アンテナモジュール及びアンテナモジュールを有する無線デバイス。
【課題】
複数の金属柱で構成される導波路と無線機能部を有するアンテナモジュールにおける実用的な構成を実現する。
【解決手段】複数の金属柱で構成される導波路を有するアンテナモジュールであって、アンテナパッケージと、前記アンテナパッケージ上に接続される無線送受信機能を有する半導体チップを有し、前記アンテナパッケージは、一端面側に開口部を有し、複数の金属柱で構成される導波路と、前記導波路と一体に、前記導波路の開口部と反対側に、前記無線送受信機能を有する半導体チップと外部回路とのインタフェース回路が誘電体と導電体による多層構造により形成されている。
複数の金属柱で構成される導波路と無線機能部を有するアンテナモジュールにおける実用的な構成を実現する。
【解決手段】複数の金属柱で構成される導波路を有するアンテナモジュールであって、アンテナパッケージと、前記アンテナパッケージ上に接続される無線送受信機能を有する半導体チップを有し、前記アンテナパッケージは、一端面側に開口部を有し、複数の金属柱で構成される導波路と、前記導波路と一体に、前記導波路の開口部と反対側に、前記無線送受信機能を有する半導体チップと外部回路とのインタフェース回路が誘電体と導電体による多層構造により形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナモジュール及びアンテナモジュールを有する無線デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムの応用として、携帯端末に赤外線通信機能あるいは、ブルーツース（Bluetooth:登録商標）機能等を搭載し、携帯端末間または、携帯端末とパーソナルコンピュータを含むデータ端末との間でデータ通信を行うことが行われている。
【０００３】
一方、近年、新たな周波数資源であるミリ波帯の実用化の検討が進んでおり、例えば、大容量映像無線伝送システムや超高速データ通信システムのような応用システムも提案されている。
【０００４】
かかる応用システムとして、携帯端末を用いるシステムではミリ波帯の無線信号を用いるために導波路(管)アンテナが必須となってくる。
【０００５】
従来の導波路は、金属の立体構造であるため必然的に重量が大きくなり携帯端末にこれを適用することは、容易ではない。
【０００６】
これに対し、ポスト壁導波路と呼ばれる技術が提案されている(非特許文献１)。
【０００７】
かかるポスト壁導波路は、電子回路のプリント基板(PCB：Print Circuit Board)の上下の導体（銅箔）をポスト(柱)壁と呼ばれる金属メッキされた貫通穴で電気的につなげ、かかる金属柱を多数並べて方形導波管の狭壁に擬似させたものである。そして、金属柱の加工はスルーホール(through hole)またはビアホール(via hole)と呼ばれるプリント基板加工技術を用いて形成可能である。
【０００８】
本発明者等は、かかる柱壁導波路を用いて、無線モジュールを搭載した際の全体の面積を小さくするアンテナ構造を先に提案している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】T. KAI, J. HIROKAWA, and M. ANDO, "Feed through an Aperture to a Post-Wall Waveguide with Step Structure," IEICE Trans. Commun., Vol.E88-B, No.3, pp.1298-1302, March 2005.
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５-２９４８８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ここで、上記特許文献１において、先に本発明者等により提示された構成は、柱壁導波路をアンテナ（ポスト壁アンテナ）として、このアンテナ上部に無線モジュール（送受信機能デバイス）を配置し、無線モジュールと柱壁導波路を給電部で接続することを示している。
【００１２】
しかし、かかる特許文献１には、無線アンテナを実用化するに当たっての具体的構成、及び具体的構成における問題点の認識とその解決策については何ら触れられていない。
【００１３】
したがって、本願発明の目的は、複数の金属柱で構成される導波路を有するアンテナモジュールにおける実用的な構成を提案することにある。
【００１４】
さらに、かかる実用的な構成のアンテナモジュールを有する無線デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成する本発明に従うアンテナモジュールは、第1の側面として複数の金属柱で構成される導波路を有するアンテナモジュールであって、アンテナパッケージと、前記アンテナパッケージに接続される無線送受信機能を有する半導体チップを有し、前記アンテナパッケージは、一端面側に開口部を有し、複数の金属柱で構成される導波路と、前記導波路と一体に、前記導波路の開口部と反対側に、前記無線送受信機能を有する半導体チップと外部回路とのインタフェース回路が誘電体と導電体による多層構造により形成されていることを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成する本発明に従うアンテナモジュールは、第２の側面として複数の金属柱で構成される導波路を有するアンテナモジュールであって、回路用導電体が多層構造により形成されているプリント回路基板と、前記プリント回路基板に接続される無線送受信機能を有する半導体チップを有し、更に、前記プリント回路基板の多層構造の一部領域に、前記プリント回路基板の一端面に対応して開口部を有し、前記プリント回路基板の回路用導電体と一体に形成される複数の金属柱で構成される導波路を有することを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成する本発明に従う無線デバイスは、アンテナモジュールが、プリント回路基板に実装された無線デバイスであって、前記アンテナモジュールは、アンテナパッケージと、前記アンテナパッケージ上に接続される無線送受信機能を有する半導体チップを有し、前記アンテナパッケージは、一端面側に開口部を有し、複数の金属柱で構成される導波路と、前記導波路と一体に、前記導波路の開口部と反対側に、前記無線送受信機能を有する半導体チップと外部回路とのインタフェース回路が誘電体と導電体による多層構造により形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
上記本発明の特徴として、半導体技術及び基板製造技術の応用により低コストで量産に適した実装構造の、基板側面に放射面を有するアンテナモジュールを提供でき、更にかかるアンテナモジュールを用いる小型の携帯無線デバイスが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるアンテナモジュールの実施例構成の平面図である。
