無線装置
【課題】安価で高性能な無線装置を提供する。
【解決手段】本発明における無線装置は、誘電体で形成された第一の基板１０２と、前記第一の基板の裏面に表面が接合され、前記誘電体の誘電正接より大きい誘電正接の誘電体で形成された第二の基板１０３と、前記第一の基板１０２の表面に形成されたアンテナ素子と、前記第二の基板１０３の裏面に実装され、前記アンテナ素子と電気的に接続された回路チップ１４０とを備える。
【解決手段】本発明における無線装置は、誘電体で形成された第一の基板１０２と、前記第一の基板の裏面に表面が接合され、前記誘電体の誘電正接より大きい誘電正接の誘電体で形成された第二の基板１０３と、前記第一の基板１０２の表面に形成されたアンテナ素子と、前記第二の基板１０３の裏面に実装され、前記アンテナ素子と電気的に接続された回路チップ１４０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線装置に関し、特に、対象物までの距離や位置を測定するレーダ装置等の無線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車交通における衝突防止などの用途として、高精度の位置検知が実現できるミリ波または準ミリ波を用いた高周波レーダ装置が検討されており、様々なレーダ方式が提案されている。例えば、パルス方式レーダ装置は、送信アンテナからパルス信号を電波として送信し、対象物から反射した電波を受信アンテナで検出する。パルス式レーダ装置は、送信したパルス信号と受信したパルス信号との遅延時間差を算出することで対象物までの距離および位置を測定する。パルス式レーダ装置は、広い周波数帯域を必要とするため、広帯域特性が必要である。
【０００３】
ミリ波および準ミリ波のパルス式レーダ装置は、高周波かつ広帯域の周波数を扱うので、チップとアンテナの接続部が重要である。チップとアンテナの接続部に寄生容量などが付加すると、高周波領域では不整合などにより特性が極端に悪くなる。これに対し、寄生成分を極力おさえるため、アンテナとチップが一体化した構造のレーダ装置が知られている。
【０００４】
アンテナとチップが一体化した構造のレーダ装置は、基板表面にアンテナ素子が形成され、基板裏面にチップ実装領域が形成される。このような構造のレーダ装置において、基板表面に形成されたアンテナ素子と基板裏面に実装されたチップとの間で高周波信号を伝送するには工夫が必要である。例えば、同軸構造のスルーホールを用いたレーダ装置が知られている（特許文献１および特許文献２参照。）。同軸構造のスルーホールを用いる場合には、スルーホールの周りのグランドと、そのグランド層間を接続するグランド用スルーホールが必要である。
【特許文献１】特開２００４−１２０６５９号公報
【特許文献２】特開２００３−１３３８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のアンテナ・チップ一体型レーダ装置におけるグランド用スルーホールは、ビアオンビア構造であり、ビルドアップ方式といった特別な作製工法が用いられる。そのため、作製プロセスが多い等により、高価となってしまうという問題がある。さらに、基板が異なる材料で積層された構造である場合には、アンテナとチップとを接続するスルーホールの設計が非常に難しくなる。
【０００６】
一方、高い周波数領域では、基板上の線路損失やアンテナでの損失が大きくなるため、誘電正接が小さく損失が少ない基板を用いる必要がある。
【０００７】
図６は、周波数に対する長さ１０ｍｍの線路における線路損失特性を示す図である。図６に示すように、誘電正接が大きい基板の線路は、特に高い周波数で損失が増大する。
【０００８】
図７は、基板の誘電正接に対する平面パッチアンテナのアンテナ放射効率を示す図である。図７に示すように、誘電正接が大きくなると、アンテナ放射効率が減少する。すなわち、良好なアンテナ特性を得るためには、誘電正接の小さな材料の基板を使う必要がある。しかし、このような高周波基板は非常に高価であるという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、安価で高性能な無線装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る無線装置は、誘電体で形成された第一の基板と、前記第一の基板の裏面に表面が接合され、前記誘電体の誘電正接より大きい誘電正接の誘電体で形成された第二の基板と、前記第一の基板の表面に形成されたアンテナ素子と、前記第二の基板の裏面に実装され、前記アンテナ素子と電気的に接続された回路チップとを備える。
【００１１】
これにより、本発明における無線装置は、アンテナ素子を、誘電正接が小さく高周波特性にすぐれた高価な第一の基板上に形成することで、高性能を実現することができる。また、回路チップを誘電正接が大きく安価な第二の基板に実装することで、無線装置を安価に形成することができる。よって、本発明における無線装置は、安価で高性能を実現することができる。
【００１２】
また、前記第一の基板および前記第二の基板には、前記第一の基板および前記第二の基板を貫通する第一のスルーホールが形成され、前記第一の基板は、前記アンテナ素子と前記第一のスルーホールとを電気的に接続する第一の配線を備え、前記第二の基板は、前記回路チップと前記第一のスルーホールとを電気的に接続する第二の配線を備えてもよい。
【００１３】
これにより、アンテナ素子と回路チップとを、スルーホールを介して電気的に接続することができる。
【００１４】
また、前記第二の基板は、積層された複数の基板から形成され、前記第二の基板は、さらに、前記複数の基板の各層間に形成され、電気的に接地され、前記第一のスルーホールを電気的に分離して囲む導体層である接地部を備えてもよい。
【００１５】
これにより、第一のスルーホールは同軸構造により形成される。よって、第一のスルーホールの信号伝送特性を向上させることができる。
【００１６】
また、前記第一の基板および前記第二の基板には、さらに、前記第一の基板および前記第二の基板を貫通し、前記複数の基板の各層間に形成された接地部を電気的に接続する第二のスルーホールが形成されてもよい。
【００１７】
これにより、第二のスルーホールを安価な貫通スルーホールで形成することができる。よって、本発明における無線装置は、安価に形成することができる。
【００１８】
また、前記第一の基板および前記第二の基板には、複数の前記第二のスルーホールが形成され、前記複数の第二のスルーホールは、前記第一のスルーホールと隣接する前記第一の配線または前記第二の配線の配線方向の軸に対し対称に配置されてもよい。
【００１９】
これにより、接地部により、第一のスルーホールを効率よくシールドすることができる。これにより、同軸構造である第一のスルーホールの信号伝送特性を向上させることができる。
【００２０】
また、前記各第二のスルーホールの中心は、前記第一のスルーホールと隣接する前記第一の配線または前記第二の配線の配線方向に対し垂直であり、前記第一のスルーホールの中心を含む軸上に配置されなくともよい。
【００２１】
これにより、接地部により、第一のスルーホールを効率よくシールドすることができる。これにより、同軸構造である第一のスルーホールの信号伝送特性を向上させることができる。
【００２２】
また、前記第一の基板は、一層から形成される基板であり、前記第一の配線は、前記第一の基板の表面に形成されてもよい。
【００２３】
これにより、高価な高周波基板である第一の基板を１層しか用いないので、無線装置のコストを削減することができる。
【００２４】
また、前記第一のスルーホールのインピーダンスは、前記第一の配線のインピーダンス以下かつ前記第二の配線のインピーダンス以上、または、前記第一の配線のインピーダンス以上かつ前記第二の配線のインピーダンス以下であってもよい。
【００２５】
これにより、アンテナ素子と回路チップとの信号伝送特性を向上させることができる。
また、前記第一の基板の厚さは、前記複数の基板の各層の厚さよりも厚くてもよい。
【００２６】
これにより、第一の基板の厚さが厚くなり、第一の基板上に形成されるアンテナ素子および第一の配線の高周波特性を向上させることができる。また、第二の基板を薄くすることにより、コストを削減することができる。よって、本発明における無線装置は、安価で高性能を実現することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、安価で高性能な無線装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係るレーダ装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
