JP2010118857A - Transmission line using integrated waveguide - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2つの集積導波管にスロットを設けて、これらのスロット間を導波管で結合した、広帯域で損失の少ない伝送線路に関する。 The present invention relates to a transmission line having a wide bandwidth and low loss, in which slots are provided in two integrated waveguides and the slots are coupled by a waveguide.
下記特許文献1には、導波管の壁面にスロットを設けて、そのスロットから電波を放射し又は受波する導波管アンテナが開示されている。また、特許文献2には、2枚の誘電フィルムで挟まれた線状の伝送線路と、この誘電フィルムに垂直な方向に電波を伝搬させる方形導波管と、この方形導波管の導電性の蓋に、この伝送線路に直交する方向で、伝送線路の開放端から管内波長の1/4の位置に、スリットを設けた変換装置が開示されている。さらに、特許文献3には、誘電体導波管において、スロットを設け、このスロットに整合し、このスロットよりも一回り大きな貫通孔を有した金属板を、誘電体導波管に接合した導波管アンテナが開示されている。
一方、レーダにおいて、短パルス信号を用いて、距離を精度良く測定するには、その信号の伝送線路における伝送帯域を超広帯域(UWB)とする必要がある。しかしながら、上記の特許文献1〜3に開示の伝送線路によるものでは、広帯域化は困難であった。特許文献2の図4の特性で示されているように、15dB以上のリターンロスを生じる帯域幅は、0.3GHz位であり、10dB以上のリターンロスを生じる帯域幅は、0.6GHz位と、使用帯域幅が狭いものであった。
On the other hand, in radar, in order to accurately measure a distance using a short pulse signal, the transmission band of the signal on the transmission line needs to be an ultra-wide band (UWB). However, with the transmission line disclosed in
本発明は上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、高周波の伝送線路を広帯域化することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to widen a high-frequency transmission line.
第1の発明は、 集積導波管を用いた伝送線路において、
上面である第1面と、下面である第2面とを有した第1誘電体基板と、第1面に形成された第1導電体層と、第2面に形成された第2導電体層と、第1導電体層上において、入力信号線路と接続される部分を除いて、矩形形状の各辺に沿って設けられ、第1誘電体基板を貫通して第1導電体層と第2導電体層とを電気的に接続し、入力信号線路が接続される辺と対向する辺に形成された第1短絡壁と、これに直交する平行な2つの第1側壁とから成る第1導通部材と、第2導電体層において、第1短絡壁から管内波長の1/4の位置の入力信号線路側に設けられ、2つの第1側壁の間隔よりも狭い、信号の伝搬方向に垂直な幅だけ、導体層が切欠けられた第1スロットと、
上面である第3面と、下面であり、第2面に近い側の面である第4面とを有し、第1誘電体基板と平行に設けられた第2誘電体基板と、第3面に形成された第3導電体層と、第4面に形成された第4導電体層と、第3導電体層上において、出力信号線路と接続される部分を除いて、矩形形状の各辺に沿って設けられ、第2誘電体基板を貫通して第3導電体層と第4導電体層とを電気的に接続し、出力信号線路が接続される辺と対向する辺に形成された第2短絡壁と、これに直交する平行な2つの第2側壁とから成る第2導通部材と、第4導電体層において、第2短絡壁から管内波長の1/4の位置の出力信号線路側に設けられ、2つの第2側壁の間隔よりも狭い、信号の伝搬方向に垂直な幅だけ、導体層が切欠けられた第2スロットと、第1スロットと第2スロットとが平行な位置となるように、第1誘電体基板と第2誘電体基板とを配設し、内部に、第1スロットと第2スロットとを接続する導波管が形成された基台とを有することを特徴とする伝送線路である。
The first invention relates to a transmission line using an integrated waveguide,
A first dielectric substrate having a first surface as an upper surface and a second surface as a lower surface, a first conductor layer formed on the first surface, and a second conductor formed on the second surface The first conductor layer and the first conductor layer are provided along each side of the rectangular shape, excluding a portion connected to the input signal line, on the first conductor layer, and through the first dielectric substrate. A first short-circuit wall formed on a side opposite to the side to which the input signal line is connected and the two conductor layers electrically connected, and two first side walls parallel to the first short-side wall; The conductive member and the second conductor layer are provided on the input signal line side at a
A second dielectric substrate having a third surface that is an upper surface and a fourth surface that is a lower surface and is a surface close to the second surface, and is provided in parallel with the first dielectric substrate; Each of the rectangular shapes except for the third conductor layer formed on the surface, the fourth conductor layer formed on the fourth surface, and the portion connected to the output signal line on the third conductor layer. Provided along the side, electrically connecting the third conductor layer and the fourth conductor layer through the second dielectric substrate, and formed on the side opposite to the side to which the output signal line is connected. A second conducting member comprising the second short-circuit wall and two parallel second side walls perpendicular to the second short-circuit wall, and an output signal at a position of 1/4 of the in-tube wavelength from the second short-circuit wall in the fourth conductor layer. A second slot provided on the line side and having a conductor layer cut away by a width that is narrower than the distance between the two second side walls and perpendicular to the signal propagation direction; A first dielectric substrate and a second dielectric substrate are arranged so that the lot and the second slot are parallel to each other, and a waveguide connecting the first slot and the second slot is provided inside. It is a transmission line characterized by having a formed base.
