高周波回路基板
【課題】共振周波数が使用周波数から十分離れたバイアス線路を容易に形成することができる高周波回路基板を提供する。
【解決手段】高周波回路基板１００では、ブラインドビアホール１０６、１０７を用いてバイアス線路１１を高周波回路１０に電気的に接続するようにすることにより、共振が発生する可能性がある経路を、ブラインドビアホール１０６、１０７の端部１０６ａ、１０７ａとバイアス線路１１を結ぶバイアスラインのみに限定することができる。端部１０６ａから１０７ａまでの経路長を調整することで、使用周波数近傍で共振が発生するのを防止することが可能となる
【解決手段】高周波回路基板１００では、ブラインドビアホール１０６、１０７を用いてバイアス線路１１を高周波回路１０に電気的に接続するようにすることにより、共振が発生する可能性がある経路を、ブラインドビアホール１０６、１０７の端部１０６ａ、１０７ａとバイアス線路１１を結ぶバイアスラインのみに限定することができる。端部１０６ａから１０７ａまでの経路長を調整することで、使用周波数近傍で共振が発生するのを防止することが可能となる
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層基板を用いて構成された高周波回路基板に関し、特に高周波特性を劣化させないようにバイアス線路を形成する高周波回路基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高周波回路を搭載する高周波回路基板では、高周波回路への電源供給などのために、バイアス線路が基板側に設けられる（特許文献１）。車載用の高周波パルスレーダ等では、基板の小型化が強く要求されるため、高周波回路を基板の一方の面に搭載し、他方の面にアンテナを搭載することで、基板の小型化が図られる。
【０００３】
上記のように、１つの基板に高周波回路とアンテナをともに搭載する場合には、高周波回路のバイアス線路がアンテナからの電波の影響をできるだけ受けないようにする必要がある。そこで、バイアス線路を基板に内蔵させることで、アンテナからの電波の影響を低減させるようにする技術が知られている。バイアス線路を基板に内蔵させるために３層以上の多層基板を用い、バイアス線路を多層基板の内層に設けている。バイアス線路を内層に設けることで、基板に必要となる面積を小さくして小型化を図ることが可能となる。
【０００４】
バイアス線路を多層基板の内層に形成した場合には、バイアス線路と高周波回路とを電気的に接続する伝送線路として、マイクロストリップラインやスルーホール等が多層基板に形成される。スルーホールは、基板の厚さ方向に貫通した孔を形成し、その内面に所定の金属をメッキして形成される。このような貫通スルーホールは、その長さが基板の厚さにほぼ等しくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１８４９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、高周波回路とバイアス線路とを電気的に接続するのに貫通スルーホールを用いた場合には、貫通スルーホールの端部が開放端あるいは短絡端となり、貫通スルーホール及びそれに接続される線路で共振を発生させてしまうおそれがある。共振周波数が高周波回路の使用周波数に近い場合には、共振が発生すると高周波回路の特性に好ましくない影響を与えてしまう。
【０００７】
とくに、高周波回路とアンテナとを基板に一体化した高周波パルスレーダ等では、アンテナから放射される高周波信号が、貫通スルーホールやバイアス線路等で形成されるバイアスラインで共振を発生させてしまうおそれがある。バイアスラインで共振が発生すると、これがバイアスラインを伝播して高周波回路の特性を劣化させてしまうといった問題が生じる。
【０００８】
このような共振を回避するためには、バイアスラインの線路長を変えるのがよい。線路長を変えることで、共振周波数を変化させることができる。共振周波数が使用周波数から十分に離れるようにバイアスラインの線路長を変えることで、高周波特性に影響を与えるような共振を防止することができる。しかしながら、貫通スルーホールの長さは基板の厚さで決まることから、これを変えるには基板の厚さを変えなければならなくなり、共振周波数を使用周波数から十分に離すのが極めて難しいといった問題がある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、共振周波数が使用周波数から十分離れたバイアス線路を容易に形成することができる高周波回路基板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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の高周波回路基板の第１の態様は、２つの外層と１つ以上の内層を有する３層以上の多層基板の一方の前記外層に高周波回路が配置され、前記一方の外層と前記内層との間にグランド層が設けられ、さらに前記内層の前記グランド層が設けられている面とは別の面に前記高周波回路のバイアス線路のパターンを形成するためのバイアス層が設けられている高周波回路基板であって、少なくとも前記一方の外層から前記バイアス層を有する内層までを貫通して前記バイアス線路に電気的に接続される伝送線路を備え、少なくとも前記伝送線路の前記一方の外層側の端部と前記バイアス線路を含むバイアスラインでの共振周波数が前記高周波回路の使用周波数から十分に離れていると判定するための所定の判定基準を満たすように前記伝送線路が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の高周波回路基板の他の態様は、前記伝送線路は、前記一方の外層側の端部と前記バイアス線路とを電気的に接続するブラインドビアホールであることを特徴とする。
【００１２】
本発明の高周波回路基板の他の態様は、前記伝送線路として、前記一方の外層側の端部と前記バイアス線路とを電気的に接続するブラインドビアホール、または前記一方の外層から前記他方の外層まで貫通させて前記バイアス線路と電気的に接続される貫通スルーホールを用い、前記ブラインドビアホールまたは前記貫通スルーホールの前記一方の外層側の端部と前記バイアス線路とを結ぶバイアスラインのいずれかの位置にスタブが接続されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の高周波回路基板の他の態様は、前記スタブは、前記判定基準を満たす共振周波数で短絡端となるようにマイクロストリップラインで形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の高周波回路基板の他の態様は、前記スタブは、前記判定基準を満たす共振周波数で短絡端となるように所定のコンデンサで形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の高周波回路基板の他の態様は、前記伝送線路として、前記一方の外層から前記他方の外層まで貫通させて前記バイアス線路と電気的に接続される貫通スルーホールを用い、前記貫通スルーホールの前記他方の外層側の端部に所定長さの金属ピンが接続されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の高周波回路基板の他の態様は、前記伝送線路として、前記一方の外層から前記他方の外層まで貫通させて前記バイアス線路と電気的に接続される貫通スルーホールを用い、前記貫通スルーホールの周辺に前記２つの外層及び前記内層の誘電率とは異なる誘電率を有する誘電体を配置していることを特徴とする。
【００１７】
本発明の高周波回路基板の他の態様は、前記使用周波数をｆａとし、前記共振周波数をｆとするとき、前記判定基準は、
ｆ＜ｆａ×０．８、またはｆ＞ｆａ×１．２
で与えられることを特徴とする。
【００１８】
本発明の高周波回路基板の他の態様は、前記他方の外層にはアンテナが配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、共振周波数が使用周波数から十分離れたバイアス線路を容易に形成することができる高周波回路基板を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る高周波回路基板の断面構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る高周波回路基板の断面構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る高周波回路基板の断面構成図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る高周波回路基板の断面構成図である。
