JP5880675B2 - High frequency transmission line and antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、高周波伝送線路に関し、特にはアンテナ端とコネクタ端との間に接続される高周波伝送線路に関するものである。 The present invention relates to a high frequency transmission line, and more particularly to a high frequency transmission line connected between an antenna end and a connector end.
移動体通信端末等の高周波信号を扱う電子機器においては、信号処理部に高周波信号を伝送する高周波伝送線路が用いられる。たとえば移動体通信端末においては50Ωや75Ωの同軸ケーブルが用いられている。 In an electronic device that handles a high-frequency signal such as a mobile communication terminal, a high-frequency transmission line that transmits the high-frequency signal to a signal processing unit is used. For example, 50Ω or 75Ω coaxial cables are used in mobile communication terminals.
こうした同軸ケーブルには、たとえば特許文献1および特許文献2に示されているように、高周波信号処理部との間にコネクタが付設されることがある。図1はその例を示す図である。図1(A)は同軸ケーブルの断面図、図1(B)はその一方端にコネクタ40を取り付けた状態を示している。
Such a coaxial cable is sometimes provided with a connector between the coaxial cable and the high-frequency signal processing unit as disclosed in
例えば、同軸ケーブル等の高周波伝送線路の第1端にアンテナが接続され、第2端にコネクタが接続される場合、アンテナで受信された高周波信号は、同軸ケーブルおよびコネクタを介して高周波信号処理部に送られる。 For example, when an antenna is connected to the first end of a high-frequency transmission line such as a coaxial cable and a connector is connected to the second end, a high-frequency signal received by the antenna is transmitted through the coaxial cable and the connector. Sent to.
ところが通常、アンテナの特性インピーダンスは同軸ケーブルの特性インピーダンス(通常50Ωや75Ω)より低いのに対し、コネクタの特性インピーダンスは同軸ケーブルの特性インピーダンスより高い。そのため、同軸ケーブルに1/4波長の奇数倍の定在波が生じる周波数で共振する。 However, the characteristic impedance of the antenna is usually lower than the characteristic impedance of the coaxial cable (usually 50Ω or 75Ω), whereas the characteristic impedance of the connector is higher than the characteristic impedance of the coaxial cable. Therefore, the coaxial cable resonates at a frequency at which a standing wave having an odd multiple of a quarter wavelength is generated.
図1(C)はその様子を示す図である。図1(C)において第1端FPにアンテナが接続され、第2端SPにコネクタが接続されると、第1端は低インピーダンス、第2端は高インピーダンスであるので、第1端FPが電圧最小点(短絡端)、第2端が電圧最大点(開放端)となる定在波が生じる周波数で共振する。 FIG. 1C is a diagram showing this state. In FIG. 1C, when the antenna is connected to the first end FP and the connector is connected to the second end SP, the first end is low impedance and the second end is high impedance. Resonance occurs at a frequency at which a standing wave is generated with the minimum voltage point (short-circuit end) and the second end being the maximum voltage point (open end).
ここで、同軸ケーブル100内での1波長をλg、同軸ケーブルの長さをLg、同軸ケーブル100の誘電体の比誘電率をεrで表すと、1/4波長で共振する基本波の共振周波数foは、
fo=1/(4Lg√εr )×c (c:光速) …(1)
の関係にある。Lg=9[cm],√εr =1であるとすると、約830MHzで基本モードの共振が生じる。そのため、この同軸ケーブルの遮断周波数は約830MHzより低い周波数となる。この場合、例えば900MHz帯の信号を伝送する場合に、同軸ケーブルでの挿入損失が問題となる。
Here, when one wavelength in the
fo = 1 / (4Lg√εr) × c (c: speed of light) (1)
Are in a relationship. If Lg = 9 [cm] and √εr = 1, resonance in the fundamental mode occurs at about 830 MHz. Therefore, the cutoff frequency of this coaxial cable is lower than about 830 MHz. In this case, for example, when transmitting a signal in the 900 MHz band, the insertion loss in the coaxial cable becomes a problem.
また、従来の高周波伝送線路においては、屈曲を考慮した特別な構造を備えるものは無かった。 In addition, none of the conventional high-frequency transmission lines has a special structure in consideration of bending.
本発明は、柔軟性が高く、容易に屈曲できる高周波伝送線路およびアンテナ装置を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a high-frequency transmission line and an antenna device that are highly flexible and can be bent easily.
(1)本発明の高周波伝送線路は、第1端が低インピーダンス端であり、第2端が高インピーダンス端である高周波伝送線路において、
ストリップラインである低インピーダンス部と、特性インピーダンスが前記低インピーダンス部に比べて高い、マイクロストリップラインまたはコプレーナラインである高インピーダンス部と、が設けられ、
前記高インピーダンス部で屈曲され、かつ、前記低インピーダンス部で屈曲されないことを特徴とする。
(2)本発明の高周波伝送線路は、第1端が低インピーダンス端であり、第2端が高インピーダンス端である高周波伝送線路において、
ストリップラインである低インピーダンス部と、特性インピーダンスが前記低インピーダンス部に比べて高い、マイクロストリップラインまたはコプレーナラインである高インピーダンス部と、が設けられ、
前記ストリップラインを構成するグランド電極の少なくとも1つは、前記高インピーダンス部において形成されておらず、
前記高インピーダンス部で屈曲されることを特徴とする。
(3)(1)または(2)において、前記低インピーダンス部の長さの合計は、前記高インピーダンス部の長さの合計よりも長いことが好ましい。
(1) In the high frequency transmission line of the present invention, the first end is a low impedance end and the second end is a high impedance end.
