(57)【要約】【課題】屈曲部における信号線路の線路幅を変更することなく、屈曲部の特性インピーダンスを調整する。【解決手段】信号線路１２に、伸延方向が異なる２つの直線部１２Ｘ，１２Ｙを相互に接続する屈曲部１２Ｚが設けられており、グランドプレーン１３のうち、屈曲部１２Ｚの凸側角Ｐの直下に、接地導体が選択的に除去された開口部１４が設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の表面に形成された信号線路と、前記基板の裏面に形成された接地導体からなるグランドプレーンとを備える高周波伝送線路であって、
前記信号線路は、伸延方向が異なる２つの直線部を相互に接続する屈曲部を有し、
前記グランドプレーンは、前記屈曲部の凸側角の直下に位置する前記接地導体が選択的に除去された開口部を有する
ことを特徴とする高周波伝送線路。
【請求項２】
請求項１に記載の高周波伝送線路において、
前記屈曲部の信号線路と前記グランドプレーンとの間に発生する電気容量成分のうち、前記屈曲部のうち凸側角側の領域である凸側部分に発生する第１の電気容量成分は、前記屈曲部のうち凹側角側の領域である凹側部分に発生する第２の電気容量成分に比較して小さいことを特徴とする高周波伝送線路。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の高周波伝送線路において、
前記開口部は、頂点が平面視において前記屈曲部の凸側角と凹側角を通過する仮想線の上に位置するとともに、底辺が前記仮想線と交差し、頂角が前記屈曲部の屈曲角度とほぼ等しい二等辺三角形または略二等辺三角形をなすことを特徴とする高周波伝送線路。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の高周波伝送線路において、
前記信号線路は、マイクロストリップ線路、もしくは、前記基板の表面に表面グランドが形成されたコプレーナー線路であることを特徴とする高周波伝送線路。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の高周波伝送線路において、
前記信号線路は、正相信号線および逆相信号線が互いに平行して配置された１対の差動線路からなり、
前記開口部は、前記正相信号線および前記逆相信号線のうち、前記屈曲部において凸側に位置するいずれか一方の信号線の凸側角の直下に形成されている
ことを特徴とする高周波伝送線路。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の高周波伝送線路において、
前記基板は、複数のセラミックス層が積層されてなる積層セラミックス基板からなることを特徴とする高周波伝送線路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面に屈曲部を有する信号線路が形成されている高周波伝送線路に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波伝送線路は、近年のモジュールの小型化、実装密度の高密度化などにより、十分な配線面積を確保することが難しいことから、対称的な直線構造ではなく、屈曲した伝送線路形状を採用しなればならないことがある。
このような屈曲部を有する高周波伝送線路では、屈曲部で特性インピーダンスが変化してしまう。これにより直線部と屈曲部で特性インピーダンスが不連続となり、伝送特性が劣化する。場合によっては、屈曲部を反射端とした定在波が発生して、スタブ構造となり、特定の周波数のみ遮断することもある。屈曲部では、信号線路の伝送方向に対して電界結合分布が非対称となるため、特性インピーダンスが変化してしまう。
【０００３】
従来、このような高周波伝送線路において、直線部と屈曲部との特性インピーダンスを調整する技術として、屈曲部における信号線路の線路幅を変更することにより、屈曲部の特性インピーダンスを調整するようにしたものが提案されている（例えば、非特許文献１など参照）。
図７は、従来のマイクロストリップ線路の屈曲部を示す構成例であり、図７（ａ）は表面図、図７（ｂ）は裏面図を示している。このマイクロストリップ線路の構成例は、基板５１の表面には、高周波信号が流れる信号線路５２が形成されており、基板５１の裏面には、裏面一面に接地電位が印加されるグランドプレーン５３が形成されている。信号線路５２の途中には、信号線路５２が直角に曲がる屈曲部Ｂが設けられており、この屈曲部Ｂの凸側角に切欠部５４が形成されている。
【０００４】
