ポスト壁導波路アンテナ及びアンテナモジュール
【課題】充分な送受アンテナ間のアイソレーションレベルを得ることが可能のアンテナ及びこれを使用するアンテナモジュールを得る。
【解決手段】誘電体ブロックに形成されたポスト壁導波路アンテナであって、誘電体ブロックの第１の領域にポスト壁導波路が形成され、前記誘電体ブロックの第２の領域に、前記第１の領域に形成されたポスト壁導波路の開口から連続する誘電体導波路を有し、前記ポスト壁導波路は、前記誘電体ブロックの上下面に形成された導体箔と、両側ポスト壁と後方ポスト壁を有し、前記両側ポスト壁と後方ポスト壁を、前記誘電体ブロックを上下に貫通する複数の金属柱で形成し、前記金属柱の上下両端面のそれぞれが前記導体箔に接続され、更に前記誘電体導波路は、前記誘電体ブロック自体である。
【解決手段】誘電体ブロックに形成されたポスト壁導波路アンテナであって、誘電体ブロックの第１の領域にポスト壁導波路が形成され、前記誘電体ブロックの第２の領域に、前記第１の領域に形成されたポスト壁導波路の開口から連続する誘電体導波路を有し、前記ポスト壁導波路は、前記誘電体ブロックの上下面に形成された導体箔と、両側ポスト壁と後方ポスト壁を有し、前記両側ポスト壁と後方ポスト壁を、前記誘電体ブロックを上下に貫通する複数の金属柱で形成し、前記金属柱の上下両端面のそれぞれが前記導体箔に接続され、更に前記誘電体導波路は、前記誘電体ブロック自体である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポスト壁導波路アンテナ及びこれを有するアンテナモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンテンツの大容量化に伴い、ミリ波を用いた高速大容量無線通信への期待が高まっており（非特許文献１）、利用モデルの一つとして携帯端末を用いた60 GHz 帯における近距離高速ファイル転送が提案されている（例えば、非特許文献４[ 図１]等）。本モデルは端末を通信対象へ向けて使用するのが特徴であり、かかる場合、基板に実装されたアンテナは、前記基板に平行なビームを出力することが要求される。
【０００３】
このようなモデルではホーンアンテナ等の導波路アンテナが必要となる。しかし、従来の導波路は金属の立体構造であるために重量が大きくなり、携帯機器への使用は困難である。
【０００４】
これに対してポスト(柱)壁導波路と呼ばれる技術が提案されている（非特許文献２，３）。
【０００５】
かかるポスト壁導波路は、電子回路のプリント基板(PCB：Printed-Circuit Board)の上下の導体（銅箔）を金属メッキされた貫通穴で電気的につなげた金属柱（導体ポスト）を複数並べてポスト(柱)壁と呼ばれる導電壁を形成して方形導波管の狭壁に擬似させたものである。
【０００６】
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。
【０００７】
本発明者等は、先に基板側面にアンテナ開口を有する平面実装パッケージへ集積可能なポスト(柱)壁導波路開口アンテナを提案し（非特許文献４）、更にシステムの要求(利得６ｄＢｉ，３ｄＢビーム幅４０〜６０°)を満たすアンテナを提案し、実現している(特許文献１、非特許文献５)。
【０００８】
図１は、かかる本発明者等が、先に提案した導波路アンテナの概念斜視図である。理解容易のように透視状に図示している。図２は、図１の上面図であり、同様に理解容易に透視状に示している。
【０００９】
誘電体ブロック１に複数の導体ポスト(金属柱)２を設けて、導波路の両側ポスト壁２Ａ,２Ｂ及び後方ポスト壁２Ｃを形成する(図２参照)。さらに、複数の導体ポスト２の上下両端面のそれぞれに電気的に接続する導体箔（例えば銅箔）３Ａ,３Ｂが形成されている。これにより、導波路として導波管型のポスト壁導波路が形成される。
【００１０】
ポスト壁導波路の後方側に擬似同軸の中心導体４が挿入される変換部を形成している。これによりパッド４０に図示しない回路から供給されるミリ波（またはマイクロ波）信号が、ストリップライン４１を通り中心導体４に導入され、変換部で、導波管モードに変換されてポスト壁導波路を通り、開口５から矢印方向に電磁波として放射される。
【００１１】
ここで、開口５の内側に向く左右位置に導体ポスト２１Ａ（２１Ｂ）が設けられている。これは、通常の導波管で用いられるアイリスのように導波路の広壁幅を調整し、並列インダクタンスを実現して整合回路を得るためのものである。これにより開口５の外側の空間インピーダンスとの整合を図ることが出来る。
【００１２】
また、開口５の外側に向かう左右位置に複数の導体ポスト２２Ａ(２２Ｂ)が設けられている。この導体ポスト２２Ａ(２２Ｂ)は、反射器としての機能を有する。
【００１３】
図１、図２に示した構造のポスト壁導波路をアンテナとし、回路素子と一体化して、アンテナモジュールが形成される。
【００１４】
図３は、アンテナモジュールの全体を示す図であり、アンテナモジュール構成の上面概略図である。
【００１５】
丸で囲んだポスト壁導波路アンテナ部分２０の導体ポスト２によるポスト壁と配線層が、ガラス布基材エポキシ樹脂等の誘電体を多層状にした多層ブロック体１０に形成されている。この多層ブロック体１０上に回路素子を構成するＩＣチップ６がフリップ実装あるいは、ワイヤボンディングで実装されている。ＩＣチップ６と、給電部の中心導体４との間は、マイクロストリップライン４１で接続されている。
【００１６】
ここで、アンテナモジュールを無線デバイスに適用する場合、多くは送受信機能を備えた構成である。
【００１７】
図４は、送受信機能を備えたアンテナモジュールのＲＦ部の一例のブロックダイヤグラムであり、受信時における各部の信号レベルを検討する図である。
【００１８】
図４において、５９〜６６ＧＨｚの周波数帯において、送信出力を３ｄＢｍとし、６ｄＢｉのアンテナ利得で、送受信間の距離を１ｍと想定すると、空間でのロス−６８ｄＢにより、低雑音増幅器（ＬＮＡ）の入力信号レベルは、−５３ｄＢｍとなる。この入力信号に対して、送信アンプ（ＰＡ）を通してローカル信号の漏れによるノイズ（−４０ｄＢｍ）が影響する。さらに、受信雑音指数ＮＦを１０ｄＢとし、最終的にＩＦ段のキャリアノイズ比（ＣＮＲ）を１０ｄＢとすると、送受信間のアイソレーションレベルを３０ｄＢ以下とすることが必要となる。
【００１９】
図５は、かかるブロックダイヤグラムに対応するアンテナモジュールの平面図を示す。多層ブロック体１０に送信用アンテナ３０Ａと受信用アンテナ３０Ｂが、回路素子としてのＩＣチップ６とともに実装形成されている。ブロック６ＡはＩＦ信号用配線部であり、ブロック６Ｂは直流回路用配線部である。
【００２０】
図５に示す構成では、上記レベルのアイソレーションを先に説明した導体ポスト２２Ａ(２２Ｂ)による反射器を設けて送信用アンテナ３０Ａから受信用アンテナ３０Ａへの回り込みを小さくして、アイソレーションレベルを−３０ｄＢとする条件を満たしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特願２００９−２６２６２９号
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】http://www.ieee802.org/15/pub/TG3c.html
【非特許文献２】”Single-layer Feed Waveguide Consisting of Posts for Plane TEM Wave Excitation in Parallel Plates” Jiro Hirooka and Makoto Ando, IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 46, NO. 5, MAY, 1998
【非特許文献３】"Feed through an Aperture to a Post-Wall Waveguide with Step Structure" Takafumi. KAI, Jiro HIROKAWA, and Makoto ANDO, IEICE TRANCS. COMMUN, VOLE.E88-B, NO.3, pp.1298-1302, MARCH 2005.
