JP6417329B2 - コネクタ装置及び通信システム - Google Patents

Description

本開示は、コネクタ装置及び通信システムに関する。

高周波の信号、例えば、ミリ波やマイクロ波の信号を導波管ケーブルを用いて伝送するシステムでは、回路基板上の給電線路と導波管ケーブルとを接続する必要がある。この接続を行うのに、従来は、信号の入出力部分以外の全面が導体膜で覆われた誘電体ブロックで構成され、底面に進行方向と直交するスロットが形成された誘電体導波管を、回路基板上にスペーサを介して固定して成る誘電体導波管−マイクロストリップ変換構造を用いていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１４１６４４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の誘電体導波管−マイクロストリップ変換構造にあっては、進行方向と逆側に反射板が必要であり、また、スペーサが必要であるために、小型化が難しく、また、部品点数も増える。

本開示は、部品点数が少なく、小型化が可能なコネクタ装置及び通信システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本開示のコネクタ装置は、
導波管ケーブルと、
導波管構造を有する基板と、
導波管ケーブルの端部と導波管構造とを電磁的に結合する結合部と、
を備える構成となっている。

また、上記の目的を達成するための本開示の通信システムは、
高周波の信号を送信する送信部と、
高周波の信号を受信する受信部と、
送信部と受信部との間で高周波の信号を伝送する導波管ケーブルと、
送信部及び受信部の少なくとも一方と導波管ケーブルとを接続するコネクタ装置と、
を具備し、
コネクタ装置は、
導波管ケーブルと、
導波管構造を有する基板と、
導波管ケーブルの端部と導波管構造とを電磁的に結合する結合部と、
を備える構成となっている。

上記の構成のコネクタ装置、あるいは、通信システムにおいて、基板が導波管構造を有することで、基板と導波管ケーブルとの間が導波管モード同士の結合となる。導波管モード同士の結合だと、電界の分布が同じようになるために電磁波がスムーズに移動できる。また、導波管ケーブルの端部と導波管構造とを電磁的に結合する結合部の構造を簡略化でき、部品点数が少なく、小型化が可能となる。

本開示によれば、基板と導波管ケーブルとの間が導波管モード同士の結合であるため、部品点数が少なく、小型化が可能なコネクタ装置及び通信システムを提供できる。
尚、ここに記載された効果に必ずしも限定されるものではなく、本明細書中に記載されたいずれかの効果であってもよい。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、これに限定されるものではなく、また付加的な効果があってもよい。

図１Ａは、本開示の技術が適用される通信システムの構成の一例を示すブロック図であり、図１Ｂは、本通信システムにおける送信部及び受信部の具体的な構成の一例を示すブロック図である。 図２は、本開示の実施形態に係るコネクタ装置の構成の概略を示す斜視図である。 図３は、図２のｘ方向に沿った本実施形態に係るコネクタ装置の断面構造を示す断面図である。 図４は、プリント基板の導波管構造の構成の一例を示す斜視図である。 図５Ａは、基板の上面構造を示す斜視図であり、図５Ｂは、リッジ導波管の下部を搭載した状態の基板の上面構造を示す斜視図である。 図６Ａは、裏返し状態のリッジ導波管の下部を示す斜視図であり、図６Ｂは、裏返し状態のリッジ導波管の上部及び下部を示す斜視図である。 図７Ａは、上下両側にリッジを有する一体構造のリッジ導波管の断面構造を示す断面図であり、図７Ｂは、誘電体充填方形導波管の断面構造を示す斜視図である。 図８は、誘電体導波管−マイクロストリップ線路変換構造を採った場合の結合特性を示す特性図である。 図９は、導波管モード同士の結合構造を採る本実施形態に係るコネクタ装置の結合特性を示す特性図である。 図１０は、図３におけるマイクロストリップ線路−導波管構造間のｘ方向に沿った構造を拡大して示す断面図である。 図１１は、マイクロストリップ線路−インピーダンス変換部間における結合特性を示す特性図である。 図１２は、リッジ導波管に代えて誘電体充填方形導波管を用いた場合の結合特性を示す特性図である。 図１３は、変形例１に係る金属ガイドの差し込み口の形状を示す断面図である。 図１４は、変形例２に係るコネクタ装置の構成の概略を示す斜視図である。 図１５は、図１４のｙ方向に沿った変形例２に係るコネクタ装置の断面構造を示す断面図である。 図１６は、変形例２に係るコネクタ装置の結合特性を示す特性図である。

以下、本開示の技術を実施するための形態（以下、「実施形態」と記述する）について図面を用いて詳細に説明する。本開示の技術は実施形態に限定されるものではなく、実施形態における種々の数値などは例示である。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。尚、説明は以下の順序で行う。
１．本開示のコネクタ装置及び通信システム、全般に関する説明
２．本開示の技術が適用される通信システム
３．実施形態の説明
３−１．実施形態に係るコネクタ装置
３−２．変形例１
３−３．変形例２
３−４．変形例３

＜本開示のコネクタ装置及び通信システム、全般に関する説明＞
電磁波、特に、マイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波などの高周波の信号を、導波管を媒体として伝送する通信システムは、電子機器、情報処理装置、半導体装置などの各種の装置相互間の信号の伝送や、１つの装置（機器）における回路基板相互間の信号の伝送などに用いて好適なものである。この通信システムにおいて、高周波の信号を伝送する導波管は、装置相互間や回路基板相互間を接続するケーブルとしての機能を持つことから、導波管ケーブルと呼称される。

