JP4463000B2 - 高周波線路−導波管変換器 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波やミリ波の領域において使用される、高周波回路を形成するコプレーナ線路またはグランド付きコプレーナ線路等の高周波線路を導波管に変換し、高周波回路とアンテナあるいは高周波回路間の接続を導波管で行なうことにより、システムの実装、評価を容易に行なえる高周波線路−導波管変換器に関するものである。

近年、情報伝達に用いられる高周波信号は、マイクロ波領域からミリ波領域の周波数までを活用することが検討されている。例えば、ミリ波の高周波信号を用いた応用システムとして車間レーダーが提案されている。このような高周波用のシステムにおいては、高周波信号の周波数が高いことにより、回路を構成する高周波線路による高周波信号の減衰が大きくなるという問題点がある。

このようなマイクロストリップ線路構造等の高周波線路に比較して、導波管では高周波信号の伝送損失は小さいことが知られている。例えば、マイクロストリップ線路等による通常の高周波線路のインピーダンス（５０Ω）に比較して、導波管のインピーダンス（周波数によって変化するが概略５００Ωのオーダーで設計される）は大きく、通常の高周波線路では伝送される信号に対して誘電体中を伝送する電界の寄与が大きいのに対し、導波管ではその誘電体として誘電正接がほぼ０の空気を用いていること、相対的に小さい磁気エネルギーのもととなる導波管の管壁を流れる電流が小さくて良いこと、かつその電流が導波管の管壁の比較的広い面積に流れるため電気抵抗が小さくなり導体損が小さくなる構造になっていることによるものである。

また、導波管同士は通常、ねじで接続される。そのため着脱を容易に行なうことができるため、高周波回路モジュールとアンテナとの接続に導波管を用いれば、組み立て前にそれぞれの導波管ポートを用いてそれぞれの検査を行ない、良品同士を組み合わせて高周波フロントエンドを組み立てることができ、その製造の歩留まりを上げることができる。これらのことから従来、特に伝送距離が長くなることが多い高周波回路モジュールとアンテナとの間の伝送に導波管を用いたフロントエンドが多く採用されてきた。

図３は、高周波フロントエンドの構造を説明するための断面図である。図３によれば、フロントエンド６０は、モジュール６１とアンテナ６２とが導波管部材６３で接続されて構成されている。モジュール６１は、導波管開口６４を有する金属シャーシ６５上に搭載されている。また、このフロントエンド６０には、高周波線路としてのマイクロストリップ線路が形成されたマイクロストリップ基板６６と、導波管開口部６４および短絡終端部材６７で構成される導波管とから成る高周波線路−導波管変換器６８が構成されている。マイクロストリップ基板６６のマイクロストリップ線路には、高周波部品が搭載された配線基板６９がワイヤボンディングで接続されている。

このフロントエンド６０における高周波線路−導波管変換器６８は、短絡終端部材６７の短絡終端面から高周波信号によって励起された電磁波の導波管内における波長（管内波長）の１／４の距離だけ離れた位置において、導波管の側面からマイクロストリップ基板６６上に形成されたプローブ（線路導体は延設されているが接地導体は形成されていない部分）を信号波長の略１／４の長さ分挿入したタイプのものである。
特開２００１−１７７３１２号公報 国際公開第９６／２７９１３号パンフレット

しかしながら、この従来の高周波線路−導波管変換器６８は、管内波長の１／４の長さ分の線路導体が導波管に挿入された状態となるように組み立てていため、各部材の位置ずれにより電磁結合のばらつきが生じて高周波線路−導波管変換器の変換損失が大きくなりやすく、その場合に組み立て不良となり用いた部材のすべてが無駄になるという問題点を有していた。

このような問題を解決するために、例えば誘電体層と、その表面に形成した線路導体およびその両側に配置された同一面接地導体層から成るコプレーナ線路と、このコプレーナ線路の先端に形成したアンテナとして機能するスロットと、誘電体層の裏面のスロットと対向する位置に接続した導波管と、誘電体層の内部に導波管および同一面接地導体層を接続するように形成したシールド導体部とを具備する高周波線路−導波管変換器が提案されている。

