(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部を含む高周波電子部品を搭載し、伝送線路を有する絶縁性基板と、切り欠き部を有し、前記絶縁性基板を固定する金属ベースと、立壁部とこれを覆う蓋から構成され、内部に前記高周波電子部品を収納する空間と前記絶縁性基板の平面と直交する方向に空洞部を設けた金属枠体と、この金属枠体の蓋に載置される給電部を有するアンテナ基板と、前記金属枠体の空洞部に挿入する誘電体で被覆された内導体と、この内導体の一端側を前記アンテナの給電部と接続し、前記内導体の他端側を前記絶縁性基板の伝送線路と電気接続する電気接続手段とを備え、前記絶縁性基板と前記アンテナ基板との間の線路は前記金属枠体を外導体とする同軸伝送線路とし、前記内導体は、前記金属ベースの切り欠き部に突出し、高調波スタブとした高周波モジュール。
【請求項２】
発熱部を含む高周波電子部品を搭載し、伝送線路を有する絶縁性基板と、切り欠き部を有し、前記絶縁性基板を固定する金属ベースと、立壁部とこれを覆う蓋から構成され、内部に前記高周波電子部品を収納する空間及び前記絶縁性基板の平面と直交する方向に延在する空洞部を設け、前記絶縁性基板に載置された金属枠体と、この金属枠体の蓋に載置され、給電部を有するアンテナ基板と、前記金属枠体の空洞部に挿入され、誘電体で被覆され、一端側が前記アンテナ基板の給電部と接続された導体と、前記導体の他端側を前記絶縁性基板の伝送線路と電気接続する電気接続手段とを備え、前記絶縁性基板と前記アンテナ基板との間の線路は前記金属枠体を外導体とし前記導体を内導体とする同軸伝送線路とし、前記絶縁性基板の前記金属枠体との接触部には前記絶縁性基板に設けられたスルーホールを介して前記金属ベースと電気的に接続された導体パターンが形成されており、前記金属枠体の対面する立壁部の間隔が使用する高周波信号の周波数の１／２波長より小さい高周波モジュール。
【請求項３】
前記導体は、前記金属ベースの切り欠き部に突出し、高調波スタブとした請求項２に記載の高周波モジュール。
【請求項４】
複数の請求項１〜請求項３のいずれかに記載の高周波モジュールと、複数の前記高周波モジュールが一方の面にアレイ状に載置されるベース基板とを備え、このベース基板は、前記金属ベースの前記発熱部に対応する位置に前記金属ベースに密着した排熱手段を備えたアレイアンテナ装置。
【請求項５】
前記ベース基板は、夫々の前記高周波モジュールの前記金属枠体外周内に設けられた高周波信号コネクタ、制御信号コネクタ及び電源コネクタと接続される高周波信号コネクタ、制御信号コネクタ及び電源コネクタが夫々の前記高周波モジュールに対応して設けられた請求項４に記載のアレイアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高周波信号を伝送する高周波モジュール及びこれを用いたアレイアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波モジュールは、特開２００９−１７９８４３号公報に示されるように、周囲が立壁で構成された側壁で囲われた箱型の金属ケースの底面に、電子部品を実装した基板が載置され、側壁に設けられ前記基板と電気的に接続されたコネクタから前記基板の面方向に高周波信号を入出力する構成が一般的に用いられる。しかしながら、高周波モジュールにアンテナを接続してアレイアンテナ装置を構成するとき、側壁に設けられたコネクタにアンテナを接続しアレイ状に配置するため、アレイアンテナ装置が大型化する問題があった。
【０００３】
