JP7072563B2 - 高周波伝送線路、その高周波伝送線路を備えるレーダ装置及び無線機器 - Google Patents
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Description
本発明は、基板を用いた高周波伝送線路、その高周波伝送線路を備えるレーダ装置及び無線機器に関する。
従来より、配線の高密度化、配線距離の短縮による高速伝送、製造コスト削減等を目的として、例えば多層（プリント配線）基板が用いられている。多層基板は、配線基板を積層して層間に延伸する穴を開け、その内面にめっきを施すことによって層間を導通するビア（貫通スルーホールとも言う）が形成された基板であり、各種電子機器に広く使用されている。
多層基板上に、高周波ＩＣ等の高周波発振源を実装すると、所望波だけでなく、２次高調波等の不要波が発生してしまうことが多い。この不要な高周波成分が多層基板を用いた高周波伝送線路内を伝送すると、例えば伝送線路に接続されたアンテナから不要放射が発生してしまう。そして、不要放射量が大きい場合、自他製品の誤作動の要因となる恐れや、電波法を満足せず製品化の障害となる。
このような背景から、不要波の周波数帯域を通過させない帯域阻止フィルタを個別部品として多層基板に接続したり、多層基板そのものに所望の周波数帯域阻止特性を持たせる技術が提案されている。例えば、特許文献１には、信号が伝送する信号ビアと、接地電位（ＧＮＤ）に接続されたグランドビアとの間に、さらに導体のビアを備えることにより、特定の周波数の不要波が信号ビアを伝送しないようにした高周波伝送線路が開示されている。
特許文献１に記載の高周波伝送線路は、導体ビアの長さを調整することによって、信号が多層基板を通過する際に伝送が抑圧される周波数帯を調整する。ところが、これを高い周波数帯に調整しようとすると、導体ビアの長さを極端に短くする必要があり、製造が困難となってしまう。
また、複数の導体ビアを有する場合、各導体ビアの間隔や相対位置を調整することによっても伝送が抑圧される周波数帯を調整できるが、信号ビアとグランドビアの間の領域を大きく広げる必要が生じるため、多層基板において必要な面積が増大してしまう。
実際、特許文献１に記載の実施例はいずれも１０ＧＨｚ～２０ＧＨｚの周波数帯における調整であって、２０ＧＨｚ以上の高周波については示されていないのが実情である。
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、不要な周波数成分の信号伝送を抑圧可能であり、その抑圧される周波数帯を簡単に調整できる高周波伝送線路、その高周波伝送線路を備えるレーダ装置及び無線機器を提供することを目的とする。
上記した目的を達成するために、本発明に係る高周波伝送線路は、複数の導体層と、絶縁層とが積層されて構成される高周波伝送線路であって、前記導体層及び前記絶縁層の積層方向に延在し、前記導体層を互いに電気的に接続する信号ビアと、前記導体層の１つに配置され、前記信号ビアに電気信号を入力する入力線路と、前記導体層の他の１つに配置され、前記信号ビアを介して前記入力線路に接続された信号線路と、前記導体層のいずれかに配置され、前記信号ビアと離間し、基準電位に接続されたグランドプレーンと、前記信号ビアと前記グランドプレーンとの間の離間領域内に配置された導体アーム部と、前記離間領域内に配置され、前記導体アーム部と前記グランドプレーンとを接続する導体接続部とを備え、前記導体アーム部及び前記導体接続部は、前記電気信号のうち、所定の周波数の電気信号を抑圧するように、構成されている。
本発明に係る無線機器は、上記の高周波伝送線路を備える。
本発明に係るレーダ装置は、上記の高周波伝送線路を備える。
本発明に係る高周波伝送線路によれば、不要な周波数成分の信号伝送を抑圧可能であり、その抑圧される周波数帯域を簡単に調整できる高周波伝送線路、その高周波伝送線路を備えるレーダ装置及び無線機器を提供することができる。
以下、本発明の好ましい実施形態における高周波伝送線路について、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る高周波伝送線路１００の詳細について、図１～３を参照して説明する。図１は、高周波伝送線路１００について、後述する信号ビア１１２付近を拡大した斜視図であり、図２は図１の上面図である。また、図３Ａは図２のIIIA-IIIA線断面図に高周波ＩＣを接続した状態を示す図、図３Ｂは図２のIIIB-IIIB線断面図である。
本発明の第１実施形態に係る高周波伝送線路１００の詳細について、図１～３を参照して説明する。図１は、高周波伝送線路１００について、後述する信号ビア１１２付近を拡大した斜視図であり、図２は図１の上面図である。また、図３Ａは図２のIIIA-IIIA線断面図に高周波ＩＣを接続した状態を示す図、図３Ｂは図２のIIIB-IIIB線断面図である。
本実施形態の高周波伝送線路１００は、導体層（後述する信号線路１１４、グランドプレーン１１６の少なくとも一方を有する層）と絶縁層１１０ｉが交互に積層された多層基板１１０と、多層基板１１０（すなわち、導体層及び絶縁層）の積層方向に延伸し、導体層を互いに電気的に接続する信号ビア１１２と、前記多層基板に配され、前記信号ビア１１２に電気信号を入力する入力線路１１３と、前記導体層に配置され信号ビア１１２と接続された信号線路１１４と、前記導体層に配置され基準電位（ＧＮＤ）に接続されたグランドプレーン１１６とを有する。入力線路１１３、信号線路１１４、及びグランドプレーン１１６は、同一階層に離間して配置されていても良い。
図１及び図３に示すように、本実施形態の多層基板１１０は主に３層の導体層とその間の２層の絶縁層１１０ｉから構成されている。以下の説明においては、最上層（基板上面）、中間層、最下層（基板底面）の各導体層に配置されたグランドプレーン１１６を個別に指す場合、それぞれグランドプレーン１１６Ｕ、１１６Ｍ、１１６Ｌと記す。
