JP2011254418A - 空洞導波管と誘電体導波管の接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の空洞導波管と誘電体導波管の接続構造では、空洞導波管の内壁の長さより導体板に設けられた貫通孔の長を短く出来なかったため、接続構造を小型化・軽量化できなかった。
【解決手段】プリント基板の表面に搭載した誘電体導波管とプリント基板の裏面に取り付けた空洞導波管との接合構造において、
誘電体導波管は導体膜が形成されずに誘電体が露出するスロットをプリント基板と対向する面に具え、
プリント基板はビアホールをそのスロットに対向する位置に具え、
プリント基板と空洞導波管との間に導体板が配置され、その導体板は前記スロットに対向する位置に貫通孔を具え、
前記貫通孔は導体板表面において両端の幅より中央部の幅が狭い開口となるように形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、誘電体導波管共振器あるいはフィルタなどとして用いられる誘電体導波管と空洞導波管との接続構造に関するものである。

マイクロ波やミリ波帯といった高周波回路においては空洞導波管が古くから用いられており、現在でもアンテナの給電系などに広く用いられている。しかしながら、空洞導波管は肉厚の導体壁を必要とし、回路装置が大型となるので、一般的には小型化・集積化が進んでいる電子回路には利用し難い。小型化・集積化された伝送線路としてはマイクロストリップが利用されているが、マイクロストリップは損失が大きいという欠点がある。そのため、マイクロストリップを利用した回路では性能の劣化が避けられない。

一方、誘電体材料の表面に導体膜を形成して得られる誘電体導波管は、誘電体材料による電磁波の短縮効果があり、また導体壁が必要でないので空洞導波管に比較して大幅な小型化が可能である。そこで、空洞導波管の伝送モードを誘電体導波管の伝送モードに変換することができれば、アンテナ給電系などの導波管回路を低損失のまま小型化することができる。それによって、マイクロ波帯やミリ波帯の通信機器全体の小型化を図ることができる。

図５は本発明の発明者が以前に提案した空洞導波管と誘電体導波管の接続構造を説明するための分解斜視図である。
プリント基板２３の表面に搭載した誘電体導波管２１とプリント基板２３の裏面に取り付けた空洞導波管２７との接合構造において、誘電体導波管２１は導体膜が形成されずに誘電体が露出するスロット２２をプリント基板２３と対向する面に具え、プリント基板２３はビアホール２４をそのスロット２２に対向する位置に具え、プリント基板２３と空洞導波管２７との間に導体板２５が配置され、その導体板２５は前記スロット２２に対向する位置に貫通孔２６を具えている。空洞導波管２７の端面にフランジ２８が設けられており、金属板２５にねじ止めするようになっている。
このように、空洞導波管２７と誘電体導波管２１の間にインピーダンス変換器となる貫通孔２６を設置した導体板２５を介在させるだけで、広帯域変換が可能であり、誘電体導波管２１には追加加工の必要がない。

しかしながら、上述した空洞導波管と誘電体導波管の接続構造において導体板に設けられた貫通孔が単純な直線状の場合は、貫通孔の長手方向の長さを、空洞導波管の内壁の長さよりも長くする必要がある。

図６は従来の空洞導波管と誘電体導波管の接続構造に関与するキャビティのみを示して説明する斜視図である。
図６に示すように、従来の空洞導波管２１と誘電体導波管２７の接続構造では、前記貫通孔２６は単純な直線状になっている。この場合の貫通孔２６の長手方向の長さＬ２６は空洞導波管２７の内壁の長さＬ２７よりも長いものとなる。そして、誘電体導波管２１をプリント基板に搭載する場合、貫通孔２６を塞ぐためには、少なくともプリント基板の長さは貫通孔２６の長さＬ２６より長くする必要がある。したがって、空洞導波管２７と誘電体導波管２１の変換構造を小型化、軽量化ができないという問題があった。さらに、導体板や付随する各部材の専有面積も大きいので、部材コストも嵩むという問題があった。

