JP2017195325A

JP2017195325A - マイクロ波装置

Info

Publication number: JP2017195325A
Application number: JP2016086062A
Authority: JP
Inventors: 知大水谷; Tomohiro Mizutani
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2016-04-22
Publication date: 2017-10-26

Abstract

【課題】マイクロ波装置の収納容器内に装着した電波吸収体において、広い周波数帯域で不要発振の発生を抑制することを目的とする。【解決手段】マイクロ波信号を入力または出力するマイクロ波入力端子およびマイクロ波出力端子を有し、収納空間の形成された収納容器と、収納容器に収納されたマイクロ波回路と、収納容器の内面に、収納空間に面して取り付けられた電波吸収体とを備え、上記電波吸収体が導電塊部を有することで、収納容器の内面に導電部を配置することで、導電部の効果により電波吸収体の電磁界共振モードを抑制し、マイクロ波装置の収納容器内部の空間電磁界アイソレーションを広帯域に向上させることができる。【選択図】図１

Description

この発明は、マイクロ波を入力または出力するマイクロ波装置に関する。

レーダの送受信回路に利用されるマイクロ波装置は、外部機器との電磁干渉を防ぐまたは気密化するため、金属製の収納容器（以下、金属容器）内に高周波半導体チップを収納している。通常、金属製容器の寸法はマイクロ波の波長に近く、金属製容器内面でマイクロ波の反射による共振モードが発生する。伝送特性に周波数共振が発生するため、集積回路の特性や機能の低下、入力および出力インピーダンスに急峻な周波数変化を生じる。また、能動素子を使用している場合は、不要発振を生じるなど、所望の特性、機能を得ることが困難となる。このため金属製容器の内面に電波吸収体を取り付け、金属製容器内で生じる不要放射を抑制し、周波数共振や回路間での電磁ノイズ干渉を抑えている（例えば特許文献１参照）。

実公平２−２３０３５号公報

また、近年、航空機、衛星等に搭載される観測レーダの高分解能化が望まれており、それに伴い観測レーダにおける送受信信号の広帯域化が求められている。このため観測レーダに用いるマイクロ波装置についても、電波吸収体を取り付け、広帯域に周波数共振を抑えることが望まれている。

従来の電波吸収体は、電波吸収性能に限度があり、全ての共振モードを抑制することはできない。通常の電波吸収体は製造上、完全な吸収体ではなく、誘電体としての性質も持っているため共振モードが発生する。このため電波吸収体自体においても、伝送特性に周波数共振を発生し、集積回路の特性や機能の低下、入力および出力インピーダンスに急峻な周波数変化を生じる。これによって不要発振を生じ、回路間のノイズ干渉に対するアイソレーションの悪化する周波数を生じるという問題があった。

また、従来のマイクロ波装置は、アイソレーションの悪化する周波数が所望の使用周波数帯域に入らないように、電波吸収体を選択していた。しかしながらマイクロ波装置の使用周波数が広帯域である場合、アイソレーションの悪化する周波数が使用周波数帯域に複数個所発生し、悪化する周波数をずらすことができなくなるという問題があった。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、マイクロ波装置の収納容器内に装着した電波吸収体において、広い周波数帯域で不要発振の発生を抑制することを目的としている。

この発明によるマイクロ波装置は、マイクロ波信号を入力または出力するマイクロ波入力端子およびマイクロ波出力端子を有し、収納空間の形成された収納容器と、収納容器に収納されたマイクロ波回路と、収納容器の内面に、収納空間に面して取り付けられた電波吸収体とを備え、上記電波吸収体は、導電部を有したものである。

この発明によれば、収納容器の内面に導電部を配置することで、導電部の効果により電波吸収体の電磁界共振モードを抑制し、マイクロ波装置の収納容器内部の空間電磁界アイソレーションを広帯域に向上させることができる。

