(57)【要約】【課題】２つの高周波基板の高周波線路を、伝送特性劣化と不要輻射との両方を抑制しながら接続することが可能な高周波モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】高周波信号を伝搬するマイクロストリップ線路１１０が作製された高周波用基板１１と、高周波信号を伝搬するマイクロストリップ線路１２０が作製された高周波用基板１２と、高周波基板１１、１２とそれぞれ結合し、高周波基板１１から高周波用基板１２に高周波信号を伝搬する導波管１３と、を備え、高周波基板１１、１２に作成されたマイクロストリップ線路１１０、１２０は、導波管１３内部の電磁界と結合するプローブ１１０ａ、１２０ａが形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を伝搬するマイクロストリップ線路が作製された第１の高周波用基板と、
高周波信号を伝搬するマイクロストリップ線路が作製された第２の高周波用基板と、
前記第１及び第２の高周波基板とそれぞれ結合し、前記第１の高周波基板から前記第２の高周波用基板に高周波信号を伝搬する導波管と、を備え、
前記第１及び第２の高周波基板に作成されたマイクロストリップ線路は、前記導波管内部の電磁界と結合するプローブが形成されていることを特徴とする高周波モジュール。
【請求項２】
前記導波管の口径は、当該高周波モジュールのインタフェースに用いられる他の導波管の口径と比べて小さいことを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール。
【請求項３】
前記導波管は、管方向の長さが所定値であることを特徴とする請求項１又は２記載の高周波モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミリ波帯などの高周波信号を伝搬する高周波モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１乃至４に記載されたミリ波帯高周波モジュール（主に送信機）に用いられるパワーアンプには、その出力性能や放熱性からベアチップモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）を用いることが多い。ＭＭＩＣ周辺には、回路の小型化を図るため、回路間接続にワイヤボンディング技術が用いられることが知られている。一方で高周波モジュールを構成する各要素はＱＦＮパッケージに代表されるような表面実装部品で構成することが一般的である。これら表面実装部品は、リフローを行うために低誘電体材料としてテフロン（登録商標）基板等が用いられる。テフロン（登録商標）基板とセラミック基板のように異種基板材料を用いる場合、その硬度やパターンサイズが異なるため、ワイヤボンディングで回路間接続（特に高周波線路）をするには高い実装技術が必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０７９０８５号公報
【特許文献２】特開２００６−１５７１９８号公報
【特許文献３】特開２００５−２６０５７０号公報
【特許文献４】特開平０５−０７５３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した高周波モジュールを、テフロン（登録商標）基板とセラミック基板のように異種基板材料を用いて実装する場合、その硬度やパターンサイズが異なり、ワイヤボンディングで回路間接続（特に高周波線路）をするには高い実装技術が必要とされる。
【０００５】
また、送信系の高周波モジュールには帯域外不要波に対して法規制が設けられている。例えばアップコンバータで発生する局部発振信号成分のリークに代表される不要波が使用帯域に比較的近い場合、マイクロストリップ線路で構成される平面フィルタでは、４０〜５０ｄＢと高い抑圧量を持つフィルタを実現することは難しいという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、２つの高周波基板の高周波線路を、伝送特性劣化と不要輻射との両方を抑制しながら接続することが可能な高周波モジュール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】
本発明に係る高周波モジュールは、高周波信号を伝搬する平面伝送線路が作製された第１の高周波用基板と、高周波信号を伝搬する平面伝送線路が作製された第２の高周波用基板と、前記第１及び第２の高周波基板とそれぞれ結合し、前記第１の高周波基板から前記第２の高周波用基板に高周波信号を伝搬する導波管と、を備え、前記第１及び第２の高周波基板を伝搬する平面伝送線路は、前記導波管内部の電磁界と結合するプローブが形成されたマイクロストリップ線路であることを特徴とする。
【０００８】
本態様によれば、第１及び第２の高周波基板が、それぞれプローブを介して導波管と接続することで高周波線路接続を行い、かつ、不要波帯域を抑圧することで、高周波モジュール内部のフィルタに求められる抑圧量を緩和することが可能となる。
【０００９】
本発明の他の態様に係る高周波モジュールは、前記導波管の口径が、当該高周波モジュールのインタフェースに用いられる他の導波管の口径と比べて小さいことを特徴とする。本態様によれば、例えば出力インタフェースに用いられる他の導波管の口径より小さい口径の導波管を、第１及び第２の高周波用基板するのに用いることによって、導波管カットオフを利用した使用帯域より低域側のフィルタ効果を得ることができる。
