JP2012199895A

JP2012199895A - 垂直給電回路

Info

Publication number: JP2012199895A
Application number: JP2011064227A
Authority: JP
Inventors: Yuya Ida; 雄也井田; Masayuki Saito; 雅之齋藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2012-10-18

Abstract

【課題】トリプレート線路と同軸線路を接続する垂直給電において、トリプレート線路が多層基板から構成された場合に、同軸線路とトリプレート線路のストリップ導体との間隔が広くなると、反射特性が劣化するという問題があった。
【解決手段】第１から第４の誘電体基板の接地導体とグランドパターンを複数のスルーホールで接続し、ストリップ導体とスルーホールランドと同軸線路の中心導体をスルーホールで接続した垂直給電回路において、それぞれのスルーホールランドの径を変化させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、マイクロ波やミリ波帯のアンテナ給電回路に用いられる、同軸線路とトリプレート線路とを接続する垂直給電回路に関するものである。

トリプレート線路と同軸線路の接続には、垂直給電回路が用いられている。従来の垂直給電回路は、主に同軸線路と１層のトリプレート線路を接続した構造となっている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２５０９１２号公報

しかしながら、トリプレート線路の形成されたトリプレート線路層と同軸線路の間に、更に別の誘電体層が積層されて多層化された場合、同軸線路とトリプレート線路のストリップ導体との間隔が広くなる。この場合、両者を接続する擬似同軸線の線路長が長くなり、反射特性が劣化するという問題があった。

この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、同軸線路とトリプレート線路を接続する基板を多層化する際、垂直給電回路における反射特性の劣化を抑えることを目的とする。

この発明による垂直給電回路は、一方面に接地導体が形成され、他方面にストリップ導体線路と、当該ストリップ導体線路の端部に接続された導体ランドと、当該導体ランドの周囲を囲む接地パターンが形成されるとともに、上記接地パターンと接地導体に接続され、上記導体ランドの周囲を囲む複数のグランド導体柱とを有した第１の誘電体基板と、一方面が上記第１の誘電体基板の他方面に積層され、他方面に導体ランド、及び当該導体ランドの周囲を囲む接地導体が形成されるとともに、当該導体ランドに接続されかつ一端が上記第１の誘電体基板の導体ランドに接続される導体柱と、当該接地導体と上記第１の誘電体基板の接地パターンに接続され、当該導体柱の周囲を囲む複数のグランド導体柱とを有した第２の誘電体基板と、一方面が上記第２の誘電体基板の他方面に積層され、他方面に導体ランド、及び当該導体ランドの周囲を囲む接地パターンが形成されるとともに、当該導体ランドに接続されかつ一端が上記第２の誘電体基板の導体柱の他端に接続される導体柱と、当該接地パターンと上記第２の誘電体基板の接地導体に接続され、当該導体柱の周囲を囲む複数のグランド導体柱とを有した第３の誘電体基板と、を備え、上記第２、第３の誘電体基板の導体ランドは、上記第１の誘電体基板の導体ランドとはランド径が異なるようにしたものである。

この発明によれば、同軸線路とトリプレート線路を接続する多層誘電体基板において、垂直給電回路における反射特性の劣化を抑えることができる。

実施の形態１による垂直給電回路の構成を示す図である。実施の形態１による垂直給電回路の部分断面（ＡＡ断面）を示す図である。実施の形態１による垂直給電回路の部分断面（ＢＢ断面）を示す図である。実施の形態１による垂直給電回路の部分断面（ＣＣ断面）を示す図である。実施の形態１による垂直給電回路の部分断面（ＤＤ断面）を示す図である。従来技術で垂直給電部を構成した場合の反射特性を示す図である。実施の形態１による垂直給電部を構成した場合の反射特性を示す図である。

