JP4224909B2 - Line conversion structure, high-frequency circuit, and wireless device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、誘電体線路と基板線路との線路変換を行う線路変換構造、この線路変換構造を含む高周波回路および無線装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、ミリ波帯などにおける伝送線路として、伝送損失の少ない誘電体線路が用いられている。特に平行平板の間に配置した誘電体ストリップ部分を伝搬領域、その外側の平行平板間を遮断領域とする非放射性誘電体線路(以下、「NRDガイド」という。)は、その非放射性と低損失性を活かして小型の種々のミリ波回路装置に応用されている。
【0003】
しかし、全ての伝送線路をNRDガイドなどの誘電体線路に構成することはできず、たとえば誘電体線路を信号の伝送路とする発振器やミキサなどを構成する場合に、ガンダイオードやショットキーバリアダイオードなどの電子部品を基板上に実装し、それらに対してバイアス電圧を供給したり信号を伝搬させるための線路を基板上に構成する必要がある。そこで、たとえば特開平10−75109号に示されているように、誘電体線路の平行平板の間に、導体パターンを形成した基板を挿入してサスペンデッド線路を構成し、この線路と誘電体線路とを結合させるようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
NRDガイドにおいては、図9の(A)に示すように、磁界が誘電体ストリップと空気の境界に平行なLSMモードと、同図の(B)に示すように、磁界が誘電体ストリップの断面に略平行なLSEモードとに大別される。これらのモードは共に非放射性であり、1つのNRDガイドで共存できるが、低損失性の点から、通常LSMモードが使用される。
【0005】
ところが、前述のサスペンデッド線路とNRDガイドとを結合させて線路変換を行うと、サスペンデッド線路部分の非対称性の影響で、NRDガイドの主伝搬モードであるLSMモードの他に不要なモードが発生し、LSMモードの出力が低下する場合があった。不要モードの1つは上記LSEモードであり、他の1つは、図9の(C)に示すように、磁界が導体板に平行で、電界が一方の導体板から他方の導体板方向へ向く平行平板モードである。
【0006】
NRDガイドの線路の不連続部においてLSMモードから他の不要なモードへのモード変換が生じることによる損失を防止するものとして、特開昭63−185101号および特開平9−219608号に示されているようなNRDガイド用のモードサプレッサが存在する。しかし、これらのモードサプレッサはいずれもLSEモードのサプレッサであり、上記平行平板モードに対しては効果がない。
【0007】
ここで、後に述べる本願発明の実施形態との対比のために、従来技術による基板線路と誘電体線路との線路変換構造と、その特性を図10および図11に示す。
【0008】
図10の(B)は上部の導体板を取り除いた状態での斜視図、(A)は(B)に示す状態での上面図である。図10において1は下部導体板、3は下部導体板1に形成した溝に嵌め込んだ誘電体ストリップである。図外の上部導体板にも溝を形成していて、この誘電体ストリップ3がその溝に嵌め込まれるように、下部導体板1の上部に上部導体板を重ねる。この上下の導体板と誘電体ストリップ3とによってNRDガイドを構成する。また4は、その上面に導体パターン5を形成した基板であり、基板4の底面が下部導体板1に接している部分がマイクロストリップ線路、接していない部分がサスペンデッド線路として作用する。誘電体ストリップ3の一部は上下に分割されるようにしていて、その部分に基板4の一部を挿入している。
【0009】
図11は、図10に示した線路変換構造による透過特性および反射特性を表したものである。ここでS11は、基板線路の▲1▼端のTEMモードの反射係数、S21(LSM)は基板線路の▲1▼端からNRDガイドの▲2▼端へのLSM01モードの透過係数、S21(平行平板1次)は、基板線路の▲1▼端からNRDガイドの▲2▼端への平行平板の1次のモードの透過係数、S21(平行平板2次)は基板線路の▲1▼端からNRDガイドの▲2▼端への平行平板の2次のモードの透過係数である。
【0010】
このようにサスペンデッド線路を経由してマイクロストリップ線路とNRDガイドとの間の線路変換を行うと、平行平板モードへの変換が大きくなって、変換損失が増大する。
【0011】
この発明の目的は、基板線路と誘電体線路との線路変換部において不要な平行平板モードへの変換を防止して、線路変換効率を高めた線路変換構造と、それを用いた高周波回路および無線装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この発明の線路変換構造は、互いに略平行な2つの導体面の間に誘電体ストリップを配した誘電体線路と、互いに略平行な2つの導体面の間に、導体パターンを形成した基板を配した基板線路とを備え、前記基板に形成された導体パターンが前記誘電体ストリップの一部に近接または重なる位置に当該基板を配して、前記誘電体線路と基板線路との線路結合部を設けるとともに、前記2つの導体面の間に発生する、使用周波数帯における1次の平行平板モードの半波長以下の間隔で、前記線路結合部における前記誘電体ストリップの側部に側壁を設ける。
【0013】
このように、線路結合部分における側壁の間隔は、使用周波数帯における1次の平行平板モードの半波長以下であるから、使用周波数帯の平行平板モードは線路結合部分の誘電体ストリップ側部の側壁間には存在できなくなる。したがって基板線路から誘電体線路への、または誘電体線路から基板線路への線路変換の際に平行平板モードへの変換が生じなく、そのことによる変換損失が生じない。
【0014】
