JPH034602A - 伝送線路 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、広帯域の終端装置を誘電体基板上にモノリシ
ック集積化した伝送線路に関する。

（従来の技術） 近年、半導体レーザ、アバランシェフォトダイオードの
ような光半導体素子や光ファイバ等の高度な技術的発展
と製造工程の信頼性向上により、毎秒数ギガビットの超
大容量デジタル光ａはシステムが発展しつつある。超大
容量光通信システムには、従来の電話の他に、デジタル
コンピュータや高速ファクシミリ等の様々な情報入出力
装置を収容することができる。

このようなデジタル光通信システムの電気的入出力装置
（レーザドライバやフロントエンド等）と送信／受信用
光電子素子との間には、連続的な広い周波数範囲にわた
って効率的電気信号伝達がはかれる、信号終端装置付き
のインターコネクション装置が必要である。インターコ
ネクション装置に要請される機能は、力学的に信頼でき
るマウンティング機能、搭載された光半導体素子の放熱
、さらに接続される入出力信号装置とインターコネクシ
ョン装置との間の適切で信頼性ある電気的な接続等であ
る。

従来の同軸伝送線路、方形導波管及び円形導波管のよう
な伝送構造には、広い周波数範囲にわたって効率的で低
反射の終端装置がある０しかし、十分な終端が得られる
既存の伝送構造は大きくて、コンパクトな集積化には向
かない。

従って、大容量デジタル光通信システムにおいては不十
分な使い方しかできなかった。

一方、マイクロストリップ線路、各種のコプレナ線路等
の誘電体基板上に集積化可能な伝送構造に使われる終端
装置は、以下の２種に分類することができる。

第１のカテゴリーは薄膜抵抗終端で、これは誘電体基板
上に作製された伝送構造の導体のある長さが該導体より
低導電率の物質の薄膜で置き換えられたものである。薄
膜部の断面構造は導体部の断面構造と類似若しくは同一
である。

薄膜抵抗終端された伝送構造を伝搬する電磁波により輸
送されたエネルギーは、電磁波の電界と薄膜の抵抗との
相互作用により消費される。

しかし、薄膜の断面構造は導体の断面構造と同じか非常
に似通ったものなので、伝送構造の配置の観点では薄膜
は導体の延長であり、薄膜抵抗部を伝搬する電磁波の単
位電気長当たりエネルギー消費は薄膜の抵抗率が相当高
い場合を除いて比較的小さなものになる。基板上に薄膜
抵抗として堆積できる材料の導電率は良くて中程度のも
のなので、入射する電磁波エネルギーの許容できる割合
を消費するためには薄膜抵抗終端はかなり長いものにな
る。

第２のカテゴリーは、フェライトのようなある種の非線
形磁性体の非相反的な磁化を利用し、終端装置を伝搬す
る導波モード電磁波の磁界を干渉により打ち消す終端装
置である。しかし、所望の終端効果を得るためには、永
久磁石又は時間不変の磁界源で非線形磁性体を磁化しな
ければならない。このような終端は、かさばる磁界源を
必要とするので集積化が困難であった。

（発明が解決しようとする課題） このように従来、超大容量光通信システムで使用される
伝送線路には、電磁波エネルギー消費効率、大きさ及び
集積化等の観点で満足できる広帯域終端はないのが現状
であった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、誘電体基板上の平行導体対とモノリ
シック集積化できる小型で広帯域の終端装置を実現する
ことができ、超大容量光通信システムでの使用に適した
伝送線路を提供することにある。

［発明の目的］ （課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、誘電体基板上の平行導体対に対して、
小型で広帯域の新奇な終端装置をモノリシック集積化す
ることにある。

即ち本発明は、終端装置をモノリシック集積化した伝送
線路において、誘電体基板上の平行導体対の終端部と該
導体対の間に設けられた電磁波吸収部材とから終端装置
を構成し、且つ電磁波吸収部材（例えば、高抵抗の金属
体）をその長さ方向に関して一部は基板面内でテーパ状
になるように、一部は該導体対の間を埋めっくすように
形成したものである。

（作用） 本発明によれば、誘電体基板上の平行導体対の終端部に
おいて該導体対の間を埋めるように、且つ一部にテーパ
を有するように高抵抗の金属体等からなる電磁波吸収部
材を設けることにより、広帯域の終端装置を実現するこ
とができる。

