JP2014204349A - 導波管構造 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の部品に分割された導波管構造において、分割の合わせ面における隙間からの漏洩により、損失や反射、放射が生じる。
【解決手段】第１の導体１０４と第２の導体１０６に分割されたもの同士が合わせ面にて組み合わされて導波管部１０８を形成する導波管構造であって、導波管端部１０９から前記合わせ面に沿って概略N×λ／４（Nは奇数、λは高周波信号の自由空間波長）の位置に開放部１１１を有し、該開放部１１１において第１の導体１０４と第２の導体１０６との間に絶縁物１０５が設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、高周波信号が伝搬する導波管構造に関するものである。

高周波信号を伝搬させる導波管は、導体に設けられた中空構造であることから、容易に製造するために、複数の部品に分割して加工し、それらを組み合わせて構成する方法が一般的に知られている。ただし単純に分割して組み合わせるだけでは、その合わせ面に生じる隙間から高周波信号が漏洩し、望ましくない損失や反射、あるいは放射の原因となることが問題となる。

このような漏洩を抑制するための技術としては、例えば特許文献１に示すような技術がある。図５は、このような従来の技術を用いた導波管構造を示す。図５は、導波管の信号伝播方向に沿う断面を示すもので、導体からなる金属プレート５０１および５０２を合わせ面５０３にて組み合わせ、高周波信号を伝搬させる導波管５０４を形成している。ここで、高周波信号の自由空間波長をλとして、導波管５０４の端部から合わせ面５０３に沿って両側にそれぞれλ／４だけ離れた箇所に溝５０５を設け、開放構造としている。

このように導波管５０４の端部からλ／４離れた箇所を電気的に開放点とすることにより、導波管５０４の端部を電気的な短絡点にすることができ、いわゆるチョーク構造が形成されるので、合わせ面５０３の隙間から高周波信号が漏洩することを抑制することができる。

特開２００３−１８８６０１号公報

図５のような構造において、導波管５０４の端部からλ／４離れた箇所が、金属プレート５０１や５０２の合わせ面の加工精度により、互いに接触して電気的に短絡点となる場合がある。この場合、導波管５０４の端部に隙間があると、導波管５０４の端部側が電気的に開放点となってしまい、高周波信号が漏洩して損失や反射、あるいは放射が著しく増大するという問題があった。

この発明は以上を鑑みてなされたものであり、導波管５０４が分割された合わせ面５０３からの高周波信号の漏洩を抑制し、損失や反射が小さい構造の導波管を得ることを目的とする。

この発明に係る導波管構造は、第１の導体と第２の導体に分割されたもの同士が合わせ面にて組み合わされて導波管部を形成する導波管構造であって、導波管端部から前記合わせ面に沿って概略N×λ／４（Nは奇数、λは高周波信号の自由空間波長）の位置に開放部を有し、前記開放部において前記第１の導体と第２の導体との間に絶縁物が設けられているものである。

また、本発明に係る導波管構造は、第１の導体と第２の導体に分割されたもの同士が合わせ面にて組み合わされて導波管部を形成する導波管構造であって、導波管端部から前記
合わせ面に沿って概略N×λ／４（Nは奇数、λは高周波信号の自由空間波長）の位置に開放部を有し、前記開放部において前記第１の導体と第２の導体との間に間隙が設けられているものである。

本発明によれば、導波管端部からλ／４（の奇数倍）離れた箇所が確実に電気的に開放となるように構成できるので、合わせ面からの高周波信号の漏洩を抑制でき、損失や反射が小さい伝搬を実現することができる。

本発明の実施の形態１に係る導波管構造を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る導波管構造を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る導波管構造を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る導波管構造を示す図である。 従来の導波管構造を示す図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示すもので、（ａ）は導波管構造の上部を取り除いて示す平面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、（ａ）のＢ−Ｂ’線、Ｃ−Ｃ’線、Ｄ−Ｄ’線に沿う、導波管構造の断面図である。実施の形態１に係る導波管構造は、プリント基板１０１の部分と、プリント基板１０１上に組み合わされる金属プレート１０６部分とからなる。

