JPWO2018193682A1 - 無線通信装置及び基板 - Google Patents

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Abstract

ミリ波を利用した無線通信装置において、メンテナンス作業を繰り返し実施する場合に生じ得る接触不良を抑制すること。無線通信装置（１）は、高周波信号を処理する無線通信回路（ＲＦＩＣ１２）を含む第１の基板（１１）と、前記ベースバンド信号を処理するベースバンド回路（ベースバンドＩＣ２２）を含む第２の基板（２１）と、を備えている。当該第１の基板（１１）の１つの端辺（１１ａ）近傍には、前記ベースバンド信号を前記第２の基板（２１）から供給される端子（１４ｄ）が設けられており、前記第２の基板（２１）は、前記端子（１４ｄ）に前記ベースバンド信号を供給するカードエッジコネクタ（２３）を含む。

Description

本発明は、無線通信装置に関する。また、本発明は、前記無線通信装置を構成する基板であって、ミリ波帯の高周波信号とベースバンド信号とを変換する無線通信回路が実装された基板に関する。
大容量のデータを高速に伝送可能な高速通信網を構築するための伝送媒体としては、光ファイバが広く利用されている。しかしながら、高速通信網を構築しようとする地域の多様性に応じて、光ファイバ以外の伝送媒体を利用して高速通信網を構築する技術が求められている。このように光ファイバ以外の伝送媒体を利用した無線通信装置としては、近年、いわゆるミリ波帯の電波を伝送媒体として利用した無線通信装置が注目を集めている。ミリ波を利用した無線通信装置は、スモールセルと呼ばれる町中の基地局や、アクセスポイントなどとして利用される。
特許文献１の図３１には、ミリ波を利用した無線通信装置（millimeter-wave communication system）が記載されている。この無線通信装置は、アンテナと、第１のプリント回路基板（PCB, Printed Circuit Board）と、第２のプリント回路基板と、少なくとも１つのケーブルとを備えている。
アンテナは、リフレクタと給電部(feed)とを含んでいる。第１のプリント回路基板は、無線受信部を含み、且つ、給電部の一方の端部に接続されている。無線受信部は、アンテナが受信したミリ波帯の電波を受け取り、その電波からベースバンド信号を生成する。ケーブルは、柔軟性を有し、第１のプリント回路基板と第２のプリント回路基板とを接続している。無線受信部が生成したベースバンド信号は、制御信号とともに、ケーブルによって第１のプリント回路基板から第２のプリント回路基板へ伝送される。なお、第１のプリント回路基板と第２のプリント回路基板とを特に区別しない場合には、単にプリント回路基板と称する。
米国特許出願公開第２０１２／００５０１２５号明細書（２０１２年３月１日公開）
特許文献１の図３１に記載された無線通信装置においては、ミリ波より周波数が低い電波（例えばマイクロ波）を利用した無線通信装置と比較した場合に、消費電力が高くなり、無線通信装置の発熱量が多くなる。特に、無線受信部は、ミリ波からベースバンド信号を生成するため、無線通信装置のなかでも特に発熱量が多くなる。したがって、無線通信装置、特に無線受信部を含む第１のプリント回路基板は、高熱に起因した故障のリスクが高い。
また、ミリ波を利用した無線通信装置を基地局やアクセスポイントなどとして利用する場合、該無線通信装置は、温度変化や湿度変化などが過酷な環境に設置されることも想定される。このような過酷な環境は、無線通信装置における故障のリスクを更に高める。
以上の理由から、ミリ波を利用した無線通信装置を運用する場合には、故障を未然に防ぐための点検、及び、故障が発生した場合の修理の実施が求められる。以下において、点検及び修理のことをまとめてメンテナンス作業と呼ぶ。
特許文献１の図３１に記載された無線通信装置において上述の定期点検あるいは修理を実施する場合、これらのメンテナンス作業に伴って、第１のプリント回路基板と第２のプリント回路基板とを接続するケーブルを着脱する必要が生じる。
ミリ波を利用した無線通信装置において利用されるケーブルは、Ｎ型コネクタやＳＭＡ型コネクタなどの同軸コネクタを用いてプリント回路基板に固定される。同軸コネクタは、雄コネクタと雌コネクタとからなる。雄コネクタと雌コネクタとの着脱は、同軸コネクタの中心軸を回転軸として、時計回り方向あるいは反時計回り方向に、何れか一方のコネクタを回転させることによって行われる。したがって、プリント回路基板側のコネクタには回転方向の外力が加わるため、プリント回路基板とプリント回路基板側のコネクタとの接合部には、回転方向に沿った応力が加わる。
プリント回路基板とプリント回路基板側のコネクタとは、半田を用いて接合されている。そのため、その接合部に複数回の回転方向に沿った応力が加わった場合、半田に亀裂が生じる、又は、半田とプリント回路基板との接合界面あるいは半田とプリント回路基板側のコネクタとの接合界面に乖離が生じる。その結果、ケーブルとプリント回路基板とにおいて接触不良が生じることがある。
本発明の一態様に係る無線通信装置は、上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ミリ波を利用した無線通信装置において、メンテナンス作業を繰り返し実施する場合に生じ得る接触不良を抑制することである。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る無線通信装置は、ミリ波帯の高周波信号と周波数が前記高周波信号よりも低いベースバンド信号とを変換する無線通信回路が実装された、誘電体材料を基材とする第１の基板と、前記ベースバンド信号を処理するベースバンド回路が実装された第２の基板と、を備えた無線通信装置であって、前記第１の基板は、少なくともその中途区間が柔軟性を有し、且つ、当該第１の基板の１つの端辺近傍に設けられた、前記ベースバンド信号を前記第２の基板から供給される端子と、前記ベースバンド信号を前記端子から前記無線通信回路へ伝送する伝送線路と、を含み、前記第２の基板は、前記ベースバンド回路に電気的に接続され、前記端子に前記ベースバンド信号を供給するカードエッジコネクタを含む、ことを特徴とする。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る基板は、少なくともその中途区間が柔軟性を有し、且つ、ミリ波帯の高周波信号と周波数が前記高周波信号よりも低いベースバンド信号とを変換する無線通信回路が実装された誘電体材料を基材とする基板であって、当該基板の１つの端辺近傍に設けられた、前記ベースバンド信号を外部から供給される端子と、前記ベースバンド信号を前記端子から前記無線通信回路へ伝送する伝送線路と、を含む、ことを特徴とする。