そしてこの場合、終端装置は平行導体対とモノリシック
集積化されることになり、終端装置のコンパクト化をは
かることができる。従って、超大容量光通信システムで
の使用に適した伝送線路を実現することができ、光電子
半導体素子と電気的入出力装置との間で信号を効率良く
伝送するインターコネクション装置を、小型且つ簡単に
実現することが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる平行コプレナ・スト
リップ伝送線路（スロット線路）の概略構成を示す斜視
図である。図中１０は熱伝導率の高い誘電体基板であり
、この基板１０上には平行コプレナ・ストリップ伝送線
路を構成する２本の導体２１　、２２　（２２ａ、２２
ｂ）からなる平行導体対２０が形成されている。平行導
体対２０の一端側には、平行導体対２０と共に終端装置
を構成する高電気抵抗率の金属体（電磁波吸収部材）３
０が形成されている。即ち、平行コプレナ・ストリップ
伝送線路の一端に終端装置が形成された構成となってい
る。なお、金属体３０は、紙面左側に絞り込んだテーバ
部３１と、平行導体対２０のそれぞれの導体２１゜２２
に接触する非テーバ部３２とからなる。

平行導体対２０は、人力電気信号を終端装置まで伝える
電気的導体として機能する。このような平行導体対２０
に沿った信号伝搬は、導波された電磁波の形をとる。そ
の伝搬特性は、平行導体対２０の厚さ２間隔及び電気的
抵抗率、さらに誘電体基板１０の厚さや誘電率等により
決まる。

本発明は、入力信号により平行導体対２０に励起される
唯一の伝搬モードが主モードであるように外部入力信号
源に接続されることを意図したものである。周波数、誘
電体基板１０の厚さや誘電率、平行導電体対２０の導電
率や間隔の値を固定して考えると、主モードの横方向の
電界と磁界の大きさは導電体対２０のギャップ１１中で
最大値を持つ。

平行導体対２０の一方の導体２２に設けられたカット部
１２の目的は、２端子光半導体素子４０を平行導体対２
０に直列に接続することを可能にすることである。接続
される素子４０は、カット部１２の一端に隣接する導体
２２ｂ上に素子の一方のコンタクトが導体に接するよう
にマウントされている。素子４０の他方のコンタクトは
、カット部１２の反対側の導体２２ａにボンディングワ
イヤ５０により接続されている。

ここで、マウントされた光半導体素子４０゜ボンディン
グワイヤ５０及びカット部１２の主モード電磁界空間分
布に対する形状効果を最小にするために、カット部１２
の電気長は動作させようとする最大周波数に対する主モ
ード波長の５％以下に設定されており、光半導体素子４
０は導体間のギャップ１１にはみださないようにマウン
トされている。従って、主モードがカット部１２を越え
て高抵抗率金属体３０に向かって伝搬する際に、電磁波
により輸送される平均パワーはマウントされた光半導体
素子４０により吸収される分だけ減少するが、外部の入
力信号源に戻る反射波は非常に小さく抑えられる。

高抵抗金属体３０のテーバ部３１は平行導体対２０に入
射する主モードがごく僅かな反射しか起こさずに高抵抗
金属体３０のある部分に伝搬していくように、テーバ状
に形成されている。

このテーバ部３１の長さは、動作させようとする最低周
波数においてテーパ部３１の電気長が平行導体対２０の
主モードの伝搬波長の４％以上になるように選ばれてい
る。従って、平行導体対２０を伝搬する主モードの信号
が変調されていたとしても、信号がテーパ部３１を伝搬
する際に感じる単位電気長当りの金属の幅の変化は、主
モード横方向電磁界の縦方向と横方向いずれの空間的変
化に比較しても小さい。その結果、主モードがテーパ部
３１を伝搬する際に、横方向電磁界の空間分布はテーバ
部３１の存在による伝送線路伝搬特性の変化からごく僅
かの影響しか受けず、反射を最小に抑えることができる
。このように、テーバ部３１の主な機能は、平行導体対
２０を伝搬する主モードが電磁界構成分の空間分布に殆
ど揺らぎや影響を及ぼされることなく高抵抗金属体３０
を含む線路部に入射、伝搬することを可能にすることに
ある。

