JP5094871B2 - 高周波モジュールおよび配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、例えばマイクロ波帯又はミリ波帯の高周波信号を伝送する高周波モジュールおよびその高周波モジュールに使用される配線基板に関する。

従来、線路導体が形成された配線基板と導波管とを備えた高周波モジュールが知られている。通常、このような高周波モジュールには、配線基板の線路導体と導波管との間で伝送モードの変換を行う導波管変換器が設けられている。導波管変換器は、例えば、線路導体およびアンテナパターン等が形成された平板状の配線基板に作り込まれている。このような配線基板は、導波管にロウ材等によって接続される（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、ロウ材の剥がれ等により、配線基板と導波管との接続部において、これらの間に隙間が生じると、この隙間から電波が漏洩して、伝送損失が生じる場合がある。隙間をできるだけ小さくするために、配線基板と導波管とをさらにネジ止めにより固定する、または配線基板と導波管との間にガスケット等の別部材を設けるという方法も考えられるが、高周波モジュールが大型化する、および製造工程が増えるといった問題がある。よって、できるだけ小型で、容易に製造可能な高周波モジュールが求められている。
特開平８−１３９５０４号公報

本発明の一態様によれば、高周波モジュールは、配線基板と、配線基板に接続された導波管とを有する。配線基板は、誘電体基板と、誘電体基板の第１表面に形成された線路導体と、誘電体基板の第１表面に対向する第２表面に形成された、第１開口および該第１開口の周囲に設けられた第２開口を有する第１接地導体層とを備える。導波管は、第２表面に接続され、第１開口に対向する開口を備える。導波管は、線路導体と電磁的に結合される。配線基板は、少なくとも一部が第２開口から第２表面に垂直な方向に延在する垂直チョーク部を有する。水平チョーク部は、配線基板と導波管との間において、第２表面に沿って導波管の開口と第２開口との間に形成されている。

本発明の一態様によれば、配線基板は、誘電体基板と、誘電体基板の第１表面に形成された線路導体と、誘電体基板の第１表面に対向する第２表面に形成された第１接地導体層と、誘電体基板に形成された垂直チョーク部とを備える。第１接地導体層は、第１開口および該第1開口の周囲に設けられた第２開口を備える。垂直チョーク部は、第２開口から第２表面に垂直な方向に延在する。

本発明の一態様による高周波モジュールによれば、小型で容易に製造可能な高周波モジュールを実現できる。

本発明の一態様による配線基板によれば、これを用いて、小型で容易に製造可能な高周波モジュールを実現できる。

（ａ）は、本発明の実施の形態１による高周波モジュールの下面からの透視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 図1の高周波モジュールの上面からの透視図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態１による他の高周波モジュールの下面からの透視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である 図３の高周波モジュールの上面からの透視図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態２による高周波モジュールの下面からの透視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。 図５の高周波モジュールの上面からの透視図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態２による他の高周波モジュールの下面からの透視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線における断面図である （ａ）は、チョーク構造を持たない従来の高周波モジュールのＳ２１の周波数特性を示すグラフであり、（ｂ）は、図７に示す高周波モジュールのＳ２１の周波数特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態３による高周波モジュールの下面からの透視図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態４による高周波モジュールの下面からの透視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＦ−Ｆ線における断面図である。 図１０の高周波モジュールの要部拡大図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態４による別の高周波モジュールの上面からの透視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＪ−Ｊ線における断面図である。

以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１および図２に示すように、本実施の形態による高周波モジュール１Ａは、配線基板１０と、配線基板１０に接続される導波管２０とを有する。配線基板１０は、誘電体基板１１と、誘電体基板１１の上面に形成された線路導体１２Ａと、誘電体基板１１の下面に形成された第１接地導体層１３とを備える。第１接地導体層１３は、第１開口１４を有する。線路導体１２Ａは、第１開口１４と電磁結合するように形成されている。線路導体１２Ａは、第１接地導体層１３とともにマイクロストリップ線路を構成している。

ここで、第１開口１４は、線路導体１２Ａに直交する方向に長辺を有する四角スリット状の形状を有する。スリットの形状および寸法は、導波管２０と線路導体１２Ａとの間で第１開口１４を介して信号伝達が効率的に行われるように定められる。

導波管２０は、その開口が第１接地導体層１３の第１開口１４に対向するように、配線基板１０の下面に接続される。配線基板１０は、誘電体基板１１の内部に、開口を有する環状の内部接地導体層１５を有する。ここで、導波管２０の開口縁と第１接地導体層１３の第１開口１４の縁は、実質的に一致している。

また、高周波モジュール１Ａは、チョーク構造３０を有する。チョーク構造３０は、垂直チョーク部３１と水平チョーク部３２とを有する。ここで、第１接地導体層１３は、第１開口１４の周囲に第２開口３３を有する。垂直チョーク部３１は、配線基板１０に形成され、第２開口３３から誘電体基板１１の下面に垂直な方向に延在して存在している。垂直チョーク部３１は、複数の第１ビア導体３４、複数の第２ビア導体３５、および内部接地導体層１５に囲まれて形成されている。ここで、複数の第１ビア導体３４は、第２開口３３の内周に沿って設けられ、第１接地導体層１３と内部接地導体層１５とを接続する。複数の第２ビア導体３５は、第２開口３３の外周に沿って設けられ、第１接地導体層１３と内部接地導体層１５とを接続する。

