JP2000252711A

JP2000252711A - 導波管／マイクロストリップ結合装置

Info

Publication number: JP2000252711A
Application number: JP2000047586A
Authority: JP
Inventors: I Stones David; デイヴィッド・アイ・ストーンズ; M Dixon Jerry; ジェリー・エム・ディクソン
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2000-09-14
Also published as: GB0002799D0; GB2350237A; US6486748B1; GB2350237B

Abstract

(57)【要約】【課題】安価で小型の導波管／マイクロストリップ結合
装置を提供する。【解決手段】導波管３２からの信号は、導波管入力６３
を介して、基板３４上に形成されたプローブ３６におい
て受信される。プローブ３６には屈曲型のマイクロスト
リップ・ライン４０Ａが接続されており、該プローブか
ら信号を、プローブとは同一軸上にない出力ポート４３
を介して電子信号処理回路へ送る。基板３４上にはスタ
ブ３８，４２が形成され、スタブ３８はプローブ３６を
終端し、スタブ４２は、ラジアル型であってストリップ
・ラインの屈曲部での整合を提供する。これにより、電
子信号処理回路への出力ポートを側面に配置することが
できるので、構成が簡単になり、安価に構成することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、モノリシ
ックのマイクロ波／ミリメータ導波管デバイスに関し、
より詳細には、マイクロ波／ミリメータ導波管デバイス
のためのパッケージ化された導波管／マイクロストリッ
プ結合装置（waveguide-to-microstrip transitions）
に関する。なお、本発明は、米国陸軍の空挺及びミサイ
ル・コマンドによって認可された契約番号ＤＡＡＨ０１
−９５−Ｃ−Ｒ２００の下での政府支援により、なされ
たものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、導波管（ウエーブガイド）からマ
イクロストリップへの効率的な結合装置（トランジッシ
ョン）を導入するために、導波管／マイクロストリップ
（waveguide-to-microstrip）結合装置の設計が提案さ
れてきた。このような結合装置は、現在のミリ波（ｍｍ
Ｗ）及びマイクロ波／ミリメータ波集積回路（ＭＭＩ
Ｃ）技術における多数の応用により、必要となってい
る。軍事用及び商用の両方のシステムにおいて、低ノイ
ズのパワー増幅器のような低価格のＭＭＩＣコンポーネ
ントの使用が増加しており、このような増加により、よ
り安価でパッケージとして一体化可能な結合装置に対す
る研究が続けられている。ミリ波システム内での信号受
信及びパワー送信の現在の方法として、比較的低い挿入
損失及び高いパワー処理能力を有する矩形導波管があ
る。全体としてのパッケージ・コストを最小にするため
に、所定の許容レベルの性能を維持しつつ、構成が簡単
であり且つ容易にハウジングに一体化される結合装置の
必要性がある。

【０００３】従来の設計においては、ステップ型のリッ
ジ導波管を基にした結合装置を使用している。そのよう
なステップ型のリッジ型導波管は、例えば、１９８４年
３月の「マイクロ波及びＲＦ（Microwave and RF）」の
Ｓ．Ｓ．ムーチャラ（Moochalla）及びＣ．アン（An）
による「マイクロストリップ結合装置において使用する
リッジ導波管（Ridge Waveguide Used in Microstrip T
ransition）」、及び１９８９年の「第１９回ヨーロッ
パ・マイクロ波会議会報（Proc. 19th European Microw
ave Conf.）」の第１２６５〜１２６９ページのＷ．メ
ンゼル（Menzel）及びＡ．クラーセン（Klaassen）によ
る「リッジ導波管からマイクロストリップへの結合装置
において「（On the Transition from Ridged Waveguid
e to Microstrip）」に論じられている。他の設計で
は、アンチポーダル・フィンライン（antipodal finlin
e）を用いており、このような設計については、例え
ば、１９９７年９月の「エレクトロニック・レターズ（El
ectronic Leters）、Ｖｏｌ．３、Ｎｏ．２０」の第６
０４〜６０５ページのＬ．Ｊ．ラベダン（Lavedan）に
よる「ミリメータ波の応用に特に適した導波管／マイク
ロストリップ結合装置の設計（Design of Waveguide-to
-Microstrip Transitions Specifically Suitedto Mill
imeter-Wave Applications）」に論じられている。

