JP2012225832A

JP2012225832A - 相互変調歪測定方法

Info

Publication number: JP2012225832A
Application number: JP2011095118A
Authority: JP
Inventors: Kei Suzuki; 慶鈴木; Hajime Nagata; 肇永田
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2012-11-15

Abstract

【課題】測定対象の回路基板の特性を劣化させることなく、回路基板の相互変調歪を容易に測定可能な相互変調歪測定方法を提供する。
【解決手段】治具側基板３１の一方の面に治具側導体ストリップパターン３２、治具側グランド導体パターン３３を形成して相互変調歪測定用治具３を形成し、該相互変調歪測定用治具３に同軸ケーブル４１に接続しておき、回路基板２に相互変調歪測定用治具３を重ね合わせて、治具側導体ストリップパターン３２を回路基板２の導体ストリップパターン２２に、治具側グランド導体パターン３３を回路基板２のグランド導体パターン２３に電気的に接続し、同軸ケーブル４１から相互変調歪測定用治具３を介して回路基板２に相互変調歪測定用の入力信号Ａを入力すると共に、回路基板２から同軸ケーブル４１に出力される出力信号Ｂを測定し、出力信号Ｂに基づき回路基板２の相互変調歪を測定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、移相器やアンテナ等に用いる回路基板の相互変調歪を測定する相互変調歪測定方法に関するものである。

移動体基地局においては、送信周波数と受信周波数において周波数の異なる二つの信号を用いているので、互いの干渉により相互変調歪の問題が発生する可能性がある。従来より、この相互変調歪の問題を解決するため、様々な取り組みがなされてきた。

アンテナ内部における相互変調歪の発生原因としては、金属の接触面における金属間の電位差や非線形な集中抵抗、コネクタの締め付け不良、半田付け不良、回路基板における誘電体基板上の導体ストリップパターンの不具合などが挙げられる。特に回路基板については、表面の汚れ、仕上げ加工の不良、腐食なども相互変調歪の発生原因として挙げられる。

上記の発生原因はいずれも外観から判断することができないものであるため、回路基板を相互変調歪測定回路（相互変調歪測定器）に接続して相互変調歪を測定する必要がある。

従来、回路基板の相互変調歪を測定する際には、測定対象の回路基板を用いて移相器やアンテナを組み立て、組み立てた移相器やアンテナを相互変調歪測定器に接続して相互変調歪を測定する方法や、測定対象の回路基板にコネクタを半田付けしたり、測定対象の回路基板にケーブルを直接半田付けしたりして、回路基板を相互変調歪測定器に直接接続して相互変調歪を測定する方法などがとられてきた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１がある。

国際公開第２００８／０２９５２２号

しかしながら、移相器やアンテナを組み立てて相互変調歪を測定する方法では、回路基板に不良があり相互変調歪が問題となった場合に、回路基板を取り外し、移相器やアンテナの再組み立てを行わなければならず、手間がかかるという問題がある。

また、回路基板にコネクタやケーブルを半田付けする方法では、半田付けを繰返し行うため熱歪が生じ、コネクタやケーブル、回路基板の特性が劣化してしまう危険性がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、測定対象の回路基板の特性を劣化させることなく、回路基板の相互変調歪を容易に測定可能な相互変調歪測定方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、誘電体基板に、信号を伝送する導体ストリップパターンとグランド導体パターンとが形成され、前記誘電体基板の一方の面に、前記導体ストリップパターンと前記グランド導体パターンとを外部に接続するための複数の入出力ポートが形成された回路基板の相互変調歪を測定する方法であって、誘電体からなる治具側基板の一方の面に、前記入出力ポートの前記導体ストリップパターン、前記グランド導体パターンにそれぞれ電気的に接続される治具側導体ストリップパターン、治具側グランド導体パターンを形成して、相互変調歪測定用治具を形成すると共に、該相互変調歪測定用治具の前記治具側導体ストリップパターンと前記治具側グランド導体パターンに、同軸ケーブルの中心導体と外部導体をそれぞれ電気的に接続しておき、前記回路基板に前記相互変調歪測定用治具を重ね合わせることで、前記治具側導体ストリップパターンを前記回路基板の前記導体ストリップパターンに、前記治具側グランド導体パターンを前記回路基板の前記グランド導体パターンに電気的に接続し、前記同軸ケーブルから前記相互変調歪測定用治具を介して前記回路基板に相互変調歪測定用の入力信号を入力すると共に、前記回路基板から前記相互変調歪測定用治具を介して前記同軸ケーブルに出力される出力信号を測定し、当該出力信号に基づき、前記回路基板の相互変調歪を測定する相互変調歪測定方法である。