本実施の形態におけるレーダ装置は、アンテナ素子を形成する基板表面側に高周波基板を用い、チップが実装される基板裏面側には安価なプリント基板を用いることで、安価で高性能なレーダ装置を実現することができる。また、本実施の形態におけるレーダ装置は、グランド用スルーホールに貫通スルーホールを用いることで安価で高性能なレーダ装置を実現することができる。
【００３０】
図１Ａは、本実施の形態におけるレーダ装置の断面構造を模式的に示した図である。
図１Ａに示すように、本実施の形態におけるレーダ装置は、１層の高周波基板１０２と４層の実装基板１０３と、高周波基板１０２の表面に形成された配線１６１と、実装基板の裏面に形成された配線１６２、接続用スルーホール１１０と、グランド用スルーホール１５０と、接地導体１７０と、回路チップ１４０と、ワイヤ１０６とを備える。
【００３１】
高周波基板１０２は、レーダ装置を構成する第一の基板であり、誘電正接が小さい誘電体で形成されたプリント配線板である。例えば、高周波基板１０２は、松下電工製ガラス布基材熱硬化ＰＰＯ樹脂銅張積層板Ｒ−４７２６である。広帯域なアレーアンテナ特性を実現するため、高周波基板１０２は、厚膜基板であり、例えば、基板厚は０．５ｍｍである。
【００３２】
実装基板１０３は、レーダ装置を構成する第二の基板であり、高周波基板１０２の裏面に表面が接合される。実装基板１０３は、高周波基板１０２を形成する誘電体の誘電正接より大きい誘電正接の誘電体で形成される。また、実装基板１０３は、積層された複数の基板から形成される。実装基板１０３は、誘電正接が大きいが安価なプリント配線板であり、例えば、松下電工製ＦＲ−４ガラス布基材エポキシ樹脂多層プリント材料である。また、レーダ装置の低コスト化のために、実装基板１０３の一層の厚さは、高周波基板１０２の厚さより薄くする。
【００３３】
このように、本実施形態におけるレーダ装置は、誘電正接が異なる基板を張り合わせ、高価な高周波基板１０２を１層構造とし、安価な実装基板を多層構造とすることで、低コスト化を実現している。
【００３４】
また、高周波基板１０２と実装基板１０３との組み合わせを、同じ材料の基板を積載するのと同様のプロセスで形成できる組み合わせの基板にすることで、プロセスを複雑化することなく、レーダ装置を形成することができる。
【００３５】
接続用スルーホール１１０は、高周波基板１０２および実装基板１０３を貫通し形成される貫通スルーホールである。接続用スルーホールは、配線１６１と配線１６２とを電気的に接続する。
【００３６】
接地導体１７０は、実装基板１０３の各層間に形成され、電気的に接地される。接地導体１７０は、接続用スルーホール１１０を電気的に分離して囲む導体層である。すなわち、接続用スルーホール１１０は、同軸構造のスルーホールである。
【００３７】
グランド用スルーホール１５０は、高周波基板１０２および実装基板１０３を貫通し形成される貫通スルーホールである。グランド用スルーホール１５０は、実装基板１０３の各層間に形成された接地導体１７０を電気的に接続する。
【００３８】
回路チップ１４０は、高周波基板の表面に形成されるアンテナ素子が受信した信号の処理等を行うＬＳＩである。
【００３９】
ワイヤ１０６は、回路チップ１４０と実装基板上の配線１６２とをワイヤボンディング接続する。
【００４０】
図１Ｂは、本実施の形態におけるレーダ装置の基板表面側（高周波基板側）の平面図である。
【００４１】
図１Ｂに示すように、本実施の形態におけるレーダ装置は、高周波基板１０２の表面に形成された送信側アレーアンテナ１２１と、受信側アレーアンテナ１２２と、送信側接続用スルーホール１１１と、受信側接続用スルーホール１１２と、配線１６１ａおよび１６１ｂと、分離用導体１０４とを備える。なお、送信側接続用スルーホール１１１と受信側接続用スルーホール１１２とを特に区別しない場合は接続用スルーホール１１０と表す。また、配線１６１ａと１６１ｂとを特に区別しない場合は、配線１６１と表す。
【００４２】
送信側アレーアンテナ１２１は、高周波基板１０２の表面に形成され、電波を放出する複数のアンテナ素子１２０と、送信側フィルタ１３１と、配線１２３ａとを備える。
【００４３】
受信側アレーアンテナ１２２は、高周波基板の表面に形成され、電波を受信する複数のアンテナ素子１２０と、受信側フィルタ１３２と、配線１２３ｂとを備える。送信側アレーアンテナ１２１から、放出された電波は、対象物に反射し、受信側アレーアンテナ１２２に受信される。
【００４４】
送信側アレーアンテナ１２１および受信側アレーアンテナ１２２のアンテナ素子１２０は、マイクロストリップ型の平面パッチアンテナである。マイクロストリップ型の平面パッチアンテナを用いることで送信側アレーアンテナ１２１および受信側アレーアンテナ１２２を薄膜化することができる。
【００４５】
送信側アレーアンテナ１２１および受信側アレーアンテナ１２２は、複数のアンテナ素子１２０を並べたアレー構造である。これにより、所望のアンテナ利得およびアンテナ放射パターンを容易に実現することができる。
【００４６】
配線１２３ａは、高周波基板１０２の表面に形成され、送信側アレーアンテナ１２１の複数のアンテナ素子１２０と送信側フィルタ１３１とを電気的に接続する。同様に、配線１２３ｂは、高周波基板１０２の表面に形成され、受信側アレーアンテナ１２２の複数のアンテナ素子１２０と受信側フィルタ１３２とを電気的に接続する。配線１２３ａおよび配線１２３ｂは、送信側フィルタ１３１または受信側フィルタ１３２から、各アンテナ素子１２０への配線長が等しくなるように形成される。すなわち、各アンテナ素子１２０への給電方式は、並列給電方式（トーナメント方式）である。これにより、広帯域なアレーアンテナ特性を得ることができる。
【００４７】
送信側フィルタ１３１および受信側フィルタ１３２は、所定の周波数領域以外の信号をカットするフィルタである。例えば、送信側フィルタ１３１および受信側フィルタ１３２は、２０〜３０ＧＨｚの周波数領域以外の信号をカットするバンドパスフィルタである。送信側フィルタ１３１及び受信側フィルタ１３２は、例えば、マイクロストリップ並列結合型バンドパスフィルタであり、複数のアンテナ素子１２０、配線１２３ａおよび配線１２３ｂと同一基板上表面に形成される。これにより、レーダ装置の小型および低コスト化ができる。また、送信側フィルタ１３１および受信側フィルタ１３２は、フィルタ線路幅を細くし、入出力のインピーダンスを大きくしている。これにより、送信側フィルタ１３１および受信側フィルタ１３２の実装面積が小さくなり、送信側フィルタ１３１および受信側フィルタ１３２を小型化および高性能化できる。例えば、送信側フィルタ１３１および受信側フィルタ１３２の入出力インピーダンスは１００Ωである。
【００４８】
送信側接続用スルーホール１１１および受信側接続用スルーホール１１２は、高周波基板１０２および実装基板１０３を貫通し形成される。
【００４９】
配線１６１ａは、送信側接続用スルーホール１１１と、送信側フィルタ１３１とを電気的に接続する。配線１６１ｂは、受信側接続用スルーホール１１２と、受信側フィルタ１３２とを電気的に接続する。高周波基板１０２の表面に形成された第一の配線である配線１６１ａおよび配線１２３ａにより、送信側アレーアンテナ１２１の複数のアンテナ素子１２０と送信側接続用スルーホール１１１とが電気的に接続される。高周波基板１０２の表面に形成された第一の配線である配線１６１ｂおよび配線１２３ｂにより、受信側アレーアンテナ１２２の複数のアンテナ素子１２０と受信側接続用スルーホール１１２とが電気的に接続される。
【００５０】
分離用導体１０４は、高周波基板１０２の表面の送信側アンテナ１２１と受信側アンテナ１２２の間に形成された導体である、分離用導体１０４は、電気的に接地され、送受信間のアイソレーションを向上させる。分離用導体１０４は、スルーホール１０５を介し、実装基板１０３の各層間の接地導体１７０と接続される。
【００５１】
図１Ｃは、本実施の形態におけるレーダ装置の基板裏面側（チップ実装側）の平面図である。
【００５２】
図１Ｃに示すように、本実施の形態におけるレーダ装置は、基板裏面側の実装基板１０３の裏面に、送信用チップ１４１と、受信用チップ１４２と、配線１６２ａおよび１６２ｂとを備える。なお、送信用チップ１４１と受信用チップ１４２とを特に区別しない場合は回路チップ１４０と表す。配線１６２ａと配線１６２ｂとを特に区別しない場合は配線１６２と表す。
【００５３】
送信用チップ１４１は、実装基板１０３の裏面に実装され、送信側アレーアンテナ１２１と電気的に接続される。送信用チップ１４１は、送信側アレーアンテナ１２１から電波を放出させる信号を出力するＬＳＩである。送信用チップ１４１は、パルス変調を行うミキサーと、パルス変調された信号を増幅するパワー増幅器等を備える。
【００５４】
