JP3439973B2 - 誘電体導波管線路の分岐構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波帯やミ
リ波帯等の高周波信号を伝送するための誘電体導波管線
路の分岐構造に関し、特に誘電体導波管線路を平行な２
本の誘電体導波管線路に分岐し、しかも分岐後の電力比
を任意に設定しうる誘電体導波管線路の分岐構造に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波帯やミリ波帯等の高周波信号
を扱う高周波回路において高周波信号を伝送するための
伝送線路には小型で伝送損失が小さいことが求められて
おり、特に回路を構成する基板上または基板内に形成で
きると小型化の面で有利となることから、従来、そのよ
うな伝送線路としてストリップ線路やマイクロストリッ
プ線路・コプレーナ線路・誘電体導波管線路などが用い
られてきた。

【０００３】これらのうちストリップ線路・マイクロス
トリップ線路・コプレーナ線路は誘電体基板と導体層か
ら成る信号線路およびグランド導体層とで構成されてお
り、信号線路とグランド導体層の周囲の空間および誘電
体中を高周波信号の電磁波が伝播するものであるが、こ
れらの線路は30ＧＨｚ帯域までの信号伝送に対しては問
題ないが、30ＧＨｚ以上では伝送損失が生じやすい。

【０００４】これに対して導波管型の線路は30ＧＨｚ以
上のミリ波帯域においても伝送損失が小さい点で有利で
あり、このような導波管の優れた伝送特性を活かし、多
層基板内に形成可能な線路も提案されている。

【０００５】例えば特開平６−53711 号公報によれば、
誘電体基板を一対の導体層で挟み、さらに導体層間を接
続する２列の複数の貫通導体、例えばビアホールによっ
て側壁を形成した導波管線路が提案されている。この導
波管線路によれば、誘電体材料の四方を導体層とビアホ
ールによる疑似的な導体壁で囲むことによって導体壁内
の領域を信号伝送用の線路としたものであり、構成がい
たって簡単となって装置全体の小型化も図り得るという
ものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に、高周波回路を
構成する場合、特にアレイアンテナの給電線等を形成す
る場合等には伝送線路の配線回路において分岐を設ける
ことが必要となる。

【０００７】しかしながら、ストリップ線路やマイクロ
ストリップ線路・コプレーナ線路は信号線路がグランド
導体層で完全に覆われていないため、伝送線路の途中に
分岐を設けるとその分岐から電磁波の放射が起こり、伝
送損失が大きくなるという問題点があった。

【０００８】また、誘電体導波管線路としては、例えば
誘電体線路を２枚のグランド導体板で挟持し、グランド
導体板間の誘電体線路以外の部分に空気が満たされた構
造のＮＲＤガイドがあり、これに分岐を設けるためには
屈曲した２本の線路を結合させて方向性結合器を形成す
る方法が用いられるが、線路に屈曲部がある場合はその
形状によっては異なる伝播モードが発生して伝送損失が
大きくなることがあるため、設計上の制約が大きいとい
う問題点があった。また、誘電体線路は通常はフッ素樹
脂等で作製されているが、特に高周波領域で使用するも
のは線路の寸法が小さくなるため、屈曲部等の加工が困
難であり量産が難しいという問題点もあり、さらに、高
周波回路の配線として誘電体基板上または基板内に形成
することが困難であるという問題点もあった。

【０００９】また、通常の導波管は金属の壁で囲まれた
空間を電磁波が伝播する構造となっており、誘電体によ
る損失がないため高周波での損失が小さく、分岐があっ
ても放射損失はないが、誘電体を利用した伝送線路と比
較して寸法が大きくなるという問題点があった。これに
対し、導波管内に比誘電率がε_r の誘電体を充填した誘
電体導波管は通常の１／√ε_r の寸法で作製できるが、
これも誘電体基板上または基板内に形成することが困難
であるという問題点があった。

【００１０】さらに、特開平６−53711 号公報に提案さ
れたような誘電体導波管線路において、その一対の導体
層と２列のビアホールによる疑似的な導体壁で囲まれた
信号伝送用の線路に単純に分岐を設けた場合、電磁界に
乱れが生じることから伝送損失が大きくなるという問題
点があった。

【００１１】従って、誘電体基板内にアレーアンテナの
給電線等を形成するための分岐を設けた伝送線路の配線
回路を作製して高周波回路を構成するために、誘電体基
板内に形成でき、電磁波の放射が無く伝送損失が小さい
誘電体導波管線路の分岐構造が求められていた。

【００１２】本発明は上記事情に鑑みて案出されたもの
であり、その目的は、誘電体基板内に形成でき、高周波
信号の電磁波の放射・漏洩が無く、分岐後の電力比を任
意に設定可能で伝送損失が小さい良好な伝送特性を有す
る誘電体導波管線路の分岐構造を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の問
題点に対して検討を重ねた結果、誘電体導波管線路につ
いて、誘電体基板中に２列の貫通導体群およびこの貫通
導体群の各列を形成する貫通導体同士をそれら貫通導体
の途中で電気的に接続する補助導体層の上下をこれら貫
通導体群と電気的に導通した一対の導体層で完全に覆っ
て形成される構造の誘電体導波管線路から成る伝送線路
を設け、第１の伝送線路と平行に配置した第２および第
３の伝送線路とを高周波信号の伝送方向が互いに平行と
なるように接続した分岐において、貫通導体群の貫通導
体の配列を所定の配列構造とすることにより高周波信号
の電磁波の放射・漏洩がほとんど無く分岐後の電力比を
任意に設定可能で低伝送損失の良好な伝送特性を有する
伝送線路の分岐構造とできることを見いだした。

