WO2023162887A1 - アレイアンテナデバイス - Google Patents

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WO2023162887A1
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実 藤島
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/42—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means using frequency-mixing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving

Definitions

  • the graph shows the required BER (bit error rate) ⁇ 10 ⁇ 3 for QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), 16QAM (16 Quadrature Amplitude Modulation), and 64QAM (64 Quadrature Amplitude Modulation) modulation schemes.
  • Auxiliary lines are drawn to indicate a reasonable S/N ratio. According to this, if the frequency band is 25 GHz, Pr is 0.1 ⁇ W or more and communication is possible with any of QPSK, 16 QAM, and 64 QAM modulation methods, but if the frequency band is 50 GHz, S/N is possible if Pr is 0.1 ⁇ W. If the ratio becomes too small, QPSK communication becomes difficult. Further, if QPSK communication is to be stably performed in a higher frequency band of about 100 GHz, received power of 1 ⁇ W or more is required.
  • the present invention it is possible to transmit and receive radio waves in the 300 GHz band with an array antenna. This makes it possible to easily increase the antenna gain in the 300 GHz band.
  • the mixers 21 of the individual transmitters described above are arranged in a grid pattern in a 4 ⁇ 4 grid area 30 on the semiconductor substrate 20 .
  • the mixer 21 consists of one or more transistors and one or more passive elements.
  • the length of one side of each grid area 30 is 600 to 700 ⁇ m, which is the same as the arrangement pitch of the antenna elements 11, and one antenna element 11 can be accommodated in one grid area 30 in plan view. That is, if the printed circuit board 10 is the upper layer and the semiconductor substrate 20 is the lower layer, each mixer 21 is arranged directly below each antenna element 11 in plan view.
  • the RF signal end 22 of each mixer 21 on the semiconductor substrate 20 is electrically connected to the corresponding antenna element 11 on the printed circuit board 10 via bumps (not shown).
  • the IF phase shifter 28 and the IF signal amplifier 41 connected thereto are arranged in a vacant area in the row direction and connected to the ends of the IF signal lines 27 extending in the row direction of the grid area 30 . area, and the controller 29 should be placed in the remaining free area.
  • the size of the standard cell determined by the arrangement pitch of the antenna elements 11 determines how many circuits can be packed into the grid area 30 . If there is still room in the grid area 30, other than the mixer 21, for example, a 9-multiplier 34 (a tripler or other multiplier in some cases) of the LO signal generator 31 or a final-stage amplifier that constitutes the IF signal amplifier 41 , and a buffer circuit (not shown) connected to the mixer 21 may be arranged in the grid area 30 .
  • a 9-multiplier 34 a tripler or other multiplier in some cases
  • the circuit elements connected to the mixer 21 is shortened as much as possible, and the attenuation of the signal input to the mixer 21 is suppressed. , the noise figure of the transmitter can be improved.
  • the LO signal generator 31 includes a balun 32, a preamplifier 33, and a 9-multiplier 34.
  • the balun 32 converts an unbalanced LO original signal input from an oscillator (not shown) into a balanced signal.
  • the frequency of the RF signal at the RF signal end 22 of the mixer 21 is 275 GHz, and the frequency of the LO original signal is 25 GHz.
  • a preamplifier 33 amplifies the balanced signal output from the balun 32 .
  • a 9-multiplier 34 multiplies the frequency of the output signal of the preamplifier by 9 to output an LO signal of 225 GHz.
  • An IF phase shifter 28 is connected to the end of each IF signal line 27 . Further, each IF phase shifter 26 is connected to the IF signal amplifier 42 described above. The IF phase shifter 28 and the IF signal amplifier 42 connected thereto are arranged in empty areas in the row direction of the grid area 30 . Each IF phase shifter 28 receives an IF signal from the IF signal line 27 and adjusts its phase. IF signal amplifier 42 amplifies the IF signal phase-adjusted by IF phase shifter 28 . The IF signal of each phase is amplified by the IF signal amplifier 42 and then power-coupled to become the received IF signal. The amount of phase adjustment by each IF phase shifter 28 is controlled by controller 29 .
  • the LO signal generators 31 are provided one-to-one with the LO phase shifters 26, but the LO signals are distributed from one LO signal generator 31 to the plurality of LO phase shifters 26. You may make it supply by doing.
  • the IF signal amplifiers 42 are provided one-to-one with the IF phase shifters 28. However, after power coupling the output signals of a plurality of IF phase shifters 28, the coupled IF signals are IF signal amplifier 42 may be input.
  • connection order of the IF phase shifter 28 and the IF signal amplifier 42 may be changed so that the IF signal from the IF signal line 27 is amplified by the IF signal amplifier 42 and phase-adjusted by the IF phase shifter 28 .
  • the IF phase shifter 28 may be directly connected to the IF signal line 27 or may be connected via the IF signal amplifier 41 .
  • An LO signal line 55 is wired for each column of mixers 51 arranged in a grid.
  • the LO signal lines 55 are optical waveguides, and there are four in total in this embodiment. These LO signal lines 55 are arranged at equal intervals, that is, at the same pitch as the arrangement pitch of the antenna elements 11 , longitudinally across the plurality of grid regions 30 along the rows of the mixers 51 .
  • Each LO signal line 55 is commonly connected to LO signal terminals (not shown) of the four mixers 51 in the same column.
  • the IF signals of the same phase are input to the mixers 51 on the same row, and the phase of the IF signal can be adjusted for each row of the mixers 51 independently of the mixers 51 on other rows. can. Accordingly, by adjusting the phase of the IF signal of each IF signal line 57, the beam sweep in the column direction of the arrangement of the antenna elements 11 is possible.
  • the transmission RF signal can be swept in two-dimensional directions vertically and horizontally.
  • a transmission/reception circuit 204 is mounted on the semiconductor substrate 20 .
  • Transceiver circuit 204 includes individual mixer-last configuration transmitters that transmit RF signals (radio frequency signals) from individual antenna elements 11 and individual mixer-first configuration receivers that process RF signals received at individual antenna elements 11. It is an aggregate.
  • the mixer-last configured transmitter and the mixer-first configured receiver have been described with reference to FIGS.
  • An LO signal line 25 is wired for each column of mixers 21 arranged in a grid. In this embodiment, there are four LO signal lines 25 in total. These LO signal lines 25 are arranged at equal intervals, that is, at the same pitch as the arrangement pitch of the antenna elements 11 , longitudinally across a plurality of grid regions 30 along the row of mixers 21 . Each LO signal line 25 is commonly connected to the LO signal terminals 23 of the four mixers 21 in the same column.
  • connection order of the IF phase shifter 28 and the IF signal amplifier 41 may be changed so that the IF signal phase-adjusted by the IF phase shifter 28 is amplified by the IF signal amplifier 41 and supplied to the IF signal line 27. good. That is, the IF phase shifter 28 of the transmitter may be directly connected to the IF signal line 27 or may be connected via the IF signal amplifier 41 .
  • the connection order of the IF phase shifter 28 and the IF signal amplifier 42 may be changed so that the IF signal from the IF signal line 27 is amplified by the IF signal amplifier 42 and phase-adjusted by the IF phase shifter 28 . . That is, the IF phase shifter 28 of the receiver may be directly connected to the IF signal line 27 or may be connected via the IF signal amplifier 41 .
  • the semiconductor substrate 20 of the array antenna device 400 according to the fourth embodiment may be composed of a compound semiconductor or bipolar CMOS (BiCMOS).
  • FIG. 9 is a plan view schematic configuration diagram of an array antenna device according to a seventh embodiment of the present invention.
  • the semiconductor substrate 20 is a compound semiconductor substrate such as GaAs, InP, InGaAlP, or a SiGe-BiCMOS substrate. Since compound semiconductors and BiCMOS have excellent high-frequency characteristics, a power amplifier 61 for amplifying the 300 GHz band RF signal output from the mixer 21 is installed after the mixer 21, that is, between the antenna element 11 and the mixer 21 for the transmitter.
  • the mixer 21 or the mixer 51 does not have to be placed directly under the antenna element 11, and may be placed at an appropriate location in the grid area 30.
  • FIG. In this sense, the mixers 21 or the mixers 51 may not be arranged at regular intervals, and may be arranged in a zigzag pattern, for example.
  • the LO signal lines 25 or LO signal lines 55 do not have to be arranged at regular intervals, and two LO signal lines 25 or LO signal lines 55 may be arranged between the first and second columns of the mixer 21 or mixer 51, for example. , and the remaining two LO signal lines 25 or LO signal lines 55 may be arranged between the third and fourth columns of the mixers 21 or mixers 51 .
  • the IF signal lines 27 or the IF signal lines 57 do not need to be arranged at regular intervals. Line 57 may be placed and the remaining two IF signal lines 27 or IF signal lines 57 may be placed between the third and fourth rows of mixers 21 or mixers 51 . In this way, a total of four grid areas 30, ie, two in the vertical direction and two in the horizontal direction, are secured, and circuit elements other than the mixer 21 or the mixer 51 can be placed in the grid area 30.
  • the controller may be omitted and the phase amounts of the LO phase shifter and the IF phase shifter may be set to fixed values.
  • the LO phase shifter and the IF phase shifter may also be omitted, and the LO signal line and the IF signal line may be connected to the LO signal and the IF signal having the same phase or a predetermined phase difference.
  • the LO signal input to the IF phase shifter 28 is phase-adjusted by the phase shifter 281 and divided into two.