【図５】本発明の別の実施形態に係る高周波回路基板の断面構成図である。
【図６】本発明のさらに別の実施形態に係る高周波回路基板の断面構成図である。
【図７】従来の高周波回路基板の断面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態における高周波回路基板について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００２２】
本発明の高周波回路基板との比較のために、まず従来の高周波回路基板の構成を、図７を用いて説明する。図７は、高周波回路を搭載する位置で垂直に切断したときの従来の高周波回路基板９００の断面構成図である。高周波回路基板９００は、２つの外層９０１、９０２の間に１つの内層９０３が配置された３層からなる多層基板である。以下では、２つの外層をそれぞれ一方の外層９０１及び他方の外層９０２とする。一方の外層９０１と内層９０３との間には、グランドが形成されたグランド層９０４が設けられている。
【００２３】
高周波回路基板９００には、所定の高周波回路１０が搭載される。ここでは、高周波回路１０が一方の外層９０１の表面に搭載されるとする。そして、高周波回路１０のバイアス線路のパターンが形成されたバイアス層９０５が、内層９０３と他方の外層９０２との間に設けられている。バイアス層９０５を高周波回路１０に電気的に接続するために、従来は、高周波回路基板９００を貫通する貫通スルーホール９０６、９０７が設けられていた。貫通スルーホール９０６、９０７は、一方の外層９０１、内層９０３、および他方の外層９０２を貫通する貫通孔の内面を金属メッキして形成されており、高周波回路１０及びバイアス層９０５と電気的に接続されている。
【００２４】
図７において、貫通スルーホール９０６の一方の外層９０１側の端部を９０６ａとし、他方の外層９０２側の端部を９０６ｂとする。同様に、貫通スルーホール９０７の一方の外層９０１側の端部を９０７ａとし、他方の外層９０２側の端部を９０７ｂとする。また、貫通スルーホール９０６、９０７とバイアス層９０５との接続点を、それぞれ９０５ｃ、９０５ｄとする。さらに、一方の外層９０１の表面と他方の外層９０２の表面との間の厚さをＡ、一方の外層９０１の表面からバイアス層９０５までの厚さをＡ’、貫通スルーホール９０６と９０７との間の間隔をＢとする。ここで、厚さＡ、Ａ’は、外層９０１、９０２の表面に形成されている導体層９０８、９０９の厚さを含むものとする（以下でも、同様とする）。
【００２５】
上記のような従来の高周波回路基板９００では、他方の外層９０２側の端部９０６ｂ、９０７ｂがともに開放端となっているが、一方の外層９０１側の端部９０６ａ、９０７ａは、高周波的に開放端（オープン）となるか短絡端（ショート）となるかが高周波回路１０によって決まる。そのため、高周波回路１０の構成によっては、バイアス層９０５と貫通スルーホール９０６、９０７で構成されるバイアスラインの各端部を結ぶ経路のうち、いずれかで共振が発生するおそれがある。すなわち、各端部を結ぶ経路のうち、共振周波数が使用周波数に近いものがあると、その経路で共振が発生してしまう。このような共振により、バイアス層９０５に形成されているバイアス線路に不要な高周波信号が重畳してしまい、高周波回路１０の特性に悪影響を及ぼす。
【００２６】
一例として、使用周波数を２６．５ＧＨｚとし、厚さＡ、Ａ’をそれぞれ１．５ｍｍ、０．５ｍｍ、間隔Ｂを１．２ｍｍとするとき、以下に説明するように、使用周波数に近い周波数で共振が発生する経路が形成されてしまう。
【００２７】
バイアス層９０５と貫通スルーホール９０６、９０７で構成されるバイアスラインでは、共振が発生する可能性のある各端部間の経路として、表１の共振経路の欄に示す６つの経路がある。すなわち、貫通スルーホール９０６の両端部９０６ａ−９０６ｂを結ぶ経路、貫通スルーホール９０７の両端部９０７ａ−９０７ｂを結ぶ経路、端部９０６ａから接続点９０５ｃ、９０５ｄを経由して端部９０７ａまでの経路、端部９０６ａから接続点９０５ｃ、９０５ｄを経由して端部９０７ｂまでの経路、端部９０７ａから接続点９０５ｄ、９０５ｃを経由して端部９０６ｂまでの経路、及び端部９０６ｂから接続点９０５ｃ、９０５ｄを経由して端部９０７ｂまでの経路、の６つの経路で共振が発生する可能性がある。各経路の物理長Ｓｉ（ｉ＝１〜６）を、表１の物理長の欄に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
まず、各経路の物理長Ｓｉ（ｉ＝１〜６）を用いて、それぞれの電気長Ｌｉ（ｉ＝１〜６）を、次式を用いて計算することができる。
ここで、εeffは、外層９０１、９０２、及び内層９０３を形成する誘電体の実効比誘電率である。式（１）の電気長Ｌｉ（ｉ＝１〜６）を用いて、各経路の共振周波数ｆｉ（ｉ＝１〜６）を以下のように計算する。各経路の共振周波数は、両端部のそれぞれが開放端か、短絡端かによって以下のいずれかの計算式で計算される。
【００３０】
まず、経路の一方の端部が短絡端で他方が開放端のときの共振周波数ｆｉは、
ｆｉ＝ｃ／（４×Ｌｉ） （２）
で計算される。また、経路の両端部がともに短絡端またはともに開放端のときは、
ｆｉ＝ｃ／（２×Ｌｉ） （３）
で計算される。なお、上式でｃは光速を表す。
【００３１】
貫通スルーホール９０６、９０７の一方の外層９０１側の端部９０６ａ、９０７ａが短絡端の場合と開放端の場合について、６つの経路の共振周波数を表１の共振周波数の欄に示す。但し、端部９０６ａが短絡端で端部９０７ａが開放端の場合と、端部９０６ａが開放端で端部９０７ａが短絡端の場合とでは、経路が異なるものの同じ共振周波数が得られることから、表１では端部９０６ａが短絡端で端部９０７ａが開放端の場合のみを示している。
【００３２】
表１より、端部９０６ａ、９０７ａがともに短絡端、あるいは一方が短絡端で他方が開放端のとき、使用周波数２６．５ＧＨｚに近い周波数２６．１ＧＨｚで共振する経路があることがわかる。その結果、２６．１ＧＨｚでの共振により、高周波回路１０に好ましくない影響を与えてしまう。本発明の高周波回路基板は、上記のような使用周波数近傍での共振の発生を防止するように構成されている。
【００３３】
（第１実施形態）
本発明の第１の実施の形態に係る高周波回路基板を、図１を用いて以下に説明する。図１は、高周波回路１０を搭載する位置で垂直に切断したときの本実施形態の高周波回路基板１００の断面構成図である。本実施形態の高周波回路基板１００は、２つの外層１０１、１０２の間に１つの内層１０３が配置された３層からなる多層基板である。一方の外層１０１と内層１０３との間には、グランドが形成されたグランド層１０４が設けられている。なお、本実施形態の高周波回路基板１００では、内層１０３を１つだけ有する３層構造の基板としているが、これに限定されず、内層を２以上備える４層以上の多層基板であってもよい。
【００３４】
本実施形態では、一方の外層１０１の表面に高周波回路１０が搭載されている。そして、高周波回路１０のバイアス線路１１のパターンが形成されたバイアス層１０５が、内層１０３と他方の外層１０２との間に設けられている。他方の外層１０２には、アンテナが配置される。
【００３５】
本実施形態では、バイアス層１０５を高周波回路１０に電気的に接続するために、一方の外層１０１とバイアス層１０５との間にブラインドビアホール１０６、１０７を設けている。ブラインドビアホール１０６、１０７は、一方の外層１０１と内層１０３とを貫通してバイアス線路１１に電気的に接続されており、他方の外層１０２を貫通していない。また、ブラインドビアホール１０６、１０７は、バイアス層１０５のバイアス線路１１以外の線路と接続されないようにするために、グランド層１０４と切り離されている。これにより、ブラインドビアホール１０６、１０７とバイアス線路１１で形成されるバイアスラインの端部は、ブラインドビアホール１０６、１０７の一方の外層１０１側の端部１０６ａ、１０７ａのみとなる。従って、共振が発生する可能性のある経路は、端部１０６ａと１０７ａとの間のブラインドビアホール１０６、１０７とバイアス線路１１で形成される経路のみである。
【００３６】
図７に示した従来例と同様に、使用周波数を２６．５ＧＨｚとし、一方の外層１０１の表面と他方の外層１０２の表面との間の厚さＡを１．５ｍｍ、一方の外層１０１の表面からバイアス層１０５までの厚さＡ’を０．５ｍｍ、及びブラインドビアホール１０６、１０７間の間隔Ｂを１．２ｍｍとしたとき、ブラインドビアホール１０６の端部１０６ａとブラインドビアホール１０７の端部１０７ａとの間の経路で発生する共振周波数は、表２のようになる。表２に示すように、本実施形態では、共振が発生する可能性のある端部１０６ａと１０７ａとの間の経路の共振周波数が、端部１０６ａ、１０７ａが短絡端か開放端かによらず、使用周波数２６．５ＧＨｚから十分に離れている。
