JP2003008313A - マイクロストリップ導波管変換回路 - Google Patents

マイクロストリップ導波管変換回路

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JP2003008313A
JP2003008313A JP2001185796A JP2001185796A JP2003008313A JP 2003008313 A JP2003008313 A JP 2003008313A JP 2001185796 A JP2001185796 A JP 2001185796A JP 2001185796 A JP2001185796 A JP 2001185796A JP 2003008313 A JP2003008313 A JP 2003008313A
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antenna
notch
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Naoki Onishi
直樹 大西
Kanemi Sasaki
金見 佐々木
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Hitachi Kokusai Electric Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロストリップ導波管変換回路における
高次の減衰特性を向上させる。 【解決手段】 誘電体基板1の表面にマイクロストリッ
プ線路2を設け、裏面に、一部が切り欠かれた導体層3
を設け、この導体層3の切り欠きに合わせて導波管開口
7を設ける一方、前記マイクロストリップ線路2の先端
のアンテナ4を収容する金属製カバー11を設けてなる
マイクロストリップ導波管変換回路において、前記金属
製カバー11に、前記マイクロストリップ線路2に近接
する***部15a、15bと、前記マイクロストリップ
線路2との間に空間を形成する溝部14a、14b、1
4cを形成した。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、準ミリ波・ミリ波
回路と導波管とを接続するマイクロストリップ導波管変
換回路に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、導波管とマイクロストリップとの
変換には、大きく分けて四種類の構造が一般に用いられ
ている。第1のものは、マイクロストリップを同軸構造
に変換し、更にアンテナを用いて導波管に変換する構造
のものである。第2のものは、フィンラインを用いてマ
イクロストリップを導波管に変換する構造のものであ
る。第3のものは、誘電体基板上にストリップラインア
ンテナを形成し、このアンテナを導波路管内に挿入し、
マイクロストリップを導波管と変換する構造のものであ
る。そして、第4のものは、テーパー状のリッジ導波管
を用いてマイクロストリップを変換する構造のものであ
る。 【0003】これらの変換回路において、18GHz以
下の領域では第1の同軸構造からの変換のものが主とし
て採用されている。18GHz以上の準ミリ波帯、特に
30GHz以上のミリ波帯では、第2又は第3の回路構
造が多く用いられている。周波数帯域の広さ、通過ロス
の観点からは、第4のリッジ導波管構造のものが特によ
く用いられている。しかし、第4のリッジ導波管構造の
ものは構造が複雑となる。したがって、安価なシステム
には、誘電体基板上にストリップ線路アンテナを形成す
る第3の構造のものが多く用いられている。 【0004】準ミリ波・ミリ波回路と導波管とを接続す
るスリップ線路導波管変換回路としては、従来、例え
ば、特開平3−6104号公報に開示の「導波管・マイ
クロストリップ線路変換器」が知られている。その概要
を、図4に基づき説明する。 【0005】図4において、誘電体基板40の一方の面
にマイクロストリップ線路41が形成され、他方の面に
導体層47が形成される。マイクロストリップ線路41
の先端にはマイクロスリップアンテナ42が形成され、
このマイクロストリップアンテナ42に対応する位置に
おいて、導体層47には導体逃げ部44が形成される。
