JP4450954B2 - 高周波変換構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主としてマイクロ波帯及びミリ波帯における高周波変換構造に関するものであり、特に、同軸線路とマイクロストリップ線路との接続構造である高周波変換構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高周波変換構造について図面を参照しながら説明する。図１４は、例えば特開平９−２３１０８号公報に示された従来の高周波変換構造の構成を示す図である。
【０００３】
図１４において、１０３は同軸線路の内導体、１０４は同軸線路の外導体、１０５は同軸線路の誘電体である。また、１０６はマイクロストリップ線路の信号線路、１０７はマイクロストリップ線路の誘電体基板、１０８はマイクロストリップ線路の接地導体である。また、１０９は金属製のキャリア、１１０は金属ケース、１１１は同軸線路、１１２はマイクロストリップ線路、１１３は線路変換器である。さらに、１１７は線路変換器の内導体、１１８は誘電体、１１８ａは線路変換器の上部誘電体、１１８ｂは線路変換器の下部誘電体、１１９は線路変換器の外導体、１２０は線路変換器の上部空気層、１３８は同軸線路１１１を金属ケース１１０に固定するための金具である。
【０００４】
同軸線路１１１とマイクロストリップ線路１１２との間に挿入され、線路形式を変換する線路変換器１１３において、図１４（ｃ）に示すように、マイクロストリップ線路１１２の接続端子に向かうにつれて、マイクロストリップ線路１１２の自由空間側に接続される誘電体１１８ａをテーパ状に徐々に連続的に削減し、マイクロストリップ線路１１２との接続部では、図１４（ｄ）に示すように、マイクロストリップ線路１１２の自由空間側と接触する側は空気、マイクロストリップ線路１１２の基板と接触する側は誘電体１１８ｂで充たされた断面構造を持つ線路変換器１１３を構成する。
【０００５】
つぎに、従来の高周波変換構造の動作について図面を参照しながら説明する。
【０００６】
線路変換器１１３において、同軸線路１１１に接続される断面は、図１４（ｂ）に示すように、内導体１１７と外導体１１９との間が均一に誘電体１１８で充たされた同軸線路構造を有する。
【０００７】
また、図１４（ａ）及び（ｃ）に示すように、マイクロストリップ線路１１２に接続される断面側に向けて断面が円形から矩形に徐々に変化する構造を有する。
【０００８】
誘電体１１８ａが徐々に削減すると共に内導体１１７の径を一定に保持しつつ外導体１１９の径が徐々に縮小し、マイクロストリップ線路１１２に接続される断面は、内導体１１７と誘電体１１８ｂおよび外導体１１９がそれぞれマイクロストリップ線路１１２の信号線路１０６と誘電体基板１０７および接地導体１０８に対応する断面構造を有する。
【０００９】
そして、誘電体１１８が削減した部分をマイクロストリップ線路１１２の自由空間側と対向させることにより、同軸線路１１１とマイクロストリップ線路１１２とを接続する両線路の接続面で電磁界が不連続になることなく変換される。
【００１０】
また、誘電体１１８ａは、同軸線路１１１に接続される断面側からマイクロストリップ線路１１２に接続される断面側に向けてマイクロストリップ線路１１２の自由空間側と対向する部分がテーパ状に連続して徐々に削減されることにより、マイクロストリップ線路１１２との接続面において、誘電体で充たされている側に電界分布を集中させて、マイクロストリップ線路１１２の伝送モードと同一にしている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の高周波変換構造では、同軸線路１１１の先端部における外導体および内部に挿入される誘電体の断面形状を円形から長方形へ徐々に変化させ、同時に内部に挿入される誘電体を徐々に削減させ、マイクロストリップ線路に似た電界分布に変換することによりマイクロストリップ線路１１２と接続している。そのため、線路変換器１１３の外導体および誘電体を製造するには、高度な加工技術が必要となるという問題点があった。
【００１２】
また、線路変換器１１３とマイクロストリップ線路１１２とを接続する断面において、誘電体１１８ｂと誘電体基板１０７の誘電率が異なる一般的な場合、内導体１１７と信号線路１０６の幅に不連続が生じ、高周波信号の伝送特性を劣化させる原因になるという問題点があった。
【００１３】
さらに、同軸線路１１１に挿入した誘電体の損失によって生じる誘電体損を除去するため同軸線路１１１の内部の誘電体１１８を除去した場合、同軸線路１１１と線路変換器１１３とのインピーダンス整合を図るため、線路変換器１１３に挿入する誘電体１１８ａ、１１８ｂを除去する必要がある。この時、線路変換器１１３とマイクロストリップ線路１１２との接続部において、線路変換器１１３の伝送モードは同軸線路１１１の伝送モードに等しくなるため伝送モードの不整合が生じる。そのため、高周波信号の波形を乱す原因になるという問題点があった。
【００１４】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、同軸線路とマイクロストリップ線路との接続において、高周波信号の波形を乱すことなく伝送し、耐電力性に優れ、かつ簡易な構造によりに接続することができる高周波変換構造を得ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る高周波変換構造は、同軸線路とマイクロストリップ線路とを接続する高周波変換構造であって、前記同軸線路は、長方形の断面形状を持つ中空の筒状導体から構成される外導体と、長方形の断面形状を持つ前記外導体の筒状の内部の中心に配置された内導体とを備え、前記マイクロストリップ線路は、誘電体基板の表面に形成されたストリップ導体パターンと、前記誘電体基板の裏面に形成された接地導体とを備え、前記同軸線路の外導体は、その底面が、低い面と高い面を構成する第１の段差を有する金属キャリアの低い面上に接触するように配置され、前記マイクロストリップ線路の接地導体は、前記金属キャリアの高い面上に接触するように配置され、前記同軸線路の先端部は、外導体が、先端部の筒状の内部の底面に第２の段差を設けた部分である第１の先端部を有し、かつ内導体が、前記第２の段差と対向する先端部の、前記同軸線路の長さ方向に対して垂直な方向かつ前記同軸線路の高さ方向に対して垂直な方向の長さである、幅が前記先端部以外の内導体の幅と前記ストリップ導体パターンの幅との間である第２の先端部を有し、前記同軸線路の長さ方向と前記ストリップ導体パターンの長さ方向が平行になるように、かつ前記第２の先端部の表面の前記同軸線路の高さ方向の高さと前記ストリップ導体パターンの表面の前記誘電体基板の厚さ方向の高さが同じになるように、前記同軸線路の内導体の第２の先端部と前記マイクロストリップ線路のストリップ導体パターンの一端とを、前記金属キャリアの第１の段差を跨ぐように、金属リボンにより接続し、前記同軸線路の特性インピーダンスと、前記同軸線路の先端部の特性インピーダンスと、前記マイクロストリップ線路の特性インピーダンスは、等しいものである。
【００１６】
この発明の請求項２に係る高周波変換構造は、前記同軸線路が、前記外導体の第１の先端部と前記内導体の第２の先端部との間に挿入された誘電体をさらに備えたものである。
【００１７】
この発明の請求項３に係る高周波変換構造は、前記同軸線路の外導体の第１の先端部の、前記同軸線路の長さ方向に対して垂直な方向かつ前記同軸線路の高さ方向に対して垂直な方向の長さである、幅を前記第１の先端部以外の外導体の幅よりも狭くしたものである。
【００１８】
