JPH10163710A

JPH10163710A - 高周波用伝送線路

Info

Publication number: JPH10163710A
Application number: JP8316475A
Authority: JP
Inventors: Maroaki Maetani; 麿明前谷
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-11-27
Filing date: 1996-11-27
Publication date: 1998-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のマイクロストリップ線路では、誘電体
基板表面に被着形成した導体線路の下面の両端に電界・
電流が集中するために、高周波領域において高周波信号
の伝送損失が増大するという問題点があった。【解決手段】裏面にグランド導体層２を有する誘電体
基板１の表面に、誘電体基板１中に下面が埋め込まれ、
上面が露出している導体線路３を設けたことを特徴とす
る高周波用伝送線路である。導体線路３の下面における
誘電率分布の変化をなくすことができて導体線路３下面
の両端への電界・電流の集中を緩和させることができ、
高周波領域においても高周波信号の伝送損失の発生を抑
制することができるものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波信号、特に
マイクロ波・ミリ波帯域の高周波信号回路基板における
信号伝送に好適な高周波用伝送線路に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロ波帯域やミリ波帯域の高
周波信号を用いる高周波回路においては、それらの高周
波信号を伝送するための伝送線路として例えばマイクロ
ストリップ線路が用いられている。

【０００３】高周波用伝送線路としての従来のマイクロ
ストリップ線路は、図４に斜視図で示すように、絶縁層
ならびに導体線路の支持層として機能する誘電体基板１
と、誘電体基板１の下面（裏面）のほぼ全面に被着形成
されたグランド導体層２と、誘電体基板１の上面（表
面）にグランド導体層２と相対するように被着形成され
た導体線路（ストリップ導体）３とからなる構造を有し
ている。

【０００４】誘電体基板１の材料には各種の絶縁性セラ
ミックスや絶縁性樹脂系の材料あるいはその他の誘電体
材料等が用いられており、グランド導体層２と導体線路
３の材料には誘電体基板１の材料に応じてその上に被着
形成可能な導体材料が用いられる。そして、通常は誘電
体基板１の裏面にグランド導体層２を、表面に所望のパ
ターン形状の導体線路３を形成して、誘電体基板１上に
高周波信号を用いる電気回路あるいは電子回路を平面的
に実現している。

【０００５】このようなマイクロストリップ線路は生産
性および集積性に優れていることから、高周波信号の伝
送に導波管等を用いた立体的な高周波回路と比較して、
小型化や量産に適した高周波回路基板用の伝送線路であ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成のマイクロストリップ線路においては、平板状の誘電
体基板１の表面に導体パターンとして導体線路３が被着
形成されるという構造自体が持つ電気特性上の問題点を
有していた。すなわち、マイクロストリップ線路によっ
て伝送される高周波信号は線路を伝搬する電磁波である
が、その伝搬モードは準ＴＥＭ（Transverse Electro-M
agnetic ）モードとなっており、このモードにおいては
電界（電気力線）が導体線路３からグランド導体層２の
面に向かって分布している。その分布は、図４中に４で
電気力線を示すように、導体線路３の上面から出る電気
力線も多少は存在するが、電気力線４の大部分は導体線
路３と誘電体基板１との接合部分に集中しており、特に
誘電体基板１と接している導体線路３の端部に集中して
いる。これは誘電体基板１の裏面に形成されているグラ
ンド導体層２までの電気的な経路が最短となるように電
界（電気力線４）が分布するためであり、この結果とし
て、電界の大部分は誘電体基板１中において導体線路３
とグランド導体層２とで挟まれる部分に存在することと
なる。さらに導体線路３における電流密度を考慮する
と、導体線路３の断面形状が通常は図４に示したような
横長の矩形状または上に凸の円弧状であることから導体
線路３の両端部で電流密度が著しく増大しているので、
電磁界のエネルギー分布が誘電体基板１に接している側
の導体線路３の両端に集中することとなり、導体線路３
の端部を集中して流れる電流が導体の抵抗により熱エネ
ルギーに変換されて電気的なロスを生じてしまい、伝送
損失が生ずるという問題点があった。このため、特に数
10ＧＨｚといった高周波帯域において導体線路３におけ
る伝送損失が増大するという問題点もあった。

