JP4830917B2 - 高周波モジュール装置及びこれを用いた送受信モジュール装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、レーダ装置や通信装置の送受信モジュール等に用いられる高周波モジュール装置及びこれを用いた送受信モジュール装置に関する。

従来のマイクロ波帯、ミリ波帯等で用いられる高周波モジュール装置では、例えば機械加工した金属ケースによりプリント基板等に搭載された高周波回路素子の電気的シールドを行っている。しかし、金属ケースを用いた場合には、収納する部品サイズ、部品点数の増加等によって金属ケースの重量が増加し、また、機械加工によりシールド壁等を構成する必要があることから加工コストが高くなる等の問題があり、軽量化と低コスト化を実現するべく、このような高周波回路素子の電気的シールドを導電性樹脂により形成された樹脂シールドカバーを用いて行うことが提案されている。

特開２０００−１７４２０４号公報（第１−５頁、図１−２等） 特開２００６−４１０３７号公報（第１−６頁、図１−５）

しかし、従来の高周波モジュール装置は以上のように構成されているので、電源回路の設置スペースがこのような導電性樹脂で形成されたシールド樹脂カバーの外側に設けられており、装置構成が大型化するという問題点があった。また、このようなシールド樹脂カバーとモジュールケースとの当接面における隙間をなくして高いシールド効果を確保するためモジュールケースにＶ字状の溝部を設け、このＶ字状の溝部にシールド樹脂カバーの開口端を係合させる構造としており、モジュールケース側の加工コストを要するという問題点があった。

一方、比較的低い周波数帯に使用されるモジュール装置では、板金折り曲げ加工による簡易なシールド構造が採用されているが、各種のレーダ装置や通信装置等において使用される高周波モジュールでは、１ＧＨｚを超えるような周波数帯において数十ｄＢの利得を有する必要があり、このような板金折り曲げ加工による簡易なシールド構造を高周波モジュールに採用した場合には、各回路間のアイソレーションが不足して性能の確保が著しく困難である。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされたものであり、装置の軽量化及び小型化を図ることができ、かつ、高いシールド効果及び高信頼性を得ることができる新規な高周波モジュール装置を提供することを目的とする。

この発明に係る高周波モジュール装置は、金属製のモジュールケースと、このモジュールケースに搭載され前記モジュールケースの搭載面を露呈させる開口部が形成された高周波回路基板と、この高周波回路基板の周辺部を囲う脚部及び前記開口部に配置される壁部が設けられ、これらの脚部及び壁部を前記高周波回路基板の周辺部及び開口部における前記モジュールケースにそれぞれ当接させて前記高周波回路基板上に配置された導電性の樹脂シールド部材と、この導電性の樹脂シールド部材よりも高く構成され、前記導電性の樹脂シールド部材を前記モジュールケースに固定するシールド固定手段と、このシールド固定手段に固定され前記樹脂シールド部材上に配置された電源回路基板と、前記導電性の樹脂シールド部材に設けられた貫通穴を介して前記高周波回路基板と前記電源回路基板とを電気的に接続する電源用配線と、前記電源回路基板を囲うように設けられ、前記電源用配線が接続された前記電源回路基板を外部から保護するモジュールケースカバーとを備えたものである。

また、他の発明に係る送受信モジュール装置は、請求項１に記載の高周波モジュール装置を備え、前記開口部を挟んだ前記高周波回路基板の領域に送信部及び受信部をそれぞれ形成したものである。

この発明によれば、導電性の樹脂シールド部材よりも高く構成されたシールド固定手段により導電性の樹脂シールド部材をモジュールケースに固定し、このシールド固定手段に電源回路基板を固定するので、装置の軽量化及び小型化を図ることができる。また、高周波回路基板の周辺部及び開口部における前記モジュールケースにそれぞれ当接させる脚部及び壁部を有する導電性の樹脂シールド部材により高周波回路基板を覆うので、さらに高いシールド効果を得ることができる。

