JP2005217601A

JP2005217601A - 高周波モジュール

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Publication number: JP2005217601A
Application number: JP2004019709A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Fukunaga; 達也福永
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2005-08-11
Also published as: WO2005078854A1

Abstract

【課題】挿入損失が少ない高周波モジュールを提供する。
【解決手段】グランド電極１１が一面に形成された基板３と、一方の面に導波管型導波路用凹部８が形成されると共に一方の面をグランド電極１１に接触させた状態で基板３に装着された高周波モジュール用部品２とを備え、グランド電極１１と導波管型導波路用凹部８の表面との間で形成される導波管型導波路Ａ内に開口するＨ面結合窓１４，１５がグランド電極１１に形成され、基板３は、ＴＥＭモード線路１２，１３が他面に形成され、かつＴＥＭモード線路１２，１３をグランド電極１１におけるＨ面結合窓１４，１５の近傍に短絡させる貫通導体１６，１７が形成されて構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えばマイクロ波やミリ波などの電磁波（高周波信号）を対象とする高周波モジュールに関するものである。

この種の高周波モジュール用部品を用いた高周波モジュールとして、特開２００３−２７３６０５号公報に開示された高周波モジュール（導波管型フィルタ）が知られている。この導波管型フィルタは、高周波モジュール用部品としての筐体２０および基板９を備えて構成されている。筐体２０は、同公報中の図３に示すように、下面が開口すると共に、内部に複数の仕切２３が配設された金属製の箱体に構成されている。基板９は、同公報中の図４に示すように、筐体２０の下面における開口部分を覆う広さに形成されたグランド電極８と、グランド電極８の一辺に接続された信号伝送路６０とが表面に形成されている。また、導波管型フィルタは、同図に示すように、筐体２０が基板９におけるグランド電極８の形成部位に実装されて構成されている。この導波管型フィルタでは、筐体２０の内面とグランド電極８との間に空洞共振器が構成されて、信号伝送路６０を伝搬した信号（ＴＥＭモードの電磁波）は、信号伝送路６０とグランド電極８との接合部分において、空洞共振器内のＴＥモードの電磁波と磁界結合される。
特開２００３−２７３６０５号公報（第４−５頁、第３−４図）

ところが、上述した従来の高周波モジュールには、以下の問題点がある。すなわち、この高周波モジュールでは、信号伝送路６０とグランド電極８とを基板９の表面において接合する構成のため、両者の接合部分において信号伝送路６０の周囲に発生するＴＥＭモードの電磁波に基づく磁界は、信号伝送路６０上方の空間と信号伝送路６０下方の基板９内とを通過することになる。このため、比誘電率の大きい基板９の内部を通過する電磁波の磁界密度は強く、比誘電率の小さい空間中を通過する電磁波の磁界密度は弱くというように、基板９の内部と空間中とにおける磁界密度の偏りが大きくなる。この場合、磁界密度の小さい空間中を通過する電磁波と空洞共振器内の電磁波とが結合することにより、ＴＥＭモードの電磁波からＴＥモードの電磁波に変換される。したがって、この高周波モジュールには、ＴＥＭモードの電磁波からＴＥモードの電磁波に変換する際の効率が低いことに起因して、挿入損失が大きいという問題点がある。なお、この入力部が高周波モジュールの出力部として用いられる場合、ＴＥモードの電磁波からＴＥＭモードの電磁波に変換する際の変換効率が低いため、同様にして、挿入損失が大きいという問題点がある。

本発明は、かかる問題点を解決すべくなされたものであり、挿入損失が少ない高周波モジュールを提供することを主目的とする。

本発明に係る高周波モジュールは、グランド電極が一面に形成された基板と、一方の面に導波管型導波路用凹部が形成されると共に当該一方の面を前記グランド電極に接触させた状態で前記基板に装着された高周波モジュール用部品とを備え、前記グランド電極と前記導波管型導波路用凹部の表面との間で形成される導波管型導波路内に開口するＨ面結合窓が当該グランド電極に形成され、前記基板は、ＴＥＭモード線路が他面または内層に形成され、かつ当該ＴＥＭモード線路を前記グランド電極における前記Ｈ面結合窓の近傍に短絡させる貫通導体が形成されて構成されている。

この場合、前記導波管型導波路用凹部における幅方向の中央部分に前記Ｈ面結合窓を形成し、前記ＴＥＭモード線路と前記グランド電極のうちの前記Ｈ面結合窓の縁部中央部近傍とを短絡するように前記貫通導体を形成するのが好ましい。

