JP2004032232A - 伝送線路フィルター - Google Patents
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Abstract
【解決手段】2階層以上のレイヤー内にある特性インピーダンスが異なる伝送線路が、ビアによる連続接続による接続構造により接続されていることを特徴とする伝送線路フィルターを提供する。特に、レイヤー内に平面的に配置されている伝送線路の接続構造、もしくは重層的接続構造を持つ伝送線路フィルターを提供する。
【選択図】図1
Description
【発明の属する技術分野】
本願発明は、伝送線路を用いた高周波フィルターを実現する伝送線路フィルターに関する。
【0002】
【従来の技術】
フィルター特性を得る為には,多くの場合、実装ボード(マザーボード)にレジスタンス・キャパシタンス・インダクタンス素子のような回路素子を用いてフィルター回路を作製する事が行われていた。
【0003】
また、マイクロストリップラインなどの伝送線路を用いて平面状にフィルター回路を分布定数回路として作製する事が行われていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
近年すべての電子機器は高クロック化が進んでいる。このような高周波回路では従来の回路素子によるフィルターを使用すると、寄生インピーダンスの影響でフィルター特性を発揮する事が難しくなってきている。また、マザーボードの上に回路素子を配置する為、小型化にも向いていない。
【0005】
マイクロストリップラインを用いた伝送線路フィルターでは、平面状に作製するので、平面で表される回路しか表現できず、2次元展開により回路を作成しないといけないので、こちらも小型化には向いていない。
【0006】
また、この様な回路は、その伝送線路の長さに大きく依存しているので伝送線路長にかなりの精度が必要とされる。
【0007】
さらにこの場合、マイクロストリップラインを用いた伝送線路フィルターでは回路が表面に露出しているために、そのストリップライン上に誘電体等が載る等の事が有れば、周波数特性に変化が起きるので、安定的な伝送線路フィルターとはなっていなかった。
【0008】
そこで、フィルター部分を2次元展開以外の設計が可能になる伝送線路フィルターが求められていた。
【0009】
特に、高周波領域にも強いフィルターを製作出来るだけでなく、マザーボードもしくはICパッケージを小型化に出来る伝送線路フィルターが求められていた。
【0010】
【課題を解決する為の手段】
以上の様な課題を解決するため、請求項1記載の発明では、2階層以上のレイヤー内にある特性インピーダンスが異なる伝送線路が、ビアによる連続接続による接続構造により接続されていることを特徴とする伝送線路フィルターを提供するものである。
【0011】
請求項2記載の発明では、レイヤー内に平面的に配置されている伝送線路の接続構造が、ビアによる接続で連続接続されている、もしくは重層的に配置されている伝送線路の接続構造が、ビアによる接続で連続接続されている、構造を持つ請求項1記載の伝送線路フィルターを提供するものである。
【0012】
請求項3記載の発明では、レイヤー毎の伝送線路が、線路の幅が異なる伝送線路、伝送線路上下にある誘電体の厚みが違う伝送線路、誘電率の異なる材質の伝送線路を重ね合わせるのいずれかの構造を持つ伝送線路からなる事を特徴とする、請求項1または2記載の伝送線路フィルターを提供するものである。
【0013】
請求項4記載の発明では、個々の伝送線路が、5cm以内の長さであることを特徴とする、請求項1または2または3記載の伝送線路フィルターを提供するものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は、2階層以上のレイヤー内にある特性インピーダンスが異なる伝送線路が、ビアによる連続接続による接続構造により接続されていることを特徴とする伝送線路フィルターであるが、特にレイヤー内に平面的に配置されている伝送線路の接続構造が、ビアによる接続で連続接続されている構造を持つ伝送線路フィルターの例ある。
【0015】
また、図2は、同様に2階層以上のレイヤー内にある特性インピーダンスが異なる伝送線路が、ビアによる連続接続による接続構造により接続されていることを特徴とする伝送線路フィルターであるが、特に重層的に配置されている伝送線路の接続構造が、ビアによる接続で連続接続されている構造を持つ伝送線路フィルターの例である。
【0016】
また、接続は以上の接続の他、適宜多層で縦横に伝送線路を設けても良いものであるが、寄生成分が発生しない様に注意する必要がある。
【0017】
ここでレイヤーとは、重層的に伝送線路が設けられている場合の、その平面方向の広がりを指す。なお、レイヤーは表面に露出しているものの他、誘電体内に設けられているものをも指す。
【0018】
各レイヤーは、1つのみ伝送線路が設けられるものでも構わないが、複数設けた方が製造上でも有利である。
【0019】
この伝送線路はともに特性インピーダンスの異なる伝送線路をビアにより接続した形状となっている。
【0020】
特性インピーダンスを変化させる方法は、線路幅を変える、伝送線路間の誘電体の厚みを変える、伝送線路間の誘電体の誘電率を変える等で得る。なお、同一レイヤー内においても、その伝送線路の特定インピーダンスは、同一であるとは限らず、線路幅や伝送線路長で適宜調整可能である。
