特許 6408160 高周波装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6408160

(24)【登録日】2018年9月28日

(45)【発行日】2018年10月17日

(54)【発明の名称】高周波装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/08 20060101AFI20181004BHJP

   H01Q 23/00 20060101ALI20181004BHJP

   H01P 5/08 20060101ALI20181004BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALN20181004BHJP

【ＦＩ】

   H01Q13/08

   H01Q23/00

   H01P5/08 Z

   !H01Q21/06

【請求項の数】8

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2017-536640(P2017-536640)

(86)(22)【出願日】2016年6月7日

(86)【国際出願番号】JP2016066968

(87)【国際公開番号】WO2017033525

(87)【国際公開日】20170302

【審査請求日】2017年11月24日

(31)【優先権主張番号】特願2015-166906(P2015-166906)

(32)【優先日】2015年8月26日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005049

【氏名又は名称】シャープ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】末松 英治

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 啓介

【審査官】 米倉 秀明

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−０６６６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２７０９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１９６８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３２６５１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ １３／０８

Ｈ０１Ｐ ５／０８

Ｈ０１Ｑ ２３／００

Ｈ０１Ｑ ２１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高周波回路と導体パターンとが形成されている第１面および第１接地導体が形成されている第２面を有する第１単層基板と、
アンテナが形成されている第３面および第２接地導体が形成されている第４面を有する第２単層基板と、
貫通口を備えた導体板と、
導体からなる外装と、
前記第１単層基板と前記第２単層基板と前記導体板とを一直線状に貫通するスルーホールと、
複数のネジと、を含み、
前記導体パターンは、
前記外装に接触しており、
複数のビアホールを介して第１接地導体に接続されており、
前記導体板が、
前記第２面と前記第４面との間に挟まれており、
前記第１接地導体および前記第２接地導体と一体となって、前記第１単層基板と前記第２単層基板との両方に対する接地導体を構成し、
前記第１単層基板と前記第２単層基板とが前記導体板を挟み込んだ時に、各々の中心軸が一直線になるように、前記導体板の前記貫通口、前記第１単層基板のスルーホール導体、および前記第２単層基板のスルーホール導体が形成され、
前記導体板の前記貫通口、前記第１単層基板の前記スルーホール導体、および前記第２単層基板の前記スルーホール導体は、各々の内径が同等に形成され、
前記スルーホールは、前記ネジが通るための複数の第１種スルーホールを含み、
前記外装と前記第１単層基板と前記第２単層基板と前記導体板とは、前記第１種スルーホールに前記ネジを通すことによって、互いに固定され、且つ、接地されていることを特徴とする高周波装置。

【請求項2】

仕切り導体をさらに含み、
前記高周波回路は、少なくとも１つの発振器を含み、
前記導体パターンは、前記発振器を囲むように形成されている部分を含み、
前記仕切り導体は、
前記導体パターンの前記発振器を囲むように形成されている部分に接触しており、
前記発振器が発振するための部屋を形成することを特徴とする請求項１に記載の高周波装置。

【請求項3】

前記高周波回路の伝送線路と前記第１接地導体とは、マイクロストリップラインを形成し、
前記アンテナと前記第２接地導体とは、マイクロストリップアンテナを形成することを特徴とする請求項１または２に記載の高周波装置。

【請求項4】

前記高周波回路と前記アンテナは同軸線路のみにより接続されていることを特徴とする請求項１、２または３に記載の高周波装置。

【請求項5】

前記スルーホールは、その内壁が導体で形成されている第２種スルーホールを含み、
前記高周波回路と前記アンテナは同軸線路により接続されており、
前記第２種スルーホールと前記第２種スルーホールの内部の導体ピンとが、前記同軸線路を形成していることを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の高周波装置。

【請求項6】

前記導体ピンの周囲には、誘電体が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の高周波装置。

【請求項7】

前記第１単層基板は、貫通口を備え、
前記第２単層基板は、貫通口を備え、
前記第１単層基板の前記スルーホール導体は、前記第１単層基板の前記貫通口の内壁を覆うものであり、
前記第２単層基板の前記スルーホール導体は、前記第２単層基板の前記貫通口の内壁を覆うものであり、
前記第２種スルーホールは、前記第１単層基板の前記スルーホール導体が内壁を覆う前記第１単層基板の前記貫通口、前記導体板の前記貫通口、および前記第２単層基板の前記スルーホール導体が内壁を覆う前記第２単層基板の前記貫通口を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の高周波装置。

【請求項8】

前記同軸線路は、前記第２種スルーホールの内径と前記導体ピンの外径との関係から調整される特性インピーダンスを有することを特徴とする請求項５、６または７に記載の高周波装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は高周波装置に関し、特にアンテナを有する高周波装置に関する。

【背景技術】

【0002】

アンテナを有する高周波装置は、レーダおよび通信などの様々な用途に用いられている。例えば、特許文献１はマイクロ波移動物体検知装置について開示している。

【0003】

図９は、特許文献１のマイクロ波移動物体検知装置２０１の概略構成を示すブロック図である。

【0004】

マイクロ波移動物体検知装置２０１は、送信アンテナ２０３ａと受信アンテナ２０３ｂと高周波回路部２１１とを有する高周波回路基板２０２と、信号処理回路部２０８を有する低周波回路基板２１０と、を含み、動作周波数は１０ＧＨｚである。

【0005】

マイクロ波発振器２０５が発振したマイクロ波は方向性結合器２０４を介して送信アンテナ２０３から、空間に放射される。空間の移動物体により反射されたマイクロ波を受信アンテナ２０３ｂが受信する。受信されたマイクロ波は方向性結合器２０４を介して、マイクロ波発振器２０５が発振したマイクロ波と混合器２０６で重ね合わせられ、移動物体の速度に比例するドプラー信号になる。ドプラー信号は、低域フィルタ２０７を通って信号処理部２０８に入力される、信号処理回路部２０８は人の移動により生ずる周波数成分を選択的に増幅し、振幅と持続時間などから人の動きを検知して、検知信号を信号線コネクタ２０９から出力する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】日本国特許公報「特許２６８７００３号（１９９７年１２月０８日発行）」

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１のマイクロ波移動物体検知装置２０１においては、図９に示すように、受信アンテナ２０３ａと送信アンテナ２０３ｂと高周波回路部２１１とが、高周波回路基板２０２の同一面に形成されている。このため、高周波回路基板２０２の小面積化が困難である。さらに、信号処理回路部は別の低周波回路基板２１０に形成されているが、受信アンテナ２０３ａと送信アンテナ２０３ｂと高周波回路部２１１と同一平面に形成されている。このため、マイクロ波移動物体検知装置２０１の小面積化および小型化は困難である。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る高周波装置は、回路が形成されている第１面および第１接地導体が形成されている第２面を有する第１単層基板と、アンテナが形成されている第３面および第２接地導体が形成されている第４面を有する第２単層基板と、導体板と、を含み、前記導体板が、前記第２面と前記第４面との間に挟まれていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一態様によれば、回路は第１単層基板に形成され、アンテナは第２単層基板に形成される。このため、第１単層基板に回路を形成するために最適な基板を選択し、第２単層基板にアンテナを形成するために最適な基板を選択することができる。したがって、厚さおよび誘電率が異なる異種の単層基板を組み合わせることも可能であるため、回路とアンテナとの効率をそれぞれ高めることができる。

【0010】

また本発明の一態様によれば、第１単層基板と第２単層基板とが導体板を挟み、サンドイッチ構造を形成している。このため、第１単層基板と第２単層基板と導体板とを一枚の複層基板として一体に扱うことができる。一枚の複層基板として扱う場合、第１面と第３面とが実質的に一枚の複層基板の表裏両面になり、回路とアンテナとが実質的に一枚の複層基板の表裏両面に形成されている。

【0011】

したがって、大きな面積を必要とするアンテナの裏面（反対側の面）に、回路を設け、回路とアンテナとを面積的に効率的に配置することができる。このため、高周波装置を効率的に小面積化および小型化できる。

【0012】

また本発明の一態様によれば、第１接地導体および第２接地導体と導体板とが電気的に一体となり、第１単層基板と第２単層基板とに対する接地導体になる。また、導体板が直流および低周波から高周波にわたる広い周波数帯で良好な接地導体である。このため、高周波装置においては、広い周波数帯で接地が浮きにくい。

