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技術 高周波線路接続構造

出願人 日本電信電話株式会社
発明者 田野辺博正綱島聡
出願日 2018年4月18日 (2年10ヶ月経過) 出願番号 2018-079624
公開日 2019年10月31日 (1年3ヶ月経過) 公開番号 2019-192954
状態 特許登録済
技術分野 導波管型の結合装置
主要キーワード 毛細血管現象 接地グランド グランデッドコプレーナ線路 基幹部品 高周波インタフェース 電気的容量 同軸線路構造 通過損失特性
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

反射損失が低く、かつ低通過損失特性広帯域で備える高周波線路接続構造を提供することを目的とする。

解決手段

同軸線路10と平面形線路20とを接続する高周波線路接続構造1は、平面形線路20の一対の第1導体薄膜23の縁端に沿って形成された導電性の第2接着層60を有する。また、一対の第1導体薄膜23の端部23a、23’a、および第2導体薄膜22の同軸線路10に隣接する端部22aが外部導体11に形成された円柱状の貫通孔内壁12の位置と一致するように配置されている。

概要

背景

近年の光エレクトロニクス分野において、光電子部品を構成する高周波インタフェースは、広い周波数範囲での通過損失が低く、低反射特性を備えることが必須となっている。このような高周波インタフェースの構造は、リードピンフレキシブル基板を用いた形態だけでなく、同軸インタフェースも使用されるケースが見られている。

特に、100GHz以上の帯域特性を備えた1mmインタフェースを持つ電子部品光モジュール部品は、次世代1Tbps超の光通信用基幹部品として期待され、国内外で開発が進められている。

上記のような電子部品や光モジュール部品の内部では、平面上に各種部品が搭載されるが、それらの各種部品を電気的に接続する高周波線路絶縁性を備えた誘電体基板上に作製されることが一般となっている。一方、1mmインタフェースは中心導体円筒グランドからなる同軸線路構造を備えており、上記の誘電体基板上に作製された高周波線路の構造とは明らかに異なる。

このような構造の違いによって、誘電体基板上に作製された高周波線路と同軸線路とを機械的に、かつ電気的に接続した場合、その接続部分での高周波特性として低通過損失、および低反射損失特性を備えた新たな高周波線路の接続機構の実現が望まれていた。

そこで、例えば特許文献1では、図5Aに示すように、同軸線路510を構成する中心導体514をその線路端において突出させた構造とし、中心導体514をグランデッドコプレーナ線路520の線路端の信号線路522と電気的に接続させ、さらに誘電体層513と電波吸収層500とを接続部分に搭載した高周波線路接続構造500Aを開示している。

より詳細には、図5Aに示すように、高周波線路接続構造500Aは、同軸線路510とグランデッドコプレーナ線路520とを接続する。
同軸線路510は、電波吸収層500に覆われた円筒状の接地グランド511と、接地グランド511の内部に充填された絶縁体512と、絶縁体512に覆われた中心導体514とを備える。同軸線路510の線路端において、中心導体514が突出した部分を誘電体層513が覆っている。

グランデッドコプレーナ線路520は、誘電体基板523の表面に形成された一対のグランド521と、一対のグランド521に所定の距離を隔てて挟まれるように形成された信号線路522と、誘電体基板523の裏面に形成された接地グランド524とを備える。また、グランデッドコプレーナ線路520は金属ベース530、540上に形成されている。

高周波線路接続構造500Aにおいて、同軸線路510とグランデッドコプレーナ線路520とがそれぞれ伝搬する電磁波の基本モードが異なる。そのため、接続部での基本モードの変換を緩和する目的で誘電体層513を導入し、さらに互いの接続部で発生する不要輻射を吸収する目的で電波吸収層500が導入されている。

これによって、高周波線路接続構造500Aでは、通過損失や反射損失の増大が抑制される。そのため、高周波線路接続構造500Aにおける通過損失の周波数特性および反射損失の周波数特性では、リップルおよびディップが除去され、かつ広帯域にわたって良好な伝送特性が得られるとしている。

しかしながら、誘電体層513は高周波損失を発生させる。また、電波吸収層500で吸収している不要輻射の元となるエネルギーも、線路で伝搬している高周波信号に基づく。そのため、高周波線路接続構造500Aは、接続部でのエネルギー損失の発生を前提とした接続機構となっている。一般的に、100GHz等の高い周波数の高周波信号は、その高周波信号を発生させるIC等での出力振幅がそもそも小さい。また、不要輻射は周波数が高いほど顕著に発生することは周知の事実となっている。

よって、100GHz等の高い周波数の高周波信号を、高周波線路接続構造500Aに伝搬させた場合、反射損失は電波吸収層500によって実効的に低減されるものの、エネルギー損失が発生し、トータルの等価損失は低下してしまう。

図5B、5Cは、図5Aに示す高周波線路接続構造500Aの誘電体層513と電波吸収層500を除いた主要な構造を示す斜視図である。図5D、5Eは、図5Bおよび図5Cに示す高周波線路接続構造500Aの側面図である。