図１は、実施の形態１による垂直給電回路の構成を示している。また、図２は、実施の形態１による垂直給電回路のＡＡ断面を示す図である。図３は、実施の形態１による垂直給電回路のＢＢ断面を示す図である。図４は、実施の形態１による垂直給電回路のＣＣ断面を示す図である。図５は、実施の形態１による垂直給電回路のＤＤ断面を示す図である。以下、図を用いて実施の形態１による垂直給電回路の構成について説明する。なお、図中、積層によって貼り合せられる２つの誘電体基板において、互いに接触する導体には、図示を単純化するために同じ符号を付与している。

実施の形態１の垂直給電回路は、第１の誘電体基板１２、第２の誘電体基板１３、第３の誘電体基板１４、及び第４の誘電体基板１５の積層によって構成されている。第４の誘電体基板１５は同軸線路１６が接続されている。第１の誘電体基板１２はトリプレート線路が形成されており、後述の垂直給電部を介して同軸線路１６に接続される。同軸線路１６は、同軸コネクタを形成する。

第１の誘電体基板１２は、上面に第１の接地導体２が形成され、下面に導体膜からなる第１のグランドパターン４及び第１のストリップ導体１及び第１のスルーホールランド６が形成されている。また、第１の誘電体基板１２は、上下両面を貫通する第１のスルーホール１０が開けられ、これには導体メッキが施されて、第１の接地導体２と第１のグランドパターン４を接続している。第１のストリップ導体１の端部は第１のスルーホールランド６及び第１のスルーホール１１に接続されている。

第２の誘電体基板１３は、上面に導体膜からなる第２のグランドパターン４、及び第２のスルーホールランド６が形成され、下面に第１の中間接地導体３及び第３のスルーホールランド７が形成されている。第２の誘電体基板１３は、上下両面を貫通する第２のスルーホール１０が開けられ、これには導体メッキが施されて、第２のグランドパターン４と第１の中間接地導体３を接続している。第２の誘電体基板１３は、上下両面を貫通する第３のスルーホール１１が開けられ、これには導体メッキが施されて、第２のスルーホールランド６と第３のスルーホールランド７を接続している。

第１の誘電体基板１２の第１のグランドパターン４と第２の誘電体基板１３の第２のグランドパターン４は、第１の誘電体基板１２と第２の誘電体基板１３の貼り合せによる接触によって接続されている。第１の誘電体基板１２の第１のスルーホールランド６と第２の誘電体基板１３の第２のスルーホールランド６は、第１の誘電体基板１２と第２の誘電体基板１３の貼り合せによる接触によって接続されている。第１のスルーホールランド６と第２のスルーホールランド６は同一形状で同一ランド径の部分円形状となっている。第１のグランドパターン４と第２のグランドパターン４は同一形状で同一サイズの馬蹄形状となっている。

第３の誘電体基板１４は、上面に第２の中間接地導体３及び導体膜からなる第４のスルーホールランド７が形成され、下面に導体膜からなる第３のグランドパターン５及び第５のスルーホールランド８が形成されている。第３の誘電体基板１４は、上下両面を貫通する第４のスルーホール１０が開けられこれには導体メッキが施されて、第２の中間接地導体３と第３のグランドパターン５を接続している。第３の誘電体基板１４は、上下両面を貫通する第５のスルーホール１１が開けられこれには導体メッキが施されて、第４のスルーホールランド７と第５のスルーホールランド８を接続している。

第２の誘電体基板１３の第１の中間接地導体３と第３の誘電体基板１４の第２の中間接地導体３は、第２の誘電体基板１３と第３の誘電体基板１４の貼り合せによる接触によって接続されている。第２の誘電体基板１３の第３のスルーホールランド７と第３の誘電体基板１４の第４のスルーホールランド７は、第２の誘電体基板１３と第３の誘電体基板１４の貼り合せによる接触によって接続されている。第３のスルーホールランド７と第４のスルーホールランド７は同一形状で同一ランド径の円形状となっている。

