JP6734099B2 - High frequency circuit board - Google Patents
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Description
本発明は、高周波回路基板に関するものである。 The present invention relates to a high frequency circuit board.
高周波回路を実装する回路基板では、高周波信号の伝送線路としてマイクロストリップ線路等の技術が用いられている。このような高周波回路基板では、スタブ(Stub)回路、バイアスティ(Bias Tee)回路等のように、所望の特性得るために、その電気長を調整することが必要な回路が存在する。 In a circuit board on which a high frequency circuit is mounted, a technique such as a microstrip line is used as a high frequency signal transmission line. In such a high-frequency circuit board, there are circuits such as a stub circuit and a bias tee circuit that require adjustment of their electrical length in order to obtain desired characteristics.
一方で、スタブ回路やバイアスティ回路等は、前述した電気長を確保するために、ある程度の実装面積を必要とすることから、回路基板の小型化の阻害要因になる場合がある。そこで、従来においては、例えば、回路基板に用いる誘電体基板として、誘電率が高い部材を用いることで、必要な電気長を短くすることが行われている。例えば、図10に示す従来の高周波回路基板では、導体層11,12および誘電体層21を有し、導体層11には線路111、部品ランド112、および、スタブ113が形成されている。このような高周波回路基板では、誘電体層21に誘電率の高い部材を用いることで、スタブ113の必要な電気長を短くし、占有面積を縮小することができる。
On the other hand, the stub circuit, the bias tee circuit, and the like require a certain mounting area in order to secure the above-mentioned electrical length, which may hinder the miniaturization of the circuit board. Therefore, conventionally, for example, as a dielectric substrate used for a circuit board, a member having a high dielectric constant is used to shorten the required electrical length. For example, the conventional high-frequency circuit board shown in FIG. 10 has
しかしながら、高誘電率の誘電体を用いた場合、部品ランド112等において、特性インピーダンスの不整合が生じることから、信号の反射が生じる場合がある。 However, when a dielectric material having a high dielectric constant is used, mismatching of characteristic impedance occurs in the component land 112 and the like, which may cause signal reflection.
そこで、特許文献1に開示された技術では、多層基板の中間層の導体をくり抜くことで、インピーダンスを調整して、特性インピーダンスが所望の値になるようにし、反射の発生を防いでいる。
Therefore, in the technique disclosed in
ところで、特許文献1で開示されている技術では、電気長を短くするために、高誘電率の誘電体を使用すると、高誘電率の誘電体は伝送損失(tanδ)も大きいことから、例えば、線路等において、信号の損失が大きくなるという問題点がある。
By the way, in the technique disclosed in
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、信号の反射を防ぐとともに、信号の損失を防ぐことが可能な高周波回路基板を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a high-frequency circuit board capable of preventing signal reflection and signal loss.
上記課題を解決するために、本発明は、複数の誘電体層と、複数の導体層とが交互に積層されて構成される高周波回路基板において、前記複数の誘電体層は、少なくとも一部の層が他の層とは異なる誘電率を有し、少なくとも1の導体層は回路パターンを有し、当該回路パターンが形成された導体層と、最下層または最上層の導体層との間に配置される1または複数の導体層のうち、少なくとも前記回路パターンを有する導体層に対して積層方向に隣接する導体層は、前記回路パターンのうちの所定の回路パターンに沿うように対応するとともに、積層方向において当該所定の回路パターンの全体を包含する領域に開口部を有する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、信号の反射を防ぐとともに、信号の損失を防ぐことが可能となる。
In order to solve the above problems, the present invention is a high-frequency circuit board configured by alternately stacking a plurality of dielectric layers and a plurality of conductor layers, the plurality of dielectric layers, at least a part of The layer has a dielectric constant different from that of the other layers, and at least one conductor layer has a circuit pattern, and the layer is disposed between the conductor layer on which the circuit pattern is formed and the lowermost layer or the uppermost conductor layer. Among the one or more conductor layers, at least the conductor layer adjacent to the conductor layer having the circuit pattern in the laminating direction corresponds so as to follow a predetermined circuit pattern of the circuit patterns, and is laminated. An opening is formed in a region including the entire predetermined circuit pattern in the direction .
According to such a configuration, it is possible to prevent signal reflection and prevent signal loss.
