JP2003023309A - 方向性結合器における結合容量の増加方法およびその方法を実施したマイクロ波回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数のインバーテッドマイクロストリップ線路
を用いた方向性結合器において、インバーテッドマイク
ロストリップ線路とマイクロ波回路基板本体間での結合
容量を改善する方法であり、また、この方向性結合器を
備えるマイクロ波回路基板において、マイクロストリッ
プ線路とマイクロ波回路基板本体間で大きな結合容量を
得ること。 【解決手段】複数のインバーテッドマイクロストリップ
線路を用いた方向性結合器に対して、前記複数のインバ
ーテッドマイクロストリップ線路間の中間部にフローテ
ィングストリップ線路を配置し、マイクロ波回路基板と
して構成すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波回路基
板に備えられる方向性結合器における結合容量を改善
し、マイクロ波回路基板としての電位を安定化させるよ
うにする方向性結合器における結合容量の増加方法およ
びその方法を実施したマイクロ波回路基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、例えばマイクロ波ディスクリー
ト素子やＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｍｉｃｒｏ
ｗａｖｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：モ
ノリシックマイクロ波集積回路）等と接続して用いられ
るインバーテッドストリップ線路を備えた、従来のマイ
クロ波回路基板１である。

【０００３】このマイクロ波回路基板１の主要部を構成
するマイクロ波回路基板本体２の一方側表面にインバー
テッドマイクロストリップ線路３ａ，３ｂが配置して方
向性結合器４が構成されている。

【０００４】前記マイクロ波回路基板本体２の一方側表
面には第１の接地導体５が、また前記マイクロ波回路基
板本体２の他方側の表面には、空気層等の電気絶縁層６
を介して第２の接地導体７を配置し、マイクロ波回路基
板１として構成されたものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この方向性結合器４を
用いたマイクロ波回路基板１は、方向性結合器４とし
て、インバーテッドマイクロストリップ導体３ａ，３ｂ
として、その長さは任意に決定することができるが、こ
れらのインバーテッドマイクロストリップ導体３ａ，３
ｂが相互に平行して隣接する部分が、通常マイクロ波の
伝搬波長λのλ／４（マイクロ波の波長をλとする）の
長さの重なり部分を有するように配置されて構成され
る。

【０００６】この伝搬波長λに基づき、インバーテッド
マイクロストリップ線路３ａが例えば同相励振し、他方
のインバーテッドマイクロストリップ線路３ｂが例えば
逆相励振されるとき、インバーテッドマイクロストリッ
プ線路３ａ，３ｂ側の第２の接地導体７が前記２つのイ
ンバーテッドマイクロストリップ線路３ａ，３ｂに相当
に隣接した近い距離にあるため、相当の電界８が起生す
る。

【０００７】この電界８が起生することが原因となり、
相当の磁界９が発生していた。

【０００８】したがって、インバーテッドマイクロスト
リップ線路３ａ，３ｂとマイクロ波回路基板本体２との
間において十分な結合容量を得ることができなかった。

【０００９】これが解決策の一つとして、複数のインバ
ーテッドマイクロストリップ線路３ａ，３ｂを備えた方
向性結合器４をマイクロ波回路基板１に組み込み、実施
する場合において、インバーテッドマイクロストリップ
線路３ａ，３ｂとマイクロ波回路基板１との間の結合容
量を十分に得るようにすることである。

【００１０】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
で、インバーテッドマイクロストリップ線路を用いた方
向性結合器に対して、各インバーテッドマイクロストリ
ップ線路間のほぼ中間位置にフローティングストリップ
線路を配置する方法を取ることにより、フローティング
ストリップ線路および各マイクロストリップ線路とマイ
クロ波回路基板との間において、所望の結合容量を得る
方向性結合器における結合容量の増加方法を得ることを
主な目的とする。

【００１１】また、本発明によれば、複数のインバーテ
ッドマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器に対
して、これをマイクロ波回路基板に実施する場合におい
て、各マイクロストリップ線路間にフローティングスト
リップ線路を配置する構成とし、且つ接地導体と組み合
わせ構成としてフローティング線路および各マイクロス
トリップ線路とマイクロ波回路基板との間で所望の結合
容量を得るマイクロ波回路基板を得ることを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明によれば、マイクロ波回路基板本体
の一方側表面に共振器パターンとして形成される複数の
インバーテッドマイクロストリップ線路を配置して構成
される方向性結合器に対し、この方向性結合器の前記マ
イクロ波回路基板本体の一方側表面に一方の接地導体を
配置すると共に、前記複数のインバーテッドマイクロス
トリップ線路側に低誘電率の絶縁層を介して他方の接地
導体を配置するようになされ、前記複数のインバーテッ
ドマイクロストリップ線路間のほぼ中間位置にフローテ
ィング導体を配置することにより、当該フローティング
導体と前記マイクロ波回路基板本体間に形成される結合
容量の増加作用を得て、前記インバーテッドマイクロス
トリップ線路と前記マイクロ波回路基板本体との間にお
ける結合容量を増大化させることを特徴とする方向性結
合器における結合容量増加方法法を提供する。