  • the other signal is double-amplified via a buffer circuit (not shown) and input to the IF phase shifter 28 at the next stage.
  • the IF signal input to the IF phase shifter 28 is divided into two, one of which is double-amplified via a buffer circuit (not shown) and input to the mixer 282, and the other via a buffer circuit (not shown). It is amplified twice and input to the IF phase shifter 28 in the next stage.
  • the IF signal amplified from the IF signal amplifier 42 is input to the first-stage IF phase shifter 28 (the uppermost IF phase shifter 28 in the example of FIG. 11), and the LO signal is generated from the LO signal generator (not shown). is input, and an IF signal output from the next-stage IF phase shifter 28 is input.
  • the IF phase shifter 28 has a phase shifter 281, a mixer 282, and a power combiner 283.
  • the LO signal input to the IF phase shifter 28 is phase-adjusted by the phase shifter 281 and divided into two.
  • One is amplified twice through an unillustrated buffer circuit and input to the mixer 282, and the other is double amplified via an unillustrated buffer circuit and input to the IF phase shifter 28 in the next stage.
  • the IF signal input to the IF phase shifter 28 is input to the mixer 282, where the IF signal and the phase-adjusted LO signal are mixed to generate the phase-adjusted IF signal.
  • the phase-adjusted IF signal and the IF signal output from the next-stage IF phase shifter 28 are input to the power combiner 283, and these IF signals are power-coupled and output.
  • the IF signal output from the IF phase shifter 28 at the last stage is successively input to the IF phase shifter 28 at the preceding stage and is cumulatively power-coupled, and the received IF signal is output from the IF phase shifter 28 at the first stage.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

３００ＧＨｚ帯の利用が可能なアレイアンテナデバイスを提供する。アレイアンテナデバイス１００は、グリッド状に複数のアンテナ素子１１が配置された第１層１０と、第１層１０に積層された第２層２０とを備え、第２層２０が、平面視で複数のアンテナ素子１１と重なる複数のグリッド領域３０に配置され、ＬＯ信号端２３、ＩＦ信号端２４、およびＲＦ信号端２２を有し、ＲＦ信号端２２が複数のアンテナ素子１１と電気的に接続された複数のミキサ２１と、複数のミキサ２１の列ごとに設けられ、同じ列のミキサ２１のＬＯ信号端が共通に接続された複数のＬＯ信号線２５と、複数のミキサ２１の行ごとに設けられ、同じ行のミキサ２１のＩＦ信号端が共通に接続された複数のＩＦ信号線２７とを有する。

Description

アレイアンテナデバイス
　本発明は、アレイアンテナを備えた無線デバイスに関し、特に、３００ＧＨｚ帯を使用するトランシーバに好適なアレイアンテナデバイスに関する。
　図１２は電波の受信電力ごとの周波数帯域とＳ／Ｎ比の関係を表すグラフである。グラフの横軸は周波数帯域、縦軸はＳ／Ｎ比である。グラフには受信電力Ｐｒが０．１μＷ（－４０ｄＢｍ相当）、１μＷ（－３０ｄＢｍ相当）、および１０μＷ（－２０ｄＢｍ相当）のときの周波数帯域とＳ／Ｎ比の関係がプロットされている。このグラフからわかるようにＰｒの大小に関係なく周波数帯域が増大するに連れＳ／Ｎ比は低下する。
　グラフにはＱＰＳＫ（４位相偏移変調）、１６ＱＡＭ（１６直角位相振幅変調）、および６４ＱＡＭ（６４直角位相振幅変調）の各変調方式でＢＥＲ（ビットエラーレート）＜１０－３となるのに必要なＳ／Ｎ比を示す補助線が記入されている。これによると、周波数帯域が２５ＧＨｚであればＰｒが０．１μＷ以上でＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭのいずれの変調方式でも通信可能であるが、周波数帯域が５０ＧＨｚになるとＰｒが０．１μＷではＳ／Ｎ比が小さくなり過ぎてＱＰＳＫによる通信が困難となる。また、さらに高い１００ＧＨｚ程度の周波数帯域で安定的にＱＰＳＫ通信を行おうとするならば１μＷ以上の受信電力が必要になる。
　第６世代移動通信システム（６Ｇ）では第５世代移動通信システム（５Ｇ）よりもさらに高い３００ＧＨｚ帯を使用して１００Ｇｂ／ｓ以上のデータレートを実現することを目指している。そのため、今後ますます高周波化、高データレート化する次世代移動通信システムでは受信電力を大きく保つために送信機の出力電力を大きくする必要がある。これまで３００ＧＨｚ帯を使用するトランシーバの出力電力を大きくするためのアプローチとして、レンズやホーンを用いてアンテナ利得を上げたり、あるいはラットレース型電力結合器を用いて複数のＲＦ信号を電力結合してトランシーバ単体の出力電力を増大させていた（例えば、特許文献１を参照）。
国際公開２０２０／１１０８１４
　ＥＩＰＲ（等価等方放射電力）の観点から受信電力を評価すると、送信機から受信機までの距離をｄ、受信機のアンテナ領域をＡｒとして、受信電力Ｐｒ＝ＥＩＲＰ・Ａｒ／４πｄ２と表される。すなわち、受信電力は周波数帯域に関係なく受信機のアンテナ領域Ａｒによってその大きさが決まり、アンテナ領域が大きければ大きいほどアンテナ利得を大きくして受信電力を大きくすることができる。
　アンテナ利得を大きくするには複数のアンテナ素子を配列したアレイアンテナを採用することが有効である。さらに、フェーズドアレイアンテナを採用すると、個々のアンテナ素子の信号位相を調整して特定の方向に向けて電波を送信する、あるいは特定の方向からの電波を受信するといったビームフォーミング技術やビームの向きを自由に変えるビームスイープが利用可能になり、レンズやホーンの利用よりもビーム制御角度が広がるとともにビームフォーミング自体やり易くなる。
　アレイアンテナではアンテナ素子が電波の半波長ピッチで配列される。３００ＧＨｚ帯ともなるとおよそ５００μｍピッチでアンテナ素子を配列する必要がある。したがって、３００ＧＨｚ帯を使用するトランシーバにアンテナ素子が２次元のグリッド状に配置されたアレイアンテナを採用しようとするとおよそ５００μｍ四方の領域にトランシーバ回路を詰め込まなければならなくなる。半導体プロセスの微細化によりトランジスタサイズは小さくできるもののインダクタンス素子やキャパシタンス素子などの受動素子は小型化が難しいため、そのような狭小領域に特許文献１に開示されたような回路を詰め込むのは難しい。このように、３００ＧＨｚ帯を使用するトランシーバにアレイアンテナを採用することは回路配置領域の制約から困難である。
　上記問題に鑑み、本発明は、３００ＧＨｚ帯の利用が可能なアレイアンテナデバイスを提供することを目的とする。
