JPS6346801A - 超高周波信号分配回路 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はコプレーナ伝送線路を超高周波回路の基本導波
路として用いるために不可欠な信号分配部分（分岐部分
）の伝送特性を向上させる回路構成に関するものである
。

（従来技術および発明が解決しようとする問題点）従来
、超高周波回路の基本導波路はマイクロストリップ線路
が主に使用されていた。これは信号分配の為の伝送線路
の分岐が非常に容易かつ良好であシ、各種超高周波回路
を設計するうえで簡便であるためであった。一方、コプ
レーナ線路は、誘電体基板の表面だけで伝送線路が形成
できるため、直流的な接地を必要とするＦＩＴやダイオ
ードなどの能動素子の接続が容易かつ良好であり、かつ
、増幅器等で問題となるソース接地インダクメンスによ
る利得の低下を防ぐことができるという利点があυ、こ
の点ではマイクロストリップ線路に比べ優れているが、
伝送線路の分岐が容易でなく、かつ分岐部の伝送特性も
良くない為、本格的な回路、例えば超高周波増幅器など
で使用された例は殆んどなかった。従来のコプレーナ線
路の分岐の例を第８図および第９図に示す。いずれも印
は平面図、（ロ）は断面図を示す。図において１は誘電
体基板上に形成された金属膜よシなる中心導体ス）　Ｉ
Ｊツブ２，３及び４は同上の接地導体を示す。第８図は
、分岐による伝送特性を何も考慮せずに形成した例で、
図の左よ逆信号を入れた場合、接地導体２および３は良
好に作用するが、接地導体４は、不確定な電位となる。

そこで、誘電体基板の外部で金ワイヤやコネクターで接
地していた。しかし、これでは直流的な接地はできても
ＲＦ的には全く接地されておらず、接地導体４の大きさ
が周波数的に見て無視できる低い周波数でしか使用でき
ない。このため第９図は、ＲＦ的に改善しようと、分岐
部を金ワイヤ５でビンデインして接続した例である。金
ワイヤでデンディングすることにより、金ワイヤの長す
が無視できる周波数まで使用可能となる。第２図は、使
用周波数に対する等価接地抵抗を表わしたもので、人、
Ｂの直線は金ワイヤで接続した場合である。停価接地抵
抗の大きさが小さい程良好な接地となる。コプレーナ線
路は通常の特性インピーダンス５０Ωで使用するが、接
地抵抗はこれに比べ十分小さい必要があシ、悪くても１
０Ω以下にすべきである。金ワイヤでの接続でに、ワイ
ヤデンディング装置を用いるが、微細な加工には限度が
あり、金ワイヤの長さは短かくても５００μｔｎ程度と
なる。

このように、金ワイヤ接続では微細加工の面から、接地
抵抗を小さくすることができず、そのため、高い周波数
で使用できない。また、モノリシックマイクロ波集積回
路のような数ｎ角のチップ上にマイクロ波回路を集積す
るような応用には全く適さない技術である。

（問題点を解決するための手段） 本発明はこれらの欠点を除去するために、提案されたも
のでモノリシックマイクロ波集積回路フロセスで開発さ
れたエアープリツ・ゾグロセスを用いて、低接地抵抗で
、かつ良好な伝送特性を有するコプレーナ線路の分岐を
実現することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は誘電体基板上に形
成された中心導体ストリップと、前記の中心導体ストリ
ップの両側に所定の間隔をおいて形成された接地導体か
らなるコグレーナ伝送線路において、前記のコプレーナ
線路をＹ型分岐またはＹ型分岐によって３つに分割され
九接地導体相互を接続するエアーブリッジ導体を、中心
導体ストリップをまたいで形成し、前記のエアーブリッ
ジ導体と少くとも中心導体ストリップとの間に誘電体薄
膜および空気Ｎを介在せしめ、エアーブリッジ導体の幅
を中心導体幅と少くとも同一とし、かつ前記の分岐部各
所における特性インピーダンスを伝送線路の特性インピ
ーダンスと同じくなるように中心ストリップ導体幅、及
び中心ストリップと接地導体間の間隔を定めることを特
徴とする超高周波信号分配回路を発明の要旨とするもの
である。