A low impedance portion that is a strip line and a high impedance portion that is a microstrip line or a coplanar line, the characteristic impedance of which is higher than that of the low impedance portion, and
It is bent at the high impedance portion and is not bent at the low impedance portion .
(2) In the high frequency transmission line of the present invention, the first end is a low impedance end and the second end is a high impedance end.
A low impedance portion that is a strip line and a high impedance portion that is a microstrip line or a coplanar line, the characteristic impedance of which is higher than that of the low impedance portion, and
At least one of the ground electrodes constituting the stripline is not formed in the high impedance portion,
It is bent at the high impedance portion.
(3) In (1) or (2), the total length of the low impedance portions is preferably longer than the total length of the high impedance portions.
(4)(1)ないし(3)のいずれかにおいて、例えば前記低インピーダンス端はアンテナ接続端であり、前記高インピーダンス端はコネクタ接続端である。 ( 4 ) In any one of (1) to (3) , for example, the low impedance end is an antenna connection end, and the high impedance end is a connector connection end.
(5)(1)ないし(4)のいずれかにおいて、前記低インピーダンス部および前記高インピーダンス部は、複数の誘電体層および線路導体を含む積層体で構成されていて、前記高インピーダンス部は前記低インピーダンス部に比べて前記誘電体層の積層数が少ないことが好ましい。 ( 5 ) In any one of (1) to (4), the low impedance portion and the high impedance portion are formed of a laminate including a plurality of dielectric layers and line conductors, and the high impedance portion is It is preferable that the number of stacked dielectric layers is smaller than that of the low impedance portion.
(6)本発明のアンテナ装置は、(1)ないし(4)のいずれかに記載の高周波伝送線路と、前記低インピーダンス端に接続されたアンテナ素子とを備え、前記高周波伝送線路は複数の誘電体層および線路導体を含む積層体で構成されていて、前記アンテナ素子は前記積層体に前記高周波伝送線路とともに一体的に設けられていることを特徴とする。 ( 6 ) An antenna device of the present invention includes the high frequency transmission line according to any one of (1) to (4) and an antenna element connected to the low impedance end, and the high frequency transmission line includes a plurality of dielectrics. It is comprised by the laminated body containing a body layer and a line conductor, The said antenna element is integrally provided with the said high frequency transmission line in the said laminated body.
(7)本発明のアンテナ装置は、(5)に記載の高周波伝送線路と、前記低インピーダンス端に接続されたアンテナ素子とを備え、前記アンテナ素子は前記積層体に前記高周波伝送線路とともに一体的に設けられていることを特徴とする。 ( 7 ) The antenna device of the present invention includes the high-frequency transmission line according to ( 5 ) and an antenna element connected to the low impedance end, and the antenna element is integrated with the high-frequency transmission line in the laminate. It is provided in.
本発明によれば、柔軟性が高く、容易に屈曲できる高周波伝送線路およびアンテナ装置が得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a high-frequency transmission line and an antenna device that are highly flexible and can be bent easily.
《第1の実施形態》
図2は第1の実施形態の高周波伝送線路101の各部の断面図である。図3はその分解斜視図である。図2(A)は高周波伝送線路101の長手方向の縦断面図である。図2(B)は図2(A)のストリップラインSL1部分での横断面図、図2(C)は図2(A)のマイクロストリップラインMSL部分での横断面図、図2(D)は図2(A)のストリップラインSL2部分での横断面図、図2(E)は図2(A)のコプレーナライン(Coplanar Waveguide)CPL部分での横断面図である。
<< First Embodiment >>
FIG. 2 is a cross-sectional view of each part of the high-
この高周波伝送線路101は図2(A)に表れているように、第1ストリップラインSL1、マイクロストリップラインMSL、第2ストリップラインSL2、およびコプレーナラインCPLを備えている。
As shown in FIG. 2A, the high-
図3に表れているように、この高周波伝送線路101は4つの誘電体基材31a,31b,31c,31dを備えている(以下、単に基材という。)。基材31aの上面にはグランドラインG3が形成されている。基材31bの上面には信号ラインS1と二つのグランドラインG2a,G2bが形成されている。基材31cの上面には二つのグランドラインG1a,G1bが形成されている。基材31bにはグランドラインG1bとグランドラインG2a,G2bとの間を接続するビア導体V1a,V1bが形成されている。基材31aにはグランドラインG3とグランドラインG2a,G2bとの間を接続するビア導体V2a,V2bが形成されている。高周波伝送線路101は、これらの各種導体ラインが形成された基材31a,31b,31cおよび基材31dの積層体である。
As shown in FIG. 3, the high-
前記第1ストリップラインSL1はグランドラインG1a,G3および信号ラインS1を備えていて、これらの導体ラインと基材の誘電体層とによってストリップラインが構成されている。同様に、第2ストリップラインSL2はグランドラインG1b,G3および信号ラインS1を備えていて、これらの導体ラインと基材の誘電体層とによってストリップラインが構成されている。マイクロストリップラインMSLはグランドラインG3および信号ラインS1を備えていて、これらの導体ラインと基材の誘電体層とによってマイクロストリップラインが構成されている。コプレーナラインCPLはグランドラインG2a,G2bおよび信号ラインS1を備えていて、これらの導体ラインと基材の誘電体層とによってコプレーナラインが構成されている。 The first strip line SL1 includes ground lines G1a and G3 and a signal line S1, and a strip line is constituted by these conductor lines and the dielectric layer of the base material. Similarly, the second strip line SL2 includes ground lines G1b and G3 and a signal line S1, and a strip line is constituted by these conductor lines and the dielectric layer of the base material. The microstrip line MSL includes a ground line G3 and a signal line S1, and the microstrip line is configured by these conductor lines and the dielectric layer of the base material. The coplanar line CPL includes ground lines G2a and G2b and a signal line S1, and these conductor lines and the dielectric layer of the base material constitute a coplanar line.
