JP2011003651A - 回路装置、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】
小型かつ低コストの構成で、発振器からの放射電波を抑制できる回路装置を提供する。
【解決手段】
誘電体層を有し、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前記誘電体層の内部に有する回路基板と、前記回路基板の前記第１の面側に設けられる前記発振器を覆う電波反射体のシールド部材と、前記回路基板の前記第１の面における前記発振器の周囲から前記導体板まで前記誘電体層を貫通して設けられる電波反射体となるビアホール導体を有する回路装置により、発振器からの放射電波をシールド部材と導体板とビアホール導体とで構成される略密閉空間に封入できる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、所定周波数の信号を発振する発振器を回路基板表面に備えた回路装置等に関し、特に、発振器からの放射電波を抑制する技術に関する。

今日、車両の制御支援手段として、車載用のミリ波レーダ装置が普及している。一般に車載用のレーダ装置は、ミリ波長の送信信号（電波）を生成して送信アンテナに供給する回路装置を有する。かかる回路装置は、プリント基板などの回路基板と、回路基板上に備えられたＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）などの発振器を有する。

発振器が発振する送信信号は、回路基板の信号線で伝送されるほか、空中に電波として放射される。かかる放射電波は、近隣の他の車載レーダ装置やその他の電子機器、あるいは人体に影響を及ぼすおそれがある。よって、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。

例えば、発振器を含む回路装置全体を、電波反射体（金属）のシャーシ内に収容する方法が提案されている。この方法では、発振器からの放射電波をシャーシ内に封入することにより、放射電波を抑制する。しかし、車載用のレーダ装置は、小型化と低コスト化の要望が強い。よって、回路装置全体ではなく、回路基板上に設けられた発振器部分を電波反射体に収容する方法が提案されている。この方法では、発振器が設けられた回路基板表面側に発振器を覆う金属製のシールド部材を設け、回路基板裏面側には導体板、つまり電波反射体からなるグランドプレーンを設ける。このようにして、回路基板の表面側と裏面側とで電波反射体による略密閉空間を形成する。そして、その中に発振器を収容する。すると、発振器からの放射電波は、シールド部材により反射される。また、回路基板の誘電体層を透過する放射電波は、グランドプレーンにより反射される。このようにして、電波反射体による略密閉空間内に放射電波を封入することにより、放射電波を抑制する。特許文献１には、かかる構成を備えた回路装置が記載されている。

特開平８−３１６６８６号公報

しかしながら上記の方法によると、回路基板裏面側では、グランドプレーンを設けた部分には回路部品や配線パターンを設けることができない。すると、グランドプレーンを回避して回路部品を配置したり信号線を引きまわしたりするために、回路装置が大型化するという問題がある。そして、回路装置の大型化はコスト増をまねく。すると、小型化と低コスト化の要請に反する。

そこで、本発明の目的は、小型かつ低コストの構成で、発振器からの放射電波を抑制できる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、本発明によれば、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内層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、前記回路基板の前記第１の面における前記発振器の周囲から前記導体板まで達するビアホール導体を有する回路装置が提供される。

本発明によれば、小型かつ低コストの構成で、発振器からの放射電波を抑制できる。

本実施形態の回路装置が適用される、車載用ミリ波レーダ装置の構成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。 回路装置１０要部の断面図である。 回路装置１０の実施例を説明する図である。

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１は、本実施形態の回路装置が適用される、車載用ミリ波レーダ装置の構成を説明する図である。回路装置１０は、送信信号を生成するとともに受信信号を処理する送受信回路を構成する。回路装置１０において、バイアス回路４１は、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。発振器４は、バイアス電圧に応じた周波数の送信信号を生成する、ＶＣＯで構成される。そして、逓倍器１２は、発振器４が生成した送信信号を７６〜７７ＧＨｚ帯まで逓倍する。車載用レーダには、電波法の規定によりかかる電波帯域が割り当てられているからである。そして、増幅器１４は、逓倍された送信信号を増幅して送信用アンテナ２０に出力する。

ここでは、発振器４は１０ＧＨｚ前後の送信信号を生成する。そして、逓倍器１２が送信信号の周波数を７〜８倍して、所期の帯域の電波を生成する。一般に発振周波数が高い発振器ほど高価である。よって、このように逓倍器１２を用いた構成にすることで、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には、受信用アンテナ２２により受信された受信信号が入力される。すると増幅器１６が受信信号を増幅する。そしてミキサ１８が、増幅された受信信号と送信信号の一部を混合してビート信号を生成する。Ａ／Ｄ変換器１９は、ビート信号をＡ／Ｄ変換して信号処理装置３０に入力する。信号処理装置３０は例えばマイクロコンピュータで構成される。そして、ビート信号を処理して目標物体を検出する。なお、ここで示す回路装置１０の構成は一例であって、発振器４以外は、上記構成の全てを含まなくてもよい。