水平チョーク部３２は、配線基板１０と導波管２０との間において、誘電体基板１１の下面に沿って、導波管２０の開口部から第２開口３３までの間に隙間Ｇが生じた際に、配線基板１０と導波管２０との間に設けられ、配線基板１０の下面に沿って、第１接地導体層１３の第１開口１４の外周縁と第２開口３３の内周縁との間に形成される。チョーク構造３０は、図１（ｂ）に点線で示すように、Ｌ字型の断面形状をしている。図１（ｂ）では、配線基板１０と導波管２０との間において、導波管２０の開口から配線基板１０の端部まで均一に隙間Ｇが生じている。

このような高周波モジュール１Ａにおいて、線路導体１２Ａの延在方向Ｘにおける、第１接地導体層１３の第１開口１４の外周縁と第２開口３３の内周縁との間の距離Ｌは、線路導体１２Ａを伝送する高周波信号の実効波長の略１／４である。また、第１接地導体層１３と内部接地導体層１５との距離Ｈは、線路導体１２Ａを伝送する高周波信号の実効波長の略1／４である。ここで、実効波長とは、高周波信号が伝送する空間の誘電率を考慮した波長である。例えば、高周波信号が誘電体基板１１を伝送する場合には、誘電体基板１１の誘電率の影響により、 真空中よりも波長が短縮される。

このように距離ＬおよびＨを設定すると、導波管２０の開口縁付近と垂直チョーク部３１の上端の電界強度が０となる。また、電界強度が最大となる点が垂直チョーク部３１と水平チョーク部３２の境界に存在する。よって、電磁気的に導波管２０の開口縁付近の隙間が塞がった状態となる共振が生じ、高周波信号の漏れを抑制することができる。

また、上述のように距離Ｌを設定し、第２開口３３の幅Ｗが、伝送する高周波信号の実効波長の略１／４乃至略１／２である場合には、第１ビア導体３４と第２ビア導体３５の間隔が広いため、垂直チョーク部３１に生じる電界が水平チョーク部３２に生じる電界よりも弱くなる。これは、（電界）＝（電圧）／（距離）の関係式から、（距離）が大きいと（電界）が小さくなることに起因する。これにより、実効波長の１／４が、水平チョーク部３２の長さおよび垂直チョーク部３１の長さからずれる周波数においても、導波管２０の開口縁付近と垂直チョーク部３１の上端の電界強度が０となり、電界強度が最大となる点が垂直チョーク部３１と水平チョーク部３２の境界に存在する。その結果、電磁気的に導波管２０の開口縁付近の隙間が塞がった状態となる共振が生じ、高周波信号の漏れを抑制できる。

また、第２開口３３の幅Ｗを、０より大きく、かつ伝送する高周波信号の実効波長の１／２以下に設定すると、高周波信号の漏れを効果的に抑制することができる。すなわち、第１ビア導体３４と第２ビア導体３５の間隔を高周波信号の実効波長の１／２よりも小さくすると、垂直チョーク部３１内での縦方向の電界を抑制することができ、結果として、高周波信号の漏れを抑制することができる。

本実施の形態による高周波モジュール１Ａによれば、誘電体基板１１に垂直チョーク部３１を設けるので、波長短縮効果によりチョーク構造３０を小型化できる。また、誘電体基板１１の作製時に垂直チョーク部３１を作り込むことができるので、チョーク構造３０の追加による工程の増加を抑えることができる。

なお、図１，図２に示した高周波モジュール１Ａでは、配線基板１０に形成される高周波線路を、マイクロストリップ線路によって実現したが、他の構成で実現してもよい。

図３および図４に示した高周波モジュール１Ｂにおいて、高周波線路Ｌｎは、誘電体基板１１の上面に形成された線路導体１２Ｂと、誘電体基板１１の上面で線路導体１２Ｂの一端部を取り囲むように形成された同一面接地導体層４１とを有する。この同一面接地導体層４１には、線路導体１２Ｂと電磁気的に結合されたスロット４２が、線路導体１２Ｂの一端部と直交するように形成される。また、配線基板１０は、第１接地導体層１３の第１開口１４を取り囲むとともに、同一面接地導体層４１と第１接地導体層１３とを接続するシールド導体部（以下、「第１のシールド導体部」ともいう。）４３を有する。

垂直チョーク部３１は、第１ビア導体３４、第２ビア導体３５および同一面接地導体層４１に囲まれて形成されている。第１ビア導体３４は、第２開口３３の内周に沿って設けられ、第１接地導体層１３と同一面接地導体層４１とを接続する。第２ビア導体３５は、第２開口３３の外周に沿って設けられ、第１接地導体層１３と同一面接地導体層４１とを接続する。

また、線路導体１２Ｂの延在方向Ｘにおける、第１接地導体層１３の第１開口１４の外周縁と第２開口３３の内周縁との間の距離Ｌは、線路導体１２Ｂを伝送する高周波信号の実効波長の略１／４である。また、第１接地導体層１３と同一面接地導体層４１との距離Ｈは、線路導体１２Ｂを伝送する高周波信号の実効波長の略1／４である。

