JP4827799B2 - 導波管／マイクロストリップ線路変換器 - Google Patents

Description

この発明は、主としてマイクロ波帯およびミリ波帯で用いる導波管／マイクロストリップ線路変換器に関する。

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）。

特開２００４−１３５０９５号公報

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では、誘電体基板を積層する際に生じる層ずれによって発生する高次モードによる不要共振の周波数を、所望の周波数帯域から離すために、誘電体基板内部に導体パターンとビアで形成する誘電体導波管の断面寸法をある一定の比率の範囲にする必要があった。しかし、誘電体導波管の断面寸法から誘電体導波管のインピーダンスは決まってしまうため、導波管／マイクロストリップ線路変換器を設計する際のインピーダンスの自由度が低く、設計が難しいという問題があった。

この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、設計が容易で、かつ誘電体基板の積層における層ずれが生じても、導波管内部で発生する共振周波数が所望の周波数帯域から離れて発生し、良好な特性を有する導波管／マイクロストリップ線路変換器を得ることを目的とする。

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の誘電体基板の最上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に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の前記第１の導体パターンとを接続する第１の接続導体と、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、前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとを接続する第２の接続導体と、単層または多層の第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、前記第２の導体パターンと前記第３の導体パターンとを接続する第３の接続導体とを備え、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の誘電体基板とを積層し、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を構成し、前記導波管短絡用導体と前記第１の接続導体と前記第１の導体パターンにより導波管短絡部を構成し、前記第１の導体パターンと前記第２の接続導体と前記第２の導体パターンにより第１の誘電体導波管を構成し、前記第２の導体パターンと前記第３の接続導体と前記第３の導体パターンにより第２の誘電体導波管を構成し、かつ前記第３のパターン抜き部の内部に、前記第３のパターン抜き部の長辺に平行な第４の導体パターンを設け、前記第４の導体パターンの両端は、前記第３のパターン抜き部の周囲の前記第３の導体パターンに接続されていることを特徴とする。

この発明によれば、設計が容易で、かつ誘電体基板の積層における層ずれが生じても、導波管内部で発生する共振周波数が所望の周波数帯域から離れて発生し、モードのインピーダンス整合に影響を与えることなく、高次モードによる共振周波数を変化させることができ、所望の周波数帯域において良好な特性を有する導波管／マイクロストリップ線路変換器を得ることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における導波管／マイクロストリップ線路変換器を示す断面図である。また、図２は、図１に示される最も上の誘電体基板１ａの上側の面に配置された導体パターンを示す図、図３は、図１に示される上の誘電体基板１ａの下側の面に配置された導体パターンを示す図、図４は、図１に示される真ん中の誘電体基板１ｂの下側の面に配置される導体パターンを示す図、図５は、図１に示される最も下の誘電体基板１ｃの下側の面に配置される導体パターンを示す図である。なお、図１に示された断面図は、図２ないし図５に示されるＡ−Ａ’断面図として与えられるものである。

図１〜図５に示す実施の形態１による導波管／マイクロストリップ線路変換器は、第１の誘電体基板１ａと、第１の誘電体基板１ａの最上面に設けられた導体線路パターン３と、導体線路パターン３の一端に接続された導波管短絡用導体４と、導体線路パターン３と導波管短絡用導体４を有する面に対向する第１の誘電体基板１ａの最下面に形成された第１のパターン抜き部６ａを有する第１の導体パターン２ａと、第１の誘電体基板１ａ内を貫通し、導波管短絡用導体４と第１のパターン抜き部６ａの外周部の第１の導体パターン２ａとを接続する第１の接続導体としての導体ヴィア５ａと、第２の誘電体基板１ｂと、第２の誘電体基板１ｂ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６ｂを有する第２の導体パターン２ｂと、第２のパターン抜き部６ｂの周囲に設けられ、第２の誘電体基板１ｂの最上面から最下面まで貫通し、第１の導体パターン２ａと第２の導体パターン２ｂとを接続する第２の接続導体としての導体ヴィア５ｂと、第３の誘電体基板１ｃと、第３の誘電体基板１ｃ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６ｃを有する第３の導体パターン２ｃと、第３のパターン抜き部６ｃの周囲に設けられ、第３の誘電体基板１ｃの最上面から最下面まで貫通し、第２の導体パターン２ｂと第３の導体パターン２ｃとを接続する第３の接続導体としての導体ヴィア５ｃとを備えている。