【０００７】本発明は上記問題点を解決すべく案出され
たものであり、その目的は、高周波用伝送線路であるマ
イクロストリップ線路において、導体線路の両端部への
電界や電流の集中を緩和することにより高周波信号の伝
送損失の発生を抑制した、良好な伝送特性を有する高周
波用伝送線路を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の高周波用伝送線
路は、裏面にグランド導体層を有する誘電体基板の表面
に、該誘電体基板中に下面が埋め込まれ、上面が露出し
ている導体線路を設けたことを特徴とするものである。

【０００９】本発明の高周波用伝送線路によれば、導体
線路の下面が誘電体基板中に埋め込まれた構造としたこ
とから、誘電体基板と接している側の導体線路の両端に
おける誘電率が大きく変化することがなくなって電界
（電気力線）や電流が集中する導体線路の下面をすべて
同一の誘電率分布中に存在させることができ、導体線路
下面の両端への電磁界分布の集中を緩和させることが可
能となって、導体線路を伝搬する高周波信号の伝送損失
の発生を抑制することができるものとなる。

【００１０】また、導体線路の下面が誘電体基板中に埋
め込まれた構造としたことにより導体線路の下面におけ
る誘電率分布を均一にすることができることから、導体
線路下面の両端への磁束密度の集中をも緩和させること
が可能となる。磁束密度の分布の疎密は電流密度の分布
に直接関連があるので、これによっても導体線路下面の
両端への電流の集中を緩和させることができ、伝送損失
の発生を抑制することができるものとなる。

【００１１】また、本発明の高周波用伝送線路によれ
ば、下面が誘電体基板中に埋め込まれた導体線路の上面
を露出させていることから、パターン設計がしやすく、
従来のマイクロストリップ線路と同様に焼成等により製
造した後に調整が必要になった場合にもトリミング処理
による調整が容易であり、また、素子部品の実装が容易
であって、集積性もよく、電子部品の実装性が高い回路
基板を提供することができるものである。

【００１２】以上により、本発明によれば、導体線路中
を伝搬する高周波信号の伝送損失の発生を抑制した、良
好な伝送特性を有する高周波用伝送線路となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の高周波用伝送線路
につき図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の
高周波用伝送線路の実施の形態の一例を示す図４と同様
の斜視図である。図１において図４と同様の箇所には同
じ符号を付してあり、１は誘電体基板、２はグランド導
体層、３は導体線路であり、４は電気力線を示してい
る。

【００１４】誘電体基板１は絶縁層ならびに導体線路３
の支持層として機能し、その材料には、例えばアルミナ
系材料・窒化アルミ系材料等の各種の絶縁性セラミック
スやＰＴＦＥ・ガラスエポキシ等の絶縁性樹脂系の材料
等の誘電体材料等が用いられている。その誘電率や厚み
・寸法等は、この高周波用伝送線路が用いられる高周波
回路の仕様に応じて、所望のインピーダンス例えば50Ω
を実現するように、他の構成部材との関連で設定され
る。

【００１５】グランド導体層２は誘電体基板１の裏面
（下面）のほぼ全面に被着形成されたタングステンやク
ロム・モリブデン・銅・銀・金等から成る導体層であ
り、適当な手段や方法により接地されている。この材料
には誘電体基板１の材料に応じてその上に被着形成可能
な導体材料が用いられ、マイクロ波帯域やミリ波帯域の
高周波信号に対しては例えばアルミナ系材料の誘電体基
板１とクロム−銅−ニッケル−金から成るグランド導体
層２との組合せ等を用いればよい。

【００１６】そして、本発明の高周波用伝送線路におい
ては、誘電体基板１の表面に設けられた導体線路３が、
その下面が誘電体基板中に埋め込まれ、上面が露出して
いることを特徴としているものであり、図１に示した例
においては導体線路３の上面が誘電体基板１の表面とほ
ぼ同一平面となるように導体線路３が誘電体基板１中に
埋め込まれている。これにより、導体線路３の下面にお
ける誘電率の分布が均一なものとなるため、同図中に示
したように導体線路３下面の両端への電気力線４の集中
が緩和され、導体線路３中を伝搬する高周波信号の伝送
損失の発生が抑制されるものとなる。