図5Dに示す側面図の内部に描画された矢印線は高周波信号を示す。また、図5Eに示す側面図の内部に描画された矢印線は図5Dの高周波信号と対をなすリタ電流を示している。図5D、5Eに示すように、それぞれの矢印線の長さが異なり、この長さの違いのλ/4に相当する管内周波数で明らかな反射が現れることが懸念される。

図6は、高周波線路接続構造500Aにおける反射損失および通過損失の計算結果を示す。図6に示すように、特定の周波数で反射損失にディップが現れ、その周波数で通過損失が劣化してしまう。このように、高周波線路接続構造500Aでは、異なる線路構造を接続するため、接続部分におけるリタン電流パス迂回路に伴って反射損失の劣化が生ずる。

概要

反射損失が低く、かつ低通過損失特性を広帯域で備える高周波線路接続構造を提供することを目的とする。同軸線路10と平面形線路20とを接続する高周波線路接続構造1は、平面形線路20の一対の第1導体薄膜23の縁端に沿って形成された導電性の第2接着層60を有する。また、一対の第1導体薄膜23の端部23a、23’a、および第2導体薄膜22の同軸線路10に隣接する端部22aが外部導体11に形成された円柱状の貫通孔内壁12の位置と一致するように配置されている。 A

目的

このような構造の違いによって、誘電体基板上に作製された高周波線路と同軸線路とを機械的に、かつ電気的に接続した場合、その接続部分での高周波特性として低通過損失、および低反射損失特性を備えた新たな高周波線路の接続機構の実現が望まれていた

効果

実績

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請求項1

同軸線路と平面形線路とを接続する高周波線路接続構造であって、前記同軸線路は、軸方向に延伸し、その軸方向に垂直な断面が軸を中心とした円形に形成された中心導体と、前記中心導体を収容する円柱状の貫通孔を有する外部導体と、前記中心導体と前記外部導体との間の前記貫通孔内に設けられ、前記中心導体と前記外部導体とを絶縁する絶縁層と、を有し、前記中心導体は、前記外部導体の端面から前記軸方向に延出した先端部を有し、前記平面形線路は、誘電体からなる基板と、前記基板の表面に形成されたストリップ状信号線路と、前記基板の表面の前記同軸線路に隣接する領域に、前記信号線路の両側に所定の距離を隔てて形成された一対の第1導体薄膜と、前記基板の裏面を覆い、前記一対の第1導体薄膜と電気的に接続される第2導体薄膜と、を有し、前記中心導体の前記先端部と、前記平面形線路に含まれる前記信号線路の一端とを覆うように形成された導電性を有する第1接着層と、前記平面形線路に含まれる前記一対の第1導体薄膜の前記同軸線路側の縁端に沿って形成され、前記一対の第1導体薄膜と前記同軸線路の前記外部導体とを接続する導電性を有する第2接着層と、を備え、前記軸方向から見たときに、前記一対の第1導体薄膜の前記信号線路に近い端部は、前記外部導体に形成された前記円柱状の前記貫通孔の内壁の位置と一致することを特徴とする高周波線路接続構造。

請求項2

請求項1に記載の高周波線路接続構造において、前記軸方向から見たときに、前記第2導体薄膜の前記同軸線路に隣接する端部は、前記外部導体に形成された前記円柱状の前記貫通孔の内壁の位置と一致することを特徴とする高周波線路接続構造。

請求項3

請求項1に記載の高周波線路接続構造において、前記平面形線路の前記基板は、前記信号線路の長手方向に垂直な方向の長さが、前記同軸線路の同心円の半径よりも短く、前記平面形線路の前記第2導体薄膜には切欠きが形成され、前記切欠きは、前記同軸線路の前記中心導体の先端部と前記平面形線路の表面の一部とが前記第1接着層により接続されて形成される接続部を平面視したときの前記接続部を含む領域が選択的に除去されて形成され、前記第2導体薄膜の前記同軸線路および前記切欠きに隣接する前記第2導体薄膜の端部は、前記外部導体に形成された前記円柱状の前記貫通孔の内壁の位置と一致することを特徴とする高周波線路接続構造。

請求項4

請求項1から3のいずれか1項に記載の高周波線路接続構造において、前記平面形線路は、前記基板を貫通し、前記一対の第1導体薄膜と前記第2導体薄膜とを導通するための複数のスルーホールをさらに備えることを特徴とする高周波線路接続構造。

請求項5

請求項1から3のいずれか1項に記載の高周波線路接続構造において、前記平面形線路は、前記基板の前記同軸線路に隣接する端面に形成され、前記基板を貫通し、前記一対の第1導体薄膜と前記第2導体薄膜とを導通するための複数のハーフスルーホールをさらに備え、前記第2接着層は、前記複数のハーフスルーホールに充填されることを特徴とする高周波線路接続構造。

技術分野

0001

本発明は、高周波線路接続構造に関し、特に同軸線路と平面形線路とを接続する技術に関する。

背景技術

0002

近年の光エレクトロニクス分野において、光電子部品を構成する高周波インタフェースは、広い周波数範囲での通過損失が低く、低反射特性を備えることが必須となっている。このような高周波インタフェースの構造は、リードピンフレキシブル基板を用いた形態だけでなく、同軸インタフェースも使用されるケースが見られている。

