JP2010187220A - 高周波回路調整機構及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成にて、回路特性を連続的に微調整することができ、かつ特性調整の作業効率を向上させることができるようにする。
【解決手段】例えば、高周波回路基板１の上面に、マイクロストリップ線路からなる主線路２、１／４波長の先端開放線路３及び接地電極４が形成され、この接地電極４は、スルーホール６を介して基板裏面の接地導体５に接続される構成において、矩形凸形状に折り曲げて形成された天板部と足部を有し、変形可能とされたブリッジ板７を用い、このブリッジ板７を先端開放線路３に交差するように配置して、その両端足部を接地電極４に電気的に接続する。そして、このブリッジ板７の天板部を調整用治具によって押圧することで、先端開放線路３−接地電極４間の静電容量を調整し、共振周波数等の調整を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は高周波回路調整機構及び方法、特にマイクロ波又はミリ波帯の高周波回路基板に形成された回路パターンの静電容量を可変し、各種回路の特性を調整する機構及び方法に関する。

従来から、マイクロ波帯からミリ波帯の高周波回路が製作されており、この高周波回路は、高周波基板上にマイクロストリップ線路、コプレナー線路等のパターンを形成し、その幅や長さ等の物理的寸法を用いることで、分布定数回路として回路の特性を設計し、フィルタ、アンプ、発振回路等を構成することが多い。

このような高周波回路におけるインピーダンスマッチング、共振周波数、フィルタ特性等の回路特性は、基材の誘電率、厚さ、回路パターン寸法等で決定されるが、これらのばらつきにより、回路特性が所望の値からずれている場合は、回路パターンの一部を削除する手法や、回路パターンに物質を付加するという手法を用いることで、回路特性を調整、或いは補正することが行われる。即ち、回路パターンを削除する手法では、ナイフ等でパターンを切断したり、ヤスリや回転する刃物によりパターンを削ったり、レーザ等でパターンを削除することが行われ、回路パターンに付加する手法では、パターンに金属小物を半田等で固定したり、パターン先端に半田・導電性接着剤を付けたり、パターンに誘電体の物質を接着、塗布することが行われる。

特開平５−２６６８０８号公報 特開平９−６４６０２号公報

しかしながら、従来の高周波回路特性調整の手法、即ち回路パターンの一部を削除したり、回路パターンに物質を付加したりする手法では、回路特性を連続的に微調整することは難しく、最適な特性値に設定するための作業に多大な時間がかかり、また調整後の性能が作業者の経験や技量に大きく影響され、作業効率が悪いという問題があった。

更に、回路特性の微調整が困難であることから、高周波回路の設計では、回路の特性を決定する基材の誘電率、厚さ、回路パターン寸法等のばらつきの最大値を考慮し、最悪の場合でもシステム全体の特性を満たすようにしており、例えばフィルタではその減衰量を所望の減衰量に大きなマージンを持たせて設計することになり、回路の大型化、複雑化、損失の増大等を招くという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成にて、回路特性を連続的に微調整することができ、かつ特性調整の作業効率を向上させることができ、ひいては回路の大型化、複雑化も防止することが可能になる高周波回路調整機構及び方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る高周波回路調整機構（装置）は、マイクロ波帯又はミリ波帯の回路パターンが形成された高周波回路基板と、この高周波回路基板の回路パターン上に配置され、金属薄板を凸形状に折り曲げて形成されると共に変形可能とされたブリッジ板と、を設け、上記ブリッジ板の機械的な変形によって上記回路パターンの線路−接地間又は線路−線路間の静電容量（寄生容量）を調整することを特徴とする。
請求項２の発明は、主線路に接続された先端開放線路と、接地導体とを有し、上記ブリッジ板を上記先端開放線路に非接触で交差させた状態で上記接地導体に接続し、上記先端開放線路−接地間の静電容量を調整することを特徴とする。
請求項３の発明は、上記回路基板の表面に線路、裏面に接地導体を有し、上記線路の一部を切断し、この切断部を跨ぐように上記ブリッジ板を配置し、上記線路−接地間の静電容量を調整することを特徴とする。

