JP2007258975A - 無反射終端器および積層結合器 - Google Patents

Abstract

【課題】ファインパターンを用いることなく、高抵抗値でも反射特性の良い無反射終端器を得ること、また、結合ポートの反射特性の良い分布結合型の積層結合器を得ること。
【解決手段】多層積層基板に形成される入力平面線路１０と、入力平面線路１０に接続され、信号波の実効伝搬波長の略１／２の長さを有する先端開放線路１２と、入力平面線路１０の伝送インピーダンスの約４倍の抵抗値を有し、かつ先端開放線路１２の入力端１２ａと開放端１２ｂとを接続するように配した抵抗体１３とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、マイクロ波帯またはミリ波帯などの高周波帯の信号を効率的に吸収する無反射終端器と、この無反射終端器を用いた電力分配あるいは合成する結合器に関し、さらに詳しくは安価な多層積層基板によって構成した無反射終端器および積層結合器に関するものである。

マイクロ波帯またはミリ波帯などの高周波帯の信号を吸収する終端器としては、特許文献１に示すような、伝送インピーダンスと等価な順抵抗を線路端に接続する構成が一般的であった。すなわち、従来の終端器は、図２０−１〜図２０−３に示すように、伝送線路に対して抵抗膜などを接続し、伝送線路接続側と反対側の他端はスルーホールを介して直接接地する（図２０−１，図２０−２）、あるいは、先端開放線路を用いて、信号周波数において抵抗接続端で仮想的に接地する回路構成（図２０−３）となっていた。

上記抵抗膜の実現には、薄膜蒸着技術を用いた、所定の面積抵抗値が得られる抵抗材料の高い製造自由度、かつ、縦横比を自由にレイアウト可能なファインパターン成形技術が必要とされていた。このため、従来より、伝送インピーダンスに対して純抵抗値よりも大きな抵抗値で実現でき、かつ微細パターンを必要としない終端器が望まれていた。

特許文献１では、終端抵抗を並列回路に分割し、それぞれの合成抵抗値が伝送インピーダンスと等しくなるような終端器が示されており、一見、伝送インピーダンスよりも大きな抵抗で終端器を構成できるようになっているが、実際は、入力伝送線路に対して複雑な並列回路を構成する必要があり、微細パターンを形成する必要があった。

また、特許文献２では、図２０−３の先端開放線路を用いて仮想的に接地した終端器に対して、第２の抵抗と先端短絡線路との直列回路を並列に接続し、最適な先端開放および短絡線路の電気長、あるいはインピーダンスを選ぶことにより、終端器の帯域特性を大幅に改善しているが、必要とされる抵抗値は伝送インピーダンスと等価であり、高周波帯では上記の薄膜形成が不可欠であった。

また、高周波帯の信号を電力分配または結合する機能を有する方向性結合器の一般的な構成としては、ウィルキンソン型、あるいは２本のストリップ線路を並設するか対向させて結合させる分布結合型（非特許文献１参照）あるいは４つの端子間をλ／４の線路で結合した２分岐線路型（ハイブリッド型、非特許文献１参照）などがあるが、所定の結合量を得るためには、変成器や高インピーダンス線路、カップリング線路実現のために、微細なパターンあるいはパターンギャップが必要となる。これらの方向性結合器を単層基板で構成する場合も、ファインパターンを形成可能な薄膜蒸着技術が必要とされる。

このように、従来の終端器や方向性結合器は、薄膜ＭＩＣ基板などでは容易に実現できるが、ＬＴＣＣ（低温焼成セラミックス）や、ＨＴＣＣ（高温焼成セラミック）などの厚膜印刷方式を用いる基板ではパターン精度上実現できない（回路的に必要とされる抵抗値やパターンの最小寸法が実現できない）。無論、基板厚を大きくすることにより（所定伝送インピーダンスを得るマイクロストリップ線路の幅は大きくなるため）、実現できないわけではないが、他の５０Ω線路や、低インピーダンス線路幅が相対的に大きくなるため、回路が大型化し、現実的ではない。また、高周波帯では、線路幅自体が波長オーダになってきて、特性の劣化も生じる。

他方、ＬＴＣＣなどの厚膜基板を用いて方向性結合器を構成しようとした場合は、図２１に示すような、非特許文献１に記載されている多層構造を利用した分布結合型の積層結合器（積層カップラ）が考えられる。図２１に示す積層結合器においては、２本のストリップ線路の各々の面を所定の距離を保って対向させ、入力ポート１０１から入力された信号を、第１出力ポート（メインポート、分配比α）１０２と第２出力ポート（結合ポート）１０３とに電力分配している。

