JP4145876B2 - マイクロストリップ線路と導波管との間の接合用装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１に記載の装置に関する。

超高周波技術の多くの応用事例において、特にミリメートル波技術では、マイクロストリップ線路内にて案内される波を導波管に入力しまたその逆を行う必要がある。その際、極力、反射や損失のない接合が望まれる。この接合は、限定された周波数範囲内で、インピーダンスが導波管とストリップ線路との間で相互に適合されかつ一方の導波路形式のフィールドパターンが他方の導波路形式のフィールドパターンに移されることをもたらす。

マイクロストリップ線路‐導波管‐接合用装置は、例えば独国特許出願公開第１９７４１９４４号明細書または米国特許第６２６５９５０号明細書により公知である。

独国特許出願公開第１９７４１９４４号明細書に述べられた装置ではマイクロストリップ線路が基板の上面に被着されている（図１）。導波管ＨＬは一方の正面が基板Ｓの下面に取り付けられている。基板Ｓが導波管ＨＬの領域に開口部Ｄを有し、この開口部Ｄは導波管ＨＬの横断面に実質的に一致している。マイクロストリップ線路ＭＬに連結素子（図示せず）が配置されており、この連結素子が開口部Ｄ内に突出している。開口部Ｄは基板Ｓの上面で遮蔽キャップＳＫによって取り囲まれており、この遮蔽キャップＳＫは導電性穿孔（バイアホール）ＶＨによって、基板Ｓの下面にあるメタライジングＲＭと導電接続されている。

この装置は、導波管ＨＬを含む予め処理された支持体板にプリント回路板を導電性を保って取付けなければならない欠点を有する。また、厳密に仕上げ機械的に正確に位置決めして導電性を保って被着しなければならない遮蔽キャップＳＫが不可欠である。この装置の製造は、各種加工のステップの数が多いので、時間と費用を要する。プリント回路板の外側に配置される導波管のゆえに空間需要が高いことによって他の欠点が生じる。

米国特許第６２６５９５０号明細書に述べられたマイクロストリップ線路と導波管との間の接合用装置では、基板とそれに被着されたマイクロストリップ線路が導波管内に突出している。この装置の欠点は、導波管がプリント基板の周囲に一体化されていることにある。導波管はプリント基板（基板）の境界面に配置できるにすぎない。プリント基板の内部での導波管の一体化はプリント回路板の準備に費用がかかる理由から可能でない。
独国特許出願公開第１９７４１９４４号明細書 米国特許第６２６５９５０号明細書

本発明の課題は、簡単安価に実現でき、僅かな空間需要のみを必要とするマイクロストリップ線路と導波管との間の接合用装置を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴を有する装置によって解決される。本装置の有利な諸構成は従属請求項の対象である。

マイクロストリップ線路と導波管との間の接合用の本発明に係る装置は、
‐誘電体基板の上面に被着されたマイクロストリップ線路と、
‐少なくとも一方の正面に穴とこの穴の領域で一方の側壁に形成された階段状構造とを備え、この構造が少なくとも一部でマイクロストリップ線路と導電接続され、導波管の側壁が基板上に形成された金属化層からなる、基板の上面に被着された導波管と、
‐金属化層に実施されマイクロストリップ線路を内部に突出させた凹部と、
‐基板の裏面に形成された裏面メタライジングと、
‐基板上面の金属化層と裏面メタライジングとの間に形成された、凹部を取り囲む導電性スルーホールとを含む。

本発明に係る装置の利点はマイクロストリップ‐導波管‐接合用装置の製造が簡単でかつ安価であることにある。現状の技術とは異なり、接合を実現するのに不可欠な部品が少ない。他の利点は、プリント基板周囲への導波管の実装が米国特許第６２６５９５０号明細書におけるようにプリント基板の縁で行われねばならないのでなく、プリント基板上の任意の箇所で行うことができることである。従って本発明に係る装置は僅かな空間需要のみを必要とする。

有利には導波管がＳＭＤ部品（表面実装部品）である。このため導波管部品は１回の組み付けステップにおいて上からプリント基板に嵌着されて導電接続される。接合用装置への導波管の接続はこうして公知の実装法に一体化することができる。これにより作製ステップが削減され、これにより製造費用と製造時間が減少する。

本発明と本発明に係る装置の他の有利な諸構成が以下で図面を基に詳しく説明される。

発明を実施するための形態

図２は基板の金属化層を平面図で示す。この金属化層はマイクロストリップ‐導波管‐接合用ランド構造とも称される。ランド構造ＬＳは穴ＯＺを備えた凹部Ａを有する。この穴ＯＺ内に延設されるマイクロストリップ線路ＭＬが凹部Ａの内部で成端している。凹部Ａはバイアホールとも称されるスルーホールＶＨによって取り囲まれている。これらのスルーホールＶＨは基板の導電性が施された開口部であり、ランド構造ＬＳを基板裏面に施される裏面メタライジング（図示せず）と接続される。バイアホールＶＨの相互距離が狭く選択されており、利用周波数範囲内で空隙を通した電磁波の放射は小さい。バイアホールＶＨは放射を低減させるために有利には互いに平行に配置される複数の列に延設することもできる。

