JP2002290110A - 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】 特性のバラツキが小さく、サーキュレータ特
性を再現性良く安定して得られ、フェライト板の割れ等
の問題がない信頼性に優れたものとするとともに、挿入
損失の小さいサーキュレータとすること。 【解決手段】 ＮＲＤガイド用のサーキュレータにおい
て、２枚のフェライト板２は平行平板導体の内面に厚さ
１〜１００μｍの接着層を介して接着されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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型のミリ波送受信器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の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（登録商標）、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，２０
ｂ，２０ｃの先端部に設けられ、ＬＳＥ（Longitudinal
Section Electric）モードの電磁波を遮断するモー
ドサプレッサである。２２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，２
０ｃ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、チョー
ク型線路導体等から成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（TransverseElectroMagne
tic）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。この誘電体スペーサ２
４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の厚さの変化により、２枚のフェライト円
板２２，２２で構成されるフェライト共振器の共振周波
数がずれ、サーキュレータの動作周波数がずれるため
に、所望の特性が得られないという問題が生じていた。
また、誘電体スペーサ２４の高さが、平行平板導体の間
隔から２枚のフェライト円板３２の厚みを引いた寸法よ
りも小さい場合、フェライト円板３２が傾いてしまい、
所望の特性が得られないという問題があった。

【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、
これにより誘電体スペーサを不要とすることができる。
しかしながら、段付き部３４の出っ張りの大きさによっ
て、フェライト共振器の共振周波数がずれ、サーキュレ
ータの動作周波数がずれるために、所望の特性が得られ
ないという問題が残る。また、フェライト円板３２が係
合している段付き部３４の段差がフェライト円板３２の
厚みよりも小さい場合、フェライト円板３２が直接平行
平板導体に当たるため割れやすいという問題があった。
逆に、段付き部３４の段差がフェライト円板３２の厚み
よりも大きい場合は、フェライト円板３２が傾いてしま
い、所望の特性が得られないという問題があった。

【０００８】また、従来例ではフェライト円板３２，３
２の間に誘電体スペーサや段付き部３４の出っ張りがあ
り、電界の集中するフェライト円板３２，３２の間のフ
ェライト共振部の中心部に誘電体が存在するため、誘電
損失の大きな誘電体を用いた場合、フェライト共振器の
誘電体損失が大きくなり、サーキュレータの挿入損失が
大きくなるという問題があった。

【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、共振特性等のバラツキが
小さく、サーキュレータ特性を再現性良く安定して得ら
れ、フェライト板の割れ等の問題が発生しない信頼性に
優れたものとすることにある。また、挿入損失の小さい
サーキュレータを提供することにある。

【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
を接続した非放射性誘電体線路用のサーキュレータにお
いて、前記２枚のフェライト板は前記平行平板導体の内
面に厚さ１〜１００μｍの接着層を介して接着されてい
ることを特徴とする。

【００１１】本発明は、上記の構成により、２枚のフェ
ライト板間に誘電体スペーサを設ける必要がなく、また
２枚のフェライト板に接続される誘電体線路の端に段付
き部を設けることも不要となることで、フェライト共振
器の共振周波数のずれがなくなるため、再現性の良い安
定したサーキュレータ特性が得られる。また、フェライ
ト板が平行平板導体に接着されることで、フェライト板
が傾くということがなくなるため、再現性の良い安定し
たサーキュレータ特性が得られる。さらに、フェライト
板が直接平行平板導体に当接して接着されるため、割れ
やすいという問題もなくなり、信頼性に優れたサーキュ
レータとなる。

【００１２】また本発明は、２枚のフェライト板は平行
平板導体の内面に厚さ１〜１００μｍの接着層を介して
接着されていることから、十分な接着強度が得られ、信
頼性に優れたサーキュレータとなるとともに、挿入損失
が小さなサーキュレータとなる。

【００１３】本発明において、好ましくは、前記接着層
は、前記２枚のフェライト板の前記平行平板導体の内面
に対向する主面の中心部に形成されていることを特徴と
する。

【００１４】本発明は、この構成により、最も電界強度
が小さいフェライト板の主面の中心部に接着層を設けて
接着することとなり、損失の小さいサーキュレータとす
ることができる。

