JPH09172304A - コプレーナ線路のインピーダンス調整器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘電体基板上に形成されたコプレーナ線路の
インピーダンス調整器に関し、コプレーナ線路において
特性インピーダンスの調整を可能とすることを課題とす
る。 【解決手段】 コプレーナ線路１は、誘電体基板１ａ上
に形成された信号線路１ｂと、グランド線路１ｃ，１ｄ
とから成る。コプレーナ線路１を覆うようにインピーダ
ンス調整手段２を設ける。インピーダンス調整手段２は
誘電体で構成され、その形状はコプレーナ線路１の平面
に平行な平面２ａを備え、コプレーナ線路１の平面に垂
直な方向の厚みが変化する形状となっている。このイン
ピーダンス調整手段２には移動手段３が接続され、移動
手段３は、インピーダンス調整手段２をコプレーナ線路
１の平面に沿って矢印方向４へ移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体基板上に形
成されたコプレーナ線路のインピーダンス調整器に関
し、特に、マイクロ波やミリ波の信号を伝送するコプレ
ーナ線路の特性インピーダンスを調整するコプレーナ線
路のインピーダンス調整器に関する。

【０００２】近年、携帯電話で代表されるような無線通
信装置の需要が高まっており、それに伴い、通信用の周
波数帯域が逼迫している。この解決策の１つとして、未
だ使用用途の少ない周波数帯域であるミリ波での通信が
着目されている。なお、ミリ波は高速且つ大容量の通信
ができる周波数帯域であり、現在のところ無線ＬＡＮや
自動車の衝突防止用レーダ等の用途向けに実用化研究が
行われている。

【０００３】無線装置の高周波回路部に使用されている
信号伝送線路は、マイクロストリップ線路が一般的であ
るが、ミリ波回路に使用するマイクロストリップ線路基
板は遮断周波数の関係上、基板厚が薄い。そのため、高
周波回路部の組み立て作業がしづらく、装置の大量生産
には向かない。一方、高周波回路部に使用可能なコプレ
ーナ線路は平面伝送線路であるため、基板厚を厚くする
ことができ、装置の大量生産に向いている。このため、
大量生産が必要な民生分野へミリ波帯通信装置を適用す
る上では装置の高周波回路部の信号伝送線路にコプレー
ナ線路の採用が望まれている。ただし、コプレーナ線路
は特性インピーダンスの調整が簡単にはできないという
問題がある。

【０００４】

【従来の技術】図９は従来のコプレーナ線路の平面図で
ある。コプレーナ線路は、誘電体基板１０１に信号線路
１０２とグランド線路１０３，１０４とを設けたもので
ある。図９の例では、信号線路１０２がＩＣチップ１０
５，１０６の信号パッド１０７，１０８に金ワイヤで接
続され、グランド線路１０３がＩＣチップ１０５，１０
６の信号パッド１０９，１１０に金ワイヤで接続され、
グランド線路１０４がＩＣチップ１０５，１０６の信号
パッド１１１，１１２に金ワイヤで接続されている。こ
うしたコプレーナ線路は、ＩＣチップ１０５，１０６間
の信号伝送用として用いられている。

【０００５】ところで、マイクロ波帯やミリ波帯の無線
装置の高周波回路部は信号増幅や周波数変換機能を有
し、この機能の達成にはマイクロ波・ミリ波用半導体素
子が使用される。しかし、こうした半導体素子では特性
のバラツキが避けられず、このバラツキにより高周波回
路部のインピーダンスが変化する。このため、インピー
ダンス変化を補正する目的で、高周波回路部に接続され
る伝送線路においてインピーダンス調整を行う必要があ
る。

