JP2005012362A

JP2005012362A - 線路・導波管変換装置並びにアンテナ装置、送受信装置及び無線装置

Info

Publication number: JP2005012362A
Application number: JP2003172290A
Authority: JP
Inventors: Motoro Kato; 元郎加藤; Norimasa Kitamori; 宣匡北森; Toshiro Hiratsuka; 敏朗平塚
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】磁界結合部を信号の伝送方向と直交する方向に伸長させることにより、伝送線路と導波管とを高い結合性をもってコンパクトに結合し、小型化と高性能化を図る。
【解決手段】基板２には高周波信号用の伝送線路３を設け、その中心導体３Ａの端部側には、導波管６内に挿入された挿入線路部８と、この挿入線路部８から直交する方向に伸びた磁界結合部９とを設ける。これにより、伝送線路３と導波管６とを長さ方向に直列に配置した状態でも、これらの磁界を磁界結合部９の位置で一致させることができ、伝送線路３と導波管６とを磁界結合部９によって良好に結合することができる。そして、変換装置１全体を薄型でコンパクトに形成でき、結合部位の部品点数を抑えて構造を簡略化することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高周波信号用の伝送線路と導波管とを結合するのに好適に用いられる線路・導波管変換装置並びにアンテナ装置、送受信装置及び無線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、線路・導波管変換装置は、例えばストリップ線路、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路、スロット線路等の伝送線路と、導波管とを変換、結合する装置として知られている（例えば、特許文献１，２，３参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２６１３１２号公報
【特許文献２】
特開２０００−１５１２２５号公報
【特許文献３】
特開２０００−２３２３０５号公報
【０００４】
この種の従来技術による線路・導波管変換装置は、誘電体材料により形成された基板と、該基板に設けられ一定の長さ方向に伸びた線状導体を有する伝送線路と、該伝送線路の端部側から管状に伸びて形成され該伝送線路との間で高周波信号を伝送する導波管とを備えている。
【０００５】
ここで、特許文献１に記載された従来技術では、基板にコプレーナ線路を設け、その端部側を覆う位置で基板に対して垂直に導波管を取付けることにより、コプレーナ線路と導波管とを直交状態で配置し、両者を結合する構成としている。
【０００６】
また、特許文献２に記載された従来技術では、ストリップ線路の端部側と導波管とを平行に重ね合わせた状態で配置し、これらが重なり合う部分にスロットを設けることにより、このスロットを用いてストリップ線路と導波管とを結合する構成としている。
【０００７】
また、特許文献３に記載された従来技術では、誘電体ストリップを収容した導波管に対して同軸線路を結合するときに、両者の中心軸をずらして配置することにより、これらを良好な状態で結合する構成としている。
【０００８】
さらに、他の従来技術として、マイクロストリップ線路と矩形状の導波管との間をリッジ導波管によって結合する構成としたものもある。この場合、リッジ導波管内には、金属片等からなるリッジ部が設けられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特許文献１の従来技術では、基板に対して垂直に導波管を取付ける構成としているため、装置全体が垂直方向に大型化し、伝送線路と導波管とをコンパクトに結合するのが難しいという問題がある。しかも、この従来技術では、コプレーナ線路の長さ方向（信号の伝送方向）と、導波管による信号の伝送方向とを直交させる必要があるため、伝送回路のレイアウト等に制約が生じ、その設計が難しくなる。
【００１０】
また、特許文献２の従来技術では、ストリップ線路と導波管とを重ね合わせた状態で配置する構成としている。このため、装置全体の厚さがストリップ線路と垂直な方向に大きくなり、装置の薄型化が難しいという問題がある。
【００１１】
また、特許文献３の従来技術では、導波管と同軸線路とを良好な状態で結合するために両者の中心軸をずらして配置する構成としている。このため、導波管と同軸線路の位置関係に制約が生じ、伝送回路のレイアウト設計が難しくなる。
【００１２】
さらに、他の従来技術では、伝送線路と導波管とをリッジ導波管によって結合する構成としているため、これらの結合部位が大型化するだけでなく、リッジ部によって信号伝送時の損失が増大し、性能が低下するという問題がある。
【００１３】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、簡単な構造によって伝送線路と導波管とを低損失な状態で結合でき、装置全体を小型化できると共に、結合部位の設計自由度を高め、性能を向上できるようにした線路・導波管変換装置並びにアンテナ装置、送受信装置及び無線装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明は、誘電体材料により形成された基板と、該基板に設けられ一定の長さ方向に伸びた線状導体を有する伝送線路と、該伝送線路の端部側から管状に伸びて形成され該伝送線路との間で高周波信号を伝送する導波管とを備えてなる線路・導波管変換装置に適用される。