また、本発明は、前記所定の回路パターンは、電気長または特性インピーダンスが回路特性に影響を与える回路パターンであることを特徴とする。
このような構成によれば、少なくとも特定の回路が形成された導体層に隣接する導体層に開口部を設けることで、これらの電気長または特性インピーダンスを所望の値に調整することができる。
Further, the present invention is characterized in that the predetermined circuit pattern is a circuit pattern in which an electrical length or a characteristic impedance affects a circuit characteristic.
According to such a configuration, at least the conductor layer adjacent to the conductor layer in which the specific circuit is formed has the opening portion, so that the electrical length or the characteristic impedance of these can be adjusted to a desired value.
また、本発明は、前記所定の回路パターンを有する導体層に近い誘電体層には誘電率が低い誘電体が用いられ、前記所定の回路パターンを有する導体層から遠い誘電体層には誘電率が高い誘電体が用いられていることを特徴とする。
このような構成によれば、開口部を設けることによって設けない場合に比較して実効誘電率を上昇させ、電気長を短くするとともに、特性インピーダンスを低くすることができる。
In the present invention, a dielectric material having a low dielectric constant is used for the dielectric layer close to the conductor layer having the predetermined circuit pattern, and a dielectric constant is used for the dielectric layer far from the conductor layer having the predetermined circuit pattern. Is characterized by using a high dielectric constant.
According to such a configuration, the effective permittivity can be increased, the electrical length can be shortened, and the characteristic impedance can be lowered as compared with the case where the opening is not provided.
また、本発明は、前記所定の回路パターンは、スタブ回路であることを特徴とする。
このような構成によれば、開口部を設けることでスタブ回路の電気長を短くすることができる。
Further, the present invention is characterized in that the predetermined circuit pattern is a stub circuit.
According to such a configuration, the electrical length of the stub circuit can be shortened by providing the opening.
また、本発明は、前記所定の回路パターンは、バイアスティ回路であることを特徴とする。
このような構成によれば、開口部を設けることでバイアスティ回路の電気長を短くすることができる。
Further, the invention is characterized in that the predetermined circuit pattern is a bias tee circuit.
According to such a configuration, the electrical length of the bias tee circuit can be shortened by providing the opening.
また、本発明は、前記所定の回路パターンは、前記最上層の導体層に形成され、前記最下層の導体層はグランド層とされ、前記最上層の導体層に隣接する第1誘電体層には誘電率が低い誘電体が使用され、前記第1誘電体層よりも下層に位置する誘電体層には前記第1誘電体層よりも誘電率が高い誘電体が使用され、前記最上層と最下層の導体層との間に配置される導体層の前記最上層の導体層に形成された前記所定の回路パターンに対応する領域には開口部が形成されていることを特徴とする。
このような構成によれば、所定の回路パターンの下に位置する導体層に開口部を設けることで、所定の回路パターンの電気長を短くし、これらの回路規模を縮小することができる。
Also, in the present invention, the predetermined circuit pattern is formed on the uppermost conductor layer, the lowermost conductor layer is a ground layer, and the first dielectric layer adjacent to the uppermost conductor layer is formed. Is a dielectric having a low dielectric constant, and a dielectric layer located below the first dielectric layer is a dielectric having a higher dielectric constant than the first dielectric layer. An opening is formed in a region of the conductor layer arranged between the lowermost conductor layer and the uppermost conductor layer, the region corresponding to the predetermined circuit pattern.
According to such a configuration, by providing the opening in the conductor layer located below the predetermined circuit pattern, the electrical length of the predetermined circuit pattern can be shortened and the circuit scale can be reduced.
また、本発明は、前記所定の回路パターンを構成する回路要素の一部は、異なる層の導体層に分散して配置され、これら分散して配置される回路要素がスルーホールによって接続されていることを特徴とする。
このような構成によれば、回路要素の一部を異なる層の導体層に分散配置することで、回路規模をさらに縮小することができる。
Further, according to the present invention, some of the circuit elements forming the predetermined circuit pattern are dispersedly arranged in conductor layers of different layers, and the circuit elements arranged in a dispersed manner are connected by through holes. It is characterized by
According to such a configuration, the circuit scale can be further reduced by disposing a part of the circuit elements in different conductor layers.
