JP2758081B2 - 多重層のマイクロ波集積回路モジュールコネクタ装置 - Google Patents

多重層のマイクロ波集積回路モジュールコネクタ装置

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JP2758081B2 JP6514276A JP51427694A JP2758081B2 JP 2758081 B2 JP2758081 B2 JP 2758081B2 JP 6514276 A JP6514276 A JP 6514276A JP 51427694 A JP51427694 A JP 51427694A JP 2758081 B2 JP2758081 B2 JP 2758081B2
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リチャード、ファヌッチ
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はマイクロ波通信集積回路分野、特に、マイク
ロ波集積回路モジュールの接続用の多重層装置に関す
る。
背景技術 通信衛星を含む多数の応用ではマイクロ波集積回路
（MIC）とモノリシックマイクロ波集積回路（MMIC）は
典型的に機械加工されたコバール（Kovar）とアルミニ
ウム部品により支持されたマイクロストリップ基体から
構成される通常に組立てられたモジュール装置中にパッ
ケージされる。これらの個々のモジュール装置はより複
雑な機能を行うために機械加工されたアルミニウムシャ
ーシで共にグループ化される。機械加工されたアルミニ
ウムシャーシは無線周波数回路空洞とDCワイヤチャンネ
ルと正確な取付けボスの複雑なアレイであり、各応用で
典型的に特別の注文の設計である。結果的な装置は複雑
で高価であり、そこに設計された機能のみを達成する能
力を有する。
例えば米国特許第4,745,381号明細書では廉価な方法
が示されており、ここではマイクロ波集積回路はモジュ
ールから延在する１対の直流電源（DC）ピンと、増幅器
および信号処理回路のようなより複雑な装置を形成する
ためにモジュールが共に結合されることを可能にする１
対の相互接続ピンを有する分離した個別のモジュールで
パッケージされている。モジュールは壁に設置され、個
々のマイクロストリップラインまたは板ばねをベースと
したマイクロ波コネクタ装置のいずれか一方と接続され
る。この方法は多数の独立したコネクタを必要とし相互
接続は十分に正確ではなく多数の応用に対して十分安全
でもない。さらにこの方法は広帯域幅の応用でインピー
ダンスの整合の問題を示し、DC電源装置に対して安全で
効果的な相互接続を提供しない。
発明の開示 本発明はマイクロ波集積回路モジュールの相互接続に
安価で正確で安全なコネクタ装置を提供し、ここで各モ
ジュールはモジュールの取付け表面から延在する少なく
とも２つのマイクロ波相互接続ピンを有する。１実施例
では本発明はモジュールの相互接続ピンを受けるための
複数の穴を有するモジュールの取付け表面を支持する接
地面を具備する。接地面の取付け表面と反対の導電層は
接地面を通って延在し異なったモジュールの相互接続ピ
ンの間の信号と伝達する相互接続ピンからマイクロ波信
号を受信する。導電層は予め定められたインピーダンス
を有する。金属ベローズのような弾性接触部は１端部で
相互接続ピンを受け、反対の端部で導電層と接触し、そ
の結果、相互接続ピンが各ベローズに対して押付けられ
るときベローズは相互接続ピンと導電層との間の電磁接
続を設定する導電層に対して押付けられる。各モジュー
ルはモジュールの取付け表面からモジュールへの電源ま
で延在する少なくとも２つの電力ピンを有し、接地面は
モジュールの電力ピンを受ける複数の穴を有する。接地
面の取付け表面と反対の第２の導電層は電力を設置面を
通って延在する電力ピンに分配する。導電層は各電力ピ
ンを受ける穴を有し、各穴は電力ピンと電気接続するた
めのスプリングソケットを有する。好ましくはモジュー
