(57)【要約】【課題】マイクロストリップ線路の構造自体にこのようなフィルタや回路素子などのような周波数を選択する機能を持たせるようにする。【解決手段】誘電基板２と、この誘電基板２の上面に設けられたストリップ導体３と、この誘電基板２の下面に設けられた平面上の平面導体板４とを設けてなるマイクロストリップ線路１において、この平面導体板４に当接するように、下面に平面状の下層導体板６を設けた第一の誘電層５０および第二の誘電層５１からなる多層誘電基板５を設け、誘電基板２と多層誘電基板５とによって挟まれる平面導体板４に、伝送波を誘電基板２側から多層誘電基板５側に漏洩させるためのスロット４０を設けるように構成する。そして、誘電基板２、第一の誘電層５０、第二の誘電層５１の誘電定数を、それぞれεｒ、εｒ１、εｒ２とした場合、εｒ２＜εｒ＜εｒ１となる関係に設定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電基板の上面に設けられたストリップ導体と、この誘電基板の下面に設けられた平面状の平面導体板とを具備してなるマイクロストリップ線路において、
この平面導体板に当接して設けられた複数の誘電層からなる多層誘電基板と、この多層誘電板の下面に設けられた平面上の下層導体板とを具備してなり、前記誘電基板と多層誘電基板とによって挟まれる平面導体板に、伝送波を誘電基板側から多層誘電基板側に漏洩させるための漏洩部を設けるとともに、誘電基板の誘電定数をεｒ、多層誘電基板における誘電基板に接する側の誘電層の誘電定数をεｒ２、その誘電層よりも下層に設けられた誘電層の誘電定数をεｒ１とした場合、
εｒ２＜εｒ＜εｒ１
となるように設定したことを特徴とするマイクロストリップ線路。
【請求項２】
前記漏洩部が、ストリップ導体の下方であって、このストリップ導体に沿う方向に設けられたものである請求項１に記載のマイクロストリップ線路。
【請求項３】
前記漏洩部が、細長状に形成されたものである請求項２に記載のマイクロストリップ線路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ストリップ導体を有するマイクロストリップ線路に関し、より詳しくは、ストリップ導体を伝搬する伝送波の漏洩現象を利用するようにした多層誘電基板からなるマイクロストリップ線路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、マイクロストリップ線路以外の平面回路線路においては、その線路を伝搬する伝送波は、高周波領域で漏洩現象を生ずることが知られている。この線路から漏洩した伝送波は、その伝送路近傍に配置されている回路素子に対して重大な影響をもたらすため、平面回路線路にそのような漏洩現象を生じさせないようにするのが好ましい。これに対して、マイクロストリップ線路は、高周波領域においても漏洩現象を生ずることなく、すべての周波数領域で伝送波を伝搬させることが知られている。図７に、このマイクロストリップ線路の一般的な構造を示す。この図において、１０１は誘電体で形成された板状の誘電基板、１０２はこの誘電基板１０１の上面に設けられた細い線状の導体で形成されたストリップ導体、１０３は誘電基板１０１の下側に設けられその誘電基板１０１の全体を覆うグランド導体板１０３である。また、このようなものをベースとして、このストリップ導体上を伝搬する伝送波の漏洩を防止するようにしたものとして、下記に示す特許文献１を含め種々の文献が存在する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０６−１２０７１１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらのマイクロストリップ線路は一般的に、すべての周波数領域の伝送波に対しても漏洩現象を生じさせることなく、その伝送波を伝搬させるように構成したものであるため、逆に、このマイクロストリップ線路の構成を用いた場合、そのシステムに適した周波数を選択するためのフィルタや回路素子などを組み入れる必要がある。このため、これを省略して回路自体を簡素化できるようにすることが要望されている。
【０００５】
