JP6437779B2 - 回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、回路基板に関する。

例えばミリ波を利用したレーダや通信装置では、送受信アンテナとミリ波発振回路とを接続するために伝送線路が必要となる。そこで、伝送線路を回路基板に設けたものがある。

このような回路基板として、マイクロストリップラインを成す基板と、ストリップラインを成す基板とを接続し、所望の高周波回路を構成したものがある。更に、例えば、特許文献１の図５には、種類が異なる基板を積層して、相互を接続した回路基板が開示されている。

特表２０１２−５２１７１６号公報

前記のとおり、マイクロストリップラインを成す基板とストリップラインを成す基板とを接続して回路基板を構成する場合、マイクロストリップラインとストリップラインとの間の線路の変化点でインピーダンス不整合により反射が生じ、伝送効率が低下するという問題点がある。
更に、線路の変化点での反射波が大きい場合、反射波が入射波と干渉して定在波（共振）が発生したり、リンギング（信号歪）が発生したりする。その他として、電磁両立性の観点からも共振周波数でノイズが増大して好ましくなく、また、伝送線路における共振は、デジタル信号の波形を正しく伝えるうえで好ましくない。

そこで、本発明は、マイクロストリップラインとストリップラインとを接続することで構成される回路基板において、反射の発生を抑えることを目的とする。

本発明の回路基板は、第１基板部、前記第１基板部の一方側の面に設けられている導体箔からなる第１グランド、及び、前記第１基板部の他方側に設けられている線状の導体箔からなる第１線路を有するマイクロストリップラインと、前記第１基板部と並んで設けられている第２基板部、前記第２基板部のうち前記第１グランドと同じ側となる一方側の面に設けられている導体箔からなる第２グランド、前記第２基板部の他方側の面に設けられている導体箔からなる第３グランド、及び、前記第２基板部の内部に設けられている線状の導体箔からなる第２線路を有するストリップラインと、を備え、前記第１線路と前記第２線路とが一繋がりとなって一つの線路が構成されている回路基板であって、前記ストリップラインが有する前記第３グランドのうちの前記第２線路とオーバーラップする部分に、前記マイクロストリップラインとの境界側で開口する切り欠き部が設けられている。

本発明によれば、ストリップラインが有する第３グランドに設けられている前記切り欠き部によって、マイクロストリップラインとストリップラインとの間の線路の変化点におけるインピーダンス不整合を緩和することができ、反射の発生を抑えることができる。

また、前記切り欠き部は、開口側に向かうにしたがって間隔が広くなっている部分を有しているのが好ましい。この場合、線路の変化点でインピーダンス不整合により生じる反射を、より効果的に抑えることができる。

本発明によれば、マイクロストリップラインとストリップラインとの間の線路の変化点におけるインピーダンス不整合を緩和することができ、反射の発生を抑えることができる。この結果、ロスが低減され、伝送効率を向上させることが可能となる。

本発明の回路基板の実施の一形態を示す平面図である。 図１に示す回路基板の横断面図である。 図１に示す回路基板のＶ１矢視の断面図である。 図１に示す回路基板のＶ２矢視の断面図である。 図１に示す回路基板の背面図である。 切り欠き部の説明図である。 回路基板における反射量及び透過量についてのシミュレーション結果である。 回路基板における透過量についてのシミュレーション結果である。 回路基板における反射量についてのシミュレーション結果である。 回路基板における透過量についてのシミュレーション結果である。 切り欠き部の変形例を説明する説明図である。 切り欠き部の更に別の変形例を説明する説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の回路基板１は、例えばミリ波を利用したレーダや通信装置に用いられ、（送受信）アンテナと（ミリ波）発振回路とを接続するための伝送路を備えている基板である。なお、以下に説明する回路基板１では、使用周波数帯を６０ＧＨｚとしている。

