JPH06232609A - インピーダンス変換素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大きい特性インピーダンスを持ち、この特性
インピーダンスが変化しない小型インピーダンス変換素
子を提供すること 【構成】 インピーダンス変換素子１は、高誘電率の誘
電体板２と、誘電体板２の一面に形成されたマイクロス
トリップライン３と、誘電体板２の前記一面に、マイク
ロストリップライン３を挟持するように設けられた高透
磁率の磁性体板４とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車電話、携帯電
話等の無線受信機の高周波電力増幅器、電圧制御発振器
等の高周波回路に用いられるチョークコイル、整合用ス
トリップライン等のインピーダンス変換素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車電話、携帯電話、コードレ
ス電話等の小型無線通信機の普及に伴い、これらに使用
される高周波回路の小型化、高性能化が研究課題として
登場し、高周波電力増幅器や電圧制御発振器等の回路の
小型化、高品質化に関する研究が旺盛に進められてき
た。特に、それらの回路の中で、大きな面積を占めるス
トリップラインのような、分布定数的にインピーダンス
を変換する素子の改善が一つの解決すべき課題になって
いる。

【０００３】これに応え、多くのインピーダンス変換素
子が開発されてきた。その例を図４及び図５に示す。図
４は従来のインピーダンス変換素子の一例を概略的に示
す図である。図のインピーダンス変換素子１０において
は、低誘電率のセラミックス板１１の上面に薄膜により
細線１２が形成され、細線１２の両端は、セラミックス
板１１の対向する辺に面実装部品として形成されている
面実装用電極１３と接続される。

【０００４】図５は、マイクロストリップラインを用い
た従来のインピーダンス変換素子の他の例の一部を示す
図である。このインピーダンス変換素子２０において
は、高周波電力増幅器や電圧制御発振器等の高周波回路
を構成する低誘電率セラミックス板２１上に、実装用電
極や部品間配線と共に、厚膜でマイクロストリップライ
ン２２が形成されている。マイクロストリップライン２
２の適所には、高周波電力増幅器や電圧制御発振器等の
面実装部品２３を実装するための実装ランド２４が形成
される。

【０００５】

【発明が解決すべき課題】しかしながら、図４のインピ
ーダンス変換素子１０には、以下のような課題があっ
た。即ち、このインピーダンス変換素子を高周波回路を
構成する基板に実装した場合、セラミックス板１１の細
線１２が形成されていない面はセラミックスが剥き出し
になっているので、インピーダンス変換素子１０が実装
される基板の状態により（例えば、接地電極があるか否
か、信号ラインが配設されているか否かにより）、イン
ピーダンス変換素子１０の特性インピーダンスが変化し
てしまう。また、セラミックス板１１の誘電率が小さい
ため、波長短縮率が小さいうえ分布定数管理ができず、
その結果、長い配線が必要になり、インピーダンス変換
素子１０が大型化してしまう。そのうえ、セラミックス
板１１の上に細線１２を配した故に、インピーダンス変
換素子１０は分布定数型と集中定数型との中間の特性を
持つことになり、つまり、巻線型のコイルのように特性
インピーダンスが高くはなく、分布定数ストリップライ
ンのように波長に対して線路長を確保することができな
いことから、実質的な位相変化を起こさずに所望のイン
ピーダンスに変換することは不可能である。また、細線
１２が薄膜で形成されているので、インピーダンス変換
素子１０の直流抵抗は大きい。

【０００６】一方、図５のインピーダンス変換素子２０
は、細線の配設が不可能であり、また、浮遊容量を抑え
るために基板の誘電率を小さくしなければならないので
マイクロストリップライン２２が大きな面積を占めると
いう課題があった。また、マイクロストリップライン２
２はセラミックス板２１の誘電率を考慮して分布定数設
計されるので、１つの用途に設計されたインピーダンス
変換素子２０を他の周波数帯に用いることができず、周
波数帯毎にインピーダンス変換素子を作成しなければな
らないことになる結果、多品種少量生産といったニーズ
に対してコストアップとなるという課題もあった。

【０００７】この発明は、上記の課題に鑑みて成された
もので、大きい特性インピーダンスを持ち、この特性イ
ンピーダンスが変化しない小型インピーダンス変換素子
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明に係るインピーダンス変換素子は、高誘
電率の誘電体板と、前記誘電体板の一面に形成されたマ
イクロストリップラインと、前記誘電体板の前記一面
に、前記マイクロストリップラインを挟持するように設
けられた高透磁率の磁性体板と、を具備することを特徴
とする。

