JPH07193423A - Monolithic antenna module - Google Patents

Monolithic antenna module

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JPH07193423A
JPH07193423A JP33320593A JP33320593A JPH07193423A JP H07193423 A JPH07193423 A JP H07193423A JP 33320593 A JP33320593 A JP 33320593A JP 33320593 A JP33320593 A JP 33320593A JP H07193423 A JPH07193423 A JP H07193423A
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antenna
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monolithic
antenna module
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Abstract

PURPOSE:To obtain a monolithic antenna module which is small integrated with a RF circuit such as a RF transmission/reception circuit, etc., and has a wide frequency band width. CONSTITUTION:A RF transmission/reception circuit 3 of a coplanar structure and a rectangular patch antenna 6 are provided on the upper surface part of the same semi-insulating substrate 1 and these are electrically coupled by a coupling part 2. A recessed part 8 is provided in the lower direction of the rectangular patch antenna 6 of the semi-insulating substrate 1 and a metallic layer 5 is provided on the lower surface of the semin-insulating substrate 1 except the recessed part 8. The upper surface of a conductive chip carrier 7 is fixed to the lower surface of the metallic layer 5.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はモノリシック・アンテナ
・モジュールに関し、特にマイクロ波帯やミリ波帯など
の超高周波数帯の電波の送信または受信さらには送受信
で使用するモノリシック・アンテナ・モジュールに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a monolithic antenna module, and more particularly to a monolithic antenna module used for transmitting or receiving radio waves in an ultrahigh frequency band such as a microwave band and a millimeter wave band, and for transmitting and receiving.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、衛星放送、マイクロ波通信、マイ
クロ波やミリ波帯を使用した無線LAN(ローカルエリ
アネットワーク)などの技術の進展に伴い、広帯域で低
損失、かつ、小型軽量な送信部/受信部と一体に設けた
アンテナ・エレメントを持つモノリシック・アンテナ・
モジュールの開発が活発に行われている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the progress of technologies such as satellite broadcasting, microwave communication, and wireless LAN (local area network) using microwave and millimeter wave band, a wide band, low loss, small and lightweight transmitter / A monolithic antenna with an antenna element integrated with the receiver
Active development of modules.

【0003】図5は、特開平1−311605号公報に
記載されている従来のこの種のモノリシック・アンテナ
・モジュールの一例を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing an example of a conventional monolithic antenna module of this type disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-311605.

【0004】図5において、たとえば、ガリウム砒素材
料から成る半絶縁性基板1Aの上面部にRF信号による
送受信を行うRF送受信回路3をモノリシック構成で形
成し、この半絶縁性基板1Aの下面に金属層13を設け
る。
In FIG. 5, for example, an RF transceiver circuit 3 for transmitting and receiving an RF signal is formed in a monolithic structure on the upper surface of a semi-insulating substrate 1A made of a gallium arsenide material, and a metal is formed on the lower surface of the semi-insulating substrate 1A. A layer 13 is provided.

【0005】また、たとえば、四ふっ化樹脂材料から成
る誘電体基板11の上面にアンテナ・エレメントとして
方形パッチ・アンテナ6を設ける。
Further, for example, a rectangular patch antenna 6 is provided as an antenna element on the upper surface of a dielectric substrate 11 made of a tetrafluoride resin material.

【0006】この誘電体基板11の下面には、金属層1
4を設けておき、方形パッチ・アンテナ6から放射され
金属層14の方向に向う電波をこの金属層14で反射さ
せ方形パッチ・アンテナ6の上方に放射される電波と
し、方形パッチ・アンテナ6から直接上方に放射される
電波と位相を等しくしている。
A metal layer 1 is formed on the lower surface of the dielectric substrate 11.
4, the radio wave radiated from the square patch antenna 6 toward the metal layer 14 is reflected by the metal layer 14 to be a radio wave radiated above the square patch antenna 6, and the radio wave is emitted from the square patch antenna 6. It has the same phase as the radio wave radiated directly upward.

【0007】これら半絶縁性基板1Aと誘電体基板11
の上面が同一面内に位置するように段差を設けた導電性
の材料で構成されたチップ・キャリア12の上部に、半
絶縁性基板1Aと誘電体基板11の下面とをそれぞれ接
して取り付け、RF送受信回路3に設けられているアン
テナ入出力端子15と方形パッチ・アンテナ6に設けら
れている入出力端子16とを接近して対向させる。
These semi-insulating substrate 1A and dielectric substrate 11
The semi-insulating substrate 1A and the lower surface of the dielectric substrate 11 are attached to the upper portion of the chip carrier 12 made of a conductive material having a step so that the upper surface of the substrate is in the same plane, The antenna input / output terminal 15 provided in the RF transmission / reception circuit 3 and the input / output terminal 16 provided in the rectangular patch antenna 6 are made to closely face each other.

【0008】ボンディグ・ワイヤ17によりアンテナ接
続端子15と入出力端子16とを接続する。
The antenna connection terminal 15 and the input / output terminal 16 are connected by a bonding wire 17.