そこで、本発明は上記課題に着目してなされたもので、マイクロストリップ線路自体にこのようなフィルタや回路素子などのような周波数を選択できる機能を持たせるようにしたものを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明のマイクロストリップ線路は、上記課題を解決するために、誘電基板の上面に設けられたストリップ導体と、この誘電基板の下面に設けられた平面状の平面導体板とを具備してなるものにおいて、この平面導体板に当接して設けられた複数の誘電層からなる多層誘電基板と、この多層誘電板の下面に設けられた平面上の下層導体板とを具備してなり、前記誘電基板と多層誘電基板とによって挟まれる平面導体板に、伝送波を誘電基板側から多層誘電基板側に漏洩させるための漏洩部を設け、さらに、誘電基板の誘電定数をεｒ、多層誘電基板における誘電基板に接する側の誘電層の誘電定数をεｒ２、その誘電層よりもさらに下層に設けられた誘電層の誘電定数をεｒ１とした場合、下記の式１
【０００７】
εｒ２＜εｒ＜εｒ１
【０００８】
となるように設定するように構成する。
【０００９】
このように構成すれば、漏洩部から所定の周波数の伝送波を多層誘電基板側に漏洩させることができ、そのマイクロストリップ線路自体にフィルタの機能を持たせることができるようになる。一般的に、誘電体上を伝搬する伝送波は誘電定数の低い側から高い側に漏洩し、また、この誘電体の誘電定数に関して、高周波領域では誘電定数の高い側の特性が強くなり、低周波領域ではそれぞれの誘電層の誘電定数の間の特性を持つようになることが知られている。このことを勘案すれば、上記のように構成した場合、誘電基板側の誘電定数は外気の誘電定数よりも高い誘電定数εｒの特性が強くなり、また、多層誘電基板全体としては、誘電定数の大きい側（下層側）の誘電定数εｒ１の特性が強くなるため、高周波領域では、誘電基板側から多層誘電基板側に漏洩することになる。一方、低周波領域では、誘電基板側の誘電定数εｒは、εａｉｒ〜εｒの特性をとり、一方、多層誘電基板側も、それぞれの誘電定数の間の値をとるため、それぞれの誘電定数などを変化させれば、それぞれの誘電基板側と多層誘電基板側の誘電定数の大小関係が変化し、周波数に応じて漏洩現象生じさせることができるようになる。これにより、マイクロストリップ線路自体にフィルタの効果を持たせることが可能となる。
【００１０】
そして、より好ましくは、その漏洩部をストリップ導体の下方に位置させるとともに、その漏洩部をストリップ導体と沿う方向に設ける。
【００１１】
このように構成すれば、ストリップ導体の最も近い位置に漏洩部を設けることになり、伝送波を多く下側の多層誘電基板側に漏洩させることができるようになる。
【００１２】
さらに、この漏洩部の形状について、ストリップ導体に沿うよう細長状の形状に構成する。
【００１３】
このように構成すれば、伝送波を安定して多層導電基板側へ漏洩させることができる。すなわち、例えば、漏洩部を孔状に構成した場合は、その孔の境界部分で漏洩波の反射現象が発生するが、細長状に構成すれば、その反射現象を押さえることができる。これにより、より回路素子などに対する影響を少なくすることができるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における一実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態を示すマイクロストリップ線路１の断面図を示したものであり、図２はその平面図の一部を示したものである。図１、図２において、２は誘電基板、３はストリップ導体、４は平面導体板、４０はその平面導体板４に設けられたスロットである。また、５はその平面導体板４の下面に当接して設けられる多層誘電基板、６はその多層誘電基板５の下面に当接して設けられる下層導体板である。このようなマイクロストリップ線路１において、伝送波はストリップ導体３の長手方向（図１における紙面前後方向）に伝搬し、また、その漏洩波はスロット４０を介して多層誘電基板５側に漏洩するよう構成される。なお、本実施の形態においては、ストリップ導体３が設けられている側を上側とし、また、多層誘電基板５が設けられている側を下側として説明する。以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
誘電基板２は、誘電定数εｒを有する単一の誘電層からなる板状部材から形成されるもので、一定の厚みｈを有するように構成される。
【００１６】
ストリップ導体３は、その誘電基板２の上面に蒸着などによって設けられ、伝送波を伝搬させる導体によって形成される。このストリップ導体３は、図２に示すように、平面視において伝送路に沿うような細長形状を有し、一定の幅ｗを有するように形成される。
【００１７】
