JPH11261312A - 基板用線路・導波管変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成部品数を少なくすると共に、全体の構成
を簡単化して、特性のばらつきを極力少なくする。 【解決手段】 本発明の基板用線路・導波管変換器１１
は、誘電体基板１２と、この誘電体基板１２に設けられ
たコプレナ線路１４と、誘電体基板１２の裏面に設けら
れた裏面接地導体１７と、誘電体基板１２に立設され且
つ誘電体基板側の端部開口部の縁部が裏面接地導体１７
に接続された導波管１３と、中心導体１５の端部を導波
管１３の内部へ延ばすことにより形成された導波管励振
用アンテナ１９とを備えて構成されており、更に、誘電
体基板１２の厚み寸法を、誘電体内における波長のほぼ
１／４程度に設定するように構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばマイクロス
トリップ線路やコプレナ線路等からなる基板用線路と、
導波管とを接続する基板用線路・導波管変換器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば誘電体基板に設けられたストリッ
プラインと、上記誘電体基板に直交するように立設され
た導波管とを接続する構成として、２種類のストリップ
ライン・導波管変換器が知られている。

【０００３】まず、第１のストリップライン・導波管変
換器は、図５に示すように、誘電体基板１と同軸線路２
と導波管３とから構成されている。この構成の場合、誘
電体基板１の表面に設けられたストリップライン４と、
同軸線路２の中心導体５とを例えば半田付けにより接続
することにより、ストリップライン・同軸線路変換部を
構成している。そして、導波管３の壁と同軸線路２の外
部導体６とを半田付けすると共に、同軸線路２の中心導
体５だけを１／４波長程度延ばして導波管励振用アンテ
ナとすることにより、同軸線路・導波管変換部を構成し
ている。

【０００４】また、第２のストリップライン・導波管変
換器は、実開平５−６８１０４号公報に記載された構成
である。この構成は、図６に示すように、誘電体基板１
と伝送用導波管７と１／４波長短絡導波管８とから構成
されている。この構成の場合、伝送用導波管７に開口部
７ａを形成し、この開口部７ａから誘電体基板１のスト
リップライン４の端部を伝送用導波管７の内部へ突出さ
せて導波管励振用アンテナとしている。そして、１／４
波長短絡導波管８を、伝送用導波管７の短絡板として機
能させるように構成している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成の２種類
のストリップライン・導波管変換器は、少なくとも３個
の部品から構成されている。ここで、ミリ波帯の電波を
伝送する場合には、ストリップライン・導波管変換器の
各構成部品が非常に小さくなると共に、かなり高精度の
加工精度が要求されるようになる。このため、構成部品
数が多いと、部品の加工ばらつきにより特性のばらつき
が生じ易いという問題がある。従って、構成部品数をで
きるだけ少なくしたいという要望がある。また、ミリ波
帯の電波を伝送するような場合、誘電体基板の厚みの影
響を無視できなくなり、該厚み寸法にばらつきがある
と、特性のばらつきがかなり生ずることもある。

【０００６】そこで、本発明の目的は、構成部品数を少
なくすると共に、全体の構成を簡単化して、特性のばら
つきを極力少なくすることができる基板用線路・導波管
変換器を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明において
は、誘電体基板に立設された導波管の誘電体基板側の端
部開口部の縁部を誘電体基板の裏面接地導体に接続する
と共に、線状導体の端部を導波管の内部へ延ばして導波
管励振用アンテナを形成し、そして、誘電体基板の厚み
寸法を、誘電体内における波長のほぼ１／４程度に設定
した。この構成の場合、誘電体基板の裏面接地導体が導
波管の短絡板として作用するようになり、基板用線路と
導波管との間で線路変換が良好に実現される。そして、
この構成では、構成部品数が２個となり、全体の構成が
簡単になるから、製造し易くなると共に、特性のばらつ
きも少なくなる。

【０００８】請求項２の発明によれば、基板用線路とし
てコプレナ線路を用いるように構成したので、必要とす
る線路変換の特性を実現し易くなると共に、製造性も向
上する。また、請求項３の発明のように、導波管とし
て、矩形筒状導波管または円筒状導波管を用いることが
好ましい。

