無線通信装置
【課題】アンテナ効率が向上した高性能のアンテナを実現するアンテナ一体型モジュールを備えた無線通信装置を提供する。
【解決手段】無線通信装置１は、断面長方形状の貫通孔３を有する実装基板２と、貫通孔３を覆って実装基板２に実装されたアンテナ一体型モジュール４とを備え、アンテナ一体型モジュール４の貫通孔３に露出する面には、放射波を放射するパッチアンテナ５が設けられ、アンテナ一体型モジュール４と実装基板２との間には、パッチアンテナ５を囲むように環状接地シート６が配置され、貫通孔３の長辺の長さａが、放射波の波長λに対して、λ／２≦ａ≦λ、となっている。
【解決手段】無線通信装置１は、断面長方形状の貫通孔３を有する実装基板２と、貫通孔３を覆って実装基板２に実装されたアンテナ一体型モジュール４とを備え、アンテナ一体型モジュール４の貫通孔３に露出する面には、放射波を放射するパッチアンテナ５が設けられ、アンテナ一体型モジュール４と実装基板２との間には、パッチアンテナ５を囲むように環状接地シート６が配置され、貫通孔３の長辺の長さａが、放射波の波長λに対して、λ／２≦ａ≦λ、となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ機能を有するマイクロ波・ミリ波無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイビジョン映像信号の無線伝送が注目されており、大容量情報を伝達する必要から、広い帯域を確保できるミリ波を用いた無線映像伝送装置の開発が試みられている。ミリ波帯においては、アンテナと高周波回路を別々に形成してコネクタ等で接続した場合、その接続部での電力の損失が大きくなる。この接続部の損失を低減するために、アンテナと高周波回路を一つのモジュール内に収めたアンテナ一体型モジュールの開発が行われている。
【０００３】
上記アンテナ一体型モジュールの一例として、たとえば特許文献１に開示されている。図７は、従来の無線通信装置に設けられたアンテナ一体型モジュールの構成を説明するための図である。このアンテナ一体型モジュールは、図７に示すように、第１誘電体基板９０２にアンテナ素子９０３とそのアンテナ素子９０３に給電するための高周波線路９０４・９０５とが形成されたアンテナ回路基板Ａと、第２誘電体基板９０７の一部に形成されたキャビティ９０８内に高周波デバイス９０９が収納されて蓋体９１０で封止され、高周波デバイス９０９に信号を伝達するための伝送線路９１１・９１２が形成された高周波基板Ｂとを積層一体化している。
【特許文献１】特開平９−２３７８６７号公報（平成９年（１９９７）９月９日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記構成を有するアンテナ一体型モジュールにおいては、以下に示すような問題がある。すなわち、高周波回路で発生した高周波信号の大部分はアンテナから放射されるが、一部は表面波となってアンテナ回路基板Ａの面上を伝播し、基板端から放射される。低コスト化のためにアンテナ一体型モジュールのサイズを小さくしていった場合、基板端から放射される表面波の影響が大きくなり、アンテナ効率が低下する。
【０００５】
本発明の目的は、アンテナ効率が向上した高性能のアンテナを実現するアンテナ一体型モジュールを備えた無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る無線通信装置は、上記課題を解決するために、断面長方形状の貫通孔を有する実装基板と、前記貫通孔を覆って前記実装基板に実装されたアンテナ一体型モジュールとを備え、前記アンテナ一体型モジュールの前記貫通孔に露出する面には、放射波を放射するパッチアンテナが設けられ、前記アンテナ一体型モジュールと前記実装基板との間には、前記パッチアンテナを囲むように環状接地部が配置され、前記貫通孔の長辺の長さａが、前記放射波の波長λに対して、λ／２≦ａ≦λ、となっていることを特徴とする。
【０００７】
上記の特徴によれば、貫通孔の長辺の長さａが、前記放射波の波長λに対して、λ／２≦ａ≦λ、となっている。このため、放射に最適なＴＥ１０モードのみが低損失に伝播できる。仮にａ＜λ／２の場合は、ＴＥ１０モードがカットオフとなり、大きく減衰する（他に伝播できるモードはない）。ａ＞λの場合は、ＴＥ１０モードの一部がＴＥ２０モードに変換されて効率が落ちる。
【０００８】
本発明に係る無線通信装置では、前記貫通孔の短辺の長さｂが、前記放射波の波長λに対して、０＜ｂ≦λ／２、となっていることが好ましい。
【０００９】
上記構成によれば、前記貫通孔の短辺の長さｂが、前記放射波の波長λに対して、０＜ｂ≦λ／２、となっているので、電磁波に対して垂直な電磁波がカットオフされ、偏波比を向上させることができる。仮にｂ＞λ／２となると、例えば、実装ばらつき等により構造の左右のバランスが崩れている場合、電磁波に対して垂直な電磁波が発生して、偏波比が低下する可能性がある。ｂ＝ａ／２と設定した場合は、ａが上限値のλに等しい場合でも、ｂ＝λ／２となり、電磁波に対して垂直な電磁波がカットオフされる。
【００１０】
本発明に係る無線通信装置では、前記貫通孔の内壁には、前記実装基板の表面導体と裏面導体とを電気的に接続する内壁導体が形成されていることが好ましい。
【００１１】
上記構成によれば、電波が貫通孔を通過する際の損失を低減できるため、アンテナ効率が向上する。
【００１２】
本発明に係る無線通信装置では、前記貫通孔と実質的に同一の開口寸法を有する接続部を備えたホーンアンテナが前記貫通孔に接続されていることが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、アンテナから放射された電波はすべてホーンアンテナから放射されるため、高効率のアンテナが形成できる。
【００１４】
本発明に係る無線通信装置では、前記ホーンアンテナと接続されて前記アンテナ一体型モジュールを収納する筐体をさらに備えることが好ましい。
【００１５】
上記構成によれば、小型で軽量な無線通信装置が実現できる。また、アンテナ一体型モジュール内で発生した熱は、筐体内に籠らず、ホーンアンテナから外部に放出されるため、アンテナ一体型モジュールの信頼性が向上する。
【００１６】
本発明に係る無線通信装置は、上記課題を解決するために、断面円形状の貫通孔を有する実装基板と、前記貫通孔を覆って前記実装基板に実装されたアンテナ一体型モジュールとを備え、前記アンテナ一体型モジュールの前記貫通孔に露出する面には、放射波を放射するパッチアンテナが設けられ、前記アンテナ一体型モジュールと前記実装基板との間には、前記パッチアンテナを囲むように環状接地部が配置され、前記貫通孔の直径ｅが、前記放射波の波長λに対して、λ／１．７０６≦ｅ≦λ／１．３０６５、となっていることを特徴とする。
【００１７】
この特徴によれば、貫通孔の直径ｅが、前記放射波の波長λに対して、λ／１．７０６≦ｅ≦λ／１．３０６５、となっている。ｅ＝λ／１．７０６は円形導波管のＴＥ１１モードがカットオフとなる寸法であり、ｅ＝λ／１．３０６５は円形導波管の最初の高次モードであるＴＭ０１がカットオフとなる寸法である。ｅ＜λ／１．７０６の場合は、ＴＥ１１モードがカットオフとなり、大きく減衰する（他に伝播できるモードはない）。ｅ＞λ／１．３０６５の場合は、ＴＥ１１モードの一部がＴＭ０１モードに変換されて効率が落ちる。したがって、λ／１．７０６≦ｅ≦λ／１．３０６５とすることにより、放射に最適なＴＥ１１モードのみが低損失に伝播できる。
【００１８】
本発明に係る無線通信装置では、前記貫通孔の内壁には、前記実装基板の表面導体と裏面導体とを電気的に接続する内壁導体が形成されていることが好ましい。
【００１９】
本発明に係る無線通信装置では、前記貫通孔と実質的に同一の開口寸法を有する接続部を備えたホーンアンテナが前記貫通孔に接続されていることが好ましい。
【００２０】
本発明に係る無線通信装置では、前記ホーンアンテナと接続されて前記アンテナ一体型モジュールを収納する筐体をさらに備えることが好ましい。
【００２１】
本発明に係る無線通信装置では、下部円形開口部と上部円形開口部とを有するすり鉢状構造体と、前記すり鉢状構造体を覆う誘電体レンズとをさらに備え、前記下部円形開口部が上記貫通孔上に配置され、前記誘電体レンズが前記上部円形開口部を覆って配置されていることが好ましい。