この発明の請求項４に係る高周波変換構造は、同軸線路とマイクロストリップ線路とを接続する高周波変換構造であって、前記同軸線路は、長方形の断面形状を持つ中空の筒状導体から構成される外導体と、長方形の断面形状を持つ前記外導体の筒状の内部に前記外導体の中心軸から上側又は下側にオフセットして配置された内導体とを備え、前記マイクロストリップ線路は、誘電体基板の表面に形成されたストリップ導体パターンと、前記誘電体基板の裏面に形成された接地導体とを備え、前記同軸線路の外導体は、その底面が、低い面と高い面を構成する段差を有する金属キャリアの低い面上に接触するように配置され、前記マイクロストリップ線路の接地導体は、前記金属キャリアの高い面上に接触するように配置され、前記同軸線路の先端部は、前記内導体の代わりに、前記外導体の先端部の筒状の内部に中心軸が前記外導体の中心軸と一致するように配置され、一端の下側に前記内導体の先端の表面をはめ合わせて接続するための切り欠きを有し、他端に前記ストリップ導体パターンの先端と接続するための突起を有する棒状導体と、前記外導体と前記棒状導体との間に充填した誘電体とを備え、前記同軸線路の長さ方向と前記ストリップ導体パターンの長さ方向が平行になるように、前記棒状導体の突起の下側と前記ストリップ導体パターンの先端の表面とを接続し、前記同軸線路の特性インピーダンスと、前記同軸線路の先端部の特性インピーダンスと、前記マイクロストリップ線路の特性インピーダンスは、等しいものである。
【００１９】
この発明の請求項５に係る高周波変換構造は、前記同軸線路の外導体のうち前記棒状導体と対向する前記同軸線路の先端部の、前記同軸線路の長さ方向に対して垂直な方向かつ前記同軸線路の高さ方向に対して垂直な方向の長さである、幅が前記棒状導体と対向する前記同軸線路の先端部以外の外導体の幅よりも狭くしたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る高周波変換構造について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る高周波変換構造の上面を示す図である。また、図２は、この発明の実施の形態１に係る高周波変換構造の側面を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００２１】
図１及び図２において、１は外導体、２は内導体、３は同軸線路、４は同軸線路３の先端部の内導体、５は同軸線路３の先端部の外導体である。
【００２２】
また、同図において、６は誘電体基板、７はストリップ導体パターン、８は接地導体、９はマイクロストリップ線路、１０は金属キャリア、１１は金属リボンである。
【００２３】
外導体１および内導体２の断面は長方形を有している。また、同軸線路３の先端部の内導体４の幅は内導体２の幅と比べて狭く、内導体４の真下の先端部の外導体５は段差を設けて外導体５と内導体４の距離を狭くしている。
【００２４】
外導体１の内部の中心に内導体２を配置して同軸線路３を構成する。一方、誘電体基板６の表面にストリップ導体パターン７を形成し、裏面に接地導体８を形成してマイクロストリップ線路９を構成する。
【００２５】
同軸線路３の外導体１と、マイクロストリップ線路９の接地導体８は、金属キャリア１０の上に接触するように配置する。また、同軸線路３の先端部の内導体４とマイクストリップ線路９のストリップ導体パターン７は、金属リボン１１を介して接続されている。
【００２６】
同軸線路３の特性インピーダンスＺｃ１、および同軸線路３の先端部の特性インピーダンスＺｃ２は、それぞれの断面における外導体１、５と内導体２、４との距離、内導体２、４の幅と厚さ、内部の誘電率により決定される。
【００２７】
また、マイクロストリップ線路９の特性インピーダンスＺｃ３は、断面におけるストリップ導体パターン７の幅と厚さ、誘電体基板６の厚さおよび誘電率により決定される。
【００２８】
ここでは、Ｚｃ１＝Ｚｃ２＝Ｚｃ３となるような断面寸法および誘電率としてインピーダンス整合を図っている。
【００２９】
つぎに、この実施の形態１に係る高周波変換構造の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３０】
同軸線路３を伝送する高周波信号の電界分布は、同軸線路３の長さ方向に対して垂直な方向に上下および左右対称に分布する。一方、マイクロストリップ線路９を伝送する高周波信号の電界分布は、ストリップ導体パターン７と接地導体８との間に分布する。そのため、同軸線路３とマイクロストリップ線路９とを直接接続すると、電界分布の違いによる不整合および外導体１の先端部の上面部分から放射が生じる。また、内導体２の幅とストリップ導体パターン７の幅に不連続が生じるため高周波信号の波形に乱れが生じる。
【００３１】
これを防ぐために、図２に示すように、同軸線路３の先端部の外導体５の底面に段差を設けて内導体４との距離を狭くし、先端部の外導体５と内導体４の間に電界を集中させて、先端部の電界分布をマイクロストリップ線路９の電界分布に近づけている。
【００３２】
また、図１に示すように、内導体４の幅を内導体２とストリップ導体パターン７の幅との間にすることで、幅の変化が緩やかな階段状になるため、高周波信号の波形の乱れが少なく伝送することができる。
【００３３】
さらに、同軸線路３の先端部において、外導体５の底面と内導体４との距離が狭くなると同時に内導体４の幅が狭くなるので、Ｚｃ１＝Ｚｃ２＝Ｚｃ３の関係を維持することができる。
【００３４】
本実施の形態１においては、同軸線路３の先端部の外導体５に段差を設けて内導体４との距離を狭くし、同軸線路３とマイクロストリップ線路９との間の動作をさせることで、ストリップ導体パターン７との接続部における不整合および同軸線路３の先端部からの放射を抑制できる効果がある。
【００３５】
また、同軸線路３の先端部の内導体４の幅を内導体２とストリップ導体パターン７の幅との間に設定でき、幅の変化を緩やかな階段状にさせることができるため、急激な幅の不連続による高周波信号の波形を乱れを緩和させることができる効果がある。
【００３６】
さらに、同軸線路３の先端部における外導体５の段差は、例えば金属ブロックを外導体内部に挿入することにより構成できるため、容易に製作できる効果がある。
【００３７】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る高周波変換構造について図面を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態２に係る高周波変換構造の上面を示す図である。また、図４は、この発明の実施の形態２に係る高周波変換構造の側面を示す図である。
【００３８】
図３及び図４において、１２は誘電体である。なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様である。
【００３９】
外導体１および内導体２の断面は長方形を有している。また、同軸線路３の先端部の内導体４の幅は内導体２の幅と比べて狭く、内導体４の真下の先端部の外導体５に段差を設けて外導体５と内導体４の距離を狭くしてしており、間に誘電体１２を挿入している。
【００４０】
つぎに、この実施の形態２に係る高周波変換構造の動作について図面を参照しながら説明する。
【００４１】
同軸線路３の先端部に誘電体１２を挿入すると、単位長さあたりの静電容量が増加するため、特性インピーダンスは減少する。インピーダンスの整合関係を維持するためには、先端部の内導体４の幅と段差を設けた外導体５との距離を調節する必要がある。逆に、変換部における伝送特性を向上すべく外導体５および内導体４の寸法を与えた時、誘電体１２の誘電率を変えることでインピーダンスの整合関係を維持することができる。すなわち、高周波変換構造の設計の自由度を増加することができる。
【００４２】
また、同軸線路３の電界分布をマイクロストリップ線路９の電界分布に近付けるために、同軸線路３の先端部で外導体５の底面に段差を設けて内導体４との距離を狭くした構造では、上記先端部での外導体５と内導体４との間の電界強度が大きくなる。
【００４３】
この時、先端部の外導体５と内導体４の間が真空であると、大きな電力の高周波信号を伝送する際に、外導体５と内導体４の間から次々と電子を放出するマルチパクションを引き起こし、高周波信号が伝送されなくなる。そのため、外導体５と内導体４の間に誘電体１２を挿入してマルチパクションを起こさないようにしている。
【００４４】
本実施の形態２においては、上記実施の形態１と同様の効果に加え、同軸線路３の先端部の外導体５の底面と内導体４との間に誘電体１２を挿入することにより、高周波変換構造の設計の自由度を増加するとともに、マルチパクションを引き起こさず高耐電力化を図ることができる効果がある。
