JP2006020249A - 高周波回路素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 部品の小型化による回路素子の集積化と小型軽量機器の製作を可能にすると共に、省電力及び電磁波ノイズの低減を可能にする高周波回路素子を提供する。
【解決手段】 高周波回路素子は、誘電体基板１の表面にストリップ導体３を形成し、裏面にグランド導体２を形成し、前記ストリップ導体３を直線状で等幅（ｗ）に形成し、そのストリップ導体の一部を除去して回路を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロ波から準ミリ波の周波数の電波を使用して無線通信する機器に用いられる回路素子であって、誘電体基板の表面に、ストリップ導体を形成し、裏面にグランド導体を形成して構成する高周波回路素子に関する。

無線通信用の高周波回路素子は、各種のものが実用化されており、テレビ放送、携帯電話など広く使用されている。この高周波回路素子にはバンドストップフィルタ、バンドパスフィルタ、共振回路等がある。
例えば、共振回路として、特開平８−２４２１０７号公報があり、この公報に開示の発明は、図８に示すように、ストリップ導体のパターンが、所定幅の直線１４ａと４角状のループ１４ｂで構成してあり、その４角状のループの長さは、Ｌ＝１２．３ｍｍ、ｗ＝１，１５ｍｍである。

特開平８−２４２１０７号公報

前記構成の共振開路は、所定の幅の直線１４ａに対し、４角状のループ１４ｂが並列で構成してあり、全体の幅が広いため小さな回路素子が望まれている。
そこで、本発明は、部品の小型化による小型軽量機器の製作を可能にすると共に、省電力及び電磁波ノイズの低減を可能にする、ストリップ導体の幅に収まる高周波回路素子を提供する。

請求項１の高周波回路素子は、誘電体基板の表面にストリップ導体を形成し、裏面にグランド導体を形成し、前記ストリップ導体を直線状で等幅（ｗ）に形成し、そのストリップ導体の一部を除去して回路を形成する。
請求項２の高周波回路素子は、請求項１のストリップ導体に、渦巻状の絶縁溝を形成してバンドストップ回路として使用する。
請求項３の高周波回路素子は、請求項２の渦巻状の絶縁溝の長さ、又は、渦巻の数を変更することによって、バンドストップの周波数を変更することができる。

請求項４の高周波回路素子は、請求項１のストリップ導体に、
（ａ）誘電体基板の端部である入力部１ａから出力部１ｂ側にずれた位置で、上縁部から垂直下方向に下縁部に到らないまで切削して形成の絶縁溝３０ａと、この絶縁溝３０ａと点対称に絶縁溝３０ｂを形成し、
（ｂ）前記絶縁溝３０ａと絶縁溝３０ｂの間で、上縁から中心側において絶縁溝３１ａ、３１ｂを形成し、
（ｃ）前記絶縁溝３１ａ、３１ｂの中心側で、前記絶縁溝３０ａ、３０ｂから、絶縁溝３１ａ、３１ｂに平行に絶縁溝３２ａ、３３、３２ｂを形成すると共に前記絶縁溝３２ａと絶縁溝３３を連結する垂直状の絶縁溝３４ａと前記絶縁溝３２ｂと絶縁溝３３を連結する垂直状の絶縁溝３４ｂで構成の折り返しの絶縁溝を備えることによって、バンドパスフィルタに使用することができる。

請求項５の高周波回路素子は、請求項４の折り返しの絶縁溝の数を変更することによってバンドパスフィルタの周波数変更が可能である。
請求項６の高周波回路素子は、誘電体基板の表面にストリップ導体を形成し、裏面にグランド導体を形成し、前記ストリップ導体を直線状で等幅（ｗ）に形成し、そのストリップ導体の一部を除去して回路を形成し、誘電体基板の入力部１ａと出力部１ｂに差込み孔４２ａ、４２ｂを形成し、回路を形成の本体４５の両端部に突部４３ａ、４３ｂを形成し、前記差込み孔４２ａ、４２ｂと突部４３ａ、４３ｂを非導通状態で配置して共振回路に使用する。

