JP2005354368A - 導波管方向性結合器 - Google Patents

Abstract

【課題】構造を簡素化して部品点数を減らして価格を低減し、かつ、導波管部及び誘電体基板の電磁シールドの機能を確保できる導波管方向性結合器を提供する。
【解決手段】導波管方向性結合器は、電子部品６ａを搭載し電子部品搭載部以外を金属メッキし第１の導電性貫通穴６ａ、６ｂを開けた多層誘電体基板６を、導波管５ａと導波管７ａと電子部品６ｃの電磁シールドのための電磁シールド用空間５ｂ、５ｃ、７ｂを設けた金属カバー５と金属カバー７にて挟み込み、３つの部品で導波管方向性結合器を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、導波管方向性結合器に関し、特にその形状を小型化した導波管方向性結合器に関する。

マイクロ波帯およびミリ波帯における無線通信装置に用いられている電気回路は、導波管回路でなる立体回路と、抵抗、コンデンサ、トランジスタ等々の電子部品を搭載した印刷配線でなる平面回路の両方が用いられている。

この導波管回路は、誘電体基板を用いた伝送線路に比べて伝送損失を小さくできるため、受信系の雑音指数の低減や送信系の電力の向上に有効であリ、また、通過損失の小さい帯域通過フィルタや、パラボラアンテナおよびカセグレインアンテナ等の接続インターフェイスは一般的に導波管となっているため、無線装置のこれらのインターフェイスも導波管であることが望ましい。

一方、受信系の低雑音増幅器回路やミキサー回路、送信系の電力増幅回路等々を構成する半導体等々の電子部品を用いた電子回路は、直接に導波管に搭載することはできず、このため、誘電体基板の上あるいは、平面金属ケース等に搭載して、導波管とは別のモジュールとして組み立てる方法が一般的である。

電子部品は、導波管に比べて小さい形状であるので、自動組立機器を用いて効率的に組立て製造することに適しているが、回路周辺の全体を金属ケースにて覆うという電磁シールド構造を採用する必要がある。

一般に、無線通信装置においては、送信電力制御のために、送信電力の一部を分岐して検波器に接続し、その検波電圧を元にして送信電力を制御することが重要である。

送信電力の一部を分岐する手段として、送信系増幅器の最終段に方向性結合器を配置することが行われる。送信系増幅器を構成する誘電体基板にマイクロストリップラインを形成して構成された方向性結合器も搭載することは可能ではあるが、伝送損失及び結合器の方向性の観点で、方向性結合器は導波管の方が望ましい。

図１０は[非特許文献１]の第１２８頁並びに第１２９頁に開示されている導波管方向性結合器の原理説明を具体的に示す例の組み立て図であり、図１０において、２本の矩形導波管１、２のそれぞれのＥ面が共通となるように張り合わせ、このときに第１の導電性貫通穴２ａと第２の導電性貫通穴２ｂの間隔を管内波長λｇの１／４にし、矩形導波管１の第１の導電性貫通穴１ａと第２の導電性貫通穴１ｂの間隔も管内波長λｇの１／４にし、第１の導電性貫通穴２ａと第１の導電性貫通穴１ａを連通させ、第２の導電性貫通穴２ｂと第２の導電性貫通穴１ｂを連通させることにより、２つの矩形導波管１、２の間で方向性結合を実現させることができる。

今まで説明した例は、２つの矩形導波管を用いて方向性結合を実現したものであるが、[特許文献１]に開示されているように、かつ図１１に示すように１つの矩形導波管３と１つの多層誘電体基板４によって方向性結合を実現したものもある。

即ち、矩形導波管３のＨ面に、多層誘電体基板４の裏面に形成されている金属面を張り合わせ、矩形導波管３に形成された第１の導電性貫通穴３ａと第２の導電性貫通穴３ｂの間隔を所定長さとし、多層誘電体基板４の表面に形成されたマイクロストリップライン４ｃの途中に当該多層誘電体基板４の裏面方向に突出する第１の探針４ａと第２の探針４ｂを設け、第１の探針４ａを第１の導電性貫通穴３ａに位置させ、第２の探針４ｂを第２の導電性貫通穴３ｂに位置させている。

そして、第１の探針４ａと第２の探針４ｂの間隔に基づく電気長と、多層誘電体基板４上のマイクロストリップライン４ｃの電気長の差を調整することにより、方向性結合器を構成したものである。この場合、結合の一方は、導波管、他方は誘電体基板上のマイクロストリップラインとなっている。

