JP2019201197A - 層間伝送線路 - Google Patents

Abstract

【課題】広帯域の高周波信号を低損失で伝送可能な層間伝送線路を提供する。【解決手段】層間伝送線路であって、多層基板２と、高周波信号線路３，４と、層間伝送部と、を備える。高周波信号線路は、接続部３１，４１と接続部から延伸した線部３２，４２とを有し、多層基板の２つの外層Ｐ１，Ｐ６のそれぞれに形成される。層間伝送部は、接続部３１，４１の間を接続し、導体管３０と、インピーダンス整合部２０，４０と、を有する。導波管３０は、多層基板２の積層方向に延伸する。インピーダンス整合部２０，４０は、積層方向において導波管３０を挟む。インピーダンス整合部２０，４０のそれぞれは、外層Ｐ１，Ｐ６と内層の導体パターン層Ｐ３，Ｐ４とを接続するグランドビア７，９であって、接続部３１，４１を中心にして、インピーダンス整合部２０，４０を伝搬する電界を閉じ込めるように配置された複数のグランドビア７，９を有する。【選択図】図３

Description

本開示は、多層基板の積層方向に高周波信号を伝送する技術に関する。

特許文献１には、アレーアンテの給電路などに使用されるマイクロストリップ線路と、導波管と、を接続する導波管／マイクロストリップ線路変換器が記載されている。上記変換器は、誘電体基板と誘電体基板に接続された方形導波管とを備える。誘電体基板は、方形導波管が接続される面に、面全体を被覆する地導体パターン及び結合スロットが形成されており、他方の面に、幅広導体パターン及び幅広導体パターンから引き出されたストリップ導体パターンが形成されている。幅広導体パターンは、少なくとも３つの辺がビアによって地導体パターンに接続されており、幅広導体パターンと地導体パターンとビアとから誘電体導波管が形成されている。そして、上記変換器では、結合スロットがスリットアンテナとして作用し、方形導波管を伝搬してきた電磁波が、結合スロットを介して誘電体導波管へ伝搬する。

特開２０１０−２６８２２８号公報

上記変換器は、共振構造の結合スロットを用いているため、高周波信号の周波数が共振周波数からずれると伝搬させることができない。そのため、上記変換器では、伝送可能な高周波信号の帯域が狭くなる。一方、将来的に広帯域レーダの出現が期待されており、広帯域レーダの給電路に適用可能な層間伝送線路が望まれている。

本開示は、広帯域の高周波信号を低損失で伝送可能な層間伝送線路を提供することを目的とする。

本開示の一態様は、層間伝送線路であって、多層基板（２）と、高周波信号線路（３，４）と、層間伝送部と、を備える。多層基板は、誘電体層（Ｌ１〜Ｌ５）と導体パターン層（Ｐ１〜Ｐ６）とが交互に積層される。高周波信号線路は、接続部（３１，４１）と接続部から延伸した線部（３２，４２）とを有し、多層基板の２つの外面（Ｐ１，Ｐ６）のそれぞれに形成される。層間伝送部は、２つの外面のそれぞれに形成された接続部の間を接続し、筒状の導体壁（３０）と、２つのインピーダンス整合部（２０，２０ｂ，２０ｃ，４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ）と、を有する。筒状の導体壁は、多層基板の積層方向に延伸する。２つのインピーダンス整合部は、積層方向において導体壁を挟む。インピーダンス整合部のそれぞれは、外面と多層基板の内層の導体パターン層（Ｐ３，Ｐ４，ＰＢ１，ＰＢ２）とを接続する複数の金属ビア（６，７，８，９）であって、接続部を中心にして、インピーダンス整合部を伝搬する電界を閉じ込めるように配置された複数の金属ビアを有する。

本開示によれば、多層基板の２つの外面のそれぞれに形成された高周波信号線路が、層間伝送部を介して互いに接続される。層間伝送部は、筒状の導体壁と、筒状の導体壁を挟む２つのインピーダンス整合部とを有する。すなわち、特性インピーダンスが大きく異なる高周波信号線路と筒状の導体壁とを直接接続することは難しいため、各高周波信号線路は、インピーダンス整合部を介して筒状の導体壁に接続される。

インピーダンス整合部は、インピーダンス整合部を伝搬する電界を閉じ込めるように配置された複数の金属ビアを有する。これにより、高周波信号がインピーダンス整合部を伝搬する際に、電界漏れが抑制される。さらに、インピーダンス整合部と筒状の導体壁との特性インピーダンスを整合させることによって、インピーダンス整合部と筒状の導体壁との間における高周波信号の伝送損失が抑制される。よって、高周波信号線路からインピーダンス整合部へ一旦高周波信号を伝送し、インピーダンス整合部から筒状の導体壁内へ高周波信号を伝送することで、多層基板の一方の外面から他方の外面へ高周波信号を低損失で伝送することができる。さらに、本開示の層間伝送線路は、共振構造を用いる代わりにインピーダンス整合部を用いたことにより、広帯域の高周波信号を伝送することができる。したがって、本開示の層間伝送線路によれば、広帯域の高周波信号を低損失で伝送することができる。