また、この発明の線路変換構造は、前記線路結合部分と、誘電体線路との間に、前記側壁の間隔を前記線路結合部より実質的に広くしたインピーダンス整合部を設ける。これにより、互いに線路インピーダンスが異なる線路結合部と誘電体線路との境界部での反射を抑えて線路変換効率を高めるとともに、反射による悪影響を防止する。
【0015】
この発明の高周波回路は、上記線路変換構造を含み、該線路変換構造部につながる誘電体線路および基板線路を備えて構成する。たとえば基板上にガンダイオードやショットキーバリアダイオードをマウントし、その基板線路と誘電体線路との線路変換を行うことにより、誘電体線路を出力線路とするオシレータや誘電体線路を入力線路とするミキサなどを構成する。
【0016】
さらに、この発明の無線装置は、上記高周波回路を備え、誘電体線路を送信信号または受信信号の伝送路として無線装置を構成する。たとえば誘電体線路を送受信信号の伝送路として用い、オシレータやミキサを基板部分に構成したミリ波レーダモジュールなどを構成する。
【0017】
【発明の実施の形態】
先ず、第1の実施形態に係る線路変換器の構造を図1および図2を参照して説明する。
図1は線路変換器の主要部の斜視図であり、(A)は線路変換器部分の斜視図、(B)は(A)に示した状態から上部導体板2を取り除いた状態での斜視図である。図1において3,3′は誘電体ストリップである。1は下部導体板であり、gで示す溝を設けていて、この溝gに誘電体ストリップ3′を嵌め込んでいる。上部導体板2にもgで示す溝を形成していて、この溝に誘電体ストリップ3が嵌め込まれるように、また、誘電体ストリップ3と3′とが上下方向に揃って重なるように、上下の導体板1,2を積層している。
【0018】
図2の(A)は図1の(B)に示した状態での上面図、図2の(B)は図1の(A)に示した状態で、誘電体ストリップ3,3′の軸を通り、且つ上下の導体板に垂直な面での断面図である。また、図2の(C)は、この線路変換器で用いる基板の構造を示す斜視図である。図2において4は誘電体基板であり、その上面に導体パターン5を形成している。図1の(B)にも現れているように、下部導体板1には、基板4を誘電体ストリップ3と3′との間に支持する窪みを設けていて、その窪みに基板4を配置している。この基板4と誘電体ストリップ3,3′とが重なる部分の近傍が線路結合部である。
【0019】
下部導体板1には、図2の(A)に示すように、誘電体ストリップ3,3′の両側部に、誘電体ストリップ3から所定距離離れた位置に側壁wを形成している。誘電体ストリップ3,3′と側壁wとの間隔がd1である部分が通常のNRDガイド部分である。上記線路結合部では、誘電体ストリップ3,3′と側壁wとの間隔を略0としている。したがって、この部分は誘電体ストリップ3,3′の上下左右が下部導体板1および上部導体板2とによって囲まれて、誘電体装荷導波管(以下、「DWG」と表す。)として作用する。上記NRDガイド部分と線路結合部との間は、誘電体ストリップ3,3′と側壁wとの間隔をd1より狭いdoにしたインピーダンス変換部を設けている。
【0020】
ここで、上記DWG部分のインピーダンスをZ1、NRDガイド部分のインピーダンスをZ2とすれば、上記インピーダンス変換部のインピーダンスZoが
Zo=√(Z1*Z2)
の関係となるように、上記間隔doを定めれば、DWGとNRDガイドとは最適にインピーダンス整合することになる。
【0021】
このモード変換器の各部の寸法は、図1および図2に示した記号で表せば、次のとおりである。
a=1.8mm,b=1.2mm,c=0.8mm,d1=0.8mm,do=0.1mm,g=0.5mm,Lm=1.22mm,Lc=1.0mm
また、誘電体ストリップ3の比誘電率は2.04、誘電体基板4の比誘電率は2.3である。
【0022】
ここで、上下の導体板の間隔cで定まる1次の平行平板モードの、使用する周波数帯である73GHz帯における半波長は2.06〔mm〕である。これに対し、線路結合部においては、側壁の間隔bが上記の半波長より狭いため、使用する周波数帯では、この線路結合部分において1次の平行平板モードが存在しない。そのため、マイクロストリップ線路からDWGを経てNRDガイドに線路変換が行われる際に、または、NRDガイドからDWGを経てマイクロストリップ線路のモードへ線路変換が行われる際に、平行平板モードへの変換に伴う損失が生じない。
【0023】
図2の(A)に示したインピーダンス変換部は、DWG部分と通常のNRDガイド部分との間のインピーダンス整合を行う。すなわち、誘電体ストリップ3と側壁wとの間隔がd1のNRDガイドとDWGとがいきなりつながる構造とすれば、両線路の線路インピーダンスが異なることにより、インピーダンス不整合が生じ、その境界部で電磁波の反射が生じるが、このようにインピーダンス変換部の入力部と出力部で2段階に亘って線路インピーダンスの不連続部を設け、その間隔を適宜定めることにより、インピーダンス変換部からDWG方向への反射波、およびインピーダンス変換部からNRDガイド方向への反射波が相殺されて、反射波による影響がほとんどなくなる。これによりインピーダンス整合がとられることになる。
【0024】
ここでインピーダンス変換部の長さLmを1.22mmとして、この部分を伝搬する電磁波の使用する周波数帯での波長で1/4波長、すなわち往復で半波長となるように定めている。
【0025】
図3は、上記第1の実施形態に係る線路変換器の透過特性および反射特性を示している。ここでS11は基板線路の▲1▼端のTEMモードの反射係数、S21(LSM)は基板線路の▲1▼端からNRDガイドの▲2▼端へのLSM01モードの透過係数、S21(平行平板1次)は、基板線路の▲1▼端からNRDガイドの▲2▼端への平行平板の1次のモードの透過係数である。
【0026】