【0009】また、方形パッチ・アンテナ6を取り付け
ている誘電体基板11の代りに半絶縁性基板1Aを方形
パッチ・アンテナ6の下方まで延長し、この半絶縁性基
板1Aの上面に方形パッチ・アンテナ6を設け、RF送
受信回路3のアンテナ接続端子15とを直接接続する構
成のモノリシック・アンテナ・モジュールも前述の特公
平1−311605号公報に記載されている。
Further, instead of the dielectric substrate 11 on which the square patch antenna 6 is attached, a semi-insulating substrate 1A is extended to below the square patch antenna 6, and a square patch is formed on the upper surface of the semi-insulating substrate 1A. The monolithic antenna module having the antenna 6 and directly connected to the antenna connection terminal 15 of the RF transmission / reception circuit 3 is also described in Japanese Patent Publication No. 1-311605.

【0010】この場合には、チップ・キャリア12は省
略することができる。
In this case, the chip carrier 12 can be omitted.

【0011】さらに、上述したRF送受信回路3の代り
にRF受信回路を用いれば受信専用のモノリシック・ア
ンテナ・モジュールとすることができ、また、上述した
RF送受信回路の代りにRF送信回路を使用すれば送信
専用のモノリシック・アンテナ・モジュールとすること
もできる。
Furthermore, if an RF receiving circuit is used in place of the RF transmitting / receiving circuit 3 described above, a monolithic antenna module dedicated to reception can be obtained, and an RF transmitting circuit can be used instead of the RF transmitting / receiving circuit described above. For example, it can be a monolithic antenna module dedicated to transmission.

【0012】なお、上述の説明では、アンテナ・エレメ
ントとして方形パッチ・アンテナを使用した例について
説明したが、アンテナ・エレメントとしては、RF送受
信回路3とモノリシックに(同一平面上に)配置するこ
とができるアンテナ、たとえば、円形パッチ・アンテナ
や、スロット・アンテナ、クロス・ダイポール・アンテ
ナなどが使用可能である。
In the above description, an example in which a rectangular patch antenna is used as the antenna element has been described, but the antenna element may be arranged monolithically (on the same plane) as the RF transceiver circuit 3. Possible antennas such as circular patch antennas, slot antennas, cross dipole antennas, etc. can be used.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のモノリ
シック・アンテナ・モジュールで、同一の半絶縁性基板
上にRF送受信回路と方形パッチ・アンテナとを設け、
これらの間を電気的に接続した構成の場合に、この方形
パッチ・アンテナから効率良く電波を放射するために
は、半絶縁性基板の比誘電率が約13前後であるので、
方形パッチ・アンテナとその下方に設けられている金属
層13との間の半絶縁性基板の厚さは半絶縁性基板の代
りに空気層を用いたと仮定した場合にくらべて、ほぼ半
絶縁性基板の持つ比誘電率の平方根で空気層の厚さを除
した程度にしなければならない。
In the conventional monolithic antenna module described above, an RF transceiver circuit and a rectangular patch antenna are provided on the same semi-insulating substrate,
In the case of a structure in which these are electrically connected, in order to radiate radio waves efficiently from this rectangular patch antenna, the relative permittivity of the semi-insulating substrate is about 13,
The thickness of the semi-insulating substrate between the rectangular patch antenna and the metal layer 13 provided thereunder is almost semi-insulating as compared with the case where an air layer is used instead of the semi-insulating substrate. The thickness of the air layer must be divided by the square root of the relative permittivity of the substrate.

【0014】このように、半絶縁性基板の厚さを薄くす
ると、方形パッチ・アンテナのインピーダンスが周波数
の変化に対して急減に変動し、周波数帯域幅が狭くなる
と言う欠点を有している。
As described above, when the thickness of the semi-insulating substrate is reduced, the impedance of the rectangular patch antenna fluctuates sharply with respect to the frequency change, and the frequency bandwidth becomes narrow.

【0015】また、図5に示したモノリシック・アンテ
ナ・モジュールのように、方形パッチ・アンテナを誘電
体基板11に設け、この誘電体基板11を四ふっ化樹脂
材料などで構成し、その比誘電率を2〜3程度とすれ
ば、半絶縁性基板1A上に方形パッチ・アンテナを設け
る場合にくらべて、方形パッチ・アンテナの周波数帯域
幅を広くすることができるが、RF送受信回路3とは別
個の基板上に方形パッチ・アンテナ6を設け、これらを
チップ・キャリア12により相対的に固定し、その上、
ボンディングワイヤ17でRF送受信回路3と方形パッ
チ・アンテナ6とを接続することが必要となり、構成が
複雑となり、ボンディングワイヤ17を使用することに
より、RF送受信回路3と方形パッチ・アンテナ6との
間にミスマッチおよびオーム損を生じ電気的な特性が劣
化すると言う欠点を有している。
Further, as in the monolithic antenna module shown in FIG. 5, a rectangular patch antenna is provided on the dielectric substrate 11, and the dielectric substrate 11 is made of a tetrafluoride resin material or the like and has a relative dielectric constant. When the ratio is set to about 2 to 3, the frequency bandwidth of the rectangular patch antenna can be widened as compared with the case where the rectangular patch antenna is provided on the semi-insulating substrate 1A. Square patch antennas 6 are provided on separate substrates, which are relatively fixed by a chip carrier 12, and
Since it is necessary to connect the RF transceiver circuit 3 and the rectangular patch antenna 6 with the bonding wire 17, the configuration becomes complicated. By using the bonding wire 17, the RF transceiver circuit 3 and the rectangular patch antenna 6 are connected. However, it has a drawback that electrical characteristics are deteriorated due to mismatch and ohmic loss.

