JP2005294884A - 同軸・導波管変換構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 同軸モード伝送路と導波管モード伝送路との様々な組み合わせに対応可能な同軸・導波管変換構造を提供する。
【解決手段】 板状の誘電体である充填体１２と、対向する第１及び第２の主面に設けられた第１及び第２の導体層からなる周囲導体１１と、前記第１の導体層に形成され、同軸モード伝送路と結合可能な第１の開口１６ａと、前記第２の導体に形成され、導波管モード伝送路と結合可能な第２の開口１６ｂと、前記第１の開口１６ａ及び第２の開口１６ｂとの間に形成され、同軸モードと導波管モードとの変換を行うモード変換部とを有することを特徴とする同軸・導波管変換構造１０を構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、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・導波管変換器に関する。

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で囲繞した構造の伝送路であり、中心導体２と周囲導体３ａとの間には充填体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の全周を囲繞する構成の他に部分的に周囲を囲繞するも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の内部には充填体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。充填体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導波管モード伝送路を用い、無線モジュールの信号の伝送路に同軸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、アンテナ側の導波管モード伝送路と無線モジュール側の同軸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の充填体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。

しかしながら、例えば導波管モード伝送路を有するアンテナを設計する場合、通常は使用するアンテナの大きさや種類等に応じて導波路を個別に設計するため、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の直径や中心導体２の突出する部分の長さＬ等を使用するアンテナ毎に設計する必要があった。

そこで本発明は、上記のような課題を鑑み、同軸モード伝送路と導波管モード伝送路との様々な組み合わせに対応可能な同軸・導波管変換構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、請求項１記載のように、板状の誘電体と、対向する第１及び第２の主面に設けられた第１及び第２の導体層と、前記第１の導体層に形成され、同軸モード伝送路と結合可能な第１の開口と、前記第２の導体に形成され、導波管モード伝送路と結合可能な第２の開口と、前記第１の開口及び第２の開口との間に形成され、同軸モードと導波管モードとの変換を行うモード変換部とを有することを特徴とする同軸・導波管変換構造として構成される。このような構成によれば、同軸側開口部と導波管側開口部との間に設けられた擬似的な導波路すなわちモード変換部によって信号の伝送を行うため、同軸モード伝送路と導波管モード伝送路との様々な組み合わせに対応可能な同軸・導波管変換構造を実現することができる。

請求項１記載の同軸・導波管変換構造は、例えば請求項２記載のように、前記第１の開口及び第２の開口は対向しており、前記モード変換部は前記誘電体内に突出して形成され、同軸モード伝送路の中心導体と接続される導体からなる擬似的同軸モード伝送路を含むように構成することもできる。

請求項１記載の同軸・導波管変換構造は、例えば請求項３記載のように、前記第１の開口及び第２の開口は対向しており、前記モード変換部は前記誘電体内に突出して形成され、同軸モード伝送路の中心導体と接続される導体からなる擬似的同軸モード伝送路と共振器とを含むように構成することもできる。

請求項１記載の同軸・導波管変換構造は、例えば請求項４記載のように、前記モード変換部は、前記誘電体内に突出して形成され、同軸モード伝送路の中心導体と接続される導体からなる擬似的同軸モード伝送路と、前記第１の開口と前記第２の開口との間にある前記誘電体及び前記第１及び第２の導体層を含む導波管モード伝送路と、を含むように構成することもできる。

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の様々な組み合わせに対応可能な同軸・導波管変換構造が実現できる。

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１０の構成を示しており、図２（ａ）は縦方向断面図、図２（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ図２（ａ）の矢印Ａ１及びＡ２における横方向断面図である。本実施例１による同軸・導波管変換構造１０は、上面及び下面を有する筐体を形成する周囲導体１１と、周囲導体１１内部に充填される充填体１２と、充填体１２内部に設けられて擬似的同軸モード構造を形成する壁部材１３とを含む。充填体１２は、例えばポリテトラフルオロエチレン等の誘電体であり、壁部材１３は導体で形成され、周囲導体１１と電気的に接続されている。壁部材１３で囲繞された領域には、同軸モード伝送路の中心導体と電気的に接続される中央導体１４と、導波管モード伝送路との結合部側の面に共振器として動作する共振器１５が設けられている。

