JP2006140933A - 伝送線路層間接続器 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造工程が単純であり、安価、かつ薄型の伝送線路層間接続器を提供する。
【解決手段】 伝送線路層間接続器１００は、導体層３Ｂ、誘電体層１Ｃ、地導体層２Ｂ、誘電体層１Ｂ、地導体層２Ａ、誘電体層１Ａ、導体層３Ａがこの順に下から積層されて構成されている。導体層３Ａ，３Ｂには、それぞれ給電線路４Ａ，４Ｂが形成されている。給電線路４Ａ，４Ｂの接続終端部には、それぞれパッチパターン５Ａ，５Ｂが形成されている。地導体層２Ａ，２Ｂには、パッチパターン５Ａ，５Ｂに対応して、それぞれスロット６Ａ，６Ｂが形成されている。地導体層２Ａ，２Ｂのスロット６Ａ，６Ｂ内に、それぞれ、パッチパターン５Ａ，５Ｂへ電力を伝送する際の中継アンテナとして作用する無給電パッチパターン７Ａ，７Ｂを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ミリ波帯の送受信に用いられる伝送線路層間接続器に関し、特に、製造工程が単純であり、安価、かつ薄型の伝送線路層間接続器に関する。

多層配線基板内の誘電体導波線路をミリ波用の伝送線路として用いるためには、層間を電気的に接続する必要がある。かかる電気的な接続を実現する代表的な方法としては、電磁界結合を利用した、いわゆるスロット結合と呼ばれる方法（例えば、特許文献１参照）や、上下のトリプレート線路間を線路終端に形成したパッチ同士で接続させる方法（例えば、特許文献１参照）がある。

特許文献１においては、その図１を参照するに、第１のマイクロストリップ線路Ａと、スロット孔４を有するグランド層３と、第２のマイクロストリップ線路Ｂと、誘電体１Ａ，１Ｂとを具備し、線路Ａの端部５Ａと、線路Ｂの端部５Ｂとをスロット孔４を介して対峙させることにより、線路Ａと線路Ｂとを電磁結合させている。

また、特許文献２においては、その図１を参照するに、第１の地導体１／第１の誘電体４ａ／第１の給電基板６／第２の誘電体４ｂ／第２の地導体２からなる第１のトリプレート線路と、第２の地導体２／第３の誘電体７ａ／第２の給電基板９／第４の誘電体７ｂ／第３の地導体３からなる第２のトリプレート線路とを電気的に接続する接続器が示されており、特に、それぞれの給電線路の接続終端部にパッチパターンを形成し、それらのパッチパターンを、使用する周波数で相互に電磁結合させるというものである。
特開平１０−１６３７１３号公報 特開平１１−２６１３０８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法においては、ミリ波帯伝送の場合にあっては、スロット孔のサイズが小さく、かつ、位置精度も厳しいため、特性のばらつきが大きくなるという課題がある。また、精度の高い加工方法や製造方法を用いると、コストが高くなるという課題がある。

また、特許文献２に記載された方法においては、上下のパッチ間を中空構造にする必要があり、製造工程が複雑でコストが高く、また、板厚も厚くなるという課題がある。

本発明は上記課題を鑑みて為されたものであり、本発明の目的は、製造工程が単純であり、安価、かつ薄型の伝送線路層間接続器を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の伝送線路層間接続器は、第１の給電線路とその第１の給電線路の接続終端部に形成された第１のパッチパターンとが形成された第１の導体層と、前記第１のパッチパターンの位置と対応する位置に、前記第１のパッチパターンよりも大きい第１のスロットが形成された第１の地導体層と、第１の誘電体層と、を積層することにより構成された第１の伝送線路と、第２の給電線路とその第２の給電線路の接続終端部に形成された第２のパッチパターンとが形成された第２の導体層と、前記第２のパッチパターンの位置と対応する位置に、前記第２のパッチパターンよりも大きい第２のスロットが形成された第２の地導体層と、第２の誘電体層と、を積層することにより構成された第２の伝送線路と、を備え、前記第１のパッチパターン、前記第１のスロット、前記第２のスロット、及び前記第２のパッチパターンの順になるように各層を積層一体化した伝送線路層に対して、前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路を電気的に接続する伝送線路層間接続器であって、前記第１のスロット及び前記第２のスロットの少なくとも一方内に無給電パッチパターンを形成したことを要旨とする。