請求項４の発明は、上記回路基板の同一面に線路と接地導体を有し、上記ブリッジ板を上記接地導体又は線路に載置し、かつブリッジ板の天板部から突出する突出片を上記線路又は接地導体へ向けて配置し、上記線路−接地間の静電容量を調整することを特徴とする。
請求項５の発明は、上記回路基板の同一面に、第１線路を切断することで第１線路と第２線路を交差させるように形成し、上記第１線路の切断部に、上記第２線路を跨ぐように上記ブリッジ板を配置し、上記第１線路−第２線路間の静電容量を調整することを特徴とする。
請求項６の発明は、上記線路、接地導体又は基板と上記ブリッジ板との間に、絶縁体を配置したことを特徴とする。
請求項７に係る高周波回路調整方法は、金属薄板を凸形状に折り曲げて形成されると共に変形可能とされたブリッジ板を用い、このブリッジ板を、マイクロ波又はミリ波帯の高周波回路基板の回路パターン上に配置し、上記ブリッジ板を変形させることにより、上記回路パターンの線路−接地間又は線路−線路間の静電容量を調整することを特徴とする。

本発明の構成によれば、例えば金属薄板の中央が凸形状に盛り上がるように折り曲げたブリッジ板を、高周波回路基板の回路パターンの先端開放線路、主線路、接地導体等の上方に配置することにより、先端開放線路とブリッジ板を配置した接地との間、ブリッジ板を配置した線路と接地との間、線路とブリッジ板を配置した接地との間、ブリッジ板を配置した第１線路と第２線路との間等に静電容量（寄生容量）が生じることになり、その容量を、ブリッジ板を変形させることで、連続的に可変調整することが可能になる。

本発明によれば、変形可能な凸形状ブリッジ板を変形させるという簡単な構成で、線路−接地間又は線路−線路間の容量を連続的に調整（微調整）することができ、これにより、発振器、フィルタ、伝送線路等の各種の回路の特性調整が容易となり、しかも調整の作業時間が短縮され、調整の難易度も大幅に軽減することができ、作業者の経験や技量に左右されない効率の良い調整作業が実現可能となる。

また、調整作業が容易で、微調整も可能になることから、設計時に製造のばらつきを考慮したマージンを小さくすることができるため、フィルタではその段数等を最小限にすることができ、回路規模の増大やそれに伴う損失の増加等を避けた最適な設計が可能になる。更に、製造時において、パターン寸法等に過剰な制度を要求することなく、最適な性能を実現でき、コストダウンにも有効となる。また、周囲温度が高くなると、ブリッジ板が膨張することで、容量が減少することになる。一方、例えば１／４波長以下の先端開放線路で構成される容量性スタブは、周囲の温度が高くなるとパターンが伸び、等価的な容量増加と逆の特性となる。このため、共振器やフィルタ等では、ブリッジ板の材質や形状を適宜選択することにより、その特性の温度補償が可能になるという効果もある。

更に、線路、接地導体等の上に絶縁体を設けることにより、ブリッジ板押し下げ時のショートを防ぐことができる。

本発明の第１実施例に係る高周波回路調整機構の構成を示す斜視図である。 第１実施例の高周波回路における容量調整を示し、図（Ａ）は調整前の断面図、図（Ｂ）は調整後の断面図である。 第１実施例の高周波回路の等価回路を示す図である。 第１実施例の高周波回路においてブリッジ板を押圧した時の周波数特性の変化を示す特性図である。 第２実施例に係る高周波回路調整機構の構成を示す斜視図である。 第３実施例に係る高周波回路調整機構の構成を示す斜視図である。 第４実施例に係る高周波回路調整機構の構成を示す斜視図である。 第５実施例に係る高周波回路調整機構の構成を示す斜視図である。 第６実施例に係る高周波回路調整機構の構成を示す斜視図である。 実施例（第１実施例）の高周波回路調整機構において温度上昇時のブリッジ板の変化を示す断面図である。

