JP3175876B2

JP3175876B2 - インピーダンス変成器

Info

Publication number: JP3175876B2
Application number: JP18586393A
Authority: JP
Inventors: 一彦豊田; 恒雄徳満; 健二郎西川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-07-28
Filing date: 1993-07-28
Publication date: 2001-06-11
Anticipated expiration: 2016-06-11
Also published as: JPH0746010A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、インピーダンス変成
器に関し、特に、概ね１ＧＨｚ以上の周波数の信号を取
り扱う回路のインピーダンス変換を行なうインピーダン
ス変成器に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
を使用した高出力増幅器は大出力を得るためにゲート幅
の非常に大きなＦＥＴを使用しているが、このためにＦ
ＥＴの入出力インピーダンスは数Ωないし１０数Ω程度
の非常に小さな値となる。一方において、マイクロ波回
路はその回路の入出力インピーダンスは通常５０Ωとさ
れている。従って、この高出力増幅器を良好な特性で動
作させるにはＦＥＴとマイクロ波回路との間の接続部に
インピーダンス変成器を接続してその入出力インピーダ
ンスをインピーダンス変換し、マイクロ波回路の入出力
インピーダンスである５０Ωとの間のインピーダンス整
合をとる必要がある。

【０００３】一般に、Ｚ₁ 、Ｚ₂ なる入力インピーダン
スを有する２つの回路同志を接続する場合、特性インピ
ーダンスＺ₀ がＺ₀ ＝√（Ｚ₁ Ｚ₂ ）なる１／４波長線
路をインピーダンス変成器として２つの回路間に挿入す
ることにより接続部における反射損失の無い、インピー
ダンス整合のとれた接続を実現することができる。図３
はインピーダンス変成器の従来例の斜視図である。図３
において、誘電体或は半導体より成る基板４の下面には
接地導体１１が形成され、基板４の上部にはストリップ
状の中心導体３１が形成されている。この基板４、接地
導体１１およびストリップ状中心導体３１により構成さ
れる伝送線路の特性インピーダンスＺ₀ は整合すべきイ
ンピーダンスがＺ₁ 、Ｚ₂ である場合、Ｚ₀ ＝√（Ｚ₁
Ｚ₂ ）であり、その長さは伝送される信号の波長の１／
４である。

【０００４】しかし、上述の如く、増幅器の数Ωのイン
ピーダンスとマイクロ波の５０Ωのインピーダンスとの
間の整合をとる様な場合、インピーダンス変成器の特性
インピーダンスは数Ωから１０数Ω程度の非常に低いイ
ンピーダンスである必要がある。ここで、上述の如きイ
ンピーダンス変成器の低い特性インピーダンスは基板４
の厚さとストリップ状中心導体３１の幅の比により決定
されるのであるが、基板４の厚さが厚いところからスト
リップ状中心導体３１の幅を大きくする必要がある。そ
のために、インピーダンス変成器の大きさが大きくなる
と共に、周波数が高くなるにつれて横方向への電磁波の
伝搬が生じて動作周波数に上限がある。

【０００５】図４は図３に示されるインピーダンス変成
器の問題点を解決するために改良されたインピーダンス
変成器の従来例である（IEEE Microwave and Guided Wa
veLetters,1992年8月号参照）。図４において、誘電体
或は半導体より成る基板４の上面に接地導体１１が形成
され、接地導体１１上に誘電体膜２１が形成される。更
に、誘電体膜２１の上部にストリップ状中心導体３１が
形成される。この改良されたインピーダンス変成器は、
誘電体２１の厚さが数μｍないし数十μｍと非常に薄
く、低インピーダンスの線路を実現する場合もストリッ
プ状中心導体３１の幅をそれ程大きくする必要がない。

【０００６】しかし、図４のインピーダンス変成器は帯
域が狭く、広帯域の整合をとることが困難である。帯域
の狭いインピーダンス変成器を広帯域化する方法として
インピーダンスの異なる複数のインピーダンス変成器を
縦続接続する方法が知られているが、狭帯域インピーダ
ンス変成器を使用してこの方法を実施する場合、特性イ
ンピーダンスの一層の低インピーダンス化が要求され、
ストリップ状中心導体の幅を極めて大きくする必要があ
り、実現に困難を伴う。また、高インピーダンス側の伝
送線路はストリップ状中心導体３１の幅を小さくする必
要があり、損失が大きくなるという問題があった。この
問題を解消する各種のインピーダンス変成器が開発され
ているが、以下、これらを参考例として説明しておく。