第１実施形態に係る層間伝送線路の外観図である。 第１実施形態に係る層間伝送線路の平面図である。 図２においてＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した断面図である。 図２においてＩＶ−ＩＶ線で切断した断面図である。 本実施形態と共振構造を用いた場合における周波数に対する伝送損失を示すグラフである。 第２実施形態に係る層間伝送線路の平面図である。 図６においてＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した断面図である。 第１実施形態と第２実施形態の周波数に対する伝送損失を示すグラフである。 第３実施形態に係る層間伝送線路の平面図である。 図９においてＸ−Ｘ線で切断した断面図である。 第４実施形態に係る層間伝送線路の平面図である。 図１１においてＸＩＩ−ＸＩＩ線で切断した断面図である。 第５実施形態に係る層間伝送線路の平面図である。 信号線路の線部の延伸方向がアンテナパターンから放射される電界の振動方向と直交する場合における、層間伝送線路とアンテナパターンとを示す平面図である。 信号線路の線部の延伸方向がアンテナパターンの放射電界の振動方向と平行する場合における、層間伝送線路とアンテナパターンとを示す平面図である。 信号線路から放射される電界の強度を示す図である。 信号線路の線部の延伸方向が電界の振動方向と直交する場合及び平行する場合における方位に対する放射電力の強度であって、アンテナパターンの放射電波と同一偏波の放射電力の強度を示すグラフである。 信号線路の線部の延伸方向が電界の振動方向と直交する場合及び平行する場合、並びに、アンテナパターンに直接給電した場合における、方位に対するアンテナパターンの放射利得を示すグラフである。 アンテナパターンの放射電界の振動方向と信号線路の線部の延伸方向とのなす角度に対するアンテナパターンの利得最大値を示すグラフである。 筒状の金属壁の基板に沿った面における断面の一例である。 筒状の金属壁の基板に沿った面における断面の他の一例である。 筒状の金属壁の基板に沿った面における断面の他の一例である。 筒状の金属壁の基板に沿った面における断面の他の一例である。 筒状の金属壁の基板に沿った面における断面の他の一例である。 筒状の金属壁の基板に沿った面における断面の他の一例である。 筒状の金属壁の基板に沿った面における断面の他の一例である。 筒状の金属壁の基板に沿った面における断面の他の一例である。

以下、図面を参照しながら、本開示を実施するための例示的な実施形態を説明する。
（第１実施形態）
＜１．構成＞
まず、第１実施形態に係る層間伝送線路１０の構成について、図１〜図４を参照して説明する。層間伝送線路１０は、車載レーダ用のアンテナへ給電する際に用いることを想定している。車載レーダ用アンテナは一層の小型化と性能向上が望まれている。車載レーダ用アンテナの小型化と性能向上の実現の一つの手法として、アンテナの基板の裏面にモノシリックマイクロ波集積回路（以下、ＭＭＩＣ）を実装することが考えられる。層間伝送線路１０は、アンテナの基板の裏面にＭＭＩＣを実装した場合に、アンテナの裏側からアンテナへ給電する際に用いられる。

層間伝送線路１０は、多層基板２と、高周波信号線路３，４（以下、信号線路３，４）と、を備える。
多層基板２は、５層の誘電体層Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５と、６層の導体パターン層Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６と、を有し、導体パターン層と誘電体層とが交互に積層されて構成されている。具体的には、導体パターン層と誘電体層は、Ｐ１、Ｌ１、Ｐ２、Ｌ２、Ｐ３、Ｌ３、Ｐ４、Ｌ４、Ｐ５、Ｌ５、Ｐ６の順で、積層されている。６層の導体パターン層Ｐ１〜Ｐ６のうち、導体パターン層Ｐ１，Ｐ６は、多層基板２の外面に配置された外層であり、導体パターン層Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５は、多層基板２の内側に配置された内層である。そして、導体パターン層Ｐ３，Ｐ４は、接地電位に接続されているグランドプレーンである。以下では、６層の導体パターン層のうち、多層基板２の外面に配置された導体パターン層Ｐ１，Ｐ６を外層とも称し、導体パターン層Ｐ３，Ｐ４をグランドプレーンとも称する。

信号線路３，４は、それぞれ高周波信号を伝送するマイクロストリップラインである。信号線路３は外層Ｐ１に形成された導体パターンであり、信号線路４は外層Ｐ６に形成された導体パターンである。信号線路３は、円形状の接続部３１と、接続部３１から延伸した長方形状の線部３２とを備える。同様に、信号線路４は、円形状の接続部４１と、接続部４１から延伸した長方形状の線部４２とを備える。信号線路３，４は、例えば、エッチングによって形成された銅箔が用いられる。なお、本実施形態では、高周波信号は、７０ＧＨｚ帯以上の信号を想定している。

接続部３１と接続部４１とは、多層基板２の外面を除いた複数の層を挟んで、対向する位置に配置されており、多層基板２に形成された層間伝送部によって接続されている。また、線部３２と線部４２とは、接続部３１，４１に対して互いに反対方向に延伸している。よって、信号線路３から入力された高周波信号は、層間伝送部を通って、層間伝送部に対して入力側と反対側の信号線路４へ出力される。

層間伝送部は、２つのインピーダンス整合部２０，４０と、導波管３０と、を備える。図１に示すように、導波管３０は、円筒形状の導体壁である。導波管３０は、誘電体層Ｌ３に埋め込まれている。誘電体層Ｌ３は、多層基板２の中央の層である。導波管３０の中心軸上に、接続部３１，４１の中心が配置されている。

導波管３０の積層方向における第１端部は、誘電体層Ｌ３に接するグランドプレーンＰ３と同じ層に配置されている。すなわち、導波管３０の第１端部及びグランドプレーンＰ３は、誘電体層Ｌ２と接している。また、導波管３０の積層方向における第２端部は、誘電体層Ｌ３に接するグランドプレーンＰ４と同じ層に配置されている。すなわち、導波管３０の第２端部及びグランドプレーンＰ４は、誘電体層Ｌ４と接している。

