JP2022030381A - 高周波信号の伝送装置およびそれを用いる無線機 - Google Patents

Abstract

【課題】対面する基板間の高周波信号の伝送に、同軸ケーブルを使わないようにする。【解決手段】両基板３，４に相互に対面して、非接地側電極（３８，４６）および接地側電極（３０，４０）を形成するとともに、それらの間に浮遊容量なども利用してコンデンサ（キャパシタンス）５３，５３を形成する。一方の基板４の非接地側電極（４６）にはバネ接線（４８）を取付け、他方の基板３の非接地側電極３８に接触させる。接地側電極（３０，４０）間は、大面積の導電性スポンジ３７によってローインピーダンスに接続し、２つの基板３，４間のＧＮＤ電位を共通化する。したがって、前記キャパシタンスと、バネ接線（４８）が有するインダクタンスとによって等価的にローパスフィルタを形成するようになり、カットオフ周波数以下の信号であれば、同軸ケーブルや、ＢｔｏＢコネクタを用いることなく、接続することができる。【選択図】図５

Description

本発明は、無線機に関し、特に相互に近接して対面する基板を有し、それらの間で高周波信号を伝送するための構成に関する。

ハンディタイプの無線機においても、従来からのＶＨＦ帯やＵＨＦ帯を用いて音声通話を行うだけで無く、データ通信を行ったり、携帯電話回線を用いてより広い通信エリアを得たりするなど、多機能化が進んでいる。また、部品コストも下がり、たとえばＧＰＳ（Global Positioning System）などのＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System / 全球測位衛星システム)の信号を受信可能なものまで商品化されている。

そのような無線機では、従来の無線運用周波数より高い、前記携帯電話回線やＧＰＳ信号などを扱い、また複数の無線回路やデジタル回路を搭載する必要があり、基板が複数枚必要になる。その場合、前記の高周波信号を同一基板内で処理できれば問題は無いが、部品搭載位置の関係などで、他の基板に伝送する必要がある場合には、高周波信号であるために、伝送損失を小さくするため、短距離であっても、同軸ケーブルでの引回しとなる。たとえば、前記携帯電話回線で偏波面の異なる２つのアンテナを有し、さらにＧＰＳ信号を受信する場合、前記同軸ケーブルは３本必要になることもある。

しかしながら、同軸ケーブルを用いると、機械組立てに向かず、人手での半田付作業となり、また組立てによるケーブルの収納時には、筐体間に噛込んだり、場合によっては切断してしまったりすることもあり、製造や修理の際の作業性が悪いという問題がある。一方、２つの基板間に高周波信号を伝送するにあたって、それらが相互に近接して対面する場合には、高周波信号も伝送可能なＢｔｏＢコネクタを用いることもできる。

特許文献１は、ＢｔｏＢコネクタのような高周波回路基板の接続装置であり、対面する２枚の基板のパターンには複数の相互に平行な導電パターンが形成されており、それらの間に、断面が小判を半分に切断したような柱形状部材を挟込むようにし、その柱形状部材の円弧状の外周部分に形成した複数の相互に平行な接続電極で前記導電パターン間を接続することで、高周波特性が劣化せず、簡単な構造で基板間を接続することが示されている。

特開２００２－１７６２３９号公報

上述の従来技術では、対面する２枚の基板間で、同軸ケーブルを用いないで高周波信号を伝送するので、組立てが容易であるとともに、信頼性も高い。しかしながら、柱形状部材の外周に形成した接続電極で導電パターンに接触するので、ＢｔｏＢコネクタと同様に、或る程度の高さ、つまり基板間の間隔が必要であり、小型化（薄型化）に限界があるとともに、２枚の基板間の僅かな傾き、つまり平行が取れないことによって、接触不良の可能性がある。

本発明の目的は、２つの基板間で高周波信号を伝送するにあたって、それらが相互に近接して対面する場合に、部品コストを削減し、小型化することができるとともに、組立てや修理の際の分解も容易に行うことができる高周波信号の伝送装置およびそれを用いる無線機を提供することである。

