JPH04354404A - 受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通信衛星や放送衛星等
からマイクロ波信号を地上で受信するための装置で、ア
ンテナと低雑音アンプとを同一基板上に備えた受信装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】情報ネットワークシステムの急速な展開
が図られる中で、衛星通信システムの需要も急増し、周
波数帯も高周波化されつつある。高周波用電界効果トラ
ンジスタとしてはＧａＡｓ等の化合物半導体を用いたシ
ョットキバリア型電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ
）が実用化されており、さらに最近ではシステムの小型
化、低価格化、高性能化のために高周波信号を低周波に
変換するダウンコンバータ初段増幅部の集積化（ＭＭＩ
Ｃ化：Ｍｏｎｏｌｏｔｈｉｃ　　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　
　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　　Ｃｉｒｃｕｉｔ）が進めら
れている。

【０００３】一方、通信衛星や放送衛星からのマイクロ
波信号を地上で受信するためのアンテナとして平面アン
テナが実用化されはじめている。平面アンテナというの
は、多数のアンテナ素子を平面状に配列し、各素子で受
けた信号電力を導線で一つにまとめたものである。マイ
クロ波受信用の平面アンテナは、初めのうちは性能およ
びコストの両面でバラボラアンテナに遠く及ばなかった
。しかし、１９７０年代の後半からのマイクロストリッ
プアンテナの研究の高まりと、マイクロ波用プリント基
板の性能向上とによって、現在では実用レベルに達して
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ＭＭＩＣ化
された受信用回路と、平面アンテナとを接続する方法に
関しては必ずしも充分な研究がなされていない。例えば
、両者を接続する手段としてマイクロ波の一般的な伝達
手段である導波管を用いたのでは、全体としての小型軽
量化を達成することが困難となり、受信システムの小型
化およびアンテナの平面化が十分に生かされない。本発
明の課題は、このような問題点を解消することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】アンテナ素子と、このア
ンテナ素子に接続される受信回路とを同一の基板上に形
成したものであり、アンテナ素子として、第１層配線層
と第２層配線層を用いて、らせん状に繰り返し接続する
ことによって構成されるインダクタ素子を用いる。

【０００６】

【作用】平面アンテナと受信回路が同一の基板に形成さ
れているので、両者をマイクロストリップ線路で接続す
ることができ、受信装置全体の小型計量化を図ることが
できる。この場合、アンテナ素子、受信回路、マイクロ
ストリップ線路をすべて通常のＩＣプロセスで集積化で
きる。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す平面図である
。半絶縁性半導体基板であるＧａＡｓ基板１は、その表
面にＧａＡｓの半導体層がエピタキシャル成長により形
成されているものである。ＧａＡｓ基板１の上には、ア
ンテナ部２と受信回路部３が設けられており、両者は電
気的に接続されている。受信回路部３は具体的には低雑
音アンプであり、半導体基板１上のエピタキシャル半導
体層を利用したＭＥＳＦＥＴ等が集積化されて構成され
ている。すなわち、この低雑音アンプは、４段増幅回路
を構成しており、ＭＥＳＦＥＴからなる増幅部３１〜３
４と、インピーダンスマッチング回路３５〜３８を持っ
ている。

【０００８】アンテナ部２は、ＧａＡｓ基板１上におい
て、立体的な螺旋構造を持つインダクタ素子５で構成さ
れており、その形成方法を図２〜図４と共に説明する。

【０００９】図２は本実施例のインダクタ素子５を示す
断面図、図３は同じく平面図、図４は同じく鳥観図であ
る。半絶縁性半導体基板１上に、幅が例えば２μｍで長
さが５０μｍの複数の短冊状の第１層配線１２を所望の
仮想線１６に沿ってそれぞれが仮想線１６と交差するよ
うに配列する。第１層配線１２にはＴｉ／　Ａｕ等の金
属が使用されており、その厚さは０．５μｍ〜１μｍで
ある。

【００１０】その後、Ｓｉ３　Ｎ４　やＳｉＯＮなどで
層間絶縁膜１３を通常数千オングストロームの厚さで形
成する。ついで、コンタクトホール１５の部分の層間絶
縁膜１３をエッチングにより除去し貫通孔をあける。

【００１１】次にフォトレジストを露光および現像が可
能な限り厚く塗布する。フォトレジストの種類や塗布条
件を選べば２０μｍ程度の厚さに塗布することも可能で
ある。そして、コンタクトホール１５の部分を露光・現
像によってフォトレジストを除去し、後に形成される第
２層配線１４が第１層配線１２と電気的に接続できるよ
うにする。このパターンニング終了後に通常よりやや高
い温度すなわち１４０℃程度でベーキングすることによ
ってフォトレジスト上端部の形状に丸みをもたせる。こ
れは、第２層配線１４の導体を形成する際のつきまわり
を良好にするためである。ついで、蒸着あるいはスパッ
タリングによってＴｉ／　Ａｕ等の金属を形成し、さら
にメッキによってＡｕをその上に積む。これが第２層配
線１４となる。第２層配線１４の厚さは通常２μｍ〜３
μｍである。このようにして第２層配線１４を形成した
後、上記フォトレジストを除去することによって、第１
層配線１２と第２層配線１４との間に中空のエアブリッ
ジが形成される。ただし、層間絶縁膜１３は第１層配線
１２上に残ったままとなっている。

