JP2002344212A - 導波管−マイクロストリップ線路変換器 - Google Patents

導波管−マイクロストリップ線路変換器

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JP2002344212A
JP2002344212A JP2001143083A JP2001143083A JP2002344212A JP 2002344212 A JP2002344212 A JP 2002344212A JP 2001143083 A JP2001143083 A JP 2001143083A JP 2001143083 A JP2001143083 A JP 2001143083A JP 2002344212 A JP2002344212 A JP 2002344212A
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waveguide
microstrip line
width
ridge
ridge portion
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Kenichi Watanabe
健一 渡辺
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New Japan Radio Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 導波管におけるリッジ部配置部分から本体部
分への伝送モードの変換を円滑に行い、優れた電気特性
が得られるようにする。 【解決手段】 導波管2内の天井壁に上面を接触させ、
かつ誘電体基板3上のマイクロストリップ線路3に下面
を密着させるリッジ部10を設け、このリッジ部10の
高さhを導波管端面Sから遠ざかる程、低くなるように
した変換器において、上記リッジ部10の形状を、導波
管伝送方向に垂直な方向の断面における導波管壁接触側
の上面の幅が下面の幅よりも大きい形、例えば逆台形と
し、またリッジ部10の上面の幅を導波管端面Sから遠
ざかる程、大きくなるようにする。これによれば、上記
導波管2におけるリッジ部10の配置部分と本体部分と
の間の伝送モードがTE01モードに近い状態となって
優れた変換特性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、導波管と誘電体基
板に形成されたマイクロストリップ線路との間で電磁波
伝送モードを効率よく変換するための導波管−マイクロ
ストリップ線路変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】近年では、例えばミリ波モジュールとし
て、小型化、高周波化のためにマイクロストリップ線路
を誘電体基板上に形成した回路が使用され、一方、ミリ
波の測定機器には、導波管ポートが採用されており、モ
ジュールの特性を測定するためには、電磁波のマイクロ
ストリップ線路の伝送モードを導波管の伝送モードへ変
換する必要がある。この電磁波伝送モードの変換器とし
て、リッジ部を有する導波管(リッジ導波管)が用いられ
る。
【0003】図7には、従来の導波管−マイクロストリ
ップ線路変換器の一例が示されており、この変換器で
は、金属平板1の上に、電磁波(高周波)伝送路である方
形導波管2が設けられると共に、この導波管2の開口端
面Sに接触して誘電体基板3が配置され、この誘電体基
板3の上にマイクロストリップ線路4が形成される。そ
して、このマイクロストリップ線路4の端部に密着する
ようにして、伝送モード変換を促進するためのリッジ部
5が上記導波管2の内部中央に配置される。このリッジ
部5は、その下面がマイクロストリップ線路4へ密着配
置され、その上面が導波管2の内部天井面に密着配置さ
れると共に、その高さhが導波管2の端面Sから遠ざか
る程、低くなり、終端位置ではゼロに近くなるように形
成される。
【0004】このような変換器によれば、導波管2内の
電界がリッジ部5に集中し、TEMモードに近い分布を
持つため、TEMモードのマイクロストリップ線路4の
電磁波はリッジ部5の先端部において容易に変換される
ことになる。そして、このリッジ部5の幅Wがマイクロ
ストリップ線路4の特性インピーダンスと同じになるよ
