JP2001237615A - 非放射性誘電体線路用のサーキュレータおよびそれを用いたミリ波送受信器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】より高周波帯域かつ広帯域において高周波信号
の挿入損失およびアイソレーション特性が改善され、モ
ードサプレッサとフェライト板との位置精度が向上し、
サーキュレータの組立再現性が向上して２枚のフェライ
ト板の心ずれが発生し難くなり、サーキュレータ特性を
再現性良く安定して得られ、また製造が容易化されて量
産性に優れたものすること。 【解決手段】モードサプレッサ１の先端に、中間誘電体
線路部材４ｄ〜４ｆおよび誘電体線路４ａ〜４ｃと異な
る比誘電率を有するインピーダンス整合部材５を設置し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非放射性誘電体線
路型のミリ波集積回路，ミリ波レーダーモジュール等に
組み込まれ、かつ複数の誘電体線路間で高周波信号の伝
搬路を変換させるサーキュレータ、およびそれを用いた
非放射性誘電体線路構造のミリ波送受信器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロ波やミリ波の高周波信号
を伝送させる非放射性誘電体線路（NonRadiative Diel
ectric Waveguideで、以下、ＮＲＤガイドという）の
基本構成を図２に示す。同図に示すように、所定の間隔
ａでもって平行配置された平行平板導体１１、１２との
間に、断面が長方形等の矩形状の誘電体線路１３を配置
した構成であり、この間隔ａが高周波信号の波長λに対
してａ≦λ／２であれば、外部から誘電体線路１３への
ノイズの侵入をなくしかつ外部への高周波信号の放射を
なくして、誘電体線路１３中で高周波信号を伝搬させる
ことができる。なお、高周波信号の波長λは使用周波数
における空気中（自由空間）での波長である。

【０００３】このようなＮＲＤガイドに組み込まれるサ
ーキュレータを図３に示す（従来例１；電子情報通信学
会論文誌 C-I Vol.J73-C-I No.3 pp.87-94 １９９
０年３月 「非放射性誘電体線路を用いたミリ波集積回
路」（米山）参照）。同図において、２０ａ，２０ｂ，
２０ｃはテフロン、ポリスチレン等から成る誘電体線
路、２１は各誘電体線路２０ａ，２０ｂ，２０ｃの先端
部に設けられ、ＬＳＥ（Longitudinal Section Elect
ric）モードの電磁波を遮断するモードサプレッサ、２
２はモードサプレッサ２１の先端が接続され、周囲に誘
電体線路２０ａ，２０ｂ，２０ｃが１２０°の間隔で放
射状に配置されるサーキュレータ用の２枚のフェライト
円板、２３はモードサプレッサ２１の内部に配置され、
Ｃｕ箔等からなるストリップ線路導体であり、電界が平
行平板導体の主面に垂直方向（図３では縦方向）である
ＬＳＥモードの電磁波を遮断する。また、ストリップ線
路導体２３は、ＴＥＭ（Transverse ElectroMagneti
c）モードを除去するためにλ／４チョークパターンが
施されている。

【０００４】そして、誘電体線路２０ａ中を伝搬してき
た電磁波は、フェライト円板２２によって波面が反時計
方向に回転され誘電体線路２０ｂへ伝搬され、誘電体線
路２０ｃへは伝搬しない。同様に、誘電体線路２０ｂ中
を伝搬してきた電磁波は、誘電体線路２０ｃへ伝搬され
る。このようにして、電磁波の伝搬路が変換される。

【０００５】また、上記サーキュレータおよび誘電体線
路を設けたＮＲＤガイドにおいて、図４に示すように、
モードサプレッサ３１の先端部の上下両面に、各々フェ
ライト円板３２の板厚に等しい段差の段付き部３４を形
成し、上下の段付き部３４にフェライト円板３２を各々
係合させ、２枚のフェライト円板３２をモードサプレッ
サ３１で支持したことにより、フェライト円板３２の同
心度を再現性よく、高精度に保証できるものが提案され
ている（従来例２；特開平９−１８６５０７号公報参
照）。なお、図４において、３０ａ，３０ｂ，３０ｃは
誘電体線路、３３はモードサプレッサ３１の内部に配置
され、Ｃｕ箔等からなるストリップ線路導体である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＮＲＤ
ガイド用のサーキュレータは、上下に所定間隔をおいて
同心状に平行配置された２枚のフェライト円板で主に構
成されるが、従来例１（図３）のものでは２枚のフェラ
イト円板２２を所定間隔でもって配置させる円筒状の誘
電体スペーサ２４が必要である。また、誘電体スペーサ
２４を用いた従来のサーキュレータでは、円筒状の誘電
体スペーサ２４の厚さによる比誘電率の変化により、通
過周波数帯域の中心周波数がずれるといった問題が生じ
ていた。

【０００７】そこで、このような問題を解消するため
に、従来例２（図４）のようにモードサプレッサ３１の
先端に段付き部３４を形成したものが提案されており、
これによりサーキュレータの組立再現性が向上し、上下
のフェライト円板３２の心ずれがないものとなり、各誘
電体線路のポート間の正通過周波数の帯域特性は互いに
等しく通過帯域の中心周波数に対して対称形をなす台形
状になり、フラットな通過帯域特性が得られ、また中心
周波数に対して対称形をなすアイソレーション特性も得
られる。

【０００８】しかしながら、サーキュレータに求められ
る特性としては、フラットな通過帯域特性以外に、高周
波信号のサーキュレータ部での反射を小さくして、透過
損失（挿入損失）を小さくすることが重要であり、この
点については従来例２には言及されていない。

【０００９】この透過損失を改善する構成として、誘電
体線路のモードサプレッサの先端部を削り落としたよう
なステップを形成して、ステップ状のインピーダンス変
換器を設けることにより、挿入損失およびアイソレーシ
ョンを改善したものが提案されている（従来例３；信学
技報 MW83-135 pp.63-66（１９８４．米山、菅谷、西
田）参照）。しかし、この従来例３の構成では、５０Ｇ
Ｈｚ帯域での１ｄＢ挿入損失の帯域幅は約１．５ＧＨ
ｚ、この帯域内でのアイソレーションは最小値で２４ｄ
Ｂ、最大値で３０ｄＢ以上であり、挿入損失およびアイ
ソレーションが改善される帯域幅が狭く、改善効果が不
十分なものであった。また、誘電体線路の線路幅をステ
ップ状に微細加工することは難しく、量産性に劣るとい
う問題もあった。