第４の誘電体基板１５は、上面に導体膜からなる第４のグランドパターン５及び第６のスルーホールランド８が形成され、下面に第２の接地導体２及び導体膜からなる第７のスルーホールランド９が形成されている。第４の誘電体基板１５は、上下両面を貫通する第６のスルーホール１０が開けられこれには導体メッキが施されて、第４のグランドパターン５と第２の接地導体２を接続している。第４の誘電体基板１５は、上下両面を貫通する第７のスルーホール１１が開けられこれには導体メッキが施されて、第６のスルーホールランド８と第７のスルーホールランド９を接続している。

第３の誘電体基板１４の第３のグランドパターン５と第４の誘電体基板１５の第４のグランドパターン５は、第３の誘電体基板１４と第４の誘電体基板１５の貼り合せによる接触によって接続されている。第３の誘電体基板１４の第５のスルーホールランド８と第４の誘電体基板１５の第６のスルーホールランド８は、第３の誘電体基板１４と第４の誘電体基板１５の貼り合せによる接触によって接続されている。第５のスルーホールランド８と第６のスルーホールランド８は同一形状で同一ランド径の円形状となっている。第３のグランドパターン５と第４のグランドパターン５は同一形状で同一サイズの円環形状となっている。

第４の誘電体基板１５の下面には同軸線路１６が取り付けられる。同軸線路１６は、中心導体１７と、中心導体１７を内包する円筒状の誘電体２１と、誘電体２１を内包する円筒状の外導体２０から構成される。第４の誘電体基板１５の第７のスルーホールランド９は、同軸線路１６の中心導体１７の端部に接続される。また、外導体２０は第４の誘電体基板１５の第２の接地導体２に電気的に接続される。

第１の誘電体基板１２及び第２の誘電体基板１３はトリプレート線路を構成する。第１のストリップ導体１は、このトリプレート線路における伝送線路となっている。また、第１のストリップ導体１は、第１の誘電体基板１２の第１の接地導体２と第２の誘電体基板１３の第１の中間接地導体３の間に挟まれることで、トリプレート線路が形成される。

第１、第２、第４、第６のスルーホール１０（以下、単にスルーホール１１と記述する）は、第１の誘電体基板１２、第２の誘電体基板１３、第３の誘電体基板１４、及び第４の誘電体基板１５の積層によって、上下一直線に接続された接地導体柱をなす。また、第３、第５、第７のスルーホール１１（以下、単にスルーホール１１と記述する）は、第１の誘電体基板１２、第２の誘電体基板１３、第３の誘電体基板１４、及び第４の誘電体基板１５の積層によって、上下一直線に接続された導体柱をなす。スルーホール１１は、同一円上に所定の間隔で配置された、複数のスルーホール１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ）の列によって取り囲まれている。これによって、スルーホール１０は同軸線路における外導体として機能し、スルーホール１１は同軸線路における中心導体として機能する。これらのスルーホールを合せた垂直給電構造は、擬似的な同軸線路として作用し、実施の形態１による垂直給電部を構成する。なお、スルーホール１０の配列間隔は、例えば誘電体基板内で、第１のストリップ導体１を伝送する信号の伝搬波長λの４分の１の長さよりも短い間隔とするのが良く、間隔が短いほど波長λの信号の高調波の漏れを抑制することができる。

スルーホール１１は、第１の誘電体基板１２、第２の誘電体基板１３、第３の誘電体基板１４、及び第４の誘電体基板１５のそれぞれの貼り合せ面と第４の誘電体基板１５の下面において、第１、第２のスルーホールランド（導体ランド）６、第３、第４のスルーホールランド（導体ランド）７、及び第５、第６のスルーホールランド（導体ランド）８、及び第７のスルーホールランド（導体ランド）９（以下、それぞれスルーホールランド６、スルーホールランド７、スルーホールランド８、スルーホールランド９と記述する）にそれぞれ接続されている。このスルーホールランド６、７、８、９は、グランドパターン（接地パターン）４、中間接地導体３、グランドパターン（接地パターン）５、接地導体２によってそれぞれ周囲を取り囲まれている。これによって、第１の誘電体基板１２、第２の誘電体基板１３、第３の誘電体基板１４、及び第４の誘電体基板１５内部への電磁波の漏れを抑制する。