本発明の一態様に係る無線通信装置は、ミリ波を利用した無線通信装置であって、メンテナンス作業を繰り返し実施する場合に生じ得る接触不良を抑制することができる。また、本発明の一態様に係る基板は、本発明の一態様に係る無線通信装置と同様の効果を奏する。
（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信装置の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した無線通信装置が備えている無線通信回路近傍の拡大断面図である。 （ａ）は、図１の（ａ）に示した無線通信装置が備えている、第１の基板及び第２の基板のカードエッジコネクタの分解斜視図であり、（ｂ）は、第１の基板及び第２の基板のカードエッジコネクタの断面図である。 図１の（ａ）に示した無線通信装置が備えている、第１の基板、第１の金属部材、第２の金属部材、及び導波管の分解斜視図である。 図１に示した無線通信装置の変形例が備えている無線通信回路近傍の拡大断面図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る基板の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した基板の断面図である。
〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係る無線通信装置について、図１〜図３を参照して説明する。図１の（ａ）は、本実施形態に係る無線通信装置１の断面図である。図１の（ｂ）は、無線通信装置１が備えているＲＦＩＣ１２近傍の拡大断面図である。図２の（ａ）は、無線通信装置１が備えている、基板１１及び基板２１のカードエッジコネクタ２３の分解斜視図である。図２の（ｂ）は、基板１１及び基板２１のカードエッジコネクタ２３の断面図である。図２の（ｂ）の断面図は、図２の（ａ）に示したＡ−Ａ’線に沿った断面における断面図である。図３は、無線通信装置１が備えている、基板１１、熱拡散板４１、熱拡散板４２、及び導波管３２の分解斜視図である。
無線通信装置１は、基板１１，２１、アンテナ３１、熱拡散板４１，４２、筐体５１、並びに導波管６１を備えている。基板１１は、請求の範囲に記載の「第１の基板」と対応する。基板２１は、請求の範囲に記載の「第２の基板」と対応する。熱拡散板４１は、請求の範囲に記載の「第１の金属部材」と対応する。熱拡散板４２は、請求の範囲に記載の「第２の金属部材」と対応する。
（アンテナ３１）
アンテナ３１は、導波管３２、及びリフレクタ３３を有している。基板１１は、アンテナ３１と反対側の面（以下、「基板１１の第１主面」と称する）に、プローブ１６、及びＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）ＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）１２が形成（実装）されている。ＲＦＩＣ１２は、請求の範囲に記載の「無線通信回路」と対応する。また、基板１１には、請求の範囲に記載の「伝送線路」と対応する、信号線群１３及びグランド層１５が形成されている。信号線群１３は、複数の信号線１３ａ〜１３ｈを含んでいる。また、基板１１における基板２１と最も近接する端辺１１ａ近傍には、請求の範囲に記載の「端子」と対応する、カードエッジコネクタ端子群１４が形成されている。カードエッジコネクタ端子群１４は、複数の端子１４ａ〜１４ｈを含んでいる。基板２１は、その表面に、請求の範囲に記載の「ベースバンド回路」と対応するベースバンドＩＣ２２、及びカードエッジコネクタ２３が形成（実装）されている。また、基板２１には、信号の経路として機能する複数の伝送線路（図示しない）が形成されている。
導波管３２は、両端が開放した管状部材であり、その管壁は、金属などの導体からなる。導波管３２の内側に形成された空洞は、空気で満たされていてもよいし、空気以外の誘電体で満たされていてもよいが、本実施形態においては、空気で満たされた構成を採用している。当該空洞は、電磁波を導波する導波路として機能する。導波管３２の一方の端部３２ａは、基板１１のアンテナ３１側の面（以下、「基板１１の第２主面」と称する）と近接しており、プローブ１６の先端１６ａと電磁気的に結合されている。
リフレクタ３３は、メインリフレクタ３３ａ、及びサブリフレクタ３３ｂからなる。サブリフレクタ３３ｂは、反射板からなる。当該反射板の形状として、任意の形状が挙げられるが、本実施形態においては、錐体の外形を採用している。そして、リフレクタ３３において、メインリフレクタ３３ａ及びサブリフレクタ３３ｂは例えば、所定の焦点（例えば、当該錐体の頂点）に電磁波を集めるように構成されている。なお、導波管３２の他方の端部３２ｂには、当該錐体の頂点が固定されており、端部３２ｂは、リフレクタ３３と電磁気的に結合されている。
（基板１１）
