JP6570788B2 - 誘電体導波管の接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、主としてマイクロ波帯およびミリ波帯の高周波信号を伝搬する誘電体導波管を構成する誘電体基板間の接続構造に関するものである。

従来、誘電体基板間での高周波信号の伝送において、当該誘電体基板にそれぞれ構成した誘電体導波管の開口を近接して対向させた接続構造が知られている。このような接続構造では、誘電体導波管の開口間に生じた間隙から電磁波が漏洩するため、誘電体基板間での高周波伝送特性や隣接する高周波伝送線路とのアイソレーション特性が劣化する。

そこで、誘電体導波管の開口間に生じた間隙からの電磁波漏洩を抑制するために、誘電体導波管の開口端から誘電体基板間に生じた隙間に沿って、第１のチョーク路および第２のチョーク路を備えて構成されたチョーク構造が適用される（例えば、特許文献１参照）。

第１のチョーク路は、誘電体導波管の開口端から誘電体基板間に生じた隙間に沿って、λｅ’／４離れた位置の誘電体基板表面導体に設けた切り欠までのチョーク路に相当する。ここで、λｅ’は、隙間の実効的波長である。

また、第２のチョーク路は、当該切り欠きより誘電体基板内部の積層方向から平面方向にかけて、λｅ／４の長さを有するチョーク路に相当するここで、λｅは、誘電体基板の実効的波長である。

また、従来、誘電体基板から構成される誘電体導波管または中空導波管と、板状の金属導波管とから構成され、当該誘電体導波管または当該中空導波管の開口と、当該金属導波管との開口とが近接して対向配置された導波管接続構造が知られている。

このような導波管接続構造においても、誘電体導波管または中空導波管の開口と金属導波管の開口との間に生じた間隙からの電磁波漏洩を抑制するために、チョーク構造が誘電体基板に設けられる（例えば、特許文献２参照）。

さらに、従来の金属導波管接続構造において、導波管の幅広面側開口端から金属間に生じた隙間に沿って、第１チョーク路および第２のチョーク路とから形成されたチョーク構造が知られている（例えば、特許文献３参照）。

第１のチョーク路は、導波管の幅広面側開口端から金属間に生じた隙間に沿って、λ／４離れた位置の金属に設けた掘り込みまでのチョークに相当する。ここで、λは、自由空間波長である。また、第２のチョーク路は、当該掘り込みより深さ方向にλ／４の長さを有するチョーク路に相当する。

さらに、従来の金属製の中空導波管接続構造において、近接して対向する２つの導波管の管内縦横寸法を、それぞれ異なる値とした接続構造が知られている（例えば、特許文献４参照）。

特許第５３４９１９６号公報 特許第５０９４８７１号公報 米国特許第３１５５９２３号公報 特許第５２８９４０８号明細書

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１に記載の誘電体導波管の接続構造は、誘電体基板間に誘電性接着剤を充填し、隣接する誘電体基盤を固定している。このため、誘電体基板の再分離が困難である。

また、誘電性接着剤層の厚み誤差や基板張り合わせ時の位置ずれによる影響が、誘電体基板間が空気の場合に比べて、誘電性接着剤の比誘電率の平方根を取った値だけ倍増する。そのため、チョーク構造において、誘電体導波管の開口端から誘電体基板表面導体に設けた切り欠までの電気長が、λｅ／４から外れた値となり、特性劣化を招くこととなる。

さらに、特許文献１に記載の導波管接続構造は、チョーク構造における第２のチョーク路が、誘電体基板の積層方向に沿うことを抑制し、誘電体導波管の接続構造の薄型化を図っている。しかしながら、チョーク構造のうち、第２のチョーク路を誘電体基板の積層方向に沿って、波長に対して十分に薄く形成する場合には、誘電体基板内の平面方向にλｅ／４に等しい長さを有するように、第２のチョーク路を形成する必要がある。

そのため、チョーク構造としては、誘電体導波管の開口端から誘電体基板の平面方向にかけて、（λｅ’＋λｅ）／４の長さとなる。このため、同様の導波管接続構造を隣接して配置する際、隣接する誘電体導波管の開口端と開口端の間隔が、（λｅ’＋λｅ）／２以上必要となる。この結果、特許文献１は、誘電体基板の面積が増加する問題がある。

また、特許文献２に記載の導波管接続構造においては、誘電体導波管の開口端から誘電体基板間に生じた隙間に沿ってλ／４離れた位置の誘電体基板表面導体に設けた切り欠までの第１のチョーク路、および当該切り欠きより誘電体基板内部の積層方向から導波管側の平面方向に掛けてλｅ／４の長さを有する第２のチョーク路とからチョーク構造を形成することが示されている。

しかしながら、第２のチョーク路を誘電体基板の積層方向にかけて、波長に対して十分に薄く形成する場合には、誘電体導波管の開口端から第２のチョーク路における誘電体導波管側の端部までの距離は、（λ−λｅ）／４しかなくなる。このため、誘電体導波管の管壁に用いるヴィアと、第２のチョーク路における誘電体導波管側の端部に用いるヴィアとを、それぞれ最適な位置に配置することが困難となる。このため、特許文献２は、誘電体導波管の特性が劣化する問題がある。

