JP2012181926A

JP2012181926A - 同軸ケーブル接続構造及び接続方法

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Publication number: JP2012181926A
Application number: JP2011042015A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Kaneda; 正久金田
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2012-09-20

Abstract

【課題】低コストでありながら、安定したグランドの確保と優れた高周波特性の実現が可能な同軸ケーブル接続構造を提供する。
【解決手段】同軸ケーブル接続構造１０において、回路基板１５に、同軸ケーブル１４の端末部１３が接続されるスリット１７と、回路基板１５の表面に形成された信号ライン１８と、回路基板１５の裏面に形成されたグランド１９と、回路基板１５の表面に形成され、グランド１９と電気的に独立した配線パターン２８と、回路基板１５のグランド１９に電気的に接続されたケーブルガイド２０と、を備え、同軸ケーブル１４の露出した内部導体１１が回路基板１５の信号ライン１８にはんだ付けされると共に、同軸ケーブル１４の露出した外部導体１２がケーブルガイド２０にはんだ付けされ、且つ、ケーブルガイド２０によって回路基板１５のグランド１９と配線パターン２８とが電気的に接続されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、同軸ケーブルを回路基板に接続した同軸ケーブル接続構造及び接続方法に係り、特に、アンテナなど高精度な接続が要求される機器に適用される同軸ケーブル接続構造及び接続方法に関するものである。

従来、携帯電話基地局向けアンテナの内部配線では、同軸ケーブルと移相器基板やアンテナ素子との電気的な接続に高周波コネクタを使用していた。この高周波コネクタを用いたコネクタ配線は組立が簡便ではあるが、アンテナで使用する周波数帯域において接触不良やめっき不良などで、ＳＷＲの悪化や高調波歪みの原因となりアンテナの性能を妨げる例がある。また、高性能な高周波コネクタは高コストであるという問題もある。

一方、高周波コネクタを使用しない低コストな同軸ケーブル接続構造としては、特許文献１に開示されるように、同軸ケーブルの内部導体を回路基板の表面に形成された信号ラインに電気的に接続し、同軸ケーブルの外部導体に接続部材を接触させると共にその接続部材を回路基板の表面に形成されたグランドにねじ止めするものがある。

また、特許文献２には、内部導体と外部導体とが露出した同軸ケーブルの端末部を回路基板の縁に形成したスリットに収容し、同軸ケーブルの内部導体を回路基板の表面に形成された信号ラインに電気的に接続し、同軸ケーブルの外部導体をスリットの両側であって回路基板の表面に形成された配線パターンにはんだ付けし、その配線パターンと回路基板の裏面に形成されたグランドとをスルーホールで電気的に接続して、同軸ケーブルの外部導体を回路基板のグランドに電気的に接続した構造が開示されている。

更に、特許文献３，４には、内部導体と外部導体とが露出した同軸ケーブルの端末部を回路基板の縁に形成したスリットに収容し、同軸ケーブルの内部導体を回路基板の表面に形成された信号ラインに電気的に接続し、同軸ケーブルの外部導体をスリットの側面に形成した金属層にはんだ付けし、その金属層を介して同軸ケーブルの外部導体を回路基板の裏面に形成されたグランドに電気的に接続した構造が開示されている。

実開平３−９５５６６号公報実開昭６１−１４９４０３号公報特開２００３−１６８４９９号公報特開２００９−１０５００８号公報

しかし、特許文献１に開示された構造では、接続部材を回路基板のグランドにねじ止めする際のねじの締め方や締め付け具合によっては接触不良が生じ、安定したグランドを確保することができないという問題があった。

また、アンテナなど高周波信号を扱う機器においては特性インピーダンスの整合の観点から、極力表層の配線パターンで回路を形成することが好ましいが、特許文献２に開示された構造では、回路基板の表面の配線パターンと回路基板の裏面のグランドとが内層配線であるスルーホールを介して電気的に接続されるので、この構造を高周波信号を扱う機器に適用するのは望ましくない。

また、特許文献３，４に開示された構造は、スリットの側面に金属層を形成する必要があり、金属層を表層に形成する場合に比べてコストが増大するという問題がある。

そこで、本発明の目的は、低コストでありながら、安定したグランドの確保と優れた高周波特性の実現が可能な同軸ケーブル接続構造及び接続方法を提供することにある。

この目的を達成するために創案された本発明は、内部導体と外部導体とが露出した端末部を有する同軸ケーブルを回路基板に接続した同軸ケーブル接続構造において、前記回路基板に、前記同軸ケーブルの端末部が接続されるスリットと、前記スリットの延長線上であって前記回路基板の表面に形成された信号ラインと、前記回路基板の裏面に形成されたグランドと、前記スリットの両側であって前記回路基板の表面に形成され、前記グランドと電気的に独立した配線パターンと、前記スリットを横断するように設けられ、前記回路基板のグランドに電気的に接続されたケーブルガイドと、を備え、前記同軸ケーブルの露出した内部導体が前記回路基板の信号ラインにはんだ付けされると共に、前記同軸ケーブルの露出した外部導体が前記ケーブルガイドにはんだ付けされ、且つ、前記ケーブルガイドによって前記回路基板のグランドと配線パターンとが電気的に接続された同軸ケーブル接続構造である。

