JP4199395B2 - Multilayer Magic T - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にマイクロ波およびミリ波等の高周波信号を伝送・分岐して高周波回路を構成するための分岐部として用いられる、積層型の誘電体導波管線路を用いた積層型マジックTに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、マイクロ波やミリ波などの高周波を用いる回路を構成するための要素に関する技術の研究が盛んに進められている。この回路構成要素の中には様々なものがあるが、その一つにマジックTと呼ばれる一種の方向性結合器がある。このマジックTは、例えば平衡形の位相検波やミキサ回路等に用いられる。
【0003】
この従来のマジックTは、方形導波管のE面T分岐とH面T分岐とを組み合わせた4端子構造をしている。図4に従来のマジックTの構成を斜視図で示す。図4においてa・b・c・dはそれぞれ導波管を示しており、通常は方形導波管が用いられている。これらのうち導波管a・c・dは、H面が同図中に示すx−y平面に平行な導波管で、導波管bはH面がx−z平面に平行な導波管である。
【0004】
ここで、導波管a・c・dについて見ると、H面T分岐の導波管構造をしており、導波管b・c・dについて見ると、E面T分岐の導波管構造をしている。また、各導波管a〜dは、それぞれ周波数とサイズを調整し、TE10モードのシングルモードでのみ電磁波が伝播できるように設定されている。
【0005】
この構造のマジックTについてその動作を簡単に説明する。H面T分岐のうち導波管aから励振すると、この電磁波は導波管c・dとは結合できるが、導波管bとは結合できない。またE面T分岐のうち導波管bから励振すると、この電磁波は導波管c・dとは結合できるが、導波管aとは結合できない。すなわち、導波管aから入力された電磁波は導波管c・dのみに分岐し、導波管bから入力された電磁波は導波管c・dのみに分岐する。しかも、導波管aから入力された電磁波は同相で分岐されるのに対して、導波管bから入力された電磁波は逆相で分岐される。
【0006】
また、このマジックTに対しては、その2つの分岐が交差している分岐部においてインピーダンスのマッチングをとるために、分岐部の内部にインピーダンスの整合器として金属ポール(棒)や金属板が配置される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このような構造を持った従来のマジックTは、方形導波管を用いた3次元的な複雑な構造であるため、作製時の加工が非常に難しいという問題点があった。すなわち、このような構造は金属ブロックから導波路部分を削り出して作製することも可能であるが、3次元的な切削加工は容易ではないので、通常は2つまたは3つの部分に分割して作製される。この場合、各部分の接続部において電磁波の漏れが発生したり、接続のずれによる伝送・分岐特性の劣化が発生したりしやすいという問題点があった。
【0008】
また、分岐部に挿入配置されるインピーダンスマッチングのための整合用金属ポールや金属板も、マジックTに要求される対称構造を乱さないようにするため、図4中のA−B−C線に沿って切断した面に対して高い対称性を有していることが求められ、高精度の加工技術が必要である。このため、良好な伝送・分岐特性のものを安定して得ることが困難であり、生産性が低く、その結果、製造コストも高くなってしまうという問題点があった。
【0009】
さらに、伝送・分岐する電磁波の周波数が低い場合にはその寸法は大きくなり、逆にミリ波のように周波数が高くなると導波管の寸法が著しく小さくなって、いずれの場合もその加工は非常に難しくなるという問題点もあった。
【0010】
本発明は上記事情に鑑みて案出されたものであり、その目的は、良好な伝送・分岐特性のものを精度良くかつ安定して得ることができ、生産性も高いマジックTを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の問題点を解決すべく検討を重ねた結果、従来の方形導波管に代えて、セラミック製半導体素子収納用パッケージや多層配線基板等を作製するグリーンシート積層技術を用いて作製できる横型および縦型の積層型誘電体導波管線路を用いることにより、容易に、精度良く、しかも安価にマジックTを製造できることを見出し発明を完成するに至った。
【0012】
すなわち、本発明の積層型マジックTは、第1の誘電体基板を挟持する上部主導体層および下部主導体層と、これら上部主導体層および下部主導体層間を高周波信号の伝送方向に信号波長の2分の1未満の繰り返し間隔および所定の幅で電気的に接続する2列の側壁用貫通導体群とを具備し、前記各主導体層および前記側壁用貫通導体群に囲まれた領域によって前記高周波信号を伝送する第1および第2の誘電体導波管線路を、前記第1の誘電体導波管線路の先端を前記第2の誘電体導波管線路の一方の側部に設けた側部開口に互いの高周波信号の伝送方向が垂直となるように接続するとともに、分岐部の前記第2の誘電体導波管線路の前記上部主導体層に所定の上部開口を設けて成るT字状分岐誘電体導波管線路に対し、複数の誘電体層を積層して成る第2の誘電体基板と、前記上部開口周囲の前記第2の誘電体基板内に積層方向に形成され、所定間隔をもって前記上部主導体層に電気的に接続される導体壁用貫通導体群と、前記誘電体層間に前記高周波信号の信号波長の2分の1未満の間隔で形成され、前記導体壁用貫通導体群を前記誘電体層間でそれぞれ電気的に接続する、前記上部開口と略同寸法の開口を有する複数の副導体層とを具備し、前記複数の副導体層および前記導体壁用貫通導体群に囲まれた領域によって前記高周波信号を伝送する縦型の誘電体導波管線路を、前記上部開口に前記第1および第2の誘電体導波管線路に対して高周波信号の伝送方向が垂直となるように接続して成ることを特徴とするものである。
