JP2005318360A - 導波管型導波路および高周波モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 特に導波路間の接続部分における放射損失を防止し、優れた伝送特性を実現できるようにする。
【解決手段】 導波管型導波路１は、誘電体基板１０と、誘電体基板１０を挟持するように互いに対向配置された一対の導体層１１，１２と、一対の導体層１１，１２間を導通する複数の第１および第２のスルーホール１３Ａ，１３Ｂとを有している。第１のスルーホール１３Ａは、一対の導体層１１，１２と共に電磁波の所定の伝搬領域を形成する。一方、第２のスルーホール１３Ｂは、コプレーナ線路基板２との接続端から所定の伝搬領域外に電磁波が侵入しないようにするためのものであり、所定の伝搬領域外の領域で、接続端部分において線路パターン１４Ｃの延在方向に直交する方向（Ｘ方向）に複数配列されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロ波またはミリ波などの高周波信号の伝搬に用いられる導波管型導波路および高周波モジュールに関する。

従来、マイクロ波帯やミリ波帯等の高周波信号を伝送するための伝送路としては、ストリップ線路、導波管および誘電体導波管などが知られている。これらはまた、高周波用の共振器およびフィルタを構成するものとして知られている。また、これら高周波用の構成要素をモジュール化したものとしては、ＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）などがある。以下、高周波用の伝送路およびフィルタなどを構成するストリップ線路、および導波管などを総称して、導波路と呼ぶ。

導波路における電磁波の伝搬モードには、ＴＥモード、ＴＭモード、およびＴＥＭモードがある。ＴＥモードは、電磁波の進行方向に対して断面方向にのみ電界成分があり、電磁波の進行方向には電界成分が存在しないような状態をいう。ＴＭモードは、電磁波の進行方向に対して断面方向にのみ磁界成分があり、電磁波の進行方向には磁界成分が存在しないような状態をいう。ＴＥモードおよびＴＭモードは、例えば導波管において存在する電磁波の伝搬モードである。これら各モードにおいて、電界Ｅに平行な面は「Ｅ面」、磁界Ｈに平行な面は「Ｈ面」と呼ばれる。一方、ＴＥＭモードは、ストリップ線路や同軸線路などにおいて存在する電磁波の伝搬モードであり、電磁波の進行方向に対して電界成分と磁界成分の双方が断面内にのみ存在し、電磁波の進行方向にはそれらの成分が存在しないような状態をいう。

ここで、複数の導波路を相互接続する場合、特に、異なる伝搬モードの導波路を相互接続する場合には、各導波路間でモード変換を行うための構造が必要とされる。図１３は、ＴＥモードで電磁波を伝搬する矩形状の誘電体導波管２０１の両端に、ＴＥＭモードで電磁波を伝搬するコプレーナ線路基板２０２を接続した例である。

コプレーナ線路基板２０２は、矩形状の金属壁２２１と、その内部に充填された誘電体２２０とを有している。金属壁２２１の上面部分には、部分的に金属壁２２１の剥がされた領域２２４Ａ，２２４Ｂが設けられ、電磁波Ｓ１００の伝搬方向に延在する線路パターン２２４Ｃが形成されている。一方、誘電体導波管２０１は、矩形状の金属壁２１１と、その内部に充填された誘電体２１０とを有している。誘電体導波管２０１における電磁波の入出力端において、底面には部分的に金属壁２１１の剥がされた領域２１４Ａ，２１４Ｂが設けられ、コプレーナ線路基板２０２の線路パターン２２４Ｃに対応する線路パターン２１４Ｃが形成されている。誘電体導波管２０１における電磁波の所定の伝搬領域内には、結合調整用のスルーホール２１３Ｃが設けられている。コプレーナ線路基板２０２における線路パターン２２４Ｃの一端と、誘電体導波管２０１における線路パターン２１４Ｃとが重ね合わせられるようにして、コプレーナ線路基板２０２の上面端部に誘電体導波管２０１の底面端部が接続されている。電磁波Ｓ１００が入力されると、コプレーナ線路基板２０２上の線路パターン２２４Ｃの周囲には、磁界が環状に分布する。この磁界の方向と、誘電体導波管２０１内に分布する磁界の方向とを一致させることで、磁界結合がなされ、ＴＥＭモードとＴＥモードとのモード変換が行われる。

