JP2007274236A - 導波管構造体の分岐構造およびアンテナ基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 信号を所期の電力分配比率で分岐することができ、かつ伝送損失の小さい導波管構造体の分岐構造およびこの導波管構造体の分岐構造を備えるアンテナ基板を提供する。
【解決手段】 導波管構造体の分岐構造１は、第１導波管路２ａを形成する第１導波管構造体５ａと、第２導波管路２ｂを形成し、第１導波管構造体５ａの一端部に結合されて第１導波管構造体５ａに接続される第２導波管構造体５ｂとを含む。第１導波管路２ａの結合部位１５から第１方向Ｘの一方に延びる第１領域１７には、退避部位２１が形成され、結合部位１５からの第１方向Ｘの他方に延びる第２領域１８には、突出部位２２が形成される。突出部位２２の第１方向Ｘに垂直な断面の面積は、退避部位２１の第１方向Ｘに垂直な断面の面積よりも大きく形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電磁波を伝搬させる導波管構造体の分岐構造およびアンテナ基板に関する。

マイクロ波帯域およびミリ波帯域などの高周波信号を用いた移動体通信装置、および車間距離を計測するレーダ装置などが実用に供されている。高周波信号を処理するための高周波回路には、高周波信号を伝送する伝送線路が必要であり、小形かつ伝送損失の小さい伝送線路が求められている。

高周波信号を伝送する伝送線路として、導波管、誘電体導波管、ストリップ線路、マイクロストリップ線路、およびコプレーナ線路などが用いられている。

導波管は、中空の金属管から成る。電磁波は、導波管の管路を伝搬する。第１の従来の技術では、１つの導波管を２つの導波管に分岐している（たとえば特許文献１参照）。導波管は、導波管の管路に誘電体を充填した構造の誘電体導波管に比べて大形である。具体的には、誘電体導波管の誘電体の比誘電率をεｒとすると、誘電体内の電磁波の波長は、自由空間における電磁波の波長の１／（εｒ）^１／２倍となるので、導波管の大きさは、誘電体導波管の（εｒ）^１／２倍となる。このように導波管は、誘電体導波管に比べて大形になるので、高周波回路が大形になるという問題がある。また第１の従来の技術を誘電体導波管に適用した場合、高周波回路は、導波管を用いた場合に比べて小さくなるが、導波管および誘電体導波管は、高周波回路を構成する基板または基板上に形成することが困難なので、高周波回路全体の小形化を図ることが困難である。

ストリップ線路、マイクロストリップ線路、およびコプレーナ線路は、基板または基板上に形成することができるので、導波管および誘電体導波管に比べて高周波回路全体の小形化を図ることができる。ストリップ線路、マイクロストリップ線路およびコプレーナ線路は、誘電体基板と線路導体層とグランド（接地）導体層とをそれぞれ含んで構成される。高周波帯域の電磁波は、誘電体基板中と、線路導体層およびグランド導体層の周囲の空間とを伝搬する。これらの伝送線路は、３０ＧＨｚ以上帯域の信号に対する伝送損失が大きいので、３０ＧＨｚ以上の電磁波の伝送に好適に利用することができないという問題がある。

第２の従来の技術として、３０ＧＨｚ以上のミリ波帯域の電磁波に対する伝送損失の小さい誘電体導波管線路がある（たとえば特許文献２参照）。この誘電体導波管線路は、誘電体基板と、この誘電体基板の一表面上と他表面上とに形成される一対の導体層と、一対の導体層を結ぶ複数の導通穴とを含んで構成される。前記複数の導通穴は、高周波信号の伝搬方向に沿って２列に並んで配列される。高周波信号の伝搬方向に互いに隣接する導通穴の間隔は、遮断波長よりも小さい間隔に選ばれる。このような誘電体導波管線路では、前記複数の導通穴が擬似的に導波管路の側壁として機能し、伝送損失の小さい伝送線路が実現される。しかも導通穴を導波管として機能させるので、多層基板内に伝送線路を自由に形成することができる。このように構成が簡易な誘電体導波管線路を用いることによって、高周波回路の小形化を図ることができ、ひいては高周波回路を備える装置の小形化を図ることができる。

このような伝送線路を用いて高周波回路の信号配線を構成する場合、１つの高周波信号を複数の高周波信号に分岐する構成の配線においては、伝送線路を複数の導波線路に分岐する必要がある。

ストリップ線路、マイクロストリップ線路およびコプレーナ線路は、電磁波が伝搬する空間を導体で完全に覆う構成ではないので、分岐を設けた部位において電磁波の放射が発生し、伝送損失が大きくなる。したがってこのような伝送線路を用いて伝送損失の小さい分岐構造を構成することができない。

また第２の従来の技術の誘電体導波管線路を単純に複数の誘電体導波管線路に分岐した分岐構造では、分岐部位において電磁界が乱れて、伝送損失が大きくなる。

以上述べた問題に鑑みて、第３の従来の技術では、誘電体導波管線路の結合部位の形状を段階的に変化させることによって、分岐部位において誘電体導波管線路を滑らかに接続している。このように誘電体導波管線路を滑らかに接続することによって、分岐部位における電磁界の乱れを抑制し、伝送損失を低減している（たとえば特許文献３参照）。

また第４の従来の技術として、互いに隣接する層に形成された誘電体導波管線路を接続する分岐構造が提案されている。この分岐構造は、一方の層に構成された誘電体導波線路に、他方の層に構成された誘電体導波線路の少なくとも一部を重ね合わせ、重なる部分に電磁波を透過する結合用窓を形成したものである。このような構成の分岐構造によって、高周波信号を２つまたは３つの高周波信号に分岐することができる（たとえば特許文献４参照）。

伝送線路を用いて高周波回路を構成する場合、任意の電力分配比率で高周波信号を分岐する必要が生じる場合がある。たとえばアレイアンテナから放射される電磁波のサイドローブを低減するためには、各アンテナ素子に給電する電力の比率を変える必要がある。一般的にアレイアンテナの配列方向の中心部に配置されるアンテナ素子に給電すべき電力の比率は、アレイアンテナの配列方向の端部に配置されるアンテナ素子に給電すべき電力の比率に比べて高い。したがって伝送線路を用いてアレイアンテナの給電線を構成する場合、所期の電力分配比率で各アンテナに電力を給電する必要がある。この場合、各アンテナ素子に所期の電力を給電するために、高周波信号を任意の電力分配比率で分岐することができる伝送線路の分岐構造が必要となる。

前述した第３および第４の従来の技術では、任意の電力分配比率で高周波信号を分岐することができない。

第５の従来の技術では、第４の従来の技術の分岐構造において、結合部位から一方に延びる管路の幅を狭めることによって、任意の電力分配比率で高周波信号を分岐している。

米国特許第５５３２６６１号明細書 特開平６−５３７１１号公報 特開平１１−１１２２１０号公報 特開２０００−７７９１２号公報 特開平１１−１１６８１６号公報

第５の従来の技術では、高周波信号を任意の電力分配比率で分岐することができるが、入力した高周波信号の一部が結合部位において反射するので、伝送損失が大きいという問題がある。

したがって本発明の目的は、信号を所期の電力分配比率で分岐することができ、かつ伝送損失の小さい導波管構造体の分岐構造およびこの導波管構造体の分岐構造を備えるアンテナ基板を提供することである。

本発明は、第１導波管路を形成する第１導波管構造体と、
第２導波管路を形成し、第２導波管路の延在方向の両端部間の中間部が、前記第１導波管路の延在方向の一端部に結合されて、第１導波管構造体に接続される第２導波管構造体とを含み、
前記第２導波管構造体は、
前記第２導波管路のうち、前記第１導波管路と前記第２導波管路との結合部位と、前記第２導波管路の延在方向の一端部との間の第１領域の一部分における前記延在方向に垂直な断面の面積が、前記第１領域の残余の部分の前記延在方向に垂直な断面の面積よりも小さく形成され、
前記第２導波管路のうち、前記結合部位と、前記第２導波管路の延在方向の他端部との間の第２領域の一部分の前記延在方向に垂直な断面の面積が、前記第２領域の残余の部分の前記延在方向に垂直な断面の面積よりも大きく形成されることを特徴とする導波管構造体の分岐構造である。