本発明によれば、信号の反射を防ぐとともに、信号の損失を防ぐことが可能な高周波回路基板を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a high-frequency circuit board capable of preventing signal reflection and signal loss.
次に、本発明の実施形態について説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described.
(A)本発明の実施形態の説明
図1は、本発明の実施形態に係る高周波回路基板の構成例を示す断面図である。この図1に示す例では、高周波回路基板1は、導体層11〜14および誘電体層21〜23が交互に積層されて構成される。
(A) Description of Embodiments of the Present Invention FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a high-frequency circuit board according to an embodiment of the present invention. In the example shown in FIG. 1, the high
ここで、導体層11〜14は、例えば、銅等の電気伝導率が高い部材によって構成される。また、誘電体層21,22,23は、比誘電率がそれぞれε1,ε2,ε3の誘電体によって構成される。なお、比誘電率ε1,ε2,ε3の間には、ε1<ε2,ε3の関係が成立する。なお、比誘電率ε2,ε3の間の関係としては、例えば、ε2=ε3またはε2<ε3とすることができる。
Here, the
最上層の導体層11には、特性インピーダンスが50Ωに設定された線路111、チップ部品等を配置するための部品ランド112、および、分布定数線路としてのスタブ113が形成されている。導体層12の線路111に対向する領域、導体層13の部品ランド112に対向する領域、および下層の導体層14はグランド層とされている。また、導体層12の部品ランド112およびスタブ113に対応する領域には開口部120が設けられている。さらに、導体層13のスタブ113に対応する領域には開口部130が設けられている。
On the
ところで、電気長λは、真空中の電気長をλ0とし、実効誘電率をεeffとすると、以下の式(1)によって求めることができる。すなわち、実効誘電率をεeffの値が大きいほど、電気長は短くなる。なお、SQRT()は括弧内の平方根を求める関数である。 By the way, the electric length λ can be calculated by the following formula (1), where λ 0 is the electric length in vacuum and ε eff is the effective dielectric constant. That is, the larger the value of the effective dielectric constant ε eff , the shorter the electrical length. Note that SQRT() is a function that calculates the square root in parentheses.
λ=λ0/SQRT(εeff) ・・・(1) λ=λ 0 /SQRT(ε eff ) (1)
なお、図2は、本実施形態の効果を説明するための比較例である。図2では、誘電体層21〜23として、同じ比誘電率の誘電体を用いている。このため、線路111、部品ランド112、および、スタブ113の各部における実効誘電率εeffは誘電体層の厚さの影響を若干受ける以外、略等しく、各部の電気長も略等しくなる。よって、前述のように、各部の回路パターンに応じて電気長を変化させた個別の設計を行うことはできない。この図2の例との比較により、図1に示す本実施形態では、誘電率が異なる誘電体層を用いるとともに、開口部を所定の回路の下に配置することで、回路パターン毎に電気長を変化させることができることから、回路パターンに応じた最適な設計を行うことができる。
2 is a comparative example for explaining the effect of the present embodiment. In FIG. 2, as the
つぎに、図1に示す実施形態の計算機によるシミュレーション結果について説明する。図3は、図1に示すスタブ113のシミュレーション用の回路パターンの断面図を示している。この例では、導体層11にはスタブ113が形成されている。また、導体層11の上部には空気層20が存在するとしている。また、導体層11〜14は、スルーホール50によって相互に電気的に接続されている。また、最上層の導体層11と最下層の導体層14に挟まれた中間の導体層12,13のスタブ113に対応する領域には、開口部120,130が形成されている。また、誘電体層21は厚さが0.508mmのテフロン(登録商標)によって構成され、誘電体層22,23は厚さが0.508mmのアルミナによって構成されている。なお、誘電体層21の比誘電率は約2で、tanδは約0.0002程度である。また、誘電体層22,23の比誘電率は約10で、tanδは約0.007程度である。
Next, a simulation result by the computer of the embodiment shown in FIG. 1 will be described. FIG. 3 shows a sectional view of a circuit pattern for simulation of the
図4はシミュレーションで用いた回路のより詳細な構成を示している。なお、図4は開口部を設けない場合の構成例である。図4(A)は平面図を示し、図4(B)は矢印A−Aの切断面を示している。図4(A)の例では、線路111から図の上側に向かってスタブ113が伸出している。また、スタブ113の両脇にはグランドパターン114が配置され、線路111の下側にもグランドパターン114が配置されている。また、図4の例では、図の左側が、信号が入力されるPort1とされ、右側が、信号が出力されるport2とされている。また、図4(B)に示すように、この例では、スタブ113の下層の導体層12,13には開口部が設けられていない。
FIG. 4 shows a more detailed configuration of the circuit used in the simulation. Note that FIG. 4 shows a configuration example in which the opening is not provided. FIG. 4A shows a plan view, and FIG. 4B shows a cross section of an arrow AA. In the example of FIG. 4A, the
図5は、図4に示す回路のシミュレーション結果を示している。図5に示すように、図4に示す回路は、帯域阻止特性を有し、阻止帯域である周波数4.274GHzにおける利得が−39.306となっている。 FIG. 5 shows a simulation result of the circuit shown in FIG. As shown in FIG. 5, the circuit shown in FIG. 4 has band stop characteristics, and the gain at the frequency of 4.274 GHz, which is the stop band, is −39.306.