特開平５−５５８１３号公報（図１、２、５、６） 特開２００３−１１０３０８号公報（図１） 小西良弘著 「マイクロ波回路の基礎とその応用」、総合電子出版社、１９９０年、１９０頁〜１９７頁）

しかしながら、マイクロ波帯、ミリ波帯などの高周波帯で動作する複数の高周波半導体デバイス（ＭＭＩＣ）が搭載される半導体パッケージにおいては、各ＭＭＩＣとの入出力インタフェース要求（ワイヤボンディング，リボンボンディング等による表層での入出力接続）により、第１ポート１０２と第２ポート１０３とを同一層の表層に構成する場合がある。この際に、内層に形成した結合線路は、第２ポート１０３とアイソレーションポート１０４とを接続する必要があり、接続のためのビアや、表層パターンとの物理干渉を避ける迂回線路が必要なため、電気長が表層の結合線路に比べて、実効的にも長くなってしまい、反射特性が低域にシフトしてしまう問題があった。

上記の課題は、信号周波数帯が高くなるほど実効波長が短くなり、回路の物理的な寸法が無視できなくなってくるため、特にミリ波帯の回路において問題となってくる。このため、積層結合器においては、表層結合線路と内層結合線路の電気長差を小さくする必要があり、接続ビアや、迂回回路を介在しないで回路を構成できることが望まれる。すなわち、入出力インタフェース要求で出力ポートを表層に構成する必要がある一方で、その必要のないアイソレーションポートなどは、上記の電気長差をなくすために、内層に構成することが必要になってくる。

一方、アイソレーションポート１０４に利用する従来の終端器を内層に構成する場合、伝送線路の実効的な厚さが薄くなり、伝送インピーダンスが小さくなりやすく、厚膜印刷で実現可能な終端抵抗値との乖離が大きくなる。つまり、伝送インピーダンスと終端抵抗のミスマッチが大きくなり、特性の良い無反射終端器が得られないという問題があった。

厚膜印刷で形成する抵抗は、上述のように、微細パターンが形成できない（低抵抗値が実現できない）一方で、その物理的な大きさ（長さ）は高周波特性の劣化も引き起こすため、面積比で所望抵抗を実現するために極端に寸法が大きくなることも望ましくない。このため、従来の終端器のように、「伝送インピーダンスに一致する終端抵抗値」という制約に捕らわれることなく、伝送インピーダンスよりも値が大きく、ある程度自由度のある終端抵抗値で形成できる無反射終端回路が望まれていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ファインパターンを用いることなく、高抵抗値でも反射特性の良い無反射終端器を得ること、また、結合ポートの反射特性の良い分布結合型の積層結合器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明による無反射終端器は、多層積層基板に形成される入力平面線路と、前記入力平面線路に接続され、信号波の実効伝搬波長の略１／２の長さを有する先端開放線路と、前記入力平面線路の伝送インピーダンスの約４倍の抵抗値を有し、かつ前記先端開放線路の入力端と開放端とを接続するように配した抵抗体とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、信号波の実効伝搬波長の略１／２の長さを有する先端開放線路を介して、抵抗体の閉回路を構成することにより、信号周波数において抵抗体の両端の電圧および電流が逆相となるため、伝送インピーダンスの略４倍の抵抗値でインピーダンス整合条件を満たす無反射終端器を実現することができる。

以下に、本発明にかかる無反射終端器および積層結合器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる無反射終端器の実施の形態１の構成を適用した方向性結合器を示すものである。この無反射終端器１１は例えば、ＦＭ−ＣＷレーダなどにおいて、源発振信号を送信と受信に分岐する方向性結合器のアイソレーションポートＩｓｏなどに接続され、伝送線路の終端処理に用いられる。なお、ＦＭ−ＣＷレーダは、周知のように、前方に向けて放射した電波が目標物（先行車両）にあたって反射してくる受信波と送信波との差からビート周波数を求め、そのビート周波数を使って目標までの距離および相対速度を算出するものである。

図１に示す方向性結合器においては、入力ポートＩｎから周波数ｆ０の高周波信号が入力され、この高周波信号は、分配器９０によって所定の電力比でメインポートＭｐおよび結合ポートＣｐに電力分配される。

