エアストリップライン
エアストリップラインは、薄い金属ストリップ状の導体を2つのグランドプレーンの間に吊り下げた平面伝送線路の一種です。誘電体を実質的に空気とするという考え方です。線路の機械的支持は、薄い基板、周期的な絶縁支持体、あるいはデバイスコネクタやその他の電気部品によって行われます。
エアストリップラインは、マイクロ波周波数、特にCバンドで最も広く使用されています。標準的なストリップラインや他の平面技術と比較した場合の利点は、空気誘電体によって誘電損失が回避されることです。エアストリップラインを用いることで、多くの有用な回路を構成でき、また、他の平面形式よりも部品間の強力な結合を容易に実現できます。エアストリップラインは、1950年代にロバート・M・バレットによって発明されました。
構造
エアストリップラインは、中心導体とグランドプレーンの間に空気を誘電体として用いるストリップラインの一種である。誘電体として空気を用いることで、誘電体に通常伴う伝送損失を回避できるという利点がある。[ 1 ]
エアストリップラインの構築には、基本的に2つの方法があります。誘電体支持ストリップライン（サスペンデッドストリップラインまたはサスペンデッド基板とも呼ばれます）では、ストリップ導体は薄い固体誘電体基板上に堆積され、場合によっては両面が接続されて1本の導体を形成します。[ 2 ] この基板は、2つのグランドプレーンを支える壁の間にクランプで固定されます。この方法では、ストリップはプリント回路技術で製造できるため、製造コストが安く、さらに他の部品を同じ工程で誘電体上に印刷できるという利点もあります。固体誘電体の目的は導体の機械的支持ですが、[ 3 ]電気的影響を最小限に抑えるため、可能な限り薄く作られています。基板が薄いため、簡単に変形する可能性があります。そのため、設計では熱安定性の問題を考慮する必要があります。[ 4 ]ハイエンドの設計では、窒化ホウ素やサファイア などの結晶基板がサスペンデッド基板として使用されることがあります。[ 5 ]
もう1つの構築方法は、より頑丈な固体金属棒をストリップとして使用し、周期的に配置した絶縁体で支える方法です。この方法は、高電力用途に適しています。このような用途では、導体断面の角を丸くすることで、その角で発生する高電界とアーク放電を防ぐことができます。 [ 6 ] 絶縁体は電気的に望ましくない性質を持っています。絶縁体は、純粋な空気誘電体という目的を損ない、線路に不連続性をもたらし、トラッキングが発生する可能性のある箇所となります。一部のコンポーネントでは、線路を直接または個別のコンポーネントを介して接地する必要がある箇所があります。このような回路では、これらの接地点が機械的な支持部としても機能し、絶縁体による支持が不要になります。[ 7 ]
用途
エアストリップラインは、 Cバンド（4～8GHz）のマイクロ波周波数で最も多く使用されています。これらの周波数帯およびそれ以下の周波数帯では[ 8 ] 、導波管よりも小型であるという利点があります。エアストリップラインはCバンド以外でも使用できますが、Kuバンド（12～18GHz）では、損失が少ないため導波管が主流になる傾向があります。[ 9 ]
マイクロ波周波数では、フィルタ、電力分配器、方向性結合器などの受動回路は、分布定数回路として構成される傾向があります。これらの回路は、任意の伝送線路形式を用いて構成できます。デバイス間の接続に一般的に用いられる同軸線路形式は、この種のデバイス構成に用いられてきましたが、製造には必ずしも便利な形式ではありません。ストリップラインは、回路構成のより優れたソリューションとして開発され、エアストリップラインもこの役割を果たしています。[ 10 ] エアストリップラインは、Cバンドにおいて、これらのコンポーネントからビームフォーミングネットワークを作成するのに特に有用です。[ 11 ]
エアストリップラインは、他の平面形式よりも簡単に、これらのコンポーネントで強力な間接結合を実現できます。標準的なストリップラインでは、結合は通常、ラインをある距離だけ並べて配置することによって実現されます。この方法では、ラインのエッジ間の結合は比較的弱く、ラインを近づけることができる最短距離によって制限されます。この制限は、印刷プロセスの最大解像度と、電力アプリケーションではライン間の電界強度によって決まります。このため、ストリップラインの平行結合線路は、結合係数が-10 dB以下の方向性結合器で使用されます。結合係数が-3 dBの電力スプリッタは、直接結合技術を使用します。エアストリップラインは、ラインを上下に積み重ねる別の配置を使用します。このブロードサイド結合はエッジ結合よりもはるかに強いため、同じ結合係数を実現するためにラインをそれほど近づける必要はありません。誘電体支持ストリップラインでは、2 つのラインを誘電体の反対側に印刷することでこれを実現できます。もちろん、ブロードサイド結合は、固体誘電体を充填したストリップラインや埋め込み線路技術でも実現できますが、追加の誘電体層と製造プロセスが必要になります。エアストリップラインで結合を高めるためのもう一つの手法は、厚い長方形のストリップを用いて側面結合を高めることです。この手法では、線路の剛性が高くなるため、機械的な支持も容易になります。[ 12 ]
歴史
ストリップラインは、1950年代初頭にアメリカ空軍ケンブリッジ研究所のロバート・M・バレットによって発明されました。登録商標「ストリップライン」のエアストリップラインは、空中計測研究所（AIL）によって吊り下げ式ストリップラインの形で初めて商業的に製造されました。しかし、ストリップラインはその後、あらゆる誘電体を用いた構造の総称となりました。飾りのない「ストリップライン」という用語は、現在では固体誘電体を用いたストリップラインを指すものと解釈される可能性が高いでしょう。当初はストリップラインが平面回路技術として好まれていましたが、現在ではほとんどの汎用用途、特に量産品ではマイクロストリップに取って代わられています。 [ 13 ]
参考文献
参考文献
- Bhat, Bharathi; Koul, Shiban K,マイクロ波集積回路のためのストリップラインのような伝送線路、New Age International、1989 ISBN 8122400523。
- Pradhan, BP; Barrow, EA、 「 Sバンド用マイクロ波エアストリップ伝送線路」 、IETE Journal of Research、vol. 23、iss. 10、pp. 618–619、1977年。
- Han, CC; Hwang, Y, 「衛星アンテナ」、Lo, YT ; Lee, SW,アンテナハンドブック: 第3巻アプリケーション、第21章、Springer、1993 ISBN 0442015941。
- マイヘン、ヴォルフガング、『デジタルタイミング測定』、シュプリンガー、2006年ISBN 0387314199。
- Matthaei, George L; Young, Leo; Jones, EMT, Microwave Filters, Impedance-Matching Networks, and Coupling Structures、McGraw-Hill 1964 OCLC 282667。
- Oliner, Arthur A, 「電磁導波管の進化：中空金属導波管からマイクロ波集積回路まで」、Sarkar, Tapan K; Mailloux, Robert J; Oliner, Arthur A; Salazar-Palma, Magdalena ; Sengupta, Dipak L, 『無線の歴史』、Wiley、2006年ISBN、第16章 0471783013。
- ロズロニエツ、スタニスワフ、『電気工学のための基礎数値解析法』、シュプリンガー、2008年ISBN 3540795197。