【００１３】したがって、複数のマイクロストリップ線
路を用いた方向性結合器に対して、各マイクロストリッ
プ線路間のほぼ中間位置にフローティングストリップ線
路を配置する方法を提供できる。

【００１４】上記目的を達成するために、請求項２の発
明によれば、マイクロ波回路基板本体の一方側表面に共
振器パターンとして形成される複数のインバーテッドマ
イクロストリップ線路および前記複数のインバーテッド
マイクロストリップ線路間のほぼ中間位置に配置される
フローティング導体とを備えた方向性結合器と、前記マ
イクロ波回路基板本体の他方側表面に配置される電気絶
縁層６の接地導体と、前記絶縁層の、マイクロ波回路基
板本体側と反対側の表面に配置される第２の接地導体と
を具備し、前記フローティング導体と前記マイクロ波回
路基板本体との間に形成される結合容量の増加作用によ
り前記複数のインバーテッドマイクロストリップ線路と
マイクロ波回路基板本体との間における結合容量を増大
化させ、前記マイクロ波回路基板本体表面の電位を安定
化させるようにしたことを特徴とするマイクロ波回路基
板を提供する。

【００１５】したがって、複数のインバーテッドマイク
ロストリップ線路を用いた方向性結合器に対して、これ
をマイクロ波回路基板に実施する場合において、各イン
バーテッドマイクロストリップ線路間のほぼ中間位置に
フローティングストリップ線路を配置する構成とし、こ
の方向性結合器を接地導体と組み合わせ構成として各イ
ンバーテッドマイクロストリップ線路およびフローティ
ング導体とマイクロ波回路基板との間で所望の結合容量
を得るマイクロ波回路基板を提供できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明に係る方向性結合器におけ
る結合容量の増加方法およびその方法を実施したマイク
ロ波回路基板の実施の形態について、図１および図２を
参照して説明する。

【００１７】図１は、本発明に対する方向性結合器を用
いたマイクロ波回路基板１０の概略構成を示している。

【００１８】このマイクロ波回路基板１０において、従
来の図３に示されたマイクロ波回路基板１と同一部分に
は同一符合を附して説明を省略する。

【００１９】マイクロ波回路基板１０は、本発明におけ
る方向性結合器１１を組み込んだ構成となっている。

【００２０】マイクロ波回路基板１０は、例えばＭＩＣ
（マイクロ波集積回路）に適用される。

【００２１】このマイクロ波回路基板１０は、マイクロ
波回路基板本体１２の表面に共振器パターン（図示せ
ず）として形成される複数のインバーテッドマイクロス
トリップ線路３ａ，３ｂが所定の間隔をおいて配置され
る。

【００２２】この共振器パターンは、λ／４の長さを有
するインバーテッドマイクロストリップ線路３ａ，３ｂ
およびフローティング導体１３である。

【００２３】これらを多数平行して隣接することで、方
向性結合器１１が構成される。

【００２４】前記インバーテッドマイクロストリップ線
路３ａ，３ｂ側には、空気層等の電気絶縁層６を介して
第２の接地導体７が配置される。

【００２５】他方、マイクロ波回路基板本体１２の表面
には第１の接地導体５が配置された構成である。

【００２６】インバーテッドマイクロストリップ導体３
ａ，３ｂは、その軸方向の長さが図１（Ａ）に示される
ように、伝搬波長と呼ばれるλ／４の長さを持ち、この
λ／４の伝搬波長に基づき、インバーテッドマイクロス
トリップ線路３ａが例えば同相励振し、インバーテッド
マイクロストリップ導体３ｂが例えば逆相励振されるよ
うになっている。

【００２７】すなわち、この種マイクロ波の伝搬波長に
よる励振作用は、同相および逆相による伝搬作用を利用
して結合容量が得られるようにしている。

【００２８】インバーテッドマイクロストリップ線路３
ａ，３ｂ側には、これらのインバーテッドマイクロスト
リップ線路３ａ，３ｂのほぼ中間位置にインバーテッド
マイクロストリップ線路３ａ，３ｂと例えば同一形状の
フローティング導体１３が配置される。