また、樹脂成形によって形成し、少なくとも前記一方の面側の表面全域を導電材料でコーティングして前記高周波モジュール用部品を構成するのが好ましい。

本発明に係る高周波モジュールによれば、基板のグランド電極と導波管型導波路用凹部の表面との間で形成される導波管型導波路内に開口するＨ面結合窓をグランド電極に形成し、ＴＥＭモード線路を基板の他面または内層に形成し、かつＴＥＭモード線路をグランド電極におけるＨ面結合窓の近傍に短絡させる貫通導体を基板に形成したことにより、貫通導体が基板の内部に形成されているため、貫通導体の周囲に発生するＴＥＭモードの電磁波の磁界は主として基板の内部を通過する。したがって、貫通導体の周囲に発生する電磁波の磁界は、同じ誘電率の部材内を通過するため、磁界密度の偏りが小さくなる。このため、強い磁界密度のＴＥＭモードの電磁波と導波管型導波路内の電磁波とがＨ面結合窓を介して磁界結合する。したがって、ＴＥモードの電磁波とＴＥＭモードの電磁波との間で効率よくモード変換される。この結果、高周波モジュールの挿入損失を低減することができる。

また、本発明に係る高周波モジュールによれば、導波管型導波路用凹部における幅方向の中央部分にＨ面結合窓を形成し、ＴＥＭモード線路とグランド電極のうちのＨ面結合窓の縁部中央部近傍とを短絡するように貫通導体を形成したことにより、導波管型導波路用凹部とグランド電極とで囲まれた導波管型導波路内に発生するＴＥモードの電磁波の磁界強度が最大となる部位でＴＥＭモードの電磁波と磁気的に結合させることができる。したがって、ＴＥＭモードの電磁波とＴＥモードの電磁波とが良好に磁界結合するため、ＴＥモードの電磁波とＴＥＭモードの電磁波との間でさらに効率よくモード変換される結果、高周波モジュールの挿入損失を一層低減することができる。

また、本発明に係る高周波モジュールによれば、樹脂成形によって形成し、少なくとも一方の面側の表面全域を導電材料でコーティングした高周波モジュール用部品を用いることにより、金属板から削り出して作製される高価な高周波モジュール用部品を用いる構成と比較して、簡易かつ安価に製造することができ、しかも大幅に軽量化することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る高周波モジュールの最良な形態について説明する。

最初に、本発明に係る高周波モジュールの構成について、図面を参照して説明する。

高周波モジュール１は、図１に示すように、高周波モジュール用部品２および基板３を備えて構成され、バンドパスフィルタとして機能する。高周波モジュール用部品２は、図２に示すように、モジュール用部品本体４および一対の仕切壁７，７を備えている。モジュール用部品本体４は、同図に示すように、外形が直方体状に形成されると共に、一方の面（高周波モジュール用部品２の一方の面でもある同図中の上面）４ａ側において、平面視形状が長方形に規定された導波管型導波路用凹部（以下、「導波路用凹部」ともいう）８が均一の深さで形成されている。一対の仕切壁７，７は、導波路用凹部８におけるモジュール用部品本体４の長手方向と平行な一対の内壁面にそれぞれ接した状態で、導波路用凹部８の内面８ａにおけるこの長手方向の中間位置にそれぞれ立設されている。以上のような構成を有する高周波モジュール用部品２は、モジュール用部品本体４および各仕切壁７，７が樹脂成形によって一体的に形成されて構成されている。また、高周波モジュール用部品２は、一方の面側の表面全域が導電材料でコーティングされている。すなわち、内面８ａを含む導波路用凹部８の表面全域、各仕切壁７，７の表面全域および一方の面４ａが導電材料でコーティングされている。なお、高周波モジュール用部品２の表面全域を導電材料でコーティングする構成を採用することもできるが、導電材料の使用量増加を避けるためには、高周波モジュール用部品２の一方の面側の表面全域のみを導電材料でコーティングするのが好ましい。また、高周波モジュール用部品２は、アルミニウムなどの金属板から削り出して作製することもできるが、簡易かつ安価に製造でき、しかも大幅な軽量化も図れるという点で、上述したように、樹脂成形で製造するのが好ましい。

