JP4249061B2

JP4249061B2 - 高周波モジュール

Info

Publication number: JP4249061B2
Application number: JP2004062088A
Authority: JP
Inventors: 興祐八十岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2024-03-05
Also published as: JP2005252066A

Description

本発明は、高周波モジュールに関するものであり、特に、電磁波の不要放射の放射量を低減させる高周波モジュールに関するものである。

従来、高周波モジュールなどの内部で発生した電磁波による不要放射を抑圧するためには、高周波モジュール全体をアルミなどの金属導体で覆ったり、あるいは、この金属導体で覆われた導体カバーと高周波回路が搭載された基板との間の隙間に導電性ガスケットなどの導電性被覆材を挿入するなどしていた。また、電波吸収体を使用して不要放射の放射量を低減させる手法なども併用されていた。

ところが、周波数が極めて高くなると、高周波モジュールなどを遮蔽する導体カバーと高周波回路が搭載された基板との間の僅かな隙間でさえも高周波の漏洩や放射の問題が生ずることがある。上述の導電性ガスケットなどの導電性被覆材は、このような隙間を塞いで、不要放射の放射量を低減させるものとして、高周波モジュールにはよく用いられていた。

一方、導電性被覆材は、通過する電磁波に対して自身表面で生ずる反射現象や、内部での吸収作用を利用して、外部への不要放射を抑制するようにしている。しかしながら、実際には、導電性被覆材には様々な角度で電磁波が進入するため、これらの電磁波のすべてを効果的に反射させることが困難であった。また、導電性被覆材の吸収特性もある程度の帯域に制限されるので、進入した電磁波を広帯域に減衰させることも困難であった。

このような状況下において、芯材となる物体の表面上に導電性の異なる複数の材料を用いて形成された複数の導電層からなる導電性被覆材の開示例がある（特許文献１）。この特許文献１に示された導電性被覆材は、電磁波を各層で繰り返し反射させることにより、内部に透過する電磁波のエネルギーを減少させ、電磁波の不要放射を抑制するようにしている。

特開２０００−１２４６５４号公報（図１など）

しかしながら、上記の特許文献１に開示された導電性被覆材のように、材料の組成や導電層の構造に特徴を持たせた導電性被覆材を用いる手法では、各層に用いられる材料そのものが高価であり、また、異なる導電材料を何層にも積層する必要があるので、導電性被覆材のコストが上昇してしまうといった問題点があった。また、導電性材料や導電層の構造には周波数選択性があるので、不要放射を抑制したい周波数帯に依存して最適な導電性材料の選択が必要となり、あるいは最適な導電層の設計が必要となり、導電性被覆材の開発に多大な時間と多大なコストを投資しなければならないといった問題点があった。

また、周波数の利用率が向上している状況や、海外を含めた電波法の規格が厳格化する状況に鑑みれば、従来のように、上述したような「物」に対する対策だけでは、規格値に対する設計マージンが不足するといった問題点も存在する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、導電性材料の選択や導電層の構造に依存しない不要放射対策を施して、不要放射の外部への放射量を低減させた高周波モジュールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１にかかる高周波モジュールは、ベースプレートと、導体カバーとの間で形成される空間内に基板を有する高周波モジュールにおいて、前記導体カバーと前記ベースプレートとの間の隙間の所定の位置に介在させた第１、第２の導電性エラストマーを備え、前記基板から放射される不要電磁波の波長をλ₀とするとき、前記第１の導電性エラストマーと、前記第２の導電性エラストマーとの間隔が略λ₀／４に設定されたことを特徴とする。

本発明にかかる高周波モジュールによれば、第１の導電性エラストマーから外側を見たインピーダンスが略無限大となるように第１の導電性エラストマーと第２の導電性エラストマーとの間隔を略λ₀／４に設定するようにしているので、不要電磁波の外部への放射を低減させることができるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる高周波モジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる高周波モジュール端部の断面構造を示す模式図である。同図に示す構造は、不要な高周波信号（不要電磁波）の放射量を低減させるための構造である。同図において、ベースプレート２には、高周波回路などが形成された基板３が搭載されている。また、基板３の上部には基板３を遮蔽する導体カバー１が備えられている。さらに、ベースプレート２と導体カバー１は、接合部７で互いに対面しており、接合部７の周辺に段差部８や溝（図示せず）を有している。接合部７の内側で、ベースプレート２と導体カバー１の間の隙間の所定の位置には、無端（周方向に端面を有さない）の導電性エラストマー４ａが導体カバー１とベースプレート２との間の隙間を塞ぐ目的で挿入されている。また、導電性エラストマー４ａの外側には導電性エラストマー４ｂが同様な目的で挿入されている。