　本発明の一局面に従ったアレイアンテナデバイスは、グリッド状に複数のアンテナ素子が配置された第１層と、前記第１層に積層された第２層とを備え、前記第２層が、平面視で前記複数のアンテナ素子と重なる複数のグリッド領域に配置され、ＬＯ信号端、ＩＦ信号端、およびＲＦ信号端を有し、前記ＲＦ信号端が前記複数のアンテナ素子と電気的に接続された複数のミキサと、前記複数のミキサの列ごとに設けられ、同じ列の前記ミキサの前記ＬＯ信号端が共通に接続された複数のＬＯ信号線と、前記複数のミキサの行ごとに設けられ、同じ行の前記ミキサの前記ＩＦ信号端が共通に接続された複数のＩＦ信号線とを有することを特徴とするものである。
　本発明によると、アレイアンテナで３００ＧＨｚ帯の電波の送受信が可能となる。これにより３００ＧＨｚ帯においてアンテナ利得を容易に増大させることができる。
本発明の第１の実施形態に係るアレイアンテナデバイスの平面視概略構成図である。 一例に係るミキサラスト構成送信機の回路図である。 本発明の第２の実施形態に係るアレイアンテナデバイスの平面視概略構成図である。 一例に係るミキサファースト構成受信機の回路図である。 本発明の第３の実施形態に係るアレイアンテナデバイスの平面視概略構成図である。 本発明の第４の実施形態に係るアレイアンテナデバイスの平面視概略構成図である。 本発明の第５の実施形態に係るアレイアンテナデバイスの平面視概略構成図である。 本発明の第６の実施形態に係るアレイアンテナデバイスの平面視概略構成図である。 本発明の第７の実施形態に係るアレイアンテナデバイスの平面視概略構成図である。 スケーラブル構成に対応した送信機用半導体基板の例の平面視概略構成図である。 スケーラブル構成に対応した受信機用半導体基板の例の平面視概略構成図である。 電波の受信電力ごとの周波数帯域とＳ／Ｎ比の関係を表すグラフである。
　以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本発明を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。また、図面に描かれた各部材の寸法、細部の詳細形状などは実際のものとは異なることがある。
（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係るアレイアンテナデバイスの平面視概略構成図である。本実施形態に係るアレイアンテナデバイス１００はプリント基板１０と半導体基板２０が積層されてなる３００ＧＨｚ帯シリコンＣＭＯＳ送信機である。なお、図１では便宜のためプリント基板１０と半導体基板２０の各平面図を横に並べて描いているが実際にはこれらはフリップチップボンディングにより積層されている。
　プリント基板１０には矩形のマイクロストリップパッチアンテナ等のアンテナ素子１１が縦横４×４のグリッド状に配置されている。アレイアンテナデバイス１００の所望ＲＦ周波数が２５２～２９６ＧＨｚ（波長およそ１０００～１２００μｍ）であることを考慮し、一例として、アンテナ素子１１の２辺の長さの和はＲＦ信号の４分の１波長に若干の余裕を持たせた３００～３５０μｍ、アンテナ素子１１の行方向および列方向（図１では横方向および縦方向に相当する。）の配置ピッチはＲＦ信号の２分の１波長に若干の余裕を持たせた６００～７００μｍである。
　半導体基板２０には送信回路２０１が実装されている。送信回路２０１は、個々のアンテナ素子１１からＲＦ信号（無線周波数信号）を送信する個別の送信機の集合体である。当該個別の送信機はＩＦ信号（中間周波数信号）をＬＯ信号（局部発振周波数信号）でアップコンバートしてＲＦ信号を生成するミキサが最終段に配置されたミキサラスト構成送信機である。最終段に電力増幅器が配置できないような３００ＧＨｚ帯シリコンＣＭＯＳ送信機ではこのようなミキサラスト構成が採用される。
　図２は、一例に係るミキサラスト構成送信機の回路図である。当該送信機は、ミキサ２１と、ＬＯ信号発生器３１と、ＩＦ信号増幅器４１とを備えている。ミキサ２１のＲＦ信号端２２はアンテナ素子１１と接続され、ＬＯ信号端２３はＬＯ信号発生器３１と接続され、ＩＦ信号端２４はＩＦ信号増幅器４１と接続されている。
　より詳細には、ＬＯ信号発生器３１は、バラン３２、プリアンプ３３、および９逓倍器３４を備えている。バラン３２は図略の発振器から供給される不平衡のＬＯ原信号を平衡信号に変換する。一例としてＬＯ原信号の周波数は２５ＧＨｚである。プリアンプ３３はバラン３２から出力される平衡信号を増幅する。９逓倍器３４はプリアンプの出力信号の周波数を９逓倍して２２５ＧＨｚのＬＯ信号を出力する。９逓倍器３４の出力信号がミキサ２１のＬＯ信号端２３を介してミキサ２１に入力される。ＩＦ信号増幅器４１は複数の増幅器が連結されてなり、外部から入力される概ね５０ＧＨｚの平衡ＩＦ信号を増幅する。ＩＦ信号増幅器４１の出力信号がミキサ２１のＩＦ信号端２４を介してミキサ２１に入力される。ミキサ２１のＲＦ信号端２２では２７５ＧＨｚのＲＦ信号が生成される。
　なお、ＬＯ原信号の周波数を７５ＧＨｚにして９逓倍器３４を、入力信号の周波数を３逓倍するトリプラに置き換えてもよい。
　図１へ戻り、半導体基板２０において縦横４×４のグリッド領域３０に上述の個別の送信機のミキサ２１がグリッド状に配置されている。ミキサ２１は１個ないし複数個のトランジスタと１個ないし複数個の受動素子で構成される。各グリッド領域３０の１辺の長さはアンテナ素子１１の配置ピッチと同じ６００～７００μｍであり、かつ、平面視で一つのグリッド領域３０に一つのアンテナ素子１１が収まるようになっている。すなわち、プリント基板１０を上層、半導体基板２０を下層とすれば、平面視で各アンテナ素子１１の直下に各ミキサ２１が配置されている。そして半導体基板２０上の各ミキサ２１のＲＦ信号端２２は図略のバンプを介してプリント基板１０上の対応するアンテナ素子１１と電気的に接続されている。
　グリッド状に配置されたミキサ２１の列ごとにＬＯ信号線２５が配線されている。本実施形態ではＬＯ信号線２５は全部で４本ある。これらＬＯ信号線２５はミキサ２１の列の並びに沿って複数のグリッド領域３０を縦断して等間隔、すなわちアンテナ素子１１の配置ピッチと同じピッチで並んでいる。各ＬＯ信号線２５には同じ列の４個のミキサ２１のＬＯ信号端２３が共通に接続されている。
　各ＬＯ信号線２５の端部にＬＯ移相器２６が接続されている。さらに各ＬＯ移相器２６に上述のＬＯ信号発生器３１が接続されている。各ＬＯ移相器２６はＬＯ信号発生器３１からＬＯ信号を受け、その位相を調整して各ＬＯ信号線２５に位相調整したＬＯ信号を供給する。各ＬＯ移相器２６による位相調整量はコントローラ２９によって制御される。このように、同じ列のミキサ２１に同じ位相のＬＯ信号が入力されるようになっており、ミキサ２１の列ごとに他の列のミキサ２１とは独立にＬＯ信号の位相を調整することができる。これにより、各ＬＯ信号線２５のＬＯ信号の位相を調整することでアンテナ素子１１の配列の行方向のビームスイープが可能である。
　グリッド状に配置されたミキサ２１の行ごとにＩＦ信号線２７が配線されている。本実施形態ではＩＦ信号線２７は全部で４本ある。これらＩＦ信号線２７はミキサ２１の行の並びに沿って複数のグリッド領域３０を横断して等間隔、すなわちアンテナ素子１１の配置ピッチと同じピッチで並んでいる。各ＩＦ信号線２７には同じ行の４個のミキサ２１のＩＦ信号端２４が共通に接続されている。
　各ＩＦ信号線２７の端部にＩＦ移相器２８が接続されている。さらに各ＩＦ移相器２８に上述のＩＦ信号増幅器４１が接続されている。各ＩＦ移相器２８はＩＦ信号増幅器４１で増幅されたＩＦ信号を受け、その位相を調整して各ＩＦ信号線２７に位相調整したＩＦ信号を供給する。各ＩＦ移相器２８による位相調整量はコントローラ２９によって制御される。このように、同じ行のミキサ２１に同じ位相のＩＦ信号が入力されるようになっており、ミキサ２１の行ごとに他の行のミキサ２１とは独立にＩＦ信号の位相を調整することができる。これにより、各ＩＦ信号線２７のＩＦ信号の位相を調整することでアンテナ素子１１の配列の列方向のビームスイープが可能である。
　上述したように各グリッド領域３０は１辺が６００～７００μｍの狭小領域であるため多くの回路要素を配置することができない。そのため、ＬＯ移相器２６、ＬＯ信号発生器３１、ＩＦ移相器２８、ＩＦ信号増幅器４１、およびコントローラ２９といったある程度の大きさになる回路はすべてグリッド領域３０の外に配置されている。例えば、図１に示したように、グリッド領域３０の列方向に延びるＬＯ信号線２５の端部に接続されるＬＯ移相器２６およびそれに接続されるＬＯ信号発生器３１はグリッド領域３０の列方向の空き領域に配置し、グリッド領域３０の行方向に延びるＩＦ信号線２７の端部に接続されるＩＦ移相器２８およびそれに接続されるＩＦ信号増幅器４１はグリッド領域３０の行方向の空き領域に配置し、コントローラ２９は残りの空き領域に配置するとよい。