図２は図１に示す無反射終端器１１の構成を示す斜視図であり、図３はその等価回路である。図２および図３に示す無反射終端器１１は、多層基板の積層構造（この場合は、第１層（表層）Ｌ１、第２層（内層）Ｌ２、第３層（裏面層、グランド）Ｌ３を有する２層誘電体基板構造）を用いて構成されている。無反射終端器１１は、一端が内層Ｌ２に形成された入力平面線路１０につながり他端が開放端であるＵ字形状の先端開放線路１２と、先端開放線路１２の開放端１２ｂと入力端１２ａとを接続するように配した抵抗体１３とを備えている。抵抗体１３は、入力平面線路１０の伝送インピーダンスに対し、略４倍程度の抵抗値を有している。先端開放線路１２は、信号波の基板内実効伝搬波長λの略１／２の線路長を有している。なお、第３層Ｌ３には、グランドが形成されているので、図２の例では、入力平面線路１０、および先端開放線路１２は、マイクロストリップ線路である。

次に、図３の等価回路を用いて、無反射終端器１１の動作について説明する。入力平面線路１０に対して、先端開放線路１２が接続され（接続点１２ａ）、抵抗体１３は先端開放線路１２の開放端１２ｂと入力端１２ａとを接続されているため、等価回路は図３のように、抵抗体１３と信号波の基板内実効伝搬波長λの略１／２の長さをもつ平面伝送線路が直列に接続された閉ループ回路となっている。

動作を明確に説明するため、抵抗体１３の抵抗値をＲとし、信号周波数について、入力平面線路１０との接続点１２ａにおける高周波電圧をＶ、高周波電流をＩとし、無反射終端器１１の入力インピーダンスＺｉｎを考える。

先端開放線路１２の開放端すなわち、抵抗体１３との接続点１２ｂにおける高周波電圧Ｖｏは、先端開放線路１２が信号波の基板内実効伝搬波長λの略１／２の長さを有しているので、先端開放線路１２の入力端１２ａと先端開放線路１２の開放端１２ｂとの信号波は逆相となるため、以下の式が成り立つ。
Ｖｏ＝−Ｖ （１）
したがって、接続点１２ａから抵抗側に流れる高周波電流をＩ₁は、
Ｉ₁＝（Ｖ−Ｖｏ）／Ｒ （２）
となる。
（１）式を（２）式に代入すると、
Ｉ₁＝２Ｖ／Ｒ （３）
また、先端開放線路１２側に流れる高周波電流をＩ₂は、接続点１２ａで閉ループ回路となっているため、Ｉ₁と逆相になり、
Ｉ₂＝−Ｉ₁ （４）
よって、接続点１２ａにおける全高周波電流Ｉは、キルヒホッフの法則から
Ｉ＝Ｉ₁−Ｉ₂ （５）
（４）式を（５）式に代入して、
Ｉ＝２Ｉ₁ (６)
以上の結果から、信号周波数において、無反射終端器１１の入力インピーダンスＺｉｎは（３）、（６）式より、（７）式に示すように、抵抗体１３の抵抗値Ｒの１／４となる。
Ｚｉｎ＝Ｖ／Ｉ＝Ｖ／（２Ｉ₁）＝Ｒ／４ （７）
したがって、入力平面線路１０の伝送インピーダンスの略４倍の抵抗値でインピーダンス整合条件を満たす無反射終端器を実現することができる。

図４は、図２および図３に示した無反射終端器の信号周波数における入力平面線路１０側から見た反射特性を示すもので、入力平面線路１０の伝送インピーダンスを３０Ωとした場合の、抵抗体１３の抵抗値Ｒに対しての反射特性（Ｓパラメータ振幅特性）の変化を示している。これらの図からも判るように、抵抗値Ｒが入力平面線路１０の伝送インピーダンス３０Ωの４倍の値である１２０Ωにおいて、最もよい反射特性が得られている。

また、図４には、先の図２０−３に示した従来の無反射終端器の特性を点線で併記したが、最適な反射を得る抵抗値Ｒの絶対値のみが異なり（従来型では、伝送インピーダンスに等しい３０Ωが最適値）、抵抗値Ｒに対する反射特性の変化は同等であることがわかる。すなわち、抵抗値Ｒの製造ばらつきや、公差に対して、従来型と同等の特性変動に抑えられ、整合条件を満たす抵抗値絶対値のみが４倍になると言える。