ところで近年では、移動体通信技術等の進歩により、通信に利用される電波の周波数帯域がＧＨｚ帯のような高周波域に拡がり、通信に利用される通信機器の小形化も進んでいる。このため、この種の通信機器において使用される導波管やフィルタ等の高周波モジュールに対しても、さらなる高周波化および小形化への対応が求められている。このような高周波化および小形化に対応した導波路構造として、スルーホールを利用した導波路が提案されている。この導波路の基本構造は、誘電体基板と、この誘電体基板を挟持するように互いに対向配置された一対の導体層と、一対の導体層間を導通する複数のスルーホールとを備えたものである。この導波路構造では、スルーホール内面がメタライズされて所定の間隔で配列されることにより、擬似的な金属壁が形成され、その擬似的な金属壁と一対の導体層とで囲まれた領域内で電磁波が伝搬される。

このような導波路に関連した技術は、例えば以下の特許文献１，２に記載されている。特許文献１には、同文献中の図１に示されているように、誘電体基板２１、一対の主導体層２２，２３および側壁用貫通導体群２４によって構成された疑似矩形導波管路としての誘電体導波管線路２５の内部に、一対の主導体層２２，２３間を電気的に接続（導通）して誘導性窓（結合窓）を形成する複数の貫通導体２６を配設することで、導波管型帯域通過フィルタを構成した例が記載されている。このフィルタによれば、配線基板等の誘電体基板内に作り込むことができるため、フィルタを容易に小形化することが可能となる。

特許文献２には、誘電体導波管線路（疑似矩形導波管路）と線路導体（マイクロストリップ線路）との接続構造が記載されている。より詳しくは、同文献中の図１に示されているように、誘電体導波管線路１６の開口端に、線路導体２０の端部を挿入すると共に、その端部と一方の主導体層１２とを、接続用線路導体１８と接続用貫通導体１７とにより階段状を成すように電気的に接続する。また、この接続構造は、一対の主導体層１２，１３間の間隔を狭くしたいわゆるリッジ導波管構造を構成する。このため、線路導体２０から誘電体導波管線路１６への高周波信号（電磁波）の伝搬に際しては、線路導体２０においてＴＥＭモードで伝搬する電磁波を誘電体導波管線路１６においてＴＥモード（ＴＥ₁₀モード）で伝搬する電磁波にモード変換する。言い換えれば、この接続構造は、線路導体（マイクロストリップ線路）を導波管路に線路変換するものである。
特開平１１−２８４４０９号公報 特開２０００−２１６６０５号公報

複数の導波路を相互接続する場合、伝送効率上、その接続部分においてなるべく損失が生じないようにすることが望ましい。しかしながら、スルーホールを利用した導波路に関しては、比較的最近の技術ということもあり、その接続構造自体が新規であるものが多い。その場合、金属壁を用いた従来の導波路の場合には予期していなかった要因で損失が生じることが考えられる。例えば図１３に示した接続構造において、誘電体導波管２０１をスルーホールを用いた導波管型導波路で構成しようとした場合、単純に側壁部分のみをスルーホールによる擬似的な金属壁で置き換える構造が考えられる。この場合、単純に側壁部分のみをスルーホールで置き換えただけでは、コプレーナ線路基板２０２との接続部分において放射損失が生じるおそれがある。上記特許文献１，２には、このような接続構造における接続部分での放射損失に関しては特に記載されていない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、特に導波路間の接続部分における放射損失を防止し、優れた伝送特性を実現できるようにした導波管型導波路および高周波モジュールを提供することにある。

本発明の第１の観点に係る導波管型導波路は、他の導波路に接続され、他の導波路との間で電磁波の伝搬が行われるようになされた導波管型導波路であって、誘電体基板と、誘電体基板を挟持するように互いに対向配置された一対の導体層と、一対の導体層間を導通し、一対の導体層と共に電磁波の所定の伝搬領域を形成するように複数配列された第１のスルーホールと、他の導波路との接続端から所定の伝搬領域外に電磁波が侵入しないよう、少なくとも接続端における所定の伝搬領域外の領域に配列され、一対の導体層間を導通する第２のスルーホールとを備えたものである。

本発明の第２の観点に係る導波管型導波路は、他の導波路に接続され、他の導波路との間で電磁波の伝搬が行われるようになされた導波管型導波路であって、誘電体基板と、誘電体基板を挟持するように互いに対向配置された一対の導体層と、一対の導体層間を導通し、一対の導体層と共に電磁波の所定の伝搬領域を形成するように複数配列された第１のスルーホールと、他の導波路との接続端において、一対の導体層間を導通し、接続端に沿って所定の伝搬領域外の領域に形成された第２のスルーホールとを備えたものである。