うに設定されることから、電磁波は不整合のない状態で
マイクロストリップ線路4からリッジ部5の先端部へ伝
送される。
【0005】図8には、従来の導波管−マイクロストリ
ップ線路変換器の他の例が示されており、この変換器
は、図示されるように、導波管2の下部にマイクロスト
リップ線路4側の誘電体基板3と同じ誘電率を持つ誘電
体6を挿入したものである。そして、この誘電体6で
は、途中から端面Sの反対側を鋭角に尖った形状とし、
かつリッジ部7の幅Wをマイクロストリップ線路4と同
じ幅として、同等の特性インピーダンスを持つようにし
たものである。これによれば、マイクロストリップ線路
4の幅とリッジ部7の幅Wの相違により生じる寄生容量
をなくすことができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記導
波管−マイクロストリップ線路変換器では、リッジ部
5,7の断面形状(電磁波の伝送方向に垂直な方向で切
断した面の形状)が長方形であり、方形導波管2の伝送
モードであるTE01モードとは異なる電界となるた
め、導波管2内のリッジ部5,7が配置された部分とそ
うでない本体部分との間の変換がスムーズに行われず、
良好な伝送特性が得られないという問題があった。
【0007】図9(A)には、図8の構成例のリッジ部が
配置された導波管部分(IV−IV線断面部分)の電界が示さ
れ、図9(B)には、TE01モードの電界が示されてい
る。このTE01モードでは、図9(B)のように電界が
導波管2内の上面から誘電体6が配置された底面へ向か
うようになるのに対し、従来の構成では、図9(A)に示
されるように、電界が中央部のリッジ部7の側面から回
り込んで導波管2の底面へ向かうようになると共に、電
界の一部はリッジ部7の側面から導波管2の上面へ向か
うような分布となる。従って、リッジ部7によってマイ
クロストリップ線路4とリッジ部7先端部との間での伝
送は良好となるが、導波管2内においてリッジ部配置部
分とそうでない本体部分との間では、上記のような電界
分布の相違によって伝送モードの変換が円滑に行われな
い結果となる。
【0008】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、導波管におけるリッジ部配置部分
から本体部分への伝送モードの変換が円滑に行われ、優
れた伝送特性を得ることができる導波管−マイクロスト
リップ線路変換器を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る発明は、電磁波伝送路である導波管
と、この導波管の管壁に一端が接触配置され、当該導波
管の端面から導波管の電磁波伝送方向に遠ざかる程、高
さが低くなるようにしたリッジ部と、誘電体基板上に形
成され、上記リッジ部の高さ方向の他端が所定の位置関
係で配置されるマイクロストリップ線路とを有し、上記
導波管の端面側と上記マイクロストリップ線路とが電磁
的に接続される導波管−マイクロストリップ線路変換器
において、上記リッジ部の形状を、上記導波管の電磁波
伝送方向に垂直な方向で切断した断面において上記導波
管の管壁に接触する一端側の幅が上記マイクロストリッ
プ線路へ配置する他端側の幅よりも大きくなる形とした
ことを特徴とする。請求項2に係る発明は、上記リッジ
部の上記断面における導波管の管壁に接触する一端側の
幅を、上記導波管の電磁波伝送方向において端面から遠
ざかる程、大きくなるようにしたことを特徴とする。
【0010】上記の構成によれば、導波管端面から遠ざ
かる程、高さが低くなるようにされたリッジ部で、その
伝送方向に垂直な方向の断面形状を、上面(導波管壁に
接触する一端側の面)の幅が下面(他端側の面)の幅より
も大きくなる例えば逆台形とし、またこの上面の幅は接
続部端面から遠ざかる程、大きくなるような形状とす
る。このようなリッジ部形状によれば、リッジ部の側面
が導波管の底面を向く傾斜面となり、この傾斜面から導
波管底面側(マイクロストリップ線路が配置される誘電
体基板側)へ向かう電界が形成され、TE01モードに
近い状態が得られる。この結果、導波管内のリッジ部配
置部分から本体部分への伝送モードの変換も円滑に行わ
れ、全体的な伝送モードの変換が良好に行われる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1には、本願発明の第1実施例