【０００７】第１の参考例を図５および図６を参照して
説明する。図５（Ａ）は第１の参考例の斜視図、図５
（Ｂ）は図５（Ａ）の平面図、図６（Ａ）は図５（Ｂ）
のＡ−Ａ’線についての横断面図、図６（Ｂ）は図５
（Ｂ）のＢ−Ｂ’線についての横断面図、図６（Ｃ）は
図５（Ｂ）のＣ−Ｃ’線についての縦断面図である。共
通する部材については共通する符号を付す。図５（Ａ）
ないし図６（Ｃ）において、半導体或は誘電体より成る
基板４上に第１の接地導体１１および誘電体４’を形成
する。次いで、接地導体１１上に厚さｈ₁ の第１の誘電
体膜２１を形成し、誘電体４’上に第２の接地導体１２
を接地導体１１と接続して形成した後、接地導体１２上
に厚さｈ₂ の第２の誘電体膜２２を形成する。誘電体膜
２１上に幅ｗのストリップ状中心導体３１を、誘電体膜
２２上に同様に幅ｗのストリップ状中心導体３２を、そ
れぞれ電気長が１／４波長になる様に接続して形成す
る。

【０００８】上述した通りに構成されたインピーダンス
変成器に信号を入力した時、接地導体１１とストリップ
状中心導体３１により構成される第１の伝送線路Ａの誘
電体膜２１の厚さｈ₁ は接地導体１２とストリップ状中
心導体３２により構成される第２の伝送線路Ｂの誘電体
膜２２の厚さｈ₂ に比して大きいので第１の伝送線路Ａ
は高インピーダンス線路として動作し、第２の伝送線路
Ｂは低インピーダンス線路として動作する。そして、第
１の伝送線路Ａおよび第２の伝送線路Ｂを縦続接続する
ことにより広帯域なインピーダンス変成器として動作す
る。更に、この発明のインピーダンス変成器は低インピ
ーダンス線路Ｂにおいてストリップ状中心導体の幅を大
きくせずに実現できるので回路面積を小さくすることが
できる。また、高インピーダンス線路Ａにおいてストリ
ップ状中心導体の幅を小さくせずに実現できるので、伝
送損失を低減することができる。そして、上述のインピ
ーダンス変成器において第１のストリップ状中心導体３
１の幅と第２のストリップ状中心導体３２の幅とを互い
に異なるものとすることができる。また、インピーダン
ス変成器を半導体基板上に上下反転して配置することが
でき、更に第１および第２の伝送線路の上部に誘電体或
は半導体が形成されたものとすることもできる。

【０００９】第２の参考例を図７を参照して説明する。
図７に示される第２の参考例は、第１の参考例に接地導
体１３、誘電体２２’およびストリップ状中心導体３３
により構成される第３の１／４波長伝送線路Ｃを更に縦
続接続することにより構成されたものである。上述の如
くに構成された第２の参考例も上述の第１の参考例と同
様の作用効果を奏す。そして、ストリップ状中心導体３
１、３２および３３の幅を異にして構成した場合、更に
第４の伝送線路、第５の伝送線路を縦続接続した場合も
同様の作用効果を奏す。また、第１、第２および第３の
伝送線路の上部に誘電体或は半導体を形成した場合も同
様の作用効果を奏す。

【００１０】第３の参考例を図８および図９を参照して
説明する。図８（Ａ）は第３の参考例の斜視図、図８
（Ｂ）は図８（Ａ）の平面図、図９（Ａ）は図８（Ｂ）
のＡ−Ａ’線についての横断面図、図９（Ｂ）は図８
（Ｂ）のＢ−Ｂ’線についての横断面図、図９（Ｃ）は
図８（Ｂ）のＣ−Ｃ’線についての縦断面図である。図
８（Ａ）ないし図９（Ｃ）において、半導体或は誘電体
より成る基板４上に第１の接地導体１１および第２の接
地導体１２を接続して形成する。次いで、接地導体１１
上に厚さｈ₁ の第１の誘電体膜２１を形成し、接地導体
１２上に厚さｈ₂ の第２の誘電体膜２２を形成した後、
誘電体膜２１上に幅ｗのストリップ状中心導体３１を、
誘電体膜２２上に幅ｗのストリップ状中心導体３２を、
それぞれ電気長が１／４波長になる様に接続して形成す
る。

【００１１】上述の如くに構成された第３の参考例に信
号を入力した時、接地導体１１とストリップ状中心導体
３１により構成される第１の伝送線路Ａの誘電体膜２１
の厚さｈ₁ は接地導体１２とストリップ状中心導体３２
とにより構成される第２の伝送線路Ｂの誘電体膜２２の
厚さｈ₂ に比して大きいので、第１の伝送線路Ａは高イ
ンピーダンス線路として動作し、第２の伝送線路Ｂは低
インピーダンス線路として動作する。そして、第１の伝
送線路Ａおよび第２の伝送線路Ｂを縦続接続することに
より広帯域なインピーダンス変成器として動作する。更
に、このインピーダンス変成器は低インピーダンス線路
においてストリップ状中心導体の幅を大きくせず実現す
ることができるので回路面積を小さくすることができ
る。また、高インピーダンス線路においてストリップ状
中心導体の幅を小さくせずに実現できるので、伝送損失
を低減することができる。この第３の参考例は、また、
第１のストリップ状中心導体３１の幅と第２のストリッ
プ状中心導体３２の幅を異なるものとすることができ
る。更に、第１の伝送線路および第２の伝送線路の上部
に誘電体或は半導体を形成したものとすることもでき
る。