プリント基板１０１上には、導体パターンによりマイクロストリップ線路１０２及び放射部１０３が形成され、さらにマイクロストリップ線路１０２及び放射部１０３と対向する部分を除いてプリント基板１０１全面に導体パターン１０４が形成されている。導体パターン１０４上には、その一部を覆うように絶縁物であるソルダレジスト１０５が形成されている。この導体パターン１０４を第１の導体と称する。プリント基板１０１のソルダレジスト１０５上に金属プレート１０６が搭載されている。この金属プレート１０６を第２の導体と称する。また、金属プレート１０６の下面及びこれと対向するプリント基板１０１の上面を合わせ面と呼ぶ。従って、この発明に係る導波管構造は、第１の導体と第２の導体を合わせ面で組合わせて構成したものということができる。

金属プレート１０６は、図１の（ｂ）〜（ｄ）にその断面を示すように、合わせ面に開口部１０７とこの開口部１０７に繋がる導波管部１０８が形成されている。開口部１０７及び導波管部１０８は伝播させる高周波信号により、その縦横寸法が設定される。また、金属プレート１０６の合わせ面には、導波管端部１０９から合わせ面に沿って高周波信号の自由空間波長λの１／４（またはその奇数倍）の位置に溝１１０が設けられ、この溝１１０の導波管中心側に開放部１１１が形成される。前記ソルダレジスト１０５は、プリント基板１０１の両側端から開放部１１１にわたって形成されているため、開放部１１１における導体パターン（第１の導体）１０４と金属プレート（第２の導体）１０６の間にはソルダレジスト１０５が設けられていることになる。

次に動作について説明する。図１（ａ）において、高周波信号は、マイクロストリップ線路１０２に沿って図１（ａ）の下方から伝搬してくる。この高周波信号は図１（ｂ）に示す開口部１０７を通過して、図１（ｃ）の導波管部１０８内部のマイクロストリップ線路１０２に伝搬される。さらに高周波信号は放射部１０３まで伝搬され、導波管部１０８内部に放射されて導波管の伝搬モード（ＴＥ１０モード）に結合し、導波管部１０８内を伝搬する信号に変換される。ここで放射部１０３は、マイクロストリップ線路１０２、および導波管部１０８と整合して放射されるよう、予め形状が設計されている。ＴＥ１０モードに変換された高周波信号は、断面が導体で囲まれ、方形導波管を形成している図１（ｄ）の導波管部１０８を通して伝搬されていく。

ここで、導体パターン１０４と金属プレート１０６との間には、プリント基板１０１の平面度や、金属プレート１０６の加工精度、あるいは組み立て時の誤差等により、合わせ面には一般的に隙間が生じる。本実施の形態１においては、この隙間からの高周波信号の漏洩を抑制するため、導波管端部１０９から高周波信号の波長λの１／４（すなわちλ／４）離れた箇所に溝１１０を設け、開放部１１１を形成しているが、その開放部１１１には、ソルダレジスト１０５を導体パターン１０４と金属プレート１０６との間に挿入しているため、開放部１１１は必ず電気的に開放点となる。したがって開放部１１１からλ／４離れた導波管端部１０９は必ず電気的に短絡点となるため、合わせ面の隙間から高周波信号が漏洩することを抑制することができる。

なお、本実施の形態１においては、ソルダレジスト１０５を用いて開放部１１１における短絡を防止しているが、プリント基板に施す樹脂コーティングや、金属プレートへの絶縁性を有する表面処理（例えばアルマイト処理）等を用いても、全く同様に本発明の効果を奏することは自明である。

本実施の形態１によれば、導波管端部１０９からλ／４離れた開放部１１１が電気的に短絡することがないので、加工精度や組み立て精度によらず安定して良好な伝搬特性を得ることができる。また、開放部１１１の短絡を防ぐ絶縁物としてプリント基板製作時に通常用いられるソルダレジスト１０５を利用すれば、安価に実現可能となる。

実施の形態２．
本実施の形態２は、金属ブロックで形成された導波管部と、プリント基板を組み合わせた立体的な回路を構成している導波管構造である。上述の実施の形態１は、合わせ面が高周波信号の伝播方向に概略平行な例であるが、本実施の形態２は、合わせ面が高周波信号の伝播方向に概略垂直な例を示している。図２（ａ）は、導波管の高周波信号伝播方向に平行な断面を示す断面図、（ｂ）および（ｃ）は、（ａ）と垂直をなす面の断面図である。