【００１２】以上の工程を経て、第１層配線１２と第２
層配線１４とコンタクトホール１５による螺旋構造のイ
ンダクタ素子５が完成する。

【００１３】なお、最終工程のエアブリッジ技術を適用
しなくてもインダクタ素子を作ることはできる。例えば
、層間絶縁膜１３を厚めに形成し、その上に直接第２層
配線１４を形成してもよい。しかし、エアブリッジ技術
を適用することによって次の２点において有利となる。 インダクタンス値は断面積が大きい程大きく同じインダ
クタンス値を得るために必要なインダクタ素子の占める
面積は小さくてすむ。そのため、エアブリッジ構造によ
って断面積を大きくすれば、ＭＭＩＣの小型化を図るこ
とができる。また、第１層配線１２と第２層配線１４の
間隔を大きくし且つ絶縁物であるフォトレジストをとり
除くことによって、分布容量が小さくなり自己共振周波
数、即ちこの素子がインダクタ素子として使用できる最
大限界周波数がより大きくなる。

【００１４】このようにして作製されたインダクタ素子
５は、アンテナとして同一基板上の受信回路部３とマイ
クロストリップ線路７によって電気的に接続され、小型
軽量で取扱いの容易な受信装置を得る。この受信装置の
アンテナは、その構造上から図１の矢印Ａの方向からの
電波を受信することになる。このように、基板１の表面
と平行な方向の電波を受信する構造となっていることに
より、次のような利点が生じる。もし仮に、インダクタ
素子５に代えてパッチアンテナ素子を用いたとすると、
基板１の表面に垂直な方向からの電波を受信することな
り、受信回路部３もその正面から電波を受けて誤動作し
やすくなるが、この実施例のように、基板１の表面と平
行な方向の電波を受信する場合は、そのようなことがな
い。

【００１５】なお、この実施例では受信回路部３が低雑
音アンプであるが、低雑音アンプ以外にその出力信号の
周波数をダウンコンバートするための周波数変換回路や
、この周波数変換回路の出力信号を増幅する回路等も併
せて集積化することができる。

【００１６】また、この受信装置を自動車等の移動体に
適用する場合には、通信衛星や放送衛星からのマイクロ
波信号を受信するために電子的に衛星の方向を追尾する
手段、すなわち、受信したマイクロ波信号の位相をシフ
トさせるフェイズシフタ回路を受信回路部３中に組み込
むことが望ましい。

【００１７】図５は、本発明の別の実施例を示す平面図
である。この受信回路では、アンテナとしての４つのイ
ンダクタ素子５２と受信回路としての４つの低雑音アン
プ５３が半絶縁性半導体基板１０上にアレイ状に配列さ
れている。各インダクタ素子５２にはそれぞれ１つずつ
低雑音アンプ５３が接続されており、各低雑音アンプ５
３の出力端子はマイクロストリップ線路５４で共通に接
続されている。ここで、各アンテナが受信した信号が最
大効率で合成されるように接続されていることはいうま
でもない。一般に、平面アンテナの効率が上がりにくい
原因として給電系の損失が大きいことが挙げられる。し
かし、この実施例のように各インダクタ素子５２毎に低
雑音アンプ５３を付加することにより雑音指数を大幅に
改善することができる。

【００１８】上記の各実施例は、いずれも通信衛星等か
らのマイクロ波を直接受信するための受信装置であるが
、これらの受信装置をパラボラアンテナの１次ホーンと
して用いることも可能である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の受信装置に
よれば、アンテナと受信回路が同一の半絶縁性化合物半
導体基板に形成されているので、両者をマイクロストリ
ップ線路で接続することができ、受信装置全体の小型軽
量化を図ることができる。また、アンテナ素子としてイ
ンダクタ素子が用いられているため、受信電波の方向が
基板と平行になり、受信回路に対する電波の悪影響を最
小限に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である受信装置の平面図であ
る。

【図２】この実施例に用いられるアンテナとしてのイン
ダクタ素子の断面図である。

【図３】その平面図である。

【図４】その鳥観図である。

【図５】本発明の別の実施例である受信装置の平面図で
ある。

【符号の説明】

１、１０…半絶縁性化合物半導体基板 ２…アンテナ部 ３…受信回路部 ５、５２…インダクタ素子 ７、５４…マイクロストリップ線路 ５３…低雑音アンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　アンテナエレメントと、これに電気的
   に接続された低雑音アンプが同一基板上に搭載されてお
   り、前記アンテナエレメントが、前記基板上の所望の仮
   想線とそれぞれが交差するようにその基板上に形成され
   た複数の第１層配線と、これらの第１層配線が形成され
   ている基板表面を覆う絶縁膜と、この絶縁膜上において
   前記仮想線とそれぞれが交差し、その両端がそれぞれ別
   の第１層配線とコンタクトホールを介して接続する複数
   の第２層配線とを有し、前記第１層配線、前記コンタク
   トホールおよび前記第２層配線によって、前記仮想線に
   沿った螺旋構造が形成されているインダクタ素子である
   ことを特徴とする受信装置。
2. 【請求項２】　　インダクタ素子の第２層配線がエアー
   ブリッジ構造となっていることを特徴とする請求項１に
   記載の受信装置。