JP4872929B2

JP4872929B2 - 高周波モジュール

Info

Publication number: JP4872929B2
Application number: JP2008010385A
Authority: JP
Inventors: 智和尾込; 亨土地
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-01-21
Filing date: 2008-01-21
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2028-01-21
Also published as: JP2009170843A

Description

この発明は、通信システムなどに用いられるマイクロ波帯の高周波モジュールに関し、特に高周波モジュールのシールド構造に関する。

送信系で使用する高出力増幅器部と受信系で使用する低雑音増幅器部が隣接して存在する送受信モジュールにおいて、高出力増幅器部で増幅された高出力の信号が低雑音増幅器部側にリークして誤動作を起こさないように、モジュール内で高出力増幅器部と低雑音増幅器部との間は十分にシールド性を確保する必要がある。また、各回路部の空間を出来るだけ小さくし、空間のカットオフ周波数を高くして空間アイソレーションを確保する必要もある。

シールド性や空間アイソレーションを確保する方法として、ケース側に壁を設けて、送信部と受信部とを分断し、構成回路ブロック毎にケース側に壁を設け空間を小さくし、空間領域に多数の基板を並べるという方法がある。

例えば特開平５−１０２６８９号公報図１（特許文献１参照）には、回路基板１２の周囲を導電性金属ケース１１で囲み内蔵する回路モジュール１４の金属シールドケース１５と回路ブロックを遮蔽分離するための導電板１７とを一体加工して回路基板１２の接地面、及び導電性金属ケース１１と電気的、且つ機構的に接続して面積的に小型化をした高周波回路ユニットが開示されている。すなわち、回路基板の接地面上に金属遮蔽版を半田付けして空間を分断することにより、基板分割することなく安価にシールド構造を達成する方法が紹介されている。

特開平５−１０２６８９号公報（第１図）

しかし、従来の方法では、構成回路ブロック毎の回路規模で空間サイズが決まってしまい、そのサイズより小さな空間を作ることが難しいばかりでなく、構成回路ブロック毎に基板を分割する必要があり、コストアップ、作業時間アップにつながっていた。

また、特開平５−１０２６８９号公報に記載の構成では、回路基板１２の接地面上にしか金属遮蔽板１８を取り付けることができないため、構成回路ブロック毎の回路規模で決まる空間サイズより小さな空間を作ることが難しいという課題があった。また、金属遮蔽板１８と回路基板１２の接地面との接続は、数箇所の半田付けによるものであるため、接触面の面精度や組み込み精度が悪い場合には、半田付けされていない部分で接続面に隙間ができ、シールドが取れないという課題があった。さらに金属遮蔽板１８と蓋２２とは厳密には接触させることが困難なため金属遮蔽板１８と蓋２２との間に隙間ができ、モジュール内でアイソレーションを確保できないという課題もあった。

さらに回路基板１２の接地面上に金属遮蔽板１８を半田付けする必要があるため、半田付け作業に手間が掛かると共に一度取り付けると取り外すことが困難であるという課題もあった。

この発明は、これらの課題を解決するために、取り外し可能なカットオフブロックを使用し、モジュール全体のシールド性、空間アイソレーションを改善する高周波モジュールを提供することを目的とする。

請求項１に係る高周波モジュールは、電力増幅部を含む複数の区分けされた高周波回路部と、これらの高周波回路部を載置する両面に接地面を有する回路基板と、高周波電力増幅素子を収納した高周波メタルパッケージと、この高周波メタルパッケージの接地面及び前記回路基板の一方の接地面とを面状に電気接続すると共に枠体を有する金属ケースと、この金属ケースの枠体の開放口に固定し、内部に密閉空間を形成する金属カバーと、前記密閉空間内に配置され、前記区分けされた高周波回路部を間仕切りする前記回路基板の他方の接地面と電気接続した平面部を有する導電性のカットオフブロックと、このカットオフブロックと前記高周波メタルパッケージ間の隙間に接触させて挿入した第１弾性導体と、前記カットオフブロックと前記金属カバー間の隙間に接触させて挿入した第２弾性導体とを備え、前記高周波回路部に立壁を設けることにより前記密閉空間内のカットオフ周波数を高くするものである。