【0013】
また、本発明の積層型マジックTは、上記構成において、前記T字状分岐誘電体導波管線路の前記分岐部に、貫通導体および/または導体層から成る整合器を設けたことを特徴とするものである。
【0014】
【作用】
このような構成の本発明の積層型マジックTは、グリーンシート積層技術を用いて容易に作製することができる。すなわち、セラミックグリーンシート等の誘電体グリーンシートに貫通孔加工・メタライズインク等の導体ペースト埋め込み・導体パターン印刷・積層・焼成を行なうことにより十分な精度でかつ容易に製造可能であり、分岐部に設けるインピーダンス整合器としての金属ポールや金属板に相当する部分も、同様の貫通孔の形成および導体ペーストの印刷により容易に作製することができる。
【0015】
また、誘電体基板および誘電体層を構成するセラミックスを始めとする誘電体材料の比誘電率を適当に選択することにより、周波数の低い場合でも、従来の方形導波管を用いたマジックTに比べて大幅に小型化することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の積層型マジックTについて図面を参照しながら説明する。
【0017】
図1は、本発明の積層型マジックTの実施の形態の一例の概略構成を示す斜視図である。図1において、a・b・c・dはそれぞれ積層型誘電体導波管線路による導波管であり、a・c・dはT字状分岐誘電体導波管線路を構成する横型の誘電体導波管線路であり、bはその上方に接続される縦型の誘電体導波管線路である。
【0018】
71は第1の誘電体基板、1は上部主導体層、2は下部主導体層であり、これら一対の主導体層1・2により第1の誘電体基板71を上下から挟持している。3は高周波信号である電磁波の伝送方向に信号波長の2分の1未満の繰り返し間隔および所定の幅で主導体層1・2間を電気的に接続するように形成された2列の側壁用貫通導体群である。また、4は主導体層1・2間にこれらと平行に形成され、2列の側壁用貫通導体群3のそれぞれを電気的に接続する副導体層であり、良好な疑似導体壁を得るために必要に応じて形成されるものである。これら各主導体層1・2および側壁用貫通導体群3ならびに副導体層4に囲まれた領域によって、高周波信号を伝送する横型の第1の誘電体導波管線路aおよび第2の誘電体導波管線路c−dが構成される。そして、第2の誘電体導波管線路c−dの一方の側部に所定の側壁用貫通導体群を除いて形成された側部開口に、第1の誘電体導波管線路aの先端を互いの高周波信号の伝送方向が垂直となるように接続することにより、T字状分岐誘電体導波管線路を構成している。さらに、この分岐部の第2の誘電体導波管線路c−dの上部主導体層1には所定の開口寸法の上部開口1aが設けられている。
【0019】
72は複数の誘電体層を積層して成る第2の誘電体基板、5は上部開口1a周囲の第2の誘電体基板72内にその積層方向(同図中に示すz方向)に形成され、所定間隔をもって上部主導体層1に電気的に接続される導体壁用貫通導体群、6は第2の誘電体基板72の誘電体層間に高周波信号の信号波長の2分の1未満の間隔で形成され、導体壁用貫通導体群5を誘電体層間でそれぞれ電気的に接続する、上部開口1aと略同寸法の開口6aを有する複数の副導体層である。これら複数の副導体層6および導体壁用貫通導体群5に囲まれた領域によって、高周波信号を伝送する縦型の誘電体導波管線路bが構成される。そして、この誘電体導波管線路bをT字状分岐誘電体導波管線路の上部主導体層1の上部開口1aに第1および第2の誘電体導波管線路a・c−dに対して高周波信号の伝送方向が垂直となるように接続することにより、本発明の積層型マジックTが構成される。
【0020】
まず、T字状分岐誘電体導波管線路を構成する横型の第1および第2の誘電体導波管線路a・c−dについて説明する。2列の側壁用貫通導体群3は、所定の幅Whをもって、高周波信号の伝送方向に信号波長の2分の1未満の所定の繰り返し間隔rをもって形成され配列されており、これによりこの誘電体導波管線路a・c−dにおける疑似導体側壁を形成している。ここで、所定の幅Whは、導波管をシングルモードで用いる必要があるので、λ/2<Wh<λとする。なお、このλは誘電体中における高周波信号の自由空間波長である。
【0021】
また、第1の誘電体基板71の厚みHhすなわち上部主導体層1と下部主導体層2との間隔は、Hh<λ/2であることが必要である。図1に示す例では、誘電体導波管a・c−dのE面とH面に当たる部分がそれぞれ上部主導体層1および下部主導体層2と側壁用貫通導体群3および副導体層4で形成されている。また、間隔rが信号波長の1/2未満の間隔に設定されることで、側壁用貫通導体群3が電気的な壁を形成している。
【0022】
