JPH03119806A - マイクロ波平面回路調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明はストリップ線路を使用するマイクロ波平面回路
の調整方法に関する。

［発明の概要コ 調整が必要となるマイクロ波回路のスタブや線路の一部
に、伝送させる信号の上限の周波数の波長　λＵの　１
／４よりも十分に短い深さの凹部をλｕ／４　　よりも
十分に短い間隔で、しかも特性インピーダンスが変化し
ないように適当な数だけレーザトリミングを用いて設け
、線路の電気長を調整する６ ［従来の技術］ マイクロ波回路では、　　ＦＥＴ　やダイオード、誘電
体共振器等の部品の取付は位置のばらつきや、半導体の
特性のばらつき等のために、ストリップ線路の線路長や
スタブ長を調整する必要が生じる場合がある。

第１−４図は従来のスタブ長調整方法の一例で、１　は
ストリップ線路、２　は開放スタブ、３　はスタブ長調
整用ランド、４　はボンディングワイヤを示す。調整用
ランド　３　は、必要に応じて、ボンディングワイヤ４
や導体リボンまたは半田の充填などによりスタブ２　に
接続され、スタブ長の調整が行なわれている。

第１６図は従来の線路長調整方法の一例で、入力側と出
力側のストリップ線路の一部が間隔　７を隔てて平行に
配置され、この平行な部分の適当な位置で金リボン　６
　やチップコンデンサ等を半田付けしたり、ボンディン
グワイヤで接続することによって、図の入力と出力の間
の線路長を調整している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第１４図に示す方法によって得られるス
タブ長は離散的なものであり、ＳＨＦ帯の回路に必要な
細かいスタブ長の調整ができなかった。また、第１５図
に示すような先端がスルーホール５　によって短絡され
たスタブの場合には、この方法を用いてスタブ長を調整
することはできなかった。

第１６図に示す方法では、金リボンが接続された後に余
った部分、すなわち図の点線より上のストリップ線路は
切り離してやらなければスタブとして鋤くために、レー
ザトリミング等によって点線に沿って切断しなければな
らない、この切断された部分とストリップ線路　１　の
間は、切断によって生じた非常に短い間隔しかないため
１両者の間に空間的な結合が起こり易い、そのため、切
断された部分の形状によっては、使用帯域周波数の伝送
を阻止する帯域阻止フィルタとして働き、伝送特性を悪
化させることもある。

［発明の目的］ 本発明はこれらの欠点を解消するためになされたもので
１本発明の目的は、簡単な作業によって、連続的に線路
長やスタブ長が調整でき、かつ調整個所の挿入による伝
送特性の劣化の小さいマイクロ波回路の調整方法を提供
することである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために１本発明によるマイクロ波調
整方法は、マイクロストリップ線路の一部に、伝送させ
る信号の上限の周波数の波長λＵの　１／４　よりも十
分短い深さの凹部を、特性インピーダンスが変化しない
ように　λｕ／４よりも十分短い間隔で、適当な数だけ
レーザトリミングによって設け、線路の電気長を調整す
ることを要旨とする。

［作用］ ストリップ線路にレーザトリミングによる切込みを入れ
て凹凸線路を形成するといった簡単な作業によって、マ
イクロ波平面回路の線路長やスタブ長の連続的な調整が
でき、しかも調整個所の挿入による伝送特性の劣化が殆
んどない。

［実施例］ 以下に、図面を参照しながら、実施例を用いて本発明を
一層詳細に説明するが、それらは例示に過ぎず、本発明
の枠を越えることなしにいろいろな変形や改良があり得
ることは勿論である。

まず、第１図に示すような、ストリップ線路に複数の凹
凸を付けた伝送線路について詳細に説明する。特性イン
ピーダンスＺｏ、線幅Ｗのストリップ線路の一部に、深
さ　Ｑ１幅ｄ１の凹部が間隔ｄ２で複数個設けられるこ
とによって凹凸線路８　が形成されている。簡単のため
に隣り合う長さ　Ｑ　の凸部の線路間の結合の影響を考
慮しないことにすると、この凹凸線路は第２図に示すよ
うな線幅Ｗ−ρ　、特性インピーダンス　Ｚ。