前記ケーブルガイドは、前記同軸ケーブルの露出した外部導体がはんだ付けされる凹部と、前記凹部の両側に一体に形成されると共に前記スリットの両側であって前記回路基板の表面にはんだ付けされる羽部と、前記凹部の先端側に一体に形成されると共に前記回路基板のグランドにはんだ付けされるグランド接続部と、を有すると良い。

前記ケーブルガイドは、１枚の金属板をプレス成形して作製されると良い。

前記ケーブルガイドは、前記同軸ケーブルの外部導体と同じ金属からなると良い。

前記スリットは、前記回路基板の縁から内側に伸びる幅広部と、前記幅広部と連続して形成された幅狭部と、を有すると良い。

また、本発明は、内部導体と外部導体とが露出した端末部を有する同軸ケーブルを回路基板に接続する同軸ケーブル接続方法において、前記回路基板に、前記同軸ケーブルの端末部が接続されるスリットを形成する工程と、前記スリットの延長線上であって前記回路基板の表面に信号ラインを形成し、前記回路基板の裏面にグランドを形成し、前記スリットの両側であって前記回路基板の表面に前記グランドと電気的に独立した配線パターンを形成する工程と、凹部と、前記凹部の両側に一体に形成された羽部と、前記凹部の先端側に一体に形成されたグランド接続部と、を有するケーブルガイドを作製する工程と、前記スリットを横断するように前記ケーブルガイドを設け、前記羽部を前記回路基板の配線パターンにはんだ付けすると共に前記グランド接続部を前記回路基板のグランドにはんだ付けする工程と、前記同軸ケーブルの露出した外部導体を前記ケーブルガイドにはんだ付けすると共に、前記同軸ケーブルの露出した内部導体を前記回路基板の信号ラインにはんだ付けする工程と、を備える同軸ケーブル接続方法である。

本発明によれば、低コストでありながら、安定したグランドの確保と優れた高周波特性の実現が可能な同軸ケーブル接続構造及び接続方法を提供することができる。

本発明に係る同軸ケーブル接続構造を示す斜視図であり、（ａ）は回路基板の表面側から見た図、（ｂ）は回路基板の裏面側から見た図である。本発明に係る同軸ケーブル接続方法の一工程を説明する図である。本発明に係る同軸ケーブル接続方法の一工程を説明する図である。本発明に係る同軸ケーブル接続方法の一工程を説明する図である。本発明に係る同軸ケーブル接続方法の一工程を説明する図である。本発明に係る同軸ケーブル接続方法の一工程を説明する図である。（ａ）〜（ｃ）は実施例で用いたケーブルガイドの寸法を示す図である。実施例で用いた回路基板の寸法を示す図である。実施例において、Ｗ＝２．１ｍｍ、ｄ＝１ｍｍとしたときの測定結果を示す図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の好適な実施の形態に係る同軸ケーブル接続構造を示す斜視図であり、（ａ）は回路基板の表面側から見た図、（ｂ）は回路基板の裏面側から見た図である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る同軸ケーブル接続構造１０は、内部導体１１と外部導体１２とが露出した端末部１３を有する同軸ケーブル１４を回路基板１５に接続したものであり、回路基板１５の縁に開口端１６を有し、同軸ケーブル１４の端末部１３が収容されるスリット１７と、スリット１７の延長線上であって回路基板１５の表面に形成された信号ライン１８と、回路基板１５の裏面に形成されたグランド１９と、スリット１７の両側であって回路基板１５の表面に形成され、グランド１９と電気的に独立した配線パターン２８と、スリット１７を横断するように設けられ、回路基板１５のグランド１９に電気的に接続されたケーブルガイド２０と、を備え、同軸ケーブル１４の露出した内部導体１１が回路基板１５の信号ライン１８にはんだ付けされると共に、同軸ケーブル１４の露出した外部導体１２がケーブルガイド２０にはんだ付けされ、且つ、ケーブルガイド２０によって回路基板１５のグランド１９と配線パターン２８とが電気的に接続されたことを特徴とする。

同軸ケーブル接続構造１０は、主にアンテナなど高精度な接続が要求される機器に適用される。

同軸ケーブル１４は、少なくとも内部導体１１と外部導体１２とを有したものであれば良く、例えば、内部導体１１と、内部導体１１の外周に設けられた絶縁層２１と、絶縁層２１の外周に設けられた外部導体１２と、外部導体１２の外周に設けられたシース２２と、からなる。

