JP2010096500A - High frequency module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ミリ波レーダ用の高周波モジュールに関する。 The present invention relates to a high-frequency module for millimeter wave radar.
近年のITS(高度道路情報システム)化に伴い、自動車の安全運転システムのセンサとしてミリ波レーダが開発されている。ミリ波は、周波数が30GHz〜300GHz(真空中での波長は1mm〜10mm程度)の電波で、車載ミリ波レーダとしては主に76GHz〜77GHzを使い、小電力ミリ波レーダとして技術的条件が規定されている。 With the recent ITS (Intelligent Road Information System), millimeter wave radars have been developed as sensors for safe driving systems of automobiles. The millimeter wave is a radio wave with a frequency of 30 GHz to 300 GHz (wavelength in vacuum is about 1 mm to 10 mm), and the in-vehicle millimeter wave radar mainly uses 76 GHz to 77 GHz, and technical conditions are specified as a low power millimeter wave radar. Has been.
ミリ波レーダと同様の技術として、より波長の短い赤外線レーダがあり検出原理などは同じである。赤外線レーダは、ミリ波レーダより低価格の反面、赤外線レーダは激しい雨や霧といった気象条件下では、吸収されたり拡散されたりする。 As a technique similar to the millimeter wave radar, there is an infrared radar having a shorter wavelength, and the detection principle is the same. Infrared radars are less expensive than millimeter wave radars, but infrared radars are absorbed and diffused under weather conditions such as heavy rain and fog.
これに対してミリ波レーダは、天候による性能劣化が非常に小さく前方を走る先行車を検知できるため、運転者の視覚を補助し衝突事故等の防止の一助となることが期待されており、安価で信頼性の高い車載用ミリ波レーダ用の高周波モジュールが望まれている。 On the other hand, the millimeter-wave radar is expected to help the driver's vision and help prevent collision accidents because the performance degradation due to the weather is very small and can detect the preceding vehicle running ahead. An inexpensive and highly reliable high-frequency module for an in-vehicle millimeter-wave radar is desired.
この車載用ミリ波レーダに好適な高周波モジュールとして、多層誘電体基板に、高周波信号の生成及び送受信回路をなす高周波部品を複数個実装した高周波モジュールと導波路を有する金属素材のプレートを接続する実装形態をとる高周波モジュールが開示されている(特許文献1参照)。 As a high-frequency module suitable for this in-vehicle millimeter-wave radar, a high-frequency module in which a plurality of high-frequency components forming a high-frequency signal and transmitting / receiving circuits are mounted on a multilayer dielectric substrate and a metal plate having a waveguide are connected. A high-frequency module taking a form is disclosed (see Patent Document 1).
特許文献1によれば、高周波モジュールの構造は、アンテナ,金属プレート,高周波回路基板,フィルタで構成される(図8参照)。
According to
この高周波回路を構成している誘電体基板と、金属プレートを接続している構造においては、線膨張係数の異なる2つのものを接続していることになり、製造時や車載搭載等の過酷な環境下においての温度変化や振動による衝撃に対し、高周波回路を構成している誘電体基板が破損する恐れがある、という課題がある。 In the structure in which the dielectric substrate constituting the high-frequency circuit is connected to the metal plate, two substrates having different linear expansion coefficients are connected, which is a severe condition during manufacturing or in-vehicle mounting. There is a problem that the dielectric substrate constituting the high-frequency circuit may be damaged by an impact caused by temperature change or vibration in the environment.
又、一筐体内に多くの機能素子を有する場合、筐体内の機能素子を構成するモノリシックマイクロ波集積回路(Monolithic Microwave Integrated Circuit:以下、MMICと称する)等から筐体内に放射された電波エネルギーは容易に筐体内を伝播し、同じ筐体内の機能素子に結合することにより様々な機能障害を起こし、高周波信号の品質を劣化する恐れがある、という課題がある。 In addition, when a large number of functional elements are provided in one housing, the radio wave energy radiated in the housing from a monolithic microwave integrated circuit (hereinafter referred to as MMIC) that constitutes the functional elements in the housing is There is a problem in that it easily propagates in the case and is coupled to a functional element in the same case, thereby causing various functional failures and degrading the quality of the high-frequency signal.
