(57)【要約】【課題】変形や割れを与えず、高周波特性への影響が低い状態で高周波基板を固定する。【解決手段】高周波基板固定治具（１）は、吸引孔（２４）を有し、吸引孔（２４）の上端が上面の高周波基板（２）の配置位置に開口され、下端が下面に開口されている治具基板（１１）と、治具基板（１１）の下面の吸引孔（２４）の下端の位置に設けられ、吸引装置が接続される吸着パッド（１５）とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特性の測定対象の高周波基板を固定する高周波基板固定治具において、
貫通孔である吸引孔を有し、前記吸引孔の上端が、上面の前記高周波基板の配置位置に開口され、下端が下面に開口されている治具基板と、
前記治具基板の下面における前記吸引孔の下端の位置に設けられ、空気を吸引する吸引装置が接続される吸引パッドとを備えていることを特徴する高周波基板固定治具。
【請求項２】
前記治具基板は、貫通孔である電磁波入力孔を有し、前記電磁波入力孔の上端が、前記高周波基板の配置位置における前記高周波基板の電磁波の入力部と対向する位置に開口され、下端が下面に開口され、
前記治具基板の下面における前記電磁波入力孔の下端の位置に、前記高周波基板の測定装置が接続される導波管が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の高周波基板固定治具。
【請求項３】
前記高周波基板における第１の辺、および前記第１の辺に隣り合う第２の辺が当接されることにより、前記高周波基板を位置決めするL字形の位置決め部材を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波基板固定治具。
【請求項４】
特性の測定対象の高周波基板を治具基板上に固定して測定する高周波基板の特性測定方法において、
前記治具基板は、貫通孔である吸引孔を有し、前記吸引孔の上端が、上面の前記高周波基板の配置位置に開口され、下端が下面に開口されており、
前記治具基板の下面における前記吸引孔の下端から空気を吸引して、前記高周波基板を前記配置位置に固定して前記高周波基板の特性を測定することを特徴する高周波基板の特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、平面の高周波アンテナ等を含む高周波基板を固定して特性を計測する際に使用される高周波基板固定治具および高周波基板の特性測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信の高速化に伴い、無線通信を行う電子機器の高性能化が求められている。また、携帯のし易さから、電子機器の小型化が急速に進行している。さらに、通信による無線容量が急激に大容量化し、これに伴う伝送信号の周波数の広帯域化、高周波化が急速に進行している。そのため、電子機器の使用周波数帯域についても、従来のマイクロ波帯（０．３〜３００ＧＨｚ）だけでは対応できず、ミリ波（３０〜３００ＧＨｚ）まで拡大されつつある。
【０００３】
そのような背景から、電子機器に搭載されるアンテナの高性能化、並びにアンテナ前段の回路素子、例えば増幅器、フィルタ、スイッチおよび電力分配器などの高特性化が強く求められている。とりわけ、無線通信に用いられるアンテナについては、周波数が高くなるにつれて、導体損や誘電体損が顕著に影響してくる。このため、アンテナ等の素子への低損失の要求も高まっている。
【０００４】
アンテナの低損失化を実現する方法の一つとして、アンテナを構成する材料に、液晶ポリマーや石英ガラス等の低損失なものを用いることが考えられる。とりわけ、基板材料としての石英は、誘電正接が０．０００２５と液晶ポリマーの０．００３に比べて大幅に小さく、誘電損失を大幅に軽減することができる。
【０００５】
また、石英は光の透過性が高く、基板上にＩＣ等をフリップチップ実装する場合など、通常、基板端子部を上面から確認できないような実装方法においても、基板端子部を確認しながら実装できるとうメリットを有する。そのため、石英基板は、ミリ波のような高周波帯域用の素子を構成する場合に非常に有効である。
【０００６】
ところで、例えば平面の高周波アンテナを含む高周波基板については、高周波基板を高周波基板固定治具の所定の測定位置に固定した状態にて特性の計測が行われる。一方、石英基板には、表面や内部に欠陥が存在しているため、応力分布が存在している。したがって、石英基板を含む高周波基板は、外部からの大きな応力が印加されると、応力分布が変化して破壊され易いという問題がある。
【０００７】
そのため、石英基板を破壊せずに機械的に固定する方法が求められる。例えば、ねじにて石英基板を固定する場合、石英基板に形成するねじ穴には高い直線性が求められる。また、ねじがねじ穴に接触した場合、応力が形成され石英基板が破壊される恐れがある。そのため、石英基板にねじ穴を形成することなく、石英基板を機械的に固定する治具が求められる。
