JP2006245863A

JP2006245863A - フレキシブルストリップ線路

Info

Publication number: JP2006245863A
Application number: JP2005057162A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Kito; 了治木藤; Masaki Horiuchi; 雅城堀内
Original assignee: Japan Radio Co Ltd; Nagano Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd; Nagano Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2006-09-14

Abstract

【課題】外部放射による漏洩電力の発生を抑え、かつ外部の遮蔽物による干渉を受けない伝送線路を得る。
【解決手段】４はポリイミドなどの基板材料が使用され少なくとも３層以上の導体層を有すフレキシブル基板であり、５は２枚の金属導体板により構成されたグランド部６の略中心にフレキシブル基板４の誘電体材料で略平行に離間された状態で配置された帯状の金属導体により構成された信号線であり、９はフレキシブル基板４の信号線５とグランド部６により構成されたフレキシブルストリップ線路である。ｈは基板厚であり、Ｗは信号線幅であり、Ｗｇは信号線幅Ｗと同じ方向のグランド部６の幅を示すグランド部幅である。信号線幅Ｗはフレキシブルストリップ線路９の特性インピーダンスが一般的な終端インピーダンスである５０Ωよりも小さくすべく広幅な寸法となっている。
【選択図】図１

Description

本発明はストリップ線路、詳細には高周波回路基板間や高周波回路基板とアンテナとを接続するために有用なフレキシブルストリップ線路に関する。

図１２は例えば特開平９−１３９６１０に示された従来のフレキシブル伝送線路であり、１は第１高周波回路基板であり、２は第２高周波回路基板であり、３は第１高周波回路基板１と第２高周波回路基板２とを接続するフレキシブルマイクロストリップ線路である。図１３にフレキシブルマイクロストリップ線路３の断面図を示し詳細に説明する。４はフレキシブルマイクロストリップ線路３を構成しているポリイミド基板などの屈曲性のあるフレキシブル基板、５はフレキシブルマイクロストリップ線路３の両端において第１高周波回路基板１と第２高周波回路基板２の不図示信号線と電気的に接続されフレキシブルマイクロストリップ線路３上で信号を伝送する信号線であり、６はフレキシブルマイクロストリップ線路３の両端において第１高周波回路基板１と第２高周波回路基板２の不図示グランド部と電気的に接続されフレキシブルマイクロストリップ線路３上で信号線５のグランド面として機能するグランド部である。ｈはフレキシブル基板の誘電体部分の厚みを示す基板厚であり、Ｗは信号線５の幅を示す信号線幅であり、Ｗｇはグランド部６の幅を示すグランド部幅である。

一般的に図１２に代表されるフレキシブル伝送線路はフレキシブル基板４でマイクロストリップ線路構造を構成することによりフレキシブルマイクロストリップ線路３を構成しており、その特徴は第１高周波回路基板１と第２高周波回路基板２とを同軸コネクタと同軸ケーブルを用いることなく接続することであり、且つフレキシブルな構造で配線に自由度を持たせることが可能で、且つ同軸ケーブルよりも薄いという点にある。また、同軸ケーブルを使用した場合は高周波回路基板間を接続する構成に少なくとも同軸コネクタが両端に実装された同軸ケーブル１本と基板実装用の同軸コネクタ２個が必要であるのに対してフレキシブルマイクロストリップ線路３では構造が平板であり高周波回路基板間を接続するためのその他の部品を使用しないことからコストを削減することが可能となる。フレキシブルマイクロストリップ線路３について図１３で詳細に説明する。フレキシブルマイクロストリップ線路３の信号線５とグランド部６とは略平行に配置されており基板厚ｈと信号線幅Ｗとフレキシブル基板４を構成している誘電体の比誘電率によりおよそ線路の特性インピーダンスが決まる。一般的に高周波回路の入出力端の終端インピーダンスは５０Ωであるためフレキシブルマイクロストリップ線路３の特性インピーダンスも５０Ωと定める。構成の一例を示すとフレキシブル基板４の基板厚ｈが０．１３ｍｍ、比誘電率が３．２２のとき信号線幅Ｗは０．２９ｍｍとなり、このときのグランド幅Ｗｇは信号線幅Ｗの約５倍の１．５ｍｍ必要とされている。

更に図１４は例えばＢｒｉａｎＣ．Ｗａｄｅｌｌ著の「ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＬｉｎｅＤｅｓｉｇｎＨａｎｄｂｏｏｋ」ＡＲＴＥＣＨＨＯＵＳＥ出版第１２６頁〜１２８頁などに示された従来のストリップ線路であり、５はストリップ線路７の両端において不図示の高周波回路基板の不図示信号線と電気的に接続されストリップ線路７上で信号を伝送する信号線であり、６はストリップ線路７の両端において不図示の高周波回路基板の不図示グランド部と電気的に接続されストリップ線路７上で信号線５のグランド面として機能するグランド部であり、７はプリント基板８の誘電材料により略平行に離間した位置で信号線５を挟み込むように配置されたグランド部６と信号線５とにより構成されたストリップ線路であり、８は少なくとも３層以上の導体層を有するプリント基板である。ｈはプリント基板の誘電体部分の厚みを示す基板厚であり、Ｗは信号線５の幅を示す信号線幅であり、Ｗｇはグランド部６の幅を示すグランド部幅である。