受信用チップ１４２は、実装基板１０３の裏面に実装され、受信側アレーアンテナ１２２と電気的に接続される。受信用チップ１４２は、受信側アレーアンテナ１２２が受信した信号から、対象物までの距離を算出するＬＳＩである。受信用チップ１４２は、受信側アレーアンテナ１２２が受信した信号を増幅する低雑音増幅器と、増幅された信号を復調するミキサーと、対象物までの距離を算出する検波回路とを備える。検波回路は、受信信号と遅延回路で送信パルス信号遅延させた遅延信号とを比較する。検波回路は、送信された電波が対象物から反射して戻ってくる間の時間と遅延信号の遅延時間とが同じかどうかを判定し、遅延時間から対象物までの距離を換算する。
【００５５】
配線１６２ａは、実装基板１０３の裏面に形成された第二の配線であり、送信用チップ１４１と送信側接続用スルーホール１１１とを電気的に接続する。配線１６２ｂは、実装基板１０３の裏面に形成された第二の配線であり、受信用チップ１４２と受信側接続用スルーホール１１２とを電気的に接続する。
【００５６】
送信側チップ１４１および受信側チップ１４２は、送信アレーアンテナ１２１および受信アレーアンテナ１２２からの電波放射の影響を受けないように、送信アレーアンテナ１２１および受信アレーアンテナ１２２が形成されている実装基板１０３の裏面に実装される。これにより、優れた送受アイソレーションが得られる。さらに、送信用チップ１４１と受信用チップ１４２は相互干渉を避けるため、送信側アンテナ１２１と受信側アンテナ１２２の外側つまり、実装基板１０３の外側にそれぞれ実装される。
【００５７】
送信側アレーアンテナ１２１または受信側アレーアンテナ１２２と送信用チップ１４１または受信用チップ１４２との間での損失はレーダ感度の悪化の原因となるので、極力少なくする必要がある。また、実装基板１０３は、誘電正接が大きいため、配線１６２における信号の高周波領域での損失は大きい。よって、本実施の形態におけるレーダ装置は、接続用スルーホール１１０に近い位置に回路チップ１４０を実装する。これにより、配線１６２の配線長は短くなり、実装基板１０３における信号の高周波領域での損失を低減することができる。例えば、接続用スルーホール１１０と回路チップ１４０との距離は３ｍｍ程度である。
【００５８】
このように、本実施の形態におけるレーダ装置は、送信側アレーアンテナ１１１および受信側アレーアンテナ１１２を高周波基板の表面に形成し、回路チップ１４０を安価な実装基板１０３に実装する。これにより、基板全体を高価な高周波基板で形成する場合に比べレーダ装置のコストを削減することができる。
【００５９】
また、本実施の形態におけるレーダ装置は、高周波領域の信号の損失に対する影響の大きいアンテナ素子１２０、配線１２３ａ、配線１２３ｂ、受信側フィルタ１３１および送信側フィルタを高周波基板１０２の表面に形成するので、基板全体を高周波基板で形成した場合に対し、特性の減少を抑えることができる。すなわち、本発明は、安価で高性能なレーダ装置を実現することができる。
【００６０】
図２Ａは、本実施の形態における接続用スルーホール１１０周辺の概略を示す平面図である。図２Ｂは、図２Ａにおける領域２１０を拡大した図である。図２Ｂ上図は、領域２１０の平面図である。図２Ｂ下図は、図２Ｂ上図の断面図である。
【００６１】
図２Ｂに示すように、接続用スルーホール１１０は、周囲を各層に形成されている接地導体１７０に囲まれる。接地導体１７０は、実装基板１０３の各層間に形成され、電気的に接地された導体層である。接地導体１７０は、上面から見て接続用スルーホール１１０を中心とし、円形に削除された形状である。このように、接続用スルーホール１１０の周囲に接地導体１７０を配置した同軸構造のスルーホールを用いることで、接続用スルーホール１１０のインピーダンスを調整することができる。ここで、接続用スルーホール１１０のインピーダンスは、高周波基板上の配線１６１のインピーダンスと、実装基板上の配線１６２と整合するよう設計する。すなわち、接続用スルーホール１１０のインピーダンスは、高周波基板上の配線１６１のインピーダンス以下かつ実装基板上の配線１６２のインピーダンス以上、または、高周波基板上の配線１６１のインピーダンス以上かつ実装基板上の配線１６２のインピーダンス以下に設計する。本実施形態では、高周波基板上の配線１６１のインピーダンスと実装基板側の配線１６２のインピーダンスと、接続用スルーホール１１０のインピーダンスとをそれぞれ５０Ωとしている。これにより、接続による不整合が起きないので良好な特性を得ることができる。
【００６２】
図２Ａに示すように、接続用スルーホール１１０の周囲には、複数のグランド用スルーホール１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃおよび１５０ｄが形成される。なお、グランド用スルーホール１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃおよび１５０ｄを特に区別しない場合は、グランド用スルーホール１５０と表す。
【００６３】
グランド用スルーホール１５０は、高周波基板１０２および実装基板１０３を貫通し形成される貫通スルーホールである。グランド用スルーホール１５０は、実装基板１０３の各層間に形成された接地導体１７０を電気的に接続する。グランド用スルーホール１５０は、基板作製の最後にドリル等で基板の最上部から最下位部まで貫通する穴を形成し、内部をメッキして導電させることにより形成される。貫通スルーホールは、ビルドアップ方式に比べ安価に形成することができる。これにより、本実施の形態におけるレーダ装置を安価に形成することができる。
【００６４】
貫通スルーホールを用いた場合、グランド用スルーホール１５０は高周波基板上の配線１６１および実装基板上の配線１６２と重ならないよう設置する必要がある。また、本実施形態におけるレーダ装置は、接続用スルーホール１１０のサイズおよびグランド用スルーホール１５０の位置を工夫することで、ビルドアップ方式で作製した構造と同程度の特性が得ることができる。
【００６５】
図３は、図２Ｂにおけるグランド径２０８に対する接続用スルーホール１１０の挿入損失を示す図である。図３に示すように、接続用スルーホール１１０のコア径２０７に対し、挿入損失が最も小さくなる最適なグランド径２０８が存在する。また、図３に示すように、接続用スルーホール１１０のコア径２０７を小さくすることで良好な特性が得られる。例えば、コア径２０７を０．3ｍｍ、グランド径２０８を１．4ｍｍとすることで、良好な特性を得ることができる。
【００６６】
図２Ａに示すように、接続用スルーホール１１０に接続される高周波基板上の配線１６１または実装基板上の配線１６２の配線領域があるため、グランド用スルーホール１５０を接続用スルーホール１１０の周囲全方向に作成することはできない。本実施の形態におけるレーダ装置では、グランド用スルーホール１５０は、接続用スルーホール１１０の周囲に接続用スルーホール１１０に対し対称に配置される。複数のグランド用スルーホール１５０は、接続用スルーホール１１０と隣接する配線１６１または配線１６２の配線方向の軸に対し対称に配置される。すなわち、図２Ａに示す軸２１１に対し、グランド用スルーホール１５０ａおよび１５０ｃと、グランド用スルーホール１５０ｂおよび１５０ｄとが対称に配置される。
【００６７】
また、グランド用スルーホール１５０ａおよび１５０ｂは、接続用スルーホール１１０の中心に対し、図２Ａにおける上方向にオフセット２０９を設けて配置される。すなわち、複数のグランド用スルーホール１５０の中心は、接続用スルーホール１１０に隣接する配線１６１または配線１６２の配線方向に対し垂直であり、接続用スルーホール１１０の中心を含む軸上に配置されない。
【００６８】
図４は、図２Ａのグランド用スルーホール１５０ａおよび１５０ｂのオフセット２０９に対する接続用スルーホール１１０の損失を示している。図４に示すように、グランド用スルーホール１５０の位置によって挿入損失が変化する。つまり、グランド用スルーホール１５０の位置と接続用スルーホール１１０の位置にオフセット２０９をつけ、対称構造に近づけることで、挿入損失を低減できる。例えば、図４に示すように、オフセット２０９を０．４ｍｍとすることで、良好な特性を得ることができる。
【００６９】
このように、本実施の形態におけるレーダ装置は、接続用スルーホール１１０に対し、グラント用スルーホール１５０を最適に配置することで、ビルドアップ方式を用いた場合と同等の特性を得ることができる。また、グランド用スルーホール１５０を貫通スルーホールとすることで、安価にグランド用スルーホール１５０を形成できる。よって、本発明は、安価で高性能なレーダ装置を実現することができる。
【００７０】
以上より、本実施の形態におけるレーダ装置は、送信側アレーアンテナ１１１および受信側アレーアンテナ１１２を高周波基板の表面に形成し、回路チップ１４０を安価な実装基板１０３に実装する。これにより、基板全体を高価な高周波基板で形成する場合に比べレーダ装置のコストを削減することができる。
