JP4712841B2 - 導波管・ストリップ線路変換器及び高周波回路 - Google Patents

Description

本発明は、導波管・ストリップ線路変換器及び高周波回路に係り、更に詳しくは、マイクロ波、ミリ波を伝送するための導波管及びストリップ線路間において電力変換を行う導波管・ストリップ線路変換器、並びに、このような導波管・ストリップ線路変換器を利用した高周波回路に関する。

導波管及びストリップ線路を接続する場合に、導波管及びストリップ線路の伝送電力を相互に変換する導波管・ストリップ線路変換器が用いられる（例えば、特許文献１）。一般的な導波管・ストリップ線路変換器では、ストリップ線路から短絡面までの距離を管内波長λの１／４にするための短絡導波管ブロックが必要となる。このため、マイクロ波やミリ波用の導波管・ストリップ線路変換器ではその小型化が難しく、また、製造時に短絡面の位置決めを高精度で行う必要があった。このような問題点を解決するために改良された導波管・ストリップ線路変換器が知られている（例えば、特許文献２）。

図１７及び図１８は、特許文献２に示された導波管・ストリップ線路変換器の構成を示した図である。図１７は斜視図、図１８は、図１７の誘電体基板１の平面図であり、図中の（ａ）に誘電体基板１の上面、（ｂ）に誘電体基板１の下面が示されている。この導波管・ストリップ線路変換器１０９は、導波管２の開口部が、誘電体基板１の下面に密着固定されており、当該誘電体基板１の上面には短絡板３が形成され、その切り込み１１内にストリップ線路５が形成されている。一方、誘電体基板１の下面には矩形からなる整合素子７’が形成されている。ストリップ線路５及び整合素子７’は、誘電体基板１を挟んで近接して配置されることにより互いに電磁的に結合し、この電磁的結合によって電力変換が行われる。従って、短絡導波管ブロックを必要としない導波管・ストリップ線路変換器を実現することができる。しかも、上記誘電体基板１上に高周波回路を形成することができるため、装置全体を更に小型化することができる。
特開平１０−１２６１１４号公報 特開２００２−３５９５０８号公報

一般に、導波管は、断面が長方形の中空部を有し、この中空部内に形成される電磁界によって高周波電力を伝送しており、この中空部内には、理論上、その短辺に平行な電界しか存在しないことが知られている。このため、導波管・ストリップ線路変換器の変換効率は、ストリップ線路と短辺のなす角度によって変化する。つまり、ストリップ線路を短辺と平行にすれば最大の変換効率が得られ、上記角度が４５°を超えると変換効率が顕著に低下し、９０°に近づくと変換器として機能しなくなる。

このため、従来の導波管・ストリップ線路変換器では、ストリップ線路が導波管の短辺と略平行となるように配置されていた。つまり、ストリップ線路の引き出し方向が、導波管の長辺側に限定され、誘電体基板上における導波管・ストリップ線路変換器のレイアウトの自由度が低いという問題があった。

特に、同じ誘電体基板上に２以上の導波管・ストリップ線路変換器を整列配置させた高周波回路を小型化しようとする場合に障害となる。各導波管・ストリップ線路変換器から同一方向へストリップ線路を引き出そうとする場合に、ストリップ線路を導波管の短辺側から引き出すことができなければ、隣接する導波管の短辺が対向するように各導波管を配置する必要がある。このため、隣接する導波管の長辺が対向するように各導波管を配置した場合に比べ、導波管のピッチが広くなり、小型化には不利となる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、変換効率の低下を抑制しつつ、ストリップ線路を導波管の短辺に対し傾斜させて配置した導波管・ストリップ線路変換器を提供することを目的とする。特に、実用的な変換効率を確保しつつ、導波管の短辺と交差させてストリップ線路を配置した導波管・ストリップ線路変換器を提供することを目的とする。

また、本発明は、導波管の２以上の辺のうち、任意の辺と交差させてストリップ線路を配置することができる導波管・ストリップ線路変換器を提供することを目的とする。特に、導波管の４辺のうち、任意の辺に交差させてストリップ線路を配置することができる導波管・ストリップ線路変換器を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、同一の誘電体基板上に２以上の導波管・ストリップ線路変換器を整列配置させた高周波回路を小型化することを目的とする。特に、同一の誘電体基板上にフェーズドアレイアンテナと２以上の導波管・ストリップ線路変換器とが形成された高周波回路を小型化することを目的とする。

第１の本発明による導波管・ストリップ線路変換器は、導波管の矩形からなる開口部を閉鎖する第一面を有する誘電体基板と、上記誘電体基板の第二面に形成され、上記導波管を短絡させる短絡板と、上記誘電体基板の第一面に形成され、上記開口部の短辺に対し傾いた方向に延びる整合素子と、上記短絡板の切り込み内に形成され、上記整合素子を更に傾けた方向に配置され、上記整合素子と電磁的に結合するストリップ線路とを備えて構成される。

