JP4722097B2 - 分岐導波管線路とこれを有する多層配線基板およびアンテナ基板 - Google Patents

分岐導波管線路とこれを有する多層配線基板およびアンテナ基板 Download PDF

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Description

本発明は、主としてマイクロ波帯およびミリ波帯で用いられ、誘電体層が積層されてなる絶縁基体の積層方向に高周波伝送線路を分岐する分岐導波管線路とこれを有する多層配線基板およびアンテナ基板に関するものである。
近年、携帯電話や無線LANに代表される無線通信技術の研究開発が盛んに行われている。無線通信の研究開発においては、光通信で代表されるFTTH(Fiber to The Home)の伝送速度、100Mbps以上を達成しているものもある。しかし、現在市販されている無線通信機器の伝送速度は光通信のそれには及ばない。多くの無線通信機器では、マイクロ波が搬送波として利用されているが、マイクロ波ではデータ伝送速度が遅く、例えば、ハイビジョン映像の画質劣化を抑えた、大容量非圧縮映像データの転送には向いていない。
そこで、マイクロ波よりも高い周波数の電磁波、例えば20GHz以上の準ミリ波およびミリ波を利用する無線通信が、大容量のデータを伝送するための手段として、以前から注目され、研究開発が進められている。特に60GHz帯では、世界共通で、広い帯域が通信向けに割り当てられており、このような60GHz帯の電磁波を利用する無線通信は、現在実用化され、光ファイバ通信に代えて、事業所間通信などに用いられ、普及しつつある。また、自動車の安全運転をサポートするものとして、ミリ波帯を用いたレーダーシステムが一般の乗用車に搭載されるようにもなっている。
これら通信システムや、レーダーシステムを実現するために、ミリ波デバイスや、ミリ波回路の研究開発が進められている。ミリ波回路の伝送線路として代表的なのは、マイクロストリップ線路やストリップ線路、コプレーナ線路、矩形金属導波管線路、誘電体導波管線路であって、絶縁基体の内部に形成されたこれらの高周波伝送線路を引き回す際に、分岐導波管線路が必要となる場合がある。
ここで、図12に示すように、絶縁基体の内部の高周波信号を絶縁基体の上面側および下面側に向かって分岐する分岐導波管線路としては、マイクロストリップライン型またはストリップライン型の給電線路71と、スルーホールの内面に形成された導電性金属箔または内部に埋設された導電体からなり、絶縁基体の上面に向かって形成された給電線路72と、絶縁基体の下面に向かって形成された給電線路73と、絶縁基体の上面に形成されたパッチアンテナ74と、絶縁基体の下面に形成されたパッチアンテナ75とを含み、給電線路71を伝搬してきた高周波信号が給電線路72と給電線路73とに分岐され、パッチアンテナ74およびパッチアンテナ75から放射されるようになっているものが提案されている(特許文献1を参照。)。
しかしながら、図12に示す分岐導波管線路では、高周波信号の電力比を異ならせて上下に分岐させようとすると、給電線路71の端部から電磁波が漏れてノイズになってしまうとともに、分岐後の高周波信号の強度が給電線路71の端部で漏れた分だけ減衰してしまう。
具体的には、上下に分岐する高周波信号の電力を任意の比率に調整する場合、上側と下側のスルーホール径やスルーホールの位置が異なる構造となるが、このとき、ストリップ線路における高周波信号伝送方向を軸とすると、上下非対称な構造となり、磁界の強度分布の対称性が崩れてしまうことから、給電線路71の端部から電磁波が漏れ減衰してしまうといった課題があった。なお、高周波信号を上下に等分配する構造であっても、図12に示す構造では、焼成後に誘電体層となるセラミックグリーンシートの積層時に積層方向で隣り合うセラミックグリーンシートとセラミックグリーンシートとが所望の配線位置で重なり合っていない、いわゆる積層ずれが生じてしまうことが多く、このことが高周波信号の電力を異ならせて上下に分岐させることと同様に、電磁波の漏れを生じさせてしまう。
一方、誘電体基板を挟持する一対の導体層とこの一対の導体層間を電気的に接続する貫通導体84(ビアホール導体)の群(貫通導体群)とで構成された誘電体導波管線路(第1の誘電体導波管線路81)を、前記一対の導体層と同じ導体層を有し、貫通導体群によりにより隔てられた2つの誘電体導波管線路(第2の誘電体導波管線路82、第3の誘電体導波管線路83)に分岐する分岐構造(分岐導波管線路)が知られている(特許文献2を参照。)。