【００２９】このフローティング導体１３は、インバー
テッドマイクロストリップ線路３ａ，３ｂと同様に共振
器パターンとして、回路がパターンニングされたマイク
ロストリップ線路であって、通常、ポリシリコンやアル
ミニウム等の低誘電率特性の素材が用いられる。

【００３０】したがって、フローティング導体１３をマ
イクロ波回路基板本体１２のインバーテッドマイクロス
トリップ線路３ａ，３ｂのほぼ中間位置に配置すること
により、この部分におけるマイクロ波回路基板本体１２
に対する、結合容量を増大せしめ、且つこのフローティ
ング導体１３に隣接するインバーテッドマイクロストリ
ップ線路３ａ，３ｂに対する磁場による結合容量の低減
作用を抑止するという、いわゆるフローティング作用に
よりマイクロ波回路基板として電位の安定した状態が得
られる。

【００３１】インバーテッドマイクロストリップ線路３
ａ，３ｂおよびフローティング導体１３は図２に示され
るように、縦寸法ｔ，幅寸法ｗ，長さ寸法λ／４を有す
るもので、これらが所定間隔寸法ｓの距離をとり、マイ
クロ波回路基板本体１２の表面に並列配置される。

【００３２】このようにして、図１（Ｂ）において、マ
イクロ波回路基板本体１２に対して、直接に第１の接地
導体５を配置し、マイクロ波回路基板本体１２に配置し
たインバーテッドマイクロストリップ線路３ａ，３ｂお
よびフローティング導体１３の開放側に第２の接地導体
７を接地した構成が、いわゆるインバーテッドマイクロ
ストリップ線路といわれる構成である。

【００３３】この構成によれば、インバーテッドマイク
ロストリップ線路３ａ，３ｂに加えてフローティング導
体１３をマイクロ波回路基板本体２に統合されており、
フローティング導体１３のマイクロ波回路基板本体１２
に対する結合容量は、次式により算出される。

【００３４】

【数１】 ここで、例えば、インバーテッドマイクロストリップ線
路３ａとフローティング導体１３との所定間隔ｓ寸法に
注目してみると、マイクロ波回路基板本体１２に対して
配設されるインバーテッドマイクロストリップ線路３
ａ，３ｂは、方向性結合器１１として高密度化されるに
従い、相互に至近距離化している。

【００３５】インバーテッドマイクロストリップ線路３
ａ，３ｂを組み込んで、マイクロ波回路基板１０として
構成した場合、マイクロ波回路基板本体１２へのインバ
ーテッドマイクロストリップ線路３ａ，３ｂの結合容量
が低下し、品質上の安定化を損なう要因として浮上して
きている。

【００３６】また、マイクロ波回路基板本体１２と第２
の接地導体７との間隙ｈ１寸法にいて注目してみると、
マイクロ波回路基板１０全体の厚さ寸法として、一層の
薄板化が要求されてきており、結合容量に対する阻害要
因が増大する傾向にある。

【００３７】更には、マイクロ波回路基板本体１２自体
の厚さ寸法ｈ２について注目していみると、マイクロ波
回路基板本体１２自体の材質として、通常アルミナ基板
本体等の誘電率が例えばεｒ＝１０．０程度であり、実
用に支障をきたしていないが、上述したようにマイクロ
波回路基板１０そのものの一層の薄板化が求められてい
る。

【００３８】この場合、マイクロ波回路基板本体１２の
薄板化傾向により、厚さ寸法ｈ２が極小化され、マイク
ロ波回路基板１０としての構成体としてみれば、より一
層の結合容量が低減する傾向にある。

【００３９】なお、電気絶縁層６の場合には、主として
空気層であり、この空気層の誘電率はほぼεｒ＝１．０
と相当低い値であり、実用上問題ない。

【００４０】しかしながら、この電気絶縁層６にあって
も、マイクロ波回路基板１０自体が近年ミクロンオーダ
ーにおいて、一層薄板化傾向であり、従って、第１の接
地導体５および第２の接地導体７自体が高誘電率を持つ
ものであり、磁界発生の要因になっている。

【００４１】他方、インバーテッドマイクロストリップ
線路３ａ，３ｂ自体は、性質上誘電率の大きいものであ
り、これが至近距離である場合には、電気絶縁層６側の
第２の接地導体７と同様に磁界発生の要因になってきて
いる。

【００４２】このような事情を考慮して、インバーテッ
ドマイクロストリップ線路３ａ，３ｂとマイクロ波回路
基板本体２との間の結合容量を増大化する方法を方向性
結合器に採用すると共に、この方向性結合器をマイクロ
波回路基板本体１２に組み込み、マイクロ波回路基板１
０の構成とした。

