CN1499667A - 高频组件、模式变换结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种高频组件和模式变换结构及方法，能够在多个波导之间很好地进行TEM模式和其它模式的模式变换。为此，本发明的高频组件具有传输TEM模式的电磁波的作为第1波导的微带线路10和与该第1波导偶合传输和TEM模式不同的其它模式的电磁波的作为第2波导的多层结构的波导管型波导20。第1波导的端部在与接地电极的积层方向正交的方向上直接或间接地与第2波导的1个接地电极导通。使第1波导和第2波导的磁场方向在E面内一致来进行磁场偶合，所以，能够在多个波导之间很好地进行TEM模式和其它模式的模式变换。

Description

高频组件、模式变换结构及方法

技术领域

本发明涉及用于传输微波或毫米波等高频信号的高频组件以及用来进行不同波导间的模式变换的模式变换结构和方法。

背景技术

过去，作为用来传送微波波段或毫米波波段等高频信号的传输线路，已知的有带状线路、微带线路、同轴线路、波导管和电介质波导管等。它们通常用来构成高频谐振器和滤波器。此外，作为将这些高频器件模块化后形成的组件，有MMIC(单片微波集成电路)等。以下，将构成高频传输线路和滤波器等的微带线路和波导管等统称为波导。

这里，说明波导中电磁波的传输模式。图19(A)、(B)示出矩形波导管中的称为TE模式(TE₁₀模式)状态下的电场分布(同图(A))和磁场分布(同图(B))。在图19(A)、(B)中，截面S1～S5的位置分别对应。在图20中，示出截面S1的电磁场分布。如这些图所示那样，将只在截面方向存在电场分量、而在电磁波的行进方向(管轴方向)Z不存在电场分量的状态称作‘TE模式’。

此外，图21(A)、(B)示出称为TM模式(TM₁₁模式)状态下的电磁场分布。图21(A)示出在与管轴方向Z正交的XY截面内的电磁场分布，图21(B)示出侧面的YZ截面内的电磁场分布。如这些图所示那样，将只在截面方向存在磁场分量、而在电磁波的行进方向Z不存在磁场分量的状态称作‘TM模式’。

再有，在这些模式中，将与电场E平行的面称作‘E面’，与磁场H平行的面称作‘H面’。在图19(A)、(B)的TE模式的例子中，与XY平面平行的面是E面，与XZ平面平行的面是H面。

另一方面，在图22(A)、(B)所示的微带线路和同轴线路等中，存在称作TM模式的状态。这里，微带线路如图22(A)所示，相对配置接地导体101和由线路状导体构成的线路图形103，将电介质102夹在中间。同轴线路如图22(B)所示，在中心导体111的周围包着圆筒状的接地导体112。

图23(A)、(B)分别示出微带线路和同轴线路中的TEM模式的电磁场分布。如这些图所示，将电场分量和磁场分量只存在横截面内而在电磁波的行进方向Z不存在的状态称作‘TEM’模式。

在具有多个波导的高频组件中，必须采用将各波导相互连接的结构。特别当连接不同模式的波导时，必须采用在各波导间进行模式变换的结构。

过去，作为连接微带线路和波导管的结构，例如，如图24所示，有在管路中央设置脊形部121的所谓脊形波导管的结构。微带线路的线路图形103插入设有脊形部121的部分。这时，若微带线路是TEM模式，脊形波导管是TE模式，则微带线路中的电场分布如图25(A)所示，脊形部121中的电场分布如图25(B)所示。在连接部分，通过合并双方的电场分布，在微带线路和脊形波导管之间进行模式变换。

最近，出现了在多层结构的布线衬底内利用积层技术形成电介质波导管线路的结构。该结构具有将电介质夹在中间形成的多个接地导体和内面金属化了的、使接地导体导通的通孔，在由这些接地导体和通孔包围的区域内传输电磁波。作为将该多层结构的波导管和微带线路连接的结构，例如，有下面的专利文献1记载的结构。该专利文献1记载的结构基本上和使用了脊形波导管的结构一样，使用通孔在波导的中央部形成阶梯状的疑似脊形部。