なお、多層基板の層数、及び各層に配置される入力線路１１３、信号線路１１４、グランドプレーン１１６の組合せはこれに限らず、適宜設定可能である。
なお、多層基板の層数、及び各層に配置される入力線路１１３、信号線路１１４、グランドプレーン１１６の組合せはこれに限らず、適宜設定可能である。
各グランドプレーン１１６は、信号ビア１１２に接触しないよう、信号ビア１１２から離間しており、この離間領域がいわゆるアンチパッド領域１１８となる。図２の上面図に示すように、アンチパッド領域１１８は、信号ビア１１２の外周を取り囲むように信号ビア１１２を中心として略円状（換言すれば、略環状）に形成されている。ただし、アンチパッド領域１１８は、信号ビア１１２とグランドプレーン１１６を離間させる領域であれば良く、その形状は限定されない。
また、このアンチパッド領域１１８の外周を取り囲むように、グランドプレーン１１６Ｌに接続され、多層基板１１０を積層方向に貫通するグランドビア１１５が複数点在して配置されている。図１及び図２に示すように、本実施形態では１０か所に点在配置されているが、その数は適宜設定可能であり、例えばグランドビア１１５を配置しないようにしてもよい。
以上のような構成によれば、図３に示したように高周波伝送線路１００の入力線路１１３と高周波ＩＣ１０を接続した場合、高周波ＩＣ１０から出力された信号は、入力線路１１３に沿って信号ビア１１２へ入力し、信号ビア１１２に沿って下方に伝送して、最下層の信号線路１１４に到達する。そして、例えば、その先に接続されたアンテナ（図示せず）に到達すると、アンテナから外部へ送信される。なお、高周波ＩＣ１０の信号は同軸ケーブル等を通じて、信号ビア１１２へ直接入力されても良い。
上記した構成に加えて、本実施形態に係る高周波伝送線路１００は、アンチパッド領域（離間領域）１１８内に島状の導体アーム部１２０を有し、さらに、この導体アーム部１２０の一部とグランドプレーン１１６Ｍとを接続する導体接続部１２２を有する。この導体アーム部１２０及び導体接続部１２２からなる部分をパッド領域１２５と称する。
導体アーム部１２０自身は、信号ビア１１２ともグランドプレーン１１６Ｍとも離間しており、導体接続部１２２から信号ビア１１２の周辺に島状に配置される。このため、図３Ｂに示すように導体アーム部１２０及び導体接続部１２２が配置された導体層において、信号ビア１１２の中心からアンチパッド領域（離間領域）１１８の外周縁に向かって、信号ビア１１２の外縁、アンチパッド領域（離間領域）１１８、導体アーム部１２０、アンチパッド領域（離間領域）１１８の他の一部が、この順に存在する箇所が生じる。
導体アーム部１２０自身は、信号ビア１１２ともグランドプレーン１１６Ｍとも離間しており、導体接続部１２２から信号ビア１１２の周辺に島状に配置される。このため、図３Ｂに示すように導体アーム部１２０及び導体接続部１２２が配置された導体層において、信号ビア１１２の中心からアンチパッド領域（離間領域）１１８の外周縁に向かって、信号ビア１１２の外縁、アンチパッド領域（離間領域）１１８、導体アーム部１２０、アンチパッド領域（離間領域）１１８の他の一部が、この順に存在する箇所が生じる。
図１及び図２に示すように、導体アーム部１２０は上面視で半円弧形状であって、導体接続部１２２は、この導体アーム部１２０の外周縁の中央（一部）とグランドプレーン１１６Ｍとを接続するように直線状（換言すれば、帯状）に形成されている。通常、導体アーム部１２０と導体接続部１２２は一体形成され、またグランドプレーン１１６Ｍとも一体形成されるが、これらの接続方法は特に限定されない。
なお、導体アーム部１２０及び導体接続部１２２は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、入力線路１１３と信号線路１１４が存在する層の間に位置するグランドプレーン１１６Ｍに配置されているが、配置位置はこれに限定されない。入力線路１１３、信号線路１１４と同一階層のグランドプレーン１１６Ｕ、１１６Ｌでも良く、さらに、このようなグランドプレーン１１６のいずれか一つに限定されず、複数のグランドプレーン１１６に点在して配置されても良い。
なお、グランドプレーン１１６は、入力線路１１３が配置された導体層と異なる導体層であって、入力線路１１３が配置された導体層に最も近い導体層に配置されることが好ましい。これによれば、信号ビア１１２におけるより前段で２次高調波等の不要波を抑圧することが可能であり、２次高調波等の不要波による他の導体層及び絶縁層への影響を軽減することが可能である。
なお、グランドプレーン１１６は、入力線路１１３が配置された導体層と異なる導体層であって、入力線路１１３が配置された導体層に最も近い導体層に配置されることが好ましい。これによれば、信号ビア１１２におけるより前段で２次高調波等の不要波を抑圧することが可能であり、２次高調波等の不要波による他の導体層及び絶縁層への影響を軽減することが可能である。
図２及び図３に示すように、導体アーム部１２０と信号ビア１１２間には容量性結合Ｃ１が生じる。また、伝送される信号が高周波であることから、基準電位である導体アーム部１２０とグランドプレーン１１６Ｍ間にも容量性結合Ｃ２が生じる。
本発明に係る高周波伝送線路１００は、これらの容量性結合Ｃ１、及びＣ２、並びに導体接続部１２２（及び導体アーム部１２０の一部を含む）のインダクタ成分Ｌ１により、信号が伝送する際、共振を生じる。この共振によって、入力線路１１３から入力される電気信号が高周波信号であっても、特定の周波数帯において透過損失を大きくすることができ、電気信号のうち不要な周波数成分の信号伝送を抑圧可能となる。
以下、この共振現象について、図４の等価回路を用いて説明する。図４は、信号入力部Ｔｅｒｍ１（高周波ＩＣ１０等）の信号が、図１～３で示した高周波伝送線路１００の信号ビア１１２上面の信号入力端Ｐを通過し信号ビア１１２に沿って下方に伝送し、信号線路１１４に到達して、信号線路１１４の信号出力端Ｑに接続された外部の信号出力部Ｔｅｒｍ２（アンテナ等）に出力される状態を模式的に表した等価回路である。Ｌ２は、信号ビア１１２及び信号線路１１４のインダクタ成分、Ｃ３は信号ビア１１２と信号線路１１４間の屈曲部における容量性結合、Ｃ４は信号線路１１４とグランドプレーン１１６Ｍ間に生じる容量性結合を表す。