そこで、本発明の目的は、自動車等の過酷な環境下に搭載しても、十分耐えうる機械的強度を保持しつつ、生産性の高い実装構造の安価で信頼性の高い高周波モジュールを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an inexpensive and highly reliable high-frequency module having a highly productive mounting structure while maintaining sufficient mechanical strength even when mounted in a harsh environment such as an automobile. There is.
上記課題を解決するため、本発明の望ましい態様の一つは次の通りである。 In order to solve the above problems, one of the desirable embodiments of the present invention is as follows.
本高周波モジュールは、誘電体基板の一方の面に、高周波信号の送受信を行う高周波回路を形成し、同一面に高周波信号の送受信を行う第1の端子を有する高周波回路基板と、金属板の一方の面に、第1の端子に接続される第2の端子を形成し、他方の面に高周波アンテナに接続される第3の端子を形成し、第2及び第3の端子に接続され高周波信号を通過させる導波路を有する金属ベースと、を備え、金属ベースは、金属板を一枚以上重ね合わせて構成され、当該金属ベースの四辺に突部分を備える。 In the high frequency module, a high frequency circuit for transmitting and receiving a high frequency signal is formed on one surface of a dielectric substrate, and one of a metal plate and a high frequency circuit substrate having a first terminal for transmitting and receiving a high frequency signal on the same surface. A second terminal connected to the first terminal is formed on the first surface, a third terminal connected to the high-frequency antenna is formed on the other surface, and the high-frequency signal is connected to the second and third terminals. A metal base having a waveguide through which the metal base passes, and the metal base is formed by stacking one or more metal plates, and has protruding portions on four sides of the metal base.
本発明によれば、自動車等の過酷な環境下に搭載しても、十分耐えうる機械的強度を保持しつつ、生産性の高い実装構造の安価で信頼性の高い高周波モジュールを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an inexpensive and highly reliable high-frequency module having a highly productive mounting structure while maintaining sufficient mechanical strength even when mounted in a harsh environment such as an automobile. it can.
以下、実施例について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
図1は、ミリ波レーダを搭載した車両を含むシステムを示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a system including a vehicle equipped with a millimeter wave radar.
ミリ波レーダ2を自車1の先頭部に装着し、自車1の前面からミリ波を出射することで先行車3から反射してきた電波を受信し、伝播時間やドップラ効果によって生じる周波数差を基に、先行車3の位置や自車1との相対速度を測定する。
The
図2は、ミリ波レーダ2の断面図を示す。
FIG. 2 is a sectional view of the
ミリ波レーダ2の内部は、電気的に大きく分けて3つの構成になる。高周波信号を扱う部分と中間周波数を処理する部分と電源部からなり、本実施例では、このうち高周波信号を扱う部分を高周波モジュール13とする。
The inside of the
高周波モジュール13の構成は、平面形状で高周波信号の送信及び反射波を受信する高周波アンテナ12,プレス加工で打ち抜いた薄い金属板及びプレス成形した金属を重ね合わせて周期フィルタを形成し、その中に高周波信号を送受信する為の導波路を形成している金属ベース11,誘電体基板に高周波回路を形成した高周波回路基板10で構成され、ミリ波レーダ2で使用する電源を生成する電源回路基板8,高周波信号を中間周波数信号に周波数変換した信号を処理する信号処理基板9、でミリ波レーダ2の全体構成になる。
The configuration of the high-
外観部品は、外部とのインターフェイスであるコネクタ4,電源回路基板8及び信号処理基板9が収まるリアカバー5,高周波回路基板10と金属ベース11が収めるハウジング6,高周波アンテナ12のアンテナ面を保護するフロントカバー7からなる。
The external parts include a
高周波アンテナ12で受信した反射信号は、高周波回路基板10で中間周波数に周波数変換され、信号処理基板9でAD変換しDSP回路にて周波数分析を行い、距離,相対速度,角度情報を演算することにより、ターゲットの位置を演算する。演算結果は、外部とのインターフェイスであるコネクタ4を介して車両側の制御コンピュータへ出力する。
The reflected signal received by the high-
図3は、高周波モジュール13の断面図を示す。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the high-
高周波モジュール13に用いる、送受信回路があり各機能の高周波ICチップが複数個実装された高周波回路基板10について説明する。
The high-
高周波回路基板10は、積層された誘電体基板に各機能の高周波ICチップが実装されるが、この高周波ICチップには、MMICを使用し、発信器,電力増幅器,信号混合器等からなり、各高周波ICチップを接続するマイクロストリップ線路,トリプレート線路やコプレーナ線路等の高周波伝送線路が設けられている。高周波回路基板10には、一方の面にICチップの厚さにあわせたキャビティを形成し、その中に裏面の接合面をGNDとしたマイクロストリップ線路で構成される高周波ICチップを実装する。各高周波ICチップは、互いに要求性能を十分に満足するアイソレーションをとることが出来るような配置になる。
The high-
又、各高周波ICチップは、同一のキャビティ内に配置されたものについては、金属ワイヤや金属リボン等で接続され、アイソレーションの必要上、異なるキャビティ内に配置されたものについては、隣接するキャビティに、それぞれ配置された高周波ICチップを高周波伝送線路で接続する。 Also, each high frequency IC chip is connected by a metal wire or a metal ribbon if it is placed in the same cavity, and if it is placed in a different cavity due to the necessity of isolation, adjacent cavities Further, the high frequency IC chips arranged respectively are connected by a high frequency transmission line.
