JP7072743B2 - Heat dissipation structure, high frequency circuit and antenna device - Google Patents
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Description
本開示は、放熱構造、高周波回路およびアンテナ装置に関する。 The present disclosure relates to a heat dissipation structure, a high frequency circuit and an antenna device.
高周波帯またはマイクロ波帯の信号を扱うレーダ装置においては、遠距離まで送信信号を伝搬させるために大電力の送信電力が必要であり、出力電力を増大させる電力増幅器が用いられる。一般に、電力増幅器においては、出力電力を大きくするに従って電力増幅器内部における消費電力が大きくなるので、電力増幅器からの発熱量は、大きくなる。電力増幅器に生じた熱は、電力増幅器が実装された基板あるいは電力増幅器に取り付けられた放熱フィンを通じて放熱される。しかしながら、放熱しきれなかった熱の一部は、電力増幅器に接続された高周波伝送線路を通じて高周波回路に伝熱する。高周波回路に伝熱した熱量が大きい場合、高周波回路の誤作動を誘引するだけではなく、回路の寿命を短くする可能性がある。 In a radar device that handles signals in the high frequency band or microwave band, a large amount of transmission power is required to propagate the transmission signal over a long distance, and a power amplifier that increases the output power is used. Generally, in a power amplifier, the power consumption inside the power amplifier increases as the output power increases, so that the amount of heat generated from the power amplifier increases. The heat generated in the power amplifier is dissipated through the substrate on which the power amplifier is mounted or the heat dissipation fins attached to the power amplifier. However, a part of the heat that cannot be dissipated is transferred to the high frequency circuit through the high frequency transmission line connected to the power amplifier. When the amount of heat transferred to the high-frequency circuit is large, it not only induces malfunction of the high-frequency circuit but also may shorten the life of the circuit.
例えば、特許文献1には、動作周波数の波長の約1/4の長さを有しかつ先端部が放熱性のよい金属に短絡された伝送線路、いわゆる先端短絡1/4波長スタブを備え、電力増幅器に生じた熱を、先端短絡1/4波長スタブを介して放熱させる放熱構造が記載されている。先端短絡1/4波長スタブは、中心周波数において開放とみなせるので、高周波回路の動作には悪影響を与えない。高周波回路へ伝熱される熱量を小さくするためには、伝送線路から先端短絡1/4波長スタブをみた熱抵抗が小さいことが必要である。一般に、物体の熱抵抗は、物体の長さに比例し、その断面積に反比例する。先端短絡1/4波長スタブの長さは、動作周波数によって決定されるため、放熱性を改善するためには、如何に断面積を大きくするかが重要となる。
For example,
先端短絡1/4波長スタブの断面積を大きくすると、先端短絡1/4波長スタブを構成する伝送線路の特性インピーダンスが低くなり、高周波帯において開放とみなせる周波数帯が狭帯域となる。これは、高周波回路において動作可能な周波数帯域幅が減少することを意味する。このように、従来の放熱構造は、先端短絡1/4波長スタブを用いた場合、放熱性と動作帯域幅とがトレードオフの関係にあり、一方を改善すると、もう一方が劣化するという課題があった。
When the cross-sectional area of the tip short-
本開示は上記課題を解決するものであり、動作帯域幅を狭帯域化することなく、放熱性を改善することができる、放熱構造、高周波回路およびアンテナ装置を得ることを目的とする。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain a heat dissipation structure, a high frequency circuit, and an antenna device capable of improving heat dissipation without narrowing the operating bandwidth.
本開示に係る放熱構造は、第1の面と、第1の面とは反対側の第2の面を有し、第2の面に地導体が設けられた誘電体基板と、誘電体基板の第1の面に設けられ、高周波信号の入力端子に一方の端部が接続された第1の信号導体と、誘電体基板の第1の面に設けられ、高周波信号の出力端子に一方の端部が接続され、第1の信号導体における入力端子とは反対側の端部に他方の端部が接続された第2の信号導体と、誘電体基板の第1の面に設けられ、動作周波数の波長の4分の1の長さを有した第3の信号導体と、誘電体基板の内層に設けられて、動作周波数の波長の4分の1の長さを有した第4の信号導体と、第4の信号導体の一方の端部を、第1の信号導体と第2の信号導体との接続点に接続する第1の接続導体と、第4の信号導体の他方の端部を、第3の信号導体および地導体に接続する第2の接続導体とを備え、第3の信号導体は、第1の信号導体と第2の信号導体との接続点に接続され、第4の信号導体は、平面的にみて、第3の信号導体と少なくとも一部が重なるように、第3の信号導体を含む平面と平行に配置されている。 The heat dissipation structure according to the present disclosure has a first surface, a second surface opposite to the first surface, and a dielectric substrate provided with a ground conductor on the second surface, and a dielectric substrate. A first signal conductor provided on the first surface of the above, one end of which is connected to the input terminal of the high frequency signal, and one of the output terminals of the high frequency signal provided on the first surface of the dielectric substrate. A second signal conductor to which the ends are connected and the other end is connected to the end opposite to the input terminal in the first signal conductor, and a second signal conductor provided on the first surface of the dielectric substrate for operation. A third signal conductor having a length of one-fourth of the frequency wavelength and a fourth signal provided in the inner layer of the dielectric substrate and having a length of one-fourth of the operating frequency wavelength. A first connecting conductor connecting the conductor and one end of the fourth signal conductor to the connection point between the first signal conductor and the second signal conductor, and the other end of the fourth signal conductor. The third signal conductor is provided with a third signal conductor and a second connecting conductor connecting to the ground conductor, and the third signal conductor is connected to the connection point between the first signal conductor and the second signal conductor, and the fourth signal conductor is connected to the second signal conductor. The signal conductor of No. 1 is arranged in parallel with the plane including the third signal conductor so as to overlap at least a part of the third signal conductor when viewed in a plane.
本開示によれば、高周波信号の入力端子に一方の端部が接続された第1の信号導体と、高周波信号の出力端子に一方の端部が接続され、第1の信号導体における、入力端子とは反対側の端部に他方の端部が接続された第2の信号導体と、動作周波数の波長の4分の1の長さを有し、第1の信号導体と第2の信号導体との接続点に端部が接続された第3の信号導体と、誘電体基板の内層に設けられ、動作周波数の波長の4分の1の長さを有した第4の信号導体と、第4の信号導体の一方の端部を、第1の信号導体と第2の信号導体との接続点に接続する第1の接続導体と、第4の信号導体の他方の端部を、第3の信号導体および地導体に接続する第2の接続導体とを備え、第3の信号導体は、第1の信号導体と第2の信号導体との接続点に接続され、第4の信号導体は、平面的にみて、第3の信号導体と少なくとも一部が重なるように、第3の信号導体を含む平面と平行に配置されている。第3の信号導体と第4の信号導体が並列に接続され、平面的にみて、第3の信号導体と第4の信号導体が重なるように第3の信号導体を含む平面と平行に配置されている。これにより、本開示に係る放熱構造は、動作帯域幅を狭帯域化することなく、第1の信号導体と第2の信号導体との接続点から第3の信号導体および第4の信号導体をみた熱抵抗を低減でき、放熱性を改善することができる。 According to the present disclosure, the first signal conductor having one end connected to the input terminal of the high frequency signal and the input terminal of the first signal conductor having one end connected to the output terminal of the high frequency signal. A second signal conductor having the other end connected to the opposite end, and a first signal conductor and a second signal conductor having a length of one-fourth of the wavelength of the operating frequency. A third signal conductor whose end is connected to the connection point with, a fourth signal conductor provided in the inner layer of the dielectric substrate and having a length of one-fourth of the wavelength of the operating frequency, and a third signal conductor. A first connecting conductor connecting one end of the signal conductor 4 to a connection point between the first signal conductor and the second signal conductor, and a third end of the fourth signal conductor. The third signal conductor is connected to the connection point between the first signal conductor and the second signal conductor, and the fourth signal conductor is The third signal conductor is arranged in parallel with the plane including the third signal conductor so that at least a part of the third signal conductor overlaps with the third signal conductor. The third signal conductor and the fourth signal conductor are connected in parallel, and are arranged parallel to the plane including the third signal conductor so that the third signal conductor and the fourth signal conductor overlap each other when viewed in a plane. ing. As a result, the heat dissipation structure according to the present disclosure can connect the third signal conductor and the fourth signal conductor from the connection point between the first signal conductor and the second signal conductor without narrowing the operating bandwidth. The seen thermal resistance can be reduced and the heat dissipation can be improved.