また本発明は、前記第１および第２導波管構造体は、
誘電体から成る誘電体部と、
前記誘電体部の厚み方向の一表面上および他表面上に形成される一対の導体部と、
前記一対の導体部間にわたって形成され、かつ前記第１および第２導波管路のそれぞれの延在方向に沿って２列に配列される複数の導体柱から成り、それぞれの列において相互に隣接する導体柱が、導波される電磁波の波長の２分の１未満の間隔をあけて配置される導体柱群とを含み、
前記第１領域の一部分では、前記第１領域の残余の部分よりも前記延在方向に垂直な方向における導体柱の間隔が大きく、
前記第２領域の一部分では、前記第２領域の残余の部分よりも前記延在方向に垂直な方向における導体柱の間隔が小さく形成されることを特徴とする。

また本発明は、前記誘電体部は、低温焼成セラミックスから成ることを特徴とする。
また本発明は、前記導波管構造体の分岐構造を備え、前記第２導波管構造体にアンテナ素子が接続されることを特徴とするアンテナ基板である。

本発明によれば、第２導波管路の延在方向において、第１領域の一部分で、前記延在方向に垂直な断面の断面積が小さくなり、特性インピーダンスが変化する。また第２導波管路の延在方向において、第２領域の一部分で、前記延在方向に垂直な断面の断面積が大きくなり、特性インピーダンスが変化する。このように、第１領域および第２領域の一部分の延在方向に垂直な断面の断面積の大きさを調整することによって、第１領域および第２領域の一部分の特性インピーダンスを調整することができる。

第１領域および第２領域の一部分において特性インピーダンスが変化するので、第１領域および第２領域の一部分において第２導波管路を伝搬する信号の一部が反射される。この信号の反射率は、第１領域および第２領域の一部分の特性インピーダンスに依存するので、第１領域および第２領域の一部分の延在方向に垂直な断面の断面積の大きさを調整することによって、前記信号の反射率を任意に調整することができる。

第１導波管路を伝搬する信号は、第１領域を伝搬する信号と、第２領域を伝搬する信号との２つの信号に分波される。第１導波管路を伝搬する信号が分波されて２つの信号に分かれたときの電力の分配比率は、第１領域および第２領域の一部分における反射率に大きく依存する。第１領域および第２領域の一部分の延在方向に垂直な断面の断面積の大きさを調整することによって前記反射率を任意に調整することができるので、電力分配比率を任意の値に調整することができる。

また第１導波管路から見た第２導波管路のインピーダンスは、第１領域および第２領域のインピーダンスに依存し、第１領域および第２領域の一部分の特性インピーダンスを調整することによって調整可能である。したがって、第１領域および第２領域の一部分の延在方向に垂直な断面の断面積の大きさを調整することによって、第１導波管路のインピーダンスと、第１導波管路から見た第２導波管路のインピーダンスとをマッチングすることができる。これによって、第１導波管路を伝搬する信号の反射率を低減することができる。

このように第１領域および第２領域の一部分の延在方向に垂直な断面の断面積の大きさを調整することによって、導波管構造体の分岐構造のＳパラメータを任意の値に調整することができる。これによって、入力した信号の反射率が小さく、かつ電力分配比率を所期の値に設定した導波管構造体の分岐構造を実現することができる。

また本発明によれば、前記第１および第２導波管路のそれぞれの延在方向に沿って２列にそれぞれ配列される複数の導体柱が形成される。この導体柱は、電磁波を反射する擬似的な導波管の側壁として機能する。このように導波管の側壁を導体柱によって形成することができるので、多層の誘電体基板の任意の層に、任意の形状の誘電体導波管路を形成することができ、高周波回路を構成する基板に誘電体導波管路を形成することができる。特に、複数の導体柱は、伝搬される電磁波の波長の２分の１未満の間隔をあけて配置される。このように相互に隣接する導体柱の間隔を小さくして、導体柱を密に配置するので、電磁波が第１および第２導波管路から漏れることを防ぎ、効率的に電磁波を第１および第２導波管路に閉じ込めることができる。これによって伝送損失の小さい導波管路が実現される。

また第１領域および第２領域の一部分の前記延在方向に垂直な断面の断面積を、導体柱の配置によって調整することができるので、導波管路の延在方向に垂直な断面の断面積が変化する形状の誘電体導波管線路を容易に形成することができる。

また電磁波が伝搬する第１および第２導波管路は、誘電体から成る誘電体部によって実現されるので、第１および第２導波管路を伝搬する電磁波の波長が、空気中を伝搬する電磁波の波長に比べて短くなる。したがって、導波管路が空気で満たされた導波管に比べて導波管路の形状を小さくすることができる。これによって、小形の導波管構造体の分岐構造を実現することができる。

また本発明によれば、誘電体部は、低温焼成セラミックスから成るので、この誘電体部を焼成するときの温度よりも融点の高い導体を用いて導体部および導体柱群を形成することができる。たとえば誘電体部を焼成するときの温度よりも融点の低く、かつ銀および銅などの高い電気伝導率を有する導体によって導体部および導体柱群を形成することができる。このように電気導電率の高い導体を用いて導体部および導体柱群を形成することができるので、電磁波に対して反射率の高い導波管路が形成され、導波管路に電磁波を確実に閉じ込めることができる。これによって伝送損失の小さい導波管路が実現される。

また本発明によれば、前述の導波管構造体の分岐構造を備えるアンテナ基板が実現される。導波管構造体の分岐構造は、基板の任意の層に任意の形状で形成することができるので、導波管構造体の分岐構造を用いてアンテナ基板を形成することができる。また伝送損失が小さく、かつ反射率の小さい導波管構造体の分岐構造を用いてアンテナ基板を形成するので、電力損失の小さいアンテナ基板を実現することができる。また所期の電力分配比率の値の導波管構造体の分岐構造を実現することができるので、アレイアンテナのアンテナ基板に適用した場合、各アンテナ素子に所期の電力分配比率で電力を給電することができ、所期の放射形状のビームを放射するアンテナを実現することができる。

図１は、本発明の実施の一形態の導波管構造体の分岐構造１を模式的に示す斜視図である。図２は、導波管構造体の分岐構造１を模式的に示す平面図である。なお図１および図２では、理解の容易のために導波管構造体の分岐構造１の導波管路２を模式的に示している。

導波管構造体の分岐構造１は、第１導波管路２ａを形成する第１導波管構造体５ａと、第２導波管路２ｂを形成し、第２導波管路２ｂの延在方向の両端部間の中間部が、前記第１導波管路２ａの延在方向の一端部４に結合されて、第１導波管構造体５ａに接続される第２導波管構造体５ｂとを含んで構成される。本実施の形態の導波管構造体の分岐構造１は、第１導波管構造体５ａの延在方向と、第２導波管構造体５ｂの延在方向とが互いに垂直となるように、第１導波管構造体５ａと第２導波管構造体５ｂとが接続されて構成される。すなわち第１導波管路２ａを伝搬する電磁波の進行方向と、第２導波管路２ｂを伝搬する電磁波の進行方向とは、互いに垂直となる。

以後、第２導波管路２ｂを電磁波が伝搬する方向を第１方向Ｘと記載し、第１導波管路２ａを電磁波が伝搬する方向を第２方向Ｙと記載し、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙに垂直な方向を第３方向Ｚと記載する場合がある。また第１導波管構造体５ａと第２導波管構造体５ｂとを総称する場合には、単に導波管構造体５と記載する場合がある。また第１導波管路２ａと第２導波管路２ｂとを総称する場合には、単に導波管路２と記載する場合がある。また第１導波管路２ａの第２方向Ｙの他端部を第１ポート７と記載し、第２導波管路２ｂの第１方向Ｘの一端部を第２ポート８と記載し、第２導波管路２ｂの第１方向Ｘの他端部を第３ポート９と記載する場合がある。