図１及び図２には、本発明の高周波回路調整機構及び方法に係る第１実施例の構成が示され、図２には、容量調整の様子が示されており、この第１実施例は、先端開放線路−接地間の容量（キャパシタンス）を調整するものである。図１に示されるように、マイクロ波帯又はミリ波帯の高周波回路を構成するものとして、基板１の上面（表面）に、マイクロストリップ線路からなる主線路２、この主線路２に接続する先端開放線路（１／４波長線路）３、２つの接地電極（導体）４が形成されており、上記先端開放線路３は、所定周波数（共振周波数等）の波長の略１／４の長さ或いはそれより短い長さとされ、上記２つの接地電極４は、基板１の裏面に形成された接地導体５とスルーホール６で接続される。

また、第１実施例では、短冊状の金属薄板をその中央が矩形（円形等でもよい）に盛り上がるように（矩形波状に）折り曲げ形成したブリッジ板（片）７が用いられており、このブリッジ板７は、変形可能な材質から成形され、上側からの圧力によってその天板部（７ａ：中央凸部）が上下に変形するようになっている。このブリッジ板７は、上記先端開放線路３に交差するように配置され、その両端（又は一端）の足部（７ｂ）が接地電極４に半田や導電性接着剤等で電気的に接続される。なお、このブリッジ板７は、足部（接触片）を２ヶ所とした形状に限らず、図１に示されるように、天板部の他の辺を伸ばした部分に足部７ｓを追加して足部を３ヶ所以上設け、これらを接地導体（４）等に接続するような種々の形状にすることができる。

このような第１実施例によれば、図２（Ａ）に示されるように、ブリッジ板７と先端開放線路３との間に所定の間隙ができ、この間隙が容量成分（Ｃ）として働くことになる。そして、このブリッジ板７は、例えばスクリュー構造の調整用治具９によって、その容量が調整されることになる。即ち、図２（Ａ）のように、調整用治具９を回転させながら徐々に下降させることで、ブリッジ板７の天板部（中央凸部）を押圧し、図２（Ｂ）のように、天板部が下側へ押し潰されるように変形し、これによって、先端開放線路３と、ブリッジ板７を接続する接地電極４との間の容量が調整される。即ち、上記ブリッジ板７の天板部と先端開放線路３との間隙の高さを少しずつ変えることで、容量を連続的に微調整することが可能となる。

図３には、図１の高周波回路の等価回路が示されており、第１実施例では、先端開放線路３の誘導性成分（インダクタンス）Ｌと先端開放線路３−接地電極４（上記ブリッジ板７）間の容量Ｃを直列接続したものが、主線路２に並列に接続された直列共振回路として働くことになる。

図４には、図１の高周波回路の周波数特性の変化が示されており、この高周波回路は、図示のように、共振周波数で全反射となり、帯域阻止フィルタとして動作する。そして第１実施例では、ブリッジ板７の天板部の高さを調整することで、図の点線で示されるように、共振周波数を変化させ（天板部の高さを低くすると、周波数が低下する）、フィルタの阻止帯域を調整することが可能になる。

図５には、第２実施例の構成が示されており、この第２実施例は、線路の切断部を跨ぐようにブリッジ板を配置したものである。図５に示されるように、基板１の上面に切断部（切り欠き部）１１ａを有する線路（マイクロストリップ線路）１１が形成され、裏面には接地導体５が形成されており、上記切断部１１ａを跨ぐ状態でブリッジ板７を配置する。このブリッジ板７は、第１実施例と同様のもので、その両端（又は一端）の足部が線路１１の切断端部に電気的に接続される。

この第２実施例の構成によれば、上記ブリッジ板７の天板部を、図２で示した調整用治具９によって押圧することで、この線路１１（天板部）と基板１裏面の接地導体５との間の容量を調整することができる。即ち、線路１１のブリッジ板７の部分の接地容量が可変調整できることになり、線路１１の透過位相（線路特性）を変化させることが可能となる。しかも、線路１１の線路特性を連続的に微調整することができる。

上記第２実施例では、ブリッジ板７の両端又は一端を線路１１に電気的に接続するようにしたが、ブリッジ板７の両端又は一端を絶縁体を挟んで又は非導電性接着剤等で線路１１の上に載せるようにしてもよく、この場合でも、ブリッジ板７の部分の線路−接地間の容量を可変調整することができる。

