JP2017069838A - Microstrip line/strip line converter and planar antenna device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器及び平面アンテナ装置に係り、さらに詳しくは、誘電体基板をそれぞれ挟んで4以上の導電層が積層された多層基板を備えるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器及び平面アンテナ装置の改良に関する。 The present invention relates to a microstrip line / strip line converter and a planar antenna device, and more particularly, to a microstrip line / strip line converter including a multilayer substrate in which four or more conductive layers are laminated with a dielectric substrate interposed therebetween. The present invention relates to an improvement of a plane and a planar antenna device.
マイクロストリップアンテナは、誘電体基板上に形成されるマイクロストリップ線路を利用して、マイクロ波帯又はミリ波帯の電波を送受信する平面アンテナである。この様なマイクロストリップアンテナに対し、ストリップ線路を介して給電する場合は、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器が用いられる。マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器は、誘電体基板上のマイクロストリップ線路とストリップ線路との間で伝送電力を相互に変換する電力変換装置である。 The microstrip antenna is a planar antenna that transmits and receives microwave or millimeter wave radio waves using a microstrip line formed on a dielectric substrate. When feeding such a microstrip antenna via a stripline, a microstripline / stripline converter is used. A microstrip line / strip line converter is a power conversion device that converts transmission power between a microstrip line and a strip line on a dielectric substrate.
マイクロストリップ線路は、誘電体基板の前面に設けられる線路パターンと、誘電体基板の背面に設けられる接地板とにより構成される平面線路である。一方、ストリップ線路は、誘電体基板内に設けられる線路パターンと、誘電体基板の前面及び背面にそれぞれ設けられるグランドパターンとにより構成される。 The microstrip line is a planar line constituted by a line pattern provided on the front surface of the dielectric substrate and a ground plate provided on the back surface of the dielectric substrate. On the other hand, the strip line is composed of a line pattern provided in the dielectric substrate and a ground pattern provided on each of the front surface and the back surface of the dielectric substrate.
例えば、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器は、誘電体基板をそれぞれ挟んで4つの導電層が積層された多層基板により構成される。多層基板の前面において露出する前面導電層は、直線状に延びる第1線路パターンと、第1線路パターンの先端部が配置される切り込みを有するシールド板とを形成する。多層基板の背面において露出する背面導電層は、接地板を形成する。前面導電層及び背面導電層間に配置される第1の内部導電層は、誘電体基板に沿って拡がるグランドパターンを形成する。第1線路パターン及びグランドパターンにより、マイクロストリップ線路が形成される。 For example, a microstrip line / strip line converter is configured by a multilayer substrate in which four conductive layers are laminated with a dielectric substrate interposed therebetween. The front conductive layer exposed on the front surface of the multilayer substrate forms a first line pattern extending linearly and a shield plate having a notch in which a tip portion of the first line pattern is disposed. The back conductive layer exposed on the back of the multilayer substrate forms a ground plate. The first internal conductive layer disposed between the front conductive layer and the back conductive layer forms a ground pattern extending along the dielectric substrate. A microstrip line is formed by the first line pattern and the ground pattern.
第1の内部導電層及び背面導電層間に配置される第2の内部導電層は、第1線路パターンとは反対方向に向かって直線状に延びる第2線路パターンと、第2線路パターンの先端部が配置される切り込みを有するシールド板とを形成する。第2線路パターン、グランドパターン及び接地板により、ストリップ線路が形成される。 The second internal conductive layer disposed between the first internal conductive layer and the back conductive layer includes a second line pattern extending linearly in a direction opposite to the first line pattern, and a tip portion of the second line pattern And a shield plate having a notch in which is disposed. A strip line is formed by the second line pattern, the ground pattern, and the ground plate.
従来のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器では、第1線路パターンと第2線路パターンとを電気的に接続するビアホールと、前面導電層のシールド板、第1の内部導電層のグランドパターン、第2の内部導電層のシールド板及び背面導電層の接地板を電気的に接続する複数のスルーホールとが設けられる。ビアホールは、前面導電層及び第2の内部導電層を導通させる層間ビア(Blind via hole)であり、線路パターンの先端部に配置される。マイクロストリップ線路及びストリップ線路は、ビアホールによって電磁的に結合される。 In the conventional microstrip line / strip line converter, a via hole that electrically connects the first line pattern and the second line pattern, a shield plate of the front conductive layer, a ground pattern of the first internal conductive layer, a second And a plurality of through holes for electrically connecting the shield plate of the inner conductive layer and the ground plate of the back conductive layer. The via hole is an interlayer via hole that conducts the front conductive layer and the second internal conductive layer, and is disposed at the end of the line pattern. The microstrip line and the strip line are electromagnetically coupled by a via hole.
スルーホールは、多層基板を貫通する貫通ビア(Through Hole Via)であり、シールド板の切り込みに沿って配置される。スルーホールを形成することにより、誘電体基板内をシールド板よりも外側に電磁波が漏出するのを防いでいる。ビアホールやスルーホールは、シールド板やグランドパターンが形成された誘電体基板に対し、貫通孔を形成した後、金属をめっきすることによって貫通孔の内壁を金属層で覆うことによって形成される。 The through-hole is a through-hole (Through Hole Via) penetrating the multilayer substrate, and is disposed along the cut of the shield plate. By forming the through hole, the electromagnetic wave is prevented from leaking outside the shield plate in the dielectric substrate. Via holes and through holes are formed by forming a through hole in a dielectric substrate on which a shield plate or a ground pattern is formed, and then plating the metal to cover the inner wall of the through hole with a metal layer.
