JP2002100907A - 高周波線路の変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘電体基板にスルーホールを形成することな
く製造コストの低減を図り、またマッチングが良好にと
れるようにする。 【解決手段】 導波管１１と短絡導波管１２とで挟むよ
うに、誘電体基板１３を配置し、この誘電体基板１３で
はその裏面に接地面１５を設け、表面にストリップ導体
１４及びプローブ１６をパターニングする変換器におい
て、上記誘電体基板１３の表面に、当該基板１３中を伝
送する高周波の実効波長をλとすると、ｎ・λ／４
（ｎ：奇数）近傍の幅で、導波管形状のパターンで接地
導体１７をパターニングすると共に、導波管１１，１２
の壁厚を上記接地導体１７の幅よりも小さくする。これ
により、導波管１１，１２を短絡させて電波の漏洩が防
止され、また良好なマッチングが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導波管回路と誘電
体基板に形成された平面回路との間で高周波電波の伝送
形態を変換する高周波線路の変換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６には、従来から用いられている高周
波線路の変換器の構成が示されており、この変換器は、
プローブ等を別途設けることなく構成でき、製造コスト
が低く抑えられるために広く用いられている。図６
（Ａ）に示されるように、高周波伝送路である導波管１
と短絡導波管２との間には誘電体基板３が挟まれてお
り、この誘電体基板３に平面回路の一部となるマイクロ
ストリップ線路が形成される。

【０００３】即ち、図６（Ｂ），（Ｃ）にも示されるよ
うに、上記誘電体基板３の表面（短絡導波管２側）にス
トリップ導体４、裏面（導波管１側）に接地面（導体）
５がパターニングされており、図６（Ｃ）に示されるよ
うに、この接地面５は導波管１内の伝送空間Ｓの部分を
残して形成される。また、図６（Ｂ）に示されるよう
に、上記ストリップ導体４の先端はプローブ６として短
絡導波管２内の伝送空間Ｓへ突き出るように形成され
る。更に、このプローブ６が設けられた誘電体基板３表
面には、短絡導波管２が接触する部分に接地導体７がパ
ターニングされ、この接地導体７の部分には、図示のよ
うに裏面側接地面５と導通するための多数のスルーホー
ル８が形成される。

【０００４】このような構成によれば、上記スルーホー
ル８によって接地面５と接地導体７が短絡され、導波管
１と短絡導波管２が一体として導波管として機能し、こ
の導波管中の電波は、誘電体基板３から外部に漏れるこ
となくプローブ６及びストリップ導体４からなるマイク
ロストリップ線路へ伝送される。また、上記短絡導波管
２はその先端が導体板で閉じられており、この導体板と
プローブ６との間隔を適当に設定することで変換損失の
小さい変換器が構成できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記高
周波線路の変換器では、上述のように誘電体基板３から
の電波の漏洩を防ぐために上記スルーホール８を形成す
る必要があることから、製造コストの低減が図れないと
いう問題があった。

【０００６】一方、スルーホール８を形成しない変換器
として、従来では、特開平２−２２３２０１号に開示さ
れるものがあり、この変換器の構成を図７に示す。この
図７の変換器では、円形導波管Ｒ１の端部に誘電体基体
Ｒ２が挿入され、この誘電体基体Ｒ２の短絡端末Ｒ３側
の面にアース面Ｒ４が形成され、この誘電体基体Ｒ２の
反対側には、中心部にパッチＲ５が設けられると共に、
２箇所にストリップ状部Ｒ６及びプローブＲ７が形成さ
れる。そして、上記導波管Ｒ１の壁厚ｔを動作周波数の
１／４波長にすることにより、導波管Ｒ１の壁の内縁部
Ｒ８が実効的な短絡となるように構成される。