実施の形態1.
図1Aは、実施の形態1に係る放熱構造1を示す斜視図である。図1Bは、放熱構造1を、図1AのA-A’線で切断した断面を示す断面図である。図1Cは、放熱構造1を、図1AのB-B’線で切断した断面を示す断面図である。図1A、図1Bおよび図1Cにおいて、放熱構造1は、例えば、高周波信号が入出力される高周波回路であり、高周波信号が入力される入力端子2a、高周波信号が出力される出力端子2b、信号導体3a、信号導体3b、信号導体4a、信号導体4b、誘電体基板5、地導体6、接続導体7aおよび接続導体7bを備える。
FIG. 1A is a perspective view showing a
信号導体3aは、誘電体基板5の第1の面(+z方向の面)に設けられ、一方の端部が入力端子2aに接続され、他方の端部が信号導体3bの端部に接続された第1の信号導体である。信号導体3bは、誘電体基板5の第1の面に設けられ、一方の端部が出力端子2bに接続され、他方の端部が信号導体3aにおける入力端子2aとは反対側の端部に接続された第2の信号導体である。信号導体4aは、誘電体基板5の第1の面に設けられ、動作周波数の波長の4分の1の長さを有し、一方の端部が信号導体3aと信号導体3bとの接続点に接続された第3の信号導体である。
The
信号導体4bは、図1Bおよび図1Cに示すように、誘電体基板5の内層に設けられ、動作周波数の波長の4分の1の長さを有し、平面的にみて信号導体4aと少なくとも一部が重なるように、信号導体4aを含む平面と平行に配置された、第4の信号導体である。誘電体基板5における第1の面とは反対側の第2の面(-z方向の面)には、導体のベタパターンである地導体6が形成されている。
As shown in FIGS. 1B and 1C, the
接続導体7aおよび接続導体7bは、誘電体基板5の内層に設けられる。接続導体7aは、信号導体4bの一方の端部を、信号導体3aと信号導体3bとの接続点に接続する第1の接続導体である。接続導体7bは、信号導体4bの他方の端部を信号導体4aおよび地導体6に接続する第2の接続導体である。
The connecting
結合導体8は、動作周波数の波長の4分の1の長さを有した信号導体4aおよび信号導体4bが電気的に結合したものである。信号導体4aと信号導体4bとの間の厚み方向(z方向)の間隔は、例えば、誘電体基板5の厚さの10分の1以下である。信号導体3a、信号導体3b、信号導体4aおよび信号導体4bは、地導体6と合わせて高周波信号を伝送する伝送線路として機能する。
The
接続導体7aおよび接続導体7bの物理的な大きさが動作周波数の波長と比較して十分に小さい場合、高周波帯では、接続導体7aおよび接続導体7bの影響を無視することができる。接続導体7aおよび接続導体7bの長さは、動作周波数の波長の10分の1以下であることが望ましい。
If the physical size of the connecting
図2は、放熱構造1の等価回路を示す回路図であり、放熱構造1の電気的な動作を表す等価回路である。図2に示す等価回路は、高周波信号が入力される入力端子2a、高周波信号が出力される出力端子2b、給電線路9a、給電線路9b、伝送線路10aおよび伝送線路10bによって構成される。伝送線路10aおよび伝送線路10bは、動作周波数の波長の4分の1の長さを有している。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the
給電線路9aは、一方の端部が入力端子2aに接続され、他方の端部が給電線路9bの端部に接続されている。給電線路9bは、一方の端部が出力端子2bに接続され、他方の端部が、給電線路9aにおける入力端子2aとは反対側の端部に接続されている。結合線路11は、伝送線路10aと伝送線路10bが電気的に結合されて構成される。
One end of the
伝送線路10aおよび伝送線路10bの端部のうち、同じ側にある端部は、互いに接続される。伝送線路10aおよび伝送線路10bにおける互いに接続された端部の一方は、給電線路9aと給電線路9bとの接続点に接続され、もう一方は接地される。
Of the ends of the
図1に示した信号導体3aおよび信号導体3bは、地導体6と合わせて、高周波信号を伝送する伝送線路として機能する。図2においては、給電線路9aが信号導体3aに対応し、給電線路9bが信号導体3bに対応する。伝送線路10aは、図1に示した信号導体4aに対応し、伝送線路10bは、信号導体4bに対応する。
The
放熱構造1の効果を説明する前に、従来の放熱構造について説明する。
図3Aは、従来の放熱構造100を示す斜視図である。図3Bは、放熱構造100を、図3AのA-A’線で切断した断面を示す断面図である。図3Cは、放熱構造100を、図3AのB-B’線で切断した断面を示す断面図である。Before explaining the effect of the
FIG. 3A is a perspective view showing a conventional
図3A、図3Bおよび図3Cに示すように、放熱構造100は、高周波信号が入力される入力端子101a、高周波信号が出力される出力端子101b、信号導体102a、信号導体102b、信号導体103a、誘電体基板104、地導体105および接続導体106を備える。
As shown in FIGS. 3A, 3B and 3C, the
信号導体102aは、誘電体基板104の第1の面(+z方向の面)に設けられ、一方の端部が入力端子101aに接続され、他方の端部が信号導体102bの端部に接続される。信号導体102bは、誘電体基板104の第1の面に設けられ、一方の端部が出力端子101bに接続され、他方の端部が信号導体102aにおける、入力端子101aとは反対側の端部に接続される。信号導体103aは、誘電体基板104の第1の面に設けられ、動作周波数の波長の4分の1の長さを有し、信号導体102aと信号導体102bとの接続点に接続されている。
The
図3Bおよび図3Cに示すように、放熱構造100は、放熱構造1における、信号導体4bと接続導体7aとに対応する各部材を備えていない。放熱構造100において、信号導体102a、信号導体102bおよび信号導体103aは、地導体105と合わせて、高周波信号を伝送する伝送線路として機能する。信号導体103aの一方の端部は、接続導体106によって地導体105に接続されている。
As shown in FIGS. 3B and 3C, the
図4は、従来の放熱構造100の等価回路を示す回路図である。図3Bに示した接続導体106の大きさが動作周波数の波長と比較して十分に小さい場合、この接続導体106の影響は小さく無視することができる。従って、放熱構造100は、図4に示す等価回路で表される。図4に示す等価回路は、図2に示した等価回路から伝送線路10bが除去された回路である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the conventional
図4に示す放熱構造100の等価回路において、給電線路107aと給電線路107bとの接続点から伝送線路108aをみた入力インピーダンスZinは、伝送線路108aの特性インピーダンスZsと電気長θを用いて、下記式(1)のように表現される。
In the equivalent circuit of the
電気長θは、下記式(2)のように表現される。下記式(2)において、lは伝送線路108aの物理長、βは位相定数である。
The electric length θ is expressed by the following equation (2). In the following equation (2), l is the physical length of the
位相定数βは、実効波長λeffを用いて、下記式(3)のように表現される。
The phase constant β is expressed by the following equation (3) using the effective wavelength λ eff .