上述した様な従来のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器は、ビアホールを用いてマイクロストリップ線路及びストリップ線路を電磁的に結合し、また、スルーホールを用いて電磁波の漏出を防いでいる。このため、穴あけ加工が不可欠であり、製造工程が複雑となり、生産コストの低減が難しいという問題があった。また、ビアホールやスルーホールの形成工程において誘電体基板が損傷を受け、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器の性能を安定させることが難しいという問題もあった。例えば、誘電体基板に反りが生じ、或いは、表面の平滑度が低下するなどの不具合により、誘電体基板に対するパターン加工の精度が低下してしまう。 A conventional microstrip line / strip line converter as described above electromagnetically couples a microstrip line and a strip line using via holes, and prevents leakage of electromagnetic waves using a through hole. For this reason, there is a problem that drilling is indispensable, the manufacturing process is complicated, and it is difficult to reduce the production cost. In addition, the dielectric substrate is damaged in the process of forming a via hole or a through hole, and it is difficult to stabilize the performance of the microstrip line / strip line converter. For example, the accuracy of pattern processing on the dielectric substrate is reduced due to problems such as warpage of the dielectric substrate or a decrease in surface smoothness.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、製造を容易化することができるとともに、信頼性を向上させたマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器を提供することを目的とする。また、本発明は、伝送損失の増大を抑制しつつ、製造を容易化することができるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a microstrip line / strip line converter that can be manufactured easily and has improved reliability. It is another object of the present invention to provide a microstripline / stripline converter that can facilitate manufacture while suppressing an increase in transmission loss.
本発明は、製造を容易化することができるとともに、信頼性を向上させた平面アンテナ装置を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a planar antenna device that can be easily manufactured and has improved reliability.
本発明の第1の態様によるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器は、誘電体基板をそれぞれ挟んで前面導電層、第1の内部導電層、第2の内部導電層及び背面導電層が積層された多層基板を備える。上記多層基板の背面において露出する上記背面導電層は、接地板を形成する。上記前面導電層及び上記背面導電層間に配置される上記第1の内部導電層は、矩形状の環状パターンと、上記環状パターンの第1長辺から外側に向かって延びる第1線状パターンと、上記環状パターンの第2長辺から外側に向かって延びる第2線状パターンとを形成する。上記多層基板の前面において露出する上記前面導電層は、上記環状パターンの内縁に対向する矩形状のシールド板と、上記内縁を横切って延びる第1線路パターンとを形成し、上記シールド板は、上記第1線路パターンの先端部が配置される切り込みを有する。上記第1の内部導電層及び上記背面導電層間に配置される上記第2の内部導電層は、上記環状パターンの内縁を横切って延びる第2線路パターンと、上記環状パターンよりも内側に配置される整合素子とを形成し、上記第2線路パターンが上記整合素子に連結する。上記第1線状パターン及び上記第2線状パターンは、上記第1線路パターン及び上記第2線路パターンにそれぞれ対向し、上記第1線路パターンの先端部は、上記整合素子と重複する。 In the microstrip line / strip line converter according to the first aspect of the present invention, a front conductive layer, a first internal conductive layer, a second internal conductive layer, and a back conductive layer are laminated with a dielectric substrate interposed therebetween. A multilayer substrate is provided. The back conductive layer exposed on the back surface of the multilayer substrate forms a ground plate. The first internal conductive layer disposed between the front conductive layer and the back conductive layer includes a rectangular annular pattern, a first linear pattern extending outward from a first long side of the annular pattern, A second linear pattern extending outward from the second long side of the annular pattern is formed. The front conductive layer exposed on the front surface of the multilayer substrate forms a rectangular shield plate facing the inner edge of the annular pattern and a first line pattern extending across the inner edge, and the shield plate There is a cut in which the tip of the first line pattern is arranged. The second internal conductive layer disposed between the first internal conductive layer and the back conductive layer is disposed on the inner side of the second line pattern extending across the inner edge of the annular pattern and the annular pattern. A matching element is formed, and the second line pattern is connected to the matching element. The first linear pattern and the second linear pattern are opposed to the first line pattern and the second line pattern, respectively, and a tip portion of the first line pattern overlaps with the matching element.
このマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器では、誘電体層を挟んで第1線路パターンに対向する第1線状パターンがマイクロストリップ線路のグランドとして機能し、誘電体層を挟んで第2線路パターンに対向する第2線状パターン及び接地板がストリップ線路のグランドとして機能する。 In this microstrip line / strip line converter, the first linear pattern facing the first line pattern across the dielectric layer functions as the ground of the microstrip line, and the second line pattern across the dielectric layer. The opposing second linear pattern and the ground plate function as the strip line ground.
また、第1線路パターンの先端部は、環状パターンの内縁を横切って延び、環状パターンよりも内側に配置される整合素子と重複することから、シールド板の切り込み内において、誘電体層を挟んで整合素子と対向することになる。このため、第1線路パターン及び第2線路パターンを電気的に接続するビアホールを設けなくても、マイクロストリップ線路及びストリップ線路を電磁的に結合させることができる。従って、ビアホールを用いる場合に比べ、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器の製造を容易化することができる。また、ビアホールの加工に起因して多層基板が損傷を受けることがないため、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器の信頼性を向上させることができる。 In addition, since the tip of the first line pattern extends across the inner edge of the annular pattern and overlaps with the matching element disposed on the inner side of the annular pattern, the dielectric layer is sandwiched in the notch of the shield plate. It will face the matching element. For this reason, the microstrip line and the strip line can be electromagnetically coupled without providing a via hole that electrically connects the first line pattern and the second line pattern. Therefore, the manufacture of the microstrip line / strip line converter can be facilitated as compared with the case of using the via hole. Further, since the multilayer substrate is not damaged due to the processing of the via hole, the reliability of the microstrip line / strip line converter can be improved.