このように使用周波数帯域である73GHz帯において非常に小さな透過係数が得られる。また、1次の平行平板モードへの透過係数は78〜80GHzの高い周波数帯に現れているだけであり、使用周波数帯における平行平板モードへの変換が生じていない。図11に示した従来例と比較すれば、反射係数S11が同程度の周波数における透過係数S21(LSM)は小さくなっていて、変換損失が小さくなっていることが判る。なお、78GHzで反射係数S11のピークが生じていて、また72GHzより低い周波数領域でS11が増大する傾向を示しているが、これは上記インピーダンス変換部の適応周波数から外れていることに起因するものであり、使用周波数帯には影響を与えない。
【0027】
次に、インピーダンス変換部の構成が異なった、3つの線路変換器の構成を図4〜図6を参照して説明する。
これらの図において(B)は上部導体板を取り除いた状態での斜視図、(A)はその状態での上面図である。図4に示す例では、インピーダンス変換部において、上下の導体板の間隔(NRDガイドの遮断領域の高さ)を伝送路としてのNRDガイド部分より狭めた構造としている。この構造により、インピーダンス変換部の両端部で、第1の実施形態の場合と同様に反射が生じ、2つ反射波の合成により反射波が相殺されて、インピーダンス整合がとられる。
【0028】
図5に示す例では、インピーダンス変換部において、誘電体ストリップ3,3′の側部と側壁までの間隔を0からd1までテーパー状に変化させている。
【0029】
また図6に示す例では、インピーダンス変換部において、NRDガイドの遮断領域の上下導体板の間隔を0からcまでテーパー状に変化させている。
【0030】
いずれの場合にも、インピーダンス変換部の入力部と出力部で2段階に亘って線路インピーダンスの不連続部が生じ、その間隔を適宜定めることにより、インピーダンス変換部からDWG方向への反射波、およびインピーダンス変換部からNRDガイド方向への反射波が相殺されて、反射波による影響がほとんどなくなる。これによりインピーダンス整合がとられる。
【0031】
次に、NRDガイドを出力伝送路とするオシレータの構成を図7を参照して説明する。
図7は上部導体板2を取り外した状態における上面図である。図7において、基板4の上面にはガンダイオード6を接続する線路としての導体パターン5、およびガンダイオード6に対するバイアス電圧を供給するバイアスライン7を形成している。このバイアスライン7を介してDCバイアス電圧をガンダイオード6に印加することにより、ガンダイオード6は所定のミリ波信号を発振し、導体パターン5によるマイクロストリップラインを伝搬し、DWGを介してNRDガイドをLSMモードで伝搬する。
【0032】
次に、ミリ波レーダモジュールの例を図8を参照して説明する。
図8において、「オシレータ」は、図7に示した導体パターン5を主線路とし、これに誘電体共振器を結合させ、その誘電体共振器に結合する副線路にさらに可変リアクタンス素子を装荷させて、可変リアクタンス素子に対する制御電圧によって発振周波数を変調可能なようにしている。「アイソレータ」はNRDガイドによるサーキュレータの第3のポートを抵抗終端させたものである。「カプラ」は2つのNRDガイドの誘電体ストリップ同士を近接させたものであり、送信信号Txとローカル信号Loとを取り出している。「サーキュレータ」はNRDガイドによる3ポートのサーキュレータである。「ミキサ」はカプラから分岐したローカル信号Loと、サーキュレータからの受信信号RxをそれぞれNRDガイドで入力し、オシレータの場合と同様に、基板線路に変換し、基板上に設けたショットキーバリアダイオードによって中間周波信号に変換する。「アンテナ」はNRDガイドに結合する誘電体共振器を1次放射器とし、この1次放射器と誘電体レンズとにより構成している。
【0033】
このようなミリ波レーダモジュールは、オシレータおよびミキサ用の回路パターンを形成した基板、誘電体ストリップおよび1次放射器としての誘電体共振器のそれぞれを上下の導体板の間に配置し、さらに1次放射器から所定距離離れた位置に誘電体レンズを配置することによって構成する。
【0034】
図8においてオシレータの発振信号は、アイソレータ→カプラ→サーキュレータ→アンテナの経路で伝搬し、送信信号Txとして放射され、物体からの反射波はアンテナ→サーキュレータ→ミキサーの経路で伝搬され、受信信号Rxとしてミキサに入力される。同時にカプラからのローカル信号Loがミキサーへ与えられる。これにより、ミキサーから中間周波信号IFを取り出す。この図8に示したミリ波レーダモジュールを用いる信号処理回路は、オシレータに与える変調信号と、得られたIF信号とから物体までの距離および物体の相対速度を検出する。
【0035】
誘電体線路と基板線路とを用いた高周波回路としては、以上に示したオシレータやミキサ以外に、ダイオードスイッチやアンプ等にも同様に適用できる。すなわち、スイッチ用のダイオードを接続した基板線路を基板上に設け、NRDガイドの誘電体ストリップの所定位置で、上記基板線路を結合させれば、ダイオードのスイッチングによって、NRDガイドにおける信号の伝送をスイッチングするNRDガイドスイッチ回路を構成することができる。
【0036】
また、増幅用のトランジスタを接続した基板線路を基板上に設け、NRDガイドの誘電体ストリップの端部付近で、上記基板線路を結合させるように構成すれば、トランジスタにより増幅された信号をNRDガイドを伝送路として伝送するNRDガイドアンプを構成することができる。
【0037】
このような高周波回路においても、誘電体線路と基板線路との線路変換部を図1〜図6に示したように構成すればよい。
【0038】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、基板線路から誘電体線路へ、または誘電体線路から基板線路へ線路変換する際に、平行平板モードへの変換が防止されて、低損失で線路変換を行うことができる。
【0039】
請求項2に記載の発明によれば、互いに線路インピーダンスが異なる線路結合部と誘電体線路との境界部での反射が抑えられて線路変換効率がさらに高まる。また、反射による悪影響を防止することができる。
【0040】
