JP4547005B2 - 導波管と、それぞれがコプレーナ線路に接続された二つの冗長回路との間における移行冗長装置 - Google Patents
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Description
本発明による移行冗長装置は、
−コプレーナ線路二本が、同一基板の両側に、該基板の相対する二つの主要面の上で伸びていることと、
−コプレーナ線路二本が、少なくとも部分的には、導波管の内部に伸びていることと、
−各コプレーナ線路が、それぞれ、伝搬用端部と呼ばれる接続端部と相対する長手方向の端部を有し、該端部が導波管と前記コプレーナ線路のスリットの間における電磁波を導波するように適合化されていることと、
−各コプレーナ線路が、それぞれ、移相器手段と呼ばれる、前記コプレーナ線路の伝送用の中心導体の一方にある電界の位相を反転するように適合化された手段を有していることで、移相器手段と信号処理回路の間において、前記伝送用の中心導体に沿って、主としてコプレーナ・モードによって電気エネルギーを伝送し、伝搬用端部を超えて、導波管の中で主として導波管モードによって電気エネルギーを伝送するようになっていることとを特徴としている。
−直列コプレーナ線路と呼ばれる、コプレーナ線路の一方が、それぞれの延長上に伸びている二つの距離を空けた部分で形成されている、不連続の伝送用の中心導体を有し、並列コプレーナ線路と呼ばれる他方のコプレーナ線路が連続した伝送用の中心導体を有するという特徴。
−直列スイッチと呼ばれる、コプレーナ線路の直列のスイッチが、伝送用の中心導体の距離を開けた二つの部分を接続する(構造的に)ように直列に取り付けられていることで、直列スイッチが、通過状態と呼ばれる、伝送用の中心導体の二つの部分の間における電気接続を実現する状態にあるとき、直列コプレーナ線路が動作中となるようにな特徴。特に、絶対値で、直列スイッチの動作電圧閾値を超える電圧が前記スイッチに印加されたときに、直列コプレーナ線路が動作中となり、逆の場合(すなわち、直列スイッチに印加される電圧が、絶対値で、前記動作電圧閾値より小さいとき)には、前記直列線路が停止となる。直列線路は、とりわけ、直列スイッチにいかなる電圧も印加されないときに停止となるのである。
−並列スイッチと呼ばれる、コプレーナ線路の並列のスイッチが、伝送用の中心導体を、前記並列コプレーナ線路の平行する接地パターンの少なくとも一方、好ましくは両方の接地パターンに接続できるように並列に取り付けられていることで、並列スイッチが通過状態と呼ばれる、伝送用の中心導体と一つまたは複数の平行する接地パターンとの間における電気接続を実現する状態にあるとき、短絡回路によって打ち消されるために、並列コプレーナ線路が停止となる特徴。特に、絶対値で、並列スイッチの動作電圧閾値を超える電圧が前記スイッチに印加されると、並列線路は、停止となり、逆の場合(すなわち、直列スイッチに印加される電圧が絶対値で前記動作電圧閾値より小さいとき)には、前記並列線路は、動作中となる。並列線路は、特に、いかなる電圧も並列スイッチに印加されないときに動作中となるのである。
−少なくとも一つのコプレーナ線路、好ましくは各コプレーナ線路それぞれの移相器手段が、移相器用の側方延長部と呼ばれる、前記コプレーナ線路の伝送用の中心導体の側方延長部を含んでいるという特徴。
−特に、コプレーナ線路の移相器手段が、およそπの移相を課すのに適合した、伝送用の中心導体の単一の移相用の側方延長部によって形成されているという特徴。
−変形例では、コプレーナ線路の移相器手段が、伝送用の中心導体の連続する二つの側方延長部(線路の長手方向に沿っている)によって形成され、該側方延長部は、前記中心導体の同一の側部から伸びているという特徴。移相用側方延長部のそれぞれは、この場合、電界におよそπ/2の移相を課すように適合化され、このことによって、もっとも小さな幅(横断方向寸法)の側方延長部を用意することができる。したがって、このようなコプレーナ線路は、小さな横断方向寸法を呈し、この小さな寸法によって横断方向の寸法が非常に小さい導波管に組み込むことが可能になる。逆に、二つの連続する移相延長部があることによって、より長いコプレーナ線路を用意しなければならなくなる。線路の長さに起因する余分な損失は、移相器手段の離心率(つまり幅)に起因する損失を減少させることで部分的に補われる。さらに、結合を抑制するためには(該結合は、線路の長さにつれ増大する)、必要であれば、基板の厚みを増やすだけで十分である。