図２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、プリント基板などの回路基板２を有する。回路基板２は、樹脂やセラミック材質の誘電体層を有する。また、その表面に銅などの導体メッキで構成される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（図示省略）を有する。また、回路基板２の裏面にも同様の信号線が設けられる。

回路基板２の表面には、発振器４が設けられる。また、回路基板２の表面及び裏面には、発振器以外の上述した構成に対応する回路素子が設けられる。各回路素子は、信号線により接続される。

回路装置１０は、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、アルミニウムその他の金属、つまり電波反射体で構成される。シールド部材６は、中空になっており矩形形状の密閉空間を形成する。シールド部材６は、その内部に発振器４を収容するように回路基板２表面に設けられる。なお、シールド部材６と回路基板２とは不図示のシャーシに対しビスなどで固定される。これにより、相互の位置が固定される。

図３（Ａ）は、図２のＬ１―Ｌ２における断面図を示す。回路基板２は、誘電体層２ａの内部に、内層のグランドプレーンＧＰを有する。グランドプレーンＧＰは、銅などの導体板で構成される。そして、少なくとも回路基板２のシールド部材６が設けられた領域を覆うサイズを有する。後述するように、導体板であるグランドプレーンＧＰは、電波反射体として機能する。

回路基板２表面には、信号を伝送するための信号線Ｓ１１と、グランドパターンとしての信号線Ｓ１とが設けられる。信号線Ｓ１は、発振器４を取り囲み、シールド部材６と接触するような位置に設けられる。また、回路基板２裏面には、信号を伝送するための信号線Ｓ２と、電源用の信号線Ｓ３が設けられる。

回路基板２表面は、ＩＶＨ（Interstitial via Hole、以下ビアホール導体）６２ａ、６２ａ１、６２ｂ、６２ｃを有する。ここでは、ビアホール導体６２ａは表面の信号線Ｓ１とグランドプレーンＧＰを接続する。また、ビアホール導体６２ａ１は表面の信号線Ｓ１１とグランドプレーンＧＰを接続する。さらに、ビアホール導体６２ｂは裏面の信号線Ｓ２とグランドプレーンＧＰを接続する。そして、ビアホール導体６２ｃは裏面の信号線Ｓ３とグランドプレーンＧＰ、信号線Ｓ１とを接続する。

ビアホール導体６２ａ、６２ａ１は、それぞれ信号線Ｓ１、Ｓ１１から内層パターンまで誘電体層２ａを貫通する孔を設け、その内部を銅などの導体でメッキして形成される。またビアホール導体６２ｂは、信号線Ｓ２から内層パターンまで誘電体層２ａを貫通する孔を設け、その内部を銅などの導体でメッキして形成される。また、ビアホール導体６２ｃは、回路基板２全体を表面から裏面に貫通する孔を設け、その内部を導体メッキして表面の信号線Ｓ１、グランドプレーンＧＰ、裏面の信号線Ｓ２を接続する。ここで、ビアホール導体６２ｃは一般的なスルーホール導体に対応する。一方、ビアホール導体６２ａ、６２ａ１、６２ｂは、表面の信号線Ｓ１、裏面の信号線Ｓ２のいずれかと内層のグランドプレーンＧＰとを接続する点でスルーホール導体とは異なる。このような構成により、信号線Ｓ１、Ｓ１１、Ｓ２、Ｓ３のそれぞれとグランドプレーンＧＰとが導通し、上述の回路を構成する。

表面の信号線Ｓ１とグランドプレーンＧＰを接続するビアホール導体６２ａは、シールド部材６の直下付近にて、発振器４を取り囲むように配置される。一方、ビアホール導体６２ａ１、６２ｂ、６２ｃは、回路装置１０の設計に応じて任意の位置に設けられる。