図３はＳＭＤ部品の例示的な階段状内部構造の斜視図である。部品Ｂはランド構造の凹部内の穴（図２参照）に合わせてやはり穴ＯＢを有する。部品の長手方向で穴ＯＢから設定可能な距離を置いて側壁に階段状構造ＳＴ１、ＳＴが形成されている。部品Ｂの階段構造ＳＴ１、ＳＴを含む側壁はランド構造ＬＳの組み付け後、基板表面に対向する（図４参照）。被着されるべき導波管部品Ｂは組み付け前、下方（基板方向）で開口されており、そのためまだ不完全である。なお欠けている側壁は、基板上に形成されたランド構造ＬＳによって形成される。

本発明に係る装置はさらに、図３または図４に示す階段の数によって限定されてはいない。構造ＳＴは階段の数、個々の階段の長さおよび幅に関してその都度の接合要件に適合させることができる。連続的な接合を実現することも当然に可能である。この図において符号ＳＴ１とされた階段は、部品Ｂを図２によるランド構造に形状接合式に被着すると、階段ＳＴ１がマイクロストリップ線路ＭＬに直接載置され、こうしてマイクロストリップ線路ＭＬと部品Ｂとの間に導電接続を実現するような高さを有する。

図４はマイクロストリップ‐導波管‐接合用装置の本発明に係る装置を縦断面図で示す。その際、図３の部材Ｂは図３の基板Ｓのランド構造に形状接合式に被着されている。部品Ｂは特に、ランド構造と部品Ｂとの間に導電接続が生じるように基板上に被着される。

基板Ｓは下面に実質的に連続した金属被覆ＲＭを有する。導波管領域はこの図において符号ＨＢとされている。接合領域は符号ＵＢである。

本発明に係るマイクロストリップ‐導波管‐接合用装置は以下の原理に従って機能する。導波管ＨＬの外側の高周波信号はマイクロストリップ線路ＭＬを通してインピーダンスＺ_０で案内される（領域１）。導波管ＨＬ内部の高周波信号はＴＥ_１０導波管基本モードの態様で案内される。接合ＵＢがマイクロストリップモードのフィールドパターンを歩進的に導波管モードのフィールドパターンに変化させる。同時に、接合ＵＢは部品Ｂの階段化によって特性インピーダンスに関して変換作用し、利用周波数範囲内でインピーダンスＺ_０を導波管ＨＬのインピーダンスＺ_ＨＬに適合させる。これにより両方の導波路の間で損失や反射の少ない接合が可能となる。

マイクロストリップ線路ＭＬはまず、いわゆるカットオフチャネルの領域２内に通される。このチャネルは部品Ｂと裏面メタライジングＲＭとバイアホールＶＨとで形成され、バイアホールＶＨは部品Ｂと裏面メタライジングＲＭとの間に導電接続を形成する。カットオフチャネルの幅は、この領域２では信号を案内するマイクロストリップモード以外は付加的波形式が伝搬可能でないように選択されている。チャネルの長さは伝搬可能でない望ましくない導波管モードの減衰を決定し、自由空間（領域１）内への放射を防止する。

領域３ではマイクロストリップ線路ＭＬが一種の部分充填導波管内にある。導波管は部品Ｂと裏面メタライジングＲＭとバイアホールＶＨとで形成される（図５）。領域４内では部品Ｂの階段状構造がマイクロストリップ線路ＭＬと接続されている（図６）。部品Ｂの側壁はバイアホールＶＨからなるいわゆる遮蔽列によって基板Ｓの裏面メタライジングＲＭと導電接続されている。これにより、誘電体負荷されるリッジ導波管が得られる。信号エネルギーは、裏面メタライジングＲＭと、マイクロストリップ線路ＭＬと部品Ｂの階段ＳＴ１とで形成されるリッジとの間に集中する。

領域４と比較して領域５では部品Ｂ内に含まれた階段構造ＳＴの高さが低減しており、部品Ｂを基板Ｓのランド構造ＬＳ上に形状接合式に組み立てると、基板材料と階段構造ＳＴとの間に限定的空隙Ｌが生じる（図７）。部品Ｂの側壁はバイアホールＶＨを通して裏面メタライジングＲＭと導電接続されている。これにより、誘電体負荷される部分充填リッジ導波管が得られる。

階段の幅は、領域４からのフィールドパターンを導波管モードのフィールドパターンに徐々に調整するために拡張する（領域６）。階段の長さ、幅および高さは、マイクロストリップモードのインピーダンスＺ_０が領域６の最後で導波管モードのインピーダンスＺ_ＨＬに変換されるように選択されている。必要なら、部品Ｂの構造内の階段数は領域５内で増やすこともでき、または、連続的にテーパ化されたリッジを使用することもできる。

