JPH11308018A - 伝送路変換構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＲＦ回路に同軸ケーブルを用いて実装する場合
に、同軸ケーブルの接続部分での入出力反射を抑え、か
つ中心導体の空中配線を行わない伝送路変換構造を提供
する。 【解決手段】同軸ケーブルと誘電体基板のみで構成した
場合に、同軸ケーブルは中心導体のみを誘電体基板裏面
より導いて表面導体と接続し、誘電体基板の裏面導体に
同軸ケーブルと同心円上に同軸ケーブルの外導体の外径
より小さいヌキ穴を設けて同軸ケーブルの外導体と接続
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、信号の伝送にミリ
波を用いるＲＦ回路に係わり、特に誘電体基板と同軸ケ
ーブルを接続する伝送路変換構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は伝送路変換構造の従来例であ
る。図１１において、１０２は誘電体基板、１０１は同
軸ケーブルである。１０３は台座であり、誘電体基板１
０２が表面に接着されており、同軸ケーブルの外径幅の
穴が誘電体基板１０２と台座103を貫通して設けられて
いる。この貫通穴に同軸ケーブル１０１が挿入され、同
軸ケーブルの中心導体１０４は誘電体基板の表面導体１
０５と接続され、同軸ケーブルの外導体１０６は台座１
０３を介して誘電体基板の裏面導体１０７と接続され
る。同軸ケーブル１０１の直径は最小１mm程度であり、
基板の加工精度上、表面導体１０５から貫通穴端面まで
の距離が０.０５mm 以上である。

【０００３】従来の構造上、中心導体１０４の空中配線
は０.５５mm 以上の長さを必要とする。よってミリ波帯
での空中配線部分のインピーダンスは同軸ケーブル１０
１や誘電体基板１０２の特性インピーダンスに比べて伝
送線路上無視できない程の大きな値としてみえるため、
特性インピーダンス不連続による信号成分の反射やロス
が生じる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ミリ波を応用したＲＦ
装置は、波長が数mmと短く、直進性が高いため、レーダ
ー装置や無線装置等に利用されている。ミリ波のＲＦ回
路の実装において、一般に伝送線路上のロスを低減する
ために導波管を用いて接続した構成となっている。

【０００５】しかし、導波管そのものが金属で大きいた
め、加工や設置が複雑になるので、導波管の代替品とし
て同軸ケーブルを用いるが、ミリ波帯の通過損失を考慮
しても同軸ケーブルの直径は１mm程度である。同軸ケー
ブルと誘電体基板のみで接続する場合に、誘電体基板平
面の法線ベクトルと並行に誘電体基板裏面側から同軸ケ
ーブルを導くと、誘電体基板と同軸ケーブルの中心導体
を接続するには、中心導体を誘電体基板表面に曲げる必
要があり、その長さは同軸ケーブルの半径と誘電体基板
の加工条件により０.５mm 以上の有限の値となる。中心
導体は金属であるので直角には曲がらず、ある曲率半径
をもって誘電体基板と接続されるため、中心導体は空中
配線となり、さらに長くなる。

【０００６】この空中配線された中心導体は約１ｎＨ／
mmのインダクタンス成分があるため、７０ＧＨｚの周波
数でインピーダンスは４００オーム程度となる。高周波
回路系での特性インピーダンスが５０オームとすると中
心導体のインピーダンスの値は大きく、空中配線された
中心導体部分で特性インピーダンスが不連続となり、信
号の入出力反射が生じ、信号が減衰する。

【０００７】従来例の構造を維持すると、同軸ケーブル
の直径から変更しない限り空中配線部分の長さは大幅な
短縮は望めない。また、インダクタンス成分を削減する
には並列にキャパシタンス成分を加える必要があるため
新たな電子部品を用いなければならない。

【０００８】本発明は上記の課題をふまえて、ＲＦ回路
に同軸ケーブルを用いて実装する場合に、同軸ケーブル
の接続部分での入出力反射を抑え、かつ中心導体の空中
配線を行わない伝送路変換構造を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の原理を
示す図である。この図において、１０１は同軸ケーブル
であり、１０２は誘電体基板である。１０３は台座であ
り、誘電体基板１０２が表面に接着されており、同軸ケ
ーブル１０１の外径幅の穴を台座１０３を貫通して設
け、同軸ケーブル１０１が挿入される。１０４は同軸ケ
ーブルの中心導体であり、１０５は誘電体基板の表面導
体、１０６は同軸ケーブルの外導体、107は誘電体基板
の裏面導体である。中心導体１０４の外径幅の穴が設け
られた誘電体基板１０２を通過して表面導体１０５に接
続する。外導体１０６は直接裏面導体１０７と接続す
る。中心導体１０４の特性インピーダンス不連続部分は
誘電体基板１０２の厚みのみ制限を受ける構造の伝送路
変換構造である。

