JP2016082063A - 回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロストリップラインとストリップラインとを接続することで構成される回路基板において、反射量を抑える。
【解決手段】回路基板１はマイクロストリップライン２とストリップライン３とを備えている。マイクロストリップライン２は、第１基板部１０、第１グランド１２及び線状の導体箔からなる第１線路１１を有する。ストリップライン３は、第２基板部２０、第２グランド、第３グランド２３、及び、第２基板部２０の内部に設けられている線状の導体箔からなる第２線路２１を有する。第１線路１１と第２線路２１とが導体箔からなるインピーダンス整合部７を介して接続されて一つの線路９が構成されており、インピーダンス整合部７を構成する前記導体箔は、λ／４（λは伝送する高周波の波長）の奇数倍に相当する長さを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回路基板に関する。

例えばミリ波を利用したレーダや通信装置では、送受信アンテナとミリ波発振回路とを接続するために伝送線路が必要となる。そこで、伝送線路を回路基板に設けたものがある。

このような回路基板として、マイクロストリップラインを成す基板と、ストリップラインを成す基板とを接続し、所望の高周波回路を構成したものがある。更に、例えば、特許文献１の図５には、種類が異なる基板を積層して、相互を接続した回路基板が開示されている。

特表２０１２−５２１７１６号公報

前記のとおり、マイクロストリップラインを成す基板とストリップラインを成す基板とを接続して回路基板を構成する場合、マイクロストリップラインとストリップラインとの間の線路の変化点でインピーダンス不整合により反射が生じ、伝送効率が低下するという問題点がある。
更に、線路の変化点での反射波が大きい場合、反射波が入射波と干渉して定在波（共振）が発生したり、リンギング（信号歪）が発生したりする。その他として、電磁両立性の観点からも共振周波数でノイズが増大して好ましくなく、また、伝送線路における共振は、デジタル信号の波形を正しく伝えるうえで好ましくない。

そこで、本発明は、マイクロストリップラインとストリップラインとを接続することで構成される回路基板において、反射量を抑えることを目的とする。

本発明の回路基板は、第１基板部、前記第１基板部の一方側の面に設けられている導体箔からなる第１グランド、及び、前記第１基板部の他方側に設けられている線状の導体箔からなる第１線路を有するマイクロストリップラインと、前記第１基板部と並んで設けられている第２基板部、前記第２基板部のうち前記第１グランドと同じ側となる一方側の面に設けられている導体箔からなる第２グランド、前記第２基板部の他方側の面に設けられている導体箔からなる第３グランド、及び、前記第２基板部の内部に設けられている線状の導体箔からなる第２線路を有するストリップラインとを備え、前記第１線路と前記第２線路とが導体箔からなるインピーダンス整合部を介して接続されて一つの線路が構成されており、前記インピーダンス整合部を構成する前記導体箔は、λ／４（λは伝送する高周波の波長）の奇数倍に相当する長さを有していることを特徴とする。

本発明によれば、マイクロストリップラインとストリップラインとを接続する場合であっても、マイクロストリップライン側の第１線路とストリップライン側の第２線路との間に、λ／４の奇数倍に相当する長さの導体箔からなるインピーダンス整合部が設けられていることにより、反射量を抑えることが可能となる。

また、前記インピーダンス整合部は、前記マイクロストリップライン側に設けられており、当該インピーダンス整合部を構成する前記導体箔は、前記第１線路及び前記第２線路よりも幅広に設定されているのが好ましい。
この場合、インピーダンス整合部を構成する導体箔は、λ／４の奇数倍に相当する長さを有し、そして、第１線路及び第２線路よりも幅広に設定されていることで段差部を有し、この段差部により生じる反射波を、マイクロストリップラインとストリップラインとの間のインピーダンス不整合により生じる反射波に対して逆位相とすることで、両反射波を打ち消し合う作用が生じ、回路基板における反射特性を改善することが可能となる。