図１は、本発明の回路基板１の実施の一形態を示す平面図である。図２は、図１に示す回路基板１の横断面図である。図３は、図１に示す回路基板１のＶ１矢視の断面図である。図４は、図１に示す回路基板１のＶ２矢視の断面図である。この回路基板１は、一つの基板からなり、この一つの基板にマイクロストリップライン２とストリップライン３とを有している。ここでは、マイクロストリップライン２側を入力側とし、ストリップライン３側を出力側としている。

マイクロストリップライン２は、第１基板部１０、第１基板部１０の一方側の面１０ａに設けられている導体箔からなる第１グランド１２、及び、第１基板部１０の他方側の面１０ｂに設けられている線状の導体箔からなる第１線路１１を有しており、高周波を伝送する伝送路を構成している。
ストリップライン３は、第２基板部２０、第２基板部２０のうち第１グランド１２と同じ側となる一方側の面２０ａに設けられている導体箔からなる第２グランド２２、第２基板部２０の他方側の面２０ｂに設けられている導体箔からなる第３グランド２３、及び、第２基板部２０の内部に設けられている線状の導体箔からなる第２線路２１を有しており、高周波を伝送する伝送路を構成している。
そして、この回路基板１では、第１線路１１と第２線路２１とが一繋がりとなって一つの直線状である線路９が構成されている。

本実施形態では、第１基板部１０と第２基板部２０とは、同一面（５−１ａ）上に並んで設けられており、共通する誘電体基板５から構成されている。誘電体基板５は、ガラスエポキシ樹脂やフッ素樹脂等を含む誘電体からなる。
本実施形態では、第１基板部１０の他方側の面１０ｂに誘電体層１３が設けられており、第１線路１１は誘電体基板５の内部に設けられた構成となっている。また、本実施形態では、誘電体基板５の厚さは一方側（図２の左側）と他方側（図２の右側）とで同じである。
なお、図示しないが、誘電体基板５の一方側（図２では左側）は他方側（図２では右側）よりも薄く構成され、板厚が薄い部分が第１基板部１０となり、厚い部分が第２基板部２０となっていてもよい。つまり、前記誘電体層１３は省略されていてもよい。

以上より、誘電体基板５の一方側（図２の左側）にマイクロストリップライン２が設けられ、その他方側（図２の右側）にストリップライン３が設けられた回路基板１となる。
誘電体基板５は、第１層部５−１と第２層部５−２とを積層して構成されたものであり、第１層部５−１の一方側の面５−１ａに、マイクロストリップライン２が有する第１グランド１２、及び、ストリップライン３が有する第２グランド２２が、導体箔により形成されている。
また、第１層部５−１の他方側の面５−１ｂに、マイクロストリップライン２が有する第１線路１１、及び、ストリップライン３が有する第２線路２１が、線状の導体箔により形成されている。
そして、図４に示すように、第２層部５−２の一方側の面５−２ａと、第１層部５−１の他方側の面５−１ｂとが、第１層部５−１と第２層部５−２との合わせ面となる。第２層部５−２の他方側の面５−２ｂに、ストリップライン３が有する第３グランド２３が、導体箔により形成されている。

図５は、図１に示す回路基板１の背面図である。マイクロストリップライン２の第１グランド１２と、ストリップライン３の第２グランド２２とは、誘電体基板５の一方側の面（５−１ａ）に設けられている導体箔により形成されており、これらグランド１２，２２は相互に連続している。つまり、一つのグランドの一部が、マイクロストリップライン２用であり、他部が、ストリップライン３用である。

このように、回路基板１は三層の導体箔を有しており、第一層として、第１グランド１２及び第２グランド２２が設けられ、第二層（中間層）として、第１線路１１及び第２線路２１が設けられ、第三層として、第３グランド２３が設けられた構成となる。第１線路１１と第２線路２１とは、同じ層（第二層）に存在している。前記各導体箔は、金属箔であり、本実施形態では銅箔である。

そして、図１、図２及び図４に示すように、ストリップライン３が有する第３グランド２３に、切り欠き部２７が設けられている。切り欠き部２７は、図２及び図６に示すように、第３グランド２３のうちの第２線路２１とオーバーラップする部分の一部Ｋに設けられており、マイクロストリップライン２との境界Ｅで開口する形状を有している。なお、マイクロストリップライン２とストリップライン３との境界Ｅを、各図において二点鎖線で示している。

