JPH10135714A - 積層型導波管線路の結合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】周知の多層化技術によって容易に作製すること
のできる積層型導波管線路と、マイクロストリップ線
路、コプレーナ線路あるいは積層型導波管線路同士の結
合構造を提供する。 【構成】誘電体１を挟み平行に形成された一対の主導体
層２、３と、信号伝達方向に遮断波長以下の間隔で主導
体層２、３間を電気的に接続するように形成された二列
のバイアホール４群とを具備する積層型導波管線路１０
と、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路あるいは
積層型導波管線路等の他の信号伝送線路５とを結合する
ための構造であって、他の信号伝送線路５の端部から伝
送用バイアホール６を延設し、伝送用バイアホール６の
他端部を、積層型導波管線路１０内に挿入し、この伝送
用バイアホールをモノポールアンテナとして作用させ
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、マイクロ波及びミ
リ波等の高周波の信号を伝達するための積層型導波管線
路と他の信号伝送線路とを結合するための構造に関する
ものである。

【０００２】

【従来技術】従来より、マイクロ波やミリ波の高周波の
信号を伝達するための線路としては、同軸線路、導波
管、誘電体導波管、マイクロストリップ線路等が知られ
ている。

【０００３】また、最近では、配線回路内には、種類の
異なる線路が複数配設され、これら相互間の結合技術が
必要となっており、結合方法としても様々な方法が報告
されている。例えば、同軸線路と導波管または誘電体導
波管の結合は、同軸線路の信号線を導波管内に挿入して
結合される。その他、ストリップ線路、マイクロ波線路
との結合は、電磁結合によって行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】最近に至り、多層構造
の配線基板内に、誘電体導波管線路を積層技術によって
形成することが望まれており、例えば、特開平６−５３
７１１号においては、誘電体基板を一対の主導体層で挟
み、さらに導体層間を接続する二列に配設されたバイア
ホール群によって、側壁を形成した導波管線路が提案さ
れている。この導波管線路は、誘電体材料の四方を一対
の主導体層とバイアホール群による疑似的な導体壁で囲
むことによって導体壁内領域を信号伝達用の誘電体線路
としたものである。

【０００５】このような配線基板の内部に配設される積
層型導波管線路は、主にマイクロ波及びミリ波用の多層
配線基板あるいは半導体パッケージの伝送線路として用
いることを目的とするため、その接続先は半導体素子あ
るいは高周波素子となる。これらの素子は通常基板の表
面に実装されるのに対して、積層型導波管線路はその絶
縁基板の内部に形成される。このために、素子と直接的
に接続するよりも、半導体素子あるいは高周波素子と接
続しやすいマイクロストリップ線路やコプレーナ線路を
経由して接続することが望まれる。また、積層型導波管
線路は基板の平面方向に形成されるため、積層型導波管
線路の上下層に形成された他の信号伝送線路との結合が
必要となる。

【０００６】従って、本発明は、従来の多層化技術によ
って容易に作製することのできる積層型導波管線路と、
マイクロストリップ線路、コプレーナ線路あるいは積層
型導波管線路同士の結合構造を提供することを目的とす
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、誘電体
を挟み平行に形成された一対の主導体層と、信号伝達方
向に遮断波長以下の間隔で前記導体層間を電気的に接続
するように形成された二列のバイアホール群とを具備す
る積層型導波管線路と他の信号伝送線路とを結合するた
めの構造であって、前記他の信号伝送線路の端部から伝
送用バイアホールを延設し、該伝送用バイアホールの他
端部を、前記積層型導波管線路内に挿入してなることを
特徴とするものである。

【０００８】特に、前記他の信号伝送線路が、コプレー
ナ線路である場合、コプレーナ線路は、前記主導体層に
形成することができる。

【０００９】また、前記他の信号伝送線路が、マイクロ
ストリップ線路である場合、該マイクロストリップ線路
の端部から延設された前記伝送用バイアホールを、前記
積層型導波管線路の前記主導体層を電気的に接続するこ
となく貫通して、前記積層型導波管線路内に挿入したこ
とを特徴とするものである。