特許第３９２３８９１号公報

本発明は、空洞導波管と誘電体導波管の変換部を小型化、軽量化すると同時に、部材コストも低減することができる空洞導波管と誘電体導波管との接続構造を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明の空洞導波管と誘電体導波管の接続構造は、プリント基板の表面に搭載した誘電体導波管とプリント基板の裏面に取り付けた空洞導波管との接合構造において、
誘電体導波管は導体膜が形成されずに誘電体が露出するスロットをプリント基板と対向する面に具え、
プリント基板はビアホールをそのスロットに対向する位置に具え、
プリント基板と空洞導波管との間に導体板が配置され、その導体板は前記スロットに対向する位置に貫通孔を具え、
前記貫通孔は導体板表面において両端の幅より中央部の幅が狭い開口となるように形成されていることを特徴とするものである。

空洞導波管と誘電体導波管の間に設置する導体板に設けられた貫通孔は、導体板表面において両端の幅より中央部の幅が狭い開口となるように形成されていることにより、貫通孔の長さを空洞導波管の内壁の長さよりも短くすることができ、空洞導波管と誘電体導波管の変換部を小型化、軽量化すると同時に、部材コストも低減することができる。

本発明の空洞導波管と誘電体導波管の接続構造を示す分解斜視図。 本発明の空洞導波管と誘電体導波管の接続構造に関与するキャビティを説明する斜視図。 従来の接続構造と本発明の接続構造の特性を示すグラフ。 導体板の変形実施例を示す斜視図。 従来の空洞導波管と誘電体導波管の接続構造を示す分解斜視図。 従来の空洞導波管と誘電体導波管の接続構造に関与するキャビティを説明する斜視図。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
図１は、本発明の実施例を示す分解斜視図である。プリント基板１３の上面に誘電体導波管１１をはんだ付けなどで固定し、プリント基板１３の下面に導体板１５を密着させる。誘電体導波管１１の底面には一部の導体膜を除去したスロット１２が設けられており、プリント基板１３のビアホール１４の形状をこのスロット１２にほぼ等しく、スロット１２とビアホール１４の位置が一致するように調整される。導体板１５には、導体板１５の表面において両端の幅より中央部の幅が狭い開口となるように形成されたＨ形状の開口を有する貫通孔１６が形成されており、この位置もプリント基板１３のビアホール１４と一致させる。そして、導体板１５の下面から空洞導波管１７の端面が密着させられる。図１の例では、空洞導波管１７の端面にフランジ１８が設けられており、導体板１５にねじ止めするようになっている。空洞導波管１７からの電磁界は導体板１５の貫通孔１６、プリント基板１３のビアホール１４を経て、誘電体導波管１１に設けられたスロット１２と結合するようになっている。

図２は、図１の空洞導波管と誘電体導波管に関与するキャビティのみを示して説明する斜視図である。
図２に示すように、空洞導波管１７と誘電体導波管１１は、貫通孔１６とビアホール１４で形成されるキャビティを通じて結合している。誘電体導波管のスロットを設ける位置は、誘電体導波管の短絡端面から管内波長の二分の一弱程度にすると、二つの導波管内の電磁界の位相が一致し、広帯域で反射の少ないモード変換が可能となる。

導体板に設けられた貫通孔１６は、導体板の表面においてＨ形状の開口となるように形成され、Ｈ形の横方向の寸法Ｌ１６は、空洞導波管１７の長さＬ１７より短くなっている。
この貫通孔の形状はダブルリッジ導波管と呼ばれる構造と同様な、導波管線路の中央部の高さが低くなっているもので、このように、貫通孔１６をＨ形状にすることにより遮断周波数を低くすることができ、また貫通孔１６の幅寸法も小さくできる。その結果、プリント基板や導体板の部材を小さくすることができ、変換構造が小型化、軽量化できる、さらには部材を小さくして部材コストを削減できる。

