(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の主面に設けられた地導体と、
前記誘電体基板の他方の主面に形成され、略平行に配列されて相互に電磁界結合する複数のストリップ導体と、
前記ストリップ導体に設けた切り抜きにより周囲と絶縁して形成され、前記ストリップ導体と電気的導通無く前記誘電体基板を貫通する接続導体にて前記地導体と電気的に接続された内部ストリップ導体と、
前記複数のストリップ導体の少なくとも一端にそれぞれ設けられた入出力端子と
を備えた高周波結合線路。
【請求項２】
積層してなる２つの誘電体基板と、
前記２つの誘電体基板の一方の主面にそれぞれ設けられた２つの地導体と、
前記２つの誘電体基板の間に形成され、切り抜きを有すると共に、略平行に配列されて相互に電磁界結合する複数のストリップ導体と、
前記ストリップ導体と電気的導通無く上記切り抜きと前記２つの誘電体基板とを貫通して前記２つの地導体の間を電気的に接続する接続導体と、
前記複数のストリップ導体の少なくとも一端にそれぞれ設けられた入出力端子と
を備えた高周波結合線路。
【請求項３】
積層してなる２つの誘電体基板と、
前記２つの誘電体基板の一方の主面にそれぞれ設けられた２つの地導体と、
前記２つの誘電体基板の間に形成され、略平行に配列されて相互に電磁界結合する複数のストリップ導体と、
前記ストリップ導体に設けた切り抜きにより周囲と絶縁して形成され、前記ストリップ導体と電気的導通無く前記誘電体板の少なくとも一方を貫通する接続導体にて前記２つの地導体の少なくとも一方と電気的に接続された内部ストリップ導体と、
前記複数のストリップ導体の少なくとも一端にそれぞれ設けられた入出力端子と
を備えた高周波結合線路。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の高周波結合線路において、
前記複数のストリップ導体は、一端に開放端あるいは短絡端を備え、他端に入出力端子を備えた２つのストリップ導体からなる
ことを特徴とする高周波結合線路。
【請求項５】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の高周波結合線路において、
前記複数のストリップ導体は、両端に入出力端子を備えた２つのストリップ導体からなる
ことを特徴とする高周波結合線路。
【請求項６】
請求項４に記載の高周波結合線路において、
前記２つのストリップ導体は、略平行で、かつ開放端を互いに逆向きに配列してなる
ことを特徴とする高周波結合線路。
【請求項７】
請求項４に記載の高周波結合線路において、
前記２つのストリップ導体は、略平行で、かつ開放端を互いに同じ向きに配列してなる
ことを特徴とする高周波結合線路。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載の高周波結合線路を少なくとも１つ用いて構成された高周波フィルタ。
【請求項９】
請求項６または７に記載の高周波結合線路を複数個縦続接続してなる高周波フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波帯またはミリ波帯で用いられる高周波結合線路及び高周波フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波やミリ波といった高周波においてよく用いられるマイクロストリップ線路形結合線路には様々な構造の結合線路があるが、主なものの一つとして、誘電体基板の上面に先端開放の２つのストリップ導体を平行かつ逆向きに配列して構成したものがある。この結合線路は、ストリップ導体の幅及びストリップ導体間の間隔の寸法パラメータＷ及びＳを適切に選ぶことで結合線路インピーダンス（偶モードインピーダンスＺｅと奇モードインピーダンスＺｏ）の組み合わせが定まり、ストリップ導体が平行に並んだ区間の長さが概ね１／４波長となる周波数を中心に、帯域通過形の周波数特性を呈する。
【０００３】