または、前記インピーダンス整合部は、前記ストリップライン側に設けられており、当該インピーダンス整合部を構成する前記導体箔は、前記第１線路及び前記第２線路よりも幅狭に設定されているのが好ましい。
この場合、インピーダンス整合部を構成する導体箔は、λ／４の奇数倍に相当する長さを有し、そして、第１線路及び第２線路よりも幅狭に設定されていることで段差部を有し、この段差部により生じる反射波を、マイクロストリップラインとストリップラインとの間のインピーダンス不整合により生じる反射波に対して逆位相とすることで、両反射波を打ち消し合う作用が生じ、回路基板における反射特性を改善することが可能となる。

また、前記ストリップラインが有する前記第３グランドのうちの前記第２線路又は前記インピーダンス整合部とオーバーラップする部分に、前記マイクロストリップラインとの境界側で開口する切り欠き部が設けられているのが好ましい。
この場合、ストリップラインが有する第３グランドに設けられている前記切り欠き部によって、マイクロストリップラインとストリップラインとの間の線路の変化点におけるインピーダンス不整合を緩和することができ、反射の発生をより効果的に抑えることができる。

また、前記切り欠き部は、開口側に向かうにしたがって間隔が広くなっている部分を有しているのが好ましい。
この場合、線路の変化点でインピーダンス不整合により生じる反射を、より効果的に抑えることができる。

本発明によれば、マイクロストリップラインとストリップラインとを接続する場合であっても、反射量を抑えることが可能となる。この結果、ロスが低減され、伝送効率を向上させることが可能となる。

本発明の回路基板の実施の一形態を示す平面図である。 図１に示す回路基板の横断面図である。 図１に示す回路基板のＶ１矢視の断面図である。 図１に示す回路基板のＶ２矢視の断面図である。 図１に示す回路基板の背面図である。 第２層（中間層）の平面図である。 他の形態を有する第２層（中間層）の平面図である。 図６に示す形態の線路を有する回路基板（第１の実施例）、図７に示す形態の線路を有する回路基板（第２の実施例）及び従来例それぞれの場合の反射量についてのシミュレーション結果を示す表である。 第３グランドに設けられている切り欠き部の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の回路基板１は、例えばミリ波を利用したレーダや通信装置に用いられ、（送受信）アンテナと（ミリ波）発振回路とを接続するための伝送路を備えている基板である。なお、以下に説明する回路基板１では、使用周波数帯を６０ＧＨｚとしている。

図１は、本発明の回路基板１の実施の一形態を示す平面図である。図２は、図１に示す回路基板１の横断面図である。図３は、図１に示す回路基板１のＶ１矢視の断面図である。図４は、図１に示す回路基板１のＶ２矢視の断面図である。この回路基板１は、一つの基板からなり、この一つの基板にマイクロストリップライン２とストリップライン３とを有している。ここでは、マイクロストリップライン２側を入力側とし、ストリップライン３側を出力側としている。

マイクロストリップライン２は、第１基板部１０、第１基板部１０の一方側の面１０ａに設けられている導体箔からなる第１グランド１２、及び、第１基板部１０の他方側の面１０ｂに設けられている線状の導体箔からなる第１線路１１を有しており、高周波を伝送する伝送路を構成している。なお、図１に示す形態では、後にも説明するが第１基板部１０の他方側の面１０ｂに、導体箔からなるインピーダンス整合部７が更に設けられている。

ストリップライン３は、第２基板部２０、第２基板部２０のうち第１グランド１２と同じ側となる一方側の面２０ａに設けられている導体箔からなる第２グランド２２、第２基板部２０の他方側の面２０ｂに設けられている導体箔からなる第３グランド２３、及び、第２基板部２０の内部に設けられている線状の導体箔からなる第２線路２１を有しており、高周波を伝送する伝送路を構成している。

そして、この回路基板１では、第１線路１１と第２線路２１とが一繋がりとなって一つの直線状である線路９が構成されているが、更に、これら第１線路１１と第２線路２１とは、導体箔からなるインピーダンス整合部７（図１参照）を介して接続されている。