上記式(1)、上記式(2)および上記式(3)を用いることで、入力インピーダンスZinは、下記式(4)のように表現される。
By using the above equation (1), the above equation (2) and the above equation (3), the input impedance Z in is expressed as the following equation (4).
上記式(4)において、l=λeff/4である場合、Zin=∞となり開放とみなすことができる。従って、入力端子101a側の内部インピーダンス、出力端子101b側の負荷インピーダンス、および、給電線路107aおよび107bの特性インピーダンスを、全て同一のインピーダンスZ0とした場合、l=λeff/4となる周波数においては、入力端子101aから入力された高周波信号は、反射することなく、出力端子101bへ出力される。しかしながら、l=λeff/4となる周波数以外の周波数では、Zin≠∞となるので、入力端子101aから入力された高周波信号の一部は、反射し、入力端子101aに出力される。In the above equation (4), when l = λ eff / 4, Z in = ∞ and can be regarded as open. Therefore, when the internal impedance on the
図5は、放熱構造100の等価回路における、反射振幅の計算結果の例を示すグラフである。図5において、横軸は、θ=π/2(rad)となる周波数で規格化された周波数であり、縦軸は、反射振幅を表している。図5の反射振幅の計算結果は、Z0=50Ωとし、伝送線路108aの特性インピーダンスZSを、25Ω(一点破線)、50Ω(実線)、100Ω(破線)と変化させて反射振幅を計算した結果である。なお、以下の反射振幅の計算では、全てZ0=50Ωとしている。FIG. 5 is a graph showing an example of the calculation result of the reflection amplitude in the equivalent circuit of the
図5から明らかなように、特性インピーダンスZSが大きくなるつれて一定の反射振幅以下となる帯域幅が広くなっている。仮に、反射振幅-20dB以下を目標とした場合、ZS=25Ωでは比帯域幅12%となり、ZS=100Ωでは比帯域幅48%となり、前述の通り、特性インピーダンスZSが大きい方がより広帯域になっている。これは、上記式(1)において、入力インピーダンスZinを、電気長θに依らず大きくしようとすると、特性インピーダンスZSを大きくする必要があることから明らかである。従って、より広い帯域幅を得ようとすると、特性インピーダンスZSを高く設計する必要がある。As is clear from FIG. 5, as the characteristic impedance Z S increases, the bandwidth that becomes a certain reflection amplitude or less becomes wider. If the target is a reflection amplitude of -20 dB or less, the specific bandwidth is 12% when Z S = 25 Ω, the specific bandwidth is 48% when Z S = 100 Ω, and as described above, the larger the characteristic impedance Z S , the more. It has a wide band. This is clear from the fact that in the above equation (1), if the input impedance Z in is to be increased regardless of the electrical length θ, the characteristic impedance Z S needs to be increased. Therefore, in order to obtain a wider bandwidth, it is necessary to design the characteristic impedance ZS to be high.
例えば、放熱構造100において、誘電体基板104の第2の面に地導体105が形成され、誘電体基板104の第1の面における信号導体として、銅箔で形成されたマイクロストリップ線路と呼ばれる伝送線路を用いる。この場合、参考文献1に示すように、誘電体基板104の厚さh、誘電体基板104の比誘電率εrおよび信号導体の幅Wを用いることで、特性インピーダンスZSは、下記式(5)に従って計算することができる。
(参考文献1)J. S. Hong and M. J. Lancaster, “ Microstrip Filters for RF/Microwave Applications ”, Second Edition,John Wiley & Sons Inc, 2011.For example, in the
(Reference 1) J. S. Hong and M. J. Lancaster, "Microstrip Filters for RF / Microwave Applications", Second Edition, John Wiley & Sons Inc, 2011.
上記式(5)を用いた特性インピーダンスZSの算出では、マイクロストリップ線路を形成する銅箔の厚さの値が、誘電体基板104の厚さhの値に比べて非常に小さいと仮定している。上記式(5)は近似式の一例であり、マイクロストリップ線路に関しては多数の近似式が報告されており、上記式(5)以外の近似式を用いて特性インピーダンスZSの算出を行ってもよい。In the calculation of the characteristic impedance ZS using the above equation (5), it is assumed that the value of the thickness of the copper foil forming the microstrip line is much smaller than the value of the thickness h of the
上記式(5)から明らかなように、マイクロストリップ線路では、誘電体基板104の厚さhおよび誘電体基板の比誘電率εrを不変とした場合、特性インピーダンスZsは、信号導体の線路幅Wを狭くすることによって大きくすることが可能である。As is clear from the above equation (5), in the microstrip line, when the thickness h of the
次に、基板上に実装されたデバイスからの放熱について説明する。
厳密には、基板上に実装されたデバイスからの放熱経路として、銅箔による伝熱の他、誘電体基板または空気を介した放熱が考えられる。しかし、自然対流下において、空気は熱抵抗が大きく、特に小型なパッケージ部品では放熱面積が小さく、放熱しづらい。Next, heat dissipation from the device mounted on the board will be described.
Strictly speaking, as a heat dissipation path from the device mounted on the substrate, heat transfer by a copper foil or heat dissipation via a dielectric substrate or air can be considered. However, under natural convection, air has a large thermal resistance, and especially for small package parts, the heat dissipation area is small and it is difficult to dissipate heat.
