JP4982596B2

JP4982596B2 - モジュールの接続構造

Info

Publication number: JP4982596B2
Application number: JP2010185568A
Authority: JP
Inventors: 亮望月
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: US8441797B2; US20110058343A1; JP2011082962A

Description

本発明は、例えばデジタル無線通信・放送システムのマイクロ波通信装置に用いられるモジュールの接続構造に関する。

デジタル無線通信・放送システムで使用されるマイクロ波通信装置では、高周波電力の通過損失を低く抑え、インピーダンス整合された回路パターンにするため、マイクロストリップ線路が多く使われている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。マイクロストリップ線路は、グランド電位に密着された誘電体の上に信号経路となる銅箔があり、基板上空は空気層で構成されている信号線路である。

マイクロストリップ線路を用いたマイクロ波通信装置の例として、周波数変換器や電力増幅器がある。これらの装置は、個々の回路の調整を容易にするため、複数のモジュールに分けて設計されることが一般的であり、個々のモジュールを調整した後各々のモジュールを接続し、装置を構成する。個々のモジュールの高周波線路は、ＳＭＡなどの同軸コネクタ形状に伝播モードを変換して入出力インタフェースを持つか、マイクロストリップ線路のまま他のモジュールの高周波線路と接続するなどされている。

特開平１１−２０５０１２号公報特開平３−３４２７２号公報

ところで、マイクロ波通信装置のなかでも、極めて高い周波数の大電力固体化電力増幅器のように、回路パターンに高い電磁界が集中する装置では、マイクロストリップ線路を同軸コネクタへ伝播モードを変換すると、通過損失や反射損失による電力損失が無視できなくなり、これによる発熱での回路損傷や、同軸コネクタの耐電力不足による特性劣化や破損が懸念される。

そのため、このような用途では、複数に分かれたモジュール間を接続する方法として、マイクロストリップの線路同士を接続銅箔を用いて接続する方法が一般的であった。マイクロストリップ線路は、グランド電位に密着された誘電体の上に銅箔がのった構造を均一に構成する必要がある。しかし、従来は、接続部の誘電体がわずかな距離ではあるが基板から空気に変わり、そしてグランド距離が変化していた。これらの不整合は、インダクタンス成分として存在し、特に高周波においては、波長に対して無視できない深さの隙間となるため、線路のインピーダンス整合のアンマッチを引き起こしており、これを補正するためのトリミング調整作業が必要であった。

そこで、この発明の目的は、モジュールとモジュールとを接続する際のマイクロストリップ線路の接続部のインピーダンス不整合を低減し、回路の通過損失と反射損失を改善するとともに、モジュール単体の調整を行うことができるモジュールの接続構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明に係るモジュールの接続構造は、ベース板上に形成される誘電体層と、この誘電体層の上面に積層され、一方の端部から入力された伝送信号を他方の端部へ伝送させるマイクロストリップ線路と、このマイクロストリップ線路上に設けられる１または複数の素子とを備えたモジュールを、他の同一誘電体素材、同一層構造及び同一インピーダンスのモジュールに接続するモジュールの接続構造において、モジュールは、ベース板の他のモジュールへの接続側に形成され、マイクロストリップ線路及び誘電体層からベース板が他のモジュール側に突出した突出部と、マイクロストリップ線路の周囲に形成され、モジュールの入出力の利得を調整可能な複数の利得調整用ランドとを備え、複数の利得調整用ランドをマイクロストリップ線路に対するオープンスタブとしてマイクロストリップ線路に連結またはマイクロストリップ線路から切り離すことで、モジュールの入出力の利得を調整するようにしたものである。

この構成によれば、ベース板の他のモジュールへの接続側に、マイクロストリップ線路及び誘電体層から他のモジュール側に突出した突出部を形成するとともに、マイクロストリップ線路の周囲にモジュールの入出力の利得を調整可能な複数の利得調整用ランドを形成するようにして、複数の利得調整用ランドをオープンスタブとしてマイクロストリップ線路に追加またはマイクロストリップ線路から切り離すことで、モジュールの入出力の利得を調整するようにしている。

従って、モジュール間の接続に先立って、個々のモジュールの入出力の利得調整を行うことができる。

さらに、この発明に係るモジュールの接続構造において、モジュールは、誘電体層及びマイクロストリップ線路の幅と同一幅のマイクロストリップ線路を有し、マイクロストリップ線路同士が接続されるように突出部に接続される接続基板と、この接続基板の開放端部に接続され、マイクロストリップ線路を伝送する伝送信号を測定する測定器を接続可能なコネクタとをさらに備え、測定器による測定結果に基づいて、複数の利得調整用ランドをマイクロストリップ線路に対するオープンスタブとしてマイクロストリップ線路に連結またはマイクロストリップ線路から切り離すことで、モジュールの入出力の利得を調整する。