平面導体板４は、薄い導体板によって形成されるもので、一部に設けられたスロット４０部分を除き、誘電基板２の下面を略全面を覆うように構成される。この平面導体板４に設けられるスロット４０は、ストリップ導体３の伝送波を下側の多層誘電基板５側に漏洩させるべく、ストリップ導体３の真下部分に設けられ、また、ストリップ導体３に沿う方向に細長状にその平面導体板４の導体部分が存在しないように設けられる。
【００１８】
多層誘電基板５は、この平面導体板４に接触して設けられ、複数の誘電層を有する平面状の誘電体によって構成される。この実施の形態における多層誘電基板５は、下側の誘電層を第一の誘電層５０とし、上側の誘電層を第二の誘電層５１とする２層の誘電層を設けて構成している。このうち上側に設けられる第二の誘電層５１は、その上面において平面導体板４に接合して設けられ、また、そのスロット４０部分においても、その上側に設けられた誘電基板３と接合するように設けられる。そして、これら下側に設けられた第一の誘電層５０の誘電定数をεｒ１、上側に設けられた第二の誘電層５１の誘電定数をεｒ２とした場合、下記の式１
【００１９】
εｒ２＜εｒ＜εｒ１  
の関係を有するようにそれぞれの誘電定数が設定される。このとき、マイクロストリップ線路１の基本モードの位相定数βは、ほぼ、下記の式２
ｋ０＜β＜εｒｋ０（＝εｒ・２π／λ０）
（ｋ０は波数、λ０は自由空間の波長）
【００２０】
の範囲で制限されるのに対し、下部の多層誘電基板５を伝搬できる表面波の位相定数ｋｓは、下記の式３
【００２１】
εｒ２ｋ０＜ｋｓ＜εｒ１ｋ０
【００２２】
の範囲の値をとる。通常、基本モードにおける漏洩は、その位相定数が周囲の誘電基板を伝搬する表面波の位相定数より低くなるときに生じる。換言すれば、基本モードにおける漏洩は、その誘電定数が周囲の誘電基板の誘電定数よりも低いときに生じる。このため、各誘電定数を上記のような関係に設定すれば、各誘電層の誘電定数や厚みなどの構造パラメータを適宜選択することにより、ストリップ導体３を伝搬する伝送波を誘電基板２上に漏洩させることなく下部の多層誘電基板５側に漏洩させることができる。したがって、誘電基板２上に設けられた回路素子などに重大な影響を与えることなく伝送波を下部の多層誘電基板５側に好適に漏洩させることが可能となる。
【００２３】
また、これら誘電基板２、第一の誘電層５０、第二の誘電層５１の誘電定数を上記関係内で以下の実施例に示すように適宜選択し、さらに、それぞれの誘電基板２の厚みｈ、第一の誘電層５０の厚みｔ１、第二の誘電層５１の厚みｔ２を適宜選択することによって、ストリップ導体３を伝搬する伝送波を所定周波数もしくは全周波数で漏洩させる。これは、それぞれの厚みｈ、ｔ１、ｔ２が変化すると、マイクロストリップ線路１の基本モードの分散特性と下部の多層誘電基板５の表面波の分散特性がほぼ独立に変化し、両分散特性が交差する周波数を自由に変えられるからである。これによって、このマイクロストリップ線路１自体をローパスフィルタやバンドパスフィルタとして機能させることができるようになる。以下に、各誘電定数εｒ、εｒ１、εｒ２、厚みｈ、ｔ１、ｔ２、スロット幅ｄ、ストリップ導体幅ｗなどの構造パラメータを変化させた場合の実施例について詳細に説明する。
【００２４】
【実施例】
まず、図３は、スロット幅ｄ＝０とした従来のマイクロストリップ線路における基本モードと、下層導体板６の２つの最低次ＴＭ０表面波モードにおける代表的な分散曲線を示したものである。なお、ここで述べる「従来のマイクロストリップ線路」とは、図７の構造と同じ特性を示すもので、本実施の形態においてはスロット４０の幅をｄ＝０とした構造のものを示す。図３において、誘電定数は、εｒ２＜εｒ＜εｒ１の関係内においてεｒ＝２．２５、εｒ１＝１０．５、εｒ２＝１．０に設定され、また、ストリップ幅ｗと第二の誘電層５１の厚みｔ２は、ｗ／ｈ＝１．０、ｔ２／ｈ＝２．０の関係になるように設定されている。そして、誘電基板２の厚みｔ１と厚みｈの関係のみをｔ１／ｈ＝０．１〜０．４に変化させている。符号３０で示されるｄ＝０とした従来のマイクロストリップ線路１の基本モードの分散曲線は、符号３１で示されるような平面導体板付きスラブ線路のＴＭ０表面波モードの上側に存在し、その結果、基本モードは全ての周波数において漏洩しないことが分かる。
【００２５】