【００１４】請求項１に係る発明の誘電体導波管線路の
分岐構造は、誘電体基板を挟持する一対の導体層と、高
周波信号の伝送方向に前記高周波信号の遮断波長の２分
の１以下の繰り返し間隔で、かつ前記伝送方向と直交す
る方向に一定の幅ｄで前記導体層間を電気的に接続する
よう形成された２列の貫通導体群と、前記一対の導体層
間の前記２列の貫通導体群から外側に形成され、これら
貫通導体群の各列を形成する貫通導体同士をそれら貫通
導体の途中で電気的に接続する補助導体層とを具備し、
前記導体層、前記貫通導体群および前記補助導体層に囲
まれた領域によって高周波信号を伝送する第１乃至第３
の誘電体導波管線路を、これら第２および第３の誘電体
導波管線路を一方の列の貫通導体群を共有させて配置
し、かつその先端と前記第１の誘電体導波管線路の先端
とを各誘電体導波管線路の高周波信号の伝送方向が平行
となるように対向させて、前記第１の誘電体導波管線路
の先端と前記第２および第３の誘電体導波管線路の先端
の両端との間を接続用貫通導体群で接続したことを特徴
とするものである。

【００１５】また、請求項２に係る発明の誘電体導波管
線路の分岐構造は、誘電体基板を挟持する一対の導体層
と、高周波信号の伝送方向に前記高周波信号の遮断波長
の２分の１以下の繰り返し間隔で、かつ前記伝送方向と
直交する方向に一定の幅ｄで前記導体層間を電気的に接
続するよう形成された２列の貫通導体群と、前記一対の
導体層間の前記２列の貫通導体群から外側に形成され、
これら貫通導体群の各列を形成する貫通導体同士をそれ
ら貫通導体の途中で電気的に接続する補助導体層とを具
備し、前記導体層、前記貫通導体群および前記補助導体
層に囲まれた領域によって高周波信号を伝送する第１乃
至第３の誘電体導波管線路を、これら第２および第３の
誘電体導波管線路を先端を揃えて外側の前記貫通導体群
同士の間隔ｗが前記一定の幅ｄに対して２ｄ＜ｗ≦３ｄ
となるように平行に配置するとともに隣り合う列の貫通
導体群の先端間を補助接続用貫通導体群で接続し、かつ
その先端と前記第１の誘電体導波管線路の先端とを各誘
電体導波管線路の高周波信号の伝送方向が平行となるよ
うに対向させて、前記第１の誘電体導波管線路の先端と
前記第２および第３の誘電体導波管線路の先端の両端と
の間を接続用貫通導体群で接続したことを特徴とするも
のである。

【００１６】また、請求項３に係る発明の誘電体導波管
線路の分岐構造は、上記の請求項１または請求項２に係
る発明の誘電体導波管線路の分岐構造において、前記第
２および第３の誘電体導波管線路の少なくとも一方の前
記２列の貫通導体群の間に分岐後の電力比調整用の貫通
導体を形成したことを特徴とするものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照しなが
ら説明する。図ｌ（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発
明の誘電体導波管線路の分岐構造に係る誘電体導波管線
路の構成例を説明するための概略斜視図である。図１に
おいて、１は誘電体基板、２は誘電体基板１を挟持する
一対の導体層、３は一対の導体層２間を電気的に接続す
るよう形成された貫通導体であり、４は高周波信号の伝
送方向にその高周波信号の遮断波長の２分の１以下の繰
り返し間隔ｐで、かつその伝送方向と直交する方向に一
定の幅ｄで貫通導体３を配設することにより形成された
２列の貫通導体群である。

【００１８】図１によれば、所定の厚みａの平板状の誘
電体基板１を挟持する位置に一対の導体層２・２が形成
されている。導体層２・２は誘電体基板１の少なくとも
伝送線路形成位置を挟む上下面に形成されている。ま
た、導体層２・２間には導体層２・２間を電気的に接続
する貫通導体３が多数設けられている。これら貫通導体
３は、図示するように、高周波信号の伝送方向すなわち
線路形成方向にこの線路により伝送される高周波信号の
遮断波長の２分の１以下の所定の繰り返し間隔ｐで、か
つ前記伝送方向と直交する方向に所定の一定の間隔
（幅）ｄをもって２列に形成されることにより、伝送線
路となる貫通導体群４を形成している。

【００１９】平行に配置された一対の導体層２・２間に
はＴＥＭ波が伝播できるため、貫通導体群４の各列にお
ける貫通導体３の間隔ｐが遮断波長の２分の１よりも大
きいと、この線路に電磁波を給電してもここで作られる
疑似的な導波管に沿って伝播しなくなる。しかし、貫通
導体３の間隔ｐが遮断波長の２分の１以下であると電気
的な側壁を形成することとなって、電磁波は伝送線路に
対して垂直方向に伝播することができず、反射しながら
伝送線路方向に伝播されることとなる。その結果、この
ような構造の導体層２と貫通導体構４とにより囲まれる
断面積がａ×ｄのサイズの領域により、誘電体導波管と
非常によく類似した良好な伝送特性が得られる。

