JP2017005414A - 伝送線路−導波管変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 広帯域化を可能にする伝送線路−導波管変換器を提供する。【解決手段】 マイクロストリップライン−導波管変換器１は、矩形状の開口部２ａ１を有する導波管２と、導波管２を終端するバックショート３と、導波管２とバックショート３との間に介在している誘電体基板４、５、６と、各基板４、５、６に設けられたマイクロストリップライン９と、各基板４、５、６の表裏面に設けられたグランドパターン１０とを備えている。各グランドパターン１０は、導波管２の開口部２ａ１に対応する位置で開口した矩形状のパターン開口部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａを有し、各パターン開口部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａの隅部４１、４２、４３、４４が、バックショート３の開口部における隅部の曲線形状に対応した曲線形状とされている。【選択図】図６

Description

本発明は、例えば、マイクロストリップライン等の伝送線路と導波管とを接続する伝送線路−導波管変換器に関するものである。

ＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ：高度道路交通システム）に用いられる車両感知器や、自動車等の車載センサに用いられるミリ波レーダには、導波管と基板上の伝送線路との間で信号を伝送するための伝送線路−導波管変換器が用いられる。
例えば、特許文献１には、導波管と、この導波管内に配置されるアンテナが設けられた誘電体基板とによって構成された伝送線路−導波管変換器が開示されている。

特開２００７−２１４７７７号公報

上記伝送線路−導波管変換器は、当該伝送線路−導波管変換器が使用される使用周波数帯域において必要とされる要求性能を確保するために、使用周波数帯域を含んだより広い帯域で必要性能が得られるように設計することが一般的に行われている。使用周波数帯域よりも広帯域で要求性能を確保することによって、製造誤差等によって生じるばらつきを吸収することができるからである。

しかし、上記のように設計したとしても、伝送線路−導波管変換器は、誘電体基板や、これに実装される導波管、あるいはこの導波管を終端するバックショートと呼ばれる終端器等、多数の部品を組み合わせて製造されるため、各部品の加工精度や加工方法に起因するばらつき等が伝送線路−導波管変換器の性能に影響を与え、広帯域での要求性能を確保できず、結果として製造時の歩留まりを悪化させる要因となっている。

各部品の加工に伴うばらつきを抑えるためには、より高精度な加工方法を選択して各部の加工を行ったり、部品に追加工を行うことが考えられるが、製造に要する時間やコストの増大化を招くため好ましくない。

特に、バックショートには、矩形状に形成された導波管の開口部に対応して矩形状の孔部が形成されている。バックショートと、導波管とは、誘電体基板を介在した状態で、前記孔部と前記開口部とが一致するように設けられる。ここで、バックショートは、金属ブロック等から形成されているため、エンドミル等を用いて孔部が形成されることがある一方、導波管の開口部は、プレス成形等によって形成されることがある。このように前記開口部と、前記孔部との間で加工方法が異なる場合、加工方法の違いに起因して両者の形状にギャップが生じる場合がある。

前記開口部と、前記孔部との間で形状にギャップが生じると、導波管内部で不要な反射波を生じさせ、広帯域での要求性能を確保できず、製造時の歩留まりを悪化させる要因となる。
一方、前記開口部と、前記孔部との間で形状のギャップを解消するためには、加工方法の変更や追加工が必要となり、コストの増大化に繋がる。
このため、前記開口部と、前記孔部との間で形状のギャップを解消せずとも広帯域で要求性能を確保できる技術が望まれる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、広帯域化を可能にする伝送線路−導波管変換器を提供することを目的とする。

一実施形態である伝送線路−導波管変換器は、矩形状の第１開口部を有する導波管と、前記導波管を終端する終端部と、前記導波管と前記終端部との間に介在している基板と、前記基板に設けられ前記導波管に電磁的に結合される伝送線路と、前記基板の表裏面に設けられた接地導体パターンと、を備え、前記終端部は、前記導波管の第１開口部に対応して開口した矩形状の第２開口部を有し、前記第２開口部における４隅が、当該第２開口部において対角線上で対向している隅同士の間隔が前記第１開口部において対角線上で対向している隅同士の間隔よりも小さくなるような曲線形状とされ、前記接地導体パターンは、前記第１開口部に対応して開口した矩形状のパターン開口部を有し、前記パターン開口部の４隅が、前記第２開口部における４隅の曲線形状に対応した曲線形状とされている。
このように、ここでいう矩形状とは、その４隅が直角である場合の他、加工上又は設計上により４隅が曲線形状である場合を含むものとする。

本発明の伝送線路−導波管変換器によれば、広帯域化が可能になる。

一実施形態に係る、マイクロストリップライン−導波管変換器の外観図である。 マイクロストリップライン−導波管変換器をバックショート側から見たときの図である。 （ａ）は、図２中、Ａ−Ａ線の矢視断面図、（ｂ）は、図２中、Ｂ−Ｂ線の矢視断面図である。 バックショートを端面側からみたときの外観斜視図である。 （ａ）は、導波管の端面の一部を示す図、（ｂ）は、バックショートの端面の一部を示す図である。 変換器の要部をバックショート側から見たときの図であり、各グランドパターンのパターン開口部の形状を示す図である。 （ａ）は、図６中、Ｃ−Ｃ線の矢視断面図であり、（ｂ）は、図６中、Ｄ−Ｄ線の矢視断面図である。 実施例及び比較例に係る変換器の通過特性を示すグラフである。 実施例及び比較例に係る変換器の反射特性を示すグラフである。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
（１）一実施形態である伝送線路−導波管変換器は、矩形状の第１開口部を有する導波管と、前記導波管を終端する終端部と、前記導波管と前記終端部との間に介在している基板と、前記基板に設けられ前記導波管に電磁的に結合される伝送線路と、前記基板の表裏面に設けられた接地導体パターンと、を備え、前記終端部は、前記導波管の第１開口部に対応して開口した矩形状の第２開口部を有し、前記第２開口部における４隅が、当該第２開口部において対角線上で対向している隅同士の間隔が前記第１開口部において対角線上で対向している隅同士の間隔よりも小さくなるような曲線形状とされ、前記接地導体パターンは、前記第１開口部に対応して開口した矩形状のパターン開口部を有し、前記パターン開口部の４隅が、前記第２開口部における４隅の曲線形状に対応した曲線形状とされている。

