JP3824265B2 - 高周波線路の接続構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波線路の接続構造に関わり、特に、光変調器などの光デバイスで利用される同軸線路と平面線路との接続構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、高速、大容量光ファイバ通信システムの進歩に伴い、高周波応答特性を有する電気−光変換又は光−電気変換用の光デバイスが求められており、例えば、光変調器に代表されるように、ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する材料を基板に用いた高速動作可能な光変調器が実用化されている。
これらの光デバイスの多くは、電気光学効果を有する平面基板上に形成されていることが多く、そのため光デバイス内の信号電極や接地電極の配線には平面線路が多用されている。他方、光デバイスに導入又は光デバイスから導出する電気信号は、近年の通信速度の高速化などを反映して高周波のマイクロ波が用いられており、マイクロ波信号は、光デバイスの外部においては、一般に同軸ケーブルを利用して伝送されている。
【0003】
このため、例えば、同軸ケーブルなどの同軸線路を伝播するマイクロ波を、光デバイス内の平面線路に円滑に伝送することなどが必要であり、同軸線路と平面線路との接続部には、通常、図1に示すような接続部材10が用いられる。
接続部材10には、一方に同軸ケーブルを取り付ける電気信号入出力コネクタ20が設けられ、他方には基板1上に形成された平面線路の信号電極2と接地電極3の各々に接続される、信号用接続部材12と接地用接続部材(図1では接続部材10の筐体自体が接地用接続部材を兼用している)が設けられている。コネクタ20内の信号線は該信号用接続部材12に接続部材10内において導通しており、また、コネクタ20の接地部は該接地用接続部材(図1では接続部材10の筐体自体)に接続されている。
なお、接地用接続部材については、図1のように接続部材10の筐体自体を利用する例に限らず、接続部材10の筐体を絶縁性材料で形成し、該接続部材10中を貫通すると共に、コネクタ20内の信号線を取り囲むように構成された導電性円筒部材を設け、該円筒部材を接地用接続部材とすることも可能である。
【0004】
また、コネクタ20内の信号線と信号用接続部材12との接続には、図2に示すような、平面部aと略円筒形部bとで構成される信号用接続部材12を用い、該円筒形部bを該信号線に被せ、締めつけることにより固定されている。
そして、信号用接続部材12と信号電極2との接合には、該平面部a(信号電極との接合部)を信号電極2に超音波圧着する方法などが利用される。
接地部分の接続構造については、特に、接地用接続部材(図1では接続部材10)と接地電極3との接続では、金線4やリボン状導線のなどで双方をボンディングする方法や、接続部材10と基板1とをハンダや導電性接着剤などで接合する方法などが利用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
通信速度の高速化などにより、数十GHz以上の高周波においても良好な応答性が求められるようになると、平面線路の信号電極2の幅、特に信号電極2の接続位置(一般にパッド部と呼ぶ)の幅が小さくなり、図3示すように、信号用接続部材12の平面部aの幅と比較して、信号電極2の幅が小さくなる状態を生じる。このため、高周波特性が劣化するという問題があった。
【0006】
図1のような構造では、接地部分の接続にはボンディング手段を用いることができないため、導電性接着剤などを利用して接続を行う必要がある。このような場合には、接着部材10と基板1との熱膨張差により接着部が破損する虞がある。
さらに、これらの接続部では、スペースが狭いため、作業性にも難点がある。このため、図4に示すように、接続部材10’の横断面を略L字型になるように切り欠け部11を設け、基板1と略平行な面を形成し、ワイヤやリボンなどの導線をボンディングするように構成されている。
しかしながら、切り欠け部11で同軸線路のインピーダンスが維持されなくなるため、特に高周波での電気特性が劣化するという問題があった。
【0007】
本発明が解決しようとする課題は、上述した問題を解消し、同軸線路と平面線路との接続部におけるマイクロ波の反射や漏洩などによる伝播損失を抑制すると共に接続作業性を改善した、高周波特性に優れた高周波線路の接続構造を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、同軸線路と平面線路とを接続する高周波線路の接続構造において、同軸線路の信号線と平面線路の信号電極とを接続する信号用接続部材を設け、該信号用接続部材に形成された接合部と該平面線路の信号電極とを接合すると共に、該接合部の幅が、該平面線路の信号電極の同軸線路側の先端部においては該平面線路の信号電極の幅より幅広であり、該接合部の平面線路側の先端部においては該平面線路の信号電極の幅より幅狭であることを特徴とする。