本発明の第2の態様によるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器は、上記構成に加え、上記整合素子の上記第2線路パターンが延びる方向の長さが電磁波の管内波長の1/2波長の整数倍に略一致し、上記第1長辺及び上記第2長辺の幅が電磁波の管内波長の1/4波長の奇数倍に略一致するように構成される。 The microstrip line / strip line converter according to the second aspect of the present invention is an integer whose length in the direction in which the second line pattern extends of the matching element is ½ wavelength of the in-tube wavelength of the electromagnetic wave, in addition to the above configuration. The widths of the first long side and the second long side substantially coincide with an odd multiple of a quarter wavelength of the in-tube wavelength of the electromagnetic wave.
このマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器では、第1長辺及び第2長辺の幅が電磁波の管内波長の1/4波長の奇数倍に略一致する。このため、誘電体基板内を環状パターンの外縁よりも外側に伝搬する電磁波は、環状パターンの外縁及び内縁で反射して伝搬する電磁波との干渉によって打ち消される。従って、マイクロストリップ線路及びストリップ線路間で電力を伝送する際に、電磁波が環状パターンの外縁よりも外側の誘電体基板内に漏出するのを抑制することができる。 In this microstrip line / strip line converter, the widths of the first long side and the second long side substantially coincide with an odd multiple of a quarter wavelength of the in-tube wavelength of the electromagnetic wave. For this reason, the electromagnetic wave propagating outside the outer edge of the annular pattern in the dielectric substrate is canceled by interference with the electromagnetic wave reflected and propagated at the outer edge and inner edge of the annular pattern. Therefore, when electric power is transmitted between the microstrip line and the strip line, electromagnetic waves can be prevented from leaking into the dielectric substrate outside the outer edge of the annular pattern.
つまり、このマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器では、多層基板を貫通するスルーホールを設けなくても、第1の内部導電層や第2の内部導電層のパターニングによって電磁波の漏出を防ぐことができるため、スルーホールを用いる場合に比べ、伝送損失が増大するのを抑制しつつ、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器の製造を容易化することができる。また、スルーホールの加工に起因して多層基板が損傷を受けることがないため、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器の信頼性を向上させることができる。 That is, in this microstripline / stripline converter, leakage of electromagnetic waves can be prevented by patterning the first internal conductive layer and the second internal conductive layer without providing a through hole penetrating the multilayer substrate. Therefore, it is possible to facilitate the manufacture of the microstrip line / strip line converter while suppressing an increase in transmission loss as compared with the case of using a through hole. Further, since the multilayer substrate is not damaged due to the processing of the through hole, the reliability of the microstrip line / strip line converter can be improved.
また、第2線路パターンが延びる方向に関し、整合素子の長さが電磁波の管内波長の1/2波長の整数倍に略一致するため、マイクロストリップ線路及びストリップ線路間で電力を伝送する際の変換効率を向上させることができる。 Moreover, since the length of the matching element is substantially equal to an integral multiple of ½ wavelength of the electromagnetic wave guide wavelength in the direction in which the second line pattern extends, conversion when transmitting power between the microstrip line and the strip line is performed. Efficiency can be improved.
本発明の第3の態様によるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器は、上記構成に加え、上記第2線路パターンが、上記第1線路パターンと略平行に延びるように構成される。この様な構成によれば、マイクロストリップ線路及びストリップ線路間で電力を伝送する際の変換効率をさらに向上させることができる。 The microstrip line / strip line converter according to the third aspect of the present invention is configured such that, in addition to the above configuration, the second line pattern extends substantially parallel to the first line pattern. According to such a structure, the conversion efficiency at the time of transmitting electric power between the microstrip line and the strip line can be further improved.
本発明の第4の態様によるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器は、上記構成に加え、上記シールド板の外縁が、上記環状パターンの外縁と略一致するように構成される。この様な構成によれば、マイクロストリップ線路及びストリップ線路間で電力を伝送する際の伝送損失をさらに低減させることができる。 The microstrip line / strip line converter according to the fourth aspect of the present invention is configured so that the outer edge of the shield plate substantially coincides with the outer edge of the annular pattern in addition to the above-described structure. According to such a configuration, it is possible to further reduce transmission loss when power is transmitted between the microstrip line and the strip line.
本発明の第5の態様による平面アンテナ装置は、ストリップ線路を介して互いに接続される2以上のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器と、マイクロストリップ線路を介してそれぞれ異なる上記マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器に接続される高周波回路及びマイクロストリップアンテナとが共通の多層基板上に形成される。上記マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器は、誘電体基板をそれぞれ挟んで前面導電層、第1の内部導電層、第2の内部導電層及び背面導電層が積層された多層基板を備える。上記多層基板の背面において露出する上記背面導電層は、接地板を形成する。上記前面導電層及び上記背面導電層間に配置される上記第1の内部導電層は、矩形状の環状パターンと、上記環状パターンの第1長辺から外側に向かって延びる第1線状パターンと、上記環状パターンの第2長辺から外側に向かって延びる第2線状パターンとを形成する。上記多層基板の前面において露出する上記前面導電層は、上記環状パターンの内縁に対向する矩形状のシールド板と、上記内縁を横切って延びる第1線路パターンとを形成し、上記シールド板は、上記第1線路パターンの先端部が配置される切り込みを有する。上記第1の内部導電層及び上記背面導電層間に配置される上記第2の内部導電層は、上記環状パターンの内縁を横切って延びる第2線路パターンと、上記環状パターンよりも内側に配置される整合素子とを形成し、上記第2線路パターンが上記整合素子に連結する。上記第1線状パターン及び上記第2線状パターンは、上記第1線路パターン及び上記第2線路パターンにそれぞれ対向し、上記第1線路パターンの先端部は、上記整合素子と重複する。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a planar antenna device comprising: two or more microstrip line / strip line converters connected to each other via a strip line; and the microstrip line / strip line different from each other via a microstrip line. A high frequency circuit and a microstrip antenna connected to the converter are formed on a common multilayer substrate. The microstrip line / strip line converter includes a multilayer substrate in which a front conductive layer, a first internal conductive layer, a second internal conductive layer, and a back conductive layer are stacked with a dielectric substrate interposed therebetween. The back conductive layer exposed on the back surface of the multilayer substrate forms a ground plate. The first internal conductive layer disposed between the front conductive layer and the back conductive layer includes a rectangular annular pattern, a first linear pattern extending outward from a first long side of the annular pattern, A second linear pattern extending outward from the second long side of the annular pattern is formed. The front conductive layer exposed on the front surface of the multilayer substrate forms a rectangular shield plate facing the inner edge of the annular pattern and a first line pattern extending across the inner edge, and the shield plate There is a cut in which the tip of the first line pattern is arranged. The second internal conductive layer disposed between the first internal conductive layer and the back conductive layer is disposed on the inner side of the second line pattern extending across the inner edge of the annular pattern and the annular pattern. A matching element is formed, and the second line pattern is connected to the matching element. The first linear pattern and the second linear pattern are opposed to the first line pattern and the second line pattern, respectively, and a tip portion of the first line pattern overlaps with the matching element.