上記構成の伝送線路−導波管変換器によれば、終端部の第２開口部の４隅が、当該第２開口部において対角線上で対向している隅同士の間隔が第１開口部において対角線上で対向している隅同士の間隔よりも小さくなるような曲線形状とされているので、第２開口部と、第１開口部との間で開口形状にギャップが生じる。その一方、接地導体パターンにおけるパターン開口部における４隅が、第２開口部における４隅の曲線形状に対応した曲線形状とされているので、擬似的な導体壁を構成して導波管と終端部とを繋ぐ接地導体パターンは、終端部の第２開口部に対して滑らかに繋がり、導波管と終端部とを繋げることができる。
また、接地導体パターンのパターン開口部と、導波管の第１開口部との間で、４隅の形状にギャップが生じるが、接地導体パターンは、導波管と終端部とを繋ぐ擬似的な導体壁を構成するため、形状にギャップが生じたとしても不要な反射が顕著に生じるのを抑制できる。このため、導波管の第１開口部と、終端部の第２開口部との間の形状的なギャップによって導波管内部で生じさせる可能性のある信号波の不要な反射を、接地導体パターンによって抑制することができ、伝送線路−導波管変換器の性能に与える影響を抑制することができる。
このように、上記構成の伝送線路−導波管変換器によれば、導波管の第１開口部と、終端部の第２開口部との間で形状にギャップがあったとしても、不要な反射を抑制することができ、広帯域化が可能となる。

（２）上記伝送線路−導波管変換器において、前記基板は複数であり、複数の前記基板、及び前記接地導体パターンは交互に配置されて互いに積層されていてもよい。
この場合であっても、導波管の第１開口部と、終端部の第２開口部との間で形状にギャップがあったとしても、接地導体パターンによって不要な反射を抑制でき、広帯域化することができる。

（３）前記伝送線路−導波管変換器において、複数の前記接地導体パターンは、前記パターン開口部の寸法が、前記第２開口部の寸法と同じ寸法、又は前記第２開口部の寸法よりも大きく設定されるとともに、配置される位置が前記終端部から遠ざかるに従って、前記パターン開口部の寸法が漸次大きくなるように設定されていることが好ましい。
この場合、複数の接地導体パターンのパターン開口部に寸法上のばらつきや、組み立て時に生じる複数の接地導体パターン同士の配置上のばらつきが生じたとしても、各パターン開口部の第２開口部に対する位置ずれを抑制でき、広帯域な特性を維持することができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、以下に記載する各実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
〔全体構成について〕
図１は、一実施形態に係る、マイクロストリップライン−導波管変換器の外観図である。図１中、マイクロストリップライン−導波管変換器１は、導波管２と、この導波管２を終端するバックショート３と、導波管２とバックショート３との間に介在している複数（図例では３枚）の誘電体基板（第１誘電体基板４、第２誘電体基板５、及び第３誘電体基板６）とを備えている。

マイクロストリップライン−導波管変換器１（以下、単に変換器１ともいう）は、複数の誘電体基板の内、バックショート３に最も近い位置に配置された第１誘電体基板４に形成されたマイクロストリップライン９からの信号を導波管２に伝送し、また、導波管２からの信号をマイクロストリップライン９に伝送する機能を有している。本実施形態の変換器１は、信号周波数が７６ＧＨｚから８１ＧＨｚの帯域の信号を処理対象とするシステムに用いられるものであり、当該変換器１の使用周波数帯域は、７６ＧＨｚから８１ＧＨｚとなるように各部が設定されている。

導波管２は、アルミニウム合金等によって形成された四角ブロック状の部材であり、中央部に断面矩形状の貫通孔２ａが形成されている。貫通孔２ａは、例えば、パンチ等を用いたプレス加工によって形成されている。
貫通孔２ａは、導波管２の端面２ｂと端面２ｃとの間を直交して貫通しており、両端面２ｂ，２ｃで開口している。よって、貫通孔２ａが端面２ｂで開口する開口部２ａ１は矩形状となっている。
この導波管２はＷ帯用であり、貫通孔２ａの内側断面寸法は、例えば、長手寸法が２．５４ｍｍ、短手寸法が１．２７ｍｍに設定されている。

貫通孔２ａは、４つの内壁面２ｄで構成されている。これら内壁面２ｄの内、互いに隣接する内壁面２ｄ同士を繋いでいる内隅２ｅは、例えば、曲率半径が０．１５ｍｍ以下の曲面形状となっている場合がある。
内隅２ｅは、設計上は内壁面２ｄ同士が直交しており曲面形状ではないが、加工上の精度によって０．１５ｍｍ以下の曲面形状となる場合がある。

図２は、マイクロストリップライン−導波管変換器１をバックショート３側から見たときの図、図３（ａ）は、図２中、Ａ−Ａ線の矢視断面図、図３（ｂ）は、図２中、Ｂ−Ｂ線の矢視断面図である。なお、図２では、理解を容易とするためにバックショート３を省略して示している。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）では、理解を容易とするために第１誘電体基板４に設けられたマイクロストリップライン等の導体パターンの厚み寸法を誇張して示している。

図１から図３を参照して、複数の誘電体基板４、５、６は、導波管２の端面２ｂと、バックショート３との間に介在している。
各誘電体基板４は、例えば、エポキシ樹脂等から形成された、端面２ｂに一致する矩形板状の部材である。

