JP2001308601A - 伝送線路接続構造、高周波モジュールおよび通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 伝送線路間の接続部における特性の劣化を防
止し、また環境変化等によるボンディング部分の信頼性
の低下や接続特性の変化等の問題を解消し、さらに伝送
線路同士の接続状態と切離し状態とを反復できるように
した伝送線路接続構造、その伝送線路接続構造を備えた
高周波モジュールおよびそれを用いた通信装置を提供す
る。 【解決手段】 誘電体基板１ａ，１ｂの上面にスロット
パターン３ａ，３ｂおよび共振器パターン４ａ，４ｂを
有する電極２ａ，２ｂを形成する。共振器パターン４
ａ，４ｂによる共振器を誘電体基板の端部で且つ伝送線
路の端部に配置し、両者を電磁結合させることによって
スロット線路の接続を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、マイクロ波帯や
ミリ波帯等の高周波帯域における伝送線路同士の接続構
造、その伝送線路接続構造を備えた高周波モジュールお
よびそれを用いた通信装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディスクリート部品で高周波モジュール
を構成する場合に、通常各部品間において伝送線路の接
続を行う必要があるが、従来、マイクロストリップライ
ン同士の接続やスロットライン同士の接続は、ワイヤボ
ンディングやリボンボンディング等によって行われてい
た。

【０００３】図１１は従来のマイクロストリップライン
同士の接続構造を示している。（Ａ）は斜視図、（Ｂ）
は上面図である。ここで誘電体基板１ａ，１ｂの上面
に、導電体パターンによるストリップ５ａ，５ｂを形成
し、下面に接地電極を形成することによってマイクロス
トリップラインを構成している。この２つのマイクロス
トリップラインを構成する誘電体基板の端面同士を対向
させて、ストリップ５ａ，５ｂ同士をワイヤ１５でボン
ディングすることにより、マイクロストリップライン同
士を接続している。

【０００４】また図１２はスロットライン同士の接続構
造を示している。（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は上面図であ
り、誘電体基板１ａ，１ｂの上面にスロット３ａ，３ｂ
を有する電極２ａ，２ｂを形成することによってスロッ
トラインを構成している。このスロットラインを構成し
た２つの誘電体基板１ａ，１ｂの端面同士を対向させ
て、電極間をワイヤ１２で接続している。

【０００５】図１３は図１２に示した伝送線路接続構造
において、ワイヤの接続位置を２通りに変えたときの反
射損失の特性について示している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようにワイヤボン
ディングやリボンボンディングによって伝送線路同士を
接続するようにした構造では、ワイヤやリボンの接続に
より生じる寄生成分の影響を大きく受ける。たとえば伝
送線路のインピーダンスが接続部で不整合となったり、
伝送モードの電磁界分布を乱す。その結果、接続部の電
気的特性が悪くなり、図１３に示したように反射損失が
大きくなってしまう。特にミリ波帯等の高周波帯域で
は、伝送線路の接続部での特性劣化が顕著となり、モジ
ュールや、それを用いた通信装置全体の性能を劣化させ
る要因となっていた。

【０００７】また、ワイヤボンディングやリボンボンデ
ィングによって伝送線路を接続する構造は、環境変化等
により接続部にストレスがかかり、ワイヤやリボンの断
線および接続特性が変化して、信頼性を低下させる要因
となり得る。

【０００８】さらに、ワイヤボンディングやリボンボン
ディングによる接続構造では、伝送線路同士の接続状態
が固定されるため、一度接続すると、その伝送線路を備
えた部品を切り離すことはできず、部品単位での調整や
交換ができないという問題があった。

【０００９】この発明の目的は、伝送線路間の接続部に
おける特性の劣化を防止し、また環境変化等によるボン
ディング部分の信頼性の低下や接続特性の変化等の問題
を解消し、さらに伝送線路同士の接続状態と切離し状態
とを反復できるようにした伝送線路接続構造、その伝送
線路接続構造を備えた高周波モジュールおよびそれを用
いた通信装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、それぞれ所
定の構造体を備えた伝送線路同士の接続構造であって、
それぞれの構造体の端部で且つ伝送線路の端部に当該伝
送線路に結合する共振器を配置し、接続すべき伝送線路
の構造体の端部同士を近接させて前記共振器同士を電磁
結合させる。この構造により、ワイヤやリボンを用いて
２つの伝送線路の導体同士を接続する必要をなくし、ワ
イヤやリボンによる寄生成分の影響を受けずに伝送線路
同士の接続を行えるようにする。また、それぞれの伝送
線路端部の共振器同士が近接するように、伝送線路同士
を配置する構造とすることにより、伝送線路同士の接続
／解除を反復可能とする。