基板３は、例えば、ガラスエポキシ系樹脂材料を用いて平面形状が長方形に形成され、図３に示すように、一面（同図中の上面）にグランド電極１１が形成されると共に、他面（同図中の下面）に一対のＴＥＭモード線路１２，１３がそれぞれ形成されている。同図に示す構成では、基板３の一面全域に亘ってグランド電極１１を形成しているが、これに限定されるものではなく、少なくともモジュール用部品本体４の一方の面４ａ全域と、各ＴＥＭモード線路１２，１３に対向する部位とを包含する広さに規定すればよい。また、グランド電極１１には、一例として長方形のＨ面結合窓１４，１５が、基板３における長手方向の両端面３ａ，３ｂ側に位置し、かつ各端面３ａ，３ｂに平行（つまり、互いに平行）となるようにそれぞれ形成されている。この場合、各Ｈ面結合窓１４，１５は、高周波モジュール用部品２が基板３に実装された状態において、導波路用凹部８内の長手方向の両端寄りにそれぞれ位置（開口）するようにその間隔が規定され、かつ導波路用凹部８の幅方向（同図中のＢ方向）における中央部にそれぞれ配置されるようにその位置が規定されている。また、Ｈ面結合窓１４，１５における導波路用凹部８の中央側の縁部には、グランド電極１１に導通するスルーホールＴＨ，ＴＨ・・がその縁部に沿って複数配設（配列）されている。この場合、各導通体ＴＨは、Ｈ面結合窓１４，１５の下方に位置する基板３の内部において、後述する貫通導体１６，１７を通過するＴＥＭモードの電磁波の磁界Ｈ１（図５参照）を強めて、Ｈ面結合窓１４，１５を介して、そのＴＥＭモードの電磁波と導波路用凹部８内を伝搬するＴＥモードの電磁波とを良好な状態で磁界結合させる。具体的には、スルーホールＴＨ，ＴＨは、擬似的な導体壁として機能し、貫通導体１６，１７を通過する電磁波の基板３の基板面方向への必要以上な拡散を防止して上記の磁界Ｈ１を強めるために、その間隔が所定値以下（例えば電磁波の波長の１／４以下）に設定されている。なお、基板３の裏面側（グランド電極１１の非形成面）にスルーホールＴＨに電気的に接続されるグランド電極を形成することもできる。

各ＴＥＭモード線路１２，１３は、基板３の両端面３ａ，３ｂ側から、対応する各Ｈ面結合窓１４，１５に向けて直線的に延出して形成されることにより、それぞれマイクロストリップ線路に構成されている。また、ＴＥＭモード線路１２は、基板３の内部に形成された貫通導体（スルーホールまたはビアホール）１６を介して、その先端部がグランド電極１１のうちのＨ面結合窓１４における端面３ａ寄りの縁部中央部近傍に短絡されている。ＴＥＭモード線路１３も同様にして、基板３の内部に形成された貫通導体（スルーホールまたはビアホール）１７を介して、その先端部がグランド電極１１のうちのＨ面結合窓１５における端面３ｂ寄りの縁部中央部近傍に短絡されている。

また、高周波モジュール１は、図１，４に示すように、基板３におけるグランド電極１１の形成面に高周波モジュール用部品２を実装して構成されている。この実装状態では、高周波モジュール用部品２の導波路用凹部８がグランド電極１１によって閉塞されている。この構成により、導電材料でコーティングされた導波路用凹部８の表面およびグランド電極１１で囲まれた領域は、空洞に形成されて、ＴＥモードの電磁波を伝搬する導波管型導波路Ａとして機能する。上記した各Ｈ面結合窓１４，１５は、導波管型導波路Ａにおける基板３の長手方向に沿った両端部側に位置するように形成されている。また、この導波管型導波路Ａは、両図に示すように、一対の仕切壁７，７で区画された２つの領域を内部に備え、この２つの領域のうちのＴＥＭモード線路１２側の領域が空洞型の共振器２１を構成し、ＴＥＭモード線路１３側の領域が空洞型の共振器２２を構成する。