【０００９】請求項４の発明によれば、裏面接地導体
に、電界を漏洩させる開口部を設けたので、導波管の管
内波長を等価的に長くすることが可能となる。これによ
り、誘電体基板の厚み寸法のばらつきに起因する特性の
ばらつきを、調整することができる。この場合、開口部
として、裏面接地導体の電流分布の方向に対して直交す
る方向に沿うように形成されたスリットを用いることが
好ましい（請求項５の発明）。また、開口部として、裏
面接地導体の電流分布の方向に沿うように形成されたス
リットを用いることも良い構成である（請求項６の発
明）。

【００１０】更に、請求項５の発明のように、裏面接地
導体に金属線をスリットと交差するように接続すること
がより一層好ましい構成である。この構成によれば、ス
リットの長さを容易に調整できるから、電界漏洩量をよ
り一層細かく調整できるようになり、特性のばらつきを
より一層調整し易い。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を例えばコプレナ線
路・導波管変換器に適用した第１の実施例について、図
１及び図２を参照しながら説明する。図１及び図２は本
実施例のコプレナ線路・導波管変換器の分解斜視図及び
組立後の斜視図である。まず、図１に示すように、コプ
レナ線路・導波管変換器１１は、誘電体基板１２と導波
管１３とから構成されている。誘電体基板１２は、例え
ばアルミナ基板から構成されており、この誘電体基板１
２に基板用線路として例えばコプレナ線路１４が設けら
れている。

【００１２】このコプレナ線路１４は、誘電体基板１２
の表面（上面）に設けられた線状導体としての中心導体
１５と、誘電体基板１２の表面に設けられた表面接地導
体１６、１６と、誘電体基板１２の裏面のほぼ全面に設
けられた裏面接地導体１７とから構成されている。中心
導体１５と表面接地導体１６、１６との各間には、ギャ
ップが設けられている。尚、上記各導体１５、１６、１
７は、例えばＣｕ、Ａｌ、Ａｕ等の導体金属により構成
されており、半導体集積回路製造技術や薄膜技術や厚膜
技術やメッキ配線技術などの方法を用いて形成されるよ
うに構成されている。

【００１３】ここで、誘電体基板１２の右端部には、導
波管１３を連結するための連結凸部１８が右方へ向けて
突設されている。この連結凸部１８の大きさは、導波管
１３の下端部が嵌合可能な大きさとなるように設定され
ている。上記連結凸部１８の表面には、上記表面接地導
体１６、１６が設けられないように構成されている。換
言すると、誘電体基板１２のうちの連結凸部１８の表面
から上記表面接地導体１６、１６を剥ぎ取る（除去す
る）ように構成されている。また、中心導体１５の右端
部は、右方へ延びて上記連結凸部１８の表面上に設けら
れるように構成されている。この中心導体１５の右端部
の延長部分が、導波管励振用アンテナ１９を構成してい
る。

【００１４】一方、導波管１３は、例えば矩形筒状導波
管から構成されており、例えばＣｕ、Ａｌ、Ａｕ等の金
属により形成されている。この導波管１３の下端部のう
ちの図１中左側の側壁部２０側の部位には、凹部２１が
設けられており、この凹部２１の深さ寸法は、誘電体基
板１２の厚み寸法とほぼ等しくなるように構成されてい
る。また、導波管１３の側壁部２０の下端部のほぼ中央
部には、例えば矩形状の開口部２２が形成されている。

【００１５】そして、誘電体基板１２と導波管１３とを
連結するに当たっては、導波管１３の下端部を誘電体基
板１２の連結凸部１８に嵌合させると共に、導波管１３
の凹部２１を誘電体基板１２の右端部のエッジ部分に嵌
合させるように構成されている。更に、誘電体基板１２
と導波管１３との当接部分を、例えば接着剤等で接着固
定するように構成されている。これにより、図２に示す
ように、導波管１３は誘電体基板１２に立設される構成
となっている。

【００１６】更に、導波管１３の下端部（即ち、誘電体
基板側の端部開口部）の縁部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ
と、前記裏面接地導体１７とは、例えば半田付けにより
接続されている。この場合、導波管１３の縁部１３ａ、
１３ｂ、１３ｃと裏面接地導体１７とが当接する部分を
すべて半田付けするように構成しても良いし、また、上
記当接する部分を適当な間隔で間欠的に半田付けするよ
うに構成しても良い。

【００１７】また、導波管１３の左側の側壁部２０の下
端部と、前記表面接地導体１６とは、例えば半田付けに
より接続されている。この場合も、導波管１３の側壁部
２０の下端部と表面接地導体１６とが当接する部分をす
べて半田付けするように構成しても良いし、また、上記
当接する部分を間欠的に半田付けするように構成しても
良い。