【００７１】
また、本実施の形態におけるレーダ装置は、高周波領域の信号の損失に対する影響の大きいアンテナ素子１２０、配線１２３ａ、配線１２３ｂ、受信側フィルタ１３１および送信側フィルタを高周波基板１０２の表面に形成するので、基板全体を高周波基板で形成した場合に対し、特性の減少を抑えることができる。すなわち、本発明は、安価で高性能なレーダ装置を実現することができる。
【００７２】
また、高周波基板１０２と実装基板１０３との組み合わせを、同じ材料の基板を積載するのと同様のプロセスで形成できる組み合わせの基板にすることで、プロセスを複雑化することなく、レーダ装置を形成することができる。
【００７３】
また、同軸構造の接続用スルーホール１１０を用いることで、信号伝送特性を向上させることができる。さらに、グランド用スルーホール１５０を、貫通スルーホールで形成する。これにより、安価にグランド用スルーホール１５０を形成することができる。また、接続用スルーホール１１０に対し、グラント用スルーホール１５０を最適に配置することで、高性能なレーダ装置を実現することができる。
【００７４】
以上、本発明の実施の形態に係るレーダ装置について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
【００７５】
例えば、実装基板１０３は、テフロン（登録商標）基板、ポリミド基板、アルミナ基板、セラミック基板または紙フェノール基板等であってもよい。
【００７６】
また、上記説明では、実装基板１０３は４層としているが、何層であってもよい。
また、上記説明では、高周波基板１０２は１層としているが、複数層であってもよい。
【００７７】
また、上記説明では、送信側アレーアンテナ１２１と受信側アレーアンテナ１２２とを同じ構成としたが、構成や構造が異なっていても良い。また、送信側アレーアンテナ１２１および受信側アレーアンテナ１２２は、パッチアンテナとしたがその他のアンテナであってもよい。
【００７８】
また、送信側アレーアンテナ１２１および受信側アレーアンテナ１２２への給電方法は並列給電方式でなくてもよい。
【００７９】
また、上記説明では、送信側フィルタ１３１および受信側フィルタ１３２を挿入しているが、どちらか片側だけでもよいし、挿入しなくてもよい。
【００８０】
また、上記説明では、送信側フィルタ１３１および受信側フィルタ１３２は、特定の周波数領域以外をカットするフィルタとしているが、これに限らない。例えば、送信側フィルタ１３１および受信側フィルタ１３２は、特定の周波数領域をカットするフィルタであってもよいし、ローパスフィルタ等であってもよい。また、複数種類のフィルタを併用してもよい。
【００８１】
また、上記説明では、回路チップ１４０と実装基板上の配線１６２との接続は、ワイヤ１０６によるワイヤボンディング接続としたが、フリップチップ実装による接続等であってもよい。
【００８２】
また、上記説明では、分離用導体１０４およびスルーホール１０５を形成したが、分離用導体１０４がなくてもよいし、分離用導体１０４にスルーホール１０５を形成しなくてもよい。
【００８３】
また、上記説明では、接地導体１７０を円形としたがこれに限らない。例えば、接地導体１７０は、楕円形または多角形等の形状であってもよい。
【００８４】
また、上記説明では、接続用スルーホール１１０と高周波基板上の配線１６１と実装基板上の配線１６２を一直線上に配置しているが、直線上でなくても良い。例えば、図５に示すように、高周波基板上の配線１６１および実装基板上の配線１６２が上方向から見てグランド層２７１を介して重なった位置にあってもよい。これにより、グランド用スルーホール１５０を形成できる領域が増やすことができる。
【００８５】
また、上記説明では、接続用スルーホール１１０を用い、高周波基板上の配線１６１と実装基板上の配線１６２とを接続しているが、電磁結合で接続してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、無線装置に適用でき、特に、高周波領域を使用する無線通信装置、レーダ装置または車載レーダ装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１Ａ】本実施の形態におけるレーダ装置の断面構造を模式的に示す図である。
【図１Ｂ】本実施の形態におけるレーダ装置の平面図である。
【図１Ｃ】本実施の形態におけるレーダ装置の裏面図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態における接続用スルーホール周辺の平面図である。
【図２Ｂ】図２Ａにおける領域２１０の拡大図である。
【図３】本発明の実施形態における接続用スルーホールのグランド径に対する損失特性を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における接続用スルーホールのオフセットに対する損失特性を示す図である。
【図５】本発明の実施形態の変形例における接続用スルーホール周辺の平面図である。
【図６】誘電正接が異なる材料における長さ10ｍｍの線路損失を示す図である。
【図７】誘電正接に対するアンテナ放射効率を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０２ 高周波基板
１０３ 実装基板
１０４ 分離用導体
１０５ スルーホール
１０６ ワイヤ
１１０ 接続用スルーホール
１１１ 送信側接続用スルーホール
１１２ 受信側接続用スルーホール
１２０ アンテナ素子
１２１ 送信側アレーアンテナ
１２２ 受信側アレーアンテナ
１２３ａ、１２３ｂ、 １６１、１６１ａ、１６１ｂ、１６２、１６２ａ、１６２ｂ 配線
１３１ 送信側フィルタ
１３２ 受信側フィルタ
１４０ 回路チップ
１４１ 送信用チップ
１４２ 受信用チップ
１５０、１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ グランド用スルーホール
１７０ 接地導体
２０７ コア径
２０８ グランド径
２０９ オフセット
２１０ 領域
２１１ 軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線装置に関し、特に、対象物までの距離や位置を測定するレーダ装置等の無線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車交通における衝突防止などの用途として、高精度の位置検知が実現できるミリ波または準ミリ波を用いた高周波レーダ装置が検討されており、様々なレーダ方式が提案されている。例えば、パルス方式レーダ装置は、送信アンテナからパルス信号を電波として送信し、対象物から反射した電波を受信アンテナで検出する。パルス式レーダ装置は、送信したパルス信号と受信したパルス信号との遅延時間差を算出することで対象物までの距離および位置を測定する。パルス式レーダ装置は、広い周波数帯域を必要とするため、広帯域特性が必要である。
【０００３】
ミリ波および準ミリ波のパルス式レーダ装置は、高周波かつ広帯域の周波数を扱うので、チップとアンテナの接続部が重要である。チップとアンテナの接続部に寄生容量などが付加すると、高周波領域では不整合などにより特性が極端に悪くなる。これに対し、寄生成分を極力おさえるため、アンテナとチップが一体化した構造のレーダ装置が知られている。
【０００４】
アンテナとチップが一体化した構造のレーダ装置は、基板表面にアンテナ素子が形成され、基板裏面にチップ実装領域が形成される。このような構造のレーダ装置において、基板表面に形成されたアンテナ素子と基板裏面に実装されたチップとの間で高周波信号を伝送するには工夫が必要である。例えば、同軸構造のスルーホールを用いたレーダ装置が知られている（特許文献１および特許文献２参照。）。同軸構造のスルーホールを用いる場合には、スルーホールの周りのグランドと、そのグランド層間を接続するグランド用スルーホールが必要である。
【特許文献１】特開２００４−１２０６５９号公報
【特許文献２】特開２００３−１３３８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のアンテナ・チップ一体型レーダ装置におけるグランド用スルーホールは、ビアオンビア構造であり、ビルドアップ方式といった特別な作製工法が用いられる。そのため、作製プロセスが多い等により、高価となってしまうという問題がある。さらに、基板が異なる材料で積層された構造である場合には、アンテナとチップとを接続するスルーホールの設計が非常に難しくなる。
【０００６】
一方、高い周波数領域では、基板上の線路損失やアンテナでの損失が大きくなるため、誘電正接が小さく損失が少ない基板を用いる必要がある。
【０００７】