【００２０】ここで、誘電体基板１の厚みａに対する制
限は特にないが、シングルモードで用いる場合には前記
一定の幅ｄに対して２分の１程度または２倍程度とする
ことが良く、図１の例では誘電体導波管のＨ面とＥ面に
当たる部分が各々導体層２と貫通導体群４で形成され、
図１（ａ）のように幅ｄに対して厚みａを２分の１程度
とすれば、誘電体導波管のＨ面とＥ面に当たる部分が各
々導体層２と貫通導体群４で形成されることとなり、図
１（ｂ）のように幅ｄに対して厚みａを２倍程度とすれ
ば、誘電体導波管のＥ面とＨ面に当たる部分が各々導体
層２と貫通導体群４で形成されることとなる。

【００２１】なお、５は貫通導体群４の各列を形成する
貫通導体３同士を電気的に接続する補助導体層である。
このような補助導体層５を形成することによって、導波
管線路内部から見ると線路の側壁は貫通導体群４と補助
導体層５とによって細かな格子状になり、線路からの電
磁波の遮蔽効果をより高めることができる。また、この
図１の例では貫通導体群４は２列に形成したが、この貫
通導体群４を４列あるいは６列に配設して貫通導体群４
による疑似的な導体壁を２重あるいは３重に形成するこ
とにより、導体壁からの電磁波の漏れをより効果的に防
止することもできる。

【００２２】このような導波管線路構造によれば、誘電
体基板１の比誘電率をε_r とすると導波管サイズは通常
の導波管の１／√ε_r の大きさになる。従って、誘電体
基板１を構成する材料を比誘電率の大きいものとするほ
ど導波管サイズを小さくすることができて高周波回路の
小型化を図ることができ、高密度に配線が形成される多
層配線基板または半導体素子収納用パッケージの伝送線
路としても利用可能な大きさとなる。

【００２３】なお、貫通導体群４を構成する貫通導体３
は前述のように遮断波長の２分の１以下の繰り返し間隔
ｐで配設されており、この繰り返し間隔ｐは良好な伝送
特性を実現するためには一定の繰り返し間隔とすること
が望ましいが、遮断波長の２分の１以下の間隔であれば
適宜変化させたりいくつかの値を組み合わせたりしても
よい。

【００２４】また誘電体基板１としては、誘電体として
機能し高周波信号の伝送を妨げることのない特性を有す
るものであればとりわけ限定するものではないが、伝送
線路を形成する際の精度および製造の容易性の点から
は、誘電体基板１はセラミックスからなることが望まし
い。

【００２５】このようなセラミックスとしてはこれまで
様々な比誘電率を持つセラミックスが知られているが、
本発明に係る誘電体導波管線路によって高周波信号を伝
送するためには常誘電体であることが望ましい。これ
は、一般に強誘電体セラミックスは高周波領域では誘電
損失が大きく伝送損失が大きくなるためである。従っ
て、誘電体基板１の比誘電率ε_r は４〜100 程度が適当
である。

【００２６】また、一般に多層配線基板や半導体素子収
納用パッケージに形成される配線層の線幅は最大でも１
ｍｍであることから、比誘電率が100 の材料を用い、上
部がＨ面すなわち磁界が上側の面に平行に巻く電磁界分
布になるように用いた場合、用いることのできる最小の
周波数は約15ＧＨｚと算出され、マイクロ波帯の領域で
も利用可能となる。一方、一般的に誘電体基板１として
用いられる樹脂からなる誘電体は、比誘電率ε_r が２程
度であるため、線幅が１ｍｍの場合、約100 ＧＨｚ以上
でないと利用することができないものとなる。

【００２７】また、このような常誘電体セラミックスの
中にはアルミナやシリカ等のように誘電正接が非常に小
さなものが多いが、全ての常誘電体セラミックスが利用
可能であるわけではない。誘電体導波管線路の場合は導
体による損失はほとんどなく、信号伝送時の損失のほと
んどは誘電体による損失であり、誘電体による損失α
（ｄＢ／ｍ）は下記のように表わされる。 α＝27.3×ｔａｎδ／λ／｛１−（λ／λ_c ）² ｝^1/2 式中、ｔａｎδは誘電体の誘電正接、λは誘電体中の波
長、λ_c は遮断波長であり、規格化された矩形導波管
（ＷＲＪシリーズ）形状に準ずると、上式中の｛１−
（λ／λ_c ）² ｝^1/2 は0.75程度である。

【００２８】従って、実用に供し得る伝送損失である−
100 （ｄＢ／ｍ）以下にするには、下記の関係が成立す
るように誘電体を選択することが必要である。 ｆ×ε_r ^1/2 ×ｔａｎδ≦0.8 式中、ｆは使用する周波数（ＧＨｚ）である。

【００２９】このような誘電体基板１としては、例えば
アルミナセラミックスやガラスセラミックス・窒化アル
ミニウムセラミックス等があり、例えばセラミックス原
料粉末に適当な有機溶剤や溶媒を添加混合して泥漿状と
なすとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカ
レンダーロール法等を採用してシート状となすことによ
って複数枚のセラミックグリーンシートを得、しかる
後、これらセラミックグリーンシートの各々に適当な打
ち抜き加工を施すとともにこれらを積層し、アルミナセ
ラミックスの場合は1500〜1700℃、ガラスセラミックス
の場合は850 〜1000℃、窒化アルミニウムセラミックス
の場合は1600〜1900℃の温度で焼成することによって製
作される。

