JP2007166270A - Short-circuiting means, and tip short-circuiting stub therewith, resonator and high-frequency filter - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、マイクロ波帯及びミリ波帯で用いられる高周波回路の短絡手段に関するもので、主に、マイクロストリップ線路やストリップ線路等で構成された先端短絡スタブ、共振器、あるいは、先端短絡スタブや共振器を用いて構成されるフィルタやインピーダンス整合回路などの回路の構成要素となる短絡手段に関する。 The present invention relates to a short-circuit means for a high-frequency circuit used in a microwave band and a millimeter-wave band, and mainly includes a tip short-circuit stub, a resonator, or a tip short-circuit stub composed of a microstrip line, a strip line, etc. The present invention relates to a short-circuit means serving as a component of a circuit such as a filter configured using a resonator and an impedance matching circuit.
従来の高周波回路の短絡手段として、主面に信号導体としてのストリップ導体および先端短絡スタブが形成され、裏面に地導体が形成された誘電体基板に、ストリップ導体と地導体とを電気的に接続する短絡導体として機能するスルーホールを設け、スルーホールにより電気的に短絡するものがある。 As a short-circuit means for conventional high-frequency circuits, the strip conductor and ground conductor are electrically connected to a dielectric substrate with the strip conductor and tip short-circuit stub as the signal conductor formed on the main surface and the ground conductor formed on the back surface. Some have a through-hole that functions as a short-circuit conductor to be electrically short-circuited by the through-hole.
ところで、先端短絡スタブは構造が簡素で非常に良く用いられるが、誘電体基板の主面にストリップ導体を形成する製造プロセスと、スルーホールを形成する製造プロセスとが、通常は別々であるため、ストリップ導体に対するスルーホールの位置の変動を避けられない。スルーホールの位置ずれが生じると、先端短絡スタブの電気長が位置ずれに対応する電気長の分だけ変化するため、スタブの電気特性を考える上での基準面(ストリップ導体と先端短絡スタブとの接続部)からスタブ側を見たときの反射特性(入力インピーダンス)が変動するという課題がある。特に、スルーホールが先端短絡スタブの長手方向にストリップ導体に対して位置ずれを起こした場合に、前記反射特性の変動が顕著となる。こういった問題は、先端短絡スタブだけではなく、同様な短絡手段を用いて構成されたマイクロストリップ線路形共振器や、フィルタあるいは増幅器やアンテナのインピーダンス整合回路等でしばしば発生し、回路の歩留まりを低下させる。 By the way, the tip short-circuit stub has a simple structure and is used very often. However, since the manufacturing process for forming the strip conductor on the main surface of the dielectric substrate and the manufacturing process for forming the through hole are usually different, The variation of the position of the through hole with respect to the strip conductor is inevitable. When the through hole is misaligned, the electrical length of the tip short-circuit stub changes by the electrical length corresponding to the misalignment. Therefore, the reference plane for considering the electrical characteristics of the stub (the strip conductor and the tip short-circuit stub There is a problem that the reflection characteristic (input impedance) when the stub side is viewed from the connection portion varies. In particular, when the through hole is displaced with respect to the strip conductor in the longitudinal direction of the tip short-circuited stub, the reflection characteristic varies significantly. These problems often occur not only in the short-circuited short stubs, but also in microstrip line resonators constructed using similar shorting means, filters, amplifiers, impedance matching circuits of antennas, etc. Reduce.
以上のように、従来の短絡手段では、信号導体としてのストリップ導体と地導体を電気的に接続する短絡導体が信号導体に対して所定の位置から位置ずれすることによる回路の特性変動を避けることができず、特性ばらつきにより回路の歩留まりが低下するという課題があった。この問題は、周波数が高くなり、波長に対して位置ずれ量が大きくなるほど顕著となる。 As described above, the conventional short-circuit means avoids fluctuations in circuit characteristics due to the short-circuit conductor that electrically connects the strip conductor as the signal conductor and the ground conductor being displaced from a predetermined position with respect to the signal conductor. However, there is a problem that the yield of the circuit is lowered due to characteristic variation. This problem becomes more prominent as the frequency increases and the amount of positional deviation with respect to the wavelength increases.
この発明は前記のような問題点を解決するためになされたもので、信号導体と地導体からなる伝送線路を用いて構成された種々のマイクロ波ミリ波回路において、信号導体と地導体を短絡導体で接続して構成される短絡手段の特性変動を低減し、前記のような短絡手段を有するマイクロ波ミリ波回路の歩留まりを向上することができる短絡手段、および短絡手段を備える先端短絡スタブ、共振器並びに高周波フィルタを得ることを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems. In various microwave millimeter wave circuits configured using a transmission line composed of a signal conductor and a ground conductor, the signal conductor and the ground conductor are short-circuited. Short-circuit means capable of reducing fluctuations in characteristics of the short-circuit means constituted by connecting with a conductor and improving the yield of the microwave millimeter-wave circuit having the short-circuit means as described above, and a tip short-circuit stub including the short-circuit means, The object is to obtain a resonator and a high-frequency filter.
この発明に係る短絡手段は、2つの伝送線路を略平行に配置して相互に電磁界結合させた4端子回路の結合線路と、前記2つの伝送線路を接続する接続線路と、短絡導体とを備え、前記結合線路の一方の側で隣接する2つの端子を前記接続線路で電気的に接続するとともに、他方の側で隣接する2つの端子のうち、一方の端子を前記短絡導体にて地導体へと短絡し、残りの端子を外部回路と接続するための入出力端子としたものである。 The short-circuit means according to the present invention includes a four-terminal circuit coupling line in which two transmission lines are arranged substantially in parallel and coupled to each other, a connection line connecting the two transmission lines, and a short-circuit conductor. Two terminals adjacent on one side of the coupling line are electrically connected by the connection line, and one of the two terminals adjacent on the other side is grounded by the short-circuit conductor The other terminals are used as input / output terminals for connection to an external circuit.
