JP6012220B2 - 高周波シールド構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両等に搭載される高周波通信装置からの電波漏洩を防止するための高周波シールド構造に関する。

近年、運転補助を目的とし、車両周辺にある障害物を検出するセンサ（高周波通信装置）が知られている。このような高周波通信装置では、高周波回路基板の表面の送受信回路から装置外への不要な電波の漏洩や、装置外から送受信回路への不要な電波の飛び込み、また送受信回路中の回路コンポーネント同士の不要な結合、信号の回り込みを防ぐこと等を目的として、種々のシールド構造が採用されている。

特許文献１には、従来の高周波シールド構造の構成を示す分解斜視図が開示されている。

特許文献１に示すように、高周波シールド構造では、下段基板および上段基板には、高周波回路を囲む位置に多数の穴が所定間隔に設けられている。下段基板および上段基板に設けられた穴とこれらに対応して下段基板に設けられた穴とに金属製のピンが差し込まれており、下段基板と上段基板との間がピンで電気的に接続されている。このピンの間隔ｌと、対向する下段基板および上段基板の間隔Ｌとをλ／４以下に設定することで、高周波回路から周囲に放射される電磁波はピンなどでシールドされ、外部への放射ノイズの漏洩が防止される。

特許文献２には、他の従来の高周波シールド構造の構成を示す断面図が開示されている。

特許文献２の高周波シールド構造では、メイン回路基板とサブ回路基板とは、シールド板を挟んで配設され、フレキシブルフラットケーブルで電気的に接続されている。サブ回路基板を組み付けた状態では、フレキシブルフラットケーブルは、両面テープによってシールド板に固定された状態で配設されるとともに、山折り部分Ａ及びＣ並びに谷折り部分Ｂが折り曲げられた状態で配設される。フレキシブルフラットケーブルは、シールド板へ押圧されるとともに、シールド材が付されている部分がシールド板に接触した状態で押圧され、シールド材とシールド板とが電気的に導通する。これにより、フレキシブルフラットケーブルから発生する放射ノイズが低減される。

また近年、車載用レーダ装置等の高周波通信装置では、図７に示すように、上部ケース９１および下部ケース９２からなる筐体９０内に、高周波回路基板９３と制御回路基板９４とを対向して配置し、これらを基板間コネクタ９６で接続する構成が採用されている。そして本構成では、高周波回路基板９３と制御回路基板９４との間に、高周波回路基板を覆うシールドケース９５を設けることで、放射ノイズの低減を図っている（図８）。

特開２００１−２８４８７０号公報 特開２００７−３１１７０９号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に示すような従来の高周波通信装置では高周波回路を個別に仕切ることが難しく、高周波回路間の干渉が避けられない。また、特許文献１では２枚の回路基板における信号線の接続方法については明記されていない。

図８に示すようなシールドケースと基板間コネクタによる接続を行う従来の構成では、高周波回路基板から放射された電波が基板間コネクタとシールドケースとの間から漏洩し、さらに回路基板間を伝播して外部に漏洩するという問題がある。また、基板間コネクタは複雑な形状のものが多いため該コネクタから電波が放射し易く、基板間コネクタから放射された電波が外部接続用コネクタまで伝播し、装置本体から外部に漏洩してしまうという問題もある。さらに、車載用レーダ装置では、所定帯域内で電波の漏洩量を規格値以下に収める必要があるが、特に局部発振周波数（準ミリ帯１０〜３０ＧＨz）でスプリアスが発生し、規定値を超えることがあるため、これら帯域での電波漏洩を規格値以下に収めたいという要望がある。

本発明の目的は、制御回路基板と高周波回路基板を基板間コネクタで接続する構成において、通信装置本体から外部への電波の漏洩（放射ノイズ）を抑制することができる高周波シールド構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の高周波シールド構造は、筐体と、該筐体内に収容される高周波回路基板および制御回路基板と、前記回路基板間に配置され、前記高周波回路基板をシールドするシールドケースと、前記シールドケースに設けられた開口部に挿通され、前記高周波回路基板と前記制御回路基板を電気的に接続する基板間コネクタとを備える高周波通信装置に設けられる高周波シールド構造であって、上記高周波シールド構造は、前記開口部と連結して前記シールドケースに取り付けられ且つ前記基板間コネクタを覆う筒状部材であり、前記筒状部材の一端が前記シールドケースに当接すると共に、他端が前記制御回路基板に当接し、前記高周波シールド構造は、前記筒状部材の内面に形成された複数の突起を有し、前記複数の突起は、前記筒状部材の軸方向に沿って、前記高周波回路基板から放射される高周波波長のほぼλ／４の等間隔で配置されることを特徴とする。

