JP2015082708A - 導波管−マイクロストリップ線路変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】リッジ導波管端部とマイクロストリップ線路端部との接続部位への応力集中を緩和し、接続部位の信頼性を向上させた導波管−マイクロストリップ線路変換器を得る。
【解決手段】リッジ導波管１１のリッジ部１２の先端と、誘電体基板に形成されたマイクロストリップ線路である第２のマイクロストリップ線路１７との間を接続するに際して、空気を誘電体とする第１のマイクロストリップ線路１５を挟んで接続するとともに、この第１のマイクロストリップ線路の主導体に、弾性を有する方形平板状の金属板１３を用いる。そして、周囲の温度変化によってリッジ部１２や第２のマイクロストリップ線路１７等の各部位が膨張・収縮した場合には、それに伴って接続部位に発生する応力を、この金属板１３によって吸収する。
【選択図】 図１

Description

本実施の形態は、方式の異なる伝送線路である、導波管とマイクロストリップ線路との間を接続する、導波管−マイクロストリップ線路変換器に関する。

ミリ波帯等の高周波領域においては、信号伝送に際して損失を増加させないように、伝送線路に導波管が用いられることが多い。一方、信号処理のための各種の高周波回路及びその周辺回路は、平面基板上に実装されたものが多く、この種の平面基板上では、高周波信号の伝送線路としてマイクロストリップ線路が用いられる。導波管−マイクロストリップ線路変換器は、これら方式の異なる伝送線路を相互接続する。

このような導波管−マイクロストリップ線路変換器としては、従来より、例えば矩形導波管からリッジ部を備えたリッジ導波管に変換し、このリッジ部の先端と誘電体基板に形成されたマイクロストリップ線路とを接続することによって実現した事例が開示されており、あわせて、両者の接続の際に、信号損失の低減や不要輻射の抑制等を考慮した手法も開示されている（例えば、特許文献１、及び特許文献２参照。）。

特開平５−２８３９１５号公報（第４ページ、図１） 特開２００６−５８４６号公報（第７ページ、図１）

ところで、上記したような、変換部にリッジ導波管を用いた導波管−マイクロストリップ線路変換器では、リッジ導波管内のリッジ部の端部と誘電体基板上のマイクロストリップ線路の主導体の端部とが、はんだ付け等によって、直接、電気的、機械的に接続される。

しかしながら、リッジ導波管は金属製であり、周囲の温度変化に伴って膨張あるいは収縮する。また、マイクロストリップ線路を構成する誘電体基板も、同様に温度変化に伴って膨張あるいは収縮する。このため、膨張・収縮によって発生する応力が、両者の接続部であるはんだ付け部に集中してしまい、この部位にはんだクラック等が生じ易かった。特に、発熱量の大きい、例えば送信系等に用いられた場合には、繰り返し温度サイクルがかかるなどして、ますますはんだクラック等が生じやすく、その結果、電気的な接続不良も発生し、信頼性の低下を来していた。

本実施の形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、リッジ導波管端部とマイクロストリップ線路端部との接続部位への応力集中を緩和し、接続部位の信頼性を向上させた導波管−マイクロストリップ線路変換器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本実施形態の導波管−マイクロストリップ線路変換器は、リッジ部の開口側端部の先端から管路と平行に管外へ向けて突出するように、弾性を有する方形平板状の金属板を備えたリッジ導波管と、前記金属板を主導体とし、前記リッジ導波管の壁面を接地導体とし、空気を誘電体とする第１のマイクロストリップ線路と、誘電体基板に形成され、その一端側の端部の主導体に、前記第１のマイクロストリップ線路の主導体の先端部が重ね合わせるように接続された第２のマイクロストリップ線路とを備えたことを特徴とする。

本実施形態に係る導波管−マイクロストリップ線路変換器の断面構造の一例を示す断面図。 本実施形態に係る導波管−マイクロストリップ線路変換器の平面構造の一例を示す平面図。 図１のI−IIに沿った断面図。

以下に、本実施形態に係る導波管−マイクロストリップ線路変換器を実施するための最良の形態について、図１乃至図３を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る導波管−マイクロストリップ線路変換器の断面構造の一例を示す断面図であり、図２は、その平面構造を簡易化して示す平面図である。また、図３は、図１におけるI−II間の断面図である。

