JP3959945B2

JP3959945B2 - アンテナ付き高周波モジュール

Info

Publication number: JP3959945B2
Application number: JP2000302192A
Authority: JP
Inventors: 元祥北川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-10-02
Filing date: 2000-10-02
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2020-10-02
Also published as: JP2002111381A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波の送受信機などに用いられるアンテナ付き高周波モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下従来のアンテナ付き高周波モジュールについて説明する。従来のアンテナ付き高周波モジュールの一例として、高速道路料金の支払をノンストップで行うことを目的としたＥＴＣ装置に搭載されるものについて説明する。従来の高周波モジュールは図５に示すようにプリント基板１上にグランド面２を設け、その上にアンテナ３を装着していた。そしてこのアンテナ３からの信号はケーブル４でコネクタ５を介し、電子ユニット６に接続されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の構成ではグランド面２をアンテナ３の全周に設けるとともに十分に大きくしないとアンテナの指向性、利得を十分に確保できなかった。従って従来の構成ではどうしても大型化してしまうという課題があった。
【０００４】
本発明はこの課題点を解決するものであり、小型の高周波モジュールを提供することを目的としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明のアンテナ付き高周波モジュールは、高周波回路が設けられた基板と、前記高周波回路の近傍に設けられたアンテナ端と、このアンテナ端に接続されたアンテナと、このアンテナと前記アンテナ端とを接続するとともに、前記アンテナと第一のはんだで接続された「Ｔ」字型の給電端子と、前記高周波回路を覆う金属製のケースと、前記基板の側面と底面とに設けられるとともにマザー基板に対し第二のはんだを介して接続固定するための接続端子と、前記シールドケースに設けられるとともに、前記基板側面に挿入された脚と、この脚と前記基板側面との間を接続する第三のはんだとを備え、前記ケースの上面にアンテナが固定され、前記ケースをグランドに接続して前記アンテナのグランドプレーンとするとともに、給電端子は前記アンテナと前記アンテナ端との間で分離可能とし、前記シールドケースが前記基板に圧入されるとともに、前記第三のはんだの融点は前記第二のはんだの融点より高くしたアンテナ付き高周波モジュールにおいて、ケースには前記アンテナを嵌合する凹部を前記ケースと一体に設け、この凹部の深さは前記アンテナの厚みとほぼ同じ寸法とし、前記凹部と基板との隙間よりも背の高い電子部品は前記凹部の下方以外の領域に実装された構成としたものである。
【０００６】
これにより小型化されたアンテナ付き高周波モジュールを提供することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、高周波回路が設けられた基板と、前記高周波回路の近傍に設けられたアンテナ端と、このアンテナ端に接続されたアンテナと、このアンテナと前記アンテナ端とを接続するとともに、前記アンテナと第一のはんだで接続された「Ｔ」字型の給電端子と、前記高周波回路を覆う金属製のケースと、前記基板の側面と底面とに設けられるとともにマザー基板に対し第二のはんだを介して接続固定するための接続端子と、前記シールドケースに設けられるとともに、前記基板側面に挿入された脚と、この脚と前記基板側面との間を接続する第三のはんだとを備え、前記ケースの上面にアンテナが固定され、前記ケースをグランドに接続して前記アンテナのグランドプレーンとするとともに、給電端子は前記アンテナと前記アンテナ端との間で分離可能とし、前記シールドケースが前記基板に圧入されるとともに、前記第三のはんだの融点は前記第二のはんだの融点より高くしたアンテナ付き高周波モジュールにおいて、ケースには前記アンテナを嵌合する凹部を前記ケースと一体に設け、この凹部の深さは前記アンテナの厚みとほぼ同じ寸法とし、前記凹部と基板との隙間よりも背の高い電子部品は前記凹部の下方以外の領域に実装されたアンテナ付き高周波モジュールであり、これによりアンテナ端に直接アンテナが接続されているとともにケースをグランドに接続して前記アンテナのグランドプレーンとして用いたことにより、グランドプレーンは基板の大きさと同等にしても製品サイズは大型化することはなく、アンテナ指向性や、利得を損なうことなく、製品の小型化が可能となる。
