JP3762058B2

JP3762058B2 - 非放射性誘電体線路

Info

Publication number: JP3762058B2
Application number: JP22617397A
Authority: JP
Inventors: 哲也岸野; 健岡村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-08-22
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2017-08-22
Also published as: JPH1168418A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非放射性誘電体線路に関し、例えばミリ波集積回路等に組み込まれて、高周波信号のガイドとして用いられる非放射性誘電体線路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の非放射性（Non Radiative Dielectricで、以下、ＮＲＤという）誘電体線路は、図７に示すように、誘電体線路１の上下に平行平板導体２、３を配置して構成され、このようなＮＲＤ誘電体線路は、平行平板導体２、３の間隔がλ／２以下のとき、波長がλより大きい高周波信号は遮断されて平行平板導体２、３間の空間には侵入できない。そして、平行平板導体２、３の間に誘電体線路１を挿入すると、その誘電体線路１に沿って高周波信号が伝搬でき、その高周波信号からの放射波は平行平板導体２、３の遮断効果によって抑制される。前記波長λは近似的に真空中を伝搬する高周波信号（電磁波）の波長に等しい。尚、図７において、誘電体線路１の理解を容易にするために、上側の平行平板導体３の一部を切り欠いて記載した。
【０００３】
そして、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、誘電体線路１の中途にダイオード等の半導体素子が設けられ、ＮＲＤ誘電体線路に、信号の周波数変換、スイッチング、減衰、検出等の機能を付加させていた。ＮＲＤ誘電体線路に半導体素子を取り付けるには、図８（ａ）に示すように、誘電体基板４の一主面上に、外部への高周波信号の漏洩を防ぐチョークパターン５と高周波信号を受信する一対のアンテナパターン６を形成し、誘電体線路１内の高周波信号の伝搬路に位置する一対のアンテナパターン６間に、ダイオードなどの半導体素子７を配置し接続した構造となっている。図９に、図８（ｂ）の平面図を示す。
【０００４】
尚、図８（ｂ）において、符号８は半導体素子７に駆動用のバイアス電圧を入力したり、信号を出力するための入出力導線、符号９は平行平板導体２に形成された貫通孔である。入出力導線８は、平行平板導体２に電気的に導通しない状態で貫通孔９を挿通し、バイアス回路、増幅回路等の電子回路に接続される。
【０００５】
他のＮＲＤ誘電体線路として、ダイオード実装パターン部を誘電体線路の断面に接着し、チョークパターン部を別基板上に形成して、チョークパターン部を誘電体線路の両方又は片方の側面に貼付又は蒸着したものも提案されている（特開平８−８６０３号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の非放射性誘電体線路では、誘電体基板４に形成されたチョークパターン５や半導体素子７が外部に露出しており、製造工程や使用中にチョークパターン５や半導体素子７が脱落したり、チョークパターン５や半導体素子７にダメージを受ける危険があった。
【０００７】
また、図９に示したように、誘電体基板４に搭載されたダイオードなどの半導体素子７の部分に誘電体線路１が当接する状態となるため、半導体素子７の厚みだけ誘電体基板４と誘電体線路１との間に空隙Ｌが形成され、インピーダンスのマッチングが十分にとれず、素子が機能する帯域幅が狭くなるという欠点があった。また、誘電体基板４と誘電体線路１との接続が不安定になるという欠点もあった。
【０００８】
また、入出力導線８が誘電体基板４の端部に取り付けられており、この入出力導線８が平行平板導体２の貫通孔９を挿通し、信号を平行平板導体２、３の外部に導いていた。しかしながら、このような接続構造は製造工程が非常に煩雑で作業性が悪く、量産化を妨げていた。更に、誘電体基板４は厚さが薄く長さが長いため、しかも、上記したように、半導体素子７の厚みだけ誘電体基板４と誘電体線路１との間に空隙Ｌが形成されているので、正確に位置決めして固定するのが困難で、製造工程や使用中に位置ずれが生じたり、破損する危険性があった。
【０００９】
