JP5093138B2 - マイクロ波送受信モジュール - Google Patents

Description

この発明は、レーダ装置やアンテナ装置などに搭載するマイクロ波送受信モジュールに関するものである。

周知のように、アクティブ・フェーズド・アレイ・レーダシステムは、使用周波数により決定される間隔でアンテナ素子（アンテナ）が配列される。このため、アンテナの直後に接続される送受信モジュールの筐体幅寸法はアンテナ素子間隔以下であることが一般的である。

一方、送受信モジュールの高出力化が進展し、高出力増幅器が複数合成される傾向にあるので高出力増幅器の占める領域も大きくなる。また、受信系保護回路の高耐電力化をも図るのでモジュールを構成する各デバイスが大型化する傾向にある。これにより、送受信モジュール内部の幅（Ｗ）方向が逼迫し、伝送線路を具備するための十分な領域を確保することが困難となる。

すなわち、使用周波数の８分の１波長以下の間隔でネジ締結することが困難となりマイクロストリップ伝送線路はネジ締結間の中央部は筐体から浮き、グランドパターンと筐体間に空気層(空間)ができる。ネジ締結間隔が使用周波数の２分の１波長以上になると、通過特性が悪化する。

通常、送受信モジュール内の各構成部品はマイクロストリップ線路構造となっているため、隣接デバイス間との接続作業を考慮すると、伝送線路もマイクロストリップ線路構造とすることが望ましい。しかし、マイクロストリップ伝送線路とする場合、使用周波数の８分の１波長以下の間隔で伝送線路を筐体にネジ締結するか、半田付けもしくは接着し、伝送線路のグランドパターンと筐体とを十分に接触させる必要がある。例えば、実開昭６２−４２３０２号公報図１（特許文献１参照）には、接地導体と金属部材との間に接地導体と金属部材とを電気的に貫通するバネ性のある導電体２８を配置したトリプレート線路１が開示されている。

また、特開２００４−２２１１１７号公報図１（特許文献２参照）には、コネクタを用いることなく相互にマイクロストリップラインとトリプレートラインとの変換が可能な上下２枚の配線基板９，１０と、２枚の配線基板を貫通する所要数のピン３１とを具備し、ピンにより上下２枚の配線基板のアースを確保した電子機器が開示されている。

実開昭６２−４２３０２号公報（第１図） 特開２００４−２２１１１７号公報(第１図)

しかしながら、特許文献１に記載のものは、接地導体と金属部材との間に特別にバネ性のある導電体２８を配置するのでコストが高くなるという課題がある。

また、特許文献２に記載のものは、２枚の配線基板に所要数のピン３１を用いるので、基板の穴あけや配線基板とのアース接続が十分行われないという課題がある。

この発明は、上記の課題を解消するためになされたもので、使用周波数波長（λ）の２分の１波長以上離れた箇所で筐体と高周波接地するマイクロ波送受信モジュールなどで、作業性・コストを悪化させることなく通過特性などの電気性能を改善することを目的とする。

請求項１に係るマイクロ波送受信モジュールは、筐体と、高周波送信信号又は高周波受信信号を伝送する入出力端を有する多層基板と、この多層基板の入力端側に設けた第１マイクロストリップ線路と、この第１マイクロストリップ線路の信号をモード変換する前記多層基板に設けた第１変換部と、この第１変換部でモード変換された信号を伝送する前記多層基板に設けたトリプレート線路と、このトリプレート線路の信号をモード変換する前記多層基板に設けた第２変換部と、この第２変換部でモード変換された信号を伝送する前記多層基板の出力端側に設けた第２マイクロストリップ線路と、前記筐体と前記第１マイクロストリップ線路との固定を行なう第１強制取り付け手段と、前記筐体と前記第２マイクロストリップ線路との固定を行なう第２強制取り付け手段とを備え、前記筐体と前記トリプレート線路との間に空間があることを特徴とするものである。

請求項２に係るマイクロ波送受信モジュールは、前記多層基板は電気接続手段を介して互いの入出力端を接続した複数個の多層基板からなる請求項１に記載のものである。

請求項３に係るマイクロ波送受信モジュールは、個々の前記多層基板の入出力端間距離は、高周波送信信号又は高周波受信信号波長の半分又はそれ以上長い距離で離間している請求項１に記載のものである。

請求項１に記載の発明によれば、隣接デバイス領域との接続はマイクロストリップ線路構造とし、筐体と多層基板との接触が不十分となる区間はトリプレート線路構造とすることで、筐体と多層基板との間に隙間が生じても上下にグランドが配置された比較的長いトリプレート線路で隙間領域の影響による伝送損失や共振などによる不要波の発生を防止できる。また、入出力端部で隣接デバイスとの接続作業や伝送線路の筐体への取り付け作業を行うので作業性やコスト改善にも効果がある。