図６は、周波数に対する長さ１０ｍｍの線路における線路損失特性を示す図である。図６に示すように、誘電正接が大きい基板の線路は、特に高い周波数で損失が増大する。
【０００８】
図７は、基板の誘電正接に対する平面パッチアンテナのアンテナ放射効率を示す図である。図７に示すように、誘電正接が大きくなると、アンテナ放射効率が減少する。すなわち、良好なアンテナ特性を得るためには、誘電正接の小さな材料の基板を使う必要がある。しかし、このような高周波基板は非常に高価であるという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、安価で高性能な無線装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る無線装置は、誘電体で形成された第一の基板と、前記第一の基板の裏面に表面が接合され、前記誘電体の誘電正接より大きい誘電正接の誘電体で形成された第二の基板と、前記第一の基板の表面に形成されたアンテナ素子と、前記第二の基板の裏面に実装され、前記アンテナ素子と電気的に接続された回路チップとを備える。
【００１１】
これにより、本発明における無線装置は、アンテナ素子を、誘電正接が小さく高周波特性にすぐれた高価な第一の基板上に形成することで、高性能を実現することができる。また、回路チップを誘電正接が大きく安価な第二の基板に実装することで、無線装置を安価に形成することができる。よって、本発明における無線装置は、安価で高性能を実現することができる。
【００１２】
また、前記第一の基板および前記第二の基板には、前記第一の基板および前記第二の基板を貫通する第一のスルーホールが形成され、前記第一の基板は、前記アンテナ素子と前記第一のスルーホールとを電気的に接続する第一の配線を備え、前記第二の基板は、前記回路チップと前記第一のスルーホールとを電気的に接続する第二の配線を備えてもよい。
【００１３】
これにより、アンテナ素子と回路チップとを、スルーホールを介して電気的に接続することができる。
【００１４】
また、前記第二の基板は、積層された複数の基板から形成され、前記第二の基板は、さらに、前記複数の基板の各層間に形成され、電気的に接地され、前記第一のスルーホールを電気的に分離して囲む導体層である接地部を備えてもよい。
【００１５】
これにより、第一のスルーホールは同軸構造により形成される。よって、第一のスルーホールの信号伝送特性を向上させることができる。
【００１６】
また、前記第一の基板および前記第二の基板には、さらに、前記第一の基板および前記第二の基板を貫通し、前記複数の基板の各層間に形成された接地部を電気的に接続する第二のスルーホールが形成されてもよい。
【００１７】
これにより、第二のスルーホールを安価な貫通スルーホールで形成することができる。よって、本発明における無線装置は、安価に形成することができる。
【００１８】
また、前記第一の基板および前記第二の基板には、複数の前記第二のスルーホールが形成され、前記複数の第二のスルーホールは、前記第一のスルーホールと隣接する前記第一の配線または前記第二の配線の配線方向の軸に対し対称に配置されてもよい。
【００１９】
これにより、接地部により、第一のスルーホールを効率よくシールドすることができる。これにより、同軸構造である第一のスルーホールの信号伝送特性を向上させることができる。
【００２０】
また、前記各第二のスルーホールの中心は、前記第一のスルーホールと隣接する前記第一の配線または前記第二の配線の配線方向に対し垂直であり、前記第一のスルーホールの中心を含む軸上に配置されなくともよい。
【００２１】
これにより、接地部により、第一のスルーホールを効率よくシールドすることができる。これにより、同軸構造である第一のスルーホールの信号伝送特性を向上させることができる。
【００２２】
また、前記第一の基板は、一層から形成される基板であり、前記第一の配線は、前記第一の基板の表面に形成されてもよい。
【００２３】
これにより、高価な高周波基板である第一の基板を１層しか用いないので、無線装置のコストを削減することができる。
【００２４】
また、前記第一のスルーホールのインピーダンスは、前記第一の配線のインピーダンス以下かつ前記第二の配線のインピーダンス以上、または、前記第一の配線のインピーダンス以上かつ前記第二の配線のインピーダンス以下であってもよい。
【００２５】
これにより、アンテナ素子と回路チップとの信号伝送特性を向上させることができる。
また、前記第一の基板の厚さは、前記複数の基板の各層の厚さよりも厚くてもよい。
【００２６】
これにより、第一の基板の厚さが厚くなり、第一の基板上に形成されるアンテナ素子および第一の配線の高周波特性を向上させることができる。また、第二の基板を薄くすることにより、コストを削減することができる。よって、本発明における無線装置は、安価で高性能を実現することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、安価で高性能な無線装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係るレーダ装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
本実施の形態におけるレーダ装置は、アンテナ素子を形成する基板表面側に高周波基板を用い、チップが実装される基板裏面側には安価なプリント基板を用いることで、安価で高性能なレーダ装置を実現することができる。また、本実施の形態におけるレーダ装置は、グランド用スルーホールに貫通スルーホールを用いることで安価で高性能なレーダ装置を実現することができる。
【００３０】
図１Ａは、本実施の形態におけるレーダ装置の断面構造を模式的に示した図である。
図１Ａに示すように、本実施の形態におけるレーダ装置は、１層の高周波基板１０２と４層の実装基板１０３と、高周波基板１０２の表面に形成された配線１６１と、実装基板の裏面に形成された配線１６２、接続用スルーホール１１０と、グランド用スルーホール１５０と、接地導体１７０と、回路チップ１４０と、ワイヤ１０６とを備える。
【００３１】
高周波基板１０２は、レーダ装置を構成する第一の基板であり、誘電正接が小さい誘電体で形成されたプリント配線板である。例えば、高周波基板１０２は、松下電工製ガラス布基材熱硬化ＰＰＯ樹脂銅張積層板Ｒ−４７２６である。広帯域なアレーアンテナ特性を実現するため、高周波基板１０２は、厚膜基板であり、例えば、基板厚は０．５ｍｍである。
【００３２】
実装基板１０３は、レーダ装置を構成する第二の基板であり、高周波基板１０２の裏面に表面が接合される。実装基板１０３は、高周波基板１０２を形成する誘電体の誘電正接より大きい誘電正接の誘電体で形成される。また、実装基板１０３は、積層された複数の基板から形成される。実装基板１０３は、誘電正接が大きいが安価なプリント配線板であり、例えば、松下電工製ＦＲ−４ガラス布基材エポキシ樹脂多層プリント材料である。また、レーダ装置の低コスト化のために、実装基板１０３の一層の厚さは、高周波基板１０２の厚さより薄くする。
【００３３】
このように、本実施形態におけるレーダ装置は、誘電正接が異なる基板を張り合わせ、高価な高周波基板１０２を１層構造とし、安価な実装基板を多層構造とすることで、低コスト化を実現している。
【００３４】
また、高周波基板１０２と実装基板１０３との組み合わせを、同じ材料の基板を積載するのと同様のプロセスで形成できる組み合わせの基板にすることで、プロセスを複雑化することなく、レーダ装置を形成することができる。
【００３５】
接続用スルーホール１１０は、高周波基板１０２および実装基板１０３を貫通し形成される貫通スルーホールである。接続用スルーホールは、配線１６１と配線１６２とを電気的に接続する。
【００３６】
接地導体１７０は、実装基板１０３の各層間に形成され、電気的に接地される。接地導体１７０は、接続用スルーホール１１０を電気的に分離して囲む導体層である。すなわち、接続用スルーホール１１０は、同軸構造のスルーホールである。
【００３７】
グランド用スルーホール１５０は、高周波基板１０２および実装基板１０３を貫通し形成される貫通スルーホールである。グランド用スルーホール１５０は、実装基板１０３の各層間に形成された接地導体１７０を電気的に接続する。
【００３８】
回路チップ１４０は、高周波基板の表面に形成されるアンテナ素子が受信した信号の処理等を行うＬＳＩである。
【００３９】
ワイヤ１０６は、回路チップ１４０と実装基板上の配線１６２とをワイヤボンディング接続する。
【００４０】
図１Ｂは、本実施の形態におけるレーダ装置の基板表面側（高周波基板側）の平面図である。
【００４１】