【００４５】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る高周波変換構造について図面を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態３に係る高周波変換構造の上面を示す図である。また、図６は、この発明の実施の形態３に係る高周波変換構造の側面を示す図である。
【００４６】
図５及び図６において、外導体１および内導体２の断面は長方形を有している。また、同軸線路３の先端部の外導体５および内導体４の幅は、それぞれ外導体１および内導体２の幅と比べて狭く、内導体４の真下の先端部の外導体５に段差を設けて外導体５と内導体４の距離を狭くしており、間に誘電体１２を挿入している。
【００４７】
本実施の形態３においては、上記実施の形態２と同様の効果に加え、同軸線路３の先端部の外導体５の幅も設計パラメータとして利用できるため、高周波変換構造の設計の自由度をさらに増加することができる効果がある。
【００４８】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る高周波変換構造について図面を参照しながら説明する。図７は、この発明の実施の形態４に係る高周波変換構造に結合線路形方向性結合器を装着したの上面を示す図である。また、図８は、図７に示したＡＡ’部の断面を示す図である。また、図９は、図７に示したＢ部の上面を示す図である。また、図１０は、図７に示したＢ部の側面を示す図である。さらに、図１１は、図７に示したＣＣ’部の断面を示す図である。
【００４９】
図７から図１１までにおいて、２ａ、２ｂは内導体、１２ａは誘電体、１３は結合線路形方向性結合器、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは入出力端子、１５は棒状導体、１６は棒状導体１５の先端に設けた突起である。
【００５０】
図８に示した図７のＡＡ’部において、金属キャリア１０の上に構成した長方形の断面形状を有する外導体１の内部に、長方形の断面形状を有する２つの内導体２ａ、２ｂを外導体１の中心からそれぞれ上下方向にオフセットして対向するように配置する。
【００５１】
上記外導体１の内部は誘電体１２ａを充填しており、ＡＡ’部の長さを所定の伝搬波長の１／４として結合線路形方向性結合器１３を構成する。この結合線路形方向性結合器１３に高周波信号を入出力する端子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄとして、図９および図１０に示した高周波変換構造を用いている。
【００５２】
図９および図１０に示した高周波変換構造において、同軸線路３の先端部は長方形の断面形状を有する外導体１の内部に棒状の導体１５をその中心軸が外導体１の中心軸と一致するように配置し、周りを誘電体１２で充填する。
【００５３】
棒状の導体１５の内導体２ｂ側には部分的に切り欠きが設けられ、この切り欠きに内導体２ｂをはめ合わせて接続し、棒状導体１５の先端に設けた突起１６をストリップ導体パターン７に接続する。また、金属キャリア１０の上に外導体１および接地導体８を配置する。
【００５４】
図１１に示すように、入出力端子１４ａ、１４ｂの手前において、２つの内導体２ａ、２ｂは外導体１の中心からそれぞれ上下方向にオフセットした位置にあるものの、棒状導体１５を外導体１の中心に配置して内導体２ａ、２ｂと接続されるため、ストリップ導体パターン７に接続されるそれぞれの突起１６の高さにそろえることができる。なお、ＣＣ’部と反対側に形成される入出力端子１４ｃ、１４ｄについても同様な関係になっている。
【００５５】
同軸線路３の特性インピーダンスＺｃ１は、断面における外導体と内導体との距離、内導体の幅と厚さ、内部の誘電率により決定される。同軸線路３の先端部の特性インピーダンスＺｃ２は、断面における外導体と棒状導体との距離、棒状導体の径、内部の誘電率により決定される。また、マイクロストリップ線路９の特性インピーダンスＺｃ３は、断面においてストリップ導体パターン７の幅と厚さ、誘電体基板６の厚さおよび誘電率により決定される。ここでは、Ｚｃ１＝Ｚｃ２＝Ｚｃ３となるような断面寸法および誘電率としてインピーダンス整合を図っている。
【００５６】
つぎに、この実施の形態４に係る高周波変換構造の動作について図面を参照しながら説明する。
【００５７】
例えば、入出力端子１４ａから高周波信号を入力すると、高周波信号は上側の内導体２ａを伝送し、所定の伝搬波長の１／４波長の長さを有する結合部において下側の内導体２ｂと電磁界結合し、信号の一部は入出力端子１４ｂに出力され、他の信号は入出力端子１４ｄに出力される。入出力端子１４ｃには出力されない。
【００５８】
また、入出力端子１４ｂから高周波信号を加えた場合は、入出力端子１４ａと入出力端子１４ｃから、入出力端子１４ｃから高周波信号を加えた場合は、入出力端子１４ｂと入出力端子１４ｄから、入出力端子１４ｄから高周波信号を加えた場合には、入出力端子１４ａと入出力端子１４ｃから出力され、既に述べた同様な動作をする。
【００５９】
結合線路形方向性結合器１３に高周波信号を入出力する入出力端子１４において、棒状導体１５を外導体１の中心に配置して外導体１の中心から上下方向にオフセットした２つ内導体２ａ、２ｂを接続しているため、棒状導体１５の先端に設けた突起１６は同一の高さとなり、同一の誘電体基板６上に形成されたストリップ導体パターン７と接続することができる。
【００６０】
本実施の形態４においては、結合線路形方向性結合器１３に設けた４つの入出力端子を同一の高さに設置することができるので、同一の誘電体基板上に形成されたストリップ導体パターン７と接続することができる効果がある。
【００６１】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る高周波変換構造について図面を参照しながら説明する。図１２は、この発明の実施の形態５に係る高周波変換構造の上面を示す図である。また、図１３は、この発明の実施の形態５に係る高周波変換構造の側面を示す図である。
【００６２】
図１２及び図１３において、５ａは同軸線路３の先端部の外導体である。外導体１および内導体２の断面は長方形を有しており、同軸線路３の先端部の外導体５ａの幅は外導体１の幅と比べて狭くしている。
【００６３】
つぎに、この実施の形態５に係る高周波変換構造の動作について図面を参照しながら説明する。
【００６４】
同軸線路３には内導体２の長さ方向に電流が流れるとともに、外導体１の長さ方向に内導体２とは逆方向にグラウンド電流が流れる。そのグラウンド電流は、外導体１の上下および左右に分布している。
【００６５】
一方、マイクロストリップ線路９にはストリップ導体パターン７の長さ方向に電流が流れるとともに、接地導体８の長さ方向にストリップ導体パターン７とは逆方向にグラウンド電流が流れている。そのグラウンド電流はストリップ導体パターン７の真下の接地導体８に分布している。
【００６６】
外導体１の幅はストリップ導体パターン７の幅に比べ広いため、同軸線路３とマイクロストリップ線路９とを接続すると、接続部において棒状導体１５からストリップ導体パターン７へ流れる電流と接地導体８から外導体１に流れるグラウンド電流に経路差が生じ、高周波信号の波形に乱れが生じる。
【００６７】
これを防ぐために、同軸線路３の先端部の外導体５ａの幅を狭くし、外導体５ａに流れるグラウンド電流を長さ方向の中心軸方向に集めて、上記経路差を減らしている。
【００６８】
本実施の形態５においては、上記実施の形態４と同様の効果に加え、同軸線路３の先端部の外導体５ａの幅を狭くすることで、接続部における棒状導体１５からストリップ導体パターン７へ流れる電流と接地導体８から外導体１に流れるグラウンド電流との経路差を減らし、高周波信号の波形を乱れを緩和させることができる効果がある。また、同軸線路３の先端部の外導体５ａの幅を設計パラメータとして利用できるため、高周波変換構造の設計の自由度をさらに増加することができる効果がある。
