JP2016146575A - 変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】導波管とマイクロストリップ線路との間に基板型導波路を介在させた変換器において、導波管とマイクロストリップ線路との間で生じる反射を抑制する。
【解決手段】変換器（１）は、第１の誘電体層（１０２）、第１の面状導体（１０１）及び第２の面状導体（１０３）により構成された基板型導波路（１２）と、基板型導波路（１２）に接続された導波管（１１）と、マイクロストリップ線路（１３）と、を備え、（１）第１の開口（１０１ａ）の内部に整合素子（１０１ｂ）が配置され、かつ、第２の開口（１０３ａ）の内部に整合素子（１０３ｂ）が配置されていないか、又は、（２）第１の開口（１０１ａ）の内部に第１の整合素子（１０１ｂ）が配置され、かつ、第２の開口（１０３ａ）の内部に第２の整合素子（１０３ｂ）が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、導波管とマイクロストリップ線路とを接続するための変換器、すなわち、導波管の導波モードとマイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換する変換器に関する。

無線通信の高速化及び大容量化の要請に伴い、無線通信に使用される周波数帯域の高周波化が進んでいる。このため、無線装置にて処理すべき信号についても、その高周波化が進んでいる。具体的には、ミリ波に対応する周波数（３０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ以下）を有する高周波信号を処理する必要が生じている。

このような高周波信号を効率良く伝送し得る伝送媒体としては、導波管が挙げられる。ただし、導波管は、基板に搭載された集積回路に直接接続することができない。このため、集積回路と導波管との間にマイクロストリップ線路を介在させる構成が広く用いられている。このような構成を採用する場合、導波管とマイクロストリップ線路との接続を低損失に実現することが重要になる。

マイクロストリップ線路と導波管とを接続するための構造としては、例えば、特許文献１に記載の導波管・平面線路変換器が知られている。特許文献１に記載の導波管・平面線路変換器は、誘電体基板と、この誘電体基板の裏面に形成された接地板（面状導体）と、この誘電体基板の表面に形成された伝送パターン（帯状導体）とを備えた平面線路（マイクロストリップ線路）を備えている。導波管は、上記接地板に形成された開口を介して上記平面導波路に接続される。上記接地板に形成された開口の内部には、インピーダンス整合を図るための整合素子が配設される。

特開２０１１−２２３２０３号公報（２０１１年１１月４日公開）

導波管とマイクロストリップ線路との接続を低損失に実現するためには、導波管とマイクロストリップ線路との間で生じる反射を抑制する必要がある。そして、導波管とマイクロストリップ線路との間で生じる反射を最小化するためには、マイクロストリップ線路を構成する帯状導体の先端から導波管の入口までの距離を、伝送する電磁波の波長に応じて最適化する必要がある。

しかしながら、特許文献１に記載の導波管・平面線路変換器のように、導波管をマイクロストリップ線路の裏面に直接接続する場合、マイクロストリップ線路を構成する帯状導体の先端から導波管の入口までの距離を自由に変更することができない。何故なら、マイクロストリップ線路を構成する帯状導体の先端から導波管の入口までの距離を変更するためには、マイクロストリップ線路を構成する誘電体基板の厚みを変化させるしかなく、そうすると、マイクロストリップ線路のインピーダンスが所望の値から外れてしまうためである。

このような問題を解決するためには、マイクロストリップ線路と導波管との間にポスト壁導波路などの基板型導波路を介在させる構成を採用することが好ましい。このような構成を採用すれば、基板型導波路の厚みを変更することによって、マイクロストリップ線路の厚みを変更することなく、マイクロストリップ線路を構成する帯状導体の先端から導波管の入口までの距離を自由に変更することが可能になるからである。

特許文献１に記載の導波管・平面線路変換器において、マイクロストリップ線路と導波管との間に基板型導波路を介在させる場合、その変換器は、以下の構成を備えることになる。（１）第１の誘電体層、並びに、上記第１の誘電体層を介して互いに対向する第１の面状導体及び第２の面状導体により構成された基板型導波路。（２）上記第１の面状導体に形成された第１の開口を介して上記基板型導波路に接続された導波管。（３）第２の誘電体層、並びに、上記第２の誘電体層を介して互いに対向する上記第２の面状導体及び帯状導体により構成されたマイクロストリップ線路であって、上記第２の面状導体に形成された第２の開口を介して上記基板型導波路に接続されたマイクロストリップ線路。

しかしながら、このように構成された変換器においては、整合素子を配置可能な開口が２つ存在しているため、整合素子をどのように配置するべきかが明らかではなかった。より具体的にいうと、整合素子を第１の開口（基板型導波路と導波管との間の開口）にのみ配置するべきなのか、第２の開口（基板型導波路とマイクロストリップ線路との間の開口）にのみ配置するべきなのか、或いは、第１の開口及び第２の開口の両方に配置するべきなのかが明らかでなかった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、導波管とマイクロストリップ線路との間に基板型導波路を介在させることによって、導波管とマイクロストリップ線路との間で生じる反射が抑制された変換器を実現することにある。

本願発明者は、導波管とマイクロストリップ線路との間に基板型導波路を介在させた変換器において、（１）整合素子を第１の開口（基板型導波路と導波管との間の開口）にのみ配置した場合、（２）整合素子を第２の開口（基板型導波路とマイクロストリップ線路との間の開口）にのみ配置した場合、及び、（３）整合素子を第１の開口及び第２の開口の両方に配置した場合に、反射係数及び透過係数が所定の値以上となる比帯域幅を検討した。その結果、（２）の場合に限って、整合素子が存在しない場合よりも比帯域幅が縮小するという知見を得た。この知見に基づき、以下の変換器を発明した。

上記課題を解決するために、本発明に係る変換器は、第１の誘電体層、並びに、上記第１の誘電体層を介して互いに対向する第１の面状導体及び第２の面状導体により構成された基板型導波路と、上記第１の面状導体に形成された第１の開口を介して上記基板型導波路に接続された導波管と、第２の誘電体層、並びに、上記第２の誘電体層を介して互いに対向する上記第２の面状導体及び帯状導体により構成されたマイクロストリップ線路と、を備え、（１）上記第１の開口の内部に整合素子が配置され、かつ、上記第２の面状導体に形成された第２の開口の内部に整合素子が配置されていないか、又は、（２）上記第１の開口の内部に第１の整合素子が配置され、かつ、上記第２の開口の内部に第２の整合素子が配置されている、ことを特徴とする。

本発明においては、マイクロストリップ線路と導波管との間に基板型導波路を介在させる構成が採用されている。したがって、この基板型導波路の厚みを調整することにより、導波管とマイクロストリップ線路との間で生じる反射が抑制された変換器を実現することができる。

しかも、本発明においては、（１）上記第１の開口の内部に整合素子が配置され、かつ、上記第２の開口の内部に整合素子が配置されていない構成、又は、（２）上記第１の開口の内部に第１の整合素子が配置され、かつ、上記第２の開口の内部に第２の整合素子が配置されている構成が採用されている。したがって、比帯域幅が縮小するという副作用を伴うことがない。

すなわち、本発明によれば、比帯域幅が縮小するという副作用を伴うことなく、導波管とマイクロストリップ線路との間で生じる反射が抑制された変換器を実現することができる。

本発明に係る変換器において、上記第１の開口の内部に整合素子が配置され、上記第２の開口の内部に整合素子が配置されていない、ことが好ましい。

上記の構成によれば、比帯域幅が縮小するという副作用を伴うことなく、導波管とマイクロストリップ線路との間で生じる反射が抑制された変換器を実現することができる。

また、上記変換器において、上記第１の開口、及び、上記整合素子は、上面視して上記帯状導体の中心軸に沿う方向に伸びる第１の辺と交わる方向に伸びる第２の辺とを有する長方形であり、上記第１の開口の上記第２の辺の長さに対する、上記整合素子の第２の辺の長さの比は、０．８７以下である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、反射係数が−１０ｄＢを下回る周波数帯域の比帯域幅、及び、透過係数が−２ｄＢを上回る周波数帯域の比帯域幅を、それぞれ１０％以上にすることができる。