【００２２】
上記構成によれば、パッチアンテナから放射された電波はすべて誘電体レンズから放射されるため、高効率のアンテナが形成できる。
【００２３】
本発明に係る無線通信装置では、上記すり鉢状構造体は、前記下部円形開口部の中心が前記誘電体レンズの焦点となるように深さが設定されていることが好ましい。
【００２４】
上記構成によれば、誘電体レンズから放射される電波は、平面波に変換されるため、より高利得のアンテナが実現できる。
【００２５】
本発明に係る無線通信装置では、前記下部円形開口部の直径は、上記貫通孔の長辺の長さと実質的に等しいことが好ましい。
【００２６】
上記構成によれば、貫通孔から放射された電波が散乱されることなく、誘電体レンズに入射されるのである。
【００２７】
本発明に係る無線通信装置では、上部円形開口部の直径は、前記誘電体レンズの直径と実質的に等しいことが好ましい。
【００２８】
上記構成によれば、貫通孔から放射された電波が誘電体レンズの周辺部まで有効に入射させることができるため、誘電体レンズの開口効率を高めることができる。
【００２９】
本発明に係る無線通信装置では、前記すり鉢状構造体が、前記アンテナ一体型モジュールを収納する筐体に一体成型されていることが好ましい。
【００３０】
上記構成によれば、アンテナを一体化した小型で高性能な無線通信装置が実現できる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る無線通信装置は、以上のように、貫通孔の長辺の長さａが、放射波の波長λに対して、λ／２≦ａ≦λ、となっているので、放射に最適なＴＥ１０モードのみが低損失に伝播できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の一実施形態について図１ないし図６、図８、図９に基づいて説明すると以下の通りである。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る無線通信装置１の構成を示す図であり、（ａ）は無線通信装置１に設けられた実装基板２の平面図であり、（ｂ）は無線通信装置１の断面図であり、（ｃ）は無線通信装置１に設けられたアンテナ一体型モジュール４の平面図である。
【００３４】
図１（ｃ）は、アンテナ一体型モジュール４をアンテナ面から見た図である。図１（ａ）には、実装基板２の貫通孔３の寸法ａ・ｂが示されている。
【００３５】
無線通信装置１は、実装基板２を備えている。実装基板２には、断面長方形状の貫通孔３が形成されている。無線通信装置１には、貫通孔３を覆って実装基板２に実装されたアンテナ一体型モジュール４が設けられている。アンテナ一体型モジュール４の貫通孔３に露出する面には、放射波を放射するパッチアンテナ５が設けられている。アンテナ一体型モジュール４と実装基板２との間には、パッチアンテナ５を囲むように環状接地シート６が、貫通孔３の内壁に沿って配置されている。
【００３６】
貫通孔３の長辺の長さａは、パッチアンテナ５が放射する放射波の波長λに対して、
λ／２≦ａ≦λ、
となっている。このため、放射に最適なＴＥ１０モードのみが低損失に伝播できる。仮にａ＜λ／２の場合は、ＴＥ１０モードがカットオフとなり、大きく減衰する（他に伝播できるモードはない）。ａ＞λの場合は、ＴＥ１０モードの一部がＴＥ２０モードに変換されて効率が落ちる。
【００３７】
貫通孔３の短辺の長さｂは、放射波の波長λに対して、
０＜ｂ≦λ／２、
となっている。
【００３８】
貫通孔３の短辺の長さｂが、放射波の波長λに対して、０＜ｂ≦λ／２、となっていると、電磁波に対して垂直な電磁波がカットオフされ、偏波比を向上させることができる。仮にｂ＞λ／２となると、例えば、実装ばらつき等により構造の左右のバランスが崩れている場合、電磁波に対して垂直な電磁波が発生して、偏波比が低下する可能性がある。ｂ＝ａ／２と設定した場合は、ａが上限値のλに等しい場合でも、ｂ＝λ／２となり、電磁波に対して垂直な電磁波がカットオフされる。
【００３９】
貫通孔３の内壁には、実装基板２の表面導体１３と裏面導体１４とを電気的に接続する内壁導体１２が形成されている。
【００４０】
アンテナ一体型モジュール４は、アンテナ一体型モジュール基板１７と、ふた１８とで構成される。アンテナ一体型モジュール基板１７のアンテナ面には、所定の間隔を空けて形成された複数の接続端子１６が、環状接地シート６を挟むように配置されている。
【００４１】
アンテナ一体型モジュール基板１７には、所定の間隔を空けて配置された複数のスルーホール１５が、環状接地シート６と重なる位置に形成されている。環状接地シート６は、スルーホール１５を介して、アンテナ一体型モジュール基板１７の内部に形成されたモジュール内層地板２０と接続されている。アンテナ一体型モジュール基板１７は、低温焼成セラミックの多層基板で作製した。
【００４２】
一方、実装基板２は、アンテナ一体型モジュール４側に接地面を有し、貫通孔３の内壁導体１２を介して実装基板２の反対面の表面導体１３と接続されており、電気的に導通する。実装基板２は、ガラスエポキシのプリント基板で形成した。
【００４３】
アンテナ一体型モジュール基板１７の環状接地シート６と、実装基板２の裏面導体１４（接地面）は半田付け（図示せず）によって接続されている。また、アンテナ一体型モジュール４の接続端子１６は、実装基板２の接続端子１９と半田付けにより接続されている。さらに実装基板２において、環状接地シート６によって囲まれる内側の領域と重なる部分は、ドリルで形成された貫通孔３となっている。貫通孔３の内壁には内壁導体１２が形成されている。貫通孔３の断面は図１（ａ）に示すように長方形となっており、この寸法は導波管規格ＷＲ−１５と同一の寸法、すなわちａ＝３．８ｍｍ、ｂ＝１．９ｍｍとなっている。もっとも貫通孔３の断面の形状は、必ずしも正確な長方形である必要はなく、貫通孔形成時のドリルの丸形状が四隅に残っても差し支えない。
【００４４】
パッチアンテナ５は、スルーホール１５を介して反対面の高周波回路（図示せず）に接続されている。高周波回路は、基板１７上の伝送線路や半導体集積回路で構成されている。
【００４５】
ここで、６０ＧＨｚ帯送信機としての無線通信装置１の動作について説明する。高周波回路で発生した６０ＧＨｚ帯の高周波信号は、その大部分がパッチアンテナ５から空間に放射されるが、環状接地シート６、裏面導体１４、内層地板２０、スルーホール１５、及び内壁導体１２で形成される領域が電波を閉じ込める金属壁として働き、電波は正面方向（パッチアンテナ５からアンテナ一体型モジュール４の基板１７に垂直な方向）へのみ伝播する。ところで導波管規格ＷＲ−１５は、周波数が約５０ＧＨｚ〜７５ＧＨｚのＴＥ１０モードのみを伝播する。貫通孔３は、導波管規格ＷＲ−１５の寸法とほぼ同一となっているため、パッチアンテナ５から放射された６０ＧＨｚ帯の高周波信号は高次モードに変換されることなく、貫通孔３を伝播し、そのまま正面方向に導かれて放射される。貫通孔３の内壁は内壁導体１２が形成されているため、貫通孔３内ではほとんど損失がないのである。貫通孔３の開口形状に関しては、必ずしも導波管規格と同一にする必要はなく、長辺の長さａが、放射波の波長λに対してλ／２≦ａ≦λを満たしていればよい。ここで、ａ＝λ／２は矩形導波管のＴＥ１０モードがカットオフとなる寸法であり、ａ＝λは矩形導波管の最初の高次モードであるＴＥ２０がカットオフとなる寸法である。ただし、導波管規格と同一に設定することにより、導波管を介してアンテナと測定器を接続することが可能となり、たとえば量産時の検査時間を短縮することが可能となる。
【００４６】
アンテナ一体型モジュール４は、高温焼成セラミックの多層基板で構成してもよい。実装基板２はテフロン（登録商標）系のプリント基板で形成してもよい。また高周波回路（図示せず）の構成を変更することにより受信機としても使用できる。
【００４７】
図２は、無線通信装置１に設けられたホーンアンテナ９の構成を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその正面断面図である。貫通孔３と実質的に同一の開口寸法を有する接続部１０を備えたホーンアンテナ９が貫通孔３に接続されている。
【００４８】
