JP3956522B2

JP3956522B2 - 伝送線路の結合構造、伝送線路の結合量調整方法、フィルタ、デュプレクサ、通信機装置、アンテナ装置

Info

Publication number: JP3956522B2
Application number: JP03319099A
Authority: JP
Inventors: 貞夫山下; 宗久渡辺; 透谷崎
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2019-02-10
Also published as: JP2000232305A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミリ波等の高周波帯域で使用される非放射性誘電体線路と伝送線路との結合構造や結合量の調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な非放射性誘電体線路と伝送線路との結合構造を、図13に基づいて説明する。なお、図13は非放射性誘電体線路と伝送線路との結合部分を示す一部破砕斜視図である。
図13に示すように非放射性誘電体線路110は、上下二枚の導体板111、112とその間に挟まれる誘電体ストリップ113とから構成され、伝送線路は中心導体116および外導体117とを含んで構成される同軸線路115である。非放射性誘電体線路110と同軸線路115とを結合させる際には、非放射性誘電体線路110の信号伝搬方向に対する垂直方向から、同軸線路115の中心導体116を非放射性誘電体線路110の誘電体ストリップ113に挿入する。これにより、非放射性誘電体線路110の伝送モードであるLSMモードと同軸線路115のTEMモードとが磁界結合し、非放射性誘電体線路110と同軸線路115とが結合する。
【０００３】
図13に示すような伝送線路の結合構造においては、非放射性誘電体線路110の信号伝搬方向に対して垂直な方向から同軸線路115を挿入しているため、非放射性誘電体線路110の誘電体ストリップ113に沿った領域（図13においてAで示す領域）がデッドスペースとなる。そこで、非放射性誘電体線路110の信号伝搬方向と同軸線路115の信号伝搬方向とを同一方向とした結合構造が特開平5−183333号に示されているが、ここで同軸線路の中心導体の位置については言及されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図14に非放射性誘電体線路と同軸線路それぞれの伝搬方向に垂直な面における電磁界分布を示す。なお、図14において実線が電界、破線が磁界を示し、非放射性誘電体線路における主伝送モードはLSM₀₁モード、同軸線路における伝送モードはTEMモードである。図14からも分かるように、非放射性誘電体線路と同軸線路とを信号伝搬方向が同一方向となるように配置した場合、両者は主に同一方向に分布する電界により結合する。
【０００５】
しかしながら、同軸線路の信号伝搬方向に垂直な面における中心導体の位置を、非放射性誘電体線路の信号伝搬方向に垂直な面における中心の位置と一致するように、同軸線路の中心導体を非放射性誘電体線路の誘電体ストリップに挿入すると、非放射性誘電体線路と同軸線路との結合が取れないという問題があった。すなわち、非放射性誘電体線路においては中心の位置で電界エネルギーが最大となるが、その位置に同軸線路の中心導体を配置すると、中心導体に入る電界と中心導体から出て行く電界とが同じ大きさとなるため、それらが互いに打ち消し合う。したがって、非放射性誘電体線路と同軸線路との結合が取れないということになる。
【０００６】
また、一般に非放射性誘電体線路と同軸線路等の伝送線路同士を結合させる場合、それらの結合量の最適値はその使用目的に応じて異なる。すなわち、伝送線路変換器として用いる場合、その結合量は大きい方が良いが、例えばフィルタの入出力部として用いる場合はフィルタの周波数や帯域幅等によりその結合量の最適値は様々である。しかしながら、これまで非放射性誘電体線路と中心導体を有する伝送線路とを結合させる場合に、両者の結合量を容易に調整できる技術は無かった。
【０００７】