本発明の第１の観点に係る高周波モジュールは、導波管型導波路と、導波管型導波路に接続される他の導波路とを備え、各導波路間で電磁波の伝搬が行われるようになされた高周波モジュールであって、導波管型導波路が、誘電体基板と、誘電体基板を挟持するように互いに対向配置された一対の導体層と、一対の導体層間を導通し、一対の導体層と共に電磁波の所定の伝搬領域を形成するように複数配列された第１のスルーホールと、他の導波路との接続端から所定の伝搬領域外に電磁波が侵入しないよう、少なくとも接続端における所定の伝搬領域外の領域に配列され、一対の導体層間を導通する第２のスルーホールとを有するものである。

本発明の第２の観点に係る高周波モジュールは、導波管型導波路と、導波管型導波路に接続される他の導波路とを備え、各導波路間で電磁波の伝搬が行われるようになされた高周波モジュールであって、導波管型導波路が、誘電体基板と、誘電体基板を挟持するように互いに対向配置された一対の導体層と、一対の導体層間を導通し、一対の導体層と共に電磁波の所定の伝搬領域を形成するように複数配列された第１のスルーホールと、他の導波路との接続端において、一対の導体層間を導通し、接続端に沿って所定の伝搬領域外の領域に形成された第２のスルーホールとを有するものである。

本発明の各観点に係る導波管型導波路および高周波モジュールにおいて、他の導波路は、例えば、誘電体基板と、誘電体基板の底面に形成された第１の導体層と、誘電体基板の上面に形成され、部分的に第１の線路パターンが形成された第２の導体層とを備えた構成にすることができる。この場合、導波管型導波路は、他の導波路との接続部分において、一対の導体層の一方の側に、第１の線路パターンに対応する第２の線路パターンが形成され、第２のスルーホールが、少なくとも他の導波路との接続端において第２の線路パターンの延在方向に直交する方向に複数配列されていても良い。

また、第２のスルーホールは、電磁波の所定の伝搬領域外において、外周部分全体に複数配列されていても良い。

また、他の導波路は、誘電体基板と、誘電体基板の底面に形成された第１の導体層と、誘電体基板の上面に形成され、部分的に線路パターンが形成された第２の導体層と、他の導波路内において電磁波が導波管型導波路との接続端より前方に伝搬しないよう、線路パターンの接続端側における端部付近に配列され、第１の導体層と第２の導体層とを導通するスルーホールとを有していても良い。

本発明の各観点に係る導波管型導波路および高周波モジュールでは、他の導波路に接続される導波管型導波路において、一対の導体層と一対の導体層間を導通する第１のスルーホールとにより形成された領域内で、電磁波の伝搬が行われる。この電磁波の所定の伝搬領域外の領域において、他の導波路との接続端に、一対の導体層間を導通する第２のスルーホールが配列されていることにより、その接続端において、電磁波の所定の伝搬領域外に電磁波が侵入することが抑制され、その接続部分における放射損失が防止される。

本発明の各観点に係る導波管型導波路または高周波モジュールによれば、導波管型導波路における電磁波の所定の伝搬領域外の領域において、他の導波路との接続端に、一対の導体層間を導通する第２のスルーホールを配列するようにしたので、他の導波路との接続端から電磁波が所定の伝搬領域外に侵入することが抑制され、特に導波路間の接続部分における放射損失が防止されることにより、優れた伝送特性を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る高周波モジュールの全体構成を示している。図２はこの高周波モジュールの分解斜視図、図３は分解平面図を示している。この高周波モジュールは、例えば高周波信号用の伝送路またはフィルタとして使用することができる。

この高周波モジュールは、例えばＴＥモードで電磁波を伝搬する導波管型導波路１と、ＴＥＭモードで電磁波を伝搬し、導波管型導波路１を積層搭載する形で導波管型導波路１に相互接続されるコプレーナ線路基板２とを備えている。コプレーナ線路基板２は、本発明における「他の導波路」の一具体例に対応する。

なお、この高周波モジュールにおいて、電磁波は図１に示したＳ１方向に一方向に伝搬されるものであっても良いし、図示したＳ１方向とは逆方向に伝搬されるものであっても良い。すなわち、この高周波モジュールは、双方向に電磁波の伝搬を行うことが可能であり、例えば交流信号の伝搬に適用することが可能であるが、以下では説明を簡単にするため、電磁波が図示した一方向のみに伝搬される場合を例に説明する。

コプレーナ線路基板２は、誘電体基板２０と、誘電体基板２０の底面に形成された第１の導体層２２と、誘電体基板２０の上面に形成され、部分的に線路パターン２４Ｃが形成された第２の導体層２１と、導体層２１，２２間を導通する複数のスルーホール２３Ａ，２３Ｂとを有している。線路パターン２４Ｃは、電磁波の入出力端２Ａ，２Ｂ（コプレーナ線路基板２の両端部）に形成されており、上面両端部において部分的に第２の導体層２１が剥がされた領域２４Ａ，２４Ｂが設けられることにより形成されている。