請求項２に記載の発明によれば、長尺な伝送線路や隣接デバイスとの距離が長くても、強制取り付け手段の所要数を最小限に抑えることが可能なので作業性が向上する。

請求項３に記載の発明によれば、使用周波数の略１／２波長以上長い間隔で強制取り付け手段を設けても通過特性の劣化を軽減することが可能なので作業性が向上する。

この発明の実施の形態１によるマイクロ波送受信モジュールの伝送線路部分の説明図であり、図１（ａ）は伝送線路の平面図、図１（ｂ）は伝送線路の側面図である。 この発明の実施の形態１によるマイクロ波送受信モジュールの伝送線路部分の説明図であり、図２（ａ）は、伝送線路の一部拡大した平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す伝送線路のＡ−Ａ断面図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ・システムを含むマイクロ波送受信モジュールのブロック図である。 供試用サンプルの伝送線路部分の説明図であり、図４（ａ）は伝送線路の平面図、図４（ｂ）は伝送線路の側面図である。 供試用サンプルの通過特性を説明する図である。 この発明の実施の形態１によるマイクロ波送受信モジュールの通過特性を説明する図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図を用いて説明する。図１は、この発明の実施の形態１によるマイクロ波送受信モジュールの伝送線路部分の説明図であり、図１（ａ）は伝送線路の平面図、図１（ｂ）は伝送線路の側面図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）において、１は金属で構成した筐体、２は筐体１に載置した多層基板上に形成された伝送線路、３はネジ締結部（強制取り付け手段）、４は隣接デバイス領域（隣接デバイス）、５は金属リボンや金属ワイヤなどで構成した伝送線路２と隣接デバイス４との電気接続を行う電気接続部品（電気接続手段）、６は異種構造線路の変換部（モード変換部）、７は伝送線路２のマイクロストリップ線路構造のＲＦ（高周波）パターンである。なお、８は伝送線路２のグランドパターンと筐体１間に生じる空気層(空間)である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示す。

図２は、この発明の実施の形態１によるマイクロ波送受信モジュールの伝送線路部分の説明図であり、図２（ａ）は伝送線路の一部拡大した平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す伝送線路のＡ−Ａ断面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）において、９は伝送線路２のトリプレート線路構造のＲＦパターン、１０は伝送線路２のグランドパターン、１１は伝送線路２のマイクロストリップ線路構造とトリプレート線路構造との変換部６のＲＦパターン、１２はマイクロストリップ構造の伝送線路領域、１５は隣接デバイス領域４のＲＦパターン、１６は隣接デバイス領域１２のグランドパターンである。なお、多層基板にパターン形成された伝送線路２のトリプレート線路構造のＲＦパターン９と伝送線路２のグランドパターン１０とを合わせてトリプレート線路と呼び、伝送線路２のマイクロストリップ線路構造のＲＦパターン７と伝送線路２のグランドパターン１０とを合わせてマイクロストリップ線路と呼ぶ。図中、図１と同一符号は、同一又は相当部分を示す。

次に構成について詳細に説明する。図１及び図２において、筐体１の細長い領域に伝送線路２を配置し、伝送線路２は使用周波数（送信周波数又は受信周波数）の２分の１波長又はそれ以上離れた位置でネジなどの強制取り付け手段３を用いて締結される。伝送線路２はマイクロストリップ線路構造の隣接デバイス４と電気接続手段５で接続される。

なお、隣接デバイス４は、シリーズに接続した多層基板に形成した別の伝送線路、方向性結合器、サーキュレータなどの受動デバイス、増幅器などの能動デバイスなどがある。

伝送線路２のネジ締結部３の間隔が広いため、ネジ締結部３の間で伝送線路２と筐体１との間に空気層(空間)８が生じる。伝送線路２はこの空気層(隙間)８が生じる区間にトリプレート線路構造を配置する。

変換部６は、隣接デバイス４領域に配置したマイクロストリップ線路構造のＲＦパターン７と隙間８が発生するトリプレート線路構造のＲＦパターン９との間に配置される。

変換部６は、異種構造の線路をモード変換するために各層にグランドパターン１０を接続するスルーホールがあり、スルーホールはＲＦパターン１１を中心とする同心円上に配置された構造である。

したがって、伝送線路２は、第１マイクロストリップ線路の信号をモード変換する第１変換部と、この第１変換部でモード変換された信号を伝送するトリプレート線路と、このトリプレート線路の信号をモード変換する第２変換部と、この第２変換部でモード変換された信号を伝送する第２マイクロストリップ線路とからなり、筐体１と多層基板に形成した高周波グランドを考慮して、細長のトリプレート線路は、第１及び第２マイクロストリップ線路より伝送線路長は長い構成となる。

次に動作について説明する。図３はこの発明の実施の形態１によるレーダーシステムを含むマイクロ波送受信モジュールのブロック図である。図３において、２１は送信用の高周波増幅器(高出力増幅器)、２２は受信用の低雑音増幅器、２３は受信系保護回路、２４はアクティブ・フェーズド・アレイアンテナ（アンテナ）、２５及び２６はサーキュレータや高周波スイッチ回路などを用いた送受信切替器、２７は方向性結合器などを用いた位相切替器、２８及び２９は高周波送受信モジュールの外部接続線路である。

