特開 2023-158911 高周波伝送構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023158911

(43)【公開日】2023-10-31

(54)【発明の名称】高周波伝送構造

(51)【国際特許分類】

   H01P 5/08 20060101AFI20231024BHJP

【ＦＩ】

H01P5/08 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022068964

(22)【出願日】2022-04-19

(71)【出願人】

【識別番号】000004330

【氏名又は名称】日本無線株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126561

【弁理士】

【氏名又は名称】原嶋 成時郎

(74)【代理人】

【識別番号】100141678

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】中島 匡史

(72)【発明者】

【氏名】羽生田 雅也

(72)【発明者】

【氏名】片倉 拓人

(57)【要約】      （修正有）

【課題】非同軸構造の汎用的なコネクタを利用して高周波信号が伝送可能な高周波伝送構造を提供する。
【解決手段】高周波伝送装置１は、コネクタ２が第１層に取り付けられた多層基板３と、第１層に設けられ一端が入力用コネクタ取付ランドに接続されたマイクロストリップ線路４１と、一端がマイクロストリップ線路４１に接続され、他端が出力端とされたコプレナー線路４２と、コプレナー線路４２のマイクロストリップ線路４１側に近い位置に接続されたインピーダンスマッチング素子５と、多層基板３の第１層よりも下の層に設けられたベタグランドパターンと、多層基板３の第１層とベタグランドパターンが設けられている層との間に設けられ、銅箔が設けられていないくり抜き部とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

非同軸構造のコネクタに入力された高周波信号を伝送する高周波伝送構造であって、
前記コネクタが第１層に取り付けられた多層基板と、
前記多層基板の前記第１層に設けられ、一端が前記コネクタ取付ランドに接続されたマイクロストリップ線路と、
前記第１層に設けられ、一端が前記マイクロストリップ線路に接続され、他端が出力端とされたコプレナー線路と、
前記コプレナー線路の一端側と他端側との間に接続され、前記他端側よりも前記マイクロストリップ線路側に近い位置に配置されたインピーダンスマッチング回路と、
前記多層基板の前記第１層よりも下の層に設けられ、前記マイクロストリップ線路を構成するベタグランドパターンと、
前記多層基板の前記第１層と、前記ベタグランドパターンが設けられている層との間の層に設けられ、銅箔が除去されたくり抜き部と、
を備えることを特徴とする高周波伝送構造。

【請求項2】

前記マイクロストリップ線路は、複数の前記コネクタ取付ランドの間を通るように配線されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波伝送構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ドーターボードとバックプレーンとの間などで高周波信号を伝送するための高周波伝送構造に関する。

【背景技術】

【0002】

機能の拡張、変更が可能な電子装置では、筐体に挿抜するドーターボードと、筐体の背面に配置されてドーターボードと接続するバックプレーンとを備えている。ドーターボードとバックプレーンは、コネクタを介して接続される。このような電子装置のうち、無線通信装置では、ドーターボートとバックプレーンの間で高周波信号を伝送する。一般的に、基板間での高周波信号の伝送には、同軸構造のコネクタが用いられる（例えば、特許文献１参照）。特に、無線通信装置のドーターボートとバックプレーンの間では、複数の同軸コンタクトが装着可能な高密度マルチタイプの同軸コネクタ（例えば、日本航空電子工業株式会社：ＣＪ２シリーズ同軸コネクタなど）が用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開平３－７９５１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、高密度マルチタイプの同軸コネクタは、近年では需要低下により生産が縮小傾向にあり、安定的な供給が難しい。また、代替品となる同軸コネクタも存在するが、無線通信装置に使用するにはスペックが過剰で、高価である。

【0005】

そこで本発明は、非同軸構造の汎用的なコネクタを利用して高周波信号が伝送可能な高周波伝送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】

