JP2023136491A - Planar line/waveguide converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、平面線路・導波管変換器に関し、特に、マイクロストリップ線路やコプレーナ線路等からなる平面線路と導波管とを接続する平面線路・導波管変換器に関する。 The present invention relates to a planar line/waveguide converter, and particularly to a planar line/waveguide converter that connects a waveguide and a planar line such as a microstrip line or a coplanar line.
従来、誘電体基板に形成されたマイクロストリップ線路やコプレーナ線路などの平面線路で伝送される電気信号を、導波管で伝送される電磁波に変換する手段、又はその逆方向の変換を行う手段として、平面線路・導波管変換器が用いられている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, it is used as a means of converting electrical signals transmitted on planar lines such as microstrip lines and coplanar lines formed on a dielectric substrate into electromagnetic waves transmitted in waveguides, or as a means of converting in the opposite direction. , a planar line/waveguide converter is used (for example, see Patent Document 1).
特許文献1に開示された基板用平面線路・導波管変換器61は、図13に示すように、誘電体基板62と、この誘電体基板62に設けられたコプレーナ線路63と、誘電体基板62の裏面に設けられた裏面接地導体64と、誘電体基板62に立設され且つ誘電体基板62側の端部開口部の縁部が裏面接地導体64に接続された導波管65と、中心導体66の端部を導波管65の内部へ延ばすことにより形成された導波管励振用アンテナ67とを備えて構成されている。さらに、この基板用平面線路・導波管変換器61は、誘電体基板62の厚み寸法を、誘電体内における波長のほぼ1/4程度に設定するように構成したものである。
As shown in FIG. 13, the substrate planar line/
さらに、特許文献1には、誘電体基板62の左端部側にモノリシックマイクロ波集積回路(Microwave Monolithic Integrated Circuit:MMIC)等が接続されることが記載されている。
Further,
1つの基板上にMMIC内と平面線路と導波管変換部を構成しようとする場合、導波管の電磁界を誘起するプローブ部分(導波管励振用アンテナ67)の基板幅をMMICや平面線路などの回路部の基板幅に対して狭くしないと、プローブ部分の基板内に不要な伝搬モードが発生して、プローブから導波管に伝搬させることができる高周波信号の周波数帯域が狭くなる。これを防ぐためには、特許文献1に開示されているように、プローブ部分の基板幅を狭くして凸状に形成すればよい。しかしながら、MMICの幅は1mm程度の小さなサイズであるため、プローブ部分の基板幅を0.3mm~0.5mmくらいまで狭くすることになる。このような異形加工は、部品加工費を増加させるとともに、クラックを発生させて信頼性劣化の原因となるという課題があった。
When configuring the inside of an MMIC, a planar line, and a waveguide converter on one board, the board width of the probe part (waveguide excitation antenna 67) that induces the electromagnetic field of the waveguide should be changed between the MMIC and the planar line. If the width is not narrow relative to the substrate width of circuit parts such as lines, unnecessary propagation modes will occur within the substrate of the probe portion, and the frequency band of high-frequency signals that can be propagated from the probe to the waveguide will be narrowed. In order to prevent this, as disclosed in
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、回路部の基板幅とプローブ部分の基板幅を同一にしつつ、基板内に不要な伝搬モードを発生させない平面線路・導波管変換器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve such conventional problems, and provides a planar line that does not generate unnecessary propagation modes in the board while making the board width of the circuit part and the board width of the probe part the same.・The purpose is to provide a waveguide converter.
上記課題を解決するために、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、基板と、前記基板の表面に設けられた線路導体と、前記基板の表面に設けられた少なくとも1つの表面接地導体と、前記基板の裏面に設けられた裏面接地導体と、前記基板の表面から裏面に貫通し、前記表面接地導体と前記裏面接地導体を電気的に接続する少なくとも1つの導通ビアホールと、側壁に設けられた基板挿入穴に前記基板が挿入され、前記基板挿入穴の縁部が前記裏面接地導体に電気的に接続される導波管と、前記基板の表面に設けられ、前記線路導体と一体形成され、前記導波管の内部に延伸するプローブと、前記基板の表面側に設けられ、前記線路導体と電気的に接続される信号電極と、前記裏面接地導体と電気的に接続される接地電極とを有するMMICと、を備え、前記基板の裏面における前記プローブの真下を含む領域には、前記裏面接地導体が設けられておらず、前記導通ビアホールは、前記線路導体の少なくとも横方向片側に配置される構成である。 In order to solve the above problems, a planar line/waveguide converter according to the present invention includes a substrate, a line conductor provided on the surface of the substrate, and at least one surface ground conductor provided on the surface of the substrate. a conductor, a back ground conductor provided on the back surface of the substrate, at least one conductive via hole penetrating from the front surface of the substrate to the back surface and electrically connecting the front surface ground conductor and the back surface ground conductor; The board is inserted into a provided board insertion hole, the edge of the board insertion hole is electrically connected to the back surface ground conductor, and the waveguide is provided on the surface of the board and is integrated with the line conductor. a probe that is formed and extends inside the waveguide; a signal electrode that is provided on the front side of the substrate and is electrically connected to the line conductor; and a ground that is electrically connected to the back surface ground conductor. an MMIC having an electrode, the back surface ground conductor is not provided in a region including directly below the probe on the back surface of the substrate, and the conductive via hole is provided on at least one side in the lateral direction of the line conductor. This is the configuration in which it is placed.
