JP2012156742A

JP2012156742A - 導波管接続構造

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Publication number: JP2012156742A
Application number: JP2011013649A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Orihashi; 直行折橋
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2012-08-16
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: JP5696499B2

Abstract

【課題】樹脂基板と導波管との接続境界での所望周波数帯域の高周波信号の漏洩を抑制する。
【解決手段】導波管接続構造１０は、誘電体層３１および金属層３２が積層されて成る誘電体基板１２と導波管１１とを接続しており、誘電体基板１２は、導波管１１に接続される金属層３２の接続面３２Ａ上に設けられた金属層貫通孔３２ａと、誘電体基板１２に設けられたビア３３および金属層３２により取り囲まれるようにして形成され、金属層貫通孔３２ａに臨んで連通するキャビティ３５とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、導波管接続構造に関する。

従来、例えば樹脂基板に接続される導波管のフランジ状接続部に自由空間内の信号伝搬波長λによる所定深さ（＝λ／４）のチョーク溝を設け、樹脂基板と導波管との接続境界における所定周波数の高周波信号の漏洩を抑制した高周波モジュールが知られている。（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２００７／０９１４７０号

ところで、上記従来技術に係る高周波モジュールによれば、所定周波数の高周波信号の漏洩は所定深さ（＝λ／４）のチョーク溝によって抑制されることになるが、樹脂基板と導波管との接続境界およびチョーク溝などを経路とする共振器が形成されることに起因して、所定周波数以外の他の周波数帯域の共振周波数で共振が生じる場合がある。
このため、所定周波数に加えて、他の周波数帯域を所望周波数帯域として用いる設定において、所望周波数帯域が共振周波数を含む周波数帯域と一致する場合には、高周波信号の漏洩を抑制することが困難であるという問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、樹脂基板と導波管との接続境界での所望周波数帯域の高周波信号の漏洩を抑制することが可能な導波管接続構造を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の導波管接続構造は、誘電体層および金属層が積層されて成る誘電体基板と、導波管とを接続する導波管接続構造であって、前記誘電体基板は、前記導波管に接続される前記金属層の接続面上に設けられた金属層貫通孔と、前記誘電体基板に設けられたビアおよび前記金属層により取り囲まれるようにして形成され、前記金属層貫通孔に臨んで連通するキャビティとを備える。

本発明の導波管接続構造によれば、導波管が接続される誘電体基板にビアおよび金属層により取り囲まれるようにして形成されたキャビティを備えることにより、樹脂基板と導波管との接続境界に漏洩する高周波信号は、この接続境界とキャビティとを経路として共振する。これにより、キャビティを備えていない場合に比べて、共振周波数を低周波化することができる。
しかも、この共振周波数をキャビティの大きさに応じて制御することができ、所望周波数帯域が共振周波数を含む周波数帯域と一致しないように制御することで、所望周波数帯域の高周波信号の漏洩を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る導波管接続構造の構成図である。本発明の実施の形態に係る導波管接続構造の導波管および誘電体基板のキャビティを軸方向から見た図の例である。本発明の実施の形態の第１変形例に係る導波管接続構造の構成図である。本発明の実施の形態の第２変形例に係る導波管接続構造の構成図である。本発明の実施の形態の第３変形例に係る導波管接続構造の構成図である。本発明の実施の形態の第４変形例に係る導波管接続構造の構成図である。本発明の実施の形態の第５変形例に係る導波管接続構造の構成図である。本発明の実施の形態の第６変形例に係る導波管接続構造の構成図である。本発明の実施の形態の第５変形例に係る導波管接続構造と、比較例の導波管接続構造とに対して、導波管から誘電体基板の中空部に入力される高周波信号の周波数に応じた通過損失の変化のシミュレーションの結果を示す図である。本発明の実施の形態の第５変形例に係る導波管接続構造において、キャビティの両端部を成すビア間の間隔ｄを、３つの異なる間隔ｄｏ，１．４ｄｏ，１．８ｄｏに変化させた場合に対して、導波管から誘電体基板の中空部に入力される高周波信号の周波数に応じた通過損失の変化のシミュレーションの結果を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る導波管接続構造について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による導波管接続構造１０は、例えば図１に示すように、導波管１１と、この導波管１１が接続される誘電体基板１２とを備えて構成されている。