図６に示す切り欠き部２７はＶ形状を有しており、全体として開口側（境界Ｅ：入力側）に向かうにしたがって間隔が広くなっている。本実施形態では、線路９（第１線路１１及び第２線路２１）の幅寸法Ｗを０．２ミリとしており、切り欠き部２７の開き角度をθとしている。開き角度θは、線路９の長手方向の直線に対する傾斜角度である。また、図６において、切り欠き部２７の深さ（線路９の長手方向の距離）をｈとしている。

図７は、前記構成を有する回路基板１における反射量及び透過量についてのシミュレーション結果である。なお、図７では、切り欠き部２７の深さｈは２ミリであり、切り欠き部２７の開き角度θを４°から２４°まで変化させている。また、切り欠き部２７を設けない場合の反射量は−１０．９３ｄＢであり、透過量は−２．０４ｄＢであり、図７において反射量（−１０．９３ｄＢ）を一点鎖線で示し、透過量（−２．０４ｄＢ）を二点鎖線で示している。

図７に示すように、切り欠き部２７を有する回路基板１によれば、反射特性及び透過特性が共に（切り欠き部２７が無い場合と比較して）向上している。また、切り欠き部２７の開き角度θの値によって反射量及び透過量は共に変化する。

図８は、前記構成を有する回路基板１における透過量についてのシミュレーション結果であり、切り欠き部２７の深さｈを、２ミリ、３ミリ、４ミリとした場合の結果である。図９は、前記構成を有する回路基板１における反射量についてのシミュレーション結果であり、切り欠き部２７の深さｈを、２ミリ、３ミリ、４ミリとした場合の結果である。なお、図８及び図９では、線路９の幅寸法Ｗは０．２ミリであり、切り欠き部２７の開き角度θを変化させている。

図８及び図９によれば、切り欠き部２７の深さｈを大きくすれば（４ミリ）、切り欠き部２７の開き角度θが小さい場合に、透過量が大きくなり、反射量が小さくなる。
また、切り欠き部２７の開口端における幅寸法Ｂ（図６参照）は、線路９の幅寸法Ｗに対して所定の比率となっているのが好ましい。具体的には、切り欠き部２７の幅寸法Ｂは、線路９の幅寸法Ｗの２倍以上であり４倍以下であるのが好ましい（２×Ｗ≦Ｂ≦４×Ｗ）。また、切り欠き部２７の開き角度θは、３°以上であり１０°以下であるのが好ましい。切り欠き部２７の幅寸法Ｂが、小さすぎる場合や大きすぎる場合、切り欠き部２７が設けられていない形態に近似することとなって、効果が低減すると推測される。なお、切り欠き部２７の開口端における幅寸法Ｂが、切り欠き部２７の間隔（切り欠き幅）の最大値となっている。

以上のように、前記構成を有する回路基板１によれば、切り欠き部２７により、マイクロストリップライン２とストリップライン３との間の変化が徐々に行われる構成が得られ、マイクロストリップライン２とストリップライン３との間の線路９の変化点におけるインピーダンス不整合を緩和することができ、反射の発生を抑えて、回路基板１の反射特性を向上させることができる。この結果、ロスが低減され、伝送効率の向上が可能となる。

図１０は、回路基板１における透過量についてのシミュレーション結果であり、切り欠き部２７の深さｈ（図６参照）を２ミリとして、線路９の幅寸法Ｗを、０．２ミリ、０．３ミリ、０．４ミリとした場合の結果である。
図１０によれば、線路９の幅寸法Ｗを小さくするほど、透過量が多くなり、特に線路９の幅寸法Ｗを小さくすれば、切り欠き部２７の開き角度θが小さい場合に、透過量が大きくなる。