図4(A)は高周波伝送線路101の各部の特性インピーダンスを示す図、図4(B)は高周波伝送線路101に生じる定在波の一例を示す図である。
FIG. 4A is a diagram illustrating characteristic impedance of each part of the high-
ストリップラインSL1,SL2の特性インピーダンスZa1,Za2はそれぞれ50Ωである。マイクロストリップラインMSLの特性インピーダンスZb1は75Ωである。また、コプレーナラインCPLの特性インピーダンスZb2は200Ωである。 The characteristic impedances Za1 and Za2 of the strip lines SL1 and SL2 are 50Ω, respectively. The characteristic impedance Zb1 of the microstrip line MSL is 75Ω. The characteristic impedance Zb2 of the coplanar line CPL is 200Ω.
高周波伝送線路101の第1端FPにアンテナが接続され、第2端SPにコネクタが接続されると、第1端は低インピーダンス端、第2端は高インピーダンス端であるので、第1端FPが電圧最小点(短絡端)、第2端が電圧最大点(開放端)となる定在波が生じる周波数で共振する。但し、マイクロストリップラインMSLの特性インピーダンスZb1はストリップラインSL1,SL2の特性インピーダンスより高い(Zb1>(Za1,Za2)の関係である)ので、図4(B)に表れているようにマイクロストリップラインMSLの位置が電圧最大(電圧強度分布の腹)となるような定在波が生じる。また、コプレーナラインCPLの特性インピーダンスZb2はストリップラインSL2の特性インピーダンスより高い(Zb2>Za2の関係である)ので、所定の周波数で図4(B)に表れているようにコプレーナラインCPLの位置が電圧最大(電圧強度分布の腹)となるような定在波が生じる。
When an antenna is connected to the first end FP of the high-
そのため、図1(C)に示したような1/4波長共振のモードは生じない。1/4波長共振モードはマイクロストリップラインMSL部分で電圧最大とならないからである。したがって、3/4波長共振が基本波(最低次の高調波)モードとなり、1/4波長共振の3倍以上の奇数倍共振が生じることになる。したがって、電圧最大点Em(電圧強度分布の腹)の数が2以上の共振が生じる。換言すると、電圧最大点Emとなる位置が伝送線路の高インピーダンス部となり、そこから離れた領域が低インピーダンス部となるようにストリップラインSL1,SL2、マイクロストリップラインMSL、コプレーナラインCPLをそれぞれ配置する。 Therefore, the 1/4 wavelength resonance mode as shown in FIG. 1C does not occur. This is because the quarter-wave resonance mode does not have the maximum voltage in the microstrip line MSL portion. Therefore, the 3/4 wavelength resonance becomes a fundamental wave (lowest harmonic) mode, and an odd multiple resonance that is three times or more of the 1/4 wavelength resonance occurs. Therefore, resonance occurs in which the number of maximum voltage points Em (antinodes of the voltage intensity distribution) is 2 or more. In other words, the strip lines SL1 and SL2, the microstrip line MSL, and the coplanar line CPL are arranged so that the position where the voltage maximum point Em is located is the high impedance part of the transmission line and the region away from the position is the low impedance part. .
図4(C)は前記高周波伝送線路101を集中定数回路で表した等価回路図である。高周波伝送線路101上の電圧最大点Em付近は電界エネルギー密度が高く、磁界エネルギー密度が低く、そこから離れるほど電界エネルギー密度が低く、磁界エネルギー密度が高い。そのため、電界エネルギー密度の高い部分はキャパシタC1,C2で表され、磁界エネルギー密度が高い部分はインダクタL1,L2で表される。
FIG. 4C is an equivalent circuit diagram showing the high-
図5は前記高周波伝送線路101の挿入損失の周波数特性を示す図である。図5において、曲線Cは図1に示した例のように全長にわたって特性インピーダンスが一定である高周波伝送線路の特性である。曲線Pは第1の実施形態の高周波伝送線路101の特性である。図4(C)に示したように高周波伝送線路101は等価的なローパスフィルタとして作用するので、高周波伝送線路101の挿入損失の周波数特性は図5のようにLCローパスフィルタの周波数特性と類似したものとなる。
FIG. 5 is a diagram showing frequency characteristics of insertion loss of the high-
図5において、従来構造の高周波伝送線路による1/4波長共振による共振周波数はfo1であり、3dB減衰する周波数fc1がその遮断周波数である。高周波伝送線路101の3/4波長共振による共振周波数はfo2であり、3dB減衰する周波数fc2がその遮断周波数である。このように、第1の実施形態の高周波伝送線路101の遮断周波数fc2は高く、広帯域に亘って低挿入損失特性が得られる。
In FIG. 5, the resonance frequency by the 1/4 wavelength resonance by the high-frequency transmission line of the conventional structure is fo1, and the frequency fc1 that attenuates by 3 dB is the cut-off frequency. The resonance frequency due to 3/4 wavelength resonance of the high-
ここで、高周波伝送線路101の線路上の1波長をλgで表し、線路長をLgで表すと、3/4波長共振の共振周波数fo2は、
fo2=3/(4Lg√εr )×c (c:光速) …(2)
の関係にある。Lg=9[cm],√εr =1であるとすると、約2.5GHzという高い周波数で3/4波長共振する。したがって例えば900MHz帯は遮断周波数fc2より充分に低く、その信号の挿入損失は低く抑えられる。
Here, when one wavelength on the line of the high-
fo2 = 3 / (4Lg√εr) × c (c: speed of light) (2)
Are in a relationship. Assuming that Lg = 9 [cm] and √εr = 1, 3/4 wavelength resonance occurs at a high frequency of about 2.5 GHz. Therefore, for example, the 900 MHz band is sufficiently lower than the cut-off frequency fc2, and the insertion loss of the signal is kept low.