図５は、図２および図３に示した無反射終端器の入力平面線路１０側から見た反射特性の周波数変化を示す図である。図５においては、図２０−３に示した従来の無反射終端器の特性を点線（×印）で、実施の形態１の無反射終端器の先端開放線路１２の伝送インピーダンスが入力平面線路１０に等しい３０Ωの場合と、６０Ωの場合についてそれぞれ（○印、□印で）併記している。これらの図から、先端開放線路１２の電気長が基板内実効伝搬波長λの略１／２の長さとなる信号周波数において、もっともよい反射特性が得られていることがわかる。

なお、先端開放線路１２の伝送インピーダンスが入力平面線路１０の伝送インピーダンスの略２倍の場合は、図５に併記した□印のように、信号周波数帯において反射特性が広帯域になる。図６および図７はそれぞれ、先端開放線路１２の伝送インピーダンスが３０Ωの場合と、６０Ωの場合の無反射終端器の入力平面線路１０側から見た入力インピーダンス（実部：Ｒin，虚部：Ｘin）を示している。図７においても信号帯域付近で広帯域に入力抵抗Ｒinが３０Ω、入力リアクタンスＸinが０Ω、すなわち入力インピーダンスが順抵抗３０Ωに近い値となっていることが判る。

このように実施の形態１の無反射終端器によれば、信号波の実効伝搬波長の略１／２の長さを有する先端開放線路を介して、抵抗体の閉回路を構成することにより、信号周波数において抵抗体の両端の電圧および電流が逆相となるため、伝送インピーダンスの略４倍の抵抗値でインピーダンス整合条件を満たすことができ、多層積層基板の印刷抵抗の製造自由度、回路の設計自由度が飛躍的に向上する。

実施の形態２．
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２においては、先の実施の形態１で説明した終端器１１と異なる構成とした例である。図８は実施の形態２の無反射終端器５１の構成を示す上面図であり、図９はその等価回路である。図８および図９に示す無反射終端器の層構成は、実施の形態１と同等であるため、同一符合とし、説明を省略する。無反射終端器５１は、内層Ｌ２に形成された入力平面線路５０に並列に接続される２つの抵抗体５３ａと５３ｂと、２つの抵抗体の他端どうしを接続するＵ字形状の信号波の基板内実効伝搬波長λの略１／２の線路長を有するλ／２平面線路５２とを備えている。無論、実施の形態１と同様に、抵抗体５３ａ，５３ｂは抵抗膜として、入力平面線路５０、λ／２平面線路５２の各接続部に配置される構成としても良い。抵抗体５３ａ，５３ｂのそれぞれの抵抗値Ｒａ，Ｒｂはその和が、入力平面線路５０の伝送インピーダンスに対し、略４倍程度の抵抗値を有している。

なお、図８における無反射終端器５１では、Ｕ字形状のλ／２平面線路５２と、テーパ形状の抵抗体５３ａ，５３ｂを一例として示しているが、この発明の無反射終端器の物理レイアウトは上記の限りではなく、物理的な反射の改善、回路レイアウトの制約により、必要に応じた物理レイアウトで構成して良いことは言うまでもない。

次に、図９の等価回路を用いて、無反射終端器５１の動作について説明する。入力平面線路５０に対して、２つの抵抗体５３ａ，５３ｂが並列に接続され（接続点５４）、λ／２平面線路５２の両端が接続点５２ａおよび接続点５２ｂにおいて、それぞれ、抵抗体５３ａ，５３ｂの他端と接続されているため、等価回路は図９のように、２つの抵抗体５３ａ，５３ｂとλ／２平面線路が直列に接続された閉ループ回路となっている。

動作を明確に説明するため、上記λ／２となる信号周波数について、入力平面線路５０との接続点１４における高周波電圧をＶ、高周波電流をＩとし、無反射終端器１１の入力インピーダンスＺｉｎを考える。