図１に示したように、この導波管−マイクロストリップ線路変換器１は、リッジ導波管１１、リッジ導波管１１のリッジ部１２の開口側端部の先端から管外へ突出させて取り付けられた金属板１３、及び誘電体基板１６に形成され、その主導体１７ａが金属板１３に接続された第２のマイクロストリップ線路１７とを備えている。

リッジ導波管１１は、信号の伝送モードである、導波管モードとマイクロストリップ線路モードとの間を相互に変換する。本実施例では矩形状の導波管１０の端部に設けられており、その管内の上側の壁面１１ａにリッジ部１２を備えている。リッジ部１２の断面形状は、本実施例においてはテーパ状としているが、これを階段状とすることもできる。このリッジ部１２の開口側端部の先端には、管路と平行に管外へ向けて、金属板１３が取り付けられている。

金属板１３は、例えば導波管と同様のリン青銅や真鍮等の材料を用い、方形平板状の薄板にして弾性を持たせて形成されている。その寸法については後述する。そして、その一端１３ａは、リッジ部１２の開口側端部の先端に、例えば溶接等で取り付けられ、リッジ部１２と電気的にも機械的にも安定した接続を維持している。一方、金属板１３の他端１３ｂは、後述する第２のマイクロストリップ線路１７の主導体１７ａに接続されている。

また、金属板１３によって、第１のマイクロストリップ線路１５が形成されており、この金属板１３は、その主導体として機能している。すなわち、図１においては、金属板１３を主導体とし、リッジ導波管１１の下側壁面１０ｂの金属板１３の直下の部位１４を接地導体とし、その間の空気を誘電体とした第１のマイクロストリップ線路１５が形成されている。図３は、図１のI−IIに沿った断面図であり、この第１のマイクロストリップ線路１５の、図１とは異なる方向からの断面を示している。

第１のマイクロストリップ線路１５の特性インピーダンスは、図３に示した金属板１３の厚さｔ及び幅ｗ１、ならびに接地導体となる下側の壁面部位１４からの距離ｈ（誘電体とする空気層の厚さに相当）等をパラメータとして決まるが、その値は、第２のマイクロストリップ線路１７との接続時にインピーダンスの不整合が発生しないように、あらかじめ、第２のマイクロストリップ線路１７と同じ特性インピーダンスになるように適切に選択され設定される。そして、空気を誘電体としたこの第１のマイクロストリップ線路１５によって、リッジ部１２の端部と、第２のマイクロストリップ線路１７との間が接続されている。

なお、本実施例では、あらかじめ金属板１３の各部寸法を、所期の特性インピーダンスに基づいて、より正確に加工できるように、リッジ部１２と金属板１３とを別構成とし、加工後の金属板１３をリッジ部１２に溶接しているが、各部の寸法精度を維持した上で、リッジ部１２と金属板１３をと一体に成形した構造とすることもできる。

第２のマイクロストリップ線路１７は、リッジ導波管１１の下側壁面１１ｂが管外へ向けて延設された部位である１１ｃ上に載置された誘電体基板１６に形成されており、この誘電体基板１６を誘電体として、その上面側の主導体１７ａ、及び下面側の接地導体１７ｂから構成されている。

図２の平面図に例示したように、第２のマイクロストリップ線路１７の主導体１７ａのリッジ導波管１１と対向する側の先端部には、第１のマイクロストリップ線路１５の主導体でもある金属板１３の他端１３ｂが上方から重ね合わされ、例えば、はんだ付け等で電気的及び機械的に接続されている。また、本実施例においては、金属板１３（第１のマイクロストリップ線路１５の主導体）の幅ｗ１は、第２のマイクロストリップ線路の主導体１７ａの幅ｗ２以下（ｗ１≦ｗ２）とし、第１のマイクロストリップ線路１５と第２のマイクロストリップ線路１７とのはんだ付け等による接続を容易にしている。