なお、ストリップラインSL1,SL2とマイクロストリップラインMSLとの境界、およびストリップラインSL2とコプレーナラインCPLとの境界で若干のインピーダンス不整合が生じる。しかし、このインピーダンス不整合による反射損失は、上述の挿入損失の低減効果に比べて問題とならない。 A slight impedance mismatch occurs at the boundary between the strip lines SL1, SL2 and the microstrip line MSL and at the boundary between the strip line SL2 and the coplanar line CPL. However, the reflection loss due to this impedance mismatch is not a problem compared to the above-described effect of reducing the insertion loss.
因みに、図4に表れているように、コプレーナラインCPLの中央付近が電圧最大点Emとなるので、高周波伝送線路101の第2端SPより若干内側の位置が電圧強度分布の腹となる。そのため正確には、定在波が生じる最も低い周波数は(2)式よりさらに少し高い周波数となる。
Incidentally, as shown in FIG. 4, the vicinity of the center of the coplanar line CPL is the voltage maximum point Em, and therefore a position slightly inside the second end SP of the high-
《第2の実施形態》
図6は第2の実施形態の高周波伝送線路102の各部の断面図である。図7はその分解斜視図である。図6(A)は高周波伝送線路102の長手方向の縦断面図である。図6(B)は図6(A)の第1ストリップラインSL1部分での横断面図、図6(C)は図6(A)のマイクロストリップラインMSL部分での横断面図、図6(D)は図6(A)の第2ストリップラインSL2部分での横断面図、図6(E)は図6(A)の第1コプレーナラインCPL1部分での横断面図、図6(F)は図6(A)の第3ストリップラインSL3部分での横断面図、図6(G)は図6(A)の第2コプレーナラインCPL2部分での横断面図である。
<< Second Embodiment >>
FIG. 6 is a cross-sectional view of each part of the high-
この高周波伝送線路102は図6(A)に表れているように、第1ストリップラインSL1、マイクロストリップラインMSL、第2ストリップラインSL2、第1コプレーナラインCPL1、第3ストリップラインSL3、および第2コプレーナラインCPL2を備えている。
As shown in FIG. 6A, the high-
図7に表れているように、この高周波伝送線路102は4つの誘電体基材31a,31b,31c,31dを備えている。基材31aの上面にはグランドラインG2a,G2bが形成されている。基材31bの上面には信号ラインS1と四つのグランドラインG3a,G3b,G4a,G4bが形成されている。基材31cの上面には三つのグランドラインG1a,G1b,G1cが形成されている。グランドラインG1b,G3a,G3b,G2aは図に示すようにビア導体で接続されている。また、グランドラインG1c,G3a,G3b,G4a,G4b,G2bは図に示すようにビア導体で接続されている。
As shown in FIG. 7, the high-
高周波伝送線路102は、これらの各種導体ラインが形成された基材31a,31b,31cおよび基材31dの積層体である。但し、第1コプレーナラインCPL1は基材31b,31cの積層体であって、その他の線路部分より厚みが薄く構成されている。
The high-
図8(A)は高周波伝送線路102の各部の特性インピーダンスを示す図、図8(B)は高周波伝送線路102に生じる定在波の一例を示す図である。
FIG. 8A is a diagram illustrating the characteristic impedance of each part of the high-
ストリップラインSL1,SL2,SL3の特性インピーダンスZa1,Za2,Za3はそれぞれ50Ωである。マイクロストリップラインMSLの特性インピーダンスZb1は75Ωである。また、コプレーナラインCPL1,CPL2の特性インピーダンスZb2,Zb3はそれぞれ200Ωである。 The characteristic impedances Za1, Za2 and Za3 of the strip lines SL1, SL2 and SL3 are 50Ω, respectively. The characteristic impedance Zb1 of the microstrip line MSL is 75Ω. The characteristic impedances Zb2 and Zb3 of the coplanar lines CPL1 and CPL2 are 200Ω.