次に本発明の実施例について説明する。なお実施例は一
つの例示であって１本発明の精神を逸脱しない範囲で種
々の変更あるいは改良を行ないうろことは言うまでもな
い。

第１図は本発明の実施例であって、図において１１′！
中心導体ストリップ、２．３及び４は接地導体、６は誘
電体基板、７はエアーブリッジ導体、８はエアーブリッ
ジ下部の空気部、９は誘電体薄膜、１０は２，３．４の
接地導体のどれかに対応する導体である。なお、６は誘
電体基板でアルミナやガリウムひ素でできている。接地
導体２．３．４は第１図（ロ）に示すエアーブリッジ７
で互に接続される。しかして誘電体基板６上に形成され
た中心導体ストリップ１を、またぐようにして、接地導
体２と３．２と４．３と４を接続するエアーブリッジ導
体７を形成する。しかして中心導体ストリップ１と対向
する接地導体２と３．２と４との側縁をおおって誘電体
薄膜９を形成し、かつこの誘電体薄膜９と、エアーブリ
ッジ導体７との間に空気層８を設ける。

このエアーブリッジ部の構造は次のようにして決められ
る。エアーブリッジ導体の幅は、接地導体間を良好に接
地するため広い方が良く、中心導体ストリップ幅と等し
いかそれ以上にする。このエアーブリッジを設けると、
中心導体ストＩＪソッと接地導体間の静電容量が増加し
、これによってコプレーナ線路の特性インピーダンスが
変化して入射波の反射損失が増大してしまうので、これ
を防ぐために分岐部の中心導体ストリップ幅Ｗと中心導
体ストリップと接地導体との間隔Ｇを特性インピーダン
スが変化しないように狭める。しかし、中心導体ストリ
ップ幅を狭めると線路の抵抗分が増えるため信号の伝搬
損失が大きくなる。したがって、中心導体ストリップ幅
の狭め方は、入射波の反射損失と伝搬損失との兼ね合い
で決められる。反射損失を生ずるもう一つの要因として
エアーブリッジ導体の長さがある。この長さが長くなる
とそのインダクタンスが大きくなるため特性インピーダ
ンスが大きくなりで反射損失を生ずるためエアーブリッ
ジ導体の長さは短かい万が良い。分岐部の特性インピー
ダンスを考慮しなければならない理由は、分岐部にある
中心導体ストリップの長さが通常、１００μｍ以上とな
り、例えば２０ＧＨ１の回路を製作する場合、この部分
の長さを設計に取り入れないと、Ｉ　ＧＨｚ以上の周波
数のずれを生ずるためである。エアーブリッジ導体の幅
を３０μｍ、ブリッジの導体厚さを２μｍ、ブリッジの
長さを５０μｍとすると、接地抵抗は３０ＧＨｚにおい
ても３．４０であシ、良好な接地が得られる。第２図に
、エアープリツ・ゾ接続Ｃと従来の全ワイヤ接続Ａ、Ｂ
との特性比較を示す。エアーブリツ・ゾ接続によれば金
ワイヤに比べ大幅に等価接地抵抗が改善できることが判
る。

第３図は分岐部における信号の方向を示す図、第４図は
分岐部による入力反射損失を示す図、第５図は分岐部に
よる伝送損失を示す。

また、ここで計算モデルとして用いたエアーブリッジは
第１図ヒ）、（ロ）に示した構造のもので、エアーブリ
ッジ部以外の中心導体ス）　ＩＪッグの幅がＷｚ＝４０
μｍで厚さが２．Ｏｎ、中心導体ストリップと接地導体
間のギャップ部の幅がＧ２＝＝３０μｍであり、エアー
ブリッジ部の中心導体ストリップの幅がＷ１＝２０μｍ
で厚さが２μｍ、中心導体ストリップと接地導体間のギ
ャップ部の幅がＧ１＝１５μｍ、接地導体間を接続して
いるエアーブリッジ導体の幅が３０μｍ長さが５０μｍ
厚さが２μｍ、誘電体薄膜９の厚さが０．４μｍ、誘電
体薄膜９とエアーブリッジ導体との間の空気部のギャッ
プが２．５μｍ、誘電体基板６の材質が半絶縁性ＧａＡ
ｓで厚さが４００μｍ、中心導体ストリップ、接地導体
及び接続導体の材質が金の場合である。