【００１０】さらに、前記他の信号伝送線路が、積層型
導波管線路である場合には、前記伝送用バイアホールの
両端部をそれぞれ積層型導波管線路内に挿入したことを
特徴とするものである。

【００１１】このように、本発明によれば、積層型導波
管線路とマイクロストリップ線路、コプレーナ線路ある
いは積層型導波管線路同士の接続も容易に行うことがで
きる。また、従来から用いられていたセラミックの多層
化技術を用いて作製できるので、低コストで信頼性の高
い結合構造を形成することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図を用い
て説明する。図１は積層型導波管線路とコプレーナ線路
とを伝送用バイアホールで接続する本発明の一実施例で
ある。図１はこの結合構造の斜視図、図２は図１の平面
図、図３は断面図、図４は、他の態様である。図におい
て、１は誘電体、２及び３は主導体層、４はバイアホー
ル、５はコプレーナ線路、６は伝送用バイアホールであ
る。なお、図１および図４では、誘電体１は、説明の便
宜上省略し、コプレーナ線路５、主導体層２、３、伝送
用バイアホール６、バイアホール４群の導体部の配置関
係のみを示した。

【００１３】図１によれば、所定の厚みａの誘電体（図
示せず）を挟持する位置に一対の主導体層２、３が形成
されている。主導体層２、３は、誘電体１の少なくとも
線路形成位置を挟む上下面の一面に形成されている。ま
た、主導体層２、３間には、主導体層２、３とを電気的
に接続するバイアホール４が多数設けられている。バイ
アホール４は、所定間隔ｂをもって二列に信号伝送方
向、つまり線路形成方向に所定間隔ｃをもって形成され
ている。この所定間隔ｃは遮断波長以下の間隔に設定さ
れることで電気的な壁を形成しており、その結果、導波
管と同様な構造、即ち積層型導波管線路１０が形成され
る。この積層型導波管線路１０の上面は一様な主導体層
２となっているため、この面に適当なスリットペアを構
成することにより、コプレーナ線路５を形成する事がで
きる。

【００１４】本発明によれば、このコプレーナ線路５
を、接続する積層型導波管線路１０の端部まで配線し、
その端部から伝送用バイアホール６を形成し、この伝送
用バイアホール６の他端部を積層型導波管線路１０内に
挿入することによりコプレーナ線路５と積層型導波管線
路１０とを結合する。この時、伝送用バイアホール６の
他端部は下面の主導体層３に電気的に接続しないように
形成する。これは、伝送用バイアホール６を下面の主導
体層３に接続すると伝送特性が劣化するためである。
このため、図３に示すように、伝送用バイアホール６の
導波管線路１０内への挿入長さが、導波管線路１０を構
成する誘電体１の厚みａよりも短くなるようにする。例
えば、積層型導波管線路１０の厚みａが２層以上の誘電
体層で構成されている場合は、最下位の誘電体層には伝
送用バイアホールを形成しないようにすればよい。

【００１５】もし、積層型導波管線路１０の厚みａが１
層の誘電体層で形成されている場合は、図４に示すよう
に、伝送用バイアホール６の他端部が下面の主導体層３
に接続しないように伝送用バイアホールの径より大きな
穴７を設けることにより実現できる。ただし、図４では
側面を構成するバイアホール４群は省略した。

