JP2002100903A

JP2002100903A - 誘電体線路装置および通信装置

Info

Publication number: JP2002100903A
Application number: JP2000292660A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Okano; 健岡野; Atsushi Saito; 篤斉藤; Ikuo Takakuwa; 郁夫高桑
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2002-04-05

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ベンド部における損失の問題および全体構造
の複雑化の問題を解消して、所望のフィルタ特性をもた
せた誘電体線路装置およびそれを備えた通信装置を構成
する。【解決手段】上下の導体板１，２の内面を平行な上下
２つの導体平面として用い、誘電体ストリップ３の上下
を挟まない部分の導体平面の間隔を、フィルタ区間で部
分的に広げ、このフィルタ区間で所定周波数を遮断周波
数とする高域通過フィルタ特性をもたせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、略平行な２つの
導体平面の間に誘電体ストリップを配してなる誘電体線
路を備えた誘電体線路装置およびそれを用いて構成した
通信装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、誘電体線路のフィルタ特性を利用
するものとして、「ＮＲＤガイドを用いたミリ波カッ
トオフフィルタ」電子情報通信学会論文誌'87/1 Vol.J7
0-C No.1、および特開平１１−３５５００６「非放射
性誘電体線路共振器、非放射性誘電体線路フィルタおよ
びそれを用いたデュプレクサ、通信機装置」が開示され
ている。

【０００３】は、誘電体ストリップの上下を挟む導体
平面の間隔と、誘電体ストリップの上下を挟まない部分
の導体平面の間隔を等しくした、ノーマルＮＲＤガイド
の遮断効果を利用したカットオフフィルタであり、誘電
体ストリップの幅を部分的に細くし、その箇所で伝送波
を遮断するようにしたものである。

【０００４】は、ＮＲＤガイドに、少なくとも１つの
共振領域と少なくとも１つの信号遮断領域とを含ませて
ＮＲＤガイドによるフィルタを構成したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のカ
ットオフフィルタでは、ＮＲＤガイドのベンド部でＬＳ
ＥモードとＬＳＭモードとの結合がおこり、伝送損失が
増大するなど、特性を劣化させてしまう。また、の装
置は、共振器を用いてバンドパスフィルタとして使用さ
れるものであるため、所望の周波数帯域において大きな
減衰特性を得ようとした場合に、複雑な構造となって、
その調整も困難となる。そのため、単に高域通過特性が
必要である場合には適さない。

【０００６】この発明の目的は、ベンド部における損失
の問題および全体構造の複雑化の問題を解消して、所望
のフィルタ特性をもたせた誘電体線路装置およびそれを
備えた通信装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、略平行な上
下２つの導体平面の間に誘電体ストリップを配し、誘電
体ストリップの上下を挟まない部分の導体平面の間隔
を、誘電体ストリップの上下を挟む部分の間隔より狭く
して誘電体線路を構成し、誘電体ストリップの長手方向
に垂直で、且つ導体平面に平行な方向の誘電体ストリッ
プの幅を、所定区間に亘って部分的に狭めることによっ
て、この区間をフィルタ区間として設け、所定遮断周波
数の高域通過フィルタ特性をもたせる。

【０００８】また、この発明は、上記構成の誘電体線路
を構成するとともに、誘電体ストリップの上下を挟まな
い部分の導体平面の間隔を所定区間に亘って部分的に広
げ、この区間をフィルタ区間として設ける。この構造に
より、誘電体線路に所定遮断周波数の高域通過フィルタ
特性を持たせる。なお、この場合、フィルタ区間におけ
る誘電体ストリップ近傍の上下導体平面間隔は、誘電体
ストリップを挟む部分の導体平面間隔と同間隔としても
よい。

【０００９】また、この発明は、誘電体ストリップの長
手方向に垂直で、導体平面に平行な方向の誘電体ストリ
ップの幅を前記フィルタ区間で他の区間より狭める。こ
れにより、誘電体ストリップの幅と導体平面の間隔との
両方によって、遮断周波数を広範囲に亘って設定できる
ようにする。

【００１０】また、この発明は、前記フィルタ区間と、
そのフィルタ区間につながる他の伝送路区間との境界部
分にフィルタ区間の線路インピーダンスおよび伝送路区
間の線路インピーダンスとは異なるインピーダンスを有
する線路変換部を設ける。これによりフィルタ区間と伝
送路区間との境界部分におけるインピーダンス不整合に
よる反射損失を抑制し、伝送損失を低減する。