【０００８】
例えば、特許文献１には、高周波基板固定治具として、内部に測定用の基板を有する容器形状のケースと、ケースの上にねじによって固定される、アルミニウム等の金属製の蓋部とを有するデバイス測定用ソケットが開示されている。上記蓋部には、高周波デバイスをケース内に収納して蓋部を閉じた場合に、蓋部から高周波デバイスの上面を露出させる貫通穴が形成されている。
【０００９】
このデバイス測定用ソケットを使用して高周波デバイスの特性を測定する場合には、ケース内の基板の上に高周波デバイスを配置し、高周波デバイスの上から蓋部をケースにねじ止めし、蓋部によって高周波デバイスを基板上に押圧するようになっている。これにより、高周波デバイスがケース内において固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＷＯ００／０４３９４号公報（２０００年１月２７日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１のように、高周波デバイスを蓋部により上から押圧して固定する構成では、高周波基板の上に蓋部が存在するため、蓋部が高周波基板の放射特性等に影響を及ぼすことになり、特性を正確に測定することができない。
【００１２】
また、高周波基板の特性の測定時に、基板にたわみが生じて高周波基板の特性が変化し、特性を正確に測定できない恐れがある。さらには、基板が石英基板である場合には割れを生じる可能性がある。
【００１３】
したがって、本発明は、高周波基板に変形や割れを与えることなく、かつ高周波特性への影響が低い状態にて高周波基板を固定することができる高周波基板固定治具および高周波基板の特性測定方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明の高周波基板固定治具は、特性の測定対象の高周波基板を固定する高周波基板固定治具において、貫通孔である吸引孔を有し、前記吸引孔の上端が、上面の前記高周波基板の配置位置に開口され、下端が下面に開口されている治具基板と、前記治具基板の下面における前記吸引孔の下端の位置に設けられ、空気を吸引する吸引装置が接続される吸引パッドとを備えていることを特徴としている。
【００１５】
上記の構成によれば、特性の測定対象の高周波基板は、治具基板の上面の配置位置、例えば測定位置に配置される。配置位置には、貫通孔である吸引孔の上端が開口され、吸引孔の下端は治具基板の下面に開口されている。吸引パッドは、治具基板の下面における前記吸引孔の下端の位置に設けられ、吸引装置と吸引孔とを接続する。この状態において、吸引装置が動作すると、治具基板上の高周波基板は下面が吸引されて治具基板上の配置位置に固定される。
【００１６】
これにより、本高周波基板固定治具では、測定対象の高周波基板の上に、高周波基板の特性に影響を与える部材が存在しないので、本高周波基板固定治具を使用することにより、高周波基板の特性を正確に測定することができる。
【００１７】
また、吸引装置の吸引動作にて、高周波基板を治具基板上の配置位置に固定するようになっているので、高周波基板に与える負荷を、変形や割れを生じることなく高周波基板を治具基板上に固定できる適当な負荷に容易に調整することができる。
【００１８】
したがって、高周波基板に変形や割れを与えることなく、かつ高周波特性への影響が低い状態にて高周波基板を固定することができる。
【００１９】
上記の高周波基板固定治具において、前記治具基板は、貫通孔である電磁波入力孔を有し、前記電磁波入力孔の上端が、前記高周波基板の配置位置における前記高周波基板の電磁波の入力部と対向する位置に開口され、下端が下面に開口され、前記治具基板の下面における前記電磁波入力孔の下端の位置に、前記高周波基板の測定装置が接続される導波管が設けられている構成としてもよい。
【００２０】
上記の構成によれば、測定装置から出力された高周波信号すなわち電磁波は、導波管および治具基板の電磁波入力孔を介して、治具基板の配置位置に配置された高周波基板の電磁波の入力部に入力される。
【００２１】
これにより、高周波基板に入力される電磁波がミリ波等の高周波の場合であっても、同軸ケーブルを使用した場合に生じる半田付け等による伝送損失を抑制し、伝送損失を低くすることができる。
【００２２】
上記の高周波基板固定治具は、前記高周波基板における第１の辺、および前記第１の辺に隣り合う第２の辺が当接されることにより、前記高周波基板を位置決めするL字形の位置決め部材を備えている構成としてもよい。
【００２３】
上記の構成によれば、高周波基板の第１の辺、および第１の辺に隣り合う第２の辺を位置決め部材に当接させた状態として、高周波基板を所定の配置位置に容易に位置決めすることができる。
【００２４】