【００１０】

【発明の実施の形態】図２は本発明の第１の実施例であ
り、同図（ａ）は伝送路変換構造の上面側を示し、同図
（ｂ）はその同軸ケーブル挿入部の断面を示す。１０１
は同軸ケーブルであり、１０２は誘電体基板であり、１
０３は同軸ケーブル１０１と誘電体基板１０２を支える
台座である。同軸ケーブル１０１は、中心導体１０４の
周囲を誘電体１２０と外導体１０６で被覆した構造であ
る。誘電体基板１０２は、表面に表面導体１０５と裏面
に裏面導体１０７でサンドイッチ状に誘電体を挟み込ん
だ構造である。

【００１１】誘電体基板１０２は台座１０３の表面に配
置され、台座１０３は同軸ケーブル１０１が通過できる
程の穴が誘電体基板１０２の方向へ向かって加工されて
いる。同軸ケーブル１０１は、誘電体基板１０２の厚み
と同等もしくはそれ以上の長さの中心導体１０４を残し
てケーブルの端面が加工されている。その同軸ケーブル
１０１は誘電体基板１０２平面の法線ベクトル方向の裏
面から表面に向けて挿入され、中心導体１０４の外径以
上の穴を同軸ケーブルと同心円上の誘電体基板１０２に
設けて、中心導体１０４はその穴を通過して表面導体１
０５と接続し、外導体１０６は裏面導体１０７と接続す
る。裏面導体１０７は、同軸ケーブル１０１と同心円上
にヌキ穴が設けられており、その大きさは中心導体１０
４の外径より大きく、外導体１０６の外径より小さい範
囲で設定される。

【００１２】図３は誘電体基板１０２の上面図である。
表面導体１０５と裏面導体１０７はマイクロストリップ
ライン構造で形成されており、特性インピーダンスを調
整し、同軸ケーブルと整合を図る。中心導体１０４との
接続部分では、ドーナツ状のランドパターン１０８を設
けることにより、裏面導体１０７との容量成分を改善し
て中心導体１０４のインダクタンス成分を小さく抑える
ことができ、接続材料の濡れを改善して接続部分でのイ
ンピーダンス特性を小さく抑えることができる。

【００１３】図４は誘電体基板１０２を裏返した場合の
裏面図である。誘電体基板１０２は中心導体１０４を表
面導体１０５まで通過させるための穴が設けられてお
り、これと同心円状に裏面導体１０７は円状のヌキパタ
ーン１０９が設けられている。このヌキパターン１０９
の内径は中心導体１０４の外径より大きく、外導体106
の外径より小さい範囲で設定されるが、中心導体１０４
のインダクタンス値を抑えたり、表面導体のマイクロス
トリップラインの特性の連続性を保つには、電磁波の波
長より十分小さいことが望まれる。

【００１４】図５は本発明の第２の実施例であり、同図
（ａ）は伝送路変換構造の上面側であり、同図（ｂ）は
その同軸ケーブル挿入部の断面を示す。１０１は同軸ケ
ーブルであり、１０２は誘電体基板であり、１０３は同
軸ケーブル１０１と誘電体基板１０２を支える台座であ
る。同軸ケーブル１０１は、中心導体１０４の周囲を誘
電体１２０と外導体１０６で被覆した構造である。誘電
体基板１０２は、表面に１０５の表面導体と裏面に１０
７の裏面導体でサンドイッチ状に誘電体を挟み込んだ構
造である。

【００１５】誘電体基板１０２は台座１０３の表面に配
置され、台座１０３は同軸ケーブル１０１が通過できる
程の穴が誘電体基板１０２の方向へ向かって加工されて
いる。同軸ケーブル１０１は、誘電体基板１０２の厚み
と同等もしくはそれ以上の長さの中心導体１０４を残し
てケーブルの端面が加工されている。その同軸ケーブル
１０１は誘電体基板１０２平面の法線ベクトル方向の裏
面から表面に向けて挿入され、中心導体の外径以上の穴
を同軸ケーブルと同心円上の誘電体基板１０２に設け
て、中心導体１０４はその穴を通過して表面導体１０５
と接続し、外導体１０６は裏面導体１０７と接続する。
裏面導体１０７は、同軸ケーブル１０１と同心円上にヌ
キ穴が設けられており、その大きさは中心導体１０４の
外径より大きく、外導体１０６の外径より小さい範囲で
設定される。

