JP2006287560A

JP2006287560A - 電子回路

Info

Publication number: JP2006287560A
Application number: JP2005103995A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ikeda; 博池田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19
Also published as: US20060220963A1; EP1708550A1

Abstract

【課題】導体線路がコネクタの金属フランジや導電体壁に近接すると、導電体の影響を受けて導体線路のインピーダンスが低下する。導体線路のインピーダンスが低下すると、インピーダンス不整合によりインピーダンスが低下した部分からの反射が生じ、信号の伝搬特性の劣化となる。本願発明は、基板の上面に形成された導体線路がコネクタに接続されたり、導電体壁に設けられた貫通孔を通過したりする場合であっても、コネクタの金属フランジや導電体壁の影響を低減することのできる電子回路を提供することを目的とする。
【解決手段】上記目的を達成するために、本願発明は、コネクタの金属フランジに近づいたり、導電体壁に近づいたりする導体線路の線路幅を徐々に狭めることによって、インピーダンスの低下を補償する電子回路である。
【選択図】図１

Description

本願発明は、基板の上面に設けられた導体線路のインピーダンス特性の変化によって信号の伝搬特性が劣化することを防止する電子回路に関する。

導体線路を基板上に構成した電子回路は、回路ブロックごとにアイソレーションをとるために、電子回路を金属のケースに入れるか、回路ブロックごとに導電体の壁をつくって各回路ブロックを電磁界的に隔離している。

また、基板上に構成した導体線路からの信号を外部に出力したり、外部からの信号を導体線路に入力したりするためにコネクタを設けて、導体線路とコネクタとを電気的に接続する。コネクタの中心導体の直径は導体線路の線路幅に比較して小さいため、導体線路とコネクタの中心導体とを接続すると接続点でインピーダンス不整合が生じる。そのため、導体線路の線路幅を中心導体の直径にまで狭めて接続する技術が開示されている（例えば、非特許文献１参照。）。
ＭｉｃｒｏｗａｖｅＦｉｌｔｅｒｓ，Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ−ＭａｔｃｈｉｎｇＮｅｔｗｏｒｋｓ，ＡｎｄＣｏｕｐｌｉｎｇＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，Ｐ．４７５，１９８０，ＡＲＴＥＣＨＨＯＵＳＥＢＯＯＫＳ

導体線路がコネクタの金属フランジや導電体壁に近接すると、導電体の影響を受けて導体線路のインピーダンスが低下する。導体線路のインピーダンスが低下すると、インピーダンス不整合によりインピーダンスが低下した部分からの反射が生じ、信号の伝搬特性の劣化となる。

しかし、上述した導体線路の線路幅を中心導体の直径にまで狭めて接続する技術は、導体線路とコネクタとのインピーダンス整合を目的とした技術であって、コネクタの金属フランジや導電体壁の影響を低減するものではない。特に、信号周波数が高いと、信号の波長に対して影響を受ける部分の長さが相対的に長くなるため、導体線路のインピーダンス低下の影響が大きく、信号の伝搬特性の劣化が大きい。

本願発明は、基板の上面に形成された導体線路がコネクタに接続されたり、導電体壁に設けられた貫通孔を通過したりする場合であっても、コネクタの金属フランジや導電体壁の影響によって信号の伝搬特性の劣化を低減することのできる電子回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明は、コネクタの金属フランジに近づいたり、導電体壁に近づいたりする導体線路の線路幅を所定の位置から徐々に狭めることによって、インピーダンスの低下を低減する電子回路である。

具体的には、本願第一発明は、誘電体からなる基板と、前記基板の上面に設けられた導体線路と、前記導体線路の信号伝搬方向の端部に接続された同軸型コネクタと、前記コネクタを取り付ける導電体壁と、を備え、前記導体線路は、前記端部に近づくにつれ線路幅が前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅よりも所定の位置から徐々に狭くなっていることを特徴とする電子回路である。

本願発明により、導体線路がコネクタの接続された伝搬方向の端部に近づくにつれ線路幅を徐々に狭めることによって導体線路のインピーダンス低下を補償することができる。

なお、コネクタが金属フランジを有し、その金属フランジが導体線路を設けた基板に近接する場合は、金属フランジが本願第一発明でいう導電体壁となる。

本願第一発明において、前記端部と前記導電体壁との間に空隙が設けられ、前記端部と前記導電体壁との距離が前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅の３％以上１０％以下であることが好ましい。