更に、チョークパターン部を誘電体線路の両方又は片方の側面に貼付又は蒸着した従来例においては、入出力導線から高周波信号が外部に漏れたり、誘電体線路のチョークパターンを貼付した部分とそれ以外の部分のインピーダンスが異なるため、インピーダンス不整合による高周波信号の反射が起こるという問題点があった。
【００１０】
本発明は、チョークパターンや半導体素子の破損を防止できるとともに、高周波信号の透過特性が良好な帯域幅を拡大することができ、さらに製造が容易で量産に適する非放射性誘電体線路を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の非放射性誘電体線路は、波長λの高周波信号を伝搬する誘電体線路と、この誘電体線路を挟持する一対の平行平板導体とから構成され、前記一対の平行平板導体の間隔が前記高周波信号の波長λの１／２以下である非放射性誘電体線路において、前記誘電体線路途中に、一対のアンテナパターンと、該アンテナパターン間に配置され電気的に接続される半導体素子と、前記一対のアンテナパターンにそれぞれ接続されるチョークパターンとを一対の誘電体板で挟持し該誘電体板同士を接着してなる誘電体基板を介装し、該誘電体基板の平坦な表面に前記誘電体線路をそれぞれ当接した状態で接着してなるものである。
【００１２】
ここで、前記誘電体基板の前記平行平板導体側の表面に、前記チョークパターンと電気的に接続された表面電極を形成し、該表面電極に接続された導体が、前記平行平板導体に形成された貫通孔を該平行平板導体と非導通状態で挿通していることが望ましい。
【００１３】
【作用】
従来においては、誘電体基板に搭載されたダイオード等の半導体素子に誘電体線路を当接し、誘電体線路途中に誘電体基板を介装していたため、誘電体基板の強度や安定性が悪く、製造または使用中に誘電体基板が位置ずれしたり、半導体素子やアンテナパターン、チョークパターンが破損していたが、本発明では、誘電体基板に、アンテナパターン、半導体素子およびチョークパターンを内蔵したため、これらの半導体素子やパターンを製造工程や使用中に保護することができるとともに、誘電体基板の強度が向上し、また誘電体線路が当接する部分は誘電体基板の平坦な表面であり、安定した状態で接続することができる。これにより、製造または使用中に誘電体基板が位置ずれすることがなく、誘電体基板を正確な位置に取り付けることができる。
【００１４】
また、誘電体基板の平坦な表面に誘電体線路が当接するため、誘電体基板と誘電体線路との間に空隙が形成されることを防止することができ、誘電体基板と誘電体線路のインピーダンスマッチングが取りやすくなり、高周波信号の透過特性が良好な帯域幅を拡大することができる。
【００１５】
また、本発明では、誘電体基板の表面に、チョークパターンと電気的に接続された表面電極を形成し、該表面電極に接続された導体が、平行平板導体に形成された貫通孔を該平行平板導体と非導通状態で挿通しているため、従来のように煩雑で不安定な導線の取り付けや取り回し工程を省略することができ、信頼性が高く、安価に量産することができる非放射性誘電体線路が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の非放射性誘電体線路の基本構成の斜視図を図１に示す。尚、図１において、誘電体線路の理解を容易にするために、上側の平行平板導体の記載は省略した。
【００１７】
図１において、符号１１は誘電体線路であり、符号１２は下側の平行平板導体、１３は誘電体基板を示している。
【００１８】
そして、誘電体基板１３は、図２に示すように、一対の誘電体板１４、１５により、一対のアンテナパターン１７と、これらのアンテナパターン１７間に配置された半導体素子１８と、一対のアンテナパターン１７にそれぞれ接続された一対のチョークパターン１９とを挟持して構成されている。誘電体板１４には、半導体素子１８を収容するべく、半導体素子１８の形状に合致した凹部２０が形成されている。この凹部２０の大きさには特に制限はないが、非放射性誘電体線路の特性を充分引き出し、半導体素子１８の保護効果を確保するために、なるべく素子１８の大きさと近いものが望ましい。
【００１９】
半導体素子１８の両側に形成されたチョークパターン１９には、それぞれ信号取出用の表面電極２１が電気的に接続されており、これらの信号取出用の表面電極２１は、図１および図３に示すように、誘電体基板１３の上面に形成されている。
【００２０】
表面電極２１は、誘電体基板１３の上面にチョークパターン１９を延長させて形成したり、別個の電極を形成する等して形成すればよく、表面電極２１とチョークパターン１９とを半田、導電性接着剤等を用いて接続する。
【００２１】
