JP7113869B2 - 伝送線路変換構造及び同軸型エンドランチコネクタ - Google Patents

Description

本開示は、平面伝送線路と同軸伝送線路との伝送線路変換構造及び同軸型エンドランチコネクタに関する。

回路基板と外部との間で信号を伝搬するために、回路基板の平面伝送線路と外部接続に用いられる同軸伝送線路との間には伝送線路変換構造が用いられる。平面伝送線路と同軸伝送線路とを接続した際に、同軸伝送線路から平面伝送線路の誘電体層に電磁波が侵入してしまう。そのため、平面伝送線路の誘電体層と同軸伝送線路の同軸誘電体との間に金属板を設置することとした。

再公表ＷＯ２００２/０８２５７８

しかし、平面伝送線路の誘電体層と同軸伝送線路の同軸誘電体との間に金属板を設置すると、平面伝送線路の回路基板の端面と同軸伝送線路の端面との間にエアギャップが形成され、伝送特性が劣化することが分かった。

伝送線路変換構造に対しては、伝送損失を最小化する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の構造は、変換部で信号が外部に放射されたり、反射されたりして透過率が劣化することを防止するものであるが、エアギャップに対しては効果が得られない。

そこで、本開示は、平面伝送線路の回路基板の端面と同軸伝送線路の端面との間にエアギャップが形成されても、伝送特性の劣化を軽減することを目的とする。

上記目的を達成するために、同軸伝送線路又は同軸型エンドランチコネクタの中心導体の周囲に誘電体リングを設置することとした。

具体的には、本開示の伝送線路変換構造は、
複数の層からなる基板にマイクロストリップ伝送線路の信号線路、第１の誘電体層、前記マイクロストリップ伝送線路の接地導体グランドである第１のグランド、第２の誘電体層及び前記マイクロストリップ伝送線路の接地導体グランドである第２のグランドを順に備える平面伝送線路と、
中心導体、前記中心導体の周囲に設けられた同軸誘電体及び前記同軸誘電体の周囲に設けられた外部導体を有する同軸伝送線路との伝送線路変換構造であって、
前記第２のグランドは、前記信号線路がある面と反対側の前記基板の裏面に設けられたグランド又は前記第１のグランドから前記基板の裏面側のいずれかの層に設けられたグランドであり、
前記マイクロストリップ伝送線路の信号線路と前記同軸伝送線路の中心導体とが接続され、
前記第１のグランド及び前記第２のグランドと前記同軸伝送線路の外部導体とが接続され、
前記第２の誘電体層と前記同軸誘電体との間に、前記第１のグランドに接続された金属板が設置され、
前記平面伝送線路側の前記中心導体の周囲に、前記第１の誘電体層及び前記同軸誘電体に接するように誘電体リングが設置されていることを特徴とする。

具体的には、本開示の伝送線路変換構造は、
複数の層からなる基板にコプレーナ伝送線路の信号線路及び前記コプレーナ伝送線路のグランドである第３のグランド、第３の誘電体層、第４のグランド、第４の誘電体層並びに第５のグランドを順に備える平面伝送線路と、
中心導体、前記中心導体の周囲に設けられた同軸誘電体及び前記同軸誘電体の周囲に設けられた外部導体を有する同軸伝送線路との伝送線路変換構造であって、
前記第４のグランドは、前記第３のグランドから前記基板の裏面側のいずれかの層に設けられたグランドであり、
前記第５のグランドは、前記信号線路がある面とは反対側の前記基板の裏面に設けられたグランド又は前記第４のグランドから前記基板の裏面側のいずれかの層に設けられたグランドであり、
前記コプレーナ伝送線路の信号線路と前記同軸伝送線路の中心導体とが接続され、
前記コプレーナ伝送線路の第３のグランド、前記第４のグランド及び前記第５のグランドと前記同軸伝送線路の外部導体とが接続され、
前記第４の誘電体層と前記同軸誘電体との間に、前記第４のグランドに接続された金属板が設置され、
前記平面伝送線路側の前記中心導体の周囲に、前記第３の誘電体層及び前記同軸誘電体に接するように誘電体リングが設置されていることを特徴とする。