各誘電体基板４，５，６の表裏面には、グランドパターン１０（接地導体パターン）が設けられている。これにより、３枚の誘電体基板４，５，６、及びグランドパターン１０は、交互に配置されて互いに積層されている。
よって、グランドパターン１０は、第１誘電体基板４とバックショート３との間に介在している第１グランドパターン１１と、第１誘電体基板４と第２誘電体基板５との間に介在している第２グランドパターン１２と、第２誘電体基板５と第３誘電体基板６との間に介在している第３グランドパターン１３と、第３誘電体基板６と導波管２との間に介在している第４グランドパターン１４とを含んでいる。
グランドパターン１０は、金属等からなる導体パターンであり、接地されている。グランドパターン１０は、各誘電体基板４の表裏面に一致する矩形状に形成されている。

第１誘電体基板４の一面４ａに設けられた第１グランドパターン１１は、バックショート３に接触しており、複数のグランドパターン１０の内、バックショート３に最も近い位置に配置されている。

第１グランドパターン１１は、第１誘電体基板４を一面４ａ側からみたときの導波管２における貫通孔２ａの開口部２ａ１に対応して開口している第１パターン開口部１１ａを有している。第１パターン開口部１１ａは、開口部２ａ１に対応する範囲で導体パターンが無く、導体パターンが無いことによって開口している。

また、第１グランドパターン１１は、第１パターン開口部１１ａから第１誘電体基板４の外縁側まで導体パターンが無い無パターン部１５を有している。無パターン部１５は、第１パターン開口部１１ａと第１誘電体基板４の外縁とを繋ぐように、第１パターン開口部１１ａの端縁から第１誘電体基板４の外縁までの範囲で形成されている。

無パターン部１５は、第１パターン開口部１１ａに繋がっている幅狭部１５ａと、幅狭部１５ａから第１誘電体基板４の外縁側に繋がっている、幅狭部１５ａよりも幅広に形成された幅広部１５ｂとを有して構成されている。

第１誘電体基板４の一面４ａには、さらに、マイクロストリップライン９が設けられている。
マイクロストリップライン９は、ミリ波等の高周波信号を伝送するための伝送線路であり、金属等の導体によって直線状に形成されている。マイクロストリップライン９は第１パターン開口部１１ａから無パターン部１５に亘って設けられており、その先端が第１パターン開口部１１ａのほぼ中央に配置されている。つまり、マイクロストリップライン９は、第１パターン開口部１１ａから第１誘電体基板４の外縁側まで延ばされている。
マイクロストリップライン９は、第１パターン開口部１１ａに配置されているアンテナ部９ａと、アンテナ部９ａから第１誘電体基板４の外縁まで延びている本体部９ｂとを有して構成されている。マイクロストリップライン９は、このアンテナ部９ａによって導波管２に電磁的に結合される。

マイクロストリップライン９は、無パターン部１５の長手方向に沿って形成されている。無パターン部１５は、マイクロストリップライン９を中心として線対称に形成されており、これによって、マイクロストリップライン９と、第１グランドパターン１１との間には、一定の間隔が設けられている。
このようにして、無パターン部１５は、マイクロストリップライン９を第１パターン開口部１１ａから第１誘電体基板４の外縁側まで導いている。

なお、無パターン部１５の幅狭部１５ａは、当該幅狭部１５ａの端縁と、マイクロストリップライン９との位置関係が、マイクロストリップライン−導波管変換器１としてのロスができるだけ小さくなるように形成されている。

第１誘電体基板４と第２誘電体基板５との間に介在している第２グランドパターン１２は、導波管２における貫通孔２ａの開口に対応して開口している第２パターン開口部１２ａを有している。第２パターン開口部１２ａは、開口部２ａ１に対応する範囲で導体パターンが無く、導体パターンが無いことによって開口している。
また、第２誘電体基板５と第３誘電体基板６との間に介在している第３グランドパターン１３は、導波管２における貫通孔２ａの開口に対応して開口している第３パターン開口部１３ａを有している。第３パターン開口部１３ａは、開口部２ａ１に対応する範囲で導体パターンが無く、導体パターンが無いことによって開口している。
さらに、第３誘電体基板６と導波管２との間に介在している第４グランドパターン１４も上記各パターン開口部と同様、導波管２における貫通孔２ａの開口に対応して開口している第４パターン開口部１４ａを有している。第４パターン開口部１４ａは、開口部２ａ１に対応する範囲で導体パターンが無く、導体パターンが無いことによって開口している。

各グランドパターン１１，１２，１３，１４は、各誘電体基板４，５，６を貫通して設けられている複数の第１ビア２０によって互いに接続されている。
複数の第１ビア２０は、金属等の導体により形成された部材であり、各誘電体基板４，５，６を貫通して設けられている。複数の第１ビア２０は、図２に示すように、変換器１をバックショート３側から見たときに、第１パターン開口部１１ａ及び無パターン部１５を包囲するように配置されている。
これにより、複数の第１ビア２０は、後述するように、各グランドパターン１１，１２，１３，１４とともに、導波管２とバックショート３とを繋ぐ擬似的な導体壁を構成している。

また、第２グランドパターン１２、及び第３グランドパターン１３は、複数の第２ビア２１によっても接続されている。
複数の第２ビア２１は、金属等の導体により形成された部材であり、第２誘電体基板５のみを貫通して設けられている。複数の第２ビア２１は、図２に示すように、変換器１をバックショート３側から見たときに、マイクロストリップライン９を包囲するように当該マイクロストリップライン９の両側に長手方向に沿って２列で直線状に配置されている。