しかしながら、主モードの反射を最小化するためには、
電磁波を高抵抗金属体３０へ伝える際の電磁界構成分の
空間分布への影響を小さくするだけでは不十分である。

即ち、電磁波に存在するエネルギーの大部分が金属体３
０により消費されることも必要である。金属体３０によ
り消費されなかったエネルギーは平行導体対２０に沿っ
て戻る反射主モードに含まれるので、最終的には本伝送
線路に接続された励起信号源に戻ることになる。従って
、入射電磁波エネルギーのうち金属体３０で消費される
べき割合は、接続された信号源に許容される反射波のパ
ワーレベルにより決定される。

金属体３０で消費できる電磁波エネルギーの絶対量は、
金属体３０の抵抗率１体積及び形状、さらに平行導体対
２０の各導体２１．２２に対する金属体３０の位置や方
向等に依存する。第１図に示したように平行導体対２０
の導体間に位置するある抵抗率と厚さを持つ金属体３０
において、消費し得る電磁波エネルギーの絶対量はテー
パ部３１のテーバ傾斜と金属体３０全体の電気長により
決まる。一般に金属体３０に入射する主モードパワーレ
ベルの公称値に対して、テーパ部３１の電気長は入射エ
ネルギーの大部分を消費するには不十分であるので、金
属体３０の非テーパ部３２が必要である。非テーパ部３
２の作用は、金属体３０に入射する電磁エネルギーの大
部分を消費することである。

このように、高抵抗金属体３０を伝搬する導波電磁波の
電磁エネルギーの一定の割合が、金属体３０のテーパ部
３１と非テーパ部３２のそれぞれで消費される。高抵抗
金属体３０の非テーバ部３２の主な作用とテーパ部３１
の第２の作用は、金属体３０を伝わる導波電磁波の電磁
エネルギーの一定の割合をこのように消費することであ
る。

本発明の終端方法では、金属体３０の直流的な抵抗値は
平行導体対２０の特性インピーダンスと一致している必
要はない。従って、平行導体対２０の特性インピーダン
スに整合した薄膜抵抗を用いた終端と比較して、製造工
程でのプロセス許容誤差余裕は遥かに大きい。このため
、製造歩留まり向上、ひいてはコスト低減がはかれる。

また、光半導体素子４０に直流バイアスを印加する場合
、薄膜抵抗による終端では薄膜抵抗における直流的な電
力消費が大きくなるという問題があった。本発明の終端
方法では高抵抗率金属体３０の非テーバ部３２の長さを
幅に比べて長くすることにより直流抵抗値を小さくする
ことができ、直流的な電力消費を低減でき、電源への負
担も軽減できる。

次に、第２図を参照して、本発明の実施例をより具体的
に説明する。第２図は平行コプレナストリップ伝送線路
に本発明を適用した実施例の平面図である。

平行導体対２０の各導体２１．２２は抵抗率２．４Ｘ　
１０−２Ωμｍの金で、メタルマスク法により厚さ４０
０１の窒化アルミニウム（ＡＩＩＮ）基板１０上に蒸着
されている。ＡＩＮは比誘電率が８．５であり、熱伝導
率が高いのが特徴である。

導体２１．２２間のギャップ１１の幅は２００＃ｍ。

導体２１．２２の厚さは４１ｍであり、これに対応する
平行導体対２０の主要な擬横モードの周波数１０．０Ｇ
Ｈｚにおける特性インピーダンスは５０Ωである。平行
導体対２０の一端にはメタルマスク法で抵抗率１Ωμｍ
のニクロム３０が蒸着されている。ニクロム３０の直線
テーパ部３１の長さは５００ｊｍ、導体２１．２２のギ
ャップ１１の幅全体がニクロムで満たされている非テー
バ部３２の長さは１ｌ１００ｊである。なお、９．５Ｇ
Ｈｚにおける波長はおよそ１２．４ｍ諺で、テーパ部３
１の長さ（５００＃ｍ）はこの４％より大きい。

平行導体対２０の一方の導体２２の端から１９００ｊ＋
ａのところには、幅１０ｈｍのカット部１２が設けられ
ている。カット部１２に隣接する導体２２ｂに半導体レ
ーザ４０をＡ　ｕ　／　Ｓ　ｎ半田等でボンディングし
、レーザ４０の他方の端子からカット部１２の反対側の
導体２２ａにボンディングワイヤ５０を接続することに
より、導体２２ａ、２２ｂに直列に半導体レーザ４０が
接続されてる。ＡｌＮ１０は熱伝導率が高いので、半導
体レーザ４０を直接マウントすることができる。半導体
レーザ４０は、幅と長さがそれぞれ約２５０μｍで高さ
約８０μｍの直方体形状をしている。このカット部１２
の幅と半導体レーザ４０の寸法は、本実施例が使われる
周波数範囲（９，５〜１０．５ＧＨｚ　）にわたりて平
行導体対２０の主モード伝搬波長に比べて小さいので、
カット部１２と搭載された半導体レーザ４０がこの周波
数範囲における主モードの電界空間分布に問題となるよ
うな擾乱を生じさせることはない。