【図２】図１の中央部破線に沿う横断面構造を示す図である。
【図３】アンテナモジュール１の形状の一例を示す上面図である。
【図４Ａ】アンテナモジュール１を搭載した無線デバイスの構成例の平面図である。
【図４Ｂ】図４Aに示す無線デバイス平面図の中央部の断面図である。
【図５Ａ】アンテナモジュールをPCB基板の回路導体と一体に形成した無線デバイスの構成例の横断面である。
【図５Ｂ】ＰＣ用マザーボードに本発明に従うアンテナモジュールを組み込んで構成される無線デバイスの断面概念図である。
【図６】アンテナモジュール１の多層構造の製作工程の概略を示す図である。
【図７】本発明に従うアンテナモジュールにおける導波路部分の詳細を示す斜視図である。
【図８】反射器の作用を理解するための導波路２の電界Ｅの強さの分布状態を示す図である。
【図９】Ｅ面における角度（垂直方向）変化を説明する図である。
【図１０】Ｈ面における角度（水平方向）変化を説明する図である。
【図１１】図９に示すように測定器を±９０°の範囲で上下方向に移動した時のマッチングポストによるE面における放射特性の測定結果を示す図である。
【図１２】図１０に示すように測定器を±９０°の範囲で水平方向に移動した時のマッチングポストによるH面における放射特性の測定結果を示す図である。
【図１３】図９に示すように測定器を±９０°の範囲で上下方向に移動した時の反射器によるE面における放射特性の測定結果を示す図である。
【図１４】図１０に示すように測定器を±９０°の範囲で水平方向に移動した時の反射器によるH面における放射特性の測定結果を示す図である。
【図１５】導波路に導波器を有する実施例構成を示す図である。
【図１６】図１５に対応する導波器３０の実施例配置を示す平面図である。
【図１７】導波器の一効果として利得向上を示すグラフである。
【図１８】導波器の有無による周波数60 GHzの時の放射パターンの変化(指向性)の様子を示す図である。
【図１９】反射器を送受セパレーションに利用した一形態を示す実施例である。
【図２０】導波路２の開口部２５から放射されるミリ波ビームのＥ面方向へのチルト（偏り）を抑制するための構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下図面に従い本発明に従うアンテナモジュールの実施例構成を説明する。
【００２１】
図１は、本発明によるアンテナモジュールの一実施例構成の平面図であり、理解容易のため、透視状に示している。
【００２２】
図２は、図１の中央部点線A-Aに沿う横断面構造を示す図である。
【００２３】
アンテナモジュール１は、アンテナパッケージ１０と、アンテナパッケージ１０の一例として上面側にフリップチップ接続された無線送受信機能素子を有する半導体チップ４を有している。なお、図２では、半導体チップ４が、フリップチップ接続されているが、半導体チップ４のバンプ４A，４Bを有する側と反対面（図２において半導体チップ４の上面側）をアンテナパッケージ１０と対向するようにして載置してアンテナパッケージ１０の所定端子とワイヤボンディング接続するようにしてもよい。
【００２４】
さらに、電磁的シールドと保護のために半導体チップ４を覆うシールドカバー５が設けられている。
【００２５】
アンテナパッケージ１０において、複数のポスト(柱)壁２０と上下の導体（銅箔）２１，２２により、前方端面に電波が放射される開口部２５を有する導波路２を構成している。
【００２６】
かかるアンテナパッケージ１０は、導電体を、誘電体を介して多層に積層して形成される。かかる場合の製法の手順については後に説明する。
【００２７】
さらに、図２に示すように導波路２の後方側には中央導体２３が挿入される給電部を構成している。
【００２８】
これにより、中央導体２３から導入されるミリ波信号は給電部で変換され、導波路２の前方の開口部２５から電磁波として放射される。
【００２９】
さらに、導波路２の後側に導電体を、誘電体を介して積層して形成されるインタフェース部３を有している。インタフェース部３は、アンテナモジュールが接続される外部回路とのインタフェース機能を果たす。
【００３０】
半導体チップ４の出力端と中心導体２３は、アンテナパッケージ１０上に形成された、マイクロストリップ、コプレーナ等の線路２４により接続される。
【００３１】
線路２４及び半導体チップ４に対する電磁的シールドと保護のために、アンテナモジュール１の表面側に導電体カバー５を設けている。
【００３２】
アンテナモジュール１の裏面側には、図１、図２において図示しないプリント回路基板（ＰＣＢ）の回路導体と接続するための複数の接続端子３０を有している。
【００３３】
図３は、アンテナモジュール１の形状の一例を示す上面図である。ここでも便宜的に理解容易の様に、透視状に示している。
【００３４】
図３において、アンテナモジュール１の外形寸法はおよそ１５mm角であり、無線送受信機能素子を有する半導体（CMOS）チップ４の外形はおよそ４mm角である。
【００３５】
図３に示す例では、それぞれ複数の金属柱２０A、２０Bで形成される柱壁導波路２A,２Bは、送信側Ｔｘと受信側Ｒｘ用にそれぞれ用意されている。送信側Ｔｘ及び受信側Ｒｘの導波路２A,２Bにおける給電部に挿入される中心導体２３Ａ，２３Ｂと無線送受信機能素子を有する半導体チップ４の入力及び出力端子とは、それぞれ線路２４Ａ，２４Ｂを通して接続されている。
【００３６】
図２に戻り、柱壁導波路２及びインタフェース部３の導体は、例えば、ＦＲ−４規格のガラス布基材エポキシ樹脂を介して導電体が多層化されて構成される。
【００３７】
図４Ａは、上記に説明したアンテナモジュール１を用いる無線デバイスの一構成例の平面図である。図４Ｂは、図４Ａに示す無線デバイス平面図の中央部の断面図で、長手方向を短縮して示している。
【００３８】
図４Ａ、図４Ｂに示す実施例の無線デバイスは、パーソナルコンピュータ（PC）等に接続される無線カードの例である。
【００３９】
図４Ａ、図４Ｂにおいて、プリント回路（PCB）基板６の上部に先に説明した本発明に従うアンテナモジュール１が、裏面側の接続端子３０を介して、ＰＣＢ基板６の回路導体と接続されている。
【００４０】
無線カードとして、PCのカードコネクタと接続される複数の接続端子７が、ＰＣＢ基板６の後端側に設けられている。したがって、接続端子７が設けられる端面と反対側のカード端面に導波路２の開口部２５が位置し、マイクロ波、あるいはミリ波帯の電磁波が放射又は受信される。
【００４１】
ここで、図４Ａ、図４Ｂに示す無線デバイスは、ＰＣＢ基板６の上部に本発明に従うアンテナモジュール１が搭載される形態であるが、アンテナモジュール１をＰＣＢ基板６の多層回路導体と一体に形成する、即ちプリント回路基板６内にアンテナモジュール１を組み込むように構成することも可能である。
【００４２】
図５Ａは、かかるＰＣＢ基板１０Ａ内に本発明に従うアンテナモジュールを組み込んで構成される無線デバイスの断面概念図である。
【００４３】