なお、図３および図４において、図１および図２と同一の構成には同一の符号を付している。また、特に説明しない構成は、図１および図２の構成と同様である。

この高周波モジュール１Ｂにおいて、線路導体１２Ｂは、同一面接地導体層４１および第１接地導体層１３とともにグランデッドコプレーナ線路を構成している。スロット４２は、線路導体１２Ｂに直交する方向に長辺を有する。この長辺の長さは、例えば、伝送する高周波信号の実効波長の略１／２とされる。また、短辺の長さは、第１開口１４を介して電磁結合させる最適なインピーダンスとなるように決められる。なお、ここでは、線路導体１２Ｂの先端が同一面接地導体層４１によって短絡された例を示したが、線路導体１２Ｂの先端を開放端とすることもできる。

図３および図４に示した高周波モジュール１Ｂは、図１および図２に示した高周波モジュール１Ａと同様の効果が得られる。

なお、２つの高周波モジュール１Ａ，１Ｂの両者ともに、誘電体基板１１上には、高周波を発生、または制御するための、例えば、ＲＦ−ＩＣ、発信子、またはアンプ等の部品を実装することができる。

（実施の形態２）
図５および図６に示すように、本実施の形態による高周波モジュール１Ｃは、誘電体基板１１の内部に、内部接地導体層４４を有する。内部接地導体層４４は、第１開口１４に対向する開口４５を有する枠状の接地導体層である。この開口４５は、透過用開口として作用する。開口４５は、平面透視したときに、スロット４２を取り囲むように、かつ第１開口１４の内側に位置するように、内部接地導体層４４に形成される。また、この開口４５の外周に沿って、同一面接地導体層４１と内部接地導体層４４とを接続するシールド導体部（以下、「第２のシールド導体部」ともいう。）４６が形成される。このシールド導体部４６は、平面透視したときに、開口４５を取り囲むように形成される。

なお、図５および図６において、図１〜図４と同一の構成には同一の符号を付している。また、特に説明しない構成は、図１〜図４の構成と同様である。

本実施の形態２による高周波モジュール１Ｃでは、スロット４２から放射され、誘電体基板１１と導波管２０との境界で反射し、内部接地導体層４４で再度反射して、再び誘電体基板１１と導波管２０との境界に戻る反射波が存在する。ここで、内部接地導体層４４と導波管２０との距離Ｈが高周波線路Ｌｎに伝送される高周波信号の実効波長の略１／４であるとき、上述の反射波と、スロット４２から直接、誘電体基板１１と導波管２０との境界まで伝送してきた直接波との行路差が高周波信号の実効波長の略１／２になり、さらに反射波が内部接地導体層４４で反射する際に高周波信号の位相が反転することから、高周波信号が強め合って、配線基板１０を伝送する高周波信号が導波管２０に効率よく伝送される。

すなわち、内部接地導体層４４と導波管２０との間に介在する、厚さを高周波信号の実効波長の略１／４に設定した誘電体基板１１は、インピーダンスが互いに異なるスロット４２と導波管２０との整合器として機能する。

また、誘電体基板１１の側面方向は、第１および第２のシールド導体部４３，４６によりシールドされており、スロット４２から誘電体基板１１に放射された高周波信号および誘電体基板１１と導波管２０との境界で反射した高周波信号が漏れ出すことを抑制し、変換効率が低下することを抑制している。

また、誘電体基板１１に垂直チョーク部３１を設けるので、波長短縮効果によりチョーク構造３０を小型化できる。また、誘電体基板１１の作製時にチョーク構造３０を作り込むことができるので、チョーク構造３０の追加による工程の増加を抑えることができる。

また、誘電体基板１１に作り込む垂直チョーク部３１の長さＨは、高周波信号の実効波長の略１／４であり、内部接地導体層４４と導波管２０との距離Ｈと同等であるので、チョーク構造の追加により誘電体基板１１の厚みを厚くする必要がなく、薄型のチョーク構造を有する高周波モジュールを実現することができる。

また、本実施の形態２による高周波モジュール１Ｃでは、第１開口１４の中心を通り、第１開口１４の長手方向に垂直な面上（Ｃ−Ｃ線の切断面）において、第１開口１４の縁と第２開口３３の内周縁との間の距離Ｌが、伝送する高周波信号の波長の略１／４であり、第２開口３３の幅Ｗが、伝送する高周波信号の実効波長の略１／４乃至略１／２であるのがよい。言い換えれば、平面透視して、線路導体１２Ｂの線路方向（直線状線路導体１２Ｂの長手方向）における第１開口１４の縁と第２開口３３の内周縁との間の距離Ｌが、伝送する高周波信号の実効波長の略１／４であり、第２開口３３の幅Ｗが、伝送する高周波信号の実効波長の略１／４乃至略１／２であるのがよい。

このように距離Ｌ，Ｗを設定すると、導波管２０の開口縁付近と垂直チョーク部３１の上端の電界強度が０となり、電界強度が最大となる点が垂直チョーク部３１と水平チョーク部３２の境界に存在する。よって、電磁気的に導波管２０の開口縁付近の隙間が塞がった状態となる共振が生じ、高周波信号の漏れを抑制することができる。