本実施の形態では、第２導波管構造体５ｂは、第１導波管構造体５ａの第２方向Ｙの一端部４の第３方向Ｚの一表面に積層されて形成される。

導波管構造体の分岐構造１は、入力される複数の信号を合波する、または入力される信号を複数の信号に分波する合分波器として機能する。具体的には、導波管構造体の分岐構造１は、第１ポート７から入力される信号を、第２ポート８から出力される信号と、第３ポート９から出力される信号とに分波する分波器として機能する。また導波管構造体の分岐構造１は、第１ポート７から入力される信号と、第２ポート８および第３ポート９のいずれか一方から入力される信号とを合波して、合波した信号を第２ポート８および第３ポート９のいずれか他方から出力する合波器として機能する。特に本実施の形態の導波管構造体の分岐構造１は、ミリ波帯域およびマイクロ波帯域などの高周波帯域の高周波信号の合分波器として機能する。

本実施の形態では、導波管路２をシングルモードの信号が伝搬する構成の導波管構造体の分岐構造１について説明する。具体的には、信号として使用する電磁波が、導波管路２をＴＥ_１０モードで伝搬し、高次のモードが導波管路２において励起されない導波管路２の構成について説明する。

第１導波管路２ａは、略直方体形状を有し、第２方向Ｙに延びる。第１導波管路２ａの第２方向Ｙの一端には、電磁波を反射して遮断する終端面１１が形成されている。信号として使用する電磁波は、第１ポート７から入力され、第２方向Ｙの一方に伝搬する。本実施の形態では、第１導波管路２ａの第１方向Ｘの幅の寸法Ｌ１は、第１導波管路２ａの第３方向Ｚの厚みの寸法Ｌ２の２倍に選ばれる（Ｌ１＝２×Ｌ２）。以後、第１導波管路２ａの第１方向Ｘの幅および第２導波管路２ｂの第２方向Ｙの幅を、導波管路２の幅と記載し、第１導波管路２ａおよび第２導波管路２ｂの第３方向Ｚの厚みを導波管路２の厚みと記載する場合がある。

信号として使用する電磁波の、導波管路２内に充填された物質における波長をλとすると、第１導波管路２ａの幅の寸法Ｌ１は、次式（１）を満たす。
λ／２＜Ｌ１＜λ …（１）

式（１）の関係を満たす形状の第１導波管路２ａでは、信号として使用する電磁波は、シングルモードで伝搬する。このシングルモードの電界は、第３方向Ｚに振動する。したがって第１導波管路２ａの第１方向Ｘに垂直な側面１２は、電界の振動する方向に平行なＥ面に相当する。また第１導波管路２ａの第３方向Ｚに垂直な一表面１３および他表面１４は、磁界の振動する方向に平行なＨ面に相当する。

第１導波管構造体５ａと第２導波管構造体５ｂとが接続する接続部１９には、結合窓１６が形成される。この結合窓１６は、電磁波が透過する材料を用いて形成される。第１導波管構造体５ａに入力された信号は、この結合窓１６を第３方向Ｚの一方に通過して第２導波管路２ｂを伝搬する。結合窓１６は、板状の略直方体形状を有し、第１導波管構造体５ａと第２導波管構造体５ｂとが重なる部分のほぼ中央に設けられる。結合窓１６は、厚み方向が第３方向Ｚに一致し、第１方向Ｘに垂直な側面と第２方向Ｙに垂直な側面とを有する。強度などの問題がない限り、結合窓１６の第３方向Ｚに垂直な断面は、第１導波管構造体５ａと第２導波管構造体５ｂとが重なる部分と同程度の大きさに形成される。このように結合窓１６を可能な限り大きくすることによって、第１導波管路２ａを伝搬する信号を効率良く第２導波管路２ｂに伝えることができる。これによって第１ポート７から入射する信号の反射率を低減することができる。

第２導波管路２ｂは、第１導波管路２ａと第２導波管路２ｂとの結合部位１５と、この結合部位１５と第２導波管路２ｂの延在方向の一端部である第２ポート８との間の第１領域１７と、結合部位１５と第２導波管路２ｂの延在方向の他端部である第３ポート９との間の第２領域１８とを含んで構成される。第１領域１７には、第１領域１７の一部である退避部位２１が形成される。第２領域１８には、第２領域１８の一部である突出部位２２が形成される。

第２導波管路２ｂの第２方向Ｙの幅の寸法Ｌ３は、退避部位２１、突出部位２２および結合部位１５を除いて、第１導波管路２ａの第１方向Ｘの幅の寸法Ｌ１と等しく選ばれる（Ｌ３＝Ｌ１）。また第２導波管路２ｂの第３方向Ｚの厚みの寸法Ｌ４は、第１導波管路２ａの第３方向Ｚの厚みの寸法Ｌ２と等しく選ばれる（Ｌ４＝Ｌ２）。このように第２導波管路２ｂは、第１導波管路２ａと同様の形状なので、第２導波管路２ｂには、第１導波管路２ａと同じモードの信号が励起される。したがって、第１導波管路２ａを伝搬して結合窓１６を透過する信号は、第２導波管路２ｂの電磁界のモードを効率的に励起する。すなわち第１導波管路２ａと第２導波管路２ｂとが電磁界的に結合される。これによって第１導波管路２ａを伝搬する信号を第２導波管路２ｂに効率良く伝えることができ、第１ポート７から入力された信号の反射を抑制することができる。また導波管路２は、シングルモードしか伝搬しないので、入力した信号の一部が高次のモードに変換されることがなく、伝送損失の小さい導波管路２が形成される。

第２導波管路２ｂは、結合部位１５において、第２方向Ｙの幅の寸法Ｌ５が狭まるように、第２方向Ｙに退避して形成される（Ｌ５＜Ｌ３）。結合部位１５の第２方向Ｙの幅の寸法Ｌ５は、第１導波管路２ａから見た第２導波管路２ｂのインピーダンスに影響する。結合部位１５の第２方向Ｙの幅の寸法Ｌ５は、第１導波管路２ａから見た第２導波管路２ｂのインピーダンスと、第１導波管路２ａのインピーダンスとがマッチングするように選ばれる。このように結合部位１５の第２方向Ｙの幅の寸法Ｌ５を選択することによって、第１導波管路２ａを伝搬する信号が、結合部位１５において反射されることを防ぐことができる。これによって、第１導波管路２ａを伝搬する信号を第２導波管路２ｂに効率良く伝えることができる。

退避部位２１の第１方向Ｘの断面の断面積は、第１領域１７の退避部位２１を除く部分の第１方向Ｘに垂直な断面の断面積よりも小さく形成される。本実施の形態では、退避部位２１は、第１領域１７のうちの退避部位２１を除く残余の部分に対して、第２方向Ｙの両側から退避して形成される。すなわち退避部位２１の第２方向Ｙの幅の寸法Ｌ６は、前記第２導波管路２ｂの第２方向Ｙの幅の寸法Ｌ３よりも小さい（Ｌ６＜Ｌ３）。

また突出部位２２の第１方向Ｘの断面の断面積は、第２領域１８の突出部位２２を除く部分の第１方向Ｘに垂直な断面の面積よりも大きく形成される。本実施の形態では、突出部位２２は、第２領域１８のうちの突出部位２２を除く残余の部分に対して、第２方向Ｙの両側に突出して形成される。すなわち突出部位２２の第２方向Ｙの幅の寸法Ｌ７は、前記第２導波管路２ｂの第２方向Ｙの幅の寸法Ｌ３よりも大きい（Ｌ７＞Ｌ３）。

このように導波管路２の形状が退避部位２１および突出部位２２において変化するので、退避部位２１および突出部位２２において特性インピーダンスが変化する。したがって、結合部位１５から伝搬する信号の一部は、この退避部位２１および突出部位２２において反射する。断面が狭まる退避部位２１における反射率は、断面が広がる突出部位２２における反射率よりも高いので、第１ポート７から入力された信号のうちの、第３ポート９から出力される信号の比率は、第２ポート８から出力される信号の比率よりも高くなる。

