JP2005051330A - Connection structure between dielectric waveguide line and high frequency transmission line, high frequency circuit board employing the same, and high frequency element mount package - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波およびミリ波等の高周波信号を伝達するための誘電体導波管線路と他の高周波伝送線路とを結合するための接続構造およびその接続構造を用いた高周波回路基板ならびに高周波素子搭載用パッケージに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来よりマイクロ波やミリ波の高周波信号を伝達するための線路としては、同軸線路、導波管、誘電体導波管、マイクロストリップ線路等が知られている。また、配線回路内に種類の異なる線路が複数配設され、これら相互間の電磁結合によって信号を伝達する結合技術が知られており、例えば、図12に示す信号伝送用貫通導体ピン37と金属導波管40との接続構造では、金属導波管40に形成された貫通孔40aに挿入された信号伝送用貫通導体ピン37と金属導波管40との電磁結合によって信号の伝達が行なわれ、高周波伝送線路36から金属導波管40に信号が伝達される。なお、図12において、31は誘電体基板である。
【0003】
また近年、多層構造の配線基板内に誘電体導波管線路を積層技術によって形成することが行なわれており、例えば、図10の斜視図,図11の断面図に示す誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造が提案されている。このような接続構造では、誘電体基板21を一対の主導体層22,23で挟み、さらに主導体層22,23を接続する2列の側壁用貫通導体群24によって形成した誘電体導波管線路30内に、高周波伝送線路26の端部から信号伝送用貫通導体27を挿入することで、誘電体導波管線路30と高周波伝送線路26とを電気的に接続することができる。なお、図10において、25は端面用貫通導体群である。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−135714号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の誘電体導波管線路30と線路導体26との接続構造では、図10に示すように、線路導体26が主導体層22,23に形成されたコプレーナ線路の場合、線路導体26を伝達する信号と誘電体導波管線路30内を伝達する信号が干渉等を生じ、伝送特性が劣化するという問題点があった。
【0006】
また、近時の電子機器の小型化、薄型化にともなって配線基板を薄くする必要性が生じ、その配線基板に形成された誘電体導波管線路30と高周波伝送線路26との接続構造を低背化する必要が生じてきた。このような要求に対して、従来の積層技術によって形成された誘電体導波管線路30と高周波伝送線路26との接続構造を低背化するために、誘電体基板21を薄くすると、信号伝送用貫通導体27の下端部と主導体層23との間に電気的な容量が発生し、所望の周波数における伝送特性が劣化するという問題点があった。
【0007】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、従来の多層化技術によって容易に作製することのできる誘電体導波管線路と、信号伝送用貫通導体とを低損失で電磁結合させるとともに誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造の低背化を行なうことにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造は、誘電体基板を上下から挟持する一対の主導体層と、高周波信号の伝送方向に該高周波信号の管内波長の2分の1未満の繰り返し間隔で形成された、前記一対の主導体層間を電気的に接続する2列の側壁用貫通導体群と、該2列の側壁用貫通導体群の一方の端に前記側壁用貫通導体群間を前記繰り返し間隔で1列に形成された、前記一対の主導体層間を電気的に接続する端面用貫通導体群とで囲まれた領域によって前記高周波信号を伝送するための誘電体導波管線路の上下のいずれか一方に、誘電体層を介して前記伝送方向に平行に配設された高周波伝送線路を結合するための誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造であって、前記高周波伝送線路は、前記端面用貫通導体群が形成された前記誘電体導波管線路の端面から前記管内波長の4分の1の距離の前記誘電体導波管線路内に先端が挿入されるように、前記高周波伝送線路の端部から前記主導体層と接続することなく延設された信号伝送用貫通導体を有しており、該信号伝送用貫通導体は、前記誘電体導波管線路内に位置する部位に前記信号伝送用貫通導体と同心状に円形状の突出部が形成されていることを特徴とする。
【0009】
本発明の誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造は、高周波伝送線路が、端面用貫通導体群が形成された誘電体導波管線路の端面から管内波長の4分の1の距離の誘電体導波管線路内に先端が挿入されるように、高周波伝送線路の端部から主導体層と接続することなく延設された信号伝送用貫通導体を有していることから、信号伝送用貫通導体で励振されて誘電体基板内に放射された高周波信号と、その高周波信号が端面用貫通導体群で反射された高周波信号とが電気的に打ち消し合うことによる高周波信号の損失を有効に低減することができる。従って、高周波信号を前方(端面用貫通導体群と反対側)へ効率的に放射させて外部に低損失で取り出すことができる。
【0010】
また、信号伝送用貫通導体は、誘電体導波管線路内に位置する部位に信号伝送用貫通導体と同心状に円形状の突出部が形成されていることから、誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造の低損失な電気的特性を保持しながらこの接続構造の低背化を行なうことができる。即ち、信号伝送用貫通導体と主導体層との間で励振する周波数fはf=1/2π(LC)1/2(L:信号伝送用貫通導体のリアクタンス量、C:信号伝送用貫通導体と主導体層との間に生じる容量)で表される。信号伝送用貫通導体の挿入長さを短くすると、信号伝送用貫通導体のLが減り、励振する周波数は求むべき周波数より高周波側にシフトしようとするが、突出部によって信号伝送用貫通導体と主導体層との間に生じるCを大きくすることができ、励振する周波数を低周波側へシフトさせることができる。その結果、積LC値を変化させることなく一定にすることができるため、周波数fを求むべき値に維持することができ、信号伝送用貫通導体の電気的特性を保持しつつ短くして誘電体導波管線路を低背化することができる。
【0011】
このように、本発明によれば、誘電体導波管線路とマイクロストリップ線路、コプレーナ線路との接続を容易に行うことができる。また、従来周知のセラミックスの多層化技術を用いて容易に作製できることから、低コストで信頼性の高い低背化の結合構造を構成することができる。
【0012】
本発明の誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造において、好ましくは、前記突出部は、上側の前記主導体層との間の距離が、下側の前記主導体層との間の距離よりも大きいことを特徴とする。
【0013】