【００６９】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る高周波変換構造は、以上説明したとおり、同軸線路とマイクロストリップ線路とを接続する高周波変換構造であって、前記同軸線路は、長方形の断面形状を持つ中空の筒状導体から構成される外導体と、長方形の断面形状を持つ前記外導体の筒状の内部の中心に配置された内導体とを備え、前記マイクロストリップ線路は、誘電体基板の表面に形成されたストリップ導体パターンと、前記誘電体基板の裏面に形成された接地導体とを備え、前記同軸線路の外導体は、その底面が、低い面と高い面を構成する第１の段差を有する金属キャリアの低い面上に接触するように配置され、前記マイクロストリップ線路の接地導体は、前記金属キャリアの高い面上に接触するように配置され、前記同軸線路の先端部は、外導体が、先端部の筒状の内部の底面に第２の段差を設けた部分である第１の先端部を有し、かつ内導体が、前記第２の段差と対向する先端部の、前記同軸線路の長さ方向に対して垂直な方向かつ前記同軸線路の高さ方向に対して垂直な方向の長さである、幅が前記先端部以外の内導体の幅と前記ストリップ導体パターンの幅との間である第２の先端部を有し、前記同軸線路の長さ方向と前記ストリップ導体パターンの長さ方向が平行になるように、かつ前記第２の先端部の表面の前記同軸線路の高さ方向の高さと前記ストリップ導体パターンの表面の前記誘電体基板の厚さ方向の高さが同じになるように、前記同軸線路の内導体の第２の先端部と前記マイクロストリップ線路のストリップ導体パターンの一端とを、前記金属キャリアの第１の段差を跨ぐように、金属リボンにより接続し、前記同軸線路の特性インピーダンスと、前記同軸線路の先端部の特性インピーダンスと、前記マイクロストリップ線路の特性インピーダンスは、等しくしたので、高周波信号の波形を乱すことなく伝送でき、かつ簡易に製作できるという効果を奏する。
【００７０】
この発明の請求項２に係る高周波変換構造は、以上説明したとおり、前記同軸線路が、前記外導体の第１の先端部と前記内導体の第２の先端部との間に挿入された誘電体をさらに備えたので、高周波変換構造の設計の自由度を増加するとともに、マルチパクションを引き起こさず高耐電力化を図ることができるという効果を奏する。
【００７１】
この発明の請求項３に係る高周波変換構造は、以上説明したとおり、前記同軸線路の外導体の第１の先端部の、前記同軸線路の長さ方向に対して垂直な方向かつ前記同軸線路の高さ方向に対して垂直な方向の長さである、幅を前記第１の先端部以外の外導体の幅よりも狭くしたので、高周波変換構造の設計の自由度を増加することができるという効果を奏する。
【００７２】
この発明の請求項４に係る高周波変換構造は、以上説明したとおり、同軸線路とマイクロストリップ線路とを接続する高周波変換構造であって、前記同軸線路は、長方形の断面形状を持つ中空の筒状導体から構成される外導体と、長方形の断面形状を持つ前記外導体の筒状の内部に前記外導体の中心軸から上側又は下側にオフセットして配置された内導体とを備え、前記マイクロストリップ線路は、誘電体基板の表面に形成されたストリップ導体パターンと、前記誘電体基板の裏面に形成された接地導体とを備え、前記同軸線路の外導体は、その底面が、低い面と高い面を構成する段差を有する金属キャリアの低い面上に接触するように配置され、前記マイクロストリップ線路の接地導体は、前記金属キャリアの高い面上に接触するように配置され、前記同軸線路の先端部は、前記内導体の代わりに、前記外導体の先端部の筒状の内部に中心軸が前記外導体の中心軸と一致するように配置され、一端の下側に前記内導体の先端の表面をはめ合わせて接続するための切り欠きを有し、他端に前記ストリップ導体パターンの先端と接続するための突起を有する棒状導体と、前記外導体と前記棒状導体との間に充填した誘電体とを備え、前記同軸線路の長さ方向と前記ストリップ導体パターンの長さ方向が平行になるように、前記棒状導体の突起の下側と前記ストリップ導体パターンの先端の表面とを接続し、前記同軸線路の特性インピーダンスと、前記同軸線路の先端部の特性インピーダンスと、前記マイクロストリップ線路の特性インピーダンスは、等しくしたので、入出力端子を同一の高さに設置できるという効果を奏する。
【００７３】
この発明の請求項５に係る高周波変換構造は、以上説明したとおり、前記同軸線路の外導体のうち前記棒状導体と対向する前記同軸線路の先端部の、前記同軸線路の長さ方向に対して垂直な方向かつ前記同軸線路の高さ方向に対して垂直な方向の長さである、幅が前記棒状導体と対向する前記同軸線路の先端部以外の外導体の幅よりも狭くしたので、高周波信号の波形を乱すことなく伝送でき、かつ高周波変換構造の設計の自由度を増加することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る高周波変換構造の上面を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係る高周波変換構造の側面を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態２に係る高周波変換構造の上面を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態２に係る高周波変換構造の側面を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態３に係る高周波変換構造の上面を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態３に係る高周波変換構造の側面を示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態４に係る高周波変換構造に結合線路形方向性結合器を装着した上面を示す図である。
【図８】 図７に示したＡＡ’部の断面を示す図である。
【図９】 図７に示したＢ部の上面を示す図である。
【図１０】 図７に示したＢ部の側面を示す図である。
【図１１】 図７に示したＣＣ’部の断面を示す図である。
【図１２】 この発明の実施の形態５に係る高周波変換構造の上面を示す図である。
【図１３】 この発明の実施の形態５に係る高周波変換構造の側面を示す図である。
【図１４】 従来の高周波変換構造を示す図である。
【符号の説明】
１ 外導体、２、２ａ、２ｂ 内導体、３ 同軸線路、４ 先端部の内導体、５ 先端部の外導体、６ 誘電体基板、７ ストリップ導体パターン、８ 接地導体、９ マイクロストリップ線路、１０ 金属キャリア、１１ 金属リボン、１２ 誘電体、１３ 結合線路形方向性結合器、１５ 棒状導体、１６ 突起。
【発明の属する技術分野】
この発明は、主としてマイクロ波帯及びミリ波帯における高周波変換構造に関するものであり、特に、同軸線路とマイクロストリップ線路との接続構造である高周波変換構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高周波変換構造について図面を参照しながら説明する。図１４は、例えば特開平９−２３１０８号公報に示された従来の高周波変換構造の構成を示す図である。
【０００３】
図１４において、１０３は同軸線路の内導体、１０４は同軸線路の外導体、１０５は同軸線路の誘電体である。また、１０６はマイクロストリップ線路の信号線路、１０７はマイクロストリップ線路の誘電体基板、１０８はマイクロストリップ線路の接地導体である。また、１０９は金属製のキャリア、１１０は金属ケース、１１１は同軸線路、１１２はマイクロストリップ線路、１１３は線路変換器である。さらに、１１７は線路変換器の内導体、１１８は誘電体、１１８ａは線路変換器の上部誘電体、１１８ｂは線路変換器の下部誘電体、１１９は線路変換器の外導体、１２０は線路変換器の上部空気層、１３８は同軸線路１１１を金属ケース１１０に固定するための金具である。
【０００４】
同軸線路１１１とマイクロストリップ線路１１２との間に挿入され、線路形式を変換する線路変換器１１３において、図１４（ｃ）に示すように、マイクロストリップ線路１１２の接続端子に向かうにつれて、マイクロストリップ線路１１２の自由空間側に接続される誘電体１１８ａをテーパ状に徐々に連続的に削減し、マイクロストリップ線路１１２との接続部では、図１４（ｄ）に示すように、マイクロストリップ線路１１２の自由空間側と接触する側は空気、マイクロストリップ線路１１２の基板と接触する側は誘電体１１８ｂで充たされた断面構造を持つ線路変換器１１３を構成する。
【０００５】
つぎに、従来の高周波変換構造の動作について図面を参照しながら説明する。
【０００６】
