JP2005210424A - High-frequency circuit module - Google Patents
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Description
本発明は、ミリ波レーダモジュール等の高周波送受信モジュールに使用される非放射性誘電体線路を用いた高周波回路モジュールに関するものである。 The present invention relates to a high-frequency circuit module using a nonradiative dielectric line used in a high-frequency transceiver module such as a millimeter wave radar module.
従来から、マイクロ波やミリ波等の高周波信号を伝送する非放射性誘電体線路(Non-Radiative Dielectric Waveguide、以下、NRDガイドともいう。)を用いた高周波回路モジュールに関する技術が提案されている。従来の高周波回路モジュールの例について、図4および図5を用いて説明する。図4は非放射性誘電体線路の基本的構成を示す部分破断斜視図、図5は従来の非放射性誘電体線路を用いた高周波回路モジュールの例を示す模式的な縦断面図である。 2. Description of the Related Art Conventionally, a technique related to a high-frequency circuit module using a non-radiative dielectric waveguide (hereinafter also referred to as an NRD guide) that transmits a high-frequency signal such as a microwave or a millimeter wave has been proposed. An example of a conventional high-frequency circuit module will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a partially broken perspective view showing a basic configuration of a non-radiative dielectric line, and FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view showing an example of a conventional high-frequency circuit module using a non-radiative dielectric line.
高周波回路モジュールを構成する非放射性誘電体線路の基本的構成は、図4に示すように、所定の間隔aをもって平行に配置された平行平板導体11,12間に、断面が長方形等の矩形状の誘電体線路13を、間隔aを高周波信号の波長λに対してa≦λ/2として配置したものである。これにより、外部から誘電体線路13へのノイズの侵入をなくし、かつ外部への高周波信号の放射をなくして、誘電体線路13中で高周波信号をほとんど損失なく伝搬させることができる。なお、波長λは使用周波数における空気中(自由空間)での高周波信号の波長である。このような非放射性誘電体線路は、例えば70GHz程度のミリ波帯の高周波信号の伝送に好適に用いることができ、これに種々のミリ波帯用の高周波回路部品を組み込んで回路を形成した高周波回路モジュールが開発されている。
As shown in FIG. 4, the basic configuration of the non-radiative dielectric line constituting the high-frequency circuit module is a rectangular shape such as a rectangular cross section between
図5に縦断面図で示す従来の高周波回路モジュールは、例えば、図4に示す平行平板導体11,12に対応する構成要素として、凹部が形成された金属製の基体14およびこの基体14の凹部の底面と平行平板導体を構成するための金属製の基体15を用いて、基体14の凹部内に誘電体線路13および高周波回路部品(図示せず)を収容した後、基体14の凹部内に取り付けられた誘電体線路13および高周波回路部品を覆って、基体14に基体15を取り付けることによって構成されていた。
A conventional high-frequency circuit module shown in a longitudinal cross-sectional view in FIG. 5 includes, for example, a
このような高周波回路モジュールにおいて、誘電体線路13および高周波回路部品に伝送される高周波信号が基体14と基体15との当接部の隙間から基体14,15の外側に漏洩しないようにするためには、例えば、基体14と基体15との間にチョーク構造を用いるとよいことが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。
しかしながら、従来の高周波回路モジュールでは、構造上、高周波信号の伝送方向の延長上に基体14と基体15との間の隙間が開いているため、この隙間に誘電体線路13または高周波回路部品から漏洩した高周波信号が結合しやすいために、この隙間にチョーク構造を用いても隙間から漏洩する高周波信号を十分に阻止することができないことがあり、送信出力が低下する、あるいは漏洩した高周波信号が周辺回路を誤動作させる等の問題点があった。
However, in the conventional high-frequency circuit module, a gap is formed between the
本発明は、内部に誘電体線路と高周波回路部品とを有しており、内部で伝送される高周波信号の外部への漏洩が抑制された高周波回路モジュールを提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to provide a high-frequency circuit module having a dielectric line and a high-frequency circuit component inside, and suppressing leakage of a high-frequency signal transmitted inside to the outside. .
