JP2002217613A

JP2002217613A - 伝送線路、集積回路および送受信装置

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Publication number: JP2002217613A
Application number: JP2001005181A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Saito; 篤斉藤; Takeshi Okano; 健岡野
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2002-08-02
Anticipated expiration: 2021-01-12
Also published as: JP3414383B2

Abstract

(57)【要約】【課題】誘電体板に導波管型の伝送線路を構成するこ
とによる、生産性の向上効果および配線基板との一体化
による集積効果を備え、且つ伝送特性の向上を図った伝
送線路、それを備えた集積回路およびレーダ装置を提供
する。【解決手段】誘電体板１の少なくとも一方の面に断面
凸形状で連続する隆起部２を備え、その隆起部の外面を
含めて誘電体板１の両面に電極３を形成し、隆起部２に
沿ってその両脇に、誘電体板の両面に形成した電極３間
をそれぞれ導通させる複数のスルーホール４を配列す
る。これにより、隆起部２の外面の電極と、配列された
スルーホール４で囲まれる空間を、ＴＥ１０モードに準
じたモードの伝送線路として作用させる。

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、誘電体板に構成
した伝送線路、その誘電体板を備えた集積回路または、
その集積回路を含んで構成されるレーダ装置や通信装置
などの送受信装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、誘電体基板に導波管型の伝送線路
を構成し、誘電体基板との一体化を図ったものとして、
特開平６−５３７１１および特開平１０−７５１０
８が開示されている。

【０００３】の導波管線路は、２層以上の導体層を有
する誘電体基板に導体層間を結ぶ複数個の導通孔（スル
ーホール）を２列設けて、この２層の導体層および導通
孔の２列の間を導波管（誘電体充填導波管）として作用
させるものである。の誘電体導波管線路および配線基
板は、上記の構成に加えて、２つの主導体層の間で、か
つバイアホール（導通孔）の両外側に、バイアホールと
電気的に接続された副導体層を形成したものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、共に、
導波管の垂直方向（誘電体基板の面に対して垂直な方
向）に沿った面における壁として作用する電流経路は、
スルーホールまたはバイアホールのみであるため、スル
ーホールまたはバイアホール部分に電流が集中し、導体
損が増大するという問題があった。また、誘電体基板の
面に対して垂直方向に形成されたスルーホールまたはバ
イアホールにより、誘電体基板の面に対して垂直方向に
しか電流が流れず、斜め方向には電流が流れないため、
一般的な導波管または誘電体充填導波管に比べて良好な
伝送特性が得られない、という問題があった。

【０００５】この発明の目的は、誘電体板に導波管型の
伝送線路を構成することによる、生産性の向上効果およ
び配線基板との一体化による集積効果を備え、且つ伝送
特性の向上を図った伝送線路、それを備えた集積回路お
よびレーダ装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の伝送線路は、
誘電体板の少なくとも一方の面に、断面凸形状で連続す
る隆起部を備え、該隆起部の外面を含めて、誘電体板の
両面に電極が形成され、隆起部における、前記誘電体板
の厚み方向の電極間の間隔を、使用周波数での誘電体中
波長の半波長以上とし、さらに隆起部の両脇に、誘電体
板の両面に形成された前記電極間をそれぞれ導通させる
複数のスルーホールが配列することによって構成する。
このように、誘電体板の断面凸形状の連続する隆起部を
誘電体充填導波管型の伝送線路の一部として作用させ
る。

【０００７】また、この発明の伝送線路は、前記隆起部
に沿った方向の前記スルーホールの間隔を、使用周波数
での誘電体中波長の半波長以下とする。これにより、配
列されたスルーホールは、使用周波数およびそれより高
い周波数帯で、導波管の壁面を等価的に形成するため、
不要な伝送モードを抑制する。

【０００８】また、この発明の伝送線路は、前記隆起部
両脇にそれぞれ配列されたスルーホール同士の前記隆起
部を横切る方向の間隔を誘電体中波長の１波長以下にす
る。これにより、使用周波数での平行平板モードへの変
換を難くする。

