JP2006148206A - 変換回路 - Google Patents
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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
【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。)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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Zm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。
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。
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。
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 (10)
- 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。
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