JP3517140B2 - 誘電体導波管線路と高周波線路との接続構造 - Google Patents

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【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伝送線路である誘電体
導波管線路と、線路導体や誘電体導波管線路やアンテナ
素子等の高周波線路との接続構造に関し、特に、誘電体
導波管線路と高周波線路とをスロット孔を用いて電磁的
に結合した接続構造に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、マイクロ波帯やミリ波帯等の高周
波信号を用いた移動体通信および車間レーダ等の研究が
盛んに進められている。これらの高周波回路において高
周波信号を伝送するための高周波伝送線路としては、従
来より、同軸線路や方形導波管・誘電体導波管・マイク
ロストリップ線路等の線路導体等が知られている。 【０００３】また、最近では、高周波回路を構成する配
線回路内には高周波信号を伝送するために上記の高周波
伝送線路やアンテナ素子等の種類の異なる高周波線路が
複数配置されるために、これら高周波線路相互間の接続
技術が必要となっており、これについて様々な構造の接
続構造が報告されている。 【０００４】例えば、同軸線路と方形導波管または誘電
体導波管との接続構造では、同軸線路の信号線を導波管
内に挿入して高周波的に結合することによって接続され
る。 【０００５】また、導波管とマイクロストリップ線路と
の接続構造では、導波管側にリッジ導波管を用いる方法
や、マイクロストリップ線路の形成された誘電体基板を
導波管内に挿入することによって両者が接続される。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】最近に至り、高周波回
路を構成する基板上または基板内に形成すると小型化の
面で有利となることから、多層配線基板内に誘電体導波
線路を積層技術によって形成することが望まれている。
例えば、特開平６−53711 号においては、誘電体基板を
一対の主導体層で挟み、さらに主導体層間を接続する２
列に配設されたビアホール群によって側壁を形成した導
波管線路が提案されている。この導波管線路は誘電体材
料の四方を一対の主導体層とビアホール群による擬似的
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る。 【０００７】このような多層配線基板の内部に配設され
る積層型の誘電体導波管線路を、主にマイクロ波および
ミリ波用のセラミック多層配線基板あるいは高周波用半
導体パッケージの伝送線路として用いる上では、他の高
周波線路との接続が必要になる。 【０００８】これに対し、本発明者らは既に特開平10−
107518号公報において、図２に部分破断斜視図で概略構
成を示すような、スロット孔による電磁的な結合を用い
た接続構造を提案している。図２によれば、誘電体１を
挟んで所定の間隔をもって少なくとも線路形成位置を挟
む上下面に一対の主導体層２・３が平行に形成されてい
る。なお、内部の構造が分かるように、主導体層２の一
部は破断して示している。また、主導体層２・３間に
は、それらを電気的に接続する貫通導体群４が設けられ
ている。貫通導体群４は、所定の間隔（幅）をもって２
列に配列され、かつ貫通導体のそれぞれは高周波信号の
伝送方向、つまり線路形成方向に信号波長の２分の１未
満の間隔をもって形成されている。これにより、主導体
層２・３と貫通導体群４とで囲まれる領域が誘電体導波
管線路５となる。また、主導体層２・３の間には、誘電
体導波管線路５の側壁を形成する貫通導体群４と電気的
に接続され、主導体層２・３と平行に形成された副導体
層６が形成されており、線路の側壁を格子状として電磁
波の遮蔽効果を高めている。そして、主導体層２・３の
うち少なくとも一方、ここでは上側の主導体層２に、導
体を形成しないスロット孔７を形成しており、このスロ
ット孔７を介して誘電体導波管線路５と他の例えばマイ
クロストリップ線路等の高周波線路（図示せず）と接続
するものである。 【０００９】この接続構造によれば、主導体層２・３の
一部にスロット孔７を形成することにより容易に他の高
周波伝送線路と電磁結合することができ、しかも、かか
る構造を有する誘電体導波管線路５およびそれを使用し
