CN1384985A - 高频线路及高频电路 - Google Patents

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CN1384985A CN00815028.1A CN00815028A CN1384985A CN 1384985 A CN1384985 A CN 1384985A CN 00815028 A CN00815028 A CN 00815028A CN 1384985 A CN1384985 A CN 1384985A
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上杉美喜夫
伊东健治
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Abstract

用以处理微波波段和毫米波波段的高频信号的高频线路,包括:半导体基片21;半导体基片21下侧设置的接地导体22;半导体基片21上侧设置的、比半导体基片21具有更高有效介电常数的绝缘体23;设置在绝缘体23上侧形成的沟部24且形成有中央部分低于端部的凹状的带状导体25。

Description

高频线路及高频电路
技术领域
本发明涉及形成于半导体基片上、用以处理微波波段和毫米波波段等高频信号的高频线路及该高频线路构成的高频电路，具体地说，涉及能够实现低功率损耗的高频线路及高频电路。
背景技术
图1是表示用于微波波段和毫米波波段用收发机的传统的微带线路结构的透视图。图1中，1是带状导体，2是半导体基片，3是接地导体，4是绝缘体。
以下，说明图1所示微带线路的操作。在带状导体1与接地导体3之间有大致垂直方向的电力线，带状导体1端面附近的电力线则向基片上的空间放射。这样的微带线路中，集中在带状导体1与接地导体3之间传播能量，在带状导体1端面附近放射的电力线引起导体损耗。
图2是表示流经图1所示微带线路的带状导体的电流沿带状导体的宽度方向的电流量的图。图2中，W表示带状导体1的宽度的一半，X轴方向上坐标值为0的点相当于带状导体1的中央部分。如图2所示，流经带状导体1的高频电流集中在带状导体1的端部。如上所述，带状导体1端面附近容易发生电力线向空间放射，流经端部电流的电流量越大，导体损耗越大。
为了解决上述微带线路的传输损耗的问题进行了许多研究，例如，发表有“U形沟微带线路的特性分析”(1994年电子信息通信学会春季全国大会C-144)等。图3是表示具有该文发表的U字形带状导体的微带线路结构的截面图。图3中，11是上侧形成有U字形沟部的绝缘体，12是设置于绝缘体11的沟部表面形成的带状导体，13是接地导体，14是半导体基片。另外，带状导体12在水平方向具有2W的宽度。
图4是表示流经图1及图3所示微带线路的带状导体的电流沿带状导体的宽度方向的电流量的图。图4中，符号A表示的实线表示流经具有图1所示结构的微带线路的带状导体1的电流，符号B表示的虚线表示流经具有图3所示结构的微带线路的带状导体12的电流。如图4所示，通过在设置于绝缘体11的U字形沟部表面形成带状导体12，能够减少电流向带状导体12端部的集中，降低导体损耗。
将图3所示的微带线路与图1所示的微带线路比较，通过空气的电力线密度减少了，而通过绝缘体11的电力线密度增加了。即，图3所示的微带线路有绝缘体损耗变大的问题。另外，由于只有绝缘体11插入带状导体12和接地导体13之间，有无法调整通过绝缘体11的电力线的绝缘体损耗的问题。
另外，利用具有图1或图3所示结构的传统的微带线路构成产生容性或感性的开路短截线或短路短截线时，微带线路的导体损耗或绝缘体损耗会引起短截线中的传输损耗的问题。
