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JP5219857B2 - Waveguide type rat race circuit - Google Patents

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JP5219857B2 JP2009016528A JP2009016528A JP5219857B2 JP 5219857 B2 JP5219857 B2 JP 5219857B2 JP 2009016528 A JP2009016528 A JP 2009016528A JP 2009016528 A JP2009016528 A JP 2009016528A JP 5219857 B2 JP5219857 B2 JP 5219857B2
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Description

本発明は、高周波回路で多く用いられるラットレース回路に関するものであり、特に導波管型の伝送線路を用いた導波管型ラットレース回路に関するものである。   The present invention relates to a rat race circuit often used in a high-frequency circuit, and more particularly to a waveguide rat race circuit using a waveguide type transmission line.

高周波回路において移相回路や方向性結合回路として用いられるものとしてラットレース回路が知られている。ラットレース回路は、特定の長さを有する環状伝送線路の特定の位置に4つの入出力ポートを設けることによって移相回路や方向性結合回路としての機能を実現するものであり、環状伝送線路としてストリップラインやマイクロストリップラインを用いて構成したものが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。   A rat race circuit is known as one used as a phase shift circuit or a directional coupling circuit in a high-frequency circuit. The rat race circuit realizes functions as a phase shift circuit and a directional coupling circuit by providing four input / output ports at specific positions of a circular transmission line having a specific length. A configuration using a stripline or a microstripline is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2001−292012号公報JP 2001-292012 JP

しかしながら、特許文献1にて提案されたような従来のラットレース回路は、ストリップラインやマイクロストリップラインを用いて環状伝送線路を形成していたため、高周波化に伴って環状伝送線路における伝送損失が増大し、これによってラットレース回路における損失が増大するという問題があった。   However, the conventional rat race circuit as proposed in Patent Document 1 forms an annular transmission line using a strip line or a microstrip line, so that transmission loss in the annular transmission line increases as the frequency increases. However, this increases the loss in the rat race circuit.

本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、ミリ波帯以上の高周波領域でも好適に使用可能であるとともに、小型化が可能で量産性に優れた導波管型ラットレース回路を提供することにある。   The present invention has been devised in view of such problems in the prior art, and its purpose is to be suitably used in a high-frequency region of the millimeter wave band or higher, and can be downsized and mass-produced. An object of the present invention is to provide a waveguide type rat race circuit excellent in the above.

本発明の導波管型ラットレース回路は、環状導波管部の管壁に4つのポートがそれぞれ所定の位置に設けられた導波管型ラットレース回路であって、前記環状導波管部は、誘電体層の上面に配置されて前記環状導波管部の上側の管壁を構成する上側主導体層と、前記誘電体層の下面に配置されて前記環状導波管部の下側の管壁を構成する下側主導体層と、前記環状導波管部を伝播する高周波信号の波長の1/2未満の繰り返し間隔で前記上側主
導体層および前記下側主導体層の間を電気的に接続するように配置された、前記環状導波管部の内周の管壁を構成する内周管壁用貫通導体群および前記環状導波管部の外周の管壁を構成する外周管壁用貫通導体群とを具備し、前記上側主導体層,前記下側主導体層,前記内周管壁用貫通導体群および前記外周管壁用貫通導体群で囲まれた領域によって高周波信号を伝送する誘電体導波管線路で環状に構成されており、平面視した際に前記内周管壁用貫通導体群で囲まれた領域は、前記上側主導体層および前記下側主導体層の少なくとも一方の非形成領域であり、前記4つのポートは第1乃至第4のポートで構成されており、前記環状導波管部は、前記第1のポートと前記第2のポートとの間を接続する第1の導波部と、前記第2のポートと前記第3のポートとの間を接続する第2の導波部と、前記第3のポートと前記第4のポートとの間を接続する第3の導波部と、前記第4のポートと前記第1のポートとの間を接続する第4の導波部とに区分されるとともに、前記環状導波管部の内部における前記高周波信号の波長をλとすると、前記第1乃至第3の導波部の長さは各々3λ/4に設定されており、前記第4の導波部の長さは9λ/4に設定されていることを特徴とするものである。
The waveguide-type rat race circuit of the present invention is a waveguide-type rat race circuit in which four ports are provided at predetermined positions on the tube wall of the annular waveguide portion, respectively. Are disposed on the upper surface of the dielectric layer and constitute an upper main conductor layer constituting the upper tube wall of the annular waveguide portion, and disposed on the lower surface of the dielectric layer and below the annular waveguide portion. Between the lower main conductor layer and the lower main conductor layer at a repetition interval of less than ½ of the wavelength of the high-frequency signal propagating through the annular waveguide portion. A through conductor group for an inner peripheral tube wall constituting an inner peripheral tube wall of the annular waveguide portion and an outer periphery constituting an outer peripheral tube wall of the annular waveguide portion, arranged so as to be electrically connected A pipe wall through conductor group, the upper main conductor layer, the lower main conductor layer, the inner pipe wall through conductor group, and A dielectric waveguide line that transmits a high-frequency signal by a region surrounded by the outer peripheral tube wall through conductor group is formed in an annular shape and is surrounded by the inner peripheral tube wall through conductor group when viewed in plan. area, said at least one of the non-formation regions der of the upper main conductor layer and the lower main conductor layers is, the four ports is composed of first to fourth ports, the annular waveguide A first waveguide section that connects the first port and the second port, and a second waveguide section that connects the second port and the third port. , A third waveguide connecting between the third port and the fourth port, and a fourth waveguide connecting between the fourth port and the first port If the wavelength of the high-frequency signal inside the annular waveguide portion is λ, the first Or the length of the third waveguide is set each 3 [lambda] / 4, the length of the fourth waveguide are those characterized that you have been set to 9λ / 4.