【0009】
請求項1に係る発明により、平面線路の信号電極の幅が狭くなった場合でも、信号用接続部材の接合部の先端は、信号電極の幅の内側に位置しているため、同軸線路と平面線路との間の変換がスムーズとなり、良好な高周波特性を得ることができる。
しかも、信号用接続部材の接合部の同軸線路側においては、逆に接合部の幅の内側に信号電極が位置しているため、同軸線路と平面線路との間の変換をより一層円滑に行うことが可能となる。
【0018】
また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載の高周波線路の接続構造において、該平面線路がコプレーナ線路であることを特徴とする。
さらに、請求項3に係る発明は、請求項2に記載の高周波線路の接続構造において、該コプレーナ線路のGND−GND間の幅が、同軸線路のGND導体径以下であることを特徴とする。
また、請求項4に係る発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の高周波線路の接続構造において、該平面線路が電気−光変換又は光−電気変換用の光デバイスに設けられた線路であることを特徴とする。
特に、請求項5に係る発明は、請求項4に記載の高周波線路の接続構造において、該光デバイスは、光変調器であることを特徴とする。
【0019】
請求項2乃至5に係る発明により、光変調器などのような高周波のマイクロ波を用いた光デバイス、特に、コプレーナ線路などの平面線路を用いたデバイスに対し、高周波特性を改善する効果を有する。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。ここでは、光変調器を中心に説明する。
光変調器を構成する基板としては、電気光学効果を有する材料、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO3;以下、LNという)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、PLZT(ジルコン酸チタン酸鉛ランタン)、及び石英系の材料から構成され、特に、光導波路デバイスとして構成しやすく、かつ異方性が大きいという理由から、LiNbO3結晶、LiTaO3結晶、又はLiNbO3及びLiTaO3からなる固溶体結晶を用いることが好ましい。
【0021】
光変調器を製造する方法としては、LN基板上にTiを熱拡散させて光導波路を形成し、次に、光導波路中の伝搬損失の低減およびマイクロ波と光波の速度整合のため、LN基板上にSiO2等の誘電体のバッファ層を設ける。さらに金メッキ法などにより数10μmの高さのコプレーナ構造の電極を構成するのが一般的である。
【0022】
光変調器の駆動方法としては、基板上に形成された信号電極及び接地電極に高周波のマイクロ波を印加し、信号電極及び接地電極間に発生する電界により光導波路の屈折率を変化させ、該光導波路を通過する光の位相を変化させる。さらに必要に応じて、位相変化を有する複数の光を合波させ、光強度変調を行うことも可能である。
【0023】
本発明の特徴は、光変調器などの基板に設けられた信号電極及び接地電極などの平面線路と、マイクロ波を伝送する同軸線路との接続構造に特徴を有する。
信号線の接続構造としては、図2に示した、信号用接続部材12を用いるが、平面部aである基板上の信号電極との接合部の形状は、図5が示すように、先端がテーパ状に形成され、超音波圧着などにより信号電極2に接合されている。
詳細には、接合部の同軸線路側の幅w1は、信号電極の幅w1’より幅広であり、接合部の先端部の幅w2は、同じ位置の信号電極の幅w2’以下の幅に構成されている。
このため、図3のような従来例と比較して、同軸線路から平面線路へ平面状態の電極の幅が連続的に変化してしているため、双方の線路間の変換をスムーズに行うことが可能となる。
なお、平面部aの形状は、図5において台形状を例示したが、先端部を先鋭化した三角形状とすることも可能である。
【0024】
図5に示した信号線の接続方法を、高速LN光変調器に用いて、電気反射特性を測定した結果を、図6に示す。これによると、特に15GHz以上において、周波数特性の改善が見られた。
本発明では、信号用接続部材の接合部において、同軸線路側の幅と平面線路側の先端部の幅との両者を規定しているが、いずれか一方の条件を満たす場合でも、ある程度の高周波特性の改善が見られることは言うまでも無い。
【0025】
次に、接地部分の接続構造について説明する。
図4に示すように、接地用接続部材(接続部材10’の筐体自体が接地用接続部材を担っている)に切り欠け部11を設け、接地用接続部材と基板上の接地電極とをワイヤ等でボンディングを行う。
このような接地用接続部材10’上に、図7に示すような導電性の蓋部材13を被せ、接地用接続部材10’と蓋部材13とを接合し、電気的に一体化させる。