【0016】このような欠点は、方形パッチ・アンテナ
の代りに、クロス・ダイポール・アンテナや、円形パッ
チ・アンテナあるいはスロット・アンテナなどのアンテ
ナ・エレメントの広幅面に垂直な両方向に電波を同時に
放射する、他の構成のアンテナを用いたとしても同様で
ある。
Such a drawback is that instead of the rectangular patch antenna, radio waves are simultaneously radiated in both directions perpendicular to the wide surface of the antenna element such as a cross dipole antenna, a circular patch antenna or a slot antenna. The same is true even if antennas of other configurations are used.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明のモノリシック・
アンテナ・モジュールは、半絶縁性基板の上面付近に設
けたコプレーナ構成のRF受信回路と、前記半絶縁性基
板上で前記RF受信回路と同一面上に設けられ前記RF
回路に電気的に結合するアンテナ・エレメントとを備え
るモノリシック・アンテナ・モジュールにおいて、前記
半絶縁性基板の内で前記アンテナ・エレメントの直下の
部分を所定の深さだけ除去し前記除去した部分の前記半
絶縁性基板の上面に対し直交する断面の形状が一様なト
ンネル状の凹部と、前記凹部を除く前記半絶縁性の基板
の下面部に設けられた金属層と、前記金属層の広幅外面
に上面が接して固着される導電性のチップ・キャリアと
を備えて構成される。
Means for Solving the Problems The monolithic structure of the present invention
The antenna module is provided with a coplanar RF receiver circuit provided in the vicinity of an upper surface of a semi-insulating substrate and the RF receiver circuit provided on the same surface of the semi-insulating substrate as the RF receiver circuit.
In a monolithic antenna module comprising an antenna element electrically coupled to a circuit, a portion of the semi-insulating substrate immediately below the antenna element is removed by a predetermined depth and the removed portion is removed. A tunnel-shaped recess having a uniform cross-sectional shape orthogonal to the upper surface of the semi-insulating substrate, a metal layer provided on the lower surface of the semi-insulating substrate excluding the recess, and a wide outer surface of the metal layer. And a conductive chip carrier whose upper surface is in contact with and fixed to.

【0018】また、本発明の別のモノリシック・アンテ
ナ・モジュールは、半絶縁性基板の上面付近に設けたコ
プレーナ構成のRF受信回路と、前記半絶縁性基板上で
前記RF受信回路と同一面上に設けられ前記RF回路に
電気的に結合するアンテナ・エレメントとを備えるモノ
リシック・アンテナ・モジュールにおいて、前記半絶縁
性基板の内で前記アンテナ・エレメントの直下の部分を
所定の深さだけ除去し前記除去した部分の前記半絶縁性
基板の上面に対し平行する断面の形状が方形で、前記形
状の大きさが前記モノリシック・アンテナの外形より大
である凹部と、前記凹部を除く前記半絶縁性の基板の下
面部に設けられた金属層と、前記金属層の広幅外面に上
面が接して固着される導電性のチップ・キャリアとを備
えて構成されている。
Another monolithic antenna module of the present invention is a coplanar RF receiver circuit provided in the vicinity of the upper surface of a semi-insulating substrate, and on the same surface as the RF receiver circuit on the semi-insulating substrate. A monolithic antenna module having an antenna element electrically connected to the RF circuit, the portion of the semi-insulating substrate immediately below the antenna element being removed by a predetermined depth. The shape of a cross section of the removed portion parallel to the upper surface of the semi-insulating substrate is rectangular, and the size of the shape is larger than the outer shape of the monolithic antenna. It comprises a metal layer provided on the lower surface of the substrate and a conductive chip carrier whose upper surface is in contact with and fixed to the wide outer surface of the metal layer. .

【0019】[0019]

【作用】同一の半絶縁性基板の上面にRF送受信回路と
方形パッチ・アンテナとを設け、これらを電気的に接続
し、前述の方形パッチ・アンテナ直下の半絶縁性基板に
凹部を設け、前述の半絶縁性基板の下方に導電性のチッ
プ・キャリアを固着し、方形パッチ・アンテナの下方に
上述の凹部とチップ・キャリアにより空洞状の自由空間
部分を設けることにより、方形パッチ・アンテナと前述
の空洞部の底面との間隔を大とすることにより、方形パ
ッチ・アンテナの周波数帯域幅を従来のこの種のモノリ
シック・アンテナ・モジュールより大としている。ま
た、同一の半絶縁性基板上にRF送受信回路と方形パッ
チ・アンテナとを取りつけ、これらの間を直接電気的に
結合させてボンディングワイヤを不要とし、オーム損を
低下させると共にミスマッチの発生を小としている。
The RF transmitter / receiver circuit and the rectangular patch antenna are provided on the upper surface of the same semi-insulating substrate, and these are electrically connected to each other, and the recess is provided in the semi-insulating substrate directly below the rectangular patch antenna. By fixing a conductive chip carrier below the semi-insulating substrate of, and providing a hollow free space portion by the above-mentioned recess and chip carrier below the square patch antenna, The frequency bandwidth of the rectangular patch antenna is made larger than that of the conventional monolithic antenna module of this kind by increasing the distance from the bottom of the cavity part. In addition, the RF transmitter / receiver circuit and the rectangular patch antenna are mounted on the same semi-insulating substrate, and the two are directly electrically coupled to each other to eliminate the need for a bonding wire, thereby reducing the ohmic loss and reducing the occurrence of mismatch. I am trying.

