JP2008060042A - 高周波モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 導体シャーシと誘電体基板との熱膨張率の差異によるコネクタとストリップラインとの間の接続部のストレスの集中を回避するとともに簡単な構造で伝送線路の反射特性を改善する高周波モジュールを提供する。
【解決手段】 同軸コネクタ５の内導体６と高周波回路のマイクロストリップ線路などの導体パターン２とを接続する導体接続部８を備え、この導体接続部８を、内導体６の先端部分の周表面に接触し、先端部分の先端面を開放する構成とした。
【選択図】 図１

Description

この発明は、高周波を伝送する高周波モジュールに関するものであり、特にプリント配線板のストリップ線路と高周波を入出力するコネクタとの接続に関する。

導体シャーシ（筐体）に固定された同軸コネクタの内導体と誘電体基板（絶縁性基板）に形成された伝送線路とを接続する高周波モジュールでは筐体と絶縁性基板との熱膨張率の差異による歪(ストレス)を軽減するため、はんだ付け等による直接接続を行うのではなく柔軟性のある薄膜の金属リボンやワイヤによる熱圧着法やワイヤボンディング法が用いられる。

例えば、特開昭６３−６９０３号公報図１（特許文献１参照）には、マッチング回路のストリップライン端部２４と同軸コネクタ２のコネクタ内導体６とは金リボン３で接続した高周波回路装置が開示されている。

また、実開昭６１−７７５６７号公報図１（特許文献２参照）には、同軸コネクタの導体と回路基板の導体パターンとをフッ素樹脂シートを介在させて金リボンで電気接続したものがある。

特開昭６３-６９０３号公報（第１図）

実開昭６１−７７５６７号公報（第１図）

しかしながら、特許文献１に記載のものは、柔軟性のある金リボン３を介しているので比較的簡易な構造でストレスを回避しているもののコネクタ内導体６からストリップライン端部２４に向けて金リボン３を信号の伝送方向に垂らすことから反射特性が劣化し、特に出力回路側では出力電力が十分に出力できないという問題点があった。

特許文献２に記載のものは、同軸コネクタ４の導体５の周りに金リボン７を巻いた構造なので広帯域で反射特性の劣化は少ないものの、金リボン７を導体５に巻きつける作業に加えてボンディング作業が必要であるため、工作上の利便性が損なわれるという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされたものであり、導体シャーシ(筐体)と誘電体基板(絶縁性基板)との熱膨張率の差異によるコネクタとストリップラインとの間の接続部のストレス集中を回避するとともに簡単な構造で伝送線路の反射特性を改善する高周波モジュールを提供することを目的とする。

請求項１の発明に係る高周波モジュールは、同軸コネクタの内導体と高周波回路の導体パターンとを接続する導体接続部を備え、この導体接続部を、前記内導体の先端部分の周表面に接触し、前記先端部分の先端面を開放する構成としたものである。

請求項２の発明に係る高周波モジュールは、前記導体接続部は、前記内導体の先端部分を挿着する凹部を設けた導体ブロックである請求項１に記載のものである。

請求項３の発明に係る高周波モジュールは、前記導体接続部は、前記内導体の先端部分を挿入する弾性部材である請求項１に記載のものである。

以上のようにこの発明に係る高周波モジュールによれば、導体接続部は内導体の先端部分の周表面に接触し、内導体の先端部分の先端面は開放される構造となっているので筐体と絶縁性基板との熱膨張率の差異によるコネクタとストリップラインとの間のストレスの集中を接続部がスライドすることにより回避することが可能である。

また、接続部はブロック構造としているので、接続部の不要な空間（隙間）が少ないのでバランスが保たれた伝送線路となり、結果、反射電力特性を改善できる効果を有する。

実施例１．
以下、この発明の実施例１について図１を用いて説明する。図１は、高周波モジュールの入出力端子部周辺の側面図である。図１において、１は誘電体基板（絶縁性基板）、２は絶縁性基板１にパターン形成されたストリップ線路（マイクロストリップライン）、３は絶縁性基板１のストリップ線路２の対向面に全面印刷パターンで形成した地導体、４は絶縁性基板１を載置するとともに地導体３と電気的に接続する導体シャーシ（筐体）、５は筐体４に固定されたコネクタ（同軸コネクタ）、５ａは同軸コネクタ５の変換部、６は同軸コネクタ５の芯線（内導体）であり、先端部分は円柱状で円形の先端面を有する。

７は同軸コネクタ５の外導体であり、筐体４と電気接続される。８はストリップ線路２の高周波伝送方向と直交するストリップ線路の幅方向の領域内に設置され、内部に空洞を設けた導体ブロック（導体接続部とも呼ぶ）であり、８ａは内部に円形状の穴を設けた場合の導体ブロックを示し、８ｂは略Ｕ字形状の溝を設けた場合の凹部を有する導体ブロックを示す。

図２は、高周波モジュールの入出力端子部周辺の平面図である。図２において、Ｓは絶縁性基板１と筐体４との間に設けられた隙間であり、Ｗはストリップ線路幅を示す。図１及び図２中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

