平面伝送線路 – 日本語百科事典辞書

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平面伝送線路は、導体、または場合によっては誘電体(絶縁) ストリップを備えた伝送線路であり、平らなリボン状の線路です。プレーナタイプはこれらのコンポーネントの製造方法によく適合するため、マイクロ波周波数で動作するプリント回路や集積回路上のコンポーネントを相互接続するために使用されます。送電線は単なる相互接続ではありません。単純な相互接続では、電線に沿った電磁波の伝播は瞬間的であると考えられるほど速く、電圧はワイヤーの両端は同一であると考えることができます。ワイヤが波長の大部分より長い場合(経験則として 10 分の 1 がよく使用されます)、これらの仮定は当てはまらず、代わりに伝送線路理論を使用する必要が伝送線路では、線路の形状が正確に制御されるため (ほとんどの場合、断面積は長さに沿って一定に保たれます)、その電気的動作は高度に予測可能です。より低い周波数では、これらの考慮事項は、異なる機器を接続するケーブルにのみ必要ですが、マイクロ波周波数では、伝送線理論が必要になる距離はミリメートル単位で測定されます。したがって、回路内に伝送線が必要になります。
20 GHzスペクトラムアナライザでフィルタを作成するために使用されるプリント回路平面伝送線路。左側の構造はヘアピンフィルターと呼ばれ、バンドパスフィルターの例です。右側の構造はスタブフィルターとローパスフィルターです。上下の穴の開いた領域は伝送線路ではなく、回路の
電磁シールドです。
最も初期のタイプの平面伝送線路は、第二次世界大戦中にロバート M. バレットによって考案されました。これはストリップラインとして知られており、マイクロストリップ、サスペンデッドストリップライン、およびコプレーナ導波管とともに現代で使用されている 4 つの主要なタイプの 1 つです。これら 4 つのタイプはすべて、1 対の導体で構成されています (ただし、そのうち 3 つでは、これらの導体の 1 つがグランドプレーンです)。したがって、それらは、一対のワイヤに見られるモードと同一またはほぼ同一の主要な伝送モード (モードは電磁波のフィールドパターン) を持ちます。スロットライン、フィンライン、およびイメージラインなどの他の平面タイプの伝送線路は、誘電体のストリップに沿って伝送し、基板一体型導波路は、ポストの列を備えた基板内に誘電体導波路を形成します。これらのタイプは、ワイヤのペアとして同じモードをサポートできないため、異なる伝送特性を持ちます。これらのタイプの多くは帯域幅が狭く、一般に導体のペアよりも多くの信号歪みが発生します。それらの利点は、比較する正確なタイプによって異なりますが、低損失や特性インピーダンスの範囲が広いことが挙げられます。
平面伝送線は、コンポーネントの構築だけでなくコンポーネントの相互接続にも使用できます。マイクロ波周波数では、回路内の個々のコンポーネント自体が波長のかなりの部分よりも大きいことがよくこれは、コンポーネントを集中コンポーネントとして扱うことができなくなったこと、つまり、単一点に存在するかのように扱うことができないことを意味します。集中受動部品は、この理由か、製造するには必要な値が非現実的に小さいため、マイクロ波周波数では実用的でないことがよく伝送線路のパターンは、これらのコンポーネントと同じ機能に使用できます。分散要素回路と呼ばれる回路全体は、この方法で構築できます。このメソッドはフィルターによく使用されます。この方法は、既存の基板にパターンを適用するだけでアセンブリの残りの部分と同じプロセスでこれらの構造を製造できるため、プリント回路および集積回路での使用に特に魅力的です。これにより、プレーナ技術は、同軸線などの他のタイプに比べて経済的に大きな利点が得られます。
著者の中には、一対の導体を使用する線路である伝送線路と、導体をまったく使用しない、または誘電体内の波を抑制するために 1 つの導体のみを使用する線路である導波管を区別する人もいます。他の人はこれらの用語を同義で使用します。平面状であれば両方の種類を含みます。使用されている名称は一般的なものであり、必ずしも導体の数を示すものではありません。導波管という用語は、飾らずに使用される場合、平面状ではなく、中空または誘電体が充填された金属の種類の導波管を意味します。
コンテンツ
1 一般的なプロパティ
2 モード
2.1 TEMモード 2.2 準TEMモード 2.3 横モード 2.4 縦断面モード
3 その他の重要なパラメータ4 基板 5 種類
5.1 ストリップライン
5.1.1 サスペンドストリップライン
5.1.2 他のストリップラインのバリエーション
5.2 マイクロストリップ
5.2.1 マイクロストリップのバリエーション
5.3 コプレーナ導波路およびコプレーナストリップ
5.3.1 同一平面上のバリエーション
5.4 スロットライン
5.4.1 スロットラインのバリエーション
5.5 基板一体型導波路
5.5.1 SIWの亜種
5.6 フィンライン
5.6.1 フィンラインのバリエーション
5.7 イメージライン
5.7.1 イメージラインのバリアントとその他の誘電体ライン
5.8 複数のレイヤー
6 トランジション
7 歴史
8 サーキットギャラリー
9 参考文献
10 参考文献