【０００９】また、この発明の伝送線路は、前記隆起部
における電極間の間隔を、使用周波数での誘電体中波長
の波長以下とし、且つ隆起部の幅および前記隆起部を横
切る方向のスルーホール同士の間隔を使用周波数での誘
電体中波長の半波長以下とする。これにより使用周波数
帯域での単一モードでの伝送を可能とする。

【００１０】また、この発明の伝送線路は、前記断面凸
形状の角部に丸みをもたせる。これにより、電極のエッ
ジ部における電流集中を緩和して導体損を低減する。

【００１１】さらに、この発明の伝送線路は、前記隆起
部の側面を誘電体板から遠ざかる程先細りになるテーパ
ー状にする。これにより伝送線路の生産性を向上させ
る。

【００１２】この発明の集積回路は、前記の構成の伝送
線路を形成した誘電体板に、複数の伝送線路を構成する
ことにより、または電子部品を実装することによって、
前記伝送線路を備えた集積回路を構成する。

【００１３】また、この発明の集積回路は、前記誘電体
板の基材をセラミックとする。これにより、耐熱性を向
上させ、一括リフロー半田法による表面実装部品の実装
を可能として、生産性を向上させる。

【００１４】また、この発明の送受信装置は、前記集積
回路における伝送線路を、送信信号および受信信号を伝
送する伝送線路とし、オシレータおよびミキサを設けて
構成する。これにより、低損失化に伴う低消費電力化お
よび高感度化を図る。例えば探知能力・低消費電力のレ
ーダ装置を得る。

【００１５】

【発明の実施の形態】第１の実施形態に係る伝送線路の
構成を図１〜図３を参照して説明する。図１の（Ａ）は
伝送線路の斜視図、（Ｂ）はその断面図である。図１に
おいて１は誘電体板であり、その一部に、断面凸形状
で、その断面に垂直方向に連続する隆起部２を形成して
いる。この誘電体板１には、隆起部２の外面（両側面お
よび上面）を含めて両面に電極３を設けている。また、
隆起部２の延びる方向に沿って、その隆起部２の両脇
に、誘電体板１の両面に形成した電極３の間をそれぞれ
導通させる、複数のスルーホール４を配列形成してい
る。ここで、隆起部２の幅Ｗを使用周波数における誘電
体中での波長の１／２以下とし、誘電体板の下面から隆
起部の上面までの高さＨを使用周波数における誘電体中
での波長の１／２以上とする。

【００１６】図２の（Ａ）は、隆起部２の延びる方向に
対して垂直な面の断面における電磁界の分布を示してい
る。また（Ｂ）は、伝送線路の斜視図における電磁界の
分布を示している。

【００１７】この構造により、配列された複数のスルー
ホール４が等価的に導波路の壁面を構成するため、隆起
部２の互いに対向する２つの側面をＨ面、隆起部２の上
面および誘電体板１の下面をＥ面とするＴＥ１０モード
に準じたモードで電磁波が伝搬する。

【００１８】図３は、この伝送線路の電界ベクトルを、
隆起部２以外の誘電体板１の厚み部分を考慮して表した
ものである。（Ａ）は電磁波伝搬方向に垂直で、且つ誘
電体板の面方向に平行な方向の電界ベクトルを示してい
る。（Ｂ）は電磁波伝搬方向に垂直で、且つ誘電体板の
面に垂直な方向の電界ベクトルを示している。この伝送
線路は（Ａ）に示す電界ベクトルと、（Ｂ）に示す電界
ベクトルとの重ね合わせであるものと考えられる。した
がって、合成電界ベクトルは（Ｃ）のように表される。

【００１９】図３の（Ｂ）に示した電界ベクトルをもつ
モードは、平行平板モードの高次モードであり、放射損
失の原因となるモードである。このモードのカットオフ
周波数は、配列された２列のスルーホール同士の間隔Ｐ
ｘと誘電体の誘電率により決まるため、使用周波数帯に
おける誘電体中波長をλで表せば、Ｐｘ＜λとすること
により、使用周波数帯で、上記不要な平行平板モードへ
変換させ難くすることが可能である。なお、電磁波伝搬
方向の、スルーホールの間隔（図１の（Ａ）におけるＰ
ｚ）についても、使用周波数帯における誘電体中波長の
半波長以下にすれば、平行平板モードが励起されないた
め、使用伝搬モードが平行平板モードに変換することに
よる放射損失が発生しない。