さらに、第３グランドパターン１３、及び第４グランドパターン１４は、複数の第３ビア２５によっても接続されている。
複数の第３ビア２５は、金属等の導体により形成された部材であり、第３誘電体基板６のみを貫通して設けられている。複数の第３ビア２５は、図２に示すように、変換器１をバックショート３側から見たときに、マイクロストリップライン９の直下に位置するように当該マイクロストリップライン９の長手方向に沿って１列で直線状に配置されている。

複数の第２ビア２１の内、パターン開口部側に最も近い位置に形成されている第２ビア２１は、第１ビア２０と同様、導波管２とバックショート３とを繋ぐ擬似的な導体壁の構成に寄与している。また、他の第２ビア２１は、マイクロストリップライン９直下のグランドを強化している。
また、複数の第３ビア２５の内、パターン開口部側に最も近い位置に形成されている第３ビア２５は、第１ビア２０と同様、導波管２とバックショート３とを繋ぐ擬似的な導体壁の構成に寄与している。また、他の第３ビア２５は、マイクロストリップライン９直下のグランドを強化している。

バックショート３は、導波管２の貫通孔２ａの開口を塞ぐ導体壁として第１誘電体基板４に固定されており、導波管２を終端している。
バックショート３は、アルミニウム合金等によって形成された四角ブロック状の部材であり、第１誘電体基板４を一面４ａ側からみたときの貫通孔２ａの開口部２ａ１に対応する位置を覆うように配置されている。バックショート３の第１誘電体基板４側に向く端面３ａには、孔部３ｂが形成されている。

図４は、バックショート３を端面３ａ側からみたときの外観斜視図である。
図４及び図１から図３も参照して、孔部３ｂは、導波管２の貫通孔２ａの軸線に沿って断面矩形状に凹んだ有底孔である。端面３ａで開口する孔部３ｂの開口部３ｂ１は、貫通孔２ａの開口部２ａ１に対応して開口している。孔部３ｂは、例えば、エンドミル等を用いた切削加工によって形成されている。
孔部３ｂは、４つ内壁面３ｄによって構成されている。これら内壁面３ｄの内、互いに隣接する内壁面３ｄ同士は、隅曲面部３ｅによって繋がっている。この隅曲面部３ｅの曲率半径は、例えば０．４ｍｍに設定されている。

また、バックショート３において、第１グランドパターン１１の無パターン部１５に対応する位置には、バックショート３がマイクロストリップライン９に接触しないように切り欠かれている逃げ部３ｃが形成されている。

バックショート３は、端面３ａを第１グランドパターン１１に接触させた状態で半田実装されている。これによって、バックショート３は第１グランドパターン１１に接続されることで接地されるとともに、第１誘電体基板４の一面４ａ側に固定されている。

〔各グランドパターンのパターン開口部について〕
図５（ａ）は、導波管２の端面２ｂの一部を示す図である。
貫通孔２ａの開口部２ａ１は、上述のように、導波管２の端面２ｂで矩形状に開口している。導波管２の開口部２ａ１は、内壁面２ｄ（図２）の端縁である直線状の縁部２３と、開口部２ａ１の４隅を構成する隅部２２とによって構成されている。
上述したように、貫通孔２ａの内隅２ｅ（図２）は、上述したように、加工上の精度によって曲率半径が０．１５ｍｍ以下の曲面形状となっている。よって、開口部２ａ１の隅部２２も、曲率半径が０．１５ｍｍ以下の曲線形状とされている。

図５（ｂ）は、バックショート３の端面３ａの一部を示す図である。バックショート３の孔部３ｂの開口部３ｂ１は、上述のように、バックショート３の端面３ａで矩形状に開口している。バックショート３の開口部３ｂ１は、内壁面３ｄ（図４）の端縁である直線状の縁部３３と、開口部３ｂ１の４隅を構成する隅部３２とによって構成されている。
上述したように、孔部３ｂの４隅に設けられた隅曲面部３ｅの曲率半径は、０．４ｍｍに設定されている。よって、開口部３ｂ１の隅部３２も、曲線形状とされている。また、これら隅部３２の曲率半径は、０．４ｍｍに設定されている。

また、バックショート３の開口部３ｂ１は、その長手方向及び短手方向の寸法が、導波管２の開口部２ａ１と同じに設定されている。バックショート３の開口部３ｂ１は、導波管２の開口部２ａ１に対して長手方向及び短手方向にほぼ一致する位置に設けられている。
バックショート３の開口部３ｂ１の形状と、導波管２の開口部２ａ１の形状とを比較すると、互いの隅部３２、及び隅部２２の曲線形状が異なっている。
図５（ｂ）中の破線は、開口部３ｂ１に対して貫通孔２ａの開口部２ａ１の形状を長手方向及び短手方向の位置を一致させた上で重ね合わせたときの開口部２ａ１を示している。

このように、バックショート３の開口部３ｂ１の隅部３２は、導波管２の開口部２ａ１の隅部２２よりも大きい曲率半径の曲線形状とされているので、図５（ｂ）に示すように、バックショート３の開口部３ｂ１において対角線Ｔ上で対向している隅部３２同士の間隔Ｐが、貫通孔２ａの開口部２ａ１において対角線上Ｔで対向している隅部２２同士の間隔Ｑの間隔よりも小さくなっている。
このため、バックショート３の開口部３ｂ１と、導波管２の開口部２ａ１との間で開口形状が４隅で異なっており、開口形状に部分的なギャップが生じている。
なお、上記間隔Ｐ（間隔Ｑ）は、対向している隅部３２（隅部２２）それぞれが対角線Ｔと交差している点同士の間の距離である。