また、他の発明に係る短絡手段は、上記記載の短絡手段と同一構成でなる2つの短絡手段と、電気長の略等しい伝送線路で成る2つの中継線路とを備え、前記2つの短絡手段を双方の結合線路が略平行となるように配列し、かつ前記2つの短絡手段の入出力端子にそれぞれ前記中継線路の一端を接続するとともに、前記中継線路の他端を電気的に接続し、その接続箇所を前記外部回路と接続するための入出力端子としたものである。 A short-circuit means according to another invention includes two short-circuit means having the same configuration as the short-circuit means described above, and two relay lines composed of transmission lines having substantially the same electrical length. Both coupled lines are arranged so as to be substantially parallel, and one end of the relay line is connected to the input / output terminals of the two short-circuit means, and the other end of the relay line is electrically connected, The connection location is used as an input / output terminal for connecting to the external circuit.
また、他の発明に係る短絡手段は、3つの伝送線路を略平行に配置して相互に電磁界結合させた6端子回路の結合線路と、前記3つの伝送線路を接続する接続線路と、短絡導体と、電気長の略等しい伝送線路で成る2つの中継線路とを備え、前記結合線路の一方の側で隣接する3つの端子を前記接続線路で電気的に接続するとともに、他方の側で隣接する3つの端子のうち、中央の1つを前記短絡導体にて地導体へと短絡し、残る両側の2つの端子のそれぞれに前記中継線路の一端を接続し、さらに、2つの中継線路の他端を電気的に接続し、その接続箇所を前記外部回路と接続するための入出力端子としたものである。 Further, the short-circuit means according to another invention includes a 6-terminal circuit coupling line in which three transmission lines are arranged substantially in parallel and coupled to each other, a connection line connecting the three transmission lines, and a short-circuit. A conductor and two relay lines composed of transmission lines having substantially the same electrical length, electrically connecting three adjacent terminals on one side of the coupling line with the connection line and adjacent on the other side Of the three terminals, one of the center is short-circuited to the ground conductor by the short-circuit conductor, and one end of the relay line is connected to each of the remaining two terminals on both sides. The ends are electrically connected, and the connection location is used as an input / output terminal for connecting to the external circuit.
また、さらに他の発明に係る短絡手段は、3つの伝送線路を略平行に配置して相互に電磁界結合させた6端子回路の結合線路と、前記3つの伝送線路を接続する接続線路と、2つの短絡導体とを備え、前記結合線路の一方の側で隣接する3つの端子を前記接続線路で電気的に接続するとともに、他方の側で隣接する3つの端子のうち、両側の2つの端子のそれぞれを短絡導体で地導体と短絡し、中央の端子を入出力端子としたものである。 Further, the short-circuit means according to still another invention includes a coupling line of a six-terminal circuit in which three transmission lines are arranged substantially in parallel and are electromagnetically coupled to each other, a connection line connecting the three transmission lines, Two short-circuit conductors, and electrically connecting three adjacent terminals on one side of the coupling line with the connection line, and two terminals on both sides among the three terminals adjacent on the other side Each of these is short-circuited to the ground conductor with a short-circuit conductor, and the center terminal is used as the input / output terminal.
さらに、この発明に係る先端短絡スタブ、共振器または高周波フィルタは、上記記載のうちいずれかの短絡手段を備えるものである。 Furthermore, the tip short-circuit stub, the resonator, or the high-frequency filter according to the present invention includes any one of the short-circuit means described above.
この発明によれば、略平行に並べられた2つの短い線路を電磁界結合させてなる結合線路の一方の側の2つの端子をひとつにまとめるとともに、他方の側の2つの端子のうちの一方をスルーホール等で地導体とストリップ導体を短絡し、且つ、残る端子を他の回路へと繋ぐための入力端子として短絡手段とした。このため、スルーホールがストリップ導体に対して位置ずれを起こしても前記短絡手段を用いて構成された回路の特性変動が小さく、歩留まりの良い回路が得られるという効果がある。 According to the present invention, two terminals on one side of a coupling line formed by electromagnetically coupling two short lines arranged substantially in parallel are combined into one, and one of the two terminals on the other side is combined. The ground conductor and the strip conductor are short-circuited by a through hole or the like, and the remaining terminal is used as a short-circuit means as an input terminal for connecting to another circuit. For this reason, even if the through hole is displaced with respect to the strip conductor, the characteristic variation of the circuit configured using the short-circuiting means is small, and a circuit with a good yield can be obtained.
また、上述した短絡手段を2つ用い、これらを並列接続するとともに、短絡手段の中心線に関して対称となるようにレイアウトした。このため、スルーホールがストリップ導体に対していずれの方向に位置ずれを起こしても短絡手段としての特性変動が小さく抑えられ、歩留まりの良い回路が得られるという効果がある。 In addition, the two short-circuiting means described above were used, connected in parallel, and laid out so as to be symmetric with respect to the center line of the short-circuiting means. For this reason, even if the through hole is displaced in any direction with respect to the strip conductor, the characteristic variation as the short-circuiting means can be suppressed, and a circuit with a good yield can be obtained.