図５Ａにおいて、長手方向については、省略して示している。アンテナモジュール１のアンテナパッケージ１０の部分が、ＰＣＢ基板６の他の回路導体１０Ｂと一体に製造される。かかる場合は、図２において説明したインタフェース部３は、ＰＣＢ基板６の他の回路導体１０Ｂとのインタフェースを行う機能部が対応し、かかる機能は半導体チップ４に備えられる。
【００４４】
なお、無線デバイスとして図４Ａ、図４Ｂあるいは、図５Ａに示す例では、無線カードの例としてＰＣコネクタと接続される接続端子７を有するように示しているが、本発明の適用はこれに限られない。すなわち、例えば、ＰＣのマザーボード６０に本発明に従うアンテナモジュール１を図４Ａ、４Ｂの例のように接続あるいは、図５Ｂに示すように、マザーボード６０にアンテナモジュール１を一体に組み込むように構成してもよい。
【００４５】
ここで、上記アンテナモジュール１の多層構造の製作工程の概略を、図６を用いて説明する。なお、説明の簡単化のため、製作工程を示す図６において、左上部に示すように柱壁導波路２の一部分を例にして４層構造の製作工程を以下に説明する。
【００４６】
まず、第一にガラス布基材エポキシ樹脂等の誘電体層Iの両面に銅箔CF1,CF2を形成する(図６：（１）)。
【００４７】
次いで、導体部となる領域を残し、上面側の銅箔CF2をエッチング除去する(図６：（２）)。
【００４８】
導体部となる領域を残した上面側の銅箔CF2及び第一の誘電体層Iの上面側に更に第二の誘電体層IIを積層する。さらに、積層された第二の誘電体層IIの上面に銅箔CF３を形成する（図６：（３）)。
【００４９】
そして、第一の誘電体層Iの下面側の銅箔CF1及び第二の誘電体層IIの上面に形成された銅箔CF３のそれぞれの上に、順に銅メッキCM1,2及び蓋メッキLM1,2を順に施す（図６：（４）)。
【００５０】
さらに、マスクを用いて第二の誘電体層IIの上面の銅箔CF3、銅メッキCM2及び蓋メッキLM2の、導波路２が形成される部分を残してエッチング除去する（図６：（５）)。
【００５１】
次に、第二の誘電体IIの上面に、第三の誘電体IIIを形成する。ついで、第三の誘電体IIIからから、中心導体２３に対応する位置に貫通穴を形成し、貫通穴内面に銅メッキを施す。さらに、貫通穴の先端側に対応する銅箔CF1、銅メッキCM１及び蓋メッキLM１の層を、導体部となる領域を残して除去する（図６：（６））。
【００５２】
さらに、第一の誘電体Iの下側に第四の誘電体層IVを形成する。第四の誘電体IVの下側に、銅箔CF4を形成する。そして、銅箔CF4側から金属柱２０に相当する位置にスルーホールを形成し、内面に銅メッキを施す。これにより金属柱２０が形成される（図６：（７））。
【００５３】
さらに、導波路２の周囲導体となる部分を残し、銅箔CF4を除去して完成する（図６：（８））。
【００５４】
上記に概略説明したように、本発明に従うアンテナモジュールは、半導体製造技術により多層構造で容易に製作が可能である。
【００５５】
図７は、上記した本発明に従うアンテナモジュールにおける導波路部分の詳細を示す斜視図である。
【００５６】
複数の金属柱２０は、先に説明したように、誘電体層に設けられる貫通穴の内面を銅メッキして得られる。
【００５７】
複数の金属柱２０と、複数の金属柱２０の上面及び下面の導電層２１，２２により一方側に開口部２５が設けられた閉空間即ち、導波路２が形成される。この閉空間の開口部２５と反対側にマイクロストリップライン等の線路２４に接続される中心導体２３が挿入される空間領域を有する。この空間領域が給電部となり、給電部に挿入されるミリ波信号が導波路２を通って、開口部２５即ち、基板端面から電磁波として放射されることになる。
【００５８】
ここで、複数の金属柱２０は、導波路２の擬似的な周囲導体となるために、隣接する金属柱２０の間隔が、使用するミリ波波長よりも短い間隔となる様に配置される。
【００５９】
さらに、図７に示す実施例では、開口部２５の内側に向かう左右位置に金属柱２０A１,２０Ａ２が設けられている。これにより、開口部２５の放射面は、狭く設定されている。
【００６０】
かかる構成となる金属柱２０A１,２０Ａ２は、インピーダンス調整器の役割を持ち、開口部２５の外側の空間インピーダンスとの整合を図ることができる。
【００６１】
さらに、図７において、開口部２５の外側に向かう左右位置に金属柱２０Ｂ１,２０B２が設けられている。この金属柱２０Ｂ１,２０B２は、反射器としての機能を有する。
【００６２】
図８は、反射器の作用を理解するための導波路２の電界Ｅの強さの分布状態を示す図である。
【００６３】
図８（Ａ）は、反射器となる金属柱２０Ｂ１,２０B２を有しない構造の導波路の場合の電界Ｅの分布であり、図８（Ａ）は、図７に示すように金属柱２０Ｂ１,２０B２を有する構造の導波路の場合の電界Ｅの強度分布である。
【００６４】
図８（Ａ）、図８（Ｂ）の比較から図８（Ｂ）の金属柱２０Ｂ１,２０B２を有する構造の導波路の場合、開口部から後方への電界Ｅの分布は抑えられ、前方向への電界Ｅの強度が大きくなっていることが理解できる。
【００６５】
このように、本発明の特徴の一つとして、導波路２の開口部２５の左右に反射器を設けることにより、前方への電解Ｅの強度を大きくすることができる。
【００６６】
以下にインピーダンス調整器としての金属柱２０A１,２０Ａ２（以降適宜、マッチングポストと称する）及び反射器としての金属柱２０Ｂ１,２０B２（以降適宜、反射器と称する）の効果について、更にシミュレーション測定結果について考察する。
【００６７】
測定は、導波路２の開口部２５の前方の水平方向に一致する角度０°に測定器を置き、更に測定器を図９に示すようにＥ面の方向に±９０°、図１０に示すようにＨ面の方向に±９０°移動させて放射特性の変化を測定した。
【００６８】
図１１、図１２は、マッチインポストによる特性の変化を示す測定結果グラフである。図１１は図９に示すように測定器を±９０°の範囲で上下方向に移動した時のE面における放射特性、図１２は図１０に示すように測定器を±９０°の範囲で水平方向に移動した時のH面における放射特性の測定結果である。
【００６９】
横軸に、角度±９０°を、縦軸に完全無指向性アンテナとの利得比（絶対利得）dBiで利得を示している。以下特性グラフにおいて同様である。
【００７０】
図１１において、マッチインポストを設けない場合（図１１（B））に比べ、マッチインポストを設けた場合（図１１（A））は、使用周波数58GHz〜66GHzのそれぞれについて、角度±９０°の範囲で利得が向上していることが理解できる。
【００７１】
又、図１２において、マッチインポストを設けない場合（図１２（B））に比べ、マッチインポストを設けた場合（図１２（A））は、先の図１１におけると同様に、使用周波数58GHz〜66GHzのそれぞれについて、角度±９０°の範囲で利得が向上していることが理解できる。
【００７２】
すなわち、マッチインポストの効果として、導波路２の開口部２５から、外部の空間インピーダンスと、導波路のインピーダンスを整合し、外部に放出される信号の利得を向上させる効果がある。