【0013】

導体板が良好な接地導体であるため、回路およびアンテナのインピーダンスが変動せずに、安定する。安定しているため、回路の内部、アンテナの内部、および回路とアンテナとの間でインピーダンス整合をとることが容易である。また、インピーダンス整合により、効率的に信号電力を伝達することができる。このため、高周波装置の電力効率を向上し、高周波装置の消費電力および発熱を低減し、高周波装置を小型化することができる。

【0014】

上記構成によれば、回路およびアンテナは、導体板を接地導体として共有しており、インピーダンスが安定しているため、インピーダンスの設計が容易である。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態１に係る高周波装置の概略回路構成を示すブロック図である。

【図2】図１に示した高周波装置の回路部の概略構成を示す平面図であり、第１基板の第１面を示す。

【図3】図１に示した高周波装置のアンテナ部の概略構成を示す平面図であり、第２基板の第３面を示す。

【図4】図１に示した高周波装置の概略構成を示す断面図であり、図２のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ｊ−Ｈ−Ｉ−Ｊ矢視断面を示す。

【図5】図４に示したスルーホールを説明するための図である。図５の（ａ）は第１基板の第２面を示し、図５の（ｂ）は導体プレートを示し、図５の（ｃ）は第２基板の第４面を示す。

【図6】本発明の実施形態２に係る高周波装置に用いられる誘電体付きピン１９、２９の概略構成を示す透視図である。

【図7】本発明の実施形態３に係る高周波装置の概略回路構成を示すブロック図である。

【図8】図７に示した高周波装置の回路部の概略構成を示す平面図であり、第１基板の第１面を示す。

【図9】特許文献１のマイクロ波移動物体検知装置２０１の概略構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

〔実施形態１〕
以下、本発明の実施形態１について、図１〜図５に基づいて、詳細に説明する。

【0017】

（回路構成）
図１は、本発明の実施形態１に係る高周波装置１００の概略回路構成を示すブロック図である。なお、図１においては、図の簡略化のために接地および電源等の図示が省略されている。

【0018】

高周波装置１００は、回路部（高周波回路）７とアンテナ部（アンテナ）８と送信接続部１２と受信接続部２２とを含み、回路部７とアンテナ部８とは、送信接続部１２と受信接続部２２により、接続されている。

【0019】

回路部７は、発振器１３、送信増幅器１４、第１分配器１５、第２分配器１６、受信増幅器２３、第３分配器２４、位相器２５、周波数ミキサ２６ｉ、２６ｑ、ローパスフィルタ２７ｉ、２７ｑ、出力ポート２８ｉ、２８ｑおよび電源回路（図示せず）等を含む。回路部７は、アンテナ部８から送信される信号を処理する送信回路であり、アンテナ部８が受信する信号を処理する受信回路であり、高周波で動作する高周波回路である。

【0020】

アンテナ部８は、送信アンテナ１１と受信アンテナ２１とを含む。

【0021】

発振器１３は、送信波を発振する発振器であり、２４ＧＨｚのマイクロ波を発振する。なお、発振器１３は、別の周波数のマイクロ波およびミリ波などの高周波を発振してもよい。

【0022】

送信増幅器１４は、発振器１３が発振した送信波を増幅する低雑音増幅器であり、１段のソース接地のマイクロ波電界効果トランジスタである。ソース接地の電界効果トランジスタは、接地インダクタンスが十分に低い場合、広い周波数帯において良好な利得特性を示す。

【0023】

第１分配器１５は、送信増幅器１４が増幅した送信波を二等分配する分配器であり、ウィルキンソン型分配器である。そして、第１分配器１５で分配された送信波の一方は、送信接続部１２を介して送信アンテナ１１に到り、他方は、第２分配器１６に到る。

【0024】

第２分配器１６は、第１分配器１５が二等分配した送信波の他方を二等分配する分配器であり、ウィルキンソン型分配器である。そして、第２分配器１６で分配された搬送波の一方は、周波数ミキサ２６ｉに到り、他方は、周波数ミキサ２６ｑに到る。

【0025】

送信アンテナ１１は、送信接続部１２と送信増幅器１４と第１分配器１５とを介して、発振器１３に接続されており、発振器１３が発振した送信波を放射する。

【0026】

送信波３１は、送信アンテナ１１から放射され、対象物３２により反射される。

【0027】

対象物３２は、被験者であるが、これに限らない。生体および送信波３１を反射するような物体であればよい。

【0028】

反射波３３は、対象物３２により反射された送信波３１であり、対象物３２の運動に応じてドップラー効果により、送信波３１から変調されている。

【0029】

受信アンテナ２１は、反射波３３を受信する。

【0030】

受信増幅器２３は、受信接続部２２を介して受信アンテナ２１に接続されており、受信アンテナ２１が受信した受信波を増幅する低雑音増幅器であり、１段のソース接地のマイクロ波電界効果トランジスタである。

【0031】

第３分配器２４は、受信増幅器２３が増幅した受信波を二等分配する分配器であり、ウィルキンソン型分配器である。そして、第３分配器２４で分配された受信波の一方は、位相器２５を介して周波数ミキサ２６ｉに到り、他方は、周波数ミキサ２６ｑに到る。

【0032】

位相器２５は、入力された受信波の位相を９０度遅らせる。このため、周波数ミキサ２６ｉ、２６ｑの出力が同時に０になることがない。位相器２５をこのように加えることにより、ヌル点（出力が０になる点）を避けることと、対象物３２の移動が接近か離反かを区別することとができる。なお、公知技術であるので、詳細な説明を省略する。

【0033】

周波数ミキサ２６ｉは、送信増幅器１４と第１分配器１５と第２分配器１６とを介して発振器１３に接続されており、さらに、受信接続部２２と受信増幅器２３と第３分配器２４と位相器２５とを介して受信アンテナ２１に接続されている。このため、周波数ミキサ２６ｉの出力波は、送信波と９０度遅れた受信波とを重ね合わせた波であり、ドップラー効果による唸り成分を含む。

【0034】

ローパスフィルタ２７ｉは、低周波を通し、高周波を通さない周波数フィルタである。したがって、周波数ミキサ２６ｉの出力波のうち、低周波である唸り成分のみがローパスフィルタ２７ｉを通って、出力ポート２８ｉから出力される。ローパスフィルタ２７ｉは、ＲＣ（抵抗・キャパシタ）フィルタ回路およびＬＣ（インダクタ・キャパシタ）フィルタ回路等の公知のフィルタ回路であり、通常のチップ部品により構成されているため、詳細な説明を省略する。

【0035】

同様に、周波数ミキサ２６ｑは、送信増幅器１４と第１分配器１５と第２分配器１６とを介して発振器１３に接続されており、さらに、受信接続部２２と受信増幅器２３と第３分配器２４とを介して受信アンテナ２１に接続されている。このため、周波数ミキサ２６ｉの出力波は、送信波と受信波とを重ね合わせた波であり、ドップラー効果による唸り成分を含む。

【0036】

ローパスフィルタ２７ｑは、低周波を通し、高周波を通さない周波数フィルタである。したがって、周波数ミキサ２６ｑの出力波のうち、低周波である唸り成分のみがローパスフィルタ２７ｑを通って、出力ポート２８ｑから出力される。ローパスフィルタ２７ｑは、ローパスフィルタ２７ｉと同様に公知のフィルタ回路であり、通常のチップ部品により構成されているため、詳細な説明を省略する。

【0037】

なお、高周波装置１００においては、インピーダンス整合が取られており、２等分配でよいため、第１分配器１５と第２分配器１６と第２分配器２４とを用いており、方向性結合器が不要である。しかしながらこれに限らず、回路構成に応じて適宜、方向性結合器を用いてよい。方向性結合器は、インピーダンス整合をとるだけでなく、等分配でない分配を行うことができる。

【0038】

送信接続部１２および受信接続部２２は、例えば、同軸線路である。送信接続部１２は送信アンテナ１１と第１分配器１５とを接続し、送信波を伝達する。受信接続部２２は受信アンテナ２１と受信増幅器２３とを接続し、受信波を伝達する。

