JP3829787B2 - 導波管・マイクロストリップ線路変換器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は主としてマイクロ波帯及びミリ波帯において用いる導波管・マイクロストリップ線路変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の導波管・マイクロストリップ線路変換器として、上面に導体線路パターンと導波管短絡用導体を設け下面に第1のパターン抜き部を有する第1の導体パターンを設けた誘電体基板と、層間面および最下面にパターン抜き部を有する導体パターンを設けた多層誘電体基板とから構成されるものがある(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−208806号公報(5頁〜6頁、図7〜図16)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の導波管・マイクロストリップ線路変換器においては、ビア導体のパターン抜き部側の壁をつないで形成される長方形の縦横比、すなわち、パターン抜き部のすぐ外周に位置するビア導体で構成される導波管壁の縦と横の長さの比について全く考慮されておらず、通常、約1対2程度で構成されていた。
【0005】
したがって、従来の導波管・マイクロストリップ線路変換器は、誘電体基板を積層する際に発生してしまう層ずれによって、導波管内部が非対称モードとなり、高次モードによる共振周波数が発生し、これによって、所望の周波数における高周波信号の通過損失が大きくなってしまう。また、層ずれ量が大きいほど共振周波数が低域側へ移動し、所望の周波数帯域の近傍に近づくと、導波管・マイクロストリップ線路変換器の特性が劣化するという問題がある。
【0006】
本発明は、誘電体基板の積層における層ずれが発生しても、導波管内部で発生する共振周波数が所望の周波数帯域より離れて発生し、導波管・マイクロストリップ線路変換器の特性が劣化しないようにすることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る導波管・マイクロストリップ線路変換器は、単層または多層の第1の誘電体基板と、前記第1の誘電体基板の一面に設けられた導体線路パターンと、前記導体線路パターンの一端が接続された導波管短絡用導体と、前記導体線路パターンと前記導波管短絡用導体を有する面に対向する前記第1の誘電体基板の最下面に形成された第1のパターン抜き部を有する第1の導体パターンと、前記第1の誘電体基板内を貫通し前記導波管短絡用導体と前記第1のパターン抜き部の外周部とを接続する第1のビア導体と、単層または多層の第2の誘電体基板と、前記第2の誘電体基板の層間面及び最下面のうち少なくとも最下面に設けられた第2のパターン抜き部を有する第2の導体パターンと、前記第2のパターン抜き部の周囲に設けられ前記第2の誘電体基板の最上面から最下面まで貫通している第2のビア導体と、任意の層間が層ずれを有する多層の第3の誘電体基板と、前記第3の誘電体基板の層間面及び最下面のうち少なくとも最下面に設けられた第3のパターン抜き部を有する第3の導体パターンと、前記第3のパターン抜き部の周囲に設けられ前記第3の誘電体基板の最上面から最下面まで貫通している第3のビア導体とを備え、前記第1の誘電体基板に設けられた前記第1の導体パターンと前記第2の誘電体基板の最上面とが接し、前記第2の誘電体基板に設けられた前記第2の導体パターンと前記第3の誘電体基板の最上面とが接するように、前記第1の誘電体基板と前記第2の誘電体基板と前記第3の誘電体基板とが積層され、前記導体線路パターンと前記第1の導体パターンと前記第1の誘電体基板によりマイクロストリップ線路が構成され、前記導波管短絡用導体と前記第1のビア導体と前記第1の導体パターンにより導波管短絡部が構成され、前記第1の導体パターンと前記第2のビア導体と前記第2の導体パターンにより第1の誘電体導波管が構成され、前記第2の導体パターンと前記第3のビア導体と前記第3の導体パターンにより第2の誘電体導波管が構成され、前記第3のビア導体における前記第3のパターン抜き部側の壁をつないで形成される長方形の縦横比が1対2.5から1対3の間で構成されるとともに、前記第2のビア導体における前記第2のパターン抜き部側の壁をつないで形成される長方形の縦横比が1対4から1対8の間で構成されるものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1を示す導波管・マイクロストリップ線路変換器の構成図である。図2は、図1に示される導波管・マイクロストリップ線路変換器を導体線路パターン1と平行に切断した断面図である。図に示すように、この実施の形態1における導波管・マイクロストリップ線路変換器は、第1の誘電体基板4と第2の誘電体基板5と第3の誘電体基板6とを積層して構成されている。なお、図1においては、内部の構成を理解し易くするために、各誘電体基板を透明にして示している。第1の誘電体基板4は単層または多層の誘電体基板であり、その一面には導体線路パターン1と、この導体線路パターン1の一端が接続された導波管短絡用導体3とが設けられている。図3に導体線路パターン1と導波管短絡用導体3の平面図を示す。
