【課題】 近接する伝送線路との間のクロストークが生じにくいコプレーナーストリップラインを実現すること。
【解決手段】 誘電体基板１０１上に任意の間隔を隔てて形成された一対のストリップ導体１０４からなるコプレーナーストリップラインであって、コプレーナーストリップラインを構成するストリップ導体１０２および１０３は、それぞれ他方のストリップ導体と対向していない側の端部に形成された周期的なスリットからなるコルゲート構造部１０５を有している。
［代表図面］

【発行国】日本国特許庁（ＪＰ）
【公報種別】公開特許公報（Ａ）
【公開番号】特開２０００−４１０８（Ｐ２０００−４１０８Ａ）
【公開日】平成１２年１月７日（２０００．１．７）
【発明の名称】コプレーナーストリップライン
【国際特許分類第７版】
　H01P 3/02
　3/08
【ＦＩ】
　H01P 3/02
　3/08
【審査請求】未請求
【請求項の数】５
【全頁数】７
【出願番号】特願平１０−１６６９３９
【出願日】平成１０年６月１５日（１９９８．６．１５）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー
【発明者】
【発明者】
【代理人】弁理士（１０００８９１１８）
【テーマコード（参考）】
　5J014
【Ｆターム（参考）】
　5J014 CA21 CA52
【請求項１】
　誘電体基板上に任意の間隔を隔てて形成された一対のストリップ導体からなるコプレーナーストリップラインにおいて、前記ストリップ導体は、それぞれ他方のストリップ導体と対向していない側の端部に形成された周期的なスリットからなるコルゲート構造を有することを特徴とするコプレーナーストリップライン。
【請求項２】
　前記コプレーナーストリップラインにおいて伝送される電磁波の実効波長をλ、前記スリットの深さをＣＬとした場合に、前記実効波長λおよびスリットの深さＣＬが、ＣＬ＞（λ／１０）
　の関係を有することを特徴とする請求項１に記載のコプレーナーストリップライン。
【請求項３】
　前記コプレーナーストリップラインにおいて伝送される電磁波の実効波長をλ、前記スリットの幅をＣＷとした場合に、前記実効波長λおよびスリットの幅ＣＷが、ＣＷ＜（λ／４）
　の関係を有することを特徴とする請求項１または２に記載のコプレーナーストリップライン。
【請求項４】
　前記スリットの深さをＣＬ、幅をＣＷとした場合に、前記深さＣＬおよび幅ＣＷが、ＣＬ＞ＣＷの関係を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のコプレーナーストリップライン。
【請求項５】
　前記スリットは、前記コプレーナーストリップラインにおいて伝送される電磁波の進行方向に対して略直交する角度で形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のコプレーナーストリップライン。
【０００１】
【発明の属する技術分野】
　本発明は、ＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）やＭＩＣ（マイクロ波集積回路）等に用いられるマイクロ波帯またはミリ波帯の高周波伝送線路のようなマイクロ波伝送線路の一形態であるコプレーナーストリップラインに関し、より詳細には、コプレーナーストリップラインを構成するストリップ導体に周期的なスリットからなるコルゲート構造を形成し、近接する伝送線路との間のクロストークが生じにくくなるようにしたコプレーナーストリップラインに関する。
【０００２】
【従来の技術】
　ＭＭＩＣやＭＩＣ等に用いられるマイクロ波帯またはミリ波帯の高周波伝送線路、即ちマイクロ波伝送線路の一形態であるコプレーナーストリップラインは、誘電体基板上に形成された一対のストリップ導体からなる共平面型分布定数線路である。
【０００３】
　図４は、従来のコプレーナーストリップラインの形状と共に、伝送モードの電界および磁界の様子を示す説明図である。図４において、１０１は誘電体基板を、１０４は誘電体基板１０１上に任意の間隔を隔てて形成されたストリップ導体１０２および１０３からなる一対のストリップ導体をそれぞれ示し、コプレーナー線路の導体パターンと相補的な関係となるように形成されている。また、４０１は伝送モードの電界を、４０２は磁界をそれぞれ示しており、電界４０１はストリップ導体１０２および１０３の間に、磁界４０２は各ストリップ導体１０２および１０３の周りにそれぞれ生じることが知られている。
【０００４】
　このコプレーナーストリップラインは、マイクロストリップラインやコプレーナー線路と比較して損失が大きくなる点やマイクロストリップラインへの変換が複雑になることから、従来においてあまり多く用いられることはなかった。
