JP2017028677A - 誘電体導波管の入出力接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の誘電体導波管の入出力接続構造は、結合の大きさに限界があり、広帯域な特性を得ることが困難であるという問題があった。【解決手段】誘電体導波管は、外装を導体膜で覆われた略直方体形状の誘電体からなり、一側面に他の誘電体導波管と接続するための結合部と、底面に一側面を除く隣接する２つの側面にＬ字形状に誘電体が露出するスロットとを有し、プリント基板は、表面には、スロットの対向する位置に、スロットの外形よりが大きな外形の開口部を有する表面グランドパターンと、裏面には、裏面グランドパターンと、裏面グランドパターンに囲まれ、スロットを横切るように配置されたストリップ線路とを有し、ストリップ線路の先端と表面グランドパターンとがビアホールで接続され、開口部は、周囲を表面グランドパターンと裏面グランドパターンとを接続するビアホール群で囲繞され、誘電体導波管は、開口部とスロットとが対峙して配置する。【選択図】 図１

Description

本発明は、誘電体導波管と、それを実装するプリント基板との間の入出力接続構造に関するものであり、特にその広帯域化に係わる。

近年、移動体通信機器が普及し、それらの通信にはＧＨｚ帯の周波数が利用されてきている。そして、移動体通信機器間の通信を中継する基地局では、導波管共振器を組み合わせた導波管フィルタが用いられている。
誘電体導波管フィルタは、誘電体の波長短縮効果により、従来の空洞導波管と比べて飛躍的に小型化することができ、プリント基板に直接実装して利用することが可能になった。

しかし、誘電体導波管とプリント基板で用いられるストリップ線路とでは、伝送される電磁波のモードが異なる。そのため、たとえば誘電体導波管フィルタのような誘電体導波管をプリント基板に直接実装して利用する場合には、ストリップ線路を誘電体導波管へ変換する広帯域な入出力接続構造が必要となる。

図５は、特許文献１に記載されている、従来の誘電体導波管の入出力接続構造の一例を説明するための分解斜視図であり、誘電体導波管１をプリント基板４の表面上に実装した場合を示している。図５において、誘電体が露出する部位を斜線で示している。

図５に示すように、誘電体導波管１は、外装を導体膜で被覆された略直方体形状の誘電体からなる。
誘電体導波管１の側面には、図示しない他の誘電体導波管と接続するための誘電体が露出する結合窓２が設けられ、誘電体導波管１の底面の中央には、導体膜に間隔をおいて囲繞された略四角形状の電極３が設けられている。

プリント基板４は、基材７の表面に表面グランドパターン５と、裏面に裏面グランドパターン６とを具える。
プリント基板４の表面には、表面グランドパターン５と間隔をおいて囲繞された略四角形状の電極５ａが設けられ、プリント基板４の裏面には、裏面グランドパターン６と間隔をおいて配置されたストリップ線路６ａが設けられている。
電極５ａの中心とストリップ線路６ａの先端とは、ビアホール７ａで接続されている。

誘電体導波管１は、誘電体導波管１に設けられた電極３とプリント基板４に設けられた電極５ａとが対峙するように、プリント基板４に実装される。

特開２０００−４９５０６号公報 特開平８−１３９５０４号公報

上記した従来の誘電体導波管の入出力接続構造は、誘電体導波管とストリップ線路との間の結合の大きさに限界があり、広帯域な特性を得ることが困難であるという問題があった。

上記の問題を解決するために本発明の誘電体導波管の入出力接続構造は、
誘電体導波管の電極とプリント基板のストリップ線路とを接続し、他の誘電体導波管と接続される誘電体導波管の入出力接続構造において、前記誘電体導波管は、外装を導体膜で覆われた略直方体形状の誘電体からなり、一側面に他の誘電体導波管と接続するための結合部と、底面に、前記一側面を除く隣接する２つの側面にそれぞれ平行な２本の直線状のスロットが端部で交差するＬ字形状に誘電体が露出するスロットとを有し、
前記プリント基板は、表面には、前記スロットの対向する位置に、前記スロットの外形よりが大きな外形の開口部を有する表面グランドパターンと、裏面には、裏面グランドパターンと、前記裏面グランドパターンに囲まれ、前記スロットを横切るように配置されたストリップ線路とを有し、
前記ストリップ線路の先端と表面グランドパターンとがビアホールで接続され、
前記開口部は、周囲を前記表面グランドパターンと前記裏面グランドパターンとを接続するビアホール群で囲繞され、
前記誘電体導波管は、前記開口部と前記スロットとが対峙して配置されることを特徴とする。

