JP2004215050A

JP2004215050A - マイクロストリップ線路−導波管変換器

Info

Publication number: JP2004215050A
Application number: JP2003000829A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Shigematsu; 智徳重松; Kazuyoshi Inami; 和喜稲見; Kenichi Tomiyama; 賢一富山; Mikio Hatamoto; 幹夫畑本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-01-07
Filing date: 2003-01-07
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2023-01-07
Also published as: JP3959544B2

Abstract

【課題】導波管内の短絡面から１／４波長離れた位置にマイクロストリップ線路基板を差し込む方式では、高い位置精度が要求されるため、量産化への対応が困難であるという課題があった。また、誘電体多層基板上にアンテナプローブを設ける方式では、空間への放射をシールドするための導体キャップを設ける必要があるため、回路が十分に小形化できないという課題があった。
【解決手段】誘電体多層基板１の最上層に形成されたマイクロストリップ線路５と、誘電体多層基板１中に形成された擬似同軸トリプレート線路６と、誘電体多層基板１中に形成された擬似導波管７とを備え、擬似同軸トリプレート線路６の中心導体３ｂの一端がマイクロストリップ線路５の中心導体３ａに接続され、他端が擬似導波管７の地導体２ｂに接続され、誘電体多層基板１の側面に導波管開口８を設けた構成とした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波帯およびミリ波帯で用いるマイクロストリップ線路−導波管変換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のマイクロストリップ線路−導波管変換器は、マイクロストリップ線路を形成した誘電体基板を導波管と短絡導波管ブロックとで挟み込むように固定して構成される。短絡導波管ブロックの短絡面とマイクロストリップ線路のストリップ導体パターンとの距離を導波管管内波長の約１／４に設定すると、導波管内の磁界がストリップ導体パターンを挿入した位置において最大となるため、マイクロストリップ線路の伝搬モードと導波管の伝搬モードがよく結合する。したがって、導波管を伝搬してきた高周波信号は、大きな反射を生じることなくマイクロストリップ線路に伝搬することができる。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
また、他の従来のマイクロストリップ線路−導波管変換器は、誘電体多層基板に形成されたマイクロストリップ線路のストリップ導体パターンの先端にアンテナプローブを設け、その直下に最上層の地導体と最下層の地導体を接続するビアおよび最上層の地導体と内層の地導体を接続するビアにより形成される第１の擬似導波管を設け、さらにその直下に最上層の地導体と最下層の地導体を接続するビアおよび内層の地導体と最下層の地導体を接続するビアにより形成される第２の擬似導波管を設け、誘電体多層基板の下に設けられた導波管に接続される。誘電体多層基板上には、これらの領域をシールドするように導体キャップが取り付けられる。マイクロストリップ線路に伝送された高周波信号は、アンテナプローブで励振され、周囲に放射される。放射された高周波信号はアンテナプローブ直下の第１および第２の擬似導波管を伝送路として導波管へ伝送することができる。なお、アンテナプローブの上部の空間に放射された成分は、導体キャップによりシールドされているため、外部へ漏洩することはない。（例えば、特許文献２参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２４４２１２号公報（第１２頁、第１３図、第１４図）
【特許文献２】
