JP5580437B2 - Corrugated horn - Google Patents
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Description
本発明は、コルゲートホーンに関するものである。 The present invention relates to a corrugated horn.
従来のコルゲートホーンは、図9に示すように、ホーンの内壁面に一定間隔で複数のコルゲート溝30を有する。ホーンの底の部分に導波管7が配置される。コルゲート溝30のピッチ、深さを適切に設計することで、放射パターンの軸対称性、優れたサイドローブ特性が得られる(特許文献1参照)。
As shown in FIG. 9, the conventional corrugated horn has a plurality of
コルゲートホーンの作製法としては、スペース層とフィン層を交互に積み重ねて、メッキする方法がある。その他には、金属切削によりコルゲート溝を作成する方法、溝の型を形成した後に電鋳により作成する方法等があり、いずれも高い寸法精度が求められる(特許文献2参照)。 As a method for producing the corrugated horn, there is a method in which space layers and fin layers are alternately stacked and plated. In addition, there are a method of creating a corrugated groove by metal cutting, a method of creating a groove mold by electroforming after forming a groove mold, and all require high dimensional accuracy (see Patent Document 2).
また、ホーンの作製法としては、セラミックス基板の多層構造と貫通ビアにより作製する方法がある(特許文献3参照)。 Further, as a method for producing a horn, there is a method of producing a multilayer structure of a ceramic substrate and a through via (see Patent Document 3).
ところで、テラヘルツ帯では波長がサブミリのオーダとなるため、コルゲート溝の深さが浅く、ピッチ間隔が狭くなる。そのようなコルゲートホーンを作製するには、数十ミクロンオーダの高い寸法精度が求められるため、低コストに作製するのは困難である。 By the way, in the terahertz band, the wavelength is on the order of submillimeters, so that the depth of the corrugated groove is small and the pitch interval is narrowed. In order to manufacture such a corrugated horn, high dimensional accuracy on the order of several tens of microns is required, and thus it is difficult to manufacture at low cost.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低コストで作製可能なコルゲートホーンを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a corrugated horn that can be manufactured at low cost.
上記の課題を解決するために、第1の本発明に係るコルゲートホーンは、異なるサイズの貫通孔が形成された誘電体層を複数積層し、当該各誘電体層の表面に導体層を設け、前記各誘電体層を積層方向に貫通する導体柱を設け、前記貫通孔が形成された誘電体層の貫通孔側の端面まで導体層を設け、前記貫通孔のサイズを下層から上層に向けて2以上の誘電体層毎に大きくすることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the corrugated horn according to the first aspect of the present invention includes a plurality of dielectric layers in which through holes of different sizes are formed, and a conductor layer is provided on the surface of each dielectric layer, Conductor pillars that penetrate each dielectric layer in the stacking direction are provided, a conductor layer is provided up to the end surface on the through hole side of the dielectric layer in which the through holes are formed, and the size of the through holes is directed from the lower layer to the upper layer greatly to Rukoto every two or more dielectric layers and features.
例えば、前記コルゲートホーンは、前記積層方向での一方端に位置する誘電体層または当該誘電体層を含んで順次に積層された2以上の誘電体層ならびに当該各誘電体層に設けた導体層に代えて金属層を設けたものとすることができる。 For example, the corrugated horn includes a dielectric layer located at one end in the laminating direction or two or more dielectric layers sequentially laminated including the dielectric layer, and a conductor layer provided on each dielectric layer. Instead of this, a metal layer may be provided.
例えば、前記各導体柱の中心と当該導体柱により貫通された誘電体層の貫通孔側の端面との距離を、前記貫通孔を通過する電磁波の中心周波数に対応する波長の1/4の奇数倍とすることができる。 For example, the distance between the center of each conductor pillar and the end face on the through hole side of the dielectric layer penetrated by the conductor pillar is an odd number of 1/4 of the wavelength corresponding to the center frequency of the electromagnetic wave passing through the through hole. Can be doubled.
例えば、前記導体柱の断面を長円状とすることができる。 For example, the cross section of the conductor pillar can be an ellipse.