【０００４】更に別の従来の設計は、プローブ・カップ
リングを用いており、例えば、１９８９年２月の「マイ
クロ波理論及び技術のＩＥＥＥ報告書、ｖｏｌ．３７」
の第３８８〜３９２ページのＴ．Ｑ．ホー（Ho）及び
Ｙ．シー（Shih）による「Ｅ面導波管／マイクロストリ
ップ結合装置のスペクトル・ドメイン分析（Spectral-D
omain Analysis of E-Plane Waveguide to Microstrip
Transitions）」、及びＤ．Ｉ．ストーンズ（Stones）
による「新規なマイクロストリップ／導波管結合装置／
コンバイナの分析（Analysis of a Novel Microstrip-t
o-Waveguide Transition/Combiner）」に論じられてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来例の装置
は、装置構成が複雑でしかもその度合いが多様であると
いう問題がある。従来の結合装置は、大きくて、しかも
組み立てるのに多種の工程を必要とする、幾つかの部品
を用いている。更に、複数レベルの導体を備える２以上
の基板材料、及び導波管のステップ／テーパのようなバ
ックグラウンドのハウジング要素の高い公差の機械加工
を必要とし、又は、バックショート（backshort）の正
確な位置付けを必要とする。このような正確な位置付け
を必要とすることにより、製造後にベンチ調節をするこ
とが必要となる。また、従来例の装置は、導波管ウイン
ドウと、ハウジング要素のハーメチック・シーリングを
行うためのハーメチック・シーリング処理ステップとを
必要とする。これにより、従来例の装置を高価なものに
し、且つパッケージに一体化することを困難にするとい
う問題点がある。更に、従来例の装置はプローブを含ん
でおり、該プローブにより、導波管のキャビティ内のウ
エーブガイド信号を、伝搬のＨ面方向又はＥ面方向の何
れかにおいてサンプリングすることによってサンプリン
グを行う。しかし、これらのプローブは、接続するマイ
クロ波ハードウエアをプローブ方向と整列させて配置す
る上で足かせとなり、また、出力ポートの配置位置を制
限することになる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】電磁波信号を処理するた
めの導波管／マイクロストリップ結合装置は、信号を導
波管入力へ向けるための導波管を含んでいる。基板は、
導波管入力を覆い、導波管に気密封止される。基板上の
プローブは、導波管入力の上に横たわっている。別の実
施形態において、導波管／マイクロストリップ結合装置
は、プローブとマイクロストリップ・ラインとの間のイ
ンピーダンスを整合するために、基板に接続されたアイ
リスを含んでいる。更に別の実施形態では、マイクロス
トリップ・ラインは、信号をプローブから、該プローブ
と整列していない側方出力ポートへ向けるようにするた
めのベンドを含んでいる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１には、導波管／マイクロスト
リップ結合装置のパッケージ３０が示されている。導波
管３２の開口により、電磁ミリ波／マイクロ波信号が基
板３４に到達することが可能となる。プローブ３６は、
基板３４の上部にエッチングされている。プローブ３６
は第１スタブ（突出部）３８で終端する。結合装置３９
は、プローブ３６がマイクロストリップ・ライン４０へ
結合される場所である。マイクロストリップ・ライン４
０は、第２スタブ４２及び第３スタブ４４を有し、これ
らスタブは、開放要素又は短絡要素の何れかに構成する
ことができる。基板３４の上にはキャビティ４６が、ま
た、基板３４の下にはアイリス４８が設けられている。

【０００８】図２もまたパッケージ３０を示しており、
該図においては、パッケージ３０の内部構造を明瞭に示
している。ベース５２の上部に配置されたリング・フレ
ーム５０により、キャビティ４６が画定されている。基
板３４の背面側にプローブ３６がエッチングされてお
り、エッチング形成により、基板とプローブとの固着の
ための別個の組み立て工程を不要となる。エッチング
は、フォトリソグラフィー又は当該技術において既知の
エッチング・プロセスにより行われる。基板３４は位置
５４で示すようにセルフアライン（自己整合）し、これ
は、特に、Ｗバンド・パッケージングのような厳しいト
レランスを要求されるアプリケーションに有効である。
基板３４は、導波管入力６３にオーバーラップし、これ
により、位置５６で示すように、自然のハーメチック・
シールとなる。導波管入力６３のアイリス４８は、位置
５８で示すように、プローブ３６と導波管入力６３とを
整合させる。更に、アイリス４８は、キャビティ４６を
プローブ３６上に形成することを可能とし、これによ
り、バックショートの長さを臨界寸法より小さくするこ
とができる。位置５９は、基板へのガラス／金属シール
接触部の除去部分を示している。