ルは相互接続と電力ピンを接地面の各穴に挿入し、これ
らを各導電層に対して押付けることによりコネクタ装置
に挿入され、引出されることができる。
図面の簡単な説明 図１はカバーを除去した本発明で使用されるマイクロ
波集積回路モジュールの斜視図である。
図２はマイクロ波集積回路モジュールと外部回路への
コネクタを支持する本発明の１実施例によるコネクタ装
置の部分的な分解斜視図である。
図３は図２のコネクタ装置の相互接続ピンの分解斜視
図である。
図４は図２のDC電力ピンの相互接続装置の分解斜視図
である。
図５はモジュールのそこに取付けられた外部コネクタ
を示した本発明によるコネクタ装置の別の実施例の部分
的に分解した斜視図である。
図６は相互接続ピンを有するモジュール部分と図５の
線６−６に沿ったコネクタ装置の部分的断面図である。
図７はDC電力ピンスプリングソケットと図５のコネク
タ装置の一部分の断面図である。
図８はMICモジュールを試験し同調するための本発明
により構成された試験装置の斜視図である。
発明の実施の最良モード 図１は成形されたコバール、即ち、カーペンターテク
ノロジーカンパニー（Carpenter Technology Companyの
Carpenter Steel Division）から入手可能な鉄ニッケル
コバルト合金または類似の合金から構成されるのが好ま
しい実質上平面のヘッダ12と、ヘッダに密封シーム溶接
されるプレス加工されたコバールから構成されることが
好ましいドーム型のカバー14とを有するマイクロ波集積
回路（MIC）モジュール10を示している。カバーはヘッ
ダに溶接される前に、マイクロ波集積回路16は技術で知
られているようにヘッダに接合される。絶縁体スリーブ
19を有する相互接続ピン18はマイクロ波信号を回路16へ
および回路16から伝導するために好ましくは金のリボン
またはワイヤ20によりMICに固定される。相互接続ピン
はヘッダを貫通しMICとの接続部からモジュールの密封
された内部から外方へ延在する。同様に、金のリボンま
たはワイヤ24によってMICに接続された１対のDC電力ピ
ン22はヘッダを通じて絶縁スリーブ19内に延在する。絶
縁体スリーブは好ましくはガラスから形成される。相互
接続と電力ピンはモジュールが他のモジュールに接続さ
れることを可能にする。各MICは個別の部品または後述
するように装置用に個々に同調されコネクタ装置に取付
けられた増幅器、乗算器またはフィルタのような回路を
内蔵する。
図２で示されているように多数のモジュール10は本発
明によるコネクタ装置26を使用して共に接続されること
ができる。コネクタ装置は実質上平坦なアルミニウムプ
レートから構成されることが好ましい。接地面は各MIC
モジュールのヘッダの下面または取付け表面32が取付け
られる上部取付け表面30を有する。各モジュールの下面
または取付け表面は接地面上に各モジュールを正確に位
置するために接地面の取付け表面上の位置決め穴36と結
合する４組の位置決めポスト34を有する。接地面はまた
相互接続ピンを受けそこを通って相互接続ピンが延在す
る各モジュール用の１組の穴38と、DC電力ピン22を受
け、そこを通ってDC電力ピンが延在する各モジュール用
の第２の組の穴40を有する。コネクタ装置にモジュール
を設置するためにモジュールの取付け表面の位置決めポ
ストは簡単に接地面の位置決め穴に挿入され、それによ
って相互接続および電力ピンを適切な穴に整列する。モ
ジュールはモジュールの取付け表面が接地面の取付け表
面に接触し、当接されるまで押付けられる。各モジュー
ルの相互接続ピンは図３で詳細に示されているコネクタ
装置42を使用して他のモジュールの相互接続ピンに接続
される。コネクタ装置は接地面の取付け表面と反対の接
地面に固定され、モジュールを共に接続するように異な
ったモジュールからの相互接続ピンを結合させる。同様
に、接地面を通って延在するDC電力ピンは図４でより詳
細に示されているDCジャック44を使用して共に接続され