【００３０】また、一対の導体層２としては、例えば誘
電体基板１がアルミナセラミックスから成る場合、タン
グステン等の金属粉末に適当なアルミナ・シリカ・マグ
ネシア等の酸化物や有機溶剤・溶媒等を添加混合してペ
一スト状にしたものを厚膜印刷法により少なくとも伝送
線路を完全に覆うようにセラミックグリーンシート上に
印刷し、しかる後、約1600℃の高温で焼成し、厚み10〜
15μｍ以上となるようにして形成する。

【００３１】なお、金属粉末としては、ガラスセラミッ
クスの場合は銅・金・銀が、窒化アルミニウムセラミッ
クスの場合はタングステン・モリブデンが好適である。
また、導体層２の厚みは一般的に５〜50μｍ程度とされ
る。

【００３２】また、貫通導体３としては、例えばビアホ
ール導体やスルーホール導体等により形成すればよく、
その断面形状も製作が容易な円形の他、矩形や菱形等の
多角形であってもよい。これら貫通導体３は、例えばセ
ラミックグリーンシートに打ち抜き加工を施して作製し
た貫通孔に前記導体層２と同様の金属ペーストを埋め込
み、しかる後、誘電体基板１と同時に焼成し形成する。
なお、貫通導体３は直径50〜300 μｍが適当である。

【００３３】このような誘電体導波管線路による請求項
１に係る発明の誘電体導波管線路の分岐構造の実施の形
態の一例を図２に平面図で示す。図２において、３は誘
電体基板（図示せず）中に高周波信号の伝送方向に高周
波信号の遮断波長の２分の１以下の繰り返し間隔ｐで、
かつその伝送方向と直交する方向に一定の幅ｄで、誘電
体基板を挟持する一対の導体層（図示せず）間を電気的
に接続するよう形成された貫通導体、４ａ・４ｂ・４ｃ
・４ｄはそのような貫通導体３により構成された貫通導
体群であり、６は一対の導体層と２列の貫通導体群４ａ
とにより構成される第１の誘電体導波管線路を、７は一
対の導体層と２列の貫通導体群４ｂ・４ｄとにより構成
される第２の誘電体導波管線路を、また８は一対の導体
層と２列の貫通導体群４ｃ・４ｄとにより構成される第
３の誘電体導波管線路を示しており、第２の誘電体導波
管線路７と第３の誘電体導波管線路８とは互いに一方の
列の貫通導体群４ｄを共有させて配置されている。

【００３４】また、４ｅは第１の誘電体導波管線路６の
先端と第２および第３の誘電体導波管線路７・８の先端
の両端との間を接続する接続用貫通導体群であり、この
例では第１の誘電体導波管線路６の先端の貫通導体６ａ
に対して伝送方向と直角方向に配設された貫通導体群と
貫通導体群４ｂおよび４ｃを延長するように配設された
貫通導体群とにより階段状に形成した例を示しており、
９はこの接続用貫通導体群により構成される接続用誘電
体導波管線路を示している。

【００３５】図２に示した請求項１の発明に係る誘電体
導波管線路の分岐構造では、２列の貫通導体群４ａによ
り構成される第１の誘電体導波管線路６と、同様に２列
の貫通導体群４ｂ・４ｄにより構成される第２の誘電体
導波管線路７および２列の貫通導体群４ｃ・４ｄにより
構成される第３の誘電体導波管線路８とを設けるととも
に、第２および第３の誘電体導波管線路７・８を一方の
列の貫通導体群４ｄを共有させて配置し、その先端と第
１の誘電体導波管線路６の先端とを互いの高周波信号の
伝送方向が平行となるように対向させて、第１の誘電体
導波管線路６の先端の貫通導体６ａと第２および第３の
誘電体導波管線路７・８の先端の両端の貫通導体群４ｂ
・４ｃとを接続用貫通導体群４ｅにより接続している。

【００３６】このような構成によれば、分岐前の第１の
誘電体導波管線路６の幅ｄを接続用貫通導体群４ｅを介
して広げて第２の誘電体導波管線路７および第３の誘電
体導波管線路８に高周波信号の伝送方向が平行となるよ
うに接続し、第１の誘電体導波管線路６から第２の誘電
体導波管線路７と第３の誘電体導波管線路８とに高周波
信号を分岐することにより、誘電体導波管線路の幅ａは
第１の誘電体導波管線路６の幅ｄから接続用誘電体導波
管線路９の幅２ｄに変化するので、単純なＴ分岐におい
て誘電体導波管線路の幅ａが第１の誘電体導波管線路６
の幅ｄから接続用誘電体導波管線路９の幅２ｄ≪ａ＜∞
に変化するのに比較して分岐部における特性インピーダ
ンスの不整合を小さくでき、分岐前後で同位相の電界の
面の向きが変化しないため、分岐部での高周波信号の反
射が小さくなり、その結果、伝送損失の小さいものとな
る。

【００３７】また、図２では第１の誘電体導波管線路６
の中心線と第２および第３の誘電体導波管線路７・８の
中心線すなわち共有している貫通導体群４ｄを通る直線
とを一致させた例を示しており、このような場合は、第
１の誘電体導波管線路６から接続用貫通導体群４ｅ（接
続用誘電体導波管線路９）を介しての第２および第３の
誘電体導波管線路７・８への電磁波の伝播のし易さはほ
ぼ同じとなる。従って、分岐前の第１の誘電体導波管線
路６から第２の誘電体導波管線路７および第３の誘電体
導波管線路８に分岐したときの分岐後の電力比はほぼ
１：１の等分岐となる。