前記筒状部材は、断面略矩形の角筒であり、前記筒状部材における広幅辺の内寸が、前記高周波回路基板から放射される高周波波長λのカットオフ波長以下に設定される。

前記筒状部材は、その軸方向断面が略Ｌ字形状である環状部材の複数を連結してなる筒形ユニットで構成されてもよい。

また、前記環状部材は、一方の端部に凸部を有すると共に、他方の端部に他の環状部材の凸部が嵌入される凹部を有し、一の環状部材の凸部が、隣接する他の環状部材の凹部に嵌入されることで、前記環状部材が形成されてもよい。

また、前記筒状部材は、嵌め込み機構あるいははんだにより、前記シールドケースおよび前記制御回路基板と接合されるのが好ましい。

本発明によれば、高周波シールド構造が、シールドケースの開口部と連結して取り付けられ、且つ基板間コネクタを覆う筒状部材で構成されている。そして、筒状部材の一端がシールドケースに当接すると共に、他端が制御回路基板に当接する。よって、高周波回路基板から放射された電波（放射ノイズ）がシールドケースの開口部から漏洩することがなく、高周波回路基板と制御回路基板間を伝播して外部に漏洩することがない。また、基板間コネクタが高周波シールド構造により外部と遮蔽されるため、基板間コネクタから放射された電波が高周波シールド構造から外部に漏洩することもない。したがって、通信装置本体から外部への電波漏洩を抑制することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る高周波シールド構造が適用される高周波通信装置の構成を概略的に示す分解斜視図である。 図１の高周波通信装置の内部構造を示す断面図である。 図２の高周波シールド構造の拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る高周波シールド構造の構成を示す断面図である。 図４の高周波シールド構造の変形例を示す断面図である。 図４の高周波シールド構造の他の変形例を示す断面図である。 従来の高周波シールド構造の構成を示す分解斜視図である。 図７の高周波シールド構造の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、第１実施形態に係る高周波シールド構造が適用される高周波通信装置の構成を概略的に示す分解斜視図である。この高周波通信装置としては、例えば、国内外の電波規制に適合する準ミリ波帯（２４ＧＨｚ、２６ＧＨｚ帯）を用いた小型の障害物検出用の車載ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ 拡散帯域幅４５０ＭＨｚ以上を利用する無線方式）が挙げられる。

図１において、高周波通信装置１は、上部ケース１１および下部ケース１２で構成される筐体１０と、筐体１０内に収容される高周波回路基板１３と、制御回路基板１４と、高周波回路基板１３と制御回路基板１４との間に配置され、高周波回路基板１３の表面全体を覆うシールドケース１５とを備えている。下部ケース１２の側面には、信号処理基板１４からの信号を外部機器へ送信するための外部接続用コネクタ２０が取り付けられている。

シールドケース１５は、金属製であり、高周波回路基板１３、制御回路基板１４のＧＮＤと電気的に接続されることで、高周波回路基板１３に実装される高周波部品から放射される電波を遮蔽することが可能となっている。なお、金属製に限らず、電波吸収性を有する樹脂またはエラストマー、非導電性材料からなりその表面に導電性樹脂層を有するもので形成されてもよい。

高周波回路基板１３と制御回路基板１４との間には基板間コネクタ１６が配置されている。シールドケース１５の所定位置には開口部１７が形成されており、上記基板間コネクタ１６が開口部１７に挿通される。高周波回路基板１３表面には凸形コネクタ１６ａが、制御回路基板１４表面には凹形コネクタ１６ｂがそれぞれ取り付けられており、凸形コネクタ１６ａと凹形コネクタ１６ｂが接続されることで、上記２つの回路基板が電気的に接続される。なお、コネクタの凹凸は一例であり、高周波回路基板１３表面に凹型コネクタが、制御回路基板１４表面に凸型コネクタが取り付けられていても良い。

本発明における高周波シールド構造３０は、図２に示すように、高周波回路基板１３と制御回路基板１４との間で、シールドケース１５の開口部１７と連結して取り付けられ、且つ基板間コネクタ１６を覆うように配置される金属製の略筒状部材である。高周波通信装置１が組み立てられた状態では、高周波シールド構造３０の一端がシールドケース１５に、他端が制御回路基板１４に当接し電気的に接続される。これにより、高周波回路基板１３、シールドケース１５、高周波シールド構造３０および制御回路基板１４で画定される空間Ａが外部と隔離され、基板間コネクタ１６が高周波シールド構造３０によって外部から遮蔽される。