上述したように、導体アーム部１２０と信号ビア１１２間に容量性結合Ｃ１、導体アーム部１２０とグランドプレーン１１６Ｍ間に容量性結合Ｃ２、導体接続部１２２及び導体アーム部１２０のインダクタ成分としてＬ１が生じており、これらは図４において点線の枠線部で表される。枠線部は、ＬＣ共振回路を形成している。パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）１２５の配置によって、この枠線部のＬＣ共振回路が形成され、共振が生じる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る高周波伝送線路２００を図２を用いて説明する。第１実施形態において、アンチパッド領域（離間領域）１１８内に島状に配置される導体アーム部１２０の形状は、上面視で半円弧形状であるのに対して、第２実施形態の導体アーム部２２０は円弧形状であって、その中心角θの角度を適宜設定可能である（θ＝１８０°の場合は第１実施形態となる）。
次に、本発明の第２の実施形態に係る高周波伝送線路２００を図２を用いて説明する。第１実施形態において、アンチパッド領域（離間領域）１１８内に島状に配置される導体アーム部１２０の形状は、上面視で半円弧形状であるのに対して、第２実施形態の導体アーム部２２０は円弧形状であって、その中心角θの角度を適宜設定可能である（θ＝１８０°の場合は第１実施形態となる）。
図５は、第１実施形態（θ＝１８０°）及び第２実施形態（θ＝９０°、１２０°）に係る高周波伝送線路の透過損失の周波数特性（電磁界シミュレーション結果）を示すグラフである。また、比較のために、これらの実施形態においてパッド領域１２５、２２５がない場合のグラフも示してある。
図５において、導体アーム部の中心角θが大きくなると、透過損失Ｓが最大となる共振周波数が減少することが分かる。中心角θの大きさによって、共振周波数帯が約３０ＧＨｚ強から５５ＧＨｚの範囲に幅広く変化している。すなわち、高周波伝送線路２００は、導体アーム部２２０の中心角θを変化させることにより、伝送が抑圧される周波数帯域（以下、伝送の抑圧周波数帯と称する）を簡単に調整できることが分かる。
このような変化は、導体アーム部２２０の中心角θが大きくなると、導体アーム部２２０と信号ビア１１２間の容量性結合Ｃ１、及び導体アーム部２２０とグランドプレーン１１６Ｍ間の容量性結合Ｃ２が増大し、図４の枠線部のＬＣ共振回路の共振周波数、及びその帯域が変化することに起因する。従って、中心角θの変化（円弧の長さの変化）だけでなく、導体アーム部２２０の円弧の幅Ｗを変化することによっても、上記した容量性結合Ｃ１、Ｃ２、及びインダクタ成分Ｌ１を変化させることができるため、これによっても伝送の抑圧周波数帯を調整可能である。
また、導体アーム部を円弧状でなく、他の形状にすることによっても、導体アーム部と信号ビア間の容量性結合Ｃ１、及び導体アーム部とグランドプレーン間の容量性結合Ｃ２を変化させることができ、その結果、伝送の抑圧周波数帯を調整可能である。
次に、第３～５実施形態を例に、このような導体アーム部の形状が異なる実施形態について具体的に説明する。
（第３実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る高周波伝送線路を、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態の高周波伝送線路において、パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）３２５が配置されたアンチパッド領域（離間領域）１１８の上面図である。本実施形態の高周波伝送線路は、アンチパッド領域（離間領域）１１８内に島状に配置される導体アーム部３２０の形状がＶ字状である点が他の実施形態と異なる。
（第３実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る高周波伝送線路を、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態の高周波伝送線路において、パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）３２５が配置されたアンチパッド領域（離間領域）１１８の上面図である。本実施形態の高周波伝送線路は、アンチパッド領域（離間領域）１１８内に島状に配置される導体アーム部３２０の形状がＶ字状である点が他の実施形態と異なる。
図７は、本実施形態の高周波伝送線路の透過損失の周波数特性（電磁界シミュレーション結果）を示すグラフである。伝送の抑圧周波数帯が約４７ＧＨｚ強に変化していることが分かる。
（第４実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る高周波伝送線路を、図８を用いて説明する。図８は本実施形態の高周波伝送線路において、パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）４２５が配置されたアンチパッド領域（離間領域）１１８の上面図である。本実施形態の高周波伝送線路は、アンチパッド領域（離間領域）１１８内に島状に配置される導体アーム部４２０の形状がコ字状（Angular U-shape）である点が他の実施形態と異なる。
本発明の第４の実施形態に係る高周波伝送線路を、図８を用いて説明する。図８は本実施形態の高周波伝送線路において、パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）４２５が配置されたアンチパッド領域（離間領域）１１８の上面図である。本実施形態の高周波伝送線路は、アンチパッド領域（離間領域）１１８内に島状に配置される導体アーム部４２０の形状がコ字状（Angular U-shape）である点が他の実施形態と異なる。
