(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材からなるメイン筐体と、このメイン筐体内に配置された第１の回路基板と、この第１の回路基板と区画された状態で前記メイン筐体内に配置された金属材からなるサブ筐体と、このサブ筐体の内部に密閉状態で配置された第２の回路基板とを備え、前記第１の回路基板には中間周波増幅回路と局部発振回路の回路部品が実装され、前記第２の回路基板には前記中間周波増幅回路から入力される中間周波信号と前記局部発振回路から入力される局部発振信号とを周波数変換して電力増幅する混合電力増幅回路の回路部品が実装されていることを特徴とする電子回路ユニット。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記混合電力増幅回路の回路部品が周波数変換器とフィルタおよび複数の電力増幅器を含み、これら電力増幅器の少なくとも一部が半導体ベアチップからなることを特徴とする電子回路ユニット。
【請求項３】
請求項２の記載において、前記第２の回路基板に透孔が開設されており、前記半導体ベアチップがこの透孔を挿通して前記サブ筐体の内底面に対向していることを特徴とする電子回路ユニット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの記載において、前記サブ筐体が前記メイン筐体よりも熱伝導性の良い金属材で構成されていることを特徴とする電子回路ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星通信用送信機等のマイクロ波機器に使用される電子回路ユニットに係り、特に、実装される回路部品の一部がパワーアンプを含んでいる回路構成に用いて好適な電子回路ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波機器である衛星通信用送信機の電子回路ユニットにおいては、一般的に、１枚の回路基板上に中間周波増幅回路と局部発振回路および混合電力増幅回路が設けられており、この回路基板は金属製のフレーム内に収納されてカバーで覆われるようになっている。ここで、中間周波増幅回路は電子回路ユニットに入力された中間周波信号をある程度のレベルまで増幅し、混合電力増幅回路はミキサで中間周波増幅回路からの中間周波信号を局部発振回路から出力される局部発振信号に基づいて所定の高周波信号に周波数変換した後、この高周波信号をバンドパスフィルタによって所定帯域のみ通過させ、さらに電力増幅器（パワーアンプ）で十分な増幅度が得られるまで増幅して電子回路ユニットから出力するようになっている。
【０００３】
このようなマイクロ波機器用電子回路ユニットでは、例えば混合電力増幅回路からの高周波が局部発振回路に漏れ込むと、出力信号が変動するおそれがあるため、回路基板上に実装された回路部品を所望回路毎にシールドする必要がある。そこで、かかるシールド構造として従来は、１枚の回路基板をフレームの内壁と仕切板によって複数区画に分割し、各区画内に混合電力増幅回路や局部発振回路等を構成する回路部品をそれぞれ実装するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、衛星通信に使用される周波数帯域が高くなり、例えばミリ波帯と呼ばれる２０〜４０ＧＨｚの周波数が使用されるようになると、前述した従来の電子回路ユニットで採用されているシールド構造では、混合電力増幅回路からの高周波を他の回路に対して確実にシールドできなくなるという問題が発生する。また、このように周波数帯域が高くなると、混合電力増幅回路の電力増幅器に要求される増幅度が大きくなり、それに伴って電力増幅器の発熱量が多くなるため、この発熱によって他の回路が悪影響を受けるという問題が発生する。さらに、このように増幅度の大きい電力増幅器をパッケージＩＣとして入手することは困難で、半導体ベアチップからなる電力増幅器をワイヤーボンディングするという手法が予測されるため、半導体ベアチップを含む混合電力増幅回路の気密性を確保しなければならないという新たな問題が発生する。