本発明の高周波回路モジュールは、高周波信号の波長の2分の1以下の間隔で互いに平行に対向する内面を有する第1および第2の基体が、前記内面間に誘電体線路および高周波回路部品を配置して組み合わされており、前記第1および第2の基体は、前記誘電体線路および前記高周波回路部品を取り囲むようにして一方に凸部、他方に凹部が形成されてはまり合っているとともに、前記凸部の側面と前記凹部の側面との間に隙間が設けられていることを特徴とするものである。 In the high-frequency circuit module of the present invention, the first and second bases having inner surfaces facing each other in parallel with an interval of half or less of the wavelength of the high-frequency signal have a dielectric line and a high-frequency circuit component between the inner surfaces. The first and second bases are arranged so as to surround the dielectric line and the high-frequency circuit component, and a convex part is formed on one side and a concave part is formed on the other, and the first and second bases are fitted together. A gap is provided between a side surface of the convex portion and a side surface of the concave portion.
本発明の高周波回路モジュールによれば、高周波信号の波長の2分の1以下の間隔で互いに平行に対向する内面を有する第1および第2の基体が、前記内面間に誘電体線路および高周波回路部品を配置して組み合わされており、前記第1および第2の基体は、前記誘電体線路および前記高周波回路部品を取り囲むようにして一方に凸部、他方に凹部が形成されてはまり合っているとともに、前記凸部の側面と前記凹部の側面との間に隙間が設けられていることから、互いにはまり合っている凸部の側面と凹部の側面との間に設けられた隙間が誘電体線路による高周波信号の伝送方向に向かって開いていないため、この隙間に誘電体線路または高周波回路部品からの漏洩モードが結合しにくい上に、凸部の側面と凹部の側面との間に設けられた隙間が高周波信号に対するチョークとして有効に機能するので、内部で伝送される高周波信号の外部への漏洩を効果的に抑制することができる。 According to the high frequency circuit module of the present invention, the first and second bases having inner surfaces facing each other in parallel with an interval of half or less of the wavelength of the high frequency signal are provided between the inner surface and the dielectric line and the high frequency circuit. Components are arranged and combined, and the first and second bases are fitted with a convex portion on one side and a concave portion on the other side so as to surround the dielectric line and the high-frequency circuit component. In addition, since a gap is provided between the side surface of the convex portion and the side surface of the concave portion, the gap provided between the side surface of the convex portion and the side surface of the concave portion that fit together is a dielectric line. The leakage mode from the dielectric line or the high-frequency circuit component is difficult to be coupled to this gap, and is provided between the side surface of the convex portion and the side surface of the concave portion. During since effectively functions as a choke for a high-frequency signal, it is possible to effectively suppress the leakage to the outside of the high frequency signal transmitted internally.
以下、本発明の高周波回路モジュールについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, the high-frequency circuit module of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の高周波回路モジュールの実施の形態の一例である高周波回路モジュールH1を示す模式的な断面図であり、(a)は全体の縦断面図、(b)はその要部(A部)拡大縦断面図、(c)はA部のB−B’線横断面図である。また、図2は本発明の高周波回路モジュールの実施の形態の他の例である高周波回路モジュールH2を示す模式的な断面図であり、(a)は全体の縦断面図、(b)はその要部(C部)拡大縦断面図、(c)はC部のD−D’線横断面図である。さらに、図3は本発明の高周波回路モジュールの実施の形態のさらに他の例を示す模式的な縦断面図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a high-frequency circuit module H1 which is an example of an embodiment of a high-frequency circuit module according to the present invention, where (a) is an overall vertical cross-sectional view, and (b) is its main part (A Part) Enlarged vertical sectional view, (c) is a cross-sectional view taken along the line BB 'of Part A. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a high-frequency circuit module H2, which is another example of an embodiment of the high-frequency circuit module of the present invention. FIG. 2 (a) is an overall vertical cross-sectional view, and FIG. The principal part (C part) expansion longitudinal cross-sectional view, (c) is the DD 'line horizontal cross-sectional view of C part. FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view showing still another example of the embodiment of the high-frequency circuit module of the present invention.
