(57)【要約】【課題】グランデッドコプレナ線路とマイクロストリップ線路との変換部付近にＧＮＤビアが存在している場合に、変換部における特性インピーダンスの上昇を抑えて伝送特性の低下を防ぐことが可能な高周波用伝送線路基板を提供する。【解決手段】本実施例の高周波用伝送線路基板１は、誘電体からなる基材２と、その表面２ａに形成される信号線導体３と、信号線導体３を挟むように形成される一対の接地導体４，４と、基材２の裏面２ｂに形成される接地導体５と、接地導体４，４と接地導体５を導通させるＧＮＤビア１１と、接地導体４，４に挟まれていない部分における信号線導体３の幅が所定の長さにわたって広くなるように形成された容量パターン９とを備え、容量パターン９は、変換部８に最も近いＧＮＤビア１１から信号線導体３に対して平行に測定した距離Ｌが基材２の厚さ以下となるような領域内に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電性を有する基材の一方の面に形成される第一の信号線導体及び接地導体と、前記基材の他方の面に形成されるグランド層と、このグランド層と前記接地導体を導通させる複数のＧＮＤビアとを有するグランデッドコプレナ線路と、
前記第一の信号線導体に変換部を介して接続される第二の信号線導体と、前記グランド層とを有するマイクロストリップ線路と、
前記変換部の近傍において前記第二の信号線導体の幅が広くなるように形成される容量パターンとを備え、前記ＧＮＤビアのいずれかが前記変換部の近傍に設けられることを特徴とする高周波用伝送線路基板。
【請求項２】
前記容量パターンは前記変換部の最も近くに配置された前記ＧＮＤビアから前記第二の信号線導体に対して平行に測定した距離が前記基材の厚さ以下となるような領域内に設けられることを特徴とする請求項１記載の高周波用伝送線路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グランデッドコプレナ線路部とマイクロストリップ線路部の接続部を有する高周波用伝送線路基板に係り、特に、接続部における伝送特性の低下を抑えることが可能な高周波用伝送線路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の電子部品を相互に接続するために、マイクロストリップ線路やコプレナ線路が用いられることがある（図５参照）。ここで、図５（ａ）乃至（ｃ）はそれぞれマイクロストリップ線路、コプレナ線路及びグランデッドコプレナ線路の一般的な構成を模式的に示す断面図である。
マイクロストリップ線路は、例えば、図５（ａ）に示すように誘電体基材５１の両面に導体箔等が被着された構造となっている。すなわち、この導体箔がそれぞれ信号線導体５２ａ及び接地導体５３ａを構成している。一方、コプレナ線路は、図５（ｂ）に示すように誘電体基材５１の片面に導体箔等を被着させることにより形成される。なお、この導体箔は、それぞれ接地導体５３ｂ及び信号線導体５２ｂとなる。そして、図５（ｃ）に示すように、上記コプレナ線路において接地導体５３ｂ及び信号線導体５２ｂが形成されていない側の誘電体基材５１の面にグランド層として接地導体５３ａが形成され、この接地導体５３ａが接地導体５３ｂにビアを介して電気的に接続されているものを、特に、グランデッドコプレナ線路という。
【０００３】
ここで、マイクロストリップ線路の特性インピーダンスについて説明する。図５（ａ）に示したマイクロストリップ線路において、誘電体基材５１の比誘電率及び厚さをそれぞれεｒ及びＨ（単位：ミル＝０．００１インチ）とし、信号線導体５２ａの幅及び厚さをそれぞれＷ（単位：ミル）及びＴ（単位：ミル）とすると、マイクロストリップ線路の特性インピーダンスＺ０は次式で表される。
【０００４】
【数１】
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【０００５】
式（１）に示されるように、信号線導体５２ａの幅Ｗや厚さＴの値が大きいほど、マイクロストリップ線路の特性インピーダンスＺ０（Ω）は小さくなる。なお、マイクロストリップ線路の特性インピーダンスＺ０は、設計や測定において基準として使用される値、例えば、５０Ωに設定されることが多い。
【０００６】
マイクロストリップ線路とグランデッドコプレナ線路との変換部は、伝送される信号の周波数が高い場合、特性インピーダンスの不整合により反射が増大し、伝送特性が悪化してしまうという課題がある。そこで、このような課題を解決するべく、従来、様々な研究や開発が行われており、それに関して既にいくつかの発明や考案が開示されている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、マイクロストリップ線路とコプレナ線路の変換部における反射と挿入損失を大幅に低減することが可能な「線路変換器」に関する発明が開示されている。
特許文献１に開示された発明は、片端の幅が徐々に減少してコプレナ線路幅に一致するとともに、他端の幅がマイクロストリップ線路幅に一致する中心導体と、接地導体とを有する第２コプレナ線路を備えたことを特徴としている。