高周波ICチップのGNDである裏面と誘電体基板のGNDを電気的導通のために、ICチップの実装には導電性のAgペースト,はんだペースト等の接合剤を用いる。上記のような実装状態の高周波回路基板10を、金属ベース11に設けられた金属ベース窓部21にディスペンサ等によって導電性のAgペースト,はんだペースト等の接合材を塗布した面に実装し高周波アンテナ12との接続は、ネジ等の締結部材によって接合する。
A bonding agent such as a conductive Ag paste or solder paste is used for mounting the IC chip in order to electrically connect the back surface, which is the GND of the high frequency IC chip, and the GND of the dielectric substrate. The high
電気的には、高周波モジュールにおいて高周波回路基板10の出力回路から出力された高周波信号は、金属ベース11に設けられている導波管構造の導波路14を通過し高周波アンテナ12から高周波信号を出力する。反対にある物体から反射した高周波信号が高周波アンテナ12から入力され、金属ベース11に設けられた導波管構造の導波路14を通過し高周波回路基板10の受信回路に入力される。
Electrically, a high-frequency signal output from the output circuit of the high-
次に、高周波モジュールについての実施形態を、詳細に図4〜図7を用いて説明する。図4は、高周波回路基板10を実装する前の金属ベース11の上面図である。
Next, an embodiment of the high-frequency module will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 4 is a top view of the
高周波回路基板10を、金属ベース11に設けられた高周波回路基板10を載せるための金属ベース窓部21に、ディスペンサ等によって導電性のAgペースト,はんだペースト等の接合材を塗布した面に実装することにより、高周波回路基板10の送受信端子と金属ベース11の送受信端子である導波路14の位置が、正確に一致し接続される。
The high-
その際、多層誘電体基板である高周波回路基板10と金属ベース11のような組合せの場合、線膨張係数の異なるものを接続することになり、温度変化による膨張時又は収縮時に高周波回路基板10にダメージがかからないように、高周波回路基板10の搭載位置である金属ベース窓部21の周囲四辺に、スリット17−bを設け熱応力に対応するとともに、製造時における取り付け時には、ネジ等の締結部材を、ネジ穴16を使用し固定する場合や車載時などの振動によりかかる、機械的な応力に対してもスリット17−aにより緩和させる構造である。
At that time, in the case of a combination such as the high
特に高周波回路基板10の材料にセラミックを使用する場合、硬度は高いが割れやすいというセラミックの特徴があるので、ネジ穴16の周囲二辺と高周波回路基板10の周囲四辺のスリットは有効である。これにより特に温度的にも機械的にも厳しい応力のかかる自動車に搭載するための、ミリ波レーダ2において信頼性を向上させた高周波モジュールを提供することが可能になる。
In particular, when ceramic is used as the material of the high-
高周波信号を送受信するユニット同士を接続する構造において中間に位置する金属ベース11は、そこを通過する高周波信号の通り道である導波路14の加工が必要になる。
The
金属ベース11の機能として、破損から保護する効果も期待されるので板厚を厚くする方向により剛性は高められるが、その際厚みのある金属板に、高周波信号に必要なアスペクト比が極めて高い、細い径の穴加工を必要とすることになる。高周波信号の導波路14は矩形導波管形状でアスペクト比が極めて高く、そのようなアスペクト比の高い微細な加工は非常に困難である。
As a function of the
加工費が安価であるプレス加工が出来ないという製造上の問題があり、例えばフォトエッチングなどの板厚方向に制約のあるものや、レーザ加工などの加工コストが高く端部における精度が落ちるものなどを採用する必要があった。 There is a manufacturing problem that press processing is not possible because the processing cost is low. For example, there are restrictions in the thickness direction such as photo etching, and the processing cost is high due to laser processing, etc. It was necessary to adopt.