【0006】

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、非同軸構造のコネクタに入力された高周波信号を伝送する高周波伝送構造であって、前記コネクタが第１層に取り付けられた多層基板と、前記多層基板の前記第１層に設けられ、一端が前記コネクタ取付ランドに接続されたマイクロストリップ線路と、前記第１層に設けられ、一端が前記マイクロストリップ線路に接続され、他端が出力端とされたコプレナー線路と、前記コプレナー線路の一端側と他端側との間に接続され、前記他端側よりも前記マイクロストリップ線路側に近い位置に配置されたインピーダンスマッチング回路と、前記多層基板の前記第１層よりも下の層に設けられ、前記マイクロストリップ線路を構成するベタグランドパターンと、前記多層基板の前記第１層と、前記ベタグランドパターンが設けられている層との間の層に設けられ、銅箔が除去されたくり抜き部と、を備えることを特徴とする。

【0007】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の高周波伝送構造において、前記マイクロストリップ線路は、複数の前記コネクタ取付ランドの間を通るように配線されている、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

請求項１に記載の発明によれば、非同軸構造のコネクタに入力された高周波信号をマイクロストリップ線路およびコプレナー線路により伝送するとともに、多層基板内のくり抜き部と、インピーダンスマッチング回路とによってインピーダンスの整合を行う。これにより、安価で入手性のよい汎用型の非同軸構造のコネクタを利用して、反射損失および挿入損失が小さくなるように、高周波信号を伝送することができる。

【0009】

また、請求項２に記載の発明によれば、マイクロストリップ線路を複数のコネクタ取付ランドの間を通るように配線するので、多層基板にマイクロストリップ線路を形成するためだけに必要なスペースを設ける必要がない。したがって、高周波伝送構造の小型化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】この発明の実施の形態に係る高周波伝送装置の平面図および側面図である。

【図2】図１（Ｂ）に示す多層基板の矩形枠内の層構造を示す断面図である。

【図3】図２に示す多層基板の第１層、第２層および第３層のパターンを示す平面図である。

【図4】高周波伝送装置の通過特性である入力側の反射損失および挿入損失を示すグラフである。

【図5】高周波伝送装置の通過特性である出力側の挿入損失および反射損失とを示すグラフである。

【図6】高周波伝送装置の通過特性である入力側の反射損失および出力側の反射損失のＶＳＷＲ値を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

【0012】

図１～図６は、この発明の実施の形態に係る高周波伝送構造を示し、図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明に係る高周波伝送構造を用いた高周波伝送装置１の平面図および側面図を示している。高周波伝送装置１は、例えば、無線通信装置のドーターボードとバックプレーンとの間に接続され、ＵＨＦ帯の高周波信号を伝送するための装置である。

【0013】

高周波伝送装置１は、高周波信号が入力される非同軸構造のコネクタ２と、コネクタ２が取り付けられた多層基板３と、多層基板３に設けられた伝送線路４と、多層基板３に取り付けられたインピーダンスマッチング素子（インピーダンスマッチング回路）５と、高周波信号を出力する同軸コネクタ６とを備えている。

【0014】

コネクタ２は、例えば、業界基準の「ＩＥＣ６１０７６－４－１０１」に準拠した、端子ピッチが２ｍｍのハードメトリックコネクタである。コネクタ２は、例えば、ドーターボードに設けられたコネクタに接続され、ドーターボードから高周波信号が入力される。このような非同軸構造のコネクタ２は、高周波信号の伝送には不適であり、従来は、無線通信装置のドーターボードとバックプレーンとの間の接続には用いられていなかった。

【0015】

多層基板３は、複数の絶縁基板と銅箔とが積層され、内層の銅箔に回路パターンが作成可能とされたプリント基板である。コネクタ２、インピーダンスマッチング素子５および同軸コネクタ６は、多層基板３の最上層である第１層に取り付けられている。

【0016】

伝送線路４は、多層基板３の第１層に設けられており、コネクタ２を介してドーターボードから入力された高周波信号を同軸コネクタ６を介してバックプレーンへ伝送する。伝送線路４は、コネクタ２の取付部分に設けられたマイクロストリップ線路４１と、このマイクロストリップ線路４１と同軸コネクタ６との間を接続するコプレナー線路４２とを備えている。

