JP3559530B2 - 非放射性誘電体線路およびミリ波送受信器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばミリ波等の高周波帯域で用いられる非放射性誘電体線路であって、ミリ波集積回路等に好適に使用される非放射性誘電体線路に関するものであり、また非放射性誘電体線路型のミリ波集積回路，ミリ波レーダーモジュール等のミリ波送受信器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の非放射性誘電体線路（Ｎｏｎｒａｄｉａｔｉｖｅ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅで、以下、ＮＲＤガイドという）Ｓ１の構成を図１に示す。図１のＮＲＤガイドＳ１は、使用周波数において空気中を伝搬する電磁波（高周波信号）の波長λに対して、間隔ｄがλ／２以下である一対の平行平板導体１，３の間に誘電体線路２を介装することにより、その誘電体線路２に沿って電磁波が伝搬でき、放射波は平行平板導体１，３の遮断効果によって抑制されるという動作原理に基づいている。
【０００３】
このＮＲＤガイドＳ１の電磁波伝搬モードとしては、ＬＳＭモード，ＬＳＥモードの２種類があることが知られているが、損失の小さいＬＳＭモードが一般的に使用されている。また、ＮＲＤガイドの他のタイプとして、図２のような曲線状の誘電体線路１４を設けたＮＲＤガイドＳ２もあり、これにより電磁波を容易に曲線的に伝搬させることができ、ミリ波集積回路の小型化や自由度の高い回路設計ができるという利点を持っている。
【０００４】
なお、図１および図２において、上側の平行平板導体３は内部を透視するように一部を切り欠くか、破線で示した。また、１は下側の平行平板導体である。
【０００５】
また、従来、ＮＲＤガイドＳ１，Ｓ２の誘電体線路２，１４の材料としては、手軽に加工できるという簡便さと低損失という点で、テフロン，ポリスチレン等の比誘電率２〜４の樹脂材料が使われてきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来用いられてきたテフロン，ポリスチレン等の比誘電率２〜４の誘電体からなる誘電体線路でＮＲＤガイドＳ１，Ｓ２を構成すると、曲線部での曲げ損失や、誘電体線路の接合部での損失が大きいという欠点があった。このため、急峻な曲線部を設けることができなかった。また、緩やかな曲線部とした場合にも、その曲線部の曲率半径を精密に決定する必要があった。さらに、小さい曲げ損失でもって使用可能な周波数範囲が、例えば６０ＧＨｚ付近では１〜２ＧＨｚと十分ではなかった。これは、比誘電率が２〜４の誘電体を用いてＮＲＤガイドＳ１，Ｓ２を構成した場合、上記ＬＳＭモードとＬＳＥモードの分散曲線が非常に近いため、ＬＳＭモードの電磁波の１部がＬＳＥモードに変換されてしまい、損失が増大するためであった。
【０００７】
また、誘電体線路２，１４の材料として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックス等の比誘電率が１０程度のセラミックスを用いたものもあるが、５０ＧＨｚ以上の高周波で使用するためには、誘電体線路２，１４の幅を非常に細くしなければならず、加工性および実装上実用的ではない。
【０００８】
また、従来用いられてきたテフロン（R）等の樹脂材料からなる誘電体線路２，１４でＮＲＤガイドＳ１，Ｓ２を構成すると、誘電体線路２，１４と平行平板導体１，３，１１，１３との接着が難しく、振動や熱膨張差によって誘電体線路２，１４が位置ずれを起こし、正常に機能しなくなるという問題があった。
【０００９】
従って、本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は、ＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換が少なく、従って小さい曲率半径で使用周波数範囲が広い急峻な曲線部を作製することができ、その結果、ミリ波集積回路等を小型化でき、しかも信頼性が高く、損失が小さい高性能なＮＲＤガイドを提供することである。また、このようなＮＲＤガイドを用いることにより、高周波信号の伝送損失が小さく、小型化されたミリ波送受信器を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の非放射性誘電体線路は、高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に前記高周波信号が伝送される誘電体線路を介装して成る非放射性誘電体線路において、前記平行平板導体間の間隔をｄとした場合、前記誘電体線路の前記平行平板導体に対向する二面のうち一方の面が前記平行平板導体の内面に接着され、かつ他方の面が前記平行平板導体の内面とｄ／２０以下の間隔をもって離間して前記高周波信号の伝送モードのＬＳＭモードのＴＥ０２モードへの変換を抑えていることを特徴とする。
【００１１】
本発明のＮＲＤガイドによれば、誘電体線路の平行平板導体に対向する二面のうち一方の面が平行平板導体の内面に接着され、かつ他方の面が平行平板導体の内面とｄ／２０以下の間隔をもって離間しているので、誘電体線路が平行平板導体に触れることがないため、組み立て時や振動、衝撃によって誘電体線路の割れを防ぐことができる。また、他方の面と平行平板導体の内面との間隔をｄ／２０以下として高周波信号の伝送モードのＬＳＭモードのＴＥ０２モードへの変換を抑えているので、高周波信号の伝送損失を小さく抑えることができる。
【００１２】
本発明の非放射性誘電体線路において、好ましくは、前記誘電体線路は、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分とするセラミックスからなるとともに、測定周波数６０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上であることを特徴とする。
【００１３】
上記の構成により、ＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換が少なく、従って誘電体線路に小さい曲率半径で使用周波数範囲が広い急峻な曲線部を作製することができ、その結果、ミリ波集積回路等を小型化でき、しかも加工が容易で作製の自由度の高いＮＲＤガイドを作製できる。また、高周波信号の伝送損失が小さいものとなり、また形状精度が精密で安定した誘電体線路をセラミックスにより容易に多数個作製できるため安価なものとなる。また、誘電体線路の比誘電率がテフロン（R）等の樹脂材料と比して高いので、例えばこれらの樹脂材料を用いて誘電体線路の支持用治具や回路基板等を作製し、誘電体線路近傍に配置してもその影響を受けにくくなる。
【００１４】
また本発明の非放射性誘電体線路において、好ましくは、前記複合酸化物のモル比組成式がｘＭｇＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２（但し、ｘ＝１０〜４０モル％，ｙ＝１０〜４０モル％，ｚ＝２０〜８０モル％，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％を満足する）で表されることを特徴とする。
【００１５】
上記の構成により、さらに伝送損失が少なく、かつ安価で高い形状精度の誘電体線路を用いたＮＲＤガイドを作製できる。
【００１６】
本発明のミリ波送受信器は、ミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、高周波ダイオード発振器およびバイアス電圧印加方向が前記ミリ波信号の電界方向に合致するように配置され、前記バイアス電圧を周期的に制御することによって前記ミリ波信号を周波数変調した送信用のミリ波信号として出力する可変容量ダイオードを有するミリ波発振部が一端部に付設され、該ミリ波発振部から出力された前記送信用のミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路と、該第１の誘電体線路に、一端側が電磁結合するように近接配置されるかまたは一端が接合されて、前記送信用のミリ波信号の一部をミキサー側へ伝搬させる第２の誘電体線路と、前記平行平板導体に平行に配設されたフェライト板の周縁部に所定間隔で配置され、かつそれぞれ前記ミリ波信号の入出力端とされた第１の接続部，第２の接続部および第３の接続部を有し、一つの接続部から入力された前記ミリ波信号を前記フェライト板の面内で時計回りまたは反時計回りに隣接する他の接続部より出力させるサーキュレータであって、前記第１の誘電体線路の前記送信用のミリ波信号の出力端に前記第１の接続部が接合されるサーキュレータと、該サーキュレータの前記第２の接続部に接合され、前記送信用のミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に送受信アンテナを有する第３の誘電体線路と、前記送受信アンテナで受信され前記第３の誘電体線路を伝搬して前記サーキュレータの前記第３の接続部より出力した受信波をミキサー側へ伝搬させる第４の誘電体線路と、前記第２の誘電体線路の中途と前記第４の誘電体線路の中途とを近接させて電磁結合させるかまたは接合させて成り、前記送信用のミリ波信号の一部と前記受信波とを混合させて中間周波信号を発生させるミキサー部と、を設けたミリ波送受信器において、前記第１〜第４の誘電体線路の少なくとも一つの誘電体線路および前記平行平板導体が上記本発明の非放射性誘電体線路を構成していることを特徴とする。
【００１７】
本発明のミリ波送受信器によれば、上記の構成により、信頼性が高く、高性能かつ小型のミリ波送受信器とすることができる。
【００１８】
また、本発明のミリ波送受信器は、ミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、高周波ダイオード発振器およびバイアス電圧印加方向が前記ミリ波信号の電界方向に合致するように配置され、前記バイアス電圧を周期的に制御することによって前記ミリ波信号を周波数変調した送信用のミリ波信号として出力する可変容量ダイオードを有するミリ波発信部が一端部に付設され、該ミリ波発振部から出力された前記送信用のミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路と、該第１の誘電体線路に、一端側が電磁結合するように近接配置されるかまたは一端が接合されて、前記送信用のミリ波信号の一部をミキサー側へ伝搬させる第２の誘電体線路と、前記平行平板導体に平行に配設されたフェライト板の周縁部に所定間隔で配置され、かつそれぞれ前記ミリ波信号の入出力端とされた第１の接続部，第２の接続部および第３の接続部を有し、一つの接続部から入力された前記ミリ波信号を前記フェライト板の面内で時計回りまたは反時計回りに隣接する他の接続部より出力させるサーキュレータであって、前記第１の誘電体線路の前記送信用のミリ波信号の出力端に前記第１の接続部が接続されるサーキュレータと、該サーキュレータの前記第２の接続部に接続され、前記送信用のミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に送信アンテナを有する第３の誘電体線路と、先端部に受信アンテナ、他端部にミキサーが各々設けられた第４の誘電体線路と、前記サーキュレータの前記第３の接続部に接続され、前記送信アンテナで受信混入したミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に設けられた無反射終端部で前記受信混入したミリ波信号を減衰させる第５の誘電体線路と、前記第２の誘電体線路の中途と前記第４の誘電体線路の中途とを近接させて電磁結合させるかまたは接合させて成り、前記送信用のミリ波信号の一部と前記受信波とを混合させて中間周波信号を発生させるミキサー部と、を設けたミリ波送受信器において、前記第１〜第５の誘電体線路のうち少なくとも一つの誘電体線路および前記平行平板導体が上記本発明の非放射性誘電体線路を構成していることを特徴とする。
【００１９】