本発明は、第1誘電体基板と、第1導電体層と、第2導電体層と、第1導通部材とで、第1集積導波管が構成される。また、第2誘電体基板と、第3導電体層と、第4導電体層と、第2導通部材とで、第2集積導波管が構成される。そして、第1集積導波管と第2集積導波管は、平行に配設される。第1集積導波管の第2導電体層には、第1スロットが、第2集積導波管の第4導電体層には、第2スロットが設けられている。この第1スロットと第2スロットとは、平行に設けられ、両者は、基台の内部に設けられた導波管で接続されている。また、第1スロットは、第1集積導波管の第1短絡壁から基準周波数の管内波長の1/4の位置に設けられており、第2スロットは、第2集積導波管の第2短絡壁から管内波長の1/4の位置に設けられている。したがって、第1、第2スロットは、その基準周波数に対して励振の腹となり、基準周波数の第1周波数での共振点となる。したがって、この共振周波数で、最も損失なく、第1集積導波管から第2集積導波管に信号が伝搬することになる。また、第1スロットと、第2スロットは、輪郭の周囲が導体であるので、電界は、スロットの幅を決定する2辺において、零となり、第1導電体層と第2導電体層と平行で、信号の伝搬方向を向いて、励振される。この時、共振する第2周波数は、基本となる第1周波数とは異なる。したがって、第2周波数を、第1周波数に対して僅かに異なるようにすることで、双峰性の共振が得られ、広帯域において、損失なく、第1集積導波管から第2集積導波管へ、信号を伝送させることができる。
In the present invention, the first integrated waveguide is constituted by the first dielectric substrate, the first conductor layer, the second conductor layer, and the first conductive member. The second dielectric substrate, the third conductor layer, the fourth conductor layer, and the second conductive member constitute a second integrated waveguide. The first integrated waveguide and the second integrated waveguide are arranged in parallel. A first slot is provided in the second conductor layer of the first integrated waveguide, and a second slot is provided in the fourth conductor layer of the second integrated waveguide. The first slot and the second slot are provided in parallel, and both are connected by a waveguide provided inside the base. The first slot is provided at a
上記の発明において、第1スロットと第2スロットとは、平行な位置関係にあれば良く、スロットを矩形とした場合に、その長辺が平行であることが望ましいが、必ずしも、平行でなくとも良い。また、第1スロットと第2スロットの長辺の信号の伝搬方向における位置は、一致することが望ましいが、必ずしも、一致する必要はない。第1スロットと第2スロットの長辺の向きと、位置が一致する場合には、基台の内部に形成される導波管は、直方体の方形導波管で構成される。また、2つのスロットの長辺が平行で、位置が一致しない場合には、導波管は、斜行した方形導波管で構成される。また、2つのスロットの長辺の位置が一致して、方向が平行でない場合には、導波管は第1誘電体基板に垂直な軸の回りに捩じれた方形導波管で構成される。さらに、2つのスロットの長辺の位置が一致せず、平行でもない場合には、導波管は第1誘電体基板に対して斜交する軸の回りに捩じれた方形導波管で構成される。また、第1導通部材と第2導通部材は、望ましくは、多数の導通性のビアホールで形成される。この場合には、ビアホールの配置間隔は、遮断波長よりも短くする。しかし、これらの導通部材は、複数のビアホールの配列に代えて、線状の連続した溝に導体を充填させたもので構成しても良い。また、導波管は、導波管の短辺の間隔が狭くなっている絞り部分を有していても良い。この絞りの短辺幅によって、伝送特性を改善することができる。 In the above invention, the first slot and the second slot only need to be in a parallel positional relationship. When the slot is rectangular, it is desirable that the long sides are parallel, but not necessarily parallel. good. In addition, although it is desirable that the positions of the long sides of the first slot and the second slot in the propagation direction of the signals match, it is not always necessary to match. When the directions of the long sides of the first slot and the second slot coincide with the positions, the waveguide formed inside the base is a rectangular parallelepiped. When the long sides of the two slots are parallel and the positions do not match, the waveguide is constituted by a skewed rectangular waveguide. Further, when the positions of the long sides of the two slots coincide and the directions are not parallel, the waveguide is formed of a rectangular waveguide twisted around an axis perpendicular to the first dielectric substrate. Further, when the positions of the long sides of the two slots are not coincident and not parallel, the waveguide is constituted by a rectangular waveguide twisted around an axis oblique to the first dielectric substrate. The Further, the first conductive member and the second conductive member are preferably formed by a large number of conductive via holes. In this case, the arrangement interval of the via holes is made shorter than the cutoff wavelength. However, these conductive members may be configured by filling a conductor in a linear continuous groove instead of the arrangement of a plurality of via holes. Further, the waveguide may have a diaphragm portion in which the interval between the short sides of the waveguide is narrow. The transmission characteristics can be improved by the short side width of the diaphragm.