図6は、図4に示す回路に対して、開口部を設けた構成例を示している。すなわち、図6(B)に示すように、導体層12,13に開口部120,130が設けられている。図7は、図6のシミュレーション結果を示している。図7に示すように、図6に示す回路は、帯域阻止特性を有し、阻止帯域である周波数4.335GHzにおける利得が−35.438となっていることから、図5と略同じ特性を有している。また、図4の例では、スタブ113上下方向の長さは約12mmであるが、略同じ特性を有する図6の例では、スタブ113上下方向の長さは約9.9mmであり、約20%程度長さを短縮している。すなわち、略同じ特性を得るために、図4ではスタブの長さは12mmであるのに対し、本発明を適用した図6ではスタブの長さは9.9mmと短くなっている。これにより、本発明の効果が明らかとなった。
FIG. 6 shows a configuration example in which an opening is provided in the circuit shown in FIG. That is, as shown in FIG. 6B,
以上に説明したように、本発明の実施形態では、誘電率が異なる誘電体層と、導体層とを交互に積層するとともに、導体層に形成された回路パターンに応じて、下層の導体層に開口部を設けるようにしたので、電気長と特性インピーダンスを回路毎に調整することができる。このため、例えば、スタブ回路では、開口部を設けることにより、電気長を短くして回路規模を縮小するとともに、線路では開口部を設けないことにより、損失を少なくすることができる。 As described above, in the embodiment of the present invention, the dielectric layers having different dielectric constants and the conductor layers are alternately laminated, and the lower conductor layer is formed in accordance with the circuit pattern formed on the conductor layer. Since the opening is provided, the electrical length and the characteristic impedance can be adjusted for each circuit. Therefore, for example, in the stub circuit, by providing the opening, the electrical length can be shortened to reduce the circuit scale, and by not providing the opening in the line, the loss can be reduced.
(D)変形実施形態の説明
以上の各実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、図6に示すスタブ113を例に挙げて説明したが、例えば、図8に示すF級増幅器に用いるスタブ群に本発明を適用することも可能である。すなわち、図8では、スタブ群を構成する各スタブの長さは、高調波の1/4波長となるように設定されている。図8のA点から見た各スタブのインピーダンスは0となる。伝送線路L1の長さを基本波の1/4波長に設定することで、図8に示す整合回路のインピーダンスは偶数次高調波インピーダンスが0、奇数次高調波インピーダンスが無限大となる。図8に示す整合回路を、例えば、図1に示すスタブ113の代わりに配置し、下層の導体層12,13に開口部120,130を設けることで、各スタブの長さを短くすることができる。なお、図8に示す全てのスタブを同じ導体層に配置するのではなく、異なる導体層に分散配置して、スルーホールによって接続するようにしてもよい。そのような方法によれば、スタブを空いている導体層に対して分散配置することで、回路規模をさらに縮小することができる。すなわち、所定の回路パターン(図8ではスタブ群)を構成する全ての回路要素(図8では各スタブ)を同じ導体層に配置するのではなく、異なる導体層に分散して配置することで、回路規模をさらに縮小することができる。
(D) Description of Modified Embodiments It goes without saying that the above-described embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to the above-described cases. For example, in the above embodiment, the
また、図9に示すバイアスティ回路に本発明を適用することも可能である。図9の例は、増幅器201、バイアスティ回路202、および、コンデンサ203を有している。この例では、増幅器201から出力される交流信号に対してバイアスティ回路202のインピーダンスが無限大となり、直流電圧であるVbiasに対してはインピーダンスが0となるので、バイアス回路側に影響を与えずに、増幅器201にバイアス電圧を印加することができる。図9に示すバイアスティ回路を、例えば、図1に示すスタブ113の代わりに配置し、下層の導体層12,13に開口部120,130を設けることで、バイアスティ回路202の長さを短くすることができる。
The present invention can also be applied to the bias tee circuit shown in FIG. The example of FIG. 9 includes an