実施の形態１によるマイクロ波装置の構成を示す図である。実施の形態１によるマイクロ波装置のアイソレーション特性を説明する図である。比較例のマイクロ波装置の構成を示す図である。比較例のマイクロ波装置のアイソレーション特性を説明する図である。実施の形態１による電波吸収体と、比較例の電波吸収体の電界分布を比較する図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１によるマイクロ波装置の構成を示す図である。図１において、マイクロ波回路４を点線で示している。実施の形態１によるマイクロ波装置は、マイクロ波入力端子１と、マイクロ波出力端子２と、収納容器３と、マイクロ波回路４と、電波吸収体５から構成され、例えばレーダ装置に用いられる高周波信号の送信または受信モジュールとして機能する。収納容器３は、マイクロ波回路４を収納する収納部３ａと蓋３ｂから構成される。収納部３ａと蓋３ｂは、それぞれ金属材料から成型される、もしくは金属膜で被覆された有機基板もしくはセラミック基板等の多層誘電体基板から構成される。

収納部３ａは、六面体の箱型形状をなし、上部が開口して内部に側壁および底面で囲まれる収納空間を形成する。また、収納部３ａは、底面にマイクロ波回路４を載置している。収納部３ａは、開口部を塞ぐように側壁の上面に蓋３ｂが固着され、内部の収納空間が塞がれている。これによって、マイクロ波回路４の気密が保持されるとともに、マイクロ波回路４が電磁遮蔽される。マイクロ波回路４は、増幅器、抵抗等のマイクロ波半導体素子、マイクロストリップ線路、チップコンデンサ等が実装されている。

収納容器３は、マイクロ波入力端子１とマイクロ波出力端子２が設けられる。マイクロ波入力端子１およびマイクロ波出力端子２は、それぞれ収納容器３の壁面を貫通し、端子の内部と外部の間で、マイクロ波信号、直流信号および制御信号の入力もしくはマイクロ波信号および制御信号の取り出しを行う。マイクロ波入力端子１およびマイクロ波入力端子２は、それぞれ金リボン、導電ワイヤ等の導電性接続部材によりマイクロ波回路４に接続される。

蓋３ｂは、マイクロ波回路４と対向する下面側に電波吸収体５が接着により取り付けられている。電波吸収体５は、例えば四角形状をなし、樹脂に金属繊維をバインドして高抵抗にしたもの、誘電発泡体にカーボン粉を含有したもの、樹脂に磁性粒子をバインドして磁性体としたもの等から形成される。また、実施の形態１による電波吸収体５は、概ね中央部のマイクロ波回路４と対向する表面部側に円板形状（コイン形状）パターンをなす導電部６が形成されている。導電部６は、カーボン、アルミ等の導電材料により形成された導電膜または導体（金属またはカーボン皮膜）パターンである。導電部６は、カーボン、アルミ等の導電性材料の部材が充填された導電性塊であっても良い。また、導電部６は、導電性のフェライトを用いて、磁性特性を持たせても良い。導電部６は、電波吸収体５内部での電界の進行を妨げる作用を有する者であればよく、導電部６の形状パターンは円板形状に限られず、三角、四角、六角等の多角形状であっても良い。

次に、実施の形態１によるマイクロ波装置の動作について説明する。
実施の形態１によるマイクロ波装置は、マイクロ波入力端子１およびマイクロ波出力端子２を介して、外部回路とマイクロ波回路４の間でマイクロ波信号、直流信号および制御信号を入出力する。マイクロ波回路４は、入力されたマイクロ波信号を増幅する。電波吸収体５は、マイクロ波回路４から発生する不要電波の電磁ノイズの信号強度を弱め、収納容器３の内部空間の共振を抑制する。また、電波吸収体５は、マイクロ波回路４の構成回路間での電磁ノイズ干渉に対する電磁空間アイソレーションを低減する。電波吸収体５は、電磁ノイズによってその表面に流れる不要電流を熱に変換し、電磁ノイズの信号強度を低下する。

図２は、実施の形態１によるマイクロ波装置のアイソレーション特性を説明する図である。図２において、マイクロ波入力端子１をPort1と記載し、マイクロ波入力端子２をPort2と記載した場合における、Port1とPort2の間での入力信号周波数に対する信号損失（アイソレーション）のシミュレーション例を示している。図２に示すように、−５Ｈｚから１５Ｈｚの間（基準周波数１０Ｈｚの１／２倍〜３／２倍）で、広帯域に信号損失（Ｓ（２、１）パラメータ）が−５０ｄＢ以下と良好なアイソレーションが取れていることが分る。