【００１１】さらに、この発明は、前記構成の誘電体線
路装置を備えて、送信信号または受信信号を伝送させる
ようにした、例えばミリ波レーダ等の通信装置を構成す
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】第１の実施形態に係る誘電体線路
装置の構成を図１および図２を参照して説明する。図１
の（Ａ）は誘電体線路装置の主要部の分解斜視図、
（Ｂ）はその主要部の断面図である。図１の（Ａ）にお
いて、１は金属製の下部導体板であり、その図における
上面に所定深さの溝４を形成している。２は金属製の上
部導体板であり、その図における下面に下部導体板１に
設けた溝４と同様の溝５を形成している。下部導体板１
の上面と、上部導体板２の下面は、平行な２つの導体平
面として作用する。

【００１３】３はＰＴＦＥ製の誘電体ストリップであ
り、この例では上下の高さを一定とし、所定区間は、誘
電体ストリップの長手方向に垂直で且つ導体平面に平行
な方向の幅を狭くしている。

【００１４】図１に示した構成部品を組み合わせる際、
誘電体ストリップ３を下部導体板１の溝４に嵌め込み、
誘電体ストリップ３の上部が溝５に嵌め合わされるよう
に、下部導体板１の上部に上部導体板２を重ねる。

【００１５】図１の（Ｂ）は、誘電体ストリップ２の長
手方向に垂直な面での断面図である。このように平行な
上下２つの導体平面の間に誘電体ストリップ３を配した
ことにより、上下２つの導体平面で挟まれる空間のう
ち、誘電体ストリップ３の存在する領域が伝搬域、その
両側の空間部分が遮断域として作用し、これによりＮＲ
Ｄガイドを構成している。特に、使用周波数においてＬ
ＳＭ（ＬＳＭ０１）モードが伝搬し、同周波数において
ＬＳＥ（ＬＳＥ０１）モードが遮断されるように、誘電
体ストリップ３部分の上下２つの導体平面の間隔と、誘
電体ストリップの存在しない空間部分の上下２つの導体
平面の間隔を定めて、これによりＬＳＭ単一伝送モード
のＮＲＤガイド（以下、「ハイパーＮＲＤガイド」と言
う。）を構成している。そして、このようなハイパーＮ
ＲＤガイドとすることにより、この実施形態では、ベン
ド部を設けても、損失は大きくならない。

【００１６】この例では、下部導体板１に設けた溝４お
よび上部導体板２に設けた溝５の溝幅は、誘電体ストリ
ップ３の各部の幅に合わせて形成していて、誘電体スト
リップの幅を狭くすることにより、カットオフ周波数を
高めて、溝４，５の幅の狭い区間をフィルタ区間、誘電
体ストリップ３と溝４，５の幅の広い区間を通常の伝送
路区間としている。

【００１７】図１の（Ａ）に示すように、誘電体ストリ
ップ３および溝４，５の幅は、フィルタ区間と伝送路区
間との境界部分でテーパ形状に変化させて、ここをイン
ピーダンス整合のための変換部としている。この変換部
の長さを、誘電体ストリップの幅および溝４，５の幅が
比較的急激に変化する部分で生じる反射波の位相が逆相
で合成されるようにλ／４（λは伝搬させるべき周波数
の１波長）とすれば、反射波がうち消されて、低反射特
性が得られる。但し、この実施形態においては、この変
換部の長さをλ／４より長くして、誘電体ストリップ３
および溝４，５の幅の変化をなだらかにした方が、低反
射特性が得られる。

【００１８】図２は、このフィルタ区間における伝送損
失の周波数特性を示している。このように、誘電体スト
リップの幅を狭くすることによって、所定の周波数ｆｃ
を遮断周波数とする高域通過フィルタ特性が得られる。
したがって、この遮断周波数ｆｃより高い周波数ｆｏを
低伝送損失の下で伝送し、遮断周波数ｆｃより低い周波
数の信号ｆ１を遮断することができる。

【００１９】次に、第２の実施形態に係る誘電体線路装
置の構成を図３を基に説明する。図３は誘電体線路装置
の分解斜視図である。図３において、１は下部導体板、
２は上部導体板、３は誘電体ストリップである。図１の
（Ａ）に示した構造と異なり、この例では誘電体ストリ
ップ３の幅を一定とし、それに応じて下部導体板１の溝
４および上部導体板２の溝５の幅も一定としている。ま
た、図１の（Ａ）に示した構造では、誘電体ストリップ
３を挟まない部分の上下２つの導体平面の間隔を一定と
したが、図３に示す構造では、フィルタ区間における上
下導体平面の間隔を、伝送路区間における間隔より広げ
ている。その他の構成は、第１の実施形態として示した
ものと同様である。この構造により、フィルタ区間にお
ける誘電体線路の伝送損失は、所定周波数を遮断周波数
とする高域通過特性を示す。

