JP2010093322A - 回路装置、及びレーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大きなコスト増加を伴わずに発振器から回路装置外部に漏れる放射電波を低減する。
【解決手段】 所定周波数の信号を発振する発振器が誘電体層の第１の面側に設けられるとともに電波反射体となる導体板を前記誘電体層の内層または第２の面側に有する回路基板と、前記回路基板の前記第１の面側に設けられ前記発振器を覆う電波反射体のシールド部材とを有する回路装置において、前記シールド部材は、その内部空間における電波の共振周波数が前記所定周波数と異なるように当該シールド部材内部空間を区分けする遮蔽部材をさらに有するので、発振器からの放射電波とその反射波との共振を抑制でき、回路装置外部へ漏れる放射電波の強度を低減できる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、所定周波数の信号を発振する発振器が表面に設けられた回路基板と、前記回路基板の表面に設けられ前記発振器を覆う電波反射体のシールド部材とを有する回路装置に関し、特に、回路装置外部に漏れる前記発振器からの放射電波を低減させる技術に関する。

今日、車両の制御支援手段として、電波を送受信して目標物体を検出する車載用のレーダ装置が用いられる。一般に車載用のレーダ装置は、プリント基板などの回路基板にミリ波長の電波信号（送信波）を発振するＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）などの発振器が設けられた、送信波を生成、増幅してアンテナに供給する回路装置を有する。特許文献１には、かかる回路装置を備えた車載用レーダ装置の例が記載されている。

ところで、発振器が発振する送信波は、回路基板の信号線を伝送するほかに、空中に電波として放射される。かかる放射電波は、近隣の他のレーダ装置や通信機器その他の電子装置、あるいは人体に悪影響を及ぼすという問題を招くので、放射電波を抑制する方法が、従来から種々提案されている。その一つとして、回路基板上に設けられた発振器を電波反射体（金属）のシールド部材で覆うことで回路装置外部へ直接的に放射される放射電波を低減させる方法があげられる。

図１は、従来の回路装置におけるシールド部材について説明する図である。図１（Ａ）は、回路装置の概略的な斜視図を示す。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の破線Ｌにおける断面図を示す。

図示するように、この回路装置は、裏面にグランドプレーンとしての導体板を有するプリント基板などで構成される回路基板２と、回路基板２の表面に設けられた発振器４とを有し、さらに発振器４を覆う矩形形状の閉じた空間を形成する電波反射体のシールド部材６とを有する。シールド部材６は、回路基板２とともにビスなどにより不図示のシャーシと固定されることで回路基板２の表面に設けられる。

このような構成により、発振器４からの放射電波は、その一部分はシールド部材６ａの内壁で反射され、また回路基板２の誘電体層を透過した部分は裏面の導体板で反射される。よって、シールド部材６ａと回路基板２表面の微細な隙間から漏れる部分を除き、放射電波の大部分はシールド部材６ａと回路基板２の導体板とで形成される空間（以下、シールド部材６の内部空間という）に封入されるので、空中に直接的に放射される放射電波が低減される。
特開２００６−２９８５８号公報

ところで、上記のような構造では、シールド部材６の内部空間で放射電波が反射波と同位相で共振すると、放射電波の振幅が増幅される。すると、シールド部材６と回路基板２表面の微細な隙間から漏れる放射電波の強度が増幅され、放射電波を低減させる効果が減殺されてしまう。この点、シールド部材６の内壁に電波吸収体を設けることで反射波を抑制し共振を防止することが可能であるが、車載用のレーダ装置には、低価格化の必要により低コスト化が要望されており、電波吸収体を用いることで部材や加工にかかるコストが増加することは望ましくない。

ここで、図１に示したシールド部材６内部空間の寸法を、幅Ａ、図１（Ｂ）の断面図に対し垂直の奥行き方向における奥行きＬ、高さＢとすると、シールド部材６内部空間において共振が生じる電波の周波数（共振周波数）は、次の式により与えられる。なおここでは、パラーメタｍ、ｎ、ｓは、シールド部材６内部空間の各辺で生じる放射電波の波数を示し、Ｃ０は光速を示す。

