JP6996948B2 - 高周波伝送線路 - Google Patents
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Description
本開示は、入力信号を2分配する高周波伝送線路において、当該高周波伝送線路の大型化を抑えつつ入力信号を低損失で2分配することが可能な技術を提供する。
多層誘電体基板は、グランドプレーン(20,22,23,73~76)が配置された内層を1層以上含む。第1信号線路は、多層誘電体基板における第1の表面に設けられ、信号が入力されるように構成されている。接続導体は、第1端が第1信号線路の一端に接続される。2つの第2信号線路は、多層誘電体基板における第2の表面に設けられる。これら2つの第2信号線路は、各々の一端が接続導体の第2端に接続される。少なくとも1つの放射抑制部材は、第1信号線路及び第2信号線路のうち少なくとも一方から信号が放射されるのを抑制するように構成される。少なくとも1つの放射抑制部材は、第1の表面及び第2の表面の少なくとも一方に設けられ、接続導体の第1端及び第2端のうちの何れかに接続される。
[1.第1実施形態]
第1実施形態の高周波伝送線路1は、例えば、2つのアンテナ素子を備える広角アンテナにおける各アンテナ素子への給電に適用可能である。また、高周波伝送線路1は、例えば、周波数が50GHz以上の信号(以下、「高周波信号」と称する)の伝送に適用可能である。
多層誘電体基板2は、図3~図5に示すように、導体パターンが配置される3層以上(本実施形態では3層)のパターン層P1,P11,P2と、これらパターン層P1,P11,P2に挟まれるように配置される複数層(本実施形態では2層)の誘電体層L1,L2とを備える。
3つのパターン層P1,P2,P3のうち、パターン層P1は、多層誘電体基板2における、外部に露出する面であってxy平面に平行な第1の表面及び第2の表面のうち、第1の表面上に配置されるパターン層であり、パターン層P2は、第2の表面上に配置されるパターン層である。以下の説明では、パターン層P1を外層P1と称し、パターン層P2を外層P2と称する。
第1信号線路3及び2つの第2信号線路5,6は、第1信号線路3の一端と2つの第2信号線路5,6の一端とが多層誘電体基板2の厚さ方向(即ち、z方向)において互いに対向するように配置されている。なお、第1信号線路3、2つの第2信号線路5,6、及びグランドプレーン20は、例えば、銅箔をエッチング処理等することによって形成されたものであってもよい。
信号ビア4の両端のうち、多層誘電体基板2の第1の表面に面する第1端には、第1信号線路3の一端が接続されている。信号ビア4の両端のうち、多層誘電体基板2の第2の表面に面する第2端には、2つの第2信号線路5,6の各々の一端が接続されている。つまり、信号ビア4は、第1信号線路3と2つの第2信号線路5,6とを接続する。
各グランドビア11の外径は、本実施形態では、いずれも同じであって、信号ビア4の外径よりも大きい。ただし、各グランドビア11の外径を信号ビア4の外径よりも大きくすることは必須ではない。また、各グランドビア11の外径をいずれも同じにすることも必須ではない。
また、複数のグランドビア11は、第1信号線路3におけるその延設方向の中心線を対称軸として線対称の位置関係になるよう、且つ、2つの第2信号線路5,6におけるその延設方向の中心線を対称軸として線対称の位置関係になるように、配置される。
多層誘電体基板2には、さらに、放射抑制部材7が設けられている。放射抑制部材7は、 第1信号線路3及び2つの第2信号線路5,6のうち少なくとも一方から高周波信号が放射されるのを抑制するために設けられている。
放射抑制部材7の延設方向は、当該放射抑制部材7が設けられている第2の表面とは反対側の第1の表面に設けられている第1信号線路3の延設方向と平行である。また、放射抑制部材7の延設方向は、第2の表面に設けられている2つの第2信号線路5,6の延設方向に対しては垂直である。
従って、本実施形態の高周波伝送線路1によれば、次の(1a)~(1e)の効果を奏する。
(1a)多層誘電体基板2の第2の表面において、信号ビア4から伝送されてきた高周波信号が2つの第2信号線路5,6に分岐される部位、即ち信号ビア4の第2端に、放射抑制部材7が接続されている。放射抑制部材7は、線路部10の特性インピーダンスの整合をとり、これにより線路部10からの高周波信号の放射が抑制されるように機能する。
(1b)また、同じ構造、特性の2つの第2信号線路5,6が第1信号線路3に対して線対称に配置されている。そのため、第1信号線路3に入力された高周波信号が、2つの第2信号線路5,6に等分配される。つまり、別途分配回路を必要としない簡素な構成ながら、高周波信号を低損失で等分配させることができる。
(1d)また、放射抑制部材7は、本実施形態では、第2の表面において導体パターンにて形成されたオープンスタブである。放射抑制部材7としてこのようなオープンスタブを採用することで、2つの第2信号線路5,6及び放射抑制部材7を含む外層P2を効率的に形成することができ、ひいては、高周波伝送線路1を効率的に製造することができる。
[2.第2実施形態]
第2実施形態は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
