JP4367218B2 - 伝送線路変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波又はミリ波等の通信装置に用いるのに適し、マイクロストリップ伝送線路からコプレーナストリップ伝送線路への変換、又は、コプレーナストリップ伝送線路用導体からマイクロストリップ伝送線路への変換を可能にする伝送線路変換装置に関する。

平面アンテナをマイクロ波、ミリ波の通信に用いるのに際し、平面アンテナに信号を給電し、又は、平面アンテナで受信した信号を伝送するための伝送線路として、コプレーナストリップ伝送線路が一般的に用いられている。

従来用いられていたマイクロストリップ伝送線路からスロット伝送線路への変換を可能にする伝送線路変換装置を図１２に示す。図１２に示す伝送線路変換装置では、第１の誘電体基板１の一方の面上に第１のグランド導体１１とスロット５とが設けられ、第１の誘電体基板１側の、第２の誘電体基板２の面上に電磁結合用導体１０が設けられている。電磁結合用導体１０がビアホール１５により信号導体８に接続されており、信号導体８は同軸ケーブル１６の中心導体１８に接続されており、同軸ケーブル１６の外側導体１９は第２のグランド導体１２に接続されている。

図１２において、７は気体層等の誘電体層である。図１２に示す伝送線路変換装置について、特に特許文献は見当たらない。図１２に示す伝送線路変換装置では、マイクロストリップ伝送線路からコプレーナストリップ伝送線路への変換はできなかった。

本発明は、従来技術の有する前述の欠点を解消し、従来知られていなかった伝送線路変換装置の提供を目的とする。

本発明は、第１の誘電体基板と、第１の誘電体基板に離間した第２の誘電体基板と、第１の誘電体基板と第２の誘電体基板との間に設けられている誘電体層とを備えた伝送線路変換装置であって、
第１の誘電体基板の、該誘電体層の側の面には第１のグランド導体が設けられており、第１のグランド導体には第１のスロットが設けられており、
さらに、第１の誘電体基板には、一対のコプレーナストリップ伝送線路用導体と、該一対のコプレーナストリップ伝送線路用導体に囲まれている第２のスロットとが設けられており、第１のスロットと第２のスロットとが接続されて１本のスロットになるように、第１のグランド導体に一対のコプレーナストリップ伝送線路用導体が接続されるように配設されており、
第２の誘電体基板の該誘電体層側の面を第２の誘電体基板対向面といい、第２の誘電体基板の、該誘電体層側とは反対側の面を第２の誘電体基板非対向面というとき、
第２の誘電体基板には、第１のスロット及び第２のスロットの少なくとも一方と立体交差するように電磁結合用導体が設けられて、第１のスロットと該電磁結合用導体とがこの立体交差により電磁結合されており、
該電磁結合用導体は、第２の誘電体基板非対向面に設けられている信号導体に接続されており、
該信号導体が設けられている第２の誘電体基板非対向面の領域に対向する第２の誘電体基板対向面の領域の一部又は全部には、第２のグランド導体が設けられており、
前記第１のスロットは、前記第２のスロットとは反対側に短絡端を有しており、
前記第１のグランド導体と前記第１のスロットとで構成される伝送線路をスロット伝送線路といい、
第１のスロット及び第２のスロットの少なくとも一方と電磁結合用導体とが立体的に重なり合う立体交差領域の、電磁結合用導体の中心と、第１のスロットと前記第２のスロットの接続箇所との距離をＬ_１とし、
前記第１の誘電体基板の比誘電率をε_ｒ１とし、前記誘電体層の比誘電率をε_ｒ３とし、λ_０を真空中の信号の波長とし、Ｋ_ｇｓを該スロット伝送線路を信号が伝播する際の波長短縮率とし、λ_ｇｓ＝Ｋ_ｇｓ・λ_０であるとき、
Ｌ_１が（−０．１１）・（λ_ｇｓ／４）〜（３／４）・（λ_ｇｓ／４）であることを特徴とする伝送線路変換装置を提供する。

本発明では、上記した構成により、マイクロストリップ伝送線路とコプレーナストリップ伝送線路との伝送線路変換及びインピーダンスマッチングが可能になり、さらに、簡易な構造で、安価に伝送線路変換装置を製作できるという効果も認められる。

本発明の伝送線路変換装置を自動車の前部窓ガラス板又は後部窓ガラス板等に設けられている平面アンテナの伝送線路として用いることで、高周波アンテナ装置を効率よく生産することができる。特に、ＳＤＡＲＳ（Satellite Digital Audio Radio System（２．６ＧＨｚ前後）），ＧＰＳ(Global Positioning System)，ＶＩＣＳ(Vehicle Information and Communication System)、ＥＴＣ（Electronic Toll Collection System）及びＤＳＲＣ(Dedicated Short Range Communication)システム等に好適な高周波アンテナ装置を製作できる。