【０００７】しかし、この図７の構成では、上記内縁部
Ｒ８が実効的な短絡となるように導波管Ｒ１の厚さｔを
１／４波長の寸法に設定すると、この導波管Ｒ１と上記
ストリップ状部Ｒ６との接触を避けるために浮き上がら
せている部分Ｒ９の直下において、そこに配置されるス
トリップ状部Ｒ６の１／４波長部分の上端と下端ではイ
ンピーダンスが大きく変化し、変換器としてのマッチン
グをとることが困難となる。また、誘電体の材質によっ
ては導波管Ｒ１を誘電体基体Ｒ２に直接接着することが
難しいものも存在する。

【０００８】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、誘電体基板にスルーホールを形成
する必要がなく製造コストの低減を図ることができ、ま
たマッチングを良好にとることが可能となる高周波線路
の変換器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明は、誘電体基板に電気伝導性材
質でプローブをパターニングし、このプローブを導波管
中に挿入して平面回路と導波管回路とを接続する高周波
線路の変換器において、上記誘電体基板の導波管接触部
分に、当該誘電体基板中を伝送する高周波の実効波長を
λとすると、ｎ・λ／４（ｎ：奇数）近傍（ｎ・λ／４
±λ／８の範囲）の幅で、導波管形状に沿った接地領域
が設定されるように、電気伝導性材質の接地導体をパタ
ーニングし、上記導波管壁の厚さを上記接地領域の幅よ
りも小さくしたことを特徴とする。請求項２に係る発明
は、上記接地導体を、上記誘電体基板にｎ・λ／４近傍
の幅でパターニングしたことを特徴とする。請求項３に
係る発明は、矩形の導波管を用いる場合、上記接地導体
を上記矩形の長辺部分にのみパターニングしたことを特
徴とする。請求項４に係る発明は、上記接地導体の内側
に、ｎ・λ／４近傍の幅の同一パターンの接地導体を複
数形成したことを特徴とする。

【００１０】上記の構成によれば、誘電体基板にプロー
ブが形成されると共に、このプローブを伝送空間内に挿
入する形で、例えばλ／４の幅で導波管形状に合せて矩
形状又は円形状に接地導体がパターニングされ、この接
地導体に導波管の端面が接触するように組み付けられ
る。これにより、導波管が接地導体パターンの内周位置
で短絡されることになる。また、導波管壁の厚さをλ／
４よりも小さくすることにより、導波管端面の直下に存
在するストリップ線路にインピーダンスの大きな変化を
生じさせることなく、良好なマッチングをとることが可
能となる。なお、上記接地導体の幅をλ／４よりも長く
して、（３／４）λ、（５／４）λ等とした場合は、導
波管壁の厚さをマイクロストリップ線路中の高周波波長
の１／２に設定すれば、インピーダンスの不連続をより
良好にキャンセルすることができる。

【００１１】更に、請求項３の発明によれば、矩形の導
波管を用いる場合は、短辺方向からの高周波の漏洩がな
いので、上記接地導体を上記矩形の２つの長辺部分にの
み形成することができ、これによっても同様の効果が得
られる。なお、上記接地導体と導波管端面とをその幅及
び厚さ方向でずれるように接触・配置させることも可能
であるが、この場合は接地導体幅と導波管壁厚の合計の
接地領域の幅を、略ｎ・λ／４とすればよいことにな
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１には、本願発明の第１例に係
る高周波線路の変換器の構成が示されており、図１
（Ｂ）は誘電体基板の表面、図１（Ｃ）は誘電体基板の
裏面である。図１（Ａ）に示されるように、この変換器
は、高周波伝送路である導波管１１と短絡導波管１２と
の間に、平面回路の一部となる誘電体基板１３を挟んで
構成される。この誘電体基板１３の表面に、ストリップ
導体１４及びプローブ１６がパターニングされると共
に、裏面には図１（Ｃ）に示されるように、導波管１１
の伝送空間Ｓの部分を残して接地面１５が形成されてお
り、上記ストリップ導体１４の先端のプローブ１６は伝
送空間Ｓに突出する位置に配置される。

