JP2011097517A - 高周波結合器 - Google Patents

Abstract

【課題】実装するプリント配線基板の厚さや材質にかかわらず、汎用の高周波結合を用いて安定した特性で高周波信号を送受信できる高周波結合器を提供する。
【解決手段】プリント配線基板の表面に形成されるグランドパターンと一定の間隔を隔ててスタブの連結部を配置し、スタブ上にショートピンを介して結合用電極を配置する。グランドパターンをプリント配線基板の表面に配置するので、プリント配線基板の材質や厚さが異なっても伝送特性に影響しない。グランドパターンとスタブ若しくは結合用電極との間は、比誘電率が小さい空間となるので、グランドパターンを表面に形成しても静電結合若しくは電界結合しない。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電界若しくは誘導電界を利用したＵＷＢ通信システムに用いられる高周波結合器に関し、更に詳しくは超近距離で通信相手側と電界結合する結合用電極を位置決め支持する高周波結合器に関する。

静電界若しくは誘導電界を利用したＵＷＢ（ウルトラワイドバンド）通信は、３．１ＧＨｚ−１０．６ＧＨｚの高い周波数帯域を使用するもので、１００Ｍｂｐｓ程度の大容量の無線データ伝送を実現できる。また、距離に反比例して減衰するアンテナの放射電界に比べて、誘導電界は距離の二乗に反比例、静電界は、距離の３乗に反比例して減衰するので、他の機器への影響がなく、信号漏れによる情報漏れもないので、動画像や音楽のデータをパソコンなどの小型情報機器へ入出力する通信方式として着目されている。

更に、ＵＷＢ通信は静電界若しくは誘導電界を利用するので、ケーブルレス通信としてＵＳＢケーブルなどを介して接続する必要がなく、送信機側と受信機側の一対の高周波結合器間を接近させるだけで高速に大容量のデータを伝送できる通信システムとして知られている（特許文献１）。

このＵＷＢ通信は、ＵＷＢの伝送帯域の内、３．１乃至４．９ＧＨｚのＵＷＢローバンドを伝送帯域とし、図６に示すように、送信機１１０の送信回路部１１１と、受信機１２０の受信回路部１２１とを、送信機側高周波結合器１１２と受信側高周波結合器１２２とで、非接触結合する構成としている。それぞれの高周波結合器１１２、１２２は、平板状の結合用電極１１３、１２３と、結合用電極１１３、１２３に直列に接続される直列インダクタ１１４、１２４と、並列に接続される並列インダクタ１１５、１２５とからなり、送信側と受信側において互いに対称に配置される。結合用電極１１３、１２３間を極近距離で互いに向かい合わせて配置すると、平行平板コンデンサとして作用し、高周波結合器１１２、１２２の全体でバンドパスフィルタのように動作するので、送信回路部１１１と受信回路部１２１の間で効率的に高周波信号が伝達される。

ここで、平板状の結合用電極１１３、１２３間の距離は、３ｃｍ程度の極近距離であるが、伝送帯域である４ＧＨｚの周波数帯では約１／２波長に相当しインピーダンス不整合による伝送損失の影響は大きい。そこで、結合部における信号の反射を減じるために、送信回路部１１１から結合用電極１１３までの回路の特性インピーダンスと、結合用電極１２３から受信回路部１２１までの回路の特性インピーダンスのマッチングをとり、伝送効率を高めている。

しかしながら図６に示す回路を集中定数回路としてみなされる回路素子で形成すると動作周波数帯域が狭いので、高周波結合器１１２、１２２を図７に示す分布定数回路に代え、より広帯域で動作する高周波結合器１３０を構成している。すなわち、裏面がグランドパターンで覆われたプリント配線基板１３１の表面に直列インダクタ１１４、１２４と並列インダクタ１１５、１２５の代わりに分布定数回路としての導体パターンからなるスタブ１３２が印刷形成され、その一端が信号線パターン１３３を介して送信回路部１１１若しくは受信回路部１２１に接続している。また、スタブ１３２の他側は、スルーホール１３４を介して裏面のグランドパターンに接続してショートされ、スタブ１３２の中央位置で導電性金属板からなる結合用電極１３５から下方に折り曲げた脚部１３５ａを半田接続し、結合用電極１３５を接続している。