この構成により、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、基板の表面から裏面に貫通する導通ビアホールが線路導体の少なくとも横方向片側に配置されることによって、プローブが形成された箇所の基板の幅をあたかも狭くしたかのような状態を作り出すことができる。これにより、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、回路部とプローブを同一の基板に形成する場合であっても、回路部の基板の幅とプローブ部分の基板の幅を同一にしつつ、基板内での不要な伝搬モードの発生を抑制することができる。 With this configuration, in the planar line/waveguide converter according to the present invention, a conductive via hole penetrating from the front surface to the back side of the substrate is arranged on at least one side in the lateral direction of the line conductor, so that the probe is formed at the location where the probe is formed. It is possible to create a state as if the width of the board was narrowed. As a result, in the planar line/waveguide converter according to the present invention, even when the circuit section and the probe are formed on the same substrate, the width of the substrate of the circuit section and the width of the substrate of the probe section can be made the same. At the same time, generation of unnecessary propagation modes within the substrate can be suppressed.
すなわち、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、プローブから導波管に伝搬させることができる高周波信号の周波数帯域を広く保つとともに、長方形のMMICと同一の基板加工とすることで部品加工費の増加や信頼性劣化を生じさせない。 In other words, the planar line/waveguide converter according to the present invention maintains a wide frequency band of high-frequency signals that can be propagated from the probe to the waveguide, and also has the same substrate processing as a rectangular MMIC, so that parts can be easily processed. No increase in processing costs or deterioration of reliability.
また、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、前記基板の裏面に設けられた少なくとも1つの裏面導体と、前記基板の表面における前記裏面導体の真上を含む領域に設けられた少なくとも1つの表面導体と、前記基板の表面から裏面に貫通し、前記表面導体と前記裏面導体を電気的に接続する少なくとも1つの貫通ビアホールと、を更に備え、前記貫通ビアホールは、前記プローブの少なくとも横方向片側に配置される構成であってもよい。 Further, the planar line/waveguide converter according to the present invention includes at least one back conductor provided on the back surface of the substrate, and at least one back conductor provided in a region including directly above the back conductor on the front surface of the substrate. The substrate further includes one surface conductor and at least one through via hole that penetrates from the front surface to the back surface of the substrate and electrically connects the front surface conductor and the back surface conductor, and the through via hole is located at least on the side of the probe. It may be arranged on one side in the direction.
この構成により、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、基板の表面から裏面に貫通する貫通ビアホールがプローブの少なくとも横方向片側に配置されることによって、プローブが形成された箇所の基板の幅をあたかも狭くしたかのような状態を作り出すことができる。これにより、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、プローブの放射パターンを所望の形状に変更することができる。 With this configuration, in the planar line/waveguide converter according to the present invention, a through via hole penetrating from the front surface to the back surface of the substrate is arranged at least on one side in the lateral direction of the probe, so that the substrate at the location where the probe is formed is arranged. It is possible to create a state in which the width of the image appears to be narrower. Thereby, the planar line/waveguide converter according to the present invention can change the radiation pattern of the probe into a desired shape.
また、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、少なくとも1つの前記表面接地導体と少なくとも1つの前記表面導体が一体化されているとともに、前記裏面接地導体と少なくとも1つの前記裏面導体が一体化されている構成であってもよい。 Further, in the planar line/waveguide converter according to the present invention, at least one of the surface ground conductors and at least one of the surface conductors are integrated, and the back surface ground conductor and at least one of the back surface conductors are integrated. An integrated configuration may also be used.
この構成により、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、ビアホール間を電磁波が通過することを妨げて、プローブからの電磁波の放射方向を所望の方向に向けることができる。 With this configuration, the planar line/waveguide converter according to the present invention can prevent electromagnetic waves from passing between the via holes and direct the radiation direction of electromagnetic waves from the probe in a desired direction.