【００１３】そして、この誘電体基板１３の表面に、図
１（Ｂ）に示されるように、先端にプローブ１６を持つ
ストリップ導体１４を通すための隙間が空けられて矩形
パターンの接地導体１７が上記矩形導波管１２（１１）
の断面形状に合せてパターンニングされる。また、この
接地導体１７の幅Ｗ_１は、誘電体基板１３中を通過する
高周波の実効波長λの１／４の長さ（λ／４±λ／８の
範囲の長さ）とされる。

【００１４】この実効波長λは、誘電体基板１３の誘電
率による波長短縮効果を考慮した動作周波数をｆ、光速
をｃ、誘電体基板１３の比誘電率をεr とすると、

【数式１】 で求めることができる。例えば、動作周波数ｆが６０Ｇ
Ｈｚで、誘電体基板１３を比誘電率εr ＝６．２のアル
ミナで製作した場合、実効波長λは約１．６５ｍｍとな
る。従って、この場合の幅Ｗ_１は約０．４１ｍｍとな
り、この幅で接地導体１７をパターニングすればよいこ
とになる。

【００１５】そうして、このような接地導体１７に、図
１（Ｄ）に示されるように、短絡導波管１２の端面を接
触させるが、この短絡導波管１２と導波管１１の厚さＴ
_１は上記接地導体１７の幅Ｗ_１よりも小さく（Ｔ_１＜Ｗ
_１）設定される。この第１例では、厚さＴ_１を０．２５
ｍｍ程度とし、この短絡導波管１２の内壁位置と接地導
体１７の内周位置Ｐ_２を一致させて接続する。これによ
り、短絡導波管１２の直下に存在するストリップ導体１
４のインピーダンスが不連続になるのを防止することが
できる。

【００１６】以上のような第１例の構成によれば、λ／
４幅の接地導体１７の導波管から見て外側の端面（外周
位置Ｐ_１）はオープン端であり、ここでのインピーダン
スは略無限大となる。一方、このオープン端からλ／４
の長さだけ内側の端面（内周位置Ｐ_２）は上述のインピ
ーダンスの逆数、即ち略零（０）で短絡面となる。従っ
て、導波管１１と短絡導波管１２が０のインピーダンス
で短絡されることになり、これによって電波（高周波）
の漏洩が防止される。

【００１７】なお、上記接地導体１７の幅Ｗ_１はλ／４
（又はこの奇数倍）で、λ／８の許容範囲に入る値、即
ちｎ（ｎ＝１，３，５…）・λ／４±λ／８の長さであ
ればよく、当該例の上記幅Ｗ_１は０．３１ｍｍ〜０．５
１ｍｍの範囲で設定することができる。この範囲を外れ
ると、導波管１２の端面で短絡とはみなせず、電波の漏
洩が大きくなる。

【００１８】図２には、第１例の変形例が示されてい
る。この例では、接地導体１８に短絡導波管１９を接触
させたときの誘電体基板１３の面上接地領域の合計幅が
λ／４又はこの奇数倍となるようする。即ち、接地導体
１８の幅Ｗ₁₂と短絡導波管１９の幅Ｔ₁₂の合計が上記Ｗ
_１（＝Ｗ₁₂＋Ｔ₁₂）となるようにする。これによって
も、導波管１９を短絡させることができる。

【００１９】図３には、実施形態の第２例に係る高周波
線路の変換器の構成が示されており、この第２例は矩形
の長辺にのみ接地導体を設けたものである。図３（Ａ）
に示されるように、誘電体基板１３の表面にはストリッ
プ導体１４及びプローブ１６、裏面には図３（Ｂ）のよ
うに接地面１５がパターニングされる。そして、上記プ
ローブ１６が配置される伝送空間（Ｓ）の周囲の上下、
即ち短絡導波管１２Ｂの矩形上下の長辺に接触する部分
のみに、図示の接地導体２０がパターニングされる。

