JP2010062584A - 高周波デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】蓋体が熱や振動によって変動してもケースの共振周波数が変化せず、高周波回路の伝送特性を安定化させることができる高周波デバイスを得ること。
【解決手段】上面に開口部が形成され、内部に高周波回路が収容される金属製のケーシング本体５１と、ケーシング本体５１の上面開口部を覆う箱形の金属製の蓋体５２とを備え、記ケーシング本体５１の複数の辺から成る側壁部の上面と、前記蓋体の上板部内側とが当接する箇所に絶縁体５３を設ける。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、内部に高周波回路が収容されるケーシング本体と、このケーシング本体の上面開口部を覆う箱形の蓋体とを備える高周波デバイスに関するものである。

マイクロ波帯またはミリ波帯などの高周波帯で動作する高周波回路が内蔵される高周波デバイスにおいては、外部環境の影響を受けないようにするため、また各種の電波法のＥＭＩ規格を満足するために、通常、高周波シールドケース内に収容されている。

このような高周波シールドケースに関する従来技術として特許文献１がある。この特許文献１においては、上面が開口され、内部に高周波回路が内蔵される箱形の筐体と、この箱体を覆うシールドカバーとによって高周波シールドケースを構成するとともに、シールドカバーの側板部を弾性力が付与されるように折曲し、該折曲された側板部の突端部に高周波の波長の１／ｎ（ｎは１以上の整数）の等間隔にて接触点形成用の突起を形成して、シールド効果を向上させるようにしている。

実開昭６１−１９０１９７号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、シールドカバーの上板部内側に筐体を構成する枠体上面が接触させるように構成し、枠体上面とシールドカバーの上板部内側とのクリアランスが規定されていない。このため、従来技術では、振動または温度変化などが発生した場合、枠体上面とシールドカバーの上板部内側とが接触したり離れたりする可能性がある。シールドケースの共振周波数は、筐体およびシールドカバーで構成されるシールドケースの内寸法で決まるため、上記従来技術では、枠体上面とシールドカバーの上板部内側が接触から非接触となった場合、または非接触から接触となった場合に、シールドケースの内寸が大きく変化することになり、シールドケースの共振周波数が変化し、内蔵する高周波回路から見た空間のインピーダンスが変化するため、高周波回路の伝送特性が変化するという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、振動や温度変化によって蓋体がケース本体に対しずれて配置されたとしてもケースの共振周波数が変化せず、高周波回路の伝送特性を安定化させることができる高周波デバイスを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、上面に開口部が形成され、内部に高周波回路が収容される金属製のケーシング本体と、前記ケーシング本体の前記上面開口部を覆う箱形の金属製の蓋体とを備え、前記ケーシング本体の複数の辺から成る側壁部の上面と、前記蓋体の上板部内側とが当接する箇所に絶縁体を設けるようにしたことを特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、蓋体とケーシング本体との間には絶縁体が介在されていて、蓋体はケーシング本体の上面と接触しないため、共振周波数が蓋体の内寸で決まるようになり、蓋体が熱や振動によって変動しても共振周波数を規定する内寸が変化しないため、共振周波数の変化を抑制することができる。これにより、ケーシング本体に内蔵した高周波回路から見た空間のインピーダンスが変化せず、内蔵した高周波回路の伝送特性が安定する。また、ｘ，ｙの２次元方向に絶縁体を配設することができるので、より共振周波数の変化を抑制することができる。