基板１１は、帯状の誘電体材料を基材とし、少なくともその中途区間が柔軟性を有する、いわゆるＦＰＣ（Flexible printed circuits：フレキシブル基板とも言う）である。中途区間とは、帯状の基板１１において、ＲＦＩＣ１２が配置されている領域と、カードエッジコネクタ端子群１４が形成されている領域との間に位置する区間のうちの一部又は全部（本実施形態においては全部）を指す。換言すれば、中途区間とは、信号線群１３が設けられている区間のうち一部又は全部を指す。誘電体材料は、その比誘電率などを考慮して適宜定めることができる。誘電体材料の一例としては、ＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer：液晶ポリマー）やポリイミド樹脂が挙げられる。なお、基板１１は、１つの誘電体材料のみにより構成されていてもよいし、複数の誘電体材料を組み合わせることにより構成されていてもよい。
ＲＦＩＣ１２は、ベースバンド信号を高周波信号に変換する、あるいは、高周波信号をベースバンド信号に変換する。具体的には、無線通信装置１が無線送信機として機能する場合、ＲＦＩＣ１２は、ベースバンド信号を高周波信号に変換し、無線通信装置１が無線受信機として機能する場合、ＲＦＩＣ１２は、高周波信号をベースバンド信号に変換する。なお、無線通信装置１は、無線送信機であってもよいし、無線受信機であってもよいし、無線送受信機であってもよい。無線通信装置１を無線送受信機として機能させる場合には、ＲＦＩＣ１２は、例えば、時間分割多重方式を採用すればよい。
なお、無線通信装置１において、高周波信号の帯域はミリ波帯であり、ベースバンド信号の帯域は、ミリ波帯よりも周波数が低い帯域であり、例えばマイクロ波帯である。
プローブ１６は、ＲＦＩＣ１２のポートのうち高周波信号を結合するポートに接続された帯状導体である。プローブ１６は、その先端１６ａが導波管３２の一方の端部である端部３２ａと電磁気的に結合するように配置されている。この構成によれば、先端１６ａと端部３２ａとが結合した部分は、プローブ１６により伝送される高周波信号のモードと、導波管３２により伝送される高周波信号のモードとを変換する変換部として機能する。したがって、プローブ１６は、基板１１において、アンテナ３１に対して高周波信号を給電する給電線路として機能する。
信号線群１３は、ＲＦＩＣ１２のポートのうちベースバンド信号を結合するポートに接続された複数（本実施形態では８本）の信号線１３ａ〜１３ｈにより構成されている。信号線１３ａ〜１３ｈの各々は、基板１１の内層に設けられた帯状導体により構成され、ビア１９ａ〜１９ｈの各々によってＲＦＩＣ１２のポートと電気的に接続されている。たとえば、図２の（ｂ）に示すように、信号線１３ｄは、ビア１９ｄによってＲＦＩＣ１２のポートと電気的に接続されている。なお、図２の（ａ）においては、信号線群１３の各々とＲＦＩＣ１２のポートの各々とを接続するビアの図示は、省略している。
グランド層１５は、基板１１の表面のうちＲＦＩＣ１２が実装されている表面（基板１１の第１主面）とは逆側の表面（基板１１の第２主面）に設けられた導体膜である。グランド層１５は、基板１１の第２主面の一部の領域であって、基板１１の内層において信号線群１３が形成されている領域を覆う領域に形成されており、且つ、基板１１の端辺１１ａに至るように形成されている。なお、プローブ１６の先端１６ａと導波管の端部３２ａとの結合を妨げないように、基板１１の第２主面のうちプローブ１６が形成されている領域の近傍には、グランド層１５は、形成されていない。
このように構成されたグランド層１５は、後述するカードエッジコネクタ２３のｙ軸負方向側のピン（図２の（ｂ）においてはピン２５ｄ）と導通する。ピン２５ｄが接地されていることによって、グランド層１５は、接地される。
信号線群１３の各々とグランド層１５とは、伝送線路の一態様であるマイクロストリップ線路を形成する。これらの伝送線路の各々は、ＲＦＩＣ１２から後述するベースバンドＩＣ２２へ、あるいは、ベースバンドＩＣ２２からＲＦＩＣ１２へ、ベースバンド信号及び制御信号を伝送する。本実施形態においては、信号線１３ｄとグランド層１５とにより構成された伝送線路がベースバンド信号を伝送するものとして説明する。また、信号線群１３のうち１本又は複数本の信号線は、接地されていてもよい。なお、本実施形態では、上記伝送線路としてマイクロストリップ線路を採用しているが、コプレーナ線路を採用してもよい。
なお、本実施形態において、基板１１は、その内層として信号線群１３が形成された１層の配線層のみを備えている。しかし、基板１１の内層が含む配線層の数は、１層に限定されるものではない。すなわち、基板１１の内層には、複数の配線層が形成されていてもよい。
カードエッジコネクタ端子群１４は、複数（本実施形態では８個）の端子である端子１４ａ〜１４ｈにより構成されている。端子１４ａ〜１４ｈの各々は、長方形の導体膜からなる導体パッドである。基板１１の端辺１１ａがカードエッジコネクタ２３のスロットに挿入されることによって、端子１４ａ〜１４ｈの各々は、カードエッジコネクタ２３のｙ軸正方向側のピンの各々（図２の（ｂ）においてはピン２４ｄ）と導通する。端子１４ａ〜１４ｈの各々と、信号線１３ａ〜１３ｈの各々とは、ビア２０ａ〜２０ｈの各々によって電気的に接続されている。たとえば、図２の（ｂ）において、信号線１３ｄと端子１４ｄとは、ビア２０ｄによって接続されている。なお、図２の（ａ）においては、信号線群１３の各々とカードエッジコネクタ端子群１４の各々とを接続するビアの図示は、省略している。
このように構成されたカードエッジコネクタ端子群１４の各々は、基板１１の端辺１１ａがカードエッジコネクタ２３のスロットに挿入された状態において、基板２１に実装されたベースバンドＩＣ２２からベースバンド信号及び制御信号を供給されたり、あるいは、ベースバンドＩＣ２２へベースバンド信号及び制御信号を供給したりすることができる。
したがって、ＲＦＩＣ１２は、信号線群１３及びカードエッジコネクタ端子群１４を用いて、ベースバンドＩＣ２２とベースバンド信号及び制御信号をやりとりすることができる。
（熱拡散板４１，４２）