以下、本発明のアンテナ装置を添付の図面に示される好適実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の伝送線路変換装置の一実施形態である実施態様（１−１）を示す模式図であり、図２は、図１に示す伝送線路変換装置の電磁結合部分を拡大して示す平面図である。また、図３は図１に示す伝送線路変換装置の寸法を変化させた実施態様（１−２）を示す模式図であり、図４は、実施態様（１−２）の電磁結合部分を拡大して示す平面図である。さらに、図５は図１に示す伝送線路変換装置の形状及び寸法を変化させた実施態様（１−３）を示す模式図であり、図６は、実施態様（１−３）の電磁結合部分を拡大して示す平面図である。以下の説明において、特記しない場合には、方向は図面上での方向をいうものとする。また、実施態様（１−1）、（１−２）及び（１−３）をまとめて実施態様（１−１〜３）と表現する。

図１，２，３，４，５，６において、１は第１の誘電体基板、２は第２の誘電体基板、３ａ，３ｂは一対のコプレーナストリップ伝送線路用導体、４は第１のスロット、４ａは第１のスロット４の短絡端、５は第２のスロット、６は第１のスロット４と第２のスロット５との接続箇所、７は誘電体層、８は信号導体、９は接続部、１０は電磁結合用導体、１０ａは電磁結合用導体１０の、信号導体８とは反対側の開放端、１１は第１のグランド導体、１１ａは第１のグランド導体１１の信号導体８側周縁であって、第１のスロット４に平行又は略平行である周縁、１２は第２のグランド導体、１５はビアホールである。

また、図１，２，３，４，５，６において、１３は第１のスロット４及び第２のスロット５の少なくとも一方と電磁結合用導体１０とが立体的に重なり合う立体交差領域の、電磁結合用導体１０の中心（電磁結合用導体１０と第１のスロット４とが立体交差する場合にはこの立体交差の交差点、又は、電磁結合用導体１０と第２のスロット５とが立体交差する場合にはこの立体交差の交差点）である。ここで、第１のスロット４及び第２のスロット５の少なくとも一方と電磁結合用導体１０とが立体交差する箇所の電磁結合用導体１０の幅をＤとするとき、第１のスロット４及び第２のスロット５の伸長の方向の上記立体交差領域の幅は、幅Ｄ又はほぼ幅Ｄに一致する。

また、図１，２，３，４，５，６において、Ｌ_１は中心１３と接続箇所６との距離、Ｌ_２は中心１３と開放端１０ａとの距離（後述する第２のマイクロストリップ伝送線路のアーム長（電磁結合用導体１０のアーム長））、Ｌ_３は中心１３と短絡端４ａとの距離（第１のスロット４のアーム長）、Ｌ_４はビアホール１５近傍において、第１のグランド導体１１と第２のグランド導体１２とが立体的に重なっている部分での第２のグランド導体１２の、信号導体８の伸長方向における長さ、Ｌ_５は周縁１１ａと第１のスロット４の中心との最短距離、Ｌ_６は周縁１１ａの近傍における、第１のグランド導体の部分のうち、第２のグランド導体１２と立体的に重なり部分の幅、Ｗ_１はコプレーナストリップ伝送線路用導体３ｂの幅、Ｗ_２は第２のスロット５の幅、Ｗ_３は第１のスロット４の幅である。なお、図１，２に示す例では、コプレーナストリップ伝送線路用導体３ａの幅はＷ_１と同一である。

実施態様（１−１〜３）では、第１の誘電体基板１と、第１の誘電体基板１に離間した第２の誘電体基板２と、第１の誘電体基板１と第２の誘電体基板２との間に設けられている誘電体層７とを備えている。

第１の誘電体基板１の、誘電体層７の側の面には第１のグランド導体１１が設けられており、第１のグランド導体１１には第１のスロット４が設けられている。第１の誘電体基板１には、一対のコプレーナストリップ伝送線路用導体３ａ，３ｂと、一対のコプレーナストリップ伝送線路用導体３ａ，３ｂに囲まれている第２のスロット５とが設けられている。

第１のスロット４と第２のスロット５とが接続されて１本のスロットになるように、第１のグランド導体１１に一対のコプレーナストリップ伝送線路用導体３ａ，３ｂが接続されるように配設されている。ここで、スロットについて説明する。第１の誘電体基板１の上に導体が設けられていない細長い領域がスロットである。スロットは、通常、第１の誘電体基板１の材質が剥き出しになって露出しているが、これに限定されず、スロットの上に絶縁物質が設けられていてもよい。

第１の誘電体基板１には、一対のコプレーナストリップ伝送線路用導体３ａ，３ｂと、一対のコプレーナストリップ伝送線路用導体３ａ，３ｂに囲まれている第２のスロット５とが設けられており、第１のスロット４と第２のスロット５とが接続されて１本のスロットになるように、第１のグランド導体１１に一対のコプレーナストリップ伝送線路用導体３ａ，３ｂが接続されて配設されている。
以後の説明において、第２の誘電体基板２の誘電体層７側の面を第２の誘電体基板対向面といい、第２の誘電体基板２の、誘電体層７側とは反対側の面を第２の誘電体基板非対向面という。

第２の誘電体基板対向面には、第１のスロット４と立体交差するように電磁結合用導体１０が設けられて、この立体交差により第１のスロット４と電磁結合用導体１０とが電磁結合されている。