このため、例えば、複数個の結合線路を縦続に接続することで帯域通過フィルタを実現することができる。このような回路構成の帯域通過フィルタは構造が簡素であることから、マイクロ波やミリ波の帯域にて極めてよく用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１０４５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述のような結合線路は構成が簡素で容易に製造が可能であることから様々な回路に広く用いられているが、誘電体基板の厚さの寸法パラメータｈが変化すると（誘電体基板の厚さのばらつきが生じると）、結合線路インピーダンスが変化し、結合線路としての特性が大きく変動する難点がある。上記特許文献１に記載されているような帯域通過フィルタにおいては、主に、通過帯域の幅が広がったり、狭まったりという特性の変動をきたす。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、誘電体基板の厚さのばらつきによる特性変動の少ない結合線路を実現し、回路の歩留まりを向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る高周波結合線路は、誘電体基板と、前記誘電体基板の一方の主面に設けられた地導体と、前記誘電体基板の他方の主面に形成され、略平行に配列されて相互に電磁界結合する複数のストリップ導体と、前記ストリップ導体に設けた切り抜きにより周囲と絶縁して形成され、前記ストリップ導体と電気的導通無く前記誘電体基板を貫通する接続導体にて前記地導体と電気的に接続された内部ストリップ導体と、前記複数のストリップ導体の少なくとも一端にそれぞれ設けられた入出力端子とを備えたものである。
【０００８】
また、他の発明に係る高周波結合線路は、積層してなる２つの誘電体基板と、前記２つの誘電体基板の一方の主面にそれぞれ設けられた２つの地導体と、前記２つの誘電体基板の間に形成され、切り抜きを有すると共に、略平行に配列されて相互に電磁界結合する複数のストリップ導体と、前記ストリップ導体と電気的導通無く上記切り抜きと前記２つの誘電体基板とを貫通して前記２つの地導体の間を電気的に接続する接続導体と、前記複数のストリップ導体の少なくとも一端にそれぞれ設けられた入出力端子とを備えたものである。
【０００９】
また、さらに他の発明に係る高周波結合線路は、積層してなる２つの誘電体基板と、前記２つの誘電体基板の一方の主面にそれぞれ設けられた２つの地導体と、前記２つの誘電体基板の間に形成され、略平行に配列されて相互に電磁界結合する複数のストリップ導体と、前記ストリップ導体に設けた切り抜きにより周囲と絶縁して形成され、前記ストリップ導体と電気的導通無く前記誘電体板の少なくとも一方を貫通する接続導体にて前記２つの地導体の少なくとも一方と電気的に接続された内部ストリップ導体と、前記複数のストリップ導体の少なくとも一端にそれぞれ設けられた入出力端子とを備えたものである。
【００１０】
また、この発明に係る高周波フィルタは、上記記載の高周波結合線路を用いて構成されたものである。
【００１１】
さらに、他の発明に係る高周波フィルタは、上記記載の高周波結合線路を複数個縦続接続してなるものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、誘電体基板の厚さのばらつきによる特性変動の少ない結合線路を実現し、回路の歩留まりを向上することができる高周波結合線路及び高周波フィルタを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る高周波結合線路を示す斜視図である。また、図２は、図１を上方から見た上面図、さらに、図３は、図２のＡ−Ａ’線断面図である。これらの図に示されるように、誘電体基板１の一方の主面には地導体２が設けられ、他方の主面には略平行に、かつ互いに逆向きに配列されて電磁界結合するストリップ導体６ａ，６ｂが形成されている。ストリップ導体６ａ，６ｂは、切り抜き５ａ，５ｂを有し、切り抜き５ａ，５ｂの内側に、ストリップ導体６ａ，６ｂと電気的導通無く短絡しないよう空隙９ａ，９ｂを持って配設され、誘電体基板１を貫通する接続導体としてのスルーホール７ａ−１，７ａ−２，７ｂ−１，７ｂ−２にて地導体２と電気的に接続された内部ストリップ導体８ａ，８ｂが形成されている。なお、４ａ，４ｂは入出力端子を示す。また、図３において、Ｗ１，Ｗ２はストリップ導体６ａ，６ｂの幅、Ｗは従来のストリップ導体の幅、Ｓはストリップ導体６ａと６ｂの間隔、ｈは誘電体基板１の厚さを示す。