この構成によれば、コプレーナ線路とスロットとが同一面内に形成されることとなり、両者の相対的な位置関係が変動しにくく、スロットに対する線路導体の突出部分の長さのばらつきを小さくすることができるため、電磁結合のばらつきを小さくすることができるというものである。

なお、このコプレーナ線路の同一面接地導体層は、コプレーナ線路の接地として機能するとともに、スロットから放射され誘電体層と導波管内部との界面で反射してスロット側に戻ってきた電磁波（反射波）を再度反射する反射板としても機能する。

この変換器によれば、スロットから誘電体層と導波管内部との界面までの距離を誘電体層を伝送する電磁波の波長の１／４に設定することにより、スロットから放射され、誘電体層と導波管内部との界面で反射して同一面接地導体層で再度反射して界面に到達した反射波と、スロットから直接界面まで伝送してきた電磁波（直接波）との行路差が電磁波の波長の１／２と等しくなり、反射波の磁界が誘電体層と導波管内部との界面で反射する際に位相が反転することから、界面では直接波と反射波が同位相になって強め合い、導波管へ伝播していくこととなる。

すなわち、スロットと導波管との間に介在する、厚さを電磁波の波長の１／４に設定した誘電体層は、インピーダンスが互いに異なるスロットと導波管との整合器として機能することになる。

しかし、この構成ではコプレーナ線路と誘電体層とから成る整合器とが接しているため、コプレーナ線路を伝送する信号の電磁波の一部が整合器中に分布し、これが整合器中に不要な電磁波分布（ここではモードと呼ぶ）を発生して、高周波信号の導波管への伝送を阻害しやすいという問題点を有していた。

たとえばコプレーナ線路の線路導体直下では、信号による磁界は誘電体層表面と平行になる。この磁界は整合器を誘電体導波管としたときの共振モードであるＴＭモードを励起し、伝送モードであるＴＥモードの信号エネルギーがＴＭモードに移行して共振して信号が反射するので、導波管への変換を良好に行なうことができなくなるという問題点を有していた。

本発明は上記問題点に鑑み案出されたもので、その目的は高周波線路と導波管との接続部での不要モードの発生を有効に防止して伝送特性に優れ、変換効率が高い高周波線路−導波管変換器を提供することにある。

本発明の高周波線路−導波管変換器は、第一の誘電体層と、第一の誘電体層の下面に設けられた第二の誘電体層と、第一の誘電体層の上面に設けられた高周波線路と、高周波線路と電磁的に結合されたスロットと、第二の誘電体層の内部に設けられた接地導体層と、スロットと接地導体層の開口部との間の領域を囲んでいる複数のシールド導体と、第一の誘電体層の下面に設けられた導波管とを備えている。接地導体層は、スロットに対向する開口部を有している。導波管は、第二の誘電体層を取り囲んでいる。

本発明の高周波線路−導波管変換器は、スロットに対向する開口部を有しており、第一の誘電体層の下面と第二の誘電体層の下面との間に設けられた接地導体層を備えていることにより、誘電体層に生じる共振モードであるＴＭモードの最も磁界が強い、導波管の内部と接している第二の誘電体層と、高周波線路が形成された第一の誘電体層とを接地導体層によって分離することができるので、高周波線路を伝送する電磁界モードであるＴＥモードとＴＭモードとが結合して高周波線路を伝送する信号エネルギーがＴＭモードへ移行するのを有効に防止することができる。その結果、共振による信号反射を有効に防止して高周波線路から導波管への良好な信号変換を行なうことができる。

次に、本発明における第一の発明を添付資料に基づき詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の高周波線路−導波管変換器の実施の形態の一例を示す平面図であり、（ｂ）は図１（ａ）の高周波線路−導波管変換器のＡ−Ａ’線断面図である。図１において、１は高周波線路、２は第一の誘電体層、３は線路導体、４は同一面接地導体層、５は同一面接地導体層４に形成されたスロット、６は導波管、７はシールド導体部、８は下部接地導体層、９は上部接地導体層、１０は第二の誘電体層であり、これらにより高周波線路−導波管変換器が形成される。