コプレーナ線路基板２における各スルーホール２３Ａ，２３Ｂの内面はメタライズされている。各スルーホール２３Ａ，２３Ｂの断面形状は、円形に限らず、多角形または楕円等、他の形状であっても良い。第１のスルーホール２３Ａは、伝搬される電磁波が漏れ出さないよう、所定値以下の間隔（例えば隣り合うスルーホール２３Ａ間の間隔とスルーホール２３Ａの直径とが同じとなるような間隔）で設けられており、擬似的な導体壁として機能している。第２のスルーホール２３Ｂも基本的には第１のスルーホール２３Ａと同様の間隔で設ければ良く、擬似的な導体壁として機能する。

コプレーナ線路基板２における第１のスルーホール２３Ａは、線路パターン２４Ｃの幅方向に電磁波が伝搬しないよう設けられたものであり、線路パターン２４Ｃの延在方向（Ｚ方向）に沿って領域２４Ａ，２４Ｂの周囲に複数配列されている。一方、第２のスルーホール２３Ｂは、コプレーナ線路基板２内において、電磁波が導波管型導波路１との接続端より前方（Ｚ方向）に伝搬しないよう設けられたものであり、線路パターン２４Ｃの接続端側における端部付近に、延在方向に直交する方向（Ｘ方向）に複数配列されている。

導波管型導波路１は、誘電体基板１０と、誘電体基板１０を挟持するように互いに対向配置された一対の導体層１１，１２と、一対の導体層１１，１２間を導通する複数の第１および第２のスルーホール１３Ａ，１３Ｂとを有している。導波管型導波路１における電磁波の所定の伝搬領域内（スルーホール１３Ａと導体層１１，１２とで囲まれた内部領域）には、一対の導体層１１，１２間を導通する結合調整用のスルーホール１３Ｃが設けられている。この導波管型導波路１における電磁波の入出力端１Ａ，１Ｂ（両端部）において、底面には部分的に導体層１２の剥がされた領域１４Ａ，１４Ｂが設けられ、コプレーナ線路基板２の線路パターン２４Ｃに対応する線路パターン１４Ｃが形成されている。コプレーナ線路基板２における線路パターン２４Ｃの一端と、導波管型導波路１における線路パターン１４Ｃとが重ね合わせられるようにして、コプレーナ線路基板２の上面両端部に導波管型導波路１の底面両端部が接続されている。コプレーナ線路基板２の線路パターン２４Ｃが、本発明における「第１の線路パターン」の一具体例に対応し、導波管型導波路１の線路パターン１４Ｃが、本発明における「第２の線路パターン」の一具体例に対応する。

導波管型導波路１における各スルーホール１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの内面はメタライズされている。各スルーホール１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの断面形状は、円形に限らず、多角形または楕円等、他の形状であっても良い。第１のスルーホール１３Ａは、伝搬される電磁波が漏れ出さないよう、所定値以下の間隔（例えば隣り合うスルーホール１３Ａ間の間隔とスルーホール１３Ａの直径とが同じとなるような間隔）で設けられており、擬似的な導体壁として機能している。第２のスルーホール１３Ｂも基本的には第１のスルーホール１３Ａと同様の間隔で設ければ良く、擬似的な導体壁として機能する。結合調整用のスルーホール１３Ｃは、導波管型導波路１が所望とする伝搬特性となるように適宜の位置、間隔で設けられる。

導波管型導波路１における第１のスルーホール１３Ａは、一対の導体層１１，１２と共に電磁波の所定の伝搬領域を形成するためのものである。接続端部分においては、第１のスルーホール１３Ａが、線路パターン１４Ｃの延在方向（Ｚ方向）に沿って領域１４Ａ，１４Ｂの周囲に複数配列されている。一方、第２のスルーホール１３Ｂは、コプレーナ線路基板２との接続端から所定の伝搬領域外に電磁波が侵入しないようにするためのものであり、接続端に沿って所定の伝搬領域外の領域に形成されている。より詳しくは、所定の伝搬領域外の領域で、接続端部分において線路パターン１４Ｃの延在方向に直交する方向（Ｘ方向）に複数配列されている。