上記の式（１）によれば、シールド部材６内部空間における放射電波の伝搬距離が放射電波の波長より大きい場合に反射波と同位相で共振が生じることが示される。よって、伝搬距離を波長より小さくすることで共振周波数を発振器の発振周波数より高くし、共振を防止することが可能である。しかしながら、車載用レーダ装置の場合、使用可能な送信波の周波数帯域は電波法により７６〜７７ＧＨｚに制限されており、仮に１０ＧＨｚ程度の発振周波数の発振器により発振した送信波を逓倍して送信するような構成とした場合であっても、汎用的な発振器のサイズ（１０ｍｍ四方程度）を考慮すると、内部空間での電波の伝搬距離が発振器からの放射電波の波長の２分の１（上記例では１．５ｍｍ程度）より小さいようなシールド部材で発振器を覆うことは困難である。

そこで、上記に鑑みてなされた本発明の目的は、大きなコスト増加を伴わずに発振器から回路装置外部に漏れる放射電波を低減することが可能な回路装置等を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面における回路装置は、所定周波数の信号を発振する発振器が誘電体層の第１の面側に設けられるとともに電波反射体となる導体板を前記誘電体層の内層または第２の面側に有する回路基板と、前記回路基板の前記第１の面側に設けられ前記発振器を覆う電波反射体のシールド部材とを有する回路装置であって、前記シールド部材は、その内部空間における電波の共振周波数が前記所定周波数と異なるように当該シールド部材内部空間を区分けする遮蔽部材をさらに有することを特徴とする。

上記側面によれば、前記シールド部材は、その内部空間における電波の共振周波数が前記所定周波数と異なるように当該シールド部材内部空間を区分けする遮蔽部材をさらに有するので、発振器からの放射電波とその反射波との共振を抑制でき、回路装置外部へ漏れる放射電波の強度を低減できる。よって、大きなコスト増加を伴わずに回路装置外部へ漏れる放射電波を低減することができる。

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

図２は、本実施形態における回路装置が車載用のミリ波レーダ装置に適用される例を説明する図である。この回路装置１０は、ミリ波レーダ装置が送信するミリ波長の電波信号（送信波）を生成するとともに、送信波と受信波を処理して両者の周波数差を有するビート信号を生成する送受信回路を構成する。

回路装置１０は、１０ＧＨｚ前後の送信波を発振する発振器４と、発振器４が発振した送信波を７６〜７７ＧＨｚ帯まで逓倍する逓倍器１２と、逓倍された送信波を増幅して送信用アンテナ２０に出力する増幅器１４とを有し、さらに発振器４の動作に必要なバイアス電圧を電源から生成して発振器４に供給するバイアス回路４１を有する。ここで、一般に発振周波数が高い発振器ほど高価であるので、上記のように１０ＧＨｚ前後の発振周波数の発振器４を用いて発振した送信波を逓倍して用いることで、回路装置１０全体としての低コスト化が可能となる。

さらに、回路装置１０は、目標物体により反射され受信用アンテナ２２により受信された受信波を増幅する増幅器１６と、増幅された受信波と送信波の一部とを混合して両者の周波数差を周波数とするビート信号を生成するミキサ１８と、ビート信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１９とを有する。なお、ここで示す回路装置の構成は一例であって、上記構成を全て含まなくてもよい。

そして、Ａ／Ｄ変換されたビート信号は、マイクロコンピュータで構成される信号処理装置３０に出力され、信号処理装置３０はビート信号を処理して目標物体を検出する。

図３は、本実施形態における回路装置１０要部の概略的な斜視図である。回路装置１０は、上述の構成をマイクロストリップラインやコプレーナ導波路による信号線が表面に形成されるとともに、誘電体層の裏面（あるいは内部）にグランドプレーンとしての導体板を有するプリント基板で構成された回路基板２を有する。回路基板２の表面には、発振器４のほか上述した構成に対応する回路素子が備えられる。さらに、回路装置１０は、金属などの電波反射体で構成されるとともに矩形形状の閉じた空間を形成して回路基板２上に設けられた発振器４を覆うシールド部材６を有する。シールド部材６は、回路基板２とともにビスなどにより不図示のシャーシと固定されることで、回路基板２の表面に設けられる。

図４は、図３の破線Ｌ１における断面図を示す。発振器４を覆うシールド部材６の内部空間には、回路基板２の表面から一定距離離間するとともに図４の断面図に対し垂直の奥行き方向に延在する遮蔽部材７が設けられる。この遮蔽部材７は金属などの電波反射体で構成され、シールド部材６内部空間を区分けする。