本発明の高周波信号の伝送装置は、相互に近接して対面する基板間で高周波信号を伝送するための装置において、両基板に相互に対面して形成される非接地側電極および接地側電極と、前記非接地側電極と接地側電極との間にそれぞれ形成されるコンデンサと、前記非接地側電極の一方に取付けられて他方に接触するバネ接線と、前記接地側電極間を前記バネ接線よりもローインピーダンスに接続する接続部材とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、相互に近接して対面する基板間で高周波信号を伝送するための装置において、非接地側はバネ接線を用い、接地側はたとえば大面積とすることでよりローインピーダンスな接続部材を用いる。詳しくは、両基板に相互に対面して、非接地側電極および接地側電極を形成するとともに、それらの間にコンデンサ（キャパシタンス）を形成する。そして、一方の基板の非接地側電極にはバネ接線を取付け、２つの基板を対面させると、前記バネ接線は、他方の基板の非接地側電極に接触し、所定のインダクタンス成分を有してしまう。一方、２つの基板間の接地側電極間は、大面積の接触パッドなどの接続部材によってローインピーダンスに接続し、２つの基板間のＧＮＤ電位を共通化する。

したがって、前記キャパシタンスとインダクタンスとによって等価的にローパスフィルタを形成して、２つの基板間を電気的に接続するようになる。そして、前記キャパシタンスおよびインダクタンスが小さくなる程高くなるカットオフ周波数が、伝送すべき高周波信号より高くなるように、たとえば接線を短く、或いは太く、キャパシタンスを小さく、調整することで、２つの基板を、前記高周波信号に影響を与えることなく、つまりインピーダンスの不整合による損失を生じることなく、接続することができる。

これによって、２つの基板間に高周波信号を伝送するにあたって、それらが相互に近接して対面する場合に、同軸ケーブルや、ＢｔｏＢコネクタを用いることなく、接続することができる。こうして、部品コストを大幅に削減し、また更なる小型化も実現することができるとともに、組立てや修理の際の分解も容易に行うことができる。

また、本発明の高周波信号の伝送装置では、前記接続部材は、一方の基板の接地側電極と、他方の基板の接地側電極との間に介在される導電性スポンジから成ることを特徴とする。

上記の構成によれば、相互に近接して対面する基板の接地側電極間をローインピーダンスに接続するには、基板間の傾きを吸収できるとともに、面接触することが望ましい。したがって、前記接続部材に導電性スポンジ用いることは、そのような要求に答えることができ、好適である。

さらにまた、本発明の高周波信号の伝送装置では、前記他方の基板において前記導電性スポンジと接触する接地側電極は、該他方の基板上に搭載される部品を覆うシールドケースから成ることを特徴とする。

上記の構成によれば、相互に近接して対面する基板の接地側電極間をローインピーダンスに接続するにあたって、一方には導電性スポンジを用いることで、前記傾きの吸収や面接触を実現つつ、他方にシールドケースが設けられている場合には、それを利用して、前記導電性スポンジを接触させる。

したがって、導電率の高いシールドケースを用いて嵩上げすることで、その分だけ、導電性スポンジを薄くでき、該導電性スポンジの導通面を、基板間の接続距離より充分長い幅で接続することになるため、２つの基板間のＧＮＤ電位をより厳密に一致させることができる。また、部品があって接地側電極に纏まったスペースを確保できなくても、それを跨ぐシールドケースを用いることで、接地側電極を広くすることができる。

また、本発明の高周波信号の伝送装置では、前記非接地側電極は前記接地側電極との間の浮遊容量で前記コンデンサを形成し、該コンデンサと前記バネ接線のインダクタンスとによって形成されるローパスフィルタのカットオフ周波数以下に、伝送すべき前記高周波信号の周波数が入るような浮遊容量となるように、該非接地側電極の面積が形成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記ローパスフィルタを形成するにあたって、前記バネ接線の有するインダクタンスに加えて、コンデンサが必要になるが、バネ接線のインダクタンスが小さい場合、つまり伝送距離が短い場合はキャパシタンスも小さくできる。そこで、前記バネ接線が或る程度短ければ、前記非接地側電極の面積を或る程度大きくすれば、コンデンサを別途に設けなくても、非接地側電極の浮遊容量によってローパスフィルタのコンデンサを実現することができる。これによって、部品点数を削減することができる。

