JP2003078310A - 高周波用線路変換器、部品、モジュールおよび通信装置 - Google Patents

高周波用線路変換器、部品、モジュールおよび通信装置

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和也 佐柳
Ikuo Takakuwa
郁夫 高桑
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘電体基板上に形成された伝送線路と導波管
との信号変換を低損失で行う。 【解決手段】 厚みが信号波長λの１／４である誘電体
基板１の一方の面に、接地電極３および、端部をワイヤ
８を介して高周波素子７に接続したストリップ線路２を
形成し、導波管９に対向する他方の面に、接地電極４を
形成し、ストリップ線路２の開放端付近に対向する位置
に所定の長さと幅で第１の電極開口部５ａを、また、開
口部の幅の中心線が導波管９の導体壁から外方にλ／４
の距離となる位置に、第２の電極開口部５ｂを、それぞ
れ形成し、この第２の電極開口部５ｂの内周上および外
周上に、接地電極３−４間をλ／４の長さで導通させる
ビアホール６を形成し、誘電体基板１と導波管９とを、
第１の開口部５ａの中心位置が、導波管９の中心位置と
一致するように近接させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、マイクロ波帯お
よびミリ波帯で用いられる伝送線路の線路変換器、それ
を備えた高周波部品、モジュール、および通信装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】伝送線路を形成した基板と導波管とを結
合させた線路変換器を備える高周波パッケージが、特開
平１１−１１２２０９に開示されている。
【０００３】この線路変換器は、誘電体基板の一方の面
に、終端を持つマイクロストリップ線路からなる伝送線
路を形成しており、該マイクロストリップ線路の他方の
端は、高周波用素子に接続している。前記誘電体基板の
他方の面には、接地電極（グランド層）を形成し、前記
終端に対向する位置に開口部を形成しており、該開口部
を含む表面に整合用誘電体を設け、前記開口部が導波管
の中心となるように、前記導波管を前記接地電極の形成
されている表面に電気的に接続して、伝送線路と導波管
とを接続するようにしている。
【０００４】また、前記接地電極を備える面に、前記整
合用誘電体を備える第２の誘電体基板を積層し、該第２
の誘電体基板の表面に、導体部を設け、該導体部に前記
接地電極に接続するビアホールまたは、貫通孔を形成
し、前記導波管と前記接地電極とを接続して、伝送線路
と導波管とを接続するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の高周波用線路変換器には、次に示す解決すべき課
題があった。
【０００６】従来の線路変換器においては、伝送線路の
接地電極と導波管導体部とを確実に、導電接続しなけれ
ばならず、不十分であると接続損失を生じる。また、前
記接続部をろう材などで接続する場合、ろう材のはみ出
し、不足等により、電気的特性が変化してしまい、安定
して接続することが難しくなるとともに、接続工程の管
理が難しくなり、実質的に工程数が増加し、コストアッ
プとなる。また、熱衝撃等の温度的変化が接続部に生じ
た場合、接続部にクラックが発生し、電気的特性が大き
く変化してしまう。また、前記接続部をネジ止めした場
合には、ネジの止め付け精度により、電気的特性に大き
な影響を与えてしまい、隙間や、ネジによる接触抵抗に
より電気的特性が劣化する場合がある。
【０００７】この発明の目的は、接続部を安定して構成
でき、低損失で、優れた変換特性を有する伝送線路と導
波管との間の線路変換器とこれを備える高周波部品、モ
ジュールおよび通信装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は、誘電体基板
の伝送線路形成面の反対面である導波管対向面における