図８は、従来のコプレーナー線路の屈曲部を示す構成例であり、図８（ａ）は表面図、図８（ｂ）は裏面図を示している。このコプレーナ線の構成例は、基板６１の表面に高周波信号が流れる信号線路６２が形成されており、その両側に表面グランド６５が形成されている。また、基板６１の裏面には、裏面一面に接地電位が印加されるグランドプレーン６３が形成されている。信号線路６２の途中には、信号線路６２が直角に曲がる屈曲部Ｂが設けられており、この屈曲部Ｂの凸側角に切欠部６４が形成されている。
【０００５】
これら高周波伝送線路の構成例は、いずれも基板表面に形成された信号線路の屈曲部のうち、凸側角に切欠部を形成することにより、屈曲部における信号線路の線路幅を狭くしたものである。これにより、屈曲部の特性インピーダンスを調整することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】B.C. Wadell，"Transmission Line Design Handbook"，1991，Artech House Publishers.，pp.289
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、高周波伝送線路において、屈曲部では、信号線路に対して対称な接地構造をとることが難しい。このため従来技術では、屈曲部における信号線路の線路幅を調整することにより、屈曲部の特性インピーダンスを変化させて、直線部の特性インピーダンスとの調整を行っている。
しかしながら、このような従来技術の構成によれば、信号線路の線路幅を細くすることにより屈曲部の特性インピーダンスを調整しているため、製造時のパタン公差による影響が大きく、特性インピーダンスが設計値から大きくずれやすくなるという問題があった。また、屈曲部で線路幅が細くなった分だけ、信号線路の電流容量が低減するという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、屈曲部における信号線路の線路幅を変更することなく、屈曲部の特性インピーダンスを調整できる高周波伝送線路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明にかかる高周波伝送線路は、基板と、前記基板の表面に形成された信号線路と、前記基板の裏面に形成された接地導体からなるグランドプレーンとを備える高周波伝送線路であって、前記信号線路は、伸延方向が異なる２つの直線部を相互に接続する屈曲部を有し、前記グランドプレーンは、前記屈曲部の凸側角の直下に位置する前記接地導体が選択的に除去された開口部を有している。
【００１０】
また、本発明にかかる上記高周波伝送線路の一構成例は、前記屈曲部の信号線路と前記グランドプレーンとの間に発生する電気容量成分のうち、前記屈曲部のうち凸側角側の領域である凸側部分に発生する第１の電気容量成分は、前記屈曲部のうち凹側角側の領域である凹側部分に発生する第２の電気容量成分に比較して小さいものである。
【００１１】
また、本発明にかかる上記高周波伝送線路の一構成例は、前記開口部が、頂点が平面視において前記屈曲部の凸側角と凹側角を通過する仮想線の上に位置するとともに、底辺が前記仮想線と交差し、頂角が前記屈曲部の屈曲角度とほぼ等しい二等辺三角形または略二等辺三角形をなすものである。
【００１２】
また、本発明にかかる上記高周波伝送線路の一構成例は、前記信号線路が、マイクロストリップ線路、もしくは、前記基板の表面に表面グランドが形成されたコプレーナー線路からなるものである。
【００１３】
また、本発明にかかる上記高周波伝送線路の一構成例は、前記信号線路が、正相信号線および逆相信号線が互いに平行して配置された１対の差動線路からなり、前記開口部は、前記正相信号線および前記逆相信号線のうち、前記屈曲部において凸側に位置するいずれか一方の信号線の凸側角の直下に形成されている。
【００１４】
また、本発明にかかる上記高周波伝送線路の一構成例は、前記基板は、複数のセラミックス層が積層されてなる積層セラミックス基板からなる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、屈曲部における信号線路の線路幅を変更することなく、屈曲部の凸側部分と凹側部分における特性インピーダンスを調整できる。このため、直線部と屈曲部とで特性インピーダンスを連続させることが可能となり、結果として、伝送特性の劣化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施の形態にかかる高周波伝送線路の構成を示す説明図である。
