(57)【要約】【課題】  回路を構成する各機能ブロック間での電磁波干渉を防止するとともに、回路全体を小型・軽量にすることができる高周波回路及びその製造方法を提供する。【解決手段】  入力信号を増幅し出力する主増幅部１、この主増幅部１で発生する歪を補償する歪補償信号を生成し出力する補助増幅部２、上記の各増幅部に電力を供給する電源部３を備えた高周波回路において、上記主増幅部１と補助増幅部２とを外形が矩形状の単一の回路基板２０上に配置し、上記電源部３を上記主増幅部１と補助増幅部２との間の位置に配置するようにしたものである。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を増幅し出力する主増幅部、この主増幅部で発生する歪を補償する歪補償信号を生成し出力する補助増幅部を単一の回路基板上に配置する高周波回路の製造方法であって、上記回路基板に電磁波シールド用の金属板を固定する固定用スルーホールを形成し、上記回路基板上の上記主増幅部、補助増幅部の各増幅部を構成する電気部品及び上記電磁波シールド用の金属板が配置される対応箇所に半田ペーストを塗布し、上記電気部品を対応箇所に配置し、上記電磁波シールド用の金属板を固定用スルーホールに配置し、上記電気部品及び上記電磁波シールド用金属板をリフロー処理で上記回路基板に固定することを特徴とする高周波回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主として携帯電話システムの基地局装置等で用いられる高周波信号の増幅機能を有する高周波回路、特に回路内で発生する放射電磁波が回路内の各機能部に干渉することを押え、耐電磁干渉性能を向上させた高周波回路及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＷＣＤＭＡ（Wide band Code Division Multiple Access）方式をはじめとする次世代の携帯電話システムでは、複数の搬送周波信号を用いたマルチキャリア方式が採用されている。これは複数の通話回線を確保するためである。このマルチキャリア方式には、基地局装置で信号増幅をおこなう際に異なる搬送周波信号が相互変調をおこし、マルチキャリア歪といわれる不要波信号を発生するという問題がある。このため、増幅器の歪特性をいかに向上させるかが課題となっている。
【０００３】
上記課題を解決する一手段としてフィードフォワード方式といわれる回路方式が提案されている。この回路方式の構成及び動作原理は、たとえば、特許文献１などに示されているとおりである。動作概要は次のとおりである。つまり、フィードフォワード方式では主増幅器が発生する歪成分を歪検出ループで検出した後、補助増幅器でその歪成分のレベルを増大し、歪除去ループにより逆相等振幅で主増幅器出力に再注入することで歪成分を除去するというものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平１−１９８８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このフィードフォワード方式の増幅回路を実際の回路として構成する場合、従来、主増幅器、補助増幅器は別々の回路モジュールとして構成されていた。これは、主増幅器、補助増幅器の増幅率が大きいため、同一の筐体内にこれらの増幅器を配置すると、主増幅器の入出力間、補助増幅器の入出力間での信号の空間を経由した電磁波の回り込みによる不要発振が発生したり、主増幅器と補助増幅器間の電磁波干渉による歪補償性能の劣化を招くおそれがあり、このような電磁干渉による性能劣化を防止するためである。しかし、このような機能ブロックごとのモジュール化・個別筐体化は、装置全体の重量増加、大型化という機能面での問題や製作費用増加という経済面での問題を引き起こしていた。