同軸・導波管変換構造１０は、同軸モード伝送路との結合部すなわち図２（ａ）中のＡ１断面位置では、図２（ｂ）に示すように、同軸モード伝送路の外径に相当する直径を有する同軸側開口部１６ａが形成されている。これに対して、導波管モード伝送路との結合部すなわちＡ２断面位置では、図２（ｃ）に示すように、導波管モード伝送路の断面形状に対応した導波管側開口部１６ｂが形成されている。上述のように、同軸側開口部１６ａには、中央導体１４が同軸モード伝送路の中心導体と電気的に接触するように設けられており、導波管側開口部１６ｂには、共振器１５が配置されている。また、壁部材１３は、共振器１５を囲繞するように形成されており、周囲導体１１と壁部材１３とで囲繞された閉空間１７は、中央導体１４とともに擬似的同軸モード構造を形成する。すなわち、同軸側開口部１６ａから共振器１５までの領域は、接続される同軸モード伝送路とほぼ同様の動作を行う。共振器１５は、上述の擬似的同軸モード構造によって伝送されてきた信号を導波管側開口部１６ｂに接続される導波管モード伝送路に電波として出力する。

図２では、壁部材１３は導波管側開口部１６ｂの形状に合わせて矩形に形成されているが、これは本例において導波管側開口部１６ｂが同軸側開口部１６ａより大きい、すなわち同軸側開口部１６ａの投影面が導波管側開口部１６ｂに含まれるために導波管側開口部１６ｂに合わせて形成されており、同軸側開口部１６ａの方が大きい場合、壁部材１３は同軸側開口部１６ａの形状に合わせて円形に形成することもできる。また、共振器１５も同様に、矩形又は円形に形成されても良い。

次に、本実施例１による同軸・導波管変換構造１０の同軸モード伝送路及び導波管モード伝送路との接続方法を説明する。図３は、本実施例１による同軸・導波管変換構造１０の同軸モード伝送路及び導波管モード伝送路との接続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１０は、円筒状の周囲導体２１と周囲導体２１内を充填する充填体２２と電波信号を伝送する中心導体２３とからなる同軸モード伝送路２０と同軸側開口部１６ａで接続される。このとき、同軸・導波管変換構造１０の周囲導体１１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。上述のように、同軸側開口部１６ａは、同軸モード伝送路２０の外径と一致するように形成されているため、同軸・導波管変換構造１０の周囲導体１１と同軸モード伝送路２０の周囲導体２１とが、電気的に接続される。また、同軸・導波管変換構造１０の中央導体１４と同軸モード伝送路２０の中心導体２３も、電気的に接続される。

一方、同軸・導波管変換構造１０は、矩形状の周囲導体３１と周囲導体３１内を充填する充填体３２とからなる導波管モード伝送路３０と導波管側開口部１６ｂで接続される。導波管モード伝送路３０は、同軸・導波管変換構造１０の周囲導体１１と同軸モード伝送路３０の周囲導体３１とが、電気的に接続される。このとき、同軸・導波管変換構造１０の周囲導体１１と導波管モード伝送路３０の周囲導体３１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、同軸・導波管変換構造１０の共振器１５は、導波路となる導波管モード伝送路３０の充填体３２と接触するように結合される。図３では、導波管側開口部１６ｂが導波管モード伝送路３０の充填体３２の大きさに対応するように、周囲導体３１を所定部分だけ除去して接続する構成を示しているが、周囲導体３１の大きさが導波管側開口部１６ｂの大きさに対応するように形成して、周囲導体３１を除去することなく接続する構成を用いても良い。