このような構成によれば、信号の伝搬モードを徐々に変換させることが可能である。この場合、急激なモード変換に伴う損失が発生しない。また、中心導体と接地導体の離間距離を調節することにより第２コプレナ線路の特性インピーダンスをマイクロストリップ線路及びコプレナ線路の特性インピーダンスに略整合させることができる。これにより、反射が大幅に低減される。
【０００８】
特許文献２には、中心導体と、その両側に所定の間隔をあけて形成される第1グランド層と、中心導体が形成される面に平行な他の面に設けられる第2グランド層とからなるグランデッドコプレナ線路を、ストリップ導体と、第2グランド層とからなるマイクロストリップ線路に変換するための線路において、グランデッドコプレナ線路からマイクロストリップ線路にミリ波信号を伝送する場合に、挿入損失を小さく抑えることが可能な高周波用の「変換線路」に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された発明は、中心導体よりもストリップ導体の線幅を大きくし、ストリップ導体に向かって線幅が徐々に拡がるテーパ導体部をストリップ導体と中心導体の接続部に設け、テーパ導体部の縁からの距離がグランデッドコプレナ線路に向けて徐々に拡がるように形成されたテーパグランド層をテーパ導体部の両側に設け、テーパグランド層の拡がり起点をテーパ導体部の拡がり起点よりもグランデッドコプレナ線路側にずらしたことを特徴としている。
このような構造によれば、テーパ導体部の特性インピーダンス変化を小さく抑えながらコプレナ線路としての性質を徐々に小さくすることができる。従って、ミリ波の高周波領域でも信号の反射と挿入損失を小さくすることが可能である。
【特許文献１】特開２００１−３４５６０７号公報
【特許文献２】特開平１０−３３５９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
グランデッドコプレナ線路において接地導体とグランド層がビア（以下、ＧＮＤビアという。）によって導通されている場合、ＧＮＤビアがインダクタンス成分となる。従って、ＧＮＤビアがマイクロストリップ線路との変換部付近に設けられていると、その部分で特性インピーダンスが大きくなってしまう。その結果、グランデッドコプレナ線路とマイクロストリップ線路の変換部において特性インピーダンスが不整合となる。このような課題に対して、上述の従来技術である特許文献１においては、何ら解決策が提示されていない。すなわち、特許文献１に開示された発明においては、マイクロストリップ線路との変換部付近にＧＮＤビアが存在している場合、グランデッドコプレナ線路とマイクロストリップ線路の特性インピーダンスが不整合となるという課題があった。
【００１０】
また、特許文献２に開示された発明においても、グランデッドコプレナ線路とマイクロストリップ線路の接続部付近にＧＮＤビアが存在している場合、特性インピーダンスの不整合が生じるという課題があった。
【００１１】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、グランデッドコプレナ線路とマイクロストリップ線路との変換部付近にＧＮＤビアが存在している場合に、変換部における特性インピーダンスの上昇を抑えて伝送特性の低下を防ぐことが可能な高周波用伝送線路基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明である高周波用伝送線路基板は、誘電性を有する基材の一方の面に形成される第一の信号線導体及び接地導体と、基材の他方の面に形成されるグランド層と、このグランド層と接地導体を導通させる複数のＧＮＤビアとを有するグランデッドコプレナ線路と、第一の信号線導体に変換部を介して接続される第二の信号線導体と、グランド層とを有するマイクロストリップ線路と、変換部の近傍において第二の信号線導体の幅が広くなるように形成される容量パターンとを備え、ＧＮＤビアのいずれかが変換部の近傍に設けられることを特徴とするものである。
上記構成の高周波用伝送線路基板においては、容量パターンがＧＮＤビア自身のインダクタンスに起因して発生する変換部近傍での特性インピーダンスの上昇を小さく抑えるという作用を有する。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の高周波用伝送線路基板において、容量パターンは変換部の最も近くに配置されたＧＮＤビアから第二の信号線導体に対して平行に測定した距離が基材の厚さ以下となるような領域内に設けられることを特徴とするものである。
上記構成の高周波用伝送線路基板においては、ＧＮＤビア自身のインダクタンスによる変換部近傍での特性インピーダンスの上昇を抑えるという請求項１記載の発明の作用がより確実に発揮される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１に記載の高周波用伝送線路基板によれば、変換部の近傍にＧＮＤビアが配置されている場合でも変換部においてマイクロストリップ線路とグランデッドコプレナ線路の特性インピーダンスを整合させることにより、伝送特性の低下を防ぐことができる。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の高周波用伝送線路基板によれば、請求項１記載の発明に比べて変換部における伝送特性の低下をより確実に防ぐことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の最良の実施の形態に係る高周波用伝送線路基板の実施例について図１乃至図４を用いて説明する。