スタブ１３２の長さは、高周波信号の１／２波長とし、信号線パターン１３３とスタブ１３２は、裏面がグランドパターンで覆われたプリント配線基板４上に配線されることによりマイクロストリップ線路として形成される。従って、グランドパターンに接続する先端でショートするスタブ１３２に発生する定在波の電圧振幅は、結合用電極１３５が接続する中央位置で最大となり、伝搬効率の良い高周波結合器１３０が形成される。

また結合用電極１３５の脚部１３５ａは、結合用電極１３５をプリント配線基板１３１へ投影させた投影形状の中心位置から下方に折り曲げて形成され、これにより高周波伝送線路が接続する給電点と結合用電極１３５の中心との間で結合用電極１３５の平面に沿って不均一な電流が流れることがなく、アンテナとして不要な電波を放射することがない。

このように構成される結合用電極１３５は、導電性金属板をプレス加工などで打ち抜いた後、折り曲げ加工するだけの簡単な加工工程で得られるが、図７に示すように、スペーサを用いて支持するものではないので、プリント配線基板４への自動実装が困難で、基板４へ接続後に外力を受けて変形しやすく、伝送特性が変化してしまう。

そこで、図８に示すように、絶縁体からなる直方体状のスペーサ１４１の表面に導体パターンを蒸着、若しくは印刷して結合用電極１４２を形成するとともに、裏面に折り畳み状に蛇行するスタブ１４３を蒸着などで形成し、スタブ１４３の配線方向に沿った中央位置と結合用電極１４２の中心とをスペーサ１４１を貫通するスルーホール１４４で接続して結合用電極１４２を一体に支持する高周波結合器１４０も提案されている。

このように構成した高周波結合器１４０は、スタブ１４３の一側がプリント配線基板１４５の信号線パターン１４６の一端に、スタブ１４３の他側がプリント配線基板１４５の裏面のグランドパターン１４７に接続する接地ランドパターン１４８に対向して接続するようにプリント配線基板１４５上に表面実装し、高周波結合器を構成している。

ここで、プリント配線基板１４５の裏面の全体をグランドパターン１４７で覆うことによって、高周波結合器が配置された電子機器内でプリント配線基板１４５の裏面側に配置される他の回路素子やパターンからスタブ１４３や結合用電極１４２に流れる高周波信号が遮断され、裏面がグランドパターン１４７で覆われたプリント配線基板１４５の表面にスタブ１４３や信号パターン１４６が形成されることによりマイクロストリップ線路が形成される。

特開２００８−１５４１９８号公報

しかしながら、上述のいずれの高周波結合器１３０、１４０も、裏面の全体にグランドパターンが形成されたプリント配線基板１３１、１４５の表面に実装されるので、プリント配線基板１３１、１４５の厚さや材質が異なる毎に、結合用電極１３５、１４２やスタブ１３２、１４３との距離や比誘電率が異なり、それに合わせてスタブ１３２、１４３の長さなど、構成する回路素子の回路定数を設定し直さなければならない。

プリント配線基板１３１、１４５の表面側にグランドパターンを形成すれば、結合用電極１３５、１４２との距離や誘電率が一定となり、回路定数を見直すことなく、汎用の高周波結合器を用いることができるが、表面側にスタブ１３２、１４３が配置されるので、これを実現することができなかった。

更に、グランドパターンと結合用電極１３５、１４２間が接近することとなるので、その間の静電容量が大きくなり、高周波信号に対してバンドパスフィルターとして作用する結合用電極１３５、１４２を含む回路の通過帯域が狭くなったり、結合用電極１３５、１４２からグランドパターンへ通信信号電力が漏れるという新たな問題も生じる。