而且，利用具有图1或图3所示结构的传统的微带线路构成螺旋形电感器时，微带线路的导体损耗或绝缘体损耗会引起螺旋形电感器中的传输损耗的问题。因而，如果将具有传输损耗的螺旋形电感器应用于高频放大器、高频振荡器等的高频装置时，会有高频装置的噪音特性劣化的问题。
本发明针对上述问题的解决，其目的在于提供具有抑制导体损耗或绝缘体损耗、降低整体传输损耗的低损耗特性的高频线路及该高频线路构成的高频电路。
发明内容
本发明的高频线路包括：电介质；电介质下侧设置的接地导体；电介质上侧设置的、比电介质具有更高介电常数的绝缘体；设置在绝缘体上侧形成的沟部且形成有中央部分低于端部的凹状的带状导体。
从而，通过在带状导体和接地导体之间插入绝缘体和具有有效介电常数低于绝缘体的电介质，能够抑制通过带状导体和接地导体之间电力线的绝缘体损耗，同时，通过利用电磁场模拟电路等实现高频线路的形状的最佳化，能够调整流经带状导体的高频电流的电流分布，减少电流向端部的集中，抑制导体损耗，因而能够降低整体的高频线路的传输损耗。
本发明的高频线路包括：电介质；电介质下侧设置的接地导体；设置在电介质上侧，比电介质具有更高介电常数且具有互不相同的介电常数，并通过逐步叠层而形成沟部的多个平板状绝缘体；设置在由多个绝缘体形成的沟部且形成有中央部分低于端部的凹状的带状导体。
从而，通过在带状导体和接地导体之间不仅插入绝缘体，还插入有效介电常数低于绝缘体的电介质，能够抑制通过带状导体和接地导体之间电力线的绝缘体损耗，同时，通过利用电磁场模拟电路等实现微带线路的形状的最佳化，能够调整流经带状导体的高频电流的电流分布，减少电流向端部的集中，抑制导体损耗，因而能够降低整体的高频线路的传输损耗。另外，通过多个绝缘体适当叠层形成近似曲线或直线状的沟部，从而不需要进行三维的加工，因而能够容易且低成本地实现微带线路的制作。而且，通过分别调整形成平板状的多个绝缘体的有效介电常数，能够容易地制作具有最佳高频电流的电流分布的高频电路的形状。
本发明的高频线路包括：电介质；电介质下侧设置的接地导体；电介质上侧设置的、比电介质具有更高介电常数的一个或多个第一绝缘体；设置在第一绝缘体上侧形成的沟部且通过多个带状导体及多个第二绝缘体交互叠层而形成整体凹状的叠层体。
从而，通过在一个带状导体形成的叠层体和接地导体之间插入第一绝缘体和具有有效介电常数低于绝缘体的电介质，能够抑制通过叠层体和接地导体之间电力线的绝缘体损耗，另外，由于叠层体中多个带状导体及多个第二绝缘体交互叠层，能够抑制由集肤效应引起的高频电流的集中，降低带状导体的导体损耗。而且，通过适当调整交互叠层的多个带状导体及多个第二绝缘体在宽度方向上的长度，能够使可以作为一个带状导体处理的叠层体的端面和角部形成近似的曲线形状，因而能够抑制端面和角部的放射，降低传输损耗。
本发明的高频线路具有使构成叠层体的多个带状导体相互电气连接的一个或多个通孔。
从而，能够使流经构成叠层体的多个带状导体的高频电流的电流分布最佳化，降低导体损耗。
本发明的高频电路是通过将利用上述的任何一个高频线路形成的主线路和利用该高频线路形成的一个或多个短截线连接在一起而构成的。
从而，能够获得具有容性或感性的低损耗的高频电路。另外，通过将该高频电路应用于高频放大器、高频振荡器等的高频装置，能够改善高频装置的噪音特性。
本发明的高频电路是配备有利用上述的任何一个高频线路形成的螺旋形电感器的高频电路。
从而，能够获得具有低损耗螺旋形电感器的高频电路。另外，通过将该高频电路应用于高频放大器、高频振荡器等的高频装置，能够改善高频装置的噪音特性。
附图说明
图1是表示传统的微带线路结构的一个例子的透视图。
图2是表示流经带状导体的电流沿带状导体的宽度方向的电流量的图。