た多層配線基板は、従来のセラミック積層技術を応用し
て容易に作製することができる。 【００１０】しかしながら、このような積層型の誘電体
導波管線路５の特性インピーダンスとスロット孔７を介
して接続される他の高周波線路との特性インピーダンス
は通常は一致しておらず、また同種の積層型の誘電体導
波管線路同士でも、それらの特性インピ一ダンスは一致
しない場合がある。 【００１１】例えば、積層型の誘電体導波管線路が２つ
上下に積層された２層構造となっており、下層の誘電体
導波管線路から上層の誘電体導波管線路に結合し、また
結合すると同時に分岐する場合には、その特性インピー
ダンスは変化することとなるため、特性インピーダンス
の不一致による高周波信号の反射が発生し、同時に透過
特性も劣化するという問題点があった。 【００１２】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みて案
出されたものであり、その目的は、積層型の誘電体導波
管線路と、他の線路導体や誘電体導波管線路やアンテナ
素子等の高周波線路とをスロット孔を用いて電磁的に結
合し、両者の特性インピーダンスが異なるものであって
も良好な特性で接続することができる誘電体導波管線路
と高周波線路との接続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】本発明者らは、上記の問
題点に対して検討を重ねた結果、誘電体導波管線路の主
導体層に形成したスロット孔の直下に高周波信号の伝送
方向に信号波長の４分の１の長さの範囲で誘電体導波管
線路の厚みを薄くした部分を設けることにより、この厚
みによりインピーダンスが調整でき、４分の１波長イン
ピーダンス変換器と同様の作用を有する整合回路として
機能させることができるため、誘電体導波管線路と様々
な高周波線路とをスロット孔を介して良好な特性で電磁
的に結合して接続できることを見出した。 【００１４】本発明の誘電体導波管線路と高周波線路と
の接続構造は、誘電体基板を上下から挟持する一対の主
導体層と、高周波信号の伝送方向に信号波長の２分の１
未満の繰り返し間隔で、かつ前記伝送方向と直交する方
向に所定の幅で前記主導体層間を電気的に接続して形成
された２列の側壁用貫通導体群と、前記主導体層間に主
導体層と平行に形成され、前記側壁用貫通導体群と電気
的に接続された副導体層とを具備して成り、前記主導体
層、側壁用貫通導体群および副導体層で囲まれた領域に
よって高周波信号を伝送する誘電体導波管線路に対し
て、上側の前記主導体層に平行に配設された高周波信号
を伝送する高周波線路を、上側の前記主導体層に形成し
たスロット孔を介して対向させて電磁的に結合させると
ともに、前記誘電体導波管線路の前記側壁用貫通導体群
間のうち前記スロット孔の中心を含む伝送方向に信号波
長の４分の１の長さの範囲にわたって、下側の前記主導
体層に前記側壁用貫通導体群間にわたる導体非形成領域
を設け、かつこの導体非形成領域に対応させて、前記副
導体層間を同一面で電気的に接続する伝送方向に信号波
長の４分の１の長さの内部導体層およびこの内部導体層
の伝送方向の両端をそれぞれ信号波長の２分の１未満の
繰り返し間隔で下側の前記主導体層と電気的に接続する
内部貫通導体群を形成したことを特徴とするものであ
る。 【００１５】 【発明の実施の形態】以下、本発明の誘電体導波管線路
と高周波線路との接続構造について図面を参照しながら
説明する。 【００１６】図１は、本発明の誘電体導波管線路と高周
波線路との接続構造における誘電体導波管線路の概略構
成を示す、図２と同様の部分破断斜視図である。 【００１７】図１において、11は誘電体基板、12および
13は誘電体基板11を上下から挟持する一対の主導体層、
14は信号伝送方向に信号波長の２分の１未満の繰り返し
間隔で、かつ信号伝送方向と直交する方向に所定の幅で
一対の主導体層12・13間を電気的に接続するように形成
された２列の側壁用貫通導体群である。なお、内部の構
造が分かるように、主導体層12の一部は破断して示して
いる。また、16は側壁用貫通導体群14の各列を形成する
貫通導体同士を電気的に接続する、主導体層12・13と平
行に形成された副導体層である。15はこれら一対の主導
体層12・13と側壁用貫通導体群14および副導体層16によ
り形成される誘電体導波管線路である。 【００１８】このように一対の主導体層12・13と側壁用