【0039】

上述のような回路構成により、高周波装置１００は、図９に示した高周波回路基板２０２と同等の機能を有する。

【0040】

（回路部）
図２は、図１に示した高周波装置１００の回路部７の概略構成を示す平面図であり、第１単層基板１（以下、単に第１基板と称する）の第１面１ａを示す。なお、図１に示したローパスフィルタ２７ｉ、２７ｑおよび出力ポート２８ｉ、２８ｑは、約１０ｋＨｚ以下で動作する低周波回路であるため、図２においては図示を省略する。

【0041】

回路部７は、第１基板１の第１面１ａに形成されている。第１基板１に、回路部７は形成されるが、アンテナ部８は形成されない。このため、第１基板１は、厚さおよび素材の誘電率を選択し、回路部７を形成するために好適な単層基板を選択することができる。また、回路部７の接地インダクタンスを低くするために、回路部７の動作周波数である電磁波の第１基板１の上での波長（動作波長）に応じて、第１基板１は薄いことが好ましい。具体的には、第１基板１の厚さは回路部７の動作波長の８分の１以下が好ましい。

【0042】

第１基板１は、マイクロストリップラインが形成されている単層基板であり、第１面１ａの反対側の面（図４を参照して、第２面１ｂ）には、銅箔により接地導体（第１接地導体）が全面に形成されている。

【0043】

第１面１ａには、送信接続部１２の回路側端部、発振素子１３ａと誘電体共振器１３ｂとを有する発振器１３、送信増幅器１４、チップ抵抗１５ａを有する第１分配器１５、チップ抵抗１６ａを有する第２分配器１６、受信接続部２２の回路側端部、受信増幅器２３、チップ抵抗２４ａを有する第３分配器２４、位相器２５、周波数ミキサ２６ｉ、２６ｑ、電源回路４１、チップキャパシタ４２、４３、複数のビアホール４４、線路４（伝送線路）、導体パターン６が設けられている。また、５本のネジ３４が第１基板１の四隅と中央付近とを貫いている。また、発振器１３は、図４に示すように、接地導体である仕切り導体４５により囲まれている。

【0044】

線路４は、第２面１ｂに形成されている接地導体と共に、マイクロストリップラインを構成している。このため、２４ＧＨｚのマイクロ波のような高周波を良好に伝達する。

【0045】

導体パターン６は、複数のビアホール４４を介して、第２面１ｂに形成されている接地導体に電気的物理的に接続されており、接地導体である。導体パターン６は、回路部７の各回路素子（発振素子１３ａ、送信増幅器１４、受信増幅器２３、周波数ミキサ２６ｉ、２６ｑ、ローパスフィルタ２７ｉ、２７ｑ等）を接地するために形成されている。また、導体パターン６は、発振器１３を囲む仕切り導体４５を接地するためにも形成されている。

【0046】

発振素子１３ａは、例えば、マイクロ波バイポーラトランジスタである。

【0047】

発振器１３と送信増幅器１４とは線路４により接続されている。また、直流成分が流れないように、発振器１３と送信増幅器１４との間の線路４には、隙間（ギャップ）が設けられている。同様に、送信増幅器１４と第１分配器１５との間、受信接続部２２と受信増幅器２３との間、および受信増幅器２３と第３分配器との間も、隙間が設けられた線路４が接続している。

【0048】

このような隙間が設けられた線路４においては、隙間の両側の線路４が高周波的に十分に接続されるように、十分な容量のギャップキャパシタが形成されている。具体的には、Ｌ字を互い違いに差し込むように、隙間の両側の線路４は形成されている。あるいは、高周波的に十分に接続されるように、十分な容量のチップキャパシタ４２、４３が隙間に設けられている。また、インピーダンス整合をとるために、適宜スタブが設けられている。

【0049】

第１分配器１５と送信接続部１２との間、第１分配器１５と第２分配器１６との間、第２分配器１６と周波数ミキサ２６ｉとの間、第２分配器１６と周波数ミキサ２６ｑとの間、第３分配器２４と周波数ミキサ２６ｉとの間、第３分配器２４と位相器２５との間、および位相器２５と周波数ミキサ２６ｑとの間は、隙間が設けられていない線路４が接続している。

【0050】

ビアホール４４は、内壁にビアホール導体が形成されており、第１基板１を貫通する開口である。また、複数のビアホールは０．８ｍｍ間隔で配置されており、導体パターン６を第２面１ｂに形成された接地導体に接続している。

【0051】

電源回路４１は、約１０ｋＨｚ以下で動作する低周波回路であり、公知技術であるため、図示を簡略にし、説明を省略する。

【0052】

（アンテナ部）
図３は、図１に示した高周波装置１００のアンテナ部８の概略構成を示す平面図であり、第２単層基板２（以下、単に第２基板と称する）の第３面２ａを示す。

【0053】

アンテナ部８は、第２基板２の第３面２ａに形成されている。第２基板２に、回路部７は形成されないが、アンテナ部８は形成される。このため、第２基板２は、厚さと素材の誘電率とを選択し、アンテナ部８を形成するために好適な単層基板を選択することができ、第１基板１とは異なる種類の単層基板を選択することができる。

【0054】

第２基板２は、マイクロストリップアンテナが形成される単層基板であり、第３面２ａの反対側の面（図４を参照して、第４面２ｂ）には、銅箔により接地導体（第２接地導体）が全面に形成されている。

【0055】

第３面２ａには、線路４、送信接続部１２のアンテナ側端部、８枚の送信パッチ１１ａを有する送信アンテナ１１、受信接続部２２のアンテナ側端部、８枚の受信パッチ２１ａを有する受信アンテナ２１が設けられている。また、５個のネジ受け３６が第３面２ａの四隅と中央付近とに固定されている。

【0056】

線路４は、第４面２ｂに形成されている接地導体と共に、マイクロストリップラインを構成している。このため、２４ＧＨｚのマイクロ波等の高周波を良好に伝達する。

【0057】

送信アンテナ１１は、送信パッチ１１ａと第４面２ｂに形成された接地導体とが構成するアレイ構造のマイクロストリップアンテナであるが、これに限らない。また、受信アンテナ２１は、受信パッチ２１ａと第４面２ｂに形成された接地導体とが構成するアレイ構造のマイクロストリップアンテナであるが、これに限らない。また、送信アンテナ１１と受信アンテナ２１とは、指向特性が同一であるように、同一構成であることが好ましい。例えば、送信アンテナ１１と受信アンテナ２１とは、同一構成の線状アンテナおよびスロットアンテナ等であってもよい。

【0058】

送信パッチ１１ａは８個でなくてもよく、正方形に限られない。また、受信パッチ２１ａも８個でなくてもよく、正方形に限られない。例えば、送信パッチ１１ａと受信パッチ２１ａとはそれぞれ、少しずつ直径が異なる９個の円形パッチであってもよい。

【0059】

（断面構造）
以下に、高周波装置１００の断面構造を説明する。

【0060】

図４は、図１に示した高周波装置１００の概略構成を示す断面図であり、図２のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ｊ−Ｈ−Ｉ−Ｊ矢視断面を示す。

【0061】

高周波装置１００は、回路部７が形成された第１基板１、アンテナ部８が形成された第２基板２、導体プレート３（導体板）、回路部７とアンテナ部８とを接続するスルーホール１２ｃと導体ピン１２ｄとスルーホール２２ｃと導体ピン２２ｄと、周波数調整ネジ３８と仕切り導体４５とを有する外装３７、および５組のネジ３４とネジ用スルーホール３５とネジ受け３６を含む。

【0062】

導体プレート３は、アルミおよび銅等の良導体であり、平坦に形成されたプレートである。また、導体プレート３は、直流から高周波の交流に渡る広い周波数帯において良好な接地導体として機能する。

【0063】

第１基板１と第２基板２とは、導体プレート３を挟み込むサンドイッチ構造を形成している。より詳しく述べると、第１基板１の第２面１ｂと第２基板２の第４面２ｂが互いに向かい合うように、第１基板１と第２基板２とは配置されている。また、第２面１ｂと第４面２ｂとの間に導体プレート３は挟まれている。また、第１基板１と第２基板２と導体プレート３とは、図２から図４に示すように四隅と中央付近との５点で、ネジ３４とネジ受け３６とにより、緊密に固定されている。なお、ネジ３４とネジ受け３６とは外装３７も固定している。

【0064】

このように第１基板１と第２基板２とは、導体プレート３を緊密に挟む。このため、第１基板１の第２面１ｂおよび第２基板２の第４面２ｂに形成された接地導体は、導体プレート３に全面的に重なるように接触し、導体プレート３と一体である。