これら図1乃至図3において、1は第1の基体、2は第2の基体、3は誘電体線路、1aは第1の基体1に形成されている凸部、1bは凸部1aの一部に設けられた切欠き部、2aは第2の基体2に形成されている凹部である。また、4a,4b,4c,4dは第1の基体1の凸部1aと第2の基体2の凹部2aとの間の各部における隙間を示しており、このうち4aおよび4bが凸部1aの側面と凹部2aの側面との間に設けられている隙間である。
1 to 3, 1 is a first substrate, 2 is a second substrate, 3 is a dielectric line, 1a is a protrusion formed on the
図1に示す例の高周波回路モジュールH1は、ミリ波信号等の高周波信号の波長の2分の1以下の間隔で互いに平行に対向する内面を有する第1の基体1および第2の基体2が、それら第1および第2の基体1,2の内面(ここでは第1の基体1の下面と第2の基体2の上面)間に誘電体線路3および高周波回路部品(図示せず)を配置して組み合わされており、第1および第2の基体1,2は、誘電体線路3および高周波回路部品を取り囲むようにして第1の基体1に凸部1aが、第2の基体2に凹部2aがそれぞれ形成されてはまり合っているとともに、凸部1aの側面と凹部2aの側面との間に隙間4a,4bが設けられている構成である。ここでは、凸部1aおよび凹部2aの側面の間の隙間のうちモジュールの内側に位置する隙間を4aで、外側に位置する隙間を4bで示している。また、凸部1aの下面と凹部2aの上面との間の隙間を4cで、それぞれ段状に形成された凸部1aの下面と凹部2aの上面との間の隙間4cとは別の隙間を4dで示している。
The high-frequency circuit module H1 of the example shown in FIG. 1 includes a
また、図1に示す例の高周波回路モジュールH1は、上記構成において、誘電体線路3と第1および第2の基体1,2とで構成される非放射性誘電体線路に伝送される高周波信号の中心周波数における波長をλとしたときに、隙間4aの幅Wおよび高さHは、それぞれλ/4の長さとすることが好適である。また、隙間4b,4c,4dは、なるべく狭い隙間であることが好適である。なお、凸部1aと凹部2aとは、一部が隙間4b,4c,4dを持たずに接触していても構わない。
Further, the high-frequency circuit module H1 of the example shown in FIG. 1 has a high-frequency signal transmitted to a non-radiative dielectric line composed of the
このような構成において、凸部1aおよび隙間4aは、隙間4b,4cを伝搬してきた高周波信号を凸部1aおよびそれらの隙間4b,4cより大きな隙間4aで共振させることにより、隙間4aからさらに隙間4dにこの高周波信号が伝搬して外部に漏洩することを抑制するように、チョークとして働くものである。その際、波長がλの高周波信号の通過は隙間4aでほとんど阻止されるが、波長がλと異なる高周波信号は、この波長のずれに応じた強度で隙間4aから隙間4dに漏洩することとなる。 In such a configuration, the convex portion 1a and the gap 4a are further separated from the gap 4a by causing the high-frequency signal propagating through the gaps 4b and 4c to resonate at the gap 4a larger than the convex portion 1a and the gaps 4b and 4c. It acts as a choke so as to suppress this high frequency signal from propagating to 4d and leaking to the outside. At this time, the passage of the high-frequency signal having the wavelength λ is almost blocked by the gap 4a, but the high-frequency signal having a wavelength different from λ leaks from the gap 4a to the gap 4d with an intensity corresponding to the wavelength shift. .
