JP3735510B2 - 伝送線路接続構造、高周波モジュールおよび通信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波帯やミリ波帯等の高周波帯域における伝送線路同士の接続構造、その伝送線路接続構造を備えた高周波モジュールおよびそれを用いた通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディスクリート部品で高周波モジュールを構成する場合に、通常各部品間において伝送線路の接続を行う必要があるが、従来、マイクロストリップライン同士の接続やスロットライン同士の接続は、ワイヤボンディングやリボンボンディング等によって行われていた。
【０００３】
図１１は従来のマイクロストリップライン同士の接続構造を示している。（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は上面図である。ここで誘電体基板１ａ，１ｂの上面に、導電体パターンによるストリップ５ａ，５ｂを形成し、下面に接地電極を形成することによってマイクロストリップラインを構成している。この２つのマイクロストリップラインを構成する誘電体基板の端面同士を対向させて、ストリップ５ａ，５ｂ同士をワイヤ１５でボンディングすることにより、マイクロストリップライン同士を接続している。
【０００４】
また図１２はスロットライン同士の接続構造を示している。（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は上面図であり、誘電体基板１ａ，１ｂの上面にスロット３ａ，３ｂを有する電極２ａ，２ｂを形成することによってスロットラインを構成している。このスロットラインを構成した２つの誘電体基板１ａ，１ｂの端面同士を対向させて、電極間をワイヤ１２で接続している。
【０００５】
図１３は図１２に示した伝送線路接続構造において、ワイヤの接続位置を２通りに変えたときの反射損失の特性について示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このようにワイヤボンディングやリボンボンディングによって伝送線路同士を接続するようにした構造では、ワイヤやリボンの接続により生じる寄生成分の影響を大きく受ける。たとえば伝送線路のインピーダンスが接続部で不整合となったり、伝送モードの電磁界分布を乱す。その結果、接続部の電気的特性が悪くなり、図１３に示したように反射損失が大きくなってしまう。特にミリ波帯等の高周波帯域では、伝送線路の接続部での特性劣化が顕著となり、モジュールや、それを用いた通信装置全体の性能を劣化させる要因となっていた。
【０００７】
また、ワイヤボンディングやリボンボンディングによって伝送線路を接続する構造は、環境変化等により接続部にストレスがかかり、ワイヤやリボンの断線および接続特性が変化して、信頼性を低下させる要因となり得る。
【０００８】
さらに、ワイヤボンディングやリボンボンディングによる接続構造では、伝送線路同士の接続状態が固定されるため、一度接続すると、その伝送線路を備えた部品を切り離すことはできず、部品単位での調整や交換ができないという問題があった。
【０００９】
この発明の目的は、伝送線路間の接続部における特性の劣化を防止し、また環境変化等によるボンディング部分の信頼性の低下や接続特性の変化等の問題を解消し、さらに伝送線路同士の接続状態と切離し状態とを反復できるようにした伝送線路接続構造、その伝送線路接続構造を備えた高周波モジュールおよびそれを用いた通信装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記伝送線路としては、誘電体基板にスロットパターンを有する電極を形成した、たとえばスロットライン、フィンライン、または誘電体基板の両面にスロットパターンを対向させて配置した平面誘電体線路（以下ＰＤＴＬと言う。）等とする。
そしてこの発明は、スロット共振器パターンと該スロット共振器パターンから連続するスロットラインパターンとを有する電極を、前記スロット共振器パターンが誘電体基板の端部に位置するように２つの誘電体基板にそれぞれ形成してなる２つの構造体を備え、前記スロット共振器パターンを前記スロットラインパターンに対し幅広に形成するとともに、前記スロット共振器パターン同士が近接するように前記２つの構造体の前記誘電体基板の端面同士を対向配置して、前記スロット共振器パターンによる共振器同士を電磁結合させる。
またこの発明は、ＰＤＴＬ共振器パターンと該ＰＤＴＬ共振器パターンから連続するＰＤＴＬ線路パターンとを有する電極を、前記ＰＤＴＬ共振器パターンが誘電体基板の端部に位置するように２つの誘電体基板にそれぞれ形成してなる２つの構造体を備え、前記ＰＤＴＬ共振器パターンを前記ＰＤＴＬ線路パターンに対し幅広に形成するとともに、前記ＰＤＴＬ共振器パターン同士が近接するように前記２つの構造体の前記誘電体基板の端面同士を対向配置して、前記ＰＤＴＬ共振器パターンによる共振器同士を電磁結合させる。
【００１２】
また、上記伝送線路としては、誘電体基板にストリップ状の電極を形成した、たとえばストリップライン、マイクロストリップライン、コプレーナガイドまたはサスペンデッドライン等とする。
【００１３】
さらに、上記伝送線路としては、２つの略平行な導電体平面の間に誘電体ストリップを配置した誘電体線路とする。
そして、この発明は、略円柱状の誘電体共振器と該誘電体共振器から連続する誘電体ストリップとを、前記誘電体共振器が上下の導体板の端部に位置するように２組の上下の導体板の間にそれぞれ配置してなる２つの構造体を備え、前記誘電体共振器を前記誘電体ストリップに対し幅広に形成するとともに、前記誘電体共振器同士が近接するように前記２つの構造体の前記上下の導体板の端面同士を対向配置して、前記誘電体共振器による共振器同士を電磁結合させる。
【００１４】