【０００８】
そして、アンテナ付き高周波モジュールをマザー基板へ半田付けする場合において、シールドケースと基板間を接続している第二のはんだは溶融しないので、カバーと基板の距離は変化することはない。また、シールドケースは基板に圧入されているので、アンテナ付き高周波モジュールをマザー基板へ半田付けする場合において仮に第二のはんだが溶融したとしてもシールドケースを保持できる。さらに、アンテナ付き高周波モジュールのマザー基板へ半田付けする場合において、仮に熱で第一のはんだが溶融しても、給電端子が「Ｔ」字型であるため、給電端子が抜け落ちたり、ずれたりすることがない。従って、マザー基板へ実装後においても確実に当初の距離を維持して固定されており、安定したアンテナ特性を得ることができる。
【０００９】
なお、このアンテナ付き高周波モジュールを面実装で使用することができる。これにより、回路の接続に対してコネクタなどでの配線は不要になり、このアンテナ付き高周波モジュールを組み込んだ製品の小型、低コスト化が実現できる。
【００１０】
また、アンテナなしの状態で組み立て完成するとともに検査が可能となるため、アンテナ付き高周波モジュールの特性検査は容易にできる。さらに、マザー基板に組み込み後の状態で、各種検査を受ける場合、給電端子が分離可能となっているので、上記各種検査時にはアンテナを取り外して測定し、その後元に戻し、容易に製品を復元することができる。
【００１１】
さらにまた、前記凹部は金型の中で容易に成形できるので、凹部の成形は安価かつ寸法精度よく成形が可能であるため、アンテナの位置決めが容易にでき、アンテナの指向性を一定にすることが可能である。それに加えて、凹部の深さをアンテナの厚みと同じ寸法とし、凹部と基板との隙間よりも背の高い部品は凹部の下方以外の領域に実装しているので、アンテナ付き高周波モジュールを薄型化することが可能である。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の発明は、給電端子はケースの中央近傍に設けられた請求項１に記載のアンテナ付き高周波モジュールであり、これにより実装時に中央部で吸着することが可能となり、吸着時のバランスが良くなるので、実装時の装着ズレや傾きなどを防止することができる。
【００１３】
本発明の請求項４に記載の発明は、給電端子はアンテナ天面より非突出とした請求項１に記載のアンテナ付き高周波モジュールであり、これにより給電端子上であっても実装時に吸着することができるので、アンテナの給電端子を任意の位置に設けることができる。
【００１４】
本発明の請求項５に記載の発明は、アンテナ端の外周部にグランドパターンを設けるとともに、前記グランドパターンは基板の表層面に設けられた請求項１に記載のアンテナ付き高周波モジュールであり、これによりアンテナ組み立て前のアンテナ付き高周波モジュールの電気特性を測定する場合において、外周部のグランドパターンに測定器のケーブルの外周にあるグランドと接続することにより、インピーダンスの整合を容易に取ることができ、高周波的に安定した測定が可能となる。
【００１５】
本発明の請求項６に記載の発明は、グランドパターンを「Ｃ」字型にするとともに、この「Ｃ」字型の開口部から高周波信号がアンテナ端に供給される請求項５に記載のアンテナ付き高周波モジュールであり、これにより高周波信号は基板の内層のスルーホールを介さないため、信号のロスを小さくすることができる。
【００１６】
以下本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は本発明のアンテナ付き高周波モジュールの要部断面図である。図１において、１１は高周波回路１２の電子部品が装着されたプリント基板であり、このプリント基板１１を覆うように金属製のシールドケース１３が装着されている。このシールドケース１３の上面にはグランドプレーン１４が設けられるとともに、シールドケース１３の脚１５はプリント基板１１の側面に挿入され、グランドにしっかりとはんだ１６で電気的にも機構的にも接続されている。