また、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、基板と、前記基板の表面に設けられた線路導体と、前記基板の表面に設けられた少なくとも1つの表面接地導体と、前記基板の裏面に設けられた裏面接地導体と、前記基板の表面から裏面に貫通する貫通穴と、側壁に設けられた基板挿入穴に前記基板が挿入され、前記基板挿入穴の縁部が前記裏面接地導体に電気的に接続される導波管と、前記基板の表面に設けられ、前記線路導体と一体形成され、前記導波管の内部に延伸するプローブと、前記基板の表面側に設けられ、前記線路導体と電気的に接続される信号電極と、前記裏面接地導体と電気的に接続される接地電極とを有するMMICと、を備え、前記基板の裏面における前記プローブの真下を含む領域には、前記裏面接地導体が設けられておらず、前記貫通穴は、前記線路導体及び前記プローブの少なくとも横方向片側に配置される構成であってもよい。 Further, the planar line/waveguide converter according to the present invention includes a substrate, a line conductor provided on the surface of the substrate, at least one surface ground conductor provided on the surface of the substrate, and a surface ground conductor provided on the surface of the substrate. The board is inserted into a back ground conductor provided on the back surface, a through hole penetrating from the front surface of the board to the back surface, and a board insertion hole provided in the side wall, and the edge of the board insertion hole is connected to the back ground conductor. a waveguide electrically connected to the substrate, a probe provided on the surface of the substrate, integrally formed with the line conductor, and extending into the waveguide; an MMIC having a signal electrode electrically connected to a line conductor and a ground electrode electrically connected to the back surface ground conductor, and in a region including directly below the probe on the back surface of the substrate, The back surface ground conductor may not be provided, and the through hole may be arranged at least on one side in the lateral direction of the line conductor and the probe.
この構成により、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、基板の表面から裏面に貫通する貫通穴が線路導体及びプローブの少なくとも横方向片側に配置されることによって、プローブが形成された箇所の基板の幅をあたかも狭くしたかのような状態を作り出すことができる。これにより、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、回路部とプローブを同一の基板に形成する場合であっても、回路部の基板の幅とプローブ部分の基板の幅を同一にしつつ、基板内での不要な伝搬モードの発生を抑制することができる。 With this configuration, in the planar line/waveguide converter according to the present invention, the probe is formed by disposing a through hole penetrating from the front surface to the back surface of the substrate on at least one side in the lateral direction of the line conductor and the probe. It is possible to create a state as if the width of the board at a certain point had been narrowed. As a result, in the planar line/waveguide converter according to the present invention, even when the circuit section and the probe are formed on the same substrate, the width of the substrate of the circuit section and the width of the substrate of the probe section can be made the same. At the same time, generation of unnecessary propagation modes within the substrate can be suppressed.
すなわち、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、プローブから導波管に伝搬させることができる高周波信号の周波数帯域を広く保つとともに、長方形のMMICと同一の基板加工とすることで部品加工費の増加や信頼性劣化を生じさせない。 In other words, the planar line/waveguide converter according to the present invention maintains a wide frequency band of high-frequency signals that can be propagated from the probe to the waveguide, and also has the same substrate processing as a rectangular MMIC, so that parts can be easily processed. No increase in processing costs or deterioration of reliability.
また、本発明に係る平面線路・導波管変換器においては、前記導波管が方形導波管であってもよい。 Moreover, in the planar line/waveguide converter according to the present invention, the waveguide may be a rectangular waveguide.
本発明は、回路部の基板幅とプローブ部分の基板幅を同一にしつつ、基板内に不要な伝搬モードを発生させない平面線路・導波管変換器を提供するものである。 The present invention provides a planar line/waveguide converter that does not generate unnecessary propagation modes in the substrate while making the substrate width of the circuit section and the substrate width of the probe section the same.
以下、本発明に係る平面線路・導波管変換器の実施形態について、図面を用いて説明する。本発明の平面線路・導波管変換器は、例えば100GHzを超えるような高周波信号をミリ波帯の電磁波に変換したり、あるいは逆に、ミリ波帯の電磁波を高周波信号に変換したりするためのものである。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a planar line/waveguide converter according to the present invention will be described with reference to the drawings. The planar line/waveguide converter of the present invention is capable of converting a high frequency signal exceeding 100 GHz into a millimeter wave band electromagnetic wave, or conversely, converting a millimeter wave band electromagnetic wave into a high frequency signal. belongs to.
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態に係る平面線路・導波管変換器の構成について、図1~図4を参照しながら説明する。図1は、本実施形態の平面線路・導波管変換器の分解斜視図である。図2は、本実施形態の平面線路・導波管変換器の組立後の斜視図である。図3は、本実施形態の平面線路・導波管変換器の組立後の概略断面図と、基板の下面図である。図4は、本実施形態の平面線路・導波管変換器における基板の上面図である。
(First embodiment)
First, the configuration of a planar line/waveguide converter according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. 1 is an exploded perspective view of the planar line/waveguide converter of this embodiment. FIG. 2 is a perspective view of the planar line/waveguide converter of this embodiment after assembly. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the planar line/waveguide converter of this embodiment after assembly, and a bottom view of the substrate. FIG. 4 is a top view of the substrate in the planar line/waveguide converter of this embodiment.