しかし、スロット幅ｄ≠０である場合、基本モードの漏洩状況は符号３２によって示された平面導体板４における３本の分散曲線のようになる。すなわち、スロット４０に面している第二の誘電層５１の誘電定数εｒ２は、誘電基板３の誘電定数εｒよりも小さいため、基本モードの位相定数はスロット４０の影響を受けることなくほとんど同じ値を維持する。この結果、基本モードの漏洩は近似的にｄ＝０とした従来のマイクロストリップ線路と導体板の分散曲線３１のようになる。このことから、図３より、ｔ１／ｈ＝０．１である場合、基本モードにおいては与えられた周波数帯域で漏洩しないことが分かる。
【００２６】
しかし、高周波領域（図３のＸ点より右側）においては、ある臨界周波数以上で漏洩を生じる。なぜなら、下層の多層誘電体５を伝搬するＴＭ０表面波モードの位相定数は、高周波領域においてεｒ１＝１０．５の平方根の値に近づくからである。これにより、マイクロストリップ線路１はローパスフィルタとしての特性（低域通過特性）を持つことになる。
【００２７】
一方、ｔ１／ｈ＝０．４のとき、基本モードは常に漏洩する。さらに、ｔ１／ｈ＝０．２のとき、その分散曲線は複雑になる。
【００２８】
次に、図４（ａ）（ｂ）は、提案されたマイクロストリップ線路１の規格化された位相定数β／ｋ０および漏洩定数α／ｋ０を示す。構造パラメータは、図３で与えられたものと同じであり、スロット幅のみがｄ／ｈ＝１．０に変化して設定されている。太い実線は線路の基本モードを示し、太い破線は漏洩する基本モードを示している。細い実線は各々周囲の誘電体スラブ導波路のＴＭ０表面波モードである。符号４０で示されたｔ１／ｈ＝０．１に対する基本モードは、与えられた周波数で漏洩しない。一方、符号４１で示されたｔ１／ｈ＝０．４の基本モードは、図４（ｂ）で示すように常に漏洩を生ずる。符号４２で示されたｔ１／ｈ＝０．２における分散曲線は、基本モードにおいて、ある周波数領域で閉じ込められ、この結果、このマイクロストリップ線路１は図４（ｂ）に示されるようにバンドパスフィルタとしての特性（帯域通過特性）をもつようになる。この分散の状況を、第二の誘電層５１の厚さｔ２を変化させることによって更に詳しく検討する。
【００２９】
図５（ａ）から（ｃ）は、ｔ１／ｈ＝０．２に維持しつつ、ｔ２／ｈ＝０．２、ｔ２／ｈ＝０．２４、ｔ２／ｈ＝０．４と変化させたときの規格化された位相定数（β／ｋ０）を示したものである。これらの図５（ａ）から（ｃ）において、符号５０は閉じ込められたモード（ｂｏｕｎｄ  ｍｏｄｅ）を示し、符号５１は漏洩モード（ｌｅａｋｙ  ｍｏｄｅ）を示し、符号５２は不適当な実数モードを示す。また、符号５３はＴＭ０表面波モード、符号５４はｄ＝０とした場合のマイクロストリップ線路１の基本モードである。図５（ｄ）は、第二の誘電層５１に対する種々の厚さｔ２に対する規格化された漏洩定数（α／ｋ０）をまとめたものである。
【００３０】
図５（ａ）は、図４（ａ）に示されたｔ２／ｈ＝０．２に対する位相定数の状況を拡大して詳細に描いたものである。この図から明らかなように、２つの周波数領域付近で閉じ込められたモードから漏洩モードへ遷移する領域でモードが重なっていることが分かる。この重なりは、コプレーナ線路の漏洩現象と同様に、導体板のＴＭ０表面波モードに沿って存在する擬表面波モードとマイクロストリップ線路１の基本モード間の相互作用によって引き起こされている。それゆえ、結合領域において漏洩定数は２つのモードの間を移動し、その状況は図５（ｄ）のｈ／λ＝０．２付近にみられるように複雑になる。図５（ｂ）と（ｃ）に示されるようにｔ２／ｈ＝０．２４、０．４に対する基本モードの分散曲線は、導体板のＴＭ０表面波モードのものと高周波領域でのみ交叉する。この結果、基本モードと擬表面波モードとの重なりは生じるけれども、マイクロストリップ線路１はローパスフィルタとしての特性をもつ。高周波領域でのｔ２／ｈの異なる値に対する漏洩定数の特性は臨界周波数の移動を除いてはほぼ同様の特性を示している。
【００３１】
図６は、ｔ１／ｈ＝ｔ２／ｈ＝０．２に保ちつつ、スロット幅をｄ／ｈ＝０．５、０．２５に設定したときの分散曲線を示している。これらの図をｄ／ｈ＝１．０の図５（ａ）（ｂ）と比較すると、基本モードの位相定数はスロット幅ｄが減少するにつれて符号６０で示された従来のマイクロストリップ線路の曲線に近づき、スロット幅ｄが減少するにつれて漏洩定数の値は小さくなる。なぜなら、マイクロストリップ線路１の電磁界はスロット４０を介してそれほど多く漏洩しないからである。
【００３２】