本発明の誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造は、突出部と上側の主導体層との間の距離が、突出部と下側の主導体層との間の距離よりも大きいことから、突出部と誘電体導波管線路よりも上側に位置する導体との間に不要な浮遊容量が発生して伝送特性が劣化するのを有効に抑制することができる。即ち、誘電体導波管線路は下面の全面が主導体層によって覆われているため、突出部は誘電体導波管線路よりも下側に位置する導体とは電気的に遮断されているが、突出部の直上の主導体層においては、信号伝送用貫通導体を誘電体導波管線路の内部に導入するための穴が形成されており、この穴の部分において、突出部と誘電体導波管線路よりも上側に位置する導体との電気的な遮断が不完全となり、これらの間に不要な浮遊容量が発生し易いため、上側の主導体層と突出部との間の距離を大きくすることにより、この浮遊容量の発生を抑制することができる。
【0014】
本発明の誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造において、好ましくは、前記突出部は、前記信号伝送用貫通導体の下端よりも上側に位置していることを特徴とする。
【0015】
本発明の誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造は、突出部が信号伝送用貫通導体の下端よりも上側に位置していることから、信号伝送用貫通導体の下端における反射損失を有効に抑制して、伝送特性を非常に良好なものとすることができる。即ち、信号伝送用貫通導体の下端に突出部を設けると、信号伝送用貫通導体の下端の直径が急激に大きくなることにより、下端で反射する高周波信号の損失が非常に大きくなり易いため、下端に突出部を設けず、信号伝送用貫通導体の直径とすることで、反射損失を有効に抑制することができる。
【0016】
本発明の高周波回路基板は、誘電体基板に、上記構成の誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造と、高周波素子を搭載するための搭載部とを設けたことを特徴とする。
【0017】
本発明の高周波回路基板は、上記構成により、低損失な電気特性を有するとともに薄型化が容易なものとなる。
【0018】
本発明の高周波素子搭載用パッケージは、上記構成の高周波回路基板の前記搭載部を覆うように蓋体が取着されることを特徴とする。
【0019】
本発明の高周波素子搭載用パッケージは、上記構成により、低損失な電気特性を有する薄型の高周波素子搭載用パッケージを提供することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明の誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造について以下に詳細に説明する。図1は本発明の接続構造の実施の形態の例を示す斜視図、図2は図1の接続構造の平面図、図3は図1の接続構造の断面図である。これらの図において、1は誘電体基板、2,3は主導体層、4は側壁用貫通導体群、5は端面用貫通導体群、6は高周波伝送線路、7は信号伝送用貫通導体、8は突出部、9は誘電体層、10は誘電体導波管線路、11は同一面接地導体層である。
【0021】
図1に示すように、厚みtの誘電体基板1は、それを挟持するように一対の主導体層2,3が設けられている。主導体層2,3は、誘電体基板1の少なくとも誘電体導波管線路10を形成する位置を挟むように上下面に各々形成されている。また、主導体層2,3間には、それらを電気的に接続する側壁用貫通導体群4が2列設けられている。側壁用貫通導体群4は、所定間隔sをもって2列に形成されている。また、これらの側壁用貫通導体群4は線路方向に管内波長の2分の1未満の繰り返し間隔をもって形成されている。この繰り返し間隔で設定されることで電気的な壁(導体壁)を形成しており、その結果、導波管と同様な構造、即ち誘電体導波管線路10が形成される。
【0022】
本発明によれば、高周波伝送線路6を、誘電体導波管線路10の端面用貫通導体群5から信号伝送方向に4分の1の位置まで形成し、その端部から信号伝送用貫通導体7を形成し、信号伝送用貫通導体7の下端部を誘電体導波管線路10内に挿入することにより高周波伝送線路6と誘電体導波管線路10とを電磁結合する。
【0023】
誘電体導波管線路10の上面は主導体層2となっており、主導体層2に信号伝送用貫通導体7の径より大きな穴2aを設けることにより、主導体層2と信号伝送用貫通導体7とが電気的に絶縁された状態で、信号伝送用貫通導体7が誘電体導波管線路10に挿入される。
【0024】
さらに、信号伝送用貫通導体7は、誘電体導波管線路10内に位置する部位に信号伝送用貫通導体7と同心状に円形状の突出部8を具備している。
【0025】
このとき、信号伝送用貫通導体7および突出部8は下面の主導体層3に電気的に接続しないように形成する。これは、信号伝送用貫通導体7および突出部8を下面の主導体層3に接続すると伝送特性が劣化するためである。このため、図3に示すように、信号伝送用貫通導体7の誘電体導波管線路10への挿入長さが、誘電体導波管線路10を構成する誘電体基板1の厚みtよりも短くなるように形成する。
【0026】
信号伝送用貫通導体7および突出部8に対して上側には大きな主導体層2が形成されているので、信号伝送用貫通導体7および突出部8は、容量装荷のモノポールアンテナの機能を有するものとなる。
【0027】
また、信号伝送用貫通導体7の誘電体導波管線路10への長さを、伝送される高周波信号の波長の4分の1程度とすれば、高周波伝送線路6を伝搬してきた電磁波は信号伝送用貫通導体7によって誘電体導波管線路10内に放射される。ただし、高周波信号の波長、および突出部8の形成位置により、信号伝送用貫通導体7の径の大きさや長さ及び突出部8の径の大きさを調整する必要がある。そこで、誘電体導波管線路10の厚みtを2列の側壁用貫通導体群4の間隔sの半分程度にすることにより、信号伝送用貫通導体7から放射された高周波信号はTE10モードを主モードとして誘電体導波管線路10内を効率的に伝搬することができる。
【0028】
本発明の誘電体導波管線路10と高周波伝送線路6との接続構造は、高周波伝送線路6が、端面用貫通導体群5が形成された誘電体導波管線路10の端面から管内波長の4分の1の距離の誘電体導波管線路10内に先端が挿入されるように、高周波伝送線路10の端部から主導体層2,3と接続することなく延設された信号伝送用貫通導体7を有していることから、信号伝送用貫通導体7で励振されて誘電体基板1内に放射された高周波信号と、その高周波信号が端面用貫通導体群5で反射された高周波信号とが電気的に打ち消し合うことによる高周波信号の損失を有効に低減することができる。従って、高周波信号を前方(端面用貫通導体群5と反対側)へ効率的に放射させて外部に低損失で取り出すことができる。
【0029】
また、信号伝送用貫通導体7は、誘電体導波管線路10内に位置する部位に信号伝送用貫通導体7と同心状に円形状の突出部8が形成されていることから、誘電体導波管線路10と高周波伝送線路6との接続構造の低損失な電気的特性を保持しながらこの接続構造の低背化を行なうことができる。即ち、信号伝送用貫通導体7と主導体層2,3との間で励振する周波数fはf=1/2π(LC)1/2(L:信号伝送用貫通導体7に生じるリアクタンス量、C:信号伝送用貫通導体7と主導体層2,3との間に生じる容量)で表されるため、信号伝送用貫通導体7の挿入長さを短くすると、信号伝送用貫通導体7と主導体層2,3との間でLが減り、励振する周波数は求むべき周波数より高周波側にシフトしようとするが、突出部8によって信号伝送用貫通導体7と主導体層2,3との間に生じるCを大きくすることができ、励振する周波数を低周波側へシフトさせることができる。その結果、積LC値を変化させることなく一定にすることができるため、周波数fを求むべき値に維持することができ、信号伝送用貫通導体7の電気的特性を保持しつつ短くして誘電体導波管線路10を低背化することができる。
【0030】
なお、誘電体基板1と誘電体層9とは、それぞれ誘電体導波管線路10および高周波伝送線路6、例えばマイクロストリップ線路やコプレーナ線路を構成するのに最も適した材料から成っていれば良く、必ずしも同じ材料から成っている必要はない。
【0031】