本発明の伝送線路の結合構造、伝送線路の結合量調整方法、フィルタ、デュプレクサ、通信機装置、アンテナ装置は、上述の問題を鑑みてなされたものであり、これらの問題を解決し、信号伝搬方向が略同一方向となるように配置しても非放射性誘電体線路と中心導体を有する伝送線路との結合が取れ、またその結合量を容易に調整できる伝送線路の結合構造、伝送線路の結合量調整方法、フィルタ、デュプレクサ、通信機装置、アンテナ装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の伝送線路の結合構造は、主面に溝を有し、該主面同士が対向するように配置された略平行な二つの導体と、前記溝にはめ込まれ前記二つの導体間に狭持される誘電体ストリップとを含んで構成されたＬＳＭモードを主伝送モードとして利用する非放射性誘電体線路と、中心導体を有する伝送線路とをそれぞれの信号伝搬方向が略同一方向となるように配置して結合させる伝送線路の結合構造であって、
前記非放射性誘電体線路の信号伝搬方向に垂直な端面に設けられた穴に前記中心導体が挿入されており、前記穴は前記端面を高さ方向に等分する線と前記端面を幅方向に等分する線との交点以外の個所に設けられている。
これにより、中心導体を有する伝送線路の中心導体に入る電界と、中心導体から出て行く電界との大きさが異なるようになり、そのバランスが崩れて非放射性誘電体線路と中心導体を有する伝送線路との結合が取れるようになる。
【０００９】
また、請求項2に係る伝送線路の結合構造では、前記非放射性誘電体線路と前記伝送線路とが結合する部分において、前記伝送線路の中心導体が平板状となっている。
これにより、中心導体が円筒状のものに比べて、非放射性誘電体線路と伝送線路との結合が大きくなるので、使用目的によって結合量が大きい方が良い場合には有利となる。
【００１１】
さらにまた、本発明のフィルタは、請求項1、2記載の伝送線路の結合構造を用いている。
【００１２】
さらにまた、本発明のデュプレクサは、少なくとも二つのフィルタと、該フィルタのそれぞれに接続される入出力接続用手段と、前記フィルタに共通的に接続されるアンテナ接続用手段とを含んでなるデュプレクサであって、前記フィルタの少なくとも一つが請求項３記載のフィルタである。
【００１３】
さらにまた、本発明の通信機装置は、請求項４記載のデュプレクサと、該デュプレクサの少なくとも一つの入出力接続用手段に接続される送信用回路と、該送信用回路に接続される前記入出力接続用手段と異なる少なくとも一つの入出力接続用手段に接続される受信用回路と、前記デュプレクサのアンテナ接続用手段に接続されるアンテナとを含んでなる。
【００１４】
さらにまた、本発明のアンテナ装置は、請求項1、2記載の伝送線路の結合構造を用いている。
例えば、フィルタにおける入出力部に本発明の伝送線路の結合構造または伝送線路の結合量調整方法を用いた場合、非放射性誘電体線路の信号伝搬方向と伝送線路の信号伝搬方向とが同一方向であるときでもフィルタの入出力の結合を取ることができ、また帯域幅等のフィルタ特性に応じて所望の結合量を容易に得ることができる。
また、デュプレクサ、通信機装置、アンテナ装置においても、これと同様の利点が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例である非放射性誘電体線路と中心導体を有する伝送線路とを結合させる伝送線路の結合構造を、図1に基づいて説明する。なお、図1は非放射性誘電体線路と伝送線路との結合部分を示す分解斜視図である。
図1に示すように非放射性誘電体線路10は、アルミニウムからなる上下二枚の導体板11、12と、それら二枚の導体板11、12間に挟まれるポリテトラフルオロエチレンからなる誘電体ストリップ13とから構成されている。上下導体板11、12の間隔は使用周波数における半波長以下に設定されており、これにより誘電体ストリップ13が存在する所以外の領域はほぼ遮断領域となる。誘電体ストリップ13が挟まれる位置の上下導体板11、12には溝部が形成されており、その溝部に誘電体ストリップ13を嵌合させることにより、非放射性誘電体線路10はベンド部などを設けても不要モードであるLSEモードに変換されることがなくなり、主モードであるLSMモードのみを使用することができるようになる。非放射性誘電体線路10に結合される伝送線路は、非放射性誘電体線路10と伝送線路との信号伝搬方向が同一方向となるように、その中心導体16の一部が非放射性誘電体線路10の誘電体ストリップ13端面に挿入されている。そして、中心導体16が導出される部分の上下導体板11、12には、それぞれ断面半円状の溝17が形成されており、上下導体板11、12が合わされることにより上下の溝17で形成される円筒状の空洞の軸に中心導体16が配置されることになって、中心導体16と上下導体板11、12とで同軸線路15が構成される。なお、中心導体16周囲に誘電体を充填して同軸線路15を構成してもよく、その場合中心導体16の位置が固定されることで同軸線路15の特性が安定する。