前記治具側導体ストリップパターンと前記治具側グランド導体パターンは、前記治具側基板の一方の面から他方の面にわたって形成され、前記同軸ケーブルの前記中心導体と前記外部導体とは、前記治具側基板の他方の面に形成された前記治具側導体ストリップパターンと前記治具側グランド導体パターンにそれぞれ電気的に接続されるとよい。

前記回路基板は、一の前記入出力ポートから信号を入力したときに、他の前記入出力ポートから前記信号が出力されるように構成されており、前記一の入出力ポートに対応する前記治具側導体ストリップパターンと前記治具側グランド導体パターンに、前記同軸ケーブルの前記中心導体と前記外部導体を電気的に接続すると共に、前記他の入出力ポートに対応する前記治具側導体ストリップパターンと前記治具側グランド導体パターンとの間に、終端素子としてのダミーロードを電気的に接続し、該ダミーロードで前記同軸ケーブルからの前記入力信号を反射させるようにしてもよい。

本発明によれば、測定対象の回路基板の特性を劣化させることなく、回路基板の相互変調歪を容易に測定可能な相互変調歪測定方法を提供できる。

本発明の一実施の形態に係る相互変調歪測定方法に用いる相互変調歪測定システムのブロック図である。本発明において、測定対象となる回路基板の平面図である。本発明において、相互変調歪測定用治具を示す図であり、（ａ）は表面側から見た平面図、（ｂ）は裏面を表面側から透視した平面図、（ｃ）は同軸ケーブルとダミーロード付き同軸ケーブルを接続したときの平面図である。本発明の相互変調歪測定方法を説明する図であり、（ａ）は、図２の回路基板に図３の相互変調歪測定用治具を重ね合わせたときの平面図、（ｂ）はその側面図である。本発明の変形例に係る相互変調歪測定方法に用いる相互変調歪測定用治具を示す図であり、（ａ）は表面側から見た平面図、（ｂ）は裏面を表面側から透視した平面図、（ｃ）は同軸ケーブルとダミーロード付き同軸ケーブルを接続したときの平面図である。本発明の変形例に係る相互変調歪測定方法を説明する図であり、図２の回路基板から導体ストリップ接続用基板を取り外し、図５の相互変調歪測定用治具を重ね合わせたときの平面図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係る相互変調歪測定方法に用いる相互変調歪測定システムのブロック図である。

図１に示すように、相互変調歪測定システム１は、相互変調歪測定用治具３と、相互変調歪測定用治具３を介して、回路基板２の相互変調歪を測定する相互変調歪測定器４と、を備えている。

相互変調歪測定器４は、２つの周波数ｆ１，ｆ２の信号を合成して入力信号Ａとして出力するようになっている。相互変調歪測定器４からの入力信号Ａは、相互変調歪測定用治具３を介して、測定対象の回路基板２に入力される。

回路基板２からの出力信号Ｂは、相互変調歪測定用治具３を介して、相互変調歪測定器４に入力される。相互変調歪測定器４は、入力された出力信号Ｂに含まれる周波数ｆ３の相互変調歪信号を抽出して測定し、その測定結果に基づき、回路基板２の相互変調歪を測定するようになっている。図１の相互変調歪測定システム１では、相互変調歪測定器４での相互変調歪の測定結果がＰＣ（パーソナルコンピュータ）５に出力されるよう構成されている。

次に、相互変調歪測定用治具３について説明する。

本実施の形態では、一例として、図２に示す回路基板２の相互変調歪を測定する場合について説明する。

回路基板２は、誘電体基板２１に、信号を伝送する導体ストリップパターン２２とグランド導体パターン２３とが形成されたものである。誘電体基板２１の一方の面には、導体ストリップパターン２２とグランド導体パターン２３とを外部に接続するための複数（ここでは３つ）の入出力ポート２４が形成されている。