本発明を適用可能なＦＭＣＷレーダ装置の機能ブロック図である。 ＦＭＣＷレーダ装置の発振器の内部構成を示すブロック図である。 ＦＭＣＷレーダ装置の増幅器の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１の高周波デバイスを示す斜視図である。 蓋体とケーシング本体との係止構造を示す断面図である。 蓋体正常装着時のシールドケースを示す断面図である。 蓋体異常装着時のシールドケースを示す断面図である。 実施の形態１のシールドケースにおいて、蓋体の装着状態を各種変化させたときの共振周波数の変化を示すシミュレーション結果を示すグラフである。 図７のシミュレーション結果を作成するためのシールドケースの構成を示す斜視図である。 実施の形態１の高周波デバイスの変形例を示す斜視図である。 実施の形態２の高周波デバイスを示す断面図である。 実施の形態３の高周波デバイスを示す断面図である。 実施の形態３の高周波デバイスを示す平面図である。 蓋体異常装着時の実施の形態３の高周波デバイスを示す断面図である。 従来技術を示す斜視図である。 シールドカバー正常装着時の従来のシールドケースを示す断面図である。 シールドカバー異常装着時の従来のシールドケースを示す断面図である。 従来のシールドケースにおいて、シールドカバーの装着状態を各種変化させたときの共振周波数の変化を示すシミュレーション結果を示すグラフである。 図１６のシミュレーション結果を作成するためのシールドケースの構成を示す斜視図である。

以下に、本発明にかかる高周波デバイスの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

まず、この発明の理解を容易にするために、上述した特許文献１に開示された従来技術について、図１４〜図１７を用いて説明する。図１４は、特許文献１に開示されたシールドケースを示すものであり、このシールドケースは、筐体１００とシールドカバー１０１とで構成されている。図１５−１は、シールドカバー１０１を筐体２に正常に装着された状態における図１４のＢ−Ｂ´断面を示すものである。図１４に示す従来のシールドケースの場合、シールドカバー１０１を筐体１００に取り付けた際に、筐体１００を構成する４つの側壁部の全てによって、シールドカバー１０１の上板面を支えるような構造となっているので、シールドケースの共振周波数は、筐体１００およびシールドカバー１０１で構成されるシールドケースの内寸法で決まり、図１４に示すように、筐体１００のｘ，ｙ，ｚ３方向の寸法をａ，ｂ，ｃとすると、
共振周波数≒〔Ｃ×｛（Ｌ／a）²＋（Ｍ／ｂ）²＋（Ｎ／ｃ）²｝^1/2〕／２
…（１）
Ｃ：光速
Ｌ，Ｍ，Ｎ：１以上の整数
となる。ただし、上式（１）は、シールドケース内が空気の場合である。

図１５−１に示すように、シールドカバー１０１が筐体２に正常に装着されているときには、上記共振周波数を規定するｘ方向のシールドケースの内寸法は、筐体１００の側壁部間の距離ａとなる。一方、図１５−２は、シールドカバー１０１が筐体２に斜めに傾いいた場合における図１４のＢ−Ｂ´断面を示すものである。図１５−２に示すように、熱や振動などによりシールドカバー１０１が変動し、筐体２に正常に装着されていないときには、上記共振周波数を規定するｘ方向のシールドケースの内寸法は、例えば、シールドカバー１０１の側板間の距離ａ´となってしまう。

このように、従来構成では、シールドカバー１０１の上板が筐体１００の側壁部に対し接触から非接触となった場合、または非接触から接触となった場合、シールドケースの共振周波数を規定する内寸が大きく変化するため、ケースの共振周波数が大きく変化し、内蔵する高周波回路から見た空間のインピーダンスが変化し、高周波回路の伝送特性が変化するという問題がある。

図１６は、上記従来構成において、図１５−１に示すようにシールドカバー１０１の上板が筐体１００に接触している状態と、図１５−２に示すようにシールドカバー１０１が筐体１００に対し斜めに配置されてシールドカバー１０１の上板と筐体１００との間に各種寸法の隙間が発生した場合の、共振周波数の変化を示すシミュレーション結果を示すものである。図１６に記載されている隙間とは、図１５−２に示すように、筐体１００の側壁部とシールドカバー１０１の上板との間隔をいう。図１６に示すシミュレーション結果は、図１７に示すように、従来のシールドケース内に形成した線路１０２の両端１０２ａ−１０２ｂ間の伝送特性（通過特性）を示したものである。