のストリップ線路に周期的に長さ　Ｑ　の開放スタブが
接続されたものとして考えることができる。

特性インピーダンスＺｏ、ｚ１のストリップ線路の単位
長あたりのインダクタンス　Ｌ　をそれぞれＬｏｔ　Ｌ
ｌ−単位長あたりのキャパシタンスＣをそれぞれＣ８，
Ｃ１とすると、一般に中心導体の幅が狭くなるほどＬは
大きく、Ｃは小さくなるので、 Ｌａ＜Ｌｌ ｃｏ　＞　Ｃ１ ・・・・・・・・・　（１） ・・・・・・・・・　（２） となる、特性インピーダンス　Ｚ　＝Ｆ「７Ｆよす、 となるが１式（１）、（２）より Ｚｏ＜Ｚ。

・・・・・・・・・　（５） の関係が成り立つ１周波数　ｆ　の信号がＺ。。

Ｚｌの線路を伝播するときの波長　λ　をそれぞれλ０
および　λ１　とすると、λ　＝ １／（ｆ　ｒ正Ｆ）より となるが５式（１）、（２）の関係からお＼むねＬ　ｏ
ＣｏｚＬ　Ｉ　Ｃ１となる場合が多いので、λ。２　λ
。

・・・・・・・・　（８） の関係が成り立つ。例えば比誘電率　９．９．厚さ０．
６３５　［ｍｒｎｌのアルミナ基板上に形成されたスト
リップ線路に関して、Ｗ　＝　　０．６４［ｍｍ］、Ｉ
Ｉ　　＝０．３５　［ｍｍ］の場合、２ｏ＝５０［ΩＩ
ｔ　Ｚｌ　＝７０　［Ω１，１２０七でλ。＝　　９．
６　［ｍｍ］、λ１　＝９．９　［ｍｒｎｌであるので
、式（５）、（８）の関係が成り立っていることがわか
る。

伝送させたい信号の上限の周波数の波長を　λＵとする
。第２図において、Ｑ　がλｕ／４π　よりも十分に小
さい場合、開放スタブは第３図のように容ｆｔｃ２の集
中定数コンデンサに置き換えることができるが、このこ
とを第４図を用いて説明する。特性インピーダンスＺ２
＋スタブ長Ｑの開放スタブについて、第４図の点線から
右側を見たときの反射係数Ｆ　を　ｒ２とする。こ＼で
、反射係数Ｆは基準となる特性インピーダンスを何に定
めるかによって値が異なるため、これ以後の説明では特
性インピーダンス　Ｚ。を基準としたときの　ｒ　を　
ｒ”（ｚｏ）のように表わすことにする。信号の波数を
　β２２点線から見たインピーダンスを　Ｚ　とすると
、　　Ｚ２　を基準としたときの反射係数Ｆ２は Ｚ＋２２ ・・・・・・・・・　（９） であるので、これより　Ｚ　は ・・・・・・・・　（１０） となる。こ＼で、信号の波長を　λ２とすると２β２Ｑ
　＝　４πＱ／λ２ ・・・・・・・・　（１１） であるから、Ｑ　がλ２／４７Ｃよりも十分に小さい範
囲においては、 ・・・・・・・・・　（１２） となる。これを式（１０）に代入して、λ２ ２π　２ λ２ 信号の角周波数を　ω２．伝播速度を　■２とすると、
上式は ２中 ・・・・・・・　（１４） Ｊ　ω　２ ２Ｚ２ となる、一方、第５図のようなキャパシタンスＣ２のイ
ンピーダンスＺは Ｚ　＝ ・・・・・・・・・・・・・・・　（１５）ｊ　ω２Ｃ
２ であるので、　Ｃ２＝　　Ｑ／ｖ２Ｚ２とおけば、式（
１４）と式（１５）の　Ｚ　は一致する。以上より、　
ρ　が　λｕ／４π　よりも十分小さい範囲において、
第２図の回路が第３図の回路に置き換えることが可能で
あることが示された。

二＼で、ｄ　　＝　　ｄ１＋　　ｃ＋２　、Ｃ’　＝　
Ｃ２／ｄとおくと、ｄ　が　λＵよりも十分小さい場合
、第３図に示す回路は特性インピーダンス　２．の伝送
線路に、単位長当り　Ｃ′のキャパシタンスが加わった
ものと考えられ、このときの特性インピーダンス　２は となる。Ｃ′は　Ｑｖ　ｄ１＋　ｄ２の値によって変化
するが、これらを適当に定めることによって、Ｚ　　＝
　　Ｚｏ　とすることができる。このときとなり、第１
図の凹凸線路部分の特性インピーダンスと両側のストリ
ップ線路の特性インピーダンスとが等しいので、両者の
接続部において反射を起こさずに電磁波を伝播させるこ
とができる。この凹凸線路を伝播する信号の波長　λ　
は・・・・・・・・・　（１８） となる。式（７）と式（１８）を比較すると、λくλ１
　となるので、式（８）の関係を考慮すると、 λくλ０　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・
（１９）となる。すなわち、第１図に示す凹凸線路での
波長　λは、両側のストリップ線路での波長λ。