さらに、第1導体層は、
第1面上に形成された入力信号線路に接続される第1信号線路と、第1信号線路の両側に形成され、第2導体層と電気的に接続された第1導体層の第1部分から成る第1コプレーナ部と、第1コプレーナ部に接続され、中央部において第1信号線路が通過し、第1導体層が、信号の伝送方向に垂直な幅方向に欠落して第1誘電体基板の表面が露出した第1露出部と、を有していても良い。
Furthermore, the first conductor layer is
A first signal line connected to the input signal line formed on the first surface, and a first portion of the first conductor layer formed on both sides of the first signal line and electrically connected to the second conductor layer A first coplanar portion comprising: a first dielectric that is connected to the first coplanar portion, the first signal line passes through the central portion, and the first conductor layer is missing in the width direction perpendicular to the signal transmission direction. And a first exposed portion where the surface of the substrate is exposed.
さらに、第3導体層は、
第3面上に形成された出力信号線路に接続される第2信号線路と、第2信号線路の両側に形成され、第4導体層と電気的に接続された第3導体層の第1部分から成る第2コプレーナ部と、第2コプレーナ部に接続され、中央部において第2信号線路が通過し、第3導体層が、信号の伝送方向に垂直な幅方向に欠落して第2誘電体基板の表面が露出した第2露出部と、を有していても良い。
Furthermore, the third conductor layer is
A second signal line connected to the output signal line formed on the third surface, and a first part of the third conductor layer formed on both sides of the second signal line and electrically connected to the fourth conductor layer A second coplanar portion comprising: a second coplanar portion; a second signal line passing through the central portion; and a third conductor layer missing in a width direction perpendicular to the signal transmission direction And a second exposed portion where the surface of the substrate is exposed.
上記の発明において、入力信号線路、出力信号線路は、マイクロストリップ線路でも、コプレーナ線路でも良い。また、第1集積導波管と、第2集積導波管のまま、信号の入力と出力を行っても良い。また、第1集積導波管の第1導電体層に直接、入力信号線が接続され、第2集積導波管の第3導電体層に直接、出力信号線が接続されていても良い。直接、接続されていても、モード変換は行われる。第3、第4発明のようにコプレーナ部と露出部とを設けることで、モード変換の効率が向上する。マイクロストリップ線路やコプレーナ線路における電磁界モードは、準TEMモード(TEMモードに近いモード)となる。集積導波管では、電磁界モードは、基本モードはTE10モードとなる。そこで、入力信号線路から第1集積導波管に向けて信号が伝搬するので、第1スロット部において、電磁界モードは、TEMモードからTE10モードに変換される。また、第2集積導波管から出力信号線路に向けて信号が伝搬するので、第2スロット部において、電磁界モードは、TE10モードからTEMモードに変換される。 In the above invention, the input signal line and the output signal line may be a microstrip line or a coplanar line. Further, signal input and output may be performed with the first integrated waveguide and the second integrated waveguide. The input signal line may be directly connected to the first conductor layer of the first integrated waveguide, and the output signal line may be directly connected to the third conductor layer of the second integrated waveguide. Even if it is directly connected, mode conversion is performed. By providing the coplanar part and the exposed part as in the third and fourth inventions, the efficiency of mode conversion is improved. The electromagnetic field mode in the microstrip line or coplanar line is a quasi-TEM mode (a mode close to the TEM mode). In the integrated waveguide, the fundamental mode is the TE 10 mode. Therefore, since the signal propagates from the input signal line toward the first integrated waveguide, the electromagnetic field mode is converted from the TEM mode to the TE 10 mode in the first slot portion. Further, since the signal propagates from the second integrated waveguide toward the output signal line, the electromagnetic field mode is converted from the TE 10 mode to the TEM mode in the second slot portion.
本発明は、第1短絡壁から第1スロットまでの距離と、この距離に等しい第2短絡壁から第2スロットまでの距離に応じて、共振する第1周波数が決定される。また、第1スロット及び第2スロットの平面内における共振周波数は、その幅やその箇所の誘電率が、誘電体基板の誘電率とは異なることから、第1周波数とは異なる第2周波数となる。第2周波数を第1周波数に対して、僅かに変化させることで、双峰性の共振特性が得られ、広い範囲の周波数での共振が得られることになる。これにより、本発明の伝送線路の伝送帯域を広くすることが可能となる。 In the present invention, the first frequency that resonates is determined according to the distance from the first short-circuit wall to the first slot and the distance from the second short-circuit wall to the second slot that is equal to this distance. Further, the resonance frequency in the plane of the first slot and the second slot is a second frequency different from the first frequency because the width and the dielectric constant of the portion are different from the dielectric constant of the dielectric substrate. . By slightly changing the second frequency with respect to the first frequency, bimodal resonance characteristics can be obtained, and resonance in a wide range of frequencies can be obtained. Thereby, the transmission band of the transmission line of the present invention can be widened.