高周波のうち、例えばミリ波は、周波数が３０［ＧＨｚ］〜３００［ＧＨｚ］（波長が１［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］）の電波である。ミリ波帯で信号伝送を行うことで、Ｇｂｐｓオーダー（例えば、５［Ｇｂｐｓ］以上）の高速な信号伝送を実現することができるようになる。Ｇｂｐｓオーダーの高速な信号伝送が求められる信号としては、例えば、映画映像やコンピュータ画像などのデータ信号を例示することができる。また、ミリ波帯での信号伝送は、耐干渉性に優れており、装置相互間のケーブル接続における他の電気配線に対して妨害を与えずに済むという利点もある。

本開示のコネクタ装置及び通信システムにあっては、導波管構造について、誘電体基板集積導波管（substrate integrated waveguide：ＳＩＷ）から成る構成とすることができる。

上述した好ましい構成を含む本開示のコネクタ装置及び通信システムにあっては、誘電体の両主面に導体層が形成されたプリント基板から成る構成とすることができる。このとき、導波管構造については、プリント基板の両主面に形成された２つの導体層、及び、主面に対して垂直に、かつ、電磁波の進行方向に沿って対向して形成された２つの導体壁から成る構成とすることができる。また、２つの導体壁については、１枚の板状の導体から形成される構成の他、柱状の導体が連続して配置されることによって形成される構成とすることができる。柱状の導体については、プリント基板の両主面に形成された２つの導体層を電気的につなぐビアから成る構成とすることができる。

また、上述した好ましい構成を含む本開示のコネクタ装置及び通信システムにあっては、結合部について、プリント基板の一方の主面の導体層を貫通する貫通孔を含み、この貫通孔を通して導波管ケーブルの端部と導波管構造とを電磁的に結合する構成とすることができる。このとき、貫通孔について、電磁波の進行方向に対して垂直な方向に、２つの導体壁間に亘って形成されるスロットから成る構成とすることができる。ここで、「垂直」とは、厳密に垂直である場合の他、実質的に垂直である場合をも含み、設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。

また、上述した好ましい構成を含む本開示のコネクタ装置及び通信システムにあっては、結合部について、貫通孔と導波管ケーブルの端部との間に配されたリッジ導波管を有する構成とすることができる。あるいは、結合部について、誘電体充填方形導波管（管内に誘電体が充填された方形導波管）を有する構成とすることができる。

あるいは又、上述した好ましい構成を含む本開示のコネクタ装置及び通信システムにあっては、導波管ケーブルについて、導波管内に誘電体が充填された誘電体導波管ケーブルである構成とすることができる。

また、上述した好ましい構成を含む本開示のコネクタ装置及び通信システムにあっては、結合部について、導波管ケーブルを基板に対して平行に保持する構成とすることができる。ここで、「平行」とは、厳密に平行である場合の他、実質的に平行である場合をも含み、設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。あるいは、結合部について、導波管ケーブルを基板に対して垂直に保持する構成とすることができる。ここで、「垂直」とは、厳密に垂直である場合の他、実質的に垂直である場合をも含み、設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。

あるいは又、上述した好ましい構成を含む本開示のコネクタ装置及び通信システムにあっては、導波管ケーブルを結合部に対して位置決めしつつ連結するガイド部材を有する構成とすることができる。このとき、ガイド部材について、導波管ケーブルが差し込まれる差し込み口を有する構成とすることができる。差し込み口の内壁の幅については、結合部の電磁波の通路の幅よりも広く設定され、差し込み口の内壁については、外側から結合部に向けて幅が徐々に狭くなるテーパー形状をなす構成とすることができる。

あるいは又、上述した好ましい構成を含む本開示のコネクタ装置及び通信システムにあっては、基板の導波管構造は、インピーダンス変換部を介してマイクロストリップ線路（Micro Strip Line：ＭＳＬ）に接続される構成とすることができる。

＜本開示の技術が適用される通信システム＞
本開示の技術が適用される通信システム（本開示の通信システム）の構成の一例について、図１Ａ及び図１Ｂを用いて説明する。図１Ａは、本開示の技術が適用される通信システムの構成の一例を示すブロック図であり、図１Ｂは、本通信システムにおける送信部及び受信部の具体的な構成の一例を示すブロック図である。

図１に示すように、本適用例に係る通信システム１は、高周波の信号を送信する送信部１０と、高周波の信号を受信する受信部２０と、送信部１０と受信部２０との間で高周波の信号を伝送する導波管ケーブル３０と、を備える構成となっている。

ここでは、高周波の信号として例えばミリ波帯の信号を、導波管ケーブル３０を用いて伝送する通信システムを例に挙げて説明する。導波管ケーブル３０としては、中空導波管から成る構成であってもよいし、誘電体導波管から成る構成であってもよい。

因みに、高周波の信号がミリ波帯の信号（ミリ波通信）であることで、次のような利点がある。
ａ）ミリ波通信は通信帯域を広く取れるため、データレートを大きくとることが簡単にできる。
ｂ）伝送に使う周波数が他のベースバンド信号処理の周波数から離すことができ、ミリ波とベースバンド信号の周波数の干渉が起こり難い。
ｃ）ミリ波帯は波長が短いため、波長に応じて決まる導波構造を小さくできる。加えて、距離減衰が大きく回折も少ないため電磁シールドが行い易い。
ｄ）通常の無線通信では、搬送波の安定度については、干渉などを防ぐために厳しい規制がある。そのような安定度の高い搬送波を実現するためには、高い安定度の外部周波数基準部品と逓倍回路やＰＬＬ（位相同期ループ回路）などが用いられ、回路規模が大きくなる。これに対して、ミリ波通信では、容易に外部に漏れないようにできるとともに、安定度の低い搬送波を伝送に使用することができ、回路規模の増大を抑えることができる。