導波管の開口部に対向する位置およびその周囲に接地電
極を形成し、導波管の開口部の導体壁から信号波長の略
１／４外方の位置を中心として所定の幅で電極開口部を
形成し、導波管対向面の接地電極と伝送線路形成面に形
成した接地電極または誘電体基板の所定層に形成した接
地電極との間を、信号波長の略１／４の長さで導通させ
るビアホールを、電極開口部の内周上および外周上に列
を成して形成する。
【０００９】また、この発明は、前記伝送線路を備える
誘電体基板と前記導波管との接続に、絶縁性接着剤を用
いる。
【００１０】また、この発明は、前記線路変換器を用い
て高周波用部品を構成する。
【００１１】また、この発明は、前記高周波用部品を用
いて高周波用モジュールを構成する。
【００１２】また、この発明は、前記高周波用モジュー
ルを用いて通信装置を構成する。
【００１３】
【発明の実施の形態】第１の実施形態に係る線路変換器
付き高周波部品の構成を、図１、図２を参照して説明す
る。図１の（Ａ）は線路変換器付き高周波部品の誘電体
基板の平面図、（Ｂ）および（Ｄ）は側面断面図、
（Ｃ）は底面図である。また、図２は誘電体基板に導波
管を接続した状態での側面断面図である。
【００１４】図１の（Ａ）〜（Ｄ）において、１は誘電
体基板であり、誘電体基板１の図１の（Ａ）に示す面に
は、接地電極３および、一方の端を開放端とし、他方の
端を高周波素子７に対してワイヤ８を介して接続したス
トリップ線路２が形成されている。ストリップ線路２の
周囲には、ストリップ線路２を接地電極３から分離する
ように開口部が設けられている。また、図１の（Ｃ）に
示す面には、接地電極４が形成されており、ストリップ
線路２の開放端に対向する位置に第１の電極開口部５ａ
が所定の長さと幅で形成されており、第１の電極開口部
５ａから外方に所定の距離だけ離間して、第２の電極開
口部５ｂが所定の幅で形成されている。第２の電極開口
部５ｂの周辺には、接地電極３と接地電極４とを導通す
る複数のビアホール６がストリップ線路２に対向する位
置を除き、配列形成されている。
【００１５】また、図２に示すように、誘電体基板１と
導波管９とは、誘電体基板１の第１の電極開口部５ａの
中心位置が、導波管９の中心位置と一致するように近接
配置されている。このとき、第２の電極開口部５ｂの幅
の中心線が、導波管９の導体壁から外方に、信号波長λ
の略１／４の距離だけ離れた位置となるように第２の電
極開口部５ｂが予め形成されており、誘電体基板１の厚
みも、信号波長λの略１／４に形成されている。また、
ストリップ線路２を有する面には、ストリップ線路２、
接地電極３、高周波素子７、ワイヤ８が蓋体１０で覆わ
れており、高周波部品１１として構成されている。なお
高周波素子７は、ストリップ線路２以外の伝送線路を介
して、外部回路に接続されている。
【００１６】この状態で、図２における点ａ−点ｂ間、
点ｂ−点ｃ間の距離がそれぞれλ／４、点ａ−点ｃ間の
距離がλ／２となり、ａ点、およびｂ点が開放で、ｃ点
が短絡であるために、導波管９と誘電体基板１の接地電
極４との間にできた空間と、複数のビアホール６に囲ま
れた誘電体基板１の内部の空間とによって、チョーク回
路を構成する。このチョーク回路により、ａ点が等価的
に接地電位となり、接合抵抗がなくなる。
【００１７】前記ストリップ線路２は、接地電極４およ
び誘電体基板１とともにマイクロストリップラインとし
て作用する。また、第１の電極開口部５ａは、導波管９
とストリップ線路２との間に配置されたスリット（スロ
ット）として作用し、所定の伝送モードのみで、ストリ
ップ線路の伝送モードと導波管の伝送モードとが結合す
る。すなわち、マイクロストリップラインの磁界成分が
第１の電極開口部５ａを通って、導波管のＴＥ１０モー
ドと結合し、線路変換が行われる。
【００１８】このようにして、マイクロストリップライ
ンと導波管９との間で低損失で信号が変換される。
【００１９】次に、第２の実施形態に係る線路変換器付
き高周波部品の構成を、図３、図４を参照して説明す