また、上述のように距離Ｌ，Ｗを設定すると、第１ビア導体３４と第２ビア導体３５の間隔が広いため、（電界）＝（電圧）／（距離）の関係式から、（距離）が大きいと（電界）が小さくなることから分かるように、垂直チョーク部３１に生じる電界が水平チョーク部３２とに生じる電界よりも弱くなる。よって、高周波信号の実効波長の略１／４が、水平チョーク部３２の長さおよび垂直チョーク部３１の長さからずれる周波数においても、導波管２０の開口縁付近と垂直チョーク部３１の上端の電界強度が０で、電界強度が最大となる点が垂直チョーク部３１と水平チョーク部３２の境界に存在する。その結果、電磁気的に導波管２０の開口縁付近の隙間が塞がった状態となる共振が生じ、高周波信号の漏れを抑制できる。

なお、第２開口３３の幅Ｗを、０より大きく、かつ伝送する高周波信号の実効波長の１／２以下に設定すると、高周波信号の漏れを効果的に抑制することができる。すなわち、第１ビア導体３４と第２ビア導体３５の間隔を高周波信号の実効波長の１／２よりも小さくすると、垂直チョーク部３１内での縦方向の電界を抑制することができ、結果として、高周波信号の漏れを抑制することができる。

なお、図７に示すように、第２開口３３を円環状としてもよい。この場合、図５に示した、第２開口３３が矩形の環状である場合と同様の効果を示す。また、配線基板１０を平面視したときの形状を、第２開口３３に合わせて円形状にすることができ、配線基板１０を小型化することができる。

次に、本実施の形態２による高周波モジュール１Ｃの特性について説明する。高周波モジュールとして機能し得るか否かは高周波線路Ｌｎと導波管２０との透過特性（Ｓ２１）により検証することができる。高周波信号を高周波線路Ｌｎから導波管２０に高い変換効率で伝送させるため、この数値はできる限り高いことが要求される。ここで、図８（ａ）のＡは、図５および図６のチョーク構造３０を除去した高周波モジュールであって、配線基板１０と導波管２０との間に隙間がない場合のＳ２１の周波数特性を示すグラフである。また、図８（ａ）のＢは、図５および図６のチョーク構造３０を除去した高周波モジュールであって、配線基板１０と導波管２０との間に隙間Ｇが０．３ｍｍある場合のＳ２１の周波数特性を示すグラフである。

図８（ａ）に示すように、チョーク構造３０をもたない高周波モジュールのＳ２１は、配線基板１０と導波管２０との間に隙間がない場合、１３．２ＧＨｚ以上に亘って−０．５ｄＢ以上を示しているが、隙間Ｇが０．３ｍｍである場合、高周波信号が隙間から漏れ、Ｓ２１が劣化して−０．５ｄＢ以上となる帯域が存在しない。

次に、図８（ｂ）のＣは、図５および図６に示す高周波モジュール１Ｃにおいて、誘電体基板１１と導波管２０との間に隙間Ｇが０．３ｍｍあり、距離Ｌが、伝送する高周波信号の実効波長の１／４にあたる１ｍｍ、第２開口３３の幅Ｗが伝送する高周波信号の実効波長の１／４にあたる０．３４ｍｍである場合のＳ２１の周波数特性を示すグラフである。また、図８（ｂ）のＤは、図５および図６に示す高周波モジュール１Ｃにおいて、誘電体基板１１と導波管２０との間に隙間Ｇが０．３ｍｍあり、距離Ｌが、伝送する高周波信号の実効波長の１／４にあたる１ｍｍ、第２開口３３の幅Ｗが伝送する高周波信号の実効波長の１／２にあたる０．６８ｍｍである場合のＳ２１の周波数特性を示すグラフである。

図８（ｂ）のＣに示されるように、図５および図６に示す高周波モジュール１Ｃの第２開口３３の幅Ｗが伝送する高周波信号の実効波長の１／４にあたる０．３４ｍｍである場合のＳ２１は、１０．１ＧＨｚに亘って−０．５ｄＢ以上を示し、図８（ａ）のＢに示すチョーク構造がない場合に比べてＳ２１が改善されていることが分かる。

しかし、垂直チョーク部３１の誘電体基板１１の誘電率と、誘電体基板１１と導波管２０の間に出来た隙間に存在する空気の誘電率に差があるため、チョーク構造３０の誘電体基板１１と空気との境界で高周波信号の反射が起こり、高周波信号の漏れを抑制する効果が弱まり、高周波信号の漏れを抑制することができる高周波信号の周波数帯域が３．１ＧＨｚ以上が狭くなっている。

一方、図８（ｂ）のＤに示されるように、図５および図６に示す高周波モジュール１Ｃの第２開口３３の幅Ｗが伝送する高周波信号の実効波長の１／２にあたる０．６８ｍｍである場合、１２．６ＧＨｚに亘って−０．５ｄＢ以上を示しており、図８（ｂ）のＣに示す、第２開口３３の幅Ｗが０．３４ｍｍである場合よりも２．５ＧＨｚ広帯域な周波数特性を示している。