【００１６】ここで、図５に示されるグランド付きコプ
レーナ線路においては、表面導体１０５のコプレーナラ
インのグランドが裏面導体１０７と同電位であることが
絶対条件である。よって、ビアホール１３０は表面導体
１０５と裏面導体１０７を電気的に接続する穴であり、
誘電体基板１０２の表裏面の電位を等しく保つ。またビ
アホール１３０を加工する際に、ビアホールの周期をミ
リ波信号の１／４波長より大きく設計したり、表面導体
のコプレーナラインの主線路とグランドのギャップから
のビアホール位置を不連続にすると、表面導体のグラン
ドと裏面導体との間に電位差が生じてコプレーナ伝送線
路の電気的特性が不連続となり伝送線路の挿入損とな
る。従ってビアホール１３０の周期は１／４波長より小
さく設計し、コプレーナラインの主線路とグランドのギ
ャップからある距離を保って配置される。

【００１７】図６は誘電体基板の上面側である。表面導
体１０５はコプレーナライン構造で形成されており、裏
面導体１０７はコプレーナラインの裏面グランドとして
働く。表面導体１０５のコプレーナラインのグランドと
裏面導体１０７は、ビアホール１０９にて接続される。
誘電体基板のコプレーナラインも特性インピーダンスを
調整して同軸ケーブルと整合を図る。コプレーナライン
においても、中心導体１０４との接続部分では、ドーナ
ツ状のランドパターン１０８を設けることにより、裏面
導体との容量成分を改善して中央導体のインダクタンス
成分を小さく抑えることができ、接続材料の濡れを改善
して接続部分でのインピーダンス特性を小さく抑えるこ
とができる。

【００１８】図７は誘電体基板１０２を裏返した場合の
裏面図である。誘電体基板１０２は中心導体１０４を表
面導体１０５まで通過させるための穴が設けられてお
り、これと同心円状に裏面導体１０７は円状のヌキパタ
ーン１０９が設けられている。このヌキパターン１０９
の内径は中心導体の外径より大きく、外導体の外径より
小さい範囲で設定されるが、中心導体１０４のインダク
タンス値を抑えたり、表面導体の特性の連続性を保つに
は、電磁波の波長より十分小さいことが望まれる。

【００１９】図８は本発明の第３の実施例であり、伝送
路変換構造を有するＲＦ回路が実装された移動体の構成
図である。図８において２０１はＲＦ回路であり、２０
２は移動体であり、ＲＦ回路２０１は移動体２０２に搭
載される。

【００２０】図９はＲＦ回路２０１の内部構成である。
ＲＦ回路２０１は、台座１０３の表面に誘電体基板１０
２が接着され、導体パターンの一部に本発明の伝送路変
換構造３０１が形成されている。

【００２１】図１０はＲＦ回路の断面構成である。台座
１０３の表裏面に誘電体基板1021と１０２２が接着さ
れ、誘電体基板１０２１はアンテナ基板として、誘電体
基板１０２２はＲＦ基板として用いる。誘電体基板１０
２１と誘電体基板１０２２は同軸ケーブル１０１を介し
て接続され、その接続部分には本発明の伝送路変換構造
が用いられている。

【００２２】前方から電磁波が向かってくる場合、ＲＦ
回路を移動体２０２の前方部分に配置し、誘電体基板１
０２１のアンテナ指向性を前方に支持することで、前方
からの電磁波はアンテナで電気信号に誘起され、同軸ケ
ーブル１０１を通過して誘電体基板１０２２のＲＦ基板
へ伝送され、信号が一定のアルゴリズムで処理される。
また、ＲＦ基板からの信号は同軸ケーブル１０１を通過
して誘電体基板1021のアンテナより電磁波として放射さ
れる。この同軸ケーブル１０１を通過する際に本発明の
伝送路変換構造を用いることによって、変換部分での特
性インピーダンスの不連続が小さくなり、誘電体基板か
ら同軸ケーブルへ、同軸ケーブルから誘電体基板への伝
搬は反射やロスを抑えた改善された特性となる。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたとおり、本発明によれば、ミ
リ波ＲＦ回路において、同軸ケーブルの端面の中心導体
の長さを接続する誘電体基板厚み以上残して加工し、同
軸ケーブルの中心導体が接続される誘電体基板の表面導
体は同軸ケーブルと同心円上にドーナツ状のランドパタ
ーンを配し、同軸ケーブルの外導体が接続される誘電体
基板の裏面導体は同軸ケーブルと同心円上に中心導体の
外径より大きく外導体の外径より小さい円状のヌキパタ
ーンを配する。