る。図３の（Ａ）は線路変換器付き高周波部品の誘電体
基板の平面図、（Ｂ）および（Ｄ）は側面断面図、
（Ｃ）は底面図である。また、図４は誘電体基板に導波
管を接続した状態での側面断面図である。
【００２０】図３の（Ａ）〜（Ｄ）において、１ａは第
１の誘電体基板であり、第１の誘電体基板１ａの図３の
（Ａ）に示す面には、一方の端を開放端とし、他方の端
を高周波素子７に対してワイヤ８を介して接続したスト
リップ線路２、および高周波素子７に対応する接地電極
３がそれぞれ形成されている。一方、第１の誘電体基板
１ａのストリップ線路２が形成されている面に対向する
面には、接地電極４ａが形成されており、ストリップ線
路２の開放端に対向する位置に第１の電極開口部５ａが
形成されている。また、接地電極４ａを有する面に、伝
送信号波長λの略１／４の厚さの第２の誘電体基板１ｂ
を積層し、その表面（図３の（Ｃ）に示す面）には、接
地電極４ｂ、第１の電極開口部５ａに対向する位置に第
２の電極開口部５ｃ、第２の電極開口部５ｃから外方に
所定の距離だけ離間して、第３の電極開口部５ｂがそれ
ぞれ形成されている。また、第２の電極開口部５ｃ、お
よび第３の開口部５ｂの周辺には、接地電極４ａと接地
電極４ｂとを導通する複数のビアホール６が配列形成さ
れている。
【００２１】また、図４に示すように、第２の誘電体基
板１ｂと導波管９とは、第２の誘電体基板１ｂの第２の
電極開口部５ｃの中心位置が、導波管９の中心位置と一
致するように近接させる。このとき、第３の電極開口部
５ｂの幅の中心線が、導波管９の導体壁から外方に、信
号波長λの略１／４の距離だけ離れた位置となるように
第３の電極開口部５ｂが予め形成されており、第２の誘
電体基板１ｂの厚みも、信号波長λの略１／４に形成さ
れている。また、第１の誘電体基板１ａのストリップ線
路２を有する面には、ストリップ線路２、接地電極３、
高周波素子７、ワイヤ８が蓋体１０で覆われており、高
周波部品１１として構成されている。なお高周波素子７
は、ストリップ線路２以外の伝送線路を介して、外部回
路に接続されている。
【００２２】この状態で、図４における点ａ−点ｂ間、
点ｂ−点ｃ間の距離がそれぞれλ／４、点ａ−点ｃ間の
距離がλ／２となり、ａ点、およびｂ点が開放で、ｃ点
が短絡であるために、導波管９と誘電体基板１の接地電
極４との間にできた空間と、複数のビアホール６に囲ま
れた誘電体基板１の内部の空間とによって、チョーク回
路を構成する。このチョーク回路により、ａ点が等価的
に接地電位となり、接合抵抗がなくなる。
【００２３】前記ストリップ線路２は、接地電極４ａお
よび第１の誘電体基板１ａとともにマイクロストリップ
ラインとして作用する。また、第１の電極開口部５ａ
は、導波管９とストリップ線路２との間に配置されたス
リット（スロット）として作用し、所定の伝送モードの
みで、ストリップ線路の伝送モードと導波管の伝送モー
ドとが結合する。すなわち、マイクロストリップライン
の磁界成分が第１の電極開口部５ａを通って、導波管の
ＴＥ１０モードと結合し、低スプリアスで線路変換が行
われる。
【００２４】また、第２の誘電体基板１ｂにおける、第
２の開口部５ｃの周囲に形成された複数のビアホール６
によって囲まれた誘電体領域は、前記スリット（スロッ
ト）としての第１の電極開口部５ａのインピーダンス
と、導波管９のインピーダンスとを整合する機能を有
し、第２の誘電体基板１ｂの厚みが信号波長λの１／４
であることにより、整合層として作用する。この整合層
を有することにより、さらに低損失の線路変換が行え
る。
【００２５】また、このように、整合層とチョーク回路
との機能を同一の誘電体基板１ｂに備えることにより、
部品構成を簡素化でき、高周波線路変換器全体として小
型化でき、製造コストの削減ができる。
【００２６】また、一般に伝送線路を形成した誘電体基
板の厚みは、伝送信号波長λの長さに比較して薄いが、
整合層を、伝送線路が形成された層とは別に、厚みλ／
４で設けることにより、伝送線路が形成された誘電体基
板の厚みを伝送信号波長λの１／４の厚みにする必要が