【００１２】第４の参考例を図１０を参照して説明す
る。図１０に示される第４の参考例は第３の参考例に接
地導体１３、誘電体２２’およびストリップ状中心導体
３３より構成される第３の１／４波長伝送線路Ｃを更に
縦続接続することにより構成されたものである。上述の
如くに構成された第４の参考例は上述の第３の参考例と
同様の作用効果を奏す。そして、ストリップ状中心導体
３１、３２および３３の幅を相異なるものとした場合、
更に第４の伝送線路および第５の伝送線路を縦続接続し
た場合も同様の作用効果を奏す。また、第１、第２およ
び第３の伝送線路の上部に誘電体或は半導体が形成され
た場合も同様の作用効果を奏す。

【００１３】第５の参考例を図１１を参照して説明す
る。ここで、先の図５および図６をも参照する。第５の
参考例は、第１の参考例においてストリップ状中心導体
３１および３２を階段状に形成、接続したものに相当す
る。上述の如くに構成された第５の参考例は上述された
第１の参考例と同様の作用効果を奏す。そして、第１の
参考例と同様に、第１のストリップ状中心導体３１の幅
と第２のストリップ状中心導体３２の幅とを相異なるも
のとした場合も同様の作用効果を奏す。また、第１の伝
送線路および第２の伝送線路の上部に誘電体或は半導体
が形成された場合も同様の作用効果を奏す。更に、第２
の参考例と同様に更なる第３、第４の伝送線路を縦続接
続する場合も同様の作用効果を奏す。

【００１４】第６の参考例を図１２を参照して説明す
る。図１２（Ａ）は第６参考例の斜視図、図１２（Ｂ）
は図１２（Ａ）のＡ−Ａ’線に沿った横断面図、図１２
（Ｃ）は図１２（Ａ）のＢ−Ｂ’線についての縦断面図
である。第６の参考例において、第１の接地導体および
第２の接地導体として動作する共通接地導体１１上に厚
さｈ₁ の第１の誘電体膜２１を形成し、接地導体１１の
下に厚さｈ₂ の第２の誘電体膜２２を形成する。更に、
誘電体膜２１上に幅ｗのストリップ状中心導体３１を、
誘電体膜２２の下に幅ｗのストリップ状中心導体３２
を、それぞれ電気長が１／４波長になる様に接続して形
成する。そして、ストリップ状中心導体３１およびスト
リップ状中心導体３２をスルーホール５０を介して接続
している。

【００１５】上述の如くに構成された第６の参考例は、
上述の第１の参考例と同様の作用効果を奏す。そして、
第１の伝送線路および第２の伝送線路が共通する接地導
体の上下に配置されているところから回路面積を大幅に
縮小することができ、高集積度集積回路化に好適な参考
例である。また、ストリップ状中心導体３１および３２
の幅を相異なるものした場合、更に、第１の伝送線路お
よび第２の伝送線路の上部および下部に誘電体或は半導
体が形成された場合も同様である。そして、更なる第
３、第４の伝送線路を縦続接続した場合も同様である。
第７の参考例を図１３を照して説明する。ここで、先の
図５、図８、および図１１をも参照する。

【００１６】第７の参考例は図５、図８、および図１１
の第１の参考例、第３の参考例および第５の参考例にお
いて、ストリップ状中心導体３１および３２を図１３に
示されるメアンダ状に構成したものに相当する。第１の
参考例、第３の参考例および第５の参考例においては、
第１の伝送線路と第２の伝送線路の誘電体膜の厚さを異
にして形成されていて低インピーダンス側の伝送線路に
おいてストリップ状中心導体の幅をそれ程大きくする必
要がないので、第１の伝送線路および第２の伝送線路を
それぞれ幅の狭いメアンダ状に構成することができ、従
って集積度の高い集積回路に使用するインピーダンス変
成器として好適である。更に、パターンレイアウトの必
要に応じて任意の形状に変形することもできる。

【００１７】上述の如くに構成された第７の参考例は、
第１の参考例と同様の作用効果を奏す。そして、第２の
参考例および第４の参考例と同様に、更なる第３および
第４の伝送線路を縦続接続した場合も同様の作用効果を
奏す。また、第６の参考例と同様に、第１の接地導体お
よび第２の接地導体を共通のものとし、第１の伝送線路
および第２の伝送線路を接地導体の互いに異なる面に形
成する場合も同様の作用効果を奏す。第８の参考例を図
１４を参照して説明する。図１４（Ａ）は第３の参考例
においてストリップ状中心導体３１および３２をスパイ
ラル状に構成したものの平面図、図１４（Ｂ）は図１４
（Ａ）のＡ−Ａ’線についての断面図である。