次に、本実施の形態に係る高周波モジュールの作用について説明する。まず、導波管型導波路１とコプレーナ線路基板２との基本的な結合作用について説明する。図５（Ａ）は、導波管型導波路１とコプレーナ線路基板２との接続部分における、電磁波の伝搬方向に直交する断面（ＸＹ断面）内での磁界分布を模式的に示している。コプレーナ線路基板２は、ＴＥＭモードで電磁波を伝搬するので、図示したように線路パターン２４Ｃの周囲に環状に磁界Ｈ１が分布する。一方、導波管型導波路１は、例えば最低次のＴＥモード（ＴＥ₁₀モード）で電磁波を伝搬するものとすると、図示したように、ＸＹ断面内においては磁界Ｈ２が一方向に分布する。従って、導波管型導波路１のＥ面内において図示したように、導波管型導波路１とコプレーナ線路基板２との磁界Ｈ１，Ｈ２の方向を一致させることにより、磁界結合がなされ、ＴＥＭモードからＴＥモードへの変換がなされる。

図５（Ｂ）は、導波管型導波路１とコプレーナ線路基板２との接続部分における、電磁波の伝搬方向の断面（ＹＺ断面）内での電磁波の伝搬状態を模式的に示している。なお、図５（Ｂ）では、コプレーナ線路基板２における第２のスルーホール２３Ｂの作用を説明するため、他のスルーホールについては図示を省略している。上記したモード変換がなされることにより、コプレーナ線路基板２を伝搬したＴＥＭモードの電磁波Ｓ１１が、導波管型導波路１にＴＥモードの電磁波Ｓ１２として伝搬される。ここで、コプレーナ線路基板２では、導波管型導波路１との接続部の先端部に第２のスルーホール２３Ｂが設けられていることにより、コプレーナ線路基板２内において、その接続端より前方に伝搬される電磁波Ｓ１３が、第２のスルーホール２３Ｂによって遮蔽される。これにより、コプレーナ線路基板２における接続部分での電磁波の損失が防止される。

次に、導波管型導波路１に設けられた第２のスルーホール１３Ｂによる作用を説明する。図６（Ａ），（Ｂ）は、本実施の形態に係る導波管型導波路１に対する第１の比較例としての誘電体導波管２０１の構成を示している。これは、図１３に示した誘電体導波管２０１と同じものである。図７（Ａ），（Ｂ）は、第２の比較例としての導波管型導波路１０１の構成を示している。この導波管型導波路１０１は、図６（Ａ），（Ｂ）の誘電体導波管２０１を、単純にスルーホールを用いた構造で置き換えたものである。すなわち、誘電体導波管２０１における金属壁２１１の側壁部分をスルーホール１３Ａで置き換えた構成となっている。本実施の形態に係る導波管型導波路１と比較すると、第２のスルーホール１３Ｂが設けられていない単純な構造となっている。なお、導波管型導波路１０１において、導波管型導波路１と同一の部分には、同一の符号を付している。

この単純にスルーホールで置き換えた構造の導波管型導波路１０１では、以下の問題点がある。金属壁２１１をスルーホール１３Ａに置換した場合において、仮にスルーホール１３Ａが完全に金属壁２１１として作用するものとする。この場合、金属壁２１１で構成した誘電体導波管２０１とスルーホール１３Ａを用いて構成した導波管型導波路１０１との構造的な違いは、図７（Ｂ）において斜線のハッチングを施したように、電磁波の伝搬領域外に余分に付属した誘電体部分３１，３２である。この余分な誘電体部分３１，３２は、製造上、どうしても形成されてしまうものであり、除去することは困難である。

ここで、空間に存在する電磁波のエネルギー密度Ｈは誘電率ε、電界ベクトルＥを用いて（１）式で表される。また、電界の大きさ|Ｅ|は誘電率εに反比例するので、（２）式が成り立つ。すなわち、（３）式のように、電磁波のエネルギー密度Ｈは、誘電率εに反比例する。これは、誘電率εの大きい空間は、エネルギー密度Ｈが下がることを意味する。
Ｈ＝ε|Ｅ|² ……（１）
|Ｅ|∝１／ε ……（２）
Ｈ∝１／ε ……（３）