上述のように構成された本実施例の導波管−マイクロストリップ線路変換器１においては、導波管１０を伝搬してきたマイクロ波信号は、リッジ導波管１１でその伝送モードが導波管モードからマイクロストリップ線路モードに変換され、このリッジ導波管１１のリッジ部１２の端部に接続された空気を誘電体とする第１のマイクロストリップ線路１５に送られ、さらに誘電体基板１６に形成された第２のマイクロストリップ線路１７に送られる。また、第２のマイクロストリップ線路１７を伝搬してきたマイクロ波信号は、その逆方向の経路で導波管１０に送られる。そして、各線路の特性インピーダンスを整合させているので、いずれの方向の伝送においても、不整合による損失を抑えている。

また、周囲温度の変化に伴って、リッジ導波管１１や誘電体基板１６が膨張あるいは収縮するが、その際に、従来は、例えばリッジ導波管１１のリッジ部１２の端部と誘電体基板１６上のマイクロストリップ線路１７の主導体１７ａとが、直接はんだ付けにより接続されていたため、この部位に膨張・収縮によって発生する応力が集中していた。これに対して本実施例では、両者の間に第１のマイクロストリップ線路１５の主導体を兼ねる、弾性を有した金属板１３を介し、この金属板の端部１３ｂをマイクロストリップ線路１７の主導体１７ａに重ね合わせてはんだ付けにより接続されているので、上記した応力がこの第１のマイクロストリップ線路１５により吸収され、応力の集中を緩和してクラック等の発生を抑えることができ、接続の信頼性を向上させることができる。

さらに、このときに応力が金属板１３に及ぶことに起因して、この金属板１３を主導体とする第１のマイクロストリップ線路１５の特性インピーダンスにも影響が及ぶことが見込まれるが、この第１のマイクロストリップ線路１５は、空気を誘電体としており、その誘電率が低いため、誘電体の厚みの変化、すなわち図３中のｈの変化に対しては大きな影響を受けにくい。従って、特性インピーダンスへの影響も限定的な範囲に収めることができ、伝送損失の増加も抑えることができる。

以上説明したように、本実施例においては、伝送モードを変換するリッジ導波管１１のリッジ部１２の先端と、誘電体基板に形成されたマイクロストリップ線路である第２のマイクロストリップ線路１７との間を接続するに際して、空気を誘電体とする第１のマイクロストリップ線路１５を挟んで接続するとともに、この第１のマイクロストリップ線路の主導体に、弾性を有する方形平板状の金属板１３を用いている。

そして、周囲の温度変化によってリッジ部１２や第２のマイクロストリップ線路１７等の各部位が膨張・収縮した場合には、それに伴って接続部位に発生する応力を、この金属板１３によって吸収している。しかも金属板１３が応力を吸収した場合でも、第１のマイクロストリップ線路１５の特性インピーダンスは、その影響を受けにくい。

これにより、接続部位の信頼性が向上された、変換損失の少ない導波管−マイクロストリップ線路変換器を得ることができる。

なお、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 導波管−マイクロストリップ線路変換器
１０ 導波管
１１ リッジ導波管
１２ リッジ部
１３ 金属板
１４ 接地導体
１５ 第１のマイクロストリップ線路
１６ 誘電体基板
１７ 第２のマイクロストリップ線路

Claims (5)

1. リッジ部の開口側端部の先端から管路と平行に管外へ向けて突出するように、弾性を有する方形平板状の金属板を備えたリッジ導波管と、
   前記金属板を主導体とし、前記リッジ導波管の壁面を接地導体とし、空気を誘電体とする第１のマイクロストリップ線路と、
   誘電体基板に形成され、その一端側の端部の主導体に、前記第１のマイクロストリップ線路の主導体の先端部が重ね合わせるように接続された第２のマイクロストリップ線路と
   を備えたことを特徴とする導波管−マイクロストリップ線路変換器。
2. 前記リッジ部は、テーパ状、または階段状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の導波管−マイクロストリップ線路変換器。
3. 前記金属板は、前記リッジ部の先端に溶接されて取り付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導波管−マイクロストリップ線路変換器。
4. 前記金属板は、前記リッジ部と一体に成形されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導波管−マイクロストリップ線路変換器。
5. 前記第１のマイクロストリップ線路の主導体の幅は、前記第２のマイクロストリップ線路の主導体の幅以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の導波管−マイクロストリップ線路変換器。

Images