本発明のミリ波送受信器によれば、上記の構成により、信頼性が高く、高性能かつ小型のミリ波送受信器とすることができる。また、送信用のミリ波信号がサーキュレータを介してミキサーへ混入することがなく、その結果受信信号のノイズが低減し、ミリ波レーダー等に適用した際に探知距離が増大するので、ミリ波信号の伝送特性に優れたものとなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明のＮＲＤガイドについて以下に詳細に説明する。本発明のＮＲＤガイドの基本的な全体構成は図１と同様であり、以下図１に基いて説明する。図１はＮＲＤガイドＳ１の斜視図であり、同図において、１，３は高周波信号の波長λの２分の１以下の間隔ｄで配置した下側，上側の平行平板導体、２は平行平板導体１，３間に介装、挟持された誘電体線路である。この誘電体線路２は、例えば複数の線路部分の端面同士を所定間隔で対向配置させて構成されていてもよい。なお、上記波長λは、使用周波数における高周波信号の空気中での波長に相当する。
【００２１】
本発明のＮＲＤガイドＳ１用の平行平板導体１，３は、高い電気伝導度および加工性等の点で、Ｃｕ，Ａｌ，Ｆｅ，ＳＵＳ（ステンレススチール），Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ等からなり、鍛造法、鋳造法、ダイカスト法、研削法等で加工された金属板、あるいはセラミックス，樹脂等から成る絶縁板の表面にこれらの導体層を形成したものでもよい。
【００２２】
本発明のＮＲＤガイドは、図７に示すように、平行平板導体１，３間の間隔をｄとしたときに、誘電体線路２の平行平板導体１，３に対向する二面のうち一方の面Ｐ１が平行平板導体３の内面に接着されるとともに、他方の面Ｐ２が平行平板導体１の内面とｄ／２０以下の間隔ｇをもって離間している。なお、図７は、図１のＡ−Ａ線における断面図であり、誘電体線路２および平行平板導体１，３の高周波信号の伝送方向に垂直な断面でみた断面図である。
【００２３】
図７の接着剤４は誘電体線路２の面Ｐ１を接着して固定できるものであれば特に限定するものではなく、例えばポリビニールアルコール系、エポキシ樹脂系、シリコーンゴム系などの接着剤、あるいは金属ロウ材等であってもよい。
【００２４】
本発明のＮＲＤガイドにおいて、間隔ｇが０になると、誘電体線路２が平行平板導体１の内面に触れるため、組み立て時や振動、衝撃によって誘電体線路２が割れ易くなる。そのため、間隔ｇは０より大きくする必要がある。
【００２５】
また、間隔ｇがｄ／２０を超えると、伝送モードのＬＳＭモードが上下非対称になり、ＴＥ０２モードと結合してＴＥ０２モードに変換されてしまい、ＬＳＭモードの損失が大きくなる。特に誘電体線路２のベンド部分（曲線部分）では、ＴＥ０２モードが放射されてしまうため、ＬＳＭモードの損失が大きくなる。このため、伝送損失を効果的に抑制するため、ｇをｄ／２０以下にする必要がある。また、好ましくは、ｇをｄ／４０以下にするのがよい。
【００２６】
このように、誘電体線路２の面Ｐ２と平行平板導体１の内面との間隔ｇをｄ／２０以下とすると、ＬＳＭモードの上下非対称性が小さくなり、ＴＥ０２モードと結合しにくくなるため、ＴＥ０２モードに変換される割合を抑えることができる。そのため、ＬＳＭモードの損失を抑えることができる。
【００２７】
本発明の非放射性誘電体線路における誘電体線路２は、使用周波数６０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上である、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分としたセラミックスを用いるのがよい。上記のセラミックスは比誘電率が４．５〜８程度である。比誘電率をこの範囲に限定したのは、比誘電率が４．５未満の場合、上記したようにＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換が大きくなるからである。また、比誘電率が８を超えると、５０ＧＨｚ以上の周波数で使用する際、誘電体線路２の幅を非常に細くしなければならず、加工が困難になって形状精度が劣化し、強度の点でも問題が生じる。また、使用周波数６０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上である、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分としたセラミックスの場合、これは、近年におけるマイクロ波帯域，ミリ波帯に含まれる６０ＧＨｚで使用される誘電体線路として、十分な低損失性を実現するものである。
【００２８】
そして、誘電体線路２の組成および組成比は、モル比組成式をｘＭｇＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２と表した時に、ｘ＝１０〜４０モル％，ｙ＝１０〜４０モル％，ｚ＝２０〜８０モル％，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％を満足する、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分とする。
【００２９】
本発明の非放射性誘電体線路における誘電体線路２の材料であるセラミックス（誘電体磁器組成物）の主成分の組成比を上記範囲に限定したのは、次の理由による。即ち、ｘを１０〜４０モル％としたのは、１０モル％未満では良好な焼結体が得られず、また４０モル％を超えると比誘電率が大きくなるからである。特にｘは、６０ＧＨｚでのＱ値を２０００以上とするという点から１５〜３５モル％が望ましい。
【００３０】
また、ｙを１０〜４０モル％としたのは、ｙが１０モル％よりも小さい場合には良好な焼結体が得られず、４０モル％を超えると比誘電率が大きくなるからである。ｙは、６０ＧＨｚでのＱ値を２０００以上とするという点から１７〜３５モル％が望ましい。
【００３１】
ｚを２０〜８０モル％としたのは、ｚが２０モル％よりも小さい場合には比誘電率が大きくなり、８０モル％を超えると良好な焼結体が得られずＱ値が低下するからである。ｚは、６０ＧＨｚでのＱ値を２０００以上とするという点から３０〜６５モル％が望ましい。
【００３２】
これらＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２のモル％を示すｘ，ｙ，ｚは、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｉｓ）法，ＸＲＤ（Ｘ−ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：Ｘ線回折）法等の分析方法で特定できる。
【００３３】
また、本発明の非放射性誘電体線路における誘電体線路２用のセラミックスは、主結晶相がコーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）であり、他の結晶相としてムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２），スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３），プロトエンスタタイト｛メタ珪酸マグネシウム（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）を主成分とするステアタイトの一種｝，クリノエンスタタイト｛メタ珪酸マグネシウム（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）を主成分とするステアタイトの一種｝，フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２），クリストバライト｛珪酸（ＳｉＯ２）の一種｝，トリジマイト｛珪酸（ＳｉＯ２）の一種｝，サファリン（Ｍｇ，Ａｌの珪酸塩の一種）等が析出する場合があるが、組成によってその析出相が異なる。なお、本発明のセラミックスではコーディエライトのみからなる結晶相であってもよい。
【００３４】
本発明の非放射性誘電体線路における誘電体線路２用のセラミックス（誘電体磁器組成物）は、以下のようにして製造する。原料粉末として、例えばＭｇＣＯ３粉末，Ａｌ２Ｏ３粉末，ＳｉＯ２粉末を用い、これらを所定割合で秤量し、湿式混合した後乾燥し、この混合物を大気中において１１００〜１３００℃で仮焼した後、粉砕し粉末状とする。得られた粉末に適量の樹脂バインダを加えて成形し、この成形体を大気中１３００〜１４５０℃で焼成することにより得られる。
【００３５】
原料粉末中に含まれるＭｇ，Ａｌ，Ｓｉの元素から成る原料粉末は、それぞれ酸化物，炭酸塩，酢酸塩等の無機化合物、もしくは有機金属等の有機化合物のいずれであってもよく、焼成により酸化物となるものであれば良い。
【００３６】
なお、本発明の非放射性誘電体線路における誘電体線路２用の誘電体磁器組成物の主成分は、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分とし、６０ＧＨｚでのＱ値を１０００以上であるという特性を損なわない範囲で、上記元素以外に、粉砕ボールや原料粉末の不純物が混入したり、焼結温度範囲の制御、機械的特性向上を目的に他の成分を含有させても良い。例えば、希土類元素化合物、Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｔｉ等の酸化物、ならびに窒化ケイ素等の窒化物などの非酸化物である。これらは単独または複数種が含まれていても良い。
【００３７】
本発明でいう高周波帯域は、数１０〜数１００ＧＨｚ帯域のマイクロ波帯域およびミリ波帯域に相当し、例えば３０ＧＨｚ以上、特に５０ＧＨｚ以上、更には７０ＧＨｚ以上の高周波帯域が好適である。
【００３８】
さらに、誘電体線路２のその他の材料として、テフロン，ポリスチレン，ガラスエポキシ樹脂等の樹脂系のもの、アルミナセラミックス，ガラスセラミックス，フォルステライトセラミックス等のものでもよいが、誘電特性、加工性、強度、小型化、信頼性等の点でコーディエライトセラミックスが好ましい。
【００３９】
本発明のＮＲＤガイドＳ１は、無線ＬＡＮ，自動車のミリ波レーダー等に使用されるものであり、例えば自動車の周囲の障害物および他の自動車に対しミリ波を照射し、反射波を元のミリ波と合成して中間周波信号を得、この中間周波信号を分析することにより障害物及び他の自動車までの距離、それらの移動速度等が測定できる。
【００４０】
かくして、本発明のＮＲＤガイドＳ１によれば、誘電体線路の平行平板導体に対する接着性が良好であり、長期間にわたり強固な接着性を維持でき、また高周波信号の伝送特性に優れたものとなる。したがって、信頼性が高く、高性能で小型なＮＲＤガイドを構成することができる。また、従来のアルミナセラミックス等よりも低比誘電率のセラミックスからなる誘電体線路を用いているため、ＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換を少なくでき、高周波信号の損失が抑えられる。
【００４１】
本発明のＮＲＤガイドを用いたミリ波送受信器について、以下に説明する。図３，図４は本発明のミリ波送受信器としてのミリ波レーダーを示すものであり、図３は送信アンテナと受信アンテナが一体化されたものの平面図、図４は送信アンテナと受信アンテナが独立したものの平面図である。
【００４２】
図３において、５１は本発明の一方の平行平板導体（他方は省略する）、５２は第１の誘電体線路５３の一端に設けられた、高周波ダイオード発振器を有する電圧制御型のミリ波信号発振部（電圧制御発振部）であり、バイアス電圧印加方向が高周波信号の電界方向に合致するように、第１の誘電体線路５３の高周波ダイオード近傍に配置された可変容量ダイオードのバイアス電圧を周期的に制御して、三角波，正弦波等とすることにより、周波数変調した送信用のミリ波信号として出力する。
【００４３】
５３は、ミリ波信号発振部５２が一端部に付設され、高周波ダイオード発振器から出力されたミリ波信号が変調された送信用のミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路、５４は、第１，第３，第４の誘電体線路５３，５５，５７にそれぞれ結合される第１，第２，第３の接続部５４ａ，５４ｂ，５４ｃを有する、フェライト円板等から成るサーキュレータ、５５は、サーキュレータ５４の第２の接続部５４ｂに接続され、ミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に送受信アンテナ５６を有する第３の誘電体線路、５６は、第３の誘電体線路５５の先端をテーパー状等とすることにより構成された送受信アンテナである。