【０００９】図３を参照すると、パッケージ３０は３個
の部分で構成され、これにより、組み立てコストが低減
される。カバー６０は、リング・フレーム５０の上に配
置される。カバー６０は、パッケージ３０の両方のＲＦ
要素、及び結合装置３９用のバックショートを覆う。導
波管のための開口６１が設けられている。更に、トラフ
（凹部）６２は、基板３４がベース５２と正確に整合す
ることを可能にする。基板３４は、ハーメチック・シー
ルのために、ベース５２に電気的にはんだ付けされるか
又はエポキシ樹脂で取り付けられる。第２の基板６４
は、基板３４と同じ構成である。

【００１０】パッケージ３０との間のＲＦパワーの最適
の結合は、励起された高次モードのアイリスの共振を用
い、さらに、アイリス４８（図２）の縁部におけるマイ
クロストリップ・ライン４０を第２スタブ３８を用いて
ショート回路で終端することにより、達成される。この
ようにすることにより、バックショートを高トレランス
で位置決めすることが不要になる。マイクロストリップ
・ポート６９に対するインピーダンス整合は、参照番号
４０、４２、４４で示されたマイクロストリップ要素を
用いることにより達成され、ロー（低）・プロファイル
すなわち側面の高さが非常に低くなるように設計されて
いる。なお、側面が低い設計とは、リッジ型導波管や導
波管／同軸／マイクロストリップ結合装置などのような
設計に比較して、平面マイクロストリップ設計にしたこ
とを表すものである。

【００１１】リング・フレーム５０は、マイクロストリ
ップ・ライン４０用の開口部を除き、結合装置３９を内
包する。キャビティ４６の周囲部を構成するリング・フ
レーム５０は、基板３４に沿って一工程で組み立てられ
る。結合装置３９の別の特徴は、カバー６０がパッケー
ジ３０の一体部分であってレーザ溶接することができ、
従って、特別な組み立て工程を必要とせずに、結合装置
３９をパッケージ３０の一体化部分とすることができ
る、ということである。これらの特徴により、結合装置
３９は、非常に低コストで、且つマイクロ波及びミリ波
のマルチチップ・アセンブリ（ＭＣＡ）・パッケージに
一体化することが極めて容易となる。

【００１２】好適な実施形態において、基板３４は、ア
ルミナで構成され、かつエッチングされた金製プローブ
３６とエッチングされた金製アイリス４８とを備え、リ
ング・フレーム５０は合金４８及び４６の複合体で構成
され、ベース５２は、ＡｌＳｉＣ（鋳造）及びＣｕＭｏ
（押印）の組成物で構成される。しかし、本発明は、上
述の構成に制限されず、類似の結果が得られる他の材料
を用いることができることが理解されるであろう。例え
ば、基板３４は、融解したシリカ、デュリオッド（ｄｕ
ｒｉｏｄ）、又はｚカット・クオーツで構成することが
でき、また、これらに制限されるものではない。

【００１３】図４のＡを参照すると、マイクロストリッ
プ・ライン４０は、導波管のＥ面に沿って位置し、アイ
リス４８の縁部６６と一致し且つ主マイクロストリップ
・ライン（図示せず）に接続する短い構造物、すなわち
第１スタブ３８において、終端している。これにより、
縁部６６が確実にゼロ電圧状態となり、結局、アイリス
４８の開口と信号送信ラインへのＲＦカップリングとの
間に最大電圧が確実に得られることになる。好適には、
第１スタブ３８は、９０度スタブである。プローブ３
６、スタブ（３８、４０、４２）、及びアイリス（４
８）は、基板３４の両面の金メタライゼーション層をエ
ッチングすることにより形成されたパターンである。