側壁用貫通導体群3と副導体層4とにより形成され、互いに平行に配置された側壁に対して、磁界の面は垂直となる。このため、側壁用貫通導体群3の貫通導体間の隙間が信号波長の1/2より大きいと、その隙間は電磁波に対するスロットとして作用してそこから電磁波が漏れることとなるので、この導波管線路に電磁波を給電しても、電磁波はここで作られる疑似的な導波管に沿って伝播しないこととなる。しかし、その隙間が信号波長の1/2、望ましくは信号波長の1/4より小さいと、電磁波はほとんど漏れることなくこの擬似的な導波管に沿って伝播することとなる。このときの副導体層4の役割は、側壁用貫通導体群3ほど重要ではないが、より擬似的な導体壁をより完全な導体壁に近づける作用があり、副導体層4を設けることにより電磁波の伝播特性が改善される。
【0023】
その結果、図1に示す構成によれば、一対の主導体層1・2および2列の側壁用貫通導体群3と副導体層4によって囲まれる断面積がWh×Hhのサイズの領域が、第1および第2の誘電体導波管線路a・c−dとなる。
【0024】
なお、図1に示す例では側壁用貫通導体群3は2列に形成したが、この側壁用貫通導体群3を4列あるいは6列に配設して側壁用貫通導体群3による疑似的な導体壁を2重・3重に形成することにより、導体壁からの電磁波の漏れをより効果的に防止することができる。
【0025】
次に、縦型の誘電体導波管線路bについて説明する。図1によれば、厚さqの誘電体層が複数層積層され、各々の誘電体層には導波路線路の断面形状、具体的には上部開口1aの輪郭に沿って、水平方向(同図中のx−y平面の方向)に信号波長の2分の1未満の所定の間隔、好適には側壁用貫通導体群3の間隔rと同じ間隔をもって、導体壁用貫通導体群5が形成されている。この導体壁用貫通導体群5は、その下端がT字状分岐誘電体導波管線路の上部主導体層1に電気的に接続されている。
【0026】
また、第2の誘電体基板72の誘電体層間には、全ての導体壁用貫通導体群5と電気的に接続し、導体壁用貫通導体群5を取り囲むように、上部開口1aと略同寸法の開口6aを有する複数の副導体層6が互いに平行に形成されている。なお、これら導体壁用貫通導体群5の形成間隔および複数の副導体層6の間隔qは、いずれも伝播する信号波長の1/2未満(望ましくは1/4以下)の間隔となるように設定されている。
【0027】
このような構成により、縦型の誘電体導波管線路bにおいては、第2の誘電体基板72の誘電体層の積層方向に延びる導体壁用貫通導体群5と互いに平行に形成された複数の副導体層6との格子面によって、導波管壁が形成される。ここで、上部主導体層1の上部開口1aおよび副導体層6の開口6aの開口寸法のうち第2の誘電体導波管線路c−dの伝送方向に直交する方向の寸法Wvは、縦型の誘電体導波管線路bもシングルモードで用いる必要があるので、λ/2<Wv<λ(λは誘電体中の自由空間波長)とする。また、第2の誘電体導波管線路c−dの伝送方向の寸法Hvは、Hv<λ/2であることが必要である。図1に示す例では、誘電体導波管線路bのE面にあたる部分は、導体壁用貫通導体群5および副導体層6で形成される、同図中に示すy−z面に平行な壁であり、H面にあたる部分は、導体壁用貫通導体群5および副導体層6で形成されるz−x面に平行な壁である。
【0028】
H面にあたる導体壁用貫通導体群5と副導体層6により形成されたメッシュ構造の導体壁の穴は、信号波長の1/2より大きいとその隙間はスロットとして作用して電磁波が漏れることとなるので、この誘電体導波管線路bに電磁波を給電してもここで作られる疑似的な導波管に沿って伝播しないこととなる。しかし、その隙間が信号波長の1/2(望ましくは信号波長の1/4)より小さいと、電磁波はほとんど漏れることなくこの擬似的な導波管に沿って伝播する。
【0029】
また、E面にあたる導体壁用貫通導体群5と副導体層6により形成されたメッシュ構造では、電磁波による電流はy方向にのみ流れるので、副導体層6の間隔qが信号波長の1/2未満であればよい。ここでのE面を形成する導体壁用貫通導体群5の役割は、副導体層6ほど重要ではないが、より完全な導体壁に近づける作用があり、これにより電磁波の伝播特性が改善される。
【0030】
その結果、図1に示す構成によれば、導体壁用貫通導体群5と副導体層6とによって囲まれる断面積がWv×Hvのサイズの領域が、縦型の誘電体導波管線路bとなる。
【0031】
そして、以上説明した横型の誘電体導波管線路a・c−dによるT字状分岐誘電体導波管線路および縦型の誘電体導波管線路bを図1に示すように形成して接続することにより、本発明の積層型マジックTの構造が完成する。
【0032】
次に、図2は本発明の積層型マジックTの実施の形態の他の例の概略構成を示す部分破断斜視図であり、この例では、積層型マジックTの分岐部に、従来のインピーダンス整合用の金属ポールおよび金属板と同様に機能する、貫通導体から成る整合器8および導体層から成る整合器9を形成している。
【0033】
本発明の積層型マジックTによれば、第1の誘電体導波管線路a・第2の誘電体導波管線路c−dおよび縦型の誘電体導波管線路bはいずれも誘電体導波管による伝送線路となるので、その導波管の寸法は第1および第2の誘電体基板71・72の比誘電率をεr とすると通常の方形導波管の1/√εr の大きさになる。従って、第1および第2の誘電体基板71・72を比誘電率εr の大きい誘電体材料によって構成するほど、各導波管の寸法は小さくすることができ、高密度に配線が形成される多層配線基板または半導体素子収納用パッケージ内に形成可能な大きさのマジックTを構成することができる。
【0034】
なお、側壁用貫通導体群3および導体壁用貫通導体群5を構成する貫通導体は前述のように信号波長λの2分の1未満の間隔rで配設されており、この間隔rは良好な伝送特性を実現するためには一定の繰り返し間隔とすることが望ましいが、信号波長λの2分の1未満の間隔であれば適宜変化させたりいくつかの値を組み合わせたりしてもよいことは言うまでもない。