【０００６】従来、マイクロストリップ線路において
は、こうしたインピーダンス調整を行うことができ、図
１０に示すように行っていた。図１０はマイクロストリ
ップ線路の平面図である。図中、マイクロストリップ線
路は、誘電体基板１１３と、信号線路１１４とから構成
される。ここで、信号線路１１４にパターン１１５を付
加すると、信号線路１１４にリアクタンス素子を直列に
挿入したことになり、マイクロストリップ線路の特性イ
ンピーダンスを低くすることができる。また信号線路１
１４にパターン１１６を付加すると、リアクタンス素子
を信号線路１１４に並列に挿入したことになる。なお、
パターン１１６は先端が開放になっている必要があり、
スタブと呼ばれる。

【０００７】このように信号線路１１４にパターンを付
加することにより、マイクロストリップ線路の特性イン
ピーダンスを調整して、マイクロストリップ線路を、接
続された高周波回路部の整合回路とすることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図９に示すよ
うなコプレーナ線路の場合、マイクロストリップ線路の
ような特性インピーダンスの調整は困難であるという問
題点があった。

【０００９】すなわち、コプレーナ線路では、その特性
インピーダンスが、信号線路１０２の導体幅、および信
号線路１０２とグランド線路１０３，１０４との隙間に
よって決定される。例えば、比誘電率が１０の誘電体基
板１０１に、特性インピーダンス５０Ωの伝送線路を構
成すると、信号線路１０２の導体幅が０．３ｍｍ、信号
線路１０２とグランド線路１０３，１０４との隙間がそ
れぞれ０．１５ｍｍとなり、マイクロストリップ線路の
ように、信号線路１０２とグランド線路１０３，１０４
との隙間にパターンを設けることは困難である。

【００１０】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、コプレーナ線路において特性インピーダンス
の調整を可能とするコプレーナ線路のインピーダンス調
整器を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では上記目的を達
成するために、図１に示すように、誘電体で構成され、
コプレーナ線路１の平面に平行な平面を備え、コプレー
ナ線路１の平面に垂直な方向の厚みが変化するインピー
ダンス調整手段２と、インピーダンス調整手段２をコプ
レーナ線路１の平面に沿って移動させる移動手段３と
を、有することを特徴とするコプレーナ線路のインピー
ダンス調整器が提供される。

【００１２】インピーダンス調整手段２は、移動手段３
による移動によって上記厚みを変化させる。以上のよう
な構成において、コプレーナ線路１は、誘電体基板１ａ
上に形成された信号線路１ｂと、グランド線路１ｃ，１
ｄとから成る。図１はコプレーナ線路１の側面を示して
いる。こうしたコプレーナ線路１を覆うようにインピー
ダンス調整手段２を設ける。インピーダンス調整手段２
は誘電体で構成され、その形状はコプレーナ線路１の平
面に平行な平面２ａを備え、コプレーナ線路１の平面に
垂直な方向の厚みが変化する形状となっている。このイ
ンピーダンス調整手段２には移動手段３が接続され、移
動手段３は、インピーダンス調整手段２をコプレーナ線
路１の平面に沿って矢印方向４へ移動させる。

【００１３】移動手段３による移動によって、インピー
ダンス調整手段２は、移動方向に沿って上記厚みが変化
する。ここで、インピーダンス調整の動作原理を図２、
図３を参照して説明する。ここで、コプレーナ線路１の
誘電体基板１ａおよびインピーダンス調整手段２の各比
誘電率（ε_r ）は１０であるとする。

【００１４】まず、図２（Ａ）のように、コプレーナ線
路１の上部が開放されている場合には、コプレーナ線路
１の上部の比誘電率は１である。このときの信号の電磁
界分布は、誘電率の高い誘電体基板１ａ内に集中してい
る。

【００１５】つぎに、図２（Ｂ）のように、インピーダ
ンス調整手段２でコプレーナ線路１の上部を覆った場
合、誘電体基板１ａでの電磁界分布とインピーダンス調
整手段２での電磁界分布とはほぼ等しくなり、信号線路
１ｂとグランド線路１ｃ，１ｄとの電界は、図２（Ａ）
の場合に比べ強くなる。電界が強まることによってコプ
レーナ線路１の特性インピーダンスが低くなる。

