JP3347640B2 - 高周波用伝送線路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高周波信号の伝送、
例えばマイクロ波・ミリ波帯域の高周波信号回路基板等
における信号伝送に好適な高周波用伝送線路に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、マイクロ波帯域やミリ波帯域
の高周波電気信号を伝送するための高周波用伝送線路と
して、例えばマイクロストリップ線路が用いられてい
る。

【０００３】高周波用伝送線路としての従来のマイクロ
ストリップ線路は、図４に斜視図で示すように、絶縁層
としてならびに線路導体３の支持層として機能する平板
状の誘電体基板１と、誘電体基板１の下面（裏面）のほ
ぼ全面に被着形成されたグランド導体層２と、誘電体基
板１の上面（表面）にグランド導体層２と相対するよう
に被着形成された所望の導体パターンである線路導体
（ストリップ線路）３とから成る構造である。

【０００４】また、誘電体基板１の材料には例えば各種
の絶縁性セラミックスや絶縁性樹脂あるいはその他の誘
電体が用いられており、グランド導体層２と線路導体３
の材料には誘電体基板１の材料に応じてその上に被着形
成可能な各種の導体材料が用いられる。

【０００５】そして、通常は誘電体基板１の裏面にグラ
ンド導体層２を、表面に所望のパターン形状の線路導体
３を形成して、高周波信号を用いる電気回路あるいは電
子回路を誘電体基板１上に平面的に実現されている。

【０００６】このようなマイクロストリップ線路は、高
周波信号の伝送に導波管等を用いた立体的な高周波回路
と比較して生産性および集積性に優れていることから、
小型化および高集積化ならびに量産に適した高周波回路
基板用の伝送線路として利用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の高周波用伝送線路においては、平板状の誘
電体基板１の表面に導体パターンとして線路導体３が被
着形成されるという構造自体が有する電気特性上の問題
点があった。

【０００８】すなわち、マイクロストリップ線路によっ
て伝送される高周波信号は線路導体３を伝搬する電磁波
であるが、そのモードは準ＴＥＭ（Transverse Electro
-Magnetic ）モードとなっている。このモードにおける
電界（電気力線）は、線路導体３の上面から出る電気力
線も多少は存在するが、図４中に矢印の列で示すよう
に、大部分の電気力線が線路導体３からグランド導体層
２の面に向かって分布しており、線路導体３と誘電体基
板１との接合部から誘電体基板１中を貫通してグランド
導体層２へ達するものである。これは、線路導体３とグ
ランド導体層２間において最小作用の原理を満たすよう
に決定されるポテンシャルに従って電磁界が分布するた
めであり、この結果として、電界の大部分は誘電体基板
１中において線路導体３とグランド導体層２とで挟まれ
る部分に存在することとなる。

【０００９】さらに、線路導体３における電流密度を考
慮すると、線路導体３の断面形状が通常は図４に示した
ような横長の矩形状または上に凸の円弧状であることか
ら、線路導体３の両端部で電流密度が著しく増大してい
るので電磁界のエネルギー分布が誘電体基板１に接して
いる側の線路導体３の両端に集中することとなり、線路
導体３の端部を集中して流れる電流が導体の抵抗により
熱エネルギーに転換されて電気的なロスを生じてしま
い、その結果、伝送損失を生ずるという問題点があっ
た。

【００１０】また、このため特に数十ＧＨｚといった高
周波帯域において線路導体３における伝送損失が増大す
るという問題点もあった。

【００１１】本発明は上記従来技術における問題点に鑑
みて本発明者が鋭意研究に努めた結果完成されたもので
あり、その目的は、高周波用伝送線路であるマイクロス
トリップ線路において、線路導体の両端部への電界や電
流の集中を緩和することにより、高周波信号の伝送損失
を低減した、良好な伝送特性を有する高周波用伝送線路
を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の高周波用伝送線
路は、誘電体基板の表面に線路導体を設け、裏面にグラ
ンド導体層を設けるとともに前記線路導体と対向する領
域に前記グランド導体層と線路導体の中央部との距離が
線路導体の端部との距離よりも短くなるような溝を形成
したことを特徴とするものである。

【００１３】本発明の高周波用伝送線路によれば、グラ
ンド導体層が設けられる誘電体基板の裏面の線路導体と
対向する領域にグランド導体層と線路導体の中央部との
距離が線路導体の端部との距離よりも短くなるような溝
を形成したことから、線路導体の中央部とグランド導体
層との距離が線路導体の端部とグランド導体層との距離
よりも相対的に近接することにより、線路導体の中央部
と溝の最も深くなっている部分との間における誘電体基
板の厚さが線路導体の端部とグランド導体層の平坦部と
の間における誘電体基板の厚さと比較して薄くなる。こ
のことは、電気的な距離における最短経路を考えるとき
にも線路導体の中央部とグランド導体層との間の距離が
線路導体の端部とグランド導体層との間の距離よりも近
接することに相当し、これにより従来のマイクロストリ
ップ線路構造において見られたような線路導体の端部に
おける電界および電流の集中を緩和することが可能とな
る。この結果、高周波信号の伝送損失を低減した、良好
な伝送特性を有する高周波用伝送線路となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の高
周波用伝送線路につき詳細に説明する。図１は本発明の
高周波用伝送線路の実施の形態の一例を示す、図４と同
様の斜視図である。