0003

特に、100GHz以上の帯域特性を備えた1mmインタフェースを持つ電子部品光モジュール部品は、次世代1Tbps超の光通信用基幹部品として期待され、国内外で開発が進められている。

0004

上記のような電子部品や光モジュール部品の内部では、平面上に各種部品が搭載されるが、それらの各種部品を電気的に接続する高周波線路は絶縁性を備えた誘電体基板上に作製されることが一般となっている。一方、1mmインタフェースは中心導体円筒グランドからなる同軸線路構造を備えており、上記の誘電体基板上に作製された高周波線路の構造とは明らかに異なる。

0005

このような構造の違いによって、誘電体基板上に作製された高周波線路と同軸線路とを機械的に、かつ電気的に接続した場合、その接続部分での高周波特性として低通過損失、および低反射損失特性を備えた新たな高周波線路の接続機構の実現が望まれていた。

0006

そこで、例えば特許文献1では、図5Aに示すように、同軸線路510を構成する中心導体514をその線路端において突出させた構造とし、中心導体514をグランデッドコプレーナ線路520の線路端の信号線路522と電気的に接続させ、さらに誘電体層513と電波吸収層500とを接続部分に搭載した高周波線路接続構造500Aを開示している。

0007

より詳細には、図5Aに示すように、高周波線路接続構造500Aは、同軸線路510とグランデッドコプレーナ線路520とを接続する。
同軸線路510は、電波吸収層500に覆われた円筒状の接地グランド511と、接地グランド511の内部に充填された絶縁体512と、絶縁体512に覆われた中心導体514とを備える。同軸線路510の線路端において、中心導体514が突出した部分を誘電体層513が覆っている。

0008

グランデッドコプレーナ線路520は、誘電体基板523の表面に形成された一対のグランド521と、一対のグランド521に所定の距離を隔てて挟まれるように形成された信号線路522と、誘電体基板523の裏面に形成された接地グランド524とを備える。また、グランデッドコプレーナ線路520は金属ベース530、540上に形成されている。

0009

高周波線路接続構造500Aにおいて、同軸線路510とグランデッドコプレーナ線路520とがそれぞれ伝搬する電磁波の基本モードが異なる。そのため、接続部での基本モードの変換を緩和する目的で誘電体層513を導入し、さらに互いの接続部で発生する不要輻射を吸収する目的で電波吸収層500が導入されている。

0010

これによって、高周波線路接続構造500Aでは、通過損失や反射損失の増大が抑制される。そのため、高周波線路接続構造500Aにおける通過損失の周波数特性および反射損失の周波数特性では、リップルおよびディップが除去され、かつ広帯域にわたって良好な伝送特性が得られるとしている。

0011

しかしながら、誘電体層513は高周波損失を発生させる。また、電波吸収層500で吸収している不要輻射の元となるエネルギーも、線路で伝搬している高周波信号に基づく。そのため、高周波線路接続構造500Aは、接続部でのエネルギー損失の発生を前提とした接続機構となっている。一般的に、100GHz等の高い周波数の高周波信号は、その高周波信号を発生させるIC等での出力振幅がそもそも小さい。また、不要輻射は周波数が高いほど顕著に発生することは周知の事実となっている。

0012

よって、100GHz等の高い周波数の高周波信号を、高周波線路接続構造500Aに伝搬させた場合、反射損失は電波吸収層500によって実効的に低減されるものの、エネルギー損失が発生し、トータルの等価損失は低下してしまう。

0013

図5B、5Cは、図5Aに示す高周波線路接続構造500Aの誘電体層513と電波吸収層500を除いた主要な構造を示す斜視図である。図5D、5Eは、図5Bおよび図5Cに示す高周波線路接続構造500Aの側面図である。

0014

図5Dに示す側面図の内部に描画された矢印線は高周波信号を示す。また、図5Eに示す側面図の内部に描画された矢印線は図5Dの高周波信号と対をなすリタ電流を示している。図5D、5Eに示すように、それぞれの矢印線の長さが異なり、この長さの違いのλ/4に相当する管内周波数で明らかな反射が現れることが懸念される。

0015

図6は、高周波線路接続構造500Aにおける反射損失および通過損失の計算結果を示す。図6に示すように、特定の周波数で反射損失にディップが現れ、その周波数で通過損失が劣化してしまう。このように、高周波線路接続構造500Aでは、異なる線路構造を接続するため、接続部分におけるリタン電流パス迂回路に伴って反射損失の劣化が生ずる。

先行技術

0016

特許第3144576号公報

発明が解決しようとする課題

0017

上述したように、特許文献1に記載の誘電体層513や電波吸収層500を有する高周波線路接続構造500Aでは、低損失特性を備え、かつ反射損失の優れた接続構造を実現することが困難であった。

0018

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、反射損失が低く、かつ低通過損失特性を広帯域で備える高周波線路接続構造を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0019

