(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特性インピーダンスが互いに異なり、同一材質の誘電体材料を用いて構成されたトリプレート型の第一のマイクロストリップ線路と第二のマイクロストリップ線路との各全損失を測定によって求めると共に、各マイクロストリップ線路におけるストリップ導体自身の導体損失を計算によって求め、次の二つの数式から前記誘電体材料の誘電体損失Ｄを求めることを特徴とする誘電特性の算出方法。
Ｌｔ１＝Ｌｃ１×Ｒ＋Ｄ
Ｌｔ２＝Ｌｃ２×Ｒ＋Ｄ
但し、Ｌｔ１は第一のマイクロストリップ線路の全損失、
Ｌｔ２は第二のマイクロストリップ線路の全損失、
Ｌｃ１は第一のマイクロストリップ線路におけるストリップ導体自身の導体損失、
Ｌｃ２は第二のマイクロストリップ線路におけるストリップ導体自身の導体損失、
Ｒは前記誘電体材料の表面粗さに関わる比例係数である。
【請求項２】
前記第一及び第二のマイクロストリップ線路はそれぞれ前記誘電体材料からなる絶縁基板と、前記絶縁基板の両面に被着した接地導体とを有し、前記絶縁基板の中心に前記ストリップ導体を設け、前記第一のマイクロストリップ線路におけるストリップ導体の形状寸法と前記第二のマイクロストリップ線路におけるストリップ導体の形状寸法とを互いに同じにすると共に、前記絶縁基板の板厚を互いに異ならせて前記特性インピーダンスを異ならせたことを特徴とする請求項１記載の誘電特性の算出方法。
【請求項３】
前記第二のマイクロストリップ線路における前記絶縁基板の板厚を前記第一のマイクロストリップ線路における前記絶縁基板の板厚の２倍として各マイクロストリップ線路の前記全損失を測定によって求めると共に、前記各ストリップ導体自身の導体損失を計算によって求めたことを特徴とする請求項２記載の誘電特性の算出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロストリップ線路を構成する絶縁基板の誘電体損失あるいは誘電正接などを正確に得るための誘電特性の算出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
絶縁基板に構成されたマイクロストリップ線路の全損失Ｌｔは、ストリップ導体の導体損失Ｌｃと絶縁基板の誘電体損失Ｄとからなることが従来から知られている。即ち、数式７の関係式が知られている。
【数７】
0003614750.tif 000002
従って、マイクロストリップ線路の全損失とストリップ導体の導体損失とが分かれば絶縁基板の誘電特性、例えば誘電正接Ｄが求められる。
【０００３】
以上の二つの損失のうち、全損失Ｌｔはマイクロストリップ線路のＳパラメータ（Ｓ２１）を測定することによって求められる。また、導体損失Ｌｃは導体の線幅、厚みや絶縁基板の誘電率等から計算によって求められる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際の導体損失Ｌｃは絶縁基板の表面粗さ（ラフネス）に依存するので、計算によって求めた純粋な導体損失を用いて誘電体損失を計算すると正確な値が得られなかった。
【０００５】
また、ラフネスΔ（長さの単位）と表皮の深さＳとを考慮すれば数式８によってラフネスを考慮した実際の導体損失Ｌａを求められるが、これとても正確なラフネスΔを測定する事が困難であった。
【数８】
0003614750.tif 000003
【０００６】
