JP2001148602A - ショートスタブ及びその線路長微調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ショートスタブの線路長を微調整する。 【解決手段】 マイクロストリップ線路で構成されるシ
ョートスタブにおいて、スタブを構成する電路２に適当
な間隔をおいて、適当な数の調整用パターン７₁〜７_nを
平行に配置し、ショートスタブの入力端子側に配置され
た調整用パターン７₁を短絡させ、その短絡されている
調整用パターン７₁側から、金属片８で調整用パターン
７₁〜７_n間を接続するにより、ショートスタブ電路２の
線路長を見かけ上微調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロストリッ
プ線路で構成されるショートスタブ及びその線路長微調
整方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マイクロストリップ線路で構成されるシ
ョートスタブは、増幅器のインピーダンス整合回路，発
振器の発振周波数を決定するための素子等のように様々
なものに利用されている。

【０００３】このような回路においては、増幅器，発振
器を構成する能動素子（例えばバイポーラトランジス
タ、ＦＥＴ等）の性能ばらつきによって、インピーダン
ス整合の周波数や、発振周波数がばらつくため、ショー
トスタブの線路長を変化させて、ばらつきを吸収させる
必要がある。

【０００４】従来、マイクロストリップ線路で構成され
るショートスタブの線路長を変更するには図９に示すよ
うに、主線路１から分岐したショートスタブをなす線路
２の脇に設けたバイアホール３₁〜３_nとショートスタブ
の線路２を直接ボンディングワイヤー４₁〜４_nで接続し
て、ショート端までの線路長を直接変更している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図９に示
す方法に基づいてショートスタブの線路長を変更する場
合には、そのショートスタブの線路長を調整する範囲を
広げることができるが、その反面、その線路長を調整す
る基礎をなすものはバイアホール３₁〜３_nの接続個数で
あるから、そのバイアホール３₁〜３_nの接続個数に基い
てショートスタブの線路長を微調整することが困難であ
るという問題がある。

【０００６】本発明の目的は、ショートスタブの線路長
を微調整することが可能なショートスタブ及びその線路
長微調整方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための課題】前記目的を達成するた
め、本発明に係るショートスタブは、マイクロストリッ
プ線路で構成され、その線路長の変化に応じて、インピ
ーダンス整合の周波数或いは発振周波数のばらつき等を
吸収するショートスタブであって、ショートスタブをな
す電路の一端を短絡し、前記ショートスタブをなす電路
の長さ方向に沿って、個別に独立した調整用パターンの
列を設け、前記ショートスタブ電路の線路長を変更する
ために必要な個数の前記調整用パターンを金属片で接続
して電路を形成するものであり、前記調整用パターンに
よる電路は、前記ショートスタブ電路の短絡端と反対側
が短絡され、前記ショートスタブ電路に電磁界的に結合
する位置に設けられるものである。

【０００８】また本発明に係るショートスタブは、マイ
クロストリップ線路で構成され、その線路長の変化に応
じて、インピーダンス整合の周波数或いは発振周波数の
ばらつき等を吸収するショートスタブであって、ショー
トスタブをなす電路の一端を短絡し、前記ショートスタ
ブをなす電路の長さ方向に沿って、相互間を導体のエア
ブリッジで接続した調整用パターンの列を設け、前記シ
ョートスタブ電路の線路長を変更するために必要な個数
の前記調整用パターンを残して前記エアブリッジを除去
して電路を形成するものであり、前記調整用パターンに
よる電路は、前記ショートスタブ電路の短絡端と反対側
が短絡され、前記ショートスタブ電路に電磁界的に結合
する位置に設けられるものである。

【０００９】また前記調整用パターンによる電路は、前
記ショートスタブ電路に対して平行に配置されたもので
ある。

【００１０】また本発明に係るショートスタブの線路長
微調整方法は、マイクロストリップ線路で構成され、そ
の線路長の変化に応じて、インピーダンス整合の周波数
或いは発振周波数のばらつき等を吸収するショートスタ
ブの線路長微調整方法であって、ショートスタブをなす
電路の一端を短絡し、前記ショートスタブをなす電路の
長さ方向に沿って、複数の調整用パターンによる電路を
配置し、前記調整用パターンによる電路は、前記ショー
トスタブ電路の短絡端と反対側を短絡し、前記ショート
スタブ電路に電磁界的に結合する位置に設け、複数の調
整用パターンによる電路の線路長を変化させ、該調整用
パターンによる電路が前記ショートスタブをなす電路に
及ぼす相互インダクタンス量を調整して、前記ショート
スタブをなす電路の見かけ上の線路長を変更するもので
ある。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
より説明する。

