JP2008085750A - 高周波伝送変換回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造が容易で、伝送特性に影響を与えることがない高周波伝送変換回路を提供する。
【解決手段】 誘電体基板１０と、誘電体基板１０の底面に形成されたマイクロストリップ線路のグランド部１３と、誘電体基板の平面に形成されたマイクロストリップ線路の信号線部１１と、信号線部１１の一部分の両側に形成されたコプレーナ線路のグランド電極１２ａ，１２ｂとを有し、コプレーナ線路のグランド電極１２ａ，１２ｂとマイクロストリップ線路のグランド部１３とを電磁結合又は／及び容量結合により接続して高周波信号の接地を行う高周波伝送変換回路である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高周波をコプレーナ線路からマイクロストリップ線路へ伝送変換する高周波伝送変換回路に係り、特に、製造が容易で伝送特性に影響を与えない高周波伝送変換回路に関する。

マイクロ波以上の高周波用伝送線路として、マイクロストリップ線路とコプレーナ線路が主に用いられている。
マイクロストリップ線路は、広いグランド導体上に重なるように信号パターンを配置した構造である。マイクロストリップ線路を構成するためには、少なくとも両面基板以上の多層構造とする必要がある。コプレーナ線路に比べて放射ノイズが軽減されるため、プリント配線板で最も使用されている。

コプレーナ線路は、信号パターン及びグランド導体が同一平面上にある伝送線路の構造である。信号を伝送する信号パターンとその両側に一定の隙間を空け、グランド電極を配置した形状である。信号パターンとグランドが同一平面上にあるため、信号線から出る放射ノイズが多い。

マイクロ波、ミリ波帯で主に使用されるマイクロストリップ線路とコプレーナ線路の２種類の線路を接続する場合、グランドが同じ平面に存在しないため、従来技術では、コプレーナ線路からマイクロストリップ線路の変換部でビアホールを用いて互いのグランドを接続していた。

尚、関連する先行技術として、特開２００１−３４５６０８号公報（特許文献１）、特開平１０−３３５９１０号公報（特許文献２）がある。

特許文献１には、第２コプレーナ線路の中心導体が片端で第１コプレーナ線路の中心導体に一致し、そのマイクロストリップ線路に向かってテーパー状に拡幅されて、他方端でマイクロストリップ線路のストリップ導体幅に一致し、また、中心導体の両側に形成された第２接地導体が第１コプレーナ線路の第１接地導体に接続されるとともに、その中心導体との離間距離がマイクロストリップ線路に向かって増大し、その第２接地導体幅がテーパー状に減少されている線路変換器が示されている。
特許文献１では、グランド接続にビアホールを用いていないが、コプレーナ線路の導体と第１接地導体とを電磁結合及び容量結合によって接続するものではない。

特許文献２には、マイクロストリップ線路のストリップ導体の線幅をグランド付コプレーナ線路の中心導体よりも大きくし、また、中心導体とストリップ導体とを線幅が徐々に変化するようなテーパー状の導体を介して接続し、同時にテーパー状の導体の両側グランド層との間隔も同様に変化させるにあたり、テーパー状の導体の両側のグランド層の形状を制御する変換線路が示されている。
尚、特許文献２では、グランド接続にビアホールを用いている。

特開２００１−３４５６０８号公報 特開平１０−３３５９１０号公報

しかしながら、上記従来の変換線路及び特許文献２では、マイクロ波、ミリ波帯におけるビアホールによって発生した寄生インダクタなどが、伝送特性に影響を与えるという問題点があった。
また、製造面において、特に水晶基板ではビアホールを作ることが困難であるという問題点があった。

尚、特許文献１では、コプレーナ線路のグランドとマイクロストリップ線路のグランドを互いに接続するものとはなっていない。
また、特許文献１では、コプレーナ線路の導体と第１接地導体との間には、テフロン（登録商標）基板が形成されている。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、製造が容易で、伝送特性に影響を与えることがない高周波伝送変換回路を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、高周波伝送変換回路であって、誘電体基板と、誘電体基板の一方の面に形成されたマイクロストリップ線路のグランド部と、誘電体基板の他方の面に形成されたマイクロストリップ線路の信号線部と、誘電体基板の他方の面に信号線部の一部分の両側に形成されたコプレーナ線路のグランド電極とを有し、コプレーナ線路のグランド電極とマイクロストリップ線路のグランド部とを電磁結合又は／及び容量結合により接続して高周波信号の接地を行うことを特徴とする。