半導体レーザ４０は高速動作を可能とするため、本伝送
線路と信号源との間のバイアスＴを介して５０ｍ　Ａ程
度の直流バイアス電流を流している。平行導体対２０の
特性インピーダンス（５０Ω）に略整合した４７Ωの薄
膜抵抗による従来の終端方法では、終端装置で消費され
る直流電力は１１８ｍＷとなりその発熱の影響が無視で
きず、コンパクトな集積化は困難である。また、直流バ
イアス電源の出力電圧も２．３５Ｖ高くする必要がある
等、駆動側への負担が大きい。一方、本実施例の終端装
置の２つの導体２１．２２間のニクロム３０による抵抗
は約１Ωである。従って、本実施例の終端装置で消費さ
れる直流バイアス分の電力は２．５ｍ　Ｗに過ぎず、終
端部発熱が大幅に低減されるので、コンパクトな集積化
が可能になる。直流バイアス電流源の出力電圧も半導体
レーザのみを駆動する場合と殆ど変わらない。

平行コプレナ・ストリップ伝送線路の主モードは純粋な
トランスバースモードではないので、線路の特性インピ
ーダンスは周波数の関数になる。従って、本伝送線路に
接続された固定出力インピーダンス信号源に反射されて
戻る電力の割合も周波数に従って変化する。平行導体対
２０の構成要素とニクロム体３０の上述の寸法と材料パ
ラメータに対して９．５ＧＨｚと１０．５ＧＨｚの間の
周波数で反射される電力は１０％以下である。

即ち、−１０ｄＢ帯域は１０．０±０．５　Ｇ１１ｚで
ある。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。実施例では平行コプレナ・ストリップ伝送線路に適
用した例で説明したが、本発明はその他の誘電体基板上
の伝送線路にも適用できる。例えば、グラウンデイツト
・コプレナ線路に適用すれば、線路の特性インピーダン
スの周波数依存性が小さいから、より広い帯域が得られ
る。この場合、信号ラインの中央導体の両側と基板裏面
に接地導体がある。高抵抗率金属体は、中央導体とその
両側の接地導体との間に形成される。但し、より低周波
からの広帯域性を生かすためには、高抵抗率金属体のテ
ーバ部の長さを実施例よりも長くする必要がある。

また、平行導体対の一部に設ける光電子半導体素子は半
導体レーザに限定されるものではなく、アバラ、ンシエ
フォトダイオードやＬＥＤ等にも応用できる。さらに、
電磁波吸収部材は必ずしも金属体に限るものではなく、
高周波で駆動できる素子を用いる場合は導体でなくても
よい。また、電磁波吸収部材に設けるテーバは必ずしも
両方に付ける必要はなく、一方のみに付けてもよい。そ
の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して
実施することができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、平行導体対間に金
属体等の電磁波吸収部材を配置することにより、誘電体
基板上に広帯域の終端装置を形成することができる。従
って、誘電体基板上の平行導体対とモノリシック集積化
できる小型で広帯域の終端装置を実現することができ、
超大容量光通信システムでの使用に適した伝送線路を実
現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる平行コプレナ・スト
リップ線路の概略構成を示す斜視図、第２図は本発明の
他の実施例の概略構成を示す平面図である。 １０・・・誘電体基板、 １１・・・平行導体対の間のギャップ、１２・・・平行
導体対のカット部、 ２０・・・平行導体対、２１．２２・・・導体、３０・
・・高抵抗率の金属体、 ３１・・・テーバ部、３２・・・非テーパ部、４０・・
・光電子半導体素子、 ５０・・・ボンディングワイヤ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　誘電体基板上に形成された平行導体対と、この平行導
   体対の終端部における該導体対の間に形成され、且つそ
   の長さ方向に関して一部は基板面内でテーパ状になるよ
   うに、一部は該導体対の間を埋めつくすように形成され
   た電磁波吸収部材とを具備し、 前記平行導体対の終端部と電磁波吸収部材とからなる終
   端装置が前記平行導体対とモノリシック集積化されてな
   ることを特徴とする伝送線路。