【００１４】
本実施の形態１に係る高周波結合線路の説明の前に、まず、従来の高周波結合線路における結合線路インピーダンスと誘電体基板の厚さの関係について述べる。ここで、従来の結合線路として、誘電体基板上に略平行に配列された２つのストリップ導体の幅が等しい、対称構造を有する結合線路を考える。対称構造を有する結合線路では、構造的対称面に磁気壁あるいは電気壁を仮定し、一方のストリップ導体と地導体（もしくは地導体と電気壁）の間の静電容量を求めることで結合線路インピーダンスが概算される。
【００１５】
結合線路インピーダンスには、偶モードインピーダンスと奇モードインピーダンスがある。誘電体基板１の厚さｈが変化した場合、特に、偶モードインピーダンスの変動が大きくなる。これは、偶モードインピーダンスが、誘電体基板を介して対向するストリップ導体と地導体との間で生じる静電容量Ｃｇのみから定まるためである。一方の奇モードインピーダンスは、ストリップ導体６が地導体２との間で為す静電容量Ｃｇのほか、ストリップ導体と電気壁の間で生じる静電容量Ｃｗがあり、両者の和がインピーダンスに寄与する。ストリップ導体と電気壁の間で生じる静電容量Ｃｗは基板厚さｈの変化により大きく変化することが無いため、トータルの静電容量の変化率は、偶モードインピーダンスのそれよりも奇モードインピーダンスのそれの方が小さくなる。この関係は常に成り立つことから、基板厚による偶モードインピーダンスの変化率の小さい結合線路は、結合線路として特性変動が小さいということになる。
【００１６】
次に、本実施の形態１について、従来の結合線路と同様に、結合線路インピーダンスと誘電体基板１の厚さの関係を説明する。図４は、本実施の形態１に係る高周波結合線路の偶モードインピーダンスに関わる静電容量を、図５は、奇モードインピーダンスに関わる静電容量をそれぞれ示す。なお、図４におけるＭ．Ｗ．は磁気壁、図５におけるＥ．Ｗ．は電気壁を示す。本高周波結合線路では、ストリップ導体６の切り抜き５に配置した内部ストリップ導体８とスルーホール７とが、地導体２とほぼ同電位となるために、地導体２と同様な役割を担う。このため、偶モードインピーダンスに関わる静電容量は、ストリップ導体６と地導体２の間の静電容量Ｃｇと、ストリップ導体６と内部ストリップ導体８（及びスルーホール７）の間の静電容量Ｃｐの２種類となる。
【００１７】
一方、奇モードインピーダンスに関わる静電容量は、上記の静電容量ＣｇとＣｐに加えて、ストリップ導体６と電気壁Ｅ．Ｗ．の間の静電容量Ｃｗが加わって、都合３種となる。従来の結合線路と同じ特性を有する結合線路を同じ誘電体基板で実現する場合には、偶奇インピーダンスのそれぞれについて、関係する静電容量の総和が従来の結合線路におけるそれとおおむね一致するよう、寸法を選択することとなる。このとき、本実施の形態１に係る高周波結合線路におけるストリップ導体６と地導体２の間の静電容量は、内部ストリップ導体８とスルーホール７の存在により、従来の結合線路のそれよりも必ず小さくなるため、トータルの静電容量に対して占める比率が小さくなることが判る。また、ストリップ導体６と内部ストリップ導体８（及びスルーホール７）の間の静電容量は誘電体基板１の厚さの変化に対して大きな変化がない。したがって、本実施の形態１に係る高周波結合線路は、誘電体基板１の厚さの変化による結合線路インピーダンスの変動が従来の結合線路にくらべて小さくなる。
【００１８】
なお、補足になるが、実際には、内部ストリップ導体８と地導体２を接続するスルーホール７にはインダクタンスがあり、また、誘電体基板１の厚さの変化により、スルーホール７の電気長が変化をする。このため、内部ストリップ導体８（及びスルーホール７）がストリップ導体６に与える寄与は、両者の間の静電容量から与えられるリアクタンスと、上記のスルーホール７のインダクタンスの与えるリアクタンスの和の負のリアクタンスから表される。このため、誘電体基板１の厚さが厚くなった場合には、スルーホール７のインダクタンスが増加する影響で、上記の負のリアクタンスが０に近付くため、内部ストリップ導体８とストリップ導体６の間の静電容量がわずかに増加したことと等価となる。即ち、内部ストリップ導体８（及びスルーホール７）とストリップ導体６の間の静電容量は、ストリップ導体６と地導体２の間の静電容量の変化を打ち消す方向に作用することを付け加えておく。
