JP2013055547A

JP2013055547A - 高周波モジュールおよびそれを用いた高周波機器

Info

Publication number: JP2013055547A
Application number: JP2011193082A
Authority: JP
Inventors: Hideki Watanabe; 英樹渡辺
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2013-03-21
Also published as: CN102984882A; US20130057452A1

Abstract

【課題】スイッチングコネクタが不要で原価低減を図りやすい高周波モジュールと、それを用いた高周波機器とを提供する。
【解決手段】高周波モジュール１の回路基板２上にはＲＦ回路３およびアンテナ素子４が配設されており、両者３，４間に伝送線路が設けられている。この伝送線路のうちＲＦ回路３側の伝送線路７は回路基板２上からビアホール８を介して裏面２ａ側へ導出されており、アンテナ素子４側の伝送線路９は回路基板２上からビアホール１０を介して裏面２ａ側へ導出されている。回路基板２の裏面２ａで伝送線路７，９の先端部７ａ，９ａは、相互の導通は遮断されているが、高周波モジュール１をマザーボード２０上に実装すると、橋絡用接続ランド２２が各先端部７ａ，９ａに半田付けされるため、伝送線路７，９どうしが接続される。
【選択図】図６

Description

本発明は、ＲＦ回路やアンテナ素子を有して無線通信等に好適な高周波モジュールと、この種の高周波モジュールをマザーボード上に実装してなる高周波機器とに関する。

近年、回路基板上にＲＦ回路やアンテナ素子を配設してなる高周波モジュールを、各種携帯端末のマザーボード上に面実装することによって、無線通信や放送受信を可能にした高周波機器（無線通信機器や放送受信機）が普及しつつある。通常、この種の高周波モジュールは、組立段階でＲＦ回路の性能評価や調整のために特性測定を行い、ＲＦ回路に所望の性能が確認できた後、マザーボード上の所定領域に高周波モジュールの回路基板を搭載して面実装するようになっている。

この種の従来技術を説明すると、図９は従来例に係る高周波モジュールの要部平面図、図１０は図９からスイッチングコネクタを取り除いてパターン形状を示す要部平面図である。

図９に示す高周波モジュール３０では、回路基板３１の一端部にアンテナ素子としてパターンアンテナ３２が設けられており、回路基板３１の図示せぬ他端部側にＲＦ回路が設けられている。このＲＦ回路からパターンアンテナ３２へ向かって延びる第１の伝送線路３３の先端部には測定用電極３３ａが設けられており、パターンアンテナ３２からＲＦ回路へ向かって延びる第２の伝送線路３４の先端部には測定用電極３４ａが設けられている。図１０に示すように測定用電極３３ａ，３４ａの間で伝送線路は途切れているが、図９に示すようにスイッチングコネクタ３６の中心導体３６ａが測定用電極３３ａ，３４ａに半田付けされるため、この中心導体３６ａを介して第１および第２の伝送線路３３，３４は導通されてひと続きの伝送線路となる。また、回路基板３１上には、測定用電極３３ａ，３４ａの近傍に図示せぬ接地導体部から導出された測定用接地ランド３５が２つ設けられており、これらの測定用接地ランド３５はスイッチングコネクタ３６の外部導体３６ｂに半田付けされる。

上記の高周波モジュール３０において、ＲＦ回路の性能評価や調整のための特性測定を行う際には、スイッチングコネクタ３６に上方から図示せぬ測定用プラグを挿着する。こうして測定用プラグが挿着されると、スイッチングコネクタ３６は測定用電極３３ａ，３４ａ間の導通を遮断するため、ＲＦ回路とパターンアンテナ３２との間で信号の授受は行えなくなる。それゆえ、測定用プラグに接続されている図示せぬ測定器によって、ＲＦ回路の送信動作特性や受信動作特性を測定することができる。また、挿着されている測定用プラグを取り外すと、スイッチングコネクタ３６は測定用電極３３ａ，３４ａ間を導通させるため、ＲＦ回路とパターンアンテナ３２との間で信号の授受が可能となる。それゆえ、ＲＦ回路に所望の性能が確認できた高周波モジュール３０を、図示せぬマザーボード上に面実装して制御回路等と接続することにより、無線通信や放送受信が行えるようになる。

