DE102015221142A1

DE102015221142A1 - Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband

Info

Publication number: DE102015221142A1
Application number: DE102015221142.8A
Authority: DE
Inventors: Takashi Kawamura
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2016-05-19
Also published as: US20160126610A1; US20180151936A1; US10158159B2; US10044088B2

Abstract

Bereitstellen einer Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband, die in einfacher Weise mit einer kleinen Größe gefertigt werden kann, ohne leicht Ungleichmäßigkeit der Charakteristiken in einem breiten Band zu verursachen. Eine Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband, das eine Mikrostreifenleitung (10) verbindet, die einen Hauptleiter (12), der auf einer Oberfläche eines dielektrischen Substrats (11) ausgebildet ist, und einen Masseleiter (13), der auf der davon anderen Oberfläche ausgebildet ist, mit einem Wellenleiter (20), der eine Wellenleiterstruktur hat, in der eine Übertragungsleitung (31) mit einer vorbestimmten Länge so ausgebildet ist, dass sie von Metallwänden (32) umgeben ist. Die Übertragungsleitung ist mit einem dielektrischen Elementmaterial mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von größer als 1 gefüllt. Die Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur ermöglicht elektronische Wellen eines Millimeterwellenbandes in einer Längsrichtung des Hauptleiters.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur, die es einem Signal eines Millimeterwellenbandes ermöglicht, sich effizient zwischen einer Mikrostreifenleitung und einem Wellenleiter auszubreiten. [Stand der Technik]
In einem Messgerät, das ein Signal mit einer hohen Frequenz, wie beispielsweise in einem Millimeterwellenband, misst, wird in vielen Fällen ein Wellenleiter mit einem niedrigen Verlust im Millimeterwellenband als eine Eingangs- oder Ausgangsübertragungsleitung verwendet. Wenn in einem solchen Messgerät Eigenschaften eines integrierten Schaltkreises (IC) ausgewertet werden, ist es notwendig, eine Streifenleitung (eine Mikrostreifenleitung oder eine koplanare Leitung), die auf einer Leiterplatte ausgebildet ist, auf der ein zu prüfender IC mit einem Wellenleiter des Messgeräts angebracht ist. Jedoch beträgt die Impedanz der Streifenleitung in der Regel etwa 50 bis 100 Ω, während die Impedanz des Wellenleiters mehrere hundert Ω beträgt. Aus diesem Grund ist es nicht einfach, eine Impedanzanpassung zu erzielen.
Als eine Technologie zur Lösung eines solchen Problems ist ein Verfahren bekannt, in dem ein koppelnder Rippenabschnitt eines Rippenwellenleiters in Kontakt mit einer Mikrostreifenleitung wie in Patentdokument 1 steht, oder ein Verfahren zum vertikalen Einsetzen einer Mikrostreifenleitung von einer Seitenfläche eines Wellenleiters, wie in Patentdokument 2.
[Dokument aus dem verwandten Stand der Technik]
[Patentdokument]

[Patentdokument 1] JP-A-5-83014
[Patentdokument 2] JP-A-2008-79085

[Offenbarung der Erfindung]
[Problem, das die Erfindung lösen soll]
In dem Verfahren nach Patentdokument 1 besteht jedoch das Problem, dass es schwierig ist, die Umwandlungsstruktur herzustellen, da der Rippenabschnitt bei einer hohen Frequenz verschmälert wird und die Schwierigkeiten beim Zusammenbau bedeutend werden, da die erforderliche Präzision, um den Rippenabschnitt mit dem Mikrostreifen in Kontakt zu bringen, höher wird.
Wenn auf dem IC viele Signalanschlüsse gemessen werden müssen, werden die jeweiligen Streifenleitungen, die diese Anschlüsse verbinden, notwendigerweise auf einer Montageplatte in einem radialen Muster gebildet. Da bei dem Verfahren des Patentdokuments 2 jedoch die vorderen Enden der Streifenleitungen von der Seitenfläche des Wellenleiters eingesetzt werden, ist es notwendig, viele der Wellenleiter so anzuordnen, dass sie senkrecht zu den hinteren Enden der jeweiligen Streifenleitungen stehen, und es ist somit äußerst schwierig, die Umwandlungsstruktur herzustellen. Wenn Biegungen in den Mittelabschnitten der Wellenleiter bereitgestellt werden, um ein derartiges Problem zu vermeiden, besteht ein Problem, dass das gesamte System groß wird. Es ist bekannt, dass aufgrund der Position der Streifenleitung in dem Wellenleiter eine Ungleichmäßigkeit der Charakteristiken verursacht wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband bereitzustellen, die solche Probleme lösen kann und die in einfacher Weise mit einer kleinen Größe gefertigt werden kann, ohne leicht Ungleichmäßigkeit der Charakteristiken in einem breiten Band zu verursachen. [Mittel zur Lösung der Problemstellung]
Um die Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zu lösen, wird eine Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband bereitgestellt, die eine Mikrostreifenleitung verbindet, umfassend einen Hauptleiter, der auf einer Oberfläche eines dielektrischen Substrats ausgebildet ist, und einen Masseleiter, der auf der davon anderen Oberfläche ausgebildet ist und der es ermöglicht, dass sich eine elektronische Wellen eines Millimeterwellenband in einer Längsrichtung des Hauptleiters ausbreitet, mit einem Wellenleiter, der es ermöglicht, dass sich die elektromagnetischen Wellen des Millimeterwellenbandes ausbreiten. Die Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur weist eine Wellenleiterstruktur auf, in der eine Übertragungsleitung mit einer vorbestimmten Länge so ausgebildet ist, dass sie von Metallwänden umgeben ist, wobei die Übertragungsleitung mit einem dielektrischen Material mit einer relativen Dielektrizitätskonstante größer als 1 gefüllt ist, wobei eine Endfläche der Übertragungsleitung mit einer Endfläche des dielektrischen Substrats der Mikrostreifenleitung verbunden ist und die andere Endfläche der Übertragungsleitung mit einem Durchlass des Wellenleiters verbunden ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann das dielektrische Material in einer Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband gemäß dem ersten Aspekt, das die Übertragungsleitung füllt, eine Vielzahl M von dielektrischen Schichten mit unterschiedlichen relativen Dielektrizitätskonstanten aufweisen und kann so ausgebildet sein, dass sie von einem Ende der Übertragungsleitung zum davon anderen Ende kontinuierlich verbunden ist.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur in einer Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband gemäß dem ersten Aspekt zwischen der Mikrostreifenleitung und einem Ende der Übertragungsleitung und zwischen dem anderen Ende der Übertragungsleitung und einem Ende des Wellenleiters ausgebildet sein, um zu ermöglichen, dass sich die elektromagnetischen Wellen des Millimeterwellenbandes ausbreiten, und
eine Größe der mit dem dielektrischen Material gefüllten Übertragungsleitung und die relativen Dielektrizitätskonstanten des die Übertragungsleitung füllenden dielektrischen Materials können so eingestellt sein, dass eine Länge des die Übertragungsleitung füllenden dielektrischen Materials ein Viertel der Leiterwellenlänge einer gewünschten Ausbreitungsfrequenz ist und eine Impedanz Z_x der mit dem dielektrischen Material gefüllten Übertragungsleitung in Bezug auf eine Impedanz Z₁ der Mikrostreifenleitung und eine Impedanz Z₂ des Wellenleiters durch Z_x = √(Z₁ × Z₂) gegeben ist.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur in einer Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband gemäß dem zweiten Aspekt zwischen der Mikrostreifenleitung und einem Ende der Übertragungsleitung und zwischen dem anderen Ende der Übertragungsleitung und einem Ende des Wellenleiters ausgebildet sein, um zu ermöglichen, dass sich die elektromagnetischen Wellen des Millimeterwellenbandes ausbreiten, und wenn die zusammengesetzten Impedanzen der Übertragungsleitung in Bezug auf elektromagnetische Wellen mit einer Vielzahl N (≥ M) unterschiedlicher Frequenzen f₁, f₂, ..., und f_N in einem gewünschten Ausbreitungsfrequenzband Z_x1, Z_x2, ..., und Z_xN betragen, Impedanzen des Wellenleiters Z_w1, Z_w2, ..., und Z_wN betragen und eine Impedanz Z1 der Mikrostreifenleitung Z1 beträgt, können die Beziehungen Z_x1 = √(Z₁ × Z_w1), Z_x2 = √(Z₁ × (Z_w2), ..., und Z_xN = √(Z₁ × Z_wN) erfüllt sein. Wenn die M Frequenzen unter den Frequenzen der Vielzahl N von Frequenzen f₁, f₂, ... und f_N f_a1 bis f_aM betragen, beträgt eine Leiterwellenlänge λ_g1, wenn die elektromagnetische Welle mit der ersten Frequenz f_a1 sich durch eine erste dielektrische Schicht der Vielzahl von dielektrischen Schichten ausbreitet, beträgt eine Leiterwellenlänge λ_g2, wenn die elektromagnetische Welle mit der zweiten Frequenz f_a2 sich durch eine zweite dielektrische Schicht der Vielzahl von dielektrischen Schichten ausbreitet, ... und beträgt eine Leiterwellenlänge λ_gM, wenn die elektromagnetische Welle mit der M-ten Frequenz f_aM sich durch eine M-te dielektrische Schicht der Vielzahl von dielektrischen Schichten ausbreitet, können eine Querschnittgröße der Übertragungsleitung und die relativen Dielektrizitätskonstanten der jeweiligen dielektrischen Schichten so eingestellt werden, dass eine Länge L der Übertragungsleitung durch L = λ_g1/4 = λ_g2/4 = ..., = λ_gM/4 gegeben ist.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in einer Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für eine Millimeterwelle gemäß dem vierten Aspekt M 2 betragen, kann eine erste dielektrische Schicht ein dielektrisches Material mit einer relativen Dielektrizitätskonstante größer als 1 sein und kann eine zweite dielektrische Schicht eine Luftschicht mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 1 sein.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für eine Millimeterwelle gemäß einem der ersten bis vierten Aspekte ferner umfassen: einen Strahlungswellenleiter, der einen Strahlungswellenleiterpfad ausbildet, der unter Verwendung von Metallwänden mit einer vorbestimmten Länge ein Ende des Hauptleiters der Mikrostreifenleitung umgibt und Strahlungswellen, die von einer Grenze zwischen der Mikrostreifenleitung und einer Übertragungsleitung, auf der das dielektrische Material gefüllt ist, an einen Außenraum abgestrahlt werden, in Richtung des anderen Endes des Hauptleiters führt; und eine Nut, die in einem inneren Umfang der Metallwände des Strahlungswellenleiters so gebildet ist, dass sie eine Tiefe entsprechend einem Viertel einer Wellenlänge der gewünschten Ausbreitungsfrequenz aufweist, um das Austreten der Strahlungswellen zu verhindern.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung können in einer Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband gemäß einem der ersten bis vierten Aspekte Metallstifte, die Masseleiter verbinden, die auf beiden Oberflächen eines dielektrischen Substrats durch Durchkontaktierung ausgebildet sind, in einem Teil der Metallwände ausgebildet sein, welche die Übertragungsleitung in Reihen mit einem vorbestimmten Abstand umgeben.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in einer Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband gemäß einem der ersten bis vierten Aspekte eine Querschnittgröße des einen Endes des Wellenleiters, das mit dem anderen Ende der Übertragungsleitung verbunden ist, auf eine Größe entsprechend einer Querschnittgröße einer Übertragungsleitung eingestellt werden, auf dem das dielektrische Material gefüllt ist, und die Querschnittgröße der Übertragungsleitung kann sich zu dem anderen Ende des Wellenleiters hin erhöhen.
Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird eine Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband bereitgestellt, die eine Mikrostreifenleitung verbindet, umfassend einen Hauptleiter, der auf einer Oberfläche eines dielektrischen Substrats ausgebildet ist, und einen Masseleiter, der auf der davon anderen Oberfläche ausgebildet ist und der es ermöglicht, dass sich elektronische Wellen eines Millimeterwellenbandes in einer Längsrichtung des Hauptleiters ausbreitet, mit einem Wellenleiter, der es ermöglicht, dass sich die elektromagnetischen Wellen des Millimeterwellenbandes ausbreiten. Die Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur kann eine Wellenleiterstruktur aufweisen, in der eine Übertragungsleitung mit einer vorbestimmten Länge so ausgebildet ist, dass sie von Metallwänden umgeben ist, wobei das dielektrische Substrat von einer Endfläche der Übertragungsleitung eingeführt werden kann, sodass die Übertragungsleitung mit einem dielektrischen Material gefüllt ist, das eine relative Dielektrizitätskonstante größer als 1 aufweist, und die andere Endfläche der Übertragungsleitung mit einem Durchlass des Wellenleiters verbunden sein kann.
Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das dielektrische Material, das die Übertragungsleitung füllt, in einer Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband gemäß dem neunten Aspekt eine Vielzahl M von dielektrischen Schichten mit unterschiedlichen relativen Dielektrizitätskonstanten aufweisen und ist so ausgebildet, dass es von einem Ende der Übertragungsleitung zum davon anderen Ende kontinuierlich verbunden ist.
[Vorteil der Erfindung]
Da mit einer solchen Konfiguration in der Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband der vorliegenden Erfindung die elektromagnetischen Wellen des Millimeterwellenbandes sich zwischen einem Ende der Übertragungsleitung und der Mikrostreifenleitung und zwischen dem anderen Ende der Übertragungsleitung und dem Wellenleiter unter Verwendung der Wellenleiterstruktur mit der Übertragungsleitung ausbreiten, in welcher das dielektrische Material angefüllt ist, oder die Mehrzahl von dielektrischen Schichten mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten von einem Ende davon zu dem davon anderen Ende ausgebildet ist, ist es möglich, eine Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur bereitzustellen, die die Mikrostreifenleitung mit dem Wellenleiter in einer geraden Linie verbinden kann und einfach mit einer kleinen Größe hergestellt werden kann, ohne Ungleichmäßigkeit in den Eigenschaften zu verursachen.
Da ferner eine Größe der mit dem dielektrischen Material gefüllten Übertragungsleitung und die relativen Dielektrizitätskonstanten des die Übertragungsleitung füllenden dielektrischen Materials so eingestellt sein kann, dass eine Länge des die Übertragungsleitung füllenden dielektrischen Materials ein Viertel der Leiterwellenlänge einer gewünschten Ausbreitungsfrequenz ist und eine Impedanz Z_x der mit dem dielektrischen Material gefüllten Übertragungsleitung in Bezug auf eine Impedanz Z₁ der Mikrostreifenleitung und einer Impedanz Z₂ des Wellenleiters durch Z_x = √(Z₁ × Z₂) gegeben ist, ist es möglich, dass sich die elektromagnetischen Wellen effizient durch verschiedene Mikrostreifenleitungen und Wellenleiter in einem passenden Zustand ausbreiten können, und es ist somit möglich, eine hohe allgemeine Vielseitigkeit und Breitbandleistung zu erzielen.
Da darüber hinaus die Querschnittgröße der Übertragungsleitung und der relativen Dielektrizitätskonstanten der dielektrischen Schichten so eingestellt sind, dass die zusammengesetzte Impedanz Z_xi der Übertragungsleitung einschließlich der Vielzahl von dielektrischen Schichten in der Vielzahl N von unterschiedlichen Frequenzen in dem gewünschten Ausbreitungsfrequenzband in Bezug auf die Impedanz Z₁ der Mikrostreifenleitung und der Impedanz Z_wi des Wellenleiters durch Z_xi = √(Z₁ × Z_wi) (i = 1 bis N) gegeben ist und ein Viertel der Leiterwellenlänge, wenn die elektromagnetischen Wellen sich durch die jeweiligen dielektrischen Schichten in einer Anzahl M von Frequenzen ausbreiten, gleich der Länge der Übertragungsleitung ist, ist es möglich, dass sich die elektromagnetischen Wellen effizient durch verschiedene Mikrostreifenleitungen und Wellenleiter in einem breiten Band in einem passenden Zustand ausbreiten, und es ist somit möglich, eine hohe allgemeine Vielseitigkeit und Breitbandleistung zu erzielen.
Da darüber hinaus die Anzahl M von elektromagnetischen Schichten gleich 2 ist, wobei das dielektrische Material mit einer relativen Dielektrizitätskonstante größer als 1 als erste dielektrische Schicht verwendet wird und die Luftschicht mit der relativen Dielektrizitätskonstante von 1 als zweite dielektrische Schicht verwendet wird, ist es möglich, die einfachste Konfiguration zu erzielen, und es ist möglich, durch Auswählen von zwei unterschiedlichen Frequenzen eine Breitbandanpassung zu erzielen.
Da darüber hinaus der Strahlungswellenleiter, der den Strahlungswellenleiterpfad bildet, der unter Verwendung von Metallwänden der vorbestimmten Länge ein Ende des Hauptleiters umgibt und die Strahlungswellen, die an den Außenraum ausgestrahlt werden, von der Grenze zwischen der Mikrostreifenleitung und der Übertragungsleitung, auf der die dielektrischen Schichten ausgebildet sind, zu dem anderen Ende des Hauptleiters führt, und die Nut, die in dem Innenumfang der Metallwände des Strahlungswellenleiters so ausgebildet ist, dass sie eine Tiefe entsprechend einem Viertel der Wellenlänge der gewünschten Ausbreitungsfrequenz hat, um ein Austreten des Strahlungswellen zu verhindern, bereitgestellt sind, ist es möglich, das Austreten von elektromagnetischen Wellen, die in den Außenraum abgestrahlt werden, zu der Grenze zwischen der Mikrostreifenleitung und der Übertragungsleitung, auf der die dielektrischen Schichten ausgebildet sind, zu verhindern.
Wenn darüber hinaus die Metallstifte, die die Masseleiter verbinden, die auf beiden Oberflächen des dielektrischen Substrats durch Durchkontaktierung ausgebildet sind, in einem Teil der Metallwände ausgebildet sind, welche die Übertragungsleitung umgeben, auf der die dielektrischen Schichten in Reihen mit dem vorbestimmten Abstand ausgebildet sind, ist es möglich, die Übertragungsleitung in einfacher Weise mit einer schmalen Breite auszubilden, und es ist möglich, die Umwandlungsstruktur leichter zu fertigen.
Wenn darüber hinaus eine der Vielzahl von dielektrischen Schichten durch Erweitern des dielektrischen Substrats der Mikrostreifenleitung verwendet wird, ist es möglich, die Umwandlungsstruktur einteilig mit einem Ende der Mikrostreifenleitung auszubilden, und es ist möglich, die Struktur weiter zu vereinfachen.
Da darüber hinaus die Querschnittgröße von einem Ende des Wellenleiters auf die Größe eingestellt ist, die der Querschnittgröße des anderen Endes der Übertragungsleitung entspricht, auf der die dielektrischen Schichten ausgebildet sind, und die Querschnittgröße der Übertragungsleitung sich zu dem anderen Ende des Wellenleiters hin erhöht, ist es möglich, die Reflexion zwischen der Übertragungsleitung, auf der die dielektrischen Schichten ausgebildet sind, und dem Wellenleiter zu unterdrücken, und es ist möglich, die Übertragungsleitung in einfacher Weise mit dem Wellenleiter mit der Standardquerschnittgröße, die im Millimeterwellenband verwendet wird, zu verbinden.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
1 ist eine Darstellung, die eine Umwandlungsstruktur zeigt, die die zugrunde liegende Technologie der vorliegenden Erfindung ist.
2 ist eine Darstellung, die eine Struktur zeigt, in der Strahlung zu einem Raum unterdrückt wird.