【０００６】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、回路を構成する各機能ブロック間での電磁波干渉を防止するとともに、回路全体を小型・軽量にすることができる高周波回路及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る高周波回路の製造方法は、入力信号を増幅し出力する主増幅部、この主増幅部で発生する歪を補償する歪補償信号を生成し出力する補助増幅部を単一の回路基板上に配置する高周波回路の製造方法であって、上記回路基板に電磁波シールド用の金属板を固定する固定用スルーホールを形成し、上記回路基板上の上記主増幅部、補助増幅部の各増幅部を構成する電気部品及び上記電磁波シールド用の金属板が配置される対応箇所に半田ペーストを塗布し、上記電気部品を対応箇所に配置し、上記電磁波シールド用の金属板を固定用スルーホールに配置し、上記電気部品及び上記電磁波シールド用金属板をリフロー処理で上記回路基板に固定するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、上記のように様々な電磁波漏洩・進入防止用の仕組みにより構成されているので、アイソレーション特性に優れるという効果を奏する。また、上記効果を有する高周波回路の量産化に適したリフロー処理が可能であるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る高周波回路について、以下、図面を参照しながら説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係る高周波回路の電気ブロック図である。この高周波回路は、前置増幅部１０、電力増幅部１１、補助増幅部２と電源部３の４機能ブロックより構成されている（前置増幅部１０と電力増幅部１１とで主増幅部１が構成される）。後述するように、この４機能ブロックが回路基板内での配置を決める単位となる。
【００１０】
これらの他に、高周波回路内には電力分配器４、電力合成・分配器５、電力合成器６及び経路１〜４などの伝送線路などの機能部品がある。これらの機能部品を上記４機能ブロックのいずれに含めるか、または回路基板外に設けるかは、本発明の課題である電磁波干渉防止の解決手段とは直接には関係がない。したがって、電気・機構設計上のトレードオフ事項として、適宜決定して構わない。ただし、電力分配器４は前置増幅部１０に、電力合成・分配器５は電力増幅部１１または補助増幅部２に、電力合成器６は補助増幅部２に含めるのが望ましい。これは、各機能同士が電気接続上隣接する関係にあるからである。
【００１１】
次に動作について説明する。高周波入力信号（RF in）は電力分配器４により２分配される。経路１を伝送する高周波信号は、主増幅部１（MAIN）を構成する複数段のアンプ素子によって順次増幅され所定の出力レベルまで増幅される。主増幅部１のトータルの増幅率は、この種の高周波回路では、数１０〜１００ｄＢに及び、出力側から入力側へ高周波信号が回り込み、不要発振を引き起こすことがある。この発振防止が本発明の課題の一つである。
【００１２】
主増幅部１は前段の前置増幅部１０（DRV）とそれに続く後段の電力増幅部１１（HPA）とで構成されている。前置増幅部１０では、小信号の高周波入力信号を複数段に縦続接続されたアンプ素子により所定のレベルまで増幅する。電力増幅部１０では、例えばＦＥＴなどの電力増幅素子を並列接続し、その出力を電力合成することにより最終的な電力レベルを得ることができる。この主増幅部１の出力信号には、主として電力増幅部１０の増幅特性の非線形性に基づき発生した歪成分が含まれている。経路１を伝送する主増幅部１の出力である上記歪成分を含む高周波信号と経路２を伝送する高周波信号は、電力合成・分配器５で合成・分配され、経路３と経路４へと出力される。
【００１３】
経路３へは主増幅部１０の出力信号がほぼ同じ電力レベルで出力される。この経路３の信号には歪成分が含まれている。一方、経路４へは主増幅部１０で発生した歪成分のみが出力される。この歪成分は補助増幅部２により所定のレベルまで増幅され歪補償信号として出力される。電力合成器６では、経路３を伝送する歪成分を含む主増幅部１の出力高周波信号と、経路４を伝送する歪補償信号とを合成し、歪成分を除去した高周波信号を出力する。この信号が電力増幅された歪を含まない最終的な高周波信号である。上記の各増幅部には電源部３より必要な電力が供給されている。
【００１４】
