JP2010114109A - 高周波機器 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波回路ブロック間でグラウンドパターンを切断してアイソレーション特性を改善できると共に、切断部での反射を抑制すること。
【解決手段】テレビション信号入力回路３が設けられた第１の高周波回路ブロック６と、周波数変換回路４が設けられた第２の高周波回路ブロック７とで挟まれた第３の高周波回路ブロック１０において、高周波信号伝送線路１２の両側で高周波信号伝送線路１２と磁気的に結合し得る位置に接地線路１３を設け、基板５の裏面の第１の高周波回路ブロック６側に設けられた第１のグランドパターン８と第２の高周波回路ブロック７側に設けられた第２のグランドパターン９とが分離していても、かかる切断部でのインピーダンスを下げて高周波信号伝送線路１２におけるインピーダンス整合を実現した。
【選択図】図２

Description

本発明は、一方の高周波回路ブロックと他方の高周波回路ブロックとが高周波伝送線路を介して接続される高周波機器に関する。

高周波信号を取り扱う高周波機器では、基板（積層基板の中間層を含む）に複数の高周波回路等の回路ブロック（以下、高周波回路ブロックという）が形成されており、高周波回路ブロック間がマイクロストリップライン等の高周波伝送線路で接続されている。

例えば、テレビジョンチューナの場合、高周波フィルタが構成された高周波回路ブロックと高周波フィルタの後段に接続され周波数変換回路が構成された高周波回路ブロックとを備え、双方のブロック間に形成された高周波伝送線路には例えば５０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの高周波信号が伝搬する。図５は高周波機器における高周波回路ブロック間の高周波伝送路構造を示す模式図である。２つの高周波回路ブロック１０１、１０２が形成されており、ブロック間は高周波伝送線路１０３で接続されている。一方の高周波回路ブロック１０１の形成領域に対向してグラウンドパターン１０４が配置され、他方の高周波回路ブロック１０２の形成領域に対向してグラウンドパターン１０５が配置されている。一方の高周波回路ブロック１０１と他方の高周波回路ブロック１０２との間には中間ブロック１０６が形成されている。中間ブロック１０６の基板表面を高周波伝送線路１０３が形成され、基板裏面にグラウンドパターン１０４、１０５と一体のグラウンドパターン１０７が形成されている。

チューナ側の高周波回路ブロック１０２では混合器に入力する局部発振信号を生成している。高周波フィルタ側の高周波回路ブロック１０１とチューナ側の高周波回路ブロック１０２との間のアイソレーションが不十分であると、チューナ側の高周波回路ブロック１０２で生成した局部発振信号が高周波フィルタ側の高周波回路ブロック１０１へ混入して受信性能を劣化させる恐れがある。このため、高周波フィルタ側の高周波回路ブロック１０１のグラウンドパターン１０４とチューナ側の高周波回路ブロック１０２のグラウンドパターン１０５とを切断してアイソレーション特性を改善する提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。

図６は、高周波機器において隣接する高周波回路ブロックのグラウンドパターンを切断した模式図である。２つの高周波回路ブロック１０１、１０２が形成されており、ブロック間は高周波伝送線路１０３で接続されている。一方の高周波回路ブロック１０１の形成領域に対向してグラウンドパターン１０４が配置され、他方の高周波回路ブロック１０２の形成領域に対向してグラウンドパターン１０５が配置されている。一方の高周波回路ブロック１０１のグラウンドパターン１０４と、他方の高周波回路ブロック１０２のグラウンドパターン１０５とは切断部１０８にて完全に分離されている。この切断部１０８によってグラウンドパターン１０４，１０５間のアイソレーションが確保される。
特開２００３−１２４８２６号公報

しかしながら、アイソレーションを改善するために高周波回路ブロック間でグラウンドパターンを切断すると、その切断部でインピーダンス整合が取れなくなり、反射が生じるといった課題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、高周波回路ブロック間でグラウンドパターンを切断してアイソレーション特性を改善できると共に、切断部での反射を抑制することのできる高周波機器を提供することを目的とする。

本発明の高周波機器は、基板の所定領域において高周波信号を取り扱う第１の高周波回路ブロックと、前記基板であって前記第１の高周波回路ブロックとは異なる所定領域において高周波信号を取り扱う第２の高周波回路ブロックと、前記第１の高周波回路ブロックと前記第２の高周波回路ブロックとの間に形成される第３の高周波回路ブロックと、前記第１及び第２の高周波回路ブロックに対して設けられ前記第３の高周波回路ブロックにおいて切断されたグラウンドパターンと、前記第１の高周波回路ブロックから前記第２の高周波回路ブロックにかけて前記第３の高周波回路ブロックを経由して形成された高周波信号伝送線路と、高周波的に接地され前記第３の高周波回路ブロックにおいて前記高周波信号伝送線路と磁気的に結合し得る位置に設けられた導体と、を具備したことを特徴とする。