さらにまた、本発明の無線機は、前記の高周波信号の伝送装置を備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、部品コストを大幅に削減し、また更なる小型化も実現することができるとともに、組立てや修理の際の分解も容易に行うことができる無線機を実現することができる。

本発明の高周波信号の伝送装置およびそれを用いる無線機は、以上のように、相互に近接して対面する基板間で高周波信号を伝送するにあたって、両基板に相互に対面して、非接地側電極および接地側電極を形成するとともに、それらの間にコンデンサ（キャパシタンス）を形成し、一方の基板の非接地側電極にはバネ接線を取付け、他方の基板の非接地側電極に接触させる。一方、接地側電極間は、大面積の接触パッドなどの接続部材によってローインピーダンスに接続し、２つの基板間のＧＮＤ電位を共通化する。そして、前記高周波信号の伝送損失の原因となる前記バネ接線の持つインダクタンス成分を利用して、前記キャパシタンス成分と等価的にローパスフィルタを形成し、前記高周波信号の周波数が該ローパスフィルタのカットオフ周波数以下となるように前記インダクタンス成分およびキャパシタンス成分を調整する。

それゆえ、同軸ケーブルや、ＢｔｏＢコネクタを用いることなく、かつ伝送損失を抑えて、２つの基板間を接続することができる。こうして、高周波特性が劣化することなく、部品コストを大幅に削減し、また更なる小型化も実現することができるとともに、組立てや修理の際の分解も容易に行うことができる。

本発明の実施の一形態に係る無線機の斜視図である。 前記無線機の平面図である。 前記無線機を前後２つに分割して、内部側を示す正面図である。 前記基板の図３とは反対側の面を示す図である。 本発明の実施の一形態に係る高周波信号の伝送装置を模式的に示す断面図である。 前記伝送装置におけるコンタクトとＧＮＤパターンとの間に形成される浮遊容量を説明するための図である。 図５の高周波信号の伝送装置の等価回路図である。 本発明の実施の他の形態に係る高周波信号の伝送装置を模式的に示す断面図である。

図１は本発明の実施の一形態に係る無線機１の斜視図であり、図２は平面図である。無線機１は、ＶＨＦ，ＵＨＦ帯域および携帯電話のＬＴＥ回線を使用してのデジタル通信可能な機器であるが、無線機の運用周波数帯域およびデジタルであるかアナログであるかは、本発明では問わない。好適には、図示のように、ハンディタイプ（小型）の無線機であって、前記運用周波数帯域より高い別の高周波信号、本例ではＧＰＳ信号や携帯電話回線の信号を受信するものとする。ＧＰＳ信号は、予め定める周期、たとえば１秒毎に受信されており、前記運用周波数帯域で音声やデータの送信を開始する際に、直前の位置データが、それらの信号に含めて送信される。

無線機１の筐体１０の上部には、前記運用周波数のアンテナ１１と、ボリウムつまみ１２と、無線チャネルを選択するためのチャネル切替えつまみ１３とが設けられている。アンテナ１１は、図２で示すように、コネクタ１１１の部分で取外し可能であり、より短いアンテナと交換したり、取外して収納可能になっている。筐体１０の正面において、上部にはスピーカ１４が埋込まれており、中央部には表示部１６が設けられており、下部には各種のキースイッチ１７が設けられている。スピーカ１４に隣接して、マイクロフォン１５が設けられている。筐体１０の左側部には、２つのプレストークスイッチ１８，１９が設けられる。筐体１０の背後には、使用者のベルトなどに差込まれて、該ベルトを筐体１０との間で挟持するクリップ２０が設けられている。筐体１０の右側部のカバー１０１は、別体のスピーカ・マイク取付け用のコネクタを水密に覆っている。