此外，作为连接不同种类的波导的结构，例如有在电介质谐振器的底边的端部具有输入输出端子电极且将该输入输出端子电极与印刷电路板上的线路图形偶合的例子(专利文献2)。

【专利文献1】

特开2000—216605

【专利文献2】

特开2002—135003

这样，已经知道有几种连接不同波导的结构，但另一方面，对于作为多层结构的波导的最新技术的与不同波导的连接结构，还开发得不够充分。特别是在将TEM模式的波导和多层结构的波导连接的情况下，对于在它们之间进行适当的模式变换的变换结构来说，还有改善的余地。

发明内容

本发明是鉴于上述问题提出的，其目的在于提供一种高频组件以及模式变换结构和方法，能够在多个波导之间很好地进行TEM模式和其它模式的模式变换。

本发明的高频组件具有传输TEM模式的电磁波的第1波导和与第1波导偶合传输和TEM模式不同的其它模式的电磁波的第2波导。第2波导具有互相对置的至少2层的接地电极和由使至少2层的接地电极之间导通的导电体包围的区域，电磁波在该区域内传输。第1波导在与接地电极的积层方向正交的方向上延伸，其端部在与积层方向正交的方向上直接或间接地与第2波导的1个接地电极导通。此外，第1波导和第2波导在第2波导的E面进行磁场偶合，使第1波导传输的电磁波的磁场方向和第2波导传输的电磁波的磁场方向一致。

本发明的模式变换结构是用来在传输TEM模式的电磁波的第1波导和与该第1波导偶合并传输与TEM模式不同的其它模式的电磁波的第2波导之间进行不同波导间的模式变换的模式变换结构，第2波导具有互相对置的至少2层的接地电极和由使至少2层的接地电极之间导通的导电体包围的区域，电磁波在该区域内传输。第1波导在与接地电极的积层方向正交的方向上延伸，其端部在与积层方向正交的方向上直接或间接地与第2波导的1个接地电极导通。而且，第1波导和第2波导在第2波导的E面进行磁场偶合，使第1波导传输的电磁波的磁场方向和第2波导传输的电磁波的磁场方向一致，由此进行模式变换。

本发明的模式变换方法是一种结构体的模式变换方法，该结构体具有传输TEM模式的电磁波的第1波导和与该第1波导偶合传输和TEM模式不同的其它模式的电磁波的第2波导，第2波导具有互相对置的至少2层的接地电极和由使至少2层的接地电极之间导通的导电体包围的区域，电磁波在该区域内传输。第1波导在与接地电极的积层方向正交的方向上延伸，其端部在与积层方向正交的方向上直接或间接地与第2波导的1个接地电极导通。而且，第1波导和第2波导在第2波导的E面进行磁场偶合，使第1波导传输的电磁波的磁场方向和第2波导传输的电磁波的磁场方向一致，由此进行模式变换。

在本发明的高频组件、模式变换结构及方法中，第1波导传输TEM模式的电磁波。在第2波导中，和TEM模式不同的其它模式的电磁波在互相对置的至少2层的接地电极和由使至少2层的接地电极之间导通的导电体包围的区域内传输。第1波导的端部在与积层方向正交的方向上直接或间接地与第2波导的1个接地电极导通。而且，第1波导和第2波导在第2波导的E面进行磁场偶合，使第1波导传输的电磁波的磁场方向和第2波导传输的电磁波的磁场方向一致，由此，在第1波导和第2波导的连接部分，进行TEM模式和其它模式的模式变换。

在本发明的高频组件中，第1波导可以构成为位于第2波导的相对的接地电极之间，同时，第1波导的端部经导电体与对置的接地电极中的一方导通。

这时，可以在第1波导的偶合部分，在和第1波导导通的接地电极侧或相反一侧中的至少一方设置窗口。

此外，在本发明的高频组件中，第1波导可以具有例如在电介质衬底上形成的导体线路图形。这时，在线路图形的周围，沿线路图形设置多个贯通电介质衬底的贯通导体，贯通导体的宽度方向的间隔最好是在第1波导中传输的电磁波的截止频率之下的间隔。

因此，可以抑制TEM模式之外的模式的电磁波在在第1波导中传输。

此外，当在线路图形的周围设置多个贯通导体时，通过调整贯通导体的间隔，可以进行第1波导和第2波导的偶合调整。

此外，在本发明的高频组件中，可以在第1波导和第2波导的偶合部分设置偶合调整用贯通导体。

此外，在本发明的高频组件中，第2波导可以是具有3层以上的接地电极的积层结构，在积层方向具有多个传输电磁波的传输区域，第1波导的端部与第2波导中的相邻传输区域之间的接地电极导通。