【非特許文献４】「ミリ波ファイル転送システムのためのポスト壁導波路アンテナ」中野 洋、須賀 良介、平地 康剛、広川 二郎、安藤 真, 電子情報通信学会論文誌 597−603頁 VOL.J93-C NO.12 DECEMBER 2010
【非特許文献５】”Cost-Effective 60-GHz Antenna Package With End-Fire Radiation for Wireless File-Transfer System” Ryosuke Suga, Hiroshi Nakano, Yasutake Hirachi, Jiro Hirokawa, and Makoto Ando, IEEE TRANSACTIONS THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 58, NO.12, DEMBER 2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
上記のように、特許文献１及び非特許文献４，５で提示した先の構成では、周波数帯域５９〜６６ＧＨｚで利得６ｄＢｉを維持して、要求されるアイソレーション特性を満たすことが出来る。しかし、要求仕様に対してマージンがなく、アンテナの製作公差やプリント基板への二次実装により、仕様要求を満たさなくなる可能性がある。
【００２４】
したがって、本発明の目的は、小型化を維持しながら、要求仕様に対して充分なマージンを確保できる新規な構造のポスト壁導波路アンテナ及び、これを有するアンテナモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成する本発明に従うアンテナは、第１の側面として、
誘電体ブロックに形成されたポスト壁導波路アンテナであって、
誘電体ブロックの第１の領域にポスト壁導波路が形成され、
前記誘電体ブロックの第２の領域に、前記第１の領域に形成されたポスト壁導波路の開口から連続する誘電体導波路を有し、
前記ポスト壁導波路は、前記誘電体ブロックの上下に形成された導体箔と、両側ポスト壁と後方ポスト壁を有し、前記両側ポスト壁と後方ポスト壁を、前記誘電体ブロックを上下に貫通する複数の金属柱で形成し、前記金属柱の上下両端面のそれぞれが前記導体箔に接続され、更に
前記誘電体導波路は、前記誘電体ブロック自体であることを特徴とする。
【００２６】
第２の側面として、第１の側面において、
さらに、前記誘電体導波路はその両側にポスト壁を有し、
前記誘電体導波路のポスト壁は、前記誘電体ブロックを貫通し、前記両側に沿って並べられた複数の金属柱と、前記複数の金属柱の上下両端面のそれぞれに接続する導体箔により構成されることを特徴とする。
【００２７】
上記目的を達成する本発明に従うアンテナは、第３の側面として、
誘電体ブロックに形成されたポスト壁導波路アンテナであって、
誘電体ブロックの第１の領域に一対のポスト壁導波路が形成され、
前記誘電体ブロックの第２の領域に、前記第１の領域に形成された一対のポスト壁導波路のそれぞれの開口から連続する一対の誘電体導波路を有し、
前記一対のポスト壁導波路のそれぞれは、前記誘電体ブロックの上下に形成された導体箔と、両側ポスト壁と後方ポスト壁を有し、前記両側ポスト壁と後方ポスト壁を、前記誘電体ブロックを上下に貫通する複数の金属柱で形成し、前記金属柱の上下両端面のそれぞれが、前記導体箔に接続されており、
前記一対の誘電体導波路は、前記誘電体ブロック自体であることを特徴とする。
【００２８】
第４の側面として、第３の側面において、
さらに、前記一対の誘電体導波路のそれぞれの両側にポスト壁を有し、
前記誘電体導波路のポスト壁は、前記誘電体ブロックを貫通し、前記両側に沿って並べられた複数の金属柱と、前記複数の金属柱の上下両端面のそれぞれに接続する導体箔により構成されることを特徴とする。
【００２９】
第５の側面として、第４の側面において、
前記一対の誘電体導波路は、送信側及び受信側に対応し、前記一対の誘電体導波路のそれぞれの両側のポスト壁の内、送信側及び受信側の隣接するポスト壁は、
前記送信側及び受信側に共通であることを特徴とする。
【００３０】
さらに、第６の側面として、第１又は第３の側面において、更に
前記誘電体導波路の幅の大きさが、前記ポスト壁導波管の開口より大きく、前記開口と前記誘電体導波路の幅とを繋ぐ傾斜領域を有することを特徴とする。
【００３１】
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、
誘電体ブロックに形成されたポスト壁導波路アンテナと、前記ポスト壁導波路アンテナの受信信号及び送信信号を処理する回路素子が一体に形成されたアンテナモジュールであって、
前記ポスト壁導波路アンテナが、
誘電体ブロックの第１の領域に一対のポスト壁導波路が形成され、
前記誘電体ブロックの第２の領域に、前記第１の領域に形成された一対のポスト壁導波路のそれぞれの開口から連続する一対の誘電体導波路を有し、
前記一対のポスト壁導波路のそれぞれは、前記誘電体ブロックの上下に形成された導体箔と、両側ポスト壁と後方ポスト壁を有し、前記両側ポスト壁と後方ポスト壁を、前記誘電体ブロックを上下に貫通する複数の金属柱で形成し、前記金属柱の上下両端面のそれぞれが、前記導体箔に接続され、更に
前記一対の誘電体導波路は、前記誘電体ブロック自体であることを特徴とする。
【００３２】
アンテナモジュールの第２の側面は、アンテナモジュールの第１の側面において、
さらに、前記一対の誘電体導波路のそれぞれの両側にポスト壁を有し、
前記ポスト壁は、前記誘電体ブロックを貫通し、前記両側に沿って並べられた複数の金属柱と、前記複数の金属柱の両端面を接続する導体箔により構成されることを特徴とする。
【００３３】
アンテナモジュールの第３の側面は、アンテナモジュールの第２の側面において、
前記一対の誘電体導波路は、送信側及び受信側に対応し、前記一対の誘電体導波路のそれぞれの両側のポスト壁の内、送信側及び受信側の隣接するポスト壁は、
前記送信側及び受信側に共通であることを特徴とする。
【００３４】
アンテナモジュールの第４の側面は、第１の側面において、更に
前記誘電体導波路の幅の大きさが、前記ポスト壁導波管の開口より大きく、前記開口と前記誘電体導波路の幅とを繋ぐ傾斜領域を有することを特徴とする。
【００３５】
さらに、アンテナモジュールの第４の側面は、第１の側面において、前記回路素子として、マイクロ波信号の送信及び受信機能を有するＩＣチップを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
上記発明の特徴構成により、充分な送受アンテナ間のアイソレーションレベルを得ることが可能のアンテナ及びこれを使用するアンテナモジュールが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明者等が、先に提案した導波路アンテナの概念斜視図である。
【図２】図１の導波路アンテナの上面図である。
【図３】アンテナモジュールを説明する概念構成の上面図である。
【図４】送受信機能を備えたアンテナモジュールのＲＦ部の一例のブロックダイヤグラムである。
【図５】図４のブロックダイヤグラムに対応するアンテナモジュールの平面図を示す図である。
【図６】本発明に従うアンテナの実施例構成の斜視図である。
【図７】図６の上面図である。
【図８Ａ】図６におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図８Ｂ】図６におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図９】一例として図８Ａの部分の作成手順を示す図である。
【図１０】図６に示した本発明に従うアンテナを送受信用に有するアンテナモジュールとする際の、送受アンテナ部の上面概略を示す図である。
【図１１】ポスト壁２０１Ａを共用する構成の送受アンテナを有するアンテナモジュールの構成例を示す上面図である。
【図１２】図１１のＣ−Ｃ線に沿う断面図を示す図である。
【図１３Ａ】Ｈ面（図６の右下図参照）における３次元電磁界シミュレーションを用いて周波数５９〜６６ＧＨｚについて計算した本発明に従うアンテナの指向特性を示す。
【図１３Ｂ】Ｅ面（図６の右下図参照）における３次元電磁界シミュレーションを用いて周波数５９〜６６ＧＨｚについて計算した本発明に従うアンテナの指向特性を示す。
