JP2010004114A - 高周波モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】薄型化が可能な高周波モジュールを提供する。
【解決手段】ケース枠体３、カバー４、５及びケース枠体３の内側に配置されてケース枠体３及びカバー４、５によって囲まれる内部空間を上部空間と下部空間とに画成する中板２を有するケースと、上部空間に収納されて高周波回路部品８ａ、８ｂを上側の面に配置しこの面と反対側の面を中板２に向けた高周波回路基板６と、下部空間に収納されて高周波回路部品８ａ、８ｂへの電源供給及び制御を行う電源制御回路部品のうちの背の高い部品１１を上側の面に配置するとともにこの面と反対側の裏面に背の高い部品１１以外の部品１２ａ，１２ｂを配置し、この裏面を中板２に向けた電源制御回路基板７とを備え、中板２には上部空間及び下部空間を連通する挿通口１３が設けられて、電源制御回路基板７の背の高い部品１１が挿通口１３から上部空間側に突出する。
【選択図】図１

Description

本発明は高周波モジュールに関し、特に高周波モジュールの実装構造に関するものである。

マイクロ波帯の電波を送受信するレーダ装置用のアレイアンテナ装置は、複数のアンテナ素子と、それぞれがこれらのアンテナ素子に接続された複数の高周波モジュールとを有する。各高周波モジュールはケース、高周波回路基板及び電源制御回路基板を有し、これらの基板をこのケース内で上下２枚に２層状に配置している。ケースはケース枠体及びカバーからなる。ケース枠体の内側の高さ方向中間部には水平状の中板が設けられており、この中板によってケース内の空間が上部空間と下部空間とに区切られている。上部空間には高周波回路基板が配置されている。高周波モジュールへの電源供給や制御信号の供給用の電源制御基板をケースの裏側に配置することが一般的である。ケースの長手方向は、高周波回路上の増幅器から出力される高周波信号の伝搬方向と同じにされている。この信号伝搬方向と直交する平面によって高周波モジュールを切断した場合のこの高周波モジュールの断面構造を図４に示す。

図４は従来の高周波モジュールの断面構造の一例を示す図である。高周波モジュール４０のケース枠体５０の上下開口はそれぞれカバー４、５によって覆われている。ケース枠体５０内部には中板５１がケース側壁の高さ方向中間部にこのケース枠体５０と一体に形成されている。中板５１の上側の上部空間には高周波回路基板５２が配置されている。この高周波回路基板５２の上側の面には高周波回路部品８ａ、８ｂが配置されており、これらの高周波回路基板５２及び高周波回路部品８ａ、８ｂによって高周波回路が構成されている。中板５１の下側の下部空間には電源制御回路基板５３が配置されている。この電源制御回路基板５３の下側の面にはコンデンサ５４や電源供給制御用の半導体部品５５、５６といった電源制御回路部品が実装されており、これらの電源制御回路基板５３及び電源制御回路部品により電源制御回路が構成されている。高周波回路基板５２及び電源制御回路基板５３の両者は貫通穴９を通されたバイアスピン１０で接続されている。電源制御回路側にコンデンサ５４など背の高い部品があるとその分だけ電源制御回路の高さ寸法が大きくなり、このため高周波モジュールの高さ寸法も大きくなる。

高周波モジュールの薄型化を図る技術としては、例えば、半導体ＩＣよりも高さの高い電子部品を搭載可能とした半導体ＩＣ搭載モジュールが知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の半導体ＩＣ搭載モジュールのシールドケースの天板部には、半導体ＩＣに対応する部分において基板側に向けた突起が形成されている。また、凹部を有する基板と無線通信用回路を構成する電子部品とを備え、電子部品が前記凹部に配置され、電子部品が前記凹部の領域内に収まるようにした無線通信モジュールも提案されている（特許文献２参照）。
特開２００５−１９８８２号公報 特開２００６−１３５６４０号公報

しかしながら、近年出力トランジスタの高出力化や合成数増加により電源制御回路の部品が大型化しており、大容量コンデンサを設ける必要が出てきている。このため、コンデンサ５４など背の高い部品を搭載した電源制御回路の高さ寸法が大きくなり、この電源制御回路を下部空間に配置して高周波モジュールを構成した場合、この高周波モジュールの高さ寸法も大きくなるという欠点がある。