この様な構成によれば、第1線路パターン及び第2線路パターンを電気的に接続するビアホールを設けなくても、マイクロストリップ線路及びストリップ線路を電磁的に結合させることができる。従って、ビアホールを用いる場合に比べ、平面アンテナ装置の製造を容易化することができる。また、ビアホールの加工に起因して多層基板が損傷を受けることがないため、平面アンテナ装置の信頼性を向上させることができる。 According to such a configuration, the microstrip line and the strip line can be electromagnetically coupled without providing a via hole that electrically connects the first line pattern and the second line pattern. Therefore, the planar antenna device can be easily manufactured as compared with the case where the via hole is used. Further, since the multilayer substrate is not damaged due to the processing of the via hole, the reliability of the planar antenna device can be improved.
本発明によれば、第1の内部導電層や第2の内部導電層のパターニングによってマイクロストリップ線路及びストリップ線路を電磁的に結合させることができるため、ビアホールを用いる場合に比べ、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器及び平面アンテナ装置の製造を容易化することができる。また、ビアホールの加工に起因して多層基板が損傷を受けることがないため、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器及び平面アンテナ装置の信頼性を向上させることができる。 According to the present invention, the microstrip line and the strip line can be electromagnetically coupled by patterning the first internal conductive layer and the second internal conductive layer. Manufacture of the stripline converter and the planar antenna device can be facilitated. Further, since the multilayer substrate is not damaged due to the processing of the via hole, the reliability of the microstrip line / strip line converter and the planar antenna device can be improved.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本明細書では、便宜上、多層基板に垂直な方向を前後方向として説明するが、本発明によるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器の使用時における姿勢を限定するものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this specification, for the sake of convenience, the direction perpendicular to the multilayer substrate will be described as the front-rear direction. However, the posture of the microstrip line / strip line converter according to the present invention is not limited.
<マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1>
図1〜図5は、本発明の実施の形態によるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1の一構成例を示した図である。図1は、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1を展開して示した斜視図であり、図中には、誘電体基板31〜33を挟んで4つの導電層11〜14が積層される多層基板10が示されている。
<Microstrip line /
1 to 5 are diagrams showing a configuration example of a microstrip line /
図2は、図1の多層基板10の前面を示した平面図であり、図中には、誘電体基板31上に形成された線路パターン21及びシールド板22が示されている。図3は、図1の誘電体基板32上に形成された線状パターン41,42及び環状パターン43を示した平面図である。図4及び図5は、図2の多層基板10を示した断面図である。図4には、多層基板10をA−A切断線により切断した場合の切断面が模式的に示されている。図5には、多層基板10をB−B切断線により切断した場合の切断面が模式的に示されている。
FIG. 2 is a plan view showing the front surface of the
マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1は、マイクロストリップ線路を伝送する電力とストリップ線路を伝送する電力とを相互に変換するための電力変換装置である。
The microstrip line /
このマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1は、誘電体基板31〜33をそれぞれ挟んで4つの導電層11〜14が積層された多層基板10により構成される。誘電体基板31〜33は、いずれもフッ素樹脂等の誘電体材料からなり、それぞれ平板状の誘電体層を形成する。
The microstrip line /
<前面導電層11>
多層基板10の前面において露出する前面導電層11は、線路パターン21及びシールド板22を形成する。線路パターン21及びシールド板22は、誘電体基板31上に形成されている。
<Front
The front
線路パターン21は、後述する環状パターン43の内縁43aを横切って直線状に延びる概ね等幅の線状パターンであり、マイクロストリップ線路として機能する。この線路パターン21は、先端部が厚さ方向から見て後述する整合素子52と重複する位置まで延びている。厚さ方向は、導電層11〜14の積層方向であり、前後方向と一致している。このマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1では、誘電体層を挟んで線路パターン21に対向する線状パターン41がマイクロストリップ線路のグランドとして機能する。
The
シールド板22は、ストリップ線路を短絡させ、マイクロストリップ線路をシールドするための矩形状の導体パターンであり、内縁43aに対向し、線路パターン21の先端部が配置される切り込み23を有する。このシールド板22は、内縁43aにより囲まれた領域を覆っている。また、シールド板22の外縁は、環状パターン43の外縁43bと略一致している。
The
図2では、線路パターン21の先端部が延びる方向を紙面の上下方向として多層基板10が描画されている。線路パターン21は、環状パターン43の内縁43aに対し、紙面の左右方向における中央に配置されている。切り込み23は、シールド板22の下端から上に向けて凹んだスリット状の凹部であり、左右方向の中央に形成されている。
In FIG. 2, the
図2における距離L1〜L4は、多層基板10の前面に平行な方向に関し、環状パターン43の内縁43aからシールド板22の外縁までの距離である。すなわち、距離L1は、内縁43aの上側長辺よりも上側に形成されたシールド板22の外縁までの距離である。距離L2は、内縁43aの下側長辺よりも下側に形成されたシールド板22の外縁までの距離である。
The distances L 1 to L 4 in FIG. 2 are distances from the