また、図３は、比較例としての従来のマイクロ波装置の構成を示す図である。図４は、比較例のマイクロ波装置のアイソレーション特性を説明する図である。図３において、比較例の従来のマイクロ波装置は、マイクロ波入力端子１と、マイクロ波出力端子２と、収納容器３と、マイクロ波回路４と、電波吸収体５０から構成される。マイクロ波入力端子１、マイクロ波出力端子２、収納容器３、およびマイクロ波回路４は、実施の形態１と同じものである。比較例の電波吸収体５０は、例えば四角形状をなし、樹脂に金属繊維をバインドして高抵抗にしたもの、誘電発泡体にカーボン粉を含有したもの、樹脂に磁性粒子をバインドして磁性体としたもの等から形成される。また、実施の形態１による電波吸収体５とは異なり、導電部６が埋め込まれていない。

図４は、比較例による従来のマイクロ波装置のアイソレーション特性を説明する図である。図４において、マイクロ波入力端子１をPort1と記載し、マイクロ波入力端子２をPort2と記載した場合における、Port1とPort2の間での入力信号周波数に対する信号損失（アイソレーション）の図２と同一条件でのシミュレーション例を示している。図４に示すように、−５Ｈｚから１５Ｈｚの間（基準周波数１０Ｈｚの１／２倍〜３／２倍）において、周波数９Ｈｚと１０Ｈｚの間のＡ点と、周波数１２Ｈｚと１３Ｈｚの間のＢ点の２箇所で、信号損失（Ｓ（２、１）パラメータ）が−３０ｄＢを超えて、アイソレーションが悪化していることが分る。

図５は電波吸収体における電磁界共振モードに伴う電界分布を例示する図であって、（ａ）は比較例による従来のマイクロ波装置の電波吸収体５０の電界分布を示し、（ｂ）は実施の形態１によるマイクロ波装置の電波吸収体５の電界分布を示す。図５（ａ）に示すように、従来のマイクロ波装置は、電波吸収体５０の表面において、電波の伝搬方向に流れる電磁ノイズによる不要電流を減衰する。このとき、中央部を挟む上流側と後流側の２箇所で、電波吸収体５０の電界分布に共振点を生じ、電界強度の振幅が大きく変化する。

一方、図５（ｂ）に示すように、実施の形態１によるマイクロ波装置は、電波吸収体５の表面において、電波の伝搬方向に流れる電磁ノイズによる不要電流を減衰する。このとき、中央部を挟む上流側と後流側の２箇所で、電波吸収体５の電界分布に共振点を生じるが、その共振点周辺の電界強度の振幅変化は図５（ａ）に比べて格段に小さくなっていることがわかる。これは、電波吸収体５のマイクロ波回路４との対向面側に導電部６を装着することによって、導電部６の効果により電波吸収体内（特に電波吸収体の表皮）の電界の進行が妨げられるため、電波吸収体における電磁界共振モードを抑制する。

このように導電部６を含む電波吸収体５を収納容器３に取り付けることにより、図５（ｂ）に示すように、マイクロ波装置の収納容器３の内部空間における電磁界共振モードについて、広帯域に空間電磁界アイソレーションを向上させることができる。

以上説明した通り、実施の形態１によるマイクロ波装置は、マイクロ波信号を入力または出力するマイクロ波入力端子１およびマイクロ波出力端子２を有した収納容器３と、収納容器３に収納されたマイクロ波回路４と、収納容器３の内面（例えば蓋３ｂの内面）に取り付けられた電波吸収体５とを備え、上記電波吸収体５は、導電部６を有したことを特徴とする。また、上記導電部６は、電波吸収体５内の電界の進行を妨げる。

このように実施の形態１によるマイクロ波装置は、収納容器３の内面に導電部（例えば導体パターン）を配置することで、導電部の効果により電波吸収体の電磁界共振モードを抑制し、マイクロ波装置の収納容器内部の空間電磁界アイソレーションを広帯域に向上させることができる。

１マイクロ波入力端子、２マイクロ波出力端子、３収納容器、３ａ収納部、３ｂ蓋、４マイクロ波回路、５電波吸収体、６導電部。

Claims

マイクロ波信号を入力または出力するマイクロ波入力端子およびマイクロ波出力端子を有し、収納空間の形成された収納容器と、
収納容器に収納されたマイクロ波回路と、
収納容器の内面に、収納空間に面して取り付けられた電波吸収体と、
を備え、
上記電波吸収体は、導電塊部を有したマイクロ波装置。
上記導電塊部は、電波吸収体内の電界の進行を妨げることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波装置。