JP2004048423A - 高周波回路の接続構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】伝送線路間の接続部における特性の劣化を防止し、さらに伝送線路同士の接続状態と切断状態とを反復できるようにする。
【解決手段】伝送線路同士を接続する高周波回路の接続構造において、伝送電路の端部にそれぞれ素子を具え、それらの素子が電磁的に結合させることによって共振器を構成し、その共振器は使用周波数において単一の共振モードを有するものとする。誘電体導波管を用いて接続部に共振器を構成したり、誘電体基板に形成した導体膜を用いて構成することができる。
【選択図】 図２
【解決手段】伝送線路同士を接続する高周波回路の接続構造において、伝送電路の端部にそれぞれ素子を具え、それらの素子が電磁的に結合させることによって共振器を構成し、その共振器は使用周波数において単一の共振モードを有するものとする。誘電体導波管を用いて接続部に共振器を構成したり、誘電体基板に形成した導体膜を用いて構成することができる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波やミリ波帯といった高周波領域における伝送線路同士の接続構造に係るもので、高周波モジュールや通信回路装置に利用される高周波回路の接続構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディスクリート部品で高周波モジュールを構成する際には、通常伝送線路内において接続を行う必要がある。従来、マイクロストリップやスロットライン間の接続はワイヤボンディング等によって行われている。しかし、このような接続構造ではワイヤやリボンの接続びより生じる寄生成分の影響を大きく受ける。
【０００３】
特に、ミリ波等の高周波領域では接続部での特性劣化が顕著となり、モジュールやそれを用いた通信装置全体の性能劣化の大きな要因となっている。このような問題の解決を図るために、伝送線路の非接触構造として特開２００１−３０８６０１には共振器間の結合を応用した構造が開示されている。
【０００４】
しかし、この構造では次のような問題がある。すなわち、接続によって共振器間の結合係数を変化させた場合、伝送線路と共振器間の結合係数が一定であるために特性変動量が大きい。また、共振器間の結合には、断面が開放または短絡となる２つの電磁界モードが関与する。例えばスロット線路の場合には、開放条件に対してそのモードの寄与は小さいものの、短絡条件の場合には容易に放射モードと結び付くといった問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、伝送線路間の接続部における特性の劣化を防止し、さらに伝送線路同士の接続状態と切断状態とを反復できるようにするもので、それを用いた高周波回路モジュールや通信装置に関するものである。
【０００６】
【課題を解決する手段】
本発明は、接続部分に単一の共振モードを有する共振器を構成することによって、上記の課題を解決するものである。
【０００７】
すなわち、伝送線路同士を接続する高周波回路の接続構造において、伝送電路の端部にそれぞれ素子を具え、それらの素子が電磁的に結合させることによって共振器を構成し、その共振器は使用周波数において単一の共振モードを有することに特徴を有するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明による結合構造は、誘電体導波管型伝送線路、ストリップ導体型（マイクロストリップ線路、スロット線路）伝送線路、ＮＲＤガイドの用いたものなどに広く応用できる。また、接触、非接触のいずれの方法によって共振器を構成してもよい。
【０００９】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図１は本発明の概念を示すブロック図である。伝送線路１１、１２にはそれぞれ構造体１３、１４が接続される。構造体１３、１４はそれ自体は共振器として作用しないが、これらを結合することによって共振器の作用を果たすことになる。すなわち、構造体１３、１４が結合することによって単一モード共振器が得られ、この共振モードを使用周波数帯において別のモードと結合しないようにして伝送線路を接続する。
【００１０】
以下、具体的な構造について、従来の接続構造と比較しながら説明する。図１は本発明の実施例を示す（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。これはフランジ２６付きの誘電体導波管２１、２２で構成したものである。誘電体導波管を結合して共振器を構成する。比較のために図１１に従来の誘電体導波管の接続構造を示す。