なお、本発明において、誘電体層とは、複数の誘電体が層状に積層された積層体でもよく、また、積層体中の誘電体からなる1つの層でもかまわない。   In the present invention, the dielectric layer may be a laminate in which a plurality of dielectrics are laminated in layers, or may be a single layer made of a dielectric in the laminate.

本発明の導波管型ラットレース回路によれば、ラットレース回路を構成する環状伝送線路として、導波管型の伝送線路で構成された環状導波管部を備えることから、高周波領域においても環状導波管部での伝送損失が少ないので、高周波領域における電気特性が優れた導波管型ラットレース回路を得ることができる。   According to the waveguide-type rat race circuit of the present invention, the annular transmission line constituting the rat-lace circuit includes the annular waveguide portion constituted by the waveguide-type transmission line. Since the transmission loss in the annular waveguide portion is small, a waveguide type rat race circuit having excellent electrical characteristics in the high frequency region can be obtained.

また、本発明の導波管型ラットレース回路によれば、環状導波管部は、誘電体層の上下面および内部に配置された、上側主導体層,下側主導体層,内周管壁用貫通導体群および外周管壁用貫通導体群を具備する誘電体導波管線路で構成されていることから、環状導波管部を小型化することができるとともに誘電体中に容易に形成することができるので、小型化が可能で量産性に優れた導波管型ラットレース回路を得ることができる。   Further, according to the waveguide-type rat race circuit of the present invention, the annular waveguide portion includes the upper main conductor layer, the lower main conductor layer, and the inner peripheral pipe disposed on the upper and lower surfaces and inside of the dielectric layer. Since it is composed of dielectric waveguide lines with wall through conductor groups and outer tube wall through conductor groups, the annular waveguide section can be reduced in size and easily formed in the dielectric. Therefore, it is possible to obtain a waveguide type rat race circuit that can be miniaturized and is excellent in mass productivity.

さらに、本発明の導波管型ラットレース回路によれば、平面視した際に前記内周管壁用貫通導体群で囲まれた領域は、上側主導体層および下側主導体層の少なくとも一方の非形成領域である。上側主導体層,下側主導体層および内周管壁用貫通導体群で囲まれた空間に漏洩した電磁波による共振現象が生じてしまうときに、平面視した際に前記内周管壁用貫通導体群で囲まれた領域を、上側主導体層および下側主導体層の一方の非形成領域とすることにより、その共振周波数を低周波側へシフトさせることができる。よって、使用する周波数帯域内にその共振周波数が位置する場合に、使用する周波数帯域外へその共振周波数をシフトさせることが可能となるので、導波管型ラットレース回路の電気特性の悪化を防止することができる。また、平面視した際に前記内周管壁用貫通導体群で囲まれた領域を、上側主導体層および下側主導体層の両方の非形成領域とした場合には、内周管壁用貫通導体群で囲まれた空間に漏洩した電磁波による共振を防止することができるので、導波管型ラットレース回路の電気特性の悪化を防止することができる。   Furthermore, according to the waveguide-type rat race circuit of the present invention, when viewed in plan, the region surrounded by the inner pipe wall through conductor group is at least one of the upper main conductor layer and the lower main conductor layer. This is a non-forming region. When the resonance phenomenon due to leaked electromagnetic waves occurs in the space surrounded by the upper main conductor layer, the lower main conductor layer and the inner conductor wall through conductor group, the inner pipe wall penetration when viewed in plan view By setting the region surrounded by the conductor group as one non-formation region of the upper main conductor layer and the lower main conductor layer, the resonance frequency can be shifted to the low frequency side. Therefore, when the resonance frequency is located within the frequency band to be used, the resonance frequency can be shifted outside the frequency band to be used, thereby preventing deterioration of the electrical characteristics of the waveguide type rat race circuit. can do. In addition, when the region surrounded by the inner pipe wall through conductor group when viewed in plan is a non-formation region of both the upper main conductor layer and the lower main conductor layer, the inner pipe wall Since resonance due to electromagnetic waves leaking into the space surrounded by the through conductor group can be prevented, deterioration of the electrical characteristics of the waveguide type rat race circuit can be prevented.

(a)は本発明の導波管型ラットレース回路の実施の形態の第1の例を模式的に示す斜視図であり、(b)は(a)に示す導波管型ラットレース回路を模式的に示す平面図であ(A) is a perspective view which shows typically the 1st example of embodiment of the waveguide type rat race circuit of this invention, (b) is a waveguide type rat race circuit shown to (a). It is a top view schematically showing

以下、本発明の導波管型ラットレース回路を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, a waveguide type rat race circuit of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1(a)は本発明の導波管型ラットレース回路の実施の形態の例を模式的に示す斜視図であり、図1(b)は図1(a)に示す導波管型ラットレース回路を模式的に示す平面図である。なお、導波管型ラットレース回路の内部構造をわかり易くするために、図1(a)および図1(b)においては導波管型ラットレース回路を構成する誘電体層の図示を省略しており、さらに、図1(b)においては上側主導体層51aを取り除いた状態を示している。   FIG. 1 (a) is a perspective view schematically showing an example of an embodiment of a waveguide type rat race circuit of the present invention, and FIG. 1 (b) is a waveguide type rat shown in FIG. 1 (a). It is a top view which shows a race circuit typically. In order to make the internal structure of the waveguide type rat race circuit easy to understand, the dielectric layers constituting the waveguide type rat race circuit are not shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). Further, FIG. 1B shows a state in which the upper main conductor layer 51a is removed.