本発明の高周波基板の特性測定方法は、特性の測定対象の高周波基板を治具基板上に固定して測定する高周波基板の特性測定方法において、前記治具基板は、貫通孔である吸引孔を有し、前記吸引孔の上端が、上面の前記高周波基板の配置位置に開口され、下端が下面に開口されており、前記治具基板の下面における前記吸引孔の下端から空気を吸引して、前記高周波基板を前記配置位置に固定して前記高周波基板の特性を測定することを特徴としている。
【００２５】
上記の構成によれば、上記の高周波基板固定治具と同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の構成によれば、測定対象の高周波基板に変形や割れを与えることなく、かつ高周波特性への影響が低い状態にて高周波基板を固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態の高周波基板固定治具に高周波基板が配置された状態を示す斜視図である。
【図２】図２の（ａ）は、図１に示した状態の平面図、図２の（ｂ）は、図２の（ａ）におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】図２の（ａ）に示した高周波基板固定治具の各部の寸法の一例を示す平面図である。
【図４】図４の（ａ）は、図１に示した高周波基板の上面を示す平面図、図４の（ｂ）は、上記高周波基板の下面を示す平面図、図４の（ｃ）は、上記高周波基板の側面図である。
【図５】図１に示した高周波基板固定治具を備え、高周波基板の特性を測定する特性測定装置の構成を示す模式図である。
【図６】図１に示した高周波基板固定治具に対する比較例に係る高周波基板固定治具を示す斜視図である。
【図７】図６におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図８】図１に示した高周波基板固定治具（実施例）を使用した場合および図６に示した高周波基板固定治具（比較例）を使用した場合の高周波基板の反射特性を示すグラフである。
【図９】図１に示した高周波基板固定治具（実施例）を使用した場合および図６に示した高周波基板固定治具（比較例）の高周波基板の放射特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（高周波基板固定治具１の構成）
本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図１は、本実施の形態の高周波基板固定治具に高周波基板が配置された状態を示す斜視図である。図２の（ａ）は、図１に示した状態の平面図、図２の（ｂ）は、図２の（ａ）におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。図３は高周波基板固定治具１の各部の寸法の一例を示す平面図である。
【００２９】
図１および図２の（ａ）（ｂ）に示すように、高周波基板固定治具１は、治具基板１１と位置決め部材１２とを備えている。本実施の形態において、治具基板１１は矩形に形成され、位置決め部材１２は内角が直角のＬ字形に形成されている。
【００３０】
治具基板１１は、ガラスエポキシ基板２１の上に銅箔層２２が形成された構成である。治具基板１１には、治具基板１１上に配置される高周波基板２の下面（裏面）に対応する位置に、貫通孔である電磁波入力孔２３および吸引孔２４が形成されている。電磁波入力孔２３の位置は、治具基板１１上に配置される高周波基板２の接続窓４４に対向する位置である。また、電磁波入力孔２３の内径は導波管１３の内径と同一に設定されている。
【００３１】
位置決め部材１２は、ガラスエポキシ基板３１の上に銅箔層３２が形成された構成である。位置決め部材１２は、ねじ１６にて治具基板１１に固定されている。
【００３２】
治具基板１１の裏面における、電磁波入力孔２３の位置には、外形がフランジ形状を有する導波管１３、および同軸／導波管変換器１４が設けられ、吸引孔２４の位置には、例えばゴム製の吸着パッド１５が設けられている。同軸／導波管変換器１４は、例えば導波管１３の端部に設けられている。また、導波管１３は例えばねじ１６にて治具基板１１に取り付けられ、吸着パッド１４は例えば接着剤にて治具基板１１に取り付けられている。
【００３３】
上記のように、高周波基板固定治具１に導波管１３を使用している理由は、特にミリ波において、同軸ケーブルを使用した場合に生じる半田付け等による伝送損失を抑制し、伝送損失を低くするためである。
【００３４】
（高周波基板２の構成）
図４の（ａ）は、高周波基板２の上面（表面）を示す平面図、図４の（ｂ）は、高周波基板２の下面（裏面）を示す平面図、図４の（ｃ）は、高周波基板２の側面図である。本実施の形態において、高周波基板２は、導波管給電型のアンテナ素子である。
【００３５】
図４の（ａ）〜（ｃ）に示すように、高周波基板２は、石英基板４１の上面（表面）にアンテナパターン４２が形成され、石英基板４１の裏面に銅箔層４３が形成された構成である。高周波基板２は、高周波アンテナ素子であるマイクロストリップアレーアンテナを構成するものであり、本実施の形態ではミリ波用のものである。
