JP2022135580A - マイクロ波終端器 - Google Patents

Abstract

【課題】広帯域化と小型化とを実現可能とするマイクロ波終端器を得ること。【解決手段】マイクロ波終端器１０は、マイクロ波信号が入力される入力端子８と、地導体に短絡された第１端１３と、第１端１３とは逆側の第２端１４とを有する薄膜抵抗１と、第２端１４の全体に接する第１辺１５と、第１辺１５とは逆側の第２辺１６とを有する第１の伝送線路４と、一端が第２辺１６の中心部につながれ、かつ他端が入力端子８につながれた第２の伝送線路７と、一端が第２辺１６のうち中心部以外の部分につながれ、かつ他端が地導体に短絡されたショートスタブ５と、を備える。薄膜抵抗１の寸法は、第１の伝送線路４から薄膜抵抗１の第１端１３の側を見込んだアドミッタンスについて、マイクロ波信号の中心周波数における規格化アドミッタンスの実部が１Ｓ以上かつ虚部が０Ｓ以下となる寸法である。【選択図】図１

Description

本開示は、マイクロ波回路に用いられるマイクロ波終端器に関する。

マイクロ波回路には、マイクロ波帯の高周波信号であるマイクロ波信号を吸収するマイクロ波終端器が広く使用されている。マイクロ波終端器の構造として、伝送線路と地導体との間に薄膜抵抗が接続された構造が知られている。マイクロ波回路が適用される装置の大電力化に伴い、マイクロ波終端器には高い耐電力が要求されている。マイクロ波終端器には、終端可能なマイクロ波信号の周波数帯域を広くすること、すなわち広帯域化と、構成の小型化とが要求されることもある。

特許文献１には、薄膜抵抗の終端側を見込んだ規格化インピーダンスの実部が１Ω以下かつ虚部が０Ωとなる寸法の薄膜抵抗を有し、伝送線路とオープンスタブとによるインピーダンス整合がなされるマイクロ波終端器が開示されている。薄膜抵抗の終端側とは、薄膜抵抗のうち地導体に短絡された第１端とは逆側の第２端から第１端の側とする。特許文献１にかかるマイクロ波終端器は、薄膜抵抗の周波数特性を伝送線路とオープンスタブとにより打ち消すことによって広帯域化が可能となる。また、特許文献１にかかるマイクロ波終端器は、伝送線路とオープンスタブとからなる１段の整合回路による広帯域整合が可能であるため、多段の整合回路が必要である場合に比べて回路構成を小型化できる。

特開２０１３－１８７８３９号公報

しかしながら、薄膜抵抗の寸法を、薄膜抵抗の終端側を見込んだ規格化インピーダンスの実部が１Ω以下かつ虚部が０Ωとなる寸法にするためには、薄膜抵抗の寸法には厳しい条件が課せられることとなる。薄膜抵抗の寸法の条件が厳しくなることによって、マイクロ波終端器の設計の自由度が低くなる。この場合、マイクロ波終端器以外の部品とともに実装される際の制約に合うようにマイクロ波終端器の寸法を決定することが困難であることによって、マイクロ波終端器は、構成の小型化が困難となる。このため、特許文献１の技術によると、マイクロ波終端器は、広帯域化と小型化との実現が困難であるという問題があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、広帯域化と小型化とを実現可能とするマイクロ波終端器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかるマイクロ波終端器は、裏面に地導体を具備した誘電体基板の表面に設けられるマイクロ波終端器である。本開示にかかるマイクロ波終端器は、マイクロ波信号が入力される入力端子と、地導体に短絡された第１端と、第１端とは逆側の第２端とを有する薄膜抵抗と、第２端の全体に接する第１辺と、第１辺とは逆側の第２辺とを有する第１の伝送線路と、一端が第２辺の中心部につながれ、かつ他端が入力端子につながれた第２の伝送線路と、一端が第２辺のうち中心部以外の部分につながれ、かつ他端が地導体に短絡されたショートスタブと、を備える。薄膜抵抗の寸法は、第１の伝送線路から薄膜抵抗の第１端の側を見込んだアドミッタンスについて、マイクロ波信号の中心周波数における規格化アドミッタンスの実部が１Ｓ以上かつ虚部が０Ｓ以下となる寸法である。

本開示にかかるマイクロ波終端器は、広帯域化と小型化とを実現することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかるマイクロ波終端器が設けられている誘電体基板の上面図 実施の形態１にかかるマイクロ波終端器が設けられている誘電体基板の断面図 実施の形態１にかかるマイクロ波終端器におけるアドミッタンスの周波数特性について説明するための第１の図 実施の形態１にかかるマイクロ波終端器におけるアドミッタンスの周波数特性について説明するための第２の図 実施の形態１にかかるマイクロ波終端器におけるインピーダンスの周波数特性について説明するための図 実施の形態１にかかるマイクロ波終端器の反射特性の一例を示す図 実施の形態１にかかるマイクロ波終端器における薄膜抵抗の寸法とマイクロ波終端器の周波数特性との関係について説明するための図