【0009】
導体線路パターン1と導波管短絡用導体3が設けられた面に対向する第1の誘電体基板4の最下面には第1のパターン抜き部13を有する第1の導体パターン7が形成されている。また、第1の誘電体基板4内を貫通し導波管短絡用導体3と第1のパターン抜き部13の外周部とを接続する第1のビア導体10が設けられている。
【0010】
第2の誘電体基板5は単層または多層の誘電体基板であり、その少なくとも最下面には第2のパターン抜き部14を有する第2の導体パターン8が設けられている。図4に第2の導体パターン8の平面図を示す。なお、図1においては最下面のみに第2の導体パターン8が設けられているが、各層間面に同様に第2のパターン抜き部14を有する第2の導体パターン8を設けても良い。また、第2の誘電体基板5には、第2のパターン抜き部14の周囲を囲むように第2の誘電体基板5の最上面から最下面まで貫通し、第1の導体パターン7と第2の導体パターン8とを接続する第2のビア導体11が設けられている。
【0011】
第3の誘電体基板6も単層または多層で構成されており、その少なくとも最下面には第3のパターン抜き部15を有する第3の導体パターン9が形成されている。図5に第3の導体パターン9の平面図を示す。なお、図1においては最下面のみに第3の導体パターン9が設けられているが、各層間面に同様に第3のパターン抜き部15を有する第3の導体パターン9を設けても良い。また、第3の誘電体基板6には、第3のパターン抜き部15の周囲を囲むように第3の誘電体基板6の最上面から最下面まで貫通し、第2の導体パターン8と第3の導体パターン9とを接続する第3のビア導体12が設けられている。
【0012】
第1の誘電体基板4と第2の誘電体基板5とは、第1の誘電体基板4の第1の導体パターン7と、第2の誘電体基板5の最上面とが接するように積層されている。また、第2の誘電体基板5と第3の誘電体基板6とは、第2の誘電体基板5の第2の導体パターン8と、第3の誘電体基板6の最上面とが接するように積層されている。
【0013】
導体線路パターン1と、第1の導体パターン7と、第1の誘電体基板4とでマイクロストリップ線路が構成され、導波管短絡用導体3と、第1のビア導体10と、第1の導体パターン7とで導波管短絡部が構成されている。また、第1の導体パターン7と、第2のビア導体11と、第2の導体パターン8とで第1の誘電体導波管が構成され、第2の導体パターン8と、第3のビア導体12と、第3の導体パターン9とで第2の誘電体導波管が構成されている。第3の誘電体基板6の下には、第2の誘電体導波管の開口に合わせて外部導波管2が設けられている。
【0014】
この実施の形態において特徴的なことは、第3のビア導体12の第3のパターン抜き部15側の壁をつないで形成される長方形の縦横比、すなわち、第3のパターン抜き部15のすぐ外周に位置する第3のビア導体12で構成される第2の誘電体導波管壁の縦と横の長さの比が1対2.5から1対3の間で構成されることである。ここで、第3のビア導体12で形成される長方形は、導体線路パターン1に垂直な辺が長く、導体線路パターン1に平行な辺が短くなるように形成されている。
【0015】
誘電体基板を積層する時、工程上、層ずれを起こしてしまうが、第3のビア導体12の第3のパターン抜き部15側の壁をつないで形成される長方形の辺の縦横比が1対2.5から1対3の間で構成すると、それ以外の縦横比で構成する場合と比較して、第2の誘電体導波管の非対称モードによって発生する高次モードの共振周波数が高域側で発生する。そして、所望の周波数での高周波信号の通過損失が少なくなり、導波管・マイクロストリップ線路変換器としての特性が劣化することがない。共振周波数を求めるための計算式は次式のとおりである。
【0016】
【数1】
【0017】
上式において、Cは光速(2.998×108m/s)、εrは比誘電率である。また、Xは導波管の高周波信号が伝播する方向と垂直な面の一辺の幅、すなわち、この実施の形態においては、第3のビア導体12の第3のパターン抜き部15側の壁をつないで形成される長方形の一辺の幅である。Yは導波管の高周波信号が伝播する方向と垂直な面の他の一辺の幅である。この実施の形態のおける長方形の辺の縦横比とは、このXとYの比である。Zは導波管の高周波信号が伝播する方向の長さ、すなわち、この実施の形態においては、第3のビア導体12の長さである。
【0018】
図6に、第3のビア導体12の第3のパターン抜き部15側の壁をつないで形成される長方形の辺の縦横比が1対2で構成される場合と、1対2.8で構成される場合の高周波信号の通過損失を示す。図において、横軸は周波数、縦軸は通過損失である。ここで、所望の周波数をf0−4GHzとする。図に示すように、縦横比が1対2の場合は、共振周波数がf0GHzで発生しているのに対し、縦横比が1対2.8の場合にはそれより高域側のf0+6GHzで発生している。すなわち、縦横比が1対2.8の場合の方が、共振周波数が所望の周波数帯域からより離れた周波数で発生している。そのため、縦横比が1対2の場合よりも1対2.8の場合の方が所望の周波数での高周波信号の通過損失が少ない。したがって、層ずれ量が一定以下であれば、導波管・マイクロストリップ線路変換器の特性が層ずれにより劣化することが避けられる。