また、以上の実施形態では、3層の誘電体層21〜23と、4層の導体層11〜14とを有するようにしたが、これ以外の層数であってもよい。例えば、2層の誘電体層と、3層の導体層とを有するようにしたり、あるいは、4層以上の誘電体層と、5層以上の導体層とを有するようにしたりしてもよい。
Further, in the above embodiment, the three
また、以上の実施形態では、回路パターンは最上層の導体層11に配置するようにしたが、中間層の導体層に配置するようにしてもよい。もちろん、前述した4層以上の誘電体層と、5層以上の導体層とを有する場合でも同様である。
Further, in the above embodiment, the circuit pattern is arranged on the
また、以上の実施形態では、誘電体層21〜23は、誘電体層22,23が同じ誘電率を有するようにしたが、誘電体層22よりも誘電体層23の方が大きい誘電率を有するようにしてもよい。
Further, in the above embodiments, the
また、以上の実施形態では、スタブ113の下層に配置された導体層12,13に開口部120,130を設けるようにしたが、例えば、導体層12にのみ開口部120を設けるようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, the
また、以上の実施形態では、電気長についてのみ説明したが、実効誘電率を変化させることで、特性インピーダンスも変化させることができる。このため、例えば、開口部を設けたり、設けなかったりすることで、特性インピーダンスを所望の値に設定するようにしてもよい。 Further, in the above embodiments, only the electrical length has been described, but the characteristic impedance can also be changed by changing the effective dielectric constant. Therefore, for example, the characteristic impedance may be set to a desired value by providing or not providing the opening.
また、開口部120,130の面積を調整することで、電気長や特性インピーダンスを調整するようにしてもよい。すなわち、スタブ113の下層に配置された導体層12,13に形成する開口部120,130の少なくとも一方の面積を調整することで、電気長や特性インピーダンスが所望の値になるように調整するようにしてもよい。
Further, the electrical length and the characteristic impedance may be adjusted by adjusting the areas of the
1 高周波回路基板
11〜14 導体層
21〜23 誘電体層
50 スルーホール
111 線路
112 部品ランド
113 スタブ
114 グランドパターン
120,130 開口部
201 増幅器
202 バイアスティ回路
203 コンデンサ
1 High Frequency Circuit Board 11-14 Conductor Layers 21-23
Claims (7)
前記複数の誘電体層は、少なくとも一部の層が他の層とは異なる誘電率を有し、少なくとも1の導体層は回路パターンを有し、
当該回路パターンが形成された導体層と、最下層または最上層の導体層との間に配置される1または複数の導体層のうち、少なくとも前記回路パターンを有する導体層に対して積層方向に隣接する導体層は、前記回路パターンのうちの所定の回路パターンに沿うように対応するとともに、積層方向において当該所定の回路パターンの全体を包含する領域に開口部を有する、
ことを特徴とする高周波回路基板。 In a high frequency circuit board configured by alternately laminating a plurality of dielectric layers and a plurality of conductor layers,
At least a part of the plurality of dielectric layers has a different dielectric constant from other layers, and at least one conductor layer has a circuit pattern,
Of the one or more conductor layers arranged between the conductor layer on which the circuit pattern is formed and the lowermost or uppermost conductor layer, at least adjacent to the conductor layer having the circuit pattern in the stacking direction. The conductor layer to correspond to along a predetermined circuit pattern of the circuit pattern, and has an opening in a region including the entire predetermined circuit pattern in the stacking direction ,
A high frequency circuit board characterized by the above.
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