【００２０】図３において、フィルタ区間と伝送路区間
の境界部分には、上下２つの導体平面の間隔を、フィル
タ区間と伝送路区間の中間的な間隔とした変換部を設け
ている。この変換部の長さはλ／４またはその奇数倍と
する。これにより伝送路区間と変換部との境界部分で生
じる反射波と、変換部とフィルタ区間との境界部分で生
じる反射波とが逆位相で合成されて、反射波が実質的に
打ち消される。これにより、伝搬すべき周波数の伝送損
失を低減させている。

【００２１】なお、図３に示した構造によれば、金属板
である導体板１，２の側にフィルタ区間および変換部と
するための加工を施し、誘電体ストリップ３自体には特
別な加工を施す必要がない。一般に、金属加工の方が樹
脂加工に比べて加工精度が容易に高められるので、幅が
均一な誘電体ストリップを用いる、この実施形態に係る
誘電体線路装置は、その全体の加工が容易となる。ま
た、変換部の長さは最低λ／４であるので、全体の小型
化が容易となる。

【００２２】次に、第３の実施形態に係る誘電体線路装
置の構成を斜視図として図４に示す。この誘電体線路装
置は、ちょうど図１の（Ａ）に示した誘電体ストリップ
３と図３に示した上下導体板１，２とを組み合わせたよ
うな構造を成している。すなわち、誘電体ストリップ３
の幅はフィルタ区間となる部分を伝送路区間となる部分
より狭めていて、上下の導体板１，２による上下２つの
導体平面の誘電体ストリップを挟まない部分における間
隔を、フィルタ区間で伝送路区間より広くしている。ま
た、変換部において、誘電体ストリップ３の幅をテーパ
状に変化させ、変換部における導体板１，２の導体平面
の間隔がフィルタ区間の間隔と伝送路区間の間隔の中間
的な間隔となるようにしている。なお、少なくとも伝送
路区間は第１・第２の実施形態の場合と同様にハイパー
ＮＲＤガイドとしている。

【００２３】このような構造によれば、誘電体ストリッ
プ３の形状と、上下２つの導体平面の間隔変化との相乗
効果によって、フィルタ区間における遮断周波数以下の
減衰量を大きく確保することができる。また、遮断周波
数の設計上の自由度が増すため、たとえば図３に示した
構造で、通過させるべき周波数と阻止すべき周波数との
間に遮断周波数を設定することが困難な場合でも、さら
に誘電体ストリップの幅の設定を行うことによって、広
範囲の周波数信号の組合せについて、通過させるべき周
波数と阻止すべき周波数との間に遮断周波数を設定する
ことができる。

【００２４】なお、図４に示した構造に類似する他の例
として、上下の導体板１，２の溝４，５の幅を、誘電体
ストリップ３の幅変化にさらに合わせた形状としてもよ
い。

【００２５】次に、第４の実施形態に係る誘電体線路装
置の構成を斜視図として図５および図６を参照して説明
する。図５は分解斜視図である。図３に示した誘電体線
路装置と異なり、上下の導体板１，２の溝４，５の幅
を、フィルタ区間で広げている。ここで伝送路区間はハ
イパーＮＲＤガイドとしている。また、伝送路区間とフ
ィルタ区間の境界部である変換部では、溝４，５の幅
を、フィルタ区間における幅と伝送路区間における幅と
の中間的な幅に定めている。このような構造でも、誘電
体ストリップの上下を挟まない部分の導体平面の間隔
が、図３に示した構造の場合と同様にフィルタ区間にお
いて広がる。この構造により、フィルタ区間は、所定周
波数を遮断周波数とする高域通過フィルタ特性を示す。

【００２６】なお、上記変換部の長さはλ／４の奇数倍
とすることによって、伝送路区間と変換部との境界部に
生じる反射波と変換部とフィルタ区間の境界部で生じる
反射波とが合成時に打ち消される。図３および図４に示
した構造の場合と同様に、変換部の長さをλ／４とする
ことによって、全体の小型化を図ることができる。