ミリ波帯の信号を伝送する、本適用例に係る通信システム１において、送信部１０は、伝送対象の信号をミリ波帯の信号に変換し、導波管ケーブル３０へ出力する処理を行う。受信部２０は、導波管ケーブル３０を通して伝送されるミリ波帯の信号を受信し、元の伝送対象の信号に戻す（復元する）処理を行う。

本適用例にあっては、送信部１０は第１の通信装置１００内に設けられ、受信部２０は第２の通信装置２００内に設けられる。この場合、導波管ケーブル３０は、第１の通信装置１００と第２の通信装置２００との間で高周波の信号を伝送するということにもなる。導波管ケーブル３０を通して信号の送受信を行う各通信装置１００，２００においては、送信部１０と受信部２０とが対となって組み合させて配置される。第１の通信装置１００と第２の通信装置２００との間の信号の伝送方式については、片方向（一方向）の伝送方式であってもよいし、双方向の伝送方式であってもよい。

送信部１０（第１の通信装置１００）と受信部２０（第２の通信装置２００）とは、予め定められた範囲内に配置される。ここで、「予め定められた範囲」とは、高周波の信号がミリ波帯の信号であるから、ミリ波の伝送範囲を制限できる限りにおいてであればよい。典型的には、放送や一般的な無線通信で使用される通信装置相互間の距離に比べて距離が短い範囲が「予め定められた範囲」に該当する。

送信部１０と受信部２０とが予め定められた範囲内に配置される形態としては、図１Ａに示すように、別々の通信装置（電子機器）、即ち、第１の通信装置１００と第２の通信装置２００とに配置される形態の他、次のような形態を例示することができる。例えば、１つの電子機器内において別々の回路基板に送信部１０と受信部２０とが配置される形態で考えられる。この形態の場合、一方の回路基板が第１の通信装置１００に相当し、他方の回路基板が第２の通信装置２００に相当することになる。

その他に、１つの電子機器内において別々の半導体チップに送信部１０と受信部２０とが配置される形態が考えられる。この形態の場合、一方の半導体チップが第１の通信装置１００に相当し、他方の半導体チップが第２の通信装置２００に相当することになる。更に、同一の回路基板上における別々の回路部に送信部１０と受信部２０とが配置される形態が考えられる。この形態の場合、一方の回路部が第１の通信装置１００に相当し、他方の回路部が第２の通信装置２００に相当することになる。但し、これらの形態に限られるものではない。

一方、第１の通信装置１００と第２の通信装置２００との組み合わせとしては、一例として、次のような組み合わせが考えられる。但し、以下に例示する組み合わせは一例に過ぎず、これらの組み合わせに限られるものではない。

第２の通信装置２００が携帯電話機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ゲーム機、リモートコントローラなどのバッテリ駆動機器である場合には、第１の通信装置１００は、そのバッテリ充電器や画像処理などを行う、所謂ベースステーションと称される装置となる組み合わせが考えられる。また、第２の通信装置２００が比較的薄いＩＣカードのような外観を有する装置である場合には、第１の通信装置１００は、そのカード読取／書込装置となる組み合わせが考えられる。カード読取／書込装置は更に、例えば、デジタル記録／再生装置、地上波テレビジョン受像機、携帯電話機、ゲーム機、コンピュータなどの電子機器本体と組み合わせて使用される。また、撮像装置への適用であれば、例えば、第１の通信装置１００がメイン基板側で第２の通信装置２００が撮像基板側になり、１つの装置（機器）内での信号伝送を行うことになる。

次に、図１Ｂを用いて、送信部１０及び受信部２０の具体的な構成の一例について説明する。

送信部１０は、例えば、伝送対象の信号を処理してミリ波帯の信号を生成する信号生成部１１を有している。信号生成部１１は、伝送対象の信号をミリ波帯の信号に変換する信号変換部であり、例えば、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying：振幅偏移）変調回路から成る構成となっている。具体的には、信号生成部１１は、発振器１１１から与えられるミリ波帯の信号と伝送対象の信号とを乗算器１１２で乗算することによってミリ波帯のＡＳＫ変調波を生成し、バッファ１１３を介して出力する構成を採っている。送信部１０と導波管ケーブル３０との間には、コネクタ装置４０が介在している。

一方、受信部２０は、例えば、導波管ケーブル３０を通して与えられるミリ波帯の信号を処理して元の伝送対象の信号を復元する信号復元部２１を有している。信号復元部２１は、受信したミリ波帯の信号を、元の伝送対象の信号に変換する信号変換部であり、例えば、自乗（二乗）検波回路から成る構成となっている。具体的には、信号復元部２１は、バッファ２１１を通して与えられるミリ波帯の信号（ＡＳＫ変調波）を乗算器２１２で自乗することによって伝送対象の信号に変換し、バッファ２１３を通して出力する構成を採っている。導波管ケーブル３０と受信部２０との間には、コネクタ装置５０が介在している。

導波管ケーブル３０は、ミリ波を導波管内に閉じ込めつつ伝送する導波構造で構成し、ミリ波帯域の電磁波を効率よく伝送させる特性を有するものとする。導波管ケーブル３０が誘電体導波管から成る場合には、例えば、一定範囲の比誘電率と一定範囲の誘電正接を持つ誘電体素材を含んで構成された誘電体導波管にするとよい。

ここで、「一定範囲」については、誘電体素材の比誘電率や誘電正接が、所望の効果が得られる程度の範囲であればよく、その限りにおいて予め定めた値のものとすればよい。但し、誘電体導波管の特性については、誘電体素材そのものだけで決められるものではなく、伝送路長やミリ波の周波数（波長）も特性を決めるのに関係してくる。従って、必ずしも、誘電体素材の比誘電率や誘電正接について明確に定められるものではないが、一例としては、次のように設定することができる。