請求項２に記載の伝送線路層間接続器は、請求項１に記載の伝送線路層間接続器において、前記第１の地導体層及び前記第２の地導体層は、機能的な層であって、物理的に共通の層であることを要旨とする。

請求項３に記載の伝送線路層間接続器は、請求項１又は２に記載の伝送線路層間接続器において、前記第１のパッチパターン及び前記第２のパッチパターンの給電線路方向の長さを、使用する周波数の線路実効波長の略０．３〜０．６倍とし、前記第１のスロット及び前記第２のスロットの給電線路方向の長さを、前記使用する周波数の線路実効波長の略０．３〜０．８倍としたことを要旨とする。

請求項４に記載の伝送線路層間接続器は、請求項１乃至３のいずれかに記載の伝送線路層間接続器において、前記第１のパッチパターン及び前記第２のパッチパターンの少なくとも一方を同層で取り囲む、パラレルプレート成分抑制のためのシールドパターンを更に備えることを要旨とする。

請求項５に記載の伝送線路層間接続器は、請求項１乃至４のいずれかに記載の伝送線路層間接続器において、前記第１の伝送線路及び前記第２の伝送線路は、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、及びコプレーナ線路のうちの任意の組み合わせであることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、第１のパッチパターン、無給電パッチパターン、及び第２のパッチパターンが、そららのパッチパターンよりも大きいものであって、電力が第１のパッチパターンから第２のパッチパターンに伝送されるための窓として働くスロットを介して、電磁的に結合するため、スロット共振を利用するものとは異なり、寸法精度の尤度が高く、低コスト化が図れ、また、第１のパッチパターン及び第２のパッチパターンを中空構造にするものとは異なり、簡便な製造方法で提供できるため低コスト化が図れる。

また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、３層構造といった奇数層の構造が可能となり、更に薄型、かつ低コスト化が図れる。

また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加えて、所望の周波数帯域での層間接続が可能となる。

また、請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３のいすれかに記載の発明の効果に加えて、より低損失の層間接続が可能となる。

また、請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４のいすれかに記載の発明の効果に加えて、各種線路に対応した層間接続が可能となる。

以下、図面に基づいて、本発明における伝送線路層間接続器の実施の形態を詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明における伝送線路層間接続器の第１実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。本発明の第１実施形態に係る伝送線路層間接続器１００は、図１に示すように、導体層３Ｂ、誘電体層１Ｃ、地導体層２Ｂ、誘電体層１Ｂ、地導体層２Ａ、誘電体層１Ａ、導体層３Ａがこの順に下から積層されて構成されている。

ここで、導体層３Ａ及び導体層３Ｂには、それぞれ給電線路４Ａ及び給電線路４Ｂが形成されている。また、それらの給電線路４Ａ及び給電線路４Ｂの接続終端部には、それぞれパッチパターン５Ａ及びパッチパターン５Ｂが形成されている。

また、地導体層２Ａ及び地導体層２Ｂには、導体層３Ａ及び導体層３Ｂに形成されたパッチパターン５Ａ及びパッチパターン５Ｂに対応して、それぞれスロット６Ａ及びスロット６Ｂが形成されている。更に、特に本発明においては、地導体層２Ａ及び地導体層２Ｂのスロット６Ａ及びスロット６Ｂ内に、それぞれ、パッチパターン５Ａ及びパッチパターン５Ｂへ電力を伝送する際の中継アンテナとして作用する無給電パッチパターン７Ａ及び無給電パッチパターン７Ｂを備えている。尚、この無給電パッチパターンは、スロット６Ａ及びスロット６Ｂのいずれか一方に備えるだけでもよい。