具体的には、本開示の同軸型エンドランチコネクタは、
中心導体、前記中心導体の周囲に設けられた同軸誘電体及び前記同軸誘電体の周囲に設けられた外部導体を有し、
基板接続側の前記中心導体の周囲に、前記同軸誘電体に接するように誘電体リングが設置されていることを特徴とする。

本開示によれば、平面伝送線路と同軸伝送線路との伝送線路変換構造又は同軸型エンドランチコネクタにおいて、平面伝送線路の回路基板の端面と同軸伝送線路の端面との間にエアギャップが形成されても、伝送特性の劣化を軽減することができる。

本実施形態に係る伝送線路変換構造の斜視図である。 本実施形態に係る伝送線路変換構造の長軸方向の側面断面図である。 本実施形態に係る伝送線路変換構造の長軸方向の上面断面図である。 本実施形態に係る伝送線路変換構造の長軸方向に垂直な断面図である。 本実施形態に係る伝送線路変換構造の斜視図である。 本実施形態に係る伝送線路変換構造の長軸方向の側面断面図である。 本実施形態に係る伝送線路変換構造の長軸方向の上面断面図である。 本実施形態に係る伝送線路変換構造の長軸方向に垂直な断面図である。 本実施形態に係る同軸型エンドランチコネクタの斜視図である。 本実施形態に係る伝送線路変換構造のシミュレーション結果である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

本実施形態に係る伝送線路変換構造は、平面伝送線路と同軸伝送線路との伝送線路変換構造である。本実施形態に係る伝送線路変換構造の斜視図を図１に、伝送線路の長軸方向の側面断面図を図２に、上面断面図を図３に、平面伝送線路と同軸伝送線路とが繋がる部分での長軸方向に垂直な断面図を図４に示す。

図１から図４において、平面伝送線路は、複数の層からなる基板にマイクロストリップ伝送線路の信号線路１１、第１の誘電体層１４、第１のグランド１２、第２の誘電体層１５及び第２のグランド１３を順に備える。第１のグランド１２は、マイクロストリップ伝送線路の接地導体グランドである。第２のグランド１３は、信号線路１１のある面と反対側となる基板の裏面に設けられたグランド又は第１のグランド１２から基板の裏面側のいずれかの層に設けられたグランドである。

図１から図４において、第２のグランド１３は、基板の裏面に設けられている。マイクロストリップ伝送線路の信号線路１１とマイクロストリップ伝送線路の第１のグランド１２との間は第１の誘電体層１４が配置され、マイクロストリップ伝送線路の第１のグランド１２と第２のグランド１３との間は第２の誘電体層１５が配置されている。 図１及び図４では、第１の誘電体層１４及び第２の誘電体層１５は、図示を省略している。

第２のグランド１３が基板の裏面に設けられている場合は、回路基板内への電磁波侵入を阻止したり、回路へ電力供給したりする目的で利用される。第２のグランド１３が第１のグランド１２から基板の裏面側のいずれかの層に設けられている場合は、基板の層間の電磁誘導を阻止したり、回路へ電力供給したりする目的で利用される。

図１から図４において、同軸伝送線路は、中心導体３１、中心導体３１の周囲に同軸誘電体３３及び同軸誘電体３３の周囲に外部導体３２を備える。マイクロストリップ伝送線路の信号線路１１と同軸伝送線路の中心導体３１とが接続されている。マイクロストリップ伝送線路の第１のグランド１２及び第２のグランド１３と同軸伝送線路の外部導体３２とが接続されている。ここで、「接続」という用語は、高周波的に接続されていればよく、必ずしも物理的な接触を要しないことを意味する。特に、断らない限り、以下の実施形態でも同様である。

図１から図４において、第２の誘電体層１５と同軸誘電体３３との間に、第１のグランド１２に接続された金属板１０が設置されている。金属板１０を設置することにより、同軸伝送線路の同軸誘電体３３を伝搬する電磁波が平面伝送線路の第２の誘電体層１５に侵入することを防止する。

金属板１０は、第２の誘電体層１５の端面又は同軸誘電体３３の端面に導体となる金属の板を貼り付けたものでもよいし、第２の誘電体層１５の端面又は同軸誘電体３３の端面に金属メッキを施したものでもよい。金属板の材料は、金、銀、銅、アルミニウム等の導電率の高い金属が望ましい。

