JP2016025476A - Converter for coaxial cable and microstrip line - Google Patents
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Description
本発明は、同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器に係り、さらに詳しくは、ミリ波用の同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器に関する。 The present invention relates to a coaxial cable / microstrip line converter, and more particularly to a coaxial cable / microstrip line converter for millimeter waves.
同軸ケーブル・MSL(マイクロストリップ線路)変換器は、同軸ケーブルと誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路との間で電力変換を行う電力変換回路である。同軸ケーブルは、内部導体と、内部導体を取り囲む絶縁体と、絶縁体を取り囲む外部導体とにより構成される伝送線路である。また、マイクロストリップ線路は、誘電体基板と、誘電体基板の表面に沿って延びるマイクロストリップ導体と、誘電体基板の裏面を覆う接地板とにより構成される伝送線路である。 A coaxial cable / MSL (microstrip line) converter is a power conversion circuit that performs power conversion between a coaxial cable and a microstrip line formed on a dielectric substrate. A coaxial cable is a transmission line including an inner conductor, an insulator that surrounds the inner conductor, and an outer conductor that surrounds the insulator. The microstrip line is a transmission line including a dielectric substrate, a microstrip conductor extending along the surface of the dielectric substrate, and a ground plate that covers the back surface of the dielectric substrate.
従来の同軸ケーブル・MSL変換器は、誘電体基板を貫通する貫通孔と、この貫通孔に隣接して誘電体基板の表面に形成され、マイクロストリップ線路が接続される円環形状のランドと、ランドと対向する位置に形成される接地板の開口部とにより構成される(例えば、特許文献1)。開口部には、同軸ケーブルの端部が収容され、同軸ケーブルの外部導体が接地板に接続されるとともに、同軸ケーブルの端面から突出させた内部導体が誘電体基板の貫通孔内に収容される。内部導体の先端は、誘電体基板の表面から突出し、半田を用いてランドに固定される。 A conventional coaxial cable / MSL converter has a through-hole penetrating the dielectric substrate, an annular land formed on the surface of the dielectric substrate adjacent to the through-hole, and connected to the microstrip line, It is comprised by the opening part of the ground plate formed in the position facing a land (for example, patent document 1). The end of the coaxial cable is accommodated in the opening, the outer conductor of the coaxial cable is connected to the ground plate, and the inner conductor protruding from the end face of the coaxial cable is accommodated in the through hole of the dielectric substrate. . The tip of the inner conductor protrudes from the surface of the dielectric substrate and is fixed to the land using solder.
上述した様な従来の同軸ケーブル・MSL変換器では、ミリ波の電力変換における変換特性が良くないという問題があった。例えば、同軸ケーブルからマイクロストリップ線路へ給電する場合に、ランド部分から不要放射が発生してしまうという問題があった。また、ランド部分による反射量が多く、電力の挿入損失が大きいという問題もあった。 The conventional coaxial cable / MSL converter as described above has a problem that the conversion characteristic in the power conversion of millimeter wave is not good. For example, when power is supplied from a coaxial cable to a microstrip line, there is a problem that unnecessary radiation is generated from the land portion. There is also a problem that the amount of reflection by the land portion is large and the insertion loss of power is large.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ミリ波の電力変換における変換特性を向上させることができる同軸ケーブル・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。特に、40GHzを超える周波数帯の高周波電力を変換する場合であっても、変換器から不要放射が発生するのを抑制することができる同軸ケーブル・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。また、変換器による反射量を抑制し、電力の挿入損失を低減させることができる同軸ケーブル・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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a coaxial cable / microstrip line converter capable of improving conversion characteristics in millimeter wave power conversion. In particular, an object of the present invention is to provide a coaxial cable / microstrip line converter capable of suppressing generation of unnecessary radiation from a converter even when converting high-frequency power in a frequency band exceeding 40 GHz. . Another object of the present invention is to provide a coaxial cable / microstrip line converter capable of suppressing the amount of reflection by the converter and reducing the insertion loss of power.
第1の本発明による同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器は、誘電体基板の第1面にマイクロストリップ線路が形成され、上記誘電体基板の第2面に対し、絶縁体を介して内部導体を外部導体で取り囲んだ同軸ケーブルの端面を対向させ、上記マイクロストリップ線路及び上記同軸ケーブル間で電力変換を行う同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器であって、上記誘電体基板の第2面に形成され、上記外部導体が接続されるとともに、上記内部導体及び上記絶縁体と対向する開口部を有する接地板と、上記誘電体基板の第1面に形成され、上記内部導体と対向し、上記マイクロストリップ線路が接続される給電用電極と、上記開口部内において上記誘電体基板を貫通し、上記内部導体を上記給電用電極と導通させる給電用スルーホールと、上記誘電体基板の第1面に形成され、上記開口部を覆うとともに、上記給電用電極を配置するための切り欠きを有する不要放射抑制電極と、上記誘電体基板を貫通し、上記接地板及び上記不要放射抑制電極を導通させる接地用スルーホールとを備えて構成される。 In the coaxial cable / microstrip line converter according to the first aspect of the present invention, a microstrip line is formed on a first surface of a dielectric substrate, and an internal conductor is connected to the second surface of the dielectric substrate via an insulator. A coaxial cable / microstrip line converter that performs power conversion between the microstrip line and the coaxial cable with the end surfaces of the coaxial cable surrounded by an outer conductor facing each other, and is formed on the second surface of the dielectric substrate. A ground plate having an opening facing the inner conductor and the insulator, connected to the outer conductor, and formed on the first surface of the dielectric substrate, facing the inner conductor, and the microstrip. A power supply electrode to which a line is connected, and a power supply thread that penetrates the dielectric substrate in the opening and electrically connects the internal conductor to the power supply electrode. A hole, an unnecessary radiation suppression electrode formed on the first surface of the dielectric substrate, covering the opening, and having a notch for disposing the feeding electrode, and penetrating the dielectric substrate, A grounding plate and a grounding through hole for conducting the unnecessary radiation suppressing electrode are provided.