この構成によれば、突出部にモジュールと同一構造の接続基板をマイクロストリップ線路同士が接続されるように接続し、接続基板の開放端部にコネクタを接続するようにしているので、モジュールに入出力される伝送信号を測定器に供給して測定できるようになり、これにより個々のモジュールの入出力の利得調整を簡単に行うことができる。

この発明のモジュールを使用した高周波増幅器の要部構成を示すブロック図。この発明の一実施形態におけるモジュールとして電力増幅モジュールの斜視図。同実施形態における電力増幅モジュールを真横から見て示した断面図。同実施形態におけるモジュールに調整用接続基板及びコネクタを接続した例を示す断面図。同実施形態におけるモジュールを測定装置によりモジュール調整する例を示す断面図。同実施形態におけるモジュールを接続基板により接続相手のモジュールと接続する例を示す断面図。以前に考えられたモジュール同士の接続例を説明するために示す図。同実施形態において、調整前と調整後のモジュールの入出力特性を説明するために示す特性図。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、この発明のモジュールを使用した高周波増幅器の要部構成を示すブロック図である。

上記高周波増幅器において、無線周波数（ＲＦ）帯の伝送信号は、入力モジュール１１を介して電力増幅モジュール１２に供給される。電力増幅モジュール１２は、ＲＦ信号を任意の利得で電力増幅した後、出力モジュール１３に出力する。

図２は、この発明の一実施形態におけるモジュールとして電力増幅モジュール１２の斜視図であり、図３は電力増幅モジュール１２を真横から見て示した断面図である。

電力増幅モジュール１２は、ベース板１１０上に誘電体１２０を積層している。また、誘電体１２０の上面には、マイクロストリップ線路１３０が形成される。このマイクロストリップ線路１３０は、この誘電体１２０の上面に銅箔１３１を積層し、この銅箔１３１の上面に金メッキ１３２を積層することにより形成される。マイクロストリップ線路１３０には、伝送信号が図２中のＺ方向へ伝送される。さらに、誘電体１２０の最下部は、銅箔層１２１および金メッキ層１２２から成る。

また、マイクロストリップ線路１３０の周囲には、アルミニウム等から成る上外層１２０ａ，１２０ｂが設けられる。上外層１２０ａ，１２０ｂは、グランド電位となる。

また、電力増幅モジュール１２には、ベース板１１０の入力モジュール１１及び出力モジュール１３への接続側に、誘電体１２０及びマイクロストリップ線路１３０から入力モジュール１１及び出力モジュール１３側に突出した突出部１１１，１１２が形成されている。この突出部１１１，１１２は、誘電体１２０及びマイクロストリップ線路１３０の一部を切り欠いて形成したものである。

さらに、マイクロストリップ線路１３０上には、伝送信号を任意の利得で電力増幅する電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）１４１〜１４３が設けられている。これらＦＥＴ１４１〜１４３の入出力側のマイクロストリップ線路１３０周辺には、ＦＥＴ１４１〜１４３の入出力の利得を調整するための銅箔の利得調整用ランド１５１〜１５ｎが形成されている。

突出部１１１，１１２には、図４に示すように、調整用接続基板２００が着脱自在に接続される。この調整用接続基板２００は、電力増幅モジュール１２と同様に、誘電体２１０と、マイクロストリップ線路１３０の幅と同一幅を有するマイクロストリップ線路２２０から形成される。すなわち、調整用接続基板２００は、突出部１１１に対しマイクロストリップ線路１３０とマイクロストリップ線路２２０とが結合するように接続されることになる。この場合、マイクロストリップ線路１３０とマイクロストリップ線路２２０との間を銅箔２３０で橋渡しし、半田付けを行う。

この調整用接続基板２００の開放端部には、コネクタ３００が接続されることになる。このとき、調整用接続基板２００は、ネジ２４０により電力増幅モジュール１２にネジ止めされることとなる。

このコネクタ３００には、図５に示すように、測定装置４００が接続される。この測定装置４００は、マイクロストリップ線路１３０及びマイクロストリップ線路２２０を伝送する伝送信号を測定するもので、この測定結果となる例えば電力増幅モジュール１２の入出力の利得特性が表示器４１０に表示されることになる。

そこで、調整者は、表示器４１０を見て、任意の利得となるように、それぞれのＦＥＴ１４１〜１４３に対して例えばマイクロストリップ線路１３０とオープンスタブを形成した利得調整用ランド１５４をマイクロストリップ線路１３０から切り離したり、新たに利得調整用ランドに対してマイクロストリップ線路１３０にオープンスタブとして連結したりすることで、電力増幅モジュール１２の入出力の利得調整を行う。