なお、特許文献１には、ＲＦ回路とアンテナ素子間の伝送線路にスイッチングコネクタを介在させた高周波モジュールが開示されている。

また、特許文献２には、スイッチングコネクタを使用せずに通常の同軸コネクタを搭載した高周波モジュールが開示されている。かかる従来の高周波モジュールでは、スイッチングコネクタに比べて安価な同軸コネクタがＲＦ回路側の伝送線路に接続されており、この伝送線路の先端が回路基板上で所定のギャップを存してアンテナ素子側の伝送線路と対向している。そして、同軸コネクタに測定用プラグを挿着して、ＲＦ回路の性能評価や調整のための特性測定を行った後、ギャップ両端の伝送線路どうしをチップコンデンサ等のチップ部品を介して、または伝送線路どうしを半田付けで直接橋絡することによって、アンテナ素子と所望の性能を有するＲＦ回路との間で信号の授受が行えるようにしている。

特開２００２−３５３８４１号公報特開平９−２５７８５２号公報

ところで、図９に示されたスイッチングコネクタ３６は、オンオフ切替機能を有する複雑な構造のコネクタなので、接続用として使用される一般的なコネクタに比べると比較的高価な部品となる。そのため、特許文献１に開示されているようにＲＦ回路とアンテナ素子間の伝送線路にスイッチングコネクタを介在させている高周波モジュールの場合、部品代が高くなって原価低減を図りにくいという問題があった。

一方、特許文献２に開示されている高周波モジュールの場合、安価な同軸コネクタを用いてはいるものの、ＲＦ回路側の伝送線路とアンテナ素子側の伝送線路とを橋絡するために、チップ部品を追加実装する作業もしくは半田ごて等を用いての半田付け作業が別途必要となる。つまり、部品代を抑制できても組立工数が増えてしまうため、結局、このような構成の高周波モジュールも原価低減を図ることは容易でなかった。

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、その第１の目的は、ＲＦ回路とアンテナ素子間にスイッチングコネクタを介在させる必要がない高周波モジュールを提供することにある。また、本発明の第２の目的は、そのような高周波モジュールを用いた高周波機器を提供することにある。

上記の第１の目的を達成するために、本発明は、回路基板上にＲＦ回路およびアンテナ素子が配設されていると共に、前記ＲＦ回路と前記アンテナ素子との間に伝送線路が設けられており、前記回路基板をマザーボード上に面実装して使用される高周波モジュールにおいて、前記伝送線路のうち前記ＲＦ回路側の第１伝送線路を前記回路基板上から第１のビアホールを介して裏面側へ導出させると共に、前記伝送線路のうち前記アンテナ素子側の第２伝送線路を前記回路基板上から第２のビアホールを介して裏面側へ導出させることによって、前記回路基板の裏面に前記第１伝送線路の先端部と前記第２伝送線路の先端部とを配設して両先端部どうしの導通を遮断しておき、且つ、前記マザーボード上へ面実装するときに、このマザーボード上に設けられている半田接続ランドに前記両先端部が半田付けされることにより、前記第１伝送線路と前記第２伝送線路とが接続されるように構成した。

このように構成された高周波モジュールは、マザーボード上へ実装するまではＲＦ回路側の第１伝送線路とアンテナ素子側の第２伝送線路との導通が遮断されているため、高価なスイッチングコネクタを用いなくても、回路基板上で第１伝送線路の一部に安価な同軸コネクタを接続したり、あるいは第１伝送線路の一部に測定用プローブを接触させるなどして、ＲＦ回路の特性測定を行うことができる。そして、この高周波モジュールは、マザーボード上へ面実装する際に、回路基板の裏面（マザーボードとの対向面）側で第１および第２伝送線路の各先端部がマザーボードの半田接続ランドに半田付けされるようになっている。つまり、高周波モジュールをマザーボード上へ面実装する際に行われるリフロー半田工程で、第１および第２伝送線路の先端部どうしを繋ぐ半田付けも一括して行えるため、第１伝送線路と第２伝送線路とを接続するために工程や部品を別途追加する必要がない。