この構成によれば、第１及び第２のグラウンドパターン間を切断したので第１の高周波回路ブロックと第２の高周波回路ブロックとのアイソレーション特性を改善できる。しかも、第３の高周波回路ブロックにおいてグラウンドパターンを切断することによってインピーダンスが高くなるが、その第３の高周波回路ブロックにおいて高周波信号伝送線路と導体とが磁気的に結合してインピーダンスを下げる方向に作用するので、結果としてグラウンドパターン切断部においてインピーダンス整合する方向にインピーダンス調整され、切断部での反射を抑制することができる。

また本発明は、上記高周波機器において、前記導体は、直流電圧伝送用のバイアス線路であることを特徴とする。

この構成により、直流電圧伝送用のバイアス線路を利用してグラウンドパターン切断部のインピーダンス調整が可能であるので、高周波信号伝送線路における整合をとるための新たな線路を設ける必要がなく、コストアップを最小限に抑えることができる。この場合、直流電圧伝送用のバイアス線路はコンデンサ等で高周波的にグランドに接地されているので、接地線路又は接地と見なせる線路として使用することができる。

また本発明は、上記高周波機器において、前記導体は、前記第１の高周波回路ブロックと前記第２の高周波回路ブロックとに延伸され、前記第１及び第２の高周波回路ブロックにおいては前記高周波信号伝送線路と磁気的に結合しない又は結合が所定以下となる離れた位置に設けられたことを特徴とする。

この構造によれば、インピーダンス調整が必要な第３の高周波回路ブロック以外の領域となる第１及び第２の高周波回路ブロックでは、導体を高周波信号伝送線路と磁気的に結合しない又は結合が所定以下となる離れた位置に設けるので、第３の高周波回路ブロックにおけるインピーダンス整合にだけ寄与させることができ、既存の配線設計をそのまま適用できる。

上記高周波機器において、前記第１の高周波回路ブロックは、高周波フィルタを含むテレビジョン信号入力回路であり、前記第２の高周波回路ブロックは、局部発振回路を含む周波数変換回路であるテレビジョンチューナに適用することができる。

本発明によれば、高周波回路ブロック間でグラウンドパターンを切断してアイソレーション特性を改善できると共に、切断部での反射を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は高周波機器の一つであるテレビジョンチューナの概略図である。図１に示すテレビジョンチューナ１は、アンテナ２と、アンテナ２から出力された高周波信号から所定帯域を取り出す高周波フィルタを有するテレビション信号入力回路３と、テレビション信号入力回路３で抽出された高周波信号に発振回路（図示略）から入力する局部発振信号を乗算して周波数変換する周波数変換回路４とを備える。

図２は、図１のテレビジョンチューナ１における高周波回路ブロック間の信号伝送路の構成を模式的に示した図である。同図において、テレビション信号入力回路３は、配線基板５の第１の高周波回路ブロック６に設けられ、周波数変換回路４は配線基板５の第２の高周波回路ブロック７に設けられる。配線基板５の裏面で、第１の高周波回路ブロック６に対向する領域に第１のグランドパターン８が設けられており、第２の高周波回路ブロック７に対向する領域に第２のグランドパターン９が設けられている。第１の高周波回路ブロック６と第２の高周波回路ブロック７とで挟まれ、第１のグランドパターン８と第２のグランドパターン９とが分離している領域１１を第３の高周波回路ブロック１０とする。