図３は、無線機１を前後２つに分割して、内部側を示す正面図である。アンテナ１１は、前記のコネクタ１１１の部分から、ボリウムつまみ１２はボリウム１２１の回転軸１２２から、チャネル切替えつまみ１３はロータリーエンコーダ１３１の回転軸１３２から、それぞれ取外し可能であり、図３は取外した状態を示している。筐体１０は、大略的に、前部から上部を覆う前部筐体１０２と、背後側の後部筐体１０３とに分割され、それらの接合部はシール材（図示せず）で水密に封止されている。筐体１０２，１０３には、それぞれ基板３，４が設けられている。

図４は基板３，４の図３とは反対側の面を示す図であり、図５は基板４の一部分の断面を拡大して示す図である。前部筐体１０２側の基板３は、キースイッチ１７のキーパッド３１、ＬＣＤモジュール３２、ＬＴＥ（携帯電話回線の）アンテナ３３，３４、ＧＰＳアンテナ３５、Bluetooth（登録商標）ユニット３６などを備えて構成される、所謂携帯電話に近い部品から成る基板である。

これに対して、後部筐体１０３側の基板４は、前記ＶＨＦ，ＵＨＦ帯域での送受信を行うトランシーバー部分４１、変復調のＩＣ、コントローラなどのロジック回路部分４２、携帯電話のＳＩＭカードスロット４３、ＬＴＥモジュール４４、バイブレーション用の偏心モータ４７などを搭載する基板である。これらの基板３，４は、筐体１０２，１０３が嵌め合せられると、比較的低周波の信号はコンタクト３９とピン４９とが、および比較的高周波の信号はピン４８１～４８５（以下、総称する際は、参照符号４８で示す）とコンタクト３８１～３８５（以下、総称する際は、参照符号３８で示す）とがそれぞれ接触することで、電気的に接続される。基板４の上部には、前記コネクタ１１１、ボリウム１２１、ロータリーエンコーダ１３１が設けられている。

上述のように構成される無線機１において、アンテナ１１による運用周波数より高い別の高周波信号を受信するための専用の高周波アンテナとして、本実施形態の無線機１では、ＧＰＳアンテナ３５およびＬＴＥアンテナ３３，３４を有する。ＬＴＥアンテナ３３，３４は、基板３に、偏波面に対応して相互に直交配置されている。そして注目すべきは、基板３に搭載されるこれらのＧＰＳアンテナ３５およびＬＴＥアンテナ３３，３４の高周波信号は、従来では、３本の同軸ケーブルによって基板４に伝送されるところ、本実施形態の無線機１では、前記コンタクト３８とピン４８および後述の導電性スポンジ３７を用いて伝送されることである。

図４の例では、比較的近くに設けられるＧＰＳアンテナ３５およびＬＴＥアンテナ３４は、接地側のＧＮＤピン４８３およびＧＮＤコンタクト３８３を共通に、非接地側は個別のピン４８１，４８２およびコンタクト３８１，３８２で接続されている。少し離れたＬＴＥアンテナ３４は、接地側のＧＮＤピン４８５およびＧＮＤコンタクト３８５、ならびに非接地側のピン４８４およびコンタクト３８４によって接続されている。

図５は、本発明の実施の一形態に係る高周波信号の伝送装置を説明するための図であり、ピン４８およびコンタクト３８周りを模式的に示す断面図である。基板３，４には、その対向する面に、適宜に、接地側電極となるＧＮＤパターン３０，４０が引き回されている。注目すべきは、本実施形態の無線機１は、相互に近接して対面する基板３，４間で前記ＧＰＳの高周波信号やＬＴＥ回線の高周波信号を伝送するために、前記同軸ケーブルに代えて、この図５で示すような高周波信号の伝送装置が用いられることである。

ピン４８は、側面視で大略Ｚ字状に形成されるバネ接線であり、基板４には対応して、コンタクト４６（４６１～４６５図示せず）が形成され、半田４４によって半田付けされている。ピン４８には、適宜、実装機などに対応したチャックが設けられている。非接地側のコンタクト３８１，３８２，３８４；４６１，４６２，４６４は、非接地側電極となる。コンタクト３８１，３８２，３８４；４６１，４６２，４６４は、図６で示すように、また後述するように、ＧＮＤパターン３０，４０との間に浮遊容量によるコンデンサ５３，５４を有することになるが、後述するように容量が不足する場合には、実際のコンデンサが接続されることもある。

