JP2009302603A - 高周波装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は小型の高周波装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明は、この課題を解決するために、一方に開口を有した金属製の筐体２１と、この筐体２１の開口を覆うように設けられた基板２２とを設け、この基板２２の表面に開口部を塞ぐように導体部２２ａを形成し、筐体２１における開口側の先端部近傍と導体部２２ａとを接続してフィルタ１３を形成するとともに、基板２２の他方の面に高周波回路が形成されるものである。これにより、基板２２の一方面が筐体２１の開口部を塞ぐように設けられ、かつその基板２２の裏面に電子部品２６が実装されるので、小型な高周波装置を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信用などの基地局に用いられる高周波装置に関するものである。

以下、従来の高周波装置について図面を用いて説明する。図６は、従来の高周波装置の側面図である。図６において高周波装置１は、携帯電話などのような双方向通信の基地局内に設けられるものであり、取り付け平板２の上面に受信用のフィルタ装置３と基板４とが搭載される。基板４は両面基板であり、下面側は全面に銅箔が形成されている。

一方基板４の上面には、送信用パワーアンプ（増幅回路の一例として用いた。以下ＰＡという）や受信用低雑音増幅器（増幅回路の他の例として用いた。以下ＬＮＡという）などの高周波回路や、これらのＰＡやＬＮＡなど制御する制御回路が形成されている。そしてこれらの高周波回路をシールドするために、高周波回路を覆うように金属製のカバー５が搭載される。

ここで、ＰＡやＬＮＡなどの増幅器は発熱量が大きいので、これら増幅器が生じる熱の放熱は、増幅器を直接取り付け平板２に固定するか、あるいは基板４における増幅器の直下に多数のスルーホールを設け、基板４の下面の銅箔を取り付け平板２に接触させることによって行われる。そして取り付け平板の下に放熱板（図示せず）などが取り付けられることによって放熱が行われている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平０５−８３１４７号公報

近年の携帯電話の急激な普及や新しい通信方式の導入、あるいは通信サービス地域の拡大などに対応するためには、基地局設備の増設が必要となる。しかし、基地局設備の増設には、新たな土地の取得や増床などの必要が生じる。しかし、特に都会の地域では地価も高く、基地局のための土地の取得や増床など通信事業者の投資が大きくなるという課題を有していた。そこで、この既設基地局の増床の不要や新設における土地の取得費用の削減のために、通信事業者からは基地局に用いる小型の高周波装置に対する欲求が高まってきている。

また、同様の要求などから高周波装置１をアンテナ鉄塔の頂上に設置する要求もある。そこでこのような場合にも、鉄塔頂上部は限られた設置スペースしかなく、ここに多くの高周波装置１を設置するために、高周波装置１の小型化が要求されている。また、高周波装置１を鉄塔上に設置する場合の作業性の面から、高周波装置１の重量を軽量化する必要があり、この軽量化のためにも高周波装置１を小型化する要求が高くなってきている。

そこで本発明は、この問題を解決したもので、小型の高周波装置を提供することを目的としたものである。

この目的を達成するために、一方に開口を有した金属製の筐体と、この筐体の前記開口を覆うように設けられた基板とを設け、この基板の一方の面に前記開口部を塞ぐように導体部を形成し、前記筐体における開口側の先端部近傍と前記導体部とを接続してフィルタ装置を形成するとともに、前記基板の他方の面に高周波回路が形成されるものである。これにより初期の目的を達成することができる。

以上のように本発明によれば、少なくともアンテナで受信した受信信号の入力もしくはアンテナへ送信する送信信号の出力のいずれか一方を行うアンテナ端子と、このアンテナ端子に接続されたフィルタ装置と、このフィルタ装置が接続された高周波回路と、この高周波回路に接続された接続コネクタと、前記高周波回路が形成された基板とを備え、前記フィルタ装置には、一方に開口を有した中空状の筐体と、この筐体の内に設けられた共振素子とを含み、前記基板の一方には前記高周波回路を形成する電子部品が搭載されるとともに、他方には導体部を設け、前記筐体は前記開口が前記導体部で塞がれるように前記基板へ装着され、前記筐体の前記開口側の端部近傍と前記導体部とが接続されたものである。