このように構成することによって導波管方向性結合器が構成される。
中島将光著、「マイクロ波工学」、森北出版株式会社 １９７５年（第１２８頁と第１２９頁に開示） 特開平０６−１３２７１０号公報（図１、図２、[００１５]〜[００３２]に開示）

従来の導波管方向性結合器の一例である図１０に示す導波管方向性結合器においては、導波管方向性結合器に電子回路を組み合わせる為には、電子回路の電磁シールドのために別に金属ケースが１つ以上必要となる。

また、従来の導波管方向性結合器の他例である図１１に示す導波管方向性結合器においては、方向性結合器を構成する誘電体基板を他の電子回路から電磁シールドするために金属ケースが別途に必要となる。

よって、従来の導波管方向性結合器は、導波管を構成する金属管と、電子回路を電磁シールドするための金属ケースが別々であったため、装置構成が複雑で大型になり部品価格の上昇及び組立て工数の増大を招いていた。

そこで、本発明の目的は、構造を簡素化して部品点数を減らして価格を低減し、かつ、導波管部及び誘電体基板の電磁シールドの機能を確保できる導波管方向性結合器を提供することにある。

前述の課題を解決するため、本発明による導波管方向性結合器は、次のような特徴的構成を採用している。

（１）表面が金属メッキされた多層誘電体基板と、
矩形溝でなる第１及び第２の導波管部をそれぞれ形成した第１及び第２の金属カバーを有し、
前記多層誘電体基板を前記第１の金属カバーと前記第２の金属カバーで挟み込み、それぞれの前記第１及び第２の導波管部を導波管線路とし、前記第１の導波管部と前記第２の導波管部で共有する導電性貫通穴を前記多層誘電体基板に開けた導波管方向性結合器。

（２）前記第１の導波管部と前記第２の導波管部で共有する導電性貫通穴を前記多層誘電体基板に１つ開けた上記（１）に記載の導波管方向性結合器。

（３）前記第１の導波管部と前記第２の導波管部で共有する導電性貫通穴を前記多層誘電体基板に複数個を開けた上記（１）に記載の導波管方向性結合器。

（４）前記多層誘電体基板は、前記導波管線路の形成部を除いた部位に、電子部品が搭載されている上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の導波管方向性結合器。

（５）前記電子部品が搭載された部位の電磁シールドを、前記第１の金属カバー及び／または前記第２の金属カバーで兼ねさせる上記（１）に記載の導波管方向性結合器。

（６）前記第１の導波管部と前記第２の導波管部のいずれかが直線状に形成される上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の導波管方向性結合器。

（７）前記第１の導波管部と前記第２の導波管部のそれぞれが直線状に形成される上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の導波管方向性結合器。

本発明による導波管方向性結合器は、表面が金属メッキされた多層誘電体基板と、矩形溝でなる第１及び第２の導波管部をそれぞれ形成した第１及び第２の金属カバーとを有し、前記多層誘電体基板を前記第１の金属カバーと前記第２の金属カバーで挟み込み、それぞれの前記第１及び第２の導波管部を導波管線路とし、前記第１の導波管部と前記第２の導波管部で共有する導電性貫通穴を前記多層誘電体基板に開けるように構成しているので、２つの導波管と、電子回路のための誘電体基板と、電子回路を電磁シールドする金属ケースを３つの部品で構成でき、このため、構造が簡単になり部品価格も安く、組立ても容易になリ、さらに、導波管を電磁結合させている導電性貫通穴は、誘電体基板の電子回路配線の製造時に同時に作成できるため製造工程を著しく簡略化することができる。

本発明の実施の形態を[実施例１]として図１乃至図３を用いて説明する。導波管方向性結合器を示す図１は組立て図、図２は断面図、図３は透視図である。

各図において、本例の導波管方向性結合器の要部は、金属カバー５と多層誘電体基板６と金属カバー７の３つの部材で構成され、多層誘電体基板６は、抵抗、コンデンサ、トランジスタ等々の素子でなる電子部品６ｃがその片面または両面に搭載され、当該部品搭載部以外の部分が金属メッキされている。

この多層誘電体基板６の中央部には所定の間隔を保って第１の導電性貫通穴６ａと第２の導電性貫通穴６ｂがスルーホール形成手段等を用いて穿設されている。

一方、金属カバー５には、図１中の上左部分に当該金属カバー５を裏返して重複表示されるように、導波管経路を形成する矩形断面で直線状の導波管５ａが形成され、その両側の領域に電磁シールド用空間５ｂ、５ｃが形成されている。

金属カバー７にも導波管経路を形成する矩形断面で略Ｕ字状の導波管７ａが形成され、前述の電磁シールド用空間５ｃに対向する位置に電磁シールド用空間７ｂが形成されている。