さらに、接続すべき２つの伝送線路は上記のいずれの構造であってもよいが、異種の伝送線路を接続するようにしてもよい。たとえばスロットラインとマイクロストリップラインを接続するようにしてもよい。
そして、この発明は、スロット共振器パターンと該スロット共振器パターンから連続するスロットラインパターンとを有する電極を、前記スロット共振器パターンが第１の誘電体基板の端部に位置するように該第１の前記誘電体基板に形成してなる第１の構造体と、マイクロストリップ共振器パターンと該マイクロストリップ共振器パターンから連続するマイクロストリップラインパターンとを有する電極を、前記マイクロストリップ共振器パターンが第２の誘電体基板の端部に位置するように該第２の誘電体基板に形成してなる第２の構造体と、前記スロット共振器パターンと前記マイクロストリップ共振器パターンとが近接するように、前記第１の構造体の第１の誘電体基板の端面と前記第２の構造体の第２の誘電体基板の端面とを対向配置して、前記スロット共振器パターンによる共振器と前記マイクロストリップ共振器パターンによる共振器とを電磁結合させる。
また、この発明は、ＰＤＴＬ共振器パターンと該ＰＤＴＬ共振器パターンから連続するＰＤＴＬ線路パターンとを有する電極を、前記ＰＤＴＬ共振器パターンが第１の誘電体基板の端部に位置するように該第１の誘電体基板に形成してなる第１の構造体と、マイクロストリップ共振器パターンと該マイクロストリップ共振器パターンから連続するマイクロストリップラインパターンとを有する電極を、前記マイクロストリップ共振器パターンが第２の誘電体基板の端部に位置するように該第２の誘電体基板に形成してなる第２の構造体と、前記ＰＤＴＬ共振器パターンと前記マイクロストリップ共振器パターンとが近接するように、前記第１の構造体の第１の誘電体基板の端面と、前記第２の構造体の第２の誘電体基板の端面とを対向配置して、前記ＰＤＴＬ共振器パターンによる共振器と前記マイクロストリップ共振器パターンによる共振器とを電磁結合させる。
【００１５】
また、この発明は上記の伝送線路接続構造を、構成要素の部品間で伝送線路を接続する部分に適用して、高周波モジュールを構成する。
【００１６】
さらに、この発明は、上記高周波モジュールを用いて、たとえば移動体通信機やミリ波レーダ装置等の通信装置を構成する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に係る伝送線路接続構造を図１を参照して説明する。
図１の（Ａ）は主要部の斜視図、（Ｂ）はその上面図である。ここで１ａ，１ｂはそれぞれ誘電体基板であり、それぞれの上面にスロットパターン３ａ，３ｂを有する電極２ａ，２ｂを形成している。このスロットパターン３ａ，３ｂを有する電極２ａ，２ｂと誘電体基板１ａ，１ｂとによってそれぞれスロットラインを構成している。
【００１８】
誘電体基板１ａ，１ｂのそれぞれが対向する端部で且つスロットラインの端部にスロットを円形に広げた領域を形成して、そこをＨＥ１１０モードの共振器４ａ，４ｂとして構成している。この２つの共振器４ａ，４ｂが近接することによって、両者は直接電磁結合する。スロット線路とその端部の共振器とは直接結合するので、結局２つのスロットラインは共振器同士の結合を介して接続されることになる。この時、誘電体基板１ａと１ｂの端面同士は当接していても良いし、ある間隙を保って離間していてもよい。いずれの場合でも、この２つの伝送線路の接続時には、誘電体基板の端面同士を所定の相対位置関係に配置すればよく、切り離すには、両者を単に引き離すだけでよい。
【００１９】
図２は第２の実施形態に係る伝送線路接続構造を示す斜視図および上面図である。図１に示したものと異なり、共振器パターン４ａ，４ｂを全体に矩形のパターンとして、図１に示した円形のパターンとは異なった共振モードで共振させるようにしている。共振器パターン４ａ，４ｂとスロットパターン３ａ，３ｂとの境界部分は、スロット幅が段階的に広がるようにして、共振器と線路との結合量の最適化を図っている。このように矩形の共振器パターンとすることによって、共振器同士の対向面積を増して結合度をより高めることができる。
【００２０】
図３は、図２に示した伝送線路接続構造において、図２の（Ｂ）に示した各部の寸法を次のように定めた時の接続部の周波数特性を示している。
【００２１】
Ｗｒ＝１．５ｍｍ
Ｌｒ＝０．７５ｍｍ
Ｗｑ＝０．５ｍｍ
Ｌｑ＝０．４ｍｍ
ｇａｐ＝０．１ｍｍ
ここで、設計周波数は２８．２ＧＨｚであり、２つの共振器の共振周波数を２８．２ＧＨｚとなるように定めている。この実施形態によれば、反射損失ＲＬが−２０ｄＢより小さくなる帯域が２６ＧＨｚ〜３０．７ＧＨｚとなり、その帯域幅は（３０．７−２６）／２８．２＝０．１６６となり、比帯域幅が約１７％の広帯域にわたって低損失特性が得られる。
【００２２】
このように、伝送線路の構造体の端部に共振器を配置し、２つの伝送線路を接続する際に、共振器同士が近接して直接結合するようにしたため、共振器同士が強く結合して、広帯域にわたって低挿入損失特性が得られる。
【００２３】
なお、図１および図２に示した例では、誘電体基板の図における上面にのみ電極２ａ，２ｂを形成してスロットラインおよび共振器を構成したが、誘電体基板の下面にも、上面のスロットパターンおよび共振器パターンと同様のパターンを対向配置して、伝送線路部分をＰＤＴＬにした場合にも同様に適用できる。
【００２４】
また、誘電体基板の下面のほぼ全面に接地電極を形成して、グラウンデッドスロット線路を構成してもよい。
【００２５】
また、スロットパターンの電極を形成した基板を導波管の内部に配置して成るフィンラインにも、図１および図２に示した構成を同様に適用できる。すなわち、図１または図２に示した電極パターンを形成した２つの誘電体基板を、各々の導波管の内部に配置してフィンラインを構成し、２つのフィンラインの開口面同士を対向させた状態で、共振器同士が近接するように構成すればよい。
【００２６】
次に、第３の実施形態に係る伝送線路接続構造を図４を参照して説明する。
