JP2005536144A

JP2005536144A - 一致した伝送線路相互接続装置

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Publication number: JP2005536144A
Application number: JP2004529051A
Authority: JP
Inventors: ツンエー．ニュエン，; アナンドガンダバジャラ，; ウィリアムデールブッシュ，; トーマスマシュー，; チャンゴンリウ，; トンチンワン，; モニジー．マシュー，
Original assignee: レッドクローバーネットワークス，インコーポレイテッド
Priority date: 2002-08-14
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2005-11-24
Also published as: WO2004017516A1; CN1748364A; AU2003218435A1; CN100588118C

Abstract

本発明により、同軸伝送線路と共面導波路とを双方向に結合する相互接続装置が提供される。相互接続装置は、同軸伝送線路と共面導波路の間に移行領域を提供するようになっており、同軸伝送線路の電界から共面導波路の電界への滑らかな移行ならびに同軸伝送線路と共面導波路の間の広帯域なインピーダンス整合をもたらす。好適な例においては、相互接続装置は、内部導体及び外部導体を有する同軸伝送線路を、中心トレース及び間隔をあけて配置された２つのコプラーナ接地平面を有した共面導波路に相互接続するために用いられる。

Description

（発明の分野）
本発明は、広義には、通信製品で用いられる相互接続装置の設計に関し、特に、タイプの異なる伝送線路間の相互接続装置に関する。

（背景）
開発が進む通信技術における一般的な傾向は、従来品と比べて高レベルのトラフィック容量を新製品にサポートさせることである。通例、より高いレベルのトラフィック容量をサポートするということは、すなわち、新製品が従来品と比べてより広い周波数帯（すなわち、帯域幅）にわたり動作可能である必要がある、ということである。さらに、より広い帯域幅が求められるのにつれて、新製品を構成する部品―マイクロチップ及びケーブルからパッケージまで―の物理的設計（幾何学形状）が、サポートされ得るトラフィック容量にますます大きな影響を持つようになる。

特に、種々の製品をつなぎ合わせるために使用される物理的な相互接続装置は、その製品の動作可能帯域幅を制限する、重大なボトルネックである。具体的には、この相互接続装置は、あるタイプの伝送線路、例えば異なる製品の接続に使用される同軸伝送線路から、別タイプの伝送線路、例えば製品内部で使用される、製品の動作可能帯域幅を制限する共面導波路への移行部である場合もある。

これらの移行部に関する主要な要件は、接続される、タイプの異なる伝送線路間のインピーダンス整合である。タイプの異なる伝送線路間の移行部のインピーダンスを確実に整合させることによって、低発散損及び低反射損の両方を達成できる。しかし、現時点まで、物理的相互接続装置は、通常、比較的狭い周波数範囲でインピーダンスを整合させるようにしか設計されていない。従来は、かなり広い範囲の周波数にわたって比較的一様なまたは一定なインピーダンス整合を提供することは、ほとんど不可能であった。広帯域通信に対応するように設計された従来の相互接続装置は、一般に、関心の伝送帯で比較的一定なインピーダンス整合を提供すために、高価で非実用的な能動インピーダンス整合回路網を必要とするものであった。

（発明の概要）
本発明のひとつの態様によれば、間隔をあけて配置された少なくとも２つの導体を有する、第１のタイプの第１の伝送線路を、間隔をあけて配置された少なくとも２つの導体を有する、第２のタイプの第２の伝送線路に双方向に結合する相互接続装置であって、前記第１の伝送線路の第１の導体に結合するようにした第１の端部と、前記第２の伝送線路の第１の導体に結合するようにした第２の端部とを有する内部導体手段と、前記第１の伝送線路の第２の導体に結合するようにした第１の端部と、前記内部導体手段の前記第２の端部に隣接し且つ前記第２の伝送線路の第２の導体に結合するようにした第２の端部とを有する外部導体手段と、前記外部導体手段の前記第１及び第２の端部間に延在する移行領域であって、前記第１の伝送線路から前記第２の伝送線路へ電界が滑らかに移行し且つ前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路間のインピーダンスが整合するように形成された移行領域とを備える相互接続装置が提供される。

好適な実施例においては、相互接続装置は、内部導体及び外部導体を有する同軸伝送線路を、中心トレース及び間隔をあけて配置された２つのコプラーナ接地平面を有した共面導波路に相互接続するために用いられる。この場合、相互接続装置の外部導体手段の第１の端部は、相互接続装置の内部導体のまわりに同心円状に延び、同軸ケーブルの外部導体に結合するようになっており、相互接続装置の外部導体の第２の端部は、相互接続装置の内部導体の第２の端部のまわりの一部分だけに延び、共面導波路のコプラーナ接地平面に結合するようになっている。

