JP2005094314A - Transmission line - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、1本の導体を2方向に分岐するように形成された信号線路導体を備える伝送線路に関する。 The present invention relates to a transmission line including a signal line conductor formed so as to branch one conductor in two directions.
近年、アンテナ素子をはじめとする高周波信号の授受をともなう部材を搭載した各種機器が広く普及している。かかる高周波信号を伝送する平面構造の高周波伝送線路としては、いわゆるマイクロストリップ線路が知られている。マイクロストリップ線路は、一般に、誘電体と、この誘電体の下面に形成されたグランド導体と、誘電体の上面に形成された信号線路導体とから構成されるものであり、信号線路導体を介して高周波信号を伝送する。また、高周波伝送線路としては、いわゆるトリプレート線路も知られている。トリプレート線路は、マイクロストリップ線路とは異なり、誘電体の内部に信号線路導体を有し、当該信号線路導体を介して高周波信号を伝送するものである。 2. Description of the Related Art In recent years, various devices equipped with members that transmit and receive high-frequency signals such as antenna elements have become widespread. A so-called microstrip line is known as a high-frequency transmission line having a planar structure for transmitting such a high-frequency signal. A microstrip line is generally composed of a dielectric, a ground conductor formed on the lower surface of the dielectric, and a signal line conductor formed on the upper surface of the dielectric. Transmits high frequency signals. A so-called triplate line is also known as a high-frequency transmission line. Unlike a microstrip line, a triplate line has a signal line conductor inside a dielectric and transmits a high-frequency signal through the signal line conductor.
ところで、このようなマイクロストリップ線路やトリプレート線路といった伝送線路においては、例えば実効的にアンテナ素子の面積を増やして感度の向上を図る平面アレイアンテナ等のように、信号線路導体を2方向に分岐して使用する形態を採用する場合も多い。この場合、伝送線路としては、図9に示すように、グランド導体101が下面に形成された誘電体102の上面に、信号線路導体103をT字状に形成したものを用いる。これにより、伝送線路においては、分岐前の信号線路導体103aから分岐後の信号線路導体103b,103cへと同図中矢印で示す方向に電流が流れることになる。
By the way, in such a transmission line such as a microstrip line or a triplate line, for example, a signal line conductor is branched in two directions, such as a planar array antenna that effectively increases the area of an antenna element to improve sensitivity. In many cases, the form used is used. In this case, as the transmission line, as shown in FIG. 9, a
ここで、伝送線路についての重要なパラメータとしては、特性インピーダンスが挙げられる。特に、伝送される信号の周波数が高い高周波伝送線路においては、信号の反射を防止するとともに、周囲のノイズの影響等を回避すべく、特性インピーダンスを安定に保つことが重要である。 Here, an important parameter for the transmission line is a characteristic impedance. In particular, in a high-frequency transmission line in which the frequency of a transmitted signal is high, it is important to keep the characteristic impedance stable in order to prevent signal reflection and avoid the influence of ambient noise and the like.
一般に、特性インピーダンスZ(Ω/m)は、信号線路導体の単位当たりの抵抗をR(Ω/m)、インダクタンスをL(H/m)、コンダクタンスをG(S/m)、キャパシタンスをC(F/m)とすると、次式(1)で表される。なお、特性インピーダンスZは、誘電体の誘電率や信号線路導体の物理的な寸法等の関数で表すことができ、多数の実験式が提案されている。 In general, the characteristic impedance Z (Ω / m) is such that the resistance per unit of the signal line conductor is R (Ω / m), the inductance is L (H / m), the conductance is G (S / m), and the capacitance is C ( F / m), it is expressed by the following formula (1). The characteristic impedance Z can be expressed by a function such as a dielectric constant of a dielectric or a physical dimension of a signal line conductor, and many empirical formulas have been proposed.
