JP2007274106A - High frequency module - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、高周波に属するマイクロ波帯およびミリ波帯の通信装置、レーダ装置等の高周波モジュールに関するものである。 The present invention relates to a high frequency module such as a communication device or a radar device in a microwave band and a millimeter wave band belonging to a high frequency.
従来の受信装置では、IFアンプおよび回路基板の出力端子取付部の上方に金属製のシールド板を取り付けることで、アースの不安定な裏蓋による悪影響を軽減して安定したアース状況を作り出し、さらに空間的な信号反射状況を変えることによってアイソレーション特性を改善している(例えば、特許文献1参照。)。 In the conventional receiver, by attaching a metal shield plate above the IF amplifier and the output terminal mounting part of the circuit board, the adverse effect caused by the unstable back cover of the ground is reduced, creating a stable grounding situation. Isolation characteristics are improved by changing the spatial signal reflection state (see, for example, Patent Document 1).
上記特開2003−37510号公報による受信装置は、金属製のシールド板をシャーシと比較的広い面で接触させているため、そのシャーシとの接触面積の分だけ実装面積が狭くなり、高密度実装に不利という問題があった。 In the receiving apparatus according to the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 2003-37510, the metal shield plate is in contact with the chassis on a relatively wide surface, so that the mounting area is reduced by the contact area with the chassis, and high-density mounting is performed. There was a problem of disadvantage.
この発明は、上述のような問題点を解消するためになされたもので、高密度実装が可能な高周波モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a high-frequency module capable of high-density mounting.
この発明に係わる高周波モジュールは、送信系または受信系の増幅器が搭載された高周波回路基板、上記高周波回路基板を収納・実装し、所定の幅を有し、上記増幅器が送受信する電波の伝搬方向に沿って伸びる所定の長さの内部底面部と、上記内部底面部の幅方向両端部からそれぞれ立ち上がる内壁部を有するケース、上記ケースの上部を覆う外カバー、上記ケース内の上記内壁部中間高さに固定支持される機能回路基板を備え、上記機能回路基板と上記高周波回路基板とで階層基板構造を構成し、上記機能回路基板は、電源・制御回路等の機能を有するとともに、内層全面に地導体ベタパターン、表層に上記地導体ベタパターンに繋がるグランドパターンを有し、上記グランドパターンを介して上記地導体ベタパターンと上記ケースとが導通状態となるものである。 A high-frequency module according to the present invention includes a high-frequency circuit board on which a transmitter or receiver amplifier is mounted, the high-frequency circuit board being housed and mounted, and having a predetermined width in a propagation direction of radio waves transmitted and received by the amplifier. A case having an inner bottom portion extending along a predetermined length and inner wall portions rising from both ends in the width direction of the inner bottom portion, an outer cover covering the upper portion of the case, and an intermediate height of the inner wall portion in the case The functional circuit board is fixed and supported, and the functional circuit board and the high-frequency circuit board constitute a hierarchical board structure. The functional circuit board has functions of a power supply / control circuit and the like, and has a ground surface on the entire inner layer. A solid conductor pattern, having a ground pattern connected to the ground conductor solid pattern on the surface layer, and the ground conductor solid pattern and the case via the ground pattern And it serves as a passing state.
この発明の高周波モジュールによれば、機能回路基板と高周波回路基板とを階層基板構造としたため、高密度実装化が可能になり、機能回路基板の内層の地導体ベタパターンをカットオフ構造に利用することが可能になるという効果がある。 According to the high frequency module of the present invention, since the functional circuit board and the high frequency circuit board have a hierarchical board structure, high-density mounting is possible, and the ground conductor solid pattern on the inner layer of the functional circuit board is used for the cut-off structure. There is an effect that it becomes possible.
実施の形態1.