この同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器では、接地板と導通し、かつ、同軸ケーブルの内部導体及び絶縁体と対向する接地板の開口部を覆う不要放射抑制電極が誘電体基板の第1面に形成され、不要放射抑制電極の切り欠き内に給電用電極が配置される。このため、同軸ケーブルからマイクロストリップ線路へ給電する場合に、給電用電極の周囲に電磁波が漏出するのを抑制することができる。従って、40GHzを超える周波数帯の高周波電力を変換する場合であっても、変換器から不要放射が発生するのを抑制することができる。また、変換器からの不要放射が抑制されるので、電力の挿入損失を低減させることができる。 In this coaxial cable / microstrip line converter, an unnecessary radiation suppressing electrode which is electrically connected to the ground plate and covers the opening of the ground plate facing the inner conductor and the insulator of the coaxial cable is formed on the first surface of the dielectric substrate. A power supply electrode is arranged in the notch of the unnecessary radiation suppressing electrode. For this reason, when power is supplied from the coaxial cable to the microstrip line, it is possible to suppress leakage of electromagnetic waves around the power supply electrode. Therefore, even when high-frequency power in a frequency band exceeding 40 GHz is converted, generation of unnecessary radiation from the converter can be suppressed. Moreover, since unnecessary radiation from the converter is suppressed, it is possible to reduce power insertion loss.
第2の本発明による同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器は、上記構成に加え、上記給電用電極が、上記マイクロストリップ線路の線路長方向に略等幅で延び、その一端が、上記マイクロストリップ線路に達し、他端が、上記給電用スルーホールの中心から遠ざかるに従って幅が狭まる曲線形状からなるように構成される。 A coaxial cable / microstrip line converter according to a second aspect of the present invention is the coaxial cable / microstrip line converter according to the present invention, wherein the power feeding electrode extends substantially in the line length direction of the microstrip line, and one end of the power feeding electrode is the microstrip line. And the other end is configured to have a curved shape whose width decreases as the distance from the center of the power supply through hole increases.
この様な構成によれば、給電用電極が頂角を有する形状からなる場合に比べ、給電用電極から周囲に電磁波が漏出するのを抑制することができ、電力の挿入損失を低減させることができる。また、給電用電極の一端から他端にかけてインピーダンスの変化が抑えられるので、変換器による反射量を抑制することができ、電力の挿入損失を低減させることができる。 According to such a configuration, compared to the case where the power feeding electrode has a shape having an apex angle, leakage of electromagnetic waves from the power feeding electrode to the surroundings can be suppressed, and power insertion loss can be reduced. it can. Moreover, since the change in impedance is suppressed from one end to the other end of the power supply electrode, the amount of reflection by the converter can be suppressed, and the insertion loss of power can be reduced.
第3の本発明による同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器は、上記構成に加え、上記マイクロストリップ線路が、上記給電用スルーホールの中心から線路長方向の距離が管内波長の略1/4倍の位置に線路幅方向の段差を有するように構成される。 A coaxial cable / microstrip line converter according to a third aspect of the present invention is configured so that, in addition to the above configuration, the microstrip line has a distance in the line length direction from the center of the feed through hole that is approximately ¼ times the guide wavelength. The position is configured to have a step in the line width direction.
この同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器では、給電用スルーホールの中心で反射した進行波と、マイクロストリップ線路に設けられた段差で反射して給電用スルーホールの中心に伝搬した進行波とが干渉により打ち消し合う。このため、40GHzを超える周波数帯の高周波電力を変換する場合であっても、変換器による反射量を抑制し、電力の挿入損失を低減させることができる。 In this coaxial cable / microstrip line converter, the traveling wave reflected at the center of the feedthrough hole interferes with the traveling wave reflected at the step on the microstrip line and propagated to the center of the feedthrough hole. Cancel each other out. For this reason, even when converting high-frequency power in a frequency band exceeding 40 GHz, the amount of reflection by the converter can be suppressed, and the insertion loss of power can be reduced.
第4の本発明による同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器は、上記構成に加え、上記不要放射抑制電極が、上記開口部の周縁に沿って配置された2以上の上記接地用スルーホールを介して上記接地板と導通しているように構成される。この様な構成によれば、給電用電極の周囲への電磁波の漏出を複数の接地用スルーホールによって遮断することができる。 A coaxial cable / microstrip line converter according to a fourth aspect of the present invention includes, in addition to the above configuration, the unnecessary radiation suppression electrode via two or more grounding through holes arranged along the periphery of the opening. It is configured to be in conduction with the ground plate. According to such a configuration, leakage of electromagnetic waves to the periphery of the power feeding electrode can be blocked by the plurality of grounding through holes.
第5の本発明による同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器は、上記構成に加え、上記接地用スルーホールが、管内波長の略1/4倍以下の間隔を空けて互いに配置されるように構成される。この様な構成によれば、給電用電極の周囲に漏出した電磁波を干渉によって打ち消すことができる。 A coaxial cable / microstrip line converter according to a fifth aspect of the present invention is configured such that, in addition to the above configuration, the grounding through-holes are arranged with an interval of about 1/4 times or less of the guide wavelength. The According to such a configuration, the electromagnetic wave leaking out around the power feeding electrode can be canceled by interference.