この様な構成により、開口部の短辺及びストリップ線路のなす角度は、開口部の短辺及び整合素子のなす角度と、整合素子及びストリップ線路のなす角度との和となり、ストリップ線路を開口部の短辺に対し傾けて配置した場合であっても、そのことによる変換効率の低下を抑制することができる。特に、実用的な変換効率を確保しつつ、ストリップ線路を開口部の短辺に対し４５°を越えて傾斜させることが可能になる。

第２の本発明による導波管・ストリップ線路変換器は、上記構成に加えて、上記ストリップ線路が、上記開口部の短辺と交差するように配置される。この様な構成により、誘電体基板上における導波管・ストリップ線路変換器のレイアウトの自由度を向上させることができる。

第３の本発明による導波管・ストリップ線路変換器は、上記構成に加えて、上記整合素子が、上記開口部の長手中央を通るように配置される。導波管は、その断面の長手方向の中央において電界強度が最大になることから、上記開口部の長手中央を通るように整合素子を配置することにより、変換効率を向上させることができる。

第４の本発明による導波管・ストリップ線路変換器は、上記構成に加えて、上記整合素子が、上記開口部の短辺を互いに逆向きに傾けた各方向に延びる２つの傾斜素子片を含む形状からなる。この様な構成により、ストリップ線路を開口部の２つの短辺のいずれからでも引き出すことができ、導波管・ストリップ線路変換器のレイアウトの自由度を更に向上させることができる。

第５の本発明による導波管・ストリップ線路変換器は、上記構成に加えて、上記整合素子が、上記開口部の長辺と平行に延び、２つの上記傾斜素子片を連結する連結素子片を含む形状からなる。この様な構成により、ストリップ線路を開口部の４辺のいずれからでも引き出すことができ、導波管・ストリップ線路変換器のレイアウトの自由度を更に向上させることができる。

第６の本発明による高周波回路は、上記構成に加えて、同一の誘電体基板上に２以上の導波管・ストリップ線路変換器が形成され、上記誘電体基板の第一面によって２以上の導波管の矩形からなる開口部が閉鎖される高周波回路であって、上記導波管・ストリップ線路変換器は、上記誘電体基板の第二面に形成され、上記導波管を短絡させる短絡板と、上記誘電体基板の第一面に形成され、上記開口部の短辺に対し傾いた方向に延びる整合素子と、上記短絡板の切り込み内に形成され、上記整合素子を更に傾けた方向に延び、上記開口部の短辺と交差するように配置され、上記整合素子と電磁的に結合するストリップ線路とを有し、２以上の上記導波管は、上記開口部の長辺が互いに対向するように整列配置される。

ストリップ線路を導波管の開口部の短辺と交差させた導波管・ストリップ線路変換器を用いることによって、同一の誘電体基板上に２以上の導波管・ストリップ線路変換器が形成された高周波回路において、隣接する導波管の開口部の長辺が対向するように各導波管を整列配置させることができる。従って、開口部の短辺が対向するように各導波管を整列配置させる場合と比較すれば、導波管の配置ピッチが同じであれば、導波管の間隔が広がり、製造が容易になる。また、導波管の間隔が同じであれば、導波管の配置ピッチを狭小化することができ、誘電体基板を小型化することができる。

第７の本発明による高周波回路は、上記構成に加えて、上記導波管・ストリップ線路変換器が、上記誘電体基板の端辺に沿って整列配置され、上記ストリップ線路が上記端辺とは反対側へ向って延びるように構成される。この様な構成により、誘電体基板の端辺に沿って多くの導波管・ストリップ線路変換器を整列配置することができ、誘電体基板を小型化することができる。

第８の本発明による高周波回路は、上記構成に加えて、２以上の上記ストリップ線路が、互いに平行に延びるアンテナ素子を形成し、２以上の上記アンテナ素子によって、フェーズドアレイアンテナが形成されるように構成される。この様な構成により、誘電体基板上に特性の揃ったアンテナ素子を互いに平行に形成し、各アンテナ素子を同一の誘電体基板上に形成された導波管・ストリップ線路変換器に接続しようとする場合に、各アンテナ素子を狭ピッチで配置することができるので、小型で高性能なアンテナ装置を実現することができる。

本発明による導波管・ストリップ線路変換器は、整合素子が導波管の開口部の短辺を傾斜させた方向に延び、上記整合素子と電磁的に結合させるストリップ線路が、上記整合素子を更に傾斜させた方向に配置されている。このため、変換効率の低下を抑制しつつ、ストリップ線路を導波管の短辺に対し傾斜させて配置することができる。特に、実用的な変換効率を確保しつつ、導波管の短辺と交差させてストリップ線路を配置させることができる。

また、本発明による導波管・ストリップ線路変換器は、上記整合素子が、導波管の開口部の短辺を互いに逆向きに傾斜させた各方向に延びる２つの傾斜素子片を含む形状からなる。このため、導波管の２以上の辺のうち、任意の辺と交差させてストリップ線路を配置することができる。

