JP2005079789A

JP2005079789A - 高周波伝送線路

Info

Publication number: JP2005079789A
Application number: JP2003306422A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Oshima; 清志大島; Koji Igawa; 耕司井川; Koichiro Takahashi; 幸一郎高橋
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】生産性に優れた高周波伝送線路を提供できる。
【解決手段】第１の誘電体基板３と第２の誘電体基板２との間に設けられている誘電体層７とを備え、第１の誘電体基板３の、誘電体層７の側の面には、第１のグランド導体４と、信号導体であって、その両側がそれぞれスロット領域２５_ｕｐ、２５_ｄｎを介してグランド導体４に囲まれている信号導体２４とを有するコプレーナ伝送線路が設けられており、さらに、スロット領域２５_ｕｐ、２５_ｄｎのうちの一つが伸長されて、これらの伸長されている部分において、スロット部５（伸長部）が構成されており、第２の誘電体基板２の、誘電体層７の側の面には、スロット部５と立体交差するように電磁結合用信号導体１が設けられており、スロット部５と電磁結合用信号導体１とが立体交差することにより電磁結合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波又はミリ波等の通信に適する高周波伝送線路及び高周波アンテナ装置に関する。

平面アンテナをマイクロ波、ミリ波の通信に用いるのに際し、平面アンテナに信号を給電し、又は、平面アンテナで受信した信号を伝送するための伝送線路として、コプレーナ伝送線路が一般的に用いられている。コプレーナ伝送線路は、誘電体基板の一方の基板面上にグランド導体と信号導体とが設けられた伝送線路であり、このコプレーナ伝送線路は例えば、同軸ケーブルによって高周波回路と接続される。

図２は、コプレーナ伝送線路の信号を同軸ケーブル４６に取り出し、又は、逆に同軸ケーブル４６の信号をコプレーナ伝送線路へ送り出すための従来例の接続構造を示す斜視図である。

図２に示す接続構造では、誘電体基板３３の一方の基板面上に信号導体５４とグランド導体３４とが設けられてコプレーナ伝送線路５１が構成されている。コプレーナ伝送線路５１では、信号導体５４の両側に設けられているスロット領域５５_ｕｐ，５５_ｄｎによって信号導体５４がグランド導体３４から離間している。

同軸ケーブル４６は内側導体４８と外側導体４９と誘電体被膜４７（絶縁層）とによって構成されている。同軸ケーブル４６の内側導体４８はコプレーナ伝送線路５１の終端部にて信号導体５４に接し、図示されていない半田により信号導体５４に接続される。外側導体４９はコプレーナ伝送線路５１の終端部にてグランド導体３４に接し図示されていない半田によりグランド導体３４に接続されている。図２の従来例について、特に特許文献は見当たらない。

図２に示すような半田付けを用いる接続構造の場合、半田がスロット領域を跨いで信号導体とグランド導体との間で導通することのないように慎重に半田付けを行なわなければいけない。この半田付けの接続作業は、自動車用窓ガラス板を誘電体基板として扱い自動車用ガラスアンテナを製造する量産ラインにおいて、特に精度良く行なわなければならない。このため、上記接続作業は生産性を悪化させ、コストアップの要因となる問題があった。

そこで、本発明は、この問題を解決し、自動車用窓ガラス板に設けられたガラスアンテナや高周波回路に接続される生産性の優れた高周波伝送線路を提供する。

本発明は、第１の誘電体基板と、第１の誘電体基板に離間した第２の誘電体基板と、第１の誘電体基板と第２の誘電体基板との間に設けられている誘電体層とを備えた高周波伝送線路であって、
第１の誘電体基板の、該誘電体層の側の面には、グランド導体と、信号導体であって、その両側の一部又は全部がそれぞれスロット領域を介して該グランド導体に囲まれている信号導体とを有するコプレーナ伝送線路が設けられており、
さらに、該スロット領域のうちの一つが伸長されて、これらの伸長されている部分において、伸長部が構成されており、
第２の誘電体基板には、該伸長部と立体交差するように電磁結合用信号導体が設けられており、
該伸長部と該電磁結合用信号導体とが立体交差することにより電磁結合されていることを特徴とする高周波伝送線路を提供する。

