特許 7610220 無線機及びフェイズドアレイ無線機

(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】

(24)【登録日】2024-12-24

(45)【発行日】2025-01-08

(54)【発明の名称】無線機及びフェイズドアレイ無線機

(51)【国際特許分類】

   H01Q 23/00 20060101AFI20241225BHJP

   H04B 1/04 20060101ALI20241225BHJP

【ＦＩ】

H01Q23/00

H04B1/04 F

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021114002

(22)【出願日】2021-07-09

(65)【公開番号】P2023010120

(43)【公開日】2023-01-20

【審査請求日】2023-09-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京科学大学

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100153006

【弁理士】

【氏名又は名称】小池 勇三

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(74)【代理人】

【識別番号】100121669

【弁理士】

【氏名又は名称】本山 泰

(72)【発明者】

【氏名】濱田 裕史

(72)【発明者】

【氏名】岡田 健一

【審査官】佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０３３３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１９８８５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ ２３／００

Ｈ０４Ｂ １／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フェイズドアレイ無線機でアレイ配置されるように構成された無線機であって、
無線送信する情報を表す電気信号を当該電気信号よりも高い３００ＧＨｚ以上の周波数を有する高周波信号に周波数変換する送信回路と、
前記高周波信号を増幅して差動増幅信号として出力する差動アンプと、
前記差動増幅信号を電磁波に変換して放射するアンテナと、を備え、
前記送信回路は、Ｓｉ基板にＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）構造で集積され、
前記差動アンプは、ＩｎＰ基板に集積されている、
無線機。

【請求項2】

前記送信回路の出力は、シングルエンドで、
前記ＩｎＰ基板には、前記差動アンプと前記送信回路の出力との間に介在しているシングル・差動変換回路が集積されている、
請求項１に記載の無線機。

【請求項3】

前記送信回路の出力は、差動出力であり、前記差動アンプと接続されている、
請求項１に記載の無線機。

【請求項4】

フェイズドアレイ無線機でアレイ配置されるように構成された無線機であって、
３００ＧＨｚ以上の電磁波を高周波の電気信号である高周波信号に変換するアンテナと、
前記高周波信号を増幅して増幅信号として出力する差動アンプと、
前記増幅信号を当該増幅信号よりも周波数の低い信号に周波数変換して出力する受信回路と、を備え、
前記受信回路は、Ｓｉ基板にＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）構造で集積され、
前記差動アンプは、ＩｎＰ基板に集積されている、
無線機。

【請求項5】

前記受信回路の入力は、シングルエンドで、
前記ＩｎＰ基板には、前記差動アンプと前記受信回路の入力との間に介在しているシングル・差動変換回路が集積されている、
請求項４に記載の無線機。

【請求項6】

前記受信回路の入力は、差動入力であり、前記差動アンプと接続されている、
請求項４に記載の無線機。

【請求項7】

前記アンテナは、前記ＩｎＰ基板に前記差動アンプとともに集積されたエンドファイア型アンテナである、
請求項１～６のいずれか１項に記載の無線機。

【請求項8】

前記アンテナは、前記差動アンプに接続された第１端部と、当該第１端部の反対側の、自由空間に面する開口部を備える第２端部と、を備え、前記ＩｎＰ基板を収容した導波管アンテナである、
請求項１～６のいずれか１項に記載の無線機。

【請求項9】

それぞれが請求項１から８のいずれか１項に記載の無線機である、１次元状又は２次元状にアレイ配置された複数の無線機を備える、
フェイズドアレイ無線機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線機及びフェイズドアレイ無線機に関する。

【背景技術】

【0002】

広帯域な３００ＧＨｚ以上の電波、例えば、３００ＧＨｚ～３０ＴＨｚのＴＨｚ波は、次世代無線通信（beyond 5G）等の超高速無線通信への応用が考えられている。とくに３００ＧＨｚ帯は、ＴＨｚ帯の中では大気伝搬中の吸収減衰が少なく、また、ＳｉＧｅ等のＳｉ基板にＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）構造で形成された無線トランシーバ（以下、ＴＲＸともいう）で使用可能な周波数帯であるため、活発に研究開発が進められている（非特許文献１、２参照）。