自然界のエネルギーは、エネルギーの低い方向に拡散する性質がある。電磁波の伝搬領域（金属壁２１１の内部）の外側（金属壁２１１の外側）が空気である誘電体導波管２０１の場合は、電磁波が金属壁２１１内部の誘電体に侵入しようとするとき、電磁波は空気中に存在するよりも誘電体の中に存在した方がエネルギーが低く得をする。つまり、空気中に存在するよりは金属壁２１１の内部の誘電体部分を通ろうとする。すなわち、電磁波は図６（Ｂ）に示したように、Ｓ１方向に伝搬しようとし、空気の存在するＳ２，Ｓ３方向には伝搬されにくい。これに対して、金属壁２１１をスルーホール１３Ａに置換した構造の導波管型導波路１０１の場合、電磁波の所定の伝搬領域（スルーホール１３Ａと導体層１１，１２とで囲まれた内部領域）の外側には、上記したように余分な誘電体部分３１，３２が付属している。この余分な誘電体部分３１，３２は、所定の伝搬領域内の誘電体と同一の誘電率εの材料であるから、電磁波は図７（Ｂ）に示したように、Ｓ１方向に伝搬しようとすると共に、Ｓ２，Ｓ３方向にも伝搬しようとすると考えられる。このＳ２，Ｓ３方向に伝搬する電磁波のエネルギー分が放射損失になる可能性が大きい。

本実施の形態に係る導波管型導波路１では、コプレーナ線路基板２との接続端部分に第２のスルーホール１３Ｂが複数配列されていることで、図４に示したように、Ｓ１方向にのみ電磁波が良好に伝搬し、Ｓ２，Ｓ３方向に伝搬しようとする電磁波は第２のスルーホール１３Ｂによる擬似的な金属壁で遮蔽される。これにより、上記した余分な誘電体部分３１，３２に電磁波が伝搬するのが防止され、放射損失が防止される。

図８は、本実施の形態に係る導波管型導波路１、第１の比較例としての誘電体導波管２０１、および第２の比較例としての導波管型導波路１０１のそれぞれについて、Ｓパラメータ特性をシミュレーションにより計算した結果を示している。縦軸は減衰量（ｄＢ）、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示す。図９には、周波数２０ＧＨｚ〜３０ＧＨｚにおける特性を拡大して示した。図８および図９において、Ｓ１１−１〜Ｓ１１−３は信号の反射特性、Ｓ２１−１〜Ｓ２１−３は通過特性を示している。Ｓ１１−１，Ｓ２１−１は、誘電体導波管２０１の特性を示し、Ｓ１１−２，Ｓ２１−２は、導波管型導波路１の特性を示し、Ｓ１１−３，Ｓ２１−３は、導波管型導波路１０１の特性を示している。

シミュレーション結果から、第２のスルーホール１３Ｂを設けていない導波管型導波路１０１の場合には特性の乱れがあるが、第２のスルーホール１３Ｂを設けた新規な構造の導波管型導波路１の場合には、その特性の乱れが改善されていることが分かる。特に図９の拡大図において、符号９０を付した領域での通過特性を見て分かるように、導波管型導波路１０１の場合には、その通過特性（Ｓ２１−３）に放射損失が見られる。これに対し新規な構造である導波管型導波路１の場合の通過特性（Ｓ２１−２）は、放射損失が改善され、金属壁で構成した場合の誘電体導波管２０１の理想的な通過特性（Ｓ２１−１）に近づいている。これによって、以下のことが推測される。やはり、図７（Ａ），（Ｂ）の導波管型導波路１０１の場合には、信号の入力部で余分な誘電体部分３１，３２に電磁波が入ってしまって、放射損失が大きくなった。また、余分な誘電体部分３１，３２に貯まった分のエネルギーがリアクタンス成分となってしまったために、特性が乱れた。また、この特性の乱れは、入力部に第２のスルーホール１３Ｂを設けたことにより、改善された。

以上説明したように、本実施の形態に係る高周波モジュールによれば、コプレーナ線路基板２に接続される導波管型導波路１において、その接続端から電磁波の所定の伝搬領域外に電磁波が侵入しないよう、接続端における所定の伝搬領域外の領域に、電磁波の侵入を防止するための第２のスルーホール１３Ｂを設けるようにしたので、その接続部分における放射損失が防止され、第２のスルーホール１３Ｂを設けなかった場合に比べて優れた伝送特性を実現できる。

［変形例］
なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。

図１０（Ａ），（Ｂ）は、第１の変形例に係る高周波モジュールの構成を示している。上記実施の形態に係る導波管型導波路１では、導波管型導波路１の両端部（接続端部分）にのみ、電磁波の侵入を防止するための第２のスルーホール１３Ｂを設けていたが、この第１の変形例に係る導波管型導波路５１では、第２のスルーホール１３Ｂを側部にも設け、電磁波の所定の伝搬領域外において、外周部分全体に第２のスルーホール１３Ｂを複数配列したものである。これにより、余分な誘電体部分３１，３２（図７（Ｂ））の周囲全体が第２のスルーホール１３Ｂで囲まれ、図１０（Ｂ）に示したように、入力端のＳ２，Ｓ３方向に伝搬しようとする電磁波のみならず、Ｓ４，Ｓ５方向から側部に伝搬しようとする電磁波も、第２のスルーホール１３Ｂによる擬似的な金属壁で遮蔽される。これにより、より良好に放射損失が防止される。なお、コプレーナ線路基板２の構造については、上記実施の形態と同様である。