図２は、導体層３Ａ（３Ｂ）の平面図である。詳細には、導体層３Ａ（３Ｂ）にはガイドパターン８が形成されており、その領域内において、パッチパターン５Ａ（５Ｂ）が形成されている。パッチパターン５Ａ（５Ｂ）の形状は、図２に示すように正方形であるのが一般的であるが、幅方向の寸法は共振周波数に対する影響が少ないため、必要に応じて長方形であってもよい。但し、パッチパターン５Ａ（５Ｂ）の給電線路方向の長さＬ１は、使用する周波数の線路実効波長（自由空間波長／誘電体の比誘電率の平方根）の０．３〜０．６倍とするのが好ましく、０．４〜０．５倍がより好ましい。長さＬ１が使用する周波数の線路実効波長の０．３〜０．６倍の範囲外の場合、使用する周波数でパッチパターンからの電力放射が小さくなり、その結果、伝送損失が大きくなるからである。

尚、図２に示すように、パッチパターン５Ａ（５Ｂ）に対して、パッチパターン５Ａ（５Ｂ）と同じ層でパッチパターン５Ａ（５Ｂ）を取り囲むようにシールドパターン１２を形成してもよい。シールドパターン１２の窪み部分の長さＬ２は、パッチパターン５Ａ（５Ｂ）の長さＬ１よりも大きく、かつ、使用する周波数の線路実効波長の０．６倍程度とするのが好ましい。このシールドパターン１２を形成することにより、給電線路方向への電力の放射を低減でき、より低損失な層間接続が可能となる。尚、シールドパターン１２を設けるのは、パッチパターン５Ａ及びパッチパターン５Ｂのいずれか一方でもよい。

図３は、地導体層２Ａ（２Ｂ）の平面図である。地導体層２Ａ（２Ｂ）に形成するスロット６Ａ（６Ｂ）の線路方向の長さＬ３は、使用する周波数の線路実効波長の０．３〜０．８倍とするのが好ましく、約０．６倍がより好ましい。スロット６Ａ（６Ｂ）は、パッチパターン５Ａ及びパッチパターン５Ｂ相互の電力伝送の窓として機能させるため、長さＬ３が周波数の線路実効波長の０．３倍以下の場合は、スロット６Ａ（６Ｂ）がパッチパターン５Ａ（５Ｂ）よりも小さくなり、パッチパターン５Ａ（５Ｂ）より放射される電力を遮り伝送損失が大きくなる。また、長さＬ３が線路実効波長の０．８倍以上の場合は、給電線路４Ａ（４Ｂ）の特性インピーダンスが不安定となり、結果的に伝送損失が大きくなる。

また、図３において、無給電パッチパターン７Ａ（７Ｂ）の給電線路方向の長さＬ４は、使用する周波数の線路実効波長の０．３〜０．６倍とするのが好ましく、０．４〜０．５倍がより好ましい。長さＬ４が使用する周波数の線路実効波長の０．３〜０．６倍の範囲外の場合、使用する周波数で無給電パッチパターン７Ａ（７Ｂ）からの電力放射が小さくなり、その結果、伝送損失が大きくなるからである。また、無給電パッチパターン７Ａ（７Ｂ）の形状を、パッチパターン５Ａ（５Ｂ）の形状と同一とするようにしてもよい。

尚、上述した第１実施形態のように２枚の地導体層２Ａ及び２Ｂを用いるのが一般的であるが、誘電体層１Ｂを省くと共に、２枚の地導体層２Ａ及び２Ｂを１枚の共通の地導体層とすることも可能である。かかる構成によれば、３層構造といった奇数層の構造が可能となり、更に薄型、かつ低コスト化が図れる。