本発明の他の態様及び特徴は、本発明の具体的な実施例についての以下の記載を検討することで当業者には明らかになるであろう。

ここで添付図面を参照し、本発明をより詳細に説明する。

（好適な実施例の詳細な説明）
図１Ａを参照すると、本発明にしたがって共面導波路（ＣＰＷ）５７を同軸伝送線路２７に双方向に接続するよう設計された相互接続装置１００が示されている。相互接続装置１００は双方向型であるので、マイクロ波電力（電磁波）は、相互接続装置１００を通りＣＰＷ５７または同軸伝送線路２７のどちらか一方から出力され、その後他の伝送線路に通される。

図１Ｃ及び１Ｄは、それぞれＣＰＷ５７と同軸伝送線路２７の断面図を示す。図１Ｃを参照すると、ＣＰＷ５７は、中心線５０（すなわちトレース）及び２つのコプラーナ接地平面５１ａと５１ｂから構成されている。中心線５０及びコプラーナ接地平面５１ａ及び５１ｂが伝送線路を形成するよう、各コプラーナ接地平面５１ａ及び接地平面５１ｂは、短距離ｄ_１だけ中心線５０から隔てられている。中心線５０及びコプラーナ接地平面５１ａと５１ｂは、誘電体基板５３の上面に位置する。誘電体基板は、デュロイド、セラミックまたはその他の適切な物質であれば、どれであってもよい。

さらに図１Ｅ及び１Ｆを参照すると、本実施形態において中心線５０は、同軸伝送線路２７に対する接続部に向かって幅広くなっている。しかし、この特徴は中心線５０の実用的な適合例であり、必ずしも相互接続装置１００の不可欠な特徴ではないことが、当業者には理解されるであろう。

一方、図１Ｄを参照すると、同軸伝送線路２７は、内部ピン２０及び外部導体２１から構成され、外部導体２１は一般に接地平面として機能する。通常、内部ピン２０及び外部導体２１との間に誘電体が存在する。誘電体は空気であってもよいし、または使用条件によって、柔らかくても硬くてもよい別の誘電体物質であってもよい。

また、図１Ｃ及び１Ｄには、それぞれ対応する電界パターン５８と２８（一般に「電界モード」または単に「モード」と言われる）が示されている。電界パターン５８及び２８は共に、内部導体（すなわち、それぞれ中心線５０と内部ピン２０）から生じ、それぞれ対応するコプラーナ接地平面５１ａ、５１ｂ及び２１で終端する。しかし、各タイプの伝送線路５７及び２７に対応する実際の電界パターン５８及び２８は、それらの振幅及び電場分布（パターン）形状の点で、まったく異なっている。当業者には、静止的に描かれている電場分布（パターン）５８及び２８が、単に例示の目的で示されているものであることが、理解されるであろう。

具体的には、ＣＰＷ５７に生じる電界パターン５８は、中心線５０の長手方向軸に関して対称な蝶形のパターンを成しているので、別個の２つの電界サブパターンを区別でき、各電界サブパターンは各コプラーナ接地平面５１ａ及び５１ｂでそれぞれ終端している。さらに、電界パターン５８は、中心線５０がコプラーナ接地平面５１ａ及び５１ｂに最も近い領域において最も強い。一方、同軸伝送線路２７に生じる電界パターン２８は、内部ピン２０から外側へ放射状に放射し、外部導体２１で終端する。電界パターン２８は、内部ピン２０からの半径方向位置が等しい領域においてほぼ等しい大きさを有している。

タイプの異なる２つの伝送線路―ＣＰＷ５７及び同軸伝送線路２７―は、相互接続装置１００を介して、インピーダンス整合及び電界整合（モード整合）の両方を達成できる。換言すると、相互接続装置１００は、同軸伝送線路２７の電界パターン２８が、ＣＰＷ５７の電界パターン５８に実質的に滑らかに変化する移行領域を形成している。この実質的に滑らかな移行部は、それぞれの伝送線路５７と２７の電界５８と２８が相互接続装置１００を通して整合されるので、これまで達成可能であったより広い帯域幅にわたるインピーダンス整合を可能にする。

図１Ａ、１Ｂ、１Ｆ及び１Ｇを参照すると、相互接続装置１００は、２つの部分から構成されている。第１の部分は、パッケージ基板４０であり、その上にＣＰＷ５７が延在している。第２の部分は、パッケージ面４３であり、その上に従来の同軸伝送線路接続９０を実装できる。従来の同軸伝送線路接続９０は、ねじ９１及び９２またはエポキシ、はんだ付けまたは他の同等な留め具等により、パッケージ面４３に固定される。