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明するが、本発明は、下記の実施例には限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples, but the present invention is not limited to the following examples.
図1は、本発明の具体的な一実施例に係る伝送線路100の斜視図、図2は、第1素子10Uの平面図、図3は第2素子10Dの平面図、図4は伝送線路100の断面図である。第1素子の構成要素の符号は、数値にUの記号を付し、第2素子の構成要素の符号は、数値にDの記号を付している。符号の数値が同一である構成要素は、同一構成要素を示す。第1素子10Uについて説明する。座標系は、信号の伝搬方向にx軸、上向きにz軸、信号の伝搬方向に垂直な幅方向にy軸をとる。第1誘電体基板11Uの上面である第1面12Uには、第1導電体層13Uが形成されている。基板に対して上下を表現する場合には、その上下の定義は、第1誘電体基板11U及び第2誘電体基板11Dに共通であり、+z軸方向を上方向、−z軸方向を下方向と定義する。図4に示すように、第1誘電体基板11Uの下面である第2面18Uには、第2導電体層19Uが全面に形成されている。図2に示すように、第1導電体層13Uは、信号入力ポートPort 1側から、入力信号線路14U、この入力信号線路14Uに接続され、x軸方向に伸びた第1信号線路16Uと、第1信号線路16Uの両側に形成された第1導電体層13Uの第1部分15Uと、第1集積導波管20Uの導体部21Uとから成る。
1 is a perspective view of a
図2において、第1誘電体基板11Uをx軸方向に、図示されたA、B、C、Dの領域に分ける。領域Dは、入力信号線路14Uが形成される領域、領域Cは、第1コプレーナ部、領域Bは第1露出部、領域Aは第1集積導波管20Uが形成される領域である。
In FIG. 2, the first dielectric substrate 11U is divided into regions A, B, C, and D shown in the x-axis direction. The region D is a region where the input signal line 14U is formed, the region C is a first coplanar portion, the region B is a first exposed portion, and the region A is a region where the first
第1コプレーナ部Cは、第1信号線路16Uと、その両側に設けられた第1導電体層13Uの第1部分15Uとで構成されている。その第1部分15Uは、多数のビア17Uにより、第1誘電体基板11Uの裏面に形成された第2導電体層19Uと電気的に接続されている。第1露出部Bは、中央を通過している第1信号線路16Uを除いて、第1導電体層13Uが、信号の伝搬方向に垂直な方向において幅Wで欠落して、誘電体が露出している部分である。第1集積導波管20Uは、第1導電体層13Uの主要部である導体部21Uと、その導体部21Uに対応した第1誘電体基板11Uの下面の第2導電体層19Uと、導体部21と第2導電体層21Uとを電気的に接続する多数のビア22Uとから構成されている。多数のビア22Uは、信号の伝搬方向に沿った間隔Wの2本の線K1、K2上と、この線に垂直な幅方向の線K3上に配設されている。線K1、K2上に配列されたビア22Uの列は、第1集積導波管20Uの第1側壁23Uを構成し、線K3上に配列されたビア22Uの列は、第1集積導波管20Uの第1短絡壁24Uを構成している。これらのビア22Uの間隔は、遮断波長よりも短い。これらの導電性のあるビアの列は、伝搬する電磁波に対しては、導体壁として作用する。第1短絡壁24Uは、信号の伝搬する先に形成された導体壁であり、この壁面において電界は零となる。ビアは導体壁として機能させるものであるので、ビアに代えて、連続した板状の導体で、第1短絡壁24Uと第1側壁23Uとを形成しても良い。
The first coplanar portion C is composed of the
図4に示すように、第2導電体層19Uにおいては、第1短絡壁24Uから−x軸方向への距離が、基準周波数に対応する管内波長λg の1/4の位置に、第2導電体層19Uが、幅方向であるy軸方向に平行に矩形に切り取られた第1スロット25Uが形成されている。この第1スロット25Uの幅Lは、第1集積導波管20Uの一対の第1側壁23U間の間隔Wよりも小さく構成されている。以下、この間隔Wを集積導波管幅といい、この幅Lを、スロットの長辺幅という。
As shown in FIG. 4, in the second conductive layer 19U, a distance in the -x-axis direction from the first short-
また、第2素子10Dは、図3に示すように構成されている。第2素子10Dは、第1素子10Uを、表裏反転させて、180度回転させたものと等価である。第1素子10Uでは、信号は入力信号線路14Uから第1集積導波管20Uに向けて伝搬するのに対して、第2素子10Dでは、信号は第2集積導波管20Dから、出力信号線路14Dに向けて伝搬することのみが異なる。
Further, the
第2誘電体基板11Dの下面である第3面12Dには、第3導電体層13Dが形成されている。また、図4に示すように、第2誘電体基板11Dの上面である第4面18Dには、第4導電体層19Dが全面に形成されている。第3導電体層13Dは、信号出力ポートPort 2側から、出力信号線路14D、この出力信号線路14Dに接続され、信号の伝搬方向とは反対方向の−x軸方向に伸びた第2信号線路16Dと、第2信号線路16Dの両側に形成された第3導電体層13Dの第1部分15Dと、第2集積導波管20Dの導体部21Dとから成る。これらの構成は、第1素子10Uと同一であるので、説明を省略する。
A
多数のビア22Dは、信号の伝搬方向に沿った間隔Wの2本の線K1、K2上と、この線に垂直な幅方向の線K3上に配設されている。線K1、K2上に配列されたビア22Dの列は、第2集積導波管20Dの第2側壁23Dを構成し、線K3上に配列されたビア22Dの列は、第2集積導波管20Dの第2短絡壁24Dを構成している。第2短絡壁24Dは、信号の伝搬してくる元の方向に形成された導体壁であり、この壁面において電界は零となる。
A large number of
図4に示すように、第4導電体層19Dにおいては、第2短絡壁24Dからx軸方向への距離が、基準周波数に対応する管内波長λg の1/4の位置に、第4導電体層19Uが、幅方向であるy軸方向に平行に矩形に切り取られた第2スロット25Uが形成されている。この第2スロット25Uの長辺幅Lは、第2集積導波管20Uの集積導波管幅Wよりも小さく構成されている。