導波管１１は、例えば、マイクロ波を伝送する筒状の中空導波管であり、軸方向Ａに直交する断面形状が矩形形状に形成された方形導波管である。
導波管１１は、軸方向Ａの一方の端部において、マイクロ波が入射あるいは出射される入出射部１１ａを軸方向Ａの一端に備え、軸方向Ａの他方の端部において、誘電体基板１２に接続される開口端１１ｂを有するフランジ状の接続部２１を備えている。

誘電体基板１２は、誘電体層３１および金属層３２が交互に積層されて構成され、複数の金属層３２に電気的に接続されたビア３３と、導波管１１の開口端１１ｂに臨んで連通し、誘電体基板１２を厚さ方向に貫通する中空部３４とを備えている。
なお、中空部３４には、適宜の誘電体が配置されていてもよい。

そして、誘電体基板１２の厚さ方向（つまり軸方向Ａに平行な方向）の一方の端部おいて、導波管１１の接続部２１の対向面２１Ａに対向する金属層３２の接続面３２Ａ上には、この金属層３２を厚さ方向に貫通する金属層貫通孔３２ａが設けられている。

そして、誘電体基板１２は、金属層貫通孔３２ａが設けられた金属層３２を含む複数の金属層３２と、複数のビア３３とにより取り囲まれるようにして形成され、金属層貫通孔３２ａに臨んで連通するキャビティ３５を備えている。

なお、キャビティ３５は、例えば図２（Ａ）に示すように、軸方向Ａに対する断面矩形状の導波管１１の長手方向Ｌに平行に形成されてもよいし、例えば図２（Ｂ）に示すように、軸方向Ａに対する断面矩形状の導波管１１の短手方向Ｓに平行に形成されてもよいし、例えば図２（Ｃ）に示すように、軸方向Ａから見て断面矩形状の導波管１１の周囲を取り囲むように形成されてもよい。

本実施の形態による導波管接続構造１０は上記構成を備えており、次に、この導波管接続構造１０とマイクロ波の通過損失について説明する。

この導波管接続構造１０では、キャビティ３５の両端部を成すビア３３，３３間の間隔ｄが、導波管１１から誘電体基板１２の中空部３４に入力されるマイクロ波の自由空間内の信号伝搬波長λの１／４波長（＝λ／４）に設定されることによって、例えば導波管１１の接続部２１の対向面２１Ａ上に所定深さ（＝λ／４）のチョーク溝を備える必要無しに、誘電体基板１２と導波管１１との接続境界におけるマイクロ波の漏洩は抑制される。

さらに、この導波管接続構造１０では、導波管１１から誘電体基板１２の中空部３４に入力されるマイクロ波の一部は、誘電体基板１２と導波管１１との接続境界に漏洩し、この接続境界とキャビティ３５とを導波し、接続境界およびキャビティ３５を経路として共振することから、例えばキャビティ３５を備えていない場合に比べて共振周波数が低周波化し、マイクロ波の漏洩は抑制される。

また、この導波管接続構造１０では、キャビティ３５の両端部を成すビア３３，３３間の間隔ｄを増大傾向に変化させること（つまり、軸方向Ａに直交する方向でのキャビティ３５の長さを増大傾向に変化させること）に伴い、接続境界およびキャビティ３５を経路とする共振の共振周波数は低下傾向に変化することから、ビア３３，３３間の間隔ｄに応じて共振周波数は制御され、マイクロ波の漏洩は抑制される。

上述したように、本実施の形態による導波管接続構造１０によれば、導波管１１が接続される誘電体基板１２にビア３３および金属層３２により取り囲まれるようにして形成されたキャビティ３５を備えることにより、例えば導波管１１の接続部２１の対向面２１Ａ上にチョーク溝を備えていない場合であっても、マイクロ波が誘電体基板１２と導波管１１との接続境界に漏洩することを抑制することができる。

