JP4492410B2 - 導波管、及び導波管の入力又は出力の構造。 - Google Patents

Description

本発明は、導波管、及び導波管の入力又は出力の構造に関するものである。

下記特許文献１には、導波管の出力構造が開示されている。この導波管では、セラミックの周囲に筒状の導体部が設けられている。また、導体部の一表面には開口が設けられており、この開口内には島状電極が設けられている。この島状電極には、伝送線路が接続されている。
特開平１１−２２０３０６号公報

しかしながら、上述した従来の導波管では、導波管内の電磁波が島状電極に十分に結合されない場合がある。

そこで、本発明は、高い電界結合が得られる構造の導波管、及びこの導波管に好適な入力又は出力の構造を提供することを目的としている。

本発明の第１の導波管は、第１の導体部、第２の導体部、及び電極を備えている。第１の導体部は、所定の平面に沿って設けられており、且つ開口が設けられている。第２の導体部は、第１の導体部に対向している。電極は、開口と第２の導体部との間において開口より第２の導体部側に設けられている。電極と第２の導体部との間の距離は、第１の導体部と第２の導体部との間の距離より短くなっている。

この導波管によれば、電極と第２の導体部との距離が短くなっているので、この電極と第２の導体部とによるコンデンサの容量が大きくなっている。したがって、上記電極への電界の結合が強められている。

本発明の第２の導波管は、補助電極、及び複数の柱状電極を更に備える第１の導波管である。第２の導波管において、補助電極は、第１の導体部の開口内に設けられている。複数の柱状電極は、電極の周縁部と補助電極の周縁部とを電気的に接続している。複数の柱状電極それぞれの径をｄとし、隣り合う柱状電極の側面間の距離をｇとした場合に、ｄ≧ｇの関係を満たしている。

この導波管によれば、導波管の表面に設けられた補助電極に、外部の伝送線路を電気的に接続することができる。また、実質的に導体壁とみなせる複数の柱状電極が用いられているので、電極と補助電極との間における導体損失が低減されている。

本発明の第３の導波管は、第２の導体部が第１の領域及び第２の領域を有する第１又は第２の導波管である。この第１の領域は、電極に対向している。第２の領域は、第１の域の周囲に設けられている。上記所定の平面と第１の領域との距離は、上記所定の平面と第２の領域との距離より小さくなっている。

第３の導波管によれば、第２の導体部のうち電極に対向する第２の領域と当該電極との距離が更に短くなっている。したがって、コンデンサ容量が更に大きくなり、電極への電界の結合が更に強められている。

本発明の第４の導波管は、電極及び補助電極が円形の平面形状を有している第３の導波管である。この第４の導波管によれば、複数の柱状電極が円形に配列されるので、電極と補助電極との間における導体損失が更に低減される。

第１〜第４の導波管においては、電極が、開口から第２の導体部へ延びる領域内に内包されていることが好ましい。この構成によれば、電極と第２の導体部との間における電界とは逆相の電界、即ち電極と第1の導体部の間に発生する電界を低減することができる。

本発明の導波管の入力又は出力の構造は、上記第１〜第４の何れかの導波管と、配線基板とを備えている。配線基板は、第１の主面と、第２の主面と、第３の導体部、伝送線路、第１のビア電極、及び第２のビア電極を有する。第２の主面は第１の主面と対向している。伝送線路は、第１の主面に設けられている。第３の導体部は、伝送線路の周縁に沿って開口するように第１の主面上に設けられている。第１のビア電極は、第３の導体部に電気的に接続された一端と、第２の主面に沿って設けられた他端とを有する。第２のビア電極は、伝送線路に電気的に接続された一端と、第２の主面に沿って設けられた他端とを有する。第１のビア電極の他端は、第１の導体部に電気的に接続されている。第２のビア電極の他端は、導波管の電極に電気的に接続されている。