導体線路の端部と導電体壁との間に空隙を設けることによって、導体線路のインピーダンス低下を補償する効果が高くなる。

本願第一発明において、前記導体線路は、前記端部の線路幅が前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅の８０％以上９０％以下であることが好ましい。

導体線路の線路幅を導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅の９０％以下とすることによって、導体線路のインピーダンス低下を補償することができる。８０％未満にすると、導体線路のインピーダンスが過補償となり逆に高くなってしまう。従って、導体線路の線路幅は導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅の８０％以上９０％以下にすることが好ましい。

本願第一発明において、前記導体線路は、前記端部から前記所定の位置までの距離が前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅と前記端部の線路幅との差の２分の１以上であること、望ましくは前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅以上であることが好ましい。

導体線路の線路幅が狭くなるのは、導電体壁からできる限り隔たった位置からが好ましいが、導体線路の線路幅を狭くする所定の位置から導体線路の端部までの距離が前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅と前記端部の線路幅との差の２分の１以上であれば、安定して導体線路のインピーダンス低下を補償することができる。さらに、前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅以上であれば、より安定して導体線路のインピーダンス低下を補償することができる。

本願第二発明は、誘電体からなる基板と、前記基板の上面に設けられた導体線路と、前記導体線路を跨ぐ導電体壁と、を備え、前記導体線路は、前記導電体壁に近づくにつれ線路幅が前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅よりも所定の位置から徐々に狭くなり、前記導電体壁の跨ぐ部分の線路幅が一定であることを特徴とする電子回路である。

本願発明により、導体線路が導電体壁に近づくにつれ所定の位置から線路幅を徐々に狭めることによって導体線路のインピーダンス低下を補償することができる。また、導電体壁に設けられた貫通孔を狭い線路幅で通過させることによって導体線路のインピーダンス低下を補償することができる。

本願第二発明において、前記導体線路は、前記導電体壁の跨ぐ部分の線路幅が前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅の８０％以上９０％以下であることが好ましい。

導体線路の線路幅を導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅よりも９０％以下とすることによって、導体線路のインピーダンス低下を補償することができる。８０％未満にすると、導体線路のインピーダンスが逆に高くなってしまう。従って、導体線路の線路幅は本来の幅よりも８０％以上９０％以下の範囲にすることが好ましい。

本願第二発明において、前記導体線路は、前記導電体壁から前記所定の位置までの距離が前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅と前記導電体壁の跨ぐ部分の線路幅との差の２分の１以上であること、望ましくは前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅以上であることが好ましい。

導体線路の線路幅が狭くなるのは、導電体壁からできる限り隔たった位置からが好ましいが、導体線路の線路幅を狭くする所定の位置から導電体壁までの距離が前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅と前記導電体壁の跨ぐ部分の線路幅との差の２分の１以上であれば、安定して導体線路のインピーダンス低下を補償することができる。さらに、前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅以上であれば、より安定して導体線路のインピーダンス低下を補償することができる。

本願発明の電子回路は、基板の上面に形成された導体線路がコネクタに接続されたり、導電体壁に設けられた貫通孔を通過したりする場合であっても、コネクタの金属フランジや導電体壁の影響によって信号の伝搬特性が劣化することを低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。

図１は、本願発明の実施の形態の一例を説明する電子回路１００の上面図である。図１において、１０は誘電体からなる基板、１１は基板１０の上面に設けられた導体線路としてのマイクロストリップライン、１５はマクロストリップライン１１の信号伝搬方向の端部に接続される同軸型コネクタ、１６は同軸型コネクタ１５を導電体壁に取り付ける金属フランジ、１７は同軸型コネクタ１５の中心導体、１８は同軸型コネクタ１５の中心導体１７を取巻く電極間誘電体、２１は同軸型コネクタ１５を取り付ける導電体壁である。

図１において、同軸型コネクタ１５が金属フランジ１６で導電体壁２１に取り付けられており、同軸型コネクタ１５内及び導電体壁２１内の貫通孔には電極間誘電体１８が充填されている。中心導体１７は電極間誘電体１８の中心を通り、マイクロストリップライン１１と接続される。導電体壁２１及び金属フランジ１６は基板１０のグランドと接続されている。

マイクロストリップラインは、誘電体からなる基板の片方の面にグランドが設けられ、他方の面に分布定数線路である導体線路が設けられている。マイクロストリップラインの設定インピーダンスは、導体線路の厚さ、導体線路の線路幅、基板の厚さ、基板を構成する誘電体の誘電率で決定される。図１に示すように、マイクロストリップライン１１に入出力用の同軸型コネクタ１５を接続すると、マイクロストリップライン１１が同軸型コネクタ１５に近い部分では、同軸型コネクタ１５を取り付けた導電体壁２１とマイクロストリップライン１１との誘導によりマイクロストリップライン１１のインピーダンスが低下してしまう。