図１６から判るように、シールドカバー１０１が筐体１００に対し接触状態から非接触状態となった瞬間に、シールドケースの共振周波数が大きく変化し、その後は、隙間の距離が変化しても共振周波数はそれ程変化していない。これは、前述したように、シールドカバー１０１が離れた瞬間、それまでは筐体１００の内寸だけで決まっていたｘ方向の寸法が、シールドカバー１０１の内寸に変化するためである。このように従来技術では、熱や振動などによってシールドカバー１０１の筐体１００に対する装着状態が、接触から非接触に変化した場合、シールドケースの共振周波数が大きく変化して内蔵する高周波回路から見た空間のインピーダンスが変化するため、伝送線路のインピーダンスが変化し、高周波特性が大きく変化するという問題がある。

実施の形態１．
図１〜図１３に従って本発明の実施の形態１について説明する。図１は本発明を適用するＦＭＣＷレーダ装置の機能ブロック図を示すものである。図１において、発振器７は高周波信号を発振する。発振器７から出力された高周波信号の一部が増幅器８に入力される。増幅器８は、入力された高周波信号を増幅し、送信信号を得る。この送信信号は図示しないアンテナを介して目標に照射される。目標から反射した信号、つまり受信信号がアンテナを介して入力される。この受信信号は、ミクサ９にて周波数変換され、目標までの距離情報や相対速度の情報を含むビデオ信号としてミクサ９から出力される。ビデオ信号は、信号処理部（図示せず）に入力され、Ａ/Ｄ変換、フーリエ変換等の処理を加えることにより、目標までの距離及び相対速度を得る。

図２は、発振器７の内部構成を示すものである。この発振器７においては、ＦＥＴ等の能動回路１０の入力側に、共振回路１１が設けられ、その出力側に整合回路１２などが設けられており、所望の周波数の高周波信号を発生する。

図３は、増幅器８の内部構成を示すものである。この増幅器８においては、ＦＥＴ等の能動回路１３の入出力側に整合回路１４,１５を設け、所望の周波数（発振器７の出力周波数）で送信出力を得るよう、発振器７の出力を増幅する。

このような構成のレーダは、一般には、空港に設置して管制業務に使用したり、自動車に搭載してその自動車の前方障害物を検出したり、高速道路脇に設置して道路上の障害物を検出する等の目的で使用される。

図４は、上述した発振器７，増幅器８などの高周波回路が収容されるシールドケース３についての実施の形態１の構成を示すものである。図４に示すように、シールドケース３は、内部に高周波回路４が収容される矩形の金属製のケーシング本体１と、矩形箱形の金属製の蓋体２とから構成されている。ケーシング本体１は、上面部および下面部が開口されており、４つの側壁部１ａ〜１ｄから構成されている。これら４つの側壁部１ａ〜１ｄから構成されるケーシング本体１は、誘電体基板５上に半田付けなどの接続方法により固定されており、誘電体基板５上に高周波回路４が搭載されている。略箱形の蓋体２は、４つの側板部２ａ〜２ｄと、上板部２ｅとで構成されており、ケーシング本体１の上面開口部を覆うようにケーシング本体に取り付けられる。

蓋体２の側板部２ａ〜２ｄは弾性力が付与されるように折曲されている。また、対向する２つの側板部２ａ，２ｃには、図５にも示すように、２つの小さな孔部６ａが形成されている。これら２つの孔部６ａの間隔は、高周波回路４で使用する高周波信号の実効波長λの１／２未満に設定している。一方、ケーシング本体１の側壁部１ａ，１ｃには、図５に示すように、上記孔部６ａに嵌合する２つの突起６ｂが夫々形成されている。したがって、蓋体２をケーシング本体１に取り付けた際には、屈曲された蓋体２の側板部２ａ〜２ｄによる作用と、孔部６ａへの突起６ｂの嵌り止めによって、蓋体２の側板部はケーシング本体の側壁部に当接しつつ係止されることになる。