図1および図2を用いて、この発明の実施の形態1による高周波モジュールについて説明する。図1は、高周波モジュールの分解平面図であり、本発明の高周波モジュールは、高周波回路基板6、9等を収納・実装するケース2と、そのケース2の上部に接触し、これを覆う金属製の外カバー1と、ケース2内の高周波回路基板6、9上に階層基板構造となるように配置される内カバー(機能回路基板に相当する。構成の詳細については後述する。)10、11とにより主に構成されている。
A high-frequency module according to
ケース2は、例えばアルミニウムの削り出し加工によって成形されるものであり、図示するように、平面形状が長方形となり、側壁部高さが一定となるように成形され、内部空間に高周波回路基板6、9等を実装できるようになっており、ケース2内部の中央部には、ケース2の長辺方向に沿って平行な状態に実装する二つの高周波回路基板6、9の実装スペースを分離する壁面部が、底面部から突出するように設けられている。ケース2の内部には、高周波回路基板6、9を収納・実装し、所定の幅を有し、増幅器(後述する。)が送受信する電波の伝搬方向に沿って伸びる所定の長さの内部底面部と、内部底面部の幅方向両端部からそれぞれ立ち上がる内壁部を有している。
The
このケース2の一側壁部(ケース2の平面形状を長方形とすると、その一短辺に相当する。)には、送信入力/受信出力コネクタ3が付設されており、また、別の側壁部(別の短辺に相当する。)には受信入力/送信出力コネクタ4が付設されている。ケース2内には、送信入力/受信出力コネクタ3とケース2内に配置される高周波伝送線路(図1には図示せず。後述の図3に示される高周波伝送線路15と同様の構成である。)によって接続された送受信切替スイッチ5a、送受信切替スイッチ5aを搭載した切替スイッチ搭載基板5が配置される。ケース2内の中央内壁部と、ケース2の一長辺側壁部(ケース2の平面形状を長方形とみた場合。)とで囲まれたケース2の内部底面部には送信系増幅器6aを搭載した高周波回路基板6が収納・実装され、ケース2の中央内壁部と、ケース2の別の長辺側壁部とで囲まれたケース2の内部には受信系増幅器9aを搭載した高周波回路基板9が収納・実装される。
受信入力/送信出力コネクタ4が付設される側のケース2内部には、高周波回路基板6に隣接してサーキュレータ7が配置され、サーキュレータ7と高周波回路基板9との間に受信RF中継基板8が配置される。
A transmission input /
A
ケース2内部の高周波回路基板6、9が収納・実装される内壁部(中央内壁部を含む。)の中間高さには、内カバー10、11を保持するための内カバー保持平面部(機能回路基板保持平面部に相当する。)2aが設けられている。この内カバー保持平面部2aは、図2に、図1中におけるA−A断面図(送信系増幅器6aと受信系増幅器9aを通る、電波の伝搬経路に対して垂直な方向に沿う断面図。)を示すように、内カバー10、11の載置面以下の位置でのケース2内壁部の厚さが、内カバー10、11の載置面より上の位置でのケース2内壁部の厚さよりも厚くなるように構成されており、その内壁部の厚さの相違によって生じる段差の平面部を内カバー保持平面部2aとして用い、内カバー10、11をケース2内壁部の中間高さに保持している。内カバー10、11は、送受信切替スイッチ5、送信系増幅器6、受信系増幅器9への電源回路・制御回路などの機能を有する機能回路基板である。内カバー10、11と高周波回路基板6、9とがそれぞれ階層基板構造を構成しているため、限られた実装面積において、2階建ての基板構造を実現でき、高密度実装が可能となっている。
An inner cover holding flat portion (function) for holding the
この内カバー10(11)は、図2の断面図に示すように、内カバー上層基板10a(11a)、内カバー下層基板10b(11b)、内カバー上層基板10a(11a)と内カバー下層基板10b(11b)との間に介在し、内カバー10(11)の全面に広がって形成される地導体ベタパターン12、内カバー下層配線10b(11b)の表層(高周波回路基板6、9側)に設けられるグランドパターン13によって構成される。内カバー10(11)内層の地導体ベタパターン12と、裏面表層に設けられるグランドパターン13は、内カバー下層配線10b(11b)内を貫通する導電配線であるスルーホール13aによって電気的に接続された状態(導通状態)となっている。なお、内カバー10、11は、例えば、固定ネジ、接着剤を用いるか、溶接によって固定することが可能である。
As shown in the sectional view of FIG. 2, the inner cover 10 (11) includes an inner cover upper layer substrate 10a (11a), an inner cover
次に、この高周波モジュール内を伝搬する電波(RF信号)の流れについて説明する。また、図1中に、電波の伝搬経路を矢印によって示す。まず、送信RF信号は、送信入力/受信出力コネクタ3から入力され、送受信切替スイッチ5で送信系経路を選択し、送信系増幅器6によって増幅され、サーキュレータ7を通過後、受信入力/送信出力コネクタ4から出力される。一方、受信RF信号は、受信入力/送信出力コネクタ4から入力され、サーキュレータ7、受信RF中継基板8を通過し、受信系増幅器9によって増幅され、送受信切替スイッチ5で受信系経路を選択後、送信入力/受信出力コネクタ3から出力される。
Next, the flow of radio waves (RF signals) propagating in the high frequency module will be described. Further, in FIG. 1, the propagation path of radio waves is indicated by arrows. First, the transmission RF signal is input from the transmission input /