【００７３】
ついで、図１３、図１４は、反射器による特性の変化を示す測定結果グラフである。図１３は図９に示すように測定器を±９０°の範囲で上下方向に移動した時のE面における放射特性、図１４は図１０に示すように測定器を±９０°の範囲で水平方向に移動した時のH面における放射特性の測定結果である。
【００７４】
図１３に示すE面における角度０°と図１４に示すH面における角度０°における利得の大きさは一致し、これを基準に図１３は、反射器の有（図１３（A））、無（図１３（B）によるE面の角度による、利得の変化を示している。図１４は、反射器の有（図１４（A））、無（図１４（B））によるH面の角度による、利得の変化を示している。
【００７５】
特にH面の角度の大きい領域における利得を減少し、開口部２５に対し、垂直方向即ち、E面, H面において０°の方向に利得を高めていることが理解できる。
【００７６】
これらから、本発明に従い、導波路にマッチインポストを設けることにより開口部２５から放出される信号のエネルギーを大きくし、更に、放出された電波が広がるのを抑制し、開口部２５に対する垂直方向に集中させて、放出される信号の利得を高めることを可能意にしている。
【００７７】
図１５は、更に本発明の実施例であり、導波路２の開口部２５の前方位置に導波路４０を設けた構成例である。
【００７８】
図１５（A）の導波器４０は、ループ型であり、それぞれ２本の導電ポストを上下の導体でループ状にしている。一方、図１５（B）に示す構成は、ポスト型であり、２本の導電ポストを開口部２５の前方に従続して２段に配置している。
【００７９】
図１６は、図１５に対応する導波器４０の実施例配置を示す平面図（図１６（A）、図１６（B））である。
【００８０】
図１７、図１８は、導波器３０の効果として導波器４０の方向における利得の向上を示すグラフである。
【００８１】
図１７において、横軸に周波数、縦軸に利得が示される。この図において、導波路を設ける場合それぞれの使用周波数で利得が大きくなっていることが分かる。
【００８２】
さらに、図１８は、使用周波数６０GHzについて、導波路有無でのE面の導波路の方向からの角度による変化[1],[2]、及び導波路有無でのH面の導波路の方向からの角度による変化[3],[4]を示している。なお、図１８は、各条件において、最大の利得の時を基準にした相対振幅（ｄB）で示している。
【００８３】
これにより、導波器を設けた場合、E面、H面のいずれも、導波器３０の方向（E面、H面の角度０°）に利得が集中されることが理解できる。
【００８４】
かかる特性を用いると、固定される導波路の向きに対して、導波器の位置を変えることにより、所望の方向にビームを集中させ、利得を高めることが可能である。
【００８５】
図１９は、上記した反射器を利用した無線デバイス一形態を示す実施例であり、反射器を送受セパレーションに利用した実施例である。
【００８６】
この実施例は反射器５０として、送受用にそれぞれ独立して導波路２Ａ，２Ｂを設けた例である。反射器５０は、先の実施例と同様に、複数の導電ポストによる場合、あるいは金属板で形成することができる。
【００８７】
かかる反射器５０を設ける構成により、送受信間のアイソレーションを可能とし、且つ反射器５０の角度を調整することにより、導波路４０による効果と相乗してＨ面の指向性を容易に制御することができる。
【００８８】
図２０は、更に導波路２の開口部２５から放射されるビームのＥ面方向へのチルト（偏り）を抑制するために構成例である。
【００８９】
すなわち、ＰＣＢ基板６に、スルーホール列(図面の垂直方向に設けられる複数のスルーホール)３１を設ける。このスルーホール列３１により等価的に導波路２の下側に等価的に金属板が形成される。
【００９０】
このスルーホール列３１に位置は、開口部２５から放射されるビームの位相と、スルーホール列により反射され、折り返されるビームの位相とを一致させる距離、従って、使用波長の1/2波長の大きさである。
【００９１】
一方、導波路２の上側には、チップ４を覆う金属のシールドキャップ５の端面が対応する。
【００９２】
したがって、開口部２５から放射されるミリ波ビームのＥ面方向へのチルト成分は、これらスルーホール列に及びシールドキャップ５の端面により反射されて前方向にビームを集中させることができる。
【符号の説明】
【００９３】
１：アンテナモジュール
１０：アンテナパッケージ
２：導波路
２０：金属柱（ポスト）
２１，２２：導体（銅箔）
２３：中心導体
２４：線路
３：インタフェース部
３０：端子
４：半導体チップ
４Ａ，４Ｂ：バンプ
５：シールドカバー
６：PCB基板
２０A１,２０A2：マッチングポスト
２０B１,２０B2：反射器
４０：導波器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナモジュール及びアンテナモジュールを有する無線デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムの応用として、携帯端末に赤外線通信機能あるいは、ブルーツース（Bluetooth:登録商標）機能等を搭載し、携帯端末間または、携帯端末とパーソナルコンピュータを含むデータ端末との間でデータ通信を行うことが行われている。
【０００３】
一方、近年、新たな周波数資源であるミリ波帯の実用化の検討が進んでおり、例えば、大容量映像無線伝送システムや超高速データ通信システムのような応用システムも提案されている。
【０００４】
かかる応用システムとして、携帯端末を用いるシステムではミリ波帯の無線信号を用いるために導波路(管)アンテナが必須となってくる。
【０００５】
従来の導波路は、金属の立体構造であるため必然的に重量が大きくなり携帯端末にこれを適用することは、容易ではない。
【０００６】
これに対し、ポスト壁導波路と呼ばれる技術が提案されている(非特許文献１)。
【０００７】
かかるポスト壁導波路は、電子回路のプリント基板(PCB：Print Circuit Board)の上下の導体（銅箔）をポスト(柱)壁と呼ばれる金属メッキされた貫通穴で電気的につなげ、かかる金属柱を多数並べて方形導波管の狭壁に擬似させたものである。そして、金属柱の加工はスルーホール(through hole)またはビアホール(via hole)と呼ばれるプリント基板加工技術を用いて形成可能である。
【０００８】
本発明者等は、かかる柱壁導波路を用いて、無線モジュールを搭載した際の全体の面積を小さくするアンテナ構造を先に提案している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】T. KAI, J. HIROKAWA, and M. ANDO, "Feed through an Aperture to a Post-Wall Waveguide with Step Structure," IEICE Trans. Commun., Vol.E88-B, No.3, pp.1298-1302, March 2005.