本実施形態では、第１基板部１０と第２基板部２０とは、同一面（５−１ａ）上に並んで設けられており、共通する誘電体基板５から構成されている。誘電体基板５は、ガラスエポキシ樹脂やフッ素樹脂等を含む誘電体からなる。
本実施形態では、第１基板部１０の他方側の面１０ｂに誘電体層１３が設けられており、第１線路１１（及びインピーダンス整合部７）は誘電体基板５の内部に設けられた構成となっている。また、本実施形態では、誘電体基板５の厚さは一方側（図２の左側）と他方側（図２の右側）とで同じである。
なお、図示しないが、誘電体基板５の一方側（図２では左側）は他方側（図２では右側）よりも薄く構成され、板厚が薄い部分が第１基板部１０となり、厚い部分が第２基板部２０となっていてもよい。つまり、前記誘電体層１３は省略されていてもよい。

以上より、誘電体基板５の一方側（図２の左側）にマイクロストリップライン２が設けられ、その他方側（図２の右側）にストリップライン３が設けられた回路基板１となる。

誘電体基板５は、第１層部５−１と第２層部５−２とを積層して構成されたものであり、第１層部５−１の一方側の面５−１ａに、マイクロストリップライン２が有する第１グランド１２、及び、ストリップライン３が有する第２グランド２２が、導体箔により形成されている。
また、第１層部５−１の他方側の面５−１ｂに、マイクロストリップライン２が有する第１線路１１、ストリップライン３が有する第２線路２１、及び、インピーダンス整合部７が、線状の導体箔により形成されている。
そして、図４に示すように、第２層部５−２の一方側の面５−２ａと、第１層部５−１の他方側の面５−１ｂとが、第１層部５−１と第２層部５−２との合わせ面となる。第２層部５−２の他方側の面５−２ｂに、ストリップライン３が有する第３グランド２３が、導体箔により形成されている。

図５は、図１に示す回路基板１の背面図である。マイクロストリップライン２の第１グランド１２と、ストリップライン３の第２グランド２２とは、誘電体基板５の一方側の面（５−１ａ）に設けられている導体箔により形成されており、これらグランド１２，２２は相互に連続している。つまり、一つのグランドの一部が、マイクロストリップライン２用であり、他部が、ストリップライン３用である。

このように、回路基板１は三層の導体箔を有しており、第一層として、第１グランド１２及び第２グランド２２が設けられ、第二層（中間層）として、第１線路１１、第２線路２１及びインピーダンス整合部７が設けられ、第三層として、第３グランド２３が設けられた構成となる。第１線路１１、第２線路２１及びインピーダンス整合部７は、同じ層（第二層）に存在している。前記各導体箔は、金属箔であり、本実施形態では銅箔である。

〔第１の形態〕
図６は、第２層（中間層）の平面図である。インピーダンス整合部７は導体箔からなり、この導体箔は、λ／４（λは伝送する高周波の波長）の奇数倍に相当する長さＬを有している。図６に示す形態では、インピーダンス整合部７は、マイクロストリップライン２側に設けられており、特に、インピーダンス整合部７を構成する導体箔の端部７ａは、マイクロストリップライン２とストリップライン３との境界Ｅ上に位置している。つまり、インピーダンス整合部７を構成する導体箔は、境界Ｅからλ／４（λは伝送する高周波の波長）の奇数倍に相当する長さＬを有している。マイクロストリップライン２とストリップライン３との境界Ｅを、各図において二点鎖線で示している。

また、図６に示すように、このインピーダンス整合部７を構成する導体箔は、この導体箔と連続する第１線路１１及び第２線路２１よりも幅広に設定されている（インピーダンス整合部７の幅寸法Ｗ３＞第１線路１１の幅寸法Ｗ１、インピーダンス整合部７の幅寸法Ｗ３＞第２線路２１の幅寸法Ｗ２）。インピーダンス整合部７を構成する導体箔は矩形であり、その長手方向が、第１線路１１及び第２線路２１の長手方向と一致している。

本実施形態では、第１線路１１の幅寸法Ｗ１が第２線路２１の幅寸法Ｗ２と同じであり（Ｗ１＝Ｗ２）、マイクロストリップライン２の特性インピーダンスＺ１は、ストリップライン３の特性インピーダンスＺ２よりも大きくなっている（Ｚ１＞Ｚ２）。そして、インピーダンス整合部７の特性インピーダンスＺ３は、マイクロストリップライン２の特性インピーダンスＺ１よりも小さく設定されており、また、ストリップライン３の特性インピーダンスＺ２よりも大きく設定されている（Ｚ１＞Ｚ３＞Ｚ２）。このように、マイクロストリップライン２、インピーダンス整合部７及びストリップライン３で、インピーダンスを徐々に変化させ（小さくさせ）、伝送特性を良好にしている。

