JP2001111311A

JP2001111311A - 非放射性誘電体線路

Info

Publication number: JP2001111311A
Application number: JP29103399A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Okamura; 健岡村; Nobuki Hiramatsu; 信樹平松
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-10-13
Filing date: 1999-10-13
Publication date: 2001-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】ＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換
を少なくし、また直線部と曲線部からなる複雑形状の誘
電体線路を容易に作製することができる。【解決手段】高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で
配置した平行平板導体１，３間に誘電体線路２を介装し
てなる非放射性誘電体線路において、誘電体線路２は、
３つのの線路部分２ａ，２ｂ，２ｃの端面同士を前記波
長の１／８以下の間隔で対向配置させて構成されてい
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、例えばミリ波等の
高周波帯域で用いられる非放射性誘電体線路に関し、ミ
リ波集積回路等に好適に使用されるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＮＲＤガイド（nonradiative di
electric waveguideで、以下、ＮＲＤガイドという）
Ｓ１の構成を図２に示す。図２のＮＲＤガイドは、使用
周波数において空気中を伝搬する電磁波（高周波信号）
の波長λに対して、間隔がλ／２以下である一対の平行
平板導体１１，１３の間に誘電体ストリップ線路（以
下、誘電体線路という）１２を介装することにより、そ
の誘電体線路１２に沿って電磁波が伝搬でき、放射波は
平行平板導体１１，１３の遮断効果によって抑制される
という動作原理に基づいている。

【０００３】このＮＲＤガイドの電磁波伝搬モードとし
ては、ＬＳＭモード，ＬＳＥモードの２種類があること
が知られているが、損失の小さいＬＳＭモードが一般的
に使用されている。また、ＮＲＤガイドの他のタイプと
して、図３のような曲線状の誘電体線路１４を設けたＮ
ＲＤガイドＳ２もあり、これにより電磁波を容易に曲線
的に伝搬させることができ、ミリ波集積回路の小型化や
自由度の高い回路設計ができるという利点を持ってい
る。

【０００４】なお、図２および図３において、上側の平
行平板導体１３は内部を透視するように一部を切り欠く
か、破線で示した。また、１１は下側の平行平板導体で
ある。

【０００５】また、従来、ＮＲＤガイドＳ１，Ｓ２の誘
電体線路１２，１４の材料としては、加工性の良さなど
の理由で、テフロン，ポリスチレン等の比誘電率２〜４
の樹脂材料が使われてきた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来用
いられてきたテフロン，ポリスチレン等の比誘電率２〜
４の誘電体からなる誘電体線路でＮＲＤガイドＳ１，Ｓ
２を構成すると、曲線部での曲げ損失や、誘電体線路の
接合部での損失が大きいという欠点があった。このた
め、急峻な曲線部を設けることができなかった。また、
緩やかな曲線部とした場合にも、その曲線部の曲率半径
を精密に決定する必要があった。さらに、小さい曲げ損
失でもって使用可能な周波数範囲が、例えば６０ＧＨｚ
付近では１〜２ＧＨｚと十分ではなかった。これは、比
誘電率が２〜４の誘電体を用いてＮＲＤガイドＳ１，Ｓ
２を構成した場合、上記ＬＳＭモードとＬＳＥモードの
分散曲線が非常に近いため、ＬＳＭモードの電磁波の１
部がＬＳＥモードに変換されてしまい、損失が増大する
ためであった。

【０００７】また、誘電体線路１２，１４の材料とし
て、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミック等の比誘電率が１
０程度のセラミックを用いたものもあるが、５０ＧＨｚ
以上の高周波で使用するためには、誘電体線路１２，１
４の幅を非常に細くしなければならず、加工性および実
装上実用的ではない。

【０００８】また、セラミック等の無機化合物からなる
誘電体線路１２，１４を用いたＮＲＤガイドにより高周
波デバイス，高周波回路モジュールを作製した場合、誘
電体線路１２，１４に急峻な曲線部を設けることはでき
るが、複数の直線部と曲線部からなるような複雑形状を
作製することは困難であった。さらに、平行平板導体１
１，１３と誘電体線路１２，１４との熱膨張係数の差、
さらには衝撃により誘電体線路１２，１４の破損が生じ
る等の問題があった。

【０００９】従って、本発明は上記事情に鑑みて完成さ
れたものであり、その目的は、ＬＳＭモードの電磁波の
ＬＳＥモードへの変換が少なく、従って小さい曲率半径
で使用周波数範囲が広い急峻な曲線部を作製することが
でき、その結果ミリ波集積回路等を小型化でき、しかも
加工が容易で作製の自由度の高いＮＲＤガイドを提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の非放射性誘電体
線路は、高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置
した平行平板導体間に誘電体線路を介装してなる非放射
性誘電体線路において、前記誘電体線路は、複数の線路
部分の端面同士を前記波長の１／８以下の間隔で対向配
置させて構成されていることを特徴とする。