無くなる。よって、伝送線路が形成された誘電体基板の
厚みを任意に設定でき、設計の自由度が増す。
【００２７】次に、第３の実施形態に係る線路変換器付
き高周波部品の構成を、図５を参照して説明する。図５
は、誘電体基板に導波管を接続した状態での側面断面図
である。図５に示す線路変換器付き高周波部品は、第２
の実施形態に示す高周波部品において、誘電体基板１ｂ
と導波管９との接続部に、絶縁性接着剤１２を用いたも
ので、他の構成については、第２の実施形態に示すもの
と同じである。絶縁性接着剤１２を用いることにより、
誘電体基板１ｂと導波管９との物理的接続強度が増し、
安定した接続が得られる。また、従来の技術に用いられ
た、ろう材（例えば、ＡｕＳｎ）等の導電性接着剤と比
較して、絶縁性接着剤は安価であり、実装コストを削減
でき、線路変換器付き高周波部品を安価に構成できる。
【００２８】次に、第４の実施形態に係る線路変換器付
き高周波部品の構成を、図６を参照して説明する。図６
は、誘電体基板に導波管を接続した状態での側面断面図
である。図６に示す線路変換器付き高周波部品は、第２
の実施形態に示す高周波部品において、誘電体基板１ｂ
と導波管９との接続部を、結合用ネジ１３および、ナッ
ト１４を用いて接続したもので、他の構成については、
第２の実施形態に示すものと同じである。結合用ネジ１
３および、ナット１４を用いることにより、誘電体基板
１ｂと導波管９との物理的接続強度が増し、安定した接
続が得られる。また、誘電体基板１ｂと導波管９との間
隔は、チョーク回路の一部として機能しているが、前記
間隔の多少のズレは、チョーク回路の機能に影響しない
ため、誘電体基板１ｂと導波管９とを容易に接続でき、
安定した変換特性を有する、信頼性の高い線路変換器付
き高周波部品が構成できる。
【００２９】次に、第５の実施形態に係る線路変換器付
き高周波部品の構成を、図７を参照して説明する。図７
は、誘電体基板と導波管を接続した状態での側面断面図
である。図７に示す線路変換器付き高周波部品は、第２
の実施形態に示す高周波部品において、誘電体基板１ｂ
に形成された第２の電極開口部５ｃの中央に導体１５を
所定の長さと幅で形成したものであり、他の構成につい
ては、第２の実施形態に示すものと同じである。このよ
うな構造とすることにより、多段の共振回路として作用
し、第１の誘電体基板１ａ、ストリップ線路２、接地電
極４ａからなるマイクロストリップラインと導波管９と
の整合がより広い周波数帯域において可能となり、広い
周波数帯域で整合可能な線路変換器付き高周波部品が容
易に構成できる。
【００３０】次に、第６の実施形態に係る線路変換器付
き高周波部品の構成を、図８を参照して説明する。図８
の（Ａ）は線路変換器付き高周波部品の誘電体基板の平
面図、（Ｂ）および（Ｄ）は側面断面図、（Ｃ）は底面
図である。また、図２は誘電体基板と導波管を接続した
状態での側面断面図である。
【００３１】図８の（Ａ）〜（Ｄ）において、１は誘電
体基板であり、誘電体基板１の図８の（Ａ）に示す面に
は、接地電極３および、短絡端をもつスロット１６が、
形成されている。スロット１６は、他方の端部におい
て、線路変換器を介して、外部回路、および素子に接続
されている。また、図８の（Ｃ）に示す面には、接地電
極４が形成されており、スロット１６の短絡端から所定
の長さだけ離れた位置に対向して第１の電極開口部５ａ
が所定の長さと幅で形成されており、その中央には、所
定の長さと幅で導体１５が形成されている。また、第１
の電極開口部５ａから外方に所定の距離だけ離間して、
第２の電極開口部５ｂが所定の幅で形成されている。第
２の電極開口部５ｂの周辺には、接地電極３と接地電極
４とを導通する複数のビアホール６がスロット１６に対
向する位置を除き、配列形成されている。
【００３２】この状態で、先に示した各実施形態の場合
と同様に、図８の（Ｃ）に示す面に導波管を近接させ
る。前記スロット１６は、接地電極４および誘電体基板
１とともにスロットライン（グラウンデッドスロットラ