図４の（Ａ）は主要部の斜視図、（Ｂ）はその上面図である。図４において、１ａ，１ｂはそれぞれ誘電体基板であり、図１に示した例と異なり、ここでは、誘電体基板１ａ，１ｂの上面に電極によるストリップパターン５ａ，５ｂを形成し、下面に接地電極を形成することによってマイクロストリップラインを構成している。また、ストリップパターン５ａ，５ｂの端部は、電極を円形にして共振器パターン６ａ，６ｂを設けている。この共振器パターン６ａ，６ｂと下面の接地電極および誘電体基板とによってＴＭ１１０モードの共振器を構成している。２つのマイクロストリップラインとそれらの端部の共振器とは直接結合し、共振器同士も電磁結合するため、結局、２つのマイクロストリップラインは途中に共振器同士の結合を介して接続されることになる。
【００２７】
図５は、第４の実施形態に係る伝送線路接続構造を示す斜視図および上面図である。図４に示したものと異なり、共振器パターン６ａ，６ｂを矩形に形成している。これにより共振器同士の対向面積を増大させて両者の結合度をより増している。
【００２８】
なお、図４および図５に示した例では、誘電体基板の上面にストリップパターンを形成し、下面に接地電極を設けてマイクロストリップラインを構成したが、誘電体層の内部にストリップパターンを設け、その上下面に接地電極を設けてストリップラインを構成したものにも上記の構成が同様に適用できる。すなわち、上面に接地電極を形成した他の誘電体基板を、図４および図５に示した誘電体基板１ａ，１ｂの上面に積層した構造を採ればよい。
【００２９】
また、一方の面にのみストリップパターンを形成した誘電体基板を平行導体平面の間に配置してサスペンデッドラインを構成したものにも同様に適用できる。すなわち、図４および図５に示した誘電体基板の上下に所定間隔を隔てて接地導体板を配置した構造を採ればよい。
【００３０】
また、誘電体基板の一方の面に電極パターンを形成してコプレーナガイドを構成したものにも上記の構成が同様に適用できる。すなわち、誘電体基板の上面に接地電極とその接地電極の端縁に所定間隔を保ってストリップパターンを形成し、そのストリップパターンの端部に図４または図５に示したものと同様の共振器を構成すればよい。
【００３１】
さらに、上記コプレーナガイドの構成で、誘電体基板の下面に接地電極を形成してグラウンデッドコプレーナガイドを構成してもよい。
【００３２】
次に、第５の実施形態に係る伝送線路接続構造を図６を参照して説明する。
（Ａ）は、上部の導体板を分離した状態での主要部の斜視図、（Ｂ）は上部の導体板を取り除いた状態での上面図である。図６において８ａ，８ｂはそれぞれ下部の導体板、７ａ，７ｂはそれぞれ上部の導体板であり、この上下の導体板の間に９ａ，９ｂで示す誘電体ストリップを配置する。この上下の導体板による平行導体平面と、その間に配置される誘電体ストリップとによって誘電体線路を構成している。
【００３３】
誘電体ストリップ９ａ，９ｂの端部は円柱形状に成形していて、この部分と上下の導体板とによって誘電体共振器を構成している。この２つの誘電体共振器は、導体板の端部で且つ誘電体線路の端部に配置し、誘電体共振器同士が近接するように２つの誘電体線路を配置することにより、２つの共振器同士が電磁結合する。これらの共振器とそれにつながる誘電体線路とは直接結合するので、結局２つの誘電体線路は、間に２つの共振器を介して接続されることになる。
【００３４】
図７は第６の実施形態に係る伝送線路接続構造を示す斜視図および上面図である。図６に示したものとは異なり、この例では、誘電体ストリップの端部を角柱状に成形して誘電体共振器を構成している。このような形状に応じて、図６の場合とは異なったモードで誘電体共振器が共振し、両者が電磁結合する。これらの共振器とそれにつながる誘電体線路とは直接結合するので、結局２つの誘電体線路は、間に２つの共振器を介して接続されることになる。
【００３５】
図６および図７に示した例では、誘電体ストリップ部分の上下の導体板の間隔と誘電体ストリップの両側部（空間部）の導体板の間隔を等しくして、いわゆるノーマルＮＲＤガイドを構成したが、誘電体ストリップ部分（伝搬域）の導体板の間隔より遮断域（非伝搬域）の導体板の間隔を狭めて、ＬＳＭ０１モードの単一モードを伝送するようにした、いわゆるハイパーＮＲＤガイドを構成してもよい。その際に、誘電体共振器の周辺については導体板の間隔を広げて、誘電体共振器の電磁界の閉じ込め性を弱くし、近接する誘電体共振器同士の結合度を増すようにしてもよい。
【００３６】
次に、第７の実施形態に係る伝送線路接続構造を図８を参照して説明する。
（Ａ）は主要部の斜視図、（Ｂ）はその上面図である。ここで一方の誘電体基板１ａの上面にはストリップパターン５ａと共振器パターン６ａを形成し、下面に接地電極を形成している。他方の誘電体基板１ｂの上面にはスロットパターン３ｂおよび共振器パターン４ｂを有する電極２ｂを形成している。そして、共振器パターン６ａによる共振器と共振器パターン４ｂによる共振器同士を近接させている。この構造により、異種の共振器同士が電磁結合する。したがって、異種の伝送線路であるマイクロストリップラインとスロットラインとが接続されることになる。
【００３７】
この図８に示した異種伝送線路の組合せ以外にも、マイクロストリップライン、スロットライン、コプレーナガイド、ＰＤＴＬ、フィンライン、サスペンデッドライン、誘電体線路等の伝送線路のうち、異種の伝送線路の組合せで共振器同士を結合させれば、その異種の伝送線路を接続することができる。
【００３８】
次に、第８の実施形態に係る高周波モジュールの構成例を図９を参照して説明する。
図９においてＡＮＴは送受信アンテナ、ＤＰＸはデュプレクサ、ＢＰＦａ，ＢＰＦｂはそれぞれ帯域通過フィルタ、ＡＭＰａ，ＡＭＰｂ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は周波数シンセサイザである。
【００３９】
