JP2009081698A

JP2009081698A - Microwave antenna device

Info

Publication number: JP2009081698A
Application number: JP2007249827A
Authority: JP
Inventors: Taihei Nakada; 大平中田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-09-26
Filing date: 2007-09-26
Publication date: 2009-04-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To electrically connect a microwave unit and a base substrate through a simple structure which is suitably thinned. <P>SOLUTION: At the joints 13 and 15 of substrates 11 and 12 to be laminated, line patterns 137 and 151 of a quarter of wavelength are arranged to face each other through a dielectric sheet 16 so that electromagnetic coupling of microwaves is achieved, which transmits an RF signal between multilayer substrates 11 and 12 without using a connector. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば機体搭載用のレーダ装置や無線通信機器等に用いられるマイクロ波アンテナ装置に係り、特に装置自体を薄型するための構造に関する。 The present invention relates to a microwave antenna device used in, for example, a radar device mounted on a fuselage or a wireless communication device, and more particularly to a structure for thinning the device itself.

近年、機体搭載用のマイクロ波アンテナ装置においては、機体への搭載制約の制限から非常に薄型のアクティブフェーズドアレイアンテナへの要求が高まって来ている。これを実現するため、アンテナ放射素子などはパッチ素子と呼ばれる平面型の回路素子が用いられるようになってきている。 In recent years, in a microwave antenna device for mounting on a fuselage, there has been an increasing demand for a very thin active phased array antenna due to restrictions on mounting limitations on the fuselage. In order to realize this, a planar circuit element called a patch element has been used as an antenna radiating element.

また、アクティブフェーズドアレイアンテナの構成として必要となる、マイクロ波送受信モジュールについても、半導体の高集積化技術などにより小型化が進んでおり、アンテナ素子の配置よって定まる、アンテナ素子一個分の回路面積に収まる寸法を実現している。さらに、複数のアンテナ素子と、素子毎に接続される複数のマイクロ波送受信モジュールと、各マイクロ波送受信モジュールに接続されて送信高周波信号の分配供給と受信高周波信号の合成処理を行う電力分配／合成器とを、平面基板上で実現することで、マイクロ波ユニットとして実現するなどの手段がとられている。レーダなどのように大規模な開口面積を必要とする場合などでは、上記マイクロ波ユニットをさらに複数配置して実現している（例えば特許文献１，２参照）。 In addition, the microwave transceiver module required for the configuration of the active phased array antenna is also being reduced in size due to the high integration technology of the semiconductor, and the circuit area for one antenna element determined by the arrangement of the antenna elements is reduced. The dimensions that can be accommodated are realized. Furthermore, a plurality of antenna elements, a plurality of microwave transmission / reception modules connected to each element, and a power distribution / combination connected to each microwave transmission / reception module to perform distribution supply of transmission high-frequency signals and synthesis processing of reception high-frequency signals The means is realized as a microwave unit by realizing the vessel on a flat substrate. In the case where a large aperture area is required, such as a radar, a plurality of the above microwave units are arranged (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

このような状況の中、複数のマイクロ波ユニットを配置する場合には、複数のマイクロ波ユニットにマイクロ波信号を供給するための電力分配／合成回路が必要となり、装置全体を薄型化する場合には、複数のマイクロ波ユニット間を接続する接続インターフェースの小型化が必要であった。
特開２００３-１３３８３４公報特開２００１-１９６８４８公報 In such a situation, when a plurality of microwave units are arranged, a power distribution / combination circuit for supplying microwave signals to the plurality of microwave units is required, and the entire apparatus is made thin. Therefore, it was necessary to reduce the size of a connection interface for connecting a plurality of microwave units.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-133834 JP 2001-196848 A

以上述べたように、設置場所に制約のある場合のマイクロ波アンテナ装置にあっては、複数のマイクロ波ユニットをベース基板上に配列する場合に、接続インターフェースが必要となり、その接続部の小型化が必要であった。 As described above, in the case of a microwave antenna device in which the installation location is limited, a connection interface is required when arranging a plurality of microwave units on a base substrate, and the size of the connection portion is reduced. Was necessary.

本発明は上記の課題を解決すべく、複数のマイクロ波ユニットを極めて簡単な構造でベース基板に装着し、各ユニットとベース基板との間で簡単かつ薄型化に適した構造により電気的に接続することのできるマイクロ波アンテナ装置を提供することを目的とする。 In order to solve the above problems, the present invention attaches a plurality of microwave units to a base substrate with an extremely simple structure, and electrically connects each unit and the base substrate with a structure that is simple and suitable for thinning. It is an object of the present invention to provide a microwave antenna device that can be used.