また、上記変換器において、上記第１の開口、及び、上記第１の開口の内部に配置された整合素子は、上面視して上記帯状導体の中心軸に沿う方向に伸びる第１の辺と交わる方向に伸びる第２の辺とを有する長方形であり、上記第１の開口の上記第１の辺の長さに対する、上記整合素子の第１の辺の長さの比は、０．３９以下である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、反射係数が−１０ｄＢを下回る周波数帯域の比帯域幅、及び、透過係数が−２ｄＢを上回る周波数帯域の比帯域幅を、それぞれ１０％以上にすることができる。

本発明に係る変換器において、上記第１の開口の内部に第１の整合素子が配置され、かつ、上記第２の開口の内部に第２の整合素子が配置されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、比帯域幅が縮小するという副作用を伴うことなく、導波管とマイクロストリップ線路との間で生じる反射が抑制された変換器を実現することができる。

また、上記変換器において、上記第１の開口、上記第１の整合素子、及び、上記第２の整合素子は、上面視して上記帯状導体の中心軸に沿う方向に伸びる第１の辺と交わる方向に伸びる第２の辺とを有する長方形であり、上記第１の整合素子と上記第２の整合素子とは互いに合同な長方形であり、上記第２の開口の上記第２の辺の長さに対する、上記第１の整合素子及び上記第２の整合素子の上記第２の辺の長さの比は、０．３７以上０．５１以下である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、反射係数が−１０ｄＢを下回る周波数帯域の比帯域幅、及び、透過係数が−２ｄＢを上回る周波数帯域の比帯域幅を、それぞれ１０％以上にすることができる。

また、上記変換器において、上記第１の開口、上記第１の整合素子、及び、上記第２の整合素子は、上面視して上記帯状導体の中心軸に沿う方向に伸びる第１の辺と交わる方向に伸びる第２の辺とを有する長方形であり、上記第１の整合素子と上記第２の整合素子とは互いに合同な長方形であり、上記第２の開口の上記第１の辺の長さに対する、上記第１の整合素子及び上記第２の整合素子の上記第１の辺の長さの比は、０．６２以下又は０．８０以上である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、反射係数が−１０ｄＢを下回る周波数帯域の比帯域幅、及び、透過係数が−２ｄＢを上回る周波数帯域の比帯域幅を、それぞれ１０％以上にすることができる。

本発明は、比帯域幅が縮小するという副作用を伴うことなく、導波管とマイクロストリップ線路との間で生じる反射が抑制された変換器を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る変換器の分解斜視図である。 図１に示す変換器の断面図である。 第１の実施例に係る変換器が備える第１の面状導体の平面図である。 第１の実施例に係る変換器が備える第２の面状導体の平面図である。 第１の実施例に係る変換器が備える帯状導体及びＣ字状導体の平面図である。 第１の実施例に係る変換器が備える導体ブロックの三面図である。 比較例に係る変換器の分解斜視図である。 第１の実施例に係る変換器の透過特性及び反射特性を測定した測定計の構成を示す側面図である。 第１の実施例に係る変換器及び比較例に係る変換器の透過特性及び反射特性を数値計算した結果を示すグラフである。 第１の実施例に係る変換器の透過特性及び反射特性を示すグラフであり、数値計算により得られた結果と測定により得られた結果とを示すグラフである。 比較例に係る変換器の透過特性及び反射特性を示すグラフであり、数値計算により得られた結果と測定により得られた結果とを示すグラフである。 本発明の一変形例に係る変換器が備える第１の面状導体の平面図である。 （ａ）は、第１の変形例に係る変換器の反射特性を示すグラフであり、（ｂ）は、同変換器の反射特性の比帯域幅を示すグラフであり、（ｃ）は、同変換器の透過特性を示すグラフであり、（ｄ）は、同変換器の透過特性の比帯域幅を示すグラフである。 （ａ）は、第１の変形例に係る変換器の透過特性を示すグラフであり、（ｂ）は、透過特性の比帯域幅を示すグラフである。 （ａ）は、第２の変形例に係る変換器の反射特性を示すグラフであり、（ｂ）は、同変換器の反射特性の比帯域幅を示すグラフであり、（ｃ）は、同変換器の透過特性を示すグラフであり、（ｄ）は、同変換器の透過特性の比帯域幅を示すグラフである。 （ａ）は、第２の変形例に係る変換器の透過特性を示すグラフであり、（ｂ）は、透過特性の比帯域幅を示すグラフである。 本発明の一変形例に係る変換器が備える第２の面状導体の平面図である。 （ａ）は、第３の変形例に係る変換器の反射特性を示すグラフであり、（ｂ）は、同変換器の反射特性の比帯域幅を示すグラフであり、（ｃ）は、同変換器の透過特性を示すグラフであり、（ｄ）は、同変換器の透過特性の比帯域幅を示すグラフである。 （ａ）は、第３の変形例に係る変換器の透過特性を示すグラフであり、（ｂ）は、透過特性の比帯域幅を示すグラフである。 （ａ）は、第４の変形例に係る変換器の反射特性を示すグラフであり、（ｂ）は、同変換器の反射特性の比帯域幅を示すグラフであり、（ｃ）は、同変換器の透過特性を示すグラフであり、（ｄ）は、同変換器の透過特性の比帯域幅を示すグラフである。 （ａ）は、第４の変形例に係る変換器の透過特性を示すグラフであり、（ｂ）は、透過特性の比帯域幅を示すグラフである。 （ａ）は、第５の変形例に係る変換器の反射特性を示すグラフであり、（ｂ）は、同変換器の反射特性の比帯域幅を示すグラフであり、（ｃ）は、同変換器の透過特性を示すグラフであり、（ｄ）は、同変換器の透過特性の比帯域幅を示すグラフである。 （ａ）は、第６の変形例に係る変換器の透過特性を示すグラフであり、（ｂ）は、透過特性の比帯域幅を示すグラフである。 （ａ）は、第７の変形例に係る変換器の反射特性を示すグラフであり、（ｂ）は、同変換器の反射特性の比帯域幅を示すグラフであり、（ｃ）は、同変換器の透過特性を示すグラフであり、（ｄ）は、同変換器の透過特性の比帯域幅を示すグラフである。 （ａ）は、第８の変形例に係る変換器の透過特性を示すグラフであり、（ｂ）は、透過特性の比帯域幅を示すグラフである。 第２の実施例に係る変換器の斜視図である。

〔変換器の構成〕
本発明の一実施形態に係る変換器について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る変換器１の分解斜視図であり、図２は、本実施形態に係る変換器１の断面図である。

変換器１は、導波管１１とマイクロストリップ線路１３とを互いに接続するための変換器であり、図１に示すように、導波管１１、ポスト壁導波路１２、マイクロストリップ線路１３、及びバックショートブロック１４を備えている。ポスト壁導波路１２は、特許請求の範囲に記載の基板型導波路に相当する。

導波管１１は、両端が開放した管状部材であり、その管壁は、金属などの導体からなる。導波管１１の内部に形成された空洞１１ａは、空気で満たされていてもよいし、空気以外の誘電体で満たされていてもよいが、本実施形態においては、前者の構成を採用する。この導波管１１は、図示した座標系において、その管軸がｚ軸と平行になるように配置される。

ポスト壁導波路１２は、第１の誘電体層１０２、並びに、第１の誘電体層１０２を介して互いに対向する第１の面状導体１０１及び第２の面状導体１０３により構成される。第１の誘電体層１０２には、柵状に配列された複数の導体ポスト１０２ａ１，１０２ａ２，…，１０２ａＮのからなるポスト壁１０２ａが形成されている。各導体ポスト１０２ａｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、その下端が第１の面状導体１０１に接続され、その上端が第２の面状導体１０３に接続された円筒状導体（具体的には、第１の誘電体層１０２を貫通する貫通孔の壁面に形成された導体メッキ）である。

ポスト壁導波路１２においては、第１の誘電体層１０２のうち、第１の面状導体１０１及び第２の面状導体１０３により上下を挟まれ、ポスト壁１０２ａにより前後左右を囲まれた直方体状の領域が、電磁波を導波する導波領域１０２ｂとなる。このポスト壁導波路１２は、図示した座標系において、第１の面状導体１０１及び第２の面状導体がｘｙ面と平行になるように配置される。