以下に、実施の形態にかかるマイクロ波終端器を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかるマイクロ波終端器１０が設けられている誘電体基板２の上面図である。図２は、実施の形態１にかかるマイクロ波終端器１０が設けられている誘電体基板２の断面図である。図２に示す断面は、図１に示すII－II線における断面である。

マイクロ波終端器１０は、誘電体基板２の表面１１に設けられている。誘電体基板２の裏面１２には地導体９が設けられている。誘電体基板２には、誘電体基板２を貫くスルーホール３，６が形成されている。マイクロ波終端器１０は、矩形状の薄膜抵抗１と、マイクロ波信号が入力される入力端子８と、入力端子８と薄膜抵抗１とをつなぐ第１の伝送線路４および第２の伝送線路７と、第１の伝送線路４につながれたショートスタブ５とを有する。

図１に示すII－II線は、薄膜抵抗１、第１の伝送線路４、第２の伝送線路７および入力端子８の各中心を通る直線である。II－II線の方向は、マイクロ波終端器１０が有する伝送線路、すなわち第１の伝送線路４および第２の伝送線路７からなる伝送線路の方向である。以下、II－II線の方向を、伝送線路の方向と称する。また、以下の説明にて、マイクロ波終端器１０の各部の幅とは、図１に示す平面において伝送線路の方向に垂直な方向の幅とする。また、マイクロ波終端器１０の各部の長さとは、伝送線路の方向における長さとする。

薄膜抵抗１は、地導体９に短絡された第１端１３と、第１端１３とは逆側の第２端１４とを有する。誘電体基板２のうち第１端１３の隣に、３個のスルーホール３が形成されている。第１端１３は、各スルーホール３を介して地導体９に接続されている。

第１の伝送線路４の幅は、薄膜抵抗１の幅と同じである。第１の伝送線路４の幅は、第２の伝送線路７の幅よりも大きい。第１の伝送線路４のインピーダンスは、第２の伝送線路７のインピーダンスよりも低い。第１の伝送線路４は、第２端１４の全体に接する第１辺１５と、第１辺１５とは逆側の第２辺１６とを有する。ショートスタブ５の幅は、第１の伝送線路４の幅よりも小さい。

第２の伝送線路７の一端は、第２辺１６の中心部につながれている。第２の伝送線路７の他端は、入力端子８につながれている。第２の伝送線路７の長さ、すなわち第２の伝送線路７の一端と他端との間の長さは、マイクロ波信号の波長の４分の１である。第２の伝送線路７の長さとは、第２の伝送線路７の電気長とする。ショートスタブ５の一端は、第２辺１６のうち幅方向における１つの端部につながれている。すなわち、ショートスタブ５の一端は、第２辺１６のうち中心部以外の部分につながれている。ショートスタブ５の他端は、地導体９に短絡されている。

誘電体基板２のうちショートスタブ５の他端の隣に、１個のスルーホール６が形成されている。ショートスタブ５の他端は、スルーホール６を介して地導体９に接続されている。図２には、図２に示す断面よりも紙面奥側にあるスルーホール６を破線により表している。位置Ｐａは、第２辺１６と第２の伝送線路７の一端との接続点の位置である。位置Ｐｂは、第２の伝送線路７の他端と入力端子８との接続点の位置である。位置Ｐａおよび位置Ｐｂは、伝送線路の方向における位置とする。

次に、マイクロ波終端器１０の動作について説明する。入力端子８へ入力されたマイクロ波信号は、第２の伝送線路７およびショートスタブ５によりインピーダンス整合された薄膜抵抗１へ入力される。薄膜抵抗１においてマイクロ波信号が熱エネルギーに変換されることによって、マイクロ波信号はマイクロ波終端器１０で終端する。

次に、実施の形態１にかかるマイクロ波終端器１０により広帯域化および小型化が実現可能となる原理について説明する。図３は、実施の形態１にかかるマイクロ波終端器１０におけるアドミッタンスの周波数特性について説明するための第１の図である。図４は、実施の形態１にかかるマイクロ波終端器１０におけるアドミッタンスの周波数特性について説明するための第２の図である。図５は、実施の形態１にかかるマイクロ波終端器１０におけるインピーダンスの周波数特性について説明するための図である。

