JP2005223614A

JP2005223614A - 変換器

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Publication number: JP2005223614A
Application number: JP2004029517A
Authority: JP
Inventors: Akiyasu Tsunoda; 聡泰角田; Megumi Ogura; 恵小倉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2024-02-05
Also published as: JP4079094B2

Abstract

【課題】従来の変換構造では内導体を２種類使用して構成しているため、これらの導体の位置関係が組立時にずれることがあり、これによって電気特性が劣化するという問題がある。
【解決手段】金属キャリア上１６に金属キャリア１６の上に中空の方形同軸線路３と切り欠きがある方形同軸線路４で構成されている方形同軸線路１と内導体、下部誘電体、下部外導体によって構成されるマイクロストリップ線路２を対向して配置し、金属リボン１２で接続した。
【選択図】図１

Description

この発明は主としてマイクロ波帯及びミリ波帯における変換構造に関するものであり、同軸線路とマイクロストリップ線路との変換器に関するものである。

同軸線路とマイクロストリップ線路の変換器について、様々なものが知られている。その一つとして中空の方形同軸線路の先端部に誘電体を挿入し、内導体の先端に誘電体と内導体とは別の棒状導体による同軸線路を構成し、更に先でピンを用いてマイクロストリップ線路と接触させ、外導体の寸法を変化させておく方法が知られている（例えば特許文献１参照。)。

特開２００１−３５８５０６号公報（第１図）

いままでは、内導体を２種類使用して構成しているため、これらの導体の位置関係が組立時にずれることがあり、これによって電気特性が劣化するという問題がある。
また、電気特性の劣化を抑えるためには２種類の導体の位置関係がずれないよう組立をする必要があり、組立作業が難しくなってしまうという問題がある。

以上のような課題を解決するために、２種類の導体の位置関係がずれないように、電気特性の劣化が生じない変換器を得ることを目的としている。

この発明の変換器は、内導体の上部と下部誘電体の上部が露出するように配置し、マイクロストリップ線路に対向している側の上部外導体と上部誘電体を内導体と下部誘電体に対して短くした切り欠き部と、上部外導体の端面と上部誘電体の端面は面一にするよう充填し、下部誘電体の先端と下部外導体の先端と内導体の先端が面一となるように誘電体を充填し、任意の特性インピーダンスに設定された方形同軸線路部と、下部外導体、内導体、上部外導体、および、中空である上部誘電体と下部誘電体で構成された中空の方形同軸線路と、上記方形同軸線路の切り欠き部と金属リボンで接続されるマイクロストリップ線路とを具備し、上記方形同軸線路部の前方部に上記切り欠き部を後方部に上記中空の方形同軸線路を配置したものである。

内導体が固定されるので内導体の位置のふらつきによる特性インピーダンスの変動が無くなり、損失の変動なく安定して信号を伝達できる効果があり、内導体は中空の方形同軸線路と切り欠きをもつ方形同軸線路で同一であるため、組立時に内導体がずれないので、組立時に内導体の位置のずれによるインピーダンス不整合を無くし、損失をなくすことができるとともに組立作業が容易になるという効果がある。

実施の形態１．
図１、図２、図３はこの発明の実施の形態１における変換器であり、図１は側面図、図２は上面図、図３は下部外導体１１の側面部を取り除いた状態での斜め上からの図である。本変換器は金属キャリア上１６に方形同軸線路１とマイクロストリップ線路２を対向して配置し、金属リボン１２で接続して構成されている。

方形同軸線路１の特性インピーダンスとマイクロストリップ線路２の特性インピーダンスを同一になるように設定し、インピーダンス整合をとっている。

方形同軸線路１は金属キャリア１６の上に中空の方形同軸線路３と切り欠きがある方形同軸線路４で構成されている。中空の方形同軸線路３と切り欠きをもつ方形同軸線路４は内導体９、上部外導体７、下部外導体１１が同一である。ここで、中空の方形同軸線路３と切り欠きをもつ方形同軸線路４は特性インピーダンスを一般的に５０オームとなるように設定し、それぞれについてインピーダンス整合をとっている。