また、特許文献３に記載の導波管接続構造においては、コの字型の掘り込みを持つチョーク構造が示されている。しかしながら、誘電体基板にて第２のチョーク路を誘電体基板の積層方向にかけて、波長に対して十分に薄く形成する場合には、特許文献２と同様に、誘電体導波管の開口端から第２のチョーク路における誘電体導波管側の端部までの距離が、（λ−λｅ）／４しかなくなる。

このため、誘電体導波管の管壁に用いるヴィアと、第２のチョーク路における誘電体導波管側の端部に用いるヴィアとを、それぞれ最適な位置に配置することが困難となる。このため、特許文献３も、誘電体導波管の特性が劣化する問題がある。

さらに、特許文献４に記載の導波管接続構造においては、近接して対向する２つの導波管における管内縦横寸法がそれぞれ異なる接続構造が示されている。しかしながら、それぞれの導波管における管内縦横寸法比が異なる場合には、ある電気長を持つ、インピーダンスの異なる線路が接続された状態となる。このことから、特許文献４も、誘電体導波管の特性が劣化する問題がある。

また、導波管接続時の位置ずれを許容するためには、２つの導波管における管内寸法比を大きくすることが考えられる。しかしながら、管内寸法比を大きくしすぎると、位置ずれなしの状態において、すでに許容できないほどの損失を生じてしまう問題が生じる。

本発明は前記のような課題を解決するためになされたものであり、誘電体基板間での高周波信号の伝送において、小形かつ積層構造に適するとともに、反射特性および通過特性が良好な誘電体導波管の接続構造を得ることを目的とする。

本発明に係る誘電体導波管接続構造は、第１の開口部が形成された第１の誘電体導波管を有し、高周波信号を伝搬する第１の多層誘電体基板と、第２の開口部が形成された第２の誘電体導波管を有し、第１の開口部と第２の開口部とが第１の空間を介して互いに対向するように第１の多層誘電体基板に対向配置され、高周波信号を伝搬する第２の多層誘電体基板とを備えて構成された誘電体導波管の接続構造であって、第１の多層誘電体基板は、第２の多層誘電体基板と対向する面側を覆うように設けられ、第１の開口部が形成され、第１の開口部を挟んで第１の開口部の端部からλ／４離れた対向する２箇所の位置に第１の切り欠きが形成された第１の表層導体と、第１の表層導体と対向して第１の多層誘電体基板内に設けられ、第１の開口部と対向する位置に第１の導体抜き部が形成された第１の内層導体と、第１の開口部を囲むように第１の表層導体から第１の多層誘電体基板の積層方向に延伸し、第１の内層導体を貫いて複数個設けられ、第１の誘電体導波管の管壁を形成するように配列された第１の導体柱とを含み、第１の多層誘電体基板は、第１の開口部を挟んで対向する２箇所の位置にチョーク構造を有しており、チョーク構造は、λ／４の長さを持つ第１のチョーク路と、λｅ／４の長さを持つ第２のチョーク路とで構成され、第１のチョーク路は、第１の空間において、第１の開口部の端部から第１の切り欠き部までの空間として形成されており、第２のチョーク路は、第１の表層導体と第１の内層導体との間の第２の空間において、第１の切り欠きの縁のうち、第１の誘電体導波管が位置する側とは反対側の縁に沿って、第１の表層導体と第１の内層導体とを接続するように複数個設けられた第３の導体柱と、第１の導体柱とで囲まれた空間として形成されており、第１の導体柱は、第１の切り欠きから第１の開口部に向かってλｅ／４離れた位置に一部が配置されているものである。

