JP2001185917A - 高周波回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、部品点数が大幅に増えることな
く、簡単な構造で、所望する特性インピーダンスを有す
る低損失の伝送線路を有する高周波回路を提供する。 【解決手段】 本発明は、伝送線路として動作するスト
リップ線路２の一端にスルーホール導体３が形成され、
他端に所定回路が接続されてなり、伝送される高周波信
号によって、スルーホール導体３が、スミスチャート上
の容量性、誘導性に周期的に変化して成る高周波回路に
おいて、前記ストリップ線路２の他端と所定回路との間
に、前記スルーホール導体３の容量性、誘導性の変動に
同期して動作するスタブ導体膜５を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一端部がスルーホ
ール導体を形成され、他端が所定高周波で動作する回路
が接続されたストリップ線路からなる伝送線路を有する
高周波回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、高い周波数（例えば、数百ＭＨｚ
帯上の信号）が処理される所定回路と、入出力端子との
間には、その高周波信号の伝送特性を考慮して、伝送線
路として機能するストリップ線路を介して接続してい
た。

【０００３】即ち、伝送線路として機能するストリップ
線路は、その一端が入出力用端子に接続され、他端が所
定回路に接続されていることになる。

【０００４】しかも、近年、高周波回路の小型化、高密
度化に対応し、多層誘電体基板に、これらの所定回路、
伝送線路として機能するストリップ線路、端子を内蔵、
または表面に形成していた。この場合、端子は、外部の
回路に接続するための接続端子や同一基板の他の回路に
接続するための接続端子であり実際の多層基板では、ス
ルーホール導体などで形成されていた。

【０００５】このように、多層基板に伝送線路として動
作するストリップ線路を構成した場合、ストリップ線路
に、必然的に所定長さのスルーホール導体が付加される
ことになり、実際の伝送線路では、スルーホール導体の
影響により、伝送線路のインピーダンスの不整合が発生
してしまう。

【０００６】しかも、スルーホール導体の影響としは、
単純に伝送される信号の周波数によって、スミスチャー
ト上、等価キャパシタンス成分、等価インダクタンス成
分と周期的に変動する。さらに、基板の材料やスルーホ
ール導体の形状、寸法、周囲のグランド導体膜との距離
などにより、その成分は大きく異なる。

【０００７】これより、動作周波数を考慮して、伝送線
路として動作するストリップラインを設計したとして
も、実際には、端子である例えばスルーホール導体での
等価キャパシタンス成分（または等価インダクタンス成
分）の影響により、伝送線路を通過して入出力を行う信
号では、その部分でインピーダンスの不整合が発生し、
信号の伝送損失が発生していた。

【０００８】例えば、図５は、上述の高周波回路の主要
部分の等価回路図である。

【０００９】即ち、ストリップ線路２の一端は、端子Ｐ
２に接続している。そして、ストリップ線路２の一端と
端子Ｐ２との間には、等価キャパシタンス成分Ｃ１がグ
ランド電位との間に配置されている。ここで、端子Ｐ２
は、一端のスルーホール導体が接続手段であることを示
している。また、Ｃ１は、上述したように、スルーホー
ル導体が高周波的にキャパシタンスとして動作している
ことを示している。尚、端子Ｐ１は、ストリップ線路２
の一端側の高周波回路に接続する端子を示す。

【００１０】この状態では、図６のスミスチャートに示
すように、仮に、伝送線路として動作するストリップ線
路２の特性インピーダンスが５０Ωに設計されていた
（点Ｘ）としても、スルーホール導体３の等価キャパシ
タンス成分が、ストリップ線路２に影響して、点Ｘは、
スミスチャートの中心線より容量性の領域の点Ｙに変動
してしまい、その結果、ストリップ線路２単体の特性イ
ンピーダンスが変動してしまう。

【００１１】このような状態では、ストリップ線路２の
両端部分で、不整合による信号の伝送損失が発生してし
まうことになる。

【００１２】このような問題を解決するためには、伝送
線路２と入出力用の端子、例えば端子Ｐ１との間に、チ
ップコンデンサやチップインダクタ等により構成された
インピーダンス変換回路を挿入配置し、インピーダンス
の整合をとっていた。これにより、高周波信号の伝送損
失を押さえていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、伝送線路２と
入出力用の端子Ｐ１との間に、インピーダンス変換回路
を用いると、上述した高周波信号の不整合を解消でき、
伝送損失を抑えることができる。しかし、インピーダン
ス変換回路の構成のためには、チップコンデンサやチッ
プインダクタを使用するため、部品点数が増加したり、
コストアップとなってしまう。