また、突出部8と上側の主導体層2との間の距離は、突出部8と下側の主導体層3との間の距離よりも大きいことが好ましい。これにより、突出部8と誘電体導波管線路10よりも上側に位置する導体との間に不要な浮遊容量が発生して伝送特性が劣化するのを有効に抑制することができる。即ち、誘電体導波管線路10は下面の全面が主導体層3によって覆われているため、突出部8は誘電体導波管線路10よりも下側に位置する導体とは電気的に遮断されているが、突出部8の直上の主導体層2においては、信号伝送用貫通導体7を誘電体導波管線路10の内部に導入するための穴2aが形成されており、この穴2aの部分において、突出部8と誘電体導波管線路10よりも上側に位置する導体との電気的な遮断が不完全となり、これらの間に不要な浮遊容量が発生し易いため、上側の主導体層2と突出部8との間の距離を大きくすることにより、この浮遊容量の発生を抑制することができる。
【0032】
さらに、突出部8は複数形成されているのが好ましい。これにより、複数の突出部8が上下の主導体層2,3と容量結合することが可能となり、より大きな容量値Cを得ることができる。その結果、信号伝送用貫通導体7の誘電体導波管線路10への挿入長さをより短くすることが可能となり、誘電体導波管線路10と高周波伝送線路6との接続構造をより低背化することができる。
【0033】
突出部8が複数形成されている場合、最も上に位置する突出部8と上側の主導体層2との間の距離が、最も下に位置する突出部8と下側の主導体層3との間の距離よりも大きくなっているのがよい。これにより、突出部8と誘電体導波管線路10よりも上側に位置する導体との間に不要な浮遊容量が発生して伝送特性が劣化するのを有効に抑制することができる。即ち、誘電体導波管線路10は下面の全面が主導体層3によって覆われているため、突出部8は誘電体導波管線路10よりも下側に位置する導体とは電気的に遮断されているが、突出部8の直上の主導体層2においては、信号伝送用貫通導体7を誘電体導波管線路10の内部に導入するための穴2aが形成されており、この穴2aの部分において、突出部8と誘電体導波管線路10よりも上側に位置する導体との電気的な遮断が不完全となり、これらの間に不要な浮遊容量が発生し易いため、上側の主導体層2と突出部8との間の距離を大きくすることにより、この浮遊容量の発生を抑制することができる。
【0034】
また、突出部8は、信号伝送用貫通導体7の下端よりも上側に位置しているのがよい。これにより、信号伝送用貫通導体7の下端における反射損失を有効に抑制して、伝送特性を非常に良好なものとすることができる。即ち、信号伝送用貫通導体7の下端に突出部8を設けると、信号伝送用貫通導体7の下端の直径が急激に大きくなることにより、下端で反射する高周波信号の損失が非常に大きくなり易いため、下端に突出部8を設けず、信号伝送用貫通導体7の直径とすることで、反射損失を有効に抑制することができる。
【0035】
次に、図4〜図6は本発明の接続構造について実施の形態の他の好ましい例を示すものであり、図4は接続構造の斜視図、図5は図4の接続構造の平面図、図6は図4の接続構造の断面図である。これらの図において、12は接地貫通導体群であり、他は図1〜図3の場合と同様でありその詳細な説明は省略する。
【0036】
なお、図4では、誘電体基板1、主導体層3、側壁用貫通導体群4および端面用貫通導体群5、誘電体層9は説明の便宜上省略し、主導体層2、高周波伝送線路6、信号伝送用貫通導体7、突出部8、同一面接地導体層11および接地貫通導体群12の配置関係のみを示した。
【0037】
この例では、図4に示すように、誘電体導波管線路10の上側に位置する誘電体層9上に高周波伝送線路6および同一面接地導体層11が形成されている。
【0038】
図4の接続構造は、本発明の好ましい態様を示すものであり、信号伝送用貫通導体7を管内波長の2分の1以下の間隔で平面視で円形に囲むように、上側の主導体層2と電気的に接続された複数の接地貫通導体群12が高周波伝送線路6の下方を除いて誘電体層9に形成されている構成である。これにより、信号伝送用貫通導体7に対する外部の電磁波の影響を小さくすることができ、信号伝送用貫通導体7における伝送損失が小さくなるので、良好な伝送特性を有するものとなる。
【0039】
また、図4の接続構造によって、高周波伝送線路6を伝搬してきた電磁波は、信号伝送用貫通導体7において同軸線路を伝搬することとなる。このとき、高周波伝送線路6および同軸線路における伝搬モードは、準TEMモードおよびTEMモードを主モードとしたものとなるため、高周波伝送線路6と信号伝送用貫通導体7との間での伝搬モードの変換による損失を抑えることができる。さらに、信号伝送用貫通導体7および突出部8が容量装荷モノポールアンテナとして作用し、信号伝送用貫通導体7および突出部8の周囲に発生する電磁界と誘電体導波管線路10を伝搬する電磁界とが良好に結合するので、高周波信号は誘電体導波管線路10内へ低損失で伝搬されることになる。
【0040】
さらに、本発明の接続構造において、高周波伝送線路6の両側に所定間隔をもって同一面接地導体層11が形成されるとともに同一面接地導体層11が高周波伝送線路6の端部を取り囲むように延設されており、複数の接地貫通導体群12が同一面接地導体層11に電気的に接続されていることが好ましい。この場合、信号伝送用貫通導体7を電気的にアイソレートすることができ、信号伝送用貫通導体7に対する外部の電磁波の影響をより小さくすることができる。その結果、信号伝送用貫通導体7における高周波信号の伝送損失が小さくなるので、良好な伝送特性を有するものとなる。
【0041】
次に、図7は本発明の誘電体導波管線路10と高周波伝送線路6との接続構造を具備する高周波回路基板50の一実施例を示すものであり、高周波伝送線路6と同一平面上に高周波素子の搭載部13を配置することで誘電体基板31のクラックを回避できる。即ち、図12に示す従来構造の金属導波管40と誘電体基板31とを接合した場合、これらの熱膨張係数の差により誘電体基板31にクラックが発生し易くなるのに対し、本発明の接続構造の場合、従来周知のセラミックスの多層化技術のみを利用するため、誘電体導波管線路10が形成された誘電体基板1と高周波回路が形成された誘電体層9との熱膨張係数の差は小さくなり、誘電体基板1や誘電体層9にクラックは発生し難くなる。よって容易に低コストで信頼性の高い本発明の誘電体導波管線路10と高周波伝送線路6との接続構造を具備する高周波回路基板50が作製できる。
【0042】
次に、図8は高周波回路基板50上にある高周波素子の搭載部13を覆うような蓋体14を設ける高周波素子搭載用パッケージの一実施例を示すものである。ただし、図8については、蓋体14の一部分を省略した図としている。蓋体14には凹形状の金属体、凹形状のセラミックス等が望ましい。搭載部13を蓋体14で覆うことにより外部の電磁波による干渉等の影響を受けないようにすることができ、信頼性の高い高周波素子搭載用パッケージを作製することができる。また、搭載部13に気密性が必要な場合は、高周波回路基板50と蓋体14を半田材を利用して接合すれば良い。
【0043】
【実施例】
本発明の誘電体導波管線路10と高周波伝送線路6との接続構造の実施例について以下に説明する。
【0044】
図1の構成の接続構造を以下のようにして構成した。まず、比誘電率εrが8.8からなる厚み1.9mmの誘電体基板1を用意し、この誘電体基板1に縦断面の大きさが3.37mm×1.69mmの誘電体導波管線路10を形成した。また、誘電体層9の上面にインピーダンスが50Ωとなるような高周波伝送線路6を形成し、その端部から直径が0.1mmの信号伝送用貫通導体7を誘電体導波管線路10内への挿入長さが0.91mmになるように設けた。
【0045】
また、信号伝送用貫通導体7の誘電体導波管線路10内に直径が0.3mmの、信号伝送用貫通導体7と同心状に円形状の突出部8を形成した。
【0046】
このとき、伝送用貫通導体7から信号伝送方向と反対側に24GHzの高周波信号の管内波長の4分の1の距離に相当する1.34mmの位置に、端面用貫通導体群5を形成して短絡端を形成した。