【図１４】非特許文献４，５で報告した２種類のアンテナ[1]：利得2.2ｄBi, [２]：利得6.0ｄBiと比較して本発明のアンテナモジュールの送受信アンテナ間のアイソレーションのレベル[3]を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下に図面に従い、本発明に従う実施例構成を説明する。
【００３９】
図６は、本発明に従うアンテナ（ポスト壁導波路アンテナと称する）の実施例構成の斜視図であり、理解容易のために透視状に示している。
【００４０】
図７は、図６の上面図であり、同様に透視状に示している。図８Ａ、図８Ｂは、それぞれ図６におけるＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００４１】
これらの図に基づき説明すると、本発明に従うポスト壁導波路アンテナの特徴は、第１にポスト壁導波路１００と誘電体導波路（スラブ導波路）２００を有する（図７参照）点にある。
【００４２】
ポスト壁導波路１００の部分は、基本的に図１に示した従来例と同様であり、誘電体ブロック１に複数の導体ポスト(金属柱)２を形成し、更に導電ポスト２の上下両端面のそれぞれに接続する導体箔３Ａ（３Ｂ）を形成して構成する。さらに、後方側に、擬似同軸の中心導体４の挿入される変換部を有する。
【００４３】
誘電体ブロック１（誘電率３．６）は、空気（誘電率１)と界面を成し、従って、誘電体ブロック１自体が誘電体導波路(スラブ導波路)として、ミリ波（あるいはマイクロ波）の伝搬路となる。
【００４４】
図６の構成においては、ポスト壁導波路１００の開口５の領域は、誘電体ブロック自体による誘電体導波路２００に連続し、誘電体ブロック１にポスト壁導波路１００と誘電体導波路（スラブ導波路）２００を有する構成を実現している。
【００４５】
ポスト壁導波路１００の開口５から出力される電磁波は誘電体導波路２００を通して空間に放出される。
【００４６】
かかる図６の実施例において、好ましくは、誘電体導波路２００の両側にポスト壁２０１Ａ（２０１Ｂ）が形成されている。
【００４７】
すなわち、異なる誘電率の物質と界面を有する誘電体自体は、それ自体で電磁波を伝搬する伝搬路となるので、上記した誘電体導波路２００の両側のポスト壁２０１Ａ（２０１Ｂ）は、必須のものではない。
【００４８】
しかし、誘電体導波路２００の両側にポスト壁２０１Ａ（２０１Ｂ）を設けて伝搬路を特定することにより放射損失を少なくし、従って利得を高めるために有利である。さらに、本発明のポスト壁導波路アンテナを送信側及び受信側用に隣接して配置して用いる場合を考慮すると、ポスト壁２０１Ａ（２０１Ｂ）を設ける構成は、必要なアイソレーションレベルを得るために有利な手段である。
【００４９】
また、図７に示すように実施例ではポスト壁２０１Ａ（２０１Ｂ）を構成する導体ポスト(金属柱)２１を複数列（２列）に形成しているが、一列でも良い。
【００５０】
さらに、後に図９に従う形成過程の説明から容易に理解できるように、かかるポスト壁２０１Ａ（２０１Ｂ）は、ポスト壁導波路１００を構成する導体ポスト２と同時に形成される。
【００５１】
さらに、誘電体導波路２００の導体ポスト２１の上端側と電気的に接続し、又、ポスト壁導波路１００の開口５の上側を覆う導体箔３１は、図６に示す様に、誘電体導波路２００の両側のポスト壁２０１Ａ（２０１Ｂ）に沿い且つポスト壁導波路１００の開口５の上部に対応して形成される。
【００５２】
かかる、導体箔３１を形成する理由は、図８Ａ，図８Ｂを参照して次のように説明できる。
【００５３】
図８Ａ，図８Ｂは、それぞれ図６のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。後に説明するように、ポスト壁導波路１００及び誘電体導波路２００は、誘電体の多層で構成され、最上層として導体箔３Ａ上に形成された誘電体層Ｌ５を有する。
【００５４】
したがって、誘電体導波路２００によって放射された電波が誘電体層Ｌ５の内部を通って中心導体４に向かう不要電波伝搬が生じる恐れがある。そのために、誘電体層Ｌ５上に導体箔３１を形成し、且つ導体箔３Ａと複数の導電ポスト３１Ａで電気的に接続することにより、誘電体層Ｌ５による逆方向の電波伝搬を抑制している。
【００５５】
図６に示すアンテナ実施例において、ポスト壁導波路１００の開口５の開口幅と誘電体導波路２００の幅が異なる。さらに、ポスト壁導波路１００の開口５が徐々に広がり、誘電体導波路２００の幅と一致するように変化する、両矢印で示される傾斜領域を有する。このような傾斜領域を設ける理由は、緩やかな開口幅の変移を形成して、開口幅の段差により高次モードが生成されるのを防ぐためである。
【００５６】
先に説明したように、図８Ａ，図８Ｂは、図６のＡ−Ａ線、Ｂ―Ｂ線に沿う断面図であり、多層構造を成している。図９は、一例としてかかる図８Ａの部分の多層構造の形成手順を示す図である。
【００５７】
まず、第一に半硬化状態の有機樹脂層Ｌ３の上下両面に銅箔等の金属層Ｅ１，Ｅ２を張り付けた絶縁層を用意する（図９（１））。半硬化状態の有機樹脂層Ｌ３として、例えば、ガラス布にエポキシ樹脂を含浸させたガラス布基材エポキシ樹脂を用いる。
【００５８】
次いで、金属層Ｅ１，Ｅ２をパターニングにより、擬似同軸４２の中心導体４に対応する部分だけ残し、エッチング除去する（図９（２））。
【００５９】
同様にガラス布基材エポキシ樹脂で片面に金属層Ｅ３が張られた有機樹脂層Ｌ４を、有機樹脂層Ｌ３上に張り付ける。次いで、擬似同軸の中心導体４となる位置に、有機樹脂層Ｌ４を貫通して、有機樹脂層Ｌ３の下側のパターニングされた金属層Ｅ２までビアを形成し、その内面を導電メッキする（図９（３））。
【００６０】
さらに、有機樹脂層Ｌ３に対し、有機樹脂層Ｌ４と反対側に、片面に金属層Ｅ４が張られた有機樹脂層Ｌ２を張り付ける（図９（４））。
【００６１】
ついで、金属層Ｅ３、Ｅ４をパターニングして、それぞれ導体箔３Ａ，３Ｂとし、更に中心導体４の上部端子電極４Ａを残す 。次いで、ポスト壁を形成する金属柱２に対応する位置にビアを形成し、その内面を導電メッキする（図９（５））。
【００６２】
さらに、有機樹脂層Ｌ２の下側に有機樹脂層Ｌ１を張り付け、同様に有機樹脂層Ｌ４上に、一面側に金属層を有する有機樹脂層Ｌ５を張り付ける。有機樹脂層Ｌ５上の金属層をパターニングして擬似同軸の外部導体４２Ａ及び、導体箔３１領域を形成する（図９（６））。
【００６３】
ついで、有機樹脂層Ｌ５をレーザにより、穴開けしてメッキすることにより、導体箔３１と導体箔３Ａとを電気的に接続する接続ポスト３１Ａが形成される。（図９（７））。
【００６４】
上記の工程により、図８Ａに示す断面構造を得ることが出来る。
【００６５】
なお、一例として、図８Ａの断面において、多層構成の各層の厚みは一例として次のようである。
【００６６】
有機樹脂層Ｌ１＝Ｌ５＝３０μｍ、Ｌ２＝Ｌ４＝３００μｍ、Ｌ３＝２６０μｍ
ここで、上記図６に示した本発明に従うアンテナを送受信用に有するアンテナモジュールとする際の、送受アンテナ部の上面概略図を図１０に示す。
【００６７】
図１０において受信側のアンテナは、誘電体導波路２００Ｒｘを有し、送信側のアンテナは、誘電体導波路２００Ｔｘを有する。
【００６８】
図７の説明から、誘電体導波路２００Ｒｘ及び誘電体導波路２００Ｔｘのそれぞれの両側にポスト壁２０１Ａ（２０１Ｂ）を有するが、図１０の実施例においては、隣接する送受アンテナの誘電体導波路２００Ｔｘ及び誘電体導波路２００Ｒｘは、ポスト壁２０１Ａを共用する構成としている。これにより、アンテナモジュールの横幅の拡大を防いでいる。
【００６９】
図１１は、ポスト壁２０１Ａを共用する構成の送受アンテナを有するアンテナモジュールの構成例を示す上面図である。図１２は、図１１のＣ−Ｃ線に沿う断面図を示す図である。
【００７０】
アンテナモジュールは、ガラス布基材エポキシ樹脂等の誘電体層を多層にして、ポスト導波路１００と誘電体導波路２００Ｔｘ（２００Ｒｘ）で構成される送受アンテナを有するポスト壁導波路アンテナ３００及び配線層６Ａ，６Ｂを形成し、上記図９で説明したように多層構造のブロック体１０を構成している。
【００７１】
さらに、この多層ブロック体１０に回路素子としてＩＣチップ６が、フリップ実装、あるいはワイヤボンボンディングにより搭載される（図１１では、ＩＣチップ６の搭載する領域のみを示している）。
【００７２】
多層構造のブロック体１０の大きさは、一例として、およそ１６ｍｍ×１４ｍｍ角の大きさである。この様な、多層構造のブロック体１０の裏面には、ＩＦ信号配線部６Ａ、直流信号配線（ＤＣ）部６Ｂに対応して、外部回路と接続するための複数の電極パッド６Ｃを有している。
【００７３】