【００１６】
本実施例において同軸線路15の中心導体16が挿入される位置は、非放射性誘電体線路10の信号伝搬方向に垂直な面における中心、すなわち誘電体ストリップ13の中心軸から誘電体ストリップ13の幅方向にずれた位置である。このように、同軸線路15の中心導体16を非放射性誘電体線路10の信号伝搬方向に垂直な面における中心からずらすと、中心導体16が非放射性誘電体線路10の信号伝搬方向に垂直な面における中心の位置にある場合に結合が取れなかったのに対して、非放射性誘電体線路10と同軸線路15とを結合させることができる。
【００１７】
このことを示すグラフを図2に示す。図2は、非放射性誘電体線路10に結合する同軸線路15の中心導体16を、非放射性誘電体線路10の信号伝搬方向に垂直な面における中心から誘電体ストリップ13の幅方向にずらして、誘電体ストリップ13内に1.0mm挿入したときの76.5GHzにおける通過特性を示すものである。なお、ここでの誘電体ストリップ13は幅1.2mmを有しているため、図2のグラフにおける±0.6mmより外の範囲では、同軸線路15の中心導体16は直接誘電体ストリップに挿入されていないが、非放射性誘電体線路10の電磁界領域内にあるため両者は結合している。図2からも分かるように、横軸における0の位置すなわち同軸線路15の中心導体16の位置が非放射性誘電体線路10の信号伝搬方向に垂直な面における中心の位置と一致しているところでは、両者の結合はほとんど取れていない。それに対して、同軸線路15の中心導体16の位置を誘電体ストリップ13の幅方向にずらすと両者の結合が取れるようになる。
【００１８】
また、図2からも明らかなように、同軸線路15の中心導体16をどれだけずらすかにより、非放射性誘電体線路10と同軸線路15との結合量が変化するので、使用目的に応じた所望の結合量を得るために中心導体16の位置を設定することもできる。例えば、図3、4の概略図に示すように非放射性誘電体線路で構成されたサーキュレータ20やカプラ21の、終端抵抗22が取り付けられて終端されるポート（図3、4におけるP3）に本実施例のような伝送線路の結合構造を用いて同軸線路15を接続し、測定器を接続する。このような場合、図3におけるサーキュレータ20ではP1からP2への経路が入出力であり、図4におけるカプラ21ではP1、P2からP4への経路が入出力であるので、それらの入出力に影響を与えないためにも、測定器側からサーキュレータ20やカプラ21の方へ波が伝搬されることなくサーキュレータ20やカプラ21の特性を測定できることが望ましい。すなわち、非放射性誘電体線路10と同軸線路15との間で、強い結合を取らずに非放射性誘電体線路10と同軸線路15とを結合させるようにすることが望ましいので、それに応じた位置に同軸線路15の中心導体16を挿入すればよい。
【００１９】
さらに、図5に同軸線路15の中心導体16の位置を、非放射性誘電体線路10の信号伝搬方向に垂直な面における中心の位置から誘電体ストリップ13の幅方向に0.5mmずらし、中心導体16の誘電体ストリップ13への挿入量を変化させたときの、76.5GHzにおける通過特性の関係を表すグラフを示す。なお、図5のグラフにおける横軸の0の位置は、同軸線路15の中心導体16の先端と非放射性誘電体線路10の誘電体ストリップ13端面とが一致したときであり、横軸のマイナスの範囲では中心導体16は直接誘電体ストリップ13に挿入されていないが、非放射性誘電体線路10の電磁界領域内にあるため両者は結合している。図5からも分かるように、同軸線路15における中心導体16の、非放射性誘電体線路10の電磁界領域内への挿入量を変化させると、それに応じて非放射性誘電体線路10と同軸線路16との結合量が変化する。つまり、中心導体16の非放射性誘電体線路10の電磁界領域内への挿入量を変化させることで、使用目的に応じた所望の結合量を得るための調整を行うことができる。
【００２０】
なお、本実施例においては非放射性誘電体線路10に結合させる伝送線路として同軸線路15を用いたが、本発明における伝送線路はこれに限られるものではない。例えば、図6に示すように誘電体基板25の上に電極26を形成し、その誘電体基板25を下導体板12および下誘電体ストリップ13aと、上導体板11および上誘電体ストリップ（上誘電体ストリップは図示せず）とで挟んで構成した構造にも適用できる。この場合の伝送線路は、誘電体基板25上に形成された電極26を中心導体としたサスペンデッドラインである。