上述した信号線路導体をT字状に形成した伝送線路においては、図10に示すように、分岐前の信号線路導体における特性インピーダンスをZC1とし、分岐後の信号線路導体における特性インピーダンスを、それぞれ、ZC2,ZC3とすると、これら特性インピーダンスZC1,ZC2,ZC3の間には、次式(2)に示す関係が成立する。また、伝送線路においては、ZC2=ZC3の場合には、次式(3)が成立し、ZC2=αZC3の場合には、次式(4)が成立する。なお、同図に示す信号線路導体を備えた伝送線路は、図11に示すように、所定の電源に接続された実効抵抗ZC1と、並列に接続された2つの実効抵抗ZC2,ZC3とを接続した回路と等価である。 In the transmission line in which the signal line conductor described above is formed in a T shape, the characteristic impedance in the signal line conductor before branching is Z C1 and the characteristic impedance in the signal line conductor after branching is respectively shown in FIG. , Z C2 and Z C3 , the relationship shown in the following equation (2) is established between these characteristic impedances Z C1 , Z C2 and Z C3 . Further, in the transmission line in the case of Z C2 = Z C3, the following equation (3) is satisfied, in the case of Z C2 = αZ C3, the following equation (4) is satisfied. As shown in FIG. 11, the transmission line including the signal line conductor shown in FIG. 11 has an effective resistance Z C1 connected to a predetermined power source and two effective resistances Z C2 and Z C3 connected in parallel. Is equivalent to a circuit connecting the two.
したがって、信号線路導体をT字状に形成した伝送線路を設計するにあたっては、所望の特性インピーダンスZC1,ZC2,ZC3が得られるように、分岐前及び分岐後の信号線路導体の物理的な寸法を決定する必要がある。 Therefore, in designing a transmission line in which the signal line conductor is formed in a T shape, the physical properties of the signal line conductor before and after branching are obtained so that desired characteristic impedances Z C1 , Z C2 and Z C3 can be obtained. It is necessary to determine the correct dimensions.
この種の伝送線路において、外部回路とのインピーダンスマッチングをとりやすくするとともに、反射損失や挿入損失の影響の緩和を図った技術としては、例えば特許文献1に記載されるようなストリップ線路が提案されている。 In this type of transmission line, as a technique for facilitating impedance matching with an external circuit and mitigating the effects of reflection loss and insertion loss, for example, a strip line as described in Patent Document 1 has been proposed. ing.
ところで、上述した信号線路導体をT字状に分岐形成した伝送線路においては、分岐前の信号線路導体と分岐後の信号線路導体との間で必ず電流の不連続が生じることが知られており、この電流の不連続に起因して反射損失が大きくなってしまうという問題がある。特に、かかる伝送線路を複数用いることによって多数のアンテナ素子を配設した平面アレイアンテナ等においては、信号線路導体の分岐毎に反射損失が累積し、極めて効率が悪化する事態を招来している。 By the way, it is known that in the transmission line in which the signal line conductor described above is branched in a T shape, current discontinuity always occurs between the signal line conductor before branching and the signal line conductor after branching. There is a problem that reflection loss increases due to the discontinuity of the current. In particular, in a planar array antenna or the like in which a large number of antenna elements are arranged by using a plurality of such transmission lines, a reflection loss accumulates for each branch of the signal line conductor, resulting in a situation where the efficiency is extremely deteriorated.
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、信号線路導体を分岐する際の反射損失を著しく改善することができ、効率の良い伝送線路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a conventional situation, and an object of the present invention is to provide an efficient transmission line that can remarkably improve reflection loss when branching a signal line conductor. .
上述した目的を達成するために、本発明にかかる伝送線路は、誘電体を挟んでグランド導体と信号線路導体とが形成され、前記信号線路導体が2方向に分岐されてなる伝送線路であって、前記分岐された分岐信号線路導体は、分岐直後に屈曲部を有するとともに、当該屈曲部における少なくとも外側端縁が曲線状に形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a transmission line according to the present invention is a transmission line in which a ground conductor and a signal line conductor are formed across a dielectric, and the signal line conductor is branched in two directions. The branched branched signal line conductor has a bent portion immediately after branching, and at least an outer edge of the bent portion is formed in a curved shape.