次に、高周波モジュール１の動作について、図５を参照して説明する。

この高周波モジュール１では、同図に示すように、ＴＥＭモード線路１２に入力されたＴＥＭモードの電磁波Ｗ１は、ＴＥＭモード線路１２を経由して貫通導体１６に達し、次いで、貫通導体１６内を通過する。そして、その際に、貫通導体１６の周囲に環状の磁界Ｈ１を発生させる。この場合、共振器２１のＥ面において磁界Ｈ１の方向と共振器２１に発生する電磁波の磁界Ｈ２の方向とが一致する。したがって、ＴＥＭモードの電磁波Ｗ１と共振器２１内の電磁波（磁界Ｈ２）とがＨ面結合窓１４を介して磁界結合する。この際に、ＴＥＭモード線路１２とは異なり、貫通導体１６が基板３の内部に形成されているため、磁界Ｈ１は誘電体としての基板３の内部を通過する。したがって、貫通導体１６の周囲に発生する電磁波Ｗ１の磁界Ｈ１は、同じ誘電率の部材内を通過するため、磁界分布の偏りが小さくなる。このため、強い磁界密度のＴＥＭモードの電磁波Ｗ１と共振器（導波管型導波路）２１内を伝搬するＴＥモードの電磁波（磁界Ｈ２）とが磁界結合する。したがって、ＴＥＭモードの電磁波Ｗ１とＴＥモードの電磁波（磁界Ｈ２）との間で効率よくモード変換される。この結果、高周波モジュール１の挿入損失が低減される。また、この高周波モジュール１では、Ｈ面結合窓１４が導波路用凹部８の幅方向における中央部に配置され、かつ貫通導体１６がグランド電極１１のうちのＨ面結合窓１４における端面３ａ寄りの縁部中央部近傍に短絡しているため、ＴＥＭモードの電磁波Ｗ１（磁界Ｈ１）は、共振器２１内を伝搬するＴＥモードの電磁波（磁界Ｈ２）の磁界強度が最大となる部位でＴＥモードの電磁波と磁界結合する。したがって、ＴＥＭモードの電磁波Ｗ１（磁界Ｈ１）は、共振器２１内の電磁波（磁界Ｈ２）と良好な状態で磁界結合する。つまり、ＴＥＭモードの電磁波Ｗ１（磁界Ｈ１）がＴＥモードの電磁波（磁界Ｈ２）に効率よく変換される。

次いで、共振器２１内の電磁波（磁界Ｈ２）は、一対の仕切壁７，７間に形成された隙間をＥ面結合窓として、共振器２２内の電磁波（磁界Ｈ３）と磁界結合することによって共振器２２内に図５に示す磁界Ｈ３が発生する。一方、貫通導体１７に発生するＴＥＭモードの電磁波Ｗ２の磁界Ｈ４の方向は同図に示す方向となる。このため、電磁波の磁界Ｈ３の方向とＴＥＭモードの電磁波Ｗ２の磁界Ｈ４の方向とが一致する。したがって、共振器２２内の電磁波（磁界Ｈ３）とＴＥＭモードの電磁波Ｗ２とが磁界結合する。この際に、貫通導体１７が基板３の内部に形成されているため、磁界Ｈ４は誘電体としての基板３の内部を通過する。したがって、貫通導体１７の周囲に発生する電磁波Ｗ２の磁界Ｈ４は、同じ誘電率の部材内を通過するため、磁界密度の偏りが小さくなる。このため、共振器（導波管型導波路）２２内を伝搬するＴＥモードの電磁波（磁界Ｈ３）とＴＥＭモードの電磁波Ｗ２とが良好に磁界結合する。したがって、ＴＥモードの電磁波（磁界Ｈ２）とＴＥＭモードの電磁波Ｗ２との間で効率よくモード変換される。この結果、高周波モジュール１の挿入損失が低減される。また、Ｈ面結合窓１５が導波路用凹部８の幅方向における中央部に配置され、かつ貫通導体１７がグランド電極１１のうちのＨ面結合窓１５における端面３ｂ寄りの縁部中央部近傍に短絡しているため、共振器２２内を伝搬するＴＥモードの電磁波（磁界Ｈ３）の磁界強度が最大となる部位でＴＥモードの電磁波（磁界Ｈ３）とＴＥＭモードの電磁波Ｗ２（磁界Ｈ４）とが磁界結合する。したがって、共振器２２内の電磁波は電磁波Ｗ２と良好な状態で磁界結合する。つまり、ＴＥモードの電磁波（磁界Ｈ３）がＴＥＭモードの電磁波Ｗ２（磁界Ｈ４）に効率よく変換される。この後、ＴＥＭモードの電磁波Ｗ２は、貫通導体１７を通過してＴＥＭモード線路１３に達し、このＴＥＭモード線路１３を介して出力される。以上のようにして、この高周波モジュール１は、ＴＥＭモード入力−（ＴＥモード変換−ＴＥＭモード変換−）ＴＥＭモード出力型のフィルタとして機能する。