上記構成による作用を説明する。

図３（Ｂ）は、シールド部材６、信号線Ｓ１、ビアホール導体６２ａ、及びグランドプレーンＧＰの空間配置を模式的に示す斜視図である。図３（Ｂ）では、誘電体層２ａ、信号線Ｓ１１、Ｓ２、Ｓ３の図示を省略している。上記構成により、発振器４は、シールド部材６、ビアホール導体６２ａ、及びグランドプレーンＧＰで囲まれた空間内に収容される。つまり、電波反射体により形成される略密閉空間に収容される。ここで、発振器４を取り囲む信号線Ｓ１はシールド部材６と接触している。よって、シールド部材６と回路基板２の表面との隙間に電波反射体を設けた構造を実現できる。よって、密閉性を高めることができる。

このような構成において、発振器４が発振した送信信号は、回路基板２表面の信号線Ｓ１１を伝送するほか、空間に放射電波として放射される。図３（Ａ）では、放射電波の経路は白塗りの矢印で図示される。まず放射電波は、シールド部材６の内壁で反射される。これにより、回路基板２表面側において放射電波が抑制される。

また発振器４からの放射電波（シールド部材で反射された放射電波を含む）は、回路基板２の誘電体層２ａを透過する。しかし、表裏方向においては誘電体層２ａの内層に設けられたグランドプレーンＧＰにより反射する。さらに、表裏方向に対する誘電体層２ａ内の水平方向においては、ビアホール導体６２ａにより反射される。ここで、ビアホール導体６２ａが電波反射体として機能する。このようにして、回路基板２を透過しようとする放射電波が抑制される。

ここで、ビアホール導体６２ａの間隔は狭いほど密閉空間を模擬できる。すなわち、シールド部材６、グランドプレーンＧＰとともに、電波反射体による密閉空間を模擬できる。しかし、ビアホール導体６２ａを設けることができる間隔は、回路基板２の強度や治具の精度により制限される。ここで好適な態様は、ビアホール導体６２ａの間隔は、発振器４が生成する電波の波長の４分の１以下である。更に好ましくは、ビアホール導体６２ａの間隔は電波の波長の２０分の１以下のときに、効率良く電波を反射できる。なお、電波の波長とビアホール導体６２ａの間隔との対応関係に関連する技術が、Mark I. Montrose著、出口博一・田上雅照翻訳による公知文献「プリント回路のＥＭＣ設計」（オーム社、１９９７年）に記載されている。

ここで、本実施形態における回路装置の実施例を示す。次に示すのは、放射電波を抑制する好適な一実施例であって、各部の配置及び寸法はここに示す範囲に限定されない。

図４は、回路装置１０の実施例を説明する図である。図４では、発振器４を中心としたシールド部材６やビアホール導体６２ａの配置とサイズを示す平面図である。ここでは、回路装置１０は、ミリ波レーダ用の送受信回路であり、７６．５ＧＨｚの送信波を生成する。発振器４の発振周波数は９．５ＧＨｚである。よって逓倍器１２によりこれを８倍して７６．５ＧＨｚの送信波を生成する。回路基板２は、縦２Ｈ、横２Ｗがそれぞれ６０〜７０ｍｍの矩形形状である。また発振器４は縦４Ｈ、横４Ｗがそれぞれ７〜８ｍｍの矩形形状である。これを覆うシールド部材６は、内壁の縦６Ｈ、横６Ｗがそれぞれ約１５ｍｍの矩形形状である。また、信号線Ｓ１が囲む領域Ｓ１´の寸法は、シールド部材６の内壁の寸法と同じかそれより小さくすることが可能である。

ビアホール導体６２ａは、それぞれ直径が７００〜８００μｍである。ビアホール導体６２ａは、発振器４の外側であってシールド部材６の直下付近に設けられる。こここで、発振器４からの放射電波は上述のように９．５ＧＨｚであり、よってその波長は約３１ｍｍである。このため、ビアホール導体６２ａの間隔６２Ｐは、１．５ｍｍ（≒３１ｍｍ／２０）離間するように配置される。ここで、ビアホール導体６２ａがシールド部材６の内側に設けられた場合に、ビアホール導体６２ａとシールド部材６内壁の距離が大きくなると、その隙間から放射電波が誘電体層２ａに侵入する。よって、誘電体層２ａを透過して外部に漏れる割合が増える。よって、ビアホール導体６２ａをシールド部材６の直下付近に設けることにより、略密閉空間をより好適に模擬でき、効率よく放射電波を封入できる。

また、ビアホール導体６２ａがシールド部材６の外側に設けられた場合に、ビアホール導体６２ａとシールド部材６の外壁との距離が大きくなると、その隙間から誘電体層２ａを透過した放射電波が漏れてしまう。よって、ビアホール導体６２ａをシールド部材６の直下付近に設けることにより、略密閉空間をより好適に模擬でき、効率よく放射電波を封入できる。