図1~図4に示すように、平面線路・導波管変換器1は、基板10と、平面線路20と、プローブ30と、MMIC40と、導波管50と、を備える。平面線路20、プローブ30、及びMMIC40は、1つの基板10上に形成される。平面線路20とMMIC40は回路部を構成する。
As shown in FIGS. 1 to 4, the planar line/
平面線路20は、基板10と、基板10の表面に設けられた線路導体11と、基板10の表面に設けられた少なくとも1つの表面接地導体12と、基板10の裏面に設けられた裏面接地導体13と、表面接地導体12と裏面接地導体13を電気的に接続する少なくとも1つの導通ビアホール14と、を含んでなる。なお、以降では、導通ビアホール14と後述する貫通ビアホール15とをまとめて、単にビアホール18とも記載する。
The
基板10は、例えばGaAs(ガリウム・砒素)などからなる半導体基板、アルミナ基板、樹脂製の基板、又は石英ガラス基板などの基板である。基板10の厚さは、例えば0.05mm~0.1mm程度である。
The
導通ビアホール14は、基板10の表面から裏面に貫通するように、基板10をドリルやレーザ等で穴開けすることによって形成される。導通ビアホール14の穴の断面形状は、円、楕円、正方形、又は長方形などの任意の形状であってよい。導通ビアホール14は、その内壁面に金や銅などの導電性材料が蒸着されるか、あるいは、導電性材料が埋め込まれることにより、表面接地導体12と裏面接地導体13を導通させるようになっている。
The conductive via
線路導体11、表面接地導体12、裏面接地導体13、及びプローブ30は、導通ビアホール14用の穴が形成された基板10にマスクパターンを形成し、スパッタリングにより金又は銅などの高周波信号伝送用として適した金属の薄膜を基板10に蒸着することで形成される。このとき同時に導通ビアホール14用の穴の内壁にも金属の薄膜が蒸着されるとよい。また、表面接地導体12及び裏面接地導体13は、少なくとも高周波グランド(RFグランド)であればよく、バイアス電圧が印加される構成となっていてもよい。
The
基板10に導通ビアホール14を設けることで、導通ビアホール14の金属部分による電磁波の遮蔽効果により、プローブ30が形成された箇所の基板10の幅をあたかも狭くしたかのような状態を作り出すことができる。
By providing the conductive via
図1~図3に示すように、表面接地導体12は、例えば導通ビアホール14のランド部として基板10上に設けられる。この場合、平面線路20は、マイクロストリップ線路構造を成す。あるいは、図4に示すように、表面接地導体12は、線路導体11の横方向両側に所定の距離を隔てて形成されたグランドパターンとして基板10上に設けられていてもよい。この場合、平面線路20は、いわゆるグランデッドコプレーナ線路構造を成す。なお、平面線路20は、マイクロストリップ線路やグランデッドコプレーナ線路に限定されず、他の構成の線路であってもよい。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
導波管50は、開口部51の形状が方形であり、開口部51と反対側が反射壁52により閉じられた方形導波管である。例えば、導波管50は、断面寸法が2.032mm×1.016mmであり、WR-8帯域(90GHz~140GHz)を通過帯域とするWR-8方形導波管であってもよい。
The
基板10は、導波管50の側壁53に設けられた基板挿入穴54に挿入されて装着されるようになっている。この状態で、導波管50は、基板挿入穴54の縁部55を介して、裏面接地導体13に電気的に接続される。縁部55と裏面接地導体13との電気的な接続は、例えば、裏面接地導体13の端部が、導電性の接着剤により縁部55に貼り付けられることによって実現できる。なお、線路導体11及びプローブ30と導波管50とが電気的に接続されないように、基板挿入穴54と基板10の表面との間には、基板10の基板厚程度の隙間が設けられている。例えば、基板挿入穴54は、導波管50の側壁53の中央付近の高さの位置に形成される。
The
MMIC40は、電解効果トランジスタ(FET:Field effect transistor)などの半導体部品を含む集積回路であり、例えば増幅器、周波数変換器として機能する。MMIC40の幅は、例えば1mm~1.5mm程度である。
The
例えば、図3に示すように、MMIC40は、基板10の表面側に設けられ、線路導体11と電気的に接続される信号電極41と、裏面接地導体13と電気的に接続される接地電極42と、を有する。MMIC40の信号電極41は、例えばボンディングワイヤによって、線路導体11に電気的に接続される。また、MMIC40の接地電極42は、例えばボンディングワイヤやビアホールなどを介した層間接続によって、表面接地導体12及び裏面接地導体13に電気的に接続される。
For example, as shown in FIG. 3, the
プローブ30は、基板10の表面に設けられ、線路導体11と一体形成され、導波管50の内部に延伸するストリップ導体である。プローブ30は、導波管50を励振するアンテナとして機能する。このため、図3の下段に示すように、基板10の裏面のプローブ30の真下を含む領域には、裏面接地導体13が設けられていない。
The
図2及び図3に示すように、基板10が導波管50の基板挿入穴54に装着された状態で、プローブ30が導波管50内、平面線路20が基板挿入穴54の縁部55上と導波管50外、MMIC40が導波管50外に配置されるようになっている。
As shown in FIGS. 2 and 3, with the
プローブ30の長さLは、平面線路・導波管変換器1で使用する周波数帯域の基板10上での波長λsの1/4程度である。ここで、基板10上での波長とは、基板10の誘電性による波長短縮効果を考慮に入れた実効的な波長を意味している。なお、プローブ30の先端から基板10の端までの距離は、可能な限り小さくすることが望ましい。また、プローブ30の幅は、平面線路20とインピーダンス整合を取れる幅であることが望ましい。
The length L of the
また、プローブ30の幅方向の中心位置から導波管50の反射壁52までの距離BS(バックショート長)は、基板10の誘電性による波長短縮効果を考慮に入れた実効的な管内波長λgの1/4程度であればよい。