【００３７】
【表２】
【００３８】
使用周波数をｆａとするとき、式（２）または（３）で算出される共振周波数ｆｉが使用周波数ｆａから十分に離れていると判断する基準として、
ｆｉ＜ｆａ×０．８、またはｆｉ＞ｆａ×１．２ （４）
を用いることができる。すなわち、共振周波数が使用周波数より２０％以上離れているとき、共振周波数が使用周波数から十分に離れていると判断する。この場合には、使用周波数の電波により共振が発生するおそれはなく、仮に共振が発生しても高周波回路１０に好ましくない影響を与えるおそれがない。
【００３９】
上記説明のように、本実施形態の高周波回路基板１００では、ブラインドビアホール１０６、１０７を用いてバイアス線路１１を高周波回路１０に電気的に接続するようにしたことにより、共振が発生する可能性がある経路を、ブラインドビアホール１０６、１０７の端部１０６ａ、１０７ａとバイアス線路１１を結ぶバイアスラインのみに限定することができる。端部１０６ａから１０７ａまでの経路長を調整することで、使用周波数近傍で共振が発生するのを防止することが可能となる。
【００４０】
本実施形態の高周波回路基板１００では、上記のように使用周波数近傍で共振が発生するのを防止するとともに、周辺からの電波の影響を低減する構造を備えている。本実施形態では、ブラインドビアホール１０６、１０７とは別に、他方の外層１０２側からグランド層１０４まで別のブラインドビアホール１１１、１１２が設けられている。そして、他方の外層１０２の表面の一部にもグランド層１１３が形成されている。これにより、グランド層１０４と１１３とがブラインドビアホール１１１、１１２で電気的に接続され、グランド層１０４、１１３、及びブラインドビアホール１１１、１１２でバイアス線路１１を取り囲む構造となっている。
【００４１】
上記のように、他方の外層１０２側から見て、バイアス線路１１とブラインドビアホール１０６、１０７で形成されるバイアスラインが、グランド層１０４、１１３、及びブラインドビアホール１１１、１１２で取り囲まれるように構成することで、他方の外層１０２の表面の一部に配置されるアンテナからの電波を遮蔽して高周波回路への影響を低減することが可能となっている。
【００４２】
（第２実施形態）
本発明の第２の実施の形態に係る高周波回路基板を、図２を用いて以下に説明する。図２は、高周波回路１０を搭載する位置で垂直に切断したときの本実施形態の高周波回路基板２００の断面構成図である。本実施形態の高周波回路基板２００は、図７に示した従来の高周波回路基板９００と同様の構造を有しており、２つの外層２０１、２０２の間に１つの内層２０３が配置された３層からなる多層基板で構成されている。一方の外層２０１と内層２０３との間には、グランド層２０４が設けられ、内層２０３と他方の外層２０２との間には、バイアス層２０５が設けられている。
【００４３】
本実施形態では、バイアス層２０５を高周波回路１０に電気的に接続するために、従来の高周波回路基板９００と同様に、２つの外層２０１、２０２と内層２０３を貫通する貫通スルーホール２０６、２０７が設けられている。貫通スルーホール２０６の一方の外層２０１側の端部を２０６ａとし、他方の外層２０２側の端部を２０６ｂとする。同様に、貫通スルーホール２０７の一方の外層２０１側の端部を２０７ａとし、他方の外層２０２側の端部を２０７ｂとする。また、貫通スルーホール２０６、２０７とバイアス層２０５との接続点を、それぞれ２０５ｃ、２０５ｄとする。
【００４４】
本実施形態の高周波回路基板２００では、従来の高周波回路基板９００と同様の構成に加えて、貫通スルーホール２０６、２０７の他方の外層２０２側の端部２０６ｂ、２０７ｂに、金属ピン２１１、２１２が接続されている。このような金属ピン２１１、２１２を貫通スルーホールの端部２０６ｂ、２０７ｂに接続することで、貫通スルーホール２０６、２０７を経由して共振が発生する経路の電気長を変えることができる。以下では、金属ピン２１１、２１２の開放端を、それぞれ２１１ｂ、２１２ｂとする。
【００４５】
上記のように、貫通スルーホール２０６、２０７の端部２０６ｂ、２０７ｂに金属ピン２１１、２１２を接続した場合には、表１に示した６つの共振経路のうち端部が９０６ｂまたは９０７ｂとなっているものを、それぞれ開放端２１１ｂ、２１２ｂに置き換えたものとなる。これにより、当該共振経路の物理長が、金属ピン２１１、２１２の長さ分だけ長くなる。その結果、当該共振経路の共振周波数が変化する。金属ピン２１１、２１２の長さをそれぞれ２．５ｍｍとしたとき、高周波回路基板２００における６つの共振経路の物理長及び共振周波数は、表３に示すような値となる。
【００４６】
【表３】
【００４７】
表３に示すように、貫通スルーホール２０６、２０７の端部２０６ｂ、２０７ｂに金属ピン２１１、２１２を接続することで、６つの共振経路のいずれにおいても、使用周波数２６．５ＧＨｚに近い共振周波数を有する共振経路はなく、いずれも式（４）の条件を満たしている。その結果、使用周波数近傍で共振が発生するのを防止することができる。
【００４８】
（第３実施形態）
本発明の第３の実施の形態に係る高周波回路基板を、図３を用いて以下に説明する。図３は、高周波回路１０を搭載する位置で垂直に切断したときの本実施形態の高周波回路基板３００の断面構成図である。本実施形態の高周波回路基板３００も、図７に示した従来の高周波回路基板９００と同様の構造を有しており、２つの外層３０１、３０２の間に１つの内層３０３が配置された３層からなる多層基板で構成されている。一方の外層３０１と内層３０３との間には、グランド層３０４が設けられ、内層３０３と他方の外層３０２との間には、バイアス層３０５が設けられている。また、バイアス層３０５を高周波回路１０に電気的に接続するために、２つの外層３０１、３０２と内層３０３を貫通する貫通スルーホール３０６、３０７が設けられている。
【００４９】
本実施形態では、第２実施形態で用いた金属ピン２１１、２１２に変えて、スタブ３１１を設けている。スタブ３１１は、使用周波数に近い共振周波数を有する共振経路がある場合に、その共振経路の途中に接続し、スタブ３１１の接続点３１１ｃが共振周波数において短絡端となるように形成する。本実施形態では、スタブ３１１を端部３０６ａから貫通スルーホール３０６、バイアス層３０５、及び貫通スルーホール３０７を経由して端部３０７ａに至る経路のいずれかに設ける。図３では、スタブ３１１の接続点３１１ｃを、貫通スルーホール３０６とバイアス層３０５とが接続される接続点３０５ｃに設けている。
【００５０】
スタブ３１１をマイクロストリップラインで形成した場合、マイクロストリップラインの長さは、式（１）で算出される電気長Ｌｉの１／４とする。また、スタブ３１１をコンデンサを用いて形成した場合、式（２）または（３）で算出される共振周波数ｆｉを有するコンデンサを用いてスタブ３１１を形成する。
【００５１】
上記のようなスタブ３１１を設けることで、スタブ３１１の接続点３１１ｃが短絡端となる。その結果、共振経路の一端が接続点３１１ｃとなり、他端が貫通スルーホール３０６の両端部３０６ａ、３０６ｂ、及び貫通スルーホール３０７の両端部３０７ａ、３０７ｂのいずれかとなる。各共振経路の物理長及び共振周波数を表４に示す。ここでは、３つの共振経路のそれぞれで、スタブ３１１の接続点３１１ｃが短絡端となるように、スタブを形成するマイクロストリップラインの電気長、あるいはコンデンサの共振周波数が設定されているものとして、共振周波数を算出している。
【００５２】
【表４】
【００５３】
表４に示すように、いずれの共振経路の共振周波数も、式（４）の条件を満たしており、各共振周波数が使用周波数から十分に離れていると判断することができる。これより、本実施形態の高周波回路基板３００でも、高周波回路１０に悪影響を与えるような共振を防止することが可能となる。なお、本実施形態では、高周波回路１０とバイアス層３０５とを電気的に接続するのに貫通スルーホール３０６、３０７を用いていたが、これに代えて、第１実施形態と同様にブラインドビアホールを用いてもよい。
【００５４】
（第４実施形態）