誘電体導波管内にミリ波帯の信号を高速に伝送させるためには、誘電体素材の比誘電率は、２〜１０（好ましくは、３〜６）程度とし、その誘電正接は０．００００１〜０．０１（好ましくは、０．００００１〜０．００１）程度とするのが望ましい。このような条件を満たす誘電体素材としては、例えば、アクリル樹脂系、ウレタン樹脂系、エポキシ樹脂系、シリコーン系、ポリイミド系、シアノアクリレート樹脂系から成るものを例示することができる。

＜実施形態の説明＞
［実施形態に係るコネクタ装置］
本実施形態では、送信部１０と導波管ケーブル３０との間に介在するコネクタ装置４０に適用する場合を例に挙げて説明する。但し、送信部１０と導波管ケーブル３０との間に介在するコネクタ装置４０への適用に限られるものではなく、導波管ケーブル３０と受信部２０との間に介在するコネクタ装置５０に対しても、コネクタ装置４０の場合と同様に適用可能である。

図２は、本開示の実施形態に係るコネクタ装置の構成の概略を示す斜視図である。図２に示すように、本実施形態に係るコネクタ装置４０は、導波管ケーブル４１と、導波管構造を有する基板４２と、導波管ケーブル４１の端部と導波管構造とを電磁的に結合する結合部４３と、を備える。図２において、導波管ケーブル４１及び基板４２の導波管構造における電磁波の伝搬方向（進行方向）をｘ方向とし、基板４２の主面に垂直な方向をｙ方向とし、基板４２の幅方向をｚ方向とする。

図３に、図２のｘ方向に沿った本実施形態に係るコネクタ装置４０の断面構造を示す。導波管ケーブル４１は、図１の導波管ケーブル３０に相当するものであり、例えば、導波管４１１内に誘電体４１２が充填された誘電体導波管から成る。但し、導波管ケーブル４１１としては、誘電体導波管に限られるものではなく、中空導波管などであってもよい。

基板４２は、板状誘電体基板であり、誘電体の両主面（上面／下面）に導体層４２１，４２２が形成され、更に、両主面間に例えば２層の導体層４２３，４２４が形成された４層の導体層（配線層）を有するプリント基板である。以下、基板４２をプリント基板４２と記述する場合もある。このプリント基板４２において、例えば、上から１層目の導体層４２１は信号ラインとして用いられ、２層目、３層目の導体層４２２，４２３はグランドラインとして用いられる。

プリント基板４２の導波管構造４４は、誘電体基板集積導波管（ＳＩＷ）から成る。図４に、プリント基板４２の導波管構造４４の構成の一例を示す。ＳＩＷから成る導波管構造４４は、基板４２の２層目、３層目の導体層４２２，４２３が除去された領域Ｅに形成される。具体的には、２層目、３層目の導体層４２２，４２３が除去された領域Ｅの両主面に形成された２つの導体層４２１，４２２、及び、主面に対して垂直に、かつ、電磁波の進行方向（伝搬方向／ｘ方向）に沿って対向して形成された２つの導体壁４２５，４２６から成る。すなわち、導波管構造４４は、２つの導体層４２１，４２２を上下の導体壁とし、２つの導体壁４２５，４２６を左右の導体壁とする、方形導波管と同等の機能を持つ擬似導波管構造となる。

左右の導体壁となる２つの導体壁４２５，４２６は、柱状の導体、例えば、基板４２の両主面に形成された２つの導体層４２１，４２２及び両主面間に形成された２つの導体層４２３，４２４を電気的につなぐビア４４１が連続して配置されることによって形成される。尚、ここでは、２つの導体壁を形成する柱状の導体としてビア４４１を例示したが、これに限られるものではない。また、２つの導体壁についても、柱状の導体が連続して配置されて成る構成のものに限られるものではなく、例えば、２枚の板状の導体を電磁波の進行方向に沿って対向して配置する構成のものとすることも原理的には可能である。

基板４２の導波管構造４４は、インピーダンス変換部４５を介してマイクロストリップ線路（ＭＳＬ）４６に接続される。尚、ここでは、本実施形態に係るコネクタ装置４０として、導波管構造４４がインピーダンス変換部４５を介してマイクロストリップ線路４６に接続される構成のものを例示したが、マイクロストリップ線路４６に接続されない構成のものとすることも可能である。

基板４２の一方の主面（導波管ケーブル４１が配置されている側の主面／上面）には、導体層４２１を貫通する貫通孔４２７が形成されている。結合部４３は、この貫通孔４２７を含み、この貫通孔４２７を通して導波管ケーブル４１の端部と導波管構造４４とを電磁的に結合する。図５Ａに示すように、貫通孔４２７は、導波管構造４４における電磁波の進行方向に対して垂直な方向に、導波管構造４４の左右の２つの導体壁間に亘って形成されるスロットから成る。ここで、「垂直」とは、厳密に垂直である場合の他、実質的に垂直である場合をも含み、設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。

リッジ導波管４７としては、上下の両側にリッジを有する構造のものであってもよいし、上下の一方側（片側）にリッジを有する構造のものであってもよい。図５Ａは、基板（プリント基板）４２の上面構造を示す斜視図である。図５Ｂに、後述するリッジ導波管４７の下部４７Ｌを搭載した状態の基板４２の上面構造を示す。