請求項3に記載の発明によれば、たとえば基板上にガンダイオードやショットキーバリアダイオードをマウントし、その基板線路と誘電体線路との線路変換を行うことにより、誘電体線路を出力線路とするオシレータや誘電体線路を入力線路とするミキサなどを、基板線路と誘電体線路との線路変換器とともに容易に構成することができ、全体に小型化を図ることができる。
【0041】
請求項4に記載の発明によれば、たとえば誘電体線路を送受信信号の伝送路として用い、オシレータやミキサを基板部分に構成したミリ波レーダモジュールなど、誘電体線路を送信信号または受信信号の伝送路とする無線装置を容易に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係る線路変換器の斜視図
【図2】同線路変換器の各部の構成を示す図
【図3】同線路変換器の特性を示す図
【図4】第2の実施形態に係る線路変換器の構造を示す図
【図5】第3の実施形態に係る線路変換器の構造を示す図
【図6】第4の実施形態に係る線路変換器の構造を示す図
【図7】第5の実施形態に係るオシレータの構成を示す図
【図8】第6の実施形態に係るミリ波レーダモジュールの構成を示す図
【図9】各種伝送モードの状態を示す図
【図10】従来技術による線路変換器の構造を示す図
【図11】従来技術による線路変換器の特性を示す図
【符号の説明】
1−下部導体板
2−上部導体板
3,3′−誘電体ストリップ
4−基板
5−導体パターン
6−ガンダイオード
7−バイアスライン
w−側壁
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a line conversion structure that performs line conversion between a dielectric line and a substrate line, a high-frequency circuit including the line conversion structure, and a radio apparatus.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a dielectric line with a small transmission loss is used as a transmission line in a millimeter wave band or the like. In particular, a non-radiative dielectric line (hereinafter referred to as “NRD guide”) having a dielectric strip portion disposed between parallel plates as a propagation region and a blocking region between outer parallel plates as a non-radiation property and low loss. Utilizing this property, it is applied to various small millimeter-wave circuit devices.
[0003]
However, not all transmission lines can be configured as dielectric lines such as NRD guides. For example, when an oscillator or a mixer using a dielectric line as a signal transmission path is configured, a Gunn diode or a Schottky barrier diode is used. It is necessary to mount electronic components such as the above on the substrate, and to configure a line for supplying a bias voltage or propagating a signal to the substrate on the substrate. Therefore, for example, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 10-75109, a suspended line is formed by inserting a substrate on which a conductor pattern is formed between parallel plates of a dielectric line. Are to be combined.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the NRD guide, as shown in FIG. 9A, the LSM mode in which the magnetic field is parallel to the boundary between the dielectric strip and air, and as shown in FIG. 9B, the magnetic field is a cross section of the dielectric strip. Are roughly divided into LSE modes that are substantially parallel to each other. Both of these modes are non-radioactive and can coexist with one NRD guide, but the LSM mode is usually used because of its low loss.