なお、図１では、基板３はベースプレート２上にあるように図示しているが、必ずしもベースプレート２上にある必要はない。また、導電性エラストマー４ａ、４ｂは、例えばシリコン系樹脂材料を基材として、銀、銀めっきされた銅、銀めっきされたアルミニウムなどの磁性体を含有させて構成される。導電性エラストマー４ａ、４ｂは無端であることが好適であるが、必ずしも無端でなくても良く、断面が円形や角形や異形などの形状で細長い導電性エラストマーの両端面を互いに接触させたり、あるいは当該両端面を波長に比して充分に短い間隔で近接配置しても良いことは言うまでもない。導体カバー１とベースプレート２は、接合部７で互いに対面して、ねじ結合や接着結合によって互いに固定される。導体カバー１は基板３を収容するための空間が形成されている。

基板３には、例えば、電圧制御発振器（ＶＣＯ）、逓倍器、増幅器などの高周波回路が形成される（図示省略）。これらの回路は、高周波信号を生成して高周波モジュール内の他の回路や高周波モジュールの外部にある所定の回路に、所望周波数の高周波信号を伝送する。例えば、高周波モジュールが無線通信装置の一部分を構成する場合、高周波モジュールは外部の所定の回路に対して、所望周波数の高周波信号を送信電波として出力する。その一方で、これらの高周波モジュール内部の回路では、自身が発生させた高周波信号の一部が不要電磁波として高周波モジュールの内部に放射される。例えば、高周波モジュールがＶＣＯの発振信号から所望周波数の高周波信号を得る場合に、当該発振信号を逓倍させてから増幅処理を行うものがある。このような高周波モジュールの内部では、ＶＣＯの発振信号の周波数帯で不要電磁波が放射されることがある。

ところで、導電性エラストマーは、内部空間と外部空間とを効果的に遮蔽するため、一般的に、圧縮性の性質を有するものが用いられる。図１に示す高周波モジュールの例であれば、導体カバー１とベースプレート２との間の隙間を塞ぐために、導電性エラストマー４ａを挿入している。

しかしながら、導電性エラストマー４ａを挿入していたとしても、上述したように、高周波モジュールの内部に放射された不要電磁波の一部は、導電性エラストマー４ａを通過して外部に漏洩してしまう。このような漏洩電磁波は、出力レベルが所定レベル以下となるように、海外を含めた電波法の規格で規定されている。例えば、不要波の発振源からの出力信号を、−４１．２[ｄＢｍ]以下となるような規定する必要がある。そこで、この漏洩電磁波を低減させるために挿入させたものが導電性エラストマー４ｂである。

まず、導電性エラストマー４ｂの挿入効果を定性的に説明すれば、導電性エラストマー４ａから高周波モジュールの外部を見たインピーダンスが略無限大になるように導電性エラストマー４ａと導電性エラストマー４ｂとの間を所定の長さに設定することで、基板３上の高周波回路から高周波モジュールの外部に向かう不要電磁波を低減させるようにしている。

つぎに、導電性エラストマー４ｂの挿入効果を定量的に説明する。図２は、導電性エラストマー４ａと導電性エラストマー４ｂとの間をモデル化した図である。同図に示すように、導電性エラストマー４ａと導電性エラストマー４ｂとの間を線路長がＬの分布定数線路で示している。同図において、線路長Ｌは導電性エラストマー４ａと導電性エラストマー４ｂとの間の距離である。また、Ｚ₀は導電性エラストマー４ａと導電性エラストマー４ｂとの間の空間（誘電率ε₀）のインピーダンスであり、Ｚ_Lは導電性エラストマー４ｂのインピーダンスであり、Ｚは端子Ｔ１，Ｔ２（導電性エラストマー４ａの位置に相当）右方向を見たインピーダンスである。