【００１８】さて、上記構成の場合、誘電体基板１２と
導波管を上述したように連結すると、導波管１３の側壁
部２０の開口部２２内をコプレナ線路１４の中心導体１
５が通るように構成されている。これにより、中心導体
１５が導波管１３の側壁部２０に接触しないようになっ
ている。また、中心導体１５の右端部は、導波管１３の
内部へ延びており、もって、導波管励振用アンテナ１９
を構成している。尚、中心導体１５の右端部の延長寸法
は、約１／４波長程度（自由空間波長の約１／４程度）
である。

【００１９】更に、本実施例の場合、誘電体基板１２の
厚み寸法は、誘電体内における波長のほぼ１／４程度に
設定されている。具体的には、このコプレナ線路・導波
管変換器１１により伝送する電波の波長が例えば６０Ｇ
Ｈｚの場合、自由空間における波長は５ｍｍになり、Ｖ
バンド導波管内における管内波長は８．５ｍｍになる。
誘電体内では波長は比誘電率の平方根に反比例した長さ
になるので、例えばアルミナでは管内波長が２．７ｍｍ
に短縮されるので、基板の厚みは２．７／４ｍｍ程度に
なるように構成される。また、コプレナ線路１４の中心
導体１５の幅寸法は、例えば約０．０３ｍｍ程度に設定
されている。尚、導波管１３としてＶバンド用の導波管
を用いている。

【００２０】そして、このように構成すると、誘電体基
板１２の裏面接地導体１７は、導波管１３の短絡板とし
て作用するようになる。即ち、例えばコプレナ線路１４
から導波管１３へ電波を伝送する場合、導波管１３内に
おいて導波管励振用アンテナ１９から上方へ向けて発振
された電波の位相と、導波管励振用アンテナ１９からの
下方へ向けて発振されて上記裏面接地導体１７にて反射
された電波の位相とが一致するように構成されている。
また、反対に導波管１３からコプレナ線路１４へ電波を
伝送する場合も、上述した動作とほぼ同じように動作す
る。

【００２１】尚、上記導波管１３の上端部には、例えば
アンテナを配設するように構成されている。また、導波
管１３の上下方向の長さは所望の長さに設定されるよう
に構成されている。更に、誘電体基板１２の左端部側に
は、ＭＩＣ（マイクロ波集積回路）やＭＭＩＣ（モノリ
シックマイクロ波集積回路）等が接続されるように構成
されている。更にまた、誘電体基板１２上に上記ＭＭＩ
Ｃ等を一体に配設するように構成することも好ましい。

【００２２】ここで、上記したコプレナ線路・導波管変
換器１１を実際に設計して製造する方法について、簡単
に説明する。この場合、ミリ波やマイクロ波等の電波が
コプレナ線路・導波管変換器１１を伝播するときの動作
をシミュレーションすることが可能なシミュレーション
プログラム（即ち、シミュレータ）を使用して、コプレ
ナ線路・導波管変換器１１の各構成部分の具体的寸法や
材質等（各種のパラメータ）を設計するように構成され
ている。上記シミュレータを動作させるときのパラメー
タとしては、誘電体基板１２のコプレナ線路１４の中心
導体１５の突出寸法、中心導体１５の幅寸法、中心導体
１５の配置位置、誘電体基板１２の厚み寸法、誘電体基
板１２の誘電率、導波管１３の下端部の開口寸法（開口
の縦の寸法及び横の寸法）、導波管１３の下端部の開口
部２２の大きさ等がある。

【００２３】そして、上記各パラメータの値を適宜変え
ながら、シミュレーションを実行して最も好ましい線路
変換の特性が得られるパラメータの値を得るようにして
いる。この場合、誘電体基板１２の厚み寸法について
は、波長の１／４から始めて徐々に薄くしていくことが
好ましい。また、導波管１３の下端部の開口部２２の大
きさについては、中心導体１５の伝送特性に影響を与え
ることがなく、しかも、導波管１３の伝送特性に影響を
与えることがないような大きさに設定する必要がある。
そして、このようなシミュレーションと試作（実験）を
繰り返すことにより、十分良好な線路変換特性を有する
コプレナ線路・導波管変換器１１を実現することが可能
である。