これに対して、接地側電極となるＧＮＤパターン３０，４０間には、基板３側には接続部材としての導電性スポンジ３７が設けられ、基板４にはシールドケース４５が設けられている。基板３側にシールドケース４５が、基板４側に導電性スポンジ３７が、それぞれ設けられてもよい。シールドケース４５は、基板４上に搭載され、前記ＬＴＥ（携帯電話回線の）モジュール４４を構成する部品６１を覆う。シールドケース４５および導電性スポンジ３７は、大面積で、前記コンタクト３８１，３８２，３８４；４６１，４６２，４６４およびピン４８よりも、前記高周波信号に対してローインピーダンスとなり、２つの基板３，４間のＧＮＤ電位を共通化する。

図７は、図５の伝送装置の等価回路図である。上述のように構成される伝送装置によれば、相互に近接して対面する基板３，４間で高周波信号を伝送するにあたって、非接地側はバネ接線であるピン４８を用い、接地側はローインピーダンスな接続部材である導電性スポンジ３７を用いる。したがって、それらの間に形成されるコンデンサ（キャパシタンス）５３，５４およびピン４８が有しているインダクタンス成分は、等価的にローパスフィルタを形成して、２つの基板３，４間を電気的に接続するようになる。そして、前記キャパシタンス（５３，５４）およびインダクタンス（４８）が小さくなる程高くなるカットオフ周波数が、伝送すべき高周波信号より高くなるように、たとえばピン４８を短く、或いは太く、キャパシタンス（５３，５４）を小さくすることで、２つの基板３，４を、前記高周波信号に影響を与えることなく、つまりインピーダンスの不整合による損失を生じることなく、接続することができる。

このように構成することで、２つの基板３，４間に高周波信号を伝送するにあたって、それらが相互に近接して対面する場合に、同軸ケーブルや、ＢｔｏＢコネクタを用いることなく、かつ伝送損失を抑えて接続することができる。こうして、部品コストを大幅に削減し、また更なる小型化も実現することができるとともに、組立てや修理の際の分解も容易に行うことができる。

また、本実施形態の伝送装置では、接続部材として、一方の基板（図５の例では３）の接地側電極（３０）に貼付けられる導電性スポンジ３７用いるので、基板３，４間の傾きを吸収できるとともに、他方の基板４の接地側電極（４５－４０）と接触させることができる。導電性スポンジ３７は、貼付けに限らず、周囲の一部または全部が、枠囲いなどでズレないように保持されていればよい。

さらにまた、本実施形態の伝送装置では、他方の基板４において前記導電性スポンジ３７と接触する接地側電極として、該他方の基板４上に搭載される部品６１を覆うシールドケース４５を用いる。したがって、導電率の高い該シールドケース４５の分だけ、前記接地側電極が嵩上げされるので、導電性スポンジ３７を薄くでき、該導電性スポンジ３７の導通面を、基板３，４間の接続距離より充分長い幅で接続することになるため、２つの基板３，４間のＧＮＤ電位をより厳密に一致させることができる。また、部品があって接地側電極４０に纏まったスペースを確保できなくても、それを跨ぐシールドケース４５を用いることで、接地側電極４０を広くすることができる。

また、上記のローパスフィルタを構成するにあたって、非接地側電極であるコンタクト３８１，３８２，３８４；４６１，４６２，４６４と、接地側電極であるＧＮＤパターン３０，４０との間にコンデンサ５３，５４を設ける必要があるが、本実施形態の伝送装置では、それらの間の浮遊容量を利用する。そして、該コンデンサ５３，５４とバネ接線であるピン４８の有するインダクタンスとによって形成されるローパスフィルタのカットオフ周波数以下に、伝送すべき前記高周波信号の周波数が入るような浮遊容量となるように、該非接地側電極であるコンタクト３８１，３８２，３８４；４６１，４６２，４６４の面積を形成している。

