(57)【要約】【課題】誘電率の異なる基板間の平面線路の接続部において信号電極幅の不連続を解消し、信号反射率の抑制されたインピーダンス変換回路を提供する。【解決手段】高誘電率基板１５上に形成された特性インピーダンスＺ１のマイクロストリップ線路１と、低誘電率基板１６上に形成された特性インピーダンスＺ２（＞Ｚ１）のマクロストリップ線路１２とを接続するインピーダンス変換回路において、低誘電率基板１６上に、特性インピーダンスＺ３（＞Ｚ１）の１／４波長の長さのマイクロストリップ線路１３と、特性インピーダンスＺ４（＞Ｚ１，Ｚ２）の１／４波長の長さのマイクロストリップ線路１４を設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板上に形成された第１の平面線路と、前記基板よりも低い誘電率を有する第２の基板上に形成されかつ前記第１の平面線路よりも高い特性インピーダンスを有する第２の平面線路とを、信号反射を抑制して電気的に接続するインピーダンス変換回路において、
前記第２の基板上に形成され、一端側が前記第１の平面線路に接続され、前記第１の平面線路よりも高い特性インピーダンスを有し、かつ所望の信号周波数の概ね１／４波長に相当する長さを有する第３の平面線路と、
前記第２の基板上に形成され、一端側が前記第２の平面線路に接続されるとともに他端側が前記第３の平面線路の他端側に接続され、前記第１及び第２の平面線路の特性インピーダンスよりも高い特性インピーダンスを有し、かつ所望の信号周波数の概ね１／４波長に相当する長さを有する第４の平面線路と、
を具備することを特徴とするインピーダンス変換回路。
【請求項２】
請求項１に記載のインピーダンス変換回路において、
前記第１乃至第４の平面線路のすべてをマイクロストリップ線路で構成し、かつ前記第１および第３の平面線路の信号電極幅を同じに設定したことを特徴とするインピーダンス変換回路。
【請求項３】
請求項１に記載のインピーダンス変換回路において、
前記第１の平面線路をコプレーナ線路で構成し、前記第３の平面線路をコプレーナ線路からマイクロストリップ線路への変換構造を有するよう構成し、前記第２および第４の平面線路をマイクロストリップ線路で構成し、かつ前記第１の平面線路と前記第３の平面線路の接続部の信号電極幅を同じに設定したことを特徴とするインピーダンス変換回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特性インピーダンスの異なる平面線路間を電気的に接続するインピーダンス変換回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種素子の特性向上や無線通信技術などの発展により、高周波信号を低損失で伝送させる平面線路構成技術が重要になってきている。製作される様々な素子や平面線路は、各々固有の特性インピーダンスを有しており、それらを電気的に接続する際にはインピーダンス変換回路が用いられることが多い。
【０００３】
インピーダンス変換回路としては、従来では図３に示すような構成が用いられてきた（例えば非特許文献１参照）。ここで、３１は信号源側のマイクロストリップ線路（特性インピーダンス：Ｚ１）、３２は負荷側のマイクロストリップ線路（特性インピーダンス：Ｚ２、ただしＺ２＞Ｚ１）、３３は所望の信号周波数の概ね１／４波長に相当する長さを有するインピーダンス変換用のマイクロストリップ線路（特性インピーダンス：Ｚ３）である。これらは同一の基板上に作製される。ここでは一例として、一般に広く用いられているマイクロストリップ線路の場合について例示している。
【０００４】
マイクロストリップ線路の特性インピーダンスは、信号電極幅に依存しており、信号電極幅が広いほど、特性インピーダンスは小さくなる。従って図３に示す構成では、次の（１）式に従いマイクロストリップ線路の信号電極幅が信号源側から負荷側に行くに従い小さくなるように構成される。そして、インピーダンス変換回路の特性インピーダンスを、
Ｚ３＝（Ｚ１×Ｚ２）１／２                      ・・・（１）
となるように選択することで、所望の信号周波数において接続部での反射を抑制するインピーダンス変換を実現することができる。
【０００５】
一方、素子をパッケージなどに実装する際には、例えば半導体基板上に形成された平面線路とセラミック基板上に形成された平面線路とを電気的に接続する構成が用いられている。一般に、平面線路の特性インピーダンスは、基板の誘電率にも強く依存しており、例えばマイクロストリップ線路では、特定の特性インピーダンスを得るためには、基板の誘電率が低いほど広い電極幅を用いる必要がある。
【０００６】
そして、上記技術思想を適用すれば、異なる誘電率を有する基板上に作製されたマイクロストリップ線路間でインピーダンス変換を実現するためには、例えば図４に示すような構成が考えられる。ここで、４１は信号源側のマイクロストリップ線路（特性インピーダンス：Ｚ１）、４２は負荷側のマイクロストリップ線路（特性インピーダンス：Ｚ２、ただしＺ２＞Ｚ１）、４３は所望の信号周波数の概ね１／４波長に相当する長さを有するインピーダンス変換用のマクロストリップ線路（特性インピーダンス：Ｚ３）、４４は高誘電率基板、４５は低誘電率基板である。
【０００７】
この図４に示す構成でも図３の場合と同様に、（１）式に従いマイクロストリップ線路の信号電極幅を設定する。しかしながら、このように異なる誘電率を有する基板上に形成されたマイクロストリップ線路の間を接続する場合は、信号電極幅が大きく異なってしまうという問題があった。そして、この様に物理的な電極幅が異なってしまった場合、単純な特性インピーダンスの整合条件だけでは接続部での信号反射を抑制することができなくなり、所望のインピーダンス変換を実現することができなくなってしまうという問題があった。