また、略平行に配置された3つの短い線路を互いに電磁界結合させてなる結合線路において、その一方の側の3つの端子をひとつにまとめ、他方の側の中央の端子をスルーホールで地導体と短絡し、且つ、残る2つの端子に伝送線路をそれぞれ接続し、これらの伝送線路の一端を並列接続する形で一つに束ね短絡手段としている。このため、ストリップ導体に対するスルーホールの位置ずれによる特性変動が小さく、前記短絡手段を用いることで、コンパクトかつ歩留まりの良い回路を得られる効果がある。 In addition, in a coupled line formed by electromagnetically coupling three short lines arranged substantially parallel to each other, the three terminals on one side are combined into one, and the central terminal on the other side is grounded through a ground conductor. The transmission lines are connected to the remaining two terminals, and one end of these transmission lines is connected in parallel to form a short-circuit means. For this reason, the characteristic variation due to the displacement of the through hole with respect to the strip conductor is small, and the use of the short-circuit means has an effect of obtaining a compact and high-yield circuit.
また、略平行な3つの短い線路を互いに電磁界結合させてなる結合線路の一方の側の3つの端子をひとつにまとめ、他方の側の両側の端子をスルーホールで地導体と短絡し、且つ、残る中央部の端子を入力端子として短絡手段としている。このため、導体パターンに対してスルーホールの位置ずれが生じても前記短絡手段を用いて構成された回路の特性変動が少ない。また、線路の引き回しが少ないことからコンパクトな短絡手段が得られるという効果がある。 Further, three terminals on one side of a coupling line formed by electromagnetically coupling three parallel lines that are substantially parallel to each other are combined into one, and the terminals on both sides on the other side are short-circuited to the ground conductor with a through hole, and The remaining central terminal serves as a short-circuit means with the input terminal as an input terminal. For this reason, even if the position shift of the through hole occurs with respect to the conductor pattern, the characteristic variation of the circuit configured using the short-circuit means is small. In addition, there is an effect that a compact short-circuiting means can be obtained because the number of wiring lines is small.
さらに、上記記載のいずれかの短絡手段を用いて共振器あるいはフィルタを構成した。このため、共振周波数の変動の少ない共振器またはフィルタが得られるという効果がある。また、マイクロ波の通過を抑止したい帯域と通過させたい帯域が近接している場合など、従来の短絡手段を用いていたのでは実現が困難な電気特性のフィルタを実現可能にするという効果がある。 Furthermore, a resonator or a filter was configured using any of the short-circuit means described above. For this reason, there is an effect that a resonator or a filter with less fluctuation of the resonance frequency can be obtained. In addition, there is an effect that it is possible to realize a filter having an electrical characteristic that is difficult to realize by using a conventional short-circuiting means, such as when a band to suppress the passage of microwaves is close to a band to be passed. .
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る高周波回路の短絡手段を用いて構成されたマイクロストリップ線路形先端短絡スタブを上方から見た図であり、また、図2は、図1に示したA−A’線での矢視断面図である。図1および図2に示すように、誘電体基板1の主面には、信号導体としてのストリップ導体2、先端短絡スタブ5が形成され、裏面には、地導体3が形成されている。また、誘電体基板1の主面には、ストリップ導体2と地導体3を電気的に接続する短絡導体として機能するスルーホール4が形成されている。なお、6は先端短絡スタブ5が接続された主線路、7aおよび7bは入出力端子、8はストリップ導体2と地導体3をスルーホール4により電気的に短絡する短絡手段、9は先端短絡スタブ5の電気特性を考える上での基準面を示している。
FIG. 1 is a view of a microstrip line type short-circuited short-circuited stub configured using the short-circuit means of the high-frequency circuit according to
また、図3(a)〜(c)は、本実施の形態1に係る先端短絡スタブ5の図1と同様な上面図と、一部分解図および等価回路図を示している。図3(a)において、10は略平行に並べられた2つのマイクロストリップ線路を電磁界結合させて成る結合線路を示し、11a、11bは結合線路10の信号導体となる2つの伝送線路、12は伝送線路11a、11bを接続する短い接続線路を示す。
3A to 3C show a top view, a partially exploded view, and an equivalent circuit diagram of the tip short-
すなわち、本実施の形態1に係る先端短絡スタブ5は、図3(b)に示すように、使用周波数帯域にて1/8波長以下の電気長を有する2つの伝送線路11a、11bを略平行に配置して相互に電磁界結合させた4端子回路の結合線路10と、接続線路12と、短絡導体としてのスルーホール4(スルーホール4に付随する導体パターン13を含む)とを備え、結合線路10の一方の側の2端子を接続線路12で接続し、他方の側の2端子のうちの一方の1端子をスルーホール4で地導体3とストリップ導体2を接続し、さらに、残る他方の1端子を主線路6へと繋ぐための入出力端子とした、結合線路形の短絡手段を有する先端短絡スタブとなっている。結合線路10の結合度(結合線路インピーダンス)と電気長は、設計中心周波数f0にて、所定の条件を満足するように値が選択されている。
That is, as shown in FIG. 3B, the tip short-
次に動作について説明する。
まず、図3(a)に示すように、先端短絡スタブ5をA部とC部の2つに分け、図3(c)に示すように、C部の入力インピーダンスをXc、結合線路部分の電気長をθc、結合線路インピーダンスをZe(偶モードインピーダンス)、Zoo(奇モードインピーダンス)とする。このとき、入力インピーダンスXcと、Xcの電気長θcに対する変化率は、次式(1)で表される。
Next, the operation will be described.
First, as shown in FIG. 3 (a), the tip short-
次に、図4に示すように、図3におけるC部を、任意の設計中心周波数f0において、或る電気長θsおよび特性インピーダンスZs(ZsはZaに等しいか、近い値とする)を有する伝送線路の先端で地導体と短絡された回路に置き換えることを考える。この回路の入力インピーダンスをXsとする。このとき、入力インピーダンスXsと、Xsの電気長θcに対する変化率は、次式(2)で与えられる。 Next, as shown in FIG. 4, the portion C in FIG. 3 is replaced with a certain electric length θ s and characteristic impedance Z s (Z s is equal to or close to Z a at an arbitrary design center frequency f 0 . Consider replacing the circuit with a ground conductor at the tip of the transmission line. The input impedance of the circuit and X s. At this time, the rate of change for the electric length theta c of the input impedance X s and, X s is given by the following equation (2).