いくつかの実施例では、パッケージ面４３及びパッケージ基板４０は、好ましくは金属の固体片から圧延される。例えば、金属はアルミニウム、真鍮または金でもよい。あるいは、パッケージ面４３またはパッケージ基板４０のいずれかまたは両方は、下記に詳しく説明するように、相互接続装置１００内の移行領域を支持するのに必要な金属面を有する非導電材料（例えば射出成形ポリマー）から形成することもできる。

図１Ｂを参照すると、図１Ａの線Ｂ―Ｂに沿った相互接続装置１００の断面図が示されている。典型的な従来の同軸伝送線路接続９０は、金属ハウジング７１内の所定の場所に保持された同軸伝送線路２７の短片から構成される。また、従来の同軸伝送線路接続具９０は、従来の同軸伝送線路接続具９０内で別の長さの同軸伝送線路（図示せず）を所定の位置に保持し、同軸伝送線路２７の短片と接続させるようにねじ切りされた六角ナット７２（または同様な留め金）を有する。この従来の同軸伝送線路接続具９０の構造は一般的なものであり、別の１本の同軸伝送線路を所定の場所に保持する適宜の構造、即ち別の１本の同軸伝送線路に接続可能な同軸伝送線路２７の短片を備えた結果と同効の構造であれば、どのような構造と置換することもできる。

一般に、同軸伝送線路２７の短片と別の１本の同軸伝送線路が、実質的に連続した１本の同軸伝送線路になるように同軸伝送線路２７の短片と別の１本の同軸伝送線路の連続が行われることは、広く理解されている。これは、同軸伝送線路２７の短片の内部ピン２０及び外部導体２９を、別の１本の同軸伝送線路の対応する内部ピン（図示せず）及び外部導体（図示せず）に当接、したがって電気的に接触させることによって行われる。

本実施例では、同軸伝送線路２７の短片は、この短片の外部導体２９がパッケージ面４３に当接されるよう保持されており、従ってこのパッケージ面４３に電気的に接触している。その結果、パッケージ面４３は、外部導体２９とともに接地している。

同軸伝送線路２７の短片の外部導体２９は、パッケージ面４３の孔４５に置換される。従って、相互接続装置１００は、孔４５の金属の境界面を介してパッケージ面４３を通る同軸型の伝送線路を提供する。同軸伝送線路における誘電体は、一般に孔４５内の空気によって構成されるので、孔４５の直径は、同軸伝送線路２７の特性インピーダンスに整合するよう調節される。

図１Ｂに示されるように、内部導体２０は、パッケージ面４３の内部のガラスビーズ１８及び従来の同軸伝送線路９０の内部のガラスビーズ１９により支持されてもよい。ガラスは空気より大きい誘電率を持つため、相互接続装置１００の本実施例では、ガラスビーズ１８及び１９は、それぞれ同軸伝送線路２７及び孔４５の対応する直径より大きい外径を有する。ガラスビーズ１８及び１９の使用は本発明においては必須の構成ではない。ガラスビーズ１８及び１９は、内部ピン２０を中断することなく機械的に支持するように意図されているが、これは他の様々な方法で実現することも可能である。例えば、同軸伝送線路は充填した空気でなくてもよく、代わりに誘電材料で内部ピン２０及び外部導体２９間の空間を埋めてもよいが、その場合、誘電材料が、ガラスビーズ１８及び１９の必要を無くすのに十分な機械的支持を内部ピン２０に提供してもよい。

図１Ｂに示されるように、孔４５の境界により形成される外部導体面の先端部は、相互接続部１００の移行領域を開始するために除去されている。実際には、凹部４３ａが、パッケージ面４３の前面の中に孔４５に達する状態で内部ピン２０の自由端の周りに半円開口部４６を作るように、フライス加工（機械加工）により形成されている。本実施形態では、凹部４３ａをパッケージ面４３にフライス加工することによって、相互接続装置１００内の移行領域の要素（半円開口部４６）を設けるのだが、別の実施形態では、凹部４３ａをパッケージ面４３にフライス加工することによって形成されるそれらの要素を、他の方法で設けることが可能である。

半円開口部４６内部において、導電スリーブ３０が内部ピン２０の自由端を包囲し、電気的にこれに接触する。導電スリーブ３０は、内部ピン２０及び中心線５０が導電スリーブ３０を介して電気的に接続するよう、内部ピン２０の自由端を越えてＣＰＷ５７の中心線５０の上に延びる接触ストリップ３１を有する。導電スリーブ３０は、適当な力を加えればスリーブを動かすことが出来るように、はんだ付け無しで内部ピン２０に固定されることが好ましい。また、導電スリーブ３０の接触ストリップ３１は、接触ストリップ３１と電気的な接触をする中心線５０の上に載ることが好ましく、はんだ付けされないことが好ましい。はんだ付け接続なしに、導電スリーブ３０を介して内部ピン２０及び中心線５０間に電気接触を形成することにより、振動及び熱で誘発される応力及びひずみのような偶発的な動きがある場合に相互接続装置１００の応力が緩和される。

