JP6690586B2 - マイクロ波装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波信号を伝送するマイクロ波装置に関するものである。

近年、観測レーダの高分解能化が求められており、レーダ周波数の広帯域化、高周波化、レーダ出力の高出力化が望まれている。レーダは、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を送受信する送受信モジュールから構成される。送受信モジュールは、高周波信号の生成、増幅、周波数変換処理等を行う半導体チップ、コンデンサ等のデバイスが実装されるマイクロ波装置と、半導体チップを収容する金属製容器から成る。

レーダ周波数の広帯域化、高周波化に伴い、送受信モジュールの金属製容器を小型にする必要がある。この場合、送受信モジュール内のマイクロ波装置において、デバイスに接続されるＲＦ信号線路やバイアス線路等の配線間の距離は縮まり、配線間のアイソレーション性能が悪化し、必要なモジュール性能の確保が難しくなる。また、レーダ出力の高出力化に伴い、送受信モジュールの利得は必然的に高くなるため、所要のモジュール性能を確保するためには、マイクロ波装置におけるデバイスの配線間に、高いアイソレーション性能が必要となる。

従来、マイクロ波装置の信号配線間にグランドパターンを設けるなどして、配線間のアイソレーション性能を高めていた（例えば特許文献１参照）。

特開２０１１−１７２１７３号公報

しかしながら、従来のマイクロ波装置は、ＲＦ信号線路から他方の信号線路への電磁界結合に加えて、ＲＦ信号線路からグランドパターンへの電磁界結合により、更にグランドパターンから他方の信号線路への電磁界の再結合が生じる。この再結合を抑制することができないため、配線間の良好なアイソレーションを確保することができないという問題があった。

この問題について更に図３、図４を用いて説明する。
図３は比較例としてのマイクロ波装置の構成例を示す図である。図４は比較例の配線間の電磁界結合状況として、電磁界シミュレータでの解析結果を示す図である。
図３において、マイクロ波装置は、誘電体基板６の上面にＲＦ信号線路１と他方の信号線路２とグランドパターン４が形成される。ＲＦ信号線路１はマイクロ波のＲＦ信号を伝送する。他方の信号線路２は例えばバイアス信号を印加するバイアス線路である。誘電体基板６の下面はグランドパターン７が形成される。ビアホール３は誘電体基板６の内部を貫通し、グランドパターン４とグランドパターン７の間を接続する。ＲＦ信号線路１と他方の信号線路２の間にグランドパターン４が配置される。また、図３において、ＲＦ信号線路１から他方の信号線路２への結合Ｓ１と、ＲＦ信号線路１から他方の信号線路２への結合Ｓ２を図示している。

図４において、ＲＦ信号線路１、他方の信号線路２、ビアホール３、およびグランドパターン４の各配線間の断面図を示し、矢印線にて電磁界結合の状況を示している。図４の結合Ｓ１はＲＦ信号線路１から他方の信号線路２への直接の電磁界結合の状況を示している。図４の結合Ｓ２はグランドパターン４を介在した他方の信号線路２への電磁界結合の状況を示している。グランドパターン４はビアホール３により接地されている。図４において、結合Ｓ１と結合Ｓ２の両方が合わさって、ＲＦ信号線路１と他方の信号線路２の配線間の結合を形成していることが解る。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであって、グランドパターンを介在したＲＦ信号線路から他方の信号線路への電磁界の再結合を抑制することで、配線間のアイソレーション性能を向上させることを目的とする。

この発明によるマイクロ波装置は、誘電体基板と、誘電体基板の上面に形成され、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を伝送するＲＦ信号線路と、誘電体基板の上面に形成され、ＲＦ信号線路とは異なる他方の信号線路と、誘電体基板の上面に形成され、ＲＦ信号線路と他方の信号線路の間に配置されて、接地されたグランドパターンと、を備え、上記グランドパターンにおける上記他方の信号線路側の一部は、抵抗パターンを形成したものである。

この発明によれば、ＲＦ信号線路から他方の信号線路２へのグランドパターンを介在した電磁界の再結合を抑制することができる。

実施の形態１によるマイクロ波装置の構成を示す図である。 実施の形態１によるマイクロ波装置において、電磁界シミュレータでの解析結果による配線間の電磁界結合状況を示す図である。 比較例のマイクロ波装置の構成を示す図である。 比較例の配線間の電磁界結合状況として、電磁界シミュレータでの解析結果を示す図である。

実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１によるマイクロ波装置の構成を示す図である。
図１において、実施の形態１によるマイクロ波装置は、誘電体基板６の上面にＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号線路１と、他方の信号線路２と、グランドパターン４が形成される。誘電体基板６の下面はグランドが接続されて接地されたグランドパターン７が形成される。誘電体基板６は、例えば増幅器、移相器、周波数混合器等の図示しないマイクロ波回路が接続される。実施の形態１によるマイクロ波装置は、例えばマイクロ波の送受信回路、送受信モジュール、またはＲＦモジュールを構成する。

ＲＦ信号線路１は、誘電体基板６に接続されるマイクロ波回路に対し、マイクロ波帯、ミリ波帯等のＲＦ信号を伝送する分布定数線路である。他方の信号線路２は、誘電体基板６に接続されるマイクロ波回路に対し、ＲＦ信号線路１との混信を避けるべく異なる信号を送信する線路であり、分布定数線路であっても良い。他方の信号線路２は、例えばバイアス信号を印加するバイアス線路である。図１は、ＲＦ信号線路１と他方の信号線路２が平行に配線され、離間して配置された状態を図示している。
なお、図示しないマイクロ波回路への接続点の付近で、ＲＦ信号線路１と他方の信号線路２の両者の間隔が拡がるまたは狭まり、両者が非平行に配置されていても良い。

