JP2009171488A - 導波管接続構造、導波管接続板および導波管変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】低背な導波管接続構造を提供すること。
【解決手段】第１導波管１と第２導波管２との接続部において、第１導波管１または第２導波管２の導波管壁１４から導波管の管路に垂直な方向に延びる第１導波路部１１と、導波管の管路方向に延びる第２導波路部１２と、第１導波路部１１に平行に延びるとともに末端が短絡された第３導波路部１３とが直列接続されている。垂直チョーク部の長さを短くできるので、低背な導波管接続構造にできる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロ波やミリ波等の超高周波領域において使用される、チョーク型導波管接続構造ならびにこれを用いた導波管接続板および導波管変換器に関するものである。

導波管接続構造として、２つの導波管の接続部断面を示す図１２の導波管接続構造が知られている。図１２において、１０１は第１導波管、１０２は第２導波管、１１１は導波管壁から導波管の管路に垂直な方向に延びる第１導波路部、１１２は導波管の管路方向に延びる第２導波路部で、第１および第２導波路部１１１、１１２同士が直列接続されている。

図１２のような導波管接続構造によって、第１導波管１０１と第２導波管１０２との間に、隙間が生じた際でも、第１導波路部１１１が水平チョーク部、第２導波路部１１２が垂直チョーク部となるチョーク構造によって、導波管からの高周波信号の漏れを抑えることが出来る。

このとき、第１導波路部１１１の長さＬおよび第２導波路部１１２の高さＨを高周波信号の実効波長の１／４とするとチョーク効果を得るのに好適となる。

また、図１３は、第２導波路部１１２に誘電体を配置した導波管接続部の断面図である。図１３のように第２導波路部１１２に誘電体を配置することで、誘電体の波長短縮効果により、第２導波路部１１２の高さＨを低くすることが出来る。同様に、第１導波路部１１１に誘電体を配置することで、第１導波路部１１１の長さＬを短くすることができる。
特開昭５８−４７３０１号公報

しかしながら、図１３の第２導波路部１１２の長さは誘電体の比誘電率によって決まるものなので、導波管の第２導波路部１１２の長さをそれ以上に短くし、導波管接続部を低背にすることはできない。

本発明は、上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、より低背な導波管接続構造を提供することにある。

本発明の導波管接続構造は、第１導波管と第２導波管との接続部において、前記第１導波管または前記第２導波管の導波管壁から前記導波管の管路に垂直な方向に延びる第１導波路部と、前記導波管の管路方向に延びる第２導波路部と、前記第１導波路部に平行に延びるとともに末端が短絡された第３導波路部とが直列接続されていることを特徴とする。

本発明の導波管接続構造において好ましくは前記第１導波路部の、前記導波管壁から前記第２導波路部との接続部までの電気長が実効波長の略１／４とされていることを特徴とする。

本発明の導波管接続構造において好ましくは、前記第２導波路部の前記接続部から、前記第３導波路部の前記末端壁面までの前記第２および第３導波路部内における電気長が、実効波長の略１／４とされていることを特徴とする。

本発明の導波管接続構造において好ましくは、前記第１導波管と前記第２導波管との間に金属板を挿設し、該金属板の表裏両面を貫通する孔によって前記第２導波路部を形成したことを特徴とする。

本発明の導波管接続構造において好ましくは、前記第３導波路部は、前記第１導波管または前記第２導波管のフランジに設けられた溝によって形成したことを特徴とする。

本発明の導波管接続構造において好ましくは前記金属板に加えて、第２金属板を前記金属板と前記第１導波管または前記第２導波管との間に挿設し、該第２金属板の表裏両面を貫通する孔によって前記第３導波路部を形成したことを特徴とする。

本発明の導波管接続構造において好ましくは、前記第１導波路部、前記第２導波路部および前記第３導波路部の少なくとも一部に誘電体が配置されていることを特徴とする。

本発明の導波管接続板は、誘電体の表面または内側に設けられた第１接地導体層と、該第１接地導体層の非形成領域として設けられた第１開口と、前記誘電体の裏面に設けられた第２接地導体層と、前記第１開口と対向するように前記第２接地導体層の非形成領域として設けられた第２開口と、前記第２開口の周囲に前記第２開口を取り囲むように設けられた第３開口と、前記第１開口および前記第２開口を取り囲むとともに、前記第１接地導体層と前記第２接地導体層とを接続する第１導体と、前記第３開口の前記第２開口側または他方側の一方縁に沿って前記第２接地導体層と前記第１接地導体層とを接続する第２導体と、該第２導体と距離を隔てるように他方縁より奥に配置され、前記第２接地導体層と前記第１接地導体層とを接続する第３導体と、前記誘電体の裏面に配置され、前記第２開口と同じ大きさの第１貫通開口を有するとともに前記第３開口と一致するように設けられた第２貫通開口を有する金属板とが設置されていることを特徴とする。

本発明の導波管接続板において好ましくは、前記金属板に代えて、前記誘電体の前記裏面にさらに誘電体が積層され、該誘電体表面の前記第１貫通開口の位置に第４開口および前記第２貫通開口の位置に第５開口が形成された第３接地導体層が形成されるとともに、前記第４開口の周囲および前記第５開口の両側に形成され、前記第３接地導体層と前記第２接地導体層とを接続する第４導体が形成されていることを特徴とする。