実施の形態．１
以下、この発明の実施の形態１について図１及び図２を用いて説明する。図１は実施の形態１による高周波モジュール装置を示す断面構成図及び上面図であり、図１（ａ）は図１（ｂ）に示す高周波モジュール装置のＡ−Ａ’断面図、図１（ｂ）は高周波モジュール装置の上面図である。なお、実施の形態１では本発明に係る高周波モジュール装置を送受信モジュール装置に適用した場合について示している。図１において、１は金属製のモジュールケース、２はモジュールケース１に搭載された高周波回路基板、３は高周波回路基板２をモジュールケース１に固定する高周波回路固定手段、４はモジュールケース１上に設けられ、高周波回路基板２を内部に収容する導電性樹脂で形成されたシールド部材（以下、単にシールド部材という）、５，６はシールド部材４のシールド固定手段、７はシールド部材４上に配置された電源回路基板、８は電源回路基板７を固定手段６に固定する電源回路固定手段、９はシールド部材４及び電源回路基板７を覆うように設けられたモジュールケース１のカバー（以下、カバー部材という）、１０はカバー部材９をモジュールケース１に固定するためのカバー固定手段である。なお、各固定手段３，５，８及び１０はいずれもねじやボルト等の固定手段であり、モジュールケース１等に設けられた対応するねじ穴に螺合させて高周波回路基板２等を固定しているが、シールド固定手段６については、シールド部材４をモジュールケース１に固定する機能と電源回路基板７をシールド部材４上に固定させる機能とを有する必要があり、ねじ部６ａと内部に電源回路固定手段８を螺合させるタップが６ｂとを有するポスト部材を用いている。図１に示すように、シールド部材４は脚部１２及び壁部１３をそれぞれ有しており、これらシールド部材４の脚部１２及び壁部１３をモジュールケース１の搭載面に当接させて高周波回路基板２上に設けられている。

ここで、高周波回路基板２、シールド部材４について具体的に説明する。本発明に係るシールド部材４としては、例えば、液晶ポリマ（ＬＣＰ）や変性ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）などの樹脂材料を射出成形してなる射出成形品を用い、さらに電磁シールドの効果を得るために、当該射出成形品の表面にニッケル等のメッキを施したものや、射出成形品の内部にフェライト等の磁気材料を配合した金属性フィラーを混入してシールド性をもたせたものを用いる。また、高周波回路基板２としては、装置の低コスト化を図るため、Ａｕメッキ基板のようなコスト高な材料でなく、表面にホットガスレベラにより半田コート施したものを用いるものとする。

この液晶ポリマ（ＬＣＰ）等からなるシールド部材４においては、固有の現象として温度ストレスによるシールド部材４の変形（クリープ現象）等の問題を有するが、これを回避するためソルダーコート（ホットガスレベラによる半田吹き付けコート）を用いた高周波回路基板２上にシールド部材４を直接固定してシールド性を確保することは信頼性上の問題がある。そこで、実施の形態１による高周波モジュール装置では、高周波回路基板２の周辺部をシールド部材４の脚部により囲う構造とし、かつ、図１に示すように高周波回路基板２に切り欠き穴１１を設けることで、樹脂性シールド部材４と金属製のモジュールケース１とが直接固定される構造とし、これによりシールド部材４の熱膨張・収縮によるソルダコート材の削れや、固定手段３，５，６による部材の締め付けトルク低下を回避することが可能となる構成としている。

また、放熱上の観点からシールド部材４とモジュールケースカバー９との間に電源回路基板７を設けることが考えられるが、シールド部材４に電源回路基板７等を直接搭載することは困難である。そこで、実施の形態１による高周波モジュール装置では、内部にタップ加工を施したシールド固定手段６をシールド部材４の固定手段として使用する。このような固定手段６の内部に施されたタップ６ｂに固定手段８を用いて電源回路基板７を固定することにより図１に示すような二階建て構造の高周波モジュールを容易に構成するができ、高周波モジュール装置全体の小型化を図ることができる。

また、図１において、１１は高周波回路基板２の中央部に設けられた切り欠き穴、１２は高周波回路基板２の周辺部を囲うように配置されたシールド部材４の脚部、１３は切り欠き穴１１に配置されたシールド部材４の壁部、１４，１５はシールド部材４の壁部１３によって離隔され、半導体、受動チップ部品等を実装することにより、増幅器、移相器、制御回路等のアクティブ回路がそれぞれ形成される高周波回路基板２の第１及び第２の素子領域、１６はシールド部材４に設けられた電源配線用の貫通穴、１７は貫通穴１６を通り高周波回路基板２と電源回路基板７とを電気的に接続する電源配線、１８は高周波回路基板２の外側の端部とシールド部材４との間に設けられた隙間、１９は切り欠き穴１１を形成する高周波回路基板２の内側の端部とシールド部材４の壁部１３との間に設けられた隙間である。