図６は、変換器１の要部をバックショート３側から見たときの図であり、各グランドパターンのパターン開口部の形状を示す図である。なお、図６では、バックショート３を省略して示している。また、図６では、理解を容易とするために上面に現れないパターン開口部の形状についても全て実線で示している。また、導波管２の開口部２ａ１の形状については破線で示している。
図６において、第１グランドパターン１１において矩形状に開口している第１パターン開口部１１ａは、その長手方向の寸法Ｌ１及び短手方向の寸法Ｓ１が、導波管２の開口部２ａ１と同じに設定されている。よって、第１パターン開口部１１ａの長手方向の寸法Ｌ１は２．５４ｍｍ、短手方向の寸法Ｓ１は１．２７ｍｍである。
また、第１パターン開口部１１ａは、図６に示すように、導波管２の開口部２ａ１に対して長手方向及び短手方向にほぼ一致する位置に設けられている。

一方、第１パターン開口部１１ａの４隅を構成する隅部４１は、曲率半径が０．４ｍｍの曲線状とされている。つまり、第１パターン開口部１１ａの隅部４１は、バックショート３の開口部３ｂ１の隅部３２と同じ曲線形状とされており、開口部３ｂ１の隅部３２の曲線形状に対応した曲線形状とされている。
よって、バックショート３の開口部３ｂ１と同様、第１パターン開口部１１ａは、導波管２の開口部２ａ１との間で開口形状が４隅で異なっており、開口形状に部分的なギャップが生じている。

なお、第１パターン開口部１１ａは、その長手方向の寸法Ｌ１及び短手方向の寸法Ｓ１が、導波管２の開口部２ａ１と同じであり、かつ隅部４１がバックショート３の開口部３ｂ１の隅部３２と同じ曲線形状である。よって、第１パターン開口部１１ａは、バックショート３の開口部３ｂ１と同じ開口形状でかつ同じ寸法となる。

図６中、第２グランドパターン１２において矩形状に開口している第２パターン開口部１２ａは、その長手方向の寸法Ｌ２及び短手方向の寸法Ｓ２が、第１パターン開口部１１ａ（バックショート３の開口部３ｂ１）よりもやや大きくなるように設定されている。第２パターン開口部１２ａの長手方向の寸法Ｌ２は２．５８ｍｍ、短手方向の寸法Ｓ２は１．３１ｍｍである。
第２パターン開口部１２ａは、第１パターン開口部１１ａの各辺に対して約０．２ｍｍの間隔をおいて配置されており、互いの長手方向及び短手方向の中心がほぼ一致するように設けられている。

また、第２パターン開口部１２ａの４隅を構成する隅部４２は、曲率半径が０．４ｍｍの曲線状とされている。つまり、第２パターン開口部１２ａの隅部４２も、第１パターン開口部１１ａの隅部４１と同様、バックショート３の開口部３ｂ１の隅部３２と同じ曲線形状とされており、開口部３ｂ１の隅部３２の曲線形状に対応した曲線形状とされている。

図６中、第３グランドパターン１３の第３パターン開口部１３ａは、その長手方向の寸法Ｌ３及び短手方向の寸法Ｓ３が、第２パターン開口部１２ａよりもやや大きくなるように設定されている。第３パターン開口部１３ａの長手方向の寸法Ｌ３は２．６２ｍｍ、短手方向の寸法Ｓ３は１．３５ｍｍである。
また、第４グランドパターン１４の第４パターン開口部１４ａは、その長手方向の寸法Ｌ４及び短手方向の寸法Ｓ４が、第３パターン開口部１３ａよりもやや大きくなるように設定されている。第４パターン開口部１４ａの長手方向の寸法Ｌ４は２．６６ｍｍ、短手方向の寸法Ｓ３は１．３９ｍｍである。

第３パターン開口部１３ａは、第２パターン開口部１２ａの各辺に対して約０．２ｍｍの間隔をおいて配置されており、互いの長手方向及び短手方向の中心がほぼ一致するように設けられている。
第４パターン開口部１４ａは、第３パターン開口部１３ａの各辺に対して約０．２ｍｍの間隔をおいて配置されており、互いの長手方向及び短手方向の中心がほぼ一致するように設けられている。

また、第３パターン開口部１３ａの４隅を構成する隅部４３は、曲率半径が０．４ｍｍの曲線状とされている。つまり、第２パターン開口部１２ａの隅部４２も、第１パターン開口部１１ａの隅部４１と同様、バックショート３の開口部３ｂ１の隅部３２と同じ曲線形状とされており、開口部３ｂ１の隅部３２の曲線形状に対応した曲線形状とされている。
さらに、第４パターン開口部１４ａの４隅を構成する隅部４４も、曲率半径が０．４ｍｍの曲線状とされており、開口部３ｂ１の隅部３２の曲線形状に対応した曲線形状とされている。

図７（ａ）は、図６中、Ｃ−Ｃ線の矢視断面図であり、導波管２の開口部２ａ１における隅部２２を通過する部分を示している。なお、図７（ａ）では、理解を容易とするために各パターン開口部等の寸法等を誇張して示している。
第１パターン開口部１１ａは、上述したように、バックショート３の開口部３ｂ１と同じ開口形状でかつ同じ寸法とされており、図７（ａ）に示すように、バックショート３の開口部３ｂ１にほぼ一致するように設けられている。

また、第１パターン開口部１１ａ以外のパターン開口部１２ａ、１３ａ、１４ａの長手方向の寸法及び短手方向の寸法は、上述のように、バックショート３の開口部３ｂ１の長手方向の寸法及び短手方向の寸法よりも大きく設定されている。
さらに、パターン開口部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａの長手方向の寸法及び短手方向の寸法は、各グランドパターン１１、１２、１３、１４が配置されている位置がバックショート３から遠ざかるに従って、漸次大きくなるように設定されている。