本発明によれば、異なるサイズの貫通孔が形成された誘電体層を複数積層し、当該各誘電体層の表面に導体層を設け、前記各誘電体層を積層方向に貫通する導体柱を設け、前記貫通孔が形成された誘電体層の貫通孔側の端面まで導体層を設けることで、低コストで作製可能なコルゲートホーンを提供することができる。また、前記各導体柱の中心と当該導体柱により貫通された誘電体層の貫通孔側の端面との距離を、前記貫通孔を通過する電磁波の中心周波数に対応する波長の1/4の奇数倍とすることで、その電磁波に適したコルゲートホーンを提供できる。また、前記積層方向での一方端に位置する誘電体層または当該誘電体層を含んで順次に積層された2以上の誘電体層ならびに当該各誘電体層に設けた導体層に代えて金属層を設けることで、ゲインを平坦化(広帯域化)することができる。また、前記導体柱の断面を長円状とすることで、電磁波の漏れの影響による損失を低減できる。 According to the present invention, a plurality of dielectric layers having through-holes of different sizes are stacked, a conductor layer is provided on the surface of each dielectric layer, and a conductor pillar that penetrates each dielectric layer in the stacking direction is provided. A corrugated horn that can be manufactured at low cost can be provided by providing the conductor layer up to the end face on the through hole side of the dielectric layer in which the through hole is formed. Further, the distance between the center of each conductor pillar and the end face on the through hole side of the dielectric layer penetrated by the conductor pillar is an odd number of 1/4 of the wavelength corresponding to the center frequency of the electromagnetic wave passing through the through hole. By doubling, a corrugated horn suitable for the electromagnetic wave can be provided. In addition, a dielectric layer positioned at one end in the stacking direction or two or more dielectric layers sequentially stacked including the dielectric layer, and a metal layer instead of the conductor layer provided in each dielectric layer By providing, the gain can be flattened (broadband). Moreover, the loss by the influence of electromagnetic wave leakage can be reduced by making the cross section of the said conductor pillar into an ellipse shape.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[実施例1]
図1は、実施例1に係るコルゲートホーンの平面図であり、図2は、図1のAA線矢視図であり、図3は、図2の部分Bの拡大図である。
[Example 1]
1 is a plan view of a corrugated horn according to a first embodiment, FIG. 2 is a view taken along the line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged view of a portion B in FIG.
コルゲートホーン1は、異なるサイズの貫通孔21が形成された誘電体層2を複数積層し、各誘電体層2の表面に導体層3(図2では図示省略)を設け、各誘電体層2を積層方向に貫通する導体柱5を設けた構成である。このような構成とすることで、例えば、階段状に徐々に開口が広くなるホーン状かつ長方形のキャビティ6が形成される。コルゲートホーン1への給電のため、キャビティ6の底の部分に導波管7が配置される。例えば、導波管7を伝わった電磁波がキャビティ6を通過し、自由空間に放出される。または、キャビティ6で受信された電磁波が導波管7に導波される。
The corrugated horn 1 is formed by laminating a plurality of dielectric layers 2 in which through
図2、図3では、貫通孔21のサイズが3層ごとに広くなっており、ホーン内壁が階段状となっている。貫通孔21のサイズは、1層、2層ごとに変えてもよく、また、3層以上でもよい。1つの誘電体層2および該誘電体層2に設けた導体層3で1層と数える場合、全体の層数は、例えば、10〜40層である。層数が多いほどホーン長が長くなり、ホーンの利得を増大させることができる。
2 and 3, the size of the
誘電体層2は、例えば、誘電体で形成した基板であり、その厚さは、数十〜数百ミクロンである。誘電体層2の材料はセラミックスや、ガラスフィラーを混入したセラミックス混合材料や、ポリイミド等のポリマー材料でもよいが、誘電損失が小さい材料が望ましい。なお、セラミックス材料を使用する場合、積層後に高温で焼成を行う。 The dielectric layer 2 is a substrate formed of a dielectric, for example, and has a thickness of several tens to several hundreds of microns. The material of the dielectric layer 2 may be a ceramic, a ceramic mixed material mixed with a glass filler, or a polymer material such as polyimide, but a material having a small dielectric loss is desirable. In addition, when using a ceramic material, baking is performed at high temperature after lamination | stacking.