【００１５】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、伝送線路の線状導体と導波管とは直線状に並べて伸長させる構成とし、基板には、前記線状導体の端部側から直線状に伸びて前記導波管内に挿入される挿入線路部と、該挿入線路部の先端側に位置して該挿入線路部と直交する方向に伸長し前記伝送線路と導波管とを磁界結合する磁界結合部とを設ける構成としたことにある。
【００１６】
このように構成することにより、例えば伝送線路から導波管に向けて高周波信号を伝送するときには、伝送線路を伝わる高周波信号の磁界の方向を磁界結合部によって直交方向に変化させることができ、これによって伝送線路側（励振側）の磁界を導波管側（被励振側）の磁界に一致させることができる。このため、伝送線路側の高周波信号により導波管を効率よく励振でき、これらを良好に結合することができる。また、導波管を励振側とし、伝送線路を被励振側とした場合も同様に、導波管から伝送線路への信号伝送を効率よく行うことができる。
【００１７】
また、請求項２の発明によると、磁界結合部は挿入線路部に直接接続して結合された共振器により形成する構成としている。これにより、磁界結合部は、励振側の磁界を被励振側の磁界に一致させた状態で高周波信号を共振させることができ、導波管の励振効率を高めることができる。
【００１８】
また、請求項３の発明によると、磁界結合部は挿入線路部にギャップを介して結合された共振器により形成する構成としている。これにより、磁界結合部は、高周波信号を共振させて導波管の励振効率を高めることができる。また、伝送線路と導波管との結合状態（結合量）をギャップの寸法に応じて調整することができる。
【００１９】
また、請求項４の発明によると、基板には、磁界結合部の近傍に位置して１個または複数個の共振器を設ける構成としている。これにより、例えば共振器の長さや磁界結合部との間隔等を変更することにより、伝送信号の周波数（共振周波数）を調整したり、これを広帯域化することができる。
【００２０】
さらに、請求項５の発明によると、基板には、伝送線路または挿入線路部に位置して前記伝送線路と導波管との間のインピーダンスを整合するインピーダンス整合部を設ける構成としている。
【００２１】
これにより、例えばインピーダンス整合部の形状、寸法、配置等に応じて伝送線路のインピーダンスを調整でき、伝送線路と導波管とのインピーダンスを整合することができる。
【００２２】
一方、請求項６の発明に係るアンテナ装置は、請求項１ないし５のいずれかに記載の線路・導波管変換装置を含んで形成され、無線信号の送信または受信を行う構成としている。これにより、線路・導波管変換装置を用いてアンテナ装置を構成することができる。
【００２３】
また、請求項７の発明に係る送受信装置は、請求項１ないし５のいずれかに記載の線路・導波管変換装置を含んで形成され、無線の送信信号または受信信号の信号処理を行う構成としている。
【００２４】
さらに、請求項８の発明に係る無線装置は、請求項１ないし５のいずれかに記載の線路・導波管変換装置を含んで形成され、無線信号の送信および受信を行うアンテナ装置と、前記無線信号の信号処理を行う送受信装置とを備える構成としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による線路・導波管変換装置並びにアンテナ装置、送受信装置及び無線装置を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
ここで、図１ないし図６は第１の実施の形態を示し、本実施の形態では、例えばグランディドコプレーナ線路と導波管とを結合、変換する線路・導波管変換装置を例に挙げて述べる。
【００２７】
１は線路・導波管変換装置で、該線路・導波管変換装置１は、図１、図２に示す如く、後述の基板２、伝送線路３、導波管６、挿入線路部８、磁界結合部９等を含んで構成されている。
【００２８】
２は例えば誘電体材料等により形成された基板で、該基板２は、図１中で互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のうち、例えばＸ軸とＹ軸とに沿って伸びる平板状に形成され、Ｚ軸方向に厚さを有している。
【００２９】
３は基板２に設けられた伝送線路で、該伝送線路３は、図２ないし図４に示す如く、例えば複数の金属膜等によりグランディドコプレーナ線路として形成され、例えばマイクロ波、ミリ波等の周波数帯に属する高周波信号をＹ軸方向に沿って伝送するものである。
【００３０】
ここで、伝送線路３は、基板２の表面側に設けられ信号の伝送方向（Ｙ軸方向）を長さ方向として直線状に伸びた線状導体としての中心導体３Ａと、該中心導体３Ａの幅方向（Ｘ軸方向）の両側に離間して設けられた左，右の接地導体３Ｂ，３Ｂと、基板２の裏面側に設けられた他の接地導体３Ｃ等とにより構成されている。
【００３１】
そして、中心導体３Ａは後述する導波管６の外部に配置され、その端部側には導波管６内に挿入される挿入線路部８が設けられている。また、中心導体３Ａと各接地導体３Ｂとの間には、所定寸法の間隔３Ｄが設けられている。また、接地導体３Ｂ，３Ｃは、基板２に設けられた複数のスルーホール４によって互いに接続され、グランドに接地されている。
【００３２】
また、各接地導体３Ｂ，３Ｃには、導波管６内となる部位に略四角形状の接地導体切取部３Ｅがそれぞれ設けられ、該各接地導体切取部３Ｅの位置では基板２の表面，裏面が露出している。さらに、基板２の表面側には、中心導体３Ａを覆って伸びる金属製のシールドケース５が設けられている。
【００３３】
６は例えば断面四角形状の金属管等により形成された導波管で、該導波管６は、その端部側が基板２を表面と裏面とから挟むように配置されている。これらの位置で基板２は少なくとも接地導体３Ｃに接続されている。そして、導波管６は、伝送線路３の中心導体３ＡとＹ軸方向に直線状に並んで伸長し、この方向に高周波信号を伝送するものである。
【００３４】