誘電体基板40は、導体逃げ部44を導波管43の開口
に位置決めして設定される。つまり、金属ベース48に
設けられた導波管43に導体逃げ部44を合わせて、誘
電体基板40が金属ベース48上に設置されるのであ
る。その結果、マイクロストリップアンテナ42は、誘
電体基板40を介して導波管43の開口にそれを塞ぐよ
うに設定されることになる。 【0006】マイクロストリップアンテナ42を収容し
て誘電体基板40上には金属製キャップ45が被せられ
る。金属製キャップ45は、開口周縁にフランジを有す
る有底箱状のもので、その開口形状は導体逃げ部44と
同形に形成され、導波管変換空間45aとなっている内
部の深さは、金属製キャップ45を誘電体基板40のマ
イクロストリップアンテナ42の形成面に載置したと
き、天井面45bからマイクロストリップアンテナ42
に至る長さが約1/4波長となるように形成される。 【0007】つまり、この金属製キャップ45は、その
開口を導体逃げ部44と位置合わせして誘電体基板40
のマイクロストリップアンテナ42の形成面に載置固定
されてショート板として機能する。なお、この金属製キ
ャップ45には、その開口縁部にマイクロスリップ線路
41を導入する切り欠き46が設けられる。このような
構造により、マイクロストリップアンテナ42は、導波
管43内の電磁波と電界結合し、マイクロストリップ線
路41と導波管43とのマイクロ波等の信号授受が行わ
れる。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】従来のストリップ線路
導波管変換回路では、マイクロストリップ線路を誘導す
るための切り欠き46を金属製キャップ45に設けてい
たため、ローカルハーモニックス、及び通過信号のハー
モニックスなどの不要波がリークしてしまうという問題
があった。 【0009】図5には、金属キャップ45の切り欠き4
6の垂直方向の寸法を1mm、水平方向の寸法を1.5
mm、及びストリップ線路と同一方向である奥行き方向
の寸法が10mm(short cover)のときの切り欠き入
口の空間から金属製キャップ45の内側までの通過特性
を示す。なお、誘電体基板はテフロン(登録商標)基板
であり、厚さは、0.127mm、ストリップ線路幅
は、0.36mmのときのものである。 【0010】図5には、奥行き方向の寸法を20mm
(long cover)としたときの通過特性を併記してある
が、減衰量にほとんど違いがないことがわかる。これ
は、不要波はストリップ線路との電磁結合、あるいは高
次モードに対しては誘電体基板、あるいは誘電体基板と
金属製キャップとの切り欠き部の隙間は十分な伝搬路で
あることを意味している。 【0011】導波管形状として日本電子機械工業会規格
(EIAJ)のWR28を使用したマイクロストリップ
導波管変換回路の通過特性、及び反射特性例を図6に示
す。信号周波数は38.5GHzで設計されたものであ
る。信号周波数の2倍の周波数である7GHzでは、7
〜8dB程度しか減衰してなく、高次に対するスプリア
ス特性が悪くなるという問題を有している。 【0012】図7、図8には、誘電体基板40上にスト
リップラインタイプの低域通過フィルタを形成したマイ
クロストリップ導波管変換回路を示す。つまり、マイク
ロストリップ線路41に二つの分岐部41aを形成する
と共にこれらの分岐部41aの間を幅の狭い部分41b
とするのである。幅の広い分岐部41aがキャパシタン
スとなり、幅の狭い部分41bがインダクタンスとな
り、低域通過フィルタを構成している。その他の構成
は、図4に示したものと同じである。 【0013】このマイクロストリップ導波管変換回路の
通過特性を図9に示す。図からわかるように、この変換
回路でも大きな効果は得られず、15dB程度の減衰
(相対値で8dB程度の改善)しかない。 【0014】 【課題を解決するための手段】本発明は、従来のマイク
ロストリップ導波管変換回路における上述した問題点を
解決するもので、その構成は、誘電体基板と、その一方
の面に形成され、一部に切り欠きを有する接地導体と、
この接地導体を介して前記誘電体基板の一方の面に設け
られ、前記切り欠きにつながる導波管開口を有する金属
ベースと、前記誘電体基板の他方の面に形成され、前記
切り欠きに対応する部分にアンテナを有するマイクロス