【0035】
次に、このような水平型および垂直形積層導波管を用いたマジックTの製造方法を図3に示す分解斜視図を用いて説明する。
【0036】
図3において、70は最下部の誘電体基板となる誘電体シートである。その他の符号は図1および図2において対応する箇所を示している。
【0037】
まず、誘電体シート70に横型の第1および第2の誘電体導波管線路の下部主導体層2となる導体パターンを印刷等により形成する。次に、第1の誘電体基板71となる誘電体シート群に、側壁用貫通導体群3を構成する貫通導体および貫通導体から成る整合器8を構成する整合用貫通導体を必要に応じて形成する。これは、誘電体シートにNCパンチやレーザ加工等により貫通孔を形成した後、この貫通孔に金属インク(導体ペースト)を埋め込むことにより形成される。その後、上部主導体層1および副導体層4となる導体パターンを厚膜印刷法等により形成する。
【0038】
また、第2の誘電体基板72を構成する複数の誘電体シートには、上記と同様にして、導体壁用貫通導体群5・副導体層6・導体層から成る整合器9を構成する整合用導体パターンを形成する。
【0039】
最後に、これらを一括して積層し、誘電体シートが樹脂系の場合はキュアすることにより、またセラミックスやガラスセラミックスの場合は焼成することにより、本発明の積層型マジックTが製造される。
【0040】
このような積層型誘電体導波管線路を構成する第1および第2の誘電体基板71・72に用いる誘電体材料は、誘電体として機能し高周波信号の伝送を妨げることのない特性を有するものであればとりわけ限定されるものではないが、伝送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、第1および第2の誘電体基板71・72はセラミックスから成ることが望ましい。
【0041】
このようなセラミックスとしてはこれまで様々な比誘電率を持つセラミックスが知られているが、積層型誘電体導波管線路を構成して高周波信号を伝送するためには常誘電体であることが望ましい。これは一般に強誘電体セラミックスは高周波領域では誘電損失が大きく伝送損失が大きくなるためである。従って、第1および第2の誘電体基板71・72の比誘電率εr は4〜100 程度が適当である。
【0042】
このような第1および第2の誘電体基板71・72に好適なセラミックスとしては、例えばアルミナセラミックスやガラスセラミックス・窒化アルミニウムセラミックス等がある。これらは、セラミックス原料粉末に適当な有機溶剤・溶媒を添加混合して泥漿状になすとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用してシート状となすことによって複数枚のセラミックグリーンシートを得て、しかる後、これらセラミックグリーンシートの各々に適当な打ち抜き加工を施すとともにこれらを積層し、アルミナセラミックスの場合は1500〜1700℃、ガラスセラミックスの場合は850 〜1000℃、窒化アルミニウムセラミックスの場合は1600〜1900℃の温度で焼成することによって製作される。
【0043】
また、上部主導体層1および下部主導体層2ならびに副導体層4および副導体層6は、例えば第1および第2の誘電体基板71・72がアルミナセラミックスから成る場合であれば、タングステン等の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・溶媒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少なくとも伝送線路を完全に覆うようにセラミックグリーンシート上に印刷し、しかる後、約1600℃の高温で焼成し、厚み10〜15μm以上となるようにして形成する。
【0044】
なお、各導体層および各貫通導体を形成する金属粉末としては、誘電体基板がガラスセラミックスから成る場合は銅・金・銀等が、アルミナセラミックスや窒化アルミニウムセラミックスから成る場合はタングステン・モリブデン・マンガン等が好適である。また、各導体層1・2・4・6の厚みは、5〜50μm程度とすればよい。
【0045】
また、貫通導体群3・5を構成する貫通導体は、例えばビア導体やスルーホール導体等により形成すればよく、その断面形状も製作が容易な円形の他、矩形や菱形・六角形・八角形等の多角形であってもよい。これら貫通導体は、例えば誘電体シートであるセラミックグリーンシートに打ち抜き加工を施して形成した貫通孔に上記各導体層1・2・4・6と同様の導体ペーストを埋め込み、しかる後、誘電体シートと同時に焼成して形成する。なお、これらの貫通導体は直径50〜300 μmが適当である。
【0046】
なお、本発明は以上の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で種々の変更や改良を施すことは何ら差し支えない。例えば、上記の実施の形態の例では横型の誘電体導波管線路の各主導体層がH面となるように形成したが、これを各誘電体導波管線路の断面の寸法を変えてE面となるように形成してもよい。
【0047】
【発明の効果】
本発明の積層型マジックTによれば、各導波管を積層型の誘電体導波管線路で構成したことから、グリーンシート積層技術を用いて十分な精度でかつ容易に製造することができる。また、この製造工程が従来のグリーンシート積層技術と同じなので、多層配線基板や半導体素子収納用パッケージ等の内部に容易に組み込むことが可能である。