退避部位２１および突出部位２２における信号の反射率は、退避部位２１および突出部位２２の第２方向Ｙの幅の寸法Ｌ６，Ｌ７に大きく依存する。また前記反射率は、退避部位２１および突出部位２２の第１方向Ｘの幅の寸法にも依存する。さらに前記反射率は、退避部位２１および突出部位２２の結合部位１５から第１方向Ｘに離間する距離にも依存する。したがって、退避部位２１および突出部位２２が形成される位置および形状を調整することによって、退避部位２１および突出部位２２の特性インピーダンスを調整し、前記反射率を調整することができる。本実施の形態では、退避部位２１を除いた第１領域１７の第２方向Ｙの幅に対する退避部位２１の第２方向Ｙの幅の退避量（Ｌ３−Ｌ６）は、突出部位２２を除いた第２領域１８の第２方向Ｙの幅に対する突出部位２２の幅の突出量（Ｌ７−Ｌ３）と等しい（Ｌ３−Ｌ６＝Ｌ７−Ｌ３）。また本実施の形態では、退避部位２１と結合部位１５との間の第１方向Ｘの距離は、突出部位２２と結合部位１５との間の第１方向Ｘの距離と等しい。

第１ポート７から入力された信号のうちの、第３ポート９から出力される信号の比率と、第２ポート８から出力される信号の比率とを表す電力分配比率は、突出部位２２を伝搬する信号の反射率と、退避部位２１を伝搬する信号の反射率とに依存する。退避部位２１および突出部位２２の形状および形成位置を調整することによって、退避部位２１および突出部位２２の反射率を適当に調整することができるので、前記電力分配比率を所期の値に調整することができる。また第１ポート７から入力された信号が反射されて第１ポート７に戻る反射率も、退避部位２１および突出部位２２を伝搬する信号の反射率に依存する。したがって、退避部位２１および突出部位２２の形状および形成位置を調整することによって、第１ポート７から入力された信号が反射されて第１ポート７に戻る反射率と前記電力分配比率とを同時に調整することができる。すなわち退避部位２１および突出部位２２の形状および形成位置を調整することによって、導波管構造体の分岐構造１のＳパラメータを調整することができる。これによって第１ポート７から入力される信号の反射率が小さく、かつ電力分配比率を所期の値に設定した導波管構造体の分岐構造１を実現することができる。

本実施の形態では、導波管構造体５は、擬似的な誘電体導波管によって実現される。図３は、導波管構造体５を模式的に示す斜視図である。図４は、導波管構造体の分岐構造１を模式的に示す斜視図である。図５は、導波管構造体の分岐構造１を模式的に示す平面図である。導波管構造体５は、誘電体から成る誘電体部２３と、誘電体部２３の厚み方向の一表面上および他表面上に形成される一対の導体部である主導体層２４と、前記一対の導体部間にわたって形成される複数の導体柱２６から成る導体柱群である側壁用導体柱群２７と、副導体層２８とを含んで構成される。主導体層２４は、誘電体部２３の厚み方向の一表面上に形成される第１主導体層２４ａと、誘電体部２３の厚み方向の他表面上に形成される第２主導体層２５ｂとを含んで構成される。

第１主導体層２４ａの第３方向Ｚの他表面および第２主導体層２５ｂの第３方向Ｚの一表面は、導波管路２の第３方向Ｚに垂直な一表面１３と他表面１４とにそれぞれ対応する。したがって第１主導体層２４ａの第３方向Ｚの他表面および第２主導体層２５ｂの第３方向Ｚの一表面との距離は、前述した導波管構造体５の第３方向Ｚの厚みの寸法Ｌ２，Ｌ４と等しい。

複数の導体柱２６は、スルーホールに導体を充填したスルーホール導体およびビアホールに導体を充填したビアホール導体などによって実現される。本実施の形態では、複数の導体柱２６は、略円柱形状を有する。複数の導体柱２６は、第１導波管路２ａおよび第２導波管路２ｂのそれぞれの延在方向に沿って２列に配列される。具体的には、導体柱２６は、第１導波管路２ａおよび第２導波管路２ｂの側面に軸線が重なるように配置される。第１導波管路２ａおよび第２導波管路２ｂの側面とは、第１導波管路２ａおよび第２導波管路２ｂを覆う面のうち、第３方向Ｚ垂直な一表面１３および他表面１４を除く面のことである。第１導波管構造体５ａにおける第１方向Ｘの一方の導体柱２６の軸線と他方の導体柱２６の軸線との間の距離は、前述した第１導波管路２ａの第１方向Ｘの幅の寸法Ｌ１と等しい。また第２導波管構造体５ｂにおける第２方向Ｙの一方の導体柱２６の軸線と他方の導体柱２６の軸線との間の距離は、前述した第２導波管路２ｂの第２方向Ｙの幅の寸法Ｌ３と等しい。

また複数の導体柱２６は、それぞれの列において相互に隣接する導体柱２６が、伝搬される電磁波の波長、すなわち管内波長の２分の１未満の等間隔Ｌ８をあけて配置される。伝搬される電磁波の波長とは、導波管路２を満たす物質中における電磁波の波長である。導体柱２６は、電磁波を反射するので、擬似的に導波管の側壁として機能する。導波管構造体５は、前記第１主導体層２４ａと第２主導体層２５ｂと側壁用導体柱群２７とによって擬似的な誘電体導波管として機能し、電磁波を導波管路２に沿って伝搬させることができる。

伝搬される電磁波の波長の２分の１未満の間隔Ｌ８で導体柱２６を配置する。このように相互に隣接する導体柱２６の間隔を小さくして、導体柱２６を密に配置するので、導波管路２を伝搬する電磁波を導波管路２に閉じ込めることができ、伝送損失の小さい擬似的な誘電体導波管を形成することができる。特に、導体柱２６を密に配置し、導体柱２６の配置される間隔Ｌ８を伝搬される電磁波の４分の１未満にすると、導体柱２６はより有効に導波管の側壁として機能し、導波管路２の伝送損失をさらに小さくすることができる。

仮に伝搬される電磁波の波長の２分の１以上の間隔をあけて導体柱２６を配置した場合、導体柱２６は、導波管の側壁として有効に機能せず、電磁波を導波管路２に閉じ込めることができずに、導波管路２から電磁波が漏れてしまう。この場合、導波管路２内には、ＴＥＭ波が励起され、導波管路２に入力された信号の一部が導波管路２から漏れてしまい、導波管路２の伝送損失が大きくなる。

副導体層２８は、第１主導体層２４ａと第２主導体層２５ｂとの間のうちの導波管路２を除く部分に、導波管路２に沿って形成され、前記２列に配列された導体柱２６のうちの各列の導体柱２６をそれぞれ相互に電気的に接続する。具体的には、副導体層２８は、第１主導体層２４ａおよび第２主導体層２５ｂとに平行な平板形状を有する。副導体層２８は、導波管構造体５の延在方向および第３方向Ｚに垂直な幅方向の一端と導波管路２の幅方向の一端とにわたって伝搬方向の全域に形成される。また副導体層２８は、導波管構造体５の前記幅方向の他端と、導波管路２の幅方向の他端とにわたって伝搬方向の全域に形成される。このように副導体層２８を形成することによって、導波管路２の側面には、延在方向に延びる１本の導体が形成されたことになる。この副導体層２８は、電磁波を反射するので、擬似的な誘電体導波管の側壁として機能する。

導波管路２内から導波管路２の側面を見た場合、副導体層２８を設けることによって、第３方向Ｚに延びる複数の導体柱２６に加えて、前記導体柱２６に直交して延びる導体柱がさらに形成されたことになる。このように副導体層２８を形成することによって、導波管路２内から導波管路２の側面を見た場合、細かな格子状の導体が設けられ、導体柱２６および副導体層２８が協働して誘電体導波管の側壁として機能し、伝送損失のより小さい導波管路２が形成される。

第１導波管構造体５ａの第１主導体層２４ａと、第２導波管構造体５ｂの第２主導体層２５ｂとには、前記結合窓１６に相当する部分に貫通孔が形成されている。この貫通孔には、誘電体が充填されている。したがって、この結合窓１６を通して第１導波管路２ａを伝搬する信号が第２導波管路２ｂを伝搬する。

