JPH08274545A - 両平面マイクロ波回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板表面にマイクロストリップラインで回路
を構成し、基板裏面にスロットラインで回路を構成した
両平面マイクロ波回路に関し、マイクロストリップライ
ンで構成される回路のための部品とスロットラインで構
成される回路のための部品とが基板の同一面上に実装さ
れ得る両平面マイクロ波回路を提供する。 【構成】 ダイオード７，８を誘電体基板１２上でマイ
クロストリップライン１，２，２′，３と同じ面に実装
し、スルーホール１３，１４，１５，１６で裏面のスロ
ットライン４，５，６を形成する導体と接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波送信装置及
び受信装置において、ミキサ、変復調回路、無限移相
器、等として用いられる、基板表面にマイクロストリッ
プラインで回路を構成し、基板裏面にスロットラインで
回路を構成した両平面マイクロ波回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波送受信装置に用いられるマイ
クロ波回路は、導波管回路に代わり、小型化が容易で安
価なマイクロ波集積回路（ＭＩＣ）で構成されるものが
ほとんどになってきている。ＭＩＣの中で使われる伝送
線路は、誘電体基板（以下基板と記す）の上に導体パタ
ーンで構成したマイクロストリップライン（マイクロス
トリップ線路）が多いが、一部の回路では基板裏面にス
ロットライン（スロット線路）を形成し、基板表面のマ
イクロストリップラインと組み合わせて回路を構成して
いるものもある。このような両平面回路で実現した回路
は、スロットラインによって高特性インピーダンスの伝
送線路を容易に実現でき、基板の両面を利用できるので
回路が小型化でき、設計の自由度が増加する等の利点が
あり、特にミキサ、変調器、移相器などダイオードを用
いた回路で多用されている。

【０００３】図１は従来の両平面マイクロ波回路の一例
を示し、図２は図１中でダイオード７，８が実装されて
いる部分の断面図、図３は図１の右側部分の斜視図、図
４は図３のＡ−Ａ′断面図、図５はＢ−Ｂ′断面図であ
る。スロットラインでは、図４に示すマイクロストリッ
プラインとは逆に、図５に示すように導体に被われない
帯状の部分が線路として形成される。

【０００４】図１において、基板１２の表面に形成され
たマイクロストリップライン１は開放端から（使用され
るマイクロ波の波長に関して；以下同じ）１／４波長離
れた位置で基板１２の裏面に形成されたスロットライン
４と電磁界結合によって接続されている。スロットライ
ン４には別のスロットライン５と６が接続され、スロッ
トライン５と６はスロットライン４との接続点から１／
４波長離れた距離で互いに接続されている。スロットラ
イン５と６の接続点では電磁界結合によって基板表面に
形成されたマイクロストリップライン２と接続され、マ
イクロストリップライン２には別のマイクロストリップ
ライン３が接続されている。スロットライン４，５，６
の接続点において、スロットライン５をまたぐようにダ
イオード７が置かれ、またスロットライン６をまたぐよ
うにダイオード８が置かれ、図２に示すように、それぞ
れのダイオードはハンダ１１によって基板裏面導体に接
続されている。コンデンサ１０は使用されるマイクロ波
の周波数では低インピーダンス、マイクロ波周波数より
も充分低い周波数では高インピーダンスとなるような静
電容量値に選ばれる。マイクロストリップライン３に
は、マイクロストリップライン２との接続点から１／４
波長の位置に１／４波長の長さのオープンスタブが設け
られ、これによってマイクロ波周波数の信号の通過を阻
止している。

【０００５】図１の回路は、マイクロストリップライン
１又は２′から供給されるマイクロ波のキャリアとマイ
クロストリップライン３から供給されるベースバンド信
号との間で乗算することにより、マイクロ波のキャリア
をベースバンド信号で平衡変調する平衡変調回路、マイ
クロストリップライン１又は２′から供給されるマイク
ロ波帯の局発信号とマイクロストリップライン３から供
給される中間周波信号との間で乗算することにより中間
周波信号をマイクロ波帯の信号に変換するミキサ（又は
周波数変換回路）、マイクロストリップライン１及び
２′のいずれか一方から供給されるマイクロ波信号を他
方からの局発信号で復調する復調回路、又はマイクロス
トリップライン１及び２′のいずれか一方から供給され
るマイクロ波信号の周波数を他方から供給される局発信
号で中間周波信号に変換するミキサ（又は周波数変換回
路）として使用される。