次に、本実施例１による同軸・導波管変換構造１０の第１の変形例を説明する。図４は、第１の変形例による同軸・導波管変換構造１０の同軸側開口部１６ａの位置における横断面図である。第１の変形例では、閉空間１７を形成する壁部材の代わりに複数の貫通孔４０が等間隔に設けられている。貫通孔４０は、図４（ｂ）に示すように、直径ｄを有して距離Ｄ毎に設けられる。貫通孔４０は内面に導体４２が被覆されるか又は導体４２からなる円筒を挿入して構成されており、同軸・導波管変換構造１０の周囲導体１１と電気的に接続されている。２つの貫通孔の間の距離Ｄは、伝送する電波信号の波長λよりも十分に小さく、貫通孔４０の直径ｄは距離Ｄよりも小さいものが用いられる。このような構成とすることによって、伝送される電波信号は、２つの貫通孔４０の間を通過することができなくなる。つまり、複数の貫通孔４０は擬似的な壁面とみなすことができるため、閉空間１７が形成される。複数の貫通孔４０を設ける構造は、同軸・導波管変換構造１０の周囲導体１１を形成した後に加工することが可能なため、製造工程が簡略化できるとともに、製造コストを削減することも可能となる。

次に、本実施例１による同軸・導波管変換構造１０の第２の変形例を説明する。図５は、第２の変形例による同軸・導波管変換構造１０の構成を示す断面図である。第２の変形例では、共振器１５ｂを同軸側開口部と導波管側開口部との中間領域の充填体１１内部に埋め込み、中央導体１４と接続する構成を用いる。このような構成を用いた場合、周囲導体１１と壁部材１３とによって囲繞された閉空間すなわち充填体１１を伝送される電波は、充填体１１の誘電率に応じて短くなるため、使用する共振器１５ｂの大きさを小さくすることが可能となる。共振器１５ｂから導波管側開口部までの領域は、壁部材１３により共振器１５ｂから発せられる電波信号を伝送する擬似的導波路として機能する。これにより、同軸モード伝送路２０から入力した信号を導波管モード伝送路３０へ電波信号として伝送することが可能となる。また、導波管側開口部に共振器１５ｂを設けていないため、開口部の形状を接続する導波管モード伝送路３０の外形状と同一のものに簡略化できるため、接続及び接合が容易となる。

以上のような構成とすることによって、本実施例１による同軸・導波管変換構造１０によれば、同軸側開口部と導波管側開口部との間に設けられた擬似的同軸モード構造及び共振器によって信号の伝送を行うため、同軸モード伝送路と導波管モード伝送路との様々な組み合わせに対応可能な同軸・導波管変換構造を実現することができる。

次に、本発明の実施例２について図面を用いて詳細に説明する。図６は、本実施例２による同軸・導波管変換基板１００の構成を示す断面図である。本実施例２による同軸・導波管変換基板１００は、基板の外周を覆い筐体となる周囲導体１０１と、周囲導体１０１の内部を充填する充填体１０２とを含む。充填体１０２は、例えばポリテトラフルオロエチレン等の誘電体である。同軸・導波管変換基板１００の上面の周囲導体１０１には、同軸モード伝送路１１０と接続するための同軸側開口部が設けられている。周囲導体１１１と充填体１１２と中心導体１１３とからなる同軸モード伝送路１１０は、同軸側開口部において周囲導体１０１と周囲導体１１１とが電気的に接続されるように例えば接着又はろう付け等の方法で結合される。同軸モード伝送路１１０の中心導体１１３は、同軸側開口部から同軸・導波管変換基板１００の充填体１０２に向けて所定の長さだけ突出するように形成される。一方、同軸・導波管変換基板１００の下面の周囲導体１０１には、導波管モード伝送路１２０と接続するための導波管側開口部が設けられている。周囲導体１２１と充填体１２２とからなる導波管モード伝送路１２０は、導波管側開口部において周囲導体１０１と周囲導体１２１とが電気的に接続されるように例えば接着又はろう付け等の方法で結合される。