【００１５】図１において、４は誘電体基板、５は誘電
体基板４の裏面に設けられたグランド導体層、６は誘電
体基板４の表面に設けられた線路導体である。そして７
は誘電体基板４の裏面に形成された溝であり、線路導体
６と対向する領域に、グランド導体層５と線路導体６の
中央部との距離がグランド導体層５と線路導体６の端部
との距離よりも短くなるように、線路導体６とほぼ同じ
幅・ほぼ同じ長さで形成されている。

【００１６】誘電体基板４は絶縁層として、ならびに線
路導体６の支持層として機能し、その材料には、例えば
アルミナ系材料・窒化アルミ系材料等の各種の絶縁性セ
ラミックス、あるいはＰＴＦＥ（テフロン）やガラスエ
ポキシ等の絶縁性樹脂等の誘電体材料が用いられてい
る。誘電体基板４の厚み・寸法等は、高周波用伝送線路
が使用される高周波回路の仕様に応じて、所望のインピ
ーダンス例えば50Ωを実現するように、他の構成部材と
の関連で設定される。

【００１７】グランド導体層５は誘電体基板４の裏面
（下面）のほぼ全面に被着形成された例えばタングステ
ン・モリブデン・銅・銀・金等から成る導体層であり、
適当な手段や方法により接地されている。

【００１８】また、線路導体６は誘電体基板４の表面
（上面）に所望のパターン形状、通常は直線状に被着形
成された、グランド導体層５と同様の材料から成る線路
導体層であり、適当な手段や方法により高周波回路の信
号線等と接続されている。

【００１９】これらグランド導体層５および線路導体６
の材料には誘電体基板４の材料に応じてその上に被着形
成可能な導体材料が用いられ、マイクロ波帯域やミリ波
帯域の高周波信号に対しては、例えばアルミナ系材料の
誘電体基板４とクロム−ニッケル−金から成るグランド
導体層５・線路導体６との組合せを用いればよい。

【００２０】そして、本発明の高周波伝送線路において
は、線路導体６の中央部とグランド導体層５との物理的
距離が線路導体６の端部とグランド導体層５との物理的
距離よりも相対的に近接するように、誘電体基板４の裏
面の線路導体６と対向する領域に溝７を形成している。
これにより、線路導体６の下面における線路導体６とグ
ランド導体層５との電気的距離においても、線路導体６
端部−グランド導体層５間の最短距離よりも線路導体６
中央部−グランド導体層５間の距離の方が短い構造を実
現することが可能となる。

【００２１】このため、図１中に矢印の列で示したよう
に線路導体６の両端への電界の集中が緩和され、それに
伴って電流の集中も緩和されて、線路導体６中を伝搬す
る高周波信号の伝送損失の発生を抑制し低減することが
可能となる。

【００２２】次に、図２は本発明の高周波用伝送線路の
実施の形態の他の例を示す、図１と同様の斜視頭であ
る。同図において図１と同様の箇所には同じ符号を付し
てある。図２に示した例においては、図１に示した例に
おいて誘電体基板４の裏面に形成した溝７が断面形状が
円弧状であったのに対して、溝７’の断面形状を三角形
状としている。これによっても、線路導体６端部−グラ
ンド導体層５間よりも線路導体６中央部−グランド導体
層５間の距離が相対的に近接することとなるので、線路
導体６の下面における線路導体６の両端への電界の集中
が緩和され、それに伴って電流の集中も緩和されて、線
路導体６中を伝搬する高周波信号の伝送損失の発生を抑
制し低減することが可能となる。

【００２３】このように、溝７・７’の断面形状として
は円弧状であっても三角形状であってもよく、線路導体
６と対向する領域においてグランド導体層５と線路導体
６の中央部との距離がグランド導体層５と線路導体６の
端部との距離よりも短くなるような形状であれば、さら
に多角形等の種々の形状としてもよい。

【００２４】また、溝７・７’の幅ならびに深さについ
ては、この高周波用伝送線路が使用される高周波回路の
仕様に応じて、所望のインピーダンス例えば50Ωを実現
するように設定すればよく、同時にこの線路導体６の断
面形状や幅・厚み等の寸法、誘電体基板４の厚みについ
ても、この高周波用伝送線路が使用される高周波回路の
仕様に応じて、所望のインピーダンス例えば50Ωを実現
するように、他の構成部材との関連で設定すればよい。

