JPH03721Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の技術分野〕 本考案はインピーダンス線路を用いた分布定数
型の電磁遅延線に係り、特に、超小型化が容易で
遅延特性の良好な超高速電磁遅延線に関する。

〔従来技術とその問題点〕

従来、インピーダンス線路を用いた電磁遅延線
としては、一主面にアース電極を形成した誘電体
層の対向主面に直線状の細長い導線路を形成した
マイクロストリツプ線路を用いる構成がよく知ら
れている。

このような電磁遅延線は、特性インピーダンス
Zoが、 Zo＝〔87／√＋1.41〕 In〔5.98h／（0.8ω＋ｔ）〕 ……(1) （但し、εは誘電体層の比誘電率、ｈは誘電体
層の厚み、ωは導線路の幅、ｔは導線路の厚みで
ある）で決定され、遅延時間tdは td＝3.336√0.475＋0.67ns／ｍ ……(2) で示される。

このような電磁遅延線は、10〜20GHzの超高周
波数帯まで使用可能であるが、超高周波帯におけ
る損失の少ない誘電体層としてふつ素樹脂を用い
た場合、1nsの遅延量を得るのに約20cmの長さを
必要とし、形状が大型化して好ましくない。

一方、このような電磁遅延線の大型化を改善す
る提案もある。

すなわち、第１図に示すように、一主面にアー
ス電極１を形成した誘電体層２の対向主面に、長
さＷの導線路をピツチＰで折り曲げた折れ曲がり
線路３を形成してなるマイクロストリツプ線路を
用いた電磁遅延線である。なお、図中ｈは誘電体
層２の厚み、ωは折れ曲がり線路３を形成する導
線路の幅、ｔはその導線路の厚みである。

このように構成された電磁遅延線はある程度の
小型化が可能であるが、やはり小型化するにも限
度があり、超高速化と超小型化を同時に実現する
ことは困難であつた。

その原因としては主に以下の理由によることが
分かつた。

すなわち、第１図に示す折れ曲がり線路３の入
力端Ｄに信号を加えると、その信号は図中矢印の
方向に伝播してゆく。ここで、折れ曲がり線路３
を、電磁遅延線の軸方向−に直角な方向（幅
方向）に並行配置された主導線路３ａと、各主導
線路３ａの両端をつなぐ副導線路３ｂに分ける
と、各主導線路３ａを流れる電流は、隣接する主
導線路３ａ間で互いに逆方向に流れる。

そのため、電磁遅延線をその幅方向の中央で
−に沿つて垂直に切断した状況を示す縦断面図
である第２図からも分かるように、隣接する主導
線路３ａ間は負の結合係数−k₁を持ち、一つ置い
た主導線路３ａ間では流れる電流が同方向となつ
て正の結合係数k₂を持つ。以下、順次離れた主導
線路３ａ間では順次結合係数が−K₃，K₄……と
なる。

ここで各結合係数の大きさのみに着目すると、
これらは主導線路３ａ間の距離が小さいほど大き
いのでk₁＞k₂＞k₃＞k₄＞……となり、各主導線路
３ａが持つ実効インダクタンスは、上述の各結合
係数を有する相互誘導を加えたものとなる。

従つて、符号を考慮してこれらの相互誘導を合
成すると、必ずその合成値が負となり、その負の
値だけ折れ曲がり線路３の実効長が減少して遅延
時間も減少する。つまり、遅延時間は、折れ曲が
り線路３の実寸法の線路長を上述した(2)式に適用
して求めた値よりも少なくなる。

しかも、電磁遅延線の超小型化を図るために、
折れ曲がり線路３のピツチＰや導線路の幅ωを小
さくして主導線路３ａ間の間隔を狭くすると、折
れ曲がり線路３の実寸法に対する電気的な実効長
の減少割合が増加し、寸法上の長さを長くしても
遅延時間をそれほど大きくすることができなくな
るうえ、高密度化するほど電気的な実効長の減少
割合や損失が急増する。

さらに負の結合が強い電磁遅延線は遮断周波数
の低下をもたらし、出力パルス波形の立ち上がり
を劣化させるとともに、負の結合が強いほど低周
波域に対し高周波域での遅延時間が増大する傾向
があるので、高密度化するほど遅延時間の平坦度
が悪化する。遮断周波数も負の結合が強い程その
低下が著しい。