第１の面状導体１０１には、第１の開口１０１ａが形成されており、第１の開口１０１ａの内部に整合素子として機能する導体パッチ１０１ｂが配置されている。開口１０１ａの位置は、ｚ軸負方向から見て第１の誘電体層１０２の導波領域１０２ｂと重なる位置である。開口１０１ａの形状は、ｘ軸に平行な辺とｙ軸に平行な辺とを有する長方形である。第１の誘電体層１０２の導波領域１０２ｂは、この開口１０１ａを介して導波管１１の空洞１１ａと連通している。すなわち、ポスト壁導波路１２は、この開口１０１ａを介して導波管１１と電磁気的に接続されている。導体パッチ１０１ｂの形状は、ｘ軸に平行な辺とｙ軸に平行な辺とを有する長方形である。なお、第１の開口１０１ａ、及び、導体パッチ１０１ｂにおいて、ｙ軸に平行な辺は、上面視して帯状導体１０５の中心軸に沿う方向に伸びる第１の辺であり、ｘ軸に平行な辺は、この第１の辺と交わる第２の辺である。

マイクロストリップ線路１３は、第２の誘電体層１０４、並びに、第２の誘電体層１０４を介して互いに対向する第２の面状導体１０３及び帯状導体１０５により構成される。帯状導体１０５は、図示した座標系において、ｙ軸正方向に向かって伸び、その先端は、ｚ軸正方向から見て第１の誘電体層１０２の導波領域１０２ｂと重なる位置に至る。マイクロストリップ線路１３においては、第２の誘電体層１０４のうち、帯状導体１０５及び第２の面状導体１０３により上下を挟まれた直方体状の領域が、電磁波を導波する導波領域１０４ｂとなる。

第２の面状導体１０３には、開口１０３ａが形成されており、開口１０３ａの内部に整合素子として機能する導体パッチ１０３ｂが配置されている。開口１０３ａの位置は、ｚ軸正方向から見て第１の誘電体層１０２の導波領域１０２ｂと重なる位置であり、開口１０３ａの形状は、ｘ軸に平行な辺とｙ軸に平行な辺とを有する長方形である。第２の誘電体層１０４の導波領域１０４ｂは、この開口１０３ａを介して第１の誘電体層１０２の導波領域１０２ｂと連通している。すなわち、マイクロストリップ線路１３は、この開口１０３ａを介してポスト壁導波路１２と電磁気的に接続されている。導体パッチ１０３ｂの形状は、ｘ軸に平行な辺とｙ軸に平行な辺とを有する長方形である。導体パッチ１０３ｂは、第１の誘電体層１０２を介して導体パッチ１０１ｂに対向する。なお、第２の開口１０３ａ、及び、導体パッチ１０３ｂにおいて、ｙ軸に平行な辺は、上面視して帯状導体１０５の中心軸に沿う方向に伸びる第１の辺であり、ｘ軸に平行な辺は、この第１の辺と交わる第２の辺である。

第２の誘電体層１０４の内部には、帯状導体１０５の先端部及び第２の面状導体１０３により上下を挟まれた領域（すなわち、導波領域１０４ｂの先端部）を三方から取り囲むポスト壁１０４ａが形成されている。ポスト壁１０４ａは、柵状に配列された複数の導体ポスト１０４ａ１，１０４ａ２，…，１０４ａＭの集合である。各導体ポスト１０４ａｉ（ｉ＝１，２，…，Ｍ）は、その下端が第２の面状導体１０３に接続された円筒状導体（具体的には、第２の誘電体層１０４に形成された貫通孔の壁面に形成された導体メッキ）である。また、第２の誘電体層１０４の上面には、帯状導体１０５と共に、帯状導体１０５の先端部を三方から取り囲むＣ字状導体１０６が形成されている。ポスト壁１０４ａを構成する各導体ポスト１０４ａｉの上端は、このＣ字状導体１０６に接続されている。

バックショートブロック１４は、凹部１４ａが形成された直方体の導体ブロックであり、帯状導体１０５の先端部を覆うように第２の誘電体層１０４の上面に配置されている。凹部１４ａは、図示した座標系において、ｙ軸負方向及びｚ軸負方向に開口しており、バックショートブロック１４のｙ軸負方向側の側面からｙ軸正方向に向かって掘り込まれた直方体状の第１の部分１４ａ１と、第１の部分１４ａ１の先端からｘ軸正方向及びｘ軸負方向に向かって掘り込まれた直方体状の第２の部分１４ａ２とからなる。

なお、第１の誘電体層１０２に形成される導体ポスト１０２ａｉのうち、第２の誘電体層１０４に形成される導体ポスト１０４ａｉに連なるもの（図２において導体ポスト１０２ａ１として図示）は、第１の誘電体層１０２及び第２の誘電体層１０４を貫通し、第１の面状導体１０１からＣ字状導体１０６に至るスルービアとして実現されている（図２参照）。一方、第１の誘電体層１０２に形成される導体ポスト１０２ａｉのうち、第２の誘電体層１０４に形成される導体ポスト１０４ａｉに連ならないもの（図２において導体ポスト１０２ａ２として図示）は、第１の誘電体層１０２のみを貫通し、第１の面状導体１０１から第２の面状導体１０３に至るブラインドビアとして実現されている（図２参照）。

変換器１においては、以下のようにして、導波管１１の導波モードがマイクロストリップ線路１３の導波モードに変換される。すなわち、ｚ軸負方向側の端部から導波管１１に入力された電磁波は、導波管１１の空洞１１ａをｚ軸正方向に導波される。導波管１１の空洞１１ａをｚ軸正方向に導波された電磁波は、第１の面状導体１０１に形成された開口１０１ａを介して、ポスト壁導波路１２に入射する。このようにしてポスト壁導波路１２に入射した電磁波は、第１の誘電体層１０２の導波領域１０２ｂをｚ軸正方向に導波される。第１の誘電体層１０２の導波領域１０２ｂをｚ軸正方向に導波された電磁波は、第２の面状導体１０３に形成された開口１０３ａを介してマイクロストリップ線路１３に入射する。このようにしてマイクロストリップ線路１３に入射した電磁波は、第２の誘電体層１０４の導波領域１０４ｂをｙ軸負方向に導波される。第２の誘電体層１０４の導波領域１０４ｂをｙ軸負方向に導波された電磁波は、マイクロストリップ線路１３のｙ軸負方向側の端部から出力される。

また、変換器１においては、以下のようにして、マイクロストリップ線路１３の導波モードが導波管１１の導波モードに変換される。すなわち、ｙ軸負方向側の端部からマイクロストリップ線路１３に入力された電磁波は、第２の誘電体層１０４の導波領域１０４ｂをｙ軸正方向に導波される。第２の誘電体層１０４の導波領域１０４ｂをｙ軸正方向に導波された電磁波は、第２の面状導体１０３に形成された開口１０３ａを介してポスト壁導波路１２に入射する。このようにしてポスト壁導波路１２に入射した電磁波は、第１の誘電体層１０２の導波領域１０２ｂをｚ軸負方向に導波される。第１の誘電体層１０２の導波領域１０２ｂをｚ軸負方向に導波された電磁波は、第１の面状導体１０１に形成された開口１０１ａを介して、導波管１１に入射する。このようにして導波管１１に入射した電磁波は、導波管１１の空洞１１ａをｚ軸負方向に導波される。導波管１１の空洞１１ａをｚ軸負方向に導波された電磁波は、導波管１１のｚ軸負方向側の端部から出力される。

ここで、変換器１においては、第２の誘電体層１０４において帯状導体１０５の先端部と第２の面状導体１０３とに挟まれた領域（すなわち、導波領域１０４ｂの先端部）がポスト壁１０４ａにより三方を取り囲まれており、更に、第２の誘電体層１０４においてポスト壁１０４ａにより三方を取り囲まれた領域の上方にバックショートブロック１４が配置されている。このため、ポスト壁導波路１２を導波された電磁波を効率的にマイクロストリップ線路１３に入射させること、及び、マイクロストリップ線路１３を導波された電磁波を効率的にポスト壁導波路１２に入射させることが可能になる。すなわち、ポスト壁導波路１２の導波モードをマイクロストリップ線路１３の導波モードに変換する際、及び、マイクロストリップ線路１３の導波モードをポスト壁導波路１２の導波モードに変換する際に生じ得る損失を小さく抑えることが可能になる。