このように定義したとき、端子Ｔ１，Ｔ２から右方向を見たインピーダンスＺは、一般的に次式で表せる。

Ｚ＝Ｚ₀×[Ｚ_L＋ｊＺ₀ｔａｎ(β₀Ｌ)]／[Ｚ₀＋ｊＺ_Lｔａｎ(β₀Ｌ)] ・・・(１)
式（１）において、β₀は位相定数である。また、空間を伝搬する不要電磁波の波長をλ₀とすれば、β₀＝（２π／λ₀）で表せる。

導電性エラストマー４ｂは非常に導電性の高い成分で生成されているので、導電性エラストマー４ｂのインピーダンスに相当する式（１）におけるＺ_Lを、Ｚ_L＝０とおけば、式（１）は次式のようになる。

Ｚ＝ｊＺ₀ｔａｎ(β₀Ｌ) ・・・(２)

また、式（２）において、図１に示すように、導電性エラストマー４ａと導電性エラストマー４ｂとの間の距離を略λ₀／４に設定すれば、式（２）において、Ｌ＝λ₀／４とおけばβ₀Ｌ＝π／２となるので、Ｚ＝∞となる。つまり、導電性エラストマー４ａから外側を見たインピーダンスは無限大になる。このことは、高周波モジュールの内部に放射された不要電磁波のうち、導電性エラストマー４ａの方向に向かう成分を低減させていることを意味している。

このように、この実施の形態の高周波モジュールは、簡単な構造で自身の内部に放射された不要電磁波の外部への放射を効果的に低減させることができる。なお、製作上の関係で、例えば、図１に示す導電性エラストマー４ｂの外側に導体カバー１とベースプレート２とを挟む空間が存在するならば、さらにλ／４の位置に導電性エラストマーを挿入しても構わない。このような構造にすれば、不要電磁波の外部への放射をさらに低減させることができる。

以上説明したように、この実施の形態の高周波モジュールによれば、導体カバーとベースプレートとの間の隙間の所定の位置に介在させた導電性エラストマー４ａと、導電性エラストマー４ｂとが基板から放射される不要電磁波を２段階に渡って遮蔽するとともに、導電性エラストマー４ａから外側を見たインピーダンスが略無限大となるように導電性エラストマー４ａと導電性エラストマー４ｂとの間隔を略λ₀／４に設定しているので、高周波モジュールの内部に放射された不要電磁波のうち導電性エラストマー４ａの方向に向かう成分を低減させることができる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２にかかる高周波モジュール端部の断面構造を示す模式図である。同図に示す構造は、不要電磁波の放射量を低減させるための他の構造であり、またその低減方法を示すものである。実施の形態１では、導電性エラストマー４ａから外部方向の略λ₀／４の位置に他の導電性エラストマー４ｂを挿入させる構造を採用したが、実施の形態２では、導電性エラストマー４ｂを用いずに、導電性エラストマー４ａと導体カバー１の端面の端との間の距離を略λ₀／２に設定しているところに特徴がある。なお、その他の構成については実施の形態１と同一あるいは同等であり、これらの部分には、同一符号を付して示している。

図３において、ベースプレート２には、高周波回路などが形成された基板３が搭載されている。また、基板３の上部には基板３を遮蔽する導体カバー１が備えられている。さらに、ベースプレート２と導体カバー１との間の隙間の所定の位置には、無端の導電性エラストマー４ａが導体カバー１とベースプレート２との間の隙間を塞ぐ目的で挿入されている。また、上述したように、導電性エラストマー４ａと導体カバー１の端面の端との間の距離は略λ₀／２に設定されている。なお、導電性エラストマー４ａの端面の位置とベースプレート２の端面の位置とは必ずしも同程度の位置になくてもよいが、図２に示すように同程度の位置にある方がより好ましい。また、図３では、基板３がベースプレート２上にあるように図示しているが、実施の形態１と同様に、必ずしもベースプレート２上にある必要はない。ベースプレート２と導体カバー１との接合部７における、両者間の隙間は、導電性エラストマー４ａの厚みよりも狭くする。