高周波線路１は、第一の誘電体層２の上面に形成された線路導体３と、線路導体３を取り囲むように形成された同一面接地導体層４とによってコプレーナ線路状に形成されている。また、第一の誘電体層２の上面の同一面接地導体層４にはスロット５が設けられており、線路導体３の一端と電磁的に結合されている。これにより、高周波線路１に伝送された高周波信号は、スロット５から電磁波として、下方に延びるように配置された導波管６内に放射される。

また、第一の誘電体層２は、第一の誘電体層２の側面に形成された側面導体または図１のような第一の誘電体層２の内部に配された貫通導体から成るシールド導体部７によりシールドされており、スロット５から第一の誘電体層２中に放射された電磁波や第二の誘電体層１０の下側主面と導波管６内部との界面で反射した電磁波が漏れ出すことを防ぎ、変換効率が低下することを防止している。なお、シールド導体部７は、平面視でスロット５を取り囲むように一定間隔（高周波線路１を伝送する信号の波長の１／４倍以下）を空けて形成されている。

また、第一の誘電体層２の下面には平面視でスロット５を取り囲むように形成された枠状の下部接地導体層８が配され、同一面接地導体層４と下部接地導体層８は接続導体７で接続されている。さらに、この下部接地導体層８に、上側主面に枠状の上部接地導体層９が形成された第二の誘電体層１０がＡｕ−Ｓｎろう材等によりろう付けされており、この上部接地導体層９の開口と下部接地導体層８の開口が対向している。

このような構造とすることにより、誘電体層に生じる共振モードであるＴＭモードの最も磁界が強い、導波管６の内部に接している第二の誘電体層１０と、高周波線路１が形成された第一の誘電体層２とを上部接地導体層９および下部接地導体層８によって分離することができるので、高周波線路１を伝送する電磁界モードであるＴＥモードとＴＭモードとが結合して高周波線路１を伝送する信号エネルギーがＴＭモードへ移行するのを有効に防止することができる。その結果、共振による信号反射を有効に防止して高周波線路１から導波管６への良好な信号変換を行なうことができる。

第一および第二の誘電体層２，１０を形成する誘電体材料としては、酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，窒化珪素，ムライト等を主成分とするセラミック材料、ガラス、ガラスとセラミックフィラーとの混合物を焼成して形成されたガラスセラミック材料、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂，四フッ化エチレン樹脂を始めとするフッ素系樹脂等の有機樹脂系材料、有機樹脂−セラミック（ガラスも含む）複合系材料等が用いられる。

線路導体３，同一面接地導体層４，貫通導体等のシールド導体部７，下部接地導体層８ならびに上部接地導体層９を形成する導体材料としては、タングステン，モリブデン，金，銀，銅等を主成分とするメタライズ、あるいは金，銀，銅，アルミニウム等を主成分とする金属箔等が用いられる。

特に、高周波線路−導波管変換器を、高周波部品を搭載する配線基板に内蔵する場合は、第一および第二の誘電体層２，１０を形成する誘電体材料として、誘電正接が小さく、かつ気密封止が可能であることが望ましい。このような誘電体材料としては、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体などのセラミックスやガラスセラミック材料が挙げられる。このような硬質系材料で構成すれば、誘電正接が小さく、かつ搭載した高周波部品を気密に封止することができるので、搭載した高周波部品の信頼性を高める上で好ましい。この場合、導体材料としては、誘電体材料との同時焼成が可能なメタライズ導体を用いることが、気密封止性と生産性を高める上で望ましい。

本発明の高周波線路−導波管変換器は以下のようにして作製される。例えば誘電体材料に酸化アルミニウム質焼結体を用いる場合であれば、まず酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合してスラリー状にし、これを周知のドクターブレード法やカレンダーロール法によりシート状に成形してセラミックグリーンシートを作製する。また、タングステンやモリブデン等の高融点金属，酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な溶剤，溶媒を添加混合してメタライズペーストを作製する。