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５-２９４８８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ここで、上記特許文献１において、先に本発明者等により提示された構成は、柱壁導波路をアンテナ（ポスト壁アンテナ）として、このアンテナ上部に無線モジュール（送受信機能デバイス）を配置し、無線モジュールと柱壁導波路を給電部で接続することを示している。
【００１２】
しかし、かかる特許文献１には、無線アンテナを実用化するに当たっての具体的構成、及び具体的構成における問題点の認識とその解決策については何ら触れられていない。
【００１３】
したがって、本願発明の目的は、複数の金属柱で構成される導波路を有するアンテナモジュールにおける実用的な構成を提案することにある。
【００１４】
さらに、かかる実用的な構成のアンテナモジュールを有する無線デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成する本発明に従うアンテナモジュールは、第1の側面として複数の金属柱で構成される導波路を有するアンテナモジュールであって、アンテナパッケージと、前記アンテナパッケージに接続される無線送受信機能を有する半導体チップを有し、前記アンテナパッケージは、一端面側に開口部を有し、複数の金属柱で構成される導波路と、前記導波路と一体に、前記導波路の開口部と反対側に、前記無線送受信機能を有する半導体チップと外部回路とのインタフェース回路が誘電体と導電体による多層構造により形成されていることを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成する本発明に従うアンテナモジュールは、第２の側面として複数の金属柱で構成される導波路を有するアンテナモジュールであって、回路用導電体が多層構造により形成されているプリント回路基板と、前記プリント回路基板に接続される無線送受信機能を有する半導体チップを有し、更に、前記プリント回路基板の多層構造の一部領域に、前記プリント回路基板の一端面に対応して開口部を有し、前記プリント回路基板の回路用導電体と一体に形成される複数の金属柱で構成される導波路を有することを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成する本発明に従う無線デバイスは、アンテナモジュールが、プリント回路基板に実装された無線デバイスであって、前記アンテナモジュールは、アンテナパッケージと、前記アンテナパッケージ上に接続される無線送受信機能を有する半導体チップを有し、前記アンテナパッケージは、一端面側に開口部を有し、複数の金属柱で構成される導波路と、前記導波路と一体に、前記導波路の開口部と反対側に、前記無線送受信機能を有する半導体チップと外部回路とのインタフェース回路が誘電体と導電体による多層構造により形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
上記本発明の特徴として、半導体技術及び基板製造技術の応用により低コストで量産に適した実装構造の、基板側面に放射面を有するアンテナモジュールを提供でき、更にかかるアンテナモジュールを用いる小型の携帯無線デバイスが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるアンテナモジュールの実施例構成の平面図である。
【図２】図１の中央部破線に沿う横断面構造を示す図である。
【図３】アンテナモジュール１の形状の一例を示す上面図である。
【図４Ａ】アンテナモジュール１を搭載した無線デバイスの構成例の平面図である。
【図４Ｂ】図４Aに示す無線デバイス平面図の中央部の断面図である。
【図５Ａ】アンテナモジュールをPCB基板の回路導体と一体に形成した無線デバイスの構成例の横断面である。
【図５Ｂ】ＰＣ用マザーボードに本発明に従うアンテナモジュールを組み込んで構成される無線デバイスの断面概念図である。
【図６】アンテナモジュール１の多層構造の製作工程の概略を示す図である。
【図７】本発明に従うアンテナモジュールにおける導波路部分の詳細を示す斜視図である。
【図８】反射器の作用を理解するための導波路２の電界Ｅの強さの分布状態を示す図である。
【図９】Ｅ面における角度（垂直方向）変化を説明する図である。
【図１０】Ｈ面における角度（水平方向）変化を説明する図である。
【図１１】図９に示すように測定器を±９０°の範囲で上下方向に移動した時のマッチングポストによるE面における放射特性の測定結果を示す図である。
【図１２】図１０に示すように測定器を±９０°の範囲で水平方向に移動した時のマッチングポストによるH面における放射特性の測定結果を示す図である。
【図１３】図９に示すように測定器を±９０°の範囲で上下方向に移動した時の反射器によるE面における放射特性の測定結果を示す図である。
【図１４】図１０に示すように測定器を±９０°の範囲で水平方向に移動した時の反射器によるH面における放射特性の測定結果を示す図である。
【図１５】導波路に導波器を有する実施例構成を示す図である。
【図１６】図１５に対応する導波器３０の実施例配置を示す平面図である。
【図１７】導波器の一効果として利得向上を示すグラフである。
【図１８】導波器の有無による周波数60 GHzの時の放射パターンの変化(指向性)の様子を示す図である。
【図１９】反射器を送受セパレーションに利用した一形態を示す実施例である。
【図２０】導波路２の開口部２５から放射されるミリ波ビームのＥ面方向へのチルト（偏り）を抑制するための構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下図面に従い本発明に従うアンテナモジュールの実施例構成を説明する。
【００２１】
図１は、本発明によるアンテナモジュールの一実施例構成の平面図であり、理解容易のため、透視状に示している。
【００２２】
図２は、図１の中央部点線A-Aに沿う横断面構造を示す図である。
【００２３】
アンテナモジュール１は、アンテナパッケージ１０と、アンテナパッケージ１０の一例として上面側にフリップチップ接続された無線送受信機能素子を有する半導体チップ４を有している。なお、図２では、半導体チップ４が、フリップチップ接続されているが、半導体チップ４のバンプ４A，４Bを有する側と反対面（図２において半導体チップ４の上面側）をアンテナパッケージ１０と対向するようにして載置してアンテナパッケージ１０の所定端子とワイヤボンディング接続するようにしてもよい。
【００２４】
さらに、電磁的シールドと保護のために半導体チップ４を覆うシールドカバー５が設けられている。
【００２５】
アンテナパッケージ１０において、複数のポスト(柱)壁２０と上下の導体（銅箔）２１，２２により、前方端面に電波が放射される開口部２５を有する導波路２を構成している。
【００２６】
かかるアンテナパッケージ１０は、導電体を、誘電体を介して多層に積層して形成される。かかる場合の製法の手順については後に説明する。
【００２７】
さらに、図２に示すように導波路２の後方側には中央導体２３が挿入される給電部を構成している。
【００２８】
これにより、中央導体２３から導入されるミリ波信号は給電部で変換され、導波路２の前方の開口部２５から電磁波として放射される。
【００２９】
さらに、導波路２の後側に導電体を、誘電体を介して積層して形成されるインタフェース部３を有している。インタフェース部３は、アンテナモジュールが接続される外部回路とのインタフェース機能を果たす。
【００３０】
半導体チップ４の出力端と中心導体２３は、アンテナパッケージ１０上に形成された、マイクロストリップ、コプレーナ等の線路２４により接続される。
【００３１】
線路２４及び半導体チップ４に対する電磁的シールドと保護のために、アンテナモジュール１の表面側に導電体カバー５を設けている。
【００３２】
アンテナモジュール１の裏面側には、図１、図２において図示しないプリント回路基板（ＰＣＢ）の回路導体と接続するための複数の接続端子３０を有している。
【００３３】
図３は、アンテナモジュール１の形状の一例を示す上面図である。ここでも便宜的に理解容易の様に、透視状に示している。
【００３４】
図３において、アンテナモジュール１の外形寸法はおよそ１５mm角であり、無線送受信機能素子を有する半導体（CMOS）チップ４の外形はおよそ４mm角である。