【0047】
なお、主導体層2には信号伝送用貫通導体7と電気的に接続しないように穴2aを設けた。これにより、本発明の誘電体導波管線路10と高周波伝送線路6との接続構造のサンプルを作製した。
【0048】
また、比較例として、突出部8を設けないこと以外は上記サンプルと同様にして比較サンプルを作製した。
【0049】
そして、これらサンプルについて、高周波伝送線路6の端部と誘電体導波管線路10との間の結合特性を電磁界シミュレータで解析し、それぞれの反射係数S11および透過係数S21を求めた。本発明の誘電体導波管線路10と高周波伝送線路6との接続構造のサンプルについての電気特性の結果を図9に示す。図9はSパラメータの周波数特性を示すグラフであり、横軸は周波数(単位:GHz)を、縦軸はS11、S21(単位:dB)を表わす。なお、図9において、実線は本発明例でのS11の結果を、点線は本発明例でのS21の結果を示す。また、三角印を付加した実細線は比較例でのS11の結果を、×印を付加した実細線は比較例でのS21の結果を示す。
【0050】
図9より、本発明の接続構造では、24GHzでS11は−35dB程度、S21は−0.3dB程度を満たしており、良好な伝送特性を有していることが判った。
【0051】
一方、比較例の接続構造では、24GHzでS11は−10dB程度、S21は−1dB程度と劣るものであった。
【0052】
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。
【0053】
【発明の効果】
本発明の誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造は、高周波伝送線路が、端面用貫通導体群が形成された誘電体導波管線路の端面から管内波長の4分の1の距離の誘電体導波管線路内に先端が挿入されるように、高周波伝送線路の端部から主導体層と接続することなく延設された信号伝送用貫通導体を有していることから、信号伝送用貫通導体で励振されて誘電体基板内に放射された高周波信号と、その高周波信号が端面用貫通導体群で反射された高周波信号とが電気的に打ち消し合うことによる高周波信号の損失を有効に低減することができる。従って、高周波信号を前方(端面用貫通導体群と反対側)へ効率的に放射させて外部に低損失で取り出すことができる。
【0054】
また、信号伝送用貫通導体は、誘電体導波管線路内に位置する部位に信号伝送用貫通導体と同心状に円形状の突出部が形成されていることから、誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造の低損失な電気的特性を保持しながらこの接続構造の低背化を行なうことができる。即ち、信号伝送用貫通導体と主導体層との間で励振する周波数fはf=1/2π(LC)1/2(L:信号伝送用貫通導体に生じるリアクタンス量、C:信号伝送用貫通導体と主導体層との間に生じる容量)で表されるため、信号伝送用貫通導体の挿入長さを短くすると、信号伝送用貫通導体と主導体層との間でLが減り、励振する周波数は求むべき周波数より高周波側にシフトしようとするが、突出部によって信号伝送用貫通導体と主導体層との間に生じるCを大きくすることができ、励振する周波数を低周波側へシフトさせることができる。その結果、積LC値を変化させることなく一定にすることができるため、周波数fを求むべき値に維持することができ、信号伝送用貫通導体の電気的特性を保持しつつ短くして誘電体導波管線路を低背化することができる。
【0055】
このように、本発明によれば、誘電体導波管線路とマイクロストリップ線路、コプレーナ線路との接続を容易に行うことができる。また、従来周知のセラミックスの多層化技術を用いて容易に作製できることから、低コストで信頼性の高い低背化の結合構造を構成することができる。
【0056】
本発明の誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造は、突出部と上側の主導体層との間の距離が、突出部と下側の主導体層との間の距離よりも大きいことから、突出部と誘電体導波管線路よりも上側に位置する導体との間に不要な浮遊容量が発生して伝送特性が劣化するのを有効に抑制することができる。即ち、誘電体導波管線路は下面の全面が主導体層によって覆われているため、突出部は誘電体導波管線路よりも下側に位置する導体とは電気的に遮断されているが、突出部の直上の主導体層においては、信号伝送用貫通導体を誘電体導波管線路の内部に導入するための穴が形成されており、この穴の部分において、突出部と誘電体導波管線路よりも上側に位置する導体との電気的な遮断が不完全となり、これらの間に不要な浮遊容量が発生し易いため、上側の主導体層と突出部との間の距離を大きくすることにより、この浮遊容量の発生を抑制することができる。
【0057】
本発明の誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造は、突出部が信号伝送用貫通導体の下端よりも上側に位置していることから、信号伝送用貫通導体の下端における反射損失を有効に抑制して、伝送特性を非常に良好なものとすることができる。即ち、信号伝送用貫通導体の下端に突出部を設けると、信号伝送用貫通導体の下端の直径が急激に大きくなることにより、下端で反射する高周波信号の損失が非常に大きくなり易いため、下端に突出部を設けず、信号伝送用貫通導体の直径とすることで、反射損失を有効に抑制することができる。
【0058】
本発明の高周波回路基板は、誘電体基板に、上記構成の誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造と、高周波素子を搭載するための搭載部とを設けたことにより、低損失な電気特性を有するとともに薄型化が容易なものとなる。
【0059】
本発明の高周波素子搭載用パッケージは、上記構成の高周波回路基板の搭載部を覆うように蓋体が取着されることにより、低損失な電気特性を有する薄型の高周波素子搭載用パッケージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造について実施の形態の例を示す斜視図である。
【図2】図1の接続構造の平面図である。
【図3】図1の接続構造のX−X’線における断面図である。
【図4】本発明の誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造について実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図5】図4の接続構造の平面図である。
【図6】図4の接続構造のY−Y’線における断面図である。
【図7】本発明の誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造を具備する高周波回路基板の実施の形態の例を示す斜視図である。
【図8】本発明の誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造を具備する高周波素子搭載用パッケージの実施の形態の例を示す斜視図である。
【図9】本発明の誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造についてSパラメータの測定結果を示す図である。
【図10】従来の誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造を示す斜視図である。
【図11】図10の接続構造のZ−Z’線における断面図である。
【図12】従来の金属導波管と信号伝送用貫通導体ピンとの接続構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
1:誘電体基板
2,3:主導体層
4:側壁用貫通導体群
5:端面用貫通導体群
6:高周波伝送線路
7:信号伝送用貫通導体
8:突出部
9:誘電体層
10:誘電体導波管線路
11:同一面接地導体層
12:接地貫通導体群
13:搭載部