　以上のように本実施形態によると、３００ＧＨｚシリコンＣＭＯＳ送信機にアレイアンテナを採用して送信電力を増大することができる。さらにＬＯ信号とＩＦ信号の位相を調整して送信ＲＦ信号を縦横２次元方向にスイープすることができる。また、ミキサ２１、ＬＯ移相器２６、ＬＯ信号発生器３１、ＩＦ移相器２８、ＩＦ信号増幅器４１、およびコントローラ２９を半導体基盤２０の同一層上に配置したことで、これらを積層配置する場合に比べて、各種回路要素から発する熱がこもりにくくなり放熱が容易となる。これにより、半導体基板２０の発熱による送信回路２０１の性能低下を防ぐことができる。
　なお、図１の例ではＬＯ移相器２６に対して一対一にＬＯ信号発生器３１を設けているが、１個のＬＯ信号発生器３１から複数のＬＯ移相器２６にＬＯ信号を分配して供給するようにしてもよい。また、図１の例ではＩＦ移相器２８に対して一対一にＩＦ信号増幅器４１を設けているが、１個のＩＦ信号増幅器４１から複数のＩＦ移相器２８にＩＦ信号を分配して供給するようにしてもよい。また、ＩＦ移相器２８とＩＦ信号増幅器４１の接続順を入れ替えて、ＩＦ移相器２８で位相調整したＩＦ信号をＩＦ信号増幅器４１で増幅してＩＦ信号線２７に供給するようにしてもよい。すなわち、ＩＦ移相器２８は、ＩＦ信号線２７に直接接続されていても、ＩＦ信号増幅器４１を介して接続されていてもいずれでもよい。
　グリッド領域３０にどれくらい回路が詰め込めるかはアンテナ素子１１の配置ピッチで決まるスタンダードセルの大きさによる。グリッド領域３０にまだ余裕があれば、ミキサ２１以外に、例えばＬＯ信号発生器３１の９逓倍器３４（場合によってはトリプラやそれ以外の逓倍器）やＩＦ信号増幅器４１を構成する最終段の増幅器、およびミキサ２１に接続される図略のバッファ回路などをグリッド領域３０に配置してもよい。このようにミキサ２１に接続される回路要素をできる限りミキサ２１の近くに配置することで当該回路要素からミキサ２１までの配線距離を極力短くしてミキサ２１に入力される信号の減衰を抑制し、送信機の雑音指数を向上させることができる。
（第２の実施形態）
　図３は、本発明の第２の実施形態に係るアレイアンテナデバイスの平面視概略構成図である。本実施形態に係るアレイアンテナデバイス２００はプリント基板１０と半導体基板２０が積層されてなる３００ＧＨｚ帯シリコンＣＭＯＳ受信機である。なお、図３では便宜のためプリント基板１０と半導体基板２０の各平面図を横に並べて描いているが実際にはこれらはフリップチップボンディングにより積層されている。
　プリント基板１０には矩形のマイクロストリップパッチアンテナ等のアンテナ素子１１が縦横４×４のグリッド状に配置されている。アレイアンテナデバイス２００の所望ＲＦ周波数が２５２～２９６ＧＨｚ（波長およそ１０００～１２００μｍ）であることを考慮し、一例として、アンテナ素子１１の２辺の長さの和はＲＦ信号の４分の１波長に若干の余裕を持たせた３００～３５０μｍ、アンテナ素子１１の行方向および列方向（図３では横方向および縦方向に相当する。）の配置ピッチはＲＦ信号の２分の１波長に若干の余裕を持たせた６００～７００μｍである。
　半導体基板２０には受信回路２０２が実装されている。受信回路２０２は、個々のアンテナ素子１１で受信したＲＦ信号を処理する個別の受信機の集合体である。当該個別の受信機はＲＦ信号をＬＯ信号でダウンコンバートしてＩＦ信号を生成するミキサが初段に配置されたミキサファースト構成受信機である。初段に低雑音増幅器が配置できないような３００ＧＨｚ帯シリコンＣＭＯＳ受信機ではこのようなミキサファースト構成が採用される。
　図４は、一例に係るミキサファースト構成受信機の回路図である。当該受信機は、ミキサ２１と、ＬＯ信号発生器３１と、ＩＦ信号増幅器４２とを備えている。ミキサ２１のＲＦ信号端２２はアンテナ素子１１と接続され、ＬＯ信号端２３はＬＯ信号発生器３１と接続され、ＩＦ信号端２４はＩＦ信号増幅器４２と接続されている。
　より詳細には、ＬＯ信号発生器３１は、バラン３２、プリアンプ３３、および９逓倍器３４を備えている。バラン３２は図略の発振器から入力される不平衡のＬＯ原信号を平衡信号に変換する。一例としてミキサ２１のＲＦ信号端２２のＲＦ信号の周波数は２７５ＧＨｚ、ＬＯ原信号の周波数は２５ＧＨｚである。プリアンプ３３はバラン３２から出力される平衡信号を増幅する。９逓倍器３４はプリアンプの出力信号の周波数を９逓倍して２２５ＧＨｚのＬＯ信号を出力する。９逓倍器３４の出力信号がミキサ２１のＬＯ信号端２３を介してミキサ２１に入力される。ＩＦ信号増幅器４２は複数の増幅器が連結されてなり、ミキサ２１のＩＦ信号端２４から出力される概ね５０ＧＨｚの平衡ＩＦ信号を増幅する。
　なお、ＬＯ原信号の周波数を７５ＧＨｚにして９逓倍器３４を、入力信号の周波数を３逓倍するトリプラに置き換えてもよい。
　図３へ戻り、半導体基板２０において縦横４×４のグリッド領域３０に上述の個別の受信機のミキサ２１がグリッド状に配置されている。ミキサ２１は１個ないし複数個のトランジスタと１個ないし複数個の受動素子で構成される。各グリッド領域３０の１辺の長さはアンテナ素子１１の配置ピッチと同じ６００～７００μｍであり、かつ、平面視で一つのグリッド領域３０に一つのアンテナ素子１１が収まるようになっている。すなわち、プリント基板１０を上層、半導体基板２０を下層とすれば、平面視で各アンテナ素子１１の直下に各ミキサ２１が配置されている。そして半導体基板２０上の各ミキサ２１のＲＦ信号端２２は図略のバンプを介してプリント基板１０上の対応するアンテナ素子１１と電気的に接続されている。
　グリッド状に配置されたミキサ２１の列ごとにＬＯ信号線２５が配線されている。本実施形態ではＬＯ信号線２５は全部で４本ある。これらＬＯ信号線２５はミキサ２１の列の並びに沿って複数のグリッド領域３０を縦断して等間隔、すなわちアンテナ素子１１の配置ピッチと同じピッチで並んでいる。各ＬＯ信号線２５には同じ列の４個のミキサ２１のＬＯ信号端２３が共通に接続されている。
　各ＬＯ信号線２５の端部にＬＯ移相器２６が接続されている。さらに各ＬＯ移相器２６に上述のＬＯ信号発生器３１が接続されている。各ＬＯ移相器２６はＬＯ信号発生器３１からＬＯ信号を受け、その位相を調整して各ＬＯ信号線２５に位相調整したＬＯ信号を供給する。各ＬＯ移相器２６による位相調整量はコントローラ２９によって制御される。このように、同じ列のミキサ２１に同じ位相のＬＯ信号が入力されるようになっており、ミキサ２１の列ごとに他の列のミキサ２１とは独立にＬＯ信号の位相を調整することができる。これにより、各ＬＯ信号線２５のＬＯ信号の位相を調整することでアンテナ素子１１の配列の行方向のビームスイープが可能である。
　グリッド状に配置されたミキサ２１の行ごとにＩＦ信号線２７が配線されている。本実施形態ではＩＦ信号線２７は全部で４本ある。これらＩＦ信号線２７はミキサ２１の行の並びに沿って複数のグリッド領域３０を横断して等間隔、すなわちアンテナ素子１１の配置ピッチと同じピッチで並んでいる。各ＩＦ信号線２７には同じ行の４個のミキサ２１のＩＦ信号端２４が共通に接続されている。
　各ＩＦ信号線２７の端部にＩＦ移相器２８が接続されている。さらに各ＩＦ移相器２６に上述のＩＦ信号増幅器４２が接続されている。ＩＦ移相器２８およびそれに接続されるＩＦ信号増幅器４２はグリッド領域３０の行方向の空き領域に配置されている。各ＩＦ移相器２８はＩＦ信号線２７からＩＦ信号を受け、その位相を調整する。ＩＦ信号増幅器４２はＩＦ移相器２８によって位相調整されたＩＦ信号を増幅する。各位相のＩＦ信号はＩＦ信号増幅器４２で増幅された後電力結合されて受信ＩＦ信号となる。各ＩＦ移相器２８による位相調整量はコントローラ２９によって制御される。このように、同じ行のミキサ２１から同じ位相のＩＦ信号が出力されるようになっており、ミキサ２１の行ごとに他の行のミキサ２１とは独立にＩＦ信号の位相を調整することができる。これにより、各ＩＦ信号線２７のＩＦ信号の位相を調整することでアンテナ素子１１の配列の列方向のビームスイープが可能である。
　上述したように各グリッド領域３０は１辺が６００～７００μｍの狭小領域であるため多くの回路要素を配置することができない。そのため、ＬＯ移相器２６、ＬＯ信号発生器３１、ＩＦ移相器２８、ＩＦ信号増幅器４１、およびコントローラ２９といったある程度の大きさになる回路はすべてグリッド領域３０の外に配置されている。例えば、図３に示したように、グリッド領域３０の列方向に延びるＬＯ信号線２５の端部に接続されるＬＯ移相器２６およびそれに接続されるＬＯ信号発生器３１はグリッド領域３０の列方向の空き領域に配置し、グリッド領域３０の行方向に延びるＩＦ信号線２７の端部に接続されるＩＦ移相器２８およびそれに接続されるＩＦ信号増幅器４２はグリッド領域３０の行方向の空き領域に配置し、コントローラ２９は残りの空き領域に配置するとよい。
　以上のように本実施形態によると、３００ＧＨｚシリコンＣＭＯＳ受信機にアレイアンテナを採用して受信電力を増大することができる。さらにＬＯ信号とＩＦ信号の位相を調整して受信ＲＦ信号を縦横２次元方向にスイープすることができる。また、ミキサ２１、ＬＯ移相器２６、ＬＯ信号発生器３１、ＩＦ移相器２８、ＩＦ信号増幅器４２、およびコントローラ２９を半導体基盤２０の同一層上に配置したことで、これらを積層配置する場合に比べて、各種回路要素から発する熱がこもりにくくなり放熱が容易となる。これにより、半導体基板２０の発熱による受信回路２０２の性能低下を防ぐことができる。