よりも短くなる。したがって、この凹凸線路と。

これと同じ長さの特性インピーダンス　２゜、Ｌ＝　　
ＬＯ、Ｃ＝　ｃｏのストリップ線路とを比較した場合、
両者の特性インピーダンスは等しく、凹凸線路の電気長
はストリップ線路の電気長よりも長いという性質を持つ
。

こへで、第３図に示す回路が、特性インピーダンス　Ｚ
ｏ　＝　ｆ］７０Σ（Ｃ〒＋ｃ’）−の伝送線路として
考えることができるということについて、第６図と第７
図を用いて詳しく説明する。このことは、第６図の点線
ＰＰ’　とＲＲ’の間に示しである回路の特性が、第７
図の点線ＳＳ′とＴＴ’との間に示す長さ　ｄ、特性イ
ンピーダンス　２゜。

Ｌ　”　　Ｌｌ、　Ｃ＝　Ｃ１＋　Ｃ’の伝送線路の特
性と等しいことを示せばよい。

第６図に示すように、点線ＰＰ’、ＱＱ’ＲＲ’から右
側を見た反射係数をそれぞれｒ。

１”’＋　ｒＯｙインピーダンスをそれぞれｚ、　ｚ’
２”とすると 基準となる特性インピーダンスを　７１としたときの「
。は 式（２０）を式（２１）に代入し、式（４）。

（１７）を用いて整理すると、 ・・・・・・・・・　（２２） となる。点線ＱＱ’から右側を見た反射係数ｒ′は、Ｚ
ｌの線路を伝播する信号の波数を　β１とすると。

ｒ”（Ｚｔ）　　＝　　ｒｏ（Ｚｔ）ｅ　Ｘ　Ｐ（ｊ　
２β、ρ）・・・・・・・・・　（２３） β、＝　２π／λ、　　　　　　　　・・・・・・・・
・　（２４）となる、こ＼で、２β１ｄ（１のとき、す
なわちｄ　〈　λ１／４π ・・・・・・・・　（２５） の範囲においては、 ４　π　ｄ ｅｘｐ（−ｊ２β、ｄ）中１−ｊ λ１ ＝　　１　−　　、ｊ２ωａ　　Ｆ「２〒・・　（２６
） たゾし、 ω　＝　２　π　ｆ よって式（２２）、　（２６）を式（２３）に代入する
と。

■”（ｚｔ）　　中 （１−ｊ２ωｄ　ｒ正闇誓） Ａ　＝（、／’？刃−Ｆテ肩蛋「７） ＋（厄＋　Ｆヲ１１否）　　「ｏ（Ｚ　ｏ）ｓ＝ｃｆｉ
百十　ＦＦ＋Ｃ，） ＋　（ｆ’ｆｆＴ−Ｆワ１７側）　　Ｉ”　ｏ　（Ｚ　
ｏ）・・・・・・・・・・・・　（２７） 点線ＱＱ’　　から右側のインピーダンス　Ｚｌは、よ
って Ｅ　　＝　（Ｉ　　Ｉ−ｏ（Ｚｏ））　Ｆ丁酉−引＋、
ｊωｄＦ「■旺 Ｘ（（ｆｆ−Ｆ４石）＋（ｆｆ　＋Ｅ百も）　Ｆｏ（Ｚ
ｏ））Ｆ　　＝　（１＋Ｉ’ｏ（Ｚｏ））　ＦテＴ−ｊ
ωｄＦ「Ｉ■ ｘ＜ｃｆｆ−ＪＦ；己）　＋　（ｆｆ　＋　Ｅζ石）　
Ｉ”　ｏ　（Ｚｏ　）　）・・・・・・・・・・・・　
（２９） となる。よって、ＰＰ’　から右側を見たインピーダン
ス　Ｚは１式（２９）を用いて、 Ｇ　　＝　　（１−Ｉ’ｏ（Ｚｏ））　ＦＥ買石’＋ｃ
、）＋　ｊωｄＣ１ＦＴＰ Ｘ　（（Ｅ’；　−Ｊ”Ｅ”’Ｅ’；　）　＋　（Ｅｌ
　十Ｍ　）　Ｉ”　ｏ　（Ｚ　ｏ　）　）＋　ｊ　ωｃ
’ｄ　（１＋ｒｏ（Ｚｏ））　１−Ｌ肩＝ｄ肩−＋ω２
ｄ２Ｌ、Ｃ２Ｃ’ ｘ（（ｘ−ハ］死ｑ石）＋ｏ＋Ｅ正弓Ｃｔ）　Ｉ”　ｏ
（Ｚｏ））Ｈ＝　（１＋　ｒｏ（Ｚｏ））　Ｆπ闇刃ｊ
ωｄＬ、Ｆ石〒 ｘ（（Ｃ−Ｅ結石）＋（凪＋ｋｔも）ｒ”ｏｃｚｏ））
・・・・・・・・・・・・　（３０） となるが１式（２５）を考慮すると上式分子第４項の　
ω２ｄ２ＬＩＣ，＝　　β、２ｄ２中　０であるので、
第４項二　〇　とおくことができる。よって式（３０） ％式％（２０） （）） （） （）） （３１） 一方、第７図において、点ｇ　ｓｓ’から右側を見た反
射係数を　ｒ、インピーダンスを　２点線ＴＴ′から右
側を見た反射係数を　ｒＯｔ信号の波数を　β、波長を
　λ　とすると、ｒ（Ｚｏ）＝　　Ｉ”ｏ（Ｚｏ）・　
ｅｘｐ（、ｊ　２βｄ）（３２） ｄ　（λ／４π　の範囲では、２βｄ＜１　　となるの
で、 ｅｘｐ（−ｊ２βｄ）中１−ｊ２βｄ ＝　　１−ｊ２ωｄｒ丁百下７丁酉了 ・・・・・・・・・　（３３） が成り立つ。