14:蓋体
50:高周波回路基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a connection structure for coupling a dielectric waveguide line for transmitting high-frequency signals such as microwaves and millimeter waves and other high-frequency transmission lines, a high-frequency circuit board using the connection structure, and a high-frequency circuit. The present invention relates to an element mounting package.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, coaxial lines, waveguides, dielectric waveguides, microstrip lines, and the like are known as lines for transmitting microwave and millimeter wave high-frequency signals. Also, there is known a coupling technique in which a plurality of different types of lines are arranged in a wiring circuit and a signal is transmitted by electromagnetic coupling between these lines. For example, a signal transmission through
[0003]
In recent years, dielectric waveguide lines have been formed in a multilayer circuit board by a lamination technique. For example, the dielectric waveguide lines shown in the perspective view of FIG. 10 and the cross-sectional view of FIG. And a high-frequency transmission line connection structure have been proposed. In such a connection structure, the
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-10-135714
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional connection structure of the
[0006]
In addition, with the recent downsizing and thinning of electronic devices, it is necessary to reduce the thickness of the wiring board, and the connection structure between the
[0007]
Therefore, the present invention has been completed in view of the above-mentioned conventional problems, and its object is to provide a dielectric waveguide line that can be easily manufactured by a conventional multilayer technology, and a signal transmission through conductor. Are connected to each other with low loss, and the connection structure between the dielectric waveguide line and the high-frequency transmission line is reduced in height.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The connection structure of the dielectric waveguide line and the high-frequency transmission line according to the present invention includes a pair of main conductor layers sandwiching the dielectric substrate from above and below, and a half of the in-tube wavelength of the high-frequency signal in the transmission direction of the high-frequency signal. Two sidewall through-conductor groups that are electrically connected between the pair of main conductor layers formed at a repetitive interval of less than 1, and the sidewall penetration at one end of the two rows of sidewall through-conductor groups A dielectric conductor for transmitting the high-frequency signal by a region surrounded by end surface through conductor groups electrically connecting the pair of main conductor layers formed in a row between the conductor groups in a row. A connection structure of a dielectric waveguide line and a high-frequency transmission line for coupling a high-frequency transmission line disposed in parallel with the transmission direction via a dielectric layer to either the top or bottom of the wave-tube line The high-frequency transmission line includes the end surface through conductor. From the end portion of the high-frequency transmission line, the tip is inserted into the dielectric waveguide line at a distance of one-fourth of the guide wavelength from the end face of the dielectric waveguide line formed with The signal transmission through conductor is extended without being connected to the main conductor layer, and the signal transmission through conductor is inserted into the signal transmission through at a portion located in the dielectric waveguide line. A circular protrusion is formed concentrically with the conductor.
