(57)【要約】【課題】高誘電率の基板材料を用いることなく、小型化できるインピーダンス変成器を提供する。【解決手段】線路１０と、線路１０よりも線路幅が広い線路１２との間に接続され、線路１０の特性インピーダンスと線路１２の特性インピーダンスとを整合するインピーダンス変成器であって、線路１０との接続部分である部位１４の線路幅ｙ４は、線路１０の線路幅ｙ１よりも広く、線路１０との接続部分から線路１２との接続部分までには、部位１４、１５、１６により形成される逆テーパの形状の線路を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の線路と、前記第１の線路よりも線路幅が広い第２の線路との間に接続され、前記第１の線路の特性インピーダンスと前記第２の線路の特性インピーダンスとを整合するインピーダンス変成器であって、
前記第１の線路との接続部分の線路幅は、前記第１の線路の線路幅よりも広く、
前記第１の線路との接続部分から前記第２の線路との接続部分までには、逆テーパの形状の線路を含む、
インピーダンス変成器。
【請求項２】
前記逆テーパの形状の線路は、前記第１の線路との接続部分から前記第２の線路との接続部分までの間に複数存在する、
請求項１記載のインピーダンス変成器。
【請求項３】
前記逆テーパの形状の線路は、複数の段差を有して形成される、
請求項１または２記載のインピーダンス変成器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のインピーダンス変成器を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる特性インピーダンスを整合するインピーダンス変成器および無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばミリ波帯において、特性インピーダンスが異なる線路を接続する場合、反射による損失の影響が大きいため、線路長を波長の１／４（λ／４）によって構成するインピーダンス変成器を用いることが知られている。しかし、従来のインピーダンス変成器では、線路長をλ／４とする制約のため、小型化、つまり線路長を短くすることが困難であるという問題があった。
【０００３】
インピーダンス変成器の小型化を実現するための技術は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１のインピーダンス変成器では、線路内の実効波長が基板の比誘電率の平方根に反比例することを利用し、誘電率の高い誘電体基板を用いている。これにより、特許文献１のインピーダンス変成器では、線路長を短縮できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１２２００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のインピーダンス変成器では、誘電率の高い誘電体基板を用いており、それ以外の基板材料を使用することは考慮されていない。よって、インピーダンス変成器を構成する基板材料の選択に制約がある、という問題がある。また、誘電率の高い誘電体基板は高価であるので、インピーダンス変成器が高価になる、という問題もある。
【０００６】
本発明の目的は、高誘電率の基板材料を用いることなく、小型化を実現できるインピーダンス変成器および無線通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のインピーダンス変成器は、第１の線路と、前記第１の線路よりも線路幅が広い第２の線路との間に接続され、前記第１の線路の特性インピーダンスと前記第２の線路の特性インピーダンスとを整合するインピーダンス変成器であって、前記第１の線路との接続部分の線路幅は、前記第１の線路の線路幅よりも広く、前記第１の線路との接続部分から前記第２の線路との接続部分までには、逆テーパの形状の線路を含む構成を採る。
【０００８】
本発明の無線通信装置は、本発明のインピーダンス変成器を備える構成を採る。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、インピーダンス変成器において、高誘電率の基板材料を用いることなく、小型化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来一般的なインピーダンス変成器および本発明の実施の形態に係るインピーダンス変成器の各構成を示す図
【図２】従来一般的なインピーダンス変成器および本発明の実施の形態に係るインピーダンス変成器において線路長を変更した場合の周波数特性の変化を示すグラフ
【図３】本発明の実施の形態に係るインピーダンス変成器における外周長と周波数シフト量との関係を示すグラフ
【図４】本発明の実施の形態に係るインピーダンス変成器においてテーパ型と逆テーパ型を採用した場合の周波数のシフト方向を説明する図