これは、第１ビア導体３４と第２ビア導体３５との間隔が０．６８ｍｍと広いため、（電界）＝（電圧）／（距離）の関係式から、（距離）であるＷが大きいと（電界）が小さくなることから分かるように、垂直チョーク部３１に生じる電界が水平チョーク部３２に生じる電界よりも弱くなることに起因する。これにより、高周波信号の実効波長の１／４が、水平チョーク部３２の長さＬおよび垂直チョーク部３１の長さＨからずれる周波数においても、導波管２０の開口縁付近と垂直チョーク部３１の上端の電界強度が０で、電界強度が最大となる点が垂直チョーク部３１と水平チョーク部３２の境界に存在し、その結果、電磁気的に導波管２０の開口縁付近の隙間が塞がった状態となる共振が生じ、高周波信号の漏れを抑制できる。その結果、高周波信号の漏れを抑制することができる高周波信号の周波数帯域を広くすることができる。

なお、第２開口３３の幅Ｗを、０より大きく、かつ伝送する高周波信号の実効波長の１／２以下に設定すると、高周波信号の漏れを効果的に抑制することができる。すなわち、第１ビア導体３４と第２ビア導体３５の間隔を高周波信号の実効波長の１／２よりも小さくすると、垂直チョーク部３１内での縦方向の電界を抑制することができ、結果として、高周波信号の漏れを抑制することができる。

上述したように、本実施の形態２による高周波モジュールは、１２．６ＧＨｚに亘る周波数帯域において、Ｓ２１が−０．５ｄＢ以上の広帯域特性を実現できる。よって、本発明の実施の形態２による高周波モジュールは、車載用衝突防止レーダーにおいて利用される周波数帯域（７６ＧＨｚ帯）を中心に優れた特性を有することから、車載用衝突防止レーダー用の高周波モジュールとして十分適用することが可能である。

（実施の形態３）
実施の形態３による高周波モジュール１Ｅでは、図９に示されるように、第２開口３３が、第１開口１４の中心を通り、第１開口１４の短手方向に垂直な面（Ｅ−Ｅ面）に関して鏡像の位置にある一対からなる。言い換えれば、第２開口３３は、平面透視して、第１開口１４の中心を通り線路導体１２Ｂの線路方向に直交する線を軸として線対称な一対の開口からなる。

本実施の形態３による高周波モジュール１Ｅでは、高周波モジュール１Ｅを平面視したときの第２開口３３の長さに応じた周波数の不要共振が生じた場合でも、その第２開口３３の長さを容易に調整できることから、垂直チョーク部３１に発生する不要共振を、より容易に、高周波信号の伝送に影響しない周波数にすることができる。

（実施の形態４）
図１０に示す高周波モジュール１Ｆは、図５および図６に示した高周波モジュール１Ｃと、その構成が類似しているが、垂直チョーク部３１が、誘電体基板１１の厚み方向に延在する第１導波路部３１Ａと、水平チョーク部３２に平行で、末端が短絡された第２導波路部３１Ｂとにより構成されている（図１１参照）。ここで、水平チョーク部３２、第１導波路部３１Ａ、および第２導波路部３１Ｂは、直列に接続されている。

本実施の形態による高周波モジュール１Ｆは、誘電体基板１１の内部に形成された、内部接地導体層４４，５１を有する。内部接地導体層４４は、第１開口１４に対向する開口４５と第２開口３３に対向する開口５２とを有する。また、内部接地導体層５１は、内部接地導体層４４と同一面接地導体層４１との間に設けられ、第１開口１４および開口４５に対向する開口５３を有する。ここで、内部接地導体層５１に設けられた開口５３は、透過用開口として作用する。

配線基板１０は、第２開口３３の内周に沿って設けられ、第１接地導体層１３と内部接地導体層４４とを接続する複数の第１ビア導体３４と、第２開口３３の外周に沿って設けられ、第１接地導体層１３と内部接地導体層４４とを接続する複数の第２ビア導体３５とを有する。また、配線基板１０は、開口５２の内周に沿って設けられ、内部接地導体層４４と内部接地導体層５１とを接続する複数の第３ビア導体５４と、開口５２の外周に沿って設けられ、内部接地導体層４４と内部接地導体層５１とを接続する複数の第４ビア導体５５とを有する。

また、開口５３および開口４５を取り囲むとともに、開口５３および開口４５の縁に沿って、内部接地導体層４４と内部接地導体層５１とを接続する複数の第５ビア導体５６と、第１開口１４の周囲に形成され、第１接地導体層１３と内部接地導体層４４とを接続する複数の第６ビア導体５７とを有する。

ここで、第２ビア導体３５と第４ビア導体５５は、内部接地導体層４４を介して上下に並んで電気的に接続されている。また、線路導体１２Ｂの延在方向において、第３ビア導体５４は、第１ビア導体３４よりも開口５２から離れて位置している。

垂直チョーク部３１は、第１ビア導体３４、第２ビア導体３５、第３ビア導体５４、第４ビア導体５５、および内部接地導体層５１によって囲まれて形成される。垂直チョーク部３１は、その断面が逆Ｌ字形状となっている。

図１０に示す高周波モジュール１Ｆにおいて、高周波線路Ｌｎは、誘電体基板１１の表面に形成された線路導体１２Ｂと内部接地導体層５１および同一面接地導体層４１とで構成されたグランデッドコプレーナ線路の例を示している。スロット４２は、線路導体１２Ｂに直交する方向に長辺を有し、例えば、長さが高周波線路Ｌｎを流れる高周波の１／２波長の長さとされる。線路導体１２Ｂの先端は、その一端において同一面接地導体層４１に短絡された例を示したが、開放端とすることもできる。