インピーダンス整合部２０，４０は、積層方向において導波管３０を挟むように配置されている。インピーダンス整合部２０は、誘電体層Ｌ２と導体パターン層Ｐ２と誘電体層Ｌ１と外層Ｐ１とに形成されている。インピーダンス整合部４０は、誘電体層Ｌ４と導体パターン層Ｐ５と誘電体層Ｌ５と外層Ｐ６とに形成されている。インピーダンス整合部２０，４０は、同じように構成されている。

詳しくは、インピーダンス整合部２０は、導体パッチＰＡ１と、中心ビア５１と、１１個のグランドビア７と、を備える。インピーダンス整合部４０は、導体パッチＰＡ２と、中心ビア５２と、１１個のグランドビア９と、を備える。

導体パッチＰＡ１，ＰＡ２は、円形状又は楕円形状の導体パターンである。導体パッチＰＡ１は、導体パターン層Ｐ２において、接続部３１に対向する位置に形成されている。導体パッチＰＡ２は、導体パターン層Ｐ５において、接続部４１に対向する位置に形成されている。導体パッチＰＡ１と導波管３０との間には、誘電体層Ｌ２が存在し、導体パッチＰＡ２と導波管３０との間には、誘電体層Ｌ４が存在する。

中心ビア５１は、接続部３１と導体パッチＰＡ１とを接続する導体のホールである。中心ビア５２は、接続部４１と導体パッチＰＡ２とを接続する導体のホールである。中心ビア５１，５２の中心軸と、導波管３０の中心軸とは一致する。

グランドビア７は、外層Ｐ１に形成された導体パターンであるランドと、ランドとグランドプレーンＰ３とを接続する導体のホールとを備える。１１個のグランドビア７は、接続部３１を中心にして、インピーダンス整合部２０を伝搬する電界を閉じ込めるように配置されている。同様に、グランドビア９は、外層Ｐ６に形成されたランドと、ランドとグランドプレーンＰ４とを接続する導体のホールとを備える。１１個のグランドビア９は、接続部４１を中心にして、インピーダンス整合部４０を伝搬する電界を閉じ込めるように配置されている。

具体的には、グランドビア７，９は、接続部３１，４１を中心とする円にホールが外接するように円形状に配置されている。この円は、導波管３０の水平断面における内周円とほぼ一致する。グランドビア７，９は、信号線路３，４が配置されている部分を除いて、中心ビア５１，５２を取り囲むように配置されている。すなわち、インピーダンス整合部２０は、外部導体に相当する１１個のグランドビア７と内部導体に相当する中心ビア５１とを含む、疑似同軸線路構造を有している。また、インピーダンス整合部４０は、外部導体に相当する１１個のグランドビア９と内部導体に相当する中心ビア５２とを含む、疑似同軸線路構造を有している。

中心ビア５１，５２及びグランドビア７，９は、レーザ加工によって形成されている。詳しくは、中心ビア５１，５２は、誘電体層Ｌ１，Ｌ５の表面から導体パッチＰＡ１，ＰＡ２へ向けてレーザ光を打つことによって形成されている。また、グランドビア７のホールは、導体パッチＰＡ１を残して導体パターン層Ｐ２を除去し、誘電体層Ｌ１の表面からグランドプレーンＰ３へ向けてレーザ光を打つことによって形成されている。同様に、グランドビア９のホールは、導体パッチＰＡ２を残して導体パターン層Ｐ５を除去し、誘電体層Ｌ５の表面からグランドプレーンＰ４へ向けてレーザ光を打つことによって形成されている。

レーザ加工によってホールを形成する場合、ドリルで穴を開けてホールを形成する場合と比べて、細いホールを形成することができる。また、レーザ加工によってホールを形成する場合、多層基板２を貫通するような深いホールは形成できないが、中心ビア５１，５２やグランドビア７，９のような比較的浅いホールは形成することができる。したがって、中心ビア５１，５２やグランドビア７，９は、レーザ加工によって、比較的細いホールに形成することができる。

ここで、同軸構造のシングルモード条件は、次の式（１）で表される。図２に示すように、Ｄは外部導体の内径、ｄは内部導体の外径である。また、ｃは光速、εｒは誘電体層の誘電率である。ｆｃは所望の周波数［ＧＨｚ］である。

式（１）で示すように、同軸構造においてシングルモード条件を満たすためには、周波数ｆｃを高くするほど、内径Ｄ及び外径ｄの値を小さくしなければならない。本実施形態では、前述したように、中心ビア５１，５２及びグランドビア７，９がレーザ加工によって形成されるため、内径Ｄ及び外径ｄの値を十分に小さくすることができる。したがって、インピーダンス整合部２０，４０において、低損失のシングルモードで高周波信号を伝送することができる。

また、円形導波管構造のシングルモード条件は、次の式（２）で表される。図３に示すように、ａは導波管の半径（詳しくは、内径の半分）である。式（２）で示すように、円形導波管構造においてシングルモード条件を満たすためには、周波数ｆｃを高くするほど、半径ａの値を小さく形成すればよい。

したがって、層間伝送線路１０は、内径Ｄ及び外径ｄを適切に設定したインピーダンス整合部２０，４０と、半径ａを適切に設定した導波管３０とを形成することによって、高周波信号を、外層Ｐ１から外層Ｐ６までシングルモードで伝送することができる。