【００２０】すなわち、平行平板モードに変換し難くな
るようにするためには、隆起部の幅Ｗが半波長であれ
ば、隆起部の側面からスルーホールまでの距離を１／４
波長以下に設定すればよいことになる。

【００２１】なお、図１の（Ｂ）に示した隆起部が形成
された部位における誘電体の厚み方向の電極間間隔Ｈ
を、使用周波数での誘電体中での波長の半波長以上１波
長以下とし、かつ隆起部２の幅Ｗおよびスルーホール４
の間隔を半波長以下とすることによって、使用モードと
直交するモードがカットオフの条件となるので、ＴＥ１
０モードに準じたモードの単一モードでの伝送が可能と
なる。そのため、隆起部２にベンド部を設けても、モー
ド変換に伴う損失が生じたり、スプリアスの発生による
損失が生じない。

【００２２】次に、第２の実施形態に係る伝送線路の構
成を図４に示す。第１の実施形態では、誘電体板に形成
した隆起部の両脇に、互いに対向する２列のスルーホー
ルを配列したが、第２の実施形態ではこれを複数列にし
ている。図４の（Ａ）に示す例では、隆起部２の両脇
に、それぞれ２列のスルーホールを千鳥状に配列してい
る。また、（Ｂ）に示す例では、隆起部２の両脇に、そ
れぞれ３列のスルーホールを配列している。このように
スルーホールの列を多重化することによって、誘電体板
内を伝搬する平行平板モードの伝送線路部分から外側へ
の放射、または外側から伝送線路への入射をさらに抑圧
することができる。

【００２３】次に、第３の実施形態に係る伝送線路の構
成を、図５および図６を参照して説明する。図５は第３
の実施形態に係る伝送線路の斜視図である。この例で
は、誘電体板１にベンド構造の隆起部２を形成し、その
隆起部２の両脇にスルーホール４を配列している。

【００２４】図６はその具体的な各部の寸法と、それに
よる伝送特性を示している。ここで、誘電体板の比誘電
率を７．０、ベンド部の線路中心の半径ｒを２．０［ｍ
ｍ］、スルーホール４の径を０．１［ｍｍ］、スルーホ
ール４の配列ピッチを０．４［ｍｍ］とし、その他の各
部の寸法を図６の（Ｂ）に示す値とし、スルーホール４
を片側で３列、合わせて６列形成している。

【００２５】図６の（Ｃ）は、上記条件でのＳ１１，Ｓ
２１特性を示している。このように曲率半径の小さなベ
ンドを設けても、伝送線路をＴＥ１０モードに準じた単
一モードの伝送線路とすることによって、低挿入損失お
よび低反射特性が得られる。

【００２６】次に、第４の実施形態に係る伝送線路の構
造を断面図として図７に示す。この例では、誘電体板１
に形成した隆起部２の角部に、Ｒで示す丸みを持たせて
いる。この構造により、電極エッジへの電流集中が緩和
されて導体損が低減され、低挿入損失特性が得られる。

【００２７】なお、図７に示した伝送線路の隆起部は、
サンドブラスト法により形成することができる。

【００２８】図８は第５の実施形態に係る伝送線路の断
面図である。この例では、誘電体板１に断面凸形状の隆
起部２を形成するが、隆起部２の両側面を、誘電体板１
から遠ざかる程先細りになるテーパー状としている。こ
のような隆起部を有する誘電体板は、金型成型、射出成
型により製造する際、成型体と金型との離型性が向上す
るため、生産性が向上する。