この構造によれば、伝送線路を有する配線基板を導波管上に直接搭載することが可能となる。

本発明によれば、高い電界結合が得られる構造の導波管、及びこの導波管に好適な入力又は出力の構造が提供される。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

図１は、本発明の実施の形態に係る導波管の入出力構造を示す分解斜視図である。図１においては、導波管が一部破断された状態で示されている。図１に示す導波管の入出力構造１０は、導波管１２、第１の配線基板１４、及び第２の配線基板１６を備えている。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。図１〜図４に示す導波管１２は、第１の導体部１２ａ、第２の導体部１２ｂ、誘電体１２ｃを備えている。
誘電体１２ｃは、略直方体の部材であり、例えば、セラミックから構成されている。第１の導体部１２ａは、所定の平面に沿って設けられている。本実施の形態では、第１の導体部１２ａは、誘電体１２ｃの一方の主面上に設けられている。第２の導体部１２ｂは、この第１の導体部１２ａと対向するように設けられている。本実施の形態では、第２の導体部１２ｂは、誘電体１２ｃの他方の主面上に設けられている。

誘電体１２ｃの周縁部には、複数のビア電極１２ｄが設けられている。ビア電極１２ｄは、第１の導体部１２ａ及び第２の導体部１２ｂに電気的に接続されている。ビア電極１２ｄは、実質的に導体壁とみなせる間隔で配列されている。具体的には、ビア電極１２ｄそれぞれの径をＲ１、隣り合うビア電極１２ｄの側面間の距離をＷ１とした場合に、Ｒ１≧Ｗ１の関係を満たすように、ビア電極１２ｄが配列されている。

第１の導体部１２ａには、第１の開口１２ｅ及び第２の開口１２ｆが設けられている。第１の開口１２ｅ及び第２の開口１２ｆは、導波管１２の長手方向へ順に設けられている。本実施の形態では、第１の開口１２ｅ及び第２の開口１２ｆが、矩形の平面形状を有している。

この導波管１２は、入力電極１２ｇ、入力補助電極１２ｈ、出力電極１２ｉ、出力補助電極１２ｊを更に備えている。入力電極１２ｇ、入力補助電極１２ｈ、出力電極１２ｉ、出力補助電極１２ｊは、本実施の形態においては、いずれも、矩形の平面形状を有している。

図２及び図３に示すように、入力電極１２ｇは、第１の開口１２ｅと第２の導体部１２ｂとの間において、第１の開口１２ｅより第２の導体部１２ｂ側のＨ面に沿って設けられている。即ち、入力電極１２ｇは、導波管１２の内部である誘電体１２ｃの内層に設けられている。したがって、入力電極１２ｇと第２の導体部１２ｂとの距離は、第１の導体部１２ａと第２の導体部１２ｂとの距離より小さくなっている。これによって、入力電極１２ｇと第２の導体部１２ｂとによるコンデンサ容量が増加されている。その結果、入力電極１２ｇと導波管内部の電磁波との電界結合が強められている。

この入力電極１２ｇの面積は、第１の開口１２ｅの面積より小さくなっている。また、入力電極１２ｇは、第１の導体部１２ａから第２の導体部１２ｂに向かう方向へ見た場合に、第１の開口１２ｅに内包されるように設けられている。すなわち、入力電極１２ｇは、第１の開口１２ｅから第２の導体部１２ｂに延びる領域内に内包されている。

図５は、入力電極１２ｇにおける電界を模式的に示す図である。図５における（ｂ）に示すように、入力電極１２ｇと第１の導体部１２ａとが、第１の導体部１２ａから第２の導体部１２ｂへ向かう方向に重なりを有していると、入力電極１２ｇから第２の導体部１２ｂに向かう順方向の電界Ｅ１とは逆方向の電界Ｅ２が、入力電極１２ｇと第１の導体部１２ａとの間に発生する。即ち、電界Ｅ１による正相のモードに対して１８０度位相が反転した反転した逆相のモードが電界Ｅ２によって励振されことになる。一方、図５における（ａ）に示すように、入力電極１２ｇが、第１の開口１２ｅから第２の導体部１２ｂに延びる領域内に内包されていると、電界Ｅ２の発生を抑制することができる。その結果、入力電極１２ｇと導波管内部のモードとの結合を強めることができる。なお、図５における（ｂ）に示すように、第１の導体部１２ａと入力電極１２ｇとの重なりを調整することによって、上記結合の程度が調整されてもよい。