複数のビアホール３は誘電体基板６の内部を貫通し、グランドパターン４とグランドパターン７の間をそれぞれ接続する。ＲＦ信号線路１と他方の信号線路２の間には、グランドパターン４が配置される。グランドパターン４における他方の信号線路２側の一部は、抵抗パターン５を形成している。また、グランドパターン４におけるＲＦ信号線路１側の他の部分４ｂは、金、銀、または銅等からなる金属導体膜を形成している。抵抗パターン５は薄膜抵抗で構成され、グランドパターン４における他の部分４ｂに接して配置される。すなわち、抵抗パターン５は、比較例の図３と比べて、グランドパターン４の金属導体膜の一部が薄膜抵抗で置き換わった構成となっている。グランドパターン４における他の部分４ｂと抵抗パターン５との境界部分またはその周辺では、ビアホール３の上端がグランドパターン４における他の部分４ｂに接続されている。ビアホール３は、当該境界領域に沿って複数配列される。

次に、実施の形態１によるマイクロ波装置の動作について説明する。
図１において、実施の形態１によるマイクロ波装置は、ＲＦ信号線路１がＲＦ信号を伝送する。また、他方の信号線路２が低周波の制御信号または直流信号等のバイアス信号を伝える。ＲＦ信号線路１の電磁界放射７により、ＲＦ信号線路１から他方の信号線路２に対して、ＲＦ信号の結合Ｓ１を生じる。

また、実施の形態１によるマイクロ波装置では、グランドパターン４から他方の信号線路２への電磁界放射による結合Ｓ２が抑えられる。これにより、図３の比較例に比べて、グランドパターン４から他方の信号線路２への結合Ｓ２が抑制される。

ここで抵抗パターン５による結合Ｓ２の抑制効果を図を用いて説明する。図２は、ＲＦ信号線路１と他方の信号線路２の間の電磁界アイソレーション解析結果を示す図であって、配線間の電磁界結合状況を示している。図２において、図１と同一の符号は同一のものである。グランドパターン４の他方の信号線路２側は、グランドパターン４におけるＲＦ信号の伝送方向の端縁に沿って抵抗パターン５が装着されている。

図２において、ＲＦ信号線路１からグランドパターン４に結合したＲＦ信号は、抵抗パターン５の効果により、他方の信号線路２への結合が抑制される。これによりＲＦ信号線路１と他方の信号線路２の間の電磁結合に対するアイソレーションを高めることができる。

以上説明した通り、実施の形態１によるマイクロ波装置は、マイクロ波装置内の配線間に配置されるグランドパターン４の一部に抵抗パターン５を設けたことを特徴とする。すなわち、誘電体基板６と、誘電体基板６の上面に形成され、ＲＦ信号を伝送するＲＦ信号線路１と、誘電体基板６の上面に形成され、ＲＦ信号線路１とは離間して配置された異なる他方の信号線路２と、誘電体基板６の上面に形成され、ＲＦ信号線路１と他方の信号線路２の間に配置されて、接地されたグランドパターン４を備え、上記グランドパターン４における上記他方の信号線路２側の一部は、抵抗パターン５を形成したものである。また、グランドパターン４は、上記ＲＦ信号線路１の信号伝送方向に沿って複数のビアホール３が配列されても良い。また、上記グランドパターン４の他の部分は金属導体からなり、上記グランドパターン４の他の部分と抵抗パターン５の境界部分に、上記ビアホール３が配列されても良い。

これにより、一旦ＲＦ信号線路１からグランドパターン４に電磁界結合したＲＦ信号が、他方の信号線路２（バイアス線路）へ再結合することを抑制することができるので、ＲＦ信号線路１と他方の信号線路２間の電磁結合に対するアイソレーション特性を高めることができる。

また、抵抗パターン５の効果によって、ＲＦ信号線路１から他方の信号線路２（バイアス線路）に漏れ込んだ不要な高周波を除去し、マイクロ波装置内の配線間のアイソレーション特性を向上する。これによって、マイクロ波装置におけるＲＦ信号の通過特性、反射特性等の信号処理性能を向上させる効果がある。延いては、マイクロ波装置の高出力化、高周波化、および装置全体の高アイソレーション化、小型化に寄与することができる。

なお、抵抗パターン５の製造は、周知の薄膜抵抗の製造技術および製造プロセスを用いて行うことが可能であり、新たな製造プロセスを準備する必要は必ずしもない。このため、比較的容易に製造プロセスを導入することができる。

１ ＲＦ信号線路、２ 他方の信号線路、３ ビアホール、４ グランドパターン、５ 抵抗パターン、６ 誘電体基板。

Claims (3)

1. 誘電体基板と、
   誘電体基板の上面に形成され、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を伝送するＲＦ信号線路と、
   誘電体基板の上面に形成され、ＲＦ信号線路とは異なる他方の信号線路と、
   誘電体基板の上面に形成され、ＲＦ信号線路と他方の信号線路の間に配置されて、接地されたグランドパターンと、
   を備え、
   上記グランドパターンにおける上記他方の信号線路側の一部は、抵抗パターンを形成したマイクロ波装置。
2. グランドパターンは、上記ＲＦ信号線路の信号伝送方向に沿って複数のビアホールが配列された請求項１記載のマイクロ波装置。
3. 上記グランドパターンの他の部分は金属導体からなり、
   上記グランドパターンの他の部分と抵抗パターンの境界部分に、上記ビアホールが配列された請求項２記載のマイクロ波装置。

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