図１１および図１２（Ａ），（Ｂ）は、第２の変形例に係る高周波モジュールの構成を示している。この第２の変形例は、コプレーナ線路基板２に代えて、ＴＥＭモードで電磁波を伝搬するマイクロストリップ線路基板７０を備えたものである。また、導波管型導波路１に代えて、底面にマイクロストリップ線路基板７０のマイクロストリップ線路パターンに対応した線路パターン６４Ｃが形成された導波管型導波路６０を備えている。線路パターン６４Ｃは、導波管型導波路６０における電磁波の入出力端１Ａ，１Ｂ（両端部）において、底面に部分的に導体層１２の剥がされた領域６４Ａ，６４Ｂが設けられることにより、形成されている。

マイクロストリップ線路基板７０は、誘電体基板２０と、誘電体基板２０の底面に形成された第１の導体層７２と、誘電体基板２０の上面に形成され、部分的にマイクロストリップ線路７４Ｃが形成された第２の導体層７１と、導体層７１，７２間を導通する複数のスルーホール７３とを有している。マイクロストリップ線路７４Ｃの線路パターンは、電磁波の入出力端２Ａ，２Ｂ（マイクロストリップ線路基板７０の上面両端部）に形成されている。

スルーホール７３の内面はメタライズされている。スルーホール７３の断面形状は、円形に限らず、多角形または楕円等、他の形状であっても良い。スルーホール７３は、擬似的な導体壁として機能するよう、所定値以下の間隔（例えば隣り合うスルーホール７３間の間隔とスルーホール７３の直径とが同じとなるような間隔）で設けられている。スルーホール７３は、マイクロストリップ線路７４Ｃが設けられた領域以外の領域全体を取り囲むように複数配列されている。スルーホール７３が設けられていることにより、マイクロストリップ線路基板７０内において、マイクロストリップ線路７４Ｃ以外に伝搬される電磁波が遮蔽される。これにより、マイクロストリップ線路基板７０における接続部分での電磁波の損失が防止される。

以上の変形例に限らず、さらに他の変形例も考えられる。例えば、上記実施の形態では、各導波路が２つの導体層で構成されている例について説明したが、３つ以上の導体層を有する多層構造の導波路に対しても適用可能である。

また、上記実施の形態では、電磁波が導波路内を交流的に双方向に伝搬される場合を考慮して、導波管型導波路１の両端部１Ａ，１Ｂに、電磁波の侵入防止用の第２のスルーホール１３Ｂを設けるようにしたが、特に電磁波が一方向にのみ伝搬される場合には、少なくとも入力端部分にのみ第２のスルーホール１３Ｂを設けるようにしても、その入力端部分における放射損失を防止する効果は得られる。従って、例えば図１のＳ１方向にのみ電磁波が伝搬されるものであれば、少なくとも電磁波の入力端となる一方の端部１Ａ側にのみ第２のスルーホール１３Ｂを設けるようにしても良い。

本発明の一実施の形態に係る高周波モジュールの全体構成を示す外観斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る高周波モジュールの分解斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る高周波モジュールの平面図である。 本発明の一実施の形態に係る高周波モジュールにおける電磁波の伝搬状態を示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係る高周波モジュールにおける電磁波の伝搬状態を示す断面図である。 本発明の一実施の形態に対する第１の比較例の高周波モジュールの構成を示す斜視図および平面図である。 本発明の一実施の形態に対する第２の比較例の高周波モジュールの構成を示す斜視図および平面図である。 本発明の一実施の形態に係る高周波モジュールのＳパラメータ特性を比較例の特性と共に示す特性図である。 図８のシミュレーション結果を部分的に拡大して示した図である。 本発明の一実施の形態に対する第１の変形例の高周波モジュールの構成を示す斜視図および平面図である。 本発明の一実施の形態に対する第２の変形例の高周波モジュールの分解斜視図である。 本発明の一実施の形態に対する第２の変形例の高周波モジュールの平面図である。 従来の高周波モジュールの構成例を示す斜視図である。

符号の説明

１…導波管型導波路、２…コプレーナ線路基板、１０，２０…誘電体基板、１１，１２，２１，２２…導体層、１３Ａ…第１のスルーホール、１３Ｂ…第２のスルーホール、１４Ｃ，２４Ｃ…線路パターン。