イン）として作用する。また、導体１５は、導波管９と
スロットラインとにそれぞれ結合し、所定の伝送モード
のみで、スロットラインの伝送モードと導波管の伝送モ
ードとが結合する。すなわち、スロットラインの磁界成
分と導波管のＴＥ１０モードの磁界線分が共に導体１５
に結合し、線路変換が行われる。
【００３３】また、このとき、第１の実施形態に示した
ように、第２の開口部５ｂおよびビアホール６に囲まれ
た誘電体領域からなるチョーク回路の機能が働き、接続
抵抗が抑えられ、導波管からスロットラインに低損失で
信号が変換される。
【００３４】次に、第７の実施形態に係る線路変換器付
き高周波部品の構成を、図９を参照して説明する。図９
の（Ａ）は線路変換器付き高周波部品の誘電体基板の平
面図、（Ｂ）および（Ｄ）は側面断面図、（Ｃ）は底面
図である。
【００３５】図９における線路変換器付き高周波部品
は、第１の実施形態に係る高周波部品の第１の電極開口
部５ａの中央に導体１５を所定の長さと幅で形成し、ビ
アホール６で対向面に形成されているストリップ線路２
と導体１５とを導通させたものである。このように、接
続面に形成されている導体１５とストリップ線路２とを
導通させても、伝送信号は整合され、接続抵抗がなく、
導波管からストリップ線路２に無損失で信号を変換でき
る。
【００３６】なお、前述の各実施形態に示した線路変換
器の高周波部品において、基板の材質としては、アルミ
ナ焼成基板、ガラスセラミック基板および、樹脂基板な
どが用いられ、伝送線路の形態としては、前述の各実施
形態にそれぞれ示した線路形態の他に、コプレーナライ
ンを用いても、同様に導波管と誘電体基板上に形成され
た線路との間で低損失で信号が変換できる。
【００３７】次に、第８の実施形態に係る高周波モジュ
ールの構成について、図１０を参照して説明する。図１
０は、第８の実施形態に係る高周波モジュールの構成を
示すブロック図である。図１０において、ＡＮＴは送受
信アンテナ、Ｃｉｒ．はサーキュレータ、ＢＰＦａ、Ｂ
ＰＦｂはそれぞれ帯域通過フィルタ、ＡＭＰａ、ＡＭＰ
ｂはそれぞれ増幅回路、ＭＩＸａ、ＭＩＸｂはそれぞれ
ミキサ、ＯＳＣはオシレータ、ＳＹＮはシンセサイザ、
ＩＦは中間周波信号である。
【００３８】ＭＩＸａは変調信号と、ＳＹＮから出力さ
れた信号とを混合し、ＢＰＦａはＭＩＸａからの混合出
力信号のうち送信周波数帯域のみを通過させ、ＡＭＰａ
はこれを電力増幅してＣｉｒ．を介しＡＮＴより送信す
る。ＡＭＰｂはＣｉｒ．から取り出した受信信号を増幅
する。ＢＰＦｂはＡＭＰｂから出力される受信信号のう
ち受信周波数帯域のみを通過させる。ＭＩＸｂは、ＳＹ
Ｎから出力された周波数信号と受信信号とをミキシング
して中間周波信号ＩＦを出力する。
【００３９】図１０に示した増幅回路ＡＭＰａ，ＡＭＰ
ｂ部分には、前記図１〜図９に示した構造の高周波部品
を用いることができる。この高周波部品を使用すること
により、低損失で通信性能に優れた高周波モジュールを
構成する。
【００４０】次に、第９の実施形態に係る通信装置の構
成について、図１１を参照して説明する。図１１は、第
９の実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図で
ある。この通信装置は、図１０に示した高周波モジュー
ルと信号処理回路とから構成している。図１１に示す信
号処理回路は、符号化・復号化回路、同期制御回路、変
調器、復調器、およびＣＰＵなどから成り、この信号処
理回路に送受信信号を入出力する回路を更に設けて、通
信装置を構成する。
【００４１】このように、高周波モジュールを使用する
ことにより、低損失で通信性能に優れた通信装置を構成
する。
【００４２】
【発明の効果】この発明によれば、誘電体基板の伝送線
路形成面の反対面である導波管対向面における導波管の
開口部に対向する位置およびその周囲に接地電極を形成
し、導波管の開口部の導体壁から信号波長の略１／４外
方の位置を中心として所定の幅で電極開口部を形成し、
誘電体基板と導波管とを、開口部の中心位置が、導波管