本発明の第４の実施の形態に係る高周波回路基板を、図４を用いて以下に説明する。図４は、高周波回路１０を搭載する位置で垂直に切断したときの本実施形態の高周波回路基板４００の断面構成図である。本実施形態の高周波回路基板４００も、図７に示した従来の高周波回路基板９００と同様の構造を有しており、２つの外層４０１、４０２の間に１つの内層４０３が配置された３層からなる多層基板で構成されている。一方の外層４０１と内層４０３との間には、グランド層４０４が設けられ、内層４０３と他方の外層４０２との間には、バイアス層４０５が設けられている。また、バイアス層４０５を高周波回路１０に電気的に接続するために、２つの外層４０１、４０２と内層４０３を貫通する貫通スルーホール４０６、４０７が設けられている。
【００５５】
本実施形態では、貫通スルーホール４０６、４０７の周囲に別の貫通孔４１１、４１２を設け、その中に外層４０１、４０２及び内層４０３とは異なる誘電率の誘電体を充填させている。このように、貫通スルーホール４０６、４０７の周囲に誘電率の異なる誘電体を近接させることで、貫通スルーホール４０６、４０７の電気長を変えることができる。別の貫通孔４１１、４１２に充填する誘電体の実効比誘電率をεeff’とするとき、各共振経路の電気長Ｌｉ（ｉ＝１〜６）は、各経路の物理長Ｓｉ（ｉ＝１〜６）を用いて次式で計算される。
【００５６】
なお、バイアス層４０５の周辺には外層４０１、４０２及び内層４０３の誘電体のみが配置されているときは、バイアス層４０５の電気長は式（１）を用いて算出される。バイアス層４０５の電気長と式（５）用いて算出された貫通スルーホール４０６、４０７の電気長から、各経路の電気長を算出する。上記のように、貫通スルーホール４０６、４０７の周囲に誘電率の異なる誘電体を近接させることで、貫通スルーホール４０６、４０７を経由する経路で発生する共振の周波数を異なる値に変えることができる。
【００５７】
誘電率の異なる誘電体の一例として、酸化チタンなどの高い比誘電率を持つ誘電体（実効比誘電率εeff’≒３０）を用いた時の共振周波数を表５に示す。
【表５】
【００５８】
表４に示すように、いずれの共振経路の共振周波数も、式（４）の条件を満たしており、各共振周波数が使用周波数から十分に離れていると判断することができる。これより、本実施形態の高周波回路基板４００でも、高周波回路１０に悪影響を与えるような共振を防止することが可能となる。
【００５９】
本発明の高周波回路基板のさらに別の実施形態を、図５、６に示す。図５、６は、いずれも高周波回路１０を搭載する位置で垂直に切断したときの別の実施形態の高周波回路基板５００、６００の断面構成図である。高周波回路基板５００及び６００は、いずれも図７に示した従来の高周波回路基板９００と同様の構造を有しており、２つの外層５０１、５０２及び６０１、６０２と、内層５０３及び６０３と、グランド層５０４及び６０４と、バイアス層５０５及び６０５とをそれぞれ有している。
【００６０】
図５に示す高周波回路基板５００では、バイアス層５０５を高周波回路１０に電気的に接続するための貫通スルーホール５０６、５０７を、ネジ穴状に形成された貫通孔で形成している。このように形成された貫通スルーホール５０６、５０７は、基板厚さＡより長い物理長を有しており、電気長を変えて共振周波数を変えることができる。その結果、共振周波数を使用周波数から十分に離して高周波回路１０に悪影響を与えるような共振を防止することが可能となる。
【００６１】
また、図６に示す高周波回路基板６００では、バイアス層５０５を高周波回路１０に電気的に接続するための貫通スルーホール６０６、６０７を、ミアンダ状に形成された貫通孔で形成している。このように形成された貫通スルーホール６０６、６０７は、基板厚さＡより長い物理長を有しており、電気長を変えて共振周波数を変えることができる。その結果、共振周波数を使用周波数から十分に離して高周波回路１０に悪影響を与えるような共振を防止することが可能となる。
【００６２】
上記説明の本発明の高周波回路基板によれば、いずれの実施形態でも共振周波数を使用周波数から十分に離して高周波回路１０に悪影響を与えるような共振を防止することが可能な構成となっている。これにより、高周波回路が搭載された面と反対側の基板面にアンテナを搭載してアンテナと高周波回路基板を一体化した場合でも、アンテナからの高周波信号がバイアスラインへ重畳するのを防止することができる。
【００６３】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る高周波回路基板の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における高周波回路基板の細部構成及び詳細な動作などに関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 高周波回路
１１ バイアス線路
１００、２００、３００、４００、５００、６００ 高周波回路基板
１０１、１０２、２０１、２０２、３０１、３０２、４０１、４０２、５０１、５０２、６０１、６０２ 外層
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３ 内層
１０４、１１３、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４ グランド層
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５ バイアス層
１０６、１０７、１１１、１１２ ブラインドビアホール
２０６、２０７、３０６、３０７、４０６、４０７、５０６、５０７、６０６、６０７ 貫通スルーホール
２１１、２１２ 金属ピン
３１１ スタブ
４１１、４１２ 別の貫通孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層基板を用いて構成された高周波回路基板に関し、特に高周波特性を劣化させないようにバイアス線路を形成する高周波回路基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高周波回路を搭載する高周波回路基板では、高周波回路への電源供給などのために、バイアス線路が基板側に設けられる（特許文献１）。車載用の高周波パルスレーダ等では、基板の小型化が強く要求されるため、高周波回路を基板の一方の面に搭載し、他方の面にアンテナを搭載することで、基板の小型化が図られる。
【０００３】
上記のように、１つの基板に高周波回路とアンテナをともに搭載する場合には、高周波回路のバイアス線路がアンテナからの電波の影響をできるだけ受けないようにする必要がある。そこで、バイアス線路を基板に内蔵させることで、アンテナからの電波の影響を低減させるようにする技術が知られている。バイアス線路を基板に内蔵させるために３層以上の多層基板を用い、バイアス線路を多層基板の内層に設けている。バイアス線路を内層に設けることで、基板に必要となる面積を小さくして小型化を図ることが可能となる。
【０００４】
バイアス線路を多層基板の内層に形成した場合には、バイアス線路と高周波回路とを電気的に接続する伝送線路として、マイクロストリップラインやスルーホール等が多層基板に形成される。スルーホールは、基板の厚さ方向に貫通した孔を形成し、その内面に所定の金属をメッキして形成される。このような貫通スルーホールは、その長さが基板の厚さにほぼ等しくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１８４９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、高周波回路とバイアス線路とを電気的に接続するのに貫通スルーホールを用いた場合には、貫通スルーホールの端部が開放端あるいは短絡端となり、貫通スルーホール及びそれに接続される線路で共振を発生させてしまうおそれがある。共振周波数が高周波回路の使用周波数に近い場合には、共振が発生すると高周波回路の特性に好ましくない影響を与えてしまう。
【０００７】
とくに、高周波回路とアンテナとを基板に一体化した高周波パルスレーダ等では、アンテナから放射される高周波信号が、貫通スルーホールやバイアス線路等で形成されるバイアスラインで共振を発生させてしまうおそれがある。バイアスラインで共振が発生すると、これがバイアスラインを伝播して高周波回路の特性を劣化させてしまうといった問題が生じる。
【０００８】