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、出力信号の変動が少なく高性能な電子回路ユニットを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電子回路ユニットでは、金属材からなるメイン筐体と、このメイン筐体内に配置された第１の回路基板と、この第１の回路基板と区画された状態で前記メイン筐体内に配置された金属材からなるサブ筐体と、このサブ筐体の内部に密閉状態で配置された第２の回路基板とを備え、前記第１の回路基板には中間周波増幅回路と局部発振回路の回路部品が実装され、前記第２の回路基板には前記中間周波増幅回路から入力される中間周波信号と前記局部発振回路から入力される局部発振信号とを周波数変換して電力増幅する混合電力増幅回路の回路部品が実装されている構成にした。
【０００７】
このように構成された電子回路ユニットでは、混合電力増幅回路の回路部品がサブ筐体の内部に密閉状態で配置された第２の回路基板に実装されているため、混合電力増幅回路をメイン筐体内の第１の回路基板に実装された他の回路に対して、電気的なシールドのみならず機械的な気密性を確保できると共に、混合電力増幅回路の回路部品の発熱をサブ筐体を介してメイン筐体の外部に容易に放熱することができる。
【０００８】
上記の構成において、混合電力増幅回路の回路部品が周波数変換器とフィルタおよび複数の電力増幅器を含み、これら電力増幅器の少なくとも一部を半導体ベアチップで構成することが好ましい。その際、半導体ベアチップを第２の回路基板上にワイヤーボンディングしても良いが、半導体ベアチップを第２の回路基板に開設した透孔を挿通してサブ筐体の内底面に対向させると、該半導体ベアチップからの発熱をサブ筐体に効率良く伝達できて好ましい。
【０００９】
また、上記の構成において、サブ筐体とメイン筐体は同一の金属材で形成しても良いが、サブ筐体をメイン筐体よりも熱伝導性の良い異種の金属材で形成すると、サブ筐体からメイン筐体に伝わる熱量を抑えることができて好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は電子回路ユニットの全体構成を示す斜視図、図２は電子回路ユニットの内部構造を示す平面図、図３は電子回路ユニットの分解斜視図、図４は放熱体の斜視図、図５は放熱体の内部構造を示す断面図、図６はサブ筐体の内部構造を示す斜視図、図７はメイン筐体と放熱体の取付け状態を示す説明図、図８はメイン筐体と放熱体の取付け部分を裏面側から見た分解斜視図、図９は導波管構造の断面図、図１０は電子回路ユニットを含む衛星通信システムの全体構成図、図１１は回路構成の説明図である。
【００１１】
本実施形態例に係る電子回路ユニットは衛星通信システムの中で使用される衛星通信用送信機（マイクロ波機器）への適用例であり、図１０に示すように、この衛星通信システムは、モジュレータやチューナ等を内蔵するインドアユニットと、衛星通信用送信機と衛星通信用受信機とデュプレクサおよびホーン等を内蔵するアウトドアユニットとで構成されている。このような衛星通信システムにおいては、モジュレータから入力された中間周波信号は衛星通信用送信機で所定周波数に変換され、電力増幅された高周波信号として衛星通信用送信機から出力された後、導波管とデュプレクサを経てホーンから衛星に向けて送信される。一方、衛星から送信された信号はホーンから入力した後、デュプレクサから別の導波管内を伝播して衛星通信用受信機で受信され、衛星通信用受信機からインドアユニットのチューナに出力される。
【００１２】
図１１に示すように、上記した衛星通信用送信機は中間周波増幅回路１と局部発振回路２および混合電力増幅回路３とを有し、中間周波増幅回路１にはインドアユニットのモジュレータから入力端子４を介して２．５ＧＨｚ〜３ＧＨｚが入力される。中間周波増幅回路１に入力された中間周波信号は増幅器５である程度のレベルにまで増幅された後、温度補正器６を介して混合電力増幅回路３に出力される。この温度補正器６は増幅器５の増幅度が周囲環境温度によって増減する変化を補うものであり、周囲環境温度が高くなって増幅器５の増幅度が減少した場合には中間周波信号を増幅するように働き、逆周囲環境温度が低くなって増幅器５の増幅度が増加した場合には中間周波信号を減衰するように働く。つまり、温度補正器６は周囲環境温度が上／下方向に変化してもほぼ一定の信号レベルの中間周波信号を混合電力増幅回路３に出力するように働く。