この分岐構造(分岐導波管線路)が絶縁基体の内部に形成されていて、さらにこの構造により内部を伝搬される高周波信号を絶縁基体の上面側および下面側に伝搬させたい場合、例えば第2の誘電体導波管線路82の上側の導体層にスロットを形成してその上側に配置した誘電体導波管線路に伝搬させるとともに、第3の誘電体導波管線路83の下側の導体層にスロットを形成してその下側に配置した誘電体導波管線路に伝搬させるといった構造が考えられる。
しかしながら、この構造によれば、一旦平面方向に分岐させた後、スロットで結合された上側および下側に配置された誘電体導波管線路に高周波信号を伝搬させるものであるから、損失が多く、かつ平面方向の面積を必要としてしまう。
特開2006−5851号公報 特開平11−186816号公報
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、電磁波の漏れがほとんどなく損失の少ない小型の分岐導波管線路とこれを有する多層配線基板およびアンテナ基板を提供することを目的とする。
本発明は、誘電体層が積層されてなる絶縁基体に形成された、第1の誘電体導波管線路の一方端が、上下に重ねて配置された第2の誘電体導波管線路および第3の誘電体導波管線路に分岐される分岐導波管線路であって、前記第1の誘電体導波管線路は、少なくとも1層の前記誘電体層を挟んで上下で対向する第1上側主導体層および第1下側主導体層、該第1上側主導体層および第1下側主導体層を電気的に接続する第1ビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の2分の1未満の間隔で配列して構成され、2列の第1側壁形成用ビアホール導体群とを備えており前記第2の誘電体導波管線路は、少なくとも1層の前記誘電体層を挟んで上下で対向する第2上側主導体層および第2下側主導体層、該第2上側主導体層および第2下側主導体層を電気的に接続する第2ビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の2分の1未満の間隔で配列して構成され、2列の第2側壁形成用ビアホール導体群とを備えており前記第3の誘電体導波管線路は、少なくとも1層の前記誘電体層を挟んで上下で対向する第3上側主導体層および第3下側主導体層、該第3上側主導体層および第3下側主導体層を電気的に接続する第3ビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の2分の1未満の間隔で配列して構成され、2列の第3側壁形成用ビアホール導体群とを備えており、前記第2下側主導体層と前記第3上側主導体層とは、一体化されて1層の導体層になっているとともに、前記第1上側主導体層よりも下側であって前記第1下側主導体層よりも上側である前記絶縁基体内に配置されており、前記第1上側主導体層の端部と前記第2上側主導体層の端部とは、第4のビアホール導体を信号伝送方向と垂直な方向に信号波長の2分の1未満の間隔で配列してなる第4のビアホール導体群を介して電気的に接続されており、前記第1下側主導体層の端部と前記第3下側主導体層の端部とは、第5のビアホール導体を信号伝送方向と垂直な方向に信号波長の2分の1未満の間隔で配列してなる第5のビアホール導体群を介して電気的に接続されており、前記2列の第2側壁形成用ビアホール導体群同士の間隔が、前記2列の第3側壁形成用ビアホール導体群同士の間隔よりも大きいことを特徴とする分岐導波管線路である。
また本発明は、上記の分岐導波管線路と前記絶縁基体の対向する主面にそれぞれ設けられた半導体素子とを具備し、一方の前記主面に設けられた前記半導体素子と前記第2の誘電体導波管線路との間を高周波信号が伝搬されるようになっているとともに、他方の前記主面に設けられた前記半導体素子と前記第3の誘電体導波管線路との間を高周波信号が伝搬されるようになっていることを特徴とする多層配線基板である。
また本発明は、上記の分岐導波管線路と前記絶縁基体の対向する主面にそれぞれ設けられた複数のアンテナ素子とを具備し、一方の前記主面に設けられた複数の前記アンテナ素子と前記第2の誘電体導波管線路との間を高周波信号が伝搬されるようになっているとともに他方の前記主面に設けられた複数の前記アンテナ素子と前記第3の誘電体導波管線路との間を高周波信号が伝搬されるようになっていることを特徴とするアンテナ基板である。
本発明の分岐導波管線路によれば、高周波信号の伝送経路が一対の主導体層および側壁形成用ビアホール導体群で囲まれているため、電磁波の漏れを生じさせないように分岐させることができる。また、直接上下の積層方向に分岐する構造であるため、損失が少なく、小型化が実現できる。
このような分岐導波管線路を有する多層配線基板は、基板本体の対向する主面(上面および下面)にそれぞれ半導体素子が設けられ、高周波信号を上下に分配したい場合において、損失が少なく小型化を実現することができるものとなる。