回路基板１５は、例えば、移相器基板であり、前述の同軸ケーブル１４はこの移相器基板とアンテナ素子とを接続するために用いられる。信号ライン１８は、一般的な５０Ωラインであり、グランド１９は、回路基板１５の裏面全体をグランドとした全面グランドである。

スリット１７は、回路基板１５の縁から内側に伸びる幅広部２３と、幅広部２３と連続して形成された幅狭部２４と、を有する。幅広部２３は、同軸ケーブル１４のはんだ付け時やケーブルフォーミング時に作業者の手（指）を入りやすくし、これらの作業を容易に行えるようにするためのものであり、幅狭部２４は、ケーブルガイド２０を収容して組み付けるためのものである。

ケーブルガイド２０は、同軸ケーブル１４の露出した外部導体１２がはんだ付けされる凹部２５と、凹部２５の両側に一体に形成されると共にスリット１７の両側であって回路基板１５の表面にはんだ付けされる羽部２６と、凹部２５の先端側に一体に形成されると共に回路基板１５のグランド１９にはんだ付けされるグランド接続部２７と、を有する。

凹部２５は、同軸ケーブル１４の外部導体１２をケーブルガイド２０にはんだ付けする際に、はんだを外部導体１２の周囲に十分に回り込ませるためのはんだ溜まりを形成し、外部導体１２とケーブルガイド２０とを強固にはんだ付けするためのものである。

凹部２５の断面形状は、半円弧状や矩形状とすることができるが、はんだ付け時にはんだの回り込みを目視で確認できることや、ケーブルガイド２０と外部導体１２との間に十分なはんだを介在させて高い強度を確保することができることを考慮すると、外部導体１２に密着する円弧状ではなく外部導体１２との間に多少隙間が形成される矩形状の方が好ましい。

羽部２６は、配線パターン２８にはんだ付けされる。これにより、回路基板１５の表面に直接はんだ付けする場合に比べてはんだと接続対象との間の密着性を向上させ、高い強度を確保することができる。なお、配線パターン２８はグランド１９と電気的に独立したパターンとなっている。

また、ケーブルガイド２０は、同軸ケーブル１４の外部導体１２と同じ金属（例えば、銅）からなる。これは、ケーブルガイド２０が磁性体金属や外部導体１２とは異種の金属で形成されると、高調波歪みの発生原因となるためである。

次に、同軸ケーブル接続構造１０を得るための同軸ケーブル接続方法を説明する。

同軸ケーブル接続構造１０を得るためには、先ず、図２（ａ），（ｂ）に示すように、回路基板１５の縁に開口端１６を有し、同軸ケーブル１４の端末部１３が収容されるスリット１７を形成し、次いで、スリット１７の延長線上であって回路基板１５の表面に信号ライン１８を形成し、回路基板１５の裏面にグランド１９を形成し、スリット１７の両側であって回路基板１５の表面にグランド１９と電気的に独立した配線パターン２８を形成する。このとき、サブトラクティブ法やアディティブ法などにより、信号ライン１８、グランド１９、配線パターン２８を一括して形成する。

その後、図３に示すように、１枚の金属板をプレス成形して、凹部２５と、凹部２５の両側に一体に形成された羽部２６と、凹部２５の先端側に一体に形成されたグランド接続部２７と、を有するケーブルガイド２０を作製する。１枚の金属板をプレス成形して作製することで、ケーブルガイド２０を非常に低コストで量産することが可能となる。

次いで、スリット１７を横断するようにケーブルガイド２０を設け、図４に示すように、羽部２６を回路基板１５の配線パターン２８にはんだ付けすると共に、図５に示すように、グランド接続部２７を回路基板１５のグランド１９にはんだ付けする。

最後に、図６に示すように、同軸ケーブル１４の露出した外部導体１２をケーブルガイド２０にはんだ付けすると共に、同軸ケーブル１４の露出した内部導体１１を回路基板１５の信号ライン１８にはんだ付けすることで、同軸ケーブル接続構造１０が得られる。このとき、凹部２５内にはんだが十分に回り込んだかを確認しながら、同軸ケーブル１４の外部導体１２をケーブルガイド２０にはんだ付けする。

以上説明した本発明によれば、回路基板１５側のコネクタと同軸ケーブル１４側のコネクタとが不要になるため、高周波コネクタを用いる場合に比べて大幅なコスト低減が可能となる。

また、同軸ケーブル１４と回路基板１５とをはんだ付けにより接続するため、コネクタ不良やコネクタ又はねじの締め付け不良に起因するＳＷＲの悪化やＩＭの悪化などの性能劣化要因を避けることができる。