一般的なプロパティ

平面回路構造を採用したRFパワーアンプ。左側のアンプは、その出力を中央にある一連の平面伝送線フィルターに供給します。右側の 3 番目の回路ブロックは、アンテナからの電力の偶発的な反射からアンプを保護するサーキュレーターです。
平面伝送線路は、導体が本質的に平坦である伝送線路です。導体は平坦なストリップで構成されており、通常は導体の平坦な表面に平行な1 つ以上のグランドプレーンが導体はグランドプレーンから分離されており、間に空気が存在する場合もありますが、多くの場合は固体の誘電体が存在します。伝送線路は、ワイヤや同軸線路などの非平面形式で構築することもできます。相互接続と同様に、伝送線路にはさまざまな回路を実装できます。これらには、フィルタ、電力分割器、方向性結合器、インピーダンス整合ネットワーク、および能動部品にバイアスを供給するチョーク回路が含まれます。プレーナ型の主な利点は、プリント回路や集積回路の製造に使用されるのと同じプロセス、特にフォトリソグラフィープロセスを使用して製造できることです。したがって、プレーナ技術は、そのようなコンポーネントの大量生産に特に適しています。
伝送線路から回路要素を作成することは、マイクロ波周波数で最も役立ちます。低い周波数では、波長が長くなるため、これらのコンポーネントが大きくなりすぎます。最高のマイクロ波周波数では、平面伝送線路タイプは一般に損失が多すぎるため、代わりに導波管が使用されます。ただし、導波路はかさばり、製造コストが高くなります。さらに高い周波数では、誘電体導波路(光ファイバーなど) が最適な技術になりますが、平面タイプの誘電体導波路も利用できます。最も広く使用されている平面伝送線路 (種類を問わず) は、ストリップライン、マイクロストリップ、サスペンデッドストリップライン、およびコプレーナ導波路です。

モード

選択したモードのフィールドパターン: A、マイクロストリップの準 TEM、 B、CPW の準 TEM (偶数モード)、C、CPW のスロットラインモード (奇数モード)
伝送線路の重要なパラメータは、使用される伝送モードです。このモードは、伝送構造の幾何学的形状によって引き起こされる電磁場のパターンを記述します。複数のモードが同じ線上に同時に存在することが可能です。通常、必要なモードを除くすべてのモードを抑制するための手順が講じられます。しかし、デュアルモードフィルターなどの一部のデバイスは、複数のモードの送信に依存しています。

TEMモード
通常の導電性ワイヤやケーブルに見られるモードは、横電磁モード ( TEM モード) です。これは、一部の平面伝送線路では支配的なモードでもTEM モードでは、電界と磁界の磁界強度ベクトルは両方とも波の進行方向を横切り、互いに直交します。TEM モードの重要な特性は、ゼロ (つまりDC )までの低周波数で使用できることです。
TEM モードのもう 1 つの特徴は、理想的な伝送線路 (ヘヴィサイド条件を満たす伝送線路) では、伝送周波数による線路伝送パラメータ (特性インピーダンスと信号群速度)の変化がないことです。このため、理想的な TEM 伝送線路は、異なる周波数成分が異なる速度で伝わる歪みの一形態である分散の影響を受けません。分散により、（送信された情報を表す可能性がある）波形が線路の長さの方向に「不鮮明」になります。他のすべてのモードは分散の影響を受けるため、達成可能な帯域幅に制限が生じます。

準TEMモード
一部のプレーナ型、特にマイクロストリップは均一な誘電体を持っ線の上と下では違います。このような形状では、真の TEM モードをサポートできません。透過はほぼTEMになる可能性がありますが、線の方向に平行な電磁場の成分が存在します。このようなモードは準TEMと呼ばれます。TEM ラインでは、ギャップやポスト (フィルターやその他のデバイスの構築に使用される) などの不連続部には、純粋に反応性のインピーダンスがつまり、エネルギーを蓄えることはできますが、散逸することはありません。ほとんどの擬似 TEM ラインでは、これらの構造にはインピーダンスに対する抵抗成分が追加されています。この抵抗は構造からの放射の結果であり、回路に損失を与えます。線路の曲がりや角でも同じ問題が発生します。これらの問題は、基板として高誘電率材料を使用することで軽減できます。これにより、誘電体に含まれる波の割合が増加し、より均一な伝送媒体と TEM に近いモードが得られます。

横モード
詳細は「横モード」を参照
中空の金属導波路や光導波路では、他の横モードが無限に発生する可能性がただし、TEM モードは伝播に2 つ以上の別個の導体が必要なため、サポートできません。横モードは、すべての電界が横方向であるか、すべての磁界が横方向であるかに応じて、横電気モード( TE または H モード) または横磁気モード(TM または E モード) に分類されます。どちらかのフィールドには常に縦方向の成分が存在します。正確なモードは、指定された横方向の寸法に沿った波長または半波長の数をカウントする 1 対のインデックスによって識別されます。これらのインデックスは通常、区切り文字なしで記述されます (例: TE 10 )。正確な定義は、導波管が長方形、円形、楕円形のいずれであるかによって異なります。導波管共振器の場合、長手方向の半波長のモードに 3 番目の指数が導入されます。
TE および TM モードの特徴は、それ以下では送信が行われない明確なカットオフ周波数があることです。カットオフ周波数はモードによって異なり、カットオフ周波数が最も低いモードをドミナントモードと呼びます。マルチモード伝播は一般に望ましくありません。このため、回路は多くの場合、次に高いモードのカットオフよりも低い周波数でドミナントモードで動作するように設計されます。この帯域には 1 つのモード (ドミナントモード) のみが存在できます。
TEM デバイスとして動作するように設計された一部のプレーナータイプは、抑制する措置を講じない限り、TE および TM モードもサポートできます。グランドプレーンまたはシールドエンクロージャは中空の導波路として動作し、これらのモードを伝播する可能性が抑制は、グランドプレーン間のネジを短絡したり、回路の動作周波数と同じくらい低い周波数をサポートするには小さすぎるエンクロージャを設計したりする形で行われることが同様に、同軸ケーブルは中心導体の伝播を必要としない円形 TE および TM モードをサポートでき、これらのモードはケーブルの直径を小さくすることで抑制できます。