【００２７】なお、図５に示した上下の導体板１，２の
構造は、一定深さの溝４，５を形成するとともに、同じ
深さでフィルタ区間と変換部の溝幅を広げる加工を施す
だけであるので、しかも誘電体ストリップには特別な加
工を施さないので、その製造方法は容易となる。しか
も、これまでに説明した実施形態に比較しても上下の導
体板１，２の溝形状および寸法の、電気的特性に与える
影響は小さいので、所望のフィルタ特性が容易に得られ
る。

【００２８】図６は、上記誘電体線路装置のＳパラメー
タＳ１１とＳ２１を、３次元電磁界シミュレータによっ
てシミュレーションして求めた周波数特性を示してい
る。この例では、遮断周波数を５９．３ＧＨｚ付近に設
定することによって、伝送すべき周波数６０ＧＨｚの信
号を低伝送損失で伝送させ、遮断すべき周波数５８ＧＨ
ｚの信号を充分に減衰させることができる。

【００２９】次に、第５の実施形態に係る誘電体線路装
置について、図７を参照して説明する。図７は分解斜視
図である。この誘電体線路装置は、ちょうど図５に示し
た上下の導体板１，２と図１の（Ａ）に示した誘電体ス
トリップ３とを組み合わせたものに等しい。すなわち、
誘電体ストリップ３の幅はフィルタ区間となる部分を伝
送路区間となる部分より狭めていて、上下の導体板１，
２による上下２つの導体平面の誘電体ストリップを挟ま
ない部分における間隔を、フィルタ区間で伝送路区間よ
り広くしている。また、変換部において、誘電体ストリ
ップ３の幅をテーパ状に変化させるとともに、変換部に
おける溝４，５の溝幅が、フィルタ区間における溝幅と
伝送路区間における溝幅の中間的な溝幅となるようにし
ている。

【００３０】このような構造によれば、誘電体ストリッ
プ３の形状と、上下２つの導体平面の間隔変化との相乗
効果によって、フィルタ区間における遮断周波数以下の
減衰量を大きく確保することができる。また、遮断周波
数の設計上の自由度が増すため、たとえば図５に示した
構造で、通過させるべき周波数と阻止すべき周波数との
間に遮断周波数を設定することが困難な場合でも、誘電
体ストリップの幅の設定を行うことによって、広範囲の
周波数信号の組合せについて、通過させるべき周波数と
阻止すべき周波数との間に遮断周波数を設定することが
できる。

【００３１】次に、第６の実施形態に係る通信装置の実
施例として、ミリ波通信モジュールの例をブロック図と
して図８に示す。ここでＯＳＣは、５８ＧＨｚの信号を
発生する発振器、ＩＳＯはオシレータＯＳＣに対する戻
り信号を抑制するアイソレータである。ＣＰＬはＯＳＣ
からの信号を所定の比率で送信系ミキサーＭＩＸｔｘお
よび受信系ミキサーＭＩＸｒｘに分配するカプラーであ
る。送信系ミキサーＭＩＸｔｘは中間周波の送信信号Ｉ
ＦｔｘとＯＳＣからの５８ＧＨｚの信号とをミキシング
して、６０ＧＨｚ帯の信号に変調する。ＨＰＦは誘電体
線路による高域通過フィルタであり、このフィルタは５
８ＧＨｚと６０ＧＨｚとの間に遮断周波数を備え、６０
ＧＨｚ帯の信号を低伝送損失で伝送する。ＣＩＲは送信
信号をアンテナＡＮＴへ導き、受信信号を受信系ミキサ
ーＭＩＸｒｘ側へ導くサーキュレータである。またＦＩ
Ｌは中間周波の受信信号の周波数帯のみを通過させ、中
間周波の受信信号ＩＦｒｘを出力する。

【００３２】中間周波信号ＩＦｔｘ，ＩＦｒｘを伝搬す
る線路以外は、誘電体線路を伝送路としていて、上記Ｈ
ＰＦの部分に、第１〜第５の実施形態で示した装置を用
いる。このように、送信系ミキサーＭＩＸｔｘとサーキ
ュレータＣＩＲとの間に高域通過フィルタ特性を有する
回路を設けることにより、送信系ミキサーＭＩＸｔｘか
ら出力される５８ＧＨｚおよびそれより低域の周波数成
分が遮断されて、不要な周波数成分の送信を抑制するこ
とができる。