【図５】本発明の実施の形態に係るインピーダンス変成器の別の形状を示す図
【図６】本発明の実施の形態に係る無線通信装置の構成の概略を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
（実施の形態）
図１は、従来一般的なインピーダンス変成器および本発明の実施の形態に係るインピーダンス変成器の各構成を示す図である。図１（ａ）が従来一般的なインピーダンス変成器を示し、図１（ｂ）が本実施の形態に係るインピーダンス変成器を示している。
【００１３】
まず、従来一般的なインピーダンス変成器１１について説明する。図１（ａ）では、インピーダンス変成器１１は、線路１０（第１の線路の一例）と線路１２（第２の線路の一例）を接続しており、線路１０の特性インピーダンスと線路１２の特性インピーダンスとを整合する。線路１０の線路幅ｙ１は線路１２の線路幅ｙ２よりも狭いことから、線路１０の特性インピーダンスは線路１２の特性インピーダンスよりも高い。また、インピーダンス変成器１１を構成する基板材料は、高誘電率を有する材料である必要はなく、従来使用されている一般的な材料でよい。
【００１４】
図１（ａ）において、両矢印ｘ３は、インピーダンス変成器１１の線路長（「全体長」ともいう）を示しており、両矢印ｙ３は、インピーダンス変成器１１の線路幅を示している。また、インピーダンス変成器１１において、太線ｚ３は、インピーダンス変成器１１の外周長を示している。
【００１５】
ここで、インピーダンス変成器１１の線路長ｘ３は、線路１０との接続部分から線路１２との接続部分までの最短の長さ、を意味する。一方、インピーダンス変成器１１の外周長ｚ３は、線路１０との接続部分から線路１２との接続部分までの、インピーダンス変成器１１の外周の形状に沿った長さ、を意味する。図１（ａ）に示すインピーダンス変成器１１では、線路長ｘ３と外周長ｚ３の差異は（ｙ３−ｙ１）/２である。
【００１６】
図２にインピーダンス変成器の周波数特性を示す。インピーダンス変成器１１において、線路幅ｙ３を９０μｍとし、線路長ｘ３を６００μｍから４８０μｍに短縮した場合、インピーダンス変成器の周波数特性は高域にシフトする。なお、図２のグラフは、横軸が周波数特性（ＧＨｚ）、縦軸が線路１０側からインピーダンス変成器１１を見た場合のリターンロス（ｄＢ）を示す。
【００１７】
次に、本実施の形態に係るインピーダンス変成器１３について説明する。インピーダンス変成器１３は、上記インピーダンス変成器１１と比べ、形状に特徴がある。なお、インピーダンス変成器１３において、形状以外については上記インピーダンス変成器１１と同じであるので、ここでの説明は省略する。
【００１８】
図１（ｂ）において、両矢印ｘ４は、インピーダンス変成器１３の線路長を示し、両矢印ｙ４は、インピーダンス変成器１３の線路幅のうち最大の線路幅を示している。また、太線ｚ４は、インピーダンス変成器１３の外周長を示している。線路長ｘ４および外周長ｚ４の定義は、上述した線路長ｘ３および外周長ｚ３とそれぞれ同じである。
【００１９】
図１（ｂ）では、インピーダンス変成器１３は、短冊状の部位１４、１５、１６、１７、１８、１９が連結した形状である。線路幅は、部位１４と部位１７が最も広く、次に部位１５と部位１８が広く、部位１６と部位１９が最も狭い。よって、図中の両矢印ｙ４は、部位１４および部位１７の線路幅を示している。
【００２０】
また、部位１４が線路１０との接続部分であり、部位１９が線路１２との接続部分である。部位１４の線路幅ｙ４は線路１０の線路幅ｙ１よりも広く、線路幅ｙ４と線路幅ｙ１の差が大きい。
【００２１】
インピーダンス変成器１３では、線路１０との接続部分との線路幅の差が大きいため、周波数特性をシフトできる。
【００２２】
また、部位１４、１５、１６は、逆テーパの形状である。同様に、部位１７、１８、１９も、逆テーパの形状である。逆テーパの形状により、外周長ｚ４を長くできる。さらに、図１（ｂ）では、逆テーパの形状を複数の段差を用いて構成しているため、さらに外周長ｚ４を長くできる。
【００２３】
ここで、インピーダンス変成器の外周長と、特性インピーダンスが高い線路側からインピーンダンス変成器１３を見た場合のリターンロスの周波数特性のシフト量（周波数シフト量）との関係を図３に示す。インピーダンス変成器１３の外周長ｚ４が長くなるほど、周波数シフト量が大きくなる。
【００２４】
また、インピーダンス変成器の形状と、周波数がシフトする方向（周波数シフト方向）との関係を図４に示す。図４に示す通常型は、図１（ａ）に示すインピーダンス変成器１１と同じ形状である。図４に示すテーパ型および逆テーパ型は、複数の段差を有しない形状である。なお、図４のインピーダンス変成器の各形状の図示において、左端部分は線路１０を示しており、右端部分は線路１２を示している。
【００２５】