3 ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Struktur der 2 zeigt.
4 ist eine Darstellung, die ein Beispiel zeigt, in dem eine Metallwand, die eine Übertragungsleitung umgibt, durch Metallstifte gebildet wird.
5 ist eine Darstellung, die eine Struktur zeigt, die die Übertragungsleitung der 4 verwendet.
6 ist eine Darstellung, die ein Strukturbeispiel zeigt, in dem ein dielektrisches Material, das die Übertragungsleitung füllt, durch Erweitern eines dielektrischen Substrats einer Mikrostreifenleitung gebildet wird.
7 ist eine Darstellung, die ein weiteres Strukturbeispiel zeigt, in dem ein dielektrisches Material, dass die Übertragungsleitung füllt, durch Erweitern des dielektrischen Substrats der Mikrostreifenleitung gebildet wird.
8 ist eine Darstellung, die eine Grundstruktur der vorliegend Erfindung zeigt.
9 ist eine Darstellung, die eine Struktur zeigt, in der Strahlung verringert wird.
10 ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Struktur der 9 zeigt.
11 ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis zeigt, wenn eine Mikrostreifenleitung in einer X-Richtung in der Struktur der 9 abweicht.
12 ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis zeigt, wenn die Mikrostreifenleitung in einer Z-Richtung in der Struktur der 9 abweicht.
13 ist eine Darstellung, die ein Beispiel zeigt, in dem eine Metallwand, die eine Übertragungsleitung umgibt, durch Metallstifte gebildet wird.
14 ist eine Darstellung, die eine Struktur zeigt, die die Übertragungsleitung der 13 verwendet.
15 ist eine Darstellung, die ein Strukturbeispiel zeigt, in dem eine der dielektrischen Schichten durch Erweitern eines dielektrischen Substrats der Mikrostreifenleitung gebildet wird.
16 ist ein Diagramm, das ein weiteres Strukturbeispiel zeigt, in dem eine der dielektrischen Schichten durch Erweitern des dielektrischen Substrats der Mikrostreifenleitung gebildet wird.
[Beste Art des Durchführens der Erfindung]
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Darstellung, die eine Grundstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt. (a) von 1 ist eine Explosionsdarstellung, die einen Fall zeigt, in dem eine Mikrostreifenleitung 10, die zur Übertragung von elektromagnetischen Wellen eines Millimeterwellenbandes (beispielsweise 60 bis 90 GHz) geeignet ist, ein Wellenleiter 20 und ein Übertragungsleitungswandler 30 als separate Elemente bereitgestellt werden, und (b) von 1 ist eine Seitenschnittansicht, die davon einen verbundenen Zustand zeigt.
Die Mikrostreifenleitung 10 ist so ausgebildet, dass ein streifenförmiger Hauptleiter 12 auf einer Oberfläche eines dielektrischen Substrats 11 von einem Ende zum anderen Ende gestaltet ist, die andere Oberfläche mit einem Masseleiter 13 abgedeckt ist und die Impedanz der Übertragungsleitung durch eine Dicke t und eine Dielektrizitätskonstante ε_r' des dielektrischen Substrats 11 und die Breite der Hauptleitung 12 bestimmt wird. Die Impedanz beträgt ungefähr 50 Ω bis 100 Ω, wie sie allgemein in Hochfrequenzschaltungen verwendet wird. Zum Beispiel existiert als ein dielektrisches Substrat mit einem geringen Verlust im Millimeterwellenband eine Ro4003C (eingetragene Marke) mit einer relativen Dielektrizitätskonstante ε_r' von 3,55 und einer Dicke t von 0,3 mm.
Der Wellenleiter 20 ist ein quadratischer Wellenleiter mit einer Querschnittgröße, die durch eine Norm unter Berücksichtigung der allgemeinen Vielseitigkeit bestimmt wird. Als Wellenleiter wird ein WR-12-Wellenleiter (Querschnittgröße etwa 3,1 × 1,55 mm) verwendet, der im Allgemeinen in dem Frequenzband verwendet wird. Die Impedanz des Wellenleiters 20 wird in Abhängigkeit von einer Frequenz verändert und ist zum Beispiel 552 Ω in einer Frequenz von 75 GHz. Wie zuvor erwähnt, hat das dielektrische Substrat 11 der Mikrostreifenleitung 10 eine Dicke t in der Größenordnung von 1/10 Millimeter, während der Wellenleiter 20 eine Querschnittgröße in der Größenordnung von Millimetern hat. Aus diesem Grund stellt Reflexion aufgrund einer Differenz zwischen den Querschnittgrößen der Übertragungsleitungen ein Problem dar, das Problem mit der Reflexion wird jedoch unten beschrieben.
Der Übertragungsleitungswandler 30, der die Mikrostreifenleitung 10 und den Wellenleiter 20 verbindet, hat eine Wellenleiterstruktur, in der eine Übertragungsleitung 31 mit einer vorbestimmten Querschnittgröße (a × b mm) so ausgebildet ist, dass sie von Metallwänden 32 mit einer vorbestimmten Länge umgeben ist, und die Übertragungsleitung 31 ist mit einem dielektrischen Material 33 mit einer relativen Dielektrizitätskonstante ε_r größer als 1 gefüllt. Obwohl beschrieben wird, dass eine Höhe b der Übertragungsleitung 31 (die Dicke des dielektrischen Materials 33) gleich der Dicke t des dielektrischen Substrats 11 der Mikrostreifenleitung 10 ist, können hier die Dicken des dielektrischen Materials und des dielektrischen Substrats unterschiedlich sein.
Eine Endfläche 31a der Übertragungsleitung 31 ist mit einer Endfläche 11a des dielektrischen Substrats 11 an einem Ende des Hauptleiters 12 der Mikrostreifenleitung 10 verbunden. Von den Metallwänden 32a und 32b, die auf einer Seite der Übertragungsleitung 31 einander zugewandt sind, ist eine Endfläche der oberen Metallwand 32a mit einem Ende 12a des Hauptleiters 12 der Mikrostreifenleitung 10 verbunden und eine Endfläche der unteren Metallwand 32b mit dem Masseleiter 13 verbunden. Die andere Endfläche 31b der Übertragungsleitung 31 ist mit einem Durchlass 21a des einen Endes einer Übertragungsleitung 21 des Wellenleiters 20 verbunden. Endflächen der vier Metallwände 32a bis 32d sind mit einem Ende der Metallwände 22 (22a bis 22d), die die Übertragungsleitung 21 des Wellenleiters 20 umgeben, auf dem gesamten Umfang auf der anderen Seite der Übertragungsleitung 31 verbunden.
Wie oben ausgeführt, werden in der Verbindungsstruktur, in der die Mikrostreifenleitung 10 und der Wellenleiter 20 koaxial durch die mit dem dielektrischen Material 33 gefüllte Übertragungsleitung 31 verbunden sind, die elektromagnetischen Wellen des Millimeterwellenbandes, die von dem anderen Ende 12b des Hauptleiters 12 der Mikrostreifenleitung 10 eingeleitet wurden und sich zu dem einen Ende 12a ausbreitet haben, an einem Ende der Übertragungsleitung 31 eingeleitet, breiten sich durch die Übertragungsleitung 31 aus und werden an die Übertragungsleitung 21 des Wellenleiters 20 aus dem anderen Ende ausgegeben. Dementsprechend ist es möglich, eine Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband bereitzustellen, die in einfacher Weise mit einer kleinen Größe gefertigt werden kann, ohne leicht Ungleichmäßigkeit der Charakteristiken zu verursachen.
Die Querschnittgröße a × b der Übertragungsleitung 31 und die relative Dielektrizitätskonstante ε_r des dielektrischen Materials 33 sind so eingestellt, dass eine Länge L der Übertragungsleitung 31 ein Viertel der Leiterwellenlänge λ_g einer elektromagnetischen Welle mit einer gewünschte Ausbreitungsfrequenz f₁ beträgt und eine Impedanz Z_x der mit dem dielektrischen Material 33 gefüllten Übertragungsleitung 31 in Bezug auf eine Impedanz Z₁ der Mikrostreifenleitung 10 und einer (als konstant bezüglich der Frequenz angenommenen) Impedanz Z₂ des Wellenleiters 20 durch Z_x = √(Z₁ × Z₂) gegeben ist.
Somit weist der Übertragungsleitungswandler 30 einen 1/4-Wellenlängenwandler auf und somit ist es möglich, die Mikrostreifenleitung 10 mit dem Wellenleiter 20 in einem passenden Zustand zu verbinden.
Als nächstes wird die Impedanz des Übertragungsleitungswandlers 30 mit der Umwandlungsstruktur untersucht. Wenn sich die Übertragungsleitung in einem Vakuumzustand befindet, ist eine Impedanz Z_x' einer in der Übertragungsleitung 31 des Übertragungsleitungswandlers 30 übertragenen TE-Welle durch die folgende Gleichung gegeben.
wobei µ₀ die Permeabilität des Vakuums, ε₀ die Dielektrizitätskonstante des Vakuums, λ eine Freiraumwellenlänge und λ_c eine Grenzfrequenz ist.
Im Gegensatz dazu ist die Impedanz Z_x, wenn die Übertragungsleitung 31 mit dem dielektrischen Material 33 mit einer relativen Dielektrizitätskonstante ε_r gefüllt ist, durch die folgende Gleichung gegeben.
Eine Grenzfrequenz λ_c10 eines TE10-Modus (Einzelmodus oder „Single Mode“) wird unter Berücksichtigung der Tatsache, dass das dielektrische Material 33 gefüllt ist, durch die folgende Gleichung gegeben.