請求項２に係る高周波モジュールは、前記カットオフブロックは、前記回路基板を介して前記金属ケースとネジ止めする請求項１に記載のものである。

請求項１に係る発明によれば、カットオフブロック領域内部に配置された高周波メタルパッケージとカットオフブロックとを導電性及び弾力性のある導電性シールドガスケット等の第１弾性導体で電気的に導通となるように接続させ、さらに金属カバーとカットオフブロックとの間も導電性及び弾力性のあるシールドチューブ等の第２弾性導体で電気的に導通となるように接触させているのでシールド性の確保・空間アイソレーションの確保が可能となる。

また、請求項１に係る発明によれば、カットオフブロック内部に配置された高周波メタルパッケージとカットオフブロックとを導電性及び弾力性のある導電性シールドガスケット等の第１弾性導体等で接触させることで、高周波メタルパッケージもカットオフブロックの役目を果たし、各構成回路ブロックの回路規模で決まるカットオフブロック内部の空間のサイズよりも空間を小さくし、空間のカットオフ周波数を高くすることが可能となる。

請求項２に係る発明によれば、ネジ固定によるカットオフブロックを使用することで、カットオフブロックの装着及び取り外しが容易となる利点がある。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について、送受信兼用の高周波モジュールを一例として図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る高周波モジュールの平面構成図である。図１において、１は金属導体で構成したモジュールケース（金属ケース）、２はセラミック材やプリント配線板の表面に電子部品などを載置する基板（回路基板）、３は裏面が面状のＧＮＤ（接地）パターンを有し、基板２表面に形成したＧＮＤパターン、４は基板２とモジュールケース１とを固定する基板固定ネジである。

５は基板２に載置する電子部品などで構成された高周波回路部であり、５ａは送信信号と受信信号とを切替える給電側に設けた送受信切換スイッチ、５ｂは給電側からの送信信号を受け、次段に出力する送信系ドライバアンプ部、５ｃは送信系ドライバアンプ部からの信号を前置増幅する送信系ミドルパワーアンプ部である。

５ｄは送信系ミドルパワーアンプ部からの信号を増幅する高出力ＦＥＴを搭載し、ケース表面が導電材で構成された平面型の高周波メタルパッケージ、５ｅは高調波を抑圧する送信系高周波抑圧フィルタ部、５ｆは送信信号と受信信号とを切替えるアンテナ側に設けたサーキュレータなどで構成した送受信切換スイッチ、５ｇは送受信切換スイッチ５ｆから出力された受信信号の電力を調整すると共に受信帯域を設定する受信系帯域フィルタ及びリミッタ部、５ｈは受信系帯域フィルタ及びリミッタ部５ｇからの微弱信号を電力増幅するＦＥＴなどで構成した受信系低雑音アンプ部である。６は基板２に搭載された電子部品５に電源を供給すると共に制御信号を送出する電源・制御回路部である。７はアンテナ側同軸コネクタ、８は給電側同軸コネクタである。９は高周波メタルパッケージ５ｄを載置する金属キャリア（基台）であり、モジュールケース１で直接固定される。

図２は、この発明の実施の形態１に係る高周波モジュールの機能ブロック図であり、送信回路、受信回路、電源・制御回路からなる。図２中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。

次に高周波モジュールの動作について図１、図２を用いて説明する。送信時は給電側同軸コネクタ８から入力された信号が、基板２に設けられた電源・制御回路部６内部を経由して、送受信切換スイッチ５ａ、送信系ドライバアンプ部５ｂ、送信系ミドルパワーアンプ部５ｃ、高出力ＦＥＴが実装された高周波メタルパッケージ５ｄ、送信系高調波抑圧フィルタ部５ｅ、送受信切換スイッチ５ｆを経由して、アンテナ側同軸コネクタ７よりアンテナ側に信号が出力される。