さらに、誘電体基板１２と導波管１１との接続境界に漏洩したマイクロ波は、この接続境界とキャビティ３５とを導波し、接続境界およびキャビティ３５を経路として共振することから、例えばキャビティ３５を備えていない場合に比べて共振周波数を低周波化することができ、マイクロ波の漏洩を抑制することができる。

しかも、キャビティ３５の両端部を成すビア３３，３３間の間隔ｄを増大傾向に変化させること（つまり、軸方向Ａに直交する方向でのキャビティ３５の長さを増大傾向に変化させること）に伴い、接続境界およびキャビティ３５を経路とする共振の共振周波数は低下傾向に変化することから、ビア３３，３３間の間隔ｄに応じて共振周波数を制御することができ、マイクロ波の漏洩を容易に抑制することができる。

なお、上述した実施の形態においては、例えば図３，４に示すように、導波管１１に対して軸非対称になるようにして、異なる構成の複数のキャビティ３５，…，３５を形成してもよい。

例えば、図３に示す上述した実施の形態の第１変形例に係る導波管接続構造１０では、軸方向Ａに直交する方向において導波管１１を両側から挟み込むように配置された２つのキャビティ３５，３５のうち、一方のキャビティ３５（３５Ａ）は、複数、例えば２つのキャビティ領域４１，４２が誘電体基板１２の厚さ方向に積層されて形成されている。

各キャビティ領域４１，４２は、各キャビティ領域４１，４２毎に金属層３２とビア３３とにより取り囲まれるようにして形成され、積層方向で隣接するキャビティ領域４１，４２同士は、これらのキャビティ領域４１，４２間の金属層３２に設けられた金属層貫通孔３２ａによって連通している。
また、各キャビティ領域４１，４２は、各キャビティ領域４１，４２の両端部を成すビア３３，３３間の間隔ｄが同一に形成されている。

また、他方のキャビティ３５（３５Ｂ）は、金属層３２とビア３３とにより取り囲まれるようにして形成された単一のキャビティ領域４３により構成されている。

この第１変形例によれば、異なる構成の複数のキャビティ３５，…，３５によって、複数の所望周波数帯域においてマイクロ波の漏洩を抑制することができる。

また、例えば図４に示す上述した実施の形態の第２変形例に係る導波管接続構造１０では、軸方向Ａに直交する方向において導波管１１を両側から挟み込むように配置された２つのキャビティ３５，３５のうち、一方のキャビティ３５（３５Ｃ）は、複数、例えば２つのキャビティ領域４４，４５が誘電体基板１２の厚さ方向に積層されて形成されている。

各キャビティ領域４４，４５は、各キャビティ領域４４，４５毎に金属層３２とビア３３とにより取り囲まれるようにして形成され、積層方向で隣接するキャビティ領域４４，４５同士は、これらのキャビティ領域４４，４５間の金属層３２に設けられた金属層貫通孔３２ａによって連通している。
また、各キャビティ領域４４，４５は、各キャビティ領域４４，４５の両端部を成すビア３３，３３間の間隔ｄ１，ｄ２が互いに異なるように形成されている。

また、他方のキャビティ３５（３５Ｄ）は、複数、例えば２つのキャビティ領域４６，４７が誘電体基板１２の厚さ方向に積層されて形成されている。

各キャビティ領域４６，４７は、各キャビティ領域４６，４７毎に金属層３２とビア３３とにより取り囲まれるようにして形成され、積層方向で隣接するキャビティ領域４６，４７同士は、これらのキャビティ領域４６，４７間の金属層３２に設けられた金属層貫通孔３２ａによって連通している。
そして、キャビティ領域４６，４７間の金属層３２に設けられた金属層貫通孔３２ａと、導波管１１の接続部２１に対向する金属層３２に設けられた金属層貫通孔３２ａとは、軸方向Ａに平行な方向において対向しないように、軸方向Ａに直交する方向でずれた位置に設けられている。