As shown in FIG. 4, in the
これらの第1素子10Uと第2素子10Dは、図4に示すように、第1誘電体基板11Uの下面に形成されている第2導電体層19Uと第2誘電体基板11Dの上面に形成されている第4導電体層19Dとが、対面する向きに、基台50の両面51、52に配設される。第1スロット25Uと第2スロット25Dとは、平行であり、その長辺は、の第1素子10Uと第2素子10Dにおける信号の伝搬方向であるx軸方向の位置が同一である。基台50は、銅で形成された第1基台53、樹脂で構成され、露出面に銅被膜57がコーティングされた第2基台54、アルミニウムで形成された第3基台55の3層構造で構成されている。そして、これらで構成される基台50の厚さ方向において、第1スロット25Uと第2スロット25Dとを接続するように、直方体の空洞から成る導波管56が形成されている。この導波管56の4つの側壁面は、第1基台53の銅、第2基台54の銅被膜57、第3基台55のアルミニウムで構成されている。この導波管56の入力端面58は第1スロット25Uを完全に内包しており、出力端面59は第2スロット25Dを完全に内包している。また、入力端面58、出力端面59のy軸方向の幅(長辺幅)は、第2導電体層19Uの幅、第4導電体層19Dの幅と同一であり、入力端面58、出力端面59の短辺幅(x軸方向の幅)は、第1スロット25U及び第2スロット25Dの短辺幅よりも広い。したがって、入力端面58は、第1スロット25Uの全周において、第2導電体層19Uにより、封鎖されており、出力端面59は、第2スロット25Dの全周において、第4導電体層19Dにより、封鎖されている。導波管56の第1基台53の部分では、空洞内に突出し、y軸方向に伸びた突起61、62を有し、その突起61、62間の間隔が、第1スロット25U及び第2スロット25Dの短辺幅程度に絞られた絞り部60が設けられている。絞り部60の長辺幅(y軸方向の幅)は、第1スロット25U及び第2スロット25Dの長辺幅と同一である。
As shown in FIG. 4, the
第1露出部Bの作用は、電磁界励振モードをTEMモードからTE10モードに変換するものであり、第2露出部Bは、電磁界励振モードをTE10モードからTEMモードに変換するものである。マイクロストリップ線路で構成された入力信号線路14Uでは、入力信号線路14Uから下面の第2導電体層19Uに向かう電界が生成され、第1コプレーナ部Cでは、第1導電体層13Uの第1部分15Uは、アース電位となり、第1集積導波管20Uの導体部21Uもアース電位であるので、第1スロット部Cでは、電界は、第1誘電体基板11Uの上面に平行に、信号の伝搬方向に励起される。このTEMモードが、第1集積導波管20Uにおいて、信号の伝搬方向に垂直で、第1誘電体基板11Uの厚さ方向(z軸方向)に電界が励起されるTE10モードに変換される。第2集積導波管20Dと、第2スロット部Cとの関係も、これと同様である。このようにして、モード変換が円滑に実行される。
The action of the first exposed portion B is to convert the electromagnetic field excitation mode from the TEM mode to the TE 10 mode, and the second exposed portion B is to convert the electromagnetic field excitation mode from the TE 10 mode to the TEM mode. is there. In the input signal line 14U configured by a microstrip line, an electric field is generated from the input signal line 14U toward the second conductor layer 19U on the lower surface, and in the first coplanar part C, the first portion of the
上記の伝送線路100の入力ポートPort 1での反射特性を図5−Aに示す。また、入力ポートPort 1から出力ポートPort 2への透過特性を図5−Bに示す。これらの特性は、第1集積導波管20U、第2集積導波管20Dの集積導波管幅Wを1800μm、スロットの短辺幅を100μmに固定し、第1スロット25U、第2スロット25Dの長辺幅L(図2)を変化させて、電磁界解析によりシミュレーションした特性である。特性は、基準長L0 =1425μmに対する長辺幅の偏差をパラメータとして、表されている。なお、設計上の基準周波数は、77GHzである。
The reflection characteristic at the
図5−Aの特性から、スロットの短辺幅Lを変化させても、78GHz付近の第1共振周波数は、変化しないことが分かる。この第1共振周波数は、第1スロット25Uと第1短絡壁24Uのx軸方向の間隔、及び、第2スロット25Dと第2短絡壁24Dとのx軸方向の間隔によって決定される。両間隔は等しい。すなわち、その間隔長が、管内波長λG の1/4に等しくなる周波数が第1共振周波数である。第1共振周波数では、第1短絡壁24U、第2短絡壁24Dの位置では、電界の定在波は、零となり、第1スロット25U、第2スロット25Dの位置では、第1共振周波数の定在波の腹となり、最大振幅が得られる。これにより、この第1共振周波数の信号が、第1スロット25Uから、第2スロット25Dに向けて、最も、伝搬し易くなる。
From the characteristics of FIG. 5A, it can be seen that the first resonance frequency in the vicinity of 78 GHz does not change even when the short side width L of the slot is changed. The first resonance frequency is determined by the distance between the
一方、第1スロット25U、第2スロット25Dにおいて、第1導電体層13Uと第2導電体層13Dの面に平行な向きの電界が発生する。この電界は、これらのスロットの長辺幅(y軸方向の幅)の両端では、導体の接線成分の電界は零となり、スロットの長辺を半波長とする定在波が誘起れる。したがって、寸法からすれば、スロットでの共振周波数は、第1共振周波数よりも高くなる。しかし、第1スロット25U、第2スロット25Dには、誘電体が存在しないので、第1集積導波管20U及び第2集積導波管20Dの誘電率に比べて、誘電率は小さくなる。このため、共振周波数は低くなる。この総合的な結果として、第2共振周波数は、第1共振周波数よりも低くなり、スロットの長辺幅が小さくなるにしたがって、第2共振周波数は高くなっていることが理解される。