【００１２】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１に係るショートスタブの線路長微調整パターンを示す
構成図である。

【００１３】図１に示す本発明の実施形態１に係るショ
ートスタブは、マイクロストリップ線路で構成されてお
り、主電路１から分岐されたショートスタブをなす電路
２は、その先端がバイアホール５でショートされた構造
に構成されている。

【００１４】図１に示す本発明の実施形態１は、ショー
トスタブをなす電路２の主電路１側にバイアホール６を
設け、そのバイアホール６の位置から先端側のバイアホ
ール５側に向けて個別に分離した調整用パターン（電極
パターン）７₁〜７_nの列をショートスタブをなす電路２
に平行して設ける。

【００１５】ショートスタブを構成する電路２に平行し
て適当な数の調整用パターン７を設けるにあたって、シ
ョートスタブを構成する電路２と調整用パターン７の間
隔は、十分な電磁界的な結合が生じるように狭く設定す
る。

【００１６】さらに調整用パターン７₁〜７_nの内、ショ
ートスタブ電路２の主線路１からの分岐した入力端子側
に位置する調整用パターン７₁は、バイアホール６でシ
ョートする。

【００１７】図１に示す本発明の実施形態１において、
ショートスタブの線路長を変更するには、バイアホール
６でショートされている調整用パターン７₁の方から順
番に、隣接する調整用パターン７₁〜７_nの相互間を金属
片８で接続し、かつ、その都度ショートスタブの電気的
特性を測定し、ショートスタブの電気的特性が所望の特
性になった時点で、金属片８による調整用パターン７₂
〜７_n相互間の接続を中止する。

【００１８】次に図１に示す本発明の実施形態１におい
て、ショートスタブ電路２の線路長を微調整して変更す
ることが可能なことを具体的に説明する。

【００１９】図１に示すように、ショートスタブを構成
する電路（以下、ショートスタブ電路という）２と平行
に配置された調整用パターン７₁〜７_nを、バイアホール
６でショートされた調整用パターン７₁〜７_nの方から順
に金属片８で接続していくと、金属片８で電気的に接続
された調整用パターン７₁，７₂・・・からなる電路７ａ
は、ショートスタブ電路２と平行し、かつ、その電路７
ａは、その一端がバイアホール６でショートされ、他端
がオープンされた線路として形成されることとなる。

【００２０】このような電路７ａがショートスタブ電路
２に対して電磁界的に結合している場合、マイクロスト
リップ構成のショートスタブ電路２を伝送される信号に
より、ショートスタブ電路２に隣接する電路７ａに電磁
界が励振される。このときの様子を模式的に示すと、図
２のようになる。

【００２１】すなわち主線路１からショートスタブ電路
２に入力した信号は、バイアホール５で短絡されたショ
ートスタブ電路２のショート端でいわゆる”節”とな
り、電圧振幅は”０”となる。ショートスタブ電路２の
入力側（主電路１側）に近づくに従い、その電圧振幅が
大きくなり、そのショートスタブ電路２の入力端（主電
路１との分岐位置）で最大となる定在波が生じる。

【００２２】これに対して調整用パターン７で構成され
る電路７ａに励起された信号は、入力端（主電路１側）
がバイアホール６で短絡されたショート端であり、他方
がオープンとなっているため、入力端（主電路１側）側
の電圧振幅は”０”で、オープン側の電圧振幅は最大と
なる定在波が生じる。

【００２３】この関係は、ショートスタブ電路２に入力
された信号の位相と、調整用パターン７による電路７ａ
に励起された信号の位相とは、逆相の関係になっている
ことを示している。

【００２４】これを図３に示す等価回路で説明する。一
般にマイクロストリップ線路の等価回路は、伝搬する信
号が平面波で扱える周波数帯ならば、図３に示すよう
に、インダクタ”Ｌ”と容量”Ｃ”を用いた分布定数回
路で表すことができる。ただし図３においては、線路の
導体損，基板の誘電体損による抵抗，コンダクタンスを
省略している。