入力補助電極１２ｈは、第１の開口１２ｅ内に設けられている。即ち、入力補助電極１２ｈは、導波管１２の表面に設けられている。この入力補助電極１２ｈの周縁部と入力電極１２ｇの周縁部との間には、複数のビア電極（柱状電極）１２ｋが設けられている。ビア電極１２ｋは、入力補助電極１２ｈと入力電極１２ｇとを電気的に接続している。

図６は、入力補助電極及びビア電極を示す平面図である。図６に示すように、ビア電極１２ｋのそれぞれの径をｄとし、隣り合うビア電極１２ｋの側面間の距離をｇとした場合に、ビア電極１２ｋはｄ≧ｇを満たすようになっている。このように配列された、複数のビア電極１２ｋは、実質的に導体壁として機能する。

ここで、図７における（ａ）に示すように、電気伝導度σ及び表皮厚みδの導体壁Ｃに平行な磁界成分をＨｔとすると、単位表面積（１ｍ^２）あたりの導体損失Ｐｃは、次式（１）で表される。

なお、δは、角周波数ω、透磁率μ、及び電気伝導度σ次式（２）の関係を有する。

また、図７における（ｂ）に示すように、半径ｒのビア電極Ｖに電流Ｉを流した場合に、導体表面の接線方向の磁界Ｈｔは、アンペールの法則より次式（３）に示すとおりになる。

したがって、ビア電極Ｖの単位長さあたりの損失Ｐは、次式（４）に示すとおりになる。

式（４）によれば、導体損失Ｐは、半径ｒに反比例するので、入力補助電極１２ｈと入力電極１２ｇとを半径の小さな一つのビア電極で接続した場合には、ビア電極における導体損失が大きくなることがわかる。

一方、本実施の形態では、入力補助電極１２ｈの周縁部と入力電極１２ｇの周縁部とが実質的に導体壁とみなすことができるビア電極１２ｋによって接続されている。したがって、半径の大きい導体によって、入力補助電極１２ｈと入力電極１２ｇとを電気的に接続したものと等価になる。その結果、導波管１２の内部に設けられた入力電極１２ｇと導波管１２の表面に設けられた入力補助電極１２ｈとの間における導体損失が低減される。また、入力補助電極１２ｈを介することができるので、入力電極１２ｇと外部の伝送線路との電気的な接続が容易になる。

図２及び図４に示すように、出力電極１２ｉは、第２の開口１２ｆと第２の導体部１２ｂとの間において、第２の開口１２ｆより第２の導体部１２ｂ側のＨ面に沿って設けられている。即ち、出力電極１２ｉと第２の導体部１２ｂとの距離は、第１の導体部１２ａと第２の導体部１２ｂとの距離より小さくなっている。したがって、入力電極１２ｇと同様に、出力電極１２ｉと第２の導体部１２ｂとによるコンデンサの容量が増加されている。これによって、出力電極１２ｉと導波管内部の電磁波との電界結合が強められている。

この出力電極１２ｉの面積も、第２の開口１２ｆの面積より小さくなっている。また、同様に、出力電極１２ｉは、第１の導体部１２ａから第２の導体部１２ｂに向かう方向へ見た場合に、第２の開口１２ｆに内包されるように設けられている。これによって、出力電極１２ｉと、導波管内部の電磁波との結合が更に強められている。なお、第１の導体部１２ａと出力電極１２ｉとの重なりを調整することによって、上記結合の程度が調整されてもよい。