本例の導波管型ラットレース回路は、図1(a)および図1(b)に示すように、環状導波管部30の管壁に第1のポート11,第2のポート12,第3のポート13および第4のポート14がそれぞれ間隔を開けて設けられている。そして、環状導波管部30は、第1のポート11と第2のポート12との間を接続する第1の導波部21、第2のポート12と第3のポート13との間を接続する第2の導波部22、第3のポート13と第4のポート14との間を接続する第3の導波部23および、第4のポート14と第1のポート11との間を接続する第4の導波部24に区分され、本例の導波管型ラットレース回路が使用する周波数において、第1の導波部21,第2の導波部22および第3の導波部23の移相量はそれぞれ3π/2に設定されており、第4の導波部24の移相量は9π/2に設定されている。よって、第1の導波部21,第2の導波部22および第3の導波部23の移相量の和と第4の導波部24の移相量との差は0となっている。このような移相量を実現するために、ラットレース回路が使用する周波数における環状導波管部30内部の高周波信号の管内波長をλとすると、第1の導波部21,第2の導波部22および第3の導波部23の長さは、実質的にそれぞれ3λ/4に設定されており、第4の導波部24の長さは実質的に9λ/4に設定されている。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the waveguide type rat race circuit of the present example has a first port 11, a second port 12, A third port 13 and a fourth port 14 are provided at intervals. The annular waveguide section 30 is connected between the first waveguide section 21 connecting the first port 11 and the second port 12, and between the second port 12 and the third port 13. The second waveguide 22 to be connected, the third waveguide 23 to be connected between the third port 13 and the fourth port 14, and the fourth port 14 to the first port 11 The first waveguide section 21, the second waveguide section 22 and the third waveguide section are separated at the frequency used by the waveguide type rat race circuit of this example. The phase shift amount of the wave portion 23 is set to 3π / 2, and the phase shift amount of the fourth waveguide portion 24 is set to 9π / 2. Therefore, the difference between the sum of the phase shift amounts of the first waveguide portion 21, the second waveguide portion 22, and the third waveguide portion 23 and the phase shift amount of the fourth waveguide portion 24 is zero. ing. In order to realize such a phase shift amount, if the guide wavelength of the high-frequency signal in the annular waveguide section 30 at the frequency used by the rat race circuit is λ, the first waveguide section 21 and the second waveguide section will be described. The length of the wave portion 22 and the third waveguide portion 23 is substantially set to 3λ / 4, and the length of the fourth waveguide portion 24 is substantially set to 9λ / 4. Yes.

また、本例の導波管型ラットレース回路においては、環状導波管部30は、誘電体層(図示せず)の上面に配置されて環状導波管部30の上側の管壁となる上側主導体層51aと、誘電体層の下面に配置されて環状導波管部30の下側の管壁となる下側主導体層51bと、環状導波管部30を伝播する高周波信号の波長の1/2未満の繰り返し間隔で上側主導体層51aおよび下側主導体層51bの間を電気的に接続するように配置された、環状導波管部30の内周側の管壁となる内周管壁用貫通導体群52aおよび環状導波管部30の外周側の管壁となる外周管壁用貫通導体群52bとを具備し、上側主導体層51a,下側主導体層51b,内周管壁用貫通導体群52aおよび外周管壁用貫通導体群52bで囲まれた領域によって高周波信号を伝送する誘電体導波管線路で構成されている。また、内周管壁用貫通導体群52aおよび外周管壁用貫通導体群52bからの高周波信号の漏洩を防止するために、内周管壁用貫通導体群52aを構成する各々の貫通導体および外周管壁用貫通導体群52bを構成する各々の貫通導体をそれぞれ接続する副導体層51cが上側主導体層51aと下側主導体層51bとの間に設けられている。   Further, in the waveguide type rat race circuit of the present example, the annular waveguide portion 30 is disposed on the upper surface of a dielectric layer (not shown) and becomes the upper tube wall of the annular waveguide portion 30. An upper main conductor layer 51a, a lower main conductor layer 51b that is disposed on the lower surface of the dielectric layer and serves as a lower tube wall of the annular waveguide portion 30, and a high-frequency signal propagating through the annular waveguide portion 30 A tube wall on the inner peripheral side of the annular waveguide portion 30 disposed so as to electrically connect the upper main conductor layer 51a and the lower main conductor layer 51b at a repetition interval of less than ½ of the wavelength; An inner peripheral tube wall through conductor group 52a and an outer peripheral tube wall through conductor group 52b which becomes an outer peripheral wall of the annular waveguide portion 30, and an upper main conductor layer 51a and a lower main conductor layer 51b. , A dielectric waveguide line for transmitting a high-frequency signal by a region surrounded by the inner pipe wall through conductor group 52a and the outer pipe wall through conductor group 52b. . Further, in order to prevent leakage of high-frequency signals from the inner pipe wall through conductor group 52a and the outer pipe wall through conductor group 52b, each through conductor and outer circumference constituting the inner pipe wall through conductor group 52a are provided. Sub conductor layers 51c that connect the respective through conductors constituting the tube wall through conductor group 52b are provided between the upper main conductor layer 51a and the lower main conductor layer 51b.