【００１８】
１７はアンテナであり、このアンテナ１７の下面は、前記グランドプレーン１４上に設けられた凹部１８に接している。またこのアンテナ１７の上面には導体パターン１９が形成されている。２０ａはその上部に接するように設けられるとともに断面を「Ｔ」字型とした第一の給電端子である。この第一の給電端子２０ａはアンテナ１７に設けられた孔２１を貫通するとともに前記導体パターン１９とはんだ２２で固定されている。
【００１９】
２０ｂは第二の給電端子であり、前記第一の給電端子２０ａの下方に一直線上に嵌合されるとともに、前記プリント基板１１上のアンテナ端２３の上方にはんだ２４で固定されている。このアンテナ端２３は前記高周波回路１２の近傍に設けられている。
【００２０】
また、２５は接続端子であり、前記プリント基板１１の側面と底面に設けられており、本モジュールは接続端子２５とはんだ２６で半田付けされ、マザー基板２７に接続、固定される。
【００２１】
ここで重要な点は、アンテナ端２３を高周波回路１２の近傍に設けておき、かつアンテナ１７の給電端子２０ａを前記アンテナ端２３の真上に設けている点である。この構成により、アンテナ端２３に最短距離でアンテナ１７が接続されたことになり、アンテナ端２３とアンテナ１７との間で高周波信号のロスを小さくすることが可能となる。
【００２２】
さらにシールドケース１３の脚１５はグランドに接続されているので、このシールドケース１３の上面全面をアンテナ１７のグランドプレーン１４とすることができる。従って、アンテナ指向性や、利得を損なうことなく、製品の小型化が可能となる。
【００２３】
またこの構成によればシールドケース１３の上面をグランドプレーン１４として使用するので、アンテナ１７の導体パターン１９は片面のみにあればよく、従ってアンテナは基板で作成することができるので、非常に安価なアンテナを得ることができる。
【００２４】
さらにシールドケース１３にはアンテナ１７が嵌合される凹部１８を設けている。この凹部１８は、金型の中で容易に成形できるので、凹部１８の成形は安価かつ寸法精度良く成形することが可能である。従ってアンテナ外形の最大寸法に対して片側で０．１ｍｍから０．２ｍｍ程度の小さな隙間とすることができるので、アンテナ１７を容易にかつ精度良く位置決めすることができ、アンテナ１７の出力構成を一定にすることが可能である。
【００２５】
またこの凹部１８の深さをアンテナ１７の厚みと同じ寸法とし、高周波回路１２の電子部品実装時に、凹部１８と基板１１との隙間よりも背の高い部品は、凹部１８の下方以外に実装すれば、薄型化することが可能である。
【００２６】
また、プリント基板１１の側面と底面には外部接続端子２５を設けるとともに、基板１１はシールドケース１３で覆われ、かつ圧入された状態で半田付け固定されている。さらに前記給電端子２０ａはグランドプレーン１４の中央近傍に設けられている。この状態においては、給電端子２０ａははんだ２２によってアンテナ１７に固定されているので、給電端子２０ａ近傍ははんだによって凹凸が生じる。一般的に実装時は給電端子２０の中央部を吸着するが、給電端子２０ａを中心近傍とすることによって、実装時にはシールドケース１３またはアンテナ１７の平坦な面を吸着することが可能となり、吸着時のバランスが良いため実装時に装着ズレや傾き、部品実装欠落などが起きにくくなる。
【００２７】
更にまた、実装においてマザー基板２７に直接はんだで接続できるので、マザー基板２７の回路との接続に対してコネクタなどの配線は不要になり、このアンテナ付き高周波モジュールを組み込んだ製品の小型、低コスト化を実現することができる。
【００２８】
またシールドケース１３はプリント基板１１に圧入しているので、このアンテナ付き高周波モジュールをマザー基板２７への実装時のリフロー熱などで、シールドケース１３とプリント基板１１間を接続しているはんだ１６が溶融しても、シールドケース１３を保持したままとなる。従って、アンテナ１７とプリント基板１１間の距離が変化することはなく、安定したアンテナ付き高周波モジュールを実現することができる。
【００２９】
