JP4821391B2 - 回路基板の接続構造 - Google Patents
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Description
なお、この不要な放射電波は、第1、第2の誘電体基板の他端部が接続された半導体素子に対して、電磁干渉を引き起こす。
この発明に係る実施の形態1は、高周波デバイス間の接続部において、相互接続されるマイクロストリップ線路の端部を導波管内に配置し、マイクロストリップ線路と導波管のモード変換を利用して、RF(Radio Frequency)信号の接続を行うことを特徴としている。以下、これについて図を用いて説明する。
ここでの高周波デバイスとは、半導体素子や、MIC(monolithic microwave circuit)基板やMMIC(monolithic microwave integrated circuit)等のマイクロ波帯やミリ波帯の高周波信号を処理する高周波回路が、誘電体基板上に設けられた回路基板を指し示す。
なお、キャリア2、3は、誘電体基板の表面に金属導体がメタライズされたものであっても良い。
なお、高周波デバイス5及び6は、金属筐体内に収容されて気密封入されても良い。この場合、接続基板7、8は、金属筐体の内外を、気密を保持したまま貫通するフィードスルーを構成する。
なお、金属シャーシ1は外部回路のグランドに接続され、接地されている。また、キャリア2、3は、金属シャーシ1に接地されている。
なお、導波管9は内部が中空であることを前提としている。この導波管内部に誘電体を設けることもできるが、この場合は誘電損失が発生し、通過損失が増加してしまうので、導波管9の内部は中空であることが好ましい。
また、導波管9の開口穴22、32を除いた部分には、導波管内を伝搬する電波が外部に漏れ出る隙間がないように、半田付けやろう付け、もしくは導電性接着剤の塗布や充填によって、接合面を電気的に密接に接合させておく。
図において、接続基板7は、誘電体基板7bの上面にマイクロストリップ線路導体7aが設けられ、誘電体基板7bの下面に接地導体7cが設けられている。接続基板8は、誘電体基板8bの上面にマイクロストリップ線路導体8aが設けられ、誘電体基板8bの下面に接地導体8cが設けられている。導波管9における左右両側の幅広面は、導波管のH面を構成し、上下両側の幅狭面は導波管のE面を構成している。
しかし、この分割位置をH面における導波管のE面に平行な電界最大面となるE面分割とすると、漏れが最も少ないことが知られている。
そこで、図2に示した導波管9は、分割位置を幅広面(H面)のE面に平行な中央部、すなわち導波管の電界最大面もしくはその周辺にすることにより、漏れが最も少ない構成となっている。そのため、接続部100での損失を低減することができる。この際、接続基板7、8の基板面(下面7d、8d)は、導波管の電界最大面もしくはその周辺に配置されている。
また、接続部100が金属で囲まれているため、放射を低減でき、接続部前後のデバイス間の電波干渉を抑えることが可能である。
なお、開口穴22、23は、使用周波数での空間波長をλとした場合、それぞれ導波管のカットオフ周波数を与えるλ/2よりも開口長を小さくする。
また、接続基板8のマイクロストリップ線路導体8aと短絡面45bとの間の距離は、距離L2だけ離れて配置されている。
さらに、接続基板7のマイクロストリップ線路導体7aと接続基板8のマイクロストリップ線路導体8aとは、線路直交方向に所定の距離L3だけ離れて配置される。ここで、変換器の変換特性は、接続基板7、8の導波管9内部への挿入長の他、上記距離L1、L2、L3によって決定される。
高周波デバイス5は接続基板7との間で高周波信号を伝搬する。また、高周波デバイス6は接続基板8との間で高周波信号を伝搬する。接続基板7、8は、導波管9を構成する接続部100によって接続される。この際、接続基板7のMSLを通じて高周波デバイス5から伝送される高周波信号は、導波管9の内部でマイクロストリップ線路モードから導波管モードにモード変換され、導波管9の内部を導波管モードに変換された電波が伝搬される。さらに、導波管9の内部を伝搬される電波は、接続基板8のMSLに結合して導波管モードからマイクロストリップ線路モードにモード変換され、接続基板8のMSLを通じて高周波デバイス6に伝送される。すなわち、接続部100の導波管9は、マイクロストリップ線路−導波管変換器と、導波管−マイクロストリップ線路変換器として機能する。このように動作することで、接続基板7、8の接続部100において、低損失かつ低放射となる接続方法が実現される。