また、隙間4bは、誘電体線路3あるいは高周波回路部品に伝送される高周波信号の伝送方向に向かって開いていないため、誘電体線路3あるいは高周波回路部品から漏洩される高周波信号があってもそれが入射しにくくなっている。すなわち、第1および第2の基体1,2の間に設けられたこの隙間4bは、等価的には非放射性誘電体線路に接続された導波管の開放終端部と見ることができるが、図5に示した従来の例のように非放射性誘電体線路の誘電体線路13の延長上に導波管の開放終端部(隙間16が対応する。)が設けられたときよりも、非放射性誘電体線路の誘電体線路3に伝送される高周波信号の伝送方向に垂直な方向に導波管の開放終端部(隙間4bが対応する。)が設けられたときの方が、誘電体線路3から漏洩された高周波信号の伝送方向に対して折れ曲がりがある分だけ損失が大きくなるので、誘電体線路3あるいは高周波回路部品から漏洩される高周波信号が隙間4bに結合しにくくなり、隙間4bは、高周波信号の透過損失を大きくするように働くものとなる。
Further, since the gap 4b is not open in the transmission direction of the high-frequency signal transmitted to the
従って、図1に示す例の高周波回路モジュールH1によれば、上記構成により、凸部1aの側面と凹部2aの側面との間に設けられた隙間4bが高周波信号の伝送方向に向かって開いてないため、この隙間4bに誘電体線路3または高周波回路部品からの漏洩モードが結合しにくい上に、凸部1aおよび凸部1aの側面と凹部2aの側面との間に設けられた隙間4aが高周波信号に対するチョークとして有効に機能するので、高周波回路モジュールM1の外部に漏洩する高周波信号を効果的に抑制することができる。
Therefore, according to the high frequency circuit module H1 of the example shown in FIG. 1, with the above configuration, the gap 4b provided between the side surface of the convex portion 1a and the side surface of the concave portion 2a opens toward the transmission direction of the high frequency signal. Therefore, the leakage mode from the
本発明の高周波回路モジュールにおいて、第1の基体1および第2の基体2は、非放射性誘電体線路の構成要素である平行平板導体としての機能と、一まとまりの高周波回路を内部に収容するとともにその内部の気密に収容するための容器としての機能とを有するものであり、それら第1の基体1および第2の基体2は、組み合わされる際の対向する間隔がその高周波回路に用いられる高周波信号の波長の2分の1以下である平行な内面を有しており、この内面が導電性を有し、この内面の広さがその内面間に誘電体線路3および高周波回路部品を実装するのに十分な広さとされているものである。例えば、周波数が77GHzのミリ波帯の高周波信号に対しては、その内面間の間隔およびその内面の広さは、それぞれ1.8mm程度および数cm角程度とすればよい。また、第1の基体1および第2の基体2の肉厚は、モジュールとして必要とされる剛性が確保されるのに十分な厚さとすればよい。例えば、周波数が77GHzのミリ波帯の高周波信号を用いるモジュールでは、平行な内面を構成する部分の肉厚を1mm以上とすればよい。
In the high-frequency circuit module of the present invention, the
また、第1の基体1および第2の基体2の材料には、銅,アルミニウム(Al),鉄(Fe),銀(Ag),金(Au),白金(Pt),SUS(ステンレススチール),真鍮(Cu−Zn合金)等を用いればよい。特に、アルミニウム(Al)は加工性および耐久性の点で好適である。また、樹脂やセラミックス等の誘電体を用い、導電性の必要な部分の表面に膜状もしくは板状の上記材料から成る金属を付着させてもよい。
The materials of the
また、第1の基体1および第2の基体2の製造には、所謂NC旋盤を用いた切削やダイキャスト、MIM(メタル・インジェクション・モールド)等の粉体射出成形を用いればよい。
For the production of the
第1の基体1に設けられた凸部1aは、第2の基体2に設けられた凹部2aとはまり合うものであるとともに、それを透過しようとする高周波信号に対しては、その高周波信号の電磁界により誘導電流がその表面に流れて電気等価回路的にインダクタンス(L)として働くものである。そのような働きを本発明の高周波回路モジュールにおいて効果的に持たせるには、凸部1aの断面形状は、高周波信号の波長λに対して幅がλ/4である矩形状とし、その表面を導電性とすればよい。