上述した課題を解決するために、本発明に係る高周波線路接続構造は、同軸線路と平面形線路とを接続する高周波線路接続構造であって、前記同軸線路は、軸方向に延伸し、その軸方向に垂直な断面が軸を中心とした円形に形成された中心導体と、前記中心導体を収容する円柱状の貫通孔を有する外部導体と、前記中心導体と前記外部導体との間の前記貫通孔内に設けられ、前記中心導体と前記外部導体とを絶縁する絶縁層と、を有し、前記中心導体は、前記外部導体の端面から前記軸方向に延出した先端部を有し、前記平面形線路は、誘電体からなる基板と、
前記基板の表面に形成されたストリップ状の信号線路と、前記基板の表面の前記同軸線路に隣接する領域に、前記信号線路の両側に所定の距離を隔てて形成された一対の第1導体薄膜と、前記基板の裏面を覆い、前記一対の第1導体薄膜と電気的に接続される第2導体薄膜と、を有し、前記中心導体の前記先端部と、前記平面形線路に含まれる前記信号線路の一端とを覆うように形成された導電性を有する第1接着層と、
前記平面形線路に含まれる前記一対の第1導体薄膜の前記同軸線路側の縁端に沿って形成され、前記一対の第1導体薄膜と前記同軸線路の前記外部導体とを接続する導電性を有する第2接着層と、を備え、前記軸方向から見たときに、前記一対の第1導体薄膜の前記信号線路に近い端部は、前記外部導体に形成された前記円柱状の前記貫通孔の内壁の位置と一致することを特徴とする。

0020

また、本発明に係る高周波線路接続構造において、前記軸方向から見たときに、前記第2導体薄膜の前記同軸線路に隣接する端部は、前記外部導体に形成された前記円柱状の前記貫通孔の内壁の位置と一致してもよい。

0021

また、本発明に係る高周波線路接続構造において、前記平面形線路の前記基板は、前記信号線路の長手方向に垂直な方向の長さが、前記同軸線路の同心円の半径よりも短く、前記平面形線路の前記第2導体薄膜には切欠きが形成され、前記切欠きは、前記同軸線路の前記中心導体の先端部と前記平面形線路の表面の一部とが前記第1接着層により接続されて形成される接続部を平面視したときの前記接続部を含む領域が選択的に除去されて形成され、前記第2導体薄膜の前記同軸線路および前記切欠きに隣接する前記第2導体薄膜の端部は、前記外部導体に形成された前記円柱状の前記貫通孔の内壁の位置と一致してもよい。

0022

また、本発明に係る高周波線路接続構造において、前記平面形線路は、前記基板を貫通し、前記一対の第1導体薄膜と前記第2導体薄膜とを導通するための複数のスルーホールをさらに備えていてもよい。

0023

また、本発明に係る高周波線路接続構造において、前記平面形線路は、前記基板の前記同軸線路に隣接する端面に形成され、前記基板を貫通し、前記一対の第1導体薄膜と前記第2導体薄膜とを導通するための複数のハーフスルーホールをさらに備え、前記第2接着層は、前記複数のハーフスルーホールに充填されていてもよい。

発明の効果

0024

本発明によれば、平面形線路に含まれる対向する一対の第1導体薄膜の同軸線路に隣接する端部と、第2導体薄膜の同軸線路に隣接する端部とが、同軸線路に含まれる外部導体に形成された円柱状の貫通孔の内壁の位置と一致するように配置され、その一対の第1導体薄膜の同軸線路に隣接する縁端に沿って第2接着層が形成されるので、反射損失が低く、かつ低通過損失特性を広帯域で有する高周波線路接続構造を実現することができる。

図面の簡単な説明

0025

図1Aは、本発明の第1の実施の形態係る高周波線路接続構造の部品展開図である。
図1Bは、本発明の第1の実施の形態に係る高周波線路接続構造の斜視図である。
図1Cは、本発明の第1の実施の形態に係る高周波線路接続構造の側面図である。
図1Dは、本発明の第1の実施の形態に係る高周波線路接続構造の信号電流パスおよびリタン電流パスを説明する図である。
図2は、本発明の第1の実施の形態の効果を説明する図である。
図3Aは、本発明の第2の実施の形態に係る高周波線路接続構造の部品展開図である。
図3Bは、本発明の第2の実施の形態に係る高周波線路接続構造の斜視図である。
図3Cは、本発明の第2の実施の形態に係る高周波線路接続構造の側面図である。
図3Dは、本発明の第2の実施の形態に係る高周波線路接続構造の信号電流パスおよびリタン電流パスを説明する図である。
図4Aは、本発明の第3の実施の形態に係る高周波線路接続構造の部品展開図である。
図4Bは、本発明の第3の実施の形態に係る高周波線路接続構造の斜視図である。
図4Cは、本発明の第3の実施の形態に係る高周波線路接続構造の正面図である。
図4Dは、本発明の第3の実施の形態に係る高周波線路接続構造の側面図である。
図4Eは、本発明の第3の実施の形態に係る高周波線路接続構造の信号電流パスおよびリタン電流パスを説明する図である。
図5Aは、従来の高周波線路接続構造の正面図である。
図5Bは、従来の高周波線路接続構造の部品展開図である。
図5Cは、従来の高周波線路接続構造の斜視図である。
図5Dは、従来の高周波線路接続構造の信号電流パスを説明する図である。
図5Eは、従来の高周波線路接続構造のリタン電流パスを説明する図である。
図6は、従来の高周波線路接続構造における反射損失および通過損失を説明する図である。