また、回路基板２では、入出力ポート２４ａからの導体ストリップパターン２２と、入力ポート２４ｂ，２４ｃからの導体ストリップパターン２２とが、導体ストリップ接続用基板２５を介して電気的に接続されるよう構成されている。

導体ストリップ接続用基板２５の誘電体基板２１側の面には、Ｕ字状の接続パターン２６が形成されており、導体ストリップ接続用基板２５と誘電体基板２１とを重ね合わせることにより、接続パターン２６の一端部が入出力ポート２４ａからの導体ストリップパターン２２と重なり合い、接続パターン２６の他端部が入力ポート２４ｂ，２４ｃからの導体ストリップパターン２２と重なり合って、それぞれ電気的に接続されるよう構成されている。導体ストリップ接続用基板２５は、誘電体基板２１に対して着脱自在に設けられており、また、図示左右方向にスライド自在に設けられている。

入力ポート２４ｂからの導体ストリップパターン２２と、入力ポート２４ｃからの導体ストリップパターン２２とは、分岐点（合流点）２７にて合流して導体ストリップ接続用基板２５に延びるよう構成されている。

つまり、回路基板２では、一の入出力ポート２４ａから信号を入力したときに、他の入出力ポート２４ｂ，２４ｃから信号が出力されるように構成されている。

図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、相互変調歪測定用治具３は、誘電体からなる治具側基板３１の一方の面（回路基板２側の面）Ｒに、入出力ポート２４ａ〜２４ｃの導体ストリップパターン２２、グランド導体パターン２３にそれぞれ電気的に接続される治具側導体ストリップパターン３２、治具側グランド導体パターン３３を形成したものである。

治具側導体ストリップパターン３２と治具側グランド導体パターン３３は、相互変調歪測定用治具３を回路基板２に重ね合わせたときに、回路基板２の導体ストリップパターン２２、グランド導体パターン２３の一部（入出力ポート２４ａ〜２４ｃの部分）と重なり合う形状に形成される。つまり、治具側導体ストリップパターン３２と治具側グランド導体パターン３３は、相互変調歪測定用治具３を重ね合わせる部分の回路基板２に形成された導体ストリップパターン２２、グランド導体パターン２３と同じパターン形状に形成される。

相互変調歪測定用治具３の治具側導体ストリップパターン３２と治具側グランド導体パターン３３には、相互変調歪測定器４から延びる同軸ケーブル４１の中心導体４２と外部導体４３がそれぞれ電気的に接続される。

本実施の形態では、治具側導体ストリップパターン３２と治具側グランド導体パターン３３とを、治具側基板３１の一方の面Ｒから他方の面（回路基板２と反対側の面）Ｓにわたって形成し、同軸ケーブル４１の中心導体４２と外部導体４３とを、治具側基板３１の他方の面Ｓに形成された治具側導体ストリップパターン３２と治具側グランド導体パターン３３にそれぞれ電気的に接続するようにした。

治具側基板３１の一方の面Ｒに形成される両パターン３２，３３と、他方の面Ｓに形成される両パターン３２，３３とは、治具側基板３１の側面を経由する連続したパターン形状に形成されてもよいし、一方の面Ｒと他方の面Ｓとで連続させず、スルーホール等を介して電気的に接続するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、一の入出力ポート２４ａに対応する治具側導体ストリップパターン３２と治具側グランド導体パターン３３に、相互変調歪測定器４から延びる同軸ケーブル４１の中心導体４２と外部導体４３を電気的に接続するようにし、他の入出力ポート２４ｂ，２４ｃに対応する治具側導体ストリップパターン３２と治具側グランド導体パターン３３との間に、終端素子としてのダミーロード４４を電気的に接続して、該ダミーロード４４で同軸ケーブル４１からの入力信号Ａを反射させるように構成した。