以上説明した導波管構造体５によれば、主導体層２４と副導体層２８と側壁用導体柱群２７とによって擬似的な導波管路２が形成されるので、導波管構造体５は、擬似的な誘電体導波管として機能する。

誘電体部２３の比誘電率をεｒとすると、導波管構造体５の大きさは、導波管路２が空気によって満たされた導波管の大きさの１／（εｒ）^１／２倍になる。したがって、誘電体部２３を構成する材料の比誘電率εｒが大きいほど導波管構造体５の小形化を図ることができ、この導波管構造体５を備える高周波回路の小形化を図ることができる。このような導波管構造体５を構成する誘電体部２３としては、誘電体として機能し、かつ信号の伝送を妨げない特性を有するものであればよい。本実施の形態では、誘電体部２３は、形状を精度よく、かつ容易に形成することができるセラミックによって実現される。

このようなセラミックスとして、さまざまな比誘電率を有する種類のものが知られている。一般に強誘電体セラミックスは、高周波領域において誘電損失が大きくなるので、強誘電体セラミックスを用いて誘電体部２３を形成すると、高周波領域の信号の伝送損失が大きくなる。したがって、高周波領域において誘電損失が小さく、伝送損失の小さい常誘電体セラミックスを用いて誘電体部２３を形成することが望ましい。誘電体部２３の比誘電率εｒは、４〜１００程度が適当である。

一般に多層配線基板、半導体素子収納用パッケージおよび車間距離計測用レーダの基板に形成される配線層の線幅は、最大でも１ｍｍ程度である。仮に誘電体部２３を比誘電率εｒは２程度の一般的な誘電体基板に用いられる樹脂によって形成した場合、線幅が１ｍｍのときの導波管構造体５の遮断周波数は、１００ＧＨｚ以上にもなり、伝送線路として実用的ではない。

導波管構造体５をシングルモードで使用する場合、誘電体部２３の比誘電率εｒが１００で、線幅が１ｍｍのときの遮断周波数は、１５ＧＨｚである。したがって、誘電体部２３を常誘電体セラミックスを用いて形成した場合、マイクロ波帯域でも、導波管構造体５を伝送線路として利用することができる。

誘電体導波管を伝搬する電磁波が導体を反射するときの損失は、誘電体中を伝搬するときの損失よりも小さく、誘電体導波管の伝送損失の大部分は、誘電体中を伝搬するときの電磁波の損失が占める。誘電体中を伝搬する電磁波の損失α（ｄＢ／ｍ）は、次式（２）で表される。

式（２）においてｔａｎδは、誘電体の誘電正接を表し、λは、誘電体中の波長であり、λｃは、誘電体導波管における遮断波長である。誘電体導波管の伝搬方向に垂直な断面の形状を、規格化された矩形導波管（ＷＲ１５）の形状に準じて、３．７６ｍｍ×１．８８０ｍｍとすると、比誘電率が１のときの遮断波長λｃは、７．５２ｍｍとなる。この誘電体導波管に、比誘電率が１での誘電体中の波長λが５ｍｍの電波を伝搬したとすると、（２）式中の｛１−（λ／λｃ）^２｝^１／２は、０．７５程度となる。したがって実用に供し得る−１００（ｄＢ／ｍ）以下の伝送損失を有する伝送線路を構成するためには、次式（３）を満たす誘電体を用いて誘電体部２３を形成する必要がある。
ｆ×（εｒ）^１／２×ｔａｎδ≦０．８ …（３）

式（３）において記号ｆは、信号として使用する電磁波の周波数（ＧＨｚ）である。上式（３）を満たすセラミックスとしては、アルミナセラミックス、ガラスセラミックス、および窒化アルミニウムセラミックスなどある。

導波管構造体５は、複数のセラミックグリーンシートを加工して積層し、低温焼成することによって形成される。誘電体部２３は、本実施の形態では低温焼成セラミックスであるガラスセラミックスから成る。セラミックグリーンシートは、セラミックスの原料の粉末に有機溶剤および有機溶媒を添加して混合することによって泥漿状にし、この泥漿状の原料をドクターブレード法およびカレンダーロール法などによってシート状にして、所定の大きさに切り出すことによって形成される。

側壁用導体柱群２７は、まずセラミックグリーンシートに打ち抜き加工を施して、側壁用導体柱群２７を形成すべき部位に貫通孔を形成し、この貫通孔にペースト状の金属を充填し、後述する焼成工程において焼成することによって形成される。ペースト状の金属は、金属粉末に、アルミナ、シリカおよびマグネシアなどの酸化物および有機溶剤または有機溶媒などを添加して混合することによって作成される。金属粉末としては、後述する焼成工程において溶融せず、かつ電気伝導率の小さい金属が用いられ、ガラスセラミックスの場合には、銅、金および銀が好適に用いられ、窒化アルミニウムセラミックスおよびアルミナセラミックスの場合は、タングステンおよびモリブデンが好適に用いられる。導体柱２６の直径は、５０μｍ〜３００μｍに選ばれる。

主導体層２４は、ペースト状の金属を印刷法を用いてセラミックグリーンシートの表面に印刷することによって形成される。このとき、ペースト状の金属は、結合窓１６が形成される部分を除いて、少なくとも導波管路２の第３方向Ｚの一表面１３および他表面１４を完全に覆うように印刷される。主導体層２４の厚みは、高周波信号を反射する必要があるので、少なくとも表皮厚さ程度の厚さが必要である。したがって、焼成工程の後の主導体層２４の厚みが１０μｍ〜１５μｍ以上となるように、ペースト状の金属を印刷する。主導体層２４を構成するペースト状の金属は、側壁用導体柱群２７を構成するペースト状の金属と同じである。

副導体層２８は、導波管路２が形成される部分を除く領域に、ペースト状の金属を印刷法を用いてセラミックグリーンシートの表面に印刷することによって形成される。副導体層２８を構成するペースト状の金属は、側壁用導体柱群２７を構成するペースト状の金属と同じである。ペースト状の金属は、焼成工程の後の副導体層２８の厚みが５μｍ〜５０μｍ程度になるように印刷される。

導波管構造体５は、加工を施した複数のセラミックグリーンシートを積層して、焼成することによって形成される。導波管構造体５は、アルミナセラミックスの場合には、１５００℃〜１７００℃、ガラスセラミックスの場合には、８５０℃〜１０００℃、窒化アルミニウムセラミックスの場合には、１６００℃〜１９００℃の温度で焼成される。

以上述べた本実施の形態の導波管構造体の分岐構造１によれば、誘電体部２３は、低温焼成セラミックスから成るので、この誘電体部を焼成するときの温度よりも融点の高い導体を用いて第１主導体層２４ａ、第２主導体層２５ｂおよび側壁用導体柱群２７を形成することができる。たとえば誘電体部を焼成するときの温度よりも融点の低く、かつ電気伝導率の高い銀および銅などの導体によって導体部および導体柱群を形成することができる。このように電気導電率の高い導体を用いて第１主導体層２４ａ、第２主導体層２５ｂおよび側壁用導体柱群２７を形成することができるので、電磁波に対して反射率の高い導波管路２が形成され、導波管路２に電磁波を確実に閉じ込めることができる。これによって伝送損失の小さい導波管路２が実現される。

また導波管路２の側壁を複数の導体柱２６によって構成するので、複数層の基板の任意の層に、複雑な形状の導波管路２を構成することができる。また退避部位２１および突出部位２２の第１方向Ｘに垂直な断面の断面積を、導体柱２６の配置によって調整することができるので、導波管路２の延在方向に垂直な断面の断面積が変化する形状の誘電体導波管線路を容易に形成することができる。導波管構造体の分岐構造１は、加工を施したセラミックグリーンシートを積層して焼成することによって形成されるので、複数の層から成る基板の任意の層に、任意の形状の導波管構造体の分岐構造１を形成することができる。すなわち複雑な形状の導波管構造体の分岐構造１を基板に一体に形成することができる。これによって、導波管構造体の分岐構造１を備える高周波回路の小形化を図ることができる。

