(57)【要約】【課題】  伝送線路において、信号線路導体を分岐する際の反射損失を改善する。【解決手段】  伝送線路は、誘電体１１と、この誘電体１１の下面に形成されたグランド導体１２と、１本の導体を２方向に分岐するように誘電体１１の上面に形成された信号線路導体１３とを備える。信号線路導体１３は、分岐部分において分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃに分岐され、これら分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃは、互いに反対方向に導かれるように屈曲部を有する。分岐後の分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃの幅方向における両端縁のうち、少なくとも屈曲部における外側の端縁が、曲線状に形成される。これにより、分岐前の導体の幅方向における端縁に沿って流れる電流密度が高い電流を、分岐後の導体へと滑らかに導くことができ、その不連続を小さくすることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体を挟んでグランド導体と信号線路導体とが形成され、前記信号線路導体が２方向に分岐されてなる伝送線路であって、
前記分岐された分岐信号線路導体は、分岐直後に屈曲部を有するとともに、当該屈曲部における少なくとも外側端縁が曲線状に形成されていることを特徴とする伝送線路。
【請求項２】
前記分岐された分岐信号線路導体は、前記屈曲部における内側端縁も曲線状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の伝送線路。
【請求項３】
前記曲線は、所定の曲率半径からなる円弧の一部であることを特徴とする請求項１又は２記載の伝送線路。
【請求項４】
前記屈曲部において、外側端縁と内側端縁は同心円状に形成されていることを特徴とする請求項２記載の伝送線路。
【請求項５】
上記分岐後の分岐信号線路導体は、略一定の導体幅で上記分岐前の導体に接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の伝送線路。
【請求項６】
信号線路導体の片側にグランド導体が形成されるマイクロストリップ線路であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の伝送線路。
【請求項７】
信号線路導体の両側にグランド導体が形成されるトリプレート線路であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の伝送線路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１本の導体を２方向に分岐するように形成された信号線路導体を備える伝送線路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アンテナ素子をはじめとする高周波信号の授受をともなう部材を搭載した各種機器が広く普及している。かかる高周波信号を伝送する平面構造の高周波伝送線路としては、いわゆるマイクロストリップ線路が知られている。マイクロストリップ線路は、一般に、誘電体と、この誘電体の下面に形成されたグランド導体と、誘電体の上面に形成された信号線路導体とから構成されるものであり、信号線路導体を介して高周波信号を伝送する。また、高周波伝送線路としては、いわゆるトリプレート線路も知られている。トリプレート線路は、マイクロストリップ線路とは異なり、誘電体の内部に信号線路導体を有し、当該信号線路導体を介して高周波信号を伝送するものである。
【０００３】
ところで、このようなマイクロストリップ線路やトリプレート線路といった伝送線路においては、例えば実効的にアンテナ素子の面積を増やして感度の向上を図る平面アレイアンテナ等のように、信号線路導体を２方向に分岐して使用する形態を採用する場合も多い。この場合、伝送線路としては、図９に示すように、グランド導体１０１が下面に形成された誘電体１０２の上面に、信号線路導体１０３をＴ字状に形成したものを用いる。これにより、伝送線路においては、分岐前の信号線路導体１０３ａから分岐後の信号線路導体１０３ｂ，１０３ｃへと同図中矢印で示す方向に電流が流れることになる。
【０００４】
ここで、伝送線路についての重要なパラメータとしては、特性インピーダンスが挙げられる。特に、伝送される信号の周波数が高い高周波伝送線路においては、信号の反射を防止するとともに、周囲のノイズの影響等を回避すべく、特性インピーダンスを安定に保つことが重要である。
【０００５】
一般に、特性インピーダンスＺ（Ω／ｍ）は、信号線路導体の単位当たりの抵抗をＲ（Ω／ｍ）、インダクタンスをＬ（Ｈ／ｍ）、コンダクタンスをＧ（Ｓ／ｍ）、キャパシタンスをＣ（Ｆ／ｍ）とすると、次式（１）で表される。なお、特性インピーダンスＺは、誘電体の誘電率や信号線路導体の物理的な寸法等の関数で表すことができ、多数の実験式が提案されている。
【０００６】
【数１】
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【０００７】
上述した信号線路導体をＴ字状に形成した伝送線路においては、図１０に示すように、分岐前の信号線路導体における特性インピーダンスをＺC1とし、分岐後の信号線路導体における特性インピーダンスを、それぞれ、ＺC2，ＺC3とすると、これら特性インピーダンスＺC1，ＺC2，ＺC3の間には、次式（２）に示す関係が成立する。また、伝送線路においては、ＺC2＝ＺC3の場合には、次式（３）が成立し、ＺC2＝αＺC3の場合には、次式（４）が成立する。なお、同図に示す信号線路導体を備えた伝送線路は、図１１に示すように、所定の電源に接続された実効抵抗ＺC1と、並列に接続された２つの実効抵抗ＺC2，ＺC3とを接続した回路と等価である。