また、本例の導波管型ラットレース回路においては、環状導波管部30は環状である上側および下側の管壁がH面とされている。そして、第1〜第4のポート11〜14は、環状導波管部30の外周側の管壁に形成された開口によって構成されており、それぞれのポートに対して高周波信号を入力または出力するための第1〜第4の入出力用伝送線路71〜74が接続されている。第1〜第4の入出力用伝送線路71〜74は、誘電体層(図示せず)の上面に配置されて上側の管壁となる上側主導体層51aと、誘電体層の下面に配置されて下側の管壁となる下側主導体層51bと、伝送線路を伝播する高周波信号の波長の1/2未満の繰り返し間隔で上側主導体層51aおよび下側主導体層51bの間を電気的に接続するように配置された、伝送線路の側壁(両側面の管壁)となる2列の側壁用貫通導体群52とを具備し、上側主導体層51a,下側主導体層51b,および2列の側壁用貫通導体群52で囲まれた領域によって高周波信号を伝送する誘電体導波管線路で構成されている。なお、第1〜第4の入出力用伝送線路71〜74を構成する誘電体導波管線路においても、2列の側壁用貫通導体群52を構成する各々の貫通導体をそれぞれ接続する副導体層51cが設けられている。そして、環状導波管部30および第1〜第4の入出力用伝送線路71〜74は一体的に形成されている。すなわち、環状導波管部30および第1〜第4の入出力用伝送線路71〜74においては、それぞれの上側主導体層51a,下側主導体層51bおよび副導体層51cが一体的に形成されている。   Further, in the waveguide type rat race circuit of the present example, the annular waveguide portion 30 has an annular upper and lower tube walls as H planes. The first to fourth ports 11 to 14 are configured by openings formed on the outer peripheral wall of the annular waveguide portion 30, and input or output high-frequency signals to the respective ports. For this purpose, first to fourth input / output transmission lines 71 to 74 are connected. The first to fourth input / output transmission lines 71 to 74 are disposed on the upper surface of a dielectric layer (not shown) and disposed on the lower surface of the dielectric layer and the upper main conductor layer 51a serving as the upper tube wall. Between the upper main conductor layer 51a and the lower main conductor layer 51b at a repetition interval of less than half the wavelength of the high-frequency signal propagating through the transmission line. And two rows of through conductor groups for side walls 52 that serve as side walls (tube walls on both sides) of the transmission line, which are arranged so as to be electrically connected, and have an upper main conductor layer 51a and a lower main conductor layer 51b. , And a region surrounded by two rows of through-hole conductor groups 52 for side walls, and a dielectric waveguide line for transmitting a high-frequency signal. In the dielectric waveguide lines constituting the first to fourth input / output transmission lines 71 to 74, the sub-conductors connecting the respective through conductors constituting the two side wall through conductor groups 52, respectively. A layer 51c is provided. The annular waveguide portion 30 and the first to fourth input / output transmission lines 71 to 74 are integrally formed. That is, in the annular waveguide portion 30 and the first to fourth input / output transmission lines 71 to 74, the upper main conductor layer 51a, the lower main conductor layer 51b, and the sub conductor layer 51c are integrally formed. Has been.

さらに、本例の導波管型ラットレース回路においては、環状導波管部30の第1〜第4のポート11〜14が形成された位置の内周側に、上側の管壁および下側の管壁を接続する柱状導体からなる整合ピン81が配置されており、これによって、第1〜第4の入出力用伝送線路71〜74と環状導波管部30との第1〜第4のポート11〜14におけるインピーダンス整合を良好にしている。   Furthermore, in the waveguide type rat race circuit of this example, the upper tube wall and the lower side are arranged on the inner peripheral side of the position where the first to fourth ports 11 to 14 of the annular waveguide portion 30 are formed. Matching pins 81 made of columnar conductors for connecting the tube walls are arranged, whereby the first to fourth input / output transmission lines 71 to 74 and the annular waveguide portion 30 are connected to each other. Impedance matching at ports 11 to 14 is improved.

このような構成を備える本例の導波管型ラットレース回路においては、例えば、第1の入出力用伝送線路71を介して第1のポート11に入力された高周波信号は、環状導波管部30を互いに逆向きに第1の導波部21へ向けて伝送する高周波信号と第4の導波部24へ向けて伝送する信号との2つの高周波信号に分離される。そしてこの2つの高周波信号は、第2のポート12および第4のポート14では互いに同相になるが、第3のポート13では互いに逆相になる。よって、第2の入出力用伝送線路72および第4の入出力用伝送線路74からは高周波信号が出力されるが、第3の入出力用伝送線路73からは高周波信号は出力されない。このようにして、本例の導波管型ラットレース回路は、ラットレース回路として機能する。   In the waveguide-type rat race circuit of this example having such a configuration, for example, a high-frequency signal input to the first port 11 via the first input / output transmission line 71 is an annular waveguide. The part 30 is separated into two high-frequency signals, a high-frequency signal transmitted toward the first waveguide part 21 and a signal transmitted toward the fourth waveguide part 24 in opposite directions. The two high-frequency signals are in phase with each other in the second port 12 and the fourth port 14, but are out of phase with each other in the third port 13. Therefore, a high frequency signal is output from the second input / output transmission line 72 and the fourth input / output transmission line 74, but no high frequency signal is output from the third input / output transmission line 73. Thus, the waveguide type rat race circuit of this example functions as a rat race circuit.