＜第１実施形態の変形例＞
図４は、第１実施形態の変形例を説明するための図である。
上記第１実施例においては、図４（ａ）に示すように、給電線路４Ａ（４Ｂ）とパッチパターン５Ａ（５Ｂ）は、使用する周波数の線路実効波長の略４分の１の線路長のトランス線路９を介して接続した。一方、図４（ｂ）に示すように、パッチ内部の整合点１０で直接整合させる給電方式や、図４（ｃ）に示すように、僅かなギャップ１１を介して容量結合させる方式も可能である。

＜第２実施形態＞
図５は、本発明における伝送線路層間接続器の第２実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。
第１実施形態においては、マイクロストリップ線路同士を接続するための伝送線路層間接続器を説明したが、第２実施形態においては、本発明の伝送線路層間接続器を、マイクロストリップ線路とストリップ線路との接続に応用した。尚、第１実施形態と同一構成物には同符号を付し、その説明を省略する。

図５に示すように、第２実施形態における伝送線路層間接続器２００は、マイクロストリップ線路１３とストリップ線路１４を接続している。ストリップ線路１４は、地導体層２Ｂ、誘電体層１Ｃ、導体層３Ｂ、誘電体層１Ｄ、及び地導体層２Ｃで構成されている。

＜第３実施形態＞
図６は、本発明における伝送線路層間接続器の第３実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。
第２実施形態においては、マイクロストリップ線路とストリップ線路を接続するための伝送線路層間接続器を説明したが、第３実施形態においては、本発明の伝送線路層間接続器を、マイクロストリップ線路とコプレーナ線路との接続に応用した。尚、第１実施形態と同一構成物には同符号を付し、その説明を省略する。

図６に示すように、第３実施形態における伝送線路層間接続器３００は、マイクロストリップ線路１３とコプレーナ線路１５を接続している。コプレーナ線路１５は、地導体層２Ｂ、誘電体層１Ｃ、及び導体層３Ｃで構成されている。

尚、上述の第２実施形態では、マイクロストリップ線路とストリップ線路との組み合わせを説明し、この第３実施形態では、マイクロストリップ線路とコプレーナ線路との組み合わせを説明したが、本発明はかかる組み合わせに限られず、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、及びコプレーナ線路のうちの任意の２つの線路の組み合わせが可能である。

＜第４実施形態＞
上述の第１乃至第３実施形態においては、パッチパターンやスロットの形状を方形としたが、本実施形態はそれらの形状を円形としたものである。尚、他の構成は第１乃至第３実施形態のそれと同一であるので、以下の説明においてその説明を省略する。

図７は、第４実施形態における導体層３Ａ’（３Ｂ’）の平面図である。第４実施形態においては、第１実施形態（図２）と同様、導体層３Ａ’（３Ｂ’）にはガイドパターン８’が形成されている。しかしながら、第１実施形態と異なるのは、ガイドパターン８’の領域内において、円形のパッチパターン５Ａ’（５Ｂ’）が形成されているということである。但し、パッチパターン５Ａ’（５Ｂ’）の給電線路方向の長さＬ５は、第１実施形態と同様、使用する周波数の線路実効波長の０．３〜０．６倍とするのが好ましく、０．４〜０．５倍がより好ましい。その理由も第１実施形態の場合と同様である。

尚、図２に示すの第１実施形態と同様にシールドパターンを設ける場合には、円形のパッチパターン５Ａ’（５Ｂ’）を取り囲むように円形のシールドパターン１２’を形成する。シールドパターン１２’の窪み部分の長さＬ６は、パッチパターン５Ａ’（５Ｂ’）の長さＬ５よりも大きく、かつ、使用する周波数の線路実効波長の０．６倍程度とするのが好ましい。