さらに、給電端子２０ａはその断面を「Ｔ」字型としているので、このアンテナ付き高周波モジュールをマザー基板２７への実装工程の半田付けリフロー工程での熱で接合部のはんだ２２が溶融しても、給電端子２０ａが「Ｔ」字型であるため、給電端子２０ａが抜け落ちたり、ずれたりすることはなく、リフロー後においてもアンテナ１７の特性を維持することが可能である。
【００３０】
また、給電端子２０はアンテナ端２３と分離可能である。すなわち、前記アンテナ１７側に取り付けられる第一の給電端子２０ａと前記アンテナ端２３側にはんだ２４で固定された第二の給電端子２０ｂと一体的に構成されている。
【００３１】
しかしこの構造の給電端子２０をＥＴＣなどの自動車用の部品に使用する場合、振動による嵌合の緩みや、抜けなどの発生の可能性があり、前記アンテナ１７の裏面とグランドプレーン１４間を両面テープなどで固定しておくことが望ましい。
【００３２】
なお、アンテナ１７なしの状態で組み立てを完成し、特性検査が可能となるため、アンテナ付き高周波モジュールの特性検査は容易にできる。さらにマザー基板２７に組み込み後の状態で、ｔｅｌｅｃなどの技術基準適合証明および認証を受ける場合には、一般的にアンテナ１７部を取り外して測定する。しかし本実施の形態においては、給電端子２０が分離可能となっているので、上記認証試験時にはアンテナ１７を取り外して測定し、その後容易に元に戻し製品を復元することができる。
【００３３】
図２はアンテナ付き高周波モジュールの要部平面図である。図２において２８はアンテナ端２３と高周波回路１２との間をつないでいる導体である。これは高周波回路１２においてはその導体２８での信号の損失を小さくするために一般的にはマイクロストリップラインとしている。
【００３４】
２９は前記アンテナ端２３の外周部に「Ｃ」字型に設けられたグランドパターンであり、このグランドパターン２９、および導体２８はプリント基板１１の表層面に設けられている。これによりアンテナ組み立て前にアンテナ付き高周波モジュールの電気特性の測定時に外周部のグランドパターン２９を測定用同軸ケーブルの外周にあるグランドと接続することにより、インピーダンスの整合をとることができ、高周波的に安定した測定が可能となる。さらに、導体２８がプリント基板１１の表層面に設けられており、信号はプリント基板１１の内層、すなわちスルーホールを介していないため、信号のロスを小さくすることができる。
【００３５】
また、図１において、シールドケースの脚１５とプリント基板１１とを接合するはんだ１６の融点は高周波回路１２を構成する電子部品を半田付けするはんだ２４の融点以下としている。また、はんだ１６の融点はマザー基板２７とアンテナ付き高周波モジュールとを接続するはんだ２６の融点より高くしている。
【００３６】
これによりアンテナ付き高周波モジュールをマザー基板２７へ実装半田付けする場合において、シールドケース１３とプリント基板１１間を接続しているはんだ１６は溶融しないので、シールドケース１３とプリント基板１１の距離がはんだの再溶融などで変化することはない。従ってマザー基板２７へ実装後においても確実に当初の距離を維持して固定されており、安定したアンテナ特性を得ることができる。
【００３７】
さらにシールドケース１３を半田付けするはんだ１６の融点は高周波回路１２の電子部品を半田付けするはんだ２４の融点以下とすることにより、このシールドケース１３をプリント基板１１へリフローなどで半田付けする場合において、電子部品の半田付け温度以下で半田付け可能となり、電子部品に過度の熱が加わることはなく、安定した特性を維持することが可能である。
【００３８】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態におけるアンテナ付き高周波モジュールの要部断面図である。図３において、アンテナ１７はアンテナ端２３の下方に設けられており、このアンテナ端２３より下方に向かってスルーホール孔３０を設け、このスルーホール孔３０に給電端子２０が挿入され、はんだ３１にて固定されている。
【００３９】
さらにプリント基板３５上には、マザー基板との間を接続するコネクタ３２を有している。これによりアンテナ１７とアンテナ端２３との距離が短くなるため、高周波信号の伝播路は短くなり、信号のロスが小さくなる。
【００４０】
（実施の形態３）