金属板１０は、第２の誘電体層１５の端面全体に設置しなくてもよい。例えば、図４に示すように、少なくとも、第２の誘電体層１５と同軸誘電体３３が重なる部分に設置することでもよい。金属板１０は、第２の誘電体層１５の端面又は同軸誘電体３３の端面に導体となる金属の板を貼り付けたものでもよいし、第２の誘電体層１５の端面又は同軸誘電体３３の端面に金属メッキを施したものでもよい。少なくとも、第２の誘電体層１５と同軸誘電体３３が重なる部分に設置すれば、同軸伝送線路の同軸誘電体３３を伝搬する電磁波が平面伝送線路の第２の誘電体層１５に侵入することを防止できる。

平面伝送線路の第２の誘電体層１５と同軸伝送線路の同軸誘電体３３との間に金属板を設置すると、平面伝送線路の回路基板の端面と同軸伝送線路の端面との間にエアギャップが形成され、伝送特性が劣化する。そこで、平面伝送線路側の中心導体３１の周囲に、第１の誘電体層１４及び同軸誘電体３３に接するように誘電体リング３４を設置する。平面伝送線路の回路基板の端面と同軸伝送線路の端面との間にエアギャップが形成されても、誘電体リング３４を設置することによって、中心導体３１を伝搬する電磁波が反射されたり、放射したりすることを防止できる。

誘電体リング３４の誘電率は、第１の誘電体層１４の誘電率に近いことが好ましい。誘電体リング３４の材質としては、テフロン（登録商標）やナイロンが例示できる。誘電体リング３４は、同軸誘電体３３の一部として、同軸誘電体３３をリング状に突起させてもよく、中心導体３１の周囲にリング状の誘電体を取り付けた物でもよい。同軸伝送線路を平面伝送線路に圧着した際に、誘電体リング３４が金属板１０に接する程度まで拡張することが好ましい。

本実施形態の平面伝送線路では、第１の誘電体層１４上（基板の信号線路１１側の面上）で、信号線路１１の片側又は両側に表面グランド（不図示）を備えていてもよい。

図１から図４までの図面では、同軸伝送線路は、同軸ケーブルとして記載されているが、金属シェルが外部導体を構成する同軸構造のコネクタであってもよい。図９に同軸型エンドランチコネクタの斜視図を示す。図９において、同軸型エンドランチコネクタ３０は、中心導体３１、中心導体３１の周囲に設けられた同軸誘電体３３、同軸誘電体３３の周囲に設けられた外部導体３２を有する。外部導体３２は金属シェルと一体となってもよく、金属シェルが外部導体を兼ねてもよい。

中心導体３１の周囲に、同軸誘電体３３に接するように誘電体リング３５を設置する。誘電体リング３５を設置することによって、同軸型エンドランチコネクタを平面伝送線路に接続した際にエアギャップが形成されても、中心導体３１を流れる電磁波が反射されたり、放射したりすることを防止できる。

誘電体リング３５の誘電率は、同軸誘電体３３の誘電率に近いことが好ましい。誘電体リング３５の材質としては、テフロン（登録商標）やナイロンが例示できる。誘電体リング３５は、同軸誘電体３３の一部として、同軸誘電体３３をリング状に突起させてもよく、中心導体３１の周囲にリング状の誘電体を取り付けた物でもよい。同軸型エンドランチコネクタを平面伝送線路に圧着した際に、誘電体リング３５が金属板１０に接する程度まで拡張することが好ましい。

同軸型エンドランチコネクタを平面伝送線路に接続した場合の反射特性を図１０に示す。図１０は、誘電体リングのない同軸型エンドランチコネクタに比較して、誘電体リングのある同軸型エンドランチコネクタでは、ほぼ全域に渡って反射特性が改善されていることを示している。この結果から、中心導体の周囲に誘電体リングを設置することが有効であると分かる。

本実施形態に係る伝送線路変換構造は、平面伝送線路と同軸伝送線路との伝送線路変換構造である。本実施形態に係る伝送線路変換構造の斜視図を図５に、伝送線路の長軸方向の側面断面図を図６に、上面断面図を図７に、平面伝送線路と同軸伝送線路とが繋がる部分での長軸方向に垂直な断面図を図８に示す。