本例の導波管型ラットレース回路によれば、環状導波管部30および第1〜第4の入出力用伝送線路71〜74が、高周波領域における伝送損失が少ない誘電体導波管線路で構成されているので、高周波領域における電気特性が優れた導波管型ラットレース回路を得ることができる。   According to the waveguide type rat race circuit of the present example, the annular waveguide portion 30 and the first to fourth input / output transmission lines 71 to 74 have a dielectric waveguide line with a small transmission loss in a high frequency region. Therefore, it is possible to obtain a waveguide type rat race circuit having excellent electrical characteristics in a high frequency region.

また、本例の導波管型ラットレース回路によれば、環状導波管部30内部における高周波信号の管内波長をλとすると、第1の導波部21,第2の導波部22および第3の導波部23の長さは、実質的にそれぞれ3λ/4に設定されており、第4の導波部24の長さは実質的に9λ/4に設定されている。これにより、従来知られている4つのポートの間に配置された3本のλ/4線路と1本の3λ/4線路で構成されたラットレース回路と比較して、第1のポート11と第2のポート12との間隔および第2のポート12と第3のポート13との間隔および第3のポート13と第4のポート14との間隔を大きくすることができる。よって、誘電体導波管線路を用いて環状導波管部30を無理なく形成することができるとともに、λ/2程度の幅を有する誘電体導波管線路で構成された第1〜第4の入出力用伝送線路71〜74を環状導波管部30の外周に形成された第1〜第4のポート11〜14に容易に接続することができる。   Further, according to the waveguide type rat race circuit of this example, when the guide wavelength of the high frequency signal in the annular waveguide section 30 is λ, the first waveguide section 21, the second waveguide section 22 and The length of the third waveguide 23 is substantially set to 3λ / 4, and the length of the fourth waveguide 24 is substantially set to 9λ / 4. As a result, the first port 11 is compared with a rat race circuit composed of three λ / 4 lines and one 3λ / 4 line arranged between the four known ports. The distance between the second port 12, the distance between the second port 12 and the third port 13, and the distance between the third port 13 and the fourth port 14 can be increased. Therefore, the annular waveguide portion 30 can be formed without difficulty using a dielectric waveguide line, and the first to fourth elements configured with dielectric waveguide lines having a width of about λ / 2. The input / output transmission lines 71 to 74 can be easily connected to the first to fourth ports 11 to 14 formed on the outer periphery of the annular waveguide portion 30.

さらに、本例の導波管型ラットレース回路によれば、環状導波管部30および第1〜第4の入出力用伝送線路71〜74が誘電体導波管線路で構成されていることから、中空の方形導波管を用いて構成する場合と比較して、小型化することができるとともに誘電体中に容易に形成することができるので、小型化が可能で量産性に優れた導波管型ラットレース回路を得ることができる。   Furthermore, according to the waveguide type rat race circuit of the present example, the annular waveguide portion 30 and the first to fourth input / output transmission lines 71 to 74 are configured by dielectric waveguide lines. Therefore, compared to the case of using a hollow rectangular waveguide, it can be miniaturized and can be easily formed in a dielectric, so that it can be miniaturized and has excellent mass productivity. A wave tube type rat race circuit can be obtained.

またさらに、本例の導波管型ラットレース回路によれば、平面視した際に内周管壁用貫通導体群52aで囲まれた領域内を上側主導体層51aおよび下側主導体層51bの非形成領域としていることから、内周管壁用貫通導体群52aで囲まれた空間に漏洩した電磁波による共振を防止することができるので、導波管型ラットレース回路の電気特性の悪化を防止することができる。この現象について以下に詳細に説明する。   Furthermore, according to the waveguide type rat race circuit of this example, the upper main conductor layer 51a and the lower main conductor layer 51b are disposed in the region surrounded by the inner peripheral pipe wall through conductor group 52a when viewed in plan. Therefore, it is possible to prevent resonance due to electromagnetic waves leaking into the space surrounded by the inner circumferential pipe wall through conductor group 52a, thereby deteriorating the electrical characteristics of the waveguide rat race circuit. Can be prevented. This phenomenon will be described in detail below.