に係る導波管−マイクロストリップ線路変換器の構成が
示されており、この変換器は、従来と同様に、金属平板
1の上に、電磁波(高周波)を伝送する方形導波管2が設
けられ、この導波管2の端面Sに接触する状態で誘電体
基板3が配置され、この誘電体基板3の上にマイクロス
トリップ線路4が形成される。そして、上記導波管2内
の中央部にリッジ部10が設けられており、このリッジ
部10は導波管2の開口端面Sから突出させた先端部の
下面(他端面)を上記マイクロストリップ線路4の端部に
密着するように配置する。
【0012】図2には、第1実施例の上記リッジ部10
の詳細な構成が示されており、このリッジ部10はマイ
クロストリップ線路4に密着させる側の下面幅W1をこ
のマイクロストリップ線路4の幅と同一に設定し、図2
(A)に示されるように、導波管2の内部に配置される部
分においては天井面に密着させる側の上面(一端面)幅W
2を、上記下面幅W1よりも大きく(W2>W1)し、か
つ導波管端面Sから遠ざかる程、次第に大きくなる値と
する。
【0013】また、図2(B)に示されるように、リッジ
部10の高さhを導波管端面Sから遠ざかる程、低くな
るようにし、その終端位置(端面Sに最も遠い位置)では
ゼロに近い値に設定する。その結果、図2(C)に示され
るように、端面Sに近い方のリッジ部10の伝送方向に
垂直な方向の断面[図2(A)のII−II線断面]形状は、
のような逆台形になり、端面Sに遠い方のリッジ部
10の断面[図2(A)のIII−III線断面]形状は、F
のようにFよりも上面幅が広くなり、高さが低くなる
逆台形となる。これにより、リッジ部10の側面が導波
管2の底面側を向くように傾斜する。
【0014】図3には、上記リッジ部10の構成を単純
化した他の形状が示されており、この図のリッジ部10
−2は、その全体の上面幅W2を同一幅として、マイク
ロストリップ線路4に密着する部分の底面幅W1よりも
大きくすると共に、端面Sの位置から底面側を斜めにカ
ットし、その高さhが端面Sから遠くなる程、低くなる
ようにしたものである。なお、この場合の底面幅W1は
マイクロストリップ線路4と略同一の最小幅からW2ま
で徐々に広がることになる。このような形状のリッジ部
10−2を採用することも可能である。
【0015】更に、上記の導波管2の下部には、マイク
ロストリップ線路4の幅とリッジ部10の幅W1の相違
により生じる寄生容量をなくすための誘電体11が配置
されており、この誘電体11はその途中から端面Sの反
対側が後端へ向けて鋭角に尖った形状とされる。
【0016】以上のような第1実施例の構成によれば、
図4に示される電界分布が得られることになる。図4
は、図1のI−I線で切断した断面図であるが、リッジ
部10の断面形状が逆台形となるので、図示したように
リッジ部10の傾斜側面から少し回り込みながら誘電体
11側へ向かうような電界が形成され、図9(B)で示し
たTE01モードの電界に近い状態となる。
【0017】図5には、上記第1実施例と図7の従来例
の伝送特性を電磁界シミュレータで計算、比較した結果
が示されており、図5(A)は電磁波の透過係数を示して
おり、65〜90GHzにおいて実線の第1実施例の方
が点線の従来例よりも優れている。また、図5(B)は、
電磁波の反射係数を示しており、同様に65〜90GH
zにおいて第1実施例の方が従来例よりも優れた特性を
持つ結果となった。
【0018】図6には、第2実施例の構成が示されてお
り、この第2実施例はリッジ部の特徴的な形状を曲線的
にしたものである。図6において、リッジ部12以外の
構成は、第1実施例と同様であり、導波管2内に配置さ
れたリッジ部12はその先端部を端面Sから少し突出さ
せると共に、その下面を誘電体基板3の上に形成されて
いるマイクロストリップ線路4に密着させて配置する。
【0019】そして、このリッジ部12においては、導
波管2内の天井壁に密着する上面(一端面)の幅を下面
(他端面)の幅よりも大きくして、伝送方向に垂直な方向
の断面形状を逆台形とし、図6(A)に示されるように、
上面の縁線(幅の拡大線)を曲線状に形成して、この上面
の幅が端面Sから遠ざかる程、大きくなるようにする。
また、図6(B)に示されるように、このリッジ部12の
下端線を曲線状に形成して、高さhを端面Sから遠ざか