具体的には、図１Ｇを参照すると、パッケージ面４３の一部分の部分斜視図が示されている。内部ピン２０を直接包囲するパッケージ面４３の材料のみが、示されている。また、この図では、パッケージ面４３における孔４５及び半円開口部４６に対する内部ピン２０の相対配向が示される。内部ピン２０は、実質的に、孔４５の中心に沿って整合しており、従って半円開口部４６の上端中央に整合している。

半円開口部４６は、内部ピン２０から放射される電界に実質的に大きな変化を生じさせる。半円開口部４６内部の内部ピン２０上方には導電材料が無いため、より多くの電界成分が半円開口部４６の導電面に向かって水平に発せられるように変化した電界が誘起される。

接地平面５１ａ及び５１ｂは、接地接点２３ａ及び２３ｂを介してパッケージ面４３に接続される。本実施形態では、接地接点２３ａ及び２３ｂは、図１Ｆで示されるように、パッケージ面４３にフライス加工された凹部４３ａの上面４３ｂ上に位置する。パッケージ面４３は、内部ピン２０のための接地面を提供しているので、パッケージ面４３は接地される必要がある。この目的で、ＣＰＷ５７及び同軸伝送線路２７は共に接地接点２３ａ及び２３ｂを通して接地される。接地接点２３ａ及び２３ｂは、（パッケージ面４３における凹部４３ａの）上面４３ｂまたはそれぞれのコプラーナ接地平面５１ａ及び５１ｂの、両方ではなく、どちらか一方に溶接されることが好ましい。従って、パッケージ面４３及びそれぞれのコプラーナ接地平面５１ａ及び５１ｂの両方に対して電気的な接触が保たれる。このようにすることによって、何らかの力を生じるような偶発的な動きがあった場合に、ここでも応力緩和が行われる。

図示される相互接続装置１００は、金属の単片からフライス加工されたパッケージ基板４０及びパッケージ面４３を有する。従って、パッケージ基板４０もまた、電気的に接地される。しかし前述したように、いくつかの実施形態で、パッケージ基板４０及びパッケージ面４３は、金属の同一片から加工されなくてもよい。そのような場合、パッケージ基板４０がその表面に電荷を有しないこと、または相互接続装置１００に影響し得るような、パッケージ基板４０に結合される寄生信号を有しないことを確実にするために、特別な注意が要求されることもある。

相互接続装置１００の電気接地をシステムの電気接地とするために、パッケージ基板４０の表面は実質的に導電性であることが望ましい。典型的な例では、相互接続装置１００を実装する製品は、システム全体の基板（図示せず）に取り付けられ、製品パッケージ内で生成される熱を放散させるとともに電気接地電位を一様にするように、ねじ止めまたは蝋付けされる。

孔４５を貫通する同軸伝送線路２７の直径が孔４５の直径と同じになるように内部ピンを誘電材料で包被することは当業者にとって明かであろう。先に記載したように、誘電材料は、ガラスビーズ１８及び１９を含む必要を無くすに十分な機械的支持を内部ピン２０に与えるものとすべきである。

図１Ｂ及び１Ｅもまた、ＣＰＷ５７に接続される移行領域の側面にある相互接続装置１００の多くの特徴を示している。まず、図１Ｂを参照すると、図１Ａに示される線Ｂ―Ｂに沿った相互接続装置１００の一部分の断面図が示されている。内部ピン２０を包囲するパッケージ面４３の半円開口部４６は、図示を明快にするために省略されている。半円開口部４６を貫通する内部ピン２０は、先に記載したように、ＣＰＷ５７の中心線５０に電気的に接続するよう示されている。これまでに示されていない重要な詳細は、ＣＰＷ５７が実質的にくぼみ４２の上にまで延びているのに対し、導電スリーブ３０で外装されている内部ピン２０が、パッケージ基板４０にフライス加工されたくぼみ４２の中に留まっていることである。

くぼみ４２は、伝送線路の端効果（すなわち、過渡、反射、電力結合など）とパッケージ基板４０の相互作用を最小限にするためにパッケージ基板４０にフライス加工される。また、くぼみ４２は、くぼみ４２の上のＣＰＷ５７の配置とともに、図１Ｅにも明確に示されている。さらに、実施形態によっては、低誘電率を持つ低損失誘電材料でくぼみ４２を充填することが望ましいが、空気（誘電体として）を適切に使用することも可能である。