実施例

0026

以下、本発明の好適な実施の形態について、図1Aから図4Eを参照して詳細に説明する。各図について共通する構成要素には、同一の符号が付されている。

0027

[第1の実施の形態]
図1Aは、第1の実施の形態に係る高周波線路接続構造1の部品展開図である。図1Bは、高周波線路接続構造1の斜視図である。また、図1Cは、高周波線路接続構造1の側面図である。
図1Aから図1Cに示すように、同軸線路10と平面形線路20とは、直方体形状の金属ベース50上に配置され互いに接続されている。また、同軸線路10の外部導体11は、金属ベース50の一の面上に載置され、平面形線路20は、金属ベース50の同じ面上に金属ベース40を介して載置されている。

0028

本実施の形態に係る高周波線路接続構造1は、同軸線路10、平面形線路20、第1接着層30、金属ベース40、金属ベース50、および第2接着層60を備える。

0029

同軸線路10は、外部導体11、外部導体11の内壁12、中心導体13、および絶縁層14を備える。外部導体11と、外部導体11の内壁12と、中心導体13とは同軸構造に形成されている。

0030

外部導体11は、ブロック状に形成され、内部に軸方向に延伸した円柱状の貫通孔を有する。外部導体11は円柱状の貫通孔に中心導体13を収容する。外部導体11は、金属材料により形成される。図1Aおよび図1Bに示すように、外部導体11に形成された円柱状の貫通孔は、中心導体13と同軸上に形成されている。

0031

内壁12は、外部導体11に形成された円柱状の貫通孔における内周面であり、円筒状に形成されている。また、軸方向から見たときに、内壁12の位置と一致するように、後述する平面形線路20の一対の第1導体薄膜23および第2導体薄膜22の同軸線路10に隣接する所定の端部が位置合わせして配置される。

0032

中心導体13は、軸方向に垂直な断面が、軸を中心とした円形に形成されている。中心導体13は、外部導体11の内壁12および絶縁層14を含んで構成される同軸線路10の信号芯線である。

0033

中心導体13は、図1Aおよび図1Bに示すように、ブロック状の外部導体11の端面から軸方向に延出した先端部13aを有する。中心導体13の先端部13aは、第1接着層30によって平面形線路20の表面に設けられた信号線路25に電気的に接続している。中心導体13は金属材料により形成される。

0034

絶縁層14は、中心導体13と外部導体11との間の貫通孔内に設けられ、中心導体13と外部導体11とを絶縁する。

0035

次に、同軸線路10が接続される平面形線路20について説明する。
平面形線路20は、外部導体11と、内壁12と、中心導体13と、絶縁層14とで形成される同軸線路10の延長線上にある。

0036

平面形線路20は、基板21と、第2導体薄膜22と、一対の第1導体薄膜23と、スルーホール24と、信号線路25とを備える。
平面形線路20は、金属ベース40の表面に設けられている。平面形線路20は、同軸線路10が有する中心導体13の先端部13aとが接続される接続部70において、よく知られたグランデッドコプレーナ線路を形成する。

0037

基板21は、誘電体からなる平板状の基板である。基板21は、例えば、アルミナ等の低損失セラミックスなどを用いて形成してもよい。基板21の表面には、信号線路25と、信号線路25の両側に所定の距離を隔てて一対の第1導体薄膜23が形成されている。また、基板21の裏面には第2導体薄膜22が配設されている。

0038

第2導体薄膜22は、基板21の裏面全体を覆って形成されている。第2導体薄膜22は、金属ベース40の表面に配設されている。第2導体薄膜22は、グランデッドコプレーナ線路型の平面形線路20におけるグランドとして作用する。
第2導体薄膜22の同軸線路10に隣接する端部22aは、同軸線路10の外部導体11の内壁12の位置と一致するように位置合わせされ、はんだ導電性接着剤など(図示しない)によって互いに電気的に接続されている。

0039

一対の第1導体薄膜23は、基板21の表面の同軸線路10に隣接する領域に、信号線路25の両側に所定の距離を隔てて形成されている。この一対の第1導体薄膜23の信号線路25からの所定の距離は、平面形線路20の特性インピーダンスが所定の値になるように設定されていてもよい。

0040

一対の第1導体薄膜23の信号線路25に近い端部23a、23’aは、同軸線路10の外部導体11に形成された円柱状の貫通孔の内壁12の位置に一致するように配置され、はんだや導電性接着剤など(図示しない)によって互いに電気的に接続されている。