縦断面モード
詳細は「縦断面モード」を参照
一部の伝送線路構造は純粋な TE モードまたは TM モードをサポートできませんが、TE モードと TM モードを線形に重ね合わせたモードはサポートできます。言い換えれば、それらは電界と磁界の両方の縦方向成分を持っています。このようなモードは、ハイブリッド電磁 (HEM) モードと呼ばれます。HEM モードのサブセットは縦断面モードです。これらには 2 つの種類が縦断面電気(LSE)モードと縦断面磁気(LSM)モード。LSE モードの電界は 1 つの横方向でゼロであり、LSM モードの磁界は 1 つの横方向でゼロです。LSE モードと LSM モードは、不均質な伝送媒体を使用する平面伝送線路タイプで発生する可能性が純粋な TE または TM モードをサポートできない構造は、伝送をサポートできる場合でも、必然的にハイブリッドモードでサポートする必要が

その他の重要なパラメータ
線路の特性インピーダンスは、線路に沿って伝わる波が遭遇するインピーダンスです。これはラインの形状と材料のみに依存し、ラインの終端によっては変更されません。平面線路の特性インピーダンスを、平面線路が接続されているシステムのインピーダンスに一致させる必要が多くのフィルタ設計では、さまざまな特性インピーダンスを持つラインが必要となるため、技術的に達成可能なインピーダンスの範囲が広いことは利点となります。細い回線は太い回線よりもインピーダンスが高くなります。達成可能な最高のインピーダンスは、製造プロセスの分解能によって制限され、これによって配線をどれだけ細くできるかが制限されます。下限は、不要な横共振モードが発生する線路の幅によって決まります。
Qファクター(または単にQ ) は、サイクルごとに消費されるエネルギーに対する貯蔵エネルギーの比率です。これは、共振器の品質を特徴付ける主要なパラメータです。伝送線路回路では、フィルタやその他のデバイスを構築するために、伝送線路セクションから共振器が構成されることがよくそれらのQ係数は、フィルタースカートの急峻さとその選択性を制限します。プレーナ型のQを決定する主な要因は、誘電体の誘電率 (誘電率が高いとQが増加します) と誘電損失によりQが減少します。Qを下げるその他の要因として導体の抵抗と放射損失があります
プレーナー型の主な特徴まとめ
線種
ドミナントモード
通常の最大値周波数
特性インピーダンス
無負荷のQ値
ストリップラインTEM 60GHz
ε r = 4.3で30 ～ 250 Ω 400 サスペンドストリップライン
TEM、準TEM 220GHz ε r = 10で 40 ～ 150 Ω
30 GHz で 600、ε r = 10
マイクロストリップ準TEM 110GHz
ε r = 10で 10 ～ 110 Ω
30 GHz で 250、ε r = 10
コプレーナ導波路準TEM 110GHz
ε r = 10で 40 ～ 110 Ω
30 GHz で 200、ε r = 10
スロットライン準TE 110GHz
ε r = 10で 35 ～ 250 Ω
30 GHz で 200、ε r = 10
フィンラインLSE、LSM 220GHz
ε r = 10で 10 ～ 400 Ω
30 GHz で 550、ε r = 10
イメージライン TE、TM >100 GHz
ε r = 10で ≈26 Ω
30 GHz で 2500、ε r = 10
• ε rは基板の比誘電率です。