熱拡散板４１，４２の各々は、板状の金属部材である。熱拡散板４１，４２の各々を構成する金属は、高い熱伝導性を有することが好ましい。無線通信装置１においては、アルミニウム製の熱拡散板４１，４２を採用している。しかし、熱拡散板４１，４２は、例えば、銅製であってもよい。
熱拡散板４１，４２の各々は、図１の（ｂ）に示すように、基板１１のＲＦＩＣ１２とプローブ１６とを含む領域を挟持する。ＲＦＩＣ１２は、ミリ波帯の高周波信号を処理する回路であり、プローブ１６は、その高周波信号を伝送する。したがって、無線通信装置１において、ＲＦＩＣ１２及びプローブ１６は、特に発熱量が多い部材である。これらの部材を熱拡散板４１，４２が挟持することによって、熱拡散板４１，４２は、一種のヒートシンクとして機能する。したがって、この構成によれば、無線通信装置１における高熱に起因した故障のリスクを抑制することができる。
また、熱拡散板４１のうちプローブ１６の先端１６ａに対応する位置には、円形の貫通孔４１ａが形成されている。貫通孔４１ａの直径は、導波管３２の外径と同じとなるように、又は、導波管３２の外径よりわずかに小さくなるように定められている。したがって、貫通孔４１ａに導波管３２を挿入する（例えば圧入する）ことによって、導波管３２の端部３２ａは、熱拡散板４１に固定される。
基板１１と熱拡散板４１との相対的な位置関係は、導波管３２の中心軸の延長線がプローブ１６の先端１６ａと一致するように定められている。換言すれば、プローブ１６の先端１６ａに対応する位置に貫通孔４１ａが形成されているとも言える。
ここで、図３を参照して、熱拡散板４１，４２を用いて基板１１を固定する方法について説明する。
基板１１には、２つの貫通孔１１ｂが形成されている。熱拡散板４１には、４つの貫通孔４１ｂが形成されている。熱拡散板４２には、４つの貫通孔４２ｂが形成されている。貫通孔１１ｂ及び貫通孔４１ｂの内壁には、ねじ山が形成されていない。一方、貫通孔４２ｂの内壁には、ねじ山が形成されている。そこで、以下では、貫通孔４２ｂのことをネジ孔４２ｂと称する。
図３に示すように熱拡散板４１、基板１１、熱拡散板４２の順番でこれらの各部材を重ね、貫通孔４１ｂ、貫通孔１１ｂ、及びネジ孔４２ｂの位置をおよそ一致させたうえで、ネジ４３を締め込む。その結果、基板１１は、熱拡散板４１，４２によって挟持され、基板１１に対する導波管３２の相対的な位置も固定される。
なお、図３に示した領域Ｒ１は、導波管３２の外形を投影することによって得られる。基板１１において貫通孔１１ｂの位置は、プローブ１６の先端１６ａが領域Ｒ１の中心とおよそ一致するように定められている。
そのうえで、貫通孔１１ｂの直径及び貫通孔４１ｂの直径は、ネジ４３の直径よりわずかに大きく定められている。したがって、導波管３２の中心軸とプローブ１６の先端１６ａとが一致するように基板１１及び熱拡散板４１の位置を微調整し、ネジ４３を締め込むことによって、先端１６ａと端部３２ａとが結合した部分（変換部）における変換損失を抑制することができる。
また、熱拡散板４２には、ＲＦＩＣ１２及びプローブ１６の一部を収容する凹部４２ａが形成されている。凹部４２ａには、熱伝導性部材１７が充填されている（図１の（ｂ）参照）。熱伝導性部材１７は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などにより構成された接着剤又は樹脂ペーストである。熱伝導性部材１７は、ＲＦＩＣ１２の表面と凹部４２ａの内壁との間に存在する空間に充填されており、ＲＦＩＣ１２と熱拡散板４２との熱的な接触を高める。すなわち、熱伝導性部材１７は、ＲＦＩＣ１２と熱拡散板４２との間における熱伝導性を高め、熱拡散板４２による放熱効率を高める。なお、図３においては、熱伝導性部材１７の図示を省略している。
（筐体５１）
そのうえで、熱拡散板４２は、筐体５１に対して固定されている。したがって、熱拡散板４１，４２は、基板１１のＲＦＩＣ１２が実装されている領域をｘｙ平面に沿わせるように、且つ、導波管３２の中心軸がｚ軸方向に沿わせるように、基板１１及び導波管３２を確実に保持することができる。
これらの構成によれば、プローブ１６の先端１６ａと導波管３２の一方の端部３２ａとが確実に結合するように、導波管３２及び基板１１を筐体５１内において保持することができる。したがって、過酷な環境下において長期間に亘って無線通信装置１を運用する場合であっても、アンテナの利得が不安定に変化することを抑制できる。
筐体５１を構成する材料は特に限定されるものではない。しかし、強度や耐久性などに着目した場合、筐体５１は、金属製であることが好ましい。
（基板２１）
基板２１は、誘電体製によって構成されており、柔軟性を有していてもよいし、有さなくてもよい。本実施形態において、基板２１は、ガラスエポキシ樹脂製であり、柔軟性を有さない。基板２１を構成する誘電体は、ガラスエポキシ樹脂製に限定されず、例えばポリイミド樹脂製であってもよい。
基板２１には、ベースバンド信号を処理するベースバンドＩＣ２２が実装されている。ベースバンド信号の帯域は、ＲＦＩＣ１２が処理する高周波信号の帯域より低い。基板２１を構成する誘電体の材料は、ベースバンド信号の帯域に応じて適宜定めることができる。
無線通信装置１が無線送信機である場合、ベースバンドＩＣ２２は、無線通信装置１の外部から導波管６１を用いて供給されるデータ信号をベースバンド信号に符号化したのち、そのベースバンド信号をＲＦＩＣ１２に対して供給する。また、無線通信装置１が無線受信機である場合、ベースバンドＩＣ２２は、ＲＦＩＣ１２から供給されたベースバンド信号をデータ信号に復号したのち、そのデータ信号を無線通信装置１の外部へ、導波管６１を用いて供給する。なお、上述したように、無線通信装置１は、無線送信機であってもよいし、無線受信機であってもよいし、無線送受信機であってもよい。無線通信装置１を無線送受信機として機能させる場合には、ベースバンドＩＣ２２は、例えば、時間分割多重方式を採用すればよい。なお、ベースバンドＩＣ２２は、ベースバンド信号に加えてＲＦＩＣ１２を制御するための制御信号を、ＲＦＩＣ１２に対して供給する。