【００３８】これに対し、分岐後の電力比を不等分岐と
できる、請求項１に係る発明の誘電体導波管線路の分岐
構造の他の例を図３に図２と同様の平面図で示す。

【００３９】図３の例においては、図２と同様の箇所に
は同じ符号を付してあり、第１の誘電体導波管線路６の
中心線10を第２の誘電体導波管線路７および第３の誘電
体導波管線路８の中心線すなわち共有している貫通導体
群４ｄを通る直線11と一致した位置から第２の誘電体導
波管線路７寄りに信号伝送方向に直角に距離ｈ（０＜ｈ
＜ｄ／２）だけ移動させたことを除き図２と同様であ
る。

【００４０】このような構成によれば、第１の誘電体導
波管線路６から接続用貫通導体群４ｅ（接続用誘電体導
波管線路９）を介しての第２の誘電体導波管線路７およ
び第３の誘電体導波管線路８への特性インピーダンス
は、中心線10と中心線（貫通導体群４ｄを通る直線）11
とが一致している場合に比べてほとんど変化しないが、
電磁波は距離ｈの大きさに応じて第２の誘電体導波管線
路７の方により伝播し易くなる。従って、分岐前の第１
の誘電体導波管線路６から第２の誘電体導波管線路７と
第３の誘電体導波管線路８に分岐したときの分岐後の電
力比が１：１の等分岐ではなくなり、第１の誘電体導波
管線路６の中心線10を移動させる距離ｈを適当に選ぶこ
とにより任意の電力比とすることができる。

【００４１】なお、図２および図３中にＬで示した接続
用貫通導体群４ｅ（接続用誘電体導波管線路９）の信号
伝送方向の長さは、０＜Ｌ≦ｄが好適である。この長さ
Ｌを一定の幅ｄの値を超えて長くしても、特性インピー
ダンスの不整合を小さくし分岐部での高周波信号の反射
を小さくする効果は小さいものとなる。

【００４２】また、接続用貫通導体群４ｅ（接続用誘電
体導波管線路９）における貫通導体の繰り返し間隔は、
高周波信号の遮断波長の２分の１以下とすることが望ま
しく、それにより電気的な側壁が形成されることとな
る。

【００４３】さらに、図２および図３では接続用貫通導
体群４ｅを階段状に配設した例を示したが、接続用貫通
導体群４ｅは第１の誘電体導波管線路６の先端と第２お
よび第３の誘電体導波管線路７・８の先端の両端とを直
線状に接続するように配設してもよく、あるいは円弧状
に接続するように配設してもよい。

【００４４】次に、請求項２に係る発明の誘電体導波管
線路の分岐構造の実施の形態の一例を図４に図２と同様
の平面図で示す。図４において、図２と同様の箇所には
同じ符号を付してあり、３は貫通導体、４ａ・４ｂ・４
ｃ・４ｄ２・４ｄ３はそのような貫通導体３により構成
された貫通導体群であり、６は一対の導体層と２列の貫
通導体群４ａとにより構成される第１の誘電体導波管線
路を、７は一対の導体層と２列の貫通導体群４ｂ・４ｄ
２とにより構成される第２の誘電体導波管線路を、また
８は一対の導体層と２列の貫通導体群４ｃ・４ｄ３とに
より構成される第３の誘電体導波管線路を示しており、
第２の誘電体導波管線路７と第３の誘電体導波管線路８
とは、先端を揃えて外側の貫通導体群４ｂ・４ｃ同士の
間隔ｗが一定の幅ｄに対して２ｄ＜ｗ≦３ｄとなるよう
に平行に配置され、隣り合う列の貫通導体群４ｄ２・４
ｄ３の先端間を補助接続用貫通導体群４ｆで接続されて
いる。なお、補助接続用貫通導体群４ｆは、間隔ｗが大
きくなった場合には複数個の貫通導体により構成すれば
よいことはいうまでもない。

【００４５】また、４ｅは第１の誘電体導波管線路６の
先端と第２および第３の誘電体導波管線路７・８の先端
の両端との間を接続する接続用貫通導体群であり、この
例でも第１の誘電体導波管線路６の先端の貫通導体６ａ
に対して伝送方向と直角方向に配設された貫通導体群と
貫通導体群４ｂおよび４ｃを延長するように配設された
貫通導体群とにより階段状に形成した例を示しており、
９はこの接続用貫通導体群により構成される接続用誘電
体導波管線路を示している。

【００４６】図４に示した請求項２の発明に係る誘電体
導波管線路の分岐構造では、２列の貫通導体群４ａによ
り構成される第１の誘電体導波管線路６と、同様に２列
の貫通導体群４ｂ・４ｄ２により構成される第２の誘電
体導波管線路７および２列の貫通導体群４ｃ・４ｄ３に
より構成される第３の誘電体導波管線路８とを設けると
ともに、第２および第３の誘電体導波管線路７・８を先
端を揃えて外側の貫通導体群４ｂ・４ｃ同士の間隔ｗが
一定の幅ｄに対して２ｄ＜ｗ≦３ｄとなるように平行に
配置するとともに隣り合う列の貫通導体群４ｄ２・４ｄ
３の先端間を補助接続用貫通導体群４ｆで接続し、その
先端と第１の誘電体導波管線路６の先端とを互いの高周
波信号の伝送方向が平行となるように対向させて、第１
の誘電体導波管線路６の先端の貫通導体６ａと第２およ
び第３の誘電体導波管線路７・８の先端の両端の貫通導
体群４ｂ・４ｃとを接続用貫通導体群４ｅにより接続し
ている。