図５から図８において、平面伝送線路は、複数の層からなる基板にコプレーナ伝送線路の信号線路２１及び第３のグランド２２、第３の誘電体層２５、第４のグランド２３、第４の誘電体層２６並びに第５のグランド２４を順に備える。第３のグランド２２は、コプレーナ伝送線路のグランドである。第４のグランド２３は、第３のグランド２２に対して、第３のグランド２２のある面と反対側となる基板の裏面側のいずれかの層に設けられたグランドである。第５のグランド２４は、基板の裏面に設けられたグランド又は第４のグランド２３から基板の裏面側のいずれかの層に設けられたグランドである。図５から図８において、第５のグランド２４は、基板の裏面に設けられている。

コプレーナ伝送線路と第４のグランド２３との間は第３の誘電体層２５が配置され、第４のグランド２３と第５のグランド２４との間は第４の誘電体層２６が配置されている。図５及び図８では、第３の誘電体層２５及び第４の誘電体層２６は、図示を省略している。コプレーナ伝送線路の第３のグランド２２は、信号線路２１の片側に配置されていても、両側に配置されていてもよい。第４のグランド２３を備えると、伝送特性の設計が容易になり、また、伝送特性の向上が期待できる。

第５のグランド２４が基板の裏面に設けられている場合は、回路基板内への電磁波侵入を阻止したり、回路へ電力供給したりする目的で利用される。第５のグランド２４が第４のグランドから基板の裏面側のいずれかの層に設けられている場合は、基板の層間の電磁誘導を阻止したり、回路へ電力供給したりする目的で利用される。

図６から図９において、同軸伝送線路は、中心導体３１、中心導体３１の周囲に同軸誘電体３３及び同軸誘電体３３の周囲に外部導体３２を備える。コプレーナ伝送線路の信号線路２１と同軸伝送線路の中心導体３１とが接続されている。コプレーナ伝送線路の第３のグランド２２、第４のグランド２３及び第５のグランド２４と同軸伝送線路の外部導体３２とが接続されている。

図５から図８において、第４の誘電体層２６と同軸誘電体３３との間に、第４のグランド２３に接続された金属板１０が設置されている。金属板１０を設置することにより、同軸伝送線路の同軸誘電体３３を伝搬する電磁波が平面伝送線路の第４の誘電体層２６に侵入することを防止する。

金属板１０は、第４の誘電体層２６の端面又は同軸誘電体３３の端面に導体となる金属の板を貼り付けたものでもよいし、第４の誘電体層２６の端面又は同軸誘電体３３の端面に金属メッキを施したものでもよい。金属板の材料は、金、銀、銅、アルミニウム等の導電率の高い金属が望ましい。

金属板１０は、第４の誘電体層２６の端面全体に設置しなくてもよい。例えば、図８に示すように、少なくとも、第４の誘電体層２６と同軸誘電体３３が重なる部分に設置することでもよい。金属板１０は、第４の誘電体層２６の端面又は同軸誘電体３３の端面に導体となる金属の板を貼り付けたものでもよいし、第４の誘電体層２６の端面又は同軸誘電体３３の端面に金属メッキを施したものでもよい。少なくとも、第４の誘電体層２６と同軸誘電体３３が重なる部分に設置すれば、同軸伝送線路の同軸誘電体３３を伝搬する電磁波が平面伝送線路の第４の誘電体層２６に侵入することを防止できる。

平面伝送線路の第４の誘電体層２６と同軸伝送線路の同軸誘電体３３との間に金属板を設置すると、平面伝送線路の回路基板の端面と同軸伝送線路の端面との間にエアギャップが形成され、伝送特性が劣化する。そこで、平面伝送線路側の中心導体３１の周囲に、第３の誘電体層２５及び同軸誘電体３３に接するように誘電体リング３４を設置する。平面伝送線路の回路基板の端面と同軸伝送線路の端面との間にエアギャップが形成されても、誘電体リング３４を設置することによって、中心導体３１を伝搬する電磁波が反射されたり、放射したりすることを防止できる。