図９は、本実施形態の高周波伝送線路の透過損失の周波数特性（電磁界シミュレーション結果）を示すグラフである。伝送の抑圧周波数帯が約４０ＧＨｚに変化していることが分かる。
（第５実施形態）
本発明の第５の実施形態に係る高周波伝送線路を、図１０を用いて説明する。図１０は本実施形態の高周波伝送線路において、パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）５２５が配置されたアンチパッド領域（離間領域）１１８の上面図である。本実施形態の高周波伝送線路は、アンチパッド領域（離間領域）１１８内に島状に配置される導体アーム部５２０の形状が直線状（換言すれば、帯状）である点が他の実施形態と異なる。
本発明の第５の実施形態に係る高周波伝送線路を、図１０を用いて説明する。図１０は本実施形態の高周波伝送線路において、パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）５２５が配置されたアンチパッド領域（離間領域）１１８の上面図である。本実施形態の高周波伝送線路は、アンチパッド領域（離間領域）１１８内に島状に配置される導体アーム部５２０の形状が直線状（換言すれば、帯状）である点が他の実施形態と異なる。
図１１は、本実施形態の高周波伝送線路の透過損失の周波数特性（電磁界シミュレーション結果）を示すグラフである。伝送の抑圧周波数帯が約５６ＧＨｚに変化していることが分かる。
（第６実施形態）
本発明の第６の実施形態に係る高周波伝送線路を、図１２を用いて説明する。図１２は本実施形態の高周波伝送線路における、パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）６２５が配置されたアンチパッド領域（離間領域）１１８の上面図である。本実施形態の高周波伝送線路は、アンチパッド領域（離間領域）１１８内に同一形状のパッド領域（導体アーム部及び導体接続部）６２５を二つ有し、各パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）６２５は信号ビア１１２を中心として点対称に配置されている。各パッド領域６２５の導体アーム部６２０の形状は幅Ｗａ、中心角θａの円弧状であるが、形状はこれに限られない。また、各パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）６２５は、必ずしも信号ビア１１２を中心として点対称でなくても良い。
本発明の第６の実施形態に係る高周波伝送線路を、図１２を用いて説明する。図１２は本実施形態の高周波伝送線路における、パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）６２５が配置されたアンチパッド領域（離間領域）１１８の上面図である。本実施形態の高周波伝送線路は、アンチパッド領域（離間領域）１１８内に同一形状のパッド領域（導体アーム部及び導体接続部）６２５を二つ有し、各パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）６２５は信号ビア１１２を中心として点対称に配置されている。各パッド領域６２５の導体アーム部６２０の形状は幅Ｗａ、中心角θａの円弧状であるが、形状はこれに限られない。また、各パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）６２５は、必ずしも信号ビア１１２を中心として点対称でなくても良い。
図１３は、本実施形態の高周波伝送線路の透過損失の周波数特性（電磁界シミュレーション結果）を示すグラフである。パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）６２５が二つの場合と、比較例としてパッド領域（導体アーム部及び導体接続部）６２５が一つの場合の結果を示す。パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）６２５が一つから二つに増えると、透過損失が増大することが分かる。一方で、伝送の抑圧周波数帯は約４４ＧＨｚ付近と変化がないことが分かる。
すなわち、同一形状のパッド領域（導体アーム部及び導体接続部）を二つにすると、伝送の抑圧周波数帯を保ったまま、透過損失を増大できる。伝送の抑圧周波数帯を変化せずに、その帯域での通過損失を増大することが可能となる。
（第７実施形態）
本発明の第７の実施形態に係る高周波伝送線路を、図１４を用いて説明する。図１４は本実施形態の高周波伝送線路における、パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）６２５、７２５が配置されたアンチパッド領域（離間領域）１１８の上面図である。本実施形態の高周波伝送線路は、第６実施形態の二つのパッド領域６２５のうち、一つの導体アーム部６２０を異なる形状の導体アーム部７２０に変更したものである。すなわち、本実施形態の高周波伝送線路は、異なる形状の二つのパッド領域（導体アーム部及び導体接続部）６２５、７２５が配置されている。二つのパッド領域（導体アーム部及び導体接続部）６２５、７２５は信号ビア１１２を中心として対向するように配置されているが、必ずしも対向する必要はない。
本発明の第７の実施形態に係る高周波伝送線路を、図１４を用いて説明する。図１４は本実施形態の高周波伝送線路における、パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）６２５、７２５が配置されたアンチパッド領域（離間領域）１１８の上面図である。本実施形態の高周波伝送線路は、第６実施形態の二つのパッド領域６２５のうち、一つの導体アーム部６２０を異なる形状の導体アーム部７２０に変更したものである。すなわち、本実施形態の高周波伝送線路は、異なる形状の二つのパッド領域（導体アーム部及び導体接続部）６２５、７２５が配置されている。二つのパッド領域（導体アーム部及び導体接続部）６２５、７２５は信号ビア１１２を中心として対向するように配置されているが、必ずしも対向する必要はない。