【００４７】このような構成によれば、分岐前の第１の
誘電体導波管線路６の幅ｄを接続用貫通導体群４ｅを介
して２ｄ＜ｗ≦３ｄである間隔ｗに広げて、両端の貫通
導体群４ｂ・４ｃの間隔がその間隔ｗとなるように互い
に平行に配置された第２の誘電体導波管線路７および第
３の誘電体導波管線路８に高周波信号の伝送方向が平行
となるように接続し、第１の誘電体導波管線路６から第
２の誘電体導波管線路７と第３の誘電体導波管線路８と
に高周波信号を分岐することにより、誘電体導波管線路
の幅ａは第１の誘電体導波管線路６の幅ｄから接続用誘
電体導波管線路９の幅ｗに変化するので、単純なＴ分岐
において誘電体導波管線路の幅ａが第１の誘電体導波管
線路６の幅ｄから接続用誘電体導波管線路９の幅２ｄ≪
ａ＜∞に変化するのに比較して分岐部における特性イン
ピーダンスの不整合を小さくでき、分岐前後で同位相の
電界の面の向きが変化しないため、分岐部での高周波信
号の反射が小さくなり、その結果、伝送損失の小さいも
のとなる。

【００４８】またこの場合は、第２の誘電体導波管線路
７と第３の誘電体導波管線路８とをｗ−２ｄの間隔で離
して配置することにより、ＳパラメータのうちＳ11は幾
分劣化することとなるが、配線の自由度が高くなり、ア
イソレーション性も向上することとなる。

【００４９】また、図４では図２の例と同様に第１の誘
電体導波管線路６の中心線と第２および第３の誘電体導
波管線路７・８の中心線とを一致させた例を示してお
り、このような場合は、第１の誘電体導波管線路６から
接続用貫通導体群４ｅ（接続用誘電体導波管線路９）を
介しての第２および第３の誘電体導波管線路７・８への
電磁波の伝播のし易さはほぼ同じとなり、分岐後の電力
比はほぼ１：１の等分岐となる。

【００５０】これに対し、分岐後の電力比を不等分岐と
できる、請求項２に係る発明の誘電体導波管線路の分岐
構造の他の例を図５に図３と同様の平面図で示す。

【００５１】図５の例においては、図３および図４と同
様の箇所には同じ符号を付してあり、第１の誘電体導波
管線路６の中心線10を第２の誘電体導波管線路７および
第３の誘電体導波管線路８の中心線11’と一致した位置
から第２の誘電体導波管線路７寄りに信号伝送方向に直
角に距離ｈ（０＜ｈ＜ｄ／２）だけ移動させたことを除
き図４と同様である。

【００５２】このような構成によれば、第１の誘電体導
波管線路６から接続用貫通導体群４ｅ（接続用誘電体導
波管線路９）を介しての第２の誘電体導波管線路７およ
び第３の誘電体導波管線路８への特性インピーダンス
は、中心線10と中心線11’とが一致している場合に比べ
てほとんど変化しないが、電磁波は距離ｈの大きさに応
じて第２の誘電体導波管線路７の方により伝播し易くな
る。従って、分岐前の第１の誘電体導波管線路６から第
２の誘電体導波管線路７と第３の誘電体導波管線路８に
分岐したときの分岐後の電力比が１：１の等分岐ではな
くなり、第１の誘電体導波管線路６の中心線10を移動さ
せる距離ｈを適当に選ぶことにより任意の電力比とする
ことができる。

【００５３】なお、図４および図５中にＬで示した接続
用貫通導体群４ｅ（接続用誘電体導波管線路９）の信号
伝送方向の長さも０＜Ｌ≦ｄが好適であり、接続用貫通
導体群４ｅ（接続用誘電体導波管線路９）における貫通
導体の繰り返し間隔も高周波信号の遮断波長の２分の１
以下とすることが望ましい。また、接続用貫通導体群４
ｅは第１の誘電体導波管線路６の先端と第２および第３
の誘電体導波管線路７・８の先端の両端とを直線状に接
続するように配設してもよく、あるいは円弧状に接続す
るように配設してもよい。

【００５４】次に、請求項３に係る発明の誘電体導波管
線路の分岐構造の実施の形態の一例を図６に平面図で示
す。図６の構成は第３の誘電体導波管線路８の中、すな
わち２列の貫通導体群４ｃ・４ｄの間に貫通導体12を設
けたことを除き図２と同様であり、図２と同様の箇所に
は同じ符号を付してある。

【００５５】このような構成によれば、第３の誘電体導
波管線路８の特性インピーダンスが第１の誘電体導波管
線路６および第２の誘電体導波管線路７と比較して大き
くなり、第３の誘電体導波管線路８の遮断周波数が高く
なる。そのため、導波管の最低次のＴＥ₁₀モードについ
て考えると第１の誘電体導波管線路６から伝播してきた
電磁波は第２の誘電体導波管線路７の遮断周波数から第
３の誘電体導波管線路８の遮断周波数までの周波数では
第２の誘電体導波管線路７のみに伝播し、また第３の誘
電体導波管線路８の遮断周波数以上では第２の誘電体導
波管線路７と第３の誘電体導波管線路８の両方に電磁波
が伝播することとなり、高次モードが発生する周波数以
下では高周波数になるほど第３の誘電体導波管線路８に
電磁波が伝播し易くなる。従って、分岐前の第１の誘電
体導波管線路６を第２の誘電体導波管線路７と第３の誘
電体導波管線路８に分岐したとき分岐後の電力比が１：
１の等分岐ではなくなり、第３の誘電体導波管線路８に
設ける貫通導体12の位置と本数を適当に選ぶことにより
任意の電力比とすることができる。