[0009]
The connection structure between the dielectric waveguide line and the high-frequency transmission line according to the present invention is such that the high-frequency transmission line is a quarter of the in-tube wavelength from the end face of the dielectric waveguide line on which the end face through conductor group is formed. Because it has a signal transmission through conductor extended without being connected to the main conductor layer from the end of the high-frequency transmission line so that the tip is inserted into the dielectric waveguide line at a distance, The loss of the high frequency signal due to the electrical cancellation of the high frequency signal excited by the signal transmission through conductor and radiated into the dielectric substrate and the high frequency signal reflected by the end surface through conductor group. It can be effectively reduced. Therefore, it is possible to efficiently radiate a high-frequency signal forward (on the opposite side to the end face through conductor group) and to extract it to the outside with low loss.
[0010]
In addition, since the signal transmission through conductor has a circular protrusion formed concentrically with the signal transmission through conductor at a portion located in the dielectric waveguide line, It is possible to reduce the height of the connection structure while maintaining the low-loss electrical characteristics of the connection structure with the high-frequency transmission line. That is, the frequency f excited between the signal transmission through conductor and the main conductor layer is f = 1 / 2π (LC). 1/2 (L: Reactance amount of the signal transmission through conductor, C: Capacity generated between the signal transmission through conductor and the main conductor layer). If the insertion length of the signal transmission through conductor is shortened, the L of the signal transmission through conductor decreases, and the excitation frequency tends to shift to a higher frequency side than the frequency to be obtained. C generated between the body layer and the body layer can be increased, and the frequency to be excited can be shifted to the low frequency side. As a result, since the product LC value can be kept constant without changing, the frequency f can be maintained at a value to be obtained, and the dielectric can be shortened while maintaining the electrical characteristics of the signal transmission through conductor. The waveguide line can be reduced in height.
[0011]
Thus, according to the present invention, it is possible to easily connect the dielectric waveguide line, the microstrip line, and the coplanar line. In addition, since it can be easily manufactured by using a conventionally known ceramic multilayering technique, a low-cost and highly reliable low-profile coupling structure can be configured.
[0012]
In the connection structure between the dielectric waveguide line and the high-frequency transmission line of the present invention, preferably, the distance between the projecting portion and the upper main conductor layer is between the lower main conductor layer. It is characterized by being larger than the distance.