請求項７の高周波回路素子は、請求項６の本体に形成のストリップ導体を、所定の間隔で、交互に、縁部から垂直状に絶縁溝を形成して構成する。
請求項８の高周波回路素子は、請求項７の本体の長さと、それに対応して回路を構成する絶縁溝の数を増加させることによって共振周波数の変更を可能にする。

本願の高周波回路素子は、所定幅のストリップ導体内に回路を作成することにより、小型化ができるために小型軽量機器の製作を可能にすると共に、省電力及び電磁波ノイズの低減を可能にする。

本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１（Ａ）は加工前のストリップ導体、（Ｂ）は回路を形成のストリップ導体を示す図であり、長さ（Ｌ）、幅（Ｗ）、厚み（ｔ）の誘電体基板１の表面には、所定幅（ｗ）で直線状のストリップ導体３が形成してあり、裏面の全面にはグランド導体２が形成してある。
このストリップ導体３の幅（ｗ）は、誘電体基板１の材質、厚み、ストリップ導体３を形成する導体膜の材質と厚み、及び、目的の周波数によって一義的に決る。

そこで、誘電体基板１と導体膜の材質等を選定し、誘電体基板１の表裏のインピーダンスが使用する周波数で５０Ωになるように、ストリップ導体３の幅（ｗ）を設計する。
次に、前記誘電体基板１の表面に、前記ストリップ導体３の幅（ｗ）で、長さＬの導体膜を作成すると共に、誘電体基板１の裏面に導体膜を形成してグランド導体を作成する。
そして、前記ストリップ導体３の幅（ｗ）内に、高周波回路を作成するが、ストリップ導体３の幅（ｗ）の両端を除く中間部において、導体膜を除去する絶縁溝を作成して回路５を作成する。
或は、ストリップ導体３の幅（ｗ）内に高周波回路を作成するに当って、金属蒸着法等によって作成する。
尚、高周波回路の作成方法の１つとして、従来、ストリップ導体３の幅（ｗ）よりはみ出していた部分に対しては、ストリップ導体３の幅（ｗ）内に収まる等価回路で構成する。

次に、図２（Ａ）はバンドストップフィルタの斜視図、（Ｂ）は平面図であり、ストリップ導体３の幅（ｗ）を誘電体基板の幅（Ｗ）と同じで構成する。
バンドストップフィルタは、長さ（Ｌ）が１６ｍｍ、幅（Ｗ）が２．２ｍｍ、厚みが０．８ｍｍのＰＴＦＥ等の合成樹脂製で四角状の誘電体基板（比誘電率２．２）１の表面に、１８μｍの導体膜（銅膜等）を貼着して、直線状、同じ幅のストリップ導体３を形成し、後記で詳述するように、前記導体膜を絶縁状態となるように絶縁溝を形成して回路を作ると共に、裏面の全面に貼着の１８μｍの導体膜（銅膜等）でグランド導体を形成する。
尚、前記誘電体基板の材料には、セラミック、半導体、高分子樹脂等であり、前記導体膜には金、銀等の導電性を有する材料である。

また、前記誘電体基板１の左端部は入力部１ａであり、右端部が出力部１ｂである。
この誘電体基板１の表面には、導体膜を貼着しストリップ導体（幅ｗ＝Ｗ））３を製作し、その導体膜の一部を除去して回路を構成するものであり、バンドストップ回路として、入力部１ａと出力部１ｂの間において、貼着してある１８μｍの銅膜に、直線で四角状の２回巻きの渦巻状に絶縁溝を形成する。

具体的には、出力部１ａから入力側の位置において、銅膜を幅ｄ１（０．０７ｍｍ）で、図２に示す下縁部から上縁部方向に、長さｗ１（１．８ｍｍ）まで切削して絶縁溝１０ａを作成する。次に、前記絶縁溝１０ａの端部と連続して、直角に、即ち、入力部１ａ側に向けて長さｗ２（１０．２ｍｍ）、幅ｄ２（０．３ｍｍ）で銅膜を切削して絶縁溝１０ｂを作成する。次に、前記絶縁溝１０ｂの端部と連続して、垂直方向に、即ち、下縁部に向けて長さｗ３（１．５）、幅ｄ３（０．１ｍｍ）で銅膜を切削して絶縁溝１０ｃを作成する。