そこで、本発明の誘電特性の算出方法では、計算によって求めたストリップ導体自身の純粋な導体損失を用いるにもかかわらず、絶縁基板の表面粗さを考慮した状態での正確な誘電体損失等を求める方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する手段として、本発明の誘電特性の算出方法は、特性インピーダンスが互いに異なり、同一材質の誘電体材料を用いて構成されたトリプレート型の第一のマイクロストリップ線路と第二のマイクロストリップ線路との各全損失を測定によって求めると共に、各マイクロストリップ線路におけるストリップ導体自身の導体損失を計算によって求め、次の二つの数式から前記誘電体材料の誘電体損失Ｄを求めるようにした。
Ｌｔ１＝Ｌｃ１×Ｒ＋Ｄ
Ｌｔ２＝Ｌｃ２×Ｒ＋Ｄ
但し、Ｌｔ１は第一のマイクロストリップ線路の全損失、
Ｌｔ２は第二のマイクロストリップ線路の全損失、
Ｌｃ１は第一のマイクロストリップ線路におけるストリップ導体自身の導体損失、
Ｌｃ２は第二のマイクロストリップ線路におけるストリップ導体自身の導体損失、
Ｒは前記誘電体材料の表面粗さに関わる比例係数である。
【０００８】
また、前記第一及び第二のマイクロストリップ線路はそれぞれ前記誘電体材料からなる絶縁基板と、前記絶縁基板の両面に被着した接地導体とを有し、前記絶縁基板の中心に前記ストリップ導体を設け、前記第一のマイクロストリップ線路におけるストリップ導体の形状寸法と前記第二のマイクロストリップ線路におけるストリップ導体の形状寸法とを互いに同じにすると共に、前記絶縁基板の板厚を互いに異ならせて前記特性インピーダンスを異ならせた。
【０００９】
また、前記第二のマイクロストリップ線路における前記絶縁基板の板厚を前記第一のマイクロストリップ線路における前記絶縁基板の板厚の２倍として各マイクロストリップ線路の前記全損失を測定によって求めると共に、前記各ストリップ導体自身の導体損失を計算によって求めた。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の誘電特性の算出方法を説明する。先ず、本発明による算出方法の考え方に付いて説明する。一般に、マイクロストリップ線路は図１に示すように、周波数特性のよいテフロンなどの誘電体材料からなる絶縁基板１の上面、下面に接地導体２、２を被着し、接地導体２、２から等距離の位置で絶縁基板１内に帯状のストリップ導体３を設けたトリプレート型の構造を有している。
【００１１】
このような構造のマイクロストリップ線路の全損失Ｌｔは、絶縁基板１のラフネス（ストリップ導体３に接する面の表面粗さ）を考慮すると、マイクロストリップ線路の特性インピーダンスの如何に関わらず数式１によって表されると考えられる。
【数１】
0003614750.tif 000004
ここで、Ｌｃはストリップ導体３自身の純粋な導体損失である。また、Ｒはラフネスに依存する係数であり、Ｌｃ×Ｒはラフネスを考慮した場合のストリップ導体３の導体損失となる。また、Ｄは誘電体１の誘電体損失である。
そして、ストリップ導体３自身の導体損失Ｌｃはマイクロストリップ線路の特性インピーダンスに依存するので、全損失Ｌｔも特性インピーダンスに依存する。
一方、係数Ｒ及び誘電体損失Ｄは特性インピーダンスに依存することなく誘電体１によって決まる一定の値を有する。
【００１２】
そこで、絶縁基板１として同一材質の誘電体材料を用いて、特性インピーダンスが異なる二つのマイクロストリップ線路を構成し、第一のマイクロストリップ線路の全損失をＬｔ１とし、第二のマイクロストリップ線路の全損失をＬｔ２とすれば数式２、数式３が成り立つ。
【数２】
0003614750.tif 000005
【数３】
0003614750.tif 000006
数式２及び数式３において、Ｌｃ１は第一のマイクロストリップ線路におけるストリップ導体自身の純粋な導体損失を表し、Ｌｃ２は第二のマイクロストリップ線路におけるストリップ導体自身の純粋な導体損失を表す。