トリップ線路と、前記アンテナを収容する導波管変換空
間を有し、前記誘電体基板を挟んで前記金属ベースと結
合される金属カバーとからなり、前記金属カバーが前記
マイクロストリップ線路に近接する***部と、前記マイ
クロストリップ線路との間に空間を形成する溝部とを有
することを特徴とする。 【0015】この構成のマイクロストリップ導波管変換
回路によれば、マイクロストリップ線路に近接する***
部と、マイクロストリップ線路との間に空間を形成する
溝部とが、マイクロストリップ線路へ電磁結合した不要
波、及び高次の信号周波数に対するスプリアスを抑制す
る。 【0016】 【発明の実施の形態】本発明に係るマイクロストリップ
導波管変換回路の一形態を図面に基づき説明する。図1
には、実施の一形態に係るマイクロストリップ導波管変
換回路の縦断面を示し、図2にはその平面を示す。 【0017】誘電体基板1の表面にはマイクロストリッ
プ線路2が形成され、誘電体基板1の裏面には導体層3
が形成される。マイクロストリップ線路2の先端にはマ
イクロストリップアンテナ4が形成され、このマイクロ
ストリップアンテナ4に対応する位置において、導体層
3には導体逃げ部5が形成される。金属ベース6には導
波管開口7が形成されており、この導波管開口7に導体
逃げ部5を位置決めして、金属ベース6上に誘電体基板
1が設置される。マイクロストリップアンテナ4は、誘
電体基板1を介して導波管開口7を塞ぐように位置す
る。 【0018】誘電体基板1上には金属製カバー(金属製
キャップ)11が設けられる。金属製カバー11には、
断面形状が導波管開口7の形状と同じ形状の導波管変換
空間12が形成され、金属製カバー11は、この導波管
変換空間12を導波管開口7と位置合わせして誘電体基
板1と結合される。 【0019】金属製カバー11には、導波管変換空間1
2を形成するための導波管仕切り13が設けられてお
り、ここから、マイクロストリップ線路2の挿入側に沿
って溝部14a、***部15a、溝部14b、***部1
5b部、溝部14c、壁部16が形成されている。逆に
言えば、ブロック状の材料に、導波管変換空間12、溝
部14a、14b、14cの空間部を形成することによ
って金属製カバー11は形成される。導波管仕切り13
には、マイクロストリップ線路2を、導波管変換空間1
2に導入するための切り欠き17が形成されている。ま
た、壁部16にもも、マイクロストリップ線路2を通す
ための切り欠き18が形成される。この金属製カバー1
1としては、プラスチック成形品に導電塗装(メッキ)
をしたものや、金属のダイカスト品(鋳造品)、金属の
切削加工品などが採用される。 【0020】マイクロストリップ線路2を有する誘電体
基板1は、熱圧着、はんだ付け、導電接着剤による接
着、ねじ止めなどにより金属ベース5に結合される。更
に、誘電体基板1を挟み付けて、金属製カバー11が金
属ベース5にねじ19により結合される。 【0021】金属製カバー11の導波管仕切り13でマ
イクロストリップ線路2を逃げている部分以外は、誘電
体基板1上の導体層20からスルーホール21を介して
金属ベース6に電気的に接地されている。 【0022】この構造において、誘電体基板1上で、導
波管開口7にかかるマイクロストリップ線路2の長さ、
つまりアンテナ4の長さは、d=λo/4以下、導波管
変換空間12の誘電体基板1の表面1aから導波管空間
12の底面12aまでの距離(深さ)D1は、小西良弘
著「実用マイクロ波回路設計ガイド」(1996年6
月、総合電子出版社発行)により、波長の1/4以下に
しなければならない。 【0023】溝部14a、14b、14c及び***部1
5a、15bがあることにより、マイクロストリップ線
路2に電磁結合した不要波、及び高次の信号周波数に対
するスプリアスを抑圧できる。溝部14a、14b、1
4c及び***部15a、15bは、減衰させたい周波数
により、寸法及び構造が決められるが、信号周波数を3
8.5GHz、減衰帯域を77GHzとして設計された
溝部14a、14b、14cの誘電体基板1の表面から
の高さ寸法D2は20mm、***部15a、15bのマ
イクロストリップ線路2から高さD3は0.5mmとし
たときの特性を図3に示す。 【0024】従来のマイクロストリップ導波管変換回路
の特性である図6と比較すると、通過帯域である38.