【００１０】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、サーキュレータの組立再
現性が向上して２枚のフェライト板の心ずれが発生し難
いため、サーキュレータ特性を再現性良く安定して得ら
れるとともに、より高周波帯域において高周波信号の挿
入損失およびアイソレーション特性が改善される帯域幅
が格段に広く、また製造が容易化されて量産性に優れた
ものとすることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の非放射性誘電体
線路用のサーキュレータは、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、２枚のフェ
ライト板を前記平行平板導体の内面に互いに対向させて
設置するとともに、前記２枚のフェライト板に対して略
放射状に配置した高周波信号伝送用の複数の誘電体線路
を、該誘電体線路の先端に設けたＬＳＥモードの電磁波
を遮断するモードサプレッサと、該モードサプレッサの
先端に設置した中間誘電体線路部材と、該中間誘電体線
路部材の先端に設けられ前記誘電体線路と異なる比誘電
率を有するインピーダンス整合部材とを介して接続した
ことを特徴とする。

【００１２】本発明は、上記の如き構成により、中間誘
電体線路部材および誘電体線路と異なる比誘電率を有す
るインピーダンス整合部材を設置することで、高周波信
号の反射が小さくなり、より高周波帯域において高周波
信号の挿入損失およびアイソレーション特性が改善され
る帯域幅が格段に広くなる。

【００１３】また本発明において、好ましくは、前記イ
ンピーダンス整合部材の先端に上下方向に前記２枚のフ
ェライト板の間隔に略等しい間隔で段差部が設けられ、
該段差部を前記２枚のフェライト板で挟むようにして前
記インピーダンス整合部材を前記２枚のフェライト板に
接続させたことを特徴とする。

【００１４】このような構成により、モードサプレッサ
とフェライト板との位置精度が向上し、サーキュレータ
の組立再現性が向上して２枚のフェライト板の心ずれが
発生し難くなり、サーキュレータ特性を再現性良く安定
して得られ、また製造が容易化されて量産性に優れたも
のとなる。

【００１５】本発明のミリ波送受信器は、送信用のミリ
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、高周波発生素子から出力され周波数変調また
はパルス化されたミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体
線路と、該第１の誘電体線路に付設され、前記高周波発
生素子から出力された高周波信号を周期的に周波数変調
するかまたはパルス化して送信用のミリ波信号として出
力し前記第１の誘電体線路中を伝搬させるミリ波信号発
振部と、前記第１の誘電体線路に一端側が電磁結合する
ように近接配置されるかまたは前記第１の誘電体線路に
一端が接合されて、前記ミリ波信号の一部をミキサー側
へ伝搬させる第２の誘電体線路と、前記第１の誘電体線
路の前記ミリ波信号の出力端に第１接続部が接続される
サーキュレータと、該サーキュレータの第２接続部に接
続され、前記ミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に
送受信アンテナを有する第３の誘電体線路と、前記送受
信アンテナで受信され第３の誘電体線路を伝搬して前記
サーキュレータの第３接続部より出力した受信波をミキ
サー側へ伝搬させる第４の誘電体線路と、前記第２の誘
電体線路の中途と前記第４の誘電体線路の中途とを近接
させて電磁結合させるかまたは接合させることにより、
ミリ波信号の一部と受信波とを混合させて中間周波信号
を発生させるミキサー部と、を設けたミリ波送受信器に
おいて、前記サーキュレータが上記本発明のサーキュレ
ータであることを特徴とする。

【００１６】本発明のミリ波送受信器は、上記構成によ
り、より高周波帯域および広い帯域幅でミリ波信号の伝
送損失およびアイソレーション特性が改善され、また送
信波の一部がサーキュレータを介してミキサーへ混入す
る量が減少し、その結果ミリ波レーダー等に適用した場
合にその探知距離を増大し得るものとなる。

【００１７】また、本発明のミリ波送受信器は、送信用
のミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平
行平板導体間に、高周波発生素子から出力され周波数変
調されるかまたはパルス化されたミリ波信号を伝搬させ
る第１の誘電体線路と、該第１の誘電体線路に付設さ
れ、前記高周波発生素子から出力された高周波信号を周
期的に周波数変調するかまたはパルス化して送信用のミ
リ波信号として出力し前記第１の誘電体線路中を伝搬さ
せるミリ波信号発振部と、前記第１の誘電体線路に一端
側が電磁結合するように近接配置されるかまたは前記第
１の誘電体線路に一端が接合されて、前記ミリ波信号の
一部をミキサー側へ伝搬させる第２の誘電体線路と、前
記第１の誘電体線路の前記ミリ波信号の出力端に第１接
続部が接続されるサーキュレータと、該サーキュレータ
の第２接続部に接続され、前記ミリ波信号を伝搬させる
とともに先端部に送信アンテナを有する第３の誘電体線
路と、先端部に受信アンテナ、他端部にミキサーが各々
設けられた第４の誘電体線路と、前記第２の誘電体線路
の中途と前記第４の誘電体線路の中途とを近接させて電
磁結合させるかまたは接合させることにより、ミリ波信
号の一部と受信波とを混合させて中間周波信号を発生さ
せるミキサー部と、を設けたミリ波送受信器において、
前記サーキュレータが上記本発明のサーキュレータであ
ることを特徴とする。

【００１８】本発明のミリ波送受信器は、このような構
成により、より高周波帯域および広い帯域幅でミリ波信
号の伝送損失およびアイソレーション特性が改善され、
また送信アンテナで受信したミリ波信号がミリ波信号発
振部へ混入することがなく、従ってミリ波レーダーモジ
ュールに適用した場合受信信号のノイズが低減し、ミリ
波信号の伝送特性に優れ、ミリ波レーダーの探知距離を
さらに増大し得るものとなる。