【０００５】
　ところが、近年、ＭＭＩＣ等に見られるように回路の小型化が進んだ結果、実際に回路中において電磁波が伝送される距離が短くなり、伝送線路の損失はあまり問題とならなくなってきた。また、高周波回路の主流がマイクロストリップラインを用いた回路からユニプレーナー回路へと移りつつある中で、コプレーナーストリップラインやスロットライン等が再び注目され始めている。特に、コプレーナー線路やスロットラインが理想的には半無限の導体幅を仮定しているのに対し、コプレーナーストリップラインは有限の導体幅で構成できるため、回路の小型化の点で有利であると考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
　しかしながら、コプレーナーストリップラインは有限の導体幅で構成できるため回路の小型化の点で有利であるとされているが、本発明の発明者は、従来のコプレーナーストリップラインをそのまま用いると近接する他の伝送線路との間でクロストークが生じやすく、複数の伝送線路を近接して配置することができないという問題が存在していることを見出した。このことは、本発明の発明者による研究の結果、コプレーナーストリップラインにおける伝送モードの電界４０１および磁界４０２の様子が、図４に示したものとは多少異なっていることが判明したことによるものである。以下、この点ついて具体的に説明する。
【０００７】
　図５は、本発明の発明者による研究の結果に基づいて得られた従来のコプレーナーストリップラインにおける伝送モードの電界および磁界の様子を示す説明図である。図５に示すように、本発明の発明者は、図４に示した一対のストリップ導体１０４の間に発生する伝送モードの電界４０１に加え、電界５０１として示すように、一対のストリップ導体１０４の外側（コプレーナーストリップラインの外側）にも別な電界が集中していることを見出した。なお、ここで、一対のストリップ導体１０４の外側とは、各ストリップ導体１０２および１０３の進行方向（長手方向）に平行な二つの端部のうち、それぞれ他方のストリップ導体と対向していない側の端部（ストリップ導体１０２については図５における左側の端部、ストリップ導体１０３については図５における右側の端部）のことを意味する。以下の説明においてこの端部のことを外側端部と、他方のストリップ導体と対向している側の端部を内側端部と記述することにする。
【０００８】
　図５に示すように、ストリップ導体１０２および１０３の外側端部に強い電界５０１がかかると、近接した他の伝送線路との間でクロストークが大きくなるため、複数の伝送線路を近接して配置することができなくなるという問題が発生する。したがって、このような問題が存在する以上、有限の導体幅で構成できるため回路の小型化に有利である、というコプレーナーストリップラインの特徴を十分に生かすことはできない。
【０００９】
　図５に示したような電界分布は、図６に示すようなストリップ導体１０２および１０３上に生じる電流分布に応じて生じるものである。図６において、６０１および６０２はストリップ導体１０２および１０３上に生じる電流を示し、矢印の向きは電流の向きを表している。ここで、電流６０１は従来から知られていたストリップ導体１０２および１０３間にかかる電界４０１に対応するものであり、電流６０２はストリップ導体１０２および１０３の外側端部にかかる電界５０１に対応するものである。
【００１０】
　図６に示す矢印から明らかなように、ストリップ導体１０２および１０３と平行な向きを持つ電流が、ストリップ導体１０２および１０３の内側端部のみならず、外側端部にも生じている。図５に示した電界５０１は、このストリップ導体１０２および１０３と平行な向きを持つ電流６０２によって誘起され、隣接する伝送線路とのクロストークの原因となる。
【００１１】
　本発明は上記に鑑みてなされたものであって、コプレーナーストリップラインの伝送モードの電界が各ストリップ導体の外側端部で強くならないようにして、近接する伝送線路との間のクロストークを生じにくくすることにより、複数の伝送線路を近接して配置することが可能なコプレーナーストリップラインを実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
　上記目的を達成するため、請求項１のコプレーナーストリップラインは、誘電体基板上に任意の間隔を隔てて形成された一対のストリップ導体からなるコプレーナーストリップラインにおいて、前記ストリップ導体が、それぞれ他方のストリップ導体と対向していない側の端部に形成された周期的なスリットからなるコルゲート構造を有するものである。
【００１３】