そのため、折れ曲がり線路３を用いた電磁遅延
線は、要求される遅延時間と立ち上がり時間が決
定されると、それらを満足させるように各構成要
素の寸法をある範囲の大きさに選定しなければな
らず、小型化が阻まれていた訳である。

そこで本考案者は、このような検討をふまえて
昭和58年12月27日付けの特許出願で、超小型化お
よび超高速化を同時に達成することの可能な「電
磁遅延線」を開示した。

すなわち、誘電体を介して折れ曲がり線路とア
ース電極を対向させてなる電磁遅延線において、
その折れ曲がり線路が、第１の仮想面とこの第１
の仮想面に間隔Ｔで対向する第２の仮想面とを交
互にピツチＰで折れ返されてなり、その間隔Ｔお
よびピツチＰが０＜Ｔ／Ｐ＜１の範囲に選定され
てなるものである。

具体的には、例えば第３図〜第５図に示すよう
に、細長いアース板４の外周に誘電体層５を形成
し、この誘電体層５に折れ曲がり線路６をピツチ
Ｐで折り返すように単層ソレノイド状に形成して
偏平な電磁遅延線を構成し、アース板４の主面を
挟んで対向する導線路７の中心間の間隔Ｔとピツ
チＰを０＜Ｔ／Ｐ＜１の範囲に選定したものであ
る。

第６図はその原理を説明する図であり、説明を
容易にするために、第３図中導線路７が仮に電磁
遅延線の軸方向−に対して直角に交わるよう
にピツチＰで折り曲げられていると仮定し、その
−間の導線路７のみを取り出して示した縦断
面図である。

第６図において、紙面方向から電流の流れ出る
導線路７を順方向導線路７ａとし、紙面方向に向
かつて電流の流れる導線路７を逆方向導線路７ｂ
とすれば、折れ曲がり線路６は、順方向導線路７
ａおよび逆方向導線路７ｂが交互に間隔Ｔをおい
てピツチＰで配置されている。換言すれば、順方
向導線路７ａの中心が第１の仮想面Ｕ上に配置さ
れ、この第１の仮想面Ｕから間隔Ｔだけ離れた第
２の仮想面Ｖ上に逆方向導線路７ｂの中心が配置
されている。

ここで左から２本の順方向導線路７ａおよび１
本の逆方向導線路７ｂの計３本（便宜上Ａ，Ｂ，
Ｃとする）のみを選んでこれに着目し、間隔Ｔと
ピツチＰの比をＴ／Ｐ＝0.866に選定すれば、各
線路Ａ，Ｂ，Ｃが正三角形の各々の頂点に位置す
るようになる。この場合、導線路Ａ−Ｂ間と導線
路Ａ−Ｃ間が等距離となるので、導線路Ａ−Ｂ間
の結合係数k₁と導線路Ａ−Ｃ間の結合係数k₂の大
きさは等しくなる。

そして間隔ＴとピツチＰの比をＴ／Ｐ＞0.866
とすれば結合係数がk₁＜k₂となり、Ｔ／Ｐ＜
0.866では結合係数がk₁＞k₂となることが分かり、
間隔ＴとピツチＰの比Ｔ／Ｐを適当に選択するこ
とによつて結合係数k₁とk₂の大きさの関係を適当
に選定することができる。

従つて、折れ曲がり線路６を高密度化して導線
路７を接近させた場合、導線路７間に生ずる負の
結合例えばK₁が強くなることは防げないが、電
磁遅延線の特性に強く影響する結合係数k₁をk₂で
減少させたり打ち消すことが可能となり、結合係
数k₁の値を制御できる。

そして、間隔ＴとピツチＰの比がＴ／Ｐ＞０な
らば、Ｔ／Ｐ＝０すなわち各順方向導線路７ａお
よび逆方向導線路７ｂが同一面上に配置される場
合よりも結合係数K₂がk₁を打ち消す効果が強く
なることは明らかである。さらに、説明を省略す
るが、結合係数K₃以下についても同様の効果が
生ずることも容易に分かる。

