JP2005260570A

JP2005260570A - マイクロストリップ線路導波管変換器

Info

Publication number: JP2005260570A
Application number: JP2004069159A
Authority: JP
Inventors: Eiji Takeda; 英次竹田; Hideki Asao; 英喜浅尾; Hideki Tsuzuki; 秀樹都築; Mitsuko Katayama; 晃子片山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2005-09-22
Also published as: US20050200424A1

Abstract

【課題】従来のマイクロストリップ線路導波管変換器において、不要波の減衰機能を必要とする場合は、変換器のマイクロストリップ線路側を延長し、そこに変換器とは別に設計したフィルタを配置していた。そのため、フィルタ用のスペースが別途必要だった。また、フィルタと変換器の距離が近い場合、それぞれが相互干渉を起こすため、小型化が難しいという問題点があった。
【解決手段】マイクロストリップ線路導波管変換器の変換部内部に、例えば「ストリップラインアンテナ」を構成している誘電体基板１の裏面に、半波長ストリップ共振器となるストリップ導体パターン６を配置し、変換器に帯域阻止機能を付加して、製品の小型化を図る。
【選択図】図１

Description

この発明は、主にマイクロ波帯およびミリ波帯で用いるマイクロストリップ線路導波管変換器に関するものである。

従来のマイクロストリップ線路導波管変換器は、例えば特開２０００-２４４２１２号公報に示されるように、マイクロストリップ線路を延長してストリップラインアンテナを形成し、それを導波管開口に挿入し、導波管の片方の面をストリップ導体パターンから導波管管内波長が約１／４になる位置にて短絡する構成がよく用いられていた。この手法によると、ストリップ導体パターンを挿入した位置において、導波管内の磁界が最大となるため、マイクロストリップ線路の伝搬モードと導波管の伝搬モードがよく結合し、マイクロストリップ線路を伝搬してきた高周波信号は、大きな損失を生じることなく導波管に伝搬することができる。しかし、この手法による変換器は不要波を抑制する機能は持っていなかった。

そこで、不要波を抑制する手法として、従来は、例えば特開２００３-８３１３号公報に示されるように、マイクロストリップ線路を導波管とは反対側に延長し、マイクロストリップ線路挿入部の天井に切り欠きを設けてフィルタを構成する、またはマイクロストリップ線路にてフィルタを構成するなど、マイクロストリップ線路導波管変換器とは別々にフィルタを設計し、それらを接続する構成が多く用いられていた。

特開２０００-２４４２１２号特開２００３-８３１３号

上記に記述したように、従来のマイクロストリップ線路導波管変換器において、不要波の減衰機能を必要とする場合は、フィルタ用のスペースを別途必要とした。また、フィルタとマイクロストリップ線路導波管変換器の距離が近い場合、それぞれが相互干渉を起こすため、小型化が難しいという問題点があった。

さらに、フィルタとマイクロストリップ線路導波管変換器を構成する誘電体基板が異なる場合は、それらを金ワイヤや金リボン等で接続する作業工程が必要となる。また、それらは反射を引き起こす要素となり易く、したがって組立精度によっては電気特性が劣化するといった問題もあった。

この発明は前述した問題点を解決するためになされたもので、帯域阻止機能を持つマイクロストリップ線路導波管変換器を提供するものである。

請求項１に係るマイクロストリップ線路導波管変換器は、側壁に開口穴を有し一端に短絡面を有する導波管と、この導波管の開口穴をとおり導波管内部に向かい延在する誘電体基板と、この誘電体基板の一の面に形成され上記導波管の開口穴に載置される地導体パターンと、上記誘電体基板の他の面に形成され導波管内部にまで延在する信号伝送用のストリップ導体パターンと、このストリップ導体パターンに隣接し導波管から電気的に絶縁され導波管内部の誘電体基板に形成された有限長の共振用のストリップ導体パターンとを備えたことを特徴とするものである。

