JP7098822B2 - 無線通信モジュール - Google Patents

Description

本発明は、無線通信モジュールに関する。

非特許文献１には、一方の面にアンテナを形成し、他方の面にＩＣチップを実装した無線モジュール基板を有する無線通信モジュールが開示されている。
本願は、２０２０年７月１４日に日本に出願された特願２０２０－１２０４９８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

Albert Chee, et al, ‘Integrated Antenna Module for Broadband Wireless Applications’, Electronics Packaging Technology Conference, 2004

この種の無線モジュール基板に実装されるＩＣチップには、無線信号の周波数を変化させる周波数変換器、無線信号の位相と強度を変化させるアンプ移相器などがある。このようなＩＣチップでは、無線信号の波形が歪められ、不要な高調波（無線信号の周波数帯域から離れた高い周波数成分）が発生しやすいため、不要な高調波を除去するフィルタを無線通信モジュールに設ける必要がある。
不要な高調波を除去するためには、無線信号の周波数帯域に隣接する周波数の信号を除去する（減衰させる）バンドパスフィルタを使用する。ただし、バンドパスフィルタでは無線信号の周波数帯域から大きく離れた帯域の高調波（例えば２倍波、３倍波など）を十分に除去しきれないため、バンドリジェクトフィルタも必要となる。すなわち、無線通信モジュールには、複数種類のフィルタを設ける必要がある。

しかしながら、全てのフィルタを無線モジュール基板に実装する実装部品で構成すると、無線通信モジュールを構成する部品点数が増える。一方、全てのフィルタを無線モジュール基板の配線層で形成した場合には、フィルタの特性が十分に得られない。例えばバンドパスフィルタを配線層で形成した場合には、バンドパスフィルタにおける無線信号の損失が大きくなり、バンドパスフィルタの特性を十分に得られなくなる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、部品点数を少なく抑えながら複数種類のフィルタの特性を十分に得ることが可能な無線通信モジュールを提供する。

本発明の第１態様に係る無線通信モジュールは、アンテナを有する無線モジュール基板と、前記無線モジュール基板に実装され、無線信号の周波数を変化させる周波数変換器と、前記無線モジュール基板に実装され、前記無線信号の位相及び強度を変化させるアンプ移相器と、前記周波数変換器と前記アンプ移相器との間に設けられるように前記無線モジュール基板に実装されたバンドパスフィルタと、前記無線モジュール基板に形成され、前記周波数変換器、前記アンプ移相器及び前記バンドパスフィルタを相互に電気接続する複数の配線層の少なくとも一部からなるバンドリジェクトフィルタと、を備える。

上記の無線通信モジュールでは、バンドパスフィルタを無線モジュール基板の配線層で形成していないため、バンドパスフィルタの特性が無線モジュール基板における誘電正接及び層間の厚さの影響を受けずに、バンドパスフィルタにおける無線信号の損失を小さく抑えることができる。すなわち、バンドパスフィルタの特性を十分に得ることができる。

一方、バンドリジェクトフィルタを無線モジュール基板の配線層によって構成しても、バンドリジェクトフィルタの特性は、無線モジュール基板における誘電正接及び層間の厚さの影響を受けにくい。すなわち、バンドリジェクトフィルタの特性を十分に得ることができる。そして、バンドリジェクトフィルタが無線モジュール基板の配線層によって構成されることで、バンドリジェクトフィルタが無線モジュール基板に実装する部品（チップ部品など）である場合と比較して、無線通信モジュールを構成する部品点数を少なく抑えることができる。

本発明の第２態様に係る無線通信モジュールでは、上記第１態様において、バンドリジェクトフィルタは、前記無線モジュール基板の内部に形成することが好ましい。

本発明の第３態様に係る無線通信モジュールでは、上記第１又は第２態様において、前記バンドリジェクトフィルタは、前記配線層の長手方向に進むにしたがって前記配線層の幅寸法が変化するように形成することが好ましい。

本発明の第４態様に係る無線通信モジュールでは、上記第１～第３態様のいずれか一態様において、前記バンドリジェクトフィルタは、無線信号の２倍及び３倍の周波数の不要な高調波を減衰又は除去することが好ましい。

上記本発明の態様によれば、無線通信モジュールの部品点数を少なく抑えながら、バンドパスフィルタ及びバンドリジェクトフィルタの特性を十分に得ることができる。

本発明の一実施形態に係る無線通信モジュールのブロック図である。 本発明の一実施形態に係る無線通信モジュールの断面図である。 図２の無線通信モジュールにおけるバンドリジェクトフィルタを示す平面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１～３を参照して説明する。
図１，２に示すように、本実施形態に係る無線通信モジュール１は、無線モジュール基板２と、周波数変換器３と、アンプ移相器４と、バンドパスフィルタ５と、バンドリジェクトフィルタ６と、を備える。