上記の高周波モジュールにおいて、同軸コネクタが回路基板上に搭載されていると共に、回路基板上で第１伝送線路の一部を測定用電極となし、この測定用電極に同軸コネクタの中心導体が接続されていると、測定器に接続された測定用プラグを同軸コネクタに挿着することによってＲＦ回路の特性測定が容易に行えるようになる。

また、上記の高周波モジュールにおいて、回路基板上で第１伝送線路の一部を測定用電極となし、この測定用電極の周囲に測定用接地ランドが設けてあると、測定器に接続された測定用プローブによってＲＦ回路の特性測定が行えるようになるため、同軸コネクタを省略できて部品代をさらに低減できる。

また、上記の第２の目的を達成するために、本発明の高周波機器は、ＲＦ回路とアンテナ素子間の伝送線路を橋絡するための半田接続ランドが設けられたマザーボードを備え、このマザーボード上に上記の高周波モジュールが面実装されているという構成にした。

このように構成された高周波機器は、スイッチングコネクタが不要で原価低減を図りやすい高周波モジュールを使用しているため、低コスト化に有利な無線通信機器や放送受信機などとして好適である。

本発明の高周波モジュールは、マザーボード上へ実装するまではＲＦ回路側の第１伝送線路とアンテナ素子側の第２伝送線路との導通が遮断されているため、高価なスイッチングコネクタを用いなくても、回路基板上で第１伝送線路の一部に安価な同軸コネクタを接続したりプローブを接触させるなどしてＲＦ回路の特性測定を行うことができる。また、この高周波モジュールは、マザーボード上へ面実装する際に、回路基板の裏面側で第１および第２伝送線路の各先端部がマザーボードの半田接続ランドに半田付けされるようになっているため、第１伝送線路と第２伝送線路とを接続するために工程や部品を別途追加する必要がない。それゆえ、この高周波モジュールは、原価低減が図りやすいという優れた効果を奏する。

また、本発明の高周波機器は、スイッチングコネクタが不要で原価低減を図りやすい高周波モジュールを使用しているため、低コスト化に有利な無線通信機器や放送受信機などとして好適である。

本発明の第１実施形態例に係る高周波モジュールの全体斜視図である。図１の要部平面図である。図２からスイッチングコネクタを取り除いてパターン形状を示す要部平面図である。図１に示す回路基板の裏面側のパターン形状を示す全体平面図である。図１に示す高周波モジュールでＲＦ回路の特性測定を行っている状態を説明するための要部断面図である。図１に示す高周波モジュールをマザーボード上に面実装してなる高周波機器を説明するための要部断面図である。図６に示すマザーボードの上面で高周波モジュールの実装領域に形成されているパターン形状を示す要部平面図である。本発明の第２実施形態例に係る高周波モジュールのパターン形状を示す要部平面図である。高周波モジュールの従来技術を説明するための要部平面図である。図９からスイッチングコネクタを取り除いてパターン形状を示す要部平面図である。

以下、発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態例に係る高周波モジュールの外観図、図２と図３はその要部平面図であるが、図２や図３ではアンテナ素子のパターン形状を簡略化して図示している。また、図６はこの高周波モジュールをマザーボード上に実装してなる高周波機器の要部を示している。

本実施形態例に係る高周波モジュール１は、回路基板２と、回路基板２上に配設されたＲＦ回路３およびアンテナ素子４と、回路基板２に取り付けられてＲＦ回路３を覆うシールドケース５と、回路基板２上に搭載された同軸コネクタ６とによって主に構成されている。図３や図５に示すように、回路基板２にはＲＦ回路３とアンテナ素子４との間に伝送線路が設けられている。この伝送線路のうちＲＦ回路３側の第１伝送線路７は、回路基板２の上面から第１のビアホール８を介して裏面２ａ側へ導出されており、第１伝送線路７の先端部７ａは半田接続ランドとして形成されている。同様に、アンテナ素子４側の第２伝送線路９は、回路基板２の上面から第２のビアホール１０を介して裏面２ａ側へ導出されており、第２伝送線路９の先端部９ａも半田接続ランドとして形成されている。図４や図５に示すように、両先端部７ａ，９ａは相互の導通が遮断された状態で所定の間隔を存して位置している。