中空の方形同軸線路３は下部外導体１１、内導体９、上部外導体７で構成されており、下部外導体１１と上部外導体７で一組の方形同軸線路１の外導体となるように形成されている。また、内導体９の断面も長方形である。

切り欠きをもつ方形同軸線路４は金属キャリア１６の上に誘電体を充填した方形同軸線路部５と切り欠き部６で構成されており、マイクロストリップ線路２に対向している側が切り欠き部６である。

マイクロストリップ線路２に対向している側の内導体９、下部誘電体１０、下部外導体１１端面はそれぞれ面一としている。また、中空の方形同軸線路３側の上部誘電体８と下部誘電体１０の端面はそれぞれ面一としている。

誘電体を充填した方形同軸線路部５は下部外導体１１、下部誘電体１０、内導体９、上部誘電体８、上部外導体７で構成している。
下部外導体１１、内導体９、上部外導体７でつくられる方形同軸線路の中空部分に上部誘電体８と下部誘電体１０を充填している。

同軸線路の特性インピーダンスは断面における外導体と内導体の距離、内導体の幅と厚さ、同軸線路の内導体と外導体に充填されている誘電率によって定まる。

内導体９の寸法、上部外導体７の寸法、下部外導体１１の寸法、上部誘電体８の寸法と誘電率、下部誘電体１０の寸法と誘電率は特性インピーダンスを一般的に５０オームとなるように設定し、インピーダンス整合をとるようにしている。

また、切り欠き部６は内導体９、下部誘電体１０、下部外導体１１で構成されている。
切り欠き部６と誘電体を充填した方形同軸線路部５の内導体９、下部誘電体１０、下部外導体１１は同一のものである。内導体９の寸法、下部誘電体１０の寸法と誘電率、下部外導体１１の寸法は特性インピーダンスを一般的に５０オームとなるような値であり、インピーダンス整合をとるようになっている。

切り欠き部６と誘電体を充填した方形同軸線路部５は内導体９と下部誘電体１０と下部外導体１１は同一である。

マイクロストリップ線路２は金属キャリア１６の上に接地導体１５、誘電体基板１４を導体パターン１３を順に配置している。

マイクロストリップ線路の特性インピーダンスは導体パターン１３の線路幅と厚さ、誘電体基板１４の厚さ及び誘電率によって定まるため、それぞれを一般的に５０オームとなるように設定する。

つぎに、この実施の形態１に係る変換器の動作について図面を参照しながら説明する。

同軸線路１とマイクロストリップ線路２の特性インピーダンスを一般的に５０オームに合わせることでインピーダンス整合をとり、信号の損失を少なくして伝送している。

本構造は中空の同軸線路内に誘電体を充填している。よって、同軸線路１において、内導体９が固定されるので内導体９の位置のふらつきによる特性インピーダンスの変動が無くなり、損失の変動なく安定して信号を伝達できる効果がある。

また、内導体９は中空の方形同軸線路３と切り欠きをもつ方形同軸線路４で同一であるため、組立時に内導体がずれない。これは組立時に内導体の位置のずれによるインピーダンス不整合を無くし、損失をなくす効果がある。

また、方形同軸線路１の中空部における内導体、誘電体充填部における内導体、切り欠き部内導体は一体であるため、各場所における内導体９の位置をずらすことなく簡単に組み立てられる効果がある。

実施の形態２．
図４、図５は実施の形態２について上面を示すものであり、実施の形態２の断面図は実施の形態１と同様の構成である。

図４では同軸線路１の内導体９について誘電体を充填した方形同軸線路部５における幅に比べ、切り欠き部６の部分で内導体９の幅を段階的に広げている。
図５では同軸線路１の内導体９について誘電体を充填した方形同軸線路部５における幅に比べ、切り欠き部６の部分で内導体９の幅を連続的に広げている。

実施の形態１ではマイクロストリップ線路２、方形同軸線路１それぞれの部分で特性インピーダンスの整合をおこなっている。しかし、マイクロストリップ線路２と方形同軸線路１を接続している金属リボン１２がＬ成分を持っているためにインピーダンス不整合が発生し、損失が発生する。

