JP2005539459A

JP2005539459A - 高周波信号伝送器

Info

Publication number: JP2005539459A
Application number: JP2004538678A
Authority: JP
Inventors: ガイアーシュテファン
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2005-12-22
Also published as: EP1554779B1; DE50303135D1; US20050077985A1; WO2004030150A1; EP1554779A1; DE10243506A1; US7132983B2

Abstract

本発明は高周波信号伝送器に関するものであり、この伝送器は、誘電基板（１１）の表面上にあり、信号を形成するための第１のストリップ線路（１０）と、誘電基板（１１）中にあり、高周波信号を出力結合および／または入力結合するための第２のストリップ線路（１６）と、基板（１１）中にあり、第１のストリップ線路（１０）と第２のストリップ線路（１６）との間で導電接続を形成制するための第１の貫通接続装置（１５）と、実質的に第１のマイクロストリップ線路（１０）に平行であり、基板（１１）の下側境界面として垂直方向にシールドを形成する第１のアース面（１２）と、実質的に第１のアース面（１２）に平行であり、少なくとも基板（１１）上の第２のストリップ線路（１６）の上方領域でシールドを形成する第２のアース面（１８）と、第２のアース面（１８）にあり、高周波エネルギーを放射するための結合開口部（１７）と、該結合開口部（１７）の上方にあり、実質的にこれに平行なプレーナ結合装置（１９）と、第１のアース面（１２）と第２のアース面（１８）との間にあり、第１の貫通接続装置（１５）の隣接領域にある第２の貫通接続装置（２０）とを有する。

Description

本発明は高周波信号伝送器、とりわけストリップ線路共面移行部を有する高周波信号伝送器に関する。

高周波信号を例えばマイクロは技術で伝送するために、アパーチャ結合形パッチアンテナが公知である。このアンテナはアンテナアレイでも、すなわちこのような複数のマッチアンテナを備えるアンテナ構成体でも、または個別ビーム放射器ないし結合器としても使用される。

図４には通常のアパーチャないしスリット結合形パッチアンテナが示されている。このアンテナではアンテナパッチ１９が結合スリット１７を介してアース面１８で励起され、この結合スリットもまた埋没された面に埋め込まれた給電線路１６により給電される。この面１６の下には別のアース面１２が存在し、このアース面は貫通接続部２０’を介して、結合開口部１７の設けられたアース面１８と電気的に接続されている。このような構造は高い伝送帯域幅を特徴とする。従来のように給電線路１６と結合スリットとの間には基板１１があり、この基板では伝送すべき信号または結合すべき信号の高周波エネルギーがスリットないし結合開口部１７に導かれる。基板に埋め込まれた給電線路１６はこのようなマイクロ波アンテナ構成体ないしマイクロ波アンテナ回路では、ストリップ線路（トリプレート）として設けられている。ここで信号の高周波エネルギーは基板のストリップ線路１６と基板上側と基板下側のアース面１２，１８との間で導かれる。

ここで問題となるのは、高周波エネルギーがとりわけ高い誘電率を有する基板１１から外側へ、例えば空気へ放射されることである。基板材料として、マイクロ波回路に対するベース材料として適する低温焼成セラミック（ＬＴＣＣ）を使用しても上記の問題と取り組まなければならない。なぜならＬＴＣＣは高い誘電率εｒ＞４を有するからである。このことはアンテナ利得の低下につながり、同様にアンテナ効率も悪化する。

発明の利点
請求項１記載の構成を有する本発明の高周波信号伝送器は従来公知の解決アプローチに対して、信号の高周波エネルギーが伝送器ないしアンテナの結合スリットの領域に集中し、アンテナ効率とアンテナ利得が上昇するという利点を有する。

本発明の基礎となる技術思想は、給電線路をマイクロストリップ技術でマイクロストリップ共面移行部によって共面線路に変換し、この共面線路が貫通接続部によって、基板に埋め込まれた本来のアンテナ給電線路と接続されているようにすることである。このことにより信号エネルギーがアンテナの結合開口部の領域に集中し、これによりマイクロストリップ線路を基板に埋め込まれた給電線路と貫通接続部によって直接接続する場合よりも効率を上昇させることができる。