次に、第一および第二の誘電体層２，１０となるセラミックグリーンシートに、例えば打ち抜き法により貫通導体であるシールド導体部７を形成するための貫通孔を形成し、例えば印刷法によりその貫通孔にメタライズペーストを埋め込み、続いて線路導体３や同一面接地導体層４，下部接地導体層８，上部接地導体層９の形状にメタライズペーストを印刷する。また、第一および第二の誘電体層２，１０が複数の誘電体層の積層構造からなる場合には、同様にメタライズペーストが印刷されたり貫通孔に埋め込まれたセラミックグリーンシートを積層し、加圧して圧着してもよい。

そして、これらの第一および第二の誘電体層２，１０となるセラミックグリーンシートをそれぞれ高温（約１６００℃）で焼成する。さらに、必要に応じて、線路導体３や同一面接地導体層４，下部接地導体層８，上部接地導体層９等のように上下面に露出する導体の表面に、例えば、ニッケルめっきおよび金めっきを被着させる。

しかる後、第一の誘電体層２の下部接地導体層８と第二の誘電体層１０の上部接地導体層９とをろう付けし、下部接地導体層８の外周部に第二の誘電体層１０を取り囲むようにして導波管６を接続することにより高周波線路−導波管変換器が完成する。

本発明のシールド導体部７は、スロット５を取り囲むよう第一の誘電体層２の側面または内部に配され、同一面接地導体層４と下部接地導体層８とを電気的に接続している。

なお、シールド導体部７は、同一面接地導体層４と下部接地導体層８とを電気的に接続できれば良く、側面導体や貫通導体等、種々の手段が用いられる。例えば、第一の誘電体層２の側面に被着された導体や、第一の誘電体層２の側面の切り欠き部の内壁に導体層が被着されたいわゆるキャスタレーション導体、貫通孔の内壁に導体層が被着されたいわゆるスルーホール導体、貫通孔の内部が導体で充填されたいわゆるビア導体などが挙げられる。

導波管６の形状は特に制約はなく、例えば方形導波管として規格化されているＷＲシリーズを用いると、測定用校正キットが充実しているので種々の特性評価が容易になるが、使用する高周波信号の周波数に応じてシステムの小型軽量化のために導波管のカットオフが発生しない範囲で小型化した方形導波管を用いてもよい。また、円形導波管を用いてもよい。

導波管６は、金属または内面に金属層が形成された誘電体等で構成することができ、例えば、金属を管状に成型したり、セラミックスや樹脂等の誘電体を必要な導波管形状に成型した後に内面を金属で被覆したものが用いられる。なお、電流による導体損低減や腐食防止のために導波管６の内面を金，銀等の貴金属で被覆するとよい。導波管６の下部接地導体層８への取り付けは、ろう材による接合やねじによる締め付け等によって行なわれ、導波管６と下部接地導体層８とが電気的に接続される。

ろう材によって導波管６を下部接地導体層８へ取り付けるためには、同一面接地導体層４およびシールド導体部７と電気的に接続された下部接続用導体層を、取り付けられる導波管６の開口に合わせて形成しておくとよい。例えば、図１に示したように、第一の誘電体層２の下面に、シールド用貫通導体から成るシールド導体部７と接続されたメタライズ層から成る下部接地導体層８を形成しておくとよい。このような下部接地導体層８を形成しておくと、導波管６を高周波線路−導波管変換器へ取り付けた際の導波管６とシールド導体部７および同一面接地導体層４との電気的接続がより確実なものとなるので、信頼性の高い高周波線路−導波管変換器を構成することができる点で好ましいものとなる。

本発明のスロット５の線路導体３に直交する方向の長さは、高周波線路１を伝送する信号の波長以下であるのがよい。また、スロット５の線路導体３に平行な方向の幅は、高周波線路１を伝送する信号の波長の１／２倍以下であるのがよい。これにより、高周波線路１から導波管６へ電磁波を良好に放射することができる。

また、第二の誘電体層１０の厚みは高周波線路１を伝送する信号の波長の１／２倍以下であるのがよい。これにより、スロット５から放射されて第二の誘電体層１０の下側主面と導波管６内部との界面で反射し、上部接地導体層９で再度反射して再び第二の誘電体層１０の下側主面と導波管６内部との界面に戻ってきた反射波と、スロット５から直接第二の誘電体層１０の下側主面と導波管６内部との界面まで伝送してきた直接波とを同位相にすることができ、反射波と直接波とが強め合うために高周波線路１から導波管６への変換効率をより高めることができる。