貫通導体群14とで囲まれた領域に対してさらに副導体層
16を形成することにより、誘電体導波管線路15の内部か
ら見るとその側壁は側壁用貫通導体群14と副導体層16と
によって細かな格子状になり、様々な方向の電磁波が遮
蔽される。 【００１９】17は上側の主導体層12に形成したスロット
孔であり、このスロット孔17に対して上側の主導体層12
に平行に配設された高周波線路（図示せず）を対向させ
て、誘電体導波管線路15と高周波線路とがスロット孔17
を介して電磁的に結合させることにより接続されること
となる。 【００２０】18は下側の主導体層13に設けた導体非形成
領域であり、19は副導体層16、ここでは２層の副導体層
16のうち下側の副導体層16間を同一面で電気的に接続す
る内部導体層である。これら導体非形成領域18および内
部導体層19は、誘電体導波管線路15の側壁用貫通導体群
14間のうち、スロット孔17の中心を含む伝送方向に信号
波長の４分の１の長さの範囲に設けられ、また形成され
ている。また、20は内部導体層19の伝送方向の両端をそ
れぞれ下側の主導体層13と電気的に接続する、信号波長
の２分の１未満の繰り返し間隔で形成された内部貫通導
体群である。 【００２１】図１に示すように、所定の厚みの誘電体基
板11を挟持する位置に一対の主導体層12・13が形成され
ており、主導体層12・13は誘電体基板11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、
主導体層12・13間には主導体層12と13とを電気的に接続
するスルーホール導体やビアホール導体等の貫通導体が
多数設けられ、これら多数の貫通導体により２列の側壁
用貫通導体群14を形成している。 【００２２】２列の側壁用貫通導体群14は、高周波信号
の伝送方向すなわち線路形成方向に信号波長の２分の１
未満の所定の繰り返し間隔で、かつ伝送方向と直交する
方向に所定の一定の間隔（幅）をもって形成されてい
る。これにより、この誘電体導波管線路15における電気
的な側壁を形成している。 【００２３】ここで、誘電体基板11の厚みすなわち一対
の主導体層12・13間の間隔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側壁用貫通導体群14の
幅に対して２分の１程度または２倍程度とすることがよ
い。図１の例では誘電体導波管線路15のＨ面に当たる部
分が主導体層12・13で、Ｅ面に当たる部分が側壁用貫通
導体群14および副導体層16でそれぞれ形成される。ま
た、側壁用貫通導体群14の幅に対して誘電体基板11の厚
みを２倍程度とすれば、誘電体導波管線路15のＥ面に当
たる部分が主導体層12・13で、Ｈ面に当たる部分が側壁
用貫通導体群14および副導体層16でそれぞれ形成される
こととなる。 【００２４】また、貫通導体の繰り返し間隔が信号波長
の２分の１未満の間隔に設定されることで、側壁用貫通
導体群14により電気的な壁が形成できる。この間隔は、
望ましくは信号波長の４分の１未満である。 【００２５】平行に配置された一対の主導体層12・13間
にはＴＥＭ波が伝播できるため、側壁用貫通導体群14の
各列における貫通導体の繰り返し間隔が信号波長λの２
分の１（λ／２）よりも大きいと、その隙間がスロット
として作用して電磁波が漏れるので、この誘電体導波管
線路15に電磁波を給電しても電磁波は側壁用貫通導体群
14の間から漏れてしまい、ここで作られる疑似的な導波
管線路に沿って伝播しない。しかし、側壁用貫通導体群
14の繰り返し間隔がλ／２よりも小さいと、電気的な側
壁を形成することとなって電磁波は誘電体導波管線路15
に対して垂直方向に伝播することができず、反射しなが
ら誘電体導波管線路15の信号伝送方向に伝播される。そ
の結果、図１のような構成によれば、一対の主導体層12
・13と２列の側壁用貫通導体群14および副導体層16とに
よって囲まれる領域が誘電体導波管線路15となる。 【００２６】そして、この誘電体導波管線路15中を伝播
する高周波信号は、その一部または全部が、主導体層12
に形成されたスロット孔17を介してスロット孔17の上部
に対向して配置される様々な高周波線路と電磁的に結合
して伝播することとなる。 【００２７】図１に示した態様では側壁用貫通導体群14
は２列に形成したが、この側壁用貫通導体群14を４列あ
るいは６列に配設して、側壁用貫通導体群14による疑似