図６には、第３実施例の構成が示されており、この第３実施例は、線路の縁（側面）にブリッジ板を近接配置したものである。図６に示されるように、基板１の上面に線路（マイクロストリップ線路）１２と接地電極１３が形成され、この接地電極１３は、基板裏面の接地導体５とスルーホール６で電気的に接続される。そして、上記実施例と同様の矩形のブリッジ板１４において、四辺を持つ天板部の足部のない辺から水平方向に突出片１４ｅが形成されており、このブリッジ板１４の両端又は一端（足部）を接地電極１３に半田、導電性接着剤等で電気的に接続しながら、上記突出片１４ｅを線路１２へ向けてその縁に近接配置する。この突出片１４ｅの突出長は、線路１２の上方の領域に入り込まない長さでもよいし、上方領域に入り込む長さとしてもよい。

この第３実施例の構成によれば、上記ブリッジ板１４の突出片１４ｅを含む天板部を、図２で示した調整用治具９によって押圧することで、この突出片１４ｅ、即ち接地電極１３と主線路１２との間の容量を調整することができ、線路１２の線路特性（透過位相等）を変化させることが可能になる。この第３実施例の場合は、突出片１４ｅの線路１２への結合がその縁のみで行われるため、結合容量は小さくなる。従って、第３実施例は、微妙な容量調整、特性調整に有効である。

図７には、第４実施例の構成が示されており、この第４実施例は、接地電極の縁（側面）にブリッジ板を近接配置したものである。図７に示されるように、第３実施例と同様の構成において、矩形波状のブリッジ板１４の両端又は一端（足部）を基板１上面の線路（マイクロストリップ線路）１２に電気的に接続し、その突出片１４ｅを接地電極１３の縁に近接配置する。

この第４実施例の構成によっても、上記ブリッジ板１４の突出片１４ｅを含む天板部を調整用治具９によって押圧することで、線路１２と接地電極１３との間の容量を調整することができ、線路１２の線路特性（透過位相等）を変化させることが可能になる。この第４実施例の場合も、突出片１４ｅの接地電極１３への結合がその縁のみで行われるため、結合容量は小さくなり、微妙な容量調整、特性調整に有効である。

図８には、第５実施例の構成が示されており、この第５実施例は、交差する２つの線路の一方を跨ぐようにブリッジ板を配置したものである。図８に示されるように、基板１の上面では、第１線路１６に設けた切断部１６ａに第２線路１７が通るようにして、２つの線路（マイクロストリップ線路）１６，１７が交差形成される。そして、第１実施例と同様のブリッジ板７が第２線路１７（及び切断部１６ａ）を跨ぐようにして第１線路１６に配置され、その両端又は一端（足部）が第１線路１６に電気的に接続される。

この第５実施例の構成によれば、上記ブリッジ板７の天板部の高さを調整用治具９によって変えることで、第１線路１６と第２線路１７との間の容量を調整することができる。なお、この第５実施例において、第２線路１７を接地導体に代えたり、また第１線路１６を接地導体に代えたりして、線路−接地間の容量を調整する構成にすることもできる。

図９には、第６実施例の構成が示されており、この第６実施例は、図８に示した第５実施例において、ブリッジ板７の天板部とこの天板部の下側に配置される線路１７上に絶縁性被膜等の絶縁体１８を配置したものである。このような構成にすることにより、ブリッジ板７の押し下げ時のショートを防ぐことができる。なお、上記の各実施例においても、同様に、ブリッジ板７，１４（１４ｅ）の天板部とこの天板部の下側に配置される先端開放線路３、基板１、線路１２、接地電極１３、線路１７との間に絶縁体を配置してもよく、このような構成で、容量の連続的な微調整を達成することもできる。また、この絶縁体には、ソルダーレジスト等を用いることができる。

更に、上記の各実施例のブリッジ板７，１４では、その天板部が下側へ変形し易いように、天板部と足部の接続部分に金属薄板を波形に折り曲げた波形部（蛇腹部）を設けるようにしてもよい。

以上のように、上記実施例によれば、高周波回路の成型工程の中で、ブリッジ板７，１４を半田付け等する作業を行うことで、各種の高周波回路の特性を連続的に微調整することが可能となり、調整した後も、安定した特性を保持することができる。また、調整用治具９として、スクリュー構造で精密に変形できる治具を用いることで、調整の作業時間を短縮し、調整の難易度も大幅に軽減することができ、作業者の経験や技量に左右されない効率の良い調整作業が実現可能となる。

