JP2014192530A

JP2014192530A - イコライザ

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Publication number: JP2014192530A
Application number: JP2013063245A
Authority: JP
Inventors: Hideki Hatakeyama; 英樹畠山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2014-10-06

Abstract

【課題】誘電体多層基板の内層にイコライザを形成した場合、イコライザの周波数特性を変化させるための調整部が基板の内層に入り込み、その調整自体ができなくなるという問題がある。そのためイコライザのような機能回路を誘電体多層基板の内層に形成することが難しく、小型化の妨げになっていた。
【解決手段】誘電体多層基板の内層に、４分の１波長伝送線路と、内層先端開放スタブと、先端短絡スタブを設け、誘電体多層基板の表層にスルーホールを介して内層先端開放スタブに接続された表層先端開放スタブ及び容量調整用導体パターンを設けて、容量調整用導体パターンと表層先端開放スタブの接続有無の選択により周波数特性を変化させるようにする。
【選択図】図４

Description

この発明は、マイクロ波、ミリ波等の高周波の信号伝送線路に接続され、当該線路の振幅周波数特性を改善するイコライザに関する。

マイクロ波信号、ミリ波信号等の高周波信号を処理する高周波機器は、使用する周波数帯域で利得の平坦性を求められることが多い。高周波機器は、増幅器，スイッチ等の複数の半導体部品，機能回路等で構成されるが、各部品，回路はそれぞれ異なる周波数特性を持っているため、単に組み合わせただけで利得の平坦度が確保できることは稀である。そのため、高周波機器の付加機能回路としてイコライザを設置し、他の半導体部品，機能回路が持っている周波数特性とは逆の周波数特性をイコライザに持たせることで、利得の平坦度を確保することが、一般的に行われている。

このような周波数特性を改善するイコライザとして、高周波信号が伝播する主線路に並列に、抵抗と伝送線路と先端短絡スタブを接続した回路を挿入し、上記伝送線路と先端短絡スタブとの間に先端開放スタブを設ける回路構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、イコライザの更なる反射特性改善のため、この回路を所望の周波数帯域でλ／４となる伝送線路に複数個縦続接続する構成が提案されている。

特許第３８５２６０３号公報

しかしながら、特許文献１に示す従来のイコライザの回路構成では、使用する周波数帯域でおよそ波長λの４分の１となる伝送線路が複数個必要となり、イコライザのサイズが大きくなるという問題がある。近年、高周波機器の小型化が進んでいる中で、このようにイコライザのサイズが大きくなることが、高周波機器の小型化を進める上での障害となっている。

ところで、ＬＴＣＣ(Low Temperature Co-fired Ceramics)の誘電体多層基板を用いて高周波機器を構成する際、イコライザのような機能回路を誘電体多層基板の内層に形成し、半導体部品を表層に実装する立体構造とすることで、高周波機器の小型化を図る技術がある。この技術を適用すれば上記障害は解消するが、イコライザの周波数特性を調整することが困難となり実用性がない。例えば、増幅器、ミクサ等の半導体部品の周波数特性のバラツキに対応するため、イコライザは各部品の周波数特性に合わせてその周波数特性を変化させるようにしておくことが望まれる。しかしながら誘電体多層基板の内層にイコライザを形成した場合、イコライザの周波数特性を変化させるための調整部が基板の内層に入り込み、その調整自体ができなくなるという問題がある。そのためイコライザのような機能回路を誘電体多層基板の内層に形成することは実用上難しく、高周波機器の利得平坦度を確保した上で、イコライザを小型化させることの妨げとなっていた。

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、高周波機器の利得平坦度を確保した上で、誘電体多層基板の内層に回路を形成して小型化を図ることのできるイコライザを得ることを目的とする。

この発明によるイコライザは、誘電体多層基板の内層に形成され、一端が抵抗を介して主線路に接続された４分の１波長伝送線路と、上記誘電体多層基板の内層に形成され、一端が上記４分の１波長伝送線路の他端側に接続された内層先端開放スタブと、上記誘電体多層基板の内層に形成され、一端が上記４分の１波長伝送線路の他端側に接続され、他端が接地された先端短絡スタブと、上記誘電体多層基板の表層に形成され、一端が上記内層先端開放スタブにスルーホールを介して接続された表層先端開放スタブと、一端が上記表層先端開放スタブの他端に対向し、当該表層先端開放スタブの他端から離間して配置された容量調整用導体パターンと、を備え、上記容量調整用導体パターンと上記表層先端開放スタブの接続有無の選択により周波数特性を変化させるものである。