【００２９】次に、集積回路およびそれを用いた送受信
装置の例としてレーダ装置の構成を図９および図１０を
参照して説明する。図９は、誘電体板１を電子部品の実
装面側から見た斜視図、図１０はその等価回路図であ
る。誘電体板１にはその図における下面側に、断面凸形
状で連続する隆起部を形成し、誘電体板の両面に電極を
形成するとともに、隆起部に沿って隆起部の両脇に複数
のスルーホールを配列することによって伝送線路を構成
している。

【００３０】図９は、誘電体板１における電子部品の実
装面側を示しているので、隆起部は現れていないが、ス
ルーホールの配列パターンによって、伝送線路の配置形
状が判る。すなわち、大まかにＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ
４，Ｇ５で示す５つの伝送線路が形成されている。

【００３１】誘電体板１の図における上面には、コプレ
ーナ線路に接続したＶＣＯ（電圧制御発振器）を設けて
いる。上記コプレーナ線路はＧ１で示す伝送線路と結合
する。伝送線路Ｇ１とＧ２との間にはＦＥＴによる増幅
回路を設けている。また、伝送線路Ｇ３の先端部分に
は、スロットアンテナを形成していて、このスロットア
ンテナから送信信号が誘電体板１に対し垂直方向に放射
される。伝送線路Ｇ２とＧ５の近接している部分により
方向性結合器を構成している。この方向性結合器で電力
分配された信号は、ミキサー回路の一方のダイオードが
接続されているコプレーナ線路にローカル信号として結
合する。また、伝送線路Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４のＹ型に分岐
している中央部にはサーキュレータを構成している。こ
のサーキュレータは、円板形状のフェライト板による共
振器を配し、そのフェライト板に対し垂直方向に静磁界
を印加する永久磁石を配置することによって構成してい
るが、図９ではそれらを省略している。このサーキュレ
ータを介して、スロットアンテナからの受信信号は伝送
線路Ｇ４を介し、ミキサー回路の他方のダイオードが接
続されているコプレーナ線路に結合する。ミキサー回路
の２つのダイオードは平衡型ミキサー回路として作用
し、整合用受動部品を途中に有する平衡線路を介して外
部回路へ出力される。

【００３２】図１０は、上記レーダ装置のブロック図で
ある。図１０において、ＶＣＯによる発振信号はＡＭＰ
により増幅され、方向性結合器ＣＰＬおよびサーキュレ
ータＣＩＲを経て、送信信号としてアンテナＡＮＴへ与
えられる。サーキュレータＣＩＲからの受信信号と方向
性結合器ＣＰＬからのローカル信号は、ミキサＭＩＸに
与えられ、ミキサは中間周波信号ＩＦを出力する。

【００３３】このように、低伝送損失の伝送線路を用い
ることによって、電力効率が高まり、低消費電力で且つ
物標の探知能力の高いレーダ装置が得られる。

【００３４】なお、上述の例では、レーダ装置を例に挙
げたが、送信信号を相手側の通信装置へ送信し、相手側
の通信装置からの送信信号を受信するようにすれば、同
様にして通信装置を構成することができる。

【００３５】

【発明の効果】この発明によれば、誘電体板を用いて導
波管型でしかも低伝送損失な伝送線路が構成でき、さら
に誘電体板の平坦面に部品を実装した装置が容易に構成
できる。

【００３６】また、この発明の伝送線路によれば、スル
ーホールの配列方向の間隔を、使用周波数での誘電体中
波長の半波長以下とすることにより、不要な伝送モード
がさらに抑制される。

【００３７】また、この発明の伝送線路によれば、上記
隆起部両脇にそれぞれ配列されたスルーホール同士の間
隔を誘電体中波長の１波長以下にすることにより、使用
周波数で平行平板モードに変換し難くなり、それによる
損失がないため、さらに低損失な伝送線路が得られる。

【００３８】また、この発明の伝送線路によれば、隆起
部における電極間の間隔を、使用周波数での誘電体中波
長の１波長以下とし、且つ隆起部の幅および前記隆起部
を横切る方向のスルーホール同士の間隔を使用周波数で
の誘電体中波長の半波長以下とすることにより、使用周
波数帯域での単一モードでの伝送が可能となり、ベンド
部におけるモード変換に伴う損失が生じることもなく、
伝送線路の配置パターンの自由度が向上する。