導体層3は異なるサイズの貫通孔21が形成された誘電体層2の端面22まで形成され、コルゲート溝のフィン部を構成している。また、各層の導体層3は導体柱5により電気的に導通されている。導体層3の厚さは、数〜数十ミクロンであり、シルクスクリーン印刷やその後のメッキ処理により形成される。導体層3の材料は金、銀、タングステン、銅などである。
The conductor layer 3 is formed up to the
1つの誘電体層2を複数の導体柱5が貫通しており、誘電体が充填されたコルゲート溝の底部を構成している。例えば、誘電体層2の貫通孔21の周囲に円柱状のビアが所定の間隔で形成され、ビアに金属が充填され、これが導体柱5となる。なお、導体柱5およびビアの形状は四角柱等でもよく、間隔は必ずしも同一である必要はない。キャビティ6を伝わる電磁波の一部は、誘電体層2に侵入する。導体柱5は、その侵入した電磁波をキャビティ6へ反射する。導体柱5で反射せずに導体柱5の間を電磁波が漏れるのを抑制するためには、導体柱5の間隔は電磁波の中心周波数に対応する波長の1/10(1/10波長)以下であることが望ましい。
A plurality of
また、誘電体層2の貫通孔21側の端面22に最も近い導体柱5については、その中心と当該端面22との距離Dは、電磁波(貫通孔21(キャビティ6)を通過する電磁波)の中心周波数に対応する波長の1/4の奇数(2n+1:n=0,1,2,…)倍とすることが望ましい。誘電体層2の実効誘電率をεeff=(1+εr)/2、誘電体層2中の波長をλeff=λ/εeff 0.5とすると、125umが1/4波長に相当する。実際には、電磁波の実効的な反射点は導体柱5の間隔や導体柱5の径にも依存しており、数値計算により最適な距離Dが求められる。例えば、誘電率6.8で誘電体層2の厚さが100um、導体柱5の径が100um、中心周波数が300GHzとすると、距離Dは200um程度である。
For the
図4は、実施例1に係るコルゲートホーンの特性をシミュレーションで計算した計算結果を示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating a calculation result obtained by calculating the characteristics of the corrugated horn according to the first embodiment by simulation.
実施例1では、E面の放射パターンとH面の放射パターンについては軸対称性が良く、コルゲートホーンの特徴である放射パターンの軸対称性や優れたサイドローブ特性が得られる。なお、図3に示すステップ幅Lは、放射パターンや帯域特性が所望となるように適宜調整するパラメータであり、必ずしも全ての層で一定である必要はない。 In Example 1, the radiation pattern of the E plane and the radiation pattern of the H plane have good axial symmetry, and the axial symmetry of the radiation pattern, which is a characteristic of the corrugated horn, and excellent sidelobe characteristics can be obtained. Note that the step width L shown in FIG. 3 is a parameter that is appropriately adjusted so that the radiation pattern and band characteristics are desired, and does not necessarily have to be constant in all layers.
[実施例2]
図5は、実施例2に係るコルゲートホーンの断面を示す図であり、図6は、図5の部分Cの拡大図である。
[Example 2]
FIG. 5 is a diagram illustrating a cross-section of the corrugated horn according to the second embodiment, and FIG. 6 is an enlarged view of a portion C in FIG.