前述した図１に示す構成と異なる点は、実装基板２の貫通孔３の正面側の開口部分に、貫通孔３とほぼ同一の開口寸法（すなわち導波管規格ＷＲ−１５の開口寸法）の接続部１０を有するホーンアンテナ９が接続されている点である。ホーンアンテナ９は、アルミ等の金属で形成する。ホーンアンテナ９の長さｈと、先端部の開口寸法ｃ・ｄを適宜設定することにより、所望の指向性を実現することが可能となる。
【００４９】
指向性に関しては誘電体レンズを用いても調整が可能である。しかしながら、仮にパッチアンテナ５に誘電体レンズを組み合わせた場合、パッチアンテナ５からの放射波のすべてを誘電体レンズに入射させることは不可能で、放射波の一部は誘電体レンズからスピルオーバーする。このためアンテナ効率は低下する。これに対して、本実施の形態のホーンアンテナ９を用いた構造は、パッチアンテナ５から放射された電波がすべてホーンアンテナ９から放射されるため、高効率のアンテナが形成できるのである。
【００５０】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、無線通信装置１のアンテナ指向性を示すグラフである。図３（ａ）は、ホーンアンテナ９無しのときのアンテナ指向性を示しており、図３（ｂ）は、図２（ａ）（ｂ）に示す構成においてｈ＝１１ｍｍ、ｃ＝６．５ｍｍ、ｄ＝５ｍｍであるときのアンテナ指向性を示している。図３（ｃ）は、ｈ＝１１ｍｍ、ｃ＝１１．７ｍｍ、ｄ＝９ｍｍであるときの放射パターンを示したものである。横軸は正面方向に対する角度を示し、縦軸はアンテナ利得を示す。正面方向のアンテナ利得は、図３（ａ）では約５ｄＢｉとなっており、図３（ｂ）では約１０ｄＢｉとなっており、図３（ｃ）約１５ｄＢｉとなっている。ホーンアンテナ９の開口寸法の設定により、指向性が調整できることが分かる。
【００５１】
図４は、無線通信装置の筐体１１を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその断面図である。図４に示す無線通信装置は、図２で示した無線通信装置を筐体１１内に組み込んだものである。筐体１１はプラスチックで形成されている。実装基板２には、アンテナ一体型モジュール４の他、キャパシタや抵抗等の表面実装部品２１が実装されている。ホーンアンテナ９は、筐体１１にビス（図示せず）等で取り付けられている。
【００５２】
実装基板２は、ビス２３により筐体１１内部に取り付けられているが、ホーンアンテナ９の高さを適切に設定しておくことにより、実装基板２を筐体１１に取り付けた際に、ホーンアンテナ９の接続部１０を実装基板２とちょうど接触させることができる。この構造により、従来は、導波管部品と組み合わせるしか方法がなかったホーンアンテナ９を、小型で軽量な無線通信装置１に組み入れることが可能となり、すぐれたアンテナ特性を有する無線通信装置が実現できる。
【００５３】
さらに、ここでは軽量化のためにプラスチックによって構成した筐体１１を用いているが、通常プラスチックは熱伝導性が低く、放熱作用に乏しい。しかしながら、金属性のホーンアンテナ９を実装基板２に接触させることにより、アンテナ一体型モジュール４内部で発生した熱がホーンアンテナ９を介して速やかに外部に放熱されるため、熱が筐体１１内に籠らず、無線通信装置１の信頼性が向上するという副次的な効果が得られた。
【００５４】
以上のように実施の形態１によれば、パッチアンテナ５から放射された高周波信号が、高次モードに変換されることなく正面方向にのみ伝播されるため、アンテナの効率が上がる。
【００５５】
また、無線通信装置は矩形導波管の規格品と接続が容易となり検査時間の短縮が可能となる。
【００５６】
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係る無線通信装置１ａの構成を示す図であり、（ａ）は無線通信装置１ａに設けられた実装基板２ａの平面図であり、（ｂ）は無線通信装置１ａの断面図であり、（ｃ）は無線通信装置１ａに設けられたアンテナ一体型モジュール４ａの平面図である。
【００５７】
実施の形態１で前述した構成要素と同一・類似の構成要素には、同一・類似の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。実施の形態１と異なる点は、環状接地シート６ａおよび貫通孔３ａの開口が円形である点である。
【００５８】
無線通信装置１ａは、実装基板２ａを備えている。実装基板２ａには、断面円形状の貫通孔３ａが形成されている。無線通信装置１ａには、貫通孔３ａを覆って実装基板２ａに実装されたアンテナ一体型モジュール４ａが設けられている。アンテナ一体型モジュール４ａの貫通孔３ａに露出する面には、放射波を放射するパッチアンテナ５が設けられている。アンテナ一体型モジュール４ａと実装基板２ａとの間には、パッチアンテナ５を囲むように環状接地シート６ａが、貫通孔３ａの内壁に沿って配置されている。
【００５９】
貫通孔３ａの直径ｅは、パッチアンテナ５からの放射波の波長λに対して、
λ／１．７０６≦ｅ≦λ／１．３０６５、
となっている。
【００６０】
ｅ＝λ／１．７０６は円形導波管のＴＥ１１モードがカットオフとなる寸法であり、ｅ＝λ／１．３０６５は円形導波管の最初の高次モードであるＴＭ０１がカットオフとなる寸法である。ｅ＜λ／１．７０６の場合は、ＴＥ１１モードがカットオフとなり、大きく減衰する（他に伝播できるモードはない）。ｅ＞λ／１．３０６５の場合は、ＴＥ１１モードの一部がＴＭ０１モードに変換されて効率が落ちる。したがって、λ／１．７０６≦ｅ≦λ／１．３０６５とすることにより、放射に最適なＴＥ１１モードのみが低損失に伝播できる。
【００６１】
貫通孔３ａの直径ｅは３．５８ｍｍとしている。この径も導波管規格であるＶ帯Ｍｅｄｉｕｍサイズであり、約５８ＧＨｚ〜６８ＧＨｚのＴＥ１１モードが通過できる。貫通孔３ａの開口形状に関しては、必ずしも導波管規格と同一にする必要はなく、直径ｅが、放射波の波長λに対してλ／１．７０６≦ｅ≦λ／１．３０６５を満たしていれば、高次モードに変換されることなく正面方向に電波を導くことができる。ここで、ｅ＝λ／１．７０６は円形導波管のＴＥ１１モードがカットオフとなる寸法であり、ｅ＝λ／１．３０６５は円形導波管の最初の高次モードであるＴＭ０１がカットオフとなる寸法である。
【００６２】
図６は、無線通信装置１ａに設けられたホーンアンテナ９ａの構成を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその断面図である。図５に示す構成と異なる点は、実装基板２ａの貫通孔３ａの正面側の開口部分に、貫通孔３ａとほぼ同一の開口寸法（すなわち導波管規格Ｖ帯Ｍｅｄｉｕｍサイズ）の接続部１０ａを有するホーンアンテナ９ａが接続されている点である。
【００６３】
ホーンアンテナ９ａは、アルミ等の金属で形成する。ホーンアンテナ長さｇと、先端部の開口部の直径ｆとを適宜設定することにより、所望の指向性を実現することが可能となる。本実施の形態は、実施の形態１の図４で示した構成と同様に筐体内に組み込むことも可能である。
【００６４】
以上のように実施の形態２によれば、貫通孔３ａの直径ｅが、放射波の波長λに対してλ／１．７０６＜ｅ＜λ／１．３０６５となっているので、パッチアンテナ５から放射された高周波信号が、高次モードに変換されることなく正面方向にのみ伝播される。このため、アンテナの効率が上がる。
【００６５】
実施の形態１及び２では、貫通孔の断面が長方形状及び円形状の例を示したが、本発明はこれに限定されない、貫通孔の断面は、楕円形状であってもよい。
【００６６】
（実施の形態３）
図８は、実施の形態１で前述した無線通信装置１に、すり鉢状構造体２６と誘電体レンズ２５を配置した構成を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその正面断面図である。
【００６７】
図２に示すホーンアンテナ９と異なる点は、下部円形開口部２７と上部円形開口部２８を有するすり鉢状構造体２６を貫通孔３ｂの上に配置していることと、上部円形開口部２８に誘電体レンズ２５が配置されている点である。誘電体レンズ２５の焦点は、下部円形開口部２７の中心となるように、すり鉢状構造体２６の深さＨが設定されている。
【００６８】