本発明の導波管接続板において好ましくは前記第１貫通開口の縁から前記第２貫通開口までの電気長が実効波長の略１／４とされていることを特徴とする。

本発明の導波管接続板において好ましくは、前記第４開口の縁から前記第５開口までの電気長が実効波長の略１／４とされていることを特徴とする。

本発明の導波管接続板において好ましくは、断面視において、前記第２貫通開口から、前記第１接地導体層と前記第３導体との接続点までの電気長が、実効波長の略１／４とされていることを特徴とする。

本発明の導波管接続板において好ましくは、断面視において、前記第５開口から前記第１接地導体層と前記第３導体との接続点までの電気長が、実効波長の略１／４とされていることを特徴とする。

本発明の導波管変換器は、前記導波管接続板において、前記誘電体の前記表面にさらに積層された誘電体を介して前記第１開口と電磁結合するように高周波線路が形成されていることを特徴とする。

本発明の導波管接続構造は、第１導波管と第２導波管との接続部において、第１導波管または第２導波管の導波管壁から導波管の管路に垂直な方向に延びる第１導波路部と、導波管の管路方向に延びる第２導波路部と、第１導波路部に平行に延びるとともに末端が短絡された第３導波路部とが直列接続されていることから、第２導波路部および第３導波路部を従来の垂直チョーク部として機能させることができるとともに、導波管接続部を従来の直線状の垂直チョーク部よりも低背化することができる。

本発明において、第１導波路部の、導波管壁から第２導波路部との接続部までの電気長が実効波長の略１／４とされている場合には、第１導波路部と第２導波路部の接続部が電圧最大、導波管壁の電流が最大となって第１および第２導波管同士が電気的に接続されているように見えるチョーク効果を得ることができる。

本発明において、第２導波路部の接続部から、第３導波路部の末端壁面までの第２および第３導波路部内における電気長が、実効波長の略１／４とされている場合には、第１導波路部と第２導波路部の接続部が電圧最大、第３導波路部の末端壁面の電流が最大となってチョーク効果を得ることができる。

本発明において、第１導波管と第２導波管との間に金属板を挿設し、金属板の表裏両面を貫通する孔によって第２導波路部を形成した場合には、第２導波路部および第３導波路部を、第２導波路部と第３導波路部とに分けて加工することが出来るため、製造が容易となる。

本発明において、第３導波路部は、第１導波管または第２導波管のフランジに設けられた溝によって形成した場合には、フランジ加工の際に第３導波路部を形成することができ、製造工程を効率的にすることが出来る。

本発明において、金属板に加えて、第２金属板を金属板と第１導波管または第２導波管との間に挿設し、第２金属板の表裏両面を貫通する孔によって第３導波路部を形成した場合には、第２導波路部および第３導波路部を金属板および第２金属板によって形成することが出来るので、チョーク構造の設計変更を行なう際は、金属板および第２金属板のみを代えればよく、設計変更や修正が容易となる。

本発明において、第１導波路部、第２導波路部および第３導波路部の少なくとも一部に誘電体が配置されている場合には、誘電体の波長短縮効果により、チョーク部をより小型、低背化することが出来、より小型、低背な導波管接続構造を実現することが出来る。

本発明の導波管接続板は、誘電体の表面または内側に設けられた第１接地導体層と、第１接地導体層の非形成領域として設けられた第１開口と、誘電体の裏面に設けられた第２接地導体層と、第１開口と対向するように第２接地導体層の非形成領域として設けられた第２開口と、第２開口の周囲に第２開口を取り囲むように設けられた第３開口と、第１開口および第２開口を取り囲むとともに、第１接地導体層と第２接地導体層とを接続する第１導体と、第３開口の第２開口側または他方側の一方縁に沿って第２接地導体層と第１接地導体層とを接続する第２導体と、第２導体と距離を隔てるように他方縁より奥に配置され、第２接地導体層と第１接地導体層とを接続する第３導体と、誘電体の裏面に配置され、第２開口と同じ大きさの第１貫通開口を有するとともに第３開口と一致するように設けられた第２貫通開口を有する金属板とが設置されていることから、金属板に設けられた第２貫通開口および誘電体内の第１および第２接地導体層と第２導体と第３導体とで囲まれた部分を、従来の垂直チョーク部として機能させることができる。また、従来の直線状の垂直チョーク部よりも導波管接続部を低背化することができ、薄型の導波管接続板を実現することができる。

本発明において、金属板に代えて、誘電体の裏面にさらに誘電体が積層され、誘電体表面の第１貫通開口の位置に第４開口および第２貫通開口の位置に第５開口が形成された第３接地導体層が形成されるとともに、第４開口の周囲および第５開口の両側に形成され、第３接地導体層と第２接地導体層とを接続する第４導体が形成されている場合には、誘電体内の第１および第２接地導体層と第２、第３および第４導体とで囲まれた部分が、従来の垂直チョーク部として機能し、また、従来の直線状の垂直チョーク部よりも低背化させたものとすることができる。また、誘電体内に形成されるため、誘電体の波長短縮効果により低背な導波管接続板を実現することができる。