【００２４】このような構成の本実施例によれば、誘電
体基板１２に立設された導波管１３の誘電体基板側の端
部開口部の縁部１２ａ、１２ｂ、１２ｃを誘電体基板１
２の裏面接地導体１７に接続すると共に、コプレナ線路
１４の中心導体１５の端部を導波管１３の内部へ延ばし
て導波管励振用アンテナ１９を形成し、そして、誘電体
基板１２の厚み寸法を、誘電体内における波長のほぼ１
／４程度に設定した。この構成においては、誘電体基板
１２の裏面接地導体１７が導波管１３の短絡板として作
用するようになり、コプレナ線路１４と導波管１３との
間で線路変換が良好に行われるようになる。

【００２５】そして、上記構成では、構成部品が誘電体
基板１２と導波管１３の２個だけとなると共に、全体の
構成が簡単になる。このため、製造し易くなると共に、
特性のばらつきも少なくなる。

【００２６】尚、上記実施例では、誘電体基板１２とし
て、アルミナ基板を用いたが、これに限られるものでは
なく、例えば石英基板やフッ素樹脂製の基板を用いても
良い。また、上記実施例では、誘電体基板１２と導波管
１３を連結するに当たって、導波管１３の下端部を誘電
体基板１２の連結凸部１８に嵌合させると共に、導波管
１３の凹部２１を誘電体基板１２の右端部のエッジ部分
に嵌合させるように構成したが、上記連結凸部１８や凹
部２１は、省略しても良い。例えば、導波管１３の下端
部を誘電体基板１２の表面に当接させて接着するように
構成しても良い。この構成の場合、導波管１３の下端部
と裏面接地導体１７との接続は、例えば誘電体基板に多
数のスルーホールを形成して上記両者を接続するように
構成しても良いし、また、誘電体基板にこれを貫通する
溝部を設け、この溝部に充填した導体により上記両者を
接続するように構成しても良い。

【００２７】また、上記実施例では、導波管１３として
矩形筒状導波管（方形導波管）を使用したが、これに限
られるものではなく、例えば円筒状導波管（円形導波
管）を使用しても良い。更に、上記実施例では、誘電体
基板１２に基板用線路としてコプレナ線路１４を設ける
ように構成したが、これに代えて、マイクロストリップ
線路を設けるように構成しても良い（即ち、マイクロス
トリップ線路・導波管変換器）。このマイクロストリッ
プ線路を設ける構成の場合、マイクロストリップ線路の
ストリップライン（線路導体）が線状導体を構成してい
る。

【００２８】図３は、本発明の第２の実施例を示すもの
である。尚、第１の実施例と同一部分には同一符号を付
している。この第２の実施例では、誘電体基板１２の裏
面接地導体１７における連結凸部１８のほぼ中央部に、
開口部として例えばスリット２３が形成されている。こ
の場合、スリット２３は、裏面接地導体１７を流れる電
流の電流分布の方向に対して直交する方向（垂直方向）
に沿うように形成されている。尚、スリット２３の長さ
寸法が波長の１／２以上になると、スリット２３がスロ
ットアンテナとなってしまい、電波が放射されてしま
う。従って、スリット２３の長さ寸法を波長の１／２以
下に設定する必要がある。

【００２９】そして、裏面接地導体１７に上記スリット
２３を設けると、このスリット２３を通して電波が漏洩
する。この電波の漏洩量は、スリット２３の長さ寸法を
調節することにより容易に調節できる構成となってい
る。これにより、導波管１３の管内波長を等価的に長く
することが可能となる。この結果、誘電体基板１２の厚
み寸法のばらつきに起因する特性のばらつきを、調整す
ることが可能となるのである。この場合、上記スリット
２３の方向が、裏面接地導体１７を流れる電流の電流分
布の方向に対して直交する方向であるから、電波の漏洩
量が多くなる。従って、誘電体基板１２の厚み寸法が波
長の１／４から大きくずれているときに、特性を粗調整
する場合に適している。

【００３０】尚、上記実施例において、形成したスリッ
ト２３の長さ寸法が長すぎる場合には、裏面接地導体１
７に金属線２４をスリット２３と交差するように例えば
ワイヤーボンディングにより接続することが好ましい。
上記金属線２４を接続すると、スリット２３の長さを短
くした場合の動作とほぼ同じ動作をするようになる。従
って、この構成によれば、スリット２３の長さを容易に
調整できるから、電界漏洩量をより一層細かく調整でき
るようになり、特性のばらつきをより一層調整し易くな
る。尚、上述した以外の第２の実施例の構成は、第１の
実施例の構成と同じ構成となっている。