次に、この高周波回路内の各機能ブロックの配置について説明する。図２はこの発明の実施の形態１に係る高周波回路の機能ブロック配置図（ａ）及び一部断面構造（ＦＥＴ押え構造（ＦＥＴ取付金具）とカバー構造）の説明図（ｂ）、（ｃ）である。図２（ａ）中、一点鎖線で示した４つの領域が、図１のブロック図中の前置増幅部１０、電力増幅部１１、補助増幅部２及び電源部３の各機能部の配置される位置に対応している。電源部３を除く前置増幅部１０、電力増幅部１１、補助増幅部２は、単一の回路基板２０上に実装構成される。電源部３は、冷却のためにこの回路基板２０に穴をあけて後述するベースプレート３０に直接に実装されている。なお、回路基板２０には、軽量化・低コスト化のためにガラスエポキシなどの誘電体材料が使用される。
【００１５】
回路基板２０の裏面は全面が接地面（グランド）となっている。上記の各増幅部が実装された回路基板２０と電源部３は、アルミなどの熱伝導性の良好な金属製のベースプレート３０に固定される。ベースプレート３０の裏面には放熱フィンが装着ないし形成されており、フィン間に冷却風を流すことにより、増幅部や電源部が発生する熱を放熱する構造となっている。
【００１６】
図２において、各増幅部の領域はシールド板２２により周囲を囲まれている。また、各領域の内部においても必要な箇所にシールド板２２が設けられている。これらのシールド板は、各増幅部が放射する電磁波が他の増幅部に漏れ込むことによる発振や歪性能の劣化を防止するために設けられており、漏れ電磁波のアイソレーションを確保するためのものである。
【００１７】
また、各増幅部の回路基板上の配置についても、アイソレーションが確保されるように最適化がはかられている。具体的には、歪性能の劣化を防止するために主増幅部１と補助増幅部２との距離を確保するように配置している。そのために主増幅部１と補助増幅部２との間に電源部３を配置している。電源部３は回路基板２０に穴を設け、直接ベースプレート３０に設置される。
【００１８】
また、主増幅部１については、電力増幅部１１が前置増幅部１０より、より回路基板内の（またはベースプレート内の）中央に近い位置（電源部３に近い位置）に配置されている。これは、電力増幅部１１が他の増幅部に比べ発熱量が大きく高温になりやすいために、ベースプレート中央部の冷却効率の高い位置に設置し、温度を下げる必要があるためである。また、主増幅部１内では電力増幅部１１の出力から前置増幅部１０の入力側への電磁波の回りこみによる発振が心配される。そのために上述の通り、前置増幅部１０と電力増幅部１１を独立のブロックに分離し、それぞれをシールド板で囲うようにして主増幅部１内でのアイソレーションを確保している。上記の各増幅部が実装された回路基板２０は、後述する金属カバーによりふたをされる。
【００１９】
次に、電力増幅部１１内の構造について説明する。電力増幅部１１は複数個のＦＥＴ素子（図では４個）を並列接続し、その出力を電力合成する仕組みになってい。これらのＦＥＴ素子は、図に示すように、横並びに実装配置されている。このＦＥＴ素子は、発熱量が多いために、より冷却する必要がある。そのために回路基板２０に穴をあけ、直接にベースプレート３０に装着されている。
【００２０】
図２（ｂ）にＦＥＴ素子の実装構造部の詳細を示す（図２（ａ）のＡ−Ａ断面）。ＦＥＴ素子の上面には熱伝導性のシリコンシートが敷かれている。また、ＦＥＴ取付金具が金属カバーに固定されている。回路基板２０を金属カバーによりふたをすると、上記取付金具がシリコンシートを介してＦＥＴ素子をベースプレート側へ押さえつけるので、ＦＥＴ素子底面のベースプレートへの密着度が向上する。このように発熱部品のベースプレートへの密着度を向上させることで、冷却効率はさらに向上する。なお、弾力性を有するシリコンシートをＦＥＴ素子と取付金具の間に設けることににより、ベースプレートへ実装されたＦＥＴ素子の高低段差を吸収することができ、取付金具によるばらつきの少ない押えつけが可能となる。
【００２１】