【０００６】図１の回路の動作を、マイクロストリップ
ライン１から供給されるマイクロ波のキャリアをマイク
ロストリップライン３から供給されるベースバンド信号
で変調する平衡変調回路の場合を例にとって説明する。
図６は図１におけるスロットライン４，５，６の接続点
を裏から見た図である。図６に示すように、マイクロス
トリップライン１から供給されるキャリアはスロットラ
イン４からスロットライン５，６への分岐点において互
いに逆位相の信号に分岐される。またスロットライン
４，５，６を形成する導体は島の部分と周辺部分とに分
かれ、ダイオード７及び８は両導体間に互いに逆向きに
接続されており、マイクロストリップライン３から供給
されるベースバンド信号は両導体間に印加される（ベー
スバンド信号はスロットライン５，６を経てダイオード
７，８へ同相で供給される）。従って、ダイオード７，
８はベースバンド信号の極性に応じて交互に導通され
る。ダイオード７が導通するときは図７に示すようにス
ロットライン５が閉塞される。ダイオード８が導通する
ときは図８に示すようにスロットライン５が閉塞され
る。従って、スロットライン５，６の他方の合流点にお
けるキャリアの位相は、ベースバンド信号の極性に応じ
て反転する。すなわち、マイクロストリップライン２′
からは両者を乗算した結果が出力される。以上はベース
バンド信号がディジタル信号である場合であるが、中間
的な値をとるアナログ信号の場合も、ダイオード７，８
はベースバンド信号の値に比例したインピーダンスにな
るので、マイクロストリップライン２′からはマイクロ
ストリップライン１から供給されるキャリアにマイクロ
ストリップライン３から供給されるベースバンド信号を
乗算した結果が出力される。

【０００７】マイクロストリップライン２′からキャリ
アを入力してマイクロストリップライン１から変調波を
取り出す場合も同様に動作する。また、以上の動作とは
逆に、マイクロストリップライン１及び２′から周波数
の異なるマイクロ波を入力するとマイクロストリップラ
イン３からは両者の周波数の差の周波数の信号が取り出
される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】マイクロストリップラ
インを用いた分布定数回路は、基板裏面側をグランドと
する必要性から、一般に増幅器などの回路の部品は基板
表面側に実装される。しかし従来の両平面回路では基板
裏面側にダイオードを実装するものであり、表面側の部
品実装と裏面側の部品実装とが別工程となるために製造
上工数増加のひとつの要因となっていた。

【０００９】また、部品実装工数を少なくするために、
１枚の大きな基板に複数多種の回路を実装する構造がよ
くとられるが、その際基板を筐体に取り付けるためのネ
ジは当然多数になる。このような複合回路基板の中に従
来の両平面回路が含まれていると、一度組み立てた後に
基板裏面側に実装されたダイオードの交換の必要が生じ
たときに基板を筐体からとりはずさなくてはならず、大
変多くの手間がかかることになる。

【００１０】さらに、従来の両平面回路ではスロットラ
インに直接ダイオードが接続される構造になっているた
め、ダイオードのインピーダンス整合のためのスタブ等
を設けることができないという問題点もある。したがっ
て本発明の目的は、マイクロストリップラインで構成さ
れる回路のための部品とスロットラインで構成される回
路のための部品とが基板の同一面上で実装され得る両平
面マイクロ波回路を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、誘電体
基板と該誘電体基板の第１の面上にストリップ線路とし
て形成された第１の回路パターンと、該第１の面の反対
側の第２の面上にスロット線路として形成された第２の
回路パターンであって、動作時においてその一部が該第
１の回路パターンの一部と電磁界結合するように形成さ
れたものと、該第１の面上に設けられ、動作時において
該第２の回路パターンのスロット線路の一部を動的に遮
断するように該第２の回路パターンに接続されたスイッ
チング素子とを具備する両平面マイクロ波回路が提供さ
れる。