この第２変形例によれば、異なる構成の複数のキャビティ３５，…，３５によって、複数の所望周波数帯域においてマイクロ波の漏洩を抑制することができる。
また、誘電体基板１２の厚さ方向に積層されたキャビティ領域４６，４７間の金属層３２に設けられた金属層貫通孔３２ａと、導波管１１の接続部２１に対向する金属層３２に設けられた金属層貫通孔３２ａとは、軸方向Ａに平行な方向において対向する必要が無く、誘電体基板１２の設計自由度を向上させることができる。

なお、上述した実施の形態においては、例えば図５に示す上述した実施の形態の第３変形例に係る導波管接続構造１０のように、キャビティ３５内に複数、例えば２つの異なる誘電率の誘電体５１，５２が誘電体基板１２の厚さ方向に積層されて配置されていてもよい。

この第３変形例によれば、異なる誘電率の誘電体５１，５２が誘電体基板１２の厚さ方向に積層されて配置されることにより、誘電体基板１２と導波管１１との接続境界に漏洩したマイクロ波をキャビティ３５内に導波させ易くなり、キャビティ３５によるマイクロ波の漏洩抑制の有効性を向上させることができる。
例えば、誘電体基板１２の厚さ方向において導波管１１の接続部２１に近接した位置には誘電率の低い誘電体を配置し、導波管１１の接続部２１から離間した位置には誘電率の高い誘電体を配置することによって、誘電体基板１２と導波管１１との接続境界の空気層とキャビティ３５内との誘電率の差を小さくすることができ、接続境界に漏洩したマイクロ波をキャビティ３５内に導波させ易くなる。

なお、上述した実施の形態においては、例えば図６に示す上述した実施の形態の第４変形例に係る導波管接続構造１０のように、中空部３４の導波管１１側の開口端３４ａは、導波管１１の接続部２１の対向面２１Ａに対向する金属層３２によって閉塞されてもよい。

この第４変形例によれば、軸方向Ａにおいて導波管１１から誘電体基板１２に向かい伝送されたマイクロ波は、誘電体基板１２の中空部３４の導波管１１側の開口端３４ａを閉塞する金属層３２によって軸方向Ａに直交する方向に伝送方向が変更される。
つまり、この金属層３２によって、所謂ベンド部が形成されており、このベンド部におけるマイクロ波の漏洩を、キャビティ３５によって抑制することができるとともに、このベンド部を経路として含む共振の共振周波数を制御することができる。

なお、上述した実施の形態においては、例えば図７に示す上述した実施の形態の第５変形例に係る導波管接続構造１０のように、導波管１１は、フランジ状の接続部２１の対向面２１Ａ上に設けられた溝部６１を備えてもよい。
この導波管１１の溝部６１は、導波管１１の接続部２１に対向する金属層３２に設けられた金属層貫通孔３２ａに対向して連通するように配置されている。

この第５変形例によれば、誘電体基板１２と導波管１１との接続境界に漏洩したマイクロ波は、この接続境界と溝部６１とキャビティ３５とを導波し、接続境界および溝部６１およびキャビティ３５を経路として共振することから、例えば溝部６１およびキャビティ３５を備えていない場合に比べて共振周波数を低周波化することができ、マイクロ波の漏洩を抑制することができる。

さらに、この第５変形例においては、キャビティ３５の両端部を成すビア３３，３３間の間隔ｄを、溝部６１以外の共振経路長を１として、マイクロ波の自由空間内の信号伝搬波長λと、溝部６１の深さｈとにより、実効電気長において、ｄ＝（λ／２）−ｈ−１を満たすように設定してもよい。
この場合には、ビア３３，３３間の間隔ｄに応じて共振周波数を制御することができ、マイクロ波の漏洩を容易に抑制することができる。

なお、この第５変形例においては、例えば図８に示す第６変形例に係る導波管接続構造１０のように、この導波管１１の溝部６１と、導波管１１の接続部２１に対向する金属層３２に設けられた金属層貫通孔３２ａとは、軸方向Ａに平行な方向において対向しないように、軸方向Ａに直交する方向でずれた位置に設けられてもよい。