このような共振を回避するためには、バイアスラインの線路長を変えるのがよい。線路長を変えることで、共振周波数を変化させることができる。共振周波数が使用周波数から十分に離れるようにバイアスラインの線路長を変えることで、高周波特性に影響を与えるような共振を防止することができる。しかしながら、貫通スルーホールの長さは基板の厚さで決まることから、これを変えるには基板の厚さを変えなければならなくなり、共振周波数を使用周波数から十分に離すのが極めて難しいといった問題がある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、共振周波数が使用周波数から十分離れたバイアス線路を容易に形成することができる高周波回路基板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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の高周波回路基板の第１の態様は、２つの外層と１つ以上の内層を有する３層以上の多層基板の一方の前記外層に高周波回路が配置され、前記一方の外層と前記内層との間にグランド層が設けられ、さらに前記内層の前記グランド層が設けられている面とは別の面に前記高周波回路のバイアス線路のパターンを形成するためのバイアス層が設けられている高周波回路基板であって、少なくとも前記一方の外層から前記バイアス層を有する内層までを貫通して前記バイアス線路に電気的に接続される伝送線路を備え、少なくとも前記伝送線路の前記一方の外層側の端部と前記バイアス線路を含むバイアスラインでの共振周波数が前記高周波回路の使用周波数から十分に離れていると判定するための所定の判定基準を満たすように前記伝送線路が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の高周波回路基板の他の態様は、前記伝送線路は、前記一方の外層側の端部と前記バイアス線路とを電気的に接続するブラインドビアホールであることを特徴とする。
【００１２】
本発明の高周波回路基板の他の態様は、前記伝送線路として、前記一方の外層側の端部と前記バイアス線路とを電気的に接続するブラインドビアホール、または前記一方の外層から前記他方の外層まで貫通させて前記バイアス線路と電気的に接続される貫通スルーホールを用い、前記ブラインドビアホールまたは前記貫通スルーホールの前記一方の外層側の端部と前記バイアス線路とを結ぶバイアスラインのいずれかの位置にスタブが接続されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の高周波回路基板の他の態様は、前記スタブは、前記判定基準を満たす共振周波数で短絡端となるようにマイクロストリップラインで形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の高周波回路基板の他の態様は、前記スタブは、前記判定基準を満たす共振周波数で短絡端となるように所定のコンデンサで形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の高周波回路基板の他の態様は、前記伝送線路として、前記一方の外層から前記他方の外層まで貫通させて前記バイアス線路と電気的に接続される貫通スルーホールを用い、前記貫通スルーホールの前記他方の外層側の端部に所定長さの金属ピンが接続されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の高周波回路基板の他の態様は、前記伝送線路として、前記一方の外層から前記他方の外層まで貫通させて前記バイアス線路と電気的に接続される貫通スルーホールを用い、前記貫通スルーホールの周辺に前記２つの外層及び前記内層の誘電率とは異なる誘電率を有する誘電体を配置していることを特徴とする。
【００１７】
本発明の高周波回路基板の他の態様は、前記使用周波数をｆａとし、前記共振周波数をｆとするとき、前記判定基準は、
ｆ＜ｆａ×０．８、またはｆ＞ｆａ×１．２
で与えられることを特徴とする。
【００１８】
本発明の高周波回路基板の他の態様は、前記他方の外層にはアンテナが配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、共振周波数が使用周波数から十分離れたバイアス線路を容易に形成することができる高周波回路基板を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る高周波回路基板の断面構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る高周波回路基板の断面構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る高周波回路基板の断面構成図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る高周波回路基板の断面構成図である。
【図５】本発明の別の実施形態に係る高周波回路基板の断面構成図である。
【図６】本発明のさらに別の実施形態に係る高周波回路基板の断面構成図である。
【図７】従来の高周波回路基板の断面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態における高周波回路基板について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００２２】
本発明の高周波回路基板との比較のために、まず従来の高周波回路基板の構成を、図７を用いて説明する。図７は、高周波回路を搭載する位置で垂直に切断したときの従来の高周波回路基板９００の断面構成図である。高周波回路基板９００は、２つの外層９０１、９０２の間に１つの内層９０３が配置された３層からなる多層基板である。以下では、２つの外層をそれぞれ一方の外層９０１及び他方の外層９０２とする。一方の外層９０１と内層９０３との間には、グランドが形成されたグランド層９０４が設けられている。
【００２３】
高周波回路基板９００には、所定の高周波回路１０が搭載される。ここでは、高周波回路１０が一方の外層９０１の表面に搭載されるとする。そして、高周波回路１０のバイアス線路のパターンが形成されたバイアス層９０５が、内層９０３と他方の外層９０２との間に設けられている。バイアス層９０５を高周波回路１０に電気的に接続するために、従来は、高周波回路基板９００を貫通する貫通スルーホール９０６、９０７が設けられていた。貫通スルーホール９０６、９０７は、一方の外層９０１、内層９０３、および他方の外層９０２を貫通する貫通孔の内面を金属メッキして形成されており、高周波回路１０及びバイアス層９０５と電気的に接続されている。
【００２４】
図７において、貫通スルーホール９０６の一方の外層９０１側の端部を９０６ａとし、他方の外層９０２側の端部を９０６ｂとする。同様に、貫通スルーホール９０７の一方の外層９０１側の端部を９０７ａとし、他方の外層９０２側の端部を９０７ｂとする。また、貫通スルーホール９０６、９０７とバイアス層９０５との接続点を、それぞれ９０５ｃ、９０５ｄとする。さらに、一方の外層９０１の表面と他方の外層９０２の表面との間の厚さをＡ、一方の外層９０１の表面からバイアス層９０５までの厚さをＡ’、貫通スルーホール９０６と９０７との間の間隔をＢとする。ここで、厚さＡ、Ａ’は、外層９０１、９０２の表面に形成されている導体層９０８、９０９の厚さを含むものとする（以下でも、同様とする）。
【００２５】
上記のような従来の高周波回路基板９００では、他方の外層９０２側の端部９０６ｂ、９０７ｂがともに開放端となっているが、一方の外層９０１側の端部９０６ａ、９０７ａは、高周波的に開放端（オープン）となるか短絡端（ショート）となるかが高周波回路１０によって決まる。そのため、高周波回路１０の構成によっては、バイアス層９０５と貫通スルーホール９０６、９０７で構成されるバイアスラインの各端部を結ぶ経路のうち、いずれかで共振が発生するおそれがある。すなわち、各端部を結ぶ経路のうち、共振周波数が使用周波数に近いものがあると、その経路で共振が発生してしまう。このような共振により、バイアス層９０５に形成されているバイアス線路に不要な高周波信号が重畳してしまい、高周波回路１０の特性に悪影響を及ぼす。
【００２６】
一例として、使用周波数を２６．５ＧＨｚとし、厚さＡ、Ａ’をそれぞれ１．５ｍｍ、０．５ｍｍ、間隔Ｂを１．２ｍｍとするとき、以下に説明するように、使用周波数に近い周波数で共振が発生する経路が形成されてしまう。
【００２７】
バイアス層９０５と貫通スルーホール９０６、９０７で構成されるバイアスラインでは、共振が発生する可能性のある各端部間の経路として、表１の共振経路の欄に示す６つの経路がある。すなわち、貫通スルーホール９０６の両端部９０６ａ−９０６ｂを結ぶ経路、貫通スルーホール９０７の両端部９０７ａ−９０７ｂを結ぶ経路、端部９０６ａから接続点９０５ｃ、９０５ｄを経由して端部９０７ａまでの経路、端部９０６ａから接続点９０５ｃ、９０５ｄを経由して端部９０７ｂまでの経路、端部９０７ａから接続点９０５ｄ、９０５ｃを経由して端部９０６ｂまでの経路、及び端部９０６ｂから接続点９０５ｃ、９０５ｄを経由して端部９０７ｂまでの経路、の６つの経路で共振が発生する可能性がある。各経路の物理長Ｓｉ（ｉ＝１〜６）を、表１の物理長の欄に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