【００１９】
設計例として、図６に従来の結合線路の通過特性の計算値を、図７に本実施の形態１に係る高周波結合線路の通過特性の計算値をそれぞれ記す。なお、横軸のｆｒｅｑは周波数、縦軸のＳ２１は２端子回路のＳパラメータを示し、図１の入出力端子４ａをポート１，入出力端子４ｂをポート２としたときのポート１からポート２への伝送通過特性を示す。いずれも、比誘電率ｅｒ＝３．４の同じ誘電体基板１を用いて構成したもので、誘電体基板１の厚さｈをパラメータとして、電磁界シミュレータを用いて求めた周波数特性を重ね書きしたものである。特性計算は、結合線路の電気長が９０度となる１４ＧＨｚの周辺で行った。これらの図からも判るように、本実施の形態による結合線路は、誘電体基板の厚さによる特性変動が小さい。
【００２０】
以上のように、本実施の形態１に係る高周波結合線路によれば、誘電体基板１の厚さｈの変動による特性変動の少ない結合線路が得られることから、回路の歩留まり向上と、歩留まり向上によるコスト削減が達成されると言う効果がある。特に、近年の材料技術の進歩により、セラミック系の基板に代わって、低コストな樹脂系の誘電体基板がマイクロ波ミリ波回路に用いられるようになってきているが、樹脂系の誘電体基板はセラミック系の基板にくらべ、誘電体基板厚さのばらつきがやや大きいとされ、従来の結合線路は特性ばらつきが大きいという問題があった。本実施の形態の結合線路であれば、比較的誘電体基板の厚さの誤差の大きい樹脂系の誘電体基板においても特性変動が小さく、特性の安定したマイクロ波ミリ波回路が得られるという効果がある。
【００２１】
なお、本実施の形態１においては、マイクロストリップ線路構造の結合線路を例として示したが、言うまでもなく、トリプレート線路構造を始め、他の平面回路形線路でも同様な効果が見込める。
【００２２】
また、本実施の形態１においては、誘電体基板１の上表面に２つのストリップ導体６ａ，６ｂを平行にかつ逆向きに配列して構成した結合線路について述べたが、２つのストリップ導体を同じ向きにならべても同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００２３】
さらに、本実施の形態１では、ストリップ導体６ａ，６ｂに切り抜き５ａ，５ｂを一つ設ける構造について説明したが、切り抜きが２つ以上の複数であっても基本的な効果に変わりはない。
【００２４】
さらに、本実施の形態１では、説明を簡単にするため、結合線路の断面構造が左右対称の構造を例に取って説明したが、左右非対称の構造であっても同様な効果を得られることは言うまでもない。
【００２５】
実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２に係るマイクロストリップ線路形帯域通過フィルタを示す斜視図である。図９は、図８を上方から見た上面図である。実施の形態２に係るマイクロストリップ線路形帯域通過フィルタは、実施の形態１で示した結合線路と基本的に同じ構造を有する３つの結合線路を縦続接続して構成したものである。符号１から９については実施の形態１と同様のものを指し示している。
【００２６】
本実施の形態２に係る帯域通過フィルタに用いられている高周波結合線路は、実施の形態１で示したように、誘電体基板１の厚さのばらつきによる結合線路インピーダンスの変化が小さい。すなわち、高周波結合線路の結合係数の変化も小さい。本実施の形態２の帯域通過フィルタでは、帯域幅は結合係数の関数として表される。このため、本実施の形態２に係る帯域通過フィルタは、帯域幅の変動が小さい。
【００２７】
すなわち、本実施の形態２の帯域通過フィルタによれば、誘電体基板１の厚さがばらついても、特性変動の小さい、特に、帯域幅の変動の少ない帯域通過フィルタが得られると言う効果がある。
【００２８】
なお、本実施の形態２では、図８に示す回路構成の帯域通過フィルタを例にとって説明したが、誘電体基板の厚さのばらつきによる特性変動が低減される効果は、回路形式を限定するものではなく、結合線路を用いたあらゆる回路形式のフィルタ、方向性結合器等で効果が期待できることはいうまでもない。
【００２９】