基板２２には、ベースバンドＩＣ２２のポートのうちベースバンド信号が結合されているポートと電気的に接続されたカードエッジコネクタ２３が実装されている。カードエッジコネクタ２３の筐体は、樹脂製であり、直方体状に成形されている。カードエッジコネクタ２３の筐体は、硬化されたＬＰＣによって構成されていることが好ましい。これにより、基板１１の熱膨張係数と、カードエッジコネクタ２３の熱膨張係数とをほぼ同じにすることができる。従って、無線通信装置１の外部の温度変化に対する、カードエッジコネクタ端子群１４の耐性及びカードエッジコネクタ２３の耐性を、容易に高めることができる。
カードエッジコネクタ２３の筐体には、図２の（ｂ）に示すように、ｚ軸負方向に向かって掘り込まれたスリットが形成されている。このスリットは、基板１１の端辺１１ａ近傍を収容する。また、カードエッジコネクタ２３の筐体の内部には、端子１４ａ〜１４ｈの各々に対応するピン２４ａ〜２４ｈと、グランド層１５の各々に対応するピン２５ａ〜２５ｈとが設けられている。
基板１１の端辺１１ａをカードエッジコネクタ２３のスロットに挿入した状態において、ピン２４ａ〜２４ｈの各々は、それぞれ、端子１４ａ〜１４ｈの各々と導通し、２５ａ〜２５ｈの各々は、グランド層１５と導通する。
なお、基板２１には、ベースバンドＩＣ２２以外にも、ベースバンドＩＣ２２の動作に必要な、コンデンサ又は水晶発振器などの電子部品が実装されていてもよい。
（付記事項）
無線通信装置１においては、ミリ波帯の高周波信号を送受信する基板１１に屈曲性を持たせている。そして、無線通信装置１においては、基板１１と基板２１との電気的接続に、カードエッジコネクタ端子群１４及びカードエッジコネクタ２３による接点接続が採用されている。これにより、基板１１側において、基板１１と基板２１との接続用の半田を形成する必要がない。従って、基板１１と基板２１との接続中の断線を防ぎ、メンテナンスが容易な無線通信装置１を実現することができる。
カードエッジコネクタ端子群１４の寸法及びカードエッジコネクタ２３の寸法はいずれも、数ｃｍ程度と大きい。このため、基板１１と基板２１との電気的接続を当該接点接続によって行う作業は容易である。一方、上述したベースバンド信号の周波数が数ＭＨｚ以上数ＧＨｚ以下であり、当該ベースバンド信号を同軸ケーブルによって伝送する場合、当該同軸ケーブルの径は１０ｍｍ程度となる。このため、基板１１と基板２１との電気的接続を当該同軸ケーブルによって行う作業は容易でない。
カードエッジコネクタ端子群１４は、表面配線によって形成された端子１４ａ〜１４ｈを有しており、コネクタの形態で形成されていない。このため、カードエッジコネクタ端子群１４及びカードエッジコネクタ２３による接点接続においては、同軸ケーブルによる接続と比べて、断線又は接続不良が生じる虞が低い。また、当該接点接続においては、基板１１と基板２１との接続部分が１箇所に集約されるため、接続の信頼性が高く、接続に要する工数も少ない。
カードエッジコネクタ端子群１４及びカードエッジコネクタ２３による接点接続においては、同軸ケーブルによる接続と比べて、接続部分の面積が大きい。このため、無線通信装置１のメンテナンス又は調整作業中に当該接続部分に対して加わる応力は分散され、これにより、カードエッジコネクタ２３に形成される半田（図示しない）が破損する虞が低い。
基板１１の中途区間が柔軟性を有することにより、基板１１は、この中途区間において折り曲げることが可能である。このため、カードエッジコネクタ端子群１４を、直接、カードエッジコネクタ２３に対して挿入することが可能である。また、この構成によれば、基板１１のうちＲＦＩＣ１２とプローブ１６とを含む領域が熱拡散板４１，４２により挟持されたままの状態であっても、カードエッジコネクタ端子群１４とカードエッジコネクタ２３との脱着を行うことができる。したがって、基板１１は、無線通信装置１のメンテナンスをより容易にすることができる。
基板１１の基材の材質として、低誘電率かつ低誘電正接であるＬＣＰを適用することにより、ＦＰＣにおける周知の製造プロセスにより、基板１１に対してプローブ１６を形成することが可能である。そしてこれにより、プローブ１６における電磁波の損失を小さくすることができる。
〔変形例〕
無線通信装置１の変形例について、図４を参照して説明する。本変形例の無線通信装置１は、図１の（ｂ）に示した熱拡散板４２を、図４に示した熱拡散板４２Ａに置換することによって得られる。本変形例の無線通信装置１が備えている部材のうち熱拡散板４２Ａ以外の各部材は、図１に示した無線通信装置１が備えている各部材と同一である。
熱拡散板４２Ａは、熱拡散板４２と比較して、ＲＦＩＣ１２及びプローブ１６を収容する凹部４２Ａａの大きさ（開口の大きさ）が異なる。熱拡散板４２の凹部４２ａがＲＦＩＣ１２とプローブ１６の一部とを収容するように形成されているのに対して、熱拡散板４２Ａの凹部４２Ａａは、ＲＦＩＣ１２とプローブ１６の全部とを収容するように形成されている。
このように、凹部４２Ａａのサイズは、ＲＦＩＣ１２とプローブ１６の全部とを収容するサイズであってもよい。
また、本変形例において、熱伝導性部材１７Ａは、ＲＦＩＣ１２の表面及びプローブ１６の一部を多い、プローブ１６の先端１６ａを覆わないように、凹部４２Ａａに充填されている。熱伝導性部材が先端１６ａの近傍に存在することによる高周波信号の損失を嫌う場合には、本変形例のように、熱伝導性部材１７Ａを充填することが好ましい。
また、熱拡散板４２Ａには、凹部４２Ａａとは別の凹部４２Ａｂが形成されている。このような凹部４２Ａｂは、熱拡散板４２を構成する表面のうち任意の場所に設けることができ、例えば、基板１１の第１主面にＲＦＩＣ１２以外の電子部品が実装されている場合に、それらの電子部品を収容することができる。
〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係る基板について、図５を参照して説明する。図５の（ａ）は、本実施形態に係る基板１１１の斜視図であり、図５の（ｂ）は、基板１１１の断面図である。図５の（ｂ）の断面図は、図５の（ａ）に示したＢ−Ｂ’線に沿った断面における断面図である。