さらに、本発明による高周波回路は、各導波管・ストリップ線路変換器を構成するストリップ線路を導波管の開口部の短辺と交差するように配置し、各導波管を互いの開口部の長辺を対向させるように配置している。このため、高周波回路を小型化することができる。また、小型で高性能なフェーズドアレイアンテナを実現することができる。

実施の形態１．
図１〜図３は、本発明の実施の形態１による導波管・ストリップ線路変換器の一構成例を示した図である。図１には展開斜視図、図２には誘電体基板１の平面図、図３には図１のＡ−Ａ切断線による断面図が示されている。

この導波管・ストリップ線路変換器１００は、ストリップ線路５が形成された誘電体基板１によって構成される。この誘電体基板１は、導波管２の開口部２１に配置され、導波管２及びストリップ線路５の伝送電力を相互に変換することができる。更に、誘電体基板１上においてストリップ線路５が導波管２の短手側へ引き出されているため、従来の導波管・ストリップ線路変換器１０９に比べて、レイアウト上の自由度が高く、装置全体を容易に小型化することができる。

導波管２は、導電性材料からなる管壁２２によって囲まれた中空部２３を有し、この中空部２３内を電波が伝搬する。この導波管２は、管壁２２が２つの狭壁及び２つの広壁からなる方形導波管であり、伝搬方向に直交する中空部２３の断面は、広壁に相当する長辺２Ｌと狭壁に相当する短辺２Ｓからなる長方形となっている。さらに、導波管２の一端には開口部２１が形成されている。この開口部２１は、導波管２を伝搬方向に直交する切断面によって切断することによって形成され、中空部２３と同一の形状からなる。

誘電体基板１は、その下面が導波管２の開口部２１を閉鎖するように配置されている。この誘電体基板１は開口部２１よりも広く、誘電体基板１上の閉鎖領域１２によって開口部２１が閉鎖され、閉鎖領域１２周辺の誘電体基板１上に管壁２２の端面が密着固定されている。更に、誘電体基板１の両面には、導電性金属の薄膜が形成されている。誘電体基板１の上面には、短絡板３及びストリップ線路５が設けられ、下面には、接地板６及び整合素子７が設けられている。これらの薄膜は、蒸着やスパッタリングなどの方法によって誘電体基板１上に成膜され、必要に応じてフォトエッチングなどの方法によってパターニングされている。

短絡板３は、誘電体基板１の閉鎖領域１２の大部分を覆うように形成され、導波管２の短絡面を構成している。また、短絡板３には、閉鎖領域１２に達するストリップ状の切り込み１１が形成され、この切り込み１１内にストリップ線路５が形成されている。ストリップ線路５は、短絡板３から一定の距離を隔てて配置され、短絡板３とともにコプレーナ線路を形成している。短絡板３の切り込み１１は、開口部２１の長辺２Ｌと平行に延び、短辺２Ｓの一つと交差するように形成されている。つまり、ストリップ線路５は、誘電体基板１上において、閉鎖領域１２内から導波管２の短手側へ引き出されるように配置されている。

接地板６は、閉鎖領域１２を残して、閉鎖領域１２を取り囲むように形成されている。この接地板６に導波管２の端面を密着させることによって、接地板６及び導波管２を導通させている。整合素子７は、接地板６と導通しないように、閉鎖領域１２内に形成されたＶ字形状のストリップ素子である。この整合素子７は、その一部が誘電体基板１を挟んでストリップ線路５と重複するように配置され、ストリップ線路５と電磁的に結合されている。この電磁的結合は、誘電体基板１の誘電率や厚さなどによって制御することができるため、短絡導波管ブロックを用いる従来の構造に比べて、加工が容易であり、また、小型化にも適している。

スルーホール８は、誘電体基板１の貫通孔に導電性材料を充填させることにより形成されている。このスルーホール８を介して、短絡板３及び接地板６を導通させ、短絡板３を導波管２と同電位に保持している。また、閉鎖領域１２の周辺に複数のスルーホール８を配置し、閉鎖領域１２を取り囲むことによって、誘電体基板１における電力損失を抑制している。

図４は、図１の整合素子７及びストリップ線路５の一構成例を示した図である。整合素子７は、整合素子片７１〜７３によって構成される左右対称のＶ字形状からなり、閉鎖領域１２の略中央に配置されている。整合素子片７１は、開口部２１の短辺２Ｓを反時計回りに傾斜させた方向に延びる形状からなるストリップ素子である。一方、整合素子片７３は、短辺２Ｓを時計回りに傾斜させた方向に延びる形状からなるストリップ素子である。つまり、整合素子片７１及び７３は、短辺２Ｓに対し逆方向に傾斜させた傾斜素子片である。整合素子片７３は、長辺２Ｌと平行に延びる直線形状からなるストリップ素子であり、整合素子片７１及び７３のより近い一端を連結する連結素子片である。