本発明によれば、積層方向に導体パターンとヴィアとから形成された誘電体導波管が設けられた多層誘電体基板同士を電気的に接続する構造において、チョーク構造が設けられた多層誘電体基板側における誘電体導波管の管壁の一部を構成するヴィアを、千鳥状に配列する構成を備えている。このような構造を備えることで、誘電体導波管の特性を維持しつつ、チョーク構造の電気長を最適化することができる。この結果、誘電体基板間での高周波信号の伝送において、小形かつ積層構造に適するとともに、反射特性および通過特性が良好な誘電体導波管の接続構造を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る誘電体導波管の接続構造を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態１における図１のＩＩ−ＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。 本発明の実施の形態１における図１の導体層および導体ヴィアを示す分解斜視図である。 誘電体管壁のヴィアが千鳥状に配置されていない従来の誘電体導波管の接続構造の一例と、本発明の実施の形態１による誘電体導波管の接続構造のそれぞれについての反射特性のシミュレーション結果を示す図である。 誘電体管壁のヴィアが千鳥状に配置されていない従来の誘電体導波管の接続構造の一例と、本発明の実施の形態１による誘電体導波管の接続構造のそれぞれについての通過特性のシミュレーション結果を示す図である。 従来のチョーク構造を有する誘電体導波管の接続構造を説明するための上面図である。 図５ＡのＩ−Ｉ’線に沿った縦断面図である。 図５ＡのＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。 図５ＡのＩＩ−ＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係るチョーク構造を有する誘電体導波管の接続構造を説明するための上面図である。 図６ＡのＩ−Ｉ’線に沿った縦断面図である。 図６ＡのＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。 図６ＡのＩＩ−ＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係るチョーク構造を有する誘電体導波管の接続構造を説明するための上面図である。 図７ＡのＩ−Ｉ’線に沿った縦断面図である。 図７ＡのＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。 図７ＡのＩＩ−ＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係るチョーク構造を有する誘電体導波管の接続構造を説明するための上面図である。 図８ＡのＩ−Ｉ’線に沿った縦断面図である。 図８ＡのＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。 図８ＡのＩＩ−ＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係るチョーク構造を有する誘電体導波管の接続構造を説明するための上面図である。 図９ＡのＩ−Ｉ’線に沿った縦断面図である。 図９ＡのＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。 図９ＡのＩＩ−ＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係るチョーク構造を有する誘電体導波管の接続構造を説明するための上面図である。 図１０ＡのＩ−Ｉ’線に沿った縦断面図である。 図１０ＡのＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。 図１０ＡのＩＩ−ＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。 本発明の実施の形態２による誘電体導波管の接続構造を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態２における図１１のＩＩ−ＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。 本発明の実施の形態２における図１１の導体層および導体ヴィアを示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態３による誘電体導波管の接続構造を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態３における図１４のＩＩ−ＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。 本発明の実施の形態３における図１４の導体層、導体ヴィアおよびシート状誘電体を示す分解斜視図である。

以下、本発明の誘電体導波管の接続構造の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る誘電体導波管の接続構造を示す縦断面図であり、図２のＩ−Ｉ’線に沿った縦断面図に相当する。図２は、本発明の実施の形態１における図１のＩＩ−ＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。さらに、図３は、本発明の実施の形態１における図１の導体層および導体ヴィアを示す分解斜視図である。

本実施の形態１では、主に多層誘電体基板の積層方向に、表層導体と内層導体と導体ヴィアとから形成された誘電体導波管同士を接続する構造について、詳細に説明する。

図１において、多層誘電体基板１００と多層誘電体基板２００とは、相対向し、近接して配置されている。表層導体１１０１は、多層誘電体基板１００における、多層誘電体基板２００が配置された側の面に配置されている。表層導体１１０２は、多層誘電体基板１００における、多層誘電体基板２００が配置された側と反対の面に配置されている。

内層導体１１１１、内層導体１１１２、導体ヴィア２１０１、導体ヴィア２１０２ａ、導体ヴィア２１０２ｂは、表層導体１１０１と表層導体１１０２との間に配置されている。

表層導体１１０１の一部が削除されて、開口３１０１が設けられている。また、内層導体１１１１の一部が削除されて、導体抜き部３１１１が設けられている。さらに、内層導体１１１２の一部が削除されて、導体抜き部３１１２が設けられている。

導体ヴィア２１０１は、開口３１０１を取り囲むとともに、表層導体１１０１から表層導体１１０２までの間にある多層誘電体基板１００と内層導体１１１１と内層導体１１１２とを貫いて、複数個配置されている。

多層誘電体基板１００の積層方向に、表層導体１１０１、表層導体１１０２、内層導体１１１１、内層導体１１１２、導体ヴィア２１０１、開口３１０１、導体抜き部３１１１、導体抜き部３１１２とから構成された誘電体導波管９１０１が形成されている。

一方、表層導体１２０１は、多層誘電体基板２００における、多層誘電体基板１００が配置された側の面に配置されている。表層導体１２０２は、多層誘電体基板２００における、多層誘電体基板１００が配置された側と反対の面に配置されている。

内層導体１２１１、内層導体１２１２、導体ヴィア２２０１は、表層導体１２０１と表層導体１２０２との間に配置されている。

表層導体１２０１の一部が削除されて、開口３２０１が設けられている。また、内層導体１２１１の一部が削除されて、導体抜き部３２１１が設けられている。さらに、内層導体１２１２の一部が削除されて、導体抜き部３２１２が設けられている。

導体ヴィア２２０１は、開口３２０１を取り囲むとともに、表層導体１２０１から表層導体１２０２までの間にある多層誘電体基板２００と内層導体１２１１と内層導体１２１２とを貫いて、複数個配置されている。

多層誘電体基板２００の積層方向に、表層導体１２０１、表層導体１２０２、内層導体１２１１、内層導体１２１２、導体ヴィア２２０１、開口３２０１、導体抜き部３２１１、導体抜き部３２１２とから構成された誘電体導波管９２０１が形成されている。

誘電体導波管９１０１の開口３１０１と、誘電体導波管９２０１の開口３２０１とは、相対向して配置されており、電磁気的に接続される。

開口３１０１における長辺の端部から、λ／４離れた位置の表層導体１１０１が一部削除されて、切り欠き４１０１ａ、切り欠き４１０１ｂが設けられている。切り欠き４１０１ａと切り欠き４１０１ｂとは、開口３１０１を挟んで対向している。