【００１６】図３は、図２（Ｂ）におけるインピーダン
ス調整手段２の厚みを３種類設定した場合を示す。図３
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の順に厚みが減少している。い
ずれの場合もコプレーナ線路１の形状は同一であるの
で、インピーダンス調整手段２の厚みが最も厚い図３
（Ａ）の場合に特性インピーダンスが最も低く、図３
（Ｂ），（Ｃ）の順に特性インピーダンスが高くなって
いく。

【００１７】したがって、コプレーナ線路１の上部を覆
ったインピーダンス調整手段２を移動手段３によって移
動して、コプレーナ線路１の上部の誘電体の厚みを変え
れば、コプレーナ線路１を伝搬する信号の電磁界強度が
変化し、コプレーナ線路１の特性インピーダンスが可変
できることとなる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。まず、第１の実施の形態の原理構
成を、図１を参照して説明する。第１の実施の形態は、
誘電体で構成され、コプレーナ線路１の平面に平行な平
面を備え、コプレーナ線路１の平面に垂直な方向の厚み
が変化するインピーダンス調整手段２と、インピーダン
ス調整手段２をコプレーナ線路１の平面に沿って移動さ
せる移動手段３とから構成される。

【００１９】図４は、第１の実施の形態の詳しい構成を
示す図であり、図４（Ａ）は平面図、図４（Ｂ）は側面
図、図４（Ｃ）は調整用ネジの断面図、図４（Ｄ）は止
め金具の平面図である。

【００２０】インピーダンス調整手段２は、図４（Ａ）
に示す透視形状では長方形であり、図４（Ｂ）に示す透
視形状では直角三角形である。コプレーナ線路１は筐体
５に固定され、筐体５には立ち上げ部５ａが設けられ
る。インピーダンス調整手段２にはネジ穴２ｂが設けら
れ、このネジ穴２ｂに調整用ネジ６が嵌め込まれる。調
整用ネジ６は、立ち上げ部５ａに設けられた貫通孔５ｂ
に挿入され、さらに、調整用ネジ６に設けられた溝６ａ
に止め金具７を嵌め込むことにより、立ち上げ部５ａに
取り付けられる。したがって、調整用ネジ６を回転させ
ると、調整用ネジ６自体は立ち上げ部５ａに対して移動
することはないが、インピーダンス調整手段２が矢印方
向４に移動する。

【００２１】なお、図示を省略したが、コプレーナ線路
１の上面にボスを設け、調整用ネジ６を回転したときに
コプレーナ線路１の共回りを防止するとともに、インピ
ーダンス調整手段２の平面２ａをコプレーナ線路１の平
面と常時平行となるようにする。

【００２２】なおまた、ネジ穴２ｂ、立ち上げ部５ａ、
貫通孔５ｂ、調整用ネジ６、止め金具７が図１の移動手
段３を構成する。こうした構成により、調整用ネジ６を
回転させると、インピーダンス調整手段２が矢印方向４
に移動し、適当な移動位置においてコプレーナ線路１が
所望の特性インピーダンスを呈することとなる。

【００２３】ところで、このコプレーナ線路１をＩＣチ
ップ８に接続した場合、コプレーナ線路１を整合回路と
して使用することもできる。例えば、このＩＣチップ８
のインピーダンスが、図５に示す点Ｐ１にあるものと
し、コプレーナ線路１の特性インピーダンスが５０Ω
（図５に示す点Ｐ３）であるものとする。図５はスミス
チャートを示す。

【００２４】ここで、調整用ネジ６を回転させて、コプ
レーナ線路１の長さＬ２（図４）の電気長をλｇ／４に
調整する。λｇは管内波長である。こうすると、コプレ
ーナ線路１の長さＬ１（図４）の区間で、特性インピー
ダンスが図５において点Ｐ１から点Ｐ２へ移動し、長さ
Ｌ２の区間で、図５において点Ｐ２から点Ｐ３へ移動す
る。これによって、コプレーナ線路１が整合回路として
作動する。