【００１９】上記本発明のミリ波送受信器において、前
記第２の誘電体線路は、前記第３の誘電体線路に一端側
が電磁結合するように近接配置されるかまたは前記第３
の誘電体線路に一端側が接合されて、前記ミリ波信号の
一部をミキサー側へ伝搬させるように配置することもで
きる。この場合にも、上記と同様の作用効果を奏するも
のとなる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明のＮＲＤガイド用のサーキ
ュレータ、およびそれを用いたミリ波送受信器としての
ミリ波レーダーモジュールについて以下に説明する。図
１は本発明のサーキュレータの斜視図であり、同図にお
いて、４ａ，４ｂ，４ｃおよび４ｄ，４ｅ，４ｆは、テ
フロン，ポリスチレン，コーディエライト（２ＭｇＯ・
２Ａｌ ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）セラミックス等から成る誘電
体線路および中間誘電体線路部材、１は各誘電体線路４
ａ，４ｂ，４ｃの先端部に設けられ、ＬＳＥモードの電
磁波を遮断するモードサプレッサ、２はモードサプレッ
サ１の先端が接続され、周囲に誘電体線路４ａ，４ｂ，
４ｃが１２０°の間隔で放射状に配置されるサーキュレ
ータ用の２枚のフェライト円板、３はモードサプレッサ
１の内部に配置され、Ｃｕ箔等からなるストリップ線路
導体であり、電界が平行平板導体の主面に垂直方向（図
１では縦方向）であるＬＳＥモードの電磁波を遮断す
る。また、ストリップ線路導体３は、ＴＥＭモードを除
去するためにλ／４チョークパターンが施されている。
そして、５はモードサプレッサ１の先端に設置されたイ
ンピーダンス整合部材である。

【００２１】このサーキュレータでは、誘電体線路４ａ
中を伝搬してきた電磁波は、フェライト円板２によって
波面が反時計方向に回転され誘電体線路４ｂへ伝搬さ
れ、誘電体線路４ｃへは伝搬しない。同様に、誘電体線
路４ｂ中を伝搬してきた電磁波は、誘電体線路４ｃへ伝
搬される。このようにして、電磁波の伝搬路が変換され
る。なお、フェライト円板２の主面に略垂直に印加され
る直流磁界のＳ極とＮ極の位置を逆にすると、高周波信
号の波面の回転方向も逆転することはいうまでもない。

【００２２】本発明において、２枚の同一形状のフェラ
イト円板２は平行平板導体の内面に同心状に対向させて
設置される。即ち、平行平板導体の内面にそれらの主面
が接しかつ互いに対向して設けられている。また、場合
によっては平行平板導体の内面から所定の間隔をあけて
設置してもよい。なお、図１のものは、２枚のフェライ
ト円板２の主面とモードサプレッサ１の主面とは面一と
され、それらは平行平板導体の内面に接した状態であ
り、高周波信号の伝送損失を小さくするうえでこのよう
な構成が好ましい。

【００２３】このフェライト円板２の厚さについては、
自動車用のミリ波レーダーで使用される７７ＧＨｚ帯域
において、比誘電率１３のフェライトを使用した場合、
フェライト円板２の厚さは０．１５〜０．３０ｍｍが良
く、０．１５ｍｍ未満では、フェライト円板２の強度が
低下して取り扱いが困難になる。０．３０ｍｍを超える
と、通過帯域のずれを防ぐためにその直径を小さくしな
ければならず、直径が小さくなるとサーキュレータのア
イソレーションが劣化する。

【００２４】また、フェライト円板２の直径は１〜３ｍ
ｍがよく、１ｍｍ未満ではサーキュレータのアイソレー
ションが劣化し、３ｍｍを超えると通過帯域がずれない
ようにその厚さを薄くする必要があるが、厚さが０．１
５ｍｍ未満になり取り扱いが困難になる。

【００２５】上記フェライト円板２の代わりに正多角形
のフェライト板を用いてもよく、その場合接続される誘
電体線路の本数をｎ本（ｎは２以上の整数）とすると、
その平面形状は正ｍ角形（ｍ＝ｎまたは２nの整数）で
ある。なお、フェライト円板２の主面に対して、平行平
板導体の外側から３５５５００Ａ／ｍ程度の直流磁界を
印加する磁石、電磁石等を設けることにより、フェライ
ト円板２はサーキュレータとして機能する。

【００２６】また本発明において、誘電体線路４ａ〜４
ｃは複数がフェライト円板２に対して略放射状に接続さ
れる。例えば、誘電体線路４ａ〜４ｃは、それらの伝送
路方向のなす角が１２０°の等間隔で３本配置されてい
る。図１のものでは、誘電体線路４ａから誘電体線路４
ｂ、誘電体線路４ｂから誘電体線路４ｃ、誘電体線路４
ｃから誘電体線路４ａへの３方向の変換が可能である。
その他、９０°間隔で４本、６０°間隔で６本等設ける
こともできる。

【００２７】本発明のインピーダンス整合部材５は、誘
電体線路４ａ〜４ｃおよび中間誘電体線路部材４ｄ〜４
ｆと異なる比誘電率を有するものであり、誘電体線路４
ａ〜４ｃおよび中間誘電体線路部材４ｄ〜４ｆの比誘電
率をεｒ１、インピーダンス整合部材５の比誘電率をε
ｒ２とすると、−１０≦εｒ２−εｒ１≦２０（εｒ２
≠εｒ１）とするのが好ましい。εｒ２−εｒ１<−１
０では、インピーダンス整合部材５の伝送線路幅が小さ
くなり、その取り扱いが困難となるためその設置の位置
精度が低下して、製品毎の透過損失がばらつき易くな
る。２０<εｒ２−εｒ１では、インピーダンス整合の
ためにインピーダンス整合部材５の伝送方向の長さを短
くする必要が生じ、その取り扱いが困難となるとともに
その形状精度が低下して、製品毎の透過損失がばらつき
易くなる。εｒ２＝εｒ１では、インピーダンスの整合
を取るのが困難となり、高周波信号の反射が大きくな
る。