【００２４】さらに、誘電体基板平面の法線ベクトル方
向の裏面側から表面側へ同軸ケーブルを導入し、誘電体
基板に中心導体が通過できる穴を設けて中心導体と表面
導体を接続して外導体と裏面導体を接続する。

【００２５】この誘電体基板と同軸ケーブルの伝送路の
接続部分で特性インピーダンスの不連続部分は、誘電体
基板厚の長さの中心導体のみとなる。その厚みは１ミリ
メートルを大きく下回り、約コンマ１ミリの長さであ
る。よって、中心導体のインダクタンスも小さく切り詰
めることが可能となる。さらに、表面導体のランドパタ
ーンと裏面導体のヌキパターンを設けたことにより中心
導体部でのインピーダンス値をさらに抑えることが可能
となる。従って、中心導体のインピーダンス不連続点を
ほとんど無視できる程度まで抑えることが可能となるた
め、誘電体基板に作製したマイクロストリップラインや
コプレーナラインと同軸ケーブルの特性インピーダンス
を調整することにより、伝送線路上、反射やロスを小さ
く抑えることのできる伝送路変換構造を提供することが
できる。

【００２６】また、移動体にこの伝送路変換構造を用い
たミリ波ＲＦ回路を用いると、変換部分での反射やロス
が減少することが予想できるので、移動体におけるＲＦ
信号のダイナミックレンジ拡大や消費電力の削減等が期
待でき、伝送路変換構造そのものが同軸ケーブルと誘電
体基板のみで構成されるので移動体のコスト削減が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の伝送路変換構造の原理を説明するため
の断面図。

【図２】本発明の一実施例の伝送路変換構造の構成を示
す斜視図。

【図３】本発明の伝送路変換構造に用いるマイクロスト
リップライン誘電体基板の斜視図。

【図４】マイクロストリップライン誘電体基板の裏面を
示す斜視図。

【図５】本発明の他の実施例の伝送路変換構造を示す斜
視図。

【図６】図５の伝送路変換構造に用いるコプレーナライ
ン誘電体基板の斜視図。

【図７】コプレーナライン誘電体基板の裏面を示す斜視
図。

【図８】本発明の実施例の伝送路変換構造を有する移動
体の斜視図。

【図９】移動体に搭載するＲＦ回路の内部構成を示す斜
視図。

【図１０】移動体に搭載するＲＦ回路の断面構成を示す
部分断面斜視図。

【図１１】従来の伝送路変換構造の構成を示す断面図。

【符号の説明】

１０１…同軸ケーブル、１０２…誘電体基板、１０３…
台座、１０４…同軸ケーブルの中心導体、１０５…誘電
体基板の表面導体、１０６…同軸ケーブルの外導体、１
０７…誘電体基板の裏面導体、１０８…同軸ケーブルの
中心導体と外導体間にある誘電体、１０９…誘電体基板
上のビアホール、２０１…ＲＦ回路、２０２…移動体、
３０１…伝送路変換構造、１０２１…アンテナ用誘電体
基板、１０２２…ＲＦ基板用誘電体基板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 博司 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同軸ケーブルを含んで構成された電子回路
   において、前記同軸ケーブルは電子回路に含まれる誘電
   体基板平面の法線ベクトル方向の誘電体基板の裏面側か
   ら導かれ、同軸ケーブルの中心導体は誘電体基板裏面を
   通過して表面導体と接続し、同軸ケーブルの外導体は中
   心導体と同心円上に形成された外導体外径より小さい円
   状のヌキ穴を設けた誘電体基板裏面導体と接続すること
   を特徴とする伝送路変換構造。
2. 【請求項２】請求項１記載の誘電体基板の表面導体にお
   いて、同軸ケーブルと接続する部分に、該同軸ケーブル
   の中心導体と同心円上に形成した上記中心導体の外径よ
   り大きいドーナツ状のランドパターン導体が附随したこ
   とを特徴とする伝送路変換構造。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の伝送路変
   換構造において、該同軸ケーブルの特性インピーダンス
   と整合するように該誘電体基板の表面導体と裏面導体の
   構造を連続的に調整するため、マイクロストリップ線路
   やコープレナ線路で規定することを特徴とする伝送路変
   換構造。
4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
   の伝送路変換構造において、移動体もしくは物体の少な
   くとも一部の移動体に上記伝送路変換構造を搭載するこ
   とを特徴とする伝送路変換構造。