さらに、誘電体基板として安価な樹脂系の基板を採用した場合、樹脂系の基板の熱抵抗率は、銅などの金属と比較して100~1000倍程度であり、非常に熱抵抗が大きい。従って、放熱構造1の放熱性は、信号導体を形成する銅箔の熱伝導による放熱が主要素であると考え、信号導体4aの熱抵抗について説明する。
Further, when an inexpensive resin-based substrate is used as the dielectric substrate, the thermal resistance of the resin-based substrate is about 100 to 1000 times that of a metal such as copper, and the thermal resistance is very high. Therefore, it is considered that the heat dissipation of the
前提として、信号導体4aが接続される地導体6は、熱抵抗が非常に小さいものとしている。信号導体4aの熱抵抗RSは、下記式(6)を用いて表現される。下記式(6)において、ρは、熱抵抗率であり、tは、信号導体4aの厚さであり、Wは、信号導体4aの幅であり、lは、信号導体4aの長さである。
As a premise, the
信号導体4aの熱抵抗RSを小さくするためには、上記式(6)に従って信号導体4aの長さlを短くするか、厚さtおよび幅Wを大きくする必要がある。しかしながら、前述の通り、信号導体4aの長さlは、動作周波数の波長においてl=λeff/4とする必要があり、動作周波数によって決定される。In order to reduce the thermal resistance RS of the
一方、誘電体基板5上に、銅箔を用いて信号導体4aを形成した場合、基本的に、銅箔厚さがそのまま信号導体4aの厚さtとなる。なお、メッキなどによって信号導体4aの厚さtを大きくすることも可能であるが、通常の基板製造プロセスでは製造可能なメッキ厚さに制限がある上、基板製造コストが高くなる。これにより、熱抵抗Rsを小さくするためには、信号導体4aの幅Wを広くすることが必要である。
On the other hand, when the
動作帯域幅を広げるためには、信号導体4aの幅Wを狭くする必要があるが、放熱性を改善するためには、信号導体4aの幅Wを広くする必要がある。従って、放熱構造100において、動作帯域幅と放熱性とはトレードオフの関係にあり、一方を改善しようとすると、もう一方が劣化する。
In order to widen the operating bandwidth, it is necessary to narrow the width W of the
実施の形態1に係る放熱構造1の動作を、図1を参照しながら説明する。
まず、放熱構造1による放熱は、基本的に、従来の放熱構造100と同じである。放熱構造1では、信号導体4aと信号導体4bとが並列に接続されているため、信号導体4aおよび信号導体4bの合成熱抵抗RSeは、下記式(7)によって表される。RsAは、信号導体4aの熱抵抗であり、RsBは、信号導体4bの熱抵抗である。
The operation of the
First, the heat radiated by the
信号導体4aと信号導体4bとの厚さt、幅Wおよび長さlを用いて、熱抵抗RSは、上記式(6)によって表現される。2RsA=2RsB=RSとした場合に、上記式(7)によって、信号導体4aおよび信号導体4bの合成熱抵抗RSeと信号導体4aの熱抵抗RSは等しくなる(RSe=RS)。Using the thickness t, width W, and length l of the
図2に示した等価回路を参照しながら、放熱構造1の電気的な動作について説明する。一般に、特性インピーダンスZSを有した2つの伝送線路が電気的に結合して結合線路を構成する場合、この結合線路は、偶モードおよび奇モードと呼ばれる2つの伝搬モードを有する。このとき、各モードにおいて、特性インピーダンスおよび伝搬定数が存在する。 The electrical operation of the
偶モードにおける特性インピーダンスをZ0eおよび電気長をθeとし、奇モードにおける特性インピーダンスZ0oおよび電気長をθoとする。参考文献2に示すように、理想的な等価回路において、偶モードの特性インピーダンスZ0eと奇モードの特性インピーダンスZ0oは、これらの電気的な結合の強度を表す結合度cを用いて、下記式(8a)および下記式(8b)のように表現される。結合度cは、0<c<1である。
(参考文献2)R. E. Collin, “ Foundations for Microwave Engineering ”, Second Edition, McGRAW-HILL,Inc,1992.Let Z 0e be the characteristic impedance and the electrical length be θ e in the even mode, and θ o be the characteristic impedance Z 0 o and the electrical length in the odd mode. As shown in Reference 2, in an ideal equivalent circuit, the characteristic impedance Z 0e in the even mode and the characteristic impedance Z 0o in the odd mode are described below using the coupling degree c representing the strength of these electrical couplings. It is expressed as the formula (8a) and the following formula (8b). The degree of coupling c is 0 <c <1.
(Reference 2) R. E. Collin, "Foundations for Microwave Engineering", Second Edition, McGraw-HILL, Inc, 1992.
上記式(8a)および上記式(8b)において、偶モードの特性インピーダンスZ0eに着目すると、結合度cを1に近づけていくと、根号内の分母が0に近づくため、偶モードの特性インピーダンスZ0eは発散する。例えば、上記式(8a)において、結合度cを、c≧3/5とすると、Z0e≧2ZSとなり、元の伝送線路の特性インピーダンスZSよりも2倍以上大きな偶モードの特性インピーダンスZ0eが実現される。図2に示した等価回路における給電線路9aと給電線路9bの節点から結合線路11をみた入力インピーダンスZineは、結合線路11における、偶モードの特性インピーダンスZ0eと偶モードの電気長θeを用いて、下記式(9)で表現される。
Focusing on the characteristic impedance Z 0e of the even mode in the above equations (8a) and (8b), the characteristic of the even mode is that the denominator in the radical symbol approaches 0 as the coupling degree c approaches 1. Impedance Z 0e diverges. For example, in the above equation (8a), if the degree of coupling c is c ≧ 3/5, then Z 0e ≧ 2Z S , which is the characteristic impedance Z of the even mode that is more than twice as large as the characteristic impedance Z S of the original transmission line. 0e is realized. The input impedance Zine when the
偶モードにおける電気長θeは、偶モードの位相定数βeと、伝送線路10aおよび伝送線路10bの物理長lを用いることで、下記式(10)によって表現される。
The electrical length θ e in the even mode is expressed by the following equation (10) by using the phase constant β e in the even mode and the physical length l of the
偶モードの位相定数βeは、偶モードにおける実効波長λeffeを用いて下記式(11)によって表現される。
The phase constant β e in the even mode is expressed by the following equation (11) using the effective wavelength λ effe in the even mode.