【０００８】
【数２】
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【０００９】
【数３】
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【００１０】
【数４】
2005094314.tif 000006
【００１１】
したがって、信号線路導体をＴ字状に形成した伝送線路を設計するにあたっては、所望の特性インピーダンスＺC1，ＺC2，ＺC3が得られるように、分岐前及び分岐後の信号線路導体の物理的な寸法を決定する必要がある。
【００１２】
この種の伝送線路において、外部回路とのインピーダンスマッチングをとりやすくするとともに、反射損失や挿入損失の影響の緩和を図った技術としては、例えば特許文献１に記載されるようなストリップ線路が提案されている。
【００１３】
【特許文献１】特開平７−１２２９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、上述した信号線路導体をＴ字状に分岐形成した伝送線路においては、分岐前の信号線路導体と分岐後の信号線路導体との間で必ず電流の不連続が生じることが知られており、この電流の不連続に起因して反射損失が大きくなってしまうという問題がある。特に、かかる伝送線路を複数用いることによって多数のアンテナ素子を配設した平面アレイアンテナ等においては、信号線路導体の分岐毎に反射損失が累積し、極めて効率が悪化する事態を招来している。
【００１５】
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、信号線路導体を分岐する際の反射損失を著しく改善することができ、効率の良い伝送線路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した目的を達成するために、本発明にかかる伝送線路は、誘電体を挟んでグランド導体と信号線路導体とが形成され、前記信号線路導体が２方向に分岐されてなる伝送線路であって、前記分岐された分岐信号線路導体は、分岐直後に屈曲部を有するとともに、当該屈曲部における少なくとも外側端縁が曲線状に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の伝送線路においては、分岐信号線路導体の屈曲部における少なくとも外側端縁が曲線状とされているので、信号線路導体を構成する分岐前の導体の幅方向における端縁を流れる電流密度が高い電流が、この曲線状の部分を通って分岐後の分岐信号線路導体へ滑らかに導かれる。したがって、分岐前の信号線路導体の幅方向における端縁を流れる電流の不連続が小さく抑えられ、この不連続に起因する反射損失が抑制される。
【００１８】
特に、分岐後の分岐信号線路導体の幅方向における両端縁のうち、屈曲部の外側端縁のみならず、内側端縁についても曲線状に形成することで、分岐信号線路導体全体の形状が屈曲部において曲線形状となり、前記電流の不連続が確実に解消される。
【００１９】
なお、前記曲線の形状としては、形成の容易さ、及び信号線路導体の幅方向における端縁を流れる電流の不連続をより小さくする観点から、所定の曲率半径からなる円弧の一部とするのが望ましい。また、分岐後の導体は、分岐部分における特性インピーダンスが不連続となるのを防止するために、一定の導体幅で分岐前の導体に接続されるのが望ましい。
【００２０】
本発明にかかる伝送線路が適用される伝送線路の構造としては、マイクロストリップ線路、またはトリプレート線路である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明にかかる伝送線路によれば、信号線路導体の幅方向における端縁を流れる電流の不連続を小さくすることができることから、反射損失を著しく軽減することができ、効率の良い分岐伝送線路を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
本実施形態の伝送線路は、いわゆるマイクロストリップ線路やトリプレート線路としての平面構造の伝送線路である。この伝送線路は、例えば平面アレイアンテナ等に使用することを想定し、１本の信号線路導体を２方向に分岐するように形成したものである。
【００２４】
先ず、具体的な伝送線路の説明に先だって、反射損失が大きくなる原因について考察する。
【００２５】
図１に示すように、誘電体１の下面にグランド導体２が形成されるとともに、誘電体１の上面に信号線路導体３が形成されたマイクロストリップ型の伝送線路を考える。このような伝送線路において、信号線路導体３における高周波電流の電流密度分布Ｄを求めたところ、高周波電流は、同図中斜線部で示すように、信号線路導体３の中央部ではさほど流れず、信号線路導体３の幅方向における端縁に集中するという傾向が確認された。この傾向は、信号の周波数が高くなるほど顕著となることも確認された。なお、トリプレート型の伝送線路においても同様に、高周波電流が信号線路導体の幅方向における端縁に集中することが確認された。
【００２６】
したがって、信号線路導体を分岐する際に生じる電流の不連続は、当該信号線路導体の幅方向における端縁に沿って流れる電流の影響が極めて大きいものと考えられる。したがって、伝送線路において反射損失を軽減するためには、分岐前の信号線路導体の幅方向における端縁に沿って流れる電流の不連続を小さくすればよい、と言える。
【００２７】
本発明の実施の形態として示す伝送線路は、このような本件出願人が独自に得た知見に基づいて、分岐前の信号線路導体の幅方向における端縁を流れる電流を、分岐後の信号線路導体へと滑らかに導くような形状に、分岐信号線路導体を形成したものである。
【００２８】
