JP2006148206A

JP2006148206A - 変換回路

Info

Publication number: JP2006148206A
Application number: JP2004331698A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Ono; 新樹大野; Kunihiro Endo; 邦浩遠藤; Hidemasa Ohashi; 英征大橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-11-16
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2006-06-08

Abstract

【課題】誘電体基板を保持する金属キャリアがある場合において、マイクロストリップ線路の延伸方向に導波管が接続される構成の変換回路を得る。
【解決手段】マイクロストリップ線路からリッジ導波管に変換する変換器において、金属キャリア３に保持された誘電体基板１上に形成されたマイクロストリップ線路２と、金属キャリア３の側面を管壁の一部とし金属キャリア３底面にて屈曲部を有するリッジ導波管４と、上記リッジ導波管４に接続され略四分の一波長の長さを有しマイクロストリップ線路２と直交方向に延伸するバックショート６と、リッジ導波管４のバックショート６端部において三角柱の一面を円弧状に切除した形状を有しリッジ部５に接続された突出部７と、突出部７とマイクロストリップ線路２とを金属リボン８にて接続した構成とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、導波管とマイクロ波伝送線路とを接続する変換回路に関するものである。

挿入損の低減化を図ったうえで、製作作業性の簡略化を図り得るようにするために、誘電体基板の一部をリッジ導波管内に収容して、マイクロストリップ線路とリッジ導波管の結合リッジ部を重ね合せて接続するようにしたものは既に開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平５−８３０１４号公報（第１図）

従来の変換器の構成は、マイクロストリップ線路の地導体面と導波管の１つの底面を同一面として構成されていた。このため、誘電体基板を保持する金属キャリアとリッジ導波管を一つの構造体として製作する必要性があり、金属キャリアが大きくなるという問題があり、たとえ金属キャリアと導波管を別の構造体とした場合においては、上記２つの構造体に隙間が生じたり、２つの構造体の位置ずれによる挿入損失の増加による特性劣化という問題があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、製作容易なマイクロストリップ線路の延伸方向にリッジ導波管が接続される構成の変換回路を得ることを目的とする。

この発明の変換回路は、誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路を保持する金属キャリアと、上記金属キャリアの側面を管壁の一部とし、上記マイクロストリップ線路と垂直下方向に延伸し、上記金属キャリアの底面にて上記マイクロストリップ線路と同方向に屈曲するリッジ導波管と、上記リッジ導波管に結合され、略四分の一の波長の長さを有し、上記マイクロストリップ線路と垂直上方向へ延伸するバックショート導波管と、上記リッジ導波管の上記バックショート導波管側において、三角柱の一面を円弧状に切除した形状を有し、上記マイクロストリップ線路方向に延伸し、上記マイクロストリップ線路に金属導体により接続される突出部とを具備するものである。

マイクロストリップ線路とリッジ導波管のリッジ部を接触させず、金属キャリアを用いた構成においても挿入損失が少なく、小型で温度変動に対して安定で、伝送方向が同一の変換回路を実現できるという効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示す変換回路の構成図であり、図１（ａ）は正面中央断面構成図、図１（ｂ）は上面断面構成図、図１（ｃ）はリッジ導波管の側面構成図、図１（ｄ）はリッジ導波管のリッジ部に接続される突出部の拡大図である。

マイクロストリップ線路２からリッジ導波管４へ変換する回路として、誘電体基板１上に形成されたマイクロストリップ線路２にリッジ導波管４のリッジ部５ａを接触させる変換器で構成されている。

図１において、１は誘電体基板、２は誘電体基板１上に形成されたマイクロストリップ線路、３は誘電体基板１を保持する金属キャリア、４はリッジ導波管、５ａはリッジ導波管４を構成するリッジ部、５ｂはリッジ導波管４を構成する壁面、６はリッジ導波管４のマイクロストリップ線路２の接続側の端部から延伸する略四分の一波長の長さを有するバックショート導波管、７ａはリッジ導波管４のマイクロストリップ線路２側のリッジ端部に接続された円筒面を有する突出部、８は金属導体、９は上記突出部８ａにおけるリッジ端部との接続面である。

実施の形態１の発明は、マイクロ波やミリ波等の高周波伝送に用いられるリッジ導波管４と誘電体基板１に形成されたマイクロストリップ線路２とを接続する変換回路に関するものであり、複数の誘電体基板１の接続により構成されるマイクロ波回路等を構成する目的等として、あるいは誘電体基板１の線膨張係数と実装金属構造物の線膨張係数との差異による誘電体基板１の破損防止として、金属キャリア３上に誘電体基板１を実装する構成とするものである。