図２と図３に示すように、第１伝送線路７の一部は回路基板２上に測定用電極７ｂとして形成されており、この測定用電極７ｂに同軸コネクタ６の中心導体６ａが半田付けされている。また、回路基板２上には、測定用電極７ｂの近傍に図示せぬ接地導体部から導出された測定用接地ランド１１が２つ設けられている。これらの測定用接地ランド１１は同軸コネクタ６の外部導体６ｂに半田付けされている。また、図４に示すように、回路基板２の裏面の外周部には、ＲＦ回路３から導出された多数の外部接続端子１２が設けられている。

ＲＦ回路３を覆っているシールドケース５は接地されるため、ＲＦ回路３は電磁的にシールドされた状態になる。また、本実施形態例では、アンテナ素子４が回路基板２上にパターンアンテナとして形成されているが、アンテナ素子４として、回路基板２上に搭載して第２伝送線路９と接続させたチップアンテナを用いてもよい。いずれにせよ、高周波モジュール１の動作時には、ＲＦ回路３から第１および第２伝送線路７，９を介して給電信号がアンテナ素子４へ供給されることになるが、高周波モジュール１がマザーボード２０上に実装されるまでは、第１および第２伝送線路７，９間の導通が遮断されているため、ＲＦ回路３とアンテナ素子４との間で信号の授受が行われることはない。つまり、この高周波モジュール１は、マザーボード２０への実装時に、マザーボード２０上に伝送線路橋絡用の半田接続ランドとして設けられている橋絡用接続ランド２２（図６参照）に第１および第２伝送線路７，９の先端部７ａ，９ａが半田付けされた段階で、第１伝送線路７と第２伝送線路９とが接続されるようになっている。

ただし、高周波モジュール１は、組立段階でＲＦ回路３の性能評価や調整のために特性測定を行い、ＲＦ回路３に所望の性能が確認できた後、高周波モジュール１をマザーボード２０上に面実装する。したがって、ＲＦ回路３の特性測定を行う段階では、高周波モジュール１の第１伝送線路７と第２伝送線路９間の導通は遮断されている。

ＲＦ回路３の特性測定を行う際には、図５に示すように、同軸コネクタ６に上方から測定用プラグ２５を挿着する。測定用プラグ２５は図示せぬ測定器に接続されており、第１伝送線路７と第２伝送線路９間の導通が遮断されているため、この測定器によってＲＦ回路３の送信動作特性や受信動作特性を測定することができる。なお、図５中の矢印は信号の流れを示している。

図７に示すように、マザーボード２０の上面には、高周波モジュール１の実装領域に接続端子２１群と橋絡用接続ランド２２とが設けられている。マザーボード２０上に高周波モジュール１を実装する際には、リフロー半田工程によって、各接続端子２１に各外部接続端子１２（図４参照）が半田付けされると共に、橋絡用接続ランド２２に第１および第２伝送線路７，９の先端部７ａ，９ａが半田付けされる。そして、前述したように、高周波モジュール１は、各先端部７ａ，９ａが橋絡用接続ランド２２に半田付けされると、第１および第２伝送線路７，９どうしが接続された状態になるため、図６の矢印で示すように、ＲＦ回路３とアンテナ素子４との間で信号の授受が可能となる。また、ＲＦ回路３は外部接続端子１２群および接続端子２１群を介して、マザーボード２０側の制御回路等と接続された状態になるため、無線通信や放送受信が行えるようになる。