【0048】
さらに、誘電体基板および誘電体層を構成する誘電体材料の比誘電率を適当に選択することにより、周波数の低い場合でも、従来の方形導波管を用いたマジックTに比べて大幅に小型化することができる。
【0049】
分岐部に設けるインピーダンス整合器としての金属ポールや金属板に相当する部分も、同様の貫通孔の形成および導体ペーストの印刷により容易に作製することができる。
【0050】
以上のように本発明によれば、良好な伝送・分岐特性のマジックTを精度良くかつ安定して得ることができ、生産性も高いマジックTを提供することができたた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の積層型マジックTの実施の形態の一例の概略構成を示す斜視図である。
【図2】本発明の積層型マジックTの実施の形態の他の例の概略構成を示す斜視図である。
【図3】本発明の積層型マジックTの製造方法を説明するための分解斜視図である。
【図4】従来のマジックTの例を示す斜視図である。
【符号の説明】
1・・・・・上部主導体層
1a・・・・上部開口
2・・・・・下部主導体層
3・・・・・側壁用貫通導体群
5・・・・・導体壁用貫通導体群
6・・・・・副導体層
6a・・・・開口
8・・・・・貫通導体から成る整合器
9・・・・・導体層から成る整合器
71・・・・・第1の誘電体基板
72・・・・・第2の誘電体基板
a・・・・・第1の誘電体導波管線路
b・・・・・縦型の誘電体導波管線路
c−d・・・第2の誘電体導波管線路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a multilayer magic T using a multilayer dielectric waveguide line, which is mainly used as a branching part for transmitting and branching high-frequency signals such as microwaves and millimeter waves to configure a high-frequency circuit. It is about.
[0002]
[Prior art]
In recent years, research on technologies relating to elements for configuring circuits using high frequencies such as microwaves and millimeter waves has been actively promoted. There are various types of circuit components, and one of them is a kind of directional coupler called Magic T. This magic T is used for, for example, balanced phase detection, a mixer circuit, and the like.
[0003]
This conventional magic T has a four-terminal structure that combines an E-plane T branch and an H-plane T branch of a rectangular waveguide. FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a conventional magic T. In FIG. 4, a, b, c, and d denote waveguides, and a rectangular waveguide is usually used. Of these, the waveguides a, c, and d are waveguides whose H plane is parallel to the xy plane shown in the figure, and the waveguide b is a waveguide whose H plane is parallel to the xz plane. It is a tube.
[0004]
Here, the waveguides a, c, and d have an H-plane T-branch waveguide structure, and the waveguides b, c, and d have an E-plane T-branch waveguide structure. I am doing. Further, each of the waveguides a to d is adjusted so that the electromagnetic wave can propagate only in the TE 10 mode single mode by adjusting the frequency and the size.
[0005]