【0003】

３００ＧＨｚ帯ＴＲＸにおいては、５Ｇ用のミリ波帯ＴＲＸがそうであるように、電波の指向性を制御するフェイズドアレイが重要な技術となる。これまで報告されている３００ＧＨｚ帯フェイズドアレイとして、非特許文献３に示すものがある。非特許文献３では、Ｓｉ基板にＣＭＯＳ構造で形成された送受信回路を、誘電体基板上に作製したヴィヴァルディアンテナに接続して、一つのアンテナ付ＴＲＸを製作している。送受信回路は、双方向ＩＦ（Intermediate Frequency）アンプ、ＬＯ（Local Oscillator）、ＬＯアンプ、双方向ミキサ、およびディジタル回路からなる。非特許文献３では、４素子のアンテナ付ＴＲＸをアレイ配置することでアクティブアンテナアレイのフェイズドアレイ無線機が実現され、距離２．５センチにおける無線通信およびビーム指向性の制御が実現されている。本アクティブアンテナアレイは、低コストのＣＭＯＳにより小型かつ低消費電力に実現できるため、近距離（数センチ～数メートル）の超高速無線に適している。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【文献】S. Lee et al., “An 80-Gb/s 300-GHz-Band Single-Chip CMOS Transceiver,” IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC), vol. 54, no. 12, Oct. 2019, pp. 3577-3588.

【文献】P. Rodriguez-Vazquez et al., “A 16-QAM 100-Gb/s 1-M wireless link with an EVM of 17% at 230 GHz in an SiGe technology,” IEEE Microwave and Wireless Components Letters (MWCL), vol. 29, no. 4, Apr. 2019, pp. 297-299.

【文献】I. Abdo et al., “A 300GHz-Band Phased-Array Transceiver Using Bi-Directional Outphasing and Hartley Architecture in 65nm CMOS,” International Solid-State Circuits Conference (ISSCC),” Feb. 2021.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

非特許文献３の構成で、長距離（十～数百メートル）の無線通信を実現するには、アクティブアンテナのアレイ数をかなり大きくとらねばならないという問題がある。例えば、非特許文献３のＴＲＸ構成で、通信距離２５ｍにおいて２．５ｃｍの時と同じだけの通信品質（信号対雑音比）を得るためには、アクティブアレイ化により＋６０ｄＢの利得向上を達成せねばならない。これにはアレイ数を１０００という膨大な値まで拡張する必要がある。このような膨大な数のアクティブアレイを実現することは、高い歩留まりと集積度を有するＣＭＯＳ技術を用いれば不可能ではない。しかし、消費電力や検査コストを考えると、できるだけアレイ数の増加を抑えるほうが望ましいため、結果として、ＣＭＯＳのみを使用した場合において、長距離の無線通信を行うことは難しい。

【0006】

また、非特許文献３の構成では、エンドファイア型アンテナの一種であるヴィヴァルディアンテナを用いている。本アンテナは、パッチアンテナ等に比べ広帯域かつ高利得である。したがって、ＴＨｚ帯の広帯域性を活かした高速無線通信に適している。しかし、エンドファイア型アンテナのフィーダ線路は差動線路であり、アンテナ利得の低下が問題となることがある。

【0007】

例えば、送受信回路をシングルエンドで設計する場合には、送受信回路とエンドファイア型アンテナとの間にシングル・差動変換回路であるバランが必要となる。このバランの帯域は、一般には広くすることが難しい。したがって、エンドファイア型アンテナを用いる場合には、送受信回路およびアンテナを十分に広帯域に設計しても、通信の帯域がバランの帯域により制限されることがある。また、送受信回路から見たときにバランの差動出力ポートには、厳密には差動モードだけでなく同相モードも存在する。これは、バランの差動出力ポートから出る信号には、振幅の誤差、位相の１８０度からの誤差が含まれているからである。しかしながら、エンドファイア型アンテナから空間に電磁波のかたちで放射される信号は、前述のフィーダ線路を差動モードで伝搬する信号のみである。従って、バランから出力されてフィーダ線路に入力された同相モードは、空間に放射されず、送受信回路側に反射される。これは、アンテナから放射される電力が低下することを意味するため、等価的にはアンテナ利得の低下を引き起こす。また、送受信回路側に戻った信号は、送受信回路の動作に悪影響を及ぼす場合がある。したがって、エンドファイア型アンテナの広帯域・高利得な特性を十分に引き出すことが難しく、結果として高速かつ長距離の無線通信の実現が困難になる。