ＭＩＸａは中間周波信号ＩＦ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ＤＰＸを介しＡＮＴより送信する。ＡＭＰｂはＤＰＸから出力される受信信号を増幅し、ＢＰＦｂはその信号のうち受信周波数帯域のみを通過させる。ＭＩＸｂは、ＳＹＮ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。
【００４０】
ここで各部の伝送線路同士の接続部に、上記のいずれかの構造の伝送線路接続構造を適用する。これにより、部品単位での調整や部品の取替えが容易となり、高周波モジュールの生産性が向上する。
【００４１】
図１０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。ここで高周波モジュールには図９に示した構造の回路を用い、信号処理回路としては高周波モジュールを用いて信号の送受信および送信信号と受信信号の信号処理を行う回路を設ける。この全体の構成によって、マイクロ波帯またはミリ波帯におけるアナログ信号またはディジタルデータの無線通信を行う。
【００４２】
なお、このような通信装置は、１対１または１対多数の通信装置の間で無線通信を行うものに限らず、たとえばミリ波レーダのように、通信装置単独で用いる装置にも当然に適用可能である。
【００４３】
【発明の効果】
この発明によれば、ワイヤやリボンを用いて２つの伝送線路の導体同士を接続する必要がなく、ワイヤやリボンによる寄生成分の影響を受けずに伝送線路同士の接続を行えるようになる。また、それぞれの伝送線路端部の共振器同士が近接するように、伝送線路同士を配置する構造とすることにより、伝送線路同士の接続／解除の反復が可能となる。しかも、伝送線路の構造体の端部に共振器を配置し、２つの伝送線路を接続する際に、共振器同士が近接して直接結合するため、共振器同士が強く結合して、広帯域にわたって低挿入損失特性が得られる。
【００４４】
また、伝送モードの異なった異種の伝送線路を接続することによって、線路の接続と同時に線路変換をも行えるようになる。
【００４５】
また、この発明の伝送線路接続構造を、構成要素の部品間で伝送線路を接続する部分に適用して、高周波モジュールを構成することによって、部品単位での調整や交換が可能となり、所定の機能を有する高周波モジュールが容易に得られる。
【００４６】
さらに、上記高周波モジュールを用いて、たとえば移動体通信機やミリ波レーダ装置等の通信装置を構成することにより、伝送線路間の接続状態の信頼性の高い装置が得られ、また装置全体の生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成を示す図
【図２】第２の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成を示す図
【図３】同伝送線路接続構造における周波数特性を示す図
【図４】第３の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成を示す図
【図５】第４の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成を示す図
【図６】第５の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成を示す図
【図７】第６の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成を示す図
【図８】第７の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成を示す図
【図９】第８の実施形態に係る高周波モジュールの構成例を示すブロック図
【図１０】第９の実施形態に係る通信装置の構成例を示すブロック図
【図１１】従来の伝送線路接続構造の構成を示す図
【図１２】従来の他の伝送線路接続構造の構成を示す図
【図１３】同伝送線路接続構造の周波数特性を示す図
【符号の説明】
１−誘電体基板
２−電極
３−スロットパターン
４−共振器パターン
５−ストリップパターン
６−共振器パターン
７，８−導体板
９−誘電体ストリップ
１０−共振器
１２，１５−ワイヤ
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波帯やミリ波帯等の高周波帯域における伝送線路同士の接続構造、その伝送線路接続構造を備えた高周波モジュールおよびそれを用いた通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディスクリート部品で高周波モジュールを構成する場合に、通常各部品間において伝送線路の接続を行う必要があるが、従来、マイクロストリップライン同士の接続やスロットライン同士の接続は、ワイヤボンディングやリボンボンディング等によって行われていた。
【０００３】
図１１は従来のマイクロストリップライン同士の接続構造を示している。（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は上面図である。ここで誘電体基板１ａ，１ｂの上面に、導電体パターンによるストリップ５ａ，５ｂを形成し、下面に接地電極を形成することによってマイクロストリップラインを構成している。この２つのマイクロストリップラインを構成する誘電体基板の端面同士を対向させて、ストリップ５ａ，５ｂ同士をワイヤ１５でボンディングすることにより、マイクロストリップライン同士を接続している。
【０００４】
また図１２はスロットライン同士の接続構造を示している。（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は上面図であり、誘電体基板１ａ，１ｂの上面にスロット３ａ，３ｂを有する電極２ａ，２ｂを形成することによってスロットラインを構成している。このスロットラインを構成した２つの誘電体基板１ａ，１ｂの端面同士を対向させて、電極間をワイヤ１２で接続している。