【００３５】
図３に示す例では、それぞれ複数の金属柱２０A、２０Bで形成される柱壁導波路２A,２Bは、送信側Ｔｘと受信側Ｒｘ用にそれぞれ用意されている。送信側Ｔｘ及び受信側Ｒｘの導波路２A,２Bにおける給電部に挿入される中心導体２３Ａ，２３Ｂと無線送受信機能素子を有する半導体チップ４の入力及び出力端子とは、それぞれ線路２４Ａ，２４Ｂを通して接続されている。
【００３６】
図２に戻り、柱壁導波路２及びインタフェース部３の導体は、例えば、ＦＲ−４規格のガラス布基材エポキシ樹脂を介して導電体が多層化されて構成される。
【００３７】
図４Ａは、上記に説明したアンテナモジュール１を用いる無線デバイスの一構成例の平面図である。図４Ｂは、図４Ａに示す無線デバイス平面図の中央部の断面図で、長手方向を短縮して示している。
【００３８】
図４Ａ、図４Ｂに示す実施例の無線デバイスは、パーソナルコンピュータ（PC）等に接続される無線カードの例である。
【００３９】
図４Ａ、図４Ｂにおいて、プリント回路（PCB）基板６の上部に先に説明した本発明に従うアンテナモジュール１が、裏面側の接続端子３０を介して、ＰＣＢ基板６の回路導体と接続されている。
【００４０】
無線カードとして、PCのカードコネクタと接続される複数の接続端子７が、ＰＣＢ基板６の後端側に設けられている。したがって、接続端子７が設けられる端面と反対側のカード端面に導波路２の開口部２５が位置し、マイクロ波、あるいはミリ波帯の電磁波が放射又は受信される。
【００４１】
ここで、図４Ａ、図４Ｂに示す無線デバイスは、ＰＣＢ基板６の上部に本発明に従うアンテナモジュール１が搭載される形態であるが、アンテナモジュール１をＰＣＢ基板６の多層回路導体と一体に形成する、即ちプリント回路基板６内にアンテナモジュール１を組み込むように構成することも可能である。
【００４２】
図５Ａは、かかるＰＣＢ基板１０Ａ内に本発明に従うアンテナモジュールを組み込んで構成される無線デバイスの断面概念図である。
【００４３】
図５Ａにおいて、長手方向については、省略して示している。アンテナモジュール１のアンテナパッケージ１０の部分が、ＰＣＢ基板６の他の回路導体１０Ｂと一体に製造される。かかる場合は、図２において説明したインタフェース部３は、ＰＣＢ基板６の他の回路導体１０Ｂとのインタフェースを行う機能部が対応し、かかる機能は半導体チップ４に備えられる。
【００４４】
なお、無線デバイスとして図４Ａ、図４Ｂあるいは、図５Ａに示す例では、無線カードの例としてＰＣコネクタと接続される接続端子７を有するように示しているが、本発明の適用はこれに限られない。すなわち、例えば、ＰＣのマザーボード６０に本発明に従うアンテナモジュール１を図４Ａ、４Ｂの例のように接続あるいは、図５Ｂに示すように、マザーボード６０にアンテナモジュール１を一体に組み込むように構成してもよい。
【００４５】
ここで、上記アンテナモジュール１の多層構造の製作工程の概略を、図６を用いて説明する。なお、説明の簡単化のため、製作工程を示す図６において、左上部に示すように柱壁導波路２の一部分を例にして４層構造の製作工程を以下に説明する。
【００４６】
まず、第一にガラス布基材エポキシ樹脂等の誘電体層Iの両面に銅箔CF1,CF2を形成する(図６：（１）)。
【００４７】
次いで、導体部となる領域を残し、上面側の銅箔CF2をエッチング除去する(図６：（２）)。
【００４８】
導体部となる領域を残した上面側の銅箔CF2及び第一の誘電体層Iの上面側に更に第二の誘電体層IIを積層する。さらに、積層された第二の誘電体層IIの上面に銅箔CF３を形成する（図６：（３）)。
【００４９】
そして、第一の誘電体層Iの下面側の銅箔CF1及び第二の誘電体層IIの上面に形成された銅箔CF３のそれぞれの上に、順に銅メッキCM1,2及び蓋メッキLM1,2を順に施す（図６：（４）)。
【００５０】
さらに、マスクを用いて第二の誘電体層IIの上面の銅箔CF3、銅メッキCM2及び蓋メッキLM2の、導波路２が形成される部分を残してエッチング除去する（図６：（５）)。
【００５１】
次に、第二の誘電体IIの上面に、第三の誘電体IIIを形成する。ついで、第三の誘電体IIIからから、中心導体２３に対応する位置に貫通穴を形成し、貫通穴内面に銅メッキを施す。さらに、貫通穴の先端側に対応する銅箔CF1、銅メッキCM１及び蓋メッキLM１の層を、導体部となる領域を残して除去する（図６：（６））。
【００５２】
さらに、第一の誘電体Iの下側に第四の誘電体層IVを形成する。第四の誘電体IVの下側に、銅箔CF4を形成する。そして、銅箔CF4側から金属柱２０に相当する位置にスルーホールを形成し、内面に銅メッキを施す。これにより金属柱２０が形成される（図６：（７））。
【００５３】
さらに、導波路２の周囲導体となる部分を残し、銅箔CF4を除去して完成する（図６：（８））。
【００５４】
上記に概略説明したように、本発明に従うアンテナモジュールは、半導体製造技術により多層構造で容易に製作が可能である。
【００５５】
図７は、上記した本発明に従うアンテナモジュールにおける導波路部分の詳細を示す斜視図である。
【００５６】
複数の金属柱２０は、先に説明したように、誘電体層に設けられる貫通穴の内面を銅メッキして得られる。
【００５７】
複数の金属柱２０と、複数の金属柱２０の上面及び下面の導電層２１，２２により一方側に開口部２５が設けられた閉空間即ち、導波路２が形成される。この閉空間の開口部２５と反対側にマイクロストリップライン等の線路２４に接続される中心導体２３が挿入される空間領域を有する。この空間領域が給電部となり、給電部に挿入されるミリ波信号が導波路２を通って、開口部２５即ち、基板端面から電磁波として放射されることになる。
【００５８】
ここで、複数の金属柱２０は、導波路２の擬似的な周囲導体となるために、隣接する金属柱２０の間隔が、使用するミリ波波長よりも短い間隔となる様に配置される。
【００５９】
さらに、図７に示す実施例では、開口部２５の内側に向かう左右位置に金属柱２０A１,２０Ａ２が設けられている。これにより、開口部２５の放射面は、狭く設定されている。
【００６０】
かかる構成となる金属柱２０A１,２０Ａ２は、インピーダンス調整器の役割を持ち、開口部２５の外側の空間インピーダンスとの整合を図ることができる。
【００６１】
さらに、図７において、開口部２５の外側に向かう左右位置に金属柱２０Ｂ１,２０B２が設けられている。この金属柱２０Ｂ１,２０B２は、反射器としての機能を有する。
【００６２】
図８は、反射器の作用を理解するための導波路２の電界Ｅの強さの分布状態を示す図である。
【００６３】
図８（Ａ）は、反射器となる金属柱２０Ｂ１,２０B２を有しない構造の導波路の場合の電界Ｅの分布であり、図８（Ａ）は、図７に示すように金属柱２０Ｂ１,２０B２を有する構造の導波路の場合の電界Ｅの強度分布である。
【００６４】
図８（Ａ）、図８（Ｂ）の比較から図８（Ｂ）の金属柱２０Ｂ１,２０B２を有する構造の導波路の場合、開口部から後方への電界Ｅの分布は抑えられ、前方向への電界Ｅの強度が大きくなっていることが理解できる。
【００６５】
このように、本発明の特徴の一つとして、導波路２の開口部２５の左右に反射器を設けることにより、前方への電解Ｅの強度を大きくすることができる。
【００６６】
以下にインピーダンス調整器としての金属柱２０A１,２０Ａ２（以降適宜、マッチングポストと称する）及び反射器としての金属柱２０Ｂ１,２０B２（以降適宜、反射器と称する）の効果について、更にシミュレーション測定結果について考察する。
【００６７】
測定は、導波路２の開口部２５の前方の水平方向に一致する角度０°に測定器を置き、更に測定器を図９に示すようにＥ面の方向に±９０°、図１０に示すようにＨ面の方向に±９０°移動させて放射特性の変化を測定した。
【００６８】
図１１、図１２は、マッチインポストによる特性の変化を示す測定結果グラフである。図１１は図９に示すように測定器を±９０°の範囲で上下方向に移動した時のE面における放射特性、図１２は図１０に示すように測定器を±９０°の範囲で水平方向に移動した時のH面における放射特性の測定結果である。
【００６９】
横軸に、角度±９０°を、縦軸に完全無指向性アンテナとの利得比（絶対利得）dBiで利得を示している。以下特性グラフにおいて同様である。
【００７０】