図2に、図1のA―A断面図を示すように、この高周波モジュールを構成するケース2は、その内部に高周波回路基板6(9)を配置する構造である。この実施の形態1では、ケース2は、高周波回路基板6(9)を収納・実装するための空間として、高周波回路基板6(9)を収納できる所定の幅を有し、増幅器(6a(9a))が送受信する電波の伝搬方向に沿って伸びる所定の長さの内部底面部と、内部底面部の幅方向両端部からそれぞれ立ち上がる内壁部(上述した中央内壁部と、長辺側壁部に相当する。)を持つ構造である。なお、図2では、ケース2の対向する2面の内壁部間の距離に相当する寸法aと、高周波回路基板6(9)の幅とが同じである場合を示しているが、実装時の裕度を確保するため、高周波回路基板6(9)の幅方向の寸法が、aよりも小さく形成される場合がある。
As shown in the AA cross-sectional view of FIG. 1, the
次に、この高周波モジュールのカットオフ構造について説明する。実施の形態1の高周波モジュールを、方形導波管モデル(電波の伝搬経路に対して垂直な断面の形状が方形(a×b、a>b)である場合)に当てはめると、カットオフ構造を得るためには、ケース2の対向する2面の内壁部間の距離に相当する寸法a(増幅器6(9)が送受信する電波の伝搬経路幅方向の寸法に相当する。)と、伝搬可能な電波の周波数fとの関係が、c/2a<f<c/a(c:光速度)を満たすような構成である必要がある。上記の関係式を満たすa寸法をカットオフ寸法という。方形導波管モデルに当てはめた場合のb寸法は、図2で言うところのケース2の高周波回路基板6(9)を実装する内部底面部表面から、内カバー10(11)内の地導体ベタパターン12底面までの距離に相当する寸法となる(なお、図2は、断面構造を理解しやすいように、縮尺を変えて描いている部分がある。)。a寸法と周波数との関係式については、一般の教科書等に記載されている事項であるため、その説明を省略する。
Next, the cutoff structure of the high frequency module will be described. When the high-frequency module according to the first embodiment is applied to a rectangular waveguide model (when the shape of a cross section perpendicular to the propagation path of a radio wave is a square (a × b, a> b)), a cutoff structure is obtained. In order to obtain, a dimension a (corresponding to a dimension in the propagation path width direction of the radio wave transmitted and received by the amplifier 6 (9)) corresponding to the distance between the inner wall portions of the two opposing surfaces of the
具体的には、この発明による高周波モジュールが用いる電波の周波数fが、マイクロ波帯またはミリ波帯に属する高周波であり、例えば1.5GHzであるとすると(光速度c≒3.0×108m/s)、上記関係式を解いて、100mm<a<200mmの関係となるようにa寸法を設定することで、カットオフ構造を得ることができる。カットオフ構造を得ることで、送受信対象となる高周波以外の波長の信号を伝搬しない(遮断する)構造とすることができる。 Specifically, when the frequency f of the radio wave used by the high frequency module according to the present invention is a high frequency belonging to the microwave band or the millimeter wave band, for example, 1.5 GHz (light velocity c≈3.0 × 10 8 m / s), by solving the above relational expression and setting the a dimension so that the relation of 100 mm <a <200 mm is established, a cut-off structure can be obtained. By obtaining the cut-off structure, a structure that does not propagate (blocks) a signal having a wavelength other than the high frequency to be transmitted and received can be obtained.
このように、内カバー10、11と、高周波回路基板6、9との階層基板構造とすることで高密度実装を図ることができ、さらに、内カバー10、11の内層に地導体ベタパターン12を設けておくことで、地導体ベタパターン12と、高周波回路基板6、9を収納・実装する部分のケース2の内壁面(内壁部の表面がシールド壁となる。)および内部底面部とにより、カットオフ構造を実現でき、送受信対象ではない電波を伝搬しない構造が得られ、高性能化が可能となる。
Thus, high-density mounting can be achieved by adopting a hierarchical substrate structure of the
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2について、図3〜図5を用いて説明する。
先述の実施の形態1では、ケース2の内壁部に内カバー保持平面部2aを形成し、内カバー10、11を保持する場合について示したが、この実施の形態2では、図3に示すように、ケース2内の内カバー10(11)を配置する部分で、ケース2の内壁部に近接する位置に複数本の円柱状の金属ポスト14を配置し、その金属ポスト14の上面において内カバー10、11との固定を図り、内カバー10、11を支持する構造となっている。また、高周波モジュール内の高周波伝送線路を符号15にて示す。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the above-described first embodiment, the case where the inner cover holding