高周波伝送線路102の第1端FPにアンテナが接続され、第2端SPにコネクタが接続されると、第1端は低インピーダンス端、第2端は高インピーダンス端であるので、第1端FPが電圧最小点(短絡端)、第2端が電圧最大点(開放端)となる定在波が生じる周波数で共振する。但し、マイクロストリップラインMSLの特性インピーダンスZb1はストリップラインSL1,SL2の特性インピーダンスより高い(Zb1>(Za1,Za2)の関係である)ので、図8(B)に表れているようにマイクロストリップラインMSLの位置が電圧最大(電圧強度分布の腹)となるような定在波が生じる。また、コプレーナラインCPL1,CPL2の特性インピーダンスZb2,Zb3はストリップラインSL2,SL3の特性インピーダンスZa2,Za3より高い((Zb2,Zb3)>(Za2,Za3)の関係である)ので、図8(B)に表れているように所定の周波数でコプレーナラインCPL1,CPL2の位置が電圧最大(電圧強度分布の腹)となるような定在波が生じる。
When an antenna is connected to the first end FP of the high-
そのため、図1(C)に示したような1/4波長共振のモードや、図4(B)に示したような3/4波長共振のモードは生じない。これらの共振モードはマイクロストリップラインMSL部分、コプレーナラインCPL1,CPL2部分で電圧最大とはならないからである。第2の実施形態では、マイクロストリップラインMSL部分、コプレーナラインCPL1,CPL2部分が電圧最大点Emとなる5/4波長共振が基本波(最低次の高調波)モードとなる。換言すると、5/4波長共振の状態で電圧最大点Emとなる位置が高インピーダンスの伝送線路となり、そこから離れた領域が低インピーダンスの伝送線路となるようにストリップラインSL1,SL2,SL3、マイクロストリップラインMSL、コプレーナラインCPL1,CPL2をそれぞれ配置する。 Therefore, the 1/4 wavelength resonance mode as shown in FIG. 1C and the 3/4 wavelength resonance mode as shown in FIG. 4B do not occur. This is because these resonance modes do not have the maximum voltage in the microstrip line MSL portion and the coplanar lines CPL1 and CPL2. In the second embodiment, the 5/4 wavelength resonance in which the microstrip line MSL portion and the coplanar lines CPL1 and CPL2 portions are at the voltage maximum point Em is the fundamental wave (lowest harmonic) mode. In other words, the strip lines SL1, SL2, SL3, and micro are arranged so that the position where the voltage maximum point Em is in the state of 5/4 wavelength resonance is a high-impedance transmission line, and the region away from the position is a low-impedance transmission line. Strip line MSL and coplanar lines CPL1 and CPL2 are arranged, respectively.
図8(C)は前記高周波伝送線路102を集中定数回路で表した等価回路図である。高周波伝送線路102上の電圧最大点Em付近は電界エネルギー密度が高く、磁界エネルギー密度が低く、そこから離れるほど電界エネルギー密度が低く、磁界エネルギー密度が高い。そのため、電界エネルギー密度の高い部分はキャパシタC1,C2,C3で表され、磁界エネルギー密度が高い部分はインダクタL1,L2,L3で表される。
FIG. 8C is an equivalent circuit diagram showing the high-
第2の実施形態によれば、高周波伝送線路102の線路上の1波長をλgで表し、線路長をLgで表すと、5/4波長共振の共振周波数fo3は、
fo3=5/(4Lg√εr )×c (c:光速) …(3)
の関係にある。Lg=9[cm],√εr =1であるとすると、約4.2GHzという高い周波数で5/4波長共振する。したがって高周波伝送線路102の遮断周波数は例えば2GHz帯は遮断周波数より充分に高く、2GHz帯の信号であっても低挿入損失のもとで伝送できる。
According to the second embodiment, when one wavelength on the high-
fo3 = 5 / (4Lg√εr) × c (c: speed of light) (3)
Are in a relationship. If Lg = 9 [cm] and √εr = 1, then 5/4 wavelength resonance occurs at a high frequency of about 4.2 GHz. Therefore, the cutoff frequency of the high-
《第3の実施形態》
図9は第3の実施形態の高周波伝送線路103の各部の断面図である。図10はその分解斜視図である。図9(A)は高周波伝送線路103の長手方向の縦断面図である。図9(B)は図9(A)の第1ストリップラインSL1部分での横断面図、図9(C)は図9(A)のマイクロストリップラインMSL部分での横断面図、図9(D)は図9(A)の第2ストリップラインSL2部分での横断面図である。
<< Third Embodiment >>
FIG. 9 is a cross-sectional view of each part of the high-
この高周波伝送線路103は図9(A)に表れているように、第1ストリップラインSL1、マイクロストリップラインMSL、第2ストリップラインSL2およびコネクタ41を備えている。
As shown in FIG. 9A, the high-
図10に表れているように、この高周波伝送線路103は4つの誘電体基材31a,31b,31c,31dを備えている。基材31aの上面にはグランドラインG2が形成されている。基材31bの上面には信号ラインS1が形成されている。基材31cの上面には二つのグランドラインG1a,G1bが形成されている。基材31dの上面には信号端子11およびグランド端子21,22が形成されている。また、基材31b〜31dにはグランドラインG2とグランド端子22との間を接続するビア導体V22が形成されている。基材31c,31dには信号ラインS1と信号端子11との間を接続するビア導体V11が形成されている。基材31dにはグランドラインG1bとグランド端子21との間を接続するビア導体V21が形成されている。高周波伝送線路103は、これらの各種導体ラインが形成された基材31a,31b,31c,31dの積層体である。
As shown in FIG. 10, the high-
第3の実施形態では、前記ビア導体V11,V21,V22によって、積層体の積層方向(厚み方向)に延びるコプレーナラインCPLを構成している。そして、信号端子11およびグランド端子21,22にコネクタ41を接続している。
In the third embodiment, the via conductors V11, V21, and V22 constitute a coplanar line CPL extending in the stacking direction (thickness direction) of the stacked body. The
図11(A)は高周波伝送線路103の各部の特性インピーダンスを示す図、図11(B)は高周波伝送線路103に生じる定在波の一例を示す図である。
11A shows the characteristic impedance of each part of the high-
ストリップラインSL1,SL2の特性インピーダンスZa1,Za2はそれぞれ50Ωである。マイクロストリップラインMSLの特性インピーダンスZb1は75Ωである。また、コプレーナラインCPLの特性インピーダンスZb2は200Ωである。 The characteristic impedances Za1 and Za2 of the strip lines SL1 and SL2 are 50Ω, respectively. The characteristic impedance Zb1 of the microstrip line MSL is 75Ω. The characteristic impedance Zb2 of the coplanar line CPL is 200Ω.