【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、前記平行平板導体
に平行に配設されたフェライト板の周縁部に所定間隔で
配置されかつそれぞれ前記ミリ波信号の入出力端とされ
た第１の接続部，第２の接続部および第３の接続部を有
し、一つの前記接続部から入力された前記ミリ波信号を
前記フェライト板の面内で時計回りまたは反時計回りに
隣接する他の接続部より出力させるサーキュレータであ
って、前記第１の誘電体線路の前記ミリ波信号の出力端
に前記第１の接続部が接続されるサーキュレータと、該
サーキュレータの前記第２の接続部に接続され、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
信され前記第３の誘電体線路を伝搬して前記サーキュレ
ータの前記第３の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て成り、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
記平行平板導体に平行に配設されたフェライト板の周縁
部に所定間隔で配置されかつそれぞれ前記ミリ波信号の
入出力端とされた第１の接続部，第２の接続部および第
３の接続部を有し、一つの前記接続部から入力された前
記ミリ波信号を前記フェライト板の面内で時計回りまた
は反時計回りに隣接する他の接続部より出力させるサー
キュレータであって、前記第１の誘電体線路の前記ミリ
波信号の出力端に前記第１の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前記第２の接続部に接
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
たは接合させて成り、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、上下の平
行平板導体は省略してある。同図において、４ａ，４ｂ
および４ｃは、テフロン，ポリスチレン，コーディエラ
イト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）セラミック
ス等から成る誘電体線路、１は、各誘電体線路４ａ，４
ｂ，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である。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，４
ｂ，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箔等からなるチョーク
型線路導体等の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Ｌ
ＳＥ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。

【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
がそれぞれ接着され、かつ互いに対向して設けられてい
る。

【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０．１〜０．５ｍｍが良く、
０．１ｍｍ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。０．５ｍｍ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１〜４ｍ
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、４ｍｍ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
ｍｍ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≧３かつｍ＝ｎ、またはｍ
＝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（図１では３本）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本配置される。図１のものでは、誘電体線路４ａから
誘電体線路４ｂ、誘電体線路４ｂから誘電体線路４ｃ、
誘電体線路４ｃ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】本発明のフェライト円板２は平行平板導体
（図示せず）に接着されている。接着剤はフェライト円
板２を接着して固定できるものであれば特に限定するも
のではなく、例えばポリビニールアルコール系、エポキ
シ樹脂系、シリコーンゴム系などの接着剤、あるいは金
属ロウ材等であってもよい。

【００２８】本発明において、フェライト円板２と平行
平板導体との間の接着層の厚みは１〜１００μｍであ
る。１μｍよりも薄いと、十分な接着強度が得られない
ため、組み立て時等の振動、衝撃によってフェライト円
板２がはずれてしまいやすくなる。そのため、接着層の
厚みは１μｍ以上とする必要がある。また、接着層の厚
みが１００μｍを超えると、接着剤の誘電損失とフェラ
イト円板２が、電界の集中する、２枚のフェライト円板
２間の中心部付近に近づくことにより、挿入損失が大き
くなる。またこの場合、フェライト円板２が、磁界が強
い平行平板導体近傍から離れて効果的に働かないため、
所望のサーキュレータ特性が得られない。接着層の厚み
はより好ましくは５〜５０μｍである。

【００２９】本発明において、接着層は、２枚のフェラ
イト円板２の平行平板導体の内面に対向する主面の中心
部に形成されていることが好ましい。この場合、最も電
界強度が小さいフェライト板の主面の中心部に接着層を
設けて接着することとなり、損失の小さいサーキュレー
タとすることができる。また、フェライト円板２の主面
の直径をＲｆ、中心部に形成された略円形の接着層の直
径をＲｓとした場合、Ｒｓ＝０．３Ｒｆ〜０．９５Ｒｆ
であることがよい。Ｒｓ＜０．３Ｒｆでは、接着面積が
小さくなり、十分な接着強度が得られないため、組み立
て時等の振動、衝撃によってフェライト円板２がはずれ
やすくなる。０．９５Ｒｆ＜Ｒｓでは、電界強度が中心
部より大きい周辺部に誘電損失の大きな接着剤が存在す
ることになり、挿入損失が大きくなる。より好ましく
は、Ｒｓ＝０．５Ｒｆ〜０．９Ｒｆである。

【００３０】本発明において、２枚のフェライト円板２
の間には誘電体スペーサ等が配置されておらず、空間と
なっている方がよい。この場合、誘電体スペーサ等の厚
さの変化により、２枚のフェライト円板２で構成される
フェライト共振器の共振周波数がずれサーキュレータの
動作周波数がずれるという不具合を解消できる。また、
誘電体スペーサ等を配置する場合でも、できるだけ誘電
率が小さく、かつ誘電損失が小さいものが好ましい。