【００３６】
また、図４の（ｂ）に示すように、高周波基板２の下面（裏面）には接続窓４４が形成されている。高周波基板２のアンテナパターン４２には、上記接続窓４４を介して導波管１３が接続される。
【００３７】
（特性測定装置３の構成）
次に、高周波基板２の特性を測定する特性測定装置について説明する。図５は、高周波基板固定治具１を備え、高周波基板２の特性を測定する特性測定装置３の構成を示す模式図である。
【００３８】
図５に示すように、特性測定装置３は、ネットワークアナライザ５１、真空ポンプ（吸引装置）５２およびホーンアンテナ５３を備えている。
【００３９】
ネットワークアナライザ５１は、例えばベクトルネットワークアナライザであり、高周波基板２の特性を測定するための高周波信号を出力する。ネットワークアナライザ５１は、出力端子５１ａおよび入力端子５１ｂを備えている。出力端子５１ａは、同軸ケーブル５４により、高周波基板固定治具１の導波管１３の端部に設けられた同軸／導波管変換器１４と接続されている。真空ポンプ５２は、空気管路５５により、高周波基板固定治具１に設けられた吸着パッド１５と接続されている。ホーンアンテナ５３は、高周波基板固定治具１上に配置された高周波基板２の上方位置に配置されている。ホーンアンテナ５３には導波管５６が接続され、導波管５６の端部には同軸／導波管変換器５７が設けられている。同軸／導波管変換器５７は、同軸ケーブル５８を介してネットワークアナライザ５１の入力端子５１ｂと接続されている。
【００４０】
（特性測定装置３の動作）
上記の構成において、特性測定装置３を使用した高周波基板２の特性の測定方法について説明する。
【００４１】
アンテナパターン４２を備える高周波基板２の特性を測定する場合には、図５に示した特性測定装置３において、高周波基板固定治具１の上に高周波基板２を配置する。この場合、高周波基板２は、アンテナパターン４２が上になり、接続窓４４側の短辺およびその短辺と連続する一方の長辺が位置決め部材１２と当接するように配置する。これにより、高周波基板２は、治具基板１１上の所定の測定位置（配置位置）に容易に位置決めされる。高周波基板２が高周波基板固定治具１の測定位置に位置決めされた状態では、高周波基板２の接続窓４４の位置と高周波基板固定治具１の導波管１３の端部の開口部の位置とが一致している。
【００４２】
次に、真空ポンプ５２を動作させる。これにより、治具基板１１の吸引孔２４、吸着パッド１５および空気管路５５を介して、高周波基板２の背面が真空ポンプ５２により吸引され、高周波基板２が上記測定位置に固定される。
【００４３】
また、上記の状態において、ネットワークアナライザ５１の出力端子５１ａから高周波信号が出力されると、この高周波信号は、同軸ケーブル５４を介して同軸／導波管変換器１４に入力され、電磁波に変換される。この電磁波は、導波管１３および治具基板１１の電磁波入力孔２３を介して接続窓４４から高周波基板２へ入力される。これにより、高周波基板２のアンテナパターン４２から電磁波が放射される。
【００４４】
高周波基板２から放射された電磁波は、ホーンアンテナ５３にて受信され、導波管５６を介して同軸／導波管変換器５７へ入力され、高周波信号に変換される。この高周波信号は、同軸ケーブル５８、特性測定装置３の入力端子５１ｂを介してネットワークアナライザ５１へ入力され、ネットワークアナライザ５１にて高周波基板２の特性が計測される。
【００４５】
（高周波基板固定治具１の利点）
上記のように、高周波基板２を真空ポンプ５２の吸引により治具基板１１上に固定する構成は、真空ポンプ５２の吸引により高周波基板２に与える負荷を、高周波基板２の変形や、高周波基板２の石英基板４１の割れを生じず、高周波基板２を治具基板１１に固定できる適当な負荷に容易に調整することができる。
【００４６】
したがって、治具基板１１上に高周波基板２をねじにて固定する構成や、高周波基板２を上から覆う部材によって上から押圧して固定する構成と比較して、高周波基板２に与える負荷を小さくして、高周波基板２を治具基板１１上の測定位置に固定することができる。さらに、高周波基板２の変形が抑制されるので、高周波基板２の特性を正確に測定することができる。
【００４７】
さらに、高周波基板２の上に、高周波基板２の電磁波の放射に影響を与える部材が存在しないので、高周波基板２の特性を正確に測定することができる。
【００４８】
なお、位置決め部材１２はＬ字形であることから、異なるサイズの高周波基板２に対応可能である。
【００４９】
（比較例）
図６は、高周波基板固定治具１に対する比較例に係る高周波基板固定治具６１を示す斜視図である。図７は、図６におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【００５０】
高周波基板固定治具６１が高周波基板固定治具１と相違する点は、高周波基板２の位置決め方法、および高周波基板２の固定方法である。
【００５１】