【００２５】つぎに、第２の実施の形態を説明する。図
６は第２の実施の形態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）
は側面図、（Ｃ）は（Ａ）に示すＡ−Ｂ断面図である。

【００２６】第２の実施の形態では、コプレーナ線路
が、誘電体１１と、信号線路１２と、グランド線路１
３，１４とで構成されるとともに、信号線路１２にスタ
ブ１２ａが設けられ、スタブ１２ａを囲むようにグラン
ド線路１４の延長部１４ａが設けられる。そして、スタ
ブ１２ａを部分的に覆うようにインピーダンス調整板１
５が設けられる。インピーダンス調整板１５は厚みが一
定な板状の誘電体で構成され、２等辺三角形の形状を有
している。底辺部分には溝１５ａが設けられる。

【００２７】コプレーナ線路が固定される筐体（図示せ
ず）には調整板スライド治具１６が設けられ、調整板ス
ライド治具１６には立ち上がり部１６ａが設けられる。
調整板スライド治具１６は筐体上をスタブ１２ａの長さ
方向（矢印方向１９）に移動できるようになっており、
ネジ１８によって所定移動位置に固定される。立ち上が
り部１６ａにはネジ孔１６ｂが設けられ、このネジ孔１
６ｂにネジ１７が嵌め込まれる。ネジ１７の先端部には
円盤１７ａが設けられ、円盤１７ａはインピーダンス調
整板１５の溝１５ａに挿入される。ネジ１７の回転に伴
い円盤１７ａが回転しても、円盤１７ａは溝１５ａの中
で空回りするようになっている。したがって、ネジ１７
を回転させると、ネジ１７は、立ち上がり部１６ａに対
して長さ方向に移動し、これによって、インピーダンス
調整板１５が、スタブ１２ａの長さ方向と直角な方向
（矢印方向２０）に移動する。

【００２８】インピーダンス調整板１５の矢印方向１９
への移動により、スタブ１２ａを覆う誘電体の面積が変
化する。これにより、実効誘電率が変化し、スタブ１２
ａの電気長が変わる。したがって、コプレーナ線路の特
性インピーダンスを可変することができる。

【００２９】また、インピーダンス調整板１５の矢印方
向２０への移動により、スタブ１２ａの長さ方向の任意
の位置において特性インピーダンスを調整することが可
能となる。

【００３０】なお、第２の実施の形態において、インピ
ーダンス調整板１５を、第１の実施の形態のように厚み
の変化する誘電体で構成し、平面形状を長方形にしても
よい。また、第１の実施の形態において、インピーダン
ス調整手段２を、第２の実施の形態のように厚み一定の
板状の誘電体で構成し、平面形状を三角形にしてもよ
い。

【００３１】つぎに、第３の実施の形態を説明する。図
７は第３の実施の形態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）
は第１の側面図、（Ｃ）は（Ａ）に示す矢印方向２９か
ら見た第２の側面図である。

【００３２】第３の実施の形態では、コプレーナ線路
が、誘電体２１と、信号線路２２と、グランド線路２
３，２４とで構成されるとともに、信号線路２２にスタ
ブ２２ａが設けられ、スタブ２２ａを囲むようにグラン
ド線路２４の延長部２４ａが設けられる。

【００３３】コプレーナ線路は筐体２５に固定され、筐
体２５には立ち上がり部２５ａが設けられる。立ち上が
り部２５ａにはネジ孔２５ｂが設けられ、このネジ孔２
５ｂにネジ２６が嵌め込まれる。ネジ２６の先端部には
インピーダンス調整棒２７の一端が固定される。インピ
ーダンス調整棒２７は円柱状の誘電体で構成され、スタ
ブ２２ａをその端部から覆うように配置される。グラン
ド線路２４の延長部２４ａには、延長部２４ａをくり抜
くようにして目盛り２８が設けられている。