【0021】
誘電体の例としては、ポリイミド(ε=3.3)、FR−4(ε=4.6)、エポキシ系樹脂(ε=3.5)などを用いることが可能で、伝送線路としては、マイクロストリップライン、コプレーナーストリップライン、ストリップラインなどを用いる事が可能で、ビアの材質としては、銅などを用いる事が可能で、その製造方法としては、ドリル・レーザーなどで穴を開けメッキをする方法などを用いる事が可能である。
【0022】
図3は、図1の様に平面的に配置された伝送線路をビア接続により本願発明を実施する構造を表す断面構造の斜視図である。図3では、横方向に階段状に伝送線路を作製した場合であり2レイヤーに伝送線路がまたがっている。
【0023】
しかしながら、2レイヤー以上にまたがった伝送線路でも同じ効果が得られる。
【0024】
また、線路長を変えた場合が図5である。異なる線路長を接続する事で自在にフィルタリングできる事がわかる。
【0025】
さらに、縦方向に階段状伝送線路を作製した場合でも同様な効果が得られる。
【0026】
フィルターを作製するには、特性インピーダンスが異なる線路の線路長をフィルタリングする波長のa/4(a=2n−1,n=1.2.3…)波長の時に大きな効果をえる事が出来る。
【0027】
特性インピーダンスが異なる線路を連続して接続する際、異なる長さの線路を接続する事で異なる周波数帯域をカットする事も可能となる。
【0028】
なお、本願発明におけるビアの構造は、厚さ方向が波長のa/6以下程度である事が必要であり、特に厚さは薄ければ薄いほど望ましい。これにより、このビア部分の伝達係数を1とみなし、反射係数を0とみなす事が可能になる。
【0029】
【実施例】
(実施例1)
平面的に配置された伝送線路をビア接続により本願発明を実施する構造を表す断面構造を持つ。
【0030】
内部レイヤーの材質、表面レイヤーの材質はともに銅であり内部レイヤーの厚さは12[μm]、幅は75[μm]であり、誘電体の材質はエポキシ系樹脂(誘電率ε=3.5)であり、その間のビア接続の材質は銅、直径は50[μm]、厚さ30[μm]である。
【0031】
その上で伝送線路長を全て9.09[mm]とした場合、特性インピーダンス30[Ω]−70[Ω]−30[Ω]−70[Ω]−30[Ω]の線路を接続した構造となっている。
【0032】
なお、この製造方法は、従来のプリント配線板と同様な方法で作成し、ビアも従来のプリント配線板と同様な方法で作成したものである。
【0033】
その結果を、図4に、Sパラメータのシュミレート結果として示す。なお、S11(反射係数)およびS12(伝達係数)を示す周波数特性図である。
【0034】
この周波数特性図より、12.0〜28.0[GHz]の帯域フィルターとなっている事が分かる。
【0035】
(実施例2)
実施例1の、伝送線路長のみを変えた。伝送線路長は順に、2mm、3mm、2mm、3mm、2mmとした。得られたSパラメータのシュミレート結果は、図5として示す。
【0036】
これにより、特性インピーダンスが異なる伝送線路、例えば異なる線路長を接続する事で自在にフィルタリング(周波数帯域をカット)できる事がわかる。
【0037】
以上、実施例1および2より、フィルターを作製するには、特性インピーダンスが異なる伝送線路の伝送線路長をフィルタリングする波長のa/4(a=2n−1,n=1.2.3…)波長の時に大きな効果をえる事が出来る。
【0038】
【発明の効果】
また、特性インピーダンスが異なる線路を連続して接続する際、異なる長さの線路を接続する事で異なる周波数帯域をカットする事も可能となる。
【0039】
以上のように本発明によれば、高周波領域においてフィルター特性が省スペースで得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】平面的に配置された伝送線路をビア接続により本願発明を実施する構造を表す断面図である。
【図2】伝送線路を重ね、その伝送線路間をビア接続により本願発明を実施する構造を表す断面図である。
【図3】平面的に配置された伝送線路をビア接続により本願発明を実施する構造を表す概念斜視図
【図4】実施例1のSパラメータのうち、S11およびS12を示す周波数特性図
【図5】実施例2のSパラメータのうち、S11およびS12を示す周波数特性図
【符号の説明】
1・・・・伝送線路
2・・・・誘電体
3・・・・ビア
Claims (4)
- 2階層以上のレイヤー内にある特性インピーダンスが異なる伝送線路が、ビアによる連続接続による接続構造により接続されていることを特徴とする伝送線路フィルター。
- レイヤー内に平面的に配置されている伝送線路の接続構造が、ビアによる接続で連続接続されている、もしくは重層的に配置されている伝送線路の接続構造が、ビアによる接続で連続接続されている、構造を持つ請求項1記載の伝送線路フィルター。
- レイヤー毎の伝送線路が、線路の幅が異なる伝送線路、伝送線路上下にある誘電体の厚みが違う伝送線路、誘電率の異なる材質の伝送線路を重ね合わせるのいずれかの構造を持つ伝送線路からなる事を特徴とする、請求項1または2記載の伝送線路フィルター。
- 個々の伝送線路が、5cm以内の長さであることを特徴とする、請求項1または2または3記載の伝送線路フィルター。
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