【００２５】なお、本発明の高周波伝送線路における線
路導体６の断面形状は、平坦な無多基板４の表面上に形
成されることからその基部は事実上ほぼ平坦となるが、
その他には線路導体６の断面について構造上の制約はな
い。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の高周波用伝送線路について具
体例を示す。まず、誘電体基板４として、厚み0.5 ｍ
ｍ、材料定数εr （比誘電率）＝9.56なる値を持つアル
ミナ系材料から成る基板を用い、その表面に線路導体６
としてクロム−ニッケル−金から成る幅0.44ｍｍの導体
層を形成した。また裏面には線路導体６に対向する領域
に断面形状が半径0.1 ｍｍの円弧状の溝７を形成し、誘
電体基板４の裏面の全面にわたって線路導体６と同じ材
料でグランド導体層５を被着形成し、図１に示した構成
の本発明の高周波用伝送線路Ａを作製した。

【００２７】また、比較例の高周波用伝送線路として、
基板４の裏面に溝７を形成せず、裏面が平坦なままとし
た他は上記と同様にして、図４に示した構成の従来の高
周波用伝送線路（マイクロストリップ線路）Ｂを作製し
た。

【００２８】そして、これら高周波用伝送線路Ａおよび
Ｂについて高周波信号の伝送特性をネットワークアナラ
イザを用いて測定し、それぞれの伝送線路のＳパラメー
タ（Scattering Paramter ：散乱パラメータ）として反
射係数Ｓ11ならびに透過係数Ｓ21の周波数特性を求め
た。

【００２９】これらの結果のうち、透過係数Ｓ21の周波
数特性について図３に線図で示す。

【００３０】図３において横軸は周波数ｆ（単位：ＧＨ
ｚ）を、縦軸は透過係数Ｓ21（単位：ｄＢ）を表わし、
曲線Ａは本発明の高周波用伝送線路Ａについての特性曲
線を、曲線Ｂは比較例の高周波用伝送線路Ｂについての
特性曲線をそれぞれ示している。

【００３１】これらの結果より分かるように、本発明の
高周波用伝送線路Ａにおいては比較例の高周波用伝送線
路Ｂと比較して26.5ＧＨｚまでの周波数において最大で
0.02ｄＢと透過係数Ｓ21が大きく、すなわち挿入損失が
小さくて、良好な伝送特性を示している。

【００３２】これにより、本発明の高周波用伝送線路に
よれば、特に高周波領域において伝送損失を抑制し低減
することが可能であり、高周波信号の良好な伝送特性を
有する高周波用伝送線路となることが確認できた。

【００３３】なお、本発明は以下の例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更
・改良を施すことは何ら差し支えない。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明の高周波用伝送線路
によれば、誘電体基板の表面に線路導体を設け、裏面に
グランド導体層を設けるとともに、裏面の線路導体と対
向する領域にグランド導体層と線路導体の中央部との距
離がグランド導体層と線路導体の端部との距離よりも短
くなるような溝を形成した構造としたことから、線路導
体の中央部とグランド導体層との距離が線路導体の端部
とグランド導体層との距離よりも相対的に近接すること
により、線路導体の中央部と溝の最も深くなっている部
分との間における誘電体基板の厚さが線路導体の端部と
グランド導体層の平坦部との間における誘電体基板の厚
さと比較して薄くなり、電気的な距離もまた近接するこ
とに相当し、これにより従来のマイクロストリップ線路
構造において見られたような線路導体の端部における電
界および電流の集中を緩和することが可能となって、そ
の結果、高周波用伝送線路であるマイクロストリップ線
路において、高周波信号の伝送損失を低減した、良好な
伝送特性を有する高周波用伝送線路を提供することがで
きた。

【００３５】また、本発明の高周波用伝送線路によれ
ば、誘電体基板の裏面に溝を形成したことにより、高周
波回路の外部回路基板に実装するときに半田あるいは導
電性接着剤による接着面を裏面が平坦なものより広く取
ることが可能となり、接着強度を向上させることもでき
るものとなる。

【００３６】さらに、本発明の高周波用伝送線路によれ
ば、高周波信号に対して伝送損失の小さい良好な伝送特
性を有する高周波用伝送線路となることから、高周波回
路に好適な高周波用伝送線路となり、例えば無線機器等
の高周波回路部分のマイクロ波・ミリ波回路の回路基板
における伝送線路として使用した場合には、消費電力の
削減が図れるものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高周波用伝送線路の実施の形態の一例
を示す斜視図である。

【図２】本発明の高周波用伝送線路の実施の形態の他の
例を示す斜視図である。

【図３】高周波用伝送線路の透過係数Ｓ21の周波数特性
を示す線図である。

【図４】従来の高周波用伝送線路（マイクロストリップ
線路）の構造を示す斜視図である。

【符号の説明】

４・・・・・誘電体基板 ５・・・・・グランド導体層 ６・・・・・線路導体 ７、７’・・溝

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体基板の表面に線路導体を設け、裏
   面にグランド導体層を設けるとともに前記線路導体と対
   向する領域に前記グランド導体層と線路導体の中央部と
   の距離が線路導体の端部との距離よりも短くなるような
   溝を形成したことを特徴とする高周波用伝送線路。