【００１４】アイリスの高さ６７（Ｈ_iris）とアイリス
の幅６８（Ｗ_iris）との選択により、結合装置の帯域に
関する上側境界が決定される。アイリス４８はシャント
回路としてモデル化され、等価回路のパラメータは、不
連続部分において励起された非伝搬の高次モードによっ
て生じる受信エネルギの蓄積をモデル化したものであ
る。これらのシャント・パラメータは、１９６０年にニ
ューヨークのマグローヒル社から発行されたＲ．Ｅ．コ
リン（Collin）による「ガイドされた波のフィールド理
論（Field Theory of Guided Waves）」の第８章に記載
されているような変分法（variational method）を用い
て、決定される。このようなアドミッタンス合計によ
り、アイリス４８はそれ自身の共振となり、結合装置の
帯域幅を拡げるために用いることができる。１９９６年
のカリフォルニア州サンフランシスコのＩＥＥＥＭＭ
Ｔ−Ｓ国際シンポジウム・ダイジェスト、ｖｏｌ．２の
第８７５〜８７８頁のＬ．ハイボネン（Hyvonen）及び
Ａ．ヒュジャネン（Hujanen）による「コンパクトなＭ
ＭＩＣコンパチブルのマイクロストリップ／導波管結合
装置（A Compact MMIC-Compatible Microstrip to Wave
guide Transition）」を参照されたい。

【００１５】アイリス４８の寸法の最適選択は、アンソ
フト社（Ansoft）のマックスウェル・エミネンス（Maxw
ell Eminence）又はヒューレット・パッカード社のＨＦ
ＳＳのような、有限要素法（ＦＥＭ）に基づいた３Ｄ電
磁シミュレータを用いて、行うことができる。アイリス
４８によるインピーダンスのマイクロストリップ・ポー
ト６９への整合は、２つの対称的なシャント・ライン７
２及び７４を用いることにより達成され、これらのライ
ンは、第２及び第３スタブ４２及び４４を用いて、ショ
ートされている。シャント・ライン７２及び７４は、縁
部６５から所定の距離７０（Ｌ ₁）だけ離れている。こ
の距離は、以下に説明するように設定される。

【００１６】マイクロストリップ・ライン４０のアドミ
タンスＹ₀は、以下の式（１）で表される。Ｙ_a＝Ｙ₀＋ｊＢ_a' （１）シャント・ライン７２及び７４それぞれの長さＬ₂は、
周波数ｆ₀のときに、ｊ（Ｂ_a／２）［モー（ｍｈｏｓ）］（２）を、マイクロストリップ・ライン４０に対して呈するよ
うに選択される。なお、この式において、Ｂ_aは式
（１）からのサセプタンスである。並列に２つの対称的
なシャント・ライン７２及び７４を使用することによ
り、マイクロストリップ・ライン４０に見られる高い直
列リアクタンスに起因する広帯域特性を維持することを
支援することになる。Ｘ_a＝２／Ｂ_a ［オーム］（３）別の実施形態においては、周波数ｆ₀に関しての応答の
繊細なチューニングが、Ｗ_iris６８を変化させることに
よって実現される。

【００１７】図５を参照すると、アイリスの近い方の縁
部に関連する入力インピーダンスは、Ｗ_iris，Ｚ_in（Ｗ
_iris）#_Hirisの関数として、各Ｈ_irisに対する曲線の一
員としてパラメータ的にスミス・チャートに描かれてい
る。Ｗバンドの設計に対しては、Ｚ_in（Ｗ_iris）#_Hiris
において変分が最小の曲線を選択することは、整合され
た結合装置に対して最大の帯域幅を持つアイリス寸法を
選択することと等価である。