的な導体壁を２重・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。 【００２８】このような誘電体導波管線路15によれば、
誘電体導波管による伝送線路となるので、誘電体基板11
の比誘電率をε_r とするとその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
11を構成する材料の比誘電率ε_r を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あるいは
車間レーダの伝送線路としても利用可能な大きさの誘電
体導波管線路15とすることができる。 【００２９】なお、側壁用貫通導体群14を構成する貫通
導体は前述のように信号波長の２分の１未満の繰り返し
間隔で配設されており、この繰り返し間隔は良好な伝送
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、信号波長の２分の１未満の間隔であれ
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。 【００３０】このような誘電体導波管線路15を構成する
誘電体基板11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11は
セラミックスから成ることが望ましい。 【００３１】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11の比誘電率ε_r は４〜100 程度が適当
である。 【００３２】また、一般に多層配線基板や半導体素子収
納用パッケージあるいは車間レーダに形成される配線層
の線幅は最大でも１ｍｍ程度であることから、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は、
用いることのできる最小の周波数は15ＧＨｚと算出さ
れ、マイクロ波帯の領域でも利用可能となる。 【００３３】一方、一般的に誘電体基板11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の場合は約100 ＧＨｚ以上でない
と利用することができないものとなる。 【００３４】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る。その誘電体による損失
α（ｄＢ／ｍ）は次のように表わされる。 α＝27.3×ｔａｎδ／〔λ／｛１−（λ／λc ）² ｝
^1/2 〕 式中、ｔａｎδ：誘電体の誘電正接 λ ：誘電体中の波長 λc ：遮断波長 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／λc ）² ｝^1/2 は0.75程度
である。 【００３５】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、次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は使用する高周波信号の周波数（ＧＨｚ）であ
る。 【００３６】このような誘電体基板11としては、例えば
アルミナセラミックスや窒化アルミニウムセラミックス
・ガラスセラミックス等がある。これらによる誘電体基
板11は、例えばセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤
・溶媒を添加混合して泥漿状になすとともに、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て、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15
00〜1700℃、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。 【００３７】また、一対の主導体層12・13および副導体
層16は、例えば誘電体基板11がアルミナセラミックスか
ら成る場合には、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ースト状にしたものを用いて厚膜
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５〜15μｍ程度となるようにし