本実施の形態２の導波管構造は、図２（ａ）に示すように、プリント基板２０１を、金属ブロック２０２および２０３の導波管部の長手方向の端面で挟むように構成されている。プリント基板２０１には導波管部２０７と同じ寸法の穴２０６が設けられ、この穴２０６が金属ブロック２０２と２０３の導波管部２０７を連絡している。プリント基板２０１の上下面には導体パターン２０４が形成され、また、穴２０６の側壁面には導体がメッキされている。プリント基板２０１の導体パターン２０４上には絶縁物、例えばソルダレジスト２０５が形成されている。

金属ブロック２０２と２０３は同じ形状を有し、各々には導波管部２０７が設けられ、この導波管部２０７とプリント基板２０１の穴２０６との位置を合わせて、金属ブロック２０２と２０３がプリント基板２０１を挟むように組み合わされている。ここで導体パターン２０４を第１の導体と称する。プリント基板２０１のソルダレジスト２０５上に金属ブロック２０２と２０３が組み合わされている。この金属ブロック２０２および０３を第２の導体と称する。また、金属ブロック２０２と２０３の端面およびこれと対向するプリント基板２０１の面を合わせ面と呼ぶ。従って、この発明に係る導波管構造は、第１の導体（導体パターン２０４）と第２の導体（金属ブロック２０２または２０３）を合わせ面で組合わせて構成したものということができる。

金属ブロック２０２および２０３とプリント基板２０１との合わせ面には、導波管端部２０８から合わせ面に沿って高周波信号の自由空間波長λの１／４（またはその奇数倍）の位置に導波管部２０７を取り囲む溝２０９が設けられ、この溝２０９の導波管中心側に開放部２１０が形成される。前記ソルダレジスト２０５は、プリント基板２０１の端部から、開放部２１０にわたって形成されているため、開放部２１０における導体パターン（第１の導体）２０４と金属ブロック（第２の導体）２０２または２０３の間にはソルダレジスト２０５が設けられていることになる。

図２（ｂ）は金属ブロック２０２および２０３における、プリント基板２０１との合わせ面の様子（金属ブロック２０２および２０３いずれにおいても同形状）を示しており、また図２（ｃ）はプリント基板２０１の導体パターン２０４、およびソルダレジスト２０５を示している（両面とも同じパターン）。ソルダレジスト２０５は、図２（ｃ）に示すように、導体パターン２０４上に、プリント基板２０１の側端から開放部２１０を僅かに超える範囲に設けられている。

本実施の形態２においては、高周波信号が伝搬する経路は、金属ブロック２０２および２０３内の導波管部２０７、およびプリント基板２０１に設けられた穴２０６にて構成される経路となる。

ここで、金属ブロック２０２とプリント基板２０１間、および金属ブロック２０３とプリント基板２０１間の各合わせ面に生じる隙間からの高周波信号の漏洩を抑制するために、導波管端部２０８から、高周波信号の波長λの１／４（すなわちλ／４）離れた箇所に溝２０９が設けられ、開放部２１０を形成している。また、開放部２１０において金属ブロック２０２（または２０３）と導体パターン２０４とが短絡しないよう、導体パターン２０４上に絶縁物であるソルダレジスト２０５が施されているため、開放部２１０は必ず電気的に開放点となる。従って開放部２１０からλ／４離れた導波管端部２０８は必ず電気的に短絡点となるため、合わせ面の隙間から高周波信号が漏洩することを抑制できる。

なお、本実施の形態２においては、ソルダレジスト２０５を用いて開放部２１０における短絡を防止しているが、プリント基板に施す樹脂コーティングや、金属プレートへの絶縁性を有する表面処理（例えばアルマイト処理）等を用いても、全く同様に本発明の効果を奏することは自明である。

本実施の形態２によれば、導波管端部２０８からλ／４離れた開放部２１０が電気的に短絡することがないので、加工精度や組み立て精度によらず安定して良好な伝搬特性を得ることができる。また、開放部２１０の短絡を防ぐ絶縁物としてプリント基板製作時に通常用いられるソルダレジストを利用すれば、安価に実現可能となる。さらに、プリント基板２０１と金属ブロック２０２、２０３が混在するような製品において、高周波信号がプリント基板２０１を通過できないという物理的な制約なく構成することができるので、製品の小型化や設計自由度に寄与することができる。