従って、多層誘電体基板６の表面と裏面を金属カバー５と金属カバー７で挟み込むと、導波管５ａと導波管７ａが多層誘電体基板６の金属平面で覆われるために所定の導波管経路が形成される。

このとき、導波管５ａと導波管７ａは、第１の導電性貫通穴６ａと第２の導電性貫通穴６ｂの存在により、当該貫通穴が導波管経路で共有されるように配置され、第１の導電性貫通穴６ａと第２の導電性貫通穴６ｂの間隔を、導波管内波長の例えば１／４に設定すると、２つの導波管の間で電磁結合された方向性結合器が構成される。

また、多層誘電体基板６に搭載されている電子部品６ｃは、導波管線路を構成している金属カバー５の電磁シールド用空間５ｂと電磁シールド用空間５ｂによって金属面で覆われるために、導波管経路との間が略完全に電磁シールドされる。

多層誘電体基板６の裏面に搭載される電子部品（図面には表現されず）は、電磁シールド用空間７ｂの存在により略完全に電磁シールドされる。

なお、本例では第１の導電性貫通穴６ａと第２の導電性貫通穴６ｂの２つの貫通穴が穿設されているが、必要に応じてその数を増やすことができる。

次に、本発明の実施の形態を[実施例２]として図４乃至図６を用いて説明する。本例の導波管方向性結合器を示す各図のうち図４は組立て図、図５は断面図、図６は透視図である。

各図において、本例の導波管方向性結合器の要部は、金属カバー５と多層誘電体基板６と金属カバー８の３つの部材で構成され、本例と[実施例１]との違いは、[実施例１]における金属カバー７を変更して金属カバー８としたもので、導波管５ａに多層誘電体基板６を介して対向して配置される金属カバー８に形成される導波管８ａを直線状に形成し、導波管５ａと導波管８ａが直交して配置されるようにすると共に、多層誘電体基板６の中央に形成される第１の導電性貫通穴６ａと第２の導電性貫通穴６ｂを十字上に穿設したものである。

多層誘電体基板６は、抵抗、コンデンサ、トランジスタ等々の素子でなる電子部品６ｃがその片面または両面に搭載され、当該部品搭載部以外の部分が金属メッキされている。

従って、多層誘電体基板６の表面と裏面を金属カバー５と金属カバー８で挟み込むと、導波管５ａと導波管８ａが多層誘電体基板６の金属平面で覆われるために十字状に交差する所定の導波管経路が形成される。

このとき、導波管５ａと導波管８ａは、第１の導電性貫通穴６ａと第２の導電性貫通穴６ｂの存在により、当該貫通穴が導波管経路で共有されるように配置されるので、２つの導波管の間で電磁結合された方向性結合器が構成される。

また、多層誘電体基板６に搭載されている電子部品６ｃは、導波管線路を構成している金属カバー５の電磁シールド用空間５ｂと電磁シールド用空間５ｂによって金属面で覆われるために、導波管経路との間が略完全に電磁シールドされる。

多層誘電体基板６の裏面に搭載される電子部品（図面には表現されず）は、電磁シールド用空間８ａ、８ｂの存在により略完全に電磁シールドされる。

なお、本例では第１の導電性貫通穴６ａと第２の導電性貫通穴６ｂの２つの貫通穴が穿設されているが、必要に応じてその数を増やすことができる。

次に、本発明の実施の形態を[実施例３]として図７乃至図９を用いて説明する。本例の導波管方向性結合器を示す各図のうち図７は組立て図、図８は断面図、図９は透視図である。

各図において、本例の導波管方向性結合器の要部は、多層誘電体基板１０と金属カバー５と金属カバー９の３つの部材で構成され、本例と[実施例１]との違いは、[実施例１]における多層誘電体基板６と金属カバー７のそれぞれを変更して多層誘電体基板１０と金属カバー９とし、金属カバー５の導波管５ａに対向する金属カバー９の導波管９ａを平行や直交ではないように所定の角度を付けて配置し、それに対向配置される導電性貫通穴１０ａを交点の中心に穿設したものである。

各図において、本例の導波管方向性結合器の要部は、金属カバー５と多層誘電体基板１０と金属カバー９の３つの部材で構成され、多層誘電体基板１０は、抵抗、コンデンサ、トランジスタ等々の素子でなる電子部品１０bがその片面または両面に搭載され、当該部品搭載部以外の部分が金属メッキされている。