【００１８】曲線１００は、Ｈ_irisとＷ_irisを対にする
以下の３つの点、（２０．０ミル，７０ミル（約０．５
０８ｍｍ，１．７７８ｍｍ））、（２０．０ミル，８０
ミル（約０．５０８ｍｍ，２．０３２ｍｍ））、（２
０．０ミル，９０ミル（約０．５０８ｍｍ，２．２８６
ｍｍ））を示している。なお、１ミルは、約０．０２５
４ｍｍである。曲線１０２は、Ｈ_irisとＷ_irisを対にす
る以下の３つの点、（２５．０ミル，７０ミル（約０．
６３５ｍｍ，１．７７８ｍｍ））、（２５．０ミル，８
０ミル（約０．６３５ｍｍ，２．０３２ｍｍ））、（２
５．０ミル，９０ミル（約０．６３５ｍｍ，２．２８６
ｍｍ））を示している。曲線１０４は、Ｈ _irisとＷ_iris
を対にする以下の３つの点、（２７．５ミル，７０ミル
（約０．６９８５ｍｍ，１．７７８ｍｍ））、（２７．
５ミル，８０ミル（約０．６９８５ｍｍ，２．０３２ｍ
ｍ））、（２７．５ミル，９０ミル（約０．６９８５ｍ
ｍ，２．２８６ｍｍ））を示している。曲線１０６は、
Ｈ_irisとＷ_irisを対にする以下の３つの点、（３０．０
ミル，７０ミル（約０．７６２ｍｍ，１．７７８ｍ
ｍ））、（３０．０ミル，８０ミル（約０．７６２ｍ
ｍ，２．０３２ｍｍ））、（３０．０ミル，９０ミル
（約０．７６２ｍｍ，２．２８６ｍｍ））を示してい
る。曲線１０６では、Ｈ_irisが３０．０ミル（約０．７
６２ｍｍ）において、Ｗ_ir _isの関数として最小の変分を
示している。アイリスが、３０．０ミル（約０．７６２
ｍｍ）のＨ_irisと８０ミル（２．０３２ｍｍ）のＷ_iris
とを持つように構成されると、本発明は、広帯域性能を
提供することができる。

【００１９】図４の（Ｂ）を参照すると、キャビティ４
６の寸法（即ち、キャビティの高さ（Ｈｃ）７８及びキ
ャビティの幅（Ｗｃ）８０は、モーダル（ｍｏｄａｌ）
共振が動作周波数に近くなり過ぎないように、選択され
る。通常、共振は以下のように選択される。 −ｆ₀ｆ_resi／ｆ₀＝０．１（ｉ＝１，２）（４）上記の式において、ｆ₀は中心動作周波数であり、ｆ
_resiは中心周波数との境界となる２つの最も近い共振周
波数である。キャビティ４６がアイリス４８によって導
波管３２から相対的に分離されるので、本発明において
は、結合装置の電気的性能に関して、バックショートの
高さ（即ち、Ｈ_c７８）の精度は重要ではない、という
別の利点がある。

【００２０】５ミルのアルミナ上でのＱバンドの装置
（ζｒ＝９．９）、及び５ミルのｚカット・クオーツ上
でのＷバンドの装置（ζｒ＝４．７）を、以下に説明す
る。これらの２つのモデルは、比較的厳しい収束基準を
用いる３ＤのＦＥＭシミュレータを用いてシミュレーシ
ョンされた。結合装置のＳパラメータの測定は、背中合
わせ配置で固定された２つの同一の結合装置を用いるこ
とによって、容易となった。例えば図３に示されるよう
に、２つの結合装置が、示されたアクティブのＭＭＩＣ
デバイスではなく、５０オームのマイクロストリップ・
ラインを介して接続される。これら結合装置は、Ｑバン
ドの取付具に対しては９５５ミル（約２４．２５７ｍ
ｍ）の長さ、Ｗバンドの取付具に対しては８３０ミル
（約２１．０８２ｍｍ）の長さの、５０オームのマイク
ロストリップ・ラインを用いて接続され、これにより、
相互影響なしに、これら結合装置の特徴を呈することが
できる。

【００２１】図６は、Ｑバンドの結合装置に対しての｜
Ｓ₁₁｜_dB（参照番号９０）、｜Ｓ₂₂｜_dB（参照番号９
２）、及び｜Ｓ₂₁｜_dB（参照番号９４）の理論的な値を
示している。矢印１０８は、曲線１１０と１１２が最も
左の縦座標値を使用することを示している。参照番号９
０は、曲線１１０についての値であり、導波管からの反
射係数を表している。参照番号９２は、曲線１１２につ
いての値であり、マイクロストリップ・ラインからの反
射係数を表している。参照番号９４は、曲線１１６につ
いての値であり、伝達特性を表している。矢印１１４
は、曲線１１６が最も右の縦座標値を使用することを示
している。誘電性平面の導体の理論的な損失は、モデル
・シミュレーションにおいて計算される。周波数は、ほ
ぼ４４ＧＨｚの領域にある。１５ｄＢの反射減衰量に対
しては、１０パーセント以上の帯域幅が予測される。対
象とする帯域を通じての結合装置の挿入損は、０．３５
ｄＢ以下である。