【００１８】この第８の参考例は、先の図８、図９の第
３の参考例においてストリップ状中心導体３１および３
２をスパイラル状に構成したものに対応する。この第８
の参考例によれば、第１の伝送線路と第２の伝送線路の
誘電体膜の厚さを異にして形成されていて低インピーダ
ンス側の伝送線路においてストリップ状中心導体の幅を
それ程大きくする必要がないので、第１の伝送線路およ
び第２の伝送線路をそれぞれ幅の狭いスパイラル状に構
成することができ、従って集積度の高い集積回路に使用
するインピーダンス変成器として好適である。更に、パ
ターンレイアウトの必要に応じて任意の形状に変形する
こともできる。

【００１９】上述の如くに構成された第８の参考例は上
述の第３の参考例と同様の作用効果を奏す。そして、こ
の第８の参考例も更なる第３および第４の伝送線路を縦
続接続した場合も同様の作用効果を奏す。第９の参考例
を図１５を参照して説明する。ここで、図１２をも参照
する。図１５（Ａ）は図１２の第６の参考例においてス
トリップ状中心導体３１および３２をスパイラル状に構
成したものの平面図、図１５（Ｂ）は図１５（Ａ）のＡ
−Ａ’線についての断面図である。第６の参考例は第１
の伝送線路と第２の伝送線路の誘電体膜の厚さを異にし
て形成されていて低インピーダンス側の伝送線路におい
てストリップ状中心導体の幅をそれ程大きくする必要が
ないので、第１の伝送線路および第２の伝送線路をそれ
ぞれ幅の狭いスパイラル状に構成することができると共
に、共通する接地導体の上下に第１の伝送線路および第
２の伝送線路が形成されているところから集積度の高い
集積回路に使用するインピーダンス変成器として好適で
ある。更に、パターンレイアウトの必要に応じて任意の
形状に変形することもできる。

【００２０】上述の如くに構成された第９の参考例は上
述の第１の参考例、第６の参考例と同様の作用効果を奏
す。そして、第９の参考例も更に第３および第４の伝送
線路を縦続接続した場合、先の第３および第４の伝送線
路を縦続接続した場合と同様の作用効果を奏す。ここ
で、伝送線路の特性インピーダンスＺ₀ と伝送線路を構
成する誘電体膜の実効誘電率ε_effとの間には一般的にＺ₀＝１／√ε_eff なる関係がある。従って、低インピーダンス側の伝送線
路において実効誘電率が高くなるように形成することに
より、高インピーダンス側の伝送線路に比してストリッ
プ状中心導体の幅を極端に大きくする必要はなくなり、
回路の小型化を実現することができる。また、高インピ
ーダンス側の伝送線路においては実効誘電率が小さくな
る様に構成することにより、低インピーダンス側の伝送
線路に比してストリップ状中心導体の幅を極端に小さく
する必要はなくなり、回路の伝送損失を低減することが
できる。以下、この様な技術的構成を具備する参考例に
ついて説明する。

【００２１】第１０の参考例を図１６を参照して説明す
る。図１６において、半導体或は誘電体より成る基板４
上に第１の接地導体１１および第２の接地導体１２を接
続して形成する。次いで、接地導体１１上に厚さがｈ、
誘電率εの第１の誘電体膜２１を形成し、接地導体１２
上に厚さｈ、誘電率εの第２の誘電体膜２２を形成した
後に、誘電体２１上に幅ｗのストリップ状中心導体３１
を、誘電体膜２２上に同じく幅ｗのストリップ状中心導
体３２を、それぞれ電気長が１／４波長になる様に接続
して形成する。更に、誘電体２１およびストリップ状中
心導体３１上に誘電率ε₄ の第３の誘電体膜４１を形成
し、誘電体膜２２およびストリップ状中心導体３２上に
第３の誘電体膜４１の誘電率ε₄ よりも高い誘電率ε₅
の第４の誘電体膜４２を形成する。

【００２２】上述の如くに構成した第１０の参考例に信
号を入力した時、接地導体１１とストリップ状中心導体
３１により構成される第１の伝送線路Ａの実効誘電率は
接地導体１２とストリップ状中心導体３２により構成さ
れる第２の伝送線路Ｂの実効誘電率に比して小さいの
で、第１の伝送線路Ａは高インピーダンス線路として動
作し、第２の伝送線路Ｂは低インピーダンス線路として
動作する。そして、第１の伝送線路Ａおよび第２の伝送
線路Ｂを縦続接続することにより、より広帯域なインピ
ーダンス変成器として動作する。また、この参考例は低
インピーダンス線路において中心導体の幅をそれ程大き
くする必要はなくなり、更に実効誘電率が高いので１／
４波長線路の物理長を短く形成することができるので回
路面積を小さくすることができる。そして、高インピー
ダンス線路において中心導体の幅を極端に狭くする必要
もないので、伝送損失を低減することができる。第１０
の参考例において、第１のストリップ状中心導体３１お
よび第２のストリップ状中心導体３２の幅を異にした場
合、第１の誘電体２１および第２の誘電体２２の厚さお
よび誘電率を異にした場合も同様の作用効果を奏す。