ここで、上記構成の作用を説明する。発振器４が発振した送信波は、回路基板２表面の信号線（図示省略）を伝送するほか、その一部は空間に放射電波として放射される。するとこの放射電波は、シールド部材６の内壁や遮蔽部材７で反射される。また、放射電波やその反射波は、回路基板２の誘電体層を透過するが、誘電体層の裏面（または内部）に設けられた導体板が電波反射体として機能することでこれにより反射される。このように、発振器４からの放射電波とその反射波の大部分は、シールド部材６と回路基板２との間の微細な隙間から漏れる部分を除き、シールド部材６の内部空間に封入される。

ここで、従来だとシールド部材６内部空間における電波の伝搬距離が放射電波の波長より大きい場合に、放射電波とその反射波がシールド部材６内部空間で同位相で共振し、シールド部材６外部に漏れる放射電波の振幅が増大するという問題があったが、本実施形態では、上記のようにシールド部材６内部空間に遮蔽部材７を設けたことにより、かかる共振を抑制するという効果を有する。

ここで、電波反射体で覆われた矩形形状の閉じた空間内に遮蔽部材を設け、その断面が図５に示すような形状の空洞を形成する場合に、当該空間内において電波が共振する「半同軸空洞共振周波数」は、次の式で与えられることが一般に知られている。ここでは、この空間の寸法を、幅２・ａ、図５の断面図に対し垂直の奥行き方向における奥行きＬｍ、高さｂとし、遮蔽部材の厚さを２・ｃ、遮蔽部材と対向する空洞内壁との距離をｄとする。また、Ｃ０は光速を示す。そして、本図では遮蔽部材の数が１つの場合を図示するが、遮蔽部材の数は２つ以上であってもよく、その場合は、遮蔽部材の厚さの合計を２・ｃとする。

図４に示したシールド部材６、遮蔽部材７、及び回路基板２の導体板は、図５に示す空洞とほぼ等価な内部空間を形成する。よって、本実施形態では、シールド部材６内部空間の寸法（幅Ａ、高さＢ、奥行きＬ）、遮蔽部材７の厚さＣ、及び遮蔽部材７と回路基板２表面の距離Ｄを、上記の式（２）に基づいてシールド部材６内部空間における電波の共振周波数が発振器４の発振周波数と異なるように調節することで、放射電波とその反射波との共振を抑制できる。なおここでは、回路基板２の誘電体層の厚さは無視できる程度に小さいので、遮蔽版７と回路基板２表面の距離Ｄは、実質的に遮蔽板７と回路基板２裏面（あるいは内部）の導体板との距離に対応する。このようにして、放射電波とその反射波とが同位相で共振することによりシールド部材６と回路基板２の間の微細な隙間から漏れる放射電波の強度が増幅されることを防止できる。

ところで、上記の構成では、発振器４からの放射電波とその反射波が回路基板２表面の信号線に結合し、信号線に沿ってシールド部材６外部に伝送されたときに空中に放射されるという問題がある。そこで次に、信号線を介してシールド部材６外部に漏れる放射電波を防止する実施例を示す。

図６は、本実施形態における実施例を説明する図である。この実施例では、シールド部材６で覆われた回路基板２表面の信号線上に、フィルタ機能を有するバイアス回路４１を「フィルタ回路」として設ける。このようにすることで、信号線に結合してこれを伝送する放射電波や反射波をバイアス回路４１が遮断し、バイアス回路４１が設けられた位置からシールド部材６の外部に延伸する信号線を介して放射電波や反射波がシールド部材６外部に漏れることを防止できる。なおここでは、バイアス回路４１がフィルタ機能を兼ね備えることで、回路部品の増加を伴わずにかかる構成が実現される。

さらに、バイアス回路４１に放射電波が直接的に結合し、バイアス回路４１により遮断されずにシールド部材６の外部に信号線を介して伝送されることを防止するためには、図示するように、発振器４とバイアス回路４１を、それぞれ遮蔽部材７により区分けされた異なる領域Ｒ１、Ｒ２に位置するように回路装置１０全体を構成する。そうすることで、放射電波や反射波が遮蔽部材７により反射され、バイアス回路４１に直接的に結合する放射電波を抑制できる。