On the other hand, in the
次に、第1スロット25U、第2スロット25Dの長辺幅Lを1700μm、短辺幅を100μmに固定して、第1集積導波管20Uの集積導波管幅Wを変化させて、すなわち、一対の第1側壁23U間の間隔及び一対の第2側壁23D間の間隔を変化させて、上記の伝送線路100の特性をシミュレーションした。入力ポートPort 1での反射特性を図6−Aに示す。また、入力ポートPort 1から出力ポートPort 2への透過特性を図6−Bに示す。これらの特性は、集積導波管幅Wの基準値W0 =1800μmに対する偏差をパラメータとして、電磁界解析により、シミュレーションしたものである。なお、設計上の基準周波数は、77GHzである。
Next, the long side width L of the
第1スロット25Uと第1短絡壁24Uの信号の伝搬方向の間隔と、第2スロット25Dと第2短絡壁24Dの信号の伝搬方向の間隔が、管内波長λG の1/4となる周波数で共振する。このとき、集積導波管幅Wが長くなるに連れて、遮断周波数が小さくなり、その結果、同一周波数では、管内波長は、より長くなる。この結果、λG /4の位置は、第1スロット25U、第2スロット25Dの存在位置に対して、第1短絡壁24U、第2短絡壁24Dからより離れる位置になる。逆に、第1スロット25U、第2スロット25Dの存在位置が、λG /4となる周波数は、集積導波管幅Wが長くなるに連れて、より低くなる。この結果として、図6−Aに示すように、第1共振周波数は、導波管幅Wが長くなるにしたがって、より低周波側に移動し、集積導波管幅Wが短くなるにしたがって、より高周波側に移動することになる。一方、第2共振周波数は、第1スロット25U、第2スロット25Dの長辺幅Lで決定される。本シミュレーションでは、このスロットの長辺幅Lを変化させていないので、図6−Aに示すように、第2共振周波数は、集積導波管幅Wを変化させても変化しないことになる。また、この結果から、集積導波管幅Wは、1900μmのときに、15dB以上の反射損失が確保される帯域は74.8GHz〜78.2GHzの4.6GHzの帯域が得られることが理解される。また、10dB以上の反射損失が得られる帯域は、74.2GHz〜78.5GHzの4.3GHzである。特許文献2の特性では、中心周波数が27GHzであり、中心周波数が異なるものの、15dB以上の反射損失を生じる帯域幅は0.3GHz位であり、10dB以上の反射損失を生じる帯域幅は0.6GHz位であることを考えると、本実施例の伝送線路は、各段に帯域幅が拡大されていることが理解される。
The distance in the propagation direction of the signal between the
次に、第1スロット25U、第2スロット25Dの長辺幅Lを1700μm、短辺幅を100μm、集積導波管幅Wを1900μmに固定して、導波管56の絞り部60の短片幅を変化させて、上記の伝送線路100の特性をシミュレーションした。入力ポートPort 1での反射特性を図7−Aに示す。また、入力ポートPort 1から出力ポートPort 2への透過特性を図7−Bに示す。これらの特性は、絞り部60の短辺幅βの基準値β0 =100μmに対する偏差をパラメータとして、電磁界解析により、シミュレーションしたものである。なお、設計上の基準周波数は、77GHzである。
Next, the long side width L of the
図7−Aから分かるように、絞り部60の短辺幅が狭い程、入力ポートPort 1での反射損失が大きくなり、特性が良くなることが、理解される。
図2において、第1誘電体基板11Uをx軸方向に、図示されたA、B、C、Dの領域に分ける。領域Dは、入力信号線路14Uが形成される領域、領域Cは、第1コプレーナ部、領域Bは第1露出部、領域Aは第1集積導波管20Uが形成される領域である。
As can be seen from FIG. 7A, it is understood that the narrower the short side width of the
In FIG. 2, the first dielectric substrate 11U is divided into regions A, B, C, and D shown in the x-axis direction. The region D is a region where the input signal line 14U is formed, the region C is a first coplanar portion, the region B is a first exposed portion, and the region A is a region where the first
図8のように、構成することも可能である。図8は、第1素子10Uの構成を示しているが、第2素子10Dの構成も同様である。実施例1と同一機能を有する部分には、同一符号が付されている。本実施例は、実施例1における第1コプレーナ部Cと第1露出部Bを排除したものである。すなわち、第1集積導波管20Uの第1導電体層13Uの主要部である導体部21Uに、入力信号線14Uが、直接、接続されている。このような構成であっても、マイクロストリップの入力信号線14Uから、第1集積導波管20Uへ、信号を伝搬させることができる。第2素子10Dについても同様に、第2集積導波管20Dの第3導電体層13Dの主要部である導体部21Dに、マイクロストリップである出力信号線14Dに、直接、接続されている。このような構成であっても、第2集積導波管20Dから、出力信号線14Dへ、信号を伝搬させることができる。
It is also possible to configure as shown in FIG. FIG. 8 shows the configuration of the
また、第1集積導波管20Uと、第2集積導波管20Dは、インピーダンスが、その集積導波管幅Wにより変化させることができる。したがって、第1集積導波管20Uと、第2集積導波管20Dは、インピーダンス整合するように、集積導波管幅Wが決定されている。また、第1集積導波管20Uと、第2集積導波管20Dとを、異なる幅Wを有した2つ以上の集積導波管を従属接続したものであっても良い。これにより、インピーダンスの調整が容易となる。
Further, the impedance of the first