該蓋部材13には、同軸線路に対応した凹部14が形成されており、同軸線路が基板1の近傍まで伸びている場合と同じ効果を有するように構成されている。
【0026】
また、蓋部材13には、ワイヤボンディング等の電気的接続手段に対応して切り欠け部15を形成しており、該電気的接続手段を避けて蓋部材を接地用接続部材10’に密着させることができる。
【0027】
図7に示した蓋部材を用いて、高速LN光変調器の電気反射特性を測定した結果を、図8に示す。これによると、特に15GHz以上において、周波数特性の改善が見られた。
【0028】
さらに、図9に示すように、蓋部材16の平面線路側を傾斜させることにより、同軸線路の一部を形成する凹部17が、同軸線路側から平面線路側に近接するに従い、同軸形状の上部が徐々に開放されるように形成されている。
これにより、同軸線路において信号線を中心に放射状に発生している電界を、平面線路のような横方向の電界に、徐々に変化させることが可能となり、同軸線路と平面線路との円滑な変換を実現することが可能となる。
【0029】
また、図10に示すように接地用接続部材10’と基板1との間に跨るような蓋部材を設けることにより、同軸線路と平面線路との状態変化を、接地用接続部材10’と基板1との境目で明確に区別することを抑制するため、線路の状態変化をより円滑に行うことが可能となる。
【0030】
平面線路としてコプレーナ線路を利用する場合には、コプレーナ線路と同軸線路との接続部分において、コプレーナ線路のGND−GND間の幅(信号電極を挟む接地電極間の内側の幅)を、同軸線路のGND導体径(内径)以下にすることにより、高周波のマイクロ波の基板への漏洩をさらに防止することが可能となる。上述した接地用接続部材や蓋部材を用いる場合においては、上記同軸線路のGND導体径は、これらの部材とコプレーナ線路との接続部分における、接地用接続部材又は蓋部材の信号線を取り囲むGND導体(接地された導体部分)の内径を意味する。
【0031】
本発明は、以上に説明した技術的事項に限らず、例えば、信号線に係る技術と接地部分に係る技術を共に併せ持つ接続構造など、上記技術を種々組み合わせ、同軸線路と平面線路との変換をより円滑に行うものも含むものである。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、信号用接続部材の接合部の形状や接地用接続部材に係る蓋部材等を設けることにより、接地部分の接続作業などを簡便な状態に維持しながら、同軸線路と平面線路との接続部におけるマイクロ波の反射や漏洩などによる伝播損失を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の接続構造を示す図。
【図2】 従来の信号用接続部材を示す図。
【図3】 従来の信号用接続部材と信号電極との接続状態を示す図。
【図4】 従来の切り欠け部を有する接続構造を示す図。
【図5】 本発明の信号用接続部材と信号電極との接続状態を示す図。
【図6】 本発明の信号線に係る接続構造を採用した場合の測定結果を示す図。
【図7】 本発明の蓋部材を用いた接続構造を示す図。
【図8】 本発明の接地部分に係る接続構造を採用した場合の測定結果を示す図。
【図9】 本発明の蓋部材に係る応用例を示す図。
【図10】 本発明の蓋部材に係る他の応用例を示す図。
【符号の説明】
1 基板
2 信号電極
3 接地電極
4 ワイヤなどの接続部
5 リボンなどの接続部
10 接続部材(接地用接続部材)
12 信号用接続部材
13 蓋部材
20 コネクタ
Claims (5)
- 同軸線路と平面線路とを接続する高周波線路の接続構造において、
同軸線路の信号線と平面線路の信号電極とを接続する信号用接続部材を設け、該信号用接続部材に形成された接合部と該平面線路の信号電極とを接合すると共に、該接合部の幅が、該平面線路の信号電極の同軸線路側の先端部においては該平面線路の信号電極の幅より幅広であり、該接合部の平面線路側の先端部においては該平面線路の信号電極の幅より幅狭であることを特徴とする高周波線路の接続構造。 - 請求項1に記載の高周波線路の接続構造において、該平面線路がコプレーナ線路であることを特徴とする高周波線路の接続構造。
- 請求項2に記載の高周波線路の接続構造において、該コプレーナ線路のGND−GND間の幅が、同軸線路のGND導体径以下であることを特徴とする高周波線路の接続構造。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の高周波線路の接続構造において、該平面線路が電気−光変換又は光−電気変換用の光デバイスに設けられた線路であることを特徴とする高周波線路の接続構造。
- 請求項4に記載の高周波線路の接続構造において、該光デバイスは、光変調器であることを特徴とする高周波線路の接続構造。
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