图3是表示传统的微带线路结构的其他例子的截面图。
图4是表示流经带状导体的电流沿带状导体的宽度方向的电流量的图。
图5是表示本发明实施例1的微带线路结构的截面图。
图6是表示流经带状导体的电流沿带状导体的宽度方向的电流量的图。
图7是表示本发明实施例1的微带线路变形例的结构的截面图。
图8是表示本发明实施例2的微带线路结构的截面图。
图9是表示本发明实施例3的微带线路结构的截面图。
图10是表示本发明实施例4的微带线路结构的截面图。
图11是表示本发明实施例5的高频电路结构的一个例子的平面图。
图12是表示本发明实施例5的高频电路结构的其他例子的平面图。
图13是表示本发明实施例6的高频电路结构的一个例子的平面图。
实施发明的最佳实施例
以下，为了更详细地说明本发明，参考附图说明实施本发明的最佳实施例。
(实施例1)
图5是表示本发明实施例1的微带线路(高频线路)结构的截面图。图5中，21是半导体基片(电介质)，22是半导体基片21下侧设置的接地导体，23是半导体基片21上侧设置的、比半导体基片21具有更高有效介电常数的绝缘体，24是绝缘体23上侧形成的沟部，25是设置在绝缘体23的沟部24、通过蚀刻法等印刷工序形成具有大体上一定高度且其端部延伸到沟部24的外侧的带状导体。由于沟部形成曲线状，带状导体25的截面的上缘及下缘同样呈曲线状，带状导体25的中央部分与接地导体22之间的距离变成比带状导体25的端部与接地导体22之间的距离短，因而带状导体25具有凹状的形状。另外，带状导体25在水平方向具有2W的宽度。
以下说明其操作。本实施例1的微带线路中，通过在带状导体25和接地导体22之间不仅插入绝缘体23还插入有效介电常数低于绝缘体23的半导体基片21，能够抑制通过带状导体25和接地导体22之间电力线的绝缘体损耗。而且，通过利用电磁场模拟电路，对具有带状导体25和接地导体22之间插入半导体基片21和绝缘体23结构的微带线路实施微带线路的形状的最佳设计，以便减少电流向带状导体25的端部的集中。从而，能够调整流经带状导体25的高频电流的电流分布，减少电流向端部的集中并抑制导体损耗。
图6是表示流经图3所示传统微带线路及图5所示本发明实施例1的微带线路的带状导体的电流沿带状导体的宽度方向的电流量的图。图6中，符号C表示的实线表示流经具有图5所示结构的微带线路的带状导体的电流，符号D表示的虚线表示流经具有图3所示结构的微带线路的带状导体的电流。如图6所示，通过在带状导体25和接地导体22之间插入绝缘体23和具有有效介电常数低于绝缘体23的半导体基片21，能够减少电流向带状导体25的端部的集中并抑制导体损耗。
另外，图7是表示本发明实施例1的微带线路变形例的结构的截面图。图7中与图5的相同符号表示相同或相当部分，因而省略其说明。图7所示的微带线路形成直线状的绝缘体23的沟部24，相应地，带状导体25的截面的上缘及下缘也同样形成直线状，这一点与本发明实施例1的微带线路不同。但是在该结构中，通过在带状导体25和接地导体22之间不仅插入绝缘体23还插入有效介电常数低于绝缘体23的半导体基片21，能够抑制绝缘体损耗，同时，通过利用电磁场模拟电路，实施微带线路的形状的最佳设计，能够调整流经带状导体25的高频电流的电流分布，减少电流向端部的集中并抑制导体损耗。
如上所述，本实施例1的结构包括：半导体基片21；半导体基片21下侧设置的接地导体22；半导体基片21上侧设置的、比半导体基片21具有更高有效介电常数的绝缘体23；设置在绝缘体23上侧形成的沟部24且形成有中央部分低于端部的凹状的带状导体25。从而，通过在带状导体25和接地导体22之间不仅插入绝缘体23还插入有效介电常数低于绝缘体23的半导体基片21，能够抑制通过带状导体25和接地导体22之间电力线的绝缘体损耗，同时，通过利用电磁场模拟电路等实现微带线路的形状的最佳化，能够调整流经带状导体25的高频电流的电流分布，减少电流向端部的集中，抑制导体损耗，因而能够降低整体的微带线路的传输损耗。