結合部４３は、貫通孔（スロット）４２７と導波管ケーブル４１の端部との間に配されたリッジ導波管４７を有する。リッジ導波管４７は、導波管ケーブル４１と導波管構造４４とのインピーダンスの整合をとるためにインピーダンス変換を行いつつ、導波管ケーブル４１の端部と導波管構造４４とを電磁的に結合する。本実施形態にあっては、結合部４３は、インピーダンス変換を行いつつ電磁的に結合するに当たって、導波管ケーブル４１を基板４２に対して平行に保持する、所謂、横型導波管構造を採っている。ここで、「平行」とは、厳密に平行である場合の他、実質的に平行である場合をも含み、設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。

リッジ導波管４７としては、上下の両側にリッジを有する構造のものであってもよいし、上下の一方側（片側）にリッジを有する構造のものであってもよい。ここでは、図３に示すように、上下の両側にリッジ４７１，４７２を有する構造のリッジ導波管４７を用いることとする。このリッジ導波管４７は、例えば図６Ｂに示すように、上側のリッジ４７１を含む上部４７Ｕと、下側のリッジ４７２を含む下部４７Ｌとに２分割されている。図６Ａは、裏返し状態のリッジ導波管４７の下部４７Ｌを示す斜視図であり、図６Ｂは、裏返し状態のリッジ導波管４７の上部４７Ｕ及び下部４７Ｌを示す斜視図である。

尚、リッジ導波管４７としては、２分割構造のものに限られるものではなく、図７Ａに示すように、上部４７Ｕと下部４７Ｌとが一体の構造のものとすることも可能である。図７Ａは、上下両側にリッジ４７１，４７２を有する一体構造のリッジ導波管の断面構造を示す断面図である。また、ここでは、インピーダンス変換を行いつつ電磁的に結合する部材として、リッジ導波管４７を用いるとしたが、リッジ導波管４７に限られるものではない。例えば、図７Ｂに示すように、リッジ導波管４７に代えて、管４８１内に誘電体４８２が充填されて成る誘電体充填方形導波管４８を用いることもできる。図７Ｂは、誘電体充填方形導波管の断面構造を示す断面図である。

リッジ導波管４７は、導波管ケーブル４１を結合部４３に対して位置決めしつつ連結する、例えば金属性のガイド部材（以下、「金属ガイド」と記述する）４９に収容される。具体的には、図６Ａに示すように、リッジ導波管４７の下部４７Ｌは、例えば金属ガイド４９と一体的に形成される。但し、一体形成に限られるものではなく、リッジ導波管４７の下部４７Ｌと金属ガイド４９とは別体で形成されてもよい。

図６Ｂに示すように、金属ガイド４９と一体形成されたリッジ導波管４７の下部４７Ｌに対して、リッジ４７１，４７２が対向するように、リッジ導波管４７の上部４７Ｕが組み立てられることになる。このとき、リッジ導波管４７の上部４７Ｕは、その背面と金属ガイド４９の内面との間に、リッジ導波管４７の内部と連通する連通孔４７３が形成されるように、下部４７Ｌに比べて幅が狭く形成されている。

そして、金属ガイド４９に収容されたリッジ導波管４７は、特に図３に示すように、連通孔４７３が先述した基板４１の一方の主面に形成された貫通孔４２７に対して対向して連通するように基板４１に対して位置決めされる。これにより、基板４１の導波管構造４４は、貫通孔４２７→連通孔４７３→リッジ導波管４７の経路を通して導波管ケーブル４１の端部と電磁的に結合される。

金属ガイド４９は、導波管ケーブル４１が差し込まれる（結合される）差し込み口４９Ａを有している。この差し込み口４９Ａの内壁の幅Ｗ₁は、図６Ｂに示すように、結合部４３の電磁波の通路の幅、より具体的には、リッジ導波管４７の内壁の幅Ｗ₂よりも広く設定される。このような寸法関係に設定されることで、金属ガイド４９に対して導波管ケーブル４１の抜き差しが可能になる。また、金属ガイド４９のリッジ導波管４７までの長さＬは、電磁波の波長の４分の１に設定される（図３参照）。

上述したように、本実施形態に係るコネクタ装置４０は、誘電体導波管から成る導波管ケーブル４１と、ＳＩＷから成る導波管構造４４を有する基板４２と、導波管ケーブル４１の端部と導波管構造とを電磁的に結合する、リッジ導波管４７を含む結合部４３と、を備える構成を採っている。この構成を採ることにより、基板４２と導波管ケーブル４１との間が導波管モード同士の結合となる。

そして、導波管モード同士の結合だと、電界の分布が同じようになるために電磁波がスムーズに移動できる。また、導波管モード同士の結合であることで、伝搬する電磁波の広帯域化が可能となる。具体的には、底面に進行方向と直交するスロットが形成された誘電体導波管を、回路基板上にスペーサを介して固定して成る誘電体導波管−マイクロストリップ線路変換構造を採った場合、図８に示すように、Ｓ１１＜−１０ｄＢの帯域が中心周波数の３０％程度である。これに対して、導波管モード同士の結合構造を採った場合、図９に示すように、Ｓ１１＜−１０ｄＢの帯域が中心周波数の５０％以上に広帯域化できる。図８及び図９に示す結合特性において、Ｓ１１，Ｓ２２はＳパラメータの反射係数であり、Ｓ２１はＳパラメータの透過係数である。

図１０に、図３におけるマイクロストリップ線路４６−導波管構造４４間のｘ方向に沿った構造を拡大して示す。導電層が４層のプリント基板４２において、マイクロストリップ線路４６では、１層目の導電層４２１が信号ラインとなり、２層目の導電層４２３がグランドラインとなる。インピーダンス変換部４５では、１層目の導電層４２１から３層目の導電層４２４が用いられる。導波管構造４４では、２層目、３層目の導体層４２２，４２３が除去された領域Ｅ（図４参照）において、１層目の導電層４２１と４層目の導電層４２２が上下の導体壁となり、ビア４４１が連続して配置されて成る２つの導体壁４２５，４２６（図４参照）が左右の導体壁となる。マイクロストリップ線路４６−インピーダンス変換部４５間における結合特性を図１１に示す。