【００２２】図７は、自動ネットワーク・アナライザ
（ＡＮＡ）で得られた２つの背中合わせの結合装置のＱ
バンドでの測定データを示している。１つの結合装置に
対応する測定結果は、背中合わせの結合装置のデータか
ら決定することができる。曲線１１８は挿入損失を示し
ている。曲線１２０は反射係数を表している。マイクロ
ストリップ・ライン及びテスト器具の損失を別個に測定
した結果（４４ＧＨｚで、それぞれ、１．８ｄＢ／ｉｎ
及び０．２ｄＢ）を考慮することにより、１つの結合装
置の反射減衰量及び挿入損失を計算することができる。
１５ｄＢの反射減衰量に対して１０％の帯域幅が推定さ
れ、結合装置当りの挿入損失が０．３ｄＢより低いこと
が得られる。帯域の中央近傍では、２２ｄＢよりも良好
な反射減衰量が得られている。

【００２３】図８は、損失を含むＷバンドの結合装置の
理論的な値を示している。曲線１２２は挿入損失特性を
表している。曲線１２４は出力反射係数を表している。
曲線１２６は入力反射係数を表している。周波数は、概
ね９４ＧＨｚの領域にある。１５ｄＢの反射減衰量の帯
域幅に対して、０．３５ｄＢより良好な挿入損失を達成
することができる。Ｗバンドの設計は、帯域幅を考慮し
て、低い誘電率の基板（ｚカット・クオーツ）上で実現
されている。この周波数帯における回路全体のより高い
Ｑが、Ｑバンドでの場合よりも、応答特性を狭くしてい
る。

【００２４】図９は、Ｗバンドの背中合わせの２つの結
合装置の測定データを示している。曲線１２８は挿入損
失を表している。曲線１３０は入力反射係数を表してい
る。これらから、結合装置の周波数応答特性は、図８で
示したものよりも比較的広く且つ平坦な帯域を示すこと
が分かる。１５ｄＢの挿入損失の１２％の帯域幅を推定
することができる。９４ＧＨｚでマイクロストリップ・
ライン及びテスト器具の損失に対して１．６１ｄＢ／ｉ
ｎの値を用いると、挿入損失は、結合装置当り０．２ｄ
Ｂより少ないことが見出だされる。

【００２５】図１０は本発明の別の実施形態を示してお
り、該実施形態においては、導波管／マイクロストリッ
プ結合装置のパッケージ３０は、屈曲したマイクロスト
リップ・ライン４０Ａを含んでいる。屈曲マイクロスト
リップ・ライン４０Ａは、信号が出力ポート４３へ送ら
れることを可能にし、この出力ポート４３は、プローブ
３６の軸４１と整列していない（即ち、オフセットして
いる）。出力ポートの軸４７は、軸４１と整列関係には
ない。すなわち、軸４７は軸４１との関係において、１
８０度以外の角度にあり、好適には、軸４１に対してほ
ぼ直角（即ち、約９０度）である。

【００２６】この実施形態において、アイリス４８をも
つ基板３４上のプローブ３６は、伝搬のＥ面方向におけ
る導波管の開口部３２から入来する信号を集める。マイ
クロストリップ・ライン４０Ａは、角度のついた屈曲部
とラジアル・スタブのようなショート回路スタブ４２を
有し、信号方向を変更する信号整合を提供する。ラジア
ル・スタブ４２は、プローブとマイクロストリップ・ラ
インとの間のインピーダンスがほぼ整合するように、調
整される。

【００２７】本発明は、約９０度の屈曲部をもつマイク
ロストリップ・ラインに制限されず、出力ポートへの信
号の転送を提供するために必要とされる任意の角度の屈
曲部を含むことを、理解すべきである。更に、本発明
は、例えば円形のような、矩形以外の形状の導波管を含
み、また、これらの形状に制限されるものではない。更
に、本発明は、これに制限される訳ではないが、寸法の
減少の利点を含む。これは、側方の出力ポートへの転送
が結合装置自身の中で行われるからである。