【００１６】この伝送用バイアホール６にとって上面は
大きな主導体層２が形成されているので、伝送用バイア
ホール６は１／４波長のモノポールアンテナとしての機
能も具備することができる。つまり、伝送用バイアホー
ル６の導波管線路内への導入長さを、利用する信号波長
の１／４になるように構成すれば、コプレーナ線路５を
伝播してきた電磁波はこの伝送用バイアホール６による
アンテナによって積層型導波管線路１０内に放射され
る。そこで、積層型導波管線路１０の厚みａをｂ／２程
度に設計すると、積層型導波管線路の上下面がＨ面、即
ち磁界が上下の面に平行に巻く電磁界分布となるＴＥ１
０が、主モードとして伝播するので、アンテナとして作
用する伝送用バイアホール６から放射された電磁波と良
好に結合し、高周波信号は積層型導波管線路１０に伝播
することができる。

【００１７】図１乃至図４に示した結合構造は、例え
ば、図３に示すように、誘電体層１Ａ〜１Ｄの４層構造
において、各誘電体層グリーンシートに対してバイアホ
ールや導体層を形成する。例えば、誘電体層１Ａには、
バイアホール４群、および伝送用バイアホール６用の穴
を明けて導体を充填し、さらにシート表面に主導体層
２、コプレーナ線路５を印刷する。また、誘電体層１Ｂ
には、バイアホール４群と伝送用バイアホール６を形成
し、誘電体層１Ｃには、バイアホール４群のみを形成
し、誘電体層１Ｄには、主導体層３を印刷形成する。そ
して、誘電体層１Ａ〜１Ｄを位置合わせして積層し、そ
れを一体焼成することにより作製することができる。な
お、導波管線路内の誘電体層１Ａ〜１Ｃと、誘電体層１
Ｄとは必ずしも同一の材料で構成する必要はない。

【００１８】次に、図５は積層型導波管線路とマイクロ
ストリップ線路とを伝送用バイアホールで接続する本発
明の一実施例である。図５はこの構造の斜視図、図６は
平面図、図７は断面図である。図５〜図７において、１
は誘電体、２及び３は主導体層、４はバイアホール、６
は伝送用バイアホール、８はマイクロストリップ線路、
９は主導体層に形成された穴である。また、１０は主導
体層２、３及びバイアホール４群から構成される積層型
導波管線路である。なお、図５では、誘電体１は、説明
の便宜上省略し、マイクロストリップ線路８、主導体層
２、３、伝送用バイアホール、バイアホール４群の導体
部の配置関係のみを示した。

【００１９】この態様においては、図５に示すように、
導波管線路１０の上側に位置する誘電体層（図示せず）
上にマイクロストリップ線路８が形成されている。本発
明によれば、マイクロストリップ線路８の先端を、接続
する積層型導波管線路１０の先端部付近まで配線し、マ
イクロストリップ線路８の端部から伝送用バイアホール
を、主導体層２を電気的に接触しないようにして貫通さ
せて積層型導波管線路１０内まで延設する。

【００２０】このとき、積層型導波管線路１０の上面の
主導体層２には、伝送用バイアホール６と電気的に接続
しないように、主導体層２に穴９をあけ、その穴９を伝
送用バイアホール６を貫通させる。この穴９の大きさ
は、伝送用バイアホール６の径、位置、長さ等を考慮し
て伝送特性が良くなるように調整する必要がある。コプ
レーナ線路との接続で説明したように、伝送用バイアホ
ール６は１／４波長のモノポールアンテナとして機能さ
せるためには、伝送用バイアホール６の導波管線路内へ
の挿入長さが、利用する信号波長の１／４になるように
構成すればよい。

【００２１】図５に示した結合構造によって、マイクロ
ストリップ線路を伝播してきた電磁波は、伝送用バイア
ホールがアンテナとして作用し、その電磁界と積層型導
波管線路を伝播する電磁界とが良好に結合するので、信
号は積層型導波管線路内へ低損失で伝播することができ
る。

