JP2000174514A - コプレナウェーブガイド−ストリップ線路変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コプレナウェーブガイドとトリプレート型スト
リップ線路との接続箇所において反射や放射、伝送損失
の小さい変換器を提供する。 【解決手段】コプレナウェーブガイドＡのストリップ導
体１１とストリップ線路Ｂストリップ導体２１とを同じ
線幅とし互いに連続して形成する。コプレナウェーブガ
イドＡのグランド電極１２、１２をストリップ線路Ｂ内
に挿入してグランド電極３２、３２とする。グランド電
極３２、３２とストリップ線路Ｂのグランド電極２２
ａ、２２ｂとを、導体３４ａ、３４ａによって導通す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コプレナウェーブ
ガイド−ストリップ線路変換器に関し、特に、主として
マイクロ波、ミリ波における高周波帯の回路基板に用い
られ、コプレナウェーブガイドとトリプレート型ストリ
ップ線路の接続箇所において、特性の劣化が少ない線路
変換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波やミリ波等の高周波信号を伝
送する手段として、導波管、マイクロストリップ線路、
コプレナウェーブガイド、ストリップ線路等が知られて
いる。

【０００３】導波管は伝送損失が小さい反面、形状が大
きく、製造の難しさより複雑な回路に用いることは困難
であり、一方マイクロストリップラインは製造が容易で
あり比較的集積化が進んでいるが、ストリップ導体の屈
曲部等での電磁エネルギーの空中放射等が発生し、高周
波信号の伝送損失が比較的大きい。

【０００４】従って、高周波帯では、主として半導体回
路部等ではマイクロストリップ線路が用いられ、その回
路に電力を供給するのに導波管がよく用いられており、
それら両者の接続のための変換器は、様々な物が発明さ
れている。

【０００５】一方、コプレナウェーブガイドやトリプレ
ート型ストリップ線路は、空中への電磁エネルギー放射
が小さく、伝送損失もマイクロストリップラインに比べ
て小さいため、最近、数ＧＨｚ以上の高周波回路でよく
使われるようになってきた。

【０００６】また、コプレナウェーブガイドは同一平面
上に信号線路とグランド線路が併設されているため、Ｓ
ＭＤ対応の半導体部品等の配置に非常に便利である。

【０００７】また、トリプレート型のストリップ線路
は、信号線であるストリップ導体が上下グランド電極に
誘電体を介して挟まれているため、外部からの電磁波に
対して影響を受けにくい。

【０００８】しかしながら、これらコプレナウェーブガ
イドとトリプレート型ストリップ線路とを効率よく接続
するための変換器はない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、コプレナウ
ェーブガイドとトリプレート型ストリップ線路との接続
箇所において反射や放射、伝送損失の小さい変換器を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、コプ
レナウェーブガイドおよびトリプレート型ストリップ線
路のそれぞれのストリップ導体が接続部において互いに
同一の導体幅を有し、前記コプレナウェーブガイドのグ
ランド電極が前記ストリップ線路の内部に挿入され、か
つ前記ストリップ線路のグランド電極と電気的に接続さ
れていることを特徴とするコプレナウェーブガイド−ス
トリップ線路変換器が提供される。

【００１１】コプレナウェーブガイドのストリップ導体
とトリプレート型ストリップ線路のストリップ導体の幅
を互いに同じにし、ストリップ導体幅の差による接続箇
所での高周波信号の反射や放射、伝送損失を低減させ
る。

【００１２】その時のコプレナウェーブガイドの特性イ
ンピーダンスは、グランド電極とストリップ導体のギャ
ップにより所定の値（例えば５０Ω）になるように調整
し、ストリップ線路の特性インピーダンスは、ストリッ
プ導体と上下グランド電極間距離により上記所定の値
（例えば５０Ω）になるように調整する。

【００１３】しかしながら、上記方法だけでは、変換箇
所での最大電界方向がコプレナウェーブガイドとストリ
ップ線路とは９０゜異なっている上、縁端効果等のた
め、反射や伝送損失は十分小さくはならない。

【００１４】そこで、コプレナウェーブガイドのグラン
ド電極をストリップ線路内に挿入する事により、コプレ
ナウェーブガイドの最大電界方向を、接続箇所ではなく
ストリップ線路内で変化させて、伝送される信号の最大
電界方向をストリップ線路内で緩やかに変換し、接続箇
所での反射や放射、伝送損失を小さくする。