これにより、基板の一方面が筐体の開口部を塞ぐように設けられ、かつその基板の他方の面に電子部品が実装されるので、小型な高周波装置を実現できる。

（実施の形態１）
以下、本実施の形態における高周波装置１１について、図面を用いて説明する。なお本実施の形態では、ＴＤＭＡ方式の通信方式に用いられる高周波装置１１を用いて説明する。図２は、本実施の形態における高周波装置の回路ブロック図である。図２において、入出力コネクタ１２（アンテナ端子の一例として用いた）は送受信アンテナ（図示なし）に接続され、送受信アンテナで受信した受信信号が入力される。またフィルタ１３からの送信信号を送受信アンテナへ出力する。ここで、フィルタ１３はいわゆるエアーキャビティ型のフィルタであり、本実施の形態では図１に示すように約３ＧＨｚの周波数を通過帯域とし、３段（３つ）のキャビティ（空間）を有したフィルタである。

サーキュレータ１４には、入出力端子１４ａと出力端子１４ｂと入力端子１４ｃの３つの端子を有し、入出力端子１４ａにフィルタ１３が接続されている。一方、出力端子１４ｂにはＬＮＡ１５が接続され、入力端子１４ｃにはＰＡ１６が接続されている。これによりサーキュレータ１４では、フィルタ１３から出力された受信信号を出力端子１４ｂ側へ出力し、ＰＡ１６から出力された送信信号を入出力端子１４ａ側へと出力する。

本実施の形態における高周波装置１１では、ＰＡ１６の増幅度の故障検知やオン・オフあるいは増幅度を制御するための制御回路１７も設けられている。そしてこれら制御回路１７やＬＮＡ１５、ＰＡ１６に接続されるコネクタ１８が設けられている。なお、本実施の形態ではＬＮＡ１５の出力に接続された受信信号出力コネクタ１８ａ、ＰＡ１６の入力に接続された送信信号入力コネクタ１８ｂ、電源用コネクタ（図示せず）と、制御回路１７へ接続される制御信号用コネクタ（図示せず）とが設けられている。

以下に、本実施の形態における高周波装置１１の構造について図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態における高周波装置の断面図であり、図２は同、高周波装置の回路ブロック図であり、図３は、同要部拡大断面図である。図１から図３において、図６と同じものには同じ番号を用いており、その説明は簡略化している。

まずフィルタ１３について説明する。フィルタ１３は、入出力コネクタ１２と金属製の筐体２１と基板２２と共振素子２３とで構成される。入出力コネクタ１２は筐体２１の一方の側面にねじなどによって固定される。

筐体２１は中空形状であり、一方の面に開口２１ａを有している。ここで本実施の形態における筐体２１は、表面処理めっき鋼板をプレス加工などによって、切断・折り曲げして整形されている。この場合、外の枠体と中の仕切り板とはそれぞれ個別に加工され、はんだなどによって接続されて、筐体２１が完成される。なお、本実施の形態における筐体２１には銅めっき鋼板を用いているが、高周波抵抗が小さな金属であれば他の金属によるめっき鋼板を用いても良い。あるいは、筐体２１をダイカスト成型や切削加工などによって形成し、銅あるいは銀などの金属めっきを行ったものでも良い。

基板２２の一方の面には導体部２２ａが形成され、筐体２１は導体部２２ａで開口２１ａが塞がれるように基板２２へ装着され、筐体２１の開口２１ａ側の端部と導体部２２ａとが接続される。さらに筐体２１と導体部２２ａで囲まれる空間の中に共振素子２３が設けられる。具体的には共振素子２３は、導体部２２ａ上に搭載され、はんだ２４（図３に示す）によって接続されている。また、筐体２１と導体部２２ａとの間もはんだによって接続されている。なお、本実施の形態において共振素子２３は導体部２２ａに接続したが、これは筐体２１に接続しても構わない。

ここで、はんだ２４の形状と量は、フィルタ１３の挿入損失などの特性に影響を及ぼす。これは、エアーキャビティのようなフィルタ装置において、キャビティ内の角部には電荷が集中しやすくなる。つまり、共振素子２３と導体部２２ａとの接続部や、筐体２１と導体部２２ａとの接続部などの形状が重要となる。具体的には、角部の形状が鋭角になると電荷が集中する傾向にあり、特性への影響が大きくなる。そこで、図３に示すように、導体部２２ａの上に絶縁膜２５を設け、共振素子２３や筐体２１に対応する位置には絶縁膜２５を形成しない。そして、はんだ２４の形状が鋭角にならぬように、絶縁膜２５の不形成部の寸法を適宜決定する。これにより挿入損失の小さなフィルタ１３を実現できる。またはんだ量のばらつきも小さくできるので、角部の形状のばらつきも小さくでき、高周波装置１１の特性のばらつきも少なくできる。