【００２８】また、インピーダンス整合部材５の伝送路
方向の厚さは０．０５〜０．５ｍｍが好ましく、０．０
５ｍｍ未満では、その取り扱いが困難となるとともにそ
の形状精度が低下して、製品毎の透過損失がばらつき易
くなる。０．５ｍｍを超えると、アイソレーション特性
が劣化する。

【００２９】このインピーダンス整合部材５の材質は、
比誘電率が９．７程度と比較的高いアルミナセラミック
ス、比誘電率７のフォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ
₂）セラミックス、比誘電率８程度のスピネル（ＭｇＯ
・Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックス、その他ムライト（３Ａｌ₂
Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）セラミックス、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）
セラミックス等が良く、これらは誘電損失が小さく強度
に優れる。

【００３０】本発明において、好ましくは、インピーダ
ンス整合部材５は、少なくともその先端の上下方向に２
枚のフェライト円板２の間隔に略等しい間隔で段差部６
が設けられ、この段差部６を２枚のフェライト円板２で
挟むようにして、２枚のフェライト円板２に接続され
る。即ち、インピーダンス整合部材５の上面および下面
間の間隔を、２枚のフェライト円板２の間隔に略等しい
間隔としている。好ましくは、モードサプレッサ１の先
端の上下方向の両側にフェライト円板２の板厚に相当す
る段差部６がそれぞれ設けられ、段差部６に２枚のフェ
ライト円板２が挿入、係合されていることが良い。この
場合、２枚のフェライト円板２がインピーダンス整合部
材５で支持されることになり、２枚のフェライト円板２
間に誘電体スペーサ等を配置する必要がなくなる。ま
た、２枚のフェライト円板２の同心度は、正確に決定さ
れ保持される。

【００３１】また、図１の例ではインピーダンス整合部
材５は平板状のものであるが、この場合インピーダンス
整合部材５を、その側面形状が、凸型形状のものを横倒
しにしたような形状として、上下に段差部６を有するも
のとしてもよい。即ち、インピーダンス整合部材５の先
端のみに上下方向に段差部６を設けてもよい。

【００３２】本発明において、誘電体線路４ａ〜４ｃお
よび中間誘電体線路部材４ｄ〜４ｆの材料は、テフロ
ン，ポリスチレン等の樹脂系誘電体材料、または低比誘
電率のコーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５Ｓ
ｉＯ₂）セラミックス，アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミッ
クス，ガラスセラミックス等のセラミックスが好まし
く、これらは高周波帯域において低損失である。

【００３３】本発明の中間誘電体線路部材４ｄ〜４ｆ
は、その長さ、即ちフェライト円板２とモードサプレッ
サ１のストリップ線路導体３との間隔を制御することに
より、サーキュレータの動作周波数を制御することがで
きる。この中間誘電体線路部材４ｄ〜４ｆの長さは０．
１ｍｍ〜λ／２（３．０ｍｍ程度。ただし、λは高周波
信号の波長）がよく、０．１ｍｍ未満では、サーキュレ
ータの動作周波数の制御が困難であるとともに、強度的
に弱いため取り扱いに注意を要し組み立て時の作業性が
著しく悪くなる。λ／２（３．０ｍｍ程度）を超える
と、サーキュレータの動作周波数の制御特性がλ／２毎
に繰り返されることとなり、かつ高周波信号の損失が増
大する。

【００３４】また、中間誘電体線路部材４ｄ〜４ｆは、
モードサプレッサ１の先端に接着剤で接着する、平行平
板導体の一方の内面に接着剤で接着する、といった手段
により設置することができる。

【００３５】本発明でいう高周波帯域は、数１０〜数１
００ＧＨｚ帯域のマイクロ波帯域およびミリ波帯域に相
当し、例えば３０ＧＨｚ以上、特に５０ＧＨｚ以上、更
には７０ＧＨｚ以上の高周波帯域が好適である。

【００３６】本発明のＮＲＤガイド用の平行平板導体
は、高い電気伝導度および加工性等の点で、Ｃｕ，Ａ
ｌ，Ｆｅ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，ＳＵＳ（ステンレススチ
ール），真鍮（Ｃｕ−Ｚｎ合金）等の導体板、あるいは
セラミックス，樹脂等から成る絶縁板の表面にこれらの
導体層を形成したものでもよい。

【００３７】また、本発明のＮＲＤガイドは、高周波発
生素子としてガンダイオード等の高周波ダイオードを組
み込むことによって、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（中間周波信号）を
得、このビート信号を分析することにより障害物および
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。

【００３８】かくして、本発明のＮＲＤガイド用のサー
キュレータは、インピーダンス整合部材を設置すること
で、高周波信号の反射が小さくなるため、より高周波帯
域において高周波信号の挿入損失およびアイソレーショ
ン特性が改善される帯域幅が格段に広くなる。

【００３９】次に、本発明のミリ波送受信器としてのミ
リ波レーダーモジュールについて以下に説明する。図７
〜図１０は本発明のミリ波レーダーモジュールについて
示すものであり、図７は送信アンテナと受信アンテナが
一体化されたものの平面図、図８は送信アンテナと受信
アンテナが独立したものの平面図、図９はミリ波信号発
振部の斜視図、図１０はミリ波信号発振部用の可変容量
ダイオード（バラクタダイオード）を設けた配線基板の
斜視図である。

【００４０】図７において、５１は本発明の一方の平行
平板導体（他方は省略する）、５２は第１の誘電体線路
５３の一端に設けられた電圧制御型のミリ波信号発振部
であり、バイアス電圧印加方向が高周波信号の電界方向
に合致するように、第１の誘電体線路５３の高周波ダイ
オード（高周波発生素子）近傍に配置された可変容量ダ
イオードのバイアス電圧を周期的に制御して、三角波，
正弦波等とすることにより、周波数変調した送信用のミ
リ波信号として出力する。