接続点５２ａおよび接続点５２ｂにおける高周波電圧をＶａ，Ｖｂとすると、両者はλ／２平面線路５２を介して逆相となるため、以下の式が成り立つ。
Ｖａ＝−Ｖｂ （８）
接続点５２ａおよび接続点５２ｂをそれぞれ図９の向きに流れる高周波電流をＩａ，Ｉｂとすると、各接続点での高周波電圧Ｖａ，Ｖｂは、
Ｖａ＝Ｖ−Ｒａ*Ｉａ （９）
Ｖｂ＝Ｖ＋Ｒｂ*Ｉｂ （１０）
となる。
（８）式〜（１０）式を整理すると、（１１）式が成り立つ。
２Ｖ＝Ｒａ*Ｉａ−Ｒｂ*Ｉｂ （１１）
また、接続点５２ａ，５２ｂを流れる高周波電流Ｉａ，Ｉｂは接続点５４で閉ループ回路となっているため、Ｉａ，Ｉｂは互いに逆相になり、
Ｉｂ＝−Ｉａ （１２）
よって、接続点１４における全高周波電流Ｉは、キルヒホッフの法則から
Ｉ＝Ｉａ−Ｉｂ （１３）
（１２）式を（１３）式に代入して、
Ｉ＝２Ｉａ (１４)
（１１），（１２），（１４）式から、（１５）式が導かれる。
２Ｖ＝（Ｒａ＋Ｒｂ）*Ｉａ＝（Ｒａ＋Ｒｂ）*Ｉ／２ （１５）
信号周波数において、無反射終端器５１の入力インピーダンスＺｉｎは（１５）式から、（１６）式を得る。
Ｚｉｎ＝Ｖ／Ｉ＝（Ｒａ＋Ｒｂ）／４ （１６）
したがって、実施の形態２の無反射終端器の構成によれば、抵抗体５３ａ，５３ｂの抵抗値Ｒａ，Ｒｂの和が、入力平面線路５０の伝送インピーダンスの略４倍となる条件で、インピーダンス整合が実現できる。

図１０は、図８および図９に示した無反射終端器の信号周波数における入力平面線路５０側から見た反射特性を示す（図２０−３に示した従来の無反射終端器の特性を点線で併記）もので、入力平面線路５０の伝送インピーダンスを３０Ωとした場合の、抵抗体５３ａ，５３ｂの抵抗値Ｒに対しての反射特性（Ｓパラメータ振幅特性）の変化を示している。図の例では、簡単のため、抵抗体５３ａ，５３ｂの抵抗値は等しいと仮定し、特性を示している。これらの図からも判るように、抵抗値Ｒが入力平面線路５０の伝送インピーダンス３０Ωの２倍の値である６０Ω、すなわち抵抗体５３ａ，５３ｂの抵抗値の合計として４倍の１２０Ωにおいて、最もよい反射特性が得られている。

図１１は、図８および図９に示した無反射終端器の入力平面線路５０側から見た反射特性の周波数変化を示す図である。図においては、図２０−３に示した従来の無反射終端器の特性を点線（×印）で、実施の形態２の無反射終端器のλ／２平面線路５２の伝送インピーダンスが入力平面線路５０に等しい３０Ωの場合と、１５Ωの場合についてそれぞれ（○印、□印で）併記している。これらの図から、λ／２平面線路５２の電気長が基板内実効伝搬波長λの略１／２の長さとなる信号周波数において、もっともよい反射特性が得られていることがわかる。

なお、λ／２平面線路５２の伝送インピーダンスが入力平面線路５０の伝送インピーダンスの略１／２倍の場合は、図１１に併記した□印のように、信号周波数帯において反射特性が広帯域になる。図１２および図１３はそれぞれ、λ／２平面線路５２の伝送インピーダンスが３０Ωの場合と、１５Ωの場合の無反射終端器の入力平面線路５０側から見た入力インピーダンス（実部：Ｒin，虚部：Ｘin）を示している。実施の形態１と異なり、実施の形態２では、図１２、図１３のとおり、入力抵抗Ｒinは周波数に対して定抵抗値を示す。図１３においても信号帯域付近で広帯域に入力リアクタンスＸinが０Ω、すなわち入力インピーダンスが順抵抗３０Ωに近い値となっていることが判る。

このように実施の形態２の無反射終端器によれば、信号波の実効伝搬波長の略１／２の長さを有する平面接続線路を介して、２つの抵抗体の閉回路を構成することにより、信号周波数において平面接続線路と各抵抗体の接続点で電圧および電流が逆相となるため、各抵抗体の抵抗値が入力線路の伝送インピーダンスの略４倍となるとき、インピーダンス整合条件を満たすことができ、多層積層基板の印刷抵抗の製造自由度、回路の設計自由度が向上する。なお、実施の形態１に比べると、印刷抵抗値の大きさは半分となるが、周波数に対し定抵抗特性を示すため、より広帯域な反射特性が得られる。