上記問題を解決するために、本発明に係るマイクロ波回路装置は、
アレイ状に配列され、それぞれマイクロ波信号を送受信する複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子それぞれに接続され、前記マイクロ波の送信信号の位相制御及び電力増幅を行う送信系、及び前記マイクロ波の受信信号の増幅及び位相制御を行う受信系を備える複数の送受信モジュールと、前記複数の送受信モジュールに接続され、前記送信信号を前記複数のモジュールに分配供給し前記複数のモジュールから供給される前記受信高周波信号を合成する電力分配／合成器とを平面基板上に形成してなる複数のマイクロ波ユニットと、
前記複数のマイクロ波ユニットが互いに隣接して面配列され、個々のユニットに対して前記送信信号を電力分配し、個々のユニットから前記受信信号を取り込んで合成出力するベース基板と
を具備し、
前記複数のマイクロ波ユニット及び前記ベース基板それぞれの送受信信号入出力端に互いに対向するように電磁結合用のパターンを形成し、それぞれのパターン間に誘電体シートを介在させて前記複数のマイクロ波ユニット及び前記ベース基板を接合することを特徴とする。 In order to solve the above problem, a microwave circuit device according to the present invention is:
A plurality of antenna elements arranged in an array and transmitting / receiving microwave signals, a transmission system connected to each of the plurality of antenna elements and performing phase control and power amplification of the microwave transmission signal, and the microwave A plurality of transmission / reception modules each having a reception system for performing amplification and phase control of the reception signal, and connected to the plurality of transmission / reception modules, the distribution of the transmission signal to the plurality of modules, and the supply from the plurality of modules A plurality of microwave units formed on a flat substrate with a power distributor / synthesizer for synthesizing received high-frequency signals;
A base substrate in which the plurality of microwave units are arranged adjacent to each other, distribute the power of the transmission signals to the individual units, take in the reception signals from the individual units, and output the synthesized signals;
Comprising
The plurality of microwave units are formed by forming electromagnetic coupling patterns so as to face each other at the transmission / reception signal input / output ends of the plurality of microwave units and the base substrate, and interposing a dielectric sheet between the patterns. And the base substrate is bonded.

本発明によれば、複数のマイクロ波ユニットを極めて簡単な構造でベース基板に装着し、各ユニットとベース基板との間で簡単かつ薄型化に適した構造により電気的に接続することのできるマイクロ波アンテナ装置を提供することができる。 According to the present invention, a plurality of microwave units can be mounted on a base substrate with a very simple structure, and each unit and the base substrate can be electrically connected by a structure that is simple and suitable for thinning. A wave antenna device can be provided.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は本発明が適用されるマイクロ波（以下、ＲＦ）アンテナ装置の構成を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）に示すアンテナ装置の分解斜視図である。図１において、１１はＲＦユニットが実装された第１の積層基板、１２は複数の第１の積層基板が並べて配置されるベース基板となる第２の積層基板である。上記第１の積層基板１１の表面には複数の部品１４が実装される。 1A and 1B show the configuration of a microwave (hereinafter referred to as RF) antenna apparatus to which the present invention is applied. FIG. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is an exploded perspective view of the antenna apparatus shown in FIG. In FIG. 1, 11 is a first laminated substrate on which an RF unit is mounted, and 12 is a second laminated substrate serving as a base substrate on which a plurality of first laminated substrates are arranged. A plurality of components 14 are mounted on the surface of the first laminated substrate 11.

その実装部品としては、具体的に図示しないが、アンテナ素子と、アンテナ素子に接続され、ＲＦ送信信号の位相制御及び電力増幅を行う送信系、及びＲＦ受信信号の増幅及び位相制御を行う受信系を備える送受信モジュールと、複数の送受信モジュールに接続され、送信信号を複数のモジュールに分配供給し複数のモジュールから供給される受信高周波信号を合成する電力分配／合成器とを備える。 Although not specifically shown, the mounting components include an antenna element, a transmission system connected to the antenna element and performing phase control and power amplification of the RF transmission signal, and a reception system performing amplification and phase control of the RF reception signal. And a power distribution / combiner that is connected to the plurality of transmission / reception modules and distributes and supplies the transmission signal to the plurality of modules and combines the reception high-frequency signals supplied from the plurality of modules.

尚、実装部品に、送受信モジュールに電源を供給する電源回路と、送受信モジュールへの制御信号を生成、供給する制御回路とを備えるようにしてもよい。 The mounted component may include a power supply circuit that supplies power to the transmission / reception module and a control circuit that generates and supplies control signals to the transmission / reception module.