【００４１】５３は、高周波発生素子としてのガンダイ
オード等の高周波ダイオードから出力された高周波信号
が変調されたミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線
路、５４は、第１，第３，第４の誘電体線路５３，５
５，５７にそれぞれ接続される第１，第２，第３接続部
（図示せず）を有する、フェライト円板から成る上記本
発明のサーキュレータ、５５は、サーキュレータ５４の
第２接続部に接続され、ミリ波信号を伝搬させるととも
に先端部に送受信アンテナ５６を有する第３の誘電体線
路、５６は、第３の誘電体線路５５の先端をテーパー状
とすることにより設けられた送受信アンテナである。

【００４２】また５７は、送受信アンテナ５６で受信さ
れ第３の誘電体線路５５を伝搬してサーキュレータ５４
の第３接続部より出力した受信波をミキサー５９側へ伝
搬させる第４の誘電体線路、５８は、第１の誘電体線路
５３に一端側が電磁結合するように近接配置されるかま
たは第１の誘電体線路５３に一端が接合されて、ミリ波
信号の一部をミキサー５９側へ伝搬させる第２の誘電体
線路、５８ａは、第２の誘電体線路５８のミキサー５９
と反対側の一端部に設けられた無反射終端部（ターミネ
ータ）である。また、図中Ｍ１は、第２の誘電体線路５
８の中途と第４の誘電体線路５７の中途とを近接させて
電磁結合させるかまたは接合させることにより、ミリ波
信号の一部と受信波を混合させて中間周波信号を発生さ
せるミキサー部である。

【００４３】そして、これらの各種部品は、ミリ波信号
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
に設けられている。

【００４４】図７のものにおいて、第１の誘電体線路５
３の中途に、図１０に示したものと同様に構成したスイ
ッチを設けることで、ミリ波信号をパルス化することも
できる。例えば、図１０のように、配線基板８８の一主
面に第２のチョーク型バイアス供給線路９０を形成し、
その中途に半田実装されたビームリードタイプのＰＩＮ
ダイオードやショットキーバリアダイオードを設けたス
イッチである。

【００４５】また、本発明のミリ波レーダーモジュール
の他の実施形態として、送信アンテナと受信アンテナを
独立させた図８のタイプがある。同図において、６１は
本発明の一方の平行平板導体（他方は省略する）、６２
は第１の誘電体線路６３の一端に設けられた電圧制御型
のミリ波信号発振部であり、バイアス電圧印加方向が高
周波信号の電界方向に合致するように第１の誘電体線路
６３の高周波ダイオード近傍に配置された可変容量ダイ
オードのバイアス電圧を周期的に制御して、三角波，正
弦波等とすることにより、周波数変調した送信用のミリ
波信号として出力する。

【００４６】６３は、高周波ダイオードから出力された
高周波信号が周波数変調されたミリ波信号を伝搬させる
第１の誘電体線路、６４は、第１，第３，第５の誘電体
線路６３，６５，６７にそれぞれ接続される第１，第
２，第３接続部（図示せず）を有する、フェライト円板
から成る上記本発明のサーキュレータ、６５は、サーキ
ュレータ６４の第２接続部に接続され、ミリ波信号を伝
搬させるとともに先端部に送信アンテナ６６を有する第
３の誘電体線路、６６は、第３の誘電体線路６５の先端
をテーパー状等にすることにより設けられた送信アンテ
ナ、６７は、サーキュレータ６４の第３接続部に接続さ
れ、送信用のミリ波信号を減衰させる無反射終端部６７
ａが先端に設けられた第５の誘電体線路である。

【００４７】また６８は、第１の誘電体線路６３に一端
側が電磁結合するように近接配置されるかまたは第１の
誘電体線路６３に一端が接合されて、ミリ波信号の一部
をミキサー７１側へ伝搬させる第２の誘電体線路、６８
ａは、第２の誘電体線路６８のミキサー７１と反対側の
一端部に設けられた無反射終端部、６９は、受信アンテ
ナ７０で受信された受信波をミキサー７１側へ伝搬させ
る第４の誘電体線路である。また、図中Ｍ２は、第２の
誘電体線路６８の中途と第４の誘電体線路６９の中途と
を近接させて電磁結合させるかまたは接合させることに
より、ミリ波信号の一部と受信波とを混合させて中間周
波信号を発生させるミキサー部である。

【００４８】そして、これらの各種部品は、ミリ波信号
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
に設けられる。

【００４９】この図８のものにおいて、第１の誘電体線
路６３の中途に、図１０に示したものと同様に構成した
スイッチを設けることで、ミリ波信号をパルス化するこ
ともできる。例えば、図１０のように、配線基板８８の
一主面に第２のチョーク型バイアス供給線路９０を形成
し、その中途に半田実装されたビームリードタイプのＰ
ＩＮダイオードやショットキーバリアダイオードを設け
たスイッチである。

【００５０】また、これらのミリ波レーダーモジュール
において、平行平板導体間の間隔は、ミリ波信号の空気
中での波長であって、使用周波数での波長の２分の１以
下となる。

【００５１】図７，図８のミリ波レーダーモジュール用
のミリ波信号発振部５２，６２を図９，図１０に示す。
これらの図において、８２は、ガンダイオード８３を設
置（マウント）するための金属ブロック等の金属部材、
８３は、ミリ波を発振する高周波ダイオードの１種であ
るガンダイオード、８４は、金属部材８２の一側面に設
置され、ガンダイオード８３にバイアス電圧を供給する
とともに高周波信号の漏れを防ぐローパスフィルタとし
て機能するチョーク型バイアス供給線路８４ａを形成し
た配線基板、８５は、チョーク型バイアス供給線路８４
ａとガンダイオード８３の上部導体とを接続する金属箔
リボン等の帯状導体、８６は、誘電体の基体に共振用の
金属ストリップ線路８６ａを設けた金属ストリップ共振
器、８７は、金属ストリップ共振器８６により共振した
高周波信号をミリ波信号発振部外へ導く誘電体線路であ
る。