【００１１】上記伝送線路としては、誘電体基板にスロ
ットパターンを有する電極を形成した、たとえばスロッ
トライン、フィンライン、または誘電体基板の両面にス
ロットパターンを対向させて配置した平面誘電体線路
（以下ＰＤＴＬと言う。）等とする。

【００１２】また、上記伝送線路としては、誘電体基板
にストリップ状の電極を形成した、たとえばストリップ
ライン、マイクロストリップライン、コプレーナガイド
またはサスペンデッドライン等とする。

【００１３】さらに、上記伝送線路としては、２つの略
平行な導電体平面の間に誘電体ストリップを配置した誘
電体線路とする。

【００１４】接続すべき２つの伝送線路は上記のいずれ
の構造であってもよいが、異種の伝送線路を接続するよ
うにしてもよい。たとえばスロットラインとマイクロス
トリップラインを接続するようにしてもよい。

【００１５】また、この発明は上記の伝送線路接続構造
を、構成要素の部品間で伝送線路を接続する部分に適用
して、高周波モジュールを構成する。

【００１６】さらに、この発明は、上記高周波モジュー
ルを用いて、たとえば移動体通信機やミリ波レーダ装置
等の通信装置を構成する。

【００１７】

【発明の実施の形態】第１の実施形態に係る伝送線路接
続構造を図１を参照して説明する。図１の（Ａ）は主要
部の斜視図、（Ｂ）はその上面図である。ここで１ａ，
１ｂはそれぞれ誘電体基板であり、それぞれの上面にス
ロットパターン３ａ，３ｂを有する電極２ａ，２ｂを形
成している。このスロットパターン３ａ，３ｂを有する
電極２ａ，２ｂと誘電体基板１ａ，１ｂとによってそれ
ぞれスロットラインを構成している。

【００１８】誘電体基板１ａ，１ｂのそれぞれが対向す
る端部で且つスロットラインの端部にスロットを円形に
広げた領域を形成して、そこをＨＥ１１０モードの共振
器４ａ，４ｂとして構成している。この２つの共振器４
ａ，４ｂが近接することによって、両者は直接電磁結合
する。スロット線路とその端部の共振器とは直接結合す
るので、結局２つのスロットラインは共振器同士の結合
を介して接続されることになる。この時、誘電体基板１
ａと１ｂの端面同士は当接していても良いし、ある間隙
を保って離間していてもよい。いずれの場合でも、この
２つの伝送線路の接続時には、誘電体基板の端面同士を
所定の相対位置関係に配置すればよく、切り離すには、
両者を単に引き離すだけでよい。

【００１９】図２は第２の実施形態に係る伝送線路接続
構造を示す斜視図および上面図である。図１に示したも
のと異なり、共振器パターン４ａ，４ｂを全体に矩形の
パターンとして、図１に示した円形のパターンとは異な
った共振モードで共振させるようにしている。共振器パ
ターン４ａ，４ｂとスロットパターン３ａ，３ｂとの境
界部分は、スロット幅が段階的に広がるようにして、共
振器と線路との結合量の最適化を図っている。このよう
に矩形の共振器パターンとすることによって、共振器同
士の対向面積を増して結合度をより高めることができ
る。

【００２０】図３は、図２に示した伝送線路接続構造に
おいて、図２の（Ｂ）に示した各部の寸法を次のように
定めた時の接続部の周波数特性を示している。

【００２１】 Ｗｒ＝１．５ｍｍ Ｌｒ＝０．７５ｍｍ Ｗｑ＝０．５ｍｍ Ｌｑ＝０．４ｍｍ ｇａｐ＝０．１ｍｍ ここで、設計周波数は２８．２ＧＨｚであり、２つの共
振器の共振周波数を２８．２ＧＨｚとなるように定めて
いる。この実施形態によれば、反射損失ＲＬが−２０ｄ
Ｂより小さくなる帯域が２６ＧＨｚ〜３０．７ＧＨｚと
なり、その帯域幅は（３０．７−２６）／２８．２＝
０．１６６となり、比帯域幅が約１７％の広帯域にわた
って低損失特性が得られる。