上記第１の積層基板１１の裏面と第２の積層基板１２の表面には、それぞれ電磁結合用の第１、第２の接続部１３，１５が互いに対向する位置に形成される。 On the back surface of the first multilayer substrate 11 and the front surface of the second multilayer substrate 12, first and second connection portions 13 and 15 for electromagnetic coupling are formed at positions facing each other.

図２は本発明の一実施形態として、上記第１、第２の接続部１３，１５に本発明を適用した場合の具体的な構成を示す分解斜視図、図３は両者の接続状態での断面図を示している。 FIG. 2 is an exploded perspective view showing a specific configuration when the present invention is applied to the first and second connection portions 13 and 15 as an embodiment of the present invention, and FIG. A cross-sectional view is shown.

第１の接続部１３は、最上層の地導体層１３１の下部に、誘電体層１３２，１３５、地導体層１３６を順に積層する。ここで、地導体層１３６の中央部には、送受信ＲＦ信号の１／４波長相当の長さを有するラインパターン１３７が形成される。このラインパターン１３７の先端部は、スルーホール１３４を介して誘電体層１３２，１３５の間に形成される内層ラインパターン１３３に接続され、ＲＦ信号分配／合成ライン（図示せず）に接続される。 In the first connection portion 13, the dielectric layers 132 and 135 and the ground conductor layer 136 are sequentially stacked below the uppermost ground conductor layer 131. Here, a line pattern 137 having a length corresponding to a quarter wavelength of the transmission / reception RF signal is formed at the center of the ground conductor layer 136. The tip of the line pattern 137 is connected to an inner layer line pattern 133 formed between the dielectric layers 132 and 135 through the through hole 134, and is connected to an RF signal distribution / synthesis line (not shown). .

一方、第２の接続部１５は、最上層の地導体層１５２から順に、誘電体層１５３，１５６、地導体層１５７が積層される。地導体層１５１には、上記ラインパターン１３７と対向する位置に、送受信ＲＦ信号の１／４波長相当の長さを有するラインパターン１５１が形成される。このラインパターン１５１の先端部は、スルーホール１５５を介して誘電体層１５３，１５６の間に形成される内層ラインパターン１５４に接続され、例えばＲＦ信号送受信機の入出力端に接続される。 On the other hand, in the second connection portion 15, dielectric layers 153 and 156 and a ground conductor layer 157 are laminated in order from the top ground conductor layer 152. On the ground conductor layer 151, a line pattern 151 having a length corresponding to a quarter wavelength of the transmission / reception RF signal is formed at a position facing the line pattern 137. The tip of the line pattern 151 is connected to an inner layer line pattern 154 formed between the dielectric layers 153 and 156 through the through hole 155, and is connected to, for example, an input / output end of an RF signal transceiver.

上記のように形成された第１及び第２の接合部１３，１５は、厚さ１００μｍ程度の誘電体シート１６を挟んで接合される。 The first and second joining portions 13 and 15 formed as described above are joined with the dielectric sheet 16 having a thickness of about 100 μm interposed therebetween.

上記のように各基板１１，１２の接続部１３，１５において、１／４波長相当のラインパターン１３７，１５１を誘電体シート１６を挟んで対向させることで、ＲＦ信号の電磁結合が可能となり、これによって積層基板１１，１２間でコネクタを用いることなくＲＦ信号を伝送することが可能となる。 As described above, in the connection portions 13 and 15 of the substrates 11 and 12, the line patterns 137 and 151 corresponding to the quarter wavelength are opposed to each other with the dielectric sheet 16 interposed therebetween, thereby enabling electromagnetic coupling of RF signals. This makes it possible to transmit an RF signal between the multilayer substrates 11 and 12 without using a connector.

したがって、上記構成によるマイクロ波アンテナ装置では、接続部の電磁結合構造を採用することにより、装置全体の薄型化に大きく寄与することができる。 Therefore, in the microwave antenna device having the above configuration, the use of the electromagnetic coupling structure of the connecting portion can greatly contribute to the thinning of the entire device.

尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

本発明が適用されるマイクロ波アンテナ装置の構成を示す斜視図及び分解斜視図。The perspective view and decomposition | disassembly perspective view which show the structure of the microwave antenna apparatus with which this invention is applied. 本発明の一実施形態として、図１に示す第１、第２の接続部に本発明を適用した場合の具体的な構成を示す分解斜視図。FIG. 3 is an exploded perspective view showing a specific configuration when the present invention is applied to the first and second connecting portions shown in FIG. 1 as one embodiment of the present invention. 図２に示す第１、第２の接続部の接続状態での断面構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the cross-section in the connection state of the 1st, 2nd connection part shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１１…第１の積層基板、１２…第２の積層基板、１３…第１の接続部、１４…実装部品、１５…第２の接続部、
１３１…地導体層、１３２…誘電体層、１３３…内層ラインパターン、１３４…スルーホール、１３５…誘電体層、１３６…地導体層、１３７…ラインパターン、
１５１…ラインパターン、１５２…地導体層、１５３…誘電体層、１５４…内層ラインパターン、１５６…誘電体層、１５７…地導体層、１５５…スルーホール、１６…誘電体シート。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... 1st laminated substrate, 12 ... 2nd laminated substrate, 13 ... 1st connection part, 14 ... Mounted component, 15 ... 2nd connection part,
131 ... Ground conductor layer, 132 ... Dielectric layer, 133 ... Inner layer line pattern, 134 ... Through hole, 135 ... Dielectric layer, 136 ... Ground conductor layer, 137 ... Line pattern,
151 ... Line pattern, 152 ... Ground conductor layer, 153 ... Dielectric layer, 154 ... Inner line pattern, 156 ... Dielectric layer, 157 ... Ground conductor layer, 155 ... Through hole, 16 ... Dielectric sheet.

Claims

アレイ状に配列され、それぞれマイクロ波信号を送受信する複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子それぞれに接続され、前記マイクロ波の送信信号の位相制御及び電力増幅を行う送信系、及び前記マイクロ波の受信信号の増幅及び位相制御を行う受信系を備える複数の送受信モジュールと、前記複数の送受信モジュールに接続され、前記送信信号を前記複数のモジュールに分配供給し前記複数のモジュールから供給される前記受信高周波信号を合成する電力分配／合成器とを平面基板上に形成してなる複数のマイクロ波ユニットと、
前記複数のマイクロ波ユニットが互いに隣接して面配列され、個々のユニットに対して前記送信信号を電力分配し、個々のユニットから前記受信信号を取り込んで合成出力するベース基板と
を具備し、
前記複数のマイクロ波ユニット及び前記ベース基板それぞれの送受信信号入出力端に互いに対向するように電磁結合用のパターンを形成し、それぞれのパターン間に誘電体シートを介在させて前記複数のマイクロ波ユニット及び前記ベース基板を接合することを特徴とするマイクロ波アンテナ装置。 A plurality of antenna elements arranged in an array and transmitting / receiving microwave signals, a transmission system connected to each of the plurality of antenna elements and performing phase control and power amplification of the microwave transmission signal, and the microwave A plurality of transmission / reception modules each having a reception system for performing amplification and phase control of the reception signal, and connected to the plurality of transmission / reception modules, the distribution of the transmission signal to the plurality of modules, and the supply from the plurality of modules A plurality of microwave units formed on a flat substrate with a power distributor / synthesizer for synthesizing received high-frequency signals;
The plurality of microwave units are arranged in a plane adjacent to each other, and each base unit is provided with a base substrate that distributes power of the transmission signals to the individual units, takes in the reception signals from the individual units, and synthesizes and outputs them.
The plurality of microwave units are formed by forming electromagnetic coupling patterns so as to face each other at the transmission / reception signal input / output ends of the plurality of microwave units and the base substrate, and interposing a dielectric sheet between the patterns. And a microwave antenna device, wherein the base substrate is bonded.

前記マイクロ波ユニットは、前記送受信モジュールに電源を供給する電源回路と、前記送受信モジュールへの制御信号を生成、供給する制御回路とを備えることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波アンテナ装置。 The microwave antenna device according to claim 1, wherein the microwave unit includes a power supply circuit that supplies power to the transmission / reception module and a control circuit that generates and supplies a control signal to the transmission / reception module.

前記電磁結合用のパターンは、伝送信号に対して長さ１／４波長相当のラインパターンであることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波アンテナ装置。 2. The microwave antenna device according to claim 1, wherein the electromagnetic coupling pattern is a line pattern corresponding to a quarter wavelength in length with respect to a transmission signal.

前記ラインパターンは、前記マイクロ波ユニットに用いられる平面基板の内層ラインパターンにスルーホールで接続されることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波アンテナ装置。 2. The microwave antenna device according to claim 1, wherein the line pattern is connected to an inner layer line pattern of a planar substrate used in the microwave unit by a through hole.