【0008】

上記アンテナ利得の低下の問題は、エンドファイア型のアンテナ以外の導波管アンテナなどの、差動信号を電磁波に変換又は電磁波を差動信号に変換する他のアンテナを採用する場合にも生じ得る。

【0009】

本発明は、フェイズドアレイのアレイ数を少なくしつつ高いアンテナ利得を得ることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上述した課題を解決するために、本発明の第１の観点に係る無線機は、フェイズドアレイ無線機でアレイ配置されるように構成された無線機であって、無線送信する情報を表す電気信号を当該電気信号よりも高い３００ＧＨｚ以上の周波数を有する高周波信号に周波数変換する送信回路と、前記高周波信号を増幅して差動増幅信号として出力する差動アンプと、前記差動増幅信号を電磁波に変換して放射するアンテナと、を備え、前記送信回路は、Ｓｉ基板にＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）構造で集積され、前記差動アンプは、ＩｎＰ基板に集積されている。

【0011】

上述した課題を解決するために、本発明の第２の観点に係る無線機は、フェイズドアレイ無線機でアレイ配置されるように構成された無線機であって、３００ＧＨｚ以上の電磁波を高周波の電気信号である高周波信号に変換するアンテナと、前記高周波信号を増幅して増幅信号として出力する差動アンプと、前記増幅信号を当該増幅信号よりも周波数の低い信号に周波数変換して出力する受信回路と、を備え、前記受信回路は、Ｓｉ基板にＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）構造で集積され、前記差動アンプは、ＩｎＰ基板に集積されている。

【0012】

本発明の第３の観点に係るフェイズドアレイ無線機は、それぞれが上記無線機である、１次元状又は２次元状にアレイ配置された複数の無線機を備える。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、フェイズドアレイのアレイ数を少なくしつつ高いアンテナ利得を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係るフェイズドドアレイ無線機（送信機）の構成を模式的に示す構成図である。

【図2】図２は、本発明の第２実施形態に係るフェイズドドアレイ無線機（受信機）の構成を模式的に示す構成図である。

【図3】図３は、本発明の第３実施形態に係るフェイズドドアレイ無線機（送信機）の構成を模式的に示す構成図である。

【図4】図４は、本発明の第３実施形態に係るフェイズドドアレイ無線機（受信機）の構成を模式的に示す構成図である。

【図5】図５は、本発明の第４実施形態に係るフェイズドドアレイ無線機（送信機）の構成を模式的に示す構成図である。

【図6】図６は、本発明の第４実施形態に係るフェイズドドアレイ無線機（受信機）の構成を模式的に示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態に係るフェイズドアレイ無線機を、図面を参照して説明する。

【0016】

（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係るフェイズドアレイ無線機１は、無線送信機として構成されており、一次元状にアレイ配置された複数の無線機１０を備える。無線機１０は、シリコン半導体基板であるＳｉ基板２０と、リン化インジウム半導体基板であるＩｎＰ基板３０と、を備える。なお、複数の無線機１０は、二次元状にアレイ配置されてもよい。複数の無線機１０を、アレイ配置したときの間隔は、通常のフェイズドアレイ同様に、半波長から一波長程度である。

【0017】

Ｓｉ基板２０には、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）構造の送信回路２１が半導体プロセスにより集積されている。送信回路２１は、無線送信する情報を表す電気信号であるＩＦ（（Intermediate Frequency）信号を、このＩＦ信号の周波数よりも高い３００ＧＨｚ以上の周波数を有する高周波信号に周波数変換する。送信回路２１は、シングルエンドの信号を扱うように構成されている。。