【００５２】さらに、誘電体線路８７の中途には、周波
数変調用ダイオードであって可変容量ダイオードの１種
であるバラクタダイオード８０を装荷した配線基板８８
を設置している。このバラクタダイオード８０のバイア
ス電圧印加方向は、誘電体線路８７での高周波信号の伝
搬方向に垂直かつ平行平板導体の主面に平行な方向（電
界方向）とされている。また、バラクタダイオード８０
のバイアス電圧印加方向は、誘電体線路８７中を伝搬す
るＬＳＭ₀₁モードの高周波信号の電界方向と合致してお
り、これにより高周波信号とバラクタダイオード８０と
を電磁結合させ、バイアス電圧を制御することによりバ
ラクタダイオード８０の静電容量を変化させることで、
高周波信号の周波数を制御できる。また、８９は、バラ
クタダイオード８０と誘電体線路８７とのインピーダン
ス整合をとるための高比誘電率の誘電体板である。

【００５３】また図１０に示すように、配線基板８８の
一主面には第２のチョーク型バイアス供給線路９０が形
成され、第２のチョーク型バイアス供給線路９０の中途
にビームリードタイプのバラクタダイオード８０が配置
される。第２のチョーク型バイアス供給線路９０のバラ
クタダイオード８０との接続部には、接続用の電極８１
が形成されている。

【００５４】そして、ガンダイオード８３から発振され
た高周波信号は、金属ストリップ共振器８６を通して誘
電体線路８７に導出される。次いで、高周波信号の一部
はバラクタダイオード８０部で反射されてガンダイオー
ド８３側へ戻る。この反射信号がバラクタダイオード８
０の静電容量の変化に伴って変化し、発振周波数が変化
する。

【００５５】また、図７，図８のミリ波レーダーモジュ
ールはＦＭＣＷ（Frequency Modulation Cotinuous
Waves）方式であり、その動作原理は以下のようなもの
である。ミリ波信号発振部の変調信号入力用のＭＯＤＩ
Ｎ端子に、電圧振幅の時間変化が三角波，正弦波等とな
る入力信号を入力し、その出力信号を周波数変調し、ミ
リ波信号発振部の出力周波数偏移を三角波，正弦波等に
なるように偏移させる。そして、送受信アンテナ５６，
送信アンテナ６６より出力信号（送信波）を放射した場
合、送受信用アンテナ５６，送信アンテナ６６の前方に
ターゲットが存在すると、電波の伝搬速度の往復分の時
間差をともなって、反射波（受信波）が戻ってくる。こ
の時、ミキサー５９，７１の出力側のＩＦＯＵＴ端子に
は、送信波と受信波の周波数差が出力される。

【００５６】このＩＦＯＵＴ端子の出力周波数等の周波
数成分を解析することで、Ｆif＝４Ｒ・ｆｍ・Δｆ／ｃ
（Fif：ＩＦ（Intermediate Frequency）出力周波数，
Ｒ：距離，ｆｍ：変調周波数，Δｆ：周波数偏移幅，
ｃ：光速）という関係式から距離を求めることができ
る。

【００５７】本発明のミリ波信号発振部において、チョ
ーク型バイアス供給線路８４ａおよび帯状導体８５の材
料は、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃ
ｒ，Ｐｄ，Ｐｔ等から成り、特にＣｕ，Ａｇが、電気伝
導度が良好であり、損失が小さく、発振出力が大きくな
るといった点で好ましい。

【００５８】また、帯状導体８５は金属部材８２の表面
から所定間隔をあけて金属部材８２と電磁結合してお
り、チョーク型バイアス供給線路８４ａとガンダイオー
ド素子８３間に架け渡されている。即ち、帯状導体８５
の一端はチョーク型バイアス供給線路８４ａの一端に半
田付け等により接続され、帯状導体８５の他端はガンダ
イオード素子８３の上部導体に半田付け等により接続さ
れており、帯状導体８５の接続部を除く中途部分は宙に
浮いた状態となっている。

【００５９】そして、金属部材８２は、ガンダイオード
素子８３の電気的な接地（アース）を兼ねているため金
属導体であれば良く、その材料は金属（合金を含む）導
体であれば特に限定するものではなく、真鍮（黄銅：Ｃ
ｕ−Ｚｎ合金），Ａｌ，Ｃｕ，ＳＵＳ（ステンレススチ
ール），Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ等から成る。また金属部材８
２は、全体が金属から成る金属ブロック、セラミックス
やプラスチック等の絶縁基体の表面全体または部分的に
金属メッキしたもの、絶縁基体の表面全体または部分的
に導電性樹脂材料等をコートしたものであっても良い。

【００６０】かくして、本発明のミリ波送受信器として
のミリ波レーダーモジュールは、より高周波帯域および
広い帯域幅でミリ波信号の伝送損失およびアイソレーシ
ョン特性が改善され、その結果ミリ波レーダーに適用し
た場合にその探知距離を増大し得る（図７のもの）。ま
た、より高周波帯域および広い帯域幅でミリ波信号の伝
送損失およびアイソレーション特性が改善され、また送
信用のミリ波信号がサーキュレータを介してミキサーへ
混入することがなく、その結果受信信号のノイズが低減
し探知距離が増大するものであって、ミリ波レーダーの
探知距離をさらに増大し得るものとなる（図８のも
の）。

【００６１】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におい
て種々の変更を行うことは何等差し支えない。

【００６２】

【実施例】本発明のＮＲＤガイド用のサーキュレータに
ついて以下に説明する。図１のサーキュレータを以下の
ようにして構成した。平行平板導体として厚さ６ｍｍの
２枚のＡｌ板を１．８ｍｍの間隔で配置し、それらの間
に断面形状が１．８ｍｍ（高さ）×０．８ｍｍ（幅）の
矩形状であり、比誘電率４．８のコーディエライトセラ
ミックスから成る３本の誘電体線路４ａ〜４ｃのそれぞ
れの先端にモードサプレッサ１に接続し、さらに各モー
ドサプレッサ１の先端に比誘電率４．８のコーディエラ
イトセラミックスから成る長さ１．２ｍｍの中間誘電体
線路部材４ｄ〜４ｆを設置し、中間誘電体線路部材４ｄ
〜４ｆの先端が２枚のフェライト円板２に接続されて、
１２０°の等間隔で放射状になるように配置した。な
お、モードサプレッサ１は、その内部に、λ／４チョー
クパターンが施されたＣｕ箔から成るストリップ線路導
体３を配置することにより形成した。

