ、電源信号が供給される電源端子と、
    アンテナと、
    前記信号端子、前記電源端子及び前記アンテナと電気的に接続され、前記信号及び前記電源信号に基づいて、前記アンテナの送受信を制御する高周波電子部品と、を有し、
    前記第１基板は、平板状の第１部分、第３部分及び前記第１部分と前記第３部分との間に設けられ前記第１部分よりも薄い第２部分を有し、
    前記第１基板は、前記第２部分において屈曲しており、
    前記高周波電子部品及び前記信号端子は、前記第１部分の前記第１主面に設けられ、
    前記電源端子は、前記第１部分の前記第２主面に設けられ、
    前記アンテナは、前記第３部分の第３主面に設けられる、
    高周波モジュール。
  6. 前記アンテナは、さらに、前記第１部分の前記第１主面に設けられる、
    請求項５に記載の高周波モジュール。
  7. 前記アンテナは、複数の放射素子が配列されたアレイアンテナであり、
    複数の放射素子のそれぞれは、第２信号経路を介して前記高周波電子部品と接続される、
    請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
  8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の高周波モジュールと、
    ケーブルを介して前記信号端子と接続されたベースバンドモジュールと、を有する、
    通信装置。
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