したがって、図１１に示したアンテナモジュールを、パーソナルコンピュータに挿入接続されるＰＣカードの構成部品として無線デバイスを構成することが可能である。あるいは、アンテナモジュールを、パーソナルコンピュータのマザーボードに直接搭載することで無線デバイスとすることも可能である。
【００７４】
次に、上記のように構成される本発明に従うアンテナモジュールのアンテナ特性に付いて説明する。
【００７５】
図１３Ａ，図１３Ｂは、それぞれＨ面、Ｅ面（図６の右下図参照）における３次元電磁界シミュレーションを用いて周波数５９〜６６ＧＨｚについて計算した本発明に従うアンテナ部の指向特性であり、Ｈ面、Ｅ面ともに、ビーム幅は６０度程度であることが理解できる。
【００７６】
一方、図１４は、非特許文献４，５で報告した２種類のアンテナ[1]：利得２．２ｄBi, [2]：利得６.０ｄBiと比較して本発明のアンテナモジュールの送受信アンテナ間のアイソレーションのレベル[3]を示すグラフである。
【００７７】
従来の利得６ｄBiを有するアンテナ[2]では、要求アイソレーション（５９ＧＨz〜６６ＧＨｚ帯で、−３０ｄＢとなること）を満たしている。しかし、要求仕様に対してマージンがなく製作公差やプリント基板への二次実装により仕様を下回る可能性がある。
【００７８】
これに対して、本発明に従うアンテナ[3]では、要求仕様に対し約２０ｄＢ程度の充分なマージンを確保している。
【符号の説明】
【００７９】
１ 誘電体ブロック
２、２１Ａ（２１Ｂ），２２Ａ(２２Ｂ) 導体ポスト(金属柱)
３Ａ，３Ｂ，３１ 導体箔（例えば銅箔）
４ 中心導体
４０ パッド
４１ ストリップライン
４２ 擬似同軸
５ 開口
６ ＩＣチップ
１００ ポスト壁導波路
２００ 誘電体導波路(スラブ導波路)
２０１Ａ（２０１Ｂ） ポスト壁
３００ ポスト壁導波路アンテナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポスト壁導波路アンテナ及びこれを有するアンテナモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンテンツの大容量化に伴い、ミリ波を用いた高速大容量無線通信への期待が高まっており（非特許文献１）、利用モデルの一つとして携帯端末を用いた60 GHz 帯における近距離高速ファイル転送が提案されている（例えば、非特許文献４[ 図１]等）。本モデルは端末を通信対象へ向けて使用するのが特徴であり、かかる場合、基板に実装されたアンテナは、前記基板に平行なビームを出力することが要求される。
【０００３】
このようなモデルではホーンアンテナ等の導波路アンテナが必要となる。しかし、従来の導波路は金属の立体構造であるために重量が大きくなり、携帯機器への使用は困難である。
【０００４】
これに対してポスト(柱)壁導波路と呼ばれる技術が提案されている（非特許文献２，３）。
【０００５】
かかるポスト壁導波路は、電子回路のプリント基板(PCB：Printed-Circuit Board)の上下の導体（銅箔）を金属メッキされた貫通穴で電気的につなげた金属柱（導体ポスト）を複数並べてポスト(柱)壁と呼ばれる導電壁を形成して方形導波管の狭壁に擬似させたものである。
【０００６】
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。
【０００７】
本発明者等は、先に基板側面にアンテナ開口を有する平面実装パッケージへ集積可能なポスト(柱)壁導波路開口アンテナを提案し（非特許文献４）、更にシステムの要求(利得６ｄＢｉ，３ｄＢビーム幅４０〜６０°)を満たすアンテナを提案し、実現している(特許文献１、非特許文献５)。
【０００８】
図１は、かかる本発明者等が、先に提案した導波路アンテナの概念斜視図である。理解容易のように透視状に図示している。図２は、図１の上面図であり、同様に理解容易に透視状に示している。
【０００９】
誘電体ブロック１に複数の導体ポスト(金属柱)２を設けて、導波路の両側ポスト壁２Ａ,２Ｂ及び後方ポスト壁２Ｃを形成する(図２参照)。さらに、複数の導体ポスト２の上下両端面のそれぞれに電気的に接続する導体箔（例えば銅箔）３Ａ,３Ｂが形成されている。これにより、導波路として導波管型のポスト壁導波路が形成される。
【００１０】
ポスト壁導波路の後方側に擬似同軸の中心導体４が挿入される変換部を形成している。これによりパッド４０に図示しない回路から供給されるミリ波（またはマイクロ波）信号が、ストリップライン４１を通り中心導体４に導入され、変換部で、導波管モードに変換されてポスト壁導波路を通り、開口５から矢印方向に電磁波として放射される。
【００１１】
ここで、開口５の内側に向く左右位置に導体ポスト２１Ａ（２１Ｂ）が設けられている。これは、通常の導波管で用いられるアイリスのように導波路の広壁幅を調整し、並列インダクタンスを実現して整合回路を得るためのものである。これにより開口５の外側の空間インピーダンスとの整合を図ることが出来る。
【００１２】
また、開口５の外側に向かう左右位置に複数の導体ポスト２２Ａ(２２Ｂ)が設けられている。この導体ポスト２２Ａ(２２Ｂ)は、反射器としての機能を有する。
【００１３】
図１、図２に示した構造のポスト壁導波路をアンテナとし、回路素子と一体化して、アンテナモジュールが形成される。
【００１４】
図３は、アンテナモジュールの全体を示す図であり、アンテナモジュール構成の上面概略図である。
【００１５】
丸で囲んだポスト壁導波路アンテナ部分２０の導体ポスト２によるポスト壁と配線層が、ガラス布基材エポキシ樹脂等の誘電体を多層状にした多層ブロック体１０に形成されている。この多層ブロック体１０上に回路素子を構成するＩＣチップ６がフリップ実装あるいは、ワイヤボンディングで実装されている。ＩＣチップ６と、給電部の中心導体４との間は、マイクロストリップライン４１で接続されている。
【００１６】
ここで、アンテナモジュールを無線デバイスに適用する場合、多くは送受信機能を備えた構成である。
【００１７】
図４は、送受信機能を備えたアンテナモジュールのＲＦ部の一例のブロックダイヤグラムであり、受信時における各部の信号レベルを検討する図である。
【００１８】
図４において、５９〜６６ＧＨｚの周波数帯において、送信出力を３ｄＢｍとし、６ｄＢｉのアンテナ利得で、送受信間の距離を１ｍと想定すると、空間でのロス−６８ｄＢにより、低雑音増幅器（ＬＮＡ）の入力信号レベルは、−５３ｄＢｍとなる。この入力信号に対して、送信アンプ（ＰＡ）を通してローカル信号の漏れによるノイズ（−４０ｄＢｍ）が影響する。さらに、受信雑音指数ＮＦを１０ｄＢとし、最終的にＩＦ段のキャリアノイズ比（ＣＮＲ）を１０ｄＢとすると、送受信間のアイソレーションレベルを３０ｄＢ以下とすることが必要となる。
【００１９】
図５は、かかるブロックダイヤグラムに対応するアンテナモジュールの平面図を示す。多層ブロック体１０に送信用アンテナ３０Ａと受信用アンテナ３０Ｂが、回路素子としてのＩＣチップ６とともに実装形成されている。ブロック６ＡはＩＦ信号用配線部であり、ブロック６Ｂは直流回路用配線部である。
【００２０】
図５に示す構成では、上記レベルのアイソレーションを先に説明した導体ポスト２２Ａ(２２Ｂ)による反射器を設けて送信用アンテナ３０Ａから受信用アンテナ３０Ａへの回り込みを小さくして、アイソレーションレベルを−３０ｄＢとする条件を満たしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特願２００９−２６２６２９号
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】http://www.ieee802.org/15/pub/TG3c.html
【非特許文献２】”Single-layer Feed Waveguide Consisting of Posts for Plane TEM Wave Excitation in Parallel Plates” Jiro Hirooka and Makoto Ando, IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 46, NO. 5, MAY, 1998
【非特許文献３】"Feed through an Aperture to a Post-Wall Waveguide with Step Structure" Takafumi. KAI, Jiro HIROKAWA, and Makoto ANDO, IEICE TRANCS. COMMUN, VOLE.E88-B, NO.3, pp.1298-1302, MARCH 2005.