【００２３】第１１の参考例を図１７を参照して説明す
る。図１７に示される第１１の参考例は第１０の参考例
に、接地導体１３、誘電率εの誘電体膜２２’、ストリ
ップ状中心導体３３および誘電率がε₆ の第６の誘電体
膜４３により構成される第３の１／４波長伝送線路Ｃを
縦続接続することにより構成されるものである。上述の
如くに構成された第１１の参考例は上述の第１０の参考
例と同様の作用効果を奏すると共に、より広帯域なイン
ピーダンス変成器として動作する。そして、ストリップ
状中心導体３１、３２および３３の幅を異にし、或は誘
電体膜２１、２２および２２’の厚さおよび誘電率を異
にした場合、第４の伝送線路および第５の伝送線路を更
に縦続接続した場合も同様の作用効果を奏す。

【００２４】第１２の参考例を図１８を参照して説明す
る。図１８において、半導体或は誘電体より成る基板４
上に第１の接地導体１１および第２の接地導体１２を接
続し形成する。次いで、接地導体１１上に厚さｈ、誘電
率ε₁ の第１の誘電体膜２１を形成し、接地導体２１上
に厚さｈ、第１の誘電体１１の誘電率ε₁ よりも高い誘
電率ε₂ の第２の誘電体膜２２を形成する。更に、誘電
体膜２１上に幅ｗのストリップ状中心導体３１を、誘電
体膜２２上に幅ｗのストリップ状中心導体３２をそれぞ
れ電気長が１／４波長になる様に接続して形成する。

【００２５】上述の如くに構成された第１２の参考例に
信号を入力した時、接地導体１１とストリップ状中心導
体３１により構成された第１の伝送線路Ａの誘電体膜２
１の誘電率ε₁ は接地導体１２とストリップ状中心導体
３２により構成された第２の伝送線路Ｂの誘電体膜２２
の誘電率ε₂ に比して小さいので、第１の伝送線路Ａの
実効誘電率は第２の伝送線路Ｂの実効誘電率よりも低く
なり、第１の伝送線路Ａは高インピーダンス線路として
動作し、第２の伝送線路Ｂは低インピーダンス線路とし
て動作する。そして、第１の伝送線路Ａおよび第２の伝
送線路Ｂを縦続接続することにより広帯域なインピーダ
ンス変成器として動作することとなる。そして、この第
１２の参考例は低インピーダンス線路においてストリッ
プ状中心導体の幅を極端に大きくすることを要せず、ま
た実効誘電率が高いので１／４波長線路の物理長を短く
形成することができるので回路面積を小さくすることが
できる。更に、高インピーダンス線路において中心導体
の幅を極端に狭くする必要はないので、伝送損失を低減
することができる。

【００２６】この第１２の参考例において、第１のスト
リップ状中心導体３１および第２のストリップ状中心導
体３２の幅、第１の誘電体膜２１および第２の誘電体膜
２２の厚さを異にした場合も上述と同様の作用効果を奏
す。そして、インピーダンス変成器を半導体基板上に上
下反転して配置したもの、第１の伝送線路と第２の伝送
線路の上部に誘電体或は半導体が形成された場合につい
ても同様の作用効果を奏す。第１３の参考例を図１９を
参照して説明する。図１９（Ａ）は第１３の参考例の斜
視図、図１９（Ｂ）は図１９（Ａ）のＡ−Ａ’線につい
ての横断面図、図１９（Ｃ）は図１９（Ａ）のＢ−Ｂ’
線についての縦断面図である。

【００２７】図１９（Ａ）ないし図１９（Ｃ）におい
て、第１の接地導体および第２の接地導体として共通の
接地導体１１が使用され、この共通の接地導体１１上に
厚さｈであって、誘電率ε₁ の第１の誘電体膜２１を形
成し、接地導体１１の下に厚さｈ、第１の誘電体の誘電
率ε₁ よりも高い誘電率ε₂ の第２の誘電体膜２２を形
成する。更に、誘電体膜２１上に幅ｗのストリップ状中
心導体３１を、誘電体膜２２の下に幅ｗのストリップ状
中心導体３２を、それぞれ電気長が１／４波長になる様
に形成する。そして、ストリップ状中心導体３１および
ストリップ状中心導体３２をスルーホール５０を介して
接続している。