本発明の伝送線路においては、分岐信号線路導体の屈曲部における少なくとも外側端縁が曲線状とされているので、信号線路導体を構成する分岐前の導体の幅方向における端縁を流れる電流密度が高い電流が、この曲線状の部分を通って分岐後の分岐信号線路導体へ滑らかに導かれる。したがって、分岐前の信号線路導体の幅方向における端縁を流れる電流の不連続が小さく抑えられ、この不連続に起因する反射損失が抑制される。 In the transmission line of the present invention, since at least the outer edge of the bent portion of the branched signal line conductor is curved, the current density flowing through the edge in the width direction of the pre-branch conductor constituting the signal line conductor is A high current is smoothly guided through the curved portion to the branched signal line conductor after branching. Therefore, the discontinuity of the current flowing through the edge in the width direction of the signal line conductor before branching is suppressed, and reflection loss due to this discontinuity is suppressed.
特に、分岐後の分岐信号線路導体の幅方向における両端縁のうち、屈曲部の外側端縁のみならず、内側端縁についても曲線状に形成することで、分岐信号線路導体全体の形状が屈曲部において曲線形状となり、前記電流の不連続が確実に解消される。 In particular, not only the outer edge of the bent part but also the inner edge of the both ends in the width direction of the branched signal line conductor after branching are curved so that the shape of the entire branched signal line conductor is bent. A curved shape is formed at the portion, and the current discontinuity is reliably eliminated.
なお、前記曲線の形状としては、形成の容易さ、及び信号線路導体の幅方向における端縁を流れる電流の不連続をより小さくする観点から、所定の曲率半径からなる円弧の一部とするのが望ましい。また、分岐後の導体は、分岐部分における特性インピーダンスが不連続となるのを防止するために、一定の導体幅で分岐前の導体に接続されるのが望ましい。 In addition, the shape of the curve is a part of an arc having a predetermined radius of curvature from the viewpoint of ease of formation and the discontinuity of the current flowing through the edge in the width direction of the signal line conductor. Is desirable. Further, it is desirable that the conductor after branching is connected to the conductor before branching with a constant conductor width in order to prevent the characteristic impedance at the branching portion from becoming discontinuous.
本発明にかかる伝送線路が適用される伝送線路の構造としては、マイクロストリップ線路、またはトリプレート線路である。 The structure of the transmission line to which the transmission line according to the present invention is applied is a microstrip line or a triplate line.
本発明にかかる伝送線路によれば、信号線路導体の幅方向における端縁を流れる電流の不連続を小さくすることができることから、反射損失を著しく軽減することができ、効率の良い分岐伝送線路を実現することができる。 According to the transmission line according to the present invention, since the discontinuity of the current flowing through the edge in the width direction of the signal line conductor can be reduced, reflection loss can be remarkably reduced, and an efficient branch transmission line can be obtained. Can be realized.
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
本実施形態の伝送線路は、いわゆるマイクロストリップ線路やトリプレート線路としての平面構造の伝送線路である。この伝送線路は、例えば平面アレイアンテナ等に使用することを想定し、1本の信号線路導体を2方向に分岐するように形成したものである。 The transmission line of this embodiment is a transmission line having a planar structure as a so-called microstrip line or triplate line. This transmission line is formed so as to branch one signal line conductor in two directions on the assumption that it is used for a planar array antenna, for example.
先ず、具体的な伝送線路の説明に先だって、反射損失が大きくなる原因について考察する。 First, before explaining a specific transmission line, the cause of the reflection loss will be considered.