ここで、設計中心周波数f0において、以下の条件式(3)が成り立つものとする。 Here, it is assumed that the following conditional expression (3) is satisfied at the design center frequency f 0 .
次に、式(3)が成り立つとき、ストリップ導体2に対するスルーホール4の位置ずれが図1におけるx方向に生じた場合に、本実施の形態1の先端短絡スタブ5の特性がどのようになるかを説明する。まず、図5に、スルーホール4がストリップ導体2のパターンに対して、−x方向に微小な電気長Δだけ位置ずれした時の図1の回路を上方から見た図、および、そのときの等価回路を示す。回路の上面図では、スルーホール4の本来あるべき位置を点線で記した。
Next, when the expression (3) is satisfied, what happens to the characteristics of the tip short-
この場合、先端短絡スタブ5のC部の電気長θcはΔだけ長くなり、その一方で、A部の電気長θaはΔだけ短くなる。式(3)が成り立つとすると、C部は、図5に示すように、電気長θs+Δ、特性インピーダンスZsの先端短絡回路とほぼ等しくなる。したがって、先端短絡スタブ5は、電気長θa−Δ、特性インピーダンスZaの伝送線路と、電気長θs+Δ、特性インピーダンスZs(≒Za)の先端短絡線路の縦続接続となり、このため、基準面9から先端短絡スタブ5を見込む入力インピーダンスXaは、位置ずれの無いときの図4の場合からほとんど変化しない。
In this case, the electric length theta c Part C short-
一方、スルーホール4がストリップ導体2のパターンに対して+x方向に微小な電気長Δだけ位置ずれした場合を図6に示す。−x方向に位置ずれが生じた場合と同様に、式(3)が成り立つならば、位置ずれが生じた後もXcとXsはほぼ一致し、図6に示したようなC部の置換が成立する。この結果、スタブの入力インピーダンスXaは位置ずれの無い状態から不変となる。
On the other hand, FIG. 6 shows a case where the through
ところで、式(3)を、簡単化のため、Ze=Zs=Zaとし、θcとZooを未知数とする連立方程式とすると、任意のθsに対するθcとZooを数値的に求めることができる。図7に、その計算結果の一例を示す。Ze=40、50、60Ωの3つの場合について解を求めたものである。また、一例として、図8に、本実施の形態1に記した短絡手段の特性変動の計算結果特性変動の計算結果を記す。設計中心周波数を10GHzとし、スルーホール4の位置ずれが2.5度としたときの、短絡手段としての入力インピーダンスXの特性変動を示している。ちなみに、10GHzで2.5度という電気長は、er=10の誘電体基板を用いてマイクロストリップ線路で回路を構成したときの80um程度の物理長に相当する。なお、m1〜m3は、10GHzでの反射位相の値を示す。
Incidentally, the equation (3), for simplification, and Z e = Z s = Z a , when the simultaneous equations to unknowns theta c and Z oo, numerically the theta c and Z oo for any theta s Can be requested. FIG. 7 shows an example of the calculation result. The solution is obtained for three cases of Z e = 40, 50, 60Ω. As an example, FIG. 8 shows the calculation result of the characteristic variation calculation result of the characteristic variation of the short-circuit means described in the first embodiment. The characteristic fluctuation of the input impedance X as a short-circuit means when the design center frequency is 10 GHz and the positional deviation of the through
図8では、入力インピーダンスの代わりに回路の反射位相の周波数特性をグラフ化しており、位置ずれなし、+x方向の位置ずれ、−x方向の位置ずれの3ケースの反射位相を重ね書きしている。結合線路のインピーダンスは、Ze=50Ω、Zoo=24.5Ω、電気長θcは10度である。これらの値は、図7でθsを10度(実際には10度よりわずかに小さい値)としたときの値に相当する。グラフを見ても判るように、設計中心周波数f0において、反射位相の変動は±0.1度に満たないことが判る。 In FIG. 8, the frequency characteristic of the reflection phase of the circuit is graphed instead of the input impedance, and the reflection phases of three cases of no positional deviation, positional deviation in the + x direction, and positional deviation in the −x direction are overwritten. . The impedance of the coupled line is Z e = 50Ω, Z oo = 24.5Ω, and the electrical length θ c is 10 degrees. These values correspond to values when θ s is 10 degrees in FIG. 7 (actually a value slightly smaller than 10 degrees). As can be seen from the graph, at the design center frequency f 0 , it can be seen that the variation of the reflection phase is less than ± 0.1 degrees.
一方、図9に、従来の短絡手段で同様なスルーホール位置ずれが生じた場合の反射位相の変動を記す。図8と図9のグラフは同じスケールにて記載しているが、従来の短絡手段ではf0にて±5度の反射位相変動が生じる。このように、本実施の形態1の短絡手段では、特性変動が極めて小さいことがわかる。 On the other hand, FIG. 9 shows the fluctuation of the reflection phase when a similar through-hole position shift occurs in the conventional short-circuit means. Although the graphs of FIGS. 8 and 9 are shown on the same scale, the conventional short-circuit means causes a reflection phase fluctuation of ± 5 degrees at f 0 . Thus, it can be seen that the characteristic variation is extremely small in the short-circuit means of the first embodiment.