であるが、これに式（１７）、　（３２）、　（３３）
を％式％（） （）） （） （）） となる。式（３１）と（３５）を比較すると、Ｃ′がＣ
１よりも十分小さい範囲では両式は一致することがわか
る。よって、第６図と第７図に示す回路の特性は等しく
、第３図の回路がインピーダンス　Ｚ。、Ｌ　＝　　Ｌ
、、Ｃ＝　Ｃ１＋　Ｃ’の伝送線路に置き換えることが
可能であることが示された。

本発明はこのような凹凸線路の性質を利用して、予め調
整が必要となるスタブや線路の一部にレーザトリミング
によって適当な数だけ切込みを入れ、上記凹凸線路を形
成することで線路の電気長を連続的に変化させるマイク
ロ波平面回路調整方法である。

第８図は本発明による線路長調整方法の一実施例を示し
、レーザトリミングによってストリップ線路　１　に図
のようなコの字形の切込み　９　を入れ、上記の凹凸線
路を形成したものである。このとき、第８図の入出力間
の電気長は、切込みを入れる前の状態での入出力間の電
気長よりも長くなる。１０　はレーザトリミングによっ
てストリップ線路１　から切り離された導体の残部を示
す。

１１　は深さが　ａ　よりも短い切込みを示し、この部
分は特性インピーダンスがＺＯからずれると考えられる
が、実際にはそのずれは小さく、それによって起こると
考えられる反射は十分小さいため、実用上の支障とはな
らない、　１１　の切込みの深さが深いほど電気長は長
くなるので、この部分の深さを調整することで連続的で
細かい線路長の調整ができる。

第９図は本発明による短絡スタブのスタブ長調整方法の
一実施例を示し、第１５図の短終スタブ２　の一部分に
レーザトリミングによる切込み１２および１３　を入れ
、スタブ長の調整を行なう。第９図に示す切込み　１２
　および１３　は、第８図の切込み　９　よりも幅の太
いビームのレーザトリミングを直線的に入れたものであ
る。この場合、第８図の　１０　のような導体の残部は
残らない、　１３　は深さがρ　よりも短い切込みであ
り、この深さを調整することでスタブ長の細かい調整が
できる。

第１０図は本発明による開放スタブのスタブ長調整方法
と従来の調整用ランド　３　を用いたスタブ長調整方法
を組み合わせた例を示す、スタブ長の大まかな調整は調
整用ランド　３　をボンディングワイヤ４　を用いてス
タブ２　に接続することで行ない、細かい調整はスタブ
２　に切込み１２　および　１３　を入れることで行な
う。また。

スタブ長を短くしたい場合には、レーザトリミングによ
ってスタブ２　を適当な長さに切断すればよい、このよ
うにすることで、広範囲でしかも連続的なスタブ長の調
整が可能となる。

以上の説明では、ストリップ線路の片側に複数の凹部を
設けることで凹凸線路が構成されていたが、第１１図に
示すように、ストリップ線路の両側に適当な深さおよび
幅の凹部を適当な間隔で設けることで、特性インピーダ
ンスがＺｏに等しく、本発明に用いることが可能な凹凸
線路を構成することができることは前述の原理から明ら
かである。