導波管２内には短辺２Ｓに平行な電界しか存在せず、当該電界は、長手中央において最大となることが知られている。このため、導波管２の長辺２Ｌを垂直二等分する中心線２Ｃを通るように整合素子７を配置することが望ましい。ここでは、整合素子７が中心線２Ｃに関し対称となるように配置されている。また、ストリップ線路５の閉鎖領域１２への挿入量と、短辺２Ｓの中央からの距離とを調整することにより、インピーダンス整合を図ることができる。

ストリップ線路５は、その先端が整合素子片７３と重複しており、当該先端から導波管２の長辺２Ｌと平行に延び、開口部２１の短辺２Ｓの略中央を通って、閉鎖領域１２から引き出されるように配置されている。導波管・ストリップ線路変換器１００の周波数帯域の中心周波数は、整合素子７の形状によって決まる。すなわち、Ｖ字形状の屈曲部と先端、つまり、整合素子片７２の中央下端と、整合素子片７３の先端とを結んだ直線Ｌの長さが整合素子７の共振長であり、この共振長は誘電体基板１内の伝搬波長の１／２に一致させておく必要がある。なお、整合素子７の位置を導波管２の長辺２Ｌに平行に動かすことによって中心周波数を調整することもできる

開口部２１の短辺２Ｓ及び整合素子片７３の共振方向がなす角度をθ１、当該共振方向及びストリップ線路５がなす角度をθ２、短辺２Ｓ及びストリップ線路５がなす角度をθ３とすれば、θ３＝θ１＋θ２の関係が成り立っている。短辺２Ｓ及びストリップ線路５のなす角度が４５°を超えると、導波管・ストリップ線路変換器の変換効率は急激に低下する。このため、角度θ３を２つの角度θ１及びθ２に分割することによって、変換効率を著しく低下させることなく、ストリップ線路５を短辺２Ｓに対し、大きく傾斜させて配置することができる。その結果、従来の導波管・ストリップ線路変換器１０９において、ストリップ線路５のみを角度θ３だけ傾けた場合に比べて、高い変換効率が得られる。

特に、従来の導波管・ストリップ線路変換器１０９ではθ３が９０°に近い値であれば、実用的な変換効率が得られないのに対し、本実施の形態による導波管・ストリップ線路変換器１００では、θ１及びθ２をそれぞれ４５°にすることによって、十分な変換効率を確保することができる。つまり、変換効率を著しく低下させることなく、ストリップ線路５を導波管２の短手側へ引き出すことが可能になる。

図５は、実施の形態１による導波管・ストリップ線路変換器１００における透過量及び反射量を計測した計測結果が示されている。この導波管・ストリップ線路変換器１００は、７５ＧＨｚが中心周波数となるように整合素子７の共振長Ｌを決定するとともに、最も高い変換効率が得られるように、ストリップ線路５の短辺２Ｓと交差させる位置や閉鎖領域１２への挿入長が最適化されている。このような導波管・ストリップ線路変換器１００を用いれば、良好な変換特性が得られることがわかる。

図６は、実施の形態１による導波管・ストリップ線路変換器１００の透過量を従来の装置と比較して示した図である。図中の（ａ）は、図６に示した本発明による導波管・ストリップ線路変換器１００の場合であり、透過率は−０．４５ｄＢであった。これに対し、図中の（ｂ）は、従来の導波管・ストリップ線路変換器１０９において、ストリップ線路５を開口部２１の長辺２Ｌと平行に引き出し、開口部２１の短辺２Ｓと交差するように配置した導波管・ストリップ線路変換器１０９’の例である。この導波管・ストリップ線路変換器１０９’の場合、透過率は−４０ｄＢであり、電力がほとんど透過していないことがわかる。

図７は、実施の形態１による導波管・ストリップ線路変換器の他の構成例について、その透過量を従来の装置と比較して示した図である。図中の（ａ）に示した導波管・ストリップ線路変換器１０１は、導波管・ストリップ線路変換器１００と同様、Ｖ字形状の整合素子７を備えているが、ストリップ線路５の先端を整合素子７の屈曲部と重複させ、短辺２Ｓと平行となるように、長辺２Ｌの略中央からストリップ線路５を引き出している。この導波管・ストリップ線路変換器１０１の透過量は−０．３０ｄＢであった。一方、図中の（ｂ）は、従来の導波管・ストリップ線路変換器１０９の場合であり、透過量は−０．３０ｄＢであった。つまり、両者の透過量は同一であった。

この結果から、実施の形態１による導波管・ストリップ線路変換器１００は、変換効率を顕著に低下させることなく、ストリップ線路５を開口部２１の長辺２Ｌ、短辺２Ｓのいずれ側へ引き出すこともできることがわかる。しかも、整合素子７が左右対称形であり、整合素子片７３を利用して右の短辺２Ｓからストリップ線路５を引き出すことができるのと全く同様にして、整合素子片７１を利用して左の短辺２Ｓからもストリップ線路５を引き出すことができる。