線路変換器１１３において、同軸線路１１１に接続される断面は、図１４（ｂ）に示すように、内導体１１７と外導体１１９との間が均一に誘電体１１８で充たされた同軸線路構造を有する。
【０００７】
また、図１４（ａ）及び（ｃ）に示すように、マイクロストリップ線路１１２に接続される断面側に向けて断面が円形から矩形に徐々に変化する構造を有する。
【０００８】
誘電体１１８ａが徐々に削減すると共に内導体１１７の径を一定に保持しつつ外導体１１９の径が徐々に縮小し、マイクロストリップ線路１１２に接続される断面は、内導体１１７と誘電体１１８ｂおよび外導体１１９がそれぞれマイクロストリップ線路１１２の信号線路１０６と誘電体基板１０７および接地導体１０８に対応する断面構造を有する。
【０００９】
そして、誘電体１１８が削減した部分をマイクロストリップ線路１１２の自由空間側と対向させることにより、同軸線路１１１とマイクロストリップ線路１１２とを接続する両線路の接続面で電磁界が不連続になることなく変換される。
【００１０】
また、誘電体１１８ａは、同軸線路１１１に接続される断面側からマイクロストリップ線路１１２に接続される断面側に向けてマイクロストリップ線路１１２の自由空間側と対向する部分がテーパ状に連続して徐々に削減されることにより、マイクロストリップ線路１１２との接続面において、誘電体で充たされている側に電界分布を集中させて、マイクロストリップ線路１１２の伝送モードと同一にしている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の高周波変換構造では、同軸線路１１１の先端部における外導体および内部に挿入される誘電体の断面形状を円形から長方形へ徐々に変化させ、同時に内部に挿入される誘電体を徐々に削減させ、マイクロストリップ線路に似た電界分布に変換することによりマイクロストリップ線路１１２と接続している。そのため、線路変換器１１３の外導体および誘電体を製造するには、高度な加工技術が必要となるという問題点があった。
【００１２】
また、線路変換器１１３とマイクロストリップ線路１１２とを接続する断面において、誘電体１１８ｂと誘電体基板１０７の誘電率が異なる一般的な場合、内導体１１７と信号線路１０６の幅に不連続が生じ、高周波信号の伝送特性を劣化させる原因になるという問題点があった。
【００１３】
さらに、同軸線路１１１に挿入した誘電体の損失によって生じる誘電体損を除去するため同軸線路１１１の内部の誘電体１１８を除去した場合、同軸線路１１１と線路変換器１１３とのインピーダンス整合を図るため、線路変換器１１３に挿入する誘電体１１８ａ、１１８ｂを除去する必要がある。この時、線路変換器１１３とマイクロストリップ線路１１２との接続部において、線路変換器１１３の伝送モードは同軸線路１１１の伝送モードに等しくなるため伝送モードの不整合が生じる。そのため、高周波信号の波形を乱す原因になるという問題点があった。
【００１４】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、同軸線路とマイクロストリップ線路との接続において、高周波信号の波形を乱すことなく伝送し、耐電力性に優れ、かつ簡易な構造によりに接続することができる高周波変換構造を得ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る高周波変換構造は、同軸線路とマイクロストリップ線路とを接続する高周波変換構造であって、前記同軸線路は、長方形の断面形状を持つ中空の筒状導体から構成される外導体と、長方形の断面形状を持つ前記外導体の筒状の内部の中心に配置された内導体とを備え、前記マイクロストリップ線路は、誘電体基板の表面に形成されたストリップ導体パターンと、前記誘電体基板の裏面に形成された接地導体とを備え、前記同軸線路の外導体は、その底面が、低い面と高い面を構成する第１の段差を有する金属キャリアの低い面上に接触するように配置され、前記マイクロストリップ線路の接地導体は、前記金属キャリアの高い面上に接触するように配置され、前記同軸線路の先端部は、外導体が、先端部の筒状の内部の底面に第２の段差を設けた部分である第１の先端部を有し、かつ内導体が、前記第２の段差と対向する先端部の、前記同軸線路の長さ方向に対して垂直な方向かつ前記同軸線路の高さ方向に対して垂直な方向の長さである、幅が前記先端部以外の内導体の幅と前記ストリップ導体パターンの幅との間である第２の先端部を有し、前記同軸線路の長さ方向と前記ストリップ導体パターンの長さ方向が平行になるように、かつ前記第２の先端部の表面の前記同軸線路の高さ方向の高さと前記ストリップ導体パターンの表面の前記誘電体基板の厚さ方向の高さが同じになるように、前記同軸線路の内導体の第２の先端部と前記マイクロストリップ線路のストリップ導体パターンの一端とを、前記金属キャリアの第１の段差を跨ぐように、金属リボンにより接続し、前記同軸線路の特性インピーダンスと、前記同軸線路の先端部の特性インピーダンスと、前記マイクロストリップ線路の特性インピーダンスは、等しいものである。
【００１６】
この発明の請求項２に係る高周波変換構造は、前記同軸線路が、前記外導体の第１の先端部と前記内導体の第２の先端部との間に挿入された誘電体をさらに備えたものである。
【００１７】
この発明の請求項３に係る高周波変換構造は、前記同軸線路の外導体の第１の先端部の、前記同軸線路の長さ方向に対して垂直な方向かつ前記同軸線路の高さ方向に対して垂直な方向の長さである、幅を前記第１の先端部以外の外導体の幅よりも狭くしたものである。
【００１８】
この発明の請求項４に係る高周波変換構造は、同軸線路とマイクロストリップ線路とを接続する高周波変換構造であって、前記同軸線路は、長方形の断面形状を持つ中空の筒状導体から構成される外導体と、長方形の断面形状を持つ前記外導体の筒状の内部に前記外導体の中心軸から上側又は下側にオフセットして配置された内導体とを備え、前記マイクロストリップ線路は、誘電体基板の表面に形成されたストリップ導体パターンと、前記誘電体基板の裏面に形成された接地導体とを備え、前記同軸線路の外導体は、その底面が、低い面と高い面を構成する段差を有する金属キャリアの低い面上に接触するように配置され、前記マイクロストリップ線路の接地導体は、前記金属キャリアの高い面上に接触するように配置され、前記同軸線路の先端部は、前記内導体の代わりに、前記外導体の先端部の筒状の内部に中心軸が前記外導体の中心軸と一致するように配置され、一端の下側に前記内導体の先端の表面をはめ合わせて接続するための切り欠きを有し、他端に前記ストリップ導体パターンの先端と接続するための突起を有する棒状導体と、前記外導体と前記棒状導体との間に充填した誘電体とを備え、前記同軸線路の長さ方向と前記ストリップ導体パターンの長さ方向が平行になるように、前記棒状導体の突起の下側と前記ストリップ導体パターンの先端の表面とを接続し、前記同軸線路の特性インピーダンスと、前記同軸線路の先端部の特性インピーダンスと、前記マイクロストリップ線路の特性インピーダンスは、等しいものである。
【００１９】
この発明の請求項５に係る高周波変換構造は、前記同軸線路の外導体のうち前記棒状導体と対向する前記同軸線路の先端部の、前記同軸線路の長さ方向に対して垂直な方向かつ前記同軸線路の高さ方向に対して垂直な方向の長さである、幅が前記棒状導体と対向する前記同軸線路の先端部以外の外導体の幅よりも狭くしたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る高周波変換構造について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る高周波変換構造の上面を示す図である。また、図２は、この発明の実施の形態１に係る高周波変換構造の側面を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００２１】
図１及び図２において、１は外導体、２は内導体、３は同軸線路、４は同軸線路３の先端部の内導体、５は同軸線路３の先端部の外導体である。
【００２２】
また、同図において、６は誘電体基板、７はストリップ導体パターン、８は接地導体、９はマイクロストリップ線路、１０は金属キャリア、１１は金属リボンである。
【００２３】
外導体１および内導体２の断面は長方形を有している。また、同軸線路３の先端部の内導体４の幅は内導体２の幅と比べて狭く、内導体４の真下の先端部の外導体５は段差を設けて外導体５と内導体４の距離を狭くしている。