また、導波管モード同士の結合であることで、導波管ケーブル４１の端部と導波管構造４４とを電磁的に結合する結合部４３の構造を簡略化できる。具体的には、反射板やスペーサが不要であり、金属ガイド４９にリッジ導波管４７を収容した簡単な構造であるために、部品点数が少なく、小型化が可能なコネクタ装置４０を実現できる。そして、当該コネクタ装置４０を用いる通信システム１にあっては、システムの簡略化を図ることができる。

また、本実施形態のように、ＳＩＷから成る導波管構造４４にインピーダンス変換部４５を介してマイクロストリップ線路（ＭＳＬ）４６を接続することで、ＭＳＬ−導波管変換が可能になる。更に、基板４２が導波管構造４４を有する構造であることで、基板４２の裏面をグランド（接地）にできるため、基板裏面に伝送線路を形成する必要があるコネクタ装置（導波管−マイクロストリップ線路変換装置）に比べて、基板設置場所の影響を受けないという利点もある。

また、先述したように、リッジ導波管４７に代えて、図７Ｂに示す誘電体充填方形導波管４８を結合部４３に用いることも可能である。リッジ導波管４７に代えて誘電体充填方形導波管４８を用いることで、リッジ導波管４７を用いる場合に比べて寸法精度が緩くて済む利点がある。図１２に、リッジ導波管４７に代えて誘電体充填方形導波管４８を用いた場合の結合特性を示す。

［変形例１］
上記の実施形態では、金属ガイド４９に対して導波管ケーブル４１の抜き差しが可能にするために、単に、差し込み口４９Ａの内壁の幅Ｗ₁をリッジ導波管４７の内壁の幅Ｗ₂よりも広く設定する構成を採っている（図６Ｂ参照）。変形例１では、図１３に示すように、差し込み口４９Ａの内壁を、外側から結合部４３、より具体的には、リッジ導波管４７に向けて幅が徐々に狭くなるテーパー形状に設定する構成を採っている。このように、差し込み口４９Ａの内壁をテーパー形状にすることで、当該テーパー形状の内壁によって導波管ケーブル４１の先端部を結合部４３内に確実に案内できる。これにより、導波管ケーブル４１の装着が容易になるとともに、リッジ導波管４７に対して導波管ケーブル４１の先端の金属部を確実に接触させることができるため、両者の結合部分における損失や不要輻射を抑えることができる。

［変形例２］
上記の実施形態では、導波管ケーブル４１を基板４２に対して平行に保持する横型導波管構造の場合を例に挙げて説明したが、これに限られるものではない。例えば、導波管ケーブル４１を基板４２に対して垂直に保持する、所謂、縦型導波管構造とすることも可能である。ここで、「垂直」とは、厳密に垂直である場合の他、実質的に垂直である場合をも含み、設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。図１４は、変形例２に係るコネクタ装置の構成の概略を示す斜視図であり、図１５は、図１４のｙ方向に沿った変形例２に係るコネクタ装置の断面構造を示す断面図である。

横型導波管構造のコネクタ装置にあっては、特に図３から明らかなように、基板４１の一方の主面に形成された貫通孔４２７とリッジ導波管４７とを、連通孔４７３を通して連通させる構造となっている。これに対して、変形例２の縦型導波管構造のコネクタ装置にあっては、特に図１５から明らかなように、基板４１の一方の主面に形成された貫通孔４２７とリッジ導波管４７とを直接対向させて連通させる構造となっている。図１６に、変形例２に係るコネクタ装置の結合特性を示す。

上述したことから明らかなように、本開示のコネクタ装置４０における結合部４３は、基本的に、リッジ導波管４７（又は、誘電体充填方形導波管４８）を内蔵する簡便な構造である。従って、本開示のコネクタ装置の結合部４３が簡便な構造であることで、横型導波管構造及び縦型導波管構造のいずれにも対応できる構造となっている。

［変形例３］
以上では、導波管ケーブル４１、導波管構造を有する基板４２、及び、導波管ケーブル４１の端部と導波管構造とを電磁的に結合する結合部４３を備える第１の態様に係るコネクタ装置を、本開示のコネクタ装置４０としている。但し、導波管ケーブル４１、導波管構造を有する基板４２、及び、結合部４３を備えるコネクタ装置を第１の態様に係るコネクタ装置とした場合、本開示のコネクタ装置４０としては、第１の態様に係るコネクタ装置に限られるものではなく、以下に例示する第２乃至第６の態様に係るコネクタ装置とすることも可能である。

（第２の態様）
導波管構造４４を有する基板４２から成る第２の態様に係るコネクタ装置とする構成をとることもできる。第２の態様に係るコネクタ装置は、導波管ケーブル４１の端部に対して導波管構造４４にて結合部４３を介して電磁的に結合されて用いられることになる。
（第３の態様）
導波管構造４４を有する基板４２と、結合部４３とから成る第３の態様に係るコネクタ装置とする構成をとることもできる。第３の態様に係るコネクタ装置は、導波管構造４４導波管ケーブル４１の端部に対して結合部４３を通して電磁的に結合されて用いられることになる。
（第４の態様）
導波管ケーブル４１と、結合部４３とから成る第４の態様に係るコネクタ装置とする構成をとることもできる。第４の態様に係るコネクタ装置は、導波管ケーブル４１の端部が基板４２の導波管構造４４に対して結合部４３を通して電磁的に結合されて用いられることになる。