図1に示すように、誘電体1の下面にグランド導体2が形成されるとともに、誘電体1の上面に信号線路導体3が形成されたマイクロストリップ型の伝送線路を考える。このような伝送線路において、信号線路導体3における高周波電流の電流密度分布Dを求めたところ、高周波電流は、同図中斜線部で示すように、信号線路導体3の中央部ではさほど流れず、信号線路導体3の幅方向における端縁に集中するという傾向が確認された。この傾向は、信号の周波数が高くなるほど顕著となることも確認された。なお、トリプレート型の伝送線路においても同様に、高周波電流が信号線路導体の幅方向における端縁に集中することが確認された。
Consider a microstrip transmission line in which a
したがって、信号線路導体を分岐する際に生じる電流の不連続は、当該信号線路導体の幅方向における端縁に沿って流れる電流の影響が極めて大きいものと考えられる。したがって、伝送線路において反射損失を軽減するためには、分岐前の信号線路導体の幅方向における端縁に沿って流れる電流の不連続を小さくすればよい、と言える。 Therefore, it is considered that the current discontinuity generated when the signal line conductor is branched is greatly influenced by the current flowing along the edge in the width direction of the signal line conductor. Therefore, in order to reduce the reflection loss in the transmission line, it can be said that the discontinuity of the current flowing along the edge in the width direction of the signal line conductor before branching may be reduced.
本発明の実施の形態として示す伝送線路は、このような本件出願人が独自に得た知見に基づいて、分岐前の信号線路導体の幅方向における端縁を流れる電流を、分岐後の信号線路導体へと滑らかに導くような形状に、分岐信号線路導体を形成したものである。 The transmission line shown as the embodiment of the present invention is based on such knowledge obtained by the applicant of the present application, and the current flowing through the edge in the width direction of the signal line conductor before branching is changed to the signal line after branching. A branched signal line conductor is formed in a shape that smoothly leads to a conductor.
具体的には、伝送線路は、図2に斜視図、並びに図3に平面図及び側面図を示すように、誘電体11と、この誘電体11の下面に形成されたグランド導体12と、誘電体11の上面に形成された信号線路導体13とから構成される。なお、同図においては、マイクロストリップ型の伝送線路を示しているが、伝送線路としては、同図中鎖線で示すように、上面にグランド導体が形成された誘電体で信号線路導体13の上面を覆うことによりトリプレート型の伝送線路とすることもできる。以下では、マイクロストリップ型又はトリプレート型の区別を問わず説明を行うものとする。
Specifically, the transmission line includes a dielectric 11, a
また、以下では、分岐前の1本の信号線路導体と、分岐後の2本の信号線路導体とを明確化すべく、前者を分岐前信号線路導体13aと称し、後者のうち一方を分岐後信号線路導体13bと称し、後者のうち他方を分岐後信号線路導体13cと称するものとする。分岐後信号線路導体13bと分岐後信号線路導体13cは、いずれも分岐前信号線路導体13aから分岐された直後に互いに反対方向に90°屈曲され、屈曲部を有している。
In the following, in order to clarify one signal line conductor before branching and two signal line conductors after branching, the former is referred to as pre-branch
このような伝送線路において、本実施形態においては、信号線路導体13は、従来のT字状ではなく、分岐部分において、分岐後信号線路導体13b,13cの幅方向における両端縁を曲線状に形成し、分岐前信号線路導体13aと当該分岐後信号線路導体13b,13cとを連続的に接続したパターンとされている。より具体的には、信号線路導体13は、分岐後信号線路導体13b,13cの幅方向における端縁を所定の曲率半径からなる円弧状に形成し、分岐前信号線路導体13aと当該分岐後信号線路導体13b,13cとを連続的に接続して構成されている。このとき、分岐後信号線路導体13b,13cは、分岐部分における特性インピーダンスが不連続となるのを防止するために、一定の導体幅で分岐前信号線路導体13aに接続される。