図１４のようなストリップ線路７はフレキシブルマイクロストリップ線路３よりも外部放射による漏洩電力が少ない特徴を有する。これは信号線５がグランド部６により挟み込まれているからであり、漏洩電力の抑圧効果はストリップ線路７の２つのグランド部６の基板厚ｈが狭いほど、かつ、グランド部６の幅であるグランド部幅Ｗｇが広いほど漏洩電力が低減する傾向にある。ストリップ線路７の特性インピーダンスは信号線幅Ｗと基板厚ｈとプリント基板８の比誘電率により略５０Ωに設定されており、特性インピーダンスは信号線幅Ｗが広くなる、または、基板厚ｈが狭くなる、または、プリント基板８の誘電率が高くなることにより低くなる傾向がある。比較のために基板の比誘電率を４．２、誘電正接を０．０１７とし、伝送線路の厚みを同一とした特性インピーダンス５０Ωのフレキシブルマイクロストリップ線路３とストリップ線路７の信号線幅Ｗを計算により求めると、フレキシブル基板４とプリント基板８の基板厚ｈが０．８ｍｍのとき、フレキシブルマイクロストリップ線路３の信号線幅Ｗは１．５６ｍｍであるのに対してストリップ線路７の信号線幅Ｗは０．３５ｍｍとなり、同じ伝送路の厚みと特性インピーダンスの伝送路を構成する場合、ストリップ線路７の方が約４．５倍幅が狭くなる傾向がある。また、同一条件で伝送損失について比較すると、フレキシブルマイクロストリップ線路３とストリップ線路７との伝送損失の差はストリップ線路７の方が約５．７ｄＢ高くなる傾向がある。
特開平９−１３９６１０公報ＢｒｉａｎＣ．Ｗａｄｅｌｌ著「ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＬｉｎｅＤｅｓｉｇｎＨａｎｄｂｏｏｋ」ＡＲＴＥＣＨＨＯＵＳＥ出版第１２６頁〜１２８頁

従来のフレキシブルマイクロストリップ線路はフレキシブル基板で構成されており薄型で屈曲性を有しているが伝送線路が信号線とグランド部によるマイクロストリップ線路構造であるので、外部放射による漏洩電力が少なからず存在し、かつ、配線経路にプリント基板や金属体や誘電体が近接する環境において信号線にそれら遮蔽物が接近することにより特性インピーダンスの変化による不整合や伝送損失の増加が生じ、安定した通信レベルの確保ができないという問題があった。また、ストリップ線路を用いることにより漏洩電力の低減や遮蔽物の近接効果の防止をすることができるがマイクロストリップ線路と比較すると同一の基板厚で構成すると極端に信号線の幅が狭くなり、高精度な製作技術が必要となる上に、伝送損失も劇的に増加するという問題点があった。また、ストリップ線路をフレキシブル基板で構成する際にはフレキシブルな特徴を維持するために更なる基板の厚みの薄型化が要求されるため、信号線の幅は実現不可能なほどの細さが必要となり、同時に伝送損失も増加するために伝送線路としての要求を満たすことができないことが問題点であった。

上記目的を達成すべく請求項１記載のフレキシブルストリップ線路は、高周波信号を伝送する線路がストリップ線路構造であり、且つ前記線路がフレキシブルである基板を用いたフレキシブルストリップ線路において、前記フレキシブルストリップ線路の中心導体の幅が入出力端に接続されたインピーダンスに適合する特性インピーダンスにより定まる幅よりも広幅とし、且つ前記フレキシブルストリップ線路の長さは前記高周波信号が前記フレキシブルストリップ線路を伝送する実効波長の半分の整数倍であることを特徴とする。

上記目的を達成すべく請求項２記載のフレキシブルストリップ線路は、高周波信号を伝送する線路がストリップ線路構造であり、且つ前記線路がフレキシブルである基板を用いたフレキシブルストリップ線路において、前記フレキシブルストリップ線路の中心導体の幅が入出力端に接続されたインピーダンスに適合する特性インピーダンスにより定まる幅よりも広幅とし、且つ前記フレキシブルストリップ線路の一端の中心導体の長さが伝送する信号の実効波長の略４分の１の長さまで他端の前記中心導体の幅よりも幅狭な構造であることを特徴とする。

上記目的を達成すべく請求項３記載のフレキシブルストリップ線路は、請求項２記載のフレキシブルストリップ線路において、前記フレキシブルストリップ線路の他端の前記中心導体の幅が伝送する信号の実効波長の略４分の１の長さまで前記フレキシブルストリップ線路の略中央の前記中心導体の幅と異なる寸法であることを特徴とする。