【００１３】
局部発振回路２は電圧制御発振器（ＶＣＯ）７と発振信号増幅回路部８および基準発振回路部９とで構成され、電圧制御発振器７から出力された９ＧＨｚの発振信号は発振信号増幅回路部８の増幅器１０に入力される。この増幅器１０の出力、つまり、９ＧＨｚの発振信号は３逓倍器１１を介して２７ＧＨｚの発振信号に変換された後、該２７ＧＨｚの発振信号のみを通過させるバンドパスフィルタ１２を介して混合電力増幅回路３に出力される。一方、基準発振回路部９の基準発振器１３から出力された４０ＭＨｚの発振信号は、次段の３逓倍器１４を介して１２０ＭＨｚの周波数に変換された後、増幅器１５で増幅されてサンプリングフェ−ズディディクタ（以下、ＳＰＤと称する）１６に入力される。このＳＰＤ１６には、増幅器１５で増幅された１２０ＭＨｚの発振信号と、電圧制御発振器７から増幅器１０を介して出力された発振信号とが入力され、これら２つの信号の位相差によって生じる位相比較誤差信号が発生する。すなわち、電圧制御発振器７と増幅器１０とＳＰＤ１６および増幅器１７の閉ル−プによってＰＬＬ回路が構成され、このＰＬＬ回路により電圧制御発振器７が９ＧＨｚの信号で安定的に発振するため、前述したように、電圧制御発振器７から出力された９ＧＨｚの発振信号が増幅器１０で増幅されて３逓倍器１１に入力される。なお、基準周波数発振器１３の４０ＭＨｚ発振信号のうち、一部の発振信号は１／４分周器１８を介して１０ＭＨｚの発振信号としてＸ−ＴＡＬ信号出力端子１９に導出され、Ｘ−ＴＡＬ信号出力端子１９から図示しない外部回路へ出力されることにより、種々回路の基準発振信号として使われる。
【００１４】
混合電力増幅回路３の周波数変換器２０（ミキサ）は、中間周波増幅回路１の温度補正器６から出力された中間周波信号（２．５ＧＨｚ〜３ＧＨｚ）と、局部発振回路２のバンドパスフィルタ１２から出力された２７ＧＨｚの発振信号とを入力し、その出力に２９．５ＧＨｚ〜３０ＧＨｚの高周波信号を出力するものである。この周波数変換器２０から出力された２９．５ＧＨｚ〜３０ＧＨｚの高周波信号は、次段のバンドパスフィルタ２１で所望帯域のみを通過させた後、電力増幅器２２に入力され、さらにバンドパスフィルタ２３を介して所望帯域のみを通過させた後、その高周波信号が電力増幅器２４に入力される。この電力増幅器２４ではある程度の高周波電力レベルになっているが、空中に放射すべく十分に大電力の増幅度が得られるように、今度は並列接続されている最終段の電力増幅器２５，２５に入力され、その出力を十分に高めた状態で出力端子２６（プローブ）から導波管へと出力される。
【００１５】
本実施形態例に係る電子回路ユニットは、上記のような回路構成を有する衛星通信用送信機として使用されるものであり、図１〜図３に示すように、この電子回路ユニットはフレームを構成するメイン筐体３０と放熱体３１とを備えており、この放熱体３１は互いに接合・一体化されたサブ筐体３２と放熱プレート３３によって構成されている。
【００１６】
メイン筐体３０は上面を開放した概略有底形状に形成されており、このメイン筐体３０はアルミニウム材を用いてダイキャスト成形されている。メイン筐体３０の一側壁の外表面には第１の導波管用溝部３４が設けられると共に、その側壁から底面の一部にかけて開口３０ａが形成されている。また、メイン筐体３０の一側壁の外表面には第１の導波管用溝部３４を覆うように蓋体３５がねじ止めされており、この蓋体３５もアルミニウム材を用いてダイキャスト成形されている。メイン筐体３０の内部には第１の回路基板３６が配設されており、この第１の回路基板３６の一隅部は開口３０ａの形状に合わせて切り欠かれている。第１の回路基板３６には、図１１に示した回路構成のうち混合電力増幅回路３を除く中間周波増幅回路１と局部発振回路２の回路部品が実装されている。また、メイン筐体３０の側壁上面にはカバー３７がねじ止めされており、メイン筐体３０の上面開放端はこのカバー３７によって覆われている。
【００１７】