第５及び第６の態様では、結合部４３が２分割されて成る場合を想定する。２分割の例としては、例えば、上下両側にリッジ４７１，４７２を有するリッジ導波管４７（図６Ｂ参照）を、上部４７Ｕ側と下部４７Ｌ側とに分割する場合を例示することができる。
（第５の態様）
導波管構造４４を有する基板４２と、導波管構造４４と電磁的に結合した第１の結合部（上部４７Ｕを含む結合部／下部４７Ｌを含む結合部）とから成る第５の態様に係るコネクタ装置とする構成をとることもできる。第５の態様に係るコネクタ装置は、第１の結合部にて導波管ケーブル４１の端部に取り付けられた第２の結合部（下部４７Ｌを含む結合部／上部４７Ｕを含む結合部）と電磁的に結合されて用いられることになる。
（第６の態様）
導波管ケーブル４１と、導波管ケーブル４１の端部に取り付けられた第２の結合部（下部４７Ｌを含む結合部／上部４７Ｕを含む結合部）とから成る第６の態様に係るコネクタ装置とする構成をとることもできる。第６の態様に係るコネクタ装置は、第２の結合部にて基板４２の導波管構造４４と電磁的に結合した第１の結合部（上部４７Ｕを含む結合部／下部４７Ｌを含む結合部）と電磁的に結合されて用いられることになる。

尚、本開示は以下のような構成をとることもできる。
［１］《第１態様に係るコネクタ装置》
導波管ケーブルと、
導波管構造を有する基板と、
導波管ケーブルの端部と導波管構造とを電磁的に結合する結合部と、
を備えるコネクタ装置。
［２］導波管構造は、誘電体基板集積導波管から成る、
上記［１］に記載のコネクタ装置。
［３］基板は、誘電体の両主面に導体層が形成されたプリント基板から成り、
導波管構造は、プリント基板の両主面に形成された２つの導体層、及び、主面に対して垂直に、かつ、電磁波の進行方向に沿って対向して形成された２つの導体壁から成る、
上記［２］に記載のコネクタ装置。
［４］２つの導体壁は、柱状の導体が連続して配置されることによって形成される、
上記［３］に記載のコネクタ装置。
［５］柱状の導体は、プリント基板の両主面に形成された２つの導体層を電気的につなぐビアから成る、
上記［４］に記載のコネクタ装置。
［６］結合部は、プリント基板の一方の主面の導体層を貫通する貫通孔を含み、この貫通孔を通して導波管ケーブルの端部と導波管構造とを電磁的に結合する、
上記［３］から上記［５］のいずれかに記載のコネクタ装置。
［７］貫通孔は、電磁波の進行方向に対して垂直な方向に、２つの導体壁間に亘って形成されるスロットから成る、
上記［６］に記載のコネクタ装置。
［８］結合部は、貫通孔と導波管ケーブルの端部との間に配されたリッジ導波管を有する、
上記［６］又は上記［７］に記載のコネクタ装置。
［９］結合部は、貫通孔と導波管ケーブルの端部との間に配された誘電体充填方形導波管を有する、
上記［６］又は上記［７］に記載のコネクタ装置。
［１０］導波管ケーブルは、導波管内に誘電体が充填された誘電体導波管ケーブルである、
上記［１］から上記［９］のいずれかに記載のコネクタ装置。
［１１］基板の導波管構造から結合部を通して導波管ケーブルに伝搬される電磁波の信号は、高周波の信号である、
上記［１］から上記［１０］のいずれかに記載のコネクタ装置。
［１２］高周波の信号は、ミリ波帯の信号である、
上記［１１］に記載のコネクタ装置。
［１３］結合部は、導波管ケーブルを基板に対して平行に保持する、
上記［１］から上記［１２］のいずれかに記載のコネクタ装置。
［１４］結合部は、導波管ケーブルを基板に対して垂直に保持する、
上記［１］から上記［１２］のいずれかに記載のコネクタ装置。
［１５］導波管ケーブルを結合部に対して位置決めしつつ連結するガイド部材を有する、
上記［１］から上記［１４］のいずれかに記載のコネクタ装置。
［１６］ガイド部材は、導波管ケーブルが差し込まれる差し込み口を有する、
上記［１５］に記載のコネクタ装置。
［１７］差し込み口の内壁の幅は、結合部の電磁波の通路の幅よりも広く設定される、
上記［１６］に記載のコネクタ装置。
［１８］差し込み口の内壁は、外側から結合部に向けて幅が徐々に狭くなるテーパー形状をなしている、
上記［１７］に記載のコネクタ装置。
［１９］基板の導波管構造は、インピーダンス変換部を介してマイクロストリップ線路に接続される、
上記［１］から上記［１８］のいずれかに記載のコネクタ装置。
［２０］《第１態様に係るコネクタ装置を有する通信システム》
高周波の信号を送信する送信部と、
高周波の信号を受信する受信部と、
送信部と受信部との間で高周波の信号を伝送する導波管ケーブルと、
送信部及び受信部の少なくとも一方と導波管ケーブルとを接続するコネクタ装置と、
を具備し、
コネクタ装置は、
導波管ケーブルと、
導波管構造を有する基板と、
導波管ケーブルの端部と導波管構造とを電磁的に結合する結合部と、
を備える通信システム。
［２１］《第２態様に係るコネクタ装置》
導波管構造を有する基板を備え、
導波管ケーブルの端部と導波管構造にて電磁的に結合されて用いられる、
コネクタ装置。
［２２］《第３態様に係るコネクタ装置》
導波管構造を有する基板と、
導波管ケーブルの端部に対して導波管構造を電磁的に結合する結合部と、
を備えるコネクタ装置。
［２３］《第４態様に係るコネクタ装置》
導波管ケーブルと、
導波管構造を有する基板に対して、当該基板の導波管構造に導波管ケーブルの端部を電磁的に結合させる結合部と、
を備えるコネクタ装置。
［２４］《第５態様に係るコネクタ装置》
導波管構造を有する基板と、
導波管構造と電磁的に結合した第１の結合部と、
を備え、
第１の結合部にて導波管ケーブルの端部に取り付けられた第２の結合部と電磁的に結合されて用いられる、
コネクタ装置。
［２５］《第６態様に係るコネクタ装置》
導波管ケーブルと、
導波管ケーブルの端部に取り付けられた第２の結合部と、
を備え、
第２の結合部にて基板の導波管構造と電磁的に結合した第１の結合部と電磁的に結合されて用いられる、
コネクタ装置。