また、請求項２に係るマイクロストリップ線路導波管変換器は、側壁に開口穴を有し一端に短絡面を有する導波管と、この導波管の開口穴をとおり導波管内部に向かい延在する多層の誘電体基板と、この誘電体基板の両表層面に形成され上記導波管の開口穴に載置される地導体パターンと、上記誘電体基板の内層面に形成され導波管内部にまで延在する信号伝送用のストリップ導体パターンと、このストリップ導体パターンに隣接し導波管から電気的に絶縁され導波管内部の誘電体基板に形成された有限長の共振用のストリップ導体パターンとを備えたことを特徴とするものである。

また、請求項３に係るマイクロストリップ線路導波管変換器は、一端が開放された導波管と、この導波管の開放部を塞ぐよう載置される多層の誘電体基板と、上記開放部の導波管断面壁に対応させ上記誘電体基板の一の表層面に形成される地導体パターンと、上記誘電体基板の他の表層面に形成される短絡用導体パターンと、上記誘電体基板の一の内層面に形成され導波管内部にまで延在する信号伝送用のストリップ導体パターンと、このストリップ導体パターンに隣接し導波管から電気的に絶縁され導波管内部の誘電体基板に形成された有限長の共振用のストリップ導体パターンと、上記誘電体基板を貫通し形成される上記地導体パターンと短絡導体用パターンとを電気的に短絡する接続用導体とを備えたことを特徴とするものである。

また、請求項４に係るマイクロストリップ線路導波管変換器は、上記共振用のストリップ導体パターンの長さを変更することにより所定の周波数位置に阻止帯域を形成することを特徴とするものである。

請求項１乃至４に記載の発明にあっては、帯域阻止機能を持つ回路をマイクロストリップ線路導波管変換器の変換部内部に設けることにより、製品の小型化が可能であるという効果を有する。
また、帯域阻止機能とマイクロストリップ線路導波管変換器を完全に一体化することにより、フィルタとマイクロストリップ線路導波管変換器を接続する作業工程を省くことが出来るという効果を有する。
さらに、フィルタとマイクロストリップ線路導波管変換器の相互結合や高周波信号の反射を引き起こす要素となり易い金ワイヤや金リボンによる接続を省くことができ、従って電気特性を向上させることが出来るという効果を有する。

実施例１．
この発明の実施例１に係るマイクロストリップ線路導波管変換器について、図１〜図５を参照しながら説明する。

図１はこの発明の実施例１に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の斜視図、図２は図１に示されるマイクロストリップ線路導波管変換器の断面図、図３は図１および図２に示される誘電体基板の上側の面に配置された導体パターン図、図４はその誘電体基板の下側の面に配置された導体パターン図を示す。

図１〜図４において、１は誘電体基板、２は地導体パターン、３は導波管、４は短絡導波管ブロック、５および６は誘電体基板１の上に形成されたストリップ導体パターンを示す。同図において、誘電体基板１は導波管３と短絡導波管４とで挟み込むように固定される。誘電体基板の一方の面にストリップ導体パターン５が、また他方の面には、ストリップ導体パターン６と導波管３の開口部に接続される地導体パターン２がそれぞれ設けられている。
誘電体基板１は、例えば、地導体パターン２が導波管開口部の壁に接着部材（ハンダ、導電性接着剤など）を介して接着されることにより、導波管３に固定される。
また、短絡導波管ブロック４は、例えば、ブロックの４つのコーナ部において導波管３にネジ止めされることにより、導波管３に固定される。

また、同図において、誘電体基板１、地導体パターン２およびストリップ導体パターン５とから「マイクロストリップ線路」を構成している。また、導波管３内部において、誘電体基板１およびストリップ導体パターン５とから「ストリップラインアンテナ」を構成している。さらに、導波管３内部において、誘電体基板１およびストリップ導体パターン６とから「半波長ストリップ共振器」を構成している。
誘電体基板１は、そのストリップ導体パターン６の位置が短絡導波管ブロック４の壁面から導波管の管内波長の１／４の距離となるように調整されている。