[0005]
However, when line conversion is performed by combining the above-described suspended line and the NRD guide, an unnecessary mode is generated in addition to the LSM mode, which is the main propagation mode of the NRD guide, due to the asymmetry of the suspended line part. In some cases, the output of the LSM mode was lowered. One of the unnecessary modes is the LSE mode, and the other one is as shown in FIG. 9C, in which the magnetic field is parallel to the conductor plate and the electric field is from one conductor plate to the other conductor plate. It is a parallel flat plate mode.
[0006]
Japanese Patent Laid-Open No. 63-185101 and Japanese Patent Laid-Open No. 9-219608 have been proposed to prevent loss caused by mode conversion from the LSM mode to another unnecessary mode in the discontinuous portion of the NRD guide line. There are mode suppressors for NRD guides. However, all of these mode suppressors are LSE mode suppressors and have no effect on the parallel plate mode.
[0007]
Here, for comparison with the embodiments of the present invention described later, FIG. 10 and FIG. 11 show a line conversion structure between a substrate line and a dielectric line according to the prior art and its characteristics.
[0008]
FIG. 10B is a perspective view with the upper conductor plate removed, and FIG. 10A is a top view in the state shown in FIG. In FIG. 10, reference numeral 1 denotes a lower conductor plate, and 3 denotes a dielectric strip fitted in a groove formed in the lower conductor plate 1. A groove is also formed in the upper conductor plate (not shown), and the upper conductor plate is overlaid on the lower conductor plate 1 so that the dielectric strip 3 is fitted into the groove. The upper and lower conductor plates and the dielectric strip 3 constitute an NRD guide. Reference numeral 4 denotes a substrate having a conductor pattern 5 formed on the upper surface thereof. A portion where the bottom surface of the substrate 4 is in contact with the lower conductor plate 1 functions as a microstrip line, and a portion where the bottom surface is not in contact functions as a suspended line. A part of the dielectric strip 3 is divided into upper and lower parts, and a part of the substrate 4 is inserted into the part.
[0009]
FIG. 11 shows transmission characteristics and reflection characteristics of the line conversion structure shown in FIG. Here, S11 is the reflection coefficient of the TEM mode at the (1) end of the substrate line, S21 (LSM) is the transmission coefficient of the LSM01 mode from the (1) end of the substrate line to the (2) end of the NRD guide, and S21 (parallel). The flat plate primary) is the transmission coefficient of the primary mode of the parallel plate from the end (1) of the substrate line to the end (2) of the NRD guide, and S21 (parallel plate secondary) is from the end of the substrate line (1). This is the transmission coefficient of the second-order mode of the parallel plate to the end (2) of the NRD guide.
[0010]
When the line conversion between the microstrip line and the NRD guide is performed via the suspended line in this way, the conversion to the parallel plate mode is increased and the conversion loss is increased.
[0011]
An object of the present invention is to prevent a conversion to an unnecessary parallel plate mode in a line conversion section between a substrate line and a dielectric line, thereby improving a line conversion efficiency, and a high-frequency circuit and a radio using the line conversion structure To provide an apparatus.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In the line conversion structure according to the present invention, a dielectric line in which a dielectric strip is disposed between two substantially parallel conductor surfaces and a substrate on which a conductor pattern is formed are disposed between two substantially parallel conductor surfaces. A substrate coupling line, and a conductor pattern formed on the substrate is disposed near or overlapping a part of the dielectric strip to provide a line coupling portion between the dielectric line and the substrate line. At the same time, a side wall is provided on the side of the dielectric strip in the line coupling portion at an interval equal to or less than a half wavelength of the first parallel plate mode in the used frequency band generated between the two conductor surfaces.
[0013]
As described above, since the interval between the side walls in the line coupling portion is equal to or less than the half wavelength of the first-order parallel plate mode in the used frequency band, the parallel plate mode in the used frequency band is the side wall on the side of the dielectric strip in the line coupling portion. It can no longer exist in between. Therefore, conversion to the parallel plate mode does not occur at the time of line conversion from the substrate line to the dielectric line or from the dielectric line to the substrate line, and conversion loss due to this does not occur.
[0014]
In the line conversion structure according to the present invention, an impedance matching portion having a substantially larger interval between the side walls than the line coupling portion is provided between the line coupling portion and the dielectric line. Thereby, reflection at the boundary between the line coupling part and the dielectric line having different line impedances is suppressed to increase line conversion efficiency, and adverse effects due to reflection are prevented.
[0015]
The high-frequency circuit according to the present invention includes the above-described line conversion structure, and includes a dielectric line and a substrate line connected to the line conversion structure. For example, by mounting a Gunn diode or Schottky barrier diode on a substrate and performing line conversion between the substrate line and the dielectric line, an oscillator using the dielectric line as an output line or a mixer using the dielectric line as an input line And so on.