また、スルーホールの位置ずれがy方向に生じた場合には、マイクロストリップ線路の幅方向へのスルーホールの位置ずれとなるため、短絡手段、ひいては、短絡手段を適用した先端短絡スタブの特性変動はx方向の位置ずれにより生じる特性変動に比べて小さい。 In addition, when the through hole position shift occurs in the y direction, the through hole position shift occurs in the width direction of the microstrip line. Therefore, the characteristic variation of the short-circuit means and thus the tip short-circuit stub to which the short-circuit means is applied. Is smaller than the characteristic fluctuation caused by the positional deviation in the x direction.
ところで、前記の説明では、簡単化のため、接続線路12の影響は小さいとして等価回路から省略した。接続線路12が介在しても結合線路の電気長などのパラメータを微調整することで同様な効果を有する短絡手段が得られる点に変わりはない。
By the way, in the above description, for simplification, the influence of the
以上のように、ストリップ導体パターンに対するスルーホールの位置ずれに起因する先端短絡スタブの特性変動を低減でき、特性の安定したマイクロ波ミリ波回路が得られる。この結果、歩留まりの良いマイクロ波ミリ波回路が得られるという効果がある。 As described above, the characteristic fluctuation of the tip short-circuited stub caused by the positional deviation of the through hole with respect to the strip conductor pattern can be reduced, and a microwave millimeter wave circuit having stable characteristics can be obtained. As a result, there is an effect that a microwave millimeter wave circuit with a high yield can be obtained.
なお、本実施の形態1では、マイクロストリップ線路構造を前提に説明したが、本実施の形態1の回路はストリップ線路(トリプレート線路)等、信号線路と地導体から構成される他の伝送線路で構成した場合においても、同様な効果が得られることは言うまでも無い。 In the first embodiment, the microstrip line structure has been described. However, the circuit of the first embodiment is another transmission line including a signal line and a ground conductor such as a strip line (triplate line). Needless to say, the same effect can be obtained even in the case of the above.
従って、実施の形態1によれば、略平行に並べられた2つの短い線路を電磁界結合させてなる結合線路の一方の側の2つの端子をひとつにまとめるとともに、他方の側の2つの端子のうちの一方をスルーホール等で地導体とストリップ導体を短絡し、且つ、残る端子を他の回路へと繋ぐための入力端子として短絡手段としたので、スルーホールがストリップ導体に対して位置ずれを起こしても短絡手段を用いて構成された回路の特性変動が小さく、歩留まりの良い回路が得られるという効果がある。 Therefore, according to the first embodiment, two terminals on one side of a coupling line formed by electromagnetically coupling two short lines arranged substantially in parallel are combined into one, and two terminals on the other side are combined. One of the two is short-circuited between the ground conductor and strip conductor with a through-hole, etc., and the short-circuit means is used as an input terminal for connecting the remaining terminal to another circuit. Even if this occurs, there is an effect that the characteristic variation of the circuit configured using the short-circuit means is small, and a circuit with a good yield can be obtained.
実施の形態2.
図10は、この発明の実施の形態2に係る短絡手段を用いて構成された先端短絡スタブの上面図である。図10に示す先端短絡スタブの基本的な構造は、実施の形態1に記載の先端短絡スタブと同様であるが、本実施の形態2の場合、実施の形態1の短絡手段を2つ用いて、電気長の略等しい伝送線路でなる中継線路14a、14bを介してこれらを一つにまとめることで、一つの短絡手段を構成している。また、図11に、図10に示す先端短絡スタブの等価回路を示す。
FIG. 10 is a top view of the tip short-circuit stub configured using the short-circuit means according to
すなわち、実施の形態2に係る先端短絡スタブは、実施の形態1と同一構成の短絡手段でなる2つの短絡手段8a,8bと、電気長の略等しい伝送線路で成る2つの中継線路14a,14bとを備え、2つの短絡手段8a,8bを双方の結合線路が略平行となるように配列し、かつ2つの短絡手段8a,8bの入出力端子にそれぞれ中継線路14a,14bの一端を接続するとともに、中継線路14a,14bの他端を電気的に接続し、その接続箇所を外部回路と接続するための入出力端子とした短絡手段を備えるものである。
That is, the tip short-circuit stub according to the second embodiment includes two short-circuit means 8a and 8b that are short-circuit means having the same configuration as that of the first embodiment, and two
本実施の形態2に係る短絡手段の動作ならびに効果は、実施の形態1に記載の短絡手段と同様であるが、本実施の形態2の場合、実施の形態1に記載の短絡手段を2つ用いて、先端短絡スタブの中心線に関して線対称な形状となるように短絡手段8a,8bを誘電体基板1上に構成している。このため、図12に示すような、y方向にスルーホール4が導体パターンに対して位置ずれを生じた場合、入力インピーダンスXc1とXc2が互いに逆方向に変化し、両インピーダンスの変化を相殺する関係を持つ。したがって、x方向のみならず、y方向のスルーホールの位置ずれに対しても先端短絡スタブとしての特性変動が極めて小さくなる。このように、本実施の形態2に係る短絡手段では、実施の形態1に記載の短絡手段に比べ、さらに特性変動の少ない短絡手段が得られ、回路の歩留まり改善が図れる。
The operation and effect of the short-circuit means according to the second embodiment are the same as those of the short-circuit means described in the first embodiment. However, in the case of the second embodiment, two short-circuit means described in the first embodiment are used. The short-circuit means 8a and 8b are configured on the
従って、実施の形態2によれば、実施の形態1で述べた短絡手段を2つ用い、これらを並列接続するとともに、短絡手段の中心線に関して対称となるようにレイアウトしたので、スルーホールがストリップ導体に対していずれの方向に位置ずれを起こしても短絡手段としての特性変動が小さく抑えられ、歩留まりの良い回路が得られるという効果がある。 Therefore, according to the second embodiment, the two short-circuit means described in the first embodiment are used, they are connected in parallel, and are laid out so as to be symmetrical with respect to the center line of the short-circuit means. Regardless of the position of the conductor in any direction, the characteristic variation as the short-circuit means can be kept small, and a circuit with a good yield can be obtained.