図２（ｃ）は金属カバー部分の構成を示す（図２（ａ）のＢ−Ｂ断面）。金属カバーにはシールド板に相当する位置に導電性のソフトシールド部材が貼り付けられている。これは弾力性のある部材であるが、その表面が導電性を有する。この金属カバーを回路基板にふたをし装着した場合に、シールド板上部がソフトシールド部材のほぼ中央部を押さえつけ金属カバーと電気的に接続される。これにより各増幅部はシールド板及び金属カバーにより覆われた遮蔽空間となるため、シールド効果が向上する。また、本ソフトシールド部材は、弾力性に富むやわらかい部材であり、シールド板を包むように接触するので、電気的接触がより確実に行われる。さらに、ハードシールド部材に比べ軽いために、回路全体の軽量化にもつながる。
【００２２】
また、金属カバーの外周端部は、金属板の端を金属カバー内側に折り曲げた構造であるガイド曲げを有する。このガイド曲げは、金属カバー端部に貼り付けられたソフトシールドにおいても、そのほぼ中央部をシールド板が押えることができるようにするためのものである（図２（ｃ）に示すとおり）。このガイド曲げがない場合には、シールド板がソフトシールドの端の部分を押さえつけ、シールド板とソフトシールドの電気的接触が不完全となるおそれがある。
【００２３】
なお、上記説明では、フィードフォワード方式の回路を前提に、各機能ブロックの配置を説明したが、電磁波干渉を避けたい２以上の高周波機能部の間に電源部を配置するという考え方は、小型化のため同一の回路基板上に実装することを要する他の高周波回路にも適用できる。例えば、信号を増幅し出力する増幅部、この増幅部の入力信号または出力信号を高周波的に処理する高周波機能部、上記増幅部と高周波機能部に電力を供給する電源部を備えた高周波回路の場合には、上記増幅部と高周波機能部とを単一の回路基板上に配置し、上記電源部を上記増幅部と高周波機能部との間の位置に配置すれば、増幅部と高周波機能部との間の距離が離れるため、より良好なアイソレーションを確保することができる。
【００２４】
図３は、この発明の実施の形態１に係る電力増幅部１１を構成するＦＥＴ素子への電源供給線（バイアス線）の引き回しの説明図である。従来の電源供給線は、（ａ）に示すように電源供給線が特に隔離・遮蔽されることなく、回路基板上を引き回されていた。このような電源供給線の引き回しでは、電源供給線に回路内の漏れ電磁波などが雑音として重畳し、回路性能の特性劣化を引き起こす要因となっていた。本発明では、図２（ｂ）で示したＦＥＴ押え金具と金属カバーで形成される空洞部を電源供給線の隔離に利用するものである。上記空洞部に電源供給線を通すことで電源供給線は外部から遮蔽され、雑音の重畳を低減することが可能となる。
【００２５】
図４には、この発明の実施の形態１に係る電力増幅部１１を構成するＦＥＴ素子への電源供給線引き回しの他の実施例を示す。図３では、ＦＥＴ押え金具と金属カバーで形成される空洞部を利用したが、本実施例の場合は、ベースプレートに溝を掘り、回路基板裏面とベースプレートとで形成される空洞部を利用するものである。このようにすれば、図に示すように電源部と電力増幅部とを最短の距離で接続することが可能となる。その結果、電源供給線への雑音重畳のさらなる低減、電源供給線による供給電圧の低下防止を図ることができる。
【００２６】
図５は、この発明の実施の形態１に係るシールド板の構造及び回路基板への取り付けの説明図である。シールド板２２には、回路基板２０へ固定するための突起部が設けられている。回路基板２０には、この突起部が差し込まれる固定用スルーホールが設けられている。また、上記の突起部には長幅の突起部と短幅の突起部の２種類がある。短幅の突起部は主として金属板の固定用に用いられる。長幅の突起部は固定用に用いられるほか、回路基板内での漏れ電磁波の遮蔽の効果も有する。長幅の突起部と短幅の突起部は交互に設けるのが望ましい。これは、長幅の突起部が連続すると、回路基板にも長幅のスルーホールが連続して設けられることなり、回路基板の強度が落ちるためである。
【００２７】
シールド板２２は、リフロー処理により回路基板２０へ半田付け固定される。回路基板裏面の固定用スルーホール周囲には、ソルダーレジストが塗布されている。これは、リフロー処理時に回路基板裏面に半田が拡散し、半田による盛り上がりができるのを防止するためである。この半田による盛り上がりは、回路基板裏面の平坦度を悪化させ、回路基板のベースプレートへの密着度が悪くなる。その結果、増幅部の発する熱がベースプレートに伝わらず冷却性能を劣化させたり、十分に回路基板が接地されず電気性能を劣化させる要因となる。
【００２８】