In such a transmission line, in the present embodiment, the
伝送線路においては、このように信号線路導体13を形成することにより、分岐前信号線路導体13aの幅方向における端縁を流れる電流を、分岐後信号線路導体13b,13cへと滑らかに導くことができ、電流の不連続を解消して反射損失を軽減することができる。
In the transmission line, by forming the
実際に、分岐後信号線路導体13b,13cを曲線形状とすることの有意性を検証することを目的として、所定の周波数の信号を伝送した際における反射損失を求めるシミュレーションを行った。
Actually, for the purpose of verifying the significance of making the
シミュレーションは、図4に示すように、下面にグランド導体12が形成された誘電体11として、比誘電率εr=2.6、誘電体厚d=0.56mmのものを用い、当該誘電体11の上面に形成される信号線路導体13として、導体厚t=35μmのものを用いて行った。また、信号線路導体13は、図5に示すように、分岐前信号線路導体13aとして、導体幅W1=1.6mm、特性インピーダンスZC1=50Ωに形成するとともに、分岐後信号線路導体13b,13cとして、それぞれ、導体幅W2=W3=0.4mm、特性インピーダンスZC2=ZC3=100Ωに形成した。
In the simulation, as shown in FIG. 4, a dielectric 11 having a
そして、シミュレーションは、分岐後信号線路導体13b,13cの幅方向における端縁の曲率半径をR=0,0.4(=W2=W3),0.8(=2W2=2W3),1.2(=3W2=3W3)の4種類に変化させて行った。なお、ここでの曲率半径Rとは、図5中鎖線で示すように、分岐後信号線路導体13b,13cのそれぞれの幅方向における端縁を形成する2つの円弧のうち、分岐前信号線路導体13aに対して近位側である屈曲部の内側の円弧の曲率半径として定義している。したがって、分岐後信号線路導体13b,13cのそれぞれの幅方向における端縁を形成する2つの円弧のうち、分岐前信号線路導体13aに対して遠位側である外側の円弧の曲率半径は、上述したように、当該分岐後信号線路導体13b,13cが一定の導体幅で形成されることから、それぞれ、R+W2(=R+W3)として定義される。
In the simulation, the curvature radii of the edges in the width direction of the branched
なお、曲率半径R=0である場合とは、図6に示すように、分岐前信号線路導体13aの幅方向における端縁と、分岐後信号線路導体13b,13cの幅方向における内側の端縁とが、直角をなす場合である。この場合においても、分岐後信号線路導体13b,13cの幅方向における外側の端縁は、曲線状に形成される。
Note that the case where the radius of curvature R = 0 is, as shown in FIG. 6, the edge in the width direction of the
また、比較のため、図7に示すように、信号線路導体をT字状に形成した従来の伝送線路についても反射損失を求めた。 For comparison, the reflection loss was also obtained for a conventional transmission line in which the signal line conductor was formed in a T shape as shown in FIG.
この結果を図8に示す。なお、同図には、縦軸に反射損失[dB]を示し、横軸に信号線路導体を介して伝送した高周波信号の周波数[GHz]を示している。また、同図において、曲線C0は、信号線路導体をT字状に形成した従来の伝送線路における結果であり、曲線C1は、曲率半径R=0の場合における結果であり、曲線C2は、曲率半径R=0.4の場合における結果であり、曲線C3は、曲率半径R=0.8の場合における結果であり、曲線C4は、曲率半径R=1.2の場合における結果である。 The result is shown in FIG. In the figure, the vertical axis represents the reflection loss [dB], and the horizontal axis represents the frequency [GHz] of the high-frequency signal transmitted through the signal line conductor. Further, in the figure, a curve C 0 is a result in a conventional transmission line in which a signal line conductor is formed in a T shape, and a curve C 1 is a result in a case where the curvature radius R = 0, and a curve C 2 Is the result when the radius of curvature R = 0.4, the curve C 3 is the result when the radius of curvature R = 0.8, and the curve C 4 is when the radius of curvature R = 1.2. It is a result.