这时，第1波导的端部可以构成为与第2波导中的相邻传输区域之间的接地电极导通，使在第1波导中传输的电磁波在第2波导中的多个传输区域中分开来传输。

附图说明

图1是表示本发明一实施例的高频组件的一构成例的斜视图。

图2是表示本发明的一实施例的高频组件的另一构成例的斜视图。

图3是表示本发明的一实施例的高频组件的又一构成例的带局部剖的斜视图。

图4是关于图1所示的高频组件中的磁场偶合部分的说明图。

图5是图2所示的高频组件的平面图。

图6是图2所示的高频组件的偶合调整的说明图。

图7是图2所示的高频组件的偶合调整的另一个说明图。

图8是图2所示的高频组件的偶合调整的又一个说明图。

图9是关于图3所示的高频组件中的磁场偶合部分的说明图。

图10是图3所示的高频组件的中间层的平面图。

图11是表示多角形状的波导管中的磁场分布的例子的说明图。

图12是表示本发明一实施例的高频组件的比较例的说明图。

图13是表示第1变形例的高频组件的构成的斜视图。

图14是图13所示的高频组件的平面图。

图15是表示图13所示的高频组件中的磁场分布的模式的说明图。

图16是表示双重模式的另一个例子的说明图。

图17是表示第2变形例的高频组件的构成的带局部剖的斜视图。

图18是关于图17所示的高频组件中的磁场偶合部分的说明图。

图19是TE模式的波导管的电磁场分布的说明图。

图20是表示TE模式的波导管中的E面内的电磁场分布的说明图。

图21是TM模式的波导管的电磁场分布的说明图。

图22是微带线路和同轴线路的构成图。

图23是表示微带线路和同轴线路中的TEM模式的电磁场分布的说明图。

图24是表示先有的微带线路和波导管的连接结构的例子的斜视图。

图25是表示图24所示的连接结构的电场分布的说明图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的实施例。

图1～图3分别示出本发明的一实施例的高频组件的构成例。图1～图3的任何一个构成例都是具有传输TEM模式的电磁波的第1波导和与第1波导偶合传输和TEM模式不同的其它模式的电磁波的第2波导的高频组件，具有TEM模式和其它模式的变换结构。这些高频组件例如可以使用高频信号传输线路和滤波器等。再有，在图1和图2中，为了简化图面，省略最上层的厚度，画出剖面线。在图3中，省略中间层的厚度并画出剖面线。

图1所示的高频组件是将第1波导作为微带线路10、将第2波导作为多层结构的波导管型波导20的构成例。微带线路10和波导管型波导20共有1个电介质衬底12，一体构成。

波导管型波导20具有将电介质衬底12夹在中间且相互对置的接地电极21、23和作为使这些接地电极21、23之间导通的导电体的多个通孔22。在波导管型波导20中，电磁波在由这些接地电极21、23和通孔22包围的区域内，例如沿图中的S方向传输。再有，波导管型波导20可以是其电磁波的传输区域由电介质充满的电介质波导管的结构，也可以是中空的腔式波导管的结构。通孔22以小于不使传输的电磁波漏出的规定值(例如，信号波长的1/4以下)的间隔设置。通孔22的内面进行金属化处理。通孔22的截面形状不限于圆形，可以是多角形或椭圆等，也可以是其它形状。

微带线路10是将电介质衬底12夹在中间相对配置导体接地电极11和线路图形13的结构。接地电极11在电介质衬底12的底面均匀设置。线路图形13在电介质衬底12的上面局部呈线路状设置。

微带线路10在和波导管型波导20的接地电极21、23的积层方向正交的方向(Z方向)延伸，其端部在和积层方向正交的方向上与一个接地电极23直接连接而导通。此外，微带线路10在波导管型波导20的E面(与电场平行的面)进行磁场偶合。再有，波导管型波导20在TE模式下，当电磁波的行进方向S是图1的Z方向时，波导管型波导20的E面是与图中的XY平面平行的面。