実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３を示す。図３（ａ）は、プリント基板３０１上に導体パターンにより形成されたマイクロストリップ線路３０２、放射部３０３、および導体パターン３０４（第１の導体）を示している。プリント基板３０１には金属プレート３０６（第２の導体）が搭載されており、図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）にそれぞれ図３（ａ）のＢ−Ｂ’線、Ｃ−Ｃ’線、Ｄ−Ｄ’線に沿うプリント基板３０１および金属プレート３０６の垂直面断面を示している。

プリント基板３０１は、図１のプリント基板１０１からソルダレジスト１０５を除去したものと同じ構造である。一方、金属プレート３０６は、図１の金属プレート１０６と同様に、開口部３０７と、導波管部３０８と、導波管端部３０９から高周波信号の自由空間波長λの１／４（すなわちλ／４）離れた箇所に設けられた溝３１０とを有している。図１の金属プレート１０６と図３の金属プレート３０６が異なっているのは、溝３１０の開放部３１１の形状であり、この構造については後述する。

本実施の形態３において、高周波信号はマイクロストリップ線路３０２から開口部３０７を通過し、放射部３０３から放射されて導波管部３０８まで順次伝搬する。この動作は実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は省略する。

本実施の形態３においても、溝３１０は、金属プレート３０６とプリント基板３０１との合わせ面に生じる隙間からの高周波信号漏洩を抑制する、いわゆるチョーク構造を形成するものである。本実施の形態３の開放部３１１は、金属プレート３０６側の合わせ面を、開放部３１１の位置で導体パターン３０４と接触しないような構造にしている。具体的には、金属プレート３０６側の合わせ面をテーパー状にして、開放部３１１の位置で、導体パターン３０４と金属プレート３０６との間隔が開くようにしている。これにより、開放部３１１における、導体パターン３０４と金属プレート３０６との短絡を防止している。これに代わる方法として、開放部３１１の金属プレート３０６側の開放部３１１に面取り加工を施すことにより導体パターン３０４と金属プレート３０６との短絡を防止するようにしても、同様の効果が期待できる。以上の構造により、開放部３１１は必ず電気的に開放点となる。従って開放部３１１から高周波信号の自由空間波長λの１／４離れた導波管端部３０９は必ず電気的に短絡点となるため、合わせ面の隙間から高周波信号が漏洩することを抑制することができる。

本実施の形態３によれば、導波管端部３０９からλ／４離れた開放部３１１が電気的に短絡することがないので、加工精度や組み立て精度によらず安定して良好な伝搬特性を得ることができる。また、開放部３１１の短絡を防ぐための絶縁物（ソルダレジストなど）が不要なため、より安価に実現可能となる。

実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４を示す。本実施の形態４は、実施の形態２と同様に、金属で形成された導波管とプリント基板を組み合わせた立体的な回路を構成したものである。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、プリント基板４０１は図２の２０１に、金属ブロック４０２および４０３（第２の導体）は図２の２０２および２０３に、導体パターン４０４（第１の導体）は図２の２０４に、穴４０６は図２の２０６に、導波管部４０７は図２の２０７に、溝４０９は図２の２０９にそれぞれ相当する。図４と図２の違いは、プリント基板４０１にソルダレジスト（図２の２０５）が施されていないことと、導波管端部４０８から合わせ面に沿って高周波信号の自由空間波長λの１／４離れた位置に形成された開放部４１０の構造である。

開放部４１０の構造は、金属ブロック４０２（または４０３）とプリント基板４０１の合わせ面を、開放部４１０の位置で導体パターン４０４と接触しないようにしている。具体的には、金属ブロック４０２（または４０３）側の合わせ面をテーパー状にして、開放部４１０の位置で、導体パターン４０４と金属ブロック４０２（または４０３）との間隔が開くようにしている。こうすることにより、開放部４１０における、導体パターン４０４と金属ブロック４０２（または４０３）との短絡を防止している。これに代わる方法として、開放部４１０の金属ブロック４０２（または４０３）側の開放部４１０に面取り加工を施すことにより導体パターン４０４と金属ブロック４０２（または４０３）との短絡を防止するようにしても、同様の効果が期待できる。以上の構造により、開放部４１０は必ず電気的に開放点となる。従って開放部４１０からλ／４離れた導波管端部４０８は必ず電気的に短絡点となるため、合わせ面の隙間から高周波信号が漏洩することを抑制することができる。