図６−１，図６−２に示すように、誘電体基板５の上面および下面には、接地導体７０が形成されており、これら接地導体７０はグランドビア７１で接続されている。また、図４に示すように、シールドケース３内の高周波回路４とシールドケース３外の他の回路を接続するために、誘電体基板５の上面には、マイクロストリップ線路２０が形成されている。マイクロストリップ線路２０は、ケーシング本体１の側壁部１ｂに形成された小孔２１を介してシールドケース３の内外に形成されている。

次に、実施の形態１の要部について説明する。実施の形態１においては、複数の辺から成る側壁部１ａ〜１ｄのうちの対向する２辺の側壁部１ａ，１ｃについて、該側壁部１ａ，１ｃの上面が蓋体２の上板部２ｅの内側（裏側）と接触しないように、側壁部１ａ，１ｃの上側に切欠き部３０を形成している。この切欠き部３０は、一方の端部から他方の端部まで辺全体が切り欠かれている。したがって、蓋体２を嵌め込んだ状態のとき、蓋体２の上板部２ｅの内側（裏側）は、ケーシング本体１の側壁部１ｂ,１ｄのみと当接し、側壁部１ａ，１ｃについては、蓋体２の上板部２ｅの内側と接触することはなく、空間が形成されている。

図６−１は、蓋体２をケーシング本体１に正常に取り付けた状態における図４のＡ−Ａ´断面を示すものである。図６−１に示すように、蓋体２をケーシング本体１に正常に嵌め込んだ状態のときには、側壁部１ａ，１ｃは、蓋体２の上板部２ｅの内側（裏側）と接触することはなく、空間が形成されている。図６−２は、蓋体２がケーシング本体１に対し斜めに傾いて取り付けられた状態における図４のＡ−Ａ´断面を示すものであり、側壁部１ａと蓋体２の上板部２ｅとの間の隙間は、正常取付け時の隙間＋追加分の隙間Δｑとなっている。

前述した式（１）に示したように、シールドケース３内の共振周波数は、シールドケース３の内寸法によって決まる。実施の形態１のシールドケース３の場合、図６−１に示すように、蓋体２をケーシング本体１に正常に嵌め込んだ状態のとき、共振周波数を規定するｘ方向の寸法は、側壁部１ａ，１ｃの上には空間が形成されているので、蓋体２の内寸法であるＬとなる。

一方、図６−２に示すように、蓋体２がケーシング本体１に対し斜めに配置された状態のとき、共振周波数を規定するｘ方向の寸法は、蓋体２の内寸法であるＬ´となり、Ｌ´とＬとの間には大きな変化はない。したがって、振動や温度変化によって蓋体２がケーシング本体１から外れる方向に微小に動いたとしても、切欠き部３０を形成した側壁部１ａ，１ｃに直交するｘ方向の寸法が変化しないため、シールドケース３の共振周波数も変化しない。

図７は、上記シールドケース３において、図６−１に示すように蓋体２がケーシング本体１に正常に取り付けられた状態と、図６−２に示すように蓋体２がケーシング本体１に対し斜めに配置された場合の、共振周波数の変化を示すシミュレーション結果を示すものである。図７における“隙間なし”とは、図６−１に示すように蓋体２が正常に取り付けられた状態をいい、“隙間２０μｍ”とは、図６−２に示した追加隙間Δｑ＝２０μｍの状態をいう。図７に示すシミュレーション結果は、図８に示すように、実施の形態１のシールドケース３内に形成した線路３１の両端３１ａ−３１ｂ間の伝送特性（通過特性）を示したものである。

図７から判るように、蓋体２が図６−１に示した正常装着状態（図７の隙間なしに対応）から図６−２に示した非正常装着状態（図７の隙間２０μｍ〜隙間１０００μｍに対応）に変化しても、共振周波数は殆ど変化していない。また隙間間隔が４０μｍ〜１０００μｍと変化しても、共振周波数は殆ど変化していない。