同様に、このような分岐導波管線路を有するアンテナ基板は、基板本体の対向する主面(上面および下面)にそれぞれ複数のアンテナ素子が設けられ、高周波信号を上下に分配したい場合において、損失が少なく小型化を実現することができるものとなる。そして、このような双指向性のアンテナ基板によれば、乗用車に設置することで側方のセンサーとして好ましく利用できる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は分岐導波管線路の一実施形態を示す概略斜視図である。なお、図1は、内部構造がわかるように主導体層を一部省略しているとともに、誘電体層も省略している。
図1に示す分岐導波管線路は、誘電体層が積層されてなる絶縁基体に形成されたものであって、第1の誘電体導波管線路1から、上下に配置され第1の誘電体導波管線路と信号伝送方向を同じくする第2の誘電体導波管線路2と第3の誘電体導波管線路3へと分岐する分岐構造を有している。
ここで、誘電体導波管線路は、誘電体層を挟んで上下で対向する一対の主導体層(上側主導体層、下側主導体層)と、高周波信号の伝送方向に信号波長の2分の1未満の間隔で配置され上側主導体層と下側主導体層とを電気的に接続するように形成された2列の側壁形成用ビアホール導体群とを具備するもので、例えば導体層用ペーストの塗布された誘電体グリーンシートを積層して多層化し焼成することで得られ、その厚みを容易に設定できるものである。誘電体導波管線路の厚みが厚いほど伝送損失が小さく、厚みの設定により所望の伝送特性を得ることができる。
図1において、第1の誘電体導波管線路1は、2層の誘電体層(図示せず)を挟んで上下で対向する一対の第1主導体層(第1上側主導体層11および第1下側主導体層12)を具備している。また、第1上側主導体層11と第1下側主導体層12との間を電気的に接続する第1側壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の2分の1未満の間隔で配列した第1側壁形成用ビアホール導体群41、42を2列具備していて、これらの第1側壁形成用ビアホール導体群41、42は所定の間隔(幅)をもって形成され、電気的な側壁を形成している。また、この2層構造の誘電体層と誘電体層との境界には、第1側壁形成用ビアホール導体群41、42と同様に第1の誘電体導波管線路1の側壁を形成するための副導体層13が設けられていて、第1側壁形成用ビアホール導体群41、42および副導体層13によって細かな格子状に形成された側壁により、様々な方向の電磁波を遮蔽している。なお、図では第1の誘電体導波管線路1を構成する誘電体層が2層構造である形態が例示されているが、この層数について限定はない。
第2の誘電体導波管線路2も第1の誘電体導波管線路1と同様の構成であり、第1の誘電体導波管線路1と信号伝送方向を同じくするものである。具体的には、誘電体層(図示せず)を挟んで上下で対向する一対の第2主導体層(第2上側主導体層(図示せず)および第2下側主導体層22)を具備している。また、第2上側主導体層と第2下側主導体層22との間を電気的に接続する第2側壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の2分の1未満の間隔で配列した第2側壁形成用ビアホール導体群43、44を2列具備している。なお、図では第2の誘電体導波管線路2を構成する誘電体層が1層の構造であって、第2上側主導体層21が第1上側主導体層11と同一平面上に形成された構成が示されている。
また、図1に示す第3の誘電体導波管線路3も第1の誘電体導波管線路1および第2の誘電体導波管線路2と同様の構成であり、かつ第1の誘電体導波管線路および第2の誘電体導波管線路2と信号伝送方向を同じくするものである。具体的には、誘電体層(図示せず)を挟んで上下で対向する一対の第3主導体層(第3上側主導体層31および第3下側主導体層32)を具備している。また、この一対の第3主導体層31、32間を電気的に接続する第3側壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の2分の1未満の間隔で配列した第2側壁形成用ビアホール導体群45、46を2列具備している。なお、図では第3の誘電体導波管線路3を構成する誘電体層が1層の構造であって、第3下側主導体層32が第1下側主導体層12と同一平面上に形成された構成が示されている。