【0020】[0020]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.

【0021】図1(A)は本発明のモノリシック・アン
テナ・モジュールの一実施例の内で半絶縁性基板1とこ
の半絶縁性基板1上に設けたRF送受信回路3および方
形パッチ・アンテナ6の部分を示す部分的な斜視図であ
り、図1(B)は図1(A)の半絶縁性基板1の底面に
金属層と方形パッチ・アンテナの下方の半絶縁性基板に
凹部をを設けた状態を示す斜視図であり、図1(C)は
チップ・キャリア7の上面に図1(B)に示す半絶縁性
基板1の下面の金属層5の部分とを固着してモノリシッ
ク・アンテナ・モジュールとした状態を示す斜視図であ
る。
FIG. 1A shows a semi-insulating substrate 1, an RF transceiver circuit 3 and a rectangular patch antenna 6 provided on the semi-insulating substrate 1 in one embodiment of the monolithic antenna module of the present invention. 1 (B) is a partial perspective view showing a portion of FIG. 1 (A), in which a metal layer is formed on the bottom surface of the semi-insulating substrate 1 of FIG. 1 (A) and a recess is formed in the semi-insulating substrate below the rectangular patch antenna. FIG. 1C is a perspective view showing a state in which the metal layer 5 is fixed to the upper surface of the chip carrier 7 and the metal layer 5 on the lower surface of the semi-insulating substrate 1 shown in FIG. It is a perspective view which shows the state made into an antenna module.

【0022】図1(A)のように、半絶縁性基板1の上
面部に、RF送受信回路3と、このRF送受信回路3の
近傍で前述の半絶縁性基板1の上面部に所定の周波数帯
で効率良く電波を放射するように各辺の長さを定めた方
形パッチ・アンテナ6とを設け、これらのRF送受信回
路3と方形パッチ・アンテナ6とを結合部2で電気的に
結合させる。
As shown in FIG. 1A, an RF transceiver circuit 3 is provided on the upper surface of the semi-insulating substrate 1, and a predetermined frequency is provided on the upper surface of the semi-insulating substrate 1 near the RF transceiver circuit 3. A square patch antenna 6 whose lengths are determined so as to efficiently radiate radio waves in the band is provided, and the RF transmitting / receiving circuit 3 and the square patch antenna 6 are electrically coupled by the coupling section 2. .

【0023】結合部2は、通常、方形パッチ・アンテナ
6とRF送受信回路3とをインピーダンス的に整合させ
るような適切な特性抵抗を持つ伝送線路で構成すればよ
い。図1(A)、図1(B)および図1(C)に示すよ
うに、このような整合を取るために、たとえば、スタブ
2Aを結合部2に設けて使用することもできる。
The coupling section 2 is usually formed by a transmission line having an appropriate characteristic resistance for impedance matching between the rectangular patch antenna 6 and the RF transmission / reception circuit 3. As shown in FIG. 1 (A), FIG. 1 (B) and FIG. 1 (C), for example, a stub 2A may be provided in the coupling portion 2 and used for such alignment.

【0024】マイクロ波帯あるいはミリ波帯などの超高
周波数帯で使用するためには、半絶縁性基板1として、
たとえば、ガリウム砒素を材料として使用すればよい。
In order to use in an ultrahigh frequency band such as a microwave band or a millimeter wave band, as the semi-insulating substrate 1,
For example, gallium arsenide may be used as the material.

【0025】上述のRF送受信回路3は、たとえば、コ
プレーナ構造の集積回路で構成すればよい。
The above-mentioned RF transmitting / receiving circuit 3 may be composed of, for example, an integrated circuit having a coplanar structure.

【0026】図3はRF送受信回路3の一実施例の構成
を示すブロック図である。図3において、サーキュレー
タ31が方形パッチ・アンテナ6に接続され、方形パッ
チ・アンテナ6で受信された信号は、フィルタ32を通
り不要周波数の信号は除去され、低雑音増幅器33に加
えられ、低雑音増幅器33からは、増幅された受信信号
がダウンコンバータ34に加えられる。ダウンコンバー
タ34には、所定の周波数を持つ局部発振信号が局部発
振器36から別途加えられる。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the RF transceiver circuit 3. In FIG. 3, a circulator 31 is connected to the rectangular patch antenna 6, and a signal received by the rectangular patch antenna 6 passes through a filter 32 to remove an unnecessary frequency signal and is added to a low noise amplifier 33 to reduce noise. From the amplifier 33, the amplified reception signal is added to the down converter 34. A local oscillation signal having a predetermined frequency is separately added to the down converter 34 from a local oscillator 36.