本発明は、レーダ装置などのアンテナに対する信号の送信回路、又はアンテナからの信号の受信回路に用いることができる。本発明を用いることで、レーダ装置の利用周波数帯域幅を広くすることができ、UWB通信を利用することができる。 The present invention can be used for a signal transmission circuit for an antenna such as a radar device or a reception circuit for a signal from an antenna. By using the present invention, the use frequency bandwidth of the radar apparatus can be widened, and UWB communication can be used.
100…伝送線路
10U、10D…第1素子、第2素子
11U、11D…第1誘電体基板、第2誘電体基板
13U、13D…第1導電体層、第3導電体層
14U、14D…第1信号線路、第2信号線路
19U、19D…第2導電体層、第4導電体層
22U、22D…第1側壁、第2側壁
25U、25D…第1スロット、第2スロット
20U、20D…第1集積導波管、第2集積導波管
24U、24D…第1短絡壁、第2短絡壁
56…導波管
50…基台
DESCRIPTION OF
Claims (4)
上面である第1面と、下面である第2面とを有した第1誘電体基板と、
前記第1面に形成された第1導電体層と、
前記第2面に形成された第2導電体層と、
前記第1導電体層上において、入力信号線路と接続される部分を除いて、矩形形状の各辺に沿って設けられ、前記第1誘電体基板を貫通して前記第1導電体層と前記第2導電体層とを電気的に接続し、前記入力信号線路が接続される辺と対向する辺に形成された第1短絡壁と、これに直交する平行な2つの第1側壁とから成る第1導通部材と、
前記第2導電体層において、前記第1短絡壁から管内波長の1/4の位置の前記入力信号線路側に設けられ、2つの前記第1側壁の間隔よりも狭い、信号の伝搬方向に垂直な幅だけ、導体層が切欠けられた第1スロットと、
下面である第3面と、上面であり、前記第2面に近い方の面である第4面とを有し、前記第1誘電体基板と平行に設けられた第2誘電体基板と、
前記第3面に形成された第3導電体層と、
前記第4面に形成された第4導電体層と、
前記第3導電体層上において、出力信号線路と接続される部分を除いて、矩形形状の各辺に沿って設けられ、前記第2誘電体基板を貫通して前記第3導電体層と前記第4導電体層とを電気的に接続し、前記出力信号線路が接続される辺と対向する辺に形成された第2短絡壁と、これに直交する平行な2つの第2側壁とから成る第2導通部材と、
前記第4導電体層において、前記第2短絡壁から管内波長の1/4の位置の前記出力信号線路側に設けられ、2つの前記第2側壁の間隔よりも狭い、信号の伝搬方向に垂直な幅だけ、導体層が切欠けられた第2スロットと、
前記第1スロットと前記第2スロットとが平行な位置となるように、前記第1誘電体基板と前記第2誘電体基板とを配設し、内部に、前記第1スロットと前記第2スロットとを接続する導波管が形成された基台と
を有することを特徴とする伝送線路。 In transmission lines using integrated waveguides,
A first dielectric substrate having a first surface that is an upper surface and a second surface that is a lower surface;
A first conductor layer formed on the first surface;
A second conductor layer formed on the second surface;
On the first conductor layer, except for a portion connected to the input signal line, provided along each side of the rectangular shape, penetrating the first dielectric substrate and the first conductor layer and the A first short-circuit wall formed on a side opposite to a side to which the input signal line is connected and electrically connected to the second conductor layer, and two parallel first side walls perpendicular thereto A first conducting member;
The second conductor layer is provided on the input signal line side at a position 1/4 of the guide wavelength from the first short-circuit wall, and is narrower than the distance between the two first side walls and perpendicular to the signal propagation direction. A first slot in which the conductor layer is cut out by a width,
A second dielectric substrate having a third surface that is a lower surface and a fourth surface that is an upper surface and a surface closer to the second surface, and is provided in parallel with the first dielectric substrate;
A third conductor layer formed on the third surface;
A fourth conductor layer formed on the fourth surface;