【0065】

また、実質的に回路部７とアンテナ部８とが一枚の複層基板の表裏両面（第１面１ａと第３面２ａ）に形成されている。アンテナ部８は、アンテナ部８の動作波長に応じた面積を必要とするため、アンテナ部８の反対側の面に回路部７およびその他の回路を形成することにより、高周波装置１００を小面積化および小型化することができる。

【0066】

スルーホール１２ｃと導体ピン１２ｄとは、送信接続部１２である同軸線路を形成している。そして、導体ピン１２ｄは、線路４を介して第１分配器１５と送信アンテナ１１とを接続している。同様に、スルーホール２２ｃと導体ピン２２ｄとは、受信接続部２２である同軸線路を形成している。そして、導体ピン２２ｄは、線路４を介して受信増幅器２３と受信アンテナ２１とを接続している。

【0067】

外装３７は仕切り導体４５と一体に、アルミダイキャストにより鋳造されている。外装３７は四隅と中央付近とのネジ３４とネジ受け３６とにより、第１基板１と第２基板２と導体プレート３とに固定されている。また、外装３７は、第１基板１の外縁部に形成されている導体パターン６（図２参照）の上に直接載置されており、仕切り導体４５は、発振器１３を囲むように形成されている導体パターン６に直接に接触している。

【0068】

なお、仕切り導体４５は、発振器１３が発振するための部屋を形成すればよい。例えば、外装３７とは別に、仕切り導体４５を形成してもよい。

【0069】

（接地）
導体プレート３（図４）、第１基板１の第２面１ｂに形成された接地導体、第２基板２の第４面２ｂに形成された接地導体、導体パターン６（図２）、ビアホール４４の内壁の導体（図２、図４）、ネジ３４（図２、図４）、ネジ受け３６（図３、図４）、外装３７（図４）、仕切り導体４５（図４）、スルーホール１２ｃおよびスルーホール２２ｃの内壁の導体は、高周波装置１００の動作時に、接地される。

【0070】

導体プレート３は、接地される。

【0071】

第２面１ｂおよび第４面２ｂに形成された接地導体は、導体プレート３と電気的に一体である。このため、第２面１ｂおよび第４面２ｂに形成された接地導体は接地される。また、ビアホール４４の内壁の導体と、スルーホール１２ｃおよびスルーホール２２ｃの内壁の導体とは、導体プレート３に接続され、接地される。

【0072】

導体パターン６は、複数のビアホール４４を介して、第２面１ｂに形成されている接地導体に電気的物理的に接続されている。このため、導体パターン６は接地される。さらに、ビアホール４４が０．８ｍｍ以下の間隔で配置されており、第１基板１が十分に薄い。このため、２４ＧＨｚ以下の周波数の電磁波から見て、導体パターン６は導体プレート３と一体であり、理想的な接地導体として機能する。

【0073】

外装３７と仕切り導体４５とは、導体パターン６に直接に接触しているため、接地される。

【0074】

ネジ３４は、外装３７に直接に接触するため、ネジ３４は接地される。また、ネジ受け３６はネジ３４に直接に接触するため、ネジ受け３６は接地される。

【0075】

図２に示すように、発振素子１３ａ、送信増幅器１４、受信増幅器２３、周波数ミキサ２６ｉ、２６ｑおよびその他の回路素子は、導体パターン６を介して接地している。

【0076】

以上のように、高周波装置１００においては、導体パターン６等が低いインダクタンスで導体プレート３に接続しているため、接地が極めて浮きにくい。このため、回路部７の内部において、インピーダンス整合を取ることが容易であり、信号（送信波および受信波）が効率的に伝達される。

【0077】

また、導体パターン６が０Ｈｚから２４ＧＨｚまで理想的な接地導体として機能する。このため、送信増幅器１４および受信増幅器２３は、理想的な利得特性で機能することができる。同様に、発振器１３、および周波数ミキサ２６ｉ、２６ｑなども理想的に機能することができる。

【0078】

導体プレート３が、第２面１ｂおよび第４面２ｂに形成された接地導体と一体化している。このため、導体プレート３が、回路部７の線路４の裏側にある接地導体としても、アンテナ部８の線路４と送信パッチ１１ａと受信パッチ２１ａとの裏側にある接地導体としても、機能する。言い換えると、回路部７とアンテナ部８とは、接地導体を共用している。共用であるため、回路部７とアンテナ部８との間のインピーダンス整合をとることが容易であり、信号（送信波および受信波）が効率的に伝達される。

【0079】

さらに、共用であるため、インピーダンス設計が容易であり、例えば、回路部７とアンテナ部８とのインピーダンスおよび送信接続部１２と受信接続部２２との特性インピーダンスを５０Ωに設計し、互いに接続することも容易にできる。したがって、高周波装置１００の設計も容易である。

【0080】

（放熱）
さらに、導体プレート３、ビアホール４４、導体パターン６、および外装３７は、熱を逃がす放熱経路を兼ねている。回路部７で発生した熱は導体パターン６とビアホール４４とを通じて、導体プレート３から速やかに放熱される。あるいは、回路部７で発生した熱は導体パターン６を通じて外装３７から速やかに放熱される。このため、回路部７が高温になり難く、良好に機能することができる。

【0081】

（接続部）
以下に、送信接続部１２を構成するスルーホール１２ｃと導体ピン１２ｄと、受信接続部２２を構成するスルーホール２２ｃと導体ピン２２ｄと、について詳細に説明する。

【0082】

図５は、図４に示したスルーホール１２ｃ、２２ｃを説明するための図である。図５の（ａ）は第１基板１の第２面１ｂを示し、図５の（ｂ）は導体プレート３を示し、図５の（ｃ）は第２基板２の第４面２ｂを示す。なお、図４に示したように、第１基板１と第２基板２と導体プレート３とには、ネジ用スルーホール３５を構成する開口が形成されているが、図５では図示を省略する。また、図４に示したように、第１基板１にはビアホール４４が形成されているが、図５では図示を省略する。

【0083】

貫通口５１、５３、５４およびスルーホール導体５２、５５は、図４に示したスルーホール１２ｃ、２２ｃを構成する。言い換えると、貫通口５１およびスルーホール導体５２は、スルーホール１２ｃ、２２ｃの第１基板１に形成された部分である。また、貫通口５３は、スルーホール１２ｃ、２２ｃの導体プレート３に形成された部分である。また、貫通口５４とスルーホール導体５５とは、スルーホール１２ｃ、２２ｃの第２基板２に形成された部分である。

【0084】

このため、図５に示すように、第１基板１と第２基板２とが導体プレート３を挟み込んだ時に、中心軸が一直線になるように貫通口５１、５３、５４およびスルーホール導体５２、５５は形成されている。また、送信接続部１２および受信接続部２２は同軸線路であるため、スルーホール１２ｃ、２２ｃは内径が一定の円筒であることが好ましい。このため、図５に示すように、スルーホール導体５２、５５および貫通口５３は内径が同等に形成されている。

【0085】

このような構成により、スルーホール１２ｃ、２２ｃの内壁は、内径が一定であり、導体の円筒である。なお、円筒に限らず、断面形状が一定であればよい。

【0086】

インピーダンス整合をとるために、回路部７とアンテナ部８とのインピーダンスと同等になるように、送信接続部１２と受信接続部２２とは形成されている。例えば、回路部７とアンテナ部８とが５０Ωのインピーダンスの場合、送信接続部１２と受信接続部２２とは５０Ωの特性インピーダンスになるように形成されている。なお、公知技術であるが、送信接続部１２の特性インピーダンスは、スルーホール１２ｃの内径と導体ピン１２ｄの外径とから算出され、受信接続部２２の特性インピーダンスは、スルーホール２２ｃの内径と導体ピン２２ｄの外径とから算出される。

【0087】

インピーダンス整合により、送信接続部１２と受信接続部２２とは、低い損失で回路部７とアンテナ部８を接続することができる。また、アンテナ部８の効率を向上させ、高周波装置１００の感度を高めることができる。