【００２１】
次に、本発明の第二の実施例である伝送線路の結合構造を、図7、8に基づいて説明する。なお、図7、8は本実施例の伝送線路の結合構造を示す分解斜視図であり、第一の実施例と同一部には同符号を付し詳細な説明は省略する。
この実施例においては、同軸線路15の中心導体16の先端すなわち非放射性誘電体線路10の誘電体ストリップ13に挿入されて非放射性誘電体線路10と結合する箇所において、中心導体16が平板状となっている。なお、図7では中心導体16の平板部分が上下導体板11、12と垂直な方向であり、図8では中心導体16の平板部分が上下導体板11、12と平行な方向である。このようにすることで、第一の実施例のように中心導体16の先端が円筒状の場合に比較して、非放射性誘電体線路10と同軸線路15との結合量が大きくなるので、両者の結合量の可変範囲が広まって様々な用途に対応できるようになる。
【００２２】
さらに、本発明の第三の実施例であるフィルタを、図9に基づいて説明する。なお、図9は本実施例のフィルタの分解斜視図である。
図9に示すように本実施例のフィルタ30は、上下導体板11、12と、上下導体板11、12に挟まれる共振器14a、14b、14cと、入出力接続用手段としての同軸線路15とから構成されている。共振器14a、14b、14cは直方体状の誘電体三つを間隔を隔てて配置しており、その伝搬方向長さなどにより共振周波数が決まり、配置の間隔によってそれぞれ共振器14a、14b、14c同士の結合度が決まる。入出力接続用手段としての同軸線路15は、一段目と三段目の共振器14a、14cに挿入されて結合されており、所望のフィルタ特性を得るための結合量にするため、その挿入位置や挿入量が設定されている。このような構成にすることによりフィルタ30は、三段の帯域通過フィルタとして機能している。
【００２３】
さらにまた、本発明の第四の実施例であるデュプレクサを、図10に基づいて説明する。なお、図10は本実施例のデュプレクサの概略図である。
図10に示すように本実施例のデュプレクサ40は、送信用フィルタ41と受信用フィルタ42とから構成され、送信用フィルタ41の入力側および受信用フィルタ42の出力側に入出力接続用端子43a、43bが形成されている。また、送信用フィルタ41の出力側と受信用フィルタ42の入力側とはアンテナ接続用端子44に統合されている。このデュプレクサ40における送信用フィルタ41および受信用フィルタ42は、第三の実施例に示したようなフィルタであり、送信用フィルタ41で所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、受信用フィルタ42で送信用フィルタ41の周波数とは異なる周波数帯域の信号のみを通過させる。
【００２４】
さらにまた、本発明の第五の実施例である通信機装置を、図11に基づいて説明する。なお、図11は本実施例の通信機装置の概略図である。
図11に示すように本実施例の通信機装置50は、デュプレクサ40と、送信用回路51と、受信用回路52と、アンテナ53から構成される。ここでデュプレクサ40は先の実施例で示したものであり、図10における送信用フィルタ41と接続される入出力接続用端子42aが、送信用回路51に接続されており、受信用フィルタ42と接続される入出力接続用端子43bが、受信用回路52に接続されている。また、アンテナ接続用端子44はアンテナ53に接続されている。
【００２５】
さらにまた、本発明の第六の実施例であるアンテナ装置を、図12に基づいて説明する。なお、図12は本実施例のアンテナ装置の分解斜視図である。
図12に示すように本実施例のアンテナ装置60は、上下導体板11、12と、上下導体板11、12に挟まれた誘電体ストリップ13と、誘電体ストリップ13に挿入され結合する同軸線路15とから構成されている。そして、誘電体ストリップ13の上面には、使用周波数における半波長の間隔で凹部18が設けられている。また、上導体板11には信号伝搬方向と同一方向に三つのスロット19が形成されている。このような構成を有するアンテナ装置60においては、まず同軸線路15からの電磁波が誘電体ストリップ13側に伝搬する。誘電体ストリップ13側に伝搬した電磁波は、誘電体ストリップ13がその上面に設けられた凹部18により非対称となることでその部分から漏れ、漏れた電磁波は上導体板11に形成されたスロット19から放射される。