また、本実施の形態２では、実施の形態１で示した結合線路と基本的に同じ構造を有する３つの結合線路を縦続接続して構成しているが、必ずしも３つの結合線路のすべてを実施の形態１の結合線路と同様な構造の結合線路としなくともよい。たとえば、３つの結合線路のうち、中央部の一つのみを実施の形態１のものと同様な構造の結合線路とし、残りの２つは従来の結合線路とするなどしてもかまわない。
【００３０】
実施の形態３．
図１０は、この発明の実施の形態３に係るマイクロストリップ線路形結合線路を示す斜視図である。実施の形態１で示した結合線路と基本的に同じ構造を有しているが、本実施の形態３の結合線路では、開放端を有する２つのストリップ導体を同じ向きに配列したものである。
【００３１】
図４及び図５で説明した誘電体基板１の厚さと結合線路インピーダンスの関係は、２つのストリップ導体６の断面構造により決まるものであり、２つのストリップ導体６の配列の向きにはよらない。このため、本実施の形態３の結合線路においても、実施の形態１の結合線路と同様に、誘電体基板１の厚さがばらついても、特性変動の小さい結合線路が得られる。
【００３２】
実施の形態４．
図１１は、この発明の実施の形態４に係るマイクロストリップ線路形結合線路を示す斜視図である。本実施の形態４の結合線路を構成するストリップ導体は両端に入出力端子を備えており、４端子の結合線路となっている。
【００３３】
図４及び図５で説明した誘電体基板１の厚さと結合線路インピーダンスの関係は、２つのストリップ導体６の断面構造により決まるものであり、開放端や短絡端の有無にはよらない。このため、本実施の形態４の結合線路においても、他の実施の形態に記された結合線路と同様に、誘電体基板の厚さがばらついても、特性変動の小さい結合線路が得られる。
【００３４】
実施の形態５．
図１２は、この発明の実施の形態５に係るトリプレート線路形結合線路を示す斜視図である。また、図１３は、図１２におけるＡ−Ａ'線断面図を示している。２つのストリップ導体６ａ，６ｂには切り抜き５ａ，５ｂが設けられ、この切り抜き５ａ，５ｂを貫通して上下の地導体２ａ，２ｂを電気的に接続する接続導体としてスルーホール７ａ−１，７ａ−２，７ｂ−１，７ｂ−２が設けられている。
【００３５】
本実施の形態５の結合線路は、実施の形態１に記した結合線路と同様な動作と効果を呈する。また、本実施の形態５の構造は、２枚の誘電体板１ａ，１ｂを積層したあとにスルーホールのための穴を開け、メッキを施すことで貫通スルーホールを形成することができ、内部ストリップ導体を必要としない。このため、横幅の小さい結合線路を構成することができるという効果がある。なお、図４及び図５における内部ストリップ導体とストリップ導体の間の静電容量Ｃｐは、貫通スルーホールとストリップ導体の間の静電容量に相当し、他の実施の形態の結合線路と実質的な作用に差異はなく、得られる効果は同様である。
【００３６】
なお、本実施の形態５では、トリプレート線路構造を例に取って説明したが、サスペンデッド線路など、類似の他の線路構造で実現しても同様な効果を得られることは言うまでもない。
【００３７】
なお、この実施の形態５では、切り抜き５ａ，５ｂを貫通して上下の地導体２ａ，２ｂを電気的に接続する接続導体としてスルーホール７ａ−１，７ａ−２，７ｂ−１，７ｂ−２を設けた例を示したが、これに代えて、実施の形態１の如く、切り抜きの内側にストリップ導体と電気的導通無く空隙を持って配設され、誘電体板の少なくとも一方を貫通する接続導体にて２つの地導体の少なくとも一方と電気的に接続された内部ストリップ導体を設けても良い。
【００３８】
以上のように、この発明によれば、マイクロストリップ線路やトリプレート線路等の平面回路形の線路構造で構成された結合線路において、ストリップ導体に切り抜きを設け、その内部に、接続導体により地導体と電気的に接続された内部導体を配置した。このため、ストリップ導体の為すトータルの静電容量のうち、ストリップ導体と地導体の間で生じる静電容量の割合が小さくなるため、誘電体基板の厚さのばらつきによる結合線路インピーダンスの変動が低減され、特性変動の小さい結合線路が得られるという効果がある。また、特性変動の減少により、歩留まり向上と製造コスト削減が実現するという効果がある。
【００３９】
また、誘電体基板の２つの主面の双方に地導体を備えてなるトリプレート線路等の平面回路形線路で構成された結合線路において、ストリップ導体に切り抜きを設け、その内部を貫通して２つの地導体を電気的に接続する接続導体を設けた。切り抜きに内部ストリップ導体を持たない構造のため、結合線路の横幅を小さくすることができ、回路の小形化が図れるという効果がある。