一方、マイクロストリップライン１１の固有の線路幅は、所望の設定インピーダンスに対して、導体線路の厚さ、基板の厚さ、基板を構成する誘電体の誘電率で決定される。マイクロストリップラインの線路幅は狭くするほど設定インピーダンスは増大する。

そこで、導電体壁２１に近い位置ではマイクロストリップライン１１の線路幅を狭くすることによって、誘導によるマイクロストリップライン１１のインピーダンス低下を補償する。線路幅を狭めるには、図１に示すように直線的に狭めてもよいし、円弧等のようになだらかな曲線で狭めてもよい。また、信号伝搬方向に線対称で狭めることに限定されるものではない。

図２は、本願発明の他の実施の形態の一例を説明する電子回路２００の上面図である。図２において、図１と同じ符号は同じ意味を表す。図１との違いは、同軸型コネクタ１５の金属フランジ１６が基板１０に接するように導電体壁２１、基板１０又はケース（不図示）に取り付けられていることである。いずれの場合も、金属フランジ１６は基板１０のグランドと接続されている。この場合は、金属フランジ１６が導電体壁として作用し、マイクロストリップライン１１は金属フランジ１６との誘導により金属フランジ１６に近い位置のインピーダンスが低下する。

そこで、金属フランジ１６に近い位置ではマイクロストリップライン１１の線路幅を狭くすることによって、誘導によるマイクロストリップライン１１のインピーダンス低下を補償する。線路幅を狭めるには、図２に示すように直線的に狭めてもよいし、円弧等のようになだらかな曲線で狭めてもよい。また、信号伝搬方向に線対称で狭めることに限定されるものではない。

図３は、図２に示すマイクロストリップライン１１と同軸型コネクタ１５の中心導体１７との接続部を拡大した上面図である。図２と同じ符号は同じ意味を表す。マイクロストリップライン１１の所望の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅（以後、「マイクロストリップラインの所望の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅」を「マイクロストリップラインの固有の線路幅」と略記する。）をＷ、マイクロストリップライン１１の端部での線路幅をＨ、マイクロストリップライン１１の端部からマイクロストリップライン１１の線路幅が狭くなる位置までの距離をＬ、マイクロストリップライン１１の端部と金属フランジ１６との距離をＳとする。

金属フランジ１６との誘導によるマイクロストリップライン１１のインピーダンス低下を補償するために、マイクロストリップライン１１の端部での線路幅Ｈをマイクロストリップライン１１の固有の線路幅Ｗの９０％以下とすることが好ましい。マイクロストリップライン１１のインピーダンス低下の補償に必要な量である。しかし、８０％未満とすると、逆にインピーダンス低下の補償過多となってしまうことが経験的に得られた。従って、下記の式が成り立つ範囲が好ましい。
０．９×Ｗ≧Ｈ≧０．８×Ｗ（１）
図３では、マイクロストリップライン１１の線路幅は、信号伝搬方向に対して線対称で狭くなっているが、線対称で狭くなることに限定されるものではない。

マイクロストリップライン１１の端部からマイクロストリップライン１１の線路幅が狭くなる位置までの距離Ｌは、マイクロストリップライン１１の固有の線路幅Ｗとマイクロストリップラインの端部の線路幅Ｈとの差の２分の１以上であることが好ましい。従って、
Ｌ≧（Ｗ−Ｈ）／２（２）
の式が成り立つ範囲が好ましい。即ち、マイクロストリップライン１１の端部からマイクロストリップライン１１の線路幅が狭くなる位置までの距離が少なくともマイクロストリップライン１１の線路幅を狭くする分の２分の１以上長いことが好ましい。金属フランジ１６との距離が近づくにつれ、マイクロストリップライン１１のインピーダンスが低下するため、マイクロストリップライン１１の線路幅を徐々に狭めることによって、インピーダンス低下を補償するためである。

さらに、マイクロストリップライン１１の端部からマイクロストリップライン１１の線路幅が狭くなる位置までの距離Ｌは長ければ長いほどよい。従って、マイクロストリップライン１１の端部からマイクロストリップライン１１の線路幅が狭くなる位置までの距離Ｌは、マイクロストリップライン１１の固有の線路幅Ｗに対して、
Ｌ≧Ｗ（３）
の式が成り立つ範囲が望ましい。即ち、マイクロストリップライン１１の端部からマイクロストリップライン１１の線路幅が狭くなる位置までの距離が少なくとも前記マイクロストリップライン１１の固有の線路幅以上であることが望ましい。