１・・・通信システム、１０・・・送信部、１１・・・信号生成部、２０・・・受信部、２１・・・信号復元部、３０，４１・・・導波管ケーブル、４０，５０・・・コネクタ装置、４２・・・基板（プリント基板）、４３・・・結合部、４４・・・導波管構造（誘電体基板集積導波管）、４５・・・インピーダンス変換部、４６・・・マイクロストリップ線路（ＭＳＬ）、４７・・・リッジ導波管、４７Ｕ・・・リッジ導波管の上部、４７Ｌ・・・リッジ導波管の下部、４８・・・誘電体充填方形導波管、４９・・・金属ガイド（ガイド部材）、１００・・・第１の通信装置、１１１・・・発振器、１１２，２１２・・・乗算器、１１３，２１１，２１３・・・バッファ、２００・・・第２の通信装置、４２７・・・貫通孔（スロット）、４７１，４７２・・・リッジ、４７３・・・連通孔

Claims (17)

1. 導波管ケーブルと、
   導波管構造を有する基板と、
   導波管ケーブルの端部と導波管構造とを電磁的に結合する結合部と、
   を備え、
   結合部は、
   基板の一方の主面の導体層を貫通する貫通孔と導波管ケーブルの端部との間に配されたリッジ導波管を有し、
   リッジ導波管には、貫通孔を通して、導波管ケーブルの端部と導波管構造とを電磁的に結合させるように連通孔が形成されており、
   導波管ケーブルが差し込まれる差し込み口の内壁の幅は、リッジ導波管の内壁の幅よりも広い、
   コネクタ装置。
2. 導波管構造は、誘電体基板集積導波管から成る、
   請求項１に記載のコネクタ装置。
3. 基板は、誘電体の両主面に導体層が形成されたプリント基板から成り、
   導波管構造は、プリント基板の両主面に形成された２つの導体層、及び、主面に対して垂直に、かつ、電磁波の進行方向に沿って対向して形成された２つの導体壁から成る、
   請求項２に記載のコネクタ装置。
4. ２つの導体壁は、柱状の導体が連続して配置されることによって形成される、
   請求項３に記載のコネクタ装置。
5. 柱状の導体は、プリント基板の両主面に形成された２つの導体層を電気的につなぐビアから成る、
   請求項４に記載のコネクタ装置。
6. 貫通孔は、電磁波の進行方向に対して垂直な方向に、２つの導体壁間に亘って形成されるスロットから成る、
   請求項５に記載のコネクタ装置。
7. 導波管ケーブルは、導波管内に誘電体が充填された誘電体導波管ケーブルである、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のコネクタ装置。
8. 基板の導波管構造から結合部を通して導波管ケーブルに伝搬される電磁波の信号は、高周波の信号である、
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のコネクタ装置。
9. 高周波の信号は、ミリ波帯の信号である、
   請求項８に記載のコネクタ装置。
10. 結合部は、導波管ケーブルを基板に対して平行に保持する、
    請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のコネクタ装置。
11. 結合部は、導波管ケーブルを基板に対して垂直に保持する、
    請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のコネクタ装置。
12. 導波管ケーブルを結合部に対して位置決めしつつ連結するガイド部材を有する、
    請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のコネクタ装置。
13. 導波管ケーブルが差し込まれる差し込み口は、ガイド部材に設けられている、
    請求項１２に記載のコネクタ装置。
14. 差し込み口の内壁の幅は、結合部の電磁波の通路の幅よりも広い、
    請求項１３に記載のコネクタ装置。
15. 差し込み口の内壁は、外側から結合部に向けて幅が徐々に狭くなるテーパー形状をなしている、
    請求項１４に記載のコネクタ装置。
16. 基板の導波管構造は、インピーダンス変換部を介してマイクロストリップ線路に接続される、
    請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のコネクタ装置。
17. 高周波の信号を送信する送信部と、
    高周波の信号を受信する受信部と、
    送信部と受信部との間で高周波の信号を伝送する導波管ケーブルと、
    送信部及び受信部の少なくとも一方と導波管ケーブルとを接続するコネクタ装置と、
    を具備し、
    コネクタ装置は、
    導波管ケーブルと、
    導波管構造を有する基板と、
    導波管ケーブルの端部と導波管構造とを電磁的に結合する結合部と、
    を備え、
    結合部は、
    基板の一方の主面の導体層を貫通する貫通孔と導波管ケーブルの端部との間に配されたリッジ導波管を有し、
    リッジ導波管には、貫通孔を通して、導波管ケーブルの端部と導波管構造とを電磁的に結合させるように連通孔が形成されており、
    導波管ケーブルが差し込まれる差し込み口の内壁の幅は、リッジ導波管の内壁の幅よりも広い、
    通信システム。

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