距離L3は、内縁43aの左側短辺よりも左側に形成されたシールド板22の外縁までの距離である。距離L4は、内縁43aの右側短辺よりも右側に形成されたシールド板22の外縁までの距離である。
The distance L 3 is the distance to the outer edge of the
距離L1〜L4は、シールド板22の外縁よりも外側の誘電体基板31〜33内への電磁波の漏出を防止するという観点から、いずれも電磁波の管内波長λgの1/4波長の奇数倍に略一致することが望ましい。ここでの管内波長λgとは、多層基板10を伝搬する電磁波のシールド板22における波長(シールド板22を伝搬する電磁波の波長)である。距離L1〜L4は、管内波長λg及び整数n=0,1,2,・・・を用いて、L1〜L4=λg/4×(2n+1)と表すことができる。例えば、距離L1〜L4は、それぞれλg/4である。
The distances L 1 to L 4 are all odd numbers of a quarter wavelength of the in-tube wavelength λg of the electromagnetic wave from the viewpoint of preventing leakage of the electromagnetic wave into the
なお、シールド板22の外縁よりも外側の誘電体基板31〜33内への電磁波の漏出に関し、多層基板10に平行な方向に関して電磁波の伝送方向が上下方向であることから、左右方向への漏出は、上下方向への漏出に比べて少ない。このため、距離L3及びL4については、λg/4よりも短く、或いは、λg/4よりも長くても良い。
In addition, regarding the leakage of electromagnetic waves into the
<背面導電層14>
多層基板10の背面において露出する背面導電層14は、接地板61を形成する。このマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1では、誘電体層を挟んで線路パターン51に対向する接地板61は、ストリップ線路のグランドとして機能する。この接地板61は、多層基板10の背面を覆っている。
<Back
The back
<内部導電層12>
前面導電層11及び背面導電層14間に配置される内部導電層12は、線状パターン41及び42と、矩形状の環状パターン43とを形成する第1の内部導電層である。線状パターン41,42及び環状パターン43は、誘電体基板32上に形成されている。
<Internal
The internal
環状パターン43は、内縁43aと外縁43bとにより囲まれた導体パターンである。図3に示した環状パターン43は、紙面の左右方向に延びる長辺431及び432と、上下方向に延びる短辺433及び434とを有する。長辺431及び432は、線路パターン21が延びる方向と交差する辺であり、互いに平行である。また、短辺433及び434は、線路パターン21が延びる方向の辺であり、互いに平行であり、長辺431及び432よりも短い。
The
線状パターン41は、誘電体基板31を挟んで線路パターン21に対向する導体パターンであり、環状パターン43の長辺431から外側に向かって延びている。線状パターン42は、誘電体基板32を挟んで線路パターン51に対向する導体パターンであり、環状パターン43の長辺432から外側に向かって延びている。
The
図3では、線路パターン21の先端部が延びる方向を紙面の上下方向として線状パターン41,42及び環状パターン43が描画されている。図3におけるW1〜W4は、環状パターン43の幅である。すなわち、W1は、長辺432の上下方向の幅である。W2は、長辺431の上下方向の幅である。W3は、短辺433の左右方向の幅である。W4は、短辺434の左右方向の幅である。
In FIG. 3, the
W1〜W4は、環状パターン43の外縁よりも外側の誘電体基板31〜33内への電磁波の漏出を防止するという観点から、いずれも電磁波の管内波長λgの1/4波長の奇数倍に略一致することが望ましい。ここでの管内波長λgとは、多層基板10を伝搬する電磁波の環状パターン43における波長(環状パターン43を伝搬する電磁波の波長)である。管内波長をλgとし、整数n=0,1,2,・・・を用いて、W1〜W4=λg/4×(2n+1)と表すことができる。例えば、距離W1〜W4は、それぞれλg/4である。なお、W3及びW4については、λg/4よりも短く、或いは、λg/4よりも長くても良い。
W 1 to W 4 are each an odd multiple of a quarter wavelength of the in-tube wavelength λg of the electromagnetic wave from the viewpoint of preventing leakage of the electromagnetic wave into the
線状パターン41の幅Waは、線路パターン21の幅よりも広くなっている。また、線状パターン42の幅Wbは、線路パターン51の幅よりも広くなっている。このマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1では、誘電体層を挟んで線路パターン21に対向する線状パターン41がマイクロストリップ線路のグランドとして機能し、誘電体層を挟んで線路パターン51に対向する線状パターン42がストリップ線路のグランドとして機能する。
The width Wa of the
<内部導電層13>
内部導電層12及び背面導電層14間に配置される内部導電層13は、線路パターン51及び整合素子52を形成する第2の内部導電層である。線路パターン51及び整合素子52は、誘電体基板33上に形成されている。
<Internal
The internal
線路パターン51は、環状パターン43の内縁43aを横切って直線状に延びる概ね等幅の線状パターンであり、整合素子52に連結する。線路パターン51は、ストリップ線路として機能する。本実施の形態において、線路パターン51は、線路パターン21とは反対方向に向かって、線路パターン21と略平行に延びる。このマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1では、誘電体層を挟んで線路パターン51に対向する線状パターン42及び接地板61がストリップ線路のグランドとして機能する。なお、線路パターン51は、線路パターン21と同方向に向かって延伸していても良く、線路パターン21に対し、交差角が45°程度までならば傾斜していても良い。
The
整合素子52は、マイクロストリップ線路及びストリップ線路間でインピーダンス整合させるための矩形状の導体パターンからなる共振パッチであり、環状パターン43よりも内側に配置される。この整合素子52は、環状パターン43の中央に配置されている。
The matching
図2における距離Lpは、整合素子52の上下方向の長さである。整合素子52は、環状パターン43の左右方向における中央に配置され、距離Lpを電磁波の管内波長λgの1/2波長の整数倍に略一致させることが望ましい。ここでの管内波長λgとは、多層基板10を伝搬する電磁波の整合素子52における波長(整合素子52を伝搬する電磁波の波長)である。距離Lpは、管内波長λg及び整数m=1,2,・・・を用いて、Lp=λg/2×mと表すことができる。例えば、距離Lpは、λg/2である。
The distance Lp in FIG. 2 is the length of the matching
上述したマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1を作製する場合の処理手順は、以下に例示する通りである。まず、平行平面板からなる誘電体基板31の前面に銅等の金属箔を貼り付け、この金属箔からなる導電層11をエッチング処理によってパターニングすることにより、線路パターン21及びシールド板22が形成される。
The processing procedure for producing the above-described microstrip line /
同様に、誘電体基板32の前面に金属箔を貼り付け、この金属箔からなる導電層12をパターニングすることにより、線状パターン41,42及び環状パターン43が形成される。また、誘電体基板33の前面に金属箔を貼り付け、この金属箔からなる導電層13をパターニングすることにより、線路パターン51及び整合素子52が形成される。また、誘電体基板33の背面に金属箔を貼り付けることにより、接地板61が形成される。
Similarly, by attaching a metal foil to the front surface of the