The operation of the magic T having this structure will be briefly described. When excited from the waveguide a in the H-plane T branch, this electromagnetic wave can be coupled to the waveguides c and d, but not to the waveguide b. When excited from the waveguide b in the E-plane T branch, this electromagnetic wave can be coupled to the waveguides c and d, but cannot be coupled to the waveguide a. That is, the electromagnetic wave input from the waveguide a is branched only to the waveguides c · d, and the electromagnetic wave input from the waveguide b is branched only to the waveguides c · d. Moreover, the electromagnetic wave input from the waveguide a is branched in phase, whereas the electromagnetic wave input from the waveguide b is branched in reverse phase.
[0006]
For this magic T, a metal pole (bar) or a metal plate is placed inside the branch as an impedance matching unit in order to perform impedance matching at the branch where the two branches intersect. Is done.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional magic T having such a structure is a three-dimensional complicated structure using a rectangular waveguide, there is a problem that it is very difficult to process at the time of manufacture. That is, such a structure can be manufactured by cutting the waveguide portion from the metal block, but since three-dimensional cutting is not easy, it is usually divided into two or three portions. Produced. In this case, there has been a problem in that electromagnetic waves leak at the connecting portions of each portion, and transmission / branching characteristics are likely to deteriorate due to a shift in connection.
[0008]
Further, a matching metal pole or metal plate for impedance matching inserted and arranged in the branch portion is also provided along the line ABC in FIG. 4 so as not to disturb the symmetrical structure required for the magic T. It is required to have high symmetry with respect to the surface cut along, and a highly accurate processing technique is required. For this reason, it is difficult to stably obtain a product having good transmission / branching characteristics, and the productivity is low, resulting in a high manufacturing cost.
[0009]
In addition, when the frequency of the electromagnetic wave to be transmitted / branched is low, the dimension becomes large, and conversely, when the frequency becomes high like millimeter wave, the dimension of the waveguide becomes remarkably small. There was a problem that it became difficult.