上記の問題を解決するため、特開２００５−１１７１３９号公報には能動素子を設けたセラミック基板に直交する方向に中心導体を設けて高周波信号をパッチアンテナに伝送することにより小型化されたマイクロ波モジュールと、このマイクロ波モジュールを用いて小型・薄型化されたアレーアンテナ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１７１３９号公報（図２、図７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特開２００５−１１７１３９号公報に記載のマイクロ波モジュールは、セラミック多層基板で構成され、このセラミック多層基板のパッチアンテナが設けられた一方の面の反対の面に能動素子を設けているため、能動素子の放熱性が悪い課題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、高出力増幅器等の発熱素子の温度上昇を抑える、小型・薄型化の高周波モジュールを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る高周波モジュールは、発熱部を含む高周波電子部品を搭載し、伝送線路を有する絶縁性基板と、切り欠き部を有し、前記絶縁性基板を固定する金属ベースと、立壁部とこれを覆う蓋から構成され、内部に前記高周波電子部品を収納する空間と前記絶縁性基板の平面と直交する方向に空洞部を設けた金属枠体と、この金属枠体の蓋に載置される給電部を有するアンテナ基板と、前記金属枠体の空洞部に挿入する誘電体で被覆された内導体と、この内導体の一端側を前記アンテナの給電部と接続し、前記内導体の他端側を前記絶縁性基板の伝送線路と電気接続する電気接続手段とを備え、前記絶縁性基板と前記アンテナ基板との間の線路は前記金属枠体を外導体とする同軸伝送線路とし、前記内導体は、前記金属ベースの切り欠き部に突出し、高調波スタブとしたものである。
また、この発明に係る高周波モジュールは、発熱部を含む高周波電子部品を搭載し、伝送線路を有する絶縁性基板と、切り欠き部を有し、前記絶縁性基板を固定する金属ベースと、立壁部とこれを覆う蓋から構成され、内部に前記高周波電子部品を収納する空間及び前記絶縁性基板の平面と直交する方向に延在する空洞部を設け、前記絶縁性基板に載置された金属枠体と、この金属枠体の蓋に載置され、給電部を有するアンテナ基板と、前記金属枠体の空洞部に挿入され、誘電体で被覆され、一端側が前記アンテナ基板の給電部と接続された導体と、前記導体の他端側を前記絶縁性基板の伝送線路と電気接続する電気接続手段とを備え、前記絶縁性基板と前記アンテナ基板との間の線路は前記金属枠体を外導体とし前記導体を内導体とする同軸伝送線路とし、前記絶縁性基板の前記金属枠体との接触部には前記絶縁性基板に設けられたスルーホールを介して前記金属ベースと電気的に接続された導体パターンが形成されており、前記金属枠体の対面する立壁部の間隔が使用する高周波信号の周波数の１／２波長より小さいものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、発熱部を有する電子部品を搭載した絶縁性基板が、熱抵抗が小さい金属ベースに固定されるため、電子部品の熱が効率的に排熱される。また、絶縁性基板の平面と直交する方向にアンテナ基板と接続する同軸伝送線路を設けているので、高周波モジュールが小型化される。さらには、この高周波モジュールを用いたアレイアンテナ装置の小型・薄型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１における高周波モジュールの斜視図と分解図である。
【図２】この発明の実施の形態１における高周波モジュールのアンテナ基板の給電部における断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１における高周波モジュールの電気的ブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態２における高周波モジュールのアンテナ基板の給電部における断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２における高周波モジュールのアンテナ基板の給電部における断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３における高周波モジュールを用いたアレイアンテナの斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態３において、アンテナプレートの表面に高周波モジュールが載置された状態における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における高周波モジュールの斜視図と分解図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は分解図を示している。