JP3398527B2 - 伝送線路の交差構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は伝送線路の交差構
造、特にマイクロ波帯以上の高周波信号を扱うプリント
基板、ＩＣ回路等において、高周波側伝送線路と低周波
側伝送線路を電気的絶縁を以て交差させるための構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の通信に用いられる装置では、マイ
クロ波帯等の高周波の信号を伝送する高周波側伝送線路
と、電源回路、信号処理回路等に用いられる制御信号等
を伝送する低周波側伝送線路を１つのプリント基板、或
いはＩＣ回路に形成する場合、これらの伝送線路を交差
させる必要がある。

【０００３】図１２〜図１４には、従来の伝送線路の交
差構造が示されている。図１２の例では、高周波側（マ
イクロ波）伝送線路１の切れ目に、ジャンパーチップ、
チップ抵抗、チップコンデンサ等の回路チップ２がプリ
ント基板３上に取り付けられており、この回路チップ２
の下側を低周波側伝送線路４が通される。そして、この
低周波伝送線路４の適当な位置に、高周波的な接地をす
るコンデンサ５，６が配置される。

【０００４】図１３の例では、ＩＣ回路等の基板７に形
成された低周波側伝送線路４の交差部にエアーブリッジ
８が形成されているが、上記低周波側伝送線路４の上に
絶縁膜を形成し、この絶縁膜の上に交差パターンを形成
することも行われる。図１４の例では、高周波側伝送線
路１との交差部において、低周波側伝送線路４を図
（Ｂ）の裏面に形成し、この裏面の伝送線路４がスルー
ホール９を用いて図（Ａ）の表面の低周波側伝送線路４
と接続される。なお、図１３及び図１４でも、適当な場
所にコンデンサ５，６が配置される。このようにして、
図１２〜図１４の構成では、高周波側伝送線路１と低周
波側伝送線路４が電気的な絶縁状態で交差される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
伝送線路の交差構造では、低周波側伝送線路４がマイク
ロ波帯等の高周波数帯で共振し、また両伝送線路間の結
合容量等の影響もあって、高周波帯の信号の伝送特性が
劣化する場合があるという問題がある。即ち、図１５に
は、上記図１２〜図１４の回路の等価回路が示されてお
り、図の１０は信号源であり、１１は負荷である。この
図から明らかなように、高周波側伝送線路１と低周波側
伝送線路４との間には、結合容量１２Ａが存在する。

【０００６】そして、高周波的接地をするために設けら
れたコンデンサ５，６の存在等により、低周波側伝送線
路４ではある周波数で共振状態となる。例えば、計算を
簡単にするために、上記コンデンサ５，６の容量値が無
限大と仮定すれば、このコンデンサ５，６間の距離ＸO
が周波数ｆO の波長λｇの１／２の長さの場合、この線
路は周波数ｆO で共振する。このとき、図１２に示され
る定在波１００が生じ、低周波側伝送線路４の中点（図
１５のＢ点）でインピーダンスは最大となる。

【０００７】即ち、上記のＢ点のインピーダンスＺB
は、次の式で表される。 ＺB ＝ｊ（１／２）Ｚw tan [(２π／λｇ)×(ＸO ／２)] … （１） ここで、Ｚw は低周波側伝送線路４の特性インピーダン
ス、ＸO はコンデンサ５，６間の距離である。この
（１）式から明らかなように、距離ＸO がｎ×（λｇ／
２）［但し、ｎ＝１，３，５，７…］で、インピーダン
スＺB は最大となり、従って上記のように距離ＸO ＝λ
ｇ／２のときには、インピーダンスＺB が最大となる。
そのため、後述の図１６に示されるように、上記の最大
値となる波長に対応した各周波数で伝送特性が劣化する
ことになる。

【０００８】そうして、上記高周波側伝送線路１の交点
Ａ（図１５）からみた場合のインピーダンスＺA は、上
記インピーダンスＺB の他に、結合容量１２Ａのインピ
ーダンスが影響することになる。即ち、この結合容量１
２Ａのインピーダンス成分は、１／ｊωＣ12A （Ｃ12A
：結合容量１２Ａの値）で表すことができ、この結合
容量１２Ａを小さくしたとしても、その影響は大きいも
のとなる。また、上記コンデンサ５，６から外側の回路
のインピーダンスも影響を与えるため、実際の共振周波
数を確認することは困難であるが、いずれにしても、上
述した共振時にマイクロ波の反射特性が著しく劣化す
る。