Claims (9)

1. 他の導波路に接続され、前記他の導波路との間で電磁波の伝搬を行う導波管型導波路であって、
   誘電体基板と、
   前記誘電体基板を挟持するように互いに対向配置された一対の導体層と、
   前記一対の導体層間を導通し、前記一対の導体層と共に電磁波の所定の伝搬領域を形成するように複数配列された第１のスルーホールと、
   前記他の導波路との接続端から前記所定の伝搬領域外に電磁波が侵入しないよう、少なくとも前記接続端における前記所定の伝搬領域外の領域に配列され、前記一対の導体層間を導通する第２のスルーホールと
   を備えたことを特徴とする導波管型導波路。
2. 他の導波路に接続され、前記他の導波路との間で電磁波の伝搬を行う導波管型導波路であって、
   誘電体基板と、
   前記誘電体基板を挟持するように互いに対向配置された一対の導体層と、
   前記一対の導体層間を導通し、前記一対の導体層と共に電磁波の所定の伝搬領域を形成するように複数配列された第１のスルーホールと、
   前記他の導波路との接続端において、前記一対の導体層間を導通し、前記接続端に沿って前記所定の伝搬領域外の領域に形成された第２のスルーホールと
   を備えたことを特徴とする導波管型導波路。
3. 前記他の導波路は、誘電体基板と、前記誘電体基板の底面に形成された第１の導体層と、前記誘電体基板の上面に形成され、部分的に第１の線路パターンが形成された第２の導体層とを備えたものであり、
   前記他の導波路との接続部分において、前記一対の導体層の一方の側に、前記第１の線路パターンに対応する第２の線路パターンが形成され、
   前記第２のスルーホールが、少なくとも前記他の導波路との接続端において前記第２の線路パターンの延在方向に直交する方向に複数配列されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の導波管型導波路。
4. 前記第２のスルーホールは、前記所定の伝搬領域外において、外周部分全体に複数配列されている
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の導波管型導波路。
5. 導波管型導波路と、前記導波管型導波路に接続される他の導波路とを備え、前記各導波路間で電磁波の伝搬が行われるようになされた高周波モジュールであって、
   前記導波管型導波路は、
   誘電体基板と、
   前記誘電体基板を挟持するように互いに対向配置された一対の導体層と、
   前記一対の導体層間を導通し、前記一対の導体層と共に電磁波の所定の伝搬領域を形成するように複数配列された第１のスルーホールと、
   前記他の導波路との接続端から前記所定の伝搬領域外に電磁波が侵入しないよう、少なくとも前記接続端における前記所定の伝搬領域外の領域に配列され、前記一対の導体層間を導通する第２のスルーホールと
   を有することを特徴とする高周波モジュール。
6. 導波管型導波路と、前記導波管型導波路に接続される他の導波路とを備え、前記各導波路間で電磁波の伝搬が行われるようになされた高周波モジュールであって、
   前記導波管型導波路は、
   誘電体基板と、
   前記誘電体基板を挟持するように互いに対向配置された一対の導体層と、
   前記一対の導体層間を導通し、前記一対の導体層と共に電磁波の所定の伝搬領域を形成するように複数配列された第１のスルーホールと、
   前記他の導波路との接続端において、前記一対の導体層間を導通し、前記接続端に沿って前記所定の伝搬領域外の領域に形成された第２のスルーホールと
   を有することを特徴とする高周波モジュール。
7. 前記他の導波路は、誘電体基板と、前記誘電体基板の底面に形成された第１の導体層と、前記誘電体基板の上面に形成され、部分的に第１の線路パターンが形成された第２の導体層とを有し、
   前記導波管型導波路は、
   前記他の導波路との接続部分において、前記一対の導体層の一方の側に、前記第１の線路パターンに対応する第２の線路パターンが形成され、
   前記第２のスルーホールが、少なくとも前記他の導波路との接続端において前記第２の線路パターンの延在方向に直交する方向に複数配列されている
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の高周波モジュール。
8. 前記第２のスルーホールは、前記所定の伝搬領域外において、外周部分全体に複数配列されている
   ことを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
9. 前記他の導波路は、
   誘電体基板と、
   前記誘電体基板の底面に形成された第１の導体層と、
   前記誘電体基板の上面に形成され、部分的に線路パターンが形成された第２の導体層と、
   前記他の導波路内において電磁波が前記導波管型導波路との接続端より前方に伝搬しないよう、前記線路パターンの前記接続端側における端部付近に配列され、前記第１の導体層と前記第２の導体層とを導通するスルーホールと
   を有することを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
   
   

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