【００４４】
なお、送受信アンテナ５６は、平行平板導体５１に形成された貫通孔を通して高周波信号を入出力させ、平行平板導体５１の外面に貫通孔に接続された金属導波管を介して設置されたホーンアンテナ等であってもよい。
【００４５】
また５７は、送受信アンテナ５６で受信され第３の誘電体線路５５を伝搬してサーキュレータ５４の第３の接続部５４ｃより出力した受信波をミキサー５９側へ伝搬させる第４の誘電体線路、５８は、第１の誘電体線路５３に一端側が電磁結合するように近接配置されて、送信用のミリ波信号の一部をミキサー５９側へ伝搬させる第２の誘電体線路、５８ａは、第２の誘電体線路５８のミキサー５９と反対側の一端部に設けられた無反射終端部（ターミネータ）である。また、図中Ｍ１は、第２の誘電体線路５８の中途と第４の誘電体線路５７の中途とを近接させて電磁結合させることにより、送信用のミリ波信号の一部と受信波を混合させて中間周波信号を発生させるミキサー部である。
【００４６】
本発明のミリ波送受信器におけるサーキュレータ５４は、平行平板導体５１，５１間に平行に配設された一対のフェライト円板の周縁部に所定間隔、例えばフェライト円板の中心点に関して角度で１２０°間隔で配置され、かつそれぞれミリ波信号の入出力端とされた第１の接続部５４ａ，第２の接続部５４ｂおよび第３の接続部５４ｃを有し、一つの接続部から入力されたミリ波信号をフェライト円板の面内で時計回りまたは反時計回りに隣接する他の接続部より出力させるものである。また、平行平板導体５１の外側主面のフェライト円板に相当する部位には、フェライト円板を伝搬する電磁波の波面を回転させるための磁石が、磁力線がフェライト円板に対し略垂直方向（略上下方向）に通過するように設けられる。なお、フェライト板は円板状のものに限らず、多角形状等のものでもよい。
【００４７】
また、本発明のミリ波送受信器について実施の形態の他の例として、送信アンテナと受信アンテナを独立させた図４のタイプがある。同図において、６１は一方の平行平板導体（他方は省略する）、６２は第１の誘電体線路６３の一端に設けられた、高周波ダイオード発振器を有する電圧制御型のミリ波信号発振部であり、バイアス電圧印加方向が高周波信号の電界方向に合致するように第１の誘電体線路６３の高周波ダイオード近傍に配置された可変容量ダイオードのバイアス電圧を周期的に制御して、三角波，正弦波等とすることにより、周波数変調した送信用のミリ波信号として出力する。
【００４８】
６３は、ミリ波信号発振部６２が一端部に付設され、高周波ダイオード発振器から出力されたミリ波信号が変調された送信用のミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路、６４は、第１，第３，第５の誘電体線路６３，６５，６７にそれぞれ接続される第１，第２，第３の接続部（図３と同様であり図示せず）を有する、フェライト円板等から成るサーキュレータ、６５は、サーキュレータ６４の第２の接続部に接続され、送信用のミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に送信アンテナ６６を有する第３の誘電体線路、６６は、第３の誘電体線路６５の先端をテーパー状等とすることにより構成された送信アンテナ、６７は、サーキュレータ６４の第３の接続部に接続され、送信用のミリ波信号を減衰させる無反射終端部６７ａが先端に設けられた第５の誘電体線路である。
【００４９】
また６８は、第１の誘電体線路６３に一端側が電磁結合するように近接配置されて、送信用のミリ波信号の一部をミキサー７１側へ伝搬させる第２の誘電体線路、６８ａは、第２の誘電体線路６８のミキサー７１と反対側の一端部に設けられた無反射終端部、６９は、受信アンテナ７０で受信された受信波をミキサー７１側へ伝搬させる第４の誘電体線路である。また、図中Ｍ２は、第２の誘電体線路６８の中途と第４の誘電体線路６９の中途とを近接させて電磁結合させることにより、送信用のミリ波信号の一部と受信波とを混合させて中間周波信号を発生させるミキサー部である。
【００５０】
なお、送信アンテナ６６および受信アンテナ７０は、平行平板導体６１に形成された貫通孔を通して高周波信号を入力または出力させ、平行平板導体６１の外面に貫通孔に接続された金属導波管を介して設置されたホーンアンテナ等であってもよい。
【００５１】
本発明のミリ波送受信器では、図３において、第１の誘電体線路５３に第２の誘電体線路５８の一端側を近接配置するかまたは一端部を接合するが、接合する場合には、接合部において、第１の誘電体線路５３を直線状、第２の誘電体線路５８を円弧状となし、その円弧状部の曲率半径ｒを高周波信号の波長λ以上とするのがよい。これにより、高周波信号を損失を小さくして均等の出力で分岐させ得る。また、接合部において、第２の誘電体線路５８を直線状、第１の誘電体線路５３を円弧状となし、その円弧状部の曲率半径ｒを高周波信号の波長λ以上としてもよく、この場合も上記と同様の効果が得られる。
【００５２】
また、ミキサー部Ｍ１において、第２の誘電体線路５８と第４の誘電体線路５７とを接合することもでき、この場合、上記と同様に、これらの誘電体線路５８，５７のいずれか一方の接合部を円弧状となし、その円弧状部の曲率半径ｒを高周波信号の波長λ以上とするのがよい。また、第２の誘電体線路５８と第４の誘電体線路５７とを電磁結合するように近接配置する場合、その近接部において、第２の誘電体線路５８と第４の誘電体線路５７との近接部の少なくとも一方を円弧状とすることにより、近接配置の構成とすることができる。
【００５３】
また好ましくは、上記の接合部の曲率半径ｒは３λ以下が良く、３λを超えると接合構造が大きくなり小型化のメリットが得られない。接合部の曲率半径ｒを波長λより小さく設定すると、円弧状の接合部を有する誘電体線路への分岐強度は小さくなる。
【００５４】
このような第１の誘電体線路５３と第２の誘電体線路５８との接合構造、および第２の誘電体線路５８と第４の誘電体線路５７との接合構造、並びに第２の誘電体線路５８と第４の誘電体線路５７との近接配置の構成については、図４の場合も上記と同様である。
【００５５】
そして、これらの各種部品は、ミリ波信号の波長λの２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に設けられる。
【００５６】
図３のものにおいて、第１の誘電体線路５３の中途にスイッチを設け、それをオン−オフすることでパルス変調制御することもできる。例えば、図６に示すような、配線基板８８の一主面に第２のチョーク型バイアス供給線路１１２を形成し、その中途に接続用の電極１１１に半田実装されたビームリードタイプのＰＩＮダイオードやショットキーバリアダイオードを設けたスイッチである。なお、図６においてＥは誘電体線路７７内を伝搬する高周波信号の電界方向を示す。
【００５７】
この配線基板８８を、第１の誘電体線路５３の第２の誘電体線路５８との信号分岐部とサーキュレータ５４との間に、ＰＩＮダイオードやショットキーバリアダイオードのパルス変調用ダイオードのバイアス電圧印加方向がＬＳＭモードの高周波信号の電界方向に合致するように配置し、第１の誘電体線路５３に介在させるものである。また、第１の誘電体線路５３にもう一つのサーキュレータを介在させ、その第１，第３の接続部に第１の誘電体線路５３を接続し、第２の接続部に他の誘電体線路を接続し、その誘電体線路の先端部の端面に、図６のような構成でショットキーバリアダイオードを設けたスイッチを設置してもよい。
【００５８】
図４のものにおいて、サーキュレータ６４をなくし、第１の誘電体線路６３の先端部に送信アンテナ６６を接続した構成とすることもできる。この場合、小型化されたものとなるが、受信波の一部が電圧制御発振部（ミリ波信号発振部）６２に混入しノイズ等の原因となり易いため、図４のタイプが好ましい。
【００５９】
また、図４のタイプにおいて、第２の誘電体線路６８は、第３の誘電体線路６５に一端側が電磁結合するように近接配置されるか第３の誘電体線路６５に一端が接合されて、送信用のミリ波信号の一部をミキサー７１側へ伝搬させるように配置されていてもよい。この構成においても、図４のものと同様の機能、作用効果を有する。
【００６０】
この図４のものにおいて、第１の誘電体線路６３の中途に、図６に示したものと同様に構成したスイッチを設け、それをオン−オフすることでパルス変調制御することもできる。例えば、図６のような、配線基板８８の一主面に第２のチョーク型バイアス供給線路１１２を形成し、その中途に半田実装されたビームリードタイプのＰＩＮダイオードやショットキーバリアダイオードを設けたスイッチである。この配線基板８８を、第１の誘電体線路６３の第２の誘電体線路６８との信号分岐部と、サーキュレータ６４との間に、ＰＩＮダイオードやショットキーバリアダイオードのバイアス電圧印加方向がＬＳＭモードの高周波信号の電界方向に合致するように配置し、第１の誘電体線路６３に介在させるものである。
【００６１】
また、第１の誘電体線路６３にもう一つのサーキュレータを介在させ、その第１，第３の接続部に第１の誘電体線路６３を接続し、第２の接続部に他の誘電体線路を接続し、その誘電体線路の先端部の端面に、図６のような構成のショットキーバリアダイオードを設けたスイッチを設置してもよい。
【００６２】
また、これらのミリ波送受信器において、平行平板導体間の間隔は、ミリ波信号の空気中での波長であって、使用周波数での波長λの２分の１以下となる。
【００６３】
また、図３，図４のミリ波送受信器はＦＭＣＷ（Frequency Modulation Cotinuous Waves）方式であり、ＦＭＣＷ方式の動作原理は以下のようなものである。電圧制御発振部の変調信号入力用のＭＯＤＩＮ端子に、電圧振幅の時間変化が三角波等となる入力信号を入力し、その出力信号を周波数変調し、電圧制御発振部の出力周波数偏移を三角波等になるように偏移させる。そして、送受信アンテナ５６，送信アンテナ６６より出力信号（送信波）を放射した場合、送受信アンテナ５６，送信アンテナ６６の前方にターゲットが存在すると、電波の伝搬速度の往復分の時間差をともなって、反射波（受信波）が戻ってくる。この時、ミキサー５９，７１の出力側のＩＦＯＵＴ端子には、送信波と受信波の周波数差が出力される。
【００６４】
このＩＦＯＵＴ端子の出力周波数等の周波数成分を解析することで、Ｆｉｆ＝４Ｒ・ｆｍ・Δｆ／ｃ｛Ｆｉｆ：ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）出力周波数，Ｒ：距離，ｆｍ：変調周波数，Δｆ：周波数偏移幅，ｃ：光速｝という関係式から距離を求めることができる。
【００６５】
このように、自動車のミリ波レーダー等に適用した場合、自動車の周囲の障害物および他の自動車に対しミリ波を照射し、反射波を元のミリ波と合成して中間周波信号を得、この中間周波信号を分析することにより障害物および他の自動車までの距離、それらの移動速度等が測定できる。
【００６６】
本発明の高周波ダイオード発振器を用いた電圧制御発振部５２，６２について以下に説明する。図５，図６は本発明のＮＲＤガイド型のミリ波信号発振部（電圧制御発振部）を示し、これらの図において、７１は一対の平行平板導体、７２はガンダイオード７３を設置（マウント）するための略直方体状の金属ブロック等の金属部材、７３はマイクロ波，ミリ波を発振する高周波ダイオードの１種であるガンダイオード、７４は金属部材７２の一側面に設置され、ガンダイオード７３にバイアス電圧を供給するとともに高周波信号の漏れを防ぐローパスフィルタとして機能するチョーク型バイアス供給線路７４ａを形成した配線基板、７５はチョーク型バイアス供給線路７４ａとガンダイオード７３の上部導体とを接続する金属箔リボン等の帯状導体、７７はガンダイオード７３の近傍に配置され高周波信号を受信し外部へ伝搬させる誘電体線路（第１の誘電体線路５３，６３に相当するもの）である。
【００６７】
また図５において、チョーク型バイアス供給線路７４ａは、幅の広い線路および幅の狭い線路の長さがそれぞれ略λ／４であり、また帯状導体７５の長さは略｛（３／４）＋ｍ｝λ（ｍは０以上の整数）である。この帯状導体７５の長さは略３λ／４〜略｛（３／４）＋３｝λが良く、略｛（３／４）＋３｝λを超えると帯状導体７５が長くなり、撓み、捩じれ等が生じ易くなり、個々の高周波ダイオード発振器間で発振周波数等の特性のばらつきが大きくなるとともに、種々の共振モードが発生して、所望の発振周波数と異なる周波数の信号が発生するという問題が生じる。より好ましくは、略３λ／４，略｛（３／４）＋１｝λである。