　なお、図３の例ではＬＯ移相器２６に対して一対一にＬＯ信号発生器３１を設けているが、１個のＬＯ信号発生器３１から複数のＬＯ移相器２６にＬＯ信号を分配して供給するようにしてもよい。また、図３の例ではＩＦ移相器２８に対して一対一にＩＦ信号増幅器４２を設けているが、複数のＩＦ移相器２８の出力信号を電力結合した後にその結合したＩＦ信号を１個のＩＦ信号増幅器４２に入力するようにしてもよい。また、ＩＦ移相器２８とＩＦ信号増幅器４２の接続順を入れ替えて、ＩＦ信号線２７からのＩＦ信号をＩＦ信号増幅器４２で増幅してＩＦ移相器２８で位相調整するようにしてもよい。すなわち、ＩＦ移相器２８は、ＩＦ信号線２７に直接接続されていても、ＩＦ信号増幅器４１を介して接続されていてもいずれでもよい。
　グリッド領域３０にどれくらい回路が詰め込めるかはアンテナ素子１１の配置ピッチで決まるスタンダードセルの大きさによる。グリッド領域３０にまだ余裕があれば、ミキサ２１以外に、例えばＬＯ信号発生器３１の９逓倍器３４（場合によってはトリプラやそれ以外の逓倍器）やＩＦ信号増幅器４２を構成する初段の増幅器、およびミキサ２１に接続される図略のバッファ回路などをグリッド領域３０に配置してもよい。このようにミキサ２１に直接信号を供給する、あるいはミキサ２１から直接信号が供給される回路要素をできる限りミキサ２１の近くに配置することで当該回路要素からミキサ２１までの配線距離を極力短くしてミキサ２１に入力される信号あるいはミキサ２１から出力される信号の減衰を抑制し、受信機の雑音指数を向上させることができる。
（第３の実施形態）
　図５は、本発明の第３の実施形態に係るアレイアンテナデバイスの平面視概略構成図である。本実施形態に係るアレイアンテナデバイス３００はプリント基板１０と光電気基板５０が積層されてなる３００ＧＨｚ帯送信機である。なお、図５では便宜のためプリント基板１０と光電気基板５０の各平面図を横に並べて描いているが実際にはこれらはフリップチップボンディングにより積層されている。以下、第１の実施形態と同じ点は説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
　プリント基板１０には矩形のマイクロストリップパッチアンテナ等のアンテナ素子１１が縦横４×４のグリッド状に配置されている。アレイアンテナデバイス３００の所望ＲＦ周波数が２５２～２９６ＧＨｚ（波長およそ１０００～１２００μｍ）であることを考慮し、一例として、アンテナ素子１１の２辺の長さの和はＲＦ信号の４分の１波長に若干の余裕を持たせた３００～３５０μｍ、アンテナ素子１１の行方向および列方向（図５では横方向および縦方向に相当する。）の配置ピッチはＲＦ信号の２分の１波長に若干の余裕を持たせた６００～７００μｍである。
　光電気基板５０には光電変換回路２０３が実装されている。具体的には、光電気基板５０において縦横４×４のグリッド領域３０にミキサ５１がグリッド状に配置されている。ミキサ５１は単一走行キャリアフォトダイオード（ＵＴＣ－ＰＤ）である。ＵＴＣ－ＰＤに周波数差のある２つの光信号を入力するとそれら光信号のビート信号としてテラヘルツ波が生成される。例えば、３００ＧＨｚ程度の周波数差のある２つの光信号（後述するＬＯ信号とＩＦ信号）をミキサ５１に入力することでミキサ５１において３００ＧＨｚ帯の電磁波が生成されアンテナ素子１１から３００ＧＨｚの電波が出力される。
　各グリッド領域３０の１辺の長さはアンテナ素子１１の配置ピッチと同じ６００～７００μｍであり、かつ、平面視で一つのグリッド領域３０に一つのアンテナ素子１１が収まるようになっている。すなわち、プリント基板１０を上層、光電気基板５０を下層とすれば、平面視で各アンテナ素子１１の直下に各ミキサ５１が配置されている。そして光電気基板５０上の各ミキサ５１の図略のＲＦ信号端は図略のバンプを介してプリント基板１０上の対応するアンテナ素子１１と電気的に接続されている。
　グリッド状に配置されたミキサ５１の列ごとにＬＯ信号線５５が配線されている。ＬＯ信号線５５は光導波路であり、本実施形態では全部で４本ある。これらＬＯ信号線５５はミキサ５１の列の並びに沿って複数のグリッド領域３０を縦断して等間隔、すなわちアンテナ素子１１の配置ピッチと同じピッチで並んでいる。各ＬＯ信号線５５には同じ列の４個のミキサ５１の図略のＬＯ信号端が共通に接続されている。
　各ＬＯ信号線５５の端部にＬＯ移相器５６が接続されている。ＬＯ移相器５６は入力された光信号の位相を調整する光移相器である。各ＬＯ移相器５６は光信号であるＬＯ信号を受け、その位相を調整して各ＬＯ信号線５５に位相調整したＬＯ信号を供給する。一例として、ＬＯ信号は波長が１．５μｍ程度の近赤外光である。各ＬＯ移相器５６による位相調整量はコントローラ５９によって制御される。このように、同じ列のミキサ５１に同じ位相のＬＯ信号が入力されるようになっており、ミキサ５１の列ごとに他の列のミキサ５１とは独立にＬＯ信号の位相を調整することができる。これにより、各ＬＯ信号線５５のＬＯ信号の位相を調整することでアンテナ素子１１の配列の行方向のビームスイープが可能である。
　グリッド状に配置されたミキサ５１の行ごとにＩＦ信号線５７が配線されている。ＩＦ信号線５７は光導波路であり、本実施形態では全部で４本ある。これらＩＦ信号線５７はミキサ５１の行の並びに沿って複数のグリッド領域３０を横断して等間隔、すなわちアンテナ素子１１の配置ピッチと同じピッチで並んでいる。各ＩＦ信号線５７には同じ行の４個のミキサ５１の図略のＩＦ信号端が共通に接続されている。
　各ＩＦ信号線５７の端部にＩＦ移相器５８が接続されている。ＩＦ移相器５８は入力された光信号の位相を調整する光移相器である。各ＩＦ移相器２８は光信号であるＩＦ信号を受け、その位相を調整して各ＩＦ信号線５７に位相調整したＩＦ信号を供給する。一例として、ＩＦ信号は波長が１．５μｍ程度の近赤外光であり、ＬＯ信号との周波数差は３００ＧＨｚ程度である。各ＩＦ移相器５８による位相調整量はコントローラ５９によって制御される。このように、同じ行のミキサ５１に同じ位相のＩＦ信号が入力されるようになっており、ミキサ５１の行ごとに他の行のミキサ５１とは独立にＩＦ信号の位相を調整することができる。これにより、各ＩＦ信号線５７のＩＦ信号の位相を調整することでアンテナ素子１１の配列の列方向のビームスイープが可能である。
　上述したように各グリッド領域３０は１辺が６００～７００μｍの狭小領域であるため多くの回路要素を配置することができない。そのため、ＬＯ移相器５６、ＩＦ移相器５８、およびコントローラ５９はすべてグリッド領域３０の外に配置されている。例えば、図５に示したように、グリッド領域３０の列方向に延びるＬＯ信号線５５の端部に接続されるＬＯ移相器２６はグリッド領域３０の列方向の空き領域に配置し、グリッド領域３０の行方向に延びるＩＦ信号線５７の端部に接続されるＩＦ移相器５８はグリッド領域３０の行方向の空き領域に配置し、コントローラ５９は残りの空き領域に配置するとよい。
　以上のように本実施形態によると、光通信機の無線インターフェースとしての３００ＧＨｚ帯送信機にアレイアンテナを採用して送信電力を増大することができる。さらにＬＯ信号とＩＦ信号の位相を調整して送信ＲＦ信号を縦横２次元方向にスイープすることができる。
（第４の実施形態）
　第１の実施形態に係る送信機と第２の実施形態に係る受信機を一体化することも可能である。図６は、本発明の第４の実施形態に係るアレイアンテナデバイスの平面視概略構成図である。本実施形態に係るアレイアンテナデバイス４００はプリント基板１０と半導体基板２０が積層されてなる３００ＧＨｚ帯シリコンＣＭＯＳ送受信機である。なお、図６では便宜のためプリント基板１０と半導体基板２０の各平面図を横に並べて描いているが実際にはこれらはフリップチップボンディングにより積層されている。
　プリント基板１０には矩形のマイクロストリップパッチアンテナ等のアンテナ素子１１が縦横４×４のグリッド状に配置されている。アレイアンテナデバイス４００の所望ＲＦ周波数が２５２～２９６ＧＨｚ（波長およそ１０００～１２００μｍ）であることを考慮し、一例として、アンテナ素子１１の２辺の長さの和はＲＦ信号の４分の１波長に若干の余裕を持たせた３００～３５０μｍ、アンテナ素子１１の行方向（図６では横方向）の配置ピッチはＲＦ信号の２分の１波長に若干の余裕を持たせた６００～７００μｍ、列方向（図６では縦方向）の配置ピッチはＲＦ信号の４分の１波長に若干の余裕を持たせた３００～３５０μｍである。すなわち、アンテナ素子１１の列方向の配置ピッチが第１および第２の実施形態の場合の半分である。