誘電体層の上下面および内部に配置された上側主導体層,下側主導体層および2列の側壁用貫通導体群で構成された誘電体導波管線路においては、側壁用貫通導体群を構成する貫通導体の配列ピッチを、誘電体導波管線路を伝播する高周波信号の波長の1/2未満に設定することにより、側壁用貫通導体群からの高周波信号の漏洩を防止できると考えられていた。ところが、誘電体層の上下面および内部に配置された上側主導体層51a,下側主導体層51b,内周管壁用貫通導体群52aおよび外周管壁用貫通導体群52bによって構成された環状導波管部30を備える導波管型ラットレース回路において、内周管壁用貫通導体群52aを構成する貫通導体の配列ピッチを、環状導波管部30を伝播する高周波信号の波長の1/2未満に設定した場合においても、上側主導体層51a,下側主導体層51bおよび内周管壁用貫通導体群52aで囲まれた空間に漏洩した電磁波による共振が発生して導波管型ラットレース回路の電気特性が悪化する現象が生じることが、本発明者の検討により明らかになった。これは、内周管壁用貫通導体群52aを構成する貫通導体の配列ピッチを、環状導波管部30を伝播する高周波信号の波長の1/2未満に設定した場合においても、内周管壁用貫通導体群52aよりも内側の近傍の領域に高周波信号の電磁波が僅かに分布することによって生じるのではないかと考えられる。   In a dielectric waveguide line composed of an upper main conductor layer, a lower main conductor layer, and two rows of side wall through conductor groups arranged on the upper and lower surfaces and inside of the dielectric layer, the side wall through conductor groups are It is thought that leakage of high frequency signals from the through conductor group for the side wall can be prevented by setting the arrangement pitch of the through conductors to be set to less than ½ of the wavelength of the high frequency signal propagating through the dielectric waveguide line. It was. However, the upper main conductor layer 51a, the lower main conductor layer 51b, the inner peripheral pipe wall through conductor group 52a, and the outer peripheral pipe wall through conductor group 52b arranged on the upper and lower surfaces and inside of the dielectric layer are formed. In the waveguide-type rat race circuit including the waveguide section 30, the arrangement pitch of the through conductors constituting the inner circumferential pipe wall through conductor group 52a is set to 1 of the wavelength of the high-frequency signal propagating through the annular waveguide section 30. Even when it is set to less than / 2, resonance occurs due to electromagnetic waves leaking into the space surrounded by the upper main conductor layer 51a, the lower main conductor layer 51b, and the inner peripheral pipe wall through conductor group 52a, and the waveguide It has been clarified by the present inventors that a phenomenon occurs in which the electrical characteristics of the type rat race circuit deteriorate. This is because even when the arrangement pitch of the through conductors constituting the inner circumference pipe wall through conductor group 52a is set to be less than ½ of the wavelength of the high-frequency signal propagating through the annular waveguide portion 30, the inner circumference tube It may be caused by a slight distribution of electromagnetic waves of high-frequency signals in a region near the inside of the wall through conductor group 52a.

この現象による導波管型ラットレース回路の電気特性の悪化を防止するため、本発明者が鋭意検討した結果、平面視した際に内周管壁用貫通導体群52aで囲まれた領域内を、上側主導体層51aおよび下側主導体層51bの一方の非形成領域とすることにより、平面視した際に内周管壁用貫通導体群52aで囲まれた領域内に漏洩した電磁波による共振周波数を低周波側へシフトさせることができることがわかった。これは、平面視した際に内周管壁用貫通導体群52aで囲まれた領域内で、上側主導体層51aおよび下側主導体層51bの一方を形成しないことにより、上下方向の片側が開放端になるので、共振周波数が1/2になるためであると考えられる。これにより、使用する周波数帯域内に共振周波数が位置する場合に、使用する周波数帯域外へ共振周波数をシフトさせることが可能となるので、導波管型ラットレース回路の電気特性の悪化を防止することができる。   In order to prevent the electrical characteristics of the waveguide-type rat race circuit from deteriorating due to this phenomenon, as a result of intensive studies by the inventor, the region surrounded by the inner pipe wall through conductor group 52a when viewed in plan is shown. By forming one of the upper main conductor layer 51a and the lower main conductor layer 51b as a non-formation region, resonance caused by electromagnetic waves leaking into the region surrounded by the inner pipe wall through conductor group 52a when seen in a plan view It was found that the frequency can be shifted to the low frequency side. This is because when one of the upper main conductor layer 51a and the lower main conductor layer 51b is not formed in the region surrounded by the inner pipe wall through conductor group 52a when viewed in plan, This is considered to be because the resonance frequency is halved because it is an open end. As a result, when the resonance frequency is located within the frequency band to be used, the resonance frequency can be shifted out of the frequency band to be used, thereby preventing deterioration of the electrical characteristics of the waveguide type rat race circuit. be able to.

また、平面視した際に内周管壁用貫通導体群52aで囲まれた領域内を、上側主導体層51aおよび下側主導体層51bの両方の非形成領域とすることにより、平面視した際に内周管壁用貫通導体群52aで囲まれた領域内に漏洩した電磁波による共振を防止することができることがわかった。   Further, when viewed in plan, the region surrounded by the inner peripheral pipe wall through conductor group 52a is defined as a non-formation region of both the upper main conductor layer 51a and the lower main conductor layer 51b. It was found that resonance due to electromagnetic waves leaking into the region surrounded by the inner pipe wall through conductor group 52a can be prevented.