また、間隔ＴとピツチＰの比がＴ／Ｐ＞１とな
ると、この場合には逆に正の結合が負の結合より
も大きくなり過ぎるので、かえつて特性が劣化し
て好ましくない。

そのため、ＴとＰを０＜Ｔ／Ｐ＜１に選定する
ことにより、負の結合の悪影響を抑えて超高速化
と超小型化を同時に実現できる。この場合、電磁
遅延線の特性インピーダンスおよび遅延時間は、
上述の(1)式および(2)式で得られる値に近い値とな
り、本来のマイクロストリツプ線路の特性を維持
したまま、超小型化が可能となる。

そして、上述した第３図〜第５図の電磁遅延線
についても同様に考えることが可能で、負の結合
を抑えて小型化が可能となる。

しかしながら、このような電磁遅延線は実用可
能なものとなるが、種々の検討の結果、ピツチＰ
を寸法的にはさらにつめることが可能であるにも
かかわらず、間隔Ｔとの関係（０＜Ｔ／Ｐ＜１）
でピツチＰが決定されることから、ピツチＰをさ
らにつめてより小型化、高密度化を図ることが制
限される可能性のあることが分かつた。

すなわち、超小型の電磁遅延線を設計する場合
は、導線路７の幅ωを製造時の加工精度の範囲内
においてできるだけ小さくする一方、導線路７の
厚みｔをできる限り厚くして導線路７の断面積を
大きくし、導線路７の電気抵抗値の増大を抑える
とともに挿入損失を小さく保つ必要がある。

そのような例として、比誘電率2.4のふつ素樹
脂を誘電体層９として用いてその厚みをｈ＝0.12
mmとし、更に、導線路７の厚みをｔ＝0.07mmとし
て、特性インピーダンス50Ωの電磁遅延線を設計
する場合、上述した(1)式から導線路７の幅はω＝
0.2mmとなる。

アース板４の厚みも0.07mmにすると、第５図に
おける間隔がＴ＝0.38mmとなるので、Ｐ＞Ｔの条
件からＰ＞0.38mmとなる。その結果、導線路７間
の間隔は0.18mmより大きくしなければならない。
しかし、導線路７間の間隔を0.1mm（Ｐ＝0.3mm）
にすれば高密度の電磁遅延線を構成できるが、そ
の場合にはＴ／Ｐ＝1.27となつて電磁遅延線の特
性としては実用にならないものとなり、超小型化
に限界が生じることになる。

また、特性インピーダンス75Ωの電磁遅延線を
設計する場合、上述と同じ誘電体層９の厚みをｈ
＝0.21mmとし、導線路７の厚みを同じくｔ＝0.07
mmとすると、(1)式から同じく導線路７の幅はω＝
0.2mmとなる。

しかし、この場合はＴ＝0.56mmとなるので、同
じピツチＰ＝0.3mmではＴ／Ｐ＝1.87となつて一
層特性が悪くなる。すなわち、０＜Ｔ／Ｐ＜１の
条件を満足すさせるためにはＰ＞0.56mmが必要で
あり、一層超小型化が困難である。

このように、第３図〜第５図の構成による電磁
遅延線は、特性インピーダンス75Ωのものを設計
する場合小型化が一層困難となり、特性インピー
ダンス100Ωのものとなると更に困難となる。

〔考案の目的〕

本考案はこのような状況の下になされたもので
あり、導線路間のピツチを更につめることが可能
で、立ち上がり時間が速く波形歪の少ない超小型
の電磁遅延線を提供するものである。

〔考案の構成と効果〕

このような目的を達成するために本考案は、導
線路が誘電体を介してアース板に単層ソレノイド
状に複数回巻かれて形成された第１の遅延線素子
と、隣接する導線路を同一平面上に位置させた折
れ曲がり線路が誘電体を介してアース板に形成さ
れた第２の遅延線素子と、を形成し、これら第１
および第２の遅延線素子が縦続接続されるととも
に互いに遅延特性を補償し合う関係にある構成を
有している。