本発明の他の実施の形態の導波管構造体の分岐構造では、前述の導波管構造体の分岐構造１において、第１導波管路２ａの延在方向と第２導波管路２ｂの延在方向とが、垂直以外の角度をなして、第１導波管構造体５ａと第２導波管構造体５ｂとが結合されてもよい。たとえば第１導波管路２ａの延在方向と第２導波管路２ｂの延在方向とが、水平となるように第１導波管構造体５ａと第２導波管構造体５ｂとが結合されてもよい。この場合でも、第１導波管路２ａ、第２導波管路２ｂ、突出部位２２、退避部位２１および結合窓１６の形状を調整することによって、導波管構造体の分岐構造１のＳパラメータを任意に調整することができる。

また本発明の他の実施の形態の導波管構造体の分岐構造では、前述の導波管構造体の分岐構造１において、結合窓１６の形状を調整することによって、結合窓１６における特性インピーダンスを調整し、第１ポート７から入力されて反射される信号の反射率を低減するようにしてもよい。

また本発明の他の実施の形態の導波管構造体の分岐構造では、前述の導波管構造体の分岐構造１において、第２導波管構造体５ｂは、第１導波管構造体５ａの第２方向Ｙの一端部４の第３方向Ｚの一表面に積層されずに、第１導波管構造体５ａと同一の層において接続されてもよい。

また本発明の他の実施の形態の導波管構造体の分岐構造では、前述の導波管構造体の分岐構造１において、導波管路２の幅方向の寸法Ｌ１，Ｌ３は、厚み方向の厚みの寸法Ｌ２，Ｌ４の２倍に限られずに、たとえば導波管路２の厚み方向の厚みの寸法Ｌ２，Ｌ４の１／２倍であってもよい。また導波管路２を、シングルモードに限らずに高次のモードを伝搬させるような形状にしてもよい。この場合であっても、前述したように導波管構造体の分岐構造１のＳパラメータを所期の値にすることができる。

また本発明の他の実施の形態の導波管構造体の分岐構造では、前述の導波管構造体の分岐構造１において、結合部位１５における第２方向Ｙの幅の寸法Ｌ５を、第２導波管路２ｂの幅の寸法Ｌ３と等しくし（Ｌ５＝Ｌ３）、第１導波管路２ａの結合部位における第１方向Ｘの幅の寸法Ｌ９を第１導波管路２ａの第１方向Ｘの幅の寸法Ｌ１よりも小さくしてもよい（Ｌ９＜Ｌ１）。このように第１導波管路２ａの結合部分の形状を調整することによっても、第１導波管路２ａからみた第２導波管路２ｂのインピーダンスを調整することができる。これによって第１導波管路２ａと第２導波管路２ｂとのインピーダンスをマッチングすることができ、第１ポート７から入力された信号の反射率を低減することができる。

また本発明の他の実施の形態の導波管構造体の分岐構造では、前述の導波管構造体の分岐構造１において、退避部位２１は、第１領域１７のうちの退避部位２１を除く残余の部分に対して、第２方向Ｙの片方の面が第２方向Ｙに退避して形成されてもよい。また退避部位２１は、第１領域１７のうちの退避部位２１を除く残余の部分に対して、第３方向Ｚに退避して形成されてもよい。

また本発明の他の実施の形態の導波管構造体の分岐構造では、前述の導波管構造体の分岐構造１において、突出部位２２は、第２領域１８のうちの突出部位２２を除く残余の部分に対して、第２方向Ｙの片側の面が第２方向Ｙに突出して形成されてもよい。また突出部位２２は、第２領域１８のうちの突出部位２２を除く残余の部分に対して、第３方向Ｚに突出して形成されてもよい。

また本発明の他の実施の形態の導波管構造体の分岐構造では、前述の導波管構造体の分岐構造１において、複数の導体柱２６は、円柱形状でなくてもよい。たとえば複数の導体柱２６は、多角柱形状であってもよい。

また本発明の他の実施の形態の導波管構造体の分岐構造では、前述の導波管構造体の分岐構造１において、副導体層２８は、複数の層から構成されてもよい。複数の副導体層２８を形成すると、導波管路２内から導波管路２の側面を見た場合、一層の副導体層２８に比べてより細かな格子状の導体が設けられ、導体柱２６および副導体層２８が協働して誘電体導波管の側壁としてより有効に機能し、伝送損失のより小さい導波管路２が形成される。

また本発明の他の実施の形態の導波管構造体の分岐構造では、前述の導波管構造体の分岐構造１において、導体柱２６は、等間隔に配置されなくてもよく、たとえば伝搬方向が急激に変化し、電磁波が導波管路２から漏れ易い部位において、導体柱２６の配置間隔を狭くしてもよい。また導体柱２６は、２列に配置されるとしたけれども、３列以上に配列されてもよい。この場合、擬似的な導波管の側壁が２重または３重と形成されるので、電磁波をより確実に導波管路２に閉じ込めることができ、伝送損失の小さい導波管路２を形成することができる。

図６は、導波管構造体の分岐構造１を備える本発明の実施の一形態のアンテナ基板３１を模式的に示す斜視図である。図６では、理解の容易のためにアンテナ基板３１の外周を２点鎖線で示している。アンテナ基板３１には、複数のアンテナ素子３２を含んで構成されるアレイアンテナ３３と、複数の導波管構造体の分岐構造１とが形成されている。

各アンテナ素子３２は、本実施の形態では、誘電体導波管の第３方向Ｚの一方の導体層に切り欠きを設けてスロットを形成したスロットアンテナによって実現される。各アンテナ素子３２は、第２導波管構造体５ｂに誘電体導波管を介して接続される。アンテナ基板３１は、本実施の形態では、給電線として機能する第１〜第３の導波管構造体の分岐構造１ａ，１ｂ，１ｃを含んで構成される。第２の導波管構造体の分岐構造１ｂの第１導波管構造体５ａの他端部は、第１の導波管構造体の分岐構造１ａの第２導波管構造体５ｂの一端部の第３方向Ｚの一方に積層されて接続される。第３の導波管構造体の分岐構造１ｃの第１導波管構造体５ａの他端部は、第１の導波管構造体の分岐構造１ａの第２導波管構造体５ｂの他端部の第３方向Ｚの一方に積層されて接続される。第１〜第３の導波管構造体の分岐構造１ａ，１ｂ，１ｃの導波管路２が結合される部位には、結合窓が形成されている。

アレイアンテナ３３は、本実施の形態では４つのスロットアンテナを含んで構成され、各アンテナは、第２および第３の導波管構造体の分岐構造１ｂ，１ｃの第２導波管構造体５ｂの一端部と他端部とにそれぞれ導波管構造体を介して接続される。アンテナ基板３１では、所期の形状のビームを放射するために、各アンテナから放射される電磁波の放射比率を調整する必要がある。各アンテナ素子３２の放射比率は、各アンテナ素子３２にそれぞれ給電される電力の比率によって調整することができるので、電力分配比率を調整することができる本発明の導波管構造体の分岐構造１を用いることによって、各アンテナ素子３２から放射される電磁波の放射比率を調整することができる。これによってたとえばサイドローブを低減した所期のビーム形状のビームを放射することができるアンテナ基板３１を容易に形成することができる。また、前述したように反射率の低く、かつ伝送損失の小さい伝送線路を形成することができるので、第１の導波管構造体の分岐構造１ａの第１ポート７から入力した電力の多くを各アンテナ素子３２に伝達することができる。これによって電力損失の小さいアンテナ基板３１を実現することができる。

本発明の実施の他の形態のアンテナ基板３１では、各アンテナ素子３２は、スロットアンテナに限られずに、たとえばスロットまたはビアホール導体を介して給電するパッチアンテナなどによって構成されてもよい。

（実施例１）
退避部位２１および突出部位２２の第２方向Ｙの幅の寸法Ｌ６，Ｌ７を変えて、Ｓパラメータのシミュレーションを行った。図７は、シミュレーションに用いた導波管構造体の分岐構造１を模式的に示す平面図である。