【０００８】
また、例えば伝送線路がコプレーナー線路の場合では、コプレーナー線路の特性インピーダンスは接地電極と信号電極との間隔に強く依存しているため、基板の誘電率が低いほどその電極間隔を狭くする必要がある。図５にその一例を示す。ここで、５１は信号源側のコプレーナ線路（特性インピーダンス：Ｚ１）、５２は負荷側のコプレーナ線路（特性インピーダンス：Ｚ２、ただしＺ２＞Ｚ１）、５３は所望の信号周波数の概ね１／４波長に相当する長さを有するインピーダンス変換用のコプレーナ線路（特性インピーダンス：Ｚ３）、５４は高誘電率基板、５５は低誘電率基板、５６、５７はコプレーナー線路の接地電極である。
【０００９】
この図５に示す構成でも同様に、前記の（１）式に従いコプレーナ線路の信号電極幅を設定する。従って、やはり異なる誘電率を有する基板上に形成されたコプレーナ線路の間を接続する場合は、信号電極幅が大きく異なってしまうという問題があった。この様に物理的な信号電極幅が異なってしまった場合、単純な特性インピーダンスの整合条件だけでは接続部での信号反射を抑制することができなくなり、所望のインピーダンス変換を実現することができなくなってしまうという問題があった。
【００１０】
その他、コプレーナー線路とマイクロストリップ線路とを電気的に接続する場合の変換構造（例えば非特許文献２参照）においても、同様である。
【００１１】
【非特許文献１】ＪＭドローズ他著、「最高に改良された平面１／４波長変成器型インピーダンス整合回路を創るための並列共振器の利用」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，１９９９年２月、１３２−１４１頁（Ｊ．Ｍ．Ｄｒｏｚｄ  ｅｔ  ａｌ，”Ｕｓｉｎｇ  Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ  ｔｏ  Ｃｒｅａｔｅ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｍａｘｉｍａ１１ｙ  Ｆｌａｔ  Ｑｕａｒｔｒ−Ｗａｖｅ１ｅｎｇｔｈ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ  Ｉｎｐｅｄａｎｃｅ−Ｍａｔｃｈｉｎｇ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，Ｆｅｂ．１９９９，ｐｐ．１３２〜１４１）。
【００１２】
【非特許文献２】ＡＭＥサファットＪ他著、「コプレナー線路からマイクロストリップ線路への変換のための新しい設計」２００１  ＩＥＥＥ  ＭＴＴ−Ｓ  Ｉｎｔｅｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ、２００１年５月１９日、第２巻、６０７−６１０頁（Ａ．Ｍ．Ｅ．Ｓａｆｗａｔ  Ｊ  ｅｔ  ａｌ  ”Ｎｏｖｅｌ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｆｏｒ  Ｃｏｐｌａｎａｒ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｔｏ  Ｍｉｃｔｏｓｔｒｉｐ  Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ”，２００１  ＩＥＥＥ  ＭＴＴ−Ｓ  Ｉｎｔｅｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ  Ｖｏｌｕｍｅ  ２，Ｍａｙ  １９ｔｈ  ２００１，ｐｐ．６０７〜６１０）。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、異なる誘電率の２個の基板上に形成された平面線路の間を接続する場合は、信号電極幅が大きく異なってしまうという問題および単純な特性インピーダンスの整合条件だけでは接続部での信号反射を抑制することができなくなるという問題があった。
【００１４】
本発明の目的は、上述の従来技術における問題点を解消するものであって、互いに異なる誘電率の２個の基板上に形成された平面線路の間を接続する場合において、信号電極幅の不連続を解消できるようにしたインピーダンス変換回路を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、第１の基板上に形成された第１の平面線路と、前記基板よりも低い誘電率を有する第２の基板上に形成されかつ前記第１の平面線路よりも高い特性インピーダンスを有する第２の平面線路とを、信号反射を抑制して電気的に接続するインピーダンス変換回路において、前記第２の基板上に形成され、一端側が前記第１の平面線路に接続され、前記第１の平面線路よりも高い特性インピーダンスを有し、かつ所望の信号周波数の概ね１／４波長に相当する長さを有する第３の平面線路と、前記第２の基板上に形成され、一端側が前記第２の平面線路に接続されるとともに他端側が前記第３の平面線路の他端側に接続され、前記第１及び第２の平面線路の特性インピーダンスよりも高い特性インピーダンスを有し、かつ所望の信号周波数の概ね１／４波長に相当する長さを有する第４の平面線路と、を具備することを特徴とするインピーダンス変換回路とした。