くぼみ４２は、導電スリーブ３０及び接触ストリップ３１を介して内部ピン２０がＣＰＷに接続する領域の下方のエリアに局所的に設けられる。くぼみ４２は、ＣＰＷ５７の全長にわたって基板の下に延びる溝４１よりもずっと深い。さらに、くぼみ４２は、相互接続装置１００内部で電界を整形するとともに、溝４１が内部ピン２０に短絡しないことを確実にするという別の目的にかなうものである。くぼみ４２はまた、ＣＰＷのようなやり方で、側壁部（くぼみ４２内の）において横方向電界が終端するように電界を誘起されるのを助ける働きをする。

パッケージ基板４３へのくぼみの最小深さ及びその延在長に関して述べると、くぼみの最小深さ及びその延在長が少なくとも内部ピン２０の直径及び半径にそれぞれ等しいことである。詳述すると、くぼみの深さの選定は、３つの設計配慮事項をを満たす要求により定まる。第１の配慮事項は、目的とするＣＰＷモードから引き出される総エネルギー量を減少させるために行われる、寄生マイクロストリップモード抑制である。第２の配慮事項は、有効誘電率を低下させる要望であり、これはＣＰＷ５７の共振周波数を上昇させる効果がある。最後に第３の配慮事項は、電気的に相互接続される基板及びＭＭＩＣ（ミリ波集積回路）間の高さの差を補正するようにくぼみ４２を設計できることである。くぼみの深さがゼロであるような極端な設計は、浮遊ＣＰＷ（ＳｕｓｐｅｎｄｅｄＣＰＷ）がＣＢＣＰＷ（ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−ｂａｃｋｅｄＣＰＷ）となってしまうので許されない。ＣＢＣＰＷ線路は、より大きなモードフリーの動作帯域幅及びより大きな実現可能なインピーダンス値範囲などの、サスペンデッドＣＰＷ線路が持っている望ましい性質を有さない。

図２Ａ及び２Ｂは、図１Ａに示される相互接続装置１００の第１の変形例を示している。相互接続装置１００のこの第１の変形例では、図１Ａに示される半円開口部４６は、半楕円開口部４６ａと置き換えられる。内部ピン２０は、先に半円開口部４６内部にあったように、半楕円開口部４６ａの中心に沿って位置合わせされている。この結果、内部ピン２０は円形孔４５を出て、半楕円開口部４６ａに入り、この半楕円開口部４６ａが電界モードをＣＰＷ５７の電界５８に近づくように変更する。

図２Ｂを参照すると、結果として生じる電界３８ａが半楕円開口部４６ａの断面図内に示されている。さらに図１Ｇを参照すると、半楕円開口部４６ａの底部は、半円開口部４６よりも内部ピン２０から離れているため、結果として生じる電界３８ａは、当初の電界３８よりも水平方向に強く、下方垂直方向に弱くなる。従って、結果として生じる電界３８ａはＣＰＷ５７の電界５８に、より近く整合するのである。

図３Ａ及び３Ｂは、本発明に係る相互接続装置１００の第２の変形例を示す。相互接続装置１００のこの第２の変形例で、図１に示される半円開口部４６は、内部ピン２０が半楕円開口部４６ｂに置き換えられており、この半楕円開口部４６ｂの中心と面一または実質的にその下方に内部ピン２０が並んだ状態とされている。半楕円開口部４６ｂは、半楕円開口部４６ａよりも狭くて深い。この結果、内部ピン２０は円形孔４５を出ると、半楕円開口部４６ｂに入り、この半楕円開口部４６ｂが電界モードをＣＰＷ５７の電界５８に近づくように変更する。

図３Ｂを参照すると、結果として生じる電界３８ｂが半楕円開口部４６ｂの断面内に示されている。さらに図１Ｇ及び２Ｂを参照すると、半楕円開口部４６ｂの底部は、半楕円開口部４６ａよりも内部ピン２０から離れているため、結果として生じる電界３８ｂは、電界３８ａよりも下方垂直方向においてずっと弱い。その上、半楕円開口部４６ｂの底部は、半円開口部４６よりも内部ピン２０からいっそう離れている。従って、電界３８と比べると、電界３８ｂは電界３８ａとの比較におけるより、下方垂直方向にさらに弱くなっている。より狭く、より深い半楕円開口部４６ｂの下方に内部ピンが整列されているため、電界３８ｂの水平方向成分は、電界３８及び３８ａの双方に較べて強い。それ故、内部ピン２０は、半楕円開口部４６ｂのほぼ水平な面により近接している。このように、結果として生じる電界３８ｂは、その水平成分の誘起の変化の結果として、電界３８及び３８ａと比べ、ＣＰＷ５７の電界５８により近く整合する。