前記パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）６２５は幅Ｗａ、中心角θａの円弧状、パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）７２５は幅Ｗｂ、中心角θｂの円弧状であるが、二つの形状は異なっていれば良く、このような円弧状の組み合わせに限られない。
図１５は、本実施形態の高周波伝送線路の透過損失の周波数特性（シミュレーション結果）を示すグラフである。伝送の抑圧周波数帯が約３８ＧＨｚ付近と、約５３ＧＨｚ付近に発生していることが分かる。すなわち、異なる形状のパッド領域（導体アーム部及び導体接続部）を加え、パッド領域を二つにすると、伝送の抑圧周波数帯を一つから二つに増大できる。
以上、各実施形態を用いて、導体アーム部の形状の変化（第２～第５実施形態）、パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）の数の変化（第６～第７実施形態）に伴う、伝送の抑圧周波数帯の変化について示した。
また、図５に代表されるように、この抑圧周波数帯は、導体アーム部の形状変更という簡単な調整によって幅広い周波数にわたり変更可能であることを示した。さらに、図１３、１５で示されたように、パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）の数を増大するという簡単な調整により、透過損失を増大したり、抑圧周波数帯を増大できることを示した。
また、図５に代表されるように、この抑圧周波数帯は、導体アーム部の形状変更という簡単な調整によって幅広い周波数にわたり変更可能であることを示した。さらに、図１３、１５で示されたように、パッド領域（導体アーム部及び導体接続部）の数を増大するという簡単な調整により、透過損失を増大したり、抑圧周波数帯を増大できることを示した。
従って、本発明によれば、無線通信や車載レーダー等で用いられる高周波帯においても、高調波等の不要波を抑圧可能な高周波伝送線路を実現できる。更に、無線機器又はレーダ装置において、逓倍器を備える場合、逓倍前の局部発振源の電気信号の周波数等の不要な周波数成分の信号伝送を抑圧可能な高周波伝送線路を実現できる（詳細は後述する）。また、本発明は、この抑圧周波数帯の帯域や数をパッド領域（導体アーム部及び導体接続部）の形状や数、その組合せによって変更できるため、設計上の自由度が非常に高い利点がある。
以下、本実施形態に係る高周波伝送線路を備えるレーダ装置の一例について説明する。なお、本実施形態に係る高周波伝送線路は、これに限定されず、無線通信を行う種々の無線機器に適用可能である。
本実施形態のレーダ装置を説明する前に、従来のレーダ装置について説明する。
本実施形態のレーダ装置を説明する前に、従来のレーダ装置について説明する。
図１６は、従来のレーダ装置の一例を示す回路ブロック図である。図１６に示すレーダ装置５０Ｘは、例えば７６ＧＨｚ帯域又は７９ＧＨｚ帯域の車載用ミリ波レーダ、又は、２４ＧＨｚ帯域の車載用レーダ等の種々の車載用レーダに用いられる装置であり、送信器６０Ｘと受信器７０Ｘとを備える。
送信器６０Ｘは、基板の部品実装面に搭載された局部発振器６１と、逓倍部６２と、送信電力制御部６３と、帯域阻止フィルタ６４と、変調部６５とを備える。また、送信器６０Ｘは、基板の部品実装面と反対側のアンテナ面に形成された送信アンテナ６６を備える。また、送信器６０Ｘは、基板の部品実装面とアンテナ面とを接続する信号ビア６７を備える。
局部発振器６１は、所定の周波数のＣＷ（Continuous Wave）信号を生成する。逓倍部６２は、局部発振器６１から入力された所定の周波数のＣＷ信号を逓倍して後段に出力する。
例えば７９ＧＨｚ帯域の車載用ミリ波レーダの場合には、局部発振器６１が２６ＧＨｚのＣＷ信号を生成し、逓倍部６２がＣＷ信号を３逓倍してもよい。或いは、例えば２４ＧＨｚ帯域の車載用レーダの場合には、局部発振器６１が６ＧＨｚのＣＷ信号を生成し、逓倍部６２がＣＷ信号を４逓倍してもよい。
或いは、送信器６０Ｘは逓倍部６２を備えず、局部発振器６１は７９ＧＨｚ又は２４ＧＨｚのＣＷ信号を直接生成してもよい。
局部発振器６１は、所定の周波数のＣＷ（Continuous Wave）信号を生成する。逓倍部６２は、局部発振器６１から入力された所定の周波数のＣＷ信号を逓倍して後段に出力する。
例えば７９ＧＨｚ帯域の車載用ミリ波レーダの場合には、局部発振器６１が２６ＧＨｚのＣＷ信号を生成し、逓倍部６２がＣＷ信号を３逓倍してもよい。或いは、例えば２４ＧＨｚ帯域の車載用レーダの場合には、局部発振器６１が６ＧＨｚのＣＷ信号を生成し、逓倍部６２がＣＷ信号を４逓倍してもよい。
或いは、送信器６０Ｘは逓倍部６２を備えず、局部発振器６１は７９ＧＨｚ又は２４ＧＨｚのＣＷ信号を直接生成してもよい。
送信電力制御部６３は、局部発振器６１及び逓倍部６２によって生成されたＣＷ信号を増幅することにより、送信電力の制御を行う。
帯域阻止フィルタ６４は、逓倍部６２で逓倍されたＣＷ信号のうち、局部発振器６１で生成されたＣＷ信号の周波数成分等の不要波を抑圧するための帯域阻止フィルタである。帯域阻止フィルタ６４は、例えば、基板の部品実装面に形成された銅箔パターンで構成される。
帯域阻止フィルタ６４は、逓倍部６２で逓倍されたＣＷ信号のうち、局部発振器６１で生成されたＣＷ信号の周波数成分等の不要波を抑圧するための帯域阻止フィルタである。帯域阻止フィルタ６４は、例えば、基板の部品実装面に形成された銅箔パターンで構成される。
変調部６５は、帯域阻止フィルタ６４を通過した送信電力制御部６３からのＣＷ信号をパルス変調することにより、送信信号を生成する。