図１（ａ）に示すように、高周波回路基板２とシールド部材４との間には隙間１８，１９が設けられており、シールド部材４は高周波回路基板２と接触しないようにシールド固定手段５，６によりモジュールケース１に直接固定されている。このようにシールド部材４をモジュールケース１に直接固定することにより、シールド部材４の熱膨張が抑制され、各固定手段３，５，６及び８における締め付けトルクの低下等を回避することができる。また、高周波回路基板２及びシールド部材４が熱膨張により変形するような場合であってもシールド部材４と高周波回路基板２との間に隙間を設けているので、高周波回路基板２とシールド部材４との接触による各部材の変形を回避することができる。また、電源回路基板７の外側にモジュールケースカバー９を設けているので、電源回路基板７、電源配線１７等に外部からの水分、異物等が付着せず、これら外部からの水分、異物等からモジュールケースカバー９の内部が保護される構造となっている。

また、図１において、２０，２１は高周波回路基板２に形成された入出力線路、２２，２３は入出力線路２０，２１とそれぞれ接続されたスイッチ回路、２４ａ，２４ｂは第１及び第２の素子領域１４，１５に形成された移相回路、２５ａ，２５ｂは増幅回路、２６ａ，２６ｂはスイッチ回路２２，２３を介して入力された高周波信号がそれぞれ伝送する信号線路である。実施の形態１では、第１の素子領域１４に設けられた移相回路２４ａ、増幅回路２５ａ、信号線路２６ａにより送信系回路、第２の素子領域１５に設けられた移相回路２４ｂ、増幅回路２５ｂ、信号線路２６ｂにより受信系回路がそれぞれ構成されているものとする。

なお、シールド部材４の内部は、導波管カットオフ寸法以下に幅を狭くしており、高周波回路基板２も導波管カットオフ寸法以下の幅に分離された部分である第１及び第２の素子領域１４，１５にスイッチ回路２２，２３、移相回路２４ａ，２４ｂ及び増幅回路２５ａ，２５ｂ等の高周波回路を実装している。このような構造においては、切り欠き穴１１を挟んで相対する高周波回路基板２上に送信系回路、受信系回路をそれぞれ配置することで、送受間のアイソレーションを良好なものとすることができる。

次に、図１に示す高周波モジュール装置の動作について簡単に説明する。例えば、送信時に入出力線路２０に供給された送信信号はスイッチ回路２２を介して第１の素子領域１４に形成された送信系回路に出力され、増幅回路２５ａにより増幅処理された後、移相回路２４ａにより位相量が制御され、スイッチ回路２３、入出力線路２１を介してモジュール装置に接続された素子アンテナ（図示省略）に出力される。また、受信時に素子アンテナから供給された受信信号は入出力線路２１、スイッチ回路２３を介して第２の高周波素子領域１５に形成された受信系回路に出力され、移相回路２４ｂにより位相量が制御された後、増幅回路２５ｂにより増幅処理され、スイッチ回路２２、入出力線路２０を介してモジュール装置に接続された信号処理部（図示省略）等に出力される。

最後に実施の形態１による高周波モジュール装置の組立てについて説明する。図２は図１に示す高周波モジュール装置の組立て状況を示す分解構成図であり、図２を用いて図１に示す高周波モジュール装置の組立てについて簡単に説明する。なお、図中、同一符号は同一部分を示し、これらの詳細な説明については省略する。図２に示すように、シールド部材４はシールド固定手段６を用いてモジュールケース１に固定する。具体的には、シールド固定手段６のネジ部６ａをモジュールケース１に設けられた対応するねじ穴に螺合させてシールド部材４をモジュールケース１に固定する。また、シールド固定手段６は電源回路基板７をシールド部材４上に配置するためのタップ部６ｂを有しており、シールド部材４をモジュールケース１に固定した後、電源回路基板７が設けられ、その状態で電源回路固定手段８をシールド固定手段６のタップ部６ｂに螺合することにより電源回路基板７をシールド固定手段６に固定する。

なお、高周波回路基板２と電源回路基板７とを電気配線１７により接続するためシールド部材４に電気配線１７を通す貫通穴１６を設ける構成としたが、実施の形態１による高周波モジュール装置ではこのような貫通穴１６を射出成形によりシールド部材４全体の形成と同時に行うことができるため、金属製のシールド部材を用いる場合に比べて穴あけ加工の加工コストを大幅に低減することができるという利点がある。

以上のように、実施の形態１による高周波モジュール装置によれば、導電性の樹脂シールド部材４を用いることで、高周波モジュール装置の軽量化及び小型化が図れるとともに、この導電性の樹脂シールド部材４に脚部１２及び壁部１３を設け、これらの脚部１２及び壁部１３が高周波回路基板２の周辺部及び開口部１１における前記モジュールケース１とそれぞれ当接するように高周波回路基板２を覆うので、高いシールド効果を得ることができ、ひいては高信頼性を実現することができる。