【００１２】

【作用】スイッチング素子（ダイオード）がマイクロス
トリップラインによる回路と同一の面に設けられるの
で、マイクロストリップラインによる回路の部品と同一
の面に設けることができる。

【００１３】

【実施例】図９に本発明の一実施例に係る両平面マイク
ロ波回路を示し、図１０に図９のダイオード７，８付近
の断面を示す。図１及び図２に示したものと同一のもの
は同一の参照番号を付して説明を省略する。ダイオード
７，８は図１０に示すようにマイクロストリップライン
による回路と同じ表面に設けられ、スルーホール１３〜
１６を介して裏面のスロットラインのパターンの導体に
接続される。

【００１４】中間周波を高周波に変換するアップコンバ
ータを例にとって動作を説明する。マイクロストリップ
ライン３から入力された中間周波信号はマイクロストリ
ップライン２、スルーホール９、スロットライン５及び
６、スルーホール１３〜１６を介して基板表面側に実装
されたダイオード７及び８に同相で入力される。一方局
発信号はマイクロストリップライン２′、コンデンサ１
０、マイクロストリップライン２、スロットライン５及
び６、スルーホール１３〜１６を介して同じく基板表面
側に実装されたダイオード７及び８に逆相で入力され
る。ダイオードで周波数変換された高周波信号はスロッ
トライン４、マイクロストリップライン１を通して出力
される。局発信号をマイクロストリップライン１から入
力し、高周波信号をマイクロストリップライン２′から
出力することもできる。また、前述したような、高周波
を中間周波に変換するダウンコンバータとして動作させ
ることも可能である。

【００１５】図１１は本発明の他の実施例に係る両平面
マイクロ波回路のダイオードの実装部分付近を示した図
である。他の部分は図９と同様である。高周波信号ある
いは局発信号の周波数が高くなると、スルーホールによ
るインダクタンスが無視できなくなり、ダイオードに直
列にインダクタが挿入されたことと同じになるため、特
性の悪化を引き起こす。図中の１７は１／４波長より短
い先端開放のマイクロストリップライン（スタブ）であ
り、これによるキャパシタンスによってスルーホールの
インダクタンス成分を補正し特性の悪化が抑えられる。

【００１６】図１２は本発明のさらに他の実施例に係る
両平面マイクロ波回路のダイオードの実装部分付近を示
した図である。ダイオード７，８とスルーホール１３〜
１６の間に２つのスタブ及びその間のストリップ線路に
よるインピーダンス整合回路１８が設けられる。基板表
面に実装されたダイオードに基板表面上に形成された整
合回路１８を接続することにより、インピーダンス整合
による特性向上がなされる。

【００１７】図１３は、１枚の誘電体基板６４の上に、
本発明の両平面マイクロ波回路により構成したアップコ
ンバータ５０と共に、アイソレータ５２，５４、フィル
タ回路５６、ローカル信号増幅部５８、バイアス回路６
０、中間周波回路６２及びＲＦ信号増幅部６６を搭載し
た例を示し、図１４はこの基板を筐体６８に収納した状
態を示す。図１４に示すように、一枚の基板に多数の回
路を実装する場合、基板６４を筐体６８に取り付けるた
めのネジの数は多数になる。本発明の両平面マイクロ波
回路ではダイオードを表面に実装することができるの
で、ダイオードが静電気により破損した場合でも、多数
のねじを外して基板を導体から取り外すことなくダイオ
ードを交換することができる。

【００１８】本発明は、図９に示した回路構成に限定さ
れず、誘電体基板の一方の面にマイクロストリップライ
ンによる回路が形成され、その裏面にスロットラインに
より回路が形成された一般の両平面マイクロ波回路に適
用が可能であることは勿論である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ダ
イオードを他の部品と同様に基板の表面に搭載すること
ができるので、製造及び修理の工数が削減されるととも
にダイオードの入出力インピーダンスの整合をとること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の両平面マイクロ波回路を示す平面図であ
る。