On the third conductor layer, except for the portion connected to the output signal line, provided along each side of the rectangular shape, penetrating through the second dielectric substrate, the third conductor layer and the A second short-circuit wall formed on a side opposite to the side to which the output signal line is connected and electrically connected to the fourth conductor layer, and two parallel second side walls orthogonal to the second short-circuit wall A second conducting member;
The fourth conductor layer is provided on the output signal line side at a position 1/4 of the guide wavelength from the second short-circuit wall, and is narrower than the interval between the two second side walls and perpendicular to the signal propagation direction. A second slot in which the conductor layer is cut out by a certain width,
The first dielectric substrate and the second dielectric substrate are disposed so that the first slot and the second slot are parallel to each other, and the first slot and the second slot are disposed therein. And a base on which a waveguide connecting the two is formed.
前記第1面上に形成された前記入力信号線路に接続される第1信号線路と、前記第1信号線路の両側に形成され、前記第2導体層と電気的に接続れた第1導体層の第1部分から成る第1コプレーナ部と、
前記第1コプレーナ部に接続され、中央部において第1信号線路が通過し、前記第1導体層が、信号の伝送方向に垂直な幅方向に欠落して前記第1誘電体基板の表面が露出した第1露出部と、
を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の伝送線路。 The first conductor layer is
A first signal line connected to the input signal line formed on the first surface, and a first conductor layer formed on both sides of the first signal line and electrically connected to the second conductor layer A first coplanar portion comprising a first portion of
Connected to the first coplanar portion, the first signal line passes through the central portion, the first conductor layer is missing in the width direction perpendicular to the signal transmission direction, and the surface of the first dielectric substrate is exposed. The first exposed portion,
The transmission line according to claim 1, further comprising:
前記第3面上に形成された前記出力信号線路に接続される第2信号線路と、前記第2信号線路の両側に形成され、前記第4導体層と電気的に接続れた第3導体層の第1部分から成る第2コプレーナ部と、
前記第2コプレーナ部に接続され、中央部において第2信号線路が通過し、前記第3導体層が、信号の伝送方向に垂直な幅方向に欠落して前記第2誘電体基板の表面が露出した第2露出部と、
を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の伝送線路。 The third conductor layer is
A second signal line connected to the output signal line formed on the third surface, and a third conductor layer formed on both sides of the second signal line and electrically connected to the fourth conductor layer A second coplanar portion comprising a first portion of
Connected to the second coplanar part, the second signal line passes through the central part, the third conductor layer is missing in the width direction perpendicular to the signal transmission direction, and the surface of the second dielectric substrate is exposed. The second exposed portion,
The transmission line according to any one of claims 1 to 3, wherein the transmission line is provided.
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JP2020068489A (en) * | 2018-10-25 | 2020-04-30 | 住友電気工業株式会社 | Transmission line structure |
CN116387788A (en) * | 2023-06-06 | 2023-07-04 | 电子科技大学 | Three-mode composite one-to-four power division network |
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