本発明は、上記高周波伝送変換回路において、信号線の長手方向に直交するコプレーナ線路のグランド電極の幅を、設定周波数若しくは設定周波数帯の中心周波数の電気長がおおむね１／４波長としたことを特徴とする。

本発明は、上記高周波伝送変換回路において、信号線の長手方向に直交するコプレーナ線路のグランド電極の幅を、設定周波数若しくは設定周波数帯の中心周波数の電気長が１／８波長以上、１／４波以下としたことを特徴とする。

本発明は、上記高周波伝送変換回路において、誘電体基板として水晶基板を用いたことを特徴とする。

本発明は、上記高周波伝送変換回路において、水晶基板の厚みを１００μｍ以下にしたことを特徴とする。

本発明は、上記高周波伝送変換回路において、マイクロストリップ線路のグランド部が、誘電体基板の一方の面において全面に形成されたことを特徴とする。

本発明は、上記高周波伝送変換回路において、マイクロストリップ線路のグランド部が、誘電体基板の一方の面においてコプレーナ線路のグランド電極に対向する部分に形成されないようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、誘電体基板と、誘電体基板の一方の面に形成されたマイクロストリップ線路のグランド部と、誘電体基板の他方の面に形成されたマイクロストリップ線路の信号線部と、誘電体基板の他方の面に信号線部の一部分の両側に形成されたコプレーナ線路のグランド電極とを有し、コプレーナ線路のグランド電極とマイクロストリップ線路のグランド部とを電磁結合又は／及び容量結合により接続して高周波信号の接地を行う高周波伝送変換回路としているので、製造が容易で、伝送特性に影響を与えず、伝送効率を向上できる効果がある。

本発明によれば、信号線の長手方向に直交するコプレーナ線路のグランド電極の幅を、設定周波数若しくは設定周波数帯の中心周波数の電気長がおおむね１／４波長とした上記高周波伝送変換回路としているので、伝送信号付近の比較的広帯域で変換損失を減少できる効果がある。

本発明によれば、信号線の長手方向に直交するコプレーナ線路のグランド電極の幅を、設定周波数若しくは設定周波数帯の中心周波数の電気長が１／８波長以上、１／４波以下とした上記高周波伝送変換回路としているので、回路面積を減少できる効果がある。

本発明によれば、誘電体基板として水晶基板を用いた上記高周波伝送変換回路としているので、通過損失を低損失にすることができ、周波数的に安定な水晶基板を用いることで、ミリ波以上でも安定した伝送特性を得ることができる効果がある。

本発明によれば、水晶基板の厚みを１００μｍ以下にした上記高周波伝送変換回路としているので、通過損失を更に低損失にすることができる効果がある。

本発明によれば、マイクロストリップ線路のグランド部が、誘電体基板の一方の面において全面に形成された上記高周波伝送変換回路としているので、コプレーナ線路のグランド電極とマイクロストリップ線路のグランド部とを電磁結合又は／及び容量結合の強度を高めることができる効果がある。

本発明によれば、マイクロストリップ線路のグランド部が、誘電体基板の一方の面においてコプレーナ線路のグランド電極に対向する部分に形成されないようにした上記高周波伝送変換回路としているので、コプレーナ線路のグランド電極とマイクロストリップ線路のグランド部とを電磁結合又は／及び容量結合の強度を調整できる効果がある。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態に係る高周波伝送変換回路は、誘電体基板と、誘電体基板の底面に形成されたマイクロストリップ線路のグランド部と、誘電体基板の上面に形成されたマイクロストリップ線路の信号線部と、信号線部の一部分の両側に形成されたコプレーナ線路のグランド電極とを有し、コプレーナ線路のグランド電極とマイクロストリップ線路のグランド部とを電磁結合又は／及び容量結合により接続して高周波信号の接地を行うものであり、製造が容易で、伝送特性に影響を与えず、伝送効率を向上できるものである。

本発明の実施の形態に係る第１の高周波伝送変換回路について図１、図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る第１の高周波伝送変換回路の概略図であり、図２は、本発明の実施の形態に係る第１の高周波伝送変換回路の平面説明図である。
本発明の実施の形態に係る第１の高周波伝送変換回路（第１の回路）は、図１、図２に示すように、水晶基板を用いた誘電体基板１０と、誘電体基板１０の上面に形成されたマイクロストリップ線路の信号線部１１と、信号線部１１の一部分の両側に形成されたコプレーナ線路のグランド電極１２ａ，１２ｂと、誘電体基板１０の底面に形成されたマイクロストリップ線路のグランド部１３とを基本的に有している。