る。
各モジュールは標準的な位置で位置決めポストと相互
接続ピンと電力ピンを有することが好ましく、従ってモ
ジュールは接地面の取付け表面上の任意の位置に容易に
挿入されることができる。このことはMICモジュールが
コネクタ装置42を使用して異なった種々の方法で共に結
合されることを可能にする。それはまた同一のコネクタ
装置がコネクタ装置上の任意の位置で２つの近接するモ
ジュールを共に接続するために使用されることを可能に
する。コネクタ装置は近接していないモジュールが共に
接続されることを可能にするために異なった形態（図示
せず）で構成されることができる。他のモジュールに加
えて、モジュールは同軸コネクタ46および多重ピン電気
コネクタ48と接続されることもできる。同軸コネクタは
モジュールの相互接続ピン18と類似して構成されること
ができる中心の相互接続ピン35を有し、これは同一の方
法でコネクタ装置とインターフェイスする。同軸コネク
タは１組の捩子により接地面に固定される。同軸コネク
タ46はRF信号がコネクタ装置に取付けられる相互接続モ
ジュールへまたは相互接続モジュールから入出力される
ことを可能にする。多重ピンコネクタ48は絶縁ワイヤに
より各DCジャック44に結合され、従って制御信号および
電力は集団的または独立的にモジュールの制御と付勢に
使用されることができる。簡単な実施例では多重ピンコ
ネクタは簡単なDC接続の２つの端子用の簡単な２つのピ
ンジャックに置換される。より複雑な応用では各モジュ
ールには第３、または第４のDCピンが設けられており、
その結果制御信号は多重ピンコネクタを使用して適切に
個々のモジュールに結合されることができる。
図３で示されているように、各コネクタ装置42は上部
表面で内部の細長い溝56を有する平面ベースを具備す
る。ベースと溝の形態は異なった応用に適するように変
化されることができる。溝は機械加工により形成される
かまたは部分にモールドされることができる。ベースは
接地面と同一の組成のアルミニウムから構成されること
が好ましい。伝送通路は導電材料をベースの溝に挿入す
ることによりコネクタ装置に組込まれる。好ましくはこ
の伝送通路は50オームのインピーダンスのストリップラ
インを使用して形成される。50オームのストリップライ
ンはモジュール相互接続ピンのインピーダンスと整合す
るために好ましい。誘電体のカバープレート60はストリ
ップラインを接地面から隔離するためベースの溝内のス
トリップライン伝送通路を覆って取付けられる。カバー
プレートはベローズ64の端部を受けるため各端部に穴62
を有する。ベローズは技術でよく知られているように一
方または両方の端部で円形渦巻きを有する金メッキされ
たニッケルシリンダであることが好ましい。渦巻きはベ
ローズがばねとして機能することを可能にする。コネク
タ装置が組立てられるときベローズはカバープレート60
の穴62からコネクタ装置の接地面28の穴38まで延在す
る。モジュールが接地面に対して押付けられるとき、各
相互接続ピンはベローズ64の上端部に対して押付けられ
る。これはモジュール間の接続を設定するためにベロー
ズの下部端部をストリップライン伝送通路58に圧縮す
る。モジュールとコネクタ装置が接地面に固定されると
きベローズの弾性はコネクタ装置との一貫した安全な接
触を確実にする。コネクタ装置のベースも１組の穴を有
する。穴66の第１の組はコネクタ装置が接地面に予め固
定されることを可能にする。穴67の第２の組がモジュー
ルを接地面の反対側に取付けられるために使用され、例
えば捩子またはボルトのような通常の固定具が使用され
る。第２の組の穴67は適切なモジュールまたはコネクタ
の位置決めポスト34と整列されることが好ましく、従っ
て捩子はコネクタ装置を通じて直接対応するモジュール
位置決めポストに達することができる。
図４を参照するとDCジャック44はDC電力ピンをDC電源
に結合するために使用される。DCジャックはコネクタ装
置の間に固定され、直接接地面28に接触する。好ましい