【００６３】このとき、モードサプレッサ１および中間
誘電体線路部材４ｄ〜４ｆの上下面が２枚のフェライト
円板２の主面に面一となるようにした。即ち、２枚のフ
ェライト円板２を平行平板導体の内面に互いに対向させ
て設置するとともに、インピーダンス整合部材５の上下
に２枚のフェライト円板２の間隔に略等しい間隔で段差
部６を設け、この段差部６を２枚のフェライト円板２で
挟むように構成し、そして中間誘電体線路部材４ｄ〜４
ｆの先端部のインピーダンス整合部材５の上下方向の両
側にフェライト円板２の板厚に相当する段差部６をそれ
ぞれ設け、それらの段差部６に２枚のフェライト円板２
が挿入、係合されるようにした。また、フェライト円板
２の上下両端側の主面と、誘電体線路４ａ〜４ｃの上下
両端側の主面とは、平行平板導体の内面に接するように
した。

【００６４】このフェライト円板２の寸法は直径２．０
ｍｍ、厚さ０．２１ｍｍであり、フェライト円板２の上
下に３５５５００Ａ／ｍの直流磁界を印加するための磁
石を配置した。即ち、平行平板導体の外面のフェライト
円板２に対応する部分に、フェライト円板２と同心的に
直径１２．５ｍｍ、深さ５ｍｍの円形の凹部を形成し、
その凹部に厚さ４．５ｍｍで直径１２．５ｍｍの円形の
磁石を設置した。またインピーダンス整合部材５は比誘
電率９．７のアルミナセラミックスから成り、その伝送
方向に垂直な面での断面形状は高さ１．３８ｍｍ×幅
０．８ｍｍで、伝送方向の長さ（厚さ）は０．１ｍｍで
あった。従って、段差部６の段差は０．２１ｍｍとし
た。

【００６５】上記構成のサーキュレータについて、スペ
クトラムアナライザを用いて７５〜８０ＧＨｚの高周波
帯域で、高周波信号の透過特性｜Ｓ２１｜とアイソレー
ション｜Ｓ３１｜とを測定した結果を図５に示す。そし
て、比較例として、図４のものについて、モードサプレ
ッサ３１の先端の上下を切り欠くようにして段差部３４
を形成した以外は上記実施例と同様に構成したものを作
製し、同様に透過特性｜Ｓ２１｜とアイソレーション｜
Ｓ３１｜とを測定した結果を図６に示す。

【００６６】図５、図６より、図５の本実施例のものは
透過特性｜Ｓ２１｜が全帯域にわたって−１〜−１．５
ｄＢ程度と損失が小さく、アイソレーション｜Ｓ３１｜
が最も高い部分で−３５ｄＢ程度、最も低い部分で−２
５ｄｂ程度と、広い帯域にわたって良好な特性を示した
のに対し、図６の比較例では、透過特性｜Ｓ２１｜が全
帯域にわたって−２〜−２．５ｄＢ程度であり、アイソ
レーション｜Ｓ３１｜が最も高い部分で−２０ｄＢ程
度、最も低い部分で−１９ｄｂ程度となり、両特性とも
劣化した。

【００６７】

【発明の効果】本発明のサーキュレータは、ＮＲＤガイ
ドにおいて、２枚のフェライト板を平行平板導体の内面
に互いに対向させて設置するとともに、２枚のフェライ
ト板に対して略放射状に配置した高周波信号伝送用の複
数の誘電体線路を、誘電体線路の先端に設けたＬＳＥモ
ードの電磁波を遮断するモードサプレッサと、モードサ
プレッサの先端に設置した中間誘電体線路部材と、中間
誘電体線路部材の先端に設けられ誘電体線路と異なる比
誘電率を有するインピーダンス整合部材とを介して接続
したことにより、中間誘電体線路部材および誘電体線路
よりも大きな比誘電率を有するインピーダンス整合部材
で、電高周波信号の反射が小さくなるため、より高周波
帯域かつ広帯域において高周波信号の挿入損失およびア
イソレーション特性が改善される。また、透過損失を小
さくするために、誘電体線路の幅を制御する必要がな
く、中間誘電体線路部材およびインピーダンス整合部材
により透過特性を向上し得るので、製造が容易で作業性
に優れ、量産に適したものとなる。さらに、中間誘電体
線路部材の長さを調整することによりサーキュレータの
動作周波数を制御できる。

【００６８】また本発明において、好ましくは、インピ
ーダンス整合部材の先端に上下方向に２枚のフェライト
板の間隔に略等しい間隔で段差部が設けられ、段差部を
２枚のフェライト板で挟むようにしてインピーダンス整
合部材を２枚のフェライト板に接続させたことにより、
誘電体スペーサ等が不要となりかつモードサプレッサと
フェライト板との位置精度が向上し、サーキュレータの
組立再現性が向上して２枚のフェライト板の心ずれが発
生し難くなり、サーキュレータ特性を再現性良く安定し
て得られ、また製造が容易化されて量産性に優れたもの
となる。

【００６９】また、本発明のミリ波送受信器は、本発明
のサーキュレータを用いることにより、より高周波帯域
および広い帯域幅でミリ波信号の伝送損失およびアイソ
レーション特性が改善され、また送信波の一部がサーキ
ュレータを介してミキサーへ混入する量が減少し、その
結果ミリ波レーダー等に適用した場合にその探知距離を
増大し得るものとなる。また、本発明の送信アンテナと
受信アンテナが独立したミリ波送受信器は、本発明のサ
ーキュレータを用いることにより、より高周波帯域およ
び広い帯域幅でミリ波信号の伝送損失およびアイソレー
ション特性が改善され、また送信アンテナで受信したミ
リ波信号がミリ波信号発振部へ混入することがなく、従
ってミリ波レーダーモジュールに適用した場合受信信号
のノイズが低減し、ミリ波信号の伝送特性に優れ、ミリ
波レーダーの探知距離をさらに増大し得るものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＮＲＤガイド用のサーキュレータの一
実施形態の斜視図である。