導体ヴィア２１０２ａは、切り欠き４１０１ａの縁のうち、誘電体導波管９１０１が位置する側とは反対側の縁に沿って、導体ヴィア２１０１近傍まで、表層導体１１０１と内層導体１１１とを接続するように、複数個配置されている。

導体ヴィア２１０２ｂは、切り欠き４１０１ｂの縁のうち、誘電体導波管９１０１が位置する側とは反対側の縁に沿って、導体ヴィア２１０１近傍まで、表層導体１１０１と内層導体１１１とを接続するように、複数個配置されている。

チョーク路５１０１ａは、表層導体１１０１と表層導体１２０１とで挟まれた空間における、開口３１０１の端部から切り欠き４１０１ａまでの空間である。

チョーク路５１０１ｂは、表層導体１１０１と表層導体１２０１とで挟まれた空間における、開口３１０１のもう一方の端部から切り欠き４１０１ｂまでの空間である。

チョーク路５１０２ａは、表層導体１１０１と内層導体１１１１とで挟まれた空間における、導体ヴィア２１０２ａと導体ヴィア２１０１とで囲まれた空間である。

チョーク路５１０２ｂは、表層導体１１０１と内層導体１１１１とで挟まれた空間における、導体ヴィア２１０２ｂと導体ヴィア２１０１とで囲まれた空間である。

切り欠き４１０１ａから開口３１０１に向かってλｅ／４離れた位置に、導体ヴィア２１０１の一部が配置される。一方、切り欠き４１０１ｂから開口３１０１に向かってλｅ／４離れた位置に、導体ヴィア２１０１の一部が配置される。この結果、導体ヴィア２１０１は、千鳥状に配列されている。

図４Ａは、誘電体管壁のヴィアが千鳥状に配置されていない従来の誘電体導波管の接続構造の一例と、本発明の実施の形態１による誘電体導波管の接続構造のそれぞれについての反射特性のシミュレーション結果を示す図である。図４Ａの特性を有する、従来の誘電体導波管の具体的な接続構造は、後述する図５Ａ〜図５Ｄに示されている。

一方、図４Ｂは、誘電体管壁のヴィアが千鳥状に配置されていない従来の誘電体導波管の接続構造の一例と、本発明の実施の形態１による誘電体導波管の接続構造のそれぞれについての通過特性のシミュレーション結果を示す図である。図４Ｂの特性を有する、本実施の形態１の誘電体導波管の具体的な接続構造は、後述する図６Ａ〜図６Ｄに示されている。

なお、図４Ａ、図４Ｂに示したシミュレーション結果では、従来の誘電体導波管の接続構造の例と、本実施の形態１による誘電体導波管の接続構造において、導体抜き部３１１１から導体抜き部３２１１までを伝搬する高周波信号について計算している。また、図４Ａの反射特性、および図４Ｂの通過特性に関しては、ともに、比帯域幅２０％の範囲で示している。

図４Ａにおいては、本実施の形態１による誘電体導波管の接続構造での反射特性が実線Ａ１として示されており、従来の誘電体導波管の接続構造での反射特性が点線Ｂ１として示されている。また、図４Ｂにおいては、本実施の形態１による誘電体導波管の接続構造での通過特性が実線Ａ２として示されており、従来の誘電体導波管の接続構造での通過特性が点線Ｂ２として示されている。

例えば、図４Ａにおいて、規格化周波数（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が１であるところの反射特性に着目すると、従来の誘電体導波管の接続構造に対応する点線Ｂ１と、本実施の形態１による誘電体導波管の接続構造に対応する実線Ａ１のシミュレーション結果は、ほぼ同等で、−２７ｄＢ前後の値となっていることが分かる。

一方、図４Ｂにおいて、例えば、規格化周波数（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が１であるところの通過特性に着目すると、従来の誘電体導波管の接続構造に対応する点線Ｂ２と比べて、本実施の形態１による誘電体導波管の接続構造に対応する実線Ａ２のシミュレーション結果は、０．１５ｄＢ程度改善していることが分かる。

つまり、従来の誘電体導波管の接続構造の例と本実施の形態１による誘電体導波管の接続構造において、反射量は、同等であるにも関わらず、通過量は、誘電体導波管の接続構造の改善により、導体抜き部３１１１から導体抜き部３２１１までを伝搬する高周波信号の不要放射が抑制されていることが分かる。

以上で明らかなように、本実施の形態１における誘電体導波管の接続構造によれば、切り欠き４１０１ａから開口３１０１に向かってλｅ／４離れた位置に導体ヴィア２１０１の一部が配置され、切り欠き４１０１ｂから開口３１０１に向かってλｅ／４離れた位置に導体ヴィア２１０１の一部が配置され、導体ヴィア２１０１を千鳥状に配列する構成を備えている。

このような構成を備えることで、チョーク路５１０２ａにおいて電気的に短絡された導体ヴィア２１０１から、切り欠き４１０１ａまでの長さがλｅ／４となることから、切り欠き４１０１ａでは、電気的に開放となる。