5GHzで0.25dBほど損失が劣化するが、減衰帯
域である77GHzでは35dBほどの減衰が得られ、
28dB程度の改善が見られる。また、ストリップライ
ンタイプの低域通過フィルタを挿入した場合の図9に示
す特性と比較しても20dB程度の改善が見られる。更
に、58GHz〜80GHz帯の広帯域に渡り15dB
以上の減衰が得られている。 【0025】 【発明の効果】本発明に係るマイクロストリップ導波管
変換回路によれば、誘電体基板と、その一方の面に形成
され、一部に切り欠きを有する接地導体と、前記誘電体
基板の他方の面に形成され、前記切り欠きにつながる導
波管開口を有する金属ベースと、前記誘電体基板の他方
の面に形成され、前記切り欠きに対応する部分にアンテ
ナが延びるマイクロストリップ線路導体と、前記アンテ
ナを収容する導波管変換空間を有し、前記誘電体基板を
挟んで前記金属ベースと結合される金属カバーとを有す
るマイクロストリップ導波管変換回路において、前記金
属カバーを、前記マイクロストリップ線路導体に近接す
る***部と、前記マイクロストリップ線路導体から離れ
る溝部とを有するものとして、これら溝部、***部が、
不要波、高次の信号周波数に対するスプリアスを抑制す
る機能を果たすようにしたので、準ミリ波帯以上の周波
数において、簡易な構造で、高次に対するスプリアス特
性がよく、無線回線で放射する不要波を抑制することが
できる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施形態に係るマイクロストリップ
導波管変換回路の縦断面図である。 【図2】図1に示したマイクロストリップ導波管変換回
路の平面図である。 【図3】本発明の一実施形態に係るマイクロストリップ
導波管変換回路による通過特性及び反射特性を示すグラ
フである。 【図4】従来のマイクロストリップ導波管変換回路を示
し、(a)は平面図、(b)は縦断面図、(c)は下平
面図である。 【図5】従来のマイクロストリップ導波管変換回路での
切り欠き入口の空間から金属製キャップの内側までの通
過特性を示すグラフである。 【図6】従来のマイクロストリップ導波管変換回路で、
導波管形状としてWR28を使用したものの通過特性及
び反射特性を示すグラフである。 【図7】従来のマイクロストリップ導波管変換回路で、
誘電体基板上に低域通過フィルタを有するマイクロスト
リップ線路を設けたものの縦断面図である。 【図8】図7の平面図である。 【図9】図7、8に示したマイクロストリップ導波管変
換回路の通過特性及び反射特性を示すグラフである。 【符号の説明】 1:誘電体基板、2:マイクロストリップ線路、3:導
体層、4:アンテナ、5:逃げ部、6:金属ベース、
7:導波管開口、11:金属製カバー、12:導波管変
換空間、13:導波管仕切り、14a、14b、14
c:溝部、15a、15b:***部17:切り欠き、1
8:切り欠き、20:導体層、21:スルーホール

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 誘電体基板と、その一方の面に形成さ
    れ、一部に切り欠きを有する接地導体と、この接地導体
    を介して前記誘電体基板の一方の面に設けられ、前記切
    り欠きにつながる導波管開口を有する金属ベースと、前
    記誘電体基板の他方の面に形成され、前記切り欠きに対
    応する部分にアンテナを有するマイクロストリップ線路
    と、前記アンテナを収容する導波管変換空間を有し、前
    記誘電体基板を挟んで前記金属ベースと結合される金属
    カバーとからなり、前記金属カバーが前記マイクロスト
    リップ線路に近接する***部と、前記マイクロストリッ
    プ線路との間に空間を形成する溝部とを有することを特
    徴とするマイクロストリップ導波管変換回路。
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