そして、図1に示すように、第2下側主導体層22と第3上側主導体層31とが1層の導体層からなり、この導体層が第1上側主導体層11よりも下側であって第1下側主導体層12よりも上側に配置されている。第2の誘電体導波管線路2と第3の誘電体導波管線路3とは上下に重なって配置されていて、この1層の導体層(第2下側主導体層22、第3上側主導体層31)により、第2の誘電体導波管線路2と第3の誘電体導波管線路3が隔てられている。
また、第1上側主導体層11の端部と第2上側主導体層21の端部とが直接電気的に接続されるとともに、第1下側主導体層12の端部と第3下側主導体層32の端部とが直接電気的に接続されている。
さらに、第1の誘電体導波管線路1の端面と、第2の誘電体導波管線路2の端面および第3の誘電体導波管線路3の端面とは向かい合っている。
図1に示す分岐導波管線路は、このような第1の誘電体導波管線路1から第2の誘電体導波管線路2および第3の誘電体導波管線路3への上下分岐構造を有するように構成されたものである。
第1の誘電体導波管線路1、第2の誘電体導波管線路2および第3の誘電体導波管線路3に共通して、平行に配置された一対の主導体層間にはTE波(Transverse Electric Wave 電界成分が入射面に対し横向き)もしくはTM波(Transverse Magnetic Wave 磁界成分が入射面に対し横向き)が伝搬されるため、隣り合うビアホール導体の間隔が信号波長(管内波長)λの2分の1(λ/2)よりも大きいと、この誘電体導波管線路に給電された電磁波はビアホール導体とビアホール導体との間から漏れ、ここで作られる疑似的な導波管に沿って伝搬しない。これに対し、隣り合うビアホール導体の間隔がλ/2未満であると、電磁波は反射しながら誘電体導波管線路の信号伝送方向に伝搬される。
なお、第1側壁形成用ビアホール導体群41、42、第2側壁形成用ビアホール導体群43、44および第3側壁形成用ビアホール導体群45、46を構成する側壁形成用ビアホール導体は前述のようにλ/2未満の間隔で配列されており、この間隔は良好な伝送特性を実現するためには一定の繰り返し間隔とすることが望ましいが、λ/2未満の間隔であれば良く、その中で適宜設定することができる。
ここで、図1では、第2の誘電体導波管線路2と第3の誘電体導波管線路3はそれぞれ誘電体層が1層の構造となっているが、この層数について限定はなく、図2に示すように、それぞれ誘電体層が2層の構造となっていて、第2上側主導体層21が第1上側主導体層11と同一平面上に形成されておらず、第3下側主導体層32が第1下側主導体層12と同一平面上に形成されていない構成であってもよい。
この図2に示す構造では、第1上側主導体層11の端部と第2上側主導体層21の端部とは直接接続されておらず、第1上側主導体層11の端部と第2上側主導体層21の端部とを接続する境界壁形成用ビアホール導体がλ/2未満の間隔で配列された境界壁形成用ビアホール導体群47により、境界壁が形成されたものである。同様に、第1下側主導体層12の端部と第3下側主導体層32の端部とは直接接続されておらず、第1下側主導体層12の端部と第3下側主導体層32の端部とを接続する境界壁形成用ビアホール導体がλ/2未満の間隔で配列された境界壁形成用ビアホール導体群47により、境界壁が形成されたものである。
また、上から見て第1上側主導体層11の端部および第1下側主導体層12の端部と第2下側主導体層22(第3上側主導体層31)の端部とは離れていて、第2上側主導体層21から第3下側主導体層32までがいわゆる吹き抜けている構造となっている。なお、この第1上側主導体層11および第1下側主導体層12の端部と第2下側主導体層22(第3上側主導体層31)の端部との間隔は信号波長λの4分の1以上であるのが好ましい。
このような第1の誘電体導波管線路1の層厚みと第2の誘電体導波管線路2および第3の誘電体導波管線路3の層厚みが同じである図2に示す上下分岐構造では、図1に示す構造に比べて伝送損失を小さくすることができる。
図1および図2に示す分岐導波管線路によれば、第1の誘電体導波管線路1を伝搬する高周波信号は、第2の誘電体導波管線路2と第3の誘電体導波管線路3とに等分配されるものである。
これに対し、この分配比を変更した形態として、次のような構造が挙げられる。
図3に示すものは、図1の構成において、第2の誘電体導波管線路2の線路内であって第1の誘電体導波管線路1との接続端近傍(第2の誘電体導波管線路2の第1の誘電体導波管線路1側入り口近傍)に2本のビアホール導体5を設け、このビアホール導体5の設けられた部分の線路幅を狭くすることによって、第2の誘電体導波管線路2よりも第3の誘電体導波管線路3への高周波信号の伝搬が多くなるようにした分岐導波管線路である。ビアホール導体7を設けたことで、第2の誘電体導波管線路2のインピーダンスが変化し、整合性が変化している。これにより、第2の誘電体導波管線路2に伝送される高周波信号と第3の誘電体導波管線路3に伝送される高周波信号との分配比を異ならせることができている。