電磁結合用導体１０の一端は開放端１０ａであり、電磁結合用導体１０の他端又は該他端近傍部分は、第２の誘電体基板非対向面に設けられている信号導体８に接続されている。実施態様（１−１〜３）では、電磁結合用導体１０と信号導体８との接続は、第２の誘電体基板２に設けられているビアホール９によって行なわれている。しかし、これに限定されず、第２の誘電体基板２に設けられているスルーホール、導体線及び導電性の板状体等を介して半田又は導体性接着剤等を用いて接続してもよい。

信号導体８が設けられている第２の誘電体基板非対向面の領域に対向する第２の誘電体基板対向面の領域には、第２のグランド導体１２が設けられている。図１，２に示す例では、信号導体８が設けられている第２の誘電体基板非対向面の領域に対向する第２の誘電体基板対向面の全領域に、第２のグランド導体１２が設けられている。しかし、これに限定されず、信号導体８が設けられている第２の誘電体基板非対向面の領域に対向する第２の誘電体基板対向面の一部の領域に第２のグランド導体１２が設けられていても使用できる。なお、信号導体８が設けられている第２の誘電体基板非対向面の領域に対向する第２の誘電体基板対向面の領域以外の領域に第２のグランド導体１２が設けられていてもよい。

実施態様（１−１〜３）とは別の実施形態（不図示、実施態様（２））について説明する。実施態様（１−１〜３）では、電磁結合用導体１０を第２の誘電体基板対向面に設けたが、この別の実施形態では、電磁結合用導体１０を第２の誘電体基板非対向面に設け、信号導体８に接続させた。その他の点については、実施態様（１−１〜３）と同様である。すなわち、この別の実施形態においても、第１のスロット４と立体交差するように電磁結合用導体が設けられて、この立体交差により第１のスロットと該電磁結合用導体とが電磁結合される。なお、第２の誘電体基板２が多層基板の場合には、電磁結合用導体が第２の誘電体基板２内部のどの層に設けられていてもよい。また、第２の誘電体基板２が単層基板である場合であっても、第２の誘電体基板２の単層内部に電磁結合用導体が設けられていてもよい。

実施態様（１−１〜３）では、信号導体８と第２のグランド導体１２とで第１のマイクロストリップ伝送線路を構成し、電磁結合用導体１０と第１のグランド導体１１とで第２のマイクロストリップ伝送線路を構成しており、この場合の第２のマイクロストリップ伝送線路はインバーテッドマイクロストリップ伝送線路である。電磁結合用導体１０が第２のマイクロストリップ伝送線路の信号導体として機能する。また、一対のコプレーナストリップ伝送線路用導体３ａ，３ｂと第２のスロット５とでコプレーナストリップ伝送線路を構成する。

ここで、インバーテッドマイクロストリップ伝送線路とは、誘電体基板に設けられている信号導体と、この誘電体基板に設けられていないグランド導体とを備えている伝送線路であって、この誘電体基板の、このグランド導体側の面上に上記信号導体が設けられている伝送線路をいう。なお、第１のスロット部４からインバーテッドマイクロストリップ伝送線路側に信号を伝送する場合、第１のスロット部４で磁界が励起され、この励起した磁界によって電磁結合用信号導体１０に電流が誘導されて信号が伝送される。

実施態様（２）では、第２のグランド導体１２に対向する第２の誘電体基板非対向面に設けられている信号導体８と、第２のグランド導体１２とで、第１のマイクロストリップ伝送線路を構成し、電磁結合用導体と、第１のグランド導体１１とで、第２のマイクロストリップ伝送線路を構成しており、この場合の第２のマイクロストリップ伝送線路はサスペンデッドマイクロストリップ伝送線路である。一対のコプレーナストリップ伝送線路用導体３ａ，３ｂと第２のスロット５とでコプレーナストリップ伝送線路を構成する。

ここで、サスペンデッドマイクロストリップ伝送線路とは、誘電体基板に設けられている信号導体と、この誘電体基板に設けられていないグランド導体とを備えている伝送線路であって、この誘電体基板の、このグランド導体とは反対側の面上に上記信号導体が設けられている伝送線路をいい、同じ誘電体基板に信号導体とグランド導体とが設けられているマイクロストリップ伝送線路とは異なる構造を有する伝送線路である。

ここで、前述したとおり、実施態様（１−１〜３）、及び、実施態様（２）では、第１のスロット４と立体交差するように電磁結合用導体１０が設けられていて、この立体交差により第１のスロット４と電磁結合用導体１０とが電磁結合されていた。しかし、これに限定されず、電磁結合用導体１０が接続箇所６に立体的に重なるように立体的に配設され、その結果、第１のスロット４及び第２のスロット５の両方と電磁結合用導体１０とが立体交差し、この立体交差により第１のスロット４と電磁結合用導体１０とが電磁結合されていても使用できる。さらに、接続箇所６付近の第２のスロット５の部分と電磁結合用導体１０とが立体交差するように電磁結合用導体１０が設けられて、第１のスロット４と電磁結合用導体１０とがこの立体交差により電磁結合されていても使用できる。