放熱構造1は、従来の放熱構造100と同様に、動作周波数において、θe=π/2となるように、物理長lが決定されることにより、Zine=∞となる。すなわち、動作周波数において、入力端子2aに入力された高周波信号は、反射なく、出力端子2bから出力される。上記式(9)と電気長θをθeとした上記式(1)とを比較すると、両式の違いは、特性インピーダンスZSとZ0e/2である。Similar to the conventional
結合導体8における、偶モードの特性インピーダンスおよび奇モードの特性インピーダンスとの電気的な結合度cを大きくすることにより、偶モードの特性インピーダンスZ0eを、特性インピーダンスZSの2倍以上(Z0e≧2ZS)にできる。従って、2ZS=Z0eとなるように、信号導体4aと信号導体4bとの幅Wと、信号導体4aと信号導体4bとの厚さ方向の間隔が設計された放熱構造1は、放熱構造100との間で同一の反射特性となる。このとき、結合線路11の熱抵抗Rs2を、放熱構造100の熱抵抗RSと比較し、RSe<RSとなるように設計することで、放熱構造1は、反射特性を、放熱構造100と同一としながら、放熱性の改善が可能となる。By increasing the degree of electrical coupling c between the characteristic impedance of the even mode and the characteristic impedance of the odd mode in the coupled
放熱構造1においては、放熱性の改善のために、線路幅Wを大きくしつつ、偶モードの特性インピーダンスZ0eと特性インピーダンスZSとが、2ZS=Z0eの関係となることが望ましい。従って、放熱構造1では、製造上可能な限り、信号導体4aと信号導体4bとの厚さ方向の間隔を小さくし、結合度cを大きくすることが求められる。In the
図6は、放熱構造1の等価回路における反射振幅の計算結果の例を示すグラフである。図6において、横軸はθ=π/2(rad)となる周波数で規格化された周波数であり、縦軸は反射振幅を表している。図6に示す反射振幅の計算結果は、Z0=50Ωとし、結合線路11の偶モードの特性インピーダンスZOeを、50Ω(一点破線)、100Ω(実線)、200Ω(破線)と変化させて反射振幅を計算した結果である。FIG. 6 is a graph showing an example of the calculation result of the reflection amplitude in the equivalent circuit of the
図6から明らかなように、特性インピーダンスZOeが大きくなるつれて一定の反射振幅以下となる帯域幅が広くなっている。仮に、反射振幅-20dB以下を目標とした場合、ZOe=50Ωでは比帯域幅12%となり、ZOe=200Ωでは比帯域幅48%となっており、特性インピーダンスZOeが大きい方がより広帯域になっている。これは、図5に示したように、放熱構造100の等価回路において、特性インピーダンスZSを、25Ω、50Ω、100Ωと変化させたときの計算結果と等しい。等価回路の計算結果から明らかなように、放熱構造1において偶モードの特性インピーダンスZ0eを設計することで、放熱構造100と同等の電気特性が得らえる。As is clear from FIG. 6, as the characteristic impedance Z Oe increases, the bandwidth that becomes below a certain reflection amplitude becomes wider. If the target is a reflection amplitude of -20 dB or less, the specific bandwidth is 12% when Z Oe = 50 Ω, and the specific bandwidth is 48% when Z Oe = 200 Ω. The larger the characteristic impedance Z Oe , the wider the bandwidth. It has become. This is equivalent to the calculation result when the characteristic impedance ZS is changed to 25Ω , 50Ω, and 100Ω in the equivalent circuit of the
図7は、実施の形態1に係る放熱構造1と従来の放熱構造100とにおける反射振幅の電磁界解析結果を示すグラフであり、横軸は周波数、縦軸は反射振幅を示している。図7に示す反射振幅の電磁界解析結果は、誘電体基板5または104の誘電率を3.7とし、信号導体4a、信号導体4bおよび信号導体103aのそれぞれの長さを18.75mmとして得られたものである。符号Cを付した破線の関係が、放熱構造1の電磁界解析結果であり、符号Dを付した破線の関係が、放熱構造100の電磁界解析結果である。
FIG. 7 is a graph showing the electromagnetic field analysis results of the reflection amplitudes of the
図8Aは、放熱構造1を、図1AのA-A’線で切断した断面および寸法を示す断面図である。図8Bは、放熱構造100を、図3AのA-A’線で切断した断面および寸法を示す断面図である。図8Aおよび図8Bにおいて、信号導体4a、信号導体4bおよび信号導体103aの厚さtcは、0.036mmであり、誘電体基板5および誘電体基板104の厚さhは、1.5mmである。信号導体4aと信号導体4bとの厚さ方向の間隔dは、0.15mmである。信号導体4aと信号導体4bとの幅Wは、1.1mmであり、信号導体103aの幅Wは、1.5mmである。FIG. 8A is a cross-sectional view showing a cross section and dimensions of the
放熱構造1は、信号導体の幅Wを広くしつつ、より高い偶モードの特性インピーダンスZ0eを実現するため、信号導体4aと信号導体4bとの厚さ方向の間隔dが誘電体基板5の厚さhの10分の1程度と設定されている。図7に示すように、放熱構造1の反射振幅と放熱構造100の反射振幅は、概ね一致しており、同等の動作帯域幅が得られている。図8Bおよび図8Cに示した寸法に基づいて、放熱構造1と放熱構造100との熱抵抗の比RSe/RSを算出すると、RSe/RS=0.68となり、放熱構造100と比較して、熱抵抗が30%程度低減されている。In the
図9Aは、実施の形態1に係る放熱構造1の変形例である放熱構造1Aを示す斜視図である。図9Bは、放熱構造1Aの変形例を、図9AのA-A’線で切断した断面を示す断面図である。図9Cは、放熱構造1Aの変形例を、図9AのB-B’線で切断した断面を示す断面図である。放熱構造1Aは、放熱構造1の構成に加え、伝熱部材12および金属体13を備える。放熱構造1Aにおける地導体6には、伝熱部材12を介して金属体13が接続されている。これらの部材を有することで、放熱構造1Aは、地導体6からの放熱性が改善する。伝熱部材12には、熱伝導グリス、熱伝導シートあるいは導電性接着剤が用いられる。金属体13は、放熱性をさらに改善するために放熱フィンを備えてもよい。
FIG. 9A is a perspective view showing a
これまでの説明では、信号導体4aおよび信号導体4bが、同一の線路幅である場合を示したが、両者の線路幅は異なっていてもよい。また、信号導体4bを、平面的にみて、信号導体4aと重なるように配置した場合を示したが、例えば、信号導体4aおよび信号導体4bは、長さ方向と垂直かつ誘電体基板5の平面方向へオフセットして配置されてもよい。放熱構造1の放熱性をより改善するためには、結合度cを大きくする必要があり、オフセット量は、線路幅W以下であるものとし、平面的にみて、信号導体4aと信号導体4bの少なくとも一部が重なるように配置されていることが望ましい。
In the description so far, the case where the
また、これまでの説明では、誘電体基板5の第2の面に地導体6が配置され、第1の面に信号導体が形成された、いわゆるマイクロストリップ線路構造である放熱構造1または1Aを示した。ただし、放熱構造1または1Aは、誘電体基板5の両面に地導体を設け、誘電体基板5の内層に信号導体を設けたストリップ線路構造であってもよい。
Further, in the description so far, the
以上のように、実施の形態1に係る放熱構造1は、高周波信号の入力端子2aに一方の端部が接続された信号導体3aと、高周波信号の出力端子2bに一方の端部が接続され、信号導体3aにおける入力端子2aとは反対側の端部に他方の端部が接続された信号導体3bと、動作周波数の波長の4分の1の長さを有し、信号導体3aと信号導体3bの接続点に端部が接続された信号導体4aと、誘電体基板5の内層に設けられ、動作周波数の波長の4分の1の長さを有した信号導体4bと、信号導体4bの一方の端部を信号導体3aと信号導体3bとの接続点に接続する接続導体7aと、信号導体4aの他方の端部を信号導体4bおよび地導体6に接続する接続導体7bとを備える。信号導体4aは、信号導体3aと信号導体3bとの接続点に接続され、信号導体4bは、平面的にみて、信号導体4aと少なくとも一部が重なるように、信号導体4aを含む平面と平行に配置されている。信号導体4aと信号導体4bが並列に接続され、平面的にみて、信号導体4aと信号導体4bが重なるように信号導体4aを含む平面と平行に配置されている。これにより、放熱構造1は、放熱構造100と同等の動作帯域幅で狭帯域化することなく、信号導体3aと信号導体3bとの接続点から信号導体4aおよび信号導体4bをみた熱抵抗を低減でき、放熱性を改善することができる。
As described above, in the
実施の形態2.
10Aは、実施の形態2に係る放熱構造1Bを示す斜視図である。図10Bは、放熱構造1Bを、図10AのA-A’線で切断した断面を示す断面図である。図10Cは、放熱構造1Bを、図10AのB-B’線で切断した断面を示す断面図である。図10A、図10Bおよび図10Cにおいて、放熱構造1Bは、例えば、高周波信号が入出力される高周波回路であり、入力端子2a、出力端子2b、信号導体3a、信号導体3b、信号導体4a、信号導体4b、誘電体基板5、地導体6、接続導体7b、接続導体7c、および電極14を備える。Embodiment 2.