【００１３】
数式２と数式３とを連立方程式として解けば、誘電体損失Ｄを求める数式４が得られる。
【数４】
0003614750.tif 000007
数式４におけるＸは、第二のマイクロストリップ線路におけるストリップ導体自身の純粋な導体損失Ｌｃ２と第一のマイクロストリップ線路におけるストリップ導体自身の純粋な導体損失Ｌｃ１との比であり、Ｘ＝Ｌｃ２／Ｌｃ１で表す。
【００１４】
従って、互いに特性インピーダンスが異なる二つのマイクロストリップ線路の全損失Ｌｔ１、Ｌｔ２と、各マイクロストリップ線路におけるストリップ導体自身の純粋な導体損失Ｌｃ１、Ｌｃ２とが求められれば、絶縁基板１の表面粗さに起因する係数Ｒが分からなくても、誘電体損失Ｄが算出できる。また、誘電正接（ｔａｎδ）と誘電損失Ｄとの間には数式５に示す関係があるので、これから誘電正接（ｔａｎδ）が求められる。数式５の関係は公知のものである。
【数５】
0003614750.tif 000008
なお、数式５において、ｆは測定周波数、ｃは光速、εｒは絶縁基板１を構成する誘電体材料の比誘電率を表している。
【００１５】
次に、二つのマイクロストリップ線路の全損失Ｌｔ１、Ｌｔ２及びストリップ導体自身の純粋な導体損失Ｌｃ１、Ｌｃ２との求め方について図２を参照して説明する。なお、以下の説明における（）内の数値はこの算出方法に使用した資料のものである。
【００１６】
先ず、誘電体損失Ｄの算出対象となる誘電体材料（材料名は（ＦＲー４）で、比誘電率εｒ＝４．２５）で構成された板厚ｔ（例えばｔ＝１．６ｍｍ）の二枚の絶縁基板１１、１２を用意する。絶縁基板１１の上面全体と、絶縁基板１２の下面全体にはそれぞれ接地導体１３、１４を被着する。また、一方の絶縁基板１２の上面には接地導体１４に対向して帯状のストリップ導体１５（線幅Ｗ＝０．６５２ｍｍ、厚さＴ＝０．０１８ｍｍ、線長Ｌ＝７２．３３ｍｍ）を形成する。そして、接地導体１３、１４を外側としてこのストリップ導体１５を挟むように二枚の絶縁基板１１、１２を圧着してトリプレート型の第一のマイクロストリップ線路１０を構成する。
【００１７】
このマイクロストリップ線路１０の特性インピーダンスＺ０１は５０Ω（オーム）となったが、一般に、マイクロストリップ線路の特性インピーダンスＺ０とストリップ導体自身の純粋な導体損失Ｌｃとの間には数式６の関係があるので、数式６を用いてストリップ導体１５自身の純粋な導体損失Ｌｃ１を求めると、Ｌｃ１＝０．１０１ｄＢとなった。また、Ｓパラメータの実測（測定周波数は２ＧＨｚ）によるマイクロストリップ線路１０の全損失（Ｓ２１）Ｌｔ１は、Ｌｔ１＝０．６４２ｄＢとなった。
【数６】
0003614750.tif 000009
数式６において、Ｒｓはストリップ導体の表皮抵抗値、ｔは誘電体の厚さ、Ｗはストリップ導体の線幅、Ｔはストリップ導体の厚さである。
【００１８】
次に、図３に示すように、ストリップ導体１５を挟んでいる絶縁基板１１、１２に被着された接地導体１３、１４をエッチング等の手段によって除去し、絶縁基板１１の上側に絶縁基板１６を、また、絶縁基板１７の下側に絶縁基板１７をそれぞれ重ね合わせて圧着する。絶縁基板１６の板厚と絶縁基板１７の板厚とが互いに同じで、且つ絶縁基板１１、１２の板厚とも同じにする。そして、絶縁基板１６の上面全体に接地導体１８、絶縁基板１７の下面全体に接地導体１９を被着する。これによってトリプレート型の第二のマイクロストリップ線路２０が構成される。
【００１９】
従って、第二のマイクロストリップ線路２０における全体の絶縁基板の板厚はの厚さは２倍の３．２ｍｍ（片側で）となり、その特性インピーダンスＺ０２は高くなって６９．３Ωとなる。