本発明によれば、ミリ波の電力変換における変換特性を向上させた同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器を提供することができる。特に、40GHzを超える周波数帯の高周波電力を変換する場合であっても、変換器から不要放射が発生するのを抑制することができる同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器を提供することができる。また、変換器による反射量を抑制し、電力の挿入損失を低減させることができる同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the coaxial cable microstrip line converter which improved the conversion characteristic in the power conversion of millimeter wave can be provided. In particular, even when high-frequency power in a frequency band exceeding 40 GHz is converted, it is possible to provide a coaxial cable / microstrip line converter that can suppress generation of unnecessary radiation from the converter. Further, it is possible to provide a coaxial cable / microstrip line converter capable of suppressing the amount of reflection by the converter and reducing the insertion loss of power.
<同軸ケーブル・MSL変換器1>
図1は、本発明の実施の形態による同軸ケーブル・MSL変換器1の一構成例を上下方向に展開して示した斜視図である。この図では、同軸ケーブル2の中心軸を上下方向と一致させ、誘電体基板10の下面に同軸ケーブル2の端面を対向させた状態で同軸ケーブル2を接地板12に取り付けた同軸ケーブル・MSL変換器1が描画されている。
<Coaxial cable / MSL converter 1>
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of a coaxial cable / MSL converter 1 according to an embodiment of the present invention developed in the vertical direction. In this figure, a coaxial cable / MSL conversion in which the
この同軸ケーブル・MSL変換器1は、ミリ波帯の高周波電力を同軸ケーブル2及びMSL(マイクロストリップ線路)3間で変換するための電力変換回路であり、誘電体基板10、マイクロストリップ導体11、接地板12、給電用電極13、不要放射抑制電極14、内部導体用電極15、接地用スルーホール16及び給電用スルーホール17により構成される。
The coaxial cable / MSL converter 1 is a power conversion circuit for converting high frequency power in the millimeter wave band between the
例えば、同軸ケーブル・MSL変換器1は、周波数が30〜300GHz程度のミリ波を利用する監視用の車載レーダや高速無線通信装置の送信アンテナ又は受信アンテナに用いることができる。同軸ケーブル・MSL変換器1に不要放射抑制電極14を設け、切り欠き14a内に給電用電極13を配置するとともに接地用スルーホール16により接地板12と導通させたことにより、ミリ波の電力変換における変換特性を向上させている。
For example, the coaxial cable / MSL converter 1 can be used for a transmission antenna or a reception antenna of a monitoring vehicle-mounted radar or a high-speed wireless communication device using a millimeter wave having a frequency of about 30 to 300 GHz. An unnecessary
同軸ケーブル2は、電気信号や高周波電力を伝送するための伝送線路であり、内部導体21と、内部導体21を取り囲む絶縁体22と、絶縁体22を取り囲む外部導体23とにより構成され、内部導体21及び外部導体23が同軸に配置されている。この同軸ケーブル2は、上下方向に延び、上端面において、内部導体21、絶縁体22及び外部導体23が露出している。同軸ケーブル2を水平面により切断した場合の切断面は、円形である。
The
内部導体21は、中心導体とも呼ばれ、円形の断面形状を有する。絶縁体22は、内部導体21及び外部導体23を絶縁するための部材であり、ポリエチレンなどの誘電体からなる。外部導体23は、円環形状の断面形状を有し、絶縁体22を介して内部導体21を取り囲んでいる。例えば、外部導体23の外径は、1mm〜2mmである。絶縁体層の厚さや絶縁体22の誘電率は、伝送させる電磁波の周波数、帯域幅等に応じて決定される。
The
誘電体基板10は、誘電体からなる基板である。例えば、誘電体基板10には、フッ素樹脂等の絶縁性樹脂からなるアンテナ用の樹脂基板が用いられる。また、誘電体基板10は、矩形状である。例えば、同軸ケーブル2の絶縁体22の比誘電率が2.0程度であるのに対し、誘電体基板10の比誘電率は、2.7である。
The
MSL3は、進行波が伝搬する伝送線路であり、誘電体基板10の上面に形成されている。このMSL3は、誘電体基板10の上面に沿って略等幅で延びるマイクロストリップ導体11と、誘電体基板10の下面に形成された接地板12とにより構成される。
The
接地板12は、誘電体基板10の上面の導体パターンに対し、グランド電極として機能する導体パターンであり、誘電体基板10の下面の全体を概ね覆っている。この接地板12には、同軸ケーブル2の外部導体23が接続されるとともに、内部導体21及び絶縁体22と対向する開口部12aが設けられている。開口部12aは、円形状の周縁からなる抜きパターンである。
The
給電用電極13は、MSL3に給電するための導体パターンであり、誘電体基板10の上面に形成され、同軸ケーブル2の内部導体21と対向し、MSL3が接続されている。この給電用電極13は、MSL3の線路長方向に略等幅で延び、その一端は、MSL3に達し、他端は、円形状の領域からなる。
The
内部導体用電極15は、同軸ケーブル2の内部導体21を接触させるための導体パターンであり、誘電体基板10の下面に形成され、接地板12の開口部12a内に配置されている。
The
不要放射抑制電極14は、変換器から不要放射が発生するのを抑制するための導体パターンであり、誘電体基板10の上面に形成され、接地板12の開口部12aを覆うとともに、給電用電極13を配置するための切り欠き14aを有する。この不要放射抑制電極14は、前後方向の長さが誘電体基板10よりも短い矩形状である。