また、図4に示す本発明の分岐導波管線路は、図1の構成において、第2の誘電体導波管線路2を構成する第2側壁形成用ビアホール導体群43と第2側壁形成用ビアホール導体群44との間隔(線路幅)を、第3の誘電体導波管線路3を構成する第3側壁形成用ビアホール導体群45と第3側壁形成用ビアホール導体群46との間隔(線路幅)よりも大きくすることによって、第3の誘電体導波管線路3よりも第2の誘電体導波管線路2への高周波信号の伝搬が多くなるようにした分岐導波管線路である。線路幅を広くしたことで、第2の誘電体導波管線路2のインピーダンスが変化し、整合性が変化している。これにより、第2の誘電体導波管線路2に伝送される高周波信号と第3の誘電体導波管線路3に伝送される高周波信号との分配比を異ならせることができている。
また、図5に示すものは、図1に示す第2の誘電体導波管線路2を1層構造から2層構造に変更したものであって、2層構造の第1の誘電体導波管線路1から、誘電体層が2層構造の第2の誘電体導波管線路2および誘電体層が1層構造の第3の誘電体導波管線路3へと分岐する分岐導波管線路である。この図5に示す構造では、第1上側主導体層11の端部と第2上側主導体層21の端部とを接続する境界壁形成用ビアホール導体がλ/2未満の間隔で配列された境界壁形成用ビアホール導体群47により、境界壁が形成されている。また、上から見て第1上側主導体層11の端部と第2下側主導体層22(第3上側主導体層31)の端部とは離れていて、第2上側主導体層21から第1下側主導体層12までがいわゆる吹き抜け構造となっているが、この第1上側主導体層11の端部と第2下側主導体層22(第3上側主導体層31)の端部との間隔は信号波長λの4分の1以上であるのが好ましい。
これまで述べた分岐導波管線路は、基板本体の内部に形成され、基板本体の互いに対向する主面に向かって高周波信号を分配するようになっている多層配線基板やアンテナ基板として好適に用いられる。
多層配線基板は、上記の分岐導波管線路を有する基板本体と、この基板本体の対向する主面にそれぞれ設けられた半導体素子とを具備し、一方の主面に設けられた半導体素子と第2の誘電体導波管線路2との間を高周波信号が伝搬されるようになっているとともに、他方の主面に設けられた半導体素子と第3の誘電体導波管線路3との間を高周波信号が伝搬されるようになっているものである。
具体的には、例えば特開2004−104816号公報に記載されたような構造であって、第2上側主導体層21および第3下側主導体層32にスロットが形成されるとともにこのスロットに対峙する位置にマイクロストリップ線路が形成され、このマイクロストリップ線路を介して半導体素子に高周波信号が伝搬されるような構造が挙げられる。
また、例えば特開2005−51331号公報に記載されたような構造であって、第2上側主導体層21および第3下側主導体層32に開口が形成されるとともに、それぞれの開口を通じてマイクロストリップ線路の端部から誘電体導波管線路内に伝送用ビアホールを延設し、誘電体導波管線路内の伝送用ビアホール端部に第2上側主導体層21および第3下側主導体層32に平行な導体パターンを形成した構造であって、この伝送用ビアホールおよびマイクロストリップ線路を介して半導体素子に高周波信号が伝搬されるような構造であってもよい。
さらに、例えば特開平10−215104号公報に記載されたような構造であって、第2の誘電体導波管線路2および第3の誘電体導波管線路3のビアホール導体群で形成された側面もしくは端面を介して、第2の誘電体導波管線路2および第3の誘電体導波管線路3の内部に他の伝送線路の一端を挿入し、この他の伝送線路を介して半導体素子に高周波信号が伝搬されるような構造であってもよい。
またさらに、第2上側主導体層21および第3下側主導体層32が絶縁基体の表面に形成されている場合であって、第2の誘電体導波管線路2および第3の誘電体導波管線路3の端部に直接電気的にマイクロストリップ線路が接続されていて、このマイクロストリップ線路を介して半導体素子に高周波信号が伝搬されるような構造であってもよい。
一方、アンテナ基板は、図6に示すように、上記の分岐導波管線路を有する基板本体61と、この基板本体61の対向する主面にそれぞれ設けられた複数のアンテナ素子62とを具備し、一方の主面に設けられた複数のアンテナ素子62と第2の誘電体導波管線路2との間を高周波信号が伝搬されるようになっているとともに他方の主面に設けられた複数のアンテナ素子62と第3の誘電体導波管線路3との間を高周波信号が伝搬されるようになっているものである。