【００１４】仮に、コンデンサやインダクタを基板に内
蔵したとしても、他に内蔵しているストリップラインや
フィルタと干渉したりし、特性劣化の可能性もある。

【００１５】本発明は、上述の問題に鑑みて案出された
ものであり、その目的は、部品点数が大幅に増えること
なく、簡単な構造で、所望する特性インピーダンスを有
するような低損失の伝送線路を有する高周波回路を提供
することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明は、
伝送線路として動作するストリップ線路の一端にスルー
ホール導体を接続するとともに、他端に所定回路を接続
して成り、伝送される高周波信号によって前記スルーホ
ール導体が、スミスチャート上の容量性、誘導性に周期
的に変化する高周波回路において、前記ストリップ線路
の他端と所定回路との間に、前記スルーホール導体のス
ミスチャート上の容量性、誘導性の変動に同期して動作
するスタブ導体膜が配置されていることを特徴とする高
周波回路である。

【００１７】ここで、前記スタブ導体をオープンスタブ
で用い、その長さをＬ、高周波信号の動作周波数の波長
をλとした時、スルーホール導体が容量性の時には、長
さＬを０＜Ｌ＜λ／４に設定し、また、スルーホール導
体が誘導性の時には、長さＬをλ／４＜Ｌ＜λ／２に設
定する。

【００１８】また、前記スタブ導体をショートスタブで
用い、スルーホール導体が容量性の時には、λ／４＜Ｌ
＜λ／２に設定し、また、スルーホール導体が誘導性の
時には、０＜Ｌ＜λ／４に設定する。

【００１９】

【作用】本発明の第１の発明では、上述のように、スト
リップ線路の一端に、このストリップ線路の端子となる
スルーホール導体が配置している。そして、ストリップ
線路の他端側の高周波で動作する所定回路との間に、ス
タブ導体が形成されている。そして、このスルーホール
導体は、信号の周波数、スルーホール導体の形状、基板
の材料などによって、スミスチャート上( 高周波的に)
、等価的キャパシタンス成分として、また、等価イン
ダクタンス成分として動作する。

【００２０】そして、本発明では、ストリップ線路の他
端側に、スルーホール導体の高周波的に等価的な成分(
キャパシタンスまたはインダクタンス成分) となり、
同一の値( キャパシタンス値またとインダクタンス値)
となるスタブ導体を形成している。このため、従来のよ
うに、スルーホール導体による特性インピーダンスの変
動を、他端に付加してスタブ導体によって、キャンセル
することができる。

【００２１】その結果、高周波で動作する所定回路と端
子との間の特性インピーダンスを所定値にすることがで
きる。

【００２２】しかも、従来のように、インピーダンスの
整合を行うインピーダンス変換回路を用いる必要がな
く、ストリップ線路の周囲の部品点数を減少することが
できる。

【００２３】その結果、部品点数が大幅に増えることな
く、簡単な構造で、所望する特性インピーダンスを有す
るような低損失の伝送線路を有する高周波回路となる。

【００２４】第２の発明及び第３の発明は、スタブ導体
の設定に関する。例えば、端子として機能するスルーホ
ール導体が、高周波的に等価キャパシタンスで動作する
場合、スタブ導体の設計条件をオープンスタブ導体で考
えると、その長さをＬ、動作周波数の波長をλとした時
は、０＜Ｌ＜λ／４の範囲中で等価的容量値を有するよ
うに設定する。また、ショートスタブ導体で考えると、
λ／４＜Ｌ＜λ／２の範囲中で等価的容量値を有するよ
うに設定する。このため、スタブ導体を確実に高周波的
に等価キャパシタンス成分として動作させることができ
る。尚、このスタブ導体のキャパシタンス値は、スタブ
導体の長さによって制御することができる。このため、
スタブ導体は、その先端がトリミング可能な構造となっ
ている。

【００２５】また、例えば、端子として機能するスルー
ホール導体が、高周波的に等価インダクタンスで動作す
る場合のスタブ導体の設計条件としては、オープンスタ
ブ導体を用いるものとすると、その長さをＬ、動作周波
数の波長をλとした時、λ／４＜Ｌ＜λ／２の範囲中で
等価的誘導値を有するように設定する。また、ショート
スタブ導体を用いる場合は、０＜Ｌ＜λ／４の範囲中で
等価的誘導値を有するように設定する。このため、スタ
ブ導体を確実に高周波的に等価インダクタンス成分とし
て動作させることができる。このため、スタブ導体を確
実に高周波的に等価インダクタンス成分として動作させ
ることができる。尚、このスタブ導体のインダクタンス
値は、スタブ導体の長さによって制御することができ
る。