本発明の高周波伝送線路では、第２の誘電体基板に電磁結合用信号導体が設けられ、この電磁結合用信号導体をコプレーナ伝送線路のスロット領域から伸長したスロット部と電磁結合させる。このため、コプレーナ伝送線路が設けられた基板面とは異なる基板面上で接続用信号導体を同軸ケーブルの内側導体と半田付けにより接続することで、コプレーナ伝送線路と同軸ケーブルとの間で信号を伝送させることができる。したがって、従来のように、ガラス基板面上でコプレーナ伝送線路の信号導体と同軸ケーブルの内側導体とを精度の高い半田付けで直接接続する必要がなくなるので、ガラスアンテナや高周波回路に接続される生産性に優れた高周波伝送線路を提供できる。

特に、本発明の高周波伝送線路を自動車の前部窓ガラス板又は後部窓ガラス板等に設けられている平面アンテナの伝送線路として用いることで、高周波アンテナ装置を効率よく生産することができる。さらには、ＧＰＳ(Global Positioning System)、衛星デジタル放送、ＶＩＣＳ(Vehicle Information and Communication System)、ＥＴＣ（Electronic Toll Collection System）及びＤＳＲＣ(Dedicated Short Range Communication)システム等に好適な高周波アンテナ装置となる。

以下、本発明の高周波伝送線路を添付の図面に示される好適実施形態に基づいて詳細に説明する。本発明の高周波伝送線路では、互いに離間した２つの誘電体基板の一方にコプレーナ伝送線路を他方に、例えば、マイクロストリップ線路を設け、コプレーナ伝送線路及びマイクロストリップ線路間を電磁結合により接続して異なる誘電体基板間で信号の伝送を行なう。図１は、本発明の高周波伝送線路の一実施形態の斜視図である。

図１に示す高周波伝送線路は、同軸ケーブル１６とコプレーナ伝送線路との間で信号を伝送する伝送線路である。高周波伝送線路は、第１の誘電体基板である例えば自動車用窓ガラス板３（以下、ガラス板３という）と、誘電体層７と、第２の誘電体基板である例えば高周波回路基板２（以下、回路基板２という）とを主に有して構成される。回路基板２は、誘電体層７を介在してガラス板３に離間して配されている。ガラス板３の、誘電体層７の側に面する基板面（以下、第１の対向基板面という）上には第１のグランド導体４と一方向に延びる信号導体２４とが設けられている。

信号導体２４の長手方向に沿って第１のグランド導体４と一定の距離離間するように一対のスロット領域２５_ｕｐ，２５_ｄｎが信号導体２４の両側に設けられ、コプレーナ伝送線路２１を構成している。信号導体２４は、両側の一部又は全部が一対のスロット領域２５_ｕｐ，２５_ｄｎを介して第１のグランド導体４に囲まれている。図１に示すとおり、スロット領域２５_ｕｐ，２５_ｄｎは線状又は略線状である。

コプレーナ伝送線路２１は、ガラス板３の面上の位置２１_ａに終端部を有する。この終端部付近で、スロット領域２５_ｕｐは伸長されて、この伸長されている部分において、スロット部（伸長部）が構成されている。

スロット部５とは、第１のグランド導体４の導体が表面になく、ガラス板３の基板面が露出し、スロット部５の周囲の一部又は全部が第１のグランド導体４に接している細長い領域をいう。すなわち、スロット部５は、終端部の位置２１_ａにおいて、スロット領域２５_ｕｐが信号導体２４の長手方向に対して直交する方向又は略直交する方向に曲折して伸長されて構成されている。

図１に示す例では、スロット部５の幅は、スロット領域２５_ｕｐ，２５_ｄｎの幅と異なっているが、これに限定されず、スロット部５の幅は、スロット領域２５_ｕｐ，２５_ｄｎの幅と同一であってもよい。

コプレーナ伝送線路２１のスロット領域２５_ｕｐ，２５_ｄｎの幅は互いに同じ幅であるが、これに限定されず、互いに異なる幅であってもよい。幅が異なる場合非対称コプレーナ伝送線路となる。しかし、伝送特性を良好にするためにはスロット領域２５_ｕｐ，２５_ｄｎの幅を互いに同じにし、対称コプレーナ伝送線路とすることが好ましい。

コプレーナ伝送線路２１の終端部位置２１_ａ付近で、スロット領域２５_ｄｎは必要に応じて伸長され、この伸長されている部分において、スタブ部２９が構成されている。

スタブ２９は、ガラス板３の基板面が露出している領域で、かつ、周縁が第１のグランド導体４で囲まれていることにより構成されており、必要に応じて設けられる。スタブ２９は、コプレーナ伝送線路２１とスロット部５とのインピーダンスマッチングの機能を果たす。図１に示す例では、スタブ２９の形状は扇型であるが、これに限定されず、三角形、円形、楕円形及びスロット形等であってもよい。