第１２図は本発明による帯域通過フィルタの調整方法の
一実施例を示す、帯域通過フィルタを構成するストリッ
プラインの一部にレーザトリミングによる切込み　１２
　を入れることで通過帯域の周波数の調整を行なうこと
ができる。

第１３図は誘電体発振器等で用いられる誘電体共振回路
において誘電体１４　と　ＦＥＴ　のゲートＧとの間の
電気長を本発明の線路長調整方法を用いて行なう実施例
を示す、先端が抵抗値Ｒ＝　　ＺＯとなる抵抗体　１５
　によって無反射終端されたストリップ線路　１　は、
図の点線の位置で誘電体共振器　１４　と空間的に結合
し、そこから距離Ｄ　を隔てた所で　ＦＥＴ　のゲート
Ｇに接続されている。このＤの値によって誘電体発振器
の特性が左右されるため、誘電体　１４　の取付は位置
のばらつきのためにＤが最適な値からずれた場合には、
この間の電気長を調整する必要がある。第１３図に示す
ように誘電体１４　とゲートＧ　の間のストリップ線路
　１　の一部にレーザトリミングによる切込み　１２　
および　１３　を入れ、上記の凹凸線路を形成し、　Ｄ
の電気長を調整することによって発振条件を最適な状態
で満足させることができ、特性のよい誘電体発振器を作
ることができる。

なお、（１２）、　（２６）、　（３３）の近似式が成
り立つ範囲は、Ｑ　およびｄ　が　λｕ／４π　よりも
十分短いときであったが、上記の近似式の成立が不十−
分な範囲であっても、前述の凹凸線路の特性と類似の特
性が得られる場合もあり１本発明の調整方法に用いるこ
ともできる。しかし、この場合でも　Ｑ　およびｄ　が
λｕ／４　　よりも十分に短いことが必要である。

〔発明の効果〕

以」二説明した通り、本発明によれば、簡単な作業によ
って、連続的に線路長やスタブ長が調整でき、かつｍ整
個所の挿入による伝送特性の劣化の小さいマイクロ波回
路の調整方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に関する凹凸線路を表わす図、第２図は
第１図の凹凸線路を説明するための図、第３図は第２図
と等価な回路を表わす図、第４図および第５図は第２図
と第３図の回路が等価であること乞説明するための図、
第６図および第７図は第３図に示す回路の特性がＬ　＝
　　Ｌｔ、　ＣＣ１＋　ｃ’、特性インピーダンスＺ。 の伝送線路と等しいことを説明するための図、第８図は
本発明による線路長調整方法の一実施例を示す図、第９
図は本発明による短絡スタブのスタブ長調整方法の一実
施例を示す図、第１０図は本発明による開放スタブのス
タブ長調整方法を示す図、第１１図は本発明に使用する
凹凸線路の他の例を示す図、第１２図は本発明による帯
域通過フィルタ調整方法の一実施例を示す図、第１３図
は本発明による誘電体発振器の誘電体固定位置のばらつ
きを調整する方法の一例を示す図、第１４図は従来の開
放スタブのスタブ長の調整方法を表わす図。 第１５図は従来の短絡スタブを表わす図、第１６図は従
来の線路長調整方法を表わす図である。 １・・・・・・・・・マイクロストリップ線路、２・・
・・・・・・・スタブ、３・・・・・・・・・スタブ調
整用ランド、４・・・・・・・・・ボンディングワイヤ
、５・・・・・・・・スルーホール、６・・・・・・・
金リボン、７・・・・・・・・・ストリップ線路間の間
隔、８・・・・・・・・凹凸線路、９・・・・・・・・
・コの字形の切込み、１０・・・・・・・導体の残部、
１１・・・・・・深さが　Ｑ　よりも短いコの字形の切
込み、１２・・・・・・・・・直線形の切込み、１３・
・・・・・・・・深さが　Ｑ　よりも短い直線形の切込
み、１４・・・・・・・誘電体、１５・・・・・・・・
・抵抗体、】６・・・・・・・・ＦＥＴ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　マイクロストリップ線路の一部に、伝送させる信号の
   上限の周波数の波長λｕの１／４よりも十分短い深さの
   凹部を、特性インピーダンスが変化しないようにλｕ／
   ４よりも十分短い間隔で、適当な数だけレーザトリミン
   グによって設け、上記線路の電気長を調整することを特
   徴とするマイクロ波平面回路調整方法。