特許文献１に記載の構造と対比したときに本実施形態に係る変換器１において特徴的な点は、導波管１１とマイクロストリップ線路１３との間にポスト壁導波路１２を介在させている点である。これにより、第１の誘電体層１０２の厚みを変更することによって、マイクロストリップ線路１３を構成する帯状導体１０５の先端から導波管１１の入口までの距離を自由に変更することが可能になる。これにより、マイクロストリップ線路１３と導波管１１との間で生じる反射を抑制することが可能になる。また、第１の誘電体層１０２の厚みを増しても、金属層の厚みを増したときのように著しく重量が増加したり著しく可撓性が低下したりすることはない。したがって、本実施形態に係る変換器１によれば、著しい重量の増加や著しい可撓性の低下を伴わずに、マイクロストリップ線路１３と導波管１１との間で生じる反射を抑制することができる。

特許文献１に記載の構造と対比したときに本実施形態に係る変換器１において特徴的な点は、第１の面状導体１０１の開口１０１ａの内部に設けられた導体パッチ１０１ｂに加えて、第２の面状導体１０３の開口１０３ａの内部に設けられた導体パッチ１０３ｂを備えている点である。導体パッチ１０１ｂ及び導体パッチ１０３ｂを備えていることにより、導体パッチ１０１ｂ及び導体パッチ１０３ｂのインダクタンスと、導体パッチ１０１ｂ及び導体パッチ１０３ｂの各々と第１の誘電体層１０２との間に生じるキャパシタンスによりＬＣ回路が形成される。その結果、マイクロストリップ線路１３と導波管１１とのインピーダンス整合をよりよくすることができる。

また、２つの導電パッチ１０１ｂ、１０３ｂを備えていることにより、変換器１においては、２つの開口１０１ａ，１０３ａによる多重反射と、２つの導電パッチ１０１ｂ，１０３ｂによる複共振現象とが生じると考えられる。この多重反射及び複共振現象に起因して、広い比帯域幅を実現できる。変換器１の比帯域幅については、第１の実施例及び各変形例において後述する。

なお、図１に示す座標系は、以下のように定められたものである。すなわち、（１）帯状導体１０５の軸方向に平行な軸をｙ軸とする。ｙ軸の向きは、帯状導体１０５の根元から先端に向かう向きが正の向きとなるように定める。（２）帯状導体１０５の厚み方向に平行な軸をｚ軸とする。ｚ軸の向きは、帯状導体１０５から第２の面状導体１０３に向かう向きが負の向きとなるように定める。（３）帯状導体１０５の幅方向に平行な軸をｘ軸とする。ｘ軸の向きは、このｘ軸が上述したｙ軸及びｚ軸と共に右手系を構成するように定める。

〔実施例１〕
本実施形態に係る変換器１の第１の実施例について、図３〜図６及び図８〜図１１を参照して説明する。

本実施例に係る変換器１は、６０ＧＨｚ帯（６０ＧＨｚを中心周波数とする周波数帯域）を動作帯域とするべく、図１に示す変換器１の各部を以下のごとく構成したものである。

導波管１１：導波管１１として、方形導波管ＷＲ−１５（ＥＩＡ規格）を用いた。

第１の面状導体１０１：図３に示す形状を有する導体（具体的には銅）パターンを第１の誘電体層１０２の下面に形成し、これを第１の面状導体１０１として用いた。

第１の誘電体層１０２：第１の誘電体層１０２として、比誘電率が３、誘電正接が０．００３、厚みが５００μｍである液晶ポリマー基板を用いた。

第２の面状導体１０３：図４に示す形状を有する導体（具体的には銅）パターンを第２の誘電体層１０４の下面に形成し、これを第２の面状導体１０３として用いた。

第２の誘電体層１０４：第２の誘電体層１０４として、比誘電率が３、誘電正接が０．００３、厚みが５０μｍである液晶ポリマー基板を用いた。

帯状導体１０５及びＣ字状導体１０６：図５に示す形状を有する導体（具体的には銅）パターンを第２の誘電体層１０４の上面に形成し、これを帯状導体１０５及びＣ字状導体１０６として用いた。

導体ポスト１０２ａｉ及び導体ポスト１０４ａｉ：第１の誘電体層１０２及び第２の誘電体層１０４を含む多層基板に、両層を貫通する直径１００μｍのスルービアを形成し、これを導体ポスト１０２ａ１及び導体ポスト１０４ａ１として用いた（図２参照）。また、第１の誘電体層１０２及び第２の誘電体層１０４を含む多層基板に、第１の誘電体層１０２のみを貫通する直径１００μｍのブラインドビアを形成し、これを導体ポスト１０２ａ２として用いた（図２参照）。なお、互いに隣接する２つの導体ポスト１０２ａｉ，１０２ａｊの中心軸間の距離、及び、互いに隣接する２つの導体ポスト１０４ａｉ，１０４ａｊの中心軸間の距離は、２００μｍとした。

バックショートブロック１４：バックショートブロック１４として、図６に示す形状を有する凹部１４ａが形成されたアルミブロックを用いた。

また、変換器１の比較例に係る変換器１００１は、図７に示すように、変換器１から導体パッチ１０１ｂと導体パッチ１０３ｂとを取り除いたものである。

実際に作製した変換器１の反射特性（ＳパラメータＳ１１の大きさ｜Ｓ１１｜の周波数特性）及び透過特性（ＳパラメータＳ２１の大きさ｜Ｓ２１｜の周波数特性）を測定するために、図８に記載の測定系を用いた。具体的には、測定系は、２つの変換器１によって構成され、それぞれの変換器１の帯状導体１０５同士が一直線になるように接続されている。２つの変換器１同士の間隔は、２２ｍｍである。また、図８に示した測定系の変換器１を変換器１００１に置き換えた測定系を用いて、変換器１００１の反射特性及び透過特性を測定した。

図９は、変換器１及び変換器１００１の透過特性及び反射特性を数値計算した結果を示すグラフである。図９に示したプロットのうち、「パッチ有」は、変換器１に対応し、「パッチ無」は変換器１００１に対応する。数値計算には、有限要素法シミュレータＨＦＳＳＴＭを用いた。

図９を参照すると、数値計算によれば、透過特性は、変換器１と変換器１００１とで大きく変わらないものの、反射特性は、変換器１００１の方が変換器１より良好なことが分かった。

次に、実際に作製した変換器１及び変換器１００１の透過特性及び反射特性の測定結果について、図１０〜１１を参照して説明する。図１０は、変換器１の透過特性及び反射特性の測定結果を示すグラフであり、図９に示した数値計算により得られた結果を併せて示す。図１１は、変換器１００１の透過特性及び反射特性の測定結果を示すグラフであり、図９に示した数値計算により得られた結果を併せて示す。

図１０を参照すると、変換器１の透過特性及び反射特性の何れにおいても、測定結果は、計算結果とよく一致していることが分かる。また、変換器１の反射特性の測定結果からは、｜Ｓ１１｜が一般的な要求水準である−１０ｄＢを下回っていることが分かる。

一方、図１１を参照すると、変換器１００１の反射特性において、測定結果は、計算結果から大きく乖離していることが分かる。具体的には、５５ＧＨｚ以上６５ＧＨｚ以下の多くの周波数において、｜Ｓ１１｜の測定結果は、計算結果を大きく上回る。また、５５ＧＨｚ近傍、５８ＧＨｚ近傍、及び６１ＧＨｚ近傍の角周波数領域においては、｜Ｓ１１｜が一般的な要求水準である−１０ｄＢを上回っていることが分かる。

以上のことから、計算結果においては、導体パッチ１０１ｂ，１０３ｂを備えない変換器１００１の方が変換器１より優れた反射特性を示したものの、測定結果においては、変換器１の方が変換器１００１より優れた反射特性を示すことが分かった。また、測定結果においては、変換器１の方が変換器１００１より、計算結果とよく一致することが分かった。測定結果と計算結果とがよく一致することによって、設計段間で想定した特性を実際に作製した変換器１により実現することが容易になる。

〔変形例〕
次に、透過特性及び反射特性に与える影響を調べるために、導体パッチ１０１ｂのサイズ、及び、導体パッチ１０３ｂのサイズを変更した場合について、図１２〜図２５を参照して説明する。第１〜第２の変形例では、導体パッチ１０１ｂのサイズを変更した場合について説明し、第３〜第４の変形例では、導体パッチ１０３ｂのサイズを変更した場合について説明し、第５〜第６の変形例では、導体パッチ１０１ｂ及び導体パッチ１０３ｂのサイズを変更した場合について説明する。なお、各変形例において説明する透過特性及び反射特性は、数値計算により得られたものである。