無線モジュール基板２は、層間絶縁膜を介して複数の配線層２１を有する。配線層２１は、例えば銅（Ｃｕ）などの導体からなり、後述する周波数変換器３、アンプ移相器４及びバンドパスフィルタ５を相互に電気接続する。複数の配線層２１は、無線モジュール基板２の板厚方向（図２おいて上下方向）に間隔をあけて並ぶ。配線層２１は、少なくとも無線モジュール基板２の両面２ａ，２ｂ（図２おいて上面及び下面）に形成されていればよい。本実施形態において、配線層２１は無線モジュール基板２の内部にも形成されている。図２では、無線モジュール基板２の板厚方向に並ぶ配線層２１の数が四つ（四層配線）となっているが、これに限ることはない。また、無線モジュール基板２の内部には、無線モジュール基板２の板厚方向に延びるスルーホール２２が適宜形成されている。スルーホール２２は、無線モジュール基板２の板厚方向に並ぶ配線層２１同士を電気的に接続する。

無線モジュール基板２は、アンテナ２３を有する。本実施形態のアンテナ２３は、無線モジュール基板２の一方の面２ａ（図２において上面）から無線信号を放射するように形成されている。アンテナ２３は、少なくとも無線モジュール基板２の他方の面２ｂ（図２において下面）に形成されなければよい。図２では示さないが、アンテナ２３は無線モジュール基板２の一方の面２ａに形成されてもよいし、無線モジュール基板２の内部の層に形成されてもよい。また、アンテナ２３は、無線モジュール基板２の一方の面２ａに形成された上で、誘電体層によって覆われてもよい。

周波数変換器３は、無線信号の周波数を変化させるＩＣチップであり、無線モジュール基板２に実装される。アンプ移相器４は、無線信号の位相及び強度を変化させるＩＣチップであり、無線モジュール基板２に実装される。本実施形態において、周波数変換器３及びアンプ移相器４は、無線モジュール基板２の他方の面２ｂに実装され、スルーホール２２とはんだ（不図示）を介して無線モジュール基板２の配線層２１に接続されている。

アンプ移相器４は、配線層２１、スルーホール２２などを介して周波数変換器３に接続されている。また、アンプ移相器４は、配線層２１及びスルーホール２２などを介してアンテナ２３に接続されている。すなわち、アンプ移相器４は、周波数変換器３とアンテナ２３との間に設けられている。

バンドパスフィルタ５は、無線信号の周波数帯域を通過させ、当該周波数帯域に隣接する周波数帯域（以下、隣接帯域と呼ぶ。）の信号（ノイズ）を減衰させるチップ部品である。例えば、無線通信モジュール１において必要とされる無線信号の周波数帯域が２６～３０ＧＨｚ程度である場合、バンドパスフィルタ５で減衰又は除去される隣接帯域は、例えば２６ＧＨｚ以下の範囲及び３０～６０ＧＨｚ程度の範囲である。なお、バンドパスフィルタ５では、周波数変換器３及びアンプ移相器４において発生する不要な高調波（無線信号の周波数帯域及び隣接帯域から大きく離れた高い周波数帯域の信号、特に２倍及び３倍の周波数の高調波）を十分に減衰させることは難しい。

バンドパスフィルタ５は、無線モジュール基板２に実装される。本実施形態において、バンドパスフィルタ５は、周波数変換器３及びアンプ移相器４と同様に無線モジュール基板２の他方の面２ｂ（図２において下面）に実装され、スルーホール２２を介して無線モジュール基板２の配線層２１に接続されている。
バンドパスフィルタ５は、配線層２１及びスルーホール２２を介して周波数変換器３に接続されている。また、バンドパスフィルタ５は、配線層２１及びスルーホール２２を介してアンプ移相器４に接続されている。すなわち、バンドパスフィルタ５は、周波数変換器３とアンプ移相器４との間に設けられる。