図１１は、図１０の高周波モジュール１Ｆのチョーク構造３０を模式的に示している。ここで、水平チョーク部３２の、導波管壁から垂直チョーク部３１との接続部Ｐまでの距離Ｌが、伝送する高周波信号の実効波長の略１／４とされている場合には、水平チョーク部３２と垂直チョーク部３１の接続部Ｐの位置で電圧が最大となり、導波管壁の位置で電流が最大となって、配線基板１０と導波管２０とが電気的に接続されているように見えるチョーク効果を得ることができる。

また、垂直チョーク部の長さ、すなわち第１導波路部３１Ａの水平チョーク部３２との接続部Ｐから、第２導波路部３１Ｂの末端壁面の最も離れた点Ｑまでの距離が、伝送する高周波信号の実効波長λの略１／４とされている場合、言い換えれば、第１導波路部３１Ａの導波管壁に近い側の壁面を辿り、第２導波路部３１Ｂとの接続点から第２導波路部３１Ｂの末端壁面の最も離れた点Ｑまで斜めに第２導波路部３１Ｂを横切る経路の長さ（第１導波路部３１Ａの高さＨｂと、第２導波路部３１Ｂを斜めに横切る破線Ｒの長さの和）が略λ／４の場合には、水平チョーク部３２と垂直チョーク部３１との接続部Ｐにおいて、電圧が最大となり、第２導波路部３１Ｂの末端壁面において電流が最大となって、チョーク効果を得ることができる。

なお、図１０において、第１ビア導体３４と第３ビア導体５４が上下に並んで電気的に接続され、線路導体１２Ｂの延在方向において、第４ビア導体５５が、第２ビア導体３５よりも開口５２から離れて位置していてもよい。すなわち、図１１において、第２導波路部３１Ｂが第１導波路部３１Ａとの接続部から外側（導波管壁から遠ざかる方向）に延びていてもよい。図１０および図１１に示すように、第２導波路部３１Ｂを第１導波路部３１Ａの接続部から内側（導波管壁に近付く方向）に延びるように形成する方が、高周波モジュールを全体的に小型にするという点ではより有利であるが、外側に延びるように形成する場合も、図１０および図１１の高周波モジュールと同様の効果が得られる。

以上のように、垂直チョーク部３１を第１導波路部３１Ａおよび第２導波路部３１Ｂによって形成する場合には、直線状の垂直チョーク部３１を有するものよりも、配線基板を低背化することができ、低背な高周波モジュールを実現することができる。

また、距離Ｌが略λ／４であって、第２開口３３の幅Ｗｂが、略λ／４乃至略λ／２である場合、および第２開口３３の幅Ｗｂを、０より大きく、かつλ／２以下に設定した場合は、実施の形態１で説明した場合と同様の効果が得られる。

また、図１２に示すように、線路導体１２Ａは、誘電体基板１１の内部に配置される内部接地導体層５１とともにマイクロストリップ線路を構成してもよい。線路導体１２Ａの先端は、図１２のように第１開口１４の中心から所定位置で開放端とされるか、または内部接地導体層５１と接続した短絡端とされる。

なお、図１０および図１２において、第１開口１４、内部接地導体層５１、第５ビア導体５６、および第６ビア導体５７で囲まれる誘電体領域は、誘電体共振器として用いられ、高周波線路Ｌｎと導波管２０との結合を良好なものとする機能を有している。誘電体共振器として機能させるため、誘電体共振器領域の厚みは、高周波信号の略λ／４とすることが好ましい。但し、厚みをλ／４近辺にした場合、不要モードが生じて不具合を生じる場合がある。このような場合は、誘電体共振器の厚さをλ／４より薄いものとしてこの現象を抑制するように対処することがある。本実施形態においては、垂直チョーク部分の（電気的な長さではなく）物理的長さ（Ｈａ＋Ｈｂ）はλ／４より短いものとなるので、このような誘電体厚さを短くする対応を容易に行なうことができる。

誘電体基板１１を形成する誘電体材料としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素、若しくはムライト等を主成分とするセラミック材料、ガラス、ガラスとセラミックフィラーとの混合物を焼成して形成されたガラスセラミック材料、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、若しくは四フッ化エチレン樹脂を始めとするフッ素系樹脂等の有機樹脂系材料、または有機樹脂−セラミック（ガラスも含む）複合系材料等が用いられる。

線路導体１２Ａ，１２Ｂ、同一面接地導体層４１、内部接地導体層４４，５１、第１接地導体層１３、第１および第２のシールド導体部４３，４６、第１乃至第６ビア導体部３４、３５，５４−５７等の配線基板１０における導体部分を形成する材料としては、タングステン、モリブデン、金、銀、若しくは銅等を主成分とするメタライズ、または金、銀、銅、アルミニウム等を主成分とする金属箔等が用いられる。

