JP2010161121A - 高周波モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】前記のような課題を解決するためになされたものであり、製造が容易な構成を備え、かつ、空洞共振を抑圧することのできる高周波モジュールを得る。
【解決手段】高周波素子を内部に実装する筐体構造を備えた高周波モジュールにおいて、筐体構造の空洞共振周波数と同じ周波数で共振する共振構造６を筐体構造内部に設けている。これにより、共振構造６と金属製の蓋４とが結合し、共振構造６と金属製の蓋４を結ぶ面８の近辺に、電気壁が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波回路素子を内部に実装した筐体をもち、筐体内部の空洞共振を抑圧する構造を備えた高周波モジュールに関する。

従来の高周波モジュールは、筺体内部に金属製遮断壁を設けて、等価的に筺体内部の空洞の大きさを変化させ、空洞における共振周波数を変化させて、所望の周波数帯域における空洞共振の発生を阻止する構造を備えている（例えば、特許文献１参照）。

また、筐体内の不要な電磁波伝搬を阻止する目的で、筺体内に周期構造を設けたものもある（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２に記載の周期構造は、周期構造体を含む筺体内部が、筺体内で問題となる不要放射電波の周波数を含む周波数帯を非伝播周波数帯域とするフィルターとして構成される。

特開平５−８３０１０号公報 特開２０００−３０７３０５号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１に記載の従来技術は、筺体内部に金属製遮断壁を設ける必要があり、製造が複雑である。また、特許文献２に記載の従来技術は、周期構造を形成する必要がある。さらに、これらの従来技術は、筺体内部の不要放射電波の伝搬阻止が目的であり、空洞共振を抑圧する目的ではない。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、製造が容易な構成を備え、かつ、空洞共振を抑圧することのできる高周波モジュールを得ることを目的とする。

本発明に係る高周波モジュールは、高周波素子を内部に実装する筐体構造を備えた高周波モジュールにおいて、筐体構造の空洞共振周波数と同じ周波数で共振する共振構造を筐体構造内部に設けたものである。

本発明に係る高周波モジュールによれば、筐体内部の空洞における共振周波数を高くするために、共振周波数と同じ周波数で共振する共振構造を筐体内に配置することで、製造が容易な構成を備え、かつ、空洞共振を抑圧することのできる高周波モジュールを得ることができる。

本発明の実施の形態１における高周波モジュールの断面図および正面図である。 本発明の実施の形態２における高周波モジュールの断面図である。 本発明の実施の形態２における共振構造を構成するマッシュルーム構造の拡大図である。 本発明の実施の形態３における高周波モジュールの断面図である。 本発明の実施の形態４における高周波モジュールの断面図である。

以下、本発明の高周波モジュールの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における高周波モジュールの断面図および正面図である。本実施の形態１における高周波モジュールは、半導体ＩＣ１、回路基板２、金属製地板３、金属製の蓋４、筺体の金属製側壁５、共振構造６、および金属製ワイヤ７を備えている。

送受信用の半導体ＩＣ１とこれらを接続する回路基板２は、筺体底部である金属製地板３の表面に実装され、送受信回路を構成している。金属製の蓋４は、筺体の金属製側壁５によって金属製地板３から分離され、筺体の天井部を構成する。共振構造６は、筺体内部に設けられ、筺体の空洞共振周波数と同じ共振周波数を有している。

金属製地板３、金属製側壁５、および回路基板２は、図１に示すように接合され、高周波筐体を構成している。より具体的には、半導体ＩＣ１は、金属製地板３上に半田付けなどにより固定されている。また、金属製の蓋４は、金属製側壁５の上面に、溶接などによってとりつけられ、筐体内部を高周波的にシールドするとともに、筐体内部の気密を確保する。さらに、半導体ＩＣ１と回路基板２などは、金属製ワイヤ７で接続される。

通常、高周波筐体の使用可能な最高周波数は、筐体内部の空洞を空洞共振器とみなした場合の最低次の共振周波数によって制限される。この共振周波数は、空洞の各辺の寸法、および内部に配置される半導体素子の大きさなどによって変化する。しかしながら、空洞を両端が短絡された導波管とみなすと、通常は、この導波管の基本モードであるＴＥ１０モードより低い周波数では空洞が共振することはない。従って、ＴＥ１０モードの遮断周波数が使用する最高周波数より高くなるように、空洞の寸法を決定することが多い。

ここで、ＴＥ１０モードの遮断周波数Ｆｃ［ＧＨｚ］は、空洞の各辺の長さの中で、２番目に長い辺の長さを横幅Ａ［ｍｍ］とし、半導体ＩＣ１の影響を無視した場合、簡易的に、概略、
Ｆｃ［ＧＨｚ］＝Ｃｏ［ｍ／ｓ］／２Ａ［ｍｍ］
で与えられる。