本実施の形態４においては、本発明の実施の形態２と同様に、高周波信号が伝搬する経路は、金属ブロック４０２および４０３内の導波管部４０７、およびプリント基板４０１に設けられた穴４０６にて構成される経路となる。

本実施の形態４によれば、導波管端部４０８からλ／４離れた開放部４１０が電気的に短絡することがないので、加工精度や組み立て精度によらず安定して良好な伝搬特性を得ることができる。また、開放部４１０の短絡を防ぐための絶縁物（ソルダレジストなど）が不要なため、より安価に実現可能となる。さらに、プリント基板４０１と金属ブロック４０２、４０３が混在するような製品において、高周波信号がプリント基板４０１を通過できないという物理的な制約なく構成することができるので、製品の小型化や設計自由度に寄与することができる。

以上、この発明を実施の形態により説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形または省略することが可能である。

１０１、２０１、３０１、４０１ プリント基板、
１０２、３０２ マイクロストリップ線路、
１０３、３０３ 放射部、
１０４、２０４、３０４、４０４ 導体パターン、
１０５、２０５ ソルダレジスト、
１０６、３０６ 金属プレート、
１０７、３０７ 開口部、
１０８、２０７、３０８、４０７ 導波管部、
１０９、２０８、３０９、４０８ 導波管端部、
１１０、２０９、３１０、４０９ 溝、
１１１、２１０、３１１、４１０ 開放部、
２０２、２０３、４０２、４０３ 金属ブロック、
２０６、４０６ 穴。

また、この発明に係る導波管構造は、第１の導体と第２の導体に分割されたもの同士が合わせ面にて組み合わされて導波管部を形成する導波管構造であって、導波管端部から前記合わせ面に沿って概略N×λ／４（Nは奇数、λは高周波信号の自由空間波長）の位置に開放部を有し、前記第１の導体と第２の導体の内、少なくとも一方は、前記合わせ面において、前記導波管端部から前記開放部に向かって広がるテーパ状になされているものである。

Claims (8)

1. 第１の導体と第２の導体に分割されたもの同士が合わせ面にて組み合わされて導波管部を形成する導波管構造であって、導波管端部から前記合わせ面に沿って概略N×λ／４（Nは奇数、λは高周波信号の自由空間波長）の位置に開放部を有し、前記開放部において前記第１の導体と第２の導体との間に絶縁物が設けられていることを特徴とする導波管構造。
2. 前記第１導体と第２導体の内、少なくとも一方はプリント基板上に形成された導体パターンであり、前記絶縁物は前記導体パターン上に設けられたソルダレジストであることを特徴とする請求項１に記載の導波管構造。
3. 第１の導体と第２の導体に分割されたもの同士が合わせ面にて組み合わされて導波管部を形成する導波管構造であって、導波管端部から前記合わせ面に沿って概略N×λ／４（Nは奇数、λは高周波信号の自由空間波長）の位置に開放部を有し、前記開放部において前記第１の導体と第２の導体との間に間隙が設けられていることを特徴とする導波管構造。
4. 前記第１の導体と第２の導体の内、少なくとも一方は、前記合わせ面において、前記導波管端部から前記開放部に向かって広がるテーパ状になされていることを特徴とする請求項３に記載の導波管構造。
5. 前記第１の導体と第２の導体の内、少なくとも一方は、プリント基板上に形成された導体パターンであることを特徴とする請求項３に記載の導波管構造。
6. 前記合わせ面は、前記高周波信号の伝搬方向に概略平行であることを特徴とする請求項１または３に記載の導波管構造。
7. 前記合わせ面は、前記高周波信号の伝搬方向に概略垂直であることを特徴とする請求項１または３に記載の導波管構造。
8. 前記プリント基板には前記高周波信号を伝搬させる線路パターンが形成されており、前記線路パターンを伝搬する伝搬モードを、導波管モードに変換する変換手段を備えていることを特徴とする請求項２または５に記載の導波管構造。

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