【００２６】これにより、ストリップ線路の他端に、ス
タブ導体を形成し、スルーホール導体の高周波的動作に
応じて、スタブ導体をスルーホール導体の高周波的動作
に合致させることができるため、ストリップ線路の特性
インピーダンスの変動が防止でき、伝送特性を劣化する
ことがない極めて安定した動作が可能な高周波回路とな
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の高周波回路を図面
に基づいて説明する。

【００２８】図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の高周波回
路を具備した多層回路基板の断面図及びその一部平面図
であり、図２（ａ）は、ストリップ線路を中心にスルー
ホール導体、スタブ導体を含んだ等価図であり、図２
（ｂ）は、図２（ａ）のスタブ導体を高周波的成分に置
き換えた等価回路図である。

【００２９】図１において、１は多層回路基板であり、
２は伝送線路として動作するストリップ線路、３はスト
リップ線路２の一端側の端子として動作するスルーホー
ル導体であり、４は高周波で動作する所定回路を構成す
る電子部品素子であり、５はストリップ線路２の他端に
接続されたスタブ導体である。

【００３０】多層回路基板１は、複数の誘電体層１ａ〜
１ｅから成り、誘電体層１ａ〜１ｅの層間には、高周波
で動作する所定回路の一部を構成する内部配線導体１１
が形成されている。また、誘電体層１ａ〜１ｅの厚み方
向には、内部配線導体１１と接続する内部スルーホール
導体１２が形成されている。

【００３１】また、多層回路基板１の表面には、高周波
で動作する所定回路を構成する表面配線導体１３、それ
に接続される電子部品素子４、伝送線路として動作する
ストリップ線路２及びスタブ導体と５が形成されてい
る。また、多層回路基板１の端面には、ストリップ線路
２の一端に接続し、且つ外部回路と接続する端子である
半円形状のスルーホール導体３が形成されている。

【００３２】また、多層回路基板１の表面配線導体１３
上には、高周波で動作する所定回路を構成するダイオー
ド、トランジスタ、抵抗、コンデンサなどの電子部品素
子４が配置されている。この高周波で動作する所定回路
とは、例えば、通信機器のアンテナ切り換え回路、受信
回路、送信回路、フィルタ回路、増幅回路などが例示で
きる。

【００３３】このような高周波回路を具備する多層回路
基板１は、例えば、誘電体層１ａ〜1 ｅとなるグリーン
シートを用いて、貫通孔の加工処理、ＡｇやＣｕを主成
分とする導電性ペーストの印刷処理、グリーンシートの
積層処理、焼成処理などによって形成される。

【００３４】尚、内部配線導体１１、スルーホール導体
１２、表面配線導体１３、ストリップ線路２、半円形状
スルーホール導体３は、高周波特性に優れた低抵抗金属
材料のＡｇやＣｕを主成分とした導体により形成されて
いる。

【００３５】このような高周波回路において、高周波で
動作する所定回路と外部回路との接続手段であるスルー
ホール導体３との間の伝送特性は、上述のように、スト
リップ線路２の伝送特性のみならず、スルーホール導体
３の成分（容量性、誘導性）によっても変動する。即
ち、スルーホール導体３がスミスチャート上（高周波
的）のキャパシタンス成分またはインダクタンス成分で
動作するかを考慮する必要がある。

【００３６】図２（ａ）は、図１の高周波回路部分にお
いて、高周波で動作する所定回路を省略した状態の等価
回路図である。尚、等価回路図において、端子として動
作するスルーホール導体３を、等価キャパシタンス成分
Ｃ１として示している。

【００３７】図２（ａ）において、ストリップ線路２の
一端は、端子Ｐ２に接続している。

【００３８】そして、ストリップ線路２の一端と端子Ｐ
２との間には、等価キャパシタンス成分Ｃ１がグランド
電位との間に配置されている。

【００３９】ここで、端子Ｐ２は、スルーホール導体３
が接続手段であることを示している。また、Ｃ１は、上
述したように、スルーホール導体３が高周波的にキャパ
シタンスとして動作していることを示している。

【００４０】また、ストリップ線路２の他端の端子Ｐ１
は、高周波で動作する所定回路に接続する部位であり、
このストリップ線路２の他端と端子Ｐ１との間には、ス
タブ導体５が配置されている。