図１，２に示す例、及び、前記図１，２に示す例とは別の実施形態において、電磁結合用導体と第１のスロット４との交差角は３０〜１５０°が好ましい。挿入損失を少なくさせるためである。この交差角のより好ましい範囲は６０〜１２０°であり、特に好ましい範囲は８０〜１００°である。
第１のスロット４と第２のスロット５とが成す角は、１５０〜２１０°、特には１７０〜１９０°が好ましい。挿入損失を向上させるためである。

図１，２に示す例では、第１のグランド導体１１の形状は長方形又は略長方形であり、第２のグランド導体１２の形状も長方形又は略長方形である。しかし、これに限定されず、第１のグランド導体１１の形状又は第２のグランド導体１２の形状は長方形又は略長方形でなくても使用できる。

第１のグランド導体１１の面積は１００〜１００００ｍｍ^２、特には５００〜６０００ｍｍ^２が好ましい。第１のグランド導体１１の面積が１００ｍｍ^２以上であると挿入損失が向上し、好ましい。また、第１のグランド導体１１の面積が１００００ｍｍ^２以下であるとコンパクト化が図れ好ましい。

第２のグランド導体１２の面積は１００〜５０００ｍｍ^２、特には２００〜１６００ｍｍ^２が好ましい。第２のグランド導体１２の面積が１００ｍｍ^２以上であると挿入損失が向上し、好ましい。また、第２のグランド導体１２の面積が５０００ｍｍ^２以下であるとコンパクト化が図れ好ましい。

第２のマイクロストリップ伝送線路を伝播する信号の波長をλ_ｇｍｓ２とする場合には、アーム長Ｌ_２が（０．０１〜２．０）・（λ_ｇｍｓ２／４）であることが好ましい。アーム長Ｌ_２が０．０１・（λ_ｇｍｓ２／４）以上であると、広帯域化が図られ好ましく、アーム長Ｌ_２が２．０・（λ_ｇｍｓ２／４）以下であると、コンパクト化が図られ、好ましい。ここで、λ_０を真空中の信号の波長、Ｋ_ｍｓ２を第２のマイクロストリップ伝送線路を信号が伝播する際の波長短縮率とすると、λ_ｇｍｓ２＝Ｋ_ｍｓ２・λ_０である。

第２の誘電体基板２の比誘電率をε_ｒ２とし、誘電体層７の比誘電率をε_ｒ３とする場合には計算すると、Ｋ_ｍｓ２が採り得る値は、表１に示すε_ｒ２の範囲に対して近似的に以下の表１に示す値になる。

第１のスロットを伝播する信号の波長をλ_ｇｓとする場合には、アーム長Ｌ_３が、（０．０１〜２．０）・（λ_ｇｓ／４）であることが好ましい。アーム長Ｌ_３が０．０１・（λ_ｇｓ／４）以上であると、広帯域化が図られ好ましく、アーム長Ｌ_３が２．０・（λ_ｇｓ／４）以下であると、コンパクト化が図られ好ましい。

ここで、Ｋ_ｇｓをスロット伝送線路を信号が伝播する際の波長短縮率とすると、λ_ｇｓ＝Ｋ_ｇｓ・λ_０である。第１の誘電体基板１の比誘電率をε_ｒ１とする場合には計算すると、Ｋ_ｇｓが採り得る値は、表２に示すε_ｒ１の範囲に対して近似的に表２に示す値になる。

本発明では、第２のマイクロストリップ伝送線路の特性インピーダンスと、コプレーナストリップ伝送線路の特性インピーダンスとが異なっていても、第１のマイクロストリップ伝送線路の特性インピーダンスと、コプレーナストリップ伝送線路の特性インピーダンスとを整合（マッチング）させることができる。

本発明において、第２のマイクロストリップ伝送線路の特性インピーダンスをＺ_ｍとし、コプレーナストリップ伝送線路の特性インピーダンスをＺ_ｃとするとき、Ｚ_ｃは（１．０〜８．０）・Ｚ_ｍが好ましい。Ｚ_ｃがＺ_ｍ以上ではマイクロストリップ伝送線路とコプレーナストリップ伝送線路とのインピーダンスマッチングが良好となり好ましい。また、Ｚ_ｃが８．０・Ｚ_ｍ以下では、Ｚ_ｃが大きくなり過ぎず、インピーダンスマッチングできる帯域幅が広くなり好ましい。より好ましい範囲は、Ｚ_ｃが（１．１〜６．０）・Ｚ_ｍである。

本発明において、Ｌ_１が（−０．１１）・（λ_ｇｓ／４）〜（３／４）・（λ_ｇｓ／４）であることが好ましい。Ｌ_１がこの範囲内である場合にはこの範囲外である場合と比較して挿入損失が大きくならず、好ましい。ここで、接続箇所６が第１のスロット４と電磁結合用導体１０との立体交差の交差点より短絡端４ａ側に配設されている場合（実施態様（１−２））ではＬ_１は負の値をとり、接続箇所６が第１のスロット４と電磁結合用導体１０との立体交差の交差点より短絡端４ａ側とは反対側に配設されている場合にはＬ_１は正の値をとるものとする。Ｌ_１のより好ましい範囲は、（−０．０５）・（λ_ｇｓ／４）〜（１／２）・（λ_ｇｓ／４）である。なお、距離Ｌ_１が負の数となる場合には、図２において、中心１３が接続箇所６より右側に配されるように電磁結合用導体１０が配設される。したがって、実施態様（１−１）では、電磁結合用導体１０が第１のスロット４とのみ立体交差している。しかし、電磁結合用導体１０が、第１のスロット４と第２のスロット５の両方と立体交差していても使用できる。さらに、電磁結合用導体１０が第２のスロット５のみと立体交差していても使用できる。