【００２０】即ち、矩形導波管１１，１２では、その管
端面と誘電体基板１３との間の隙間が管軸に垂直な方
向、ここでは矩形の短辺側に存在する場合は、その隙間
から電波が漏れることはない。また、この接地導体２０
の幅Ｗ_２は、第１例と同様にλ／４の奇数倍に設定さ
れ、導波管１２Ｂ（１１Ｂ）の厚さＴ_２も接地導体２０
の幅Ｗ_２よりも小さい値とされる。

【００２１】このような第２例の構成でも、矩形導波管
の長辺にのみ設けた接地導体２０の内周位置で導波管１
１Ｂと短絡導波管１２Ｂを短絡することができ、電波の
漏洩を防止することが可能となる。

【００２２】図４には、実施形態の第３例の構成が示さ
れており、この第３例は円形導波管に適用したものであ
る。図４（Ａ）に示されるように、第３例の変換器は、
円形導波管３１と円形短絡導波管３２との間に誘電体基
板３３が挿入されており、この誘電体基板３３の表面
に、図４（Ｂ）に示されるように、ストリップ導体３４
と伝送空間に突出するプローブ３６がパターニングさ
れ、裏面には図４（Ｃ）のように導波管３１の伝送空間
Ｓの部分を残して接地面３５が形成される。

【００２３】また、図４（Ｂ）のように、上記誘電体基
板３３の表面にストリップ導体３４及びプローブ３６を
通すための隙間が空けられて、円形の接地導体３７が上
記矩形導波管３２（３１）の形状に合せてパターニング
される。そして、この接地導体３７の幅Ｗ_３は、誘電体
基板３３中を通過する高周波の実効波長λの略１／４の
奇数倍の長さとされる。一方、上記短絡導波管３２と導
波管３１の厚さＴ_３は接地導体３７の幅Ｗ_３よりも小さ
く（Ｔ_３＜Ｗ_３）設定され、この短絡導波管３２の内壁
位置が接地導体３７の内周位置に一致する状態で各部材
が組み付けられる。

【００２４】このような第３例によっても、円形導波管
３１，３２の外周位置Ｐ_１がオープン端、内周位置Ｐ_２
が短絡面となり、電波の漏洩を防止でき、また短絡導波
管３２の直下に存在するストリップ導体３４部分のイン
ピーダンスの変化をなくし、マッチングを良好にとるこ
とが可能となる。

【００２５】図５には、実施形態の第４例の構成が示さ
れており、この第４例は所定パターンの接地導体を二重
に配置したものである。図５に示されるように、誘電体
基板１３の表面に、ストリップ導体１４が設けられると
共に、短絡導波管の断面形状に合せた矩形の第１接地導
体４１と第２接地導体４２が二重にパターニングされ
る。そして、これら接地導体４１，４２の幅Ｗ_４，Ｗ_５
を、例えばλ／４（又はこれの奇数倍）とし、また第１
接地導体４１と第２接地導体４２との間隔もλ／４又は
これの奇数倍に設定する。

【００２６】その他の構成は、第１例と同様であり、短
絡導波管の端面を第２接地導体４２に接触させて変換器
が組み立てられる。このような第４例の構成によれば、
導波管の短絡の効果が高まり、電波の漏洩防止をより確
実に促進することができる。

【００２７】上記実施形態例において、接地導体１７，
１８，２０，３７，４１，４２（又は接地領域）の幅を
λ／４以外の（３／４）・λ、（５／４）・λ…に設定
した場合、導波管１１，１２，１１Ｂ，１２Ｂ，３１，
３２の壁厚をマイクロストリップ線路を伝送する高周波
の波長の略２分の１に設定することが好ましい。即ち、
導波管の壁厚をマイクロストリップ線路中の電波波長の
２分の１とすれば、導波管（端面）直下のストリップ導
体１４，３４のインピーダンスの不連続をキャンセルす
ることができ、マッチングが良好となり、電波が通り易
くなる。