このように、実施の形態１によれば、蓋体２を正常に装着した状態でも、蓋体２の上板部２ｅはケーシング本体１の上面と接触しないため、共振周波数が蓋体２の内寸で決まるようになり、蓋体２が熱や振動によって変動しても共振周波数を規定する内寸が変化しないため、共振周波数の変化を抑制することができる。これにより、ケーシング本体１に内蔵した高周波回路４から見た空間のインピーダンスが変化せず、内蔵した高周波回路４の伝送特性が安定する。

ところで、実施の形態１の場合は、ケーシング本体１の４辺の側壁部１ａ〜１ｄのうちの最高２辺にしか切欠き部３０を形成することができない。図４に示すシールドケース３において、ケーシング本体のｘ方向の寸法をｘ１とし、ｙ方向の寸法をｙ１し、ｘ１＞ｙ１、ｙ１＜λ／２、ｘ１＞λ／２とする。このような場合に、本実施の形態１の発明が有効であり、４つの側壁部１ａ〜１ｄのうちの側壁部１ａ，１ｃに切欠き部３０を形成する。

図９は、実施の形態１の変形形態を示すものである。図９に示すシールドケース３においては、切欠き部３０をケーシング本体１を構成する４辺の側壁部１ａ〜１ｄのうちの１辺の側壁部１ｃのみに形成するようにしている。このような構成でも、従来技術に比べれば、蓋体２の変動によるシールドケース３の共振周波数の変化を抑制できるという効果がある。

実施の形態２．
つぎに、図１０を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。図１０に示す実施の形態２のシールドケース４３は、実施の形態１の蓋体２と同様の蓋体４２と、実施の形態１のケーシング本体１と同様、４辺の側壁部のうちの対向する２辺に切欠き部３０が形成されたケーシング本体４１とから構成されている。

ただし、このケーシング本体４１は、４つの側壁部の他に下板部４１ａを有し、この下板部４１ａの上に誘電体基板５が搭載されており、誘電体基板５の上に高周波回路４が搭載されている。高周波回路４は、誘電体基板５および同軸コネクタ４５を介して外部に電気的に接続される。

このような構成のシールドケース４３の場合でも、ケーシング本体４１における４辺の側壁部のうちの対向する２辺に切欠き部３０が形成されているので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
つぎに、図１１〜図１３を用いてこの発明の実施の形態３について説明する。図１１は実施の形態３のシールドケース５０を示す断面図であり、図１２はシールドケース５０における蓋体５２の平面図であり、図１３は蓋体５２が傾いて装着された状態のシールドケース５０を示すものである。

実施の形態３のシールドケース５０は、誘電体基板５上に配置されて内部に高周波回路４が収容される箱形の金属製のケーシング本体５１と、箱形の金属製の蓋体２とから構成されている。ケーシング本体５１は、上面部および下面部が開口されており、４つの側壁部５１ａ〜５１ｄから構成されている。また、このケーシング本体５１は、先の実施の形態１とは異なり、側壁部５１ａ，５１ｃに切欠き部３０が形成されておらず、図１４に示した従来の筐体１００と同様の構成を採用している。

実施の形態３のシールドケース５０においては、ケーシング本体５１を構成する４つの側壁部５１ａ〜５１ｄの上面と、蓋体５２の上板部内側とが当接する箇所に、電気的絶縁性を有する絶縁体５３を設けるようにしている。実施の形態３においては、絶縁体５３を蓋体５２の上板部内側（上板部の裏面側）に取り付けているが、絶縁体５３をケーシング本体５１を構成する４つの側壁部の上面に張付けるようにしてもよい。

実施の形態３のシールドケース５０の場合、図１１に示すように、蓋体５２がケーシング本体５１に正常に嵌め込まれたとき、側壁部５１ａ〜５１ｄの上には薄い平板状の絶縁体５３が形成されていて、これら側壁部５１ａ〜５１ｄの上面と蓋体５２の上板部内側とが電気的に接することがなく、実施の形態１のような空間が形成されているのと実質的に等価であるので、共振周波数を規定するｘ方向の寸法は、蓋体５２の内寸法であるｔとなる。