【００６８】
また、略｛（３／４）＋ｍ｝λとしたのは、｛（３／４）＋ｍ｝λから多少ずれていても共振は可能だからである。例えば、帯状導体７５を｛（３／４）＋ｍ｝λよりも１０〜２０％程度長く形成しても良く、その場合、帯状導体７５の接するチョーク型バイアス供給線路７４ａの１パターン目の長さλ／４のうち一部が共振に寄与すると考えられるからである。従って、帯状導体７５の長さは｛（３／４）＋ｍ｝λ±２０％程度の範囲内で変化させることができる。
【００６９】
これらチョーク型バイアス供給線路７４ａおよび帯状導体７５の材料は、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｐｄ，Ｐｔ等から成り、特にＣｕ，Ａｇが、電気伝導度が良好であり、損失が小さく、発振出力が大きくなるといった点で好ましい。
【００７０】
また、帯状導体７５は金属部材７２の表面から所定間隔をあけて金属部材７２と電磁結合しており、チョーク型バイアス供給線路７４ａとガンダイオード７３間に架け渡されている。即ち、帯状導体７５の一端はチョーク型バイアス供給線路７４ａの一端に半田付け等により接続され、帯状導体７５の他端はガンダイオード７３の上部導体に半田付け等により接続されており、帯状導体７５の接続部を除く中途部分は宙に浮いた状態となっている。
【００７１】
そして、金属部材７２は、ガンダイオード７３の電気的な接地（アース）を兼ねているため金属導体であれば良く、その材料は金属（合金を含む）導体であれば特に限定するものではなく、真鍮（黄銅：Ｃｕ−Ｚｎ合金），Ａｌ，Ｃｕ，ＳＵＳ（ステンレススチール），Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ等から成る。また金属部材７２は、全体が金属から成る金属ブロック、セラミックスやプラスチック等の絶縁基体の表面全体または部分的に金属メッキしたもの、絶縁基体の表面全体または部分的に導電性樹脂材料等をコートしたものであっても良い。
【００７２】
また、誘電体線路７７は、図３，図４の第１の誘電体線路５３，６３に相当するものであり、その材料は上記の通りコーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）セラミックス（比誘電率４〜５）等が好ましく、これらは高周波帯域において低損失である。ガンダイオード７３と誘電体線路７７との間隔は１．０ｍｍ程度以下が好ましく、１．０ｍｍを超えると損失を小さくして電磁的結合が可能な最大離間幅を超える。
【００７３】
また、本発明の高周波ダイオードとしては、インパット（ｉｍｐａｔｔ：ｉｍｐａｃｔ ｉｏｎｉｓａｔｉｏｎ ａｖａｌａｎｃｈｅ ｔｒａｎｓｉｔ ｔｉｍｅ）・ダイオード，トラパット（ｔｒａｐａｔｔ：ｔｒａｐｐｅｄ ｐｌａｓｍａ ａｖａｌａｎｃｈｅ ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ ｔｒａｎｓｉｔ）・ダイオード，ガンダイオード等のマイクロ波ダイオードおよびミリ波ダイオードが好適に使用される。
【００７４】
【実施例】
本発明の実施例を以下に示す。
【００７５】
（実施例）
図２のＮＲＤガイドＳ２を以下のように構成した。誘電体線路２の材料として、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分としたセラミックスであって、種々の組成比としたものを作製した。それらの比誘電率と周波数６０ＧＨｚにおけるＱ値を表１に示す。
【００７６】
【表１】
【００７７】
一対の平行平板導体１１，１３として、アルミニウムで加工した縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの金属板を１．８ｍｍの間隔で配置し、表１のＮＯ．２４のコーディエライトセラミックスからなる誘電体線路１４を介装した。この誘電体線路１４は、高さ１．７８±０．０２ｍｍ、幅０．８ｍｍ、半径３．２５ｍｍで９０°のベンド状誘電体線路部の両端に、高さ１．７８ｍｍ、幅０．８ｍｍ、長さ５ｍｍの直線状誘電体線路部を２本を接続して、擬似的に１本となるように構成した。
【００７８】
平行平板導体１１，１３の内面の算術平均粗さＲａを触針式の表面粗さ測定器で測定したところ、０．３μｍであった。平行平板導体１１と誘電体線路１４は１液硬化型のエポキシ樹脂で接着した。顕微鏡を用いて誘電体線路１４の上面と近傍の平行平板導体１１の上面との差を測定することによって、接着後の誘電体線路１４の高さを６点測定した。平行平板導体１３と誘電体線路１４との間隔ｇは、下側の平行平板導体１１の内面から上側の平行平板導体１３の内面までの高さ１．８ｍｍから、測定した誘電体線路の高さを差し引いた値であり、最大０．０２ｍｍであった。７６．５ＧＨｚの高周波信号の伝送損失をネットワークアナライザーで評価したところ、０．４ｄＢ／ｃｍであり、実用上十分低損失であった。
【００７９】
（比較例）
誘電体線路１４の高さを１．７０±０．０２ｍｍとした以外は実施例と同様に図２のＮＲＤガイドＳ２を構成した。平行平板導体１３と誘電体線路１４との間隔ｇは最大０．１ｍｍであった。７６．５ＧＨｚでの伝送損失は１．８ｄＢ／ｃｍと大きなものであった。
【００８０】
なお、本発明は上記実施の形態および実施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内で種々の変更を行うことは何等差し支えない。
【００８１】
【発明の効果】
本発明の非放射性誘電体線路形成によれば、高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に前記高周波信号が伝送される誘電体線路を介装して成るＮＲＤガイドにおいて、平行平板導体間の間隔をｄとした場合、誘電体線路の平行平板導体に対向する二面のうち一方の面が平行平板導体の内面に接着され、かつ他方の面が平行平板導体の内面とｄ／２０以下の間隔をもって離間して前記高周波信号の伝送モードのＬＳＭモードのＴＥ０２モードへの変換を抑えていることにより、高い信頼性と低損失を両立させる高性能なＮＲＤガイドとすることができる。
【００８２】
また好ましくは、誘電体線路は、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分とするセラミックスからなるとともに、測定周波数６０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上であることにより、従来のアルミナセラミックス等よりも低比誘電率のセラミックスからなる誘電体線路を用いることにより、ＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換を少なくでき、高周波信号の損失が抑えられる。
【００８３】
また好ましくは、複合酸化物のモル比組成式がｘＭｇＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２（但し、ｘ＝１０〜４０モル％，ｙ＝１０〜４０モル％，ｚ＝２０〜８０モル％，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％を満足する）で表されることにより、さらに伝送損失が少なく、かつ安価で高い形状精度の誘電体線路を用いたＮＲＤガイドを作製できる。
【００８４】
本発明のミリ波送受信器によれば、送受信アンテナを備えたタイプ、および送信アンテナと受信アンテナとが独立したタイプにおいて、誘電体線路のうち少なくとも一つの誘電体線路および平行平板導体が上記本発明のＮＲＤガイドを構成していることにより、誘電体線路を伝搬するＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換が少なく、従って誘電体線路に小さい曲率半径で使用周波数範囲が広い急峻な曲線部を作製することができ、その結果ミリ波送受信器を使用周波数範囲が広く、小型化でき、しかも加工が容易で作製の自由度の高いものとすることができる。さらに、送信アンテナと受信アンテナとが独立したタイプでは、送信用のミリ波信号がサーキュレータを介してミキサーへ混入することがなく、その結果受信信号のノイズが低減し探知距離が増大し、さらにミリ波信号の伝送特性に優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来および本発明のＮＲＤガイドＳ１の基本的な全体構成を示し、内部を透視した斜視図である。
【図２】従来および本発明のＮＲＤガイドＳ２の基本的な全体構成を示し、内部を透視した斜視図である。
【図３】本発明のＮＲＤガイドを備えたミリ波レーダーについて実施の形態の例を示す平面図である。
【図４】本発明のＮＲＤガイドを備えたミリ波レーダーについて実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図５】本発明のミリ波レーダーにおけるミリ波発振部を示す内部透視斜視図である。
【図６】図５のミリ波発振部に組み込まれる可変容量ダイオードを設けた配線基板の斜視図である。
【図７】図１の本発明のＮＲＤガイドＳ１のＡ−Ａ線における断面図である。
【符号の説明】
１：下側の平行平板導体
２：誘電体線路
３：上側の平行平板導体
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばミリ波等の高周波帯域で用いられる非放射性誘電体線路であって、ミリ波集積回路等に好適に使用される非放射性誘電体線路に関するものであり、また非放射性誘電体線路型のミリ波集積回路，ミリ波レーダーモジュール等のミリ波送受信器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の非放射性誘電体線路（Ｎｏｎｒａｄｉａｔｉｖｅ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅで、以下、ＮＲＤガイドという）Ｓ１の構成を図１に示す。図１のＮＲＤガイドＳ１は、使用周波数において空気中を伝搬する電磁波（高周波信号）の波長λに対して、間隔ｄがλ／２以下である一対の平行平板導体１，３の間に誘電体線路２を介装することにより、その誘電体線路２に沿って電磁波が伝搬でき、放射波は平行平板導体１，３の遮断効果によって抑制されるという動作原理に基づいている。
【０００３】
このＮＲＤガイドＳ１の電磁波伝搬モードとしては、ＬＳＭモード，ＬＳＥモードの２種類があることが知られているが、損失の小さいＬＳＭモードが一般的に使用されている。また、ＮＲＤガイドの他のタイプとして、図２のような曲線状の誘電体線路１４を設けたＮＲＤガイドＳ２もあり、これにより電磁波を容易に曲線的に伝搬させることができ、ミリ波集積回路の小型化や自由度の高い回路設計ができるという利点を持っている。
【０００４】
なお、図１および図２において、上側の平行平板導体３は内部を透視するように一部を切り欠くか、破線で示した。また、１は下側の平行平板導体である。
【０００５】
また、従来、ＮＲＤガイドＳ１，Ｓ２の誘電体線路２，１４の材料としては、手軽に加工できるという簡便さと低損失という点で、テフロン，ポリスチレン等の比誘電率２〜４の樹脂材料が使われてきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来用いられてきたテフロン，ポリスチレン等の比誘電率２〜４の誘電体からなる誘電体線路でＮＲＤガイドＳ１，Ｓ２を構成すると、曲線部での曲げ損失や、誘電体線路の接合部での損失が大きいという欠点があった。このため、急峻な曲線部を設けることができなかった。また、緩やかな曲線部とした場合にも、その曲線部の曲率半径を精密に決定する必要があった。さらに、小さい曲げ損失でもって使用可能な周波数範囲が、例えば６０ＧＨｚ付近では１〜２ＧＨｚと十分ではなかった。これは、比誘電率が２〜４の誘電体を用いてＮＲＤガイドＳ１，Ｓ２を構成した場合、上記ＬＳＭモードとＬＳＥモードの分散曲線が非常に近いため、ＬＳＭモードの電磁波の１部がＬＳＥモードに変換されてしまい、損失が増大するためであった。
【０００７】