【００４３】次に、前記フローティング導体１３の作用
について、更に詳細に説明する。

【００４４】方向性結合器１１として、マイクロ波回路
基板本体１２の表面に配置されるインバーテッドマイク
ロストリップ線路３ａ，３ｂのほぼ中間位置に配置され
たフローティング導体１３は、マイクロ波回路基板本体
１２との間に形成される新たな結合容量の増加により、
前記マイクロ波回路基板本体１２の表面の表面の電位が
一層安定化するよう作用する。

【００４５】この安定化作用により、図１（Ｂ）に示さ
れるように、電界１４ａは、ほとんど誘起されないレベ
ルとなる。

【００４６】従って、この電界１４ａによって発生する
磁場１５ａは狭い範囲となる。

【００４７】同時に、この電界１４ａによって発生する
磁場１５ａが狭い範囲であるために、近隣のインバーテ
ッドマイクロストリップ線路３ａ，３ｂへの影響がほと
んどなく、インバーテッドマイクロストリップ線路３
ａ，３ｂにおいて起生する電界１４ｂ，１４ｂに起因し
て発生する磁場１５ｂ，１５ｂはほとんど発生しない。

【００４８】なお、本発明は、上述した実施形態に限定
されるものではなく、本発明である回路基板１が、より
一層高電位配線を取り扱うような場合には、フローティ
ング導体１３は、その幅寸法ｗを、相当長い幅寸法とし
て、より一層結合容量を増大して、高電位の安定化に寄
与し得るようにすることができる。

【００４９】

【発明の効果】複数のインバーテッドマイクロストリッ
プ線路を用いた方向性結合器に対して、各インバーテッ
ドマイクロストリップ線路間のほぼ中間位置にフローテ
ィング導体を配置する方法を取ることにより、このフロ
ーティング導体および各インバーテッドマイクロストリ
ップ線路とマイクロ波回路基板本体間との結合容量を十
分に得ることができるので、より周波数帯域の広い高周
波やミリ波用の回路基板として適用が可能となる。

【００５０】また、各インバーテッドマイクロストリッ
プ線路およびフローティング導体とマイクロ波回路基板
本体間の電位が安定化した故障や誤作動のない方向性結
合器およびこの方向性結合器を備えたマイクロ波回路基
板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明マイクロ波回路基板を拡大して示す概略
図で、（Ａ）は一部を切除した概略平面図で、（Ｂ）は
（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図。

【図２】図１（Ｂ）に対応した図で、各構成部材の寸法
関係を示す図。

【図３】従来のマイクロ波回路基板の一部を拡大して示
す概略図。

【符号の説明】

１，１０ マイクロ波回路基板 ２，１２ マイクロ波回路基板本体 ３ａ，３ｂ インバーテッドマイクロストリップ線路 ４，１１ 方向性結合器 ５ 第１の接地導体 ６ 電気絶縁層 ７ 第２の接地導体 ８，１４ａ，１４ｂ 電界 ９ 磁界 １３ フローティング導体 １５ａ，１５ｂ 磁界

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波回路基板本体の一方側表面に
   共振器パターンとして形成される複数のインバーテッド
   マイクロストリップ線路を配置して構成される方向性結
   合器に対し、この方向性結合器の前記マイクロ波回路基
   板本体の一方側表面に一方の接地導体を配置すると共
   に、前記複数のインバーテッドマイクロストリップ線路
   側に低誘電率の絶縁層を介して他方の接地導体を配置す
   るようになされ、 前記複数のインバーテッドマイクロストリップ線路間の
   ほぼ中間位置にフローティング導体を配置することによ
   り、当該フローティング導体と前記マイクロ波回路基板
   本体間に形成される結合容量の増加作用を得て、前記イ
   ンバーテッドマイクロストリップ線路と前記マイクロ波
   回路基板本体との間における結合容量を増大化させるこ
   とを特徴とする方向性結合器における結合容量増加方
   法。
2. 【請求項２】 マイクロ波回路基板本体の一方側表面に
   共振器パターンとして形成される複数のインバーテッド
   マイクロストリップ線路および前記複数のインバーテッ
   ドマイクロストリップ線路間のほぼ中間位置に配置され
   るフローティング導体とを備えた方向性結合器と、 前記マイクロ波回路基板本体の他方側表面に配置される
   電気絶縁層６の接地導体と、 前記絶縁層の、マイクロ波回路基板本体側と反対側の表
   面に配置される第２の接地導体とを具備し、 前記フローティング導体と前記マイクロ波回路基板本体
   との間に形成される結合容量の増加作用により前記複数
   のインバーテッドマイクロストリップ線路とマイクロ波
   回路基板本体との間における結合容量を増大化させ、前
   記マイクロ波回路基板本体表面の電位を安定化させるよ
   うにしたことを特徴とするマイクロ波回路基板。