【００１１】
これらの接続構造において組み込み状態が悪く、接続部に空気層のギャップが生じた場合を考える。図１１の構造において誘電体導波管の接続部に５０μｍのギャップがあった場合の反射特性を図１２に示すが、周囲を吸収境界としていることから、反射が大きくなるとともに、放射も非常に大きいことが分かる。
【００１２】
図１３は従来の接続構造の他の例を示すもので、誘電体基板にスロットパターンを形成し、また端部に共振器のパターンを形成して、共振器同士を接続させたものである。また、図１４は誘電体導波管共振器を結導させるものであるが、これらの結合構造を採用したときの特性を図１５に示す。図１５（Ａ）はギャップが０であるとき、（Ｂ）はギャップが５０μｍの場合を示す。図１５（Ｂ）に示すように、ギャップによって結合係数が大きく変化するために、大きな特性の変化が現れ、特に反射係数Ｓ１１が示すようにほとんど透過していない。
【００１３】
図２に示した本発明の実施例による接続構造によるものの特性を図３に示す。（Ａ）は５０μｍのギャップがある場合、（Ｂ）はギャップがない場合を示したものである。帯域幅は非常に狭いものの周波数のバラツキは少ない。これは、組み合わせて構成された共振器が唯一つのモードのみを励起するため、接続部分のギャップといった構造のパラメータが共振器の共振周波数のみに影響を与え、２つの共振モードの電磁界結合には無関係となるためである。その周波数帯において実装バラツキの少ない非接触接続構造が可能となることを示している。
【００１４】
図２に示したように、誘電体導波管共振器を用いる場合は、誘電体導波管にスリット２７によって構成される共振器を挿入するすることができる。これによって２つの伝送線路全体を使って帯域通はフィルタを構成することもできる。このような構成を採用することによって、著しく帯域幅が広がり、使用できる範囲も広くなる。１段の共振器を用いた場合にはギャップの影響が共振周波数に直接影響するが、多段のフィルタの場合には複数の共振器全体で形成される電磁界モードによって周波数が決まるため、接続部の共振器の影響は小さくなる。
【００１５】
図４はギャップの大きさに対する反射係数の依存性を示したものである。約１０％の帯域幅が得られ、ほとんど全反射に近かった従来の構造に比べ、５０μｍで３ｄＢ、１５０μｍでも６ｄＢ程度の特性劣化に過ぎない。したがって、広帯域でかつ特性の安定した伝送回路の接続構造が得られる。図１６（Ａ）〜（Ｃ）は従来のように一定間隔を介した場合の反射、伝送特性を示したものである。この導波管の間隔に対してＳ２１、Ｓ１１の依存性を示したのが図１７である。従来のものに何も操作を施さない導波管において、その一部を切断し、その後に再度隣接するように配置したときの電気的特性の変化の様子を図１８（Ａ）〜（Ｄ）に示した。図１９は周波数ｆ＝２５ＧＨｚにおけるＳ２１、Ｓ１１の導波管中の依存性を示したものである。この場合、例えば４００μｍのギャップが開いた場合、透過量は３ｄＢ以上減衰する。
【００１６】
図２０は本発明の構造を実験したモデルを示した。接続部を構成するフィルタは３段とし、共振モードとしてＴＥ０１０１モードを想定している。この構造において、中央の共振器を中央で切断し、隣接させるように配置した場合の特性を図２１に示す。本発明の場合、４００μｍのギャップを介在させた場合においても伝送時の減衰量は０．５ｄＢと非常に小さく、本発明の有効性が実験で確認された。
【００１７】
図２２は、誘電体導波管同士を組み合わせることによって初めてフィルタとして機能させるための組み合わせ構造の例を説明するものである。３つ以上の誘電体導波管を組み合わせる構造の例は図２３に示されている。この構造において、例えばＥＨ２１０１モードのように切断面を電流が横切ることのないように設計することによって線路の接続を行っている。
【００１８】
以下、本発明の他の実施例について説明する。図５は誘電体基板５０に形成した導体ストリップ５１の先端に共振器５３、５４を形成し、ワイヤ５８で接続したものである。２枚の誘電体基板の半円形の導体パターンによって共振器が構成される。導体ストリップ５１中を伝播するＴＥＭ波は導体表面に進行方向に流れる電流が存在するので、ワイヤを用いて共振器を接続した。この構造はコプレーナ線路でも用いることができる。また、図６はスロット線路によって同様の構造としたものである。この構造を導波管内に挿入することによって、フィンラインの接続にも応用できる。
