JP2005294881A - 同軸・導波管変換構造及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 同軸モード伝送路と導波管モード伝送路とを高精度かつ容易に接続可能な同軸・導波管変換構造及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 少なくとも１つに貫通孔１２を有する複数の誘電体部材を積層して少なくとも第１の面側に貫通孔１２が露出する積層体１１を形成する第１のステップと、貫通孔１２の周囲を除く前記積層体１１の前記第１の面及び前記第１の面に対向する第２の面、並びに前記貫通孔１２に導体を設ける第２のステップと、を含むことにより、前記貫通孔内の導体１３ｂに中心導体２３が接続される同軸モード伝送路２０と前記第１の面及び前記第２の面に設けられた導体１３を周囲導体として備える導波管モード伝送路との変換構造を形成することを特徴とする同軸・導波管変換構造の製造方法を用いる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、同軸・導波管変換構造及びその製造方法に関する。

従来、高周波信号を伝送する伝送路として、例えば図１に示すような同軸モード伝送路１ａ及び導波管モード伝送路１ｂが用いられてきた。ここで、同軸モード伝送路１ａとは、図１（ａ）に示すように、中心導体２の周囲を円形パイプ状の周囲導体３ａで囲んだ構造の伝送路であり、中心導体２と周囲導体３ａとの間には誘電体４ａが設けられ、周囲導体３ａは接地電位の状態で構成される。このとき、周囲導体３ａは、中心導体２の全周を囲む構成の他に部分的に周囲を囲む構成を用いても良い。また、導波管モード伝送路１ｂとは、例えば矩形形状等の断面形状を有するパイプ状の周囲導体３ｂで構成される伝送路であり、周囲導体３ｂの内部には誘電体４ｂが設けられ、周囲導体３ｂは接地電位の状態で構成される。このとき、周囲導体３ｂは、連続的なパイプ状構造の他に、伝送する信号の波長よりも小さい間隔で導体を間欠的に配置する構造を用いても良い。誘電体４ａ及び４ｂには、通常、誘電体材料が用いられる。

一般的に、電波によって情報を送受信する無線モジュールでは、送信又は受信を行うアンテナの伝送路に同軸モード伝送路を用い、無線モジュールの信号の伝送路に導波管モード伝送路を用いる組み合わせが多く用いられている。したがって、アンテナ側の同軸モード伝送路と無線モジュール側の導波管モード伝送路との接続部分では、例えば図１（ｂ）に示すような、同軸・導波管変換器の構成が用いられてきた。すなわち、同軸モード伝送路１ａと導波管モード伝送路１ｂとを直交するように結合し、同軸モード伝送路１ａの中心導体２を導波管モード伝送路１ｂの誘電体４ｂ内に、所定長さＬだけ突出するように配置した構成である。

図１（ｂ）に示すような同軸・導波管変換器の構成では、導波管モード伝送路１ｂの設計事項に応じて同軸モード伝送路１ａの中心導体２の突出する部分の長さＬを非常に高精度に加工する必要があるため、量産性の点からは製造上大きな問題点があった。特に、導波管モード伝送路１ｂの誘電体４ｂに例えばドリル等で所定深さの穿孔を形成する場合、ドリル等の加工工具の先端は通常テーパ状に形成形成されているため穿孔の深さを高精度に調整することが困難であり、中心導体２の先端を高精度に仕上げたとしても中心導体２の突出深さを所定深さに制御するのは困難であるという問題があった。

そこで本発明は、上記のような問題を鑑み、同軸モード伝送路と導波管モード伝送路とを高精度かつ容易に接続可能な同軸・導波管変換構造及びその製造方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、請求項１記載のように、少なくとも１つに貫通孔を有する複数の誘電体部材を積層して少なくとも第１の面側に前記貫通孔が露出する積層体を形成する第１のステップと、前記貫通孔の周囲を除く前記積層体の前記第１の面及び前記第１の面に対向する第２の面、並びに前記貫通孔に導体を設ける第２のステップと、を含むことにより、前記貫通孔内の導体に中心導体が接続される同軸モード伝送路と前記第１の面及び前記第２の面に設けられた導体を周囲導体として備える導波管モード伝送路との変換構造を形成することを特徴とする同軸・導波管変換構造の製造方法である。このような製造方法によれば、同軸モード伝送路から導波管モード伝送路へ突出する中心導体の深さに対応する厚さの誘電体に貫通孔を形成し、この貫通孔に導体を設けることで、同軸モード伝送路からの中心導体の長さを高精度かつ容易に実現することが可能となる。