Further, the distance BS (back short length) from the center position of the
上記の構成により、MMIC40から送信された高周波信号は、平面線路20を伝送され、導波管50内のプローブ30から放射されて、導波管50の中を伝搬していく。逆に、導波管50の開口部51に入力された電磁波は、導波管50の中を伝搬して、プローブ30で受け取られ、平面線路20を伝送され、MMIC40で受信される。
With the above configuration, the high frequency signal transmitted from the
図5(a)は、基板10に導通ビアホール14が形成されていない(導通ビアホールなしの)平面線路・導波管変換器の通過損失S21のシミュレーション結果を示すグラフである。一方、図5(b)は、基板10に導通ビアホール14が形成されている(導通ビアホールありの)本実施形態の平面線路・導波管変換器1の通過損失S21のシミュレーション結果を示すグラフである。
FIG. 5A is a graph showing a simulation result of the passage loss S21 of a planar line/waveguide converter in which the conductive via
シミュレーション条件は以下のとおりである。
・基板の比誘電率:8.5
・基板のサイズ:幅1mm、長さ0.835mm、厚さ0.1mm
・線路導体及びプローブの幅:0.06mm
・線路導体及びプローブの金属種類:金
・線路導体及びプローブの厚さ:0.003mm
・導通ビアホールの個数:2(導通ビアホールありの場合)
・ビアホールの直径:0.1mm(導通ビアホールありの場合)
・導通ビアホールの中心位置:基板端から幅方向、長さ方向ともに0.15mm内側(導通ビアホールありの場合)
・導通ビアホールの中心位置から線路導体までの距離:0.35mm(導通ビアホールありの場合)
The simulation conditions are as follows.
- Substrate dielectric constant: 8.5
・Size of board: width 1mm, length 0.835mm, thickness 0.1mm
・Width of line conductor and probe: 0.06mm
・Metal type of line conductor and probe: Gold ・Thickness of line conductor and probe: 0.003mm
・Number of conductive via holes: 2 (if there is a conductive via hole)
・Via hole diameter: 0.1mm (with conductive via hole)
・Center position of conductive via hole: 0.15 mm inside from the edge of the board in both the width and length directions (if there is a conductive via hole)
・Distance from the center position of the conductive via hole to the line conductor: 0.35mm (if there is a conductive via hole)
図5(a)に示すように、導通ビアホールなしの構成では、通過損失S21は、115GHzまで1dB以下であった。これに対して、図5(b)に示すように、本実施形態における導通ビアホールありの構成では、通過損失S21は、135GHzまで1dB以下の低損失を実現できる。これは、基板10に導通ビアホール14を設けたことで、基板10内で不要な伝搬モードが発生することを防ぐことができたためと考えられる。
As shown in FIG. 5(a), in the configuration without conductive via holes, the transmission loss S21 was 1 dB or less up to 115 GHz. On the other hand, as shown in FIG. 5(b), in the configuration with conductive via holes in this embodiment, the transmission loss S21 can be as low as 1 dB or less up to 135 GHz. This is considered to be because the provision of the conductive via
なお、図3には、線路導体11の横方向両側に導通ビアホール14を1つずつ配置した構成例を示したが、図6に示すように線路導体11の横方向片側に導通ビアホール14を1つ配置した構成とすることで、基板10内で不要な伝搬モードが発生することを防ぐようにしてもよい。
Although FIG. 3 shows a configuration example in which one conductive via
また、図7に示すように、本実施形態の平面線路・導波管変換器1は、表面接地導体12及び裏面接地導体13と接続されていない少なくとも1つの貫通ビアホール15が、基板10の表面から裏面に貫通する構成であってもよい。貫通ビアホール15は、基板10の裏面における裏面接地導体13が形成されていない領域に設けられた少なくとも1つの裏面導体16と、基板10の表面における裏面導体16の真上を含む領域に設けられた少なくとも1つの表面導体17と、を電気的に接続するようになっている。
Further, as shown in FIG. 7, in the planar line/
貫通ビアホール15は、既に述べた導通ビアホール14と同様の方法で形成することができる。基板10に貫通ビアホール15を設けることで、貫通ビアホール15の金属部分による電磁波の遮蔽効果により、プローブ30が形成された箇所の基板10の幅をあたかも狭くしたかのような状態を作り出すことができる。
The through via