【００２２】図５〜図７に示した結合構造も周知の積層
技術によって容易に作製することができる。例えば、図
７に示すように、誘電体層１を１Ａ〜１Ｆの少なくとも
６層によって構成し、誘電体層１Ａには、伝送用バイア
ホール６とマイクロストリップ線路８を印刷し、誘電体
層１Ｂには、伝送用バイアホール６を、誘電体層１Ｃに
は、バイアホール４群、伝送用バイアホール６、主導体
層２を形成し、誘電体層１Ｄには、バイアホール４群と
伝送用バイアホール６を形成し、誘電体層１Ｅには、バ
イアホール４群のみを形成し、誘電体層１Ｆには、主導
体層３を印刷形成する。そして、誘電体層１Ａ〜１Ｆを
位置合わせして積層し、それを一体焼成することにより
作製することができる。

【００２３】なお、導波管線路内の誘電体層１Ｃ〜１Ｅ
と、誘電体層１Ａ，１Ｂ，１Ｆとはそれぞれ積層型導波
管線路及びマイクロストリップ線路を構成するのに最も
良い材料を用いれば良く、必ずしも同一の材料で構成す
る必要はない。

【００２４】次に、図８は積層型導波管線路同士を伝送
用バイアホールで接続する本発明の他の態様である。図
８〜９において、１Ａ，１Ｂは誘電体層、２Ａ、２Ｂ、
３Ａ及び３Ｂは主導体層、４Ａ，４Ｂはバイアホール、
６Ａ、６Ｂは伝送用バイアホール、９は主導体層の穴で
ある。また、１０Ａは主導体層２Ａ及び３Ａ等で構成さ
れる下層の積層型導波管線路、１０Ｂは主導体層２Ｂ及
び３Ｂ等で構成される上層の積層型導波管線路である。
積層型導波管線路１０Ａ及び１０Ｂの側面は、図１等で
示されるようにバイアホール群（図示せず）によってそ
の線路領域が定められている。なお、図８において、説
明の便宜上、誘電体層１Ａ、１Ｂ、およびバイホール４
群が省略した。

【００２５】図８によれば、上層の誘電体層１Ｂで積層
型導波管線路１０Ｂが形成され、その下層の誘電体層１
Ａで積層型導波管線路１０Ａが構成される。上層の積層
型導波管線路１０Ｂの先端を接続する下層の積層型導波
管線路１０Ａの先端部まで配線し、積層型導波管線路１
０Ｂの内部から、主導体層３Ｂおよび主導体層２Ａを貫
通して積層型導波管線路１０Ａ内部に延びる伝送用バイ
アホール６Ａ，６Ｂを形成する。このとき、主導体層３
Ｂ，２Ａには、伝送用バイアホール６と電気的に接触し
ないように、それぞれ穴９Ａ、９Ｂを形成する。この穴
９の大きさは、図４のマクロストリップ線路との接続の
場合と同様に、伝送用バイアホール６の径、位置、長さ
等を考慮して伝送特性が良くなるように調整することが
望ましい。

【００２６】このような構成にすることで、積層型導波
管線路１０Ｂを伝播してきた電磁波は、前述したよう
に、伝送用バイアホールがモノポールアンテナとして作
用し、その電磁界と積層型導波管線路内を伝播する電磁
界とが良好に結合するので、信号は積層型導波管線路内
を低損失で伝播することができる。

【００２７】この図８、図９に示した結合構造も前述し
た結合構造と同様に、バイアホール形成と導体層の印刷
技術および積層技術の組み合わせによって、容易に作製
することができるものである。また、主導体層２Ａと３
Ｂとは同一の導体層で構成されていてもよい。

【００２８】なお、誘電体層１Ａと１Ｂは、それぞれの
積層型導波管線路を構成するのに最も都合の良い材料を
用いれば良く、必ずしも同一の材料で構成する必要はな
い。例えば、積層型導波管線路１０Ａを信号回路として
用いる場合は、誘電体層１Ａの材料に比誘電率の大きな
ものを用いることで高密度の配線をする事ができ、同時
に積層型導波管線路１０Ｂを、例えば、導波管スロット
アンテナとして用いる場合には、誘電体層１Ｂの材料に
比誘電率が小さなものを用いることにより、放射特性を
改善することが可能となる。