【図２】図１の要部構成を示す説明図である。
【図３】開口部の変形例である。
【図４】第２の実施の形態にかかる高周波伝送線路の構成を示す説明図である。
【図５】第３の実施の形態にかかる高周波伝送線路の構成を示す説明図である。
【図６】第４の実施の形態にかかる高周波伝送線路の構成を示す説明図である。
【図７】従来のマイクロストリップ線路の屈曲部を示す構成例である。
【図８】従来のコプレーナー線路の屈曲部を示す構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる高周波伝送線路１０について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる高周波伝送線路の構成を示す説明図であり、図１（ａ）は表面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は裏面図である。図２は、図１の要部構成を示す説明図であり、図２（ａ）は要部表面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図２（ｃ）は高周波伝送線路の等価回路図である。
【００１８】
図１に示すように、高周波伝送線路１０は、基板１１と、基板１１の表面に線状に形成された信号線路１２と、基板１１の裏面に形成された接地導体からなるグランドプレーン１３とを備えている。この高周波伝送線路１０は、例えば、１０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚ以下の高速電気信号が誘電体基板を伝搬する電子機器や電子部品などに好適である。
【００１９】
基板１１は、誘電体層の上下面（表面および裏面）に金属薄膜などの導体層が形成されている、高周波用基板であり、例えば、複数のセラミックス層が積層されてなる積層セラミックス基板などから構成されている。
【００２０】
信号線路１２は、金属などの薄膜導体からなり、一定の線路幅Ｗを有するマイクロストリップ線路である。信号線路１２の途中には、線路の伸延方向が所定の角度に変化する屈曲部１２Ｚが設けられており、これにより、伸延方向が異なる２つの直線部１２Ｘ，１２Ｙが屈曲部１２Ｚで相互に接続されている。図１の例では、平面視で横方向に伸延する直線部１２Ｘと、平面視で縦方向に伸延する直線部１２Ｘとが、屈曲部１２Ｚで相互に接続されている。ここでは、屈曲部１２Ｚにおける直線部１２Ｘと直線部１２Ｙとの屈曲角度が直角（９０°）である場合が例として示されているが、これに限定されるものではない。屈曲角度は、９０°より大きい場合や小さい場合にも、同様にして本発明を適用できる。
【００２１】
グランドプレーン１３は、屈曲部１２Ｚの凸側角（外縁角）Ｐの直下に位置する接地導体が選択的に除去されてなる開口部１４を有している。
開口部１４は、仮想線Ｍに対して線対称となる形状であって、かつ、仮想線Ｍと直交するとともに平面視において屈曲部１２Ｚと交差する直線からなる底辺Ｓを有している。仮想線Ｍは、平面視において屈曲部１２Ｚの凸側角Ｐと凹側角（内縁角）Ｑとを通過する直線である。
【００２２】
図１の例では、開口部１４が直角二等辺三角形からなる例が示されており、直角二等辺三角形の頂点Ｖが凸側角Ｐより屈曲部１２Ｚの外側で仮想線Ｍ上に位置し、直角二等辺三角形の底辺Ｓが仮想線Ｍと直交するとともに屈曲部１２Ｚと交差している。これにより、開口部１４が屈曲部１２Ｚの凸側角Ｐの直下に位置することになる。
【００２３】
信号線路１２の屈曲部１２Ｚには、基板１１の誘電体層を挟んで表面の信号線路１２と裏面のグランドプレーン１３との間に、電気容量成分が発生する。ここでは、屈曲部１２Ｚのうち凸側角Ｐ側の領域である凸側部分１２Ｐで発生する電気容量成分をＣＰ（第１の電気容量成分）とし、屈曲部１２Ｚのうち凹側角Ｑ側の領域である凹側部分１２Ｑで発生する電気容量成分をＣＱ（第２の電気容量成分）とする。
【００２４】
これにより、屈曲部１２Ｚの等価回路は、図２（ｃ）に示すように、ＣＰ，ＣＱの並列回路が、２つのインダクタンスＬＸ，ＬＹに挟まれたＴ型の四端子回路で表される。端部ＴＸは、屈曲部１２Ｚのうち直線部１２Ｘとの接続点であり、インダクタンスＬＸは、屈曲部１２Ｚのうち直線部１２Ｘ側のインダクタンスである。また、端部ＴＹは、屈曲部１２Ｚのうち直線部１２Ｙとの接続点であり、インダクタンスＬＹは、屈曲部１２Ｚのうち直線部１２Ｙ側のインダクタンスである。
