JP2005094445A

JP2005094445A - 伝送線路

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Publication number: JP2005094445A
Application number: JP2003325998A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Shimoda; 秀昭下田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-09-18
Filing date: 2003-09-18
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】複数の伝送線路を層間接続する際の反射損失を著しく改善する。
【解決手段】伝送線路は、マイクロストリップ線路を構成する第１の信号線路導体１２と、この第１の信号線路導体１２とスルーホール１６を介して接続され、コプレナ線路を構成する第２の信号線路導体１４とを備える。ここで、スルーホール１６は、第１の信号線路導体１２の開放端から第２の信号線路導体１４の開放端まで穿設されており、第１の信号線路導体１１及び第２の信号線路導体１４のうち少なくとも一方の信号線路導体は、スルーホール１６が穿設された開放端の形状が、導体幅が漸減する領域を有する形状に形成されている。これにより、この伝送線路においては、電流をスルーホール１６に集中させて効率よく流すことができることから、第１の信号線路導体１２及び／又は第２の信号線路導体１４の開放端付近に生じる電流の不連続を小さくすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１の伝送線路と第２の伝送線路とをスルーホールを介して層間接続した多層構造を有する伝送線路に関する。

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、いわゆるコプレナ線路も知られている。コプレナ線路は、同一平面内に信号線路導体とグランド導体とが配設され、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。

ところで、例えばマイクロストリップ線路のグランド導体側に高周波回路を設け、当該高周波回路から給電する場合のように、当該マイクロストリップ線路のグランド導体と同一平面内にコプレナ線路の信号線路導体を形成し、これらマイクロストリップ線路の信号線路導体とコプレナ線路の信号線路導体とを層間接続する場合がある。このような伝送線路において、マイクロストリップ線路の信号線路導体及びコプレナ線路の信号線路導体は、それぞれの開放端同士がスルーホールを介して接続されることが多い。

具体的には、この種の伝送線路は、図９に分解斜視図を示すように、上面にマイクロストリップ線路の信号線路導体１０１が形成された誘電体１０２の下面全面をグランド導体１０４とし、当該グランド導体１０４の一部領域を、コプレナ線路の信号線路導体１０５として形成することにより、マイクロストリップ線路のグランド導体とコプレナ線路のグランド導体とを共用する構成とされる。そして、図１０に示すように、誘電体１０２を介して、マイクロストリップ線路の信号線路導体１０１の開放端からコプレナ線路の信号線路導体１０５の開放端まで、所定の導体が内部に施されたスルーホール１０６を穿設し、当該スルーホール１０６を介して信号線路導体１０１，１０５を導通可能に接続することにより、図１１に斜視図、並びに図１２に平面図及び側面図を示すように、多層構造からなる一連の伝送線路とすることができる。このような伝送線路においては、信号線路導体１０１からスルーホール１０６を介して信号線路導体１０５へと（又はその逆ルートで）信号が伝送される。

なお、導体幅が異なるマイクロストリップ線路とコプレナ線路とを接続しているのは、それぞれの信号線路導体１０１，１０５に接続されるモジュールの端子ピッチ等の要請によるものである。例えば、マイクロストリップ線路の信号線路導体の導体幅は、コプレナ線路の信号線路導体の導体幅の５倍程度とされる。

しかしながら、このような伝送線路においては、径が小さいスルーホール１０６が穿設された信号線路導体１０１，１０５の開放端において、電流がスルーホール１０６に効率よく流れ込まず、電流の反射が生じることから、反射損失が増大するという問題がある。このような問題は、マイクロストリップ線路同士を層間接続する際にも生ずる。

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、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。

特開平７−１２２９０１号公報

しかしながら、前記特許文献１記載の技術は、第１の伝送線路と第２の伝送線路とをスルーホールを介して層間接続した多層構造を有する伝送線路に適用するようなものではなく、また反射損失に対する考え方も大きく異なっている。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、複数の伝送線路を層間接続する際の反射損失を著しく改善することができる伝送線路を提供することを目的とする。

上述した目的を達成する本発明にかかる伝送線路は、第１の伝送線路と第２の伝送線路とをスルーホールを介して層間接続した多層構造を有する伝送線路であって、前記第１の伝送線路を構成する第１の信号線路導体と、前記第１の信号線路導体と前記スルーホールを介して接続され、前記第２の伝送線路を構成する第２の信号線路導体とを備え、前記第１の信号線路導体及び前記第２の信号線路導体のうち少なくとも一方の信号線路導体の開放端の形状が、導体幅が漸減する領域を有する形状に形成されていることを特徴とする。