更に、調整作業が容易で、微調整も可能になることから、設計時に製造のばらつきを考慮したマージンを小さくすることができるため、フィルタではその段数等を最小限にすることができ、回路規模の増大やそれに伴う損失の増加等を避けた最適な設計が可能になる。また、製造時において、パターン寸法等に過剰な制度を要求することなく、最適な性能を実現でき、コストダウンにも有効となる。

更に、本願発明の構成は、温度補償効果を伴うものとなる。
図１０には、図１の構成において周囲温度が高くなったときのブリッジ板７の変化が示されており、周囲温度が高くなると、ブリッジ板７が図の鎖線のように垂直方向に膨張し、この結果、設定容量が低下し、この例では、先端開放線路３−接地電極４間の容量が低下する。一般に、分布定数回路で構成した共振器は、高温側では回路パターン（先端開放線路３）の膨張により共振周波数が低下するが、この先端開放線路３の誘導性成分（Ｌ）との組み合わせで直列共振器を構成する図１０の場合では、ブリッジ板７の膨張で容量成分が低下することにより、共振周波数が高い周波数側にシフトするように働く。従って、ブリッジ板７の材質や形状、回路パターンとの結合を適切に選択、設計することで、温度補償に用いることができ、本発明は、フィルタの減衰特性の温度補償や発振器の発振周波数の温度補償の効果を発揮する。

本発明は、マイクロ波帯からミリ波帯の高周波回路、高周波モジュール等に適用でき、例えばフィルタ、発振器の共振回路等の周波数の調整や、アンプ等の入出力整合回路、平衡型回路のバランス調整等に応用することができる。

１…基板、 ２…主線路、
３…先端開放線路、 ４，１３…接地電極、
５…接地導体、 ６…スルーホール、
７，１４…ブリッジ板、 ９…調整用治具、
１１，１２，１６，１７…線路、
１１ａ，１６ａ…切断部、 １４ｅ…突出片。

Claims (7)

1. マイクロ波帯又はミリ波帯の回路パターンが形成された高周波回路基板と、
   この高周波回路基板の回路パターン上に配置され、金属薄板を凸形状に折り曲げて形成されると共に変形可能とされたブリッジ板と、を設け、
   上記ブリッジ板の機械的な変形によって上記回路パターンの線路−接地間又は線路−線路間の静電容量を調整する高周波回路調整機構。
2. 主線路に接続された先端開放線路と、接地導体とを有し、
   上記ブリッジ板を上記先端開放線路に非接触で交差させた状態で上記接地導体に接続し、上記先端開放線路−接地間の静電容量を調整することを特徴とする請求項１記載の高周波回路調整機構。
3. 上記回路基板の表面に線路、裏面に接地導体を有し、
   上記線路の一部を切断し、この切断部を跨ぐように上記ブリッジ板を配置し、上記線路−接地間の静電容量を調整することを特徴とする請求項１記載の高周波回路調整機構。
4. 上記回路基板の同一面に線路と接地導体を有し、
   上記ブリッジ板を上記接地導体又は線路に載置し、かつブリッジ板の天板部から突出する突出片を上記線路又は接地導体へ向けて配置し、上記線路−接地間の静電容量を調整することを特徴とする請求項１記載の高周波回路調整機構。
5. 上記回路基板の同一面に、第１線路を切断することでこの第１線路と第２線路を交差させるように形成し、
   上記第１線路の切断部に、上記第２線路を跨ぐように上記ブリッジ板を配置し、上記第１線路−第２線路間の静電容量を調整することを特徴とする請求項１記載の高周波回路調整機構。
6. 上記線路、接地導体又は基板と上記ブリッジ板との間に、絶縁体を配置したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の高周波回路調整機構。
7. 金属薄板を凸形状に折り曲げて形成されると共に変形可能とされたブリッジ板を用い、
   このブリッジ板を、マイクロ波帯又はミリ波帯の高周波回路基板の回路パターン上に配置し、
   上記ブリッジ板を変形させることにより、上記回路パターンの線路−接地間又は線路−線路間の静電容量を調整する高周波回路調整方法。

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