JP3208607B2 - 導波管・平面線路変換器 - Google Patents

導波管・平面線路変換器

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JP3208607B2 JP26102592A JP26102592A JP3208607B2 JP 3208607 B2 JP3208607 B2 JP 3208607B2 JP 26102592 A JP26102592 A JP 26102592A JP 26102592 A JP26102592 A JP 26102592A JP 3208607 B2 JP3208607 B2 JP 3208607B2
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憲一 工藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、導波管と平面線路との
変換を行うための装置に関し、特に導波管とマイクロス
トリップラインやスロットラインとの変換を行うための
変換部の構成が簡単で特性のよい、導波管・平面線路変
換器に関するものである。
【0002】マイクロ波やミリ波の伝送には、一般に伝
送効率と遮蔽の点から導波管が用いられることが多い。
一方、これらの信号の発振や、増幅,周波数変換等を行
う場合には、平面回路が用いられることが多く、そのた
め、導波管と平面線路との変換を行う、導波管・平面線
路変換器が用いられている。
【0003】このような、導波管・平面線路変換器は、
構造上、整合が完全で、動作が安定であるとともに、変
換部の構成が簡単で製作が容易なものであることが要望
される。
【0004】
【従来の技術】図3は、従来の導波管・平面線路変換器
を例示したものであって、導波管とマイクロストリップ
ラインとの変換を行うものを例示している。(a)は全
体の構成を断面図によって示し、(b)は導波管窓部の
詳細構造、(c)は導波管・平面線路変換部の構成をそ
れぞれ示す。
【0005】この導波管・平面線路変換器は、外部接続
導波管との間で入出力するマイクロ波またはミリ波を、
封止用に設けられた気密構造の導波管窓を通じて、導波
管・平面線路変換用の基板を経て平面線路のモードに変
換して、平面回路からなる発振器や増幅器、または周波
数変換器等のマイクロ波またはミリ波の回路基板に接続
するものである。
【0006】図3(a)において、1は筐体であって、
各部を支持するとともに、これを貫通して内部導波管2
が設けられている。3は外部接続導波管であって、その
端部を筐体1に固定されて、内部導波管2と接続されて
いる。4は導波管窓部であって、セラミックやガラス等
の誘電体基板からなり、外部接続導波管3と内部導波管
2との境界部に設けられ、ハンダ付け部5で筐体1とハ
ンダ付けすることによって、内部を気密に保ちながら、
マイクロ波やミリ波を通過させる作用を行う。
【0007】6は導波管・平面線路変換基板であって、
内部導波管2内のマイクロ波やミリ波を、回路基板7に
接続する。導波管・平面線路変換基板6および回路基板
7は、筐体1に対し、その裏面をハンダ付けすることに
よって取り付けられる。8は導波管ショートブロックで
あって、筐体1に固定され、内部導波管2を短絡すると
ともに、その一部はカットオフ導波管9を構成し、この
位置に設けられた導波管・平面線路変換基板6のアンテ
ナ部と、内部導波管2の導波管基本モード(TE10 )と
を、効率よく結合する作用を行う。11は封止用蓋部で
あって、筐体1に対し、封止部12においてレーザ溶接
またはハンダ付けされて、内部を気密に保つ。
【0008】導波管窓部4は、図3(b)に示すよう
に、セラミックまたはガラス等の不通気性の誘電体板1
5の周囲に、金メッキ等からなる導体パタン16を設け
たものであり、この導体パタン16の部分を筐体1にハ
ンダ付けすることによって、ハンダ付け部5を構成し
て、筐体1の内部を気密に保つとともに、誘電体板の部
分でマイクロ波やミリ波を通過させる。
【0009】導波管・平面線路変換基板6は、図3
(c)に示すように、アンテナ部17と、アンテナ部1
7と回路基板7とを接続するマイクロストリップライン
18とを有している。アンテナ部17は、内部導波管2
の導波管基本モードと効率よく結合するために、導波管
ショートブロック8の短絡部10からλg /4(λg
管内波長)の位置に設けられている。
【0010】回路基板7は、マイクロ波またはミリ波等
の発振器,増幅器または周波数変換器等の回路を搭載す