なお、本実施形態では、パルス変調方式を例示したが、これに限定されない。例えば、ＦＭＣＷ変調方式では、送信器６０Ｘは変調部６５を備えず、局部発振器の電圧制御信号を変調することにより直接的に変調してもよい。
なお、本実施形態では、パルス変調方式を例示したが、これに限定されない。例えば、ＦＭＣＷ変調方式では、送信器６０Ｘは変調部６５を備えず、局部発振器の電圧制御信号を変調することにより直接的に変調してもよい。
信号ビア６７は、変調部６５によって生成された送信信号を送信アンテナ６６に伝達する。換言すれば、信号ビア６７は、基板の部品実装面からアンテナ面に送信信号を伝達する。
送信アンテナ６６は、送信信号を外部へ送信する。すなわち、送信アンテナ６６は、逓倍部６２の後段において、逓倍されたＣＷ信号を送信信号として外部へ送信する。
送信アンテナ６６は、送信信号を外部へ送信する。すなわち、送信アンテナ６６は、逓倍部６２の後段において、逓倍されたＣＷ信号を送信信号として外部へ送信する。
一方、受信器７０Ｘは、基板のアンテナ面に形成された受信アンテナ７１を備える。また、受信器７０Ｘは、基板の部品実装面に搭載された利得可変増幅部７２と、逓倍部７３と、復調部７４とを備える。また、受信器７０Ｘは、基板の部品実装面とアンテナ面とを接続する信号ビア７７を備える。
受信アンテナ７１は、外部からの受信信号を受信する。
信号ビア７７は、受信アンテナ７１によって受信された受信信号を利得可変増幅部７２に伝達する。換言すれば、信号ビア７７は、基板のアンテナ面から部品実装面に受信信号を伝達する。
信号ビア７７は、受信アンテナ７１によって受信された受信信号を利得可変増幅部７２に伝達する。換言すれば、信号ビア７７は、基板のアンテナ面から部品実装面に受信信号を伝達する。
利得可変増幅部７２は、可変可能な所望の利得で、受信信号を増幅する。
逓倍部７３は、上述した逓倍部６２と同様に、局部発振器６１から入力された所定の周波数のＣＷ信号を逓倍して後段に出力する。なお、局部発振器６１が例えば７９ＧＨｚ又は２４ＧＨｚのＣＷ信号を直接生成する場合には、受信器７０Ｘは逓倍部７３を備えなくともよい。
逓倍部７３は、上述した逓倍部６２と同様に、局部発振器６１から入力された所定の周波数のＣＷ信号を逓倍して後段に出力する。なお、局部発振器６１が例えば７９ＧＨｚ又は２４ＧＨｚのＣＷ信号を直接生成する場合には、受信器７０Ｘは逓倍部７３を備えなくともよい。
復調部７４は、局部発振器６１及び逓倍部７３によって生成されたＣＷ信号を用いて、利得可変増幅部７２からの受信信号を復調する。
この従来のレーダ装置５０Ｘでは、部品実装面において、送信器６０Ｘにおける帯域阻止フィルタ６４を実装するための実装面が必要となる。そのため、レーダ装置５０Ｘをより小型化する場合に、従来のレーダ装置５０Ｘでは当該実装面が必要となるためレーダ装置の高密度実装化、小型化が困難であった。
この点に関し、本実施形態の帯域阻止機能及び信号ビアを有する高周波伝送線路１００，２００をレーダ装置に適用すると、レーダ装置の高密度実装化、小型化が可能となる。
この点に関し、本実施形態の帯域阻止機能及び信号ビアを有する高周波伝送線路１００，２００をレーダ装置に適用すると、レーダ装置の高密度実装化、小型化が可能となる。
図１７は、本実施形態に係る高周波伝送線路を備えるレーダ装置の一例を示す回路ブロック図である。図１７に示すレーダ装置５０は、図１６に示す従来のレーダ装置５０Ｘにおいて、送信器６０Ｘ及び受信器７０Ｘに代えて送信器６０及び受信器７０を備える。
送信器６０は、図１６に示す従来の送信器６０Ｘにおいて、帯域阻止フィルタ６４及び信号ビア６７に代えて、上述した実施形態の、帯域阻止機能及び信号ビア１１２を有する高周波伝送線路１００（又は、２００）を備える。
また、受信器７０は、図１６に示す従来の受信器７０Ｘにおいて、信号ビア７７に代えて、上述した実施形態の、帯域阻止機能及び信号ビア１１２を有する高周波伝送線路１００（又は、２００）を備えてもよい。
本実施形態の高周波伝送線路１００（又は、２００）では、元々存在する信号ビアとグランドプレーンとの間の離間領域内に導体アーム部及び導体接続部を形成することにより、帯域阻止機能が得られるため、従来の帯域阻止フィルタ６４の実装面積を不要とすることができる。そのため、本実施形態のレーダ装置５０では、レーダ装置の高密度実装化、小型化が可能である。
一般に、阻止周波数帯域が低くなるほど帯域阻止フィルタの実装面積が大きくなる。即ち、周波数が比較的に低い２４ＧＨｚ帯域のレーダ装置では、比較的に大きな帯域阻止フィルタを不要とすることができ、レーダ装置の高密度実装化、小型化を好適に実現することができる。
また、局部発振器で生成されたＣＷ信号を逓倍する逓倍部を備える構成では、局部発振器から出力される逓倍前のＣＷ信号を後段に出力してしまう虞がある。本発明では、先述の通り比較的大きな帯域阻止フィルタを実装面上に設けずにこれら不要なＣＷ信号を低減することができ、レーダ装置の高密度実装化、小型化に際しより好ましく効果を得ることができる。さらに、７６ＧＨｚ帯域又は７９ＧＨｚ等の比較的高い周波数帯域を２０ＧＨｚ～の帯域を有するＣＷ信号を逓倍して出力する構成を用いる場合には、当該２０ＧＨｚ～の信号を低減する様に構成された高周波伝送線路１００（又は、２００）を用いることでさらに好ましく効果を得ることができる。
また、局部発振器で生成されたＣＷ信号を逓倍する逓倍部を備える構成では、局部発振器から出力される逓倍前のＣＷ信号を後段に出力してしまう虞がある。本発明では、先述の通り比較的大きな帯域阻止フィルタを実装面上に設けずにこれら不要なＣＷ信号を低減することができ、レーダ装置の高密度実装化、小型化に際しより好ましく効果を得ることができる。さらに、７６ＧＨｚ帯域又は７９ＧＨｚ等の比較的高い周波数帯域を２０ＧＨｚ～の帯域を有するＣＷ信号を逓倍して出力する構成を用いる場合には、当該２０ＧＨｚ～の信号を低減する様に構成された高周波伝送線路１００（又は、２００）を用いることでさらに好ましく効果を得ることができる。