次に、導電層11〜13をパターニングした後の誘電体基板31〜33を重ね合せて積層体を形成し、この積層体を加熱及び加圧して硬化させることにより、多層基板10が形成される。多層基板10の端面には、積層された各層が露出している。なお、図4及び図5では、導電層11〜13について、エッチング処理によって金属箔が除去された領域は空隙であるかのように描画されているが、実際は誘電体によって充填されている。
Next, the
図6は、図1のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1の動作特性の一例を示した図である。図中には、横軸を電磁波の周波数とし、縦軸をSパラメータの値として、透過量S21及び反射量S11が示されている。
FIG. 6 is a diagram showing an example of operating characteristics of the microstrip line /
透過量S21は、ストリップ線路を介して入力された電力をマイクロストリップ線路へ出力する場合の挿入損失である。この透過量S21は、周波数76.5GHzにおいて最大であり、最大値は、(−1.95)dBである。 Transmission quantity S 21 is the insertion loss in outputting power inputted through the stripline to microstrip line. The transmission amount S 21 is maximum at a frequency of 76.5 GHz, and the maximum value is (−1.95) dB.
反射量S11は、ストリップ線路を介して入力された電力をストリップ線路へ反射する場合の反射損失である。この反射量S11は、周波数76.5GHzにおいて最小であり、最小値は、(−13.0)dBである。ビアホールやスルーホールを用いる従来のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器に比べ、透過量S21の低下が低く抑えられていることが判る。 Reflection amount S 11 is a reflection loss in the case of reflecting the power input through the stripline to stripline. The amount of reflection S 11 is a minimum at the frequency 76.5 GHz, the minimum value is - (13.0) dB. Compared to conventional microstrip line strip line converter using a via hole or through hole, it is understood that the decrease in transmission quantity S 21 is kept low.
図7は、図1の線路パターン51及び整合素子52の構成例を示した平面図である。図8は、線路パターン51の挿入長Lxを変化させた場合の動作特性の一例を示した図であり、図7の線路パターン51側から見た場合の入力インピーダンスが示されている。環状パターン43の内縁43aは、方形導波管の規格に準じたサイズである。例えば、76GHz〜90GHzの電磁波を伝送する場合、内縁43aは、長辺の長さLaが2.54mm、短辺の長さLbが1.27mmである。
FIG. 7 is a plan view showing a configuration example of the
図7に示した整合素子52は、線路パターン51の先端部が配置される切り込み53を有する。挿入長Lxは、線路パターン51が延びる方向に関し、整合素子52の外縁から線路パターン51の先端までの距離であり、インピーダンス整合を考慮して、0よりも大きい所定値に定められる。
The matching
線路パターン51側から見た場合の入力インピーダンスは、挿入長Lx=0,λg/2において最大であり、Lx=λg/4において最小となっている。また、入力インピーダンスは、挿入長Lxが0以上λg/4以下の範囲において単調に減少していることから、挿入長Lxは、この範囲内において定められる。この様な切り込み53を有する整合素子52の場合、線路パターン51の延伸方向に交差する方向、すなわち、図7の紙面における左右方向に関し、整合素子52の幅Lqは、任意である。
The input impedance when viewed from the
図9は、図1の線路パターン51及び整合素子52の他の構成例を示した平面図である。図10は、線路パターン51の接続位置Lyを変化させた場合の動作特性の一例を示した図であり、図9の線路パターン51側から見た場合の入力インピーダンスが示されている。
FIG. 9 is a plan view showing another configuration example of the
図9に示した整合素子52は、矩形パターンであり、線路パターン51が偏心した位置に接続されている。接続位置Lyは、線路パターン51が延びる方向に交差する方向、すなわち、図9の紙面における左右方向に関し、整合素子52の中央に対する線路パターン51のずれ量であり、インピーダンス整合を考慮して、0よりも大きい所定値に定められる。
The matching
線路パターン51側から見た場合の入力インピーダンスは、接続位置Ly=0,λg/2において最大であり、Ly=λg/4において最小となっている。また、入力インピーダンスは、接続位置Lyが0以上λg/4以下の範囲において単調に減少していることから、接続位置Lyは、この範囲内において定められる。この様な整合素子52の場合、整合素子52の左右方向の幅Lqは、λg/2のk倍(kは2以上の整数)に略一致する。
The input impedance when viewed from the
本実施の形態によれば、線路パターン21及び線路パターン51を電気的に接続するビアホールを設けなくても、マイクロストリップ線路及びストリップ線路を電磁的に結合させることができる。従って、ビアホールを用いる場合に比べ、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1の製造を容易化することができる。また、ビアホールの加工に起因して多層基板10が損傷を受けることがないため、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1の信頼性を向上させることができる。
According to the present embodiment, the microstrip line and the strip line can be electromagnetically coupled without providing the via hole for electrically connecting the
また、線路パターン21が延びる方向(短辺方向)に関し、長辺431及び432の幅W1及びW2が電磁波の管内波長λgの1/4波長の奇数倍に略一致するため、誘電体基板31〜33内を環状パターン43の外縁よりも外側に伝搬する電磁波は、環状パターン43の外縁43bと内縁43aとで反射して伝搬する電磁波との干渉によって打ち消される。従って、マイクロストリップ線路及びストリップ線路間で電力を伝送する際に、電磁波が環状パターン43の外縁よりも外側の誘電体基板31〜33内に漏出するのを抑制することができる。つまり、このマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1では、多層基板10を貫通するスルーホールを設けなくても、内部導電層12及び13のパターニングによって電磁波の漏出を防ぐことができる。
Further, with respect to the direction (short side direction) in which the
よって、ビアホールやスルーホールを用いる場合に比べ、伝送損失が増大するのを抑制しつつ、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1の製造を容易化することができるとともに、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1を安価に作製することができる。また、ビアホールやスルーホールの加工に起因して多層基板10が損傷を受けることがないため、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1の信頼性を向上させることができる。例えば、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1では、多層基板10上に形成される導体パターンの精度が高い。