【００２２】このように、伝送線路の構造体の端部に共
振器を配置し、２つの伝送線路を接続する際に、共振器
同士が近接して直接結合するようにしたため、共振器同
士が強く結合して、広帯域にわたって低挿入損失特性が
得られる。

【００２３】なお、図１および図２に示した例では、誘
電体基板の図における上面にのみ電極２ａ，２ｂを形成
してスロットラインおよび共振器を構成したが、誘電体
基板の下面にも、上面のスロットパターンおよび共振器
パターンと同様のパターンを対向配置して、伝送線路部
分をＰＤＴＬにした場合にも同様に適用できる。

【００２４】また、誘電体基板の下面のほぼ全面に接地
電極を形成して、グラウンデッドスロット線路を構成し
てもよい。

【００２５】また、スロットパターンの電極を形成した
基板を導波管の内部に配置して成るフィンラインにも、
図１および図２に示した構成を同様に適用できる。すな
わち、図１または図２に示した電極パターンを形成した
２つの誘電体基板を、各々の導波管の内部に配置してフ
ィンラインを構成し、２つのフィンラインの開口面同士
を対向させた状態で、共振器同士が近接するように構成
すればよい。

【００２６】次に、第３の実施形態に係る伝送線路接続
構造を図４を参照して説明する。図４の（Ａ）は主要部
の斜視図、（Ｂ）はその上面図である。図４において、
１ａ，１ｂはそれぞれ誘電体基板であり、図１に示した
例と異なり、ここでは、誘電体基板１ａ，１ｂの上面に
電極によるストリップパターン５ａ，５ｂを形成し、下
面に接地電極を形成することによってマイクロストリッ
プラインを構成している。また、ストリップパターン５
ａ，５ｂの端部は、電極を円形にして共振器パターン６
ａ，６ｂを設けている。この共振器パターン６ａ，６ｂ
と下面の接地電極および誘電体基板とによってＴＭ１１
０モードの共振器を構成している。２つのマイクロスト
リップラインとそれらの端部の共振器とは直接結合し、
共振器同士も電磁結合するため、結局、２つのマイクロ
ストリップラインは途中に共振器同士の結合を介して接
続されることになる。

【００２７】図５は、第４の実施形態に係る伝送線路接
続構造を示す斜視図および上面図である。図４に示した
ものと異なり、共振器パターン６ａ，６ｂを矩形に形成
している。これにより共振器同士の対向面積を増大させ
て両者の結合度をより増している。

【００２８】なお、図４および図５に示した例では、誘
電体基板の上面にストリップパターンを形成し、下面に
接地電極を設けてマイクロストリップラインを構成した
が、誘電体層の内部にストリップパターンを設け、その
上下面に接地電極を設けてストリップラインを構成した
ものにも上記の構成が同様に適用できる。すなわち、上
面に接地電極を形成した他の誘電体基板を、図４および
図５に示した誘電体基板１ａ，１ｂの上面に積層した構
造を採ればよい。

【００２９】また、一方の面にのみストリップパターン
を形成した誘電体基板を平行導体平面の間に配置してサ
スペンデッドラインを構成したものにも同様に適用でき
る。すなわち、図４および図５に示した誘電体基板の上
下に所定間隔を隔てて接地導体板を配置した構造を採れ
ばよい。

【００３０】また、誘電体基板の一方の面に電極パター
ンを形成してコプレーナガイドを構成したものにも上記
の構成が同様に適用できる。すなわち、誘電体基板の上
面に接地電極とその接地電極の端縁に所定間隔を保って
ストリップパターンを形成し、そのストリップパターン
の端部に図４または図５に示したものと同様の共振器を
構成すればよい。

【００３１】さらに、上記コプレーナガイドの構成で、
誘電体基板の下面に接地電極を形成してグラウンデッド
コプレーナガイドを構成してもよい。

【００３２】次に、第５の実施形態に係る伝送線路接続
構造を図６を参照して説明する。（Ａ）は、上部の導体
板を分離した状態での主要部の斜視図、（Ｂ）は上部の
導体板を取り除いた状態での上面図である。図６におい
て８ａ，８ｂはそれぞれ下部の導体板、７ａ，７ｂはそ
れぞれ上部の導体板であり、この上下の導体板の間に９
ａ，９ｂで示す誘電体ストリップを配置する。この上下
の導体板による平行導体平面と、その間に配置される誘
電体ストリップとによって誘電体線路を構成している。