そして、計算によるストリップ導体１５自身の純粋な導体損失Ｌｃ２を数式６によって求めると、Ｌｃ２＝０．０７５Ｂとなった。また、Ｓパラメータの実測による第二のマイクロストリップ線路２０の全損失Ｌｔ２は、Ｌｔ２＝０．５９７ｄＢとなった。なお、全損失Ｌｔ２の測定においては、５０Ω系の測定器によって測定したので、これを、６９．３Ω系の測定値となるように補正している。
【００２０】
そして、数式４を用いて誘電体損失Ｄを求めると、Ｄ＝０．４６７ｄＢとなった。この値はストリップ導体１５の長さＬが７２．３３ｍｍに対するものであるので、単位長（１ｍ（メートル））当たりに換算すると６．４５ｄＢとなる。従って、誘電正接（ｔａｎδ）は、数式５を用いて、ｔａｎδ＝０．０１７となる。この値は、使用した絶縁基板のカタログ上のデータと一致した。
【００２１】
以上の算出方法においては、第二のマイクロストリップ線路２０における絶縁基板の板厚を第一のマイクロストリップ線路１０における絶縁基板の板厚の２倍としたが、これは算出のための測定や計算を容易にするためであり、必ずしも２倍にする必要はない。また、形状寸法が共通のストリップ導体１５を用いて第一のマイクロストリップ線路１０と第二のマイクロストリップ線路２０とを構成したが、異なる形状寸法のストリップ導体を使用してもよい。要は、二つのマイクロストリップ線路の特性インピーダンスを異なればよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の誘電特性の算出方法は、特性インピーダンスが互いに異なり、同一材質の誘電体材料を用いて構成されたトリプレート型の第一のマイクロストリップ線路と第二のマイクロストリップ線路との各全損失Ｌｔ１、Ｌｔ２を測定によって求めると共に、各マイクロストリップ線路におけるストリップ導体自身の導体損失Ｌｃ１、Ｌｃ２を計算によって求め、
Ｌｔ１＝Ｌｃ１×Ｒ＋Ｄ、
Ｌｔ２＝Ｌｃ２×Ｒ＋Ｄ
の二つの数式から誘電体材料の誘電体損失Ｄを求めるようにしたので、誘電体材料で構成される絶縁基板の表面粗さに関係する係数Ｒが不明でも誘電体損失Ｄを算出することが出来る。
【００２３】
また、第一及び第二のマイクロストリップ線路におけるストリップ導体の形状寸法を互いに同じにすると共に、絶縁基板の板厚を互いに異ならせて前記特性インピーダンスを異ならせることで、ストリップ導体自身の導体損失の計算にはストリップ導体の寸法定数が共通に使用でき、計算が簡単になると共に計算値の誤差も少なくなる。
【００２４】
また、第二のマイクロストリップ線路における絶縁基板の板厚を第一のマイクロストリップ線路における絶縁基板の板厚の２倍として各マイクロストリップ線路の全損失を測定によって求めると共に、各ストリップ導体自身の導体損失を計算によって求めるので、第一のマイクロストリップ線路を改造して第二のマイクロストリップ線路を簡単に構成でき、作業が簡素化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘電特性の算出方法の説明に用いるマイクロストリップ線路の斜視図である。
【図２】本発明の誘電特性の算出方法に用いる第一のマイクロストリップ線路の断面図図である。
【図３】本発明の誘電特性の算出方法に用いる第二のマイクロストリップ線路の断面図図である。
【符号の説明】
１  絶縁基板
２  接地導体
３  ストリップ導体
１０  第一のマイクロストリップ線路
１１、１２、１６、１７  絶縁基板
１３、１４、１８、１９  接地導体
１５  ストリップ導体
【図１】
0003614750.tif 000010
【図２】
0003614750.tif 000011
【図３】
0003614750.tif 000012