−伝送用の中心導体の少なくとも一つの移相用の側方延長部が矩形を呈するという特徴。
−変形例または組み合わせ例では、伝送用の中心導体の少なくとも一つの移相用の側方延長部が台形を呈するという特徴。
−変形例または組み合わせ例では、伝送用の中心導体の少なくとも一つの移相用の側方延長部が円盤形の一部分の形状、たとえば半円盤の形状を呈するという特徴。この形状によって、予期に反して、コプレーナ線路の性能が向上するようである(コプレーナ・モードに対するスリット・モードでの、延長部の下流における残留率が顕著に減少すること、損失の削減など)。
−基板は、誘電率ε1が5より小さく、厚みが0.5mmを超え、
−各コプレーナ線路は、それぞれ、移相器手段と、中心導体を信号処理回路に接続する第一接点との間(中心導体の部分で、該部分に沿って伝播がコプレーナ・モードで行われる)に3.5mmより短い長さの伝送用の中心導体を有し、このような中心導体のコプレーナ伝送の長さが送信装置にも適していることに注意しなければならず、
−各コプレーナ線路は、それぞれ、10μmと170μmの間に含まれる規定の幅の伝送用の中心導体と、10μmと150μmの間に含まれる規定の幅のスリットを有していることで、信号処理回路の入力で50Ωのインピーダンスが得られるようになっており、線路は、高いインピーダンス(たとえば75Ωまたは100Ω)のためには、中心導体とスリットのより大きな幅を有することもできる。
−基板は、誘電率εrが5より小さく、厚みが0.5mmより大きく、
−各コプレーナ線路は、それぞれ、移相器手段と、信号処理回路と接続する第一の接点との間に3mmより短い長さの伝送用の中心導体を有し、
−各コプレーナ線路は、それぞれ、10μmと170μmの間に含まれる幅の伝送用の中心導体と、10μmと150μmの間に含まれる幅のスリットを有している。
−図1は、本発明による移行装置の、信号処理回路を通過する横断断面(導波管の長手方向の伝播方向に直角な面)に沿った断面概略図であり、
−図2は、導波管の全体を除いて表示した、図1の装置の上面概略図であり、
−図3は、寸法設定が指示されている図2の再現であり、
−図4は、導波管の全体を除いて表示した、図1の装置の下面概略図であり、
−図5は、装置のコプレーナ線路の移相器手段を通過する横断断面に沿った、図1の装置の断面概略図であり、
−図6は、寸法設定が指示されている図5の再現であり、
−図7は、本発明による、もう一つの装置における、コプレーナ線路の一部分の上面概略図であり、
−図8は、本発明による、もう一つの装置における、コプレーナ線路の一部分の上面概略図であり、
−図9は、本発明による互いに向き合った二本のコプレーナ線路が形成する四端子回路の電子的動作の概略図を示している。
−導波管1の内幅(最小の幅)に対応するコプレーナ線路5、6の幅l(エル小文字筆記体)は、3mmと4.5mmの間に含まれ、このことによって、本発明による装置をFAFR多重アンテナに組み込むことが可能になっている。その幅は、たとえばおよそ4mmである。
−各コプレーナ線路それぞれの長さLは、当該線路のコプレーナ伝送の長さと呼ばれ、伝送用の中心導体の側方延長部25とLNA増幅器の第一接続点(線路の接続端部17)の間を占めるものであり、3.5mmより小さく、たとえばおよそ2.5mmである。二つの線路の結合現象については、コプレーナ線路の長さが減少するにつれて、低下することに注意しなければならない。
−各コプレーナ線路それぞれの伝送用の中心導体7、10の規定の幅w(移相用側方延長部25、26を除く幅)は、10μmと170μmの間に含まれる。その幅は、たとえば40μmである。
−コプレーナ線路の各スリット21〜24それぞれの規定の幅sは、10μmと150μmの間に含まれる。その幅は、たとえば50μmである。
−上記の幅寸法wおよびsは、LNAの入力に50Ωのインピーダンスをかけるように選択されているが、本発明による装置は、その他のインピーダンス(25Ω、75Ω、100Ω)を要求する信号処理回路(およびとりわけ、LNA増幅器)用に寸法を設定することもできる。それらにしたがって幅wおよびsは、適合化される。