具体的には、例えば図6に示すように、第2の誘電体導波管線路2の上に第4の誘電体導波管線路63(給電用誘電体導波管線路)が配置され、スロットにより第2の誘電体導波管線路2と第4の誘電体導波管線路63とが結合され、アンテナ素子62としての第4の誘電体導波管線路63の上面に設けられたスロットアンテナまたはスロット上に誘電体共振器を備えた誘電体共振器アンテナが設けられ、同様に、第3の誘電体導波管線路3の下に第5の誘電体導波管線路64(給電用誘電体導波管線路)が配置され、スロットにより第3の誘電体導波管線路3と第5の誘電体導波管線路64とが結合され、アンテナ素子62としての第5の誘電体導波管線路64の下面に設けられたスロットアンテナまたはスロット上に誘電体共振器を備えた誘電体共振器アンテナが設けられた構造により、高周波信号が伝搬される(給電される)ようになっているものが挙げられる。
また、上記のような別の誘電体導波管線路を設けることなく、第2の誘電体導波管線路2の上側(第2上側主導体層21)にアンテナ素子62が設けられるとともに第3の誘電体導波管線路3の下側(第3下側主導体層32)にアンテナ素子62が設けられていて、直接アンテナ素子62と結合するようになっていてもよい。
ただし、多数のアンテナ素子62を基板本体の上下面に配置しなければならない場合には、位相をあわせる点において給電用誘電体導波管線路を経由させた図6に示す構造が好ましく、この構造によって小型で放射特性のよいアンテナ基板が得られる。
そして、図7に示すように、このアンテナ基板6を車のフロント側に設置することで、センサー用アンテナとして機能し、衝突防止用レーダーで検知できない、側面方向の障害物や接近してきた物体を検知することができることから安全性が高まる。また、図示しないが、リヤ側に設置することでも同様の効果が得られる。
なお、本発明の分岐導波管線路を有する基板とアンテナ素子を有する基板とを別途形成した後、接合してなる構成であってもよい。
岐導波管線路について、有限要素法を用いた電磁場解析による伝送特性の評価を行った。
(実施例1)
まず、図1に示す構造について伝送特性(周波数特性)の評価を行なった。なお、誘電体層が2層構造の第1の誘電体導波管線路1への入出力ポートをポート1とし、誘電体層が1層構造の第2の誘電体導波管線路2への入出力ポートをポート2とし、誘電体層が1層構造の第3の誘電体導波管線路3への入出力ポートをポート3とした。
具体的には、第1の誘電体導波管線路1を構成する誘電体層の比誘電率は9.75、誘電体層の合計厚みを0.30mm(1層あたり厚み0.15mmの誘電体層が2層積層された構造)、第1の誘電体導波管線路1の線路幅となる側壁形成用ビアホール導体群41と側壁形成用ビアホール導体群42との間隔(ビアホール導体の中心間距離とした)は1.1mm、第1の誘電体導波管線路1の上下の壁を構成する第1上側主導体層11および第1下側主導体層12の厚みは0.01mmとした。
また、第2の誘電体導波管線路2を構成する誘電体層の比誘電率は9.75、誘電体層の厚みを0.15mm、第2の誘電体導波管線路2の線路幅となる側壁形成用ビアホール導体群43と側壁形成用ビアホール導体群44とのビアホール導体群とビアホール導体群との間隔(ビアホール導体の中心間距離とした)は1.1mm、第2上側主導体層21の厚みは0.01mm、第2下側主導体層22の厚みは0.005mmとした。
また、第3の誘電体導波管線路3を構成する誘電体層の比誘電率は9.75、誘電体層の厚みを0.15mm、第3の誘電体導波管線路3の線路幅となる側壁形成用ビアホール導体群45と側壁形成用ビアホール導体群46との間隔(ビアホール導体の中心間距離とした)は1.1mm、第3上側主導体層31の厚みは0.005mm、第3下側主導体層32の厚みは0.01mmとした。
そして、側壁形成用ビアホール導体の直径は0.12mm、信号伝送方向のビアホールピッチ(ビアホール導体の中心間距離とした)は0.3mm、第1の積層型導波管1の信号伝送方向の距離は1.5mm、第2の誘電体導波管線路2および第3の誘電体導波管線路3の伝送方向の距離は1.3mmとした。
この構造における伝送特性(周波数特性)を図8に示す。なお、図8において横軸は周波数(単位:GHz)を、縦軸はSパラメータ(単位:dB)を示し、各特性曲線はSパラメータのうちS11(反射量)およびS21(透過量)、S31(透過量)を表わしている。なお、誘電体による損失、導体による損失は考慮していない。
図8によれば、76.5GHzにおけるS11(反射量)は−35.5dB、S21(透過量)は−3.02dB、S31(透過量)は−3.05dBで、分配比率はポート2:ポート3=1:1(等分配)であった。そして、71〜82GHzにわたる広帯域でS11(反射量)が−30dB以下と良好な特性で、分配できることがわかる。なお、ミリ波レーダーの周波数が76〜77GHzに割り当てられているので、その中心をとって76.5GHzで評価した。