【０００９】図１６には、従来回路におけるマイクロ波
の伝送特性が示されており、図の特性線ＳA が反射損失
を示し、上側の特性線ＳB が挿入損失を示している。こ
の図の反射損失特性線ＳA に示されるように、従来では
低周波側伝送線路４の共振現象により、反射特性の大幅
な劣化（変化）が周期的に現れることになる。

【００１０】そして、このような伝送特性の劣化の状態
は、低周波側伝送線路４及びコンデンサ５，６等のレイ
アウトによって異なることになる。従って、基板上にお
ける伝送線路配置の自由度が著しく制限されると共に、
電源ライン等の変更であっても、マイクロ波等の伝送特
性の確認が必要になる等の不都合がある。

【００１１】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、マイクロ波又はミリ波の伝
送特性が安定し、伝送線路の配置が自由にでき、電源ラ
イン等の変更があった場合でも伝送特性の確認が不要と
なる伝送線路の交差構造を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、マイクロ波帯又はそれよりも高い周波数
帯の信号を伝送する高周波側伝送線路と、低周波数帯の
信号を伝送する低周波側伝送線路とを電気的絶縁を維持
して交差させる伝送線路の交差構造において、上記高周
波側伝送線路を伝搬する周波数の波長をλｇとすると、
上記低周波側伝送線路の上記交差部中心を挟んだλｇ／
４以下の距離内の交差部近傍に、高周波的に接地する手
段を設けたことを特徴とする。上記において、例えば高
周波的接地手段は交差部中心を挟んで２個配置される
が、この接地手段は、交差部近傍の上記２個の位置から
外側の位置にも、それぞれ１個以上を配置し、多段構成
とすることもできる。更に、この接地手段として、上記
使用周波数の波長λｇの１／４の長さの先端開放パター
ン又は薄膜コンデンサを配置することができる。

【００１３】

【作用】上記構成によれば、交差部中心を挟んでλｇ／
４以下の距離内の範囲に、高周波的接地手段が設けられ
るので、低周波側伝送線路により発生する従来のような
共振周波数は、少なくとも高周波側伝送線路の使用周波
数の約２倍以上の周波数となるため、使用周波数帯にお
ける高周波側伝送線路の伝送特性の劣化を防ぐことが可
能となる。

【００１４】また、先端開放パターン又は薄膜コンデン
サを用いた場合には、従来のコンデンサチップのよう
に、物理的な大きさに合った波長の周波数の接地が阻害
されることがないので、高周波接地が良好に行えること
になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１には、第１の実施形態に係る
伝送線路の交差構造が示され、図２には図１の等価回路
が示されている。図１において、プリント基板１４上に
設けられた高周波側伝送線路１の交差部には、従来と同
様に、その切れ目にジャンパーチップ、チップ抵抗、チ
ップコンデンサ等の回路チップ２が浮かせて配置され、
バイアス制御線等の低周波側伝送線路１５は、コの字型
に上記回路チップ２の下側に迂回されて配置される。そ
して、この迂回部にマイクロ波又はミリ波における使用
周波数の波長λｇの１／４の長さの２個のスタブ（先端
開放パターン）１６Ａ，１６Ｂが設けられる。即ち、こ
のスタブ１６Ａ，１６Ｂは、その端部が当該例では交差
部中心を挟んだλｇ／４以下の距離に配置される。

【００１６】このスタブ１６Ａ，１６Ｂは、上記のよう
にλｇ／４の長さとすることにより、当該使用周波数の
波長λｇの信号について高周波接地の役目をすることに
なる。また、従来と同様に、上記低周波側伝送線路１５
に、高周波的接地をするコンデンサ５，６がスルーホー
ル１７，１８を介して配置されており、このコンデンサ
５，６は図２に示されるように、上記スタブ１６Ａ，１
６Ｂから距離Ｘ1 ，Ｘ2 だけ離されている。

【００１７】図３には、第２の実施形態に係る伝送線路
の交差構造が示され、図４には図３の等価回路が示され
ている。この第２例では、上記スタブ１６の代りに接地
用コンデンサ２０を用いたものであり、図示のように、
２個のコンデンサ（チップコンデンサ）２０Ａ，２０Ｂ
がコの字状迂回部の低周波側伝送線路１５とスルーホー
ル２１Ａ，２１Ｂとの間に接続される。そして、このコ
ンデンサ２０Ａ，２０Ｂのチップ間は、λｇ／４以下の
距離とされる。このコンデンサ２０Ａ，２０Ｂによれ
ば、比較的低い方の高周波帯において、使用周波数波長
λｇの信号だけでなく、その周辺の広帯域の信号につ
き、高周波接地の役目をすることになる。