て形成する。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、主導体層12・13および副導体層16の厚みは一般的
に５〜15μｍ程度とされる。 【００３８】また、側壁用貫通導体群14を構成する貫通
導体は、例えばビアホール導体やスルーホール導体等に
より形成すればよい。その断面形状は製作が容易な円形
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主導体層12・13と同様の
金属ペーストを埋め込み、しかる後、誘電体基板11と同
時に焼成して形成する。なお、貫通導体は直径50〜300
μｍが適当である。また、上側の主導体層12に形成する
スロット孔17は、これに対向して主導体層12の上部に主
導体層12と平行に配設される高周波線路と誘電体導波管
線路15とを電磁的に結合して高周波信号の接続を行なう
ものである。このスロット孔17を形成する位置や形状・
大きさ等は、次のように設定される。 【００３９】スロット孔17の形状は、長さが信号波長の
２分の１、幅が長さの３分の１から10分の１程度とした
長方形状とすればよい。また、スロット孔17の位置は、
誘電体導波管線路15と高周波線路とが電磁界により電磁
結合ができる位置関係にあればよい。具体的には、高周
波線路がマイクロストリップ線路や高周波線路等の高周
波用線路導体の場合は、スロット孔17の長手方向と完全
に平行でなければ結合され、直交する場合に最も良好に
結合される。また、高周波線路が誘電体導波管線路の場
合は、その誘電体導波管線路にも同様のスロット孔を設
けることとなるが、そのＨ面にスロット孔を形成する場
合はスロット孔の長手方向が誘電体導波管線路の伝送方
向と一致しかつ誘電体導波管線路の主導体層の中央にあ
る場合、およびＥ面にスロット孔を形成する場合はスロ
ット孔の長手方向と誘電体導波管線路の伝送方向とが直
交する場合を除いて、結合される。 【００４０】そして、本発明の接続構造にかかる誘電体
導波管線路15においては、図１に示すように、誘電体導
波管線路15のスロット孔17の直下の部分に、誘電体導波
管線路15の伝送方向にスロット孔17の中心を含んで信号
波長の４分の１の長さの範囲にわたって２列の側壁用貫
通導体群14の間に下側の主導体層13に導体非形成領域18
を設けるとともに、その導体非形成領域18に対応させて
副導体層16間を同一面で電気的に接続する内部導体層19
を同様に伝送方向に信号波長の４分の１の長さの範囲で
形成し、かつ、この内部導体層19の伝送方向の両端と下
側の主導体層13の導体非形成領域18の両側とを、それぞ
れ信号波長の２分の１未満の所定間隔で配設された複数
の内部貫通導体群20を形成して電気的に接続することに
より、スロット孔17の直下の部分に、４分の１波長整合
回路として機能する、誘電体導波管線路15の厚みを薄く
した部分を形成していることが特徴である。このような
整合回路部分により、その厚みを調整することによりこ
の部分の特性インピーダンスを調節することが可能とな
り、スロット孔17を介して特性インピーダンスの異なる
高周波線路を低反射の状態で電磁的に結合させることが
できる。このような整合回路部分の厚みの調整は、内部
導体層19およびそれにより電気的に接続される副導体層
16の位置を調整して設けることにより行なうこととな
る。 【００４１】例えば、図１の場合であれば整合回路部分
の厚みは上側の主導体層12から２層目の副導体層16まで
の厚み、すなわち誘電体基板11を形成するために積層す
る誘電体シートの２層分の厚みで形成してあるが、これ
を１層分の厚みで形成したり、誘電体シートの厚みを変
えたりして調整することができる。さらに、図１の場合
であれば誘電体導波管線路15は３層の誘電体シートを積
層して形成されているが、これら誘電体シートの厚みを
調整し、あるいは４層で形成すれば、整合回路部分の厚
みは誘電体シートの厚みの１〜３倍程度まで変化させる
ことが可能である。 【００４２】このように誘電体導波管線路15の整合回路
部分を形成したことにより他の種々の高周波線路と誘電
体導波管線路15とを高性能で接続することができ、しか
も、この整合回路部分は高周波用多層配線基板や高周波
用半導体素子収納用パッケージを構成する誘電体基板内
にグリーンシート積層法等のシート積層技術により容易
に作製して作り込むことができるので、生産性が高く安
価な製造が可能な接続構造となる。 【００４３】なお、上記の例では誘電体導波管線路15の