また、受信時は、アンテナ側同軸コネクタ７より入力された信号が、送受信切換スイッチ５ｆ、受信系帯域通過フィルタ及びリミッタ部５ｇ、受信系低雑音アンプ部５ｈ、送受信切換スイッチ５ａから電源・制御回路部６内部を経由して、給電側同軸コネクタ８より給電側に出力される。

図３は、この発明の実施の形態１に係る高周波モジュールの透視側面図である。図３では、高周波メタルパッケージ５ｄ搭載部分について詳細を説明する。図３において、１０は導電性シールドガスケット（第１弾性導体）、１１は金属ブロックで構成したカットオフブロック、１１ａはカットオフブロック１１の突起部、１２はカットオフブロック１１の溝部である。１３は導電性シールドチューブ（第２弾性部材）、１４はモジュールケース１の開放口（開口領域）に蓋をする金属製のモジュールカバー（金属カバー）である。図３中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。

図４は、この発明の実施の形態１に係る高周波モジュールの透視平面図である。図４では、モジュールカバー１４を透視し、カットオフブロック１１、導電性シールドチューブ１３の構造について説明する。図４において、１５はカットオフブロック１１と基板２とを固定する共締め用ネジ（ネジ）である。図４中、図３と同一符号は同一又は相当部分を示す。

次に機能について説明する。本実施の形態１による高周波モジュールでは、金属の枠体を含むモジュールケース１とモジュールカバー１４により、モジュール内に密閉空間を形成し、送信回路、受信回路、電源制御回路などを実装した基板２及びハイパワーＦＥＴを内部に収納した四角形の高周波メタルパッケージ５ｄで電磁遮蔽を行い、送信側増幅回路と受信側回路とのシールド性能を確保している。

また、構成回路ブロック毎の空間アイソレーション改善のために設けられたカットオフブロック１１を付加することにより、カットオフブロック１１は、基板２と、基板２上に設けられたカットオフブロック１１部分と接触するＧＮＤパターン３で電気的に導通状態となるように接続する。

また、カットオフブロック１１は、高周波メタルパッケージ５ｄとは、導電性及び弾力性のあるシールドガスケット１０（第１弾性導体）を介して電気的に導通状態となるように接続する。

さらにカットオフブロック１１とモジュールカバー１４とは、カットオフブロック１１上部の溝１２の中に設置した導電性及び弾力性のあるシールドチューブ１３（第２弾性導体）を介して電気的に導通となるように接続する。なお、第１弾性導体１０と第２弾性導体１３とは同一材でも良く、その他導電性であれば弾性ゴム状の電波吸収体などを用いても良い。

以上から上記構造によれば、カットオフブロック１１内では、モジュールケース１、基板２上に設けられたカットオフブロック１１と接触するＧＮＤパターン３、高周波メタルパッケージ５ｄ、導電性のシールドガスケット１０とが電気的に接続され、高周波メタルパッケージ５ｄがカットオフブロック１１内の空間を分断する壁の役割も果たすことになる。

すなわち、高周波メタルパッケージ５ｄがカットオフブロック１１としての役割を果たし、カットオフブロック１１の壁（立壁）のみで作られる空間よりも小さい空間を作ることが可能となり、カットオフブロック１１内部空間のカットオフ周波数を高くし、空間アイソレーションが改善される。

次に空間アイソレーションについて説明する。一般に筐体（ケース）内の空間アイソレーション量は次式で簡易表現される。

ここで、α：単位長さあたりの空間アイソレーション量[ｄＢ／ｍｍ]、λｃ：カットオフ周波数の波長[ｍｍ]、λ：通過周波数の波長[ｍｍ]。

上記簡易式における、筐体内のカットオフ周波数の波長λｃは、高周波信号の進行方向に対して垂直方向の幅（図１のａで示す）で決まるので、λｃ＝２ａで表される。ここでカットオフ周波数：ｆｃ＝ｃ／λｃ、ｃ：光速。