【図２】ＮＲＤガイドの基本構成を示し、内部を一部透
視したものの斜視図である。

【図３】従来のＮＲＤガイド用のサーキュレータの斜視
図である。

【図４】従来のＮＲＤガイド用のサーキュレータの斜視
図である。

【図５】本発明のサーキュレータについて、高周波信号
の透過特性｜Ｓ２１｜とアイソレーション｜Ｓ３１｜と
を測定した結果のグラフである。

【図６】図４の従来のサーキュレータについて、高周波
信号の透過特性｜Ｓ２１｜とアイソレーション｜Ｓ３１
｜とを測定した結果のグラフである。

【図７】本発明のミリ波レーダーモジュールの一実施形
態の平面図である。

【図８】本発明のミリ波レーダーモジュールの他の実施
形態の平面図である。

【図９】本発明のミリ波レーダーモジュール用の電圧制
御型のミリ波信号発振部の斜視図である。

【図１０】図９のミリ波信号発振部用のバラクタダイオ
ードを設けた配線基板の斜視図である。

【符号の説明】

１：モードサプレッサ ２：フェライト円板 ３：ストリップ線路導体 ４ａ，４ｂ，４ｃ：誘電体線路 ４ｄ，４ｅ，４ｆ：中間誘電体線路部材 ５：インピーダンス整合部材 ６：段差部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【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、２枚のフェライト板を前記
   平行平板導体の内面に互いに対向させて設置するととも
   に、前記２枚のフェライト板に対して略放射状に配置し
   た高周波信号伝送用の複数の誘電体線路を、該誘電体線
   路の先端に設けたＬＳＥモードの電磁波を遮断するモー
   ドサプレッサと、該モードサプレッサの先端に設置した
   中間誘電体線路部材と、該中間誘電体線路部材の先端に
   設けられ前記誘電体線路と異なる比誘電率を有するイン
   ピーダンス整合部材とを介して接続したことを特徴とす
   る非放射性誘電体線路用のサーキュレータ。
2. 【請求項２】前記インピーダンス整合部材の先端に上下
   方向に前記２枚のフェライト板の間隔に略等しい間隔で
   段差部が設けられ、該段差部を前記２枚のフェライト板
   で挟むようにして前記インピーダンス整合部材を前記２
   枚のフェライト板に接続させたことを特徴とする請求項
   １記載の非放射性誘電体線路用のサーキュレータ。
3. 【請求項３】送信用のミリ波信号の波長の２分の１以下
   の間隔で配置した平行平板導体間に、 高周波発生素子から出力され周波数変調またはパルス化
   されたミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路と、 該第１の誘電体線路に付設され、前記高周波発生素子か
   ら出力された高周波信号を周期的に周波数変調するかま
   たはパルス化して送信用のミリ波信号として出力し前記
   第１の誘電体線路中を伝搬させるミリ波信号発振部と、 前記第１の誘電体線路に一端側が電磁結合するように近
   接配置されるかまたは前記第１の誘電体線路に一端が接
   合されて、前記ミリ波信号の一部をミキサー側へ伝搬さ
   せる第２の誘電体線路と、 前記第１の誘電体線路の前記ミリ波信号の出力端に第１
   接続部が接続されるサーキュレータと、 該サーキュレータの第２接続部に接続され、前記ミリ波
   信号を伝搬させるとともに先端部に送受信アンテナを有
   する第３の誘電体線路と、 前記送受信アンテナで受信され第３の誘電体線路を伝搬
   して前記サーキュレータの第３接続部より出力した受信
   波をミキサー側へ伝搬させる第４の誘電体線路と、 前記第２の誘電体線路の中途と前記第４の誘電体線路の
   中途とを近接させて電磁結合させるかまたは接合させる
   ことにより、ミリ波信号の一部と受信波とを混合させて
   中間周波信号を発生させるミキサー部と、を設けたミリ
   波送受信器において、 前記サーキュレータが請求項１または２記載のサーキュ
   レータであることを特徴とするミリ波送受信器。
4. 【請求項４】送信用のミリ波信号の波長の２分の１以下
   の間隔で配置した平行平板導体間に、 高周波発生素子から出力され周波数変調されるかまたは
   パルス化されたミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線
   路と、 該第１の誘電体線路に付設され、前記高周波発生素子か
   ら出力された高周波信号を周期的に周波数変調するかま
   たはパルス化して送信用のミリ波信号として出力し前記
   第１の誘電体線路中を伝搬させるミリ波信号発振部と、 前記第１の誘電体線路に一端側が電磁結合するように近
   接配置されるかまたは前記第１の誘電体線路に一端が接
   合されて、前記ミリ波信号の一部をミキサー側へ伝搬さ
   せる第２の誘電体線路と、 前記第１の誘電体線路の前記ミリ波信号の出力端に第１
   接続部が接続されるサーキュレータと、 該サーキュレータの第２接続部に接続され、前記ミリ波
   信号を伝搬させるとともに先端部に送信アンテナを有す
   る第３の誘電体線路と、 先端部に受信アンテナ、他端部にミキサーが各々設けら
   れた第４の誘電体線路と、 前記第２の誘電体線路の中途と前記第４の誘電体線路の
   中途とを近接させて電磁結合させるかまたは接合させる
   ことにより、ミリ波信号の一部と受信波とを混合させて
   中間周波信号を発生させるミキサー部と、を設けたミリ
   波送受信器において、 前記サーキュレータが請求項１または２記載のサーキュ
   レータであることを特徴とするミリ波送受信器。
5. 【請求項５】前記第２の誘電体線路は、前記第３の誘電
   体線路に一端側が電磁結合するように近接配置されるか
   または前記第３の誘電体線路に一端側が接合されて、前
   記ミリ波信号の一部をミキサー側へ伝搬させるように配
   置されていることを特徴とする請求項４記載のミリ波送
   受信器。