Die folgende Gleichung wird durch Einsetzen der Gleichung (2) in Gleichung (3) erhalten.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass es möglich ist, die Impedanz des Übertragungsleitungswandlers 30 unter Verwendung der relativen Dielektrizitätskonstante ε_r des dielektrischen Materials 33 und einer Breite a der mit dem dielektrischen Material 33 gefüllten Übertragungsleitung 31 zu steuern. Obwohl nicht im Detail beschrieben, kann eine Höhe b der Übertragungsleitung 31 (die Dicke des dielektrischen Materials 33) unberücksichtigt bleiben.
Die Leiterwellenlänge λ_g des Übertragungsleitungswandlers 30 ist durch folgende Gleichung gegeben.
Der Übertragungsleitungswandler 30 kann als der 1/4-Wellenlängenwandler agieren, indem die Länge L der Übertragungsleitung 31 auf λ_g/4 eingestellt wird.
In der Grundstruktur wird die Berechnung des Übertragungsleitungswandlers 30 zur Anpassung an die Mikrostreifenleitung 10 durchgeführt, die Ro4003C (eingetragene Marke) mit einer relativen Dielektrizitätskonstante ε_r' von 3,55 und einer Dicke von 0,3 mm als das dielektrische Substrat 11 verwendet und eine Impedanz Z₁ von 100 Ω mit einem WR-12-Wellenleiter (ein Nutzungsband von 60 bis 90 GHz) in einer Frequenz von 75 GHz aufweist. Hier sind die relative Dielektrizitätskonstante ε_r und die Dicke b des dielektrischen Materials 33 dieselben wie diejenigen des dielektrischen Substrats 11 der Mikrostreifenleitung 10.
Die Impedanz Z₁ der Mikrostreifenleitung 10 ist 100 Ω, die Impedanz Z₂ des Wellenleiters 20 ist 552 Ω (75 GHz) aus Gleichung (1) und die Impedanz Z_x, die für den Übertragungsleitungswandler 30 erforderlich ist, ist 235 Ω nach Z_x = √(Z₁ × Z₂).
Die Breite a des dielektrischen Materials, das die Impedanz Z_x von 235 Ω erfüllt, beträgt 2,7 mm, und ein Viertel der Wellenleiterwellenlänge λ_g ist 1,08 mm. Das heißt, um die Mikrostreifenleitung und den Wellenleiter in 75 GHz anzupassen, kann man sehen, dass die Breite a der Übertragungsleitung 31 (die Breite des dielektrischen Materials 33) zweckmäßigerweise 2,7 mm beträgt und die Länge L zweckmäßigerweise 1,08 mm beträgt.
Aus diesem Grund ist ersichtlich, dass es möglich ist, die Übertragungsleitung zwischen dem Mikrostreifenleiter 10 und dem Wellenleiter 20 in einer gewünschten Frequenz (75 GHz) und den umgebenden Frequenzen unter Verwendung der mit dem dielektrischen Material 33 gefüllten Übertragungsleitung effektiv umzuwandeln, wie oben beschrieben.
Da es im Falle der Grundstruktur nicht möglich ist, die Strahlung der elektromagnetischen Wellen in einem Außenraum vollständig aufgrund der Fehlanpassung an der Grenzfläche zwischen der Mikrostreifenleitung 10 und dem Übertragungsleitungswandler 30 und der Reflexion derselben aufgrund der Fehlanpassung an der Grenzfläche zwischen dem Übertragungsleitungswandler 30 und dem Wellenleiter 20 zu beseitigen, ist zu erwarten, dass Charakteristiken aufgrund der Strahlungswellen oder Reflexionswellen in den Außenraum beeinträchtigt werden.
2 zeigt ein Beispiel der Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur, in welcher der Einfluss der Strahlungswellen oder Reflexionswellen verringert ist. In einem Übertragungsleitungswandler 30' dieses Strukturbeispiels der Metallwände 32a bis 32d, die das dielektrische Material 33 umgeben, wird ein Strahlungswellenleiter 35 auf einer Endfläche der oberen Metallwand 32a, die der Mikrostreifenleitung 10 zugewandt ist, bereitgestellt.
Der Strahlungswellenleiter 35 ist in einer U-Form mit einem Unterteil ausgebildet, das mit einer ersten Metallwand 35a geöffnet ist, die dem dielektrische Substrat 11 der Mikrostreifenleitung 10 parallel zugewandt ist und von dem Hauptleiter 12 mit einem vorbestimmten Abstand getrennt ist, einer zweiten Metallwand 35b, die auf der einen Seite der Hauptleitung 12 so vorgesehen ist, dass sie in einem vorbestimmten Abstand getrennt ist, und einer dritten Metallwand 35c, die auf der anderen Seite der Hauptleitung 12 vorgesehen ist. Der Strahlungswellenleiter ist mit einem Strahlungswellenleitungspfad 36 bereitgestellt, der ein Ende der Hauptleitung 12 zwischen dem dielektrischen Substrat 11 und dem Strahlungswellenleiter bei einer vorbestimmten Länge umschließt, die Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen in den Außenraum von der Grenze zwischen der Mikrostreifenleitung 10 und der mit dem dielektrischen Material 33 gefüllten Übertragungsleitung 31 reguliert und die elektromagnetischen Wellen, die an den Raum abgestrahlt werden, zu dem anderen Ende des Hauptleiters 12 führt.
Eine Nut 37 mit einer Tiefe d, die einem Viertel einer Wellenlänge einer gewünschten Ausbreitungsfrequenz entspricht, ist in einem inneren Umfang der ersten Metallwand 35a der Strahlungswellenleitung 35 in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Hauptleiters 12 ausgebildet, um das Austreten von in den Raum abgestrahlten elektromagnetischen Wellen zu verhindern. Da auf die Nut 37 einfallende Komponenten und aus der Nut 37 ausgegebene Komponenten wegen der Phasenumkehr nach Wechselwirkung einander ausgleichen, ist es möglich, das Austreten von in den Raum abgestrahlten elektromagnetischen Wellen zu verhindern.
Durch Verwendung der in dem Strahlungswellenleiter 35 ausgebildeten Nut 37 ist es möglich, das Austreten der in den Außenraum abgestrahlten elektromagnetischen Wellen aufgrund der Fehlanpassung an der Grenze zwischen der Mikrostreifenleitung 10 und der mit dem dielektrischen Material 33 gefüllten Übertragungsleitung 31 zu verhindern. Es wurde in diesem Beispiel beschrieben, dass eine Nut 37 dargestellt ist, aber es ist möglich, das Austreten der in den Außenraum abgestrahlten elektromagnetischen Wellen in einem breiteren Band durch Bilden einer Vielzahl von Nuten mit unterschiedlichen Tiefen in Reihen in Längsrichtung der ersten Metallwand 35a zu verhindern. Es wurde in diesem Beispiel beschrieben, dass der Strahlungswellenleiter 35 verwendet wird, der drei Metallwände 35a bis 35c aufweist und die U-Form hat, dessen Unterseite offen ist. Jedoch kann der Strahlungswellenleiter 35 eine Form haben, die es ermöglicht, dass die Metallwände ein Ende des Hauptleiters 12 an einer vorbestimmten Länge umgeben, die Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen an den Außenraum von der Grenze zwischen der Mikrostreifenleitung 10 und der mit dem dielektrischen Material 33 gefüllten Übertragungsleitung 31 regulieren und die Strahlungswellen, die an den Außenraum zu dem anderen Ende des Hauptleiters 12 hin abgestrahlt werden, zu führen, oder kann einen Innenumfangsabschnitt mit einer trapezförmigen oder halbkreisförmigen Form haben. Die Nut 37 kann in dem gesamten Innenumfang in einer vorbestimmten Tiefe zusätzlich zu einer Wandfläche, die dem dielektrischen Substrat 11 der Mikrostreifenleitung 10 zugewandt ist, ausgebildet sein.
Indessen beträgt die Querschnittgröße der mit dem dielektrischen Material 33 gefüllten Übertragungsleitung 31 2,7 × 0,3 mm wie in dem Zahlenwertbeispiel, wohingegen die Standardquerschnittgröße des verwendeten Wellenleiters in dem Millimeterwellenband im WR-12-Typ etwa 3,1 × 1,55 mm beträgt. Die Abmessungen in der Breitenrichtung davon liegen nahe beieinander, aber die Abmessungen in den Dickenrichtungen davon weisen eine Differenz von fünf oder mehr Mal auf und somit kann aufgrund eines Unterschieds zwischen den Querschnittgrößen ein Problem der Reflexion auftreten.
Aus diesem Grund wird wie in 2 gezeigt die Reflexion aufgrund der Differenz zwischen den Querschnittgrößen der Wellenleiter 20 und der mit dem dielektrischen Material 33 gefüllten Übertragungsleitung 31 reguliert, indem die Querschnittgröße der Öffnung 21a an einem Ende des Wellenleiters 20' auf eine Größe eingestellt wird (beispielsweise 2,7 × 0,3 mm), die kleiner als die Standardquerschnittgröße ist und die der Querschnittgröße des anderen Endes der mit dem dielektrischen Material 33 gefüllten Übertragungsleitung 31 entspricht und die einen sich verjüngenden Abschnitt 21b bildet, von dem aus die Querschnittgröße allmählich (obwohl die Querschnittgröße in der Zeichnung geradlinig ansteigt, kann die Querschnittgröße schrittweise ansteigen) zu dem anderen Ende der Öffnung und einer Standardquerschnittgröße 21c, die durchgehend mit dem sich verjüngenden Abschnitt 21b verbunden ist, hin ansteigt (zum Beispiel bis zu der Standardquerschnittgröße).
Wie oben beschrieben, wird ein Simulationsergebnis, in welchem die Übertragungseigenschaften, wenn die Breite a der mit dem dielektrischen Material 33 gefüllten Übertragungsleitung 31 2,7 mm beträgt und ihre Länge L 1,08 mm beträgt, in der Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur erhalten, wie in 3 gezeigt.