ここで、Ｃｏ［ｍ／ｓ］は、真空中の光速である。このため、高い周波数においては、高いＦｃ［ＧＨｚ］を確保する必要があり、高周波筐体の横幅Ａ［ｍｍ］を大きくすることができない。このため、複数の半導体ＩＣ１を１つの半導体筐体に実装することができなくなるといった制約がある。

次に、上述の制約を踏まえて、本実施の形態１における高周波モジュールの動作について説明する。複数の半導体ＩＣ１を１つの半導体筐体に実装する場合、Ｆｃ［ＧＨｚ］を十分に高くとれず、筐体内で不要な空洞共振が発生する可能性がある。そこで、本実施の形態１では、共振周波数と同じ周波数で共振する共振構造６を、金属製地板３上に配置している。これにより、その周波数において、共振構造６と金属製の蓋４とが結合し、共振構造６と金属製の蓋４を結ぶ面（図１において、符号８として図示した部分）の近辺に、電気壁が形成される。

このような電気壁により、筐体内部に金属製遮断壁が配置され、空洞が分割されたのと等価な状態となる。この結果、空洞共振の共振周波数が変化し、所望帯域内では、空洞共振を抑圧することができる。

共振構造６の配置は、例えば、空洞共振モードが、空洞の各辺の中で一番長い辺上において、定在波が１つ発生するようなモードである場合には、その辺の中央に配置するのが最も効果的である。

本実施の形態１において、共振構造６は、回路基板２と同平面に配置しているが、共振構造６を金属製の蓋４に配置してもよい。その場合には、共振構造６を配置している金属製の蓋４と対面の金属製地板３との間に電気壁が形成される効果がある。

以上のように、実施の形態１によれば、共振構造を筐体内に配置するだけで、筐体内部の空洞における共振周波数を高くすることが可能となる。この結果、筐体の内部に金属遮断壁を設ける従来の構造に比較して、製造が容易となる効果が得られる。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２における高周波モジュールの断面図である。先の実施の形態１における図１の構成と比較すると、本実施の形態２における図２の構成は、共振構造６の代わりに、回路基板２部分にマッシュルーム構造９を備えている点が異なっている。すなわち、本実施の形態２では、このマッシュルーム構造により、先の実施の形態１における共振構造６と同じ機能を達成している。

図３は、本発明の実施の形態２における共振構造を構成するマッシュルーム構造９の拡大図である。マッシュルーム構造９は、導体パッチ１０と、導体棒１１で構成される。導体パッチ１０は、金属製地板３から一定の間隔を置いて設けられ、その間隔には回路基板２があってもよい。また、導体棒１１は、導体パッチ１０と金属製地板３との導通をとるためのものである。

次に、本実施の形態２における高周波モジュールの動作について説明する。図２および図３に示したマッシュルーム構造９においては、導体パッチ１０の一端部→導体棒１１→金属製地板３→導体棒１１→導体パッチ１０の他端部の電流経路により、インダクタンス成分Ｌを形成している。また、導体パッチ１０と金属製地板３との間で、静電容量Ｃを形成している。

このようなインダクタンス成分Ｌおよび静電容量成分Ｃからなる共振回路が、マッシュルーム構造９により形成され、共振構造となる。当該共振構造を備えた高周波モジュールにおける動作は、先の実施の形態１で記載したとおりである。

なお、図２において、導体パッチ１０の形状は、矩形として示しているが、円形でもよい。また、図２において、マッシュルーム構造９は、単体配置としているが、複数個配置してもよい。さらに、マッシュルーム構造９を複数個配置する場合には、各マッシュルーム構造９の共振周波数は、それぞれ異なってもよい。このような複数個配置とした場合には、単体配置とした場合よりも、空洞共振抑圧の帯域が広がる効果が期待できる。

以上のように、実施の形態２によれば、マッシュルーム構造の共振構造を用いることによっても、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態２では、共振周波数の調節が、ＬとＣを調節することで可能なため、マッシュルーム構造の導体パッチの寸法や導体棒の太さなどを調整することで可能である。よって、高周波モジュールの最適化を図ることができる効果が得られる。

さらに、このマッシュルーム構造は、筐体を構成する回路基板を用いて製造することが可能なため、製造が非常に容易であるという効果も得られる。

実施の形態３．
本実施の形態３では、先の実施の形態１で説明した共振構造６と金属製の蓋４との間が電気壁を形成できないほど離れている場合の対応策について説明する。図４は、本発明の実施の形態３における高周波モジュールの断面図である。先の実施の形態１における図１の構成と比較すると、本実施の形態３における図４の構成は、共振構造６と対向する位置で凹構造を備えた金属製の蓋１２を用いることで、共振構造６と金属製の蓋１２との間の距離を、電気壁を形成できるレベルにまで狭めている点が異なっている。

次に、本実施の形態３における高周波モジュールの動作について説明する。先の実施の形態１の図１において、共振構造６と金属製の蓋４との間隔が、両者が結合できないほど離れていると、電気壁が形成されない可能性がある。回路基板２の高さにより金属製の蓋４と金属製地板３との間隔１３が決定されるが、その間隔が共振構造６と金属製の蓋４との間に電気壁を形成できないほど離れている場合には、図４に示すように、共振構造６の上面のみ金属製地板３との間隔１３を近づけるように、凹構造を備えた金属製の蓋１２を用いることで、この問題を解決できる。