上記目的を達成すべく請求項４記載のフレキシブルストリップ線路は、請求項１から３のいずれかに記載のフレキシブルストリップ線路において、前記フレキシブルストリップ線路の信号線の信号伝送方向と略平行に前記フレキシブルストリップ線路の２つのグランド部を電気的に接続するスルーホールと、前記スルーホールを隔てて少なくとも２つ以上の前記信号線を備え、伝送線路を多芯化したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、フレキシブルストリップ線路の中心導体の幅が入出力端に接続されたインピーダンスに適合する特性インピーダンスにより定まる幅よりも広幅とすることで、伝送損失を低下させることが可能となり、且つ前記中心導体の幅の許容寸法精度を低く設定することが可能となり、また、前記フレキシブルストリップ線路の長さは前記高周波信号が前記フレキシブルストリップ線路を伝送する実効波長の半分の整数倍とすることで、前記入出力端に接続されたインピーダンスと前記ストリップ線路の特性インピーダンスとを一致させることなく整合を取ることが可能となり、且つ前記ストリップ線路を伝送する周波数帯以外の信号を減衰させるバンドパスフィルタの特性を有することが可能となり、また、前記フレキシブルストリップ線路が前記ストリップ線路構造を有することで、外部放射による漏洩電力が発生することなく、且つ外部の遮蔽物により干渉を受けることがない伝送線路を得ることが可能となる。

請求項２記載の発明によれば、フレキシブルストリップ線路の中心導体の幅が入出力端に接続されたインピーダンスに適合する特性インピーダンスにより定まる幅よりも広幅とし、且つ前記フレキシブルストリップ線路の一端の中心導体の長さが伝送する信号の実効波長の略４分の１の長さまで他端の前記中心導体の幅よりも幅狭な構造であることで、前記フレキシブルストリップ線路の一端から実効波長の略４分の１の長さの線路がインピーダンス変換器として機能するので前記フレキシブルストリップ線路の他端の特性インピーダンスは前記フレキシブルストリップ線路の一端に接続された前記入出力端に接続されたインピーダンスよりも低い値の状態で前記フレキシブルストリップ線路の他端に信号を伝送することが可能であり、且つ前記フレキシブルストリップ線路の伝送線路長を任意の長さにすることが可能となる。なお、前記フレキシブルストリップ線路の他端の前記入出力端に接続されたインピーダンスを前記フレキシブルストリップ線路の他端の前記特性インピーダンスの値と一致させたときは前記フレキシブルストリップ線路の他端に接続される回路に整合回路が不要となる効果がある。

請求項３記載の発明によれば、請求項２記載のフレキシブルストリップ線路において、前記フレキシブルストリップ線路の他端の前記中心導体の長さが伝送する信号の実効波長の略４分の１の長さまで前記フレキシブルストリップ線路の略中央の前記中心導体の幅と異なる寸法とすることで、前記フレキシブルストリップ線路の他端から実効波長の略４分の１の長さの線路もインピーダンス変換器として機能するので前記フレキシブルストリップ線路の略中央の特性インピーダンスとフレキシブルストリップ線路の他端の前記入出力端に接続されたインピーダンスの値が異なった構成でも前記フレキシブルストリップ線路の他端に接続される回路に整合回路を実装することなく整合を取ることが可能となる。

請求項４記載の発明によれば、フレキシブルストリップ線路の信号線の信号伝送方向と略平行に前記フレキシブルストリップ線路の２つのグランド部を電気的に接続するスルーホールと、前記スルーホールを隔てて少なくとも２つ以上の前記信号線を備え、伝送線路を多芯化したことで、多芯化した信号線同士の干渉がなく、且つ高密度な高周波信号線の配線が可能で、且つ製造コストを削減することが可能である。

図１は本発明の第１の実施例の構成を示すものである。４はポリイミドなどの基板材料が使用され少なくとも３層以上の導体層を有すフレキシブル基板であり、５は２枚のグランド部６の略中心にフレキシブル基板４の誘電体材料で略平行に離間された状態で配置された帯状の金属導体により構成された信号線であり、６は信号線５を挟み込む状態で配置された金属導体板により構成されたグランド部であり、９はフレキシブル基板４の信号線５とグランド部６により構成されたフレキシブルストリップ線路である。ｈは信号線５を挟み込む２枚のグランド部の離間距離を一定としている基板厚であり、Ｗはフレキシブルストリップ線路９の高周波信号の伝送する方向と基板の厚み方向に対して直交する方向の信号線５の幅を示す信号線幅であり、Ｗｇは信号線幅Ｗと同じ方向のグランド部６の幅を示すグランド部幅である。信号線幅Ｗはフレキシブルストリップ線路９の特性インピーダンスが一般的な終端インピーダンスである５０Ωよりも小さくすべく広幅な寸法となっている。