更に、ケーブルガイド２０の凹部２５内にはんだ溜まりを形成し、ケーブルガイド２０と外部導体１２との間に十分なはんだを介在させて高い強度を確保することができる。

よって、低コストでありながら、安定したグランドの確保と優れた高周波特性の実現が可能な同軸ケーブル接続構造及び接続方法を提供することができる。

本発明の効果を確認すべく、前述した同軸ケーブル接続構造１０を作製し、そのＳＷＲを測定した。

ここでは、図７に示すような寸法の各ケーブルガイド２０を、図８に示すように、信号ライン１８の幅Ｗと、信号ライン１８とスリット１７との離間距離ｄとを変化させた回路基板１５（日立化成工業株式会社製、ＭＣＬ−ＦＸ−２、厚さ１ｍｍ）と組み合わせ、得られた各同軸ケーブル接続構造１０のＳＷＲを測定した。その結果、少なくとも、Ｗ＝２．１〜２．３ｍｍ、ｄ＝０．５〜１．０ｍｍの範囲において、移動体通信の主な使用周波数帯域である２．２ＧＨｚ以下の周波数帯域でＳＷＲ１．１以下という優れた高周波特性を実現することができた。

図９は、Ｗ＝２．１ｍｍ、ｄ＝１ｍｍとしたときの測定結果を示す。図９より、この場合には、２．２ＧＨｚ以下の周波数帯域でＳＷＲ１．０５以下を実現することができる。

１０同軸ケーブル接続構造
１１内部導体
１２外部導体
１３端末部
１４同軸ケーブル
１５回路基板
１６開口端
１７スリット
１８信号ライン
１９グランド
２０ケーブルガイド
２５凹部
２６羽部
２７グランド接続部

Claims

内部導体と外部導体とが露出した端末部を有する同軸ケーブルを回路基板に接続した同軸ケーブル接続構造において、
前記回路基板に、前記同軸ケーブルの端末部が接続されるスリットと、
前記スリットの延長線上であって前記回路基板の表面に形成された信号ラインと、
前記回路基板の裏面に形成されたグランドと、
前記スリットの両側であって前記回路基板の表面に形成され、前記グランドと電気的に独立した配線パターンと、
前記スリットを横断するように設けられ、前記回路基板のグランドに電気的に接続されたケーブルガイドと、
を備え、
前記同軸ケーブルの露出した内部導体が前記回路基板の信号ラインにはんだ付けされると共に、前記同軸ケーブルの露出した外部導体が前記ケーブルガイドにはんだ付けされ、且つ、前記ケーブルガイドによって前記回路基板のグランドと配線パターンとが電気的に接続されたことを特徴とする同軸ケーブル接続構造。
前記ケーブルガイドは、前記同軸ケーブルの露出した外部導体がはんだ付けされる凹部と、前記凹部の両側に一体に形成されると共に前記配線パターンにはんだ付けされる羽部と、前記凹部の先端側に一体に形成されると共に前記回路基板のグランドにはんだ付けされるグランド接続部と、を有する請求項１に記載の同軸ケーブル接続構造。
前記ケーブルガイドは、１枚の金属板をプレス成形して作製される請求項１又は２に記載の同軸ケーブル接続構造。
前記ケーブルガイドは、前記同軸ケーブルの外部導体と同じ金属からなる請求項１〜３のいずれかに記載の同軸ケーブル接続構造。
前記スリットは、前記回路基板の縁から内側に伸びる幅広部と、前記幅広部と連続して形成された幅狭部と、を有する請求項１〜４のいずれかに記載の同軸ケーブル接続構造。
内部導体と外部導体とが露出した端末部を有する同軸ケーブルを回路基板に接続する同軸ケーブル接続方法において、
前記回路基板に、前記同軸ケーブルの端末部が接続されるスリットを形成する工程と、前記スリットの延長線上であって前記回路基板の表面に信号ラインを形成し、前記回路基板の裏面にグランドを形成し、前記スリットの両側であって前記回路基板の表面に前記グランドと電気的に独立した配線パターンを形成する工程と、
凹部と、前記凹部の両側に一体に形成された羽部と、前記凹部の先端側に一体に形成されたグランド接続部と、を有するケーブルガイドを作製する工程と、
前記スリットを横断するように前記ケーブルガイドを設け、前記羽部を前記回路基板の配線パターンにはんだ付けすると共に前記グランド接続部を前記回路基板のグランドにはんだ付けする工程と、
前記同軸ケーブルの露出した外部導体を前記ケーブルガイドにはんだ付けすると共に、前記同軸ケーブルの露出した内部導体を前記回路基板の信号ラインにはんだ付けする工程と、
を備えることを特徴とする同軸ケーブル接続方法。