ここでは、一端部にダミーロード４４が設けられたダミーロード付き同軸ケーブル４５を２本用い、その２本のダミーロード付き同軸ケーブル４５の他端部から露出させた中心導体４６と外部導体４７とを、入出力ポート２４ｂ，２４ｃに対応する治具側導体ストリップパターン３２と治具側グランド導体パターン３３にそれぞれ電気的に接続するように構成した。

同軸ケーブル４１、ダミーロード付き同軸ケーブル４５の相互変調歪測定用治具３に対する接続は、半田付け等により行えばよい。

次に、本実施の形態に係る相互変調歪測定方法を説明する。

回路基板２の相互変調歪を測定する際には、まず、図４に示すように、回路基板２に相互変調歪測定用治具３を重ね合わせる。このとき、相互変調歪測定用治具３を回路基板２側に押し付けて、所定の圧力で両者を重ね合わせるとよい。

これにより、相互変調歪測定用治具３の治具側導体ストリップパターン３２が回路基板２の導体ストリップパターン２２に、相互変調歪測定用治具３の治具側グランド導体パターン３３が回路基板２のグランド導体パターン２３に、それぞれ電気的に接続される。

なお、相互変調歪の測定中に回路基板２と相互変調歪測定用治具３とが位置ずれしてしまわないように、回路基板２と相互変調歪測定用治具３を押さえた状態で保持する保持用部材を用いるようにしてもよい。また、回路基板２に相互変調歪測定用治具３を重ね合わせる際の位置決めを容易とするために、治具側基板３１に回路基板２の縁に係止する係止部などを設けるようにしてもよい。

回路基板２に相互変調歪測定用治具３を重ね合わせた後、相互変調歪測定器４から、２つの周波数ｆ１，ｆ２の信号を合成した相互変調歪測定用の入力信号Ａを同軸ケーブル４１に出力する。入力信号Ａは、同軸ケーブル４１、相互変調歪測定用治具３を経て、回路基板２に入力される。

回路基板２の入出力ポート２４ａから入力された入力信号Ａは、導体ストリップ接続用基板２５を通過し、分岐点２７にて分岐されて入出力ポート２４ｂ，２４ｃから出力される。

入出力ポート２４ｂ，２４ｃから出力された入力信号Ａは、相互変調歪測定用治具３を介して、ダミーロード付き同軸ケーブル４５に入力され、ダミーロード４４にて反射される。反射された入力信号Ａは、ダミーロード付き同軸ケーブル４５、相互変調歪測定用治具３を経て、入出力ポート２４ｂ，２４ｃから再び回路基板２に入力され、分岐点２７にて合流し、導体ストリップ接続用基板２５を通過して、入出力ポート２４ａから出力信号Ｂとして出力される。

出力信号Ｂは、相互変調歪測定用治具３、同軸ケーブル４１を経て、相互変調歪測定器４に入力される。相互変調歪測定器４は、入力された出力信号Ｂから周波数ｆ３の相互変調歪信号を抽出して測定し、その測定結果をＰＣ５に出力する。

ここで、実際に回路基板２の相互変調歪を測定した結果と、その回路基板２を用いてアンテナを組み立てた際のアンテナの相互変調歪の測定結果を表１に示す。ここでは、試料番号１〜３の３つの回路基板２について測定を行った。

表１に示すように、試料番号１，２の回路基板２では、回路基板２単体で測定した相互変調歪が−１３０ｄＢ，−１２９ｄＢであり、アンテナで測定した相互変調歪が−１２３ｄＢ，−１２５ｄＢであった。アンテナで相互変調歪が増加しているのは、回路基板２以外のアンテナ内部で相互変調歪が発生したためであると考えられる。回路基板２以外の相互変調歪の発生箇所としては、金属との接触面、コネクタの締め付け不良、半田付け不良などが考えられるが、この程度の相互変調歪の悪化は日常的に生じるものである。