そして、図４において、テーパ型の形状の図示および逆テーパ型の形状の図示のそれぞれ右側には、横軸を周波数（ＧＨｚ）、縦軸を線路１０側からインピーダンス変成器１３を見た場合のリターンロス（ｄＢ）としたグラフが示されている。各グラフにおいて、破線部分は、比較基準となる通常型のインピーダンス変成器を示している。テーパの形状のインピーダンス変成器１３では、周波数特性は高域へシフトし、逆テーパの形状のインピーダンス変成器１３では、周波数特性は低域へシフトする。
【００２６】
本実施の形態にかかるインピーダンス変成器１３では、外周長ｚ４を長くすることで、周波数特性を低域にシフトできる。
【００２７】
このため、図１（ｂ）のインピーダンス変成器１３において、部位１５、１８の線路幅を９０μｍとし、線路長ｘ４を６００μｍから４８０μｍに短縮したとしても、図２に示すように、周波数特性を維持できる。すなわち、線路長ｘ４が６００μｍである場合の周波数特性を維持しながら、線路長ｘ４を、両矢印ｘ’が示す１２０μｍ分削減して４８０μｍに短縮できる。なお、９０μｍは一例であり、部位１５、１８の線路幅は、ｙ１、ｙ２によって最適値が決まる。
【００２８】
なお、図２では、線路長ｘ３が６００μｍである従来のインピーダンス変成器１１と、線路長ｘ４が４８０μｍである本実施の形態のインピーダンス変成器１３とを、周波数特性を合わせて比較した場合に、それぞれのリターンロスが異なることが示されている。
【００２９】
したがって、本実施の形態に係るインピーダンス変成器１３は、線路１０との接続部分の線路幅を線路１０の線路幅よりも広くし、かつ、線路１０との接続部分から線路１２との接続部分までの逆テーパの形状の線路を含むことによって、周波数特性を維持し、小型化を実現できる。
【００３０】
なお、インピーダンス変成器１３の構成に対して、高誘電率の基板材料を用いることができることは言うまでもない。
【００３１】
なお、上記インピーダンス変成器１３では、２つの逆テーパの形状としたが、本発明は、３つ以上の逆テーパの形状としてもよいし、または、１つの逆テーパの形状としてもよい。
【００３２】
例えば、図５（ａ）には、３つの逆テーパの形状のインピーダンス変成器１３を示す。図５（ｂ）および図５（ｃ）には、１つの逆テーパの形状のインピーダンス変成器１３を示す。図５（ｂ）では、逆テーパの形状が、線路幅の異なる２つの部位により形成されている。また、図５（ｃ）では、逆テーパの形状が、線路幅の異なる３つの部位により形成されている。
【００３３】
また、本発明の逆テーパの形状は、図１（ｂ）および図５において、段差を有した形状としたが、図４に示した段差無しの形状としてもよい。
【００３４】
次に、本実施の形態に係る無線通信装置について説明する。図６は、本実施の形態に係る無線通信装置の構成の概略を示す図である。
【００３５】
図６において、本実施の形態の無線通信装置は、第一の層と第二の層を備える。第一の層にはアンテナを含み、第二の層にはＩＣを含む。アンテナからの配線（第一の層に形成される線路）とＩＣからの配線（第二の層に形成される線路）とは、ビアを介して接続されている。なお、アンテナの特性インピーダンス、ビア周辺の特性インピーダンス、ＩＣの特性インピーダンスはそれぞれ異なる。
【００３６】
図６に示す本実施の形態の無線通信装置では、アンテナからの配線上およびＩＣからの配線上のそれぞれに、インピーダンス変成器を配置する。図６に示す２つのインピーダンス変成器は、上述した本実施の形態のインピーダンス変成器１３を用いることができる。
【００３７】
なお、図６では、アンテナとビア、ビアとＩＣとの間のインピーダンスを整合するために本発明のインピーダンス変成器を配置したが、これに限らず、任意のデバイス間の接続に本発明のインピーンダンス変成器を配置してもよいし、ＩＣ内に形成する任意のデバイス間の接続に本発明のインピーダンス変成器を配置してもよい。
【００３８】
したがって、本実施の形態の無線通信装置によれば、本実施の形態のインピーダンス変成器１３を備えることにより、無線通信デバイス、および、無線通信装置自体の小型化を実現できる。
【００３９】
以上、本実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態の説明に限定されるものではなく、種々の変形を可能とする。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明にかかるインピーダンス変成器は、例えば、ミリ波帯、又は、マイクロ波帯において、特性インピーダンスが異なる線路を接続する場合に好適である。
【符号の説明】
【００４１】
１０、１２  線路
１１、１３  インピーダンス変成器
１４、１５、１６、１７、１８、１９  部位
【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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