さらに、本実施の形態１における誘電体導波管の接続構造によれば、チョーク路５１０１ａにおいて電気的に開放となった切り欠き４１０１ａから開口３１０１の端部までの長さを、λ／４にできることから、開口３１０１の端部では、電気的に短絡となる。

同様に、チョーク路５１０２ｂにおいて電気的に短絡され導体ヴィア２１０１から切り欠き４１０１ｂまでの長さを、λｅ／４にできることから、切り欠き４１０１ｂでは、電気的に開放となる。

さらに、チョーク路５１０１ｂにおいて電気的に開放となった切り欠き４１０１ｂから開口３１０１の端部までの長さを、λ／４にできることから、開口３１０１の端部では、電気的に短絡となる。

この結果、本実施の形態１によれば、開口３１０１と開口３２０１との間から漏洩する高周波信号を抑制し、良好な反射特性および通過特性を有する誘電体導波管の接続構造を得ることができる。

図５Ａは、従来のチョーク構造を有する誘電体導波管の接続構造を説明するための上面図である。また、図５Ｂは、図５ＡのＩ−Ｉ’線に沿った縦断面図である。また、図５Ｃは、図５ＡのＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。さらに、図５Ｄは、図５ＡのＩＩ−ＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。図５Ａ〜図５Ｄにおいて、図１〜図３と同一符号は、同一または相当部分を示すので、説明を省略する。

一方、図６Ａは、本発明の実施の形態１に係るチョーク構造を有する誘電体導波管の接続構造を説明するための上面図である。また、図６Ｂは、図６ＡのＩ−Ｉ’線に沿った縦断面図である。また、図６Ｃは、図６ＡのＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。さらに、図６Ｄは、図６ＡのＩＩ−ＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。図６Ａ〜図６Ｄにおいて、図１〜図３と同一符号は、同一または相当部分を示すので、説明を省略する。

図５Ａ〜図５Ｄと、図６Ａ〜図６Ｄとの比較から明らかなように、本実施の形態１では、開口３１０１の長辺中央近傍に位置する導体ヴィア２１０１の一部が、開口３１０１の長辺端部近傍に位置する導体ヴィア２１０１の一部よりも、切り欠き４１０１ａ側もしくは切り欠き４１０１ｂ側に配置される構成を備えている。

すなわち、本実施の形態１に係る誘電体導波管の接続構造は、導体ヴィア２１０１が、図６Ａに示すように、千鳥状に配列されている。この結果、図４Ａ、図４Ｂに示したように、反射特性および通過特性が良好な誘電体導波管の接続構造を実現できる。

なお、本発明における導体ヴィア２１０１の配列は、図６Ａに示した千鳥状の配列に限るものではない。例えば、開口３１０１の長辺近傍に配置されている導体ヴィア２１０１が、１つ置きに切り欠き４１０１ａ側もしくは切り欠き４１０１ｂ側にずれることにより、導体ヴィア２１０１が千鳥状に配列されている誘電体導波管の接続構造を採用することによっても、同様の効果を得ることができる。

図７Ａは、本発明の実施の形態１に係るチョーク構造を有する誘電体導波管の接続構造を説明するための上面図である。また、図７Ｂは、図７ＡのＩ−Ｉ’線に沿った縦断面図である。また、図７Ｃは、図７ＡのＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。さらに、図７Ｄは、図７ＡのＩＩ−ＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。図７Ａ〜図７Ｄにおいて、図１〜図３と同一符号は、同一または相当部分を示すので、説明を省略する。

図７Ａ〜図７Ｄは、先の図６Ａ〜図６Ｄと比較すると、導体ヴィア２１０１の配列が異なっている。図７Ａに示すように、開口３１０１の長辺近傍に配置されている導体ヴィア２１０１が、１つ置きに、切り欠き４１０１ａ側もしくは切り欠き４１０１ｂ側にずれて配列されている。

図６Ａ〜図６Ｄの例では、開口３１０１の長辺中央近傍に位置する導体ヴィア２１０１が、隣接する導体ヴィア２１０１よりも切り欠き４１０１ａ側もしくは切り欠き４１０１ｂ側に配置される。また、開口３１０１の長辺中央近傍に位置する導体ヴィア２１０１に隣接する導体ヴィア２１０１は、長辺中央近傍に位置する導体ヴィア２１０１よりも開口３１０１側に配置される。

一方、図７Ａ〜図７Ｄの例では、千鳥状に配列された導体ヴィア２１０１のうち、開口３１０１側に位置する導体ヴィア２０１０が、波長よりも十分短い間隔で一直線に並び、誘電体導波管９１０１の管壁を形成するように配列される。このような配列を有することで、誘電体導波管９１０１の伝送特性が向上するとともに、図６Ａ〜図６Ｄの構成を採用した場合と同様の効果が得られる。

また、上述した実施の形態１では、導体ヴィア２１０１が、表層導体１１０１から表層導体１１０２にかけて多層誘電体基板１００の積層方向に配置されることで、誘電体導波管９１０１が形成される例を示した。しかしながら、本発明は、このような誘電体導波管の構成に限るものではない。