誘電体部２３には、比誘電率εｒが４．９のガラスセラミックスを用いた。導体柱２６は、φ０．２ｍｍのビアホール導体によって形成した。導波管路２の幅の寸法Ｌ１、Ｌ３は、導体柱２６の軸線間の距離で、１．８９ｍｍとした。導波管路２の第３方向Ｚの厚みの寸法Ｌ２，Ｌ４は、０．６ｍｍとした。第１導波管路２ａの結合部位の第１方向Ｘの幅の寸法Ｌ９は、１．８９ｍｍとし、第２導波管路２ｂの結合部位の第２方向Ｙの幅の寸法Ｌ５は、１．３３７ｍｍとした。結合窓１６は、一辺の幅が１．３８７ｍｍの正四角柱形状とした。また信号の伝搬方向に相互に隣接する導体柱２６の軸線の間隔Ｌ８は、０．５２ｍｍとした。

以後、第１領域１７の導体柱２６のうちの、第１導波管路２ａの第１方向Ｘの一方の側面３４から第１方向Ｘの一方にｎ番目（記号ｎは、自然数）に配置される導体柱２６をｎ番目の導体柱２６と記載する。また第２領域１８の導体柱２６のうちの、第１導波管路２ａの第１方向Ｘの他方の側面３５から第１方向Ｘの他方にｎ番目に配置される導体柱２６を−ｎ番目の導体柱２６と記載する。本実施例では、２番目の導体柱２６の第１方向Ｘの間隔を狭めるときの導体柱２６の移動を、＋方向の移動と規定し、−２番目の導体柱２６の第１方向Ｘの間隔を広げるときの導体柱２６の移動を＋方向の移動と規定する。

図８は、±２番目の導体柱２６を第２方向Ｙに移動したときの移動量と、Ｓパラメータとの関係を表す図である。本実施例では、２番目の導体柱２６の移動量と、−２番目の導体柱２６の移動量とを同じにしてシミュレーションを行った。図８は、信号周波数が６１．５ＧＨｚにおけるＳパラメータを示している。

図８において横軸は、±２番目の導体柱２６の間隔が、導波管構造体５の幅方向の間隔Ｌ３と同じ１．８９ｍｍとなる位置からの±２番目の導体柱２６の移動量を表し、縦軸は、Ｓパラメータの大きさ（ｄＢ）を表す。図８において、第１ポート７から信号を入力したときの、第１ポート７に信号が反射されて戻ってくる反射率を表すＳ１１を実線で表し、第１ポート７から信号を入力したときの、第２ポート８から出力される信号の割合を表すＳ２１を破線で表し、第１ポート７から信号を入力したときの、第３ポート９から出力される信号の割合を表すＳ３１を一点鎖線で表す。

図８に示されるように、移動量が約−０．３ｍｍ〜約０．３ｍｍにおいて、Ｓ１１は、原点における約―２２ｄＢよりも小さくなる。特に移動量が約±０．２ｍｍにおいて、Ｓ１１は、約−３０ｄＢにも低下する。このように±２番目の導体柱２６の間隔を調整することによって、第１導波管路２ａと第２導波管路２ｂとのインピーダンスをマッチングすることができ、入力信号の反射を低減することができることを確認した。

図９は、電力分配率を表す図である。図９において横軸は、±２番目の導体柱２６の間隔が、導波管構造体５の幅方向の間隔Ｌ３と同じ１．８９ｍｍとなる位置からの±２番目の導体柱２６の移動量を表し、縦軸は、Ｓ２１／Ｓ３１を表す。Ｓ２１／Ｓ３１は、Ｓ２１およびＳ３１の単位をそれぞれデシベルではなく電力として算出され、電力分配比率を表す。図９に示すように、±２番目の導体柱２６の移動量を−０．６ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲において選択することによって、電力分配比率を約０から１に任意に設定することができることが確認された。

以上述べたように、±２番目の導体柱２６を第２方向Ｙに移動することによって、反射率を抑制し、かつ所期の電力分配比率の値の導波管構造体の分岐構造１を実現することができることを確認した。

図１０は、Ｓパラメータの周波数特性を示す図である。横軸は、周波数を表し、縦軸は、Ｓパラメータを表す。図１０には、Ｌ６／Ｌ７＝０．７３のときのＳパラメータの周波数特性を示す。図１０に示すように、反射Ｓ１１が−１５ｄＢ以下の周波数帯域は、約３．１Ｇｈｚと帯域が広い。６１．５ＧＨｚにおいてＳ２１は、約−４．１８ｄＢ、Ｓ３１は約−２．１７ｄＢなので、電力分配比率としてＳ２１：Ｓ３１＝０．６３：１で電力を分配していることがわかる。

（実施例２）
退避部位２１および突出部位２２の第１方向Ｘにおける形成位置を変えて、Ｓパラメータのシミュレーションを行った。図１１は、シミュレーションに用いた導波管構造体の分岐構造１を模式的に示す平面図である。

導波管構造体の分岐構造１のうちの、退避部位２１および突出部位２２を構成する導体柱２６を除く部分については、実施例１と同様の構成である。±ｎ番目の導体柱２６をそれぞれ−方向に０．３ｍｍ移動することによって、ｎ番目の導体柱２６の幅方向の寸法を２．４９ｍｍとし、−ｎ番目の導体柱２６の幅方向の寸法を１．２９ｍｍとしてＳパラメータのシミュレーションを行った。

表１は、±ｎ番目の導体柱２６をそれぞれ移動させたときの信号周波数が６１．５ＧＨｚにおけるＳパラメータのシミュレーション結果を表す。表１においてＳ２１／Ｓ３１は、Ｓ２１およびＳ３１の単位をそれぞれデシベルではなく電力として算出した値である。

表１に示されるように、±１番目の導体柱２６を移動させた場合に、Ｓ１１が最も小さくなり、反射が最も少なくなることが確認された。このように、導体柱２６の移動量を同じにしたとしても、退避部位２１および突出部位２２を形成する位置に応じてＳ１１が変わり、第１導波管路２ａからみた第２導波管路２ｂのインピーダンスが変わることが確認された。また退避部位２１および突出部位２２を形成する位置に応じて電力分配比率（Ｓ２１／Ｓ３１）も変わることが確認された。このように、退避部位２１および突出部位２２を形成する位置を調整することによっても、Ｓパラメータを調整することができることが確認された。

（実施例３）
２番目の導体柱２６の片方を第２方向Ｙに移動し、かつ−２番目の導体柱２６の片方を第２方向Ｙに移動した場合、および２番目の導体柱２６の片方を第２方向Ｙに移動し、かつ−２番目の導体柱２６の両方を第２方向Ｙに移動した場合について、信号周波数が６１．５ＧＨｚにおけるＳパラメータのシミュレーションを行った。導波管構造体の分岐構造１のうちの、退避部位２１および突出部位２２を構成する導体柱２６を除く部分については、実施例１と同様の構成である。

図１２は、±２番目の導体柱２６を第２方向Ｙに移動したときのＬ６／Ｌ７と、Ｓパラメータとの関係を表す図である。図１２において横軸は、導体柱２６の移動量を表し、縦軸は、Ｓ１１を表す。なお図１２には、実施例１のＳ１１も示している。２番目の導体柱２６の片方を第２方向Ｙに移動し、かつ−２番目の導体柱２６の片方を第２方向Ｙに移動した場合のＳ１１（kata no kata）を破線で表し、２番目の導体柱２６の片方を第２方向Ｙに移動し、かつ−２番目の導体柱２６の両方を第２方向Ｙに移動した場合のＳ１１（
kata no ryou）を一点鎖線で表し、実施例１のＳ１１（ryou no ryou）を実線で表す。図１２に示すように、±２番目の導体柱２６のうちの、片方の導体柱２６を移動させた場合であっても、Ｓ１１を低減することができ、反射率が低減することが確認された。

（比較例）
突出部位２２および突出部位２２のいずれか一方のみを形成した場合の信号周波数が６１．５ＧＨｚにおけるＳパラメータのシミュレーションを行った。

（比較例１）
図１３は、シミュレーションに用いた導波管構造体の分岐構造４１を模式的に示す平面図である。導波管構造体の分岐構造４１のうちの、退避部位２１および突出部位２２を構成する導体柱２６を除く部分については、実施例１と同様の構成である。本比較例では、−ｎ番目の導体柱２６の移動量を０ｍｍとし、＋２番目の導体柱２６のうちの片方の導体柱２６を移動させたときのＳパラメータのシミュレーションを行った。