図４〜図６に示すように、サブ筐体３２は上面を開放した有底形状に形成されており、その内部に第２の回路基板３８が配設されている。サブ筐体３２の上面の開放端にはカバー３９が被着されており、このカバー３９によってサブ筐体３２の内部は密閉されている。また、サブ筐体３２の一側面には第２の導波管用溝部４０が設けられている。サブ筐体３２とカバー３９はメイン筐体３０の材料であるアルミニウムに比べて熱伝導性の良い銅材で形成されており、その表面には腐食防止用として金メッキが施されている。第２の回路基板３８には図１１に示した回路構成の混合電力増幅回路３が実装されており、第１の回路基板３６に実装された中間周波増幅回路１および局部発振回路２と、第２の回路基板３８に実装された混合電力増幅回路３とは、メイン筐体３０の内部でサブ筐体３２とカバー３９を介して区画されている。
【００１８】
第２の回路基板３８は金属材からなる複数の取付体４１をねじ止めすることによりサブ筐体３２の内底面に固定されており、これら取付体４１によって第２の回路基板３８は複数の領域に区画されている。図示省略してあるが、前述した混合電力増幅回路３の回路部品のうち、周波数変換器２０やバンドパスフィルタ２１，２３は第２の回路基板３８上の各領域に実装されており、出力端子２６であるプローブ４２は第２の回路基板３８の端部からサブ筐体３２の第２の導波管用溝部４０内へ突出している。また、それ以外の回路部品である電力増幅器２２，２３，２５は大きな増幅度が必要とされる素子であるため、いずれも半導体ベアチップ４３によって構成されている。これら半導体ベアチップ４３は第２の回路基板３８に開設された透孔３８ａ内に挿入され、導電性接着剤を用いてサブ筐体３２の内底面に固着されると共に、第２の回路基板３８上の図示せぬ導電パターンにワイヤーボンディングされている。
【００１９】
放熱プレート３３もメイン筐体３０の材料であるアルミニウムに比べて熱伝導性の良い銅材で形成されており、その表面には腐食防止用としてニッケルメッキが施されている。放熱プレート３３は凸状の突出部３３ａを有しており、この突出部３３ａの幅寸法はメイン筐体３０の開口３０ａよりも若干小さく設定されている。放熱プレート３３の突出部３３ａ上にはサブ筐体３２の底面が放熱シート４４を介して接合・一体化されており、前述したように、これらサブ筐体３２と放熱プレート３３の一体品によって放熱体３１が構成されている。放熱シート４４はシリコン系樹脂等の粘着性を有するシート状体であり、サブ筐体３２と放熱プレート３３の接触面の微細な凹凸が放熱シート４４によって均されれている。図７に示すように、この放熱体３１は開口３０ａ内に挿入された状態でメイン筐体３０の底面にねじ止めされているが、その際、放熱プレート３３の突出部３３ａとメイン筐体３０の開口３０ａとの間に若干の間隙Ｇを確保し、この間隙Ｇを逃げ部として放熱プレート３３の突出部３３ａがメイン筐体３０に接触しないようになっている。また、図８に示すように、メイン筐体３０の底面には開口３０ａを介して複数の凹部４５と凸部４６が連続的に形成されており、メイン筐体３０の底面と放熱プレート３３が凸部４６を接触面として一体化されるようになっている。すなわち、各凸部４６間に位置する凹部４５によってメイン筐体３０の底面と放熱プレート３３との接触面積が少なくなっており、放熱プレート３３からメイン筐体３０へ熱を伝わりにくくしている。
【００２０】
蓋体３５の外表面には板厚方向へ突出するフランジ部３５ａが一体形成されており、このフランジ部３５ａを貫通するように導波管用孔部４７が穿設されている。前述したように、蓋体３５は開口３０ａの側部を覆うようにメイン筐体３０の一側壁の外表面に被着され、開口３０ａ内に露出するサブ筐体３２とメイン筐体３０とにそれぞれねじ止めされている。その結果、図９に示すように、メイン筐体３０の第１の導波管用溝部３４とサブ筐体３２の第２の導波管用溝部４０が蓋体３５の平坦な内表面によって覆われ、これら第１および第２の導波管用溝部３４，４０と蓋体３５によって導波管が構成されている。ここで、第１の導波管用溝部３４の端部には導波管の軸芯と略４５度交差する傾斜面３４ａが形成されており、第１の導波管用溝部３４と蓋体３５の導波管用孔部４７とはこの傾斜面３４ａの近傍で連続している。したがって、混合電力増幅回路３のプローブ４２から出力される高周波信号は、第２の導波管用溝部４０から第１の導波管用溝部３４内を伝播して傾斜面３４ａで反射した後、導波管用孔部４７内を通って蓋体３５のフランジ部３５ａから導出される。なお、フランジ部３５ａの端面には図９の２点鎖線で示す他の導波管４８が取り付けられ、前述したように、この導波管４８はデュプレクサに接続されている（図１０参照）。