【0019】
なお、上記の説明においては、導波管・マイクロストリップ線路変換器を第1、第2、第3の誘電体基板を積層することにより構成したが、更に誘電体基板を積層して、3個以上の誘電体導波管を有する構成としてもよい。その場合、第4以降の誘電体基板も第2、第3の誘電体基板と同様の構成、すなわち、少なくとも層間面及び最下面のうち最下面に設けられたパターン抜き部を有する導体パターンと、パターン抜き部の周囲に設けられ誘電体基板の最上面から最下面まで貫通するビア導体とを備えた構成のものである。そして、第3以降の誘電体基板のビア導体のパターン抜き部側の壁をつないで形成される長方形の縦横比を1対2.5から1対3の間で構成すれば、同様の効果を得ることができる。
【0020】
実施の形態2.
図7は、本発明の実施の形態2を示す導波管・マイクロストリップ線路変換器の断面図である。図8は、図7に示される第2の導体パターンの平面図である。図7、8において、上記実施の形態1と同一の構成については同一の符号をつけ、説明を省略する。
【0021】
上記の実施の形態1においては、第2のビア導体11の第2のパターン抜き部14側の壁をつないで形成される長方形の辺の縦横比を任意としたが、この実施の形態においては、その縦横比を1対4から1対8の間で構成されるようにした。ここで、第2のビア導体11で形成される長方形は、導体線路パターン1に垂直な辺が長く、導体線路パターン1に平行な辺が短くなるように形成されている。その他の構成は実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
【0022】
誘電体基板を積層する時、工程上、層ずれを起こしてしまうが、この実施の形態によれば、第3のビア導体12の第3のパターン抜き部15側の壁をつないで形成される長方形の辺の縦横比を1対2.5から1対3の間で構成するとともに、第2のビア導体10の第2のパターン抜き部14側の壁をつないで形成される長方形の辺の縦横比を1対4から1対8の間で構成するようにしたので、それ以外の縦横比で構成する場合と比較して、第1の誘電体導波管及び第2の誘電体導波管の非対称モードによって発生する高次モードの共振周波数は通常より高域側で発生する。したがって、層ずれ量が一定以下であれば、共振周波数は所望の周波数帯域から離れた周波数での発生となるので、導波管・マイクロストリップ線路変換器の特性の劣化をより確実に避けることができる。
【0023】
実施の形態3.
図9は、本発明の実施の形態3を示す導波管・マイクロストリップ線路変換器の断面図である。図において、上記実施の形態1と同一の構成については同一の符号をつけ、説明を省略する。
【0024】
この実施の形態においては、第2のビア導体16を階段状に形成している。階段状とは、図9に示すように、下層ほど対向するビア導体間の距離が大きくなるようにビア導体の位置を徐々にずらした状態である。図9は導波管・マイクロストリップ線路変換器を導体線路パターン1と平行に切断した断面図であるため、導体線路パターン1の向きに垂直に配列された第2のビア導体16を階段状に形成した様子が示されているが、導体線路パターン1の向きに平行に配列された第2のビア導体16も階段状に形成されている。したがって、第2のビア導体16で形成される長方形は下層ほど大きい。
【0025】
なお、第3のビア導体12の第3のパターン抜き部15側の壁をつないで形成される長方形の辺の縦横比は上記の実施の形態1と同様に1対2.5から1対3の間で構成している。また、更に階段状に形成された第2のビア導体16の第2のパターン抜き部14側の壁をつないで形成される長方形の辺の縦横比を1対4から1対8の間で構成するようにしてもよい。
【0026】
誘電体基板を積層する時、工程上、層ずれを起こしてしまうが、上記実施の形態1、2と同様、第3のビア導体12や第2のビア導体11のパターン抜き部側の壁をつないで形成される長方形の辺の縦横比が所定の範囲内に構成されるので、誘電体導波管の非対称モードによって発生する高次モードの共振周波数は通常より高域側で発生する。しかも、通常は層ずれが大きいほど共振周波数が低周波数側に移動するが、第2のビア導体16を階段状に形することによって、層ずれが大きくなっても共振周波数の変動は起こらず、低周波数側に移動することはない。従って、層ずれが大きくなっても、確実に所望の周波数帯域から離れた周波数での発生となるので、所望の周波数帯域での通過損失は少なく、導波管・マイクロストリップ線路変換器の特性の劣化が避けられる。
【0027】
なお、上記の説明においては、長方形に配置される第2のビア導体16を全て階段状に形成したが、少なくとも、導体線路パターン1の向きに垂直に配列された第2のビア導体16を階段状に形成すれば、同様の効果が得られる。
【0028】
実施の形態4.