図３は、筐体４に載置された絶縁性基板１に導体ブロック８ａを設置した場合の部分側面図であり、コネクタ５の内導体６が導体ブロック８ａの空洞部に挿入された状態を示す。また、図４は、筐体４に載置された絶縁性基板１に導体ブロック８ｂを設置した場合のコネクタ５側から見た部分側面図であり、コネクタ５の内導体６が導体ブロック８ｂの空洞部に嵌合された状態を示す。図３及び図４中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。

図５はストリップ線路２の終端部と同軸コネクタ５の内導体６を導体ブロック８を用いて接続する場合の変換部５ａ周辺の要部断面斜視図であり、導体ブロック８は内部に略Ｕ字形状の溝を設けた導体ブロック８ｂを設置した場合を示す。図６はストリップ線路２の終端部と同軸コネクタ５の内導体６を導体ブロック８ｂを用いて接続する場合の変換部５ａの同軸コネクタ５の対抗側から見た要部側面図である。図６において、９は導体ブロック８とストリップ線路２を接続するためのはんだ材を示す。図５及び図６中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。

次に動作について図１及び図２を用いて説明する。マイクロ波帯域の高周波信号は同軸コネクタ５から入力され、導体ブロック８ａを経由してストリップ線路２に伝搬する。同軸コネクタ５のインピーダンスは５０Ω、その周波数範囲は０〜１２．４ＧＨｚの市販のコネクタを使用するので絶縁性基板１に安価な汎用の０．３ｍｍ厚のＢＴレジン基板を使用する場合はＢＴレジンの実効比誘電率（εｒ）は３．４であり、波長短縮率は０．６１であるのでストリップ線路幅（Ｗ）は０．６８ｍｍとすることで特性インピーダンスの整合が行われる。

また、誘電体損失の少ないフッ素樹脂基板を使用する場合はフッ素樹脂のεｒは２．６であり、波長短縮率は０．６８となるから汎用の０．６ｍｍ厚のフッ素樹脂基板ではストリップ線路幅（Ｗ）は１．５４ｍｍとすることで特性インピーダンスの整合を行っても良い。

次に導体ブロック８の固定方法について説明する。まず、圧延銅を用いた銅張り積層板を写真製版でもってパターン化し、絶縁性基板１に銅材パターンのストリップ線路２を形成する。次にストリップ線路２の所望領域に金（Ａｕ）材料を無電解めっき若しくは電解めっきを施し、銅材露出部の腐食を防止する。ストリップ線路２と導体ブロック８との接続ははんだ材で行う。ストリップ線路２の表面が膜厚０．３μｍ以下のフラッシュ金の場合には直接クリームはんだを塗布して導体ブロック８を取り付け絶縁性基板１をリフローすることでストリップ線路２と導体ブロック８との固定が可能である。また、人的には手動の手はんだで固定しても良い。ストリップ線路２の表面が比較的厚い場合には金材料で接着することになるのでインジウムはんだ材による手はんだでストリップ線路２と導体ブロック８との接着を強固なものとする。

次にマイクロ波帯域における伝送損失について説明する。図７は導体ブロック８ａ、８ｂの代わりに従来の金リボンを使用して同軸コネクタ５の内導体６とストリップ線路２とを接続した試供の高周波モジュールの平面図であり、図８はその側面図である。図７及び図８において９は厚みが２５μｍ、幅が０．５ｍｍの金リボンであり、コネクタ５の内導体６及びストリップ線路２とは熱圧着法で接続した。

図９は図１で示した導体ブロック８を用いてコネクタ５の内導体６とストリップ線路２とを接続した高周波モジュールと、図８で示した金リボン９を用いてコネクタ５の内導体６とストリップ線路２とを接続した高周波モジュールとの各周波数における反射電力を示したものである。反射電力の規格が−２０ｄＢ以下とした場合には本実施例１では４ＧＨｚまでのマイクロ波周波数まで適用できるのに対して金リボンで接続されたものは２ＧＨｚ程度マイクロ波周波数までしか適用できないことが解かる。

以上から筐体４と絶縁性基板１との熱膨張の差異によるストレスは導体ブロック８に設けられた穴や溝をコネクタ５の内導体６がスライドすることで吸収される。また、伝送損失に関しても図８に示す試供品の高周波モジュールでは円柱状の内導体６の頂点で薄膜シート形状の金リボン９と接続し、金リボン９を空中から垂らしてストリップ線路２と接続するので同軸コネクタ変換部５ａにおいて反射電力の不整合が生じるものと推定される。対して実施例１によれば同軸コネクタ５の内導体は６は導体ブロック８で覆われるので同軸コネクタ変換部５ａでの反射電力の不整合は改善されていると理解できる。

実施例２．
実施例１では絶縁性基板１のストリップ線路２上に導体ブロック８ａ又は８ｂを設置したが、実施例２では導体ブロックをソケット形状にしたものについて述べる。

以下、この発明の実施例２について図１０を用いて説明する。図１０は高周波モジュールの入出力端子部周辺の平面図である。図１０において８０は弾性部材である燐青銅薄板材で構成した導体ブロックであり、８０ａは内導体６の先端部分を挿入することにより、内導体６を包み込むように接続する導体ブロック８０の可動部（導体ブロック可動部）、８０ｂは導体ブロック固定部である。また、図１１は高周波モジュールの入出力端子部周辺の側面図であり、９０は導体ブロック８０とストリップ線路２とを溶着させる、はんだ材である。図１０及び図１１中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。