ここで、導波管６は、後述の結合構造部７を図１中の上，下方向および左，右方向から取囲むように配置される四辺の側面板６Ａと、基板２の表面側で導波管６の端面を閉塞する位置に設けられ、シールドケース５の端部に接続された端面板６Ｂと、基板２の裏面側に位置して導波管６の端面を閉塞する他の端面板６Ｃとにより構成されている。
【００３５】
また、各側面板６Ａのうち左，右方向で対向する２枚の側面板６Ａには、例えば基板２が嵌合して取付けられる切欠き６Ｄが設けられている。そして、導波管６は、結合構造部７を介して伝送線路３と結合され、該伝送線路３との間で高周波信号を双方向に伝送する構成となっている。
【００３６】
７は伝送線路３と導波管６とを磁界結合する結合構造部で、該結合構造部７は、図２、図４に示す如く、例えば略Ｌ字状のサスペンデッド線路として接地導体切取部３Ｅの位置で基板２に設けられ、導波管６内に配置されている。また、結合構造部７は、後述の挿入線路部８と磁界結合部９とにより構成され、これらは金属膜等により伝送線路３の導体３Ａ，３Ｂと一緒に形成されている。
【００３７】
８は伝送線路３の中心導体３Ａの端部側に接続された挿入線路部で、該挿入線路部８は、中心導体３Ａの端部側からＹ軸方向に直線状に伸長し、導波管６内に挿入されると共に、その先端側には磁界結合部９が接続されている。
【００３８】
９は導波管６内に位置して基板２に設けられた磁界結合部で、該磁界結合部９は、挿入線路部８の先端側からＬ字状をなすように直角に屈曲して形成され、挿入線路部８と直交するＸ軸方向に伸びている。そして、磁界結合部９は、図２に示す如く、伝送線路３および導波管６の長さ方向（即ち、高周波信号の伝送方向）と直交して配置され、後述の如く高周波信号の磁界の方向を直交方向に変化させることにより、伝送線路３と導波管６とを高い結合性をもって磁界結合するものである。
【００３９】
これにより、例えば伝送線路３から導波管６に向けて高周波信号が伝播するときには、図５に示す如く、中心導体３Ａの位置でＹ軸と垂直な方向をもつ励振側の磁界が、磁界結合部９によってＸ軸と垂直な方向の磁界に変化し、被励振側となる導波管６内の磁界と一致するようになる。この結果、磁界結合部９は、伝送線路３と導波管６とを損失を抑えた良好な状態で結合できるものである。
【００４０】
また、磁界結合部９のＸ軸方向の長さＬは、所望の周波数帯の高周波信号が基板２に沿って伝播するときの基板２内の波長λｇを用いて、下記数１の式を満たすように予め設定されている。
【００４１】
【数１】

【００４２】
即ち、磁界結合部９は、波長λｇの高周波信号（またはｎ次の高調波）を共振させる共振器として形成されている。この場合、次数ｎは、例えば基板２の誘電率、導波管６の寸法等により決定することができる。この次数ｎが奇数である場合には、磁界結合部９の先端側を短絡状態とし、次数ｎが偶数である場合には、磁界結合部９の先端側を開放状態に保持する構成とすればよい。
【００４３】
これにより、磁界結合部９の位置で励振側の磁界を共振状態に保持でき、この磁界と一致した被励振側の磁界を効率よく励振することができるから、伝送線路３と導波管６の結合性を高めることができる。
【００４４】
また、磁界結合部９の中心位置は、導波管６内の磁界分布が最大となる端面板６Ｂ，６Ｃの位置からＹ軸方向に所定の離間寸法Ｄだけ離れた位置に配設され、この離間寸法Ｄは、波長λｇと整数ｍ（ｍ＝０，１，２，…）とを用いて、下記数２の式を満たすように設定されている。
【００４５】
【数２】

【００４６】
これにより、導波管６内の磁界分布と、磁界結合部９による磁界分布との位置を合わせることができ、磁界結合部９を導波管６に対して最も結合し易い位置に配設することができる。
【００４７】
このように構成された線路・導波管変換装置１について、信号伝送時の電磁界の挙動をシミュレーションすると、図６に示すようになった。このシミュレーションでは、実際の線路・導波管変換装置１の各部位とほぼ等しい寸法、定数等を採用することにより、例えば磁界結合部９の長さＬ、離間寸法ＤをそれぞれＬ＝０．６５５ｍｍ、Ｄ＝０．３５ｍｍとし、基板２の比誘電率εｒをεｒ＝１０として演算している。また、図４中に示す導波管６のＸ軸方向の幅Ｗ、Ｚ軸方向の高さＨおよび基板２の厚さｔは、例えばＷ＝１．２７ｍｍ、Ｈ＝２．５４ｍｍ、ｔ＝０．２ｍｍとしている。
【００４８】
そして、図６から判るように、線路・導波管変換装置１は、例えば７６．５ＧＨｚ程度の周波数をほぼ中央値として、約３ＧＨｚ（７５〜７８ＧＨｚ）程度の広い周波数帯Ａにわたって反射損失（反射係数Ｓ１１）を２０ｄＢ以下の低い値に抑制でき、高い結合性をもつ広帯域な変換装置１を実現することができる。
【００４９】
しかも、結合構造部７のＹ軸方向の全長（≒接地導体切取部３Ｅの長さ）Ｓは、図２に示す如く、例えば０．４〜０．６ｍｍ程度の小さな寸法に形成でき、またＺ軸方向に対しては伝送線路３と同じ厚さに形成することができる。
【００５０】
本実施の形態による線路・導波管変換装置１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【００５１】
まず、例えば波長λｇの高周波信号が伝送線路３から導波管６に伝播するときには、伝送線路３を伝わる信号の磁界の方向が磁界結合部９によってこれと直交する方向に変化し、導波管６内の磁界と一致するようになる。
【００５２】
そして、この信号は、導波管６内の磁界分布に対して位置合わせされた磁界結合部９の位置で共振状態となるため、磁界結合部９によって導波管６内の磁界を効率よく励振でき、高周波信号を伝送線路３から導波管６へと低損失な状態で伝送することができる。これと同様に、導波管６から伝送線路３へと高周波信号を伝送する場合にも、損失を抑えて良好な伝送状態を実現することができる。
【００５３】