【0088】

（製造方法）
以下に高周波装置１００の製造方法を説明する。

【0089】

最初に、第１基板１と第２基板２と導体プレート３とを用意する。

【0090】

用意された第１基板１は、図２と図４とを参照して、回路部７が形成されている第１面１ａおよび接地導体が全面に形成されている第２面１ｂを有し、導体パターン６およびビアホール４４が形成されており、第１面１ａと第２面１ｂとの間を貫く貫通口５１が形成されている。また、貫通口５１の内壁を覆うように、スルーホール導体５２が形成されている。

【0091】

用意された第２基板２は、図３と図４とを参照して、アンテナ部８が形成されている第３面２ａおよび接地導体が全面に形成されている第４面２ｂを有し、第３面２ａと第４面２ｂとの間を貫く貫通口５４が形成されている。また、貫通口５４の内壁を覆うように、スルーホール導体５５が形成されている。

【0092】

用意された導体プレート３は、表裏両面の間を貫く貫通口５３が形成されている。なお、貫通口５１、５３、５４は、第１基板１と第２基板２と導体プレート３とが重ね合わされた場合に、平面視において重なり合うような位置に形成されている。また、位置を合わせるために、第１基板１と第２基板２と導体プレート３とは、平面視において同一形状であるが、これに限らない。例えば、第１基板１と第２基板２とより、導体プレート３が大きく、導体プレート３上のアライアメントマーカにより位置を合わせてもよい。

【0093】

次に、貫通口５３に導体ピン１２ｄ、２２ｄを挿入し、第１基板１と第２基板２とで、導体プレート３を、位置を合わせて挟み込む。そして、線路４に半田等により導体ピン１２ｄ、２２ｄを接続する。これにより、送信接続部１２と受信接続部２２とが形成され、第１基板１に形成されている回路部７と第２基板２に形成されているアンテナ部８とが接続される。

【0094】

最後に、外装３７を、位置を合わせて第１基板１に重ね合わせ、四隅と中央付近とにあるネジ用スルーホール３５にネジ３４を通す。そして、四隅と中央付近とのネジ３４とネジ受け３６と緊締する。これにより、外装３７と第１基板１と第２基板２と導体プレート３とは互いに固定される。

【0095】

なお、製造方法はこれに限られない。例えば、第１基板１と第２基板２とで、導体プレート３を挟み込んだ後に、スルーホール１２ｃ、２２ｃに導体ピン１２ｄ、２２ｄを挿入してもよい。

【0096】

（効果）
高周波装置１００の特有の効果について、以下に説明する。

【0097】

図２〜図４に示すように、回路部７は第１基板１に形成され、アンテナ部は第２基板２に形成される。このため、第１基板１に回路部７を形成するために最適な単層基板を選択し、第２基板２にアンテナ部８を形成するために最適な単層基板を選択することができる。したがって、異種の単層基板を組み合わせることも可能であるため、回路部７とアンテナ部８との効率をそれぞれ高めることができる。

【0098】

図４に示すように、第１基板１と第２基板２とが導体プレート３を挟み、サンドイッチ構造を形成している。このため、第１基板１と第２基板２と導体プレート３とを一枚の複層基板として一体に扱うことができる。一枚の複層基板として扱う場合、第１面１ａと第３面２ａとが実質的に一枚の複層基板の表裏両面になり、回路部７とアンテナ部８とが実質的に一枚の複層基板の表裏両面に形成されている。

【0099】

したがって、大きな面積を必要とするアンテナ部８の裏面（反対側の面）に、回路部７を設け、回路部７とアンテナ部８とを面積的に効率的に、平面視において重なるように配置することができる。さらに、第１面１ａに、別の回路を更に設けてもよい。例えば、図１に示した出力ポート２８ｉ、２８ｑから出力される低周波信号を処理する処理回路を、設けてもよい。このため、高周波装置１００を効率的に小面積化および小型化できる。また、回路部７とアンテナ部８との効率的な配置により、高周波装置１００は小型モジュールとして扱うことができる。

【0100】

アンテナは、該アンテナの動作周波数の電磁波の基板上での波長（動作波長）の２分の１以上の大きさが必要である。

【0101】

例えば、図９を参照して、動作周波数が１０ＧＨｚであり、高周波回路基板２０２の実行誘電率が４である場合、１つのアンテナの大きさは約７．５ｍｍ以上必要である。このため、４つのアンテナをアレイ状に配置する送信アンテナ２０３ａと受信アンテナ２０３ｂとの大きさは、配置間隔を考慮して、５ｃｍから７ｃｍ程度になる。さらに、高周波回路部２１１を含む高周波回路基板２０２の長辺の長さは、１５ｃｍ程度になり、低周波回路基板２１０を含むマイクロ波移動物体検知装置２０１の長辺の長さは、２０ｃｍ程度になる。

【0102】

一方、図２から図４を参照して、高周波装置１００においては、アンテナ部８の裏面に回路部７が設けられている。このため、高周波装置１００の動作周波数が１０ＧＨｚの場合に、高周波装置１００の長辺の長さが、１０ｃｍ程度あるいは１０ｃｍより小さいように、高周波装置１００を構成することができる。

【0103】

さらに、第２面１ｂおよび第４面２ｂに形成された接地導体と導体プレート３とが電気的に一体となり、第１基板１と第２基板２との接地導体になる。また、導体プレート３が直流および低周波から高周波にわたる広い周波数帯で良好な接地導体である。このため、高周波装置１００においては、接地が浮きにくく、動作が安定する。

【0104】

これに対し、サンドイッチ構造でない従来の高周波装置においては、接地が浮きやすいという問題があった。回路基板の裏面に形成される接地導体は、一般的に、銅箔または金属メッキ等により、薄膜状に形成される。このため、接地導体が島のように分断されたり、接地導体の面積が狭かったりしやすい。そして、接地インピーダンスが高くなるため、裏面に形成された接地導体が、高周波に対し、接地導体として機能しないという問題があった。

【0105】

図４〜図５に示すように、導体プレート３は、第２面１ｂおよび第４面２ｂに形成されている接地導体と一体化し、第１基板１および第２基板２の良好な接地導体として機能する。このため、線路４が形成するマイクロストリップラインおよび、送信パッチ１１ａと受信パッチ２１ａとが形成するマイクロストリップアンテナは、実質的に導体プレート３を接地導体として共有している。言い換えると、第２面１ｂおよび第４面２ｂに形成されている接地導体と一体化した導体プレート３と共に、線路４はマイクロストリップラインを構成し、送信パッチ１１ａと受信パッチ２１ａとはマイクロストリップアンテナを構成する。

【0106】

導体プレート３が広い周波数帯で良好な接地導体であるため、回路部７とアンテナ部８と送信接続部１２と受信接続部２２とは、接地が極めて浮きにくく、共通である。このため、回路部７およびアンテナ部８のインピーダンスが変動せずに、安定する。インピーダンスが安定しているため、回路部７とアンテナ部８と送信接続部１２と受信接続部２２とのインピーダンス整合をとることが容易である。インピーダンス整合により、回路部７とアンテナ部８と送信接続部１２と受信接続部２２とにおいて、効率的に信号電力を伝達することができる。このため、高周波装置１００の電力効率を向上し、高周波装置１００の消費電力および発熱を低減し、高周波装置１００を小型化することができる。

【0107】

さらに、回路部７およびアンテナ部８は、導体プレート３を接地導体として共有しており、インピーダンスが安定しているため、インピーダンスの設計が容易である。

【0108】

例えば、経験的に３ＧＨｚ以上であるマイクロ波周波数帯においては、インピーダンスを５０Ω程度に回路を設計すると、低周波から高周波までに渡り回路の動作が安定し、余分な回路が不要になるために小型化できることが知られている。したがって、線路４の形成するマイクロストリップラインと送信接続部１２と受信接続部２２との特性インピーダンスを５０Ω程度に設計し、回路部７内部の各回路と送信アンテナ１１と受信アンテナ２１とのインピーダンスを５０Ω程度に設計することにより、高周波装置１００の動作の安定化および小型化が可能になる。

【0109】

図２と図４とに示すように、第１面１ｂに形成されている導体パターン６はビアホール４４を介して導体プレート３に、電気的に接続されている。また、ビアホール４４は０．８ｍｍ以下の間隔で配置されており、回路部７の動作周波数が２４ＧＨｚであり、第１基板１の実行誘電率が約４である。したがって、ビアホール４４が回路部７の動作波長の８分の１以下の間隔で配置されている。さらに、第１基板１は十分に薄く、動作波長の８分の１以下の厚さである。このため、直流から回路部７の動作周波数までの広い周波数帯において、極めて低いインダクタンスで、導体パターン６は導体プレート３に接続されている。言い換えると、導体パターン６は、直流から回路部７の動作周波数までの広い周波数帯において、理想的な接地導体として機能する。