るものであり、回路部品19を、基板上に直接取り付け
られている。回路基板7における回路部品19は、いわ
ゆるベアチップ部品からなる、FETやダイオード、お
よびその他のマイクロ波回路部品(MMIC)から構成
されており、防湿の目的上、気密状態に保つことが必要
であって、そのため、回路基板7を設ける筐体1の内部
は、導波管窓部4および封止用蓋部11によって、レー
ザ溶接やハンダ付けを用いて完全に封止されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来の導波管・平面線
路変換器は、外部接続導波管側を封止する導波管窓部
と、回路基板側を封止する封止用蓋部とによって、内部
の回路基板を気密状態に保つように構成されている。そ
のため、封止用の導波管窓部と、導波管・平面線路変換
基板および回路基板とを、筐体1の上下両面からハンダ
付け作業によって取り付ける必要があるが、この際、一
方の面に対する基板のハンダ付け作業時の熱によって、
他方の面に既にハンダ付けされた基板が再び分離する恐
れがあり、作業が困難であるという問題があった。
【0012】また、導波管窓部4においては、導波管中
に空気より誘電率の大きいセラミック等の基板(例えば
セラミックの場合誘電率εr ≒10)が挿入されるた
め、その部分で不整合が生じ、ミスマッチロスが発生す
る。これを防止するため、導波管窓部における誘電体か
らなる窓部の大きさが、導波管の開口より小さくなるよ
うに、すなわち導体パタン16の部分が導波管内にある
程度はみだすように設計することによって、不整合を抑
えるようにしているが、完全ではなく、ある程度のサセ
プタンスが生じることが避けられない。さらに導波管・
平面線路変換基板の部分で生じる不整合があり、そのた
め、導波管窓部の基板と、導波管・平面線路変換基板と
の距離によって、全体としてみたときの整合がとれた
り、とれなかったりするという不都合があった。
【0013】また導波管ショートブロック8は、ねじど
め等によって筐体1に対して固定されるが、この際の位
置ぎめの精度を保つことが困難である。そのため特にミ
リ波帯の場合、導波管ショートブロックの短絡部10ま
での長さの僅かな変化によって特性が大きく変化すると
いう問題がある。
【0014】本発明は、このような従来技術の問題点を
解決しようとするものであって導波管窓部と、導波管・
平面線路変換基板とを一体化して、1枚の基板から構成
するとともに、この基板の一方の面に導波管短絡部を設
けることによって、上述のような各種の問題を解消した
導波管・平面線路変換器を提供することを目的としてい
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】(1) 本発明の導波管・平
面線路変換器は、図1を参照して説明すると、一方の面
に、筐体23に設けられた内部導波管25の開口に適合
する接地パタン21と、この接地パタン21の内部に設
けられた導波管・平面線路変換用のアンテナパタン24
とを備え、他方の面に、接地パタン26とバイアホール
27によって接続された内部導波管25を短絡する導波
管ショートパタン26と、アンテナパタン24とバイア
ホール29を介して接続されたマイクロストリップライ
ン28とを備えた基板20からなり、この基板20は、
厚さλ d /4(λ d =誘電体内波長)とし、且つ接地パ
タン21の部分で内部導波管25の開口に接続した構成
を有するものである。
【0016】(2) また本発明の導波管・平面線路変換器
は、一方の面に、筐体23に設けられた内部導波管25
の開口に適合する接地パタン21と、接地パタン21の
内部に設けられた導波管・平面線路変換用のアンテナパ
タン24とを備え、他方の面に、接地パタン21とバイ
アホール27によって接続された内部導波管25を短絡
する導波管ショートパタン26と、アンテナパタン24
と電磁的に結合されたスロットライン31とを備えた基
板20からなり、この基板20を接地パタン21の部分
で内部導波管25の開口に接続して構成したものであ
る。
【0017】(3) (2) の場合に、アンテナパタン24と
スロットライン31とが、アンテナパタン24に設けら
れた延長部32の端部からλg /4(λg は導波管内波
長)の点と、スロットライン31に設けられた延長部3
3の端部からλg /4の点とで交わるように配置するこ
とによって、電磁的結合を実現する。
【0018】
【作用】1枚の誘電体基板の一方の面に、導波管・平面
線路変換部のパタンを設けて、その周囲の接地パタンに
よって、筐体に設けられた内部導波管の部分にハンダ付