【０００５】
図１３は図１２に示した伝送線路接続構造において、ワイヤの接続位置を２通りに変えたときの反射損失の特性について示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このようにワイヤボンディングやリボンボンディングによって伝送線路同士を接続するようにした構造では、ワイヤやリボンの接続により生じる寄生成分の影響を大きく受ける。たとえば伝送線路のインピーダンスが接続部で不整合となったり、伝送モードの電磁界分布を乱す。その結果、接続部の電気的特性が悪くなり、図１３に示したように反射損失が大きくなってしまう。特にミリ波帯等の高周波帯域では、伝送線路の接続部での特性劣化が顕著となり、モジュールや、それを用いた通信装置全体の性能を劣化させる要因となっていた。
【０００７】
また、ワイヤボンディングやリボンボンディングによって伝送線路を接続する構造は、環境変化等により接続部にストレスがかかり、ワイヤやリボンの断線および接続特性が変化して、信頼性を低下させる要因となり得る。
【０００８】
さらに、ワイヤボンディングやリボンボンディングによる接続構造では、伝送線路同士の接続状態が固定されるため、一度接続すると、その伝送線路を備えた部品を切り離すことはできず、部品単位での調整や交換ができないという問題があった。
【０００９】
この発明の目的は、伝送線路間の接続部における特性の劣化を防止し、また環境変化等によるボンディング部分の信頼性の低下や接続特性の変化等の問題を解消し、さらに伝送線路同士の接続状態と切離し状態とを反復できるようにした伝送線路接続構造、その伝送線路接続構造を備えた高周波モジュールおよびそれを用いた通信装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記伝送線路としては、誘電体基板にスロットパターンを有する電極を形成した、たとえばスロットライン、フィンライン、または誘電体基板の両面にスロットパターンを対向させて配置した平面誘電体線路（以下ＰＤＴＬと言う。）等とする。
そしてこの発明は、スロット共振器パターンと該スロット共振器パターンから連続するスロットラインパターンとを有する電極を、前記スロット共振器パターンが誘電体基板の端部に位置するように２つの誘電体基板にそれぞれ形成してなる２つの構造体を備え、前記スロット共振器パターンを前記スロットラインパターンに対し幅広に形成するとともに、前記スロット共振器パターン同士が近接するように前記２つの構造体の前記誘電体基板の端面同士を対向配置して、前記スロット共振器パターンによる共振器同士を電磁結合させる。
またこの発明は、ＰＤＴＬ共振器パターンと該ＰＤＴＬ共振器パターンから連続するＰＤＴＬ線路パターンとを有する電極を、前記ＰＤＴＬ共振器パターンが誘電体基板の端部に位置するように２つの誘電体基板にそれぞれ形成してなる２つの構造体を備え、前記ＰＤＴＬ共振器パターンを前記ＰＤＴＬ線路パターンに対し幅広に形成するとともに、前記ＰＤＴＬ共振器パターン同士が近接するように前記２つの構造体の前記誘電体基板の端面同士を対向配置して、前記ＰＤＴＬ共振器パターンによる共振器同士を電磁結合させる。
【００１２】
また、上記伝送線路としては、誘電体基板にストリップ状の電極を形成した、たとえばストリップライン、マイクロストリップライン、コプレーナガイドまたはサスペンデッドライン等とする。
【００１３】
さらに、上記伝送線路としては、２つの略平行な導電体平面の間に誘電体ストリップを配置した誘電体線路とする。
そして、この発明は、略円柱状の誘電体共振器と該誘電体共振器から連続する誘電体ストリップとを、前記誘電体共振器が上下の導体板の端部に位置するように２組の上下の導体板の間にそれぞれ配置してなる２つの構造体を備え、前記誘電体共振器を前記誘電体ストリップに対し幅広に形成するとともに、前記誘電体共振器同士が近接するように前記２つの構造体の前記上下の導体板の端面同士を対向配置して、前記誘電体共振器による共振器同士を電磁結合させる。
【００１４】
さらに、接続すべき２つの伝送線路は上記のいずれの構造であってもよいが、異種の伝送線路を接続するようにしてもよい。たとえばスロットラインとマイクロストリップラインを接続するようにしてもよい。
そして、この発明は、スロット共振器パターンと該スロット共振器パターンから連続するスロットラインパターンとを有する電極を、前記スロット共振器パターンが第１の誘電体基板の端部に位置するように該第１の前記誘電体基板に形成してなる第１の構造体と、マイクロストリップ共振器パターンと該マイクロストリップ共振器パターンから連続するマイクロストリップラインパターンとを有する電極を、前記マイクロストリップ共振器パターンが第２の誘電体基板の端部に位置するように該第２の誘電体基板に形成してなる第２の構造体と、前記スロット共振器パターンと前記マイクロストリップ共振器パターンとが近接するように、前記第１の構造体の第１の誘電体基板の端面と前記第２の構造体の第２の誘電体基板の端面とを対向配置して、前記スロット共振器パターンによる共振器と前記マイクロストリップ共振器パターンによる共振器とを電磁結合させる。
また、この発明は、ＰＤＴＬ共振器パターンと該ＰＤＴＬ共振器パターンから連続するＰＤＴＬ線路パターンとを有する電極を、前記ＰＤＴＬ共振器パターンが第１の誘電体基板の端部に位置するように該第１の誘電体基板に形成してなる第１の構造体と、マイクロストリップ共振器パターンと該マイクロストリップ共振器パターンから連続するマイクロストリップラインパターンとを有する電極を、前記マイクロストリップ共振器パターンが第２の誘電体基板の端部に位置するように該第２の誘電体基板に形成してなる第２の構造体と、前記ＰＤＴＬ共振器パターンと前記マイクロストリップ共振器パターンとが近接するように、前記第１の構造体の第１の誘電体基板の端面と、前記第２の構造体の第２の誘電体基板の端面とを対向配置して、前記ＰＤＴＬ共振器パターンによる共振器と前記マイクロストリップ共振器パターンによる共振器とを電磁結合させる。