【００２５】図３に示す等価回路を用いて、図１の回路
をインダクタと容量で表すと、図４のように表すことが
できる。

【００２６】図４において、”Ｌ１”，”Ｃ１”はショ
ートスタブ電路２の有するインダクタ，容量である。ま
た、”Ｌ２”，”Ｃ２”は、一端をバイアホール６でシ
ョートされ相互間を金属片８で接続してなる電路７ａを
有するインダクタ，容量である。また、”Ｌ１２”，”
Ｃ１２”は、ショートスタブ電路２と電路７ａとの間の
結合により生じた相互インダクタンス，線間容量であ
る。

【００２７】この場合、ショートスタブ電路２の入力端
側は、主電路１に接続されているため、インダクタンス
Ｌ１は、ショートされることなく、入力端子（主線路
１）に結合されているが、その他端ではバイアホール５
でショートされるため、容量Ｃ１分を持たないで接地さ
れた状態となる。

【００２８】他方、電路７ａの入力端側は、バイアホー
ル５でショートされるため、インダクタンスＬ１は、容
量Ｃ１分を持たないで接地された状態となる。また電路
７ａの他端では、バイホールでショートされることがな
く、マイクロストリップ構成の特性上、インダクタンス
Ｌ１は、容量Ｃ１分を持つ状態で接地される。

【００２９】図４において、ショートスタブ電路２の入
力端に信号が印加されると、ショートスタブ電路２に隣
接する調整用パターン７からなる電路７ａには、逆位相
の信号が励起されるため、調整用パターン７からなる電
路７ａと隣接して電磁界的に結合している区間のショー
トスタブ電路２のインダクタ”Ｌ１”には、ショートス
タブ電路２と隣接している調整用パターン７からなる電
路７ａとの間に生じた相互インダクタ”Ｌ１２”が附加
されたこととなって、そのインダクタンスが大きくな
る。すなわち、それぞれのインダクタンスを”Ｌ
１”、”Ｌ１２”とすれば、”Ｌ１”→”Ｌ１＋Ｌ１
２”となる。

【００３０】これにより、ショートスタブ電路２の入力
端子から見たマイクロストリップ線路の位相遅延が大き
くなる。マイクロストリップ線路の位相遅延は、電路を
構成する基板（材質、厚み等）、電路幅が同じならは、
その線路長に比例する。

【００３１】したがって、ショートスタブ電路２を構成
するマイクロストリップ線路の位相遅延が大きくなるこ
とは、入力端子から見たショートスタブ電路２の線路長
が等価的に長くなることを意味する。

【００３２】この効果は、ショートスタブだけでなく、
通常の伝送電路でも得られるが、ショートスタブの場
合、入力端子から短絡された先端側に向かう進行波と、
ショート端側から反射して入力端子に戻る反射波との両
方に効果があるため、伝送電路の２倍効果があることに
なる。

【００３３】この効果を利用して本発明では、、ショー
トスタブ電路２の線路長を変更するには、調整用パター
ン７と金属片８で構成する片側ショートで、かつ片側オ
ープンの調整用パターン７からなる電路７ａの線路長を
変更して、ショートスタブを構成する電路２と結合する
範囲の長さを変更すればよいこととなり、調整用パター
ン７間を金属片８で順次接続することにより、調整用パ
ターン７のショート端（バイアホール５による短絡側）
からオープンされた端部までの線路長を変更することに
より達成することができる。

【００３４】結合された調整用パターン７による電路７
ａの線路長変化に基くショートスタブ電路２の等価的な
線路長の変化量は、結合による相互インダクタンス”Ｌ
１２”により決定される。この相互インダクタンスはあ
まり大きな値ではなく、ショートスタブを構成するマイ
クロストリップ線路を分布定数回路で表現したときのイ
ンダクタンス”Ｌ１”を１０％〜２０％程度変化させ
る。

【００３５】したがって本発明においてショートスタブ
の線路長を等価的に変化可能な範囲は、＋１０％〜＋２
０％程度となり、図９に示す従来の方法でショートスタ
ブの長さを直接変更する方法に比べれば、微調整が可能
となる。