【0110】

なお、ビアホール４４の配置間隔は０．８ｍｍに限らない。ビアホール４４の配置間隔が回路部７の動作波長の８分の１以下であればよい。配置間隔が８分の１以下の場合、直流から回路部７の動作周波数までの広い周波数帯において、導体パターン６は、導体プレート３に極めて低いインダクタンスで接続され、導体プレート３と電気的に一体であり、接地インダクタンスが十分に低減される。例えば、動作周波数が１０ＧＨｚの場合、ビアホール４４の配置間隔と第１基板１の厚さとが２ｍｍ以下であれば、導体パターン６は理想的な接地導体として機能する。

【0111】

導体パターン６が理想的な接地導体であるため、送信増幅器１４および受信増幅器２３は、接地インダクタンスが極めて低く、理想的な利得特性で機能する。また、仕切り導体４５も、導体パターン６に直接に接触しているため、理想的な接地導体である。このため、発振器１３は、仕切り導体４５に囲まれているため、理想的な利得特性で機能する。さらに、その他の回路素子（周波数ミキサ２６ｉ、２６ｑ、ローパスフィルタ２７ｉ、２７ｑ、等）も、接地インダクタンスが極めて低く、理想的な利得特性で機能する。

【0112】

また、導体パターン６はビアホール４４を介して導体プレート３に、熱的にも接続している。このため、導体パターン６とビアホール４４と導体プレート３とは、回路部７から発生する熱を逃がし、良好な放熱経路としても機能する。

【0113】

送信接続部１２と受信接続部２２とは、同軸線路であるため、回路部７とアンテナ部８とを直流的および高周波的に接続しており、送信波および受信波を伝達することができる。また、導体ピン１２ｄの外径とスルーホール１２ｃの内径とから、送信接続部１２の特性インピーダンスを容易に設計できる。また、導体ピン１２ｄ、２２ｄの外径と、スルーホール１２ｃ、２２ｃの内径とから、受信接続部２２の特性インピーダンスを容易に設計できる。

【0114】

従って、回路部７と送信接続部１２との間、送信接続部１２とアンテナ部８との間、アンテナ部８と受信接続部２２との間、および受信接続部２２と回路部７との間のインピーダンス整合を容易にとることができる。このため、インピーダンス不整合を低減し、回路部７とアンテナ部８との間の信号電力の損失を低減することができる。すなわち、高周波装置１００の感度を高めることができる。

【0115】

図１から図４が示すように、高周波装置１００は、送信アンテナ１１および受信アンテナ２１を有するアンテナ部８と、送信アンテナ１１が送信する送信波および受信アンテナ２１が受信する受信波を処理する回路部７とを含む。このため、高周波装置１００は、送信波の送信と受信波の受信とに加え、受信波を送信波と比較して処理することができる。具体的には、周波数ミキサ２６ｉ、２６ｑが送信波と受信波とを重ね合わせるため、送信波３１から変調された反射波３３の唸り成分のみを抽出することができる。

【0116】

したがって、高周波装置１００は、レーダ用および通信用などの用途に好適である。

【0117】

なお、高周波装置１００は、送信アンテナ１１と受信アンテナ２１とを有するが、本発明の範囲はこれに限らない。例えば、送信アンテナを有し、受信アンテナを有さない高周波装置、および受信アンテナを有し、送信アンテナを有さない高周波装置も本発明の範囲に含まれる。

【0118】

〔実施形態２〕
本発明の実施形態２について、図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

【0119】

図６は、本発明の実施形態２に係る高周波装置に用いられる誘電体付きピン１９、２９の概略構成を示す透視図である。

【0120】

誘電体付きピン１９は、導体ピン１２ｄの周囲に誘電体１２ｅを、円柱形状に付着させたピンである。また、誘電体付きピン２９も、導体ピン２２ｄの周囲に誘電体２２ｅを、円柱形状に付着させたピンである。

【0121】

実施形態２においては、図４に示した高周波装置１００において、導体ピン１２ｄの代わりに誘電体付きピン１９を用い、導体ピン２２ｄの代わりに誘電体付きピン２９を用いる。

【0122】

実施形態１においては、スルーホール１２ｃと導体ピン１２ｄとの間およびスルーホール２２ｃと導体ピン２２ｄとの間は中空である。これに対し、実施形態２においては、スルーホール１２ｃと導体ピン１２ｄとの間には、誘電体１２ｅがあり、スルーホール２２ｃと導体ピン２２ｄとの間には、誘電体２２ｅがある。

【0123】

実施形態２においては、誘電体１２ｅ、２２ｅにより、スルーホール１２ｃと導体ピン１２ｄとの間およびスルーホール２２ｃと導体ピン２２ｄとの間の間隔が安定し、送信接続部１２および受信接続部２２の特性インピーダンスが安定し、入力インピーダンスおよび出力インピーダンス（以下、入出力インピーダンス）も安定する。このため、高周波装置１００の製造時に、送信接続部１２および受信接続部２２の入出力インピーダンスを安定させ、バラツキを低減することができる。

【0124】

さらに、誘電体付きピン１９、２９は、サンドイッチ構造を形成している第１基板１と第２基板２と導体プレート３との固定を補助し、第１基板１と第２基板２と導体プレート３との一体化を容易にする。

【0125】

なお、誘電体付きピン１９、２９を用いる実施形態２の高周波装置１００は、実施形態１の高周波装置１００の特有の効果も有する。

【0126】

実施形態１と同様に、第１基板１及び第２基板２とを、回路部７とアンテナ部８とに最適な単層基板をそれぞれ選択することができる。また、回路部７とアンテナ部８とが実質的に一枚の複層基板の表裏両面に形成されている。したがって、回路部７とアンテナ部８とを面積的に効率的に配置することができる。さらに、高周波装置１００においては、接地が浮きにくい。

【0127】

導体プレート３は、第１基板１および第２基板２の良好な接地導体として機能する。このため、回路部７とアンテナ部８と送信接続部１２と受信接続部２２との接地は、極めて浮きにくく、インピーダンス整合をとることが容易である。さらに、インピーダンスの設計が容易であり、回路部７内部の各回路と送信アンテナ１１と受信アンテナ２１とのインピーダンスを５０Ω程度に設計することにより、高周波装置１００の動作の安定化および小型化が可能になる。

【0128】

ビアホール４４が回路部７の動作波長の８分の１以下の間隔で配置されている。さらに、第１基板１の厚さは動作波長の８分の１以下である。このため、導体パターン６は、直流から回路部７の動作周波数までの広い周波数帯において、理想的な接地導体として機能する。導体パターン６が理想的な接地導体であるため、回路部７の各回路素子（発振素子１３ａ、送信増幅器１４、受信増幅器２３、周波数ミキサ２６ｉ、２６ｑ、ローパスフィルタ２７ｉ、２７ｑ等）は、理想的な利得特性で機能する。

【0129】

また、導体パターン６とビアホール４４と導体プレート３とは、良好な放熱経路としても機能する。

【0130】

〔実施形態３〕
本発明の実施形態３について、図７〜図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

【0131】

（回路構成）
図７は、本発明の実施形態３に係る高周波装置２００の概略回路構成を示すブロック図である。なお、図７においては、図の簡略化のために接地および電源の図示が省略されている。

【0132】

高周波装置２００は、回路部１０７とアンテナ部８とを含み、回路部１０７とアンテナ部８とは、送信接続部１２と受信接続部２２により、接続されている。

【0133】

回路部１０７は、発振器１１３、送信増幅器１４、第１分配器１５、第２分配器１６、逓倍器１１７、受信増幅器２３、第３分配器２４、位相器２５、周波数ミキサ２６ｉ、２６ｑ、ローパスフィルタ２７ｉ、２７ｑ、出力ポート２８ｉ、２８ｑおよび電源回路（図示せず）等を含む。回路部１０７は、アンテナ部８から送信される信号を処理する送信回路であり、アンテナ部８が受信する信号を処理する受信回路であり、高周波で動作する高周波回路である。