整合回路部分において結合用のスロット孔17は上側の主
導体層12に形成したが、このようなスロット孔17を整合
回路部分の内部導体層19に形成しても同様の効果を得る
ことができる。 【００４４】 【実施例】次に、本発明の誘電体導波管線路と高周波線
路との接続構造の具体例について説明する。 【００４５】〔例１〕図３は本発明の誘電体導波管線路
と高周波線路との接続構造の実施の形態の一例の概略構
成を示す斜視図であり、理解を容易にするために誘電体
導波管線路は輪郭で表示している。なお、図１と同様の
箇所には同じ符号を付してあり、誘電体基板は表示を省
略してある。 【００４６】図３においては、誘電体導波管線路15と、
その上側の主導体層12の上部に主導体層12と平行に配設
したマイクロストリップ線路21とを結合させた場合の例
を示している。 【００４７】この例の場合は、誘電体基板に比誘電率ε
_r が4.8 のセラミックス材料を用い、誘電体導波管線路
15の断面のサイズを1.5 ｍｍ×0.6 ｍｍ、マイクロスト
リップ線路21の線路幅を0.267 ｍｍ、誘電体導波線路15
とマイクロストリップ線路21とのギャップを0.15ｍｍ、
スロット孔17の長さを0.894 ｍｍ、スロット孔17の幅を
0.3 ｍｍ、マイクロストリップ線路21のスタブ長（スロ
ット孔17の中心からマイクロストリップ線路21の先端ま
での長さ）を0.351 ｍｍ、スロット孔17の直下の整合回
路部分の厚みを0.25ｍｍ、整合回路部分の長さを76.5Ｇ
Ｈｚの高周波信号の信号波長の４分の１に相当する0.56
ｍｍ、整合回路部分の中心から誘電体導波管線路15の端
面（ショートされている面）までの長さを1.15ｍｍとし
た。 【００４８】そして、この例ならびに誘電体導波管線路
15における整合回路部分（導体非形成領域18・内部導体
層19・内部貫通導体群20）を設けなかった比較例につ
き、接続構造の反射係数Ｓ₁₁をシミュレーションにより
求めた。その結果を図４に示す。 【００４９】図４は誘電体導波管線路の高周波線路との
接続構造における反射係数Ｓ₁₁の周波数特性を示す線図
であり、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）を、縦軸は反射
係数Ｓ₁₁（単位：ｄＢ）を表わし、反射係数Ｓ₁₁の周波
数特性を示す特性曲線のうち実線は本発明の実施例の特
性を、破線は比較例の特性を示している。 【００５０】図４の結果より、整合回路部分が無い比較
例においては、反射係数Ｓ₁₁は−６ｄＢ程度までにしか
ならなかったのに対し、本発明の接続構造によれば、ス
ロット孔17の直下に整合回路部分を設けることにより、
反射係数Ｓ₁₁が−20ｄＢ以下の良好な特性が得られたこ
とが分かる。このことは、本発明の接続構造にかかる整
合回路部分により、誘電体導波管線路と高周波線路との
特性インピーダンスのマッチングが行なわれていること
を示すものである。 【００５１】なお、比較例と本発明の実施例とでは反射
係数Ｓ₁₁が最も小さい周波数の位置がずれているが、こ
れは誘電体導波管線路15の端面の位置、または整合回路
部分の中心から誘電体導波管線路15の端面までの長さ
（この場合、スロット孔17の中心と整合回路部分の中心
とは、ずれることとなる）を調整することで容易に調整
することができる。 【００５２】〔例２〕図５は本発明の誘電体導波管線路
と高周波線路との接続構造の実施の形態の他の例の概略
構成を示す図３と同様の斜視図である。なお、図１・図
３と同様の箇所には同じ符号を付してあり、誘電体基板
は表示を省略してある。 【００５３】図５における誘電体導波管線路15は図３と
は上下を逆転して示してあり、その主導体層12の図にお
ける下部に主導体層12と平行に配設した同様の構造の誘
電体導波管線路22とを結合させた場合の例を示してい
る。そして、この接続構造は、下層側の誘電体導波管線
路22のポート23から入力された高周波信号は、スロット
孔17を介して電磁的な結合により上層側の誘電体導波管
線路15に伝播し、そのポート24およびポ一ト25から出力
される分岐回路を構成している。 【００５４】この例の場合は、誘電体基板に比誘電率ε
_r が4.8 のセラミックス材料を用い、誘電体導波管線路
15および22の断面のサイズは共に1.25ｍｍ×0.6 ｍｍ、
スロット孔17の長さを0.84ｍｍ、スロット孔17の幅を0.