図１Ｂに示すように、本実施の形態におけるレーダ装置は、高周波基板１０２の表面に形成された送信側アレーアンテナ１２１と、受信側アレーアンテナ１２２と、送信側接続用スルーホール１１１と、受信側接続用スルーホール１１２と、配線１６１ａおよび１６１ｂと、分離用導体１０４とを備える。なお、送信側接続用スルーホール１１１と受信側接続用スルーホール１１２とを特に区別しない場合は接続用スルーホール１１０と表す。また、配線１６１ａと１６１ｂとを特に区別しない場合は、配線１６１と表す。
【００４２】
送信側アレーアンテナ１２１は、高周波基板１０２の表面に形成され、電波を放出する複数のアンテナ素子１２０と、送信側フィルタ１３１と、配線１２３ａとを備える。
【００４３】
受信側アレーアンテナ１２２は、高周波基板の表面に形成され、電波を受信する複数のアンテナ素子１２０と、受信側フィルタ１３２と、配線１２３ｂとを備える。送信側アレーアンテナ１２１から、放出された電波は、対象物に反射し、受信側アレーアンテナ１２２に受信される。
【００４４】
送信側アレーアンテナ１２１および受信側アレーアンテナ１２２のアンテナ素子１２０は、マイクロストリップ型の平面パッチアンテナである。マイクロストリップ型の平面パッチアンテナを用いることで送信側アレーアンテナ１２１および受信側アレーアンテナ１２２を薄膜化することができる。
【００４５】
送信側アレーアンテナ１２１および受信側アレーアンテナ１２２は、複数のアンテナ素子１２０を並べたアレー構造である。これにより、所望のアンテナ利得およびアンテナ放射パターンを容易に実現することができる。
【００４６】
配線１２３ａは、高周波基板１０２の表面に形成され、送信側アレーアンテナ１２１の複数のアンテナ素子１２０と送信側フィルタ１３１とを電気的に接続する。同様に、配線１２３ｂは、高周波基板１０２の表面に形成され、受信側アレーアンテナ１２２の複数のアンテナ素子１２０と受信側フィルタ１３２とを電気的に接続する。配線１２３ａおよび配線１２３ｂは、送信側フィルタ１３１または受信側フィルタ１３２から、各アンテナ素子１２０への配線長が等しくなるように形成される。すなわち、各アンテナ素子１２０への給電方式は、並列給電方式（トーナメント方式）である。これにより、広帯域なアレーアンテナ特性を得ることができる。
【００４７】
送信側フィルタ１３１および受信側フィルタ１３２は、所定の周波数領域以外の信号をカットするフィルタである。例えば、送信側フィルタ１３１および受信側フィルタ１３２は、２０〜３０ＧＨｚの周波数領域以外の信号をカットするバンドパスフィルタである。送信側フィルタ１３１及び受信側フィルタ１３２は、例えば、マイクロストリップ並列結合型バンドパスフィルタであり、複数のアンテナ素子１２０、配線１２３ａおよび配線１２３ｂと同一基板上表面に形成される。これにより、レーダ装置の小型および低コスト化ができる。また、送信側フィルタ１３１および受信側フィルタ１３２は、フィルタ線路幅を細くし、入出力のインピーダンスを大きくしている。これにより、送信側フィルタ１３１および受信側フィルタ１３２の実装面積が小さくなり、送信側フィルタ１３１および受信側フィルタ１３２を小型化および高性能化できる。例えば、送信側フィルタ１３１および受信側フィルタ１３２の入出力インピーダンスは１００Ωである。
【００４８】
送信側接続用スルーホール１１１および受信側接続用スルーホール１１２は、高周波基板１０２および実装基板１０３を貫通し形成される。
【００４９】
配線１６１ａは、送信側接続用スルーホール１１１と、送信側フィルタ１３１とを電気的に接続する。配線１６１ｂは、受信側接続用スルーホール１１２と、受信側フィルタ１３２とを電気的に接続する。高周波基板１０２の表面に形成された第一の配線である配線１６１ａおよび配線１２３ａにより、送信側アレーアンテナ１２１の複数のアンテナ素子１２０と送信側接続用スルーホール１１１とが電気的に接続される。高周波基板１０２の表面に形成された第一の配線である配線１６１ｂおよび配線１２３ｂにより、受信側アレーアンテナ１２２の複数のアンテナ素子１２０と受信側接続用スルーホール１１２とが電気的に接続される。
【００５０】
分離用導体１０４は、高周波基板１０２の表面の送信側アンテナ１２１と受信側アンテナ１２２の間に形成された導体である、分離用導体１０４は、電気的に接地され、送受信間のアイソレーションを向上させる。分離用導体１０４は、スルーホール１０５を介し、実装基板１０３の各層間の接地導体１７０と接続される。
【００５１】
図１Ｃは、本実施の形態におけるレーダ装置の基板裏面側（チップ実装側）の平面図である。
【００５２】
図１Ｃに示すように、本実施の形態におけるレーダ装置は、基板裏面側の実装基板１０３の裏面に、送信用チップ１４１と、受信用チップ１４２と、配線１６２ａおよび１６２ｂとを備える。なお、送信用チップ１４１と受信用チップ１４２とを特に区別しない場合は回路チップ１４０と表す。配線１６２ａと配線１６２ｂとを特に区別しない場合は配線１６２と表す。
【００５３】
送信用チップ１４１は、実装基板１０３の裏面に実装され、送信側アレーアンテナ１２１と電気的に接続される。送信用チップ１４１は、送信側アレーアンテナ１２１から電波を放出させる信号を出力するＬＳＩである。送信用チップ１４１は、パルス変調を行うミキサーと、パルス変調された信号を増幅するパワー増幅器等を備える。
【００５４】
受信用チップ１４２は、実装基板１０３の裏面に実装され、受信側アレーアンテナ１２２と電気的に接続される。受信用チップ１４２は、受信側アレーアンテナ１２２が受信した信号から、対象物までの距離を算出するＬＳＩである。受信用チップ１４２は、受信側アレーアンテナ１２２が受信した信号を増幅する低雑音増幅器と、増幅された信号を復調するミキサーと、対象物までの距離を算出する検波回路とを備える。検波回路は、受信信号と遅延回路で送信パルス信号遅延させた遅延信号とを比較する。検波回路は、送信された電波が対象物から反射して戻ってくる間の時間と遅延信号の遅延時間とが同じかどうかを判定し、遅延時間から対象物までの距離を換算する。
【００５５】
配線１６２ａは、実装基板１０３の裏面に形成された第二の配線であり、送信用チップ１４１と送信側接続用スルーホール１１１とを電気的に接続する。配線１６２ｂは、実装基板１０３の裏面に形成された第二の配線であり、受信用チップ１４２と受信側接続用スルーホール１１２とを電気的に接続する。
【００５６】
送信側チップ１４１および受信側チップ１４２は、送信アレーアンテナ１２１および受信アレーアンテナ１２２からの電波放射の影響を受けないように、送信アレーアンテナ１２１および受信アレーアンテナ１２２が形成されている実装基板１０３の裏面に実装される。これにより、優れた送受アイソレーションが得られる。さらに、送信用チップ１４１と受信用チップ１４２は相互干渉を避けるため、送信側アンテナ１２１と受信側アンテナ１２２の外側つまり、実装基板１０３の外側にそれぞれ実装される。
【００５７】
送信側アレーアンテナ１２１または受信側アレーアンテナ１２２と送信用チップ１４１または受信用チップ１４２との間での損失はレーダ感度の悪化の原因となるので、極力少なくする必要がある。また、実装基板１０３は、誘電正接が大きいため、配線１６２における信号の高周波領域での損失は大きい。よって、本実施の形態におけるレーダ装置は、接続用スルーホール１１０に近い位置に回路チップ１４０を実装する。これにより、配線１６２の配線長は短くなり、実装基板１０３における信号の高周波領域での損失を低減することができる。例えば、接続用スルーホール１１０と回路チップ１４０との距離は３ｍｍ程度である。
【００５８】
このように、本実施の形態におけるレーダ装置は、送信側アレーアンテナ１１１および受信側アレーアンテナ１１２を高周波基板の表面に形成し、回路チップ１４０を安価な実装基板１０３に実装する。これにより、基板全体を高価な高周波基板で形成する場合に比べレーダ装置のコストを削減することができる。
【００５９】
また、本実施の形態におけるレーダ装置は、高周波領域の信号の損失に対する影響の大きいアンテナ素子１２０、配線１２３ａ、配線１２３ｂ、受信側フィルタ１３１および送信側フィルタを高周波基板１０２の表面に形成するので、基板全体を高周波基板で形成した場合に対し、特性の減少を抑えることができる。すなわち、本発明は、安価で高性能なレーダ装置を実現することができる。
【００６０】
図２Ａは、本実施の形態における接続用スルーホール１１０周辺の概略を示す平面図である。図２Ｂは、図２Ａにおける領域２１０を拡大した図である。図２Ｂ上図は、領域２１０の平面図である。図２Ｂ下図は、図２Ｂ上図の断面図である。
【００６１】