この多層誘電体基板１０の中央部には１つの導電性貫通穴１０ａがスルーホール形成手段等を用いて穿設されている。

一方、金属カバー９は、導波管経路を形成する導波管９ａが形成され、その両側の領域に金属カバー９ｂと電磁シールド用空間９ｃが形成されている。

従って、多層誘電体基板１０の表面と裏面を金属カバー５と金属カバー９で挟み込むと、導波管５ａと導波管９ａが多層誘電体基板１０の金属平面で覆われるために所定の角度で交差する導波管経路が形成される。

このとき、導波管５ａと導波管９ａは、導電性貫通穴１０ａの存在により、当該貫通穴が導波管経路で共有されるように配置されるので、２つの導波管の間で電磁結合された方向性結合器が構成される。

また、多層誘電体基板１０に搭載されている電子部品１０ｂは、導波管線路を構成している金属カバー５の電磁シールド用空間５ｂと電磁シールド用空間５ｃによって金属面で覆われるために、導波管経路との間が略完全に電磁シールドされる。

多層誘電体基板１０の裏面に搭載される電子部品（図面には表現されず）は、電磁シールド用空間９ｂ、９ｃの存在により略完全に電磁シールドされる。

なお、本例では多層誘電体基板１０に１つの導電性貫通穴１０ａが穿設されているが、必要に応じてその数を増やして複数とすることができる。

本発明の実施の形態による[実施例１]導波管方向性結合器の組立て図である。 図１に示される本発明の[実施例１]の導波管方向性結合器の断面図である。 図１に示される本発明の[実施例１]の導波管方向性結合器の透視図である。 本発明の実施の形態による[実施例２]導波管方向性結合器の組立て図である。 図４に示される本発明の[実施例２]の導波管方向性結合器の断面図である。 図４に示される本発明の[実施例２]の導波管方向性結合器の透視図である。 本発明の実施の形態による[実施例３]導波管方向性結合器の組立て図である。 図７に示される本発明の[実施例３]の導波管方向性結合器の断面図である。 図７に示される本発明の[実施例３]の導波管方向性結合器の透視図である。 従来の導波管方向性結合器の一例を示す分解斜視図である。 従来の導波管方向性結合器の他例を示す分解斜視図である。

符号の説明

１ 矩形導波管
１ａ 第１の導電性貫通穴
１ｂ 第２の導電性貫通穴
２ 矩形導波管
２ａ 第１の導電性貫通穴
２ｂ 第２の導電性貫通穴
３ 矩形導波管
３ａ 第１の導電性貫通穴
３ｂ 第２の導電性貫通穴
４ 多層誘電体基板
４ａ、４ｂ 探針
４ｃ マイクロストリップライン
５、７、８、９ 金属カバー
５ａ、７ａ、９ａ、８ａ 導波管
５ｂ、５ｃ、７ｂ、８ｂ、８ｃ、９ｂ、９ｃ 電磁シールド用空間
６、１０ 多層誘電体基板
６ａ 第１の導電性貫通穴
６ｂ 第２の導電性貫通穴
６ｃ、１０ｂ 電子部品
１０ａ 導電性貫通穴

Claims (7)

1. 表面が金属メッキされた多層誘電体基板と、
   矩形溝でなる第１及び第２の導波管部をそれぞれ形成した第１及び第２の金属カバーを有し、
   前記多層誘電体基板を前記第１の金属カバーと前記第２の金属カバーで挟み込み、それぞれの前記第１及び第２の導波管部を導波管線路とし、前記第１の導波管部と前記第２の導波管部で共有する導電性貫通穴を前記多層誘電体基板に開けたことを特徴とする導波管方向性結合器。
2. 前記第１の導波管部と前記第２の導波管部で共有する導電性貫通穴を前記多層誘電体基板に１つ開けたことを特徴とする請求項１に記載の導波管方向性結合器。
3. 前記第１の導波管部と前記第２の導波管部で共有する導電性貫通穴を前記多層誘電体基板に複数個を開けたことを特徴とする請求項１に記載の導波管方向性結合器。
4. 前記多層誘電体基板は、前記導波管線路の形成部を除いた部位に、電子部品が搭載されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の導波管方向性結合器。
5. 前記電子部品が搭載された部位の電磁シールドを、前記第１の金属カバー及び／または前記第２の金属カバーで兼ねさせること特徴とする請求項４に記載の導波管方向性結合器。
6. 前記第１の導波管部と前記第２の導波管部のいずれかが直線状に形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の導波管方向性結合器。
7. 前記第１の導波管部と前記第２の導波管部のそれぞれが直線状に形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の導波管方向性結合器。

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