次に、前記絶縁溝１０ｃの端部と連続して、出力部１ｂ側に向けて、長さｗ４（１０ｍｍ）、幅ｄ４（０．１ｍｍ）で銅膜を切削して絶縁溝１０ｄを作成する。次に、前記絶縁溝１０ｄの端部と連続して、上縁部に向けて、長さｗ５（０．９ｍｍ）、幅ｄ５（０．１ｍｍ）で銅膜を切削して絶縁溝１０ｅを作成する。次に、前記絶縁溝１０ｅの端部と連続して、入力部１ａ側に向けて長さｗ６（９．６ｍｍ）、幅ｄ６（０．１ｍｍ）で銅膜を切削して絶縁溝１０ｆを作成する。次に、前記絶縁溝１０ｆの端部と連続して、垂直方向に、即ち、下縁部に向けて長さｗ７（０．４２ｍｍ）、幅ｄ７（０．１ｍｍ）で銅膜を切削して切削して絶縁溝１０ｇを作成する。次に、前記絶縁溝１０ｇの端部と連続して、出力部１ｂ側に向けて、長さｗ８（９ｍｍ）、幅ｄ８（０．１ｍｍ）で銅膜を切削して切削して絶縁溝１０ｈを作成する。
以上のように、絶縁溝を形成することによって、反時計方向回りの渦巻状のストリップ導体が作成されて、バンドストップフィルタを形成する。尚、渦巻は、絶縁溝（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）で形成されると共に、絶縁溝（１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ）で形成されている。

次に、前記構成のバンドストップフィルタ（回路素子）のＳパラメータをネットワークアナライザを用いて、反射特性と透過特性を測定した結果を、図３に示す。
この図３から、このバンドストップフィルタは複数の周波数でバンドストップ機能（特定の周波数の信号を通さない）を有し、最初のストップ周波数の中心周波数は１．８ＧＨであり、次の周波数は４．７ＧＨ等である。
尚、これらのバンドストップの中心周波数を変更するには、誘電体基板１の長さＬを変更するに伴って、絶縁溝の長さも対応させて変更すればよく、簡便に対処できるし、渦巻の数を変更することによっても可能であり、これらの組合せでもって対処できる。
又、この回路素子は、ストリップ導体の幅Ｗ（２．２ｍｍ）で製作できるので、線幅２．２ｍｍのストリップ伝送線に、直接、使用できるので、部品の小型化による小型軽量機器の製作を可能にすると共に、省電力及び電磁波ノイズの低減を可能にする。

次に、バンドパスフィルタに用いる回路素子について、平面を示す図４を参照して説明する。尚、このバンドパスフィルタは、前記バンドパスストップ（図２、図３）とは、ストリップ導体に形成の回路パターンが異なるだけであるので、同じ箇所の説明を略す。
誘電体基板１に、バンドパスフィルタ（ストリップ導体３１）を作成する方法について説明すると、このストリップ導体３１は点対称であり、絶縁溝によって作成される。尚、このストリップ導体３１の形成により、入力部１ａと出力部１ｂは、非導通状態である。

絶縁溝３０ａは、誘電体基板１に貼着の銅膜を、左端部の入力部１ａから出力部１ｂ側にずれた位置で、先ず、上縁部から垂直下方向に下縁部に到らないまでの長さｗ１（１．８ｍｍ）、幅ｄ１（０．３ｍｍ）で切削して形成する。
同様に、絶縁溝３０ｂは、絶縁溝３０ａと点対称な位置で、絶縁溝３０ａから１０．２ｍｍ離れた位置に形成する。
次に、絶縁溝３１ａ、３１ｂは、前記絶縁溝３０ａと絶縁溝３０ａの間で、縁部から０．２６ｍｍ中心側において、長さｗ２（１．８ｍｍ）、幅ｄ２（０．３ｍｍ）で、絶縁溝３０ａに平行に絶縁溝を形成する。
絶縁溝３２ａ、３２ｂは、前記絶縁溝３０ａ、３０ｂから、長さｗ３（９．４ｍｍ）、幅ｄ３（０．３ｍｍ）で、前記絶縁溝３１ａ、３１ｂから中心側に０．４ｍｍずれて、絶縁溝３１ａ、３１ｂと平行に形成すると共に、これらの端部から縁部に向けて垂直に、長さｗ４（０．４６ｍｍ）、幅ｄ４（０．３ｍｍ）で絶縁溝３４ａ、３４ｂを形成し、これらの端部を連結する形状に切削して、絶縁溝３３を形成する。