また、図７に示す高周波結合器１３０は、結合用電極１３５が不安定な状態で支持されるので、予期しない外力を受けて変形しやすく、プリント配線基板への自動実装が困難であるので、量産に適しない。

これを改善した図８に示す高周波結合器１４０は、結合用電極１４２とスタブ１４３をスペーサ１４１と一体としているので、自動実装が可能であるが、結合用電極１４２の図形中心でスタブ１４３に接続する必要があるので、その中心から下方に向けてスペーサ１４１を貫通してスタブ１４３に導通させるスルーホール１４４を形成する必要があるが、結合用電極１４２は縦１０ｍｍ横１３ｍｍ程度の大きさであり、スルーホール１４４を形成して両者を電気接続することは極めて困難であり実用性に欠けるものであった。

また、自動実装を可能とするために、結合用電極１４２とスタブ１４３間に比誘電率の高い絶縁スペーサを介在させるので、両者が電界結合しないように絶縁スペーサの高さをある程度高くする必要があり、高周波結合器１４０を低背化できなかった。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、高周波結合器を実装するプリント配線基板の厚さや材質にかかわらず、汎用の高周波結合を用いて安定した特性で高周波信号を送受信できる高周波結合器を提供することを目的とする。

また、結合用電極を簡単な組立で確実に位置決め保持し、プリント配線基板上に自動実装可能とした高周波結合器を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、請求項１に記載の高周波結合器は、ＵＷＢ通信の通信相手側とで平行平板コンデンサを形成する結合用電極と、結合用電極に接続し、インダクタを形成するスタブとを備えた高周波結合器であって、
帯状導電性金属板からなり、帯状の先端側でプリント配線基板の表面に形成されたグランドパターンに電気接続する終端接続部と、帯状の基端側でプリント配線基板の表面に形成された信号パターンに電気接続する信号接続部と、プリント配線基板の表面から離間して終端接続部と信号接続部の間に架け渡される連結部とを有するスタブと、帯状の連結部の略中央位置から立設されたショートピンと、導電性金属板からなり、プリント配線基板の表面と平行な姿勢でショートピンの上端部に連結し、連結部の上方を所定の間隔を隔てて覆う結合用電極と、を備えたことを特徴とする。

スタブの連結部は、プリント配線基板の表面から離間するので、比誘電率がプリント配線基板の材料に比べて低い空間でプリント配線基板の表面に形成されるグランドパターンと隔てられる。また、結合用電極も連結部から立設されたショートピンの上端に連結され、スタブの連結部と結合用電極間に比較的誘電率の低い空間が介在するので、プリント配線基板の表面にグランドパターンを形成して結合用電極に接近させても、両者の静電容量は小さく、静電結合若しくは電界結合しにくい。

また、請求項２に記載の高周波結合器は、接合用電極とスタブの連結部表面との間に、枠状部を有する絶縁スペーサを配置し、結合用電極の周縁の少なくとも一部を枠状部に係合し、結合用電極をプリント配線基板の表面と平行な姿勢で位置決め支持することを特徴とする。

絶縁スペーサは、枠状に形成されているので、プリント配線基板の表面に実装した状態で、結合用電極とスタブとの間は、絶縁スペーサを形成する合成樹脂などの絶縁材料に比べて比誘電率が低い空間となり、結合用電極とプリント配線基板の表面のグランドパターンとは静電結合若しくは電界結合しにくい。

また、結合用電極は、その周縁の少なくとも一部が絶縁スペーサの枠状部に係合して位置決めされるので、外力を受けても変形したり、スタブやグランドパターンに接近することがなく、伝送特性が悪化しない。

また、請求項３に記載の高周波結合器は、ショートピンの軸方向のいずれか一側にフランジ部を形成すると共に、結合用電極の図形中心位置とスタブの連結部の略中央位置に、それぞれフランジ部を除くショートピンを挿通させる挿通孔を形成し、接合用電極とスタブの連結部との間に絶縁スペーサを挟持した状態で、各挿通孔に挿通させたショートピンのフランジ部の他側を加締め、スタブとショートピンと結合用電極とを絶縁スペーサに一体に組み付けたことを特徴とする。