【００３１】本発明において、誘電体線路４ａ〜４ｃ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・
２Ａｌ ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）セラミックス，アルミナ（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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中間周波信号を得、この中間周波
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。

【００３５】かくして、本発明のＮＲＤガイド用のサー
キュレータは、特性のバラツキが小さく、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、フェラ
イト板の割れ等の問題がない信頼性に優れたものとな
る。さらに挿入損失の小さいものとなる。

【００３６】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６
〜図９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６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７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８はミリ波信号発振
部の斜視図、図９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。

【００３７】図６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。

【００３８】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の接続
部５４ａ，５４ｂ，５４ｃを有する、フェライト円板か
ら成る本発明のサーキュレータ、５５は、サーキュレー
タ５４の第２の接続部５４ｂ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。

【００３９】なお、送受信アンテナ５６は、平行平板導
体５１に形成された貫通孔を通して高周波信号を入力ま
たは出力させ、平行平板導体５１の外面に貫通孔に接続
された金属導波管を介して設置されたホーンアンテナ等
であってもよい。

【００４０】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の接続部５４ｃより出力した受信波をミキサー５
９側へ伝搬させる第４の誘電体線路である。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５８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て成
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。

【００４１】そして、これらの各種部品は、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以下の間隔で配置した平行平板導体間に設けられ
る。

【００４２】図６のものにおいて、第１の誘電体線路５
３の中途に、図９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９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。

【００４３】また、本発明のミリ波レーダーモジュール
について実施の形態の他の例として、送信アンテナと受
信アンテナを独立させた図７のタイプがある。同図にお
いて、６１は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。

【００４４】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の接続部６４ａ，６４ｂ，６４ｃを有する、フ
ェライト円板から成る本発明のサーキュレータである。
６５は、サーキュレータ６４の第２の接続部６４ｂ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である。６７は、サーキュレ
ータ６４の第３の接続部６４ｃ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６７ａが先端に設け
られた第５の誘電体線路である。

【００４５】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である。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て
成り、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。

【００４６】なお、送信アンテナ６６および受信アンテ
ナ７０は、平行平板導体６１に形成された貫通孔を通し
て高周波信号を入力または出力させ、平行平板導体６１
の外面に貫通孔に接続された金属導波管を介して設置さ
れたホーンアンテナ等であってもよい。

【００４７】そして、これらの各種部品は、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以下の間隔で配置した平行平板導体間に設けられ
る。

【００４８】この図７のものにおいて、第１の誘電体線
路６３の中途に、図９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９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。

【００４９】図６，図７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８，図９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）するための略直方体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である。８４は、金属部材８
２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８４ａ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である。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。

【００５０】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。

【００５１】また図９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
形成される。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。

【００５２】また、図６，図７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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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、図６のものでは、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。
また、図７のものでは、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、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。

【００５８】

【実施例】本発明のＮＲＤガイド用のサーキュレータの
実施例について以下に説明する。

【００５９】（実施例）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を接続し、その先端部が
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。

【００６０】このとき、２枚のフェライト円板２は平行
平板導体に１液硬化型のエポキシ樹脂で接着した。顕微
鏡を用いて、接着後のフェライト円板２の接着されてい
ない方の主面と、平行平板導体の内面との差を測定する
ことによって、平行平板導体の内面からの接着後のフェ
ライト円板２の高さを測定した。その接着後のフェライ
ト円板２の高さから、予めマイクロメータで測定してお
いたフェライト円板２の厚みを差し引くことで、接着層
の厚みを測定した。本実施例では接着層の厚みは１０μ
ｍであった。

【００６１】このフェライト円板２の寸法は直径２ｍ
ｍ、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。

【００６２】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｜Ｓ₃₁｜とを
測定して、その差（アイソレーション）をとった結果を
図５に示す。図５より、７６．２〜７７．０ＧＨｚにお
いてアイソレーションが１５ｄＢ以上という優れた特性
を示した。また、挿入損失（｜Ｓ₂₁｜から治具の損失を
差し引いた値）は７６．２〜７７．０ＧＨｚにおいて
１．２ｄＢ以下であった。