【００１０】
本発明の他の態様に係る高周波モジュールは、前記導波管は、管方向の長さが所定値であることを特徴とする。本態様によれば、導波管の長さを所定の長さに調整することで、抑圧するフィルタ効果を調整することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、２つの高周波基板の高周波線路を、伝送特性劣化と不要輻射と抑制しながら接続することが可能な高周波モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（Ａ）は、本発明が適用された高周波モジュール１の概略を示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、導波管の断面形状の各寸法について説明するための図である。
【図２】図２（Ａ）は、導波管の長さＬｗｇについて説明するための図であり、図２（Ｂ）は、導波管の長さＬｗｇに応じた伝送特性Ｓ２１の変化について説明するための図である。
【図３】図３は、送信モジュールの機能ブロック構成を説明するための図である。
【図４】図４（Ａ）は、本発明が適用された高周波モジュールを説明するための正面図であり、図４（Ｂ）は、本発明が適用された高周波モジュールを説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を実施するための形態（以下、本実施形態という。）について具体例を示して説明する。本実施形態は、ミリ波帯などの高周波信号を伝搬する高周波モジュールに関する。このような高周波モジュールの具体例として、図１に示すような、高周波モジュール１の構成について説明する。
【００１４】
（１）全体構成
図１（Ａ）は高周波モジュール１の概略を示す斜視図である。高周波モジュール１は、図１（Ａ）に示すように、高周波信号を伝搬するマイクロストリップ線路１１０が作製された高周波用基板１１と、高周波信号を伝搬するマイクロストリップ線路１２０が作製された高周波用基板１２と、高周波基板１１から高周波用基板１２に高周波信号を伝搬する導波管１３と、を備える。
【００１５】
高周波用基板１１は、例えばフッ素樹脂などの可撓性材料からなる基板であって、後述するように中間周波数（ＩＦ）信号と局部発振（ＬＯ）信号とを混合するドライバ（ＤＲＶ）回路１１ａを構成する高周波素子が、リフロー処理により実装された基板である。また、高周波用基板１１に作製されたマイクロストリップ線路１１０は、導波管１３内部の電磁界と結合するプローブ１１０ａが形成されている。
【００１６】
高周波用基板１２は、例えばセラミックなどの可塑性材料からなる基板であって、後述するように、例えば金属製キャリアを介してパワーアンプ（ＰＡ）１２ａが実装された基板である。また、高周波用基板１２に作製されたマイクロストリップ線路１２０は、導波管１３内部の電磁界と結合するプローブ１２０ａが形成されている。
【００１７】
導波管１３は、上述したプローブ１１０ａ、１２０ａとそれぞれ結合し、図１（Ａ）の矢印Ｙに示す管方向、すなわち高周波基板１１０から高周波用基板１２０に、高周波信号を伝搬する。また、当該導波管１３の口径は、当該高周波モジュール１のインタフェースに用いられる、つまり高周波基板１２の出力端と接続される他の導波管の口径と比べて小さい。具体的に、導波管１３の管方向に対して垂直な断面を、図１（Ｂ）に示すような長手方向の幅ａと短手方向の幅ｂとで決まる矩形形状とすると、導波管１３は、下記の表１に示すような遮断特性を有するフィルタとして機能する。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
遮断周波数λｃ［ＧＨｚ］は、λｃ＝２ａで算出される値である。また、表１の具体例では、高次縮退モードを防ぐため、ｂ＝ａ／２とした。
【００２０】
後述の具体例で示すように、４２ＧＨｚの高周波信号を出力する送信機の用途として、本実施形態に係る高周波モジュール１を用いる場合には、口径が３．７５９×１．８８０［ｍｍ］の導波管１３を用いることで、導波管カットオフを利用した使用帯域より低域側のフィルタ効果を得ることができる。
【００２１】
また、導波管１３は、図２（Ａ）に示すような導波管１３の長さＬｗｇを所定の長さに調整することで、抑制するフィルタ効果を調整することができる。図２（Ｂ）は、導波管の口径を３．７５９×１．８８０［ｍｍ］とし、１０〜４０ｍｍの範囲で５ｍｍごとに長さＬｗｇを変化させたときの伝送特性Ｓ２１の周波数特性を示した図である。また、下記の表２は、長さＬｗｇの長さに対応した３９．２ＧＨｚ帯のＳ２１の値を示した表である。
【００２２】
【表２】
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【００２３】
図２（Ｂ）及び表２に示す周波数特性から明らかなように、導波管１３の長さＬｗｇを長くすることで、より急峻なカットオフ特性を実現することができる。
【００２４】
（２）実施例
次に、以上のような構成からなる高周波モジュール１は、図３に示すような機能ブロック構成からなる送信モジュール３に適用することができる。
【００２５】