第１の回路では、ビアホールを用いず、コプレーナ線路のグランド電極１２ａ，１２ｂとマイクロストリップ線路のグランド部１３を電磁結合又は／及び容量結合により接続したものである。

誘電体基板１０は、高周波での伝送特性を改善するため、高周波帯で低損失かつ誘電率、誘電損失の周波数依存性の少ない基板となる水晶基板を用い、その場合、水晶基板の厚さを１００μｍ以下にすることにより損失の改善効果が得られる。

第１の回路では、コプレーナ線路のグランド電極１２ａ，１２ｂとマイクロストリップ線路のグランド部１３が重なる部分の幅Ｌ（信号線１１の長手方向に直交する幅）が重要であり、結合度を上げて変換損失を効果的に減らす場合には、幅Ｌを設定周波数若しくは設定周波数帯の中心周波数のおおむね１／４波長の幅とする必要がある。
この場合、信号周波数から比較的広域帯で低損失となるので、広帯域で伝送変換可能となる。

広帯域化及び低面積化するためには、コプレーナ線路のグランド電極１２ａ，１２ｂの幅Ｌを１／４波長以下にすることも可能であるが、幅Ｌがおおよそ１／８波長より短くなると、通過損失が大きくなる。

尚、コプレーナ線路のグランド電極１２ａ，１２ｂのマイクロストリップ線路の信号線部１１に沿った長さは、幅Ｌが１／４波長とした場合、１／４０〜１／６波長とすれば比較的広帯域での伝送変換を可能とする。

第１の回路では、図２に示すように、マイクロストリップ線路のグランド部１３が誘電体基板１０の裏面全面に形成されているのではなく、コプレーナ線路のグランド電極１２ａ，１２ｂが形成されている部分に相当する裏面にはグランド部が形成されていない不形成部１４が設けられている。

そして、図２に示すように、コプレーナ線路のグランド電極１２ａ，１２ｂとマイクロストリップ線路のグランド部１３を電磁結合又は／及び容量結合により接続するために機能する変換部１５が、グランド電極１２ａ，１２ｂ及びグランド部１３の形状によって形成される。

尚、本発明の実施の形態に係る高周波伝送変換回路は、グランド−シグナル−グランド（ＧＳＧ）で構成されるため、ＧＳＧパッドと呼ばれ、よって、第１の回路を第１のＧＳＧパッド、第２の回路を第２のＧＳＧパッドと称することがある。

次に、本発明の実施の形態に係る第２の高周波伝送変換回路について図３、図４を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る第２の高周波伝送変換回路の概略図であり、図４は、本発明の実施の形態に係る第２の高周波伝送変換回路の平面説明図である。
本発明の実施の形態に係る第２の高周波伝送変換回路（第２の回路）は、図３、図４に示すように、水晶基板を用いた誘電体基板１０と、誘電体基板１０の上面に形成されたマイクロストリップ線路の信号線部１１と、信号線部１１の一部分の両側に形成されたコプレーナ線路のグランド電極１２ａ，１２ｂと、誘電体基板１０の底面に形成されたマイクロストリップ線路のグランド部１３′とを基本的に有している。

第２の回路では、第１の回路と同様に、ビアホールを用いず、コプレーナ線路のグランド電極１２ａ，１２ｂとマイクロストリップ線路のグランド部１３′を電磁結合及び容量結合により接続したものである。

第１の回路と相違する点は、誘電体基板１０の裏面全面にマイクロストリップ線路のグランド部１３′を形成し、不形成部１４が存在しないものとなっている。

これによって、図４に示すように、コプレーナ線路のグランド電極１２ａ，１２ｂとマイクロストリップ線路のグランド部１３′を電磁結合又は／及び容量結合により接続するために機能する変換部１５′が形成される。

グランド部１３′がグランド電極１２ａ，１２ｂに相当する裏面部分まで形成されたため、第２の回路における変換部１５′の方が第１の回路における変換部１５より広い領域となっている。