图4(A)～(C)示出微带线路10和波导管型波导20的连接部及其附近的XY截面内的磁场分布。连接部附近的微带线路10的磁场H1是TEM模式，所以，例如如图4(A)所示，在线路图形13的周围呈环状分布。另一方面，波导管型波导20的磁场H2例如若是最低次TE模式(TE₁₀模式)，则如图4(B)所示，在其截面内呈单方向分布。因此，在波导管型波导20的E面内，如图4(C)所示，通过使波导管型波导20和微带线路10的磁场H1、H2的方向一致，来实现磁场偶合，从TEM模式向TE模式变换。

另一方面，图2所示的高频组件是将第1波导作为共面线路30、将第2波导作为多层结构的波导管型波导40的构成例。共面线路30和波导管型波导40共有1个电介质衬底32，一体构成。图5示出该高频组件的平面图。

波导管型波导40的构成基本上和图1中的波导管型波导20相同，具有相互对置的接地电极41、43和作为使这些接地电极41、43之间导通的导电体的多个通孔42，电磁波在由这些接地电极41、43和通孔42包围的区域内，例如沿图中的S方向传输。

共面线路30具有在电介质衬底32的底面均匀设置的接地电极31、在电介质32的上面呈线路状形成的导体线路图形33和在该线路图形33的宽度方向形成的接地电极34A、34B。在线路图形33的宽度方向，在接地电极34A、34B之间形成未设导体的区域36A、36B。

在该共面线路30中，在该线路图形33的周围，沿线路图形33设置多个作为贯通导体的通孔35。通孔35的内面进行金属化处理。通孔35贯通电介质衬底32，使上面的接地电极34A、34B和底面的接地电极31导通。通孔35的截面形状不限于圆形，可以是多角形或椭圆等，也可以是其它形状。通孔35的设置是为了在该共面线路中使TEM模式之外的模式(TE、TM模式)的电磁波不能传输，将线路图形33夹在中间，宽度方向的间隔W(参照图5)以低于在共面线路30中传输的电磁波的截止频率的间隔设置。

该共面线路30也和图1中的微带线路10一样，在和波导管型波导40的接地电极41、43的积层方向正交的方向(Z方向)延伸，其端部在和积层方向正交的方向上与一个接地电极43直接连接而导通。此外，该共面线路30也在波导管型波导40的E面进行磁场偶合。

即，因为是TEM模式，故该共面线路30的磁场分布和图4(A)所示的微带线路10的情况一样，在线路图形30的周围呈环状分布。另一方面，波导管型波导40的磁场分布例如若是最低次TE模式(TE₁₀模式)，则和图4(B)所示的波导管型波导20一样，在其截面内呈单方向分布。因此，在波导管型波导40的E面内，通过使波导管型波导40和共面线路30的磁场分布的方向一致，来实现磁场偶合，从TEM模式向TE模式变换。

图3所示的高频组件是将第1波导作为条带线路50、将第2波导作为多层结构的波导管型波导60的构成例。带状线路50和波导管型波导60共有积层的2个电介质衬底52A、52B，一体构成。在图10(A)中，示出该高频组件的中间层部分的平面图。此外，图9(A)示出条带线路50和波导管型波导60的连接部分的截面。图9(A)相当于图10(A)的BB线部分的剖面。

波导管型波导60具有相互对置的3层的接地电极61、63、64和多个作为使这些接地电极61、63、64之间导通的导电体的通孔62。下侧的接地电极61均匀地设在下侧的电介质衬底52A的底面。上侧的接地电极63均匀地设在上侧的电介质衬底52B的上面。中间接地电极64设在电介质衬底52A、52B之间的电磁波传输区域的侧面。再有，也可以是不设中间接地电极64的结构。在波导管型波导60中，在由上下接地电极61、63和通孔62包围的区域内，电磁波例如沿图中的S方向传输。

再有，波导管型波导60可以是其电磁波的传输区域由电介质充满的电介质波导管的结构，也可以是中空的腔式波导管的结构。通孔62的截面形状不限于圆形，可以是多角形或椭圆等，也可以是其它形状。

条带线路50具有均匀地设在下侧的电介质衬底52A的底面的下侧接地电极51、均匀地设在上侧的电介质衬底52B的上面的上侧接地电极59、设在电介质衬底52A、52B之间的导体线路图形53和在线路图形53的宽度方向形成的中间接地电极54A、54B。在线路图形53的宽度方向，在中间接地电极54A、54B之间形成不设导体的区域56A、56B。再有，也可以是不设在中间接地电极54A、54B的结构。