〔変形例１〕
第１の実施例に係る変換器１の第１の変形例について、図１２〜図１４を参照して説明する。

本変形例に係る変換器１は、第１の実施例に係る変換器１において、導体パッチ１０３ｂを省略したうえで、導体パッチ１０１ｂの第２の辺の長さに相当する幅ｗｐｃｈＡ（図１２参照）を変更することにより得られたものである。本変形例では、導体パッチ１０３ｂを省略した状態でそのサイズを変更しているものの、本変形例の結果から得られたサイズ依存性に関する知見は、導体パッチ１０１ｂ，１０３ｂを備えた変換器１に適用することができる。したがって、導体パッチ１０１ｂの好ましいサイズの範囲を特定することができる。このことは、第２〜第４の変形例についても同様である。

図１３の（ａ）は、導体パッチ１０１ｂの幅ｗｐｃｈＡを、ｗｐｃｈＡ＝０．０６７×ｗａｐＡ、０．１３３×ｗａｐＡ、０．２６７×ｗａｐＡ、０．４００×ｗａｐＡ、０．５３３×ｗａｐＡ、０．６６７×ｗａｐＡ、０．８００×ｗａｐＡ、０．９３３×ｗａｐＡとしたときに得られる変換器１の反射特性を示すグラフであり、図１３の（ｃ）は、このときに得られる変換器１の透過特性を示すグラフである。図１３の（ｂ）は、図１３の（ａ）において、｜Ｓ１１｜が−１０ｄＢを下回る帯域の中心周波数（６０ＧＨｚ）に対する比帯域幅（ＦＢＷ）のｗｐｃｈＡ／ｗａｐＡ依存性を示すグラフである。図１３の（ｄ）は、｜Ｓ２１｜が−２ｄＢを上回る帯域の中心周波数（６０ＧＨｚ）に対する比帯域幅（ＦＢＷ）のｗｐｃｈＡ／ｗａｐＡ依存性を示すグラフである。ここで、開口１０１ａの第２の辺の長さに相当する幅ｗａｐＡ（図１２参照）は、図３に示したように３ｍｍである。なお、本願明細書において、｜Ｓ１１｜が−１０ｄＢを下回る帯域の中心周波数（６０ＧＨｚ）に対する比帯域幅（ＦＢＷ）のことを｜Ｓ１１｜の比帯域幅とも称し、｜Ｓ２１｜が−２ｄＢを上回る帯域の中心周波数（６０ＧＨｚ）に対する比帯域幅のことを｜Ｓ２１｜の比帯域幅とも称する。

図１３の（ａ）を参照すると、幅ｗｐｃｈＡが広くなるほど６５ＧＨｚ近傍の帯域における｜Ｓ１１｜が大きくなることが分かる。図１３の（ｂ）を参照すると、幅ｗｐｃｈＡが広くなるほど比帯域幅が狭くなることが分かる。図１３の（ｃ）を参照すると、幅ｗｐｃｈＡが広くなるほど６５ＧＨｚ近傍の帯域における｜Ｓ２１｜が小さくなることが分かる。図１３の（ｄ）を参照すると、幅ｗｐｃｈＡが広くなるほど比帯域幅が狭くなることが分かる。

図１３の（ｂ）を参照すると、ｗｐｃｈＡ／ｗａｐＡが０．９以下である場合に｜Ｓ１１｜の比帯域幅が１０％以上になることがわかる。ｗｐｃｈＡ／ｗａｐＡの下限値については、少なくとも０．１３３以上において｜Ｓ１１｜の比帯域幅が１０％以上になることを確認した。また、図１３の（ｄ）を参照すると、ｗｐｃｈＡ／ｗａｐＡが０．８７以下である場合に｜Ｓ２１｜の比帯域幅が１０％以上になることがわかる。ｗｐｃｈＡ／ｗａｐＡの下限値については、少なくとも０．１３３以上において｜Ｓ２１｜の比帯域幅が１０％以上になることを確認した。

以上のことから、ｗｐｃｈＡ／ｗａｐＡが０．８７以下である場合に｜Ｓ１１｜及び｜Ｓ２１｜の比帯域幅が何れも１０％以上になることがわかる。

図１４の（ａ）は、導体パッチ１０１ｂの幅ｗｐｃｈＡを、ｗｐｃｈＡ＝０．０８×λ、０．１６×λ、０．２０×λ、０．２４×λ、０．２８×λとしたときに得られる変換器１の反射特性を示すグラフであり、図１４の（ｂ）は、｜Ｓ１１｜が−１０ｄＢを下回る帯域の中心周波数（６０ＧＨｚ）に対する比帯域幅、及び、｜Ｓ１１｜が−１５ｄＢを下回る帯域の中心周波数（６０ＧＨｚ）に対する比帯域幅のｗｐｃｈＡ／λ依存性を示すグラフである。ここで、λは、６０ＧＨｚに対応する波長であり、λ＝６０ＧＨｚ／３．０×１０^８［ｍ／秒］（光速）＝５ｍｍである。

図１４の（ｂ）を参照すると、ｗｐｃｈＡ／ｗａｐＡが０．０４以上０．２８以下である場合に、｜Ｓ１１｜の比帯域幅が１０％以上になることがわかる。

〔変形例２〕
第１の実施例に係る変換器１の第２の変形例について、図１２、図１５及び図１６を参照して説明する。

本変形例に係る変換器１は、第１の実施例に係る変換器１において、導体パッチ１０３ｂを省略したうえで、導体パッチ１０１ｂの第１の辺の長さに相当する長さｌｐｃｈＡ（図１２参照）を変更することにより得られたものである。

図１５の（ａ）は、導体パッチ１０１ｂの長さｌｐｃｈＡを、ｌｐｃｈＡ＝０．１４３×ｌａｐＡ、０．２８６×ｌａｐＡ、０．４２９×ｌａｐＡ、０．５７１×ｌａｐＡ、０．７１４×ｌａｐＡ、０．８５７×ｌａｐＡとしたときに得られる変換器１の反射特性を示すグラフであり、図１５の（ｃ）は、このときに得られる変換器１の透過特性を示すグラフである。図１５の（ｂ）は、図１５の（ａ）において、｜Ｓ１１｜が−１０ｄＢを下回る帯域の中心周波数（６０ＧＨｚ）に対する比帯域幅（ＦＢＷ）のｌｐｃｈＡ／ｌａｐＡ依存性を示すグラフである。図１５の（ｄ）は、図１５の（ｃ）において、｜Ｓ２１｜が−２ｄＢを上回る帯域の中心周波数（６０ＧＨｚ）に対する比帯域幅（ＦＢＷ）のｌｐｃｈＡ／ｌａｐＡ依存性を示すグラフである。ここで、開口１０１ａの第１の辺の長さに相当する長さｌａｐＡ（図１２参照）は、図３に示したように１．４ｍｍである。

図１５の（ｂ）及び（ｄ）を参照すると、長さｌｐｃｈＡが長くなるほど比帯域幅が顕著に狭くなることが分かる。換言すれば、変換器１の反射特性及び透過特性は、ｗｐｃｈＡよりも長さｌｐｃｈＡに大きく依存している。図１５の（ｂ）を参照すると、ｌｐｃｈＡ／ｌａｐＡが０．４以下である場合に｜Ｓ１１｜の比帯域幅が１０％以上になることがわかる。ｌｐｃｈＡ／ｌａｐＡの下限値については、少なくとも０．１４３以上において｜Ｓ１１｜の比帯域幅が１０％以上になることを確認した。図１５の（ｄ）を参照すると、ｌｐｃｈＡ／ｌａｐＡが０．３９以下である場合に｜Ｓ２１｜の比帯域幅が１０％以上になることがわかる。ｌｐｃｈＡ／ｌａｐＡの下限値については、少なくとも０．１４３以上において｜Ｓ２１｜の比帯域幅が１０％以上になることを確認した。