実施例ではDCジャックは通常の捩子72を使用して接地面
の捩子穴70に固定される誘電性体本体68を有する。誘電
体本体はそれぞれ接地面まで延在する各DC電力ピン用の
円筒型の延長部74を有する。円筒型の延長部はDC電力ピ
ンが延長部の中心を通じて延在することを可能にするソ
ケットを具備する軸方向の孔を有する。孔はDC電力ピン
を接地面から隔離する。電力ピンが本体の円筒型延長部
に入り、各ソケットと結合した後、ソケットに電気的に
結合されたワイヤ導線76は多重ピンコネクタ48を使用し
て電力ピンを適切なDC電源に結合するために使用され
る。
図２を参照して分かるように、コネクタ装置は最初に
コネクタ装置42と予めワイヤ接続されたDCジャック44を
接地面28に取付けることにより組立てられる。ベローズ
と絶縁性スリーブは接地面のRF穴に位置され、最終的に
MICモジュール10がコネクタ装置の取付け表面30に取付
けられる。相互接続ピンとDCピンは適切な穴を通じて挿
入され、位置決めポストは位置決め穴の中心に置かれ、
モジュールはコネクタ装置の捩子穴67を用いて接地面に
固定される。同軸コネクタ46と多重ピンコネクタ48はま
た接地面の取付け表面に取付けられる。完了したコネク
タ装置はSMAコネクタを入力および出力の同軸ケーブル
に結合し、多重ピンコネクタを適切なDC電源に結合する
ことによりマイクロ波信号処理システムの残りのものに
結合される。
図５は本発明の別の実施例を示している。同一の参照
番号は全体を通して同一の素子を示すために使用されて
いる。図５の接地面28は本質的に図２で示されているも
のと同一であり、図２の実施例のように１組の穴を有
し、従ってMICモジュールは接地面の穴38,40を通ってDC
およびRF相互接続ピンを挿入し、適切な位置決めポスト
34を位置決め穴36に配置することにより接地面の取付け
表面30に取付けられることができる。同軸コネクタ46も
同様に設けられる。多重ピンコネクタ49も同様に設けら
れることが好ましい。図２の実施例を対照すると、モジ
ュール間、同軸コネクタとの間同軸のマイクロ波伝送通
路は単一のマイクロ波伝送プレート78により与えられ
る。このプレートは、接地面28とほぼ同一の広がりであ
ることが好ましく、一連の溝82（図６参照）を有するア
ルミニウムで構成される。各溝はモジュール間のマイク
ロ波伝送通路を設定するためストリップライン84を支持
するように構成される。任意の種類のマイクロ波伝送媒
体が使用されることができるが、伝送通路のインピーダ
ンスはモジュールの相互接続ピンのインピーダンスと整
合するため50オームであることが好ましい。所望な方法
で互いにモジュールを接続するために溝は機械加工され
るか種々の形状に鋳造される。溝が互いに近接したモジ
ュールだけを接続することは必要ではない。
代りに、マイクロ波伝送プレート78は全体的にジュロ
イド（duroid）のようなRF導電材料から構成されること
ができ、即ちプレート全体はストリップラインから作ら
れることができる。技術で良く知られている分離技術を
用いて伝送通路を限定するためプレート領域で分離が設
けられる。このような構造は図５の実施例よりも重量が
軽く、廉価である。
図６で示されているように図３で示されているタイプ
のベローズ86は相互接続ピン18を対応するストリップ導
体84に接続するために使用されるのが好ましい。前述し
たようにモジュールが接地面28に押付けられるとき相互
接続ピンはナイロンスリーブ39により絶縁されている接
地面中の穴38に挿入される。ピンはベローズ86を圧縮す
る。モジュールが接地面に固定された後、ベローズの弾
性は導電ストリップライン通路84と相互接続ピン18との
間の接触を確実にする。図５の実施例はマイクロ波伝送
板の下で接地面28と反対側のDC電力グリッド板88を含
む。電力グリッド板は好ましくは通常の印刷回路板技術
を使用して構成され、マイクロ波伝送プレートは実質上
接地面と同一の広がりに延在する。各モジュールのDC電