【０００９】また、別の発明においては、インピーダン
ス変換素子は、その対向する面にそれぞれ形成され、前
記マイクロストリップラインの両端と接続された実装用
電極と、前記実装用電極間に、該実装用電極と電気的に
接続されないように形成された接地用電極とを備えてい
る。

【００１０】

【作用】高誘電率の誘電体板は波長短縮率が大きいの
で、インピーダンス変換素子が小型化され、マイクロス
トリップラインを分布定数管理することを可能にする。
また、磁性体板の透磁率を任意に選択することにより、
誘電体板の誘電率による特性インピーダンスの低下が防
止される。

【００１１】

【実施例】図１は、この発明に係るインピーダンス変換
素子の一実施例を示す図で、１ａはその外観を示す斜視
図、１ｂはその一部を切り欠いた斜視図である。インピ
ーダンス変換素子１は、高誘電率のセラミックス板２の
上に厚膜又は薄膜でマイクロストリップライン３を形成
し、、その上を覆うように高透磁率のフェライト板４を
積層したものである。

【００１２】マイクロストリップライン３を間に挟んで
セラミックス板２とフェライト板４とを一体化したユニ
ットの対向する面及びその周囲の縁部を覆うように、面
実装用電極５が形成され、マイクロストリップライン３
の両端は面実装用電極５に電気的に接続される。両側の
面実装用電極５に挟まれた部分は、これら面実装用電極
５とは電気的に接触しないように形成された接地用電極
６により被覆されている。

【００１３】次に、インピーダンス変換素子１の製造工
程を説明する。（１）セラミックス板２上にＡｇのマイ
クロストリップライン３を厚膜又は薄膜で形成し焼成す
る。（２）マイクロストリップライン３上にガラスペー
ストを薄く印刷する。（３）印刷されたガラスペースト
の上に、セラミックス板２と同じ面積のフェライト板４
を積層し、ガラスの熔融点よりも高くＡｇの熔融点より
も低い温度で焼成し、一体化する。（４）一体化された
セラミックス板２とフェライト板４の全周に、且つ、マ
イクロストリップライン３の両端と接続されるように、
Ａｇ又はＡｇ−Ｐｄペーストをディップ形成し、焼成す
る。（５）最後に、ダイシングマシンにより、面実装用
電極５と接地用電極６とになる部分を残して上記ペース
トを削除する。

【００１４】このようにして形成されたインピーダンス
変換素子１は、高誘電率のセラミックス板２を使用して
いるために波長短縮率が大きいので分布定数管理が可能
であり且つ小型化できるうえ、高透磁率のフェライト板
４により特性インピーダンスの低下を阻止することがで
きる。また、インピーダンス変換素子１の周囲に接地用
電極６を形成したので、実装される基板側の状態に拘わ
らず、安定した特性を得ることができるので、広範な用
途に利用することができる。

【００１５】特性インピーダンスの低下を阻止すること
ができる理由は、以下のように数式的に説明される。図
１のインピーダンス変換素子１の静電容量及びインダク
タンスを同軸近似により求めると、静電容量Ｃ及びイン
ダクタンスＬは以下のように表される：

【数１】Ｃ＝（２πε）／ｌｏｇ（ｂ／ａ）

【数２】Ｌ＝（μ／２π）・ｌｏｇ（ｂ／ａ）ただし、
ａは同軸の中心導体の半径、ｂは中心導体の中央から接
地面までの距離であり、εはセラミックス板２の誘電
率、μはフェライト板４の透磁率である。

【００１６】したがって、インピーダンス変換素子１の
特性インピーダンスＺは

【数３】 Ｚ＝（Ｌ／Ｃ）^1/2 ＝（１／２π）・（μ／ε）^1/2・ｌｏｇ（ｂ／ａ） で表される。したがって、フェライト板４の透磁率を任
意に選択することにより、セラミックス板２の誘電率に
よる特性インピーダンスの低下を阻止することができ
る。

【００１７】図２は、チョークコイルとして形成された
図１のインピーダンス変換素子１を用いてエミッタ接地
方式バッファアンプ回路を構成したときの回路を概略的
に示している。図２において、端子Ｓからトランジスタ
Ｔ_R のベースに入力信号がカップリングコンデンサＣ_B
を介して供給される。トランジスタＴ_R のエミッタは並
列接続のエミッタ抵抗Ｒ_E 及びエミッタバイパスコンデ
ンサＣ_E を介して接地され、トランジスタＴ_R のコレク
タはチョークコイルＺ_L としてのインピーダンス変換素
子１を介して電源Ｖに接続され、出力信号はカップリン
グコンデンサＣ_O を介して端子Ｏに取り出される。な
お、Ｃ_V は電源接地用のコンデンサである。