本発明にかかる伝送線路においては、第１の信号線路導体及び第２の信号線路導体のうち少なくとも一方の信号線路導体の開放端の形状を、導体幅が漸減する領域を有する形状としているので、電流をスルーホールに集中させて効率よく流すことができ、当該開放端付近に生じる電流の不連続が小さく抑えられる。

特に、前記第１の信号線路導体及び前記第２の信号線路導体のうち、少なくとも導体幅が広い信号線路導体における開放端の形状を、導体幅が漸減する領域を有する形状に形成することで、径が小さいスルーホールに効率よく電流を流れ込ませることができ、前記不連続の抑制効果が大きい。

具体的には、前記第１の信号線路導体及び前記第２の信号線路導体のうち少なくとも一方の信号線路導体は、前記スルーホールが穿設された開放端の形状として、所定の曲率半径からなる円弧状に形成する。

このとき、前記スルーホールが穿設された開放端は、当該開放端を形成する円弧の中心点が、当該スルーホールが穿設されている位置よりも非先端側になるように形成されているのが望ましい。より具体的には、前記スルーホールが穿設された開放端は、当該スルーホールよりも先端側にある導体部分が、当該スルーホールの半径程度の長さとなるように形成されているのが望ましい。このように、本発明にかかる伝送線路においては、スルーホールよりも先端側にある導体部分が占める領域を小さくすることにより、電流の反射が確実に軽減される。

あるいは、第１の信号線路導体及び第２の信号線路導体のうち少なくとも一方の信号線路導体は、前記スルーホールが穿設された開放端の形状として、所定の角度で面取りした形状に形成する。この場合にも、円弧状とした場合と同様、開放端における反射が軽減される。

なお、前記第１の伝送線路としては、マイクロストリップ線路を適用することができ、前記第２の伝送線路としては、コプレナ線路又はマイクロストリップ線路を適用することができる。

本発明にかかる伝送線路によれば、第１の信号線路導体及び／又は第２の信号線路導体の開放端付近に生じる電流の不連続を小さくすることができることから、複数の伝送線路を層間接続する際の反射損失を著しく改善することができる。

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。

この実施の形態は、いわゆるマイクロストリップ線路とコプレナ線路といった２つの平面構造の伝送線路を、スルーホールを介して層間接続した多層構造からなる一連の伝送線路である。特に、この伝送線路は、電流をスルーホールに集中させて効率よく流すことができるように、信号線路導体を形成したものである。

なお、以下では、主として、マイクロストリップ線路とコプレナ線路とを、スルーホールを介して層間接続した伝送線路について説明するものとする。

伝送線路は、図１に分解斜視図を示すように、誘電体１１と、この誘電体１１の上面に形成された第１の信号線路導体１２と、誘電体１１の下面に形成されたグランド導体１３と、このグランド導体１３と同一平面内の一部領域に形成された第２の信号線路導体１４とから構成される。この伝送線路においては、誘電体１１、第１の信号線路導体１２、及びグランド導体１３によってマイクロストリップ線路が構成され、グランド導体１３、及び第２の信号線路導体１４によってコプレナ線路が構成される。

そして、この伝送線路においては、誘電体１１を介して、図２に示すように、第１の信号線路導体１２の開放端から第２の信号線路導体１４の開放端まで、所定の導体が内部に施されたスルーホール１６が穿設され、図３に斜視図、並びに図４に平面図及び側面図を示すように、誘電体１１、第１の信号線路導体１２、グランド導体１３及び第２の信号線路導体１４が積層された多層構造として提供される。

このような伝送線路においては、スルーホール１６を介して第１の信号線路導体１２と第２の信号線路導体１４とが導通可能に接続され、第１の信号線路導体１２からスルーホール１６を介して第２の信号線路導体１４へと（又はその逆ルートで）信号が伝送される。