The unnecessary
切り欠き14aは、不要放射抑制電極14の前辺において開口し、不要放射抑制電極14の中央に向けて概ね等幅で延びる抜きパターンであり、給電用電極13の円形領域が収容されている。切り欠き14aの内壁面は、MSL3や給電用電極13の側端面と対向している。
The
接地用スルーホール16は、誘電体基板10を貫通し、接地板12及び不要放射抑制電極14を導通させる導電層からなる。誘電体基板10には、2以上の接地用スルーホール16が設けられ、不要放射抑制電極14は、開口部12aの周縁に沿って配置されたこれらの接地用スルーホール16を介して接地板12と導通している。接地用スルーホール16は、接地板12の開口部12aよりも外側に設けられている。この様に構成することにより、給電用電極13の周囲への電磁波の漏出を複数の接地用スルーホール16によって遮断することができる。
The grounding through-
給電用スルーホール17は、接地板12の開口部12a内において誘電体基板10を貫通し、内部導体21を給電用電極13と導通させる導電層からなる。給電用電極13は、給電用スルーホール17を介して内部導体用電極15と導通している。
The power feed through
接地用スルーホール16及び給電用スルーホール17は、誘電体基板10の上面側の導体パターンと誘電体基板10の下面側の導体パターンとを電気的に接続するものであれば良く、本発明は、接地用スルーホール16や給電用スルーホール17の形状、製造方法を特に限定するものではない。例えば、接地用スルーホール16及び給電用スルーホール17は、誘電体基板10を貫通する貫通孔の内壁を覆う金属層からなり、当該貫通孔の中心付近が空洞となっている。
The grounding through
MSL3、接地板12、給電用電極13、不要放射抑制電極14及び内部導体用電極15を構成する導体パターンは、誘電体基板10に金属薄膜、例えば、銅箔を貼り付け、誘電体基板10上の金属薄膜をエッチング加工等によりパターニングすることによって製作される。また、接地用スルーホール16及び給電用スルーホール17は、例えば、金属薄膜が貼り付けられた誘電体基板10に穴あけ加工により貫通孔を形成した後、銅などの金属からなるめっき層を誘電体基板10に形成することによって製作される。
The conductor pattern constituting the
MSL3の線路幅は、伝送させる電磁波の周波数、帯域幅、誘電体基板10の厚さ、誘電体基板10の誘電率等に応じて決定される。また、MSL3の線路幅は、電磁波の管内波長λgに比べて狭い。管内波長λgは、誘電体基板10に形成されたMSL3を伝搬する電磁波の波長である。
The line width of the
図2は、図1の同軸ケーブル・MSL変換器1の構成例を示した図であり、同軸ケーブル・MSL変換器1の上面が示されている。この図では、前後方向に延びるMSL3の長手方向を図の上下方向と一致させ、紙面に垂直な方向を同軸ケーブル2の中心軸と一致させて同軸ケーブル・MSL変換器1が描画されている。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the coaxial cable / MSL converter 1 of FIG. 1, and illustrates an upper surface of the coaxial cable / MSL converter 1. In this figure, the coaxial cable / MSL converter 1 is drawn so that the longitudinal direction of the
不要放射抑制電極14は、矩形状の薄い平板からなり、左右方向に延びる長辺のうち、後側の長辺を誘電体基板10の長辺と一致させ、前後方向に延びる短辺を誘電体基板10の短辺と一致させて、誘電体基板10上に配置されている。
The unnecessary
MSL3のマイクロストリップ導体11は、線路幅Wmが一定で前後方向に延びる形状からなり、その前端は、誘電体基板10の前端に到達し、誘電体基板10の前端面から露出している。線路幅Wmは、左右方向の長さである。MSL3は、誘電体基板10の長辺の中点同士を結ぶ直線上に配置されている。
The
給電用電極13は、内部導体用電極15と対向する円形領域を有し、この円形領域とMSL3の後端とが連結されている。給電用電極13の円形領域は、給電用スルーホールの中心から遠ざかるに従って幅が狭まる曲線形状の領域であり、その左右方向の長さL1、すなわち、幅の最大値は、線路幅Wmよりも広い。また、給電用電極13の円形領域は、給電用スルーホール17の中心を通る前後方向の直線に関し、左右対称である。給電用電極13の形状を線対称とすることにより、インピーダンスの不整合を生じ難くすることができる。
The
不要放射抑制電極14の切り欠き14aは、マイクロストリップ導体11及び給電用電極13の輪郭に沿って形成され、内壁面は、マイクロストリップ導体11や給電用電極13の側端面と対向している。不要放射抑制電極14は、接地板12の開口部12aよりも前側に張り出し、切り欠き14aは、開口部12aの周縁を横切って前後方向に延びている。切り欠き14aの内壁面とマイクロストリップ導体11や給電用電極13の側端面との距離は、0.1mm以上である。
The
給電用電極13の円形領域と、給電用スルーホール17と、接地板12の開口部12aとは、同軸に配置され、誘電体基板10と平行な平面における中心の位置が一致している。また、各接地用スルーホール16は、給電用電極13の円形領域や給電用スルーホール17と同心の円上に配置され、周方向の間隔L2が概ね一定である。つまり、各接地用スルーホール16は、間隔L2を空けて互いに配置される。間隔L2は、隣り合う接地用スルーホール16の内壁間の距離であり、管内波長λgの略1/4倍以下であることが望ましい。間隔L2を管内波長λgの略1/4倍以下とすることにより、給電用電極13の周囲に漏出した電磁波を干渉によって打ち消すことができる。
The circular region of the
この例では、9つの接地用スルーホール16が、接地板12の開口部12aを取り囲むように概ね等間隔で配置されている。また、各接地用スルーホール16は、給電用スルーホール17の中心を通る前後方向の直線に関し、左右対称に配置されている。
In this example, nine grounding through
図3及び図4は、図2の同軸ケーブル・MSL変換器1の構成例を示した断面図である。図3には、同軸ケーブル・MSL変換器1をA−A切断線により切断した場合の切断面が示されている。図4には、同軸ケーブル・MSL変換器1をB−B切断線により切断した場合の切断面が示されている。 3 and 4 are cross-sectional views showing a configuration example of the coaxial cable / MSL converter 1 of FIG. FIG. 3 shows a cut surface when the coaxial cable / MSL converter 1 is cut along an AA cutting line. FIG. 4 shows a cut surface when the coaxial cable / MSL converter 1 is cut along a BB cutting line.