さらに上記実施例の変形例として、図７、図８に示す構成が可能である。

図７は、遮蔽部材７を複数設けることで、バイアス回路４１を複数配置しながら、それぞれを発振器４とは異なる領域に配置する例を示す。

また、図８では、図８（Ａ）はシールド部材６の平面透視図を示し、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の破線Ｌ２におけるシールド部材６の断面図を示す。ここでは、発振器４を取り囲むように４方に遮蔽部材７を配置し、その外側の領域にバイアス回路４１を配置した例を示す。

図７、図８のように構成することで、フィルタ機能を有するバイアス回路４１を複数設けることにより、放射電波が伝送される信号線の経路を遮断する箇所を増加させることができる。よって、放射電波が漏れることをより確実に防止できる。

いずれの例であっても、上述した式（２）により求められるシールド部材６内部空間の共振周波数が発振器４の発振周波数と異なるように、シールド部材６内部空間の寸法と遮蔽部材７の厚さ及び回路基板２からの距離を調節することで、放射電波と反射波の共振を防止できる。それとともに、発振器４とバイアス回路４１とを遮蔽部材７で区分けされた異なる領域に配置することで、放射電波がバイアス回路４１に結合し信号線を介してシールド部材６外部に漏れることを抑制できる。さらにこのとき、シールド部材６内部空間での共振周波数を発振器４の発振周波数とが異なる範囲で、遮蔽部材７と回路基板２表面との距離を小さくするほど、バイアス回路４１に対する放射電波の結合を防止する効果を高めることができる。

なお、上述した例における遮蔽部材７の数や配置だけでなく、上記の式（２）により求められるシールド部材６の内部空間における共振周波数が発振器４の発振周波数と異なるような構成であれば、本実施形態に含まれる。また、シールド部材６の内部空間の寸法、遮蔽部材７の厚さや導体板との距離の組合せは、シールド部材６の内部空間における共振周波数が発振器４の発振周波数と異なるような組合せであれば、１とおりに限らず種々の組合せが可能である。

上述の説明では、車載用のミリ波レーダ装置における回路装置を例として示した。しかし、発振器の発振周波数は上述したミリ波帯に限られることなく、発振器からの放射電波を低減するためのシールド部材を有し、シールド部材内部空間での発振器からの放射電波と反射波の共振を防止する必要がある回路装置であれば、本実施形態が適用できる。

以上、説明したとおり、本実施形態によれば、大きなコスト増加を伴わずに発振器から回路装置外部に漏れる放射電波を低減することが可能な回路装置が提供される。

従来の回路装置におけるシールド部材について説明する図である。 本実施形態における回路装置が車載用のミリ波レーダ装置に適用される例を説明する図である。 本実施形態における回路装置１０要部の概略的な斜視図である。 図３の破線Ｌにおけるシールド部材部分の断面図を示す。 半同軸空洞共振周波数について説明する図である。 本実施形態における実施例を説明する図である。 図６の実施例の変形例を説明する図である。 図６の実施例の別の変形例を説明する図である。

符号の説明

２：回路基板、４：発振器、６：シールド部材、７：遮蔽部材、１０：回路装置、４１：バイアス回路

Claims (5)

1. 所定周波数の信号を発振する発振器が第１の面側に設けられるとともに電波反射体となる導体板を第２の面側に有する回路基板と、前記回路基板の前記第１の面側に設けられ前記発振器を覆う電波反射体のシールド部材とを有する回路装置において、
   前記シールド部材は、その内部空間における電波の共振周波数が前記所定周波数と異なるように当該シールド部材内部空間を区分けする遮蔽部材をさらに有することを特徴とする回路装置。
2. 請求項１において、
   前記シールド部材内部空間における電波の共振周波数は、前記シールド部材内部空間の寸法、前記遮蔽部材の厚さ、及び当該遮蔽部材と前記導体板との距離に対応することを特徴とする回路装置。
3. 請求項１において、
   前記回路基板は、前記第１の面側に設けられた信号線を介して伝送される前記発振器からの放射電波を遮断するフィルタ回路を当該第１の面側の前記シールド部材で覆われた領域にさらに有することを特徴とする回路装置。
4. 請求項３において、
   前記回路基板は、前記発振器と前記フィルタ回路をそれぞれ前記遮蔽部材で区分けされた異なる領域に有することを特徴とする回路装置。
5. 請求項１乃至４に記載の回路装置を有し、前記所定周波数の信号を送信するレーダ装置。