測定装置４００により電力増幅モジュール１２の入出力の利得調整が行われた後、調整用接続基板２００及びコネクタ３００は、電力増幅モジュール１２から取り外されることになる。しかる後に、電力増幅モジュール１２は、図６に示すように、接続基板５００により接続相手の出力モジュール１３と接続されることになる。この出力モジュール１３は、電力増幅モジュール１２と同一の誘電体素材を使用し、同一の層構造であり、同じインピーダンスである。

接続基板５００は、誘電体５１０及びマイクロストリップ線路１３０の幅と同一幅を有するマイクロストリップ線路５２０から形成される。すなわち、接続基板５００は、突出部１１１に対しマイクロストリップ線路１３０とマイクロストリップ線路５２０とが結合するように接続されることになる。また、接続相手の出力モジュール１３も、上記電力増幅モジュール１２と同様の構造をとっている。なお、図６は接続基板５００により電力増幅モジュール１２及び出力モジュール１３を接続した状態を真横から見た断面図である。このとき、接続基板５００は、取り付けネジ７１０，７２０により電力増幅モジュール１２及び出力モジュール１３に固定される。

次に、上記構成における運用について説明する。

本実施形態では、電力増幅モジュール１２と接続基板５００を同じ素材・構成の基板にすることで、任意のインピーダンスにマッチングさせている信号経路のパターン幅を変えずに接続できている。経路途中でのパターン幅の変更は、通過損失と反射損失の悪化に繋がる。

以前では、２つのモジュールをどんなに密着させても、図７に示すように、グランド電位が遠くに位置する”溝”がみえるため、経路の結合部には、高周波的にインダクタンスＬ成分が存在し、通過損失と反射損失の悪化を招いていた。本発明である接続基板５００は、電力増幅モジュール１２及び出力モジュール１３を連結する際に、四隅にある取り付けネジ穴でモジュールのベース板に共締めされるため、接続基板５００の最下部の銅箔層および金メッキ層が、電力増幅モジュール１２のベース板１１０にしっかりと密着されてグランド電位となっている。このため、個々のモジュールを連結させた際に発生していたインダクタンス成分の電気的な”溝”は、接続基板５００の最下部の銅箔と金メッキ層によってその発生が防がれている。

また、本実施形態では、モジュール側と同じ誘電率、誘電体厚、銅箔厚、金メッキ厚の基板に、同じ経路幅のマイクロストリップ線路２２０をもたせた接続基板２００を用いることで、電力増幅モジュール１２にコネクタ３００が取り付けられる。接続基板２００は、接続基板５００の半分の長さである。接続基板５００のように、隅の２ヶ所に取り付けネジ穴で電力増幅モジュール１２のベース板１１０が共締めされるため、接続基板２００の最下部の銅箔および金メッキ層が、電力増幅モジュール１２のベース板１１０にしっかり密着されてグランド電位となっている。このため、基板とあたかも高周波的に同じ構造にみえる。このため、電力増幅モジュール１２の入出力を測定装置４００に簡便に繋げられるため、個々のモジュールの調整が従来同様に容易に行える。

例えば、調整者が電力増幅モジュール１２の利得調整を行うべく、電力増幅モジュール１２の突出部１１１に調整用接続基板２００及びコネクタ３００を接続し、このコネクタ３００を介して測定装置４００を装着したとする。そうすると、測定装置４００は、調整者による利得調整に必要なデータの入力を受け付ける。

このとき、調整者は利得調整に必要なデータを入力部（図示せず）に用いて入力する。測定装置４００は入力データを表示器４１０に表示し、さらに調整前の電力増幅モジュール１２の入出力の利得特性を表示器４１０に表示する。この場合、１３．２５ＧＨｚから１５ＧＨｚの間で利得が得られることになる。

この状態で調整者が表示器４１０を見て、任意の利得となるように、それぞれのＦＥＴ１４１〜１４３に対して例えばマイクロストリップ線路１３０とオープンスタブを形成した利得調整用ランド１５４をマイクロストリップ線路１３０から切り離したり、新たに利得調整用ランドに対してマイクロストリップ線路１３０にオープンスタブとして連結したりすることで、電力増幅モジュール１２の入出力の利得調整を行う。

すると、図８に示すように、調整前の電力増幅モジュール１２の入出力の利得特性に比べて広帯域（１３ＧＨｚから１５．５ＧＨｚ）で任意の利得が得られるように調整されることになる。

測定装置４００により電力増幅モジュール１２の入出力の利得調整が行われた後、調整用接続基板２００及びコネクタ３００は、電力増幅モジュール１２から取り外されることになる。しかる後に、電力増幅モジュール１２は、接続基板５００により接続相手の出力モジュール１３と接続されることになる。