この発明によれば、イコライザにより高周波機器の利得平坦度を確保するとともに、イコライザを含む高周波機器の小型化を図ることができる。

実施の形態１によるイコライザの高周波機器への接続構成を示す回路図である。実施の形態１によるイコライザの等価回路を示す図である。実施の形態１によるイコライザを用いた高周波機器の通過特性を示す図である。実施の形態１によるイコライザの構成例を示す回路図である。実施の形態１によるイコライザの実装構造の一例を示す断面図である。実施の形態１によるイコライザの実装構造の一例を示す斜視図である。実施の形態１によるイコライザの周波数特性を例示する図である。実施の形態２によるイコライザの構成例を示す回路図である。実施の形態２によるイコライザの等価回路を示す図である。実施の形態２によるイコライザの実装構造の一例を示す斜視図である。実施の形態２によるイコライザの周波数特性を例示する図である。

実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１によるイコライザの高周波機器への接続構成を示す回路図である。図１において、実施の形態１によるイコライザ１００は、λ／４伝送線路１（λは高周波機器で処理される基板内の伝搬波長）に接続される。λ／４伝送線路１は、高周波機器内でマイクロ波、ミリ波等の高周波信号が伝播する主線路１０１上に直列に接続されている。イコライザ１００は、抵抗２、λ／４伝送線路３、先端開放スタブ４、及び先端短絡スタブ５から構成されている。図１では、反射特性の改善を図るため、所望の帯域でλ／４波長となるλ／４伝送線路１を間に挟んで、同様の構成となる２個のイコライザ１００を縦続接続した例を示している。なお、λ／４伝送線路１をそれぞれ間に挟んで、更に複数個のイコライザ１００を縦続接続した構成をとっても良い。また、縦続接続したそれぞれのイコライザ１００は同じ周波数特性を有したものでもいいし、異なる周波数特性を有したものを用いても良い。

イコライザ１００において、抵抗２の一端部はλ／４伝送線路１の一端部に並列に接続される。抵抗２の他端部はλ／４伝送線路３の一端部に接続される。先端短絡スタブ５の一端部は、λ／４伝送線路３の他端部に接続される。先端短絡スタブ５の他端部は接地されている。また、先端開放スタブ４の一端部は、λ／４伝送線路３の他端部と先端短絡スタブ５の一端部の間に並列に接続される。

図２は、実施の形態１によるイコライザ１００の等価回路を示す図である。図２において、イコライザ１００の等価回路は、抵抗２と、抵抗２に直列に接続したλ／４伝送線路３と、λ／４伝送線路３に直列に接続した並列共振回路２０で示される。この等価回路において、イコライザを構成する先端開放スタブ４は容量２１、先端短絡スタブ５はインダクタ２２とみなすことができ、この容量２１とインダクタ２２とで並列共振回路２０が形成されている。

図３はイコライザ１００を用いた高周波機器の通過特性を示す図である。図３において、イコライザ１００は、容量２１とインダクタ２２の並列共振回路２０の共振周波数で振幅が小さくなる凹型の通過特性を持つ。高周波機器は、一般に単独で用いると所望周波数で通過特性が凸型になるが、凹型の通過特性を持つイコライザと合わせて用いることで、その通過特性を所望周波数帯域で平坦なものにすることができる。図３はその様子を示すものであり、イコライザを付加した高周波機器は所望周波数帯域で平坦な通過特性が得られる。

次に、実施の形態１によるイコライザの実装構造について更に詳述する。
図４はイコライザ１００の構成例を示す回路図である。図５は、イコライザ１００の実装構造の一例を示す断面図である。図６は、イコライザ１００の実装構造の一例を示す斜視図である。図４、５、６において、イコライザ１００の先端開放スタブ４は、接続線路４１と、スルーホール４２と、内層先端開放スタブである先端開放スタブ４３と、表層先端開放スタブである先端開放スタブ４４と、容量調整用導体パターン４５から構成される。接続線路４１の一端部は、λ／４伝送線路３の他端部にて接続点４０に接続される。接続線路４１の他端部は、スルーホール４２の下端部に接続される。先端開放スタブ４３の一端部は、スルーホール４２の下端部に接続される。先端開放スタブ４４の一端部は、スルーホール４２の上端部に接続される。先端開放スタブ４３の他端部は開放端となっている。先端開放スタブ４４の他端部は容量調整用導体パターン４５の一端部と向き合って配置される。容量調整用導体パターン４５の他端部は開放端となっている。また、接続点４０はスルーホール４９の中央部に接続される。スルーホール４９は、上端部が接地導体６０に接続され、下端部が接地導体６１に接続される。先端開放スタブ４４の他端部と容量調整用導体パターン４５の一端部は、金リボン，金ワイヤ等の導電性接続部材を介在して接続可能な所定の距離だけ、離間して配置されている。