誘電体リング３４の誘電率は、第３の誘電体層２５の誘電率に近いことが好ましい。誘電体リング３４の材質としては、テフロン（登録商標）やナイロンが例示できる。誘電体リング３４は、同軸誘電体３３の一部として、同軸誘電体３３をリング状に突起させてもよく、中心導体３１の周囲にリング状の誘電体を取り付けた物でもよい。同軸伝送線路を平面伝送線路に圧着した際に、誘電体リング３４が金属板１０に接する程度まで拡張することが好ましい。

図５から図８までの図面では、同軸伝送線路は、同軸ケーブルとして記載されているが、金属シェルが外部導体を構成する同軸構造のコネクタであってもよい。

本開示は情報通信産業に適用することができる。

１０：金属板
１１：信号線路
１２：第１のグランド
１３：第２のグランド
１４：第１の誘電体層
１５：第２の誘電体層
２１：信号線路
２２：第３のグランド
２３：第４のグランド
２４：第５のグランド
２５：第３の誘電体層
２６：第４の誘電体層
３０：同軸型エンドランチコネクタ
３１：中心導体
３２：外部導体
３３：同軸誘電体
３４、３５：誘電体リング

Claims (2)

1. 複数の層からなる基板にマイクロストリップ伝送線路の信号線路（１１）、第１の誘電体層（１４）、前記マイクロストリップ伝送線路の接地導体グランドである第１のグランド（１２）、第２の誘電体層（１５）及び前記マイクロストリップ伝送線路の接地導体グランドである第２のグランド（１３）を順に備える平面伝送線路と、
   中心導体（３１）、前記中心導体（３１）の周囲に設けられた同軸誘電体（３３）及び前記同軸誘電体（３３）の周囲に設けられた外部導体（３２）を有する同軸伝送線路との伝送線路変換構造であって、
   前記第２のグランド（１３）は、前記信号線路（１１）がある面と反対側の前記基板の裏面に設けられたグランド又は前記第１のグランド（１２）から前記基板の裏面側のいずれかの層に設けられたグランドであり、
   前記マイクロストリップ伝送線路の信号線路（１１）と前記同軸伝送線路の中心導体（３１）とが接続され、
   前記第１のグランド（１２）及び前記第２のグランド（１３）と前記同軸伝送線路の外部導体（３２）とが接続され、
   前記第２の誘電体層（１５）と前記同軸誘電体（３３）との間に、前記第１のグランド（１２）に接続された金属板（１０）が設置され、
   前記平面伝送線路側の前記中心導体（３１）の周囲に、前記第１の誘電体層（１４）及び前記同軸誘電体（３３）に接するように誘電体リング（３４）が設置されていることを特徴とする伝送線路変換構造。
2. 複数の層からなる基板にコプレーナ伝送線路の信号線路（２１）及び前記コプレーナ伝送線路のグランドである第３のグランド（２２）、第３の誘電体層（２５）、第４のグランド（２３）、第４の誘電体層（２６）並びに第５のグランド（２４）を順に備える平面伝送線路と、
   中心導体（３１）、前記中心導体（３１）の周囲に設けられた同軸誘電体（３３）及び前記同軸誘電体（３３）の周囲に設けられた外部導体（３２）を有する同軸伝送線路との伝送線路変換構造であって、
   前記第４のグランド（２３）は、前記第３のグランド（２２）から前記基板の裏面側のいずれかの層に設けられたグランドであり、
   前記第５のグランド（２４）は、前記信号線路（２１）がある面とは反対側の前記基板の裏面に設けられたグランド又は前記第４のグランド（２３）から前記基板の裏面側のいずれかの層に設けられたグランドであり、
   前記コプレーナ伝送線路の信号線路（２１）と前記同軸伝送線路の中心導体（３１）とが接続され、
   前記コプレーナ伝送線路の第３のグランド（２２）、前記第４のグランド（２３）及び前記第５のグランド（２４）と前記同軸伝送線路の外部導体（３２）とが接続され、
   前記第４の誘電体層（２６）と前記同軸誘電体（３３）との間に、前記第４のグランド（２３）に接続された金属板（１０）が設置され、
   前記平面伝送線路側の前記中心導体（３１）の周囲に、前記第３の誘電体層（２５）及び前記同軸誘電体（３３）に接するように誘電体リング（３４）が設置されていることを特徴とする伝送線路変換構造。

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