10A is a perspective view showing the
電極14は、誘電体基板5の第2の面(-z方向の面)に設けられ、地導体6の一部が除去されて形成された電極である。信号導体3aは、誘電体基板5の第1の面(+z方向の面)に設けられ、一方の端部が入力端子2aに接続され、他方の端部が信号導体3bの端部に接続された第1の信号導体である。信号導体3bは、誘電体基板5の第1の面に設けられ、一方の端部が出力端子2bに接続され、他方の端部が信号導体3aにおける入力端子2aとは反対側の端部に接続された第2の信号導体である。
The
信号導体4aは、誘電体基板5の第1の面に設けられ、動作周波数の波長の4分の1の長さを有し、一方の端部が信号導体3aと信号導体3bとの接続点に接続された第3の信号導体である。信号導体4bは、図10Bおよび図10Cに示すように、誘電体基板5の内層に設けられ、動作周波数の波長の4分の1の長さを有し、平面的にみて信号導体4aと少なくとも一部が重なるように、信号導体4aを含む平面と平行に配置された、第4の信号導体である。誘電体基板5における第1の面とは反対側の第2の面には、導体のベタパターンである地導体6が形成されている。
The
接続導体7bは、誘電体基板5の内層に設けられ、信号導体4bの他方の端部を信号導体4aおよび地導体6に接続する第2の接続導体である。接続導体7cは、誘電体基板5の内層に設けられ、接続導体7cは、信号導体4aの一方の端部を、信号導体3aと信号導体3bとの接続点、信号導体4bおよび電極14に接続する第1の接続導体である。結合導体8は、動作周波数の波長の4分の1の長さを有した信号導体4aおよび信号導体4bが電気的に結合したものである。
The connecting
放熱構造1Bは、実施の形態1に係る放熱構造1と同様に、入力端子2aに接続される電力増幅器に発生した熱を、結合導体8を介して地導体6に放熱するものである。また、放熱構造1は、図1Bに示したように、誘電体基板5における信号導体4aが設けられた第1の面から信号導体4bが設けられた内層を接続する接続導体7aと、誘電体基板5を貫通して配置された接続導体7bとの2種類の接続導体を有する。
Similar to the
放熱構造1は、誘電体基板5を貫通する接続導体だけでなく、誘電体基板5の内層で止まる接続導体を有するので、これらの接続導体を設けるためには別々にヴィアホール加工を行う必要があり、工数が増加する。これに対して、放熱構造1Bが備える接続導体7bおよび7cは、誘電体基板5を貫通する接続導体のみが用いられ、これらの接続導体は、一度のヴィアホール加工で得られる。これにより、放熱構造1Bは、製造工数を削減可能である。
Since the
以上のように、実施の形態2に係る放熱構造1Bは、誘電体基板5の第2の面に設けられ、地導体6の一部が除去されて形成された電極14を備える。接続導体7cは、信号導体4bの一方の端部を、信号導体3aと信号導体3bとの接続点と電極14に接続する。接続導体7cおよび電極14の大きさは、動作周波数の波長に比べて十分に小さく、接続導体7cおよび電極14からの影響は無視できる。従って、放熱構造1Bは、放熱構造1に比べて動作帯域幅および放熱性能を同等としつつ、簡易な製造方法によって製造することができる。これにより、製造コストも低減される。
As described above, the
実施の形態3.
図11Aは、実施の形態3に係る放熱構造1Cを示す斜視図である。図11Bは、放熱構造1Cを、図11AのA-A’線で切断した断面を示す断面図である。図11Cは、放熱構造1Cを、図11AのB-B’線で切断した断面を示す断面図である。図11A、図11Bおよび図11Cにおいて、放熱構造1Cは、例えば、高周波信号が入出力される高周波回路であり、入力端子2a、出力端子2b、信号導体3a、信号導体3b、信号導体4c、信号導体4d、誘電体基板5、地導体6、接続導体7a、接続導体7b、接続導体7d、電極14a、電極14bおよびチップコンデンサ15を備える。Embodiment 3.
FIG. 11A is a perspective view showing the
信号導体3aは、誘電体基板5の第1の面(+z方向の面)に設けられ、一方の端部が入力端子2aに接続され、他方の端部が信号導体3bの端部に接続された第1の信号導体である。信号導体3bは、誘電体基板5の第1の面に設けられ、一方の端部が出力端子2bに接続され、他方の端部が信号導体3aにおける入力端子2aとは反対側の端部に接続された第2の信号導体である。
The
信号導体4cは、誘電体基板5の第1の面に設けられ、動作周波数の波長の4分の1の長さを有し、一方の端部が信号導体3aと信号導体3bとの接続点に接続された第3の信号導体である。信号導体4dは、図11Bおよび図11Cに示すように、誘電体基板5の内層に設けられ、動作周波数の波長の4分の1の長さを有し、平面的にみて信号導体4cと少なくとも一部が重なるように、信号導体4cを含む平面と平行に配置された、第4の信号導体である。誘電体基板5における第1の面とは反対側の第2の面(-z方向の面)には、導体のベタパターンである地導体6が形成されている。
The
電極14aは、誘電体基板5の第1の面に設けられ、信号導体3aと信号導体3bとの接続点に接続された第1の電極である。電極14bは、誘電体基板5の第1の面に設けられ、接続導体7dによって地導体6と接続された第2の電極である。チップコンデンサ15は、電極14aと電極14bとの間を接続するコンデンサである。
The
接続導体7aは、信号導体4cの一方の端部を、信号導体3aと信号導体3bとの接続点および信号導体4dに接続する第1の接続導体である。接続導体7bは、信号導体4cの他方の端部を、信号導体4cおよび地導体6に接続する第2の接続導体である。接続導体7dは、誘電体基板5の内層に設けられて、電極14bを地導体6に接続する第3の接続導体である。
The connecting
結合導体16は、動作周波数の波長の4分の1の長さを有した信号導体4cおよび信号導体4dが電気的に結合したものである。信号導体4cと信号導体4dとの間の厚み方向(z方向)の間隔dは、例えば、誘電体基板5の厚さの10分の1以下である。信号導体3a、信号導体3b、信号導体4cおよび信号導体4dは、地導体6と合わせて高周波信号を伝送する伝送線路として機能する。
The
放熱構造1は、高周波特性に影響を与えぬように、動作周波数における、入力インピーダンスZin=∞となるように、物理長lを決定していた。このため、信号導体4aおよび信号導体4bの長さは、動作周波数によって制限される。上記式(6)に示すように、信号導体4aおよび信号導体4bの熱抵抗は、信号導体の長さlに比例する。信号導体の熱抵抗は、信号導体の長さlを短くすることで、小さくすることができる。In the
しかしながら、熱抵抗を低減するためには、放熱構造1において、信号導体4aおよび信号導体4bの長さ以外のパラメータを設計しなくてはならない。これに対し、放熱構造1Cは、結合導体16と並列にチップコンデンサ15が接続され、チップコンデンサ15によって結合導体16の長さを、動作周波数の波長の1/4波長以下とすることができるので、熱抵抗を低減することが可能となる。
However, in order to reduce the thermal resistance, it is necessary to design parameters other than the lengths of the
図12は、実施の形態3に係る放熱構造1Cの等価回路を示す回路図であり、放熱構造1Cの電気的な動作を表す等価回路である。図12に示す等価回路は、高周波信号が入力される入力端子2a、高周波信号が出力される出力端子2b、給電線路9a、給電線路9b、伝送線路10cおよび伝送線路10dによって構成される。伝送線路10cおよび伝送線路10dは、動作周波数の波長の4分の1の長さを有している。
FIG. 12 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the
給電線路9aは、一方の端部が入力端子2aに接続され、他方の端部が給電線路9bの端部に接続されている。給電線路9bは、一方の端部が出力端子2bに接続され、他方の端部が、給電線路9aにおける入力端子2aとは反対側の端部に接続されている。図11に示したチップコンデンサ15のキャパシタが、図12に示すキャパシタである。以降、キャパシタ15と記載する。キャパシタ15は、一方の端部が給電線路9aと給電線路9bとの接続点に接続され、もう一方は接地されている。
One end of the