即ち、第2実施形態の線路部30は、多層誘電体基板2における第2の表面に設けられた2つの放射抑制部材7,8を備える。放射抑制部材8は、例えば、放射抑制部材7と同じ構造、特性を有するオープンスタブであり、放射抑制部材7と同様、信号ビア4の第2端から延設されている。
このように構成された第2実施形態の高周波伝送線路31によれば、前述した第1実施形態の効果(1a)~(1e)を奏する。特に、本実施形態では、2つの放射抑制部材7,8が設けられていることで、高周波信号の放射をより抑制して、高周波信号の伝送損失をより低く抑えることが可能となる。
第3実施形態は、基本的な構成は第2実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第2実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
前述した第2実施形態の高周波伝送線路31では、多層誘電体基板2が、3つのパターン層P1~P3及び2つの誘電体層L1,L2を備えていた。これに対し、図7~図9に示す第3実施形態の高周波伝送線路41では、主に、多層誘電体基板42におけるパターン層の積層数が異なる点、及び4つの層間ビア46が設けられている点で、第2実施形態と相違する。
2つの誘電体層L1,L2の間、即ち内層P11には、グランドプレーン23が配置される。2つの誘電体層L2,L3の間、即ち内層P12には、グランドプレーン22が配置される。
各層間ビア46は、各グランドビア11と同じ機能を有する。即ち、各層間ビア46は、線路部30を伝送される高周波信号が信号ビア4を伝送される際に、高周波信号が信号ビア4の周囲から漏洩するのを抑制して高周波信号を信号ビア4の周囲の伝送領域に閉じ込めるための、導体(例えば金属)製の部材である。つまり、信号ビア4と、その周囲に配置される複数のグランドビア11及び複数の層間ビア46とによって、擬似的な同軸線路が形成される。
また、各層間ビア46は、それぞれ、図7に示すように、多層誘電体基板42の厚さ方向において、第2信号線路5、第2信号線路6、放射抑制部材7及び放射抑制部材8に重なる位置に配置される。つまり、各層間ビア46は、外層P1,P2に導体パターンが設けられていることによって多層誘電体基板42を貫通させることができない位置に形成されている。
このように構成された第3実施形態の高周波伝送線路41によれば、前述した第1、第2実施形態の効果(1a)~(1e)を奏する。特に、第3実施形態では、4つのグランドビア44に加えてさらに4つの層間ビア46が設けられていることで、第2実施形態よりもさらに高周波信号の放射を抑制して伝送損失を低く抑えることが可能となる。
[4.第4実施形態]
第4実施形態は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
即ち、第4実施形態の線路部50は、多層誘電体基板2における第2の表面に設けられた2つの放射抑制部材7,8に加えて、さらに、第1の表面に設けられた2つの放射抑制部材55,56を備える。
各放射抑制部材55,56の延設方向は、第2の表面における2つの第2信号線路5,6の延設方向と平行である。より具体的に、第1の表面における放射抑制部材55は、信号ビア4の第1端から、第2の表面における第2信号線路5の延設方向と同方向へ、且つ第2信号線路5と多層誘電体基板2の厚さ方向において重なるように設けられる。第1の表面における放射抑制部材56は、信号ビア4の第1端から、第2の表面における第2信号線路6の延設方向と同方向へ、且つ第2信号線路6と多層誘電体基板2の厚さ方向において重なるように設けられる。
このように構成された第4実施形態の高周波伝送線路51によれば、前述した第1実施形態の効果(1a)~(1e)を奏する。特に、本実施形態では、第2の表面だけでなく第1の表面にも放射抑制部材55,56が設けられていることで、第1実施形態に比べて高周波信号の放射をより抑制し、伝送損失をより低く抑えることが可能となる。
第5実施形態は、基本的な構成は第2実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第2実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
前述した第2実施形態の高周波伝送線路31では、多層誘電体基板2における第2の表面に設けられた2つの第2信号線路5,6が、いずれもx方向に延設されていた。これに対し、図13に示す第5実施形態の高周波伝送線路61では、主に、2つの第2信号線路65,66がx方向とは異なる方向へ延設されている点、及び4つのグランドビア11が配置される位置が異なる点で、第2実施形態と相違する。
つまり、本開示における2つの第2信号線路は、双方ともにy方向と平行になるように設けることは必須ではなく、また、双方が平行になるように設けること自体も必須ではない。2つの第2信号線路は、それぞれ、信号ビア4の第2端から、任意の延設方向へ延設されてもよい。
このように構成された第5実施形態の高周波伝送線路61によれば、第2実施形態と同様の効果を奏する。