高周波伝送線路103の第1端FPにアンテナが接続され、第2端SPにコネクタが接続されると、第1端は低インピーダンス端、第2端は高インピーダンス端であるので、第1端FPが電圧最小点(短絡端)、第2端が電圧最大点(開放端)となる定在波が生じる周波数で共振する。但し、第1の実施形態と同様に、マイクロストリップラインMSLの特性インピーダンスZb1はストリップラインSL1,SL2の特性インピーダンスより高い(Zb1>(Za1,Za2)の関係である)ので、図11(B)に表れているようにマイクロストリップラインMSLの位置が電圧最大(電圧強度分布の腹)となるような定在波が生じる。また、コプレーナラインCPLの特性インピーダンスZb2はストリップラインSL2の特性インピーダンスより高い(Zb2>Za2の関係である)ので、図11(B)に表れているようにコプレーナラインCPLの位置が電圧最大(電圧強度分布の腹)となるような定在波が生じる。
When an antenna is connected to the first end FP of the high-
したがって、第1の実施形態と同様に、3/4波長共振が基本波(最低次の高調波)モードとなる。 Therefore, as in the first embodiment, the 3/4 wavelength resonance is the fundamental wave (lowest harmonic) mode.
図11(C)は前記高周波伝送線路101を集中定数回路で表した等価回路図である。第1の実施形態と同様に、電界エネルギー密度の高い部分はキャパシタC1,C2で表され、磁界エネルギー密度が高い部分はインダクタL1,L2で表される。
FIG. 11C is an equivalent circuit diagram showing the high-
《第4の実施形態》
図12は第4の実施形態の高周波伝送線路104の分解斜視図である。第3の実施形態では、単一の信号ラインS1を備えたが、第4の実施形態では四つの信号ラインSa〜Sdを備えている。すなわち、基材31aにグランドラインG2、基材31bに四つの信号ラインSa〜Sd、基材31cにグランドラインG1a,G1bがそれぞれ形成されている。基材31dには信号端子11a〜11dおよびグランド端子21,22が形成されている。また、基材31b〜31dにはグランドラインG2とグランド端子22との間を接続するビア導体が形成されている。基材31c,31dには信号ラインSa〜Sdと信号端子11a〜11dとの間をそれぞれ接続するビア導体が形成されている。また、基材31dにはグランドラインG1bとグランド端子21との間を接続するビア導体が形成されている。高周波伝送線路104は、これらの各種導体ラインが形成された基材31a,31b,31c,31dの積層体である。
<< Fourth Embodiment >>
FIG. 12 is an exploded perspective view of the high-
《第5の実施形態》
図13(A)は第5の実施形態の高周波伝送線路105の斜視図、図13(B)はその分解斜視図である。この高周波伝送線路105の構成は第1の実施形態で示した高周波伝送線路101と同じである。第5の実施形態では特に屈曲構造の高周波伝送線路の例を示すものである。
<< Fifth Embodiment >>
FIG. 13A is a perspective view of the high-
高周波伝送線路105のマイクロストリップラインMSL部分は、導体層としてはグランドラインG3と信号ラインS1を備えているだけであるので、ストリップラインSL1,SL2部分に比べて柔軟性が高く、容易に屈曲できる。
Since the microstrip line MSL portion of the high-
この高周波伝送線路105は、図13(A)に示すマイクロストリップラインMSL部分で屈曲されて電子機器内に組み込まれる。このマイクロストリップラインMSL部分は、導体層としてはグランドラインG3と信号ラインS1を備えているだけであるので、ストリップラインSL1,SL2部分に比べて柔軟性が高く、容易に屈曲できる。
The high-
《第6の実施形態》
図14(A)は第6の実施形態の高周波伝送線路106の斜視図、図14(B)はその分解斜視図である。
<< Sixth Embodiment >>
FIG. 14A is a perspective view of the high-
図14(B)に表れているように、高周波伝送線路106は4つの誘電体基材31a,31b,31c,31dを備えている。基材31aの上面にはグランドラインG2が形成されている。基材31bの上面には信号ラインS1、信号端子11およびグランド端子21が形成されている。基材31cの上面には二つのグランドラインG1a,G1bが形成されている。高周波伝送線路106は、これらの各種導体ラインが形成された基材31a,31b,31cおよび基材31dの積層体である。グランドラインG1a,G1b,G2は図に示すようにビア導体で接続されている。また、グランド端子21はビア導体を介してグランドラインG2に接続されている。
As shown in FIG. 14B, the high-
前記信号端子11およびグランド端子21によってコプレーナラインCPLが構成されていて、この部分にコネクタが接続される。高周波伝送線路106のマイクロストリップラインMSL部分は、導体層としてはグランドラインG2と信号ラインS1を備えているだけであるので、ストリップラインSL1,SL2部分に比べて柔軟性が高く、容易に屈曲できる。この高周波伝送線路106は、図14(A)に示すマイクロストリップラインMSL部分で屈曲されて電子機器内に組み込まれる。
The
《第7の実施形態》
図15は第7の実施形態の高周波伝送線路107の斜視図である。この例では四つの折り曲げ部FF1〜FF4で高周波伝送線路107を折り曲げている。この高周波伝送線路107の折り曲げ部FF1〜FF4はマイクロストリップラインまたはコプレーナラインであり、その他の部分はストリップラインである。この高周波伝送線路107は二つの信号ラインを含み、高周波伝送線路107の一方端に二つの信号端子11a,11b、二つのグランド端子21,22を備えている。
<< Seventh Embodiment >>
FIG. 15 is a perspective view of the high-
基本的にマイクロストリップラインは導体層が二層であり、コプレーナラインは導体層が一層であるので、ストリップラインに比べて柔軟性が高く、容易に屈曲できる。 Basically, the microstrip line has two conductor layers, and the coplanar line has one conductor layer. Therefore, the microstrip line has higher flexibility than the strip line and can be bent easily.