なお、マイクロストリップライン２側にインピーダンス整合部７が設けられていることから、第１線路１１による特性インピーダンスＺ１よりも、インピーダンス整合部７の特性インピーダンスＺ３を小さくする（Ｚ１＞Ｚ３）ために、インピーダンス整合部７の導体箔の幅寸法Ｗ３を第１線路１１の幅寸法Ｗ１よりも大きくしている（Ｗ３＞Ｗ１）。
また、本実施形態において、前記各特性インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３は、以下の式（１）に示す関係にある。
Ｚ３＝（Ｚ１×Ｚ２）^１／２ ・・・（１）

〔第２の形態〕
図７は、他の形態を有する第２層（中間層）の平面図である。図７に示す回路基板１は、図６（図１）に示す回路基板１と比較して、インピーダンス整合部７の位置が異なるが、その他の構成については同じである。つまり、第２層の導体箔の形態のみが異なる。

図７に示すインピーダンス整合部７を構成する導体箔は、図６に示す形態と同様に、λ／４（λは伝送する高周波の波長）の奇数倍に相当する長さＬを有している。本実施形態では、インピーダンス整合部７は、ストリップライン３側に設けられており、特に、インピーダンス整合部７を構成する導体箔の端部７ｂは、マイクロストリップライン２とストリップライン３との境界Ｅ上に位置している。つまり、インピーダンス整合部７を構成する導体箔は、境界Ｅからλ／４（λは伝送する高周波の波長）の奇数倍に相当する長さＬを有している。

また、図７に示すように、このインピーダンス整合部７を構成する導体箔は、この導体箔と連続する第１線路１１及び第２線路２１よりも幅狭に設定されている（インピーダンス整合部７の幅寸法Ｗ３＜第１線路１１の幅寸法Ｗ１、インピーダンス整合部７の幅寸法Ｗ３＜第２線路２１の幅寸法Ｗ２）。インピーダンス整合部７を構成する導体箔は矩形であり、その長手方向が、第１線路１１及び第２線路２１の長手方向と一致している。

本実施形態では、第１線路１１の幅寸法Ｗ１が第２線路２１の幅寸法Ｗ２と同じであり（Ｗ１＝Ｗ２）、マイクロストリップライン２の特性インピーダンスＺ１は、ストリップライン３の特性インピーダンスＺ２よりも大きくなっている（Ｚ１＞Ｚ２）。そして、インピーダンス整合部７の特性インピーダンスＺ３は、マイクロストリップライン２の特性インピーダンスＺ１よりも小さく設定されており、また、ストリップライン３の特性インピーダンスＺ２よりも大きく設定されている（Ｚ１＞Ｚ３＞Ｚ２）。このように、マイクロストリップライン２、インピーダンス整合部７及びストリップライン３で、インピーダンスを徐々に変化させ（小さくさせ）、伝送特性を良好にしている。

なお、ストリップライン３側にインピーダンス整合部７が設けられていることから、第２線路２１による特性インピーダンスＺ２よりも、インピーダンス整合部７の特性インピーダンスＺ３を大きくする（Ｚ３＞Ｚ２）ために、インピーダンス整合部７の導体箔の幅寸法Ｗ３を第２線路２１の幅寸法Ｗ２よりも小さくしている（Ｗ３＜Ｗ２）。
また、本実施形態において、前記各特性インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３は、以下の式（２）に示す関係にある。
Ｚ３＝（Ｚ１×Ｚ２）^１／２ ・・・（２）

〔各形態の回路基板１について〕
前記各形態の回路基板１によれば、マイクロストリップライン２とストリップライン３とが接続されており、マイクロストリップライン２側の第１線路１１とストリップライン３側の第２線路２１との間に、λ／４の奇数倍に相当する長さＬの導体箔からなるインピーダンス整合部７が設けられていることにより、マイクロストリップライン２とストリップライン３との間の線路の変化点でインピーダンス不整合により発生する反射量を抑えることが可能となる。