　半導体基板２０には送受信回路２０４が実装されている。送受信回路２０４は、個々のアンテナ素子１１からＲＦ信号（無線周波数信号）を送信する個別のミキサラスト構成送信機および個々のアンテナ素子１１で受信したＲＦ信号を処理する個別のミキサファースト構成受信機の集合体である。ミキサラスト構成送信機およびミキサファースト構成受信機については図２および図４を参照して説明したとおりである。
　半導体基板２０において縦横４×４のグリッド領域３０に上述の個別の送信機および受信機のミキサ２１がグリッド状に配置されている。ミキサ２１は１個ないし複数個のトランジスタと１個ないし複数個の受動素子で構成される。各グリッド領域３０の縦横の辺の長さはそれぞれアンテナ素子１１の列方向および行方向の配置ピッチと同じ縦３００～３５０μｍ、横６００～７００μｍであり、かつ、平面視で一つのグリッド領域３０に一つのアンテナ素子１１が収まるようになっている。すなわち、プリント基板１０を上層、半導体基板２０を下層とすれば、平面視で各アンテナ素子１１の直下に各ミキサ２１が配置されている。そして半導体基板２０上の各ミキサ２１のＲＦ信号端２２は図略のバンプを介してプリント基板１０上の対応するアンテナ素子１１と電気的に接続されている。
　グリッド状に配置されたミキサ２１の列ごとにＬＯ信号線２５が配線されている。本実施形態ではＬＯ信号線２５は全部で４本ある。これらＬＯ信号線２５はミキサ２１の列の並びに沿って複数のグリッド領域３０を縦断して等間隔、すなわちアンテナ素子１１の配置ピッチと同じピッチで並んでいる。各ＬＯ信号線２５には同じ列の４個のミキサ２１のＬＯ信号端２３が共通に接続されている。
　各ＬＯ信号線２５の端部にＬＯ移相器２６が接続されている。さらに各ＬＯ移相器２６に上述のＬＯ信号発生器３１が接続されている。各ＬＯ移相器２６はＬＯ信号発生器３１からＬＯ信号を受け、その位相を調整して各ＬＯ信号線２５に位相調整したＬＯ信号を供給する。各ＬＯ移相器２６による位相調整量はコントローラ２９によって制御される。このように、同じ列のミキサ２１に同じ位相のＬＯ信号が入力されるようになっており、ミキサ２１の列ごとに他の列のミキサ２１とは独立にＬＯ信号の位相を調整することができる。これにより、各ＬＯ信号線２５のＬＯ信号の位相を調整することでアンテナ素子１１の配列の行方向のビームスイープが可能である。
　グリッド状に配置されたミキサ２１の行ごとにＩＦ信号線２７が配線されている。本実施形態ではＩＦ信号線２７は全部で４本ある。これらＩＦ信号線２７はミキサ２１の行の並びに沿って複数のグリッド領域３０を横断して等間隔、すなわちアンテナ素子１１の列方向の配置ピッチと同じピッチで並んでいる。各ＩＦ信号線２７には同じ行の４個のミキサ２１のＩＦ信号端２４が共通に接続されている。
　各ＩＦ信号線２７の端部にＩＦ移相器２８が接続されている。さらに各ＩＦ移相器２８に上述のＩＦ信号増幅器４１およびＩＦ信号増幅器４２が交互に接続されている。ＩＦ移相器２８およびそれに接続されるＩＦ信号増幅器４２およびＩＦ信号増幅器４２はグリッド領域３０の行方向の空き領域に配置されている。すなわち、個別の送信機および受信機の回路要素がグリッド状に配置されたアンテナ素子１１の列方向に交互に配置されている。送信機の各ＩＦ移相器２８はＩＦ信号増幅器４１で増幅されたＩＦ信号を受け、その位相を調整して各ＩＦ信号線２７に位相調整したＩＦ信号を供給する。受信機の各ＩＦ移相器２８はＩＦ信号線２７からＩＦ信号を受け、その位相を調整する。受信機のＩＦ信号増幅器４２はＩＦ移相器２８によって位相調整されたＩＦ信号を増幅し、各位相のＩＦ信号はＩＦ信号増幅器４２で増幅された後電力結合されて受信ＩＦ信号となる。各ＩＦ移相器２８による位相調整量はコントローラ２９によって制御される。このように、送信機については同じ行のミキサ２１に同じ位相のＩＦ信号が入力されるようになっており、受信機については同じ行のミキサ２１から同じ位相のＩＦ信号が出力されるようになっており、ミキサ２１の行ごとに他の行のミキサ２１とは独立にＩＦ信号の位相を調整することができる。これにより、各ＩＦ信号線２７のＩＦ信号の位相を調整することで、送信および受信のいずれにおいても、アンテナ素子１１の配列の列方向のビームスイープが可能である。
　上述したように各グリッド領域３０は縦３００～３５０μｍ、横６００～７００μｍの狭小領域であるため多くの回路要素を配置することができない。そのため、ＬＯ移相器２６、ＬＯ信号発生器３１、ＩＦ移相器２８、ＩＦ信号増幅器４１、ＩＦ信号増幅器４２、およびコントローラ２９といったある程度の大きさになる回路はすべてグリッド領域３０の外に配置されている。例えば、図６に示したように、グリッド領域３０の列方向に延びるＬＯ信号線２５の端部に接続されるＬＯ移相器２６およびそれに接続されるＬＯ信号発生器３１はグリッド領域３０の列方向の空き領域に配置し、グリッド領域３０の行方向に延びるＩＦ信号線２７の端部に接続されるＩＦ移相器２８およびそれに接続されるＩＦ信号増幅器４１およびＩＦ信号増幅器４２はグリッド領域３０の行方向の空き領域に配置し、コントローラ２９は残りの空き領域に配置するとよい。
　以上のように本実施形態によると、３００ＧＨｚシリコンＣＭＯＳ送受信機にアレイアンテナを採用して送信電力および受信電力を増大することができる。さらにＬＯ信号とＩＦ信号の位相を調整して送信ＲＦ信号および受信ＲＦ信号を縦横２次元方向にスイープすることができる。また、ミキサ２１、ＬＯ移相器２６、ＬＯ信号発生器３１、ＩＦ移相器２８、ＩＦ信号増幅器４１、ＩＦ信号増幅器４２、およびコントローラ２９を半導体基盤２０の同一層上に配置したことで、これらを積層配置する場合に比べて、各種回路要素から発する熱がこもりにくくなり放熱が容易となる。これにより、半導体基板２０の発熱による送受信回路２０４の性能低下を防ぐことができる。
　なお、図６の例ではＬＯ移相器２６に対して一対一にＬＯ信号発生器３１を設けているが、１個のＬＯ信号発生器３１から複数のＬＯ移相器２６にＬＯ信号を分配して供給するようにしてもよい。また、図６の例ではＩＦ移相器２８に対して一対一にＩＦ信号増幅器４１を設けているが、１個のＩＦ信号増幅器４１から複数のＩＦ移相器２８にＩＦ信号を分配して供給するようにしてもよい。また、図６の例ではＩＦ移相器２８に対して一対一にＩＦ信号増幅器４２を設けているが、複数のＩＦ移相器２８の出力信号を電力結合した後にその結合したＩＦ信号を１個のＩＦ信号増幅器４２に入力するようにしてもよい。また、ＩＦ移相器２８とＩＦ信号増幅器４１の接続順を入れ替えて、ＩＦ移相器２８で位相調整したＩＦ信号をＩＦ信号増幅器４１で増幅してＩＦ信号線２７に供給するようにしてもよい。すなわち、送信機のＩＦ移相器２８は、ＩＦ信号線２７に直接接続されていても、ＩＦ信号増幅器４１を介して接続されていてもいずれでもよい。また、ＩＦ移相器２８とＩＦ信号増幅器４２の接続順を入れ替えて、ＩＦ信号線２７からのＩＦ信号をＩＦ信号増幅器４２で増幅してＩＦ移相器２８で位相調整するようにしてもよい。すなわち、受信機のＩＦ移相器２８は、ＩＦ信号線２７に直接接続されていても、ＩＦ信号増幅器４１を介して接続されていてもいずれでもよい。
　グリッド領域３０にどれくらい回路が詰め込めるかはアンテナ素子１１の配置ピッチで決まるスタンダードセルの大きさによる。グリッド領域３０にまだ余裕があれば、ミキサ２１以外に、例えばＬＯ信号発生器３１の９逓倍器３４（場合によってはトリプラやそれ以外の逓倍器）やＩＦ信号増幅器４１を構成する最終段の増幅器、ＩＦ信号増幅器４２を構成する初段の増幅器、およびミキサ２１に接続される図略のバッファ回路などをグリッド領域３０に配置してもよい。このようにミキサ２１に直接信号を供給する、あるいはミキサ２１から直接信号が供給される回路要素をできる限りミキサ２１の近くに配置することで当該回路要素からミキサ２１までの配線距離を極力短くしてミキサ２１に入力される信号あるいはミキサ２１から出力される信号の減衰を抑制し、送信機および受信機の雑音指数を向上させることができる。
　上記構成では送信時には受信用のアンテナ素子１１、例えば、アンテナアレイにおける奇数行目のアンテナ素子１１が使用されず、受信時には送信用のアンテナ素子１１、例えば、アンテナアレイにおける偶数行目のアンテナ素子１１が使用されないため、アンテナ素子１１の使用効率が悪い。そこで、すべてのアンテナ素子１１を使用して送受信できるようにするために、アンテナ素子１１の列方向の配置ピッチを上記の倍のピッチ、すなわち、第１および第２の実施形態と同様にＲＦ信号の２分の１波長に若干の余裕を持たせた６００～７００μｍにしてもよい。この場合、送信用および受信用のそれぞれのアンテナ素子１１の配置ピッチが１波長相当になるが、送信時には受信用のアンテナ素子１１からその両側の送信用のアンテナ素子１１から送信されるＲＦ信号の中間の位相のＲＦ信号を送信し、受信時には送信用のアンテナ素子１１でその両側の受信用のアンテナ素子１１が受信するＲＦ信号の中間の位相のＲＦ信号を受信するように回路構成することで、実質的に送信用および受信用のアンテナ素子１１が２分の１波長相当のピッチで配置される。
（第５の実施形態）