本実施形態に係る基板１１１は、第１の実施形態に係る無線通信装置１が備えている基板１１を変形することによって得られる。したがって、基板１１１を構成する各部材の部材番号は、基板１１を構成する各部材の部材番号の３桁目に「１」を追記することによって得られる。例えば、基板１１１が備えているＲＦＩＣ１１２、信号線群１１３、カードエッジコネクタ端子群１１４、グランド層１１５の各々は、基板１１が備えているＲＦＩＣ１２、信号線群１３、カードエッジコネクタ端子群１４、グランド層１５に対応する。また、図５の（ｂ）に示したビア１１９ｄ，１２０ｄは、図２の（ｂ）に示したビア１９ｄ，２０ｄに対応する。したがって、ここでは、これらの各部材の説明を省略する。
図５に示すように、基板１１と比較して、基板１１１は、スロットアレイアンテナ１３１と、給電線１１６と、熱伝導性部材１１７と、ヒートシンク１１８とを更に備えている。
ＲＦＩＣ１１２のポートのうち高周波信号を結合するポートに接続された給電線は、ＲＦＩＣ１１２から遠ざかる方向（ｚ軸正方向）に延伸されたのち４つに分岐され、さらにｚ軸正方向へ延伸される。
４つに分岐された給電線１１６の先端には、スロットアレイアンテナ１３１が結合されている。スロットアレイアンテナ１３１は、請求の範囲に記載のアンテナの一態様である。図５の（ａ）に示すように、スロットアレイアンテナ１３１は、１６個の放射素子を４×４のマトリクス状に配置することによって構成されている。
本発明の一態様においては、このように基板１１１の表面上にスロットアレイアンテナ１３１を形成してもよい。例えば、マクロセルの無線通信装置として無線通信装置１を採用する場合には、基板１１及びアンテナ３１を備えた無線通信装置１を好適に利用できる。アンテナ３１は、リフレクタ３３を備えているので、指向性が強い電波を放射することができる。したがって、アンテナ３１を備えた無線通信装置１は、長距離通信の用途に好適である。一方、マイクロセルあるいはピコセルの無線通信装置として無線通信装置１を採用する場合には、スロットアレイアンテナ１３１を含む基板１１１を備えた無線通信装置１を好適に利用できる。スロットアレイアンテナ１３１は、ビームフォーミング技術との相性がよいため、多数の通信機器（携帯端末）を通信相手とする用途に好適である。なお、スロットアレイアンテナ１３１は、基板１１１上に集積されている。したがって、スロットアレイアンテナ１３１を備えた無線通信装置１は、小型化が容易である。サイズの点においても、スロットアレイアンテナ１３１を備えた無線通信装置１は、マイクロセルあるいはピコセルの無線通信装置として好適である。
図５の（ｂ）に示すように、ヒートシンク１１８は、ＲＦＩＣ１１２の基板１１１と逆側（ｙ軸正方向側）の表面に対して熱的に接触するように配置された金属製のヒートシンクである。ヒートシンク１１８は、ＲＦＩＣ１１２の表面に対して、熱伝導性部材１１７を介して接着されている。
ヒートシンク１１８は、ＲＦＩＣ１１２により生成された熱を大気中に散逸させることができる。したがって、基板１１１における高熱に起因した故障のリスクを抑制することができる。
また、ＲＦＩＣ１２を平面視した場合に、ヒートシンク１１８は、ＲＦＩＣ１１２からカードエッジコネクタ端子群１１４へ向かう方向（ｚ軸負方向）へ延伸されている。したがって、ヒートシンク１１８は、信号線群１１３の各々とグランド層１１５とが構成する伝送線路の少なくとも一部を覆う。
このように構成されたヒートシンク１１８は、基板１１１の表面に形成されたスロットアレイアンテナ１３１を覆い隠すことなく、すなわち、スロットアレイアンテナ１３１の利得を低下させることなくヒートシンク１１８の表面積を拡大することができる。したがって、ＲＦＩＣ１１２により生成された熱をより効率良く大気中に散逸させることができ、高熱に起因した故障のリスクを更に抑制することができる。
また、ヒートシンク１１８は金属製であるため、電波を遮蔽することができる。ヒートシンク１１８が伝送線路の少なくとも一部を覆うことによって、伝送線路を伝送するベースバンド信号に外部ノイズが重畳することを抑制することができる。
また、ヒートシンク１１８と上述した伝送線路との間（換言すればヒートシンク１１８と基板１１１の第１主面との間）には、ヒートシンク１１８と前記伝送線路とを熱的に接触させる熱伝導性部材１１７が充填されている。
このように構成されたヒートシンク１１８は、ＲＦＩＣ１１２により生成された熱に加えて、伝送線路により生成された熱も大気中に散逸させることができる。したがって、基板１１１における高熱に起因した故障のリスクを更に抑制することができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
〔まとめ〕
本発明の一態様に係る無線通信装置（１）は、ミリ波帯の高周波信号と周波数が前記高周波信号よりも低いベースバンド信号とを変換する無線通信回路（ＲＦＩＣ１２，１１２）が実装された、誘電体材料を基材とする第１の基板（１１，１１１）と、前記ベースバンド信号を処理するベースバンド回路（ベースバンドＩＣ２２）が実装された第２の基板（２１）と、を備えた無線通信装置（１）であって、前記第１の基板（１１，１１１）は、少なくともその中途区間が柔軟性を有し、且つ、当該第１の基板（１１，１１１）の１つの端辺（１１ａ，１１１ａ）近傍に設けられた、前記ベースバンド信号を前記第２の基板（２１）から供給される端子（１４ａ〜１４ｈ，１１４ａ〜１１４ｈ）と、前記ベースバンド信号を前記端子（１４ａ〜１４ｈ，１１４ａ〜１１４ｈ）から前記無線通信回路（ＲＦＩＣ１２，１１２）へ伝送する伝送線路（信号線群１３，１１３及びグランド層１５，１１５）と、を含み、前記第２の基板（２１）は、前記ベースバンド回路（ベースバンドＩＣ２２）に電気的に接続され、前記端子（１４ａ〜１４ｈ，１１４ａ〜１１４ｈ）に前記ベースバンド信号を供給するカードエッジコネクタ（２３）を含む、ことを特徴とする。