Therefore, it is possible to facilitate the manufacture of the microstrip line /
<平面アンテナ装置100>
図11は、2以上のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1を備える平面アンテナ装置100の一構成例を示した平面図である。この平面アンテナ装置100は、共通の多層基板10上に形成された2以上のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1と、高周波回路110、マイクロストリップ線路120,140、ストリップ線路130及びマイクロストリップアンテナ150とにより構成される。
<Planar antenna device 100>
FIG. 11 is a plan view showing a configuration example of the planar antenna device 100 including two or more microstrip line /
各マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1は、ストリップ線路130を介して互いに接続される。高周波回路110及びマイクロストリップアンテナ150は、マイクロストリップ線路120,140を介してそれぞれ異なるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1に接続される。
The microstrip line /
高周波回路110は、マイクロ波帯又はミリ波帯の電波を送信し、或いは、受信するための回路素子であり、多層基板10の前面又は背面に設置される。例えば、高周波回路110は、MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit:モノリシックマイクロ波集積回路)である。この平面アンテナ装置100では、高周波回路110が多層基板10の前面に設置されている。
The high-
電波の送信時には、高周波回路110から、マイクロストリップ線路120、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1、ストリップ線路130、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器1及びマイクロストリップ線路140をこの順序で経由して、マイクロストリップアンテナ150に給電される。
When transmitting radio waves, the high-
マイクロストリップアンテナ150は、マイクロストリップ線路140から分岐した給電線路151と、給電線路151に連結された2以上の放射素子152とにより構成される平面アンテナであり、多層基板10の前面に設けられる。このマイクロストリップアンテナ150では、4つの放射素子152が給電線路151を介してマイクロストリップ線路140に接続されている。
The
この様な平面アンテナ装置100では、線路パターン21及び51を電気的に接続するビアホールを設けなくても、マイクロストリップ線路120,140及びストリップ線路130を電磁的に結合させることができる。従って、ビアホールを用いる場合に比べ、平面アンテナ装置100の製造を容易化することができる。また、ビアホールの加工に起因して多層基板10が損傷を受けることがないため、平面アンテナ装置100の信頼性を向上させることができる。
In such a planar antenna device 100, the
なお、本実施の形態では、環状パターン43内に導体パターンが存在しない場合の例について説明したが、環状パターン43内には、インピーダンス整合又は電磁結合のための矩形状の導体パターン等が形成されていても良い。
In this embodiment, an example in which a conductor pattern does not exist in the
また、本実施の形態では、多層基板10が誘電体基板31〜33を挟んで4つの導電層11〜14を積層した積層体により構成される場合の例について説明したが、本発明は、多層基板10の構成をこれに限定するものではない。例えば、多層基板10が、誘電体基板をそれぞれ挟んで5以上の導電層を積層した積層体により構成されるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器にも本発明は適用することができる。多層基板10が5以上の導電層を積層した積層体からなる場合、環状パターン43を形成する導電層12が2層以上になる。
In the present embodiment, an example in which the
1 マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器
10 多層基板
11 前面導電層
12,13 内部導電層
14 背面導電層
21,51 線路パターン
22 シールド板
23,53 切り込み
31〜33 誘電体基板
41,42 線状パターン
43 環状パターン
431,432 長辺
433,434 短辺
43a 内縁
43b 外縁
52 整合素子
61 接地板
100 平面アンテナ装置
110 高周波回路
120,140 マイクロストリップ線路
130 ストリップ線路
150 マイクロストリップアンテナ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記多層基板の背面において露出する上記背面導電層は、接地板を形成し、
上記前面導電層及び上記背面導電層間に配置される上記第1の内部導電層は、矩形状の環状パターンと、上記環状パターンの第1長辺から外側に向かって延びる第1線状パターンと、上記環状パターンの第2長辺から外側に向かって延びる第2線状パターンとを形成し、
上記多層基板の前面において露出する上記前面導電層は、上記環状パターンの内縁に対向する矩形状のシールド板と、上記内縁を横切って延びる第1線路パターンとを形成し、
上記シールド板は、上記第1線路パターンの先端部が配置される切り込みを有し、
上記第1の内部導電層及び上記背面導電層間に配置される上記第2の内部導電層は、上記環状パターンの内縁を横切って延びる第2線路パターンと、上記環状パターンよりも内側に配置される整合素子とを形成し、上記第2線路パターンが上記整合素子に連結し、
上記第1線状パターン及び上記第2線状パターンは、上記第1線路パターン及び上記第2線路パターンにそれぞれ対向し、
上記第1線路パターンの先端部は、上記整合素子と重複することを特徴とするマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器。 A multilayer substrate in which a front conductive layer, a first internal conductive layer, a second internal conductive layer, and a back conductive layer are laminated with a dielectric substrate interposed therebetween,
The back conductive layer exposed at the back of the multilayer substrate forms a ground plate,
The first internal conductive layer disposed between the front conductive layer and the back conductive layer includes a rectangular annular pattern, a first linear pattern extending outward from a first long side of the annular pattern, Forming a second linear pattern extending outward from the second long side of the annular pattern;
The front conductive layer exposed at the front surface of the multilayer substrate forms a rectangular shield plate facing the inner edge of the annular pattern, and a first line pattern extending across the inner edge,