図４Ａ及び４Ｂは、本発明に係る相互接続装置１００の第３の変形例を示す。相互接続装置１００のこの第３の変形例では、導電性の曲がったリボン２６が、半円開口部４６の上部に配置される。曲がったリボン２６の幾何学的配置（曲がり及び幅などの形状）を変えることにより、相互接続装置１００の周波数応答を調節できる。上記に述べた最初の２つの変形例、及び下記に述べる次の変形例にしたがって構成される相互接続装置に対して、本例における曲がったリボン２６を追加できることは、当業者には明らかであろう。

リボン形状がほぼ半円形の場合に反射損失が最良となる。曲がったリボン２６の効果は、電界３８ｃの一部が曲がったリボン２６で終端するよう電界３８ｃを引き上げることである。これは、要望される効果とは一部相反する結果を招き、曲がったリボン２６が内部ピン２０に近接しすぎると、反射損失が著しく悪化する。しかし、曲がったリボン２６がほぼ半円である（よって内部ピン２０から十分に離れている）とき、反射損失はほぼ一様で、全周波数に渡り５０オームの特性インピーダンスを示す。

図５Ａ及び５Ｂは、本発明に係る相互接続装置１００の第４の変形例を示す。相互接続装置１００のこの第４の変形例では、図１Ｇに示される半円開口部４６が矩形開口部４６ｄに置き換えられている。内部ピン２０は、図３Ｂで先に示された半楕円開口部４６ｂのように、矩形開口部４６ｄと中心にと面一またはその下方に位置合わせされる。この結果、内部ピン２０は円形孔４５を出ると、矩形開口部４６ｄに入り、この開口部４６ｄが電場分布を変化させ、ＣＰＷ５７の電界５８により近づくよう電界モードを変更する。

図５Ｂを参照すると、結果として生じる電界３８ｄが矩形開口部４６ｄの断面内に示されている。さらに図１Ｇを参照すると、矩形開口部４６ｄの底部は、半円開口部４６の底部に比べると、内部ピン２０からさらに離れているため、電界３８ｄは水平方向にはるかに強くなり、矩形開口部４６ｄの底部に終端する電界の成分は無視できる。従って、結果として生じる電界３８ｄは、ＣＰＷ５７の電界５８と実質的に同じである。

最後に、図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃで示されるのは、本発明に係る相互接続装置１００の好適な実施形態の部分斜視図である。孔４５と矩形開口部４６ｅとの間には、複数箇所をフライス加工によって取り除くことによって段差４７が多段にわたって形成された滑らかな移行部が存在する。段差４７は、滑らかな移行部を形成するように十分に小さいことが好ましい。実際、いくつかの実施形態の滑らかな移行部は、段差４７を設けるのではなく、図６Ｂで示されるように１回の機械加工段階で滑らかな曲面を形成する技術を用いてフライス加工されてもよい。

特に、図６Ｂを参照すると、図６Ａに示される相互接続装置１００のパッケージ面４３の一部分の理想的な部分斜視図が示されている。内部ピン２０を直接包囲するパッケージ面４３の材料のみが示されている。矩形開口部４６ｅの底部は平坦であるが、孔４５底部の円形面から、フライス加工されることが好ましい矩形開口部４６ｅまで滑らかな表面を形成するような移行部が存在する。開口部の底部は４９ａ、４９ｂ及び４９ｃの３区間で示されている。第１の区間４９ａは、第２の区間４９ｂの半楕円形の輪郭へ変化していく半円形の輪郭を有している。同様に、第２の区間４９ｂは、図５Ａ及び５Ｂで示される実施形態に類似する矩形の輪郭を有する第３の区間４９ｃへ徐々に変化していく。

相互接続装置１００内の移行領域―３つの区間４９ａ、４９ｂ及び４９ｃにより示される―の本発明に係るこの好適な実施形態では、結果として生じる、同軸伝送線路２７の電界２８は、ＣＰＷ５７の電界５８に厳密に整合する新しい電界に滑らかに適合（整合）される。このように、タイプの異なる２つの伝送線路は、最初に電界の整合が確実に行われることによって、幅広い帯域幅に渡ってインピーダンス整合される。

図６Ｂを参照すると、移行領域は、目標の周波数において少なくとも長さ４分の１波長であり、幅を徐々に減少するとともに深さを徐々に増加する場合に最も有効である。換言すると、矩形開口部４６ｅの深さは孔４５の半径より大きく、矩形開口部４６ｅの幅Ｗ_ｚは孔４５の直径ｄ_１よりも小さい。