マイクロストリップライン１１が金属フランジ１６に近接する領域では、誘導によるマイクロストリップライン１１のインピーダンスの低下が極端に大きくなるため、マイクロストリップライン１１の端部と金属フランジ１６との間に空隙を設け、マイクロストリップライン１１の端部と金属フランジ１６との距離Ｓをマイクロストリップライン１１の固有の線路幅Ｗの３％以上とすることが好ましい。インピーダンス低下の極端な低下の防止に必要な量である。しかし、１０％を超えて拡げると、インピーダンス不整合が生じる。従って、下記の式が成り立つ範囲が好ましい。
０．１０×Ｗ≧Ｓ≧０．０３×Ｗ（４）

図３では、マイクロストリップライン１１が金属フランジ１６に近接する例を示しているが、マイクロストリップライン１１が導電体壁に近接する場合でも同様である。

以上説明したように、本願発明の実施の形態の電子回路では、導体線路が導電体壁に近づいた場合に、導体線路の線路幅を導体線路の固有の線路幅よりも狭めることによって、インピーダンス低下を補償することができる。本願発明の実施の形態では、コネクタとして同軸型コネクタを例示したが、同軸型コネクタに限定されるものではない。

次に、導電体壁で仕切られた電子回路について説明する。図４は、本願他の発明の実施の形態の一例を説明する電子回路３００の上面図である。図４において、１０は誘電体からなる基板、１１は基板１０の上面に設けられた導体線路としてのマイクロストリップライン、２２は導体線路１１を跨ぐ導電体壁、２３は導電体壁２２に設けられた貫通孔である。

図４において、基板１０の上面に設けられたマイクロストリップライン１１が導電体壁２２に設けられた貫通孔２３の中を通過している。前述したように、マイクロストリップライン１１の導電体壁２２に近い位置では、マイクロストリップライン１１と導電体壁２２との誘導により、マイクロストリップライン１１のインピーダンスが低下する。一方、マイクロストリップライン１１の線路幅は狭くするほど設定インピーダンスは増大する。

そこで、マイクロストリップライン１１の線路幅は、導電体壁２２に近づくにつれマイクロストリップライン１１の固有の線路幅よりも狭くし、導電体壁２２が跨ぐ部分は狭くなった線路幅を一定とすることによって、誘導によるマイクロストリップライン１１のインピーダンス低下を補償する。マイクロストリップライン１１の線路幅は、図４に示すように直線的に狭めてもよいし、円弧等のようになだらかな曲線で狭めてもよい。また、信号伝搬方向に線対称で狭めることに限定されるものではない。

図５は、図４に示すマイクロストリップライン１１が導電体壁２２に設けられた貫通孔２３を通過する部分を拡大した上面図である。図４と同じ符号は同じ意味を表す。マイクロストリップライン１１の固有の線路幅をＷ、導電体壁２２が跨ぐ部分のマイクロストリップライン１１の線路幅をＪ、導電体壁２２からマイクロストリップライン１１の線路幅が狭くなる位置までの距離をＲとする。

導電体壁２２との誘導によるマイクロストリップライン１１のインピーダンス低下を補償するために、導電体壁２２が跨ぐ部分のマイクロストリップライン１１の線路幅をマイクロストリップライン１１の固有の線路幅Ｗの９０％以上とすることが好ましい。マイクロストリップライン１１のインピーダンス低下の補償に必要な量である。しかし、８０％未満とすると、逆にインピーダンス低下の補償過多となってしまうことが経験的に得られた。従って、下記の式が成り立つ範囲が好ましい。
０．９×Ｗ≧Ｊ≧０．８×Ｗ（５）
図５では、マイクロストリップライン１１の線路幅は、信号伝搬方向に対して線対称で狭くなっているが、線対称で狭くなることに限定されるものではない。

導電体壁２２からマイクロストリップライン１１の線路幅が狭くなる位置までの距離Ｒは、マイクロストリップライン１１の固有の線路幅Ｗと導電体壁２２が跨ぐ部分のマイクロストリップライン１１の線路幅Ｊとの差２分の１以上であることが好ましい。従って、
Ｒ≧（Ｗ−Ｊ）／２（６）
の式が成り立つ範囲が好ましい。即ち、導電体壁２２からマイクロストリップライン１１の線路幅が狭くなる位置までの距離が少なくともマイクロストリップライン１１の線路幅を狭くする分の２分の１以上長いことが好ましい。導電体壁２２と距離が近づくにつれ、マイクロストリップライン１１のインピーダンスが低下するため、マイクロストリップライン１１の線路幅を徐々に狭めることによって、インピーダンス低下を補償するためである。