図１１は、切り欠き部２７の変形例を説明する説明図である。図１１に示す切り欠き部２７は、図６に示す形態と同様に、第２線路２１とオーバーラップする部分の一部Ｋに、マイクロストリップライン２との境界Ｅで開口する形状を有しており、全体として開口側（境界Ｅ）に向かうにしたがって間隔（切り欠き幅）が広くなっている。そして、図１１に示す切り欠き部２７は、開口側に、更に間隔が広くなる部分としてアール部２７ａを有している。この構成によれば、線路９の変化点におけるインピーダンス不整合を緩和することができ、反射特性を向上させることができる。

図１２は、切り欠き部２７の更に別の変形例を説明する説明図である。図１２に示す切り欠き部２７は、図６に示す形態と同様に、第２線路２１とオーバーラップする部分の一部Ｋに、マイクロストリップライン２との境界Ｅで開口する形状を有しており、全体として開口側（境界Ｅ）に向かうにしたがって間隔が広くなっている。そして、図１２に示す切り欠き部２７は、Ｖ形状ではなく、Ｕ形状を有している。

なお、切り欠き部２７は、他の形状であってもよく、図６、図１１及び図１２に示す形態のように、開口側（境界Ｅ）に向かうにしたがって連続的に間隔（切り欠き幅）が広くなる形状以外であってもよく、例えば、図示しないが、切り欠き部２７は階段形状であり、開口側（境界Ｅ）に向かうにしたがって段階的に間隔が広くなる形状であってもよい。
また、切り欠き部２７は、全体として開口側（境界Ｅ）に向かうにしたがって間隔が広くなっている以外に、一部では線路９と平行であって間隔（切り欠き幅）が一定であるが、他部では開口側（境界Ｅ）に向かうにしたがって間隔が広くなっている形状であってもよい。
以上より、切り欠き部２７は、開口側に向かうにしたがって間隔が広くなっている部分を有していればよく、この切り欠き部２７によれば、線路９の変化点でインピーダンス不整合により生じる反射を、より効果的に抑えることができる。

以上、前記各形態の回路基板１によれば、マイクロストリップライン２とストリップライン３とを接続し、インピーダンス特性の不連続が緩和され、反射特性を向上させることが可能となる。つまり、回路基板１には、マイクロストリップライン２とストリップライン３との伝送効率を向上させた変換部が構成されていると言える。

本発明の回路基板１は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。例えば、回路基板１をミリ波帯（６０ＧＨｚ）で使用できるものとして説明したが、電波帯（周波数帯）としては、ミリ波以外であってもよい。

１：回路基板 ２：マイクロストリップライン ３：ストリップライン
９：線路 １０：第１基板部 １０ａ：一方側の面
１０ｂ：他方側の面 １１：第１線路 １２：第１グランド
２０：第２基板部 ２０ａ：一方側の面 ２０ｂ：他方側の面
２１：第２線路 ２２：第２グランド ２３：第３グランド
２７：切り欠き部

Claims (2)

1. 第１基板部、前記第１基板部の一方側の面に設けられている導体箔からなる第１グランド、及び、前記第１基板部の他方側に設けられている線状の導体箔からなる第１線路を有するマイクロストリップラインと、
   前記第１基板部と並んで設けられている第２基板部、前記第２基板部のうち前記第１グランドと同じ側となる一方側の面に設けられている導体箔からなる第２グランド、前記第２基板部の他方側の面に設けられている導体箔からなる第３グランド、及び、前記第２基板部の内部に設けられている線状の導体箔からなる第２線路を有するストリップラインと、
   を備え、前記第１線路と前記第２線路とが一繋がりとなって一つの線路が構成されている回路基板であって、
   前記ストリップラインが有する前記第３グランドのうちの前記第２線路とオーバーラップする部分に、前記マイクロストリップラインとの境界側で開口する切り欠き部が設けられ、
   前記切り欠き部は、当該切り欠き部の深さ方向の奥側が弧状であるＵ形状を有することを特徴とする回路基板。
2. 前記切り欠き部は、開口側に向かうにしたがって間隔が広くなっている部分を有している請求項１に記載の回路基板。

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