また、図６に示す形態では、インピーダンス整合部７を構成する導体箔は、λ／４の奇数倍に相当する長さＬを有し、そして、第１線路１１及び第２線路２１よりも幅広に設定されている。これにより、インピーダンス整合部７と、第１線路１１及び第２線路２１との間に段差部が形成される。このため、段差部により生じる反射波を、マイクロストリップライン２とストリップライン３との間のインピーダンス不整合により生じる反射波に対して逆位相とすることができ、両反射波を打ち消し合う作用が生じ、回路基板１における反射特性を改善することが可能となる。

また、図７に示す形態では、インピーダンス整合部７を構成する導体箔は、λ／４の奇数倍に相当する長さＬを有し、そして、第１線路１１及び第２線路２１よりも幅狭に設定されている。これにより、インピーダンス整合部７と、第１線路１１及び第２線路２１との間に段差部が形成される。このため、段差部により生じる反射波を、マイクロストリップライン２とストリップライン３との間のインピーダンス不整合により生じる反射波に対して逆位相とすることができ、両反射波を打ち消し合う作用が生じ、回路基板１における反射特性を改善することが可能となる。

なお、前記各形態（図６及び図７）において、インピーダンス整合部７は、λ／４（λは伝送する高周波の波長）の奇数倍に相当する長さＬを有していればよい。つまり、長さＬは、λ／４、（３λ）／４、（５λ）／４・・・とすることができる。

ここで、図８は、図６に示す形態の線路９を有する回路基板（第１の実施例）、図７に示す形態の線路９を有する回路基板（第２の実施例）及び従来例それぞれの場合の反射量についてのシミュレーション結果を示す表である。なお、従来例は、インピーダンス整合部７を介在させないで第１線路１１と第２線路２１とを直接接続した形態である。
図８に示すように、従来例では反射量が−１０．９３［ｄＢ］であるのに対して、第１の実施例では反射量が−２８．０４［ｄＢ］であり、第２の実施例では反射量が−３０．９７［ｄＢ］であり、インピーダンス整合部７により反射量が低減することが明らかである。

〔その他の構成について〕
図１、図２及び図４に示すように、ストリップライン３が有する第３グランド２３に、切り欠き部２７が設けられている。切り欠き部２７は、図２及び図９に示すように、第３グランド２３のうちの第２線路２１とオーバーラップする部分の一部Ｋに設けられており、マイクロストリップライン２との境界Ｅで開口する形状を有している。切り欠き部２７はＶ形状を有しており、全体として開口側（境界Ｅ：入力側）に向かうにしたがって間隔が広くなっている。

このような第３グランド２３に設けられている切り欠き部２７によれば、マイクロストリップライン２とストリップライン３との間の変化が徐々に行われる構成が得られ、マイクロストリップライン２とストリップライン３との間の線路９の変化点におけるインピーダンス不整合を緩和することができ、反射の発生を抑えて、回路基板１の反射特性を向上させることができる。この結果、ロスが低減され、伝送効率の向上が可能となる。

なお、切り欠き部２７は、他の形状であってもよい。例えば、Ｖ形状ではなく、図示しないがＵ形状であってもよく、また、更に間隔が広くなる部分としてアール部を開口側に有していてもよい。
また、図９に示す形態のように、開口側（境界Ｅ）に向かうにしたがって連続的に間隔（切り欠き幅）が広くなる形状以外であってもよく、例えば、図示しないが、切り欠き部２７は階段形状であり、開口側（境界Ｅ）に向かうにしたがって段階的に間隔が広くなる形状であってもよい。
また、切り欠き部２７は、全体として開口側（境界Ｅ）に向かうにしたがって間隔が広くなっている以外に、一部では線路９と平行であって間隔（切り欠き幅）が一定であるが、他部では開口側（境界Ｅ）に向かうにしたがって間隔が広くなっている形状であってもよい。
以上より、切り欠き部２７は、開口側に向かうにしたがって間隔が広くなっている部分を有していればよく、この切り欠き部２７によれば、線路９の変化点でインピーダンス不整合により生じる反射を、より効果的に抑えることができる。