また、同軸構造の特性インピーダンスＺ０は、次の式（３）で表される。式（３）で示すように、インピーダンス整合部２０，４０の特性インピーダンスＺ０は、内径Ｄ及び外径ｄの値で変化する。

一方、円形導波管の特性インピーダンスは、２５０〜５００［Ω］である。そして、式（１）に示すシングルモード条件を満たす範囲で、内径Ｄ及び外径ｄの値を調整して、特性インピーダンスＺ０を円形導波管の特性インピーダンスに整合させることができる。すなわち、層間伝送線路１０は、高周波信号を、外層Ｐ１から外層Ｐ６まで、インピーダンス整合を取りつつシングルモードで伝送させることができる。

＜３．シミュレーション＞
マイクロストリップラインと導波管とは特性インピーダンスが大きく異なるので、マイクロストリップラインと導波管とを直接接続すると損失が大きく、マイクロストリップラインから導波管へ高周波信号を直接伝送させることは困難である。

そこで、本実施形態に係る層間伝送線路１０では、マイクロストリップラインである信号線路３，４と導波管３０との間に、マイクロストリップラインとの接続が容易な同軸構造のインピーダンス整合部２０，４０を配置した。一方、マイクロストリップラインと導波管との間に、共振構造のスリットアンテナを配置して、共振構造を介してマイクロストリップラインから導波管へ高周波信号を伝送することもできる。

図５に、高周波信号の周波数を７０〜８０［ＧＨｚ］の範囲で変化させた場合における伝送損失［ｄＢ］のシミュレーション結果を示す。本実施形態に係る層間伝送線路１０の周波数に対する伝送損失を実線で示す。また、マイクロストリップラインと導波管との間に共振構造を配置した層間伝送線路の周波数に対する伝送損失を破線で示す。

共振構造を配置した場合、高周波信号の周波数が共振周波数からずれると損失が増加する。そのため、共振構造を配置した層間伝送線路では、伝送損失が３［ｄＢ］以下に抑制される周波数範囲が狭い（具体的には、約７４〜７９ＧＨｚの範囲）。一方、層間伝送線路１０では、共振構造を配置した層間伝送線路と比べて、広い周波数範囲（具体的には、約７２〜８５ＧＨｚの範囲）において伝送損失が３［ｄＢ］以下に抑制される。すなわち、層間伝送線路１０は、共振構造を配置した層間伝送線路と比べて、広帯域の高周波信号の伝送に用いることができる。

＜４．効果＞
以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）インピーダンス整合部２０，４０は、インピーダンス整合部２０，４０を伝搬する電界を閉じ込めるように配置された複数のグランドビア７，９を有する。これにより、高周波信号がインピーダンス整合部２０，４０を伝送する際に、電界漏れが抑制される。さらに、インピーダンス整合部２０，４０と導波管３０との特性インピーダンスを整合させることによって、インピーダンス整合部２０，４０と導波管３０との間の伝送損失が抑制される。よって、信号線路３からインピーダンス整合部２０へ一旦高周波信号を伝送し、インピーダンス整合部２０から導波管３０へ高周波信号を伝送することで、多層基板２の外層Ｐ１から外層Ｐ６へ高周波信号を低損失で伝送することができる。さらに、層間伝送線路１０では、共振構造を配置する代わりに同軸構造のインピーダンス整合部２０，４０を配置したことにより、広帯域の高周波信号を伝送することができる。したがって、層間伝送線路１０は、広帯域の高周波信号を低損失で伝送することができる。

（２）インピーダンス整合部２０，４０が備えるグランドビア７，９は、レーザによって細く形成することができる。そのため、インピーダンス整合部２０，４０は、シングルモード条件を満たし、高周波信号をシングルモードで伝送することができる。さらに、複数のグランドビア７，９の配置形状と導波管３０の水平断面形状とを円形状にしたことにより、層間伝送線路１０は、多層基板２の外層Ｐ１から外層Ｐ６まで、高周波信号をシングルモードで伝送することができる。ひいては、多モードで伝送する場合と比べて、多層基板２の厚さの製造ばらつきによる伝送損失の変動を抑制することができる。

（３）グランドビア７，９は、導波管３０の第１端部又は第２端部と同じ層に配置されたグランドプレーンＰ３，Ｐ４に接続されている。これにより、インピーダンス整合部２０，４０と導波管３０との間で、多層基板２の面方向へ電界が漏れることを抑制できる。

（第２実施形態）
＜１．第１実施形態との相違点＞
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

第２実施形態に係る層間伝送線路１０ａについて、図６及び図７を参照して説明する。層間伝送線路１０ａは、インピーダンス整合部４０の代わりに、インピーダンス整合部４０ａを備える点で、第１実施形態に係る層間伝送線路１０と異なる。

インピーダンス整合部４０ａは、信号線路４の代わりに、信号線路４ａを備える。信号線路４ａは、接続部４１と線部４２ａとを備える。線部４２ａと線部３２とは、接続部３１，４１に対して互いに同じ方向に延伸している。すなわち、層間伝送線路１０ａに入力された高周波信号は、層間伝送部に対して入力側と同じ側へ出力される。

＜２．シミュレーション＞
図８に、高周波信号の周波数を７０〜８０［ＧＨｚ］の範囲で変化させた場合における伝送損失［ｄＢ］のシミュレーション結果を示す。第１実施形態に係る層間伝送線路１０の周波数に対する伝送損失を実線で示す。また、第２実施形態に係る層間伝送線路１０ａの周波数に対する伝送損失を破線で示す。