同軸ケーブル2は、上端面2aを接地板12の開口部12aに対向させた状態で接地板12に固定され、内部導体21が内部導体用電極15に接触するとともに、外部導体23が接地板12に接触している。開口部12aの周縁は、絶縁体22の外縁と一致している。内部導体用電極15は、その外径が内部導体21の直径よりも大きく、絶縁体22の内縁よりも外側に張り出している。
The
給電用電極13は、内部導体用電極15と対向する円形領域13aと、円形領域13a及びマイクロストリップ導体11を連結する連結領域13bとにより構成される。連結領域13bは、マイクロストリップ線路3の線路長方向、すなわち、前後方向に略等幅で延び、その一端は、マイクロストリップ導体11に達し、他端は、円形領域13aに接続されている。
The
円形領域13aは、給電用スルーホール17の中心から遠ざかるに従って左右方向の幅が狭まる曲線形状からなる。円形領域13aの直径は、同軸ケーブル2やMSL3とのインピーダンス整合によって決定される。
The
マイクロストリップ導体11の一部及び給電用電極13は、不要放射抑制電極14の切り欠き14a内に配置される。切り欠き14aの内壁面は、絶縁体22の外縁よりも内側に張り出している。
A part of the
この例では、マイクロストリップ導体11、接地板12、給電用電極13、不要放射抑制電極14及び内部導体用電極15が、銅箔層31,33及びめっき層32により構成される。銅箔層31及び33は、誘電体基板10の下面及び上面に銅箔をそれぞれ貼り付けることによって形成される導電層である。
In this example, the
めっき層32は、銅箔が貼り付けられた誘電体基板10に貫通孔を形成した後に形成される導電層であり、貫通孔の内壁面上と銅箔層31及び33上とに形成されている。接地用スルーホール16及び給電用スルーホール17は、この様なめっき層32により構成される。めっき層32は、誘電体基板10の表面及び裏面に形成された金属層と同じ材質が好ましい。このため、本実施の形態においては、銅箔層31及び33に対応して、銅めっきによりめっき層32が形成される。
The
接地板12の開口部12aや不要放射抑制電極14の切り欠き14aは、めっき層32を形成した後、銅箔層31,33及びめっき層32をパターニングすることによって形成される。
The opening 12 a of the
図5は、図1の同軸ケーブル・MSL変換器1の動作特性の一例を示した図であり、周波数を変化させた場合の透過特性及び反射特性が示されている。この図では、給電用電極13の円形領域13aの直径が0.4mmであり、MSL3の線路幅Wmを円形領域13aの直径と一致させた場合が示されている。
FIG. 5 is a diagram showing an example of operating characteristics of the coaxial cable / MSL converter 1 of FIG. 1, and shows transmission characteristics and reflection characteristics when the frequency is changed. This figure shows a case where the diameter of the
図中の(a)には、透過特性が示されている。この図には、縦軸を透過量とし、横軸を電磁波の周波数として透過特性を示す特性曲線が描画されている。この特性曲線は、周波数が40GHz以上80GHz以下の範囲内で、周波数が増加するに従って単調に減少している。具体的には、40GHzから60GHzまでの範囲内で、透過量は、−0.15dB以下−0.2dB以上の範囲内で概ね一定値である。また、60GHzから75GHzまでの範囲内で、透過量は、−0.2dBから−0.4dBまで低下し、周波数が75GHzを超えれば、透過量の減少率はさらに大きくなり、80GHzにおいて透過量は−0.58dBに達している。 (A) in the figure shows the transmission characteristics. In this figure, a characteristic curve showing the transmission characteristics is drawn with the vertical axis as the transmission amount and the horizontal axis as the frequency of electromagnetic waves. This characteristic curve monotonously decreases as the frequency increases within a frequency range of 40 GHz to 80 GHz. Specifically, within the range from 40 GHz to 60 GHz, the transmission amount is substantially constant within a range of −0.15 dB or less and −0.2 dB or more. Further, within the range from 60 GHz to 75 GHz, the transmission amount decreases from −0.2 dB to −0.4 dB, and when the frequency exceeds 75 GHz, the reduction rate of the transmission amount is further increased, and the transmission amount is 80 GHz. It has reached -0.58 dB.
この実験結果によれば、同軸ケーブル・MSL変換器1は、40GHz以上75GHz以下の範囲内で、透過量が−0.4dB以上であり、40GHzを超える周波数帯の高周波電力を変換する場合であっても、電力の挿入損失が極めて小さいことが判る。 According to this experimental result, the coaxial cable / MSL converter 1 is a case where the transmission amount is −0.4 dB or more within a range of 40 GHz or more and 75 GHz or less, and high frequency power in a frequency band exceeding 40 GHz is converted. However, it can be seen that the power insertion loss is extremely small.