尚、前記形成の「折り返し絶縁溝」は、絶縁溝３１ａ、３１ｂの中心側で、前記絶縁溝３０ａ、３０ｂから、絶縁溝３１ａ、３１ｂに平行に形成の絶縁溝３２ａ、３３、３２ｂと、前記絶縁溝３２ａと絶縁溝３３を連結する垂直状の絶縁溝３４ａと前記絶縁溝３２ｂと絶縁溝３３を連結する垂直状の絶縁溝３４ｄで構成される。

次に、前記構成のバンドパスフィルタ（回路素子）のＳパラメータをネットワークアナライザを用いて、反射特性と透過特性を測定した結果を図５に示す。
この図５から、このバンドパスフィルタは５．８ＧＨｚの周波数の信号のみを通過させる。
尚、これらのバンドパス波数を変更するには、前記「折り返し絶縁溝」を形成する絶縁溝３２ａ、絶縁溝３２ｂ、絶縁溝３３の長さと、折り返し回数（図４は折り返し数が２）を変更することによって、容易に対処できる。

次に、共振回路素子について、平面を示す図６を参照して説明する。尚、このバンドパスフィルタは、前記バンドパスストップ（図２、図３）とは、ストリップ導体のパターンと形状が異なるだけであるので、同じ箇所の説明を略す。
表面と裏面に銅膜を貼着の誘電体基板１に、共振回路（ストリップ導体４１）を作成する方法について説明するが、先ず、入力部１ａと出力部１ｂに、コ字状の差込み孔４２ａ、４２ｂを形成し、その残りを本体４５とする。尚、本体４５の両端部には、前記差込み孔４２ａ、４２ｂと僅かな隙間を形成して非導通状態で配置する突部４３ａ、４３ｂが形成してある。

このように、この共振回路に入力部１ａと出力部１ｂに差込み孔４２ａ、４２ｂを形成し、本体４５に突部４３ａ、４３ｂを形成し、各々を非導通状態に配置することに特徴がある。
尚、前記コ字状の差込み孔４２ａの上片部４７ａは、入力部１ａの端部からの長さＬ１（５．６ｍｍ）、下片部４６ａはＬ２（５ｍｍ）である。又、同様に、コ字状の差込み孔４２ｂの上片部４７ｂは出力部１ｂの端部からの長さＬ１（５．６ｍｍ）、下片部４６ｂはＬ２（５ｍｍ）である。上片部４７ａ、４７ｂと下片部４６ａ、４６ｂの長さを異にして製作してあるが、同じ長さで製作してもよい。

前記本体４５は誘電体基板１と同様に、表面と裏面に導体膜（銅膜等）を貼着してあり、幅ｗは同じである。
そして、本体４５には、先ず、左端部からの長さＬ３（３ｍｍ）の位置に、下向き垂直で、長さｗ１（１．６ｍｍ）、幅ｄ１（０．１ｍｍ）の絶縁溝４８ａが形成してある。又、その絶縁溝４８ａから、出力部１ｂ側に、長さ０．６ｍｍ離れて、下側縁部から１．６ｍｍの絶縁溝４８ｂが形成してある。
以下、絶縁溝４８ｃ、４８ｄ…は、０．６ｍｍ離隔した位置で、上縁部からと下縁部からの１．６ｍｍの長さで、交互に形成してあり、本実施例では１５本が形成してある。

次に、前記構成の共振回路素子のＳパラメータをネットワークアナライザを用いて、反射特性と透過特性を測定した結果を図７に示す。
この図７から、この共振周波数は、複数の周波数で共振し、最初の共振周波数は５．０ＧＨｚで、次の共振周波数は９．７ＧＨｚである。
尚、これらの共振波数を変更するには、本体４５の長さを変更すると共に、絶縁溝４８ｃ、４８ｄ…の数を増減することによって、容易に対処できる。