【００１５】
また、この発明は上記の伝送線路接続構造を、構成要素の部品間で伝送線路を接続する部分に適用して、高周波モジュールを構成する。
【００１６】
さらに、この発明は、上記高周波モジュールを用いて、たとえば移動体通信機やミリ波レーダ装置等の通信装置を構成する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に係る伝送線路接続構造を図１を参照して説明する。
図１の（Ａ）は主要部の斜視図、（Ｂ）はその上面図である。ここで１ａ，１ｂはそれぞれ誘電体基板であり、それぞれの上面にスロットパターン３ａ，３ｂを有する電極２ａ，２ｂを形成している。このスロットパターン３ａ，３ｂを有する電極２ａ，２ｂと誘電体基板１ａ，１ｂとによってそれぞれスロットラインを構成している。
【００１８】
誘電体基板１ａ，１ｂのそれぞれが対向する端部で且つスロットラインの端部にスロットを円形に広げた領域を形成して、そこをＨＥ１１０モードの共振器４ａ，４ｂとして構成している。この２つの共振器４ａ，４ｂが近接することによって、両者は直接電磁結合する。スロット線路とその端部の共振器とは直接結合するので、結局２つのスロットラインは共振器同士の結合を介して接続されることになる。この時、誘電体基板１ａと１ｂの端面同士は当接していても良いし、ある間隙を保って離間していてもよい。いずれの場合でも、この２つの伝送線路の接続時には、誘電体基板の端面同士を所定の相対位置関係に配置すればよく、切り離すには、両者を単に引き離すだけでよい。
【００１９】
図２は第２の実施形態に係る伝送線路接続構造を示す斜視図および上面図である。図１に示したものと異なり、共振器パターン４ａ，４ｂを全体に矩形のパターンとして、図１に示した円形のパターンとは異なった共振モードで共振させるようにしている。共振器パターン４ａ，４ｂとスロットパターン３ａ，３ｂとの境界部分は、スロット幅が段階的に広がるようにして、共振器と線路との結合量の最適化を図っている。このように矩形の共振器パターンとすることによって、共振器同士の対向面積を増して結合度をより高めることができる。
【００２０】
図３は、図２に示した伝送線路接続構造において、図２の（Ｂ）に示した各部の寸法を次のように定めた時の接続部の周波数特性を示している。
【００２１】
Ｗｒ＝１．５ｍｍ
Ｌｒ＝０．７５ｍｍ
Ｗｑ＝０．５ｍｍ
Ｌｑ＝０．４ｍｍ
ｇａｐ＝０．１ｍｍ
ここで、設計周波数は２８．２ＧＨｚであり、２つの共振器の共振周波数を２８．２ＧＨｚとなるように定めている。この実施形態によれば、反射損失ＲＬが−２０ｄＢより小さくなる帯域が２６ＧＨｚ〜３０．７ＧＨｚとなり、その帯域幅は（３０．７−２６）／２８．２＝０．１６６となり、比帯域幅が約１７％の広帯域にわたって低損失特性が得られる。
【００２２】
このように、伝送線路の構造体の端部に共振器を配置し、２つの伝送線路を接続する際に、共振器同士が近接して直接結合するようにしたため、共振器同士が強く結合して、広帯域にわたって低挿入損失特性が得られる。
【００２３】
なお、図１および図２に示した例では、誘電体基板の図における上面にのみ電極２ａ，２ｂを形成してスロットラインおよび共振器を構成したが、誘電体基板の下面にも、上面のスロットパターンおよび共振器パターンと同様のパターンを対向配置して、伝送線路部分をＰＤＴＬにした場合にも同様に適用できる。
【００２４】
また、誘電体基板の下面のほぼ全面に接地電極を形成して、グラウンデッドスロット線路を構成してもよい。
【００２５】
また、スロットパターンの電極を形成した基板を導波管の内部に配置して成るフィンラインにも、図１および図２に示した構成を同様に適用できる。すなわち、図１または図２に示した電極パターンを形成した２つの誘電体基板を、各々の導波管の内部に配置してフィンラインを構成し、２つのフィンラインの開口面同士を対向させた状態で、共振器同士が近接するように構成すればよい。
【００２６】
次に、第３の実施形態に係る伝送線路接続構造を図４を参照して説明する。
図４の（Ａ）は主要部の斜視図、（Ｂ）はその上面図である。図４において、１ａ，１ｂはそれぞれ誘電体基板であり、図１に示した例と異なり、ここでは、誘電体基板１ａ，１ｂの上面に電極によるストリップパターン５ａ，５ｂを形成し、下面に接地電極を形成することによってマイクロストリップラインを構成している。また、ストリップパターン５ａ，５ｂの端部は、電極を円形にして共振器パターン６ａ，６ｂを設けている。この共振器パターン６ａ，６ｂと下面の接地電極および誘電体基板とによってＴＭ１１０モードの共振器を構成している。２つのマイクロストリップラインとそれらの端部の共振器とは直接結合し、共振器同士も電磁結合するため、結局、２つのマイクロストリップラインは途中に共振器同士の結合を介して接続されることになる。
【００２７】
図５は、第４の実施形態に係る伝送線路接続構造を示す斜視図および上面図である。図４に示したものと異なり、共振器パターン６ａ，６ｂを矩形に形成している。これにより共振器同士の対向面積を増大させて両者の結合度をより増している。
【００２８】
なお、図４および図５に示した例では、誘電体基板の上面にストリップパターンを形成し、下面に接地電極を設けてマイクロストリップラインを構成したが、誘電体層の内部にストリップパターンを設け、その上下面に接地電極を設けてストリップラインを構成したものにも上記の構成が同様に適用できる。すなわち、上面に接地電極を形成した他の誘電体基板を、図４および図５に示した誘電体基板１ａ，１ｂの上面に積層した構造を採ればよい。
【００２９】
また、一方の面にのみストリップパターンを形成した誘電体基板を平行導体平面の間に配置してサスペンデッドラインを構成したものにも同様に適用できる。すなわち、図４および図５に示した誘電体基板の上下に所定間隔を隔てて接地導体板を配置した構造を採ればよい。
【００３０】