【００５６】また、請求項３に係る発明の誘電体導波管
線路の分岐構造の実施の形態の他の例を図７に平面図で
示す。図７の構成は、第３の誘電体導波管線路８の中に
貫通導体12を設けたことを除き図４と同様であり、図４
と同様の箇所には同じ符号を付してある。

【００５７】このような構成によれば、第３の誘電体導
波管線路８の特性インピーダンスが第１の誘電体導波管
線路６および第２の誘電体導波管線路７と比較して大き
くなり、第３の誘電体導波管線路８の遮断周波数が高く
なるため、第１の誘電体導波管線路６から伝播してきた
電磁波は第２の誘電体導波管線路７の遮断周波数から第
３の誘電体導波管線路８の遮断周波数までの周波数では
第２の誘電体導波管線路７のみに伝播し、また第３の誘
電体導波管線路８の遮断周波数以上では第２の誘電体導
波管線路７と第３の誘電体導波管線路８の両方に電磁波
が伝播することとなり、高周波数になるほど第３の誘電
体導波管線路８に電磁波が伝播し易くなる。従って、分
岐前の第１の誘電体導波管線路６を第２の誘電体導波管
線路７と第３の誘電体導波管線路８に分岐したとき、分
岐後の電力比が１：１の等分岐ではなくなり、第３の誘
電体導波管線路８中に設ける貫通導体12の位置と本数を
適当に選ぶことにより任意の電力比とすることができ
る。

【００５８】なお、図６および図７の構成において、貫
通導体12は第３の誘電体導波管線路８のより内部の位置
に設けてもよく、第２の誘電体導波管線路７の中、すな
わち２列の貫通導体群４ｂ・４ｄの間に設けてもよく、
第２および第３の誘電体導波管線路７・８の両方の中に
設けてもよい。また、第１の誘電体導波管線路６の中心
線と第２および第３の誘電体導波管線路７・８の中心線
とをずらせることと組み合わせて、任意の電力比とする
ようにしてもよい。

【００５９】

【実施例】〔例１〕図２に示した構成の請求項１に係る
発明の誘電体導波管線路の分岐構造について、中心線を
一致させた分岐を含む伝送線路の伝送特性を有限要素法
により計算した。導体層２および貫通導体３の材料には
導電率が5.8 ×10⁷ （１／Ωｍ）の純銅を用い、誘電体
基板１には比誘電率が５で誘電正接が0.001 のホウ珪酸
ガラス75重量％とアルミナ25重量％とを焼成して作製し
たガラスセラミックス焼結体を用い、誘電体基板１の厚
みａ＝0.62ｍｍ、貫通導体３の直径を0.1 ｍｍ、貫通導
体群４の繰り返し間隔ｐ＝0.25ｍｍ、貫通導体群４の一
定の幅ｄ＝1.2 ｍｍとし、第１〜第３の誘電体導波管線
路６〜８の長さはそれぞれ2.25ｍｍとして、Ｓパラメー
タの周波数特性を算出した。

【００６０】その結果を図８に線図で示す。図８におい
て横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸はＳパラメータのうち
Ｓ11・Ｓ21・Ｓ31の値（ｄＢ）を示し、図中の特性曲線
は各Ｓパラメータの周波数特性を表している。この結果
より、遮断周波数は理論値とほぼ同じ約42ＧＨｚとな
り、それ以上の周波数では信号が良好に透過することが
分かる。また、Ｓ21とＳ31の比率は計算した周波数範囲
内でほぼ一定で１：１となっている。

【００６１】〔例２〕図３に示した構成の請求項１に係
る発明の誘電体導波管線路の分岐構造について、中心線
をずらせた分岐を含む伝送線路の伝送特性を有限要素法
により計算した。導体層２および貫通導体３の材料には
導電率が5.8 ×10⁷ （１／Ωｍ）の純銅を用い、誘電体
基板１には比誘電率が５で誘電正接が0.001 のホウ珪酸
ガラス75重量％とアルミナ25重量％とを焼成して作製し
たガラスセラミックス焼結体を用い、誘電体基板１の厚
みａ＝0.62ｍｍ、貫通導体３の直径を0.1 ｍｍ、貫通導
体群４の繰り返し間隔ｐ＝0.25ｍｍ、貫通導体群４の一
定の幅ｄ＝1.2 ｍｍ、中心線の移動の距離ｈ＝0.15ｍｍ
とし、線路の長さは2.25ｍｍとしてＳパラメータの周波
数特性を算出した。

【００６２】その結果を図９に線図で示す。図９におい
て横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸はＳパラメータのうち
Ｓ11・Ｓ21・Ｓ31の値（ｄＢ）を示し、図中の特性曲線
は各Ｓパラメータの周波数特性を表している。

【００６３】この結果より、遮断周波数は理論値とほぼ
同じ約42ＧＨｚとなり、それ以上の周波数では信号が良
好に透過することが分かる。また、Ｓ21とＳ31の比率は
計算した周波数範囲内でほぼ一定で５：１となってい
る。

【００６４】なお、各請求項に係る発明は以上の実施の
形態の例に限定されるものではなく、各発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々の変更や改良を加えることは何ら差
し支えない。例えば、第１・第２および第３の誘電体導
波管線路の幅をそれぞれ別の値としてもよい。