【0017】

インピーダンスマッチング素子５は、伝送線路４によって伝送される高周波信号のインピーダンスの整合を行う回路を備えた素子である。インピーダンスマッチング素子５は、コプレナー線路４２の一端側（マイクロストリップ線路４１側）と他端側（出力端である同軸コネクタ６側）との間に接続されている。また、インピーダンスマッチング素子５は、コネクタ２に入力された高周波信号のインピーダンス整合を早期に行うために、他端側よりもマイクロストリップ線路４１側に近い位置に配置されている。

【0018】

図２は、図１（Ａ）の側面図において、破線の矩形枠Ｃで示した部位の多層基板３の層構造を示している。多層基板３は、銅箔層として、上記の伝送線路４が形成された第１層３１と、絶縁基板３ａを挟んで第１層３１の下に形成された第２層３２と、絶縁基板３ｂを挟んで第２層３２の下に形成された第３層３３とを備えている。

【0019】

第１層３１には、伝送線路４が形成されている。第２層３２には、銅箔が除去されたくり抜き部８が設けられている。なお、実際のくり抜き部８には、プリプレグや充填材などが充填されている。第３層３３には、マイクロストリップ線路４１を構成するベタグランドパターン９が設けられている。くり抜き部８は、伝送線路４とベタグランドパターン９との距離を調整して、伝送線路４のインピーダンスを所定のレベル（例えば、５０Ω程度）に整合するために設けられている。

【0020】

図３（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、多層基板３の第１層３１、第２層３２および第３層３３にそれぞれ設けられたパターンの平面図を示している。第１層３１は、略全域にベタグランドパターン３１ａが設けられている。また、第１層３１のコネクタ２が取り付けられる位置には、コネクタ２の多数の端子がそれぞれ挿入・接続されるコネクタ取付ランド３１ｂが設けられている。これらのコネクタ取付ランド３１ｂのうち、ドーターボードから高周波信号が入力されるのは、多数のコネクタ取付ランド３１ｂの略中央付近に設けられた入力用コネクタ取付ランド３１ｃのみである。そのため、入力用コネクタ取付ランド３１ｃ以外のコネクタ取付ランド３１ｂは、ベタグランドパターン３１ａに接続されている。

【0021】

第１層３１の入力用コネクタ取付ランド３１ｃには、マイクロストリップ線路４１が接続されている。このマイクロストリップ線路４１は、多数のコネクタ取付ランド３１ｂの間を通るように配線されている。そのため、多層基板３にマイクロストリップ線路４１を形成するためだけに必要なスペースを設ける必要がないので、高周波伝送装置１を小型化することが可能である。

【0022】

マイクロストリップ線路４１の端部には、ベタグランドパターン３１ａとの間に２本のスロットが設けられたコプレナー線路４２が形成されている。コプレナー線路４２は、インピーダンスマッチング素子５と接続するために、マイクロストリップ線路４１に近い位置で分断され、マイクロストリップ線路４１側の第１コプレナー線路４２ａと、同軸コネクタ６（出力端）側の第２コプレナー線路４２ｂを構成している。第２コプレナー線路４２ｂは、同軸コネクタ６の取付ランド３１ｄに接続されている。

【0023】

第２層３２は、略全域にベタグランドパターン３２ａが設けられている。また、第２層３２のコネクタ２が取り付けられる位置には、第１層３１のコネクタ取付ランド３１ｂおよび入力用コネクタ取付ランド３１ｃに対応する位置に、コネクタ取付ランド３２ｂおよび入力用コネクタ取付ランド３２ｃが設けられている。また、第２層３２には、第１層３１のマイクロストリップ線路４１に対応する位置がくり抜き部８ａとされている。また、第２層３２には、第１層３１の第１コプレナー線路４２ａおよび第２コプレナー線路４２ｂに対応する位置がくり抜き部８ｂ、８ｃｆとされている。