【００１５】ストリップ線路内において、挿入したコプ
レナウェーブガイドのグランド電極は、ストリップ導体
との間で電界が集中している。すなわち、ストリップ線
路とコプレナウェーブガイドの変換付近のストリップ線
路内では、大部分の電磁界方向は、いまだコプレナウェ
ーブガイドの電磁界方向とほとんど同じとなっている。
そのため、接続箇所において一度に変換されるのではな
く、挿入されたコプレナウェーブガイドのグランド電極
によって、伝送される信号の最大電界方向がストリップ
線路内で緩やかに変換されるようになる。

【００１６】このように、ストリップ線路内に挿入した
コプレナウェーブガイドのグランド電極は、ストリップ
線路の上下導体とを導通させ、同電位にする目的のため
だけに形成されたものではなく、コプレナウェーブガイ
ドのグランド電極をストリップ線路内に挿入することに
より、接続箇所において一度に変換するのではなく、２
段階で緩やかに変換して反射を抑える。

【００１７】また、請求項２によれば、前記コプレナウ
ェーブガイドの前記グランド電極が前記ストリップ線路
内に挿入される長さが、伝送される信号のストリップ線
路内波長の１／４以上であることを特徴とする請求項１
記載のコプレナウェーブガイド−ストリップ線路変換器
が提供される。

【００１８】このように、ストリップ線路に挿入された
コプレナウェーブガイドのグランド電極の長さは、この
グランド電極端で放射する電磁界の、コプレナウェーブ
ガイドとストリップ線路との接続箇所からの外部への放
射を抑制するため、高周波信号のストリップ線路内波長
の４分の１以上が望ましい。

【００１９】また、請求項３によれば、前記ストリップ
線路内に挿入されている前記コプレナウェーブガイドの
前記グランド電極と前記ストリップ線路の前記ストリッ
プ導体との間隔が、挿入前の前記コプレナウェーブガイ
ドの前記ストリップ導体と前記グランド電極との間隔よ
りも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２記
載のコプレナウェーブガイド−ストリップ線路変換器が
提供される。

【００２０】コプレナウェーブガイドのストリップ導体
とグランド電極とのギャップの大きさを保ったまま、コ
プレナウェーブガイドのグランド電極をストリップ線路
内に挿入すると、ストリップ線路内ではギャップ付近で
の誘電率は大きくなるため、ストリップ線路内でのコプ
レナウェーブガイド特性インピーダンス（Ｚ１）は小さ
くなる。そのため、ギャップを大きくすることによりそ
の特性インピーダンスを大きくし、コプレナウェーブガ
イドの特性インピーダンス（Ｚ０）に近づけるかもしく
は等しくできる。

【００２１】コプレナウェーブガイド−ストリップ線路
接続の変換箇所での反射係数（Γ）は、式

【００２２】

【数１】 Γ＝│（Ｚ１−Ｚ０）／（Ｚ１＋Ｚ０）│……（１）

【００２３】で表されるので、上記のようにして、スト
リップ線路内でのコプレナウェーブガイド特性インピー
ダンス（Ｚ１）をコプレナウェーブガイドの特性インピ
ーダンス（Ｚ０）に近づけるかもしくは等しくすること
により、コプレナウェーブガイド−ストリップ線路接続
の変換箇所での反射（Γ）を小さくすることができる。

【００２４】また、請求項４によれば、前記コプレナウ
ェーブガイドが、グランデッドコプレナウェーブガイド
であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記
載のコプレナウェーブガイド−ストリップ線路変換器が
提供される。

【００２５】また、請求項５によれば、コプレナウェー
ブガイドおよびストリップ線路のそれぞれのストリップ
導体が接続部において互いに接続され、前記コプレナウ
ェーブガイドのグランド電極が前記ストリップ線路の内
部に挿入され、前記コプレナウェーブガイドの前記グラ
ンド電極が前記ストリップ線路内に挿入される長さが、
伝送される信号のストリップ線路内波長の１／４以上で
あり、前記コプレナウェーブガイドの前記グランド電極
が前記ストリップ線路の前記グランド電極と接続されて
いることを特徴とするコプレナウェーブガイド−ストリ
ップ線路変換器が提供される。