図３は空洞導波管と誘電体導波管の接続構造の特性の電磁界シミュレーション結果を示すグラフである。図３（ａ）は従来の空洞導波管と誘電体導波管の接続構造の特性を示し、図３（ｂ）は本発明の空洞導波管と誘電体導波管の接続構造の特性を示す。空洞導波管は、ＥＩＡＪ規格ＷＲＩ-７０のサイズ（内径寸法の幅と長さはそれぞれ１５．７９９ｍｍと３４．８５ｍｍ）とし、誘電体導波管は、比誘電率２１、断面寸法の幅と高さはそれぞれ８ｍｍと４ｍｍで、７．４ＧＨｚを中心周波数として広帯域な変換特性が得られるように設計されている。

従来の空洞導波管と誘電体導波管の接続構造では、貫通孔の幅と長さはそれぞれ２．７ｍｍと３７ｍｍ、導体板の厚みは１０．４ｍｍとなっている。一方、本発明の空洞導波管と誘電体導波管の接続構造では貫通孔の幅と長さはそれぞれ８．９ｍｍと２２ｍｍで、導体板の厚みは１０．９ｍｍとなっている。なお、このシミュレーションは無損失の計算モデルにて行っている。

リターンロスが２０ｄＢ以上となる帯域幅は、従来の空洞導波管と誘電体導波管の接続構造では０．９ＧＨｚ(比帯域幅１２％）であるのに対し、本発明の空洞導波管と誘電体導波管の接続構造では０．７７ＧＨｚ（比帯域幅１０％）となっており、本発明の空洞導波管と誘電体導波管の接続構造の帯域幅の方が僅かに狭いが、変換特性に大きな違いはなく、実用上は問題ない。

なお、上記実施の形態において貫通孔はＨ形状としたが、貫通孔の中央部の幅が両端に比べて細くなっていればよく、例えば凹形状を採用してもよい。

図４は本発明の空洞導波管と誘電体導波管の接続構造における導体板の変形実施例を示す図である。図４に示すように、導体板６５に設けられた貫通孔６６より外側の導体板の肉厚を薄くすることにより、空洞導波管と誘電体導波管の接続構造の軽量化が可能である。

１１、２１ 誘電体導波管
１２、２２ スロット
１３、２３ プリント基板
１４、２４ ビアホール
１５、２５、６５ 導体板
１６、２６ 貫通孔
１７、２７ 空洞導波管
１８、２８ フランジ

Claims (3)

1. プリント基板の表面に搭載した誘電体導波管とプリント基板の裏面に取り付けた空洞導波管との接合構造において、
   誘電体導波管は導体膜が形成されずに誘電体が露出するスロットをプリント基板と対向する面に具え、
   プリント基板はビアホールをそのスロットに対向する位置に具え、
   プリント基板と空洞導波管との間に導体板が配置され、その導体板は前記スロットに対向する位置に貫通孔を具え、
   前記貫通孔は導体板表面において両端の幅より中央部の幅が狭い開口となるように形成されていることを特徴とする空洞導波管と誘電体導波管の接続構造。
2. 空洞導波管のフランジが導体板に固定される請求項１記載の空洞導波管と誘電体導波管の接続構造。
3. プリント基板の表面に搭載した誘電体導波管とプリント基板の裏面に取り付けた空洞導波管との接合構造において、
   誘電体導波管は導体膜が形成されずに誘電体が露出するスロットをプリント基板と対向する面に具え、ビアホールをそのスロットに対向する位置に具えたプリント基板に搭載されて固定され、
   プリント基板の裏面には前記スロットに対向する位置に貫通孔を具えた導体板が固着され、その導体板に空洞導波管のフランジが固着され、
   前記貫通孔は導体板表面において両端の幅より中央部の幅が狭い開口となるように形成されていることを特徴とする空洞導波管と誘電体導波管の接続構造。

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