言い替えると、本発明の高周波信号伝送器は、誘電基板の表面上にあり、信号を形成するための第１のストリップ線路と、誘電基板中にあり、高周波信号を出力結合および／または入力結合するための第２のストリップ線路と、基板中にあり、第１のストリップ線路と第２のストリップ線路との間で導電接続を形成制するための第１の貫通接続装置と、実質的に第１のマイクロストリップ線路に平行であり、基板の下側境界面として垂直方向にシールドを形成する第１のアース面と、実質的に第１のアース面に平行であり、少なくとも基板上の第２のストリップ線路の上方領域でシールドを形成する第２のアース面と、第２のアース面にあり、高周波エネルギーを放射するための結合開口部と、該結合開口部の上方にあり、実質的にこれに平行なプレーナ結合装置と、第１のアース面と第２のアース面との間にあり、第１の貫通接続装置の隣接領域にある第２の貫通接続装置とを有し、これにより伝送器の効率を改善する。

従属請求項には請求項１に記載された高周波信号伝送器の有利な改善形態が示されている。

有利な改善形態によれば、基板はセラミック材料、有利には低温焼成セラミック（ＬＴＣＣ）を有する。セラミック基板、とりわけＬＴＣＣは良好な高周波特性を有するという利点を備える。

別の有利な改善形態によれば、基板は高い誘電率、とりわけ４より大きな誘電率を有する。このことにより有利な基板材料を選択することができる。

別の有利な改善形態によれば、第２の貫通接続装置は複数の離散的貫通接続素子を有する。このことによりマイクロストリップ線路と共面線路との間の移行部領域が、第１の下側アース面から第２の上側アース面まで均質で均等にフィールド移行することが保証される。

別の有利な改善形態によれば、離散的貫通接続素子が第１の貫通接続装置の領域で第２のアース面に対して垂直に見てロート状に配置され、第２のアース面はこの領域で同様にロート状の切欠部を有する。この手段もまた、マイクロストリップ線路から共面線路へ変化する領域での均質なフィールド移行に作用する。

別の有利な改善形態によれば、第１のストリップ線路は第１の貫通接続部に隣接して共面線路に移行する。このようにして前記２つの特徴に関連して、高周波エネルギーの大部分がストリップ線路と第１の下側アース面との間だけに導かれず、これを基板から良好に出力結合することができる。ここで良好とは、給電マイクロストリップ線路が１つの貫通接続部（Ｖｉａ）だけにより、基板に埋め込まれた線路と接続された構成と比較してのことである。

別の有利な改善形態によれば、第２のストリップ線路は第２のアース面に対して、第１のアース面に対するよりも小さな間隔を有する。このことにより、所与のアンテナ構成体において非対称なトリプレートストリップ線路が得られる。

別の有利な改善形態によれば、第２のストリップ線路の端部は縦方向に、ストリップ線路上の有効信号波長の約１／４の間隔を結合開口部に対して有する。このことにより結合開口部による高周波信号の出力結合が有利に最適化される。

図面
本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の高周波信号伝送器の実施例を説明するための概略的斜視図である。
図２は、図１の実施例を説明するための概略的縦断面図である。
図３は、本発明の図１と図２の実施例を説明する前の概略的詳細平面図である。
図４は、従来の高周波信号伝送器の概略的斜視図である。

実施例の説明
図面では同じ構成部材または機能の同じ構成部材には同じ参照符号が付してある。

図１は、本発明の高周波信号伝送器を説明するための概略的斜視図である。

図１には第１のマイクロストリップ線路１０が示されている。このマイクロストリップ線路１０は誘電基板１１上にあり、誘電基板は有利にはセラミック材料、例えば低温焼成セラミック（ＬＴＣＣ）からなる。第１のアース面１２は垂直方向で有利には誘電基板１１の下側境界面を形成し、有利には金属からなり、導電性である。基板１１の表面にあるストリップ線路１０から共面線路１４への移行領域１３では給電線路１０，１４の構造が変化する。