また、下部接地導体層８と上部接地導体層９とが接合された状態での開口形状は、スロット５と相似形であるのがよく、下部接地導体層８の開口面積はスロット５の開口面積の５〜３０倍であるのがよい。これにより、高周波線路１から導波管６へのインピーダンスの急激な変化を緩和して、電磁波を良好に伝送することができる。

なお、上部接地導体層９の開口面積は、下部接地導体層８の開口面積よりも大きくてもよく、小さくてもよい。または、同じでもよい。好ましくは、上部接地導体層９の開口面積が下部接地導体層８の開口面積よりも大きいのがよい。これにより、電磁波が高周波線路１に形成されたスロット５から導波管６に伝送する際のインピーダンスの急激な変化を開口面積が漸次大きくなった接地導体層で緩和することができ、高周波線路１と導波管６との接続部における伝送性を有効に向上させることができる。

より好ましくは、上部接地導体層９の開口面積は、下部接地導体層８の開口面積の１．１倍以上であるのがよい。１．１倍未満であると上部接地導体層９と下部接地導体層８とをろう付けする際に位置ずれによって下部接地導体層８と上部接地導体層９とが接合された状態での開口面積がばらつきやすくなり、変換効率のばらつきが生じやすくなる。

また、下部接地導体層８の内側に露出した第一の誘電体層２の下面と上部接地導体層９の内側に露出した第二の誘電体層１０の上側主面との間は、空隙となっているのがよい。これにより、スロット５から放射されて第二の誘電体層１０の下側主面と導波管６内部との界面で反射した電磁波を、上部接地導体層９の内側の第二の誘電体層１０と上記隙間との界面で良好に反射させることができ、変換効率をより向上させることができる。

好ましくは、下部接地導体層８の内側に露出した第一の誘電体層２の下面と上部接地導体層９の内側に露出した第二の誘電体層１０の上側主面との間の間隔は１〜１５μｍであるのがよい。１μｍ未満であると変換効率をより向上させる効果が小さくなりやすい。また１５μｍを超えるとインピーダンスの変化が大きくなって損失が生じやすくなる。

なお、この下部接地導体層８の内側に露出した第一の誘電体層２の下面や上部接地導体層９の内側に露出した第二の誘電体層１０の上側主面に誘電体を被着させてもよい。これにより、第一の誘電体層２と第二の誘電体層１０との間の誘電損失を漸次変化させることができ、反射損失などが生じるのを有効に抑制できる。

次に本発明の第二の発明について説明する。図２（ａ）は本発明の高周波線路−導波管変換器の実施の形態の一例を示す平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の高周波線路−導波管変換器のＢ−Ｂ’線断面図である。図２において、１２は内部接地導体層、１３は貫通導体であり、それ以外の図１の第一の発明と同じ部位には同じ符号を付している。また、第二の発明において、内部接地導体層１２および貫通導体１３以外は第一の発明と同じであるので詳細な説明は省略する。

本発明の高周波線路−導波管変換器は、第一の誘電体層２と、この第一の誘電体層２の上面の外周部から中央部に向かう線路導体３および第一の誘電体層２の上面で線路導体３を取り囲むように形成された同一面接地導体層４から成る高周波線路１と、この同一面接地導体層４に線路導体３の一端部と直交するように形成されて線路導体３と電磁的に結合されたスロット５と、平面視で線路導体３の一端部およびスロット５を取り囲むとともに同一面接地導体層４に電気的に接続されたシールド導体部７と、第一の誘電体層２の下面に設置されるとともに、内部に形成された枠状の内部接地導体層１２が貫通導体１３または側面導体を介してシールド導体部７に電気的に接続された第二の誘電体層１０と、第一の誘電体層２の下面の外周部に第二の誘電層１０を取り囲むように設置されるとともにシールド導体部７に電気的に接続された導波管６とを具備している。