【図２】図１のダイオード７，８付近の断面図である。

【図３】図１の右側部分の斜視図である。

【図４】図３のＡ−Ａ′断面図である。

【図５】図３のＢ−Ｂ′断面図である。

【図６】図１の回路の動作を説明する図である。

【図７】図１の回路の動作を説明する図である。

【図８】図１の回路の動作を説明する図である。

【図９】本発明の第１の実施例に係る両平面マイクロ波
回路の平面図である。

【図１０】図９のダイオード７，８付近の断面図であ
る。

【図１１】本発明の第２の実施例に係る両平面マイクロ
波回路の拡大平面図である。

【図１２】本発明の第３の実施例に係る両平面マイクロ
波回路の拡大平面図である。

【図１３】一枚の基板に複数の回路を実装した例の斜視
図である。

【図１４】図１３の基板を筐体に収容した状態を示す斜
視図である。

【符号の説明】

１，２，２′，３…マイクロストリップライン ４，５，６…スロットライン ７，８…ダイオード ９，１３，１４，１５，１６…スルーホール １０…コンデンサ １２…誘電体基板

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体基板（１２）と、 該誘電体基板の第１の面上にストリップ線路として形成
   された第１の回路パターン（１，２，２′，３）と、 該第１の面の反対側の第２の面上にスロット線路として
   形成された第２の回路パターンであって、動作時におい
   てその一部が該第１の回路パターンの一部と電磁界結合
   するように形成されたもの（４，５，６）と、 該第１の面上に設けられ、動作時において該第２の回路
   パターンのスロット線路の一部を動的に遮断するように
   該第２の回路パターンに接続されたスイッチング素子
   （７，８）とを具備する両平面マイクロ波回路。
2. 【請求項２】 前記スイッチング素子の両端は、それが
   遮断すべきスロット線路の両側の導体にスルーホールを
   介して接続される請求項１記載の両平面マイクロ波回
   路。
3. 【請求項３】 前記第１の回路パターンは、前記スイッ
   チング素子のそれぞれの端部に接続された第１のオープ
   ンスタブ（１７）を含む請求項２記載の両平面マイクロ
   波回路。
4. 【請求項４】 前記第１の回路パターンは、前記スルー
   ホールにそれぞれ接続された第２のオープンスタブと該
   第１及び第２のオープンスタブの間に挿入されたストリ
   ップ線路とをさらに含む請求項３記載の両平面マイクロ
   波回路。
5. 【請求項５】 前記第１の回路パターンは、 第１のストリップ線路と、 マイクロ波を選択的に通過させる手段を介して該第１の
   ストリップ線路に接続された第１のポートと、 マイクロ波を選択的に阻止する手段を介して該第１のス
   トリップ線路に接続された第２のポートと、 第２のストリップ線路と、 該第２のストリップ線路に接続された第３のポートとを
   含み、 前記第２の回路パターンは、それらの両端が互いに接続
   された２つのスロット線路であって、該両端の接続点が
   該第１及び第２のストリップ線路にそれぞれ電磁界結合
   されるものを含み、 前記スイッチング素子は、２つのスロット線路をそれぞ
   れ動的に遮断する２つのダイオードを含む請求項１，
   ２，３又は４記載の両平面マイクロ波回路。
6. 【請求項６】 前記第１及び第３のポートのいずれか一
   方からマイクロ波周波数の第１の信号が入力され、前記
   第２のポートからマイクロ波周波数以下の周波数の第２
   の信号が入力され、該第１及び第３のポートの他方から
   該第１及び第２の信号の周波数の差の周波数の信号及び
   和の周波数の信号が出力される請求項５記載の両平面マ
   イクロ波回路。
7. 【請求項７】 前記第１及び第３のポートからマイクロ
   波周波数の第１及び第２の信号がそれぞれ入力され、前
   記第２のポートから該第１及び第２の信号の周波数の差
   の周波数を有する信号が出力される請求項５記載の両平
   面マイクロ波回路。
8. 【請求項８】 前記第１及び第３のポートのいずれか一
   方からマイクロ波周波数の搬送波が入力され、前記第２
   のポートから変調信号が入力され、該第１及び第３のポ
   ートの他方から該搬送波を該変調信号で平衡変調された
   信号が出力される請求項５記載の両平面マイクロ波回
   路。