　第１の実施形態に係るアレイアンテナデバイス１００の半導体基板２０を化合物半導体やバイポーラＣＭＯＳ（ＢｉＣＭＯＳ）で構成してもよい。図７は、本発明の第５の実施形態に係るアレイアンテナデバイスの平面視概略構成図である。本実施形態に係るアンテナデバイス１００Ａにおいて、半導体基板２０はＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｌＰなどの化合物半導体基板またはＳｉＧｅ－ＢｉＣＭＯＳ基板である。化合物半導体やＢｉＣＭＯＳは高周波特性に優れるため、ミキサ２１の後段、すなわち、アンテナ素子１１とミキサ２１との間に、ミキサ２１から出力される３００ＧＨｚ帯のＲＦ信号を増幅する電力増幅器６１を設けることが可能になる。ミキサ２１の後段の電力増幅器６１はミキサ２１とともにグリッド領域３０に配置する。
　図１に示したようなシリコンＣＭＯＳで構成されたアレイアンテナデバイス１００の場合、ミキサ２１の１個あたりの出力パワーが比較的小さいため、多くのアンテナ素子１１を使って必要な送信パワーを確保しなければならない。このため、図２に示したようなミキサラスト構成送信機が数多く必要となり、その分、消費電力が増大する。また、半導体基板２０の消費電力の上限値が決められているような場合には駆動可能な送信機の数が制限されるため、送信パワーが不足するおそれがある。一方、化合物半導体やＢｉＣＭＯＳはシリコンＣＭＯＳに比べて製造コストが高くなるものの、ミキサ２１の後段に電力増幅器６１を配置してアンテナ素子１１の１個あたりの送信パワーを大きくすることができるため、必要な送信パワーを確保するための送信機の数が少なくて済む。すなわち、化合物半導体やＢｉＣＭＯＳはシリコンＣＭＯＳと比べてより小さな回路規模で大きな送信パワーが得られるため、製造コスト増の問題は克服される。
（第６の実施形態）
　第２の実施形態に係るアレイアンテナデバイス２００の半導体基板２０を化合物半導体やバイポーラＣＭＯＳ（ＢｉＣＭＯＳ）で構成してもよい。図８は、本発明の第６の実施形態に係るアレイアンテナデバイスの平面視概略構成図である。本実施形態に係るアンテナデバイス２００Ａにおいて、半導体基板２０はＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｌＰなどの化合物半導体の基板またはＳｉＧｅ－ＢｉＣＭＯＳ基板である。化合物半導体やＢｉＣＭＯＳは高周波特性に優れるため、ミキサ２１の前段、すなわち、アンテナ素子１１とミキサ２１との間に、アンテナ素子１１が受信した微弱な３００ＧＨｚ帯のＲＦ信号を増幅する低雑音増幅器６２を設けることが可能になる。ミキサ２１の前段の低雑音増幅器６２はミキサ２１とともにグリッド領域３０に配置する。
　図２に示したようなシリコンＣＭＯＳで構成されたアレイアンテナデバイス２００の場合、個々のミキサ２１に入力されるＲＦ信号のパワーが比較的小さいため、多くのアンテナ素子１１を使って必要な受信パワーを確保しなければならない。このため、図４に示したようなミキサファースト構成受信機が数多く必要となり、その分、消費電力が増大する。また、半導体基板２０の消費電力の上限値が決められているような場合には駆動可能な受信機の数が制限されるため、受信パワーが不足するおそれがある。一方、化合物半導体やＢｉＣＭＯＳはシリコンＣＭＯＳに比べて製造コストが高くなるものの、ミキサ２１の前段に低雑音増幅器６２を配置してミキサ２１に入力されるＲＦ信号のパワーを大きくできるため、必要な受信パワーを確保するための受信機の数が少なくて済む。すなわち、化合物半導体やＢｉＣＭＯＳはシリコンＣＭＯＳと比べてより小さな回路規模でより大きな受信パワーが得られるため、製造コスト増の問題は克服される。
（第７の実施形態）
　第４の実施形態に係るアレイアンテナデバイス４００の半導体基板２０を化合物半導体やバイポーラＣＭＯＳ（ＢｉＣＭＯＳ）で構成してもよい。図９は、本発明の第７の実施形態に係るアレイアンテナデバイスの平面視概略構成図である。本実施形態に係るアンテナデバイス４００Ａにおいて、半導体基板２０はＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｌＰなどの化合物半導体の基板またはＳｉＧｅ－ＢｉＣＭＯＳ基板である。化合物半導体やＢｉＣＭＯＳは高周波特性に優れるため、送信機についてはミキサ２１の後段、すなわち、アンテナ素子１１とミキサ２１との間に、ミキサ２１から出力される３００ＧＨｚ帯のＲＦ信号を増幅する電力増幅器６１を設けることが可能になり、受信機についてはミキサ２１の前段、すなわち、アンテナ素子１１とミキサ２１との間に、アンテナ素子１１が受信した微弱な３００ＧＨｚ帯のＲＦ信号を増幅する低雑音増幅器６２を設けることが可能になる。ミキサ２１の後段の電力増幅器６１およびミキサ２１の前段の低雑音増幅器６２はミキサ２１とともにグリッド領域３０に配置する。
　図６に示したようなシリコンＣＭＯＳで構成されたアレイアンテナデバイス４００の場合、ミキサ２１の１個あたりの出力パワーが比較的小さく、また、個々のミキサ２１に入力されるＲＦ信号のパワーが比較的小さいため、多くのアンテナ素子１１を使って必要な送受信パワーを確保しなければならない。このため、図２および図４に示したようなミキサラスト構成送信機およびミキサファースト構成受信機が数多く必要となり、その分、消費電力が増大する。また、半導体基板２０の消費電力の上限値が決められているような場合には駆動可能な送信機および受信機の数が制限されるため、送受信パワーが不足するおそれがある。一方、化合物半導体やＢｉＣＭＯＳはシリコンＣＭＯＳに比べて製造コストが高くなるものの、ミキサ２１の後段に電力増幅器６１を配置してアンテナ素子１１の１個あたりの送信パワーを大きくできるとともに、ミキサ２１の前段に低雑音増幅器６２を配置してミキサ２１に入力されるＲＦ信号のパワーを大きくできるため、必要な送受信パワーを確保するための送信機および受信機の数が少なくて済む。すなわち、化合物半導体やＢｉＣＭＯＳはシリコンＣＭＯＳと比べてより小さな回路規模でより大きな送受信パワーが得られるため、製造コスト増の問題は克服される。
≪変形例≫
　ミキサ２１あるいはミキサ５１は厳密にアンテナ素子１１の直下に配置されている必要はなくグリッド領域３０の適当なところに配置されていればよい。そうした意味でミキサ２１あるいはミキサ５１は等間隔で配置されていなくてもよく、例えば千鳥状に配置されていてもよい。
　ＬＯ信号線２５あるいはＬＯ信号線５５は等間隔で並んでいる必要はなく、例えばミキサ２１あるいはミキサ５１の１列目と２列目の間に２本のＬＯ信号線２５あるいはＬＯ信号線５５を配置し、ミキサ２１あるいはミキサ５１の３列目と４列目の間に残りの２本のＬＯ信号線２５あるいはＬＯ信号線５５を配置してもよい。同様に、ＩＦ信号線２７あるいはＩＦ信号線５７は等間隔で並んでいる必要はなく、例えばミキサ２１あるいはミキサ５１の１行目と２行目の間に２本のＩＦ信号線２７あるいはＩＦ信号線５７を配置し、ミキサ２１あるいはミキサ５１の３行目と４行目の間に残りの２本のＩＦ信号線２７あるいはＩＦ信号線５７を配置してもよい。こうすることで縦横２個ずつの計４個分のグリッド領域３０の回路配置スペースが確保され、ミキサ２１あるいはミキサ５１以外の回路要素をグリッド領域３０に配置することができる。
　アンテナ素子１１をプリント基板１０ではなく半導体基板２０の再配線層（ＲＤＬ）に実装するようにしてもよい。こうすることでアレイアンテナデバイスが１チップで実現できる。
　アンテナ素子１１は４×４の計１６個に限定されないことは言うまでもない。アンテナ素子１１の数を増やすことでアンテナ利得を大きくすることができる。例えば、アンテナ素子１１を３２×３２の計１０２４個にすることで、アンテナ素子１１が１６個のときと比べ単純計算でアンテナ利得は６４倍になる。アンテナ素子１１の数が多い場合、ＬＯ信号線２５あるいはＬＯ信号線５５、およびＩＦ信号線２７あるいはＩＦ信号線５７の線長が長くなることで信号線の末端側において信号減衰が大きくなるおそれがある。そのため、信号線の途中の適当な箇所に適宜バッファ回路を設けて、末端側まで一定以上の大きさの信号が伝送できるようにしてもよい。また、ＬＯ移相器２６は、ＬＯ信号線２５に直接接続されていても、バッファ回路を介して接続されていてもいずれでもよい。
　ＲＦ信号が一方向にのみスイープできればよいのであればＬＯ移相器およびＩＦ移相器のいずれか一方の移相量を固定値にしてもよい。あるいは、ＬＯ移相器およびＩＦ移相器のいずれか一方を省略して、移相器が省略された方の信号線に同相または所定の位相差の信号を接続するようにしてもよい。
　ＲＦ信号のスイープが不要で特定の方向にビームフォーミングできればよいのであればコントローラを省略してＬＯ移相器およびＩＦ移相器の位相量を固定値にしてもよい。あるいはＬＯ移相器およびＩＦ移相器も省略してＬＯ信号線およびＩＦ信号線に同相または所定の位相差のＬＯ信号およびＩＦ信号を接続するようにしてもよい。