次に上記第１の実施例の動作について説明する。図１において、フレキシブル基板４の誘電体層と信号線５とグランド部６により従来技術のストリップ線路が構成されておりフレキシブルストリップ線路９の一端から入力された高周波信号はグランド部６に挟まれた信号線５を伝送するため外部放射による漏洩電力が発生することなく、且つ外部の遮蔽物により干渉を受けることなくフレキシブルストリップ線路９の他端に伝送される。フレキシブルストリップ線路９は信号線幅Ｗが広くなる、または、基板厚ｈが狭くなる、または、プリント基板８の誘電率が高くなることにより特性インピーダンスが低くなる傾向を有しこれら３つのパラメータはフレキシブル基板４が屈曲しても変化しないことからフレキシブルストリップ線路９がどのような形状に変形しても伝送線路としての特性は損なわれない。また、フレキシブルストリップ線路９の信号線幅Ｗをフレキシブルストリップ線路９の特性インピーダンスが５０Ωよりも小さくすべく広幅な寸法とすることにより信号線幅Ｗの許容寸法精度を低く設定することが可能となり、かつ、特に銅損に起因する伝送損失を低下させることが可能となる。

フレキシブルストリップ線路９の特性インピーダンスを一般的な終端インピーダンスである５０Ωよりも小さくし信号線幅Ｗを広幅な寸法にした際の効果についての理解を深めるために図２に数値例を示し説明を行う。フレキシブルストリップ線路９の導体厚みを０．０１６ｍｍ、基板厚ｈを０．１ｍｍ、フレキシブル基板４の比誘電率を３．２２、誘電正接を０．００１とした。特性インピーダンス５０Ωのフレキシブルストリップ線路９の場合、信号線幅Ｗは０．０３４ｍｍと導体厚みの２倍程度しかなく製造が非常に困難であり、伝送損失も１８．２６ｄＢ／ｍと非常に高い値である。一方、特性インピーダンス１０Ωのフレキシブルストリップ線路９の場合、信号線幅Ｗは０．３８７ｍｍと１０倍以上の幅で実現が可能であり製造が容易で高精度加工が必要ではないため安価で、且つ製品ばらつきを押えることが可能となる。また、伝送損失も４ｄＢ／ｍ以上改善することが可能である。これらの効果は図２に示すように特性インピーダンスを低くすることにより更に効果を増す。一般的な不図示の無線機の入出力インピーダンスは５０Ωで調整されている場合が多く特性インピーダンスを５０Ω以外とした場合はＺｉｎ＝Ｚ０×（Ｚｌ＋ｊＺ０×ｔａｎ（βＬ））／（Ｚ０＋ｊＺｌ×ｔａｎ（βＬ））の式に従い入力インピーダンスを算出し不図示の整合回路などによる調整を行う。ここでＺｉｎは入力インピーダンスであり、Ｚ０は特性インピーダンスであり、Ｚｌは負荷インピーダンスであり、ｊは虚数であり、Ｌは伝送線路長であり、βは波数であり波長λに対してβ＝２π（εｒ）^１／２／λの関係を有する。εｒはフレキシブル基板４の比誘電率である。

図３にはフレキシブルストリップ線路９を詳細に説明するために基板厚ｈ方向からみた外観図を示す。４はフレキシブル基板であり、５はフレキシブルストリップ線路９の信号線であり、６はフレキシブルストリップ線路９のグランド部であり、９はフレキシブルストリップ線路であり、１０はフレキシブルストリップ線路９の信号伝送方向と略平行に、かつ、信号線５の両側面から略信号線幅Ｗ離間した点に位置し高周波信号の伝送方向に高周波信号の波長の１０分の１以下の間隔で複数設けらた２つのグランド部６を電気的に接続するスルーホールである。Ｌはフレキシブルストリップ線路９の一端から他端までの伝送線路長であり、Ｗは信号線幅であり、Ｗｇはグランド部幅である。

図３において、スルーホール１０はフレキシブルストリップ線路９の２つのグランド部６を同電位に保つ効果を有し、且つ伝送線路長Ｌがフレキシブル基板４の誘電率を考慮した高周波信号の実効波長の２分の１以上で構成されたときはグランド部６の信号伝送方向が共振長となり漏洩電力が発生する可能性があるためスルーホールを具備することが必須となる。更に、スルーホール１０を設けた場合はグランド部幅Ｗｇの幅をスルーホール１０が具備可能である程度に狭くすることが好ましく、これによりグランド部幅Ｗｇ方向のグランド部６が共振長となることを防ぎ不要な漏洩電力の放射を抑圧することができ、且つグランド部幅Ｗｇが狭くできるためフレキシブルストリップ線路９の幅も狭くすることができフレキシブルストリップ線路９を全体的に細く構成することが可能となる。