本発明において、第１貫通開口の縁から第２貫通開口までの電気長が実効波長の略１／４とされている場合には、導波管変換板の下に導波管を設置した場合に、第２貫通開口の位置において電圧最大、第１貫通開口の縁が電流最大となって、導波管接続板と導波管との間に隙間が生じた際でも、導波管接続板と導波管とが電気的に接続されているように見えるチョーク効果を得ることができる。

本発明において、第４開口の縁から第５開口までの電気長が実効波長の略１／４とされている場合には、第５開口の位置において電圧最大、第４開口の縁が電流最大となって、導波管接続板と導波管との間に隙間が生じた際でも、導波管接続板と導波管とが電気的に接続されているように見えるチョーク効果を得ることができる。

本発明において、断面視において、第２貫通開口から、第１接地導体層と第３導体との接続点までの電気長が、実効波長の略１／４とされている場合には、第２貫通開口の位置において電圧最大、誘電体内の第１接地導体層と第３導体との接続点が電流最大となってチョーク効果を得ることができる。

本発明において、断面視において、第５開口から第１接地導体層と第３導体との接続点までの電気長が、実効波長の略１／４とされている場合には、第５開口が電圧最大、誘電体内の第１接地導体層と第３導体との接続点が電流最大となってチョーク効果を得ることができる。

本発明の導波管変換器は、導波管接続板において、誘電体の表面にさらに積層された誘電体を介して第１開口と電磁結合するように高周波線路が形成されていることから、第１開口を介して、導波管と高周波線路との信号伝達ができ、導波管伝送モードと高周波線路伝送モードとを相互に変換することが出来る。

以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１（ａ）は本発明の一実施形態による導波管接続部の構成例を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の２導波管の接続部より上側を見た平面図である。なお、図１（ｂ）において、導波管の接続面を判りやすくするためにハッチングを付した。したがって、図１（ｂ）におけるハッチングは断面を示すものではない。また、図１（ａ）は、図１（ｂ）の断面Ａ−Ｂにおける断面を示す。

図１（ａ）および図１（ｂ）において、１は第１導波管、２は第１導波管１と向かい合わせに直列に接続される第２導波管、１１は第１導波管１または第２導波管２の導波管壁１４から導波管の管路に垂直な方向に延びる第１導波路部、１２は導波管の管路方向に延びる第２導波路部、１３は第１導波路部１１に平行に延びるとともに末端が短絡された第３導波路部で、第１乃至第３導波路部１１〜１３は第１から第３の順で直列接続されて、いわゆるチョーク構造を構成する。なお、第１導波路部１１を水平チョーク部、第２導波路部１２および第３導波路部１３を垂直チョーク部とも言う。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示す本実施形態の導波管接続構造において、第１導波路部１１の、導波管壁１４から第２導波路部１２との接続部１５までの高周波の１波長を単位とする電気長Ｌが使用高周波の実効波長λの略１／４とされている場合には、第１導波路部１１と第２導波路部１２の接続部１５の位置で電圧が最大、導波管壁１４の位置で電流が最大となって第１および第２導波管１，２同士が電気的に接続されているように見えるチョーク効果を得ることができる。

また、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す本実施形態において、第２導波路部１２の第１導波路１１との接続部１５から、第３導波路部１３の末端壁面の最も離れた点１６までの電気長が、使用高周波の実効波長λの略１／４とされている場合、すなわち、第２の導波路部１２の導波管壁１４に近い側の壁面を辿り、第３導波路部１３との接続点から第３導波路部１３の末端壁面の最も離れた点１６まで斜めに第３導波路部１３を横切る経路の長さが略λ／４の場合には、第１導波路部１１と第２導波路部１２の接続部１５において電圧が最大、第３導波路部１３の末端壁面において電流が最大となってチョーク効果を得ることができる。

図２は、本発明の他の実施形態を示す導波管接続部の断面図である。図１と同じ部位には同じ符合を付している。図２の実施形態において、第３導波路部１３が第２導波路部１２の接続部から外側（導波管壁１４から遠ざかる方向）に第１導波路部１１と平行に延びている点が、図１（ａ）と異なっている。図１の実施形態のように、第３導波路部１３は第２導波路部１２の接続部から内側（導波管壁１４に近付く方向）に延びるように形成する方が、導波管接続部を全体的にコンパクトにすることができる点で有利であるが、図２の実施形態のように、外側に延びるように形成することもできる。

なお、図２の実施形態においては、第２導波路部１２の第１導波路部１１との接続部１５から、第３導波路部１３の末端壁面の最も離れた点１６までの電気長、すなわち、第２導波路１２の導波管壁１４から遠い側の壁面を辿り、第３導波路１３との接続点から第３導波路１３の末端壁面の最も離れた点１６まで斜めに第３導波路１３を横切る経路の長さが略λ／４の場合に、第１導波路部１１と第２導波路部１２の接続部１５において電圧が最大、第３導波路部１３の末端壁面において電流が最大となってチョーク効果を得ることができる。

図３は、本発明の他の実施形態を示す導波管接続部の断面図である。図３において、３は第１導波管１と第２導波管２との間に挿設した金属板３、１２は金属板３の表裏両面を貫通する孔によって形成した第２導波路部である。その他の図１と共通する部分には同じ符合を付している。