スルーホールランド６、７、８、９は、ランド径が異なるサイズとなっている。スルーホールランド７は、スルーホールランド６、９よりもランド径が大きく、スルーホールランド８は、スルーホールランド７よりもランド径が大きい。また、スルーホールランド６はスルーホールランド９よりもランド径が若干小さい。

次に、実施の形態１の垂直給電回路の動作について説明する。同軸線路１６から入力された電磁波は、スルーホール１０及びスルーホール１１により構成される擬似的な同軸線路（垂直給電部）を通過して、ストリップ導体１に伝達される。
ここで、スルーホールランド６、７、８、９のランド径を、適切な大きさに変化させることにより、電磁気的なインピーダンスの整合を取ることができる。これによって、反射特性の劣化を防ぐことができる。
なお、スルーホール１０及びスルーホール１１と、スルーホールランド６、７、８、９と、グランドパターン４、５、及び中間接地導体３、接地導体２は、垂直給電部を構成する。

図６は、例えば特許文献１のような従来技術によって垂直給電回路を構成した場合の反射の周波数特性を示す図である。図７は、実施の形態１による垂直給電回路を構成した場合の反射の周波数特性を示す図である。図６、７において、横軸は規格化周波数、縦軸は反射特性（ｄＢ）を示す。図６、７の比較から、実施の形態１の垂直給電回路を用いることによって反射特性が改善し、反射がより抑制されていることがわかる。

以上の説明では、基板４枚を積層して構成される垂直給電回路について説明をしているが、基板の積層枚数が３枚でも、また５枚以上となっても、それぞれの基板にスルーホールランドを設け、同様の方法でランド径を変化させることによって、反射特性の劣化を防ぐことができる。この場合、異なる積層間でいくつかのランド径が同じ大きさになっても良い。例えば、スルーホールランド６とスルーホールランド９が同じ径になっても良い。また、基板の厚さが不均一な場合でも、同様の方法で反射特性の劣化を防ぐことができることは言うまでもない。

このように実施の形態１による垂直給電回路は、一方面に接地導体２が形成され、他方面にストリップ導体線路１と、当該ストリップ導体線路１の端部に接続された導体ランド（スルーホールランド６）と、当該導体ランド（スルーホールランド６）の周囲を囲む接地パターン（グランドパターン４）が形成されるとともに、上記接地パターン（グランドパターン４）と接地導体２に接続され、上記導体ランド（スルーホールランド６）の周囲を囲む複数のグランド導体柱（スルーホール１０）とを有した第１の誘電体基板１２と、一方面が上記第１の誘電体基板１２の他方面に積層され、他方面に導体ランド（スルーホールランド７）、及び当該導体ランド（スルーホールランド７）の周囲を囲む接地導体（中間接地導体３）が形成されるとともに、当該導体ランド（スルーホールランド７）に接続されかつ一端が上記第１の誘電体基板１２の導体ランド（スルーホールランド６）に接続される導体柱（スルーホール１１）と、当該接地導体（中間接地導体３）と上記第１の誘電体基板１２の接地パターン（グランドパターン４）に接続され、当該導体柱（スルーホール１１）の周囲を囲む複数のグランド導体柱（スルーホール１０）とを有した第２の誘電体基板１３と、一方面が上記第２の誘電体基板１３の他方面に積層され、他方面に導体ランド（スルーホールランド８）、及び当該導体ランド（スルーホールランド８）の周囲を囲む接地パターン（グランドパターン５）が形成されるとともに、当該導体ランド（スルーホールランド８）に接続されかつ一端が上記第２の誘電体基板１３の導体柱（スルーホール１１）の他端に接続される導体柱（スルーホール１１）と、当該接地パターン（グランドパターン５）と上記第２の誘電体基板１３の接地導体（中間接地導体３）に接続され、当該導体柱（スルーホール１１）の周囲を囲む複数のグランド導体柱（スルーホール１０）とを有した第３の誘電体基板１４と、を備え、上記第１、第２、第３の誘電体基板の導体ランド（スルーホールランド６、７、８）は、互いにランド径が異なることを特徴とする。