図６に示すように、本実施例１による同軸・導波管変換基板１００の同軸側開口部と導波管側開口部との中心位置は、意図的にオフセットするように形成されている。すなわち、同軸モード伝送路１１０と導波管モード伝送路１２０とは、中心軸が一致しないように形成される。同軸側開口部及び導波管側開口部をこのような配置に形成することによって、同軸・導波管変換基板１００には、同軸モード伝送路１１０と導波管モード伝送路１２０との間に導波路１４０ａ及び１４０ｂが形成される。上述のように、同軸モード伝送路１１０の中心導体１１３が同軸・導波管変換基板１００の充填体１０２内部に突出しているため、同軸モード伝送路１１０の中心導体１１３を伝送された信号は、導波路１４０ａ及び１４０ｂを電波として伝わる。すなわち導波路１４０ａ及び１４０ｂは、共振器として振る舞うことになる。このとき、導波路１４０ｂを伝わる伝送波Ｒ１は、側壁である周囲導体１０１によって伝送波Ｒ２として反射される。ここで、図６に示す側壁と中心導体１１３との距離Ｗを伝送波Ｒ１と伝送波Ｒ２とが互いに打ち消しあうような距離に設定すれば、導波管モード伝送路１２０には伝送波Ｒ３のみを伝えることが可能となる。

また、本実施例２による同軸・導波管変換基板１００は、上面及び下面に例えば無線モジュール等の装置を取り付けることが可能である。例えば、無線モジュールを同軸・導波管変換基板１００の上面に搭載し、無線モジュールから同軸モード伝送路によって信号を入力し、導波管モード伝送路からアンテナ装置に出力することが可能である。

以上のような構成とすることによって、本実施例２による同軸・導波管変換構造１００によれば、同軸側開口部と導波管側開口部とをオフセットして設けた周囲導体と充填体とからなる基板を用いて、基板自体を導波路として同軸モード伝送路から導波管モード伝送路へと信号を伝送するため、同軸モード伝送路と導波管モード伝送路との様々な組み合わせに対応可能な同軸・導波管変換構造を実現することができる。

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の様々な組み合わせに対応可能な同軸・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。 本発明の本実施例１による同軸・導波管変換構造１０の構成を示しており、図２（ａ）は縦方向断面図、図２（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ図２（ａ）の矢印Ａ１及びＡ２における横方向断面図である。 本実施例１による同軸・導波管変換構造１０の同軸モード伝送路２０及び導波管モード伝送路３０との接続手順を示す断面図である。 本実施例１の第１の変形例による同軸・導波管変換構造１０の同軸側開口部１６ａの位置における横断面図である。 本実施例１の第２の変形例による同軸・導波管変換構造１０の構成を示す断面図である。 本実施例２による同軸・導波管変換基板１００の構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ 同軸・導波管変換構造
１１、２１、３１、１０１、１１１、１２１ 周囲導体
１２、２２、３２、１０２、１１２、１２２ 充填体
１３ 壁部材
１４ 中央導体
１５、１５ｂ 共振器
１６ａ 同軸側開口部
１６ｂ 導波管側開口部
２３、１１３ 中心導体
４０ 貫通孔
４２ 導体
１００ 同軸・導波管変換基板
１４０ａ、１４０ｂ 導波路
Ｌ 中心導体が突出する所定深さ
Ｄ ２つの貫通孔４０の間の距離
ｄ 貫通孔４０の直径
Ｗ 中心導体と周囲導体との距離
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 伝送波

Claims (4)

1. 板状の誘電体と、
   対向する第１及び第２の主面に設けられた第１及び第２の導体層と、
   前記第１の導体層に形成され、同軸モード伝送路と結合可能な第１の開口と、
   前記第２の導体に形成され、導波管モード伝送路と結合可能な第２の開口と、
   前記第１の開口及び第２の開口との間に形成され、同軸モードと導波管モードとの変換を行うモード変換部とを有することを特徴とする同軸・導波管変換構造。
2. 前記第１の開口及び第２の開口は対向しており、前記モード変換部は前記誘電体内に突出して形成され、同軸モード伝送路の中心導体と接続される導体からなる擬似的同軸モード伝送路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。
3. 前記第１の開口及び第２の開口は対向しており、前記モード変換部は前記誘電体内に突出して形成され、同軸モード伝送路の中心導体と接続される導体からなる擬似的同軸モード伝送路と共振器と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。
4. 前記モード変換部は、前記誘電体内に突出して形成され、同軸モード伝送路の中心導体と接続される導体からなる擬似的同軸モード伝送路と、前記第１の開口と前記第２の開口との間にある前記誘電体及び前記第１及び第２の導体層を含む導波管モード伝送路と、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。
   
   

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