まず、各経路の物理長Ｓｉ（ｉ＝１〜６）を用いて、それぞれの電気長Ｌｉ（ｉ＝１〜６）を、次式を用いて計算することができる。
ここで、εeffは、外層９０１、９０２、及び内層９０３を形成する誘電体の実効比誘電率である。式（１）の電気長Ｌｉ（ｉ＝１〜６）を用いて、各経路の共振周波数ｆｉ（ｉ＝１〜６）を以下のように計算する。各経路の共振周波数は、両端部のそれぞれが開放端か、短絡端かによって以下のいずれかの計算式で計算される。
【００３０】
まず、経路の一方の端部が短絡端で他方が開放端のときの共振周波数ｆｉは、
ｆｉ＝ｃ／（４×Ｌｉ） （２）
で計算される。また、経路の両端部がともに短絡端またはともに開放端のときは、
ｆｉ＝ｃ／（２×Ｌｉ） （３）
で計算される。なお、上式でｃは光速を表す。
【００３１】
貫通スルーホール９０６、９０７の一方の外層９０１側の端部９０６ａ、９０７ａが短絡端の場合と開放端の場合について、６つの経路の共振周波数を表１の共振周波数の欄に示す。但し、端部９０６ａが短絡端で端部９０７ａが開放端の場合と、端部９０６ａが開放端で端部９０７ａが短絡端の場合とでは、経路が異なるものの同じ共振周波数が得られることから、表１では端部９０６ａが短絡端で端部９０７ａが開放端の場合のみを示している。
【００３２】
表１より、端部９０６ａ、９０７ａがともに短絡端、あるいは一方が短絡端で他方が開放端のとき、使用周波数２６．５ＧＨｚに近い周波数２６．１ＧＨｚで共振する経路があることがわかる。その結果、２６．１ＧＨｚでの共振により、高周波回路１０に好ましくない影響を与えてしまう。本発明の高周波回路基板は、上記のような使用周波数近傍での共振の発生を防止するように構成されている。
【００３３】
（第１実施形態）
本発明の第１の実施の形態に係る高周波回路基板を、図１を用いて以下に説明する。図１は、高周波回路１０を搭載する位置で垂直に切断したときの本実施形態の高周波回路基板１００の断面構成図である。本実施形態の高周波回路基板１００は、２つの外層１０１、１０２の間に１つの内層１０３が配置された３層からなる多層基板である。一方の外層１０１と内層１０３との間には、グランドが形成されたグランド層１０４が設けられている。なお、本実施形態の高周波回路基板１００では、内層１０３を１つだけ有する３層構造の基板としているが、これに限定されず、内層を２以上備える４層以上の多層基板であってもよい。
【００３４】
本実施形態では、一方の外層１０１の表面に高周波回路１０が搭載されている。そして、高周波回路１０のバイアス線路１１のパターンが形成されたバイアス層１０５が、内層１０３と他方の外層１０２との間に設けられている。他方の外層１０２には、アンテナが配置される。
【００３５】
本実施形態では、バイアス層１０５を高周波回路１０に電気的に接続するために、一方の外層１０１とバイアス層１０５との間にブラインドビアホール１０６、１０７を設けている。ブラインドビアホール１０６、１０７は、一方の外層１０１と内層１０３とを貫通してバイアス線路１１に電気的に接続されており、他方の外層１０２を貫通していない。また、ブラインドビアホール１０６、１０７は、バイアス層１０５のバイアス線路１１以外の線路と接続されないようにするために、グランド層１０４と切り離されている。これにより、ブラインドビアホール１０６、１０７とバイアス線路１１で形成されるバイアスラインの端部は、ブラインドビアホール１０６、１０７の一方の外層１０１側の端部１０６ａ、１０７ａのみとなる。従って、共振が発生する可能性のある経路は、端部１０６ａと１０７ａとの間のブラインドビアホール１０６、１０７とバイアス線路１１で形成される経路のみである。
【００３６】
図７に示した従来例と同様に、使用周波数を２６．５ＧＨｚとし、一方の外層１０１の表面と他方の外層１０２の表面との間の厚さＡを１．５ｍｍ、一方の外層１０１の表面からバイアス層１０５までの厚さＡ’を０．５ｍｍ、及びブラインドビアホール１０６、１０７間の間隔Ｂを１．２ｍｍとしたとき、ブラインドビアホール１０６の端部１０６ａとブラインドビアホール１０７の端部１０７ａとの間の経路で発生する共振周波数は、表２のようになる。表２に示すように、本実施形態では、共振が発生する可能性のある端部１０６ａと１０７ａとの間の経路の共振周波数が、端部１０６ａ、１０７ａが短絡端か開放端かによらず、使用周波数２６．５ＧＨｚから十分に離れている。
【００３７】
【表２】
【００３８】
使用周波数をｆａとするとき、式（２）または（３）で算出される共振周波数ｆｉが使用周波数ｆａから十分に離れていると判断する基準として、
ｆｉ＜ｆａ×０．８、またはｆｉ＞ｆａ×１．２ （４）
を用いることができる。すなわち、共振周波数が使用周波数より２０％以上離れているとき、共振周波数が使用周波数から十分に離れていると判断する。この場合には、使用周波数の電波により共振が発生するおそれはなく、仮に共振が発生しても高周波回路１０に好ましくない影響を与えるおそれがない。
【００３９】
上記説明のように、本実施形態の高周波回路基板１００では、ブラインドビアホール１０６、１０７を用いてバイアス線路１１を高周波回路１０に電気的に接続するようにしたことにより、共振が発生する可能性がある経路を、ブラインドビアホール１０６、１０７の端部１０６ａ、１０７ａとバイアス線路１１を結ぶバイアスラインのみに限定することができる。端部１０６ａから１０７ａまでの経路長を調整することで、使用周波数近傍で共振が発生するのを防止することが可能となる。
【００４０】
本実施形態の高周波回路基板１００では、上記のように使用周波数近傍で共振が発生するのを防止するとともに、周辺からの電波の影響を低減する構造を備えている。本実施形態では、ブラインドビアホール１０６、１０７とは別に、他方の外層１０２側からグランド層１０４まで別のブラインドビアホール１１１、１１２が設けられている。そして、他方の外層１０２の表面の一部にもグランド層１１３が形成されている。これにより、グランド層１０４と１１３とがブラインドビアホール１１１、１１２で電気的に接続され、グランド層１０４、１１３、及びブラインドビアホール１１１、１１２でバイアス線路１１を取り囲む構造となっている。
【００４１】
上記のように、他方の外層１０２側から見て、バイアス線路１１とブラインドビアホール１０６、１０７で形成されるバイアスラインが、グランド層１０４、１１３、及びブラインドビアホール１１１、１１２で取り囲まれるように構成することで、他方の外層１０２の表面の一部に配置されるアンテナからの電波を遮蔽して高周波回路への影響を低減することが可能となっている。
【００４２】
（第２実施形態）
本発明の第２の実施の形態に係る高周波回路基板を、図２を用いて以下に説明する。図２は、高周波回路１０を搭載する位置で垂直に切断したときの本実施形態の高周波回路基板２００の断面構成図である。本実施形態の高周波回路基板２００は、図７に示した従来の高周波回路基板９００と同様の構造を有しており、２つの外層２０１、２０２の間に１つの内層２０３が配置された３層からなる多層基板で構成されている。一方の外層２０１と内層２０３との間には、グランド層２０４が設けられ、内層２０３と他方の外層２０２との間には、バイアス層２０５が設けられている。
【００４３】
本実施形態では、バイアス層２０５を高周波回路１０に電気的に接続するために、従来の高周波回路基板９００と同様に、２つの外層２０１、２０２と内層２０３を貫通する貫通スルーホール２０６、２０７が設けられている。貫通スルーホール２０６の一方の外層２０１側の端部を２０６ａとし、他方の外層２０２側の端部を２０６ｂとする。同様に、貫通スルーホール２０７の一方の外層２０１側の端部を２０７ａとし、他方の外層２０２側の端部を２０７ｂとする。また、貫通スルーホール２０６、２０７とバイアス層２０５との接続点を、それぞれ２０５ｃ、２０５ｄとする。
【００４４】
本実施形態の高周波回路基板２００では、従来の高周波回路基板９００と同様の構成に加えて、貫通スルーホール２０６、２０７の他方の外層２０２側の端部２０６ｂ、２０７ｂに、金属ピン２１１、２１２が接続されている。このような金属ピン２１１、２１２を貫通スルーホールの端部２０６ｂ、２０７ｂに接続することで、貫通スルーホール２０６、２０７を経由して共振が発生する経路の電気長を変えることができる。以下では、金属ピン２１１、２１２の開放端を、それぞれ２１１ｂ、２１２ｂとする。
【００４５】