【００１６】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のインピーダンス変換回路において、前記第１乃至第４の平面線路のすべてをマイクロストリップ線路で構成し、かつ前記第１および第３の平面線路の信号電極幅を同じに設定したことを特徴とするインピーダンス変換回路とした。
【００１７】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載のインピーダンス変換回路において、前記第１の平面線路をコプレーナ線路で構成し、前記第３の平面線路をコプレーナ線路からマイクロストリップ線路への変換構造を有するよう構成し、前記第２および第４の平面線路をマイクロストリップ線路で構成し、かつ前記第１の平面線路と前記第３の平面線路の接続部の信号電極幅を同じに設定したことを特徴とするインピーダンス変換回路とした。
【００１８】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態を示す図であって、１１は信号源側の第１のマイクロストリップ線路（特性インピーダンス：Ｚ１）、１２は負荷側の第２のマイクロストリップ線路（特性インピーダンス：Ｚ２、ただしＺ２＞Ｚ１）、１３は所望の周波数の信号の１／４波長に相当する長さを有する第３のマイクロストリップ線路（特性インピーダンス：Ｚ３）、１４は所望の周波数の信号の１／４波長に相当する長さを有する第４のマイクロストリップ線路（特性インピーダンス：Ｚ４、ただしＺ４＞Ｚ２、Ｚ４＞Ｚ３）、１５は高誘電率基板である半導体基板、１６は低誘電率基板であるセラミック基板である。
【００１９】
ここで、マイクロストリップ線路１３の信号電極幅は、マイクロストリップ線路１１の信号電極幅と同じになるように特性インピーダンスが選択されている。これにより、Ｚ３＞Ｚ１となっている。従って、このままでは一般にマイクロストリップ線路１３はマイクロストリップ線路１２に対して式（１）の条件を満たしていないが、本願発明者は種々の検討を行った結果、マイクロストリップ線路１４を挿入することにより、マイクロストリップ線路１３がマイクロストリップ線路１２に対して持つ制約（式（１））を無くし、マイクロストリップ線路１３の信号電極幅の設計の自由度を増やし、結果としてマイクロストリップ線路１１に対して、物理的な信号電極幅の整合をとることが可能となることを見出し、本願発明を成すに至った。なお、具体的な各々の線路の特性インピーダンスの値は、それぞれの組合せにおいて適宜電磁界シミュレーターなどの汎用のツールを用いて設計可能である。
【００２０】
［第２の実施形態］
図２は本発明の第２の実施形態を示す図であって、２１は信号源側のコプレーナー線路（特性インピーダンス：Ｚ１）、１２は負荷側のマイクロストリップ線路（特性インピーダンス：Ｚ２、ただしＺ２＞Ｚ１）、２３はコプレーナー線路からマイクロストリップ線路への変換構造を有し所望の周波数の信号の１／４波長に相当する長さを有する平面線路（特性インピーダンス：Ｚ３）、１４は所望の周波数の信号の１／４波長に相当する長さを有するマイクロストリップ線路（特性インピーダンス：Ｚ４、ただしＺ４＞Ｚ２、Ｚ４＞Ｚ３）、１５は高誘電率基板である半導体基板、２６は低誘電率基板である石英基板である。また、コプレーナ線路の２７、２８は接地電極である。
【００２１】
この実施形態でも、第１の実施形態と同様に、マイクロストリップ線路１４を挿入することにより、平面線路２３がマイクロストリップ線路１２に対して持つ制約（式（１））が無くなるため、平面線路２３の信号電極幅の設計の自由度が増え、コプレーナー線路２１に対して、物理的な信号電極幅の整合をとることが可能となる。
【００２２】
［その他の実施の形態］
上記実施形態で示した以外にも、コプレーナー線路同士の接続や、他の形式の平面線路間の接続においても、本願発明の技術思想に基づき、適宜パラメーターの設定を行うことで、同様の効果が得られる。また、異なる平面線路間の変換構造を併せて適用できることは言うまでもない。基板材料としては、上記以外にもサファイア基板、窒化アルミ基板など、適宜選択することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明のインピーダンス変換回路によれば、互いに異なる誘電率の２個の基板間の平面線路の接続部において信号電極幅の不連続を解消し、信号反射率の抑制されたインピーダンス変換を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のインピーダンス変換回路を示す図である。
【図２】第２の実施形態のインピーダンス変換回路を示す図である。
【図３】同一基板上の従来のマイクロストリップ線路のインピーダンス変換回路を示す図である。
【図４】誘電率の異なる基板上の従来のマイクロストリップ線路のインピーダンス変換回路を示す図である。
【図５】誘電率の異なる基板上の従来のコプレーナ線路のインピーダンス変換回路を示す図である。
【符号の説明】
１１〜１４：マイクロストリップ線路、１５：高誘電率基板、１６：低誘電率基板
２１：コプレーナー線路、２３：平面線路、２６：低誘電率基板、２７，２８：接地電極
３１〜３２：マイクロストリップ線路
４１〜４３：マイクロストリップ線路、４４：高誘電率基板、４５：低誘電率基板
５１〜５３：コプレーナー線路、５４：高誘電率基板、５５：低誘電率基板、５６，５７：接地電極
【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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