すなわち、図７（ａ）に示すように、各グランドパターン１２、１３、１４の内、バックショート３から最も離れた位置に配置されている第４グランドパターン１４の第４パターン開口部１４ａは、最もその長手方向の寸法Ｌ４及び短手方向の寸法Ｓ４が大きく設定されているため、その開口領域が最も広くなっている。次いで、第３パターン開口部１３ａ、第２パターン開口部１２ａの順にその開口領域が序々に狭くなっている。
つまり、各パターン開口部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａは、バックショート３の開口部３ｂ１から、導波管２の開口部２ａ１に向かって順にその開口領域が広がっている。

また、図７（ａ）に示すように、バックショート３の開口部３ｂ１における隅部３２と、導波管２の開口部２ａ１における隅部２２との間には、互いの開口形状の部分的なギャップによって、段差Ｄが生じている。

図７（ｂ）は、図６中、Ｄ−Ｄ線の矢視断面図であり、導波管２の開口部２ａ１における隅部２２以外の部分を示している。なお、図７（ｂ）では、理解を容易とするために各パターン開口部等の寸法を誇張して示している。
この部分においても、第１パターン開口部１１ａは、バックショート３の開口部３ｂ１と同じ開口形状でかつ同じ寸法とされているので、バックショート３の開口部３ｂ１にほぼ一致している。
一方、バックショート３の開口部３ｂ１と、導波管２の開口部２ａ１との間には、図７（ａ）のように、隅部２２と隅部３２との間に段差は生じていない。

以上のように、第４パターン開口部１４ａは、その開口領域が第３パターン開口部１３ａの開口領域を含む大きさに形成されている。
また、第３パターン開口部１３ａは、その開口領域が第２パターン開口部１２ａの開口領域を含む大きさに形成されている。
第２パターン開口部１２ａは、その開口領域が第１パターン開口部１１ａの開口領域を含む大きさに形成されている。
このように、各パターン開口部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａの大きさは、配置される位置がバックショート３から遠ざかるに従って、各パターン開口部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａの大きさが漸次大きくなっている。

本実施形態の変換器１は、矩形状の開口部２ａ１（第１開口部）を有する導波管２と、導波管２を終端するバックショート３（終端部）と、導波管２とバックショート３との間に介在している誘電体基板４、５、６と、各基板４、５、６に設けられ導波管２に電磁的に結合されるマイクロストリップライン９（伝送線路）と、各基板４、５、６の表裏面に設けられたグランドパターン１０と、を備え、バックショート３は、導波管２の開口部２ａ１に対応して開口した矩形状の開口部３ｂ１（第２開口部）を有し、開口部３ｂ１における隅部３２が、当該開口部３ｂ１において対角線上で対向している隅部３２同士の間隔が開口部２ａ１において対角線上で対向している隅部２２同士の間隔よりも小さくなるような曲線形状とされ、各グランドパターン１０は、導波管２の開口部２ａ１に対応する位置で開口した矩形状のパターン開口部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａを有し、各パターン開口部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａの隅部４１、４２、４３、４４が、バックショート３の開口部３ｂ１における隅部３２の曲線形状に対応した曲線形状とされている。

上記構成の変換器１によれば、バックショート３の開口部３ｂ１の隅部３２が、当該開口部３ｂ１において対角線上で対向している隅部３２同士の間隔が開口部２ａ１において対角線上で対向している隅部２２同士の間隔よりも小さくなるような曲線形状とされているので、開口部３ｂ１と、開口部２ａ１との間で開口形状に段差Ｄ（図７（ａ））のようなギャップが生じる。その一方、各グランドパターン１０におけるパターン開口部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａにおける隅部４１、４２、４３、４４が、バックショート３の開口部３ｂ１における隅部３２の曲線形状に対応した曲線形状とされているので、擬似的な導体壁を構成して導波管２とバックショート３とを繋ぐ各グランドパターン１０は、バックショート３の開口部３ｂ１に対して滑らかに繋がり、導波管２とバックショート３とを繋げることができる。

また、各グランドパターン１０のパターン開口部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａと、導波管２の開口部２ａ１との間で、４隅の形状にギャップが生じるが、各グランドパターン１０は、導波管２とバックショート３とを繋ぐ擬似的な導体壁を構成するため、形状にギャップが生じたとしても不要な反射を顕著に生じさせることがない。このため、導波管２の開口部２ａ１と、バックショート３の開口部３ｂ１との間の形状的なギャップによって導波管２内部で生じさせる可能性のある信号波の不要な反射を、各グランドパターン１０によって抑制することができ、変換器１の性能に与える影響を抑制することができる。

このように、上記変換器１によれば、導波管２の開口部２ａ１と、バックショート３の開口部３ｂ１との間で形状にギャップがあったとしても、不要な反射を抑制することができ、広帯域化が可能となる。

また、導波管２の開口部２ａ１と、バックショート３の開口部３ｂ１との間で形状にギャップがある場合、例えば、バックショート３の孔部３ｂに対して追加工を行うことで、形状的なギャップを無くすことも可能であるが、コスト増加に繋がってしまう。この点、本実施形態の変換器１によれば、バックショート３の開口部３ｂ１に追加工したりすることなく、不要な反射を抑制することができ、この結果、コストを維持しつつ広帯域化が可能となる。

また、上記実施形態では、複数のグランドパターン１０の内、バックショート３に最も近い位置に配置されている第１グランドパターン１１は、第１パターン開口部１１ａの長手方向の寸法及び短手方向の寸法が、バックショート３の開口部３ｂ１の長手方向の寸法及び短手方向の寸法と同じ寸法に設定されており、複数のグランドパターン１０の内、バックショート３に最も近い位置に配置されている第１グランドパターン１１以外のグランドパターン１２、１３、１４は、各パターン開口部１２ａ、１３ａ、１４ａの長手方向の寸法及び短手方向の寸法が、バックショート３の開口部３ｂ１の長手方向の寸法及び短手方向の寸法よりも大きく設定され、かつ、配置される位置がバックショート３から遠ざかるに従って、各パターン開口部１２ａ、１３ａ、１４ａの長手方向の寸法及び短手方向の寸法が漸次大きくなるように設定されている。