基板
プレーナ技術で使用される基板は多岐にわたります。プリント回路にはガラス強化エポキシ ( FR-4グレード) が一般的に使用されます。高誘電率セラミック- PTFEラミネート (例: Rogers Corporation 6010 ボード) は、特にマイクロ波用途を目的としています。より高いマイクロ波周波数では、酸化アルミニウム(アルミナ)などのセラミック材料がハイブリッドマイクロ波集積回路(MIC)に使用される場合がミリメートル帯域の非常に高いマイクロ波周波数では、サファイアや石英などの結晶基板が使用される場合がモノリシックマイクロ波集積回路(MMIC) は、シリコンやガリウムヒ素などのチップを構成する半導体材料、または二酸化シリコンなどのチップ上に堆積された酸化物で構成される基板を備えています。
最も重要な基板の電気的特性は、比誘電率(ε r ) と損失正接( δ ) です。比誘電率は、特定の線幅の特性インピーダンスと、その上を伝わる信号の群速度を決定します。誘電率が高いため、印刷されるコンポーネントが小さくなり、小型化が促進されます。準 TEM タイプでは、誘電率によって電界のどれだけが基板内に含まれるか、またどれだけが基板上の空気中に含まれるかが決まります。損失正接は誘電損失の尺度です。特に高いQを必要とする回路では、これをできるだけ小さくすることが望ましいです。
重要な機械的特性には、基板に必要な厚さと機械的強度が含まれます。サスペンデッドストリップラインやフィンラインなどの一部のタイプでは、基板をできるだけ薄くすることが有利です。フレキシブル基板上に実装された繊細な半導体コンポーネントは損傷する可能性がこの問題を回避するには、加工が容易な基板ではなく、石英などの硬くて硬い材料を基板として選択する場合が均質ストリップラインなどの他のタイプでは、さらに厚くなる場合がデバイスの形状に適合するプリントアンテナの場合、柔軟な、したがって非常に薄い基板が必要です。電気的性能に必要な厚さは、材料の誘電率によって異なります。表面仕上げが問題です。メタライゼーションの密着性を確保するにはある程度の粗さが必要な場合がありますが、粗さが多すぎると導体損失が発生します（結果として生じるメタライゼーションの粗さは表皮の深さと比較して顕著になるため）。熱特性は重要な場合が熱膨張により配線の電気的特性が変化し、穴を通してメッキが破壊される可能性が
一般的な基板材料の特性
基板
εr _ δ ケイ素11.9 0.015
ガリウムヒ素12.9 0.002 FR-4
0 4.30.022 6010 10.2 0.002
アルミナ
0 9.8 0.0001 サファイア
0 9.4 0.0001 石英
0 3.8
0.0001

種類

ストリップライン

ストリップライン
詳細は「ストリップライン」を参照
ストリップラインは、2 つのグランドプレーン間の誘電体に埋め込まれたストリップ導体です。通常、2 枚の誘電体シートが 1 枚のシートの片面にストリップラインパターンとともにクランプされて構成されます。主なライバルであるマイクロストリップに対するストリップラインの主な利点は、伝送が純粋に TEM モードで行われ、少なくともストリップライン用途で発生する距離にわたって分散がないことです。ストリップラインは TE モードと TM モードをサポートできますが、これらは一般的には使用されません。主な欠点は、ディスクリートコンポーネントを組み込むのがマイクロストリップほど簡単ではないことです。組み込まれているものについては、誘電体に切り欠きを設ける必要があり、一度組み立てるとアクセスできなくなります。

サスペンドストリップライン

サスペンドストリップライン
詳細は「エアストリップライン」を参照
サスペンデッドストリップラインは、エアストリップラインの一種で、基板が上下のエアギャップを備えたグランドプレーン間に吊り下げられています。このアイデアは、波を空気中を通過させることで誘電損失を最小限に抑えることです。誘電体の目的は導体ストリップの機械的支持のみです。波は空気と誘電体の混合媒体を通過するため、透過モードは真の TEM ではありませんが、誘電体が薄いため、この影響は無視できます。サスペンデッドストリップラインは中マイクロ波周波数で使用され、損失に関してはマイクロストリップよりも優れていますが、導波管ほどかさばったり高価ではありません。

他のストリップラインのバリエーション

ストリップラインのバリエーション: A、標準、 B、サスペンド、 C、両側サスペンド、 D、2 導体
2 つの導体ストリップラインのアイデアは、2 つの基板間のエアギャップを補償することです。製造公差と導体の厚さにより、小さなエアギャップは避けられません。これらのギャップにより、グランドプレーン間のラインからの放射が促進される可能性が両方の基板に同一の導体を印刷すると、両方の基板の電界が等しくなり、2 本の線によるギャップ内の電界が相殺されます。通常、1 つのラインはわずかな位置ずれを防ぐために若干小さめに作られ、ラインの幅が効果的に広がり、その結果特性インピーダンスが低下します。
両側吊り下げストリップラインは、標準的な吊り下げストリップラインと比較して、空中にフィールドが多く、基板内にはほとんどフィールドが存在しないため、より高いQが得られます。これを行う場合の欠点は、2 本の線を 4 分の 1 波長未満の間隔で結合する必要があることです。バイラテラル構造を使用して、2 つの独立した回線をその広い側面にわたって結合することもできます。これにより、並列結合よりもはるかに強力な結合が得られ、標準のストリップラインでは不可能な結合線路フィルタおよび方向性結合器回路を実現できます。

マイクロストリップ

マイクロストリップ
詳細は「マイクロストリップ」を参照
マイクロストリップは、誘電体層の上面のストリップ導体と誘電体の下面のグランドプレーンで構成されます。電磁波は部分的には誘電体中を伝わり、部分的には導体の上の空気中を伝わり、その結果、準 TEM 透過が生じます。準 TEM モードの欠点にもかかわらず、マイクロストリップはプリント回路との互換性が容易なため好まれることがよくいずれにせよ、小型化された回路では、これらの影響はそれほど深刻ではありません。
マイクロストリップのもう 1 つの欠点は、達成できる特性インピーダンスの範囲が他のタイプよりも制限されていることです。一部の回路設計では、 150 Ω以上の特性インピーダンスが必要です。通常、マイクロストリップはそこまで高くすることができないため、設計者はこれらの回路を利用できないか、または高インピーダンスを必要とするコンポーネントに別のタイプへの移行を提供する必要が