【００２８】上述の如くに構成された第１３の参考例は
上述の第１２の参考例と同様の作用効果を奏す。そし
て、第１の伝送線路および第２の伝送線路が共通する接
地導体の上下に各別に配置されているので回路面積を大
幅に縮小することができ、集積回路化に適している。ま
た、ストリップ状中心導体３１およびストリップ状中心
導体３２の幅を異にし、或は誘電体膜２１および誘電体
膜２２の厚さを異にした場合も同様の作用効果を奏す。
更に、第１の伝送線路および第２の伝送線路の上部およ
び下部に誘電体或は半導体が形成された場合も同様であ
る。そして、更なる第３の伝送線路、第４の伝送線路を
縦続接続した場合も同様の作用効果を奏する。

【００２９】第１４の参考例を図２０を参照して説明す
る。図２０に示される第１４の参考例は、図１８による
第１２の参考例に接地導体１３、誘電率ε₃ の誘電体膜
２２’およびストリップ状中心導体３３により構成され
る第３の１／４波長伝送線路Ｃを縦続接続することによ
り構成されている。上述の如くに構成された第１４の参
考例は上述の第１２の参考例と同様の作用効果を奏有す
ると共に、より広帯域なインピーダンス変成器として動
作するに到る。そして、ストリップ状中心導体３１、３
２および３３の幅を異にし、或は誘電体膜２１、２２お
よび２２’の厚さを異にし、或は更に第４の伝送線路、
第５の伝送線路を縦続接続した場合も同様の作用効果を
奏す。第１の伝送線路、第２の伝送線路および第３の伝
送線路の上部に誘電体或は半導体が形成された場合も同
様である。

【００３０】第１５の参考例を図２１を参照して説明す
る。図２１（Ａ）は図１９の参考例におけるストリップ
状中心導体３１、ストリップ状中心導体３２をスパイラ
ル状に構成したものの平面図、図２１（Ｂ）は図２１
（Ａ）のＡ−Ａ’線についての断面図である。第１５の
参考例は図１９における第１３の参考例におけるストリ
ップ状中心導体３１、ストリップ状中心導体３２をスパ
イラル状に構成したものに相当する。この第１５の参考
例も第１の伝送線路と第２の伝送線路の実効誘電率が異
なって形成されているので、低インピーダンス側の伝送
線路においてストリップ状中心導体の幅を極端に広くす
ることを要せず、従って第１の伝送線路および第２の伝
送線路をそれぞれ幅の狭いスパイラル状に構成すること
ができる。そして、ストリップ状中心導体は接地導体の
両面に配置されていて、第１の伝送線路および第２の伝
送線路をスルーホール５０を介して接続することによ
り、高集積度の集積回路用として好適なインピーダンス
変成器を構成することができる。また、パターンレイア
ウトの必要に応じて任意の形状に変形することもでき
る。更に、第１５の参考例は先の第１２の参考例、第１
３の参考例と同様の作用効果を奏する。そして、第１４
の参考例と同様に更に第３の伝送線路、第４の伝送線路
を縦続接続した場合も同様の作用効果を奏す。

【００３１】第１６の参考例を図１３および図１６を参
照して説明する。図１６における第１０の参考例におい
てストリップ状中心導体３１およびストリップ状中心導
体３２を図１３のメアンダ状に構成したものに相当す
る。上述の如くに構成された第１６の参考例は、第１の
伝送線路と第２の伝送線路の実効誘電率を異にして形成
されているので、低インピーダンス側の伝送線路におい
てストリップ状中心導体の幅を極端に広く形成すること
を要しないところから、第１の伝送線路および第２の伝
送線路をそれぞれ幅の狭いメアンダ状に構成することが
できる。従って、この第１２の参考例は高い集積度の集
積回路に好適な参考例であるということができる。そし
て、パターンレイアウトの必要に応じて任意の形状に変
形することもできる。また、この第１６の参考例は第１
０の参考例と同様の作用効果を奏す。更に、この第１６
の参考例は、更に、第３の伝送線路、第４の伝送線路を
縦続接続した場合も同様の作用効果を奏す。

【００３２】第１７の参考例を図１３および図１９を参
照して説明する。第１７の参考例は図１９の参考例にお
いてストリップ状中心導体３１およびストリップ状中心
導体３２をメアンダ状に構成したものに相当する。上述
した通り第１の伝送線路と第２の伝送線路の実効誘電率
は異なって形成されていて、低インピーダンス側の伝送
線路においてストリップ状中心導体の幅を極端に広くす
る必要はないので、第１の伝送線路および第２の伝送線
路をそれぞれ幅の狭いメアンダ状に構成することがで
き、従って高集積度の集積回路用として好適なインピー
ダンス変成器を構成することができる。そして、パター
ンレイアウトの必要に応じて任意の形状に変形すること
もできる。また、この第１７の参考例は上述の第１３の
参考例と同様の作用効果を奏す。そして、更に、第３の
伝送線路、第４の伝送線路を縦続接続した場合も同様の
作用効果を奏す。