このように、上記実施の形態および実施例によれば、誘電基板２の上面にストリップ導体３を設け、この誘電基板２の下面に平面状の平面導体板４を設けてなるものにおいて、平面導体板４側に、下面に平面状の下層導体板６を設けた第一の誘電層５０と第二の誘電層５１とからなる多層誘電基板５を設け、上面側の誘電基板２と多層誘電基板５とによって挟まれる平面導体板４に、伝送波を誘電基板２側から多層誘電基板５側に漏洩させるためのスロット４０を設けるようにしたので、マイクロストリップ線路１自体に低域通過特性や帯域通過特性をもたせることができるようになる。
【００３３】
すなわち、上記実施例によれば、図５（ｄ）などに示すように、例えば、構造パラメータを、ｗ／ｈ＝１．０、ｄ／ｈ＝１．０、ｔ１／ｈ＝０．２、εｒ＝２．２５、εｒ１＝１０．５、εｒ２＝１．０（εｒ２＜εｒ＜εｒ１）に設定した場合は、ｔ２／ｈ＝０．２４〜０．４の間でマイクロストリップ線路１自体にローパスフィルタとしての機能を持たせることができ、また、ｔ２／ｈ＝０．２とした場合はそのマイクロストリップ線路１自体にバンドパスフィルタとしての機能を持たせることができるようになる。
【００３４】
また、この実施の形態では、漏洩部であるスロット４０を、ストリップ導体３の下方であってこのストリップ導体３に沿う方向に設けているので、ストリップ導体３の伝送波をそのストリップ導体３の最も近い位置で漏洩させることができるようになる。
【００３５】
さらに、この実施の形態では、スロット４０の形状として、連続した細長状に形成しているので、伝送波が多層誘電基板５に漏洩する際、その漏洩部を孔状に設ける場合に比べて、その漏洩部の境界部分で発生する波の乱反射などを小さく抑えることができるようになる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。
【００３７】
例えば、上記実施の形態では、多層誘電基板５として第一の誘電層５０および第二の誘電層５１の２層からなるものを用いて説明したが、これに限らず、３層以上の誘電層からなるものにしても良い。この場合、誘電基板２に接する誘電層の誘電定数をその誘電基板２の誘電定数よりも小さくするとともに、多層誘電基板における下層側の誘電層の誘電定数をこれらの誘電定数よりも大きく設定する。
【００３８】
また、上記実施の形態では、スロット４０の位置を、ストリップ導体３の真下部分に設けるようにしているが、この位置に限定されることはなく、ストリップ線路の真下部分からずれた位置に設けるようにしても良い。
【００３９】
【発明の効果】
本発明では、誘電基板の上面に設けられたストリップ導体と、この誘電基板の下面に設けられた平面状の平面導体板とを具備してなるマイクロストリップ線路において、この平面導体板に当接して設けられた複数の誘電層からなる多層誘電基板と、この多層誘電板の下面に設けられた平面上の下層導体板とを具備してなり、前記誘電基板と多層誘電基板とによって挟まれる平面導体板に、伝送波を誘電基板側から多層誘電基板側に漏洩させるための漏洩部を設けるとともに、誘電基板の誘電定数をεｒ、多層誘電基板における誘電基板に接する側の誘電層の誘電定数をεｒ２、その誘電層よりも下層に設けられた誘電層の誘電定数をεｒ１とした場合、εｒ２＜εｒ＜εｒ１となるように設定したので、誘電基板の誘電定数や厚みなどを適宜選択することによって、そのストリップ導体を伝搬する所定周波数の伝送波を下側の多層誘電基板側に漏洩させることができ、そのマイクロストリップ線路自体にローパスフィルタやバンドパスフィルタなどの機能を持たせることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すマイクロストリップ線路の断面図
【図２】同形態におけるマイクロストリップ線路の一部を示す平面図
【図３】従来のマイクロストリップ線路における基本モードと、周囲の導体板におけるＴＭ０表面波モードの分散曲線を示す図。
【図４】分散曲線における第二の誘電層の厚さｔ２の振る舞いを示す図
【図５】スロット幅ｄ／ｈ＝０．５に対する分散の様子を示す図
【図６】スロット幅ｄ／ｈ＝０．２５に対する分散の様子を示す図
【図７】従来のマイクロストリップ線路を示す断面図
【符号の説明】
１・・・マイクロストリップ線路
２・・・誘電基板
３・・・ストリップ導体
４・・・平面導体板
５・・・多層誘電基板
６・・・下層導体板
４０・・・スロット
５０・・・第一の誘電層
５１・・・第二の誘電層
【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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