−各コプレーナ線路それぞれの移相用側方延長部25、26の幅dは、1mmと3mmの間に含まれる。その幅は、たとえば2.80mmであり、台形の側方延長部の角度θは、10°と40°の間に含まれる。その角度は、たとえば、およそ25°である。
−各コプレーナ線路それぞれにおける平行する接地パターンの斜めの伝搬用の先端小口13、14の長手方向にしたがった寸法pは、5mmを超え、とりわけ5mmと13mmの間に含まれる。その寸法は、たとえば11mmである。
−コプレーナ線路の金属層の厚みt(伝送用の中心導体と平行する接地パターン)は、9μmと35μmの間に含まれる。その厚みは、たとえば、およそ17.5μmである。
−基板の厚みeは、0.200mmを超えるものであり、その厚みは、前記基板の構成材料の誘電率εrに応じて選択され、たとえば、基板が誘電率εrが4.5であるTMM4という名称で知られている合成材料製であるとき、その厚みeは、0.508mmまたは0.762mmである。基板の厚みeを増加したとき、かつ/または、誘電率εrを下げたとき、二つの線路の寄生結合現象が減少することに注意しなければならない。しかし、基板の厚みの増加とより性能の良い材質の選択は、装置の原価を高くする。逆に、線路の伝送の長さLを縮小すれば、結合は減る。したがって、基板とコプレーナ線路の寸法決定については、求められる性能と経済的かつ財政的な制約、そしてアンテナの構造によって課される構造的制約の相互調整の結果ということになる。
−一方のコプレーナ線路の入力(伝搬用端部)と他方のコプレーナ線路の出力(接続端部)の間における結合パラメータS41とS14(図9参照)が、すべての周波数帯において−10dBより小さな値、とりわけ前記帯域の大部分において−25dBより小さい値をとることと、
−同一のコプレーナ線路の出力と入力の間における伝送パラメータS21とS12が、すべての周波数帯において−2dBを超える値、とりわけ前記帯域の大部分において−0.5dBを超える値をとることと、
−コプレーナ線路の入力における反射パラメータS11が、すべての周波数帯において−20dBより小さい値、とりわけ、前記帯域の大部分において−30dBより小さい値をとることと、
−導波管(導波管モードTE10)とコプレーナ線路(コプレーナ・モード)の間における挿入パラメータが、すべての周波数帯において−1.5dBを超える値をとることである。
2、3 信号処理回路
4 基板
5、6 コプレーナ線路
7 中心導体
8、9 接地パターン
10 中心導体
11、12 接地パターン
13、14 先端小口
15 先端小口
16 伝搬用端部
17 接続端部
18、19 スイッチ
21、22、23、24 スリット
25、26 移相手段
27、28 基板の面
29、30 不連続導体の二つの部分
32 移相手段
33 コプレーナ線路
34 中心導体
35、36 接地パターン
37 伝搬用端部
39、40、50、51 先端小口
41 ポン・タ・エール
42、44 先端辺
43、45 中心の角
46、47 スリット
48 長手方向の延長部分
Claims (25)
- 電磁波の導波管(1)と、信号処理回路と呼ばれる少なくとも二つの冗長回路(2、3)の間における移行冗長装置であり、この移行冗長装置は、基板と呼ばれる誘電性材料製の板の上に形成されたコプレーナ線路(5、6)を二本含み、該コプレーナ線路が、それぞれ、同一平面に、伝送用の中心導体(7;10)と、電磁波の導波スリット(21、22;23、24)によって前記中心導体から隔てられた、前記中心導体の両側にある平行する接地パターン(8、9;11、12)を二本含み、前記中心導体および接地パターンが主として線路の長手方向と呼ばれる方向に沿って伸びており、該コプレーナ線路(5)が、それぞれ、信号処理回路の一方(2)と接続することを目的とした、前記コプレーナ線路に固有の長手方向の端部である接続用端部(17)を有する装置であって、
該移行冗長装置が、
−前記コプレーナ線路(5、6)二本が、同一の基板(4)の両側に、該基板の相対する二つの主要面(27、28)において伸びていることと、
−前記コプレーナ線路(5、6)二本が、少なくとも部分的には導波管(1)の内部で伸びていることと、