【００３３】

【発明が解決しようとする課題】通信用ＭＭＩＣ、ＨＩ
Ｃその他の半導体集積回路において使用されるインピー
ダンス変成器の小型化、広帯域化について、研究開発は
上述した通り活発になされているが、この発明は、これ
らのインピーダンス変成器と比較してより高密度化、小
型化、高性能化された半導体集積回路用のインピーダン
ス変成器を提供するものである。

【００３４】

【課題を解決するための手段】請求項１：共通の接地導
体１１を具備し、共通の接地導体１１の上に厚さｈ、誘
電率εの第１の誘電体膜２１を形成すると共に、接地導
体１１の下に厚さｈ、誘電率εの第２の誘電体膜２２を
形成し、第１の誘電体膜２１の上に幅ｗの第１のストリ
ップ状中心導体３１を１／４波長の電気長に形成すると
共に、第２の誘電体膜２２の下に幅ｗの第２のストリッ
プ状中心導体３２を１／４波長の電気長に形成し、第１
のストリップ状中心導体３１および第２のストリップ状
中心導体３２を第１の誘電体膜２１および第２の誘電体
膜２２を貫通するスルーホール５０を介して接続し、第
１の誘電体膜２１および第１のストリップ状中心導体３
１の上に誘電率がε₄ の第３の誘電体膜４１を形成し、
第２の誘電体膜２２および第２のストリップ状中心導体
３２の下部に第３の誘電体膜の誘電率より高い誘電率ε
₅ の第４の誘電体膜４２を形成したインピーダンス変成
器を構成した。

【００３５】そして、請求項２：請求項１に記載される
インピーダンス変成器において、第１のストリップ状中
心導体３１および第２のストリップ状中心導体３２をス
パイラル状に構成したインピーダンス変成器を構成し
た。

【００３６】

【実施の形態】この発明の実施の形態を図１の実施例を
参照して説明する。図１（Ａ）は実施例の斜視図、図１
（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ’線についての横断面図、
図１（Ｃ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ’線についての縦断面
図である。図１において、特性インピーダンスを異にし
て縦続接続される上側の第１の伝送線路Ａと下側の第２
の伝送線路Ｂの接地導体として共通の接地導体１１を使
用する。この共通の接地導体１１上に厚さｈ、誘電率ε
の第１の誘電体膜２１を形成し、接地導体１１の下に厚
さｈ、誘電率εの第２の誘電体膜２２を形成する。更
に、第１の誘電体膜２１上に幅ｗの第１のストリップ状
中心導体３１を、第２の誘電体膜２２の下に幅ｗの第２
のストリップ状中心導体３２を、それぞれ電気長を１／
４波長に形成する。そして、第１のストリップ状中心導
体３１および第２のストリップ状中心導体３２をスルー
ホール５０を介して接続する。更に、第１の誘電体膜２
１および第１のストリップ状中心導体３１の上に誘電率
がε₄ の第３の誘電体膜４１を形成し、第２の誘電体膜
２２および第２のストリップ状中心導体３２の下部に第
３の誘電体膜の誘電率ε₄ よりも高い誘電率ε₅ の第４
の誘電体膜４２を形成する。

【００３７】上述の如くに構成した縦続接続されたイン
ピーダンス変成器に信号を入力した時、接地導体１１と
第１のストリップ状中心導体３１により構成される第１
の伝送線路Ａの実効誘電率は接地導体１２と第２のスト
リップ状中心導体３２により構成される第２の伝送線路
Ｂの実効誘電率に比較して小さいので、第１の伝送線路
Ａは高インピーダンス線路として動作し、第２の伝送線
路Ｂは低インピーダンス線路として動作する。そして、
第１の伝送線路Ａおよび第２の伝送線路Ｂを縦続接続す
ることにより、より広帯域なインピーダンス変成器とし
て動作する。また、この実施例は低インピーダンスの第
２の伝送線路Ｂにおいて中心導体の幅をそれ程大きくす
る必要はなくなり、更に実効誘電率が高いので１／４波
長線路の物理長を短く形成することができ、集積回路全
体としての占有面積を小さくする上に貢献する。そし
て、高インピーダンスの第１の伝送線路Ａにおいて中心
導体の幅を極端に狭くする必要もないので、伝送損失を
低減することができる。