このような本考案の構成によれば、第１の遅延
線素子において導線路間のピツチをつめることに
よつて遅延特性の悪化する方向と、第２の遅延線
素子において導線路間のピツチをつめることによ
る遅延時間の悪化する方向とが互いに逆方向であ
るから、縦続接続された第１の遅延線素子および
第２の遅延線素子によつて互いに特性の補正が可
能となる。

そのため、第１および第２の遅延線素子におけ
る各導線路間のピツチをつめても平坦な遅延特性
として速い立ち上がりおよび波形歪の良好なもの
を得ることが可能となり、さらに一層の高密度
化、超小型化を達成できる。

〔考案の実施例〕

以下本考案の詳細を説明する。

第７図および第８図は本考案の電磁遅延線の一
実施例を示す平面図および側面図である。

両図において、細長いアース板８の外周にはふ
つ素樹脂等からなる誘電体層９が形成されて全体
に偏平となつており、アース板８の両端部が誘電
体層９から突出している。

その誘電体層９の長手方向の一部における外周
には、導線路１０をピツチＰで単層ソレノイド状
に巻いた正結合導線路１１が形成されている。な
お、第８図中符号Ｔはアース板８を挟んで対向す
る導線路１０の中心間の距離である。

誘電体層９の長手方向の残りの部分における外
周には、誘電体層９の一主面に正結合導線路１１
の導線路１０から連続するようにして、導線路１
０をピツチP′で折曲げた折れ曲がり線路１２によ
つて負結合導線路１３が形成されている。

そして、同一誘電体層９上において正結合導線
路１１と負結合導線路１３が縦続接続されて電磁
遅延線が構成されている。

このように構成された電磁遅延線にあつては、
正結合導線路１１の導線路１０のピツチＰを小さ
くするほど、上述した第３図の電磁遅延線と同様
に正結合がより強くなり、遅延特性は低周波域に
対し高周波域で遅延時間がより減少して平坦度が
悪化する。しかも、このような遅延線ではパルス
応答も悪化して立ち上がり部ではプリシユートが
より大きくなるが、オーバーシユートは全く生じ
なくなつてゆくとともに、振幅が100％に近くな
るほど傾向がより緩やかになつて高速応答ができ
なくなる。

一方、負結合導線路１３の導線路１０のピツチ
P′を小さくするほど、第１図の電磁遅延線と同様
に、負の結合がより強くなつて遅延特性は低周波
域に対し高周波域で遅延時間がより増大して平坦
度が悪化する。しかも、このような遅延線はパル
ス応答も悪化して立ち上がり部でプリシユートは
全くないばかりか、振幅が０％からゆつくり立ち
上がつて振幅100％に近くなるほど次第に急峻に
なるが、オーバーシユートが大きくなるし立ち上
がり時間も大きくなつて高速応答が困難となる。

しかし、正結合導線路１１と負結合導線路１３
では、上述したように各々の遅延特性の平坦度の
悪化する方向が逆方向になつており、またパルス
応答の悪化の状況も逆方向となるので、両者を縦
続接続することにより、互いに特性を補正させる
ことが可能となり、正結合導線路１１と負結合導
線路１３を通過する信号は片方で高周波成分の遅
延時間が減少するものの他方で増大して出力し、
結果的に補正される。

そのため、導線路１０のピツチＰ，P′をつめて
も平坦な遅延特性として立ち上がりを速く、しか
も波形歪も小さくすることが可能となり、超小型
化を図ることができる。

遅延時間についても、負結合導線路１３部分は
上記(2)式から遅延時間tdが実寸法長より少なくな
るが、正結合導線路１１部分では(2)式から遅延時
間tdが大きくなるので、総合すると(2)式の値に近
い遅延時間を得ることができる。

従つて、正結合導線路１１と負結合導線路１３
の導線路１０におけるピツチＰ，P′を小さくつめ
て、導線路１０の本数を増加して導線路１０の実
寸法の長さを長くすればするだけ、遅延時間tdを
有効に大きくすることができる。

第９図および第１０図は本考案の他の実施例を
示すもので、上述した第７図における負結合導線
路１３を誘電体層９の両主面に形成した例を示す
ものである。

すなわち、第９図の展開図で示すように、平面
的に形成した折れ曲がり線路１４を、各導線路１
０の中央を横切る仮想線−Ｙにてコ字形に屈曲さ
せ、第１０図に示すように、偏平な誘電体層９の
対向両主面に連続して形成し、負結合導線路１５
を構成したものである。