図10は、本発明の実施の形態4を示す導波管・マイクロストリップ線路変換器の断面図である。図において、上記実施の形態1と同一の構成については同一の符号をつけ、説明を省略する。
【0029】
この実施の形態においては、第3のビア導体17を階段状に形成している。階段状とは、図10に示すように、下層ほど対向するビア導体間の距離が大きくなるようにビア導体の位置を徐々にずらした状態である。また、実施の形態3と同様、図10は導波管・マイクロストリップ線路変換器を導体線路パターン1と平行に切断した断面図であるため、導体線路パターン1の向きに垂直に配列された第3のビア導体17を階段状に形成した様子が示されているが、導体線路パターン1の向きに平行に配列された第3のビア導体17も階段状に形成されている。したがって、第3のビア導体17で形成される長方形は下層ほど大きい。
【0030】
なお、階段状に形成された第3のビア導体12の第3のパターン抜き部15側の壁をつないで形成される長方形の辺の縦横比は上記の実施の形態1と同様に1対2.5から1対3の間で構成している。また、更に第2のビア導体16の第2のパターン抜き部14側の壁をつないで形成される長方形の辺の縦横比を1対4から1対8の間で構成するようにしてもよい。
【0031】
誘電体基板を積層する時、工程上、層ずれを起こしてしまうが、上記実施の形態1、2と同様、第3のビア導体17や第2のビア導体11のパターン抜き部側の壁をつないで形成される長方形の辺の縦横比が所定の範囲内に構成されるので、誘電体導波管の非対称モードによって発生する高次モードの共振周波数は通常より高域側で発生する。しかも、通常は層ずれが大きいほど共振周波数が低周波数側に移動するが、第3のビア導体17を階段状に形することによって、層ずれが大きくなっても共振周波数の変動は起こらず、低域側に移動することはない。従って、層ずれが大きくなっても、確実に所望の周波数帯域から離れた周波数での発生となるので、所望の周波数帯域での通過損失は少なく、導波管・マイクロストリップ線路変換器の特性が劣化することは避けられる。また、第2の誘電体導波管の非対称モードによる影響は第1の誘電体導波管の非対称モードによる影響に比べて大きいため、第3のビア導体を階段状に形成する方が、第2のビア導体を階段状に形成する場合に比べて効果が大きい。
【0032】
なお、上記の説明においては、長方形に配置される第3のビア導体17を全て階段状に形成したが、少なくとも、導体線路パターン1の向きに垂直に配列された第3のビア導体17を階段状に形成すれば、同様の効果が得られる。
【0033】
実施の形態5.