図中の(b)には、反射特性が示されている。この図には、縦軸を反射量とし、横軸を電磁波の周波数として反射特性を示す特性曲線が描画されている。この特性曲線は、周波数が40GHz以上80GHz以下の範囲内で、周波数が増加するに従って単調に増加している。具体的には、40GHzから50GHzまでの範囲内で、反射量は、−46dBから−30dBまで増加し、50GHzから63GHzまでの範囲内で、反射量は、−30dBから−20dBまで増加している。また、周波数が63GHzを超えれば、反射量の増加率は概ね一定となり、80GHzにおいて反射量は−12dBに達している。 (B) in the figure shows the reflection characteristics. In this figure, a characteristic curve showing the reflection characteristic is drawn with the vertical axis as the reflection amount and the horizontal axis as the frequency of the electromagnetic wave. This characteristic curve monotonously increases as the frequency increases within a frequency range of 40 GHz to 80 GHz. Specifically, the reflection amount increases from −46 dB to −30 dB within the range from 40 GHz to 50 GHz, and the reflection amount increases from −30 dB to −20 dB within the range from 50 GHz to 63 GHz. . If the frequency exceeds 63 GHz, the rate of increase in the amount of reflection is substantially constant, and the amount of reflection reaches −12 dB at 80 GHz.
この実験結果によれば、同軸ケーブル・MSL変換器1は、40GHz以上80GHz以下の範囲内で、反射量が−12dB以下であり、40GHzを超える周波数帯の高周波電力を変換する場合であっても、反射量が著しく少ないことが判る。 According to this experimental result, the coaxial cable / MSL converter 1 has a reflection amount of −12 dB or less within a range of 40 GHz to 80 GHz, and converts high frequency power in a frequency band exceeding 40 GHz. It can be seen that the amount of reflection is extremely small.
図6は、図1の同軸ケーブル・MSL変換器1の動作特性の一例を示した図であり、MSL3の線路幅Wmを変化させた場合の透過特性及び反射特性が示されている。この図では、給電用電極13の円形領域13aの直径が0.4mmであり、電磁波の周波数が61GHzである場合が示されている。図中には、左側の縦軸を透過量とし、横軸を線路幅Wmとして透過特性を示す折れ線と、右側の縦軸を反射量とし、横軸を線路幅Wmとして反射特性を示す折れ線とが描画されている。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the operating characteristics of the coaxial cable / MSL converter 1 of FIG. 1, showing the transmission characteristics and reflection characteristics when the line width Wm of the
透過特性は、線路幅Wmが0.1mm以上0.4mm以下の範囲内で、線路幅Wmが増加するに従って単調に増加している。具体的には、0.1mmにおいて透過量は−0.75dBであり、0.2mmにおいて透過量は−0.42dBであり、0.3mmにおいて透過量は−0.26dBであり、0.4mmにおいて透過量は−0.20dBであり、0.5mmにおいて透過量は−0.30dBである。 The transmission characteristics monotonously increase as the line width Wm increases within the range where the line width Wm is 0.1 mm or more and 0.4 mm or less. Specifically, the transmission amount is −0.75 dB at 0.1 mm, the transmission amount is −0.42 dB at 0.2 mm, the transmission amount is −0.26 dB at 0.3 mm, and 0.4 mm. The transmission amount is −0.20 dB at 0.5 mm, and the transmission amount is −0.30 dB at 0.5 mm.
一方、反射特性は、線路幅Wmが0.1mm以上0.4mm以下の範囲内で、線路幅Wmが増加するに従って単調に減少している。具体的には、0.1mmにおいて反射量は−8.9dBであり、0.2mmにおいて反射量は−12.2dBであり、0.3mmにおいて反射量は−16.1dBであり、0.4mmにおいて反射量は−21.3dBであり、0.5mmにおいて反射量は−20.0dBである。 On the other hand, the reflection characteristic monotonously decreases as the line width Wm increases within the range where the line width Wm is 0.1 mm or more and 0.4 mm or less. Specifically, the reflection amount is -8.9 dB at 0.1 mm, the reflection amount is -12.2 dB at 0.2 mm, the reflection amount is -16.1 dB at 0.3 mm, and 0.4 mm. The reflection amount is -21.3 dB at 0.5 mm, and the reflection amount is -20.0 dB at 0.5 mm.