本発明は、誘電体導波管とストリップ線路との間の結合を大きくすることができ、広帯域な誘電体導波管の入出力接続構造を提供することができる。

本発明の第１の実施例による誘電体導波管の入出力接続構造を説明するための分解斜視図である。 本発明の第１の実施例と従来例とを比較するためのシミュレーション結果である。 本発明の第２の実施例による誘電体導波管の入出力接続構造を説明するための分解斜視図である。 本発明の第２の実施例と第１の実施例とを比較するためのシミュレーション結果である。 従来の誘電体導波管の入出力接続構造の一例を説明するための分解斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の誘電体導波管の入出力接続構造を説明する。
（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例による誘電体導波管の入出力接続構造の分解斜視図であり、誘電体導波管１０をプリント基板４０の表面上に実装された場合を示している。図１において、誘電体が露出する部位を斜線部で示している。

図１に示すように、誘電体導波管１０は、外装を導体膜で被覆された直方体形状の誘電体からなる。
誘電体導波管１０の側面１０ａには、他の誘電体と接続するための、略四角形状に誘電体が露出する結合窓２０が形成され、誘電体導波管１０の底面１１ｂには、Ｌ字形状に誘電体が露出するスロット３０が設けられている。
スロット３０は、側面１０ｂの近傍の側面１０ｂと平行な直線状のスロットと、側面１０ｃの近傍の側面１０ｃと平行な直線状のスロットからなり、側面１０ｂと側面１０ｃとの角部近傍で直交する。

プリント基板４０は、基材７０の表面の略全面に設けられた、表面グランドパターン５０と、裏面の略全面に設けられた、裏面グランドパターン６０を具えている。
表面グランドパターン５０には、スロット３０の対峙する位置に、スロット３０と略同一形状に基材７０が露出する開口部５１が設けられ、裏面グランドパターン６０には、裏面グランドパターン６０と間隔をおいて、開口部５１の角部の内側から外側に開口部５１を横切るストリップ線路６１が設けられている。ストリップ線路６１は、開口部５１の両端からのＬ字形状に沿った距離が略等しい位置で横切っている。
ストリップ線路６１の先端と表面グランドパターン５０とは、ビアホール７１で接続されている。
開口部５１は、表面グランドパターン５０と裏面グランドパターン６０とを接続するビアホール群８０で略四角形状に囲繞されている。以下、ビアホール群で囲繞された領域を囲繞領域という。

一般的に、誘電体共振器は、上面から見て、誘電体共振器の中央から同心円状に電界強度が強くなる。また、誘電体導波管１０において、側面１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに近いほど、側面の中央ほど、磁界強度が強い。そこで、本発明の誘電体導波管の入出力接続構造では、側面１０ｂ、１０ｃにそれぞれ平行な２本の直線状のスロットが側面１０ｂ、１０ｃの角部近傍で直交するＬ字形状のスロット３０を、隣接する側面１０ｂ、１０ｃに揃えて、その近傍に配置し、スロット３０と平面視で交差するストリップ線路６１と結合させている。その結果、スロットとストリップ線路との結合をより大きくすることができ、広帯域化することができる。

図２は本実施例の誘電体導波管の入出力接続構造と、従来の誘電体導波管の入出力接続構造の特性を、シミュレーションして比較したグラフである。
図２において、縦軸は挿入損失、横軸は周波数を示し、点線は第１の実施例の誘電体導波管の入出力接続構造、実線は本発明の誘電体導波管の入出力接続構造を示す。
図２の結果から、本発明の誘電体導波管の入出力接続構造は、従来の誘電体導波管の入出力接続構造に比べて、３倍以上の広帯域な特性を有していることが分かる。

なお、上記した実施例では、スロット３０は、結合窓２０の設けられた側面１０ａを除く任意の隣接する２つの側面に揃えて設けることができる。つまり、スロット３０は、側面１０ｂ、１０ｃに揃えて配置してもよく、側面１０ｃ、１０ｄに揃えて配置してもよい。

また、上記した誘電体導波管の入出力接続構造において、開口部５１の外形とスロット３０の外形とは略同一形状としたが、実際には、開口部５１の外形は、開口部５１の外形とスロット３０の外形とが重なり合った形状により決まる。したがって、開口部５１の外形をスロット３０の外形より稍々大きくすることによって、誘電体導波管をプリント基板に実装する際の位置ずれによる特性の劣化を最小化できる。