【0027】ダウンコンバータ34は、たとえば、入力
信号を入力信号と局部発振器36から出力される局部発
信信号の周波数の差の周波数を持つ信号に変換して中間
周波増幅器35に出力する。
The down converter 34, for example, converts the input signal into a signal having a frequency difference between the input signal and the frequency of the local oscillation signal output from the local oscillator 36, and outputs the signal to the intermediate frequency amplifier 35.

【0028】中間周波増幅器35はこの信号を増幅して
外部に出力する。
The intermediate frequency amplifier 35 amplifies this signal and outputs it to the outside.

【0029】一方外部から予め定められた周波数を有す
る送信信号が中間周波増幅器38に入力されると、中間
周波増幅器38はこの入力信号を増幅しアップコンバー
タ39に出力する。アップコンバータ39には、別に、
予め定められた周波数を持つ局部発振信号が局部発振器
37から出力され加えられる。アップコンバータ39
は、中間周波増幅器38が出力する送信信号を、たとえ
ば、中間周波増幅器38が出力する送信信号の周波数と
局部発振器37が出力する局部発振信号の周波数との和
の周波数を持つ信号に変換して、電力増幅器40に出力
する。
On the other hand, when a transmission signal having a predetermined frequency is input to the intermediate frequency amplifier 38 from the outside, the intermediate frequency amplifier 38 amplifies this input signal and outputs it to the up converter 39. In the up converter 39, separately,
A local oscillation signal having a predetermined frequency is output from the local oscillator 37 and added. Upconverter 39
Converts the transmission signal output from the intermediate frequency amplifier 38 into a signal having a frequency that is the sum of the frequency of the transmission signal output from the intermediate frequency amplifier 38 and the frequency of the local oscillation signal output from the local oscillator 37. , To the power amplifier 40.

【0030】電力増幅器40はこの入力信号を電力増幅
しフィルタ41を介してサーキュレータ31に出力す
る。
The power amplifier 40 power-amplifies this input signal and outputs it to the circulator 31 via the filter 41.

【0031】サーキュレータ31はフィルタ41から出
力された信号を方形パッチ・アンテナ6に出力する。
The circulator 31 outputs the signal output from the filter 41 to the rectangular patch antenna 6.

【0032】図1(A)に示す半絶縁性基板1の上面に
はRF送受信回路3と方形パッチ・アンテナ6とを囲む
ように地導体4が設けられている。
On the upper surface of the semi-insulating substrate 1 shown in FIG. 1A, a ground conductor 4 is provided so as to surround the RF transceiver circuit 3 and the rectangular patch antenna 6.

【0033】図1(A)に示した半絶縁性基板1の下面
には、方形パッチ・アンテナ6の直下部分に、半絶縁性
基板1の下面から方形パッチ・アンテナ6に向う凹部8
を設ける、さらに、凹部8を除いた半絶縁性基板1の下
面に良導体である金属層5を設ける。
On the lower surface of the semi-insulating substrate 1 shown in FIG. 1 (A), a concave portion 8 is formed directly below the rectangular patch antenna 6 so as to face the rectangular patch antenna 6 from the lower surface of the semi-insulating substrate 1.
Furthermore, the metal layer 5 which is a good conductor is provided on the lower surface of the semi-insulating substrate 1 excluding the recess 8.

【0034】図1(B)に示した半絶縁性基板1の下面
部に設けられている金属層5に上面が接するように構成
した金属などの導電性材料から成るチップ・キャリア7
を、図1(C)に示すように固着し、モノリシック・ア
ンテナ・モジュールを形成させる。
A chip carrier 7 made of a conductive material such as a metal, the upper surface of which is in contact with the metal layer 5 provided on the lower surface of the semi-insulating substrate 1 shown in FIG. 1B.
Are fixed as shown in FIG. 1C to form a monolithic antenna module.

【0035】凹部8とチップ・キャリア7との間には、
高さHを持ち長手方向と半絶縁性基板1の上面とに直交
する断面が一様なトンネル状の空洞部9が形成される。
Between the recess 8 and the chip carrier 7,
A tunnel-shaped cavity 9 having a height H and a uniform cross section orthogonal to the longitudinal direction and the upper surface of the semi-insulating substrate 1 is formed.

【0036】この高さHは、方形パッチ・アンテナ6か
ら放射され図1(C)の下方に向う電波が空洞部9の底
面で反射され方形パッチ・アンテナ6の上方に向って進
む電波の位相と、方形パッチ・アンテナ6から直接上方
に放射される電波の位相とが同相となるように、使用す
る周波数を考慮して決定すればよい。
This height H is the phase of the radio wave radiated from the square patch antenna 6 and directed downward in FIG. 1 (C), which is reflected by the bottom surface of the cavity 9 and proceeds upward in the square patch antenna 6. And the frequency to be used may be determined so that the phase of the radio wave radiated directly upward from the rectangular patch antenna 6 is in phase.