−前記コプレーナ線路(5)が、それぞれ、前記接続用端部(17)と相対し、導波管と前記コプレーナ線路のスリット(21、22)の間で電磁波を導波する長手方向の伝搬用端部(16)を有することと、
−前記コプレーナ線路(5、6)が、それぞれ、移相器手段であって、前記コプレーナ線路の伝送用の中心導体(7、10)の一方の電界の位相を反転する移相器手段(25、26)を備えていることで、前記伝送用の中心導体に沿って、主としてコプレーナ・モードによって電気エネルギーを該移相器手段と前記信号処理回路の間で伝送し、導波管の中で前記伝搬用端部(16)の先へと、主として導波管モードで電気エネルギーを伝送するようになっていること、
とを特徴とする、移行冗長装置。 - 前記コプレーナ線路(5、6)二本が、基板(4)の両側で互いに向き合って伸びていることを特徴とする、請求項1に記載の移行冗長装置。
- 前記コプレーナ線路(5、6)二本が、導波管の伝播方向に沿って伸びていることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の移行冗長装置。
- 前記基板(4)が導波管(1)の長手方向の中央面の中で伸びていることを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれか一つに記載の移行冗長装置。
- 前記コプレーナ線路(5、6)が、それぞれ、スイッチ(18、19)を備えていることで前記コプレーナ線路の起動または停止するようになっていることを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれか一つに記載の移行冗長装置。
- 前記スイッチ(18、19)を、コプレーナ線路が、各瞬間にそれぞれ動作と停止である相対する状態を呈するように制御できるように適合化することを特徴とする、受信ユニットを目的とした、請求項5に記載の移行冗長装置。
- −直列コプレーナ線路と呼ばれるコプレーナ線路の一方(6)が、互いの延長に伸びている距離をあけた二つの部分(29、30)で形成された不連続の伝送用の中心導体(10)を有し、並列コプレーナ線路と呼ばれる他方のコプレーナ線路(5)が連続した伝送用の中心導体(7)を有することと、
−直列スイッチと呼ばれる直列コプレーナ線路のスイッチ(19)が、伝送用の中心導体の距離をあけた二つの部分(29、30)を接続するように直列に取り付けられていることで、直列スイッチが、通過状態と呼ばれる、伝送用の中心導体の二つの部分の間における電気接続を実現する状態にあるとき、直列コプレーナ線路(6)が動作中となることと、
−並列スイッチと呼ばれる並列コプレーナ線路のスイッチ(18)が、伝送用の中心導体(7)を前記並列コプレーナ線路の二つの平行する接地パターン(8、9)に接続するように並列に取り付けられていることで、並列スイッチが通過状態と呼ばれる、伝送用の中心導体と平行する接地パターンの間における電気接続を実現する状態にあるとき、並列コプレーナ線路(5)が停止となることを特徴とする、請求項5または請求項6に記載の移行冗長装置。 - 前記スイッチの少なくとも一つが、ダイオードを含んでいることを特徴とする、請求項5〜7のいずれか一つに記載の移行冗長装置。
- 前記スイッチ(18、19)の少なくとも一つが、MEMスイッチと呼ばれるマイクロエレクトロメカニカルスイッチであることを特徴とする、請求項5〜8のいずれか一つに記載の移行冗長装置。
- 二本のコプレーナ線路のスイッチ(18、19)が、基板の長手方向に沿って、導波される波長と呼ばれる波長の四分の一にほぼ等しい相対的な距離だけずらされていることを特徴とする、請求項5〜9および請求項2のいずれか一つに記載の移行冗長装置。
- 前記コプレーナ線路(5、6)のそれぞれの平行する接地パターン(8、9)の少なくとも一つが、前記コプレーナ線路の伝搬用端部(16)に、接地パターンの伝搬用の先端小口と呼ばれる、コプレーナ線路の中心部分から横断して長手方向に離れるように斜めに伸びている先端小口(13、14)を有していることを特徴とする、請求項1〜請求項10のいずれか一つに記載の移行冗長装置。
- 平行する接地パターン(8、9)の伝搬用の先端小口(13、14)が、線路の長手方向に沿って、コプレーナ線路の伝送用の中心導体(7)から突出して伸びていることを特徴とする、請求項11に記載の移行冗長装置。