図８Ａは、本発明の実施の形態１に係るチョーク構造を有する誘電体導波管の接続構造を説明するための上面図である。また、図８Ｂは、図８ＡのＩ−Ｉ’線に沿った縦断面図である。また、図８Ｃは、図８ＡのＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。さらに、図８Ｄは、図８ＡのＩＩ−ＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。図８Ａ〜図８Ｄにおいて、図１〜図３と同一符号は、同一または相当部分を示すので、説明を省略する。

図８に示すように、表層導体１１０１から内層導体１１１１にかけて導体ヴィア２１１１が開口３１０１を囲むように千鳥状に配列され、内層導体１１１１から内層導体１１１２にかけて導体ヴィア２１２１が導体抜き部３１１１を囲むように配列されることで誘電体導波管９１０１が形成されても良い。

図８に示すチョーク構造を有する誘電体導波管の接続構造では、導体ヴィア２１１１のみを千鳥状に配列し、導体ヴィア２１２１は導体抜き部３１１１に沿って配列している。このような配列により、全ての導体ヴィア２１２１が誘電体導波管９１０１の管壁を形成することから、誘電体導波管９１０１の伝送特性が向上するとともに、図６Ａ〜図６Ｄの構成を採用した場合と同様の効果が得られる。

さらに、上述した実施の形態１では、切り欠き４１０１ａおよび切り欠き４１０１ｂが、開口３１０１の長辺中央近傍と相対向する位置では開口３１０１の開口端部からλ／４離され、第１の開口の長辺端部近傍と相対向する位置では第１の開口端からλ／８以下離されて、表層導体１１０１の一部が一定の幅で取り除かれ、コの字形状となった誘電体導波管の接続構造を示した。しかしながら、本発明は、このような誘電体導波管の構成に限るものではない。

図９Ａは、本発明の実施の形態１に係るチョーク構造を有する誘電体導波管の接続構造を説明するための上面図である。また、図９Ｂは、図９ＡのＩ−Ｉ’線に沿った縦断面図である。また、図９Ｃは、図９ＡのＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。さらに、図９Ｄは、図９ＡのＩＩ−ＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。図９Ａ〜図９Ｄにおいて、図１〜図３と同一符号は、同一または相当部分を示すので、説明を省略する。

図９に示すように、切り欠き４１０１ａおよび切り欠き４１０１ｂは、Ｕ字形状としても良い。図９に示すチョーク構造を有する誘電体導波管の接続構造では、切り欠き４１０１ａおよび切り欠き４１０１ｂをＵ字形上とすることで、多層誘電体基板１００と多層誘電体基板２００との間から漏洩する高周波信号における電界強度の分布に沿って、切り欠きを形成することができる。この結果、基板からの高周波信号の漏洩を抑えることができ、チョーク構造の性能が向上するとともに、図６Ａ〜図６Ｄの構成を採用した場合と同様の効果が得られる。

さらに、上述した実施の形態１では、開口３１０１、開口３２０１、導体抜き部３１１１、導体抜き部３１１２、導体抜き部３２１１、導体抜き部３２１２のそれぞれの形状を矩形としている例を示した。しかしながら、本発明は、このような構成に限るものではなく、それぞれの形状を楕円としても良い。

図１０Ａは、本発明の実施の形態１に係るチョーク構造を有する誘電体導波管の接続構造を説明するための上面図である。また、図１０Ｂは、図１０ＡのＩ−Ｉ’線に沿った縦断面図である。また、図１０Ｃは、図１０ＡのＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。さらに、図１０Ｄは、図１０ＡのＩＩ−ＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。図１０Ａ〜図１０Ｄにおいて、図１〜図３と同一符号は、同一または相当部分を示すので、説明を省略する。

図１０に示すチョーク構造を有する誘電体導波管の接続構造では、開口３１０１、導体抜き部３１１１、導体抜き部３１１２を楕円形状としており、導体ヴィア２１０１が楕円形状の開口３１０１を囲むように、千鳥状に配列されている。このような楕円形状の構成を採用することで、設計自由度の高い誘電体導波管の接続構造が得られるとともに、図６Ａ〜図６Ｄの構成を採用した場合と同様の効果が得られる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、開口３１０１、開口３２０１、導体抜き部３１１１、導体抜き部３１１２、導体抜き部３２１１、導体抜き部３２１２の開口寸法が同じである誘電体導波管の接続構造について説明した。しかしながら、本発明は、このような接続構造には限定されず、それぞれ異なる開口寸法を有する誘電体導波管の接続構造としてもよい。

図１１は、本発明の実施の形態２による誘電体導波管の接続構造を示す縦断面図であり、図１２のＩ−Ｉ’線に沿った縦断面図に相当する。図１２は、本発明の実施の形態２における図１１のＩＩ−ＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。さらに、図１３は、本発明の実施の形態２における図１１の導体層および導体ヴィアを示す分解斜視図である。