　また、請求項２のコプレーナーストリップラインは、請求項１に記載のコプレーナーストリップラインにおいて、前記コプレーナーストリップラインにおいて伝送される電磁波の実効波長をλ、前記スリットの深さをＣＬとした場合に、前記実効波長λおよびスリットの深さＣＬが、ＣＬ＞（λ／１０）の関係を有するものである。
【００１４】
　また、請求項３のコプレーナーストリップラインは、請求項１または２に記載のコプレーナーストリップラインにおいて、前記コプレーナーストリップラインにおいて伝送される電磁波の実効波長をλ、前記スリットの幅をＣＷとした場合に、前記実効波長λおよびスリットの幅ＣＷが、ＣＷ＜（λ／４）の関係を有するものである。
【００１５】
　また、請求項４のコプレーナーストリップラインは、請求項１〜３のいずれか一つに記載のコプレーナーストリップラインにおいて、前記スリットの深さをＣＬ、幅をＣＷとした場合に、前記深さＣＬおよび幅ＣＷが、ＣＬ＞ＣＷの関係を有するものである。
【００１６】
　さらに、請求項５のコプレーナーストリップラインは、請求項１〜４のいずれか一つに記載のコプレーナーストリップラインにおいて、前記スリットが、前記コプレーナーストリップラインにおいて伝送される電磁波の進行方向に対して略直交する角度で形成されるものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
　以下、本発明に係るコプレーナーストリップラインの一実施の形態について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１８】
　図１は本実施の形態に係るコプレーナーストリップラインの斜視図、図２はその平面図である。図１および図２に示すコプレーナーストリップラインは、従来技術で説明したように、誘電体基板１０１上に任意の間隔を隔てて形成されたストリップ導体１０２および１０３からなる一対のストリップ導体１０４で構成され、また、各ストリップ導体１０２および１０３には、それぞれ他方のストリップ導体と対向していない側の端部、即ち、外側端部に周期的に形成された複数のスリットからなるコルゲート構造部１０５が設けられている。なお、図２において、２０１および２０２は、ストリップ導体１０２および１０３上の電流（電流分布）を示し、矢印の向きは電流の向きを示している。
【００１９】
　また、図３は、図２中の領域Ａの拡大図であり、コルゲート構造部１０５を説明するためのものである。図３において、１０６はストリップ導体１０２および１０３の外側端部に周期的に形成されたスリットを示し、また、ＣＬはスリット１０６の深さ（長さ）を、ＣＷはスリット１０６の幅を、ＣＰはスリット１０６の周期をそれぞれ示している。図１〜図３に示すように、各スリット１０６は、一定の周期ＣＰで形成される。
【００２０】
　図１〜図３に示したコルゲート構造部１０５をストリップ導体１０２および１０３の外側端部に設けることにより、ストリップ導体１０２および１０３の外側端部に流れる電流の向きは、図２において電流２０２に該当する矢印で示す向きに制限されることになる。その結果、ストリップ導体１０２および１０３の外側端部に、図６に示した電流６０２に含まれるストリップ導体１０２および１０３と平行な向きを持つ電流が流れないようにすることができる。なお、スリット１０６は、図１〜図３に示すように周期ＣＰで周期的に形成されるため、ストリップ導体１０２および１０３の部分毎に電流分布が異なってしまうことはない。
【００２１】
　このように、ストリップ導体１０２および１０３の外側端部において、ストリップ導体１０２および１０３と平行な向きを持つ電流が流れないようにすることができるため、図５に示したコプレーナーストリップラインのストリップ導体１０２および１０３の外側端部に発生する電界５０１が抑制され、隣接する伝送線路とのクロストークを抑えることが可能となる。
【００２２】
　また、コルゲート構造部１０５がコプレーナーストリップラインにおいて伝送される電磁波に対して効果的に機能するようにするために、コプレーナーストリップラインにおいて伝送される電磁波の実効波長をλとした場合に、実効波長λおよびコルゲート構造部１０５を構成するスリット１０６の深さＣＬが、ＣＬ＞（λ／１０）
　の関係を有するようにコルゲート構造部１０５を形成することが望ましい（第１の条件：スリット１０６の深さ（長さ）ＣＬの寸法がλ／１０より長い）。
【００２３】
　このように、コルゲート構造部１０５がコプレーナーストリップラインにおいて伝送される電磁波に対して効果的に機能するようにするために、スリット１０６の深さ（長さ）ＣＬの寸法をλ／１０より長くなるようにするのは、当業者の間で使われる一般論に基づくものである。なお、スリット１０６の深さＣＬは、上記ＣＬ＞（λ／１０）という条件を満たすと共に、一般論として、（ストリップ導体幅）−（スリットの深さＣＬ）＞（λ／１０）