前記第１のステップは、貫通孔を有する第１の誘電体部材と貫通孔を持たない第２の誘電体部材とを積層するステップを含む構成とすることができる。また、前記第１のステップは、貫通孔を有する複数の誘電体部材を、これらの貫通孔が一列に配置されかつ全体として所定の深さを有するように積層するステップを含む構成とすることもできる。

本発明はまた、請求項４に記載のように、少なくとも１つに貫通孔を有する複数の誘電体部材が、前記貫通孔が表面に露出するように積層された積層体と、前記貫通孔の周囲を除く前記積層体の第１の面及び前記第１の面と対向する第２の面に設けられ、導波管モード伝送路の周囲導体の一部をなす第１の導体と、前記貫通孔内に設けられかつ同軸モード伝送路の中心導体と接続される第２の導体と、を有する同軸・導波管変換構造である。このような同軸・導波管変換構造によれば、同軸モード伝送路から導波管モード伝送路へ突出する中心導体の深さを、積層体を構成する誘電体部材に形成された貫通孔内の導体で実現することができ、同軸モード伝送路からの中心導体の長さを高精度に決めることができる。

なお、本発明の同軸・導波管変換構造は、積層体の第１の面と第２の面に導体が設けられ、これが導波管モード伝送路の周囲導体をなすが、周囲導体としては種々のものが考えられる。例えば、積層体の側面に導体を設けたもの、あるいは、伝送される電波の波長より短いピッチで設けられた貫通孔を導波管モード伝送路の側壁と想定するパターンで配置しその内部に導体を充填したいわゆるプラグ壁（プラグ壁導波管）とすることができる。

本発明によれば、同軸モード伝送路と導波管モード伝送路とを高精度かつ容易に接続することができる同軸・導波管変換構造及びその製造方法を実現することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

まず、本発明の実施例１について図面を用いて詳細に説明する。図２は、本実施例１による同軸・導波管変換構造の製造方法を示す流れ図である。本実施例１による同軸・導波管変換構造の製造方法は、導波管誘電体積層工程（ステップＳ１）と、周囲導体形成工程（ステップＳ２）と、同軸モード結合工程（ステップＳ３）とで構成されている。

導波管誘電体積層工程（ステップＳ１）は、導波管モード伝送路内部に充填される例えばポリテトラフルオロエチレン等の誘電体を積層し、かつ上述の同軸モード伝送路の中心導体の突出部に相当する部分に空孔を形成する工程であり、その詳細については後述する。周囲導体形成工程（ステップＳ２）は、ステップＳ１で形成された誘電体の周囲に導波管を構成する周囲導体を形成する工程であり、その詳細についても後述する。また、同軸モード結合工程は、ステップＳ２で形成された導波管モード伝送路に同軸モード伝送路を結合する工程であり、その詳細については後述する。これらの工程を経ることによって、所定の導波管モード伝送路の断面形状及び所定の同軸モード伝送路の中心導体の突出長さを含む同軸・導波管変換器を製造することが可能となる。

次に、図２に示された導波管誘電体積層工程の詳細を図面を用いて説明する。図３は、導波管誘電体積層工程の手順を示す断面図である。導波管誘電体積層工程では、図３（ａ）に示すように、厚さｔ１の第１の誘電体部材１１ａと厚さｔ２の第２の誘電体部材１１ｂとを積層して積層体１１を形成する。第１の誘電体部材１１ａ及び第２の誘電体部材１１ｂは、例えばポリテトラフルオロエチレン等の同一の樹脂材料であり、第２の誘電体部材１１ｂの厚さｔ２は、図１で示した同軸モード伝送路１ａの中心導体２の突出部分の長さＬに相当する。第２の誘電体部材１１ｂには、同軸モード伝送路の中心導体の直径に相当する径の貫通孔１２が形成される。このように第１の誘電体部材１１ａ及び第２の誘電体部材１１ｂを積層することによって、見かけ上厚さが（ｔ１＋ｔ２）で上面からの突出部用孔の深さがｔ２の積層体１１を高精度に形成することができる。また、図３（ｂ）に示すように、例えば同軸モード伝送路の中心導体の直径に相当する径の貫通孔が形成された誘電体部材１１ｃ、１１ｄ、１１ｅのような複数の誘電体層を積層して所望の厚さｔ２を得る構成にしても良い。特に、所定の厚さの誘電体を高精度に量産する場合に有効である。