マイクロストリップ逆 F アンテナ
マイクロストリップが放射する傾向は一般にこのタイプの欠点ですが、アンテナを作成する場合にはプラスの利点になります。マイクロストリップでパッチアンテナを作成するのは非常に簡単で、パッチの変形である平面逆 F アンテナは、モバイルデバイスで最も広く使用されているアンテナです。

マイクロストリップのバリエーション

マイクロストリップのバリエーション: A、標準、 B、サスペンド、 C、反転、 D、ボックス内、 E、反転トラップ
サスペンデッドマイクロストリップはサスペンドストリップラインと同じ目的を持っています。損失と分散を減らすために、フィールドを誘電体ではなく空気中に置きます。誘電率が低下すると、印刷されるコンポーネントが大きくなり、小型化が制限されますが、コンポーネントの製造が容易になります。基板を吊り下げると、そのタイプを使用できる最大頻度が増加します。
逆マイクロストリップは、サスペンドマイクロストリップと同様の特性を持ち、さらに電界の大部分が導体とグランドプレーンの間の空気中に含まれるという利点も基板の上には、他のコンポーネントに接続できる漂遊磁界がほとんどありません。トラップされた反転マイクロストリップは、ラインを 3 つの側面でシールドし、よりオープンな構造で発生する可能性のあるいくつかの高次モードを防ぎます。シールドされたボックスにラインを配置すると、浮遊結合が完全に回避されますが、ボックスに合わせて基板を切断する必要がこの構造を使用すると、1 つの大きな基板上に完全なデバイスを製造することは不可能です。

コプレーナ導波路およびコプレーナストリップ

コプレーナ導波路
詳細は「コプレーナ導波路」を参照
コプレーナ導波路 (CPW) は、リターン導体が基板の上下のグランドプレーンであるストリップラインやマイクロストリップとは異なり、基板上の主線路と同じ平面にリターン導体を持ちます。戻り導体は主線の両側に配置され、無限に伸びると考えられるほど十分な幅に作られています。マイクロストリップと同様に、CPW には準 TEM 伝播が
CPW は製造が簡単です。メタライゼーションの面は 1 つだけであり、コンポーネントが直列に接続されていても (配線の切れ目にまたがって)、シャント接続されていても (配線とグランドの間で)表面実装することができます。ストリップラインおよびマイクロストリップのシャントコンポーネントは、基板の底部までの接続を必要とします。CPW は小型化も容易です。その特性インピーダンスは、線幅の絶対値ではなく、線幅と戻り導体間の距離の比に依存します。
CPW はその利点にもかかわらず、人気がありませんでした。欠点は、一部の設計ではマイクロストリップよりも高いコンポーネント密度を達成することが可能ですが、リターン導体が基板面積を大きく占め、コンポーネントの実装に使用できないことです。さらに深刻なのは、CPW にはスロットラインモードと呼ばれるゼロ周波数カットオフを持つ 2 番目のモードがこのモードはそれ以下で動作させても回避できず、複数のモードは望ましくないため、抑制する必要がこれは奇数モードであり、2 本の戻り導体の電位が等しく、逆であることを意味します。したがって、2 つのリターン導体を一緒に接着することによって抑制できます。これは、底部のグランドプレーン (導体支持コプレーナ導波路、CBCPW) と基板上部の周期的なメッキスルーホール、または周期的なエアブリッジによって実現できます。これらの解決策は両方とも、CPW の基本的な単純さを損ないます。

同一平面上のバリエーション

CPW バリアント: A、標準、 B、CBCPW、 C、コプレーナストリップ、 D、埋め込みコプレーナストリップ
コプレーナストリップ (コプレーナストリップラインまたは差動ラインとも呼ばれます) は通常、マイクロ波帯域以下のRFアプリケーションにのみ使用されます。グランドプレーンがないと、磁界パターンが不明確になり、マイクロ波周波数では浮遊磁界による損失が大きくなります。一方、グランドプレーンがないということは、このタイプが多層構造への埋め込みに適していることを意味します。

スロットライン

スロットライン
スロットラインは、基板上のメタライゼーションにカットされたスロットです。これはマイクロストリップの二重構造であり、誘電体で囲まれた導体線の代わりに導体で囲まれた誘電体線です。主な伝播モードは、電界の小さな縦方向成分を伴うハイブリッド、準 TE です。
スロットラインは、不平衡線路であるストリップラインやマイクロストリップとは異なり、本質的に平衡線路です。このタイプでは、シャント内のラインにコンポーネントを接続することが特に簡単になります。表面実装コンポーネントは、ラインを越えてブリッジして実装できます。スロットラインのもう 1 つの利点は、高インピーダンスのラインを実現しやすいことです。特性インピーダンスは線幅とともに増加するため（幅とともに減少するマイクロストリップと比較してください）、高インピーダンス線の印刷解像度に問題はありません。
スロットラインの欠点は、特性インピーダンスと群速度の両方が周波数によって大きく変化するため、スロットラインはマイクロストリップよりも分散性が高くなるということです。スロットラインのQも比較的低いです。