これらの表面電極２１には導体２３が接続され、導体２３が、上側の平行平板導体２４に形成された貫通孔２５を該平行平板導体２４と非導通状態で挿通している。このような導体２３は、バイアス回路、増幅回路等の他の電子回路に接続される。このような構成によれば生産性が高く量産に適している。この場合、必要に応じ、貫通孔２５の内部を樹脂等の絶縁物質等で充填する、貫通孔２５の内壁に絶縁物質等をコーティングする、又は導体２３を絶縁チューブで被覆してもよい。
【００２２】
本発明において、誘電体線路１１はテフロン等の低損失樹脂材料、コージェライト等の低誘電率セラミック材料から成るのが好ましく、これらは低損失で加工が容易であり、量産に適している。また、誘電体線路１１は一組の平行平板導体に複数設けても構わない。
【００２３】
前記半導体素子１８としては、高周波半導体ダイオード、ガンダイオード、インパットダイオード、可変容量ダイオード、ショットキーダイオード、バラクタダイオード、ＰＩＮダイオード等を使用でき、これらのダイオードに限らず、半導体素子１８がインダクタ、キャパシタ、トランジスタ等の機能を有するものでもよい。また、半導体素子１８は、誘電体線路１１の中途であればどこにあってもよい。
【００２４】
前記平行平板導体１２は、高い電気伝導度及び加工性の点で、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、ＳＵＳ（ステンレス）、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ等の導体板、あるいはこられの導体層を表面に形成した絶縁板でもよい。
【００２５】
また、アンテナパターン１７とチョークパターン１９は、高い電気伝導度を有するＡｕ、Ｃｕ、Ａｌ等の材料が好ましい。
【００２６】
本発明のチョークパターン１９は蒸着法等で成膜するか、チョークパターン１９の形状に成形した薄い金属板を張り付けて構成する。このチョークパターン１９は、基本的に１／４波長チョークパターンとすることにより高周波信号を阻止するインダクタ（チョークコイル）と等価なものとなり、高周波信号は外部へ漏洩しない。また、このチョークパターン１９は、上記と同様の効果が得られるものであれば、１／４波長チョークパターン以外のパターンでも構わない。
【００２７】
以上のように構成された非放射性誘電体線路では、アンテナパターン１７、半導体素子１８、チョークパターン１９を内蔵する誘電体基板１３を、誘電体線路１１途中に介装したため、チョークパターン１９等の素子を製造工程や使用中のダメージから保護することができる。
【００２８】
また、本発明では、誘電体板１４、１５により、アンテナパターン１７、半導体素子１８およびチョークパターン１９を挟持して誘電体基板１３を構成したため、誘電体基板１３の強度が向上し、また誘電体線路１１が当接する部分は誘電体基板１３の平坦な表面であり、安定した状態で接続することができる。これにより、製造または使用中に誘電体基板１３が位置ずれすることがなく、誘電体基板１３を正確な位置に取り付けることができる。
【００２９】
また、誘電体基板１３の平坦な表面に誘電体線路１１が当接するため、誘電体基板１３と誘電体線路１１との間に空隙が形成されることを防止でき、誘電体基板１３と誘電体線路１１のインピーダンスマッチングが取りやすくなり、高周波信号の透過特性が良好な帯域幅を拡大することができる。
【００３０】
また、本発明では、誘電体基板１３の表面に、チョークパターン１９と電気的に接続された表面電極２１を形成し、該表面電極２１に接続された導体２３が、平行平板導体１２に形成された貫通孔２５を該平行平板導体１２と非導通状態で挿通しているため、従来のように煩雑で不安定な導線の取り付けや取り回し工程を省略することができ、信頼性が高く、安価に量産することができる非放射性誘電体線路が得られる。
【００３１】
尚、本発明は上記の実施形態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内で種々の変更は何等差し支えない。
【００３２】
また、外部への電磁波の漏洩による損失を考慮しなくても良い場合や、外部にチョーク回路を設けた場合は、図６に示すようにチョークパターンを省略することもできる。つまり、誘電体基板１３は、誘電体板１４、１５により、アンテナパターン１７、半導体素子１８を挟持して構成されている。
【００３３】
さらに、本発明では、図２のように、例えば一方の誘電体板１５のアンテナパターン１７上に半導体素子１８を取り付けた後、他方の誘電体板１４を半導体素子１８を挟み込むように接着するが、この接着は充分な接着強度が保てるものならばどのような方法でも良い。
【００３４】
【実施例】
図１のＮＲＤ誘電体線路を以下のようにして作製した。Ｃｕから成り、１００×１００×８ｍｍの２枚の平行平板導体１２、２４を用意した。