力ピンを受けるため穴のグループを有する。穴はその上
のマイクロ波伝送プレート78内の穴97と整列される。DC
電力ピンは各プレートの各穴を通ってDC電力グリッドま
で延在し、DC電力グリッドを使用してDC電源に結合され
る。
電力グリッド板は電力グリッド板に直接固定されるこ
とができる多重ピンケーブルコネクタ49に電力ピンを接
続するため技術でよく知られているように付着された銅
または他のワイヤの少なくとも１つの層を含むことが好
ましい。捩子80は構造全体の固定を助長するために板、
プレート、接地面を通って延在する。
電力ピンは既知の技術を用いて電力グリッド板に直接
はんだ結合されることができ、これはコネクタ装置にMI
Cモジュールの位置を固定することを助ける役目をす
る。しかしながら、図７で示されているように市場で入
手可能なスプリングソケット96は電力グリッド板の各穴
で使用されることが好ましい。各スプリングソケットは
電力グリッド板の穴90を通って延在する導電性のスプリ
ングスリーブ98を有する。スプリングスリーブは電気接
続を行うために電力ピンに弾性的に接触する１組の軸方
向のリーフ100を有する。スプリングソケットは上部フ
ランジ104が電力グリッド板の表面に対して当接するま
で電力グリッド板の適切な穴にそれを挿入することによ
り電力グリッド板に取付けられる。電気接続は電力ピン
22と電力グリッド板88の導電層にはんだ結合されるスプ
リングソケットによって行われる。
図５のコネクタ構造は多重層のコネクタ構造を形成す
るためにマイクロ波伝送プレートとDC電力グリッド板と
接地面を共に重ねることにより構成される。モジュール
は簡単に対応する穴に挿入され、位置を固定される。ベ
ローズはマイクロ波伝送プレートでマイクロ波伝送通路
を弾性的に設定し、スプリングソケットはDC電源グリッ
ドと電気接触を弾性的に設定するのでMICモジュールは
捩子で位置に永久的に固定される前に実験と試験の目的
でコネクタ装置に容易に挿入および除去されることがで
きる。低い応力と振動と衝撃のある環境ではモジュール
は永久的にコネクタ装置に固定される必要はない。従っ
て故障の場合にはMICモジュールはコネクタ装置から除
去され独立して試験され、再度取付けられるかまたは別
の機能モジュールと置換される。さらに、完成したユニ
ットは旧式のモジュールを改良されたモジュールと変換
することによりグレードアップされることができ、特定
のユニットの機能はあるモジュールを他のモジュールに
置換することにより変更されることができる。マイクロ
波相互接続用の金のリボンまたはワイヤまたはリーフス
プリング型のタブに依存する従来のシステムと対照的
に、コネクタ装置のインピーダンスはピンおよび好まし
くはこれらの相互接続するストリップラインマイクロ波
伝送通路により非常によく限定される。これは通常のMI
Cモジュール装置で必要な試験と同調の量を非常に減少
し、完成した製品の価格を低下する。DC電力接続もスプ
リングソンケットと印刷回路板技術の使用により非常に
簡単に製造され、高価ではない。
図８で示されているように本発明の原理を使用して試
験装置が容易に構成されることができる。図２で示され
ている原理も適用されるが、図８の試験装置は図５の多
重層のコネクタ装置の原理により構成されている。従っ
てDC電力ピン用の１組の穴116とマイクロ波相互接続ピ
ン用の１組の穴118とMICモジュール10を試験装置の適切
な位置に固定することを助ける１組の位置決め穴120と
を有する接地面の取付け表面114がある。マイクロ波伝
送板層を通って相互接続ピン穴118に結合される同軸コ
ネクタ122は、信号をコネクタの同軸ポート124に結合す
ることによって種々の試験信号が、試験装置に取付けら
れているMICモジュールを通って伝送されることを可能
にする。試験装置の表面に取付けられている多重ピンDC
電力プラグ126はDC電力グリッド板を通って電力ピン穴1
16に結合する。MICモジュールは接触が多重層板内の対
応する通信通路で行われるまで各相互接続とDC電力ピン