【００３８】そして、第１の伝送線路Ａおよび第２の伝
送線路Ｂが共通する接地導体の上下に配置されていると
ころから回路面積を大幅に縮小することができ、高集積
度集積回路化に適している。また、第１のストリップ状
中心導体３１および第２のストリップ状中心導体３２の
幅を異にし、或いは第１の誘電体膜２１および第２の誘
電体膜２２の厚さおよび誘電率を異なるものとした場合
も同様の作用効果を奏す。第３の伝送線路、第４の伝送
線路を更に縦続接続した場合も同様の作用効果を奏す。
図２をも参照して他の実施例を参照して説明する。

【００３９】図２（Ａ）は図１の実施例においてストリ
ップ状中心導体３１およびストリップ状中心導体３２を
スパイラル状に構成したものの平面図、図２（Ｂ）は図
２（Ａ）のＡ−Ａ’線についての断面図である。この実
施例は第１の伝送線路Ａと第２の伝送線路Ｂの実効誘電
率を異にして形成されているので低インピーダンス側の
第２の伝送線路Ｂにおいてストリップ状中心導体の幅を
極端に広く形成することを要しないところから、第１の
伝送線路Ａおよび第２の伝送線路Ｂはそれぞれ幅の狭い
スパイラル状に構成することができる。第１の伝送線路
Ａと第２の伝送線路Ｂはまた、接地導体１１の別異の面
に配置されてスルーホール５０を介して接続することに
より厚さ方向に形成され、高集積度集積回路化に適した
インピーダンス変成器が構成される。更に、パターンレ
イアウトの必要に応じて、任意の形状に変形することも
できる。そして、この実施例も先の実施例と同様の作用
効果を奏す。また、先の実施例と同様に、更なる第３の
伝送線路、第４の伝送線路を縦続接続した場合も同様の
作用効果を奏す。更に、これらの実施例において最も誘
電率の低い誘電体である第３の誘電体膜４１を空気によ
り構成することもできる。

【００４０】

【発明の効果】以上の通りであって、この発明によれ
ば、第１の伝送線路Ａと第２の伝送線路Ｂの接地導体を
共通接地導体により形成し、第１の伝送線路Ａと第２の
伝送線路Ｂとを各別の面に厚さ方向に形成することによ
り、縦続接続されたインピーダンス変成器の厚みを殆ど
増加させずに占有回路面積を一層小さくすることがで
き、これを組み込んだ集積回路の高密度化、小型化、高
性能化に貢献する。そして、伝送路の層間のカップリン
グがないので損失が小さくなるという効果も生ずる。ま
た、第３の伝送線路、第４の伝送線路を更に縦続接続し
て伝送線路の段数を増加することにより一層の広帯域化
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例を説明する図。

【図２】他の実施例を説明する図。

【図３】従来例の斜視図。

【図４】他の従来例の斜視図。

【図５】第１の参考例を説明する図。

【図６】図５の続き。

【図７】第２の参考例を説明する図。

【図８】第３の参考例を説明する図。

【図９】図８の続き。

【図１０】第４の参考例を説明する図。

【図１１】第５の参考例を説明する図。

【図１２】第６の参考例を説明する図。

【図１３】第７、第１６、第１７の参考例を説明する
図。

【図１４】第８の参考例を説明する図。

【図１５】第９の参考例を説明する図。

【図１６】第１０の参考例を説明する図。

【図１７】第１１の参考例の斜視図である。

【図１８】第１２の参考例を説明する図。

【図１９】第１３の参考例を説明する図。

【図２０】第１４の参考例を説明する図。

【図２１】第１５の参考例を説明する図。

【符号の説明】

１１共通の接地導体２１第１の誘電体膜２２第２の誘電体膜３１第１のストリップ状中心導体３２第２のストリップ状中心導体４１第３の誘電体膜４２第４の誘電体膜５０スルーホール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭54−39551（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−101648（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−24102（ＪＰ，Ａ) 特開平５−110311（ＪＰ，Ａ) 特開平６−291518（ＪＰ，Ａ) 実開平３−77505（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01P 5/02 603 H01P 3/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】共通の接地導体を具備し、共通の接地導体の上に第１の誘電体膜を形成すると共
に、接地導体の下に第２の誘電体膜を形成し、第１の誘電体膜の上に第１のストリップ状中心導体を１
／４波長の電気長に形成すると共に、第２の誘電体膜の
下に第２のストリップ状中心導体を１／４波長の電気長
に形成し、第１のストリップ状中心導体および第２のストリップ状
中心導体を第１の誘電体膜および第２の誘電体膜を貫通
するスルーホールを介して接続し、第１の誘電体膜および第１のストリップ状中心導体の上
に第３の誘電体膜を形成し、第２の誘電体膜および第２
のストリップ状中心導体の下部に第３の誘電体膜の誘電
率より高い誘電率の第４の誘電体膜を形成したことを特
徴とするインピーダンス変成器。
【請求項２】請求項１に記載されるインピーダンス変
成器において、第１のストリップ状中心導体および第２のストリップ状
中心導体をスパイラル状に構成したことを特徴とするイ
ンピーダンス変成器。