また、第１のグランドパターン８及び第２のグランドパターン９が設けられている面とは異なる面（本例では基板表面）には、第１の高周波回路ブロック６から第３の高周波回路ブロック１０を経由して第２の高周波回路ブロック７を貫く高周波信号伝送線路１２が形成されている。また、高周波信号伝送線路１２と同一形成面である基板表面には、第１の高周波回路ブロック６から第３の高周波回路ブロック１０を経由して第２の高周波回路ブロック７を貫く接地線路１３が形成されている。接地線路１３は高周波的には接地されている。この接地線路１３が第３の高周波回路ブロック１０では高周波信号伝送線路１２とギャップを介して磁気的に結合し得る位置に近接して配置されている。第３の高周波回路ブロック１０は、グラウンドパターンが形成されていないので、第３の高周波回路ブロック１０において高周波信号伝送線路１２はグラウンドパターンが形成されている第１及び第２の高周波回路ブロック６、７に比べて高インピーダンスとなる。本実施の形態では、第３の高周波回路ブロック１０において接地線路１３を高周波信号伝送線路１２に近接配置して磁気的に結合したことにより、第３の高周波回路ブロック１０におけるインピーダンスを下げるように作用する。好ましくは、高周波信号伝送線路１２を高周波信号が伝搬する際に第３の高周波回路ブロック１０におけるインピーダンスと第１及び第２の高周波回路ブロック６、７におけるインピーダンスが均一化（インピーダンス整合）するように、接地線路１３と高周波信号伝送線路１２との間隔及び線幅を設定する。

また、接地線路１３は、第３の高周波回路ブロック１０以外の領域である第１及び第２の高周波回路ブロック６，７では再び高周波信号伝送線路１２から離れて配置され、高周波信号伝送線路１２との間では磁気的に結合しないか又は非常に弱い結合となっている。これは、第３の高周波回路ブロック１０以外の領域でも接地線路１３を高周波信号伝送線路１２に近づけて配置すると、高周波的に高周波信号伝送線路１２の幅を広くしたことと同様になり、インピーダンスが規定値（例えば５０Ω）から外れてインピーダンス不整合となるからである。このインピーダンス変化を低く抑えるために、接地線路１３は第３の高周波回路ブロック１０でのみ高周波信号伝送線路１３に結合可能な位置まで近づけるようにしている。

本実施の形態では第３の高周波回路ブロック１０において高周波信号伝送線路１２の両側から２つの接地線路１３で挟むように配置している。接地線路１３は、高周波的に接地されているか又は接地と見做せる線路であっても良い。また、接地線路の代わりにグラウンドそのものであっても良い。すなわち、主として第３の高周波回路ブロック１０において高周波信号伝送線路１２と磁気的に結合してインピーダンスを調整可能な導体であれば良い。本実施の形態では、接地線路１３として、周波数変換回路４側からテレビション信号入力回路３側へ直流電圧（＋Ｂ）を印加するために設けられたバイアス線路を用いている。バイアス線路は高周波的に接地されており、接地線路１３として機能する。接地線路１３としてバイアス線路を用いることにより、第３の高周波回路ブロック１０のインピーダンス調整のためにだけに新たな高周波部品（線路）を追加する必要がなくなる。

図３は、図２の点線で囲んだ部分を拡大した図であり、具体的な各部の寸法の一例を示している。第３の高周波回路ブロック１０における高周波信号伝送線路１２と接地線路１３とのギャップＬ１を０．２ｍｍ、第１及び第２の高周波回路ブロック６，７（但し、第３の高周波回路ブロック１０の近傍領域を除く）における高周波信号伝送線路１２と接地線路１３とのギャップＬ２を２ｍｍ以上とした。また、第１のグランドパターン８と第２のグランドパターン９とのギャップＬ３を１．５ｍｍとする。また、第１の高周波回路ブロック６と第２の高周波回路ブロック７とをつなぐ基板幅Ｌ４を４．２ｍｍ、高周波信号伝送線路１２の線幅Ｌ５を０．９ｍｍ、接地線路１３の線幅Ｌ６を０．９ｍｍ、基板５の板厚ｔを１．０ｍｍとした。

高周波信号伝送線路１２と接地線路１３との結合度は、線幅が固定であれば、ギャップＬ１の寸法によって変化する。ギャップＬ１の寸法を調整することで、第１のグランドパターン８と第２のグランドパターン９とのギャップＬ３でのインピーダンスを調整できる。また、高周波信号伝送線路１２の線幅Ｌ５と接地線路１３の線幅Ｌ５の設定によってインピーダンスを調整できる。

図４は、図２及び図３に示す高周波伝送路（本実施の形態）と、図６に示す高周波伝送路（従来例）のリターンロス（反射特性）をシミュレーションした結果を示す図である。特性曲線Ａが本実施の形態のシミュレーション結果であり、特性曲線Ｂが従来例のシミュレーション結果である。同図から分るように、高周波信号伝送線路１２と磁気的に結合し得る位置に接地線路１３を設けることで、第１のグランドパターン８と第２のグランドパターン９とが分離していても、リターンロスを低く抑えることができる。従来の高周波伝送路はインピーダンス整合していないために大きなロスが生じているが、本実施の形態の高周波伝送路では接地線路１３によりインピーダンス整合しているためにロスが小さくなっている。