以上のことから、ｌｐｃｈＡ／ｌａｐＡが０．３９以下である場合に｜Ｓ１１｜及び｜Ｓ２１｜の比帯域幅が何れも１０％以上になることがわかる。

図１６の（ａ）は、導体パッチ１０１ｂの幅ｌｐｃｈＡを、ｌｐｃｈＡ＝０．０４×λ、０．８×λ、０．１６×λ、０．２０×λ、０．２４×λとしたときに得られる変換器１の反射特性を示すグラフであり、図１６の（ｂ）は、｜Ｓ１１｜が−１０ｄＢを下回る帯域の中心周波数に対する比帯域幅、及び、｜Ｓ１１｜が−１５ｄＢを下回る帯域の中心周波数に対する比帯域幅のｌｐｃｈＡ／λ依存性を示すグラフである。ここで、λは、６０ＧＨｚに対応する波長であり、λ＝６０ＧＨｚ／３．０×１０^８［ｍ／秒］（光速）＝５ｍｍである。

図１６の（ｂ）を参照すると、ｌｐｃｈＡ／λが０．０４以上０．１２３以下である場合に｜Ｓ１１｜の比帯域幅が１０％以上になることがわかる。

〔変形例３〕
第１の実施例に係る第３の変形例について、図１７〜図１９を参照して説明する。

本変形例に係る変換器１は、第１の実施例に係る変換器１において、導体パッチ１０１ｂを省略したうえで、導体パッチ１０３ｂの第２の辺の長さに相当する幅ｗｐｃｈＢ（図１７参照）を変更することにより得られたものである。

図１８の（ａ）は、導体パッチ１０３ｂの幅ｗｐｃｈＢを、ｗｐｃｈＢ＝０．１２５×ｗａｐＢ、０．３７５×ｗａｐＢ、０．６２５×ｗａｐＢ、０．８７５×ｗａｐＢとしたときに得られる変換器１の反射特性を示すグラフであり、図１８の（ｃ）は、このときに得られる変換器１の反射特性を示すグラフである。図１８の（ｂ）は、図１８の（ａ）において、｜Ｓ１１｜が−１０ｄＢを下回る帯域の中心周波数（６０ＧＨｚ）に対する比帯域幅（ＦＢＷ）のｗｐｃｈＡ／ｗａｐＡ依存性を示すグラフである。図１８の（ｄ）は、｜Ｓ２１｜が−２ｄＢを上回る帯域の中心周波数（６０ＧＨｚ）に対する比帯域幅（ＦＢＷ）のｗｐｃｈＡ／ｗａｐＡ依存性を示すグラフである。ここで、開口１０３ａの第２の辺の長さに相当する幅ｗａｐＢ（図１７参照）は、図３に示したように１．６ｍｍである。

図１８の（ａ）及び（ｂ）を参照すると、幅ｗｐｃｈＢが広くなるほど、｜Ｓ１１｜の比帯域幅が狭くなることが分かる。図１８の（ｂ）を参照すると、ｗｐｃｈＢ／ｗａｐＢが０．７０以下である場合に｜Ｓ１１｜の比帯域幅が１０％以上になることがわかる。ｗｐｃｈＢ／ｗａｐＢの下限値については、少なくとも０．１２５以上において｜Ｓ１１｜の比帯域幅が１０％以上になることを確認した。図１８の（ｄ）を参照すると、ｗｐｃｈＢ／ｗａｐＢが０．５５以上０．６９以下である場合に｜Ｓ２１｜の比帯域幅が１０％以上になることがわかる。

以上のことから、ｗｐｃｈＢ／ｗａｐＢが０．５５以上０．６９以下である場合に｜Ｓ１１｜及び｜Ｓ２１｜の比帯域幅が何れも１０％以上になることがわかる。

図１９の（ａ）は、導体パッチ１０３ｂの幅ｗｐｃｈＢを、ｗｐｃｈＢ＝０．０４×λ、０．０８×λ、０．１６×λ、０．２０×λ、０．２４×λ、０．２８×λとしたときに得られる変換器１の反射特性を示すグラフであり、図１９の（ｂ）は、｜Ｓ１１｜が−１０ｄＢを下回る帯域の中心周波数に対する比帯域幅、及び、｜Ｓ１１｜が−１５ｄＢを下回る帯域の中心周波数に対する比帯域幅のｗｐｃｈＡ／λ依存性を示すグラフである。ここで、λは、６０ＧＨｚに対応する波長であり、λ＝６０ＧＨｚ／３．０×１０^８［ｍ／秒］（光速）＝５ｍｍである。

図１９の（ｂ）を参照すると、ｗｐｃｈＢ／λが０．０４以上０．０６以下、又は、０．１４以上０．２６以下である場合に｜Ｓ１１｜の比帯域幅が１０％以上になることがわかる。

〔変形例４〕
第１の実施例に係る変換器１の第４の変形例について、図１７、図２０及び図２１を参照して説明する。

本変形例に係る変換器１は、第１の実施例に係る変換器１において、導体パッチ１０１ｂを省略したうえで、導体パッチ１０３ｂの第１の辺の長さに相当する長さｌｐｃｈＢ（図１７参照）を変更することにより得られたものである。

図２０の（ａ）は、導体パッチ１０３ｂの長さｌｐｃｈＢを、ｌｐｃｈＢ＝０．１４３×ｌａｐＢ、０．４２９×ｌａｐＢ、０．７１４×ｌａｐＢ、０．８５７×ｌａｐＢとしたときに得られる変換器１の反射特性を示すグラフであり、図２０の（ｃ）は、このときに得られる変換器１の透過特性を示すグラフである。図２０の（ｂ）は、図２０の（ａ）において、｜Ｓ１１｜が−１０ｄＢを下回る帯域の中心周波数（６０ＧＨｚ）に対する比帯域幅（ＦＢＷ）のｌｐｃｈＢ／ｌａｐＢ依存性を示すグラフである。図２０の（ｄ）は、図２０の（ｃ）において、｜Ｓ２１｜が−２ｄＢを上回る帯域の中心周波数（６０ＧＨｚ）に対する比帯域幅（ＦＢＷ）のｌｐｃｈＢ／ｌａｐＢ依存性を示すグラフである。ここで、開口１０３ａの第１の辺の長さに相当する長さｌａｐＢ（図１７参照）は、図４に示したように１．４ｍｍである。

図２０の（ｂ）及び（ｄ）を参照すると、長さｌｐｃｈＢが長くなるほど比帯域幅が顕著に狭くなることが分かる。図２０の（ｂ）を参照すると、ｌｐｃｈＢ／ｌａｐＢが０．５６以下である場合に｜Ｓ１１｜の比帯域幅が１０％以上になることがわかる。ｌｐｃｈＢ／ｌａｐＢの下限値については、少なくとも０．１４３以上において｜Ｓ１１｜の比帯域幅が１０％以上になることを確認した。図２０の（ｄ）を参照すると、ｌｐｃｈＢ／ｌａｐＢが０．５４以下である場合に｜Ｓ２１｜の比帯域幅が１０％以上になることがわかる。ｌｐｃｈＢ／ｌａｐＢの下限値については、少なくとも０．１４３以上において｜Ｓ２１｜の比帯域幅が１０％以上になることを確認した。

以上のことから、ｌｐｃｈＢ／ｌａｐＢが０．５４以下である場合に、｜Ｓ１１｜及び｜Ｓ２１｜の比帯域幅が何れも１０％以上になることがわかる。

図２１の（ａ）は、導体パッチ１０３ｂの長さｌｐｃｈＢを、ｌｐｃｈＢ＝０．０４×λ、０．０８×λ、０．１６×λ、０．２０×λ、０．２４×λとしたときに得られる変換器１の反射特性を示すグラフであり、図２１の（ｂ）は、｜Ｓ１１｜が−１０ｄＢを下回る帯域の比帯域幅、及び、｜Ｓ１１｜が−１５ｄＢを下回る帯域の比帯域幅のｌｐｃｈＢ／λ依存性を示すグラフである。ここで、λは、６０ＧＨｚに対応する波長であり、λ＝６０ＧＨｚ／３．０×１０^８［ｍ／秒］（光速）＝５ｍｍである。

図２１の（ｂ）を参照すると、ｌｐｃｈＢ／λが０．０４以上０．０６３以下である場合に｜Ｓ１１｜の比帯域幅が１０％以上になることがわかる。

〔変形例５〕
第１の実施例に係る変換器１の第５の変形例に係る変換器１について、図２２を参照しながら説明する。

本変形例に係る変換器１は、第１の実施例に係る変換器１において、ｗｐｃｈＡ＝ｗｐｃｈＢ、且つ、ｌｐｃｈＡ＝ｌｐｃｈＢとしたうえで、すなわち、導体パッチ１０１ｂと導体パッチ１０３ｂとを互いに合同に設定したうえで、共通な幅ｗｐｃｈＢ（＝ｗｐｃｈＡ）を変更することにより得られたものである。