図11は、本発明の実施の形態5を示す導波管・マイクロストリップ線路変換器の断面図である。図において、上記実施の形態1と同一の構成については同一の符号をつけ、説明を省略する。この実施の形態は上記の実施の形態3と実施の形態4とを組み合わせたものであり、第2のビア導体16及び第3のビア導体17を階段状に形成している。
【0034】
この実施の形態によれば、誘電体導波管の非対称モードによって発生する高次モードの共振周波数が通常より高域側で発生するとともに、第1の誘電体導波管の非対称モードによる影響も第2の誘電体導波管の非対称モードによる影響も低減することができ、発生した共振周波数が層ずれ量によって低域側に移動することを確実に防止できるため、所望の周波数帯域での通過損失はより少なく、導波管・マイクロストリップ線路変換器の特性が劣化することをより確実に避けられる。
【0035】
【発明の効果】
本発明に係る導波管・マイクロストリップ線路変換器によれば、導波管内部で発生する共振周波数が所望の周波数帯域から離れた周波数で発生するため、導波管・マイクロストリップ線路変換器の特性が劣化しない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1における導波管・マイクロストリップ線路変換器の構成図である。
【図2】 実施の形態1における導波管・マイクロストリップ線路変換器の断面図である。
【図3】 実施の形態1における導体線路パターンを示す平面図である。
【図4】 実施の形態1における第2の導体パターンを示す平面図である。
【図5】 実施の形態1における第3の導体パターンを示す平面図である。
【図6】 実施の形態1における高周波信号の通過損失を示すグラフである。
【図7】 実施の形態2における導波管・マイクロストリップ線路変換器の断面図である。
【図8】 実施の形態2における第2の導体パターンを示す平面図である。
【図9】 実施の形態3における導波管・マイクロストリップ線路変換器の断面図である。
【図10】 実施の形態4における導波管・マイクロストリップ線路変換器の断面図である。
【図11】 実施の形態5における導波管・マイクロストリップ線路変換器の断面図である。
【符号の説明】
1 導体線路パターン、3 導波管短絡用導体、4 第1の誘電体基板、5 第2の誘電体基板、6 第3の誘電体基板、7 第1の導体パターン、8 第2の導体パターン、9 第3の導体パターン、10 第1のビア導体、11 第2のビア導体、12 第3のビア導体、13 第1のパターン抜き部、14 第2のパターン抜き部、15 第3のパターン抜き部。
Claims (4)
- 単層または多層の第1の誘電体基板と、前記第1の誘電体基板の一面に設けられた導体線路パターンと、前記導体線路パターンの一端が接続された導波管短絡用導体と、前記導体線路パターンと前記導波管短絡用導体を有する面に対向する前記第1の誘電体基板の最下面に形成された第1のパターン抜き部を有する第1の導体パターンと、前記第1の誘電体基板内を貫通し前記導波管短絡用導体と前記第1のパターン抜き部の外周部とを接続する第1のビア導体と、
単層または多層の第2の誘電体基板と、前記第2の誘電体基板の層間面及び最下面のうち少なくとも最下面に設けられた第2のパターン抜き部を有する第2の導体パターンと、前記第2のパターン抜き部の周囲に設けられ前記第2の誘電体基板の最上面から最下面まで貫通している第2のビア導体と、
任意の層間が層ずれを有する多層の第3の誘電体基板と、前記第3の誘電体基板の層間面及び最下面のうち少なくとも最下面に設けられた第3のパターン抜き部を有する第3の導体パターンと、前記第3のパターン抜き部の周囲に設けられ前記第3の誘電体基板の最上面から最下面まで貫通している第3のビア導体とを備え、
前記第1の誘電体基板に設けられた前記第1の導体パターンと前記第2の誘電体基板の最上面とが接し、前記第2の誘電体基板に設けられた前記第2の導体パターンと前記第3の誘電体基板の最上面とが接するように、前記第1の誘電体基板と前記第2の誘電体基板と前記第3の誘電体基板とが積層され、
前記導体線路パターンと前記第1の導体パターンと前記第1の誘電体基板によりマイクロストリップ線路が構成され、
前記導波管短絡用導体と前記第1のビア導体と前記第1の導体パターンにより導波管短絡部が構成され、
前記第1の導体パターンと前記第2のビア導体と前記第2の導体パターンにより第1の誘電体導波管が構成され、
前記第2の導体パターンと前記第3のビア導体と前記第3の導体パターンにより第2の誘電体導波管が構成され、
前記第3のビア導体における前記第3のパターン抜き部側の壁をつないで形成される長方形の縦横比が1対2.5から1対3の間で構成されるとともに、前記第2のビア導体における前記第2のパターン抜き部側の壁をつないで形成される長方形の縦横比が1対4から1対8の間で構成される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。 - 前記第2のビア導体または前記第3のビア導体を階段状に形成したことを特徴とする請求項1に記載の導波管・マイクロストリップ線路変換器。
- 前記第2のビア導体および前記第3のビア導体を階段状に形成したことを特徴とする請求項1に記載の導波管・マイクロストリップ線路変換器。
- 単層または多層の誘電体基板を積層して構成する誘電体導波管を3個以上有するとともに、
多層である第3以降の誘電体基板の任意の層間は層ずれを有し、
第3以降の誘電体基板のビア導体の、前記パターン抜き部側の壁をつないで形成される長方形の縦横比が1対2.5から1対3の間で構成されることを特徴とする請求項1に記載の導波管・マイクロストリップ線路変換器。
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