かくして、本実施の形態によれば、伝送線路３の中心導体３Ａと導波管６とをＹ軸方向に直線状に並べて配置し、中心導体３Ａの端部側には、挿入線路部７と磁界結合部８とからなるＬ字状の結合構造部７を設ける構成としたので、励振側の磁界を磁界結合部９によって直交方向に変化させることができる。
【００５４】
そして、伝送線路３側の磁界と導波管６内の磁界とが互いに直交する位置関係となった状態でも、磁界結合部９により励振側の磁界を被励振側の磁界と一致させることができ、伝送線路３と導波管６とを良好に結合することができる。
【００５５】
従って、伝送線路３と導波管６とを直線状に配置することにより、これらを特に厚さ方向（Ｚ軸方向）に対して薄型でコンパクトに結合でき、装置全体を小型化することができる。そして、磁界結合部９によって信号の伝送効率を高めることができ、小型でも高性能の変換装置１を実現することができる。
【００５６】
また、従来技術のように導波管６を基板２と垂直に配置したり、中心導体３Ａと導波管６の中心位置をずらして配置する制約等がないから、これらのレイアウトが容易となり、設計自由度を高めることができる。また、リッジ導波管やスロット等を用いることによる信号伝送時の損失増大も避けることができる。
【００５７】
また、結合構造部７は、例えば金属膜等を形成する汎用的な形成手段により、簡単な形状の線路として伝送線路３と一緒に形成できるから、線路・導波管変換装置１を効率よく製造することができ、その部品点数を抑えて構造を簡略化することができる。
【００５８】
さらに、磁界結合部９の長さＬや離間寸法Ｄが前記数１，数２の式を満たす構成とすることにより、信号伝送時の励振効率を高めることができ、変換装置１を広い周波数帯で低損失化して性能を向上させることができる。
【００５９】
次に、図７は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、挿入線路部に共振器を直接接続して設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６０】
１１は線路・導波管変換装置で、該線路・導波管変換装置１１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、基板２、伝送線路３、導波管６と、後述の挿入線路部１３、磁界結合部１４とを含んで構成されている。
【００６１】
１２は導波管６内に位置して基板２に設けられた結合構造部で、該結合構造部１２は、第１の実施の形態とほぼ同様に、例えば金属膜等によりサスペンデッド線路として形成され、挿入線路部１３、磁界結合部１４とにより構成されている。しかし、本実施の形態では、結合構造部１２を全体としてＴ字状に形成しているものである。
【００６２】
１３は伝送線路３の中心導体３Ａの端部側に接続された挿入線路部で、該挿入線路部１３は、中心導体３Ａの端部側からＹ軸方向に直線状に伸長し、導波管６内に挿入されている。
【００６３】
１４は挿入線路部１３の先端側に設けられた磁界結合部で、該磁界結合部１４は、挿入線路部１３と直交するＸ軸方向に直線状に伸びて形成され、その長さ方向の途中部位（例えば、ほぼ中間部位）が挿入線路部１３と接続されている。
【００６４】
また、磁界結合部１４は、挿入線路部１３を介して中心導体３Ａの端部側に直接接続されることにより、中心導体３Ａと結合（タップ結合）された共振器として形成されている。そして、磁界結合部１４は、第１の実施の形態とほぼ同様に、例えば伝送信号の波長λｇのｎ／４倍となるＸ軸方向の長さＬ′をもって形成され、導波管６の端面板６Ｂ，６ＣからＹ軸方向に離間寸法Ｄだけ離れた位置に設定されている。
【００６５】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、結合構造部１２をＴ字状に構成したので、磁界結合部１４の長さ方向に対して挿入線路部１３（中心導体３Ａ）を結合する位置を長さＬ′の範囲内で変更することができる。
【００６６】
従って、これらの結合位置に応じて磁界結合部１４における信号の共振状態や伝送線路３と導波管６との結合状態を容易に調整できるから、設計自由度を高めることができる。
【００６７】
次に、図８は本発明による第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、挿入線路部にギャップを介して共振器を結合する構成としたことにある。なお、本実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６８】
２１は線路・導波管変換装置で、該線路・導波管変換装置２１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、基板２、伝送線路３、導波管６と、後述の挿入線路部２３、磁界結合部２４とを含んで構成されている。
【００６９】
２２は導波管６内に位置して基板２に設けられた結合構造部で、該結合構造部２２は、第２の実施の形態とほぼ同様に、中心導体３Ａの端部側に接続されてＹ軸方向に伸びた直線状の挿入線路部２３と、該挿入線路部２３の先端側に設けられ、Ｘ軸方向に直線状に伸びた磁界結合部２４とにより構成されている。
【００７０】
しかし、磁界結合部２４は、挿入線路部２３の先端側にＹ軸方向のギャップＧを介して配置され、このギャップＧを介して中心導体３Ａと結合（ギャップ結合）されている。また、磁界結合部２４は、例えば伝送信号の波長λｇのｎ／４倍となるＸ軸方向の長さＬ′をもつ共振器として形成され、導波管６の端面板６Ｂ，６ＣからＹ軸方向に離間寸法Ｄだけ離れた位置に設定されている。
【００７１】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１，第２の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、磁界結合部２４を伝送線路３とギャップ結合する構成としたので、ギャップＧの寸法に応じて伝送線路３と導波管６との結合状態（結合量）を容易に調整でき、広帯域に適合した線路・導波管変換装置２１を実現できると共に、設計自由度を高めることができる。