図１１において、マッチインポストを設けない場合（図１１（B））に比べ、マッチインポストを設けた場合（図１１（A））は、使用周波数58GHz〜66GHzのそれぞれについて、角度±９０°の範囲で利得が向上していることが理解できる。
【００７１】
又、図１２において、マッチインポストを設けない場合（図１２（B））に比べ、マッチインポストを設けた場合（図１２（A））は、先の図１１におけると同様に、使用周波数58GHz〜66GHzのそれぞれについて、角度±９０°の範囲で利得が向上していることが理解できる。
【００７２】
すなわち、マッチインポストの効果として、導波路２の開口部２５から、外部の空間インピーダンスと、導波路のインピーダンスを整合し、外部に放出される信号の利得を向上させる効果がある。
【００７３】
ついで、図１３、図１４は、反射器による特性の変化を示す測定結果グラフである。図１３は図９に示すように測定器を±９０°の範囲で上下方向に移動した時のE面における放射特性、図１４は図１０に示すように測定器を±９０°の範囲で水平方向に移動した時のH面における放射特性の測定結果である。
【００７４】
図１３に示すE面における角度０°と図１４に示すH面における角度０°における利得の大きさは一致し、これを基準に図１３は、反射器の有（図１３（A））、無（図１３（B）によるE面の角度による、利得の変化を示している。図１４は、反射器の有（図１４（A））、無（図１４（B））によるH面の角度による、利得の変化を示している。
【００７５】
特にH面の角度の大きい領域における利得を減少し、開口部２５に対し、垂直方向即ち、E面, H面において０°の方向に利得を高めていることが理解できる。
【００７６】
これらから、本発明に従い、導波路にマッチインポストを設けることにより開口部２５から放出される信号のエネルギーを大きくし、更に、放出された電波が広がるのを抑制し、開口部２５に対する垂直方向に集中させて、放出される信号の利得を高めることを可能意にしている。
【００７７】
図１５は、更に本発明の実施例であり、導波路２の開口部２５の前方位置に導波路４０を設けた構成例である。
【００７８】
図１５（A）の導波器４０は、ループ型であり、それぞれ２本の導電ポストを上下の導体でループ状にしている。一方、図１５（B）に示す構成は、ポスト型であり、２本の導電ポストを開口部２５の前方に従続して２段に配置している。
【００７９】
図１６は、図１５に対応する導波器４０の実施例配置を示す平面図（図１６（A）、図１６（B））である。
【００８０】
図１７、図１８は、導波器３０の効果として導波器４０の方向における利得の向上を示すグラフである。
【００８１】
図１７において、横軸に周波数、縦軸に利得が示される。この図において、導波路を設ける場合それぞれの使用周波数で利得が大きくなっていることが分かる。
【００８２】
さらに、図１８は、使用周波数６０GHzについて、導波路有無でのE面の導波路の方向からの角度による変化[1],[2]、及び導波路有無でのH面の導波路の方向からの角度による変化[3],[4]を示している。なお、図１８は、各条件において、最大の利得の時を基準にした相対振幅（ｄB）で示している。
【００８３】
これにより、導波器を設けた場合、E面、H面のいずれも、導波器３０の方向（E面、H面の角度０°）に利得が集中されることが理解できる。
【００８４】
かかる特性を用いると、固定される導波路の向きに対して、導波器の位置を変えることにより、所望の方向にビームを集中させ、利得を高めることが可能である。
【００８５】
図１９は、上記した反射器を利用した無線デバイス一形態を示す実施例であり、反射器を送受セパレーションに利用した実施例である。
【００８６】
この実施例は反射器５０として、送受用にそれぞれ独立して導波路２Ａ，２Ｂを設けた例である。反射器５０は、先の実施例と同様に、複数の導電ポストによる場合、あるいは金属板で形成することができる。
【００８７】
かかる反射器５０を設ける構成により、送受信間のアイソレーションを可能とし、且つ反射器５０の角度を調整することにより、導波路４０による効果と相乗してＨ面の指向性を容易に制御することができる。
【００８８】
図２０は、更に導波路２の開口部２５から放射されるビームのＥ面方向へのチルト（偏り）を抑制するために構成例である。
【００８９】
すなわち、ＰＣＢ基板６に、スルーホール列(図面の垂直方向に設けられる複数のスルーホール)３１を設ける。このスルーホール列３１により等価的に導波路２の下側に等価的に金属板が形成される。
【００９０】
このスルーホール列３１に位置は、開口部２５から放射されるビームの位相と、スルーホール列により反射され、折り返されるビームの位相とを一致させる距離、従って、使用波長の1/2波長の大きさである。
【００９１】
一方、導波路２の上側には、チップ４を覆う金属のシールドキャップ５の端面が対応する。
【００９２】
したがって、開口部２５から放射されるミリ波ビームのＥ面方向へのチルト成分は、これらスルーホール列に及びシールドキャップ５の端面により反射されて前方向にビームを集中させることができる。
【符号の説明】
【００９３】
１：アンテナモジュール
１０：アンテナパッケージ
２：導波路
２０：金属柱（ポスト）
２１，２２：導体（銅箔）
２３：中心導体
２４：線路
３：インタフェース部
３０：端子
４：半導体チップ
４Ａ，４Ｂ：バンプ
５：シールドカバー
６：PCB基板
２０A１,２０A2：マッチングポスト
２０B１,２０B2：反射器
４０：導波器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属柱で構成される導波路を有するアンテナモジュールであって、
アンテナパッケージと、
前記アンテナパッケージに接続される無線送受信機能を有する半導体チップを有し、
前記アンテナパッケージは、
一端面側に開口部を有し、複数の金属柱で構成される導波路と、
前記導波路と一体に、前記導波路の開口部と反対側に、前記無線送受信機能を有する半導体チップと外部回路とのインタフェース回路が誘電体と導電体による多層構造により形成されている、
ことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項２】
請求項１において、
前記導波路は、前記一端面側と反対の後方側に中心導体が挿入される給電部が形成され、
前記無線送受信機能を有する半導体チップの入力端又は出力端と前記中心導体とを接続する線路が前記アンテナパッケージに形成されている、
ことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項３】
複数の金属柱で構成される導波路を有するアンテナモジュールであって、
回路用導電体が多層構造により形成されているプリント回路基板と、
前記プリント回路基板に接続される無線送受信機能を有する半導体チップを有し、更に、
前記プリント回路基板の多層構造の一部領域に、前記プリント回路基板の一端面に対応して開口部を有し、前記プリント回路基板の回路用導電体と一体に形成される複数の金属柱で構成される導波路を有する、
ことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項４】
請求項３において、
前記導波路は、前記一端面側と反対の後方側に中心導体が挿入される給電部が形成され、
前記無線送受信機能を有する半導体チップの入力端又は出力端と前記中心導体とを接続する線路が前記プリント回路基板に形成されている、
ことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記導波路の開口部の前記開口部を狭める内側位置に第１の追加の金属柱が形成され、前記開口部の外側の空気層とのインピーダンス整合を行うことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記導波路の開口部の外部両側位置に第２の追加の金属柱により、または導電板により反射器が形成されていることを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記導波路の開口部の外側前方向の位置に、一又は複数段に並べられた第３の追加の金属柱による導波器を有することを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項８】