3 ｍｍ、整合回路部分の厚みを0.2 ｍｍ、整合回路部分
の長さを76.5ＧＨｚの高周波信号の信号波長の４分の１
に相当する0.64ｍｍ、スロット孔17の中心から下層側の
誘電体導波管線路22の端面（ショ一トされている面）ま
での長さを1.28ｍｍとした。 【００５５】そして、この例ならびに誘電体導波管線路
15における整合回路部分（導体非形成領域18・内部導体
層19・内部貫通導体群20）を設けなかった比較例につ
き、接続構造の反射係数Ｓ₁₁をシミュレーションにより
求めた。その結果を図６に示す。 【００５６】図６は誘電体導波管線路の高周波線路との
接続構造における反射係数Ｓ₁₁の周波数特性を示す図４
と同様の線図であり、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）
を、縦軸は反射係数Ｓ₁₁（単位：ｄＢ）を表わし、反射
係数Ｓ₁₁の周波数特性を示す特性曲線のうち実線は本発
明の実施例の特性を、破線は比較例の特性を示してい
る。 【００５７】図６の結果より、本発明の実施例において
は整合回路部分を設けることにより反射係数Ｓ₁₁が−15
ｄＢ以下となる周波数帯域が15ＧＨｚ以上あり、良好な
接続特性が得られることが分かる。 【００５８】〔例３〕図７は本発明の誘電体導波管線路
と高周波線路との接続構造の実施の形態のさらに他の例
の概略構成を示す図３・図５と同様の斜視図である。な
お、図１・図３・図５と同様の箇所には同じ符号を付し
てあり、誘電体基板は表示を省略してある。 【００５９】図７においては、誘電体導波管線路15と、
その上側の主導体層12の上部に主導体層12と平行に配設
した積層型の開口面アンテナ素子（特開平10−40813 号
公報等参照）26とを結合させた場合の例を示している。
そして、この例では開口面アンテナ素子26の底面として
形成した導体層が主導体層12とスロット孔17を共有する
ように構成されている。なお、開口面アンテナ素子26の
側面は、誘電体導波管線路15の側面と同様に側壁用貫通
導体群と副導体層とにより形成されている。 【００６０】この例の場合は、誘電体基板に比誘電率ε
_r が4.8 のセラミックス材料を用い、誘電体導波管線路
15の断面のサイズを1.6 ｍｍ×0.6 ｍｍ、開口面アンテ
ナ素子26のサイズを3.3 ｍｍ×1.2 ｍｍ×0.45ｍｍ、ス
ロット孔17の長さを0.84ｍｍ、スロット孔17の幅を0.15
ｍｍ、整合回路部分の厚みを0.2 ｍｍ、整合回路部分の
長さを76.5ＧＨｚの高周波信号の信号波長の４分の１に
相当する0.565 ｍｍ、整合回路部分の中心から誘電体導
波管線路15の端面（ショートされている面）までの長さ
を1.13ｍｍとした。 【００６１】そして、この例ならびに誘電体導波管線路
15における整合回路部分（導体非形成領域18・内部導体
層19・内部貫通導体群20）を設けなかった比較例につ
き、接続構造の反射係数Ｓ₁₁をシミュレーションにより
求めた。その結果を図８に示す。 【００６２】図８は誘電体導波管線路の高周波線路との
接続構造における反射係数Ｓ₁₁の周波数特性を示す図４
・図６と同様の線図であり、横軸は周波数（単位：ＧＨ
ｚ）を、縦軸は反射係数Ｓ₁₁（単位：ｄＢ）を表わし、
反射係数Ｓ₁₁の周波数特性を示す特性曲線のうち実線は
本発明の実施例の特性を、破線は比較例の特性を示して
いる。 【００６３】図８の結果より、整合回路部分が無い比較
例では反射係数Ｓ₁₁は−９ｄＢ程度までにしかならなか
ったのに対し、本発明の実施例では整合回路部分を設け
ることにより、最も小さいところで反射が−19ｄＢ程度
の良好な接続特性が得られることが分かる。 【００６４】この場合も、設計周波数と反射係数Ｓ₁₁が
良好な特性を示す周波数とはずれているが、これも〔例
１〕と同様の方法により調整することができる。 【００６５】なお、本発明は以上の例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更
・改良を施すことは何ら差し支えない。例えば、上記の
例では誘電体導波管線路に対して接続する高周波線路を
両者の伝送方向が平行になるように配置した場合を示し
たが、誘電体導波管線路に対して高周波線路を直交させ
ても、あるいは任意の角度で交差させてもよく、そのよ
うな場合もスロット孔の位置・形状・寸法等を適宜調整
することにより同様の良好な接続特性が得られる。 【００６６】 【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の誘電体導波
管線路と高周波線路との接続構造によれば、誘電体導波
管線路の上側の主導体層に形成した電磁的な結合のため
のスロット孔の直下に、スロット孔の中心を含む伝送方