在该条带线路50中，在该线路图形53的周围，和图2中的共面线路30一样，沿线路图形53设置多个作为贯通导体的通孔55。通孔55贯通电介质衬底52A、52B，使各接地电极51、59、54A、54B之间导通。通孔55和图2中的共面线路30一样，设置它是为了在该条带线路50中，使TEM模式之外的模式(TE、TM模式)的电磁波不能传输。

该条带线路50的线路图形53在与波导管型波导60的各接地电极51、59、54A、54B的积层方向正交的方向(Z方向)上延伸，其端部在与积层方向正交的方向上间接地与下侧接地电极61连接而导通。

更详细地说，如图9(A)和图10(A)所示，在条带线路50和波导管型波导60的连接部分58，在线路图形53的端部的附近设置通孔57，利用该通孔57间接地使线路图形53和波导管型波导60中的下侧接地电极61导通。再有，也可以在上侧设置通孔57，与上侧接地电极63导通。

条带线路50在波导管型波导60的E面进行磁场偶合。再有，当波导管型波导60是TE模式且电磁波的行进方向S是图3的Z方向时，波导管型波导60的E面是与图中的XY平面平行的面。

即，因该条带线路50的磁场分布是TEM模式，故在线路图形53的周围呈环状分布。另一方面，若波导管型波导60的磁场分布例如是最低次TE模式(TE₁₀模式)，则在其截面内呈单方向分布。这里，在连接部分58，将波导分成上侧和下侧区域来考虑。这一来，如图9(A)所示，通过在下侧区域设置通孔57，使条带线路50的磁场H1在连接部分58主要只分布在上侧区域。将该上侧区域作为与波导管型波导60的偶合窗口，使波导管型波导60的磁场H2的方向和条带线路50的磁场H1的方向一致，由此，在E面内进行磁场偶合，从TBM模式变换到TE模式。

这里，如图9(B)和图10(B)所示，减少设在连接部分58的通孔57的数目，不仅在上侧区域，在下侧区域也可以设置偶合窗口。再有，图9(B)相当于图10(B)的CC线部分的剖面。这时，在下侧区域，因波导管型波导60的磁场H2的方向和条带线路50的磁场H1的方向相反，故磁场偶合的程度弱。另一方面，如图9(A)所示，当只在上侧区域设置偶合窗口时，磁场偶合的程度最强。因此，通过调整设在下侧区域的偶合窗口的大小，可以进行偶合调整。

其次，说明以上各构成的高频组件的作用。

在以上各构成的高频组件中，第1波导(微带线路10、共面线路30和条带线路50)传输TEM模式的电磁波。例如，在图2的共面线路30中，通过在线路图形33的宽度方向以低于截止频率的间隔W(图5)设置通孔35，可以不传输除TEM模式之外的模式(TE、TM模式)的电磁波。

TEM模式的电磁波向传输TEM模式之外的模式的第2波导(波导管型波导20、40、60)传输。在第1波导和第2波导的连接部分，如图4(A)～(C)等所示，在第2波导的E面内进行磁场偶合，使第1波导传输的电磁波的磁场H1的方向和第2波导传输的电磁波的磁场H2的方向一致，由此，进行TEM模式向其它模式的变换。

这里，以第1波导是共面线路30的情况为例，说明调整磁场偶合程度的方法。

首先，作为第1调整方法，有利用设在线路图形33的周围的通孔35的间隔W(图5)进行调整的方法。这时，若间隔W短，则偶合的程度小。

其次，作为第2调整方法，如图6所示，有在线路图形33的连接部分附近设置偶合调整用通孔37的方法。对偶合调整用通孔37的内面进行金属化处理，使上下接地电极41、43导通。偶合调整用通孔37的截面形状不限于圆形，可以是多角形或椭圆等，也可以是其它形状。

如图11(A)、(B)所示，一般，在多角形的波导管(谐振腔)中，在多角形的各边的中央附近磁场强度最大。再有，图11(A)、(B)分别示出H面方向的截面形状为四角形和三角形的波导管的H面内的磁场分布。图中，画有剖面线的区域是磁场强度强的区域。

因此，在图6所示的第2调整方法中，可以考虑磁场强度的分布并根据偶合调整用通孔37的设置位置来调整偶合的程度。即，在波导管型波导40一侧，通过例如在磁场强度强的地方(若是多角形则在各边的中央)设置偶合调整用通孔37，由此可以增强偶合的程度。此外，设置偶合调整用通孔37的个数越多，则偶合的程度越弱。