0041

スルーホール24は、基板21の表面と裏面とを貫通するように複数形成される。より詳細には、スルーホール24は、その内壁面導電性材料蒸着または充填などされ、基板21の表面に形成された一対の第1導体薄膜23と、裏面に形成された第2導体薄膜22とを電気的に接続し導通する。複数のスルーホール24が形成されることで、一対の第1導体薄膜23がより安定した同電位面となる。スルーホール24は、信号線路25の長手方向に垂直な方向に沿って、一対の第1導体薄膜23が形成されている領域に、所定の間隔で複数設けられている。複数のスルーホール24が形成される間隔は、高周波線路接続構造1における伝送線路の特性に応じて適切な間隔を選定すればよい。

0042

信号線路25は、基板21の表面にストリップ状に形成され、高周波信号を伝搬する。信号線路25は、金属材料により形成される。信号線路25の同軸線路10に隣接する一端は、同軸線路10が有する中心導体13の先端部13aと電気的に接続する。

0043

第1接着層30は、図1Bに示すように、同軸線路10の中心導体13の先端部13aと平面形線路20の信号線路25の表面の一部とを覆うように形成される。第1接着層30は導電性を有し、同軸線路10と平面形線路20とを機械的、かつ電気的に接続する。第1接着層30として、はんだや導電性接着剤などを用いることができる。第1接着層30によって接続された同軸線路10の中心導体13の先端部13aと、平面形線路20の信号線路25の表面の一部とは接続部70を構成する。

0044

金属ベース50は、金属ベース40の裏面に設けられ、同軸線路10および平面形線路20全体を支持している。金属ベース50によって、高周波線路接続構造1が一体的に構成される。金属ベース50の表面と、金属ベース40および同軸線路10の外部導体11とは、はんだや導電性接着剤など(図示しない)によって電気的に接続されている。
これにより、同軸線路10の外部導体11と、平面形線路20の第2導体薄膜22を完全な同一電位、すなわちグランド電位としている。

0045

金属ベース40は、平面形線路20が有する第2導体薄膜22の同軸線路10に隣接する端部22aが、同軸線路10が有する外部導体11に形成された円柱状の貫通孔の内壁12の位置に配置されるように、その高さ(高周波信号の伝搬方向に垂直な方向の長さ)が調整される。金属ベース40の表面と平面形線路20の第2導体薄膜22は、はんだや導電性接着剤など(図示しない)によって電気的に接続されている。また、金属ベース40の同軸線路10に隣接する端面は、はんだや導電性接着剤など(図示しない)によって外部導体11の端面と電気的に接続されている。
これにより、平面形線路20の第2導体薄膜22全体を安定したグランド電位としている。

0046

第2接着層60は、図1Bに示すように、平面形線路20の一対の第1導体薄膜23の同軸線路10に隣接する縁端に沿って形成され、一対の第1導体薄膜23と同軸線路10の外部導体11とを電気的、かつ機械的に接続する。第2接着層60として、はんだや導電性接着剤などを用いることができる。

0047

上述した構成を有する平面形線路20と同軸線路10とが電気的に接続されることで、平面形線路20は、グランデッドコプレーナ線路を構成する。また、同軸線路10から遠ざかる方向において、接続部70が形成されていない領域の平面形線路20はマイクロストリップ線路の構造を備えることになる。

0048

これにより、同軸線路10に含まれる中心導体13の外周面から外部導体11の内壁12に向けて放射状に生ずる電気力線によって形成される電磁界の基本モードと、グランデッドコプレーナ線路(平面形線路20)の信号線路25から一対の第1導体薄膜23および第2導体薄膜22に向かう電気力線によって形成される電磁界の基本モードとの差分を極小にする。そして、基本モードの不一致による放射の発生が抑圧される。

0049

次に、高周波線路接続構造1における信号電流パスP1とリタン電流パスP2について説明する。図1Dは、側面からみた高周波線路接続構造1の信号電流パスP1とリタン電流パスP2を示す図である。

0050

図1Dからわかるように、同軸線路10と平面形線路20との接続部70において、リタン電流パスP2は迂回せず、信号電流パスP1と同じ距離を有する経路が形成されている。これによる高周波線路接続構造1の特性上の効果を図2に示す。図2に示す実線曲線は、本実施の形態に係る高周波線路接続構造1の反射損失と通過損失とを示す。また、破線の曲線は、従来例の高周波線路接続構造500A(図5Aから図6)の反射損失と通過損失とを示している。

0051

図1Dからわかるように、本実施の形態に係る高周波線路接続構造1は、従来例の高周波線路接続構造500Aの特性と比較して、反射損失においてより明確な特性改善がみられている。また、通過損失についても、本実施の形態に係る高周波線路接続構造1では特性改善が得られている。

0052

以上説明したように、第1の実施の形態に係る高周波線路接続構造1によれば、平面形線路20の一対の第1導体薄膜23の縁端に沿って形成された導電性の第2接着層60を有する。また、一対の第1導体薄膜23の端部23a、23’a、および第2導体薄膜22の同軸線路10に隣接する端部22aが外部導体11に形成された円柱状の貫通孔の内壁12の位置と一致するように配置されている。そのため、高周波線路接続構造1は、反射損失が低く、かつ低通過損失特性を広帯域で有することができる。