本発明の導波管型ラットレース回路において、誘電体層の比誘電率は、例えば2〜20程度とされる。誘電体層の材質としては、高周波信号の伝送を妨げない特性を有するものであれば特に限定するものではなく、ガラスエポキシ等の樹脂を使用することも可能であるが、誘電体導波管線路を形成する際の精度および製造の容易性の点からは誘電体セラミックスを使用することが望ましい。上側主導体層51a,下側主導体層51bおよび副導体層11cは、良導電性の金属からなり、その厚みは、例えば、3μm〜50μm程度とされる。内周管壁用貫通導体群52a,外周管壁用貫通導体群52bおよび側壁用貫通導体群52は誘電体導波管線路の両側面の管壁として機能する。それぞれの繰り返し間隔は、高周波信号の漏洩を防止する観点から、誘電体導波管線路を伝送する高周波信号の波長の1/2未満であることが必要であり、1/4未満であることが好ましい。このような内周管壁用貫通導体群52a,外周管壁用貫通導体群52bおよび側壁用貫通導体群52としてはビアホールやスルーホールを用いることができ、その直径は、例えば0.05mm〜0.5mm程度とされる。   In the waveguide type rat race circuit of the present invention, the dielectric constant of the dielectric layer is, for example, about 2 to 20. The material of the dielectric layer is not particularly limited as long as it has a characteristic that does not hinder the transmission of high-frequency signals, and a resin such as glass epoxy can be used. It is desirable to use dielectric ceramics from the viewpoints of accuracy in forming and ease of manufacturing. The upper main conductor layer 51a, the lower main conductor layer 51b, and the sub conductor layer 11c are made of a highly conductive metal and have a thickness of about 3 μm to 50 μm, for example. The inner peripheral tube wall through conductor group 52a, the outer peripheral tube wall through conductor group 52b, and the side wall through conductor group 52 function as tube walls on both sides of the dielectric waveguide. Each repetition interval needs to be less than ½ of the wavelength of the high-frequency signal transmitted through the dielectric waveguide line from the viewpoint of preventing leakage of the high-frequency signal, and may be less than ¼. preferable. Via holes and through holes can be used as the inner pipe wall through conductor group 52a, the outer pipe wall through conductor group 52b, and the side wall through conductor group 52, and the diameter thereof is, for example, 0.05 mm to 0.5 mm. It is said to be about.

本発明の導波管型ラットレース回路は、例えば、次のようにして作製することができる。まず、ガラス,アルミナ,窒化アルミニウム等を主成分とするセラミック原料粉末に適当な有機溶剤と溶媒とを添加混合して得た泥漿を用いて、ドクターブレード法やカレンダーロール法等によってセラミックグリーンシートを作製する。次に、得られたセラミックグリーンシートにパンチングマシーン等を用いて内周管壁用貫通導体群52a,外周管壁用貫通導体群52bおよび側壁用貫通導体群52を形成するための貫通孔を形成し、金属粉末に適当なアルミナ・シリカ・マグネシア等の酸化物や有機溶剤等を添加混合してペースト状にしたものを、厚膜印刷法により貫通孔に充填するとともにセラミックグリーンシートの表面に塗布して導体ペースト付きセラミックグリーンシートを作製する。次に、得られた導体ペースト付きセラミックグリーンシートを積層し、ホットプレス装置を用いて圧着して積層体を形成する。そして、得られた積層体を、誘電体層がガラスセラミックスの場合は850℃〜1000℃程度、アルミナ質セラミックスの場合は1500℃〜1700℃程度、窒化アルミニウム質セラミックスの場合は1600℃〜1900℃程度のピーク温度で焼成することによって作製される。なお、金属粉末としては、誘電体層がガラスセラミックスの場合は銅,金または銀が、誘電体層がアルミナ質セラミックスまたは窒化アルミニウム質セラミックスの場合にはタングステンまたはモリブデンが好適である。   The waveguide type rat race circuit of the present invention can be manufactured as follows, for example. First, using a slurry obtained by adding and mixing a suitable organic solvent and solvent to a ceramic raw material powder mainly composed of glass, alumina, aluminum nitride, etc., a ceramic green sheet is formed by a doctor blade method or a calender roll method. Make it. Next, through holes for forming the inner pipe wall through conductor group 52a, the outer pipe wall through conductor group 52b, and the side wall through conductor group 52 are formed in the obtained ceramic green sheet using a punching machine or the like. Then, a paste made by adding an appropriate oxide, organic solvent, etc., such as alumina, silica, magnesia, etc. to the metal powder is filled into the through-hole by thick film printing and applied to the surface of the ceramic green sheet Thus, a ceramic green sheet with a conductor paste is produced. Next, the obtained ceramic green sheets with a conductive paste are laminated and pressed using a hot press apparatus to form a laminate. And when the dielectric layer is made of glass ceramics, the obtained laminate is about 850 ° C. to 1000 ° C., alumina ceramics is about 1500 ° C. to 1700 ° C., and aluminum nitride ceramics is about 1600 ° C. to 1900 ° C. It is produced by firing at a peak temperature of about. The metal powder is preferably copper, gold or silver when the dielectric layer is glass ceramic, and tungsten or molybdenum when the dielectric layer is alumina ceramic or aluminum nitride ceramic.

(変形例)
本発明は前述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更,改良が可能である。
(Modification)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and improvements can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、前述した実施の形態の例においては、第1〜第4のポート11〜14が環状導波管部30の外周側の管壁に形成された例を示したが、環状導波管部30の上側の管壁にポートが形成されるようにしてもよく、下側の管壁にポートが形成されるようにしても構わない。環状導波管部30の上側の管壁または下側の管壁にポートが形成されるようにした場合には、環状導波管部30の管壁に形成された貫通孔およびその貫通孔を通過する管壁と絶縁された信号伝送用導体によってポートが構成されるようにしてもよく、また、導波管の管壁に形成されたスロットによってポートが構成されるようにしても構わない。   For example, in the example of the embodiment described above, the example in which the first to fourth ports 11 to 14 are formed on the tube wall on the outer peripheral side of the annular waveguide unit 30 is shown. A port may be formed on the upper tube wall of 30, or a port may be formed on the lower tube wall. When a port is formed in the upper tube wall or the lower tube wall of the annular waveguide portion 30, the through-hole formed in the tube wall of the annular waveguide portion 30 and the through-hole The port may be constituted by a signal transmission conductor insulated from the passing tube wall, or the port may be constituted by a slot formed in the tube wall of the waveguide.