図４は本発明の第１の実施例の高周波回路基板と接続した一例を示すものである。１はフレキシブルストリップ線路９の一端が接続された第１高周波回路基板であり、２はフレキシブルストリップ線路９の他端が接続された第２高周波回路基板であり、９はフレキシブルストリップ線路である。Ｌはフレキシブルストリップ線路９の高周波信号の伝送する方向の長さを示す伝送線路長であり、Ｚｉｎ１は第１高周波回路基板１のフレキシブルストリップ線路９の一端からみた第１入力インピーダンスであり、Ｚｉｎ２は第２高周波回路基板２のフレキシブルストリップ線路９の他端からみた第２入力インピーダンスである。更に第２高周波回路基板２は不図示の高周波アンテナでもよい。フレキシブルストリップ線路９は不平衡線路であるため同軸ケーブルと同様に第１高周波回路基板１の信号線にフレキシブルストリップ線路９の一端の信号線５を電気的に接続し、第１高周波回路基板１のグランド面にフレキシブルストリップ線路９の一端のグランド部６を電気的に接続し、第２高周波回路基板２の信号線にフレキシブルストリップ線路９の他端の信号線５を電気的に接続し、第２高周波回路基板２のグランド面にフレキシブルストリップ線路９の他端のグランド部６を電気的に接続することにより第１高周波回路基板１と第２高周波回路基板２間の信号伝送を行っている。

図４において、フレキシブルストリップ線路９の伝送線路長Ｌはフレキシブルストリップ線路９を伝送する実効波長の半分の整数倍とし特性インピーダンスは一般的な終端インピーダンスである５０Ωよりも小さい。ここで述べる実効波長とは実効波長をλｇ、自由空間中の波長をλとすると、λｇ＝λ／（εｒ）^１／２の関係で示すことができる値である。このように構成することにより、前記入力インピーダンス計算式であるＺｉｎ＝Ｚ０×（Ｚｌ＋ｊＺ０×ｔａｎ（βＬ））／（Ｚ０＋ｊＺｌ×ｔａｎ（βＬ））のβＬの項が０となるから、Ｚｉｎ＝Ｚｌとなり図４に示すところのＺｉｎ１とＺｉｎ２が等しい、且つ伝送線路長Ｌが実効波長の半分の整数倍であれば特性インピーダンスと入出力インピーダンスの値が異なっても整合を取ることが可能となる。

図５は本発明の第１の実施形態の効果を示す説明図である。一例として第１高周波回路基板１と第２高周波回路基板２の入出力インピーダンスは５０Ωとし、フレキシブルストリップ線路９の特性インピーダンスは１０Ωとし、伝送線路長Ｌは３４．１ｍｍとしたときのＶＳＷＲ特性が評価パラメータであり、横軸は伝送する信号の周波数である。フレキシブルストリップ線路９の比誘電率は３．２２であるから周波数２．４５ＧＨｚの実効波長の半分は３４．１ｍｍとすることによりＶＳＷＲが２以下の周波数帯域幅が２４５ＭＨｚを有する伝送線路を得ることができるのである。

また、図６は本発明の第１の実施形態の効果を示す第２の説明図である。前述の一例と条件を同じくしたときの挿入損失特性が評価パラメータである。挿入損失が１ｄＢ以下の周波数帯域幅が２４７．５ＭＨｚを有する伝送線路を得ることができるのである。更に、図６に示されたように本発明の第１の実施形態に寄れば伝送線路がバンドパスフィルタの周波数特性を有していることから第１高周波回路基板１や第２高周波回路基板２に実装するフィルタを安価なものにすることが可能となる、または非実装とすることが可能となる。

図７は本発明の第２の実施例の構成を示すものである。４はフレキシブル基板であり、６はフレキシブルストリップ線路９のグランド部であり、９はフレキシブルストリップ線路であり、１０はフレキシブルストリップ線路９を構成している２枚グランド部６を電気的に接続するスルーホールであり、１１は特性インピーダンスが一般的な終端インピーダンスである５０Ωよりも小さくすべく広幅な寸法で長さは任意としたフレキシブルストリップ線路９の主線路であり、１２はフレキシブルストリップ線路９の一端に接続される不図示の第１高周波回路基板１の入力インピーダンスと主線路１１の特性インピーダンスとのインピーダンス変換を行う第１インピーダンス変換線路である。Ｌは伝送線路長であり、Ｌ０は主線路１１の長さを示す主線路長であり、Ｌ１は第１インピーダンス変換線路の長さを示す第１インピーダンス変換線路長であり、Ｗ０は主線路長の幅を示す主線路幅であり、Ｗ１は第１インピーダンス変換線路の幅を示す第１インピーダンス変換線路幅であり、Ｗｇはフレキシブルストリップ線路９のグランド部６の幅を示すグランド部幅である。