【００３３】誘電体ストリップ９ａ，９ｂの端部は円柱
形状に成形していて、この部分と上下の導体板とによっ
て誘電体共振器を構成している。この２つの誘電体共振
器は、導体板の端部で且つ誘電体線路の端部に配置し、
誘電体共振器同士が近接するように２つの誘電体線路を
配置することにより、２つの共振器同士が電磁結合す
る。これらの共振器とそれにつながる誘電体線路とは直
接結合するので、結局２つの誘電体線路は、間に２つの
共振器を介して接続されることになる。

【００３４】図７は第６の実施形態に係る伝送線路接続
構造を示す斜視図および上面図である。図６に示したも
のとは異なり、この例では、誘電体ストリップの端部を
角柱状に成形して誘電体共振器を構成している。このよ
うな形状に応じて、図６の場合とは異なったモードで誘
電体共振器が共振し、両者が電磁結合する。これらの共
振器とそれにつながる誘電体線路とは直接結合するの
で、結局２つの誘電体線路は、間に２つの共振器を介し
て接続されることになる。

【００３５】図６および図７に示した例では、誘電体ス
トリップ部分の上下の導体板の間隔と誘電体ストリップ
の両側部（空間部）の導体板の間隔を等しくして、いわ
ゆるノーマルＮＲＤガイドを構成したが、誘電体ストリ
ップ部分（伝搬域）の導体板の間隔より遮断域（非伝搬
域）の導体板の間隔を狭めて、ＬＳＭ０１モードの単一
モードを伝送するようにした、いわゆるハイパーＮＲＤ
ガイドを構成してもよい。その際に、誘電体共振器の周
辺については導体板の間隔を広げて、誘電体共振器の電
磁界の閉じ込め性を弱くし、近接する誘電体共振器同士
の結合度を増すようにしてもよい。

【００３６】次に、第７の実施形態に係る伝送線路接続
構造を図８を参照して説明する。（Ａ）は主要部の斜視
図、（Ｂ）はその上面図である。ここで一方の誘電体基
板１ａの上面にはストリップパターン５ａと共振器パタ
ーン６ａを形成し、下面に接地電極を形成している。他
方の誘電体基板１ｂの上面にはスロットパターン３ｂお
よび共振器パターン４ｂを有する電極２ｂを形成してい
る。そして、共振器パターン６ａによる共振器と共振器
パターン４ｂによる共振器同士を近接させている。この
構造により、異種の共振器同士が電磁結合する。したが
って、異種の伝送線路であるマイクロストリップライン
とスロットラインとが接続されることになる。

【００３７】この図８に示した異種伝送線路の組合せ以
外にも、マイクロストリップライン、スロットライン、
コプレーナガイド、ＰＤＴＬ、フィンライン、サスペン
デッドライン、誘電体線路等の伝送線路のうち、異種の
伝送線路の組合せで共振器同士を結合させれば、その異
種の伝送線路を接続することができる。

【００３８】次に、第８の実施形態に係る高周波モジュ
ールの構成例を図９を参照して説明する。図９において
ＡＮＴは送受信アンテナ、ＤＰＸはデュプレクサ、ＢＰ
Ｆａ，ＢＰＦｂはそれぞれ帯域通過フィルタ、ＡＭＰ
ａ，ＡＭＰｂはそれぞれ増幅回路、ＭＩＸａ，ＭＩＸｂ
はそれぞれミキサ、ＯＳＣはオシレータ、ＳＹＮは周波
数シンセサイザである。

【００３９】ＭＩＸａは中間周波信号ＩＦと、ＳＹＮか
ら出力された信号とを混合し、ＢＰＦａはＭＩＸａから
の混合出力信号のうち送信周波数帯域のみを通過させ、
ＡＭＰａはこれを電力増幅してＤＰＸを介しＡＮＴより
送信する。ＡＭＰｂはＤＰＸから出力される受信信号を
増幅し、ＢＰＦｂはその信号のうち受信周波数帯域のみ
を通過させる。ＭＩＸｂは、ＳＹＮから出力された周波
数信号と受信信号とをミキシングして中間周波信号ＩＦ
を出力する。