次に、この実施例１に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の動作について図面を参照しながら説明する。

マイクロストリップ線路では、地導体パターン２とストリップ導体パターン５の間に電界が生じている。一方、導波管３では導波管断面の中央部が最も強い電界分布となっている。通過帯域において、マイクロストリップ線路を構成するストリップ導体パターン５と導波管３の電界が強い部分を一致するようにこれらを接続すると、マイクロストリップ線路の伝搬モードと導波管３の伝搬モードがよく結合し、マイクロストリップ線路を伝搬してきた高周波信号は、大きな反射を生じることなく導波管３に伝搬することができる。

一方、ストリップ導体パターン６は、不要波の波長（この波長は、ストリップ導体パターン５を地導体としたときの誘電体基板１上で換算した波長であり、周囲の導波管壁などの境界条件によって決定される）の約１／２となる長さに設定し、誘電体基板１を介してストリップ導体パターン５の裏面となる位置に配置する。これにより、ストリップ導体パターン６は、主にストリップ導体パターン５を地導体としたマイクロストリップ線路のモードで共振する共振回路となり、不要波を抑制することが出来る。なお、ストリップ導体パターン５が導波管３内部に突出する長さは比較的短いが、ストリップ導体パターン６は、誘電体基板を用いたマイクロストリップ線路のモードで共振するので、その長さを自由空間に比較して短くでき、小形の共振回路を形成することが可能となる。

この実施例１によってＫａ帯で試作した帯域阻止機能付きマイクロストリップ線路導波管変換器の通過特性を図５に示す。通過特性は、通過帯域１６〜２０ＧＨｚにおいて約−１ｄＢ以上、阻止帯域２６〜２７ＧＨｚにおいて約−１５ｄＢ以下が得られている。また、図５には、帯域阻止機能を付加していない場合のマイクロストリップ線路導波管変換器の通過特性を併記しているが、その場合、通過帯域において約−１ｄＢ以上、阻止帯域において約−５ｄＢ以下となっている。したがって、実施例１による帯域阻止機能付きマイクロストリップ線路導波管変換器は、通過帯域の特性を劣化させることなく、不要波のみを抑制できることがわかる。

以上のように、この実施例１によれば、マイクロストリップ線路導波管変換器の変換部内部に帯域阻止機能を設けることができ、小型化を図ることが出来る。さらに、フィルタとマイクロストリップ線路導波管変換器を接続する作業工程を省け、また、フィルタとマイクロストリップ線路導波管変換器の相互結合や高周波信号の反射要素となり易い金ワイヤや金リボンによる接続部を省くことができ、したがって電気特性が向上するといった効果を得ることができる。

実施例２．
この発明の実施例２に係るマイクロストリップ線路導波管変換器について、図６〜図７を参照しながら説明する。図６はこの発明の実施例２に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の斜視図、図７は図６に示す誘電体基板の下側の面に配置された導体パターン図を示す。

実施例２は、図６および図７に示す誘電体基板１の下側の面に配置するストリップ導体パターン６の形状をメアンダライン形状とすることにより、阻止帯域の広帯域化を図ることが出来る。また、実施例２によれば、ストリップ導体パターン５が導波管３に突出する長さより、１／２波長が長い帯域の抑制が可能となる。

また、ストリップ導体パターン６の形状は、図６および図７に示すメアンダライン形状のほかにも、図８に示すようにＬ字型、Ｔ字型、十字型、長方形の角を面取りした形状としても同様の効果を得ることが可能である。さらに、これらの導体パターンでは、そのパターン形状により、複数の共振モードを接近した共振周波数で共振させることが可能であり、一つのストリップ導体パターン６にて阻止帯域の広帯域化や複数の阻止帯域の設定が可能となる。