【００７２】
次に、図９は本発明による第４の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、磁界結合部の近傍に位置して１個または複数個の共振器を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７３】
３１は線路・導波管変換装置で、該線路・導波管変換装置３１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、基板２、伝送線路３、導波管６と、後述の挿入線路部３３、磁界結合部３４とを含んで構成されている。しかし、磁界結合部３４の近傍には、後述の共振器３５が設けられている。
【００７４】
３２は導波管６内に位置して基板２に設けられた結合構造部で、該結合構造部３２は、第１の実施の形態とほぼ同様に、中心導体３Ａの端部側に接続されてＹ軸方向に伸びた直線状の挿入線路部３３と、該挿入線路部３３の先端側にＬ字状に屈曲して設けられ、所定の長さＬ１をもってＸ軸方向に直線状に伸びた磁界結合部３４とにより構成されている。
【００７５】
３５は磁界結合部３４の近傍に位置して基板２に設けられた１個または複数個の共振器（本実施の形態では１個の場合を例示）で、該共振器３５は、例えば金属膜等により伝送線路３、結合構造部３２と一緒に形成されている。
【００７６】
ここで、共振器３５は、磁界結合部３４の長さＬ１と異なる所定の長さＬ２をもってＸ軸方向に伸長し（Ｌ１≠Ｌ２）、磁界結合部３４とＹ軸方向の間隔をもって平行に配置されている。そして、共振器３５は、磁界結合部３４と協働して高周波信号を共振状態とすることにより、伝送線路３と導波管６との間の結合状態を調整するものである。
【００７７】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、磁界結合部３４の近傍に１個または複数個の共振器３５を設ける構成としたので、磁界結合部３４と共振器３５の長さＬ１，Ｌ２や間隔等を変更することにより、伝送信号の周波数（共振周波数）を適切に調整することができる。
【００７８】
また、共振器３５の長さＬ２を磁界結合部３４の長さＬ１と別個に変更できるから、これらの共振周波数を異ならしめることができ、小型でも広帯域に適合した線路・導波管変換装置３１を実現することができる。
【００７９】
次に、図１０は本発明による第５の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、伝送線路の接地導体にインピーダンス整合部となる切欠き部を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００８０】
４１は線路・導波管変換装置で、該線路・導波管変換装置４１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、基板２、伝送線路３′、導波管６、挿入線路部８、磁界結合部９等を含んで構成され、伝送線路３′は、中心導体３Ａ′、接地導体３Ｂ′、間隔３Ｄ′、接地導体切取部３Ｅ′等を有している。しかし、接地導体３Ｂ′には、後述の切欠き凹部４２が設けられている。
【００８１】
４２は伝送線路３′の端部側に位置して各接地導体３Ｂ′に設けられたインピーダンス整合部としての切欠き凹部で、該各切欠き凹部４２は、例えば接地導体３Ｂ′のうち中心導体３Ａ′と接地導体切取部３Ｅ′とに隣接した部位を四角形状に切取った形状を有している。
【００８２】
このため、中心導体３Ａ′と接地導体３Ｂ′との間の間隔は、切欠き凹部４２に対応した部位の間隔寸法Ｄ１が他の部位の間隔寸法Ｄ２よりも大きくなっている（Ｄ１＞Ｄ２）。また、切欠き凹部４２のＹ軸方向の長さＬ３は、例えば伝送信号の波長λｇの１／４と等しく形成されている（Ｌ３＝λｇ／４）。
【００８３】
そして、切欠き凹部４２のインピーダンスは、例えば間隔寸法Ｄ１を大きくすることにより増大し、伝送線路３′と導波管６との間でインピーダンスを整合させるものである。
【００８４】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、切欠き凹部４２を設けることにより、その間隔寸法Ｄ１、長さＬ３等に応じて伝送線路３′のインピーダンスを容易に調整でき、伝送線路３′と導波管６とのインピーダンス整合を高い精度で効率よく行うことができる。また、切欠き凹部４２によって線路・導波管変換装置４１の反射特性をより向上させることができ、低損失で広帯域型の装置を構成することができる。
【００８５】
次に、図１１は本発明による第６の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、伝送線路の線状導体にインピーダンス整合部となる細幅部を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００８６】
５１は線路・導波管変換装置で、該線路・導波管変換装置５１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、基板２、伝送線路３″、導波管６、挿入線路部８、磁界結合部９等を含んで構成され、伝送線路３″は、中心導体３Ａ″、接地導体３Ｂ″、間隔３Ｄ″、接地導体切取部３Ｅ″等を有している。しかし、中心導体３Ａ″の端部側には、後述の細幅部５２が設けられている。
【００８７】
５２は中心導体３Ａ″の端部側により構成されたインピーダンス整合部としての細幅部で、該細幅部５２は、そのＸ軸方向の幅寸法Ｗ１が周囲の部位の幅寸法Ｗ２よりも細幅に形成されている。
【００８８】