これは、或る周波数の高周波信号を伝送するにあたって、バネ接線（４８）のインダクタンスが小さい場合、つまり伝送距離が短い場合は、キャパシタンス（５３，５４）も小さくできるためであり、バネ接線（４８）が或る程度短ければ、前記非接地側電極（３８１，３８２，３８４；４６１，４６２，４６４）の面積を或る程度大きくすれば、コンデンサを別途に設けなくても、上述のように、該非接地側電極（３８１，３８２，３８４；４６１，４６２，４６４）の浮遊容量によってローパスフィルタのコンデンサの機能を実現することができる。これによって、部品点数を削減することができる。

本実施形態の高周波信号の伝送装置を備えることで、部品コストを大幅に削減し、また更なる小型化も実現することができるとともに、組立てや修理の際の分解も容易に行うことができる無線機を実現することができる。

なお、５本のピン４８の内、２本のピン４８３，４８５は、接地側、つまりＧＮＤ用である。高周波信号の伝送には、上述の導電性スポンジ３７およびシールドケース４５によってローインピーダンスに接続できているが、これらのピン４８３，４８５も併用することで、ＧＮＤを補強することができる。

また、上述の実施形態では、シールドケース４５は、基板４上に直接実装された部品６１を覆っているけれども、図８で示すように、部品６１が他の基板６２に実装され、該他の基板６２がさらに基板４に実装されるモジュールの構造では、他の基板６２に取付けられてもよい。

１ 無線機
１０ 筐体
１０２ 前部筐体
１０３ 後部筐体
１１ アンテナ
１１１ コネクタ
１２ ボリウムつまみ
１２１ ボリウム
１２２ 回転軸
１３ チャネル切替えつまみ
１３１ ロータリーエンコーダ
１３２ 回転軸
１４ スピーカ
１５ マイクロフォン
１６ 表示部
１７ キースイッチ
１８，１９ プレストークスイッチ
２０ クリップ
３，４ 基板
３０，４０ ＧＮＤパターン
３１ キーパッド
３２ ＬＣＤモジュール
３３，３４ ＬＴＥアンテナ
３５ ＧＰＳアンテナ
３６ Bluetooth（登録商標）ユニット
３７ 導電性スポンジ
３８；３８１～３８５；３９ コンタクト
４１ トランシーバー部分
４２ ロジック回路部分
４３ ＳＩＭカードスロット
４４ ＬＴＥ（携帯電話回線の）モジュール
４５ シールドケース
４６；４６１～４６５ コンタクト
４７ バイブレーション用の偏心モータ
４８；４８１～４８５；４９ ピン
５３，５４ コンデンサ
６１ 部品
６２ 他の基板

Claims (5)

1. 相互に近接して対面する基板間で高周波信号を伝送するための装置において、
   両基板に相互に対面して形成される非接地側電極および接地側電極と、
   前記非接地側電極と接地側電極との間にそれぞれ形成されるコンデンサと、
   前記非接地側電極の一方に取付けられて他方に接触するバネ接線と、
   前記接地側電極間を前記バネ接線よりもローインピーダンスに接続する接続部材とを含むことを特徴とする高周波信号の伝送装置。
2. 前記接続部材は、一方の基板の接地側電極と、他方の基板の接地側電極との間に介在される導電性スポンジから成ることを特徴とする請求項１記載の高周波信号の伝送装置。
3. 前記他方の基板において前記導電性スポンジと接触する接地側電極は、該他方の基板上に搭載される部品を覆うシールドケースから成ることを特徴とする請求項２記載の高周波信号の伝送装置。
4. 前記非接地側電極は前記接地側電極との間の浮遊容量で前記コンデンサを形成し、該コンデンサと前記バネ接線のインダクタンスとによって形成されるローパスフィルタのカットオフ周波数以下に、伝送すべき前記高周波信号の周波数が入るような浮遊容量となるように、該非接地側電極の面積が形成されることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の高周波信号の伝送装置。
5. 前記請求項１～４の何れか１項に記載の高周波信号の伝送装置を備えることを特徴とする無線機。

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