ショートピンのフランジ部の他側を加締めることにより、スタブと絶縁スペーサと結合用電極は積層した状態で、ショートピンのフランジ部と他側の加締め部間に挟まれ、スタブとショートピンと結合用電極とは絶縁スペーサに一体に組み付けられる。

また、請求項４に記載の高周波結合器は、スタブの連結部は、該連結部の略中央位置で点対称な蛇行形状に形成されていることを特徴とする。

連結部を蛇行形状とするので、通信帯域の高周波信号のλ／２、λ／４の長さとするスタブを小型化でき、その上方の結合用電極を大型化せずに全体が覆われる。

蛇行形状が連結部の略中央位置で点対称なので、帯状の先端側の終端接続部と基端側の信号接続部を、それぞれ逆に信号パターンとグランドパターンに電気接続しても、同一特性が得られる。

請求項１の発明によれば、種々の厚さや材質のプリント配線基板に対して同一構造の高周波結合ユニットを実装しても通信特性が悪化せず、汎用の高周波結合ユニットを任意のプリント配線基板へ実装できる。

従来絶縁スペーサを構成する絶縁樹脂であったスタブと結合用電極間、及びプリント配線基板材料であったスタブとグランドパターン間が空隙となり、絶縁樹脂、プリント配線基板材料に比較して比誘電率が下がるので、グランドパターンが表面に形成されて結合用電極との距離が接近しても、静電容量が大きくならず、グランドパターンとの静電結合若しくは電界結合による通信特性の悪化がない。

また、グランドパターンと結合用電極間を接近させても、結合用電極で送受信する電力はグランドパターンに漏れにくく、プリント配線基板を含めた全体をの厚さを薄型化しても、通信特性が悪化しない。

請求項２の発明によれば、絶縁スペーサの枠状部が結合用電極の周縁に係合して位置決めするので、結合用電極とスタブ間に比誘電率の低い空隙とすることができる。

また、結合用電極は、その周縁の一部が絶縁スペーサの枠状部に係合してプリント配線基板の表面に平行な姿勢で位置決めされるので、外力を受けても変形しにくく、伝送特性が変化しない。

また、絶縁スペーサにより、全体が一体化されるので、プリント配線基板の表面に自動実装することができる。

請求項３の発明によれば、ショートピンをスタブと絶縁スペーサと結合用電極に挿通し、フランジ部の他側を加締めるだけの簡単な組み立て工程で、全体を一体化することができる。

請求項４の発明によれば、連結部を蛇行形状とするので、通信帯域のλ／２、λ／４の長さとするスタブを小型化できる。従って、空中線として作用しないように大型化することができない結合用電極のプリトン配線基板への投影面内にスタブの連結部を確実に収めることができる。

また、スタブの連結部を、連結部の略中央位置で点対称形状とすることによって、先端側と基端側の方向性がなくなり、いずれの側を信号パターンとグランドパターンへ接続させても誤接続とならない。

図１は、プリント配線基板１０へ実装する本発明の一実施の形態に係る高周波結合器１の分解斜視図である。 図２はプリント配線基板１０へ実装した高周波結合器１の平面図である。 図３は、高周波結合器１の平面図である。 図４は、高周波結合器１の分解側面図である。 図５は、プリント配線基板１０へ実装した高周波結合器１を図３のＡ−Ａ線で切断した縦断面図である。 図６は、高周波結合器１１２、１２２の回路図である。 図７は、従来の高周波結合器１３０を示す斜視図である。 図８は、従来の高周波結合器１４０を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る高周波結合器１を、図１乃至図６を用いて説明する。この高周波結合器１は、伝送帯域の内、３．１乃至４．９ＧＨｚのＵＷＢローバンドを伝送帯域とする静電界若しくは誘導電界を利用したＵＷＢ通信において、図６に示す高周波結合器１１２、１２２の集中定数回路を分布定数回路として、結合用電極１１３、１２３に相当する結合用電極２と、直列インダクタ１１４、１２４と並列インダクタ１１５、１２５に相当するスタブ７を絶縁スペーサ３を介して一体に組み立ててなるものである。