従って、第１の回路に比べて、第２の回路は、変換部１５′が広くなっているため、グランド電極１２ａ，１２ｂとグランド部１３′との間の電磁結合又は／及び容量結合は大きいものとなっている。
結合度を調整するために、グランド部の形状を重なり部分の程度を考慮して調整することが有効となる。

第１の回路及び第２の回路によれば、コプレーナ線路のグランド電極１２ａ，１２ｂの幅Lを伝送する信号のおおむね１／４波長とし、コプレーナ線路のグランド電極１２ａ，１２ｂとマイクロストリップ線路のグランド部１３，１３′を電磁結合又は／及び容量結合によって接続する構成としているので、ビアホールを必要とせず、構成を簡略にでき、更に、誘電体基板１０として低損失かつ高周波的に安定な水晶基板を用いるようにしているので、高周波（特にミリ波）において伝送効率を向上できる効果がある。

尚、通常、ビアホールを用いずにコプレーナ線路とマイクロストリップ線路を接続することは可能であるが、広帯域であるが損失が大きくなる。
これに対して、本発明の実施の形態に係る伝送線路変換は、コプレーナ電極の長さをある周波数で１／４波長としているので、図５に示すように、この部分は１／４波長の先端開放型のマイクロストリップ線路のスタブと同様に考えられ、その周波数で、マイクロストリップ線路への変換部は短絡となり、この周波数において裏面のグランドへの電磁結合による変換効率が向上して、変換損失が低減する。
図５は、伝送変換回路の電界分布を示す図である。

先端開放の１／４波長のマイクロストリップ線路スタブ（コプレーナ線路の電極部）を使っているので、図６に示すように、周波数依存性を有することになるが、マイクロストリップ線路自体のＱ値が低いので、比較的広帯域で結合度を上げて、変換損失を低減することができる。
図６は、高周波伝送変換回路の伝送特性を示す図である。図６では、電極部の幅をλ／４とした高周波伝送変換回路の場合と電極の幅をλ／４よりかなり狭くした高周波伝送変換回路の場合を示している。

本発明は、製造が容易で、伝送特性に影響を与えることがない高周波伝送変換回路に好適である。

本発明の実施の形態に係る第１の高周波伝送変換回路の概略図である。 本発明の実施の形態に係る第１の高周波伝送変換回路の平面説明図である。 本発明の実施の形態に係る第２の高周波伝送変換回路の概略図である。 本発明の実施の形態に係る第２の高周波伝送変換回路の平面説明図である。 伝送変換回路の電界分布を示す図である。 高周波伝送変換回路の伝送特性を示す図である。

符号の説明

１０…誘電体基板、 １１…マイクロストリップ線路の信号線部、 １２ａ，１２ｂ…コプレーナ線路のグランド電極、 １３，１３′…マイクロストリップ線路のグランド部、 １４…不形成部、 １５，１５′…変換部

Claims (7)

1. 高周波を伝送変換する高周波伝送変換回路であって、
   誘電体基板と、
   前記誘電体基板の一方の面に形成されたマイクロストリップ線路のグランド部と、
   前記誘電体基板の他方の面に形成されたマイクロストリップ線路の信号線部と、
   前記誘電体基板の他方の面に前記信号線部の一部分の両側に形成されたコプレーナ線路のグランド電極とを有し、
   前記コプレーナ線路のグランド電極と前記マイクロストリップ線路のグランド部とを電磁結合又は／及び容量結合により接続して高周波信号の接地を行うことを特徴とする高周波伝送変換回路。
2. 信号線の長手方向に直交するコプレーナ線路のグランド電極の幅を、設定周波数若しくは設定周波数帯の中心周波数の電気長がおおむね１／４波長としたことを特徴とする請求項１記載の高周波伝送変換回路。
3. 信号線の長手方向に直交するコプレーナ線路のグランド電極の幅を、設定周波数若しくは設定周波数帯の中心周波数の電気長が１／８波長以上、１／４波以下としたことを特徴とする請求項１記載の高周波伝送変換回路。
4. 誘電体基板として水晶基板を用いたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の高周波伝送変換回路。
5. 水晶基板の厚みを１００μｍ以下にしたことを特徴とする請求項４記載の高周波伝送変換回路。
6. マイクロストリップ線路のグランド部が、誘電体基板の一方の面において全面に形成されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の高周波伝送変換回路。
7. マイクロストリップ線路のグランド部が、誘電体基板の一方の面においてコプレーナ線路のグランド電極に対向する部分に形成されないようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の高周波伝送変換回路。

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