【００１８】図５又は図６は、上記第１及び第２の実施
形態の構成が適用できる交差部の他の例が示されてい
る。図５の場合は、高周波側伝送線路１の交差部に、ジ
ャンパー用金属成形品２２が配置されたものであり、図
６の場合は、半導体回路基板２４において、高周波側伝
送線路１の交差部にエアーブリッジ２５が形成されたも
のである。このような回路においても、図示のように、
２個のスタブ１６Ａ，１６Ｂを交差部の中心を挟んだλ
ｇ／４以下の距離内に配置し、又はこのスタブ１６Ａ，
１６Ｂの代りにコンデンサ２０Ａ，２０Ｂを配置するこ
とができる。

【００１９】上記のような第１及び第２の実施形態の構
成によれば、図２及び図４の等価回路に示されるよう
に、低周波側伝送線路１５は高周波側伝送線路１を伝搬
する周波数帯において共振しないため、結合容量１２
Ｂ，１２Ｃを介して高周波側伝送線路１の伝送特性を劣
化させることはない。

【００２０】図７には、上記第１の実施形態でスタブ１
６の配置間隔を変えた場合のマイクロ波伝送特性が示さ
れており、特性線ＳA が反射損失を示し、特性線ＳB が
挿入損失を示している。この図から分かるように、図２
の結合容量１２Ｂ、低周波側伝送線路１５で構成される
共振回路の共振周波数の波長が、高周波側伝送線路１を
伝搬する周波数の波長の１／２の長さにほぼ一致する場
合には、スタブ１６Ａ，１６Ｂの間隔をλｇ／４以下と
すれば、反射損失が−２０ｄＢ以下となり、良好な伝送
特性を得ることができる。また、この間隔がλｇ／２未
満であれば、ある程度の特性が得られることが分かる。
なお、上記共振回路の共振周波数の波長は、回路構成に
よっては、必ずしもλｇ／２にほぼ一致するとは言えな
い。しかし、一般的には、スタブ１６Ａと１６Ｂの間隔
をλｇ／４以下としておけば、共振回路構成によらず、
ある程度の効果が期待できる。これは、他の実施形態で
も同様である。

【００２１】図８には、上記第１の実施形態で使用周波
数を１０ＧＨｚとし、コンデンサ５，６の距離Ｘ1 ，Ｘ
2 （図２）を変化させた場合のマイクロ波伝送特性が示
されている。この図から明らかなように、この例では使
用周波数１０ＧＨｚを中心として１０％程度の帯域幅の
範囲で、接地コンデンサ（５，６）までの距離に拘わら
ず、安定した特性が得られている。これと同様な効果
が、第２の実施形態においても得られた。

【００２２】図９及び図１０には、第３の実施形態の構
成が示されており、この第３の例は使用周波数を広帯域
化させたものである。図９において、高周波側伝送線路
１と低周波側伝送線路１５の構成及びスタブ１６Ａ，１
６Ｂの配置は、第１の実施形態の場合と同様となってい
る。そして、このスタブ１６Ａ，１６Ｂから約λｇ／４
の距離だけ離した位置において、高周波接地用のコンデ
ンサ２７Ａ，２７Ｂがスルーホール２８Ａ，２８Ｂと低
周波側伝送線路１５との間に接続され、またこの低周波
側伝送線路１５には、従来と同様のコンデンサ５，６が
上記コンデンサ２７Ａ，２７Ｂから距離Ｘ1 ，Ｘ2 だけ
離されて配置される。

【００２３】このような第３の実施形態の構成によれ
ば、スタブ１６とコンデンサ２７Ａ，２７Ｂの両者によ
り交差部近傍での高周波的接地の役目をさせることがで
きる。ここで、上記コンデンサ２７Ａ，２７Ｂは、比較
的低い周波数帯の信号について接地の効果を得ることが
できるが、高い周波数帯になると、そのチップの長さ
（物理的大きさ）が波長に近づいてくるため、高周波接
地を得ることが困難となる。従って、この例では、高い
周波数帯の使用周波数（波長λｇ）について、λｇ／４
のスタブ１６Ａ，１６Ｂにより接地をとり、低い周波数
帯については、コンデンサ２７Ａ，２７Ｂで接地をとる
ようにし、これによって広帯域の周波数で良好な伝送特
性を得ることが可能となる。

【００２４】なお、薄膜コンデンサを使用した場合は、
上記のコンデンサチップのような物理的な大きさによる
影響がないので、上記スタブ１６の代りに薄膜コンデン
サを用いて、高い周波帯についての接地効果を得ること
もできる。