また、誘電体線路２，１４の材料として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックス等の比誘電率が１０程度のセラミックスを用いたものもあるが、５０ＧＨｚ以上の高周波で使用するためには、誘電体線路２，１４の幅を非常に細くしなければならず、加工性および実装上実用的ではない。
【０００８】
また、従来用いられてきたテフロン（R）等の樹脂材料からなる誘電体線路２，１４でＮＲＤガイドＳ１，Ｓ２を構成すると、誘電体線路２，１４と平行平板導体１，３，１１，１３との接着が難しく、振動や熱膨張差によって誘電体線路２，１４が位置ずれを起こし、正常に機能しなくなるという問題があった。
【０００９】
従って、本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は、ＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換が少なく、従って小さい曲率半径で使用周波数範囲が広い急峻な曲線部を作製することができ、その結果、ミリ波集積回路等を小型化でき、しかも信頼性が高く、損失が小さい高性能なＮＲＤガイドを提供することである。また、このようなＮＲＤガイドを用いることにより、高周波信号の伝送損失が小さく、小型化されたミリ波送受信器を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の非放射性誘電体線路は、高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に前記高周波信号が伝送される誘電体線路を介装して成る非放射性誘電体線路において、前記平行平板導体間の間隔をｄとした場合、前記誘電体線路の前記平行平板導体に対向する二面のうち一方の面が前記平行平板導体の内面に接着され、かつ他方の面が前記平行平板導体の内面とｄ／２０以下の間隔をもって離間して前記高周波信号の伝送モードのＬＳＭモードのＴＥ０２モードへの変換を抑えていることを特徴とする。
【００１１】
本発明のＮＲＤガイドによれば、誘電体線路の平行平板導体に対向する二面のうち一方の面が平行平板導体の内面に接着され、かつ他方の面が平行平板導体の内面とｄ／２０以下の間隔をもって離間しているので、誘電体線路が平行平板導体に触れることがないため、組み立て時や振動、衝撃によって誘電体線路の割れを防ぐことができる。また、他方の面と平行平板導体の内面との間隔をｄ／２０以下として高周波信号の伝送モードのＬＳＭモードのＴＥ０２モードへの変換を抑えているので、高周波信号の伝送損失を小さく抑えることができる。
【００１２】
本発明の非放射性誘電体線路において、好ましくは、前記誘電体線路は、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分とするセラミックスからなるとともに、測定周波数６０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上であることを特徴とする。
【００１３】
上記の構成により、ＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換が少なく、従って誘電体線路に小さい曲率半径で使用周波数範囲が広い急峻な曲線部を作製することができ、その結果、ミリ波集積回路等を小型化でき、しかも加工が容易で作製の自由度の高いＮＲＤガイドを作製できる。また、高周波信号の伝送損失が小さいものとなり、また形状精度が精密で安定した誘電体線路をセラミックスにより容易に多数個作製できるため安価なものとなる。また、誘電体線路の比誘電率がテフロン（R）等の樹脂材料と比して高いので、例えばこれらの樹脂材料を用いて誘電体線路の支持用治具や回路基板等を作製し、誘電体線路近傍に配置してもその影響を受けにくくなる。
【００１４】
また本発明の非放射性誘電体線路において、好ましくは、前記複合酸化物のモル比組成式がｘＭｇＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２（但し、ｘ＝１０〜４０モル％，ｙ＝１０〜４０モル％，ｚ＝２０〜８０モル％，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％を満足する）で表されることを特徴とする。
【００１５】
上記の構成により、さらに伝送損失が少なく、かつ安価で高い形状精度の誘電体線路を用いたＮＲＤガイドを作製できる。
【００１６】
本発明のミリ波送受信器は、ミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、高周波ダイオード発振器およびバイアス電圧印加方向が前記ミリ波信号の電界方向に合致するように配置され、前記バイアス電圧を周期的に制御することによって前記ミリ波信号を周波数変調した送信用のミリ波信号として出力する可変容量ダイオードを有するミリ波発振部が一端部に付設され、該ミリ波発振部から出力された前記送信用のミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路と、該第１の誘電体線路に、一端側が電磁結合するように近接配置されるかまたは一端が接合されて、前記送信用のミリ波信号の一部をミキサー側へ伝搬させる第２の誘電体線路と、前記平行平板導体に平行に配設されたフェライト板の周縁部に所定間隔で配置され、かつそれぞれ前記ミリ波信号の入出力端とされた第１の接続部，第２の接続部および第３の接続部を有し、一つの接続部から入力された前記ミリ波信号を前記フェライト板の面内で時計回りまたは反時計回りに隣接する他の接続部より出力させるサーキュレータであって、前記第１の誘電体線路の前記送信用のミリ波信号の出力端に前記第１の接続部が接合されるサーキュレータと、該サーキュレータの前記第２の接続部に接合され、前記送信用のミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に送受信アンテナを有する第３の誘電体線路と、前記送受信アンテナで受信され前記第３の誘電体線路を伝搬して前記サーキュレータの前記第３の接続部より出力した受信波をミキサー側へ伝搬させる第４の誘電体線路と、前記第２の誘電体線路の中途と前記第４の誘電体線路の中途とを近接させて電磁結合させるかまたは接合させて成り、前記送信用のミリ波信号の一部と前記受信波とを混合させて中間周波信号を発生させるミキサー部と、を設けたミリ波送受信器において、前記第１〜第４の誘電体線路の少なくとも一つの誘電体線路および前記平行平板導体が上記本発明の非放射性誘電体線路を構成していることを特徴とする。
【００１７】
本発明のミリ波送受信器によれば、上記の構成により、信頼性が高く、高性能かつ小型のミリ波送受信器とすることができる。
【００１８】
また、本発明のミリ波送受信器は、ミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、高周波ダイオード発振器およびバイアス電圧印加方向が前記ミリ波信号の電界方向に合致するように配置され、前記バイアス電圧を周期的に制御することによって前記ミリ波信号を周波数変調した送信用のミリ波信号として出力する可変容量ダイオードを有するミリ波発信部が一端部に付設され、該ミリ波発振部から出力された前記送信用のミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路と、該第１の誘電体線路に、一端側が電磁結合するように近接配置されるかまたは一端が接合されて、前記送信用のミリ波信号の一部をミキサー側へ伝搬させる第２の誘電体線路と、前記平行平板導体に平行に配設されたフェライト板の周縁部に所定間隔で配置され、かつそれぞれ前記ミリ波信号の入出力端とされた第１の接続部，第２の接続部および第３の接続部を有し、一つの接続部から入力された前記ミリ波信号を前記フェライト板の面内で時計回りまたは反時計回りに隣接する他の接続部より出力させるサーキュレータであって、前記第１の誘電体線路の前記送信用のミリ波信号の出力端に前記第１の接続部が接続されるサーキュレータと、該サーキュレータの前記第２の接続部に接続され、前記送信用のミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に送信アンテナを有する第３の誘電体線路と、先端部に受信アンテナ、他端部にミキサーが各々設けられた第４の誘電体線路と、前記サーキュレータの前記第３の接続部に接続され、前記送信アンテナで受信混入したミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に設けられた無反射終端部で前記受信混入したミリ波信号を減衰させる第５の誘電体線路と、前記第２の誘電体線路の中途と前記第４の誘電体線路の中途とを近接させて電磁結合させるかまたは接合させて成り、前記送信用のミリ波信号の一部と前記受信波とを混合させて中間周波信号を発生させるミキサー部と、を設けたミリ波送受信器において、前記第１〜第５の誘電体線路のうち少なくとも一つの誘電体線路および前記平行平板導体が上記本発明の非放射性誘電体線路を構成していることを特徴とする。
【００１９】
本発明のミリ波送受信器によれば、上記の構成により、信頼性が高く、高性能かつ小型のミリ波送受信器とすることができる。また、送信用のミリ波信号がサーキュレータを介してミキサーへ混入することがなく、その結果受信信号のノイズが低減し、ミリ波レーダー等に適用した際に探知距離が増大するので、ミリ波信号の伝送特性に優れたものとなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明のＮＲＤガイドについて以下に詳細に説明する。本発明のＮＲＤガイドの基本的な全体構成は図１と同様であり、以下図１に基いて説明する。図１はＮＲＤガイドＳ１の斜視図であり、同図において、１，３は高周波信号の波長λの２分の１以下の間隔ｄで配置した下側，上側の平行平板導体、２は平行平板導体１，３間に介装、挟持された誘電体線路である。この誘電体線路２は、例えば複数の線路部分の端面同士を所定間隔で対向配置させて構成されていてもよい。なお、上記波長λは、使用周波数における高周波信号の空気中での波長に相当する。
【００２１】
本発明のＮＲＤガイドＳ１用の平行平板導体１，３は、高い電気伝導度および加工性等の点で、Ｃｕ，Ａｌ，Ｆｅ，ＳＵＳ（ステンレススチール），Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ等からなり、鍛造法、鋳造法、ダイカスト法、研削法等で加工された金属板、あるいはセラミックス，樹脂等から成る絶縁板の表面にこれらの導体層を形成したものでもよい。
【００２２】
本発明のＮＲＤガイドは、図７に示すように、平行平板導体１，３間の間隔をｄとしたときに、誘電体線路２の平行平板導体１，３に対向する二面のうち一方の面Ｐ１が平行平板導体３の内面に接着されるとともに、他方の面Ｐ２が平行平板導体１の内面とｄ／２０以下の間隔ｇをもって離間している。なお、図７は、図１のＡ−Ａ線における断面図であり、誘電体線路２および平行平板導体１，３の高周波信号の伝送方向に垂直な断面でみた断面図である。
【００２３】
図７の接着剤４は誘電体線路２の面Ｐ１を接着して固定できるものであれば特に限定するものではなく、例えばポリビニールアルコール系、エポキシ樹脂系、シリコーンゴム系などの接着剤、あるいは金属ロウ材等であってもよい。
【００２４】
本発明のＮＲＤガイドにおいて、間隔ｇが０になると、誘電体線路２が平行平板導体１の内面に触れるため、組み立て時や振動、衝撃によって誘電体線路２が割れ易くなる。そのため、間隔ｇは０より大きくする必要がある。
【００２５】
また、間隔ｇがｄ／２０を超えると、伝送モードのＬＳＭモードが上下非対称になり、ＴＥ０２モードと結合してＴＥ０２モードに変換されてしまい、ＬＳＭモードの損失が大きくなる。特に誘電体線路２のベンド部分（曲線部分）では、ＴＥ０２モードが放射されてしまうため、ＬＳＭモードの損失が大きくなる。このため、伝送損失を効果的に抑制するため、ｇをｄ／２０以下にする必要がある。また、好ましくは、ｇをｄ／４０以下にするのがよい。
【００２６】
このように、誘電体線路２の面Ｐ２と平行平板導体１の内面との間隔ｇをｄ／２０以下とすると、ＬＳＭモードの上下非対称性が小さくなり、ＴＥ０２モードと結合しにくくなるため、ＴＥ０２モードに変換される割合を抑えることができる。そのため、ＬＳＭモードの損失を抑えることができる。
【００２７】