このように構成された変換回路において、マイクロストリップ線路２よりマイクロ波を入力する場合について説明を行なう。

図２は伝送線路の断面における電界分布図であり、図２（ａ）はマイクロストリップ線路における電界分布を示し、図２（ｂ）はリッジ導波管の断面における電界分布を示しおり、１０ａ、１０ｂは電界ベクトル、１〜３、５ａ、５ｂは図１の説明と同じものである。

図２において、実線１０ａ及び破線１０ｂは電界ベクトルを表しており、実線は電界が特に強い部分である。
マイクロストリップ伝送線路は誘電体基板１上に形成されたマイクロストリップ線路２と金属キャリア３との間に強い電界分布を有する伝送線路であり、リッジ導波管４はリッジ部５とその対向する導波管壁面との間に強い電界を有する伝送線路である。

このため、リッジ部５の先端部ではマイクロストリップ線路２と同様に導体に垂直な電界を有する線路である。
また、金属導体８を伝播するマイクロ波は、誘電体基板１と空気層とから構成される等価誘電体基板１上に形成されたマイクロストリップ線路２として考えることができ、マイクロストリップ線路２とリッジ導波管４を滑らかに２つの線路構造を接続する伝送線路である。

図３はリッジ導波管屈曲部の一構成例図及びその断面図であり、図３（ａ）に一般的に用いられる低損失なリッジ導波管の屈曲部の一構造例を、図３（ｂ）に上記図３（ａ）のＡ−Ａ‘−Ａ“断面図を示しており、１１はリッジ導波管屈曲部の切断線であり、５ａ、５ｂは図１の説明と同じものである。

リッジ導波管４の屈曲部は反射特性を向上させるために、曲面を有するリッジ部５を用いて構成される。
その他の屈曲部の構造としてリッジ導波管４の壁面にベンドを設ける構造や、リッジ部５或いはリッジ導波管４の壁面に斜部を設ける構造例がある。
突出部７ａは図３（ｂ）のリッジ導波管４の屈曲部を線１１にて切断した構造と酷似しているためリッジ導波管４の屈曲部５と同様に低損失な構造である。

以上により、マイクロストリップ線路２より入力されたマイクロ波は金属導体８を介して、リッジ部５の端部よりマイクロストリップ線路方向に突出した突出部７ａへと滑らかに伝送し、突出部７ａの上方向への伝送は高インピーダンスの略四分の一波長のバックショート導波管６があるため、マイクロストリップ線路２と略同一のインピーダンスを有する。金属キャリア３の壁面を導波管壁面の一部とするリッジ導波管４へ伝送される。
金属キャリア３の底面で屈曲部を有するリッジ導波管は伝送方向をマイクロストリップ線路２の延伸方向に再び向きを変化する。

以上のような構成とすることにより、マイクロストリップ線路２の下部と、突出部７ａと、リッジ導波管４との強電界部位を連続とすることが可能となり、金属キャリア３を用いた構成においても挿入損失が少なく伝送方向が同一の変換回路を得ることが可能になるという効果がある。

また、誘電体基板１とリッジ導波管４のリッジ部５との非接触構成としているため、温度変化の大きな環境に適用し、セラミック基板等の誘電体基板１を用いた場合においては、マイクロストリップ線路２に接続されるリッジ部５と誘電体基板１との線膨張係数差により誘電体基板１が破損することが無くなるという効果がある。

また、実施の形態１では１枚の金属キャリア３を用いる構成としているが、複数の金属キャリア３を用いた構成でも同様な効果が得られることは言うまでもない。

さらに、リッジ導波管４の屈曲部を金属キャリア３の底面としているがリッジ導波管４の屈曲部が金属キャリア３の底面でない構成であっても同様な効果が得られることは言うまでもない。

実施の形態２．
図４は実施の形態２を示す変換回路の構成図であり、７ｂは三角柱形状の突出部、９は図１の説明と同じものである。
三角柱の突出部７ｂを用い、リッジ導波管４のリッジ部５ａに接触する面９から構成するものである。

実施の形態１においては、三角柱から円筒形の一部を切除した円筒面を有する形状とした突出部７ａを用いて変換回路を構成した場合であったが、実施の形態２においては、三角柱の突出部７ｂを用いて変換回路を構成することにより突出部７の製造性を向上することができる。