本発明において、最短距離Ｌ_５が｛０．１４〜３．２｝・（λ_ｇｓ／４）であることが好ましい。この範囲内である場合にはこの範囲外である場合と比較して挿入損失が大きくならず、好ましい。最短距離Ｌ_５のより好ましい範囲は、｛０．２〜３．０｝・（λ_ｇｓ／４）であり、最短距離Ｌ_５の特に好ましい範囲は、｛０．０５〜２．５｝・（λ_ｇｓ／４）である。

本発明において、幅Ｌ_６が｛０．２５〜１．８０｝・（λ_ｇｍｓ２／４）であることが好ましい。この範囲内である場合にはこの範囲外である場合と比較して挿入損失が大きくならず、好ましい。最短距離Ｌ_６のより好ましい範囲は、｛０．３８〜１．６７｝・（λ_ｇｍｓ２／４）である。この場合、第２のグランド導体１２の周縁が直線的でない等の理由のため、幅Ｌ_６が変化する場合には、Ｌ_６は変化している値の平均値を用いることとする。

第１の誘電体基板１の厚さは電磁結合と直接関わりがないため、特に限定されない。例えば、第１の誘電体基板１として、自動車の窓ガラス板を用いる場合には、通常の自動車用窓ガラス板のように厚さが２．０〜６．０ｍｍで比誘電率が５．０〜９．０のガラス板を用いることが好ましい。

第１の誘電体基板１として、自動車の窓ガラス板を用いる場合には、第１のグランド導体１１の周縁が車体開口縁から１ｍｍ以上離間していることが好ましい。しかし、これに限定されず、第１のグランド導体１１の周縁が車体開口縁に接続されていても使用できる。ここで、車体開口縁とは窓ガラス板がはめ込まれる車体の開口部の周縁であって車体アースとなるべきものをいい、例えば、金属等の導電性材料で構成されている。

誘電体層７は、第１の誘電体基板１と第２の誘電体基板２との間に介在し、絶縁性を有することが好ましい。誘電体層７としては、通常、絶縁性を有する接着剤、充填材等の合成樹脂等を含む誘電体の組成物又はセラミックスが用いられ、さらに、気体層も用いることができる。しかし、これに限定されず、誘電物質であればどのようなものでも使用できる。

絶縁性を有する接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂等を含有する接着剤が挙げられ、比誘電率が１．０〜４．０の範囲にあるものが容易かつ安価に入手でき好ましい。また、充填材としては、例えば、絶縁性を有しシリコーンを含有する充填材が挙げられる。

誘電体層７としては気体層を用いる場合には、通常コスト的に安価な空気層が用いられるが、これに限定されず、例えば、窒素、アルゴン等の不活性ガスでもよい。また、気体層は、温度により気体中に含まれる水分が結露しないように十分乾燥していることが好ましい。

第２の誘電体基板２としては、通常、合成樹脂、セラミックス等の回路基板が用いられる。第２の誘電体基板２の厚さは０．１〜６．０ｍｍであるのが好ましい。この厚さの範囲の基板を製造することが生産技術上容易だからである。なお、サスペンテッドマイクロストリップ伝送線路を構成する第２のマイクロストリップ伝送線路のように、電磁結合用導体が第２の誘電体基板非対向面に設けられている場合には、第２の誘電体基板２の厚さを０．１〜２．０ｍｍに設定するのが好ましい。第２の誘電体基板２の比誘電率は２．０〜２５．０であるのが好ましい。

実施態様（１−３）では、第１のスロット４から見て、信号導体８側とは反対側の電磁結合用導体１０の部分である曲折部１０ｂにて曲ってほぼ短絡端４ａ側の方向に伸長されている。この伸長されている電磁結合用導体１０の部分は第１のスロット４と平行又は略平行である。これに限定されず、この伸長されている電磁結合用導体１０の部分は第１のスロット４と平行又は略平行でなくても使用できる。

本発明において、第１のグランド導体１１と電磁結合用信号導体１０との間隔は０．１〜２．０ｍｍであることが好ましい。この間隔を０．１ｍｍ以上にすることは、第２の誘電体基板２を精度良く配し易くなる。この間隔が２．０ｍｍ以下であると、２．０ｍｍ超である場合に比べて挿入損失特性が向上する。

本発明において、第１のマイクロストリップ伝送線路を同軸ケーブル（不図示）に接続する場合には、同軸ケーブルの中心導体を信号導体８に接続し、同軸ケーブルの外側導体を第２のグランド導体１２に接続する。本発明は周波数１〜３０ＧＨｚ、特には２〜６ＧＨｚの周波数範囲に利用することが好ましい。