【００３６】図５，図６，図７は、本発明によるショー
トスタブ電路２の線路長変化の様子を示す図である。図
５は、図１の構成をもとに、電磁界シミュレータを用い
て解析するために作成した図である。

【００３７】ショートスタブ電路２を構成するマイクロ
ストリップ線路の線路長は４００μｍ、その電路幅は２
０μｍ、マイクロストリップ線路を構成する基板の材料
はＧａＡｓ、その基板厚は８０μｍである。

【００３８】他方、長さ２５μｍ，幅５０μｍの調整用
パターン７₁〜７_nをショートスタブ電路２から１０μｍ
離し、かつ隣接する調整用パターン７₁〜７_nを２５μｍ
の間隔で配置し、ショートスタブ電路２の入力側に配置
された調整用パターン７₁は、バイアホール５でショー
トする。

【００３９】図５に示すように、調整用パターン７₁〜
７_nを金属片（金属片８に相当するもの）をＡ，Ｂ，
Ｃ，・・・の順に接続した場合に、ショートスタブ電路
２の入力端子側からショート端側を見た反射位相を、電
磁界シミュレータにより計算した結果を図６に示す。

【００４０】図６に示すように、金属片を順にＡ，Ｂ，
Ｃ・・・と接続していくに従い、ショートスタブ電路２
の入力端子側からショート端側を見た反射位相の位相遅
れが大きくなっていることが分かる。

【００４１】これを線路長の短縮比で比べるために、位
相遅れが最大となるとき（金属片をＦまで接続したと
き）の反射位相と等しい反射位相が得られるときの調整
用パターン７による電路７ａが存在しないときのショー
トスタブ電路２の線路長を求めた。

【００４２】その結果、図７に示すように例えば周波数
４０ＧＨｚにおいて、金属片がＦまで接続された調整用
パターン７による電路７ａを有するショートスタブ電路
２と同じ反射位相をもつ調整用パターンなしのショート
スタブ電路２の線路長は、４８０μｍとなり、これに対
して本発明のように金属片がＦの位置まで接続された調
整用パターン７による電路７ａを有するショートスタブ
電路２の線路長は４００μｍであるから、ショートスタ
ブ電路２の線路長を＋２０％（８０μｍ）程度見かけ上
短く調整することが可能であることを示している。

【００４３】上述したようにショートスタブは、増幅器
のインピーダンス整合回路，発振器の発振周波数を決定
するための素子等，様々なところに利用されており、こ
のような回路においては、増幅器や発振器を構成する能
動素子（例えばバイポーラトランジスタ、ＦＥＴ等）の
性能ばらつきによって、インピーダンス整合の周波数
や、発振周波数がばらつくため、ショートスタブ電路２
の線路長を変化させて、ばらつきを吸収させる必要があ
るが、能動素子の性能ばらつきに対して１０％〜２０％
程度を吸収できればよいが、ショートスタブ電路２の線
路長の可変範囲も１０％〜２０％あれば十分である。

【００４４】上述したように本発明によれば、ショート
スタブ電路２の線路長の可変範囲を１０％〜２０％の範
囲とすることができるため、ショートスタブ電路２の線
路長の変更に用いて充分に目的を達成することができ、
さらに従来の方法による線路長変更に比べて微調整を行
うことができるものである。

【００４５】（実施形態２）図８は、本発明の実施形態
２に係るショートスタブの線路長微調整パターンを示す
構成図である。

【００４６】図１に示す本発明の実施形態１では、隣接
する調整用パターン７の相互間を金属片８でそれぞれ接
続することにしたが、図８に示す本発明の実施形態２
は、隣接する調整用パターン７の相互間を予め導体から
なるエアーブリッジ９にて接続しておき、バイアホール
５で短絡されたショート側とは反対のオープン側（図
中、右端側）からエアーブリッジ９を除去することによ
り、そのオープン側（図中、右端側）から隣接する調整
用パターン７の相互間を電気的にオープンにして、調整
用パターン７からなる電路７ａの線路長を変化させ、そ
の結果としてショートスタブ電路２の線路長の微調整を
可能としている。