Es kann in 3 gesehen werden, dass in einem Frequenzbereich von 70 bis 80 GHz eine Einfügungsdämpfung 1 dB oder weniger beträgt und ein Reflexionskoeffizient –10 dB oder weniger beträgt und die Anpassung in der Nähe einer gewünschten Ausbreitungsfrequenz von 75 GHz erzielt wird.
In der Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur ist die mit dem dielektrischen Material 33 gefüllte Übertragungsleitung 31 so ausgebildet, dass sie von den Metallwänden 32a bis 32d umgeben ist, es kann aber eine beliebige Struktur verwendet werden.
Zum Beispiel ist es möglich, wie in 4 gezeigt, die Metallwände 32c und 32d auf beiden Seiten der mit dem dielektrischen Material 33 gefüllten Übertragungsleitung 31 durch Verbinden von Masseleitern 41 und 42 zu bilden, die beide Oberflächen eines dielektrischen Substrats 40 bedecken, das ähnlich dem dielektrischen Substrat 11 ist, das in der Mikrostreifenleitung 10 mit Metallstiften 45 verwendet wird, die durch Durchkontaktierung und Ausbilden der Metallstifte 45 in zwei Reihen mit einem vorbestimmten Abstand gebildet werden. In diesem Fall ist ein Abstand zwischen den Metallstiften 45 innerhalb der Reihe ausreichend kleiner als die Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen, die sich durch die Übertragungsleitung ausbreiten, und der Abstand zwischen den Reihen ist gleich der Breite a. 5 zeigt eine Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur, in der die mit einem dielektrischen Material 33 gefüllte Übertragungsleitung 31 mit Hilfe der Metallstifte 45 ausgebildet ist, und in diesem Fall stehen die Masseleiter 41 und 42 auf den beiden Oberflächen des dielektrischen Substrats 40 in Kontakt mit den Metallwänden 32a und 32b.
Da die Dicken der Masseleiter 41 und 42 im Vergleich zu der Dicke des Substrats im Allgemeinen klein genug sind, vernachlässigt zu werden, steht die Metallwand 32a, obwohl der Mittelabschnitt (Abschnitt zwischen den Reihen der Metallstifte 45) des Masseleiters 41 entfernt ist, in Kontakt mit der Oberseite des Masseleiters, und somit gibt es keine Schwierigkeiten.
Obwohl in den jeweiligen Ausführungsformen beschrieben wurde, dass der Übertragungsleitungswandler 30 mit der mit dem dielektrischen Material 33 gefüllten Übertragungsleitung 31 separat von der Mikrostreifenleitung 10 und dem Wellenleiter 20 oder 20' bereitgestellt wird, kann das die Übertragungsleitung 31 für die Übertragungsleitung-Umwandlung füllende dielektrische Material 33 durch Verlängern des Endes des dielektrischen Substrats 11 der Mikrostreifenleitung 10 ausgebildet werden, wie in den 6 und 7 gezeigt. 6 zeigt eine Struktur, die der in den 1 und 2 gezeigten Struktur entspricht. 7 zeigt eine Struktur entsprechend der Struktur unter Verwendung der Metallstifte 45 der 4 und 5. In diesem Fall wird der Masseleiter in zwei Masseleiter 41a und 41b getrennt, indem der zentrale Abschnitt der Masseleiter 41 von 4 und 5 entfernt wird, und der Masseleiter 13 der Mikrostreifenleitung 10 wird auch als der Masseleiter 42 der 4 und 5 verwendet.
Obwohl nicht gezeigt, ist es möglich, zumindest einen Teil der Metallwände 32a bis 32d, die die Übertragungsleitung 31 mit dem Wellenleiter 20 oder 20' ausmachen, einteilig auszubilden und es ist möglich, die spezifische Struktur in verschiedenen Weisen zu modifizieren.
Wenn der gewünschte zu übertragende Frequenzbereich breiter ist, ist es vorzuziehen, dass eine Vielzahl (M) von dielektrischen Schichten mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten innerhalb der Übertragungsleitung gebildet wird. Die Querschnittgröße der Übertragungsleitung 31 und der relativen Dielektrizitätskonstanten der dielektrischen Schichten sind so eingestellt, dass die zusammengesetzte Impedanz Z_xi der Übertragungsleitung einschließlich der Vielzahl von dielektrischen Schichten in der Vielzahl N von unterschiedlichen Frequenzen in dem gewünschten Ausbreitungsfrequenzband in Bezug auf die Impedanz Z₁ der Mikrostreifenleitung und der Impedanz Z_wi des Wellenleiters 20 in einer Vielzahl N (≥ M) unterschiedlicher Frequenzen in dem gewünschten Ausbreitungsfrequenzband durch Z_xi = √(Z₁ × Z_wi) (i = 1 bis N) gegeben ist und ein Viertel der Leiterwellenlänge, wenn die elektromagnetischen Wellen sich durch die jeweiligen dielektrischen Schichten in einer Anzahl M von Frequenzen ausbreiten, gleich der Länge der Übertragungsleitung ist. Dementsprechend ist es möglich, dass sich die elektromagnetischen Wellen effizient durch verschiedene Mikrostreifenleitungen und Wellenleiter in einem breiten Band in einem passenden Zustand ausbreiten, und es ist somit möglich, eine hohe allgemeine Vielseitigkeit und Breitbandleistung zu erzielen. Es wird angenommen, dass die hier erwähnte dielektrische Schicht Luft mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 1 enthält (die relative Dielektrizitätskonstante von Luft ist, streng genommen, größer als die Dielektrizitätskonstante des Vakuums, aber es wird in diesem Beispiel angenommen, dass die relative Dielektrizitätskonstante derselben 1 beträgt).
8 zeigt ein Beispiel der einfachsten Grundstruktur M = 2, und eine erste dielektrische Schicht 133 als eine obere Schicht, die aus einem dielektrischen Material mit einer relativen Dielektrizitätskonstante ε_r1 größer als 1 hergestellt ist, und eine zweite dielektrische Schicht 134 als eine untere Luftschicht mit einer relativen Dielektrizitätskonstante ε_r2 von 1, die innerhalb der Übertragungsleitung 31 des Übertragungsleitungswandler 30' so ausgebildet sind, dass sie durchgehend von einem Ende zum anderen Ende verbunden sind.
Beispielsweise wird angenommen, dass die erste dielektrische Schicht 133 aus dem gleichen Material wie das dielektrische Substrat 11 der Mikrostreifenleitung 10 hergestellt ist und die gleiche Dicke wie das dielektrische Substrat hat. Die Dicke der zweiten dielektrischen Schicht 134 wird so eingestellt, dass sie gleich einer Differenz zwischen der Höhe der Übertragungsleitung 21 des Wellenleiters 20 und der Dicke der ersten dielektrischen Schicht 133 ist, und in diesem Strukturbeispiel ist ein Ende der dielektrische Schicht 134 durch die Endfläche 13a des Masseleiters 13 der Mikrostreifenleitung 10 abgeschlossen.
In dieser Struktur ist nach Gleichung (3) oben die Leiterwellenlänge λ_g1 der elektromagnetischen Wellen, die sich durch die zweite dielektrische Schicht 134 als die Luftschicht in einer Frequenz f₁ in dem gewünschten Frequenzband ausbreiten, auf Grundlage der Tatsache, dass die relative Dielektrizitätskonstante ε_r2 1 beträgt, durch folgende Gleichung gegeben.
Indessen ist die Leiterwellenlänge λ_g2 der elektromagnetischen Wellen, die sich durch die erste dielektrische Schicht 133 in einer anderen Frequenz f₂ (> f₁) in dem gewünschten Frequenzband ausbreitet, durch folgende Gleichung gegeben.
Wenn also die Breite a der Übertragungsleitung 31 und die Dielektrizitätskonstanten der jeweiligen dielektrischen Schichten so eingestellt sind, dass ein Viertel der Leiterwellenlänge λ_g1, wenn sich die elektromagnetische Welle mit der Frequenz f₁ durch die zweite dielektrische Schicht 134 ausbreitet, und ein Viertel der Leiterwellenlänge λ_g2, wenn sich die elektromagnetische Welle mit der Frequenz f₂ durch die erste dielektrische Schicht 133 ausbreitet, gleich der Länge L der Übertragungsleitung 31 sind (die Längen der ersten dielektrischen Schicht 133 und der zweiten dielektrischen Schicht 134) und die Beziehung zwischen den Impedanzen in den jeweiligen Frequenzen der vorgenannten Beziehung genügt, ist es möglich, Übereinstimmung in den zwei verschiedenen Frequenzbereichen zu erzielen, ist es möglich, die Übereinstimmung in dem gesamten gewünschten Frequenzbereich durch die Auswahl der Frequenzen in einem niedrigen Band und einem hohen Band zu erzielen, und es ist möglich, Breitband zu erzielen.
Wenn wie in der zuvor erwähnten Struktur ein Beispiel eines spezifischen numerischen Werts von M = 2 dargestellt wird, wenn vier (N = 4) verschiedene Frequenzen f₁ = 60 GHz, f₂ = 70 GHz, f₃ = 80 GHz und f₄ = 90 GHz betragen und die Impedanz Z₁ der Mikrostreifenleitung 10 100 Ω beträgt, beträgt die Impedanz Z_w1 des Wellenleiters 20 bei der Frequenz f₁ von 60 GHz 1078 Ω und die Impedanz Z_x, die zur Übereinstimmung mit der Mikrostreifenleitung 10 erforderlich ist, beträgt 328 Ω. Hierbei beträgt die Impedanz, wenn die Breite a der Übertragungsleitung 31 2,2 mm beträgt, 314 Ω und eine Übereinstimmungsbedingung ist im Wesentlichen erfüllt. Die Impedanz 314 Ω ist ursprünglich die zusammengesetzte Impedanz der ersten dielektrischen Schicht 133 mit der zweiten dielektrischen Schicht 134, aber da die Impedanz der zweiten dielektrischen Schicht 134 als die Luftschicht ausreichend größer als die Impedanz der ersten dielektrischen Schicht 133 ist, wird der Wert der Impedanz der ersten dielektrischen Schicht 133 verwendet (das gleiche gilt später).