図８に示すように、層間伝送線路１０の伝送損失と層間伝送線路１０ａの伝送損失とはほぼ一致する。すなわち、層間伝送線路１０，１０ａへの高周波信号の入力方向と出力方向とを同じ方向にしても反対方向にしても、層間伝送線路１０，１０ａの伝送損失はほぼ等しくなる。層間伝送部へ入力された高周波信号は、層間伝送部においてシングルモードで伝搬する。そのため、層間伝送部の出力方向を上記２方向のうちのいずれの方向にしても、層間伝送部と接続部３１との接続部分において高周波信号の強度が比較的強くなる。したがって、シングルモード伝送を実現する場合、高周波信号の出力方向は上記２方向のいずれにしてもよい。

これに対して、層間伝送部を同軸構造のみで構成する場合、その同軸構造のビアはドリルで深く形成する必要がある。その結果、同軸構造のビア径が太くなり、同軸構造はシングルモード条件を満たさなくなる。すなわち、層間伝送部を同軸構造のみで構成する場合、高周波信号は層間伝送部において多モードで伝搬する。高周波信号が層間伝送部において多モードで伝搬する場合、層間伝送部の出力方向を上記２方向のうちの一方の方向にすると、層間伝送部と接続部４１との接続部分において高周波信号の強度が比較的強くなり、他方の方向にすると、接続部分において高周波信号の強度が比較的弱くなる。そのため、高周波信号が層間伝送部において多モードで伝搬する場合、出力方向は、層間伝送部と接続部４１との接続部分において高周波信号の強度が比較的強くなる方向にする必要がある。

＜３．効果＞
以上説明した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１）〜（３）に加え、以下の効果が得られる。

（４）多層基板２の外層Ｐ１から外層Ｐ６へシングルモードで高周波信号が伝搬するため、外層Ｐ６における高周波信号の出力方向を、外層Ｐ１における高周波信号の入力方向と同じ方向にすることもできるし、反対方向にすることもできる。

（第３実施形態）
＜１．第１実施形態との相違点＞
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

第３実施形態に係る層間伝送線路１０ｂについて、図９及び図１０を参照して説明する。層間伝送線路１０ｂは、インピーダンス整合部２０，４０の代わりに、インピーダンス整合部２０ｂ，４０ｂを備える点で、第１実施形態に係る層間伝送線路１０と異なる。

インピーダンス整合部２０ｂは、中心ビア５１を備えていない。すなわち、インピーダンス整合部２０ｂにおいて、接続部３１と導体パッチＰＡ１とは接続されていない。同様に、インピーダンス整合部４０ｂは、中心ビア５２を備えていない。すなわち、インピーダンス整合部４０ｂにおいて、接続部４１と導体パッチＰＡ２とは接続されていない。

インピーダンス整合部２０ｂ，４０ｂの積層方向の長さ、すなわち、導体パターン層Ｐ１からＰ３までの厚さ及び導体パターン層Ｐ６からＰ４までの厚さは、高周波信号の波長と比べて非常に小さい。そのため、接続部３１から層間伝送部へ入力された高周波信号は、導体パッチＰＡ１に伝わり、導体パッチＰＡ１から導波管３０へ入力される。そして、導波管３０から出力された高周波信号は、導体パッチＰＡ２へ伝わり、導体パッチＰＡ２から接続部４１へ出力される。

以上説明した第３実施形態によれば、前述した第１実施形態及び第２実施形態の効果（１）〜（４）に加え、以下の効果が得られる。
（５）インピーダンス整合部２０，４０が、接続部３１，３２と対向する位置に導体パッチＰＡ１，ＰＡ２を備えることにより、中心ビア５１，５２を備えていなくても、高周波信号を低損失で伝送させることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

第４実施形態に係る層間伝送線路１０ｃについて、図１１及び図１２を参照して説明する。層間伝送線路１０ｃは、インピーダンス整合部２０，４０の代わりに、インピーダンス整合部２０ｃ，４０ｃを備える点で、第１実施形態に係る層間伝送線路１０と異なる。

インピーダンス整合部２０ｃは、インピーダンス整合部２０の構成に加えて、さらに、６個の内側ビア８と、６個の導体パッチＰＢ１と、を備える。同様に、インピーダンス整合部４０ｃは、インピーダンス整合部４０の構成に加えて、さらに、６個の内側ビア６と、６個の導体パッチＰＢ２と、を備える。

導体パッチＰＢ１，ＰＢ２は、円形状又は楕円形状の導体パターンである。導体パッチＰＢ１は、導体パターン層Ｐ３において、導体パッチＰＡ１を取り囲むように配置されている。導体パッチＰＢ２は、導体パターン層Ｐ５において、導体パッチＰＡ２を取り囲むように配置されている。各導体パッチＰＢ１，ＰＢ２の中心は、導波管３０の内壁面よりも層間伝送部の中心、すなわち導波管３０の中心軸に近い位置に配置されている。

内側ビア８は、外層Ｐ１に形成された導体パターンであるランドと、ランドと導体パッチＰＢ１とを接続する導体のホールとを備える。ランドは、外層Ｐ１において導体パッチＰＢ１と対向する位置に形成されている。また、内側ビア６は、外層Ｐ６に形成された導体パターンであるランドと、ランドと導体パッチＰＢ２とを接続する導体のホールとを備える。ランドは、外層Ｐ６において導体パッチＰＢ２と対向する位置に形成されている。６個の内側ビア８，６は、その中心が導波管３０の内壁面よりも層間伝送部の中心に近い位置に配置されているとともに、接続部３１，４１を中心にして、層間伝送部を伝搬する電界を閉じ込めるように配置されている。