向に信号波長の４分の１の長さの範囲にわたって、下側
の主導体層の側壁用貫通導体群間にわたる導体非形成領
域と、この導体非形成領域に対応させた副導体層間を同
一面で電気的に接続する伝送方向に信号波長の４分の１
の長さの内部導体層と、この内部導体層の伝送方向の両
端と下側の主導体層の導体非形成領域の両側とを電気的
に接続する内部貫通導体群とによる、４分の１波長整合
回路として機能する整合回路部分を形成したことによ
り、スロット孔を介して電磁的に結合される種々の高周
波線路の特性インピーダンスが様々なものであっても、
特性インピーダンスのマッチングをとって良好な特性で
接続させることができる。 【００６７】しかも、本発明の接続構造は、このような
整合回路部分を有する誘電体導波管線路はグリ一ンシー
ト積層法等のシート積層技術により容易に作製すること
ができるので、生産性が高く安価に製造することができ
る。 【００６８】以上により、本発明によれば、積層型の誘
電体導波管線路と、他の線路導体や誘電体導波管線路や
アンテナ素子等の高周波線路とをスロット孔を用いて電
磁的に結合し、両者の特性インピーダンスが異なるもの
であっても良好な特性で接続することができる誘電体導
波管線路と高周波線路との接続構造を提供することがで
きた。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の誘電体導波管線路と高周波線路との接
続構造における誘電体導波管線路の概略構成を示す部分
破断斜視図である。 【図２】誘電体導波管線路の概略構成を示す部分破断斜
視図である。 【図３】本発明の誘電体導波管線路と高周波線路との接
続構造の実施の形態の一例の概略構成を示す、誘電体導
波管線路を輪郭で表示した状態の斜視図である。 【図４】誘電体導波管線路と高周波線路との接続構造に
おける反射係数の周波数特性を示す線図である。 【図５】本発明の誘電体導波管線路と高周波線路との接
続構造の実施の形態の他の例の概略構成を示す、誘電体
導波管線路を輪郭で表示した状態の斜視図である。 【図６】誘電体導波管線路と高周波線路との接続構造に
おける反射係数の周波数特性を示す線図である。 【図７】本発明の誘電体導波管線路と高周波線路との接
続構造の実施の形態のさらに他の例の概略構成を示す、
誘電体導波管線路を輪郭で表示した状態の斜視図であ
る。 【図８】誘電体導波管線路と高周波線路との接続構造に
おける反射係数の周波数特性を示す線図である。 【符号の説明】 11・・・・・誘電体基板 12、13・・・主導体層 14・・・・・側壁用貫通導体群 15・・・・・誘電体導波管線路 16・・・・・副導体層 17・・・・・スロット孔 18・・・・・導体非形成領域 19・・・・・内部導体層 20・・・・・内部貫通導体群 21・・・・・マイクロストリップ線路（高周波線路） 22・・・・・誘電体導波管線路（高周波線路） 26・・・・・開口面アンテナ素子（高周波線路）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01P 5/107 H01P 5/02 H01P 5/08 H01Q 21/00

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 誘電体基板を上下から挟持する一対の主
   導体層と、高周波信号の伝送方向に信号波長の２分の１
   未満の繰り返し間隔で、かつ前記伝送方向と直交する方
   向に所定の幅で前記主導体層間を電気的に接続して形成
   された２列の側壁用貫通導体群と、前記主導体層間に主
   導体層と平行に形成され、前記側壁用貫通導体群と電気
   的に接続された副導体層とを具備して成り、前記主導体
   層、側壁用貫通導体群および副導体層で囲まれた領域に
   よって高周波信号を伝送する誘電体導波管線路に対し
   て、上側の前記主導体層に平行に配設された高周波信号
   を伝送する高周波線路を、上側の前記主導体層に形成し
   たスロット孔を介して対向させて電磁的に結合させると
   ともに、前記誘電体導波管線路の前記側壁用貫通導体群
   間のうち前記スロット孔の中心を含む伝送方向に信号波
   長の４分の１の長さの範囲にわたって、下側の前記主導
   体層に前記側壁用貫通導体群間にわたる導体非形成領域
   を設け、かつ該導体非形成領域に対応させて、前記副導
   体層間を同一面で電気的に接続する伝送方向に信号波長
   の４分の１の長さの内部導体層および該内部導体層の伝
   送方向の両端をそれぞれ信号波長の２分の１未満の繰り
   返し間隔で下側の前記主導体層と電気的に接続する内部
   貫通導体群を形成したことを特徴とする誘電体導波管線
   路と高周波線路との接続構造。