このように、基板２２の表面に筐体２１を接続することによって、導体部２２ａがフィルタ１３の蓋の役目を果たし、フィルタ１３のキャビティの一部を構成することとなる。そして基板２２の他方の面には電子部品２６が装着され、サーキュレータ１４、ＬＮＡ１５、ＰＡ１６などの高周波回路や制御回路１７などの回路が形成される。したがって小型な高周波装置１１を得ることができる。

ここで、基板２２は４層の多層基板であり、基板２２の裏面に形成された高周波回路をシールドするために、基板２２の内層導体にはグランド層２２ｂが設けられ、ＬＮＡ１５やＰＡ１６のグランドはグランド層２２ｂへ接続される。このようにすることで、ＬＮＡ１５やＰＡ１６などで発する熱はグランド層２２ｂを介して放熱できるので、小型化に伴って放熱面積が減少するにもかかわらず、良好に放熱できる。また従来のような取り付け平板２を用いずとも放熱ができる。従って高周波装置１１を軽量化かつ小型化することができる。

なお、グランド層２２ｂは、少なくとも導体部２２ａとほぼ同じか、むしろ大きく設けることが望ましい。これによりグランド層２２ｂが、フィルタ１３と高周波回路との信号の干渉などを少なくできる。ここで高周波回路は、基板２２の裏面に電子部品２６を実装されることで形成される。そしてこの高周波回路をシールドするために、これらの電子部品２６を覆うように、基板２２の他方の面に金属製のカバー２７が接続される。このように高周波回路はグランド層２２ｂとカバー２７とに囲まれることになるので、しっかりとシールドできる。

このように、ＬＮＡ１５やＰＡ１６などで発する熱はグランド層２２ｂを経由しカバー２７を介して放熱できるので、小型化に伴って放熱面積が減少するにもかかわらず、良好に放熱できる。また従来のような取り付け平板２を用いずとも放熱ができる。従って高周波装置１１を軽量化かつ小型化することができる。ここで、カバー２７は表面処理鋼板をプレス加工などによって切断・折り曲げて整形しているので、カバー２７を安価に得ることができる。カバー２７はプレス加工に限らず、ダイカスト加工や切削加工などによって形成したものでも良い。ただし、いずれの場合も熱伝導性の良好な材料、表面処理を選択することが重要である。

本実施の形態においてコネクタ１８は、基板２２の上面（導体部２２ａと同じ側）に装着されている。これによりカバー２７にはコネクタ１８のための孔を設ける必要が無く、シールド性が良好である。また、カバー２７の下に放熱板を取り付けてもコネクタの挿抜に際し作業性を損なわれ難くできる。

なお、本実施の形態では、基板２２のカバー２７の側面部に対応する位置に凹部２２ｄを設ける。これによって、凹部２２ｄの底にグランド層２２ｂを露出させ、この露出部２８でカバー２７と接触させる。これにより、カバー２７とグランド層２２ｂとが直接接続されるので、シールド性は良好である。また、ＬＮＡ１５やＰＡ１６で発生する熱は、グランド層２２ｂを介してカバー２７ヘ効率的に伝達させることができるので、小型化に伴って放熱面積が減少するにもかかわらず、良好に放熱できる。なお、本実施の形態では、カバー２７は基板２２に対して、ネジによって固定するが、これははんだなどによって接続しても良い。

さらに、本実施の形態では導体部２２ａとグランド層２２ｂとの間は非導通としている。これにより高周波回路の信号がフィルタ１３へ漏洩することや、逆にフィルタ１３の信号が高周波回路へ飛び込むことなどを少なくできる。

ここで、フィルタ１３の通過特性を調整するために、筐体２１における共振素子２３の上方の位置に調整ネジ２９を設ける。この調整ネジ２９は回転させる事によって、調整ネジ２９と共振素子２３との間の距離を変化させ、フィルタ１３の通過特性が調整されるものである。なお本実施の形態では、導体部２２ａ上に共振素子２３を配置しているので、調整ネジ２９が基板２２の反対側に突出する。従って、カバー２７の天面２７ａ側は平坦となるので、カバー２７の天面２７ａに放熱板を容易に取り付けることが可能となる。さらに、放熱板との接触面積も大きくできるので、良好な放熱ができる。

図４は、本実施の形態における高周波装置の要部拡大断面図である。図４において、図１から図３と同じものには同じ番号を用い、その説明は簡略化している。ではこの図４を用いて、本実施の形態におけるＬＮＡ１５やＰＡ１６などの増幅回路に用いられる増幅器２６ａの放熱の詳細について説明する。