このように、この高周波モジュール１によれば、導波路用凹部８内に開口するＨ面結合窓１４，１５をグランド電極１１に形成し、ＴＥＭモード線路１２，１３を基板３の他面に形成し、かつＴＥＭモード線路１２，１３をグランド電極１１におけるＨ面結合窓１４，１５の近傍（口縁）に短絡させる貫通導体１６，１７を基板３に形成したことにより、ＴＥＭモードの電磁波Ｗ１からＴＥモードの電磁波（磁界Ｈ２）への変換の際、およびＴＥモードの電磁波（磁界Ｈ３）からＴＥＭモードの電磁波Ｗ２への変換の際に、貫通導体１６，１７の周囲に発生する電磁波の磁界Ｈ１，Ｈ４は、同じ誘電率の部材内を通過するため、磁界密度の偏りが小さくなる。このため、ＴＥＭモードの電磁波Ｗ１とＴＥモードの電磁波（磁界Ｈ１）とを良好に磁界結合させることができると共に、ＴＥモードの電磁波（磁界Ｈ３）とＴＥＭモードの電磁波Ｗ２とを良好に磁界結合させることができる。したがって、ＴＥモードの電磁波（磁界Ｈ１，Ｈ２）とＴＥＭモードの電磁波Ｗ１，Ｗ２との間で効率よくモード変換される。この結果、挿入損失の極めて小さい高周波モジュール１を構成することができる。

また、導波路用凹部８における幅方向（各共振器２１，２２の幅方向）の中央部分にＨ面結合窓１４，１５を形成し、ＴＥＭモード線路１２，１３とグランド電極１１のうちのＨ面結合窓１４，１５の縁部中央部近傍とを短絡するように貫通導体１６，１７を形成したことにより、導波管型導波路Ａ内に発生する（各共振器２１，２２内を伝搬する）ＴＥモードの電磁波（磁界Ｈ２，Ｈ３）の磁界強度が最大となる部位でＴＥモードの電磁波とＴＥＭモードの電磁波Ｗ１，Ｗ２（磁界Ｈ１，Ｈ４）とを磁気的に結合させることができる。したがって、ＴＥＭモードの電磁波Ｗ１，Ｗ２（磁界Ｈ１，Ｈ４）とＴＥモードの電磁波（磁界Ｈ２，Ｈ３）との磁界結合を一層良好に磁界結合させることができる結果、高周波モジュール１の挿入損失を一層低減することができる。

なお、本発明は、上記した構成に限定されない。例えば、導波路用凹部８内に２つの共振器２１，２２を形成した高周波モジュール１について上記したが、共振器の数は２つに限定されず、１つ以上であれば、いくつ設けてもよい。また、上記構成では、高周波モジュール１をバンドパスフィルタとして構成した例について説明したが、共振器を設けずに、高周波モジュールを単なる導波管型導波路として構成することもできる。また、上記した高周波モジュール１として、各ＴＥＭモード線路１２，１３をマイクロストリップ線路で構成した例について上記したが、コプレーナ線路やストリップ線路で構成することもできる。また、基板３として両面基板を用いて、他面（裏面）に各ＴＥＭモード線路１２，１３を形成した高周波モジュール１について上記したが、基板３として多層基板を用いて、その内層に各ＴＥＭモード線路１２，１３を形成する構成を採用することもできる。

高周波モジュール１の構成を示す斜視図である。図１における高周波モジュール用部品２の裏面側から見た斜視図である。高周波モジュール用部品２および基板３の構成を示す分解斜視図である。図１におけるＷ−Ｗ線断面図である。高周波モジュール１の動作を説明するための説明図である。

符号の説明

１高周波モジュール
２高周波モジュール用部品
３基板
４モジュール用部品本体
４ａモジュール用部品本体の一方の面
８導波管型導波路用凹部
１１グランド電極
１２，１３ＴＥＭモード線路
１４，１５Ｈ面結合窓
１６，１７貫通導体

Claims

グランド電極が一面に形成された基板と、
一方の面に導波管型導波路用凹部が形成されると共に当該一方の面を前記グランド電極に接触させた状態で前記基板に装着された高周波モジュール用部品とを備え、
前記グランド電極と前記導波管型導波路用凹部の表面との間で形成される導波管型導波路内に開口するＨ面結合窓が当該グランド電極に形成され、
前記基板は、ＴＥＭモード線路が他面または内層に形成され、かつ当該ＴＥＭモード線路を前記グランド電極における前記Ｈ面結合窓の近傍に短絡させる貫通導体が形成されて構成されている高周波モジュール。
前記Ｈ面結合窓は、前記導波管型導波路用凹部における幅方向の中央部分に形成され、
前記貫通導体は、前記ＴＥＭモード線路と前記グランド電極のうちの前記Ｈ面結合窓の縁部中央部近傍とを短絡する請求項１または２記載の高周波モジュール。
前記高周波モジュール用部品は、樹脂成形によって形成されると共に少なくとも前記一方の面側の表面全域が導電材料でコーティングされている請求項１記載の高周波モジュール。