特開平１１−４１０１０号公報（第５頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のマイクロストリップ線路−導波管変換器は、ストリップ導体パターンから短絡導波管ブロックの短絡面までの長さが導波管管内波長の約１／４程度必要であり、導波管ブロックが誘電体基板から突き出す形となり、マイクロ波帯においては変換器の小形化が難しいという構造上の問題があった。
【０００６】
また、導波管、短絡導波管ブロックおよびストリップ導体パターンとの間で位置ずれが生じると変換器の特性が劣化するため、各部品の組み立てを高い位置精度で行う必要があるが、マイクロ波帯およびミリ波帯においては各部品の大きさが非常に小さくなるので高い精度で組み立てることは難しく、量産が困難であるという製造上の問題があった。
【０００７】
さらに、高周波素子を実装するパッケージの入出力部に従来のマイクロストリップ線路−導波管変換器を設ける場合、導波管とマイクロストリップ線路の接続部に空間があるため、パッケージ内部を気密封止できないという信頼性上の問題があった。
【０００８】
一方、他の従来のマイクロストリップ線路−導波管変換器では、マイクロストリップ線路および導波管の開口面に対向する領域をシールドするための導体キャップを設ける必要があるため、回路が十分に小型化できない問題があった。
【０００９】
この発明は、係る課題を解決するために成されたものであり、低コストかつ小形の変換器でマイクロストリップ線路と導波管との接続を簡単に行うことができるようにしたことを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るマイクロストリップ線路−導波管変換器は、誘電体多層基板の最上層に形成されたマイクロストリップ線路と、誘電体多層基板中に形成された擬似同軸トリプレート線路と、誘電体多層基板中に形成された擬似導波管とを備え、擬似同軸トリプレート線路の中心導体の一端がマイクロストリップ線路の中心導体に接続され、他端が擬似導波管の地導体に接続され、誘電体多層基板の側面に導波管開口を設けた構成とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の断面構造図である。また、図２は、この発明の実施の形態１の上面透視図である。
この実施の形態１は、図中の左から順に、誘電体多層基板１に設けられた地導体２ａと中心導体３ａにより構成されるマイクロストリップ線路５、地導体２ａおよび２ｂと層間ビア４ｂと中心導体３ｂにより構成される擬似同軸トリプレート線路６、地導体２ａおよび２ｂと層間ビア４ｂにより構成される擬似導波管７が接続されている。擬似導波管７側の誘電体多層基板１の端面には導波管開口８が設けられる。マイクロストリップ線路５から擬似同軸トリプレート線路６への変換点Ａにおいて、中心導体３ａと３ｂは層間ビア４ａで接続される。擬似同軸トリプレート線路６から擬似導波管７への変換点Ｂにおいて、中心導体３ｂと地導体２ｂは層間ビア４ｃにて接続される。また、擬似同軸トリプレート線路６および擬似導波管７の領域では地導体２ａと２ｂは層間ビア４ｂにて接続される。中心導体３ｂをはさんだ層間ビア４ｂ同士の間隔と地導体２ａと２ｂの間隔は同程度の寸法である。層間ビア４ａ〜４ｃは、層ごとのずれによる断線が起きる可能性があるため、確実に接続できるよう各層の層間ビア４（４ａ〜４ｃ）の周囲にパターンを設ける。変換点Ａ−Ｂの間隔は中心周波数における概略１／４波長に相当する。
【００１２】
次に動作について説明する。図３は、この発明の実施の形態１の電界分布図である。なお、説明に不要な構成要素の記載は省略している。まず、マイクロストリップ線路５を伝送してきた信号は、中心導体３ａから地導体２ａに向かう電気力線９を有する電界を構成する。これが変換点Ａで擬似同軸トリプレート線路６に変換される際に、中心導体３ｂと地導体２ａの間に入り込んで伝送される。その後、変換点Ｂで擬似導波管７に変換される際には、中心導体３ｂが層間ビア４ｃにより地導体２ｂに接続されるため、電界は地導体２ｂと地導体２ａの間に広がる。そして、そのまま擬似導波管７を伝送して導波管開口８に到達する。ここで、変換点Ａ−Ｂ間はバランを構成している。
すなわち、擬似同軸トリプレート線路６の領域において、中心導体３ｂから地導体２ｂに向かう電界が存在するが、変換点Ｂから左側を見たとき、地導体２ｂは先端が地導体２ａに接続された１／４波長の長さの導体であるため開放と見なすことができ、擬似導波管７への変換には影響を与えない。その上、インピーダンス変換器として働くため、一般的に特性インピーダンス５０Ωのマイクロストリップ線路５から擬似導波管７へのインピーダンス変換がスムーズに行われる。
