JPWO2014156683A1 - 高周波回路装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1に開示されている技術は、接地用の金属筐体の中に、高周波回路を形成する半導体と誘電体基板と金属電極と接地用金属電極の伝送線路を設け、金属筐体に設けた導波管と同一寸法の角穴から導波管に高周波信号を取り出すものである。
図6は、従来の高周波回路装置の構成例を示す図であり、また、図7(a)は、図6の高周波回路装置の外観を示す平面図であり、(b)は、(a)に示すA−A面で切断した場合の断面図である。
図6において、10は送信回路機能および受信回路機能を有する高周波モジュールであり、また、20は金属部材であり、本例では金属製のシャーシである。つまり、本例の高周波回路装置100は、高周波モジュール10と、シャーシ20とから構成されている。シャーシ20には、例えば、送受信アンテナとの間の入出力インターフェースとしての導波管(図示せず)が取り付けられ接続される。高周波モジュール10は、図6に示すように、ネジ50でシャーシ20に締結する構造となっている。
また、金属筐体12には、4箇所のネジ止め穴部12bを有するフランジ部12aが設けられている。また、金属筐体12内部の誘電体基板11が実装(接合固定)された底面には、導波管部として機能する矩形の貫通穴12cが設けられており、この貫通穴12cから外部に高周波信号を取り出す。
つまり、金属筐体12の貫通穴12cがシャーシ20の貫通穴20bに一致するように、高周波モジュール10がシャーシ20にネジ締結されることにより、貫通穴12cと貫通穴20bは、導波管として機能することになる。
シャーシ20に温度上昇Δt分の熱が加わり熱膨張が生じると、図4に示すシャーシ20のネジ穴部20aの熱膨張前のピッチL0は、熱膨張後にL1=(α1×L0×Δt)+L0(α1は、シャーシ20の線膨張係数)となり、α1×L0×Δtの伸びが生じる。
また、高周波モジュール10の金属筐体12に温度上昇Δt分の熱が加わり熱膨張が生じると、図4に示す金属筐体12のネジ止め穴部12bの熱膨張前のピッチL0は、熱膨張後にL2=(α2×L0×Δt)+L0(α2は、金属筐体12の線膨張係数)となり、α2×L0×Δtの伸びが生じる。
例えば、シャーシ20の材質がアルミニウム(線膨張係数α1=2.3×10−5K−1)で、高周波モジュール10の金属筐体12の材質がコバール(線膨張係数α2=5.2×10−6K−1)であるとすると、熱膨張後のシャーシ20のネジ穴部20aのピッチL1と熱膨張後の金属筐体12のネジ止め穴部12bのピッチL2の伸びに違いが生じる。
つまり、線膨張係数α1,α2は材料固有の係数であり、高周波モジュール10の金属筐体12の線膨張係数α2とシャーシ20の線膨張係数α1の差は約4.4倍ある為、熱膨張後のシャーシ20のピッチL1が熱膨張後の高周波モジュール10の金属筐体12のピッチL2よりも約4.4倍伸びることになる。
金属筐体12内部には、上述したように、誘電体基板11が接着固定されている為、シャーシ20と金属筐体12に熱膨張が生じることで、誘電体基板11は、金属筐体12の熱膨張に追従する形となり、熱膨張により金属筐体12にかかるストレスによって、誘電体基板11に応力集中が生じる。
なお、上述したように、金属筐体12の貫通穴12cとシャーシ20の貫通穴20bとが重なるように高周波モジュール10とシャーシ20とを固定しなければならないため、金属筐体12のネジ止め穴部12bの径とシャーシ20のネジ穴部20aの径をほぼ同一にする必要がある。