また、一方面が上記第３の誘電体基板１４の他方面に積層され、他方面に導体ランド（スルーホールランド９）、及び当該導体ランド（スルーホールランド９）の周囲を囲む接地導体２が形成されるとともに、当該導体ランド（スルーホールランド９）に接続されかつ上記第３の誘電体基板１４の導体柱（スルーホール１１）の他端に接続される導体柱（スルーホール１１）と、当該接地導体２と上記第３の誘電体基板１４の接地パターン（グランドパターン５）に接続され、上記導体柱（スルーホール１１）の周囲を囲む複数のグランド導体柱（スルーホール１０）とを有し、当該導体ランド（スルーホールランド９）の他端に接続される同軸線路１６が取り付けられた第４の誘電体基板１５を更に備え、上記第２、第３の誘電体基板１３、１４の導体ランド（スルーホールランド７、８）は、上記第１、第４の誘電体基板の導体ランド（スルーホールランド６、９）よりもランド径が大きいしても良い。

これによって、同軸線路とトリプレート線路を接続する多層誘電体基板において、垂直給電回路における反射特性の劣化を抑えることができる。

なお、誘電体基板の枚数が増えた場合に増加に応じて、接地パターン、導体柱、導体ランドを増加させて、導体ランドのそれぞれの径を変化させ電磁気的な整合を取っても良い。

１ストリップ導体、２接地導体、３中間接地導体、４グランドパターン（接地パターン）、５グランドパターン（接地パターン）、６，７，８，９スルーホールランド（導体ランド）、１０スルーホール（導体柱）、１１スルーホール（導体柱）、１１，１３，１４，１５誘電体基板、１６同軸線路、１７中心導体、２０外導体。

Claims

一方面に接地導体が形成され、他方面にストリップ導体線路と、当該ストリップ導体線路の端部に接続された導体ランドと、当該導体ランドの周囲を囲む接地パターンが形成されるとともに、上記接地パターンと接地導体に接続され、上記導体ランドの周囲を囲む複数のグランド導体柱とを有した第１の誘電体基板と、
一方面が上記第１の誘電体基板の他方面に積層され、他方面に導体ランド、及び当該導体ランドの周囲を囲む接地導体が形成されるとともに、当該導体ランドに接続されかつ一端が上記第１の誘電体基板の導体ランドに接続される導体柱と、当該接地導体と上記第１の誘電体基板の接地パターンに接続され、当該導体柱の周囲を囲む複数のグランド導体柱とを有した第２の誘電体基板と、
一方面が上記第２の誘電体基板の他方面に積層され、他方面に導体ランド、及び当該導体ランドの周囲を囲む接地パターンが形成されるとともに、当該導体ランドに接続されかつ一端が上記第２の誘電体基板の導体柱の他端に接続される導体柱と、当該接地パターンと上記第２の誘電体基板の接地導体に接続され、当該導体柱の周囲を囲む複数のグランド導体柱とを有した第３の誘電体基板と、
を備え、
上記第２、第３の誘電体基板の導体ランドは、上記第１の誘電体基板の導体ランドとはランド径が異なることを特徴とした垂直給電回路。
一方面が上記第３の誘電体基板の他方面に積層され、他方面に導体ランド、及び当該導体ランドの周囲を囲む接地導体が形成されるとともに、当該導体ランドに接続されかつ上記第３の誘電体基板の導体柱の他端に接続される導体柱と、当該接地導体と上記第３の誘電体基板の接地パターンに接続され、上記導体柱の周囲を囲む複数のグランド導体柱とを有し、当該導体ランドの他端に接続される同軸線路が取り付けられた第４の誘電体基板を更に備え、
上記第２、第３の誘電体基板の導体ランドは、上記第１、第４の誘電体基板の導体ランドよりもランド径が大きいことを特徴とした請求項１記載の垂直給電回路。