エアーブリッジ２８は、例えば、導体線により構成され、必要に応じて設けられるものであり、第１のグランド導体４の、スロット領域２５_ｕｐ，２５_ｄｎの両側の箇所を接続している。これにより、挿入損失が低減される。

回路基板２の、誘電体層７の側に面する基板面（以下、第２の対向基板面という）には、スロット部５と立体交差するように電磁結合用信号導体１が設けられている。この電磁結合用信号導体１は、誘電体層７を介在してガラス板３の第１のグランド導体４とともにマイクロストリップ線路、すなわち、インバーテッドマイクロストリップ線路を構成する。

インバーテッドマイクロストリップ線路とは、誘電体基板に設けられている信号導体と、この誘電体基板に設けられていないグランド導体とを備えている線路であって、この誘電体基板の、グランド導体側の基板面に上記信号導体が設けられている線路をいう。

電磁結合用信号導体１とスロット部５とは立体交差することにより電磁結合されており、後述する同軸ケーブル１６とコプレーナ伝送線路２１との間で信号を効率よく伝送することができる。

例えば、スロット部５からインバーテッドマイクロストリップ線路側に信号を伝送する場合、スロット部５で磁界が励起され、この励起した磁界によって電磁結合用信号導体１に電流が誘導されて信号が伝送される。

なお、図１に示す例では、電磁結合用信号導体１は、誘電体層７の側の面に設けられており、効率よく電磁結合させるには、このようにすることが好ましいが、これに限定されず、電磁結合用信号導体１を第２の誘電体基板２の、誘電体層７とは反対側の面（以下、第２の非対向基板面という）に設けてもよい。この場合、電磁結合用信号導体１と第１のグランド導体４とでサスペンデッドマイクロストリップ線路を構成する。

サスペンデッドマイクロストリップ線路とは、誘電体基板に設けられている信号導体と、この誘電体基板に設けられていないグランド導体とを備えている線路であって、この誘電体基板の、グランド導体側と反対側の基板面に上記信号導体が設けられている線路をいう。

本発明において、電磁結合用信号導体１は必ずしも、その全体が回路基板２の同じ面の側（図１に示す例では第２の対向基板面）にある必要はなく、一部分において、反対側の基板面にあってもよい。その場合は、回路基板２を貫通するビアホールを用いて、回路基板２の異なる側の面にそれぞれ設けている電磁結合用信号導体１を接続する。

第２の対向基板面に設けられている電磁結合用信号導体１と第１のグランド導体４とでインバーテッドマイクロストリップ線路を構成している。仮に、第２の非対向基板面に電磁結合用信号導体が設けられている場合には、電磁結合用信号導体と第１のグランド導体４とでサスペンデッドマイクロストリップ線路を構成する。

以降において、電磁結合用信号導体１によって構成されるインバーテッドマイクロストリップ線路及びサスペンテッドマイクロストリップ線路を第１のマイクロストリップ線路という。

図１に示す例では、第２の非対向基板面には、接続用信号導体１２が設けられている。電磁結合用信号導体１は、ビアホール１５により接続用信号導体１２に接続されている。接続用信号導体１２は、回路基板２の第２の対向基板面に設けられた第２のグランド導体１１とともにマイクロストリップ線路を構成する（第２のマイクロストリップ線路）。

接続用信号導体１２の近傍には、同軸ケーブル１６と第２のマイクロストリップ線路とを接続する接続機構１３が設けられている。この接続機構１３により接続用信号導体１２は同軸ケーブル１６の内側導体１８と半田等により接続されている。第２のグランド導体１１は同軸ケーブル１６の外側導体１９とビアホール１４を介して接続されている。外側導体１９と内側導体１８とは誘電体被膜１７で絶縁されている。

なお、本発明において、接続機構１３は図１に示す形態に限られない。例えば、コネクタ等の接続機構を用いてもよい。内側導体１８と接続用信号導体１２とを接続し、かつ、外部導体１９とグランド導体１１とを接続するものであり、伝送損失が少ないものであれば、接続機構又は接続手段は特に限定されない。