The convex portion 1a provided on the
また,第2の基体2に設けられた凹部2aは、第1の基体1に設けられた凸部1aとはまり合うものであるとともに、そのはめ合いを透過しようとする高周波信号に対しては、そのはめ合いの内側に形成された隙間4aが電気等価回路的にキャパシタンス(C)として働くものである。そのような働きを本発明の高周波回路モジュールにおいて効果的に持たせるには、凹部2aは、そのはめ合いの内側に形成される隙間4aの断面形状が、高周波信号の波長λに対して幅Wがλ/4であり、高さHがλ/4である矩形状となるようにし、その表面を導電性とすればよい。
Further, the concave portion 2a provided in the
そして、これら凸部1aと凹部2aとがはまり合うことにより、第1の基体1と第2の基体2とで構成される容器の内部に誘電体線路3および高周波回路部品が収容されて、気密性に優れ、はまり合っている凸部1aと凹部2aとがLC共振するため、容器の内部から外側へそのLC共振の共振周波数に近い周波数の高周波信号が漏洩しにくくなった高周波回路モジュールH1が構成される。このLC共振の共振周波数を、漏洩を阻止(チョーク)しようとする高周波信号の周波数に対応させるには、その周波数に対応させて凸部1aおよび凹部2aの寸法を適宜調整すればよい。
Then, when the convex portion 1a and the concave portion 2a are fitted together, the
誘電体線路3は、高周波信号を伝送するためのものであり、材料には、四フッ化エチレン,ポリスチレン等の樹脂、または低比誘電率のコーディエライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2)セラミックス,アルミナ(Al2O3)セラミックス,ガラスセラミックス等のセラミックスが好適であり、これらはミリ波帯域において低損失である。また、誘電体線路3の断面形状は基本的には矩形状であるが、矩形の角部をまるめた形状であってもよく、高周波信号の伝送に使用される種々の断面形状のものを使用することができる。また、誘電体線路3は、例えば、周波数が77GHzのミリ波帯の高周波信号を伝送し、材料に比誘電率が4.8のコーディエライトセラミックスを用いる場合には、幅が0.8mm程度であり、高さが1.8mm程度である矩形状とすればよい。
また高周波回路部品は、誘電体線路3に接続されて高周波回路を形成し、個々の高周波回路要素として機能するものであり、その具体的な部品としては、高周波信号を発生させる発振器,高周波信号を変調する変調器,複数の高周波信号を混合するミキサー,高周波信号を分岐するカプラー,外周に配置された3つ以上の入出力端子を有し時計回りまたは反時計回りに一つのその入出力端子から入力した高周波信号を隣接する他の入出力端子から出力させるサーキュレータ,一つの入力端子および一つの出力端子を有しその入力端子から入力された高周波信号をその出力端子へ出力し、その入力端子からは高周波信号を出力させないアイソレータ,高周波信号を共振させる共振器,高周波信号の位相を変化させる移相器,および開放終端部を有しその開放終端部から高周波信号を放射させる放射器等がある。
The high-frequency circuit component is connected to the
そして、以上のように構成された本発明の高周波回路モジュールH1は、例えば、高周波信号を送信し、目標物で反射して戻ってきたその高周波信号を受信して、その目標物までの距離等を測定するレーダとして、あるいは高周波信号の周波数の半分以下の周波数の低周波信号を重畳した高周波信号を用いてその低周波信号を送受信するトランシーバとして用いることができる。 The high-frequency circuit module H1 of the present invention configured as described above transmits, for example, a high-frequency signal, receives the high-frequency signal reflected back from the target, and receives the distance to the target. It can be used as a radar that measures the frequency of a low frequency signal or a transceiver that transmits and receives the low frequency signal using a high frequency signal superimposed with a low frequency signal having a frequency equal to or less than half the frequency of the high frequency signal.