【００３３】なお、図８に示した通信装置は、これと略
同様の構成からなる他の通信装置との間でミリ波を用い
たデータ通信を行うことになるが、この図８に示した構
成でミリ波レーダを構成することもできる。すなわち、
図８に示した装置をミリ波レーダとして用いる場合、Ｉ
Ｆｔｘを送信信号の変調信号として入力し、物標からの
反射波の中間周波信号をＩＦｒｘとして検出し、このＩ
ＦｔｘとＩＦｒｘとに基づいて、アンテナＡＮＴから物
標までの距離および相対速度を求めればよい。

【００３４】

【発明の効果】この発明によれば、ベンド部における損
失の問題および全体構造の複雑化の問題が解消されて、
所望のフィルタ特性を有する誘電体線路装置およびそれ
を備えた通信装置が得られる。

【００３５】また、この発明によれば、誘電体ストリッ
プの長手方向に垂直で、導体平面に平行な方向の当該誘
電体ストリップの幅を、他の区間よりフィルタ区間で狭
めたことにより、遮断周波数の設計上の自由度が増す。
そのため、広範囲の周波数信号の組合せについて、通過
させるべき周波数と阻止すべき周波数との間に遮断周波
数を設定することができる。

【００３６】また、この発明によれば、フィルタ区間
と、当該フィルタ区間につながる他の伝送路区間との境
界部分に、フィルタ区間の線路インピーダンスおよび伝
送路区間の線路インピーダンスとは異なるインピーダン
スを有する線路変換部を設けたことにより、低反射損失
特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る誘電体線路装置の構成を
示す分解斜視図および断面図

【図２】同誘電体線路装置の伝送損失の周波数特性を示
す図

【図３】第２の実施形態に係る誘電体線路装置の構成を
示す分解斜視図

【図４】第３の実施形態に係る誘電体線路装置の構成を
示す分解斜視図

【図５】第４の実施形態に係る誘電体線路装置の構成を
示す分解斜視図

【図６】同誘電体線路装置の周波数特性を示す図

【図７】第５の実施形態に係る誘電体線路装置の構成を
示す分解斜視図

【図８】第６の実施形態に係る通信装置の構成を示すブ
ロック図

【符号の説明】

１，２−導体板３−誘電体ストリップ４，５−溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高桑郁夫京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式会社村田製作所内Ｆターム(参考） 5J006 LA02 LA03 NA10 5J014 HA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】略平行な上下２つの導体平面の間に誘電
体ストリップを配し、該誘電体ストリップの上下を挟ま
ない部分の前記２つの導体平面の間隔を、前記誘電体ス
トリップの上下を挟む部分の前記２つの導体平面の間隔
より狭くした誘電体線路装置において、前記誘電体ストリップの長手方向に垂直で、且つ前記導
体平面に平行な方向の当該誘電体ストリップの幅を、所
定区間に亘って部分的に狭めたフィルタ区間を設け、当
該フィルタ区間の誘電体線路に、所定遮断周波数の高域
通過フィルタ特性をもたせた誘電体線路装置。
【請求項２】略平行な上下２つの導体平面の間に誘電
体ストリップを配し、該誘電体ストリップの上下を挟ま
ない部分の前記２つの導体平面の間隔を、前記誘電体ス
トリップの上下を挟む部分の前記２つの導体平面の間隔
より狭くした誘電体線路装置において、前記誘電体ストリップの近傍における前記誘電体ストリ
ップの上下を挟まない部分の前記導体平面の間隔を、所
定区間に亘って部分的に広げたフィルタ区間を設け、当
該フィルタ区間の誘電体線路に、所定遮断周波数の高域
通過フィルタ特性をもたせた誘電体線路装置。
【請求項３】前記誘電体ストリップの長手方向に垂直
で、前記導体平面に平行な方向の当該誘電体ストリップ
の幅を他の区間より前記フィルタ区間で狭めた請求項２
に記載の誘電体線路装置。
【請求項４】前記フィルタ区間と、当該フィルタ区間
につながる伝送路区間との境界部分に、前記フィルタ区
間の線路インピーダンスおよび前記伝送路区間の線路イ
ンピーダンスとは異なるインピーダンスを有する線路変
換部を設けた請求項１〜３のうちいずれかに記載の誘電
体線路装置。
【請求項５】請求項１〜４のうちいずれかに記載の誘
電体線路装置を備え、当該誘電体線路装置で送信信号ま
たは受信信号を伝送させるようにした通信装置。