図１１〜図１３において、図１〜図３と同一符号は、同一または相当部分を示すので、説明を省略する。その他の構造については、別途、説明する。

図１１において、導体ヴィア２１１１は、開口３１０１を取り囲むとともに、表層導体１１０１から内層導体１１１１までの間にある多層誘電体基板１００を貫いて、複数個配置されている。

導体ヴィア２１１２は、導体抜き部３１１１を取り囲むとともに、内層導体１１１１から内層導体１１１２までの間にある多層誘電体基板１００を貫いて、複数個配置されている。

切り欠き４１０１ａから開口３１０１に向かってλｅ／４離れた位置に、導体ヴィア２１１１の一部が配置される。一方、切り欠き４１０１ｂから開口３１０１に向かってλｅ／４離れた位置に、導体ヴィア２１１１の一部が配置される。この結果、導体ヴィア２１１１は、千鳥状に配列されている。

本実施の形態２における開口３１０１の開口寸法は、開口３２０１の開口寸法よりも大きく、導体抜き部３１１１、導体抜き部３２１１、導体抜き部３２１２の開口寸法は、開口３１０１の開口寸法より小さく、開口３２０１の開口寸法より大きい。

また、本実施の形態２における内層導体１１１２には、導体抜き部が設けられておらず、誘電体導波管９１０１の短絡面となる。

本実施の形態２によれば、開口３１０１を開口３２０１よりも大きい開口寸法とし、導体抜き部３１１１、導体抜き部３２１１、導体抜き部３２１２の開口寸法を開口３１０１より小さく開口３２０１より大きくしている。このような構成とすることで、多層誘電体基板１００と多層誘電体基板２００との位置ずれによる特性劣化を許容することができる。

さらに、本実施の形態２によれば、誘電体導波管９１０１における開口３１０１の開口寸法に対して、誘電体導波管９２０２における開口３２０１の開口寸法を局所的に変える構成を備えている。このような構成を採用することで、開口寸法変更に伴う誘電体導波管接続部で、インピーダンスの異なる線路が接続されたことによる影響を、最小限に抑えることができるとともに、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態３．
上記実施の形態１および実施の形態２では、多層誘電体基板１００の表層導体１１０１と、多層誘電体基板２００の１２０１との間の空間が空気となる誘電体導波管の接続構造について説明した。これに対して、本実施の形態２では、当該空間に誘電体が配置された誘電体導波管の接続構造について説明する。

図１４は、本発明の実施の形態３による誘電体導波管の接続構造を示す縦断面図であり、図１５のＩ−Ｉ’線に沿った縦断面図に相当する。図１５は、本発明の実施の形態３における図１４のＩＩ−ＩＩ’線に沿った別の縦断面図である。さらに、図１６は、本発明の実施の形態３における図１４の導体層、導体ヴィアおよびシート状誘電体を示す分解斜視図である。

図１４〜図１６において、図１〜図３と同一符号は、同一または相当部分を示すので、説明を省略する。その他の構造については、別途、説明する。

図１４において、多層誘電体基板１００の表層導体１１０１と多層誘電体基板２００の１２０１との間の空間において、開口３１０１、チョーク路５１０１ａおよびチョーク路５１０１ｂが設けられた領域以外の領域に、シート状誘電体６００１が配置されている。

本実施の形態３によれば、このように配置されたシート状誘電体６００１を採用することで、多層誘電体基板１００の表層導体１１０１を保護することができる。

また、開口３１０１、チョーク路５１０１ａおよびチョーク路５１０１ｂが設けられた領域を空気とすることで、これらの領域を誘電体とする場合に比べ、多層誘電体基板１００と多層誘電体基板２００との位置ずれによるチョーク路５１０１ａおよびチョーク路５１０１ｂにおける電気長の変動を最小限に抑えることができる。この結果、チョーク構造における特性劣化を最小限とすることができるとともに、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、上述した実施の形態では、図６〜図１０に示したような導体ヴィア２１０１または導体ヴィア２１１１の配置を総称して、「千鳥状」という用語を用いている。この「千鳥状」とは、技術的に補足説明すると、導体ヴィア２１０１、２１１１（第１の導体柱に相当）が、切り欠き４１０１（第１の切り欠きに相当）から、開口３１０１（第１の開口部に相当）に向かってλｅ／４離れた位置に一部が配置されている状態を意味しているものである。

また、開口３１０１（第１の開口部に相当）および開口３２０１（第２の開口部に相当）は、矩形形状として形成されている場合には、長辺長さに対して短辺長さが二分の一以下の長さとして形成されることが望ましく、楕円形状として形成されている場合には、長軸長さに対して短軸長さが二分の一以下の長さとして形成されることが望ましい。このような望ましい構造を採用することにより、高次の伝送モードを、動作帯域よりも高い周波数帯で発生させることができ、動作帯域における伝送モードを基本伝送モードのみとすることができることから、良好な通過特性を実現できる。