　上記各実施形態おけるＬＯ移相器２６、ＩＦ移相器２８、ＬＯ移相器５６、およびＩＦ移相器５８の各回路要素をシリーズ接続することでアレイアンテナデバイスをスケーラブルに構成することができる。図１０は、スケーラブル構成に対応した送信機用半導体基板の例の平面視概略構成図である。なお、便宜のため、図１０では、図１および図７に図示したミキサ２１および化合物半導体の場合の電力増幅器６１は「ミキサアレイ」と表記して図示を省略し、コントローラ２９も図示を省略している。半導体基板２０において、複数のＬＯ移相器２６がミキサアレイ中の図略のミキサの行方向配置ピッチと同じピッチで行方向に並んでシリーズに接続されている。初段のＬＯ移相器２６（図１０の例では最も左にあるＬＯ移相器２６）には図略のＬＯ信号発生器からＬＯ信号が入力される。ＬＯ移相器２６は、移相器２６１と、周波数逓倍器２６２と、バッファ回路２６３とを有し、ＬＯ移相器２６に入力されたＬＯ信号は移相器２６１で位相調整されて二つに分かれ、一方は図略のバッファ回路を介して倍に増幅されて周波数逓倍器２６２に入力され、他方は図略のバッファ回路を介して倍に増幅されて次段のＬＯ移相器２６に入力される。移相器２６１による位相調整量は図略のコントローラによって制御される。周波数逓倍器２６２に入力されたＬＯ信号は、その周波数が逓倍され、バッファ回路２６３を介してＬＯ信号線２５に供給される。また、半導体基板２０において、複数のＩＦ移相器２８がミキサアレイ中の図略のミキサの列方向配置ピッチと同じピッチで列方向に並んでシリーズに接続されている。初段のＩＦ移相器２８（図１０の例では最も上にあるＩＦ移相器２８）にはＩＦ信号が入力されるとともに図略のＬＯ信号発生器からＬＯ信号が入力される。ＩＦ移相器２８は、移相器２８１と、ミキサ２８２とを有し、ＩＦ移相器２８に入力されたＬＯ信号は移相器２８１で位相調整されて二つに分かれ、一方は図略のバッファ回路を介して倍に増幅されてミキサ２８２に入力され、他方は図略のバッファ回路を介して倍に増幅されて次段のＩＦ移相器２８に入力される。また、ＩＦ移相器２８に入力されたＩＦ信号は二つに分かれ、一方は図略のバッファ回路を介して倍に増幅されてミキサ２８２に入力され、他方は図略のバッファ回路を介して倍に増幅されて次段のＩＦ移相器２８に入力される。ミキサ２８２においてＩＦ信号と位相調整されたＬＯ信号とが混合されることで位相調整されたＩＦ信号が生成され、当該位相調整されたＩＦ信号はＩＦ信号増幅器４１によって増幅されてＩＦ信号線２７に供給される。
　図１１は、スケーラブル構成に対応した受信用半導体基板の例の平面視概略構成図である。なお、便宜のため、図１１では、図３および図８に図示したミキサ２１および化合物半導体の場合の低雑音増幅器６２は「ミキサアレイ」と表記して図示を省略し、コントローラ２９も図示を省略している。半導体基板２０において、複数のＬＯ移相器２６がミキサアレイ中の図略のミキサの行方向配置ピッチと同じピッチで行方向に並んでシリーズに接続されている。ＬＯ移相器２６の構成は図１０を参照して説明したとおりである。半導体基板２０において、複数のＩＦ移相器２８がミキサアレイ中の図略のミキサの列方向配置ピッチと同じピッチで列方向に並んでシリーズに接続されている。初段のＩＦ移相器２８（図１１の例では最も上にあるＩＦ移相器２８）にはＩＦ信号増幅器４２から増幅されたＩＦ信号が入力されるとともに図略のＬＯ信号発生器からＬＯ信号が入力され、さらに、次段のＩＦ移相器２８から出力されるＩＦ信号が入力される。ＩＦ移相器２８は、移相器２８１と、ミキサ２８２と、電力結合器２８３とを有し、ＩＦ移相器２８に入力されたＬＯ信号は移相器２８１で位相調整されて二つに分かれ、一方は図略のバッファ回路を介して倍に増幅されてミキサ２８２に入力され、他方は図略のバッファ回路を介して倍に増幅されて次段のＩＦ移相器２８に入力される。また、ＩＦ移相器２８に入力されたＩＦ信号はミキサ２８２に入力され、ミキサ２８２においてＩＦ信号と位相調整されたＬＯ信号とが混合されて位相調整されたＩＦ信号が生成される。電力結合器２８３には当該位相調整されたＩＦ信号と次段のＩＦ移相器２８から出力されるＩＦ信号とが入力され、これらＩＦ信号が電力結合されて出力される。すなわち、最後段のＩＦ移相器２８から出力されるＩＦ信号が前段のＩＦ移相器２８に次々入力されて累積的に電力結合され、初段のＩＦ移相器２８から受信ＩＦ信号が出力される。
　なお、図１０および図１１において、移相器２６１あるいは移相器２８１で位相調整されたＬＯ信号を二つに分けて一方を次段の移相器２６１あるいは移相器２８１に入力しているが、位相調整前のＬＯ信号を二つに分けて、一方を自身の移相器２６１あるいは移相器２８１に、他方を次段の移相器２６１あるいは移相器２８１にそれぞれ入力するようにしてもよい。また、上記変形例に倣って、図６および図９に示した送受信機一体型のアレイアンテナデバイスをスケーラブルに構成することができる。
　以上のように、本発明における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。また、上述の実施の形態は、本発明における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
　本発明に係るアレイアンテナデバイスは３００ＧＨｚ帯に限らず１００ＧＨｚ以上のテラヘルツ帯を使用する無線通信装置や無線センサなどとして広く利用することができる。
　１００，２００，３００，４００，１００Ａ，２００Ａ，４００Ａ　アレイアンテナデバイス
　１０　　プリント基板（第１層）
　１１　　アンテナ素子
　２０　　半導体基板（第２層）
　３０　　グリッド領域
　２１　　ミキサ
　２２　　ＲＦ信号端
　２３　　ＬＯ信号端
　２４　　ＩＦ信号端
　２５　　ＬＯ信号線
　２６　　ＬＯ移相器
　２７　　ＩＦ信号線
　２８　　ＩＦ移相器
　２９　　コントローラ
　５０　　光電気基板（第２層）
　５１　　ミキサ
　５５　　ＬＯ信号線
　５６　　ＬＯ移相器
　５７　　ＩＦ信号線
　５８　　ＩＦ移相器
　５９　　コントローラ

Claims (12)

  1. 　グリッド状に複数のアンテナ素子が配置された第１層と、
    　前記第１層に積層された第２層とを備え、
    　前記第２層が、
    　　平面視で前記複数のアンテナ素子と重なる複数のグリッド領域に配置され、ＬＯ信号端、ＩＦ信号端、およびＲＦ信号端を有し、前記ＲＦ信号端が前記複数のアンテナ素子と電気的に接続された複数のミキサと、
    　　前記複数のミキサの列ごとに設けられ、同じ列の前記ミキサの前記ＬＯ信号端が共通に接続された複数のＬＯ信号線と、
    　　前記複数のミキサの行ごとに設けられ、同じ行の前記ミキサの前記ＩＦ信号端が共通に接続された複数のＩＦ信号線とを有する
    　ことを特徴とするアレイアンテナデバイス。
  2. 　前記第２層が前記複数のＬＯ信号線および前記複数のＩＦ信号線の少なくとも一方と接続された複数の移相器を有しており、
    　前記複数の移相器が前記複数のグリッド領域外に配置されている、請求項１に記載のアレイアンテナデバイス。
  3. 　前記第２層が前記移相器による信号位相調整を制御するコントローラを有しており、
    　前記コントローラが前記複数のグリッド領域外に配置されている、請求項２に記載のアレイアンテナデバイス。
  4. 　前記複数の移相器がシリーズに接続されている、請求項２に記載のアレイアンテナデバイス。
  5. 　前記複数の移相器が前記複数のミキサと同じ配置ピッチで並んでいる、請求項４に記載のアレイアンテナデバイス。
  6. 　前記複数のＬＯ信号線が等間隔に並行配置されている、請求項１ないし５のいずれかに記載のアレイアンテナデバイス。
  7. 　前記複数のＩＦ信号線が等間隔に並行配置されている、請求項１ないし５のいずれかに記載のアレイアンテナデバイス。
  8. 　前記第１層がプリント基板であり、
    　前記第２層が半導体基板である、請求項１ないし５のいずれかに記載のアレイアンテナデバイス。
  9. 　前記半導体基板が化合物半導体基板またはＢｉＣＭＯＳであり、
    　前記アンテナ素子と前記ミキサとの間に増幅器が設けられ、当該増幅器が前記グリッド領域に配置されている、請求項８に記載のアレイアンテナデバイス。
  10. 　前記アレイアンテナデバイスが送受信一体型のデバイスである、請求項８に記載のアレイアンテナデバイス。
  11. 　前記半導体基板が化合物半導体基板またはＢｉＣＭＯＳであり、
    　前記アンテナ素子と前記ミキサとの間に増幅器が設けられ、当該増幅器が前記グリッド領域に配置されている、請求項１０に記載のアレイアンテナデバイス。
  12. 　前記第１層がプリント基板であり、
    　前記第２層が光電気基板であり、
    　前記ミキサが単一走行キャリアフォトダイオードであり、
    　前記ＬＯ信号線に接続される信号および前記ＩＦ信号線に接続される信号が光信号である、請求項１ないし５のいずれかに記載のアレイアンテナデバイス。
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