【００１９】
図７は、スロット線路を利用し、共振モードにＴＥ１０モードを用いている。このようなモードを選ぶことによって、共振器中の電流が遮断されることなく伝播される。また、接続部以外の共振器の一部に多重モードフィルタを用いることで全体の小型化を図ることができる。図８はＮＲＤガイドに応用した例を示す。図９は共振器と伝送線路との間にλ／４のインピーダンス変成器を終端開放スタブと組み合わせることによって広大域かを図ったものである。図１０はストリップ導体とスロット線路を組み合わせたものである。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、単一の共振モードの共振器で接続するので、伝送線路間の接続部における特性の劣化を防止し、さらに伝送線路同士の接続状態と切断状態とを反復できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を示すブロック図
【図２】本発明の実施例を示す（Ａ）斜視図、（Ｂ）平面図
【図３】本発明による接続構造の特性の説明図
【図４】本発明による接続構造の特性の説明図
【図５】本発明の他の実施例の斜視図
【図６】本発明の他の実施例の斜視図
【図７】本発明の他の実施例の斜視図
【図８】本発明の他の実施例の斜視図
【図９】本発明の他の実施例の斜視図
【図１０】本発明の他の実施例の斜視図
【図１１】従来の接続構造を示す斜視図
【図１２】その特性の説明図
【図１３】従来の接続構造を示す斜視図
【図１４】従来の接続構造を示す斜視図
【図１５】その特性の説明図
【図１６】従来の接続構造の特性の説明図
【図１７】従来の接続構造の特性の説明図
【図１８】本発明による接続構造の特性の説明図
【図１９】本発明による接続構造の特性の説明図
【図２０】本発明による接続構造の例を示す斜視図
【図２１】本発明による接続構造の例を示す斜視図
【図２２】本発明による接続構造の例を示す斜視図
【図２３】本発明による接続構造の例を示す斜視図
【符号の説明】
１１、１２：伝送線路
２１、２２：誘電体導波管
２７：スリット
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波やミリ波帯といった高周波領域における伝送線路同士の接続構造に係るもので、高周波モジュールや通信回路装置に利用される高周波回路の接続構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディスクリート部品で高周波モジュールを構成する際には、通常伝送線路内において接続を行う必要がある。従来、マイクロストリップやスロットライン間の接続はワイヤボンディング等によって行われている。しかし、このような接続構造ではワイヤやリボンの接続びより生じる寄生成分の影響を大きく受ける。
【０００３】
特に、ミリ波等の高周波領域では接続部での特性劣化が顕著となり、モジュールやそれを用いた通信装置全体の性能劣化の大きな要因となっている。このような問題の解決を図るために、伝送線路の非接触構造として特開２００１−３０８６０１には共振器間の結合を応用した構造が開示されている。
【０００４】
しかし、この構造では次のような問題がある。すなわち、接続によって共振器間の結合係数を変化させた場合、伝送線路と共振器間の結合係数が一定であるために特性変動量が大きい。また、共振器間の結合には、断面が開放または短絡となる２つの電磁界モードが関与する。例えばスロット線路の場合には、開放条件に対してそのモードの寄与は小さいものの、短絡条件の場合には容易に放射モードと結び付くといった問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、伝送線路間の接続部における特性の劣化を防止し、さらに伝送線路同士の接続状態と切断状態とを反復できるようにするもので、それを用いた高周波回路モジュールや通信装置に関するものである。
【０００６】
【課題を解決する手段】
本発明は、接続部分に単一の共振モードを有する共振器を構成することによって、上記の課題を解決するものである。
【０００７】
すなわち、伝送線路同士を接続する高周波回路の接続構造において、伝送電路の端部にそれぞれ素子を具え、それらの素子が電磁的に結合させることによって共振器を構成し、その共振器は使用周波数において単一の共振モードを有することに特徴を有するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明による結合構造は、誘電体導波管型伝送線路、ストリップ導体型（マイクロストリップ線路、スロット線路）伝送線路、ＮＲＤガイドの用いたものなどに広く応用できる。また、接触、非接触のいずれの方法によって共振器を構成してもよい。
