JP2014116521A

JP2014116521A - ユニット増幅器

Info

Publication number: JP2014116521A
Application number: JP2012270848A
Authority: JP
Inventors: Toru Kijima; 徹来島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-06-26

Abstract

【課題】軽量小型、増幅回路が容器に収容されたユニット構造の高周波増幅器（ユニット増幅器）および回路部品収容方法を提供する。
【解決手段】バイアス回路部４の回路基板４３の下部にＲＦ回路部５が動作する周波数でハイインピーダンスとなるＥＢＧ構造部２を組み合わせることにより蓋３とし、ケース１に収容されるＲＦ回路部５の上に蓋３を取り付けて、ケース１と蓋３とによりＲＦ回路部５をケース１に収容することによりシールドする。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、ユニット化されたマイクロ波等用のユニット増幅器に関する。

移動通信やレーダ等マイクロ波以上の高い周波数を利用する通信機や測定機器の高性能
化が進むとともに小型化が進んでいる。これらの増幅器は、周波数帯も多様でかつ、利得
や出力も受信機用の低レベル信号の増幅器から送信機の電力増幅器に至るまで様々である
。また、増幅器は、高速で動作する信号処理回路と共通な回路基板上に隣接して配置され
ることが多い。この様な場合、増幅器の構造を同一にし、周波数等を仕様毎に分けたユニ
ットアンプ化して共通仕様の回路基板（主基板）に取り付けることにより装置としては多
様な仕様を共用性の高い設計製造で対応することが図られている。

これらの増幅回路は、増幅回路とそれ以外の周辺回路との間の電磁干渉を防ぎ、かつ小
型な増幅器ユニットを実現することが要求され、従来は、シールドケースを兼ねた筐体に
増幅回路を収容している。しかし近年、数ＧＨｚ以上の高い周波数を増幅するものでは、
導体であるシールドケース自体が導波管のように作用する問題の対策が重要となっている
。

図３は、従来のユニット式の高周波増幅器（以下、ユニットＲＦアンプと呼ぶ。）の構
造の一例で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図、図３（ｃ）は、筐体の壁構造を
示す平面図である。

図３において、マイクロ波帯のユニットＲＦアンプの増幅回路（ＲＦ回路部５１）は、
他への不要輻射を防止、他からの不要波の入力を防止するため金属製のシールドケースの
筐体１０内に回路基板２０を実装し、蓋３０で覆うのが一般的な実装方法である。回路基
板２０には大別するとＲＦ回路部５１とそれに給電するバイアス回路部４１が搭載され、
この両者は仕切り版７０で区切られる。

増幅回路や信号が伝送されるシールドケースの幅Ａは、ケース内部の導波管モードによ
る出力から入力への増幅波の回り込みによる特性劣化を防ぐために、導波管としてのカッ
トオフ周波数の半波長（λ／２）以下にする必要がある。増幅する周波数が低い場合は、
このようなシールドケースは内部に金属性の仕切り板７０を実装することにより、容易に
実現できる。

しかしながら、例えば、増幅する周波数が６ＧＨｚ以上であると、導波管のカットオフ
となる周波数は内部に実装する基板の影響を無視すると、ＲＦ回路部の幅が約２．５ｃｍ
以下にしなければならない。

この寸法は、増幅に使用するＦＥＴ素子の外形寸法程度か、またはそれ以下となる。こ
のため、簡単な金属製の仕切り板等では実現できなくなる。その結果、図３（ｃ）筐体壁
１１の点線部で示される様に、部品を実装する部分や基板表面線路部のみ、所要寸法にな
るように金属ブロックを切削するか、又は電波吸収体を整形して取付けるかなどの処理を
施した筐体となるのでその構造が複雑になりコストが高価になりかつ、質量も増加すると
いう問題があった。また、発熱する回路をケース内に密閉するので放熱対策も面倒であっ
た。

一方、無線通信のためのＲＦ回路、または、ＲＦ回路と隣接するデジタル信号処理回路
等が混在する通信装置の回路基板での電磁干渉を防ぐ技術としてＥＢＧ（Electromagneti
c Band Gap）構造を回路基板上に設ける技術が開発されている（例えば、特許文献１、非
特許文献１。）。しかし、この場合、ベースバンド処理が共通であっても、無線周波数の
増幅回路に対応してベースバンド処理を含む回路基板を多種設計、製造しなければならず
、ユニットＲＦアンプを搭載する様な汎用性に欠ける問題が生じる。