ここで、誘電体基板１ａの上側の面に導体線路パターン３、下側の面に導体パターン２ａを設けることで、マイクロストリップ線路を構成している。また、誘電体基板１ａの上側の面に導波管短絡用導体パターン４、下側の面に導体パターン２ａを設け、導波管短絡用導体パターン４と導体パターン２ａを接続する導体ヴィア５ａを設けることで、導波管短絡部を構成している。さらに、誘電体基板１ｂの下側の面に導体パターン２ｂを設け、導体パターン２ａ、２ｂを接続する導体ヴィア５ｂを設けることで、第１の誘電体導波管を構成している。また、誘電体基板１ｃの下側の面に導体パターン２ｃを設け、導体パターン２ｂ、２ｃを接続する導体ヴィア５ｃを設けることで、第２の誘電体導波管を構成している。誘電体基板１ｃの下には、この誘電体導波管の開口に合わせて導波管７が設けられている。

また、導体パターン２ｄは、導体パターン抜き部６ｃの中央部に、導体パターン抜き部６ｃの長辺に平行に配置されている。また、導体パターン２ｄの両端は、導体パターン抜き部６ｃの周囲の導体パターン２ｃに接続されている。

次に、本実施の形態１における導波管／マイクロストリップ線路変換器の動作について説明する。上記のような構成を有する導波管／マイクロストリップ線路変換器において、誘電体基板１ａに構成されたマイクロストリップ線路に入力された高周波信号は、導波管短絡部を介して誘電体基板１ｂに構成された第１の誘電体導波管を伝搬する。さらに、誘電体基板１ｃに構成された第２の誘電体導波管を通り、導体パターン抜き部６ｃを介して導波管７に伝搬していく。

ここで、第２の誘電体導波管は、入力された高周波信号の周波数に対してオーバーサイズとなっている。誘電体基板を積層するときにずれが生じると、誘電体導波管の形状が非対称となり高次モードが発生する場合がある。高次モードは、第１の誘電体導波管や導波管７には遮断されて伝搬できずに閉じ込められるため、第２の誘電体導波管において図６に示すような電界分布をもつ共振が発生する。

このとき、本実施の形態１では、導体パターン抜き部６ｃの中央部に導体パターン２ｄを設けているため、共振の電界分布は、図７に示すように変化し、高次モードによる共振が発生する周波数を変化させることができる。一方、導体パターン２ｄは、第２の誘電体導波管を伝搬する基本モードに対しては電界に垂直な方向となるため、基本モードのインピーダンス整合にはほとんど影響しない。

以上のように、実施の形態１によれば、誘電体導波管を構成する導体パターン抜き部に、誘電体導波管を伝搬する基本モードの電界に垂直な方向に導体パターンを設けたため、基本モードのインピーダンス整合に影響を与えることなく、高次モードによる共振周波数を変化させることができ、所望の周波数帯域において良好な特性を有する導波管／マイクロストリップ線路変換器の設計が容易になる。

なお、誘電体基板１ａ、１ｂ、１ｃは単層基板で構成されているが、それらのいずれかまたはすべてを多層基板で構成してもよい。その場合には、多層基板で構成される誘電体基板１ａ、１ｂ、１ｃの層間面にも導体パターン抜き部を有する導体パターンを設け、導体パターン抜き部の周囲に導体ヴィアを設ければ、同様の効果が得られる。

また、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、誘電体基板１ａ、１ｂ、１ｃの３個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、４個目以降の誘電体基板も、誘電体基板１ｂ、１ｃと同様の構成、すなわち、下側の面に設けられた導体パターン抜き部を有する導体パターンと、導体パターン抜き部の周囲に設けられ誘電体基板の上下の導体パターンを接続する導体ヴィアとを備えた構成のものである。

実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２における導波管／マイクロストリップ線路変換器を示す断面図である。図８において、実施の形態１と同一構成については同一符号をつけ、説明を省略する。

この実施の形態２において、誘電体基板１ｃは多層基板で構成され、導体パターン２ｃが誘電体基板１ｃの層間面および最下面の複数の面に設けられている。同様に、導体パターン２ｄについても複数の面に設けられており、複数の異なる面に設けられた導体パターン２ｄを互いに接続するために、導体ヴィア５ｄが設けられている。

この導体パターン２ｄと導体ヴィア５は、第２の誘電体導波管に伝搬する基本モードの電界に対して垂直な方向であるため、基本モードのインピーダンス整合には影響しない。一方、複数の面に設けられているため、高次モードに対しては影響が大きく、高次モードによる共振の周波数をより大きく変化させることができる。

以上のように、実施の形態２によれば、誘電体導波管を構成する複数の導体パターン抜き部に、誘電体導波管を伝搬する基本モードの電界に垂直な方向に導体パターン２ｄを設けたため、基本モードのインピーダンス整合に影響を与えることなく、高次モードによる共振周波数を変化させることができ、所望の周波数帯域において良好な特性を有する導波管／マイクロストリップ線路変換器の設計が容易になる。