以上説明したように、本実施形態例に係る高周波モジュール１は、回路基板２の裏面２ａに第１および第２伝送線路７，９の各先端部７ａ，９ａを導出させ、マザーボード２０上へ実装するまでは両先端部７ａ，９ａ間の導通を遮断している。そのため、回路基板２上で第１伝送線路７の一部（測定用電極７ｂ）に安価な同軸コネクタ６を接続することによって、ＲＦ回路３の特性測定を行うことができ、高価なスイッチングコネクタは不要となる。また、この高周波モジュール１は、マザーボード２０上へ面実装する際に、回路基板２の裏面２ａ側で第１および第２伝送線路７，９の各先端部７ａ，９ａがマザーボード２０の橋絡用接続ランド２２に半田付けされるようになっている。つまり、高周波モジュール１をマザーボード２０上へ面実装する際に行われるリフロー半田工程で、第１および第２伝送線路７，９の先端部７ａ，９ａどうしを繋ぐ半田付けも一括して行えるため、第１伝送線路７と第２伝送線路９とを接続するために工程や部品を別途追加する必要がない。それゆえ、この高周波モジュール１は原価低減を図りやすいものとなっている。

また、このように原価低減が図りやすい高周波モジュール１をマザーボード２０上に実装してなる高周波機器（図６参照）は、低コスト化に有利な無線通信機器や放送受信機などとして好適である。

図８は本発明の第２実施形態例に係る高周波モジュールのパターン形状を示す要部平面図であり、図２や図３と対応する部分には同一符号が付してある。

図８に示す高周波モジュール１５では、回路基板２上に同軸コネクタが搭載されておらず、ＲＦ回路の特性測定を測定用プローブ（図示せず）によって行えるようにしてある。すなわち、本実施形態例において、回路基板２上には、ＲＦ回路側の第１伝送線路７の一部に、第１のビアホール８と一体の測定用電極７ｃが形成されていると共に、この測定用電極７ｃの周囲に測定用接地ランド１１が円弧状に形成されている。そのため、図示せぬ測定器に接続された測定用プローブによってＲＦ回路の特性測定が行えるようになり、同軸コネクタが省略できることから部品代をさらに低減できる。なお、本実施形態例においても、アンテナ素子４はパターンアンテナに限定されるものではなく、第２伝送線路９に接続されたチップアンテナをアンテナ素子４として用いてもよい。

１，１５高周波モジュール
２回路基板
２ａ裏面
３ＲＦ回路
４アンテナ素子
５シールドケース
６同軸コネクタ
６ａ中心導体
７第１伝送線路
７ａ（第１伝送線路の）先端部
７ｂ，７ｃ測定用電極
８第１のビアホール
９第２伝送線路
９ａ（第２伝送線路の）先端部
１０第２のビアホール
１１測定用接地ランド
１２外部接続端子
２０マザーボード
２１接続端子
２２橋絡用接続ランド（半田接続ランド）

Claims

回路基板上にＲＦ回路およびアンテナ素子が配設されていると共に、前記ＲＦ回路と前記アンテナ素子との間に伝送線路が設けられており、前記回路基板をマザーボード上に面実装して使用される高周波モジュールにおいて、
前記伝送線路のうち前記ＲＦ回路側の第１伝送線路を前記回路基板上から第１のビアホールを介して裏面側へ導出させると共に、前記伝送線路のうち前記アンテナ素子側の第２伝送線路を前記回路基板上から第２のビアホールを介して裏面側へ導出させることによって、前記回路基板の裏面に前記第１伝送線路の先端部と前記第２伝送線路の先端部とを配設して両先端部どうしの導通を遮断しておき、且つ、前記マザーボード上へ面実装するときに、このマザーボード上に設けられている半田接続ランドに前記両先端部が半田付けされることにより、前記第１伝送線路と前記第２伝送線路とが接続されるようにしたことを特徴とする高周波モジュール。
請求項１の記載において、同軸コネクタが前記回路基板上に搭載されていると共に、前記回路基板上で前記第１伝送線路の一部を測定用電極となし、この測定用電極に前記同軸コネクタの中心導体が接続されていることを特徴とする高周波モジュール。
請求項１の記載において、前記回路基板上で前記第１伝送線路の一部を測定用電極となし、この測定用電極の周囲に測定用接地ランドが設けてあることを特徴とする高周波モジュール。
ＲＦ回路とアンテナ素子間の伝送線路を橋絡するための半田接続ランドが設けられたマザーボードを備え、このマザーボード上に請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波モジュールが面実装されていることを特徴とする高周波機器。