【００１１】本発明のＮＲＤガイドは、複数個の線路部
分を所定間隔をあけて連続的に接続することで、直線部
と曲線部からなる複雑形状の誘電体線路を容易に作製す
ることができる。また、雰囲気温度変化に伴う平行平板
導体と誘電体線路との熱膨張差から生じる応力や外的衝
撃により生じる応力に対して、その影響を受けにくくな
る。このようにして、より自由度が高く、小型で安価な
ＮＲＤガイドを構成することができる。

【００１２】また本発明において、好ましくは、前記誘
電体線路は、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分と
するセラミックからなるとともに、測定周波数５０〜９
０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上であることを特徴とす
る。

【００１３】このような構成により、従来のアルミナセ
ラミック等よりも低比誘電率のセラミックからなる誘電
体線路を用いているため、ＬＳＭモードの電磁波のＬＳ
Ｅモードへの変換を少なくでき、高周波信号の損失が抑
えられる。よって、上記Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物
を主成分としたセラミックを用いることにより、伝送損
失が少なく、かつ安価で高い形状精度の誘電体線路を作
製することができる。また、誘電体線路の比誘電率がテ
フロン等の樹脂材料と比して高いので、例えばこれらの
樹脂材料を用いて誘電体線路の支持用治具や回路基板等
を作製し、誘電体線路近傍に配置してもその影響を受け
にくくなる。

【００１４】さらに好ましくは、前記複合酸化物のモル
比組成式がｘＭｇＯ・ｙＡｌ₂Ｏ₃・ｚＳｉＯ₂（但し、
ｘ＝１０〜４０モル％，ｙ＝１０〜４０モル％，ｚ＝２
０〜８０モル％，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％を満足す
る）で表されることを特徴とする。これにより、さらに
伝送損失が少なく、かつ安価で高い形状精度の誘電体線
路を用いたＮＲＤガイドを作製できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明のＮＲＤガイドはについて
以下に詳細に説明する。図１は本発明のＮＲＤガイドの
斜視図であり、同図において、１，３は伝搬させる高周
波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した下側，上
側の平行平板導体、２は誘電体線路であり、複数の線路
部分の端面同士を前記波長の１／８以下の間隔で対向配
置させて構成されており、３つの線路部分２ａ，２ｂ，
２ｃの高周波信号伝搬方向に略垂直な端面同士を対向配
置することにより一連のものとして構成され、前記端面
の間隔Ｌが波長の１／８以下である。前記線路部分２
ａ，２ｂ，２ｃの端面は高周波信号伝搬方向に略垂直で
ればよく、完全な垂直でなくても良い。また前記端面は
平面状でなくともよく、ある程度の曲面状とされていて
も構わない。

【００１６】本発明の誘電体線路２は、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓ
ｉの複合酸化物を主成分としたセラミックを用いる。上
記セラミックは比誘電率４．５〜８程度が良い。比誘電
率をこの範囲に限定したのは、比誘電率が４．５未満の
場合、上記したようにＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモ
ードへの変換が大きくなるからである。また、比誘電率
が８を超えると、５０ＧＨｚ以上の周波数で使用する
際、誘電体線路２の幅を非常に細くしなければならず、
加工が困難になって形状精度が劣化し、強度の点でも問
題が生じる。

【００１７】また本発明において、一連の誘電体線路２
を構成する線路部分２ａ，２ｂ，２ｃの間隔Ｌはλ／８
（λは高周波信号の波長）以下とする。間隔Ｌをこの範
囲に限定したのは、λ／８よりも大きくすると高周波信
号の伝送損失が大きくなるからである。線路部分２ａ，
２ｂ，２ｃの個数が増加したり、さらなる低伝送損失を
求める場合には、間隔Ｌをλ／１６以下にすることが望
ましい。

【００１８】また本発明のＮＲＤガイドは、誘電体線路
２の材料として、使用周波数５０〜９０ＧＨｚでのＱ値
が１０００以上である、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物
を主成分としたセラミックを用いる。これは、近年にお
けるマイクロ波帯域，ミリ波帯に含まれる５０〜９０Ｇ
Ｈｚで使用される誘電体線路として、十分な低損失性を
実現するものである。

【００１９】そして、誘電体線路２の組成および組成比
は、モル比組成式をｘＭｇＯ・ｙＡｌ₂Ｏ₃・ｚＳｉＯ₂
と表した時に、ｘ＝１０〜４０モル％，ｙ＝１０〜４０
モル％，ｚ＝２０〜８０モル％，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モ
ル％を満足する、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成
分とする。