図１（ａ）及び図１（ｂ）において、ガラスエポキシ等の絶縁体で形成され、複数の層を有し、表層及び内層に導体パターンで形成された伝送線路を有する基板１の表面には、電子部品２が複数実装され、アンテナ端子３を備え、基板１の裏面には高周波コネクタ４及び電源／制御信号用コネクタ５が実装されている。アンテナ端子３、高周波コネクタ４及び電源／制御信号用コネクタ５は基板１の伝送線路に接続されている。
【００１１】
金属ベース６はアルミニウム等の金属で構成され、第１の開口部（図示せず）と第２の開口部（図示せず）とを備え、基板１の裏面に実装された高周波コネクタ４は第１の開口部に挿入され、電源／制御信号用コネクタ５は第２の開口部に挿入されるように、基板１は金属ベース６の表面に固定されている。なお、基板１の裏面は高周波コネクタ４及び電源／制御信号用コネクタ５の実装部分を除き、全面に金属パターンが形成されている。
【００１２】
金属カバー（金属枠体）７は、金属ベース１の周囲に金属ベース１に直交した側壁とこの側壁を覆う蓋から構成されている。金属カバー７の蓋には、給電端子８と金属パターンで形成されたアンテナパターン９を備えたアンテナ基板１０が載置されている。給電端子８はアンテナ基板１０の内層に設けられた分配回路などの伝送線路を通じてアンテナパターン９に接続されている。また、給電端子８はアンテナ端子３に対向する位置に設けられている。
【００１３】
図２は、この発明の実施の形態１における高周波モジュールのアンテナ基板の給電部における断面図である。図２において、図１と同一符号は、同一部分もしくは相当部分を示し、その説明を省略する。図２（ａ）は断面図の全体図であり、図２（ｂ）はＡ部の拡大図である。図２において、金属カバー７の内部には、基板１の表面に設けられた電子部品２を収納する空間が形成され、金属カバー７の蓋には、アンテナ基板１０の給電端子８から基板１に向けて円筒状の空洞部１２ａを有するアルミニウム等の金属で構成された金属ブロック１２を備え、この金属ブロック１２は金属カバー７と一体化されている。さらに、この金属ブロック１２の空洞部１２ａは、この空洞部１２ａの中心軸の一方がアンテナ基板１０の給電端子８に延伸するように、他方が基板１のアンテナ端子３に延伸するように設けられている。
【００１４】
金属ブロック１２の空洞部１２ａにはテフロン（登録商標）等の誘電体１３で円筒状に被覆された銅などの金属線１４がこの金属線１４が金属ブロック１２の空洞部１２ａの中心軸に配置されるように挿入され、金属線１４の一方はアンテナ基板３の給電部８の給電端子８ａにはんだ付けや金属リボンにて接続され、金属線１４の他方は基板１のアンテナ端子３にはんだ付けや金属リボンにて接続されており、金属線１４を中心導体、金属ブロック１２を外導体とする同軸線路を構成している。なお、アンテナ端子３の位置に相当する金属ベース６は金属線１４が金属ベース６に接触しないように、切り欠き部１１が設けられている。
【００１５】
基板１において金属カバー７の側壁の底面との接触面には金属パターンが形成されており、この金属パターンはスルーホールを介して基板１の裏面の金属パターンに接続されている。加えて、基板１において金属ブロック１２の底面との接触面も同様の構成となっている。このように構成することにより、金属ベース１と金属カバー７とが電気的に接続されている。
【００１６】
図３は、この発明の実施の形態１における高周波モジュールの電気的ブロック図である。図３において、図１、図２と同一符号は、同一部分もしくは相当部分を示し、その説明を省略する。高周波モジュールの電気的ブロックは大きくはＲＦ回路部２１と電源／制御回路部２２に大別される。ＲＦ回路部２１と電源／制御回路部２２は基板１の表面に実装された複数の電子部品２で構成されている。
【００１７】