この実験結果によれば、線路幅Wmが0.4mmである場合、すなわち、線路幅Wmが給電用電極13の円形領域13aの直径と一致する場合に、透過量が最大であり、かつ、反射量が最小であり、同軸ケーブル・MSL変換器1の変換特性が最適化されることが判る。
According to this experimental result, when the line width Wm is 0.4 mm, that is, when the line width Wm matches the diameter of the
本実施の形態による同軸ケーブル・MSL変換器1では、接地板12と導通し、かつ、同軸ケーブル2の内部導体21及び絶縁体22と対向する接地板12の開口部12aを覆う不要放射抑制電極14が誘電体基板10の上面に形成され、不要放射抑制電極14の切り欠き14a内に給電用電極13が配置される。このため、同軸ケーブル2からMSL3へ給電する場合に、給電用電極13の周囲に電磁波が漏出するのを抑制することができる。従って、40GHzを超える周波数帯の高周波電力を変換する場合であっても、変換器1から不要放射が発生するのを抑制することができる。また、変換器1からの不要放射が抑制されるので、電力の挿入損失を低減させることができる。
In the coaxial cable / MSL converter 1 according to the present embodiment, an unnecessary radiation suppressing electrode that is electrically connected to the
なお、図2では、給電用電極13の円形領域13aの直径がMSL3の線路幅Wmよりも大きい同軸ケーブル・MSL変換器1について説明したが、本発明は、給電用電極13の構成をこれに限定するものではない。例えば、円形領域13aの直径をMSL3の線路幅Wmと一致させることにより、変換器1の変換特性を最適化しても良い。
In FIG. 2, the coaxial cable / MSL converter 1 in which the diameter of the
図7は、同軸ケーブル・MSL変換器1の他の構成例を示した図であり、給電用電極13がMSL3の線路長方向に略等幅で延びる場合が示されている。この同軸ケーブル・MSL変換器1では、給電用電極13が、MSL3の線路長方向(前後方向)に略等幅で延び、その一端は、MSL3に達し、他端は、給電用スルーホール17の中心から遠ざかるに従って左右方向の幅が狭まる曲線形状からなる。
FIG. 7 is a diagram showing another configuration example of the coaxial cable / MSL converter 1, and shows a case where the
具体的には、給電用電極13が、給電用スルーホール17の中心よりも後側に形成される半円形状の領域と、給電用スルーホール17の中心よりも前側に形成され、半円形状の領域及びマイクロストリップ導体11を連結する連結領域とからなる。給電用電極13の半円形領域は、その左右方向の長さが線路幅Wmと一致している。
Specifically, the
この様に構成することにより、給電用電極13が頂角を有する形状からなる場合に比べ、給電用電極13から周囲に電磁波が漏出するのを抑制することができ、電力の挿入損失を低減させることができる。また、給電用電極13の前端から後端にかけてインピーダンスの変化が抑えられるので、変換器1による反射量を抑制することができ、電力の挿入損失を低減させることができる。
By comprising in this way, compared with the case where the
また、本実施の形態では、不要放射抑制電極14を設け、切り欠き14a内に給電用電極13を配置するとともに接地用スルーホール16により接地板12と導通させる場合の例について説明したが、本発明は、同軸ケーブル・MSL変換器1の構成を図2又は図7に示したものに限定するものではない。例えば、MSL3に線路幅方向の段差を設けることにより、変換器1による反射量を抑制するような構成であっても良い。
In the present embodiment, an example in which the unnecessary
図8は、同軸ケーブル・MSL変換器1のその他の構成例を示した図であり、MSL3に線路幅方向の段差11aを設けた場合が示されている。この段差11aは、線路幅Wmを不連続に変化させることによって形成される線路幅方向(左右方向)の段差であり、線路長L3が管内波長λgの略1/4倍となる位置に配置されている。
FIG. 8 is a diagram showing another configuration example of the coaxial cable / MSL converter 1, and shows a case where a
給電用電極13は、MSL3の線路長方向に略等幅で延び、その一端は、MSL3に達し、他端は、給電用スルーホール17の中心から遠ざかるに従って左右方向の幅が狭まる曲線形状からなる。線路長L3は、給電用スルーホール17の中心から段差11aまでの線路長方向(前後方向)の距離である。つまり、MSL3は、段差11aの後側の線路幅Wmが段差の前側よりも広くなっている。
The
この様に構成することにより、給電用スルーホール17の中心で反射した進行波と、段差11aで反射して給電用スルーホール17の中心に伝搬した進行波とが干渉により打ち消し合う。このため、40GHzを超える周波数帯の高周波電力を変換する場合であっても、放射素子や分配器等の回路素子側の線路幅を変更することなく、変換器1による反射量を抑制し、電力の挿入損失を低減させることができる。
With this configuration, the traveling wave reflected at the center of the feed through
図9は、図8の同軸ケーブル・MSL変換器1の動作特性の一例を示した図であり、段差11aの位置を前後方向に変化させた場合の透過特性及び反射特性が示されている。この図では、給電用電極13の半円形領域の直径が0.4mmであり、MSL3の回路素子側の線路幅Wmが0.35mmである場合が示されている。電磁波の周波数は、61GHzである。図中には、左側の縦軸を透過量とし、横軸を線路長L3として透過特性を示す折れ線と、右側の縦軸を反射量とし、横軸を線路長L3として反射特性を示す折れ線とが描画されている。
FIG. 9 is a diagram showing an example of the operating characteristics of the coaxial cable / MSL converter 1 of FIG. 8, showing the transmission characteristics and the reflection characteristics when the position of the
透過特性は、線路長L3が0.3mm以上0.9mm以下の範囲内で、線路長L3が増加するに従って、透過量は、単調に増加し、線路長L3=0.9mmにおいて透過量が最大(最大値−0.17dB)となり、0.9mm以上1.9mm以下の範囲内で、線路長L3が増加するに従って、透過量は、単調に減少している。 As for the transmission characteristics, the transmission amount monotonously increases as the line length L3 increases within the range of the line length L3 from 0.3 mm to 0.9 mm, and the transmission amount is maximum at the line length L3 = 0.9 mm. (Maximum value -0.17 dB), and the transmission amount monotonously decreases as the line length L3 increases within the range of 0.9 mm to 1.9 mm.
一方、反射特性は、線路長L3が0.3mm以上0.9mm以下の範囲内で、線路長L3が増加するに従って、反射量は、単調に減少し、線路長L3=0.9mmにおいて反射量が最小(最小値−26.3dB)となり、0.9mm以上1.9mm以下の範囲内で、線路長L3が増加するに従って、反射量は、単調に増加している。 On the other hand, the reflection characteristic is such that the reflection amount monotonously decreases as the line length L3 increases within the range where the line length L3 is 0.3 mm or more and 0.9 mm or less, and the reflection amount at the line length L3 = 0.9 mm. Becomes the minimum (minimum value −26.3 dB), and the reflection amount monotonously increases as the line length L3 increases within the range of 0.9 mm to 1.9 mm.