また、誘電体基板の一方の面に電極パターンを形成してコプレーナガイドを構成したものにも上記の構成が同様に適用できる。すなわち、誘電体基板の上面に接地電極とその接地電極の端縁に所定間隔を保ってストリップパターンを形成し、そのストリップパターンの端部に図４または図５に示したものと同様の共振器を構成すればよい。
【００３１】
さらに、上記コプレーナガイドの構成で、誘電体基板の下面に接地電極を形成してグラウンデッドコプレーナガイドを構成してもよい。
【００３２】
次に、第５の実施形態に係る伝送線路接続構造を図６を参照して説明する。
（Ａ）は、上部の導体板を分離した状態での主要部の斜視図、（Ｂ）は上部の導体板を取り除いた状態での上面図である。図６において８ａ，８ｂはそれぞれ下部の導体板、７ａ，７ｂはそれぞれ上部の導体板であり、この上下の導体板の間に９ａ，９ｂで示す誘電体ストリップを配置する。この上下の導体板による平行導体平面と、その間に配置される誘電体ストリップとによって誘電体線路を構成している。
【００３３】
誘電体ストリップ９ａ，９ｂの端部は円柱形状に成形していて、この部分と上下の導体板とによって誘電体共振器を構成している。この２つの誘電体共振器は、導体板の端部で且つ誘電体線路の端部に配置し、誘電体共振器同士が近接するように２つの誘電体線路を配置することにより、２つの共振器同士が電磁結合する。これらの共振器とそれにつながる誘電体線路とは直接結合するので、結局２つの誘電体線路は、間に２つの共振器を介して接続されることになる。
【００３４】
図７は第６の実施形態に係る伝送線路接続構造を示す斜視図および上面図である。図６に示したものとは異なり、この例では、誘電体ストリップの端部を角柱状に成形して誘電体共振器を構成している。このような形状に応じて、図６の場合とは異なったモードで誘電体共振器が共振し、両者が電磁結合する。これらの共振器とそれにつながる誘電体線路とは直接結合するので、結局２つの誘電体線路は、間に２つの共振器を介して接続されることになる。
【００３５】
図６および図７に示した例では、誘電体ストリップ部分の上下の導体板の間隔と誘電体ストリップの両側部（空間部）の導体板の間隔を等しくして、いわゆるノーマルＮＲＤガイドを構成したが、誘電体ストリップ部分（伝搬域）の導体板の間隔より遮断域（非伝搬域）の導体板の間隔を狭めて、ＬＳＭ０１モードの単一モードを伝送するようにした、いわゆるハイパーＮＲＤガイドを構成してもよい。その際に、誘電体共振器の周辺については導体板の間隔を広げて、誘電体共振器の電磁界の閉じ込め性を弱くし、近接する誘電体共振器同士の結合度を増すようにしてもよい。
【００３６】
次に、第７の実施形態に係る伝送線路接続構造を図８を参照して説明する。
（Ａ）は主要部の斜視図、（Ｂ）はその上面図である。ここで一方の誘電体基板１ａの上面にはストリップパターン５ａと共振器パターン６ａを形成し、下面に接地電極を形成している。他方の誘電体基板１ｂの上面にはスロットパターン３ｂおよび共振器パターン４ｂを有する電極２ｂを形成している。そして、共振器パターン６ａによる共振器と共振器パターン４ｂによる共振器同士を近接させている。この構造により、異種の共振器同士が電磁結合する。したがって、異種の伝送線路であるマイクロストリップラインとスロットラインとが接続されることになる。
【００３７】
この図８に示した異種伝送線路の組合せ以外にも、マイクロストリップライン、スロットライン、コプレーナガイド、ＰＤＴＬ、フィンライン、サスペンデッドライン、誘電体線路等の伝送線路のうち、異種の伝送線路の組合せで共振器同士を結合させれば、その異種の伝送線路を接続することができる。
【００３８】
次に、第８の実施形態に係る高周波モジュールの構成例を図９を参照して説明する。
図９においてＡＮＴは送受信アンテナ、ＤＰＸはデュプレクサ、ＢＰＦａ，ＢＰＦｂはそれぞれ帯域通過フィルタ、ＡＭＰａ，ＡＭＰｂ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は周波数シンセサイザである。
【００３９】
ＭＩＸａは中間周波信号ＩＦ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ＤＰＸを介しＡＮＴより送信する。ＡＭＰｂはＤＰＸから出力される受信信号を増幅し、ＢＰＦｂはその信号のうち受信周波数帯域のみを通過させる。ＭＩＸｂは、ＳＹＮ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。
【００４０】
ここで各部の伝送線路同士の接続部に、上記のいずれかの構造の伝送線路接続構造を適用する。これにより、部品単位での調整や部品の取替えが容易となり、高周波モジュールの生産性が向上する。
【００４１】
図１０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。ここで高周波モジュールには図９に示した構造の回路を用い、信号処理回路としては高周波モジュールを用いて信号の送受信および送信信号と受信信号の信号処理を行う回路を設ける。この全体の構成によって、マイクロ波帯またはミリ波帯におけるアナログ信号またはディジタルデータの無線通信を行う。
【００４２】
なお、このような通信装置は、１対１または１対多数の通信装置の間で無線通信を行うものに限らず、たとえばミリ波レーダのように、通信装置単独で用いる装置にも当然に適用可能である。
【００４３】
【発明の効果】
この発明によれば、ワイヤやリボンを用いて２つの伝送線路の導体同士を接続する必要がなく、ワイヤやリボンによる寄生成分の影響を受けずに伝送線路同士の接続を行えるようになる。また、それぞれの伝送線路端部の共振器同士が近接するように、伝送線路同士を配置する構造とすることにより、伝送線路同士の接続／解除の反復が可能となる。しかも、伝送線路の構造体の端部に共振器を配置し、２つの伝送線路を接続する際に、共振器同士が近接して直接結合するため、共振器同士が強く結合して、広帯域にわたって低挿入損失特性が得られる。