【非特許文献４】「ミリ波ファイル転送システムのためのポスト壁導波路アンテナ」中野 洋、須賀 良介、平地 康剛、広川 二郎、安藤 真, 電子情報通信学会論文誌 597−603頁 VOL.J93-C NO.12 DECEMBER 2010
【非特許文献５】”Cost-Effective 60-GHz Antenna Package With End-Fire Radiation for Wireless File-Transfer System” Ryosuke Suga, Hiroshi Nakano, Yasutake Hirachi, Jiro Hirokawa, and Makoto Ando, IEEE TRANSACTIONS THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 58, NO.12, DEMBER 2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
上記のように、特許文献１及び非特許文献４，５で提示した先の構成では、周波数帯域５９〜６６ＧＨｚで利得６ｄＢｉを維持して、要求されるアイソレーション特性を満たすことが出来る。しかし、要求仕様に対してマージンがなく、アンテナの製作公差やプリント基板への二次実装により、仕様要求を満たさなくなる可能性がある。
【００２４】
したがって、本発明の目的は、小型化を維持しながら、要求仕様に対して充分なマージンを確保できる新規な構造のポスト壁導波路アンテナ及び、これを有するアンテナモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成する本発明に従うアンテナは、第１の側面として、
誘電体ブロックに形成されたポスト壁導波路アンテナであって、
誘電体ブロックの第１の領域にポスト壁導波路が形成され、
前記誘電体ブロックの第２の領域に、前記第１の領域に形成されたポスト壁導波路の開口から連続する誘電体導波路を有し、
前記ポスト壁導波路は、前記誘電体ブロックの上下に形成された導体箔と、両側ポスト壁と後方ポスト壁を有し、前記両側ポスト壁と後方ポスト壁を、前記誘電体ブロックを上下に貫通する複数の金属柱で形成し、前記金属柱の上下両端面のそれぞれが前記導体箔に接続され、更に
前記誘電体導波路は、前記誘電体ブロック自体であることを特徴とする。
【００２６】
第２の側面として、第１の側面において、
さらに、前記誘電体導波路はその両側にポスト壁を有し、
前記誘電体導波路のポスト壁は、前記誘電体ブロックを貫通し、前記両側に沿って並べられた複数の金属柱と、前記複数の金属柱の上下両端面のそれぞれに接続する導体箔により構成されることを特徴とする。
【００２７】
上記目的を達成する本発明に従うアンテナは、第３の側面として、
誘電体ブロックに形成されたポスト壁導波路アンテナであって、
誘電体ブロックの第１の領域に一対のポスト壁導波路が形成され、
前記誘電体ブロックの第２の領域に、前記第１の領域に形成された一対のポスト壁導波路のそれぞれの開口から連続する一対の誘電体導波路を有し、
前記一対のポスト壁導波路のそれぞれは、前記誘電体ブロックの上下に形成された導体箔と、両側ポスト壁と後方ポスト壁を有し、前記両側ポスト壁と後方ポスト壁を、前記誘電体ブロックを上下に貫通する複数の金属柱で形成し、前記金属柱の上下両端面のそれぞれが、前記導体箔に接続されており、
前記一対の誘電体導波路は、前記誘電体ブロック自体であることを特徴とする。
【００２８】
第４の側面として、第３の側面において、
さらに、前記一対の誘電体導波路のそれぞれの両側にポスト壁を有し、
前記誘電体導波路のポスト壁は、前記誘電体ブロックを貫通し、前記両側に沿って並べられた複数の金属柱と、前記複数の金属柱の上下両端面のそれぞれに接続する導体箔により構成されることを特徴とする。
【００２９】
第５の側面として、第４の側面において、
前記一対の誘電体導波路は、送信側及び受信側に対応し、前記一対の誘電体導波路のそれぞれの両側のポスト壁の内、送信側及び受信側の隣接するポスト壁は、
前記送信側及び受信側に共通であることを特徴とする。
【００３０】
さらに、第６の側面として、第１又は第３の側面において、更に
前記誘電体導波路の幅の大きさが、前記ポスト壁導波管の開口より大きく、前記開口と前記誘電体導波路の幅とを繋ぐ傾斜領域を有することを特徴とする。
【００３１】
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、
誘電体ブロックに形成されたポスト壁導波路アンテナと、前記ポスト壁導波路アンテナの受信信号及び送信信号を処理する回路素子が一体に形成されたアンテナモジュールであって、
前記ポスト壁導波路アンテナが、
誘電体ブロックの第１の領域に一対のポスト壁導波路が形成され、
前記誘電体ブロックの第２の領域に、前記第１の領域に形成された一対のポスト壁導波路のそれぞれの開口から連続する一対の誘電体導波路を有し、
前記一対のポスト壁導波路のそれぞれは、前記誘電体ブロックの上下に形成された導体箔と、両側ポスト壁と後方ポスト壁を有し、前記両側ポスト壁と後方ポスト壁を、前記誘電体ブロックを上下に貫通する複数の金属柱で形成し、前記金属柱の上下両端面のそれぞれが、前記導体箔に接続され、更に
前記一対の誘電体導波路は、前記誘電体ブロック自体であることを特徴とする。
【００３２】
アンテナモジュールの第２の側面は、アンテナモジュールの第１の側面において、
さらに、前記一対の誘電体導波路のそれぞれの両側にポスト壁を有し、
前記ポスト壁は、前記誘電体ブロックを貫通し、前記両側に沿って並べられた複数の金属柱と、前記複数の金属柱の両端面を接続する導体箔により構成されることを特徴とする。
【００３３】
アンテナモジュールの第３の側面は、アンテナモジュールの第２の側面において、
前記一対の誘電体導波路は、送信側及び受信側に対応し、前記一対の誘電体導波路のそれぞれの両側のポスト壁の内、送信側及び受信側の隣接するポスト壁は、
前記送信側及び受信側に共通であることを特徴とする。
【００３４】
アンテナモジュールの第４の側面は、第１の側面において、更に
前記誘電体導波路の幅の大きさが、前記ポスト壁導波管の開口より大きく、前記開口と前記誘電体導波路の幅とを繋ぐ傾斜領域を有することを特徴とする。
【００３５】
さらに、アンテナモジュールの第４の側面は、第１の側面において、前記回路素子として、マイクロ波信号の送信及び受信機能を有するＩＣチップを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
上記発明の特徴構成により、充分な送受アンテナ間のアイソレーションレベルを得ることが可能のアンテナ及びこれを使用するアンテナモジュールが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明者等が、先に提案した導波路アンテナの概念斜視図である。
【図２】図１の導波路アンテナの上面図である。
【図３】アンテナモジュールを説明する概念構成の上面図である。
【図４】送受信機能を備えたアンテナモジュールのＲＦ部の一例のブロックダイヤグラムである。
【図５】図４のブロックダイヤグラムに対応するアンテナモジュールの平面図を示す図である。
【図６】本発明に従うアンテナの実施例構成の斜視図である。
【図７】図６の上面図である。
【図８Ａ】図６におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図８Ｂ】図６におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図９】一例として図８Ａの部分の作成手順を示す図である。