実施の形態3.
図12は、この発明の実施の形態3に係る短絡手段を用いて構成された先端短絡スタブの上面図である。図12に示す短絡手段は、実施の形態2と類似した形状となっているが、結合線路を3つの略平行な伝送線路11a、11b、11cを電磁界結合させた結合線路10で構成し、その一方の側の3つの端子を接続線路で接続し、他方の側の中央の端子をスルーホール4で地導体と短絡している。さらに、残る2つの端子に電気長θb、特性インピーダンスZbの伝送線路14a,14bをそれぞれ接続し、これらの伝送線路を接続する形で一つに束ねている。また、図13に、図12に示す先端短絡スタブの等価回路を示す。
FIG. 12 is a top view of the tip short-circuit stub configured using the short-circuit means according to
すなわち、本実施の形態3に係る先端短絡スタブは、実施の形態1に係る先端短絡スタブの図3(b)に示す分解図の場合と同様に、使用周波数帯域にて1/8波長以下の電気長を有する3つの伝送線路11a、11b、11cを略平行に配置して相互に電磁界結合させた6端子回路の結合線路10と、3つの伝送線路11a、11b、11cを接続する接続線路12と、短絡導体4と、電気長の略等しい伝送線路で成る2つの中継線路14a、14bとを備え、結合線路10の一方の側で隣接する3つの端子を接続線路12で電気的に接続するとともに、他方の側で隣接する3つの端子のうち、中央の1つを前記短絡導体4にて地導体3へと短絡し、残る両側の2つの端子のそれぞれに中継線路14a、14bの一端を接続し、さらに、2つの中継線路14a、14bの他端を電気的に接続し、その接続箇所を外部回路と接続するための入出力端子とした短絡手段を備えるものである。
That is, the tip short-circuit stub according to the third embodiment has a 1/8 wavelength or less in the use frequency band, as in the exploded view shown in FIG. 3B of the tip short-circuit stub according to the first embodiment. A
本実施の形態3の短絡手段は、結合線路として3線結合線路を用いているが、x方向のスルーホール位置ずれに対しては2線結合線路と基本的に変わりがなく、適切に結合インピーダンスと電気長を選択することで特性変動を低減できる。y方向のスルーホール位置ずれに対しては、結合導体11aと11cを流れる電流にアンバランスが生じるが、トータルではほぼ一定となり、特性変動が小さくなることが期待できる。この点は実施の形態2の短絡手段と同様であるが、本実施の形態の短絡手段ではスルーホールが一つでよくコンパクトに回路を構成できる利点がある。
The short-circuit means of the third embodiment uses a three-wire coupled line as the coupled line, but basically does not differ from the two-wire coupled line with respect to the displacement of the through-hole in the x direction, and the appropriate coupling impedance. By selecting the electrical length, it is possible to reduce the characteristic fluctuation. With respect to the displacement of the through-hole position in the y direction, an imbalance occurs in the currents flowing through the
従って、実施の形態3によれば、略平行に配置された3つの短い線路を互いに電磁界結合させてなる結合線路において、その一方の側の3つの端子をひとつにまとめ、他方の側の中央の端子をスルーホールで地導体と短絡し、且つ、残る2つの端子に伝送線路をそれぞれ接続し、これらの伝送線路の一端を並列接続する形で一つに束ね短絡手段としているので、ストリップ導体に対するスルーホールの位置ずれによる特性変動が小さく、前記短絡手段を用いることで、コンパクトかつ歩留まりの良い回路を得られる効果がある。 Therefore, according to the third embodiment, in a coupled line formed by electromagnetically coupling three short lines arranged substantially parallel to each other, the three terminals on one side are combined into one, and the center on the other side is combined. The terminal is short-circuited to the ground conductor through the through-hole, and the transmission line is connected to each of the remaining two terminals, and one end of these transmission lines is connected in parallel to form a short-circuit means. The variation in characteristics due to the displacement of the through-hole with respect to is small, and the use of the short-circuit means has an effect of obtaining a compact and high-yield circuit.
実施の形態4.