【0037】なお半絶縁性基板1の上下方向(広幅面と
垂直な方向)の厚さは送受信に使用する電波の波長に対
して、前述の高さHが実現できるように適切な厚さを設
定しておく。
The thickness of the semi-insulating substrate 1 in the vertical direction (direction perpendicular to the wide surface) should be an appropriate thickness so that the above-mentioned height H can be realized with respect to the wavelength of the radio wave used for transmission and reception. Set it.

【0038】空洞部9は自由空間でありその比誘電率は
1であり、半絶縁性基板1の持つ比誘電率は、通常13
前後であるので、方形パッチ・アンテナ6を半絶縁性基
板1の上面に設け、この半絶縁性基板1の下面に金属層
を設けた場合の方形パッチ・アンテナ6と前述の金属層
との間の距離にくらべて、図1(C)に示した方形パッ
チ・アンテナ6とその下方の電波の反射面となる空洞部
9の下面部との電気長を大にすることができる。
The cavity 9 is a free space and its relative permittivity is 1, and the semi-insulating substrate 1 normally has a relative permittivity of 13.
Since the square patch antenna 6 is provided on the upper surface of the semi-insulating substrate 1 and the metal layer is provided on the lower surface of the semi-insulating substrate 1, the square patch antenna 6 is provided between the square patch antenna 6 and the metal layer. 1C, the electrical length between the rectangular patch antenna 6 shown in FIG. 1C and the lower surface of the cavity 9 below which serves as a radio wave reflection surface can be increased.

【0039】図2(A)、図2(B)および図2(C)
は、それぞれ、図1(C)に示した方形パッチ・アンテ
ナの代りに使用することができるアンテナ・エレメント
を示したものである。すなわち、図2(A)は円形パッ
チ・アンテナ6aを示す斜視図であり、図2(B)は、
スロット・アンテナ6bの斜視図であり、図2(C)は
クロス・ダイポール・アンテナ6cの斜視図である。
2 (A), 2 (B) and 2 (C)
Respectively show antenna elements that can be used instead of the rectangular patch antenna shown in FIG. 1 (C). That is, FIG. 2A is a perspective view showing the circular patch antenna 6a, and FIG.
FIG. 2C is a perspective view of the slot antenna 6b, and FIG. 2C is a perspective view of the cross dipole antenna 6c.

【0040】これらのアンテナを図1(C)に示すRF
送受信回路3と接続する結合部は、それぞれのアンテナ
の特性に合う構造とすればよい。
RF of these antennas is shown in FIG.
The coupling portion connected to the transmission / reception circuit 3 may have a structure that matches the characteristics of each antenna.

【0041】なお、図1(C)のモノリシック・アンテ
ナ・モジュールにおいては、RF送受信回路3を用いて
いるが、たとえば、受信のみに使用する場合には、RF
送受信回路3の代りに、図3に示した中間周波増幅器3
5、ダウンコンバータ34、局部発振器36および低雑
音増幅器33とで構成されるRF受信回路を使用し、低
雑音増幅器33の入力側を方形パッチ・アンテナ6に結
合部2を介して接続してもよいことは明らかである。
Although the RF transceiver circuit 3 is used in the monolithic antenna module of FIG. 1 (C), for example, when it is used only for reception, the RF transceiver circuit 3 is used.
Instead of the transmission / reception circuit 3, the intermediate frequency amplifier 3 shown in FIG.
5, an RF receiving circuit composed of a down converter 34, a local oscillator 36 and a low noise amplifier 33 is used, and the input side of the low noise amplifier 33 is connected to the square patch antenna 6 via the coupling section 2. The good news is clear.

【0042】さらに、図1(C)に示した方形パッチ・
アンテナを送信専用として使用する場合には、たとえ
ば、図3に示した中間周波増幅器38、アップコンバー
タ39、局部発振器37および電力増幅器40から成る
RF送信回路をRF送受信回路6の代りに使用し、電力
増幅器40の出力側を結合部2に接続してもよいことは
明らかである。
Further, the square patch shown in FIG.
When the antenna is used only for transmission, for example, the RF transmission circuit including the intermediate frequency amplifier 38, the up converter 39, the local oscillator 37 and the power amplifier 40 shown in FIG. 3 is used instead of the RF transmission / reception circuit 6. Obviously, the output side of the power amplifier 40 may be connected to the coupling section 2.

【0043】図4(A)は、本発明の別のモノリシック
・アンテナ・モジュールの一実施例を示す斜視図であ
り、図4(B)は、図4(A)のA−A方向断面図であ
る。
FIG. 4 (A) is a perspective view showing another embodiment of the monolithic antenna module of the present invention, and FIG. 4 (B) is a sectional view taken along the line AA of FIG. 4 (A). Is.

【0044】図4(B)に示すように、半絶縁性基板1
の内で方形パッチ・アンテナ6の直下部に上部の形状の
大きさが方形パッチ・アンテナ6の外形以上であり側方
がすべて、半絶縁性基板1であるように凹部8Aを設
け、チップ・キャリア7とこの凹部8Aとで空洞部9A
を形成させる。
As shown in FIG. 4B, the semi-insulating substrate 1
In the lower part of the rectangular patch antenna 6, a concave portion 8A is provided so that the size of the upper shape is equal to or larger than the outer shape of the rectangular patch antenna 6 and all of the sides are the semi-insulating substrate 1, and the chip. The carrier 7 and the recess 8A form a cavity 9A.
To form.