【００６５】

【発明の効果】以上詳述した通り、各請求項に係る発明
の誘電体導波管線路の分岐構造によれば、いずれの構成
によっても分岐部前後の誘電体導波管線路の特性インピ
ーダンスの不整合を小さくできるため分岐部での高周波
信号の反射が小さくなり、しかも高周波信号の分岐部に
おける伝播モードに乱れが生じることがないため、伝送
損失の小さい誘電体導波管線路路の分岐構造とすること
ができた。

【００６６】以上により、各請求項に係る発明によれ
ば、誘電体基板内に形成でき、高周波信号の電磁波の放
射・漏洩が無く、伝送損失が小さい良好な伝送特性を有
する誘電体導波管線路の分岐構造を提供することができ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明に係る誘
電体導波管線路の例を説明するための概略斜視図であ
る。

【図２】請求項１に係る発明の誘電体導波管線路の分岐
構造の実施の形態の一列を説明するための平面図であ
る。

【図３】請求項１に係る発明の誘電体導波管線路の分岐
構造の実施の形態の他の例を説明するための平面図であ
る。

【図４】請求項２に係る発明の誘電体導波管線路の分岐
構造の実施の形態の一例を説明するための平面図であ
る。

【図５】請求項２に係る発明の誘電体導波管線路の分岐
構造の実施の形態の他の例を説明するための平面図であ
る。

【図６】請求項３に係る発明の誘電体導波管線路の分岐
構造の実施の形態の一例を説明するための平面図であ
る。

【図７】請求項３に係る発明の誘電体導波管線路の分岐
構造の実施の形態の他の例を説明するための平面図であ
る。

【図８】請求項１に係る発明の誘電体導波管線路の分岐
構造におけるＳパラメータの周波数特性を示す線図であ
る。

【図９】請求項１に係る発明の誘電体導波管線路の分岐
構造におけるＳパラメータの周波数特性を示す線図であ
る。

【符号の説明】

１・・・・・誘電体基板 ２・・・・・導体層 ３・・・・・貫通導体 ４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｄ２、４ｄ３・・・貫
通導体群 ４ｅ・・・・接続用貫通導体群 ４ｆ・・・・補助接続用貫通導体群 ５・・・・・補助導体層 ６・・・・・第１の誘電体導波管線路 ７・・・・・第２の誘電体導波管線路 ８・・・・・第３の誘電体導波管線路 12・・・・・貫通導体 ｄ・・・・・一定の幅（貫通導体群間の幅） ｗ・・・・・貫通導体群４ｂ・４ｃ同士の間隔

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−53711（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−139505（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−139504（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−94202（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開677885（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01P 3/12 H01P 5/12

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体基板を挟持する一対の導体層と、
   高周波信号の伝送方向に前記高周波信号の遮断波長の２
   分の１以下の繰り返し間隔で、かつ前記伝送方向と直交
   する方向に一定の幅ｄで前記導体層間を電気的に接続す
   るよう形成された２列の貫通導体群と、前記一対の導体
   層間の前記２列の貫通導体群から外側に形成され、該貫
   通導体群の各列を形成する貫通導体同士をそれら貫通導
   体の途中で電気的に接続する補助導体層とを具備し、前
   記導体層、前記貫通導体群および前記補助導体層に囲ま
   れた領域によって高周波信号を伝送する第１乃至第３の
   誘電体導波管線路を、該第２および第３の誘電体導波管
   線路を一方の列の貫通導体群を共有させて配置し、かつ
   その先端と前記第１の誘電体導波管線路の先端とを各誘
   電体導波管線路の高周波信号の伝送方向が平行となるよ
   うに対向させて、前記第１の誘電体導波管線路の先端と
   前記第２および第３の誘電体導波管線路の先端の両端と
   の間を接続用貫通導体群で接続したことを特徴とする誘
   電体導波管線路の分岐構造。
2. 【請求項２】 誘電体基板を挟持する一対の導体層と、
   高周波信号の伝送方向に前記高周波信号の遮断波長の２
   分の１以下の繰り返し間隔で、かつ前記伝送方向と直交
   する方向に一定の幅ｄで前記導体層間を電気的に接続す
   るよう形成された２列の貫通導体群と、前記一対の導体
   層間の前記２列の貫通導体群から外側に形成され、該貫
   通導体群の各列を形成する貫通導体同士をそれら貫通導
   体の途中で電気的に接続する補助導体層とを具備し、前
   記導体層、前記貫通導体群および前記補助導体層に囲ま
   れた領域によって高周波信号を伝送する第１乃至第３の
   誘電体導波管線路を、該第２および第３の誘電体導波管
   線路を先端を揃えて外側の前記貫通導体群同士の間隔ｗ
   が前記一定の幅ｄに対して２ｄ＜ｗ≦３ｄとなるように
   平行に配置するとともに隣り合う列の貫通導体群の先端
   間を補助接続用貫通導体群で接続し、かつその先端と前
   記第１の誘電体導波管線路の先端とを各誘電体導波管線
   路の高周波信号の伝送方向が平行となるように対向させ
   て、前記第１の誘電体導波管線路の先端と前記第２およ
   び第３の誘電体導波管線路の先端の両端との間を接続用
   貫通導体群で接続したことを特徴とする誘電体導波管線
   路の分岐構造。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の誘電体導
   波管線路の分岐構造において、前記第２および第３の誘
   電体導波管線路の少なくとも一方の前記２列の貫通導体
   群の間に分岐後の電力比調整用の貫通導体を形成したこ
   とを特徴とする誘電体導波管線路の分岐構造。