る程、低くなるようにする。
【0020】なお、この場合の下端面の幅W1は、図1
の場合と同様に全体にマイクロストリップ線路4と略同
一の幅で形成してもよいし、図3の場合と同様にマイク
ロストリップ線路4と略同一の最小幅からW2まで次第
に広がるようにしてもよい。このような第2実施例によ
っても、第1実施例と同様に、図4に示されるようなT
E01モードに近い電界分布によって、従来よりも優れ
た透過特性及び反射特性を得ることができる。
【0021】更に、第1及び第2実施例のリッジ部1
0,12の形状において、導波管2内の天井壁に密着さ
せる上面(一端面)の幅を下面(他端面)の幅よりも大き
くすると共に、両者の幅を端面Sから遠ざかる程、大き
くなるようにしてもよい。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
リッジ部を用いて導波管とマイクロストリップ線路を電
磁的に接続する変換器において、上記リッジ部の形状
を、導波管伝送方向に垂直な方向の断面における導波管
壁接触側の一端の幅が他端側の幅よりも大きい形、例え
ば台形とし、またこのリッジ部の高さを導波管端面から
遠ざかる程、低くなるようにし、更には、上記リッジ部
の一端の幅を導波管端面から遠ざかる程、大きくなるよ
うにしたので、導波管内のリッジ部配置部分と本体部分
との間の伝送モードがTE01モードに近い状態とな
る。この結果、マイクロストリップ線路と導波管との間
の伝送モードの変換が円滑に行われることになり、透過
特性、反射特性等において優れた伝送特性を得ることが
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る導波管−マイクロス
トリップ線路変換器の構成を示す斜視図である。
【図2】第1実施例のリッジ部の構成を示し、図(A)は
上面図、図(B)は側面図、図(C)は断面図である。
【図3】第1実施例のリッジ部の変形例を示す図であ
る。
【図4】第1実施例のリッジ部を配置した導波管部分の
電界の状態を示す図である。
【図5】第1実施例の変換器の伝送特性を電磁界シミュ
レーションにより従来例と比較したもので、図(A)は透
過係数を示すグラフ図、図(B)は反射係数を示すグラフ
図である。
【図6】本発明の第2実施例の導波管−マイクロストリ
ップ線路変換器の構成を示し、図(A)は上面図、図(B)
は側断面図である。
【図7】従来の導波管−マイクロストリップ線路変換器
の一例を示す斜視図である。
【図8】従来の導波管−マイクロストリップ線路変換器
の他の例を示す斜視図である。
【図9】導波管での電界分布を示し、図(A)は図8の従
来例のリッジ部配置部分での電界分布、図(A)はTE0
1モードの電界分布図である。
【符号の説明】
2 … 導波管、 3 … 誘電体基板、4
… マイクロストリップ線路、5,7,10,10
A,10B,12 … リッジ部、6,11 … 誘電
体。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電磁波伝送路である導波管と、この導波
    管の管壁に一端が接触配置され、当該導波管の端面から
    導波管の電磁波伝送方向に遠ざかる程、高さが低くなる
    ようにしたリッジ部と、誘電体基板上に形成され、上記
    リッジ部の高さ方向の他端が所定の位置関係で配置され
    るマイクロストリップ線路とを有し、上記導波管の端面
    側と上記マイクロストリップ線路とが電磁的に接続され
    る導波管−マイクロストリップ線路変換器において、 上記リッジ部の形状を、上記導波管の電磁波伝送方向に
    垂直な方向で切断した断面において上記導波管の管壁に
    接触する一端側の幅が上記マイクロストリップ線路へ配
    置する他端側の幅よりも大きくなる形としたことを特徴
    とする導波管−マイクロストリップ線路変換器。
  2. 【請求項2】 上記リッジ部の上記断面における導波管
    の管壁に接触する一端側の幅を、上記導波管の電磁波伝
    送方向において端面から遠ざかる程、大きくなるように
    したことを特徴とする上記請求項1記載の導波管−マイ
    クロストリップ線路変換器。
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