図２２の（ａ）は、幅ｗｐｃｈＢを、ｗｐｃｈＢ＝０．１２５×ｗａｐＢ、０．３７５×ｗａｐＢ、０．６２５×ｗａｐＢ、０．８７５×ｗａｐＢとしたときに得られる変換器１の反射特性を示すグラフであり、図２２の（ｃ）は、このときに得られる変換器１の透過特性を示すグラフである。図２２の（ｂ）は、図２２の（ａ）において、｜Ｓ１１｜が−１０ｄＢを下回る帯域の中心周波数（６０ＧＨｚ）に対する比帯域幅（ＦＢＷ）のｗｐｃｈＢ／ｗａｐＢ依存性を示すグラフである。図２２の（ｄ）は、図２２の（ｃ）において、｜Ｓ２１｜が−２ｄＢを上回る帯域の中心周波数（６０ＧＨｚ）に対する比帯域幅（ＦＢＷ）のｗｐｃｈＢ／ｗａｐＢ依存性を示すグラフである。ここで、開口１０３ａの幅ｗａｐＢは、図４に示したように１．６ｍｍである。

図２２の（ｂ）を参照すると、導電パッチ１０１ｂ，１０３ｂの幅ｗｐｃｈＢ／ｗａｐＢが０．５１以下である場合に｜Ｓ１１｜の比帯域幅が１０％以上になることがわかる。導電パッチ１０１ｂ，１０３ｂの幅ｗｐｃｈＢ／ｗａｐＢの下限値については、少なくとも０．１２５以上において｜Ｓ１１｜の比帯域幅が１０％以上になることを確認した。図２２の（ｄ）を参照すると、導電パッチ１０１ｂ，１０３ｂの幅ｗｐｃｈＢ／ｗａｐＢが０．３７以上０．６９以下である場合に｜Ｓ２１｜の比帯域幅が１０％以上になることがわかる。

以上のことから、導電パッチ１０１ｂ，１０３ｂの幅ｗｐｃｈＢ／ｗａｐＢが０．３７以上０．５１以下である場合に、｜Ｓ１１｜及び｜Ｓ２１｜の比帯域幅が何れも１０％以上になることがわかる。

〔変形例６〕
第１の実施例に係る変換器１の第６の変形例に係る変換器１について、図２３を参照しながら説明する。

本変形例に係る変換器１は、第１の実施例に係る変換器１において、ｗｐｃｈＡ＝ｗｐｃｈＢ、且つ、ｌｐｃｈＡ＝ｌｐｃｈＢとしたうえで、すなわち、導体パッチ１０１ｂと導体パッチ１０３ｂとを互いに合同に設定したうえで、共通な長さｌｐｃｈＢ（＝ｌｐｃｈＡ）を変更することにより得られたものである。

図２３の（ａ）は、長さｌｐｃｈＢを、ｌｐｃｈＢ＝０．１４３×ｌａｐＢ、０．４２９×ｌａｐＢ、０．７１４×ｌａｐＢ、０．８５７×ｌａｐＢとしたときに得られる変換器１の反射特性を示すグラフであり、図２３の（ｃ）は、このときに得られる変換器１の透過特性を示すグラフである。図２３の（ｂ）は、図２３の（ａ）において、｜Ｓ１１｜が−１０ｄＢを下回る帯域の５５ＧＨｚ以上６５ＧＨｚ以下の帯域に対する比帯域幅（ＦＢＷ）のｗｐｃｈＢ／ｗａｐＢ依存性を示すグラフである。図２３の（ｄ）は、図２３の（ｃ）において、｜Ｓ２１｜が−２ｄＢを上回る帯域の５５ＧＨｚ以上６５ＧＨｚ以下の帯域に対する比帯域幅（ＦＢＷ）のｗｐｃｈＢ／ｗａｐＢ依存性を示すグラフである。ここで、開口１０３ａの長さｌａｐＢは、図４に示したように１．４ｍｍである。

図２３の（ｂ）を参照すると、導電パッチ１０１ｂ、１０３ｂのｌｐｃｈＢ／ｌａｐＢが０．６４以下、又は、０．７９以上である場合に、｜Ｓ１１｜の比帯域幅が１０％以上になることがわかる。導電パッチ１０１ｂ、１０３ｂのｌｐｃｈＢ／ｌａｐＢの下限値及び上限値の各々は、少なくとも０．１４３以上及び０．８５７以下において｜Ｓ１１｜の比帯域幅が１０％以上になることを確認した。図２３の（ｄ）を参照すると、導電パッチ１０１ｂ、１０３ｂのｌｐｃｈＢ／ｌａｐＢが０．６２以下、又は、０．８０以上の場合に｜Ｓ２１｜の比帯域幅が１０％以上になることを確認した。導電パッチ１０１ｂ、１０３ｂのｌｐｃｈＢ／ｌａｐＢの下限値及び上限値の各々は、少なくとも０．１４３以上及び０．８５７以下において｜Ｓ１１｜の比帯域幅が１０％以上になることを確認した。

以上のことから、ｌｐｃｈＢ／ｌａｐＢが０．６２以下、又は、０．８０以上である場合に｜Ｓ１１｜及び｜Ｓ２１｜の比帯域幅が何れも１０％以上になることがわかる。

〔変形例７〕
第１の実施例に係る変換器１の第７の変形例に係る変換器１について、図２４を参照しながら説明する。

本変形例に係る変換器１は、第１の実施例に係る変換器１において、導体パッチ１０１ｂの幅をｗｐｃｈＡ＝０．８ｍｍに、長さをｌｐｃｈＡ＝０．５ｍｍに固定したうえで、導体パッチ１０３ｂの幅ｗｐｃｈＢを変更することにより得られたものである。

図２４の（ａ）は、幅ｗｐｃｈＢを、ｗｐｃｈＢ＝０．０４×λ、０．０８×λ、０．１６×λ、０．２０×λ、０．２４×λ、０．２８×λとしたときに得られる変換器１の反射特性を示すグラフであり、図２４の（ｂ）は、｜Ｓ１１｜が−１０ｄＢを下回る帯域の中心周波数に対する比帯域幅、及び、｜Ｓ１１｜が−１５ｄＢを下回る帯域の中心周波数に対する比帯域幅のｗｐｃｈＢ／λ依存性を示すグラフである。ここで、λは、６０ＧＨｚに対応する波長であり、λ＝６０ＧＨｚ／３．０×１０^８［ｍ／秒］（光速）＝５ｍｍである。

図２４の（ｂ）を参照すると、ｗｐｃｈＢ／λが０．０４以上０．２４以下である場合に｜Ｓ１１｜の−１０ｄＢを下回る比帯域幅が１０％以上になることがわかる。

第１の実施例に係る変換器１においては、２つの導電パッチ１０１ｂ、１０３ｂを備えていることにより、２つの開口１０１ａ，１０３ａによる多重反射と、２つの導電パッチ１０１ｂ，１０３ｂによる複共振現象とが生じていると考えられる。この多重反射及び複共振現象に起因して、１０％以上の広い比帯域幅が実現されていると考えられる。

〔変形例８〕
第１の実施例に係る変換器１の第８の変形例に係る変換器１について、図２４を参照しながら説明する。

本変形例に係る変換器１は、第１の実施例に係る変換器１において、導体パッチ１０１ｂの幅をｗｐｃｈＡ＝０．８ｍｍに、長さをｌｐｃｈＡ＝０．５ｍｍに固定したうえで、導体パッチ１０３ｂの長さｌｐｃｈＢを変更することにより得られたものである。

図２５の（ａ）は、長さｌｐｃｈＢを、ｌｐｃｈＢ＝０．０４×λ、０．０８×λ、０．１２×λ、０．１６×λ、０．２０×λ、０．２４×λとしたときに得られる変換器１の反射特性を示すグラフであり、図２５の（ｂ）は、｜Ｓ１１｜が−１０ｄＢを下回る帯域の比帯域幅、及び、｜Ｓ１１｜が−１５ｄＢを下回る帯域の比帯域幅のｌｐｃｈＢ／λ依存性を示すグラフである。ここで、λは、６０ＧＨｚに対応する波長であり、λ＝６０ＧＨｚ／３．０×１０^８［ｍ／秒］（光速）＝５ｍｍである。