すなわち、層間伝送線路１０ｃにおいては、内径Ｄが導波管の内径（すなわち、半径ａ×２）よりも小さい値になっている。そのため、インピーダンス整合部２０ｃ，４０ｃと導波管３０との特性インピーダンスを容易に整合させることができる。

そして、１１個のグランドビア７は、接続部３１を中心にして、６個の内側ビア８を取り囲むように配置されている。同様に、１１個のグランドビア９は、接続部４１を中心にして、６個の内側ビア６を取り囲むように配置されている。

以上説明した第４実施形態によれば、前述した第１実施形態及び第２実施形態の効果（１）〜（４）に加え、以下の効果が得られる。
（６）内側ビア８，６の中心を、導波管３０の内壁面よりも層間伝送部の中心に近い位置に配置することによって、インピーダンス整合部２０ｃ，４０ｃと導波管３０との特性インピーダンスを容易に整合させることができる。

（７）内側ビア８，６を囲むようにグランドビア７，９を配置したことにより、導体パッチＰＢ１，ＰＢ２と導波管３０の端部との間の誘電体層から、多層基板２の面に沿った方向への電界の漏れを抑制することができる。

（第５実施形態）
＜１．第１実施形態との相違点＞
第５実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

第５実施形態に係る層間伝送線路１０ｄは、信号線路３の代わりに、信号線路３ｄを備える点で、第１実施形態に係る層間伝送線路１０と異なる。また、本実施形態では、高周波信号は信号線路４から入力して、信号線路３ｄから出力される。図１３に示すように、信号線路３ｄは、接続部３１と、長方形状の第１の線部３２及び第２の線部３２と、を備える。第１の線部３２と第２の線部３２は、接続部３１から互いに反対方向に延伸している。すなわち、第１の線部３２は、接続部３１に対して線部４２と同じ方向に延伸しており、第２の線部３２は、接続部３１に対して線部４２と反対方向に延伸している。よって、層間伝送線路１０ｄに入力された高周波信号は、信号線路４から層間伝送部を介して接続部３１へ伝送され、接続部３１から２方向に等分配されて出力される。

以上説明した第５実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１）〜（３）に加え、以下の効果が得られる。
（８）層間伝送線路１０ｄに入力された高周波信号を、２方向に等分配して出力させることができる。

（第６実施形態）
第６実施形態では、第１〜第５実施形態に係る層間伝送線路１０，１０ａ〜１０ｄのいずれかにアンテナパターン８０を接続した伝送システム１００，１１０について説明する。以下では、第１実施形態に係る層間伝送線路１０にアンテナパターン８０を接続した例について説明するが、第２〜第５実施形態に係る層間伝送線路１０ａ〜１０ｄのいずれかにアンテナパターン８０を接続する場合も同様である。

図１４及び図１５に示すように、伝送システム１００，１１０において、アンテナパターン８０は、信号線路３と同じ多層基板２の外層Ｐ１に形成された導体パターンであり、信号線路３の線部３２に接続されている。外層Ｐ１と反対側の外層Ｐ６に形成された信号線路４には、図示しない高周波信号を供給する電気回路（具体的には、ＭＭＩＣ）が接続されている。

伝送システム１００，１１０において、電気回路から供給された高周波信号は、信号線路４、インピーダンス整合部４０、導波管３０、インピーダンス整合部２０、及び信号線路３を伝搬して、アンテナパターン８０へ供給される。

また、アンテナパターン８０から入り込んだノイズは、層間伝送線路１０を介して電気回路へ伝搬する。ただし、多層基板２の外面に配置された外層Ｐ１と外層Ｐ６が導体で直接接合されていないため、アンテナパターン８０から入り込んだ静電気などのＤＣノイズは、信号線路４及び信号線路４に接続された電気回路へ伝搬しない。

アンテナパターン８０は、高周波信号の供給を受けて、電波を放射する。ここで、多層基板２の面に沿った方向を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向とし、積層方向をＺ軸方向とする。本実施形態では、アンテナパターン８０は、Ｘ軸方向の辺よりもＹ軸方向の辺が長い長方形状の複数のパッチを含む。よって、アンテナパターン８０から放射される電波（以下、アンテナ放射電波）の最も強い電界の振動方向はＹ軸方向になる。すなわち、アンテナ放射電波の偏波方向はＹ軸方向になる。

ここで、図１６に示すように、高周波信号が、インピーダンス整合部２０から信号線路３の接続部３１へ伝搬する際に、インピーダンス整合部２０と接続部３１との接続部分から高周波信号が放射されて不要放射波になる。この不要放射波がアンテナ放射電波と干渉すると、アンテナ放射電波が減衰することがある。

図１４に示す伝送システム１００では、線部３２はＸ軸方向に真っ直ぐに延伸し、延伸した先にアンテナパターン８０が接続されている。一方、図１５に示す伝送システム１１０では、線部３２はＹ軸方向に延伸してから、９０度曲がってＸ軸方向に延伸し、Ｘ軸方向に延伸した先にアンテナパターン８０が接続されている。

すなわち、伝送システム１００では、線部３２が接続部３１から延伸する延伸方向と、アンテナ放射電波の最も強い電界の振動方向（以下、電界振動方向）と、が直交している。一方、伝送システム１１０では、線部３２が接続部３１から延伸する方向と、電界振動方向とが平行している。