次に、図２に示された周囲導体形成工程の詳細を図面を用いて説明する。図４は、周囲導体形成工程によって形成される導波管モード伝送路１０の断面図である。周囲導体形成工程では、導波管誘電体積層工程で製造された積層体１１の表面に、例えば銅合金等の導体１３が形成される。導体１３は、例えばめっき等の方法で積層体１１の周囲に所定の厚さで形成され、このとき、第２の誘電体部材１１ｂに設けられた貫通孔１２にも導体１３ｂが形成される。このような工程を実行することによって、導波管モード伝送路１０の積層体１１に所定深さだけ導体を高精度に設けた構造を容易に得ることが可能となる。

次に、図２に示された同軸モード結合工程の詳細を、図面を用いて説明する。図５は、周囲導体形成工程によって形成された導波管モード伝送路１０に同軸モード伝送路２０を取り付ける手順を示す断面図である。同軸モード結合工程では、まず、周囲導体形成工程で製造された導波管モード伝送路１０の上面、すなわち貫通孔１２及び導体１３ｂが形成されている側において、図５（ａ）に示すように、導体１３ｂを中心としかつ同軸モード伝送路２０の誘電体２２の断面に相当する領域の周囲導体１３を除去する。続いて、当該領域に同軸モード伝送路２０を嵌合するように取り付ける。このとき、同軸モード伝送路２０の取り付け側端部の周囲導体２１は、取り付け側端部から導波管モード伝送路１０の周囲導体１３の厚さに対応する分だけ予め除去されており、導波管モード伝送路１０の周囲導体１３と同軸モード伝送路２０の周囲導体２１とは、例えばろう付け又は接着等の方法で固着される。また、図５（ｂ）に示すように、同軸モード伝送路２０の中心導体２３は、導波管モード伝送路１０と結合された際に導波管内に設けられた導体１３ｂと電気的に接触する。これによって、見かけ上、導波管モード伝送路１０と同軸モード伝送路２０とを結合して、同軸モード伝送路２０の中心導体２３を導波管モード伝送路１０の積層体１１内に所定の深さだけ高精度に突出させた同軸・導波管変換構造３０を形成することが可能となる。

また、図５に示した同軸モード伝送路２０は、通常は同軸ケーブル等を用いるが、同軸モード伝送路の構造を有する構造を積層して形成しても良い。

以上のような工程を実行することによって、本実施例１による同軸・導波管変換構造の製造方法によれば、導波管誘電体積層工程において同軸モード伝送路から導波管モード伝送路へ突出する中心導体の深さに対応する厚さを有する誘電体に貫通孔を設け、周囲導体形成工程においてこの貫通孔に導体を積層し、同軸モード結合工程においてこの導体と中心導体とを電気的に接続するように結合することによって、同軸モード伝送路からの中心導体が導波管モード伝送路の所定の深さまで突出した同軸・導波管変化構造を高精度かつ容易に実現することができる。

続いて、本実施例１による同軸・導波管変換構造の適用例を図面を用いて説明する。図６は、平面アンテナ４１を含む同軸・導波管変換構造４０を示しており、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は同軸モード伝送路の中心を通る線による断面図である。同軸・導波管変換構造４０は平面基板であり、図６（ｂ）に示すように、誘電体の上下面に導体４０ａ及び４０ｂが積層された構造となっている。導体４０ａの一部には、平面アンテナ４１が形成されている。また、同軸・導波管変換構造４０の内部には、壁部材４２によって囲まれた導波路４３が形成されている。導波路４３は、壁部材４２と上下の導体４０ａ及び４０ｂとに囲まれた閉空間であり、この内部に入力された電波又は信号は外部には漏出しない構造となっている。壁部材４２は、導体４０ａ及び４０ｂと電気的に接続された導体であり、図６に示すように連続的に形成される構造又は伝送する信号の波長よりも小さい間隔で導体を間欠的に配置する構造でも良い。