また、主線路１０１と、イコライザ１００を構成する抵抗２、λ／４伝送線路３、接続線路４１、先端開放スタブ４３、先端短絡スタブ５の一部は、誘電体多層基板の内層部５０に形成されている。また、先端開放スタブ４４は、誘電体多層基板の内層部５０にある先端開放スタブ４３から、スルーホール４２を介在して分岐して配置され、誘電体多層基板の表層部５１に形成されている。内層部５０に形成された抵抗２は、薄膜抵抗からなる抵抗パターンにより形成される。抵抗２、λ／４伝送線路３、接続線路４１、及び先端開放スタブ４３は、上下が接地導体６０及び接地導体６１のグランドパターンに囲まれて、トリプレート線路を形成している。先端短絡スタブ５は、このトリプレート線路に接続されたスルーホール４９から構成され、スルーホール４９の上下端部は、接地導体６０及び接地導体６１のグランドパターンに接続されて、グランド面に短絡されている。なお、先端短絡スタブ５の下端部は、誘電体多層基板の裏面側の表層に配置される。

表層部５１の先端開放スタブ４４を構成する表層導体パターンは、下方の接地導体６０のグランドパターンとともにマイクロストリップ線路を形成している。ここで、表層部５１の先端開放スタブ４４の周囲に、他の表層導体パターンと接続されていない容量調整用導体パターン４５を配置している。この表層部５１にある容量調整用導体パターン４５と表層の先端開放スタブ４４は、金リボン，金ワイヤ等の導電性接続部材で接続することにより、先端開放スタブ４の長さが変化し、容量が変化することとなる。これにより、イコライザ１００の並列共振回路２０の共振周波数を変化させることができるので、イコライザ１００の周波数特性を調整することができる。

ここで、イコライザ１００の周波数特性の調整方法について説明する。図７は、イコライザ１００の周波数特性を例示する図である。図６に示すように、２つの容量調整用導体パターン４５は、表層部５１の先端開放スタブ４４の周囲に配置されている。一方の容量調整用導体パターン４５と先端開放スタブ４４は、導電性接続部材７０によって接続されている。このときのイコライザ１００の周波数特性は、図７の実線で示した中間（ノミナル）の特性となる。

また、この状態で、導電性接続部材７０を接続していない他方の容量調整用導体パターン４５についても、導電性接続部材７０を接続することにより、先端開放スタブ４の長さを長くしてその容量を増やすことができる。これにより、並列共振回路２０の共振周波数が低域にシフトする。このときのイコライザ１００の周波数特性は、図７の狭い点線に示した低域シフトの特性となる。

また、容量調整用導体パターン４５の何れにも導電性接続部材７０を接続しない場合は、先端開放スタブ４の長さが最短となってその容量が減少する。これにより、並列共振回路２０の共振周波数が高域にシフトする。このときのイコライザ１００の周波数特性は、図７の広い点線に示した高域シフトの特性となる。

このように、表層部５１に形成した先端開放スタブ４４と、その周囲に設けた容量調整用導体パターン４５との接続有無を選択することにより、内層部５０に構成したイコライザ１００の周波数特性を変化させることができる。

また、表層部５１に形成する必要があるパターンは、イコライザ１００の先端開放スタブ４の一部となる先端開放スタブ４４及び容量調整用導体パターン４５のみであり、その設置に広い面積を必要としない。そのため、表層部５１には、半導体部品の実装、あるいは他の機能回路を形成することが可能となる。

なお、上記説明に用いた誘電体多層基板の層構成、パターン形状は一例であって、この構成、及び形状に限定されるものではない。また、誘電体多層基板の内層部５０にはイコライザ１００の一部が形成されており、表層部５１にはその先端開放スタブの一部が形成されている。このように表層部５１にて、先端開放スタブ４４とその周囲に容量調整用導体パターン４５が形成された構成であれば、その層構成、パターン形状を問わず、表層部５１の先端開放スタブ４４と容量調整用導体パターン４５との接続状態を選択することによって、イコライザ１００の周波数特性の調整が可能となる。