具体的には、伝送線路は、図２に斜視図、並びに図３に平面図及び側面図を示すように、誘電体１１と、この誘電体１１の下面に形成されたグランド導体１２と、誘電体１１の上面に形成された信号線路導体１３とから構成される。なお、同図においては、マイクロストリップ型の伝送線路を示しているが、伝送線路としては、同図中鎖線で示すように、上面にグランド導体が形成された誘電体で信号線路導体１３の上面を覆うことによりトリプレート型の伝送線路とすることもできる。以下では、マイクロストリップ型又はトリプレート型の区別を問わず説明を行うものとする。
【００２９】
また、以下では、分岐前の１本の信号線路導体と、分岐後の２本の信号線路導体とを明確化すべく、前者を分岐前信号線路導体１３ａと称し、後者のうち一方を分岐後信号線路導体１３ｂと称し、後者のうち他方を分岐後信号線路導体１３ｃと称するものとする。分岐後信号線路導体１３ｂと分岐後信号線路導体１３ｃは、いずれも分岐前信号線路導体１３ａから分岐された直後に互いに反対方向に９０°屈曲され、屈曲部を有している。
【００３０】
このような伝送線路において、本実施形態においては、信号線路導体１３は、従来のＴ字状ではなく、分岐部分において、分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃの幅方向における両端縁を曲線状に形成し、分岐前信号線路導体１３ａと当該分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃとを連続的に接続したパターンとされている。より具体的には、信号線路導体１３は、分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃの幅方向における端縁を所定の曲率半径からなる円弧状に形成し、分岐前信号線路導体１３ａと当該分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃとを連続的に接続して構成されている。このとき、分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃは、分岐部分における特性インピーダンスが不連続となるのを防止するために、一定の導体幅で分岐前信号線路導体１３ａに接続される。
【００３１】
伝送線路においては、このように信号線路導体１３を形成することにより、分岐前信号線路導体１３ａの幅方向における端縁を流れる電流を、分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃへと滑らかに導くことができ、電流の不連続を解消して反射損失を軽減することができる。
【００３２】
実際に、分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃを曲線形状とすることの有意性を検証することを目的として、所定の周波数の信号を伝送した際における反射損失を求めるシミュレーションを行った。
【００３３】
シミュレーションは、図４に示すように、下面にグランド導体１２が形成された誘電体１１として、比誘電率εr＝２．６、誘電体厚ｄ＝０．５６ｍｍのものを用い、当該誘電体１１の上面に形成される信号線路導体１３として、導体厚ｔ＝３５μｍのものを用いて行った。また、信号線路導体１３は、図５に示すように、分岐前信号線路導体１３ａとして、導体幅Ｗ1＝１．６ｍｍ、特性インピーダンスＺC1＝５０Ωに形成するとともに、分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃとして、それぞれ、導体幅Ｗ2＝Ｗ3＝０．４ｍｍ、特性インピーダンスＺC2＝ＺC3＝１００Ωに形成した。
【００３４】
そして、シミュレーションは、分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃの幅方向における端縁の曲率半径をＲ＝０，０．４（＝Ｗ2＝Ｗ3），０．８（＝２Ｗ2＝２Ｗ3），１．２（＝３Ｗ2＝３Ｗ3）の４種類に変化させて行った。なお、ここでの曲率半径Ｒとは、図５中鎖線で示すように、分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃのそれぞれの幅方向における端縁を形成する２つの円弧のうち、分岐前信号線路導体１３ａに対して近位側である屈曲部の内側の円弧の曲率半径として定義している。したがって、分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃのそれぞれの幅方向における端縁を形成する２つの円弧のうち、分岐前信号線路導体１３ａに対して遠位側である外側の円弧の曲率半径は、上述したように、当該分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃが一定の導体幅で形成されることから、それぞれ、Ｒ＋Ｗ2（＝Ｒ＋Ｗ3）として定義される。
【００３５】
なお、曲率半径Ｒ＝０である場合とは、図６に示すように、分岐前信号線路導体１３ａの幅方向における端縁と、分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃの幅方向における内側の端縁とが、直角をなす場合である。この場合においても、分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃの幅方向における外側の端縁は、曲線状に形成される。
【００３６】
また、比較のため、図７に示すように、信号線路導体をＴ字状に形成した従来の伝送線路についても反射損失を求めた。
【００３７】
この結果を図８に示す。なお、同図には、縦軸に反射損失［ｄＢ］を示し、横軸に信号線路導体を介して伝送した高周波信号の周波数［ＧＨｚ］を示している。また、同図において、曲線Ｃ0は、信号線路導体をＴ字状に形成した従来の伝送線路における結果であり、曲線Ｃ1は、曲率半径Ｒ＝０の場合における結果であり、曲線Ｃ2は、曲率半径Ｒ＝０．４の場合における結果であり、曲線Ｃ3は、曲率半径Ｒ＝０．８の場合における結果であり、曲線Ｃ4は、曲率半径Ｒ＝１．２の場合における結果である。