[0013]
In the connection structure between the dielectric waveguide line and the high-frequency transmission line according to the present invention, the distance between the protrusion and the upper main conductor layer is larger than the distance between the protrusion and the lower main conductor layer. Since it is large, it is possible to effectively suppress the deterioration of transmission characteristics due to the generation of unnecessary stray capacitance between the protruding portion and the conductor positioned above the dielectric waveguide line. That is, since the entire surface of the lower surface of the dielectric waveguide is covered with the main conductor layer, the protruding portion is electrically cut off from the conductor located below the dielectric waveguide. In the main conductor layer immediately above the protrusion, a hole for introducing the signal transmission through conductor into the dielectric waveguide line is formed. At the hole, the protrusion and the dielectric conductor are formed. Since electrical disconnection from the conductor located above the wave guide line is incomplete and unnecessary stray capacitance is likely to occur between them, the distance between the upper main conductor layer and the protruding portion is increased. By doing so, the generation of this stray capacitance can be suppressed.
[0014]
In the connection structure between the dielectric waveguide line and the high-frequency transmission line according to the present invention, preferably, the protruding portion is located above a lower end of the signal transmission through conductor.
[0015]
In the connection structure between the dielectric waveguide line and the high-frequency transmission line according to the present invention, since the protruding portion is located above the lower end of the signal transmission through conductor, the reflection loss at the lower end of the signal transmission through conductor. Can be effectively suppressed and the transmission characteristics can be made very good. That is, if a protruding portion is provided at the lower end of the signal transmission through conductor, the diameter of the lower end of the signal transmission through conductor increases rapidly, so that the loss of the high-frequency signal reflected at the lower end tends to become very large. By providing the diameter of the signal transmission through conductor without providing the protrusions, the reflection loss can be effectively suppressed.
[0016]
The high-frequency circuit board of the present invention is characterized in that a dielectric substrate is provided with a connection structure between the dielectric waveguide line and the high-frequency transmission line configured as described above and a mounting portion for mounting a high-frequency element. .
[0017]
With the above configuration, the high-frequency circuit board of the present invention has low-loss electrical characteristics and can be easily reduced in thickness.
[0018]
The high frequency device mounting package of the present invention is characterized in that a lid is attached so as to cover the mounting portion of the high frequency circuit board having the above-described configuration.
[0019]
The high-frequency element mounting package of the present invention can provide a thin high-frequency element mounting package having low-loss electrical characteristics by the above configuration.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The connection structure between the dielectric waveguide line and the high-frequency transmission line of the present invention will be described in detail below. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of the connection structure of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the connection structure of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the connection structure of FIG. In these drawings, 1 is a dielectric substrate, 2 and 3 are main conductor layers, 4 is a through conductor group for side walls, 5 is a through conductor group for end faces, 6 is a high-frequency transmission line, 7 is a through conductor for signal transmission, 8 Is a dielectric layer, 9 is a dielectric layer, 10 is a dielectric waveguide, and 11 is a coplanar ground conductor layer.
[0021]
As shown in FIG. 1, a dielectric substrate 1 having a thickness t is provided with a pair of main conductor layers 2 and 3 so as to sandwich it. The main conductor layers 2 and 3 are respectively formed on the upper and lower surfaces so as to sandwich at least a position where the
[0022]
According to the present invention, the high-
[0023]
The upper surface of the
[0024]
Further, the signal transmission through
[0025]
At this time, the signal transmission through
[0026]
Since the large
[0027]
Further, if the length of the signal transmission through
[0028]
The connection structure between the
[0029]
In addition, since the signal transmission through
[0030]
The dielectric substrate 1 and the
[0031]
Moreover, it is preferable that the distance between the
[0032]
Furthermore, it is preferable that a plurality of
[0033]
When a plurality of the
[0034]
The
[0035]
Next, FIGS. 4 to 6 show other preferable examples of the connection structure of the present invention, FIG. 4 is a perspective view of the connection structure, FIG. 5 is a plan view of the connection structure of FIG. 6 is a cross-sectional view of the connection structure of FIG. In these drawings,
[0036]
In FIG. 4, the dielectric substrate 1, the
[0037]
In this example, as shown in FIG. 4, the high-
[0038]
The connection structure of FIG. 4 shows a preferred embodiment of the present invention, and the upper main conductor layer is formed so as to surround the signal transmission through
[0039]
Further, the electromagnetic wave propagating through the high-
[0040]
Furthermore, in the connection structure of the present invention, the same-surface
[0041]
Next, FIG. 7 shows an embodiment of a high-
[0042]
Next, FIG. 8 shows an embodiment of a high frequency device mounting package provided with a
[0043]
【Example】
Examples of the connection structure between the
[0044]
The connection structure having the configuration shown in FIG. 1 was configured as follows. First, dielectric constant ε r A dielectric substrate 1 having a thickness of 1.9 mm and a dielectric waveguide 1 having a longitudinal section of 3.37 mm × 1.69 mm was formed on the dielectric substrate 1. Further, a high-
[0045]
Further, a
[0046]
At this time, the end surface through
[0047]
The
[0048]
As a comparative example, a comparative sample was produced in the same manner as the above sample except that the protruding
[0049]
And about these samples, the coupling characteristic between the edge part of the high
[0050]
From FIG. 9, it was found that in the connection structure of the present invention, S11 satisfies about -35 dB and S21 satisfies about -0.3 dB at 24 GHz, and has excellent transmission characteristics.
[0051]
On the other hand, in the connection structure of the comparative example, at 11 GHz, S11 was about -10 dB, and S21 was about -1 dB.
[0052]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment and Example, A various change may be added in the range which does not deviate from the summary of this invention.