(実施例2)
次に、図3に示す構造について伝送特性(周波数特性)の評価を行なった。なお、第1の誘電体導波管線路1への入出力ポートをポート1とし、第2の誘電体導波管線路2への入出力ポートをポート2とし、第3の誘電体導波管線路3への入出力ポートをポート3とした。
具体的には、図1に示す構造において、第2の誘電体導波管線路2の線路内に線路幅を狭めるように2本のビアホール導体7を設けたものである。ビアホール導体7の直径は0.12mm、これらの間隔(ビアホール導体の中心間距離とした)は0.9mmとした。その他の数値は、実施例1と同様である。
この構造における伝送特性(周波数特性)を図9に示す。なお、図9において横軸は周波数(単位:GHz)を、縦軸はSパラメータ(単位:dB)を示し、各特性曲線はSパラメータのうちS11(反射量)およびS21(透過量)、S31(透過量)を表わしている。なお、誘電体による損失、導体による損失は考慮していない。
図9によれば、76.5GHzにおけるS11は−20.0dB、S21は−2.28dB、S31は−4.00dBで、分配比率はポート2:ポート3=1:0.67であった。そして、71〜82GHzにわたる広帯域でS11(反射量)が−15dB以下と良好な特性で、分配比率を変更することができていることがわかる。
(実施例3)
次に、図4に示す構造について伝送特性(周波数特性)の評価を行なった。なお、第1の誘電体導波管線路1への入出力ポートをポート1とし、第2の誘電体導波管線路2への入出力ポートをポート2とし、第3の誘電体導波管線路3への入出力ポートをポート3とした。
具体的には、図1に示す構造において、第2の誘電体導波管線路2の線路幅を広くした構造である。第2の誘電体導波管線路2の線路幅(ビアホール導体の中心間距離とした)は1.4mmとした。
この構造における伝送特性(周波数特性)を図10に示す。なお、図10において横軸は周波数(単位:GHz)を、縦軸はSパラメータ(単位:dB)を示し、各特性曲線はSパラメータのうちS11(反射量)およびS21(透過量)、S31(透過量)を表わしている。なお、誘電体による損失、導体による損失は考慮していない。
図10によれば、76.5GHzにおけるS11は−20.0dB、S21は−2.28dB、S31は−4.00dBで、分配比率はポート2:ポート3=1:0.67であった。そして、71〜82GHzにわたる広帯域でS11(反射量)が−15dB以下と良好な特性で、分配比率を変更することができていることがわかる。
図10によれば、76.5GHzにおけるS11は−20.5dB、S21は−3.84dB、S31は−2.38dBで、分配比率はポート2:ポート3=0.71:1であった。そして、72〜82GHzにわたる広帯域でS11(反射量)が−15dB以下と良好な特性で、分配比率を変更することができていることがわかる。
(実施例4)
次に、図5に示す構造について伝送特性(周波数特性)の評価を行なった。なお、第1の誘電体導波管線路1への入出力ポートをポート1とし、第2の誘電体導波管線路2への入出力ポートをポート2とし、第3の誘電体導波管線路3への入出力ポートをポート3とした。
具体的には、図1に示す第2の誘電体導波管線路2を1層構造から2層構造に変更した構造である。第2の誘電体導波管線路2の誘電体層の合計厚みを0.30mm(1層あたり厚み0.15mmの誘電体層が2層積層された構造)とした。その他の数値は、実施例1と同様である。
この構造における伝送特性(周波数特性)を図11に示す。なお、図11において横軸は周波数(単位:GHz)を、縦軸はSパラメータ(単位:dB)を示し、各特性曲線はSパラメータのうちS11(反射量)およびS21(透過量)、S31(透過量)を表わしている。なお、誘電体による損失、導体による損失は考慮していない。
図11によれば、76.5GHzにおけるS11は−15.0dB、S21は−3.71dB、S31は−2.75dBで、分配比率はPort2:Port3=0.8:1であった。72〜82GHzにわたる広帯域でS11(反射量)が−15dB以下と良好な特性で、分配比率を変更することができていることがわかる。
以上の結果より、多種多様な方法で分配比率を変更しても、特性の良好な分岐導波管線路を得ることができていることがわかる。