図１７に、方位角−３０度〜３０度の範囲における、不要放射波の電界振動方向と同方向の水平偏波成分の電力を示す。つまり、図１７は、不要放射波のＹ軸方向における水平偏波成分の電力を示す。実線は、伝送システム１００における不要放射波の電力を示し、鎖線は、伝送システム１１０における不要放射波の電力を示す。方位は、Ｚ軸方向が０度、正のＹ軸方向が方位角９０度、負のＹ軸方向が方位角−９０度になっている。

伝送システム１００では、接続部３１からの線部３２の延伸方向がＸ軸方向になっている。そのため、不要放射波のＸ軸方向における水平偏波成分の電力が大きく、不要放射波のＹ軸方向における水平偏波成分の電力は非常に小さい。よって、伝送システム１００では、不要放射波とアンテナ放射電波との干渉が十分に抑制される。

一方、伝送システム１１０では、接続部３１からの線部３２の延伸方向がＹ軸方向になっているため、不要放射波のＹ軸方向における水平偏波成分の電力は、伝送システム１００と比べて非常に大きい。よって、伝送システム１１０では、不要放射波とアンテナ放射電波との干渉が比較的大きくなる。

図１８に、方位角−３０度〜３０度の範囲における、アンテナパターン８０の放射利得を示す。破線は、アンテナパターン８０に層間伝送線路１０接続せず、アンテナパターン８０と同じ多層基板２の外面において、アンテナパターン８０に直接給電した場合における放射利得を示す。実線は、伝送システム１００における放射利得を示し、鎖線は、伝送システム１１０における放射利得を示す。

高周波信号が層間伝送線路１０を介さず直接給電されるため、アンテナパターン８０単体の放射利得が最も高くなっている。また、伝送システム１００では不要放射波と放射電波との干渉が抑制されるため、方位角−１０度〜３０度の範囲において、伝送システム１００における放射利得が、伝送システム１１０における放射利得よりも大きくなっている。特に、方位角０度では、伝送システム１００における放射利得は、伝送システム１１０における放射利得よりも約１ｄＢ大きくなっている。

図１９に、電界振動方向と、接続部３１からの線部３２の延伸方向とがなす角度（以下、設定角度）が０度〜１８０度の範囲における、アンテナ利得最大値（以下、利得最大値）を示す。伝送システム１００は設定角度９０度の例であり、伝送システム１１０は、設定角度０度の例である。つまり、設定角度９０度は、電界振動方向と延伸方向とが直交している場合の角度であり、設定角度０度及び１８０度は、電界振動方向と延伸方向とが平行になっている場合の角度である。

設定角度０度及び１８０度の場合に、利得最大値が最も小さくなる。したがって、電界振動方向と、接続部３１からの線部３２の延伸方向とが非平行になるように、アンテナパターン８０及び信号線路３を配置することが望ましい。

また、設定角度９０度の場合に、利得最大値が最も大きくなる。そして、設定角度４５度〜１３５度の範囲では、設定角度９０度の場合における利得最大値からの低下量を、約０．１ｄＢｉ以下に収めることができる。よって、設定角度が４５度〜１３５度の範囲の角度になるように、アンテナパターン８０及び信号線路３を配置することがさらに望ましい。特に、伝送システム１００のように、設定角度が９０度になるように、アンテナパターン８０及び信号線路３を配置することが最も望ましい。

以上説明した第６実施形態によれば、第１〜第５実施形態の効果（１）〜（８）の効果のうち、アンテナパターン８０に接続された層間伝送線路に応じた効果に加えて、以下の効果を奏する。

（９）インピーダンス整合部２０と信号線路３の接続部３１との接続部分から放射される不要放射波の偏波方向と、アンテナ放射電波の偏波方向とが異なるように、信号線路３とアンテナパターン８０と、が配置される。これにより、上記接続部分からの不要放射波とアンテナ放射電波との干渉が抑制され、アンテナ放射電波の減衰を抑制することができる。

（１０）設定角度を４５度〜１３５度の範囲にすることにより、不要放射波とアンテナ放射電波との干渉を好適に抑制し、アンテナ放射電波の減衰を好適に抑制することができる。特に、設定角度を９０度にすることにより、アンテナ放射電波の減衰を最も抑制することができる。

（１１）第１〜第５実施形態に係る層間伝送線路１０，１０ａ〜１０ｄは、多層基板２の外面に配置された外層Ｐ１と外層Ｐ６が、導体で直接接合されていない。そのため、層間伝送線路１０，１０ａ〜１０ｄに接続されたアンテナパターン８０から信号線路３へ入り込んだＤＣノイズは信号線路４へ伝搬しない。したがって、アンテナパターン８０から信号線路３へ入り込んだＤＣノイズが、信号線路４に接続された電気回路へ進入することを防ぐことができる。

（他の実施形態）
以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は前述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（ａ）上記各実施形態では、導波管３０は円形導波管であったが、導波管３０は、筒状の導体壁であればよく、円筒形状に限定されるものではない。図２０〜図２７に、筒状の導体壁の水平断面形状の例を示す。図２０に示すように、導波管３０は、水平断面が楕円形である楕円筒形状の導体壁でもよい。この場合、グランドビア７，９及び内側ビア８，６は、楕円形状に配置すればよい。また、図２１及び図２２に示すように、導波管３０は、水平断面が略正方形又は正方形である筒状の導体壁でもよい。また、図２３及び図２４に示すように、導波管３０は、水平断面が略楕円形や略四角形である筒状の導体壁でもよい。また、図２５及び図２６に示すように、導波管３０は、水平断面が三角形又は略三角形である筒状の導体壁でもよい。また、図２７に示すように、導波管３０は、水平断面が五角形である筒状の導体壁でもよい。そして、グランドビア７，９及び内側ビア８，６は、導波管３０の水平断面形状に合わせて配置すればよい。