図８は、実施の形態１による導波管・ストリップ線路変換器１００からストリップ線路５が引き出し可能な方向の一例を示した図であり、導波管の長辺２Ｌが横軸、短辺２Ｓが縦軸となるように示されている。図中のＬ１〜Ｌ３は、整合素子片７１〜７３の共振方向であり、Ｄ１〜Ｄ３は、ストリップ線路５を引き出すことができる方向である。

導波管２内の電界方向及び整合素子７の共振方向がなす角度が４５°を大きく越えている場合、導波管・ストリップ線路変換器１００の変換効率は著しく低下する。このため、整合素子片７１、７３の共振方向Ｌ１、Ｌ３が、短辺２Ｓとなす角度は４５°以下であることが望ましい。このため、図８では、共振方向Ｌ１、Ｌ３が、短辺２Ｓを逆方向にそれぞれ４５°傾斜させた方向である場合が示されている。なお、整合素子片７２の共振方向Ｌ１は、短辺２Ｓと平行になっている。

また、整合素子７の共振方向及びストリップ線路５のなす角度が４５°を大きく越えている場合、導波管・ストリップ線路変換器１００の変換効率が著しく低下する。このため、引き出し方向Ｄ１〜Ｄ３は、それぞれ共振方向Ｌ１〜Ｌ３から４５°以下の範囲となっていることが望ましい。このため、縦軸の上向き方向を０°とすれば、０°〜９０°、１３５°〜２２５°及び２７０°〜３６０°の方向にストリップ線路５を引き出すことができる。つまり、上下左右の任意の方向へ引き出すことができ、斜め方向に引き出すこともできる。

本実施の形態による導波管・ストリップ線路変換器１００，１０１は、整合素子７をＶ字形状とすることにより、変換効率を顕著に低下させることなく、ストリップ線路５を開口部２１の長辺２Ｌ、短辺２Ｓのいずれからでも引き出すことができる。従って、誘電体基板１上におけるレイアウトの自由度を向上させることができる。

なお、上記実施の形態では、整合素子５が対称形である場合の例について説明したが、本発明はこの様な場合には限定されない。すなわち、整合素子５が、開口部２１の短辺２Ｓに対し傾斜させた整合素子片７１及び７３を有する形状であればよく、必ずしも対称形である必要はない。ただし、対称形であれば、ストリップ線路５を２つの短辺２Ｓのいずれ側から引き出しても同じ変換特性を得ることができる。

また、上記実施の形態では、整合素子７が３つの整合素子片７１〜７３によって構成され、各整合素子片７１〜７３が、直線形状からなる場合について説明したが、本発明はこの様な場合には限定されない。図９は、整合素子７の他の構成例を示した図である。図中の（ａ）には、その外縁が曲線で構成される整合素子７が示されている。また、図中の（ｂ）には、整合素子片７１及び７３のみで構成され、整合素子片７２を有しない整合素子７の例が示されている。このような整合素子７を上記導波管・ストリップ線路変換器１００に適用してもよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、１つのストリップ線路５を有する導波管・ストリップ線路変換器１００，１０１について説明した。これに対し、本実施の形態では、２以上のストリップ線路５１〜５３を有する導波管・ストリップ線路変換器１０２〜１０４の例について説明する。

図１０は、実施の形態２による導波管・ストリップ線路変換器の一構成例を示した図である。この導波管・ストリップ線路変換器１０２は、２つのストリップ線路５１、５３を有する２ポート型の変換器である。ストリップ線路５１は、その先端が整合素子片７１と重複するように配置され、左の短辺２Ｓの略中央から引き出されている。一方、ストリップ線路５３は、その先端が整合素子片７３と重複するように配置され、右の短辺２Ｓの略中央から引き出されている。ストリップ線路５１，５３の透過量はそれぞれ−３．４ｄＢであり、導波管・ストリップ線路変換器１０２は、２ポート型の変換器として使用することができる。

図１１は、実施の形態２による導波管・ストリップ線路変換器の他の構成例を示した図である。この導波管・ストリップ線路変換器１０３は、３つのストリップ線路５１〜５３を有する３ポート型の変換器である。すなわち、図９の導波管・ストリップ線路変換器１０２に、更にストリップ線路５２を加えて構成される。ストリップ線路５２は、ストリップ線路５の先端を整合素子７の屈曲部と重複させ、長辺２Ｌの略中央から引き出されている。ストリップ線路５１，５３の透過量はそれぞれ−６．３ｄＢ、ストリップ線路５２の透過量は−３．５ｄＢであり、導波管・ストリップ線路変換器１０３は、３ポート型の変換器として使用することができる。