図１４は、２番目の導体柱２６のうちの片方を第２方向Ｙに移動したときの移動量と、Ｓパラメータとの関係を表す図である。図１５は、２番目の導体柱２６のうちの片方を第２方向Ｙに移動したときの電力分配率を表す図である。図１４において横軸は、２番目の導体柱２６の間隔が、導波管構造体５の幅方向の間隔Ｌ３と同じ１．８９ｍｍとなる位置からの２番目の導体柱２６の片方の移動量を表し、縦軸は、Ｓパラメータの大きさ（ｄＢ）を表す。図１４において、Ｓ１１を、実線で表し、Ｓ２１を、破線で表し、Ｓ３１を、一点鎖線で表す。

図１４に示すように、２番目の導体柱２６のうちの片方を第２方向Ｙに移動したとしても、Ｓパラメータは変化するが、本発明の実施例１および実施例２に比べて、Ｓ１１が大きくなり、反射率が高くなる。具体的には、実施例１では、Ｓ１１が最小で約―３０ｄＢに低減されるのに対して、比較例１では、Ｓ１１が最小で約−２５ｄＢ程度までにしか下がらない。また図１５に示すように、２番目の導体柱２６のうちの片方を第２方向Ｙに移動することによって、電力分配比率（Ｓ２１／Ｓ３１）も変化するが、本発明の実施例１および実施例２に比べて、導体柱２６の移動量に対する電力分配比率の変化が小さい。このように比較例１では、本実施の形態の実施例１および実施例２のように、反射率を低くし、かつ電力分配比率（Ｓ２１／Ｓ３１）を任意に調整することができない。

（比較例２）
図１６は、シミュレーションに用いた導波管構造体の分岐構造４２を模式的に示す平面図である。導波管構造体の分岐構造４２のうちの、退避部位２１および突出部位２２を構成する導体柱２６を除く部分については、実施例１と同様の構成である。本比較例では、−ｎ番目の導体柱２６の移動量を０ｍｍとし、＋ｎ番目の導体柱２６を移動させたときのＳパラメータのシミュレーションを行った。

図１７は、２番目の導体柱２６を第２方向Ｙに移動したときの移動量と、Ｓパラメータとの関係を表す図である。図１８は、２番目の導体柱２６を第２方向Ｙに移動したときの移動量と、電力分配率を表す図である。図１７において横軸は、２番目の導体柱２６の間隔が、導波管構造体５の幅方向の間隔Ｌ３と同じ１．８９ｍｍとなる位置からの２番目の導体柱２６の移動量を表し、縦軸は、Ｓパラメータの大きさ（ｄＢ）を表す。図１７において、Ｓ１１を、実線で表し、Ｓ２１を、破線で表し、Ｓ３１を、一点鎖線で表す。

図１７に示すように、２番目の導体柱２６を第２方向Ｙに移動したとしても、Ｓパラメータは変化するが、本発明の実施例１および実施例２に比べて、Ｓ１１が大きくなり、反射率が高くなる。具体的には、実施例１では、Ｓ１１が最小で約―３０ｄＢに低減されるのに対して、比較例１では、Ｓ１１が最小で約−２５ｄＢ程度までにしか下がらない。また図１８に示すように、２番目の導体柱２６を第２方向Ｙに移動することによって、電力分配比率（Ｓ２１／Ｓ３１）も変化する。このように比較例２では、本実施の形態の実施例１および実施例２のように、反射率を低くし、かつ電力分配比率（Ｓ２１／Ｓ３１）を任意に調整することができないことが確認された。

本発明の実施の一形態の導波管構造体の分岐構造１を模式的に示す斜視図である。 導波管構造体の分岐構造１を模式的に示す平面図である。 導波管構造体５を模式的に示す斜視図である。 導波管構造体の分岐構造１を模式的に示す斜視図である。 導波管構造体の分岐構造１を模式的に示す平面図である。 導波管構造体の分岐構造１を備える本発明の実施の一形態のアンテナ基板３１を模式的に示す斜視図である。 シミュレーションに用いた導波管構造体の分岐構造１を模式的に示す平面図である。 ±２番目の導体柱２６を第２方向Ｙに移動したときの移動量と、Ｓパラメータとの関係を表す図である。 電力分配率を表す図である。 Ｓパラメータの周波数特性を示す図である。 シミュレーションに用いた導波管構造体の分岐構造１を模式的に示す平面図である。 ±２番目の導体柱２６を第２方向Ｙに移動したときの移動量と、Ｓパラメータとの関係を表す図である。 シミュレーションに用いた導波管構造体の分岐構造４１を模式的に示す平面図である。 ２番目の導体柱２６のうちの片方を第２方向Ｙに移動したときの移動量と、Ｓパラメータとの関係を表す図である。 ２番目の導体柱２６のうちの片方を第２方向Ｙに移動したときの電力分配率を表す図である。 シミュレーションに用いた導波管構造体の分岐構造４２を模式的に示す平面図である。 ２番目の導体柱２６を第２方向Ｙに移動したときの移動量と、Ｓパラメータとの関係を表す図である。 ２番目の導体柱２６を第２方向Ｙに移動したときの移動量と、電力分配率を表す図である。

符号の説明

１ 導波管構造体の分岐構造
２ 導波管路
２ａ 第１導波管路
２ｂ 第２導波管路
５ 導波管構造体
５ａ 第１導波管構造体
５ｂ 第２導波管構造体
１５ 結合部位
１６ 結合窓
１７ 第１領域
１８ 第２領域
２１ 退避部位
２２ 突出部位
２３ 誘電体部
２４ 主導体層
２４ａ 第１主導体層
２４ｂ 第２主導体層
２６ 導体柱
２７ 側壁用導体柱群
２８ 副導体層
３１ アンテナ基板
３２ アンテナ素子
３３ アレイアンテナ

Claims (4)

1. 第１導波管路を形成する第１導波管構造体と、
   第２導波管路を形成し、第２導波管路の延在方向の両端部間の中間部が、前記第１導波管路の延在方向の一端部に結合されて、第１導波管構造体に接続される第２導波管構造体とを含み、
   前記第２導波管構造体は、
   前記第２導波管路のうち、前記第１導波管路と前記第２導波管路との結合部位と、前記第２導波管路の延在方向の一端部との間の第１領域の一部分における前記延在方向に垂直な断面の面積が、前記第１領域の残余の部分の前記延在方向に垂直な断面の面積よりも小さく形成され、
   前記第２導波管路のうち、前記結合部位と、前記第２導波管路の延在方向の他端部との間の第２領域の一部分の前記延在方向に垂直な断面の面積が、前記第２領域の残余の部分の前記延在方向に垂直な断面の面積よりも大きく形成されることを特徴とする導波管構造体の分岐構造。
2. 前記第１および第２導波管構造体は、
   誘電体から成る誘電体部と、
   前記誘電体部の厚み方向の一表面上および他表面上に形成される一対の導体部と、
   前記一対の導体部間にわたって形成され、かつ前記第１および第２導波管路のそれぞれの延在方向に沿って２列に配列される複数の導体柱から成り、それぞれの列において相互に隣接する導体柱が、導波される電磁波の波長の２分の１未満の間隔をあけて配置される導体柱群とを含み、
   前記第１領域の一部分では、前記第１領域の残余の部分よりも前記延在方向に垂直な方向における導体柱の間隔が大きく、
   前記第２領域の一部分では、前記第２領域の残余の部分よりも前記延在方向に垂直な方向における導体柱の間隔が小さく形成されることを特徴とする請求項１記載の導波管構造体の分岐構造。
3. 前記誘電体部は、低温焼成セラミックスから成ることを特徴とする請求項２記載の導波管構造体の分岐構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の導波管構造体の分岐構造を備え、前記第２導波管構造体にアンテナ素子が接続されることを特徴とするアンテナ基板。

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