共面線路１４は第１の貫通接続装置１５によって第２のストリップ線路１６に導かれており、この第２のストリップ線路１６は基板１１に埋め込まれている。埋め込まれたストリップ線路１６は有利には第１のストリップ線路および第１のアース面１２に対して平行に延在する。共面線路１４と埋め込まれたストリップ線路１６との間の貫通接続装置１５は導電性であり、有利には金属を有する。この貫通接続装置１５は有利には垂直に延在する。埋め込まれたストリップ線路１６の自由端部１６’は結合開口部１７ないし結合スリットの領域にあり、この領域は基板１１の表面上の第２のアース面１８に、第１のアース面１２に対して実質的に平行に存在する。結合開口部１７の上方には、第２のアース面１８に対して実質的に平行に結合装置、有利にはアンテナパッチ素子１９が設けられている。このアンテナパッチ素子は結合開口部１７を介して埋め込まれた線路１６と電磁的に結合している。結合スリット１７は線路１６に対して横方向に十字のように配向されており、この十字の上に有利には矩形のパッチ素子が延在する。このパッチ素子はそれぞれ十字に対して平行に配向されたエッジを有する。

第２のアース面１８は第１のアース面１２と貫通接続装置２０を介して導電的に接続されている。貫通接続装置２０は有利には複数の離散的貫通接続素子２０’からなる。第２のアース面１８は有利には縦方向にはストリップ線路１０，１６に対して平行にパッチアンテナ素子１９の伸長部を越え、別の方向においてはストリップ線路１０と共面線路１４との間の移行領域１３を越えて延在する。この移行領域１３では第２のアース面１８が有利にはロート状の切り込み部ないしはロート状の切欠部を有し、移行部１３、共面線路１４および貫通接続部１５の領域を取り囲んでいる。ここではそれぞれの素子は電気的に接触していない。

第１のアース面１２と第２のアース面１８の間にある離散的貫通接続素子２０’は有利には同様にロート状の構成体を有する。この構成体は第２のアース面１８にあるロート状の切り込み部の形状にほぼ相応する。離散的貫通接続素子２０’は例えば円形および／または円筒形であり、第１のアース面１２と第２のアース面１８との間に垂直に設けられている。さらに貫通接続装置２０はアース面１２と１８の間に、ストリップ線路１０ないし共面線路１４の中央を通る仮想ミラー面に対して鏡面対象に設けられている。全体として導電性の壁を接続装置２０としてアース面１２と１８の間で調整することもできる。この接続装置は置換された接続素子２０’に沿って延在することができよう。

図２は、図１の実施例を説明するための概略的縦断面図を示す。

図２にはストリップ線路１０ないし共面線路１４の中央に沿った縦断面が示されている。基板１１上にはストリップ線路１０が設けられており、このストリップ線路１０は移行領域１３で共面線路１４に移行している。この共面線路１４は導電性の貫通接続部１５を介してストリップ線路１６と接続されている。このストリップ線路１６は基板１１に埋め込まれており、ストリップ線路１０および第１のアース面１２に対して平行に延在している。貫通接続装置１５の領域では共面線路１４とストリップ線路１６との間で共面線路１４が終端し、ストリップ線路１６が始まっている。ストリップ線路１６の他方の端部区間１６’では基板１１の上側に第１のストリップ線路１０のレベルで、結合開口部１７を備える第２のアース面１８が配置されている。

結合開口部１７と埋め込まれたストリップ線路１６の端部１６’との間の間隔は縦方向で、すなわちストリップ線路１６の方向で見て、給電線路１０，１３，１４，１５および１６を介して伝送すべき高周波信号の波長の有利には約１／４である。ストリップ線路１６の端部１６’とアース面１８の開口部１７との間隔が信号波長のλ／４であれば、結合が最大であり、プレーナ形放射器１９ないし結合装置は最大に励起される。

第１のアース面１２と第２のアース面１８との間の貫通接続装置２０は図２には例としてだけ示されており、２つの面１８と１２との間の既存の接続を分かり易くしている（図１に相応する個所には示されていない）。第１のアース面１２は基板の境界を下方に向かって、すなわち垂直方向に画定するように見えるが、基板１１をアース面１２の下方に設け、全体として多層の構造を形成することも可能である。

図３は、図１と図２の実施例を説明するための概略的詳細平面図である。

図３には基板表面上のストリップ線路１０から基板１１の表面上の共面線路１４への移行部１３が示されている。この移行部１３は有利にはテーパ状の経過を有し、有利には第１のアース面１８のロート状のスリットないしロート状の切欠部に設けられている。第２のアース面は貫通接続装置２０を介して、ないしは離散的貫通接続素子２０’を介して図３には図示されていない第１のアース面１２と接続されている。共面線路ないしストリップ線路１０に対して有利には鏡面対称に配置された貫通接続素子２０’もロート状に配置されている。