【００１７】また、図２は本発明の高周波用伝送線路の
実施の形態の他の例を示す斜視であり、同図において図
１・図４と同様の箇所には同じ符号を付してある。図２
においては、導体線路３のほぼ下半分を誘電体基板１中
に埋め込むことにより、その下面が誘電体基板中に埋め
込まれ、上面が露出している例を示している。これによ
っても導体線路３の下面における誘電率の分布が均一な
ものとなるため、同図中に示したように導体線路３下面
の両端への電気力線４の集中が緩和され、導体線路３中
を伝搬する高周波信号の伝送損失の発生が抑制されるも
のとなる。

【００１８】本発明の高周波用伝送線路における導体線
路３の断面形状は、その基部（下面）が平坦であれば、
図１および図２に示したような横長の矩形状の他、上に
凸の円弧状でもよく、台形状でもよい。また導体線路３
に用いる導体材料には、グランド導体層２と同様、誘電
体基板１の材料に応じてその上に被着形成可能な導体材
料を用いればよい。

【００１９】そして、導体線路３の断面形状や幅・厚み
等の寸法、誘電体基板１中に埋め込む深さ等は、この高
周波用伝送線路が用いられる高周波回路の仕様に応じ
て、所望のインピーダンス例えば50Ωを実現するよう
に、他の構成部材との関連で設定される。

【００２０】また、この導体線路３はその下面が誘電体
基板１中に埋め込まれ、上面が露出していれば、上述の
例の他にも、導体線路３を誘電体基板１中にさらに深く
埋め込んで導体線路３の上面が誘電体基板１の表面より
下がった状態となっていてもよい。この場合にも上述の
作用効果を奏するとともに、導体線路３の上面が露出し
ていることから、集中定数的な電子部品が実装可能であ
り、また、焼成後の微調整が可能なマイクロストリップ
線路として良好な伝送特性を有する高周波用伝送線路と
なる。

【００２１】本発明の高周波用伝送線路によれば、高周
波信号に対して伝送損失の小さい良好な伝送特性を有す
る伝送線路となることから高周波回路に好適な伝送線路
となり、例えば無線機器等の高周波回路部分の回路基板
における伝送線路として使用した場合には消費電力が少
なくて済むものとできるものとなる。

【００２２】

【実施例】次に、本発明の高周波用伝送線路について具
体例を説明する。

【００２３】まず、誘電体基板１として、厚さｈ＝0.2
ｍｍ、材料定数εｒ（比誘電率）＝9.6 、ｔａｎδ_eff
（実効誘電損失）＝45×10^-4なる値を持つアルミナ系材
料から成る基板を用い、その裏面にグランド導体層２と
して、厚さｔ＝10μｍ、材料定数σ_eff（実効導電率）
＝1.67×10⁷（Ｓ／ｍ）なる値を持つクロム−銅−ニッ
ケル−金から成る導体層を被着形成した。また、その表
面に導体線路３として、厚さｔ＝10μｍ、線路幅ｗ＝0.
2 ｍｍ、材料定数σ_eff（実効導電率）＝1.67×10
⁷（Ｓ／ｍ）なる値を持つクロム−銅−ニッケル−金か
ら成る導体線路層をその上面が誘電体基板１の表面と同
一平面となるように誘電体基板１中に埋め込んで設け、
図１に示した構成の本発明の高周波用伝送線路Ａを作製
した。

【００２４】また、比較例として、上記と同じ誘電体基
板１の裏面に上記と同じグランド導体層２を被着形成
し、その表面に上記と同じ材料・形状・寸法の導体線路
３をその下面を誘電体基板１中に埋め込ませることなく
被着形成して、図３に示した構成の従来の高周波用伝送
線路Ｂを作製した。