【0018】

ＩｎＰ基板３０には、バラン３１と、差動アンプ３２と、アンテナ３３と、が半導体プロセスにより集積されている。ＩｎＰ基板３０は、オンチップ型のアンテナ３３が集積されたアンテナ付きの差動アンプチップであり、ＣＭＯＳ送信機チップであるＳｉ基板２０に接続されている。アンテナ３３は、エンドファイア型アンテナである。差動アンプ３２は、送信回路２１のシングルエンド出力に、シングル・差動変換回路であるバラン３１を介して接続されている。これにより、送信回路２１が出力したシングルエンドの３００ＧＨｚ帯の高周波信号が、バラン３１で差動の高周波信号に変換され、差動アンプ３２に入力される。差動アンプ３２は、入力された差動の高周波信号を増幅して差動増幅信号としてアンテナ３３に出力する。アンテナ３３は、差動増幅信号を電磁波（電波）に変換して放射する。

【0019】

以上のようなフェイズドアレイ無線機１によれば、フェイズドアレイのアレイ数を抑制しつつ高いアンテナ利得が得られる。以下、この点を説明してから、フェイズドアレイ無線機１の詳細を説明する。

【0020】

まず、アレイ数の抑制について説明する。アレイ数を抑制する一つの手段として、各無線機１０の送信電力を大きくすることが考えられる。アレイ当たりの送信電力をＮ倍大きくすると、受信機を同じものを使用すると仮定した場合、ある通信距離において同じ信号対雑音比を得るために必要なアレイ数を１／√Ｎとすることができる。通常、アンテナアレイの送信電力を決定する部品は、ＴＸつまり送信機の最終段に配置される電力増幅回路（パワーアンプ）である。しかし、一般に、３００ＧＨｚ帯以上の周波数帯においては、Ｓｉ基板のＣＭＯＳ構造で電力増幅回路を形成するのが難しい。これはＣＭＯＳが構成されたＳｉ基板の最大発振周波数が高々３００ＧＨｚ程度であり、３００ＧＨｚ以上の周波数帯において高い利得の増幅回路を実現することが難しいからである。結果として、ＣＭＯＳの従来の送信機では、ＣＭＯＳで実現可能な回路であるミキサを送信回路の最終段に用いたミキサファースト構成をとることになる。一般に、ミキサの出力電力は増幅回路よりも低く、－１０ｄＢｍ程度である。そこで本実施形態では、Ｓｉ基板よりも高周波特性に優れるＩｎＰ基板３０により差動アンプ３２を形成する。この差動アンプ３２は、３００ＧＨｚ以上の周波数帯において高い利得を有する。特に、ＩｎＰ基板３０では，１０ｄＢｍ以上の出力を有する３００ＧＨｚ帯の差動アンプ３２が実現可能（たとえば下記非特許文献４）である。したがって、従来のようにＳｉ基板のＣＭＯＳのみで無線機１０を形成する場合と比較して、２０ｄＢ出力を向上することができる。したがって、アレイ数を１／１０まで少なくすることができる。
［非特許文献４］H. Hamada et al., “300-GHz-band 120-Gb/s Wireless Front-End Based on InP-HEMT PAs and Mixers,” IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC), vol. 55, no. 9, Sep. 2020, pp. 2316-2335.

【0021】

次に、高いアンテナ利得について説明する。ＩｎＰ基板３０に形成された差動アンプ３２は、差動信号のみ増幅して同相信号は減衰させること（同相除去）ができる。例えば、非特許文献５にあるように，３００ＧＨｚ帯において、同相除去比（差動信号に対する利得と同相信号に対する利得の比）を最大５０ｄＢ以上確保できるような増幅器も報告されている．このような同相除去の大きな差動アンプ３２を使用することで、図１のＩｎＰ基板３０に集積されたバラン３１の出力に含まれる同相モードは十分に抑制され、アンテナ３３には差動信号のみ（完全差動信号）が存在することとなる。したがって、エンドファイア型のアンテナ３３は理想的な状態で駆動され、差動アンプ３２とアンテナ３３とのインピーダンス整合を適切に行えば、アンテナ３３に入力する多くの信号、より好適にはすべての信号を電波として空間に放射することができる。つまり、同相信号によるアンテナの利得の低下が抑制され、高いアンテナの利得が確保される。
[非特許文献５]H. Hamada et al., “220-325 GHz 25-dB-Gain Differential Amplifier With High Common-Mode-Rejection Circuit in 60-nm InP-HEMT Technology,” IEEE Microwave and Wireless Components Letters (MWCL), Early Access.