実施の形態３．
図１４は、本発明にかかる無反射終端器を適用した積層結合器の回路構成を示す斜視図であり、図１５はその平面図である。図１４および図１５に示す積層結合器は、多層基板の積層構造（この場合は、第１層（表層）Ｌ１、第２層（内層）Ｌ２、第３層（裏面層、グランド）Ｌ３を有する２層誘電体基板構造）を用いて構成されている。なお、図１４においては、表層Ｌ１の線路パターンには、ハッチングを付しており、内層Ｌ２の線路パターンは白抜きで示している。図１５においては、表層Ｌ１の線路パターンは、実線で示しており、内層Ｌ２の線路パターンは、破線で示している。

表層Ｌ１には、入力ポートＩｎにつながる入力線路１と、メインポートＭｐにつながる出力線路２と、これら入力線路１および出力線路２に接続される、信号波の基板内実効伝搬波長λの略１／４の線路長を有する表層λ／４信号線路３とを有する表層線路パターン４とが形成されている。第３層Ｌ３には、ベタクランドが形成されており、入力線路１および出力線路２は、第３層Ｌ３をグランドとするマイクロストリップ線路である。また、表層Ｌ１には、一端が結合ポートＣｐにつながる分配出力線路６が形成されており、この分配出力線路６の他端は、信号接続ビア７に接続されている。分配出力線路６も、第３層Ｌ３をグランドとするマイクロストリップ線路である。これらの表層Ｌ１に形成される入力線路１、出力線路２、表層λ／４信号線路３および分配出力線路６の伝送インピーダンスＺ１は、全て等しく形成されている（一般的には５０Ωが選ばれる）。

つぎに、内層Ｌ２には、内層λ／４結合線路８と、アイソレーション端子部９とが形成されている。アイソレーション端子部９は、アイソレーションポートＩｓｏとしての内層結合出力線路１０と、終端器１１とによって構成されている。終端器１１は、一端が内層結合出力線路１０につながり他端が開放端であるＵ字形状の先端開放線路１２と、先端開放線路１２の開放端１２ｂと入力端１２ａとを接続するように配した抵抗体１３とを備えている。抵抗体１３は、内層結合出力線路１０の伝送インピーダンスに対し、例えば４倍程度の抵抗値を有している。先端開放線路１２は、信号波の基板内実効伝搬波長λの略１／２の線路長を有している。第３層Ｌ３には、グランドが形成されているので、内層λ／４結合線路８、内層結合出力線路１０、および先端開放線路１２は、マイクロストリップ線路である（ただし、Ｌ１とは伝送インピーダンスが異なる）。

内層λ／４結合線路８は、一端が信号接続ビア７に接続され、他端が内層結合出力線路１０に接続されており、信号波の基板内実効伝搬波長λの略１／４の線路長を有する。また、内層λ／４結合線路８は、表層λ／４信号線路３の基板積層方向下側に重なるように配置されており、その線幅は表層λ／４信号線路３の線幅よりも狭く形成されている。すなわち、表層λ／４信号線路３と内層λ／４結合線路８は、分布結合している。

図１４，図１５に示す終端器１１は、実施の形態１の構成のものであり、前述のとおり、信号周波数帯において、内層結合出力線路１０の伝送インピーダンスＺ２（≠Ｚ１）と整合する伝送インピーダンスＺ２で終端するものである。前述したように、ＬＴＣＣ多層構造においては、製造上の理由から表層Ｌ１と内層Ｌ２に形成した伝送線路では基板厚が異なるので、表層Ｌ１の線路パターンの伝送インピーダンスＺ１と、内層Ｌ２の線路パターンである内層結合出力線路１０の伝送インピーダンスＺ２は異なる。例えば、Ｚ１＝５０Ω、Ｚ２＝３０Ωになる。終端器１１は、このように内層Ｌ２の低い伝送インピーダンスに対して、等価な順抵抗３０Ωではなく、約４倍の製造上実現しやすい抵抗値１２０Ωで、所望の終端特性が得られる。

つぎに、表層λ／４信号線路３及び内層λ／４結合線路８を分布結合させることにより構成される結合線路部１５について説明する。信号波の基板内実効伝搬波長λの略１／４の線路長を有する表層λ／４信号線路３と、同様にλ／４の線路長を有する内層λ／４結合線路８とが、誘電体を挟んで上下に対向しており、これにより分布結合型の結合器を構成する。