また、図8に示すように、貫通ビアホール15をプローブ30の横方向片側の反射壁52側に配置することで、プローブ30の放射パターンを導波管50の開口部51に向かって広がるように変更し、導波管50を励振する際の損失を減らすことができる。さらに、貫通ビアホール15をプローブ30の横方向片側の反射壁52側に配置することで、導波管50の開口部51と反射壁52までの距離が組み立てによってずれても、プローブ30の感度への影響を少なくすることができる。
Furthermore, as shown in FIG. 8, by arranging the through via
また、図9に示すように、プローブ30の横方向片側又は横方向両側において、少なくとも1つの表面接地導体12と少なくとも1つの表面導体17が一体化されていてもよい。さらに、少なくとも1つの裏面接地導体13と少なくとも1つの裏面導体16が一体化されていてもよい。このような構成により、ビアホール18間を電磁波が通過することを妨げて、プローブ30からの電磁波の放射方向を所望の方向に向けることができる。
Further, as shown in FIG. 9, at least one
また、図10に示すように、互いに電気的に接続された導通ビアホール14及び貫通ビアホール15と、導通ビアホール14と電気的に接続されない貫通ビアホール15とが混在していてもよい。
Further, as shown in FIG. 10, the conductive via
隣り合うビアホール18の間隔は、穴加工の精度や基板10の強度などによる製造上の限界から、例えばビアホール18の直径の2倍程度に設定される。また、ビアホール18と線路導体11又はプローブ30までの距離は、例えばビアホール18の直径の2倍程度に設定してもよい。また、ビアホール18の直径は、例えば基板10の基板厚と同一に設定してもよい。なお、ビアホール18の個数は任意である。
The interval between adjacent via
以上説明したように、本実施形態に係る平面線路・導波管変換器1は、基板10の表面から裏面に貫通する導通ビアホール14が線路導体11の少なくとも横方向片側に配置されることによって、プローブ30が形成された箇所の基板10の幅をあたかも狭くしたかのような状態を作り出すことができる。これにより、平面線路・導波管変換器1は、回路部とプローブ30を同一の基板10に形成する場合であっても、回路部の基板10の幅とプローブ部分の基板10の幅を同一にしつつ、基板10内での不要な伝搬モードの発生を抑制することができる。
As explained above, in the planar line/
すなわち、本実施形態に係る平面線路・導波管変換器1は、プローブ30から導波管50に伝搬させることができる高周波信号の周波数帯域を広く保つとともに、長方形のMMIC40と同一の基板加工とすることで部品加工費の増加や信頼性劣化を生じさせない。
That is, the planar line/
また、本実施形態に係る平面線路・導波管変換器1は、基板10の表面から裏面に貫通する貫通ビアホール15がプローブ30の少なくとも横方向片側に配置されることによって、プローブ30が形成された箇所の基板10の幅をあたかも狭くしたかのような状態を作り出すことができる。これにより、平面線路・導波管変換器1は、プローブ30の放射パターンを所望の形状に変更することができる。
Further, in the planar line/
また、本実施形態に係る平面線路・導波管変換器1は、少なくとも1つの表面接地導体12と少なくとも1つの表面導体17が一体化されるとともに、裏面接地導体13と少なくとも1つの裏面導体16が一体化されることによって、ビアホール18間を電磁波が通過することを妨げて、プローブ30からの電磁波の放射方向を所望の方向に向けることができる。
Further, in the planar line/
(第2の実施形態)
続いて、本発明の第2の実施形態に係る平面線路・導波管変換器2について、図面を参照しながら説明する。なお、第1の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, a planar line/
第1の実施形態の平面線路・導波管変換器1は、基板10にビアホール18を設けた構成であったが、本実施形態の平面線路・導波管変換器2は、ビアホールの代わりに、基板10の表面から裏面に貫通する貫通穴19を設けた構成である。
The planar line/
なお、基板10、線路導体11、表面接地導体12、裏面接地導体13、プローブ30、MMIC40、及び導波管50の構成については、第1の実施形態の構成と同様である。
Note that the configurations of the
図11に示すように、貫通穴19は、例えば、線路導体11及びプローブ30の横方向両側又は横方向片側に形成される。貫通穴19は、基板10を貫通するように基板10をドリルやレーザ等で穴開けすることによって形成される。貫通穴19の断面形状は、円、楕円、正方形、又は長方形などの任意の形状であってよい。第1の実施形態におけるビアホール18とは異なり、貫通穴19は導電性を有していない。
As shown in FIG. 11, the through
基板10に貫通穴19を設けることで、基板10の比誘電率εr(例えば10程度)よりも比誘電率εrの低い空気層(εrがほぼ1)が基板10内の線路導体11及びプローブ30の横方向に形成される。このように基板10内の誘電率に差を設けることにより、プローブ30の横方向には電磁波が広がりにくくなって、プローブ30が形成された箇所の基板10の幅をあたかも狭くしたかのような状態を作り出すことができる。これにより、不要な伝搬モードによる不要な方向への電磁波の広がりを抑えることができる。
By providing the through
貫通穴19の直径は、例えば基板10の基板厚と同一に設定することができる。隣り合う貫通穴19の間隔は、平面線路・導波管変換器2で使用する周波数帯域の基板10上での波長λsの1/4以下が好ましく、例えば1/8としてもよい。あるいは、隣り合う貫通穴19の間隔は、穴加工の精度や基板10の強度などによる製造上の限界から、例えば貫通穴19の直径の2倍程度としてもよい。また、貫通穴19と線路導体11又はプローブ30までの距離は、例えば貫通穴19の直径の2倍程度に設定してもよい。