図１２は導体ブロック８０の側面図であり、厚み０．０５ｍｍの燐青銅薄板をパンチ加工後、折り曲げてソケット状にした可動部８０ａとストリップ線路２とはんだ付けで固定する固定部８０ｂとを形成する。ストリップ線路２内に設置した導体ブロック８０の可動部８０ａは弾力性を有し、高周波伝送方向に延びた可動部８０ａの対向する立壁と立壁上部にも設けた可動部８０ａの間に同軸コネクタ５の内導体６を挿入することで内導体６とストリップ線路２とはスライド構成で接続される。

また、導体ブロック８０の固定部８０ｂは、はんだ材９０を用いて実施例１で説明したものと同様の手段でストリップ線路２と接着(固定)する。

図１３は図１２で示した導体ブロック８０を用いてコネクタ５の内導体６とストリップ線路２とを接続した高周波モジュールと、図８で示した金リボン９を用いてコネクタ５の内導体６とストリップ線路２とを接続した試供品の高周波モジュール(試供モジュール)との各周波数における反射電力を示したものである。反射電力の規格が−２０ｄＢ以下とした場合には本実施例２では２．５ＧＨｚまでのマイクロ波周波数まで適用できるのに対して金リボンで接続されたものは２ＧＨｚ程度マイクロ波周波数までしか適用できないことが解かる。実施例２によれば同軸コネクタ５の内導体６は導体ブロック８０の可動部８０ａで部分的に覆われるので同軸コネクタ変換部５ａでの反射電力の整合性は実施例１には及ばないものの試供モジュールに対しては改善されている。

以上から導体ブロック８０をソケット状に形成し、内導体６をはめ込むことにより、温度環境に急激な変化があっても実施例１同様に高周波モジュールの内導体６とストリップ線路との接続部のストレスの集中による接続不良を解消することが可能である。また、同軸コネクタ５や絶縁性基板１の運用時のメインテナンスによる部品の着脱などが容易に行える利点もある。

なお、実施例１及び実施例２では入出力端子部のコネクタは同軸コネクタを用いて説明したが探針などの内導体を備えた導波管型の高周波変換部を備えたコネクタであっても相応の効果を奏する。

さらに実施例１及び実施例２では、比較的低いマイクロ波周波数領域までの反射特性について述べたが、ストリップ線路は絶縁性基板１と上部空気層を跨って電界や磁界が生じるので周波数が高くなるにつれて電界はストリップ線路幅（Ｗ）のエッジに集中し、結果、特性インピーダンスが高くなる傾向があるためストリップ線路幅を細くすることで対処する。また、周波数が高い場合には絶縁性基板１の厚みを薄くし、高誘電率の基板を用いることで反射電力特性の改善が可能である。

この発明の実施例１による高周波モジュールの部分側面図である。 この発明の実施例１による高周波モジュールの部分平面図である。 この発明の実施例１による高周波モジュールの導体ブロック周辺の側面図である。 この発明の実施例１による高周波モジュールの導体ブロック周辺の側面図である。 この発明の実施例１による高周波モジュールの導体ブロック周辺の斜視図である。 この発明の実施例１による高周波モジュールの導体ブロック周辺の側面図である。 試供の高周波モジュールの部分平面図である。 試供の高周波モジュールの部分側面図である。 この発明の実施例１による高周波モジュールの反射電力特性図である。 この発明の実施例２による高周波モジュールの部分平面図である。 この発明の実施例２による高周波モジュールの部分側面図である。 この発明の実施例２による高周波モジュールの導体ブロックの側面図である。 この発明の実施例２による高周波モジュールの反射電力特性図である。

符号の説明

１ 絶縁性基板、 ２ ストリップ線路、 ３ 地導体、 ４ 筐体（導体シャーシ）、 ５ コネクタ(同軸コネクタ)、 ５ａ 同軸コネクタ変換部(変換部)、 ６ 内導体、 ７ 外導体、 ８ 導体ブロック、 ８ａ 中空形状導体ブロック、 ８ｂ 溝型形状導体ブロック、 ９ はんだ材、 １０ 金リボン、 ８０ 導体ブロック、 ８０ａ 可動部（導体ブロック可動部）、 ８０ｂ 固定部（導体ブロック固定部）、 ９０ はんだ材。

Claims (3)

1. 同軸コネクタの内導体と高周波回路の導体パターンとを接続する導体接続部を備え、この導体接続部を、前記内導体の先端部分の周表面に接触し、前記先端部分の先端面を開放する構成とした高周波モジュール。
2. 前記導体接続部は、前記内導体の先端部分を挿着する凹部を設けた導体ブロックである請求項１に記載の高周波モジュール。
3. 前記導体接続部は、前記内導体の先端部分を挿入する弾性部材である請求項１に記載の高周波モジュール。

Images