【０００９】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図１は本発明の概念を示すブロック図である。伝送線路１１、１２にはそれぞれ構造体１３、１４が接続される。構造体１３、１４はそれ自体は共振器として作用しないが、これらを結合することによって共振器の作用を果たすことになる。すなわち、構造体１３、１４が結合することによって単一モード共振器が得られ、この共振モードを使用周波数帯において別のモードと結合しないようにして伝送線路を接続する。
【００１０】
以下、具体的な構造について、従来の接続構造と比較しながら説明する。図１は本発明の実施例を示す（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。これはフランジ２６付きの誘電体導波管２１、２２で構成したものである。誘電体導波管を結合して共振器を構成する。比較のために図１１に従来の誘電体導波管の接続構造を示す。
【００１１】
これらの接続構造において組み込み状態が悪く、接続部に空気層のギャップが生じた場合を考える。図１１の構造において誘電体導波管の接続部に５０μｍのギャップがあった場合の反射特性を図１２に示すが、周囲を吸収境界としていることから、反射が大きくなるとともに、放射も非常に大きいことが分かる。
【００１２】
図１３は従来の接続構造の他の例を示すもので、誘電体基板にスロットパターンを形成し、また端部に共振器のパターンを形成して、共振器同士を接続させたものである。また、図１４は誘電体導波管共振器を結導させるものであるが、これらの結合構造を採用したときの特性を図１５に示す。図１５（Ａ）はギャップが０であるとき、（Ｂ）はギャップが５０μｍの場合を示す。図１５（Ｂ）に示すように、ギャップによって結合係数が大きく変化するために、大きな特性の変化が現れ、特に反射係数Ｓ１１が示すようにほとんど透過していない。
【００１３】
図２に示した本発明の実施例による接続構造によるものの特性を図３に示す。（Ａ）は５０μｍのギャップがある場合、（Ｂ）はギャップがない場合を示したものである。帯域幅は非常に狭いものの周波数のバラツキは少ない。これは、組み合わせて構成された共振器が唯一つのモードのみを励起するため、接続部分のギャップといった構造のパラメータが共振器の共振周波数のみに影響を与え、２つの共振モードの電磁界結合には無関係となるためである。その周波数帯において実装バラツキの少ない非接触接続構造が可能となることを示している。
【００１４】
図２に示したように、誘電体導波管共振器を用いる場合は、誘電体導波管にスリット２７によって構成される共振器を挿入するすることができる。これによって２つの伝送線路全体を使って帯域通はフィルタを構成することもできる。このような構成を採用することによって、著しく帯域幅が広がり、使用できる範囲も広くなる。１段の共振器を用いた場合にはギャップの影響が共振周波数に直接影響するが、多段のフィルタの場合には複数の共振器全体で形成される電磁界モードによって周波数が決まるため、接続部の共振器の影響は小さくなる。
【００１５】
図４はギャップの大きさに対する反射係数の依存性を示したものである。約１０％の帯域幅が得られ、ほとんど全反射に近かった従来の構造に比べ、５０μｍで３ｄＢ、１５０μｍでも６ｄＢ程度の特性劣化に過ぎない。したがって、広帯域でかつ特性の安定した伝送回路の接続構造が得られる。図１６（Ａ）〜（Ｃ）は従来のように一定間隔を介した場合の反射、伝送特性を示したものである。この導波管の間隔に対してＳ２１、Ｓ１１の依存性を示したのが図１７である。従来のものに何も操作を施さない導波管において、その一部を切断し、その後に再度隣接するように配置したときの電気的特性の変化の様子を図１８（Ａ）〜（Ｄ）に示した。図１９は周波数ｆ＝２５ＧＨｚにおけるＳ２１、Ｓ１１の導波管中の依存性を示したものである。この場合、例えば４００μｍのギャップが開いた場合、透過量は３ｄＢ以上減衰する。
【００１６】
図２０は本発明の構造を実験したモデルを示した。接続部を構成するフィルタは３段とし、共振モードとしてＴＥ０１０１モードを想定している。この構造において、中央の共振器を中央で切断し、隣接させるように配置した場合の特性を図２１に示す。本発明の場合、４００μｍのギャップを介在させた場合においても伝送時の減衰量は０．５ｄＢと非常に小さく、本発明の有効性が実験で確認された。