【００４７】図８に示す本発明の実施形態２でも、図１
に示す本発明の実施形態１と同様な効果を奏するもので
ある。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マ
イクロストリップ線路で構成されるショートスタブ電路
に隣接させて複数の調整用パターン列を配置し、調整用
パターンを接続して形成される電路の長さを変化させる
ことにより、ショートスタブ電路の線路長を見かけ上、
微調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図８は、本発明の実施形態２に係るショートス
タブの線路長微調整パターンを示す構成図である。

【図２】調整用パターンによる線路がショートスタブ電
路に対して電磁界的に結合している場合、マイクロスト
リップ構成のショートスタブ線路を伝送される信号によ
り、ショートスタブ線路に隣接する線路に電磁界が励振
されるときの様子を模式的に示す図である。

【図３】図１の構成を等価回路で示す図である。

【図４】図３に示す等価回路を用いて、図１の回路をイ
ンダクタと容量で表した場合を示す図である。

【図５】図１の構成をもとに、電磁界シミュレータを用
いて解析するために作成した図である。

【図６】本発明によるショートスタブ電路の線路長変化
の様子を示す図である。

【図７】本発明によるショートスタブ電路の線路長変化
の様子を示す図である。

【図８】本発明の実施形態２に係るショートスタブの線
路長微調整パターンを示す構成図である。

【図９】従来例に係るショートスタブの線路長微調整パ
ターンを示す構成図である。

【符号の説明】

１ 主線路 ２ ショートスタブ電路 ５，６ バイアホール ７₁〜７_n，７ 調整用パターン ７ａ 調整用パターンによる電路 ８ 金属片

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロストリップ線路で構成され、そ
   の線路長の変化に応じて、インピーダンス整合の周波数
   或いは発振周波数のばらつき等を吸収するショートスタ
   ブであって、 ショートスタブをなす電路の一端を短絡し、前記ショー
   トスタブをなす電路の長さ方向に沿って、個別に独立し
   た調整用パターンの列を設け、 前記ショートスタブ電路の線路長を変更するために必要
   な個数の前記調整用パターンを金属片で接続して電路を
   形成するものであり、 前記調整用パターンによる電路は、前記ショートスタブ
   電路の短絡端と反対側が短絡され、前記ショートスタブ
   電路に電磁界的に結合する位置に設けられるものである
   ことを特徴とするショートスタブ。
2. 【請求項２】 マイクロストリップ線路で構成され、そ
   の線路長の変化に応じて、インピーダンス整合の周波数
   或いは発振周波数のばらつき等を吸収するショートスタ
   ブであって、 ショートスタブをなす電路の一端を短絡し、前記ショー
   トスタブをなす電路の長さ方向に沿って、相互間を導体
   のエアブリッジで接続した調整用パターンの列を設け、 前記ショートスタブ電路の線路長を変更するために必要
   な個数の前記調整用パターンを残して前記エアブリッジ
   を除去して電路を形成するものであり、 前記調整用パターンによる電路は、前記ショートスタブ
   電路の短絡端と反対側が短絡され、前記ショートスタブ
   電路に電磁界的に結合する位置に設けられるものである
   ことを特徴とするショートスタブ。
3. 【請求項３】 前記調整用パターンによる電路は、前記
   ショートスタブ電路に対して平行に配置されたものであ
   ることを特徴とする請求項１又は２に記載のショートス
   タブ。
4. 【請求項４】 マイクロストリップ線路で構成され、そ
   の線路長の変化に応じて、インピーダンス整合の周波数
   或いは発振周波数のばらつき等を吸収するショートスタ
   ブの線路長微調整方法であって、 ショートスタブをなす電路の一端を短絡し、前記ショー
   トスタブをなす電路の長さ方向に沿って、複数の調整用
   パターンによる電路を配置し、前記調整用パターンによ
   る電路は、前記ショートスタブ電路の短絡端と反対側を
   短絡し、前記ショートスタブ電路に電磁界的に結合する
   位置に設け、 複数の調整用パターンによる電路の線路長を変化させ、
   該調整用パターンによる電路が前記ショートスタブをな
   す電路に及ぼす相互インダクタンス量を調整して、前記
   ショートスタブをなす電路の見かけ上の線路長を変更す
   ることを特徴とするショートスタブの線路長微調整方
   法。