同軸・導波管変換構造４０には、上述の導波路４３の一部に同軸モード伝送路４４が結合されるように配置されている。導波路４３と同軸モード伝送路４４との結合部は、図３から図５に示すような本実施例１による同軸・導波管変換構造の製造方法によって形成される。平面アンテナ４１から送信又は受信される電波信号は、導波路４３を経由して同軸モード伝送路４４の中心導体４５に導かれ、同軸モード伝送路４４によって外部装置（図示せず）に入出力される。

以上の実施例から、本発明によれば、同軸モード伝送路と導波管モード伝送路とを高精度かつ容易に接続可能な同軸・導波管変換構造の製造方法及びこれを用いて製造された同軸・導波管変換構造を実現できる。

以上、説明した実施例は、本発明を実施するための最良の形態の一つにすぎず、本発明はその主旨を逸脱しない限り種々変化及び変形して実施可能である。

一般的な同軸モード伝送路及び導波管モード伝送路の概略と従来技術における同軸・導波管変換器の構成とを示す図である。 本発明の実施例１における同軸・導波管変換構造の製造方法を示す流れ図である。 図２に示された導波管誘電体積層工程の手順を示す断面図である。 図２に示された周囲導体形成工程によって形成される導波管モード伝送路１０の断面図である。 図２に示された周囲導体形成工程によって形成された導波管モード伝送路１０に同軸モード伝送路２０を取り付ける手順を示す断面図である。 本実施例１による同軸・導波管変換構造の適用例である平面アンテナ４１を含む同軸・導波管変換構造４０を示しており、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は同軸モード伝送路の中心を通る線による断面図である。

符号の説明

１０ 導波管モード伝送路
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ 誘電体
１２ 貫通孔
１３ 周囲導体
２０、４４ 同軸モード伝送路
２１ 周囲導体
２３、４５ 中心導体
４０ 同軸・導波管変換構造
４１ 平面アンテナ
４２ 壁部材
４３ 導波路
Ｌ 中心導体が突出する所定深さ
ｔ１ 第１の誘電体の厚さ
ｔ２ 第２の誘電体の厚さ

Claims (7)

1. 少なくとも１つに貫通孔を有する複数の誘電体部材を積層して少なくとも第１の面側に前記貫通孔が露出する積層体を形成する第１のステップと、
   前記貫通孔の周囲を除く前記積層体の前記第１の面及び前記第１の面に対向する第２の面、並びに前記貫通孔に導体を設ける第２のステップと、
   を含むことにより、前記貫通孔内の導体に中心導体が接続される同軸モード伝送路と前記第１の面及び前記第２の面に設けられた導体を周囲導体として備える導波管モード伝送路との変換構造を形成することを特徴とする同軸・導波管変換構造の製造方法。
2. 前記第１のステップは、貫通孔を有する第１の誘電体部材と貫通孔を持たない第２の誘電体部材とを積層するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の同軸・導波管変換構造の製造方法。
3. 前記第１のステップは、貫通孔を有する複数の誘電体部材を、これらの貫通孔が一列に配置されかつ全体として所定の深さを有するように積層するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の同軸・導波管変換構造の製造方法。
4. 少なくとも１つに貫通孔を有する複数の誘電体部材が、前記貫通孔が表面に露出するように積層された積層体と、
   前記貫通孔の周囲を除く前記積層体の第１の面及び前記第１の面と対向する第２の面に設けられ、導波管モード伝送路の周囲導体の一部をなす第１の導体と、
   前記貫通孔内に設けられかつ同軸モード伝送路の中心導体と接続される第２の導体と、
   を有する同軸・導波管変換構造。
5. 中心導体が前記貫通孔内の前記第２の導体と接続されるとともに、周囲導体が前記第１の面に設けられた前記第１の導体と接続される同軸モード伝送路を更に有することを特徴とする請求項４記載の同軸・導波管変換構造。
6. 前記積層体は、所定の深さの貫通孔を有する第１の誘電体部材と貫通孔を持たない第２の誘電体部材とを含むことを特徴とする請求項４または５に記載の同軸・導波管変換構造。
7. 前記積層体は、貫通孔を有する複数の誘電体部材を含み、これらの貫通孔は一列に配置されかつ全体として所定の深さを有していることを特徴とする請求項４または５に記載の同軸・導波管変換構造。

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