（第２の実施例）
第１の実施例において、入出力接続構造を広帯域化するためには、スロットの大きさをある程度大きくしなければならず、それにともなって囲繞領域も広くしなければならない。しかし、囲繞領域９０が広いと囲繞領域の共振周波数が下がって、誘電体導波管１０の共振周波数ｆ_０に近づき、誘電体導波管の高域側の周波数特性に悪影響を及ぼす。

図３は、本発明の第２の実施例による誘電体導波管の入出力接続構造の分解斜視図である。本実施例は、図１の実施例において、囲繞領域の形状を変更したものである。図３において、図１と同一部品および同一部分には同じ符号を付して、詳しい説明を省略する。

図３に示すように、囲繞領域９１は、略四角形状のスロット３０のＬ字の角部と対向する一角が、３角形状に面取りされている。

図４は、図３に示した誘電体導波管の入出力接続構造の特性をシミュレーションしたグラフである。図４において、縦軸は挿入損失を示し、横軸は周波数を示し、実線は、第２の実施例の誘電体導波管の入出力接続構造、点線は比較のための第１の誘電体導波管の入出力接続構造を示す。

図４から明らかなように、本実施例の誘電体導波管の入出力接続構造は、第１の実施例の誘電体導波管の入出力接続構造に比べて、高域側の周波数特性が急峻になっていることが分かる。これは、囲繞領域の共振の影響を小さくできたためであると考えられる。

このように、囲繞領域を略四角形状の一角を面取りした形状にすることにより、誘電体導波管の入出力接続構造の特性を改善することができる。

以上述べたように、本発明の誘電体導波管の入出力接続構造を用いることで、結合が大きく、広帯域な誘電体導波管の入出力接続構造とすることができる。

なお、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、変更や置換などが可能である。

たとえば、誘電体導波管は、他の誘電体導波管に接続するための結合部として結合窓を用いたが、結合部は結合窓に限らない。誘電体導波管の誘電率と異なる誘電率の誘電体板を用いても良い。また、棒状の誘電体の両側面に溝を設けて、誘電体導波管と他の誘電体導波管を一体に形成しても良い。

１、１０ 誘電体導波管
４、４０ プリント基板
５、５０ 表面グランドパターン
６、６０ 裏面グランドパターン
７、７０ 基材
３、５ａ 電極
３０ スロット
５１ 開口部
６ａ、６１ ストリップ線路
７ａ、７１ ビアホール
８０ ビアホール群
９０、９１ 囲繞領域

Claims (4)

1. 誘電体導波管の電極とプリント基板のストリップ線路とを接続し、他の誘電体導波管と接続される誘電体導波管の入出力接続構造において、
   前記誘電体導波管は、外装を導体膜で覆われた略直方体形状の誘電体からなり、
   一側面に他の誘電体導波管と接続するための結合部と、
   底面に、前記一側面を除く隣接する２つの側面にそれぞれ平行な２本の直線状のスロットが端部で交差するＬ字形状に誘電体が露出するスロットとを有し、
   前記プリント基板は、
   表面には、前記スロットの対向する位置に、前記スロットの外形よりも大きな外形の開口部を有する表面グランドパターンと、
   裏面には、裏面グランドパターンと、前記裏面グランドパターンに囲まれ、前記スロットを横切るように配置されたストリップ線路とを有し、
   前記ストリップ線路の先端と表面グランドパターンとがビアホールで接続され、
   前記開口部は、周囲を前記表面グランドパターンと前記裏面グランドパターンとを接続するビアホール群で囲繞され、
   前記誘電体導波管は、前記開口部と前記スロットとが対峙して配置される
   ことを特徴とする誘電体導波管の入出力接続構造。
2. 前記ストリップ線路と前記スロットとは、前記スロットの両端からの開口に沿った距離が略等しい位置で横切る
   請求項１に記載の誘電体導波管の入出力接続構造。
3. 前記ビアホールは、前記スロットの近傍に配置されている
   請求項２に記載の誘電体導波管の入出力接続構造。
4. ビアホール群は、前記開口部を、四角形状の一角が３角形状に面取りされた形状に囲繞する
   請求項２に記載の誘電体導波管の入出力接続構造。

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