【0045】凹部8Aの上面とチップ・キャリア7の上
面との間の高さHは図1(C)で示したと同様に設定す
ればよい。
The height H between the upper surface of the recess 8A and the upper surface of the chip carrier 7 may be set in the same manner as shown in FIG. 1 (C).

【0046】このような空洞部9Aを設けたモノリシッ
ク・アンテナ・モジュールは、図1に示したモノリシッ
ク・アンテナ・モジュールと同様な動作を行うことは明
らかである。
It is obvious that the monolithic antenna module provided with such a cavity 9A operates similarly to the monolithic antenna module shown in FIG.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のモノリシ
ック・アンテナ・モジュールは、RF送受信回路と同一
の半絶縁性基板上にアンテナ・エレメントを設けること
により、ボンディングワイヤによる接続を不要とし、こ
の部分によりオーム損失およびミスマッチングによる性
能の低下を防止することができるという効果を有し、さ
らに、アンテナ・エレメントの下方の半絶縁性基板に凹
部を設け導電性のチップ・キャリアを前述の半絶縁性基
板の下面部に固着することにより、この導電性のチップ
・キャリアの上面と前述の凹部とで空洞部を形成させ、
アンテナ・エレメントの直下方向に進む電波を反射する
ための反射面と前述のアンテナ・エレメントとの間隔を
電気的に大とすることを可能とし、その結果アンテナ・
エレメントの持つ周波数帯域幅を広くすることができる
という効果を有している。
As described above, in the monolithic antenna module of the present invention, the antenna element is provided on the same semi-insulating substrate as the RF transmitter / receiver circuit, so that the connection by the bonding wire is unnecessary. The part has the effect of preventing ohmic loss and performance deterioration due to mismatching.In addition, a recess is provided in the semi-insulating substrate below the antenna element to secure the conductive chip carrier to the semi-insulation described above. By fixing to the lower surface of the conductive substrate, a cavity is formed by the upper surface of this conductive chip carrier and the above-mentioned recess,
It is possible to electrically increase the distance between the above-mentioned antenna element and the reflection surface for reflecting radio waves traveling directly below the antenna element, and as a result, the antenna
The effect is that the frequency bandwidth of the element can be widened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(A)は本発明のモノリシック・アンテナ・モ
ジュールの半絶縁性基板とRF送受信部および方形パッ
チ・アンテナ部分を示す部分斜視図である。(B)は、
(A)の半絶縁性基板に凹部と金属層とを設けた状態示
す部分斜視図である。(C)は(B)に示す半絶縁性基
板の下面部に設けらた金属層とチップ・キャリアの上面
とを固着した状態を示すモノリシック・アンテナ・モジ
ュールの斜視図である。
FIG. 1A is a partial perspective view showing a semi-insulating substrate, an RF transmitter / receiver, and a rectangular patch antenna portion of a monolithic antenna module of the present invention. (B) is
It is a partial perspective view which shows the state which provided the recessed part and the metal layer in the semi-insulating board | substrate of (A). (C) is a perspective view of the monolithic antenna module showing a state in which the metal layer provided on the lower surface of the semi-insulating substrate shown in (B) and the upper surface of the chip carrier are fixed to each other.

【図2】(A)は図1に示す方形パッチ・アンテナの代
りに使用可能な円形パッチ・アンテナの斜視図である。
(B)は図1に示す方形パッチ・アンテナの代りに使用
可能なスロット・アンテナの斜視図である。(C)は図
1に示す方形パッチ・アンテナの代りに使用可能なクロ
ス・ダイポール・アンテナの斜視図である。
FIG. 2A is a perspective view of a circular patch antenna that can be used instead of the rectangular patch antenna shown in FIG.
(B) is a perspective view of a slot antenna that can be used instead of the rectangular patch antenna shown in FIG. 1. (C) is a perspective view of a crossed dipole antenna that can be used instead of the rectangular patch antenna shown in FIG. 1.

【図3】図1(C)に示したRF送受信回路の一例の詳
細を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing details of an example of an RF transceiver circuit shown in FIG.

【図4】(A)は本発明のモノリシック・アンテナ・モ
ジュールの別の実施例を示す斜視図である。(B)は
(A)に示したA−A方向の断面図である。
FIG. 4A is a perspective view showing another embodiment of the monolithic antenna module of the present invention. (B) is a sectional view taken along the line AA shown in (A).