図３は、図２の高周波シールド構造の拡大図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。

図３（ａ）および（ｂ）において、高周波シールド構造３０は、好ましくは基板間コネクタ１６の外周を覆う断面略矩形の角筒であり、この高周波シールド構造３０の一方の端部３０ａがシールドケース１５に当接され、他方の端部３０ｂが制御回路基板１４と当接される。高周波シールド構造３０とシールドケース１５との当接や、高周波シールド構造３０と制御回路基板１４との当接には、種々の方法を用いることができ、好ましくは凹凸形状を用いた嵌め込み機構、あるいははんだによる接合が採用される。このように、高周波シールド構造３０とシールドケース１５の間の間隙をなくし、かつ高周波シールド構造３０とシールドケース１５の間の間隙をなくすことで、高周波シールド構造３０内を伝搬する電波が該シールド構造外に漏洩するのを防止することができる。

高周波シールド構造３０内を伝搬する電波としては、例えば、高周波回路基板１３あるいは基板間コネクタ１６から伝導または、放射される高周波が考えられる。高周波シールド構造３０は、これらの高周波が該シールド構造外に漏洩するのを防止することで、外部接続用コネクタ２０への電波の伝搬を抑制する役割を果たす。

また、この角筒を矩形導波管と仮定したとき、矩形導波管における長辺の内寸をａ、短辺の内寸をｂとしたとき、本矩形導波管内の遮断周波数ｆｃは式（１）で表される。

ここで、Ｃ０は光速、ｍ，ｎはａ，ｂ方向の導波管モード数

式（２）を代入し、遮断波長λｃを求めると
λｃ＝２ａ ・・・（３）
と表される。そこで本実施形態では、高周波シールド構造３０の内寸の長辺ａが、高周波回路基板１３から放射される高周波波長λの１／２以下とすることが望ましい。換言すれば、高周波シールド構造３０における広幅辺の内寸をカットオフ波長以下とする。これにより、高周波回路基板１３あるいは基板間コネクタ１６から放射される高周波が、高周波シールド構造３０内で、送受信回路基板１３から制御回路基板１４に向かう方向に進行するのを防止することが可能となる。例えば、１２ＧＨｚのノイズの進行を防止したい場合、対象とするノイズの波長は２５ｍｍとなる。このとき、内寸の長辺ａの長さを波長の１／２である１２．５ｍｍ以下とすればよい。

上述したように、本実施形態によれば、高周波シールド構造３０が、シールドケース１５の開口部１７と連結して取り付けられ、且つ基板間コネクタ１６を覆う筒状部材で構成されている。そして、筒状部材の一方の端部３０ａがシールドケース１５に当接すると共に、他方の端部３０ｂが制御回路基板１４に当接する。よって、高周波回路基板１３から放射された電波がシールドケース１５の開口部１７から漏洩することがなく、高周波回路基板１３と制御回路基板１４間を伝播して外部に漏洩することもない。また、基板間コネクタ１６が高周波シールド構造３０により外部と遮蔽されるため、基板間コネクタ１６から放射された電波が高周波シールド構造３０から外部に漏洩することもない。したがって、高周波通信装置１本体から外部への電波漏洩を抑制することが可能となる。

図４は、本発明の第２実施形態に係る高周波シールド構造の構成を示す断面図である。本実施形態では、基板間コネクタの寸法や基板間コネクタの近傍に配置された他の素子との関係上、高周波シールド構造における広幅辺の内寸をカットオフ波長以下とすることができない場合に、高周波シールド構造のコネクタ嵌合方向への電波の伝搬を抑制するものである。

図４において、高周波シールド構造４０は、基板間コネクタ１６の外周を覆う断面略長方形の筒状部材である。この高周波シールド構造４０は、その内面４１に複数の突起４２を有しており、好ましくは、複数の突起４２は高周波シールド構造４０の４つの内面に形成される。複数の突起４２は、上記筒状部材の軸方向に沿って、高周波回路基板１３から放射される高周波波長のほぼλ／４の等間隔で配置されている。

すなわち、高周波シールド構造４０の内側に凹凸構造（周期構造）を形成して、高周波回路基板１３から放射される高周波の波動インピーダンスを変化させることで、高周波の周波数での高アイソレーションを得ることが可能となる。したがって、本構成によれば、高周波シールド構造４０のコネクタ嵌合方向への電波の伝搬を抑制することができ、高周波通信装置１本体から外部への電波漏洩を抑制することが可能となる。

図５および図６は、高周波シールド構造の変形例を示す断面図である。

図４の高周波シールド構造４０は一体形成された筒状部材であるが、図５の高周波シールド構造５０は、その軸方向断面が略Ｌ字形状である環状部材５１の複数を連結してなる筒形ユニットで構成されている。