(实施例2)
图8是表示本发明实施例2的微带线路(高频线路)结构的截面图。图8中，31是半导体基片(电介质)，32是半导体基片31下侧设置的接地导体，33a、33b、33c、33d、33e是在半导体基片31上侧叠层的、具有互不相同的有效介电常数、宽度方向的长度及厚度的平板状绝缘体，34是由多个绝缘体33a、33b、33c、33d、33e叠层形成、具有比半导体基片21更高有效介电常数的绝缘体部分，35是通过逐步叠层多个平板状绝缘体33a、33b、33c、33d、33e而在绝缘体部分34上形成的沟部，36是在绝缘体部分34的沟部35上通过蚀刻法等印刷工序形成具有一定高度且其端部延伸到沟部35的外侧的带状导体。通过适当设定绝缘体33的数目和多个绝缘体33的叠层方法，能够形成近似曲线状或直线状的沟部35，相应地，带状导体36的截面的上缘及下缘也同样形成近似曲线状或直线状，带状导体36的中央部分与接地导体32之间的距离变成比带状导体36的端部与接地导体32之间的距离短，带状导体36具有凹状的形状。
以下说明其操作。通过利用电磁场模拟电路对带状导体36与半导体基片31之间叠层的多个平板状绝缘体33a、33b、33c、33d、33e的各个有效介电常数、宽度方向的长度及厚度等参数进行设计的最优化，使流经带状导体36内的高频电流获得适当的电流分布。
如上所述，本实施例2的结构包括：半导体基片31；半导体基片31下侧设置的接地导体32；在半导体基片31上侧叠层的、比半导体基片31具有更高有效介电常数且有效介电常数互不相同的平板状绝缘体33a、33b、33c、33d、33e；通过逐步叠层多个绝缘体33a、33b、33c、33d、33e而形成的沟部35；设置在沟部35上且形成有中央部分低于端部的凹状的带状导体36。从而，通过在带状导体36和接地导体32之间不仅插入绝缘体34还插入有效介电常数低于绝缘体部分34的半导体基片31，能够抑制通过带状导体36和接地导体32之间电力线的绝缘体损耗，同时，通过利用电磁场模拟电路等实现微带线路的形状的最佳化，能够避免流经带状导体36的电流向端部的集中，实现适当的电流分布，抑制导体损耗。另外，实施例2的微带线路中，通过多个绝缘体33a、33b、33c、33d、33e适当叠层形成近似曲线或直线状的沟部35，从而不需要进行三维的加工，因而能够容易且低成本地实现微带线路的制作。而且，通过分别调整形成平板状的各个绝缘体33a、33b、33c、33d、33e的有效介电常数，能够容易地制作具有最佳高频电流的电流分布的高频电路的形状。
(实施例3)
图9是表示本发明实施例3的微带线路(高频线路)结构的截面图。图9中，41是半导体基片(电介质)，42是半导体基片41下侧设置的接地导体，43是半导体基片41上侧设置的、比半导体基片41具有更高有效介电常数的绝缘体(第一绝缘体)，44是绝缘体43上侧形成的沟部，45a、45b、45c是在沟部44上每隔一段设置的、形成具有大致一定高度的带状导体，46a及46b是分别插入带状导体45a和45b之间以及带状导体45b和45c之间形成具有大致一定高度的绝缘体(第二绝缘体)，47是交互叠层的多个带状导体45a、45b、45c及绝缘体46a、46b构成的叠层体。由于沟部44形成曲线状，通过蚀刻法等印刷工序形成的带状导体45a、45b、45c及绝缘体46a、46b的上缘及下缘也同样形成曲线状，叠层体47的中央部分与接地导体42之间的距离变成比叠层体47的端部与接地导体42之间的距离短，叠层体47具有凹状的形状。