入力補助電極１２ｈと同様に、出力補助電極１２ｊも、第２の開口１２ｆ内に設けられている。即ち、出力補助電極１２ｊは、導波管１２の表面に設けられている。また、同様に、出力補助電極１２ｊの周縁部と出力電極１２ｉの周縁部との間には、複数のビア電極（柱状電極）１２ｍが設けられている。ビア電極１２ｍは、出力補助電極１２ｊと出力電極１２ｉとを電気的に接続している。ビア電極１２ｍのそれぞれの径をｄとし、隣り合うビア電極１２ｍの側面間の距離をｇとした場合に、ビア電極１２ｍはｄ≧ｇを満たすようになっている。この構成によって、導波管１２の内部に設けられた出力電極１２ｉと導波管１２の表面に設けられた出力補助電極１２ｊとの間における導体損失が低減されている。また、出力補助電極１２ｊを介することができるので、出力電極１２ｉと外部の伝送線路との電気的な接続が容易になっている。

この導波管１２には、入力電極１２ｇと出力電極１２ｉとの間の領域において、第１の導体部１２ａと第２の導体部１２ｂとを電気的に接続する複数のビア電極１２ｏが設けられている。ビア電極１２ｏの間隔、或いは個数を適宜設定することによって、入力側と出力側との結合の程度を調整することが可能となる。

以下、第１の配線基板１４、及び第２の配線基板１６について説明する。図８は第１の配線基板の平面図であり、第２の主面側から見た第１の配線基板を示している。図９は、第２の配線基板の平面図であり、第２の主面側から見た第２の配線基板を示している。

図１及び図８に示すように、第１の配線基板１４は、誘電体層１４ａを有している。誘電体層１４ａは、例えばセラミックといった誘電体からなる。この誘電体層１４ａは、第１の主面１４ｂと、第１の主面１４ｂに対向する第２の主面１４ｃとを有している。

第１の配線基板１４は、伝送線路１４ｄ、及び第３の導体部１４ｅを更に有している。伝送線路１４ｄは、第１の主面１４ｂ上に設けられている。本実施の形態では、伝送線路１４ｄは、第１の主面１４ｂの中心から第１の主面１４ｂの一縁に延びている。第３の導体部１４ｅは、第１の主面１４ｂ上に設けられている。この第３の導体部１４ｅは、伝送線路１４ｄの周縁に沿って開口するように形成されている。また、第３の導体部１４ｅは、後述するビア電極１４ｇを中心にして、導波管１２の第１の開口１２ｅと実質的に同サイズで開口している。

第３の導体部１４ｅの伝送線路１４ｄに沿う周縁部には、複数のビア電極（第１のビア電極）１４ｆそれぞれの一端が電気的に接続されている。ビア電極１４ｆは、第２の主面１４ｃに交差する方向へ延びている。ビア電極１４ｆそれぞれの他端は、第２の主面１４ｃに沿って設けられている。

伝送線路１４ｄには、ビア電極（第２のビア電極）１４ｇの一端が電気的に接続されている。本実施の形態では、ビア電極１４ｇは、第２の主面１４ｃに交差する中心軸線に沿って設けられている。ビア電極１４ｇの他端は、第２の主面１４ｃに沿って設けられている。

この第１の配線基板１４は導波管１２上に搭載され、ビア電極１４ｇが入力補助電極１２ｈを介して入力電極１２ｇに電気的に接続される。また、ビア電極１４ｆは、第１の開口１２ｅに沿う第１の導体部１２ａの周縁部に電気的に接続される。

第２の配線基板１６は、第１の配線基板１４と同様の構成を有している。具体的には、図１及び図６に示すように、第２の配線基板１６は、誘電体層１６ａを有しており、この誘電体層１６ａは、第１の主面１６ｂ及び第２の主面１６ｃを有している。