0053

その結果として、高周波線路接続構造1は、次世代1Tbps超用の広帯域特性を備えた電子部品や光モジュール部品の提供を可能とする。

0054

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、上述した第1の実施の形態と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

0055

第1の実施の形態では、平面形線路20において基板21の表面に形成された一対の第1導体薄膜23と裏面に形成された第2導体薄膜22とを電気的に接続する複数のスルーホール24を有する場合について説明した。これに対して、第2の実施の形態では、複数のスルーホール24の代わりに、複数のハーフスルーホール24Aを用いる。

0056

図3Aは、本実施の形態に係る高周波線路接続構造1Aの部品展開図である。図3Bは、高周波線路接続構造1Aの斜視図である。図3Cは、高周波線路接続構造1Aの側面図である。以下、第1の実施の形態と異なる構成を中心に説明する。

0057

ハーフスルーホール24Aは、平面形線路20の基板21の表面に形成された一対の第1導体薄膜23Aと、基板21の裏面に形成された第2導体薄膜22とを電気的に接続する。ハーフスルーホール24Aは、半円筒形状のスルーホールである。ハーフスルーホール24Aは、基板21の同軸線路10に隣接する端面に沿って、所定の間隔で複数形成されている。

0058

図3Bに示すように、複数のハーフスルーホール24Aが形成された平面形線路20の端面と、同軸線路10の中心導体13の先端部13a側の端面とは、第1の実施の形態と同様に位置合わせを行い接続される。

0059

より詳細には、一対の第1導体薄膜23Aの同軸線路10側の縁端に沿って第2接着層60Aが形成され、一対の第1導体薄膜23Aと外部導体11とが電気的に接続される。このとき、ハーフスルーホール24Aと同軸線路10の外部導体11との間に形成された半円筒形状の空隙にも、第2接着層60Aが充填される。例えば、第2接着層60Aは、ハーフスルーホール24Aの空隙において毛細血管現象により浸透する。第2接着層60Aがハーフスルーホール24Aにも充填されることにより、電気的な接続だけでなく、機械的にも同軸線路10と平面形線路20Aとを接着固定する。第2接着層60Aは、はんだや伝導性接着剤などを用いることができる。

0060

図3Dは、高周波線路接続構造1Aを側面からみたときの信号電流パスP1およびリタン電流パスP2を説明する図である。

0061

図3Dに示すように、高周波線路接続構造1Aにおける同軸線路10と平面形線路20Aの接続部70Aにおいて、リタン電流パスP2は迂回せず、信号電流パスP1と同じ距離を有する経路が形成されている。このことから本実施の形態に係る高周波線路接続構造1Aにおいても、第1の実施の形態と同様の特性上の改善が得られる(図2)。すなわち、本実施の形態に係る高周波線路接続構造1Aは、従来例の高周波線路接続構造500Aの高周波特性と比較して、反射損失においてより明確な特性改善が見られ、また、通過損失についての特性改善も得られる。

0062

以上説明したように、第2の実施の形態に係る高周波線路接続構造1Aによれば、平面形線路20Aにおいて複数のハーフスルーホール24Aが形成され、第2接着層60Aがハーフスルーホール24Aに充填される。そのため、高周波線路接続構造1Aは、同軸線路10と平面形線路20Aとの機械的接続の強度を向上させ、かつ、低反射損失および低通過損失特性を広帯域で備えることができる。

0063

[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、上述した第1および第2の実施の形態と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

0064

第1および第2の実施の形態では、平面形線路20、20Aの第2導体薄膜22の同軸線路10に隣接する端部22aが、外部導体11に形成された円柱状の貫通孔の内壁12の位置と一致するように位置合わせされている場合について説明した。これに対して、第3の実施の形態では、基板21Bの厚さ(信号線路25の長手方向に垂直な方向の長さ)が第1および第2の実施の形態で説明した平面形線路20、20Aの基板21の厚さよりも薄く形成されている。

0065

図4Aは、第3の実施の形態に係る高周波線路接続構造1Bの部品展開図である。図4Bは、高周波線路接続構造1Bの斜視図である。図4Cは、高周波線路接続構造1Bの正面図である。また、図4Dは、高周波線路接続構造1Bの側面図である。以下、第1および第2の実施の形態と異なる構成を中心に説明する。

0066

図4Cの正面図に示すように、平面形線路20Bの基板21Bの厚さa1、すなわち信号線路25の長手方向に垂直な方向の長さは、同軸線路10の同心円の半径rよりも十分に短い。より詳細には、基板21Bの厚さa1は、半径rに沿った中心導体13の円周上の点から外部導体11の内壁12までの長さa2よりも短い。

0067

図4Aおよび図4Bに示すように、平面形線路20Bが有する基板21Bの裏面に設けられた第2導体薄膜22Bには、切欠きAが形成されている。より詳細には、切欠きAは、接続部70Bを含む領域、例えば、接続部70Bの直下の領域が選択的に除去されることで形成される。第2導体薄膜22Bが除去されている領域においては、基板21Bが露出している。