上述したように、送信機１１０の送信回路部１１１と受信機１２０の受信回路部１２１間相互のＵＷＢ通信では、送信機側高周波結合器１１２と受信側高周波結合器１２２の結合用電極１１３、１２３を３ｃｍ程度の極近距離で対向配置し、両者で平行平板コンデンサを構成させる。結合用電極１１３、１２３と送信回路部１１１若しくは受信回路部１２１との間には、直列インダクタ１１４、１２４が直列に、並列インダクタ１１５、１２が並列にそれぞれ接続されるので、高周波結合器１１２、１２２の全体でバンドパスフィルタのように動作し、送信回路部１１１と受信回路部１２１の間で効率的に高周波信号が伝達される。

ここで、高周波結合器１１２、１２２を図６に示す集中定数回路とした各回路素子で構成すると動作周波数帯域が狭いので、広帯域で動作するように分布定数回路で考え、図１に示す高周波結合器１で構成している。すなわち、同図に示すように、高周波結合器１は、板金状の結合用電極２と、結合用電極２の周縁と係合し、結合用電極２を水平に位置決め支持する絶縁スペーサ３と、帯状導電性金属板からなるスタブ７と、スタブ７のほぼ中央位置から立設され、上端部４ａが結合用電極２の図形中心に連結するショートピン４とからなっている。

結合用電極２は、導電性を有する厚さ０．１５ｍｍ程度の燐青銅などの金属板を、縦横１０ｍｍ前後の略正方形状に打ち抜いて形成している。このように結合用電極２を小型形状とするのは、結合用電極２を大型化して平面の面積が拡大すると、結合用電極２がアンテナとして作用し、高周波信号が漏れる恐れがあるからである。また、この打ち抜き工程に前後して、ほぼ正方形の図形中心となる位置に、表面から裏面に向かうバーリング加工により、ショートピン４を挿通させる円筒孔６を形成している。

ショートピン４は、導電性金属材料からなる円筒体を切削加工し、円筒孔６に遊挿する外径の上端部４ａと、上端部４ａの下方で上端部４ａより細径の軸部４ｂと、上縁に沿って円筒孔６より大径のフランジ部４ｃとを一体に形成している。

絶縁スペーサ３は、耐熱性液晶ポリマー（ＣＣＰ）等の耐熱性かつ絶縁性の合成樹脂により、図１に示すように、結合用電極２の周囲に沿ったほぼ正方形の枠状部３１と、枠状部３１の対向するいずれか一対のガイド枠３１ａ、３１ａと平行に、枠状部３１内に架け渡された支持枠部３２とが一体に成形されている。支持枠部３２は、中間をリング状とすることによりショートピン４の軸部４ｂが挿通自在とする貫通孔３３が形成され、このリング状の両側の裏面に後述するスタブ７の位置決め孔８ｂに挿通する位置決め突起３２ａ、３２ａが垂設されている。

また、一対のガイド枠３１ａ、３１ａには、その外側壁に沿ってそれぞれガイドリブ３４、３４が一体に立設されている。このガイドリブ３４、３４間の絶縁スペーサ３上に結合用電極２を配置すると、結合用電極２の円筒孔６と貫通孔３３が鉛直方向で連通し、円筒孔６と貫通孔３３にショートピン４を挿通させることにより、結合用電極２は、水平方向にがたつきなく位置決めされる。ガイド枠３１ａ、３１ａの各裏面の中央には、高周波結合器１をプリント配線基板１０の表面に実装した際に、該表面に当接して絶縁スペーサ３を水平な姿勢に支持する支持突起３５、３５が垂設されている。