図１〜図３を用いて高周波モジュールの動作を説明する。図３で示す電気的ブロック図は送受信の機能を有する高周波モジュールである。送信動作時においては、高周波コネクタ４から入力した高周波信号は移相器２３において高周波信号の位相を変化させ、スイッチ２４において送信アンプ２５側へ伝送され、送信アンプ２５へ供給される。送信アンプ２５において電力増幅された高周波信号はスイッチ２６においてアンテナ端子３へ伝送されて、アンテナ基板１０から空間に送信される。
【００１８】
受信動作時においては、アンテナ基板１０で受信した高周波信号はスイッチ２６において受信アンプ２７側へ伝送され、受信アンプ２７へ供給される。受信アンプ２７において利得増幅された高周波信号はスイッチ２４において移相器２３へ伝送されて、移相器２３において高周波信号の位相を変化させた後、高周波コネクタ４から出力される。
【００１９】
ＲＦ回路部２１の移相器２３、スイッチ２４、送信アンプ２５、受信アンプ２７、スイッチ２６などの電子部品は、電源／制御回路部２２からそれぞれの電子部品用の電源電圧および制御信号が供給されることにより、所定の動作を実施する。また、電源／制御回路部２２へは電源／制御信号用コネクタ５から電源／制御回路部２２用の電源電圧および制御信号が供給される。
【００２０】
切り欠き部１１に突出している金属線１４は、使用する高周波信号の周波数の２倍波、３倍波などの高調波において、阻止する高調波の周波数の１／４波長の長さとなるように金属線１４の突出部の長さＬを設定することにより、金属線１４の突出部はアンテナ端子３においてオープンスタブとなり、所定の高調波が阻止される。
【００２１】
この発明の実施の形態１に示す高周波モジュールのように金属で囲われた密閉空間にはカットオフ周波数が存在する。カットオフ周波数は対面する側壁の間隔で決定され、対面する側壁の間隔をＷとすると、カットオフ周波数の波長λｃは、λｃ＝２Ｗで表される。ここで、カットオフ周波数ｆｃ＝ｃ／λｃ、ｃ＝光速。
【００２２】
金属で囲われた密閉空間の空間のアイソレーション量は次式で簡易表現される。
【００２３】
【数１】
0005287833.tif 000002
【００２４】
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：使用周波数の波長［ｍｍ］。
【００２５】
金属カバー７の対面する側壁の間隔を、使用する高周波信号の周波数ｆの波長λより小さくすることにより高周波モジュール内部の空間アイソレーション量が改善される。なお、金属カバー７の内部に、例えばＲＦ回路部２１と電源／制御回路部２２を分離する金属製の壁を設けて、対面する壁の間隔を小さくしても良い。
【００２６】
このような構成とすることにより、送信アンプ２５及び受信アンプ２７は電子部品が発熱する発熱部品であり、これら発熱部品が実装された基板１が金属ベース６の表面に固定されているため、発熱部品の熱は、効率よく金属ベース６に排熱され、発熱部品の温度上昇が抑制される。また、基板１の表面と直交する方向にアンテナ基板１０と接続する同軸線路を設けているので、高周波モジュールが小型化される。
【００２７】
この発明の実施の形態１では、高周波モジュールは図３に示す送受信モジュールとしたが、送信モジュールや受信モジュールでも良い。
【００２８】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２における高周波モジュールのアンテナ基板の給電部における断面図の拡大図である。図４において図２と同一符号は、同一部分もしくは相当部分を示し、その説明を省略する。この発明の実施の形態１において、アンテナ基板１０と基板１とは、金属カバー７と一体化された中空部を有する金属ブロック１２内に形成された同軸線路を用いて接続されていたが、アンテナ基板１０および基板１のそれぞれに高周波コネクタを設けて、この高周波コネクタを嵌合することにより接続しても良い。
【００２９】
図４において、アンテナ基板８に実装されたアンテナコネクタ３１ａは、基板１に実装された基板コネクタ３１ｂの内部に挿入されて嵌合している。このような構造とすることにより、アンテナ基板３が載置された金属カバー７と基板１が固定された金属ベース６の分離／装着が容易に実施される。