図３の実施形態において、第３導波路部１３は、第１導波管１のフランジ部に溝加工を施すことによって形成されている。

図３の実施形態のように、第２導波路部１２を金属板３によって形成することにより、第２導波路部１２および第３導波路部１３が逆Ｌ字形状の垂直チョーク部を構成する場合も、第２導波路部１２と第３導波路部１３とに分けて加工することが出来るため、製造が容易となる。しかも、金属板３を第２導波路部１２の導波管の管路方向の長さＨｂと同じ厚みを有するものとする場合、製造が格段に容易となる。

図４は、本発明の実施形態のさらに他の例を示す断面図である。図４において、４は、金属板３に加えて、金属板３と第１導波管１との間に挿設した第２金属板、１３は第２金属板４の表裏両面を貫通する孔によって形成された第３導波路部である。

図４の実施形態のように、第２導波路部１２および第３導波路部１３をそれぞれ金属板３および第２金属板４によって形成する場合、チョーク構造の設計変更を行なう際に金属板３および第２金属板４のみを代えればよく、設計変更や修正が容易となる。また、組立も容易で製造性に優れたものとなる。しかも、第３導波路部１３の高さＨａと同じ厚みを有する第２金属板４とする場合、製造が格段に容易となる。

なお、第２金属板４および／または金属板３は、第１導波管１のフランジ部に、金属ロウ材等の導電性の接合材で接合して一体化するのが好ましい。これによって、接合部における高周波ロスを低減することができ、チョークの効きを良くすることができる。また、第２金属板４を金属板３と第２導波管２との間に配置し、第２導波管２のフランジ側にチョーク構造を設ける構成としてもよい。

図５は、さらに他の実施形態の構成例を示す断面図で、図６はその要部拡大図である。図５，図６において、１３ａは、第３導波路部１３内に配置された誘電体を示す。

図５および図６のように、誘電体１３ａを第３導波路部１３の内側に配置すれば、誘電体１３の波長短縮効果により、チョーク部（第３導波路部１３）をより小型、低背化することが出来、小型、低背な導波管接続構造を実現することが出来る。

次に、図５および図６の実施形態例に基づいて、本発明の導波管接続構造の特性について説明する。導波管接続構造として機能し得るか否かは第１導波管１から第２導波管２への高周波信号の透過特性（Ｓ_２１）により検証することができる。高周波信号を効率よく伝送させるため、この数値はできる限り高いことが要求される。

図７は、図５および図６に示す導波管接続構造のＳ_２１の周波数特性を示すグラフである。この結果は、図５および図６において、第３導波路部１３の幅Ｗａ、高さ（導波管１，２の管路方向の長さ）Ｈａおよび第２導波路部１２の幅Ｗｂ、高さＨｂをそれぞれ、Ｗａ＝０．６８ｍｍ、Ｈａ＝０．２２ｍｍ、Ｗｂ＝０．５ｍｍ、Ｈｂ＝０．２ｍｍ、第３導波路部１３に設置された誘電体１３ａの比誘電率を９、第１の導波管１と第２の導波管２との距離Ｇを０．３ｍｍとして計算した。

この場合、図７に示すように、約７５ＧＨｚを中心にＳ_２１＜−０．０５ｄＢの帯域幅が約７．５ＧＨｚとなるようなチョーク効果が得られた。

一方、図１５は、図１４に示す従来の導波管接続構造のＳ_２１の周波数特性を示すグラフである。図１５に示すように、約７５ＧＨｚを中心にＳ_２１＜−０．０５ｄＢの帯域幅が約９．２ＧＨｚとなるようなチョーク効果が得られた。

この結果は、図１４において、第２導波路部１１２ａ、１１２ｂの幅Ｗを０．５ｍｍ、高さＨａ＝０．３２ｍｍ、Ｈｂ＝０．２ｍｍとし、第２導波路部の上側部分１１２ａに配置された誘電体の比誘電率を９とし、第２導波路部の下側部分１１１ｂを空気（比誘電率を１）、第１導波管１０１と第２導波管１０２との距離Ｇを０．３ｍｍとして得た。すなわち、図７のグラフを得た図５，図６の実施形態による導波管接続構造と、誘電体が配置された部分のみ形状が異なるものである。

このように、図５，図６の実施形態による導波管接続構造の垂直チョーク部にあたる第２および第３導波路部全体の高さは、Ｈａ＋Ｈｂ＝０．２２＋０．２＝０．４２ｍｍであるのに対し、図１４に示す従来の導波管接続部の垂直チョーク部の高さは、Ｈａ＋Ｈｂ＝０．３２＋０．２＝０．５２ｍｍであり、図５，図６の実施形態による導波管接続構造の方が、０．１ｍｍ低背、つまり導波管１，２の接続部における管路方向の長さを短くできることがわかる。