[0016]
Furthermore, a radio apparatus according to the present invention includes the above-described high frequency circuit, and constitutes a radio apparatus using a dielectric line as a transmission path for a transmission signal or a reception signal. For example, a millimeter wave radar module using a dielectric line as a transmission / reception signal transmission path and an oscillator or a mixer on the substrate is formed.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the structure of the line converter according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 1 and FIG.
FIG. 1 is a perspective view of the main part of the line converter, (A) is a perspective view of the line converter part, and (B) is a perspective view in a state where the upper conductor plate 2 is removed from the state shown in (A). FIG. In FIG. 1, 3 and 3 'are dielectric strips. Reference numeral 1 denotes a lower conductor plate, which is provided with a groove indicated by g, and a dielectric strip 3 'is fitted into the groove g. Grooves indicated by g are also formed in the upper conductor plate 2 so that the dielectric strips 3 are fitted into the grooves, and the dielectric strips 3 and 3 'are vertically aligned so as to overlap each other. The conductor plates 1 and 2 are laminated.
[0018]
2A is a top view in the state shown in FIG. 1B, and FIG. 2B is the axis of the dielectric strips 3 and 3 ′ in the state shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along a plane that passes through and perpendicular to the upper and lower conductor plates. FIG. 2C is a perspective view showing the structure of the substrate used in this line converter. In FIG. 2, 4 is a dielectric substrate, and a conductor pattern 5 is formed on the upper surface thereof. As shown in FIG. 1B, the lower conductor plate 1 is provided with a recess for supporting the substrate 4 between the dielectric strips 3 and 3 ', and the substrate 4 is disposed in the recess. is doing. The vicinity of the portion where the substrate 4 and the dielectric strips 3 and 3 'overlap is a line coupling portion.
[0019]
As shown in FIG. 2A, the lower conductor plate 1 is formed with side walls w on both sides of the dielectric strips 3 and 3 ′ at positions spaced apart from the dielectric strip 3 by a predetermined distance. A portion where the distance between the dielectric strips 3, 3 'and the side wall w is d1 is a normal NRD guide portion. In the line coupling portion, the distance between the dielectric strips 3 and 3 ′ and the side wall w is substantially zero. Therefore, this portion is surrounded by the lower conductor plate 1 and the upper conductor plate 2 at the top, bottom, left and right of the dielectric strips 3 and 3 ′, and acts as a dielectric loaded waveguide (hereinafter referred to as “DWG”). . Between the NRD guide portion and the line coupling portion, there is provided an impedance conversion portion in which the distance between the dielectric strips 3 and 3 ′ and the side wall w is set to be smaller than d1.
[0020]
Here, assuming that the impedance of the DWG part is Z1 and the impedance of the NRD guide part is Z2, the impedance Zo of the impedance converter is Zo = √ (Z1 * Z2)
If the interval do is determined so as to satisfy the relationship, the impedance matching between the DWG and the NRD guide is optimal.
[0021]
The dimensions of each part of the mode converter are as follows when represented by the symbols shown in FIGS.
a = 1.8 mm, b = 1.2 mm, c = 0.8 mm, d1 = 0.8 mm, do = 0.1 mm, g = 0.5 mm, Lm = 1.22 mm, Lc = 1.0 mm
The dielectric strip 3 has a relative dielectric constant of 2.04, and the dielectric substrate 4 has a relative dielectric constant of 2.3.
[0022]
Here, the half wavelength in the 73 GHz band which is the frequency band to be used in the primary parallel plate mode determined by the interval c between the upper and lower conductor plates is 2.06 [mm]. On the other hand, in the line coupling part, the interval b between the side walls is narrower than the above half-wavelength, and therefore there is no primary parallel plate mode in this line coupling part in the frequency band to be used. Therefore, when line conversion is performed from the microstrip line to the NRD guide via the DWG, or when line conversion is performed from the NRD guide to the mode of the microstrip line via the DWG, accompanying the conversion to the parallel plate mode There is no loss.
[0023]
The impedance converter shown in FIG. 2A performs impedance matching between the DWG portion and the normal NRD guide portion. That is, if the NRD guide having the distance d1 between the dielectric strip 3 and the side wall w is connected to the DWG suddenly, the impedance mismatch occurs due to the difference in the line impedance between the two lines, and the electromagnetic wave is generated at the boundary. Although reflection occurs, the reflected wave from the impedance converter in the DWG direction is provided by providing a discontinuous part of the line impedance in two steps at the input part and the output part of the impedance converter and determining the interval appropriately. , And the reflected wave from the impedance converter in the direction of the NRD guide is canceled, and the influence of the reflected wave is almost eliminated. As a result, impedance matching is achieved.
[0024]
Here, the length Lm of the impedance converter is set to 1.22 mm, and the wavelength in the frequency band used by the electromagnetic wave propagating through this portion is set to ¼ wavelength, that is, half-wave in a round trip.