つまり、高周波モジュール10とシャーシ20とがネジ締結されていると、ネジ止め穴部12bの径とシャーシ20のネジ穴部20aの径との間に遊びがないため、シャーシ20と金属筐体12に熱膨張が生じることで、熱膨張によるΔL=L1−L2分の伸び量の違いが直接金属筐体12にストレスとして掛かってしまい、誘電体基板11に益々応力集中が発生することでクラックが生じ、パワーが落ちて無線性能に重大な影響を及ぼすという問題があった。
更に、本発明によれば、シャーシに高周波モジュールをネジ締結した状態で誘電体基板への応力集中の発生を回避することができる。
図1は、本発明の実施形態1に係る高周波回路装置1の構成の一例を示す斜視図である。また、図2(a)は、図1の高周波回路装置1の外観を示す平面図である。(b)は、(a)に示すB−B面で切断した場合の断面図である。(c)は、(b)に示すD部の詳細図である。
図1及び図2において、10は送信回路機能および受信回路機能を有する高周波モジュールであり、また、2は金属部材であり、本例では金属製のシャーシである。つまり、本例の高周波回路装置1は、高周波モジュール10と、シャーシ2とから構成されている。シャーシ2には、例えば、送受信アンテナとの間の入出力インターフェースとしての導波管(図示せず)が取り付けられ接続される。高周波モジュール10は、図1に示すように、ネジ50でシャーシ2に締結する構造となっている。
なお、シャーシ2の材質は、例えば、アルミニウム(線膨張係数α1=2.3×10−5K−1)等である。
また、金属筐体12には、4箇所のネジ止め穴部12bを有するフランジ部12aが設けられている。また、金属筐体12内部の誘電体基板11が実装(接合固定)された底面には、導波管部として機能する矩形の貫通穴12cが設けられており、この貫通穴12cから外部に高周波信号を取り出す。(図5参照)
つまり、金属筐体12の貫通穴12cがシャーシ2の貫通穴2bに一致するように、高周波モジュール10がシャーシ2にネジ締結されることにより、貫通穴12cと貫通穴2bは、導波管として機能することになる。
なお、4箇所のネジ穴2aの周囲に設けた溝2dまたは溝2eは、それぞれのネジ穴2aの周囲の全周(360度)に設けることが最良であるが、180度以上囲めるようにできればよい。
図4は、従来のネジ穴2aの周囲に溝がない場合の応力値の低減率を0として、溝を設けた範囲(角度)を変更した場合の応力値の低減率を示すシミュレーション解析によるグラフである。また、図5は、ネジ穴2aの周囲に設けた溝形状の具体例を示す図であり、(a)は90度の場合、(b)は180度の場合、また、(c)は360度の場合を示す。
図4のグラフから分かるように、ネジ穴2aの周囲に設けた溝の範囲が360度の場合に応力値の低減率が約−35%と最も大きい。また、溝の範囲が180度の場合に応力値の低減率が約−10%であり、応力値の低減率が−5%未満である溝の範囲が90度の場合よりも応力値の低減率が大きいことがわかる。また、溝の範囲が90度〜180度よりも、180度〜360度の方が、応力値の低減率の減少幅が大きくなっているため、ネジ穴2aの周囲に設けた溝の範囲が大きい角度になるほど応力値の低減率が大きくなり、後述する線膨張係数の違いによる誘電体基板への応力集中を回避することができると考えられる。
高周波モジュール10の金属筐体12に温度上昇Δt分の熱が加わり熱膨張が生じると、図1に示す金属筐体12のネジ止め穴部12bの熱膨張前のピッチL0は、熱膨張後にL2=(α2×L0×Δt)+L0(α2は、金属筐体12の線膨張係数)となり、α2×L0×Δtの伸びが生じる。
また、図1において、シャーシ2の4箇所のネジ穴2aの周囲に設けた溝2d及び溝2eや高周波モジュール10の長手方向の外周に沿うように設けた溝2fが無い場合には、従来のシャーシ20と同様に、温度上昇Δt分の熱が加わり熱膨張が生じるとシャーシ2のネジ穴部2aの熱膨張前のピッチL0は、熱膨張後にL1=(α1×L0×Δt)+L0(α1は、シャーシ2の線膨張係数)となり、α1×L0×Δtの伸びが生じることになる。