一方、図１３に示すように、蓋体５２がケーシング本体５１に対し斜めに配置された状態のときには、絶縁体５３と側壁部５１ａ〜５１ｄとの間には隙間がさらに形成されるだけであるので、共振周波数を規定するｘ方向の寸法は、蓋体２の内寸法であるｔ´となり、ｔ´とｔとの間には大きな変化はない。

このように、実施の形態３によれば、蓋体５２を正常に装着した状態でも、蓋体５２とケーシング本体５１との間には絶縁体５３が介在されていて、蓋体５２はケーシング本体５１の上面と接触しないため、共振周波数が蓋体５２の内寸で決まるようになり、蓋体５２が熱や振動によって変動しても共振周波数を規定する内寸が変化しないため、共振周波数の変化を抑制することができる。これにより、ケーシング本体５１に内蔵した高周波回路４から見た空間のインピーダンスが変化せず、内蔵した高周波回路４の伝送特性が安定する。また、ｘ，ｙの２次元方向に絶縁体５３を配設することができるので、より共振周波数の変化を抑制することができる。

なお、上記実施の形態３では、ケーシング本体５１の４辺の全ての側壁部５１ａ〜５１ｄ上に絶縁体５３を設けるようにしたが、実施の形態１のように４辺の側壁部のうちの対向する２辺に絶縁体５３を設けるようにしてもよく、さらには図９に示すように、１辺に絶縁体５３を設けるようにしてもよい。また、ケーシング本体５１と蓋体５２との間に絶縁体５３を介在させる実施の形態３の発明を、先図１０に示す実施の形態２のシールドケース４３に適用するようにしてもよい。また、上記では、蓋体５２とケーシング本体５１との間に、電気的絶縁性を有する絶縁体５３を設けるようにしているが、空気に近い誘電率を有する誘電体（例えばテフロン（登録商標）材：誘電率≒２など）を絶縁体５３として用いるようにしても、上記と同等の効果を有する。

以上のように、本発明にかかる高周波デバイスは、内部に高周波回路が収容されるケーシング本体と、ケーシング本体の上面開口部を覆う箱形の蓋体とを備える高周波デバイスに有用である。

１ ケーシング本体
１ａ〜１ｄ 側壁部（ケーシング本体）
２ 蓋体
２ｅ 上板部（蓋体）
２ａ〜２ｄ 側板部（蓋体）
３ シールドケース
４ 高周波回路
５ 誘電体基板
６ａ 孔部
６ｂ 突起
７ 発振器
８ 増幅器
９ ミクサ
２０ マイクロストリップ線路
３０ 切欠き部
４１ ケーシング本体
４２ 蓋体
４３ シールドケース
４５ 同軸コネクタ
５０ シールドケース
５１ ケーシング本体
５２ 蓋体
５３ 絶縁体
７０ 接地導体
７１ グランドビア

Claims (4)

1. 上面に開口部が形成され、内部に高周波回路が収容される金属製のケーシング本体と、
   前記ケーシング本体の前記上面開口部を覆う箱形の金属製の蓋体と、
   を備え、
   前記ケーシング本体の複数の辺から成る側壁部の上面と、前記蓋体の上板部内側とが当接する箇所に絶縁体を設けるようにしたことを特徴とする高周波デバイス。
2. 前記絶縁体は前記蓋体の上板部内側または前記ケーシング本体の側壁部の上面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の高周波デバイス。
3. 前記ケーシング本体は、下面が開口されて、基板上に搭載され、この基板上に前記高周波回路が搭載されることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波デバイス。
4. 前記ケーシング本体は、下面部を有し、前記高周波回路は、ケーシング本体の下面上に置かれた基板上に搭載されることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波デバイス。

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