この実験結果によれば、線路長L3が0.9mmである場合、すなわち、線路長L3が管内波長λgの略1/4倍である場合に、透過量が最大であり、かつ、反射量が最小であり、同軸ケーブル・MSL変換器1の変換特性が最適化されることが判る。 According to this experimental result, when the line length L3 is 0.9 mm, that is, when the line length L3 is approximately ¼ times the guide wavelength λg, the transmission amount is the maximum and the reflection amount is It can be seen that the conversion characteristics of the coaxial cable / MSL converter 1 are optimized.
図10は、図1の同軸ケーブル・MSL変換器1の製造工程の一例を示した図であり、接地用スルーホール16及び給電用スルーホール17を形成する工程が示されている。図中の(a)には、フッ素樹脂からなる誘電体基板40の表面及び裏面に銅箔41及び42をそれぞれ貼り付ける工程が示されている。銅箔41からなる金属層は、給電用電極13又は不要放射抑制電極14を構成し、銅箔42からなる金属層は、接地板12又は内部導体用電極15を構成する。
FIG. 10 is a diagram showing an example of a manufacturing process of the coaxial cable / MSL converter 1 of FIG. 1 and shows a process of forming the grounding through
図中の(b)には、銅箔41及び42が張り付けられた誘電体基板40に貫通孔43を形成する穴あけ工程が示されている。図中の(c)には、貫通孔43の内壁を表面処理する工程が示されている。この表面処理では、貫通孔43の内壁において露出する誘電体層の表面を粗くする粗化処理により、めっき層が付着し易くなる。
(B) in the drawing shows a drilling step for forming a through
図中の(d)には、表面処理後の誘電体基板40に対し、無電解銅めっきにより金属層44を形成する工程が示されている。この工程では、めっき液に含まれる還元剤の酸化現象を利用して、被めっき物に金属層44を析出させる。図中の(e)には、金属層44の形成後の誘電体基板40に対し、電解銅めっきにより金属層45を形成する工程が示されている。この工程では、電流による還元作用を利用して、被めっき物に金属層45を析出させる。金属層44及び45は、貫通孔43の内壁面と、金属層41及び42の表面とに形成される。この様な工程により、接地用スルーホール16及び給電用スルーホール17が形成される。
(D) in the drawing shows a step of forming a
また、本実施の形態では、給電用電極13の給電用スルーホール17の中心よりも後側が円形状からなる場合の例について説明したが、本発明は、給電用電極13の形状をこれに限定するものではなく、給電用スルーホールの中心から遠ざかるに従って幅が狭まる曲線形状であれば、他の形状であっても良い。例えば、給電用電極13の給電用スルーホール17の中心よりも後側が楕円、放物線、双曲線、その他の曲線形状からなるような構成であっても良い。
In the present embodiment, an example in which the rear side of the
また、本実施の形態では、同軸ケーブル2の内部導体21を接触させる内部導体用電極15を設け、内部導体用電極15と給電用電極13とを給電用スルーホール17により導通させる場合の例について説明したが、本発明は、給電用スルーホール17を介した内部導体21及び給電用電極13の接続方法をこれに限定するものではない。例えば、内部導体用電極15を設けず、同軸ケーブル2の端面から突出させた内部導体21を給電用スルーホール17内に挿入することにより、内部導体21と給電用スルーホール17とを導通させるような構成であっても良い。
Further, in the present embodiment, an example in which an
1 同軸ケーブル・MSL変換器
10 誘電体基板
11 マイクロストリップ導体
12 接地板
12a 開口部
13 給電用電極
14 不要放射抑制電極
14a 切り欠き
15 内部導体用電極
16 接地用スルーホール
17 給電用スルーホール
2 同軸ケーブル
21 内部導体
22 絶縁体
23 外部導体
3 MSL
1 Coaxial Cable /
Claims (5)
上記誘電体基板の第2面に形成され、上記外部導体が接続されるとともに、上記内部導体及び上記絶縁体と対向する開口部を有する接地板と、
上記誘電体基板の第1面に形成され、上記内部導体と対向し、上記マイクロストリップ線路が接続される給電用電極と、
上記開口部内において上記誘電体基板を貫通し、上記内部導体を上記給電用電極と導通させる給電用スルーホールと、
上記誘電体基板の第1面に形成され、上記開口部を覆うとともに、上記給電用電極を配置するための切り欠きを有する不要放射抑制電極と、
上記誘電体基板を貫通し、上記接地板及び上記不要放射抑制電極を導通させる接地用スルーホールとを備えたことを特徴とする同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器。 A microstrip line is formed on the first surface of the dielectric substrate, and the end surface of the coaxial cable in which the inner conductor is surrounded by the outer conductor via the insulator is opposed to the second surface of the dielectric substrate, In the coaxial cable / microstrip line converter that performs power conversion between the line and the coaxial cable,
A ground plate formed on the second surface of the dielectric substrate, to which the outer conductor is connected, and having an opening facing the inner conductor and the insulator;
A feeding electrode formed on the first surface of the dielectric substrate, facing the inner conductor and connected to the microstrip line;
A feedthrough through hole that penetrates the dielectric substrate in the opening and connects the inner conductor to the feed electrode;
An unnecessary radiation suppressing electrode formed on the first surface of the dielectric substrate, covering the opening, and having a notch for arranging the feeding electrode;
A coaxial cable / microstrip line converter comprising a grounding through-hole penetrating the dielectric substrate and electrically connecting the ground plate and the unnecessary radiation suppressing electrode.
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