レーダ・システムの送信時は、外部接続線路２８から高周波信号が多層基板で構成された伝送線路２の入力端に伝達される。この高周波信号は伝送線路２を通過して伝送線路２の出力端から隣接するデバイス又は位相切替器（位相器）２７に伝達される。位相器２７からの出力は送信指示信号に基づき送受信切替器２６から高出力増幅器２１に伝達されて高出力増幅器２１で電力増幅が行われる。電力増幅された送信増幅信号は、送受信切替器２５を通過して外部接続線路２９からアンテナ２４に給電され、送信信号は外部に放射される。

受信時は、アンテナ２４で受信した受信信号を受信指示シーケンスに基づき送受信切替器２５から受信系保護回路２３を経由して低雑音増幅器２２で信号増幅される。信号増幅された受信増幅信号は、送受信切替器２６を通過し、位相器２７を経由して可逆性のある伝送線路２の入力端から出力端に向かって伝達される。外部接続線路２８に出力された受信信号は制御基板（図示せず）などで信号処理される。

次に伝送線路２の通過特性について説明する。図４は、供試用サンプルの伝送線路部分の説明図であり、図４（ａ）は伝送線路の平面図、図４（ｂ）は伝送線路の側面図である。図４において、３０は基板上に形成したマイクロストリップ線路構造の伝送線路である。供試用サンプルは、実施の形態１で説明した伝送線路２をすべて、マイクロストリップ線路構造としたものである。したがって、変換部６は存在しない。図中、図１と同一符号は、同一又は相当部分を示す。

図５は、図４に示す供試用サンプルの通過特性を説明する図である。図６は、この発明の実施の形態１によるマイクロ波送受信モジュールの通過特性を説明する図である。図５では共振による通過特性に落込み（歪）が存在するが、図６では通過特性には落込みがなく、通過特性が改善されていることが解かる。

以上から、実施の形態１の送受信モジュールによれば、隣接デバイス領域との接続はマイクロストリップ線路構造とし、筐体と多層基板との接触が不十分となる区間はトリプレート線路構造とすることで、筐体と多層基板との間に隙間が生じても上下にグランドが配置された比較的長いトリプレート線路で隙間領域の影響による伝送損失や共振などによる不要波の発生を防止できる。また、隣接デバイスとの接続作業や伝送線路の筐体への取り付け作業を伝送線路２の入出力端部で行うので作業性やコスト改善にも効果がある。

なお、実施の形態１では、強制取り付け手段３はネジ止めとしたが、接着剤や半田付けで両端部を固定しても良い。また、多層基板に形成された伝送線路２の一方を入力端、他方を出力端としたが、伝送線路２は伝送方向に可逆性があるので伝送方向によって入出力端の呼び名が変化することは自明である。

１・・筐体（金属筐体） ２・・伝送線路 ３・・強制取り付け手段（ネジ締結部）
４・・隣接デバイス領域（隣接デバイス） ５・・電気接続手段（電気接続部品）
６・・変換部（モード変換部） ７・・マイクロストリップ線路構造のＲＦパターン
８・・空気層（空間） ９・・トリプレート線路構造のＲＦパターン
１０・・伝送線路のグランドパターン １１・・変換部のＲＦパターン
１２・・マイクロストリップ構造の伝送線路領域 １５・・隣接デバイスのＲＦパターン
１６・・隣接デバイスのグランドパターン
２１・・高出力増幅器 ２２・・低雑音増幅器 ２３・・受信系保護回路
２４・・アンテナ ２５・・送受信切替器 ２６・・送受信切替器
２７・・位相切替器 ２８・・外部接続線路 ２９・・外部接続線路
３０・・伝送線路

Claims (3)

1. 筐体と、高周波送信信号又は高周波受信信号を伝送する入出力端を有する多層基板と、この多層基板の入力端側に設けた第１マイクロストリップ線路と、この第１マイクロストリップ線路の信号をモード変換する前記多層基板に設けた第１変換部と、この第１変換部でモード変換された信号を伝送する前記多層基板に設けたトリプレート線路と、このトリプレート線路の信号をモード変換する前記多層基板に設けた第２変換部と、この第２変換部でモード変換された信号を伝送する前記多層基板の出力端側に設けた第２マイクロストリップ線路と、前記筐体と前記第１マイクロストリップ線路との固定を行なう第１強制取り付け手段と、前記筐体と前記第２マイクロストリップ線路との固定を行なう第２強制取り付け手段とを備え、
   前記筐体と前記トリプレート線路との間に空間があることを特徴とするマイクロ波送受信モジュール。
2. 前記多層基板は電気接続手段を介して互いの入出力端を接続した複数個の多層基板からなる請求項１に記載のマイクロ波送受信モジュール。
3. 個々の前記多層基板の入出力端間距離は、高周波送信信号又は高周波受信信号波長の半分又はそれ以上長い距離で離間している請求項１に記載のマイクロ波送受信モジュール。

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