特に、導波管変換器を、高周波部品を搭載する配線基板１０に内蔵する場合は、誘電体基板１１を形成する誘電体材料としては、誘電正接が小さく、かつ気密封止が可能であることが望ましい。特に望ましい誘電体材料としては、酸化アルミニウム、および窒化アルミニウム、ガラスセラミック材料の群から選ばれる少なくとも１種の無機材料が挙げられる。このような硬質系材料で構成すれば、誘電正接が小さく、かつ搭載した高周波部品を気密に封止することができるので、搭載した高周波部品の信頼性を高める上で好ましい。この場合、導体材料としては、誘電体材料との同時焼成が可能なメタライズ導体を用いることが、気密封止性と生産性の上で望ましい。

上述の配線基板１０は以下のようにして作製される。例えば誘電体材料に酸化アルミニウム質焼結体を用いる場合であれば、まず酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、および酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合してスラリー状にし、これを従来周知のドクターブレード法若しくはカレンダーロール法によりシート状に成形してセラミックグリーンシートを作製する。また、タングステン若しくはモリブデン等の高融点金属の原料粉末に適当な有機溶剤、および溶媒を添加混合してメタライズペーストを作製する。

次に、セラミックグリーンシートに、例えば打ち抜き法により、第１および第２のシールド導体部４３，４６、および第１乃至第６ビア導体部３４、３５，５４−５７としての貫通導体を形成するための貫通孔を形成し、例えば印刷法により、その貫通孔にメタライズペーストを埋め込み、続いて線路導体１２Ａ，１２Ｂ、同一面接地導体層４１、内部接地導体層４４，５１、第１接地導体層１３の形状にメタライズペーストを印刷する。誘電体基板１１が複数の誘電体層の積層構造からなる場合には、これら導体が埋め込み、印刷されたセラミックグリーンシートを積層し、加圧して圧着し、高温（約１６００℃）で焼成する。さらに、線路導体１２Ａ、１２Ｂ、同一面接地導体層４１、第１接地導体層１３等の表面に露出する導体の表面には、ニッケルめっきおよび金めっきを被着させてもよい。

第１および第２のシールド導体部４３，４６、第１乃至第６ビア導体部３４、３５，５４−５７を構成する貫通導体は、貫通孔の内部が導体で充填されたいわゆるビア導体であってもよいが、貫通孔の内壁に導体層が被着されたいわゆるスルーホール導体であってもよい。また、シールド導体部４６、第２および第４のビア導体部３５，５５は、誘電体基板１１の側面に形成された側面導体やキャスタレーション導体でもよい。

なお、高周波モジュール１Ｂ−１Ｆでは、高周波線路Ｌｎがコプレナー線路構造の場合の例を示したが、誘電体基板１１の上にさらに誘電体層を積層し、この誘電体層の上面に線路導体１２Ｂを覆うように上面接地導体層を設けたグランド付きコプレナー線路構造と
してもよい。この場合においても、誘電体基板１１にチョーク構造を設けることで、高周波モジュール１Ｂ−１Ｆと同様の効果を得ることができる。

導波管２０の形状は特に制約はなく、例えば方形導波管として規格化されているＷＲシリーズを用いると、測定用校正キットが充実しているので種々の特性評価が容易になるが、使用する高周波信号の周波数に応じてシステムの小型軽量化のために導波管のカットオフが発生しない範囲で小型化した方形導波管を用いてもよい。また、円形導波管を用いてもよい。

導波管２０は、金属で構成し、管内壁を電流による導体損低減や腐食防止のために金、銀等の貴金属で被覆するとよい。また、樹脂を必要な導波管形状に成型し、金属の場合と同様に管内壁を金、銀等の貴金属で被覆したものであってもよい。導波管２０の高周波線路―導波管変換器への取り付けは、導電性のろう材による接合、又はねじによる締め付け等によって行なわれてもよい。

なお、本発明は上記実施の形態の例に限定されず、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変更を施すことができる。

Claims (9)