結合導体16は、動作周波数の波長の4分の1の長さを有した伝送線路10cと伝送線路10dとが電気的に結合されて構成され、先端短絡1/4波長スタブとして機能する。伝送線路10cおよび伝送線路10dの端部のうち、同じ側にある端部は、互いに接続される。伝送線路10cおよび伝送線路10dにおける、互いに接続された端部の一方は、給電線路9aと給電線路9bとの接続点に接続され、もう一方は接地される。
The
図11に示した信号導体3aおよび信号導体3bは、地導体6と合わせて、高周波信号を伝送する伝送線路として機能する。図12においては、給電線路9aが信号導体3aに対応し、給電線路9bが信号導体3bに対応する。伝送線路10cは、図11に示した信号導体4cに対応し、伝送線路10dは、信号導体4dに対応する。
The
図12に示すように、キャパシタ15は、結合導体16である先端短絡1/4波長スタブと並列に装荷されている。先端短絡1/4波長スタブは、動作周波数付近で、LC並列共振回路として動作する。先端短絡1/4波長スタブに対してキャパシタ15を並列に装荷することによって、共振周波数が低域側にシフトする。これにより、放熱構造1Cは、同一の周波数で動作させた場合であっても、信号導体4aおよび信号導体4bの長さを、動作周波数の波長の4分の1の長さよりも短くできるので、さらなる熱抵抗の低減が可能となる。
As shown in FIG. 12, the
図13は、実施の形態1に係る放熱構造1と実施の形態3に係る放熱構造1Cにおける反射振幅の電磁界解析結果を示すグラフであり、図2に示した放熱構造1の等価回路の反射振幅の計算結果Eと図12に示した放熱構造1Cの等価回路の反射振幅の計算結果Fを示している。図13において、横軸はθ=π/2(rad)となる周波数で規格化された周波数であり、縦軸は反射振幅を表している。図13に示す反射振幅の計算結果においては、放熱構造1と放熱構造1Cの両方で、偶モードの特性インピーダンスZOeを100Ωとし、キャパシタ15は、C=3.2pFとしている。FIG. 13 is a graph showing the electromagnetic field analysis results of the reflection amplitudes in the
図13から明らかなように、図12に示した放熱構造1Cの等価回路の反射振幅の計算結果Fと、図4に示した放熱構造100の等価回路の反射振幅の計算結果Eでは、ともに規格化周波数が1.0付近で、反射振幅が極小になっている。このとき、図2に示した放熱構造1の等価回路では、規格化周波数が1.0において、θe=π/2rad.であるのに対し、図12に示した等価回路では、θe=π/4rad.である。信号導体の電気長θeと長さlは、上記式(10)に示すように比例関係であり、θeが1/2となれば、長さlも1/2となる。従って、放熱構造1Cにおいて、信号導体4cおよび信号導体4dの合成熱抵抗は、図1で示した放熱構造1における合成熱抵抗の半分となり、より放熱性が改善される。なお、実施の形態3に係る放熱構造1Cは、高周波回路として動作を述べる際に、キャパシタンスおよび電気長といった実際の数値を例に示したが、これは一例である。As is clear from FIG. 13, both the calculation result F of the reflection amplitude of the equivalent circuit of the
以上のように、実施の形態3に係る放熱構造1Cは、誘電体基板5の第1の面に設けられ、信号導体3aと信号導体3bとの接続点に接続された電極14aと、誘電体基板5の第1の面に設けられた電極14bと、誘電体基板5の第1の面に設けられ、電極14aと電極14bとの間を接続するチップコンデンサ15と、誘電体基板5の内層に設けられ、14b電極を地導体6に接続する接続導体7dを備える。放熱構造1Cは、信号導体4cおよび信号導体4dの合成熱抵抗が、図1で示した放熱構造1における合成熱抵抗の半分となるので、より放熱性が改善される。
As described above, the
実施の形態1~3に示した放熱構造1,1A~1Cは、高周波回路に利用可能である。
図14は、実施の形態1~3に係る放熱構造1,1A~1Cの少なくとも一つを含む高周波回路19の一例を示すブロック図である。高周波回路19は、少なくとも一つ以上の高周波信号を入力するための入力端子17aと、高周波信号を出力するための出力端子17bと、放熱構造1,1A~1Cのうちの少なくとも一つと、第一および第二の高周波デバイス18a,18bを備える。第一の高周波デバイス18aは、少なくとも一つ以上の電力増幅器を備える。The
FIG. 14 is a block diagram showing an example of a
放熱構造1,1A~1Cの入力端子2aには、第一の高周波デバイス18aの出力端子が接続され、放熱構造1,1A~1Cの出力端子2bには、第二の高周波デバイス18bの入力端子が接続される。第一の高周波デバイス18aの入力端子および第二の高周波デバイス18bの出力端子は、それぞれ、高周波回路19における入力端子17aおよび出力端子17bとなる。高周波回路19は、入力端子17aへ入力された高周波信号を変換し、出力端子17bから出力する機能を有する。なお、「変換」とは、高周波信号の振幅を増幅あるいは減衰させる、位相を調整する、または、周波数を変換する、といった機能である。
The output terminal of the first
高周波信号の変換に伴って第一の高周波デバイス18aが発熱し、この熱は、第一の高周波デバイス18aの出力端子から入力端子2aを介して放熱構造1,1A~1Cへ伝わり、放熱される。この放熱において、第一および第二の高周波デバイス18a,18bの動作帯域幅が、放熱構造1,1A~1Cの動作帯域幅と比較して狭帯域であれば、高周波回路19の動作帯域幅を狭帯域化することなく、第一の高周波デバイス18aからの熱を効率よく放熱できる。これにより、第一の高周波デバイス18aで生じた熱が、第二の高周波デバイス18bへ伝熱することを抑圧できる。従って、第二の高周波デバイス18bの温度変化による電気特性の変動、回路の誤動作が防止される。
The first
また、実施の形態1~3に示した放熱構造1,1A~1Cは、アンテナ装置に利用可能である。図15は、実施の形態1~3に係る放熱構造1,1,1A~1Cの少なくとも一つを含むアンテナ装置20の一例を示すブロック図である。アンテナ装置20は、高周波信号を入力するための入力端子17aと、放熱構造1,1A~1Cのうちの少なくとも一つと、第一の高周波デバイス18aを備える。第一の高周波デバイス18aは、少なくとも一つ以上の電力増幅器を備える。
Further, the
放熱構造1,1A~1Cの入力端子2aには、第一の高周波デバイス18aの出力端子が接続され、放熱構造1,1A~1Cの出力端子2bには、アンテナ21が接続される。第一の高周波デバイス18aの入力端子は、アンテナ装置20における入力端子17aとなる。アンテナ装置20は、入力端子17aへ入力された高周波信号を変換し、アンテナ21から放射する機能を有している。なお、「変換」とは、高周波信号の振幅を増幅あるいは減衰させる、位相を調整する、または、周波数を変換する、といった機能である。
The output terminal of the first
高周波信号の変換に伴って第一の高周波デバイス18aが発熱し、この熱は、第一の高周波デバイス18aの出力端子から入力端子2aを介して放熱構造1,1A~1Cへ伝わり、放熱される。この放熱において、第一の高周波デバイス18aおよびアンテナ21の動作帯域幅が、放熱構造1,1A~1Cの動作帯域幅と比較して狭帯域であれば、アンテナ装置20の動作帯域幅を狭帯域化することなく、第一の高周波デバイス18aからの熱を効率よく放熱できる。これにより、第一の高周波デバイス18aで生じた熱が、アンテナ21へ伝熱することを抑圧できる。従って、アンテナ21の温度変化による歪み、あるいは、アンテナ21の歪みに伴う電気特性の変動が防止される。
The first
なお、各実施の形態の組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。 It should be noted that the combination of each embodiment, the modification of each arbitrary component of the embodiment, or the omission of any component in each of the embodiments is possible.