上記のように、貫通スルーホール２０６、２０７の端部２０６ｂ、２０７ｂに金属ピン２１１、２１２を接続した場合には、表１に示した６つの共振経路のうち端部が９０６ｂまたは９０７ｂとなっているものを、それぞれ開放端２１１ｂ、２１２ｂに置き換えたものとなる。これにより、当該共振経路の物理長が、金属ピン２１１、２１２の長さ分だけ長くなる。その結果、当該共振経路の共振周波数が変化する。金属ピン２１１、２１２の長さをそれぞれ２．５ｍｍとしたとき、高周波回路基板２００における６つの共振経路の物理長及び共振周波数は、表３に示すような値となる。
【００４６】
【表３】
【００４７】
表３に示すように、貫通スルーホール２０６、２０７の端部２０６ｂ、２０７ｂに金属ピン２１１、２１２を接続することで、６つの共振経路のいずれにおいても、使用周波数２６．５ＧＨｚに近い共振周波数を有する共振経路はなく、いずれも式（４）の条件を満たしている。その結果、使用周波数近傍で共振が発生するのを防止することができる。
【００４８】
（第３実施形態）
本発明の第３の実施の形態に係る高周波回路基板を、図３を用いて以下に説明する。図３は、高周波回路１０を搭載する位置で垂直に切断したときの本実施形態の高周波回路基板３００の断面構成図である。本実施形態の高周波回路基板３００も、図７に示した従来の高周波回路基板９００と同様の構造を有しており、２つの外層３０１、３０２の間に１つの内層３０３が配置された３層からなる多層基板で構成されている。一方の外層３０１と内層３０３との間には、グランド層３０４が設けられ、内層３０３と他方の外層３０２との間には、バイアス層３０５が設けられている。また、バイアス層３０５を高周波回路１０に電気的に接続するために、２つの外層３０１、３０２と内層３０３を貫通する貫通スルーホール３０６、３０７が設けられている。
【００４９】
本実施形態では、第２実施形態で用いた金属ピン２１１、２１２に変えて、スタブ３１１を設けている。スタブ３１１は、使用周波数に近い共振周波数を有する共振経路がある場合に、その共振経路の途中に接続し、スタブ３１１の接続点３１１ｃが共振周波数において短絡端となるように形成する。本実施形態では、スタブ３１１を端部３０６ａから貫通スルーホール３０６、バイアス層３０５、及び貫通スルーホール３０７を経由して端部３０７ａに至る経路のいずれかに設ける。図３では、スタブ３１１の接続点３１１ｃを、貫通スルーホール３０６とバイアス層３０５とが接続される接続点３０５ｃに設けている。
【００５０】
スタブ３１１をマイクロストリップラインで形成した場合、マイクロストリップラインの長さは、式（１）で算出される電気長Ｌｉの１／４とする。また、スタブ３１１をコンデンサを用いて形成した場合、式（２）または（３）で算出される共振周波数ｆｉを有するコンデンサを用いてスタブ３１１を形成する。
【００５１】
上記のようなスタブ３１１を設けることで、スタブ３１１の接続点３１１ｃが短絡端となる。その結果、共振経路の一端が接続点３１１ｃとなり、他端が貫通スルーホール３０６の両端部３０６ａ、３０６ｂ、及び貫通スルーホール３０７の両端部３０７ａ、３０７ｂのいずれかとなる。各共振経路の物理長及び共振周波数を表４に示す。ここでは、３つの共振経路のそれぞれで、スタブ３１１の接続点３１１ｃが短絡端となるように、スタブを形成するマイクロストリップラインの電気長、あるいはコンデンサの共振周波数が設定されているものとして、共振周波数を算出している。
【００５２】
【表４】
【００５３】
表４に示すように、いずれの共振経路の共振周波数も、式（４）の条件を満たしており、各共振周波数が使用周波数から十分に離れていると判断することができる。これより、本実施形態の高周波回路基板３００でも、高周波回路１０に悪影響を与えるような共振を防止することが可能となる。なお、本実施形態では、高周波回路１０とバイアス層３０５とを電気的に接続するのに貫通スルーホール３０６、３０７を用いていたが、これに代えて、第１実施形態と同様にブラインドビアホールを用いてもよい。
【００５４】
（第４実施形態）
本発明の第４の実施の形態に係る高周波回路基板を、図４を用いて以下に説明する。図４は、高周波回路１０を搭載する位置で垂直に切断したときの本実施形態の高周波回路基板４００の断面構成図である。本実施形態の高周波回路基板４００も、図７に示した従来の高周波回路基板９００と同様の構造を有しており、２つの外層４０１、４０２の間に１つの内層４０３が配置された３層からなる多層基板で構成されている。一方の外層４０１と内層４０３との間には、グランド層４０４が設けられ、内層４０３と他方の外層４０２との間には、バイアス層４０５が設けられている。また、バイアス層４０５を高周波回路１０に電気的に接続するために、２つの外層４０１、４０２と内層４０３を貫通する貫通スルーホール４０６、４０７が設けられている。
【００５５】
本実施形態では、貫通スルーホール４０６、４０７の周囲に別の貫通孔４１１、４１２を設け、その中に外層４０１、４０２及び内層４０３とは異なる誘電率の誘電体を充填させている。このように、貫通スルーホール４０６、４０７の周囲に誘電率の異なる誘電体を近接させることで、貫通スルーホール４０６、４０７の電気長を変えることができる。別の貫通孔４１１、４１２に充填する誘電体の実効比誘電率をεeff’とするとき、各共振経路の電気長Ｌｉ（ｉ＝１〜６）は、各経路の物理長Ｓｉ（ｉ＝１〜６）を用いて次式で計算される。
【００５６】
なお、バイアス層４０５の周辺には外層４０１、４０２及び内層４０３の誘電体のみが配置されているときは、バイアス層４０５の電気長は式（１）を用いて算出される。バイアス層４０５の電気長と式（５）用いて算出された貫通スルーホール４０６、４０７の電気長から、各経路の電気長を算出する。上記のように、貫通スルーホール４０６、４０７の周囲に誘電率の異なる誘電体を近接させることで、貫通スルーホール４０６、４０７を経由する経路で発生する共振の周波数を異なる値に変えることができる。
【００５７】
誘電率の異なる誘電体の一例として、酸化チタンなどの高い比誘電率を持つ誘電体（実効比誘電率εeff’≒３０）を用いた時の共振周波数を表５に示す。
【表５】
【００５８】
表４に示すように、いずれの共振経路の共振周波数も、式（４）の条件を満たしており、各共振周波数が使用周波数から十分に離れていると判断することができる。これより、本実施形態の高周波回路基板４００でも、高周波回路１０に悪影響を与えるような共振を防止することが可能となる。
【００５９】
本発明の高周波回路基板のさらに別の実施形態を、図５、６に示す。図５、６は、いずれも高周波回路１０を搭載する位置で垂直に切断したときの別の実施形態の高周波回路基板５００、６００の断面構成図である。高周波回路基板５００及び６００は、いずれも図７に示した従来の高周波回路基板９００と同様の構造を有しており、２つの外層５０１、５０２及び６０１、６０２と、内層５０３及び６０３と、グランド層５０４及び６０４と、バイアス層５０５及び６０５とをそれぞれ有している。
【００６０】
図５に示す高周波回路基板５００では、バイアス層５０５を高周波回路１０に電気的に接続するための貫通スルーホール５０６、５０７を、ネジ穴状に形成された貫通孔で形成している。このように形成された貫通スルーホール５０６、５０７は、基板厚さＡより長い物理長を有しており、電気長を変えて共振周波数を変えることができる。その結果、共振周波数を使用周波数から十分に離して高周波回路１０に悪影響を与えるような共振を防止することが可能となる。
【００６１】
また、図６に示す高周波回路基板６００では、バイアス層５０５を高周波回路１０に電気的に接続するための貫通スルーホール６０６、６０７を、ミアンダ状に形成された貫通孔で形成している。このように形成された貫通スルーホール６０６、６０７は、基板厚さＡより長い物理長を有しており、電気長を変えて共振周波数を変えることができる。その結果、共振周波数を使用周波数から十分に離して高周波回路１０に悪影響を与えるような共振を防止することが可能となる。
【００６２】
上記説明の本発明の高周波回路基板によれば、いずれの実施形態でも共振周波数を使用周波数から十分に離して高周波回路１０に悪影響を与えるような共振を防止することが可能な構成となっている。これにより、高周波回路が搭載された面と反対側の基板面にアンテナを搭載してアンテナと高周波回路基板を一体化した場合でも、アンテナからの高周波信号がバイアスラインへ重畳するのを防止することができる。
【００６３】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る高周波回路基板の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における高周波回路基板の細部構成及び詳細な動作などに関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 高周波回路