【図１０】図６に示した本発明に従うアンテナを送受信用に有するアンテナモジュールとする際の、送受アンテナ部の上面概略を示す図である。
【図１１】ポスト壁２０１Ａを共用する構成の送受アンテナを有するアンテナモジュールの構成例を示す上面図である。
【図１２】図１１のＣ−Ｃ線に沿う断面図を示す図である。
【図１３Ａ】Ｈ面（図６の右下図参照）における３次元電磁界シミュレーションを用いて周波数５９〜６６ＧＨｚについて計算した本発明に従うアンテナの指向特性を示す。
【図１３Ｂ】Ｅ面（図６の右下図参照）における３次元電磁界シミュレーションを用いて周波数５９〜６６ＧＨｚについて計算した本発明に従うアンテナの指向特性を示す。
【図１４】非特許文献４，５で報告した２種類のアンテナ[1]：利得2.2ｄBi, [２]：利得6.0ｄBiと比較して本発明のアンテナモジュールの送受信アンテナ間のアイソレーションのレベル[3]を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下に図面に従い、本発明に従う実施例構成を説明する。
【００３９】
図６は、本発明に従うアンテナ（ポスト壁導波路アンテナと称する）の実施例構成の斜視図であり、理解容易のために透視状に示している。
【００４０】
図７は、図６の上面図であり、同様に透視状に示している。図８Ａ、図８Ｂは、それぞれ図６におけるＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００４１】
これらの図に基づき説明すると、本発明に従うポスト壁導波路アンテナの特徴は、第１にポスト壁導波路１００と誘電体導波路（スラブ導波路）２００を有する（図７参照）点にある。
【００４２】
ポスト壁導波路１００の部分は、基本的に図１に示した従来例と同様であり、誘電体ブロック１に複数の導体ポスト(金属柱)２を形成し、更に導電ポスト２の上下両端面のそれぞれに接続する導体箔３Ａ（３Ｂ）を形成して構成する。さらに、後方側に、擬似同軸の中心導体４の挿入される変換部を有する。
【００４３】
誘電体ブロック１（誘電率３．６）は、空気（誘電率１)と界面を成し、従って、誘電体ブロック１自体が誘電体導波路(スラブ導波路)として、ミリ波（あるいはマイクロ波）の伝搬路となる。
【００４４】
図６の構成においては、ポスト壁導波路１００の開口５の領域は、誘電体ブロック自体による誘電体導波路２００に連続し、誘電体ブロック１にポスト壁導波路１００と誘電体導波路（スラブ導波路）２００を有する構成を実現している。
【００４５】
ポスト壁導波路１００の開口５から出力される電磁波は誘電体導波路２００を通して空間に放出される。
【００４６】
かかる図６の実施例において、好ましくは、誘電体導波路２００の両側にポスト壁２０１Ａ（２０１Ｂ）が形成されている。
【００４７】
すなわち、異なる誘電率の物質と界面を有する誘電体自体は、それ自体で電磁波を伝搬する伝搬路となるので、上記した誘電体導波路２００の両側のポスト壁２０１Ａ（２０１Ｂ）は、必須のものではない。
【００４８】
しかし、誘電体導波路２００の両側にポスト壁２０１Ａ（２０１Ｂ）を設けて伝搬路を特定することにより放射損失を少なくし、従って利得を高めるために有利である。さらに、本発明のポスト壁導波路アンテナを送信側及び受信側用に隣接して配置して用いる場合を考慮すると、ポスト壁２０１Ａ（２０１Ｂ）を設ける構成は、必要なアイソレーションレベルを得るために有利な手段である。
【００４９】
また、図７に示すように実施例ではポスト壁２０１Ａ（２０１Ｂ）を構成する導体ポスト(金属柱)２１を複数列（２列）に形成しているが、一列でも良い。
【００５０】
さらに、後に図９に従う形成過程の説明から容易に理解できるように、かかるポスト壁２０１Ａ（２０１Ｂ）は、ポスト壁導波路１００を構成する導体ポスト２と同時に形成される。
【００５１】
さらに、誘電体導波路２００の導体ポスト２１の上端側と電気的に接続し、又、ポスト壁導波路１００の開口５の上側を覆う導体箔３１は、図６に示す様に、誘電体導波路２００の両側のポスト壁２０１Ａ（２０１Ｂ）に沿い且つポスト壁導波路１００の開口５の上部に対応して形成される。
【００５２】
かかる、導体箔３１を形成する理由は、図８Ａ，図８Ｂを参照して次のように説明できる。
【００５３】
図８Ａ，図８Ｂは、それぞれ図６のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。後に説明するように、ポスト壁導波路１００及び誘電体導波路２００は、誘電体の多層で構成され、最上層として導体箔３Ａ上に形成された誘電体層Ｌ５を有する。
【００５４】
したがって、誘電体導波路２００によって放射された電波が誘電体層Ｌ５の内部を通って中心導体４に向かう不要電波伝搬が生じる恐れがある。そのために、誘電体層Ｌ５上に導体箔３１を形成し、且つ導体箔３Ａと複数の導電ポスト３１Ａで電気的に接続することにより、誘電体層Ｌ５による逆方向の電波伝搬を抑制している。
【００５５】
図６に示すアンテナ実施例において、ポスト壁導波路１００の開口５の開口幅と誘電体導波路２００の幅が異なる。さらに、ポスト壁導波路１００の開口５が徐々に広がり、誘電体導波路２００の幅と一致するように変化する、両矢印で示される傾斜領域を有する。このような傾斜領域を設ける理由は、緩やかな開口幅の変移を形成して、開口幅の段差により高次モードが生成されるのを防ぐためである。
【００５６】
先に説明したように、図８Ａ，図８Ｂは、図６のＡ−Ａ線、Ｂ―Ｂ線に沿う断面図であり、多層構造を成している。図９は、一例としてかかる図８Ａの部分の多層構造の形成手順を示す図である。
【００５７】
まず、第一に半硬化状態の有機樹脂層Ｌ３の上下両面に銅箔等の金属層Ｅ１，Ｅ２を張り付けた絶縁層を用意する（図９（１））。半硬化状態の有機樹脂層Ｌ３として、例えば、ガラス布にエポキシ樹脂を含浸させたガラス布基材エポキシ樹脂を用いる。
【００５８】
次いで、金属層Ｅ１，Ｅ２をパターニングにより、擬似同軸４２の中心導体４に対応する部分だけ残し、エッチング除去する（図９（２））。
【００５９】
同様にガラス布基材エポキシ樹脂で片面に金属層Ｅ３が張られた有機樹脂層Ｌ４を、有機樹脂層Ｌ３上に張り付ける。次いで、擬似同軸の中心導体４となる位置に、有機樹脂層Ｌ４を貫通して、有機樹脂層Ｌ３の下側のパターニングされた金属層Ｅ２までビアを形成し、その内面を導電メッキする（図９（３））。
【００６０】
さらに、有機樹脂層Ｌ３に対し、有機樹脂層Ｌ４と反対側に、片面に金属層Ｅ４が張られた有機樹脂層Ｌ２を張り付ける（図９（４））。
【００６１】
ついで、金属層Ｅ３、Ｅ４をパターニングして、それぞれ導体箔３Ａ，３Ｂとし、更に中心導体４の上部端子電極４Ａを残す 。次いで、ポスト壁を形成する金属柱２に対応する位置にビアを形成し、その内面を導電メッキする（図９（５））。
【００６２】
さらに、有機樹脂層Ｌ２の下側に有機樹脂層Ｌ１を張り付け、同様に有機樹脂層Ｌ４上に、一面側に金属層を有する有機樹脂層Ｌ５を張り付ける。有機樹脂層Ｌ５上の金属層をパターニングして擬似同軸の外部導体４２Ａ及び、導体箔３１領域を形成する（図９（６））。
【００６３】
ついで、有機樹脂層Ｌ５をレーザにより、穴開けしてメッキすることにより、導体箔３１と導体箔３Ａとを電気的に接続する接続ポスト３１Ａが形成される。（図９（７））。
【００６４】