図１２は、実施の形態２による導波管・ストリップ線路変換器の更に他の構成例を示した図である。この導波管・ストリップ線路変換器１０４も３ポート型の変換器であるが、ストリップ線路５１及び５３の配置が図１１の場合とは異なっている。この導波管・ストリップ線路変換器１０４は、図９の導波管・ストリップ線路変換器１０３のストリップ線路５１及び５３を開口部２１の短辺２Ｓと平行に、長辺２Ｌと交差させて引き出している。すなわち、一方の長辺２Ｌからストリップ線路５２が引き出され、他方の長辺２Ｌからストリップ線路５１，５３が引き出されている。各ストリップ線路５１〜５３の透過量は、導波管・ストリップ線路変換器１０３の場合と同様である。

実施の形態３．
実施の形態１では、整合素子７がＶ字形状からなる導波管・ストリップ線路変換器１００について説明した。これに対し、本実施の形態では、整合素子７が開口部２１の短辺２Ｓに対し傾斜させた直線形状からなる場合について説明する。

図１３は、実施の形態３による導波管・ストリップ線路変換器の一構成例を示した図である。この導波管・ストリップ線路変換器１０５は、図１〜図４に示した導波管・ストリップ線路変換器１００（実施の形態１）と比較すれば、整合素子７の形状が異なっている。

整合素子７は、開口部２１の短辺２Ｓに対し傾斜させた方向に直線的に延びる形状からなり、実施の形態１における整合素子片７３に相当する。整合素子７は、開口部２１の長手中央を示す中心線２Ｃを通るように配置されていることが望ましいことは、実施の形態１の場合と同様である。

ストリップ線路５は、実施の形態１の場合と同様、その先端が整合素子７と重複しており、開口部２１の長辺と平行に延び、導波管２の短辺２Ｓの略中央を通って開口部２１から引き出されるように配置されている。つまり、整合素子７は短辺２Ｓを時計回りに傾斜させた方向に延びており、ストリップ線路５は、上記共振方向を時計回りに更に傾斜させた方向に配置されている。このため、変換効率の低下を抑制しつつ、ストリップ線路５を短辺２Ｓに対し傾斜させて配置することができる。

本実施の形態による導波管・ストリップ線路変換器１０５は、整合素子７を開口部２１の短辺２Ｓに対し傾斜させた方向に延びる形状とすることにより、変換効率を顕著に低下させることなく、ストリップ線路５を開口部２１の短辺２Ｓから引き出すことができる。従って、誘電体基板１上におけるレイアウトの自由度を向上させることができる。

なお、実施の形態では、整合素子７が直線形状からなる場合について説明したが、本発明はこのような場合には限定されない。すなわち、開口部２１の短辺２Ｓに対し傾斜させた方向に共振するモードが得られる形状であればよく、整合素子７が直線形状である場合には限定されない。

また、本実施の形態では、短辺２Ｓに対し整合素子７を時計回りに傾斜させ、整合素子７に対しストリップ線路５を時計回りに傾斜させた場合の例について説明したが、本発明は、この様な場合には限定されない。すなわち、整合素子７及びストリップ線路５を傾斜させる方向が同一方向であればよく、反時計回りであってもよいことは言うまでもない。更に、ストリップ線路５が短辺２Ｓに直交している場合には、整合素子７が当該短辺２Ｓに対し傾斜していればよく、その方向は問わない。

実施の形態４．
図１４は、本発明の実施の形態４による高周波回路の一構成例を示した図である。この高周波回路２００は、導波管ブロック３０を第１及び第２の回路基板３１及び３２により挟み込んで構成される。

第１の回路基板３１は、誘電体基板からなり、その端辺に沿って形成された変換器領域Ａ１と、残りの領域に形成された回路領域Ａ２とに区分されている。変換器領域Ａ１には、２以上の導波管・ストリップ線路変換器１００が形成されている。回路領域Ａ２には、２以上のアンテナ素子３４により構成される複合アンテナ３５が形成されている。各アンテナ素子３４は、互いに平行に延びるストリップ線路５によって形成され、各ストリップ線路５は、導波管・ストリップ線路変換器１００にそれぞれ接続されている。

導波管ブロック３０は、２以上の独立した中空部２３を有する金属ブロックであり、一体的に形成された２以上の導波管２に相当する。各導波管２ごとに、上面及び下面に開口部２１Ｕ及び２１Ｄを有している。上面の開口部２１Ｕは、第１の回路基板３１の下面によって閉鎖され、対応する導波管・ストリップ線路変換器１００にそれぞれ接続されている。一方、下面の開口部２１Ｄは、第２の回路基板３２に接続されている。第２の回路基板３２には、導波管２がそれぞれ接続される高周波回路、例えば、ミリ波やマイクロ波の送受信回路が形成されている。ここでは、第２の回路基板３２の上面には、各開口部２１Ｄと対向させてＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）３８が設けられており、各アンテナ素子３４の制御を行っている。