本無線通信装置は、端子が設けられた第１の基板の１つの端辺近傍を第２の基板に含まれるカードエッジコネクタに挿入することによって、第１の基板と第２の基板とを接続し、これら２つの基板間におけるベースバンド信号の伝送を実現する。
第１の基板の端辺近傍をカードエッジコネクタに挿入するために第１の基板及び第２の基板の各々に加える外力は、１つの直線軸に沿った方向の外力のみである。すなわち、カードエッジコネクタと第２の基板との接合部には、回転方向に沿った外力は加わらない。したがって、上記の構成によれば、メンテナンス作業を繰り返し実施する場合に生じ得る、第１の基板と第２の基板との接触不良を抑制することができる。
また、本発明の一態様に係る無線通信装置は、導波管（３２）とリフレクタ（３３）とを含むアンテナ（３１）を更に備え、前記第１の基板（１１）は、前記高周波信号を前記アンテナ（３１）に給電するプローブ（１６）を更に含み、前記導波管（３２）は、その一方の端部（３２ａ）が前記プローブ（１６）の先端（１６ａ）に電磁気的に結合し、且つ、その他方の端部（３２ｂ）がリフレクタ（３３）に電磁気的に結合する、ことが好ましい。
このように、本無線通信装置は、導波管とリフレクタとを含むアンテナを備えていてもよい。
また、本発明の一態様に係る無線通信装置（１）は、前記第１の基板（１１）、前記第２の基板（２１）、及び前記導波管（３２）の前記一方の端部（３２ａ）を収容する筐体（５１）と、前記第１の基板（１１）のうち、前記無線通信回路（１２）と前記プローブ（１６）とを含む領域を挟持する第１の金属部材（４１）及び第２の金属部材（４２）と、を更に備え、前記第１の金属部材（４１）のうち前記プローブ（１６）の先端（１６ａ）に対応する位置には、当該先端（１６ａ）と前記導波管（３２）の前記一方の端部（３２ａ）とを電磁気的に結合させる貫通孔（４１ａ）が形成されており、前記第１の金属部材（４１）及び前記第２の金属部材（４２）のうち少なくとも何れか一方は、前記筐体（５１）に対して固定されることによって前記第１の基板（１１）を保持する、ことが好ましい。
無線通信回路は、ミリ波帯の高周波信号を処理する回路であり、プローブは、その高周波信号を伝送する部材である。したがって、本無線通信装置において、無線通信回路及びプローブは、特に発熱量が多い部材である。これらの部材を第１の金属部材及び第２の金属部材で挟持することによって、第１の金属部材及び第２の金属部材を一種のヒートシンクとして機能させることができる。したがって、上記の構成によれば、無線通信装置における高熱に起因した故障のリスクを抑制することができる。
また、上記の構成によれば、プローブの先端と導波管の一方の端部とが確実に結合するように、導波管及び第１の基板を筐体内において保持することができる。したがって、過酷な環境下において長期間に亘って無線通信装置を運用する場合であっても、アンテナの利得が不安定に変化することを抑制できる。
また、本発明の一態様に係る無線通信装置（１）は、前記第１の金属部材（４１）及び前記第２の金属部材（４２，４２Ａ）のうち、前記無線通信回路（ＲＦＩＣ１２）が実装されている側の金属部材（４２，４２Ａ）には、前記無線通信回路（ＲＦＩＣ１２）及び前記プローブ（１６）の一部又は全部を収容する凹部（４２ａ，４２Ａａ）が形成されており、当該凹部（４２ａ，４２Ａａ）には、前記無線通信回路（ＲＦＩＣ１２）と前記無線通信回路（ＲＦＩＣ１２）が実装されている側の金属部材（４２ａ，４２Ａａ）とを熱的に接触させる熱伝導性部材（１７，１７Ａ）が充填されている、ことが好ましい。
無線通信回路が実装されている側の金属部材と無線通信回路との熱的な接触、及び、この金属部材とプローブとの熱的な接触を向上させることができる。したがって、無線通信装置における高熱に起因した故障のリスクを更に抑制することができる。
本発明の一態様に係る基板（１１，１１１）は、少なくともその中途区間が柔軟性を有し、且つ、ミリ波帯の高周波信号と周波数が前記高周波信号よりも低いベースバンド信号とを変換する無線通信回路（ＲＦＩＣ１２，１１２）が実装された誘電体材料を基材とする基板（１１，１１１）であって、当該基板（１１，１１１）の１つの端辺（１１ａ，１１１ａ）近傍に設けられた、前記ベースバンド信号を外部から供給される端子（１４ａ〜１４ｈ，１１４ａ〜１１４ｈ）と、前記ベースバンド信号を前記端子（１４ａ〜１４ｈ，１１４ａ〜１１４ｈ）から前記無線通信回路（１２，１１２）へ伝送する伝送線路（信号線群１３，１１３及びグランド層１５，１１５）と、を含む、ことを特徴とする。
本発明の一態様に係る基板は、本発明の一態様に係る無線通信装置と同様の効果を奏する。
また、本発明の一態様に係る基板（１１１）は、当該基板（１１１）の表面に形成されたアンテナ（１３１）と、前記無線通信回路（ＲＦＩＣ１１２）と前記アンテナ（１３１）との間で前記高周波信号を伝送する給電線（１１６）と、を更に備えている、ことが好ましい。
このように、本基板は、その表面に形成されたアンテナと、給電線とを備えていてもよい。
また、本発明の一態様に係る基板（１１１）は、前記無線通信回路（ＲＦＩＣ１１２）に対して熱的に接触した金属製のヒートシンク（１１８）を更に備えている、ことが好ましい。
上記の構成によれば、ヒートシンクを用いて無線通信回路により生成された熱を大気中に散逸させることができる。したがって、当該基板における高熱に起因した故障のリスクを抑制することができる。
また、本発明の一態様に係る基板（１１１）において、前記無線通信回路（ＲＦＩＣ１１２）を平面視した場合に、前記ヒートシンク（１１８）は、前記無線通信回路（ＲＦＩＣ１１２）から前記端子（１１４ａ〜１１４ｈ）へ向かう方向へ延伸されており、前記伝送線路（信号線群１１３及びグランド層１１５）の少なくとも一部を覆う、ように構成されていることが好ましい。