これにより、誘電体層に生じる共振モードであるＴＭモードの最も磁界が強い、導波管６の内部に接している第二の誘電体層１０下部と、高周波線路１が形成された第一の誘電体層２および第二の誘電体層１０上部とを内部接地導体層１２によって分離することができるので、高周波線路１を伝送する電磁界モードであるＴＥモードとＴＭモードとが結合して高周波線路１を伝送する信号エネルギーがＴＭモードへ移行するのを有効に防止することができる。その結果、共振による信号反射を有効に防止して高周波線路１から導波管６への良好な信号変換を行なうことができる。

また、第一および第二の誘電体層２，１０が接合されているので、これらを一体に作製したものに比べ、所望の厚みに調整した第二の誘電体層１０を接合させるだけでよく、第二の誘電体層１０の厚み、特に内部接地導体層１２より下側の第二の誘電体層１０下部の厚みばらつきが生じて不良となるのを有効に防止して製造歩留まりを向上させることができるとともに、第二の誘電体層１０下部の厚みを非常に精度のよいものとすることができる。その結果、スロット５から放射されて第二の誘電体層１０の下側主面と導波管６内部との界面で反射し、内部接地導体層１２で再度反射して再び第二の誘電体層１０の下側主面と導波管６内部との界面に戻ってきた反射波と、スロット５から直接第二の誘電体層１０の下側主面と導波管６内部との界面まで伝送してきた直接波との行路差がばらつくのを有効に防止し、直接波と反射波とが重なって導波管６に導波される電磁波の伝送性のばらつきをきわめて小さくすることができる。

さらに、第二の誘電体層１０の周囲を導波管６で隙間無く覆っているので、導波管６により接地性をより良好にすることができ、第二の誘電体層１０中を伝送する電磁波の伝送性をより良好にすることができる。

内部接地導体層１２が形成された第二の誘電体層１０は、第一の発明と同様にして作製することができ、例えば、セラミックグリーンシートとメタライズペーストとを同時焼成することにより作製することができる。

また、内部接地導体層１２の開口形状は、スロット５と相似形であるのがよく、内部接地導体層１２の開口面積はスロット５の開口面積の５〜３０倍であるのがよい。これにより、高周波線路１から導波管６へのインピーダンスの急激な変化を緩和して、電磁波を良好に伝送することができる。

また、第二の誘電体層１０下部の厚み、すなわち、第二の誘電体層１０の下側主面と内部接地導体層１２との間の距離は高周波線路１を伝送する信号の波長の１／２倍以下であるのがよい。これにより、スロット５から放射されて第二の誘電体層１０の下側主面と導波管６内部との界面で反射し、内部接地導体層１２で再度反射して再び第二の誘電体層１０の下側主面と導波管６内部との界面に戻ってきた反射波と、スロット５から直接第二の誘電体層１０の下側主面と導波管６内部との界面まで伝送してきた直接波とを同位相にすることができ、反射波と直接波とが強め合うために高周波線路１から導波管６への変換効率をより高めることができる。

また、第二の誘電体層１０の上部には内部接地導体層１２に電気的に接続された貫通導体１３または側面導体が形成されており、この貫通導体１３または側面導体が第一の誘電体層２に形成されたシールド導体部７にＡｕ−Ｓｎろう材等で電気的に接続されている。

内部接地導体層１２とシールド導体部７とを電気的に接続する貫通導体１３または側面導体は、シールド導体部７と同様に平面視でスロット５を取り囲むように一定間隔（高周波線路１を伝送する信号の波長の１／４倍以下）を空けて形成されており、第二の誘電体層１０をシールドすることによってスロット５から第二の誘電体層１０中に放射された電磁波が漏れ出すことを防ぎ、変換効率が低下することを防止している。

このような内部接地導体層１２とシールド導体部７とを電気的に接続する貫通導体１３としては、例えば、貫通孔の内壁に導体層が被着されたいわゆるスルーホール導体、貫通孔の内部が導体で充填されたいわゆるビア導体などが挙げられる。また、内部接地導体層１２とシールド導体部７とを電気的に接続する側面導体としては、第二の誘電体層１０の側面に被着された導体や、第二の誘電体層１０の側面の切り欠き部の内壁に導体層が被着されたいわゆるキャスタレーション導体などが挙げられる。