【００３５】
次に、誘電体板１４、１５の材料として厚さ０．３ｍｍのテフロンシートを用い、図２に示すように誘電体基板１３を形成した。つまり、先ず、誘電体板１５にアンテナパターン１７、チョークパターン１９を金を蒸着して形成した。また、これらと同時にチョークパターン１９に接続する表面電極２１を、誘電体板１５の上面に形成した。
【００３６】
半導体素子１８として高周波用のビームリード型のＰＩＮダイオードを使用し、誘電体板１５のアンテナパターン１７の間に導電性接着剤を用いて接着した。
【００３７】
他方の誘電体板１４にはこのダイオードに合わせた大きさの凹部２０を作成し、ダイオードを取り付けた誘電体板１５に接着剤によって張り付けた。
【００３８】
この後、コージェライトから成り、高さ２．２５ｍｍ×巾１ｍｍの誘電体線路１１を下側の平行平板導体１２上に配置するとともに、誘電体基板１３を、誘電体線路１１がチョークパターン１９の中央部を横切るように誘電体線路１１の途中に介装し、接着した。
【００３９】
そして、図４に示すように、誘電体板１５の上面に形成された表面電極２１にテフロンチューブで被覆した導体２３を接続し、上側の平行平板導体２４に、表面電極２１に対応するように貫通孔２５を形成し、導体２３を平行平板導体２４の貫通孔２５を挿通せしめた。
【００４０】
一方、本発明者等は、図８の従来品を、コーディライトから成る誘電体線路及び誘電体基板、Ａｕから成るチョークパターン及びアンテナパターン、ビームリード型ＰＩＮダイオードを用いて作製し、ミリ波（数１０〜数１００ＧＨｚ帯）透過特性について、上記本発明のものと比較したグラフを図５に示す。このグラフより、本発明の非放射性誘電体線路では、高周波信号の透過特性が良好な帯域幅を従来品よりも拡大できることが判る。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の非放射性誘電体導波路では、誘電体基板に、アンテナパターン、半導体素子およびチョークパターンを内蔵したため、これらの半導体素子やパターンを製造工程や使用中に保護することができるとともに、誘電体基板の強度が向上し、また誘電体線路が当接する部分は誘電体基板の平坦な表面であり、安定した状態で接続することができる。これにより、製造または使用中に誘電体基板が位置ずれすることがなく、誘電体基板を正確な位置に取り付けることができる。
【００４２】
また、誘電体基板の平坦な表面に誘電体線路が当接するため、誘電体基板と誘電体線路との間に空隙が形成されることを防止することができ、誘電体基板と誘電体線路のインピーダンスマッチングが取りやすくなり、高周波信号の透過特性が良好な帯域幅を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非放射性誘電体線路を示す斜視図である。
【図２】図１の誘電体基板の構成を示す分解斜視図である。
【図３】図１の非放射性誘電体線路の平面図である。
【図４】誘電体基板の表面電極に接続された導体が、上側の平行平板導体の貫通孔を挿通している状態を示す断面図である。
【図５】非放射性誘電体線路のミリ波（数１０〜数１００ＧＨｚ帯）透過特性を示すグラフである。
【図６】チョークパターンを形成しない場合の誘電体基板を示す斜視図である。
【図７】従来の非放射性誘電体線路を示す斜視図である。
【図８】従来の非放射性誘電体線路を示す斜視図である。
【図９】図８の非放射性誘電体線路の平面図である。
【符号の説明】
１１・・・誘電体線路
１２・・・下側の平行平板導体
１３・・・誘電体基板
１４、１５・・・誘電体板
１７・・・アンテナパターン
１８・・・半導体素子
１９・・・チョークパターン
２０・・・凹部
２１・・・表面電極
２３・・導体
２４・・・上側の平行平板導体
２５・・・貫通孔

Claims

波長λの高周波信号を伝搬する誘電体線路と、この誘電体線路を挟持する一対の平行平板導体とから構成され、前記一対の平行平板導体の間隔が前記高周波信号の波長λの１／２以下である非放射性誘電体線路において、前記誘電体線路途中に、一対のアンテナパターンと、該アンテナパターン間に配置され電気的に接続される半導体素子と、前記一対のアンテナパターンにそれぞれ接続されるチョークパターンとを一対の誘電体板で挟持し該誘電体板同士を接着してなる誘電体基板を介装し、該誘電体基板の平坦な表面に前記誘電体線路をそれぞれ当接した状態で接着してなることを特徴とする非放射性誘電体線路。
前記誘電体基板の前記平行平板導体側の表面に、前記チョークパターンと電気的に接続された表面電極を形成し、該表面電極に接続された導体が、前記平行平板導体に形成された貫通孔を該平行平板導体と非導通状態で挿通していることを特徴とする請求項１記載の非放射性誘電体線路。