スタブ７は、プレス成形により導電性金属板を帯状に打ち抜いた後、帯状の両側をクランク状に斜め下方に折り曲げ、図１に示す終端接続部７ａと、信号接続部７ｂと、終端接続部７ａ及び信号接続部７ｂとの間に架け渡される連結部８とを形成したもので、連結部８の中央部に、更に上方に向かって裁頭円錐状の円環部８ａを打ち出し形成している。円環部８ａとすることによりその中心側に形成される挿通孔９は、ショートピン４の軸部４ｂを挿通自在とする内径となっている。また、円環部８ａの外径は、上記絶縁スペーサ３の貫通孔３３にわずかに短く、これによりスタブ７の連結部８上に絶縁スペーサ３を配置すると、円環部８ａが貫通孔３３内に遊嵌され、貫通孔３３と挿通孔９とは鉛直方向の同軸線上で連通する。

終端接続部７ａと信号接続部７ｂを含む帯状のスタブ７全体の長さは、伝送帯域である４ＧＨｚの周波数帯の約１／２波長若しくは１／４波長とするのが望ましいが、少なくとも連結部８の上方が縦、横１０ｍｍ前後の大きさの結合用電極２で覆われるように、連結部８を蛇行形状とし、本実施の形態では、蛇行させた配線方向に沿った長さがほぼ伝送帯域の高周波信号の略１／４波長に相当する２ｃｍとなるように形成している。連結部８の終端接続部７ａ及び信号接続部７ｂが連設される部位には、それぞれ支持枠部３２の位置決め突起３２ａ、３２ａが挿通する位置決め孔８ｂが穿設され、絶縁スペーサ３は、位置決め突起３２ａ、３２ａを位置決め孔８ｂに挿通することにより鉛直軸回りに位置決めされた状態で、支持枠部３２がスタブ７の連結部８上に配置される。

図１に示すように、蛇行形状とした連結部８とその両側に連設される終端接続部７ａ及び信号接続部７ｂの全体は、スタブ７の中心、すなわち円環部８ａの中心回りに点対称に形成され、帯状の先端側と基端側に方向性がなくなるので、後述するプリント配線基板１０の表面に実装する際に、先端側と基端側の向きを考慮することなく、いずれの側であっても終端接続部７ａ若しくは信号接続部７ｂとすることができる。

高周波結合器１を実装するプリント配線基板１０は、引き出し部１０ａを基端側（図２において下側）に突出させた突き出した長方形状に形成され、その表面のほぼ全体がグランドパターン１１により覆われている。これは、電子機器内でプリント配線基板１０の裏面側に配置される他の回路素子やパターンからスタブ７や結合用電極２に流れる高周波信号を完全に遮断するものである。プリント配線基板１０の先端側には、グランドパターン１１に接続する接地ランドパターン１１ａが形成され、また、引き出し部１０ａには、グランドパターン１１とプリント配線基板１０の表面上で一定の間隔を隔てて、信号パターン１２と信号パターンの先端側に連続する信号ランドパターン１２ａが形成されている。グランドパターン１２と一定の間隔を隔てて配線された信号パターン１２は、マイクロストリップラインを形成し、引き出し部１０ａから図示しない同軸コネクタを介して、図６の送信回路部１１１若しくは受信回路部１２１に接続している。

以下、プリント配線基板１０の表面に実装する上述構成の高周波結合器１を組み立てる方法を説明する。始めに、スタブ７の位置決め孔８ｂに絶縁スペーサ３の位置決め突起３２ａ、３２ａを挿通させて、スタブ７の連結部８上に絶縁スペーサ３を配置し、更に絶縁スペーサ３の一対のガイドリブ３４、３４間に結合用電極２を配置し、下方からスタブ７、絶縁スペーサ３、結合用電極２の順に積層する。