以上説明した通り、実施の形態１によるイコライザは、誘電体多層基板の内層５０に形成され、一端が抵抗２を介して主線路１０１に接続された４分の１波長伝送線路３と、上記誘電体多層基板の内層５０に形成され、一端が上記４分の１波長伝送線路３の他端側に接続された内層先端開放スタブ３と、上記誘電体多層基板の内層５０に形成され、一端が上記４分の１波長伝送線路３の他端側に接続され、他端が接地された先端短絡スタブ５と、上記誘電体多層基板の表層５１に形成され、一端が上記内層先端開放スタブ３の他端にスルーホール４２を介して接続された表層先端開放スタブ４４と、一端が上記表層先端開放スタブ４４の他端に対向し、当該表層先端開放スタブ４４の他端から離間して配置された容量調整用導体パターン４５と、を備え、上記容量調整用導体パターン４５と上記表層先端開放スタブ４４の接続有無の選択により周波数特性を変化させることを特徴とする。

このように、イコライザ１００を誘電体多層基板の内層に構成した上で、その周波数特性を調整可能とすることができるので、半導体部品の特性に合わせて高周波機器の利得平坦度をイコライザ１００により最適化できると共に、高周波回路の立体構成が可能となる。かくして、イコライザ１００を有した高周波機器の利得平坦度の確保と機器の小型化の両立が可能となる。また、イコライザ１００における周波数特性の調整作業は、金リボン，金ワイヤ等の導電性接続部材により、その導体パターンの接続有無を選択するだけで行うことが出来るため、周波数特性の調整を容易に行うことができる。

実施の形態２．
図８は、この発明に係る実施の形態２によるイコライザの構成を示す回路図である。図において、実施の形態２によるイコライザ１００は、実施の形態１と同様に、抵抗２、λ／４伝送線路３、先端開放スタブ４、及び先端短絡スタブ５から構成される。実施の形態２による先端開放スタブ４は、接続線路４１と、スルーホール４２と、先端開放スタブ４３と、スタブ４６と、表層抵抗である抵抗４７と、スタブ４８から構成される。このうち、スタブ４６、抵抗４７、及びスタブ４８は誘電体多層基板の表層部５１に形成されている。スタブ４６の一端部は、スルーホール４２の上端部に接続される。スタブ４６の他端部は抵抗４７の一端部に接続される。抵抗４７の他端部はスタブ４８の一端部に接続される。スタブ４８の他端部は開放端となっている。ここで、スタブ４６、抵抗４７、及びスタブ４８の直列回路は、表層先端開放スタブである先端開放スタブ４９を構成する。即ち、実施の形態２によるイコライザ１００は、実施の形態１による先端開放スタブ４において、先端開放スタブ４４と容量調整用導体パターン４５の代わりに、先端開放スタブ４９を設けた点が異なり、誘電体多層基板の表層部５１に形成された先端開放スタブ４９の中間部に抵抗４７を設けた構成となっている。図８の他の構成については、実施の形態１と同一相当のものである。なお、実施の形態１と同様に、容量調整用導体パターン４５を設けても良い。

図９は、実施の形態２によるイコライザ１００の等価回路を示す図である。図９において、実施の形態２による並列共振回路２０は、容量２５、抵抗４７、及び容量２６の直列回路と、インダクタ２４の並列回路で示される。ここで、容量２５は先端開放スタブ４３及びスタブ４６が相当し、インダクタ２４は先端短絡スタブ５が相当し、容量２６はスタブ４８が相当する。従来のイコライザは、共振周波数の通過損失を変化させる場合に、主線路１０１に接続された抵抗２の抵抗値を変化させることで調整していた。しかしながら、実施の形態２によるイコライザ１００は、先端開放スタブ４９の中間部に挿入した抵抗４７の抵抗値を変化させることで、共振周波数の通過損失を変化させることができる。

ここで、先端開放スタブ４９の中間部に挿入した抵抗４７の抵抗値を大きくした場合、並列共振回路２０のＱ値が小さくなることで、共振周波数におけるイコライザ１００の通過損失が減少する。

一方、先端開放スタブ４９の中間部に挿入した抵抗４７の抵抗値を小さくした場合、並列共振回路２０のＱ値が大きくなることで、共振周波数におけるイコライザ１００の通過損失が増大する。

このとき、先端開放スタブ４９の中間部に挿入した通過損失の調整に用いる抵抗４７を、誘電体多層基板の表層部５１に形成することで、イコライザ１００の中で大きな実装サイズを占める先端開放スタブ４３を、誘電体多層基板の内層部５０に形成した状態で、イコライザ１００の共振周波数における通過損失を変化させることが可能となる。