つまり、複数のグランドパターン１０は、各パターン開口部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａの大きさが、バックショート３の開口部３ｂ１と同じ、又は開口部３ｂ１よりも大きくなっているとともに、配置される位置がバックショート３から遠ざかるに従って、各パターン開口部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａの大きさが漸次大きくなっている。

このため、各グランドパターン１０のパターン開口部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａに寸法上のばらつきや、組み立て時に生じる各グランドパターン１０同士の配置上のばらつきが生じたとしても、各パターン開口部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａのバックショート３の開口部３ｂ１に対する位置ずれを抑制でき、広帯域な特性を維持することができる。

なお、本実施形態では、第１グランドパターン１１の第１パターン開口部１１ａの大きさをバックショート３の開口部３ｂ１と同じ大きさに設定したが、第１パターン開口部１１ａの大きさは、バックショート３の開口部３ｂ１よりも僅かに小さくしてもよい。
第１グランドパターン１１は、上述したように、バックショート３に最も近い位置に配置されることでバックショート３に接触しており、当該バックショート３が半田実装されている。
このため、第１グランドパターン１１の第１パターン開口部１１ａの大きさをバックショート３の開口部３ｂ１よりも僅かに小さくすれば、加工精度に伴う寸法誤差が生じたとしても、バックショート３の端面３ａと、第１グランドパターン１１との間の接触面積をできるだけ大きく確保することができ、バックショート３の接地をより確実にすることができる。
なお、第１パターン開口部１１ａの大きさは、当該第１パターン開口部１１ａの加工精度及びバックショート３の開口部３ｂ１の加工精度に基づいて、バックショート３の端面３ａの全面を第１グランドパターン１１に接触させることができる値に設定される。

また、上記実施形態では、パターン開口部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａの長手方向の寸法及び短手方向の寸法を、各グランドパターン１１、１２、１３、１４が配置されている位置がバックショート３から遠ざかるに従って漸次大きく設定することで、バックショート３から遠ざかるに従って、各パターン開口部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａの大きさが漸次大きくなっている場合を例示した。
これに対して、例えば、第２パターン開口部１２ａは、その長手方向の寸法及び短手方向の寸法の少なくとも一方を大きくすることで、第１パターン開口部１１ａの大きさよりも大きくされていてもよい。また、第３パターン開口部１３ａ（第４パターン開口部１４ａ）も同様に、その長手方向の寸法及び短手方向の寸法の少なくとも一方を大きくすることで、第２パターン開口部１２ａ（第３パターン開口部１３ａ）の大きさよりも大きくされていてもよい。

〔実施形態に係る評価試験について〕
次に、本発明者が行った、上記実施形態の変換器１に関する評価試験について説明する。
本発明者は、上記実施形態に係る変換器１をコンピュータシミュレーションによってモデル化し解析を行うことで、その通過特性と反射特性とを求め、比較評価した。

モデル化した構成としては、図１から図７に示した変換器１を採用した。この変換器１は、上述したように、使用周波数帯域として、７６ＧＨｚから８１ＧＨｚに設定される。よって、変換器１は、７６ＧＨｚから８１ＧＨｚの間で減衰が小さく、反射特性が良好になるように設定される必要がある。

実施例としては、次の２つを用意した。実施例１としては、上記実施形態で示した寸法で形成されたパターン開口部を有するグランドパターン１０を用いた変換器１を採用した。つまり、実施例１に係る変換器１の各パターン開口部の隅部は、バックショート３の開口部３ｂ１の隅部３２と同じ曲線形状とされている。また、各パターン開口部は、バックショート３の開口部３ｂ１から、導波管２の開口部２ａ１に向かって順にその開口領域が広がるように設定されている。

実施例２としては、各パターン開口部をバックショート３の開口部３ｂ１の寸法及び形状が同じとなるように設定したグランドパターン１０を用いた変換器１を採用した。つまり、実施例２に係る変換器１の各パターン開口部の隅部は、バックショート３の開口部３ｂ１の隅部３２と同じ曲線形状とされている。
さらに、比較例として、各パターン開口部を導波管２の開口部２ａ１の寸法及び形状が同じとなるように設定したグランドパターン１０を用いた変換器１を採用した。つまり、比較例に係る変換器１の各パターン開口部の隅部は、導波管２の開口部２ａ１の隅部２２に対応する形状とされている。

以下、実施例１、実施例２及び比較例の寸法を示す。
実施例１：Ｌ１＝２．５４ｍｍ、Ｓ１＝１．２７ｍｍ、Ｌ２＝２．５８ｍｍ、Ｓ２＝１．３１ｍｍ、Ｌ３＝２．６２ｍｍ、Ｓ３＝１．３５ｍｍ、Ｌ４＝２．６６ｍｍ、Ｓ４＝１．３９ｍｍ、各隅部４１、４２、４３、及び４４の曲率半径＝０．４ｍｍ
実施例２：Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４＝２．５４ｍｍ、Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３＝Ｓ４＝１．２７ｍｍ、各隅部４１、４２、４３、及び４４の曲率半径＝０．４ｍｍ
比較例：Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４＝２．５４ｍｍ、Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３＝Ｓ４＝１．２７ｍｍ、各隅部４１、４２、４３、及び４４の曲率半径＝０．１５ｍｍ以下

図８は、実施例及び比較例に係る変換器の通過特性を示すグラフである。図中、横軸は入力信号の周波数（ＧＨｚ）、縦軸は通過特性（ＳパラメータＳ_２１）（ｄＢ）を示している。
また、図中、線図Ｅ１（実線）は実施例１、線図Ｅ２（１点鎖線）は実施例２、及び線図Ｃ（破線）は比較例を示している。