また、前述した実施の形態の例においては、副導体層51cを備えた例を示したが、副導体層51cを備えない構成としても構わない。   In the example of the embodiment described above, an example in which the sub conductor layer 51c is provided is shown, but a configuration in which the sub conductor layer 51c is not provided may be employed.

さらに、上述した実施の形態の例においては、平面視した際の内周管壁用貫通導体群52aの内側の領域を、上側主導体層51aおよび下側主導体層51bの両方の非形成領域とした例を示したが、上側主導体層51aおよび下側主導体層51bの一方の非形成領域としてもよい。   Furthermore, in the example of the embodiment described above, the inner region of the inner peripheral tube wall through conductor group 52a when viewed in plan is the non-formation region of both the upper main conductor layer 51a and the lower main conductor layer 51b. However, one non-formation region of the upper main conductor layer 51a and the lower main conductor layer 51b may be used.

30:環状導波管部
51a:上側主導体層
51b:下側主導体層
52a:内周管壁用貫通導体群
52b:外周管壁用貫通導体群
30: Annular waveguide section
51a: Upper main conductor layer
51b: Lower main conductor layer
52a: Through conductor group for inner peripheral pipe wall
52b: Outer pipe wall through conductor group

Claims (1)

環状導波管部の管壁に4つのポートがそれぞれ所定の位置に設けられた導波管型ラットレース回路であって、
前記環状導波管部は、誘電体層の上面に配置されて前記環状導波管部の上側の管壁を構成する上側主導体層と、前記誘電体層の下面に配置されて前記環状導波管部の下側の管壁を構成する下側主導体層と、前記環状導波管部を伝播する高周波信号の波長の1/2未満の繰り返し間隔で前記上側主導体層および前記下側主導体層の間を電気的に接続するように配置された、前記環状導波管部の内周の管壁を構成する内周管壁用貫通導体群および前記環状導波管部の外周の管壁を構成する外周管壁用貫通導体群とを具備し、前記上側主導体層,前記下側主導体層,前記内周管壁用貫通導体群および前記外周管壁用貫通導体群で囲まれた領域によって高周波信号を伝送する誘電体導波管線路で環状に構成されており、
平面視した際に前記内周管壁用貫通導体群で囲まれた領域は、前記上側主導体層および前記下側主導体層の少なくとも一方の非形成領域であり、
前記4つのポートは第1乃至第4のポートで構成されており、前記環状導波管部は、前記第1のポートと前記第2のポートとの間を接続する第1の導波部と、前記第2のポートと前記第3のポートとの間を接続する第2の導波部と、前記第3のポートと前記第4のポートとの間を接続する第3の導波部と、前記第4のポートと前記第1のポートとの間を接続する第4の導波部とに区分されるとともに、
前記環状導波管部の内部における前記高周波信号の波長をλとすると、前記第1乃至第3の導波部の長さは各々3λ/4に設定されており、前記第4の導波部の長さは9λ/4に設定されていることを特徴とする導波管型ラットレース回路。
A waveguide-type rat race circuit in which four ports are provided at predetermined positions on the tube wall of the annular waveguide section,
The annular waveguide portion is disposed on the upper surface of the dielectric layer and constitutes an upper main conductor layer that constitutes an upper tube wall of the annular waveguide portion, and is disposed on the lower surface of the dielectric layer and is disposed on the annular conductor. A lower main conductor layer constituting a lower tube wall of the wave tube portion, and the upper main conductor layer and the lower side at a repetition interval of less than half of the wavelength of the high-frequency signal propagating through the annular waveguide portion A through conductor group for an inner peripheral tube wall constituting an inner peripheral tube wall of the annular waveguide portion and an outer periphery of the annular waveguide portion, which are arranged so as to electrically connect the main conductor layers. A peripheral conductor wall through conductor group constituting a pipe wall, and surrounded by the upper main conductor layer, the lower main conductor layer, the inner peripheral pipe wall through conductor group, and the outer peripheral pipe wall through conductor group It is configured in an annular shape with a dielectric waveguide line that transmits high-frequency signals through the region
Region surrounded by the inner circumferential tube wall through conductor group in a plan view, the Ri least one of the non-formation regions der of the upper main conductor layer and the lower main conductor layers,
The four ports are configured by first to fourth ports, and the annular waveguide section includes a first waveguide section that connects between the first port and the second port. A second waveguide connecting the second port and the third port, and a third waveguide connecting the third port and the fourth port. And a fourth waveguide section connecting the fourth port and the first port, and
When the wavelength of the high-frequency signal inside the annular waveguide portion is λ, the lengths of the first to third waveguide portions are each set to 3λ / 4, and the fourth waveguide portion waveguide-type rat race circuit, wherein Rukoto length of is set to 9λ / 4.
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