図４は実施の形態３におけるアンテナ付き高周波モジュールの要部断面図である。図４において、給電端子２０ｃはアンテナ１７に設けられたスルーホール孔３３に挿入され、このスルーホール孔３３の内部にてはんだ３４にて固定されている。従ってスルーホール孔３３内ははんだで充填されるとともに、その給電端子２０ｃの先端部はアンテナ１７の天面３６より突出しない構造となっている。従って、スルーホール孔３３の上であっても実装時に吸着することができるので、アンテナ１７の給電端子２０ｃを任意の位置に設けることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、高周波回路が設けられた基板と、前記高周波回路の近傍に設けられたアンテナ端と、このアンテナ端に接続されたアンテナと、このアンテナと前記アンテナ端とを接続するとともに、前記アンテナと第一のはんだで接続された「Ｔ」字型の給電端子と、前記高周波回路を覆う金属製のケースと、前記基板の側面と底面とに設けられるとともにマザー基板に対し第二のはんだを介して接続固定するための接続端子と、前記シールドケースに設けられるとともに、前記基板側面に挿入された脚と、この脚と前記基板側面との間を接続する第三のはんだとを備え、前記ケースの上面にアンテナが固定され、前記ケースをグランドに接続して前記アンテナのグランドプレーンとするとともに、給電端子は前記アンテナと前記アンテナ端との間で分離可能とし、前記シールドケースが前記基板に圧入されるとともに、前記第三のはんだの融点は前記第二のはんだの融点より高くしたアンテナ付き高周波モジュールにおいて、ケースには前記アンテナを嵌合する凹部を前記ケースと一体に設け、この凹部の深さは前記アンテナの厚みとほぼ同じ寸法とし、前記凹部と基板との隙間よりも背の高い電子部品は前記凹部の下方以外の領域に実装された構成としたものであるので、アンテナ端に直接アンテナが接続されているとともにアンテナのグランドプレーンを基板とアンテナとの間に設けたことにより、グランドプレーンは基板の大きさと同等にしても製品サイズは大型化することはなく、アンテナ指向性や、利得も損なうことがない。また凹部の深さをアンテナの厚みと同じ寸法とし、凹部と基板との隙間よりも背の高い部品は凹部の下方以外の領域に実装しているので、小型かつ厚みの薄いアンテナ付き高周波モジュールを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるアンテナ付き高周波モジュールの断面図
【図２】同、要部平面図
【図３】同、実施の形態２におけるアンテナ付き高周波モジュールの要部断面図
【図４】同、実施の形態３におけるアンテナ付き高周波モジュールの要部断面図
【図５】従来例の正面図
【符号の説明】
１１プリント基板
１２高周波回路
１４グランドプレーン
１７アンテナ
２３アンテナ端

Claims

高周波回路が設けられた基板と、前記高周波回路の近傍に設けられたアンテナ端と、このアンテナ端に接続されたアンテナと、このアンテナと前記アンテナ端とを接続するとともに、前記アンテナと第一のはんだで接続された「Ｔ」字型の給電端子と、前記高周波回路を覆う金属製のケースと、前記基板の側面と底面とに設けられるとともにマザー基板に対し第二のはんだを介して接続固定するための接続端子と、前記シールドケースに設けられるとともに、前記基板側面に挿入された脚と、この脚と前記基板側面との間を接続する第三のはんだとを備え、前記ケースの上面にアンテナが固定され、前記ケースをグランドに接続して前記アンテナのグランドプレーンとするとともに、給電端子は前記アンテナと前記アンテナ端との間で分離可能とし、前記シールドケースが前記基板に圧入されるとともに、前記第三のはんだの融点は前記第二のはんだの融点より高くしたアンテナ付き高周波モジュールにおいて、ケースには前記アンテナを嵌合する凹部を前記ケースと一体に設け、この凹部の深さは前記アンテナの厚みとほぼ同じ寸法とし、前記凹部と基板との隙間よりも背の高い電子部品は前記凹部の下方以外の領域に実装されたアンテナ付き高周波モジュール。
給電端子はケースの中央近傍に設けられた請求項１に記載のアンテナ付き高周波モジュール。
給電端子はアンテナ天面より非突出とした請求項１に記載のアンテナ付き高周波モジュール。
アンテナ端の外周部にグランドパターンを設けるとともに、前記グランドパターンは基板の表層面に設けられた請求項１に記載のアンテナ付き高周波モジュール。
グランドパターンを「Ｃ」字型にするとともに、この「Ｃ」字型の開口部から高周波信号がアンテナ端に供給される請求項４に記載のアンテナ付き高周波モジュール。