図８中、比較例において、入力信号の周波数が７６ＧＨｚであるマーカｍ１での値が−０．３０８ｄＢ、入力信号の周波数が８１ＧＨｚであるマーカｍ２での値が−０．３５５ｄＢであるのに対し、実施例２では、マーカｍ１での値が−０．３０７ｄＢと比較例とほぼ同じであるが、マーカｍ２での値が−０．３３０ｄＢと高い周波数帯域側で通過ロスが低減されており、使用周波数帯域に対してより高い周波数側に広帯域化が実現されていることが判る。

また、実施例１では、マーカｍ１での値が−０．２６８ｄＢ、マーカｍ２での値が−０．３３２ｄＢと、比較例と比較してマーカｍ１、ｍ２の両方で通過ロスが低減されており、使用周波数帯域に対してより高い周波数側だけでなくより低い周波数側においても広帯域化が実現されていることが判る。

図９は、実施例及び比較例に係る変換器の反射特性を示すグラフである。図中、横軸は入力信号の周波数（ＧＨｚ）、縦軸は反射特性（ＳパラメータＳ_１１）（ｄＢ）を示している。
また、図中、線図Ｅ１（実線）は実施例１、線図Ｅ２（１点鎖線）は実施例２、及び線図Ｃ（破線）は比較例を示している。

図９中、比較例において、入力信号の周波数が７６ＧＨｚであるマーカｍ３での値が−１９．６６３ｄＢ、入力信号の周波数が８１ＧＨｚであるマーカｍ４での値が−１８．５３７ｄＢであるのに対し、実施例２では、マーカｍ３での値が−１９．６７２ｄＢと比較例に対して低減量が僅かであるが、マーカｍ４での値が−２０．６２５ｄＢと高い周波数帯域側で値が大きく低減されており、使用周波数帯域に対してより高い周波数側に広帯域化が実現されていることが判る。

また、実施例１では、マーカｍ３での値が−２４．１８４ｄＢ、マーカｍ４での値が−１９．１４５ｄＢと、比較例と比較してマーカｍ３、ｍ４の両方で通過ロスが低減されており、使用周波数帯域に対してより高い周波数側だけでなくより低い周波数側においても広帯域化が実現されていることが判る。

以上の結果から、本実施形態の変換器１によれば、使用周波数帯域に対してより広帯域化が実現可能であることが明らかとなった。

〔その他の実施形態について〕
上記実施形態では、誘電体基板を複数用いることで多層基板とした場合を例示したが、誘電体基板を１枚だけ用いた単層基板で構成してもよい。この場合、１枚誘電体基板の表裏面にグランドパターンを設ける。さらに、これらグランドパターンに設けられるパターン開口部の隅部は、バックショート３の開口部３ｂ１における隅部３２の曲線形状に対応した曲線形状に形成する。
このような単層基板を用いて変換器を構成した場合においても、導波管２の開口部２ａ１と、バックショート３の開口部３ｂ１との間で形状にギャップがあったとしても、不要な反射を抑制することができ、広帯域化が可能となる。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ マイクロストリップライン−導波管変換器
２ 導波管
２ａ 貫通孔
２ａ１ 開口部
２ｂ 端面
２ｃ 端面
２ｄ 内壁面
２ｅ 内隅
３ バックショート
３ａ 端面
３ｂ 孔部
３ｂ１ 開口部
３ｃ 逃げ部
３ｄ 内壁面
３ｅ 隅曲面部
４ 第１誘電体基板
４ａ 一面
５ 第２誘電体基板
６ 第３誘電体基板
９ マイクロストリップライン
９ａ アンテナ部
９ｂ 本体部
１０ グランドパターン
１１ 第１グランドパターン
１１ａ 第１パターン開口部
１２ 第２グランドパターン
１２ａ 第２パターン開口部
１３ 第３グランドパターン
１３ａ 第３パターン開口部
１４ 第４グランドパターン
１４ａ 第４パターン開口部
１５ 無パターン部
１５ａ 幅狭部
１５ｂ 幅広部
２０ 第１ビア
２１ 第２ビア
２２ 隅部
２３ 縁部
３２ 隅部
３３ 縁部
４１ 隅部
４２ 隅部
４３ 隅部
４４ 隅部

Claims (3)

1. 矩形状の第１開口部を有する導波管と、
   前記導波管を終端する終端部と、
   前記導波管と前記終端部との間に介在している基板と、
   前記基板に設けられ前記導波管に電磁的に結合される伝送線路と、
   前記基板の表裏面に設けられた接地導体パターンと、を備え、
   前記終端部は、前記導波管の第１開口部に対応して開口した矩形状の第２開口部を有し、
   前記第２開口部における４隅が、当該第２開口部において対角線上で対向している隅同士の間隔が前記第１開口部において対角線上で対向している隅同士の間隔よりも小さくなるような曲線形状とされ、
   前記接地導体パターンは、前記第１開口部に対応して開口した矩形状のパターン開口部を有し、
   前記パターン開口部の４隅が、前記第２開口部における４隅の曲線形状に対応した曲線形状とされている
   伝送線路−導波管変換器。
2. 前記基板は複数であり、
   複数の前記基板、及び前記接地導体パターンは交互に配置されて互いに積層されている請求項１に記載の伝送線路−導波管変換器。
3. 複数の前記接地導体パターンの内、前記終端部に最も近い位置に配置されることで前記終端部に接触している接地導体パターン以外の前記接地導体パターンは、前記パターン開口部の大きさが、前記第２開口部と同じ、又は前記第２開口部よりも大きくなっているとともに、配置される位置が前記終端部から遠ざかるに従って、前記パターン開口部の大きさが漸次大きくなっている請求項２に記載の伝送線路−導波管変換器。

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