【００１３】
よって、この実施の形態によれば、マイクロストリップ線路から導波管までの部分を比較的製造が容易な誘電体多層基板を用いて一体形成で製造できるため、低コストで量産性の良いマイクロストリップ線路−導波管変換器を実現できる。また、シールド用の導体キャップ等は不要なため、薄型構造のマイクロストリップ線路−導波管変換器を実現できる。
【００１４】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２の断面構造図である。
この実施の形態２は、図中の左から順に、誘電体多層基板１に設けられた地導体２ａと中心導体３ａにより構成されるマイクロストリップ線路５、地導体２ａおよび２ｂと層間ビア４ｂと中心導体３ｂにより構成される擬似同軸トリプレート線路６、地導体２ａおよび２ｂと層間ビア４ｂにより構成される擬似導波管７、金属体１０中に設けられた導波管１１が接続されている。誘電体多層基板１は金属体１０中に固定されおり、地導体２ａおよび２ｂがそれぞれ金属体１０に接している。マイクロストリップ線路５から擬似同軸トリプレート線路６への変換点Ａにおいて、中心導体３ａと３ｂは層間ビア４ａで接続される。擬似同軸トリプレート線路６から擬似導波管７への変換点Ｂにおいて、中心導体３ｂと地導体２ｂは層間ビア４ｃにて接続される。また、擬似同軸トリプレート線路６および擬似導波管７の領域では、地導体２ａと２ｂは層間ビア４ｂにて接続される。層間ビア４ａ〜４ｃは、層ごとのずれによる断線が起きる可能性があるため、確実に接続できるよう各層の層間ビア４（４ａ〜４ｃ）の周囲にパターンを設ける。変換点Ａ−ＢおよびＢ−Ｃの間隔は、それぞれ中心周波数における概略１／４波長に相当する。
【００１５】
次に動作について説明する。図５はこの発明の実施の形態２の電界分布図である。なお、説明に不要な構成要素の記載は省略している。実施の形態１に対して導波管１１を形成する金属体１０を設けた構成なので、基本的な動作は同様である。マイクロストリップ線路５を伝送してきた信号は、中心導体３ａから地導体２ａに向かう電気力線９を有する電界を構成する。これが変換点Ａで擬似同軸トリプレート線路６に変換される際に、中心導体３ｂと地導体２ａの間に入り込んで伝送される。その後、変換点Ｂで擬似導波管７に変換される際には、中心導体３ｂが層間ビア４ｃにより地導体２ｂに接続されるため、電界は地導体２ｂと地導体２ａの間に広がる。さらに、変換点Ｃで導波管１１に変換される際には、金属体１０内全体に電界は広がり、信号は伝送される。ここで、変換点Ａ−Ｂ間はバランを構成している。すなわち、擬似同軸トリプレート線路６の領域において、中心導体３ｂから地導体２ｂに向かう電界が存在するが、変換点Ｂから図中左側を見たとき、地導体２ｂは先端が地導体２ａに接続された１／４波長の長さの導体であるため開放と見なすことができ、擬似導波管７への変換には影響を与えない。その上、インピーダンス変換器として働くため、一般的に特性インピーダンス５０Ωのマイクロストリップ線路５から擬似導波管７へのインピーダンス変換がスムーズに行われる。さらに、擬似導波管７の領域である変換点Ｂ−Ｃの間隔が１／４波長の長さに相当するため、擬似導波管７の特性インピーダンスを擬似同軸トリプレート線路６および導波管１１の特性インピーダンスの間の適正な値にすることにより、インピーダンス変成器として作用する。したがって、マイクロストリップ線路５から導波管１１までのインピーダンス変換がスムーズに行われる。
【００１６】
よって、この実施の形態によれば、マイクロストリップ線路から擬似導波管までの部分を比較的製造が容易な誘電体多層基板を用いて一体形成で製造し、導波管を形成する金属体に容易に実装できるため、低コストで量産性の良いマイクロストリップ線路−導波管変換器を実現できる。また、シールド用の導体キャップ等は不要なため、薄型構造のマイクロストリップ線路−導波管変換器を実現できる。さらに、導波管を金属体中に作り込んでいるため、他の導波管との接続が容易に行える。