第１の主面１６ｂ上には、伝送線路１６ｄが設けられており、当該伝送線路１６ｄは、第１の主面１６ｂの中心から第１の主面１６ｂの一縁に延びている。また、第１の主面１６ｂ上には、第３の導体部１６ｅが設けられており、当該第３の導体部１６ｅは、伝送線路１６ｄの周縁に沿って開口するように形成されている。また、第３の導体部１４ｅは、後述するビア電極１６ｇを中心に、導波管１２の第２の開口１２ｆと実質的に同サイズで開口している。

第３の導体部１６ｅの伝送線路１６ｄに沿う周縁部には、複数のビア電極（第１のビア電極）１６ｆそれぞれの一端が電気的に接続されており、ビア電極１６ｆの他端は、第２の主面１６ｃに沿って設けられている。

伝送線路１６ｄには、ビア電極（第２のビア電極）１６ｇの一端が電気的に接続されており、ビア電極１６ｇの他端は、第２の主面１６ｃに沿って設けられている。

この第２の配線基板１６も導波管１２上に搭載され、ビア電極１６ｇが出力補助電極１２ｊを介して出力電極１２ｉに電気的に接続される。また、ビア電極１６ｆは、第２の開口１２ｆに沿う第１の導体部１２ａの周縁部に電気的に接続される。

このような第１の配線基板１４及び第２の配線基板１６によれば、導波管１２の入力電極又は出力電極に接続される伝送線路を有する部材を、導波管１２上に直接搭載することが可能となる。

なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、補助電極１２ｈ及び１２ｊが除かれてもよい。この場合には、例えば、入力電極１２ｇ上に設けたビア電極、及び出力電極１２ｉ上に設けたビア電極が、対応の伝送線路に接続される。

また、入力電極１２ｇ、入力補助電極１２ｈ、出力電極１２ｉ、及び出力補助電極１２ｊの平面形状は、円形であってもよい。この場合には、ビア電極１２ｋが入力電極１２ｇの周縁部に沿って円形に配列され、ビア電極１２ｍが出力電極１２ｉの周縁部に沿って円形に配列される。この構成によれば、入力電極１２ｇと入力補助電極１２ｈとの間における導体損失、出力電極１２ｉと出力補助電極１２ｊとの間における導体損失が更に抑制される。

また、以下に説明する構成の第２の導体部１２ｂが適用されてもよい。図１０は、本発明の他の実施の形態に係る導波管の断面図である。図１０に示す導波管１２Ｂでは、第２の導体部１２ｂが、二つの第１の領域１２ｎ、及び第２の領域１２ｐを有する。第１の領域１２ｎの一方は、入力電極１２ｇに対向しており、第１の領域１２ｎの他方は、出力電極１２ｉに対向している。第１の領域１２ｎは、誘電体１２ｃの内層に設けられている。

第２の領域１２ｐは、第１の領域１２ｎの周囲に設けられており、第１の導体部１２ａと対向している。この第２の領域１２ｐは、誘電体１２ｃの他方の主面上に設けられている。第１の領域１２ｎの周縁部と第２の領域１２ｐとは、複数のビア電極１２ｑによって電気的に接続されている。ビア電極１２ｑも実質的に導体壁とみなされるように、それらの径が、隣り合うビア電極１２ｑの側面間の距離以上となっている。

この構成では、第１の領域１２ｎと誘電体１２ｃの一方の主面、即ち第１の導体部１２ａが搭載されている主面との距離は、第２の領域１２ｐと当該一方の主面との距離より小さくなっている。したがって、入力電極１２ｇと第２の導体部１２ｂ（第１の領域１２ｎ）とによるコンデンサ容量、及び出力電極１２ｉと第２の導体部１２ｂ（第１の領域１２ｎ）とによるコンデンサ容量それぞれが更に増加されている。その結果、入力電極１２ｇ及び出力電極１２ｉそれぞれの導波管内部の電磁波との結合が更に強められる。