【００１８】図３は、図２のトランジスタＴ_R のコレク
タ側からみたインピーダンスを示すスミスチャートであ
る。電源接地用コンデンサＣ_V により、電源側のインピ
ーダンスは低インピーダンス点Ａになっている。一方、
チョークコイルＺ_L を電源ＶとトランジスタＴ_R のコレ
クタとの間に挿入したことにより、高インピーダンス点
Ｂに変換されることがわかる。このとき、チョークコイ
ルＺ_L の特性インピーダンスが大きいので、高インピー
ダンス点Ｂはスミスチャートの中央に近づくことはな
く、高インピーダンスを維持することがわかる。また、
周波数変化に対しても、位相変化量が少なく高インピー
ダンスを維持する。

【００１９】なお、インピーダンス変換素子１を複合化
された素子とすることができ、例えば、図２のチョーク
コイルＺ_L と接地用コンデンサＣ_V とを内蔵させるよう
にしてもよい。

【００２０】以上説明したところから理解できるよう
に、インピーダンス変換素子１においては、マイクロス
トリップライン３のパターン、セラミックス板２の誘電
率又はフェライト板４の透磁率を変更することにより、
種々の周波数に対応した位相変化量や特性インピーダン
スを持つインピーダンス変換素子を製造することができ
る。したがって、従来、セラミックス板にマイクロスト
リップラインでインピーダンス変換素子を形成した場合
には、周波数帯が変わればインピーダンス変換素子を変
更する必要があったのに対し、図１の実施例において
は、それぞれ特性の異なるインピーダンス変換素子群を
予め用意しておくことにより、用途に応じてインピーダ
ンス変換素子を交換すれば足り、多品種少量生産に対応
することが容易になるばかりでなく、高周波回路等の種
々の回路の設計開発期間を短縮することが可能になる。
また、インピーダンス変換素子の中央部は接地用電極に
より被覆されているため、それが実装される基板の状態
により特性インピーダンスが変わることがなく、広範な
用途に利用することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上、この発明を一実施例に基づいて詳
細に説明したところから明らかなように、この発明は、
高誘電率の誘電体板と高透磁率の磁性体板とでマイクロ
ストリップラインを挟持するようにした構成を有するの
で、インピーダンス変換素子を小型化且つ高インピーダ
ンス化することができるうえ、それぞれ特性の異なるイ
ンピーダンス変換素子群を予め用意しておくことができ
るので、用途に応じたインピーダンス変換素子を使用す
ることが可能になり、多品種少量生産への対応が容易に
なるばかりでなく、高周波回路等の種々の回路の設計開
発期間を短縮することが可能になる。

【００２２】また、インピーダンス変換素子の中央部を
接地用電極により被覆するならば、それが実装される基
板の状態により特性インピーダンスが変わることがな
く、広範な用途にへの利用が期待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るインピーダンス変換素子の一実
施例を示す図で、１ａはその外観を示す斜視図、１ｂは
その一部を切り欠いた斜視図である。

【図２】チョークコイルとして形成された図１のインピ
ーダンス変換素子を用いてエミッタ接地方式バッファア
ンプ回路を構成したときの回路を概略的に示す図であ
る。

【図３】図２のトランジスタＴ_R のコレクタ側からみた
インピーダンスを示すスミスチャートである。

【図４】従来のインピーダンス変換素子の一例を概略的
に示す図である。

【図５】マイクロストリップラインを用いた従来のイン
ピーダンス変換素子の他の例の一部を示す図である。

【符号の説明】

１：インピーダンス変換素子、 ２：高誘電率のセラミ
ックス板、 ３：マイクロストリップライン、 ４：高
透磁率のフェライト板、 ５：面実装用電極、６：接地
用電極。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高誘電率の誘電体板と、 前記誘電体板の一面に形成されたマイクロストリップラ
   インと、 前記誘電体板の前記一面に、前記マイクロストリップラ
   インを挟持するように設けられた高透磁率の磁性体板
   と、 を具備することを特徴とするインピーダンス変換素子。
2. 【請求項２】 前記インピーダンス変換素子の対向する
   面にそれぞれ形成され、前記マイクロストリップライン
   の両端と接続された実装用電極と、 前記実装用電極間に、該実装用電極と電気的に接続され
   ないように形成された接地用電極と、 を更に具備することを特徴とする請求項１記載のインピ
   ーダンス変換素子。