【実施例】
【００１７】
図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る高周波用伝送線路基板の実施例の主要部の平面図であり、（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線矢視断面の拡大図である。
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施例の高周波用伝送線路基板１は、セラミックやプラスチック等の誘電体を一枚又は複数枚積層して形成される基材２と、その表面２ａに形成される信号線導体３と、信号線導体３を挟んで対称に形成される一対の接地導体４，４と、基材２の裏面２ｂに対して島状あるいは略全面にべたパターンとして形成される接地導体５とを備えている。また、基材２には接地導体４，４から接地導体５に向けて複数の貫通孔２ｃがそれぞれ穿設されている。貫通孔２ｃの内壁面には金属導体１０が接合されてＧＮＤビア１１を構成しており、このビアを介して接地導体４，４と接地導体５は互いに電気的に接続されている。すなわち、信号線導体３のうち接地導体４，４に挟まれた部分は、接地導体４，４及び接地導体５とともにグランデッドコプレナ線路６を構成している。また、信号線導体３のうち接地導体４，４に挟まれない部分は、接地導体５とともにマイクロストリップ線路７を構成している。そして、マイクロストリップ線路７には、グランデッドコプレナ線路６との変換部８の近傍に容量パターン９が形成されている。なお、容量パターン９は、高周波用伝送線路基板１を平面視して変換部８に最も近いＧＮＤビア１１からマイクロストリップ線路７に対して平行に測定した距離Ｌが基材２の厚さ以下となるような領域内に設けられている。また、容量パターン９の長さ及び幅は、それぞれＬｐ及びＷｐである。
【００１８】
式（１）を用いて既に説明したように、信号線導体の幅が広いほど、マイクロストリップ線路の特性インピーダンスＺ０が小さくなる。そして、上記構造の高周波用伝送線路基板１では、容量パターン９によりマイクロストリップ線路７を構成する信号線導体３の幅が変換部８の近傍で長さＬｐにわたって広くなっている。従って、高周波用伝送線路基板１においては、変換部８の近傍でマイクロストリップ線路７の特性インピーダンスが小さくなるという作用を有する。これにより、ＧＮＤビア１１のインダクタンスに起因して発生する特性インピーダンスの上昇が小さく抑えられる。なお、本実施例では、容量パターン９を、高周波用伝送線路基板１を平面視して変換部８に最も近いＧＮＤビア１１からマイクロストリップ線路７に対して平行に測定した距離Ｌが基材２の厚さ以下となるような領域内に設けることとしている。この場合、後述するように、容量パターン９による上述の作用が一層確実に発揮される。
【００１９】
以上説明したように、本実施例の高周波用伝送線路基板１によれば、変換部８の近傍に配置されたＧＮＤビア１１のインダクタンスの影響を抑えて、変換部８においてマイクロストリップ線路７とグランデッドコプレナ線路６の特性インピーダンスを整合させることが可能である。これにより、変換部８における伝送特性の低下を防止することができる。なお、本実施例では、高周波用伝送線路基板１を平面視して変換部８に最も近いＧＮＤビア１１からマイクロストリップ線路７に対して平行に測定した距離Ｌが基材２の厚さ以下となるような領域内に容量パターン９が設けられている。すなわち、本実施例の高周波用伝送線路基板１は、変換部８において伝送特性の低下を防ぐという上述の効果がより確実に発揮される構造となっている。
【００２０】
一般に、高周波用伝送線路基板における変換部の伝送特性は、散乱行列（Ｓ行列）の要素（Ｓパラメータ）の一つである反射係数Ｓ１１を用いて表現することができる。そこで、本実施例の高周波用伝送線路基板１について、反射係数Ｓ１１と前述の特性インピーダンスを数値解析によって求めた。以下、その結果について図２乃至図４を用いて説明する。なお、比較のため、従来技術の高周波用伝送線路基板５０（図２参照）についても同様の数値解析を行った。
図２は従来技術の高周波用伝送線路基板５０の主要部の平面図である。また、図３及び図４は本実施例の高周波用伝送線路基板１及び従来技術の高周波用伝送線路基板５０について伝送特性（反射係数Ｓ１１）及びＴＤＲ（Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ：時間軸反射率)波形をそれぞれ数値解析によって求めた結果を示している。なお、図１に示した構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００２１】