誘電体層７は、ガラス板３と回路基板２との間に介在し、絶縁性を有することが好ましい。誘電体層７には気体層、合成樹脂等を含む誘電体の組成物等が用いられる。誘電体層７が気体層の場合には、通常コスト的に安価な空気層が用いられるが、これに限定されず、例えば、窒素、アルゴン等の不活性ガスでもよい。また、誘電体層７は、温度により気体中に含まれる水分が結露しないように十分乾燥していることが好ましい。誘電体層７として合成樹脂を含む介在物を用いる場合、絶縁性を有する接着剤（例えば、エポキシ樹脂等を含有する接着剤）又は絶縁性を有しシリコーンを含有する充填材等が用いられる。接着剤として、比誘電率が１．０〜４．０の範囲にあるものが容易かつ安価に入手でき好ましい。

しかし、誘電体層７の材質は特に限定されない。電磁結合用信号導体１及び第２のグランド導体１１等の回路基板２に設けられる導体が、第１のグランド導体４及びコプレーナ伝送線路２１等の導体との間で絶縁性を有し、かつ、基板間の間隙を所定の材料で充填し易いものであればどのような材料でも用いることができる。

ガラス板３の厚さ及びガラス板３の比誘電率は、電磁結合と直接関わりがないため、特に限定されない。例えば、通常の自動車用窓ガラス板のように厚さが２．０〜６．０ｍｍで比誘電率が５．０〜９．０のガラス板を用いることが好ましい。

回路基板２の厚さは０．１〜６．０ｍｍであるのが好ましい。この厚さの範囲の基板を製造することが生産技術上容易だからである。なお、サスペンテッドマイクロストリップ線路を構成する電磁結合用信号導体１のように、信号導体の少なくとも一方が第２の非対向基板面に設けられている場合には、回路基板２の厚さを０．１〜２．０ｍｍに設定するのが好ましい。回路基板２の比誘電率は２．０〜２５．０であるのが好ましい。

第１のグランド導体４と電磁結合用信号導体１との間隔は０．１〜２．０ｍｍであることが好ましい。この間隔を０．１ｍｍ以上にすることは、回路基板２を精度良く配し易くなる。この間隔が２．０ｍｍ以下であると、２．０ｍｍ超である場合に比べて挿入損失特性が向上する。

図３は、本発明の高周波伝送線路に平面アンテナを接続した平面アンテナ装置の一実施形態を示す斜視図である。図３に示す例では、第１のグランド導体４と所定の間隔で離間し、第１のグランド導体４に囲まれたパッチ導体６１がガラス板３に設けられている。また、インピーダンス変成器６２の中心導体６３がパッチ導体６１に設けられており、信号導体２４に接続されている。インピーダンス変成器６２は、中心導体６３と、中心導体６３の周縁近傍の第１のグランド導体４の縁辺とで構成されている。

本発明は、ＧＰＳ、衛星デジタル放送、ＶＩＣＳ、ＥＴＣ及びＤＳＲＣシステムに好適な高周波アンテナ装置等に利用される。

本発明の高周波伝送線路の一実施形態の斜視図。コプレーナ伝送線路の信号を同軸ケーブルに取り出し、又は、逆に同軸ケーブルの信号をコプレーナ伝送線路へ送り出すための従来例の接続構造を示す斜視図。本発明の高周波伝送線路に平面アンテナを接続した平面アンテナ装置の一実施形態を示す斜視図。

符号の説明

１：電磁結合用信号導体
２：回路基板
３：自動車用窓ガラス板（第１の誘電体基板）
４：第１のグランド導体
５：スロット部
７：誘電体層
１１：第２のグランド導体
１６：同軸ケーブル
２４：信号導体
２５_ｕｐ、２５_ｄｎ：スロット領域

Claims

第１の誘電体基板と、第１の誘電体基板に離間した第２の誘電体基板と、第１の誘電体基板と第２の誘電体基板との間に設けられている誘電体層とを備えた高周波伝送線路であって、
第１の誘電体基板の、該誘電体層の側の面には、グランド導体と、信号導体であって、その両側の一部又は全部がそれぞれスロット領域を介して該グランド導体に囲まれている信号導体とを有するコプレーナ伝送線路が設けられており、
さらに、該スロット領域のうちの一つが伸長されて、これらの伸長されている部分において、伸長部が構成されており、
第２の誘電体基板には、該伸長部と立体交差するように電磁結合用信号導体が設けられており、
該伸長部と該電磁結合用信号導体とが立体交差することにより電磁結合されていることを特徴とする高周波伝送線路。
前記第２の誘電体基板の、前記誘電体層の反対側の面には、外部信号線と接続される接続用信号導体が設けられ、該接続用信号導体及び該電磁結合用信号導体のいずれか一方の信号導体が、第２の誘電体基板を厚さ方向に横切って他方の信号導体に接続されている請求項１に記載の高周波伝送線路。