【００２５】
一般的には、開口部１４が存在しない場合、非特許文献１に示されているように、屈曲部１２ＺにおいてＣＰ＞ＣＱの状況となる。このため、信号線路１２のうち、屈曲部１２Ｚの凸側部分１２Ｐと凹側部分１２Ｑとで特性インピーダンスが異なるものとなって、直線部１２Ｘ，１２Ｙと屈曲部１２Ｚとの間で特性インピーダンスが不連続となり、伝送特性が劣化する原因となる。
【００２６】
本実施の形態は、このような屈曲部１２Ｚの凸側部分１２Ｐと凹側部分１２Ｑにおける電気容量成分ＣＰ，ＣＱの偏りに着目し、屈曲部１２Ｚの直下に開口部１４を設けたものである。これにより、凸側角Ｐとグランドプレーン１３との距離が、凹側角Ｑとグランドプレーン１３との距離より大きくなり、屈曲部１２ＺにおいてＣＰ＜ＣＱの状況が得られる。
【００２７】
したがって、本実施の形態によれば、屈曲部１２Ｚにおける信号線路１２の線路幅を変更することなく、屈曲部１２Ｚの凸側部分１２Ｐと凹側部分１２Ｑにおける特性インピーダンスを調整できる。このため、直線部１２Ｘ，１２Ｙと屈曲部１２Ｚとで特性インピーダンスを連続させることが可能となり、結果として、伝送特性の劣化を抑制することが可能となる。
【００２８】
なお、図１では、開口部１４が直角二等辺三角形からなり、２つの等辺の長さＬが信号線路１２の線路幅Ｗより大きい場合が例として示されているが、これに限定されるものではなく、頂角θが屈曲部１２Ｚの屈曲角度θＺとほぼ等しい二等辺三角形または略二等辺三角形であればよい。また、開口部１４の形状やサイズは、直線部１２Ｘ，１２Ｙと屈曲部１２Ｚとの間で特性インピーダンスが連続するよう、任意に設計すればよい。
【００２９】
図３は、開口部の変形例である。図３（ａ）は、開口部１４の形状が前述した直角二等辺三角形である場合が示されている。すなわち、開口部１４は、仮想線Ｍに対して線対称となる形状であって、頂点Ｖが凸側角Ｐより屈曲部１２Ｚの外側で仮想線Ｍ上に位置し、底辺Ｓが仮想線Ｍと直交（交差）するとともに屈曲部１２Ｚと交差している。
【００３０】
一般的には、二等辺三角形の頂角θが、屈曲部１２Ｚの屈曲角度θＺとほぼ同じであることが望ましい。これにより、二等辺三角形の２つの等辺が、直線部１２Ｘ，１２Ｙとほぼ同じ伸延方向となり、等辺と屈曲部１２Ｚの凸側端部とが平行して、両者の距離がほぼ一定となる。このため、電気容量成分ＣＰが部分的に偏って発生することを抑制でき、意図したＣＰを得るため開口部１４の形状やサイズを容易に設計することができる。
【００３１】
図３（ｂ）は、開口部１４の形状として台形を用いたものである。この台形は、図３（ａ）に示した直角二等辺三角形の頂点Ｖ側を、底辺Ｓに対して平行に切り取ったものである。これにより、直角二等辺三角形とほぼ同様の作用効果が得られる。
【００３２】
図３（ｃ）は、開口部１４の形状として、頂角θが直角より大きい二等辺三角形を用いたものである。また、図３（ｄ）は、開口部１４の形状として、頂角θが直角より小さい二等辺三角形を用いたものである。これにより、屈曲部１２Ｚの屈曲角度θＺが直角以外であっても、良好な作用効果を得ることができる。
【００３３】
図３（ｅ）は、開口部１４の形状として平凸形状を用いたものである。この形状は、図３（ｃ）に示した、頂角θが直角より大きい直角二等辺三角形の頂点Ｖ側を、仮想線Ｍに対して線対称となる円弧で切り取ったものである。これにより、直角二等辺三角形とほぼ同様の作用効果が得られる。
【００３４】
図３（ｆ）は、開口部１４の形状として不等辺三角形を用いたものである。この形状は、仮想線Ｍに対して非線対称な形状であり、必ずしも頂点Ｖが仮想線Ｍ上になくてもよい。この形状によれば、発生する電気容量成分ＣＰの大きさを直線部１２Ｘ側と直線部１２Ｙ側とで調整することができる。これにより、直線部１２Ｘ，１２Ｙでの高周波信号の反射特性を、それぞれ個別に調整することができ、直線部１２Ｘ，１２Ｙを介して接続されている基板（図示せず）が異なり、反射特性が異なる場合に有効である。
【００３５】
［第２の実施の形態］
次に、図４を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる高周波伝送線路１０について説明する。図４は、第２の実施の形態にかかる高周波伝送線路の構成を示す説明図であり、図４（ａ）は表面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ断面図、図４（ｃ）は裏面図である。