以上のように上記実施形態では、電力増幅モジュール１２において、ベース板１１０の入力モジュール１１及び出力モジュール１３への接続側に、誘電体１２０及びマイクロストリップ線路１３０から入力モジュール１１及び出力モジュール１３側に突出した突出部１１１，１１２を形成するとともに、マイクロストリップ線路１３０の周囲にモジュールの入出力の利得を調整可能な複数の利得調整用ランド１５１〜１５ｎを形成するようにして、複数の利得調整用ランド１５１〜１５ｎをマイクロストリップ線路１３０のオープンスタブとしてマイクロストリップ線路１３０に連結またはマイクロストリップ線路１３０から切り離すことで、モジュールの入出力の利得を調整するようにしている。

また、上記実施形態では、ベース板１１０の突出部１１１に電力増幅モジュール１２と同一構造の調整用接続基板２００をマイクロストリップ線路１３０，２２０同士が接続されるように接続し、調整用接続基板２００の開放端部に測定装置４００接続用のコネクタ３００を接続するようにしているので、電力増幅モジュール１２に入出力される伝送信号を測定装置４００に供給して測定できるようになり、これにより個々のモジュールの入出力の利得調整を簡単に行うことができる。また、マイクロストリップ線路１３０の連結部のインピーダンス不整合を低減して、回路の通過損失と反射損失を改善することができる。

また、上記実施形態では、突出部１１１，１１２を誘電体１２０及びマイクロストリップ線路１３０の一部を切り欠いて形成するようにしているので、各モジュールの大きさがそれぞれ異なる場合でも共通の接続基板５００を用いてモジュール間の接続を行なうことができる。

なお、上記実施形態では、電力増幅モジュール１２と出力モジュール１３とを接続する例について説明したが、例えば電力増幅モジュール１２と入力モジュール１１とを接続する例であっても、同様に実施可能である。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１１…入力モジュール、１２…電力増幅モジュール、１３…出力モジュール、１１０…ベース板、１１１，１１２…突出部、１２０,２１０…誘電体、１３０,２２０…マイクロストリップ線路、１３１…銅箔、１３２…金メッキ、１４１〜１４３…電界効果型トランジスタ、１５１〜１５ｎ…利得調整用ランド、１８０…切り欠き部、２００…調整用接続基板、３００…コネクタ、４００…測定装置、４１０…表示器、５００…接続基板。

Claims

ベース板上に形成される誘電体層と、この誘電体層の上面に積層され、一方の端部から入力された伝送信号を他方の端部へ伝送させるマイクロストリップ線路と、このマイクロストリップ線路上に設けられる１または複数の素子とを備えたモジュールを、他の同一誘電体素材、同一層構造及び同一インピーダンスのモジュールに接続するモジュールの接続構造において、
前記モジュールは、
前記ベース板の他のモジュールへの接続側に形成され、前記マイクロストリップ線路及び前記誘電体層から前記ベース板が前記他のモジュール側に突出した突出部と、
前記マイクロストリップ線路の周囲に形成され、前記モジュールの入出力の利得を調整可能な複数の利得調整用ランドとを備え、
前記複数の利得調整用ランドをマイクロストリップ線路に対するオープンスタブとしてマイクロストリップ線路に連結またはマイクロストリップ線路から切り離すことで、前記モジュールの入出力の利得を調整することを特徴とするモジュールの接続構造。
前記モジュールは、
前記誘電体層及び前記マイクロストリップ線路の幅と同一幅のマイクロストリップ線路を有し、前記マイクロストリップ線路同士が接続されるように前記突出部に接続される接続基板と、
この接続基板の開放端部に接続され、前記マイクロストリップ線路を伝送する伝送信号を測定する測定器を接続可能なコネクタとをさらに備え、
前記測定器による測定結果に基づいて、前記複数の利得調整用ランドをマイクロストリップ線路に対するオープンスタブとしてマイクロストリップ線路に連結またはマイクロストリップ線路から切り離すことで、前記モジュールの入出力の利得を調整することを特徴とする請求項１記載のモジュールの接続構造。
前記接続基板は、前記突出部に対し着脱自在に接続されることを特徴とする請求項２記載のモジュールの接続構造。
前記モジュールは、前記測定器により前記モジュールの入出力の利得調整が行われた後、前記接続基板及び前記コネクタが取り外されて、他のモジュールに接続されることを特徴とする請求項２記載のモジュールの接続構造。
前記突出部は、前記マイクロストリップ線路及び前記誘電体層の少なくとも一部を切り欠いて形成されることを特徴とする請求項１記載のモジュールの接続構造。