なお、第一の誘電体層２の下面と第二の誘電体層１０の上側主面とが無機化合物や有機化合物などから成る接着剤で接着されていてもよい。

また、最も内側に位置するシールド導体部７よりも内側において、第一の誘電体層２の下面と第二の誘電体層１０の上側主面との間は、空隙となっているのがよい。これにより、スロット５から放射されて第二の誘電体層１０の下側主面と導波管６内部との界面で反射した電磁波が内部接地導体層１２の内側を通過してスロット５側に戻ろうとしても、第二の誘電体層１０と上記隙間との界面で良好に反射させることができ、変換効率をより向上させることができる。

好ましくは、最も内側に位置するシールド導体部７よりも内側において、第一の誘電体層２の下面と第二の誘電体層１０の上側主面との間の間隔は１〜１５μｍであるのがよい。１μｍ未満であると変換効率をより向上させる効果が小さくなりやすい。また１５μｍを超えるとインピーダンスの変化が大きくなって損失が生じやすくなる。

なお、この最も内側に位置するシールド導体部７よりも内側において、第一の誘電体層２の下面や第二の誘電体層１０の上側主面に誘電体を被着させてもよい。これにより、第一の誘電体層２と第二の誘電体層１０との間の誘電損失を漸次変化させることができ、反射損失などが生じるのを有効に抑制できる。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変更を行なっても差し支えない。

例えば、図１，図２では高周波線路１がコプレーナ線路構造の場合の例を示したが、たとえば第一の誘電体層２の上にさらに誘電体層を積層し、この誘電体層の上面に線路導体３を覆うように接地導体層を設けたグランド付きコプレーナ線路構造としてもよく、第一および第二の誘電体層２，１０、線路導体３、同一面接地導体層４、スロット５、導波管６、シールド導体部７、下部接地導体層８、上部接地導体層９、内部接地導体層１２の位置関係を図１や図２に示す例と同様にすることにより、同様の効果を得ることができる。

本発明の高周波線路−導波管変換器は、第一および第二の誘電体層が接合されているので、これらを一体に作製したものに比べ、所望の厚みに調整した第二の誘電体層を接合させるだけでよく、第二の誘電体層の厚みばらつきが生じて不良となるのを有効に防止して製造歩留まりを向上させることができるとともに、第二の誘電体層の厚みを非常に精度のよいものとすることができる。その結果、スロットから放射されて第二の誘電体層の下側主面と導波管内部との界面で反射し、上部接地導体層で再度反射して再び第二の誘電体層の下側主面と導波管内部との界面に戻ってきた反射波と、スロットから直接第二の誘電体層の下側主面と導波管内部との界面まで伝送してきた直接波との行路差がばらつくのを有効に防止し、直接波と反射波とが重なって導波管に導波される電磁波の伝送性のばらつきをきわめて小さくすることができる。

本発明の高周波線路−導波管変換器は、第二の誘電体層の周囲を導波管で隙間無く覆っているので、導波管により接地性をより良好にすることができ、第二の誘電体層中を伝送する電磁波の伝送性をより良好にすることができる。

本発明の高周波線路−導波管変換器は、上部接地導体層の開口面積が下部接地導体層の開口面積よりも大きいことから、電磁波が高周波線路に形成されたスロットから導波管に伝送する際のインピーダンスの急激な変化を開口面積が漸次大きくなった接地導体層で緩和することができ、高周波線路と導波管との接続部における伝送性を有効に向上させることができる。

本発明の高周波線路−導波管変換器は、第一の誘電体層と、この第一の誘電体層の上面の外周部から中央部に向かう線路導体および第一の誘電体層の上面で線路導体を取り囲むように形成された同一面接地導体層から成る高周波線路と、この同一面接地導体層に線路導体の一端部と直交するように形成されて線路導体と電磁的に結合されたスロットと、平面視で線路導体の一端部およびスロットを取り囲むとともに同一面接地導体層に電気的に接続されたシールド導体部と、第一の誘電体層の下面に設置されるとともに、内部に形成された枠状の内部接地導体層が貫通導体または側面導体を介してシールド導体部に電気的に接続された第二の誘電体層と、第一の誘電体層の下面の外周部に第二の誘電層を取り囲むように設置されるとともにシールド導体部に電気的に接続された導波管とを具備していることから、誘電体層に生じる共振モードであるＴＭモードの最も磁界が強い、導波管の内部と接している第二の誘電体層下部と、高周波線路が形成された第一の誘電体層および第二の誘電体層上部とを内部接地導体層によって分離することができるので、高周波線路を伝送する電磁界モードであるＴＥモードとＴＭモードとが結合して高周波線路を伝送する信号エネルギーがＴＭモードへ移行するのを有効に防止することができる。その結果、共振による信号反射を有効に防止して高周波線路から導波管への良好な信号変換を行なうことができる。