図２Ｂに示すように、接続用スルーホール１１０は、周囲を各層に形成されている接地導体１７０に囲まれる。接地導体１７０は、実装基板１０３の各層間に形成され、電気的に接地された導体層である。接地導体１７０は、上面から見て接続用スルーホール１１０を中心とし、円形に削除された形状である。このように、接続用スルーホール１１０の周囲に接地導体１７０を配置した同軸構造のスルーホールを用いることで、接続用スルーホール１１０のインピーダンスを調整することができる。ここで、接続用スルーホール１１０のインピーダンスは、高周波基板上の配線１６１のインピーダンスと、実装基板上の配線１６２と整合するよう設計する。すなわち、接続用スルーホール１１０のインピーダンスは、高周波基板上の配線１６１のインピーダンス以下かつ実装基板上の配線１６２のインピーダンス以上、または、高周波基板上の配線１６１のインピーダンス以上かつ実装基板上の配線１６２のインピーダンス以下に設計する。本実施形態では、高周波基板上の配線１６１のインピーダンスと実装基板側の配線１６２のインピーダンスと、接続用スルーホール１１０のインピーダンスとをそれぞれ５０Ωとしている。これにより、接続による不整合が起きないので良好な特性を得ることができる。
【００６２】
図２Ａに示すように、接続用スルーホール１１０の周囲には、複数のグランド用スルーホール１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃおよび１５０ｄが形成される。なお、グランド用スルーホール１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃおよび１５０ｄを特に区別しない場合は、グランド用スルーホール１５０と表す。
【００６３】
グランド用スルーホール１５０は、高周波基板１０２および実装基板１０３を貫通し形成される貫通スルーホールである。グランド用スルーホール１５０は、実装基板１０３の各層間に形成された接地導体１７０を電気的に接続する。グランド用スルーホール１５０は、基板作製の最後にドリル等で基板の最上部から最下位部まで貫通する穴を形成し、内部をメッキして導電させることにより形成される。貫通スルーホールは、ビルドアップ方式に比べ安価に形成することができる。これにより、本実施の形態におけるレーダ装置を安価に形成することができる。
【００６４】
貫通スルーホールを用いた場合、グランド用スルーホール１５０は高周波基板上の配線１６１および実装基板上の配線１６２と重ならないよう設置する必要がある。また、本実施形態におけるレーダ装置は、接続用スルーホール１１０のサイズおよびグランド用スルーホール１５０の位置を工夫することで、ビルドアップ方式で作製した構造と同程度の特性が得ることができる。
【００６５】
図３は、図２Ｂにおけるグランド径２０８に対する接続用スルーホール１１０の挿入損失を示す図である。図３に示すように、接続用スルーホール１１０のコア径２０７に対し、挿入損失が最も小さくなる最適なグランド径２０８が存在する。また、図３に示すように、接続用スルーホール１１０のコア径２０７を小さくすることで良好な特性が得られる。例えば、コア径２０７を０．3ｍｍ、グランド径２０８を１．4ｍｍとすることで、良好な特性を得ることができる。
【００６６】
図２Ａに示すように、接続用スルーホール１１０に接続される高周波基板上の配線１６１または実装基板上の配線１６２の配線領域があるため、グランド用スルーホール１５０を接続用スルーホール１１０の周囲全方向に作成することはできない。本実施の形態におけるレーダ装置では、グランド用スルーホール１５０は、接続用スルーホール１１０の周囲に接続用スルーホール１１０に対し対称に配置される。複数のグランド用スルーホール１５０は、接続用スルーホール１１０と隣接する配線１６１または配線１６２の配線方向の軸に対し対称に配置される。すなわち、図２Ａに示す軸２１１に対し、グランド用スルーホール１５０ａおよび１５０ｃと、グランド用スルーホール１５０ｂおよび１５０ｄとが対称に配置される。
【００６７】
また、グランド用スルーホール１５０ａおよび１５０ｂは、接続用スルーホール１１０の中心に対し、図２Ａにおける上方向にオフセット２０９を設けて配置される。すなわち、複数のグランド用スルーホール１５０の中心は、接続用スルーホール１１０に隣接する配線１６１または配線１６２の配線方向に対し垂直であり、接続用スルーホール１１０の中心を含む軸上に配置されない。
【００６８】
図４は、図２Ａのグランド用スルーホール１５０ａおよび１５０ｂのオフセット２０９に対する接続用スルーホール１１０の損失を示している。図４に示すように、グランド用スルーホール１５０の位置によって挿入損失が変化する。つまり、グランド用スルーホール１５０の位置と接続用スルーホール１１０の位置にオフセット２０９をつけ、対称構造に近づけることで、挿入損失を低減できる。例えば、図４に示すように、オフセット２０９を０．４ｍｍとすることで、良好な特性を得ることができる。
【００６９】
このように、本実施の形態におけるレーダ装置は、接続用スルーホール１１０に対し、グラント用スルーホール１５０を最適に配置することで、ビルドアップ方式を用いた場合と同等の特性を得ることができる。また、グランド用スルーホール１５０を貫通スルーホールとすることで、安価にグランド用スルーホール１５０を形成できる。よって、本発明は、安価で高性能なレーダ装置を実現することができる。
【００７０】
以上より、本実施の形態におけるレーダ装置は、送信側アレーアンテナ１１１および受信側アレーアンテナ１１２を高周波基板の表面に形成し、回路チップ１４０を安価な実装基板１０３に実装する。これにより、基板全体を高価な高周波基板で形成する場合に比べレーダ装置のコストを削減することができる。
【００７１】
また、本実施の形態におけるレーダ装置は、高周波領域の信号の損失に対する影響の大きいアンテナ素子１２０、配線１２３ａ、配線１２３ｂ、受信側フィルタ１３１および送信側フィルタを高周波基板１０２の表面に形成するので、基板全体を高周波基板で形成した場合に対し、特性の減少を抑えることができる。すなわち、本発明は、安価で高性能なレーダ装置を実現することができる。
【００７２】
また、高周波基板１０２と実装基板１０３との組み合わせを、同じ材料の基板を積載するのと同様のプロセスで形成できる組み合わせの基板にすることで、プロセスを複雑化することなく、レーダ装置を形成することができる。
【００７３】
また、同軸構造の接続用スルーホール１１０を用いることで、信号伝送特性を向上させることができる。さらに、グランド用スルーホール１５０を、貫通スルーホールで形成する。これにより、安価にグランド用スルーホール１５０を形成することができる。また、接続用スルーホール１１０に対し、グラント用スルーホール１５０を最適に配置することで、高性能なレーダ装置を実現することができる。
【００７４】
以上、本発明の実施の形態に係るレーダ装置について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
【００７５】
例えば、実装基板１０３は、テフロン（登録商標）基板、ポリミド基板、アルミナ基板、セラミック基板または紙フェノール基板等であってもよい。
【００７６】
また、上記説明では、実装基板１０３は４層としているが、何層であってもよい。
また、上記説明では、高周波基板１０２は１層としているが、複数層であってもよい。
【００７７】
また、上記説明では、送信側アレーアンテナ１２１と受信側アレーアンテナ１２２とを同じ構成としたが、構成や構造が異なっていても良い。また、送信側アレーアンテナ１２１および受信側アレーアンテナ１２２は、パッチアンテナとしたがその他のアンテナであってもよい。
【００７８】
また、送信側アレーアンテナ１２１および受信側アレーアンテナ１２２への給電方法は並列給電方式でなくてもよい。
【００７９】
また、上記説明では、送信側フィルタ１３１および受信側フィルタ１３２を挿入しているが、どちらか片側だけでもよいし、挿入しなくてもよい。
【００８０】
また、上記説明では、送信側フィルタ１３１および受信側フィルタ１３２は、特定の周波数領域以外をカットするフィルタとしているが、これに限らない。例えば、送信側フィルタ１３１および受信側フィルタ１３２は、特定の周波数領域をカットするフィルタであってもよいし、ローパスフィルタ等であってもよい。また、複数種類のフィルタを併用してもよい。
【００８１】
また、上記説明では、回路チップ１４０と実装基板上の配線１６２との接続は、ワイヤ１０６によるワイヤボンディング接続としたが、フリップチップ実装による接続等であってもよい。
【００８２】
また、上記説明では、分離用導体１０４およびスルーホール１０５を形成したが、分離用導体１０４がなくてもよいし、分離用導体１０４にスルーホール１０５を形成しなくてもよい。
【００８３】
また、上記説明では、接地導体１７０を円形としたがこれに限らない。例えば、接地導体１７０は、楕円形または多角形等の形状であってもよい。
【００８４】
また、上記説明では、接続用スルーホール１１０と高周波基板上の配線１６１と実装基板上の配線１６２を一直線上に配置しているが、直線上でなくても良い。例えば、図５に示すように、高周波基板上の配線１６１および実装基板上の配線１６２が上方向から見てグランド層２７１を介して重なった位置にあってもよい。これにより、グランド用スルーホール１５０を形成できる領域が増やすことができる。