【００１７】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３の断面構造図である。基本的に実施の形態１を垂直方向に変換するように構成したものである。
この実施の形態３は、誘電体多層基板１に上から順に、地導体２ａと中心導体３ａにより構成されるマイクロストリップ線路５、層間ビア４ａおよび４ｂにより構成される擬似同軸トリプレート線路６、層間ビア４ｂにより構成される擬似導波管７が設けられている。マイクロストリップ線路５から擬似同軸トリプレート線路６への変換点Ａにおいて、中心導体３ａが層間ビア４ａに接続され、地導体２ａが層間ビア４ｂに接続される。擬似同軸トリプレート線路６から擬似導波管７への変換点Ｂにおいて、層間ビア４ａは地導体２ｂに接続される。導波管開口８の周囲において、層間ビア４ｂは地導体２ｃに接続される。擬似同軸トリプレート線路６の領域において層間ビア４ｂにより形成される矩形は、各辺の長さが同程度の形状である。層間ビア４ａ〜４ｃは、層ごとのずれによる断線が起きる可能性があるため、確実に接続できるよう各層の層間ビア４（４ａ〜４ｃ）の周囲にパターンを設ける。変換点Ａ−Ｂの間隔は、中心周波数における概略１／４波長に相当する。
【００１８】
次に動作について説明する。実施の形態１を垂直方向に変換するよう構成したものであり、擬似同軸トリプレート線路６における中心導体を層間ビア４ａにて構成している点、および擬似同軸トリプレート線路６および擬似導波管７の地導体を全て層間ビア４ｂにて形成している点が異なる。まず、マイクロストリップ線路５の領域にて中心導体３ａと地導体２ａの間に存在する電界が、変換点Ａにおいて垂直方向に変換されて層間ビア４ａと４ｂの間に伝送される。そのまま擬似同軸トリプレート線路６を伝送して、変換点Ｂにおいて層間ビア４ｂ間に広がる。そして、擬似導波管７を伝送して導波管開口８に到達する。ここで、実施の形態１と同様に、変換点Ａ−Ｂ間がバランを構成している。
すなわち、擬似同軸トリプレート線路６の領域において、層間ビア４ａから層間ビア４ｂに向かう電界が存在するが、変換点Ｂから上側を見たとき、中心導体として作用する層間ビア４ａが地導体２ｂに接続される側は先端が地導体２ａに接続された１／４波長の長さの導体であるため開放と見なすことができ、擬似導波管７への変換には影響を与えない。その上、インピーダンス変換器として働くため、一般的に特性インピーダンス５０Ωのマイクロストリップ線路５から擬似導波管７へのインピーダンス変換がスムーズに行われる。
【００１９】
よって、この実施の形態によれば、垂直方向の変換においても、マイクロストリップ線路から導波管までの部分を比較的製造が容易な誘電体多層基板を用いることができるうえ、シールド用の導体キャップ等が不要なため、低コストで薄型のマイクロストリップ線路−導波管変換器を実現できる。
【００２０】
実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４の断面構造図である。
この実施の形態４は、導波管１１を形成する金属体１０の上に誘電体多層基板１が設けられ、その中に上から順に、地導体２ａと中心導体３ａにより構成されるマイクロストリップ線路５、層間ビア４ａおよび４ｂにより構成される擬似同軸トリプレート線路６、層間ビア４ｂにより構成される擬似導波管７が設けられている。マイクロストリップ線路５から擬似同軸トリプレート線路６への変換点Ａにおいて、中心導体３ａが層間ビア４ａに接続され、地導体２ａが層間ビア４ｂに接続される。擬似同軸トリプレート線路６から擬似導波管７への変換点Ｂにおいて、層間ビア４ａは地導体２ｂに接続される。擬似導波管７から導波管１１への変換点Ｃにおいて、層間ビア４ｂは地導体２ｃに接続され、地導体２ｃは金属体１０に接する。変換点Ａ−ＢおよびＢ−Ｃの間隔はそれぞれ中心周波数における概略１／４波長に相当する。
【００２１】
次に動作について説明する。実施の形態３の誘電体多層基板１の下に導波管１１を形成した金属体１０を設けて、導波管開口８から放射される電界を導波管１１で伝送するよう構成したものであり、異なる点は擬似導波管７の長さが１／４波長に相当する点のみである。したがって、マイクロストリップ線路５から擬似導波管７に至るまでの動作については、実施の形態３と同様である。擬似導波管７に伝送された信号は、層間ビア４ｂの間に広がる電界を有して導波管開口８に到達する。さらに、電界は導波管開口８から放射され、金属体１０に設けられた導波管１１内に広がり伝送される。