また貫通孔３ｂは、ドリル用いて形成した一例を示しており、長方形の短辺に相当する部分が半円形状となっている。
【００６９】
すり鉢状構造体２６の下部円形開口部２７の直径は、貫通孔３ｂの長辺と実質的に同じ長さとしている。
【００７０】
すり鉢状構造体２６は、アルミ等の金属によって形成する。また、誘電体レンズ２５はポリプロピレン、ポリエチレン、テフロン等の低損失の材料で形成する。
【００７１】
実施の形態１で前述した動作と同様、アンテナ一体型モジュール４の内部の高周波回路で発生した高周波信号は、その大部分がパッチアンテナ５（図２）から空間に放射され、貫通孔３を伝播し、そのまま正面方向に導かれて放射される。貫通孔３ｂから放出された高周波信号は、広がりもって放射されるが、すり鉢状構造体２６の内壁によって広がりが制限されるため、スピルオーバーすることなく、すべての電波が誘電体レンズ２５の下面に入射される。貫通孔３ｂは、誘電体レンズ２５の点波源と見なすことができ、誘電体レンズ２５の焦点は、下部円形開口部２７の中心となるように配置しているため、誘電体レンズ２５に入射した電波は、すべて誘電体レンズ２５によって、同相の平面波に変換され、アンテナ利得が向上する。
【００７２】
下部円形開口部２７の直径を、貫通孔３ｂの長辺と実質的に同じ長さとすることにより、下部円形開口部２７から上部円形開口部２８に到る経路で、散乱面がほとんどなくなるため、貫通孔３ｂから放射された電波が散乱されることなく、誘電体レンズ２５に入射されるのである。
【００７３】
また、上部円形開口部２８の直径は誘電体レンズ２５の直径とほぼ等しくなっているため、貫通孔３ｂから放射された電波が誘電体レンズ２５の周辺部まで有効に入射させることができ、誘電体レンズ２５の開口効率を高めることができる。
【００７４】
図９に示す無線通信装置は、図８で示した無線通信装置を筐体２９内に組み込んだものである。図８におけるすり鉢構造体２６は、筐体２９と一体型に成型されている。筐体２９の中に設けられた実装基板２には、アンテナ一体型モジュール４の他、キャパシタや抵抗等の表面実装部品が実装されている。以上のように、筐体２９にすり鉢構造を体２６を形成することにより、小型で優れたアンテナ特性を有する無線通信装置が実現できる。
【００７５】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、アンテナ機能を有するマイクロ波・ミリ波無線通信装置に適用することができる。また、本発明は、小型で高性能な無線通信装置を実現する上で有効であり、ハイビジョン映像信号の無線伝送装置等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】実施の形態１に係る無線通信装置の構成を示す図であり、（ａ）は上記無線通信装置に設けられた実装基板の平面図であり、（ｂ）は上記無線通信装置の断面図であり、（ｃ）は上記無線通信装置に設けられたアンテナ一体型モジュールの平面図である。
【図２】上記無線通信装置に設けられたホーンアンテナの構成を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、上記無線通信装置のアンテナ指向性を示すグラフである。
【図４】上記無線通信装置の筐体を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図５】実施の形態２に係る無線通信装置の構成を示す図であり、（ａ）は上記無線通信装置に設けられた実装基板の平面図であり、（ｂ）は上記無線通信装置の断面図であり、（ｃ）は上記無線通信装置に設けられたアンテナ一体型モジュールの平面図である。
【図６】上記無線通信装置に設けられたホーンアンテナの構成を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図７】従来の無線通信装置に設けられたアンテナ一体型モジュールの構成を説明するための図である。
【図８】実施の形態３に係る無線通信装置の構成を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその正面断面図である。
【図９】実施の形態３に係る他の無線通信装置の構成を示す正面断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１ 無線通信装置
２ 実装基板
３ 貫通孔
４ アンテナ一体型モジュール
５ パッチアンテナ
６ 環状接地シート（環状接地部）
９ ホーンアンテナ
１０ 接続部
１１ 筐体
１２ 内壁導体
２５ 誘電体レンズ
２６ すり鉢状構造体
２７ 下部円形開口部
２８ 上部円形開口部
２９ 筐体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ機能を有するマイクロ波・ミリ波無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイビジョン映像信号の無線伝送が注目されており、大容量情報を伝達する必要から、広い帯域を確保できるミリ波を用いた無線映像伝送装置の開発が試みられている。ミリ波帯においては、アンテナと高周波回路を別々に形成してコネクタ等で接続した場合、その接続部での電力の損失が大きくなる。この接続部の損失を低減するために、アンテナと高周波回路を一つのモジュール内に収めたアンテナ一体型モジュールの開発が行われている。
【０００３】
上記アンテナ一体型モジュールの一例として、たとえば特許文献１に開示されている。図７は、従来の無線通信装置に設けられたアンテナ一体型モジュールの構成を説明するための図である。このアンテナ一体型モジュールは、図７に示すように、第１誘電体基板９０２にアンテナ素子９０３とそのアンテナ素子９０３に給電するための高周波線路９０４・９０５とが形成されたアンテナ回路基板Ａと、第２誘電体基板９０７の一部に形成されたキャビティ９０８内に高周波デバイス９０９が収納されて蓋体９１０で封止され、高周波デバイス９０９に信号を伝達するための伝送線路９１１・９１２が形成された高周波基板Ｂとを積層一体化している。
【特許文献１】特開平９−２３７８６７号公報（平成９年（１９９７）９月９日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記構成を有するアンテナ一体型モジュールにおいては、以下に示すような問題がある。すなわち、高周波回路で発生した高周波信号の大部分はアンテナから放射されるが、一部は表面波となってアンテナ回路基板Ａの面上を伝播し、基板端から放射される。低コスト化のためにアンテナ一体型モジュールのサイズを小さくしていった場合、基板端から放射される表面波の影響が大きくなり、アンテナ効率が低下する。
【０００５】
本発明の目的は、アンテナ効率が向上した高性能のアンテナを実現するアンテナ一体型モジュールを備えた無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る無線通信装置は、上記課題を解決するために、断面長方形状の貫通孔を有する実装基板と、前記貫通孔を覆って前記実装基板に実装されたアンテナ一体型モジュールとを備え、前記アンテナ一体型モジュールの前記貫通孔に露出する面には、放射波を放射するパッチアンテナが設けられ、前記アンテナ一体型モジュールと前記実装基板との間には、前記パッチアンテナを囲むように環状接地部が配置され、前記貫通孔の長辺の長さａが、前記放射波の波長λに対して、λ／２≦ａ≦λ、となっていることを特徴とする。
【０００７】
上記の特徴によれば、貫通孔の長辺の長さａが、前記放射波の波長λに対して、λ／２≦ａ≦λ、となっている。このため、放射に最適なＴＥ１０モードのみが低損失に伝播できる。仮にａ＜λ／２の場合は、ＴＥ１０モードがカットオフとなり、大きく減衰する（他に伝播できるモードはない）。ａ＞λの場合は、ＴＥ１０モードの一部がＴＥ２０モードに変換されて効率が落ちる。
【０００８】
本発明に係る無線通信装置では、前記貫通孔の短辺の長さｂが、前記放射波の波長λに対して、０＜ｂ≦λ／２、となっていることが好ましい。
【０００９】