本開示に係る放熱構造は、例えば、レーダ装置が備える高周波回路に利用可能である。 The heat dissipation structure according to the present disclosure can be used, for example, in a high frequency circuit included in a radar device.
1,1A~1C 放熱構造、2a 入力端子、2b 出力端子、3a,3b,4a~4d 信号導体、5 誘電体基板、6 地導体、7a~7d 接続導体、8 結合導体、9a,9b 給電線路、10a~10d 伝送線路、11 結合線路、12 伝熱部材、13 金属体、14,14a,14b 電極、15 チップコンデンサ、16 結合導体、100 放熱構造、101a 入力端子、101b 出力端子、102a,102b,103a 信号導体、104 誘電体基板、105 地導体、106 接続導体、107a,107b 給電線路、108a 伝送線路、17a 入力端子、17b 出力端子、18a 第一の高周波デバイス、18b 第二の高周波デバイス、19 高周波回路、20 アンテナ装置、21 アンテナ。
1,1A to 1C heat dissipation structure, 2a input terminal, 2b output terminal, 3a, 3b, 4a to 4d signal conductor, 5 dielectric substrate, 6 ground conductor, 7a to 7d connection conductor, 8 coupling conductor, 9a, 9b
Claims (8)
前記誘電体基板の前記第1の面に設けられ、高周波信号の入力端子に一方の端部が接続された第1の信号導体と、
前記誘電体基板の前記第1の面に設けられ、高周波信号の出力端子に一方の端部が接続され、前記第1の信号導体における前記入力端子とは反対側の端部に他方の端部が接続された第2の信号導体と、
前記誘電体基板の前記第1の面に設けられ、動作周波数の波長の4分の1の長さを有した第3の信号導体と、
前記誘電体基板の内層に設けられて、前記動作周波数の波長の4分の1の長さを有した第4の信号導体と、
前記第4の信号導体の一方の端部を、前記第1の信号導体と前記第2の信号導体との接続点に接続する第1の接続導体と、
前記第4の信号導体の他方の端部を、前記第3の信号導体および前記地導体に接続する第2の接続導体と、を備え、
前記第3の信号導体は、前記第1の信号導体と前記第2の信号導体との接続点に接続され、
前記第4の信号導体は、平面的にみて、前記第3の信号導体と少なくとも一部が重なるように、前記第3の信号導体を含む平面と平行に配置されていること
を特徴とする放熱構造。A dielectric substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface and having a ground conductor provided on the second surface.
A first signal conductor provided on the first surface of the dielectric substrate and having one end connected to an input terminal for a high frequency signal.
One end is connected to the output terminal of a high frequency signal provided on the first surface of the dielectric substrate, and the other end is connected to the end of the first signal conductor opposite to the input terminal. With the second signal conductor to which
A third signal conductor provided on the first surface of the dielectric substrate and having a length of one-fourth of the wavelength of the operating frequency,
A fourth signal conductor provided on the inner layer of the dielectric substrate and having a length of one-fourth of the wavelength of the operating frequency,
A first connecting conductor that connects one end of the fourth signal conductor to a connection point between the first signal conductor and the second signal conductor.
The other end of the fourth signal conductor comprises the third signal conductor and a second connecting conductor connecting the ground conductor.
The third signal conductor is connected to a connection point between the first signal conductor and the second signal conductor.
The fourth signal conductor is arranged in parallel with the plane including the third signal conductor so as to overlap at least a part of the third signal conductor when viewed in a plane. Construction.
前記地導体を前記金属体に接続する伝熱部材と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の放熱構造。With a metal body,
A heat transfer member that connects the ground conductor to the metal body,
The heat dissipation structure according to claim 1, wherein the heat dissipation structure is provided.
前記第1の接続導体は、前記第4の信号導体の一方の端部を、前記第1の信号導体と前記第2の信号導体との接続点および前記電極に接続すること
を特徴とする請求項1記載の放熱構造。A electrode provided on the second surface of the dielectric substrate and formed by removing a part of the ground conductor is provided.
The first connecting conductor is characterized in that one end of the fourth signal conductor is connected to a connection point between the first signal conductor and the second signal conductor and the electrode. Item 1. The heat dissipation structure according to item 1.
前記誘電体基板の前記第1の面に設けられた第2の電極と、
前記誘電体基板の前記第1の面に設けられ、前記第1の電極と前記第2の電極との間を接続するコンデンサと、
前記誘電体基板の内層に設けられ、前記第2の電極を前記地導体に接続する第3の接続導体と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の放熱構造。A first electrode provided on the first surface of the dielectric substrate and connected to a connection point between the first signal conductor and the second signal conductor.
A second electrode provided on the first surface of the dielectric substrate, and
A capacitor provided on the first surface of the dielectric substrate and connecting between the first electrode and the second electrode,
A third connecting conductor provided on the inner layer of the dielectric substrate and connecting the second electrode to the ground conductor,
The heat dissipation structure according to claim 1, wherein the heat dissipation structure is provided.
を特徴とする請求項1記載の放熱構造。The heat dissipation structure according to claim 1, wherein the distance between the third signal conductor and the fourth signal conductor is 1/10 or less of the thickness of the dielectric substrate.
を特徴とする請求項1記載の放熱構造。The heat dissipation structure according to claim 1, wherein the third signal conductor and the fourth signal conductor have the same line width.
前記入力端子に接続された一つ以上の電力増幅器と、
を備えたことを特徴とする高周波回路。The heat dissipation structure according to any one of claims 1 to 6,
With one or more power amplifiers connected to the input terminals,
A high-frequency circuit characterized by being equipped with.
前記入力端子に接続された一つ以上の電力増幅器を含む高周波回路と、
前記出力端子に接続されたアンテナと、
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。The heat dissipation structure according to any one of claims 1 to 6,
A high frequency circuit containing one or more power amplifiers connected to the input terminal, and
With the antenna connected to the output terminal,
An antenna device characterized by being equipped with.
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