大容量のコンデンサは、レーダ装置から送信される高周波パルス信号の出力電圧が低下しないように、給電回路からの電荷を蓄えてこの電荷を電源として高周波回路へと供給している。コンデンサを横置きにしてケース内に配置する場合、スペースの制約からコンデンサの数を多くすることができないため、必要なコンデンサ容量を確保することができない。高周波モジュールの実装面積を抑えつつ十分な大きさのコンデンサ容量を確保するためには、コンデンサをケース内で縦置き配置する必要がある。

そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、高周波回路及び電源制御回路基板がそれぞれケースの両面から実装される高周波モジュールにおいて、薄型化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。

このような課題を解決するため、本発明の一態様によれば、ケース枠体、このケース枠体を覆うカバー、及び前記ケース枠体の内側に配置されてこれらのケース枠体及びカバーによって囲まれる内部空間を上部空間と下部空間とに画成する中板を有するケースと、この上部空間に収納されて、高周波回路部品を上側の面に配置しこの面と反対側の面を前記中板に向けた高周波回路基板と、この下部空間に収納されて、この高周波回路部品への電源の供給及び前記高周波回路部品の制御を行う電源制御回路部品のうちの前記下部空間の高さよりも背の高い部品を上側の面に配置するとともにこの面と反対側の裏面にこの電源制御回路部品のうちの前記背の高い部品以外の部品を配置し、この裏面を前記中板に向けた電源制御回路基板と、を備え、前記中板には前記上部空間及び前記下部空間を連通する挿通口が設けられて、この電源制御回路基板の前記背の高い部品はこの挿通口から前記上部空間側に突出したことを特徴とする高周波モジュールが提供される。

本発明によれば、高周波モジュールの薄型化が可能になる。

以下、本発明の実施の形態に係る高周波モジュールについて、図１乃至図３を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。

本発明の実施の形態に係る高周波モジュールはマイクロ波帯の通信機器やレーダ装置などに用いられるフェーズドアレイアンテナ装置に設けられている。フェーズドアレイアンテナ装置はそれぞれアレイ状に配列された複数のアンテナ素子を有し、これらのアンテナ素子から放射される電波の振幅及び位相を制御することによってアンテナパターンを合成しビームの走査を行うものである。各アンテナ素子には高周波モジュールが接続されている。これらの高周波モジュールは被固定部材の面上に一方向に配置固定されている。高周波モジュールは、高周波回路基板と、この高周波回路基板上の部品に電源を供給し制御信号を与える電源制御回路基板と、これらの基板を収納する箱状のケースとを主に有する。

フェーズドアレイアンテナ方式を用いてビーム走査を行う場合、使用されるレーダ波の波長に対し、所望の大きさの合成ビームの最大走査角を得るために最低限とるべきアンテナ素子の素子間隔は決められている。この素子間隔に応じて各高周波モジュールの配列ピッチは決められている。高周波モジュールのケースの幅方向の寸法は一般的には信号波長の１／２以下にされており、この寸法に収まるように、高周波回路基板及び電源制御回路基板はケース内で上下２層状に配置されている。

図１は本発明の一実施形態に係る高周波モジュールの内部を示す断面図である。図２は本実施形態に係る高周波モジュールの内部を示す平面図であり、カバーが取り払われた状態のモジュール内部が示されている。図１に示す構造は図２のＡＢ線で切断したときの高周波モジュールの断面構造である。高周波モジュール１は、上下が開口し内部に中板２が形成されたケース枠体３と、それぞれこのケース枠体３の上下開口を覆うカバー４、５と、この中板２によって画成された上部空間に収納された高周波回路基板６と、中板２によって画成された下部空間に収納された電源制御回路基板７とを備えている。中板２を含むケース枠体３と、カバー４及び５とによってケースが構成されている。この中板２は、ケース枠体３と一体形成されており、ケース枠体３とカバー４、５とが囲む内部空間を、上部空間と下部空間とに分割している。

高周波回路基板６は高周波回路部品８ａ、８ｂを上側の面に配置しており、この面と反対側の面を中板２に向けた状態でケース枠体３に保持されている。高周波回路部品８ａ、８ｂは一例としてそれぞれサーキュレータ、増幅器である。高周波回路基板６には図示しない高周波半導体回路や移相器なども配置されている。