上記構成によれば、前記貫通孔の短辺の長さｂが、前記放射波の波長λに対して、０＜ｂ≦λ／２、となっているので、電磁波に対して垂直な電磁波がカットオフされ、偏波比を向上させることができる。仮にｂ＞λ／２となると、例えば、実装ばらつき等により構造の左右のバランスが崩れている場合、電磁波に対して垂直な電磁波が発生して、偏波比が低下する可能性がある。ｂ＝ａ／２と設定した場合は、ａが上限値のλに等しい場合でも、ｂ＝λ／２となり、電磁波に対して垂直な電磁波がカットオフされる。
【００１０】
本発明に係る無線通信装置では、前記貫通孔の内壁には、前記実装基板の表面導体と裏面導体とを電気的に接続する内壁導体が形成されていることが好ましい。
【００１１】
上記構成によれば、電波が貫通孔を通過する際の損失を低減できるため、アンテナ効率が向上する。
【００１２】
本発明に係る無線通信装置では、前記貫通孔と実質的に同一の開口寸法を有する接続部を備えたホーンアンテナが前記貫通孔に接続されていることが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、アンテナから放射された電波はすべてホーンアンテナから放射されるため、高効率のアンテナが形成できる。
【００１４】
本発明に係る無線通信装置では、前記ホーンアンテナと接続されて前記アンテナ一体型モジュールを収納する筐体をさらに備えることが好ましい。
【００１５】
上記構成によれば、小型で軽量な無線通信装置が実現できる。また、アンテナ一体型モジュール内で発生した熱は、筐体内に籠らず、ホーンアンテナから外部に放出されるため、アンテナ一体型モジュールの信頼性が向上する。
【００１６】
本発明に係る無線通信装置は、上記課題を解決するために、断面円形状の貫通孔を有する実装基板と、前記貫通孔を覆って前記実装基板に実装されたアンテナ一体型モジュールとを備え、前記アンテナ一体型モジュールの前記貫通孔に露出する面には、放射波を放射するパッチアンテナが設けられ、前記アンテナ一体型モジュールと前記実装基板との間には、前記パッチアンテナを囲むように環状接地部が配置され、前記貫通孔の直径ｅが、前記放射波の波長λに対して、λ／１．７０６≦ｅ≦λ／１．３０６５、となっていることを特徴とする。
【００１７】
この特徴によれば、貫通孔の直径ｅが、前記放射波の波長λに対して、λ／１．７０６≦ｅ≦λ／１．３０６５、となっている。ｅ＝λ／１．７０６は円形導波管のＴＥ１１モードがカットオフとなる寸法であり、ｅ＝λ／１．３０６５は円形導波管の最初の高次モードであるＴＭ０１がカットオフとなる寸法である。ｅ＜λ／１．７０６の場合は、ＴＥ１１モードがカットオフとなり、大きく減衰する（他に伝播できるモードはない）。ｅ＞λ／１．３０６５の場合は、ＴＥ１１モードの一部がＴＭ０１モードに変換されて効率が落ちる。したがって、λ／１．７０６≦ｅ≦λ／１．３０６５とすることにより、放射に最適なＴＥ１１モードのみが低損失に伝播できる。
【００１８】
本発明に係る無線通信装置では、前記貫通孔の内壁には、前記実装基板の表面導体と裏面導体とを電気的に接続する内壁導体が形成されていることが好ましい。
【００１９】
本発明に係る無線通信装置では、前記貫通孔と実質的に同一の開口寸法を有する接続部を備えたホーンアンテナが前記貫通孔に接続されていることが好ましい。
【００２０】
本発明に係る無線通信装置では、前記ホーンアンテナと接続されて前記アンテナ一体型モジュールを収納する筐体をさらに備えることが好ましい。
【００２１】
本発明に係る無線通信装置では、下部円形開口部と上部円形開口部とを有するすり鉢状構造体と、前記すり鉢状構造体を覆う誘電体レンズとをさらに備え、前記下部円形開口部が上記貫通孔上に配置され、前記誘電体レンズが前記上部円形開口部を覆って配置されていることが好ましい。
【００２２】
上記構成によれば、パッチアンテナから放射された電波はすべて誘電体レンズから放射されるため、高効率のアンテナが形成できる。
【００２３】
本発明に係る無線通信装置では、上記すり鉢状構造体は、前記下部円形開口部の中心が前記誘電体レンズの焦点となるように深さが設定されていることが好ましい。
【００２４】
上記構成によれば、誘電体レンズから放射される電波は、平面波に変換されるため、より高利得のアンテナが実現できる。
【００２５】
本発明に係る無線通信装置では、前記下部円形開口部の直径は、上記貫通孔の長辺の長さと実質的に等しいことが好ましい。
【００２６】
上記構成によれば、貫通孔から放射された電波が散乱されることなく、誘電体レンズに入射されるのである。
【００２７】
本発明に係る無線通信装置では、上部円形開口部の直径は、前記誘電体レンズの直径と実質的に等しいことが好ましい。
【００２８】
上記構成によれば、貫通孔から放射された電波が誘電体レンズの周辺部まで有効に入射させることができるため、誘電体レンズの開口効率を高めることができる。
【００２９】
本発明に係る無線通信装置では、前記すり鉢状構造体が、前記アンテナ一体型モジュールを収納する筐体に一体成型されていることが好ましい。
【００３０】
上記構成によれば、アンテナを一体化した小型で高性能な無線通信装置が実現できる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る無線通信装置は、以上のように、貫通孔の長辺の長さａが、放射波の波長λに対して、λ／２≦ａ≦λ、となっているので、放射に最適なＴＥ１０モードのみが低損失に伝播できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の一実施形態について図１ないし図６、図８、図９に基づいて説明すると以下の通りである。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る無線通信装置１の構成を示す図であり、（ａ）は無線通信装置１に設けられた実装基板２の平面図であり、（ｂ）は無線通信装置１の断面図であり、（ｃ）は無線通信装置１に設けられたアンテナ一体型モジュール４の平面図である。
【００３４】
図１（ｃ）は、アンテナ一体型モジュール４をアンテナ面から見た図である。図１（ａ）には、実装基板２の貫通孔３の寸法ａ・ｂが示されている。
【００３５】
無線通信装置１は、実装基板２を備えている。実装基板２には、断面長方形状の貫通孔３が形成されている。無線通信装置１には、貫通孔３を覆って実装基板２に実装されたアンテナ一体型モジュール４が設けられている。アンテナ一体型モジュール４の貫通孔３に露出する面には、放射波を放射するパッチアンテナ５が設けられている。アンテナ一体型モジュール４と実装基板２との間には、パッチアンテナ５を囲むように環状接地シート６が、貫通孔３の内壁に沿って配置されている。
【００３６】
貫通孔３の長辺の長さａは、パッチアンテナ５が放射する放射波の波長λに対して、
λ／２≦ａ≦λ、
となっている。このため、放射に最適なＴＥ１０モードのみが低損失に伝播できる。仮にａ＜λ／２の場合は、ＴＥ１０モードがカットオフとなり、大きく減衰する（他に伝播できるモードはない）。ａ＞λの場合は、ＴＥ１０モードの一部がＴＥ２０モードに変換されて効率が落ちる。
【００３７】
貫通孔３の短辺の長さｂは、放射波の波長λに対して、
０＜ｂ≦λ／２、
となっている。
【００３８】
貫通孔３の短辺の長さｂが、放射波の波長λに対して、０＜ｂ≦λ／２、となっていると、電磁波に対して垂直な電磁波がカットオフされ、偏波比を向上させることができる。仮にｂ＞λ／２となると、例えば、実装ばらつき等により構造の左右のバランスが崩れている場合、電磁波に対して垂直な電磁波が発生して、偏波比が低下する可能性がある。ｂ＝ａ／２と設定した場合は、ａが上限値のλに等しい場合でも、ｂ＝λ／２となり、電磁波に対して垂直な電磁波がカットオフされる。
【００３９】
貫通孔３の内壁には、実装基板２の表面導体１３と裏面導体１４とを電気的に接続する内壁導体１２が形成されている。
【００４０】
アンテナ一体型モジュール４は、アンテナ一体型モジュール基板１７と、ふた１８とで構成される。アンテナ一体型モジュール基板１７のアンテナ面には、所定の間隔を空けて形成された複数の接続端子１６が、環状接地シート６を挟むように配置されている。
【００４１】
アンテナ一体型モジュール基板１７には、所定の間隔を空けて配置された複数のスルーホール１５が、環状接地シート６と重なる位置に形成されている。環状接地シート６は、スルーホール１５を介して、アンテナ一体型モジュール基板１７の内部に形成されたモジュール内層地板２０と接続されている。アンテナ一体型モジュール基板１７は、低温焼成セラミックの多層基板で作製した。