また、細幅部５２のＹ軸方向の長さＬ４は、例えば伝送信号の波長λｇの１／４と等しく設定されている（Ｌ４＝λｇ／４）。そして、細幅部５２のインピーダンスは、幅寸法Ｗ１を小さくすることにより増大する構成となっている。
【００８９】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１，第５の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、本実施の形態では、細幅部５２の幅寸法Ｗ１を調整してインピーダンス整合を容易に行うことができる。
【００９０】
次に、図１２は本発明による第７の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、挿入線路部にインピーダンス整合部となる細幅部を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００９１】
６１は線路・導波管変換装置で、該線路・導波管変換装置６１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、基板２、伝送線路３、導波管６と、後述の挿入線路部６３、磁界結合部６４とを含んで構成されている。
【００９２】
６２は導波管６内に位置して基板２に設けられた結合構造部で、該結合構造部６２は、第１の実施の形態とほぼ同様に、中心導体３Ａの端部側に接続されてＹ軸方向に伸びた直線状の挿入線路部６３と、該挿入線路部６３の先端側にＬ字状に屈曲して設けられ、Ｘ軸方向に直線状に伸びた磁界結合部６４とにより構成されている。
【００９３】
ここで、挿入線路部６３は、その幅寸法Ｗ３が磁界結合部６４の幅寸法Ｗ４よりも小さく形成され（Ｗ４＞Ｗ３）、幅寸法Ｗ３に応じて伝送線路３と導波管６との間でインピーダンスを整合するインピーダンス整合部となっている。
【００９４】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１，第５，第６の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができ、挿入線路部６３の幅寸法Ｗ３を調整してインピーダンス整合を容易に行うことができる。
【００９５】
次に、図１３および図１４は本発明による第８の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、線路・導波管変換装置を無線装置のアンテナ装置、送受信装置に適用したことにある。なお、本実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００９６】
７１は無線装置としてのレーダ装置で、該レーダ装置７１は、後述のセクタアンテナ装置７２、発振器７６、送受信装置７７等により構成され、これらはセクタアンテナ装置７２のケーシング７３内に一体化されている。
【００９７】
７２はセクタアンテナ装置で、該セクタアンテナ装置７２は、図１３、図１４に示す如く、ケーシング７３と、該ケーシング７３内に設けられた複数個のホーンアンテナ７４と、該各ホーンアンテナ７４と送受信装置７７との間に切換可能に設けられた切換スイッチ７５とを含んで構成されている。
【００９８】
ここで、各ホーンアンテナ７４は、例えば矩形状の導波管等により形成され、互いに異なる方向に向けて開口している。また、切換スイッチ７５は、各ホーンアンテナ７４のうちいずれか１個のアンテナを送受信装置７７と接続し、この接続動作を個々のアンテナ７４に対して順次実行する。これにより、送受信装置７７と接続されたホーンアンテナ７４は、発振器７６からの高周波信号を無線の送信信号（送信波）として当該アンテナ７４の開口方向に送信し、周囲の障害物等に反射して戻ってきた反射波を受信信号として受信する。
【００９９】
７６は送受信装置７７等を介して切換スイッチ７５と接続された発振器で、該発振器７６は、各ホーンアンテナ７４のうち切換スイッチ７５を介して送受信装置７７と接続されたアンテナ７４に高周波信号を供給するものである。
【０１００】
７７は送信波と受信波の信号処理を行う送受信装置で、該送受信装置７７は、切換スイッチ７５と発振器７６との間に設けられ、増幅器７８、サーキュレータ７９、分岐カップラ８０、ミキサ８１等を含んで構成されている。
【０１０１】
そして、増幅器７８とサーキュレータ７９とは、切換スイッチ７５と発振器７６との間に接続され、発振器７６から出力される高周波信号を電力増幅して切換スイッチ７５側に供給している。また、分岐カップラ８０は、増幅器７８とサーキュレータ７９との間に設けられ、増幅器７８により増幅された信号を分岐してミキサ８１に供給している。
【０１０２】
また、ミキサ８１は、サーキュレータ７９を介して切換スイッチ７５に接続されると共に、分岐カップラ８０に接続されている。これにより、ミキサ８１は、各ホーンアンテナ７４により受信した受信信号を発振器７６の高周波信号を用いて中間周波信号ＩＦにダウンコンバートするものである。
【０１０３】
そして、レーダ装置７１の作動時には、各ホーンアンテナ７４によりレーダ動作が順次実行されると、個々のアンテナ７４から送受信装置７７に障害物の有無等に応じた反射波が入力され、これらの反射波は送受信装置７７によりダウンコンバートされた後に外部の制御回路（図示せず）等に出力される。これにより、制御回路は、各ホーンアンテナ７４を用いてそれぞれ異なる方向で障害物等を検知することができる。
【０１０４】
ここで、レーダ装置７１の回路構造について述べると、切換スイッチ７５は、例えば伝送線路（図示せず）が設けられた単一の基板上に回路ブロックとして形成されている。また、増幅器７８、分岐カップラ８０およびミキサ８１も同様に、例えば単一の基板上に回路ブロック８２として形成され、さらに発振器７６とサーキュレータ７９も同様に、それぞれ別個の基板上に回路ブロックとして形成されている。
【０１０５】
