JP2000510299A - コプレーナ導波路結合器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、複数のトレース（２８，２９）及び導波路（２２−２４，２６）を備えたコプレーナ導波路結合器であり、これらの全ては多層プリント配線基板（１０）の一つの層上に形成されている。多層プリント配線基板は、この基板の第２の層上に置かれたトレース（２８，２９）及び導波路（２２−２４，２６）の間に相互接続体（３７-３９，４１）を備えている。第３の層は、アース面（４２）を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】 コプレーナ導波路結合器発明の分野 本発明は、広くはコプレーナ導波路結合器に係り、特に多層プリント配線基板 に形成された導波路結合器に関する。発明の背景 コプレーナ導波路（ＣＰＷ）および接地型コプレーナ導波路（ＣＰＷＧ）はい ずれも、最小の接地インダクタンスおよび良好な熱伝導性で有利な性能を持つ要 素を表面に実装できる点で理想的である（一般的に用いられている大部分のマイ クロストリップよりも優れている）。これらは、ＣＰＷやＣＰＷＧを用いる「利 点」である。このようなデバイスの好適な一例としては、低ノイズ増幅器用の普 通のガリウムヒ素電界効果トランジスタ（GaAsＦＥＴ）がある。このような高性 能のＦＥＴは高いゲインを有し、そのデバイスのリ−ドが最小のインダクタンス でア−スに接続されないと、安定を保つことが不可能ではないにしても非常に困 難である。パワ−ＦＥＴは、ＣＰＷの卓越した熱特性から得られる利点を生かす 典型的なデバイスのもう一つの例である。このようなデバイスをマッチング回路 やバイアス回路と共に実装して、シングルエンドのＣＰＷやＣＰＷＧと呼ばれる ものができる。 リタ−ン損失や高出力性能を改善するためには、二つの９０度３ｄＢ結合器間 に、二つのシングルエンド要素を配置するのが望ましい場合がしばしばある。こ の「バランスされた」設計がしばしば回路を複雑にし、コストを増加させる。結 合器を追加することは、また、設計の「フロントエンド」や「バックエンド」に おける損失をもたらす。結合器の損失は、設計のノイズ形状、出力電力およびゲ イン性能へ直接的に悪影響を与える。 従来のＰＷＢ（プリント配線基板やＰＣＢプリント回路基板）上の９０度結合 器の実例の一つとしては、マイクロストリップ分岐線路結合器がある。その分岐 線路結合器は、ＣＰＷ結合器よりも狭い帯域であり、それによって分岐路結合器 の有用性が限定される。また、マイクロストリップランゲ(lange)結合器を用い ることも考えられる。しかしながら、マイクロストリップランゲ結合器は、標準 的なＰＷＢの製造技術を利用することができないほどの製造上の精度を要求する 。このようなマイクロストリップ結合器はすべて、シングルエンド要素の入力お よび出力の両方においてマイクロストリップからＣＰＷへの連結を要求すること になり、付加的な損失がもたらされる。また、ＰＷＢにハンダ付けすることので きるパッケ−ジ化された９０度結合器を購入することもできるかもしれない。こ れらの結合器は、それらのパケッ−ジ内で多くの方法で適用できるであろう。そ れらは、一纏めにしたまままたはブロ−ドサイドの結合ストリップ線路によって 構成されていることが多い。 インタ−デジテイト(interdigitated)コプレーナ導波路結合器は、バスチダ(B astida)およびファネリ(Fanelli)著、エレクトロニクスレター（Blectronics Le tter)、１９８０年８月１４日、Volume 16，No.17の第645〜646ページ中で詳述 されているように動作する。その論文の記述によれば、ＣＰＷ結合器は、酸化ア ルミナかガリウムヒ素のいずれかの基板の一表面にメタライズされた一つの面を 有することを特徴としている。結合器トレースを相互接続したり、結合器を伝送 線路に接続するためにはボンド配線が使われる。ボンド配線の取り付けには緻密 な接続工程を必要とする。さらに、ボンド配線は機械的な損傷を受けやすく、一 度接続されると、それらの損傷を避けるために、かなりの注意を払わなければな らない。ボンド配線は断面積が小さいために電磁誘導性をもっており、このため に結合器の高周波数特性が制限される。従来技術における結合器は製造コストが 比較的高い。発明の目的と概要 本発明の一つの目的は、多層プリント回路配線基板上に構成されたコプレーナ 導波路結合器（ＣＰＷ）を提供することにある。 本発明の他の目的は、製造するのに安価な結合器を提供することにある。 本発明の他の目的は、機械的に頑丈な結合器を提供することにある。 本発明の他の目的は、電気的性能の優れたコプレーナ導波路結合器を提供する ことにある。 本発明の上述およびその他の目的は、多層プリント配線基板の一つの層の表面 上に置かれた結合された導電体を有する導波路結合器によって達成される。これ らの導電体は、第１の層から第２の層に延びる線路によって第２の層の上に置か れた導電体によって相互接続されている。アース（接地）面が、第３の層に形成 され、表面のアース面に相互接続されている。図面の簡単な説明 本発明の上述およびその他の目的は、添付の図面を参照して以下の説明を読む ことによって、より明確に理解されるであろう。 図１は、本発明によるコプレーナ導波路結合器の平面図である。 図２は、図１の２−２線矢視断面図である。 図３は、図１に示された導波路結合器の三つのメタライゼーション層を表す断 面図である。 図４Ａ−４Ｂは、図１および図2のコプレーナ導波路結合器を形成する工程を 示す図である。 図５は、図３の第３のメタライゼーション層内にアース面を形成する追加の工 程を示す図である。 