本発明の非放射性誘電体線路における誘電体線路２は、使用周波数６０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上である、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分としたセラミックスを用いるのがよい。上記のセラミックスは比誘電率が４．５〜８程度である。比誘電率をこの範囲に限定したのは、比誘電率が４．５未満の場合、上記したようにＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換が大きくなるからである。また、比誘電率が８を超えると、５０ＧＨｚ以上の周波数で使用する際、誘電体線路２の幅を非常に細くしなければならず、加工が困難になって形状精度が劣化し、強度の点でも問題が生じる。また、使用周波数６０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上である、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分としたセラミックスの場合、これは、近年におけるマイクロ波帯域，ミリ波帯に含まれる６０ＧＨｚで使用される誘電体線路として、十分な低損失性を実現するものである。
【００２８】
そして、誘電体線路２の組成および組成比は、モル比組成式をｘＭｇＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２と表した時に、ｘ＝１０〜４０モル％，ｙ＝１０〜４０モル％，ｚ＝２０〜８０モル％，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％を満足する、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分とする。
【００２９】
本発明の非放射性誘電体線路における誘電体線路２の材料であるセラミックス（誘電体磁器組成物）の主成分の組成比を上記範囲に限定したのは、次の理由による。即ち、ｘを１０〜４０モル％としたのは、１０モル％未満では良好な焼結体が得られず、また４０モル％を超えると比誘電率が大きくなるからである。特にｘは、６０ＧＨｚでのＱ値を２０００以上とするという点から１５〜３５モル％が望ましい。
【００３０】
また、ｙを１０〜４０モル％としたのは、ｙが１０モル％よりも小さい場合には良好な焼結体が得られず、４０モル％を超えると比誘電率が大きくなるからである。ｙは、６０ＧＨｚでのＱ値を２０００以上とするという点から１７〜３５モル％が望ましい。
【００３１】
ｚを２０〜８０モル％としたのは、ｚが２０モル％よりも小さい場合には比誘電率が大きくなり、８０モル％を超えると良好な焼結体が得られずＱ値が低下するからである。ｚは、６０ＧＨｚでのＱ値を２０００以上とするという点から３０〜６５モル％が望ましい。
【００３２】
これらＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２のモル％を示すｘ，ｙ，ｚは、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｉｓ）法，ＸＲＤ（Ｘ−ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：Ｘ線回折）法等の分析方法で特定できる。
【００３３】
また、本発明の非放射性誘電体線路における誘電体線路２用のセラミックスは、主結晶相がコーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）であり、他の結晶相としてムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２），スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３），プロトエンスタタイト｛メタ珪酸マグネシウム（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）を主成分とするステアタイトの一種｝，クリノエンスタタイト｛メタ珪酸マグネシウム（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）を主成分とするステアタイトの一種｝，フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２），クリストバライト｛珪酸（ＳｉＯ２）の一種｝，トリジマイト｛珪酸（ＳｉＯ２）の一種｝，サファリン（Ｍｇ，Ａｌの珪酸塩の一種）等が析出する場合があるが、組成によってその析出相が異なる。なお、本発明のセラミックスではコーディエライトのみからなる結晶相であってもよい。
【００３４】
本発明の非放射性誘電体線路における誘電体線路２用のセラミックス（誘電体磁器組成物）は、以下のようにして製造する。原料粉末として、例えばＭｇＣＯ３粉末，Ａｌ２Ｏ３粉末，ＳｉＯ２粉末を用い、これらを所定割合で秤量し、湿式混合した後乾燥し、この混合物を大気中において１１００〜１３００℃で仮焼した後、粉砕し粉末状とする。得られた粉末に適量の樹脂バインダを加えて成形し、この成形体を大気中１３００〜１４５０℃で焼成することにより得られる。
【００３５】
原料粉末中に含まれるＭｇ，Ａｌ，Ｓｉの元素から成る原料粉末は、それぞれ酸化物，炭酸塩，酢酸塩等の無機化合物、もしくは有機金属等の有機化合物のいずれであってもよく、焼成により酸化物となるものであれば良い。
【００３６】
なお、本発明の非放射性誘電体線路における誘電体線路２用の誘電体磁器組成物の主成分は、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分とし、６０ＧＨｚでのＱ値を１０００以上であるという特性を損なわない範囲で、上記元素以外に、粉砕ボールや原料粉末の不純物が混入したり、焼結温度範囲の制御、機械的特性向上を目的に他の成分を含有させても良い。例えば、希土類元素化合物、Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｔｉ等の酸化物、ならびに窒化ケイ素等の窒化物などの非酸化物である。これらは単独または複数種が含まれていても良い。
【００３７】
本発明でいう高周波帯域は、数１０〜数１００ＧＨｚ帯域のマイクロ波帯域およびミリ波帯域に相当し、例えば３０ＧＨｚ以上、特に５０ＧＨｚ以上、更には７０ＧＨｚ以上の高周波帯域が好適である。
【００３８】
さらに、誘電体線路２のその他の材料として、テフロン，ポリスチレン，ガラスエポキシ樹脂等の樹脂系のもの、アルミナセラミックス，ガラスセラミックス，フォルステライトセラミックス等のものでもよいが、誘電特性、加工性、強度、小型化、信頼性等の点でコーディエライトセラミックスが好ましい。
【００３９】
本発明のＮＲＤガイドＳ１は、無線ＬＡＮ，自動車のミリ波レーダー等に使用されるものであり、例えば自動車の周囲の障害物および他の自動車に対しミリ波を照射し、反射波を元のミリ波と合成して中間周波信号を得、この中間周波信号を分析することにより障害物及び他の自動車までの距離、それらの移動速度等が測定できる。
【００４０】
かくして、本発明のＮＲＤガイドＳ１によれば、誘電体線路の平行平板導体に対する接着性が良好であり、長期間にわたり強固な接着性を維持でき、また高周波信号の伝送特性に優れたものとなる。したがって、信頼性が高く、高性能で小型なＮＲＤガイドを構成することができる。また、従来のアルミナセラミックス等よりも低比誘電率のセラミックスからなる誘電体線路を用いているため、ＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換を少なくでき、高周波信号の損失が抑えられる。
【００４１】
本発明のＮＲＤガイドを用いたミリ波送受信器について、以下に説明する。図３，図４は本発明のミリ波送受信器としてのミリ波レーダーを示すものであり、図３は送信アンテナと受信アンテナが一体化されたものの平面図、図４は送信アンテナと受信アンテナが独立したものの平面図である。
【００４２】
図３において、５１は本発明の一方の平行平板導体（他方は省略する）、５２は第１の誘電体線路５３の一端に設けられた、高周波ダイオード発振器を有する電圧制御型のミリ波信号発振部（電圧制御発振部）であり、バイアス電圧印加方向が高周波信号の電界方向に合致するように、第１の誘電体線路５３の高周波ダイオード近傍に配置された可変容量ダイオードのバイアス電圧を周期的に制御して、三角波，正弦波等とすることにより、周波数変調した送信用のミリ波信号として出力する。
【００４３】
５３は、ミリ波信号発振部５２が一端部に付設され、高周波ダイオード発振器から出力されたミリ波信号が変調された送信用のミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路、５４は、第１，第３，第４の誘電体線路５３，５５，５７にそれぞれ結合される第１，第２，第３の接続部５４ａ，５４ｂ，５４ｃを有する、フェライト円板等から成るサーキュレータ、５５は、サーキュレータ５４の第２の接続部５４ｂに接続され、ミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に送受信アンテナ５６を有する第３の誘電体線路、５６は、第３の誘電体線路５５の先端をテーパー状等とすることにより構成された送受信アンテナである。
【００４４】
なお、送受信アンテナ５６は、平行平板導体５１に形成された貫通孔を通して高周波信号を入出力させ、平行平板導体５１の外面に貫通孔に接続された金属導波管を介して設置されたホーンアンテナ等であってもよい。
【００４５】
また５７は、送受信アンテナ５６で受信され第３の誘電体線路５５を伝搬してサーキュレータ５４の第３の接続部５４ｃより出力した受信波をミキサー５９側へ伝搬させる第４の誘電体線路、５８は、第１の誘電体線路５３に一端側が電磁結合するように近接配置されて、送信用のミリ波信号の一部をミキサー５９側へ伝搬させる第２の誘電体線路、５８ａは、第２の誘電体線路５８のミキサー５９と反対側の一端部に設けられた無反射終端部（ターミネータ）である。また、図中Ｍ１は、第２の誘電体線路５８の中途と第４の誘電体線路５７の中途とを近接させて電磁結合させることにより、送信用のミリ波信号の一部と受信波を混合させて中間周波信号を発生させるミキサー部である。
【００４６】
本発明のミリ波送受信器におけるサーキュレータ５４は、平行平板導体５１，５１間に平行に配設された一対のフェライト円板の周縁部に所定間隔、例えばフェライト円板の中心点に関して角度で１２０°間隔で配置され、かつそれぞれミリ波信号の入出力端とされた第１の接続部５４ａ，第２の接続部５４ｂおよび第３の接続部５４ｃを有し、一つの接続部から入力されたミリ波信号をフェライト円板の面内で時計回りまたは反時計回りに隣接する他の接続部より出力させるものである。また、平行平板導体５１の外側主面のフェライト円板に相当する部位には、フェライト円板を伝搬する電磁波の波面を回転させるための磁石が、磁力線がフェライト円板に対し略垂直方向（略上下方向）に通過するように設けられる。なお、フェライト板は円板状のものに限らず、多角形状等のものでもよい。
【００４７】
また、本発明のミリ波送受信器について実施の形態の他の例として、送信アンテナと受信アンテナを独立させた図４のタイプがある。同図において、６１は一方の平行平板導体（他方は省略する）、６２は第１の誘電体線路６３の一端に設けられた、高周波ダイオード発振器を有する電圧制御型のミリ波信号発振部であり、バイアス電圧印加方向が高周波信号の電界方向に合致するように第１の誘電体線路６３の高周波ダイオード近傍に配置された可変容量ダイオードのバイアス電圧を周期的に制御して、三角波，正弦波等とすることにより、周波数変調した送信用のミリ波信号として出力する。
【００４８】
６３は、ミリ波信号発振部６２が一端部に付設され、高周波ダイオード発振器から出力されたミリ波信号が変調された送信用のミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路、６４は、第１，第３，第５の誘電体線路６３，６５，６７にそれぞれ接続される第１，第２，第３の接続部（図３と同様であり図示せず）を有する、フェライト円板等から成るサーキュレータ、６５は、サーキュレータ６４の第２の接続部に接続され、送信用のミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に送信アンテナ６６を有する第３の誘電体線路、６６は、第３の誘電体線路６５の先端をテーパー状等とすることにより構成された送信アンテナ、６７は、サーキュレータ６４の第３の接続部に接続され、送信用のミリ波信号を減衰させる無反射終端部６７ａが先端に設けられた第５の誘電体線路である。