　という条件を満たすように形成されることが好ましい。
【００２４】
　また、コルゲート構造部１０５によりストリップ導体１０２および１０３と平行な向きを持つ電流を抑制するためには、上記実効波長λおよびコルゲート構造部１０５を構成するスリット１０６の幅ＣＷが、ＣＷ＜（λ／４）
　の関係を有するようにコルゲート構造部１０５を形成することが望ましい（第２の条件：スリット１０６の幅ＣＷの寸法がλ／４より短い）。
【００２５】
　これは、ストリップ導体と平行な向きを持つ電流の向きが変わる周期がλ／４であることから、コルゲート構造部１０５のスリット１０６の幅ＣＷを少なくともλ／４より狭い幅にすることにより、ストリップ導体１０２および１０３と平行な向きを持つ電流（図６の電流６０２を参照）の向きを変えることができるからである。
【００２６】
　また、コルゲート構造部１０５によりストリップ導体１０２および１０３と平行な向きを持つ電流をより効果的に抑制するためには、電流が流れる方向の寸法であるスリット１０６の深さＣＬ，および電流を抑制する方向の寸法である幅ＣＷが、ＣＬ＞ＣＷの関係を有するように、コルゲート構造部１０５を形成することが望ましい（第３の条件：スリット１０６の深さ（長さ）ＣＬの寸法が幅ＣＷの寸法より長い）。
【００２７】
　一般論として、矩形の形状をした導体に高周波電流が流れる場合、その導体形状に応じた固有モードが発生することになるが、この固有モードが存在する下限の周波数はスリット１０６の深さＣＬおよびＣＷのうち長い方の寸法で決定される。そこで、ＣＬ＞ＣＷとすることにより、ＣＬ方向の固有モードの方が安定となり、希望の方向に電流の向きを制限することができる。
【００２８】
　さらに、コルゲート構造部１０５により、ストリップ導体１０２および１０３と平行な向きを持つ電流を最も効果的に抑制するためには、コプレーナーストリップラインにおいて伝送される電磁波の進行方向に対して略直交する角度で各スリット１０６を形成することが好ましい（第４の条件）。
【００２９】
　このようにスリット１０６を形成することにより、ストリップ導体１０２および１０３と平行な向きを持つ電流成分が０になる方向、即ちストリップ導体１０２および１０３の長さ方向と直交する方向に電流２０２の方向を制限することができるからである。
【００３０】
　そこで、コプレーナーストリップラインにおいて伝送される３５ＧＨｚの電磁波の実効波長３．７７ｍｍに対し、上述したコルゲート構造部１０５に関する第１〜第４の条件を満たすように、図１〜図３に示した構成と同様のコプレーナーストリップラインを作製した。具体的には、誘電体基板１０１として、誘電率１０．２のＲＴ−Ｄｕｄｏｉｄ ６０１０基板を用い、その厚さを０．７６ｍｍとした。また、誘電体基板１０１上に、ストリップ導体１０２および１０３の間隔が０．１４ｍｍとなるように、それぞれ厚さ１８μｍ，導体幅０．８２ｍｍのストリップ導体１０２および１０３をエッチングによりパターン形成した。また、ストリップ導体１０２および１０３の外側端部に、深さＣＬが０．４ｍｍ，幅が０．２ｍｍ，周期ＣＰが０．４ｍｍのスリット１０６をコプレーナーストリップラインを伝播する電磁波の進行方向に対して略直交する角度となるように形成して、コルゲート構造部１０５を形成した。
【００３１】
　すなわち、電磁波の実効波長λである３．７７ｍｍに対し、スリット１０６の深さＣＬは０．４ｍｍ，幅ＣＷは０．２ｍｍであるため、第１の条件であるＣＬ＞（λ／１０）および第２の条件であるＣＷ＜（λ／４）を満たしている。また、スリット１０６の深さＣＬは０．４ｍｍ，幅ＣＷは０．２ｍｍであるため、第３の条件であるＣＬ＞ＣＷを満たしている。さらに、図１〜図３に示したように、スリット１０６をコプレーナーストリップラインを伝播する電磁波の進行方向に対して略直交する角度で形成したため、第４の条件を満たしている。そして、このような寸法を有するコプレーナーストリップラインを使用することにより、隣接する伝送線路との間におけるクロストークを抑えることが可能となる。
【００３２】
　このように、本実施の形態に係るコプレーナーストリップラインによれば、ストリップ導体１０２および１０３の外側端部にコルゲート構造部１０５を設けたことにより、図５を用いて説明したストリップ導体１０２および１０３の外側端部に発生する電界５０１が抑制されるため、隣接する伝送線路とのクロストークを抑えることができる。したがって、複数の伝送線路を近接して配置することが可能なコプレーナーストリップラインを実現することが可能となる。