スロットラインのバリエーション

スロットラインのバリエーション: A、標準、 B、対蹠、 C、両側
対蹠スロットラインは、非常に低い特性インピーダンスが必要な場合に使用されます。誘電体線路の場合、インピーダンスが低いということは線路が狭いことを意味し（導電線路の場合とは逆）、印刷解像度のせいで達成できる線路の細さには限界が対蹠構造により、導体は短絡の危険なしに重なり合うこともできます。両側スロットラインには、両側エアストリップラインと同様の利点が

基板一体型導波路

基板一体型導波路
詳細は「基板一体型導波路」を参照
基板一体型導波路 (SIW) は、積層導波路またはポストウォール導波路とも呼ばれ、2 列のポストまたはメッキされたスルーホールと基板の上下のグランドプレーンの間に波を制限することによって、基板誘電体に形成された導波路です。主要なモードは準 TE モードです。SIW は、その利点の多くを維持しながら、中空金属導波路のより安価な代替品として意図されています。最大の利点は、効果的に密閉された導波管として、マイクロストリップよりも放射損失が大幅に少ないことです。他の回路コンポーネントへの漂遊磁界の不要な結合はありません。SIW は高いQと高電力処理も備えており、プレーナテクノロジとして他のコンポーネントとの統合が容易です。
SIW は、プリント基板上に実装することも、低温焼成セラミック(LTCC) として実装することもできます。後者は、SIW の実装に特に適しています。能動回路は SIW に直接実装されません。通常の手法は、ストリップラインから SIW への遷移を通じてストリップラインに能動部分を実装することです。アンテナは、グランドプレーンにスロットを切り込むことで、SIW で直接作成できます。ホーンアンテナは、導波管の端にある支柱の列をフレアすることによって作成できます。

SIWの亜種
リッジ導波路の SIW バージョンもリッジ導波管は、E 面の途中に内部縦壁を備えた長方形の中空金属導波管です。リッジ導波路の主な利点は、帯域幅が非常に広いことです。リッジ SIW をプリント基板に実装するのはそれほど簡単ではありません。リッジに相当するのは基板の途中までしか貫通していないポストの列であるためです。ただし、LTCC では構造をより簡単に作成できます。

フィンライン

フィンライン
フィンラインは、長方形の金属導波管のE 面に挿入された金属化誘電体のシートで構成されます。この混合フォーマットは、準平面と呼ばれることもこの設計は、方形導波管自体に導波管モードを生成することを目的としたものではなく、メタライゼーション内で線路が切断され、誘電体が露出し、これが伝送線路として機能します。したがって、フィンラインは誘電体導波路の一種であり、シールドされたスロットラインとみなすことができます。
フィンラインは、基板のメタライゼーションがリッジ (「フィン」) を表し、フィンラインがギャップを表すという点でリッジ導波路に似ています。パターン内のリッジの高さを変えることにより、リッジ導波路内にフィルターを構築できます。これらを製造する一般的な方法は、金属の薄いシートを切り取って(通常は一連の長方形の穴)、フィンラインとほぼ同じ方法で導波管に挿入することです。フィンラインフィルターは任意の複雑なパターンを実装できますが、金属インサートフィルターは機械的なサポートと完全性の必要性によって制限されます。
Finline は最大220 GHzの周波数で使用されており、実験的には少なくとも700 GHzまでテストされています。これらの周波数では、損失が低いためマイクロストリップよりもかなりの利点があり、同様の低コストのプリント回路技術で製造できます。また、方形導波管内に完全に囲まれているため、放射線も発生しません。金属インサートデバイスは空気誘電体であるため損失がさらに低くなりますが、回路の複雑さは非常に限られています。複雑な設計向けの完全な導波管ソリューションは、空気誘電体の低損失を維持しますが、フィンラインよりもはるかにかさばり、製造コストが大幅に高くなります。フィンラインのさらなる利点は、特に広範囲の特性インピーダンスを達成できることです。フィンラインは導体ではないため、ストリップラインやマイクロストリップのように、主伝送ラインにバイアス電流を流すことでトランジスタやダイオードのバイアスを行うことはできません。フィンラインでのバイアスについては、別途手配する必要が

フィンラインのバリエーション

フィンラインのバリエーション: A、標準 (片側)、 B、両側、 C、対蹠、 D、強結合対蹠 E、絶縁
片側フィンラインは最も単純な設計で製造が簡単ですが、両側フィンラインは両側サスペンデッドストリップラインと同様、同様の理由で損失が低くなります。バイラテラルフィンラインはQが高いため、フィルタアプリケーションによく選ばれます。対蹠的フィンラインは、非常に低い特性インピーダンスが必要な場合に使用されます。2 つのプレーン間の結合が強いほど、インピーダンスは低くなります。絶縁フィンラインは、バイアスラインを必要とする能動部品を含む回路で使用されます。絶縁フィンラインのQは他のタイプのフィンラインよりも低いため、通常は使用されません。