図14は、この発明の実施の形態4に係る短絡手段を用いて構成された先端短絡スタブの上面図である。図14に示す短絡手段は、図12に示す実施の形態3と同様に、3つの略平行な伝送線路11a、11b、11cを電磁界結合させた結合線路10で構成し、その一方の側の3つの端子を接続線路12で接続し、他方の側の中央の端子を主線路2とつながる端子とし、残りの2つの端子をスルーホール4でそれぞれ地導体と短絡している。また、図15に、図14に示す先端短絡スタブの等価回路を示す。
FIG. 14 is a top view of the tip short-circuit stub configured using the short-circuit means according to
すなわち、本実施の形態4に係る先端短絡スタブは、使用周波数帯域にて1/8波長以下の電気長を有する3つの伝送線路11a、11b、11cを略平行に配置して相互に電磁界結合させた6端子回路の結合線路10と、3つの伝送線路11a、11b、11cを接続する接続線路12と、2つの短絡導体4とを備え、結合線路10の一方の側で隣接する3つの端子を接続線路12で電気的に接続するとともに、他方の側で隣接する3つの端子のうち、両側の2つの端子のそれぞれを短絡導体4で地導体3と短絡し、中央の端子を入出力端子とした短絡手段を備えている。
That is, the tip short-circuited stub according to the fourth embodiment has three
本実施の形態4に係る短絡手段は、結合線路10として3線結合線路を用いているが、x方向のスルーホール位置ずれに対しては2線結合線路と基本的に変わりがなく、適切に結合インピーダンスと電気長を選択することで特性変動を低減できる。y方向のスルーホール位置ずれに対しては、伝送線路11aと11cを流れる電流にアンバランスが生じるが、トータルではほぼ一定となり、入力インピーダンスXcの変動は小さくなることが期待できる。本実施の形態4に係る短絡手段では、スルーホールが2つ必要であるが、短絡手段を構成する伝送線路の特性インピーダンスや電気長次第では実施の形態3の短絡手段よりもさらにコンパクトに回路を構成できる利点がある。
The short-circuit means according to the fourth embodiment uses a three-wire coupled line as the coupled
従って、実施の形態4によれば、略平行な3つの短い線路を互いに電磁界結合させてなる結合線路の一方の側の3つの端子をひとつにまとめ、他方の側の両側の端子をスルーホールで地導体と短絡し、且つ、残る中央部の端子を入力端子として短絡手段としているので、導体パターンに対してスルーホールの位置ずれが生じても前記短絡手段を用いて構成された回路の特性変動が少ない。また、線路の引き回しが少ないことからコンパクトな短絡手段が得られるという効果がある。 Therefore, according to the fourth embodiment, three terminals on one side of a coupling line formed by electromagnetically coupling three short lines that are substantially parallel to each other are combined into one, and terminals on both sides on the other side are connected to through holes. Since the short-circuit means is short-circuited with the ground conductor and the remaining central terminal is used as the input terminal, the characteristics of the circuit constructed using the short-circuit means even if a through-hole misalignment occurs with respect to the conductor pattern There is little fluctuation. In addition, there is an effect that a compact short-circuiting means can be obtained because the number of wiring lines is small.
実施の形態5.
図16は、この発明の実施の形態5に係る短絡手段を用いた共振器を含むフィルタの上面図である。図16に示すフィルタは、λ/4共振器15a、15b、15cの短絡手段として、実施の形態4と同様な短絡手段8a、8b、8cを適用し、前記共振器15a、15b、15cを主線路2に平行に沿わせる形で電磁界結合させたものである。また、図17に、その等価回路を示す。
FIG. 16 is a top view of a filter including a resonator using the short-circuit means according to
本実施の形態5のフィルタの等価回路は、共振周波数のλ/4間隔で共振器15a、15b、15cが主線路2に対してシャントに装荷された回路となる。共振器15a、15b、15cは、シャントの直列共振回路とみなすことができ、したがって、本実施の形態5のフィルタは、共振周波数では入出力端子から入射したマイクロ波を完全反射する。共振周波数から離れた周波数では、共振器は容量の小さい容量素子、あるいは、大きなインダクタンスを持つ誘導素子とみなせるため、一方の入出力端子から回路に入射したマイクロ波の大半が主線路を通過して他方の入出力端子へと伝播する。こうして、本回路は、共振周波数の近傍の周波数帯を阻止帯域とする帯域阻止フィルタとして動作をする。
The equivalent circuit of the filter of the fifth embodiment is a circuit in which the resonators 15a, 15b, and 15c are loaded in a shunt with respect to the
本実施の形態5に係るフィルタでは、共振器15a、15b、15cの短絡手段として実施の形態4と同様な短絡手段8a、8b、8cを適用した。このため、スルーホール4の位置ずれに起因する共振周波数の変動を極めて小さく抑えることができる。図18に本フィルタの特性(計算値)を示す。設計条件と誘電体基板について情報を図18に記載した。Ku帯(13GHz帯)で誘電率10の基板を使ってフィルタを構成し、阻止帯域と通過帯域の間隔を3%弱としたものである。図18では、図16のy方向にスルーホール位置ずれ0um、−50um、+50umをそれぞれ与えた場合の3つの特性を重ねがきしているが、特性の変動は極めて小さい。
In the filter according to the fifth embodiment, the short-circuit means 8a, 8b, and 8c similar to those of the fourth embodiment are applied as the short-circuit means for the resonators 15a, 15b, and 15c. For this reason, the fluctuation | variation of the resonant frequency resulting from the position shift of the through
一方、図19に、同じ設計条件で、従来の短絡手段を用いたフィルタの周波数特性を示す。パラメータは図18と同様にスルーホール位置ずれである。この結果を見ても判るように、従来の短絡手段を用いたフィルタでは、阻止帯域が2%以上変動してしまい、全く実現性が無いということがわかる。図19に見られる帯域変動は、中心周波数での共振器の物理寸法である1/4波長(波長短縮考慮)に対する位置ずれ量50umの比率が、およそ2%となることに起因する。すなわち、従来の短絡手段では、比誘電率10程度の誘電体基板を用いて図18に記した仕様のフィルタを実現しようとしても実質的に不可能ということが判る。このように、本実施の形態5に係るフィルタは、マイクロ波の通過を抑止したい帯域と通過させたい帯域の間隔が狭い、従来実現が困難なフィルタを実現可能にする。 On the other hand, FIG. 19 shows frequency characteristics of a filter using a conventional short-circuit means under the same design conditions. The parameter is the through-hole position deviation as in FIG. As can be seen from this result, it can be seen that in the filter using the conventional short-circuit means, the stop band fluctuates by 2% or more, and there is no feasibility at all. The band fluctuation seen in FIG. 19 is caused by the fact that the ratio of the positional deviation amount of 50 μm to the quarter wavelength (considering wavelength shortening) which is the physical dimension of the resonator at the center frequency is about 2%. That is, it can be seen that the conventional short-circuit means is practically impossible even if a filter having the specifications shown in FIG. 18 is realized using a dielectric substrate having a relative dielectric constant of about 10. As described above, the filter according to the fifth embodiment makes it possible to realize a filter that has a narrow interval between a band in which the microwaves are desired to be suppressed and a band in which the microwaves are desired to pass, which is difficult to realize in the past.