Die Impedanz Z_w2 des Wellenleiters 20 bei der Frequenz f₂ von 70 GHz beträgt 721 Ω und die Impedanz Z_x, die erforderlich ist, um Übereinstimmung mit der Mikrostreifenleitung 10 zu erzielen, beträgt 268 Ω. Wie zuvor beschrieben, beträgt die Impedanz, wenn die Breite a der Übertragungsleitung 31 2,2 mm beträgt, 273 Ω und die Übereinstimmungsbedingung ist im Wesentlichen erfüllt.
Die Impedanz Z_w3 des Wellenleiters 20 bei der Frequenz f₃ von 80 GHz beträgt 594 Ω und die Impedanz Z_x, die erforderlich ist, um Übereinstimmung mit der Mikrostreifenleitung 10 zu erzielen, beträgt 244 Ω. Wie oben erwähnt, beträgt die Impedanz, wenn die Breite a der Übertragungsleitung 31 2,2 mm beträgt, 252 Ω und die Übereinstimmungsbedingung ist im Wesentlichen erfüllt.
Die Impedanz Z_w4 des Wellenleiters 20 bei der Frequenz f₄ von 90 GHz beträgt 530 Ω und die Impedanz Z_x, die erforderlich ist, um Übereinstimmung mit der Mikrostreifenleitung 10 zu erzielen, beträgt 230 Ω. Wie oben erwähnt, beträgt die Impedanz, wenn die Breite a der Übertragungsleitung 31 2,2 mm beträgt, 238 Ω und die Übereinstimmungsbedingung ist im Wesentlichen erfüllt.
Als nächstes wird, da die Länge L der Übertragungsleitung 31 1,252 mm beträgt, welches ein Viertel der Leiterwellenlänge ist, wenn die elektromagnetischen Wellen sich durch die erste dielektrische Schicht 133 bei der Frequenz f₂ von 70 GHz ausbreiten, und 1,277 mm beträgt, welches ein Viertel der Leiterwellenlänge ist, wenn sich die elektromagnetischen Wellen durch die zweite dielektrische Schicht 134 (Luftschicht) bei der Frequenz f₄ von 90 GHz ausbreiten, die Länge L der Übertragungsleitung 31 auf 1,26 mm zwischen den beiden Frequenzen eingestellt. Somit ist es möglich, die Leiterwellenlängen in den beiden Frequenzen und den umliegenden Frequenzen aneinander anzupassen. Obwohl hier die Leiterwellenlängen der zwei dielektrischen Schichten bei der Frequenz f₂ von 70 GHz und der Frequenz f₄ von 90 GHz miteinander übereinstimmen, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Eine Vielzahl von Frequenzen, die ein gewünschtes Band abdecken können, kann gewählt werden oder eine Kombination der Frequenzen von 60 GHz und 90 GHz kann verwendet werden. Im Fall einer Dreischichtstruktur können die Frequenzen von 60 GHz, 75 GHz und 90 GHz gewählt werden.
Obwohl das Strukturbeispiel, in dem die Vielzahl (M = 2) der dielektrischen Schichten innerhalb der Übertragungsleitung 31 bereitgestellt wird, in dem vorgenannten Beispiel beschrieben worden ist, wird dieses Beispiel wie folgt dargestellt, indem es als M ≥ 2 verallgemeinert wird.
Das heißt, in Bezug auf elektromagnetische Wellen mit einer Vielzahl N (≥ M) unterschiedlicher Frequenzen f₁, f₂, ... und f_N in einem gewünschten Ausbreitungsfrequenzband des Millimeterwellenbandes, wenn die zusammengesetzten Impedanzen der Übertragungsleitung 31, die durch eine Vielzahl (M) von dielektrischen Schichten aufgebaut ist, jeweils Z_x1, Z_x2, ... und Z_xN betragen und die Impedanzen der Wellenleiter 20 jeweils Z_w1, Z_w2, ... und Z_wN betragen und die Impedanz der Mikrostreifenleitung 10 Z₁ beträgt, sind die folgenden Beziehungen erfüllt. Z_x1 = √(Z₁ × Z_w1) Z_x2 = √(Z₁ × Z_w2) ... Z_xN = √(Z₁ × Z_wN)
Wenn M Frequenzen unter den Frequenzen der Vielzahl N von Frequenzen f₁, f₂, ... und f_N F_a1 bis f_aM betragen, die Leiterwellenlänge λ_g1 beträgt, wenn die elektromagnetische Welle mit der ersten Frequenz f_a1 sich durch die erste dielektrische Schicht der Vielzahl (M) von dielektrischen Schichten ausbreitet, die Leiterwellenlänge λ_g2 beträgt, wenn die elektromagnetische Welle mit der zweiten Frequenz f_a2 sich durch die zweite dielektrische Schicht der Vielzahl (M) von dielektrischen Schichten ausbreitet, ... und die Leiterwellenlänge λ_gM beträgt, wenn die elektromagnetische Welle mit der M-ten Frequenz f_aM sich durch die M-te dielektrische Schicht der Vielzahl (M) von dielektrischen Schichten ausbreitet, können die Querschnittgröße der Übertragungsleitung 31 und die relativen Dielektrizitätskonstanten der dielektrischen Schichten so eingestellt werden, dass die Länge L der Übertragungsleitung 31 L = λ_g1/4 = λ_g2/4 = ..., = λ_gM/4 beträgt.
Jedoch wird die tatsächliche relative Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials eindeutig durch ein Material bestimmt und es ist nicht möglich, einen beliebigen Wert zu verwenden. Aus diesem Grund ist es notwendig, nur die Breite a und die Länge L der Übertragungsleitung 31 so einzustellen, dass die vorgenannte Bedingung erfüllt ist, indem ein dielektrisches Material mit einem geringen Verlust im Millimeterwellenband gewählt wird und davon die relative Dielektrizitätskonstante verwendet wird.
In der oben erwähnten Grundstruktur ist es nicht möglich, die Strahlung der elektromagnetischen Wellen in den Außenraum von der Grenzfläche zwischen der Mikrostreifenleitung 10 und dem Übertragungsleitungswandler 30 oder die Reflexion an der Grenzfläche zwischen dem Übertragungsleitungswandler 30 und dem Wellenleiter 20 vollständig zu beseitigen, und es ist daher erwarten, dass die Charakteristiken aufgrund der Strahlungswellen oder Reflexionswellen beeinträchtigt werden.
9 zeigt ein Beispiel einer praktischeren Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur, in welcher der Einfluss der Strahlungswellen und Reflexionswellen verringert ist. In einem Übertragungsleitungswandler 30'' dieses Strukturbeispiels der Metallwände 32a bis 32d, die das dielektrische Material 33 umgeben, wird der Strahlungswellenleiter 35 auf der Endfläche der oberen Metallwand 32a, die der Mikrostreifenleitung 10 zugewandt ist, bereitgestellt.
Der Strahlungswellenleiter 35 ist in der U-Form mit einem Unterteil ausgebildet, das mit der ersten Metallwand 35a geöffnet ist, die dem dielektrische Substrat 11 der Mikrostreifenleitung 10 parallel zugewandt ist und von dem Hauptleiter 12 mit dem vorbestimmten Abstand getrennt ist, der zweiten Metallwand 35b, die auf der einen Seite der Hauptleitung 12 so ausgebildet ist, dass sie in dem vorbestimmten Abstand getrennt ist, und einer dritten Metallwand 35c, die auf der anderen Seite der Hauptleitung 12 so ausgebildet ist, dass sie in dem vorbestimmten Abstand getrennt ist. Der Strahlungswellenleiter ist mit dem Strahlungswellenleiterpfad 36 versehen, der ein Ende der Hauptleitung 12 zwischen dem dielektrischen Substrat 11 und dem Strahlungswellenleiter bei einer vorbestimmten Länge umschließt, die Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen in den Außenraum von der Grenze zwischen der Mikrostreifenleitung 10 und der Übertragungsleitung 31 reguliert und die Strahlungswellen zu dem anderen Ende des Hauptleiters 12 führt.
Die Nut 37 mit der Tiefe, die einem Viertel der Wellenlänge der gewünschten Ausbreitungsfrequenz entspricht, ist in dem inneren Umfang der ersten Metallwand 35a des Strahlungswellenleiters 35 in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Hauptleiters 12 ausgebildet, um das Austreten von Strahlungswellen zu verhindern. Da die auf die Nut 37 einfallenden Komponenten und aus der Nut 37 ausgegebenen Komponenten wegen der Phasenumkehr nach Wechselwirkung einander ausgleichen, ist es möglich, das Austreten von Strahlungswellen zu verhindern.
Durch Verwenden der in dem Strahlungswellenleiter 35 ausgebildeten Nut 37 ist es möglich, das Austreten der von der Grenze zwischen der Mikrostreifenleitung 10 und der Übertragungsleitung 31 abgestrahlten elektromagnetischen Wellen aufgrund der Fehlanpassung zu verhindern.
Es wurde in diesem Beispiel beschrieben, dass eine Nut 37 dargestellt ist, aber es ist möglich, das Austreten der in den Außenraum abgestrahlten elektromagnetischen Wellen in einem breiteren Band durch Bilden einer Vielzahl von Nuten mit unterschiedlichen Tiefen in Reihen in Längsrichtung der ersten Metallwand 35a zu verhindern. Es wurde in diesem Beispiel beschrieben, dass der Strahlungswellenleiter 35 verwendet wird, der drei Metallwände 35a bis 35c aufweist und die U-Form hat, dessen Unterseite offen ist. Der Strahlungswellenleiter 35 kann jedoch eine Form haben, die es ermöglicht, dass die Metallwände ein Ende des Hauptleiters 12 an einer vorbestimmten Länge umgeben, die Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen an den Außenraum von der Grenze zwischen der Mikrostreifenleitung 10 und der mit dem dielektrischen Material 33 gefüllten Übertragungsleitung 31 regulieren und die Strahlungswellen, die an den Außenraum zu dem anderen Ende des Hauptleiters 12 hin abgestrahlt werden, zu führen, oder kann einen Innenumfangsabschnitt mit einer trapezförmigen oder halbkreisförmige Form haben. Die Nut 37 kann in dem gesamten Innenumfang in einer vorbestimmten Tiefe zusätzlich zu einer Wandfläche, die dem dielektrischen Substrat 11 der Mikrostreifenleitung 10 zugewandt ist, ausgebildet sein.