【００２２】
よって、この実施の形態３によれば、マイクロストリップ線路から導波管までの部分を比較的製造が容易な誘電体多層基板を用いることができ、シールド用の導体キャップ等が不要なため、低コストで薄型のマイクロストリップ線路−導波管変換器を実現できる。さらに、導波管を金属体中に作り込んでいるため、他の導波管との接続が容易に行える。
【００２３】
【発明の効果】
この発明に係るマイクロストリップ線路−導波管変換器によれば、マイクロストリップ線路と導波管との接続を簡単に行うことができると共に、マイクロストリップ線路から導波管までの部分を比較的製造が容易な誘電体多層基板を用いることができ、シールド用の導体キャップ等が不要なため、低コストで薄型のマイクロストリップ線路−導波管変換器を実現できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１におけるマイクロストリップ線路−導波管変換器の断面構造図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるマイクロストリップ線路−導波管変換器の上面透視図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるマイクロストリップ線路−導波管変換器の電界分布図である。
【図４】この発明の実施の形態２におけるマイクロストリップ線路−導波管変換器の断面構造図である。
【図５】この発明の実施の形態２におけるマイクロストリップ線路−導波管変換器の電界分布図である。
【図６】この発明の実施の形態３におけるマイクロストリップ線路−導波管変換器の断面構造図である。
【図７】この発明の実施の形態４におけるマイクロストリップ線路−導波管変換器の断面構造図である。
【符号の説明】
１誘電体多層基板、２地導体、３中心導体、４層間ビア、５マイクロストリップ線路、６擬似同軸トリプレート線路、７擬似導波管、８導波管開口、９電気力線、１０金属体、１１導波管。

Claims

誘電体多層基板の最上層に形成されたマイクロストリップ線路と、上記誘電体多層基板中に形成された擬似同軸トリプレート線路と、上記誘電体多層基板中に形成された擬似導波管とを備え、
上記擬似同軸トリプレート線路の中心導体の一端が上記マイクロストリップ線路の中心導体に接続され、他端が上記擬似導波管の地導体に接続され、上記誘電体多層基板の側面に導波管開口を設けたことを特徴とするマイクロストリップ線路−導波管変換器。
誘電体多層基板の最上層に形成されたマイクロストリップ線路と、上記誘電体多層基板中に形成された擬似同軸トリプレート線路と、上記誘電体多層基板中に形成された擬似導波管と、金属体中に形成された導波管とを備え、
上記擬似同軸トリプレート線路の中心導体の一端が上記マイクロストリップ線路の中心導体に接続され、他端が上記擬似導波管の地導体に接続され、上記金属体が上記擬似導波管の上下を覆う形状であることを特徴とするマイクロストリップ線路−導波管変換器。
誘電体多層基板の最上層に形成されたマイクロストリップ線路と、上記誘電体多層基板中に層間ビアにより中心導体と地導体が上記マイクロストリップ線路と直交する方向で形成された擬似同軸トリプレート線路と、上記誘電体多層基板中の上記擬似同軸トリプレート線路の下層に層間ビアにより地導体が形成された擬似導波管とを備え、
上記擬似同軸トリプレート線路の中心導体の一端が上記マイクロストリップ線路の中心導体に接続され、他端が上記擬似導波管の地導体に接続され、上記誘電体多層基板の最下面に導波管開口を設けたことを特徴とするマイクロストリップ線路−導波管変換器。
誘電体多層基板の最上層に形成されたマイクロストリップ線路と、上記誘電体多層基板中に層間ビアにより中心導体と地導体が上記マイクロストリップ線路と直交する方向で形成された擬似同軸トリプレート線路と、上記誘電体多層基板中の上記擬似同軸トリプレート線路の下層に層間ビアにより地導体が形成された擬似導波管と、上記誘電体多層基板の下に設けた金属体に形成された導波管とを備え、
上記擬似同軸トリプレート線路の中心導体の一端が上記マイクロストリップ線路の中心導体に接続され、他端が上記擬似導波管の地導体に接続されたことを特徴とするマイクロストリップ線路−導波管変換器。