また、一般に、周波数が高くなるほど、アンテナの実装面積が小さくなり、レーダ装置全体の実装面積に対する帯域阻止フィルタの実装面積の割合が大きくなる。これにより、周波数が比較的に高い７６ＧＨｚ帯域又は７９ＧＨｚ帯域のレーダ装置では、レーダ装置全体の実装面積に対する実装面積の割合が大きい帯域阻止フィルタが不要となれば、レーダ装置の高密度実装化、小型化が可能となる。特に、レーダ装置５０Ｘの全体の大きさは、アンテナ面に配置されるアンテナ素子の大きさに依存しやすく、周波数帯域が高いほどアンテナ素子が小さくなる。７６ＧＨｚ帯域又は７９ＧＨｚ帯域で必要とされる比較的小さなアンテナ素子を用いる場合には、本実施形態の高周波伝送線路１００（又は、２００）を適用することで、これら帯域に使用されるレーダ装置の高密度化、小型化をより好適に実現することができる。
また、送信器６０だけでなく受信器７０にも、本実施形態の高周波伝送線路１００（又は、２００）が適用されると、送信器６０から受信器７０へ直接回り込む２次高調波等の不要波を低減することができる。また、異なる周波数帯域の他のレーダ装置が近接する場合に、他のレーダ装置から送信された送信信号等の不要波の受信を低減することができる。
なお、上記した本実施の形態における記述は、本発明に係る高周波伝送線路の一例を示すものであり、これらに限定されるものではない。本実施の形態における高周波伝送線路の細部詳細及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、導体アーム部の形状、パッド領域の数の変化に伴う、伝送の抑圧周波数の変化を説明したが、この抑圧周波数帯の調整方法はこれらに限られない。図４の等価回路図の枠線部のＬＣ共振回路において、容量性結合Ｃ１、Ｃ２、及びインダクタ成分Ｌ１の少なくともいずれか一つを変化させることができれば、伝送の抑圧周波数帯を変更することができる。
具体的には、導体接続部１２２の長さ、幅、形状の変化により、インダクタ成分Ｌ１を変化させることができ、アンチパッド領域１１８内の導体アーム部、及び／又は導体接続部の配置位置や、アンチパッド領域１１８の大きさや形状によっても、容量性結合Ｃ１、Ｃ２を変化させることができる。
具体的には、導体接続部１２２の長さ、幅、形状の変化により、インダクタ成分Ｌ１を変化させることができ、アンチパッド領域１１８内の導体アーム部、及び／又は導体接続部の配置位置や、アンチパッド領域１１８の大きさや形状によっても、容量性結合Ｃ１、Ｃ２を変化させることができる。
上述した実施形態の高周波伝送線路を実施例として作製し、透過損失特性Ｓ２１を測定した。
（実施例１）
上述した第１実施形態の高周波伝送線路を実施例１として作製した。実施例１の高周波伝送線路の詳細は以下の通りである。
・基板：導体層３層、絶縁層２層
・入力線路：基板における最上層の導体層に配置
・信号線路：基板における最下層の導体層に配置
・信号ビア：基板における最上層の導体層から最下層の導体層まで貫通
・グランドプレーン：基板における中間層の導体層に配置
・離間領域：内周縁径（信号ビアの外縁径）０．４ｍｍ、外周縁径１．３ｍｍ
・導体アーム部：基板における中間層の導体層に配置
中心角θ＝１２０°、幅０．２ｍｍの円弧形状
・導体接続部：基板における中間層の導体層に配置、導体アーム部の中央に接続
上述した第１実施形態の高周波伝送線路を実施例１として作製した。実施例１の高周波伝送線路の詳細は以下の通りである。
・基板：導体層３層、絶縁層２層
・入力線路：基板における最上層の導体層に配置
・信号線路：基板における最下層の導体層に配置
・信号ビア：基板における最上層の導体層から最下層の導体層まで貫通
・グランドプレーン：基板における中間層の導体層に配置
・離間領域：内周縁径（信号ビアの外縁径）０．４ｍｍ、外周縁径１．３ｍｍ
・導体アーム部：基板における中間層の導体層に配置
中心角θ＝１２０°、幅０．２ｍｍの円弧形状
・導体接続部：基板における中間層の導体層に配置、導体アーム部の中央に接続
（実施例２）
上述した第７実施形態の高周波伝送線路を実施例２として作製した。実施例２の高周波伝送線路は、実施例１の高周波伝送線路において異なる形状の導体アーム部及び導体接続部を２つ備える点で異なる。
・一方の導体アーム部：中心角θ＝１２０°、幅０．２ｍｍの円弧形状
・一方の導体接続部：一方の導体アーム部の中央に接続
・他方の導体アーム部：中心角θ＝１８０°、幅０．２ｍｍの円弧形状
・他方の導体接続部：他方の導体アーム部の中央に接続
上述した第７実施形態の高周波伝送線路を実施例２として作製した。実施例２の高周波伝送線路は、実施例１の高周波伝送線路において異なる形状の導体アーム部及び導体接続部を２つ備える点で異なる。
・一方の導体アーム部：中心角θ＝１２０°、幅０．２ｍｍの円弧形状
・一方の導体接続部：一方の導体アーム部の中央に接続
・他方の導体アーム部：中心角θ＝１８０°、幅０．２ｍｍの円弧形状
・他方の導体接続部：他方の導体アーム部の中央に接続
（実施例３）
上述した第１実施形態の高周波伝送線路を実施例３として作製した。実施例３の高周波伝送線路は、実施例１の高周波伝送線路において導体アーム部の構成が異なる。
・離間領域：内周縁径（信号ビアの外縁径）０．４ｍｍ、外周縁径１．２ｍｍ
・導体アーム部：中心角θ＝２７０°、幅０．２ｍｍの円弧形状
上述した第１実施形態の高周波伝送線路を実施例３として作製した。実施例３の高周波伝送線路は、実施例１の高周波伝送線路において導体アーム部の構成が異なる。
・離間領域：内周縁径（信号ビアの外縁径）０．４ｍｍ、外周縁径１．２ｍｍ
・導体アーム部：中心角θ＝２７０°、幅０．２ｍｍの円弧形状
（測定）
実施例１及び実施例２の高周波伝送線路の入力線路から信号線路までの透過損失特性Ｓ２１を測定した。測定機としては、キーサイト社製のネットワークアナライザ（Ｎ５２２７Ｂ）を用いた。