図６はこの発明の実施の形態１に係る回路基板のベースプレート上の配置と冷却風の方向との関係の説明図である。図中、フロントパネルはベースプレートに固定されるものであり、本高周波回路の前面側を示す。フロントパネルには、外部装置と本回路を接続するためのコネクタや、スイッチ類が配置されている。図６（ａ）のケースは、フロントパネル面と直交する方向（図では横方向）にＦＥＴ素子が並び、フロントパネル面と並行する方向（図では下方向、ＦＥＴ素子の並びと直交する方向）から冷却風が送られる場合を示す。これは、ＦＥＴ素子の並びの方向と直交する方向から冷却風を送ることとにより、ＦＥＴ素子毎の冷却のバラツキを少なくするためである。したがって、放熱フィンの並びの方向は送風方向と平行となるように並んでいる。
【００２９】
図６（ｂ）のケースは、回路基板を図６（ａ）の場合から９０度回転させた配置としたものである。この場合にはＦＥＴ素子の並びの方向と直交する方向から冷却風を送るために、フロントパネル面側から（図では右方向から）冷却風を送ることとなる。冷却風の方向は、本回路が装着される装置の構成によりフロントパネル側からなる場合も、フロントパネルと直交する方向となる場合もありうる。上記のような装置仕様により変わる様々なケースに対応するために、回路基板及びベースプレートを正方形状（、またはほぼ正方形状）とするのが望ましい。このようにすると、回路基板の向きを変えるだけで、仕様に応じて同一の回路基板を用いて共通のベースプレートへの固定が可能となり、汎用性に富むこととなる。
【００３０】
次に、回路基板２０への電子・機械部品の実装方法について説明する。部品の実装はリフロー処理でおこなうのが望ましい。リフロー処理とは、回路基板上の電子部品及び機構部品の固定箇所に半田ペーストを塗布しておき、上記部品を自動または手動で対応箇所に仮置きし、その後、熱炉を通して上記半田ペーストを固化させ、部品を回路基板に固定する実装方法である。このリフロー処理は組立工程の自動化に適しており、量産品の製造組立に向いている。
【００３１】
本発明においては、上記回路基板にシールド用の金属板を固定する固定用スルーホールを形成し、上記回路基板上の上記主増幅部、補助増幅部の各増幅部を構成する電気部品及び上記電磁波シールド用の金属板が配置される対応箇所に半田ペーストを塗布し、上記電気部品を対応箇所に配置し、上記電磁波シールド用の金属板を固定用スルーホールに配置し、上記電気部品及び上記電磁波シールド用金属板をリフロー処理で上記回路基板に固定するという手順で高周波回路の組立をおこなうこととなる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施の形態１による高周波回路の電気ブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による高周波回路の機能ブロック配置図である。
【図３】この発明の実施の形態１による電力増幅部を構成するＦＥＴ素子への電源供給線引き回しの説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１による電力増幅部を構成するＦＥＴ素子への電源供給線引き回しの他の例を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１によるシールド板の構造及び回路基板への取り付けの説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１による回路基板のベースプレート上の配置と冷却風の方向との関係の説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  主増幅部、  ２  補助増幅部、  ３  電源部、  ４  電力分配器、  ５  電力合成・分配器、  ６  電力合成器、  １０  前置増幅部、  １１  電力増幅部、  ２０  回路基板、  ２２  シールド板、  ３０  ベースプレート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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