このように、本実施の形態の高周波機器１によれば、基板５のテレビション信号入力回路３が設けられた第１の高周波回路ブロック６と、基板５の周波数変換回路４が設けられた第２の高周波回路ブロック７とで挟まれた第３の高周波回路ブロック１０において、高周波信号伝送線路１２の両側で高周波信号伝送線路１２と磁気的に結合し得る位置に接地線路１３を設けたので、基板５の裏面の第１の高周波回路ブロック６側に設けられた第１のグランドパターン８と第２の高周波回路ブロック７側に設けられた第２のグランドパターン９とが分離していても、かかる切断部でのインピーダンスを下げることができ、高周波信号伝送線路１２における不整合を低く抑えることができる。

なお、本実施の形態では、基板５が両面配線基板であったが、多層配線基板であっても構わない。多層配線基板の場合、接地線路１３を高周波信号伝送路１２と同一面に設ける必要は必ずしもなく、磁気的に結合し得る位置であれば上層面又は下層面に設けることもできる。このように、多層配線基板の場合、高周波信号伝送路１２に対する接地線路の自由度が高まる。

また、多層配線基板の場合は、第１のグランドパターン８と第２のグランドパターン９とが必ずしも同一面（本実施の形態では”裏面”）に位置するとは限らず、例えば第２のグランドパターン９が第１のグランドパターン８に対して上層に配置することもできる。

また、本実施の形態は、高周波信号伝送線路１２と磁気的に結合し得る位置に接地線路１３を高周波信号伝送線路１２の両側に設けたが、片方のみであってもよい。また、上述したように多層配線基板の場合、２本の接地線路１３を必ずしも高周波信号伝送線路１２と同一面に設ける必要はなく、例えば高周波信号伝送線路１２の上層に設けることも可能である。

本発明は、テレビ受信機や無線通信機に適用可能である。

本発明の一実施の形態に係る高周波機器の概略構成を示すブロック図 図１の高周波機器のテレビション信号入力回路と周波数変換回路との接続部分を模式的に示した斜視図 図２の高周波回路のテレビション信号入力回路と周波数変換回路との接続部分の一部分を拡大した図 図１の高周波機器における反射特性および図６の高周波機器における反射特性を示す図 従来の高周波機器において周波数変換回路とテレビション信号入力回路の接続部分にグランドパターンが存在している場合を模式的に示した斜視図 従来の高周波において周波数変換回路とテレビション信号入力回路の接続部分にグランドパターンが存在していない場合を模式的に示した斜視図

符号の説明

１…テレビジョンチューナ（高周波機器）
２…アンテナ
３…テレビション信号入力回路
４…周波数変換回路
５…配線基板
６…第１の高周波回路ブロック
７…第２の高周波回路ブロック
８…第１のグランドパターン
９…第２のグランドパターン
１０…第３の高周波回路ブロック
１１…グランドパターン分離部分
１２…高周波信号伝送線路
１３…接地線路

Claims (4)

1. 基板の所定領域において高周波信号を取り扱う第１の高周波回路ブロックと、前記基板であって前記第１の高周波回路ブロックとは異なる所定領域において高周波信号を取り扱う第２の高周波回路ブロックと、前記第１の高周波回路ブロックと前記第２の高周波回路ブロックとの間に形成される第３の高周波回路ブロックと、前記第１及び第２の高周波回路ブロックに対して設けられ前記第３の高周波回路ブロックにおいて切断されたグラウンドパターンと、前記第１の高周波回路ブロックから前記第２の高周波回路ブロックにかけて前記第３の高周波回路ブロックを経由して形成された高周波信号伝送線路と、高周波的に接地され前記第３の高周波回路ブロックにおいて前記高周波信号伝送線路と磁気的に結合し得る位置に設けられた導体と、を具備したことを特徴とする高周波機器。
2. 前記導体は、直流電圧伝送用のバイアス線路であることを特徴とする請求項１記載の高周波機器。
3. 前記導体は、前記第１の高周波回路ブロックと前記第２の高周波回路ブロックとに延伸され、前記第１及び第２の高周波回路ブロックにおいては前記高周波信号伝送線路と磁気的に結合しない又は結合が所定以下となる離れた位置に設けられたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の高周波機器。
4. 前記第１の高周波回路ブロックは、高周波フィルタを含むテレビジョン信号入力回路であり、
   前記第２の高周波回路ブロックは、局部発振回路を含む周波数変換回路であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の高周波機器。
   

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