【００４９】
また６８は、第１の誘電体線路６３に一端側が電磁結合するように近接配置されて、送信用のミリ波信号の一部をミキサー７１側へ伝搬させる第２の誘電体線路、６８ａは、第２の誘電体線路６８のミキサー７１と反対側の一端部に設けられた無反射終端部、６９は、受信アンテナ７０で受信された受信波をミキサー７１側へ伝搬させる第４の誘電体線路である。また、図中Ｍ２は、第２の誘電体線路６８の中途と第４の誘電体線路６９の中途とを近接させて電磁結合させることにより、送信用のミリ波信号の一部と受信波とを混合させて中間周波信号を発生させるミキサー部である。
【００５０】
なお、送信アンテナ６６および受信アンテナ７０は、平行平板導体６１に形成された貫通孔を通して高周波信号を入力または出力させ、平行平板導体６１の外面に貫通孔に接続された金属導波管を介して設置されたホーンアンテナ等であってもよい。
【００５１】
本発明のミリ波送受信器では、図３において、第１の誘電体線路５３に第２の誘電体線路５８の一端側を近接配置するかまたは一端部を接合するが、接合する場合には、接合部において、第１の誘電体線路５３を直線状、第２の誘電体線路５８を円弧状となし、その円弧状部の曲率半径ｒを高周波信号の波長λ以上とするのがよい。これにより、高周波信号を損失を小さくして均等の出力で分岐させ得る。また、接合部において、第２の誘電体線路５８を直線状、第１の誘電体線路５３を円弧状となし、その円弧状部の曲率半径ｒを高周波信号の波長λ以上としてもよく、この場合も上記と同様の効果が得られる。
【００５２】
また、ミキサー部Ｍ１において、第２の誘電体線路５８と第４の誘電体線路５７とを接合することもでき、この場合、上記と同様に、これらの誘電体線路５８，５７のいずれか一方の接合部を円弧状となし、その円弧状部の曲率半径ｒを高周波信号の波長λ以上とするのがよい。また、第２の誘電体線路５８と第４の誘電体線路５７とを電磁結合するように近接配置する場合、その近接部において、第２の誘電体線路５８と第４の誘電体線路５７との近接部の少なくとも一方を円弧状とすることにより、近接配置の構成とすることができる。
【００５３】
また好ましくは、上記の接合部の曲率半径ｒは３λ以下が良く、３λを超えると接合構造が大きくなり小型化のメリットが得られない。接合部の曲率半径ｒを波長λより小さく設定すると、円弧状の接合部を有する誘電体線路への分岐強度は小さくなる。
【００５４】
このような第１の誘電体線路５３と第２の誘電体線路５８との接合構造、および第２の誘電体線路５８と第４の誘電体線路５７との接合構造、並びに第２の誘電体線路５８と第４の誘電体線路５７との近接配置の構成については、図４の場合も上記と同様である。
【００５５】
そして、これらの各種部品は、ミリ波信号の波長λの２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に設けられる。
【００５６】
図３のものにおいて、第１の誘電体線路５３の中途にスイッチを設け、それをオン−オフすることでパルス変調制御することもできる。例えば、図６に示すような、配線基板８８の一主面に第２のチョーク型バイアス供給線路１１２を形成し、その中途に接続用の電極１１１に半田実装されたビームリードタイプのＰＩＮダイオードやショットキーバリアダイオードを設けたスイッチである。なお、図６においてＥは誘電体線路７７内を伝搬する高周波信号の電界方向を示す。
【００５７】
この配線基板８８を、第１の誘電体線路５３の第２の誘電体線路５８との信号分岐部とサーキュレータ５４との間に、ＰＩＮダイオードやショットキーバリアダイオードのパルス変調用ダイオードのバイアス電圧印加方向がＬＳＭモードの高周波信号の電界方向に合致するように配置し、第１の誘電体線路５３に介在させるものである。また、第１の誘電体線路５３にもう一つのサーキュレータを介在させ、その第１，第３の接続部に第１の誘電体線路５３を接続し、第２の接続部に他の誘電体線路を接続し、その誘電体線路の先端部の端面に、図６のような構成でショットキーバリアダイオードを設けたスイッチを設置してもよい。
【００５８】
図４のものにおいて、サーキュレータ６４をなくし、第１の誘電体線路６３の先端部に送信アンテナ６６を接続した構成とすることもできる。この場合、小型化されたものとなるが、受信波の一部が電圧制御発振部（ミリ波信号発振部）６２に混入しノイズ等の原因となり易いため、図４のタイプが好ましい。
【００５９】
また、図４のタイプにおいて、第２の誘電体線路６８は、第３の誘電体線路６５に一端側が電磁結合するように近接配置されるか第３の誘電体線路６５に一端が接合されて、送信用のミリ波信号の一部をミキサー７１側へ伝搬させるように配置されていてもよい。この構成においても、図４のものと同様の機能、作用効果を有する。
【００６０】
この図４のものにおいて、第１の誘電体線路６３の中途に、図６に示したものと同様に構成したスイッチを設け、それをオン−オフすることでパルス変調制御することもできる。例えば、図６のような、配線基板８８の一主面に第２のチョーク型バイアス供給線路１１２を形成し、その中途に半田実装されたビームリードタイプのＰＩＮダイオードやショットキーバリアダイオードを設けたスイッチである。この配線基板８８を、第１の誘電体線路６３の第２の誘電体線路６８との信号分岐部と、サーキュレータ６４との間に、ＰＩＮダイオードやショットキーバリアダイオードのバイアス電圧印加方向がＬＳＭモードの高周波信号の電界方向に合致するように配置し、第１の誘電体線路６３に介在させるものである。
【００６１】
また、第１の誘電体線路６３にもう一つのサーキュレータを介在させ、その第１，第３の接続部に第１の誘電体線路６３を接続し、第２の接続部に他の誘電体線路を接続し、その誘電体線路の先端部の端面に、図６のような構成のショットキーバリアダイオードを設けたスイッチを設置してもよい。
【００６２】
また、これらのミリ波送受信器において、平行平板導体間の間隔は、ミリ波信号の空気中での波長であって、使用周波数での波長λの２分の１以下となる。
【００６３】
また、図３，図４のミリ波送受信器はＦＭＣＷ（Frequency Modulation Cotinuous Waves）方式であり、ＦＭＣＷ方式の動作原理は以下のようなものである。電圧制御発振部の変調信号入力用のＭＯＤＩＮ端子に、電圧振幅の時間変化が三角波等となる入力信号を入力し、その出力信号を周波数変調し、電圧制御発振部の出力周波数偏移を三角波等になるように偏移させる。そして、送受信アンテナ５６，送信アンテナ６６より出力信号（送信波）を放射した場合、送受信アンテナ５６，送信アンテナ６６の前方にターゲットが存在すると、電波の伝搬速度の往復分の時間差をともなって、反射波（受信波）が戻ってくる。この時、ミキサー５９，７１の出力側のＩＦＯＵＴ端子には、送信波と受信波の周波数差が出力される。
【００６４】
このＩＦＯＵＴ端子の出力周波数等の周波数成分を解析することで、Ｆｉｆ＝４Ｒ・ｆｍ・Δｆ／ｃ｛Ｆｉｆ：ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）出力周波数，Ｒ：距離，ｆｍ：変調周波数，Δｆ：周波数偏移幅，ｃ：光速｝という関係式から距離を求めることができる。
【００６５】
このように、自動車のミリ波レーダー等に適用した場合、自動車の周囲の障害物および他の自動車に対しミリ波を照射し、反射波を元のミリ波と合成して中間周波信号を得、この中間周波信号を分析することにより障害物および他の自動車までの距離、それらの移動速度等が測定できる。
【００６６】
本発明の高周波ダイオード発振器を用いた電圧制御発振部５２，６２について以下に説明する。図５，図６は本発明のＮＲＤガイド型のミリ波信号発振部（電圧制御発振部）を示し、これらの図において、７１は一対の平行平板導体、７２はガンダイオード７３を設置（マウント）するための略直方体状の金属ブロック等の金属部材、７３はマイクロ波，ミリ波を発振する高周波ダイオードの１種であるガンダイオード、７４は金属部材７２の一側面に設置され、ガンダイオード７３にバイアス電圧を供給するとともに高周波信号の漏れを防ぐローパスフィルタとして機能するチョーク型バイアス供給線路７４ａを形成した配線基板、７５はチョーク型バイアス供給線路７４ａとガンダイオード７３の上部導体とを接続する金属箔リボン等の帯状導体、７７はガンダイオード７３の近傍に配置され高周波信号を受信し外部へ伝搬させる誘電体線路（第１の誘電体線路５３，６３に相当するもの）である。
【００６７】
また図５において、チョーク型バイアス供給線路７４ａは、幅の広い線路および幅の狭い線路の長さがそれぞれ略λ／４であり、また帯状導体７５の長さは略｛（３／４）＋ｍ｝λ（ｍは０以上の整数）である。この帯状導体７５の長さは略３λ／４〜略｛（３／４）＋３｝λが良く、略｛（３／４）＋３｝λを超えると帯状導体７５が長くなり、撓み、捩じれ等が生じ易くなり、個々の高周波ダイオード発振器間で発振周波数等の特性のばらつきが大きくなるとともに、種々の共振モードが発生して、所望の発振周波数と異なる周波数の信号が発生するという問題が生じる。より好ましくは、略３λ／４，略｛（３／４）＋１｝λである。
【００６８】
また、略｛（３／４）＋ｍ｝λとしたのは、｛（３／４）＋ｍ｝λから多少ずれていても共振は可能だからである。例えば、帯状導体７５を｛（３／４）＋ｍ｝λよりも１０〜２０％程度長く形成しても良く、その場合、帯状導体７５の接するチョーク型バイアス供給線路７４ａの１パターン目の長さλ／４のうち一部が共振に寄与すると考えられるからである。従って、帯状導体７５の長さは｛（３／４）＋ｍ｝λ±２０％程度の範囲内で変化させることができる。
【００６９】
これらチョーク型バイアス供給線路７４ａおよび帯状導体７５の材料は、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｐｄ，Ｐｔ等から成り、特にＣｕ，Ａｇが、電気伝導度が良好であり、損失が小さく、発振出力が大きくなるといった点で好ましい。
【００７０】
また、帯状導体７５は金属部材７２の表面から所定間隔をあけて金属部材７２と電磁結合しており、チョーク型バイアス供給線路７４ａとガンダイオード７３間に架け渡されている。即ち、帯状導体７５の一端はチョーク型バイアス供給線路７４ａの一端に半田付け等により接続され、帯状導体７５の他端はガンダイオード７３の上部導体に半田付け等により接続されており、帯状導体７５の接続部を除く中途部分は宙に浮いた状態となっている。
【００７１】
そして、金属部材７２は、ガンダイオード７３の電気的な接地（アース）を兼ねているため金属導体であれば良く、その材料は金属（合金を含む）導体であれば特に限定するものではなく、真鍮（黄銅：Ｃｕ−Ｚｎ合金），Ａｌ，Ｃｕ，ＳＵＳ（ステンレススチール），Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ等から成る。また金属部材７２は、全体が金属から成る金属ブロック、セラミックスやプラスチック等の絶縁基体の表面全体または部分的に金属メッキしたもの、絶縁基体の表面全体または部分的に導電性樹脂材料等をコートしたものであっても良い。
【００７２】
また、誘電体線路７７は、図３，図４の第１の誘電体線路５３，６３に相当するものであり、その材料は上記の通りコーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）セラミックス（比誘電率４〜５）等が好ましく、これらは高周波帯域において低損失である。ガンダイオード７３と誘電体線路７７との間隔は１．０ｍｍ程度以下が好ましく、１．０ｍｍを超えると損失を小さくして電磁的結合が可能な最大離間幅を超える。
【００７３】
また、本発明の高周波ダイオードとしては、インパット（ｉｍｐａｔｔ：ｉｍｐａｃｔ ｉｏｎｉｓａｔｉｏｎ ａｖａｌａｎｃｈｅ ｔｒａｎｓｉｔ ｔｉｍｅ）・ダイオード，トラパット（ｔｒａｐａｔｔ：ｔｒａｐｐｅｄ ｐｌａｓｍａ ａｖａｌａｎｃｈｅ ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ ｔｒａｎｓｉｔ）・ダイオード，ガンダイオード等のマイクロ波ダイオードおよびミリ波ダイオードが好適に使用される。