を試験装置の穴に単に挿入することにより試験される。
DC電力はケーブルコネクタ126を通って供給され、種々
のマイクロ波信号は同軸ポート124により導かれること
ができる。図５で示されているようにMICモジュールは
この試験装置上で同調され、コネクタ装置に直接転送さ
れることができる。さらに同調することはコネクタ装置
の整合インピーダンスのために必要ではない。コネクタ
装置の簡単な挿入および取外しは特に試験装置の使用期
間中に便利である。
種々の変形および応用は本発明の技術的範囲内を逸脱
するすることなく行われることが認められる。付加的な
マイクロ波伝送層または接続装置は試験または他の相互
接続機能用に設けられることができる。MICモジュール
を有するコネクタ装置全体は例えば接地面の取付け表面
上に固定されたハウジングに収納される。提案された特
定の材料は異なった応用の要求に適するように変化され
ることができ、例えばコバールまたはアルミニウムから
構成されるような提案された構造も意図する応用に適切
であれば他の材料から作られることができる。本発明の
特徴は異なった方法で共に結合されることができる。例
えば図２のDC電力ピン接続技術は図５のマイクロ波伝送
プレートに供給されることができ、その逆もできる。ピ
ンの特定位置とモジュール構造の形状はコネクタ装置を
入力と出力に結合するために使用されるタイプのコネク
タと同様に大きく変更されることができる。本発明を請
求の範囲以外に前述の特定の実施例に限定しない。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01R 9/09 H01R 4/64 H01P 5/02

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】各モジュールがモジュールの取付け表面か
    ら突出する少なくとも２つの電力ピンを有するマイクロ
    波集積回路モジュールに電力を供給する多重層のコネク
    タ装置において、 モジュールの取付け表面を支持し、モジュールの電力ピ
    ンを受ける複数の穴を有する接地面と、 電力を接地面を通って延在する電力ピンに分配するため
    の接地面の取付け表面の反対側であり、各電力ピンを受
    ける穴を有し、各穴は電力ピンを受けるスプリングソケ
    ットを有し、電気接続を行う導電層とを具備している多
    重層コネクタ装置。
  2. 【請求項２】接地面が各接地面の穴に誘電体のライナを
    具備する請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】ソケットが各穴で受けるピンに対して穴の
    中心方向に放射的に圧縮するための細長い導電スプリン
    グスリーブを有するスプリングソケットを具備している
    請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】導電性のスプリングスリーブが各ピンに対
    して放射的に圧縮するためのリーフを具備する請求項３
    記載の装置。
  5. 【請求項５】導電層が誘電体基体と、電力ピンに電力を
    分配するための導電表面を有する印刷回路板を具備する
    請求項１記載の装置。
  6. 【請求項６】マイクロ波集積回路モジュールがそれぞれ
    モジュールの取付け表面から突出する少なくとも２つの
    マイクロ波相互接続ピンを有し、接地面はモジュールの
    相互接続ピンを受けるための複数の穴を有し、さらに接
    地面を通って延在する相互接続ピンからマイクロ波信号
    を受けて異なったモジュールの相互接続ピンの間の信号
    と通信するための接地面の取付け表面と反対側の導電層
    を具備し、導電層は予め定められたインピーダンスを有
    している請求項１記載の装置。
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