【００３４】ネジ２６を回転させると、ネジ２６は、立
ち上がり部２５ａに対して長さ方向に移動し、これによ
って、インピーダンス調整棒２７が、スタブ２２ａの長
さ方向（矢印方向３０）に移動する。したがって、誘電
体で覆われるスタブ２２ａの面積が変化し、スタブ２２
ａの電気長が変化する。かくしてコプレーナ線路のイン
ピーダンスを可変できる。なお、目盛り２８を参照する
ことにより、インピーダンス調整棒２７の移動位置を特
定でき、大量のコプレーナ線路の調整には作業効率が向
上する。

【００３５】第３の実施の形態では、インピーダンス調
整棒２７が円柱状であるが、これに代わって、角柱状や
筒状でもよい。ただし、角柱状の場合には、第１の実施
の形態や第２の実施の形態のようにインピーダンス調整
棒２７自身が回転しない構造にする必要がある。

【００３６】つぎに、第４の実施の形態を説明する。図
８は第４の実施の形態を示す側面図である。第４の実施
の形態の構成は、基本的には第１の実施の形態の構成と
同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明を
省略し、相違部分だけを説明する。

【００３７】第４の実施の形態では、インピーダンス調
整部３１が、直方体形状の誘電体で構成され、一部に階
段部分を備えている。階段部分は、インピーダンス調整
部３１のコプレーナ線路１に対向する面と反対側に設け
られる。したがって、調整用ネジ６を回転させると、イ
ンピーダンス調整部３１が矢印方向３２に移動し、いず
れかの厚みの誘電体がコプレーナ線路１の信号線路１ｂ
の上に位置し、これによってコプレーナ線路１が所望の
特性インピーダンスを呈することとなる。

【００３８】かくして、特性インピーダンスの調整量が
分かっている場合には、その調整量に合わせた厚みを予
めインピーダンス調整部３１の階段部分に設定しておけ
ば、コプレーナ線路１の特性インピーダンスの調整が容
易にできることとなる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、厚みが
連続的に変化する誘電体をコプレーナ線路上で移動する
ようにした。これにより、コプレーナ線路の特性インピ
ーダンスを無段階に調整することができる。また、コプ
レーナ線路の、誘電体で覆われた部分の電気長をλｇ／
４にすることにより、コプレーナ線路を整合器として使
用することができる。

【００４０】また、コプレーナ線路にスタブを設け、ス
タブを誘電体で部分的に覆うようにした。この覆う面積
を可変することにより、コプレーナ線路のスタブの電気
長を可変でき、コプレーナ線路の特性インピーダンスを
調整することができる。

【００４１】また、このスタブを覆う誘電体を棒状と
し、スタブの長さ方向に移動するようにした。これによ
ってもコプレーナ線路の特性インピーダンスを調整する
ことができる。

【００４２】さらに、厚みが階段状に変化する誘電体を
コプレーナ線路上で移動するようにした。これにより、
調整量が予め分かっているコプレーナ線路の特性インピ
ーダンスを簡単に調整することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】上部が開放の場合と上部を誘電体で覆った場合
のコプレーナ線路を示す側面図である。