【００４２】
一方、実装基板２は、アンテナ一体型モジュール４側に接地面を有し、貫通孔３の内壁導体１２を介して実装基板２の反対面の表面導体１３と接続されており、電気的に導通する。実装基板２は、ガラスエポキシのプリント基板で形成した。
【００４３】
アンテナ一体型モジュール基板１７の環状接地シート６と、実装基板２の裏面導体１４（接地面）は半田付け（図示せず）によって接続されている。また、アンテナ一体型モジュール４の接続端子１６は、実装基板２の接続端子１９と半田付けにより接続されている。さらに実装基板２において、環状接地シート６によって囲まれる内側の領域と重なる部分は、ドリルで形成された貫通孔３となっている。貫通孔３の内壁には内壁導体１２が形成されている。貫通孔３の断面は図１（ａ）に示すように長方形となっており、この寸法は導波管規格ＷＲ−１５と同一の寸法、すなわちａ＝３．８ｍｍ、ｂ＝１．９ｍｍとなっている。もっとも貫通孔３の断面の形状は、必ずしも正確な長方形である必要はなく、貫通孔形成時のドリルの丸形状が四隅に残っても差し支えない。
【００４４】
パッチアンテナ５は、スルーホール１５を介して反対面の高周波回路（図示せず）に接続されている。高周波回路は、基板１７上の伝送線路や半導体集積回路で構成されている。
【００４５】
ここで、６０ＧＨｚ帯送信機としての無線通信装置１の動作について説明する。高周波回路で発生した６０ＧＨｚ帯の高周波信号は、その大部分がパッチアンテナ５から空間に放射されるが、環状接地シート６、裏面導体１４、内層地板２０、スルーホール１５、及び内壁導体１２で形成される領域が電波を閉じ込める金属壁として働き、電波は正面方向（パッチアンテナ５からアンテナ一体型モジュール４の基板１７に垂直な方向）へのみ伝播する。ところで導波管規格ＷＲ−１５は、周波数が約５０ＧＨｚ〜７５ＧＨｚのＴＥ１０モードのみを伝播する。貫通孔３は、導波管規格ＷＲ−１５の寸法とほぼ同一となっているため、パッチアンテナ５から放射された６０ＧＨｚ帯の高周波信号は高次モードに変換されることなく、貫通孔３を伝播し、そのまま正面方向に導かれて放射される。貫通孔３の内壁は内壁導体１２が形成されているため、貫通孔３内ではほとんど損失がないのである。貫通孔３の開口形状に関しては、必ずしも導波管規格と同一にする必要はなく、長辺の長さａが、放射波の波長λに対してλ／２≦ａ≦λを満たしていればよい。ここで、ａ＝λ／２は矩形導波管のＴＥ１０モードがカットオフとなる寸法であり、ａ＝λは矩形導波管の最初の高次モードであるＴＥ２０がカットオフとなる寸法である。ただし、導波管規格と同一に設定することにより、導波管を介してアンテナと測定器を接続することが可能となり、たとえば量産時の検査時間を短縮することが可能となる。
【００４６】
アンテナ一体型モジュール４は、高温焼成セラミックの多層基板で構成してもよい。実装基板２はテフロン（登録商標）系のプリント基板で形成してもよい。また高周波回路（図示せず）の構成を変更することにより受信機としても使用できる。
【００４７】
図２は、無線通信装置１に設けられたホーンアンテナ９の構成を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその正面断面図である。貫通孔３と実質的に同一の開口寸法を有する接続部１０を備えたホーンアンテナ９が貫通孔３に接続されている。
【００４８】
前述した図１に示す構成と異なる点は、実装基板２の貫通孔３の正面側の開口部分に、貫通孔３とほぼ同一の開口寸法（すなわち導波管規格ＷＲ−１５の開口寸法）の接続部１０を有するホーンアンテナ９が接続されている点である。ホーンアンテナ９は、アルミ等の金属で形成する。ホーンアンテナ９の長さｈと、先端部の開口寸法ｃ・ｄを適宜設定することにより、所望の指向性を実現することが可能となる。
【００４９】
指向性に関しては誘電体レンズを用いても調整が可能である。しかしながら、仮にパッチアンテナ５に誘電体レンズを組み合わせた場合、パッチアンテナ５からの放射波のすべてを誘電体レンズに入射させることは不可能で、放射波の一部は誘電体レンズからスピルオーバーする。このためアンテナ効率は低下する。これに対して、本実施の形態のホーンアンテナ９を用いた構造は、パッチアンテナ５から放射された電波がすべてホーンアンテナ９から放射されるため、高効率のアンテナが形成できるのである。
【００５０】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、無線通信装置１のアンテナ指向性を示すグラフである。図３（ａ）は、ホーンアンテナ９無しのときのアンテナ指向性を示しており、図３（ｂ）は、図２（ａ）（ｂ）に示す構成においてｈ＝１１ｍｍ、ｃ＝６．５ｍｍ、ｄ＝５ｍｍであるときのアンテナ指向性を示している。図３（ｃ）は、ｈ＝１１ｍｍ、ｃ＝１１．７ｍｍ、ｄ＝９ｍｍであるときの放射パターンを示したものである。横軸は正面方向に対する角度を示し、縦軸はアンテナ利得を示す。正面方向のアンテナ利得は、図３（ａ）では約５ｄＢｉとなっており、図３（ｂ）では約１０ｄＢｉとなっており、図３（ｃ）約１５ｄＢｉとなっている。ホーンアンテナ９の開口寸法の設定により、指向性が調整できることが分かる。
【００５１】
図４は、無線通信装置の筐体１１を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその断面図である。図４に示す無線通信装置は、図２で示した無線通信装置を筐体１１内に組み込んだものである。筐体１１はプラスチックで形成されている。実装基板２には、アンテナ一体型モジュール４の他、キャパシタや抵抗等の表面実装部品２１が実装されている。ホーンアンテナ９は、筐体１１にビス（図示せず）等で取り付けられている。
【００５２】
実装基板２は、ビス２３により筐体１１内部に取り付けられているが、ホーンアンテナ９の高さを適切に設定しておくことにより、実装基板２を筐体１１に取り付けた際に、ホーンアンテナ９の接続部１０を実装基板２とちょうど接触させることができる。この構造により、従来は、導波管部品と組み合わせるしか方法がなかったホーンアンテナ９を、小型で軽量な無線通信装置１に組み入れることが可能となり、すぐれたアンテナ特性を有する無線通信装置が実現できる。
【００５３】
さらに、ここでは軽量化のためにプラスチックによって構成した筐体１１を用いているが、通常プラスチックは熱伝導性が低く、放熱作用に乏しい。しかしながら、金属性のホーンアンテナ９を実装基板２に接触させることにより、アンテナ一体型モジュール４内部で発生した熱がホーンアンテナ９を介して速やかに外部に放熱されるため、熱が筐体１１内に籠らず、無線通信装置１の信頼性が向上するという副次的な効果が得られた。
【００５４】
以上のように実施の形態１によれば、パッチアンテナ５から放射された高周波信号が、高次モードに変換されることなく正面方向にのみ伝播されるため、アンテナの効率が上がる。
【００５５】
また、無線通信装置は矩形導波管の規格品と接続が容易となり検査時間の短縮が可能となる。
【００５６】
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係る無線通信装置１ａの構成を示す図であり、（ａ）は無線通信装置１ａに設けられた実装基板２ａの平面図であり、（ｂ）は無線通信装置１ａの断面図であり、（ｃ）は無線通信装置１ａに設けられたアンテナ一体型モジュール４ａの平面図である。
【００５７】
実施の形態１で前述した構成要素と同一・類似の構成要素には、同一・類似の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。実施の形態１と異なる点は、環状接地シート６ａおよび貫通孔３ａの開口が円形である点である。
【００５８】
無線通信装置１ａは、実装基板２ａを備えている。実装基板２ａには、断面円形状の貫通孔３ａが形成されている。無線通信装置１ａには、貫通孔３ａを覆って実装基板２ａに実装されたアンテナ一体型モジュール４ａが設けられている。アンテナ一体型モジュール４ａの貫通孔３ａに露出する面には、放射波を放射するパッチアンテナ５が設けられている。アンテナ一体型モジュール４ａと実装基板２ａとの間には、パッチアンテナ５を囲むように環状接地シート６ａが、貫通孔３ａの内壁に沿って配置されている。