【００３８】
同図から、測定した全ての周波数にわたって、従来の伝送線路に比べ、新たに提案する伝送線路の方が、反射損失が著しく改善されることがわかる。特に、曲率半径Ｒが大きくなるほど、反射損失が軽減するという結果が得られた。また、曲率半径Ｒ＝０の場合にも、反射係数の減少がみられることから、分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃのそれぞれの幅方向における両端縁のうち、少なくとも外側の端縁を曲線状に形成し、分岐前信号線路導体１３ａと当該分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃとを連続的に接続すればよいことがわかる。
【００３９】
なお、この伝送線路においては、上述したように、曲率半径Ｒが大きくなるほど、反射損失が軽減する傾向にあるが、曲率半径Ｒを大きくするということは、信号線路導体１３を形成するために必要となる面積が大きくなることを意味する。したがって、この伝送線路においては、所望する反射損失と面積との兼ね合いによって曲率半径Ｒを適宜決定すればよい。現実的には、曲率半径Ｒ＝０．４（＝Ｗ2＝Ｗ3）〜０．８（＝２Ｗ2＝２Ｗ3）程度であれば、十分な特性を得ることができる。換言すれば、伝送線路においては、分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃの幅方向における外側の端縁を、当該分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃの導体幅Ｗ2，Ｗ3の１倍〜３倍の曲率半径からなる円弧状に形成し、これに対応するように、分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃの幅方向における内側の端縁を、当該分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃの導体幅Ｗ2，Ｗ3の０倍〜２倍の曲率半径からなる円弧状に形成するのが望ましい。
【００４０】
以上説明したように、本発明の実施の形態として新たに提案した伝送線路においては、１本の信号線路導体１３を２方向に分岐する際に、その分岐部分において、分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃの幅方向における両端縁のうち、少なくとも分岐前信号線路導体１３ａに対して外側の端縁を曲線状に形成し、当該分岐前信号線路導体１３ａと当該分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃとを連続的に接続したパターンとすることにより、分岐前信号線路導体１３ａと分岐後信号線路導体１３ｂ，１３ｃとの間における電流の不連続を解消し、反射損失を著しく改善することができる。
【００４１】
特に、この伝送線路においては、信号の周波数が高い場合には有効であり、感度を向上させるためにペンシルビームを使用する用途等に適用して好適である。具体的には、本発明の伝送線路は、例えば１０ＧＨｚ以上の信号を伝送するＢＳ（Broadcasting Satellite）アンテナや平面アレイアンテナを搭載する車載レーダといった各種機器に適用することにより、反射損失による影響が少なく高効率の信号の授受を行うことが可能となる。
【００４２】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】マイクロストリップ型の伝送線路の断面図であって、信号線路導体を流れる高周波電流の電流密度分布について説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態として示す伝送線路の構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態として示す伝送線路の構造を示す平面図及び側面図である。
【図４】伝送線路の断面図であって、所定の周波数の信号を伝送した際における反射損失を求めるシミュレーションに用いた誘電体及び信号線路導体のパラメータについて説明するための図である。
【図５】信号線路導体の平面図であって、所定の周波数の信号を伝送した際における反射損失を求めるシミュレーションに用いた信号線路導体のパラメータについて説明するための図である。
【図６】信号線路導体の平面図であって、曲率半径が０である信号線路導体について説明するための図である。
【図７】信号線路導体の平面図であって、所定の周波数の信号を伝送した際における反射損失を求めるシミュレーションにおいて、比較例として用いた従来の信号線路導体について説明するための図である。
【図８】シミュレーション結果として求めた信号線路導体を介して伝送した高周波信号の周波数に対する反射係数の関係を示す図である。
【図９】従来の伝送線路の構造を示す斜視図である。
【図１０】従来の伝送線路における信号線路導体の平面図であって、特性インピーダンスについて説明するための図である。
【図１１】図１０に示す信号線路導体を備えた伝送線路の等価回路図である。
【符号の説明】
【００４４】
１，１１  誘電体
２，１２  グランド導体
３，１３  信号線路導体
１３ａ  分岐前信号線路導体
１３ｂ，１３ｃ  分岐後信号線路導体
【図１】
2005094314.tif 000007
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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