また、上述したように、シャーシ2の材質がアルミニウム(線膨張係数α1=2.3×10−5K−1)で、高周波モジュール10の金属筐体12の材質がコバール(線膨張係数α2=5.2×10−6K−1)であるとした場合には、熱膨張後のシャーシ2のネジ穴部2aのピッチL1と熱膨張後の金属筐体12のネジ止め穴部12bのピッチL2の伸びに違いが生じる。
つまり、高周波モジュール10の金属筐体12の線膨張係数α2とシャーシ2の線膨張係数α1の差は約4.4倍ある為、熱膨張後のシャーシ2のピッチL1が熱膨張後の高周波モジュール10の金属筐体12のピッチL2よりも約4.4倍伸びることになる。
従って、熱膨張前に、シャーシ2に高周波モジュール10の金属筐体12をネジ締結している為、熱膨張後のシャーシ2と高周波モジュール10の金属筐体12との間で、ΔL=L1−L2分伸びきれず、高周波モジュール10の金属筐体12にストレスが加わることになる。
また、金属筐体12内部には、上述したように、誘電体基板11が接着固定されている為、シャーシ2と金属筐体12に熱膨張が生じることで、誘電体基板11は、金属筐体12の熱膨張に追従する形となり、熱膨張により金属筐体12にかかるストレスによって、誘電体基板11に応力集中が生じることになる。
更に、本発明によれば、シャーシに高周波モジュールをネジ締結した状態で誘電体基板への応力集中の発生を回避することができる。
図3は、本発明の実施形態2に係る高周波回路装置30の構成の一例を示す斜視図である。
図3において、10は送信回路機能および受信回路機能を有する高周波モジュールであり、また、3は金属部材であり、本例では金属製のシャーシである。つまり、本例の高周波回路装置30は、高周波モジュール10と、シャーシ3とから構成されている。シャーシ3には、例えば、送受信アンテナとの間の入出力インターフェースとしての導波管(図示せず)が取り付けられ接続される。高周波モジュール10は、図3に示すように、ネジ50でシャーシ3に締結する構造となっている。
なお、シャーシ3の材質は、例えば、アルミニウム(線膨張係数α1=2.3×10−5K−1)等である。
つまり、金属筐体12の貫通穴12cがシャーシ3の貫通穴3bに一致するように、高周波モジュール10がシャーシ3にネジ締結されることにより、貫通穴12cと貫通穴3bは、導波管として機能することになる。
また、シャーシ3は、図3に示すように、金属筐体12の長手方向に対して直交するよう真ん中付近に溝3dを有している。
高周波モジュール10の金属筐体12に温度上昇Δt分の熱が加わり熱膨張が生じると、図3に示す金属筐体12のネジ止め穴部12bの熱膨張前のピッチL0は、熱膨張後にL2=(α2×L0×Δt)+L0(α2は、金属筐体12の線膨張係数)となり、α2×L0×Δtの伸びが生じる。
また、図3において、シャーシ3の真ん中付近に設けた溝3dが無い場合には、従来のシャーシ20と同様に、温度上昇Δt分の熱が加わり熱膨張が生じるとシャーシ3のネジ穴部3aの熱膨張前のピッチL0は、熱膨張後にL1=(α1×L0×Δt)+L0(α1は、シャーシ3の線膨張係数)となり、α1×L0×Δtの伸びが生じることになる。
また、上述したように、シャーシ3の材質がアルミニウム(線膨張係数α1=2.3×10−5K−1)で、高周波モジュール10の金属筐体12の材質がコバール(線膨張係数α2=5.2×10−6K−1)であるとした場合には、熱膨張後のシャーシ3のネジ穴部3aのピッチL1と熱膨張後の金属筐体12のネジ止め穴部12bのピッチL2の伸びに違いが生じる。