突出部７ｂの機械加工時における製造性を向上することが出来、金属導体８を突出部７ｂに接続する際に突出部７ｂに加わる加重による損傷を防ぐ強度を得ることができるという効果もある。

また、実施の形態２では直角二等辺三角柱の突出部７ｂを用いた構成としているが、任意の三角柱でも同様な効果が得られることは言うまでもない。

実施の形態３．
図５は実施の形態３を示す変換回路の構成図であり、７ｃは任意の六面体形状の突出部であり、９は図１の説明と同じものである。
三角柱からリッジ部５ａに接触する面９に平行な面で切断した突出部７ｃから構成するものである。

実施の形態１乃至実施の形態２においては、五面体の突出部７ａまたは７ｂを用いて変換回路を構成した場合であったが、実施の形態３においては、任意の六面体の突出部７ｃを用いて変換回路を構成することにより突出部７の製造性を向上することができる。

突出部７ｃの機械加工時における製造性を向上することが出来、金属導体８を突出部７ｃに接続する際に突出部７ｃに加わる加重による損傷を防ぐ強度を得る効果もある。

また、実施の形態３ではリッジ部５ａに接触する面９に平行な面で切断した突出部７ｃを用いた構成としているが、切断面が平行でない任意の六面体、あるいは２つの三角形面が平行でない六面体であっても同様な効果が得られることは言うまでもない。

実施の形態４．
図６は実施の形態４を示す変換回路の構成図であり、１〜３、５ａ、７、８は図１の説明と同じものである。

マイクロストリップ線路２とリッジ導波管４との接続部の拡大図であり、マイクロストリップ線路２とリッジ導波管４との接続部において、リッジ部５ａ、誘電体基板を保持している金属キャリア３、突出部７の順番に幅が広くなっている。

リッジ部５ａの幅を誘電体基板を保持している金属キャリア３の幅よりも広くした場合、組立時においてマイクロストリップ線路２の延伸方向へ金属キャリア３の固定位置が移動しても、リッジ部５ａとその対向するリッジ導波管４の壁面５ｂとの位置関係は一定となる。

リッジ導波管４の特性インピーダンスはリッジ部５ａとその対向するリッジ導波管の壁面５ｂとの間隔により決定されるため、金属キャリア３の固定位置が移動した場合においてもリッジ導波管４の特性インピーダンスの変化量は少なくなる。

また、突出部７の幅を金属キャリア３よりも広くした場合においては、突出部７やリッジ導波管４の加工精度を厳しく管理しない場合には接触による短絡が発生する。

以上のようにリッジ部５ａ、金属キャリア３、突出部７の幅を順番に広くすることにより加工時及び組立時の精度を緩和することができ、変換回路の製造性及び組立性を向上することが出来る。

本実施の形態４ではリッジ部５ａ、金属キャリア３、突出部７の３つの関係を示したが、各々２つの関係が成り立つ場合においても、変換回路の製造性及び組立性の向上する効果も得られることは言うまでもない。

実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５を示す変換回路の構成図であり、１２はリッジ導波管屈曲部ベンドであり、リッジ導波管屈曲部形状を示す。

実施の形態１においては、リッジ導波管４のキャリア金属３の底面に設けられる屈曲部を直角で構成した場合であったが、リッジ導波管４の屈曲部のリッジ対向導波管壁面に曲面形状の屈曲部１２を用いて変換回路を構成することにより屈曲部１２による反射特性を改善することが可能となる。

リッジ導波管４の壁面に曲面形状を有するリッジ導波管４の屈曲部１２とすることにより、リッジ導波管４の屈曲による反射量を低減することが可能となり、変換回路の挿入損失を低減する効果が得られる。

また、金属キャリア３にもリッジ導波管４と同様な曲面形状を付与した場合においても同様な効果が得られることは言うまでもない。

実施の形態６．
図８は実施の形態６を示す変換回路の構成図であり、１３はリッジ導波管屈曲部リッジベンドであり、５ａは図１の説明と同じものであり、リッジ導波管屈曲部形状を示す。

実施の形態５においては、リッジ導波管４の屈曲部のリッジ対向導波管壁面に曲面形状の屈曲部１２を用いて変換回路を構成した場合であったが、実施の形態６においては、リッジ導波管４の屈曲部のリッジ部５ａに直角屈曲部を用い、リッジ導波管４の屈曲部の壁面１３に斜め部位にて変換回路を構成することにより屈曲部による反射特性を改善することが可能となる。