け等によって取り付けるとともに、この誘電体基板の他
方の面に、導波管ショートブロックの作用を行う導波管
ショートパタンを設ける。この導波管ショートパタン
を、筐体に対して高周波的に接地するために、複数の気
密性を有するバイアホールを設けて、裏面の接地パタン
に接続する。
【0019】この際、導波管・平面線路変換部に設けら
れるアンテナ部と、裏面の導波管ショートパタンとの距
離がおよそλd /4(λd は誘電体内の波長)になるよ
うにする。すなわち誘電体基板の厚さが、約λd /4に
なるようにする。
【0020】従って本発明の導波管・平面線路変換器に
よれば、1枚の基板のみを用いて、導波管の気密封止と
導波管・平面線路の変換とを行うことができ、金属から
なる導波管ショートブロックを必要とすることなく、導
波管・平面線路変換器を実現することができるととも
に、従来技術のような、ハンダ付け作業の困難さを除去
し、機械的精度を確保することができるようになる。
【0021】
【実施例】図1は、本発明の一実施例を示したものであ
って、本発明による導波管・平面線路変換基板を示し、
(a)は平面図、(b)はそのA−A’断面図である。
20は基板であって、セラミックまたは石英ガラス等か
らなっている。21は接地パタンであって、基板20の
一方の面の外周に設けられていて、導波管の開口に適合
する形状を有し、ハンダ付け部22によって筐体23に
ハンダ付けされる。
【0022】24はアンテナパタンであって、基板20
の一方の面における接地パタン21の内部に設けられ、
筐体23に設けられた内部導波管25における、導波管
モードであるマイクロ波またはミリ波と結合する。
【0023】26は導波管ショートパタンであって、基
板20の他方の面に設けられ、内部導波管25を短絡す
る作用を行う。そのため、導波管ショートパタン26
は、多数のバイアホール27によって接地パタン21に
接続されている。28は基板20の他方の面に設けられ
たマイクロストリップラインであって、アンテナパタン
24とバイアホール29によって接続されている。な
お、本発明の場合、バイアホールはすべてその内部が充
実していて、基板20の上下面間を気密に保つことがで
きるものとする。
【0024】図1に示された導波管・平面線路変換基板
の接地パタン21を、筐体23に対して、接続すること
によって、内部導波管25における、導波管モードのマ
イクロ波またはミリ波を、アンテナパタン24を介し
て、平面線路のモードに変換して、マイクロストリップ
ライン28に結合することができる。
【0025】この場合、所要のモード変換が効率よく行
われるようにするためには、基板20の厚さtが t=λd /4 λd =λg /(εr 1/2 になるようにする必要がある。
【0026】図2は、本発明の他の実施例を示したもの
であって、本発明による導波管・平面線路変換基板を示
し、(a)は平面図、(b)はそのA−A’断面図であ
る。図1におけると同じものを同じ番号で示し、31は
スロットラインであって、基板20の他方の面に設けら
れている。32はアンテナパタン24の延長部、33は
スロットライン31の延長部である。
【0027】図2の実施例においては、基板の一方の面
に接地パタン21を設けるとともに、他方の面に設けら
れた導波管ショートパタン26の延長部にスロットライ
ン31が形成されている。接地パタン21と導波管ショ
ートパタン26とは、バイアホール27によって接続さ
れている。
【0028】接地パタン21の内部に設けられたアンテ
ナパタン24は延長部32を有し、スロットライン31
の延長部33と、基板20を挟んで交わるように配置さ
れているとともに、その際の、交点から先の長さsがλ
g /4になるように、それぞれのパタンを形成されてい
る。従って、アンテナパタン24とスロットライン31
とは、電圧最大となる波腹部で結合し、バイアホールが
なくても高周波的に結合される。
【0029】図2に示された導波管・平面線路変換基板
の接地パタン21を、筐体23に対して、ハンダ付け部
22によって接続することによって、内部導波管25に
おける、導波管モードのマイクロ波またはミリ波を、ア
ンテナパタン24を介して、平面線路のモードに変換し
て、スロットライン31に結合することができる。この
場合における基板20の厚さtの設定は、図1に示され
た実施例の場合と同様である。
【0030】このように本発明の導波管・平面線路変換
器では、両面にアンテナ部のパタンと、導波管ショート
パタンとを施された基板を、導波管にハンダ付け等によ