【００２５】図１１には、第３の実施形態において、上
記スタブ１６を周波数１０ＧＨｚの波長の１／４の長さ
に設定し、図１０の距離Ｘ1 ，Ｘ2 を変化させたときの
マイクロ波伝送特性が示されており、この図に示される
ように、１２ＧＨｚ以下の周波数には、反射特性線ＳA
に大きな変化がみられず、当該例では広帯域において良
好な伝送特性が維持されている。

【００２６】上記各実施形態では、スタブ１６Ａ，１６
Ｂ、コンデンサ２０Ａ，２０Ｂ等の２個の高周波的接地
手段を、交差部中心に対し対称となる位置に配置する場
合を説明したが、これらの高周波接地手段は、上記距離
内に不対称状態で配置してもよい。また、これらの高周
波的接地手段は、交差部近傍に１つだけ配置することも
可能であり、これによっても、ある程度の効果を期待す
ることができる。

【００２７】また、上記各実施形態では、高周波側伝送
線路１を分離する例を示したが、低周波側伝送線路４を
分離する場合にも、本発明を適用することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高周波側伝送線路と低周波側伝送線路との交差部におい
て、低周波側伝送線路側に、交差部中心を挟んだλｇ／
４以下の距離内に、高周波的に接地する手段を設けたの
で、低周波側伝送線路が共振することにより生じるイン
ピーダンスを小さくでき、マイクロ波又はミリ波の伝送
特性を安定化させることが可能となる。従って、各伝送
線路の配置が自由にでき、電源ライン等の変更があった
場合でも伝送特性の確認が不要となるという利点があ
る。

【００２９】また、上記高周波的接地手段として、λｇ
／４の長さの先端開放パターン又は薄膜コンデンサを配
置すれば、物理的な大きさを持ったコンデンサチップの
ように、高い周波数の接地が阻害されることがなく、伝
送信号周波数の広帯域化が図れるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る伝送線路の交差
構造を示す図である。

【図２】図１の回路の等価回路を示す図である。

【図３】第２の実施形態の交差構造を示す図である。

【図４】図３の回路の等価回路を示す図である。

【図５】第１及び第２の実施形態の変形例を示す図であ
る。

【図６】第１及び第２の実施形態の他の変形例を示す図
である。

【図７】第１の実施形態で得られたマイクロ波伝送特性
を示すグラフ図である。

【図８】第１の実施形態において、使用周波数の波長λ
ｇを１０ＧＨｚとし、図２の距離Ｘ1 ，Ｘ2 を変化させ
たときのマイクロ波伝送特性を示すグラフ図である。

【図９】第３の実施形態の交差構造を示す図である。

【図１０】図９の回路の等価回路を示す図である。

【図１１】第３の実施形態において、図１０の距離Ｘ1
，Ｘ2 を変化させたときのマイクロ波伝送特性を示す
図である。

【図１２】従来の伝送線路の交差構造の一例で、回路チ
ップが用いられた例を示す図である。

【図１３】従来の伝送線路の交差構造の一例で、エアー
ブリッジが用いられた例を示す図である。

【図１４】従来の伝送線路の交差構造の一例で、一方が
スルーホールにより裏面に配置された例を示す図であ
る。

【図１５】従来の構成の等価回路を示す図である。

【図１６】従来回路でのマイクロ波伝送特性を示すグラ
フ図である。

【符号の説明】

１ … 高周波側伝送線路、 ２ … 回路チップ、 ４，１５ … 低周波側伝送線路、 ５，６，２０Ａ，２０Ｂ，２７Ａ，２７Ｂ … コンデ
ンサ、 １６Ａ，１６Ｂ … 先端開放パターン（スタブ）。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波帯又はそれよりも高い周波数
   帯の信号を伝送する高周波側伝送線路と、低周波数帯の
   信号を伝送する低周波側伝送線路とを電気的絶縁を維持
   して交差させる伝送線路の交差構造において、 上記高周波側伝送線路を伝搬する周波数の波長をλｇと
   すると、上記低周波側伝送線路の上記交差部中心を挟ん
   だλｇ／４以下の距離内の交差部近傍に、高周波的に接
   地する手段を設けたことを特徴とする伝送線路の交差構
   造。
2. 【請求項２】 上記高周波的接地手段として、上記周波
   数の波長λｇの１／４の長さの先端開放パターン又は薄
   膜コンデンサを設けたことを特徴とする上記第１請求項
   記載の伝送線路の交差構造。