この実施の形態では、導電性エラストマーを用いずに実施の形態１と同様に高周波モジュールの内部に放射された不要電磁波による外部への漏洩成分を低減させるようにしている。定性的に説明すれば、実施の形態１と同様であり、導電性エラストマー４ａから高周波モジュールの外部を見たインピーダンスが略無限大になるように導電性エラストマー４ａと導体カバー１の端面の端との間を所定の長さに設定することで、基板３上の高周波回路から高周波モジュールの外部に向かう不要電磁波を低減させるようにしている。

つぎに、実施の形態１と同様に導電性エラストマー４ａと導体カバー１の端面の端との間の距離を略λ₀／２に設定することの効果を定量的に説明する。

まず、導電性エラストマー４ａから右方向を見たインピーダンスＺは、式（１）において、Ｌ＝λ₀／２とおけばβ₀Ｌ＝πとなり、ｔａｎ(β₀Ｌ)＝０となることから、次式のようになる。

Ｚ＝Ｚ_L ・・・(３)

また、導体カバー１とベースプレート２との間は開放状態なので、Ｚ_L≒∞であり、式（３）から、Ｚ≒∞となる。したがって、実施の形態１と同様に、導電性エラストマー４ａから外側を見たインピーダンスは無限大であり、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。

以上説明したように、この実施の形態の高周波モジュールによれば、導電性エラストマー４ａから外側を見たインピーダンスが略無限大となるように、導体カバー１の端面の端から内側に略λ₀／２の位置に導電性エラストマー４ａを介在させているので、高周波モジュールの内部に放射された不要電磁波のうち導電性エラストマー４ａの方向に向かう成分を低減させることができる。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３にかかる高周波モジュール端部の断面構造を示す模式図である。同図に示す構造は、不要電磁波の放射量を低減させるための実施の形態２とは異なる他の構造であり、またその低減方法を示すものである。実施の形態２では、導電性エラストマー４ａと導体カバー１の端面の端との間の距離を略λ₀／２に設定していたが、この実施の形態では導体カバー１とベースプレート２との間に誘電体シート６が挿入されるとともに、導電性エラストマー４ａと導体カバー１の端面の端との間の距離が若干短く（λ₀／[２√(ε_S)]）設定されているところに特徴がある。導電性エラストマー４ａと導体カバー１の側壁内側面との距離は、波長に比して充分に小さい。
なお、その他の構成については実施の形態１と同一あるいは同等であり、これらの部分には、同一符号を付して示している。

図４において、ベースプレート２には、高周波回路などが形成された基板３が搭載されている。また、基板３の上部には基板３を遮蔽する導体カバー１が備えられている。さらに、ベースプレート２と導体カバー１との間の隙間の所定の位置には、無端の導電性エラストマー４ａが導体カバー１とベースプレート２との間の隙間を塞ぐ目的で挿入されている。また、上述したように、導体カバー１とベースプレート２との間に、誘電率ε＝ε_S×ε₀（ε_S：比誘電率）の誘電体シート６が挿入され、導電性エラストマー４ａと導体カバー１の端面の端との間の距離は略λ₀／[２√(ε_S)]に設定されている。なお、導電性エラストマー４ａの端面の位置とベースプレート２の端面の位置とは必ずしも同程度の位置になくてもよいが、図３に示すように同程度の位置にある方がより好ましい。また、図４では、基板３がベースプレート２上にあるように図示しているが、実施の形態１，２と同様に、必ずしもベースプレート２上にある必要はない。

つぎに、実施の形態２と同様に導電性エラストマー４ａと導体カバー１の端面の端との間の距離を略λ₀／[２√(ε_S)]に設定することの効果を定量的に説明する。

まず、導電性エラストマー４ａから右方向を見たインピーダンスＺは、式（１）を参照して次式で表すことができる。
Ｚ＝Ｚ₁×[Ｚ_L＋ｊＺ₁ｔａｎ(β₁Ｌ)]／[Ｚ₁＋ｊＺ_Lｔａｎ(β₁Ｌ)] ・・・(４)

式（４）において、Ｚ₁は比誘電率ε_Sの誘電体シート６の特性インピーダンスであり、β₁は誘電体シート６内を伝搬する不要電磁波の位相定数である。

また、誘電体シート６内を伝搬する不要電磁波の波長をλ₁とすれば、
β₁＝（２π／λ₁）・・・(５)
で表せる。

また、不要電磁波の空間での波長λ₀と比誘電率ε_Sの誘電体媒質中での波長λ₁との間には、次式の関係がある。

λ₁＝λ₀／√(ε_S) ・・・(６)