１１ バイアス線路
１００、２００、３００、４００、５００、６００ 高周波回路基板
１０１、１０２、２０１、２０２、３０１、３０２、４０１、４０２、５０１、５０２、６０１、６０２ 外層
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３ 内層
１０４、１１３、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４ グランド層
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５ バイアス層
１０６、１０７、１１１、１１２ ブラインドビアホール
２０６、２０７、３０６、３０７、４０６、４０７、５０６、５０７、６０６、６０７ 貫通スルーホール
２１１、２１２ 金属ピン
３１１ スタブ
４１１、４１２ 別の貫通孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの外層と１つ以上の内層を有する３層以上の多層基板の一方の前記外層に高周波回路が配置され、前記一方の外層と前記内層との間にグランド層が設けられ、さらに前記内層の前記グランド層が設けられている面とは別の面に前記高周波回路のバイアス線路のパターンを形成するためのバイアス層が設けられている高周波回路基板であって、
少なくとも前記一方の外層から前記バイアス層を有する内層までを貫通して前記バイアス線路に電気的に接続される伝送線路を備え、
少なくとも前記伝送線路の前記一方の外層側の端部と前記バイアス線路を含むバイアスラインでの共振周波数が前記高周波回路の使用周波数から十分に離れていると判定するための所定の判定基準を満たすように前記伝送線路が形成されている
ことを特徴とする高周波回路基板。
【請求項２】
前記伝送線路は、前記一方の外層側の端部と前記バイアス線路とを電気的に接続するブラインドビアホールである
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板。
【請求項３】
前記伝送線路として、前記一方の外層側の端部と前記バイアス線路とを電気的に接続するブラインドビアホール、または前記一方の外層から前記他方の外層まで貫通させて前記バイアス線路と電気的に接続された貫通スルーホールを用い、
前記ブラインドビアホールまたは前記貫通スルーホールの前記一方の外層側の端部と前記バイアス線路とを結ぶバイアスラインのいずれかの位置にスタブが接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板。
【請求項４】
前記スタブは、前記判定基準を満たす共振周波数で短絡端となるようにマイクロストリップラインで形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の高周波回路基板。
【請求項５】
前記スタブは、前記判定基準を満たす共振周波数で短絡端となるように所定のコンデンサで形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の高周波回路基板。
【請求項６】
前記伝送線路として、前記一方の外層から前記他方の外層まで貫通させて前記バイアス線路と電気的に接続された貫通スルーホールを用い、
前記貫通スルーホールの前記他方の外層側の端部に所定長さの金属ピンが接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板。
【請求項７】
前記伝送線路として、前記一方の外層から前記他方の外層まで貫通させて前記バイアス線路と電気的に接続された貫通スルーホールを用い、
前記貫通スルーホールの周辺に前記２つの外層及び前記内層の誘電率とは異なる誘電率を有する誘電体を配置している
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板。
【請求項８】
前記使用周波数をｆａとし、前記共振周波数をｆとするとき、前記判定基準は、
ｆ＜ｆａ×０．８、またはｆ＞ｆａ×１．２
で与えられる
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の高周波回路基板。
【請求項９】
前記他方の外層にはアンテナが配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の高周波回路基板。
【請求項１】
２つの外層と１つ以上の内層を有する３層以上の多層基板の一方の前記外層に高周波回路が配置され、前記一方の外層と前記内層との間にグランド層が設けられ、さらに前記内層の前記グランド層が設けられている面とは別の面に前記高周波回路のバイアス線路のパターンを形成するためのバイアス層が設けられている高周波回路基板であって、
少なくとも前記一方の外層から前記バイアス層を有する内層までを貫通して前記バイアス線路に電気的に接続される伝送線路を備え、
少なくとも前記伝送線路の前記一方の外層側の端部と前記バイアス線路を含むバイアスラインでの共振周波数が前記高周波回路の使用周波数から十分に離れていると判定するための所定の判定基準を満たすように前記伝送線路が形成されている
ことを特徴とする高周波回路基板。
【請求項２】
前記伝送線路は、前記一方の外層側の端部と前記バイアス線路とを電気的に接続するブラインドビアホールである
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板。
【請求項３】
前記伝送線路として、前記一方の外層側の端部と前記バイアス線路とを電気的に接続するブラインドビアホール、または前記一方の外層から前記他方の外層まで貫通させて前記バイアス線路と電気的に接続された貫通スルーホールを用い、
前記ブラインドビアホールまたは前記貫通スルーホールの前記一方の外層側の端部と前記バイアス線路とを結ぶバイアスラインのいずれかの位置にスタブが接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板。
【請求項４】
前記スタブは、前記判定基準を満たす共振周波数で短絡端となるようにマイクロストリップラインで形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の高周波回路基板。
【請求項５】
前記スタブは、前記判定基準を満たす共振周波数で短絡端となるように所定のコンデンサで形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の高周波回路基板。
【請求項６】
前記伝送線路として、前記一方の外層から前記他方の外層まで貫通させて前記バイアス線路と電気的に接続された貫通スルーホールを用い、
前記貫通スルーホールの前記他方の外層側の端部に所定長さの金属ピンが接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板。
【請求項７】
前記伝送線路として、前記一方の外層から前記他方の外層まで貫通させて前記バイアス線路と電気的に接続された貫通スルーホールを用い、
前記貫通スルーホールの周辺に前記２つの外層及び前記内層の誘電率とは異なる誘電率を有する誘電体を配置している
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板。
【請求項８】
前記使用周波数をｆａとし、前記共振周波数をｆとするとき、前記判定基準は、
ｆ＜ｆａ×０．８、またはｆ＞ｆａ×１．２
で与えられる
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の高周波回路基板。
【請求項９】
前記他方の外層にはアンテナが配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の高周波回路基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２１６９５７（Ｐ２０１１−２１６９５７Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８０４６３（Ｐ２０１０−８０４６３）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】（３９１０４５８９７）古河ＡＳ株式会社 (571)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】（３９１０４５８９７）古河ＡＳ株式会社 (571)
【Ｆターム（参考）】
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