以下に実施例を用いて本発明を説明するが、本発明はこの実施例には限定されず、本発明の要旨を損なわない限り、各種の改良や変更も本発明に含まれる。
「例１（実施例）」
図１、２に示すとおりの伝送線路変換装置（実施態様（１−１））を想定して、第１のマイクロストリップ伝送線路からコプレーナストリップ伝送線路への伝送特性をＦＤＴＤ法（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ ｍｅｔｈｏｄ）により計算した。第１の誘電体基板１として、自動車の窓ガラス板を想定した。以下に諸数値及び特性図について示す。

第１の誘電体基板１（窓ガラス板）の厚さ ３．５ｍｍ、
第１の誘電体基板１（窓ガラス板）の比誘電率 ７．０、
第２の誘電体基板２の厚さ ０．８ｍｍ、
第２の誘電体基板２の比誘電率 ３．４、
誘電体層７の厚さ ０．４ｍｍ、
誘電体層７の比誘電率 １．０、
第１のグランド導体１１の、第１のスロット４の伸長方向の寸法 ９５．０ｍｍ、
第１のグランド導体１１の、第１のスロット４の伸長方向と垂直な方向の寸法
５０．０ｍｍ、
第２のグランド導体１２の、信号導体８の伸長方向の寸法 ４７．７ｍｍ、
Ｌ_６ ２０．０ｍｍ、
Ｌ_４ １７．７ｍｍ、
Ｗ_１ ０．４ｍｍ、
Ｗ_２ １．０ｍｍ、
Ｗ_３ １．０ｍｍ、
信号導体８の幅 １．８ｍｍ、
電磁結合用導体１０の幅 １．６ｍｍ。

上記仕様に基づいて、動作周波数が２．３５ＧＨｚとなるように以下に示す表３のＬ_１、Ｌ_２及びＬ_３の数値を選定した。

表３に示したサンプル番号１〜９について、動作周波数２．３５ＧＨｚにおけるＬ_１−反射損失（Ｓ_１１）特性を図７に示し、動作周波数２．３５ＧＨｚにおけるＬ_１（正の値）−挿入損失（Ｓ_２１）特性を図８に示した。

また、表３に示したサンプル番号１〜９について、周波数を変化させて反射損失を測定し、動作周波数２．３５ＧＨｚにおける反射損失の値から２０ｄＢ減衰する値となる２つの周波数のうち、高域側の周波数をｆ_Ｈとし、低域側の周波数をｆ_Ｌとし、ｆ_Ｈとｆ_Ｌとの中心周波数をｆ_Ｃとするとき、比帯域幅は（ｆ_Ｈ−ｆ_Ｌ）／ｆ_Ｃで表される。ここで、ｆ_Ｃは（ｆ_Ｈ＋ｆ_Ｌ）／２であることより、最終的に比帯域幅は２（ｆ_Ｈ−ｆ_Ｌ）／（ｆ_Ｈ＋ｆ_Ｌ）で表される。このことに基づき、Ｌ_１−比帯域幅（％表示）の関係を図９に示した。

「例２（実施例）」
図３、４に示すとおりの伝送線路変換装置（実施態様（１−２））を想定して、第１のマイクロストリップ伝送線路からコプレーナストリップ伝送線路への伝送特性をＦＤＴＤ法により計算した。Ｌ_１、Ｌ_２及びＬ_３の数値を表４に変更した以外は、例１と同様の仕様とした。動作周波数２．３５ＧＨｚにおけるＬ_１（負の値〜０．００）−挿入損失特性を図８に示した。

「例３（実施例）」
図５、６に示すとおりの伝送線路変換装置（実施態様（１−３））を想定して、第１のマイクロストリップ伝送線路からコプレーナストリップ伝送線路への伝送特性をＦＤＴＤ法により計算した。以下に諸数値について示すが、以下に記載されていない数値は例１と同様である。Ｌ_４、Ｌ_８（曲折部１０ｂの中心と電磁結合用導体１０の開放端までの距離）は、表５に示した。

第１のグランド導体１１の、第１のスロット４の伸長方向の寸法 ２５．０ｍｍ、
Ｌ_７（前記交差点と曲折部１０ｂの中心までの距離） ３．０ｍｍ、
第２のグランド導体１２の、信号導体８の伸長方向の寸法 ９７．７ｍｍ、
Ｌ_１ １．８ｍｍ、
Ｌ_６ ２０．０ｍｍ。

上記仕様に基づいて、動作周波数が２．３５ＧＨｚとなるような、Ｌ_５、Ｌ_２、及びＬ_３の数値を選定し表５に示した。サンプル番号２１〜２６について、動作周波数２．３５ＧＨｚにおけるＬ_５−挿入損失特性を図１０に示した。

「例４（実施例）」
図５、６に示すとおりの伝送線路変換装置（実施態様（１−３））を想定して、第１のマイクロストリップ伝送線路からコプレーナストリップ伝送線路への伝送特性をＦＤＴＤ法により計算した。動作周波数が２．３５ＧＨｚとなるような、Ｌ_６、Ｌ_８、及びＬ_３の数値を選定し、下記の諸数値を選定した以外は、例３と同仕様とした。Ｌ_６、Ｌ_８、及びＬ_３の数値を表６に示した。表６に示したサンプル番号３１〜３８について、動作周波数２．３５ＧＨｚにおけるＬ_６−挿入損失特性を図１１に示した。