（ｂ）上記各実施形態において、多層基板２の積層数は限定されるものではない。多層基板２の積層数は適宜決めればよい。また、グランドビア７，９の個数、及び内側ビア８，６の個数も限定されるものではなく、適宜決めればよい。

（ｃ）上記第４実施形態において、インピーダンス整合部２０ｃ，４０ｃは、グランドビア７，９を備えていなくてもよい。インピーダンス整合部２０ｃ，４０ｃがグランドビア７，９を備えている場合よりも伝送損失が増加するものの、インピーダンス整合部２０ｃ，４０ｃは、グランドビア７，９を備えていなくても高周波信号を伝送させることができる。

（ｄ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

２…多層基板、３，３ｄ，４，４ａ…高周波信号線路、７，９…グランドビア、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…層間伝送線路、２０，２０ｂ，２０ｃ，４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ…インピーダンス整合部、２０ｂ…インピーダンス整合部、２０ｃ…インピーダンス整合部、３０…導波管、３１，４１…接続部、３２，４２，４２ａ…線部、Ｌ１〜Ｌ５…誘電体層、Ｐ１〜Ｐ６…導体パターン層。

Claims (11)

1. 誘電体層（Ｌ１〜Ｌ５）と導体パターン層（Ｐ１〜Ｐ６）とが交互に積層された多層基板（２）と、
   接続部（３１，４１）と前記接続部から延伸した線部（３２，４２）とを有する高周波信号線路（３，４）であって、前記多層基板の２つの外面（Ｐ１，Ｐ６）のそれぞれに形成された高周波信号線路と、
   前記２つの外面のそれぞれに形成された前記接続部の間を接続する層間伝送部であって、前記多層基板の積層方向に延伸した筒状の導体壁（３０）と、前記積層方向において前記導体壁を挟む２つのインピーダンス整合部（２０，２０ｂ，２０ｃ，４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ）と、を有する層間伝送部と、を備え、
   前記インピーダンス整合部のそれぞれは、前記外面と前記多層基板の内層の前記導体パターン層（Ｐ３，Ｐ４，ＰＢ１，ＰＢ２）とを接続する複数の金属ビア（６，７，８，９）であって、前記接続部を中心にして、前記インピーダンス整合部を伝搬する電界を閉じ込めるように配置された複数の金属ビアを有する、
   層間伝送線路。
2. 前記複数の金属ビアは、前記接続部を中心にして円形状又は楕円形状に配置されており、
   前記筒状の導体壁は、円筒形状又は楕円筒形状に形成されている、
   請求項１に記載の層間伝送線路。
3. 前記インピーダンス整合部のそれぞれは、前記多層基板の内層において前記接続部と対向する位置に設けられた円形状又は楕円形状の導体パッチ（ＰＡ１，ＰＡ２）を有する、
   請求項１又は２に記載の層間伝送線路。
4. 前記インピーダンス整合部のそれぞれは、前記接続部と前記導体パッチとを接続する中心ビア（５１，５２）を有する、
   請求項３に記載の層間伝送線路。
5. 前記導体パターン層は、複数のグランドプレーン（Ｐ３，Ｐ４）を含み、
   前記複数の金属ビアは、前記外面と前記多層基板の内層の前記グランドプレーンとを接続するグランドビアであって、前記接続部を中心にして、前記電界を閉じ込めるように配置された複数のグランドビア（７，９）を含み、
   前記積層方向において、前記導体壁の端部は、前記複数のグランドビアが接続されている前記グランドプレーンと同じ層に配置されている、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の層間伝送線路。
6. 前記複数の金属ビアは、前記電界を閉じ込めるように、その中心が前記導体壁よりも前記層間伝送部の中心に近い位置に配置された複数の内側ビア（６，８）を含む、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の層間伝送線路。
7. 前記導体パターン層は、複数のグランドプレーン（Ｐ３，Ｐ４）を含み、
   前記複数の金属ビアは、前記外面と前記多層基板の内層の前記グランドプレーンとを接続するグランドビアであって、前記接続部を中心にして、前記複数の内側ビアを囲むように配置された複数のグランドビア（７，９）を含み、
   前記積層方向において、前記導体壁の端部は、前記複数のグランドビアが接続されている前記グランドプレーンと同じ層に配置されている、
   請求項６に記載の層間伝送線路。
8. 前記２つの外面のそれぞれに形成された前記高周波信号線路の前記線部は、前記接続部に対して互いに同じ方向に延伸している、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の層間伝送線路。
9. 前記２つの外面のそれぞれに形成された前記高周波信号線路の前記線部は、前記接続部に対して互に異なる方向に延伸している、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の層間伝送線路。
10. 前記高周波信号線路の前記線部は、その線部と同じ前記外面に設けられたアンテナパターンに接続されており、
    前記アンテナパターンに接続された前記線部が前記接続部から延伸する延伸方向は、前記アンテナパターンから放射される電波の最も強い電界の振動方向と、非平行になっている、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の層間伝送線路。
11. 前記延伸方向と前記振動方向とがなす角度は、４５度〜１３５°度の範囲の角度である、
    請求項１０に記載の層間伝送線路。

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