また、第一および第二の誘電体層が接合されているので、これらを一体に作製したものに比べ、所望の厚みに調整した第二の誘電体層を接合させるだけでよく、第二の誘電体層の厚み、特に内部接地導体層より下側の第二の誘電体層下部の厚みばらつきが生じて不良となるのを有効に防止して製造歩留まりを向上させることができるとともに、第二の誘電体層下部の厚みを非常に精度のよいものとすることができる。その結果、スロットから放射されて第二の誘電体層の下側主面と導波管内部との界面で反射し、内部接地導体層で再度反射して再び第二の誘電体層の下側主面と導波管内部との界面に戻ってきた反射波と、スロットから直接第二の誘電体層の下側主面と導波管内部との界面まで伝送してきた直接波との行路差がばらつくのを有効に防止し、直接波と反射波とが重なって導波管に導波される電磁波の伝送性のばらつきをきわめて小さくすることができる。

さらに、第二の誘電体層の周囲を導波管で隙間無く覆っているので、導波管により接地性をより良好にすることができ、第二の誘電体層中を伝送する電磁波の伝送性をより良好にすることができる。

（ａ）は本発明の高周波線路−導波管変換器の実施の形態の例を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）の高周波線路−導波管変換器のＡ−Ａ’線における断面図である。 （ａ）は本発明の高周波線路−導波管変換器の実施の形態の例を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）の高周波線路−導波管変換器のＢ−Ｂ’線における断面図である。 従来の高周波線路−導波管変換器の例を示す断面図である。

符号の説明

１・・・・・高周波線路
２・・・・・第一の誘電体層
３・・・・・線路導体
４・・・・・同一面接地導体層
５・・・・・スロット
６・・・・・導波管
７・・・・・シールド導体部
８・・・・・下部接地導体層
９・・・・・上部接地導体層
１０・・・・第二の誘電体層
１２・・・・内部接地導体層
１３・・・・貫通導体

Claims (5)

1. 第一の誘電体層と、
   前記第一の誘電体層の下面に設けられた第二の誘電体層と、
   前記第一の誘電体層の上面に設けられた高周波線路と、
   前記高周波線路と電磁的に結合されており、前記第一の誘電体層の前記上面に設けられたスロットと、
   前記スロットに対向する開口部を有しており、前記第二の誘電体層の内部に設けられた接地導体層と、
   前記スロットと前記接地導体層の前記開口部との間の領域を囲んでおり、前記接地導体層に電気的に接続された複数のシールド導体と、
   前記第二の誘電体層を取り囲んでおり、前記第一の誘電体層の前記下面に設けられた導波管と、
   を備えた高周波線路―導波管変換器。
2. 前記第二の誘電体層は、予め成形されており、前記第一の誘電体層の前記下面に接合されていることを特徴とする請求項１記載の高周波線路−導波管変換器。
3. 前記接地導体層は、開口部を有しており前記第一の誘電体層の前記下面に形成された下部接地導体層と、開口部を有しており前記第二の誘電体層の前記上面に形成された上部接地導体層とからなることを特徴とする請求項２記載の高周波線路−導波管変換器。
4. 前記上部接地導体層の前記開口部の面積は、前記下部接地導体層の前記開口部の面積より大きいことを特徴とする請求項３記載の高周波−導波管変換器。
5. 前記下部接地導体層の前記開口部に露出した前記第一の誘電体層の前記下面と、前記上部接地導体層の前記開口部に露出した前記第二の誘電体層の前記上面との間に空隙を有することを特徴とする請求項３記載の高周波−導波管変換器。

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