上記の工程により、図８Ａに示す断面構造を得ることが出来る。
【００６５】
なお、一例として、図８Ａの断面において、多層構成の各層の厚みは一例として次のようである。
【００６６】
有機樹脂層Ｌ１＝Ｌ５＝３０μｍ、Ｌ２＝Ｌ４＝３００μｍ、Ｌ３＝２６０μｍ
ここで、上記図６に示した本発明に従うアンテナを送受信用に有するアンテナモジュールとする際の、送受アンテナ部の上面概略図を図１０に示す。
【００６７】
図１０において受信側のアンテナは、誘電体導波路２００Ｒｘを有し、送信側のアンテナは、誘電体導波路２００Ｔｘを有する。
【００６８】
図７の説明から、誘電体導波路２００Ｒｘ及び誘電体導波路２００Ｔｘのそれぞれの両側にポスト壁２０１Ａ（２０１Ｂ）を有するが、図１０の実施例においては、隣接する送受アンテナの誘電体導波路２００Ｔｘ及び誘電体導波路２００Ｒｘは、ポスト壁２０１Ａを共用する構成としている。これにより、アンテナモジュールの横幅の拡大を防いでいる。
【００６９】
図１１は、ポスト壁２０１Ａを共用する構成の送受アンテナを有するアンテナモジュールの構成例を示す上面図である。図１２は、図１１のＣ−Ｃ線に沿う断面図を示す図である。
【００７０】
アンテナモジュールは、ガラス布基材エポキシ樹脂等の誘電体層を多層にして、ポスト導波路１００と誘電体導波路２００Ｔｘ（２００Ｒｘ）で構成される送受アンテナを有するポスト壁導波路アンテナ３００及び配線層６Ａ，６Ｂを形成し、上記図９で説明したように多層構造のブロック体１０を構成している。
【００７１】
さらに、この多層ブロック体１０に回路素子としてＩＣチップ６が、フリップ実装、あるいはワイヤボンボンディングにより搭載される（図１１では、ＩＣチップ６の搭載する領域のみを示している）。
【００７２】
多層構造のブロック体１０の大きさは、一例として、およそ１６ｍｍ×１４ｍｍ角の大きさである。この様な、多層構造のブロック体１０の裏面には、ＩＦ信号配線部６Ａ、直流信号配線（ＤＣ）部６Ｂに対応して、外部回路と接続するための複数の電極パッド６Ｃを有している。
【００７３】
したがって、図１１に示したアンテナモジュールを、パーソナルコンピュータに挿入接続されるＰＣカードの構成部品として無線デバイスを構成することが可能である。あるいは、アンテナモジュールを、パーソナルコンピュータのマザーボードに直接搭載することで無線デバイスとすることも可能である。
【００７４】
次に、上記のように構成される本発明に従うアンテナモジュールのアンテナ特性に付いて説明する。
【００７５】
図１３Ａ，図１３Ｂは、それぞれＨ面、Ｅ面（図６の右下図参照）における３次元電磁界シミュレーションを用いて周波数５９〜６６ＧＨｚについて計算した本発明に従うアンテナ部の指向特性であり、Ｈ面、Ｅ面ともに、ビーム幅は６０度程度であることが理解できる。
【００７６】
一方、図１４は、非特許文献４，５で報告した２種類のアンテナ[1]：利得２．２ｄBi, [2]：利得６.０ｄBiと比較して本発明のアンテナモジュールの送受信アンテナ間のアイソレーションのレベル[3]を示すグラフである。
【００７７】
従来の利得６ｄBiを有するアンテナ[2]では、要求アイソレーション（５９ＧＨz〜６６ＧＨｚ帯で、−３０ｄＢとなること）を満たしている。しかし、要求仕様に対してマージンがなく製作公差やプリント基板への二次実装により仕様を下回る可能性がある。
【００７８】
これに対して、本発明に従うアンテナ[3]では、要求仕様に対し約２０ｄＢ程度の充分なマージンを確保している。
【符号の説明】
【００７９】
１ 誘電体ブロック
２、２１Ａ（２１Ｂ），２２Ａ(２２Ｂ) 導体ポスト(金属柱)
３Ａ，３Ｂ，３１ 導体箔（例えば銅箔）
４ 中心導体
４０ パッド
４１ ストリップライン
４２ 擬似同軸
５ 開口
６ ＩＣチップ
１００ ポスト壁導波路
２００ 誘電体導波路(スラブ導波路)
２０１Ａ（２０１Ｂ） ポスト壁
３００ ポスト壁導波路アンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体ブロックに形成されたポスト壁導波路アンテナであって、
誘電体ブロックの第１の領域にポスト壁導波路が形成され、
前記誘電体ブロックの第２の領域に、前記第１の領域に形成されたポスト壁導波路の開口から連続する誘電体導波路を有し、
前記ポスト壁導波路は、前記誘電体ブロックの上下面に形成された導体箔と、両側ポスト壁と後方ポスト壁を有し、前記両側ポスト壁と後方ポスト壁を、前記誘電体ブロックを上下に貫通する複数の金属柱で形成し、前記金属柱の上下両端面のそれぞれが前記導体箔に接続され、更に
前記誘電体導波路は、前記誘電体ブロック自体である、
ことを特徴とするポスト壁導波路アンテナ。
【請求項２】
請求項１において、
さらに、前記誘電体導波路はその両側にポスト壁を有し、
前記誘電体導波路のポスト壁は、前記誘電体ブロックを貫通し、前記両側に沿って並べられた複数の金属柱と、前記複数の金属柱の上下両端面のそれぞれに接続する導体箔により構成される、
ことを特徴とするポスト壁導波路アンテナ。
【請求項３】
誘電体ブロックに形成されたポスト壁導波路アンテナであって、
誘電体ブロックの第１の領域に一対のポスト壁導波路が形成され、
前記誘電体ブロックの第２の領域に、前記第１の領域に形成された一対のポスト壁導波路のそれぞれの開口から連続する一対の誘電体導波路を有し、
前記一対のポスト壁導波路のそれぞれは、前記誘電体ブロックの上下面に形成された導体箔と、両側ポスト壁と後方ポスト壁を有し、前記両側ポスト壁と後方ポスト壁を、前記誘電体ブロックを上下に貫通する複数の金属柱で形成し、前記金属柱の上下両端面のそれぞれが、前記導体箔に接続され、更に
前記一対の誘電体導波路は、前記誘電体ブロック自体である、
ことを特徴とするポスト壁導波路アンテナ。
【請求項４】
請求項３において、
さらに、前記一対の誘電体導波路のそれぞれの両側にポスト壁を有し、
前記誘電体導波路のポスト壁は、前記誘電体ブロックを貫通し、前記両側に沿って並べられた複数の金属柱と、前記複数の金属柱の上下両端面のそれぞれに接続する導体箔により構成される、
ことを特徴とするポスト壁導波路アンテナ。
【請求項５】
請求項４において、
前記一対の誘電体導波路は、送信側及び受信側に対応し、前記一対の誘電体導波路のそれぞれの両側のポスト壁の内、送信側及び受信側の隣接するポスト壁は、
前記送信側及び受信側に共通である、
ことを特徴とするポスト壁導波路アンテナ。
【請求項６】
請求項１又は３において、更に
前記誘電体導波路の幅の大きさが、前記ポスト壁導波管の開口より大きく、前記開口と前記誘電体導波路の幅とを繋ぐ傾斜領域を有する、
ことを特徴とするポスト壁導波路アンテナ。
【請求項７】
誘電体ブロックに形成されたポスト壁導波路アンテナと、前記ポスト壁導波路アンテナの受信信号及び送信信号を処理する回路素子が一体に形成されたアンテナモジュールであって、
前記ポスト壁導波路アンテナが、
誘電体ブロックの第１の領域に一対のポスト壁導波路が形成され、
前記誘電体ブロックの第２の領域に、前記第１の領域に形成された一対のポスト壁導波路のそれぞれの開口から連続する一対の誘電体導波路を有し、
前記一対のポスト壁導波路のそれぞれは、前記誘電体ブロックの上下面に形成された導体箔と、両側ポスト壁と後方ポスト壁を有し、前記両側ポスト壁と後方ポスト壁を、前記誘電体ブロックを上下に貫通する複数の金属柱で形成し、前記金属柱の上下両端面のそれぞれが、前記導体箔膜に接続され、更に
前記一対の誘電体導波路は、前記誘電体ブロック自体である、
ことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項８】
請求項７において、
さらに、前記一対の誘電体導波路のそれぞれの両側にポスト壁を有し、
前記ポスト壁は、前記誘電体ブロックを貫通し、前記両側に沿って並べられた複数の金属柱と、前記複数の金属柱の両端面を接続する導体箔により構成される、
ことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項９】
請求項８において、
前記一対の誘電体導波路は、送信側及び受信側に対応し、前記一対の誘電体導波路のそれぞれの両側のポスト壁の内、送信側及び受信側の隣接するポスト壁は、前記送信側及び受信側に共通である、
ことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項１０】
請求項７において、更に
前記誘電体導波路の幅の大きさが、前記ポスト壁導波管の開口より大きく、前記開口と前記誘電体導波路の幅とを繋ぐ傾斜領域を有する、
ことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項１１】
請求項７において、
前記回路素子として、マイクロ波信号の送信及び受信機能を有するＩＣチップを有することを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項１】
誘電体ブロックに形成されたポスト壁導波路アンテナであって、
誘電体ブロックの第１の領域にポスト壁導波路が形成され、
前記誘電体ブロックの第２の領域に、前記第１の領域に形成されたポスト壁導波路の開口から連続する誘電体導波路を有し、
前記ポスト壁導波路は、前記誘電体ブロックの上下面に形成された導体箔と、両側ポスト壁と後方ポスト壁を有し、前記両側ポスト壁と後方ポスト壁を、前記誘電体ブロックを上下に貫通する複数の金属柱で形成し、前記金属柱の上下両端面のそれぞれが前記導体箔に接続され、更に
前記誘電体導波路は、前記誘電体ブロック自体である、
ことを特徴とするポスト壁導波路アンテナ。
【請求項２】
請求項１において、
さらに、前記誘電体導波路はその両側にポスト壁を有し、
前記誘電体導波路のポスト壁は、前記誘電体ブロックを貫通し、前記両側に沿って並べられた複数の金属柱と、前記複数の金属柱の上下両端面のそれぞれに接続する導体箔により構成される、
ことを特徴とするポスト壁導波路アンテナ。
【請求項３】
誘電体ブロックに形成されたポスト壁導波路アンテナであって、
誘電体ブロックの第１の領域に一対のポスト壁導波路が形成され、
前記誘電体ブロックの第２の領域に、前記第１の領域に形成された一対のポスト壁導波路のそれぞれの開口から連続する一対の誘電体導波路を有し、
前記一対のポスト壁導波路のそれぞれは、前記誘電体ブロックの上下面に形成された導体箔と、両側ポスト壁と後方ポスト壁を有し、前記両側ポスト壁と後方ポスト壁を、前記誘電体ブロックを上下に貫通する複数の金属柱で形成し、前記金属柱の上下両端面のそれぞれが、前記導体箔に接続され、更に
前記一対の誘電体導波路は、前記誘電体ブロック自体である、
ことを特徴とするポスト壁導波路アンテナ。
【請求項４】
請求項３において、
さらに、前記一対の誘電体導波路のそれぞれの両側にポスト壁を有し、
前記誘電体導波路のポスト壁は、前記誘電体ブロックを貫通し、前記両側に沿って並べられた複数の金属柱と、前記複数の金属柱の上下両端面のそれぞれに接続する導体箔により構成される、
ことを特徴とするポスト壁導波路アンテナ。
【請求項５】
請求項４において、
前記一対の誘電体導波路は、送信側及び受信側に対応し、前記一対の誘電体導波路のそれぞれの両側のポスト壁の内、送信側及び受信側の隣接するポスト壁は、
前記送信側及び受信側に共通である、
ことを特徴とするポスト壁導波路アンテナ。
【請求項６】
請求項１又は３において、更に
前記誘電体導波路の幅の大きさが、前記ポスト壁導波管の開口より大きく、前記開口と前記誘電体導波路の幅とを繋ぐ傾斜領域を有する、
ことを特徴とするポスト壁導波路アンテナ。
【請求項７】
誘電体ブロックに形成されたポスト壁導波路アンテナと、前記ポスト壁導波路アンテナの受信信号及び送信信号を処理する回路素子が一体に形成されたアンテナモジュールであって、
前記ポスト壁導波路アンテナが、
誘電体ブロックの第１の領域に一対のポスト壁導波路が形成され、
前記誘電体ブロックの第２の領域に、前記第１の領域に形成された一対のポスト壁導波路のそれぞれの開口から連続する一対の誘電体導波路を有し、
前記一対のポスト壁導波路のそれぞれは、前記誘電体ブロックの上下面に形成された導体箔と、両側ポスト壁と後方ポスト壁を有し、前記両側ポスト壁と後方ポスト壁を、前記誘電体ブロックを上下に貫通する複数の金属柱で形成し、前記金属柱の上下両端面のそれぞれが、前記導体箔膜に接続され、更に
前記一対の誘電体導波路は、前記誘電体ブロック自体である、
ことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項８】
請求項７において、
さらに、前記一対の誘電体導波路のそれぞれの両側にポスト壁を有し、
前記ポスト壁は、前記誘電体ブロックを貫通し、前記両側に沿って並べられた複数の金属柱と、前記複数の金属柱の両端面を接続する導体箔により構成される、
ことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項９】
請求項８において、
前記一対の誘電体導波路は、送信側及び受信側に対応し、前記一対の誘電体導波路のそれぞれの両側のポスト壁の内、送信側及び受信側の隣接するポスト壁は、前記送信側及び受信側に共通である、
ことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項１０】
請求項７において、更に
前記誘電体導波路の幅の大きさが、前記ポスト壁導波管の開口より大きく、前記開口と前記誘電体導波路の幅とを繋ぐ傾斜領域を有する、
ことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項１１】
請求項７において、
前記回路素子として、マイクロ波信号の送信及び受信機能を有するＩＣチップを有することを特徴とするアンテナモジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１７５６２４（Ｐ２０１２−１７５６２４Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３８３０４（Ｐ２０１１−３８３０４）
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【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２２年度、総務省、電波資源拡大のための研究開発、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２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【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２２年度、総務省、電波資源拡大のための研究開発、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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