また、試料番号３の回路基板２では、回路基板２単体で測定した相互変調歪が−１２３ｄＢであり、アンテナで測定した相互変調歪が−１２３ｄＢであった。アンテナの相互変調歪と回路基板２の相互変調歪が同じ値を示すということは、アンテナの相互変調歪が回路基板２の相互変調歪に依存していることを示している。理論的には、回路基板２単体の相互変調歪の値がアンテナの相互変調歪の値より高くなることはない。回路基板２の相互変調歪の値をＸとすると、アンテナの相互変調歪はＸ＋α（α：０を含む正の値）となる。したがって、回路基板２単体の相互変調歪を測定し、相互変調歪の値が良好でない回路基板２を除いてアンテナを作製することによって、回路基板２に起因する相互変調歪の悪化を避け、アンテナの相互変調歪特性を向上させることができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る相互変調歪測定方法では、予め相互変調歪測定用治具３を形成し、相互変調歪測定用治具３に同軸ケーブル４１を接続しておき、回路基板２に相互変調歪測定用治具３を重ね合わせることで、治具側導体ストリップパターン３２を回路基板２の導体ストリップパターン２２に、治具側グランド導体パターン３３を回路基板２のグランド導体パターン２３に電気的に接続し、同軸ケーブル４１から相互変調歪測定用治具３を介して回路基板２に相互変調歪測定用の入力信号Ａを入力すると共に、回路基板２から相互変調歪測定用治具３を介して同軸ケーブル４１に出力される出力信号Ｂを測定し、当該出力信号Ｂに基づき、回路基板２の相互変調歪を測定している。

これにより、回路基板２の相互変調歪をアンテナや移相器を組み立てることなく事前に測定することが可能となり、再組立などの無駄な作業を省くことができる。また、回路基板２に半田付けを行わないので、測定対象の回路基板２の特性を劣化させてしまうことがなく、回路基板２の劣化を懸念せずに相互変調歪を容易に測定することが可能となる。

また、本実施の形態では、同軸ケーブル４１の中心導体４２と外部導体４３とを、治具側基板３１の他方の面（回路基板２と反対側の面）Ｓに形成された治具側導体ストリップパターン３２と治具側グランド導体パターン３３にそれぞれ電気的に接続するようにしたので、同軸ケーブル４１を回路基板２と反対側に配置して相互変調歪測定用治具３の回路基板２に接触する面をフラットとし、相互変調歪測定用治具３を回路基板２に重ね合わせた際の接触不良を防止することができる。

さらに、本実施の形態では、回路基板２が、一の入出力ポート２４ａから信号を入力したときに、他の入出力ポート２４ｂ，２４ｃから信号が出力されるように構成されており、一の入出力ポート２４ａに対応する治具側導体ストリップパターン３２と治具側グランド導体パターン３３に、同軸ケーブル４１の中心導体４２と外部導体４３を電気的に接続すると共に、他の入出力ポート２４ｂ，２４ｃに対応する治具側導体ストリップパターン３２と治具側グランド導体パターン３３との間に、終端素子としてのダミーロード４４を電気的に接続し、ダミーロード４４で同軸ケーブル４１からの入力信号Ａを反射させるように構成している。

これにより、回路基板２上の全ての導体ストリップパターン２２における相互変調歪の発生を測定することができ、さらに、入力信号Ａがダミーロード４４で反射して回路基板２上の全ての導体ストリップパターン２２を２回通ることになるので、より精度の高い相互変調歪の測定が可能となる。

なお、上記実施の形態では、１つの治具側基板３１に全ての入出力ポート２４ａ〜２４ｃに対応するパターン３２，３３を形成したが、治具側基板３１を分割してもよい。例えば、同軸ケーブル４１を接続する入出力ポート２４ａに対応するパターン３２，３３を形成した部分の治具側基板３１と、ダミーロード４４を接続する入出力ポート２４ｂ，２４ｃに対応するパターン３２，３３を形成した部分の治具側基板３１とを分割しても構わない。

また、上記実施の形態では、測定対象の回路基板２上の全ての導体ストリップパターン２２で発生する相互変調歪を測定したが、例えばメッキ処理に起因する相互変調歪など、導体ストリップパターン２２の一部を測定することにより、全ての導体ストリップパターン２２の相互変調歪（メッキ処理に起因する相互変調歪）を推定できる場合は、一部の導体ストリップパターン２２の相互変調歪のみを測定するようにしても構わない。