図１は、本発明の実施の形態に係る導波管の入出力構造を示す分解斜視図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図４は、図１の１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図５は、入力電極における電界を模式的に示す図である。 図６は、入力補助電極及びビア電極を示す平面図である。 図７は、ビア電極における導体損失を説明するための図である。 図８は、第１の配線基板を示す平面図である。 図９は、第２の配線基板を示す平面図である。 図１０は、本発明の他の実施の形態に係る導波管の断面図である。

符号の説明

１０…導波管の入出力構造、１２…導波管、１２ａ…第１の導体部、１２ｂ…第２の導体部、１２ｃ…誘電体、１２ｄ…ビア電極、１２ｅ…第１の開口、１２ｆ…第２の開口、１２ｇ…入力電極、１２ｈ…入力補助電極、１２ｉ…出力電極、１２ｊ…出力補助電極、１２ｋ，１２ｍ…ビア電極、１４…第１の配線基板、１４ｄ…伝送線路、１６…第２の配線基板、１６ｄ…伝送線路。

Claims (6)

1. 所定の平面に沿って設けられており、且つ開口が設けられた第１の導体部と、
   前記第１の導体部に対向する第２の導体部と、
   前記開口と前記第２の導体部との間において前記開口より前記第２の導体部側に設けられた電極と、
   前記開口内に設けられた補助電極と、
   前記電極の周縁部と前記補助電極の周縁部とを電気的に接続する複数の柱状電極と、
   を備え、
   前記電極と前記第２の導体部との間の距離が、前記第１の導体部と前記第２の導体部との間の距離より短く、
   前記複数の柱状電極それぞれの径をｄとし、隣り合う柱状電極の側面間の距離をｇとした場合に、ｄ≧ｇの関係を満たす、
   導波管。
2. 前記第２の導体部は、前記電極に対向する第１の領域と前記第１の領域の周囲に設けられた第２の領域とを有しており、
   前記所定の平面と前記第１の領域との距離は、前記所定の平面と前記第２の領域との距離より小さい、
   請求項１に記載の導波管。
3. 所定の平面に沿って設けられており、且つ開口が設けられた第１の導体部と、
   前記第１の導体部に対向する第２の導体部と、
   前記開口と前記第２の導体部との間において前記開口より前記第２の導体部側に設けられた電極と、
   を備え、
   前記電極と前記第２の導体部との間の距離が、前記第１の導体部と前記第２の導体部との間の距離より短く、
   前記第２の導体部は、前記電極に対向する第１の領域と前記第１の領域の周囲に設けられた第２の領域とを有しており、
   前記所定の平面と前記第１の領域との距離は、前記所定の平面と前記第２の領域との距離より小さい、
   導波管。
4. 前記電極及び補助電極は、円形の平面形状を有している、請求項２又は３に記載の導波管。
5. 前記電極は、前記開口から前記第２の導体部へ延びる領域内に存在している、請求項１〜４の何れか一項記載の導波管。
6. 請求項１〜５の何れか一項記載の導波管と、
   前記導波管と接続された配線基板と、
   を備え、
   前記配線基板は、
   第１の主面と、
   第１の主面に対向する第２の主面と、
   前記第１の主面に設けられた伝送線路と、
   前記伝送線路の周縁に沿って開口するように前記第１の主面に設けられた第３の導体部と、
   前記第３の導体部に電気的に接続された一端と、前記第２の主面に沿って設けられた他端とを有する第１のビア電極と、
   前記伝送線路に電気的に接続された一端と、前記第２の主面に沿って設けられた他端とを有する第２のビア電極と、
   を含み、
   前記第１のビア電極の他端が、前記第１の導体部に電気的に接続されており、
   前記第２のビア電極の他端が、前記導波管の前記電極に電気的に接続されている、
   導波管の入力又は出力の構造。
   

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