[0053]
【The invention's effect】
The connection structure between the dielectric waveguide line and the high-frequency transmission line according to the present invention is such that the high-frequency transmission line is a quarter of the in-tube wavelength from the end face of the dielectric waveguide line on which the end face through conductor group is formed. Because it has a signal transmission through conductor extended without being connected to the main conductor layer from the end of the high-frequency transmission line so that the tip is inserted into the dielectric waveguide line at a distance, The loss of the high frequency signal due to the electrical cancellation of the high frequency signal excited by the signal transmission through conductor and radiated into the dielectric substrate and the high frequency signal reflected by the end surface through conductor group. It can be effectively reduced. Therefore, it is possible to efficiently radiate a high-frequency signal forward (on the side opposite to the end surface through conductor group) and to extract it to the outside with low loss.
[0054]
In addition, since the signal transmission through conductor has a circular protrusion formed concentrically with the signal transmission through conductor at a portion located in the dielectric waveguide line, It is possible to reduce the height of the connection structure while maintaining the low-loss electrical characteristics of the connection structure with the high-frequency transmission line. That is, the frequency f excited between the signal transmission through conductor and the main conductor layer is f = 1 / 2π (LC). 1/2 (L: Reactance amount generated in signal transmission through conductor, C: Capacity generated between signal transmission through conductor and main conductor layer) When the insertion length of the signal transmission through conductor is shortened, L decreases between the signal transmission through conductor and the main conductor layer, and the frequency to be excited tends to shift to a higher frequency side than the frequency to be obtained, but the protruding portion causes a gap between the signal transmission through conductor and the main conductor layer. The generated C can be increased, and the frequency to be excited can be shifted to the low frequency side. As a result, since the product LC value can be kept constant without changing, the frequency f can be maintained at a value to be obtained, and the dielectric can be shortened while maintaining the electrical characteristics of the signal transmission through conductor. The waveguide line can be reduced in height.
[0055]
Thus, according to the present invention, it is possible to easily connect the dielectric waveguide line, the microstrip line, and the coplanar line. In addition, since it can be easily manufactured by using a conventionally known ceramic multilayering technique, a low-cost and highly reliable low-profile coupling structure can be configured.
[0056]
In the connection structure between the dielectric waveguide line and the high-frequency transmission line according to the present invention, the distance between the protrusion and the upper main conductor layer is larger than the distance between the protrusion and the lower main conductor layer. Since it is large, it is possible to effectively suppress the deterioration of transmission characteristics due to the generation of unnecessary stray capacitance between the protruding portion and the conductor positioned above the dielectric waveguide line. That is, since the entire surface of the lower surface of the dielectric waveguide is covered with the main conductor layer, the protruding portion is electrically cut off from the conductor located below the dielectric waveguide. In the main conductor layer immediately above the protrusion, a hole for introducing the signal transmission through conductor into the dielectric waveguide line is formed. At the hole, the protrusion and the dielectric conductor are formed. Since electrical disconnection from the conductor located above the wave guide line is incomplete and unnecessary stray capacitance is likely to occur between them, the distance between the upper main conductor layer and the protruding portion is increased. By doing so, the generation of this stray capacitance can be suppressed.
[0057]
In the connection structure between the dielectric waveguide line and the high-frequency transmission line according to the present invention, since the protruding portion is located above the lower end of the signal transmission through conductor, the reflection loss at the lower end of the signal transmission through conductor. Can be effectively suppressed and the transmission characteristics can be made very good. That is, if a protruding portion is provided at the lower end of the signal transmission through conductor, the diameter of the lower end of the signal transmission through conductor increases rapidly, so that the loss of the high-frequency signal reflected at the lower end tends to become very large. By providing the diameter of the signal transmission through conductor without providing the protrusions, the reflection loss can be effectively suppressed.
[0058]
The high-frequency circuit board of the present invention has a low loss by providing a dielectric substrate with a connection structure between the dielectric waveguide line and the high-frequency transmission line configured as described above and a mounting portion for mounting the high-frequency element. Therefore, it is easy to reduce the thickness.
[0059]
The high-frequency element mounting package of the present invention provides a thin high-frequency element mounting package having low-loss electrical characteristics by attaching a lid so as to cover the mounting portion of the high-frequency circuit board having the above configuration. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of a connection structure between a dielectric waveguide line and a high-frequency transmission line according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the connection structure of FIG.
3 is a cross-sectional view taken along line XX ′ of the connection structure of FIG.
FIG. 4 is a perspective view showing another example of the embodiment of the connection structure between the dielectric waveguide line and the high-frequency transmission line according to the present invention.
FIG. 5 is a plan view of the connection structure of FIG.
6 is a cross-sectional view taken along the line YY ′ of the connection structure of FIG. 4;
FIG. 7 is a perspective view showing an example of an embodiment of a high-frequency circuit board having a connection structure between a dielectric waveguide line and a high-frequency transmission line according to the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing an example of an embodiment of a high frequency device mounting package having a connection structure between a dielectric waveguide line and a high frequency transmission line according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a measurement result of an S parameter for a connection structure between a dielectric waveguide line and a high-frequency transmission line according to the present invention.
FIG. 10 is a perspective view showing a connection structure between a conventional dielectric waveguide line and a high-frequency transmission line.
11 is a cross-sectional view taken along the line ZZ ′ of the connection structure of FIG.
FIG. 12 is a perspective view showing a connection structure between a conventional metal waveguide and a signal transmission through-conductor pin.
[Explanation of symbols]
1: Dielectric substrate
2, 3: Main conductor layer
4: Side wall through conductor group
5: Through conductor group for end face
6: High-frequency transmission line
7: Through conductor for signal transmission
8: Protruding part
9: Dielectric layer
10: Dielectric waveguide line
11: Coplanar ground conductor layer
12: Grounding through conductor group
13: Mounted part
14: Lid
50: High frequency circuit board
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