第１のグランド導体１１の、第１のスロット４の伸長方向の寸法 ７５．０ｍｍ、
Ｌ_５ １８．０ｍｍ、
第２のグランド導体１２の、信号導体８の伸長方向の寸法 ４７．７ｍｍ、
Ｌ_７ ３．０ｍｍ、
Ｌ_１ １．８ｍｍ、
Ｌ_４ １７．７ｍｍ。

本発明は、ＧＰＳ、衛星デジタル放送、ＶＩＣＳ、ＥＴＣ及びＤＳＲＣシステムに好適な高周波アンテナ装置等の伝送線路変換装置として利用される。

本発明の伝送線路変換装置の一実施形態（実施態様（１−１））を示す模式図。 実施態様（１−１）の電磁結合部分を拡大して示す平面図。 図１に示す伝送線路変換装置の寸法を変化させた実施態様（１−２）を示す模式図。 実施態様（１−２）の電磁結合部分を拡大して示す平面図。 図１に示す伝送線路変換装置の形状及び寸法を変化させた実施態様（１−３）を示す模式図。 実施態様（１−３）の電磁結合部分を拡大して示す平面図。 例１におけるＬ_１−反射損失特性図。 例１及び例２におけるＬ_１−挿入損失特性図。 例１におけるＬ_１−比帯域幅（％表示）の関係図。 例３におけるＬ_５−挿入損失特性図。 例４におけるＬ_６−挿入損失特性図。 従来用いていた伝送線路変換装置の模式図。

符号の説明

１：第１の誘電体基板
２：第２の誘電体基板
３ａ，３ｂ：一対のコプレーナストリップ伝送線路用導体
４：第１のスロット
４ａ：第１のスロット４の短絡端
５：第２のスロット
６：接続箇所
７：誘電体層
８：信号導体
９：接続部
１０：電磁結合用導体
１０ａ：開放端
１０ｂ：曲折部
１１：第１のグランド導体
１２：第２のグランド導体
１３：交差点
１５：ビアホール
Ｌ_１：中心１３との接続箇所１２との距離
Ｌ_２：中心１３と開放端１０ａとの距離
Ｌ_３：中心１３と短絡端４ａとの距離
Ｗ_１：コプレーナストリップ伝送線路用導体３ｂの幅
Ｗ_２：第２のスロットの幅
Ｗ_３：第１のスロットの幅

Claims (10)

1. 第１の誘電体基板と、第１の誘電体基板に離間した第２の誘電体基板と、第１の誘電体基板と第２の誘電体基板との間に設けられている誘電体層とを備えた伝送線路変換装置であって、
   第１の誘電体基板の、該誘電体層の側の面には第１のグランド導体が設けられており、第１のグランド導体には第１のスロットが設けられており、
   さらに、第１の誘電体基板には、一対のコプレーナストリップ伝送線路用導体と、該一対のコプレーナストリップ伝送線路用導体に囲まれている第２のスロットとが設けられており、第１のスロットと第２のスロットとが接続されて１本のスロットになるように、第１のグランド導体に一対のコプレーナストリップ伝送線路用導体が接続されるように配設されており、
   第２の誘電体基板の該誘電体層側の面を第２の誘電体基板対向面といい、第２の誘電体基板の、該誘電体層側とは反対側の面を第２の誘電体基板非対向面というとき、
   第２の誘電体基板には、第１のスロット及び第２のスロットの少なくとも一方と立体交差するように電磁結合用導体が設けられて、第１のスロットと該電磁結合用導体とがこの立体交差により電磁結合されており、
   該電磁結合用導体は、第２の誘電体基板非対向面に設けられている信号導体に接続されており、
   該信号導体が設けられている第２の誘電体基板非対向面の領域に対向する第２の誘電体基板対向面の領域の一部又は全部には、第２のグランド導体が設けられており、
   前記第１のスロットは、前記第２のスロットとは反対側に短絡端を有しており、
   前記第１のグランド導体と前記第１のスロットとで構成される伝送線路をスロット伝送線路といい、
   第１のスロット及び第２のスロットの少なくとも一方と電磁結合用導体とが立体的に重なり合う立体交差領域の、電磁結合用導体の中心と、第１のスロットと前記第２のスロットの接続箇所との距離をＬ_１とし、
   前記第１の誘電体基板の比誘電率をε_ｒ１とし、前記誘電体層の比誘電率をε_ｒ３とし、λ_０を真空中の信号の波長とし、Ｋ_ｇｓを該スロット伝送線路を信号が伝播する際の波長短縮率とし、λ_ｇｓ＝Ｋ_ｇｓ・λ_０であるとき、
   Ｌ_１が（−０．１１）・（λ_ｇｓ／４）〜（３／４）・（λ_ｇｓ／４）であることを特徴とする伝送線路変換装置。
   ただし、上記接続箇所が第１のスロットと電磁結合用導体との立体交差の交差点より上記短絡端側に配設されている場合にはＬ_１は負の値をとり、上記接続箇所が第１のスロットと電磁結合用導体との立体交差の交差点より上記短絡端側とは反対側に配設されている場合にはＬ_１は正の値をとるものとし、
   ε_ｒ１が６．０〜６．５である場合にはＫ_ｇｓが下記式（１）で表され、ε_ｒ１が６．６〜７．０である場合にはＫ_ｇｓが下記式（２）で表され、ε_ｒ１が７．１〜７．５である場合にはＫ_ｇｓが下記式（３）で表され、ε_ｒ１が７．６〜８．０である場合にはＫ_ｇｓが下記式（４）で表されるものとする。
   