なお、図７に示すインピーダンス整合部７を有する回路基板の場合は、図示しないが、ストリップライン３が有する第３グランド２３のうちの、インピーダンス整合部７とオーバーラップする部分に、切り欠き部２７が設けられる。そして、この切り欠き部２７は、マイクロストリップライン２との境界Ｅ側で開口するように構成される。

〔変形例について〕
図６に示す形態では、インピーダンス整合部７を構成する導体箔の端部７ａが、マイクロストリップライン２とストリップライン３との境界Ｅ上に位置している場合について説明したが、導体箔の端部７ａは、境界Ｅを越えてストリップライン３側にあってもよい。つまり、インピーダンス整合部７を構成する導体箔は、境界Ｅを跨いで設けられていてもよい。なお、この場合、インピーダンス整合部７を構成する導体箔の半分を超える部分がマイクロストリップライン２側に設けられる。
また、図７に示す形態では、インピーダンス整合部７を構成する導体箔の端部７ｂが、マイクロストリップライン２とストリップライン３との境界Ｅ上に位置している場合について説明したが、導体箔の端部７ｂは、境界Ｅを越えてマイクロストリップライン２側にあってもよい。つまり、インピーダンス整合部７を構成する導体箔は、境界Ｅを跨いで設けられていてもよい。なお、この場合、インピーダンス整合部７を構成する導体箔の半分を超える部分がストリップライン３側に設けられる。

以上、前記各形態の回路基板１によれば、マイクロストリップライン２とストリップライン３とを接続し、反射特性を向上させることが可能となる。つまり、回路基板１には、マイクロストリップライン２とストリップライン３との伝送効率を向上させた変換部が構成されていると言える。

本発明の回路基板１は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。例えば、回路基板１をミリ波帯（６０ＧＨｚ）で使用できるものとして説明したが、電波帯（周波数帯）としては、ミリ波以外であってもよい。

１：回路基板 ２：マイクロストリップライン ３：ストリップライン
７：インピーダンス整合部 ９：線路 １０：第１基板部
１０ａ：一方側の面 １０ｂ：他方側の面 １１：第１線路
１２：第１グランド ２０：第２基板部 ２０ａ：一方側の面
２０ｂ：他方側の面 ２１：第２線路 ２２：第２グランド
２３：第３グランド ２７：切り欠き部

Claims (5)

1. 第１基板部、前記第１基板部の一方側の面に設けられている導体箔からなる第１グランド、及び、前記第１基板部の他方側に設けられている線状の導体箔からなる第１線路を有するマイクロストリップラインと、
   前記第１基板部と並んで設けられている第２基板部、前記第２基板部のうち前記第１グランドと同じ側となる一方側の面に設けられている導体箔からなる第２グランド、前記第２基板部の他方側の面に設けられている導体箔からなる第３グランド、及び、前記第２基板部の内部に設けられている線状の導体箔からなる第２線路を有するストリップラインと、を備え、
   前記第１線路と前記第２線路とが導体箔からなるインピーダンス整合部を介して接続されて一つの線路が構成されており、
   前記インピーダンス整合部を構成する前記導体箔は、λ／４（λは伝送する高周波の波長）の奇数倍に相当する長さを有していることを特徴とする回路基板。
2. 前記インピーダンス整合部は、前記マイクロストリップライン側に設けられており、
   当該インピーダンス整合部を構成する前記導体箔は、前記第１線路及び前記第２線路よりも幅広に設定されている請求項１に記載の回路基板。
3. 前記インピーダンス整合部は、前記ストリップライン側に設けられており、
   当該インピーダンス整合部を構成する前記導体箔は、前記第１線路及び前記第２線路よりも幅狭に設定されている請求項１に記載の回路基板。
4. 前記ストリップラインが有する前記第３グランドのうちの前記第２線路又は前記インピーダンス整合部とオーバーラップする部分に、前記マイクロストリップラインとの境界側で開口する切り欠き部が設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路基板。
5. 前記切り欠き部は、開口側に向かうにしたがって間隔が広くなっている部分を有している請求項４に記載の回路基板。

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