この第６変形例によれば、導波管１１の溝部６１と、導波管１１の接続部２１に対向する金属層３２に設けられた金属層貫通孔３２ａとは、軸方向Ａに平行な方向において対向する必要が無く、誘電体基板１２の設計自由度を向上させることができる。

例えば図９には、上述した実施の形態の第５変形例に係る導波管接続構造１０と、比較例の導波管接続構造とに対して、導波管１１から誘電体基板１２の中空部３４に入力される高周波信号の周波数に応じた通過損失の変化のシミュレーションの結果を示した。
なお、比較例の導波管接続構造は、上述した実施の形態の第５変形例に係る導波管接続構造１０においてキャビティ３５を省略したものに相当している。

比較例では、所定周波数ｆｏ（Ｈｚ）に対して、１．５ｆｏおよび１．１ｆｏ付近の周波数帯域内にて３つの共振が発生しており、これらの共振の共振周波数において通過損失が増大している。
これに対して、第５変形例では、共振が発生する周波数帯域が全体的に低周波化して、この周波数帯域内における共振の数は１．３ｆｏおよび１．０５ｆｏの２つに減っている。
すなわち、比較例に比べて、キャビティ３５を有する第５変形例では、導波管１１と誘電体基板１２との接続境界を経路として含む共振の共振周波数を低周波化することができることが認められる。

また、例えば図１０には、上述した実施の形態の第５変形例に係る導波管接続構造１０において、キャビティ３５の両端部を成すビア３３，３３間の間隔ｄを、３つの異なる間隔ｄｏ，１．４ｄｏ，１．８ｄｏに変化させた場合に対して、導波管１１から誘電体基板１２の中空部３４に入力される高周波信号の周波数に応じた通過損失の変化のシミュレーションの結果を示した。

キャビティ３５の両端部を成すビア３３，３３間の間隔ｄを増大傾向に変化させること（つまり、軸方向Ａに直交する方向でのキャビティ３５の長さを増大傾向に変化させること）に伴い、導波管１１と誘電体基板１２との接続境界を経路として含む共振の共振周波数は低下傾向に変化することが認められる。

１０導波管接続構造
１１導波管
１２誘電体基板
２１接続部
３１誘電体層
３２金属層
３３ビア
３４中空部
３５キャビティ
６１溝部

Claims

誘電体層および金属層が積層されて成る誘電体基板と、導波管とを接続する導波管接続構造であって、
前記誘電体基板は、
前記導波管に接続される前記金属層の接続面上に設けられた金属層貫通孔と、
前記誘電体基板に設けられたビアおよび前記金属層により取り囲まれるようにして形成され、前記金属層貫通孔に臨んで連通するキャビティとを備えることを特徴とする導波管接続構造。
前記キャビティは、誘電率が異なる複数のキャビティ領域が積層されて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の導波管接続構造。
各前記キャビティ領域は、前記金属層と前記ビアとにより取り囲まれるようにして形成され、
積層方向で隣接する前記キャビティ領域同士は、前記キャビティ領域同士間の前記金属層に設けられた貫通孔によって連通し、
前記キャビティ領域の両端部を成す前記ビア間の間隔は、各前記複数のキャビティ領域毎に異なることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導波管接続構造。
前記導波管は、前記誘電体基板に接続される接続部の接続面上に設けられた溝部を備えることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載の導波管接続構造。
前記キャビティの両端部を成す前記ビア間の間隔ｄは、前記溝部以外の共振経路長を１として、自由空間内の信号伝搬波長λと、前記溝部の深さｈとにより、ｄ＝（λ／２）−ｈ−１を満たすように設定されていることを特徴とする請求項４に記載の導波管接続構造。
前記キャビティの両端部を成す前記ビア間の間隔は、自由空間内の信号伝搬波長の１／４波長であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の導波管接続構造。
前記キャビティは、前記導波管の長手方向に平行に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１つに記載の導波管接続構造。
前記キャビティは、前記導波管の短手方向に平行に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１つに記載の導波管接続構造。
前記キャビティは、前記導波管の周囲を取り囲むように形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１つに記載の導波管接続構造。