このように積層した状態で、スタブ７の円環部８ａは、絶縁スペーサ３の貫通孔３３内に遊嵌され、スタブ７の挿通孔９と絶縁スペーサ３の貫通孔３３と結合用電極２の円筒孔６とが鉛直方向の同軸線上で連通するので、円筒孔６の上方からショートピン４の軸部４ｂを挿通し、軸部４ｂの下端を挿通孔９の下方へ突き出す。ショートピン４のフランジ部４ｃは、円筒孔６の内径より大径であるので、挿通孔９から突き出された軸部４ｂの下端を加締めて積層する上記スタブ７と絶縁スペーサ３と結合用電極２とをショートピン４のフランジ部４ｃと加締めた軸部４ｂとの間で挟持し、相互を固定する。

この加締め工程によって、上下に積層されたスタブ７、絶縁スペーサ３及び結合用電極２は、ショートピン４に挟まれて上下方向で固定されると共に、絶縁スペーサ３に対して、一対のガイド枠３１ａ、３１ａ間に挟まれた結合用電極２と、位置決め孔８ｂに位置決め突起３２ａ、３２ａが挿通するスタブ７は、鉛直軸回りで固定され、全体が一体に位置決め固定される。同時に、図５に示すように、ショートピン４のフランジ部４ｃは、結合用電極２の円筒孔６の周囲に電気接続し、軸部４ｂの加締められた下端部分がスタブ７の円環部８ａの内頂面に電気接続するので、帯状のスタブ１の略中央位置が結合用電極７の図形中心にショートピン４を介して電気接続する。

上述のように、高周波結合器１は、簡単なショートピン４の加締め工程で全体が一体化され、自動実装で接地ランドパターン１１ａと信号ランドパターン１２ａが表面に形成されたプリント配線基板１０へ表面実装できる。高周波結合器１のプリント配線基板１０へ実装工程は、接地ランドパターン１１ａと信号ランドパターン１２ａ上にクリーム半田を付着させた後、接地ランドパターン１１ａ上にスタブ７の先端側の終端接続部７ａが、信号ランドパターン１２ａ上に基端側の信号接続部７ｂが配置されるように、高周波結合器１をプリント配線基板１０の表面上に配置し、全体をリフロー炉に通して高周波結合器１を表面実装する。尚、リフロー工程前に高周波結合器１をプリント配線基板１０の表面上に配置する向きは、上述のように、スタブ７が円環部８ａの中心回りに点対称に形成されているので、先端側と基端側の向きを考慮することなく、接地ランドパターン１１ａと信号ランドパターン１２ａ上に帯状の両側を配置させればよい。

リフロー工程を経て、プリント配線基板１０の表面の接地ランドパターン１１ａと引き出し部１０ａに形成された信号ランドパターン１２ａに、それぞれスタブ７の終端接続部７ａと信号接続部７ｂが半田接続される。これにより、終端接続部７ａと信号接続部７ｂの間に架け渡されるスタブ７の連結部８は、表面のグランドパターン１１と一定の間隔を隔てて配置され、信号パターン１２により引き出される信号線路の特性インピーダンスにマッチングするマイクロストリップ線路が形成される。また、スタブ７の先端は接地され、スタブ７の配線方向に沿った長さが伝送帯域の高周波信号の略１／４波長に相当する長さとなっているので、スタブ７と信号パターン１２との結合部やスタブ７の先端部において反射することがなく、スタブ７の配線方向に沿ってその中央位置で最大の電圧振幅となる定在波が発生する。更に、その中央位置にショートピン４を介して結合用電極１０が電気接続するので、効率よく高周波信号を伝送できる。

本実施の形態に係る高周波結合器１によれば、表面にグランドパターンが形成されているプリント配線基板へ実装しても、結合用電極２とグランドパターン１１間は、比誘電率の低い空間となっているので、結合用電極２とグランドパターン１１間が電界結合しない。従って、プリント配線基板の厚さや材質にかかわらず、伝送特性は安定し、任意のプリント配線基板を用いることができる。また、結合用電極２とグランドパターン１１間が接近しても電界結合しにくいので、高周波結合器１を小型、低背化できる。