図16は前記折り曲げ部FF1〜FF4のうち折り曲げ部FF1付近の断面図である。他の折り曲げ部FF2〜FF4付近の構成も同様である。この例では、ストリップラインSLa部分はグランドラインG1a,G2aおよび信号ラインS1を備えている。ストリップラインSLc部分はグランドラインG1c,G2cおよび信号ラインS1を備えている。マイクロストリップラインMSLb部分はグランドラインG2bおよび信号ラインS1を備えている。マイクロストリップラインMSLb部分はストリップラインSLa,SLc部分に比べて厚みが薄く形成されている。但し、マイクロストリップラインMSLb部分の特性インピーダンスがストリップラインSLa,SLc部分の特性インピーダンスに比べて高い関係となるように、信号ラインS1とグランドラインG2bとの間隔を定めている。 FIG. 16 is a cross-sectional view of the bent portions FF1 to FF4 in the vicinity of the bent portion FF1. The configuration in the vicinity of the other bent portions FF2 to FF4 is the same. In this example, the strip line SLa portion includes ground lines G1a and G2a and a signal line S1. The strip line SLc portion includes ground lines G1c and G2c and a signal line S1. The microstrip line MSLb portion includes a ground line G2b and a signal line S1. The microstrip line MSLb portion is formed thinner than the strip line SLa and SLc portions. However, the interval between the signal line S1 and the ground line G2b is determined so that the characteristic impedance of the microstrip line MSLb is higher than the characteristic impedance of the striplines SLa and SLc.
なお、折り曲げ部FF1からFF2までの間、および折り曲げ部FF3からFF4までの間をそれぞれマイクロストリップラインまたはコプレーナラインで構成してもよい。 In addition, you may comprise between the bending part FF1 to FF2 and between the bending part FF3 to FF4 by a microstrip line or a coplanar line, respectively.
《第8の実施形態》
図17は第8の実施形態の高周波伝送線路108の部分平面図である。
<< Eighth Embodiment >>
FIG. 17 is a partial plan view of the high-
これまでに示した各実施形態では特性インピーダンスの異なる伝送線路として種別の異なる伝送線路を繋いで伝送モードを変換するようにしたが、同種の伝送線路のまま所定箇所の特性インピーダンスを変化させるようにしてもよい。図17の例では高インピーダンスのコプレーナラインCPLa,CPLcと低インピーダンスのコプレーナラインCPLbを順に繋いだ構造としている。すなわち、信号ラインS1aおよびグランドラインG1a,G2aを含むコプレーナラインCPLa、信号ラインS1bおよびグランドラインG1b,G2bを含むコプレーナラインCPLb、信号ラインS1cおよびグランドラインG1c,G2cを含むコプレーナラインCPLcを順に繋いだ構成としている。 In each of the embodiments shown so far, the transmission mode is converted by connecting transmission lines of different types as transmission lines having different characteristic impedances. However, the characteristic impedance of a predetermined location is changed with the same type of transmission lines. May be. In the example of FIG. 17, a high impedance coplanar line CPLa, CPLc and a low impedance coplanar line CPLb are connected in order. That is, the coplanar line CPLa including the signal line S1a and the ground lines G1a and G2a, the coplanar line CPLb including the signal line S1b and the ground lines G1b and G2b, the signal line S1c and the coplanar line CPLc including the ground lines G1c and G2c are sequentially connected. It is configured.
このように信号ラインの幅、信号ラインとグランドラインとの間隔などを設定することによって所定の特性インピーダンスを得るようにしてもよい。 Thus, a predetermined characteristic impedance may be obtained by setting the width of the signal line, the interval between the signal line and the ground line, and the like.
《第9の実施形態》
図18(A)は第9の実施形態のアンテナ装置201の斜視図、図18(B)はその分解斜視図である。このアンテナ装置は第3の実施形態で図9に示した高周波伝送線路103とアンテナ素子ANTとを備えた装置、すなわち高周波伝送線路およびコネクタを備えたアンテナ装置である。
<< Ninth embodiment >>
18A is a perspective view of an
基材31a〜31dには方形に拡がる拡張部31ae〜31deがそれぞれ形成されていて、拡張部31be,31ceにアンテナ素子としてスパイラル状のコイルアンテナAb,Acがそれぞれ形成されている。コイルアンテナAbの外周端は信号ラインS1に繋がっていて、その内周端はコイルアンテナAcの外周端に繋がっている。コイルアンテナAb,Acの形成部分は拡張部31ae,31deで挟み込まれている。
The
図19は前記アンテナ装置201の等価回路図である。アンテナ素子ANTの特性インピーダンスは例えば1〜25Ω、コネクタ41の特性インピーダンスは例えば200Ωである。第3の実施形態で示したとおり、高周波伝送線路103上の基本波モード(最低次の高調波モード)は3/4波長共振モードであるので、最低次の遮断周波数は従来構造の高周波伝送線路に比べて3倍の周波数となって、広帯域に亘って低挿入損失特性が得られる。
FIG. 19 is an equivalent circuit diagram of the
《他の実施形態》
以上に示した各実施形態では特性インピーダンスの異なる伝送線路として、ストリップライン、マイクロストリップライン、コプレーナラインを例に挙げたが、その他に、グランド付きコプレーナライン(Coplanar Waveguide with Ground )、コプレーナストリップライン(Coplanar Strips )、スロットライン(Slot Line )を備えた伝送線路に適用することもできる。
<< Other embodiments >>
In each of the embodiments described above, a strip line, a microstrip line, and a coplanar line are given as examples of transmission lines having different characteristic impedances. In addition, a coplanar wave guide with ground (Coplanar Waveguide with Ground), a coplanar strip line ( Coplanar Strips) and transmission lines with slot lines can also be applied.