バンドリジェクトフィルタ６は、前述した無線信号の周波数帯域及び隣接帯域から大きく離れた帯域の高調波を減衰させる。バンドリジェクトフィルタ６で減衰又は除去される高調波の帯域は、例えば周波数帯域の２倍～３倍程度である。無線通信モジュール１において必要とされる無線信号の周波数帯域が２６～３０ＧＨｚ程度である場合、高調波の帯域は、例えば５２～６０ＧＨｚ、６８～９０ＧＨｚ程度である。
バンドリジェクトフィルタ６は、複数の配線層２１の一部によって構成されている。バンドリジェクトフィルタ６は、例えば無線モジュール基板２の外側に露出する配線層２１によって構成されてもよいが、本実施形態では無線モジュール基板２の内部に形成されて外側に露出しない配線層２１によって構成されている。

バンドリジェクトフィルタ６は、図３に示すように、配線層２１の長手方向に進むにしたがって配線層２１の幅寸法が変化するように形成されている。具体的には、バンドリジェクトフィルタ６は、これを構成する配線層２１の幅寸法が連続的に大きくなったり小さくなったりするように形成されている（すなわち、配線層２１の一部の表面が波形形状を有する）。図３において、左右方向は配線層２１の長手方向に対応しており、上下方向は配線層２１の幅方向に対応している。このようにバンドリジェクトフィルタ６を構成する配線層２１の幅寸法を変化させることで、バンドリジェクトフィルタ６を構成する配線層２１の特性インピーダンスが変化する。ここで、例えば波形解析などのシミュレーションによって配線層２１の形状を調整することで、所望の特性インピーダンスを求めることができる。これにより、配線層２１からなるバンドリジェクトフィルタ６において、高調波を減衰させることができる。

本実施形態のバンドリジェクトフィルタ６は、図２に示すように、周波数変換器３とバンドパスフィルタ５とを接続する配線層２１によって構成されている。すなわち、バンドリジェクトフィルタ６は、周波数変換器３とバンドパスフィルタ５との間に設けられている。

次に、以上のように構成される無線通信モジュール１の動作の一例について説明する。
無線通信モジュール１では、まず、無線信号が周波数変換器３に入力されることで、周波数変換器３が当該無線信号の周波数を変化させる。次いで、周波数変換器３から出力された無線信号がバンドリジェクトフィルタ６に入力される。バンドリジェクトフィルタ６では、当該無線信号に重畳している高調波（特に、無線信号の２倍及び３倍の周波数の不要な高調波）を減衰又は除去する。

その後、バンドリジェクトフィルタ６から出力された無線信号がバンドパスフィルタ５に入力される。バンドパスフィルタ５では、当該無線信号に重畳している隣接帯域（無線信号の周波数帯域の近傍の帯域）の信号を減衰又は除去する。バンドパスフィルタ５から出力された無線信号はアンプ移相器４に入力される。アンプ移相器４では、当該無線信号の位相及び強度を変化させる。
最後に、アンプ移相器４から出力された無線信号は、アンテナ２３から放射される。具体的には、アンプ移相器４から出力された無線信号は、無線モジュール基板２の一方の面２ａから放射される。

以上説明したように、本実施形態の無線通信モジュール１では、バンドパスフィルタ５が無線モジュール基板２の配線層２１で形成されていない。そのため、バンドパスフィルタ５の特性が無線モジュール基板２における誘電正接及び層間の厚さの影響を受けずに、バンドパスフィルタ５における無線信号の損失を小さく抑えることができる。すなわち、バンドパスフィルタ５の特性を十分に得ることができる。

一方、バンドリジェクトフィルタ６を無線モジュール基板２の配線層２１によって構成しても、バンドリジェクトフィルタ６の特性は、無線モジュール基板２における誘電正接及び層間の厚さの影響を受けにくい。すなわち、バンドリジェクトフィルタ６の特性を十分に得ることができる。バンドリジェクトフィルタ６が無線モジュール基板２の配線層２１によって構成されることで、バンドリジェクトフィルタ６が無線モジュール基板２に実装する部品（チップ部品）である場合と比較して、無線通信モジュール１を構成する部品点数を少なく抑えることができる。
以上のことから、本実施形態の無線通信モジュール１によれば、無線通信モジュール１の部品点数を少なく抑えながら、バンドパスフィルタ５及びバンドリジェクトフィルタ６の特性を十分に得ることができる。

また、本実施形態の無線通信モジュール１によれば、バンドリジェクトフィルタ６が無線モジュール基板２の内部に形成されている。これにより、バンドリジェクトフィルタ６が無線モジュール基板２の表面（例えば他方の面２ｂ）に形成される場合と比較して、無線モジュール基板２の表面の面積を減らすことができる。したがって、無線モジュール基板２の小型化を図ることができる。