それらを回避する方法として、安価であるプレス加工にて薄い金属板を高周波信号が通過する導波路14に必要な極めて細い径の穴加工をすることにより、アスペクト比を下げ安価なプレス加工での穴加工が可能になる。この穴加工を実施後、重ね合わせる事により加工時のコスト問題を回避し安価に製造出来る利点をもつ。
As a method of avoiding them, by making a very thin diameter hole necessary for the
更にこの場合、薄い金属板の重ね合わせ構造の金属ベース11のため、板厚方向の制約がなくなり、設計自由度も向上する。
Furthermore, in this case, since the
本実施例による金属ベース11は、高周波信号が通る導波路部は薄い金属板の導波路14を重ね合わせて任意の線路長の導波路を形成するので、薄い金属板同士の接続時の正確な位置合わせが必要になる。その際、導波路部の方形状の穴の四辺と薄い金属板の四辺に突部18を設け、凸凹を有することにより、金属ベース11の製造時に凸部と凹部が重なりあうことにより、正確な位置での重ね合わせが可能であり、導波路14の方形状の型も保たれる。
The
又、凸凹部を有する金属板を合わせることで、薄い金属板同士の密着度を増すことにより、導波路14の高周波信号の信頼性を向上させる。この突加工の凸凹も、プレス加工で実施することにより、低コスト化になる。
Moreover, the reliability of the high frequency signal of the
次に、高周波モジュールの金属ベース11を、図4〜図7を用いて説明する。
Next, the
図4は、1枚以上の金属プレートを用いた金属ベース11単体の上面図であり、高周波回路基板10の部品搭載面との接合面になる。
FIG. 4 is a top view of a
図5は、図4の金属ベース11の最下部に位置する金属プレートであり、周期的に突起を設けた上面用周期フィルタ20が、高周波回路基板10の部品搭載面から見た場合に上部に位置する。
FIG. 5 shows a metal plate positioned at the lowermost part of the
図6は、金属ベース11の最下部に位置する図5の金属プレートの上に重ねあう位置に配置され、周期的に突起を設けた側面用周期フィルタ19が、高周波回路基板10の部品搭載面から見た場合に側面部に位置する。
FIG. 6 shows a side surface
図7は、図4の金属ベース11の最上部に位置する金属プレートであり、金属ベース11に設けられた高周波回路基板10を載せるための金属ベース窓部21に、高周波回路基板10を搭載することにより、高周波回路基板10の送受信端子と金属ベース11の送受信端子である導波路14の位置が、正確に一致し接続される。
FIG. 7 shows a metal plate positioned at the uppermost portion of the
又、高周波回路基板10に搭載されている送受信機能素子と上面及び側面に位置している上面用周期フィルタ20及び側面用周期フィルタ19の周期的突起の位置も正確な位置になることにより、2次元的にほぼ全面に配置される。
In addition, the position of the periodic protrusions of the transmission / reception functional elements mounted on the high-
このように構成された周期的凸凹のある金属で周囲を覆われた、送受信回路を実装する金属表面と共に、その両者間の筐体内空間を伝播しようとする高周波に対して波動インピーダンスを周期的に変化させたフィルタ構造を形成し、周波数の関数として伝播周波数と非伝播周波数帯域を交互に持つ特性を示す。 In addition to the metal surface on which the transmitter / receiver circuit is mounted, which is covered with a metal with periodic irregularities configured in this way, the wave impedance is periodically applied to the high frequency waves that are about to propagate through the space in the housing between them. A varied filter structure is formed and exhibits characteristics having alternating propagation and non-propagation frequency bands as a function of frequency.