基板２２の裏面側には凹部２２ｅが形成され、増幅器２６ａは凹部２２ｅへ装着される。ここで、凹部２２ｅの底では、グランド層２２ｂが露出し、増幅器２６ａの本体底面に形成されたグランド端子３１と接続されている。本実施の形態では、電子部品２６と同様にはんだによって接続される。なお増幅器２６ａの本体側面には、入力端子（図示せず）と出力端子（図示せず）とを有し、これらの入力端子と出力端子とはそれぞれ基板２２の裏面の接続導体へはんだ付けされる。このように、凹部２２ｅの底にグランド層２２ｂを露出させ、増幅器２６ａのグランド端子３１がグランド層２２ｂへ直接接続されているので、良好に放熱できる。

さらに、増幅器２６ａが装着される位置の近傍に、グランド層２２ｂの露出部３２を設ける。そしてこの露出部３２に放熱体３３が装着され、装着側と反対側においてカバー２７と接触させる。これにより、増幅器２６ａの近傍で、増幅器２６ａが発した熱をカバー２７へと放熱ができるので、良好に放熱できる。

本実施の形態では、露出部３２は、増幅器２６ａの両側の側面方向において、凹部２２ｅと連結されて形成されている。さらに放熱体３３はコの字型とし、天面部においてカバー２７の内面に取り付けられた接触バネ３４と接触させる。このようにすることにより、さらに良好に放熱できる。

図５は、放熱体３３の他の例である。本実施の形態では基板２２へ放熱体３３を装着し、放熱体３３とカバー２７との間を接触バネ３４によって接触させたが、これは、図５に示すように放熱体３３をカバー２７に一体に形成しても良い。

なお、本実施の形態ではＴＤＭＡ方式の高周波装置１１を用いたが、これは他の通信方式の高周波装置を用いても良い。

本発明にかかる高周波装置は、高周波回路が一体化されたフィルタを小型化できるという効果を有し、特に塔上に設置するような基地局等に用いると有用である。

本実施の形態における高周波装置の断面図 同、高周波装置の回路ブロック図 同、高周波装置の要部拡大断面図 同、高周波装置の要部拡大断面図 同、他の例の放熱体の断面図 従来の高周波装置の側面図

符号の説明

１２ 入出力コネクタ
１３ フィルタ
１８ コネクタ
２１ 筐体
２２ 基板
２２ａ 導体部
２３ 共振素子
２６ 電子部品

Claims (10)

1. 少なくともアンテナで受信した受信信号の入力もしくはアンテナへ送信する送信信号の出力のいずれか一方を行うアンテナ端子と、このアンテナ端子に接続されたフィルタ装置と、このフィルタ装置が接続された高周波回路と、この高周波回路に接続された接続コネクタと、前記高周波回路が形成された基板とを備え、前記フィルタ装置には、一方に開口を有した中空状の筐体と、この筐体の内に設けられた共振素子とを含み、前記基板の一方には前記高周波回路を形成する電子部品が搭載されるとともに、他方には導体部を設け、前記筐体は前記開口が前記導体部で塞がれるように前記基板へ装着され、前記筐体の前記開口側の端部近傍と前記導体部とが接続された高周波装置。
2. 高周波回路には、増幅回路を含む請求項１に記載の高周波装置。
3. 基板は多層基板とするとともに、内層導体層の少なくともいずれかひとつの層には、全面がグランドであるグランド層を設け、増幅回路のグランドは前記グランド層へ接続された請求項２に記載の高周波装置。
4. 基板の他方には、高周波回路を覆う金属製のカバーが装着され、このカバーとグランド層とが接続された請求項３に記載の高周波装置。
5. グランド層と導体部とは非導通とした請求項４に記載の高周波装置。
6. 導体部の上には絶縁膜が形成されるとともに、枠体に対応する位置は前記絶縁膜の不形成部とし、前記導体部と前記枠体の開口側の端部とははんだによって接続された請求項５に記載の高周波装置。
7. 共振素子に対応する位置は絶縁膜の不形成部とし、前記導体部と前記共振素子の基板側端部とは、はんだによって接続された請求項６に記載の高周波装置。
8. 増幅回路に用いる増幅器には、増幅器本体の底面にグランド端子が形成され、基板には前記増幅器本体が装着されるとともにグランド層が露出した凹部を設け、前記増幅器本体が前記凹部へ装着されるとともに、前記グランド層と前記グランド端子とが接続された請求項７に記載の高周波装置。
9. 基板の他方の面には、増幅器の近傍にグランド層の露出部を設け、一方がこの露出部に接続されるとともに他方がカバーの内面と接続された放熱体を有した請求項６に記載の高周波装置。
10. 放熱体はコの字形とし、前記放熱体は増幅器の上方と側方とを囲むように基板へ装着された請求項７に記載の高周波装置。

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