以上のように、帯域幅は９．５ＭＨｚから７．５ＭＨｚへと若干減少するものの、低背にて約７５ＧＨｚを中心周波数とする導波管接続部を実現することができる。

なお、図５および図６において、第２導波路部１２の接続部１５から、第３導波路部１３の末端壁面の最も離れた点１６までの第２および第３導波路部１２，１３内における電気長は、図６における第２導波路部１２の高さＨｂと、第３導波路部１３を斜めに横切る破線１７の長さの和となる。第２導波路部１２の高さの電気長は空気中なのでＨｂ＝０．２ｍｍであり、破線１７の電気長は比誘電率約９の誘電体中なので（Ｗａ−Ｗｂ）の２乗にＨａの２乗を足し、平方根をとった値、すなわち（０．６８−０．５）＝０．１３の２乗に０．２２の２乗を足した平方根である破線１７の長さ０．２６ｍｍに誘電体の比誘電率９の平方根を掛けた値０．７８ｍｍとなる。

したがって、第２導波路部１２の接続部１５から、第３導波路部１３の末端壁面の最も離れた点１６までの第２および第３導波路部１２、１３内における電気長は、０．２＋０．７８＝０．９８ｍｍとなり、７５ＧＨｚにおける実効波長の１／４である１ｍｍと略同一となる。

次に、図８は、本発明の導波管接続板の一実施形態を示す縦断面図である。図８において、３１は誘電体２１の表面（上面）に設けられた第１接地導体層、４１は第１接地導体層３１の導体層非形成領域として設けられた第１開口、３２は誘電体２１の裏面（下面）に設けられた第２接地導体層、４２は第１開口４１と対向するように第２接地導体層３２の導体層非形成領域として設けられた第２開口、４３は第２開口４２の周囲に第２開口４２を取り囲むように設けられた第３開口、５１は第１開口４１および第２開口４２を取り囲むとともに、第１開口４１および第２開口４２の縁に沿って第１接地導体層３１と第２接地導体層３２とを接続する複数の第１導体、５２は第３開口４３の第２開口４２側と反対側の縁（一方縁）に沿って第２接地導体層３２と第１接地導体層３１とを接続する第２導体、５３は第３開口４３の一方縁と反対側の他方縁（第２開口４２側）より第２導体５２と距離を隔てるように第３開口４３の奥側に配置され、第２接地導体層３２と第１接地導体層３１とを接続する第３導体、３は誘電体２１の裏面に配置され、表裏両面に、第２開口４２と同じ大きさの第１貫通開口５を有するとともに第３開口４３の一方側および他方側の縁と一致するように設けられた第２貫通開口６を有する金属板である。

図８の実施形態において、金属板３に設けられた第２貫通開口６および誘電体２１内の第１および第２接地導体層３１、３２と第２導体５２および第３導体５３とで囲まれた部分が、垂直チョーク部に相当し、垂直チョーク部の断面が逆Ｌ字形状となっている。これによって、従来の直線状の垂直チョーク部を有するものより低背化することができ、低背な導波管接続板を実現することができる。

金属板３の第２貫通開口６を垂直チョーク部の一部として用い、誘電体２１には第３導波路部１３が形成されるので、誘電体２１の厚みを薄くすることが出来る。また、導波管１と導波管接続板との接続を金属板３を用いて導波管１とのねじ締めする構造にすることが容易で、信頼性の高い接続が出来る。

また、図８に示す実施形態による誘電体導波管接続板において、第１貫通開口５の縁１４から第２貫通開口６の誘電体２１に接しない側、つまり金属板３の下面側１５までの電気長が使用高周波の実効波長の略１／４波長とされている場合には、導波管変換板の下に導波管１を設置した場合に、第２貫通開口６の誘電体２１に接しない端１５が電圧最大、第１貫通開口５の縁１４が電流最大となって、導波管接続板と導波管１との間に隙間が生じた際でも、導波管接続板と導波管１とが電気的に接続されているように見える。

また、図８に示す実施形態による導波管接続板において、第２貫通開口６の誘電体２１に接しない端１５から、第１および第２接地導体層３１、３２と第２導体５２および第３導体５３とで囲まれる領域内の最も離れた点、つまり第３導体５３と第１接地導体層３１との接続部１６までの電気長が、実効波長の略１／４波長とされている場合には、第２貫通開口６の誘電体２１に接しない端１５が電圧最大、誘電体２１内の第１および第２接地導体層３１、３２と第２導体５２および第３導体５３とで囲まれた部分の末端の最も離れた点１６が電流最大となってチョーク効果を得ることができる。

なお、図８の実施形態において、第３開口４３の第２開口４２側の縁と対する他方側の縁に沿って第２導体５２を配置し、第２開口４３側の縁には第２導体５２と距離を隔てるように縁より奥に第３導体５３を配置したが、逆に、第３開口４３の第２開口４２側の縁に沿って第２導体５２を配置し、第２導体５２と距離を隔てるように第２開口４３側の縁と対する他方側の縁から奥に第３導体５３を配置し、第２開口４２から遠ざかる方向にむけて第３導波路部１３が延びるようにしてもよい。

図９は、他の実施形態による導波管接続板の縦断面図である。図９において、２２は、図８の金属板３に代えて、誘電体２１の裏面にさらに積層された誘電体であり、３３は誘電体２２裏面の第１貫通開口５の位置に第４開口４４が、第２貫通開口６の位置に第５開口４５が形成された第３接地導体層であり、５４は第４開口４４の周囲および第５開口４５の両側に形成され、第３接地導体層３３と第２接地導体層３２とを接続する第４導体である。