同図から、測定した全ての周波数にわたって、従来の伝送線路に比べ、新たに提案する伝送線路の方が、反射損失が著しく改善されることがわかる。特に、曲率半径Rが大きくなるほど、反射損失が軽減するという結果が得られた。また、曲率半径R=0の場合にも、反射係数の減少がみられることから、分岐後信号線路導体13b,13cのそれぞれの幅方向における両端縁のうち、少なくとも外側の端縁を曲線状に形成し、分岐前信号線路導体13aと当該分岐後信号線路導体13b,13cとを連続的に接続すればよいことがわかる。
From the figure, it can be seen that the reflection loss is remarkably improved in the newly proposed transmission line compared to the conventional transmission line over all measured frequencies. In particular, the result was obtained that the reflection loss was reduced as the curvature radius R was increased. In addition, since the reflection coefficient is reduced even when the radius of curvature R = 0, at least the outer edge of each end in the width direction of the branched
なお、この伝送線路においては、上述したように、曲率半径Rが大きくなるほど、反射損失が軽減する傾向にあるが、曲率半径Rを大きくするということは、信号線路導体13を形成するために必要となる面積が大きくなることを意味する。したがって、この伝送線路においては、所望する反射損失と面積との兼ね合いによって曲率半径Rを適宜決定すればよい。現実的には、曲率半径R=0.4(=W2=W3)〜0.8(=2W2=2W3)程度であれば、十分な特性を得ることができる。換言すれば、伝送線路においては、分岐後信号線路導体13b,13cの幅方向における外側の端縁を、当該分岐後信号線路導体13b,13cの導体幅W2,W3の1倍〜3倍の曲率半径からなる円弧状に形成し、これに対応するように、分岐後信号線路導体13b,13cの幅方向における内側の端縁を、当該分岐後信号線路導体13b,13cの導体幅W2,W3の0倍〜2倍の曲率半径からなる円弧状に形成するのが望ましい。
In this transmission line, as described above, the reflection loss tends to decrease as the radius of curvature R increases. However, increasing the radius of curvature R is necessary to form the
以上説明したように、本発明の実施の形態として新たに提案した伝送線路においては、1本の信号線路導体13を2方向に分岐する際に、その分岐部分において、分岐後信号線路導体13b,13cの幅方向における両端縁のうち、少なくとも分岐前信号線路導体13aに対して外側の端縁を曲線状に形成し、当該分岐前信号線路導体13aと当該分岐後信号線路導体13b,13cとを連続的に接続したパターンとすることにより、分岐前信号線路導体13aと分岐後信号線路導体13b,13cとの間における電流の不連続を解消し、反射損失を著しく改善することができる。
As described above, in the transmission line newly proposed as an embodiment of the present invention, when one
特に、この伝送線路においては、信号の周波数が高い場合には有効であり、感度を向上させるためにペンシルビームを使用する用途等に適用して好適である。具体的には、本発明の伝送線路は、例えば10GHz以上の信号を伝送するBS(Broadcasting Satellite)アンテナや平面アレイアンテナを搭載する車載レーダといった各種機器に適用することにより、反射損失による影響が少なく高効率の信号の授受を行うことが可能となる。 In particular, this transmission line is effective when the signal frequency is high, and is suitable for application to use a pencil beam in order to improve sensitivity. Specifically, the transmission line of the present invention is less affected by reflection loss by being applied to various devices such as a BS (Broadcasting Satellite) antenna that transmits a signal of 10 GHz or more and a vehicle-mounted radar equipped with a planar array antenna. High-efficiency signals can be exchanged.
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that modifications can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
1,11 誘電体
2,12 グランド導体
3,13 信号線路導体
13a 分岐前信号線路導体
13b,13c 分岐後信号線路導体
1,11
Claims (7)
前記分岐された分岐信号線路導体は、分岐直後に屈曲部を有するとともに、当該屈曲部における少なくとも外側端縁が曲線状に形成されていることを特徴とする伝送線路。 A transmission line in which a ground conductor and a signal line conductor are formed across a dielectric, and the signal line conductor is branched in two directions,
The branched branched signal line conductor has a bent portion immediately after branching, and at least an outer edge of the bent portion is formed in a curved shape.
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