電源制御回路基板７は、図示しない給電回路から給電される電荷を蓄えること、この電荷を電源として高周波モジュール１の各部へ供給すること、及び高周波回路基板６上の部品に対して送信動作及び受信動作の切替え信号などの制御信号を与えることを行う。中板２には貫通穴９が形成されており、この貫通穴９にバイアスピン１０が通されている。電源制御回路基板７から高周波回路基板６への電源の供給はこのバイアスピン１０を介して行われる。この電源制御回路基板７は、それぞれ電源を蓄える複数個の電源制御回路部品１１と、それぞれ高周波回路基板６に配置された高周波回路部品との間で制御信号を授受する電源制御回路部品１２ａ、１２ｂとを設けている。

各電源制御回路部品１１は電解コンデンサといった背の高い部品であり、電源制御回路基板７の上側の面に配置されている。電源制御回路部品１１の背高は下部空間の高さよりも高い。これらの電源制御回路部品１１はケース枠体３の一方の側壁に沿って縦置きで配列されている。電源制御回路部品１２ａ、１２ｂはいずれも各電源制御回路部品１１から高周波回路基板６上の部品に対し、送受信動作の切替えタイミング信号などの制御信号を与えるものであり、各電源制御回路部品１１が配置された面と反対側の裏面に配置されている。電源制御回路基板７はこの裏面を中板２に向けた状態でケース枠体３に保持されている。

また、ケース枠体３の長手方向と、信号増幅用の高周波回路部品８ａから出力される高周波信号の伝搬方向とは同じにされている。ケース枠体３の短辺方向の寸法は信号波長の１／２よりも小さくなるようにされている。

中板２には上部空間及び下部空間を連通する挿通口１３も設けられており、背の高い電源制御回路部品１１はこの挿通口１３から上部空間側に突出するようにして実装されている。挿通口１３は、中板２の一方の端部に形成された切り欠き、又は矩形状の貫通部若しくは開口部である。

本実施形態に係る高周波モジュール１は、電源制御回路の部品のうち、背の高い電源制御回路部品１１を電源制御回路基板７の反対面側から実装し、また、ケースに切り欠き等の挿通口１３を設け、この電源制御回路部品１１が高周波回路側に露出するようにして、ケースとの干渉をなくしたものである。

このような構成の本実施形態に係る高周波モジュールを含むフェーズドアレイアンテナ装置が受信動作を行う場合、各アンテナ素子にて受信された受信信号は各高周波モジュール１に入力される。各高周波モジュール１において、入出力端子１５から入力された受信信号はサーキュレータ８ａを経由して低雑音増幅器において低雑音増幅され、移相器において受信ビームを形成するための位相制御を施されて出力される。

また、このフェーズドアレイアンテナ装置が送信動作を行う場合、各高周波モジュール１において、入出力端子１６から入力された送信すべき信号は、移相器において送信ビームを形成するための位相制御が施され、電力増幅器において電力増幅される。移相器からの出力はサーキュレータ８ａを経由して各アンテナ素子に出力されて、各アンテナ素子から空間に高周波パルス信号が放射される。

このように、本実施形態に係る高周波モジュール１によれば、電源制御回路基板７に実装される背の高い部品がこの電源制御基板７の裏面から実装されて、ケースの挿通口１３から高周波回路側に突出するように実装されているため、高周波モジュール１の薄型化を図ることができるようになる。

ケース枠体３及びカバー４、５によって囲まれる空間がこの高周波モジュール１に対して占める容積を変えずに、コンデンサ容量をとることができるため、高周波モジュール１は、部品の実装効率を向上させることができる。同じコンデンサ容量を実現するために要するモジュール容積について、従来例の高周波モジュールと、本実施形態に係る高周波モジュール１とを比較すると、この高周波モジュール１のモジュール容積は、従来例の高周波モジュールのモジュール容積よりも少なくて済む。従って、本実施形態に係る高周波モジュール１によれば、モジュールサイズの小型化が実現できる。モジュールサイズが小型化されることによって、モジュールの軽量化も実現できる。

以上のように本実施形態に係る高周波モジュール１では、高周波モジュール１の実装構造を見直して実装構造を工夫することによって、高周波モジュール１の薄型化が可能となり、高出力化が要求される高周波モジュール１の薄型化と、小型軽量化とに寄与することができるようになる。