1. 誘電体基板と、該誘電体基板の第１表面に形成された線路導体と、前記誘電体基板の前記第１表面に対向する第２表面に形成された、第１開口および該第１開口の周囲に設けられた第２開口を有する第１接地導体層とを備えた配線基板と、
   前記第２表面に接続され、前記第１開口に対向する開口を備えた、前記線路導体と電磁的に結合される導波管と
   を備え、
   前記配線基板は、少なくとも一部が前記第２開口から前記第２表面に垂直な方向に延在する垂直チョーク部を有し、
   前記配線基板と前記導波管との間において、前記第２表面に沿って前記導波管の開口と前記第２開口との間に水平チョーク部が形成されており、
   前記第２開口は環状であり、
   前記配線基板は、
   前記誘電体基板の内部に設けられ、前記第１開口に対向する第３開口を有する第２接地導体層を有し、
   前記垂直チョーク部は、前記第２開口の内周および外周に沿って設けられ、前記第１接地導体層と前記第２接地導体層とを接続する第１導体部を有している高周波モジュール。
2. 誘電体基板と、該誘電体基板の第１表面に形成された線路導体と、前記誘電体基板の前記第１表面に対向する第２表面に形成された、第１開口および該第１開口の周囲に設けられた第２開口を有する第１接地導体層とを備えた配線基板と、
   前記第２表面に接続され、前記第１開口に対向する開口を備えた、前記線路導体と電磁的に結合される導波管と
   を備え、
   前記配線基板は、少なくとも一部が前記第２開口から前記第２表面に垂直な方向に延在する垂直チョーク部を有し、
   前記配線基板と前記導波管との間において、前記第２表面に沿って前記導波管の開口と前記第２開口との間に水平チョーク部が形成されており、
   前記第２開口は環状であり、
   前記配線基板は、
   前記誘電体基板の内部に設けられ、前記第１開口に対向する第３開口と前記第２開口に対向する第４開口とを有する第２接地導体層と、
   前記誘電体基板の内部における前記第２接地導体層と前記第１表面との間に設けられ、前記第１開口に対向する第５開口を有する第３接地導体層と
   を有し、
   前記垂直チョーク部は、
   前記第２開口の内周に沿って設けられ、前記第１接地導体層と前記第２接地導体層とを接続する第１導体部と、
   前記第２開口の外周に沿って設けられ、前記第１接地導体層と前記第２接地導体層とを接続する第２導体部と、
   前記第４開口の内周に沿って設けられ、前記第２接地導体層と前記第３接地導体層とを接続する第３導体部と、
   前記第４開口の外周に沿って設けられ、前記第２接地導体層と前記第３接地導体層とを接続する第４導体部と
   を有し、
   前記第１導体部と前記第３導体部が上下に並んで電気的に接続され、前記線路導体の延在方向において、前記第４導体部が前記第２導体部よりも前記第４開口から離れて位置している、又は
   前記第２導体部と前記第４導体部が上下に並んで電気的に接続され、前記線路導体の延在方向において、前記第３導体部が前記第１導体部よりも前記第４開口から離れて位置している高周波モジュール。
3. 前記第１開口の外周と前記第２開口の内周との間の距離が、前記線路導体を伝送する高周波信号の実効波長の略１／４であり、
   前記垂直チョーク部の長さが、前記線路導体を伝送する高周波信号の実効波長の略１／４である請求項１に記載の高周波モジュール。
4. 前記第１開口の外周と前記第２開口の内周との間の距離が、前記線路導体を伝送する高周波信号の実効波長の略１／４であり、
   前記垂直チョーク部の長さが、前記線路導体を伝送する高周波信号の実効波長の略１／４である請求項２に記載の高周波モジュール。
5. 前記配線基板は、前記線路導体の一端部を取り囲むように形成され、該線路導体の一端部と直交するスロットを有する第４接地導体層を備え、
   前記スロットは、平面視して、前記第１開口の内側にある請求項１から請求項４のいずれかに記載の高周波モジュール。
6. 誘電体基板と、
   該誘電体基板の第１表面に形成された線路導体と、
   前記誘電体基板の前記第１表面に対向する第２表面に形成された、第１開口および該第１開口の周囲に設けられた第２開口を有する第１接地導体層と、
   前記誘電体基板に形成され、前記第２開口から前記第２表面に垂直な方向に延在する垂直チョーク部と、
   前記第２開口は環状であり、
   前記誘電体基板の内部に設けられ、前記第１開口に対向する第３開口を有する第２接地導体層とを有し、
   前記垂直チョーク部は、前記第２開口の内周および外周に沿って設けられ、前記第１接地導体層と前記第２接地導体層とを接続する第１導体部を有している配線基板。
7. 誘電体基板と、
   該誘電体基板の第１表面に形成された線路導体と、
   前記誘電体基板の前記第１表面に対向する第２表面に形成された、第１開口および該第１開口の周囲に設けられた第２開口を有する第１接地導体層と、
   前記誘電体基板に形成され、前記第２開口から前記第２表面に垂直な方向に延在する垂
   直チョーク部と、
   前記第２開口は環状であり、
   前記誘電体基板の内部に設けられ、前記第１開口に対向する第３開口と前記第２開口に対向する第４開口とを有する第２接地導体層と、
   前記誘電体基板の内部における前記第２接地導体層と前記第１表面との間に設けられ、前記第１開口に対向する第５開口を有する第３接地導体層と
   を有し、
   前記垂直チョーク部は、
   前記第２開口の内周に沿って設けられ、前記第１接地導体層と前記第２接地導体層とを接続する第１導体部と、
   前記第２開口の外周に沿って設けられ、前記第１接地導体層と前記第２接地導体層とを接続する第２導体部と、
   前記第４開口の内周に沿って設けられ、前記第２接地導体層と前記第３接地導体層とを接続する第３導体部と、
   前記第４開口の外周に沿って設けられ、前記第２接地導体層と前記第３接地導体層とを接続する第４導体部と
   を有し、
   前記第１導体部と前記第３導体部が電気的に接続されて、前記第４導体部が前記第２導体部よりも前記第４開口から離れて位置している、又は
   前記第２導体部と前記第４導体部が電気的に接続されて、前記第３導体部が前記第１導体部よりも前記第４開口から離れて位置している配線基板。
8. 前記線路導体の一端部を取り囲むように形成され、該線路導体の一端部と直交するスロットを備えた第４接地導体層を有し、
   前記スロットは、平面視して、前記第１開口の内側にある請求項６または請求項７に記載の配線基板。
9. 前記第１開口の外周と前記第２開口の内周との間の距離が、前記線路導体を伝送する高周波信号の実効波長の略１／４であり、
   前記垂直チョーク部の長さが、前記線路導体を伝送する高周波信号の実効波長の略１／４である請求項６から請求項８のいずれかに記載の配線基板。

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