其次，作为第3调整方法，有考虑磁场强度的分布并利用连接线路图形33的位置本身进行调整的方法。如图5所示，若线路图形33在波导管型波导40的边的中央付近连接，则因此处的磁场强度强，故偶合的程度变强。相反，如图7所示，若在离开边的中央位置连接，则偶合的程度变弱。

此外，作为第4调整方法，也有在连接部调整线路图形33的端部的位置的方法。例如，如图8(A)所示，可以延长线路图形33并使其端部延伸到波导管型波导40内部。这时，在信号波长λ的1/4的长度范围内延长线路图形33。线路图形33的端部越深入波导管型波导40的内部，偶合的程度越弱。相反，如图8(B)所示，也可以缩短线路图形33，使其端部远离波导管型波导40。这时，在信号波长λ的1/4的长度范围内缩短线路图形33。线路图形33的端部越远离波导管型波导40，偶合的程度越弱。

再有，如已使用图9(A)、(B)说明的那样，在图3所示的高频组件的情况下，有在连接部分58利用上下设置的偶合窗口的大小进行偶合调整的方法。

再有，在以上的说明中，假定电磁波从第1波导向第2波导传输，但也可以与此相反，使电磁波从第2波导向第1波导传输。

如以上说明的那样，若按照本实施例，使第1波导的端部从与接地电极的积层方向正交的方向，直接或间接地与第2波导的一个接地电极导通，并使第1波导和第2波导的磁场方向在E面内一致，这样来进行磁场偶合，所以，可以在各波导之间很好地进行TEM模式和其它模式的模式变换。

此外，若按照本实施例，因第1波导和第2波导可以使用同一块衬底一体制造，故容易制造。此外，可以使用平面结构将第1波导和第2波导连接，可以使整体结构简单。此外，因为是平面结构，所以，例如可以很容易地将高频组件作成芯片，再安装在其它底板上。

此外，若按照本实施例，因使第1波导直接或间接地与第2波导的接地电极导通，故可以不使其连接位置变化而能在很宽的频带内进行最大效率的偶合。

参照图12(A)、(B)所示的比较例的模式变换结构说明这一问题。图12(A)示出该模式变换结构的平面图，图12(B)示出侧面方向的结构。在该模式变换结构中，在第2波导的接地电极321的一部分上形成偶合窗口322。以最大的效率使微带线路等端部是开放(开路)端的第1波导310与该第2波导320偶合。这时，如图所示，通过使偶合窗口322位于从第1波导310的开放端算起长度为λ/4(λ：信号波长)的地方，使偶合的程度最高。但是，在这样的模式变换结构的情况下，要想以最高效率进行偶合，有必要根据信号频率对第1波导310和偶合窗口322的位置关系进行修正。

与此相对，在本实施例的模式变换结构的情况下，因在连接部分第1波导和第2波导直接导通，故即使信号频率改变也可以不调整连接位置而始终以最高的效率进行偶合(模式变换)。即，能够在很宽的频带内进行最高效率的偶合。

【变形例】

其次，说明以上的高频组件和模式变换结构及方法的变形例。

<第1变形例>

图13示出本变形例的高频组件的构成。图14示出该高频组件的平面图。在图13中，为了简化图面，省略最上层的厚度，画出剖面线。本变形例是将第2波导作为多模式(双模式)波导管型波导90的构成的例子。在该例子中，在双模式波导管型波导90的信号输入输出部上连接作为第1波导的共面线路70、80。共面线路70、80和波导管型波导90共有1个电介质衬底72，且一体构成。在该高频组件中，例如，输入信号S1从共面线路70一侧输入到波导管型波导90，输出信号S2从共面线路80一侧输出。

波导管型波导90具有相互对置的接地电极91、93和作为使这些接地电极91、93之间导通的导电体的多个通孔92，在由这些接地电极91、93和通孔92包围的区域内，电磁波用2种模式传输。通孔92整体上例如略呈正方形状排列。

共面线路70、80的构成基本上和图2的共面线路30一样，具有分别在电介质衬底72的上面呈线路形状形成的导体线路图形73、83。在线路图形73、83的周围，沿线路图形73、83设置多个作为贯通导体的通孔75、85，使TEM模式之外的电磁波不在共面线路70、80中传输。在线路图形73、82的宽度方向，在通孔75、85和线路图形73、82之间形成不设导体的区域76A、76B、86A和86B。