【００８５】
また、上記説明では、接続用スルーホール１１０を用い、高周波基板上の配線１６１と実装基板上の配線１６２とを接続しているが、電磁結合で接続してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、無線装置に適用でき、特に、高周波領域を使用する無線通信装置、レーダ装置または車載レーダ装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１Ａ】本実施の形態におけるレーダ装置の断面構造を模式的に示す図である。
【図１Ｂ】本実施の形態におけるレーダ装置の平面図である。
【図１Ｃ】本実施の形態におけるレーダ装置の裏面図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態における接続用スルーホール周辺の平面図である。
【図２Ｂ】図２Ａにおける領域２１０の拡大図である。
【図３】本発明の実施形態における接続用スルーホールのグランド径に対する損失特性を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における接続用スルーホールのオフセットに対する損失特性を示す図である。
【図５】本発明の実施形態の変形例における接続用スルーホール周辺の平面図である。
【図６】誘電正接が異なる材料における長さ10ｍｍの線路損失を示す図である。
【図７】誘電正接に対するアンテナ放射効率を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０２ 高周波基板
１０３ 実装基板
１０４ 分離用導体
１０５ スルーホール
１０６ ワイヤ
１１０ 接続用スルーホール
１１１ 送信側接続用スルーホール
１１２ 受信側接続用スルーホール
１２０ アンテナ素子
１２１ 送信側アレーアンテナ
１２２ 受信側アレーアンテナ
１２３ａ、１２３ｂ、 １６１、１６１ａ、１６１ｂ、１６２、１６２ａ、１６２ｂ 配線
１３１ 送信側フィルタ
１３２ 受信側フィルタ
１４０ 回路チップ
１４１ 送信用チップ
１４２ 受信用チップ
１５０、１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ グランド用スルーホール
１７０ 接地導体
２０７ コア径
２０８ グランド径
２０９ オフセット
２１０ 領域
２１１ 軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体で形成された第一の基板と、
前記第一の基板の裏面に表面が接合され、前記誘電体の誘電正接より大きい誘電正接の誘電体で形成された第二の基板と、
前記第一の基板の表面に形成されたアンテナ素子と、
前記第二の基板の裏面に実装され、前記アンテナ素子と電気的に接続された回路チップとを備える
ことを特徴とする無線装置。
【請求項２】
前記第一の基板および前記第二の基板には、前記第一の基板および前記第二の基板を貫通する第一のスルーホールが形成され、
前記第一の基板は、
前記アンテナ素子と前記第一のスルーホールとを電気的に接続する第一の配線を備え、
前記第二の基板は、
前記回路チップと前記第一のスルーホールとを電気的に接続する第二の配線を備える
ことを特徴とする請求項１記載の無線装置。
【請求項３】
前記第二の基板は、積層された複数の基板から形成され、
前記第二の基板は、さらに、
前記複数の基板の各層間に形成され、電気的に接地され、前記第一のスルーホールを電気的に分離して囲む導体層である接地部を備える
ことを特徴とする請求項２記載の無線装置。
【請求項４】
前記第一の基板および前記第二の基板には、さらに、前記第一の基板および前記第二の基板を貫通し、前記複数の基板の各層間に形成された接地部を電気的に接続する第二のスルーホールが形成される
ことを特徴とする請求項３記載の無線装置。
【請求項５】
前記第一の基板および前記第二の基板には、複数の前記第二のスルーホールが形成され、
前記複数の第二のスルーホールは、前記第一のスルーホールと隣接する前記第一の配線または前記第二の配線の配線方向の軸に対し対称に配置される
ことを特徴とする請求項４記載の無線装置。
【請求項６】
前記各第二のスルーホールの中心は、前記第一のスルーホールと隣接する前記第一の配線または前記第二の配線の配線方向に対し垂直であり、前記第一のスルーホールの中心を含む軸上に配置されない
ことを特徴とする請求項５記載の無線装置。
【請求項７】
前記第一の基板は、一層から形成される基板であり、
前記第一の配線は、前記第一の基板の表面に形成される
ことを特徴とする請求項２〜６記載のうちいずれか一つの無線装置。
【請求項８】
前記第一のスルーホールのインピーダンスは、前記第一の配線のインピーダンス以下かつ前記第二の配線のインピーダンス以上、または、前記第一の配線のインピーダンス以上かつ前記第二の配線のインピーダンス以下である
ことを特徴とする請求項２〜７記載のうちいずれか一つの無線装置。
【請求項９】
前記第一の基板の厚さは、前記複数の基板の各層の厚さよりも厚い
ことを特徴とする請求項３、４、５または６記載の無線装置。
【請求項１】
誘電体で形成された第一の基板と、
前記第一の基板の裏面に表面が接合され、前記誘電体の誘電正接より大きい誘電正接の誘電体で形成された第二の基板と、
前記第一の基板の表面に形成されたアンテナ素子と、
前記第二の基板の裏面に実装され、前記アンテナ素子と電気的に接続された回路チップとを備える
ことを特徴とする無線装置。
【請求項２】
前記第一の基板および前記第二の基板には、前記第一の基板および前記第二の基板を貫通する第一のスルーホールが形成され、
前記第一の基板は、
前記アンテナ素子と前記第一のスルーホールとを電気的に接続する第一の配線を備え、
前記第二の基板は、
前記回路チップと前記第一のスルーホールとを電気的に接続する第二の配線を備える
ことを特徴とする請求項１記載の無線装置。
【請求項３】
前記第二の基板は、積層された複数の基板から形成され、
前記第二の基板は、さらに、
前記複数の基板の各層間に形成され、電気的に接地され、前記第一のスルーホールを電気的に分離して囲む導体層である接地部を備える
ことを特徴とする請求項２記載の無線装置。
【請求項４】
前記第一の基板および前記第二の基板には、さらに、前記第一の基板および前記第二の基板を貫通し、前記複数の基板の各層間に形成された接地部を電気的に接続する第二のスルーホールが形成される
ことを特徴とする請求項３記載の無線装置。
【請求項５】
前記第一の基板および前記第二の基板には、複数の前記第二のスルーホールが形成され、
前記複数の第二のスルーホールは、前記第一のスルーホールと隣接する前記第一の配線または前記第二の配線の配線方向の軸に対し対称に配置される
ことを特徴とする請求項４記載の無線装置。
【請求項６】
前記各第二のスルーホールの中心は、前記第一のスルーホールと隣接する前記第一の配線または前記第二の配線の配線方向に対し垂直であり、前記第一のスルーホールの中心を含む軸上に配置されない
ことを特徴とする請求項５記載の無線装置。
【請求項７】
前記第一の基板は、一層から形成される基板であり、
前記第一の配線は、前記第一の基板の表面に形成される
ことを特徴とする請求項２〜６記載のうちいずれか一つの無線装置。
【請求項８】
前記第一のスルーホールのインピーダンスは、前記第一の配線のインピーダンス以下かつ前記第二の配線のインピーダンス以上、または、前記第一の配線のインピーダンス以上かつ前記第二の配線のインピーダンス以下である
ことを特徴とする請求項２〜７記載のうちいずれか一つの無線装置。
【請求項９】
前記第一の基板の厚さは、前記複数の基板の各層の厚さよりも厚い
ことを特徴とする請求項３、４、５または６記載の無線装置。
【図１Ｃ】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図５】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１５８５５５（Ｐ２００７−１５８５５５Ａ）
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３４８６４４（Ｐ２００５−３４８６４４）
【出願日】平成１７年１２月２日（２００５．１２．２）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２日（２００５．１２．２）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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