The diameter of the through
図11には、線路導体11及びプローブ30の横方向両側に2列ずつ貫通穴19が配置された例を示したが、線路導体11及びプローブ30と貫通穴19の間隔を近くすることで、線路導体11及びプローブ30の横方向両側に3列以上の貫通穴19が配置された構成としてもよい。
Although FIG. 11 shows an example in which two rows of through
また、上記の説明では貫通穴19の大きさを基板10の基板厚と同一としたが、貫通穴19の大きさを基板10の基板厚よりも大きくすることで、基板10内に誘電率の低いエリアをより広く設けて、不要な伝搬モードの広がりを更に防ぐように構成してもよい。
In addition, in the above description, the size of the through
以上説明したように、本実施形態に係る平面線路・導波管変換器2は、基板10の表面から裏面に貫通する貫通穴19が線路導体11及びプローブ30の少なくとも横方向片側に配置されることによって、プローブ30が形成された箇所の基板10の幅をあたかも狭くしたかのような状態を作り出すことができる。これにより、平面線路・導波管変換器2は、回路部とプローブ30を同一の基板10に形成する場合であっても、回路部の基板10の幅とプローブ部分の基板10の幅を同一にしつつ、基板10内での不要な伝搬モードの発生を抑制することができる。
As described above, in the planar line/
すなわち、本実施形態に係る平面線路・導波管変換器2は、プローブ30から導波管50に伝搬させることができる高周波信号の周波数帯域を広く保つとともに、長方形のMMIC40と同一の基板加工とすることで部品加工費の増加や信頼性劣化を生じさせない。
That is, the planar line/
(他の実施形態)
第1の実施形態及び第2の実施形態の説明では、MMIC40、平面線路20、及びプローブ30が1つの基板10上に形成されるとしたが、図12に示すように、平面線路・導波管変換器1,2は、平面線路20とプローブ30が形成された基板10に、MMIC40のチップを後から実装した構成であってもよい。
(Other embodiments)
In the description of the first embodiment and the second embodiment, it is assumed that the
1,2 平面線路・導波管変換器
10 基板
11 線路導体
12 表面接地導体
13 裏面接地導体
14 導通ビアホール
15 貫通ビアホール
16 裏面導体
17 表面導体
18 ビアホール
19 貫通穴
20 平面線路
30 プローブ
40 MMIC
41 信号電極
42 接地電極
50 導波管
51 開口部
52 反射壁
53 側壁
54 基板挿入穴
55 縁部
1, 2 Planar line/
41
Claims (5)
前記基板の表面に設けられた線路導体(11)と、
前記基板の表面に設けられた少なくとも1つの表面接地導体(12)と、
前記基板の裏面に設けられた裏面接地導体(13)と、
前記基板の表面から裏面に貫通し、前記表面接地導体と前記裏面接地導体を電気的に接続する少なくとも1つの導通ビアホール(14)と、
側壁(53)に設けられた基板挿入穴(54)に前記基板が挿入され、前記基板挿入穴の縁部(55)が前記裏面接地導体に電気的に接続される導波管(50)と、
前記基板の表面に設けられ、前記線路導体と一体形成され、前記導波管の内部に延伸するプローブ(30)と、
前記基板の表面側に設けられ、前記線路導体と電気的に接続される信号電極(41)と、前記裏面接地導体と電気的に接続される接地電極(42)とを有するMMIC(40)と、を備え、
前記基板の裏面における前記プローブの真下を含む領域には、前記裏面接地導体が設けられておらず、
前記導通ビアホールは、前記線路導体の少なくとも横方向片側に配置されることを特徴とする平面線路・導波管変換器。 a substrate (10);
a line conductor (11) provided on the surface of the substrate;
at least one surface ground conductor (12) provided on the surface of the substrate;
a back surface ground conductor (13) provided on the back surface of the substrate;
at least one conductive via hole (14) penetrating the substrate from the front surface to the back surface and electrically connecting the front surface ground conductor and the back surface ground conductor;
a waveguide (50) in which the substrate is inserted into a substrate insertion hole (54) provided in a side wall (53), and an edge (55) of the substrate insertion hole is electrically connected to the back ground conductor; ,
a probe (30) provided on the surface of the substrate, integrally formed with the line conductor, and extending into the inside of the waveguide;
an MMIC (40) provided on the front side of the substrate and having a signal electrode (41) electrically connected to the line conductor and a ground electrode (42) electrically connected to the back surface ground conductor; , comprising;