って接続することによって、導波管を封止するととも
に、導波管と平面線路との変換を効率よく行うことがで
きる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、導
波管窓部と導波管・平面線路変換器を1枚の基板によっ
て実現することができ、そのため、従来技術のように2
枚の基板を筐体の上下両面にハンダ付け等によって取り
付ける作業が不要になり、製作時の工数を逓減すること
ができる。
【0032】また導波管窓部を設けることによる、導波
管と平面線路との不整合を防止することができるととも
に、導波管ショートブロックが不要になるため、導波管
ショートブロックの寸法精度や取付け精度に基づく問題
を解消することができる。さらに導波管部と導波管ショ
ートブロックが不要になることによって、コストダウン
を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す図であって、(a)は
平面図、(b)はそのA−A’断面図を示す。
【図2】本発明の他の実施例を示す図であって、(a)
は平面図、(b)はそのA−A’断面図を示す。
【図3】従来の導波管・平面線路変換器を例示する図で
あって、(a)は全体の構成を断面図によって示し、
(b)は導波管窓部の詳細構造、(c)は導波管・平面
線路変換部の構成をそれぞれ示す。
【符号の説明】
20 基板 21 接地パタン 23 筐体 24 アンテナパタン 25 内部導波管 26 導波管ショートパタン 27 バイアホール 28 マイクロストリップライン 31 スロットライン 32 延長部 33 延長部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 寛 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 工藤 憲一 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 三浦 義宏 宮城県仙台市青葉区1番町1丁目2番25 号 富士通東北ディジタル・テクノロジ 株式会社内 (72)発明者 菅井 清和 宮城県仙台市青葉区1番町1丁目2番25 号 富士通東北ディジタル・テクノロジ 株式会社内 (72)発明者 生野 雅義 兵庫県神戸市兵庫区御所通1丁目2番28 号 富士通テン株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−241102(JP,A) 実開 昭61−143305(JP,U) 米国特許4716386(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01P 5/107 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一方の面に、筐体設けられた内部導波
    開口に適合する接地パタン、該接地パタン内部
    に設けられた導波管・平面線路変換用のアンテナパタン
    を備え、 他方の面に、前記接地パタンバイアホールよって接
    続された前記内部導波管短絡する導波管ショートパタ
    、前記アンテナパタンと前記バイアホール介して
    接続されたマイクロストリップラインを備えた基板か
    らなり、 該基板は、厚さλ d /4(λ d =誘電体内波長)とし、
    且つ前記接地パタン部分で前記内部導波管開口に接
    した構成を有することを特徴とする導波管・平面線路
    変換器。
  2. 【請求項2】 一方の面に、筐体設けられた内部導波
    開口に適合する接地パタン、該接地パタン内部
    に設けられた導波管・平面線路変換用のアンテナパタン
    を備え、 他方の面に、前記接地パタンバイアホールよって接
    続された前記内部導波管短絡する導波管ショートパタ
    、前記アンテナパタン電磁的に結合されたスロッ
    トラインを備えた基板からなり、 該基板は、厚さλ d /4(λ d =誘電体内波長)とし、
    且つ前記接地パタン部分で前記内部導波管開口に接
    続した構成を有することを特徴とする導波管・平面線路
    変換器。
  3. 【請求項3】 前記アンテナパタンと前記スロットライ
    が、アンテナパタン設けられた延長部の端部から
    λg /4の点とで交わるように配置されていることを特
    徴とする請求項2に記載の導波管・平面線路変換器。
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