【００２０】本発明の誘電体線路２の材料であるセラミ
ック（誘電体磁器組成物）の主成分の組成比を前記範囲
に限定したのは、次の理由による。即ち、ＭｇＯのモル
％を示すｘを１０〜４０モル％としたのは、１０モル％
未満では良好な焼結体が得られず、また４０モル％を超
えると比誘電率が大きくなるからである。特にｘは、６
０ＧＨｚでのＱ値を２０００以上とするという点から１
５〜３５モル％が望ましい。

【００２１】また、Ａｌ₂Ｏ₃のモル％を示すｙを１０〜
４０モル％としたのは、Ａｌ₂Ｏ₃量ｙが１０モル％より
も小さい場合には良好な焼結体が得られず、４０モル％
を超えると比誘電率が大きくなるからである。Ａｌ₂Ｏ₃
量を示すｙは、６０ＧＨｚでのＱ値を２０００以上とす
るという点から１７〜３５モル％が望ましい。

【００２２】ＳｉＯ₂のモル％ｚを２０〜８０モル％と
したのは、ｚが２０モル％よりも小さい場合には比誘電
率が大きくなり、８０モル％を超えると良好な焼結体が
得られずＱ値が低下するからである。ＳｉＯ₂量を示す
ｚは６０ＧＨｚでのＱ値を２０００以上とするという点
から３０〜６５モル％が望ましい。

【００２３】これらＭｇＯ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂のモル
％を示すｘ，ｙ，ｚは、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ＰｒｏｂｅＭｉｃｒｏＡｎａｌｙｓｉｓ）法，ＸＲ
Ｄ（Ｘ−ｒａｙＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：Ｘ線回折）
法等の分析方法で特定できる。

【００２４】また、本発明の誘電体線路２用のセラミッ
ク（誘電体磁器組成物）は、主結晶相がコーディエライ
ト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）であり、他の
結晶相としてムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂），ス
ピネル（ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃），プロトエンスタタイト
｛メタ珪酸マグネシウム（ＭｇＯ・ＳｉＯ₂）を主成分
とするステアタイトの一種｝，クリノエンスタタイト
｛メタ珪酸マグネシウム（ＭｇＯ・ＳｉＯ₂）を主成分
とするステアタイトの一種｝，フォルステライト（２Ｍ
ｇＯ・ＳｉＯ₂），クリストバライト｛珪酸（ＳｉＯ₂）
の一種｝，トリジマイト｛珪酸（ＳｉＯ₂）の一種｝，
サファリン（Ｍｇ，Ａｌの珪酸塩の一種）等が析出する
場合があるが、組成によってその析出相が異なる。な
お、本発明の誘電体磁器組成物ではコーディエライトの
みからなる結晶相であってもよい。

【００２５】本発明の誘電体線路２用の誘電体磁器組成
物は、以下のようにして製造する。原料粉末として、例
えばＭｇＣＯ₃粉末，Ａｌ₂Ｏ₃粉末，ＳｉＯ₂粉末を用
い、これらを所定割合で秤量し、湿式混合した後乾燥
し、この混合物を大気中において１１００〜１３００℃
で仮焼した後、粉砕し粉末状とする。得られた粉末に適
量の樹脂バインダを加えて成形し、この成形体を大気中
１３００〜１４５０℃で焼成することにより得られる。

【００２６】原料粉末中に含まれるＭｇ，Ａｌ，Ｓｉの
各元素は、それぞれ酸化物，炭酸塩，酢酸塩等の無機化
合物、もしくは有機金属等の有機化合物のいずれであっ
てもよく、焼成により酸化物となるものであれば良い。

【００２７】なお、本発明の誘電体磁器組成物の主成分
は、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分とし、５０
〜９０ＧＨｚでのＱ値を１０００以上であるという特性
を損なわない範囲で、上記元素以外に、粉砕ボールや原
料粉末の不純物が混入したり、焼結温度範囲の制御、機
械的特性向上を目的に他の成分を含有させても良い。例
えば、希土類元素化合物、Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｎｉ，Ｃ
ｏ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｔｉ等の酸化物、ならびに窒化ケイ素
等の窒化物などの非酸化物である。これらは単独または
複数種が含まれていても良い。

【００２８】本発明のＮＲＤガイドＳは、無線ＬＡＮ，
自動車のミリ波レーダ等に使用されるものであり、例え
ば自動車の周囲の障害物および他の自動車に対しミリ波
を照射し、反射波を元のミリ波と合成してビート信号を
得、このビート信号を分析することにより障害物及び他
の自動車までの距離、それらの移動速度等が測定でき
る。