【００４４】
また、伝送モードの異なった異種の伝送線路を接続することによって、線路の接続と同時に線路変換をも行えるようになる。
【００４５】
また、この発明の伝送線路接続構造を、構成要素の部品間で伝送線路を接続する部分に適用して、高周波モジュールを構成することによって、部品単位での調整や交換が可能となり、所定の機能を有する高周波モジュールが容易に得られる。
【００４６】
さらに、上記高周波モジュールを用いて、たとえば移動体通信機やミリ波レーダ装置等の通信装置を構成することにより、伝送線路間の接続状態の信頼性の高い装置が得られ、また装置全体の生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成を示す図
【図２】第２の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成を示す図
【図３】同伝送線路接続構造における周波数特性を示す図
【図４】第３の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成を示す図
【図５】第４の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成を示す図
【図６】第５の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成を示す図
【図７】第６の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成を示す図
【図８】第７の実施形態に係る伝送線路接続構造の構成を示す図
【図９】第８の実施形態に係る高周波モジュールの構成例を示すブロック図
【図１０】第９の実施形態に係る通信装置の構成例を示すブロック図
【図１１】従来の伝送線路接続構造の構成を示す図
【図１２】従来の他の伝送線路接続構造の構成を示す図
【図１３】同伝送線路接続構造の周波数特性を示す図
【符号の説明】
１−誘電体基板
２−電極
３−スロットパターン
４−共振器パターン
５−ストリップパターン
６−共振器パターン
７，８−導体板
９−誘電体ストリップ
１０−共振器
１２，１５−ワイヤ
Claims (7)
- スロット共振器パターンと該スロット共振器パターンから連続するスロットラインパターンとを有する電極を、前記スロット共振器パターンが誘電体基板の端部に位置するように２つの誘電体基板にそれぞれ形成してなる２つの構造体を備え、
前記スロット共振器パターンを前記スロットラインパターンに対し幅広に形成するとともに、前記スロット共振器パターン同士が近接するように前記２つの構造体の前記誘電体基板の端面同士を対向配置して、前記スロット共振器パターンによる共振器同士を電磁結合させた伝送線路接続構造。 - ＰＤＴＬ共振器パターンと該ＰＤＴＬ共振器パターンから連続するＰＤＴＬ線路パターンとを有する電極を、前記ＰＤＴＬ共振器パターンが誘電体基板の端部に位置するように２つの誘電体基板にそれぞれ形成してなる２つの構造体を備え、
前記ＰＤＴＬ共振器パターンを前記ＰＤＴＬ線路パターンに対し幅広に形成するとともに、前記ＰＤＴＬ共振器パターン同士が近接するように前記２つの構造体の前記誘電体基板の端面同士を対向配置して、前記ＰＤＴＬ共振器パターンによる共振器同士を電磁結合させた伝送線路接続構造。 - 略円柱状の誘電体共振器と該誘電体共振器から連続する誘電体ストリップとを、前記誘電体共振器が上下の導体板の端部に位置するように２組の上下の導体板の間にそれぞれ配置してなる２つの構造体を備え、
前記誘電体共振器を前記誘電体ストリップに対し幅広に形成するとともに、前記誘電体共振器同士が近接するように前記２つの構造体の前記上下の導体板の端面同士を対向配置して、前記誘電体共振器による共振器同士を電磁結合させた伝送線路接続構造。 - スロット共振器パターンと該スロット共振器パターンから連続するスロットラインパターンとを有する電極を、前記スロット共振器パターンが第１の誘電体基板の端部に位置するように該第１の前記誘電体基板に形成してなる第１の構造体と、
マイクロストリップ共振器パターンと該マイクロストリップ共振器パターンから連続するマイクロストリップラインパターンとを有する電極を、前記マイクロストリップ共振器パターンが第２の誘電体基板の端部に位置するように該第２の誘電体基板に形成してなる第２の構造体と、
前記スロット共振器パターンと前記マイクロストリップ共振器パターンとが近接するように、前記第１の構造体の第１の誘電体基板の端面と前記第２の構造体の第２の誘電体基板の端面とを対向配置して、前記スロット共振器パターンによる共振器と前記マイクロストリップ共振器パターンによる共振器とを電磁結合させた伝送線路接続構造。 - ＰＤＴＬ共振器パターンと該ＰＤＴＬ共振器パターンから連続するＰＤＴＬ線路パターンとを有する電極を、前記ＰＤＴＬ共振器パターンが第１の誘電体基板の端部に位置するように該第１の誘電体基板に形成してなる第１の構造体と、
マイクロストリップ共振器パターンと該マイクロストリップ共振器パターンから連続するマイクロストリップラインパターンとを有する電極を、前記マイクロストリップ共振器パターンが第２の誘電体基板の端部に位置するように該第２の誘電体基板に形成してなる第２の構造体と、
前記ＰＤＴＬ共振器パターンと前記マイクロストリップ共振器パターンとが近接するように、前記第１の構造体の第１の誘電体基板の端面と、前記第２の構造体の第２の誘電体基板の端面とを対向配置して、前記ＰＤＴＬ共振器パターンによる共振器と前記マイクロストリップ共振器パターンによる共振器とを電磁結合させた伝送線路接続構造。 - 請求項１〜５のうちいずれかに記載の伝送線路接続構造を備えた高周波モジュール。
- 請求項６に記載の高周波モジュールを用いた通信装置。
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