【００２４】
外導体１の内部の中心に内導体２を配置して同軸線路３を構成する。一方、誘電体基板６の表面にストリップ導体パターン７を形成し、裏面に接地導体８を形成してマイクロストリップ線路９を構成する。
【００２５】
同軸線路３の外導体１と、マイクロストリップ線路９の接地導体８は、金属キャリア１０の上に接触するように配置する。また、同軸線路３の先端部の内導体４とマイクストリップ線路９のストリップ導体パターン７は、金属リボン１１を介して接続されている。
【００２６】
同軸線路３の特性インピーダンスＺｃ１、および同軸線路３の先端部の特性インピーダンスＺｃ２は、それぞれの断面における外導体１、５と内導体２、４との距離、内導体２、４の幅と厚さ、内部の誘電率により決定される。
【００２７】
また、マイクロストリップ線路９の特性インピーダンスＺｃ３は、断面におけるストリップ導体パターン７の幅と厚さ、誘電体基板６の厚さおよび誘電率により決定される。
【００２８】
ここでは、Ｚｃ１＝Ｚｃ２＝Ｚｃ３となるような断面寸法および誘電率としてインピーダンス整合を図っている。
【００２９】
つぎに、この実施の形態１に係る高周波変換構造の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３０】
同軸線路３を伝送する高周波信号の電界分布は、同軸線路３の長さ方向に対して垂直な方向に上下および左右対称に分布する。一方、マイクロストリップ線路９を伝送する高周波信号の電界分布は、ストリップ導体パターン７と接地導体８との間に分布する。そのため、同軸線路３とマイクロストリップ線路９とを直接接続すると、電界分布の違いによる不整合および外導体１の先端部の上面部分から放射が生じる。また、内導体２の幅とストリップ導体パターン７の幅に不連続が生じるため高周波信号の波形に乱れが生じる。
【００３１】
これを防ぐために、図２に示すように、同軸線路３の先端部の外導体５の底面に段差を設けて内導体４との距離を狭くし、先端部の外導体５と内導体４の間に電界を集中させて、先端部の電界分布をマイクロストリップ線路９の電界分布に近づけている。
【００３２】
また、図１に示すように、内導体４の幅を内導体２とストリップ導体パターン７の幅との間にすることで、幅の変化が緩やかな階段状になるため、高周波信号の波形の乱れが少なく伝送することができる。
【００３３】
さらに、同軸線路３の先端部において、外導体５の底面と内導体４との距離が狭くなると同時に内導体４の幅が狭くなるので、Ｚｃ１＝Ｚｃ２＝Ｚｃ３の関係を維持することができる。
【００３４】
本実施の形態１においては、同軸線路３の先端部の外導体５に段差を設けて内導体４との距離を狭くし、同軸線路３とマイクロストリップ線路９との間の動作をさせることで、ストリップ導体パターン７との接続部における不整合および同軸線路３の先端部からの放射を抑制できる効果がある。
【００３５】
また、同軸線路３の先端部の内導体４の幅を内導体２とストリップ導体パターン７の幅との間に設定でき、幅の変化を緩やかな階段状にさせることができるため、急激な幅の不連続による高周波信号の波形を乱れを緩和させることができる効果がある。
【００３６】
さらに、同軸線路３の先端部における外導体５の段差は、例えば金属ブロックを外導体内部に挿入することにより構成できるため、容易に製作できる効果がある。
【００３７】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る高周波変換構造について図面を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態２に係る高周波変換構造の上面を示す図である。また、図４は、この発明の実施の形態２に係る高周波変換構造の側面を示す図である。
【００３８】
図３及び図４において、１２は誘電体である。なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様である。
【００３９】
外導体１および内導体２の断面は長方形を有している。また、同軸線路３の先端部の内導体４の幅は内導体２の幅と比べて狭く、内導体４の真下の先端部の外導体５に段差を設けて外導体５と内導体４の距離を狭くしてしており、間に誘電体１２を挿入している。
【００４０】
つぎに、この実施の形態２に係る高周波変換構造の動作について図面を参照しながら説明する。
【００４１】
同軸線路３の先端部に誘電体１２を挿入すると、単位長さあたりの静電容量が増加するため、特性インピーダンスは減少する。インピーダンスの整合関係を維持するためには、先端部の内導体４の幅と段差を設けた外導体５との距離を調節する必要がある。逆に、変換部における伝送特性を向上すべく外導体５および内導体４の寸法を与えた時、誘電体１２の誘電率を変えることでインピーダンスの整合関係を維持することができる。すなわち、高周波変換構造の設計の自由度を増加することができる。
【００４２】
また、同軸線路３の電界分布をマイクロストリップ線路９の電界分布に近付けるために、同軸線路３の先端部で外導体５の底面に段差を設けて内導体４との距離を狭くした構造では、上記先端部での外導体５と内導体４との間の電界強度が大きくなる。
【００４３】
この時、先端部の外導体５と内導体４の間が真空であると、大きな電力の高周波信号を伝送する際に、外導体５と内導体４の間から次々と電子を放出するマルチパクションを引き起こし、高周波信号が伝送されなくなる。そのため、外導体５と内導体４の間に誘電体１２を挿入してマルチパクションを起こさないようにしている。
【００４４】
本実施の形態２においては、上記実施の形態１と同様の効果に加え、同軸線路３の先端部の外導体５の底面と内導体４との間に誘電体１２を挿入することにより、高周波変換構造の設計の自由度を増加するとともに、マルチパクションを引き起こさず高耐電力化を図ることができる効果がある。
【００４５】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る高周波変換構造について図面を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態３に係る高周波変換構造の上面を示す図である。また、図６は、この発明の実施の形態３に係る高周波変換構造の側面を示す図である。
【００４６】
図５及び図６において、外導体１および内導体２の断面は長方形を有している。また、同軸線路３の先端部の外導体５および内導体４の幅は、それぞれ外導体１および内導体２の幅と比べて狭く、内導体４の真下の先端部の外導体５に段差を設けて外導体５と内導体４の距離を狭くしており、間に誘電体１２を挿入している。
【００４７】
本実施の形態３においては、上記実施の形態２と同様の効果に加え、同軸線路３の先端部の外導体５の幅も設計パラメータとして利用できるため、高周波変換構造の設計の自由度をさらに増加することができる効果がある。
【００４８】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る高周波変換構造について図面を参照しながら説明する。図７は、この発明の実施の形態４に係る高周波変換構造に結合線路形方向性結合器を装着したの上面を示す図である。また、図８は、図７に示したＡＡ’部の断面を示す図である。また、図９は、図７に示したＢ部の上面を示す図である。また、図１０は、図７に示したＢ部の側面を示す図である。さらに、図１１は、図７に示したＣＣ’部の断面を示す図である。
【００４９】
図７から図１１までにおいて、２ａ、２ｂは内導体、１２ａは誘電体、１３は結合線路形方向性結合器、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは入出力端子、１５は棒状導体、１６は棒状導体１５の先端に設けた突起である。
【００５０】
図８に示した図７のＡＡ’部において、金属キャリア１０の上に構成した長方形の断面形状を有する外導体１の内部に、長方形の断面形状を有する２つの内導体２ａ、２ｂを外導体１の中心からそれぞれ上下方向にオフセットして対向するように配置する。
【００５１】