【００２８】なお、上記実施形態例では、誘電体基板１
３の表面（短絡導波管側）にストリップ導体１４，３４
及び接地導体１７，１８，２０，３７，４１，４２を設
けたが、表裏の配置を逆にし、これらを裏面側に配置し
てもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高周波線路の変換器において誘電体基板の導波管接触部
分に、ｎ・λ／４近傍の幅で導波管形状に沿った接地領
域が設定されるように接地導体をパターニングし、かつ
上記導波管の壁厚を上記接地領域の幅よりも小さくした
ので、誘電体基板にスルーホールを形成することなく導
波管を短絡することができ、製造コストの低減を図るこ
とが可能となる。また、導波管回路と平面回路のマッチ
ングが良好となり、良好な特性の変換器を得ることがで
きる。

【００３０】また、矩形の導波管を用いる場合には、上
記の接地導体を矩形の長辺部分にのみパターニングして
もよく、この場合はパターニングを簡略化することがで
きる。また、所定パターンの接地導体の内側に、ｎ・λ
／４近傍の幅で同一パターンの接地導体を複数形成する
こともでき、これによれば、短絡の効果を高め、電波の
漏洩をより確実に防止できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の第１例に係る高周波線路の
変換器の構成を示し、図（Ａ）は斜視図、図（Ｂ）は誘
電体基板の表面（短絡導波管側）の構成図、図（Ｃ）は
誘電体基板の裏面（導波管側）の構成図、図（Ｄ）は接
地導体と導波管端面の関係図である。

【図２】実施形態の第１例の接地導体と導波管端面の配
置の他の例を示す図である。

【図３】実施形態の第２例の構成を示し、図（Ａ）は誘
電体基板の表面の構成図、図（Ｂ）は誘電体基板の裏面
の構成図である。

【図４】実施形態の第３例の構成を示し、図（Ａ）は斜
視図、図（Ｂ）は誘電体基板の表面の構成図、図（Ｃ）
は誘電体基板の裏面の構成図である。

【図５】実施形態の第４例の構成を示す誘電体基板の表
面の構成図である。

【図６】従来の高周波線路の変換器の構成を示し、図
（Ａ）は斜視図、図（Ｂ）は誘電体基板の表面の構成
図、図（Ｃ）は誘電体基板の裏面の構成図である。

【図７】従来の高周波線路の変換器の他の例を示し、図
（Ａ）は誘電体基体を導波管側から見た図、図（Ｂ）は
図（Ａ）のＩ−Ｉ断面図である。

【符号の説明】

１，１１，３１ … 導波管、 ２，１２，１９，３２ … 短絡導波管、 ３，１３，３３ … 誘電体基板、 ４，１４，３４ … ストリップ導体、 ６，１６，３６ … プローブ、 ７，１７，１８，２０，３７，４１，４２ … 接地導
体、 ８ … スルーホール。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体基板に電気伝導性材質でプローブ
   をパターニングし、このプローブを導波管中に挿入して
   平面回路と導波管回路とを接続する高周波線路の変換器
   において、 上記誘電体基板の導波管接触部分に、当該誘電体基板中
   における高周波の実効波長をλとすると、ｎ・λ／４
   （ｎ：奇数）近傍の幅で、導波管形状に沿った接地領域
   が設定されるように、電気伝導性材質の接地導体をパタ
   ーニングし、上記導波管壁の厚さを上記接地領域の幅よ
   りも小さくしたことを特徴とする高周波線路の変換器。
2. 【請求項２】 上記接地導体を、上記誘電体基板にｎ・
   λ／４近傍の幅でパターニングしたことを特徴とする上
   記請求項１記載の高周波線路の変換器。
3. 【請求項３】 矩形の導波管を用いる場合、上記接地導
   体を上記矩形の長辺部分にのみパターニングしたことを
   特徴とする上記請求項１又は２記載の高周波線路の変換
   器。
4. 【請求項４】 上記接地導体の内側に、ｎ・λ／４近傍
   の幅の同一パターンの接地導体を複数形成したことを特
   徴とする上記請求項１乃至３記載の高周波線路の変換
   器。