- 平行する接地パターンの伝搬用の先端小口(50、51)が丸みを帯びた曲線または指数曲線あるいは双曲線であることを特徴とする、請求項11または請求項12に記載の移行冗長装置。
- 前記コプレーナ線路のそれぞれの伝送用の中心導体(7)が、前記線路の伝搬用端部(16)に、尖端を形成する導体の伝搬用の先端小口と呼ばれる先端小口(15)を有することを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一つに記載の移行冗長装置。
- コプレーナ線路の移相器手段(25、26)が、伝送用の中心導体の相対する側部における電界の位相を反転するように適合化されていることを特徴とする、請求項1〜14のいずれか一つに記載の移行冗長装置。
- 少なくとも一つのコプレーナ線路(5、6)の移相器手段が、移相器用側方延長部と呼ばれる、前記コプレーナ線路の伝送用の中心導体(7、10)の側方延長部(25、26)によって形成されていることを特徴とする、請求項1〜15のいずれか一つに記載の移行冗長装置。
- 少なくとも一つのコプレーナ線路(5、6)の前記移相器手段(25、26)が、前記伝送用の中心導体(7、10)の連続した側方延長部二つによって形成され、該側方延長部が前記導体の同一側部から伸び、およそπ/2の移相をそれぞれの電界にかけることを特徴とする、請求項1〜15のいずれか一つに記載の移行冗長装置。
- 伝送用の中心導体の少なくとも一つの移相用側方延長部(25、26)が台形の形状を呈することを特徴とする、請求項16または請求項17に記載の移行冗長装置。
- 伝送用の中心導体の少なくとも一つの移相用側方延長部が円盤(32)の一部の形状を呈することを特徴とする、請求項16〜18のいずれか一つに記載の移行冗長装置。
- 少なくとも一つのコプレーナ線路(5、6)の前記移相器手段(25、26)が、一方では、線路の長手方向、他方の平行する接地パターン(35)の長手方向およびコプレーナ線路の伝送用の中心導体(34)の長手方向に沿って、突出した長手方向延長部を形成し、該コプレーナ線路の伝搬用端部(37)に平行する接地パターンの一方(36)の長手方向の延長部(48)を有し、他方では、エアブリッジ
と呼ばれ、伝送用の中心導体を跨ぎ、前記接地パターン(35、36)間を接続する、導電性材料製のものであるエアブリッジ(41)を含んでいることを特徴とする、請求項1〜19のいずれか一つに記載の移行冗長装置。 - 二本のコプレーナ線路の移相器手段(25、26)が同一のタイプであることを特徴とする、請求項1〜20のいずれか一つに記載の移行冗長装置。
- 前記コプレーナ線路の伝送用の中心導体(7)とスリット(21、22)がそれぞれ、信号処理回路(2)の入力インピーダンスが雑音の制限という意味で最適化されるように適合化された規定の幅を有していることを特徴とする、請求項1〜21のいずれか一つに記載の移行冗長装置。
- 前記コプレーナ線路(5、6)の伝送用の中心導体(7、10)とスリット(21、22)の幅がそれぞれ、LNA増幅器の入力インピーダンスが50Ωとなるような幅を有していることを特徴とする、請求項1〜22のいずれか一つに記載の移行冗長装置。
- 前記基板(4)が、誘電率εrが5より小さく、厚み(e)が0.5mmを超えることと、前記コプレーナ線路(5、6)が、それぞれ、移相器手段と信号処理回路への第一の接続点の間の伝送用の中心導体(7、10)の長さ(L)が3.5mmより小さいことを特徴とする、27GHzと31GHzの間に含まれる周波数のマイクロ波の受信アンテナを目的とする、請求項1〜23のいずれか一つに記載の移行冗長装置。
- 前記基板(4)が、誘電率εrが5より小さく、厚み(e)が0.5mmを超えることと、前記コプレーナ線路(5、6)が、それぞれ、移相器手段と信号処理回路への第一の接続点の間の伝送用の中心導体(7、10)の長さ(L)が3mmより小さいことを特徴とする、45GHzと50GHzの間に含まれる周波数のマイクロ波の受信アンテナを目的とする、請求項1〜24のいずれか一つに記載の移行冗長装置。
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