ここで、第１の信号線路導体１２は、スルーホール１６が穿設された開放端の形状が、従来のように導体幅が一様な形状ではなく、導体幅が漸減する領域を有する形状とされる。より具体的には、第１の信号線路導体１２は、スルーホール１６が穿設された開放端の形状が、所定の曲率半径からなる円弧状に形成される。このとき、第１の信号線路導体１２における開放端の形状は、図５に示すように、スルーホール１６よりも先端側にある導体部分の領域が、当該スルーホール１６の半径程度の長さとなるような曲率半径の円弧状とするのが望ましい。換言すれば、第１の信号線路導体１２における開放端の形状は、当該開放端を形成する円弧の中心点が、スルーホール１６が穿設されている位置よりも非先端側になるように形成するのが望ましい。これは、スルーホール１６よりも先端側にある導体部分が占める領域が大きい場合には、電流の反射が生じやすくなることによるものである。

一方、第２の信号線路導体１４についても、第１の信号線路導体１２と同様に、スルーホール１６が穿設された開放端の形状が、導体幅が漸減する領域を有する形状、具体的には、円弧状に形成される。このときも、第２の信号線路導体１４における開放端の形状は、電流の反射を防止する観点から、スルーホール１６よりも先端部分の領域が、当該スルーホール１６の半径程度の長さとなるような曲率半径の円弧状とするのが望ましい。

なお、伝送線路においては、誘電体１１、第１の信号線路導体１２、及びグランド導体１３によって構成されるマイクロストリップ線路の特性インピーダンスと、グランド導体１３、及び第２の信号線路導体１４によって構成されるコプレナ線路の特性インピーダンスとが、同じ値となるように、第１の信号線路導体１２及び第２の信号線路導体１４の導体幅や導体厚が選択されることはいうまでもない。

伝送線路においては、このように第１の信号線路導体１２及び第２の信号線路導体１４を形成することにより、電流をスルーホール１６に集中させて効率よく流すことができ、開放端付近に生じる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。

実際に、本件出願人は、新たに提案する伝送線路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。

この結果を図６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、比較のために行った信号線路導体の導体幅が一様な形状とされる従来の伝送線路における結果であり、曲線Ｃ₁は、新たに提案する伝送線路における結果である。

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明らかであり、本発明の有意性が確認された。

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、マイクロストリップ線路とコプレナ線路とを、スルーホール１６を介して層間接続する際に、第１の信号線路導体１２及び第２の信号線路導体１４における開放端の形状を、導体幅が漸減する領域を有する形状とすることにより、電流をスルーホール１６に集中させて効率よく流すことができ、電流の不連続を解消して反射損失を著しく改善することができる。

特に、この伝送線路は、１ＧＨｚ程度のマイクロ波よりも高い周波数の信号を伝送する場合には有効であり、例えば携帯電話機の他、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ができる。

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い。例えば、上述した実施の形態では、第１の信号線路導体１２及び第２の信号線路導体１４の両方における開放端の形状を、導体幅が漸減する領域を有する形状とするものとして説明したが、本発明は、少なくとも一方の信号線路導体について、導体幅が漸減する領域を有する形状とした場合であっても、反射損失を軽減することができる。これは、本件出願人が行ったシミュレーションによって確認されている。このとき、伝送線路においては、径が小さいスルーホール１６に効率よく電流を流れ込ませる観点から、第１の信号線路導体１２及び第２の信号線路導体１４のうち、導体幅が広い第１の信号線路導体１２について、導体幅が漸減する領域を有する形状とするのが望ましい。

また、上述した実施の形態では、第１の信号線路導体１２及び／又は第２の信号線路導体１４における開放端の形状を、所定の曲率半径からなる円弧状に形成するものとして説明したが、本発明は、例えば図７に示すように、第１の信号線路導体１２及び／又は第２の信号線路導体１４における開放端の形状を、所定の角度で面取りした形状に形成するようにしてもよく、特に図示しないが、先端に向けて楕円状等の任意の曲線状に形成するようにしてもよい。いずれにせよ、本発明は、第１の信号線路導体１２及び第２の信号線路導体１４における開放端の形状を、導体幅が漸減する領域を有する形状とするものであれば、いかなるものであっても適用することができ、より望ましくは、所定の曲率半径からなる円弧状に形成するものがよい。

さらに、上述した実施の形態では、マイクロストリップ線路とコプレナ線路とを層間接続するものとして説明したが、本発明は、これら伝送線路の組み合わせの種別に拘泥するものではない。