図４では切り欠き部６の内導体９の線路幅を広げることでＣ成分を持たせている。

実施の形態２における各等価回路成分を等価回路で表したものを図６に示す。直列のＬ成分と並列のＣ成分を接続させたもので表される。金属リボン１２の持つＬ成分を切り欠き部６が持つＣ成分で打ち消すように設定する。

これは金属リボン１２が持つＬ成分を含んだインピーダンス整合が取れるため、実施の形態１の効果に加えて電気性能が改善できる効果がある。

また、切り欠き部６の内導体９の線路幅をパラメータとすることで、インピーダンス整合をとる時、設計の自由度が増加するという効果がある。

図５では内導体９の幅を連続的に変化させているため、図４の効果に加え、急激な線路幅の不連続による高周波信号の波形の乱れを緩和させることができる効果がある。

また、切り欠き部６の内導体９の線路幅と広がりの傾きをパラメータとすることで図４に比べ、金属リボン１２によるインピーダンス不整合について整合をとる設計の自由度が増加する効果がある。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３に係る変換器の上面を示す図である。
その他の構成は実施の形態１と同様である。

実施の形態２では方形同軸線路１と切り欠き部６の内導体９の幅のみを変更しているが、実施の形態３ではマイクロストリップ線路２の導体パターン１３の方形同軸線路１と対向する部分についても線路幅を変更している。

この構成では金属リボン１２を方形同軸線路１の切り欠き部６の幅広部分とマイクロストリップ線路２の導体パターンの幅広部分で挟み込むように配置される。これは金属リボン１２が持つ直列のＬ成分の前後に切り欠き部６の内導体９とマイクロストリップ線路２の導体パターン１３それぞれの幅広部分が持つ並列のＣ成分を接続した場合と等価になる。この場合の等価回路を図８に示す。

図８に示す等価回路では金属リボン１２が持つＬ成分を切り欠き部６の内導体９の幅広部分が持つＣ成分とマイクロストリップ線路２の導体パターン１３の幅広部分が持つＣ成分で打ち消すようにそれぞれのＣ成分を設定することで金属リボン１２を含んだインピーダンス整合を取ることができる。

また、Ｃ成分の値を決めるパラメータである線路幅が切り欠き部６の内導体９とマイクロストリップ線路２の導体パターン１３の２箇所になるため、実施の形態２に比べて設計の自由度を増加する効果に加え、金属リボン１２によるインピーダンス不整合について整合をとりやすくなる効果がある。

実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４に係る変換器の上面を示す図である。
実施の形態１の構成に加え、誘電体を充填した方形同軸線路５の上部外導体６と上部誘電体７について上部から穴を加工して穴あけ加工部１７を作り、構成されている。

誘電体を充填した方形同軸線路部５に上部から穴を加工する。この場合、穴あけ加工部１７はＬ成分を持ち、金属リボン１２が持つＬ成分、切り欠き部６の内導体９が持つＣ成分、穴あけ加工部１７が持つＬ成分が直列に接続される。
次に、この場合の等価回路を図１０に示す。

図１０はこの発明の実施の形態４に係る変換器の等価回路を示す図である。
図１０に示す等価回路では金属リボン１２が持つＬ成分に対して切り欠き部６の内導体９の幅広部が持つＣ成分、穴あけ加工部１７が持つＬ成分で金属リボン１２が持つＬ成分を打ち消すようにインピーダンス整合をとることができる。これによって実施の形態１に比べて、金属リボン１２によるインピーダンス不整合による損失を減らし、効率よく信号を伝送できる効果がある。

実施の形態２、実施の形態３に示すように、切り欠き部６の内導体９の線路幅、マイクロストリップ線路２の導体パターン１３の幅に加えて、方形同軸線路部１の穴あけ加工部１７の幅、長さ、加工部分の内導体９の幅をパラメータとすることで実施の形態１の効果に加えて設計の自由度を増加する効果がある。