【００２６】なお、ストリップ線路に挿入されているコ
プレナウェーブガイドのグランド電極と、ストリップ線
路のグランド電極とを導通することにより、ストリップ
線路内のストリップ導体から上下グランド電極までの誘
電体厚が等しければ、ストリップ線路の上側の電磁界分
布と下側の電磁界分布がストリップ導体をはさんで対称
的となり、反射、伝送損失が抑制される。

【００２７】そして、好ましくは、このストリップ線路
に挿入されているコプレナウェーブガイドのグランド電
極と、ストリップ線路のグランド電極とを、ストリップ
線路内のストリップ導体から上下グランド電極までの誘
電体内に設けたスルーホールにより導通する。スルーホ
ールは、コプレナウェーブガイドもしくはストリップ線
路を構成する誘電体基板に、グリーンシートの柔らかい
状態で、容易に形成できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１は、本
発明の第１の実施の形態のコプレナウェーブガイド−ス
トリップ線路変換器を示す斜視図であり、図２は、図１
のＸ−Ｘ線矢視側面透過図である。図１、図２で同じ部
位には同一番号を記してある。

【００２９】本実施の形態のコプレナウェーブガイド−
ストリップ線路変換器は、コプレナウェーブガイドＡ
と、ストリップ線路Ｂとを備えている。

【００３０】コプレナウェーブガイドＡは、誘電体基板
１０と、誘電体基板１０の上面に設けられたストリップ
導体１１と、ストリップ導体１１の両側に設けられたグ
ランド電極１２、１２とを備えている。ストリップ導体
１１とグランド電極１２、１２との間には、それぞれギ
ャップ１３が形成されている。

【００３１】ストリップ線路Ｂは、誘電体基板２０ｂ
と、誘電体基板２０ｂ上に設けられた誘電体基板２０ａ
と、誘電体基板２０ｂの上面上に設けられたストリップ
導体２１と、誘電体基板２０ｂの上面上の紙面左側であ
って、ストリップ導体２１の両側に設けられたグランド
電極３２、３２と、誘電体基板２０ｂの下面に設けられ
たグランド電極２２ｂと、誘電体基板２０ａの上面上に
設けられたグランド電極２２ａと、誘電体基板２０ａ、
２０ｂのそれぞれの両側面であって紙面左側端部に設け
られた導体３４ａ、３４ａとを備えている。

【００３２】誘電体基板１０と誘電体基板２０ｂとは一
体化して形成され、それらの上面同士は連続して形成さ
れている。ストリップ導体１１とストリップ導体２１は
同じ線幅であり、互いに連続して形成されている。コプ
レナウェーブガイドＡのグランド電極１２、１２が、ス
トリップ線路Ｂ内に挿入されている部分がグランド電極
３２、３２となっている。グランド電極３２、３２とス
トリップ線路Ｂのグランド電極２２ａ、２２ｂは、導体
３４ａ、３４ａによって導通している。導体３４ａの形
状及び形成箇所は図１の様な平板構造に限らず、電気的
に接続できればよい。本実施の形態では、コプレナウェ
ーブガイドＡのストリップ導体１１とグランド電極１
２、１２との間のギャップ１３、１３と、ストリップ線
路Ｂ内のストリップ導体２１とグランド電極３２との間
のギャップ３３、３３は同じである。

【００３３】なお、図１ではコプレナウェーブガイドＡ
の下面は誘電体であるが、図３に示すように、ストリッ
プ線路Ｂの下側グランド電極２２ｂを延長して、コプレ
ナウェーブガイドＡの誘電体基板１０の下面に対向グラ
ンド電極２２ｃを設け、グランデッドコプレナウェーブ
ガイドにしても良い。

【００３４】（第２の実施の形態）図４は、本発明の第
２の実施の形態を示すコプレナウェーブガイド−ストリ
ップ線路変換器を示す平面図である。

【００３５】図１、２に示す第１の実施の形態において
は、コプレナウェーブガイドＡのストリップ導体１１と
グランド電極１２、１２との間のギャップ１３、１３
と、ストリップ線路Ｂ内のストリップ導体２１とグラン
ド電極３２、３２との間のギャップ３３、３３とを同じ
としたが、本実施の形態では、ストリップ線路Ｂ内に挿
入されたコプレナウェーブガイドＡのグランド電極４
２、４２とストリップ導体２１とのギャップ４３、４３
をコプレナウェーブガイドＡのストリップ導体１１とグ
ランド電極１２、１２との間のギャップ１３、１３より
広く形成し、コプレナウェーブガイドＡとストリップ線
路Ｂの特性インピーダンスが等しくなるようにしている
点が第１の実施の形態と異なるが他の点は同じである。