アンテナモジュールが、プリント回路基板に実装された無線デバイスであって、
前記アンテナモジュールは、アンテナパッケージと、前記アンテナパッケージに接続される無線送受信機能を有する半導体チップを有し、
前記アンテナパッケージは、
一端面側に開口部を有し、複数の金属柱で構成される導波路と、
前記導波路と一体に、前記導波路の開口部と反対側に、前記無線送受信機能を有する半導体チップと外部回路とのインタフェース回路が誘電体と導電体による多層構造により形成されている、
ことを特徴とする無線デバイス。
【請求項９】
請求項８において、
前記導波路は、前記一端側と反対側に中心導体が挿入される給電部が形成され、
さらに、前記導波路と前記無線機能部のインタフェース部に、無線送受信機能を有する半導体チップが接続され、
前記無線送受信機能を有する半導体チップの入力端又は出力端と前記中心導体とを接続する線路が形成され、
前記導波路の開口部の外部両側位置に追加の金属柱により、または導電板により、前記導波路の開口部から放射される電波の水平方向における電波の反射器が形成され、
さらに、前記半導体チップを覆うシールドキャップが設けられ、
前記プリント回路基板に前記アンテナモジュールのパッドと接続された複数の金属柱を有し、
前記シードキャップの端面と前記プリント回路基板に形成された複数の金属柱により、前記導波路の開口部から放射される電波の垂直方向における反射器として機能させ、前記プリント回路基板に形成された複数の金属柱は、前記開口部から放射される電波のビームの位相と、前記プリント回路基板に形成された複数の金属柱により反射する電波の位相が一致する距離に設けられている、
ことを特徴とする無線デバイス。
【請求項１】
複数の金属柱で構成される導波路を有するアンテナモジュールであって、
アンテナパッケージと、
前記アンテナパッケージに接続される無線送受信機能を有する半導体チップを有し、
前記アンテナパッケージは、
一端面側に開口部を有し、複数の金属柱で構成される導波路と、
前記導波路と一体に、前記導波路の開口部と反対側に、前記無線送受信機能を有する半導体チップと外部回路とのインタフェース回路が誘電体と導電体による多層構造により形成されている、
ことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項２】
請求項１において、
前記導波路は、前記一端面側と反対の後方側に中心導体が挿入される給電部が形成され、
前記無線送受信機能を有する半導体チップの入力端又は出力端と前記中心導体とを接続する線路が前記アンテナパッケージに形成されている、
ことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項３】
複数の金属柱で構成される導波路を有するアンテナモジュールであって、
回路用導電体が多層構造により形成されているプリント回路基板と、
前記プリント回路基板に接続される無線送受信機能を有する半導体チップを有し、更に、
前記プリント回路基板の多層構造の一部領域に、前記プリント回路基板の一端面に対応して開口部を有し、前記プリント回路基板の回路用導電体と一体に形成される複数の金属柱で構成される導波路を有する、
ことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項４】
請求項３において、
前記導波路は、前記一端面側と反対の後方側に中心導体が挿入される給電部が形成され、
前記無線送受信機能を有する半導体チップの入力端又は出力端と前記中心導体とを接続する線路が前記プリント回路基板に形成されている、
ことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記導波路の開口部の前記開口部を狭める内側位置に第１の追加の金属柱が形成され、前記開口部の外側の空気層とのインピーダンス整合を行うことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記導波路の開口部の外部両側位置に第２の追加の金属柱により、または導電板により反射器が形成されていることを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記導波路の開口部の外側前方向の位置に、一又は複数段に並べられた第３の追加の金属柱による導波器を有することを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項８】
アンテナモジュールが、プリント回路基板に実装された無線デバイスであって、
前記アンテナモジュールは、アンテナパッケージと、前記アンテナパッケージに接続される無線送受信機能を有する半導体チップを有し、
前記アンテナパッケージは、
一端面側に開口部を有し、複数の金属柱で構成される導波路と、
前記導波路と一体に、前記導波路の開口部と反対側に、前記無線送受信機能を有する半導体チップと外部回路とのインタフェース回路が誘電体と導電体による多層構造により形成されている、
ことを特徴とする無線デバイス。
【請求項９】
請求項８において、
前記導波路は、前記一端側と反対側に中心導体が挿入される給電部が形成され、
さらに、前記導波路と前記無線機能部のインタフェース部に、無線送受信機能を有する半導体チップが接続され、
前記無線送受信機能を有する半導体チップの入力端又は出力端と前記中心導体とを接続する線路が形成され、
前記導波路の開口部の外部両側位置に追加の金属柱により、または導電板により、前記導波路の開口部から放射される電波の水平方向における電波の反射器が形成され、
さらに、前記半導体チップを覆うシールドキャップが設けられ、
前記プリント回路基板に前記アンテナモジュールのパッドと接続された複数の金属柱を有し、
前記シードキャップの端面と前記プリント回路基板に形成された複数の金属柱により、前記導波路の開口部から放射される電波の垂直方向における反射器として機能させ、前記プリント回路基板に形成された複数の金属柱は、前記開口部から放射される電波のビームの位相と、前記プリント回路基板に形成された複数の金属柱により反射する電波の位相が一致する距離に設けられている、
ことを特徴とする無線デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１７】
【図１８】
【図２０】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１５】
【図１６】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１７】
【図１８】
【図２０】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１５】
【図１６】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−１０９４３８（Ｐ２０１１−１０９４３８Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６２６２９（Ｐ２００９−２６２６２９）
【出願日】平成２１年１１月１８日（２００９．１１．１８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、総務省、「ミリ波帯ブロードバンド通信用超高速ベースバンド・高周波混載集積回路技術の研究開発」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０８０６６５４４）株式会社 アムシス (4)
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１８日（２００９．１１．１８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、総務省、「ミリ波帯ブロードバンド通信用超高速ベースバンド・高周波混載集積回路技術の研究開発」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０８０６６５４４）株式会社 アムシス (4)
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
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