[0025]
FIG. 3 shows the transmission characteristics and reflection characteristics of the line converter according to the first embodiment. Here, S11 is the reflection coefficient of the TEM mode at the (1) end of the substrate line, S21 (LSM) is the transmission coefficient of the LSM01 mode from the (1) end of the substrate line to the (2) end of the NRD guide, and S21 (parallel plate) “Primary” is the transmission coefficient of the first-order mode of the parallel plate from the end (1) of the substrate line to the end (2) of the NRD guide.
[0026]
In this way, a very small transmission coefficient can be obtained in the 73 GHz band that is the used frequency band. Further, the transmission coefficient to the first parallel plate mode only appears in a high frequency band of 78 to 80 GHz, and conversion to the parallel plate mode in the used frequency band does not occur. Compared with the conventional example shown in FIG. 11, it can be seen that the transmission coefficient S21 (LSM) at the same frequency as the reflection coefficient S11 is small, and the conversion loss is small. The peak of the reflection coefficient S11 occurs at 78 GHz, and S11 tends to increase in a frequency region lower than 72 GHz. This is due to the deviation from the adaptive frequency of the impedance converter. It does not affect the frequency band used.
[0027]
Next, the configuration of three line converters having different configurations of the impedance converter will be described with reference to FIGS.
In these drawings, (B) is a perspective view with the upper conductor plate removed, and (A) is a top view in that state. In the example shown in FIG. 4, the impedance converter has a structure in which the distance between the upper and lower conductor plates (height of the NRD guide blocking region) is narrower than the NRD guide portion as the transmission path. With this structure, reflection is generated at both ends of the impedance conversion unit in the same manner as in the first embodiment, and the reflected wave is canceled out by combining the two reflected waves, and impedance matching is achieved.
[0028]
In the example shown in FIG. 5, in the impedance conversion section, the distance between the side portions and the side walls of the dielectric strips 3 and 3 ′ is changed from 0 to d1 in a tapered shape.
[0029]
In the example shown in FIG. 6, in the impedance conversion unit, the interval between the upper and lower conductor plates in the blocking region of the NRD guide is changed from 0 to c in a tapered shape.
[0030]
In any case, a discontinuous part of the line impedance is generated in two stages at the input part and the output part of the impedance conversion part, and the reflected wave from the impedance conversion part in the DWG direction by appropriately determining the interval, and The reflected waves from the impedance converter in the NRD guide direction are canceled out, and the influence of the reflected waves is almost eliminated. Thereby, impedance matching is taken.
[0031]
Next, the configuration of an oscillator using the NRD guide as an output transmission path will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a top view with the upper conductor plate 2 removed. In FIG. 7, a conductor pattern 5 as a line connecting the Gunn diode 6 and a bias line 7 for supplying a bias voltage to the Gunn diode 6 are formed on the upper surface of the substrate 4. By applying a DC bias voltage to the Gunn diode 6 through the bias line 7, the Gunn diode 6 oscillates a predetermined millimeter wave signal, propagates through the microstrip line by the conductor pattern 5, and passes through the DWG to the NRD guide. Are propagated in LSM mode.
[0032]
Next, an example of the millimeter wave radar module will be described with reference to FIG.
In FIG. 8, the “oscillator” has the conductor pattern 5 shown in FIG. 7 as a main line, a dielectric resonator coupled to the conductor line, and a variable reactance element loaded on the sub-line coupled to the dielectric resonator. Thus, the oscillation frequency can be modulated by the control voltage for the variable reactance element. The “isolator” is a third terminal of the circulator by the NRD guide that is resistance-terminated. The “coupler” is obtained by bringing two NRD guide dielectric strips close to each other, and extracts the transmission signal Tx and the local signal Lo. The “circulator” is a 3-port circulator with an NRD guide. The “mixer” inputs the local signal Lo branched from the coupler and the received signal Rx from the circulator through the NRD guide, converts it into a substrate line, and converts it to a substrate line by a Schottky barrier diode provided on the substrate. Convert to intermediate frequency signal. The “antenna” includes a dielectric resonator coupled to the NRD guide as a primary radiator, and is constituted by the primary radiator and a dielectric lens.
[0033]
In such a millimeter wave radar module, a substrate on which circuit patterns for an oscillator and a mixer are formed, a dielectric strip, and a dielectric resonator as a primary radiator are arranged between upper and lower conductor plates, and further, primary radiation is provided. The dielectric lens is arranged at a position away from the container by a predetermined distance.
[0034]
In FIG. 8, the oscillation signal of the oscillator propagates along the path of the isolator → coupler → circulator → antenna and is radiated as the transmission signal Tx, and the reflected wave from the object is propagated along the path of the antenna → circulator → mixer and becomes the reception signal Rx. Input to the mixer. At the same time, the local signal Lo from the coupler is supplied to the mixer. As a result, the intermediate frequency signal IF is extracted from the mixer. The signal processing circuit using the millimeter wave radar module shown in FIG. 8 detects the distance to the object and the relative velocity of the object from the modulation signal applied to the oscillator and the obtained IF signal.