また、高周波回路基板２に設けられた開口部１１を挟んだ第１及び第２の素子領域に送信系回路及び受信系回路をそれぞれ形成したので、シールド部材４に囲まれた部分のアイソレーション特性をさらに改善させることができ、送受間のアイソレーションが良好な送受信モジュール装置を得ることができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について図３を用いて説明する。図３は実施の形態２による高周波モジュール装置を示す上面図及び概要側面図であり、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）はその概要側面図である。図３において、４ｂは樹脂製のシールド部材、２７はシールド部材４ｂの寸法精度の低さに伴うシールド性能の劣化を防止するためシールド部材４ｂに設けられた凹凸状のブロック部（以下、カットオフブロックという）であり、図３（ｂ）に示すように、モジュールケース１と接触する面に周期的に設けられている。なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示し、これらについての詳細な説明は省略する。このカットオフブロック２７はモジュールケース１との接触点が使用周波数の１／４波長の長さ以下となるように設けたものであり、このような構成とすることによりシールド部材４ｂの寸法精度の低さに伴うシールド性能の劣化を防止することができ、シールド効果を向上させることができる。なお、金属性のシールド部材の場合にはこのようなカットオフブロック２７の加工は極めてコスト高となるが、樹脂シールド部材の場合には、射出成型によりシールド部材４ｂ全体の形成と同時に行うことができるため、電源配線用の貫通穴１６の加工の場合と同様、加工コストを大幅に抑えることができる。

このように、実施の形態２による高周波モジュール装置によれば、導電性の樹脂シールドを用いているので装置の軽量化を図ることができると共に、金属製のシールドブロックを用いた場合と比較してシールド性能を劣化させることなく高性能の高周波モジュール装置を実現することができる。また、カットオフブロック２７を射出成形によりシールド部材４ｂ全体の形成と同時に行うことができるので、大量生産に適し、装置の低コスト化を図ることができる。

実施の形態１による高周波モジュール装置を示す断面図及び上面図である。 図１に示す高周波モジュール装置の組立て状況を示す分解構成図である。 実施の形態２による高周波モジュール装置の構成を示す上面図及び概要側面図である。

符号の説明

１ モジュールケース、２ 高周波回路基板、３，５，８，１０ 固定手段（ねじ）、
４ 導電性の樹脂シールド部材、６ 固定手段（ポスト部材）、７ 電源回路基板、
９ モジュールケースカバー、１１ 開口部、１２ 脚部、１３ 壁部、
１４ 第１の領域、１５ 第２の領域、１６ 電源配線用の貫通穴、１７ 電源配線、
１８，１９ 隙間。

Claims (5)

1. 金属製のモジュールケースと、このモジュールケースに搭載され前記モジュールケースの搭載面を露呈させる開口部が形成された高周波回路基板と、この高周波回路基板の周辺部を囲う脚部及び前記開口部に配置される壁部が設けられ、これらの脚部及び壁部を前記高周波回路基板の周辺部及び開口部における前記モジュールケースにそれぞれ当接させて前記高周波回路基板上に配置された導電性の樹脂シールド部材と、この導電性の樹脂シールド部材よりも高く構成され、前記導電性の樹脂シールド部材を前記モジュールケースに固定するシールド固定手段と、このシールド固定手段に固定され前記樹脂シールド部材上に配置された電源回路基板と、前記導電性の樹脂シールド部材に設けられた貫通穴を介して前記高周波回路基板と前記電源回路基板とを電気的に接続する電源用配線と、前記電源回路基板を囲うように設けられ、前記電源用配線が接続された前記電源回路基板を外部から保護するモジュールケースカバーとを備えた高周波モジュール装置。
2. 前記導電性の樹脂シールド部材は、樹脂部材に金属性フィラーを混入してなる請求項１に記載の高周波モジュール装置。
3. 前記高周波回路基板と前記導電性の樹脂シールド部材の脚部及び壁部との間に隙間を設けた請求項１又は２に記載の高周波モジュール装置。
4. 前記導電性の樹脂シールド部材の脚部に前記高周波回路を伝送する高周波信号の１／４波長以下の周期で前記モジュールケースと当接する凹凸状のブロック部材を設けた請求項１に記載の高周波モジュール装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の高周波モジュール装置を備え、前記開口部を挟んだ前記高周波回路基板の領域に送信部及び受信部をそれぞれ形成した送受信モジュール装置。

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