【００６３】また、接着層をフェライト円板２の中心部
に直径１．６ｍｍで形成した以外は上記実施例と同様に
構成したものについて、同様にスペクトラムアナライザ
を用いて挿入損失を測定した結果、７６．２〜７７．０
ＧＨｚにおいて１ｄＢ以下と、より優れた特性を示し
た。

【００６４】なお、本発明は上記実施の形態および実施
例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲内で種々の変更を行なうことは何等差し支えな
い。

【００６５】

【発明の効果】本発明は、ＮＲＤガイド用のサーキュレ
ータにおいて、２枚のフェライト板は平行平板導体の内
面に厚さ１〜１００μｍの接着層を介して接着されてい
ることにより、２枚のフェライト板間に誘電体スペーサ
等を配置する必要がなくなり、また２枚のフェライト板
に接続される誘電体線路の端に段付き部を形成する必要
がなくなることで、２枚のフェライト板で構成されるフ
ェライト共振器の共振周波数のずれがなくなる。その結
果、再現性の良い安定したサーキュレータ特性が得られ
る。また、フェライト板が平行平板導体に接着されるこ
とで、フェライト板が傾くということがなくなるため、
再現性の良い安定したサーキュレータ特性が得られる。
さらに、フェライト板が直接平行平板導体に当接され接
着されるため、割れやすいという問題もなくなり、信頼
性に優れたサーキュレータとなる。

【００６６】また本発明は、２枚のフェライト板は平行
平板導体の内面に厚さ１〜１００μｍの接着層を介して
接着されていることから、十分な接着強度が得られ、信
頼性に優れたサーキュレータとなるとともに、挿入損失
が小さなサーキュレータとなる。

【００６７】本発明は、好ましくは、接着層が、２枚の
フェライト板の平行平板導体の内面に対向する主面の中
心部に形成されていることにより、最も電界強度が小さ
いフェライト板の主面の中心部に接着層を設けて接着す
ることとなり、損失の小さいサーキュレータとすること
ができる。

【００６８】本発明の送受信アンテナを有するミリ波送
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る。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。

【００６９】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
される。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】本発明のサーキュレータについて実施の形態の
例を示す斜視図である。

【図２】従来の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】従来のサーキュレータの例の斜視図である。

【図４】従来のサーキュレータの他の例を示す斜視図で
ある。

【図５】本発明のサーキュレータについてアイソレーシ
ョン特性を測定した結果のグラフである。

【図６】本発明のミリ波レーダーモジュールについて実
施の形態の例を示す平面図である。

【図７】本発明のミリ波レーダーモジュールについて実
施の形態の他の例を示す平面図である。

【図８】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を示す斜視図である。

【図９】図８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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J012 CA01 5J014 HA06 5K011 AA16 BA03 BA04 BA09 BA10 DA02 DA03 DA24 JA00 KA13

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接続した非
   放射性誘電体線路用のサーキュレータにおいて、前記２
   枚のフェライト板は前記平行平板導体の内面に厚さ１〜
   １００μｍの接着層を介して接着されていることを特徴
   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】 前記接着層は、前記２枚のフェライト板
   の前記平行平板導体の内面に対向する主面の中心部に形
   成されてい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、 前記平行平板導体に平行に配設されたフェライト板の周
   縁部に所定間隔で配置されかつそれぞれ前記ミリ波信号
   の入出力端とされた第１の接続部，第２の接続部および
   第３の接続部を有し、一つの前記接続部から入力された
   前記ミリ波信号を前記フェライト板の面内で時計回りま
   たは反時計回りに隣接する他の接続部より出力させるサ
   ーキュレータであって、前記第１の誘電体線路の前記ミ
   リ波信号の出力端に前記第１の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前記第２の接続部に接続され、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前記第３の誘電体線路を
   伝搬して前記サーキュレータの前記第３の接続部より出
   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て
   成り、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または請求項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、 前記平行平板導体に平行に配設されたフェライト板の周
   縁部に所定間隔で配置されかつそれぞれ前記ミリ波信号
   の入出力端とされた第１の接続部，第２の接続部および
   第３の接続部を有し、一つの前記接続部から入力された
   前記ミリ波信号を前記フェライト板の面内で時計回りま
   たは反時計回りに隣接する他の接続部より出力させるサ
   ーキュレータであって、前記第１の誘電体線路の前記ミ
   リ波信号の出力端に前記第１の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前記第２の接続部に接続され、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て
   成り、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または請求項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。