また、このケース短辺方向の寸法は信号波長の１／２以下にされているため、ケース内部の空間において不要な高次モードである導波管モードの励振が生じない。従って、この高周波モジュール１では、ケース内でのループ発振が引き起こされることもない。

また、本発明の実施の形態に係る高周波モジュールは、挿通口１３と高周波回路との間隔に仕切りを追加するようにもできる。図３は本発明の一実施形態の変形例に係る高周波モジュールの内部を示す断面図である。同図に示す符号のうち、上述した符号と同じ要素を有するものはそれらと同じ要素を表す。高周波モジュール１６は、ケース枠体３及びカバー４、５と、上部空間に収納されて図１の高周波回路基板６の実装面積よりも小さい実装面積を有する高周波回路基板１７と、下部空間に収納されて電源制御回路基板７とを備えている。ケース枠体３は、挿通口１３の周縁部から起立して上方に延びるように形成されて上部空間と下部空間との間を電磁遮蔽する間仕切り壁１８を有する。この間仕切り壁１８はケース枠体３と一体形成されている。

このような構成の高周波モジュール１６の送受信動作も図１の高周波モジュール１の送受信動作と同じである。

図３の例では、図１及び図２の例と同様に、電源制御回路の背の高い部品が電源制御回路基板７の反対面から実装されており、ケースに挿通口１３が設けられて、部品が高周波回路側に露出している。この変形例に係る高周波モジュール１６によれば、この挿通口１３に加えてさらに間仕切り壁１８が追加されているため、電源制御回路部品と高周波回路部品との電気的な干渉が防止されるようになる。

尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。上記の実施形態では、電源制御回路基板７上の部品を挿通口１３から上部空間側へ突出させていたが、本発明は、高周波回路基板６の中板２側の面に背の高い部品を配置し、この背の高い部品を挿通口１３から下部空間側へ突出させてもよい。このようにしても、上述した効果と同じ効果を得ることができる。天地を逆転させて部品を配置するような変更を加えた発明に対しても、本発明の優位性は何ら損なわれるものではない。
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の一実施形態に係る高周波モジュールの内部を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る高周波モジュールの内部を示す平面図である。 本発明の一実施形態の変形例に係る高周波モジュールの内部を示す断面図である。 従来の高周波モジュールの断面構造の一例を示す図である。

符号の説明

１，１６…高周波モジュール、２…中板、３…ケース枠体、４，５…カバー、６，１７…高周波回路基板、７…電源制御回路基板、８ａ…サーキュレータ（高周波回路部品）、８ｂ…増幅器（高周波回路部品）、９…貫通穴、１０…バイアスピン、１１…電源制御回路部品（背の高い部品）、１２ａ，１２ｂ…電源制御回路部品、１３…挿通口、１４，１５…入出力端子、１８…間仕切り壁、５０…ケース枠体、５１…中板、５２…高周波回路基板、５３…電源制御回路基板、５４…コンデンサ、５５，５６…半導体部品。

Claims (2)

1. ケース枠体、このケース枠体を覆うカバー、及び前記ケース枠体の内側に配置されてこれらのケース枠体及びカバーによって囲まれる内部空間を上部空間と下部空間とに画成する中板を有するケースと、
   この上部空間に収納されて、高周波回路部品を上側の面に配置しこの面と反対側の面を前記中板に向けた高周波回路基板と、
   この下部空間に収納されて、この高周波回路部品への電源の供給及び前記高周波回路部品の制御を行う電源制御回路部品のうちの前記下部空間の高さよりも背の高い部品を上側の面に配置するとともにこの面と反対側の裏面にこの電源制御回路部品のうちの前記背の高い部品以外の部品を配置し、この裏面を前記中板に向けた電源制御回路基板と、を備え、
   前記中板には前記上部空間及び前記下部空間を連通する挿通口が設けられて、この電源制御回路基板の前記背の高い部品はこの挿通口から前記上部空間側に突出したことを特徴とする高周波モジュール。
2. 前記ケースは、前記挿通口の周縁部から起立して上方に延びるように形成されて前記上部空間と前記下部空間との間を電磁遮蔽する間仕切り壁を有することを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール。

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