【図３】上部を覆う誘電体の厚みを各種変えた場合のコ
プレーナ線路を示す側面図である。

【図４】第１の実施の形態の詳しい構成を示す図であ
る。

【図５】スミスチャートを示す図である。

【図６】第２の実施の形態の構成を示す図である。

【図７】第３の実施の形態の構成を示す図である。

【図８】第４の実施の形態の構成を示す図である。

【図９】従来のコプレーナ線路の平面図である。

【図１０】マイクロストリップ線路の平面図である。

【符号の説明】

１ コプレーナ線路 ２ インピーダンス調整手段 ３ 移動手段 １ａ 誘電体基板 １ｂ 信号線路 １ｃ グランド線路 １ｄ グランド線路 ２ａ 平面 ４ 矢印方向

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体基板上に形成されたコプレーナ線
   路のインピーダンス調整器において、 誘電体で構成され、コプレーナ線路の平面に平行な平面
   を備え、前記コプレーナ線路の平面に垂直な方向の厚み
   が変化するインピーダンス調整手段と、 前記インピーダンス調整手段を前記コプレーナ線路の平
   面に沿って移動させる移動手段と、 を有することを特徴とするコプレーナ線路のインピーダ
   ンス調整器。
2. 【請求項２】 前記インピーダンス調整手段は、前記移
   動手段による移動方向に沿って前記厚みが変化すること
   を特徴とする請求項１記載のコプレーナ線路のインピー
   ダンス調整器。
3. 【請求項３】 前記インピーダンス調整手段の前記厚み
   は、前記コプレーナ線路の平面方向に沿って連続的に変
   化することを特徴とする請求項１記載のコプレーナ線路
   のインピーダンス調整器。
4. 【請求項４】 前記インピーダンス調整手段の前記厚み
   は、前記コプレーナ線路の平面方向に沿って階段状に変
   化することを特徴とする請求項１記載のコプレーナ線路
   のインピーダンス調整器。
5. 【請求項５】 前記移動手段の移動位置は、前記インピ
   ーダンス調整手段によって覆われる前記コプレーナ線路
   の部分の電気長が信号波長の１／４になるように調整さ
   れることを特徴とする請求項１記載のコプレーナ線路の
   インピーダンス調整器。
6. 【請求項６】 前記コプレーナ線路の信号線路に接続さ
   れ、前記インピーダンス調整手段によって部分的に覆わ
   れるスタブを更に有することを特徴とする請求項１記載
   のコプレーナ線路のインピーダンス調整器。
7. 【請求項７】 誘電体基板上に形成されたコプレーナ線
   路のインピーダンス調整器において、 厚みが一定で、コプレーナ線路の平面に平行な板状の誘
   電体で構成されたインピーダンス調整手段と、 前記インピーダンス調整手段を前記コプレーナ線路の平
   面に沿って移動させる移動手段と、 を有することを特徴とするコプレーナ線路のインピーダ
   ンス調整器。
8. 【請求項８】 前記インピーダンス調整手段は、前記コ
   プレーナ線路の平面に垂直な方向から見た形状が三角形
   であることを特徴とする請求項７記載のコプレーナ線路
   のインピーダンス調整器。
9. 【請求項９】 前記コプレーナ線路の信号線路に接続さ
   れ、前記インピーダンス調整手段によって部分的に覆わ
   れるスタブを更に有することを特徴とする請求項７記載
   のコプレーナ線路のインピーダンス調整器。
10. 【請求項１０】 誘電体基板上に形成されたコプレーナ
    線路のインピーダンス調整器において、 コプレーナ線路の信号線路に接続されたスタブと、 前記スタブの長さ方向に平行な棒状の誘電体で構成され
    たインピーダンス調整手段と、 前記インピーダンス調整手段を前記スタブの長さ方向に
    沿って移動させる移動手段と、 を有することを特徴とするコプレーナ線路のインピーダ
    ンス調整器。
11. 【請求項１１】 前記インピーダンス調整手段は円柱状
    であることを特徴とする請求項１０記載のコプレーナ線
    路のインピーダンス調整器。
12. 【請求項１２】 前記コプレーナ線路の誘電体基板上に
    前記スタブと所定の間隔をおいて前記スタブを囲むよう
    に形成されたグランドパターンと、 前記グランドパターンに、前記スタブの長さ方向に沿っ
    て設けられた複数の目印と、 を更に有することを特徴とする請求項１０記載のコプレ
    ーナ線路のインピーダンス調整器。