【００２８】図１０の例は、入力ラインから側方の出力
ポート４３への信号方向の変更を可能にしている。側方
の出力ポート４３は、信号をマイクロストリップ・ライ
ン４０Ａから電子波処理ハードウエアへ向けるための出
口として働く。そのような電子波処理ハードウエア（例
えば、ＲＦ要素）が、例えば、図３において参照番号５
３で示されている。本発明は、屈曲マイクロストリップ
・ライン４０Ａが図３で示したシステム内で用いられる
別の実施形態を含み、例えば、図３のカバー６０が、パ
ッケージ３０のＲＦ要素と結合装置３９のためのバック
ショートとの両方をカバーする。更に、本発明は、トラ
フ（ｔｒｏｕｇｈ）６２（図３）を用いて、基板３４と
ベース５２とを正確に整列することを可能にする別の実
施形態を含んでいる。

【００２９】図１１及び図１２は、屈曲マイクロストリ
ップ・ライン４０Ａについての好適な実施形態を示して
いる。寸法はミル（１インチの１０００分の１（１ミル
は約０．０２５４ｍｍ））の単位である。これらの寸法
は、好適な寸法であるが、本発明はこれらの寸法に制限
されるものではなく、特定の応用に応じて変更されるも
のである。

【００３０】図１３及び図１４は、３４．４〜４４．０
ＧＨｚの周波数範囲の動作に対しての、別の実施形態に
ついてのシミュレーションされた理論的な値をグラフで
示したものである。図１３及び図１４の例示的なグラフ
は、設計周波数が約３８〜３９ＧＨｚのシステム内に本
発明を適用した結果の値である。曲線１４０（縦軸
Ｓ₁₁）は、出力反射係数（即ち、導波管からの反射）を
表し、曲線１４２（縦軸Ｓ₂₂）は、入力反射係数（即
ち、マイクロストリップ・ラインからの反射）を表して
いる。図１３上の点１４３は、約４０ＧＨｚで反射が約
−２９ｄＢであることを示し、即ち、比較的小さい反射
であり、その結果、多量の入射パワーがマイクロストリ
ップ・ラインを通じて伝導される。。図１４における曲
線１４４（縦軸Ｓ₂₁）は、挿入損失を表している。

【００３１】これらのグラフの結果を、以下の表に示し
ている。

【表１】

【００３２】上述の実施形態は例示目的のものであり、
本発明を制限することを意図していない。当業者は、こ
の明細書で説明した実施形態に対して、特許請求の範囲
で規定した精神及び範囲から逸脱せずに、多種の変更及
び改造が成され得ることを理解するであろう。例えば、
本発明はまた、線形形状の代わりにウエッジ形状のプロ
ーブを含むことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の導波管／マイクロストリップ結合装置
の斜視図である。

【図２】本発明の導波管／マイクロストリップ結合装置
のパッケージの内部部分を示している斜視図である。

【図３】本発明の導波管／マイクロストリップ結合装置
の分解図である。

【図４】（Ａ）は、ネットワーク・トポロジを示す導波
管／マイクロストリップ結合装置の上面図であり、
（Ｂ）は、導波管及びキャビティの寸法を示す導波管／
マイクロストリップ結合装置の側面図である。

【図５】アイリス用のＷバンド寸法を決定するために用
いられるスミス・チャートである。

【図６】Ｑバンド結合装置の予測される結果を示すＸ−
Ｙグラフである。

【図７】背中合わせに配置された２つのＱバンド結合装
置の測定されたデータを示すＸ−Ｙグラフである。

【図８】Ｗバンド結合装置の予測される結果を示すＸ−
Ｙグラフである。

【図９】背中合わせに配置された２つのＷバンド結合装
置の測定されたデータを示すＸ−Ｙグラフである。

【図１０】本発明の別の実施形態の斜視図である。

【図１１】図１０に示した実施形態の上面図である。

【図１２】図１０に示した実施形態の底面図である。

【図１３】図１０に示した実施形態の反射特性を示すＸ
−Ｙグラフである。

【図１４】図１０に示した実施形態の挿入損失特性を示
すＸ−Ｙグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジェリー・エム・ディクソンアメリカ合衆国テネシー州38104，メンフィス，ヴィントン・アベニュー 1885