なお、以上では、1/4波長共振器を用いた帯域阻止フィルタについて説明したが、共振器の構成は1/4波長でなくとも短絡手段を含むものであればインピーダンス整合回路や他の高周波回路の何れでも同様な効果が期待できることは言うまでも無い。また、フィルタの回路形式も帯域阻止フィルタに限られるものではなく、1/4波長共振器を用いた帯域通過フィルタ、先端短絡スタブを用いて構成される高域通過フィルタなど、短絡手段を有するあらゆるフィルタで同様な効果が期待できる。その他、線路の形式もマイクロストリップ線路のみならず、トリプレート線路を始めその他の平面回路形線路でも同様な効果が望めることができる。また、誘電体基板も、単層の基板から多層基板までいずれを用いてもよい。 In the above description, the band rejection filter using the quarter wavelength resonator has been described. However, the impedance configuration circuit and other high-frequency circuits may be used as long as the configuration of the resonator is not a quarter wavelength and includes a short-circuit means. Needless to say, a similar effect can be expected with either of these methods. In addition, the circuit form of the filter is not limited to the band rejection filter, and any circuit having a short-circuit means, such as a band-pass filter using a quarter-wave resonator, a high-pass filter configured using a tip short-circuit stub, etc. A similar effect can be expected with a filter. In addition, not only the microstrip line but also other planar circuit type lines such as a triplate line can be used to achieve the same effect. The dielectric substrate may be any one from a single layer substrate to a multilayer substrate.
従って、実施の形態5によれば、実施の形態1から4のいずれかの短絡手段を用いて先端短絡スタブ、共振器あるいはフィルタを構成できるため、共振周波数の変動の少ないものが得られるという効果がある。また、マイクロ波の通過を抑止したい帯域と通過させたい帯域が近接している場合など、従来の短絡手段を用いていたのでは実現が困難な電気特性のフィルタを実現可能にするという効果がある。 Therefore, according to the fifth embodiment, the short-circuited stub, the resonator, or the filter can be configured by using any one of the short-circuit means of the first to fourth embodiments. There is. In addition, there is an effect that it is possible to realize a filter having an electrical characteristic that is difficult to realize by using the conventional short-circuiting means, such as when a band to suppress the passage of microwaves is close to a band to be passed. .
1 誘電体基板、2 信号導体(ストリップ導体)、3 地導体、4 短絡導体(スルーホール)、5 先端短絡スタブ、6 主線路、7 入出力端子、8 短絡手段、9 基準面、10 結合線路、11 結合導体、12 接続線路、15 共振器、14 中継線路。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記結合線路の一方の側で隣接する2つの端子を前記接続線路で電気的に接続するとともに、他方の側で隣接する2つの端子のうち、一方の端子を前記短絡導体にて地導体へと短絡し、残りの端子を外部回路と接続するための入出力端子とした短絡手段。 A four-terminal circuit coupling line in which two transmission lines are arranged substantially in parallel and electromagnetically coupled to each other, a connection line connecting the two transmission lines, and a short-circuit conductor,
Two terminals adjacent on one side of the coupling line are electrically connected by the connection line, and one of the two terminals adjacent on the other side is connected to the ground conductor by the short-circuit conductor. Short-circuit means for short-circuiting and using the remaining terminals as input / output terminals for connection to an external circuit.
前記2つの短絡手段を双方の結合線路が略平行となるように配列し、かつ前記2つの短絡手段の入出力端子にそれぞれ前記中継線路の一端を接続するとともに、前記中継線路の他端を電気的に接続し、その接続箇所を前記外部回路と接続するための入出力端子とした短絡手段。 Two short-circuit means having the same configuration as the short-circuit means according to claim 1, and two relay lines composed of transmission lines having substantially the same electrical length,
The two short-circuit means are arranged so that both coupled lines are substantially parallel, and one end of the relay line is connected to the input / output terminals of the two short-circuit means, and the other end of the relay line is electrically connected. Short-circuiting means, which are connected to each other and used as input / output terminals for connecting the connection location to the external circuit.
前記結合線路の一方の側で隣接する3つの端子を前記接続線路で電気的に接続するとともに、他方の側で隣接する3つの端子のうち、中央の1つを前記短絡導体にて地導体へと短絡し、残る両側の2つの端子のそれぞれに前記中継線路の一端を接続し、さらに、2つの中継線路の他端を電気的に接続し、その接続箇所を前記外部回路と接続するための入出力端子とした短絡手段。 A six-terminal circuit coupling line in which three transmission lines are arranged substantially in parallel and electromagnetically coupled to each other, a connection line connecting the three transmission lines, a short-circuit conductor, and a transmission line having substantially the same electrical length. Comprising two relay lines,
The three terminals adjacent on one side of the coupled line are electrically connected by the connection line, and one of the three terminals adjacent on the other side is connected to the ground conductor by the short-circuit conductor. For connecting one end of the relay line to each of the remaining two terminals on both sides, electrically connecting the other end of the two relay lines, and connecting the connection location with the external circuit Short-circuit means as input / output terminals.
前記結合線路の一方の側で隣接する3つの端子を前記接続線路で電気的に接続するとともに、他方の側で隣接する3つの端子のうち、両側の2つの端子のそれぞれを短絡導体で地導体と短絡し、中央の端子を入出力端子とした短絡手段。 A six-terminal circuit coupling line in which three transmission lines are arranged substantially in parallel and electromagnetically coupled to each other, a connection line connecting the three transmission lines, and two short-circuit conductors,
The three terminals adjacent on one side of the coupling line are electrically connected by the connection line, and among the three terminals adjacent on the other side, each of the two terminals on both sides is grounded with a short conductor. A short-circuit means that uses the center terminal as the input / output terminal.
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