【００４０】
また、一端を開放端あるいは短絡端とし、他端に入出力端子を備えた２つのストリップ導体を平行にならべて構成した結合線路において、誘電体基板の厚さのばらつきによる特性変動の少ない結合線路を得られるという効果がある。
【００４１】
また、一端を開放端、他端に入出力端子を備えた２つのストリップ導体を互いに逆向きに平行にならべて構成したもっとも用途の広い結合線路において、誘電体基板の厚さのばらつきによる特性変動の少ない結合線路を得られるという効果がある。
【００４２】
また、誘電体基板の厚さのばらつきによる特性変動の小さい結合線路を用いて高周波フィルタを構成しているため、特性変動の小さいフィルタを得られる効果がある。
【００４３】
さらに、最も広く用いられている帯域通過フィルタの構成要素となる結合線路を、誘電体基板の厚さのばらつきによる特性変動の小さい結合線路とした。本帯域通過フィルタの帯域幅は結合線路の結合係数の関数となっているため、誘電体基板の厚さのばらつきによる帯域幅の変動の小さい帯域通過フィルタが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の実施の形態１となる結合線路の斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る結合線路の上面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ'断面における断面図と主な寸法パラメータを示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る結合線路の偶モードインピーダンスに関わる静電容量を示した図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る結合線路の奇モードインピーダンスに関わる静電容量を示した図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る結合線路と比較するための従来の結合線路の通過特性を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る結合線路の通過特性を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２となる帯域通過フィルタの斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態２となる帯域通過フィルタの上面図である。
【図１０】この発明の実施の形態３となる結合線路の斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態４となる結合線路の斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態５となる結合線路の斜視図である。
【図１３】図１２におけるＡ−Ａ'断面における断面図を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１誘電体基板、２  地導体、３  開放端、４  入出力端子、５  切り抜き、６  信号導体（ストリップ導体）、７  接続導体、８  内部信号導体（内部ストリップ導体）、９  空隙。
【図１】
0004629617.tif 000002
【図２】
0004629617.tif 000003
【図３】
0004629617.tif 000004
【図４】
0004629617.tif 000005
【図５】
0004629617.tif 000006
【図６】
0004629617.tif 000007
【図７】
0004629617.tif 000008
【図８】
0004629617.tif 000009
【図９】
0004629617.tif 000010
【図１０】
0004629617.tif 000011
【図１１】
0004629617.tif 000012
【図１２】
0004629617.tif 000013
【図１３】
0004629617.tif 000014