【００２９】かくして、本発明は、直線部と曲線部から
なる複雑形状の誘電体線路を容易に作製することがで
き、また雰囲気温度変化に伴う平行平板導体と誘電体線
路との熱膨張差から生じる応力や外的衝撃により生じる
応力に対して、その影響を受けにくくなる。従って、よ
り自由度が高く、小型で安価なＮＲＤガイドを構成する
ことができる。また、従来のアルミナセラミック等より
も低比誘電率のセラミックからなる誘電体線路を用いて
いるため、ＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変
換を少なくでき、高周波信号の損失が抑えられる。

【００３０】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で変更
を行うことは何等差し支えない。

【００３１】

【実施例】本発明の実施例を以下に示す。

【００３２】（実施例）図１のＮＲＤガイドＳを以下の
ように構成した。誘電体線路２の材料として、本発明の
Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分としたセラミッ
クであって、種々の組成比としたものを作製した。それ
らの比誘電率と周波数６０ＧＨｚにおけるＱ値を表１に
示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】一対の平行平板導体１，３として、表面を
鏡面加工した縦８０ｍｍ×横８０ｍｍ×厚さ２ｍｍのＣ
ｕ板を１．８ｍｍの間隔で配置し、表１のＮＯ．２４の
コーディエライトセラミックからなる誘電体線路２を介
装した。この誘電体線路２の断面形状は、高さが約１．
８ｍｍ，幅が０．８ｍｍの長方形状であり、３つの線路
部分２ａ，２ｂ，２ｃを間隔Ｌをあけて配置したもので
ある。このＮＲＤガイドＳについて、周波数特性を測定
した結果を図４に示す。同図は、周波数７７ＧＨｚにお
ける間隔Ｌと伝送損失（｜Ｓ２１｜）との関係を示すも
のであり、線路部分２ａ，２ｂ，２ｃの間隔Ｌがλ／８
以下の場合、誘電体線路２による挿入損失が１ｄＢ以下
となった。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、ＮＲＤガイドにおいて、誘電
体線路が、複数の線路部分の端面同士を前記波長の１／
８以下の間隔で対向配置させて構成されていることによ
り、ＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換を少
なくすることができ、また直線部と曲線部からなる複雑
形状の誘電体線路を容易に作製することができる。ま
た、雰囲気温度変化に伴う平行平板導体と誘電体線路と
の熱膨張差から生じる応力や外的衝撃により生じる応力
に対して、その影響を受けにくくなる。従って、より自
由度が高く、小型で安価なＮＲＤガイドを構成すること
ができる。さらに、誘電体線路に急峻な曲線部を設けて
小型化できるので、全体を小型化できる。そして、樹脂
材料で誘電体線路の支持用治具や回路基板等を作製し、
誘電体線路近傍に配置しても、その影響を受けにくくな
る。

【００３６】また好ましくは、誘電体線路は、Ｍｇ，Ａ
ｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分とするセラミックからな
るとともに、測定周波数５０〜９０ＧＨｚでのＱ値が１
０００以上であることにより、従来のアルミナセラミッ
ク等よりも低比誘電率のセラミックからなる誘電体線路
を用いることにより、ＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモ
ードへの変換を少なくでき、高周波信号の損失が抑えら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＮＲＤガイドの内部を透視した斜視図
である。

【図２】従来のＮＲＤガイドの内部を透視した斜視図で
ある。

【図３】従来の他のＮＲＤガイドの内部を透視した斜視
図である。

【図４】本発明のＮＲＤガイドの線路部分の間隔と高周
波信号の減衰量との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１：下側の平行平板導体２：誘電体線路２ａ，２ｂ，２ｃ：線路部分３：上側の平行平板導体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で
配置した平行平板導体間に誘電体線路を介装してなる非
放射性誘電体線路において、前記誘電体線路は、複数の
線路部分の端面同士を前記波長の１／８以下の間隔で対
向配置させて構成されていることを特徴とする非放射性
誘電体線路。
【請求項２】前記誘電体線路は、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複
合酸化物を主成分とするセラミックからなるとともに、
測定周波数５０〜９０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上で
あることを特徴とする請求項１記載の非放射性誘電体線
路。
【請求項３】前記複合酸化物のモル比組成式がｘＭｇＯ
・ｙＡｌ₂Ｏ₃・ｚＳｉＯ₂（但し、ｘ＝１０〜４０モル
％，ｙ＝１０〜４０モル％，ｚ＝２０〜８０モル％，ｘ
＋ｙ＋ｚ＝１００モル％を満足する）で表されることを
特徴とする請求項２記載の非放射性誘電体線路。