図９において、誘電体２１，２２内の第１および第２接地導体層３１、３２と第２、第３および第４導体５２，５３，５４とで囲まれた部分が、垂直チョーク部に相当し、断面が逆Ｌ字形状となっている。そして、従来の直線状の垂直チョーク部よりも低背化することができるのに加えて、垂直チョーク部が誘電体内に形成されているため、より低背な誘電体製の導波管接続板を実現することができる。

また、第４開口４４の縁１４から第５開口４５までの電気長が実効波長の略１／４とされている場合には、第５開口４５の位置が電圧最大、第４開口４４の縁１４が電流最大となって、導波管接続板と導波管１との間に隙間が生じた際でも、導波管接続板と導波管１とが電気的に接続されているように見える。

また、第５開口４５から第１および第２接地導体層３１、３２と第２および第３導体５２、５３とで囲まれる第３導波路部１３領域内の最も離れた点１６、すなわち第３導体５３と第１接地導体層３１の接続部１６までの電気長が、実効波長の略１／４とされている場合には、第５開口４５の位置が電圧最大、誘電体２１内の第１および第２接地導体層３１、３２と第２導体５２および第３導体５３とで囲まれた部分の末端の最も離れた点１６が電流最大となってチョーク効果を得ることができる。

図１０は、本発明の導波管変換器の一実施形態の例を示す。図１０（ａ）はその縦断面図、図１０（ｂ）は上面から見た平面図である。図１０に示す導波管変換器の実施形態例において、２２は、図８の実施形態の例に加えて、誘電体２１の表面にさらに積層された誘電体、６１は誘電体２２の表面に形成され、誘電体２２を介して第１開口４１と電磁結合する高周波線路である。その他の共通部分には図８と同じ符合が付されている。なお、図１０（ｂ）において、判りやすくする目的で線路導体６１にハッチングを付している。したがって、これは断面を示すものではない。

図１０において、第１開口４１と電磁結合するように高周波線路６１が形成されており、第１開口４１を介して導波管１と高周波線路６１との間で信号伝達ができる。本実施形態においては、高周波線路６１は誘電体２２を介して誘電体２２の裏面側に配置される第１接地導体層３１とともにマイクロストリップ線路を構成する例を示している。そして、第１開口４１は高周波線路６１に直交する方向に長辺を有する四角スリット状の形状を有する。例えば、長辺方向の長さが高周波線路６１を流れる高周波の１／２波長の長さとし、短辺方向は、第１開口４１のインピーダンスが高周波線路６１のインピーダンスと第１開口４１の導波管１側のインピーダンスとの積の平方根になるように決められる。また、高周波線路６１の先端は、図１０のように第１開口４１の中心から所定位置で開放端とされるか、または第１接地導体層３１と接続した短絡端とされる。

また、導波管接続板の誘電体２２上には、高周波を発生、制御するための、例えば、ＲＦ‐ＩＣや発信子、アンプ等の部品を実装することが出来る。

なお、図１０において、図８の実施形態例の誘電体２１の表面に、さらに誘電体２２を積層して導波管変換器を構成する例を示したが、図９の実施形態例の誘電体２１の表面に、さらに誘電体２２を積層することによって導波管変換器を構成してもよい。

次に、図１１は、本発明の導波管変換器の他の実施形態の例を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面から見た平面図（ｂ）である。

図１１に示す導波管変換器の実施形態の例において、２３は誘電体２１の表面にさらに積層された誘電体、６１は誘電体２３の表面に形成され、第１開口４１と電磁結合された高周波線路を示す。高周波線路６１は、線路導体６２および線路導体６２の一端部を取り囲むように形成された第４接地導体層３４から成る。また、線路導体６２の一端部には、線路導体６２の一端と直交するように配置され、第４接地導体層３４の非形成部によって線路導体６２と電磁気的に結合されたスロット６３が形成され、第４接地導体層３４と第１接地導体層３１とは、平面透視したときに第１開口４１およびスロット６３の周囲にこれらを取り囲むように配置された第５導体５５によって接続されている。なお、図１１（ｂ）において、判りやすくするために、高周波線路６１（線路導体６２および第４接地導体層３４）にはハッチングを付した。したがって、これらは断面を示すものではない。

本実施形態例では、スロット６３および第１開口４１を介して、導波管１と高周波線路６１との信号伝達ができる導波管変換器として動作する。また導波管接続板の誘電体２３上には、高周波を発生、制御するための、例えば、ＲＦ‐ＩＣや発信子、アンプ等の部品を実装することが出来る。

また、高周波線路６１は、誘電体２３表面に形成された線路導体６２と第４接地導体層３４および第１接地導体層３１とで構成されたグランデッドコプレーナ線路の例を示している。スロット６３は、線路導体６２に直交する方向に長辺を有し、例えば、長さが高周波線路６１を流れる高周波の１／２波長の長さとされ、線路導体６２方向の長さは、第１開口４１を介して電磁結合させる最適なインピーダンスとなるように決められる。線路導体６２の先端は、一端において第４接地導体層３４に短絡された例を示したが、開放端とすることもできる。