以下说明其操作。如图9所示，由于带状导体45a、45b、45c及绝缘体46a、46b通过交互叠层、电磁耦合而构成叠层体47，因而可以把叠层体47等价作为一个带状导体处理。这时，能够抑制各个带状导体45a、45b、45c中的集肤效应引起的高频电流的集中，降低带状导体45a、45b、45c的导体损耗。另外，为了抑制集肤效应，将带状导体45a、45b、45c及绝缘体46a、46b的厚度设置成与表皮深度相比足够小的值。
另外，通过适当调整相互叠层的带状导体45a、45b、45c及绝缘体46a、46b在宽度方向上的长度，图9所示的等价于一个带状导体的叠层体47的端面及角部能够形成近似的曲线形状，因而可以抑制带状导体45a、45b、45c的端部的放射，降低传输损耗。
如上所述，本实施例3的结构包括：半导体基片41；半导体基片41下侧设置的接地导体42；半导体基片41上侧设置的、比半导体基片41具有更高有效介电常数的绝缘体43；设置在绝缘体43上侧形成的沟部44、通过多个带状导体45a、45b、45c及多个绝缘体46a、46b交互叠层而构成的叠层体47。从而，能够抑制各个带状导体4 5a、45b、45c中的集肤效应引起的高频电流的集中，降低带状导体45a、45b、45c的导体损耗。另外，对于叠层体47，通过适当调整相互叠层的带状导体45a、45b、45c及绝缘体46a、46b在宽度方向上的长度，等价于一个带状导体的叠层体47的端面及角部能够形成近似的曲线形状，因而可以抑制端面及角部的放射，降低传输损耗。
(实施例4)
图10是表示本发明实施例4的微带线路(高频线路)结构的截面图。图10中与图9的相同符号表示相同或相当部分，因而省略其说明。48a、48b、48c分别是带状导体45a、45b及45c进行相互电气连接的通孔。
以下说明其操作。利用通孔48a、48b、48c将每隔一段叠层的多个带状导体45a、45b及45c进行相互电气连接，可以使流经微带线路的高频电流的电流分布最佳化。另外，利用电磁场模拟电路等设定多个通孔48a、48b、48c的数目、位置、直径等参数，使高频电流获得最佳的电流分布。
如上所述，实施例4能够获得与实施例3同样的效果，同时，由于具有多个通孔48a、48b、48c，用以将构成叠层体47的多个带状导体45a、45b及45c进行相互电气连接，因而，能够使流经构成叠层体47的多个带状导体45a、45b及45c的高频电流获得最佳的电流分布，降低导体损耗。
(实施例5)
图11是表示本发明实施例5的高频电路结构的一个例子的平面图。实施例5的高频电路是具有采用从实施例1到实施例4的微带线路构成的短截线，并具有容性或感性的频率特性的高频电路。即，51是半导体基片，52是半导体基片51上侧设置的、比半导体基片51具有更高有效介电常数的绝缘体或多个绝缘体形成的绝缘体部分，53是设置在绝缘体或绝缘体部分52形成的沟部44上的带状导体或多个带状导体以及多个绝缘体构成的叠层体。54是利用从实施例1到实施例4的任何一个微带线路构成的开路短截线(短截线)，55是主线路，用以相互连接从实施例1到实施例4的任何一个微带线路构成的端口。
以下说明其操作。如图11所示，通过将开路短截线54连接到主线路55，构成对应频率的容性或感性的高频电路。通过利用从实施例1到实施例4的任何一个微带线路作为主线路55和开路短截线54，能够获得容性或感性的低损耗的高频电路。