そして、切換スイッチ７５とサーキュレータ７９との間には、これらの伝送線路を接続する導波管８３が設けられ、サーキュレータ７９と回路ブロック８２の間、回路ブロック８２と発振器７６との間にも、それぞれ導波管８３が設けられている。
【０１０６】
８４はレーダ装置７１のセクタアンテナ装置７２と送受信装置７７とに設けられた複数の線路・導波管変換装置で、該各線路・導波管変換装置８４は、第１ないし第７の実施の形態による線路・導波管変換装置１，１１，２１，３１，４１，５１，６１のいずれかを用いて構成されている。
【０１０７】
そして、線路・導波管変換装置８４は、導波管からなる各ホーンアンテナ７４に対して切換スイッチ７５の伝送線路を結合（変換）すると共に、各導波管８３に対して切換スイッチ７５、発振器７６、サーキュレータ７９および回路ブロック８２の伝送線路をそれぞれ結合している。
【０１０８】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、線路・導波管変換装置８４をレーダ装置７１に適用したので、切換スイッチ７５、発振器７６、サーキュレータ７９および回路ブロック８２の間を各導波管８３によって接続することができる。そして、これら４つの回路ブロックの伝送線路と導波管８３との間や、切換スイッチ７５の伝送線路と各ホーンアンテナ７４との間を線路・導波管変換装置８４により高い結合性をもって安定的に結合することができる。
【０１０９】
これにより、例えばワイヤボンディング等の接続手段を用いて各回路ブロック間を接続する必要がなくなり、ワイヤの抵抗やインダクタンスのばらつき等により回路特性が変動するのを防止することができる。そして、導波管８３と変換装置８４とによって送信波、受信波等を低損失な状態で伝送でき、レーダ装置７１の送信および受信性能を高めることができる。
【０１１０】
しかも、線路・導波管変換装置８４を用いることにより、各回路ブロックに設けられた平面状の伝送線路と導波管８３とを安定した状態でコンパクトに結合でき、小型で広帯域なセクタアンテナ装置７２と送受信装置７７とを実現することができる。また、ホーンアンテナ７４や導波管スロットアレイ等からなる導波管系のアンテナに対しても、平面状の伝送線路を備えた切換スイッチ７５等を変換装置８４により簡単かつコンパクトな構造で結合することができる。
【０１１１】
なお、前記各実施の形態では、伝送線路３，３′，３″の幅方向の中心位置と導波管６の中心位置とをほぼ一致させた状態で図示した。しかし、本発明はこれに限らず、これらの中心位置を互いにずらして配置する構成としてもよい。
【０１１２】
また、第２，第３の実施の形態では、挿入線路部１３，２３を磁界結合部１４，２４の長さ方向のほぼ中間位置に配置する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、挿入線路部は、磁界結合部の長さ範囲内でいずれの位置に配設してもよいものである。
【０１１３】
また、第４の実施の形態では、磁界結合部３４の近傍に１個または複数個の共振器を設ける構成とし、例えば１個の共振器３５を配設した場合を図示した。しかし、本発明はこの図面に限定されるものではなく、磁界結合部の近傍に２個以上の共振器を設ける構成としてもよい。
【０１１４】
また、実施の形態では、グランディドコプレーナ線路からなる伝送線路３，３′，３″を用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばストリップ線路、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路等を含めて各種の伝送線路に適用してもよい。
【０１１５】
さらに、本発明では、第８の実施の形態として、線路・導波管変換装置８４をレーダ装置７１のセクタアンテナ装置７２と送受信装置７７に適用する場合を例に挙げて述べた。しかし、本発明の線路・導波管変換装置はこれに限らず、無線通信以外の各種の高周波回路等にも適用できるのは勿論である。
【０１１６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１の発明によれば、伝送線路の線状導体と導波管とを直線状に並べて伸長させる構成とし、基板には、導波管内に挿入される挿入線路部と、該挿入線路部と直交する方向に伸びた磁界結合部とを設ける構成としたので、伝送線路と導波管とを直線状に並べた状態でも、簡単な形状の磁界結合部等によって伝送線路と導波管とを良好に結合でき、これらの間で高周波信号を効率よく伝送することができる。従って、伝送線路と導波管とを薄型でコンパクトに結合でき、小型で高性能の変換装置を実現することができる。また、伝送線路と導波管との位置関係に従来技術のような制約がないので、これらのレイアウトが容易となり、設計自由度を高めることができる。
【０１１７】
また、請求項２の発明によれば、磁界結合部は、挿入線路部に直接接続して結合された共振器により形成する構成としたので、磁界結合部の位置で励振側の磁界を共振状態に保持でき、この磁界と一致した被励振側の磁界を効率よく励振できると共に、これによって伝送線路と導波管の結合性を高めることができる。
【０１１８】
また、請求項３の発明によれば、磁界結合部は、挿入線路部にギャップを介して結合された共振器により形成する構成としたので、磁界を共振状態とすることにより伝送線路と導波管の結合性を高めることができる。また、ギャップの寸法に応じて伝送線路と導波管との結合量を容易に調整でき、広帯域に適合した線路・導波管変換装置を実現できると共に、設計自由度を高めることができる。
【０１１９】
また、請求項４の発明によれば、磁界結合部の近傍には１個または複数個の共振器を設ける構成としたので、例えば共振器の長さや磁界結合部との間隔等を変更することにより、伝送信号の周波数（共振周波数）を適切に調整したり、共振器毎に異なる共振周波数を設定でき、小型でも広帯域に適合した線路・導波管変換装置を実現することができる。