【0022】

次に、フェイズドアレイ無線機１の構成をさらに詳細に説明する。ＩｎＰ基板３０の基板厚さは、商用されている６００μｍ程度ではなく、さらに薄い５０μｍ程度となっている。６００μｍのＩｎＰ基板３０を用いてしまうと，ＩｎＰ基板３０が有する高い誘電率（１２．４程度）により、ＩｎＰ基板３０に形成されたアンテナ３３から放射される電磁波の放射方向がＩｎＰ基板３０の厚み方向（図１において紙面奥行方向）に偏ってしまい、フェイズドアレイ時に適切な方向にビームを形成することが困難になる。そこで、３００ＧＨｚの電磁波の自由空間伝搬波長（１ｍｍ）に対して十分短い５０μｍまでＩｎＰ基板３０を薄層化することで，アンテナ３３から放射される電磁波を適切な方向（図１において右側方向）とすることができ、上記の問題を回避できる。また、ＩｎＰ基板３０を薄くすることは、ＩｎＰ基板３０内を伝搬する不要な基板モードを削減する働きもあり、これにより差動アンプ３２の発振又は不安定動作を回避することもできる。

【0023】

Ｓｉ基板２０とＩｎＰ基板３０とは、Ｓｉ基板２０の送信回路２１のシングルエンド出力と、ＩｎＰ基板３０のバラン３１の入力配線とを接続するボンディングワイヤ接続あるいはフリップチップ接続等の接続手法により接続される。

【0024】

Ｓｉ基板２０の送信回路２１は、逓倍器２２と、ＬＯアンプ２３と、ＩＦアンプ２４と、ミキサ２５と、を備える。逓倍器２２は、不図示のＬＯ（Local Oscillator）からのＬＯ信号を逓倍する。ＬＯアンプ２３は、逓倍器２２により逓倍されたＬＯ信号を増幅してミキサ２５に入力する。ＩＦアンプ２４は、不図示の回路からの、アンテナ３３により無線送信する情報を表すＩＦ信号を増幅してミキサ２５に入力する。ミキサ２５は、ＬＯアンプ２３からのＬＯ信号と、ＩＦアンプ２４からのＩＦ信号と、を混合して、ＩＦ信号を３００ＧＨｚ以上の周波数帯の高周波信号に周波数変換する。送信回路２１を構成する各回路は、シングルエンドの信号を扱うシングルエンド構成となっている。

【0025】

バラン３１は、ＩｎＰ基板３０に集積されている。バラン３１をＳｉ基板２０に集積するという選択肢もあり得るが，この場合、ＩｎＰ基板３０側の差動アンプ３２の差動入力線路と、Ｓｉ基板２０側のバランの差動出力線路とを、上記の接続手段により接続する必要がある。このため、ワイヤもしくはバンプを１つの無線機１０あたり２個使用しなければならない。つまり、接続箇所が２箇所になる。他方、無線機１０の接続箇所は１個である。３００ＧＨｚ以上の周波数帯では接続箇所の損失が大きいため、接続箇所が少なくなる本実施の形態の無線機１０の構成が好ましい。

【0026】

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について説明するが、同じ名称の要素についての説明は、符号の異同に関わらず第１実施形態での説明に準じる。図２に示すように、本発明の第２実施形態に係るフェイズドアレイ無線機５は、無線受信機として構成されており、一次元状にアレイ配置された複数の無線機５０を備える。無線機５０は、Ｓｉ基板６０と、ＩｎＰ基板７０と、を備える。