本実施の形態は、図１と比較して、屈曲部１２Ｚの凸側角Ｐに切欠部１２Ｒを設けた点が異なるが、基板１１裏面に設けられた開口部１４など、その他の構成については、図１と同様である。
【００３６】
すなわち、本実施の形態は、図４に示すように、屈曲部１２Ｚの凸側角Ｐには、仮想線Ｍと直交する方向に沿って屈曲部１２Ｚの一部を切り欠いた切欠部１２Ｒが設けられている。
これにより、屈曲部１２Ｚにおける線路幅が変化して、特性インピーダンスを調整することができる。したがって、開口部１４に加えて切欠部１２Ｒのサイズや形状により特性インピーダンスを調整することができ、設計自由度を大幅に広げることができる。
【００３７】
［第３の実施の形態］
次に、図５を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかる高周波伝送線路１０について説明する。図５は、第３の実施の形態にかかる高周波伝送線路の構成を示す説明図であり、図５（ａ）は表面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ断面図、図５（ｃ）は裏面図である。
本実施の形態は、図１のマイクロストリップ線路に代えて、裏面グランド付きのコプレーナー線路に適用したものであるが、基板１１裏面に設けられた開口部１４など、その他の構成については、図１と同様である。
【００３８】
すなわち、本実施の形態は、図４に示すように、基板１１表面に形成された信号線路１２がコプレーナー線路で構成されており、信号線路１２の両側には、信号線路１２と一定幅のギャップを挟んで表面グランド１５が形成されている。
これにより、信号線路１２が裏面グランド付きのコプレーナー線路であっても、前述したマイクロストリップ線路と同様の作用効果が得られる。
【００３９】
［第４の実施の形態］
次に、図６を参照して、本発明の第４の実施の形態にかかる高周波伝送線路１０について説明する。図６は、第４の実施の形態にかかる高周波伝送線路の構成を示す説明図であり、図６（ａ）は表面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＥ−Ｅ断面図、図６（ｃ）は裏面図である。
本実施の形態は、図１のマイクロストリップ線路として、信号線路１２が差動線路からなるものである。
【００４０】
すなわち、本実施の形態は、図６に示すように、信号線路１２が、正相信号線１６および逆相信号線１７が互いに平行して配置された１対の差動線路から構成されている。正相信号線１６は、正相信号が流れる信号線路であり、直線部１６Ｘ，１６Ｙが屈曲部１２Ｚで相互に接続されている。逆相信号線１７は、正相信号とは逆位相の逆相信号が流れる信号線路であり、直線部１７Ｘ，１７Ｙが屈曲部１２Ｚで相互に接続されている。
【００４１】
この場合、これら正相信号線１６および逆相信号線１７は、１つの信号線路１２として見なせる。このため、基板１１裏面のグランドプレーン１３のうち、これら正相信号線１６および逆相信号線１７を含む信号線路１２の屈曲部１２Ｚに関する凸側角Ｐの直下、すなわち、屈曲部１２Ｚにおいて凸側に位置する逆相信号線１７の凸側角Ｐの直下に、開口部１４が形成されている。これにより、信号線路１２が差動線路であっても、前述と同様の作用効果を得ることができる。
【００４２】
なお、正相信号線１６および逆相信号線１７の線路幅が広く、それぞれの屈曲部の凸側領域と凹側領域とで、ある程度電気容量成分に偏りが発生する場合も考えられる。このような場合には、基板１１裏面のグランドプレーン１３のうち、これら正相信号線１６および逆相信号線１７の凸側角の直下に、それぞれ開口部１４を形成してもよい。これにより、信号線路１２が差動線路であっても、前述と同様の作用効果を得ることができる。
【００４３】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０…高周波伝送線路、１１…基板、１２…信号線路、１２Ｐ…凸側部分、１２Ｑ…凹側部分、１２Ｒ…切欠部、１２Ｘ，１２Ｙ…直線部、１２Ｚ…屈曲部、１３…グランドプレーン、１４…開口部、１５…表面グランド、１６…正相信号線、１６Ｘ，１６Ｙ…直線部、１７…逆相信号線、１７Ｘ，１７Ｙ…直線部、Ｍ…仮想線、Ｐ…凸側角、Ｑ…凹側角、Ｓ…底辺、Ｖ…頂点、ＣＰ，ＣＱ…電気容量成分、ＬＸ，ＬＹ…インダクタンス、ＴＸ，ＴＹ…端部。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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