実施例1のコルゲートホーンとの相違点は、図3において、貫通孔21のサイズが最小である3つの誘電体層2(積層方向での一方端に位置する誘電体層2を含んで順次に積層された3つの誘電体層2)、ならびに当該各誘電体層2に設けた導体層3に代えて、図5、図6に示すように、金属層8を設けたことである。1つの誘電体層2および該誘電体層2に設けた導体層3で1層と数える場合、3層分が金属層8に代わったことになる。なお、この層数は、3に限らず、1、2または4以上でもよい。
The difference from the corrugated horn of the first embodiment is that in FIG. 3, the three dielectric layers 2 having the smallest size of the through holes 21 (including the dielectric layer 2 positioned at one end in the stacking direction are sequentially included). Instead of the three dielectric layers 2) laminated and the conductor layer 3 provided on each dielectric layer 2, a
金属層8は、例えば、切削加工やエッチングにより貫通孔を形成したメタルシートである。
The
導波管7に接続される第1層付近は電界密度が高く、電磁波の周波数が高くなると、導体柱5の間からの電磁波の漏れの影響による損失が増大する。導体柱5として金属を充填するビアの間隔は、数十umが製造上限界であるため、特に電界密度が高い第1層付近に金属層8が設けられる。これにより、電磁波の漏れ防止の効果を、第1実施例に比べて高めることができる。また、損失の周波数特性を平坦化し、即ちゲインの平坦性を高めることもできる。金属層8の厚さは適宜設計する事項であるが、例えば波長の1/4程度である。金属層8の貫通孔はテーパー状である方がよい。こうすることで、第1実施例に比べて、その段差や導波管7との接続により生じるインピーダンスの不連続による反射の影響を低減できる。
In the vicinity of the first layer connected to the
(変形例)
さて、第1、第2実施例に共通なことであるが、導波管7の長辺側は進行方向に電流が発生し、長辺中心で電界強度が高くなる。導波管7に接続される第1層以外の層であっても、電界の漏れによる損失が生じる。
(Modification)
As is common to the first and second embodiments, a current is generated in the traveling direction on the long side of the
図7は、第1、第2実施例に共通な変形例に係る導体柱5の形状および配置を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the shape and arrangement of the
第1、第2実施例の導体柱5は、円柱または四角柱と説明したが、断面が長円状のものとしてもよい。つまり、誘電体層2には長円状のスリット孔を形成し、スリット孔内にはビアと同様に金属を充てんする。これにより、断面が長円状の導体柱5が形成される。このような形状の導体柱5により、導体柱5の間からの電磁波の漏れの影響による損失を低減できる。なお、図7では、断面が長円状の導体柱5を、貫通孔21の長辺および短辺付近に配置したが、どちらか一方の辺の付近に配置しても効果が生じるのは明らかである。また、断面が長円状の導体柱5の間に、円柱状の導体柱5を配置してもよく、このような配置によって、より電磁波の漏れを低減することが可能である。
The
図8は、コルゲートホーン1の実装の一態様を示す図である。 FIG. 8 is a diagram illustrating one mode of mounting the corrugated horn 1.
コルゲートホーン1は、例えば、高周波集積回路(MMIC)10を実装するために積層された複数の配線基板11(全体としてLTCC基板11Aという)および各配線基板11の表面に設けた導体層(図示せず)を、図1等の誘電体層2および導体層3として構成される。
The corrugated horn 1 includes, for example, a plurality of wiring boards 11 (referred to as
MMIC10は、電磁波の送受信に用いる増幅器等を含み、キャビティ6と高効率に結合するように構成されたカプラ13に接続される。MMIC10は、金属などの蓋14で被われる。このように、MMICをLTCC基板上に実装し,コルゲートホーン1と組み合わせてモジュール化してもよい。
The
1…コルゲートホーン
2…誘電体層
3…導体層
5…導体柱
6…キャビティ
7…導波管
8…金属層
10…MMIC
11…配線基板
11A…LTCC基板
13…カプラ
14…蓋
21…貫通孔
22…端面
30…コルゲート溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Corrugated horn 2 ... Dielectric layer 3 ...
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記貫通孔のサイズを下層から上層に向けて2以上の誘電体層毎に大きくすることを特徴とするコルゲートホーン。 A plurality of dielectric layers having through holes of different sizes are laminated, a conductor layer is provided on the surface of each dielectric layer, conductor pillars that penetrate each dielectric layer in the lamination direction are provided, and the through holes Provide a conductor layer up to the end face on the through hole side of the formed dielectric layer ,
Corrugated horn characterized by greatly be Rukoto every two or more dielectric layers towards the upper size of the through-hole from the lower layer.
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