Indessen beträgt, wenn die Breite a der Übertragungsleitung 31 gemäß dem numerischen Wertbeispiel 2,2 mm beträgt und die Höhe b gleich der Höhe der Übertragungsleitung 21 des Wellenleiters 20 ist (1,55 mm), die Dicke der zweiten dielektrischen Schicht (Luftschicht) 134 1,25 mm, das durch Subtrahieren von 0,3 mm, was die der Dicke der ersten dielektrischen Schicht 133 ist, von 1,55 mm erhalten wird. In diesem Fall wird angenommen, da der Unterschied zwischen 2,2 × 1,55 mm, welches die Querschnittgröße der Übertragungsleitung 31 ist, und etwa 3,1 × 1,55 mm, welches die Standardquerschnittgröße des in dem Millimeterwellenband verwendeten WR-12-Wellenleiters ist, nicht groß ist, selbst in einem direkt verbundenen Zustand keine starke Reflexion auftritt.
Jedoch ist in dem Zahlenwertbeispiel die Dicke der zweiten dielektrischen Schicht 134 mehr als vier Mal größer als die Dicke der ersten dielektrischen Schicht 133 und die Höhe der Linie an der Grenze zwischen der Mikrostreifenleitung 10 und der Übertragungsleitung ist stark verändert. Somit besteht die Möglichkeit, dass die Reflexion auftritt.
Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform durch Einstellen der Dicke der zweiten dielektrischen Schicht 134 auf im Wesentlichen die gleiche Dicke wie die Dicke der ersten dielektrischen Schicht 133 kein extremer Unterschied zwischen der Dicke der Mikrostreifenleitung 10 und der Höhenabmessung der Übertragungsleitung 31 auftreten.
Da die Höhenabmessung der Übertragungsleitung 31 zwangsläufig geringer als die Standardhöhenabmessung der Übertragungsleitung des WR-12-Wellenleiters ist, besteht daher ein Problem eines Unterschieds zwischen den Querschnittgrößen der Übertragungsleitung und dem Wellenleiter 20 zu diesem Zeitpunkt.
Aus diesem Grund wird wie in 9 gezeigt die Reflexion aufgrund der Differenz zwischen den Querschnittgrößen der Übertragungsleitung 31 und dem Wellenleiter 20 reguliert, indem die Querschnittgröße des Durchlasses 21a an dem einen Ende des Wellenleiters 20' auf eine Größe eingestellt wird (beispielsweise 2,2 × 0,6 mm), die kleiner als die Standardquerschnittgröße ist und die der Querschnittgröße des anderen Endes der Übertragungsleitung 31 entspricht und die einen sich verjüngenden Abschnitt 21b bildet, von dem aus die Querschnittgröße allmählich (obwohl die Querschnittgröße in der Zeichnung geradlinig ansteigt, kann die Querschnittgröße schrittweise ansteigen) zu dem anderen Ende des Durchlasses und einer Standardschnittgröße 21c, die durchgehend mit dem Abschnitt 21b verbunden ist, hin ansteigt (zum Beispiel bis zu der Standardquerschnittgröße).
Ein Simulationsergebnis, in dem Übertragungseigenschaften, in der in 9 gezeigten Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur erhalten werden, wenn das Zahlenwertbeispiel verwendet wird, ist in 10 gezeigt.
Es kann in 10 gesehen werden, dass eine Einfügungsdämpfung 1 dB oder weniger beträgt und ein Reflexionskoeffizient –10 dB oder weniger in einem Frequenzbereich von 60 bis 90 GHz beträgt und die Übereinstimmung zwischen der Mikrostreifenleitung 10 und dem Wellenleiter 20 in einem breiten Frequenzbereich des Millimeterwellenbandes erzielt wird.
11 zeigt einen Fall, in dem die Übertragungseigenschaften erhalten werden, wenn die Position der Mikrostreifenleitung 10 von der Übertragungsleitung 31 in einer Richtung (X-Richtung) senkrecht zu der Längsrichtung (Z-Richtung) des Hauptleiters 12 auf einer Oberfläche (X-Z-Ebene) parallel zu dem dielektrischen Substrat 11 abweicht (Bewegungsbetrag ist dx), und 12 zeigt einen Fall, in dem die Übertragungseigenschaften erhalten werden, wenn die Position der Mikrostreifenleitung 10 von der Übertragungsleitung 31 in der Längsrichtung (Z-Richtung) des Hauptleiters 12 auf der Oberfläche parallel zu dem dielektrischen Substrat 11 abweicht (Bewegungsbetrag ist dz).
Es kann aus den 11 und 12 gesehen werden, dass ein Reflexionskoeffizient S11 –10 dB oder weniger beträgt, obwohl die Mikrostreifenleitung um etwa 0,2 mm in der X-Richtung abweicht und die Leistung ist gewährleistet, obgleich die Mikrostreifenleitung um etwa 0,5 mm in der Z-Richtung abweicht. Da ein allgemeiner Herstellungsfehler von Komponenten mit solchen Fehlern ungefähr ±10 µm beträgt und ein Fehler selbst beim Zusammenbau der Komponenten 100 µm oder weniger beträgt, ist die vorgenannte Umwandlungsstruktur in der Lage, die gewünschte Leistung bei dem Fehler der Komponente oder der Baugruppe aufrechtzuerhalten.
Obwohl für die Leitungs-Umwandlungsstruktur beschrieben wurde, dass die Vielzahl von dielektrischen Schichten auf der Übertragungsleitung 31 so ausgebildet ist, dass sie die Metallwände 32a bis 32d umgeben, kann die Übertragungsleitung 31 eine beliebige Struktur haben.
Zum Beispiel ist es wie in 13 gezeigt möglich, einen Teil der Metallwände 32c und 32d, die die Übertragungsleitung 31 ausmachen, so auszubilden, dass sie beide Seiten der ersten dielektrischen Schicht 133 umgeben, indem der Masseleiter 41, der die gesamte obere Fläche des dielektrischen Substrats 40 abdeckt, ähnlich zu dem dielektrischen Substrat 11, das in der Mikrostreifenleitung 10 verwendet wird, und die Masseleiter 42 und 43, die beide Enden an der unteren Fläche abdecken, unter Verwendung von Metallstiften 45 verbunden werden, die durch Durchkontaktierung und Bildung der Metallstifte 45 in zwei Reihen mit einem vorbestimmten Abstand gebildet werden. In diesem Fall ist der Abstand zwischen den Metallstiften 45 innerhalb der Reihe ausreichend kleiner als die Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen, die sich durch die erste dielektrische Schicht 133 ausbreiten, und der Abstand zwischen den Reihen ist gleich der Breite a. 14 zeigt eine Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur, in der die Übertragungsleitung 31 mit Hilfe der Metallstifte 45 ausgebildet ist, und in diesem Fall steht der Masseleiter 41 des dielektrischen Substrats 40 in Kontakt mit der Metallwand 32a und die Masseleiter 42 und 43 stehen in Kontakt mit den Metallwänden 32c und 32d.
Da die Dicke des Masseleiters 41 im Vergleich zu der Dicke des Substrats im Allgemeinen klein genug ist, vernachlässigt zu werden, steht die Metallwand 32a, obwohl der Mittelabschnitt (Abschnitt zwischen den Reihen der Metallstifte 45) des Masseleiters 41 entfernt ist, in Kontakt mit der Oberseite des Masseleiters, und somit gibt es keine Schwierigkeiten.
Obwohl in den jeweiligen Ausführungsformen beschrieben wurde, dass der Übertragungsleitungswandler 30 mit der Übertragungsleitung 31, auf der die Vielzahl von dielektrischen Schichten gebildet ist, separat von der Mikrostreifenleitung 10 und dem Wellenleiter 20 oder 20' bereitgestellt wird, kann die erste dielektrische Schicht 133 durch Verlängern des Endes des dielektrischen Substrats 11 der Mikrostreifenleitung 10 ausgebildet werden, wie in den 15 und 16 gezeigt. 15 zeigt eine Struktur entsprechend der Struktur, die in 8 und 9 gezeigt wird, und 16 zeigt eine Struktur entsprechend der Struktur, die die Metallstifte 45 der 13 und 14 verwendet. Ähnlich zu der unteren Fläche ist der Masseleiter 41 auf der Oberseite von 13 und 14 in zwei Masseleiter 41a und 41b unterteilt, und der Masseleiter 13 der Mikrostreifenleitung 10 sich so erstreckt, dass er als Masseleiter 42 und 43 der 13 und 14 dient.
Obwohl nicht gezeigt, ist es möglich, zumindest einen Teil der Metallwände 32a bis 32d, die die Übertragungsleitung 31 mit dem Masseleiter 13 der Mikrostreifenleitung 10 oder den Metallwänden des Wellenleiters 20 oder 20' ausmachen, einteilig auszubilden und es ist möglich, die spezifische Struktur in verschiedenen Weisen zu modifizieren. Zum Beispiel können verschiedene Strukturen angepasst werden, wie zum Beispiel eine Struktur, in der die Metallwand 32b, die die Übertragungsleitung 31 ausmacht, sich so in Richtung der Mikrostreifenleitung 10 erstreckt, dass sie als der Masseleiter 13 dient, der das dielektrische Substrat 11 unterstützt, und sich so in Richtung des Wellenleiters 20 erstreckt, dass sie als die untere Metallwand des Wellenleiters 20 dient.