[0035]
As a high-frequency circuit using a dielectric line and a substrate line, it can be similarly applied to a diode switch, an amplifier, and the like in addition to the oscillator and mixer described above. In other words, if a substrate line to which a switching diode is connected is provided on the substrate and the substrate line is coupled at a predetermined position of the dielectric strip of the NRD guide, signal transmission in the NRD guide is switched by switching of the diode. An NRD guide switch circuit can be configured.
[0036]
Further, if a substrate line to which an amplifying transistor is connected is provided on the substrate and the substrate line is coupled in the vicinity of the end of the dielectric strip of the NRD guide, the signal amplified by the transistor is transmitted to the NRD guide. Can be configured as a transmission line.
[0037]
Even in such a high-frequency circuit, the line converter between the dielectric line and the substrate line may be configured as shown in FIGS.
[0038]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, when the line is converted from the substrate line to the dielectric line, or from the dielectric line to the substrate line, the conversion to the parallel plate mode is prevented, and the line conversion is performed with low loss. It can be carried out.
[0039]
According to the second aspect of the present invention, reflection at the boundary between the line coupling portion and the dielectric line having different line impedances is suppressed, and the line conversion efficiency is further increased. Moreover, the bad influence by reflection can be prevented.
[0040]
According to the third aspect of the present invention, for example, a Gunn diode or a Schottky barrier diode is mounted on a substrate, and line conversion between the substrate line and the dielectric line is performed, whereby the dielectric line is used as the output line. An oscillator, a mixer using a dielectric line as an input line, and the like can be easily configured together with a line converter of a substrate line and a dielectric line, and the overall size can be reduced.
[0041]
According to the fourth aspect of the present invention, for example, a millimeter wave radar module in which a dielectric line is used as a transmission / reception signal transmission path and an oscillator or a mixer is formed on a substrate portion, the transmission of the transmission signal or the reception signal is performed on the dielectric line. A wireless device used as a road can be easily configured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a line converter according to a first embodiment. FIG. 2 is a diagram showing a configuration of each part of the line converter. FIG. 3 is a diagram showing characteristics of the line converter. FIG. 5 is a diagram showing a structure of a line converter according to the second embodiment. FIG. 5 is a diagram showing a structure of the line converter according to the third embodiment. FIG. 6 is a diagram showing a structure of the line converter according to the fourth embodiment. FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an oscillator according to a fifth embodiment. FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a millimeter wave radar module according to the sixth embodiment. FIG. 9 is a diagram showing states of various transmission modes. FIG. 10 is a diagram showing the structure of a line converter according to the prior art. FIG. 11 is a diagram showing the characteristics of the line converter according to the prior art.
1-lower conductor plate 2-upper conductor plate 3, 3'-dielectric strip 4-substrate 5-conductor pattern 6-Gun diode 7-bias line w-side wall

Claims (4)

互いに略平行な2つの導体面の間に誘電体ストリップを配した誘電体線路と、互いに略平行な2つの導体面の間に、導体パターンを形成した基板を配した基板線路とを備え、
前記基板に形成された導体パターンが前記誘電体ストリップの一部に近接または重なる位置に当該基板を配して、前記誘電体線路と前記基板線路との線路結合部を設けるとともに、前記2つの導体面の間に発生する、使用周波数帯における1次の平行平板モードの半波長以下の間隔で、前記線路結合部における前記誘電体ストリップの側部に側壁を設けて成り、前記線路結合部を介して前記誘電体線路と前記基板線路とを線路変換する線路変換構造。
A dielectric line having a dielectric strip disposed between two substantially parallel conductor surfaces; and a substrate line having a substrate having a conductor pattern formed between two substantially parallel conductor surfaces;
The substrate is arranged at a position where a conductor pattern formed on the substrate is close to or overlaps a part of the dielectric strip, a line coupling portion between the dielectric line and the substrate line is provided, and the two conductors occur between the surfaces, the half-wavelength spacing of the primary of the parallel plate mode in the used frequency band, Ri formed by providing a side wall on the side of the dielectric strip in the line coupling section, the line coupling section A line conversion structure for converting the dielectric line and the substrate line via a line.
前記線路結合部と、前記誘電体線路との間に、前記側壁の間隔を前記線路結合部より実質的に広くしたインピーダンス整合部を設けた請求項1に記載の線路変換構造。  2. The line conversion structure according to claim 1, wherein an impedance matching portion is provided between the line coupling portion and the dielectric line so that an interval between the side walls is substantially wider than that of the line coupling portion. 請求項1または2に記載の線路変換構造を含み、該線路変換構造部につながる誘電体線路および基板線路を備えて成る高周波回路。  A high-frequency circuit comprising the line conversion structure according to claim 1, comprising a dielectric line and a substrate line connected to the line conversion structure. 請求項3に記載の高周波回路を備え、前記誘電体線路を送信信号または受信信号の伝送路とした無線装置。  A radio apparatus comprising the high-frequency circuit according to claim 3, wherein the dielectric line is a transmission path for a transmission signal or a reception signal.
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