【0024】

第３層３３は、略全域にベタグランドパターン３３ａが設けられている。また、第３層３３のコネクタ２が取り付けられる位置には、第１層３１のコネクタ取付ランド３１ｂおよび入力用コネクタ取付ランド３１ｃに対応する位置に、コネクタ取付ランド３３ｂおよび入力用コネクタ取付ランド３３ｃが設けられている。また、第３層３３は、第１層３１のマイクロストリップ線路４１に対応する位置と、第１コプレナー線路４２ａおよび第２コプレナー線路４２ｂに対応する位置とが、ベタグランドパターン３３ａ（図２のベタグランドパターン９に相当）とされている。

【0025】

図４、図５は、上記の高周波伝送装置１の通過特性として、Ｓパラメータ（Scattering parameters）の入力側の反射損失Ｓ１１および挿入損失Ｓ１２と、出力側の挿入損失Ｓ２１および反射損失Ｓ２２とを示すグラフである。また、図６は、入力側の反射損失Ｓ１１および出力側の反射損失Ｓ２２のＶＳＷＲ値（電圧定在波比：Voltage Standing Wave Ratio）を示すグラフである。なお、これらのグラフでは、本実施形態の高周波伝送装置１の通過特性Ｓ１とともに、伝送線路４とベタグランドパターン９との間のくり抜き部を３層にした場合、５層にした場合、くり抜き部を１層、３層および５層にして出力端である同軸コネクタ６を多層基板３の裏面（コネクタ２と反対側の面）に設けた場合の計６種類の高周波伝送装置の通過特性を示している。

【0026】

図４～６のグラフに示すように、本実施形態の高周波伝送装置１によれば、従来用いられていた同軸コネクタと同程度まで反射損失および挿入損失を小さくして高周波信号を伝送することが可能である。また、くり抜き部の数を３層あるいは５層にした場合、出力用の同軸コネクタ６を多層基板３の裏面に配置した場合でも通過特性が著しく劣化するようなことはないので、利用する多層基板の層構成に応じて伝送線路４とベタグランドパターン９との間隔を調整することも可能である。

【0027】

以上で説明したように、本実施形態の高周波伝送装置１によれば、非同軸構造のコネクタ２に入力された高周波信号をマイクロストリップ線路４１およびコプレナー線路４２により伝送するとともに、多層基板３内のくり抜き部８と、インピーダンスマッチング素子５とによってインピーダンスの整合を行う。これにより、安価で入手性のよい汎用型の非同軸構造のコネクタ２を利用して、反射損失および挿入損失が小さくなるように、高周波信号を伝送することができる。

【0028】

また、本実施形態の高周波伝送装置１によれば、マイクロストリップ線路４１を複数のコネクタ取付ランド３１ｂの間を通るように配線するので、多層基板３にマイクロストリップ線路４１を形成するためだけに必要なスペースを設ける必要がない。したがって、高周波伝送装置１の小型化が可能である。

【0029】

なお、上記実施形態では、本発明の高周波伝送構造を１枚の多層基板上に設けた高周波伝送装置として説明したが、バックプレーンなどに高周波伝送構造を組み込むようにしてもよい。

【0030】

また、コネクタ２の端子が挿入される多数のコネクタ取付ランド３１ｂをベタグランドパターン３１ａに接続して使用しないように構成したが、一部のコネクタ取付ランド３１ｂを高周波信号の伝送に影響を与えない信号の伝送、例えば、電源信号の伝送などに使用するようにしてもよい。これによれば、コネクタ２を高周波信号の入力だけでなく、電源供給用のコネクタとして兼用することが可能である。

【符号の説明】

【0031】

１ 高周波伝送装置
２ コネクタ
３ 多層基板
３１ 第１層
３２ 第２層
３３ 第３層
４ 伝送線路
４１ マイクロストリップ線路
４２ コプレナー線路
５ インピーダンスマッチング素子（インピーダンスマッチング回路）
６ 同軸コネクタ
８ くり抜き部
９ ベタグランドパターン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】