[0010]
The present invention has been devised in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a magic T having a good transmission / branching characteristic with high accuracy and high stability and high productivity. It is in.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
As a result of repeated studies to solve the above problems, the present inventor used a green sheet lamination technique for producing a ceramic semiconductor element storage package, a multilayer wiring board, and the like, instead of the conventional rectangular waveguide. As a result, it has been found that the magic T can be manufactured easily, accurately and inexpensively by using the horizontal and vertical laminated dielectric waveguide lines that can be manufactured in this way.
[0012]
That is, the laminated magic T of the present invention has an upper main conductor layer and a lower main conductor layer sandwiching the first dielectric substrate, and a signal wavelength between the upper main conductor layer and the lower main conductor layer in the high-frequency signal transmission direction. 2 side wall through conductor groups electrically connected at a repetitive interval of less than one half and a predetermined width, and by a region surrounded by the main conductor layers and the side wall through conductor groups. The first and second dielectric waveguide lines that transmit the high-frequency signal are provided, and the tip of the first dielectric waveguide line is provided on one side of the second dielectric waveguide line. And a predetermined upper opening is provided in the upper main conductor layer of the second dielectric waveguide line at the branching portion so that the transmission directions of the high-frequency signals are perpendicular to the side opening. Multiple dielectric layers for a T-shaped branched dielectric waveguide line A layered second dielectric substrate, and a conductor wall formed in the stacking direction in the second dielectric substrate around the upper opening and electrically connected to the upper main conductor layer at a predetermined interval The upper conductor portion formed between the through conductor group and the dielectric layer at an interval of less than half the signal wavelength of the high-frequency signal, and electrically connecting the conductor wall through conductor group between the dielectric layers. A vertical dielectric that includes a plurality of sub-conductor layers having openings of substantially the same size as the openings, and transmits the high-frequency signal by a region surrounded by the plurality of sub-conductor layers and the conductor wall through conductor group. A waveguide line is connected to the upper opening so that a transmission direction of a high-frequency signal is perpendicular to the first and second dielectric waveguide lines.
[0013]
The laminated magic T according to the present invention is characterized in that, in the above configuration, a matching unit comprising a through conductor and / or a conductor layer is provided at the branch portion of the T-shaped branch dielectric waveguide line. To do.
[0014]
[Action]
The laminated magic T of the present invention having such a configuration can be easily manufactured using a green sheet lamination technique. That is, it can be manufactured with sufficient accuracy and easily by performing through-hole processing, embedding conductor paste such as metallized ink, conductor pattern printing, laminating and firing on dielectric green sheets such as ceramic green sheets. A portion corresponding to a metal pole or a metal plate as an impedance matching device to be provided can be easily produced by forming a similar through hole and printing a conductor paste.
[0015]
In addition, by appropriately selecting the relative permittivity of the dielectric material such as the ceramic constituting the dielectric substrate and the dielectric layer, even when the frequency is low, the magic T using the conventional rectangular waveguide can be realized. Compared to this, the size can be greatly reduced.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the laminated magic T of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an example of an embodiment of a laminated magic T of the present invention. In FIG. 1, a, b, c, and d are waveguides formed by laminated dielectric waveguide lines, and a, c, and d are horizontal dielectrics that form a T-shaped branched dielectric waveguide line. B is a vertical dielectric waveguide line connected above.
[0018]
[0019]
72 is a second dielectric substrate formed by laminating a plurality of dielectric layers, and 5 is formed in the second
[0020]
First, the horizontal first and second dielectric waveguide lines a and cd constituting the T-shaped branched dielectric waveguide line will be described. Two rows of through-
[0021]
Further, the thickness Hh of the first
[0022]
The surface of the magnetic field is perpendicular to the side wall formed by the side wall through
[0023]
As a result, according to the configuration shown in FIG. 1, the region having a cross-sectional area of Wh × Hh surrounded by the pair of main conductor layers 1 and 2 and the two rows of side wall through
[0024]
In the example shown in FIG. 1, the side wall through
[0025]
Next, the vertical dielectric waveguide line b will be described. According to FIG. 1, a plurality of dielectric layers having a thickness of q are laminated, and each dielectric layer has a horizontal direction (same as the cross-sectional shape of the waveguide line, specifically, the outline of the upper opening 1a). The conductor wall through
[0026]
Further, between the dielectric layers of the second
[0027]
With such a configuration, in the vertical dielectric waveguide line b, a plurality of conductor wall through
[0028]
If the hole in the mesh-structured conductor wall formed by the conductor wall through
[0029]
In addition, in the mesh structure formed by the conductor wall through
[0030]
As a result, according to the configuration shown in FIG. 1, the region having a cross-sectional area of Wv × Hv surrounded by the conductor wall through
[0031]
Then, the T-shaped branched dielectric waveguide line and the vertical dielectric waveguide line b formed by the horizontal dielectric waveguide lines a and cd described above are formed as shown in FIG. By connecting, the structure of the laminated magic T of the present invention is completed.