Obwohl in der oben erwähnten Ausführungsform beschrieben wurde, dass die Anzahl (M) von dielektrischen Schichten gleich 2 ist und eine der dielektrischen Schichten eine Luftschicht ist, kann eine andere dielektrische Schicht als Luft verwendet werden oder die Anzahl (M) von dielektrischen Schichten kann 3 oder mehr sein. Obwohl in dem vorgenannten Beispiel beschrieben wurde, dass eine der Vielzahl von dielektrischen Schichten, die auf der Übertragungsleitung ausgebildet ist, aus dem gleichen Material besteht wie das dielektrische Substrat der Mikrostreifenleitung 10 und die gleiche Dicke wie das dielektrische Substrat hat, kann die Übertragungsleitung mit einer dielektrischen Schicht gebildet werden, die aus einem anderen Material als das dielektrische Substrat der Mikrostreifenleitung 10 hergestellt ist und eine beliebige Dicke hat.
Bezugszeichenliste

10: Mikrostreifenleitung
11: dielektrisches Substrat
12: Hauptleiter
13: Masseleiter
20, 20’: Wellenleiter
21: Übertragungsleitung
30, 30’, 30’’: Übertragungsleitungswandler
31: Übertragungsleitung
32: Metallwand
33: dielektrisches Material
35: Strahlungswellenleiter
35a: erste Wand
35b: zweite Wand
35c: dritte Wand
36: Strahlungswellenleiterpfad
37: Nut
40: dielektrisches Substrat
41, 42, 43: Masseleiter
45: Metallstift
133: erste dielektrische Schicht
134: zweite dielektrische Schicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5-83014 A [0004]
JP 2008-79085 A [0004]

Claims

Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband, die eine Mikrostreifenleitung verbindet, umfassend einen Hauptleiter, der auf einer Oberfläche eines dielektrischen Substrats ausgebildet ist, und einen Masseleiter, der auf der anderen Oberfläche davon ausgebildet ist und der es ermöglicht, dass sich elektronische Wellen eines Millimeterwellenbandes in einer Längsrichtung des Hauptleiters ausbreiten, mit einem Wellenleiter, der es ermöglicht, dass sich die elektromagnetischen Wellen des Millimeterwellenbandes ausbreiten, wobei die Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur eine Wellenleiterstruktur aufweist, in der eine Übertragungsleitung mit einer vorbestimmten Länge so ausgebildet ist, dass sie von Metallwänden umgeben ist, wobei die Übertragungsleitung mit einem dielektrischen Material gefüllt ist, das eine relative Dielektrizitätskonstante größer als 1 aufweist, wobei eine Endfläche der Übertragungsleitung mit einer Endfläche des dielektrischen Substrats der Mikrostreifenleitung verbunden ist und die andere Endfläche der Übertragungsleitung mit einem Durchlass des Wellenleiters verbunden ist.
Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband nach Anspruch 1, wobei das dielektrische Material, das die Übertragungsleitung füllt, eine Vielzahl M von dielektrischen Schichten mit unterschiedlichen relativen Dielektrizitätskonstanten aufweist und so ausgebildet ist, dass sie von einem Ende der Übertragungsleitung zum anderen Ende davon kontinuierlich verbunden ist.
Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband nach Anspruch 1, wobei die Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur zwischen der Mikrostreifenleitung und einem Ende der Übertragungsleitung und zwischen dem anderen Ende der Übertragungsleitung und einem Ende des Wellenleiters ausgebildet ist, um zu ermöglichen, dass sich die elektromagnetischen Wellen des Millimeterwellenbandes ausbreiten, und eine Größe der mit dem dielektrischen Material gefüllten Übertragungsleitung und die relativen Dielektrizitätskonstanten des die Übertragungsleitung füllenden dielektrischen Materials können so eingestellt sein, dass eine Länge des die Übertragungsleitung füllenden dielektrischen Materials ein Viertel der Leiterwellenlänge einer gewünschten Ausbreitungsfrequenz ist und eine Impedanz Z_x der mit dem dielektrischen Material gefüllten Übertragungsleitung in Bezug auf eine Impedanz Z₁ der Mikrostreifenleitung und einer Impedanz Z₂ des Wellenleiters durch Z_x = √(Z₁ × Z₂) gegeben ist.
Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband nach Anspruch 2, wobei die Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur zwischen der Mikrostreifenleitung und einem Ende der Übertragungsleitung und zwischen dem anderen Ende der Übertragungsleitung und einem Ende des Wellenleiters ausgebildet ist, um zu ermöglichen, dass sich die elektromagnetischen Wellen des Millimeterwellenbandes ausbreiten, und wenn die zusammengesetzten Impedanzen der Übertragungsleitung in Bezug auf elektromagnetische Wellen mit einer Vielzahl N (≥ M) unterschiedlicher Frequenzen f₁, f₂, ..., und f_N in einem gewünschten Ausbreitungsfrequenzband Z_x1, Z_x2, ..., und Z_xN betragen, Impedanzen des Wellenleiters Z_w1, Z_w2, ..., und Z_wN betragen und eine Impedanz Z1 der Mikrostreifenleitung Z1 beträgt, sind die Beziehungen Z_x1 = √(Z₁ × Z_w1), Z_x2 = √(Z₁ × Z_w2), ..., und Z_xN = √(Z₁ × Z_wN) erfüllt, und wenn die M Frequenzen unter den Frequenzen der Vielzahl N von Frequenzen f₁, f₂ ... und f_N F_a1 bis f_aM betragen, eine Leiterwellenlänge λ_g1 beträgt, wenn die elektromagnetische Welle mit der ersten Frequenz f_a1 sich durch eine erste dielektrische Schicht der Vielzahl von dielektrischen Schichten ausbreitet, eine Leiterwellenlänge λ_g2 beträgt, wenn die elektromagnetische Welle mit der zweiten Frequenz f_a2 sich durch eine zweite dielektrische Schicht der Vielzahl von dielektrischen Schichten ausbreitet, ... und eine Leiterwellenlänge λ_gM beträgt, wenn die elektromagnetische Welle mit der M-ten Frequenz f_aM sich durch eine M-te dielektrische Schicht der Vielzahl von dielektrischen Schichten ausbreitet, werden eine Querschnittgröße der Übertragungsleitung und die relativen Dielektrizitätskonstanten der jeweiligen dielektrischen Schichten so eingestellt, dass eine Länge L der Übertragungsleitung durch L = λ_g1/4 = λ_g2/4 = ..., = λ_gM/4 gegeben ist.
Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband nach Anspruch 4, wobei M 2 beträgt, eine erste dielektrische Schicht ein dielektrisches Material mit einer relativen Dielektrizitätskonstante größer als 1 ist und eine zweite dielektrische Schicht eine Luftschicht mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 1 ist.
Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: einen Strahlungswellenleiter, der einen Strahlungswellenleiterpfad ausbildet, der unter Verwendung von Metallwänden mit einer vorbestimmten Länge ein Ende des Hauptleiters der Mikrostreifenleitung umgibt und Strahlungswellen, die an einen Außenraum abgestrahlt werden, von einer Grenze zwischen der Mikrostreifenleitung und einer Übertragungsleitung, auf der das dielektrische Material gefüllt ist, in Richtung des anderen Endes des Hauptleiters führt; und eine Nut, die in einem inneren Umfang der Metallwände des Strahlungswellenleiters so gebildet ist, dass sie eine Tiefe entsprechend einem Viertel einer Wellenlänge der gewünschten Ausbreitungsfrequenz aufweist, um das Austreten der Strahlungswellen zu verhindern.
Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Metallstifte, die Masseleiter verbinden, die auf beiden Oberflächen eines dielektrischen Substrats durch Durchkontaktierung ausgebildet sind, in einem Teil der Metallwände ausgebildet sind, welche die Übertragungsleitung in Reihen mit einem vorbestimmten Abstand umgeben.
Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Querschnittgröße des einen Endes des Wellenleiters, das mit dem anderen Ende der Übertragungsleitung verbunden ist, auf eine Größe entsprechend einer Querschnittgröße einer Übertragungsleitung eingestellt ist, auf der das dielektrische Material gefüllt ist, und die Querschnittgröße der Übertragungsleitung sich zu dem anderen Ende des Wellenleiters hin erhöht.
Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband, die eine Mikrostreifenleitung verbindet, umfassend einen Hauptleiter, der auf einer Oberfläche eines dielektrischen Substrats ausgebildet ist, und einen Masseleiter, der auf der anderen Oberfläche davon ausgebildet ist und der es ermöglicht, dass sich elektronische Wellen eines Millimeterwellenbandes in einer Längsrichtung des Hauptleiters ausbreitet, mit einem Wellenleiter, der es ermöglicht, dass sich die elektromagnetischen Wellen des Millimeterwellenbandes ausbreiten, wobei die Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur eine Wellenleiterstruktur aufweist, in der eine Übertragungsleitung mit einer vorbestimmten Länge so ausgebildet ist, dass sie von Metallwänden umgeben ist, wobei das dielektrische Substrat von einer Endfläche der Übertragungsleitung eingeführt werden kann, sodass die Übertragungsleitung mit einem dielektrischen Material gefüllt ist, das eine relative Dielektrizitätskonstante größer als 1 aufweist, und die andere Endfläche der Übertragungsleitung mit einem Durchlass des Wellenleiters verbunden ist.
Übertragungsleitungs-Umwandlungsstruktur für ein Millimeterwellenband nach Anspruch 9, wobei das dielektrische Material, das die Übertragungsleitung füllt, eine Vielzahl M von dielektrischen Schichten mit unterschiedlichen relativen Dielektrizitätskonstanten aufweist und so ausgebildet ist, dass es von einem Ende der Übertragungsleitung zum davon anderen Ende kontinuierlich verbunden ist.