図１０は、実施の形態２によるイコライザ１００の実装構造の一例を示す斜視図である。図１０において、図６と同一符号のものは同一相当のものを示し、容量調整用導体パターン４５が設けられている。また、図１１は、実施の形態２によるイコライザ１００の周波数特性を例示する図である。図１０の例では、スタブ４６を真ん中にして、スタブ４６の両端にそれぞれ抵抗４７及びスタブ４８が接続されている。即ち、表層部５１の先端開放スタブ４９を形成するパターンの間に、薄膜の抵抗パターンからなる抵抗４７を２箇所に挿入している。また、一方の抵抗４７の抵抗パターンは、金リボン，金ワイヤ等の導電性接続部材７１によりスタブ４６とスタブ４８の間が接続されることで、短絡した状態となっている。なお、容量調整用導体パターン４５は、図６と同様にして、導電性接続部材７０により接続有無が調整される。

ここで、図１０に示す状態のときのイコライザ１００の周波数特性は、図１１の実線で示した中間（ノミナル）の特性となる。

また、この状態で、導電性接続部材７１を間に接続していない他方のスタブ４６及びスタブ４８の間についても、その間を導電性接続部材７１によって接続することで、他方の抵抗４７も短絡する。これによって並列共振回路２０の抵抗値を減少させ、それによりイコライザ１００の共振周波数における通過損失を増大させることができる。このときのイコライザ１００の周波数特性は、図１１の広い点線に示すように通過損失が最大の周波数特性となる。

また、薄膜の抵抗パターンからなる抵抗４７において、いずれの両端部も導電性接続部材７１により短絡しない場合は、その抵抗値が増大し、それによりイコライザ１００の共振周波数における通過損失を減少させることができる。このときの周波数特性が、図１１に示した通過損失が最小となる周波数特性となる。

このように、表層部５１に形成した先端開放スタブ４９の中間部に抵抗４７を設け、その抵抗４７の導電性接続部材７１による短絡有無を選択することにより、内層部５０に構成したイコライザ１００の通過損失特性を変化させることが可能となる。

なお、上記説明に用いた誘電体多層基板の層構成、パターン形状は一例であって、この構成、及び形状に限定されるものではない。また、表層部５１の先端開放スタブ４９の中間部に抵抗４７が追加された構成であれば、その層構成、パターン形状を問わず、抵抗４７の両端部で導電性接続部材７１による短絡有無を選択することにより、イコライザ１００の通過損失の調整が可能となる。

以上説明した通り、実施の形態２によるイコライザは、表層先端開放スタブである先端開放スタブ４９の中間部に表層抵抗である抵抗４７を設け、当該表層抵抗の短絡有無を選択により通過損失特性を変化させることを特徴とする。

これにより、実施の形態１による効果に加えて、イコライザ１００の周波数特性と共に通過損失の特性調整も可能とすることで、イコライザ１０を備えた高周波機器の利得平坦度を、より最適化することができる。

１ λ／４伝送線路、２抵抗、３ λ／４伝送線路、４先端開放スタブ、５先端短絡スタブ、２０並列共振回路、４１接続線路、４２スルーホール、４３先端開放スタブ、４４先端開放スタブ、４５容量調整用導体パターン、４６スタブ、４７抵抗、４８スタブ、５０誘電体多層基板の内層部、５１誘電体多層基板の表層部、６０接地導体、６１接地導体、７０導電性接続部材、７１導電性接続部材、１００イコライザ、１０１主線路。

Claims

誘電体多層基板の内層に形成され、一端が抵抗を介して主線路に接続された４分の１波長伝送線路と、
上記誘電体多層基板の内層に形成され、一端が上記４分の１波長伝送線路の他端側に接続された内層先端開放スタブと、
上記誘電体多層基板の内層に形成され、一端が上記４分の１波長伝送線路の他端側に接続され、他端が接地された先端短絡スタブと、
上記誘電体多層基板の表層に形成され、一端が上記内層先端開放スタブにスルーホールを介して接続された表層先端開放スタブと、
一端が上記表層先端開放スタブの他端に対向し、当該表層先端開放スタブの他端から離間して配置された容量調整用導体パターンと、
を備え、
上記容量調整用導体パターンと上記表層先端開放スタブの接続有無の選択により周波数特性を変化させることを特徴としたイコライザ。
上記表層先端開放スタブの中間部に表層抵抗を設け、当該表層抵抗の短絡有無を選択により通過損失特性を変化させることを特徴とした請求項１記載のイコライザ。