【００７４】
【実施例】
本発明の実施例を以下に示す。
【００７５】
（実施例）
図２のＮＲＤガイドＳ２を以下のように構成した。誘電体線路２の材料として、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分としたセラミックスであって、種々の組成比としたものを作製した。それらの比誘電率と周波数６０ＧＨｚにおけるＱ値を表１に示す。
【００７６】
【表１】
一対の平行平板導体１１，１３として、アルミニウムで加工した縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの金属板を１．８ｍｍの間隔で配置し、表１のＮＯ．２４のコーディエライトセラミックスからなる誘電体線路１４を介装した。この誘電体線路１４は、高さ１．７８±０．０２ｍｍ、幅０．８ｍｍ、半径３．２５ｍｍで９０°のベンド状誘電体線路部の両端に、高さ１．７８ｍｍ、幅０．８ｍｍ、長さ５ｍｍの直線状誘電体線路部を２本を接続して、擬似的に１本となるように構成した。
【００７８】
平行平板導体１１，１３の内面の算術平均粗さＲａを触針式の表面粗さ測定器で測定したところ、０．３μｍであった。平行平板導体１１と誘電体線路１４は１液硬化型のエポキシ樹脂で接着した。顕微鏡を用いて誘電体線路１４の上面と近傍の平行平板導体１１の上面との差を測定することによって、接着後の誘電体線路１４の高さを６点測定した。平行平板導体１３と誘電体線路１４との間隔ｇは、下側の平行平板導体１１の内面から上側の平行平板導体１３の内面までの高さ１．８ｍｍから、測定した誘電体線路の高さを差し引いた値であり、最大０．０２ｍｍであった。７６．５ＧＨｚの高周波信号の伝送損失をネットワークアナライザーで評価したところ、０．４ｄＢ／ｃｍであり、実用上十分低損失であった。
【００７９】
（比較例）
誘電体線路１４の高さを１．７０±０．０２ｍｍとした以外は実施例と同様に図２のＮＲＤガイドＳ２を構成した。平行平板導体１３と誘電体線路１４との間隔ｇは最大０．１ｍｍであった。７６．５ＧＨｚでの伝送損失は１．８ｄＢ／ｃｍと大きなものであった。
【００８０】
なお、本発明は上記実施の形態および実施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内で種々の変更を行うことは何等差し支えない。
【００８１】
【発明の効果】
本発明の非放射性誘電体線路形成によれば、高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に前記高周波信号が伝送される誘電体線路を介装して成るＮＲＤガイドにおいて、平行平板導体間の間隔をｄとした場合、誘電体線路の平行平板導体に対向する二面のうち一方の面が平行平板導体の内面に接着され、かつ他方の面が平行平板導体の内面とｄ／２０以下の間隔をもって離間して前記高周波信号の伝送モードのＬＳＭモードのＴＥ０２モードへの変換を抑えていることにより、高い信頼性と低損失を両立させる高性能なＮＲＤガイドとすることができる。
【００８２】
また好ましくは、誘電体線路は、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分とするセラミックスからなるとともに、測定周波数６０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上であることにより、従来のアルミナセラミックス等よりも低比誘電率のセラミックスからなる誘電体線路を用いることにより、ＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換を少なくでき、高周波信号の損失が抑えられる。
【００８３】
また好ましくは、複合酸化物のモル比組成式がｘＭｇＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２（但し、ｘ＝１０〜４０モル％，ｙ＝１０〜４０モル％，ｚ＝２０〜８０モル％，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％を満足する）で表されることにより、さらに伝送損失が少なく、かつ安価で高い形状精度の誘電体線路を用いたＮＲＤガイドを作製できる。
【００８４】
本発明のミリ波送受信器によれば、送受信アンテナを備えたタイプ、および送信アンテナと受信アンテナとが独立したタイプにおいて、誘電体線路のうち少なくとも一つの誘電体線路および平行平板導体が上記本発明のＮＲＤガイドを構成していることにより、誘電体線路を伝搬するＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換が少なく、従って誘電体線路に小さい曲率半径で使用周波数範囲が広い急峻な曲線部を作製することができ、その結果ミリ波送受信器を使用周波数範囲が広く、小型化でき、しかも加工が容易で作製の自由度の高いものとすることができる。さらに、送信アンテナと受信アンテナとが独立したタイプでは、送信用のミリ波信号がサーキュレータを介してミキサーへ混入することがなく、その結果受信信号のノイズが低減し探知距離が増大し、さらにミリ波信号の伝送特性に優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来および本発明のＮＲＤガイドＳ１の基本的な全体構成を示し、内部を透視した斜視図である。
【図２】従来および本発明のＮＲＤガイドＳ２の基本的な全体構成を示し、内部を透視した斜視図である。
【図３】本発明のＮＲＤガイドを備えたミリ波レーダーについて実施の形態の例を示す平面図である。
【図４】本発明のＮＲＤガイドを備えたミリ波レーダーについて実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図５】本発明のミリ波レーダーにおけるミリ波発振部を示す内部透視斜視図である。
【図６】図５のミリ波発振部に組み込まれる可変容量ダイオードを設けた配線基板の斜視図である。
【図７】図１の本発明のＮＲＤガイドＳ１のＡ−Ａ線における断面図である。
【符号の説明】
１：下側の平行平板導体
２：誘電体線路
３：上側の平行平板導体
Claims (5)
- 高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に前記高周波信号が伝送される誘電体線路を介装して成る非放射性誘電体線路において、前記平行平板導体間の間隔をｄとした場合、前記誘電体線路の前記平行平板導体に対向する二面のうち一方の面が前記平行平板導体の内面に接着され、かつ他方の面が前記平行平板導体の内面とｄ／２０以下の間隔をもって離間して前記高周波信号の伝送モードのＬＳＭモードのＴＥ ０２ モードへの変換を抑えていることを特徴とする非放射性誘電体線路。
- 前記誘電体線路は、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分とするセラミックスからなるとともに、測定周波数６０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上であることを特徴とする請求項１記載の非放射性誘電体線路。
- 前記複合酸化物のモル比組成式がｘＭｇＯ・ｙＡｌ2Ｏ３・ｚＳｉＯ２（但し、ｘ＝１０〜４０モル％，ｙ＝１０〜４０モル％，ｚ＝２０〜８０モル％，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％を満足する）で表されることを特徴とする請求項２記載の非放射性誘電体線路。
- ミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、高周波ダイオード発振器およびバイアス電圧印加方向が前記ミリ波信号の電界方向に合致するように配置され、前記バイアス電圧を周期的に制御することによって前記ミリ波信号を周波数変調した送信用のミリ波信号として出力する可変容量ダイオードを有するミリ波発振部が一端部に付設され、該ミリ波発振部から出力された前記送信用のミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路と、
該第１の誘電体線路に、一端側が電磁結合するように近接配置されるかまたは一端が接合されて、前記送信用のミリ波信号の一部をミキサー側へ伝搬させる第２の誘電体線路と、
前記平行平板導体に平行に配設されたフェライト板の周縁部に所定間隔で配置され、かつそれぞれ前記ミリ波信号の入出力端とされた第１の接続部，第２の接続部および第３の接続部を有し、一つの接続部から入力された前記ミリ波信号を前記フェライト板の面内で時計回りまたは反時計回りに隣接する他の接続部より出力させるサーキュレータであって、前記第１の誘電体線路の前記送信用のミリ波信号の出力端に前記第１の接続部が接合されるサーキュレータと、
該サーキュレータの前記第２の接続部に接合され、前記送信用のミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に送受信アンテナを有する第３の誘電体線路と、
前記送受信アンテナで受信され前記第３の誘電体線路を伝搬して前記サーキュレータの前記第３の接続部より出力した受信波をミキサー側へ伝搬させる第４の誘電体線路と、
前記第２の誘電体線路の中途と前記第４の誘電体線路の中途とを近接させて電磁結合させるかまたは接合させて成り、前記送信用のミリ波信号の一部と前記受信波とを混合させて中間周波信号を発生させるミキサー部と、を設けたミリ波送受信器において、
前記第１〜第４の誘電体線路のうち少なくとも一つの誘電体線路および前記平行平板導体が請求項１〜３のいずれかに記載の非放射性誘電体線路を構成していることを特徴とするミリ波送受信器。 - ミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、高周波ダイオード発振器およびバイアス電圧印加方向が前記ミリ波信号の電界方向に合致するように配置され、前記バイアス電圧を周期的に制御することによって前記ミリ波信号を周波数変調した送信用のミリ波信号として出力する可変容量ダイオードを有するミリ波発振部が一端部に付設され、該ミリ波発振部から出力された前記送信用のミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路と、
該第１の誘電体線路に、一端側が電磁結合するように近接配置されるかまたは一端が接合されて、前記送信用のミリ波信号の一部をミキサー側へ伝搬させる第２の誘電体線路と、前記平行平板導体に平行に配設されたフェライト板の周縁部に所定間隔で配置され、かつそれぞれ前記ミリ波信号の入出力端とされた第１の接続部，第２の接続部および第３の接続部を有し、一つの接続部から入力された前記ミリ波信号を前記フェライト板の面内で時計回りまたは反時計回りに隣接する他の接続部より出力させるサーキュレータであって、前記第１の誘電体線路の前記送信用のミリ波信号の出力端に前記第１の接続部が接続されるサーキュレータと、
該サーキュレータの第２の接続部に接続され、前記送信用のミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に送信アンテナを有する第３の誘電体線路と、
先端部に受信アンテナ、他端部にミキサーが各々設けられた第４の誘電体線路と、
前記サーキュレータの前記第３の接続部に接続され、前記送信アンテナで受信混入したミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に設けられた無反射終端部で前記受信混入したミリ波信号を減衰させる第５の誘電体線路と、
前記第２の誘電体線路の中途と前記第４の誘電体線路の中途とを近接させて電磁結合させるかまたは接合させて成り、前記送信用のミリ波信号の一部と前記受信波とを混合させて中間周波信号を発生させるミキサー部と、を設けたミリ波送受信器において、
前記第１〜第５の誘電体線路のうち少なくとも一つの誘電体線路および前記平行平板導体が請求項１〜３のいずれかに記載の非放射性誘電体線路を構成することを特徴とするミリ波送受信器。
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