以上のように、本発明の回路素子は、誘電体基板の表面に形成のストリップ導体と裏面の全体に貼着の導体膜（グランド導体）の間のインピーダンスを５０Ωにし、バンドストップ、バンドパス、共振回路に対応するパターンで、表面の導通膜を切削してストリップ導体を形成することによって、同じ幅の直線状（長方形状）の幅狭な素子を製作できると共に、ストリップ導体のパターンを変更することによって種々の周波数に対処できる。又、ストリップ導体の絶縁溝による回路パターンを変更することによって、上述以外の回路素子、例えば、カプラ、パワーデバイス、マイクロ波能動回路及びこれらの複合回路を製作できる。
尚、誘電体基板の材料等は、前記記載に限定されないし、銅膜に替えて他の導通膜を使用してもよいし、ストリップ導体のパターンも前記実施例の他に僅かな絶縁溝の幅を変更する等、前記実施例に限定されないことはいうまでもない。

（Ａ）は加工前のストリップ導体、（Ｂ）は回路を形成のストリップ導体を示す図である。 （Ａ）はバンドストップフィルタの斜視図、（Ｂ）は平面図である。 バンドストップフィルタの特性値を示す図である。 バンドパスフィルタの平面図である。 バンドパスフィルタの特性値を示す図である。 共振回路の平面図である。 共振回路の特性値を示す図である。 従来例の共振回路の高周波回路素子を示す図である。

符号の説明

１ 誘電体基板
１ａ 入力部
１ｂ 出力部
２ グランド導体
３ ストリップ導体
１０ａ〜１０ｈ 絶縁溝
３１ ストリップ導体
３０ａ〜３２ａ、３０ｂ〜３２ｂ、３３ 絶縁溝
４２ａ、４２ｂ 差込み孔
４３ａ、４３ｂ 突部
４５ 本体

Claims (8)

1. 誘電体基板の表面に表導体膜を形成し、裏面に裏導体膜を形成してなる高周波回路素子であって、
   前記表導体膜を直線状で等幅に形成し、その表導体膜の一部を除去して回路を形成することを特徴とする高周波回路素子。
2. 請求項１の表導体膜に、渦巻状の絶縁溝を形成してバンドストップ回路として使用する請求項１の高周波回路素子。
3. 請求項２の渦巻状の絶縁溝の長さ、又は、渦巻の数を変更することによってバンドストップ周波数を変更する請求項２の高周波回路素子。
4. 請求項１の表導体膜に、
   （ａ）誘電体基板の端部である入力部１ａから出力部１ｂ側にずれた位置で、上縁部から垂直下方向に下縁部に到らないまで切削して形成の絶縁溝３０ａと、この絶縁溝３０ａと点対称に絶縁溝３０ｂを形成し、
   （ｂ）前記絶縁溝３０ａと絶縁溝３０ｂの間で、上縁から中心側において絶縁溝３１ａ、３１ｂを形成し、
   （ｃ）前記絶縁溝３１ａ、３１ｂの中心側で、前記絶縁溝３０ａ、３０ｂから、絶縁溝３１ａ、３１ｂに平行に絶縁溝３２ａ、３３、３２ｂを形成すると共に前記絶縁溝３２ａと絶縁溝３３を連結する垂直状の絶縁溝３４ａと前記絶縁溝３２ｂと絶縁溝３３を連結する垂直状の絶縁溝３４ｂで構成の折り返しの絶縁溝を備えるバンドパスフィルタに使用する高周波回路素子。
5. 請求項４の折り返しの絶縁溝の数を変更することによってバンドパスフィルタの周波数変更が可能である請求項４の高周波回路素子。
6. 請求項１の表導体膜に回路を形成し、誘電体基板の入力部１ａと出力部１ｂに差込み孔４２ａ、４２ｂを形成し、回路を形成の本体４５の両端部に突部４３ａ、４３ｂを形成し、
   前記差込み孔４２ａ、４２ｂと突部４３ａ、４３ｂを非導通状態で配置して共振回路に使用することに特徴とする高周波回路素子。
7. 本体に形成のストリップ導体は、所定の間隔で、交互に、縁部から垂直状に絶縁溝を形成して構成することを特徴とする請求項６の高周波回路素子。
8. 本体の長さと、それに対応して回路を構成する絶縁溝の数を増加させることによって共振周波数の変更を可能とする請求項６又は請求項７の高周波回路素子。
   
   

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