以上は比較的周波数の低い場合の特性について述べたが
、以下に入力反射損失と伝搬損失が極立ってくるより高
い周波数での特性てついて述べる。

第６図は中心導体ス）　ＩＪツブと接地導体の間隔Ｇ１
を１０μｍから５０μｍに変化させたときのコプレーナ
線路の伝搬損失の変化、および、そのコプレーナ線路に
ブリッジをかけたときのブリッジの反射損失の計算結果
を示したものである。

周波数は１００　ＧＨｚで計算した。間隔Ｇ１を変化さ
せるに従い、線路の特性インピーダンスが変化しないよ
うに中心導体ストリップ幅Ｗ１を第７図に示すように変
化させた。

第７図は、ガリウムひ素基板（厚さ４００μｍ１比訪電
率１２．６上に５０Ωコプレーナ線路（導体厚金２μｍ
）を製作する場合の中心導体ストリップ幅Ｗ１と中心導
体ストリップ−接地導体間隔Ｇ１の関係を示したもので
ある。

第６図から分かるように、１００　ＧＴ（ｚ程度の高い
周波数領域ではブリッジによる反射損失（主にエアーブ
リツ・ゾ導体のインダクタンス分で生ずる）と伝搬損失
との両方が余り大きくならないエアーブリッジ部の線路
の幅が存在する。

（発明の効果） 以上説明したように、コプレーナ線路の分岐をエアーブ
リッジを用いて本発明のような構成にすれば、接地導体
間の良好な接続ができることから、超高周波に至るまで
良好な信号分配を行な′うことかできる。コプレーナ線
路でこの分岐回路を使えば、従来マイクロストリップ線
路で構成されていた１０　ＧＨｚ帯以上のマイクロ波回
路をすべて、コプレーナ線路で構成できる。特に、増幅
器ではマイクロストリツｆＩＩ回路に比べＦＥＴのソー
ス接地インダクタンスを大幅に小さくすることができる
ため、利得特性の点でマイクロストリップ線路構成に比
べはるかに優れた性能を期待できる。また、コプレーナ
線路で構成した回路は、ウエハグローパを用いれば、切
シ出して治具に搭載することなくウェハのｉｔで高周波
測定ができるため、検査・製造コストを大幅に改善でき
る。これも、マイフロストリラグ線路で構成した回路で
は見られなかった大きな特徴である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超高周波信号分配回路の実施例、第２
図は本発明及び従来例による分岐回路の周波数−等価接
地抵抗特性、第３図は分岐部における信号の方向を示す
図、第４図は分岐部による入力反射損失を示す図、第５
図は分岐部による伝送損失を示す図、第６図はコプレー
ナ線路幅と伝播損失と反射損失との関係、第７図は５０
０コグレーナ線路における中心導体ストリップ幅と中心
導体ストリップと接地導体との間の間隔との関係を示す
。第８図及び第９図は従来例を示す。 １・・・中心導体ストＩＪッデ、２，３．４・・・接地
導体、５・・・デンディングされた金ワイヤ、６・・・
誘電体基板、７・・・エアーブリッジ、８・・・空気層
、９・・・誘電体薄膜、１０・・・接地導体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　誘電体基板上に形成された中心導体ストリツプと、前
   記の中心導体ストリツプの両側に所定の間隔をおいて形
   成された接地導体からなるコプレーナ伝送線路において
   、前記のコプレーナ線路をＴ型分岐またはＹ型分岐によ
   つて３つに分割された接地導体相互を接続するエアーブ
   リッジ導体を、中心導体ストリップをまたいで形成し、
   前記のエアーブリッジ導体と少くとも中心導体ストリッ
   プとの間に誘電体薄膜および空気層を介在せしめ、エア
   ーブリッジ導体の幅を中心導体幅と少くとも同一とし、
   かつ前記の分岐部各所における特性インピーダンスを伝
   送線路の特性インピーダンスと同じくなるように中心ス
   トリップ導体幅、及び中心ストリツプと接地導体間の間
   隔を定めることを特徴とする超高周波信号分配回路。