リッジ導波管４の屈曲部のリッジ部５ａに直角屈曲部を用い、リッジ導波管４の屈曲部の壁面に斜め部位１３にて変換回路を構成することにより屈曲部による反射量を低減することが可能となり、変換回路の挿入損失を低減する効果が得られる。

また、リッジ導波管４の屈曲部における金属キャリア３とリッジ導波管４との曲面ずれによるインピーダンスの変化を防止する効果も得られる。

実施の形態７．
図９は実施の形態７を示す変換回路の構成図であり、１４は屈曲形状を有するバックショート導波管である。

実施の形態１〜実施の形態６においては、リッジ導波管４に接続される高インピーダンスのバックショート６部分をマイクロストリップ線路２と直交する方向に延伸する構成としていたが、実施の形態７においては、バックショート６に屈曲部を設けることにより変換回路の高さを抑圧することが可能となる。

リッジ導波管４に接続されるバックショート６に屈曲部を設けて、屈曲形状を有するバックショート１４により、導波管７の方向に延伸向きを変化することによりバックショート６の高さを低くすることが可能となり、薄型の変換回路を実現できるという効果が得られる。

実施の形態８．
図１０は実施の形態８を示す変換回路であり、１５は方形導波管であり、１〜３、５ａ、６〜８は図１の説明と同じものである。

図１１はこの発明の実施の形態８における変換回路の断面図であり、図１１（ａ）は図１０に示すＢ−Ｂ’の断面図、図１１（ｂ）は図１０に示すＣ−Ｃ’の断面図、図１１（ｃ）は図１０に示すＤ−Ｄ’の断面図である。

実施の形態１〜実施の形態７においては、特性インピーダンス値が一定であるリッジ導波管４を用いてマイクロストリップ線路とリッジ導波管との変換回路を構成した場合であったが、リッジ導波管４の出力に一般的に多用される方形導波管を有する構成としたものでありマイクロストリップ線路からリッジ導波管を介して方形導波管へ変換する回路を得ることができる。
図中では複数の特性インピーダンスを有するリッジ導波管あるいは方形導波管を用いた構成である。

リッジ導波管４はリッジ高さを変えることにより、方形導波管１５は導波管高さを変えることにより特性インピーダンスを変化することが出来る。
具体的には、図１１の（ａ）に示すリッジ導波管においてはリッジ部と対向する導波管壁面の間隔ｄが狭くなるにつれ特性インピーダンスが低くなるため、上記間隔を適当に設定することにより所望の特性インピーダンスを得ることが可能である。

また、図１１の（ｃ）に示す方形導波管においては導波管高さｂが低くなるにつれ特性インピーダンスが低くなるため、上記間隔を適当に設定することにより所望の特性インピーダンスを得ることが可能である。
方形導波管にリッジ部を設けたリッジ導波管の特性インピーダンスは、上記方形導波管の特性インピーダンスよりも低くなることが知られている。

複数の伝送線路の各々の特性インピーダンスを適当な条件の値とすることにより、中心周波数において完全整合がなされ伝送線路の挿入損失は０となる。

具体的には、特性インピーダンスＺ１の伝送線路と特性インピーダンスＺ２の伝送線路とを接続する場合において、中心周波数の略四分の１波長の長さを有し、式１で表される特性インピーダンスＺ_ｍの伝送線路を上記２つの伝送線路間に挿入することにより中心周波数で完全整合され、それと共に広帯域に渡って挿入損失を低下させることが出来る。

リッジ導波管４の出力に方形導波管を接続する構成とし、複数の特性インピーダンスを適当に設定することにより変換部の挿入損失を低下させる効果が得られる。
また、複数の特性インピーダンスを用いることにより広帯域に渡って挿入損失を低下させる効果も得られる。

実施の形態９．
図１２は実施の形態９を示す変換回路の構成図であり、１６はテーパーリッジ導波管、１７はテーパー方形導波管である。

実施の形態８においては、複数の特性インピーダンス値が離散的な値であるリッジ導波管４あるいは方形導波管１５を用いて変換回路を構成した場合であったが、実施の形態９においては、特性インピーダンスが連続的に変換するテーパーリッジ導波管１６あるいはテーパー方形導波管１７を用いることにより、広帯域に渡って低挿入損失の変換回路を得ることが可能となる。