【００３９】また、この発明の伝送線路によれば、隆起
部の断面形状の角部に丸みをもたせることにより、電極
のエッジ部における電流集中が緩和されて導体損がさら
に低減される。

【００４０】また、この発明の伝送線路によれば、隆起
部の側面を誘電体板から遠ざかる程先細りになるテーパ
ー状にすることにより、伝送線路の生産性が向上し、低
コスト化を図ることができる。

【００４１】また、この発明の集積回路によれば、上記
の構成の伝送線路を形成した誘電体板に、複数の伝送線
路を構成することにより、低損失化を図ることができ
る。特に誘電体板の一方の面を平面にすることによっ
て、導体パターンによる線路の形成や電子部品の実装が
容易となる。

【００４２】また、この発明の集積回路によれば、誘電
体板の基材をセラミックとすることにより、一括リフロ
ー半田法による表面実装部品の実装が可能となり、生産
性が向上するため、低コスト化を図ることができる。

【００４３】また、この発明の送受信装置によれば、上
記集積回路における伝送線路を、送信信号および受信信
号を伝送する伝送線路とし、さらにオシレータおよびミ
キサを設けて構成することにより、低消費電力化および
高感度化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る伝送線路の構成を示す斜
視図および断面図

【図２】同伝送線路の電磁界分布の例を示す図

【図３】同伝送線路の電界ベクトルの詳細を示す図

【図４】第２の実施形態に係る伝送線路の斜視図

【図５】第３の実施形態に係る伝送線路の斜視図

【図６】同伝送線路の各部の寸法と伝送特性の例を示す
図

【図７】第４の実施形態に係る伝送線路の断面図

【図８】第５の実施形態に係る伝送線路の断面図

【図９】第６の実施形態に係る集積回路およびレーダ装
置の構成を示す図

【図１０】同レーダ装置のブロック図

【符号の説明】

１−誘電体板２−隆起部３−電極４−スルーホール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体板の少なくとも一方の面に、断面
凸形状で連続する隆起部を備え、該隆起部の外面を含め
て、前記誘電体板の両面に電極が形成され、前記隆起部
における、前記誘電体板の厚み方向の電極間の間隔を、
使用周波数での誘電体中波長の半波長以上とし、さらに
前記隆起部の両脇に、誘電体板の両面に形成された前記
電極間をそれぞれ導通させる複数のスルーホールが配列
された伝送線路。
【請求項２】前記スルーホールの前記隆起部に沿った
方向の間隔を使用周波数での誘電体中波長の半波長以下
とした請求項１に記載の伝送線路。
【請求項３】前記隆起部の両脇にそれぞれ配列された
スルーホール同士の間隔を誘電体中波長の１波長以下に
した請求項１または２に記載の伝送線路。
【請求項４】前記隆起部における、誘電体板の厚み方
向の電極間の間隔を、使用周波数での誘電体中波長の１
波長以下とし、且つ前記隆起部の幅および前記隆起部を
横切る方向のスルーホール同士の間隔を使用周波数での
誘電体中波長の半波長以下とした請求項１、２または３
に記載の伝送線路。
【請求項５】前記断面凸形状の角部に丸みを持たせた
請求項１〜４のうちいずれかに記載の伝送線路。
【請求項６】前記隆起部の側面を前記誘電体板から遠
ざかる程先細りになるテーパー状にした請求項１〜５の
うちいずれかに記載の伝送線路。
【請求項７】請求項１〜６のうちいずれかに記載の伝
送線路を形成した誘電体板に、複数の伝送線路を構成し
て成る、または電子部品を実装して成る集積回路。
【請求項８】前記誘電体板の基材をセラミックとした
請求項７に記載の集積回路。
【請求項９】請求項７または８に記載の集積回路にお
ける伝送線路を、送信信号および受信信号を伝送する伝
送線路とし、さらにオシレータおよびミキサを設けてな
る送受信装置。