実施の形態５．
図１１はこの発明の実施の形態５に係る変換器の側面を示す図である。
実施の形態１について切り欠きをもつ方形同軸線路部４の下部誘電体１０について誘電率を上部誘電体８より高くして充填することで構成されている。上面からみた構成は実施の形態１と同様である。

本実施の形態５においては上記実施の形態１と同様の構成のため、実施の形態１と同様の効果がある。
マイクロストリップ線路は表の導体パターンと裏面導体と接地導体の間に電界が形成される。これに対して、切り欠きを持つ方形同軸線路４の下部誘電体１０の誘電率を上部誘電体８より高くしておくと、下部誘電体１０が充填されている部分の方形同軸線路１の電界分布は内導体９の下部が内導体９の上部より強くなる。
実施の形態１、２、３、４に比べ、マイクロストリップ線路２の電界分布に近づく。
よって、電界分布の不連続による同軸線路の先端部の放射が抑えられ、方形同軸同軸線路１とマイクロストリップ線路２間の変換効率がよくなり、損失が少なくなる効果がある。

また、実施の形態５は実施の形態１から実施の形態４と組み合わせることが可能である。このため設計時の自由度を増加する効果がある。

この発明の実施の形態１に係る変換器の側面を示す図である。この発明の実施の形態１に係る変換器において、上部外導体７を取り除いた場合の上面を示す図である。この発明の実施の形態１に係る変換器の斜面を示す図である。この発明の実施の形態２に係る変換器の上面を示す図である。この発明の実施の形態２に係る変換器の上面を示す図である。この発明の実施の形態２に係る変換部の等価回路を示す図である。この発明の実施の形態３に係る変換器の上面を示す図である。この発明の実施の形態３に係る変換器の等価回路を示す図である。この発明の実施の形態４に係る変換器の上面を示す図である。この発明の実施の形態４に係る変換器の等価回路を示す図である。この発明の実施の形態５に係る変換器の側面を示す図である。

符号の説明

１方形同軸線路、２マイクロストリップ線路、３中空の方形同軸線路、４切り欠きをもつ方形同軸線路、５誘電体を充填した方形同軸線路部、６切り欠き部、７上部外導体、８上部誘電体、９内導体、１０下部誘電体、１１下部外導体、１２金属リボン、１３導体パターン、１４誘電体基板、１５接地導体、１６金属キャリア、１７穴あけ加工部。

Claims

内導体の上部と下部誘電体の上部が露出するように配置し、マイクロストリップ線路に対向している側の上部外導体と上部誘電体を内導体と下部誘電体に対して短くした切り欠き部と、
上部外導体の端面と上部誘電体の端面は面一にするよう充填し、下部誘電体の先端と下部外導体の先端と内導体の先端が面一となるように誘電体を充填し、任意の特性インピーダンスに設定された方形同軸線路部と、
下部外導体、内導体、上部外導体、および、中空である上部誘電体と下部誘電体で構成された中空の方形同軸線路と、
上記方形同軸線路の切り欠き部と金属リボンで接続されるマイクロストリップ線路と、
を具備し、上記方形同軸線路部の前方部に上記切り欠き部を後方部に上記中空の方形同軸線路を配置したことを特徴とする変換器。
同軸線路の上記切り欠き部が、
同軸線路側の内導体の線路幅に対して、対向するマイクロストリップ線路側の内導体の線路幅を段階的、もしくは連続的に広げたことを特徴とする請求項１記載の変換器。
同軸線路の上記切り欠き部が、
同軸線路側の内導体の線路幅に対して、対向するマイクロストリップ線路側の内導体の線路幅を段階的、もしくは連続的に広げ、対向するマイクロストリップ線路部についても同軸線路部分と同様にパターン幅を同軸線路側に向けて段階的、もしくは連続的に広げたことを特徴とする請求項１記載の変換器。
上記同軸線路の上部外導体と上面誘電体に任意の形状の穴を加工し、内導体を露出させたことを特徴とする請求項１記載の変換器。
上記マイクロストリップ線路が、下部誘電体の誘電率を上部誘電体の誘電率より高くして内導体と下部外導体間に充填したことを特徴とする請求項１記載の変換器。