図７において、第１インピーダンス変換線路１２は第1インピーダンス変換線路長Ｌ１が伝送する周波数の実効波長の４分の１であり第１インピーダンス変換線路１２の特性インピーダンスが５０Ωよりも小さいことから不図示の第１高周波回路基板１の入力インピーダンスが５０Ω以上である場合主線路１１と接続される第１インピーダンス変換線路１２の一端からみた入力インピーダンスは５０Ω未満に変換される。更に主線路１１の特性インピーダンスを第１インピーダンス変換線路１２の一端から見た入力インピーダンスと同値にすることにより主線路長Ｌ０の長さを任意長さとすることが可能で、更に不図示の第２高周波回路基板２の入力インピーダンスと主線路１１の特性インピーダンスとを同値とすることで主線路１１と第２高周波回路基板２との接続に整合回路を設けることなく整合が取れた伝送が可能となる。

図８は本発明の第２の実施例の等価回路を示すものである。Ｌは伝送線路長であり、Ｌ０は主線路１１の長さを示す主線路長であり、Ｌ１は第１インピーダンス変換線路の長さを示す第１インピーダンス変換線路長であり、Ｚ０は主線路１１の特性インピーダンスを示す主線路特性インピーダンスであり、Ｚ０１は第１インピーダンス変換線路１２の特性インピーダンスを示す第１インピーダンス変換線路特性インピーダンスであり、Ｚｉｎ１は不図示の第１高周波回路基板１の入力インピーダンスを示す第１入力インピーダンスであり、Ｚｉｎ２は不図示の第２高周波回路基板２の入力インピーダンスを示す第２入力インピーダンスであり、Ｚｉｎ３は第１入力インピーダンス変換線路１２の一端からみた不図示の第１高周波回路基板１の入力インピーダンスを示す第３入力インピーダンスである。

図８において、第１インピーダンス変換線路長Ｌ１の長さを伝送する周波数の実効波長の４分の１にするにはフレキシブル基板４の比誘電率をε_rとしたときＬ１＝λ／（４×（εｒ）^１／２）とする。ただしλは伝送する周波数の自由空間中の波長とする。これを前記入力インピーダンス計算式であるＺｉｎ＝Ｚ０×（Ｚｌ＋ｊＺ０×ｔａｎ（βＬ））／（Ｚ０＋ｊＺｌ×ｔａｎ（βＬ））に代入するとｔａｎ（βＬ）は無限大数となり、更にＺｉｎをＺｉｎ３、ＺｌをＺｉｎ１、Ｚ０をＺ０１と読み替えると、Ｚｉｎ３＝Ｚ０１^２／Ｚｉｎ１と示される。

一例として第１高周波回路基板１の入力インピーダンスである第１入力インピーダンスを５０Ωとし第１インピーダンス変換線路の特性インピーダンスである第１インピーダンス変換線路特性インピーダンスＺ０１を２５Ωとすると、Ｚｉｎ３＝１２．５Ωとなる。前記図２で説明を行ったとおり特性インピーダンスが５０Ωよりも低くなることにより第１インピーダンス変換線路幅Ｗ１が広くなり製造が容易になる、且つ伝送損失を低減することが可能となる。更に第３入力インピーダンスＺｉｎ３と主線路特性インピーダンスＺ０とを同値とすることにより前記入力インピーダンス計算式はＺｉｎをＺｉｎ２、ＺｌをＺｉｎ３と読み替えて整理するとＺｉｎ２＝Ｚ０と示される。つまり主線路長Ｌ０は任意長とすることが可能であり整合回路が不要であることが示されている。このときの主線路特性インピーダンスＺ０は１２．５Ωであり第１インピーダンス変換線路１２よりも更に線路幅が広くなり製造が容易になる、且つ伝送損失を低減することが可能で、かつ、伝送線路長Ｌの長さが任意長である特徴を有する伝送線路を得ることができる。

図９は本発明の第３の実施例の構成を示すものである。４はフレキシブル基板であり、６はフレキシブルストリップ線路９のグランド部であり、９はフレキシブルストリップ線路であり、１０はフレキシブルストリップ線路９を構成している２枚グランド部６を電気的に接続するスルーホールであり、１１は特性インピーダンスが一般的な終端インピーダンスである５０Ωよりも小さくすべく広幅な寸法で長さは任意としたフレキシブルストリップ線路９の主線路であり、１２はフレキシブルストリップ線路９の一端に接続される不図示の第１高周波回路基板１の入力インピーダンスと主線路１１の特性インピーダンスとのインピーダンス変換を行う第１インピーダンス変換線路であり、１３はフレキシブルストリップ線路９の他端に接続される不図示の第２高周波回路基板２の入力インピーダンスと主線路１１の特性インピーダンスとのインピーダンス変換を行う第２インピーダンス変換線路である。Ｌは伝送線路長であり、Ｌ０は主線路１１の長さを示す主線路長であり、Ｌ１は第１インピーダンス変換線路１２の長さを示す第１インピーダンス変換線路長であり、Ｌ２は第２インピーダンス変換線路１３の長さを示す第２インピーダンス変換線路長であり、Ｗ０は主線路長１１の幅を示す主線路幅であり、Ｗ１は第１インピーダンス変換線路１２の幅を示す第１インピーダンス変換線路幅であり、Ｗ２は第２インピーダンス変換線路１３の幅を示す第２インピーダンス変換線路幅であり、Ｗｇはフレキシブルストリップ線路９のグランド部６の幅を示すグランド部幅である。