図５Ａ及び６Ｂにおいて、矩形開口部４６ｄ及び４６ｅの幅は、相互接続装置１００の反射損失に著しい影響を持つことに留意することが重要である。矩形開口部４６ｄ及び４６ｅの側壁は、幅が減少するのにともなって内部ピン２０に近づいていく。それゆえ、内部ピン２０から発する電界は、垂直方向に矩形開口部４６ｄ及び４６ｅの底部で終端する場合と比較して、より多くの部分が水平方向に終端する。従って、矩形開口部４６ｄ及び４６ｅの幅を変えることにより、インピーダンス整合を保持しながら電界の形状を適宜に形成できる。

実際、すでに説明した本実施形態の前述の適合例はいずれも、開口部（半円、半楕円、矩形等）の幅を動的に変える手段を取り付けることによって整調可能な相互接続装置を提供するようにすることもできる。好適な適合例において、相互接続装置１００は、内部ピン２０に直交する開口部の側面に一対の止めねじ（図示せず）を組み込むことによって整調可能とすることもできる。一対の止めねじは、締めたり緩めたりして開口部の幅を変化させることができ、よって結果として生じる開口部内の電場分布を変更する。

一方、矩形開口部４６ｄ及び４６ｅの深さは、ある一定のレベルを超える反射減衰量にはほとんど影響を及ぼさない。このレベルにおいて、矩形開口部４６ｄ及び４６ｅの底部は内部ピン２０からかなり離れているため、電界の垂直成分は電界の水平成分と比べて非常に弱いので、重要とはみなされない。

また、前述の相互接続装置１００の実施形態の代替例として、導電スリーブ３０を除去することによって相互接続装置１００をさらに変更できる。そのような適用例では、内部ピン２０の端部を、ＣＰＷ５７の中心線５０との接続に適した平坦な接触面を提供するように形成することが望ましい。これは、平らな底面を備えたタブ状の突出部を残すように、内部ピン２０の一部分を、その円形断面を通ってその長さに沿ってスライスすることによって行うことができる。タブ状の突出部は、内部ピン２０をスライスすることにより形成されるため、ＣＰＷ接地平面５１ａ及び５１ｂまでの距離は、側縁端の末端部において最小となる。しかしながら、導電スリーブが無いことにより、導電スリーブ無しで作製された相互接続装置１００の実施形態の内部で得られる応力緩和量は低くなる。また、導電スリーブ３０は、それぞれ内部ピン２０及び中心線５０の両方に固定されるボンドワイヤまたは導電性のリボンに置き換えることができる。

本発明における好適な実施形態を記載及び図示してきたが、当業者には数々の変更及び修正が可能であることが明らかであろう。特に、誘電体または真空により隔てられた２つ以上の導体が伝播路を確立することを求められる、任意の２種の伝送線路と組み合わせて使用されるように本発明を適合し得ることは、当業者とって自明であろう。

図１Ａは、同軸伝送線路を共面導波路に接続する本発明に係る相互接続装置の斜視図である。図１Ｂは、図１Ａの線Ｂ―Ｂに沿った拡大断面図であり、図１Ａの相互接続装置内の移行領域を示す。図１Ｃは、図１Ａの線Ｃ―Ｃに沿った拡大断面図であり、図１Ａの相互接続装置で使用される共面導波路を示す。図１Ｄは、図１Ａの相互接続装置で使用される同軸伝送線路の拡大断面図である。図１Ｅは、図１Ａに示される相互接続装置の一部分の拡大斜視図である。図１Ｆは、図１Ａに示される相互接続装置の別の部分の拡大斜視図である。図１Ｇは、図１Ａの相互接続装置内の移行領域の拡大部分斜視図である。図２Ａは、図１Ａに示される相互接続装置の第１の変形例の部分斜視図である。図２Ｂは、図２Ａに示される相互接続装置の拡大断面図である。図３Ａは、図１Ａに示される相互接続装置の第２の変形例の部分斜視図である。図３Ｂは、図３Ａに示される相互接続装置の拡大断面図である。図４Ａは、図１Ａに示される相互接続装置の第３の変形例の部分斜視図である。図４Ｂは、図４Ａに示される相互接続装置の拡大断面図である。図５Ａは、図１Ａに示される相互接続装置の第４の変形例の部分斜視図である。図５Ｂは、図５Ａに示される相互接続装置の拡大断面図である。図６Ａは、図１Ａに示される相互接続装置の第５の変形例の部分斜視図である。図６Ｂは、図６Ａに示される相互接続装置内の移行領域の拡大部分斜視図である。図６Ｃは、図６Ａに示される相互接続装置内の移行領域の縦断面図である。