【００２１】
このように構成された電子回路ユニットでは、メイン筐体３０内に配置した第１の回路基板３６に中間周波増幅回路１と局部発振回路２の回路部品を実装し、サブ筐体３２とカバー３９の内部に密閉状態で配置した第２の回路基板３８に混合電力増幅回路３の回路部品を実装したため、混合電力増幅回路３をメイン筐体３０の内部で中間周波増幅回路１や局部発振回路２に対して確実にシールドすることができる。したがって、衛星通信に使用される周波数帯域が例えば３０ＧＨｚ程度まで高くなったとしても、混合電力増幅回路３からの高周波信号が他の回路に漏れ込むことがなくなり、出力変動の変動を防止することができる。
【００２２】
また、サブ筐体３２の内部に配置した第２の回路基板３８をカバー３９で密閉したため、大きな増幅度が要求される混合電力増幅回路３の電力増幅器２２，２４，２５を半導体ベアチップ４３で構成しても、これら半導体ベアチップ４３が湿気等で腐食することを防止できる。さらに、サブ筐体３２の底面に放熱プレート３３を一体化して放熱体３１となし、この放熱体３１をメイン筐体３０の材料（アルミニウム）よりも熱伝導性の良い銅材で形成したため、半導体ベアチップ４３の発熱を放熱体３１（サブ筐体３２と放熱プレート３３）から外部へ放熱し易くなり、メイン筐体３０の内部の温度上昇を抑えることができる。しかも、半導体ベアチップ４３を第２の回路基板３８に開設した透孔３８ａに挿入し、導電性接着剤を用いてサブ筐体３２の内底面に固着したため、半導体ベアチップ４３の発熱がサブ筐体３２に直接伝達され、効率良く放熱することができる。
【００２３】
なお、上記した実施形態例では、混合電力増幅回路３の全ての電力増幅器２２，２４，２５を半導体ベアチップ４３で構成した場合について説明したが、これらの一部をパッケージＩＣで構成することも可能であり、また、半導体ベアチップ４３は第２の回路基板３８上に直接実装しても良い。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２５】
第１の回路基板に中間周波増幅回路と局部発振回路の回路部品を実装し、メイン筐体内に第１の回路基板と区画された状態でサブ筐体を配置すると共に、このサブ筐体の内部に密閉状態で配置された第２の回路基板に混合電力増幅回路の回路部品を実装したため、混合電力増幅回路をメイン筐体内の第１の回路基板に実装された他の回路に対して、電気的なシールドのみならず機械的な気密性を確保できると共に、混合電力増幅回路の回路部品の発熱をサブ筐体を介してメイン筐体の外部に容易に放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例に係る電子回路ユニットの全体構成を示す斜視図である。
【図２】該電子回路ユニットの内部構造を示す平面図である。
【図３】該電子回路ユニットの分解斜視図である。
【図４】放熱体の斜視図である。
【図５】放熱体の内部構造を示す断面図である。
【図６】サブ筐体の内部構造を示す斜視図である。
【図７】メイン筐体と放熱体の取付け状態を示す説明図である。
【図８】メイン筐体と放熱体の取付け部分を裏面側から見た分解斜視図である。
【図９】導波管構造の断面図である。
【図１０】電子回路ユニットを含む衛星通信システムの全体構成図である。
【図１１】回路構成の説明図である。
【符号の説明】
１  中間周波増幅回路
２  局部発振回路
３  混合電力増幅回路
２０  周波数変換器
２１，２３  バンドパスフィルタ
２２，２４，２５  電力増幅器
２６  出力端子
３０  メイン筐体
３０ａ  開口
３１  放熱体
３２  サブ筐体
３３  放熱プレート
３３ａ  突出部
３４  第１の導波管用溝部
３４ａ  傾斜面
３５  蓋体
３５ａ  フランジ部
３６  第１の回路基板
３７  カバー
３８  第２の回路基板
３８ａ  透孔
３９  カバー
４０  第２の導波管用溝部
４２  プローブ
４３  半導体ベアチップ
４４  放熱シート
４５  凹部
４６  凸部
４７  導波管用孔部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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