図６は、コプレーナ導波伝送線路によって一つのアクティブ回路へ接続された 一対の導波路結合器を示す図である。好ましい実施形態の記述 図１および図２において、結合器は、多層プリント回路基板１０上に形成され ており、ＰＷＢ誘電体１１の第１の層によって隔てられた少なくとも二つのメタ ライゼーション層が含まれる。上層の表面の連続的な金属箔すなわちメタライゼ ーションは、フォトマスクされて酸でエッチングされ、結合器用の上側の複数の 導電体すなわちトレ−スが形成される。より具体的には、上側の層は、アース面 １６、伝送線路１７、１８、１９および２１を含んでいる。伝送線路１７、１８ 、１９および２１は、薄い平板の導電体２２、２３、２４および２６から形成さ れ、それぞれがアース面１６から間をおいて配置されている。導電体の箔には窓 ２７が形成され、この窓内には、二つのＵ字形の挟み込まれた伝送線路２８およ び２９がある。入力伝送線路１７は、Ｕ字形の伝送線路すなわちトレ−ス２８の 底部に接続されている。Ｕ字形の伝送線路２８の両端部は伝送線路２１に接続さ れ、 これによって入力信号が、矢印３１および３２で示されるように伝送される。伝 送線路１８はＵ字形のトレ−ス２９の底部に接続され、伝送線路１９はトレ−ス ２９の両端部に接続されている。結合された９０度の信号は線路１９で取り出す ことができ、線路１８は絶縁され終端している。図示された点線は、これから説 明する第２のメタライゼーション層に形成された相互接続要素である。伝送線路 と結合線路すなわちトレ−スとの間の接続は線路３６による。線路３６は、層１ １を貫通して延びて、一般的に図２の符号３７で示す底部の相互接続部に接続さ れる。結合線路すなわちトレ−スは、１／４波長の長さであり、またその厚さと 幅は、要求されるインピ−ダンスと電力結合の両方を満足できるように選択され るのが好ましい。 特に図４Ａを参照すると、上側表面の箔にエッチングにより形成されたアース 面１６の導波路２２、２３、２４および２６と結合されたＵ字形の結合器導電体 すなわちトレースのパタンが示されている。図４Ｂには、第２のメタライゼーシ ョン層をマスキングおよびエッチングすることにより形成された相互接続層が示 されている。特に図１を参照すると、相互接続が点線の輪郭で示されている。相 互接続部３７はＬ字形であり、Ｕ字形のトレ−ス２９の両端部を線路２４に接続 している。直線相互接続部３８は、Ｕ字形のトレ−ス２８の底部を線路２２に接 続している。直線相互接続部３９は、Ｕ字形の伝送線路すなわちトレ−ス２９の 底部を線路２３に接続し、Ｌ字形の相互接続部４１はＵ字形の伝送線路すなわち トレ−ス２８の両端部を線路２６に接続している。 図３ないし図５において、ＰＷＢの誘電体１２の第２の層を第１の誘電体層１ １に接合し、第３のメタライゼーション層４２としてもよい。第３のメタライゼ ーション層４２は接地され、層１１および１２を貫通して延びる接地された線路 ４３によって最上部の層のメタライズされたアース１６に間隔をおいて接続され ている。この構造は、スロットモードの抑制性能に優れた接地型コプレ−ナ導波 路構造を提供する。第２の誘電体１２の層に、追加のＰＷＢの誘電体の層（図示 せず）を接合してもよい。これにより、結合器をごくわずか変更するだけで、同 じＰＷＢ上に何か他の回路を作ろうとするときに必要とされる追加のメタライゼ ーション面を提供することができる。 ここでは、ボンド配線やそれに類するものを必要としないで、プリント回路配 線基板に集積された相互接続をもつ簡単なコプレ−ナ導波路結合器を提供した。 要約すると、第１の層は、入出力伝送線路および結合されたトレ−スを提供する 。第２の層は相互接続トレ−スを提供し、第３の層はアースを提供する。図６に おいて、この発明による二つのコプレーナ導波路結合器４６、４７は、プリント 配線基板上に形成され、増幅器、減衰器、変調器等の回路４８のための入出力結 合器を提供することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．コプレーナ導波路結合器において、 誘電材料の少なくとも第１の層を含むプリント回路基板であって、その誘電 材料の第１の層の一つの表面の上に第１のメタライゼーション層を選択的にエ ッチングすることによって形成された結合された複数の導電性トレースを有す る、プリント回路基板と、 前記誘電材料の第１の層の前記一つの表面の上の前記第１のメタライゼーシ ョン層を選択的にエッチングすることによって形成された入力コプレーナ導波 路および出力コプレーナ導波路と、 前記誘電材料の第１の層の前記一つの表面とは別の表面の上の第２のメタラ イゼーション層を選択的にエッチングすることによって形成された相互接続導 体と、 前記相互接続導体を前記導電性トレースおよびコプレーナ導波路に接続する 線路と、 を有することを特徴とするコプレーナ導波路結合器。 ２．請求項１のコプレーナ導波路結合器において、前記誘電材料の少なくとも第 １の層は、第１のアース面を形成するメタライゼーションを含むことを特徴と するコプレーナ導波路結合器。 ３．請求項２のコプレーナ導波路結合器において、 第２の誘電体層によって前記第２のメタライゼーションから分離され、第２ のアース面を形成するべくエッチングされた追加のメタライゼーション層と、 前記第１および第２のアース面を、前記第１および第２の誘電体層を通じて 相互接続する線路と、 を含むことを特徴とするコプレーナ導波路結合器。 ４．請求項１、２または３のコプレーナ導波路結合器において、他の回路要素と ともに一つのプリント回路配線基板に集積されていることを特徴とするコプレ ーナ導波路結合器。