【００３０】
なお、コネクタを用いたアンテナ基板８と基板１との接続は、図５に示すようにアンテナコネクタ３２ａと基板コネクタ３２ｂは同じコネクタを用い、両コネクタの間に中継コネクタ３２ｃを介在させる構造としても良い。図５（ａ）は、アンテナコネクタ３２ａと基板コネクタ３２ｂの嵌合状態を示す図、図５（ｂ）は、アンテナコネクタ３２ａと基板コネクタ３２ｂの分離状態を示す図である。図５において、図４と同一符号は、同一部分もしくは相当部分を示し、その説明を省略する。
【００３１】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３における高周波モジュールを用いたアレイアンテナの斜視図である。図６において、高周波モジュール１０１は、樹脂製の多層基板とアルミニウムなどの金属プレートとで構成されたアンテナプレート４１の表面に、隣接するように載置されている。
【００３２】
図７は、この発明の実施の形態３において、アンテナプレートの表面に高周波モジュールが載置された状態における断面図である。図７において、図１〜図３と同一符号は、同一部分もしくは相当部分を示し、その説明を省略する。図７において、アンテナプレート４１の多層基板４１ａの表面には、高周波モジュール１０１の金属ベース６の第１および第２の開口部に設けられた高周波コネクタ４および電源／制御信号用コネクタ５とそれぞれ接続される高周波コネクタ４２と電源／制御信号用コネクタ４３が設けられている。
【００３３】
さらに、高周波モジュール１０１の送信アンプ２５や受信アンプ２７などの発熱部品が実装されている箇所に相当する金属ベース６の裏面に、アンテナプレート４１の多層基板４１ａに組み込まれたアルミニウムなどの金属で構成された電熱ブロック４４の一方の面が密着している。電熱ブロック４４の他方はアンテナプレート４１の金属プレート４１ｂにねじなどで固定もしくは金属プレート４１ｂと一体化されており、金属プレート４１ｂの内部にはヒートパイプ４５が埋設されている。
【００３４】
この発明の実施の形態１で説明したように、送信アンプ２５や受信アンプ２７などの発熱部品の熱は、高周波モジュール１０１の金属ベース６に排熱される。金属ベース６に排熱された熱は電熱ブロック４４にてアンテナプレート４１の金属プレート４１ｂへと伝達され、ヒートパイプ４５にてアレイアンテナの外部へと排熱される。
【００３５】
このような構成とすることにより、高周波モジュール１０１の発熱部品の熱は、ヒートパイプ４５によりアレイアンテナの外部へと排熱されるので、発熱部品の温度上昇は高周波モジュール単体のときよりも抑制される。さらに、電熱ブロック４４を発熱部品が実装されている箇所に相当する金属ベース６の裏面に密着させることにより、効率良く熱が排熱される。
【符号の説明】
【００３６】
１  基板
２  電子部品
３  アンテナ端子
４  高周波コネクタ
５  電源／制御信号用コネクタ
６  金属ベース
７  金属カバー（金属枠体）
８  給電端子
９  アンテナパターン
１０  アンテナ基板
１１  切り欠き部
１２  金属ブロック、  １２ａ  空洞部
１３  誘電体
１４  金属線
２１  ＲＦ回路部
２２  電源／制御回路部
２３  移相器
２４  スイッチ
２５  送信アンプ
２６  スイッチ
２７  受信アンプ
３１ａ  アンテナコネクタ、  ３１ｂ  基板コネクタ
３２ａ  アンテナコネクタ、  ３２ｂ  基板コネクタ、  ３２ｃ  中継コネクタ
４１  アンテナプレート、  ４１ａ  多層基板、  ４１ｂ  金属プレート
４２  高周波コネクタ
４３  電源／制御信号用コネクタ
４４  電熱ブロック
４５  ヒートパイプ
１０１  高周波モジュール
【図１】
0005287833.tif 000003
【図２】
0005287833.tif 000004
【図３】
0005287833.tif 000005
【図４】
0005287833.tif 000006
【図５】
0005287833.tif 000007
【図６】
0005287833.tif 000008
【図７】
0005287833.tif 000009