岐導波管線路の一実施形態を示す概略斜視図である。 岐導波管線路の他の実施形態を示す概略斜視図である。 岐導波管線路の他の実施形態を示す概略斜視図である。 本発明の分岐導波管線路の他の実施形態を示す概略斜視図である。 岐導波管線路の他の実施形態を示す概略斜視図である。 本発明のアンテナ基板の一実施形態を示す概略説明図である。 本発明のアンテナ基板の用途の説明図である。 図1に示す分岐導波管線路の伝送特性(周波数特性)の評価結果を示すグラフである。 図3に示す分岐導波管線路の伝送特性(周波数特性)の評価結果を示すグラフである。 図4に示す分岐導波管線路の伝送特性(周波数特性)の評価結果を示すグラフである。 図5に示す分岐導波管線路の伝送特性(周波数特性)の評価結果を示すグラフである。 従来の分岐導波管線路の一実施形態を示す概略斜視図である。 従来の分岐導波管線路の他の実施形態を示す説明図である。
符号の説明
1:第1の誘電体導波管線路
11:第1上側主導体層
12:第1下側主導体層
13:副導体層
2:第2の誘電体導波管線路
21:第2上側主導体層
22:第2下側主導体層
3:第3の誘電体導波管線路
31:第3上側主導体層
32:第3下側主導体層
41、42、43、44、45、46:側壁形成用ビアホール導体群
47:境界壁形成用ビアホール導体群
6:アンテナ基板
61:基板本体
62:アンテナ素子

Claims (3)

  1. 誘電体層が積層されてなる絶縁基体に形成された、第1の誘電体導波管線路の一方端が、上下に重ねて配置された第2の誘電体導波管線路および第3の誘電体導波管線路に分岐される分岐導波管線路であって、
    前記第1の誘電体導波管線路は、少なくとも1層の前記誘電体層を挟んで上下で対向する第1上側主導体層および第1下側主導体層、該第1上側主導体層および第1下側主導体層を電気的に接続する第1ビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の2分の1未満の間隔で配列して構成され、2列の第1側壁形成用ビアホール導体群とを備えており
    前記第2の誘電体導波管線路は、少なくとも1層の前記誘電体層を挟んで上下で対向する第2上側主導体層および第2下側主導体層、該第2上側主導体層および第2下側主導体層を電気的に接続する第2ビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の2分の1未満の間隔で配列して構成され、2列の第2側壁形成用ビアホール導体群とを備えており
    前記第3の誘電体導波管線路は、少なくとも1層の前記誘電体層を挟んで上下で対向する第3上側主導体層および第3下側主導体層、該第3上側主導体層および第3下側主導体層を電気的に接続する第3ビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の2分の1未満の間隔で配列して構成され、2列の第3側壁形成用ビアホール導体群とを備えており
    前記第2下側主導体層と前記第3上側主導体層とは、一体化されて1層の導体層になっているとともに、前記第1上側主導体層よりも下側であって前記第1下側主導体層よりも上側である前記絶縁基体内に配置されており
    前記第1上側主導体層の端部と前記第2上側主導体層の端部とは、第4のビアホール導体を信号伝送方向と垂直な方向に信号波長の2分の1未満の間隔で配列してなる第4のビアホール導体群を介して電気的に接続されており、
    前記第1下側主導体層の端部と前記第3下側主導体層の端部とは、第5のビアホール導体を信号伝送方向と垂直な方向に信号波長の2分の1未満の間隔で配列してなる第5のビアホール導体群を介して電気的に接続されており、
    前記2列の第2側壁形成用ビアホール導体群同士の間隔が、前記2列の第3側壁形成用ビアホール導体群同士の間隔よりも大きい
    ことを特徴とする分岐導波管線路。
  2. 請求項1に記載の分岐導波管線路と前記絶縁基体の対向する主面にそれぞれ設けられた半導体素子とを具備し、一方の前記主面に設けられた前記半導体素子と前記第2の誘電体導波管線路との間を高周波信号が伝搬されるようになっているとともに、他方の前記主面に設けられた前記半導体素子と前記第3の誘電体導波管線路との間を高周波信号が伝搬されるようになっていることを特徴とする多層配線基板。
  3. 請求項1に記載の分岐導波管線路と前記絶縁基体の対向する主面にそれぞれ設けられた複数のアンテナ素子とを具備し、一方の前記主面に設けられた複数の前記アンテナ素子と前記第2の誘電体導波管線路との間を高周波信号が伝搬されるようになっているとともに他方の前記主面に設けられた複数の前記アンテナ素子と前記第3の誘電体導波管線路との間を高周波信号が伝搬されるようになっていることを特徴とするアンテナ基板。
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