更に、従来のプリント配線基板には、表面にスタブが裏面にグランドパターンが形成されていたので、その間にはプリント配線基板を構成する比誘電率の高い絶縁材料が介在して電界結合しやすく、プリント配線基板は、スタブに流れる高周波信号がグランドパターンへ漏れないある程度の厚さが必要であった。一方、本実施の形態に係る高周波結合器１によれば、スタブ７とグランドパターン１１の間を比誘電率の低い空隙とし、プリント配線基板１０は任意の厚さとすることができるので、薄型化することにより、プリント配線基板の厚さを含めた高周波結合器１の全高を低背化できる。

更に、板金状の結合用電極２の周囲が絶縁スペーサ３に位置決め支持されるので、自動実装が可能となり、また不用意な外力を受けても変形することがない。

また、結合用電極２の図形中心において、高周波伝送線路であるスタブ７と電気接続するので、給電点と結合用電極２の中心との間で結合用電極２の平面に沿って不均一な電流が流れることがなく、アンテナとして不要な電波を放射することがない。

上記実施の形態では、絶縁スペーサ３を用いて結合用電極２を位置決め支持しているが、ショートピン４でスタブ７の連結部８上に結合用電極２を支持できれば、必ずしも絶縁スペーサ３を用いなくても良い。

また、そのショートピン４は、結合用電極２と別に形成しているが、導電性金属板を絞り加工する等の工程で、ショートピン４を結合用電極２と一体で形成してもよい。

また、結合用電極２とスタブ７の組立は、ショートピン４の下端を加締めて行ったが、一体化する手段はこれに限らない。

静電界若しくは誘導電界を利用したＵＷＢ通信システムに用いられる高周波結合器に適している。

１ 高周波結合器
２ 結合用電極
３ 絶縁スペーサ
４ ショートピン
４ａ 軸部
４ｃ フランジ部
６ 円筒孔
７ スタブ
７ａ 終端接続部
７ｂ 信号接続部
８ 連結部
９ 挿通孔
１０ プリント配線基板
１１ グランドパターン
１１ａ 接地ランドパターン
１２ 信号パターン
１２ａ 信号ランドパターン

Claims (4)

1. ＵＷＢ通信の通信相手側とで平行平板コンデンサを形成する結合用電極と、前記結合用電極に接続し、インダクタを形成するスタブとを備えた高周波結合器であって、
   帯状導電性金属板からなり、帯状の先端側でプリント配線基板の表面に形成されたグランドパターンに電気接続する終端接続部と、帯状の基端側で前記プリント配線基板の表面に形成された信号パターンに電気接続する信号接続部と、前記プリント配線基板の表面から離間して終端接続部と信号接続部の間に架け渡される連結部とを有するスタブと、
   帯状の前記連結部の略中央位置から立設されたショートピンと、
   導電性金属板からなり、前記プリント配線基板の表面と平行な姿勢で前記ショートピンの上端部に連結し、前記連結部の上方を所定の間隔を隔てて覆う結合用電極と、
   を備えたことを特徴とする高周波結合器。
2. 前記接合用電極と前記スタブの連結部表面との間に、枠状部を有する絶縁スペーサを配置し、
   前記結合用電極の周縁の少なくとも一部を前記枠状部に係合し、前記結合用電極を前記プリント配線基板の表面と平行な姿勢で位置決め支持することを特徴とする請求項１に記載の高周波結合器。
3. ショートピンの軸方向のいずれか一側にフランジ部を形成すると共に、
   前記結合用電極の図形中心位置と前記スタブの連結部の略中央位置に、それぞれフランジ部を除くショートピンを挿通させる挿通孔を形成し、
   前記接合用電極と前記スタブの連結部との間に絶縁スペーサを挟持した状態で、各挿通孔に挿通させた前記ショートピンのフランジ部の他側を加締め、
   前記スタブと前記ショートピンと前記結合用電極とを絶縁スペーサに一体に組み付けたことを特徴とする請求項２に記載の高周波結合器。
4. 前記スタブの連結部は、該連結部の略中央位置で点対称な蛇行形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の記載の高周波結合器。

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