以上のように、この実施例２によれば、実施例１と同様に、マイクロストリップ線路導波管変換器の変換部内部に帯域阻止機能を設けることが出来るため、小型化、作業工程の削減および電気特性が向上を図ることができ、さらに阻止帯域の広帯域化、複数の阻止帯域の設定、波長が比較的長い帯域の抑制が可能となる。

実施例３．
この発明の実施例３に係るマイクロストリップ線路導波管変換器について、図９および図１０を参照しながら説明する。図９はこの発明の実施例３に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の斜視図、図１０は図９に示す誘電体基板の下側の面に配置された導体パターン図を示す。

この実施例３では、図９および図１０に示す誘電体基板１の下側の面に、長さの異なるストリップ導体パターン６を複数配置することにより、複数の不要波の抑制が可能となる。したがって、この実施例３によれば、実施例１と同様に、マイクロストリップ線路導波管変換器の変換部内部に帯域阻止機能を設けることができ、さらに複数の不要波の抑制といった効果が得ることが出来る。

実施例４．
この発明の実施例４に係るマイクロストリップ線路導波管変換器について、図１１および図１２を参照しながら説明する。図１１はこの発明の実施例４に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の斜視図、図１２は図１１に示す誘電体基板の下側の面に配置された導体パターン図を示す。

この実施例４では、図１１および図１２に示す誘電体基板１の下側の面に配置するストリップ導体パターン６の位置を、誘電体基板１を介してストリップ導体パターン５に重複する位置からずらすことにより、帯域の広帯域化を図る。ストリップ導体パターン６は、主にストリップ導体パターン５を地導体としてマイクロストリップ線路のモードで共振するため、重複する部分が小さくなれば、同時にＱ値も小さくなるので、阻止帯域の広帯域化を図ることが出来る。したがって、この実施例４によれば、実施例１と同様に、マイクロストリップ線路導波管変換器の変換部内部に帯域阻止機能を設けることができ、さらに阻止帯域の広帯域化といった効果が得ることが出来る。

実施例５．
この発明の実施例５に係るマイクロストリップ線路導波管変換器について、図１３に示す斜視図を参照しながら説明する。この実施例５では、図に示す誘電体基板１の導波管３に突出した部分の厚みを変動させることにより、阻止帯域幅を任意に設定する。ストリップ導体パターン６は、主にストリップ導体パターン５を地導体としてマイクロストリップ線路のモードで共振するため、ストリップ導体パターン６および５を隔てる誘電体基板１を厚くすれば、伝送線路と共振回路との結合が疎となり、この結合の度合を定量的に示す外部Ｑ値が大きくなり、阻止帯域幅を狭くすることが出来る。逆に、誘電体基板１を薄くすれば、外部Ｑ値が小さくなり、阻止帯域幅を広くすることが出来る。したがって、この実施例５により、実施例１と同様に、マイクロストリップ線路導波管変換器の変換部内部に帯域阻止機能を設けることができ、また阻止帯域幅を任意に設定することが可能となる。

実施例６．
この発明の実施例６に係るマイクロストリップ線路導波管変換器について、図１４に示す斜視図を参照しながら説明する。この実施例６では、誘電体基板１の上側の面に、ストリップ導体パターン５に平行するようにストリップ導体パターン７を配置することにより、共振器を形成し、不要波を抑制する。したがって、この実施例６により、実施例１と同様に、マイクロストリップ線路導波管変換器の変換部内部に帯域阻止機能を設けることができ、また実施例１〜５と合わせて用いることにより、複数の不要波の抑制が可能となる。