領域６は導波管領域ＨＢを示す。部品Ｂは導波管ＨＬの側壁と蓋とを形成する。導波管底は基板Ｓのランド構造ＬＳによって形成され、すなわち領域５と比較していまや導波管ＨＬ内に誘電体充填物がない。

領域５と領域６との間の接合領域において導波管波の伝搬方向を横切って延びるバイアホールＶＨからなる単数または複数の遮蔽列は、部分的に誘電体充填された導波管と純粋に空気を充填した導波管との間の接合を実現する。同時にこれらの遮蔽列によってランド構造ＬＳと裏面メタライジングとの間で信号入力が防止される。

領域６ではキャップ上部内に選択的に（領域５の階段構造と同様に）階段構造を設けておくこともできる。これら階段の長さと高さは、領域５と同様に、別の領域と組み合せてマイクロストリップモードのインピーダンスＺ_０が領域６の最後にある導波管モードのインピーダンスＺ_ＨＬに変換されるように選択されている。

図９には本発明に係るマイクロストリップ‐導波管‐接合用装置の他の有利な実施形態が示してある。この実施形態でもって、基板Ｓを通して下方に、基板内に含まれた連続的導波管穴ＤＢから高周波信号を出力できる簡単で安価な導波管接合を実現することが可能である。導波管穴ＤＢは有利には導電性内壁（ＩＷ）を有する。部品Ｂは有利には開口部ＤＢの領域に、導波管穴ＤＢに対向する側壁に階段形状ＳＴを有する。この階段形状ＳＴでもって導波管波ＤＢは部品Ｂの導波管領域ＨＢから基板Ｓの導波管穴ＤＢへと９０°方向転換される。導波管穴ＤＢの領域で基板Ｓの下面に例えば他の導波管または放射素子を配置しておくことができる。図９のこの例では裏面メタライジングＲＭに他の支持体材料ＴＰ、例えば単層または多層プリント基板または金属支持体が取り付けられている。この装置の利点は、独国特許出願公開第１９７４１９４４号明細書に比べて、基板Ｓおよび支持体材料ＴＰの構造が簡素で一層安価であることにある。導波管穴は連続的にフライス加工され、電気めっきによって内壁が金属化される。両方の作業ステップはプリント回路板技術において通常の容易に実施することが可能な標準法である。

現状の技術によるマイクロストリップ‐導波管‐接合用装置の縦断面図である。 基板上面の金属化層を平面図で示す。 ＳＭＤ部品の例示的な階段状内部構造の斜視図である。 本発明に係るマイクロストリップ‐導波管‐接合用装置の縦断面図である。 図４に示す領域３の第１横断面図である。 図４に示す領域４の第２横断面図である。 図４に示す領域５の第３横断面図である。 図４に示す領域６の第４横断面図である。 本発明に係るマイクロストリップ‐導波管‐接合用装置の他の有利な実施形態を示す。

Claims (8)

1. 誘電体基板（Ｓ）の上面に被着されたマイクロストリップ線路（ＭＬ）と導波管との間に接合される接合用装置であって、
   基板（Ｓ）の上面に被着され、少なくとも一方の正面に設けられた穴（ＯＢ）と、この穴（ＯＢ）の領域で一方の側壁に形成された階段状構造（ＳＴ）とを有し、この構造が少なくとも一部（ＳＴ１）でマイクロストリップ線路（ＭＬ）と導電接続された導波管部品（Ｂ）と、
   基板（Ｓ）上に形成された金属化層（ＬＳ）と、
   金属化層（ＬＳ）に形成されマイクロストリップ線路（ＭＬ）を内部に突出させた凹部（Ａ）と、
   基板（Ｓ）の裏面に形成された裏面メタライジング（ＲＭ）と、
   基板（Ｓ）の上面の金属化層（ＬＳ）と裏面メタライジング（ＲＭ）との間に形成された、凹部（Ａ）を取り囲む導電性スルーホール（ＶＨ）と、を備えた装置。
2. 導波管部品（Ｂ）が表面実装部品であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 凹部（Ａ）に対向する導波管部品（Ｂ）の側壁に階段状構造（ＳＴ）が形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 空隙を通した利用周波数範囲内の電磁波の放射が小さく、従って接合の機能が損失の増大または望ましくない配線によって損なわれないように、スルーホール（ＶＨ）の相互距離が選択されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
5. スルーホール（ＶＨ）が互いに平行に配置された複数の列で延びていることを特徴とする、請求項４記載の装置。
6. 基板（Ｓ）が基板（Ｓ）上面の金属化層（ＬＳ）の領域に導波管穴（ＤＢ）を有することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
7. 導波管穴（ＤＢ）の内表面が導電性であることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
8. 基板上面に対向する導波管部品（Ｂ）の側壁が導波管穴（ＤＢ）の領域に階段状構造（ＳＴ）を有することを特徴とする、請求項５または６に記載の装置。

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