したがって、導電性エラストマー４ａから右方向を見たインピーダンスＺは、式（４）において、Ｌ＝λ₀／[２√(ε_S)]とおき、式（５）および式（６）の関係を用いれば、β₁Ｌ＝πとなり、ｔａｎ(β₁Ｌ)＝０となることから、次式のようになる。

Ｚ＝Ｚ_L ・・・(７)

また、導体カバー１とベースプレート２との間は開放状態なので、Ｚ_L≒∞であり、式（７）から、Ｚ≒∞となる。したがって、実施の形態１、２と同様に、導電性エラストマー４ａから外側を見たインピーダンスは無限大であり、実施の形態１、２と同様な効果を得ることができる。

以上説明したように、この実施の形態の高周波モジュールによれば、導体カバーの端面の端から導電性エラストマーまでの間の隙間を比誘電率ε_Sの誘電体を挿入し、導電性エラストマー４ａから外側を見たインピーダンスが略無限大となるように、導体カバー１の端面の端から内側に略λ₀／[２√(ε_S)]の位置に導電性エラストマー４ａを介在させているので、高周波モジュールの内部に放射された不要電磁波のうち導電性エラストマー４ａの方向に向かう成分を低減させることができる。
なお、導電性エラストマーと誘電体シート６の端面までの距離Ａが、波長λに比して無視し得ない大きさを持っていても良い。この場合は、導体カバー１の側壁におけるベースプレート２との対向面に挿入する誘電体シートの幅Ｂとの間で、Ａ＝（Ｂ／２√(ε_S)）−Ｂの関係が成立するように、距離Ａと幅Ｂを設定すれば良い。

以上のように、本発明にかかる高周波モジュールは、レーダ装置や無線通信装置などに使用される高周波モジュールに適用することができ、特に、これらの装置において、ＥＭＩとして要求される規格値に対する設計マージンの確保に有用である。

本発明の実施の形態１にかかる高周波モジュール端部の断面構造を示す模式図である。導電性エラストマー４ａと導電性エラストマー４ｂとの間をモデル化した図である。本発明の実施の形態２にかかる高周波モジュール端部の断面構造を示す模式図である。本発明の実施の形態３にかかる高周波モジュール端部の断面構造を示す模式図である。

符号の説明

１導体カバー
２ベースプレート
３基板
４ａ，４ｂ導電性エラストマー
６誘電体シート

Claims

ベースプレートと、導体カバーとの間で形成される空間内に基板を有する高周波モジュールにおいて、
前記導体カバーと前記ベースプレートとの間の隙間の所定の位置に介在させた第１、第２の導電性エラストマーを備え、
前記基板から放射される不要電磁波の波長をλ₀とするとき、前記第１の導電性エラストマーと、前記第２の導電性エラストマーとの間隔が略λ₀／４に設定されたことを特徴とする高周波モジュール。
ベースプレートと、導体カバーとの間で形成される空間内に基板を有する高周波モジュールにおいて、
前記導体カバーと前記ベースプレートとの間の隙間の所定の位置に介在させた導電性エラストマーを備え、
前記基板から放射される不要電磁波の波長をλ₀とするとき、前記所定の位置が導体カバーのエッジから内側に略λ₀／２の位置に設定されたことを特徴とする高周波モジュール。
前記導体カバーの端面と、前記ベースプレートの端面とが略同じ位置にあることを特徴とする請求項２に記載の高周波モジュール。
ベースプレートと、導体カバーとの間で形成される空間内に基板を有する高周波モジュールにおいて、
前記導体カバーと前記ベースプレートとの間の隙間の所定の位置に介在させた導電性エラストマーと、
前記導体カバーの端面の端から前記導電性エラストマーまでの間の隙間を埋める比誘電率ε_Sの誘電体と、
を備え、
前記基板から放射される不要電磁波の波長をλ₀とするとき、前記所定の位置が導体カバーのエッジから内側に略λ₀／[２√(ε_S)]の位置に設定されたことを特徴とする高周波モジュール。
前記導体カバーの端面と、前記ベースプレートの端面とが略同じ位置にあることを特徴とする請求項４に記載の高周波モジュール。