送信モジュール３は、例えば４２ＧＨｚの高周波信号を外部に出力するため、図３に示すように、主に、ＩＦ入力端子３１と、ＬＯ入力端子３２と、混合器３３と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３４と、パワーアンプ（ＰＡ）３５と、出力インタフェース部３７とを備える。
【００２６】
送信モジュール３では、まず、１．８〜２．８ＧＨｚ帯のＩＦ信号を、ＩＦ入力端子３１から入力して、増幅器３１１及び温度可変型ＡＴＴ３１２で増幅して混合器３３に入力する。また、送信モジュール３では、局部発振器（ＬＯ）４で発振した９．８ＧＨｚのＬＯ信号をＬＯ入力端子３２から入力し、ｘ２周波数逓倍回路３２１で３９．２ＧＨｚに逓倍し、さらにフィルタ３２２及びＡＴＴ３２４を介して混合器３３に入力する。次に、送信モジュール３では、混合器３３により、ＩＦ入力と逓倍したＬＯ信号とを混合して、ＩＦ信号を４１〜４２ＧＨｚ帯までアップロードし、ＢＰＦ３４及び増幅器３４１で所定の信号処理を施した後にＰＡ３６に入力する。次に、送信モジュール３では、ＰＡ３６で増幅した４１〜４２ＧＨｚ帯の信号を出力インタフェース部３７から外部に出力する。
【００２７】
例えばスプリアス規定で１００μＷ（=−１０ｄＢｍ）以下になるように法規制されている場合、使用するアップコンバータ、つまり混合器３３のＬＯ信号のリークが−１０ｄＢｍとなることが要求される。このような要求の下、後段の増幅器であるＰＡ３６の利得が約４０ｄＢであると、ＢＰＦ３４は、少なくとも４０ｄＢの抑圧量を実現するＬｏ  ｒｅｊｅｃｔｉｏｎフィルタとして機能しなければならない。
【００２８】
そこで、ＢＰＦ３４を、口径が３．７５９×１．８８０［ｍｍ］でＬｗｇが３５ｍｍ以上である導波管１３により実現することで、上記のＬＯ  ｒｅｊｅｃｔｉｏｎフィルタとしての機能を満たすことができる。
【００２９】
以上のような構成からなる送信モジュール３は、図４（Ａ）に示すような基板構成によって実現することができる。すなわち、図１に示す高周波基板１１に相当するテフロン（登録商標）基板４１に、ＢＰＦ３４前段の高周波素子、つまり、ＩＦ入力端子３１、増幅器３１１、温度可変型ＡＴＴ３１２、ＬＯ入力端子３２、ｘ２周波数逓倍回路３２１、フィルタ３２２、ＡＴＴ３２４、及び混合器３３を実装する。また、図１に示す高周波基板１２に相当するセラミック基板４３に、ＢＰＦ３５前段の高周波素子、つまり、増幅器３４１、ＰＡ３６、及び出力インタフェース部３７を実装する。ＰＡ３６については、金属製キャリア３６ａを介してセラミック基板４３に実装することで、良好な放熱特性を実現することができる。
【００３０】
さらに、テフロン（登録商標）基板４１及びセラミック基板４３は、図４（Ｂ）に示すように、基板面が対抗するように平行に配置する。そして、テフロン（登録商標）基板４１及びセラミック基板４３にそれぞれ作製されたプローブ４１ａ、４３ａに結合する位置に、ＢＰＦ３４に相当する導波管４２を配置することで、高周波モジュール４を完成することができる。図４から明らかなように、送信モジュール４は、上述したＢＰＦ３４の機能を導波管４２で実現することで、例えばＢＰＦ３４の機能を平面フィルタにより実現する場合に比べて、小型化を図ることができる。また、ワイヤボンディングなどの接続手法により基板間を接続すると、熱などにより基板が変形することで伝送特性の劣化を招く。一方、送信モジュール４は、プローブ４１ａ、４３ａにより導波管４２と電磁界接続するので、上記のような熱などによって基板が変形しない点で良好な伝送特性を実現することができる。
【００３１】
（３）効果
以上のような本発明が適用された高周波モジュール１及び送信モジュール３（４）は、高周波基板１１、１２を導波管１３で接続することで高周波線路接続を行い、かつ、不要波帯域を抑圧することで、高周波モジュール内部のフィルタに求められる抑圧量を緩和することが可能となる。また、ワイヤボンディングを行うことなく、２つの基板間で高周波信号を伝搬可能なので、ワイヤボンディングによる基板変形で生じるような伝送特性の劣化を防止することができる。
【００３２】
また、高周波モジュール１及び送信モジュール３（４）によれば、出力インタフェースに用いられる他の導波管の口径より小さい口径の導波管１２を、高周波用基板を接続するのに用いることによって、導波管カットオフを利用した使用帯域より低域側のフィルタ効果を得ることができる。さらに、導波管１２の長さＬｗｇを所定の長さに調整することで、抑圧するフィルタ効果を調整することができる。
【００３３】
（４）その他
なお、上記の実施形態では、導波管に接続される２つの基板について、それぞれ異なる基板材を用いたが、これに限らず同種の基板を用いることが可能である。また、本実施形態に係る高周波モジュール１は、通過帯域が上記のような４１．０〜４２．０の周波数帯に限定されることなく、適用例に応じて各部材の寸法を調整すればよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  高周波モジュール
１１、１２  高周波基板
１１０、１２０  マイクロストリップ線路
１１０ａ、１２０ａ  プローブ
１３  導波管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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