従って、送受信回路の動作周波数帯域が非伝播周波数帯域に入るように、フィルタ機能を有する金属ベース11を設計することにより、送受信回路の送信側より筐体内への不要放射が受信側に到達することを防ぎ、送受信間の干渉を低減できる。
Therefore, by designing the
又、一旦筐体内に不要に放射されたエネルギーは、筐体をアンテナとして筐体外部に不要に放射を起こしやすくなり、または逆に筐体外部より電波エネルギーの影響を受けやすくなり、EMI(Electro Magnetic Interference),EMC(Electro Magnetic Compliance)の問題の低減になる。 In addition, once the energy is radiated unnecessarily in the housing, it tends to be radiated unnecessarily outside the housing using the housing as an antenna, or conversely, it is easily affected by radio wave energy from the outside of the housing. Magnetic Interference) and EMC (Electro Magnetic Compliance) problems are reduced.
実施例3における形状は、実施例2と同一で、第二の形状として、表面を金属材料でコーティングした樹脂材を整形した成形体とする。 The shape in Example 3 is the same as in Example 2, and the second shape is a molded body obtained by shaping a resin material whose surface is coated with a metal material.
これは、金属で同形状を作る場合に較べ、樹脂材でつくるために安価に製造できるメリットがある。電気的にも、樹脂の表面を金属コーティングすることにより、金属で作った場合と同等性能を得ることが可能である。 This has the merit that it can be manufactured at low cost because it is made of a resin material, compared with the case where the same shape is made of metal. Electrically, it is possible to obtain the same performance as when made of metal by coating the surface of the resin with metal.
以上の実施例によれば、簡単な周期構造を高周波筐体構造の一部に付加するのみで、筐体内での不要放射電波エネルギーによる干渉、EMI,EMCの問題を大幅に低減でき、高機能多機能の高周波モジュールの全体特性を劣化させることなく低コストで実現することを可能にする。更に、周期構造によるフィルタ特性は、確実な金属接触に依存しない設計とすることが、ほとんどの場合可能であり、従ってミリ波レーダのような高周波モジュール用の筐体構造の量産ばらつき、経年変化を低減することができる。 According to the above embodiment, the problem of interference due to unnecessary radiated radio wave energy, EMI, and EMC can be greatly reduced by simply adding a simple periodic structure to a part of the high-frequency housing structure. This makes it possible to realize the multifunctional high-frequency module at low cost without degrading the overall characteristics. Furthermore, the filter characteristics due to the periodic structure can almost always be designed so that it does not depend on reliable metal contact. Therefore, the mass production variation and secular change of the housing structure for a high-frequency module such as a millimeter wave radar can be reduced. Can be reduced.
1 自車
2 ミリ波レーダ
3 先行車
4 コネクタ
5 リアカバー
6 ハウジング
7 フロントカバー
8 電源回路基板
9 信号処理基板
10 高周波回路基板
11 金属ベース
12 高周波アンテナ
13 高周波モジュール
14 導波路
15 フィルタ
16 ネジ穴
17−a,17−b スリット
18 突部
19 側面用周期フィルタ
20 上面用周期フィルタ
21 金属ベース窓部
DESCRIPTION OF
13
Claims (4)
金属板の一方の面に、前記第1の端子に接続される第2の端子を形成し、他方の面に高周波アンテナに接続される第3の端子を形成し、前記第2及び第3の端子に接続され高周波信号を通過させる導波路を有する金属ベースと、を備え、
前記金属ベースは、前記金属板を一枚以上重ね合わせて構成され、当該金属ベースの四辺に突部分を備える、高周波モジュール。 Forming a high-frequency circuit for transmitting and receiving a high-frequency signal on one surface of the dielectric substrate, and having a first terminal for transmitting and receiving a high-frequency signal on the same surface;
A second terminal connected to the first terminal is formed on one surface of the metal plate, and a third terminal connected to the high-frequency antenna is formed on the other surface, and the second and third terminals A metal base having a waveguide connected to a terminal and allowing a high-frequency signal to pass through,
The metal base is a high-frequency module configured by stacking one or more metal plates and having protrusions on four sides of the metal base.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2008264747A JP2010096500A (en) | 2008-10-14 | 2008-10-14 | High frequency module |
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