0068

切欠きAは、平面視において長方形状を有し、例えば、信号線路25の長手方向に沿った一辺の長さa3が、同軸線路10の中心導体13の先端部13aの延伸方向の長さと同等の長さとなるように形成されていてもよい。

0069

また、切欠きAの、信号線路25の短手方向に沿った他方の辺の長さa4は、図4Cに示すように、第2導体薄膜22Bの端部22b、22’bが、外部導体11の円柱状の貫通孔の内壁12の位置と一致するような長さとする。これにより、切欠きAに隣接する第2導体薄膜22Bの端部22b、22’bは、外部導体11の内壁12の位置と一致する。

0070

金属ベース40Bは、平面形線路20Bの厚さに応じて高さ(高周波信号の伝搬方向に垂直な方向の長さ)が調整されている。金属ベース40Bには、第2導体薄膜22Bに形成された切欠きAの形状に対応する切欠きA’が形成されている。より詳細には、切欠きA’は、金属ベース40Bの同軸線路10に隣接する端面から離れる方向に凹み、金属ベース40Bの表面と裏面とを貫通して形成される。金属ベース40Bの同軸線路10に隣接する端面には、切欠きA’の形成によって開口が形成されている。

0071

切欠きA’は、例えば、平面形線路20Bを平面視したときに、第2導体薄膜22Bに形成された切欠きAと同等の長さa3、a4を有する長方形の断面形状を有する。なお、切欠きA’の断面形状は、長方形に限られず、第2導体薄膜22Bに形成された切欠きAの形状に合わせて形成すればよい。

0072

上述したように本実施の形態では、第1および第2の実施の形態と比較して、より厚さが薄い基板21Bを用いている。一般的に、特性インピーダンスは電気的容量逆数のルートに比例する。電気的容量性の上昇は特性インピーダンスの低下を招いてしまう。

0073

本実施の形態では、接続部70Bの直下において、領域Aおよび切欠きA’を形成し、第2導体薄膜22Bおよび金属ベース40Bを選択的に除去した領域を設けている。これにより、電気的容量の上昇に伴う特性インピーダンスの低下を抑制することが可能となる。

0074

図4Eは、高周波線路接続構造1Bを側面からみたときの信号電流パスP1とリタン電流パスP2とを説明する図である。
図4Eに示すように、同軸線路10と平面形線路20Bの接続部70Bにおいて、リタン電流パスP2の迂回がほぼ存在しない。このことから、本実施の形態に係る高周波線路接続構造1Bにおいても、第1および第2の実施の形態と同等な高周波特性の改善が得られる(図2)。

0075

したがって、本実施の形態に係る高周波線路接続構造1Bは、従来例の高周波線路接続構造500Aと比較して、反射損失においてより明確な改善が見られ、さらに通過損失の改善も得られる。

0076

以上説明したように、第3の実施の形態に係る高周波線路接続構造1Bによれば、基板21Bの厚さa1が、同軸線路10の同心円の半径rよりも十分に短い。また、平面形線路20Bが有する一対の第1導体薄膜23の信号線路25に近い端部23a、23’aは、外部導体11の内壁12の位置と一致するように配置され、かつ、切欠きAに隣接する第2導体薄膜22Bの端部22b、22’bは、外部導体11に形成された円柱状の貫通孔の内壁12の位置と一致するように配置されている。

0077

これにより、高周波線路接続構造1Bは、低反射損失で、かつ低通過損失特性を広帯域で備えることができる。また、高周波線路接続構造1Bは、第1接着層30、および第2接着層60によって同軸線路10と平面形線路20Bとが電気的な接続だけでなく、機械的にも接続されるので、より機械的な強度を向上させることが可能となる。

0078

以上、本発明の高周波線路接続構造における実施の形態について説明したが、本発明は説明した実施の形態に限定されるものではなく、請求項に記載した発明の範囲において当業者が想定し得る各種の変形を行うことが可能である。

0079

なお、説明した実施の形態では、グランデッドコプレーナ線路(平面形線路20、20A、20B)を構成する基板21をアルミナ等の低損失セラミックスとしているが、基板21は、液晶ポリマポリミィド、あるいは石英ガラス等でも代替可能である。

0080

また、上述した実施の形態で、同軸線路10とグランデッドコプレーナ線路(平面形線路20、20A、20B)をハンダなどの第1接着層30、および第2接着層60、60Aで電気的に接続する際、ハンダの濡れ性向上を目的とした金めっきをそれぞれの線路の接続部70、70A、70Bに施すのが一般である。しかし、金めっきについては本発明の本質ではないため、その説明を省略している。

0081

1、1A、1B…高周波線路接続構造、10…同軸線路、11…外部導体、12…内壁、13…中心導体、13a…先端部、14…絶縁層、20…平面形線路、21…基板、22…第2導体薄膜、23…第1導体薄膜、24…スルーホール、25…信号線路、30…第1接着層、60…第2接着層、40、50…金属ベース、70…接続部。

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