なお、本願発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１００、２００ 多層誘電体基板、１１０１、１１０２、１２０１、１２０２ 表層導体、１１１１、１１１２、１２１１、１２１２ 内層導体、２１０１、２１０２ａ、２１０２ｂ、２２０１、２２０２ａ、２２０２ｂ、２１１１、２１１２ 導体ヴィア、３１０１、３２０１ 開口、３１１１、３１１２、３２１１、３２１２ 導体抜き部、４１０１ａ、４１０１ｂ 切り欠き、５１０１ａ、５１０１ｂ、５１０２ａ、５１０２ｂ チョーク路、９１０１、９２０１ 誘電体導波管、６００１ シート状誘電体。

Claims (8)

1. 第１の開口部が形成された第１の誘電体導波管を有し、高周波信号を伝搬する第１の多層誘電体基板と、
   第２の開口部が形成された第２の誘電体導波管を有し、前記第１の開口部と前記第２の開口部とが第１の空間を介して互いに対向するように前記第１の多層誘電体基板に対向配置され、高周波信号を伝搬する第２の多層誘電体基板と
   を備えて構成された誘電体導波管の接続構造であって、
   前記第１の多層誘電体基板は、
   前記第２の多層誘電体基板と対向する面側を覆うように設けられ、前記第１の開口部が形成され、前記第１の開口部を挟んで前記第１の開口部の端部からλ／４離れた対向する２箇所の位置に第１の切り欠きが形成された第１の表層導体と、
   前記第１の表層導体と対向して前記第１の多層誘電体基板内に設けられ、前記第１の開口部と対向する位置に第１の導体抜き部が形成された第１の内層導体と、
   前記第１の開口部を囲むように前記第１の表層導体から前記第１の多層誘電体基板の積層方向に延伸し、前記第１の内層導体を貫いて複数個設けられ、前記第１の誘電体導波管の管壁を形成するように配列された第１の導体柱と
   を含み、
   前記第１の多層誘電体基板は、前記第１の開口部を挟んで対向する２箇所の位置にチョーク構造を有しており、
   前記チョーク構造は、λ／４の長さを持つ第１のチョーク路と、λｅ／４の長さを持つ第２のチョーク路とで構成され、
   前記第１のチョーク路は、前記第１の空間において、前記第１の開口部の端部から前記第１の切り欠き部までの空間として形成されており、
   前記第２のチョーク路は、前記第１の表層導体と前記第１の内層導体との間の第２の空間において、前記第１の切り欠きの縁のうち、前記第１の誘電体導波管が位置する側とは反対側の縁に沿って、前記第１の表層導体と前記第１の内層導体とを接続するように複数個設けられた第３の導体柱と、前記第１の導体柱とで囲まれた空間として形成されており、
   前記第１の導体柱は、前記第１の切り欠きから第１の開口部に向かってλｅ／４離れた位置に一部が配置されており、
   ここで、λは、信号波の自由空間波長、λｅは、誘電体基板の実効的波長である
   誘電体導波管の接続構造。
2. 前記第１の開口部および前記第２の開口部は、矩形形状として形成され、長軸方向である長辺長さに対して短軸方向である短辺長さが二分の一以下の長さとして形成される
   請求項１に記載の誘電体導波管の接続構造。
3. 前記第１の開口部および前記第２の開口部は、楕円形状として形成され、長軸方向である長軸長さに対して短軸方向である短軸長さが二分の一以下の長さとして形成される
   請求項１に記載の誘電体導波管の接続構造。
4. 前記第１の切り欠きは、
   前記第１の開口部の長軸方向の中央と相対向する位置では、前記第１の開口部の端部からλ／４離され、
   前記第１の開口部の長軸方向の端部と相対向する位置では、前記第１の開口部の端部からλ／８以下離され、
   前記第１の表層導体の一部が一定の幅で取り除かれることで、Ｕ字形状として形成される
   請求項１から３のいずれか１項に記載の誘電体導波管の接続構造。
5. 前記第１の開口部は、前記第２の開口部および前記第１の導体抜き部よりも開口面積が大きい
   請求項１から４のいずれか１項に記載の誘電体導波管の接続構造。
6. 前記第２の多層誘電体基板は、
   前記第１の多層誘電体基板と対向する面側を覆うように設けられた第２の表層導体と、
   前記第２の表層導体と対向して前記第２の多層誘電体基板内に設けられ、前記第２の開口部と対向する位置に第２の導体抜き部が形成された第２の内層導体と
   を含み、
   前記第２の開口部は、前記第２の導体抜き部および前記第１の導体抜き部よりも開口面積が小さい
   請求項１から５のいずれか１項に記載の誘電体導波管の接続構造。
7. 前記第１の多層誘電体基板は、第１の内層導体に対して前記第１の表層導体が配置された面とは反対の面に相対向して配置された第１の短絡導体をさらに含み、
   前記第１の導体抜き部を囲むように、前記第１の内層導体から前記第１の短絡導体までを複数貫抜く第４の導体柱が設けられている
   請求項１から６のいずれか１項に記載の誘電体導波管の接続構造。
8. 第１の空間において、前記第１の開口部および前記第１のチョーク路が設けられた領域外に誘電体が配置されている
   請求項１から７のいずれか１項に記載の誘電体導波管の接続構造。

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