例えば、２つのマイクロストリップ線路を層間接続する例について、図８に示す。すなわち、この伝送線路は、同図に分解斜視図を示すように、第１の誘電体１１と、この第１の誘電体１１の上面に形成された第１の信号線路導体１２と、誘電体１１の下面に形成されたグランド導体１３と、グランド導体１３を上面に形成した第２の誘電体１５と、この第２の誘電体１５の下面に形成された第２の信号線路導体１７とから構成される。この伝送線路においては、第１の誘電体１１、第１の信号線路導体１２、及びグランド導体１３によって第１のマイクロストリップ線路が構成され、グランド導体１３、第２の誘電体１５、及び第２の信号線路導体１７によって第２のマイクロストリップ線路が構成される。

さらに、この伝送線路においては、第１の誘電体１１、グランド導体１３、及び第２の誘電体１５を介して、第１の信号線路導体１２の開放端から第２の信号線路導体１７の開放端まで、所定の導体が内部に施されたスルーホール１６が穿設される。このとき、グランド導体１３には、スルーホール１６と当該グランド導体１３とが接触するのを防止するための開口部１３ａが穿設される。

そして、第１の信号線路導体１２及び／又は第２の信号線路導体１７は、スルーホール１６が穿設された開放端の形状が、導体幅が漸減する領域を有する形状に形成される。

このような伝送線路においては、スルーホール１６を介して第１の信号線路導体１２と第２の信号線路導体１７とが導通可能に接続され、第１の信号線路導体１２からスルーホール１６を介して第２の信号線路導体１７へと信号が伝送される際に、電流をスルーホール１６に集中させて効率よく流すことができ、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。

このように、本発明は、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。

本発明の実施の形態として示す伝送線路の構造を示す分解斜視図であって、マイクロストリップ線路とコプレナ線路とを層間接続した伝送線路の構造を示す図である。本発明の実施の形態として示す伝送線路における信号線路導体とスルーホールとの構造を示す斜視図である。本発明の実施の形態として示す伝送線路の構造を示す斜視図である。本発明の実施の形態として示す伝送線路の構造を示す平面図及び側面図である。信号線路導体における開放端の形状を説明するための要部拡大平面図である。シミュレーション結果として求めた信号線路導体を介して伝送した高周波信号の周波数に対する反射係数の関係を示す図である。本発明の実施の形態として示す伝送線路における第１の信号線路導体と第２の信号線路導体とがスルーホールを介して接続されている様子を説明するための斜視図であって、信号線路導体における開放端の形状が、面取りされた形状とされる様子を説明するための図である。本発明の他の実施の形態として示す伝送線路の構造を示す分解斜視図であって、２つのマイクロストリップ線路を層間接続した伝送線路の構造を示す図である。従来の伝送線路の構造を示す分解斜視図である。従来の伝送線路における信号線路導体とスルーホールとの構造を示す斜視図である。従来の伝送線路の構造を示す斜視図である。従来の伝送線路の構造を示す平面図及び側面図である。

符号の説明

１１誘電体
１２第１の信号線路導体
１３グランド導体
１３ａ開口部
１４，１７第２の信号線路導体
１６スルーホール

Claims

第１の伝送線路と第２の伝送線路とをスルーホールを介して層間接続した多層構造を有する伝送線路であって、
前記第１の伝送線路を構成する第１の信号線路導体と、
前記第１の信号線路導体と前記スルーホールを介して接続され、前記第２の伝送線路を構成する第２の信号線路導体とを備え、
前記第１の信号線路導体及び前記第２の信号線路導体のうち少なくとも一方の信号線路導体の開放端の形状が、導体幅が漸減する領域を有する形状に形成されていることを特徴とする伝送線路。
前記第１の信号線路導体及び前記第２の信号線路導体のうち、少なくとも導体幅が広い信号線路導体における開放端の形状が、導体幅が漸減する領域を有する形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の伝送線路。
前記導体幅が漸減する領域を有する形状が、所定の曲率半径からなる円弧状であることを特徴とする請求項１記載の伝送線路。
前記円弧状とされた開放端は、当該開放端を形成する円弧の中心位置が、スルーホールが穿設されている位置よりも非先端側になるように形成されていることを特徴とする請求項３記載の伝送線路。
前記開放端は、スルーホールよりも先端側にある導体部分の長さが、当該スルーホールの半径と略々同じ長さとなるように形成されていることを特徴とする請求項４記載の伝送線路。
前記導体幅が漸減する領域を有する形状が、所定の角度で面取りした形状であることを特徴とする請求項１記載の伝送線路。
前記第１の伝送線路は、マイクロストリップ線路であり、前記第２の伝送線路は、コプレナ線路又はマイクロストリップ線路であることを特徴とする請求項１記載の伝送線路。