以上のように、実施の形態３によれば、凹構造を備えた金属製の蓋を用いることで、共振構造と金属製の蓋との間の距離を、電気壁を形成できるレベルにまで狭めることができる。この結果、共振構造が設けられていない部分については、蓋と地板との間隔を十分に確保した上で、筐体内部の空洞における共振周波数を高くすることができ、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、上述の説明においては、先の実施の形態１で示した図１の構成に対して凹構造を備えた金属製の蓋を用いる場合について説明したが、先の実施の形態２で示した図２の構成に対して凹構造を備えた金属製の蓋を用いることによっても同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
本実施の形態４では、先の実施の形態２で説明したマッシュルーム構造９と金属製の蓋４との間が電気壁を形成できないほど離れている場合において、先の実施の形態３とは異なる別の対応策について説明する。

図５は、本発明の実施の形態４における高周波モジュールの断面図である。先の実施の形態２における図２の構成と比較すると、本実施の形態４における図５の構成は、筐体を構成する回路基板の厚さを高くしてマッシュルーム構造９を構成することで、マッシュルーム構造９と金属製の蓋４との間の距離を、電気壁を形成できるレベルにまで狭めている点が異なっている。

次に、本実施の形態４における高周波モジュールの動作について説明する。先の実施の形態２の図２において、マッシュルーム構造９と金属製の蓋４との間隔が、両者が結合できないほど離れていると、電気壁が形成されない可能性がある。回路基板２の高さにより金属製の蓋４と金属製地板３との間隔が決定されるが、その間隔がマッシュルーム構造９と金属製の蓋４との間に電気壁を形成できないほど離れている場合には、図５に示すように、マッシュルーム構造９を形成する回路基板２の厚さを高くすることで、金属製の蓋４とマッシュルーム構造９の上面との間隔１５を近づけることができ、この問題を解決できる。

以上のように、実施の形態４によれば、マッシュルーム構造を形成する回路基板の厚さを高くすることで、マッシュルーム構造と金属製の蓋との間の距離を、電気壁を形成できるレベルにまで狭めることができる。この結果、マッシュルーム構造が設けられていない部分については、蓋と地板との間隔を十分に確保した上で、筐体内部の空洞における共振周波数を高くすることができ、先の実施の形態２と同様の効果を得ることができる。

なお、上述の説明においては、先の実施の形態２で示した図２の構成に対してマッシュルーム構造を形成する回路基板の厚さを高くする場合について説明したが、先の実施の形態１で示した図１の構成に対して共振構造を厚さを高くすることによっても同様の効果を得ることができる。

１ 半導体ＩＣ、２ 回路基板、３ 金属製地板、４ 金属製の蓋、５ 金属製側壁、６ 共振構造、７ 金属製ワイヤ、９ マッシュルーム構造、１０ 導体パッチ、１１ 導体棒、１２ 凹構造を備えた金属製の蓋。

Claims (8)

1. 高周波素子を内部に実装する筐体構造を備えた高周波モジュールにおいて、
   前記筐体構造の空洞共振周波数と同じ周波数で共振する共振構造を前記筐体構造内部に設けた
   ことを特徴とする高周波モジュール。
2. 請求項１に記載の高周波モジュールにおいて、
   前記共振構造は、前記高周波素子を実装された回路と同一平面に配置されることを特徴とする高周波モジュール。
3. 請求項１に記載の高周波モジュールにおいて、
   前記共振構造は、前記筐体構造を構成する金属製地板の表面から一定の間隔をおいて設けられる導体パッチで構成されることを特徴とする高周波モジュール。
4. 請求項１に記載の高周波モジュールにおいて、
   前記共振構造は、前記筐体構造を構成する金属製地板の表面から一定の間隔をおいて設けられる導体パッチと、導体パッチと前記金属製地板とを導通させる導電棒とで構成されたマッシュルーム構造であることを特徴とする高周波モジュール。
5. 請求項３または４に記載の高周波モジュールにおいて、
   前記導体パッチは、円形形状であることを特徴とする高周波モジュール。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の高周波モジュールにおいて、
   前記筐体構造を構成する筐体の蓋は、前記筐体構造内部に設けられた前記共振構造の上面との間隔が、前記高周波素子を実装された回路の上面との間隔よりも狭くなるような凹部構造を備えることを特徴とする高周波モジュール。
7. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の高周波モジュールにおいて、
   前記筐体構造内部に配置される基板は、高周波素子を実装された回路部分の基板厚よりも、前記共振構造が実装される部分の基板厚が厚くなるように構成されることを特徴とする高周波モジュール。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の高周波モジュールにおいて、
   前記共振構造は、前記筐体構造内部に複数個配置されることを特徴とする高周波モジュール。

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