実施例１の高周波伝送線路の透過損失特性Ｓ２１の測定結果を図１８に示し、実施例２の高周波伝送線路の透過損失特性Ｓ２１の測定結果を図１９に示す。図１８及び図１９において、実線は測定結果であり、破線はシミュレーション結果である。
図１８及び図１９に示す測定結果によれば、実施例１及び実施例２の高周波伝送線路の透過損失特性Ｓ２１の測定結果は、シミュレーション結果と良好に一致した。
実施例１及び実施例２の高周波伝送線路の入力線路から信号線路までの透過損失特性Ｓ２１を測定した。測定機としては、キーサイト社製のネットワークアナライザ（Ｎ５２２７Ｂ）を用いた。
実施例１の高周波伝送線路の透過損失特性Ｓ２１の測定結果を図１８に示し、実施例２の高周波伝送線路の透過損失特性Ｓ２１の測定結果を図１９に示す。図１８及び図１９において、実線は測定結果であり、破線はシミュレーション結果である。
図１８及び図１９に示す測定結果によれば、実施例１及び実施例２の高周波伝送線路の透過損失特性Ｓ２１の測定結果は、シミュレーション結果と良好に一致した。
実施例３の高周波伝送線路の透過損失特性の測定結果を図２０に示す。図２０に示す測定結果によれば、実施例３の高周波伝送線路は、例えば局部発振器が２６ＧＨｚのＣＷ信号を生成し、逓倍部がＣＷ信号を３逓倍する７９ＧＨｚ帯域の車載用ミリ波レーダにおいて、局部発振器の２６ＧＨｚのＣＷ信号を抑制する用途に好適である。尚、このような用途においては、２０ＧＨｚ以上の周波数を抑制するように導体アーム部および導体接続部を設計すれば、本発明の効果を発揮することができる。
１０ 高周波ＩＣ
１００、２００ 高周波伝送線路
１１０ 多層基板
１１０ｉ 絶縁層
１１２ 信号ビア
１１３ 入力線路
１１４信号線路
１１５ グランドビア
１１６、１１６Ｕ、１１６Ｍ、１１６Ｌ グランドプレーン
１１８ アンチパッド領域
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０ 導体アーム部
１２２ 導体接続部
１２５、２２５、３２５、４２５、５２５、６２５、７２５ パッド領域
１００、２００ 高周波伝送線路
１１０ 多層基板
１１０ｉ 絶縁層
１１２ 信号ビア
１１３ 入力線路
１１４信号線路
１１５ グランドビア
１１６、１１６Ｕ、１１６Ｍ、１１６Ｌ グランドプレーン
１１８ アンチパッド領域
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０ 導体アーム部
１２２ 導体接続部
１２５、２２５、３２５、４２５、５２５、６２５、７２５ パッド領域
Claims (15)
- 複数の導体層と、絶縁層とが積層されて構成される高周波伝送線路であって、
前記導体層及び前記絶縁層の積層方向に延在し、前記導体層を互いに電気的に接続する信号ビアと、
前記導体層の１つに配置され、前記信号ビアに電気信号を入力する入力線路と、
前記導体層の他の１つに配置され、前記信号ビアを介して前記入力線路に接続された信号線路と、
前記入力線路が配置された導体層、前記信号線路が配置された他の導体層、およびこれらの導体層の間に介在する導体層のうち少なくとも一つに配置され、前記信号ビアと離間し、基準電位に接続されたグランドプレーンと、
前記信号ビアと前記グランドプレーンとの間の離間領域内に配置された導体アーム部と、
前記離間領域内に配置され、前記導体アーム部と前記グランドプレーンとを接続する導体接続部と、
を備え、
前記グランドプレーンにおいて、前記信号ビアの中心から前記離間領域の外周縁に向かって、前記信号ビアの外縁、前記離間領域の一部、前記導体アーム部、前記離間領域の他の一部がこの順に存在し、
前記導体アーム部及び前記導体接続部は、前記電気信号のうち、所定の周波数の電気信号を抑圧するように、構成されている、
高周波伝送線路。 - （削除）
- 前記離間領域の上面視の形状は、前記信号ビアを中心とした略円状である、請求項１に記載の高周波伝送線路。
- 上面視で、前記導体アーム部は前記信号ビアを中心とした円弧状であり、前記導体接続部は直線状である、請求項１又は３に記載の高周波伝送線路。
- 前記導体アーム部及び前記導体接続部を複数有する、請求項１又は３に記載の高周波伝送線路。
- 互いに形状が異なる前記導体アーム部及び前記導体接続部を有する、請求項５に記載の高周波伝送線路。
- 互いに同一形状となるように構成された前記導体アーム部及び前記導体接続部を有する、請求項５に記載の高周波伝送線路。
- 前記導体アーム部及び前記導体接続部は、前記信号ビアを中心として上面視で点対称となるように配置されている、請求項５～７のいずれか１項に記載の高周波伝送線路。
- 前記グランドプレーンは、前記入力線路が配置された導体層と異なる導体層であって、前記入力線路が配置された導体層に最も近い導体層に配置される、請求項１、３～８のいずれか１項に記載の高周波伝送線路。
- 前記所定の周波数は、２０ＧＨｚ以上の周波数帯域である、請求項９に記載の高周波伝送線路。
- 請求項１、３～１０のいずれか１項に記載の高周波伝送線路を備える、無線機器。
- 請求項１、３～１０のいずれか１項に記載の高周波伝送線路を備える、レーダ装置。
- 送信信号を外部へ送信する送信アンテナを少なくとも備え、
前記高周波伝送線路は、前記送信信号が入力されるとともに、前記送信信号のうち前記所定の周波数の電気信号を抑圧して前記送信アンテナに出力する、
請求項１２に記載のレーダ装置。 - 前記所定の周波数の電気信号を生成する局部発振器と、
前記局部発振器から入力された前記所定の周波数の電気信号を逓倍して後段に出力する逓倍器と、
をさらに有し、
前記送信アンテナは、前記逓倍器の後段において、前記逓倍された電気信号を前記送信信号として外部へ送信する、
請求項１３に記載のレーダ装置。 - 前記逓倍された電気信号は、７６ＧＨｚ帯又は７９ＧＨｚ帯の帯域を有する、請求項１４に記載のレーダ装置。
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