Ab,Ac…コイルアンテナ
ANT…アンテナ素子
C1,C2,C3…キャパシタ
CPL,CPL1,CPL2…コプレーナライン
CPLa,CPLb,CPLc…コプレーナライン
FF1〜FF4…折り曲げ部
Em…電圧最大点
FP…第1端
G1a,G1b,G1c…グランドライン
G2,G2a,G2b,G2c…グランドライン
G3,G3a,G3b…グランドライン
G4a,G4b…グランドライン
L1,L2,L3…インダクタ
MSL…マイクロストリップライン
MSLb…マイクロストリップライン
S1…信号ライン
Sa〜Sd…信号ライン
SL1,SL2,SL3…ストリップライン
SLa,SLc…ストリップライン
SP…第2端
V11…ビア導体
V1a,V1b…ビア導体
V21,V22…ビア導体
V2a,V2b…ビア導体
11,11a,11b…信号端子
21,22…グランド端子
31a,31b,31c,31d…基材
31ae,31be,31ce,31de…拡張部
40,41…コネクタ
101〜108…高周波伝送線路
201…アンテナ装置
Ab, Ac ... Coil antenna ANT ... Antenna elements C1, C2, C3 ... Capacitors CPL, CPL1, CPL2 ... Coplanar lines CPLa, CPLb, CPLc ... Coplanar lines FF1 to FF4 ... Bending part Em ... Voltage maximum point FP ... First end G1a , G1b, G1c ... ground lines G2, G2a, G2b, G2c ... ground lines G3, G3a, G3b ... ground lines G4a, G4b ... ground lines L1, L2, L3 ... inductor MSL ... microstrip line MSLb ... microstrip line S1 ... Signal lines Sa to Sd ... Signal lines SL1, SL2, SL3 ... Strip lines SLa, SLc ... Strip line SP ... Second end V11 ... Via conductors V1a, V1b ... Via conductors V21, V22 ... Via conductors V2a, V2b ... Via
Claims (7)
ストリップラインである低インピーダンス部と、特性インピーダンスが前記低インピーダンス部に比べて高い、マイクロストリップラインまたはコプレーナラインである高インピーダンス部と、が設けられ、
前記高インピーダンス部で屈曲され、かつ、前記低インピーダンス部で屈曲されないことを特徴とする高周波伝送線路。 In the high-frequency transmission line in which the first end is a low impedance end and the second end is a high impedance end,
A low impedance portion that is a strip line and a high impedance portion that is a microstrip line or a coplanar line, the characteristic impedance of which is higher than that of the low impedance portion, and
A high-frequency transmission line which is bent at the high impedance portion and not bent at the low impedance portion .
ストリップラインである低インピーダンス部と、特性インピーダンスが前記低インピーダンス部に比べて高い、マイクロストリップラインまたはコプレーナラインである高インピーダンス部と、が設けられ、A low impedance portion that is a strip line and a high impedance portion that is a microstrip line or a coplanar line, the characteristic impedance of which is higher than that of the low impedance portion, and
前記ストリップラインを構成するグランド電極の少なくとも1つは、前記高インピーダンス部において形成されておらず、At least one of the ground electrodes constituting the stripline is not formed in the high impedance portion,
前記高インピーダンス部で屈曲されることを特徴とする高周波伝送線路。A high-frequency transmission line bent at the high impedance portion.
前記高インピーダンス部は前記低インピーダンス部に比べて前記誘電体層の積層数が少ない、請求項1ないし4のいずれかに記載の高周波伝送線路。 The low-impedance part and the high-impedance part are composed of a laminate including a plurality of dielectric layers and line conductors,
5. The high-frequency transmission line according to claim 1, wherein the high impedance portion has a smaller number of laminated dielectric layers than the low impedance portion.
前記低インピーダンス端に接続されたアンテナ素子と、を備え、
前記高周波伝送線路は複数の誘電体層および線路導体を含む積層体で構成されていて、
前記アンテナ素子は前記積層体に前記高周波伝送線路とともに一体的に設けられている、アンテナ装置。 A high-frequency transmission line according to any one of claims 1 to 4 ,
An antenna element connected to the low impedance end,
The high-frequency transmission line is composed of a laminate including a plurality of dielectric layers and line conductors,
The antenna device, wherein the antenna element is provided integrally with the high-frequency transmission line on the laminate.
前記低インピーダンス端に接続されたアンテナ素子と、を備え、
前記アンテナ素子は前記積層体に前記高周波伝送線路とともに一体的に設けられている、アンテナ装置。 The high-frequency transmission line according to claim 5 ,
An antenna element connected to the low impedance end,
The antenna device, wherein the antenna element is provided integrally with the high-frequency transmission line on the laminate.
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