上記外導体１の内部は誘電体１２ａを充填しており、ＡＡ’部の長さを所定の伝搬波長の１／４として結合線路形方向性結合器１３を構成する。この結合線路形方向性結合器１３に高周波信号を入出力する端子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄとして、図９および図１０に示した高周波変換構造を用いている。
【００５２】
図９および図１０に示した高周波変換構造において、同軸線路３の先端部は長方形の断面形状を有する外導体１の内部に棒状の導体１５をその中心軸が外導体１の中心軸と一致するように配置し、周りを誘電体１２で充填する。
【００５３】
棒状の導体１５の内導体２ｂ側には部分的に切り欠きが設けられ、この切り欠きに内導体２ｂをはめ合わせて接続し、棒状導体１５の先端に設けた突起１６をストリップ導体パターン７に接続する。また、金属キャリア１０の上に外導体１および接地導体８を配置する。
【００５４】
図１１に示すように、入出力端子１４ａ、１４ｂの手前において、２つの内導体２ａ、２ｂは外導体１の中心からそれぞれ上下方向にオフセットした位置にあるものの、棒状導体１５を外導体１の中心に配置して内導体２ａ、２ｂと接続されるため、ストリップ導体パターン７に接続されるそれぞれの突起１６の高さにそろえることができる。なお、ＣＣ’部と反対側に形成される入出力端子１４ｃ、１４ｄについても同様な関係になっている。
【００５５】
同軸線路３の特性インピーダンスＺｃ１は、断面における外導体と内導体との距離、内導体の幅と厚さ、内部の誘電率により決定される。同軸線路３の先端部の特性インピーダンスＺｃ２は、断面における外導体と棒状導体との距離、棒状導体の径、内部の誘電率により決定される。また、マイクロストリップ線路９の特性インピーダンスＺｃ３は、断面においてストリップ導体パターン７の幅と厚さ、誘電体基板６の厚さおよび誘電率により決定される。ここでは、Ｚｃ１＝Ｚｃ２＝Ｚｃ３となるような断面寸法および誘電率としてインピーダンス整合を図っている。
【００５６】
つぎに、この実施の形態４に係る高周波変換構造の動作について図面を参照しながら説明する。
【００５７】
例えば、入出力端子１４ａから高周波信号を入力すると、高周波信号は上側の内導体２ａを伝送し、所定の伝搬波長の１／４波長の長さを有する結合部において下側の内導体２ｂと電磁界結合し、信号の一部は入出力端子１４ｂに出力され、他の信号は入出力端子１４ｄに出力される。入出力端子１４ｃには出力されない。
【００５８】
また、入出力端子１４ｂから高周波信号を加えた場合は、入出力端子１４ａと入出力端子１４ｃから、入出力端子１４ｃから高周波信号を加えた場合は、入出力端子１４ｂと入出力端子１４ｄから、入出力端子１４ｄから高周波信号を加えた場合には、入出力端子１４ａと入出力端子１４ｃから出力され、既に述べた同様な動作をする。
【００５９】
結合線路形方向性結合器１３に高周波信号を入出力する入出力端子１４において、棒状導体１５を外導体１の中心に配置して外導体１の中心から上下方向にオフセットした２つ内導体２ａ、２ｂを接続しているため、棒状導体１５の先端に設けた突起１６は同一の高さとなり、同一の誘電体基板６上に形成されたストリップ導体パターン７と接続することができる。
【００６０】
本実施の形態４においては、結合線路形方向性結合器１３に設けた４つの入出力端子を同一の高さに設置することができるので、同一の誘電体基板上に形成されたストリップ導体パターン７と接続することができる効果がある。
【００６１】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る高周波変換構造について図面を参照しながら説明する。図１２は、この発明の実施の形態５に係る高周波変換構造の上面を示す図である。また、図１３は、この発明の実施の形態５に係る高周波変換構造の側面を示す図である。
【００６２】
図１２及び図１３において、５ａは同軸線路３の先端部の外導体である。外導体１および内導体２の断面は長方形を有しており、同軸線路３の先端部の外導体５ａの幅は外導体１の幅と比べて狭くしている。
【００６３】
つぎに、この実施の形態５に係る高周波変換構造の動作について図面を参照しながら説明する。
【００６４】
同軸線路３には内導体２の長さ方向に電流が流れるとともに、外導体１の長さ方向に内導体２とは逆方向にグラウンド電流が流れる。そのグラウンド電流は、外導体１の上下および左右に分布している。
【００６５】
一方、マイクロストリップ線路９にはストリップ導体パターン７の長さ方向に電流が流れるとともに、接地導体８の長さ方向にストリップ導体パターン７とは逆方向にグラウンド電流が流れている。そのグラウンド電流はストリップ導体パターン７の真下の接地導体８に分布している。
【００６６】
外導体１の幅はストリップ導体パターン７の幅に比べ広いため、同軸線路３とマイクロストリップ線路９とを接続すると、接続部において棒状導体１５からストリップ導体パターン７へ流れる電流と接地導体８から外導体１に流れるグラウンド電流に経路差が生じ、高周波信号の波形に乱れが生じる。
【００６７】
これを防ぐために、同軸線路３の先端部の外導体５ａの幅を狭くし、外導体５ａに流れるグラウンド電流を長さ方向の中心軸方向に集めて、上記経路差を減らしている。
【００６８】
本実施の形態５においては、上記実施の形態４と同様の効果に加え、同軸線路３の先端部の外導体５ａの幅を狭くすることで、接続部における棒状導体１５からストリップ導体パターン７へ流れる電流と接地導体８から外導体１に流れるグラウンド電流との経路差を減らし、高周波信号の波形を乱れを緩和させることができる効果がある。また、同軸線路３の先端部の外導体５ａの幅を設計パラメータとして利用できるため、高周波変換構造の設計の自由度をさらに増加することができる効果がある。
【００６９】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る高周波変換構造は、以上説明したとおり、同軸線路とマイクロストリップ線路とを接続する高周波変換構造であって、前記同軸線路は、長方形の断面形状を持つ中空の筒状導体から構成される外導体と、長方形の断面形状を持つ前記外導体の筒状の内部の中心に配置された内導体とを備え、前記マイクロストリップ線路は、誘電体基板の表面に形成されたストリップ導体パターンと、前記誘電体基板の裏面に形成された接地導体とを備え、前記同軸線路の外導体は、その底面が、低い面と高い面を構成する第１の段差を有する金属キャリアの低い面上に接触するように配置され、前記マイクロストリップ線路の接地導体は、前記金属キャリアの高い面上に接触するように配置され、前記同軸線路の先端部は、外導体が、先端部の筒状の内部の底面に第２の段差を設けた部分である第１の先端部を有し、かつ内導体が、前記第２の段差と対向する先端部の、前記同軸線路の長さ方向に対して垂直な方向かつ前記同軸線路の高さ方向に対して垂直な方向の長さである、幅が前記先端部以外の内導体の幅と前記ストリップ導体パターンの幅との間である第２の先端部を有し、前記同軸線路の長さ方向と前記ストリップ導体パターンの長さ方向が平行になるように、かつ前記第２の先端部の表面の前記同軸線路の高さ方向の高さと前記ストリップ導体パターンの表面の前記誘電体基板の厚さ方向の高さが同じになるように、前記同軸線路の内導体の第２の先端部と前記マイクロストリップ線路のストリップ導体パターンの一端とを、前記金属キャリアの第１の段差を跨ぐように、金属リボンにより接続し、前記同軸線路の特性インピーダンスと、前記同軸線路の先端部の特性インピーダンスと、前記マイクロストリップ線路の特性インピーダンスは、等しくしたので、高周波信号の波形を乱すことなく伝送でき、かつ簡易に製作できるという効果を奏する。
【００７０】
この発明の請求項２に係る高周波変換構造は、以上説明したとおり、前記同軸線路が、前記外導体の第１の先端部と前記内導体の第２の先端部との間に挿入された誘電体をさらに備えたので、高周波変換構造の設計の自由度を増加するとともに、マルチパクションを引き起こさず高耐電力化を図ることができるという効果を奏する。
【００７１】
この発明の請求項３に係る高周波変換構造は、以上説明したとおり、前記同軸線路の外導体の第１の先端部の、前記同軸線路の長さ方向に対して垂直な方向かつ前記同軸線路の高さ方向に対して垂直な方向の長さである、幅を前記第１の先端部以外の外導体の幅よりも狭くしたので、高周波変換構造の設計の自由度を増加することができるという効果を奏する。