上記複合アンテナ３５がフェーズドアレイアンテナである場合、アンテナ素子３４の特性は同一であることが望ましい。すなわち、各アンテナ素子３４の向きや形状が同一であることが望ましく、また、互いに平行に形成されていることが望ましい。このため、２以上の導波管・ストリップ線路変換器１００は、第１の回路基板３１の端辺に沿って一列に整列配置され、各導波管・ストリップ線路変換器１００からは、回路領域Ａ２に向ってストリップ線路５が引き出され、各アンテナ素子３４を形成している。なお、各導波管・ストリップ線路変換器１００の短絡板３は、互いに導通している方がより望ましいが、導波管・ストリップ線路変換器１００ごとに分離されていてもよい。接地板６についても全く同様である。

図１５は、図１４の高周波回路２００をＢ−Ｂ切断線により切断した場合の断面図である。導波管ブロック３０の上面には、開口部２１Ｕを取り囲むリム３７が設けられている。リム３７は、平坦な導波管ブロック３０の上面から一定の高さだけ突出させた環状体であり、開口部２１Ｕごとに形成されている。このようなリム３７を設けることによって、第１の回路基板３１の下面と、導波管ブロック３０の上面と会合させた状態で固定すれば、開口部２１Ｕを第１の回路基板３１の下面によって確実に閉鎖することができる。同様にして、導波管ブロック３０の下面にも開口部２１Ｄを取り囲むリム３７が設けられている。

図１６は、図１４の変換器領域Ａ１を従来例と比較して示した図である。図中の（ａ）には、本実施の形態による例、図中の（ｂ）には、比較例として従来例が示されている。いずれも長辺が２．５４ｍｍ、短辺が１．２７ｍｍの導波管２を３ｍｍピッチで配列した場合の例である。

本実施の形態による導波管・ストリップ線路変換器１００は、導波管２の短辺２Ｓ側からストリップ線路５が引き出されている。また、ストリップ線路５は、誘電体基板１の端辺とは反対側、つまり、回路領域Ａ２側へ引き出す必要がある。このため、図中の（ａ）に示した通り、導波管ブロック３０の上面に形成される２以上の開口部２１Ｕは、長辺２Ｌを互いに対向させるように配列される。これに対し、従来の導波管・ストリップ線路変換器１０９は、導波管２の長辺２Ｌ側からストリップ線路５が引き出されている。このため、図中の（ｂ）に示した通り、導波管ブロック３０の上面に形成される２以上の開口部２１Ｕは、短辺２Ｓを互いに対向させるように配列される。

その結果、導波管２を同一のピッチで配置したとしても、従来の導波管・ストリップ線路変換器１０９では、開口部２１Ｕの間隔が狭く、リム３７の幅を考慮すれば、高い加工精度が求められる。これに対し、本実施の形態による導波管・ストリップ線路変換器１００では、開口部２１Ｕの間隔が広く、容易に加工することができる。しかも、導波管・ストリップ線路変換器１００の場合には、開口部２１Ｕのピッチを更に狭小化させることが可能であり、それに伴って、ストリップ線路５の間隔を更に狭小化することができる。

開口部２１Ｕの長辺２Ｌを対向させて、狭ピッチで配列させた場合と、開口部２１Ｕの短辺２Ｓを対向させて、より広いピッチで配列させた場合とを比較しても、変換器領域Ａ１の面積に大きな差は生じない。しかしながら、ストリップ線路を狭ピッチで配置させることができれば、回路領域Ａ２の面積を小さくすることができる。このため、誘電体基板１の面積を小さくすることができ、高周波回路２００をより小型化することができる。特に、誘電体基板１に占める面積が、変換器領域Ａ１よりも回路領域Ａ２の方が大きい場合には、その効果が顕著となる。

本実施の形態によれば、同一の誘電体基板上に２以上の導波管・ストリップ線路変換器１００が形成された高周波回路２００において、隣接する開口部２１Ｕの長辺２Ｌが対向するように、導波管ブロック３０の各開口部２１Ｕを整列配置させることによって、開口部２１Ｕの配置ピッチが同じであれば、導波管の間隔を広がり、製造が容易になる。また、開口部２１Ｕの間隔が同じであれば、開口部２１Ｕの配置ピッチを狭小化することができ、誘電体基板１を小型化し、高周波回路２００を小型化することができる。

特に、誘電体基板１上に特性の揃ったアンテナ素子３４を互いに平行に形成し、各アンテナ素子３４を同一の誘電体基板１上の導波管・ストリップ線路変換器１００にそれぞれ接続してフェーズドアレイアンテナを製作すれば、小型で高性能のアンテナを実現することができる。このようなフェーズドアレイアンテナは、例えば、自動車用のミリ波レーダ用のアンテナとして好適である。

なお、本実施の形態では、複数の導波管を一体化した導波管ブロック３０を用いる場合の例について説明したが、本発明は、このような導波管ブロック３０を用いる場合には限定されない。すなわち、導波管２がそれぞれ独立している高周波回路にも、全く同様にして本発明を適用することができる。