【0134】

アンテナ部８は、送信アンテナ１１と受信アンテナ２１とを含む。

【0135】

発振器１１３は、１２．０５ＧＨｚのマイクロ波を発振する。実施形態１の発振器１３に比べて、発振器１１３の発振周波数が低いため、実施形態２の高周波装置２００の製造費用の低減を図ることができる。

【0136】

逓倍器１１７は周波数逓倍器であり、入力信号の周波数を二逓倍する。逓倍器１１７は、発振器１１３が発振した１２．０５ＧＨｚのマイクロ波を、２４．１ＧＨｚにして出力する。このため、回路部１０７およびアンテナ部８の動作周波数は約２４ＧＨｚになる。なお、逓倍器１１７は、これに限らず、例えば入力信号の周波数を三逓倍してもよい。

【0137】

したがって、高周波装置２００は、図１に示した高周波装置１００から、発振器１３の代わりに、発振器１１３および逓倍器１１７を含む点において相違する。また、発振器１１３と逓倍器１１７を一体に扱うと、約２４ＧＨｚのマイクロ波を発信する発振器と見なせる。このため、実施形態３の高周波装置２００の動作および機能は、実施形態１の高周波装置１００と同等である。

【0138】

（回路部）
図８は、図７に示した高周波装置２００の回路部１０７の概略構成を示す平面図であり、第１基板１の第１面１ａを示す。なお、図７に示したローパスフィルタ２７ｉ、２７ｑおよび出力ポート２８ｉ、２８ｑは、約１０ｋＨｚ以下で動作する低周波回路であるため、図８においては図示を省略する。

【0139】

回路部１０７は、第１基板１の第１面１ａに形成されている。第１基板１に、回路部１０７は形成されるが、アンテナ部８は形成されない。このため、第１基板１は、回路部１０７を形成するために好適な基板を選択することができる。

【0140】

発振器１１３は、発振素子１１３ａおよび誘電体共振器１１３ｂを含み、発振器１３と同様に仕切り導体４５（図４）に囲まれている。

【0141】

誘電体共振器１１３ｂは、実施形態１の誘電体共振器１３ｂに比べて、共振周波数が低いため、大きい。

【0142】

発振素子１１３ａは、１２．０５ＧＨｚで発振すればよい。このため、１２ＧＨｚ帯で発振可能なシリコンバイポーラトランジスタが、発振素子１１３ａとして用いられることができる。発振素子１１３ａがシリコンバイポーラトランジスタである場合、発振素子１１３ａの１／ｆ雑音および無負荷Ｑ値が高いため、発振器１１３は優れた位相雑音特性を有する。

【0143】

さらに、近年、位相同期ループ（ＰＰＬ：Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）を用いる位相同期発振器が、１２ＧＨｚ帯まで用いられるようになってきている。位相同期発振器を発振器１１３として用いることにより、発振器１１３の安定性を高め、低背化することができる。このため、発振器１１３が位相同期発振器である場合、高周波装置２００は安定性がより良好であり、より小型化される。

【0144】

逓倍器１１７は、非線形デバイスであり、１２．０５ＧＨｚと２４．１ＧＨｚの両方の周波数で機能する必要がある。導体パターン６が０Ｈｚから２４ＧＨｚまで良好な接地導体として機能しているため、逓倍器１１７は良好に動作できる。

【0145】

なお、高周波装置２００は、実施形態１の高周波装置１００の特有の効果を有する。

【0146】

実施形態１と同様に、第１基板１及び第２基板２とを、回路部７とアンテナ部８とに最適な単層基板をそれぞれ選択することができる。また、回路部７とアンテナ部８とが実質的に一枚の複層基板の表裏両面に形成されている。したがって、回路部７とアンテナ部８とを面積的に効率的に配置することができる。さらに、高周波装置１００においては、接地が浮きにくい。

【0147】

導体プレート３は、第１基板１および第２基板２の良好な接地導体として機能する。このため、回路部７とアンテナ部８と送信接続部１２と受信接続部２２との接地は、極めて浮きにくく、インピーダンス整合をとることが容易である。さらに、インピーダンスの設計が容易であり、回路部７内部の各回路と送信アンテナ１１と受信アンテナ２１とのインピーダンスを５０Ω程度に設計することにより、高周波装置１００の動作の安定化および小型化が可能になる。

【0148】

ビアホール４４が回路部７の動作波長の８分の１以下の間隔で配置されている。さらに、第１基板１の厚さは動作波長の８分の１以下である。このため、導体パターン６は、直流から回路部７の動作周波数までの広い周波数帯において、理想的な接地導体として機能する。導体パターン６が理想的な接地導体であるため、回路部７の各回路素子（発振素子１１３ａ、送信増幅器１４、受信増幅器２３、周波数ミキサ２６ｉ、２６ｑ、ローパスフィルタ２７ｉ、２７ｑ等）は、理想的な利得特性で機能する。

【0149】

また、導体パターン６とビアホール４４と導体プレート３とは、良好な放熱経路としても機能する。

【0150】

また、高周波装置２００は、受信波を送信波と比較して処理することができる。したがって、高周波装置２００は、レーダ用および通信用などの用途に好適である。

【0151】

なお、実施形態２と同様に、高周波装置２００において、導体ピン１２ｄ、２２ｄの代わりに、図６に示した誘電体付きピン１９、２９を用いてもよい。

【0152】

この場合、実施形態２と同様に、送信接続部１２および受信接続部２２の特性インピーダンスが安定する。このため、高周波装置１００の製造時に、送信接続部１２および受信接続部２２の入出力インピーダンスを安定させ、バラツキを低減することができる。さらに、第１基板１と第２基板２と導体プレート３との一体化を容易にすることができる。

【0153】

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る高周波装置（１００、２００）は、高周波回路（回路部７、１０７）が形成されている第１面（１ａ）および第１接地導体が形成されている第２面（１ｂ）を有する第１単層基板（第１基板１）と、アンテナ（アンテナ部８）が形成されている第３面（２ａ）および第２接地導体が形成されている第４面（２ｂ）を有する第２単層基板（第２基板２）と、導体板（導体プレート３）と、を含み、前記導体板が、前記第２面と前記第４面との間に挟まれていることを特徴とする。

【0154】

上記構成によれば、高周波回路は第１単層基板に形成され、アンテナは第２単層基板に形成される。このため、第１単層基板に高周波回路を形成するために最適な基板を選択し、第２単層基板にアンテナを形成するために最適な基板を選択することができる。したがって、厚さおよび誘電率が異なる異種の単層基板を組み合わせることも可能であるため、高周波回路とアンテナとの効率をそれぞれ高めることができる。

【0155】

また上記構成によれば、第１単層基板と第２単層基板とが導体板を挟み、サンドイッチ構造を形成している。このため、第１単層基板と第２単層基板と導体板とを一枚の複層基板として一体に扱うことができる。一枚の複層基板として扱う場合、第１面と第３面とが実質的に一枚の複層基板の表裏両面になり、高周波回路とアンテナとが実質的に一枚の複層基板の表裏両面に形成されている。

【0156】

したがって、大きな面積を必要とするアンテナの裏面（反対側の面）に、高周波回路を設け、高周波回路とアンテナとを面積的に効率的に配置することができる。このため、高周波装置を効率的に小面積化および小型化できる。

【0157】

また上記構成によれば、第１接地導体および第２接地導体と導体板とが電気的に一体となり、第１単層基板と第２単層基板とに対する接地導体になる。また、導体板が直流および低周波から高周波にわたる広い周波数帯で良好な接地導体である。このため、高周波装置においては、広い周波数帯で接地が浮きにくく、動作が安定する。

【0158】

導体板が良好な接地導体であるため、高周波回路およびアンテナのインピーダンスが変動せずに、安定する。安定しているため、高周波回路の内部、アンテナの内部、および高周波回路とアンテナとの間でインピーダンス整合をとることが容易である。また、インピーダンス整合により、効率的に信号電力を伝達することができる。このため、高周波装置の電力効率を向上し、高周波装置の消費電力および発熱を低減し、高周波装置を小型化することができる。

【0159】

上記構成によれば、高周波回路およびアンテナは、導体板を接地導体として共有しており、インピーダンスが安定しているため、インピーダンスの設計が容易である。

【0160】

例えば、経験的に３ＧＨｚ以上であるマイクロ波周波数帯においては、インピーダンスを５０Ω程度に設計すると、低周波から高周波までに渡り動作が安定し、余分な高周波回路が不要になるために小型化できることが知られている。したがって、インピーダンスを５０Ω程度に設計することにより、高周波装置の動作の安定化および小型化が可能になる。