図８は、第４実施形態における地導体層２Ａ’（２Ｂ’）の平面図である。図７に示す円形のパッチパターン５Ａ’（５Ｂ’）を採用した場合には、図８に示すように、それに合わせて円形のスロット６Ａ’（６Ｂ’）を採用する。但し、スロット６Ａ’（６Ｂ’）の線路方向の長さＬ７は、第１実施形態と同様、使用する周波数の線路実効波長の０．３〜０．８倍とするのが好ましく、約０．６倍がより好ましい。その理由も第１実施形態の場合と同様である。

また、円形のスロット６Ａ’（６Ｂ’）を採用した場合には、それに合わせて、円形の無給電パッチパターン７Ａ’（７Ｂ’）を採用する。但し、無給電パッチパターン７Ａ’（７Ｂ’）の給電線路方向の長さＬ８は、使用する周波数の線路実効波長の０．３〜０．６倍とするのが好ましく、０．４〜０．５倍がより好ましい。その理由も第１実施形態の場合と同様である。更に、第１実施形態と同様、無給電パッチパターン７Ａ’（７Ｂ’）の形状を、パッチパターン５Ａ’（５Ｂ’）の形状と同一とするようにしてもよい。

ここで、本発明の伝送線路層間接続器の実施例について説明する。以下、ある実施例の製造手順について説明する。図９は、実施例の製造手順を示すフローチャートである。

そこで、先ず、銅箔張ガラスエポキシ積層板（日立化成工業（株）製、ＭＣＬ−ＬＸ−６７Ｙ、板厚０．３ｍｍ、銅箔厚１２μｍ）の両面に、５ｍｍ角のスロット６Ａ及びスロット６Ｂ、３．３ｍｍ角の無給電パッチパターン７Ａ及び無給電パッチパターン７Ｂをエッチングによりパターニングして内層回路板（２Ａ、１Ｂ、２Ｂ）を作製する（ステップＳ１）。

次に、上から、１２μｍ銅箔（古河サーキットフォイル株式会社製、Ｆ３−ＷＳ−１２）、プリプレグ（日立化成工業（株）製、ＧＥＡ−ＬＸ−６７Ｙ）、ステップＳ１で得られた内層回路板、プリプレグ（日立化成工業（株）製、ＧＥＡ−ＬＸ−６７Ｙ）、１２μｍ銅箔（古河サーキットフォイル株式会社製、Ｆ３−ＷＳ−１２）の順に、それらを重ね、温度２３０℃、圧力３ＭＰａ、時間６０分の条件で積層一体化して多層回路板（３Ａ、１Ａ、２Ａ、１Ｂ、２Ｂ、１Ｃ、３Ｂ）を作製する（ステップＳ２）。

最後に、ステップＳ２で得られた多層回路板の両面に、幅０．６ｍｍの給電線路４Ａ及び給電線路４Ｂ、３．３ｍｍ角のパッチパターン５Ａ及びパッチパターン５Ｂ、並びに５ｍｍ角の窪みを有するシールドパターン１２Ａ及びシールドパターン１２Ｂをエッチングによりパターニングして伝送線路層間接続器１００とする（ステップＳ３）。

以上のように作製した伝送線路層間接続器１００に対して、給電線路４Ａ及び給電線路４Ｂに計測器を接続して電力を供給すると共に、給電線路４Ａにおける反射損失と、給電線路４Ａから給電線路４Ｂの端面に電力が通過する際の通過損失を測定した結果、図１１に示すように、２５．５ＧＨｚを中心に±２ＧＨｚの範囲で反射損失−２０ｄＢ以下、通過損失が−３．７ｄＢ以上という特性が実現できた。

一方、実施例に対する比較例としての従来の伝送線路層間接続器１０００の概略構成を図１０に示した。当該比較例においては、無給電パッチパターン７Ａ及び無給電パッチパターン７Ｂを有する地導体層２Ａ及び地導体層２Ｂの代わりに、それらを有しない地導体層２０００Ａ及び地導体層２０００Ｂが用いた。比較例と実施例の相違点は地導体層のみでその他は同様である。