【００４０】ここで各部の伝送線路同士の接続部に、上
記のいずれかの構造の伝送線路接続構造を適用する。こ
れにより、部品単位での調整や部品の取替えが容易とな
り、高周波モジュールの生産性が向上する。

【００４１】図１０は第９の実施形態に係る通信装置の
構成を示すブロック図である。ここで高周波モジュール
には図９に示した構造の回路を用い、信号処理回路とし
ては高周波モジュールを用いて信号の送受信および送信
信号と受信信号の信号処理を行う回路を設ける。この全
体の構成によって、マイクロ波帯またはミリ波帯におけ
るアナログ信号またはディジタルデータの無線通信を行
う。

【００４２】なお、このような通信装置は、１対１また
は１対多数の通信装置の間で無線通信を行うものに限ら
ず、たとえばミリ波レーダのように、通信装置単独で用
いる装置にも当然に適用可能である。

【００４３】

【発明の効果】この発明によれば、ワイヤやリボンを用
いて２つの伝送線路の導体同士を接続する必要がなく、
ワイヤやリボンによる寄生成分の影響を受けずに伝送線
路同士の接続を行えるようになる。また、それぞれの伝
送線路端部の共振器同士が近接するように、伝送線路同
士を配置する構造とすることにより、伝送線路同士の接
続／解除の反復が可能となる。しかも、伝送線路の構造
体の端部に共振器を配置し、２つの伝送線路を接続する
際に、共振器同士が近接して直接結合するため、共振器
同士が強く結合して、広帯域にわたって低挿入損失特性
が得られる。

【００４４】また、伝送モードの異なった異種の伝送線
路を接続することによって、線路の接続と同時に線路変
換をも行えるようになる。

【００４５】また、この発明の伝送線路接続構造を、構
成要素の部品間で伝送線路を接続する部分に適用して、
高周波モジュールを構成することによって、部品単位で
の調整や交換が可能となり、所定の機能を有する高周波
モジュールが容易に得られる。

【００４６】さらに、上記高周波モジュールを用いて、
たとえば移動体通信機やミリ波レーダ装置等の通信装置
を構成することにより、伝送線路間の接続状態の信頼性
の高い装置が得られ、また装置全体の生産性が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成
を示す図

【図２】第２の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成
を示す図

【図３】同伝送線路接続構造における周波数特性を示す
図

【図４】第３の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成
を示す図

【図５】第４の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成
を示す図

【図６】第５の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成
を示す図

【図７】第６の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成
を示す図

【図８】第７の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成
を示す図

【図９】第８の実施形態に係る高周波モジュールの構成
例を示すブロック図

【図１０】第９の実施形態に係る通信装置の構成例を示
すブロック図

【図１１】従来の伝送線路接続構造の構成を示す図

【図１２】従来の他の伝送線路接続構造の構成を示す図

【図１３】同伝送線路接続構造の周波数特性を示す図

【符号の説明】

１−誘電体基板 ２−電極 ３−スロットパターン ４−共振器パターン ５−ストリップパターン ６−共振器パターン ７，８−導体板 ９−誘電体ストリップ １０−共振器 １２，１５−ワイヤ

フロントページの続き (72)発明者 園田 富哉 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 金川 潔 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 5J011 DA11 DA12

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ所定の構造体を備えた伝送線路
   同士の接続構造であって、それぞれの構造体の端部で且
   つ伝送線路の端部に当該伝送線路に結合する共振器を配
   置し、接続すべき伝送線路の構造体の端部同士を近接さ
   せて前記共振器同士を電磁結合させた伝送線路接続構
   造。
2. 【請求項２】 前記伝送線路は、誘電体基板にスロット
   パターンを有する電極を形成したものである請求項１に
   記載の伝送線路接続構造。
3. 【請求項３】 前記伝送線路は、誘電体基板にストリッ
   プ状の電極を形成したものである請求項１に記載の伝送
   線路接続構造。
4. 【請求項４】 前記伝送線路は、２つの略平行な導電体
   平面の間に誘電体ストリップを配置したものである請求
   項１に記載の伝送線路接続構造。
5. 【請求項５】 接続すべき２つの伝送線路のそれぞれ
   を、互いに異なった種類の伝送線路とした請求項１に記
   載の伝送線路接続構造。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のうちいずれかに記載の伝
   送線路接続構造を備えた高周波モジュール。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の高周波モジュールを用
   いた通信装置。