このような構成によれば、シールド部材６、内層のグランドプレーンＧＰ、及びビアホール導体６２ａにより、発振器４を収容する電波反射体の略密閉空間を模擬できる。よって、その内部に放射電波を封入できるので、放射電波を抑制できる。

このことに加え、グランドプレーンＧＰを内層に備えることで、設計の自由度が向上する。すなわち、回路基板２の裏面全体あるいはシールド部材６に対向する位置にグランドプレーンを設けた場合より、回路基板２の裏面において自由に配線パターンや回路部品を配置できる。

また、回路基板２表面の信号線Ｓ１、Ｓ１１とグランドプレーンＧＰをビアホール導体６２ａ、６２ａ１により接続し、これとは別に回路基板２の裏面の信号線Ｓ２とグランドプレーンＧＰをビアホール導体６２ｂにより接続することにより、設計の自由度が更に向上する。すなわち、ビアホール導体の代わりにスルーホールにすると、回路基板２の裏面ではスルーホールの配置により配線パターンや回路部品の配置が制約される。この点、上記のような構成によれば、ビアホール導体６２ａ、６２ａ１の位置に制約されずにビアホール導体６２ｂを配置できる。よって、回路基板２の裏面における設計の自由度を向上できる。

このように、設計の自由度が向上することで、回路装置１０全体としての小型化と、これによる低コスト化が可能になる。

なお、ビアホール導体６２ａは、回路構成における信号伝送を行わなくてもよく、一種のダミーであってもよい。すなわち、回路基板２表面から誘電体層２ａの内層のグランドプレーンＧＰまで達していれば、誘電体層２ａを透過する電波を反射する効果を奏する。また、ビアホール導体６２ａの間隔は等間隔でなくてもよい。

また、図４では図示を省略したが、逓倍器１２はシールド部材６の内部であっても、外部であってもよい。

上述の説明では、回路装置の例として、ミリ波レーダ装置の送受信回路を示した。しかし、本実施形態はこれに限られず、ミリ波レーダ装置以外の種々の電子機器に適用できる。たとえば、ＥＴＣ（Electronic Toll Collection system）送受信機の送受信回路に適用できる。あるいは、無線通信手段により映像や音声を出力装置に伝送する家庭用オーディオ・ビジュアル機器の送受信回路にも適用できる。

これらの電子機器は、ある程度限られた距離範囲内で確実に送信先へ電波信号を送るとともに、大きい伝送容量を必要とする。よって、電波の減衰量が比較的大きくてもよい反面、電波の指向性が高いことを必要とする。よって、マイクロ波帯域（３〜３０ＧＨｚ）やミリ波帯（３０〜３００ＧＨｚ）に含まれる高周波の電波を送受信する。

そして、これらの電子機器においても、他の電子機器や人体への影響を防止するために、不要な電波放射を抑制することが求められる。その一方で、設置スペースの制約などから小型化と低コスト化が要求される。よって、本実施形態によれば、電波の不要な放射を抑制しつつ、小型化を実現することができる。

以上、説明したように、本実施形態によれば、小型かつ低コストの構成で、発振器からの放射電波を抑制できる。

２：回路基板、２ａ：誘電体層、４：発振器、６：シールド部材、６２ａ、６２ａ１、６２ｂ、６２ｃ：ビアホール導体、ＧＰ：グランドプレーン、Ｓ１、Ｓ１１、Ｓ２、Ｓ３：信号線、１０：回路装置

Claims (5)

1. 誘電体層を有し、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前記誘電体層の内部に有する回路基板と、
   前記回路基板の前記第１の面側に設けられる前記発振器を覆う電波反射体のシールド部材と、
   前記回路基板の前記第１の面における前記発振器の周囲から前記導体板まで前記誘電体層を貫通して設けられる電波反射体となるビアホール導体を有する回路装置。
2. 請求項１において、
   前記回路基板の第２の面側における前記シールド部材と対向する位置に第１の信号線を有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の面側における前記シールド部材が設けられる位置に電波反射体となる第２の信号線を有し、
   前記ビアホール導体は、前記第２の信号線に設けられることを特徴とする回路装置。
4. 請求項１において、
   前記ビアホール導体の間隔は、前記所定周波数の信号の波長に対応した距離離間することを特徴とする回路装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の回路装置を有する電子機器。

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