【００１７】
図２２は、誘電体導波管同士を組み合わせることによって初めてフィルタとして機能させるための組み合わせ構造の例を説明するものである。３つ以上の誘電体導波管を組み合わせる構造の例は図２３に示されている。この構造において、例えばＥＨ２１０１モードのように切断面を電流が横切ることのないように設計することによって線路の接続を行っている。
【００１８】
以下、本発明の他の実施例について説明する。図５は誘電体基板５０に形成した導体ストリップ５１の先端に共振器５３、５４を形成し、ワイヤ５８で接続したものである。２枚の誘電体基板の半円形の導体パターンによって共振器が構成される。導体ストリップ５１中を伝播するＴＥＭ波は導体表面に進行方向に流れる電流が存在するので、ワイヤを用いて共振器を接続した。この構造はコプレーナ線路でも用いることができる。また、図６はスロット線路によって同様の構造としたものである。この構造を導波管内に挿入することによって、フィンラインの接続にも応用できる。
【００１９】
図７は、スロット線路を利用し、共振モードにＴＥ１０モードを用いている。このようなモードを選ぶことによって、共振器中の電流が遮断されることなく伝播される。また、接続部以外の共振器の一部に多重モードフィルタを用いることで全体の小型化を図ることができる。図８はＮＲＤガイドに応用した例を示す。図９は共振器と伝送線路との間にλ／４のインピーダンス変成器を終端開放スタブと組み合わせることによって広大域かを図ったものである。図１０はストリップ導体とスロット線路を組み合わせたものである。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、単一の共振モードの共振器で接続するので、伝送線路間の接続部における特性の劣化を防止し、さらに伝送線路同士の接続状態と切断状態とを反復できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を示すブロック図
【図２】本発明の実施例を示す（Ａ）斜視図、（Ｂ）平面図
【図３】本発明による接続構造の特性の説明図
【図４】本発明による接続構造の特性の説明図
【図５】本発明の他の実施例の斜視図
【図６】本発明の他の実施例の斜視図
【図７】本発明の他の実施例の斜視図
【図８】本発明の他の実施例の斜視図
【図９】本発明の他の実施例の斜視図
【図１０】本発明の他の実施例の斜視図
【図１１】従来の接続構造を示す斜視図
【図１２】その特性の説明図
【図１３】従来の接続構造を示す斜視図
【図１４】従来の接続構造を示す斜視図
【図１５】その特性の説明図
【図１６】従来の接続構造の特性の説明図
【図１７】従来の接続構造の特性の説明図
【図１８】本発明による接続構造の特性の説明図
【図１９】本発明による接続構造の特性の説明図
【図２０】本発明による接続構造の例を示す斜視図
【図２１】本発明による接続構造の例を示す斜視図
【図２２】本発明による接続構造の例を示す斜視図
【図２３】本発明による接続構造の例を示す斜視図
【符号の説明】
１１、１２：伝送線路
２１、２２：誘電体導波管
２７：スリット
Claims (4)
- 複数の伝送線路同士を接続する高周波回路の接続構造において、
伝送電路の端部にそれぞれ素子を具え、それらの素子が電磁的に結合させることによって共振器を構成し、
その共振器は使用周波数において単一の共振モードを有することを特徴とする高周波回路の接続構造。 - 前記共振器内に存在する電磁界モードは電流の流れないポイントが存在するモードであって、そのポイントで共振器が複数の素子に分割された請求項１記載の高周波回路の接続構造。
- 前記伝送線路が導波管またはそれと同様の電磁界モードを有する請求項１または請求項２記載の高周波回路の接続構造。
- 千基伝送線路がストリップ状の電極によって構成された請求項１または請求項２記載の高周波回路の接続構造。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002203680A JP2004048423A (ja) | 2002-07-12 | 2002-07-12 | 高周波回路の接続構造 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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