図９において、第１インピーダンス変換線路１２の動作は本発明の第３の実施形態の第１インピーダンス変換線路１２と同じである。主線路１１の特性インピーダンスは第１インピーダンス変換線路１２の効果により５０Ωよりも小さい値となっており第２インピーダンス変換線路１３の一端に主線路１１は接続されている。第２インピーダンス変換線路長は伝送する周波数の実効波長の４分の１とし第２インピーダンス変換線路の特性インピーダンスを５０Ωよりも小さく、例えば不図示の第２高周波回路基板２の入力インピーダンスが５０Ωである場合第２インピーダンス変換線路幅Ｗ２を第１インピーダンス変換線路幅Ｗ１と同値とすることにより第２インピーダンス変換線路１３の一端から第２高周波回路基板２をみた入力インピーダンスを主線路１１の特性インピーダンスと同値とすることが可能であり不図示の第１高周波回路基板１から第２高周波回路基板２の間の整合が取れた伝送が可能であり、且つ主線路長Ｌ０の長さを任意長さとすることが可能となる。

図１０は本発明の第３の実施例の等価回路を示すものである。Ｌは伝送線路長であり、Ｌ０は主線路１１の長さを示す主線路長であり、Ｌ１は第１インピーダンス変換線路１２の長さを示す第１インピーダンス変換線路長であり、Ｌ２は第２インピーダンス変換線路１３の長さを示す第２インピーダンス変換線路長であり、Ｚ０は主線路１１の特性インピーダンスを示す主線路特性インピーダンスであり、Ｚ０１は第１インピーダンス変換線路１２の特性インピーダンスを示す第１インピーダンス変換線路特性インピーダンスであり、Ｚ０２は第２インピーダンス変換線路１３の特性インピーダンスを示す第２インピーダンス変換線路特性インピーダンスであり、Ｚｉｎ１は不図示の第１高周波回路基板１の入力インピーダンスを示す第１入力インピーダンスであり、Ｚｉｎ２は不図示の第２高周波回路基板２の入力インピーダンスを示す第２入力インピーダンスであり、Ｚｉｎ３は第１入力インピーダンス変換線路１２の一端からみた不図示の第１高周波回路基板１の入力インピーダンスを示す第３入力インピーダンスであり、Ｚｉｎ４は第２入力インピーダンス変換線路１３の一端からみた不図示の第２高周波回路基板２の入力インピーダンスを示す第４入力インピーダンスである。

図１０において、第１インピーダンス変換線路長Ｌ１と第２インピーダンス変換線路長Ｌ２の長さを伝送する周波数の実効波長の４分の１とすることにより、第１入力インピーダンスＺｉｎ１から第４入力インピーダンスＺｉｎ４と各々の線路の特性インピーダンスＺ０、Ｚ０１、Ｚ０２との関係をＺｉｎ３＝Ｚ０１^２／Ｚｉｎ１、Ｚｉｎ４＝Ｚ０２^２／Ｚｉｎ２とすることができる。更に第３入力インピーダンスＺｉｎ３と主線路特性インピーダンスＺ０とを同値とすると主線路１１の整合条件はＺｉｎ３＝Ｚｉｎ４＝Ｚ０となり主線路長Ｌ０の長さは任意長とすることが可能となる。

一例として第１高周波回路基板１の入力インピーダンスである第１入力インピーダンスＺｉｎ１を５０Ωとし、第２高周波回路基板２の入力インピーダンスである第２入力インピーダンスＺｉｎ２を７５Ωとし、主線路１１の特性インピーダンスである主線路特性インピーダンスＺ０を１２．５Ωとしたときの構成を算出すると、第１インピーダンス変換線路特性インピーダンスＺ０１は２５Ωとし第２インピーダンス変換線路特性インピーダンスＺ０２は３０．６Ωとすることにより整合が取れた伝送線路を構成することが可能となる。このときのフレキシブルストリップ線路９はどの部位の線路幅をとっても特性インピーダンスが５０Ωよりも小さく幅広な寸法で構成されている。また、第２高周波回路基板２の入力インピーダンスである第２入力インピーダンスＺｉｎ２が５０Ωであっても第２インピーダンス変換線路特性インピーダンスＺ０２を２５Ωにすることにより線路幅が広く製造が容易であり、且つ伝送損失を低減することが可能で、且つ伝送線路長Ｌの長さが任意長である特徴を有する伝送線路を得ることができる。