第6実施形態は、基本的な構成は第2実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第2実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
前述した第2実施形態の高周波伝送線路31では、多層誘電体基板2が、3つのパターン層P1~P3及び2つの誘電体層L1,L2を備えていた。これに対し、図14,図15に示す第6実施形態の高周波伝送線路71では、主に、多層誘電体基板72におけるパターン層の積層数が異なる点、4つの層間ビア86が設けられている点、及び線路部70に接続された放射抑制部材77,78の構成が異なる点で、第2実施形態と相違する。
内層P11にはグランドプレーン73が配置され、内層P12にはグランドプレーン74が配置され、内層P13にはグランドプレーン75が配置され、内層P14にはグランドプレーン76が配置される。
[7.第7実施形態]
第7実施形態は、基本的な構成は第6実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第6実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
第7実施形態において、放射抑制部材97は、表面スタブ部97aと、ビア部97bと、内層スタブ部97cとを備える。このうち表面スタブ部97a及びビア部97bは、第6実施形態における表面スタブ部77a及びビア部77bと同じである。ただし、表面スタブ部97aの長さは、第6実施形態の表面スタブ部77aの長さよりも短くてもよい。
放射抑制部材98も、放射抑制部材97と同様、表面スタブ部98aと、ビア部98bと、内層スタブ部98cとを備える。このうち表面スタブ部98a及びビア部98bは、第6実施形態における表面スタブ部78a及びビア部78bと同じである。一方、内層スタブ部98cは、第6実施形態の内層スタブ部78cとは異なり、図16,図17に示すように、ビア部98bの第2端から、P14層においてy方向及びx方向の何れにも非平行であって且つ放射抑制部材97の内層スタブ部97cの延設方向と平行な方向へ延設されている。
図19に示す第8実施形態の高周波伝送線路121は、基本的に、図16~図18に示した第7実施形態の高周波伝送線路91がy方向に2つ隣接配置され且つ一体化された構成となっている。なお、図19において、第8実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
ただし、2つの線路部90の間における2つのグランドビア88については、2つの線路部90のそれぞれにおいて共通化されている。つまり、一方の線路部90における4つのグランドビア88のうち、他方の線路部90に隣接する2つのグランドビア88と、他方の線路部90における4つのグランドビア88のうち、一方の線路部90に隣接する2つのグランドビア88は、物理的に同じ2つのグランドビア88である。
2つの線路部90の、y方向における配置間隔Dは、本実施形態では例えば高周波信号の実効波長の1/2である。
このように構成された第8実施形態の高周波伝送線路121によれば、各内層スタブ部97c,98cがy方向とは異なる方向へ延設されていることで、2つの線路部90をy方向へ狭間隔で配置できる。そのため、これら2つの線路部90に接続される不図示のアンテナを狭間隔で配置することができる。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
(9-1)第8実施形態において、y方向へ隣接配置される2つの線路部がそれぞれ異なる構成であってもよい。具体的な例を図20に示す。図20に示す高周波伝送線路141において、多層誘電体基板142に設けられた2つの線路部30,140のうち一方の線路部30においては、図6に示した第2実施形態の線路部30と全く同じ構成、即ち、信号ビア4の第2端から2つの放射抑制部材7,8が延設された構成となっている。
放射抑制部材147は、表面スタブ部147aと、ビア部147bと、内層スタブ部147cとを備える。このうち表面スタブ部147a及びビア部147bは、第6実施形態における表面スタブ部77a及びビア部77bと基本的に同じ構成である。ただし、表面スタブ部147aの長さは、第6実施形態の表面スタブ部77aの長さよりも短くてもよい。
放射抑制部材148も同様の構成であり、表面スタブ部148aと、ビア部148bと、内層スタブ部148cとを備える。そして、内層スタブ部148cが、第6実施形態の内層スタブ部78cとは異なり、図20に示すように、ビア部148bの第2端から、P14層においてy方向に平行且つ放射抑制部材147の内層スタブ部147cとは逆方向へ延設されている。
(9-2)放射抑制部材は、多層誘電体基板における第1の表面及び第2の表面のうち一方のみに設けてもよい。
また、第1の表面及び第2の表面のそれぞれ、放射抑制部材を設ける場合は、放射抑制部材をいくつ設けてもよい。
また、放射抑制部材が複数設けられる場合、例えば、全ての放射抑制部材がオープンスタブであってもよいし、一部の放射抑制部材のみオープンスタブであって他の放射抑制部材はオープンスタブ以外の構成であってもよいし、全ての放射抑制部材がオープンスタブ以外の構成であってもよい。