本発明の実施の形態１による導波管・ストリップ線路変換器１００を示した斜視図である。 図１の誘電体基板１の平面図である。 図２のＡ−Ａ切断線による断面図が示されている。 図１の整合素子７及びストリップ線路５の一構成例を示した図である。 導波管・ストリップ線路変換器１００における透過量及び反射量を計測した計測結果が示されている。 導波管・ストリップ線路変換器１００の透過量を従来の装置と比較して示した図である。 導波管・ストリップ線路変換器１０１の透過量を従来の装置と比較して示した図である。 導波管・ストリップ線路変換器１００からストリップ線路５が引き出し可能な方向の一例を示した図である。 整合素子７の他の構成例を示した図である。 本発明の実施の形態２による２ポート型の導波管・ストリップ線路変換器１０２を示した図である（実施の形態２）。 ３ポート型の導波管・ストリップ線路変換器１０３を示した図である。 実施の形態３による導波管・ストリップ線路変換器１０４を示した図である。 実施の形態３による導波管・ストリップ線路変換器１０５を示した図である。 本発明の実施の形態４による高周波回路２００を示した図である。 図１４の高周波回路２００をＢ−Ｂ切断線により切断した場合の断面図である。 図１４の変換器領域Ａ１を従来例と比較して示した図である。 従来の導波管・ストリップ線路変換器１０９の構成を示した斜視図である。 図１７の誘電体基板１の平面図である。

符号の説明

１ 誘電体基板
２ 導波管
２Ｃ 中心線
２Ｌ 長辺
２Ｓ 短辺
３ 短絡板
５ ストリップ線路
６ 接地板
７ 整合素子
８ スルーホール
１１ 切り込み
１２ 閉鎖領域
２１，２１Ｕ，２１Ｄ 開口部
２２ 管壁
２３ 中空部
３０ 導波管ブロック
３１，３２ 回路基板
３４ アンテナ素子
３５ 複合アンテナ
３７ リム
３８ ＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）
５，５１〜５３ ストリップ線路
７１〜７３ 整合素子片
１００〜１０５ 導波管・ストリップ線路変換器
２００ 高周波回路
Ａ１ 変換器領域
Ａ２ 回路領域
Ｄ１〜Ｄ３ ストリップ線路５の引き出し方向
Ｌ，Ｌ１〜Ｌ３ 整合素子７の共振方向

Claims (8)

1. 導波管の矩形からなる開口部を閉鎖する第一面を有する誘電体基板と、
   上記誘電体基板の第二面に形成され、上記導波管を短絡させる短絡板と、
   上記誘電体基板の第一面に形成され、上記開口部の短辺に対し傾いた方向に延びる整合素子と、
   上記短絡板の切り込み内に形成され、上記整合素子を更に傾けた方向に配置され、上記整合素子と電磁的に結合するストリップ線路とを備えたことを特徴とする導波管・ストリップ線路変換器。
2. 上記ストリップ線路は、上記開口部の短辺と交差するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の導波管・ストリップ線路変換器。
3. 上記整合素子は、上記開口部の長手中央を通るように配置されることを特徴とする請求項１に記載の導波管・ストリップ線路変換器。
4. 上記整合素子は、上記開口部の短辺を互いに逆向きに傾けた各方向に延びる２つの傾斜素子片を含む形状からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の導波管・ストリップ線路変換器。
5. 上記整合素子は、上記開口部の長辺と平行に延び、２つの上記傾斜素子片を連結する連結素子片を含む形状からなることを特徴とする請求項４に記載の導波管・ストリップ線路変換器。
6. 同一の誘電体基板上に２以上の導波管・ストリップ線路変換器が形成され、上記誘電体基板の第一面によって２以上の導波管の矩形からなる開口部が閉鎖される高周波回路において、
   上記導波管・ストリップ線路変換器は、
   上記誘電体基板の第二面に形成され、上記導波管を短絡させる短絡板と、
   上記誘電体基板の第一面に形成され、上記開口部の短辺に対し傾いた方向に延びる整合素子と、
   上記短絡板の切り込み内に形成され、上記整合素子を更に傾けた方向に延び、上記開口部の短辺と交差するように配置され、上記整合素子と電磁的に結合するストリップ線路とを有し、
   ２以上の上記導波管は、上記開口部の長辺が互いに対向するように整列配置されることを特徴とする高周波回路。
7. 上記導波管・ストリップ線路変換器は、上記誘電体基板の端辺に沿って整列配置され、上記ストリップ線路が上記端辺とは反対側へ向って延びることを特徴とする請求項６に記載の高周波回路。
8. ２以上の上記ストリップ線路は、互いに平行に延びるアンテナ素子を形成し、２以上の上記アンテナ素子によって、フェーズドアレイアンテナが形成されることを特徴とする請求項６又は７に記載の高周波回路。

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