另外，图12是表示本发明实施例5的高频电路结构的其他例子的平面图。图12中与图11的相同符号表示相同或相当部分，因而省略其说明。56是通孔，57是利用从实施例1到实施例4的任何一个微带线路构成的短路短截线(短截线)。如图12所示，通过将短路短截线57连接到主线路55，能够获得容性或感性的低损耗的高频电路。
如上所述，根据实施例5，将利用从实施例1到实施例4的任何一个微带线路构成的主线路55和短截线54、57连接在一起而构成高频电路，因而能够获得容性或感性的低损耗的高频电路。另外，通过将实施例5的高频电路应用于高频放大器、高频振荡器等的高频装置，能够改善高频装置的噪音特性。
(实施例6)
图13是表示本发明实施例6的高频电路结构的一个例子的平面图。根据实施例6的高频电路，其特征在于采用从本发明实施例1到实施例4的微带线路构成螺旋形电感器。即，图13中，61是半导体基片，62是半导体基片61上侧设置的、比半导体基片61具有更高有效介电常数的绝缘体或绝缘体部分，63是设置在绝缘体或绝缘体部分62形成的沟部上的带状导体或叠层体。64是利用从实施例1到实施例4的任何一个微带线路连接各个端口的螺旋形电感器。
如上所述，根据实施例6，通过利用从实施例1到实施例4的任何一个微带线路构成螺旋形电感器64，因而能够获得低损耗的螺旋形电感器。另外，通过将实施例6的螺旋形电感器应用于高频放大器、高频振荡器等的高频装置，能够改善高频装置的噪音特性。
(工业上利用的可能性)
如上所述，根据本发明的高频线路及高频电路适用于高频放大器、高频振荡器等的高频装置，宜用以降低高频线路及高频电路的损耗。

Claims (12)

1.一种高频线路，其特征在于包括：电介质；所述电介质下侧设置的接地导体；所述电介质上侧设置的、比所述电介质具有更高有效介电常数的绝缘体；设置在所述绝缘体上侧形成的沟部且形成有中央部分低于端部的凹状的带状导体。
2.一种高频线路，其特征在于包括：电介质；所述电介质下侧设置的接地导体；设置在所述电介质上侧，比所述电介质具有更高有效介电常数且具有互不相同的有效介电常数，并通过逐步叠层而形成沟部的多个平板状绝缘体；设置在由多个所述绝缘体形成的沟部且形成有中央部分低于端部的凹状的带状导体。
3.一种高频线路，其特征在于包括：电介质；所述电介质下侧设置的接地导体；所述电介质上侧设置的、比所述电介质具有更高有效介电常数的一个或多个第一绝缘体；设置在所述第一绝缘体上侧形成的沟部且通过多个带状导体及多个第二绝缘体交互叠层而形成整体呈凹状的叠层体。
4.如权利要求3所述的高频线路，其特征在于具有使构成叠层体的多个带状导体相互电气连接的一个或多个通孔。
5.一种高频电路，其特征在于，它是通过将利用权利要求1所述的高频线路形成的主线路和利用该高频线路形成的一个或多个短截线连接在一起而构成的。
6.一种高频电路，其特征在于，它是通过将利用权利要求2所述的高频线路形成的主线路和利用该高频线路形成的一个或多个短截线连接在一起而构成的。
7.一种高频电路，其特征在于，它是通过将利用权利要求3所述的高频线路形成的主线路和利用该高频线路形成的一个或多个短截线连接在一起而构成的。
8.一种高频电路，其特征在于，它是通过将利用权利要求4所述的高频线路形成的主线路和利用该高频线路形成的一个或多个短截线连接在一起而构成的。
9.一种高频电路，其特征在于，它包括利用权利要求1所述的高频线路形成的螺旋形电感器。
10.一种高频电路，其特征在于，它包括利用权利要求2所述的高频线路形成的螺旋形电感器。
11.一种高频电路，其特征在于，它包括利用权利要求3所述的高频线路形成的螺旋形电感器。
12.一种高频电路，其特征在于，它包括利用权利要求4所述的高频线路形成的螺旋形电感器。
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