図3のB−B線に沿う断面図を図4に示す。複数本の金属ポスト14は、ケース2内の内部底面部に、その底面が接する状態で、上下方向に伸びるように配置され(全ての金属ポスト14の形状は同一形状であり、高さ等、統一されている。)、金属ポスト14の上面で内カバー10(11)を構成するグランドパターン13と接し、ケース2と内カバー10(11)とが金属ポストを介して導通状態となり、GND電位に保たれている。高周波回路基板6(9)の形状は、金属ポスト14の配置スペースを切り欠いた、切り欠き部を持つ形状であるが、全体的な形状として捉えると、所定の幅(実施の形態1と比較すると、内カバー保持平面部2aを形成しない点で相違する。)を有し、電波の伝搬方向に沿って伸びる所定の長さであるケース2内の内部底面部に収まる長方形の基板形状となる。
FIG. 4 shows a cross-sectional view taken along line BB in FIG. The plurality of
この実施の形態2による高周波モジュールの場合は、金属ポスト4が導電性物質であり、シールド壁の一部を構成するため、図4に示すように、送受信対象となる高周波が伝搬する伝搬経路の最も狭い幅となる箇所、つまり、対向するケース2の内壁部に近接して配置される二つの金属ポスト14間の距離によって寸法aが決まる。このaの寸法が、実施の形態1において示した関係式を満たすように、金属ポスト14を配置することで、地導体ベタパターン12、金属ポスト14、ケース2内壁部および内部底面部によって、この実施の形態2の高周波モジュールにおいてもカットオフ構造を得ることが可能である。
In the case of the high-frequency module according to the second embodiment, the metal post 4 is a conductive material and constitutes a part of the shield wall. Therefore, as shown in FIG. The dimension a is determined by the narrowest width, that is, the distance between the two
また、図5に、図3のB−B断面図の、図4とは異なる断面構造を示す。図4では、金属ポスト14が、ケース2の内部底面部(高周波回路基板6、9の底面に同じ。)から、内カバー10、11の底面(グランドパターン13の裏面側表面)までの高さにかけて設けられた例を示したが、図5では、一定の幅を持つ高周波回路基板6、9がケース2の内部底面に配置され、その高周波回路基板6、9上に金属ポスト14が配置された場合を示す。図5の場合、例えば、金属ポスト14は、その底部がネジの形状となっており、高周波回路基板6、9の固定ネジの役割を果たすように構成することも可能である(図5中への金属ポスト14の底部ネジ形状については記載を省略する。)。なお、図5の場合にあっても、方形導波管モデルに当てはめた場合のa寸法は、金属ポスト14間の距離に相当している。
Further, FIG. 5 shows a cross-sectional structure different from FIG. In FIG. 4, the height of the
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3による高周波モジュールについて説明する。先述の実施の形態2では、図4、図5の断面図にて、内カバー10、11がケース2内の内壁部に内カバー10、11の端面が密着する状態を例示していた。しかし、実際に製品を製造する場合には、実装時の裕度を鑑み、ケース2内の空間よりも小さな寸法の基板(内カバー10、11)となるように製造することがある。その場合、金属ポスト14上に内カバー10、11を載置・固定すると、ケース2の内壁面と内カバー10、11とが密着せず、隙間部が生じてしまう。この実施の形態3による高周波モジュールでは、図6の分解平面図に示す金属テープ16を、ケース2の内壁面と内カバー10、11との間に生じる隙間部を塞ぐ要領で、図7に図6のC−C断面図に示すように貼り付けて用いる。
Next, a high frequency module according to
金属テープ16は、一定の幅を持つ帯状のテープで、例えば半幅となるように、長さ方向に沿って90度の角度に折り曲げられる(金属テープ16の接着面となる裏面側は、270度の角度で折れ曲がった状態となる。)。金属テープ16を折り曲げる箇所については本構造を適応するモジュールによって、隙間部の幅に合わせるなどして変化させることができる。金属テープ16の接着面が、ケース2の内壁と内カバー10、11の上面に接着させる状態となるが、一定面積以上の接着面を確保できるよう、金属テープ16の幅、折り曲げ箇所を決定する。
The
このような、ケース2内における内カバー10、11とケース2の内壁部との隙間を塞ぐように金属テープ16を取り付けたことで、高周波回路基板のシールド性、すなわち空間アイソレーションを改善することが可能である。
なお、図6および図7の構造を実現することにより、実施の形態1および2の場合と同様に、高密度実装化、カットオフ構造の実現可能となることは言うまでもない。
By attaching the
Needless to say, by realizing the structure shown in FIGS. 6 and 7, high-density mounting and a cut-off structure can be realized as in the case of the first and second embodiments.
1 外カバー 2 ケース
2a 内カバー保持平面部 3 送信入力/受信出力コネクタ
4 受信入力/送信出力コネクタ 5 切替スイッチ搭載基板
5a 送受信切替スイッチ 6、9 高周波回路基板
6a 送信系増幅器 7 サーキュレータ
8 受信RF中継基板 10、11 内カバー(機能回路基板)
12 地導体ベタパターン 13 グランドパターン
13a スルーホール 14 金属ポスト
15 高周波伝送線路 16 金属テープ。
DESCRIPTION OF
12 Ground conductor
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