なお、第１開口４１および第１接地導体層３１と第１導体５１と第４導体５４とで囲まれる誘電体領域は、誘電体共振器として用いられ、高周波線路６１と導波管１との結合を良好なものとする機能を有している。誘電体共振器として機能させるため、誘電体共振器領域の誘電体２１，２２を合わせた厚みは、高周波信号の略λ／４の厚さとされる。但し、厚みをλ／４近辺にした場合、不要モードが生じて不具合を生じる場合がある。このような場合は、誘電体共振器の厚さをλ／４より薄いものとしてこの現象を抑制するように対処することがある。本実施形態においては、垂直チョーク部分の物理的長さ（Ｈａ＋Ｈｂ）はλ／４より短いものとなるので、このような誘電体厚さを短くする対応を容易に行なうことができる。

上記の各実施形態の例において、誘電体２１〜２３を形成する誘電体材料としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素、ムライト等を主成分とするセラミック材料、ガラス、あるいはガラスとセラミックフィラーとの混合物を焼成して形成されたガラスセラミック材料、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、四フッ化エチレン樹脂を始めとするフッ素系樹脂等の有機樹脂系材料、有機樹脂−セラミック（ガラスも含む）複合系材料等が用いられる。

第１乃至第４接地導体層３１〜３４、第１乃至第５導体５１〜５５、線路導体６２等を形成する導体材料としては、タングステン、モリブデン、金、銀、銅等を主成分とするメタライズ、あるいは金、銀、銅、アルミニウム等を主成分とする金属箔等が用いられる。

特に、信号がミリ波などの高周波の場合は、誘電体２１〜２３を形成する誘電体材料としては、誘電正接が小さく、かつ気密封止性に優れることが望ましい。このような望ましい誘電体材料としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ガラスセラミック材料の群から選ばれる少なくとも１種の無機材料が挙げられる。このような硬質系材料で構成すれば、誘電正接が小さく、かつ搭載した高周波部品を気密に封止することができるので、搭載した高周波部品の信頼性を高める上で好ましい。この場合、導体材料としては、誘電体材料との同時焼成が可能なメタライズ導体を用いることが、気密封止性と生産性の上で望ましい。

上述の高周波線路−導波管変換器は以下のようにして作製される。例えば誘電体材料に酸化アルミニウム質焼結体を用いる場合であれば、まず酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合してスラリー状にし、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法によりシート状に成形してセラミックグリーンシートを作製する。また、タングステンやモリブデン等の高融点金属、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合してメタライズペーストを作製する。

次に、セラミックグリーンシートに、例えば打ち抜き法により第１乃至第５導体５１〜５５としての貫通導体を形成するための貫通孔を形成し、例えば印刷法により、その貫通孔にメタライズペーストを埋め込み、続いて第１乃至第４接地導体層３１〜３４、線路導体６２等の各導体形状にメタライズペーストを印刷する。誘電体２１〜２３が複数の誘電体層の積層構造からなる場合には、これら導体が埋め込み、印刷されたセラミックグリーンシートを積層し、加圧して圧着し、高温（約１６００℃）で焼成する。さらに、第３および第４接地導体層３３、３４、線路導体６２等の表面に露出する導体の表面には、ニッケルめっきおよび金めっきを被着させる。

第１乃至第５導体５１〜５５を構成する貫通導体は、貫通孔の内壁に導体層が被着されたいわゆるスルーホール導体であってもよく、貫通孔の内部が導体で充填されたいわゆるビア導体であってもよい。また、第１乃至第５導体５１〜５５は誘電体２１〜２３の側面に形成された側面導体やキャスタレーション導体でもよい。

導波管１の形状は特に制約はなく、例えば方形導波管として規格化されているＷＲシリーズを用いると、測定用校正キットが充実しているので種々の特性評価が容易になるが、使用する高周波信号の周波数に応じてシステムの小型軽量化のために導波管のカットオフが発生しない範囲で小型化した方形導波管を用いてもよい。また、円形導波管を用いてもよい。

導波管１は、金属で構成し、管内壁の電流による導体損低減や腐食防止のために金、銀等の貴金属で被覆するとよい。また、樹脂を必要な導波管形状に成型し、金属の場合と同様に管内壁を金、銀等の貴金属で被覆したものであってもよい。導波管１の高周波線路−導波管変換器への取り付けは、導電性のろう材による接合やねじによる締め付け等によって行なわれる。

なお、本発明は上記実施の形態の例に限定されず、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変更を施すことができる。

例えば、図１１では高周波線路６１がコプレナー線路構造の場合の例を示したが、誘電体２３の上にさらに誘電体を積層し、この誘電体の表面に線路導体６２を覆うように接地導体層を設けたグランド付きコプレナー線路構造としてもよく、より外部ノイズの影響を受けにくい高周波線路を有する導波管変換器を提供することができる。

また、上記実施の形態の説明において上下左右という用語は、単に図面上の位置関係を説明するために用いたものであり、実際の使用時における位置関係を意味するものではない。