国際公開第２００９−０８２００３号公報

上谷他,メタマテリアル技術を応用したＥＢＧ構造の検討，ＯＫＩテクニカルレビュー,２０１２年４月号Vol.79 No.1 P46

従来のユニット高周波増幅器は、シールドケースの金属ブロックを切削したり、電波吸
収体を整形して取付けた筐体となるため、その構造が複雑になりコストが高価かつ、質量
も増加するという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、軽量小型で増幅回路が容器に収容されたユニット構
造の高周波増幅器（ユニット増幅器）を提供することである。

上記目的を達成するために、本実施形態のユニット増幅器は、底面と側面が金属である
電磁シールド用のケースと、前記ケースに収容され、高周波信号を増幅する増幅回路基板
と、前記増幅される高周波信号に対してハイインピーダンスとなる寸法形状に調整された
ＥＧＰ構造の遮蔽板と、前記増幅回路基板へのバイアス電源を供給するバイアス回路基板
とを備え、前記ＥＧＰ構造の遮蔽板を前記バイアス回路の部品取付けの反対側の面に配置
して前記ケースの蓋となる様に取付けて前記増幅回路基板が前記ケースに収容されている
ことを特徴とする。

本実施形態に係わるユニット増幅器の構造図である。ＥＧＢ構造部の構造の一例を示す図である。従来のユニット式の高周波増幅器の一例の構造図である。

以下実施形態のユニット増幅器を図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係わるユニット増幅器の構造図である。図１において、ユニット
増幅器ＵＡは、ケース１と蓋３とによりＲＦ回路部５をケース１に収容し、シールド効果
を得ている。蓋３は、従来の金属製の板に代わるシールド部材である。

ケース１は、図３に示される従来のユニット増幅器おける仕切り版７０と筐体１０とで
ＲＦ回路部５１を収容している部分と同様の外形構造、寸法であるが、内部が従来の様な
アルミブロックの筐体壁１１を切削した構造ではなく、単に周囲を板金等で囲んだ構造で
ある。

ケース１の底部には高周波増幅を行う基板状のＲＦ回路部５が配置され、ケース１の底
面は導体、金属によって外部の電磁界と遮蔽が図られている。ＲＦ回路部５の上面は部品
面であり、信号路として分布定数回路が構成されていることもある。ケース１に収容され
るＲＦ回路部５は、ケース１の上方に取り付けられる蓋３によって外部から遮蔽される。

シールド用の蓋は、従来は図３の蓋３０の様な金属板であったが、本実施携帯のユニッ
ト増幅器の蓋３はバイアス回路部４の回路基板４３にとＥＢＧ（Electromagnetic Band G
ap）構造部２との組み合わせで構成される。

図２は、ＥＢＧ構造部の一例である。このほかＥＢＧ構造は、代表的なマッスルーム構
造、ピアレス構造等各種のものが考案されており、基板材料と導体パターンの組み合わせ
からその精度の高い伝送特性の計算、シミュレーションが可能な特徴がある。

ＥＢＧ構造部２は、基本構造として誘電体プレート２５とその上に生成される導体パタ
ーン２４との組合せで、誘電体材料とパターン形状からインピーダンスが決定される。こ
れらのＥＢＧ構造は、調整の詳細については説明を省略するがパターンの形状を調整する
ことにより、特定の周波数帯に対して、ＥＢＧ構造面を高インピーダンスにすることがで
きるため、ＲＦ回路部５の上部にＥＧＰ構造物を実装することにより、導波管モードの伝
搬を抑圧する効果がある。この実装（部品収容）方法によれば、従来の図３に示されるよ
うに、ＲＦ回路部５１を収容するシールドケースの内幅を導波管モードのカットオフ以下
となるように設計していたのと同様の抑圧効果が期待できる。

ＥＢＧ構造部２は、従来の金属製の蓋３０に代わって機能する為のＲＦ回路部５が扱う
周波数に対してハイインピーダンスとなる様に導体と誘電体とで構成するパターン構造に
される。

この結果、従来のアルミブロックの筐体壁１１を切削せずに板金構造のケース１を用い
て電磁干渉を避けることが可能になり、ユニット増幅器ＵＡの重量及び、加工作業数を少
なく抑えられる。

バイアス回路部４は、従来のＲＦ回路部５に供給する電源や信号処理のリファレンスと
なるバイアス電圧を供給する回路である。バイアス回路部４は、外部からのバイアス供給
用１次電源入力やモニタ信号の入出力を行うためのバイアス用コネクタ４２と、貫通コネ
クタ６や電子部品等とを搭載した回路基板４３であり、回路基板４３の部品面と反対側下
部、すなわち裏面にはＥＢＧ構造部２が装着される。ＥＢＧ構造部２は、独立した印刷基
板の様な誘電体と導体パターンから構成される板状のものか、または回路基板４３と一体
になった多層プリント基板の一部になっているもののいずれかの方法で構成される。