共面线路70、80也分别和其它的构成例一样，线路图形73、83在与接地电极91、93的积层方向正交的方向上延伸，其输出端或输入端在与积层方向正交的方向上，直接与1个接地电极93连接并导通。此外，共面线路70、80在波导管型波导90的E面进行磁场偶合。

图15(A)、(B)示出该波导管型波导90的2个模式的磁场分布。在该波导管型波导90中，存在与结构上的对称面96平行产生磁场分布的第1模式(图15(A))和与对称面96垂直产生磁场分布的第2模式(图15(B))。此外，在该波导管型波导90中，在和对称面96相反一侧的对角位置94、95上，通过改变电磁波传输区域的形状，可以调整信号频率的带宽。例如，通过使传输区域的形状变成象图示那样的切去一个角的形状，可以展宽频带。

再有，双模式波导除上述结构之外，有各种各样的结构。例如，有象图16(A)、(B)所示那样的用2个磁场分布模式激励的波导。在该波导中，存在与结构上的对称面97平行产生磁场分布的第1模式(图16(B))和与对称面97垂直产生磁场分布的第2模式(图16(A))。这样，对其它结构的双模式波导，也可以使用本实施例的模式变换结构。

这样，若按照本变形例，即使对于双模式波导管型波导90，也能与TEM模式的波导连接并进行TEM模式和其它模式间的变换。

<第2变形例>

图17示出本变形例的高频组件的构成。图18示出该高频组件的第1波导和第2波导的连接部分的结构。在图17中，为了简化图面，省略中间层的厚度，画出剖面线。本变形例是对图3的高频组件的变形例，对和图3相同的结构部分添加同一符号并适当省略其说明。

在图3的高频组件中，波导管型波导60的电磁波传输区只有1个，在本变形例中，在多层结构的波导管型波导200中设有多个传输区。即，在中间层均匀设置接地电极204，在积层方向有多个传输区。更详细地说明，将由中间接地电极204、上侧接地电极63和通孔62包围的区域作为第1传输区210，将由中间接地电极204、下侧接地电极61和通孔62包围的区域作为第2传输区220。这样，在积层方向形成相邻的2个传输区210、220。而且，在这些传输区210、220中，例如在图17的S11、S12方向分别传输电磁波。

此外，在图3的高频组件中，在与波导管型波导60的连接部分58中，使条带线路50的线路图形53经通孔57间接地与下侧接地电极61连接，但在本变形例中，线路图形53的端部直接与中间接地电极204连接并导通，使在条带线路50中传输的电磁波分别在2个传输区210、220中传输。

在本变形例中，条带线路50在2个传输区210、220各自的E面进行磁场偶合。即，如图18所示，因为是TEM模式，故条带线路50的磁场分布沿线路图形53的周围呈环状分布。另一方面，例如若是最低次的TE模式(TE₁₀模式)，则在各传输区210、220中，波导管型波导200的磁场分布在其截面内呈单方向分布。这里，在连接部分，通过将各传输区210、220中的磁场H21、H22的方向设定成相互相反的方向，可以使各磁场H21、H22的方向和条带线路50的磁场H1的方向一致。因此，可以在各传输区210、220的各E面内很好地进行磁场偶合，实现从TEM模式到TE模式的变换。

若按照本变形例，可以使以TEM模式传输的1个高频信号分成多路以其它模式传输。该变形例的模式变换结构可以很好地用于双工器等。

再有，本发明不限于以上实施例，可以进行种种变形实施。例如，在上述实施例中，作为使第2波导(波导管型波导)中的接地电极间导通的结构，举出了使用通孔的例子，但也可以使用和通孔的结构不同的导电体。例如，也可以设置沟状结构部分去代替通孔，使其内面金属化而形成金属壁。这样的金属壁例如可以利用微细加工法作成。

如以上说明的那样，若按照本发明的高频组件、模式变换结构或模式变换方法，使第1波导的端部在与接地电极的积层方向正交的方向上直接或间接地与第2波导的1个接地电极导通，而且，将第1波导和第2波导在第2波导的E面进行磁场偶合，使第1波导传输的电磁波的磁场方向和第2波导传输的电磁波的磁场方向一致，所以，可以在各波导之间很好地进行TEM模式和其它模式的模式变换。