【００４１】この図２（ａ）のスタブ導体５を、さらに
スミスチャート（高周波的動作）上の成分で示した等価
回路図が図２（ｂ）である。

【００４２】ここで、スタブ導体５またはスルーホール
導体３は、その形状などより、また、動作する周波数に
より、容量性、抵抗性（１ポイント）、誘導性、抵抗性
（１ポイント）、容量性、抵抗性（１ポイント）、誘導
性と周期的に変化する。

【００４３】即ち、図２では、このスルーホール導体３
は、高周波的には容量性で動作して、所定の等価キャパ
シタンス成分Ｃ１を有している。

【００４４】そこで、本発明は、ストリップ線路２の一
端側のスルーホール導体３の等価キャパシタンス成分Ｃ
１に平衡となるように、ストリップ線路２の他端側、即
ち、ストリップ線路２と高周波で動作する所定回路（端
子Ｐ１）との間に、等価キャパシタンス成分Ｃ２として
動作するスタブ導体（オープンスタブ導体）５を付加し
ている。

【００４５】これより、スルーホール導体３の等価キャ
パシタンス成分Ｃ１が、スタブ導体５の等価キャパシタ
ンス成分Ｃ２でキャンセルされることにより、ストリッ
プ線路２の特性インピーダンス（一般的に５０Ω）は、
変動することがなくなる。これより、ストリップ線路２
の設計において、スルーホール導体３の影響を考慮する
ことなく、純粋なストリップ線路２の伝送特性のみを考
慮して設計すればよく、その設計が非常に簡単になる。
また、高周波で動作する所定回路と外部の回路との間の
特性インピーダンスが伝送線路として動作するストリッ
プ線路２の５０Ωとなり、ストリップ線路２の両端部分
で、不整合による信号の伝送損失がなくなることにな
る。

【００４６】上述の動作を、図３に示す伝送線路として
動作するストリップ線路のスミスチャートで説明する。

【００４７】図２（ａ）、（ｂ）の伝送線路として動作
するストリップ線路２の単体では、点Ａで示すように、
スミスチャート上の中心点（インピーダンス５０Ω）上
に位置する。

【００４８】そして、ストリップ線路２とスルーホール
導体３とを加えた状態では、点Ｂに示す位置となる。即
ち、点Ａから点Ｂに至る間に、容量性の領域を通過し
て、誘導性領域に存在してしまう。その後、さらに、等
価キャパシタンス成分Ｃ２として動作するスタブ導体５
を付加することにより、誘導性領域に位置した点Ｂが点
Ａと同様に、スミスチャート上の中心点上に返すことが
できる。

【００４９】このスタブ導体５の等価キャパシタンス成
分の容量値Ｃ２は、スタブ導体５の長さによって、点Ｃ
を完全に中心点上に制御することができる。尚、スタブ
導体５の等価キャパシタンス成分の容量値Ｃ２が、スル
ーホール導体３の等価キャパシタンス成分の容量値Ｃ１
に対して不足する場合は、点Ｃが誘導性の領域になって
しまい、等価キャパシタンス成分の容量値Ｃ２が大きす
ぎると、点Ｃが容量性領域に行き過ぎてしまい、結果と
して、伝送線路として動作するストリップ線路２の特性
インピーダンスが変動してしまい、不整合による信号の
伝送損失が発生する。

【００５０】以上の説明では、図１に示すスルーホール
導体３が高周波的に等価キャパシタンス成分として動作
する場合を前提で説明したが、スミスチャート上でも理
解できるように、同一形状のスルーホール導体３であっ
ても、動作周波数（流れる信号の周波数）によって、そ
のスルーホール導体３は、誘導性で動作する場合もあ
る。また、同一の形状のスルーホール導体３であって、
さらに周波数も一定であっても、多層回路基板１の誘電
体層の誘電率、周囲にグランド電位が存在するか否かに
よっても、そのスルーホール導体３は、容量性から誘導
性に変わる。

【００５１】従って、図４に示すに、スルーホール導体
３が誘導性、即ち、等価インダクタンス成分Ｌ１として
動作する。この場合、スタブ導体５を、この等価インダ
クタンス成分Ｌ２に対応させる必要がある。

【００５２】このように、ストリップ線路２と端子Ｐ１
（高周波で動作する所定回路）との間に配置するスタブ
導体５は、等価キャパシタンス成分に、また、等価イン
ダクタンス成分に制御する必要がある。