【0161】

本発明の態様２に係る高周波装置（１００、２００）は、態様１に係る高周波装置であり、前記高周波回路（回路部７、１０７）は、複数のビアホール（４４）により前記導体板（導体プレート）に接続されている導体パターン（６）を含むことを特徴とする。

【0162】

上記構成によれば、ビアホールと導体パターンとを介して、高周波回路内部の回路素子を接地することができる。また、導体板と第１接地導体とビアホールと導体パターンとが良好な熱伝導体であるため、良好な放熱経路が形成される。このため、高周波装置の冷却を効率的にすることが可能になる。

【0163】

本発明の態様３に係る高周波装置（１００、２００）は、態様２に係る高周波装置であり、前記複数のビアホール（４４）の配置間隔が、前記高周波回路（回路部７、１０７）の動作波長の８分の１以下であり、前記第１単層基板（第１基板１）の厚さは、前記高周波回路の動作波長の８分の１以下であることを特徴とする。

【0164】

上記構成によれば、直流から高周波回路の動作周波数までの広い周波数帯において、極めて低いインダクタンスで、ビアホールおよび第１接地導体を介して、導体パターンは導体板に接続されている。言い換えると、導体パターンは、直流から動作周波数までの広い周波数帯において、理想的な接地導体として機能する。

【0165】

導体パターンが理想的な接地導体であるため、高周波回路を構成する回路素子は、理想的な利得特性で機能する。また、導体パターンと導体板との熱的な接続も、緊密になるため、放熱経路がより良好になる。このため、高い周波装置の動作を良好にし、冷却をより効率的にすることが可能になる。

【0166】

なお、動作波長とは、高周波回路の動作波長である電磁波の第１単層基板上での波長である。

【0167】

本発明の態様４に係る高周波装置（１００、２００）は、態様１から３の何れか１態様に係る高周波装置であり、前記高周波回路（回路部７、１０７）の伝送線路（線路４）と前記第１接地導体（第２面１ｂに形成された接地導体）とは、マイクロストリップラインを形成し、前記アンテナ（アンテナ部８）と前記第２接地導体（第４面２ｂに形成された接地導体）とは、マイクロストリップアンテナを形成することを特徴とする。

【0168】

上記構成によれば、マイクロストリップラインとマイクロストリップアンテナとを備える高周波装置を実現できる。

【0169】

本発明の態様５に係る高周波装置（１００、２００）は、態様１から４の何れか１態様に係る高周波装置であり、前記高周波回路（回路部７、１０７）と前記アンテナ（アンテナ部８）は同軸線路（送信接続部１２、受信接続部２２）により接続されていることを特徴とする。

【0170】

上記構成によれば、同軸線路により接続されるため、高周波回路とアンテナとが直流的および高周波的に良好に接続され、信号を伝達することができる。

【0171】

本発明の態様６に係る高周波装置（１００、２００）は、態様５に係る高周波装置であり、スルーホール（１２ｃ、２２ｃ）と前記スルーホールの内部の導体ピン（１２ｄ、２２ｄ）とが、前記同軸線路（送信接続部１２、受信接続部２２）を形成していることを特徴とする請求項６に記載の高周波装置。

【0172】

上記構成によれば、導体ピンの外径とスルーホールの内径とから、同軸線路の特性インピーダンスを容易に設計できる。従って、高周波回路と同軸線路との間、およびアンテナと同軸線路との間のインピーダンス整合を容易にとることができる。このため、インピーダンス不整合を低減し、高周波回路とアンテナとの間の信号電力の損失を低減することができる。すなわち、高周波装置の感度を高めることができる。

【0173】

本発明の態様７に係る高周波装置（１００、２００）は、態様６に係る高周波装置であり、前記スルーホール（１２ｃ、２２ｃ）は、前記第１単層基板と前記第２単層基板と前記導体板とに形成された部分（スルーホール導体５２、５５と貫通口５３）において、断面形状が同等であることを特徴とする。

【0174】

上記構成によれば、同軸の接地導体断面形状が一定であるため、同軸線路のインピーダンスが変化しない。したがって、高周波回路とアンテナとが良好に接続される。

【0175】

本発明の態様８に係る高周波装置（１００、２００）は、態様６または７に係る高周波装置であり、前記導体ピン（１２ｄ、２２ｄ）の周囲には、誘電体（１２ｅ、２２ｅ）が設けられていることを特徴とする。

【0176】

上記構成によれば、誘電体により、スルーホールと導体ピンとの間の間隔が安定し、同軸線路の特性インピーダンスが安定し、入出力インピーダンスも安定する。このため、高周波装置の製造時に、同軸線路の入出力インピーダンスのバラツキを低減することができる。

【0177】

また上記構成によれば、誘電体が設けられた導体ピン（誘電体付きピン１９、２９）は、サンドイッチ構造を形成している第１単層基板と第２単層基板と導体板との固定を補助し、第１単層基板と第２単層基板と導体板との一体化を容易にする。

【0178】

なお、誘電体の断面形状は、スルーホールの断面形状と同等であることが好ましい。

【0179】

本発明の態様９に係る高周波装置（１００、２００）は、態様１から８の何れか１態様に係る高周波装置であり、前記アンテナ（アンテナ部８）は、送信アンテナ（１１）と受信アンテナ（２１）とを含み、前記高周波回路は、前記送信アンテナが送信する信号を処理する送信回路（発振器１３と送信増幅器１４とが構成する回路）と、前記受信アンテナが受信する信号を処理する受信回路（受信増幅器２３、第３分配器２４、位相器２５、周波数ミキサ２６ｉ、２６ｑ、およびローパスフィルタ２７ｉ、２７ｑが構成する回路）とを含むことを特徴とする。

【0180】

上記構成によれば、高周波装置、送信波の送信と受信波の受信とに加え、受信波を送信波と比較して処理することができる。

【0181】

本発明の態様１０に係る高周波装置（１００、２００）は、態様１から９の何れか１態様に係る高周波装置であり、レーダ用または通信用であることを特徴とする請求項１０に記載の高周波装置。

【0182】

上記構成によれば、レーダ用または通信用の高周波装置を実現できる。

【0183】

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。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

【産業上の利用可能性】

【0184】

本発明は、マイクロ波およびミリ波等の高周波を用いる通信装置およびレーダ装置等に利用することができる。特に、高速無線通信、移動体検知用センサおよび正対センサなどに有用である。

【符号の説明】

【0185】

１ 第１基板（第１単層基板）
２ 第２基板（第２単層基板）
３ 導体プレート（導体板）
４ 線路（伝送線路）
６ 導体パターン
７、１０７ 回路部（高周波回路）
８ アンテナ部（アンテナ）
１１、２０３ａ 送信アンテナ
１１ａ 送信パッチ
１２ 送信接続部
１２ｃ、２２ｃ スルーホール
１２ｄ、２２ｄ 導体ピン
１２ｅ、２２ｅ 誘電体
１３、１１３ 発振器
１３ａ、１１３ａ 発振素子
１３ｂ、１１３ｂ 誘電体共振器
１４ 送信増幅器
１５ 第１分配器
１５ａ、１６ａ、２４ａ チップ抵抗
１６、２４ 第２分配器
１９、２９ ピン
２１、２０３ｂ 受信アンテナ
２１ａ 受信パッチ
２２ 受信接続部
２３ 受信増幅器
２４ 第３分配器
２５ 位相器
２６ｉ、２６ｑ 周波数ミキサ
２７ｉ、２７ｑ ローパスフィルタ
２８ｉ、２８ｑ 出力ポート
３１ 送信波
３２ 対象物
３３ 反射波
３４ ネジ
３５ ネジ用スルーホール
３７ 外装
３８ 周波数調整ネジ
４１ 電源回路
４２、４３ チップキャパシタ
４４ ビアホール
４５ 仕切り導体
５１、５３、５４ 貫通口（スルーホールの部分）
５２、５５ スルーホール導体（スルーホールの部分）
１００、２００ 高周波装置
１１７ 逓倍器
２０１ マイクロ波移動物体検知装置
２０２ 高周波回路基板
２１０ 低周波回路基板
２１１ 高周波回路部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】