(9-4)信号ビア4は、基板の厚さ方向において空洞となっていて内壁に導体が形成された構成であってもよいし、空洞部分が導体以外の他の素材(例えば樹脂)で充填された構成であってもよいし、内壁を含み、空間全体が導体で充填された構成であってもよい。つまり、信号ビアは、導通させるべき導体を導通させることが可能な様々な構成が採用されていてもよい。内層ビアやグランドビアについても同様である。
(9-5)上記実施形態における1つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、1つの構成要素が有する1つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、1つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される1つの機能を、1つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
Claims (7)
- グランドプレーン(22,23,73~76)が配置された内層を1層以上含む多層誘電体基板(42,72,92,122,142)と、
前記多層誘電体基板における第1の表面に設けられ、信号が入力されるように構成された第1信号線路(3)と、
第1端が前記第1信号線路の一端に接続された接続導体(4)と、
前記多層誘電体基板における第2の表面に設けられた2つの第2信号線路であって、各々の一端が前記接続導体の第2端に接続された2つの第2信号線路(5,6)と、
前記第1信号線路及び前記第2信号線路のうち少なくとも一方から前記信号が放射されるのを抑制するように構成された少なくとも1つの放射抑制部材であって、前記第1の表面及び前記第2の表面の少なくとも一方に設けられ、前記接続導体の前記第1端及び前記第2端のうちの何れかに接続された、少なくとも1つの放射抑制部材(7,8,77,78,97,98,147,148)と、
前記多層誘電体基板をその厚さ方向に前記第1の表面から前記第2の表面まで貫通するように設けられ、且つ前記1層以上の内層それぞれの前記グランドプレーンと導通するように設けられたビアである、グランドビア(44,88)と、
を備え、
前記1層以上の内層は、第1のグランドプレーン(23,74)が配置された第1の内層、及び第2のグランドプレーン(22,75)が配置された第2の内層を含み、
さらに、前記第1のグランドプレーンと前記第2のグランドプレーンとの間を前記多層誘電体基板の厚さ方向に貫通するように設けられ、且つ両端がそれぞれ前記第1のグランドプレーン及び前記第2のグランドプレーンに接続されるように設けられたビアである、層間ビア(46,86)と、
を備え、
前記層間ビアは、前記第1信号線路、前記2つの第2信号線路及び前記少なくとも1つの放射抑制部材、のうちのいずれかと前記多層誘電体基板の厚さ方向において重なる位置に、配置されている、
高周波伝送線路(41,61,71,91,121,141)。 - 請求項1に記載の高周波伝送線路であって、
前記接続導体は、前記多層誘電体基板の内部において前記第1の表面と前記第2の表面との間を貫通するように設けられた信号ビアであり、
前記1層以上の内層に配置される前記グランドプレーンは、それぞれ、前記接続導体に接触しないように構成されている、
高周波伝送線路。 - 請求項1又は請求項2に記載の高周波伝送線路であって、
前記少なくとも1つの放射抑制部材は、第1端が前記接続導体に接続されて第2端が電気的に開放されたオープンスタブである、高周波伝送線路。 - 請求項3に記載の高周波伝送線路であって、
前記オープンスタブの前記接続導体からの延設方向は、前記第1の表面及び前記第2の表面のうち当該オープンスタブが設けられている方とは反対側に設けられた前記第1信号線路又は前記第2信号線路の前記接続導体からの延設方向と平行である、高周波伝送線路。 - 請求項3又は請求項4に記載の高周波伝送線路であって、
少なくとも1つの前記オープンスタブは、
前記第1の表面又は前記第2の表面に設けられ、第1端が前記接続導体に接続された表面スタブ部(77a,78a,97a,98a,147a,148a)と、
第1端が前記表面スタブ部の第2端に接続され、前記表面スタブ部の第2端から前記多層誘電体基板におけるいずれかの前記内層へ貫通するように設けられたビア部(77b,78b,97b,98b,147b,148b)と、
前記多層誘電体基板における前記いずれかの内層に設けられ、第1端が前記ビア部に接続されて第2端が電気的に開放された内層スタブ部(77c,78c,97c,98c,147c,148c)と、
を備える高周波伝送線路。 - 請求項1~請求項5の何れか1項に記載の高周波伝送線路であって、
前記第1の表面及び前記第2の表面のうち少なくとも一方には、2つの前記放射抑制部材が設けられている、高周波伝送線路。 - 請求項1~請求項6の何れか1項に記載の高周波伝送線路であって、
前記2つの第2信号線路における前記接続導体の第2端からの延設方向は、前記第1信号線路における前記接続導体の第1端からの延設方向を対称軸とした線対称の関係となるように構成されている、高周波伝送線路。
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