実施例７．
この発明の実施例７に係るマイクロストリップ線路導波管変換器について、図１５に示す斜視図および図１６に示す断面図を参照しながら説明する。図１５および図１６において、１は多層からなる誘電体基板、５は誘電体基板１の内層に形成されたストリップ導体パターンを示す。同図において、誘電体基板１、地導体パターン２およびストリップ導体パターン５とから「ストリップ線路」を構成している。誘電体基板１のストリップ導体パターン５とは異なる層において、ストリップ導体パターン５に重複する位置に、ストリップ導体パターン６を配置することにより、共振器を形成し、不要波を抑制する。したがって、この実施例７により、実施例１と同様に、ストリップ線路／導波管変換器の変換部内部に帯域阻止機能を設けることができ、また実施例１〜６と合わせて用いることにより、複数の不要波の抑制、阻止帯域の広帯域化、波長が比較的長い帯域の抑制といった効果を同時に得ることが出来る。

実施例８．
この発明の実施例８に係るマイクロストリップ線路導波管変換器について、図１７に示す斜視図および図１８に示す断面図を参照しながら説明する。図において、１は多層からなる誘電体基板、２は地導体パターン、３は導波管、５は誘電体基板１に形成されたストリップ導体パターン、６は誘電体基板の下側の面に形成されたストリップ導体パターン、８は導波管短絡用導体パターン、９は導波管壁用ヴィア（接続用導体）、１０は地導体パターン抜き部を示す。なお、ヴィアとは本明細書において円柱状導体を示す用語として用いるものとする。

同図において、導波管壁用ヴィア９は、地導体パターン抜き部１０の周囲に設けられており、地導体パターン２と導波管短絡用パターン８を接続し、また地導体パターン２と導波管短絡用パターン８と導波管壁用ヴィア９から「誘電体導波管短絡部」を構成している。導波管３は誘電体基板１の下側の地導体パターン抜き部１０に合わせて接続される。また，図１９の断面図が示すように誘電体基板と導波管壁用ヴィアから成る「誘電体導波管」に接続することも可能である。

ストリップ導体パターン６は、実施例１と同様に、誘電体基板１を介してストリップ導体パターン５に重複する位置に配置され、共振器を形成し、不要波を抑制する。したがって、この実施例８により、実施例１と同様に、ストリップ線路／導波管変換器の変換部内部に帯域阻止機能を設けることが出来るため、小型化、作業工程の削減および電気特性の向上が可能となる。また、実施例２〜７と合わせて用いることにより、複数の不要波の抑制、阻止帯域の広帯域化、波長が比較的長い帯域の抑制といった効果を同時に得ることが出来る。

実施例９．
この発明の実施例９に係るマイクロストリップ線路導波管変換器について、図２０に示す斜視図を参照しながら説明する。

実施例９において、短絡導波管４は誘電体基板１の下側に、また導波管３は誘電体基板の上側に配置される。ストリップ導体パターン６は、実施例１と同様に、誘電体基板１を介してストリップ導体パターン５に重複する位置に配置され、共振器を形成し、不要波を抑制する。したがって、この実施例９は、実施例１と同様に、帯域阻止機能付きマイクロストリップ線路導波管変換器の小型化、作業工程の削減および電気特性の向上といった効果を持つ。また、実施例２〜８も同様に、導波管の短絡面を誘電体基板１の下側、導波管を誘電体基板１の上側に配置することが可能である。

実施例１０．
この発明の実施例１０に係るマイクロストリップ線路導波管変換器について、図２１に示す斜視図（図２１（ａ））、断面図（Ａ−Ａ断面、図２１（ｂ））を参照しながら説明する。

実施例１０において、短絡導波管４は誘電体基板１の横側に、また導波管３は誘電体基板１を挟んで短絡導波管４の反対側に配置される。ストリップ導体パターン６は、実施例１と同様に、誘電体基板１を介してストリップ導体パターン５に重複する位置に配置され、共振器を形成し、不要波を抑制する。したがって、この実施例１０は、実施例１と同様に、帯域阻止機能付きマイクロストリップ線路導波管変換器の小型化、作業工程の削減および電気特性の向上といった効果を持つ。また、実施例２〜８も同様に、導波管の短絡面を誘電体基板１および導波管を誘電体基板１の左右に配置することが可能である。