Claims

間隔をあけて配置された少なくとも２つの導体を有する第１のタイプの第１の伝送線路を、間隔をあけて配置された少なくとも２つの導体を有する第２のタイプの第２の伝送線路に双方向に結合する相互接続装置であって、
前記第１の伝送線路の第１の導体に結合するようにされた第１の端部と、前記第２の伝送線路の第１の導体に結合するようにした第２の端部とを有する内部導体手段と、
前記第１の伝送線路の第２の導体に結合するようにされた第１の端部と、前記内部導体手段の前記第２の端部に近接し且つ前記第２の伝送線路の第２の導体に結合するようにされた第２の端部を有する外部導体手段と、
前記外部導体手段の前記第１及び第２の端部間に延在する移行領域であって、前記第１の伝送線路から前記第２の伝送線路へ電界を滑らかに移行させ、且つ前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路間のインピーダンスを整合させるように形成された移行領域と、
を備える相互接続装置。
請求項１に記載の相互接続装置において、前記第１の伝送線路が内部導体及び外部導体を有する同軸伝送線路であり、前記第２の伝送線路が中心トレース及び間隔をあけて配置された２つのコプラーナ接地平面を有した共面導波路であり、前記相互接続装置の前記外部導体手段の前記第１の端部が、前記相互接続装置の前記内部導体のまわりに同心円状に延び、同軸ケーブルの前記外部導体に結合するようになっており、前記相互接続装置の前記外部導体の前記第２の端部が、前記相互接続装置の前記内部導体の前記第２の端部のまわりの一部分だけに延び、前記共面導波路の前記コプラーナ接地平面に結合するようになっている、相互接続装置。
請求項２に記載の相互接続装置において、前記外部導体手段の前記第２の端部が前記内部導体手段の前記第２の端部のまわりに半円に形成されている、相互接続装置。
請求項２に記載の相互接続装置において、前記外部導体手段の前記第２の端部が前記内部導体手段の前記第２の端部のまわりに半楕円に形成されている、相互接続装置。
請求項２に記載の相互接続装置において、前記外部導体手段の前記第２の端部が、前記内部導体手段の前記第２の端部のまわりに半矩形に形成されている、相互接続装置。
請求項２乃至５のいずれか１項に記載の相互接続装置において、前記内部導体手段の前記第２の端部で支えられる導電性スリーブをさらに備え、前記導電性スリーブが前記内部導体手段の前記第２の端部を前記共面導波路の中心トレースに電気的に接続する一体型の接触ストリップを含む、相互接続装置。
請求項２乃至５のいずれか１項に記載の相互接続装置において、前記内部導体手段の前記第２の端部を前記共面導波路の前記中心トレースに電気的に接続するボンドワイヤをさらに備える、相互接続装置。
請求項２乃至５のいずれか１項に記載の相互接続装置において、前記内部導体手段の前記第２の端部を前記共面導波路の前記中心トレースに電気的に接続する導電性のリボンをさらに備える、相互接続装置。
請求項２乃至５のいずれか１項に記載の相互接続装置において、前記内部導体手段の前記第２の端部が前記共面導波路の前記中心トレースに直接接触するようになっている、相互接続装置。
請求項２乃至９のいずれか１項に記載の相互接続装置において、前記内部導体手段の前記第２の端部が前記外部導体手段の前記第２の端部の上部開口部内の中心に面一に位置合わせされている、相互接続装置。
請求項２乃至９のいずれか１項に記載の相互接続装置において、前記内部導体手段の前記第２の端部は、前記外部導体手段の前記第２の端部の上部開口部の下で中心に位置合わせされている、相互接続装置。
請求項２乃至１１のいずれか１項に記載の相互接続装置において、前記外部導体手段の前記第２の端部の上部開口部の上方に配置される曲がった導電性のリボンをさらに備え、前記導電性のリボンが前記外部導体手段の前記第２の端部とともに前記内部導体手段の前記第２の端部を事実上完全に包囲し、前記第２の端部から間隔をあけて配置されている、相互接続装置。
請求項５に記載の相互接続装置において、前記半矩形開口部の幅が前記外部導体手段の前記第１の端部の直径よりも小さい、相互接続装置。
請求項２乃至１３のいずれか１項に記載の相互接続装置において、前記内部導体手段が前記外部導体手段内で、前記移行領域内に配置された少なくとも１つの誘電性ビーズによって支持される、相互接続装置。
請求項２乃至１３のいずれか１項に記載の相互接続装置において、前記内部導体手段が導電性材料により包囲される、相互接続装置。
先行する請求項のいずれかに記載の相互接続装置において、前記外部導体が機械加工された金属ブロックの表面によって提供される、相互接続装置。
先行する請求項のいずれかに記載の相互接続装置において、前記外部導体が成形された誘電材料の金属蒸着面によって提供される、相互接続装置。