イメージライン
「イメージライン」ベルギーのソフトウェア会社については、「Image-Line」を参照して

イメージライン
イメージライン (イメージラインまたはイメージガイド)は、誘電体スラブ導波路の平面形状です。これは、金属シート上の誘電体、多くの場合アルミナのストリップで構成されます。このタイプでは、水平方向全方向に延びる誘電体基板はなく、誘電体線路のみが存在します。グランドプレーンがミラーとして機能し、その結果、高さの 2 倍のグランドプレーンのない誘電体スラブと同等の線路が得られるため、このように呼ばれます。これは、 100 GHz付近のより高いマイクロ波周波数での使用が期待できますが、まだほとんどが実験段階です。たとえば、数千のQファクタは理論的には可能ですが、誘電体と金属の接着剤の曲げや損失からの放射により、この数値は大幅に減少します。imageline の欠点は、特性インピーダンスが約26 Ωの単一値に固定されていることです。
Imageline は TE モードと TM モードをサポートします。支配的な TE モードと TM モードのカットオフ周波数はゼロですが、TE モードと TM モードがすべて有限の周波数を持ち、それ以下では伝播が起こり得ない中空の金属導波管とは異なります。周波数がゼロに近づくと、場の縦方向成分が減少し、モードは漸近的に TEM モードに近づきます。したがって、Imageline は、実際には TEM 波をサポートできないにもかかわらず、TEM タイプのラインと任意の低周波数で波を伝播できるという特性を共有しています。それにもかかわらず、イメージラインは低周波数では適切なテクノロジーではありません。イメージラインの欠点は、表面の粗さが放射線損失を増大させるため、精密に機械加工する必要があることです。

イメージラインのバリアントとその他の誘電体ライン

イメージラインのバリエーション: A、標準、B、島状、C、トラップ。その他の誘電体線: D、リブライン、E、ストリップ誘電体ガイド、F、反転ストリップ誘電体ガイド
島状イメージラインでは、低誘電率絶縁体の薄層が金属グランドプレーン上に堆積され、より高い誘電率のイメージラインがその上に設定されます。絶縁層には導体損失を低減する効果がこのタイプも直線部分では放射損失が低くなりますが、標準イメージラインと同様に、曲がりやコーナーでは放射損失が高くなります。トラップされたイメージラインはこの欠点を克服しますが、平面構造の単純さが損なわれるため、製造がより複雑になります。
リブラインは、基板から単一部品として機械加工された誘電体ラインです。島状のイメージラインと同様の特性がイメージラインと同様に、精密に加工する必要がストリップ誘電体ガイドは、アルミナなどの高誘電率基板上に配置された低誘電率ストリップ (通常はプラスチック) です。電界の大部分は、ストリップとグランドプレーンの間の基板内に含まれています。このため、このタイプには標準のイメージラインやリブラインのような精密な加工要件はありません。逆ストリップ誘電体ガイドは、基板内の電界が導体から遠ざけられているため、導体損失は低くなりますが、放射損失は高くなります。

複数のレイヤー
多層回路はプリント回路またはモノリシック集積回路で構築できますが、平面伝送線路を多層として実装するには LTCC が最も適した技術です。多層回路では、線路の少なくとも一部が埋め込まれ、誘電体によって完全に囲まれます。したがって、損失はよりオープンな技術ほど低くはなりませんが、多層 LTCC を使用すると非常にコンパクトな回路を実現できます。

トランジション

遷移: A、マイクロストリップから SIW、 B、CPW から SIW、 C、マイクロストリップから CPW、点線はマイクロストリップのグランドプレーンの境界を示します、 D、CPW からスロットライン
システムの異なる部分は、異なるタイプで最適に実装される場合がしたがって、さまざまなタイプ間の移行が必要になります。不平衡導電線を使用したタイプ間の移行は簡単です。これは主に、移行を通じて導体の連続性を提供し、良好なインピーダンス整合を確保することの問題です。同軸などの非平面タイプへの移行についても同じことが言えます。ストリップラインとマイクロストリップ間の移行では、ストリップラインの両方のグランドプレーンがマイクロストリップのグランドプレーンに適切に電気的に接続されていることを確認する必要がこれらのグランドプレーンの 1 つは遷移を通じて連続することができますが、もう 1 つは遷移で終了します。図の C に示されているマイクロストリップから CPW への遷移にも同様の問題が各タイプにはグランドプレーンが 1 つだけありますが、遷移部分で基板の一方の側からもう一方の側に変わります。これは、マイクロストリップと CPW ラインを基板の反対側に印刷することで回避できます。この場合、グランドプレーンは基板の片側で連続していますが、トランジションのライン上にビアが必要です。
導電線と誘電体線または導波管の間の遷移はより複雑です。このような場合には、モードの変更が必要です。この種の移行は、新しいタイプへの発射装置として機能するある種のアンテナを 1 つのタイプに形成することで構成されます。この例としては、スロットラインまたは基板一体型導波路 (SIW) に変換されたコプレーナ導波路 (CPW) またはマイクロストリップが挙げられます。無線デバイスの場合は、外部アンテナへの移行も必要です。
フィンラインへの移行とフィンラインからの移行は、スロットラインと同様の方法で処理できます。ただし、フィンライン遷移が導波管に行くほうが自然です。導波管はすでにそこに導波管への単純な移行は、細い線から導波管の完全な高さまでのフィンラインの滑らかな指数関数的テーパー (ヴィヴァルディアンテナ) で構成されます。フィンラインの最も初期の応用は、円形導波路への導入でした。
平衡線から不平衡線への移行にはバラン回路が必要です。この例としては、CPW からスロットラインへの接続が挙げられます。図の例 D は、この種の遷移を示しており、誘電体のラジアルスタブで構成されるバランを特徴としています。この回路に示されているコンポーネントは、2 つの CPW グランドプレーンを結合するエアブリッジです。すべての遷移にはある程度の挿入損失があり、設計がさらに複雑になります。たとえ妥協タイプが各コンポーネント回路にとって最適でない場合でも、デバイス全体を単一の統合タイプで設計して遷移数を最小限に抑えることが有利な場合が