The back surface ground conductor is not provided in a region including directly below the probe on the back surface of the substrate,
A planar line/waveguide converter, wherein the conductive via hole is disposed on at least one side of the line conductor in the lateral direction.
前記基板の表面における前記裏面導体の真上を含む領域に設けられた少なくとも1つの表面導体(17)と、
前記基板の表面から裏面に貫通し、前記表面導体と前記裏面導体を電気的に接続する少なくとも1つの貫通ビアホール(15)と、を更に備え、
前記貫通ビアホールは、前記プローブの少なくとも横方向片側に配置されることを特徴とする請求項1に記載の平面線路・導波管変換器。 at least one back conductor (16) provided on the back surface of the substrate;
at least one surface conductor (17) provided in a region including directly above the back conductor on the front surface of the substrate;
further comprising at least one through via hole (15) penetrating from the front surface to the back surface of the substrate and electrically connecting the front surface conductor and the back surface conductor,
The planar line/waveguide converter according to claim 1, wherein the through via hole is arranged on at least one side of the probe in the lateral direction.
前記基板の表面に設けられた線路導体(11)と、
前記基板の表面に設けられた少なくとも1つの表面接地導体(12)と、
前記基板の裏面に設けられた裏面接地導体(13)と、
前記基板の表面から裏面に貫通する貫通穴(19)と、
側壁(53)に設けられた基板挿入穴(54)に前記基板が挿入され、前記基板挿入穴の縁部(55)が前記裏面接地導体に電気的に接続される導波管(50)と、
前記基板の表面に設けられ、前記線路導体と一体形成され、前記導波管の内部に延伸するプローブ(30)と、
前記基板の表面側に設けられ、前記線路導体と電気的に接続される信号電極(41)と、前記裏面接地導体と電気的に接続される接地電極(42)とを有するMMIC(40)と、を備え、
前記基板の裏面における前記プローブの真下を含む領域には、前記裏面接地導体が設けられておらず、
前記貫通穴は、前記線路導体及び前記プローブの少なくとも横方向片側に配置されることを特徴とする平面線路・導波管変換器。 a substrate (10);
a line conductor (11) provided on the surface of the substrate;
at least one surface ground conductor (12) provided on the surface of the substrate;
a back surface ground conductor (13) provided on the back surface of the substrate;
a through hole (19) penetrating from the front surface to the back surface of the substrate;
a waveguide (50) in which the substrate is inserted into a substrate insertion hole (54) provided in a side wall (53), and an edge (55) of the substrate insertion hole is electrically connected to the back ground conductor; ,
a probe (30) provided on the surface of the substrate, integrally formed with the line conductor, and extending into the inside of the waveguide;
an MMIC (40) provided on the front side of the substrate and having a signal electrode (41) electrically connected to the line conductor and a ground electrode (42) electrically connected to the back surface ground conductor; , comprising;
The back surface ground conductor is not provided in a region including directly below the probe on the back surface of the substrate,
A planar line/waveguide converter, wherein the through hole is arranged on at least one side of the line conductor and the probe in the lateral direction.
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