【００２５】そして、これら高周波用伝送線路Ａおよび
Ｂについて高周波信号の伝送特性をベクトルネットワー
クアナライザを用いて測定し、それぞれの伝送線路のＳ
パラメータ（Scattering Parameter：散乱パラメータ）
として反射係数Ｓ₁₁ならびに透過係数Ｓ₂₁の周波数特性
を求めた。これらの結果のうち、透過係数Ｓ₂₁の周波数
特性を図３に示す。

【００２６】図３は透過係数Ｓ₂₁の周波数特性を示す線
図であり、横軸は周波数ｆ（ＧＨｚ）を、縦軸は透過係
数Ｓ₂₁（ｄＢ）を表わし、図中に実線で示した曲線Ａは
本発明の高周波用伝送線路Ａについての特性曲線を、破
線で示した曲線Ｂは比較例の高周波用伝送線路Ｂについ
ての特性曲線をそれぞれ示している。これらより分かる
ように、ほぼ20ＧＨｚ付近の周波数を境として、低周波
領域においては両者はほぼ同等もしくは比較例の高周波
用伝送線路Ｂの方が損失が小さくて良好な特性を示して
いるが、高周波領域においては本発明の高周波用伝送線
路Ａの方が損失が小さく（透過係数Ｓ₂₁が大きく）て良
好な伝送特性を有している。

【００２７】これにより、本発明の高周波用伝送線路
は、特に高周波領域において伝送損失の発生が抑制さ
れ、高周波信号の良好な伝送特性を有する高周波用伝送
線路となることが確認できた。

【００２８】なお、以上はあくまで本発明の実施の形態
の例示であって、本発明はこれらに限定されるものでは
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や改
良を加えることは何ら差し支えない。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明の高周波用伝送線
路によれば、裏面にグランド導体層を有する誘電体基板
の表面に、誘電体基板中に下面が埋め込まれ、上面が露
出している導体線路を設けた構造としたことから、誘電
体基板と接している側の導体線路の両端における誘電率
が大きく変化することがなくなって電界（電気力線）や
電流が集中する導体線路の下面をすべて同一の誘電率分
布中に存在させることができ、導体線路下面の両端への
電磁界分布の集中を緩和させることが可能となり、また
磁束密度の集中をも緩和させることが可能となって、導
体線路下面の両端への電流の集中を緩和させることがで
き、その結果、導体線路を伝搬する高周波信号の伝送損
失の発生を抑制することができた。

【００３０】また、本発明の高周波用伝送線路によれ
ば、下面が誘電体基板中に埋め込まれた導体線路の上面
を露出させていることから、パターン設計がしやすく、
従来のマイクロストリップ線路と同様に焼成等により製
造した後に調整が必要になった場合にもトリミング処理
による調整が容易であり、また、素子部品の実装が容易
であって、集積性もよく、電子部品の実装性が高い回路
基板を提供することができるものとなる。

【００３１】以上により、本発明によれば、高周波用伝
送線路であるマイクロストリップ線路において、導体線
路の両端部への電界や電流の集中を緩和することにより
導体線路中を伝搬する高周波信号の伝送損失の発生を抑
制した、良好な伝送特性を有する高周波用伝送線路を提
供することができた。

【００３２】本発明の高周波用伝送線路によれば、高周
波信号に対して伝送損失の小さい良好な伝送特性を有す
る伝送線路となることから高周波回路に好適な伝送線路
となり、例えば無線機器等の高周波回路部分の回路基板
における伝送線路として使用した場合には消費電力が少
なくて済むものとできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高周波用伝送線路の実施の形態の例を
示す斜視図である。

【図２】本発明の高周波用伝送線路の実施の形態の他の
例を示す斜視図である。

【図３】高周波用伝送線路の透過係数の周波数特性を示
す線図である。

【図４】従来の高周波用伝送線路を示す斜視図である。

【符号の説明】

１・・・・・誘電体基板２・・・・・グランド導体層３・・・・・導体線路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】裏面にグランド導体層を有する誘電体基
板の表面に、該誘電体基板中に下面が埋め込まれ、上面
が露出している導体線路を設けたことを特徴とする高周
波用伝送線路。