【0027】

Ｓｉ基板６０は、ＣＭＯＳ構造の受信回路６１が半導体プロセスにより集積されている。ＩｎＰ基板７０には、バラン７１と、差動アンプ７２と、アンテナ７３と、が半導体プロセスにより集積されている。ＩｎＰ基板７０は、オンチップ型のアンテナ７３が集積されたアンテナ付きの差動アンプチップであり、ＣＭＯＳ送信機チップであるＳｉ基板６０に接続されている。アンテナ７３は、エンドファイア型アンテナであり、３００ＧＨｚ以上の電磁波（電波）を高周波の電気信号である高周波信号に変換する。差動アンプ７２は、アンテナ７３からの高周波信号を増幅して増幅信号として出力する。この増幅信号は差動信号である。バラン７１は、差動アンプ７２と受信回路６１のシングルエンド入力との間に介在しており、差動アンプ７２からの差動の増幅信号をシングルエンドに変換して、受信回路６１に出力する。受信回路６１は、バラン７１からのシングルエンドの増幅信号を、この増幅信号よりも周波数の低いＩＦ信号に周波数変換して出力する。

【0028】

Ｓｉ基板６０の受信回路６１は、逓倍器２２と、ＬＯアンプ２３と、ＩＦアンプ６４と、ミキサ６５と、を備える。ミキサ６５には、バラン７１からのシングルエンドの増幅信号と、ＩＦアンプ２４からのＩＦ信号と、を混合して、増幅信号を、中間周波数のＩＦ信号に周波数変換する。ＩＦ信号は、ＩＦアンプ６４により増幅されて無線機５０外部に出力される。

【0029】

以上のように、無線機５０は、第１実施形態の送信機である無線機１０のＩＦアンプ２４と差動アンプ３２との各向きを反転させて受信機としたものである。無線機５０の他の説明については無線機１０の上記説明に準じる。この無線機５０も、送信と受信の違いはあるが、無線機１０と同様の効果を奏する。つまり、無線機５０でも、ＩｎＰ基板７０側に設けた差動アンプ７２で、アンテナ７３で受信し受信回路６１に入力される前の高周波信号を増幅できるので、フェイズドアレイ無線機５でアレイ数が少なくても電磁波を良好に受信できる。また、受信回路６１から見たアンテナ利得（ＩｎＰ基板７０のアンテナ利得）も確保される。従って、フェイズドアレイのアレイ数を抑制しつつ高いアンテナ利得が得られる。また、ＩｎＰ基板７０側に設けた差動アンプ７２を低雑音増幅器（ＬＮＡ）として使用することができ、これにより雑音指数（ＮＦ）が改善される。

【0030】

（第３実施形態）
図３及び図４に第３実施形態に係るフェイズドアレイ無線機１０１及び１０５を示す。フェイズドアレイ無線機１０１及び１０５は、シングルエンド構成の図１の送信回路２１又は図２の受信回路４１を、差動構成の送信回路１２１又は受信回路１６１に変更したものである。この変更により、バラン３１又は７１が省略される。その他の説明については上記実施形態に準じる。第３実施形態の各要素は、第１又は第２実施形態の、前記の要素に付された符号から１００を引いた符号の要素に対応する。

【0031】

この実施形態では、ワイヤあるいはバンプ等の接続部品を１つの無線機１１０又は１５０当たり２個使用する必要がある。この２個の接続箇所の電気長もしくはインピーダンスは、理想的には同一の値をとるが、実際には、製作誤差によりこれらは異なる値をとる。これにより同相モードがＩｎＰ基板１３０又は１７０側に入力されることになるが、差動アンプ１３２又は１７２の同相除去効果によって、この同相モードは除去されるため、アンテナ動作等に問題を与えることはない。従って、このような構成であっても、第１又は第２実施形態と同様の効果が得られる。図３及び図４の送信回路１２１及び受信回路１６１は、差動構成をとるダブルバランス型である。これらは、ＩＦアンプ１２４又は１６４とＬＯアンプ１２３とのいずれかがシングルエンド構成をとるシングルバランス型であってもよい。