図3において、周波数33Hz〜39Hzの帯域で、反射損失が−20dB以下となっており、広帯域に良好な反射特性が得られている。これは、L1とL2の電気長をおよそλg/4、L3の電気長をλg/2とした場合、導波管9内部の短絡面45aと45bの間で、TE102モードの共振波形が生成されることによる。すなわち、この共振波形における電界振幅の最大となる位置に、接続基板7、8のマイクロストリップ線路導体7a、8aが配置されるので、マイクロストリップ線路導体7aとマイクロストリップ線路導体8aとが、導波管9を介して効率的に結合することとなる。
マイクロストリップ線路と導波管のインターフェース変換については、様々な方法が考えられており、例えば導波管にマイクロストリップ線路を挿入する方法が知られている(例えば、特開平6-140816号公報参照)。この方法では、導波管の管軸を垂直に立てて、導波管の管軸に直交する水平面にMSLを挿入している。
しかし、この方法は、導波管を用いてMSL同士を電気的に接続することを前提としたものではない。仮に、同方法を使って2つのMSLを接続した場合は、MSLの接続された2つの導波管同士を、垂直方向に接続する必要がある。これによって、各導波管に接続される各MSLが異なる面に設置され、接続部が立体的に構成されるので、MSLに接続された高周波デバイスは同一平面上に配置できなくなる。したがって、この方法では接続部及び回路基板を含めた回路全体を小型化することはできない。
また、導波管9の内壁の幅広面(H面)に垂直な方向に貫通した開口穴22、32を有し、接続基板7、8の一端部は、開口穴22、32を通じて導波管9内に突出させている。
また、接続基板7、8の基板面は、導波管9の電界最大面もしくはその周辺に配置している。
また、従来では放射源となっていた、接続基板7、8におけるMSLの接続部分周辺を、導波管を構成する金属で囲っているため、高周波デバイス5、6間の電波干渉を抑制することができる。
実施の形態1では、図2に示したように、接続基板7、8がMSLの線路直交方向に所定の距離離間した例を説明した。この実施の形態2では、図4に示すように、接続基板7、8がMSLの線路直交方向に同じ位置に配置され(すなわち、L3=0となり)、接続基板7、8が線路方向に対し僅かに位置ずれして配置した例を示している。
図において、周波数33.8Hz〜34.7Hzの間の約1GHz帯域では、反射損失が−20dB以下となっており、良好な反射特性が得られている。実施の形態1と比べると、反射特性の良好な帯域が狭くなっているが、比較的狭帯域で利用されるレーダ装置においては、十分な反射特性を得ることができる。
Claims (2)
- 回路基板に接続される第1のマイクロストリップ線路を有した第1の誘電体基板と、
上記第1のマイクロストリップ線路から離間し、上記第1のマイクロストリップ線路と平行に配置されて、他の回路基板に接続される第2のマイクロストリップ線路を有した第2の誘電体基板と、
管内に上記第1、第2の誘電体基板の一端部が配置され、管外に上記第1、第2の誘電体基板の他端部が配置されるとともに、両端部に短絡面を有した導波管を構成する接続部と、
を備え、
上記導波管はE面分割され、上記導波管のH面における当該E面分割面に第1、第2の貫通穴を有し、
上記第1、第2の誘電体基板の基板面は、上記導波管のE面に平行であって、上記導波管の電界最大面もしくはその周辺における、同一面上に配置され、
上記第1、第2の誘電体基板の一端部は、上記第1、第2の貫通穴を通じて上記導波管内に突出し、
上記第1、第2のマイクロストリップ線路は、線路の直交方向に互いに離間配置され、この離間した距離が上記導波管の管内波長の2分の1であって、かつ上記導波管の両端の短絡面からそれぞれ上記導波管の管内波長の4分の1の距離に配置されたことを特徴とする回路基板の接続構造。 - 第1のマイクロストリップ線路を有した第1の誘電体基板と、
上記第1のマイクロストリップ線路から離間し、上記第1のマイクロストリップ線路と平行に配置される第2のマイクロストリップ線路を有した第2の誘電体基板と、
管内に上記第1、第2の誘電体基板の一端部が配置され、両端部に短絡面を有した導波管と、
を備え、
上記導波管はE面分割され、上記導波管のH面における当該E面分割面に第1、第2の貫通穴を有し、
上記第1、第2の誘電体基板の基板面は、上記導波管のE面に平行であって、上記導波管の電界最大面もしくはその周辺における、同一面上に配置され、
上記第1、第2の誘電体基板の一端部は、上記第1、第2の貫通穴を通じて上記導波管内に突出し、
上記第1、第2のマイクロストリップ線路は、線路の直交方向に互いに離間配置され、この離間した距離が上記導波管の管内波長の2分の1であって、かつ上記導波管の両端の短絡面からそれぞれ上記導波管の管内波長の4分の1の距離に配置されたことを特徴とする回路基板の接続構造。
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