結果回路基板とＥＢＧ構造部２とを組み合わせることにより、ケース１内部のＲＦ回路
部５をシールドする蓋３が構成される。

貫通コネクタ６は、ここでは、回路基板４２とＲＦ回路部５との間でバイアス電源やモ
ニタ信号をケース１内で接続するコネクタであるが、コネクタに限らず、導線により回路
基板４３とＲＦ回路部５とを接続するものであっても良い。

従来、バイアス回路部４は、ＲＦ回路部５１と同じ回路基板２０上に配置されシールド
ケース内に収容されたが、バイアス回路部４はシールドが不要でかつ、シールドケース外
部に置く方が放熱が良い。そのため本実施形態のユニット増幅器ＵＡでは、回路基板４３
は、ＲＦ回路部５の上にＥＢＧ構造部２をはさんで配置される。

バイアス供給回路自体はＲＦ回路部５が扱う周波数等が異なっても変化はさほど大きく
なく、共通回路で対応できることが多い。その結果、ユニット増幅器ＵＡが装着される主
基板上での占有面積を小さくする効果が得られる。このため、ＭＩＭＯ(Multiple Input
Multiple Output)などアンテナを複数使用して無線通信を行うマルチチャネル対応の無線
送受信機の小型化に有効である。

増幅周波数が異なるとＥＢＧ構造部２は、それに応じて導体の形状等を変更して所要の
インピーダンスを持たせることが必要であるが、ＥＢＧ構造部２の特性シミュレーション
も容易であり予め、収容箱の形状、寸法とそのＲＦ増腹部５の増幅周波数に対応した標準
的なＥＢＧパターンを持つものを準備しておけばよい。

蓋３の構成方法としては、このＥＢＧ構造部２と、回路基板４３とを独立したパーツと
して準備し、ケース１に取り付ける際、部品面を外側にして回路基板４３をビス留めして
、回路基板４とケース１との間にＥＢＧ構造部２を挟んで固定する方法がある。この方法
では、回路基板４３を共通化して各種仕様のユニット増幅器ＵＡを構成することが容易に
なる。また、ＥＧＢ構造部２を回路基板４３の部品面の反対側（裏側）に貼り付ける構造
としても良い。

他の方法として、多層構造のプリント基板（印刷基板）を用いた回路基板４３の最下面
にＥＢＧパターンを一体化して構成しても良い。この方法は、組み立て時の作業が不要な
のでユニット増幅器の量産に適している。

また、バイアス回路は、電圧調整に伴う電力消費を生じるので発熱するが、本実施形態
によれば、遮蔽が不要で、発熱するバイアス回路を外部に置くことで放熱も良く、小型化
に一層の寄与された構造になっている。

以上述べた少なくともひとつの実施形態のユニット増幅器および回路部品収容方法によ
れば、バイアス回路の下部にＥＢＧ構造部を組み合わせてシールドケースとなる収容部の
蓋とすることにより、シールドケースにＲＦ増幅部を収容する構造のユニット増幅器を小
型で提供することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したも
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様
々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、
置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に
含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるもので
ある。

１ケース
２ＥＢＧ構造部
３蓋
４バイアス回路部
４２バイアス用コネクタ
４３回路基板
５ＲＦ回路部
５５信号入力コネクタ
５０信号出力コネクタ
６貫通コネクタ

Claims

底面と側面とが金属製の電気シールド用のケースと、
前記ケースに収容され、高周波信号を増幅する増幅回路基板と、
前記増幅される高周波信号に対してハイインピーダンスとなる寸法形状に調整されたＥ
ＧＰ構造の遮蔽板と、
前記増幅回路基板へのバイアス電源を供給するバイアス回路基板とを備え、
前記ＥＧＰ構造の遮蔽板を前記バイアス回路基板の部品取付面の反対側の面に組み合わ
せて配置し、前記部品取付面を外側を向けて前記ケースの蓋となる様に取付けることによ
り前記増幅回路基板が前記ケースに収容されている
ことを特徴とするユニット増幅器。
前記遮蔽板は、前記バイアス回路基板に一体となる様に貼り付け、または印刷基板状に
構成されている
ことを特徴とする請求項１記載のユニット増幅器。