よって、単位長さあたりの空間アイソレーション量を出来るだけ大きくするためには、筐体内の幅ａを小さくすることは重要であり、高周波メタルパッケージ５ｄをカットオフブロック１１としての役割を持たせることは、λｃを大きくする上での大きな要素となる。

また、上記した構造によれば、カットオフブロック１１、モジュールケース１、モジュールカバー１４、導電性シールドチューブ１３が電気的に接続され、導電性シールドチューブ１３がカットオフブロック１１とモジュールケース１の間に生じる空間を分断するための壁の役割を果たすことになる。従って、カットオフブロック１１とモジュールカバー１４の間に生じる空間を小さくすることができ、モジュール全体の空間アイソレーションを改善することも可能とする。

さらに、上記した構造によれば、カットオフブロック１１の固定は、基板２とカットオフブロック１１、基板共締め用ネジ１５による共締めのため、カットオフブロック１１の装着・取り外しが簡単であり組立性が改善されるばかりでなく、カットオフブロック１１、基板共締め用ネジ１５のネジ頭部が、カットオフブロック１１の上部にあるため、基板２上では上記ネジ頭部の分だけのスペースを有効に使用する利点がある。

なお、本実施の形態１では、送受信系の高周波モジュールについて説明したが、多系統の送受信モジュールについて適用しても良く、また、受信系のみ及び送信系のみの高周波モジュールに適用しても良い。

この発明の実施の形態１による高周波モジュールの平面図である。この発明の実施の形態１による高周波モジュールの機能ブロック図である。この発明の実施の形態１による高周波モジュールの透視側面である。この発明の実施の形態１による高周波モジュールの透視平面図である。

符号の説明

１・・モジュールケース（金属ケース）２・・基板（回路基板）
３・・ＧＮＤ（接地）パターン
４・・基板固定用ネジ５・・電子部品（高周波回路部）
５ａ・・送受信切換スイッチ
５ｂ・・送信系ドライバアンプ部（ＤＡ）
５ｃ・・送信系ミドルパワーアンプ部（ＭＰＡ）
５ｄ・・高周波メタルパッケージ（ＨＰＡ）
５ｅ・・送信系高周波抑圧フィルタ部（ＢＲＦ）
５ｆ・・送受信切換スイッチ（サーキュレータ）
５ｇ・・受信系帯域フィルタ及びリミッタ部（ＢＰＦ／ＬＩＭ）
５ｈ・・受信系低雑音アンプ部（ＬＮＡ）６・・電源・制御回路部
７・・アンテナ側同軸コネクタ８・・給電側同軸コネクタ
９・・金属キャリア（基台）１０・・導電性シールドガスケット（第１弾性導体）
１１・・カットオフブロック１１ａ・・カットオフブロックの突起部
１２・・溝部１３・・導電性シールドチューブ（第２弾性導体）
１４・・モジュールカバー（金属カバー）
１５・・共締め用ネジ（ネジ）

Claims

電力増幅部を含む複数の区分けされた高周波回路部と、これらの高周波回路部を載置する両面に接地面を有する回路基板と、高周波電力増幅素子を収納した高周波メタルパッケージと、この高周波メタルパッケージの接地面及び前記回路基板の一方の接地面とを面状に電気接続すると共に枠体を有する金属ケースと、この金属ケースの枠体の開放口に固定し、内部に密閉空間を形成する金属カバーと、前記密閉空間内に配置され、前記区分けされた高周波回路部を間仕切りする前記回路基板の他方の接地面と電気接続した平面部を有する導電性のカットオフブロックと、このカットオフブロックと前記高周波メタルパッケージ間の隙間に接触させて挿入した第１弾性導体と、前記カットオフブロックと前記金属カバー間の隙間に接触させて挿入した第２弾性導体とを備え、前記高周波回路部に立壁を設けることにより前記密閉空間内のカットオフ周波数を高くする高周波モジュール。
前記カットオフブロックは、前記回路基板を介して前記金属ケースとネジ止めする請求項１に記載の高周波モジュール。