【００３３】
　なお、本実施の形態の説明において示した誘電体基板１０１の誘電率や厚さ、動作周波数等はあくまでも一例であって、用途によって適宜変更可能なものである。また、図１〜図３には、矩形状のスリット１０６からなるコルゲート構造部１０５を示したが、前述したコルゲート構造部１０５の機能を果たすことが可能であれば、スリット１０６の形状はいかなる形状であっても良い。
【００３４】
【発明の効果】
　以上説明したように、本発明のコプレーナーストリップライン（請求項１）によれば、誘電体基板上に任意の間隔を隔てて形成された一対のストリップ導体からなるコプレーナーストリップラインにおいて、ストリップ導体に、それぞれ他方のストリップ導体と対向していない側の端部に形成された周期的なスリットからなるコルゲート構造を設けたことにより、ストリップ導体の外側端部に発生する電界が抑制されるため、隣接する伝送線路とのクロストークを抑えることができる。したがって、複数の伝送線路を近接して配置することが可能なコプレーナーストリップラインを実現することが可能となる。
【００３５】
　また、本発明のコプレーナーストリップライン（請求項２）によれば、請求項１に記載のコプレーナーストリップラインにおいて、コプレーナーストリップラインにおいて伝送される電磁波の実効波長をλ、スリットの深さをＣＬとした場合に、実効波長λおよびスリットの深さＣＬが、ＣＬ＞（λ／１０）の関係を有するようにスリットを形成したことにより、ストリップ導体の外側端部に発生する電界が効果的に抑制されるため、隣接する伝送線路とのクロストークを抑えることができる。したがって、複数の伝送線路を近接して配置することが可能なコプレーナーストリップラインを実現することが可能となる。
【００３６】
　また、本発明のコプレーナーストリップライン（請求項３）によれば、請求項１または２に記載のコプレーナーストリップラインにおいて、コプレーナーストリップラインにおいて伝送される電磁波の実効波長をλ、スリットの幅をＣＷとした場合に、実効波長λおよびスリットの幅ＣＷが、ＣＷ＜（λ／４）の関係を有するようにスリットを形成したことにより、ストリップ導体の外側端部に発生する電界が効果的に抑制されるため、隣接する伝送線路とのクロストークを抑えることができる。したがって、複数の伝送線路を近接して配置することが可能なコプレーナーストリップラインを実現することが可能となる。
【００３７】
　また、本発明のコプレーナーストリップライン（請求項４）によれば、請求項１〜３のいずれか一つに記載のコプレーナーストリップラインにおいて、スリットの深さをＣＬ、幅をＣＷとした場合に、深さＣＬおよび幅ＣＷが、ＣＬ＞ＣＷの関係を有するようにスリットを形成したことにより、ストリップ導体の外側端部に発生する電界が効果的に抑制されるため、隣接する伝送線路とのクロストークを抑えることができる。したがって、複数の伝送線路を近接して配置することが可能なコプレーナーストリップラインを実現することが可能となる。
【００３８】
　さらに、本発明のコプレーナーストリップライン（請求項５）によれば、請求項１〜４のいずれか一つに記載のコプレーナーストリップラインにおいて、スリットが、コプレーナーストリップラインにおいて伝送される電磁波の進行方向に対して略直交する角度で形成されるようにしたことにより、ストリップ導体の外側端部に発生する電界が効果的に抑制されるため、隣接する伝送線路とのクロストークを抑えることができる。したがって、複数の伝送線路を近接して配置することが可能なコプレーナーストリップラインを実現することが可能となる。
【図１】本発明の実施の形態に係るコプレーナーストリップラインの斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るコプレーナーストリップラインの平面図である。
【図３】図２中の領域Ａの拡大図である。
【図４】従来のコプレーナーストリップラインの形状，伝送モードの電界，および磁界の様子を示す説明図である。
【図５】従来のコプレーナーストリップラインにおける伝送モードの電界および磁界の様子を示す説明図である（本発明の発明者による研究の結果に基づいて得られたもの）。
【図６】従来のコプレーナーストリップラインを構成するストリップ導体上の電流分布を示す説明図である。
【符号の説明】
　１０１ 誘電体基板
　１０２，１０３ ストリップ導体
　１０４ 一対のストリップ導体
　１０５ コルゲート構造部
　１０６ スリット
　２０１，２０２，６０１，６０２ 電流
　４０１，５０１ 電界
　４０２ 磁界
　ＣＬ スリットの深さ
　ＣＷ スリットの幅
【図１】


【図２】


【図３】


【図４】


【図５】


【図６】