【００５９】
貫通孔３ａの直径ｅは、パッチアンテナ５からの放射波の波長λに対して、
λ／１．７０６≦ｅ≦λ／１．３０６５、
となっている。
【００６０】
ｅ＝λ／１．７０６は円形導波管のＴＥ１１モードがカットオフとなる寸法であり、ｅ＝λ／１．３０６５は円形導波管の最初の高次モードであるＴＭ０１がカットオフとなる寸法である。ｅ＜λ／１．７０６の場合は、ＴＥ１１モードがカットオフとなり、大きく減衰する（他に伝播できるモードはない）。ｅ＞λ／１．３０６５の場合は、ＴＥ１１モードの一部がＴＭ０１モードに変換されて効率が落ちる。したがって、λ／１．７０６≦ｅ≦λ／１．３０６５とすることにより、放射に最適なＴＥ１１モードのみが低損失に伝播できる。
【００６１】
貫通孔３ａの直径ｅは３．５８ｍｍとしている。この径も導波管規格であるＶ帯Ｍｅｄｉｕｍサイズであり、約５８ＧＨｚ〜６８ＧＨｚのＴＥ１１モードが通過できる。貫通孔３ａの開口形状に関しては、必ずしも導波管規格と同一にする必要はなく、直径ｅが、放射波の波長λに対してλ／１．７０６≦ｅ≦λ／１．３０６５を満たしていれば、高次モードに変換されることなく正面方向に電波を導くことができる。ここで、ｅ＝λ／１．７０６は円形導波管のＴＥ１１モードがカットオフとなる寸法であり、ｅ＝λ／１．３０６５は円形導波管の最初の高次モードであるＴＭ０１がカットオフとなる寸法である。
【００６２】
図６は、無線通信装置１ａに設けられたホーンアンテナ９ａの構成を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその断面図である。図５に示す構成と異なる点は、実装基板２ａの貫通孔３ａの正面側の開口部分に、貫通孔３ａとほぼ同一の開口寸法（すなわち導波管規格Ｖ帯Ｍｅｄｉｕｍサイズ）の接続部１０ａを有するホーンアンテナ９ａが接続されている点である。
【００６３】
ホーンアンテナ９ａは、アルミ等の金属で形成する。ホーンアンテナ長さｇと、先端部の開口部の直径ｆとを適宜設定することにより、所望の指向性を実現することが可能となる。本実施の形態は、実施の形態１の図４で示した構成と同様に筐体内に組み込むことも可能である。
【００６４】
以上のように実施の形態２によれば、貫通孔３ａの直径ｅが、放射波の波長λに対してλ／１．７０６＜ｅ＜λ／１．３０６５となっているので、パッチアンテナ５から放射された高周波信号が、高次モードに変換されることなく正面方向にのみ伝播される。このため、アンテナの効率が上がる。
【００６５】
実施の形態１及び２では、貫通孔の断面が長方形状及び円形状の例を示したが、本発明はこれに限定されない、貫通孔の断面は、楕円形状であってもよい。
【００６６】
（実施の形態３）
図８は、実施の形態１で前述した無線通信装置１に、すり鉢状構造体２６と誘電体レンズ２５を配置した構成を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその正面断面図である。
【００６７】
図２に示すホーンアンテナ９と異なる点は、下部円形開口部２７と上部円形開口部２８を有するすり鉢状構造体２６を貫通孔３ｂの上に配置していることと、上部円形開口部２８に誘電体レンズ２５が配置されている点である。誘電体レンズ２５の焦点は、下部円形開口部２７の中心となるように、すり鉢状構造体２６の深さＨが設定されている。
【００６８】
また貫通孔３ｂは、ドリル用いて形成した一例を示しており、長方形の短辺に相当する部分が半円形状となっている。
【００６９】
すり鉢状構造体２６の下部円形開口部２７の直径は、貫通孔３ｂの長辺と実質的に同じ長さとしている。
【００７０】
すり鉢状構造体２６は、アルミ等の金属によって形成する。また、誘電体レンズ２５はポリプロピレン、ポリエチレン、テフロン等の低損失の材料で形成する。
【００７１】
実施の形態１で前述した動作と同様、アンテナ一体型モジュール４の内部の高周波回路で発生した高周波信号は、その大部分がパッチアンテナ５（図２）から空間に放射され、貫通孔３を伝播し、そのまま正面方向に導かれて放射される。貫通孔３ｂから放出された高周波信号は、広がりもって放射されるが、すり鉢状構造体２６の内壁によって広がりが制限されるため、スピルオーバーすることなく、すべての電波が誘電体レンズ２５の下面に入射される。貫通孔３ｂは、誘電体レンズ２５の点波源と見なすことができ、誘電体レンズ２５の焦点は、下部円形開口部２７の中心となるように配置しているため、誘電体レンズ２５に入射した電波は、すべて誘電体レンズ２５によって、同相の平面波に変換され、アンテナ利得が向上する。
【００７２】
下部円形開口部２７の直径を、貫通孔３ｂの長辺と実質的に同じ長さとすることにより、下部円形開口部２７から上部円形開口部２８に到る経路で、散乱面がほとんどなくなるため、貫通孔３ｂから放射された電波が散乱されることなく、誘電体レンズ２５に入射されるのである。
【００７３】
また、上部円形開口部２８の直径は誘電体レンズ２５の直径とほぼ等しくなっているため、貫通孔３ｂから放射された電波が誘電体レンズ２５の周辺部まで有効に入射させることができ、誘電体レンズ２５の開口効率を高めることができる。
【００７４】
図９に示す無線通信装置は、図８で示した無線通信装置を筐体２９内に組み込んだものである。図８におけるすり鉢構造体２６は、筐体２９と一体型に成型されている。筐体２９の中に設けられた実装基板２には、アンテナ一体型モジュール４の他、キャパシタや抵抗等の表面実装部品が実装されている。以上のように、筐体２９にすり鉢構造を体２６を形成することにより、小型で優れたアンテナ特性を有する無線通信装置が実現できる。
【００７５】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、アンテナ機能を有するマイクロ波・ミリ波無線通信装置に適用することができる。また、本発明は、小型で高性能な無線通信装置を実現する上で有効であり、ハイビジョン映像信号の無線伝送装置等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】実施の形態１に係る無線通信装置の構成を示す図であり、（ａ）は上記無線通信装置に設けられた実装基板の平面図であり、（ｂ）は上記無線通信装置の断面図であり、（ｃ）は上記無線通信装置に設けられたアンテナ一体型モジュールの平面図である。
【図２】上記無線通信装置に設けられたホーンアンテナの構成を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、上記無線通信装置のアンテナ指向性を示すグラフである。
【図４】上記無線通信装置の筐体を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図５】実施の形態２に係る無線通信装置の構成を示す図であり、（ａ）は上記無線通信装置に設けられた実装基板の平面図であり、（ｂ）は上記無線通信装置の断面図であり、（ｃ）は上記無線通信装置に設けられたアンテナ一体型モジュールの平面図である。
【図６】上記無線通信装置に設けられたホーンアンテナの構成を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図７】従来の無線通信装置に設けられたアンテナ一体型モジュールの構成を説明するための図である。
【図８】実施の形態３に係る無線通信装置の構成を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその正面断面図である。
【図９】実施の形態３に係る他の無線通信装置の構成を示す正面断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１ 無線通信装置
２ 実装基板
３ 貫通孔
４ アンテナ一体型モジュール
５ パッチアンテナ
６ 環状接地シート（環状接地部）
９ ホーンアンテナ
１０ 接続部
１１ 筐体
１２ 内壁導体
２５ 誘電体レンズ
２６ すり鉢状構造体
２７ 下部円形開口部
２８ 上部円形開口部
２９ 筐体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面長方形状の貫通孔を有する実装基板と、