例えば、図２の回路基板２では、導体ストリップ接続用基板２５を取り外せば、入出力ポート２４ａから導体ストリップ接続用基板２５に延びる導体ストリップパターン２２が周囲から切り離された状態となるので、この切り離された部分の導体ストリップパターン２２のみの相互変調歪を測定することが可能である。

この場合、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、治具側基板３１に入出力ポート２４ａに対応する治具側導体ストリップパターン３２と治具側グランド導体パターン３３のみを形成した相互変調歪測定用治具５１を形成し、この相互変調歪測定用治具５１に同軸ケーブル４１を接続して、図６に示すように、導体ストリップ接続用基板２５を取り外した回路基板２の入出力ポート２４ａの部分に相互変調歪測定用治具５１を重ね合わせて、相互変調歪を測定すればよい。この場合、同軸ケーブル４１から入力された入力信号Ａは、導体ストリップパターン２２の端部で反射して、再び同軸ケーブル４１に入力されることとなり、この反射信号を出力信号Ｂとして相互変調歪測定器４で測定することになる。

さらに、上記実施の形態では、入力信号Ａを反射させるように構成したが、入力信号Ａを反射させずに、入出力ポート２４ｂ，２４ｃから出力された信号をそのまま出力信号Ｂとして相互変調歪測定器４に入力するよう構成してもよい。

このように、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

１相互変調歪測定システム
２回路基板
３相互変調歪測定用治具
４相互変調歪測定器
５ＰＣ
２１誘電体基板
２２導体ストリップパターン
２３グランド導体パターン
２４入出力ポート
３１治具側基板
３２治具側導体ストリップパターン
３３治具側グランド導体パターン
４１同軸ケーブル
４２中心導体
４３外部導体
Ａ入力信号
Ｂ出力信号

Claims

誘電体基板に、信号を伝送する導体ストリップパターンとグランド導体パターンとが形成され、前記誘電体基板の一方の面に、前記導体ストリップパターンと前記グランド導体パターンとを外部に接続するための複数の入出力ポートが形成された回路基板の相互変調歪を測定する方法であって、
誘電体からなる治具側基板の一方の面に、前記入出力ポートの前記導体ストリップパターン、前記グランド導体パターンにそれぞれ電気的に接続される治具側導体ストリップパターン、治具側グランド導体パターンを形成して、相互変調歪測定用治具を形成すると共に、
該相互変調歪測定用治具の前記治具側導体ストリップパターンと前記治具側グランド導体パターンに、同軸ケーブルの中心導体と外部導体をそれぞれ電気的に接続しておき、
前記回路基板に前記相互変調歪測定用治具を重ね合わせることで、前記治具側導体ストリップパターンを前記回路基板の前記導体ストリップパターンに、前記治具側グランド導体パターンを前記回路基板の前記グランド導体パターンに電気的に接続し、
前記同軸ケーブルから前記相互変調歪測定用治具を介して前記回路基板に相互変調歪測定用の入力信号を入力すると共に、前記回路基板から前記相互変調歪測定用治具を介して前記同軸ケーブルに出力される出力信号を測定し、当該出力信号に基づき、前記回路基板の相互変調歪を測定する
ことを特徴とする相互変調歪測定方法。
前記治具側導体ストリップパターンと前記治具側グランド導体パターンは、前記治具側基板の一方の面から他方の面にわたって形成され、
前記同軸ケーブルの前記中心導体と前記外部導体とは、前記治具側基板の他方の面に形成された前記治具側導体ストリップパターンと前記治具側グランド導体パターンにそれぞれ電気的に接続される
請求項１記載の相互変調歪測定方法。
前記回路基板は、一の前記入出力ポートから信号を入力したときに、他の前記入出力ポートから前記信号が出力されるように構成されており、
前記一の入出力ポートに対応する前記治具側導体ストリップパターンと前記治具側グランド導体パターンに、前記同軸ケーブルの前記中心導体と前記外部導体を電気的に接続すると共に、
前記他の入出力ポートに対応する前記治具側導体ストリップパターンと前記治具側グランド導体パターンとの間に、終端素子としてのダミーロードを電気的に接続し、該ダミーロードで前記同軸ケーブルからの前記入力信号を反射させるようにした
請求項１または２記載の相互変調歪測定方法。