   

   

   

   
2. 前記電磁結合用導体が前記第２の誘電体基板対向面に設けられている請求項１に記載の伝送線路変換装置。
3. 前記電磁結合用導体が前記第２の誘電体基板非対向面に設けられている請求項１に記載の伝送線路変換装置。
4. 前記第１のグランド導体と前記第１のスロットとで構成される伝送線路をスロット伝送線路といい、
   前記第１のグランド導体の信号導体側周縁であって、第１のスロットに平行又は略平行である周縁と第１のスロットの中心との最短距離をＬ_５とし、前記第１の誘電体基板の比誘電率をε_ｒ１とし、前記誘電体層の比誘電率をε_ｒ３とし、λ_０を真空中の信号の波長とし、Ｋ_ｇｓを該スロット伝送線路を信号が伝播する際の波長短縮率とし、λ_ｇｓ＝Ｋ_ｇｓ・λ_０であるとき、
   Ｌ_５が｛０．１４〜３．２｝・（λ_ｇｓ／４）である請求項１〜３のいずれかに記載の伝送線路変換装置。
   ε_ｒ１が６．０〜６．５である場合にはＫ_ｇｓが下記式（５）で表され、ε_ｒ１が６．６〜７．０である場合にはＫ_ｇｓが下記式（６）で表され、ε_ｒ１が７．１〜７．５である場合にはＫ_ｇｓが下記式（７）で表され、ε_ｒ１が７．６〜８．０である場合にはＫ_ｇｓが下記式（８）で表されるものとする。
   

   

   

   

   
5. 前記電磁結合用導体と前記第１のグランド導体とでマイクロストリップ伝送線路を構成しており、
   第１のグランド導体の信号導体側周縁であって、第１のスロットに平行又は略平行である周縁の近傍における、第１のグランド導体の部分のうち、第２のグランド導体と立体的に重なり部分の幅をＬ_６とし、
   前記第２の誘電体基板の比誘電率をε_ｒ２とし、前記誘電体層の比誘電率をε_ｒ３とし、λ_０を真空中の信号の波長とし、Ｋ_ｍｓ２を該マイクロストリップ伝送線路を信号が伝播する際の波長短縮率とし、λ_ｇｍｓ２＝Ｋ_ｍｓ２・λ_０であるとき、
   Ｌ_６が｛０．２５〜１．８０｝・（λ_ｇｍｓ２／４）である請求項１〜４のいずれかに記載の伝送線路変換装置。
   ただし、ε_ｒ２が３．０〜３．５である場合にはＫ_ｍｓ２が下記式（９）で表され、ε_ｒ２が３．６〜４．０である場合にはＫ_ｍｓ２が下記式（１０）で表され、ε_ｒ２が４．１〜４．５である場合にはＫ_ｍｓ２が下記式（１１）で表され、ε_ｒ２が４．６〜５．０である場合にはＫ_ｍｓ２が下記式（１２）で表されるものとする。
   

   

   

   

   
6. 前記電磁結合用導体の一端は開放端であり、該電磁結合用導体の他端又は該他端近傍部分が前記信号導体に接続されている請求項１〜５のいずれかに記載の伝送線路変換装置。
7. 前記電磁結合用導体の一端は開放端であり、該電磁結合用導体の他端又は該他端近傍部分が前記信号導体に接続されており、
   前記電磁結合用導体の他端又は該他端近傍部分と前記信号導体とが、前記第２の誘電体基板に設けられている貫通孔を貫通する給電ピン、第２の誘電体基板に設けられているスルーホール、第２の誘電体基板に設けられているビアホール、導体線又は導電性の板状体を介して接続されている請求項２に記載の伝送線路変換装置。
8. 前記電磁結合用導体と前記第１のグランド導体とで構成されるマイクロストリップ伝送線路の特性インピーダンスをＺ_ｍとし、前記一対のコプレーナストリップ伝送線路用導体と前記第２のスロットとで構成されるコプレーナストリップ伝送線路の特性インピーダンスをＺ_ｃとするとき、
   Ｚ_ｃが（１．０〜８．０）・Ｚ_ｍである請求項１〜７のいずれかに記載の伝送線路変換装置。
9. 前記第１のスロットは、前記第２のスロットとは反対側に短絡端を有しており、
   第１のスロットから見て、前記信号導体側とは反対側の前記電磁結合用導体の部分が曲ってほぼ短絡端側の方向に伸長されている請求項１〜８のいずれかに記載の伝送線路変換装置。
10. 前記誘電体層の材質が接着剤である請求項１〜９のいずれかに記載の伝送線路変換装置。

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