また、λ／４の線路長を有する内層λ／４結合線路８は、表層Ｌ１の分配出力線路６の伝送インピーダンスＺ１と、内層結合出力線路１０の伝送インピーダンスＺ２とのインピーダンス変成を行うλ／４インピーダンス変成器としても機能する。すなわち、内層λ／４結合線路８の伝送インピーダンスをＺ３とすると、Ｚ３＝（Ｚ１・Ｚ２）^1/2となるような線路幅を有する内層λ／４結合線路８を形成することで、表層Ｌ１の分配出力線路６の伝送インピーダンスＺ１と、内層結合出力線路１０の伝送インピーダンスＺ２とのマッチングを行う。但し、詳細には、内層λ／４結合線路８と分配出力線路６との間には、信号接続ビア７が存在するので、内層λ／４結合線路８は、信号接続ビア７を含めて内層結合出力線路１０と、分配出力線路６とのインピーダンス変成を実現するように線路幅を決定する。また、内層λ／４結合線路８のλ／４の線路長は、厳密には、信号接続ビア７の内層部中心から内層結合出力線路１０の端部までの曲げ線路の長さ、結合分を加味して決定する。

また、この場合は、内層λ／４結合線路８の線路幅を、表層λ／４信号線路３の線路幅よりも狭く設定している。このため、内層λ／４結合線路８を表層λ／４信号線路３に対し上下に対向させる場合、幅方向の位置ばらつきに強くなる。すなわち、内層λ／４結合線路８が幅方向に位置ずれした場合でも、その線路幅が表層λ／４信号線路３の線路幅よりも狭いので、表層λ／４信号線路３の線路を投影した領域から外れることが少なくなり、結合器としての結合比のばらつきを抑えることができる。

図１６は、図１４および図１５に示した積層結合器に対する比較例としての積層結合器を示しており、図１４および図１５に示した積層結合との違いは、図１６に示した内層λ／４結合線路８´が、内層結合出力線路１０と同じ伝送インピーダンスＺ２を有し、インピーダンス変成器の機能を有してはいない点である（図示されていないが、終端器は同一）。

図１７−１は、図１４および図１５に示した積層結合器によるメインポートＭｐおよび結合ポートＣｐから見た反射特性を示すもので、図１７−２は、図１６に示した積層結合器によるメインポートＭｐおよび結合ポートＣｐから見た反射特性を示すものである。これらの図からも判るように、内層λ／４結合線路８によるインピーダンス変成を行うことで、波長λに対応する周波数ｆ０近辺の結合ポートの反射特性を改善することができる。

このように実施の形態３の積層結合器によれば、内層λ／４結合線路８が内層結合出力線路１０と分配出力線路６とのインピーダンス変成を実現する線路幅を有するようにしたので、多層誘電体基板を用いた分布結合型の積層結合器において、結合ポートの反射特性を改善することができるようになる。

なお、図１４および図１５に示した積層結合器によれば、入力線路１、出力線路２、分配出力線路６において、曲げ線路を用いて線路をクランク状にしたが、図１８に示すように、入力線路１、出力線路２、分配出力線路６を直線状にしてもよい。また、結合器としての結合比は変化するが、表層および内層のパターンの相対位置ズレに対しては、図１９に示すように、表層λ／４信号線路３に曲げ線路を適用し、表層λ／４信号線路３を内層λ／４結合線路８に対し交差するようにしてもよい。そして、このような交差形状によれば、表層λ／４信号線路３と内層λ／４結合線路８との相対的位置ずれが発生しても、内層λ／４結合線路８は表層λ／４信号線路３の上下に並行するパターンに対していずれかが疎結、他のいずれかが密結となり、相互にバランスするため、結合器としての全体の結合特性が大きく変動しないという効果を有する。また、上記では、内層結合出力線路１０、先端開放線路１２をマイクロストリップ線路としたが、内層結合出力線路１０、先端開放線路１２をトリプレート線路としてもよい。

以上のように、本発明にかかる無反射終端器は、マイクロ波帯またはミリ波帯などの高周波帯の信号の終端処理，アイソレーション確保に有用である。また、本発明にかかる積層結合器は、高周波信号の電力分配あるいは合成する結合器に有用である。