[0032]
Next, FIG. 2 is a partially broken perspective view showing a schematic configuration of another example of the embodiment of the laminated magic T of the present invention. In this example, a conventional impedance matching is provided at a branch portion of the laminated magic T.
[0033]
According to the laminated magic T of the present invention, the first dielectric waveguide line a, the second dielectric waveguide line cd, and the vertical dielectric waveguide line b are all dielectrics. since the transmission line according to the waveguide, 1 / √ε r of normal rectangular waveguide when its dimensions waveguide and the dielectric constant of the first and second
[0034]
The through conductors constituting the side wall through
[0035]
Next, a manufacturing method of the magic T using such horizontal and vertical laminated waveguides will be described with reference to an exploded perspective view shown in FIG.
[0036]
In FIG. 3,
[0037]
First, a conductor pattern to be the lower
[0038]
Further, in the plurality of dielectric sheets constituting the second
[0039]
Finally, these are laminated together, and when the dielectric sheet is resin-based, curing is performed, and when the dielectric sheet is ceramic or glass-ceramic, the laminated magic T of the present invention is manufactured.
[0040]
The dielectric material used for the first and second
[0041]
As such ceramics, ceramics having various relative dielectric constants have been known so far. However, in order to transmit a high frequency signal by forming a laminated dielectric waveguide line, it is a paraelectric material. desirable. This is because ferroelectric ceramics generally have a large dielectric loss and a large transmission loss in the high frequency region. Accordingly, the relative dielectric constant ε r of the first and second
[0042]
Examples of ceramics suitable for the first and second
[0043]
The upper main conductor layer 1, the lower
[0044]
The metal powder forming each conductor layer and each through conductor includes copper, gold, silver, etc. when the dielectric substrate is made of glass ceramics, and tungsten, molybdenum, manganese when the dielectric substrate is made of alumina ceramics or aluminum nitride ceramics. Etc. are suitable. Moreover, what is necessary is just to let the thickness of each
[0045]
The through conductors constituting the through
[0046]
In addition, this invention is not limited to the example of the above embodiment, A various change and improvement can be performed in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, in the example of the above embodiment, each main conductor layer of the horizontal dielectric waveguide line is formed to be an H plane, but this is changed by changing the cross-sectional dimension of each dielectric waveguide line. You may form so that it may become an E surface.
[0047]
【The invention's effect】
According to the laminated magic T of the present invention, since each waveguide is constituted by a laminated dielectric waveguide line, it can be easily manufactured with sufficient accuracy using a green sheet lamination technique. . Further, since this manufacturing process is the same as the conventional green sheet lamination technique, it can be easily incorporated into a multilayer wiring board, a semiconductor element housing package, or the like.
[0048]
Furthermore, by appropriately selecting the relative permittivity of the dielectric material constituting the dielectric substrate and the dielectric layer, even when the frequency is low, it is much smaller than the magic T using the conventional rectangular waveguide. Can be
[0049]
A portion corresponding to a metal pole or a metal plate as an impedance matching device provided in the branch portion can be easily produced by forming a similar through hole and printing a conductor paste.
[0050]
As described above, according to the present invention, the magic T having good transmission / branching characteristics can be obtained accurately and stably, and the magic T having high productivity can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an example of an embodiment of a laminated magic T of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of another example of the embodiment of the laminated magic T of the present invention.
FIG. 3 is an exploded perspective view for explaining a method of manufacturing the laminated magic T of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing an example of a conventional magic T. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Upper main conductor layer 1a ...
71 ・ ・ ・ ・ ・ First dielectric substrate
72 ... second dielectric substrate a ... first dielectric waveguide line b ... vertical dielectric waveguide line cd ... second Dielectric waveguide line
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