【００５３】前記スタブ導体５をオープンスタブ（先端
が開放状態）を用い、その長さをＬ、動作周波数の波長
をλとした時、スルーホール導体３が容量性領域で動作
する場合には、オープンスタブ導体５の長さＬを０＜Ｌ
＜λ／４に設定する。また、また、スルーホール導体３
が誘導性の時には、長さＬをλ／４＜Ｌ＜λ／２に設定
する。

【００５４】また、前記スタブ導体５をショートスタブ
（先端をグランド電位に短絡させた状態）で用い、スル
ーホール導体が容量性の時には、λ／４＜Ｌ＜λ／２に
設定し、また、スルーホール導体が誘導性の時には、０
＜Ｌ＜λ／４に設定する。

【００５５】即ち、スタブ導体５の長さを周波数によっ
て制御することにより、容量性Ｃ２、インダクタンス成
分Ｌ２の切り換えが容易となる。

【００５６】尚、等価キャパシタンス成分の容量値、等
価インダクタンス成分のインダクタンス値は、スタブ５
の長さに大きく依存するため、スタブ導体５の先端や先
端部付近のスタブ導体幅を部分的に減少するように、レ
ーザートリミングを行うことが重要である。

【００５７】これらのスタブ導体５の容量性動作、誘導
性動作の選択により、簡単に且つ確実に伝送線路として
動作するストリップ線路２の特性インピーダンスを変動
させることなく、安定した動作で、且つ部品点数の少な
い高周波回路が実現である。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、伝送線路として動
作するストリップ線路の一端に、高周波信号の入出力用
端子となるスルーホール導体と、他端に、このスルーホ
ール導体の高周波的な性質（等価キャパシタンス成分ま
たは等価インダクタンス成分）に対応するスタブ導体を
形成したので、高周波で動作する所定回路と入出力用の
端子との間の伝送線路として動作するストリップ線路の
特性インピーダンスを安定的に維持でき、インピーダン
ス変換回路を挿入しなくても、伝送線路の特性インピー
ダンスを所望の値を有する低損失の伝送線路を得ること
ができる。

【００５９】さらに、第２の発明では、第１の発明のス
タブ導体の接続状態、物理的長さを制御することによ
り、容易かつ高精度に伝送線路の特性インピーダンスの
調整を実施可能ならしめた伝送線路を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高周波回路を具備した多層回路基板の
断面図である。

【図２】本発明の高周波回路の主要部分の等価回路図で
あり、（ａ）はスルーホール導体部分を高周波動作に置
き換えた等価回路図であり、（ｂ）はさらにスタブ導体
を高周波動作に置き換えた等価回路図である。

【図３】図２に示す伝送線路として動作するストリップ
線路の伝送特性を示すスミスチャート図である。

【図４】本発明の別の高周波回路の主要部分の等価回路
図である。

【図５】従来の高周波回路の主要部分の等価回路図であ
る。

【図６】図５に示す伝送線路として動作するストリップ
線路の伝送特性を示すスミスチャート図である。

【符号の説明】

２：ストリップ線路 ３：スルーホール導体 ４：所定回路を構成する電子部品素子 ５：スタブ導体膜 Ｐ１：端子 Ｐ２：端子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伝送線路として動作するストリップ線路
   の一端にスルーホール導体を接続するとともに、他端に
   所定回路を接続して成り、伝送される高周波信号によっ
   て前記スルーホール導体が、スミスチャート上の容量
   性、誘導性に周期的に変化する高周波回路において、 前記ストリップ線路の他端と所定回路との間に、前記ス
   ルーホール導体のスミスチャート上の容量性、誘導性の
   変動に同期して動作するスタブ導体膜が配置されている
   ことを特徴とする高周波回路。
2. 【請求項２】前記スタブ導体をオープンスタブで用い、
   その長さをＬ、高周波信号の動作周波数の波長をλとし
   た時、スルーホール導体が容量性の時には、長さＬを０
   ＜Ｌ＜λ／４に設定し、また、スルーホール導体が誘導
   性の時には、長さＬをλ／４＜Ｌ＜λ／２に設定したこ
   とを特徴とする請求項１記載の高周波回路。
3. 【請求項３】前記スタブ導体をショートスタブで用い、
   スルーホール導体が容量性の時には、λ／４＜Ｌ＜λ／
   ２に設定し、また、スルーホール導体が誘導性の時に
   は、０＜Ｌ＜λ／４に設定したことを特徴とする請求項
   １記載の高周波回路。