【００３６】（第３の実施の形態）図５は、本発明の第
３の実施の形態を示すコプレナウェーブガイド−ストリ
ップ線路変換器を示す斜視図である。

【００３７】図１、図２に示す第１の実施の形態におい
ては、ストリップ線路Ｂ内に挿入されたグランド電極３
２、３２とストリップ線路Ｂのグランド電極２２ａ、２
２ｂは、側面に設けられた導体３４ａ、３４ａによって
導通しているが、本実施の形態においては、ストリップ
線路Ｂに挿入されているコプレナウェーブガイドＡのグ
ランド電極３２、３２とストリップ線路Ｂの上下のグラ
ンド電極２２ａ、２２ｂとをスルーホール５０、５０に
よりそれぞれ導通している点が第１の実施の形態と異な
るが他の点は同じである。なお、スルーホール５０は少
なくともグランド電極３２、３２のそれぞれに形成する
のが望ましい。

【００３８】また、スルーホール５０は、例えば図６の
様にストリップ導体２１に沿って列をなすように形成し
てもよく、また、図７の様にコプレナウェーブガイドＡ
とストリップ線路Ｂとの境界面に沿う様に形成しても良
い。

【００３９】

【実施例】（実施例１）図８Ａは、本発明の図１、図２
に示す第１の実施の形態で、電磁界シュミレーションに
より求めたＳパラメータである。モデルのパラメータ
は、コプレナウェーブガイドＡの誘電体基板１０厚さは
３００μｍ、誘電体基板１０の誘電率は７．５、ストリ
ップ導体１１の幅は、１４０μｍ、ストリップ導体１１
とグランド電極１２とのギャップ１３は６０μｍであ
り、ストリップ線路Ｂの誘電体基板２０ａ、２０ｂの合
計の基板厚さは６００μｍ、誘電体基板２０ａ、２０ｂ
の誘電率は７．５、ストリップ導体２１の幅は１４０μ
ｍ、ストリップ導体１１とグランド電極３２とのギャッ
プ３３は６０μｍ、ストリップ線路Ｂに挿入されたコプ
レナウェーブガイドのグランド電極３２、３２のストリ
ップ線路ＢとコプレナウェーブガイドＡの変換箇所から
の長さは７２０μｍ、ストリップ線路Ｂに挿入されたコ
プレナウェーブガイドのグランド電極３２、３２とスト
リップ線路Ｂの上下のグランド電極２２ａ、２２ｂとを
接続する導体３４ａ、３４ａのストリップ導体２１の延
在方向の長さは４００μｍである。

【００４０】図８Ｂは比較例で、図８Ａに使用したモデ
ルとは、ストリップ線路Ｂに挿入されたコプレナウェー
ブガイドのグランド３２、３２が無いこと以外は、全く
同じである。

【００４１】５０〜８０ＧＨｚのミリ波帯において、本
実施例では、Ｓ２１が比較例に比べて、０〜５ｄＢ向上
している。

【００４２】（実施例２）図９Ａは、図５に示す第３の
実施の形態で、電磁界シュミレーションにより求めたＳ
パラメータである。モデルのパラメータは、第１の実施
例における導体３４ａの代わりにスルーホール導体５０
を用い、導体５０の直径が２４０μｍ、ストリップ導体
２１の中心から導体５０、５０のそれぞれの中心までの
距離が４２０μｍ、スルーホール数が１対（２個）であ
る。

【００４３】さらにコプレナウェーブガイドＡの下面
に、図３に示すような対向グランド導体を設けてグラン
デッドコプレナウェーブガイドとした。この対向グラン
ド導体は、ストリップ線路Ｂのグランド２２ｂを延長し
たものである。他のパラメータは第１の実施の形態と同
じである。