具体的には、図６および図７に示すように、高周波基板固定治具６１は、高周波基板固定治具１の位置決め部材１２および吸着パッド１５に代えて、上カバー部材７１を備えている。したがって、治具基板１１には吸引孔２４が形成されていない。他の構成は、高周波基板固定治具１と同様である。
【００５２】
上カバー部材７１は、位置決め部材１２と同様、ガラスエポキシ基板８１の上に銅箔層８２が形成され、中央部に露出窓８３が形成された構成である。露出窓８３は、高周波基板２のアンテナパターン４２を露出させるものである。上カバー部材７１は、ねじ１６にて治具基板１１に固定される。
【００５３】
上カバー部材７１は、治具基板１１にねじ止めされた状態において、治具基板１１上に配置された高周波基板２を位置決めし、かつ固定するものである。このために、上カバー部材７１の露出窓８３の部分は、高周波基板２の外形に対応した位置決め部８３ａ、および位置決め部８３ａにて位置決めされる高周波基板２の上面の周囲を抑え込む押圧部８３ｂを有する二段構造となっている。すなわち、上カバー部材７１は、位置決め部８３ａにて高周波基板２を所定の測定位置に位置決めし、押圧部８３ｂにて高周波基板２を治具基板１１に押し付けて固定するようになっている。
【００５４】
上記の高周波基板固定治具６１のように、上カバー部材７１によって高周波基板２を押圧して測定位置に固定する構成では、高周波基板２に過度の負荷が加わり易く、高周波基板２の石英基板４１に割れや変形が生じ易い。このため、高周波基板２が破壊される事態、あるいは高周波基板２が変形して高周波基板２の特性を正確に測定できない恐れがある。また、高周波基板２の周囲の上に上カバー部材７１の一部すなわち押圧部８３ｂが存在するので、高周波基板２の放射特性が変化し易くなっている。
【００５５】
（比較結果）
本実施の形態の高周波基板固定治具１（図１参照）の有効性を確認するために、図５に示した特性測定装置３を使用して、高周波基板固定治具１と図６に示した高周波基板固定治具６１とについて、アンテナ素子の高周波特性への影響について比較した。
【００５６】
測定対象のアンテナ素子は、図４に示した高周波基板２すなわちマイクロストリップアレーアンテナである。高周波基板２は、石英基板４１の厚さが０．５ｍｍ、銅箔層４３の厚さが３５μｍであり、６０ＧＨｚ帯で動作するように設計されている。
【００５７】
比較結果を図８および図９に示す。図８は、高周波基板固定治具１（実施例）を使用した場合および高周波基板固定治具６１（比較例）を使用した場合の高周波基板２の反射特性を示すグラフである。図９は、高周波基板固定治具１（実施例）を使用した場合および高周波基板固定治具６１（比較例）を使用した場合の高周波基板２の放射特性を示すグラフである。なお、図９において、Ｓ１１は、反射係数の振幅を表し、アンテナへの電力供給割合の指標となるものである。
【００５８】
図８から分かるように、反射特性については、高周波基板固定治具１（実施例）と高周波基板固定治具６１（比較例）とで、それほど大きな違いが表れていない。しかしながら、図９から分かるように、放射特性については、高周波基板固定治具６１（比較例）を使用した場合の放射特性は、高周波基板固定治具１（実施例）を使用した場合の放射特性に対して、大幅に劣化している。したがって、この比較結果により、高周波基板２の上になんらかの部材（上カバー部材７１）が設けられない高周波基板固定治具１は、高周波基板２の上になんらかの部材（上カバー部材７１）が設けられる高周波基板固定治具６１よりもアンテナ特性に与える影響が小さく、アンテナ特性を正確に測定できることが分かった。
【００５９】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、外力を受けて破壊され易い、ミリ波帯域などの平面の高周波アンテナ等を含む基板形状の素子を固定して、素子の特性を測定する場合に利用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１    高周波基板固定治具
２    高周波基板
３    特性測定装置
１１    治具基板
１２    位置決め部材
１３    導波管
１４    同軸／導波管変換器
１５    吸着パッド
２１    ガラスエポキシ基板
２２    銅箔層
２３    電磁波入力孔
２４    吸引孔
３１    ガラスエポキシ基板
３２    銅箔層
４１    石英基板
４２    アンテナパターン
４３    銅箔層
４４    接続窓
５１    ネットワークアナライザ
５２    真空ポンプ（吸引装置）
５３    ホーンアンテナ
５４    同軸ケーブル
５５    空気管路
５６    導波管
５７    同軸／導波管変換器
【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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