以上のように、本発明に係るマイクロストリップ線路導波管変換器は、帯域阻止機能を備え、主にマイクロ波帯およびミリ波帯での電力変換回路において用いるのに適している。

この発明の実施例１に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の構成を示す斜視図である。この発明の実施例１に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の構成を示す断面図である。図１に示される誘電体基板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に示される誘電体基板の下側の面に配置された導体パターンを示す図である。この発明の実施例１よってＫａ帯で試作した帯域阻止機能付きマイクロストリップ線路導波管変換器の通過特性を示す図である。この発明の実施例２に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の構成を示す斜視図である。図６に示される誘電体基板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７に示される誘電体基板の下側の面に配置された導体パターンの形状の代替案を示す図である。この発明の実施例３に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の構成を示す斜視図である。図９に示される誘電体基板の下側の面に配置された導体パターンを示す図である。この発明の実施例４に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の構成を示す斜視図である。図１１に示される誘電体基板の下側の面に配置された導体パターンを示す図である。この発明の実施例５に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の構成を示す斜視図である。この発明の実施例６に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の構成を示す斜視図である。この発明の実施例７に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の構成を示す斜視図である。この発明の実施例７に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の構成を示す断面図である。この発明の実施例８に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の構成を示す斜視図である。この発明の実施例８に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の構成を示す断面図である。この発明の実施例８に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の構成を示す断面図である。この発明の実施例９に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の構成を示す斜視図である。この発明の実施例１０に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の構成を示す斜視図（ａ）、断面図（ｂ）である。

符号の説明

１誘電体基板、２地導体パターン、３導波管、４短絡導波管ブロック、５、６、７ストリップ導体パターン、８導波管短絡用導体パターン、９導波管壁用ヴィア、１０地導体パターン抜き部。

Claims

側壁に開口穴を有し一端に短絡面を有する導波管と、この導波管の開口穴をとおり導波管内部に向かい延在する誘電体基板と、この誘電体基板の一の面に形成され上記導波管の開口穴に載置される地導体パターンと、上記誘電体基板の他の面に形成され導波管内部にまで延在する信号伝送用のストリップ導体パターンと、このストリップ導体パターンに隣接し導波管から電気的に絶縁され導波管内部の誘電体基板に形成された有限長の共振用のストリップ導体パターンとを備えたことを特徴とするマイクロストリップ線路導波管変換器。
側壁に開口穴を有し一端に短絡面を有する導波管と、この導波管の開口穴をとおり導波管内部に向かい延在する多層の誘電体基板と、この誘電体基板の両表層面に形成され上記導波管の開口穴に載置される地導体パターンと、上記誘電体基板の内層面に形成され導波管内部にまで延在する信号伝送用のストリップ導体パターンと、このストリップ導体パターンに隣接し導波管から電気的に絶縁され導波管内部の誘電体基板に形成された有限長の共振用のストリップ導体パターンとを備えたことを特徴とするマイクロストリップ線路導波管変換器。
一端が開放された導波管と、この導波管の開放部を塞ぐよう載置される多層の誘電体基板と、上記開放部の導波管断面壁に対応させ上記誘電体基板の一の表層面に形成される地導体パターンと、上記誘電体基板の他の表層面に形成される短絡用導体パターンと、上記誘電体基板の一の内層面に形成され導波管内部にまで延在する信号伝送用のストリップ導体パターンと、このストリップ導体パターンに隣接し導波管から電気的に絶縁され導波管内部の誘電体基板に形成された有限長の共振用のストリップ導体パターンと、上記誘電体基板を貫通し形成される上記地導体パターンと短絡導体用パターンとを電気的に短絡する接続用導体とを備えたことを特徴とするマイクロストリップ線路導波管変換器。
上記共振用のストリップ導体パターンの長さを変更することにより所定の周波数位置に阻止帯域を形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載されたマイクロストリップ線路導波管変換器。