前記貫通孔を覆って前記実装基板に実装されたアンテナ一体型モジュールとを備え、
前記アンテナ一体型モジュールの前記貫通孔に露出する面には、放射波を放射するパッチアンテナが設けられ、
前記アンテナ一体型モジュールと前記実装基板との間には、前記パッチアンテナを囲むように環状接地部が配置され、
前記貫通孔の長辺の長さａが、前記放射波の波長λに対して、
λ／２≦ａ≦λ、
となっていることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記貫通孔の短辺の長さｂが、前記放射波の波長λに対して、
０＜ｂ≦λ／２、
となっている請求項１記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記貫通孔の内壁には、前記実装基板の表面導体と裏面導体とを電気的に接続する内壁導体が形成されている請求項１記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記貫通孔と実質的に同一の開口寸法を有する接続部を備えたホーンアンテナが前記貫通孔に接続されている請求項１記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記ホーンアンテナと接続されて前記アンテナ一体型モジュールを収納する筐体をさらに備える請求項４記載の無線通信装置。
【請求項６】
断面円形状の貫通孔を有する実装基板と、
前記貫通孔を覆って前記実装基板に実装されたアンテナ一体型モジュールとを備え、
前記アンテナ一体型モジュールの前記貫通孔に露出する面には、放射波を放射するパッチアンテナが設けられ、
前記アンテナ一体型モジュールと前記実装基板との間には、前記パッチアンテナを囲むように環状接地部が配置され、
前記貫通孔の直径ｅが、前記放射波の波長λに対して、
λ／１．７０６≦ｅ≦λ／１．３０６５、
となっていることを特徴とする無線通信装置。
【請求項７】
前記貫通孔の内壁には、前記実装基板の表面導体と裏面導体とを電気的に接続する内壁導体が形成されている請求項６記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記貫通孔と実質的に同一の開口寸法を有する接続部を備えたホーンアンテナが前記貫通孔に接続されている請求項６記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記ホーンアンテナと接続されて前記アンテナ一体型モジュールを収納する筐体をさらに備える請求項８記載の無線通信装置。
【請求項１０】
下部円形開口部と上部円形開口部とを有するすり鉢状構造体と、前記すり鉢状構造体を覆う誘電体レンズとをさらに備え、前記下部円形開口部が上記貫通孔上に配置され、前記誘電体レンズが前記上部円形開口部を覆って配置されている請求項１記載の無線通信装置。
【請求項１１】
上記すり鉢状構造体は、前記下部円形開口部の中心が前記誘電体レンズの焦点となるように深さが設定されている請求項１０記載の無線通信装置。
【請求項１２】
前記下部円形開口部の直径は、上記貫通孔の長辺の長さと実質的に等しい請求項１０記載の無線通信装置。
【請求項１３】
上部円形開口部の直径は、前記誘電体レンズの直径と実質的に等しい請求項１０記載の無線通信装置。
【請求項１４】
前記すり鉢状構造体が、前記アンテナ一体型モジュールを収納する筐体に一体成型されている請求項１０記載の無線通信装置。
【請求項１】
断面長方形状の貫通孔を有する実装基板と、
前記貫通孔を覆って前記実装基板に実装されたアンテナ一体型モジュールとを備え、
前記アンテナ一体型モジュールの前記貫通孔に露出する面には、放射波を放射するパッチアンテナが設けられ、
前記アンテナ一体型モジュールと前記実装基板との間には、前記パッチアンテナを囲むように環状接地部が配置され、
前記貫通孔の長辺の長さａが、前記放射波の波長λに対して、
λ／２≦ａ≦λ、
となっていることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記貫通孔の短辺の長さｂが、前記放射波の波長λに対して、
０＜ｂ≦λ／２、
となっている請求項１記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記貫通孔の内壁には、前記実装基板の表面導体と裏面導体とを電気的に接続する内壁導体が形成されている請求項１記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記貫通孔と実質的に同一の開口寸法を有する接続部を備えたホーンアンテナが前記貫通孔に接続されている請求項１記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記ホーンアンテナと接続されて前記アンテナ一体型モジュールを収納する筐体をさらに備える請求項４記載の無線通信装置。
【請求項６】
断面円形状の貫通孔を有する実装基板と、
前記貫通孔を覆って前記実装基板に実装されたアンテナ一体型モジュールとを備え、
前記アンテナ一体型モジュールの前記貫通孔に露出する面には、放射波を放射するパッチアンテナが設けられ、
前記アンテナ一体型モジュールと前記実装基板との間には、前記パッチアンテナを囲むように環状接地部が配置され、
前記貫通孔の直径ｅが、前記放射波の波長λに対して、
λ／１．７０６≦ｅ≦λ／１．３０６５、
となっていることを特徴とする無線通信装置。
【請求項７】
前記貫通孔の内壁には、前記実装基板の表面導体と裏面導体とを電気的に接続する内壁導体が形成されている請求項６記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記貫通孔と実質的に同一の開口寸法を有する接続部を備えたホーンアンテナが前記貫通孔に接続されている請求項６記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記ホーンアンテナと接続されて前記アンテナ一体型モジュールを収納する筐体をさらに備える請求項８記載の無線通信装置。
【請求項１０】
下部円形開口部と上部円形開口部とを有するすり鉢状構造体と、前記すり鉢状構造体を覆う誘電体レンズとをさらに備え、前記下部円形開口部が上記貫通孔上に配置され、前記誘電体レンズが前記上部円形開口部を覆って配置されている請求項１記載の無線通信装置。
【請求項１１】
上記すり鉢状構造体は、前記下部円形開口部の中心が前記誘電体レンズの焦点となるように深さが設定されている請求項１０記載の無線通信装置。
【請求項１２】
前記下部円形開口部の直径は、上記貫通孔の長辺の長さと実質的に等しい請求項１０記載の無線通信装置。
【請求項１３】
上部円形開口部の直径は、前記誘電体レンズの直径と実質的に等しい請求項１０記載の無線通信装置。
【請求項１４】
前記すり鉢状構造体が、前記アンテナ一体型モジュールを収納する筐体に一体成型されている請求項１０記載の無線通信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−８１８３３（Ｐ２００９−８１８３３Ａ）
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７２４９６（Ｐ２００８−１７２４９６）
【出願日】平成２０年７月１日（２００８．７．１）
【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２０年度総務省「電波資源拡大のための研究開発」のうち、「ミリ波帯無線装置の低コスト化の小型ワンチップモジュール化技術の研究開発」委託研究、産業再生法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１日（２００８．７．１）
【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２０年度総務省「電波資源拡大のための研究開発」のうち、「ミリ波帯無線装置の低コスト化の小型ワンチップモジュール化技術の研究開発」委託研究、産業再生法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]