なお、負結合導線路１５の一端は、第７図の構
成と同様に、正結合導線路１１の導線路１０に縦
続接続されて、電磁遅延線が構成されている。

このように構成された電磁遅延線は、第９図及
び第１０図中の電流の流れを示す矢符のように、
負結合導線路１５における隣合う導線路１０間ば
かりでなく、誘電体層９の対向主面を挟んで最も
接近する導線路１０間の電流の流れる方向も逆方
向となつて負結合が大きくなる。

従つて、第９図および第１０図の電磁遅延線の
負結合導線路１５は負結合を非常に多く含むこと
になり、正結合導線路１１と縦続接続して特性を
互いに補正させると、むしろ第７図および第８図
の構成よりも補正効果が高くなるし、さらに高密
度化できる利点がある。

第７図〜第１０図の実施例では、正結合導線路
１１（正）と負結合導線路１３，１５（負）が一
個づつ配列されているが、本考案は各々２つ以上
正，負，正，負……と繰り返すように配列しても
よいし、正結合導線路１１と負結合導線路１３，
１５のいずれかを多くして、例えば正，負，正，
または負，正，負，というような組合わせで構成
することも可能である。

また、上述した実施例における電磁遅延線は、
正結合導線路１１および負結合導線路１３，１５
を縦続接続して構成した。しかし、本考案にあつ
ては、導線路１０をアース板８に誘電体層９を介
して複数回巻いて形成した第１の遅延線素子、例
えば正結合導線路１１と、平面的に形成された折
れ曲がり線路１２，１４をアース板８に誘電体層
９を介して形成した第２の遅延線素子、例えば負
結合導線路１３，１５とを、縦続接続して構成す
れば本考案の目的が可能である。

さらに、それら第１の遅延線素子および第２の
遅延線素子は、同一のアース板と組合せて構成す
る必要はなく、第１の遅延線素子と第２の遅延線
素子を別々に構成して、結線によつて縦続接続し
てもよい。

そして、それらの導線路１０の断面形状は任意
であるし、導線路１０の形成方法も誘電体層９の
表面に形成した導電層をエツチングする等、従来
公知の手段にて形成可能である。

以上説明したように本考案の電磁遅延線は、導
線路が誘電体を介してアース板に複数回巻かれて
形成された第１の遅延線素子と、同一面上に位置
する折れ曲がり線路が誘電体を介してアース板に
形成された第２の遅延線素子とを縦続接続したの
で、導線路のピツチをつめても遅延特性を良好に
保つことが可能となり、より超小型化を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電磁遅延線を示す部分斜視図、
第２図は第１図の電磁遅延線の結合状態を示す
図、第３図〜第５図は本考案の参考となる電磁遅
延線を示す平面図、側面図および部分縦断面図、
第６図は第３図に示す電磁遅延線の理論を説明す
る概略縦断面図、第７図および第８図は本考案の
一実施例を示す平面図および側面図、第９図およ
び第１０図は本考案の電磁遅延線の他の実施例の
要部を示す展開図および側面図である。 ８……アース板、９……誘電体（誘電体層）、
１０……導線路、１１……第１の遅延線素子（正
結合導線路）、１２，１４……折れ曲がり線路、
１３，１５……第２の遅延線素子（負結合導線
路）。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 導線路が誘電体を介してアース板に単層ソレ
   ノイド状に複数回巻かれて形成された第１の遅
   延線素子と、 隣接する導線路を同一平面上に位置させた折
   れ曲がり線路が誘電体を介してアース板に形成
   された第２の遅延線素子とを備え、 前記第１および第２の遅延線素子が縦続接続
   されるとともに互いに遅延特性を補償し合う関
   係にあることを特徴とする電磁遅延線。 (2) 第２の遅延線素子は、折れ曲がり線路をアー
   ス板の一方の主面側から対向主面側に連続形成
   してなる実用新案登録請求の範囲第１項記載の
   電磁遅延線。