の中心位置と一致するように近接させることにより、非
接触で、安定した伝送特性を持つ、低損失の線路変換器
を容易に構成することができる。
【００４３】また、この発明によれば、前記伝送線路を
備える誘電体基板と導波管とを絶縁接着剤を用いて接続
することにより、ろう材を使用する場合と比較して、安
価に構成することができる。
【００４４】また、この発明によれば、前記線路変換器
を備えることにより、低損失で、優れた変換特性を有す
る高周波用部品を構成できる。
【００４５】また、この発明によれば、前記高周波部品
を用いることにより、変換による損失が低減され、優れ
た電気特性を有する高周波用モジュールを構成できる。
【００４６】また、この発明によれば、前記高周波用モ
ジュールを用いることにより、変換による損失が低減さ
れ、優れた通信特性を有する通信装置を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る線路変換器付き高周波部
品の誘電体基板の平面図、底面図および側面断面図
【図２】第１の実施形態に係る線路変換器付き高周波部
品の側面断面図
【図３】第２の実施形態に係る線路変換器付き高周波部
品の誘電体基板の平面図、底面図および側面断面図
【図４】第２の実施形態に係る線路変換器付き高周波部
品の側面断面図
【図５】第３の実施形態に係る線路変換器付き高周波部
品の側面断面図
【図６】第４の実施形態に係る線路変換器付き高周波部
品の側面断面図
【図７】第５の実施形態に係る線路変換器付き高周波部
品の誘電体基板の平面図、底面図、および側面断面図
【図８】第６の実施形態に係る線路変換器付き高周波部
品の誘電体基板の平面図、底面図、および側面断面図
【図９】第７の実施形態に係る線路変換器付き高周波部
品の誘電体基板の平面図、底面図、および側面断面図
【図１０】第８の実施形態に係る高周波用モジュールの
ブロック図
【図１１】第９の実施形態に係る通信装置のブロック図
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ−誘電体基板 ２−ストリップ線路 ３，４，４ａ，４ｂ−接地電極 ５ａ，５ｂ，５ｃ−開口部 ６−ビアホール ７−高周波素子 ８−ワイヤ ９−導波管 １０−筐体 １１−高周波部品 １２−絶縁性接着剤 １３−結合用ネジ １４−ナット １５−導体 １６−スロット λ−伝送信号波長

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 伝送線路を形成した基板と導波管とを結
    合させた線路変換器において、 前記基板の前記伝送線路形成面の反対面である導波管対
    向面における前記導波管の開口部に対向する位置および
    その周囲に接地電極を形成し、前記導波管の開口部の導
    体壁から信号波長の略１／４外方の位置を中心として所
    定の幅で電極開口部を形成し、前記導波管対向面の接地
    電極と前記伝送線路形成面に形成した接地電極または前
    記基板の所定層に形成した接地電極との間を、前記信号
    波長の略１／４の長さで導通させるビアホールを、前記
    電極開口部の内周上および外周上に列を成して形成した
    高周波用線路変換器。
  2. 【請求項２】 前記誘電体基板と前記導波管との接続
    に、絶縁性接着剤を用いた請求項１に記載の高周波用線
    路変換器。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の線路変換器を
    備えた高周波部品。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の高周波部品を備えた高
    周波モジュール。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の高周波モジュールを備
    えた通信装置。
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