本発明にかかる無反射終端器の実施の形態１の構成を適用した方向性結合器を示す図である。 本発明にかかる無反射終端器の実施の形態１の構成を示す斜視図である。 本発明にかかる無反射終端器の実施の形態１の構成を示す等価回路図である。 実施の形態１の無反射終端器の信号周波数における反射特性を示す図である。 実施の形態１の無反射終端器の反射特性の周波数変化を示す図である。 先端開放線路の伝送インピーダンスが３０Ωの場合の無反射終端器の入力インピーダンスを示す図である。 先端開放線路の伝送インピーダンスが６０Ωの場合の無反射終端器の入力インピーダンスを示す図である。 本発明にかかる無反射終端器の実施の形態２の構成を示す平面図である。 本発明にかかる無反射終端器の実施の形態２の構成を示す等価回路図である。 実施の形態２の無反射終端器の信号周波数における反射特性を示す図である。 実施の形態２の無反射終端器の反射特性の周波数変化を示す図である。 λ／２平面線路の伝送インピーダンスが３０Ωの場合の無反射終端器の入力インピーダンスを示す図である。 λ／２平面線路の伝送インピーダンスが１５Ωの場合の無反射終端器の入力インピーダンスを示す図である。 本発明にかかる無反射終端器を適用した積層結合器の実施の形態３の回路構成を示す斜視図である。 図１４に示す積層結合器の回路構成を示す平面図である。 比較例としての積層結合器の回路構成を示す斜視図である。 実施の形態３の積層結合器の反射特性を示す図である。 比較例の積層結合器の反射特性を示す図である。 積層結合器の変形例を示す図である。 積層結合器の変形例を示す図である。 従来技術を示す図である。 従来技術を示す図である。 従来技術を示す図である。 従来技術を示す図である。

符号の説明

１ 入力線路
２ 出力線路
３ 表層λ／４信号線路
４ 表層線路パターン
６ 分配出力線路
７ 信号接続ビア
８ 内層λ／４結合線路
９ アイソレーション端子部
１０ 入力平面線路（内層結合出力線路）
１１ 無反射終端器（終端器）
１２ 先端開放線路
１２ａ 入力端（接続点）
１２ｂ 開放端（接続点）
１３ 抵抗体
１４ 接続点
１５ 結合線路部
５０ 入力平面線路
５１ 無反射終端器
５２ λ／２平面線路
５２ａ 接続点
５２ｂ 接続点
５３ａ，５３ｂ 抵抗体
５４ 接続点
９０ 分配器

Claims (7)

1. 多層積層基板に形成される入力平面線路と、
   前記入力平面線路に接続され、信号波の実効伝搬波長の略１／２の長さを有する先端開放線路と、
   前記入力平面線路の伝送インピーダンスの略４倍の抵抗値を有し、かつ前記先端開放線路の入力端と開放端とを接続するように配した抵抗体と、
   を備えることを特徴とする無反射終端器。
2. 前記先端開放線路は、
   前記入力平面線路の伝送インピーダンスの略２倍の伝送インピーダンスを有することを特徴とする請求項１に記載の無反射終端器。
3. 多層積層基板に形成される入力平面線路と、
   各々が前記入力平面線路に接続され、かつ各々の抵抗値の和が前記入力平面線路の伝送インピーダンスの略４倍となる抵抗値をもつ第１および第２の抵抗体と、
   前記第１および第２の抵抗体の前記入力平面線路との接続端の他端に接続され、信号波の実効伝搬波長の略１／２の長さを有する平面伝送線路と、
   を備えることを特徴とする無反射終端器。
4. 前記平面伝送線路は、
   前記入力平面線路の伝送インピーダンスよりも低い伝送インピーダンスを有することを特徴とする請求項３に記載の無反射終端器。
5. 表層に形成された線路の伝送インピーダンスと、内層に形成された線路の伝送インピーダンスとが異なる多層誘電体基板に形成される積層結合器であって、
   入力線路と、
   出力線路と、
   分配出力線路と、
   これら入力線路および出力線路を接続する信号波の実効伝搬波長の略１／４の長さを有する表層信号線路と、
   を多層誘電体基板の表層に形成するとともに、
   アイソレーションポートに形成した内層結合出力線路と、
   一端が前記分配出力線路と信号ビアを介して接続され、他端が前記内層結合出力線路と接続され、前記信号ビアを含めて内層結合出力線路と前記分配出力線路とのインピーダンス変成を実現する線路幅を有しかつ信号波の実効伝搬波長の略１／４の長さを有し、前記表層信号線路に対し基板積層方向で分布結合する内層結合線路と、
   内層結合出力線路に接続された請求項１〜４のいずれか一つに記載の無反射終端器と、
   を多層誘電基板の内層に形成したことを特徴とする積層結合器。
6. 前記内層結合線路は、表層信号線路よりも線路幅が小さいことを特徴とする請求項５に記載の積層結合器。
7. 前記内層結合線路あるいは表層信号線路は、その一部が曲げ線路により互いに交差する形状を呈することを特徴とする請求項５または６に記載の積層結合器。

Images