図１１は本発明の第４の実施例の構成を示すものである。４はフレキシブル基板であり、５はスルーホール１０を挟んで配列された少なくとも２列以上に多芯化された信号線であり、６はフレキシブルストリップ線路９のグランド面となるグランド部であり、９はフレキシブルストリップ線路であり、１０はフレキシブルストリップ線路９の信号伝送方向と略平行で信号線５の両側面から略信号線幅Ｗ離間した点に位置し高周波信号の伝送方向に高周波信号の波長の１０分の１以下の間隔で複数設けらた２つのグランド部６を電気的に接続するスルーホールであり、Ｌはフレキシブルストリップ線路９の一端から他端までの伝送線路長である。

図１１において、スルーホール１０を挟んで信号線５が配列されているため信号線５同士の干渉がなく独立した信号を伝送することが可能となり、且つ高密度な高周波信号線の配線が可能で、且つ一度に製造が可能な為にコストを削減することが可能となる。更にフレキシブルストリップ線路９は従来の同軸ケーブルよりも薄い特徴を有していることからフレキシブルストリップ線路９を積層することにより更に高密度な配線を行うことが可能となる。また、図１１では信号線５の幅を一定としているが、本発明の第２の実施形態と第３の実施形態で述べたインピーダンス変換線路を付加することにより伝送線路長Ｌの長さを任意長とすることが可能となる。

本発明の第１の実施形態である。本発明の第１の実施形態の特性インピーダンス値と信号線の幅と伝送損失との関係を示す説明図である。本発明の第１の実施形態の外観図である。本発明の第１の実施形態の高周波回路基板と接続した一例である。本発明の第１の実施形態のＶＳＷＲ値の周波数特性を示す図である。本発明の第１の実施形態の伝送損失値の周波数特性を示す図である。本発明の第２の実施形態の外観図である。本発明の第２の実施形態の等価回路図である。本発明の第３の実施形態の外観図である。本発明の第３の実施形態の等価回路図である。本発明の第４の実施形態の外観図である。従来のフレキシブル伝送線路の一例を示す図である。従来のフレキシブル伝送線路の一例の断面図である。従来のフレキシブル伝送線路の他の例を示す図である。

符号の説明

１第１高周波回路基板
２第２高周波回路基板
３フレキシブルマイクロストリップ線路
４フレキシブル基板
５信号線
６グランド部
７ストリップ線路
８プリント基板
９フレキシブルストリップ線路
１０スルーホール
１１主線路
１２第１インピーダンス変換線路
１３第２インピーダンス変換線路
ｈ基板厚
Ｌ伝送線路長
Ｌ０主線路長
Ｌ１第１インピーダンス変換線路長
Ｌ２第２インピーダンス変換線路長
Ｗ信号線幅
Ｗ０主線路幅
Ｗ１第１インピーダンス変換線路幅
Ｗ２第２インピーダンス変換線路幅
Ｗｇグランド部幅
Ｚｉｎ１第１入力インピーダンス
Ｚｉｎ２第２入力インピーダンス
Ｚｉｎ３第３入力インピーダンス
Ｚｉｎ４第４入力インピーダンス
Ｚ０主線路特性インピーダンス
Ｚ０１第１インピーダンス変換線路特性インピーダンス
Ｚ０２第２インピーダンス変換線路特性インピーダンス

Claims

高周波信号を伝送する線路がストリップ線路構造であり、且つ前記線路がフレキシブルである基板を用いたフレキシブルストリップ線路において、前記フレキシブルストリップ線路の中心導体の幅が入出力端に接続されたインピーダンスに適合する特性インピーダンスにより定まる幅よりも広幅とし、且つ前記フレキシブルストリップ線路の長さは前記高周波信号が前記フレキシブルストリップ線路を伝送する実効波長の半分の整数倍であることを特徴とするフレキシブルストリップ線路。
高周波信号を伝送する線路がストリップ線路構造であり、且つ前記線路がフレキシブルである基板を用いたフレキシブルストリップ線路において、前記フレキシブルストリップ線路の中心導体の幅が入出力端に接続されたインピーダンスに適合する特性インピーダンスにより定まる幅よりも広幅とし、且つ前記フレキシブルストリップ線路の一端の中心導体の長さが伝送する信号の実効波長の略４分の１の長さまで他端の前記中心導体の幅よりも幅狭な構造であることを特徴とするフレキシブルストリップ線路。
請求項２記載のフレキシブルストリップ線路において、前記フレキシブルストリップ線路の他端の前記中心導体の長さが伝送する信号の実効波長の略４分の１の長さまで前記フレキシブルストリップ線路の略中央の前記中心導体の幅と異なる寸法であることを特徴とするフレキシブルストリップ線路。
請求項１から３のいずれかに記載のフレキシブルストリップ線路において、前記フレキシブルストリップ線路の信号線の信号伝送方向と略平行に前記フレキシブルストリップ線路の２つのグランド部を電気的に接続するスルーホールと、前記スルーホールを隔てて少なくとも２つ以上の前記信号線を備え、伝送線路を多芯化したことを特徴とするフレキシブルストリップ線路。