さらに、導電体壁２２からマイクロストリップライン１１の線路幅が狭くなる位置までの距離Ｒは長ければ長いほどよい。従って、導電体壁２２からマイクロストリップライン１１の線路幅が狭くなる位置までの距離Ｒは、マイクロストリップライン１１の固有の線路幅Ｗに対して、
Ｒ≧Ｗ（７）
の式が成り立つ範囲が望ましい。即ち、導電体壁２２から線路幅が狭くなる位置までの距離が少なくとも前記マイクロストリップラインの設定インピーダンスで決定される固有の線路幅以上長いことがより好ましい。

以上説明したように、本願発明の実施の形態の電子回路では、導電体壁に設けた貫通孔に導体線路を通す場合に、導体線路の線路幅を導体線路の固有の線路幅よりも狭めることによってインピーダンス低下を補償することができる。

ここまでは、マイクロストリップラインが導電体壁に近づく形態について説明したが、マイクロストリップラインに代えて、コプレーナラインとしても同様の効果が得られる。コプレーナラインはマイクロストリップラインと同様に信号周波数の高い領域で使用され、コプレーナラインの固有の線路幅は、所望の設定インピーダンスに対して、導体線路の厚さ、基板の厚さ、基板を構成する誘電体の誘電率で決定される。マイクロストリップラインと同様にコプレーナラインの線路幅も狭くするほどコプレーナラインのインピーダンスが増大する。従って、コプレーナラインの線路幅を狭めることによって前述したインピーダンス低下の補償効果が高い。

本願発明により、基板の上面に形成された導体線路がコネクタに接続されたり、導電体壁に設けられた貫通孔を通過したりする場合であっても、コネクタの金属フランジや導電体壁の影響によって信号の伝搬特性が劣化することを低減することができる。

本願発明の電子回路は、高周波を使用する無線装置や搬送波を使用する同軸ＣＡＴＶ用の増幅器及びその調整に利用することができる。

本願発明の実施の形態の一例を説明する電子回路１００の上面図である。本願発明の他の実施の形態の一例を説明する電子回路２００の上面図である。マイクロストリップラインと同軸型コネクタの中心導体との接続部を拡大した上面図である。本願他の発明の実施の形態の一例を説明する電子回路の上面図である。マイクロストリップラインが導電体壁に設けられた貫通孔を通過する部分を拡大した上面図である。

符号の説明

１０：基板１１：マイクロストリップライン１５：同軸型コネクタ
１６：金属フランジ１７：中心導体１８：電極間誘電体
２１：導電体壁２２：導電体壁２３：貫通孔
１００、２００、３００：電子回路

Claims

誘電体からなる基板と、
前記基板の上面に設けられた導体線路と、
前記導体線路の信号伝搬方向の端部に接続されたコネクタと、
前記コネクタを取り付ける導電体壁と、を備え、
前記導体線路は、前記端部に近づくにつれ線路幅が前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅よりも所定の位置から徐々に狭くなっていることを特徴とする電子回路。
前記端部と前記導電体壁との間に空隙が設けられ、前記端部と前記導電体壁との距離が前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅の３％以上１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子回路。
前記導体線路は、前記端部の線路幅が前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅の８０％以上９０％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子回路。
前記導体線路は、前記端部から前記所定の位置までの距離が前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅と前記端部の線路幅との差の２分の１以上であること、望ましくは前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅以上であることを特徴とする請求項１から３に記載のいずれかの電子回路。
誘電体からなる基板と、
前記基板の上面に設けられた導体線路と、
前記導体線路を跨ぐ導電体壁と、を備え、
前記導体線路は、前記導電体壁に近づくにつれ線路幅が前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅よりも所定の位置から徐々に狭くなり、前記導電体壁の跨ぐ部分の線路幅が一定であることを特徴とする電子回路。
前記導体線路は、前記導電体壁の跨ぐ部分の線路幅が前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅の８０％以上９０％以下であることを特徴とする請求項５に記載の電子回路。
前記導体線路は、前記導電体壁から前記所定の位置までの距離が前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅と前記導電体壁の跨ぐ部分の線路幅との差の２分の１以上であること、望ましくは前記導体線路の設定インピーダンスで決定される固有の線路幅以上であることを特徴とする請求項５又は６に記載の電子回路。