Claims (14)

1.一种高频组件，其特征在于：

具有传输TEM模式的电磁波的第1波导和与所述第1波导偶合传输和TEM模式不同的其它模式的电磁波的第2波导，

所述第2波导具有互相对置的至少2层的接地电极和由使至少2层的接地电极之间导通的导电体包围的区域，电磁波在所述区域内传输，

所述第1波导在与所述接地电极的积层方向正交的方向上延伸，其端部在与所述积层方向正交的方向上直接或间接地与所述第2波导的1个接地电极导通，

而且，所述第1波导和所述第2波导在所述第2波导的E面进行磁场偶合，使所述第1波导传输的电磁波的磁场方向和所述第2波导传输的电磁波的磁场方向一致。

2.权利要求1记载的高频组件，其特征在于：

所述第2波导传输TE模式的电磁波。

3.权利要求1记载的高频组件，其特征在于：

所述第1波导位于所述第2波导的相互对置的接地电极之间，同时，所述第1波导的端部经导电体与所述对置的接地电极中的1个电极导通。

4.权利要求1记载的高频组件，其特征在于：

所述第1波导具有在电介质衬底上形成的导体线路图形。

5.权利要求4记载的高频组件，其特征在于：

在所述线路图形的周围，沿所述线路图形设置多个贯通所述电介质衬底的贯通导体，所述贯通导体的宽度方向的间隔是低于所述第1波导中传输的电磁波的截止频率的间隔。

6.权利要求5记载的高频组件，其特征在于：

通过调整所述贯通导体的间隔，进行所述第1波导和所述第2波导的偶合调整。

7.权利要求1记载的高频组件，其特征在于：

在所述第1波导和所述第2波导的偶合部分设置偶合调整用贯通导体。

8.权利要求3记载的高频组件，其特征在于：

在所述第1波导的偶合部分中，在与所述第1波导导通的接地电极侧或其相反一侧中的至少其一设置窗口。

9.权利要求1记载的高频组件，其特征在于：

所述第2波导是具有3层以上的接地电极的积层结构，在积层方向具有多个传输电磁波的传输区，所述第1波导的端部与所述第2波导中的相邻的传输区之间的接地电极导通。

10.权利要求9记载的高频组件，其特征在于：

所述第1波导的端部端部与所述第2波导中的相邻的传输区之间的接地电极导通，使所述第1波导传输的电磁波在所述第2波导中的多个传输区中分开传输。

11.权利要求1记载的高频组件，其特征在于：

所述第1波导是条带线路、微带线路或共面线路。

12.权利要求1记载的高频组件，其特征在于：

所述第2波导以多个模式传输电磁波。

13.一种模式变换结构，是用来在传输TEM模式的电磁波的第1波导和与所述第1波导偶合，并在传输与TEM模式不同的其它模式的电磁波的第2波导之间进行不同波导间的模式变换的模式变换结构，其特征在于：

所述第2波导具有互相对置的至少2层的接地电极和由使至少2层的接地电极之间导通的导电体包围的区域，电磁波在所述区域内传输，

所述第1波导在与所述接地电极的积层方向正交的方向上延伸，其端部在与所述积层方向正交的方向上直接或间接地与所述第2波导的1个接地电极导通，

而且，所述第1波导和所述第2波导在所述第2波导的E面进行磁场偶合，使所述第1波导传输的电磁波的磁场方向和所述第2波导传输的电磁波的磁场方向一致，由此进行模式变换。

14.一种模式变换方法，是一种结构体的模式变换方法，所述结构体具有传输TEM模式的电磁波的第1波导和与所述第1波导偶合、传输和TEM模式不同的其它模式的电磁波的第2波导，所述第2波导具有互相对置的至少2层的接地电极和由使至少2层的接地电极之间导通的导电体包围的区域，电磁波在所述区域内传输，其特征在于：

所述第1波导在与所述接地电极的积层方向正交的方向上延伸，其端部在与所述积层方向正交的方向上直接或间接地与所述第2波导的1个接地电极导通，

而且，所述第1波导和所述第2波导在所述第2波导的E面进行磁场偶合，使所述第1波导传输的电磁波的磁场方向和所述第2波导传输的电磁波的磁场方向一致，由此进行模式变换。

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