次に、図2に示す例の高周波回路モジュールH2は、高周波回路モジュールH1と同様の構成において、さらに凸部1aの一部にこの凸部1aを内外に貫通するように、隙間4aの高さHと同程度の高さおよび所定の長さDの切欠き部1bが形成されているものである。この構成において切欠き部1bは、好ましくは、凸部1aの側面と凹部2aの側面との間に誘電体線路3および高周波回路部品を取り囲むように形成されている隙間4bに沿って、長さDがλ/4の長さで、切欠き部1b間の間隔もλ/4で、隙間4bの全周にわたって、あるいは部分的に設けられているとよい。このように凸部1aに対して切欠き部1bを形成することにより、誘電体線路3および高周波回路部品を取り囲むようにしてはまり合っている凸部1aと凹部2aとの間に形成される環状の隙間4bについて、高周波信号に対してその隙間4bを周回する共振モードをも抑制することができ、高周波信号の高周波回路モジュールH2の外部への漏洩をさらに効果的に抑制することができるものとなる。
Next, the high-frequency circuit module H2 in the example shown in FIG. 2 has the same configuration as the high-frequency circuit module H1, and the height of the gap 4a so that the convex portion 1a penetrates the convex portion 1a inward and outward in a part of the convex portion 1a. A notch 1b having a height similar to H and a predetermined length D is formed. In this configuration, the notch 1b preferably has a length along the gap 4b formed so as to surround the
本発明の高周波回路モジュールにおいては、誘電体線路3または高周波回路部品から漏洩した高周波信号は、誘電体線路3または高周波回路部品とそれらに側方で対向する第1の基体1の側壁との間で漏洩モードによる電界の定在波を生じることとなる場合がある。これに対しては、図3に本発明の高周波回路モジュールの実施の形態のさらに他の例を示す高周波回路モジュールH3におけるように、第1の基体1の側壁1cに対して凸部1aの内側の側面がモジュールの内側に位置するように凸部1aを形成して、高周波信号の漏洩モードによる定在波の電界の弱い箇所に隙間4bの開口が位置するようにすると好適である。このような構成により、誘電体線路3あるいは高周波回路部品から漏洩される高周波信号が隙間4bに一層結合しにくくなり、この高周波信号に対する隙間4bによる透過損失を大きくするように働くので、高周波回路モジュールH3の外部に漏洩する高周波信号をより効果的に抑制することができるものとなる。
In the high-frequency circuit module of the present invention, the high-frequency signal leaked from the
なお、以上のような本発明の高周波回路モジュールH1,H2,H3において、第1の基体1の凸部1aと第2の基体2の凹部2aとの当接面を設ける場合は、凸部1aの下面と凹部2aの上面との間で隙間4cまたは隙間4dが形成される部分に設ければよい。この場合に、当接面の加工精度等により当接面の一部に隙間4c,4dが開いていたとしても、凸部1aおよび凸部1aの側面と凹部2aの側面との間に設けた隙間4aが高周波信号に対してチョークとして機能するので、高周波回路モジュールH1,H2,H3の外部に漏洩される高周波信号は良好に抑制される。
In the high-frequency circuit modules H1, H2, and H3 of the present invention as described above, when providing a contact surface between the convex portion 1a of the
かくして、本発明によれば、内部に誘電体線路と高周波回路部品とを有しており、内部で伝送される高周波信号の外部への漏洩が抑制された高周波回路モジュールを提供することができるものとなる。 Thus, according to the present invention, it is possible to provide a high-frequency circuit module having a dielectric line and a high-frequency circuit component inside, and suppressing leakage of a high-frequency signal transmitted inside to the outside. It becomes.
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なうことは何等差し支えない。例えば、第1の基体1と第2の基体2とのそれぞれに環状にあるいは多重の環状に複数の凸部1aと複数の凹部2aとを設け、隙間4aの幅Wまたは高さHをそれら複数の凸部1aの側面と凹部2aの側面との間で異なる設定としてもよい。この場合には、中心周波数における波長がλと異なる高周波信号に対しても、高周波回路モジュールの外部への漏洩をより効果的に抑制することができるものとなる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, each of the
1 :第1の基体
1a:凸部
1b:切欠き部
1c:側壁
2 :第2の基体
2a:凹部
3 :誘電体線路
4a,4b,4c,4d:隙間
H1,H2,H3:高周波回路モジュール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: 1st base | substrate 1a: Convex part 1b: Notch part 1c: Side wall 2: 2nd base | substrate 2a: Concave part 3: Dielectric line | wire 4a, 4b, 4c, 4d: Gap H1, H2, H3: High frequency circuit module
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