歴史
平面技術の開発は、当初は米軍のニーズによって推進されましたが、現在では携帯電話や衛星テレビ受信機などの大量生産の家庭用品に使用されています。トーマス・H・リーによると、ハロルド・A・ウィーラーは1930年代にはコプレーナ線路の実験を行っていた可能性があるが、最初に記録された平面伝送線路は空軍ケンブリッジ研究センターのロバート・M・バレットによって発明されたストリップラインであった。出版は 1950 年代になってからでしたが、ストリップラインは第二次世界大戦中に実際に使用されていました。バレット氏によると、最初のストリップライン電力分配器は、この時期に VH ラムジーと HW ジェイミソンによって構築されました。バレット氏は契約を締結するだけでなく、Airborne Instruments Laboratory Inc. (AIL) を含む他の組織での研究も奨励しました。その後すぐに 1952 年にマイクロストリップが誕生し、これはグリーグとエンゲルマンによるものです。一般的な誘電体材料の品質は当初、マイクロ波回路には十分ではなかったため、その使用は 1960 年代まで普及しませんでした。ストリップラインとマイクロストリップは商業的にはライバルでした。ストリップラインはエアストリップラインを作ったAILのブランド名です。マイクロストリップはITT製でした。その後、トリプレートというブランド名で誘電体が充填されたストリップラインがサンダースアソシエイツによって製造されました。ストリップラインは誘電体充填ストリップラインの総称となり、現在では元のタイプを区別するためにエアストリップラインまたはサスペンデッドストリップラインが使用されています。
ストリップラインは、分散の問題のため、当初はライバルよりも好まれていました。1960 年代、MIC に小型ソリッドステートコンポーネントを組み込む必要性が高まり、バランスはマイクロストリップへと傾きました。小型化された回路ではマイクロストリップの欠点がそれほど深刻ではないため、小型化はマイクロストリップの支持にもつながります。広帯域での動作が必要な場合には、依然としてストリップラインが選択されます。最初の平面スラブ誘電体線であるイメージラインは、1952 年にキングによるものです。キングは当初、半円形のイメージラインを使用し、すでによく研究されている円形ロッド誘電体と同等にしました。最初の印刷された平面誘電体線路タイプであるスロットラインは、1968 年にコーンによって作成されました。コプレーナ導波管は、1969 年にウェンによって作成されました。印刷技術としてのフィンラインは、1972 年にマイヤーによって作成されました。 99]ただし、ロバートソンはずっと以前 (1955 ～ 1956 年) に金属インサートを使用してフィンラインのような構造を作成しました。ロバートソンはダイプレクサとカプラの回路を製造し、「フィンライン」という用語を作りました。 SIW は 1998 年に広川と安藤によって初めて説明されました。
当初、平面タイプで作られたコンポーネントは、通常は同軸線とコネクタで接続された個別の部品として作られていました。同じハウジング内でコンポーネントを平面線で直接接続することで、回路のサイズを大幅に縮小できることがすぐにわかりました。これは、平面線で接続された設計に集中コンポーネントが含まれていたため、ハイブリッドMIC (ハイブリッド)の概念につながりました。1970 年代以降、小型化と大量生産を促進するために、基本的な平面タイプの新しいバリエーションが大幅に普及しました。MMICの導入によりさらなる小型化が可能になりました。この技術では、集積回路コンポーネントが製造された半導体スラブに平面伝送線路が直接組み込まれます。X バンド増幅器である最初の MMIC は、1976 年にPlesseyの Pengelly と Turner によって作成されました。

サーキットギャラリー

平面回路
平面伝送線路を使用して構築できる多くの回路のうちのほんの一部を図に示します。このような回路は、分散要素回路の一種です。マイクロストリップタイプとスロットラインタイプの方向性結合器をそれぞれ A と B に示します。一般に、ストリップラインやマイクロストリップなどの導体線路の回路形式は、スロットラインやフィンラインなどの誘電体線路では、導体と絶縁体の役割が逆転した二重形式を持ちます。2 つのタイプの線幅は反比例の関係に細い導電線では高インピーダンスになりますが、誘電体線では低インピーダンスになります。二重回路の別の例は、導体形式の C と誘電体形式の D で示される結合線路で構成されるバンドパスフィルターです。
線路の各セクションは、結合線路フィルタの共振器として機能します。別の種類の共振器が E の SIW バンドパスフィルターに示されています。ここでは、導波管の中心に配置されたポストが共振器として機能します。アイテム F は、ポートへの CPW とスロットラインの両方のフィードの混合を特徴とするスロットラインハイブリッドリングです。この回路のマイクロストリップバージョンでは、リングの 1 つのセクションの長さが 4 分の 3 波長である必要がスロットライン/CPW バージョンでは、スロットラインジャンクションで180 度の位相反転があるため、すべてのセクションが 4 分の 1 波長になります。

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