図３および図４には、アドミッタンスを表すスミスチャート、すなわちアドミッタンスチャートを示す。図３のアドミッタンスチャートには、ショートスタブ５が接続されていない状態にて位置Ｐａから第１端１３の側を見込んだアドミッタンスの周波数特性の一例を示す。図４のアドミッタンスチャートには、ショートスタブ５が接続された状態にて位置Ｐａから第１端１３の側を見込んだアドミッタンスの周波数特性の一例を示す。図５には、インピーダンスを表すスミスチャート、すなわちインピーダンスチャートを示す。図５のインピーダンスチャートには、位置Ｐｂから第１端１３の側を見込んだインピーダンスの周波数特性の一例を示す。

ここで、薄膜抵抗１、ショートスタブ５および第２の伝送線路７の各々の寸法を決定する手法について説明する。寸法とは、幅および長さとする。

薄膜抵抗１の寸法には、位置Ｐａから第１の伝送線路４を介して第１端１３の側を見込んだアドミッタンスについて、マイクロ波信号の中心周波数ｆｃにおける規格化アドミッタンスの実部が１Ｓ以上かつ虚部が０Ｓ以下となる寸法が選択される。図３において斜線が付された領域は、規格化アドミッタンスの実部が１Ｓ以上かつ虚部が０Ｓ以下となる領域である。この場合において、位置Ｐａから第１端１３の側を見込んだアドミッタンスの周波数特性は、図３に示すような周波数特性となる。

薄膜抵抗１の寸法が決定されてから、ショートスタブ５の寸法が決定される。ショートスタブ５の寸法には、位置Ｐａから第１の伝送線路４を介してショートスタブ５の側および第１端１３の側を見込んだアドミッタンスについて、中心周波数ｆｃにおける規格化アドミッタンスの実部が１Ｓ以上かつ虚部が０Ｓとなる寸法が選択される。この場合において、位置Ｐａから第１端１３の側を見込んだアドミッタンスの周波数特性は、図４に示すような周波数特性となる。

薄膜抵抗１の寸法とショートスタブ５の寸法とが決定されてから、第２の伝送線路７の寸法が決定される。第２の伝送線路７の寸法には、位置Ｐｂから第２の伝送線路７および第１の伝送線路４を介して第１端１３の側を見込んだインピーダンスについて、中心周波数ｆｃにおける規格化インピーダンスの実部が１Ω付近かつ虚部が０Ω付近となる寸法が選択される。この場合において、位置Ｐｂから第１端１３の側を見込んだインピーダンスの周波数特性は、図５に示すような周波数特性となる。

実施の形態１では、マイクロ波終端器１０は、ショートスタブ５の誘導性と第２の伝送線路７の位相進み特性によって、薄膜抵抗１における規格化インピーダンスの実部を１Ω付近かつ虚部を０Ω付近にさせることができる。これにより、マイクロ波終端器１０は、広帯域におけるインピーダンス整合が可能となり、広帯域において良好な反射特性を実現できる。

図６は、実施の形態１にかかるマイクロ波終端器１０の反射特性の一例を示す図である。図６に示すグラフの縦軸は反射特性、横軸は比帯域を表す。マイクロ波終端器１０の反射特性が－２５ｄＢ以下となる比帯域幅は、マイクロ波信号の中心周波数ｆｃに対して５０％程度である。これにより、マイクロ波終端器１０が広範な周波数帯域において良好な反射特性が得られていることが分かる。

図７は、実施の形態１にかかるマイクロ波終端器１０における薄膜抵抗１の寸法とマイクロ波終端器１０の周波数特性との関係について説明するための図である。ここでは、薄膜抵抗１の幅をＷ、薄膜抵抗１の長さをＬとして、Ｗ／Ｌの値を変化させた場合における周波数特性について説明する。図７に示すアドミッタンスチャートには、Ｗ／Ｌ＝０．３，０．５，０．７，１．０，３．９の各々についてのアドミッタンスの周波数特性の例を示す。

上記の特許文献１に開示されている従来技術の場合において、薄膜抵抗１に要求されるインピーダンスの条件を満足させることができるＷ／Ｌは、例えば３．９と決定される。かかるインピーダンスの条件と同じ条件は、実施の形態１にかかるマイクロ波終端器１０では、Ｗ／Ｌを、０．３，０．５，０．７，１．０のいずれの値としても満足可能である。実施の形態１にかかるマイクロ波終端器１０では、Ｗ／Ｌが一定の値に制約される従来技術の場合に比べて薄膜抵抗の寸法の条件が緩和される。すなわち、実施の形態１によると、薄膜抵抗１の寸法を高い自由度で決定することが可能となる。

近年のマイクロ波送受信モジュールの多くは、パッケージ内における高周波のアイソレーションを確保するために、パッケージの幅が細くされている。このため、マイクロ波終端器１０には、伝送線路の方向に長い形状が要求されることが増えている。ただし、上記の従来技術の場合、薄膜抵抗１が伝送線路の方向よりも幅方向に長い形状となることから、マイクロ波終端器１０の形状を伝送線路の方向に長い形状とするためにはマイクロ波終端器１０の構成を大型にする必要があった。