The shield plate has a notch in which a tip portion of the first line pattern is disposed,
The second internal conductive layer disposed between the first internal conductive layer and the back conductive layer is disposed on the inner side of the second line pattern extending across the inner edge of the annular pattern and the annular pattern. Forming a matching element, and the second line pattern is connected to the matching element,
The first linear pattern and the second linear pattern are opposed to the first line pattern and the second line pattern, respectively.
The microstrip line / strip line converter, wherein a tip portion of the first line pattern overlaps with the matching element.
上記第1長辺及び上記第2長辺は、いずれも上記第1線路パターンが延びる方向の幅が電磁波の管内波長の1/4波長の奇数倍に略一致することを特徴とする請求項1に記載のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器。 In the matching element, the length in the direction in which the second line pattern extends substantially coincides with an integral multiple of ½ wavelength of the in-tube wavelength of the electromagnetic wave,
The width of the first long side and the second long side in the direction in which the first line pattern extends is substantially equal to an odd multiple of a quarter wavelength of the in-tube wavelength of the electromagnetic wave. A microstripline / stripline converter described in 1.
上記マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器は、誘電体基板をそれぞれ挟んで前面導電層、第1の内部導電層、第2の内部導電層及び背面導電層が積層された多層基板を備え、
上記多層基板の背面において露出する上記背面導電層は、接地板を形成し、
上記前面導電層及び上記背面導電層間に配置される上記第1の内部導電層は、矩形状の環状パターンと、上記環状パターンの第1長辺から外側に向かって延びる第1線状パターンと、上記環状パターンの第2長辺から外側に向かって延びる第2線状パターンとを形成し、
上記多層基板の前面において露出する上記前面導電層は、上記環状パターンの内縁に対向する矩形状のシールド板と、上記内縁を横切って延びる第1線路パターンとを形成し、
上記シールド板は、上記第1線路パターンの先端部が配置される切り込みを有し、
上記第1の内部導電層及び上記背面導電層間に配置される上記第2の内部導電層は、上記環状パターンの内縁を横切って延びる第2線路パターンと、上記環状パターンよりも内側に配置される整合素子とを形成し、上記第2線路パターンが上記整合素子に連結し、
上記第1線状パターン及び上記第2線状パターンは、上記第1線路パターン及び上記第2線路パターンにそれぞれ対向し、
上記第1線路パターンの先端部は、上記整合素子と重複することを特徴とする平面アンテナ装置。 Two or more microstrip line / strip line converters connected to each other via a strip line, and a high frequency circuit and a microstrip antenna connected to different microstrip line / strip line converters via a microstrip line. Are formed on a common multilayer substrate,
The microstrip line / strip line converter includes a multilayer substrate in which a front conductive layer, a first internal conductive layer, a second internal conductive layer, and a back conductive layer are stacked with a dielectric substrate interposed therebetween,
The back conductive layer exposed at the back of the multilayer substrate forms a ground plate,
The first internal conductive layer disposed between the front conductive layer and the back conductive layer includes a rectangular annular pattern, a first linear pattern extending outward from a first long side of the annular pattern, Forming a second linear pattern extending outward from the second long side of the annular pattern;
The front conductive layer exposed at the front surface of the multilayer substrate forms a rectangular shield plate facing the inner edge of the annular pattern, and a first line pattern extending across the inner edge,
The shield plate has a notch in which a tip portion of the first line pattern is disposed,
The second internal conductive layer disposed between the first internal conductive layer and the back conductive layer is disposed on the inner side of the second line pattern extending across the inner edge of the annular pattern and the annular pattern. Forming a matching element, and the second line pattern is connected to the matching element,
The first linear pattern and the second linear pattern are opposed to the first line pattern and the second line pattern, respectively.
The planar antenna device according to claim 1, wherein a tip portion of the first line pattern overlaps with the matching element.
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