【０１２０】
さらに、請求項５の発明によれば、基板には、伝送線路または挿入線路部に位置してインピーダンス整合部を設ける構成としたので、例えばインピーダンス整合部の形状、寸法、配置等に応じて伝送線路と導波管とのインピーダンスを高い精度で効率よく整合でき、変換装置の性能を高めることができる。また、インピーダンス整合部によって変換装置の反射特性をより向上させることができ、低損失で広帯域型の装置を構成することができる。
【０１２１】
一方、請求項６の発明によれば、線路・導波管変換装置を用いてアンテナ装置を構成したので、例えばアンテナ装置の各回路ブロック間を線路・導波管変換装置によって安定的に結合でき、ワイヤボンディング等の手段を用いる必要がなくなり、アンテナ装置の回路特性を安定させて送信および受信性能を高めることができる。また、線路・導波管変換装置を用いることにより、小型で広帯域なアンテナ装置を実現することができる。
【０１２２】
また、請求項７の発明によれば、線路・導波管変換装置を用いて送受信装置を構成したので、例えば送受信装置の各回路ブロック間を線路・導波管変換装置によって安定的に結合でき、装置の性能を高めることができる。また、小型で広帯域な送受信装置を実現することができる。
【０１２３】
さらに、請求項８の発明によれば、線路・導波管変換装置を用いて無線装置を構成したので、無線装置の回路ブロック間を線路・導波管変換装置によって安定的に結合でき、小型で高性能の無線装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による線路・導波管変換装置を示す斜視図である。
【図２】図１の変換装置を示す一部破断の正面図である。
【図３】図２中の矢示ＩＩＩ−ＩＩＩ方向からみた断面図である。
【図４】図２中の矢示ＩＶ−ＩＶ方向からみた断面図である。
【図５】磁界結合部により高周波信号の磁界が変化する状態を示す説明図である。
【図６】磁界結合部による信号の反射係数と透過係数の周波数特性を示す特性線図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態による線路・導波管変換装置を示す一部破断の正面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態による線路・導波管変換装置を示す一部破断の正面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態による線路・導波管変換装置を示す一部破断の正面図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態による線路・導波管変換装置を示す一部破断の正面図である。
【図１１】本発明の第６の実施の形態による線路・導波管変換装置を示す一部破断の正面図である。
【図１２】本発明の第７の実施の形態による線路・導波管変換装置を示す一部破断の正面図である。
【図１３】本発明に係るレーダ装置を第８の実施の形態として示す斜視図である。
【図１４】図１３のレーダ装置のアンテナ装置、送受信装置等を示す回路図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１，４１，５１，６１，８４線路・導波管変換装置
２基板
３，３′，３″ 伝送線路
３Ａ，３Ａ′，３Ａ″ 中心導体（線状導体）
３Ｂ，３Ｂ′，３Ｂ″，３Ｃ接地導体
３Ｄ，３Ｄ′，３Ｄ″ 間隔
３Ｅ，３Ｅ′，３Ｅ″ 接地導体切取部
４スルーホール
５シールドケース
６，８３導波管
６Ａ側面板
６Ｂ，６Ｃ端面板
６Ｄ切欠き
７，１２，２２，３２，６２結合構造部
８，１３，２３，３３挿入線路部
９，１４，２４，３４，６４磁界結合部
３５共振器
４２切欠き凹部（インピーダンス調整部）
５２細幅部（インピーダンス調整部）
６３挿入線路部（インピーダンス調整部）
７１レーダ装置（無線装置）
７２セクタアンテナ装置（アンテナ装置）
７７送受信装置
Ｇギャップ

Claims

誘電体材料により形成された基板と、該基板に設けられ一定の長さ方向に伸びた線状導体を有する伝送線路と、該伝送線路の端部側から管状に伸びて形成され該伝送線路との間で高周波信号を伝送する導波管とを備えてなる線路・導波管変換装置において、
前記伝送線路の線状導体と前記導波管とは直線状に並べて伸長させる構成とし、前記基板には、前記線状導体の端部側から直線状に伸びて前記導波管内に挿入される挿入線路部と、該挿入線路部の先端側に位置して該挿入線路部と直交する方向に伸長し前記伝送線路と導波管とを磁界結合する磁界結合部とを設ける構成としたことを特徴とする線路・導波管変換装置。
前記磁界結合部は前記挿入線路部に直接接続して結合された共振器により形成してなる請求項１に記載の線路・導波管変換装置。
前記磁界結合部は前記挿入線路部にギャップを介して結合された共振器により形成してなる請求項１に記載の線路・導波管変換装置。
前記基板には、前記磁界結合部の近傍に位置して１個または複数個の共振器を設けてなる請求項１，２または３に記載の線路・導波管変換装置。
前記基板には、前記伝送線路または挿入線路部に位置して前記伝送線路と導波管との間のインピーダンスを整合するインピーダンス整合部を設けてなる請求項１，２，３または４に記載の線路・導波管変換装置。
請求項１ないし５のいずれかに記載の線路・導波管変換装置を含んで形成され、無線信号の送信または受信を行う構成としたアンテナ装置。
請求項１ないし５のいずれかに記載の線路・導波管変換装置を含んで形成され、無線の送信信号または受信信号の信号処理を行う構成とした送受信装置。
請求項１ないし５のいずれかに記載の線路・導波管変換装置を含んで形成され、無線信号の送信および受信を行うアンテナ装置と、前記無線信号の信号処理を行う送受信装置とを備える構成とした無線装置。