埋め込まれた面１６への貫通接続部１５の前方でマイクロストリップ線路１０が共面線路１４へ図１から図３に示された移行部１３により変化すれば、公衆蝿寝るグーはもっぱら共面線路１４のスリップに導かれる。このことにより埋め込まれた線路への貫通接続部１５の後方では高周波エネルギーが非対称のストリップ線路を使用することによりもっぱら（結合スリット１７を備える）上側アース面１８と埋め込まれた線路１６との間に導かれる。これにより高周波エネルギーは結合スリット１７を介して容易に出力結合することができ、アンテナ利得およびアンテナ効率が向上する。アンテナの機能は中間接続された共面移行部１０，１３，１４によって改善される。なぜなら高周波信号に対する基準アースが下側アース面１２から上側アース面１８へ不連続な移行部なしで経過することができるからである。このことにより、高周波エネルギーが基板１１に留まり、放射されないことが阻止される。

本発明を有利な実施例に基づいて説明したが、これに限定されるものではなく多種多様に変形することができる。

とりわけセラミック基板材料の材料としてＬＴＣＣ以外のものも使用できる。さらに第２のアース面の切欠部を、ストリップ線路と共面線路との間の移行領域でロート形状に構成することも例であり、平面で見て円形の移行部を調整することもできる。

図１は、本発明の高周波信号伝送器の実施例を説明するための概略的斜視図である。図２は、図１の実施例を説明するための概略的縦断面図である。図３は、本発明の図１と図２の実施例を説明する前の概略的詳細平面図である。図４は、従来の高周波信号伝送器の概略的斜視図である。

Claims

誘電基板（１１）の表面上にあり、信号を形成するための第１のストリップ線路（１０）と、
誘電基板（１１）中にあり、高周波信号を出力結合および／または入力結合するための第２のストリップ線路（１６）と、
基板（１１）中にあり、第１のストリップ線路（１０）と第２のストリップ線路（１６）との間で導電接続を形成制するための第１の貫通接続装置（１５）と、
実質的に第１のマイクロストリップ線路（１０）に平行であり、基板（１１）の下側境界面として垂直方向にシールドを形成する第１のアース面（１２）と、
実質的に第１のアース面（１２）に平行であり、少なくとも基板（１１）上の第２のストリップ線路（１６）の上方領域でシールドを形成する第２のアース面（１８）と、
第２のアース面（１８）にあり、高周波エネルギーを放射するための結合開口部（１７）と、
該結合開口部（１７）の上方にあり、実質的にこれに平行なプレーナ結合装置（１９）と、
第１のアース面（１２）と第２のアース面（１８）との間にあり、第１の貫通接続装置（１５）の隣接領域にある第２の貫通接続装置（２０）と
を有することを特徴とする高周波信号伝送器。
請求項１記載の伝送器において、基板（１１）はセラミック材料、有利には低温焼成セラミック（ＬＴＣＣ）を有する。
請求項１または２記載の伝送器において、基板（１１）はとりわけ４以上の高い誘電率を有する。
請求項１から３までのいずれか１項記載の伝送器において、第１のストリップ線路（１０）は第１の貫通接続部（１５）に隣接して共面線路（１４）へ移行する。
請求項１から４までのいずれか１項記載の伝送器において、第２の貫通接続装置（２０）は複数の離散的貫通接続素子（２０’）を有する。
請求項５記載の伝送器において、離散的貫通接続素子（２０’）は第１の貫通接続装置（１５）の領域で、第２のアース面（１８）に対して垂直に見てロート状に配置されており、第２のアース面（１８）は当該領域において同様にロート状の切欠部を有する。
請求項１から６までのいずれか１項記載の伝送器において、第１のストリップ線路（１０）は第１の貫通接続部（１５）に隣接して第２のアース面（１８）により取り囲まれており、該第２のアース面とは接触していない。
請求項１から７までのいずれか１項記載の伝送器において、第２のストリップ線路（１６）は第２のアース面（１８）に対して、第１のアース面（１２）に対するよりも小さな間隔を有する。
請求項１から８までのいずれか１項記載の伝送器において、第２のストリップ線路（１６）の端部（１６’）は縦方向に、結合開口部（１７）に至るストリップ線路上の有効信号波長の約１／４の間隔を有する。