上記の構成によれば、基板の表面に形成されたアンテナを覆い隠すことなく、すなわち、アンテナの利得を低下させることなくヒートシンクの表面積を拡大することができる。したがって、無線通信回路により生成された熱をより効率良く大気中に散逸させることができ、高熱に起因した故障のリスクを更に抑制することができる。
また、ヒートシンクは金属製であるため、電波を遮蔽することができる。ヒートシンクが伝送線路の少なくとも一部を覆うことによって、伝送線路を伝送するベースバンド信号に外部ノイズが重畳することを抑制することができる。
また、本発明の一態様に係る基板（１１１）において、前記ヒートシンク（１１８）と前記伝送線路（１１３，１１５）との間には、前記ヒートシンク（１１８）と前記伝送線路（信号線群１１３及びグランド層１１５）とを熱的に接触させる熱伝導性部材（１１７）が介在する、ことが好ましい。
上記の構成によれば、ヒートシンクは、無線通信回路により生成された熱に加えて、伝送線路により生成された熱も大気中に散逸させることができる。したがって、当該基板における高熱に起因した故障のリスクを更に抑制することができる。
１ 無線通信装置
１１，１１１ 基板（第１の基板）
１１ａ，１１１ａ 端辺
１２，１１２ ＲＦＩＣ（無線通信回路）
１３，１１３ 信号線群
１３ａ〜１３ｈ，１１３ａ〜１１３ｈ 信号線（グランド層１５とともに伝送線路を構成）
１４，１１４ カードエッジコネクタ端子群
１４ａ〜１４ｈ，１１４ａ〜１１４ｈ 端子
１５，１１５ グランド層（１３ａ〜１３ｈとともに伝送線路を構成）
１６ プローブ
１６ａ 先端
１７，１１７ 熱伝導性部材
１９，２０，１１９，１２０ ビア群
１９ａ〜１９ｈ，２０ａ〜２０ｈ，１１９ａ〜１１９ｈ，１２０ａ〜１２０ｈ ビア
２１ 基板（第２の基板）
２２ ベースバンドＩＣ（ベースバンド回路）
２３ カードエッジコネクタ
３１ アンテナ
３２ 導波管
３２ａ 端部（一方の端部）
３２ｂ 端部（他方の端部）
３３ リフレクタ
３３ａ メインリフレクタ
３３ｂ サブリフレクタ
４１ 熱拡散板
４２ 熱拡散板
５１ 筐体
１１６ 給電線
１１８ ヒートシンク
１３１ スロットアレイアンテナ

Claims (9)

  1. ミリ波帯の高周波信号と周波数が前記高周波信号よりも低いベースバンド信号とを変換する無線通信回路が実装された、誘電体材料を基材とする第１の基板と、前記ベースバンド信号を処理するベースバンド回路が実装された第２の基板と、を備えた無線通信装置であって、
    前記第１の基板は、少なくともその中途区間が柔軟性を有し、且つ、当該第１の基板の１つの端辺近傍に設けられた、前記ベースバンド信号を前記第２の基板から供給される端子と、前記ベースバンド信号を前記端子から前記無線通信回路へ伝送する伝送線路と、を含み、
    前記第２の基板は、前記ベースバンド回路に電気的に接続され、前記端子に前記ベースバンド信号を供給するカードエッジコネクタを含む、
    ことを特徴とする無線通信装置。
  2. 導波管とリフレクタとを含むアンテナを更に備え、
    前記第１の基板は、前記高周波信号を前記アンテナに給電するプローブを更に含み、
    前記導波管は、その一方の端部が前記プローブの先端に電磁気的に結合し、且つ、その他方の端部がリフレクタに電磁気的に結合する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
  3. 前記第１の基板、前記第２の基板、及び前記導波管の前記一方の端部を収容する筐体と、
    前記第１の基板のうち、前記無線通信回路と前記プローブとを含む領域を挟持する第１の金属部材及び第２の金属部材と、を更に備え、
    前記第１の金属部材のうち前記プローブの先端に対応する位置には、当該先端と前記導波管の前記一方の端部とを電磁気的に結合させる貫通孔が形成されており、
    前記第１の金属部材及び前記第２の金属部材のうち少なくとも何れか一方は、前記筐体に対して固定されることによって前記第１の基板を保持する、
    ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
  4. 前記第１の金属部材及び前記第２の金属部材のうち、前記無線通信回路が実装されている側の金属部材には、前記無線通信回路及び前記プローブの一部又は全部を収容する凹部が形成されており、
    当該凹部には、前記無線通信回路と前記無線通信回路が実装されている側の金属部材とを熱的に接触させる熱伝導性部材が充填されている、
    ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
  5. 少なくともその中途区間が柔軟性を有し、且つ、ミリ波帯の高周波信号と周波数が前記高周波信号よりも低いベースバンド信号とを変換する無線通信回路が実装された、誘電体材料を基材とする基板であって、
    当該基板の１つの端辺近傍に設けられた、前記ベースバンド信号を外部から供給される端子と、前記ベースバンド信号を前記端子から前記無線通信回路へ伝送する伝送線路と、を含む、
    ことを特徴とする基板。
  6. 当該基板の表面に形成されたアンテナと、
    前記無線通信回路と前記アンテナとの間で前記高周波信号を伝送する給電線と、を更に備えている、
    ことを特徴とする請求項５に記載の基板。
  7. 前記無線通信回路に対して熱的に接触した金属製のヒートシンクを更に備えている、
    ことを特徴とする請求項５又は６に記載の基板。
  8. 前記無線通信回路を平面視した場合に、前記ヒートシンクは、前記無線通信回路から前記端子へ向かう方向へ延伸されており、前記伝送線路の少なくとも一部を覆う、
    ことを特徴とする請求項７に記載の基板。
  9. 前記ヒートシンクと前記伝送線路との間には、前記ヒートシンクと前記伝送線路とを熱的に接触させる熱伝導性部材が介在する、
    ことを特徴とする請求項８に記載の基板。
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