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁波信号を変換して電子信号処理要素
へ送るための導波管／マイクロストリップ結合装置であ
って、前記信号を導波管入力へ送る導波管と、前記の送られた信号を受信するプローブと、前記プローブに接続され、前記プローブから信号を前記
電子信号処理要素へ送る屈曲マイクロストリップ・ライ
ンと、前記屈曲マイクロストリップ・ラインと前記電子信号処
理要素との間の接続を提供する出力ポートであって、前
記プローブに対してオフセットされている出力ポートと
を備え、前記マイクロストリップ・ラインは屈曲部を含み、前記
プローブから信号を前記出力ポートへ送るように構成さ
れることを特徴とする結合装置。
【請求項２】請求項１記載の結合装置において、前記
プローブは、第１の軸に沿って前記マイクロストリップ
・ラインに結合し、前記出力ポートは、前記第１の軸か
ら１８０度以外の角度にある第２の軸を有し、前記マイ
クロストリップ・ラインは、前記プローブの前記第１の
軸に沿って前記出力ポートの前記第２の軸へ信号を送る
ようにする屈曲部を含んでいることを特徴とする結合装
置。
【請求項３】請求項１記載の結合装置において、前記
プローブは基板上に配置され、結合装置は更に、前記基板上に配置された第１スタブ及び第２スタブを備
え、前記第１スタブ及び第２スタブは、前記プローブと前記
マイクロストリップ・ラインとの間のインピーダンスを
整合させるためにショート回路構成であることを特徴と
する結合装置。
【請求項４】請求項１記載の結合装置において、該装
置は更に、前記導波管入力を覆う基板を備え、該基板は
前記導波管にハーメチック・シールされていることを特
徴とする結合装置。
【請求項５】請求項４記載の結合装置において、該装
置は更に、前記基板に接続され、前記プローブを収容するキャビテ
ィを規定するフレームと、前記フレームに固定され、結合装置に対するバックショ
ート及び封止の両方を提供するカバーとを備えることを
特徴とする結合装置。
【請求項６】請求項４記載の結合装置において、該装
置は更に、前記導波管入力を囲むトラフを有するベース
を備え、前記基板は前記トラフへ挿入可能であり、それ
によって前記ベースと前記基板との間のハーメチック・
シールを形成することを特徴とする結合装置。
【請求項７】請求項４記載の結合装置において、前記
プローブは、前記基板上にエッチング形成されているこ
とを特徴とする結合装置。
【請求項８】請求項５記載の結合装置において、該装
置は更に、前記キャビティ内に配置され、前記プローブ
と前記マイクロストリップ・ラインと間のインピーダン
スを整合させるアイリスを備えることを特徴とする結合
装置。
【請求項９】請求項８記載の結合装置において、該装置は更に、前記基板上に配置された第１スタブ及び
第２スタブを備え前記第１スタブ及び第２スタブは、前
記プローブと前記マイクロストリップ・ラインとの間の
インピーダンスを整合させるためにショート回路構成さ
れていることを特徴とする結合装置。
【請求項１０】請求項９記載の結合装置において、前
記基板は第１の側と第２の側とを有し、前記プローブ
は、前記基板の前記第１の側にエッチング形成され、前
記アイリスは、前記基板の前記第２の側に形成されてい
ることを特徴とする結合装置。
【請求項１１】請求項に記載の結合装置において、前
記基板は、前記導波管入力にオーバーラップしてハーメ
チック・シールを形成し、前記プローブは、前記基板上
にエッチング形成されていることを特徴とする結合装
置。
【請求項１２】電磁波信号を変換して信号処理要素へ
送るための導波管／マイクロストリップ結合装置におい
て、前記信号を導波管入力へ送る導波管と、基板上に配置され、前記の送られた信号を受信するプロ
ーブと、前記プローブに接続され、前記プローブから信号を前記
電子信号処理要素へ送る屈曲マイクロストリップ・ライ
ンと、基板上に配置され、前記プローブと前記マイクロストリ
ップ・ラインとの間のインピーダンスを整合させるため
にショート回路形成されている第１及び第２スタブと、前記屈曲マイクロストリップ・ラインと前記電子信号処
理コンポーネントとの間の接続を提供する出力ポートで
あって、前記プローブに対して整列位置にはない出力ポ
ートとを備え、前記プローブは、第１の軸に沿って前記マイクロストリ
ップ・ラインに結合し、前記出力ポートは、前記第１の
軸から１８０度以外の角度にある第２の軸を有し、前記
マイクロストリップ・ラインは、前記プローブの前記第
１の軸に沿って信号を、前記出力ポートの前記第２の軸
へ送るようにする屈曲部を含んでいることを特徴とする
結合装置。