環状部材５１はその内面５２に突起５３を有しており、複数の環状部材５１を連結して筒形ユニットを形成することで、該筒形ユニットの内面に凹凸構造が形成される。本構成によれば金属加工を容易に行うことができるので、高周波シールド構造５０を容易に製作することができ、コストを低減することができる。

また、図６（ａ）および（ｂ）に示す高周波シールド構造６０は、上記高周波シールド構造５０と同様に、その軸方向断面が略Ｌ字形状である環状部材６１の複数を連結してなる筒形ユニットで構成されている。環状部材６１の内面６２には、上記環状部材５１と同様、突起６３が形成されている。

この環状部材６１は、一方の端部に凸部６４を有しており、他方の端部に凹部６５を有している。一の環状部材の凸部が、隣接する他の環状部材の凹部に嵌入されることで、環状部材６１が形成されている。本構成では、複数の環状部材６１を重ねた際、隣接する環状部材６１同士の当接面が、径方向において１つの平面とならず、段差平面となる。これにより、隣接する環状部材６１同士の当接面からの電波漏洩を抑制することが可能となる。また、環状部材６１同士を簡単に接合することができるので、高周波シールド構造６０を容易に作製することができる。

なお、上記実施形態では、高周波シールド構造は断面略矩形の筒状部材であるが、これに限らず、断面略円形の筒状部材であってもよい。この場合も円筒の内寸がカットオフ波長以下となるように設計することで、円筒内での電波の進行を抑制することが可能となる。

また、上記高周波シールド構造は金属で形成されるが、これに限らず、電波吸収性を有する樹脂またはエラストマーや、非導電性材料からなりその表面に導電性樹脂層を有するもので形成されてもよい。

この場合、高周波シールド構造とシールドケースあるいは制御回路基板との密着性を向上することができ、また、金属製の高周波シールド構造と比較して軽量化を実現することができる。また、金属加工を必要とせず、高周波シールド構造を成形機等で一体成形することでコストを低減できる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

１ 高周波通信装置
１０ 筐体
１１ 上部ケース
１２ 下部ケース
１３ 高周波回路基板
１４ 制御回路基板
１５ シールドケース
２０ 外部送信用コネクタ
１７ 開口部
１６ 基板間コネクタ
１６ａ 凸形コネクタ
１６ｂ 凹形コネクタ
３０ 高周波シールド構造
３０ａ，３０ｂ 端部
４０ 高周波シールド構造
４１ 内面
４２ 突起
５０ 高周波シールド構造
５１ 環状部材
５２ 内面
５３ 突起
６０ 高周波シールド構造
６１ 環状部材
６２ 内面
６３ 突起
６４ 凸部
６５ 凹部

Claims (5)

1. 筐体と、該筐体内に収容される高周波回路基板および制御回路基板と、前記回路基板間に配置され、前記高周波回路基板をシールドするシールドケースと、前記シールドケースに設けられた開口部に挿通され、前記高周波回路基板と前記制御回路基板を電気的に接続する基板間コネクタとを備える高周波通信装置に設けられる高周波シールド構造であって、
   前記高周波シールド構造は、前記開口部と連結して前記シールドケースに取り付けられ且つ前記基板間コネクタを覆う筒状部材であり、
   前記筒状部材の一端が前記シールドケースに当接すると共に、他端が前記制御回路基板に当接し、
   前記高周波シールド構造は、前記筒状部材の内面に形成された複数の突起を有し、
   前記複数の突起は、前記筒状部材の軸方向に沿って、前記高周波回路基板から放射される高周波波長のほぼλ／４の等間隔で配置されることを特徴とする高周波シールド構造。
2. 前記筒状部材は、断面略矩形の角筒であり、
   前記筒状部材における広幅辺の内寸が、前記高周波回路基板から放射される高周波波長λのカットオフ波長以下であることを特徴とする、請求項１記載の高周波シールド構造。
3. 前記筒状部材は、その軸方向断面が略Ｌ字形状である環状部材の複数を連結してなる筒形ユニットで構成されることを特徴とする、請求項１記載の高周波シールド構造。
4. 前記環状部材は、一方の端部に凸部を有すると共に、他方の端部に他の環状部材の凸部が嵌入される凹部を有し、
   一の環状部材の凸部が、隣接する他の環状部材の凹部に嵌入されることで、前記環状部材が形成されることを特徴とする、請求項３記載の高周波シールド構造。
5. 前記筒状部材は、嵌め込み機構あるいははんだにより、前記シールドケースおよび前記制御回路基板と接合されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高周波シールド構造。

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