この発明の実施の形態１における導波管／マイクロストリップ線路変換器を示す断面図である。 図１に示される最も上の誘電体基板１ａの上側の面に配置された導体パターンを示す図である。 図１に示される上の誘電体基板１ａの下側の面に配置された導体パターンを示す図である。 図１に示される真ん中の誘電体基板１ｂの下側の面に配置される導体パターンを示す図である。 図１に示される最も下の誘電体基板１ｃの下側の面に配置される導体パターンを示す図である。 この発明の実施の形態１における第２の誘電体導波管において電界分布をもつ共振が発生することを説明する図である。 この発明の実施の形態１における共振の電界分布を示す図である。 この発明の実施の形態２における導波管／マイクロストリップ線路変換器を示す断面図である。

符号の説明

１ａ 第１の誘電体基板、１ｂ 第２の誘電体基板、１ｃ 第３の誘電体基板、２ａ 第１の導体パターン、２ｂ 第２の導体パターン、２ｃ 第３の導体パターン、３ 導体線路パターン、４ 導波管短絡用導体、５ａ 第１の接続導体としての導体ヴィア、５ｂ 第２の接続導体としての導体ヴィア、５ｃ 第３の接続導体としての導体ヴィア、６ａ 第１のパターン抜き部、６ｂ 第２のパターン抜き部、６ｃ 第３のパターン抜き部、７ 導波管。

Claims (3)

1. 単層または多層の第１の誘電体基板と、
   前記第１の誘電体基板の最上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に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の前記第１の導体パターンとを接続する第１の接続導体と、
   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、前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとを接続する第２の接続導体と、
   単層または多層の第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、前記第２の導体パターンと前記第３の導体パターンとを接続する第３の接続導体と
   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の誘電体基板とを積層し、
   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を構成し、
   前記導波管短絡用導体と前記第１の接続導体と前記第１の導体パターンにより導波管短絡部を構成し、
   前記第１の導体パターンと前記第２の接続導体と前記第２の導体パターンにより第１の誘電体導波管を構成し、
   前記第２の導体パターンと前記第３の接続導体と前記第３の導体パターンにより第２の誘電体導波管を構成し、かつ
   前記第３のパターン抜き部の内部に、前記第３のパターン抜き部の長辺に平行な第４の導体パターンを設け、
   前記第４の導体パターンの両端は、前記第３のパターン抜き部の周囲の前記第３の導体パターンに接続されている
   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。
2. 単層または多層の第１の誘電体基板と、
   前記第１の誘電体基板の最上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に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の前記第１の導体パターンとを接続する第１の接続導体と、
   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、前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとを接続する第２の接続導体と、
   単層または多層の第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、前記第２の導体パターンと前記第３の導体パターンとを接続する第３の接続導体と
   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の誘電体基板とを積層し、
   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を構成し、
   前記導波管短絡用導体と前記第１の接続導体と前記第１の導体パターンにより導波管短絡部を構成し、
   前記第１の導体パターンと前記第２の接続導体と前記第２の導体パターンにより第１の誘電体導波管を構成し、
   前記第２の導体パターンと前記第３の接続導体と前記第３の導体パターンにより第２の誘電体導波管を構成し、かつ
   前記第３のパターン抜き部の内部に、前記第３のパターン抜き部の長辺に平行な第４の導体パターンを設け、
   前記第４の導体パターンは、前記第３の誘電体基板の層間面及び最下面の複数の面に設けられ、複数の前記第４の導体パターンを接続するように第４の接続導体を設けた
   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。
3. 単層または多層の第１の誘電体基板と、
   前記第１の誘電体基板の最上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に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の前記第１の導体パターンとを接続する第１の接続導体と、
   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、前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとを接続する第２の接続導体と、
   単層または多層の第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、前記第２の導体パターンと前記第３の導体パターンとを接続する第３の接続導体と
   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の誘電体基板とを積層し、
   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を構成し、
   前記導波管短絡用導体と前記第１の接続導体と前記第１の導体パターンにより導波管短絡部を構成し、
   前記第１の導体パターンと前記第２の接続導体と前記第２の導体パターンにより第１の誘電体導波管を構成し、
   前記第２の導体パターンと前記第３の接続導体と前記第３の導体パターンにより第２の誘電体導波管を構成し、かつ
   前記第３のパターン抜き部の内部に、前記第３のパターン抜き部の長辺に平行な第４の導体パターンを設け、
   前記第４の導体パターンの両端は、前記第３のパターン抜き部の周囲の前記第３の導体パターンに接続されており、
   前記第４の導体パターンは、前記第３の誘電体基板の層間面及び最下面の複数の面に設けられ、複数の前記第４の導体パターンを接続するように第４の接続導体を設けた
   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。

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