【００４４】図９Ｂは比較例で、図９Ａに使用したモデ
ルとは、グランド電極３２とスルーホール導体５０が無
いこと以外は、第２の実施例と全く同じである。

【００４５】５０〜８０ＧＨｚのミリ波帯において、本
実施例では、Ｓ２１は比較例に比べて、５ｄＢ程度向上
し、広帯域にわたって電波が通過している。

【００４６】このように、コプレナウェーブガイドとス
トリップ線路の変換器において、コプレナウェーブガイ
ドのストリップ導体とストリップ線路のストリップ導体
の幅を同じにし、コプレナウェーブガイドのグランド電
極をストリップ線路内に挿入することにより、接続箇所
での高周波信号の反射や放射、伝送損失を低減させるこ
とができる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、コプレナウェーブガイ
ドとストリップ線路との接続箇所での高周波信号の反射
や放射、伝送損失を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のコプレナウェーブ
ガイド−ストリップ線路変換器を示す斜視図。

【図２】図１のＸ−Ｘ線矢視側面透過図。

【図３】本発明の第１の実施の形態のコプレナウェーブ
ガイド−ストリップ線路変換器の変形例を示す側面透過
図。

【図４】本発明の第２の実施の形態を示すコプレナウェ
ーブガイド−ストリップ線路変換器を示す平面図。

【図５】本発明の第３の実施の形態を示すコプレナウェ
ーブガイド−ストリップ線路変換器を示す斜視図。

【図６】本発明の第３の実施の形態を示すコプレナウェ
ーブガイド−ストリップ線路変換器を示す平面図。

【図７】本発明の第３の実施の形態を示すコプレナウェ
ーブガイド−ストリップ線路変換器を示す平面図。

【図８】図８Ａは本発明の第１の実施例を説明するため
の図であり、図８Ｂは比較例を説明するための図。

【図９】図９Ａは本発明の第２の実施例を説明するため
の図であり、図９Ｂは比較例を説明するための図。

【符号の説明】

Ａ…コプレナウェーブガイド Ｂ…ストリップ線路 １０、２０ａ、２０ｂ…誘電体基板 １１、２１…ストリップ導体 １２、２２ａ、２２ｂ、３２、３４、４２…グランド電
極 １３、３３、４３…ギャップ ２２ｃ…対向グランド電極 ３４ａ…導体 ５０…スルーホール

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コプレナウェーブガイドおよびトリプレー
   ト型ストリップ線路のそれぞれのストリップ導体が接続
   部において互いに同一の導体幅を有し、 前記コプレナウェーブガイドのグランド電極が前記スト
   リップ線路の内部に挿入され、かつ前記ストリップ線路
   のグランド電極と電気的に接続されていることを特徴と
   するコプレナウェーブガイド−ストリップ線路変換器。
2. 【請求項２】前記コプレナウェーブガイドの前記グラン
   ド電極が前記ストリップ線路内に挿入される長さが、伝
   送される信号のストリップ線路内波長の１／４以上であ
   ることを特徴とする請求項１記載のコプレナウェーブガ
   イド−ストリップ線路変換器。
3. 【請求項３】前記ストリップ線路内に挿入されている前
   記コプレナウェーブガイドの前記グランド電極と前記ス
   トリップ線路の前記ストリップ導体との間隔が、挿入前
   の前記コプレナウェーブガイドの前記ストリップ導体と
   前記グランド電極との間隔よりも大きいことを特徴とす
   る請求項１または請求項２記載のコプレナウェーブガイ
   ド−ストリップ線路変換器。
4. 【請求項４】前記コプレナウェーブガイドが、グランデ
   ッドコプレナウェーブガイドであることを特徴とする請
   求項１乃至３のいずれかに記載のコプレナウェーブガイ
   ド−ストリップ線路変換器。
5. 【請求項５】コプレナウェーブガイドおよびストリップ
   線路のそれぞれのストリップ導体が接続部において互い
   に接続され、 前記コプレナウェーブガイドのグランド電極が前記スト
   リップ線路の内部に挿入され、 前記コプレナウェーブガイドの前記グランド電極が前記
   ストリップ線路内に挿入される長さが、伝送される信号
   のストリップ線路内波長の１／４以上であり、 前記コプレナウェーブガイドの前記グランド電極が前記
   ストリップ線路の前記グランド電極と接続されているこ
   とを特徴とするコプレナウェーブガイド−ストリップ線
   路変換器。