本発明の導波管接続構造の実施の形態の一例を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の第１導波管の下面から見た平面図である。 本発明の導波管接続構造の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の導波管接続構造の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の導波管接続構造の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の導波管接続構造の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の導波管接続構造の実施の形態の他の例を示す要部拡大断面図である。 図５および図６に示す本発明の導波管接続構造の周波数特性を示す線図である。 本発明の導波管接続板の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の導波管接続板の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の導波管変換器の実施の形態の一例を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の導波管変換器の実施の形態の他の例を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 従来の導波管接続構造の例を示す断面図である。 従来の導波管接続構造の他の例を示す断面図である。 従来の導波管接続構造の他の例を示す断面図である。 図１４に示す従来の導波管接続構造の周波数特性を示す線図である。

符号の説明

１：第１導波管
２：第２導波管
３：金属板
４：第２金属板
５：第１貫通開口
６：第２貫通開口
１１：第１導波路部
１２：第２導波路部
１３：第３導波路部
１４：導波管壁、第１貫通開口の縁、第４開口の縁
１５：接続部
１６：最も離れた点
２１、２２、２３：誘電体
３１：第１接地導体層
３２：第２接地導体層
３３：第３接地導体層
３４：第４接地導体層
４１：第１開口
４２：第２開口
４３：第３開口
４４：第４開口
４５：第５開口
５１：第１導体
５２：第２導体
５３：第３導体
５４：第４導体
５５：第５導体
６１：高周波線路
６２：線路導体
６３：スロット

Claims (14)

1. 第１導波管と第２導波管との接続部において、前記第１導波管または前記第２導波管の導波管壁から前記導波管の管路に垂直な方向に延びる第１導波路部と、前記導波管の管路方向に延びる第２導波路部と、前記第１導波路部に平行に延びるとともに末端が短絡された第３導波路部とが直列接続されていることを特徴とする導波管接続構造。
2. 前記第１導波路部の、前記導波管壁から前記第２導波路部との接続部までの電気長が実効波長の略１／４とされていることを特徴とする請求項１記載の導波管接続構造。
3. 前記第２導波路部の前記接続部から、前記第３導波路部の前記末端壁面までの前記第２および第３導波路部内における電気長が、実効波長の略１／４とされていることを特徴とする請求項１または２記載の導波管接続構造。
4. 前記第１導波管と前記第２導波管との間に金属板を挿設し、該金属板の表裏両面を貫通する孔によって前記第２導波路部を形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の導波管接続構造。
5. 前記第３導波路部は、前記第１導波管または前記第２導波管のフランジに設けられた溝によって形成したことを特徴とする請求項４記載の導波管接続構造。
6. 前記金属板に加えて、第２金属板を前記金属板と前記第１導波管または前記第２導波管との間に挿設し、該第２金属板の表裏両面を貫通する孔によって前記第３導波路部を形成したことを特徴とする請求項４記載の導波管接続構造。
7. 前記第１導波路部、前記第２導波路部および前記第３導波路部の少なくとも一部に誘電体が配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の導波管接続構造。
8. 誘電体の表面または内側に設けられた第１接地導体層と、該第１接地導体層の非形成領域として設けられた第１開口と、前記誘電体の裏面に設けられた第２接地導体層と、前記第１開口と対向するように前記第２接地導体層の非形成領域として設けられた第２開口と、前記第２開口の周囲に前記第２開口を取り囲むように設けられた第３開口と、前記第１開口および前記第２開口を取り囲むとともに、前記第１接地導体層と前記第２接地導体層とを接続する第１導体と、前記第３開口の前記第２開口側または他方側の一方縁に沿って前記第２接地導体層と前記第１接地導体層とを接続する第２導体と、該第２導体と距離を隔てるように他方縁より奥に配置され、前記第２接地導体層と前記第１接地導体層とを接続する第３導体と、前記誘電体の裏面に配置され、前記第２開口と同じ大きさの第１貫通開口を有するとともに前記第３開口と一致するように設けられた第２貫通開口を有する金属板とが設置されていることを特徴とする導波管接続板。
9. 前記金属板に代えて、前記誘電体の前記裏面にさらに誘電体が積層され、該誘電体表面の前記第１貫通開口の位置に第４開口および前記第２貫通開口の位置に第５開口が形成された第３接地導体層が形成されるとともに、前記第４開口の周囲および前記第５開口の両側に形成され、前記第３接地導体層と前記第２接地導体層とを接続する第４導体が形成されていることを特徴とする請求項８記載の導波管接続板。
10. 前記第１貫通開口の縁から前記第２貫通開口までの電気長が実効波長の略１／４とされていることを特徴とする請求項８記載の導波管接続板。
11. 前記第４開口の縁から前記第５開口までの電気長が実効波長の略１／４とされていることを特徴とする請求項９記載の導波管接続板。
12. 断面視において、前記第２貫通開口から、前記第１接地導体層と前記第３導体との接続点までの電気長が、実効波長の略１／４とされていることを特徴とする請求項８記載の導波管接続板。
13. 断面視において、前記第５開口から前記第１接地導体層と前記第３導体との接続点までの電気長が、実効波長の略１／４とされていることを特徴とする請求項９記載の導波管接続板。
14. 請求項８または９記載の導波管接続板において、前記誘電体の前記表面にさらに積層された誘電体を介して前記第１開口と電磁結合するように高周波線路が形成されていることを特徴とする導波管変換器。

Images