また、本実施形態の無線通信モジュール１によれば、配線層２１からなるバンドリジェクトフィルタ６が、配線層２１の長手方向において配線層２１の幅寸法を連続的に変化させるように形成されている。これにより、無線モジュール基板２においてバンドリジェクトフィルタ６が占める大きさを増やすことなく、すなわち無線モジュール基板２の大型化を抑えながら、所望のバンドリジェクトフィルタ６の特性を得ることができる。

また、本実施形態の無線通信モジュール１によれば、アンテナ２３は、周波数変換器３及びアンプ移相器４を実装した面（他方の面２ｂ）と反対側に向く面（一方の面２ａ）から無線信号を放射するように形成されている。これにより、アンテナ２３から放射される無線信号が、周波数変換器３及びアンプ移相器４において重畳するノイズ（特に高調波）の影響を受けることを効果的に抑制することができる。

以上、本発明の詳細について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。

本発明の無線通信モジュールにおいて、バンドリジェクトフィルタ６は、例えばバンドパスフィルタ５とアンプ移相器４とを接続する配線層２１によって構成されてもよい。すなわち、バンドリジェクトフィルタ６は、バンドパスフィルタ５とアンプ移相器４との間に設けられてもよい。また、バンドリジェクトフィルタ６は、例えばアンプ移相器４とアンテナ２３とを接続する配線層２１によって構成されてもよい。すなわち、バンドリジェクトフィルタ６は、アンプ移相器４とアンテナ２３との間に設けられてもよい。

本発明の無線通信モジュールでは、例えば複数のアンプ移相器４が無線モジュール基板２に実装されてもよい。この場合には、バンドパスフィルタ５から出力された無線信号を複数のアンプ移相器４に分配した上でアンテナ２３に出力することができる。
また、本発明の無線通信モジュールでは、例えば複数のバンドパスフィルタ５及び複数のアンプ移相器４が無線モジュール基板２に実装されてもよい。この場合には、周波数変換器３から出力された無線信号を複数のバンドパスフィルタ５に分配した上でアンプ移相器４に出力することができる。
このように無線信号を複数のバンドパスフィルタ５及びアンプ移相器４に分配する無線通信モジュールでは、より高出力、高利得を得ることができる。

また、上記したように無線信号を複数のバンドパスフィルタ５及びアンプ移相器４に分配する無線通信モジュールにおいては、例えば、バンドパスフィルタ５と複数のアンプ移相器４との間にそれぞれバンドリジェクトフィルタ６を設けたり、周波数変換器３と複数のバンドパスフィルタ５との間にバンドリジェクトフィルタ６を設けたりすることになる。
すなわち、上記した無線通信モジュールは、複数のバンドリジェクトフィルタ６を備えることになる。ただし、本発明の無線通信モジュールでは、バンドリジェクトフィルタ６は配線層２１によって構成されるため、バンドリジェクトフィルタ６の増加による無線通信モジュールの大型化を抑制又は防止することができる。

本発明の無線通信モジュールにおいて、周波数変換器３、アンプ移相器４、バンドパスフィルタ５は、例えば、アンテナ２３を形成した無線モジュール基板２の一方の面２ａに実装されてもよい。

１…無線通信モジュール、２…無線モジュール基板、３…周波数変換器、４…アンプ移相器、５…バンドパスフィルタ、６…バンドリジェクトフィルタ、２１…配線層、２３…アンテナ

Claims (3)

1. アンテナを有する無線モジュール基板と、
   前記無線モジュール基板に実装され、無線信号の周波数を変化させる周波数変換器と、
   前記無線モジュール基板に実装され、前記無線信号の位相及び強度を変化させるアンプ移相器と、
   前記周波数変換器と前記アンプ移相器との間に設けられるように前記無線モジュール基板に実装されたバンドパスフィルタと、
   前記無線モジュール基板に形成され、前記周波数変換器、前記アンプ移相器及び前記バンドパスフィルタを相互に電気接続する複数の配線層の少なくとも一部からなるバンドリジェクトフィルタと、
   を備え、
   前記バンドリジェクトフィルタは、前記無線モジュール基板の内部に形成されている無線通信モジュール。
2. 前記バンドリジェクトフィルタは、前記配線層の長手方向に進むにしたがって前記配線層の幅寸法が変化するように形成されている請求項１に記載の無線通信モジュール。
3. 前記バンドリジェクトフィルタは、無線信号の２倍及び３倍の周波数の不要な高調波を減衰又は除去する請求項１又は請求項２に記載の無線通信モジュール。

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