図２５の（ｂ）を参照すると、ｌｐｃｈＢ／λが０．０４以上０．１８以下である場合に｜Ｓ１１｜の−１０ｄＢを下回る比帯域幅が１０％以上になることがわかる。
〔変形例の検討〕
上述した各変形例における、反射係数｜Ｓ１１｜が−１０ｄＢを下回る周波数帯域の比帯域幅、及び、透過係数｜Ｓ２１｜が−２ｄＢを上回る周波数帯域の比帯域幅のグラフは、以下の何れかの型に分類できることが分かる。

Ａ型：横軸に取ったパラメータ（ｗｐｃｈＡ／ｗａｐＡ、ｌｐｃｈＡ／ｌａｐＡ、ｗｐｃｈＢ／ｗａｐＢ、ｌｐｃｈＢ／ｌａｐＢ）の値を大きくしていったときに、縦軸に取ったＦＢＷ（比帯域幅）の値が増加から減少に転じるもの。

Ｂ型：横軸に取ったパラメータの値を大きくしていったときに、縦軸に取ったＦＢＷの値が一定から減少に転じるもの。

Ｃ型：横軸に取ったパラメータの値を大きくしていったときに、縦軸に取ったＦＢＷの値が単調に減少するもの。

この観点から図１３の（ｂ）及び（ｄ）、図１５の（ｂ）及び（ｄ）、図１８の（ｂ）及び（ｄ）、図２０の（ｂ）及び（ｄ）、図２２の（ｂ）及び（ｄ）、並びに、図２３の（ｂ）及び（ｄ）に示したグラフを分類すると、下記の表１のようになる。なお、下記の表１においては、Ａ型であるともＢ型であるとも見做せるグラフについてはＡ／Ｂ型と記載し、Ｂ型であるともＣ型であるとも見做せるグラフについてはＢ／Ｃ型と記載した。

表１において注目すべき点は、導体パッチ１０３ｂのみを設ける（導体パッチ１０１ｂを省略する）第３〜第４変形例において、反射係数が−１０ｄＢを下回る周波数帯域の比帯域幅のｗｐｃｈＢ／ｗａｐＢ依存性を示すグラフ、及び、上記比帯域幅のｌｐｃｈＢ／ｌａｐＢ依存性をグラフがＣ型に分類されている点である。

このことは、導体パッチ１０３ｂのみを設けた場合、導体パッチ１０３ｂの幅ｗｐｃｈＢ及び長さｌｐｃｈＢが小さいほど、上記比帯域幅が広くなり、導体パッチ１０３ｂの幅ｗｐｃｈＢ及び長さｌｐｃｈＢが０のとき、つまり、導体パッチ１０３ｂが存在しないときに、上記比帯域幅が最大となることを意味する。すなわち、導体パッチ１０３ｂのみを設けた場合、導体パッチ１０３ｂを設けない場合と比べて上記比帯域幅が狭くなるという副作用を生じ、導体パッチ１０３ｂの幅ｗｐｃｈＢ及び長さｌｐｃｈＢをどのように調整しても、このような副作用を免れることはできないことが分かる。

一方、導体パッチ１０１ｂのみを設ける（導体パッチ１０１ｂを省略する）第１〜第２変形例、及び、導体パッチ１０１ｂと導体パッチ１０３ｂとの両方を設ける第５〜第６変形例においては、Ｃ型に分類されるグラフは現れない。すなわち、上記のような問題を生じるのは、導体パッチ１０３ｂのみを設ける（導体パッチ１０１ｂを省略する）構成を採用した場合に限られる。

〔実施例２〕
本実施形態に係る変換器１の第２の実施例について、図２６を参照して説明する。

本実施例に係る変換器１は、マイクロストリップ線路１３を構成する帯状導体１０５にＲＦＩＣ（Radio Frequency Integral Circuit）等の集積回路１６を接続し、バックショートブロック１４と一体成形された保護カバー１５によって、この集積回路１６を覆ったものである。また、ポスト型導波路１２の裏面には、ヒートシンク１７が付加されている。各部の寸法等については、実施例１、変形例１〜１０、及び変形例２の何れに示したものを採用してもよい。

本実施例に係る変換器１においては、保護カバー１５を設けたことによって、集積回路１６の破損を帰結するような他部材の接触を回避することができる。また、ヒートシンクを設けたことによって、集積回路１６にて発生した熱を効率よく散逸させることができる。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、例えば、ミリ波帯に属する高周波信号を処理する高周波回路に利用することができる。

１ 変換器
１１ 導波管
１１ａ 空洞
１２ ポスト壁導波路
１３ マイクロストリップ線路
１４ バックショートブロック
１４ａ 凹部
１４ａ１ 第１の部分
１４ａ２ 第２の部分
１５ 保護カバー
１０１ 第１の面状導体
１０１ａ 開口（第１の開口）
１０１ｂ 導体パッチ（整合素子、第１の整合素子）
１０２ 第１の誘電体層
１０２ａ ポスト壁
１０２ａｉ 導体ポスト
１０２ｂ 導波領域
１０３ 第２の面状導体
１０３ａ 開口（第２の開口）
１０３ｂ 導体パッチ（第２の整合素子）
１０４ 第２の誘電体層
１０４ａ ポスト壁
１０４ａｉ 導体ポスト
１０５ 帯状導体
１０６ Ｃ字状導体

Claims (7)

1. 第１の誘電体層、並びに、上記第１の誘電体層を介して互いに対向する第１の面状導体及び第２の面状導体により構成された基板型導波路と、
   上記第１の面状導体に形成された第１の開口を介して上記基板型導波路に接続された導波管と、
   第２の誘電体層、並びに、上記第２の誘電体層を介して互いに対向する上記第２の面状導体及び帯状導体により構成されたマイクロストリップ線路と、を備え、
   （１）上記第１の開口の内部に整合素子が配置され、かつ、上記第２の面状導体に形成された第２の開口の内部に整合素子が配置されていないか、又は、（２）上記第１の開口の内部に第１の整合素子が配置され、かつ、上記第２の開口の内部に第２の整合素子が配置されている、ことを特徴とする変換器。
2. 上記第１の開口の内部に整合素子が配置され、上記第２の開口の内部に整合素子が配置されていない、ことを特徴とする請求項１に記載の変換器。
3. 上記第１の開口、及び、上記整合素子は、上面視して上記帯状導体の中心軸に沿う方向に伸びる第１の辺と交わる方向に伸びる第２の辺とを有する長方形であり、
   上記第１の開口の上記第２の辺の長さに対する、上記整合素子の第２の辺の長さの比は、０．８７以下である、ことを特徴とする請求項２に記載の変換器。
4. 上記第１の開口、及び、上記第１の開口の内部に配置された整合素子は、上面視して上記帯状導体の中心軸に沿う方向に伸びる第１の辺と交わる方向に伸びる第２の辺とを有する長方形であり、
   上記第１の開口の上記第１の辺の長さに対する、上記整合素子の第１の辺の長さの比は、０．３９以下である、ことを特徴とする請求項２に記載の変換器。
5. 上記第１の開口の内部に第１の整合素子が配置され、かつ、上記第２の開口の内部に第２の整合素子が配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の変換器。
6. 上記第１の開口、上記第１の整合素子、及び、上記第２の整合素子は、上面視して上記帯状導体の中心軸に沿う方向に伸びる第１の辺と交わる方向に伸びる第２の辺とを有する長方形であり、
   上記第１の整合素子と上記第２の整合素子とは互いに合同な長方形であり、
   上記第２の開口の上記第２の辺の長さに対する、上記第１の整合素子及び上記第２の整合素子の上記第２の辺の長さの比は、０．３７以上０．５１以下である、ことを特徴とする請求項５に記載の変換器。
7. 上記第１の開口、上記第１の整合素子、及び、上記第２の整合素子は、上面視して上記帯状導体の中心軸に沿う方向に伸びる第１の辺と交わる方向に伸びる第２の辺とを有する長方形であり、
   上記第１の整合素子と上記第２の整合素子とは互いに合同な長方形であり、
   上記第２の開口の上記第１の辺の長さに対する、上記第１の整合素子及び上記第２の整合素子の上記第１の辺の長さの比は、０．６２以下又は０．８０以上である、ことを特徴とする請求項５に記載の変換器。

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