【図5】従来のこの種のモノリシック・アンテナ・モジ
ュールの一例を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing an example of a conventional monolithic antenna module of this type.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半絶縁性基板 2 結合部 3 RF送受信回路 4 地導体 5 金属層 6 方形パッチ・アンテナ 7 チップ・キャリア 8 凹部 9 空洞部 2a スタブ 6a 円形パッチ・アンテナ 6b スロット・アンテナ 6c クロス・ダイポール・アンテナ 8A 凹部 9A 空洞部 1 Semi-insulating Substrate 2 Coupling Section 3 RF Transceiver Circuit 4 Ground Conductor 5 Metal Layer 6 Square Patch Antenna 7 Chip Carrier 8 Recess 9 Cavity 2a Stub 6a Circular Patch Antenna 6b Slot Antenna 6c Cross Dipole Antenna 8A Recess 9A Cavity

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半絶縁性基板の上面付近に設けたコプレ
ーナ構成のRF受信回路と、前記半絶縁性基板上で前記
RF受信回路と同一面上に設けられ前記RF回路に電気
的に結合するアンテナ・エレメントとを備えるモノリシ
ック・アンテナ・モジュールにおいて、前記半絶縁性基
板の内で前記アンテナ・エレメントの直下の部分を所定
の深さだけ除去し前記除去した部分の前記半絶縁性基板
の上面に対し直交する断面の形状が一様なトンネル状の
凹部と、前記凹部を除く前記半絶縁性の基板の下面部に
設けられた金属層と、前記金属層の広幅外面に上面が接
して固着される導電性のチップ・キャリアとを備えるこ
とを特徴とするモノリシック・アンテナ・モジュール。
1. An RF receiving circuit having a coplanar structure provided near the upper surface of a semi-insulating substrate, and provided on the same surface as the RF receiving circuit on the semi-insulating substrate and electrically coupled to the RF circuit. In a monolithic antenna module including an antenna element, a portion of the semi-insulating substrate immediately below the antenna element is removed by a predetermined depth, and the removed portion is provided on an upper surface of the semi-insulating substrate. A tunnel-shaped recess having a uniform cross-sectional shape, a metal layer provided on the lower surface of the semi-insulating substrate excluding the recess, and a wide outer surface of the metal layer having their upper surfaces in contact and fixed to each other. A monolithic antenna module comprising a conductive chip carrier.
【請求項2】 半絶縁性基板の上面付近に設けたコプレ
ーナ構成のRF受信回路と、前記半絶縁性基板上で前記
RF受信回路と同一面上に設けられ前記RF回路に電気
的に結合するアンテナ・エレメントとを備えるモノリシ
ック・アンテナ・モジュールにおいて、前記半絶縁性基
板の内で前記アンテナ・エレメントの直下の部分を所定
の深さだけ除去し前記除去した部分の前記半絶縁性基板
の上面に対し平行する断面の形状が方形で、前記形状の
大きさが前記モノリシック・アンテナの外形より大であ
る凹部と、前記凹部を除く前記半絶縁性の基板の下面部
に設けられた金属層と、前記金属層の広幅外面に上面が
接して固着される導電性のチップ・キャリアとを備える
ことを特徴とするモノリシック・アンテナ・モジュー
ル。
2. An RF receiving circuit having a coplanar structure provided near the upper surface of a semi-insulating substrate, and provided on the same surface as the RF receiving circuit on the semi-insulating substrate and electrically coupled to the RF circuit. In a monolithic antenna module including an antenna element, a portion of the semi-insulating substrate immediately below the antenna element is removed by a predetermined depth, and the removed portion is provided on an upper surface of the semi-insulating substrate. A cross-sectional shape that is parallel to each other is rectangular, and the size of the shape is larger than the outer shape of the monolithic antenna, and a metal layer provided on the lower surface of the semi-insulating substrate excluding the recess, A monolithic antenna module, comprising: a conductive chip carrier having an upper surface in contact with and fixed to a wide outer surface of the metal layer.
【請求項3】 前記RF受信回路に代えてRF送信回路
を備えることを特徴とする請求項1または2記載のモノ
リシック・アンテナ・モジュール。
3. The monolithic antenna module according to claim 1, further comprising an RF transmission circuit in place of the RF reception circuit.
【請求項4】 前記RF受信回路に代えてRF送受信回
路を備えることを特徴とする請求項1または2記載のモ
ノリシック・アンテナ・モジュール。
4. The monolithic antenna module according to claim 1, further comprising an RF transmitter / receiver circuit in place of the RF receiver circuit.
【請求項5】 前記アンテナ・エレメントが方形または
円形のパッチ・アンテナである請求項1または2記載の
モノリシック・アンテナ・モジュール。
5. The monolithic antenna module according to claim 1, wherein the antenna element is a rectangular or circular patch antenna.
【請求項6】 前記アンテナ・エレメントが方形または
円形のパッチ・アンテナである請求項3または4記載の
モノリシック・アンテナ・モジュール。
6. The monolithic antenna module according to claim 3, wherein the antenna element is a rectangular or circular patch antenna.
【請求項7】 前記アンテナ・エレメントがスロット・
アンテナである請求項1または2記載のモノリシック・
アンテナ・モジュール。
7. The antenna element is a slot
The monolithic structure according to claim 1 or 2, which is an antenna.
Antenna module.
【請求項8】 前記アンテナ・エレメントがスロット・
アンテナである請求項3または4記載のモノリシック・
アンテナ・モジュール。
8. The antenna element is a slot
The monolithic device according to claim 3 or 4, which is an antenna.
Antenna module.
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