当該比較例としての伝送線路層間接続器１０００に対して、給電線路４Ａ及び給電線路４Ｂに計測器を接続して電力を供給すると共に、給電線路４Ａにおける反射損失と、給電線路４Ａから給電線路４Ｂの端面に電力が通過する際の通過損失を測定した結果、図１２に示すように、２２〜２８ＧＨｚの範囲で反射損失−１２ｄＢ以上となり、パッチパターンからの放射が少ない結果となった。また、通過損失も最大で−４ｄＢとなり実施例と比較して特性が劣る結果となった。

本発明における伝送線路層間接続器の第１実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。 導体層の平面図である。 地導体層の平面図である。 第１実施形態の変形例を説明するための図である。 本発明における伝送線路層間接続器の第２実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。 本発明における伝送線路層間接続器の第３実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。 本発明における伝送線路層間接続器の第４実施形態を説明するための図である。 本発明における伝送線路層間接続器の第４実施形態を説明するための図である。 実施例の製造手順を示すフローチャートである。 比較例としての従来の伝送線路層間接続器の概略構成を示す分解斜視図である。 実施例の反射損失と通過損失の周波数特性を示すグラフである。 比較例の反射損失と通過損失の周波数特性を示すグラフである。

符号の説明

１００，２００，３００，１０００ 伝送線路層間接続器
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 誘電体層
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２０００Ａ，２０００Ｃ 地導体層
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 導体層
４Ａ，４Ｂ 給電線路
５Ａ，５Ｂ パッチパターン
６Ａ，６Ｂ スロット
７Ａ，７Ｂ 無給電パッチパターン
８ ガイドパターン
９ トランス線路
１０ 整合点
１１ ギャップ
１２ シールドパターン
１３ マイクロストリップ線路
１４ ストリップ線路
１５ コプレーナ線路

Claims (5)

1. 第１の給電線路とその第１の給電線路の接続終端部に形成された第１のパッチパターンとが形成された第１の導体層と、前記第１のパッチパターンの位置と対応する位置に、前記第１のパッチパターンよりも大きい第１のスロットが形成された第１の地導体層と、第１の誘電体層と、を積層することにより構成された第１の伝送線路と、
   第２の給電線路とその第２の給電線路の接続終端部に形成された第２のパッチパターンとが形成された第２の導体層と、前記第２のパッチパターンの位置と対応する位置に、前記第２のパッチパターンよりも大きい第２のスロットが形成された第２の地導体層と、第２の誘電体層と、を積層することにより構成された第２の伝送線路と、
   を備え、前記第１のパッチパターン、前記第１のスロット、前記第２のスロット、及び前記第２のパッチパターンの順になるように各層を積層一体化した伝送線路層に対して、前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路を電気的に接続する伝送線路層間接続器であって、
   前記第１のスロット及び前記第２のスロットの少なくとも一方内に無給電パッチパターンを形成したことを特徴とする伝送線路層間接続器。
2. 前記第１の地導体層及び前記第２の地導体層は、機能的な層であって、物理的に共通の層であることを特徴とする請求項１に記載の伝送線路層間接続器。
3. 前記第１のパッチパターン及び前記第２のパッチパターンの給電線路方向の長さを、使用する周波数の線路実効波長の略０．３〜０．６倍とし、前記第１のスロット及び前記第２のスロットの給電線路方向の長さを、前記使用する周波数の線路実効波長の略０．３〜０．８倍としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の伝送線路層間接続器。
4. 前記第１のパッチパターン及び前記第２のパッチパターンの少なくとも一方を同層で取り囲む、パラレルプレート成分抑制のためのシールドパターンを更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の伝送線路層間接続器。
5. 前記第１の伝送線路及び前記第２の伝送線路は、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、及びコプレーナ線路のうちの任意の組み合わせであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の伝送線路層間接続器。

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