リッジ導波管４に連続的に変化するリッジ部を有するテーパーリッジ導波管１６を用いることにより、リッジ導波管４の特性インピーダンスは連続的に変化させることが出来る。

また、方形導波管１５に連続的に高さが変化する導波管を有するテーパー方形導波管１７を用いることにより、方形導波管１５の特性インピーダンスを連続的に変化させることが出来る。

上記特性インピーダンスを連続的に変化させることにより特性インピーダンスが急峻に変化する不連続部での反射を抑圧し、広帯域に渡って低挿入損失の変換回路を構成する効果が得られる。

また、テーパー構成を適用することにより所望の特性からの変化要因となり得る導波管加工時における削り残り部を減少させる効果も得られる。

この発明の実施の形態１を示す変換回路の構成図である。伝送線路の断面における電界分布図である。リッジ導波管屈曲部の一構成例図及びその断面図である。この発明の実施の形態２を示す変換回路の構成図である。この発明の実施の形態３を示す変換回路の構成図である。この発明の実施の形態４を示す変換回路の構成図である。この発明の実施の形態５を示す変換回路の構成図である。この発明の実施の形態６を示す変換回路の構成図である。この発明の実施の形態７を示す変換回路の構成図である。この発明の実施の形態８を示す変換回路の構成図である。この発明の実施の形態８における変換回路の断面図である。この発明の実施の形態９を示す変換回路の構成図である。

符号の説明

１誘電体基板、２マイクロストリップ線路、３金属キャリア、４リッジ導波管、５ａリッジ部、５ｂリッジ導波管の管壁、６バックショート導波管、７突出部、７ａ円筒面を有する突出部、７ｂ三角柱形状の突出部、７ｃ任意の六面体形状の突出部、８金属導体、９リッジ接続面、１０電界ベクトル、１１リッジ導波管屈曲部の切断線、１２リッジ導波管屈曲部外ベンド、１３リッジ導波管屈曲部の壁面斜部、１４屈曲形状を有するバックショート導波管、１５方形導波管、１６テーパーリッジ導波管、１７テーパー方形導波管。

Claims

誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路を保持する金属キャリアと、
上記金属キャリアの側面を管壁の一部とし、上記マイクロストリップ線路と垂直下方向に延伸し、上記金属キャリアの底面にて上記マイクロストリップ線路と同方向に屈曲するリッジ導波管と、
上記リッジ導波管に結合され、略四分の一の波長の長さを有し、上記マイクロストリップ線路と垂直上方向へ延伸するバックショート導波管と、
上記リッジ導波管の上記バックショート導波管側において、三角柱の一面を円弧状に切除した形状を有し、上記マイクロストリップ線路方向に延伸し、上記マイクロストリップ線路に金属導体により接続される突出部と、
を具備することを特徴とする変換回路。
上記突出部が、
任意の三角柱の形状を有するものであることを特徴とする請求項１記載の変換回路。
上記突出部が、
任意の六面体の形状を有するものであることを特徴とする請求項１記載の変換回路。
上記金属キャリアの幅が、
上記突出部７の幅よりも広いことを特徴とする請求項１〜請求項３のいづれか１項に記載の変換回路。
上記リッジ導波管の幅が、
上記誘電体基板の幅よりも広いことを特徴とする請求項１〜請求項４のいづれか１項に記載の変換回路。
上記リッジ導波管の屈曲部のリッジ部の対向導波管壁面において、
曲面形状の屈曲部とすることを特徴とする請求項１〜請求項５のいづれか１項に記載の変換回路。
上記リッジ導波管の屈曲部の壁面において、
斜め部位の屈曲部とすることを特徴とする請求項１〜請求項６のいづれか１項に記載の変換回路。
上記リッジ導波管において、
複数の特性インピーダンスを有するリッジ導波管、あるいは方形導波管、あるいはリッジ導波管及び方形導波管による構成を特徴とする請求項１〜請求項７のいづれか１項に記載の変換回路。
上記リッジ導波管のバックショート接続端とは異なる端部に接続される方形導波管において、
テーパーリッジ導波管、あるいはテーパー方形導波管、あるいはテーパーリッジ導波管及びテーパー方形導波管による構成を特徴とする請求項１〜請求項８のいづれか１項に記載の変換回路。
上記バックショート導波管において、
屈曲部を有する導波管による構成を特徴とする請求項１〜請求項９のいづれか１項に記載の変換回路。