つまり、高周波モジュール10の金属筐体12の線膨張係数α2とシャーシ3の線膨張係数α1の差は約4.4倍ある為、熱膨張後のシャーシ3のピッチL1が熱膨張後の高周波モジュール10の金属筐体12のピッチL2よりも約4.4倍伸びることになる。
従って、熱膨張前に、シャーシ3に高周波モジュール10の金属筐体12をネジ締結している為、熱膨張後のシャーシ3と高周波モジュール10の金属筐体12との間で、ΔL=L1−L2分伸びきれず、高周波モジュール10の金属筐体12にストレスが加わることになる。
また、金属筐体12内部には、上述したように、誘電体基板11が接着固定されている為、シャーシ3と金属筐体12に熱膨張が生じることで、誘電体基板11は、金属筐体12の熱膨張に追従する形となり、熱膨張により金属筐体12にかかるストレスによって、誘電体基板11に応力集中が生じることになる。
更に、本発明によれば、シャーシに高周波モジュールをネジ締結した状態で誘電体基板への応力集中の発生を回避することができる。
Claims (4)
- 高周波モジュールと、当該高周波モジュールを取り付ける導波管接続用の金属部材とで構成される高周波回路装置であって、
前記高周波モジュールは、
導波管との間で高周波信号を受け渡すための送受信部である誘電体基板と、
前記誘電体基板が実装された内部底面に第1の貫通穴を有し、ネジ止め穴部を有する複数のフランジ部が形成された金属筐体と、
前記金属筐体を封止する金属蓋体と、
を含んで構成され、
前記導波管接続用の金属部材は、
前記高周波モジュールの前記フランジ部をネジ締結するためのネジ穴と、
前記金属筐体の前記第1の貫通穴と接続するために、前記第1の貫通穴と略同じ形状及び大きさで形成された第2の貫通穴と、
前記ネジ穴の周囲に設けた第1の溝と、
を含んで構成され、
前記第1の貫通穴が前記第2の貫通穴に一致するように、前記高周波モジュールを前記金属部材にネジ締結することにより、前記第1の貫通穴と前記第2の貫通穴が導波管として機能する一方、前記第1の溝により、温度上昇時の前記金属筐体の熱膨張による前記誘電体基板への応力集中が軽減されることを特徴とする高周波回路装置。 - 請求項1記載の高周波回路装置において、前記第1の溝は、前記ネジ穴の周囲を180度以上囲むように設けた溝であることを特徴とする高周波回路装置。
- 請求項1または請求項2に記載の高周波回路装置において、前記導波管接続用の金属部材は、前記高周波モジュールの長手方向の外周に沿うように第2の溝を設けることにより、温度上昇時の前記金属筐体の熱膨張による前記誘電体基板への応力集中が軽減されることを特徴とする高周波回路装置。
- 高周波モジュールと、当該高周波モジュールが実装される導波管接続用の金属部材とで構成される高周波回路装置であって、
前記高周波モジュールは、
導波管との間で高周波信号を受け渡すための送受信部である誘電体基板と、
前記誘電体基板が実装された内部底面に第1の貫通穴を有し、ネジ止め穴部を有する複数のフランジ部が形成された金属筐体と、
前記金属筐体を封止する金属蓋体と、
を含んで構成され、
前記導波管接続用の金属部材は、
前記高周波モジュールの前記フランジ部をネジ締結するためのネジ穴と、
前記金属筐体の前記第1の貫通穴と接続するために、前記第1の貫通穴と略同じ形状及び大きさで形成された第2の貫通穴と、
前記金属筐体の長手方向に対して直交するよう真ん中付近に設けた第3の溝と、
を含んで構成され、
前記第1の貫通穴が前記第2の貫通穴に一致するように、前記高周波モジュールを前記金属部材にネジ締結することにより、前記第1の貫通穴と前記第2の貫通穴が導波管として機能する一方、前記第3の溝により、温度上昇時の前記金属筐体の熱膨張による前記誘電体基板への応力集中が軽減されることを特徴とする高周波回路装置。
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