【0032】

（第４実施形態）
図５及び図６に第４実施形態に係るフェイズドアレイ無線機２０１及び２０５を示す。これらが備える複数の無線機２１０及び２５０それぞれは、図１及び図２のアンテナ３３又は７３などの代わりに、中空の導波管アンテナ２３３又は２３７を備える。導波管アンテナ２３３及び２７３は、同じ形状に形成されている。導波管アンテナ２３３又は２７３は、差動アンプ３２又は７２にダイポールカプラ２３４を介して接続された第１端部２３３Ａ又は２７３Ａと、第１端部２３３Ａ又は２７３Ａの反対側の、自由空間に面する開口部を備える第２端部２３３Ｂ又は２７３Ｂと、を備える。導波管アンテナ２３３又は２７３は、ＩｎＰ基板２３０又は２７０を収容している。導波管アンテナ２３３は、Ｓｉ基板２０又は６０も収容するとよい。導波管アンテナ２３３又は２７３は、例えば、四角筒状又は円筒状の金属製である。導波管アンテナ２３３又は２７３は、差動信号で動作するので、本実施形態によっても、上記エンドファイア型アンテナを使用した実施形態と同様の効果が得られる。第４実施形態のその他の説明は、上記実施形態に準じる。

【0033】

３００ＧＨｚ帯等の高周波信号の伝送媒体として用いられる導波管アンテナ２３３又は２７３は、その開口から電磁波を指向性よく放射する。導波管アンテナ２３３又は２７３は６～８ｄＢｉの高い値をとる。したがって、図５及び６のように第２端部２３３Ｂをアンテナで送受信する電磁波の半波長程度の間隔でアレイ化すれば、上記と同様のフェイズドアレイが構成される。Ｓｉ基板２２０又は２６０と、ＩｎＰ基板２３０又は２７０とを、堅牢で取り扱いやすい金属製の導波管アンテナ２３３のパッケージ内に実装することになるため、上記実施形態よりもフェイズドアレイのハンドリングが容易になる。金属加工により導波管開口間隔を数ミクロン単位の誤差で形成できるため、ほぼ等間隔にアレイを二次元配置することもできる。

【0034】

導波管アンテナ２３３又は２７３と差動アンプ３２又は７２との接続は、ダイポールカプラ２３４の他、リッジカプラ（非特許文献４）等を用いてもよい。これらカプラでは，アンテナ３３などと異なり、ＩｎＰ基板２３０又は２７０上に図１～図４に示すような、テーパ構造（末広がり形状）を作る必要がないため、ＩｎＰ基板２３０又は２７０のチップ面積を上記実施形態よりも小さくすることができる。

【0035】

導波管アンテナ２３３又は２７３は、第３実施形態の無線機１１０又は１５０に適用されてもよい。

【0036】

（変形例）
上記実施の形態については種々の変更が可能である。送信回路２１などの各送信回路は、受信回路の機能を有してもよい。つまり、送信回路は、送受信回路として動作するものであってもよい。この場合、各種アンプ、バラン、ミキサなどは、双方向の回路とする。アンテナは、差動信号を電磁波に変換する任意のアンテナを採用できる。

【0037】

（本発明の範囲）
以上、実施の形態及び変形例を参照して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、本発明には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る、上記の実施の形態及び変形例に対する様々な変更が含まれる。上記実施の形態及び変形例に挙げた各構成は、矛盾の無い範囲で適宜組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0038】

１，５，１０１，１０５，２０１，２０５…フェイズドアレイ無線機、１０，５０，１１０，１５０，２１０，２５０…無線機、２０，６０，１２０，１６０…Ｓｉ基板、２１，１２１…送信回路、６１，１６１…受信回路、３０，７０，１３０，１７０，２３０，２７０…ＩｎＰ基板、３１，７１…バラン、３２，７２，１３２，１７２…差動アンプ、３３，７３…アンテナ、２３３，２７３…導波管アンテナ、２３３Ａ，２７３Ａ…第１端部、２３３Ｂ，２７３Ｂ…第２端部、２３４…ダイポールカプラ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】