【００７２】
この発明の請求項４に係る高周波変換構造は、以上説明したとおり、同軸線路とマイクロストリップ線路とを接続する高周波変換構造であって、前記同軸線路は、長方形の断面形状を持つ中空の筒状導体から構成される外導体と、長方形の断面形状を持つ前記外導体の筒状の内部に前記外導体の中心軸から上側又は下側にオフセットして配置された内導体とを備え、前記マイクロストリップ線路は、誘電体基板の表面に形成されたストリップ導体パターンと、前記誘電体基板の裏面に形成された接地導体とを備え、前記同軸線路の外導体は、その底面が、低い面と高い面を構成する段差を有する金属キャリアの低い面上に接触するように配置され、前記マイクロストリップ線路の接地導体は、前記金属キャリアの高い面上に接触するように配置され、前記同軸線路の先端部は、前記内導体の代わりに、前記外導体の先端部の筒状の内部に中心軸が前記外導体の中心軸と一致するように配置され、一端の下側に前記内導体の先端の表面をはめ合わせて接続するための切り欠きを有し、他端に前記ストリップ導体パターンの先端と接続するための突起を有する棒状導体と、前記外導体と前記棒状導体との間に充填した誘電体とを備え、前記同軸線路の長さ方向と前記ストリップ導体パターンの長さ方向が平行になるように、前記棒状導体の突起の下側と前記ストリップ導体パターンの先端の表面とを接続し、前記同軸線路の特性インピーダンスと、前記同軸線路の先端部の特性インピーダンスと、前記マイクロストリップ線路の特性インピーダンスは、等しくしたので、入出力端子を同一の高さに設置できるという効果を奏する。
【００７３】
この発明の請求項５に係る高周波変換構造は、以上説明したとおり、前記同軸線路の外導体のうち前記棒状導体と対向する前記同軸線路の先端部の、前記同軸線路の長さ方向に対して垂直な方向かつ前記同軸線路の高さ方向に対して垂直な方向の長さである、幅が前記棒状導体と対向する前記同軸線路の先端部以外の外導体の幅よりも狭くしたので、高周波信号の波形を乱すことなく伝送でき、かつ高周波変換構造の設計の自由度を増加することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る高周波変換構造の上面を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係る高周波変換構造の側面を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態２に係る高周波変換構造の上面を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態２に係る高周波変換構造の側面を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態３に係る高周波変換構造の上面を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態３に係る高周波変換構造の側面を示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態４に係る高周波変換構造に結合線路形方向性結合器を装着した上面を示す図である。
【図８】 図７に示したＡＡ’部の断面を示す図である。
【図９】 図７に示したＢ部の上面を示す図である。
【図１０】 図７に示したＢ部の側面を示す図である。
【図１１】 図７に示したＣＣ’部の断面を示す図である。
【図１２】 この発明の実施の形態５に係る高周波変換構造の上面を示す図である。
【図１３】 この発明の実施の形態５に係る高周波変換構造の側面を示す図である。
【図１４】 従来の高周波変換構造を示す図である。
【符号の説明】
１ 外導体、２、２ａ、２ｂ 内導体、３ 同軸線路、４ 先端部の内導体、５ 先端部の外導体、６ 誘電体基板、７ ストリップ導体パターン、８ 接地導体、９ マイクロストリップ線路、１０ 金属キャリア、１１ 金属リボン、１２ 誘電体、１３ 結合線路形方向性結合器、１５ 棒状導体、１６ 突起。
Claims (5)
- 同軸線路とマイクロストリップ線路とを接続する高周波変換構造であって、
前記同軸線路は、
長方形の断面形状を持つ中空の筒状導体から構成される外導体と、
長方形の断面形状を持つ前記外導体の筒状の内部の中心に配置された内導体とを備え、
前記マイクロストリップ線路は、
誘電体基板の表面に形成されたストリップ導体パターンと、
前記誘電体基板の裏面に形成された接地導体とを備え、
前記同軸線路の外導体は、その底面が、低い面と高い面を構成する第１の段差を有する金属キャリアの低い面上に接触するように配置され、
前記マイクロストリップ線路の接地導体は、前記金属キャリアの高い面上に接触するように配置され、
前記同軸線路の先端部は、外導体が、先端部の筒状の内部の底面に第２の段差を設けた部分である第１の先端部を有し、かつ内導体が、前記第２の段差と対向する先端部の、前記同軸線路の長さ方向に対して垂直な方向かつ前記同軸線路の高さ方向に対して垂直な方向の長さである、幅が前記先端部以外の内導体の幅と前記ストリップ導体パターンの幅との間である第２の先端部を有し、
前記同軸線路の長さ方向と前記ストリップ導体パターンの長さ方向が平行になるように、かつ前記第２の先端部の表面の前記同軸線路の高さ方向の高さと前記ストリップ導体パターンの表面の前記誘電体基板の厚さ方向の高さが同じになるように、前記同軸線路の内導体の第２の先端部と前記マイクロストリップ線路のストリップ導体パターンの一端とを、前記金属キャリアの第１の段差を跨ぐように、金属リボンにより接続し、
前記同軸線路の特性インピーダンスと、前記同軸線路の先端部の特性インピーダンスと、前記マイクロストリップ線路の特性インピーダンスは、等しい
ことを特徴とする高周波変換構造。 - 前記同軸線路は、前記外導体の第１の先端部と前記内導体の第２の先端部との間に挿入された誘電体
をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の高周波変換構造。 - 前記同軸線路の外導体の第１の先端部の、前記同軸線路の長さ方向に対して垂直な方向かつ前記同軸線路の高さ方向に対して垂直な方向の長さである、幅が前記第１の先端部以外の外導体の幅よりも狭い
ことを特徴とする請求項１又は２記載の高周波変換構造。 - 同軸線路とマイクロストリップ線路とを接続する高周波変換構造であって、
前記同軸線路は、
長方形の断面形状を持つ中空の筒状導体から構成される外導体と、
長方形の断面形状を持つ前記外導体の筒状の内部に前記外導体の中心軸から上側又は下側にオフセットして配置された内導体とを備え、
前記マイクロストリップ線路は、
誘電体基板の表面に形成されたストリップ導体パターンと、
前記誘電体基板の裏面に形成された接地導体とを備え、
前記同軸線路の外導体は、その底面が、低い面と高い面を構成する段差を有する金属キャリアの低い面上に接触するように配置され、
前記マイクロストリップ線路の接地導体は、前記金属キャリアの高い面上に接触するように配置され、
前記同軸線路の先端部は、前記内導体の代わりに、
前記外導体の先端部の筒状の内部に中心軸が前記外導体の中心軸と一致するように配置され、一端の下側に前記内導体の先端の表面をはめ合わせて接続するための切り欠きを有し、他端に前記ストリップ導体パターンの先端と接続するための突起を有する棒状導体と、
前記外導体と前記棒状導体との間に充填した誘電体とを備え、
前記同軸線路の長さ方向と前記ストリップ導体パターンの長さ方向が平行になるように、前記棒状導体の突起の下側と前記ストリップ導体パターンの先端の表面とを接続し、
前記同軸線路の特性インピーダンスと、前記同軸線路の先端部の特性インピーダンスと、前記マイクロストリップ線路の特性インピーダンスは、等しい
ことを特徴とする高周波変換構造。 - 前記同軸線路の外導体のうち前記棒状導体と対向する前記同軸線路の先端部の、前記同軸線路の長さ方向に対して垂直な方向かつ前記同軸線路の高さ方向に対して垂直な方向の長さである、幅が前記棒状導体と対向する前記同軸線路の先端部以外の外導体の幅よりも狭い
ことを特徴とする請求項４記載の高周波変換構造。
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