【００３１】図４は、本発明の第３の実施例を示すもの
である。尚、第１の実施例と同一部分には同一符号を付
している。この第３の実施例では、誘電体基板１２の裏
面接地導体１７における連結凸部１８のほぼ中央部に、
開口部として例えばスリット２５を形成している。この
スリット２５は、裏面接地導体１７を流れる電流の電流
分布の方向に沿うように形成されている。尚、上述した
以外の第３の実施例の構成は、第１の実施例の構成と同
じ構成となっている。

【００３２】この第３の実施例の場合、スリット２５の
方向が、裏面接地導体１７を流れる電流の電流分布の方
向であるから、電流の流れを妨げることがなく、電波は
ほとんど漏洩しない。従って、誘電体基板１２の厚み寸
法が波長の１／４から少ししかずれていないような場合
に、特性を微調整する場合に適している。

【００３３】尚、上記実施例において、形成したスリッ
ト２５の長さ寸法が長すぎる場合には、第２の実施例と
同様にして、裏面接地導体１７に金属線２４をスリット
２５と交差するように例えばワイヤーボンディングによ
り接続することが好ましい。上記金属線２５を接続する
と、スリット２５の長さを短くした場合の動作とほぼ同
じ動作をするようになる。従って、この構成によれば、
スリット２５の長さを容易に調整できるから、電界漏洩
量をより一層細かく微調整できるようになり、特性のば
らつきをより一層きめ細かく調整することができる。

【００３４】また、前述した第１の実施例の説明の最後
の部分に、第１の実施例についてのいろいろな変形態様
を記載したが、これら種々の変形態様を、上記第２また
は第３の実施例に適用するように構成することも好まし
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す分解斜視図

【図２】斜視図

【図３】本発明の第２の実施例を示す誘電体基板の裏面
側の斜視図

【図４】本発明の第３の実施例を示す図３相当図

【図５】従来構成を示す図２相当図

【図６】異なる従来構成を示す図２相当図

【符号の説明】

１１はコプレナ線路・導波管変換器、１２は誘電体基
板、１３は導波管、１４はコプレナ線路（基板用線
路）、１５は中心導体（線状導体）、１６は表面接地導
体、１７は裏面接地導体、１８は連結凸部、１９は導波
管励振用アンテナ、２２は開口部、２３はスリット（開
口部）、２４は金属線、２５はスリット（開口部）を示
す。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体基板と、 この誘電体基板の表面に設けられた線状導体を有してな
   る基板用線路と、 前記誘電体基板の裏面に設けられた裏面接地導体と、 前記誘電体基板に立設され、且つ、前記誘電体基板側の
   端部開口部の縁部が前記裏面接地導体に接続された導波
   管と、 前記線状導体の端部を前記導波管の内部へ延ばすことに
   より形成された導波管励振用アンテナとを備え、 前記誘電体基板の厚み寸法を、誘電体内における波長の
   ほぼ１／４程度に設定したことを特徴とする基板用線路
   ・導波管変換器。
2. 【請求項２】 前記基板用線路をコプレナ線路から構成
   すると共に、 前記線状導体を前記コプレナ線路の中心導体から構成
   し、 前記コプレナ線路の接地導体であって前記誘電体基板の
   表面に設けられた表面接地導体のうちの前記導波管の端
   部開口部に対応する部分を除去するように構成したこと
   特徴とする請求項１記載の基板用線路・導波管変換器。
3. 【請求項３】 前記導波管として、矩形筒状導波管また
   は円筒状導波管を用いること特徴とする請求項１または
   ２記載の基板用線路・導波管変換器。
4. 【請求項４】 前記裏面接地導体に、電界を漏洩させる
   開口部を設けたこと特徴とする請求項１ないし３のいず
   れかに記載の基板用線路・導波管変換器。
5. 【請求項５】 前記開口部は、前記裏面接地導体の電流
   分布の方向に対して直交する方向に沿うように形成され
   たスリットであること特徴とする請求項４記載の基板用
   線路・導波管変換器。
6. 【請求項６】 前記開口部は、前記裏面接地導体の電流
   分布の方向に沿うように形成されたスリットであること
   特徴とする請求項４記載の基板用線路・導波管変換器。
7. 【請求項７】 前記裏面接地導体に金属線を前記スリッ
   トと交差するように接続したこと特徴とする請求項５ま
   たは６記載の基板用線路・導波管変換器。