【００２９】また、本発明における積層型導波管線路に
おいては、例えば、図１０に示すように、コプレーナ線
路５との結合構造において、導波管線路１２の主導体層
２、３間に、主導体層と平行にバイアホール４群と電気
的に接続する副導体層１１を設けることにより、さら
に、導波管線路内での伝送特性を高めることができる。
なお、図１０において誘電体層は説明の便意上、省略し
た。図１１は、その伝送特性の測定結果であり、２５Ｇ
Ｈｚ〜４０ＧＨｚでＳ２１が−２．５ｄＢ程度の優れた
特性が得られている。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明は、以上のよ
うに簡単な構造であるため、従来のセラミックによる多
層配線基板の作製時のバイアホール形成、導体層印刷お
よび積層、同時焼成の一連の技術によって、容易に作製
することができ、積層型誘電体導波管線路とマイクロス
トリップ線路、コプレーナ線路とを、あるいは積層型誘
電体導波管線路同士を容易に接続することができる。

【００３１】また、本発明の接合構造によれば、結合に
伝送用バイアホールを用い、これを１／４波長のモノポ
ールアンテナとして作用させることができるために、積
層型導波管線路の電磁界と良好に結合し、良好な伝送特
性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】積層型導波管線路とコプレーナ線路との結合構
造の一態様を説明するための斜視図である。

【図２】図１の結合構造における平面図である。

【図３】図１の結合構造におけるＸ−Ｘ’断面図であ
る。

【図４】積層型導波管線路とコプレーナ線路との結合構
造の他の態様を説明するための斜視図である。

【図５】積層型導波管線路とマイクロストリップ線路と
の結合構造の一態様を説明するための斜視図である。

【図６】図１の結合構造における平面図である。

【図７】図１の結合構造におけるＹ−Ｙ’断面図であ
る。

【図８】積層型導波管線路同士の結合構造の一態様を説
明するための斜視図である。

【図９】図８の結合構造におけるＺ−Ｚ’断面図であ
る。

【図１０】副導体層を有する積層型導波管線路とコプレ
ーナ線路との結合構造を説明するための斜視図である。

【図１１】図１０の構成の場合の伝送特性の測定結果を
示す図である。

【符号の説明】

１ 誘電体 ２，３ 主導体層 ４ バイアホール群 ５ コプレーナ線路 ６ 伝送用バイアホール ７，９ 主導体層の穴 ８ マイクロストリップ線路 １０、１２ 積層型導波管線路 １１ 副導体層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘電体を挟み平行に形成された一対の主導
   体層と、信号伝達方向に遮断波長以下の間隔で前記導体
   層間を電気的に接続するように形成された二列のバイア
   ホール群とを具備する積層型導波管線路と他の信号伝送
   線路とを結合するための構造であって、前記他の信号伝
   送線路の端部から伝送用バイアホールを延設し、該伝送
   用バイアホールの他端部を、前記積層型導波管線路内に
   挿入してなることを特徴とする積層型導波管線路の結合
   構造。
2. 【請求項２】前記他の信号伝送線路が、前記主導体層に
   形成されたコプレーナ線路であることを特徴とする請求
   項１記載の積層型導波管線路の結合構造。
3. 【請求項３】前記他の信号伝送線路が、マイクロストリ
   ップ線路であり、該マイクロストリップ線路の端部から
   延設された前記伝送用バイアホールが、前記積層型導波
   管線路の前記主導体層を電気的に接続することなく貫通
   して、前記積層型導波管線路内に挿入されることを特徴
   とする請求項１記載の積層型導波管線路の結合構造。
4. 【請求項４】前記他の信号伝送線路が、積層型導波管線
   路であり、前記伝送用バイアホールの両端部がそれぞれ
   積層型導波管線路内に挿入されることを特徴とする請求
   項１記載の積層型導波管線路の結合構造。