本実施例では、高周波用伝送線路基板１，５０におけるマイクロストリップ線路７の幅Ｗ及び厚さＴをそれぞれ０．３６ｍｍ及び１５μｍとし、基材２をアルミナ基板とするとともに、その厚さＨを０．３８ｍｍとした。さらに、高周波用伝送線路基板１において容量パターン９の長さＬｐ及び幅Ｗｐをそれぞれ０．２ｍｍ及び０．０５ｍｍとした。また、基材２の比誘電率εｒは９．０であり、ＧＮＤビア１１の径は０．２ｍｍである。なお、ＧＮＤビア１１については３次元形状のモデル化を行って解析条件の中に盛り込んだ。  図２に示すように、従来技術の高周波用伝送線路基板５０は本実施例の高周波用伝送線路基板１に対して、マイクロストリップ線路７に容量パターン９を設けていない点のみが異なっている。
【００２２】
図３において、縦軸は反射係数Ｓ１１の計算値であり、横軸は伝送される信号の周波数（Ｈｚ）である。なお、実線及び破線は高周波用伝送線路基板１及び高周波用伝送線路基板５０の反射係数Ｓ１１をそれぞれ示している。
図３に示すように、周波数が４５ＧＨｚ以下の場合、３０〜３２ＧＨｚを除くほぼ全領域にわたって高周波用伝送線路基板１の反射係数Ｓ１１が高周波用伝送線路基板５０の反射係数Ｓ１１を下回っている。これは、本実施例の高周波用伝送線路基板１の方が従来技術の高周波用伝送線路基板５０よりも変換部８において発生する伝送損失が小さいことを示している。
【００２３】
図４において、縦軸は特性インピーダンス（Ω）の計算値であり、横軸は入射波が対象物の内部で反射して戻ってくるまでの時間（ｐｓ）である。そして、実線及び破線は高周波用伝送線路基板１及び高周波用伝送線路基板５０のＴＤＲ波形をそれぞれ示している。なお、マイクロストリップ線路７、グランデッドコプレナ線路６及び変換部８の上述の時間はそれぞれ３０〜６０ｐｓ、６０〜７６ｐｓ及び６０ｐｓである。また、高周波用伝送線路基板１，５０では、特性インピーダンスの基準値がいずれも５０Ωに設定されている。
図４に示すように、６０ｐｓの上述の時間に対する特性インピーダンスは、高周波用伝送線路基板１，５０でそれぞれ５０．６Ω及び５２Ωとなっている。すなわち、本実施例の高周波用伝送線路基板１の方が従来技術の高周波用伝送線路基板５０よりも変換部８における特性インピーダンスの上昇が小さく抑えられている。このことは、本実施例の高周波用伝送線路基板１の方が従来技術の高周波用伝送線路基板５０よりも変換部８において発生する伝送損失が小さいという前述の結果（図３）を裏付けている。なお、基材２の厚さを一定にして、マイクロストリップ線路７に対して平行な，変換部８に最も近いＧＮＤビア１１から容量パターン９までの距離を種々変えて反射係数Ｓ１１（図３参照）とＴＤＲ（図４参照）を求めた。その結果、変換部８における伝送損失は、マイクロストリップ線路７に対して平行に測定した，変換部８に最も近いＧＮＤビア１１からの距離Ｌ（図１（ｃ）参照）が基材２の厚さ以下となるような領域内に容量パターン９を設けた場合に最も小さくなった。
【００２４】
本発明の高周波用伝送線路基板の構造は、本実施例に示す場合に限定されない。例えば、マイクロストリップ線路、グランデッドコプレナ線路及び容量パターンの寸法やＧＮＤビアの個数や設置個所あるいは基材の材質は、本実施例に示す場合に限らず、適宜変更可能である。ただし、容量パターンについては、本実施例に示したようにマイクロストリップ線路を中心として対象に設けることが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の請求項１又は請求項２に記載された発明は、マイクロストリップ線路とグランデッドコプレナ線路以外の伝送線路やそれらの変換部を有する基板に対しても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態に係る高周波用伝送線路基板の実施例の主要部の平面図であり、（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線矢視断面の拡大図である。
【図２】従来技術に係る高周波用伝送線路基板の主要部の平面図である。
【図３】本実施例の高周波用伝送線路基板及び従来技術の高周波用伝送線路基板について反射係数Ｓ１１を数値解析によって求めた結果である。
【図４】本実施例の高周波用伝送線路基板及び従来技術の高周波用伝送線路基板についてＴＤＲ（Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ：時間軸反射率)波形を数値解析によって求めた結果である。
【図５】（ａ）乃至（ｃ）はそれぞれマイクロストリップ線路、コプレナ線路及びグランデッドコプレナ線路の一般的な構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…高周波用伝送線路基板  ２…基材  ２ａ…表面  ２ｂ…裏面  ２ｃ…貫通孔  ３…信号線導体  ４…接地導体  ５…接地導体  ６…グランデッドコプレナ線路  ７…マイクロストリップ線路  ８…変換部  ９…容量パターン  １０…金属導体  １１…ＧＮＤビア  ５０…高周波用伝送線路基板  ５１…誘電体基材  ５２ａ，５２ｂ…信号線導体  ５３ａ，５３ｂ…接地導体  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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