実施の形態１によると、マイクロ波終端器１０は、薄膜抵抗１の形状を、幅方向よりも伝送線路の方向に長い形状とすることができる。マイクロ波終端器１０は、伝送線路の方向に長い形状を、小型な構成によって実現できる。また、マイクロ波終端器１０以外の部品とともにマイクロ波終端器１０が実装される際の制約に合うように、マイクロ波終端器１０の寸法を容易に決定することも可能となる。このため、マイクロ波終端器１０の設計自由度を高くすることもできる。

図７によると、Ｗ／Ｌが小さくなるに従い、スミスチャート上の軌跡が短くなっている。スミスチャート上の軌跡が短いほど、周波数によるインピーダンスのずれが小さいことから、図７によると、Ｗ／Ｌが小さいほどインピーダンスの周波数特性が広帯域になる。このため、薄膜抵抗１の形状を、幅方向よりも伝送線路の方向に長くするほど、反射特性の広帯域化が望める。マイクロ波終端器１０は、薄膜抵抗１が伝送線路の方向よりも幅方向に長い形状にできることによって、構成の小型化のみならず、広帯域化も可能となる。

実施の形態１によると、マイクロ波終端器１０において、薄膜抵抗１の寸法は、第１の伝送線路４から第１端１３の側を見込んだアドミッタンスについて、中心周波数ｆｃにおける規格化アドミッタンスの実部が１Ｓ以上かつ虚部が０Ｓ以下となる寸法である。マイクロ波終端器１０は、このように薄膜抵抗１を決定することで、ショートスタブ５と第２の伝送線路７とによって図３から図５に示すようにスミスチャート上における最も短い経路で、規格化インピーダンスの実部を１Ω付近かつ虚部を０Ω付近にさせることができる。このため、マイクロ波終端器１０は、広帯域において良好な反射特性を実現できる。また、薄膜抵抗１の寸法を高い自由度で決定可能となることによって、薄膜抵抗１の寸法を、マイクロ波終端器１０の構成に対する要求または制約に対応可能な寸法とすることができる。また、薄膜抵抗１の寸法を、マイクロ波終端器１０の小型化を実現可能な寸法とすることができる。以上により、マイクロ波終端器１０は、広帯域化と小型化とを実現することができるという効果を奏する。

以上の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。

１ 薄膜抵抗、２ 誘電体基板、３，６ スルーホール、４ 第１の伝送線路、５ ショートスタブ、７ 第２の伝送線路、８ 入力端子、９ 地導体、１０ マイクロ波終端器、１１ 表面、１２ 裏面、１３ 第１端、１４ 第２端、１５ 第１辺、１６ 第２辺。

Claims (5)

1. 裏面に地導体を具備した誘電体基板の表面に設けられるマイクロ波終端器であって、
   マイクロ波信号が入力される入力端子と、
   前記地導体に短絡された第１端と、前記第１端とは逆側の第２端とを有する薄膜抵抗と、
   前記第２端の全体に接する第１辺と、前記第１辺とは逆側の第２辺とを有する第１の伝送線路と、
   一端が前記第２辺の中心部につながれ、かつ他端が前記入力端子につながれた第２の伝送線路と、
   一端が前記第２辺のうち前記中心部以外の部分につながれ、かつ他端が前記地導体に短絡されたショートスタブと、
   を備え、
   前記薄膜抵抗の寸法は、前記第１の伝送線路から前記薄膜抵抗の前記第１端の側を見込んだアドミッタンスについて、前記マイクロ波信号の中心周波数における規格化アドミッタンスの実部が１Ｓ以上かつ虚部が０Ｓ以下となる寸法であることを特徴とするマイクロ波終端器。
2. 前記ショートスタブの寸法は、前記第２辺から前記ショートスタブの側および前記薄膜抵抗の前記第１端の側を見込んだアドミッタンスについて、前記中心周波数における規格化アドミッタンスの実部が１Ｓ以上かつ虚部が０Ｓとなる寸法であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波終端器。
3. 前記第２の伝送線路の寸法は、前記第２の伝送線路の前記一端から前記薄膜抵抗の前記第１端の側を見込んだインピーダンスについて、前記中心周波数における規格化インピーダンスの実部が１Ωかつ虚部が０Ωとなる寸法であることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ波終端器。
4. 前記第２の伝送線路の前記一端と前記他端との間の長さは、前記中心周波数における波長の４分の１であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のマイクロ波終端器。
5. 前記ショートスタブの前記他端は、前記誘電体基板を貫いたスルーホールを介して前記地導体に接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のマイクロ波終端器。

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