【００２６】
これらの実施例で示したフィルタ30、デュプレクサ40、通信機装置50、アンテナ装置60においても、非放射性誘電体線路と中心導体を有する伝送線路とを両者の信号伝搬方向がほぼ同一方向となるように配置して結合させるときに、中心導体の位置を非放射性誘電体線路と信号伝搬方向と垂直な面における中心からずらしている。あるいは、非放射性誘電体線路の電磁界領域内への、中心導体の挿入量を変化させてその結合量を調整している。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、非放射性誘電体線路と中心導体を有する伝送線路とを結合させる伝送線路の結合構造において、中心導体の位置を非放射性誘電体線路の信号伝搬方向に垂直な面における中心の位置からずらした。これにより、非放射性誘電体線路と伝送線路とを信号伝搬方向が同一方向となるように配置して結合させる場合においても、非放射性誘電体線路と伝送線路とを結合させることができる。また、伝送線路の中心導体の位置あるいは挿入量により結合量が変化するので、使用目的に応じて容易に非放射性誘電体線路と伝送線路との結合量を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例における非放射性誘電体線路と同軸線路との結合構造を示す分解斜視図である。
【図２】中心導体の幅方向のずれに対する通過特性を示すグラフである。
【図３】本発明の結合構造を使用するサーキュレータの概略図である。
【図４】本発明の結合構造を使用するカプラの概略図である。
【図５】中心導体の挿入量に対する通過特性を示すグラフである。
【図６】第一の実施例における伝送線路の他の例を示す分解斜視図である。
【図７】本発明の第二の実施例における非放射性誘電体線路と同軸線路との結合構造を示す分解斜視図である。
【図８】本発明の第二の実施例における非放射性誘電体線路と同軸線路との結合構造を示す分解斜視図である。
【図９】本発明のフィルタを示す分解射視図である。
【図１０】本発明のデュプレクサを示す概略図である。
【図１１】本発明の通信機装置を示す概略図である。
【図１２】本発明のアンテナ装置を示す分解射視図である。
【図１３】従来における一般的な非放射性誘電体線路と同軸線路との結合構造を示す一部破砕斜視図である。
【図１４】非放射性誘電体線路と同軸線路との電磁界分布を示す図である。
【符号の説明】
10 非放射性誘電体線路
11,12 導体板
13 誘電体ストリップ
14a〜14c 共振器
15 同軸線路
16 中心導体
19 スロット
20 サーキュレータ
21 カプラ
22 終端抵抗
25 誘電体基板
30 フィルタ
40 デュプレクサ
50 通信機装置
60 アンテナ装置

Claims

主面に溝を有し、該主面同士が対向するように配置された略平行な二つの導体と、前記溝にはめ込まれ前記二つの導体間に狭持される誘電体ストリップとを含んで構成されたＬＳＭモードを主伝送モードとして利用する非放射性誘電体線路と、中心導体を有する伝送線路とをそれぞれの信号伝搬方向が略同一方向となるように配置して結合させる伝送線路の結合構造であって、
前記非放射性誘電体線路の信号伝搬方向に垂直な端面に設けられた穴に前記中心導体が挿入されており、前記穴は前記端面を高さ方向に等分する線と前記端面を幅方向に等分する線との交点以外の個所に設けられていることを特徴とする伝送線路の結合構造。
前記非放射性誘電体線路と前記伝送線路とが結合する部分において、前記伝送線路の中心導体が平板状となっていることを特徴とする請求項1記載の伝送線路の結合構造。
請求項 1 、 2 記載の伝送線路の結合構造を用いたことを特徴とするフィルタ。
少なくとも二つのフィルタと、該フィルタのそれぞれに接続される入出力接続用手段と、前記フィルタに共通的に接続されるアンテナ接続用手段とを含んでなるデュプレクサであって、
前記フィルタの少なくとも一つが請求項３記載のフィルタであることを特徴とするデュプレクサ。
請求項４記載のデュプレクサと、該デュプレクサの少なくとも一つの入出力接続用手段に接続される送信用回路と、該送信用回路に接続される前記入出力接続用手段と異なる少なくとも一つの入出力接続用手段に接続される受信用回路と、前記デュプレクサのアンテナ接続用手段に接続されるアンテナとを含んでなることを特徴とする通信機装置。
請求項 1 、 2 記載の伝送線路の結合構造を用いたことを特徴とするアンテナ装置。