JP5251603B2

JP5251603B2 - 信号伝達用通信体及びカプラ

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Publication number: JP5251603B2
Application number: JP2009047235A
Authority: JP
Inventors: 信之天野; 政則辻; 薫須藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: JP2010206320A

Description

この発明は、近接状態で通信を行う信号伝達装置用の通信体及び近接状態で互いに結合するカプラに関するものである。

この発明の背景技術として下記の先行技術文献を挙げる。
［特許文献１］
図１は特許文献１に示されている通信装置の斜視図である。絶縁体のスペーサ１０９の上下の各表面に結合用電極１０８と折り畳み状のスタブ１０３が形成され、結合用電極１０８はスペーサ１０９内のスルーホール１１０を介してスタブ１０３の中央部分に接続されている。プリント基板１０１上には、送受信回路モジュール１０５から引き出された信号線パターンと、プリント基板１０１内のスルーホール１０６を介してグランド導体１０２と接続した導体パターン１１２が形成されている。スペーサ１０９をプリント基板１０１上に実装すると、スタブ１０３の両端は信号線パターン１１１と導体パターン１１２にそれぞれ接続される。

特開２００８−１５４２６７号公報

ところが、図１に示したような従来の通信装置においては次のような問題がある。
（ａ）通信範囲が中心周波数の約半波長程度しかなく、ミリ波等の高い周波数では通信可能距離が数ｍｍ程度に限定される。

（ｂ）周波数調整のためにプリント基板上に折り畳み状のスタブを形成する必要があり、プリント基板上にその分のスペースが必要である。

そこで、この発明の目的は、例えばミリ波帯といった高い周波数帯で広帯域・大容量のデータ伝送を行うのに適し、通信可能距離が大きく、また通信面上にスペースが不要な信号伝達用通信体及びカプラを提供することにある。

この発明の信号伝達用通信体は、互いに平行な第１主面及び第２主面を有し、内部に空洞部を備えた外導体と、前記空洞部内に前記外導体とは絶縁状態で配置された内導体と、前記空洞部内で前記内導体が占める領域以外に満たされる内部誘電体層と、前記外導体の前記第１主面側に配置された外部誘電体層と、を備え、
前記空洞部は、前記第１主面に垂直な直線を回転中心軸とする回転面を側面（内面）とし、前記第１主面を下底面、前記第２主面を前記下底面より径の小さな上底面とする回転台形状であり、
前記内導体は、前記直線を回転中心軸とする回転面を側面（外面）とし、前記第１主面を下底面、前記第２主面を前記下底面より径の小さな上底面とする回転台形状であり、
前記外部誘電体層の外面を通信用電磁波の入出力面とし、前記内導体の上底面に相当する位置を信号入出力部とする。

なお、前記「回転台形状」は、［回転台］［形状］の意味ではなく、［回転］［台形］［状］の意味で用いている。

前記内導体の高さに対する下底面の直径の比は４以下とする。または前記回転台形状空洞部の高さに対する前記回転台形状空洞部の下底面の直径の比は４以下とする。

前記外部誘電体層の厚みは、通信に用いる周波数で、例えば約０．２波長に相当する寸法より薄くする。

前記内導体及び前記外導体は、例えば多層基板の複数の層に形成された導体で構成され、前記内部誘電体層は前記多層基板の誘電体層で構成されたものとする。

また、この発明のカプラは、前記信号伝達用通信体を送信側と受信側にそれぞれ少なくとも一つずつ備え、前記外導体及び前記内導体の下底面同士を対向させて構成する。

前記送信側または前記受信側の少なくとも一方の前記信号伝達用通信体は、ほぼ半波長以上のピッチで三つ以上配置されたものとする。

この発明によれば、次のような効果を奏する。
（ａ）通信体の基本構造が信号線である内導体と接地導体である外導体が共に回転台形状であるので自己相似形を維持した同軸構造となり、単一モードの電磁波が伝搬されて広帯域特性を有するものとなる。

（ｂ）通信体の基本構造が回転台形状内導体の中心軸に沿った回転対称構造であるため，前記中心軸に沿った回転自由度が確保される。

（ｃ）内導体と外導体との間に内部誘電体層、外導体の第１主面側に外部誘電体層がそれぞれ装荷された構造であるので、波長短縮効果による通信体形状の小型化が可能である。

（ｄ）二つの信号伝達用通信体を略平行に配置すれば通信が行え、面内方向の配置の自由度が高まる。

（ｅ）二つの通信体の平面方向及び間隔方向の結合範囲が所望の範囲となるように、信号伝達用通信体の各寸法を調整することで周辺の他システムへの電波干渉が軽減できる。

特許文献１に示されている通信装置の斜視図である。図２（Ａ）は第１の実施形態に係る信号伝達用通信体の斜視図、図２（Ｂ）はその上面図、図２（Ｃ）は図２（Ｂ）におけるＡ−Ａ部分の断面図、図２（Ｄ）は信号伝達用通信体２０１の下面図である。図２（Ｃ）に示した信号伝達用通信体２０１の断面図における中央部の拡大図である。第２の実施形態に係るカプラ３０１の斜視図である。２つの信号伝達用通信体２０１，２０２の内導体１２の下底面の直径φＬｂの大きさによる特性の違いを示す図である。２つの信号伝達用通信体２０１，２０２の回転台形状空洞部の下底面の直径φＬａの大きさによる特性の違いを示す図である。信号伝達用通信体２０１，２０２の外導体１１の高さ（厚み）寸法ｃの大きさによる特性の違いを示す図である。２つの信号伝達用通信体２０１，２０２の外部誘電体層１４の厚み寸法ｄの変化による特性変化を示す図である。図４に示した２つの信号伝達用通信体２０１，２０２の相対的な位置関係による特性変化を示す図である。図１０（Ａ）は第３の実施形態に係る信号伝達用通信体２０３の断面図、図１０（Ｂ）はその下面図である。図１１（Ａ）は第４の実施形態に係る信号伝達用通信体２０４の透視斜視図、図１１（Ｂ）はその上面図、図１１（Ｃ）はその正面図である。第５の実施形態に係るカプラ３０２の斜視図である。第６の実施形態に係るカプラ３０３の斜視図である。

《第１の実施形態》
図２（Ａ）は第１の実施形態に係る信号伝達用通信体の斜視図、図２（Ｂ）はその上面図、図２（Ｃ）は図２（Ｂ）におけるＡ−Ａ部分の断面図、図２（Ｄ）は信号伝達用通信体２０１の下面図である。

この信号伝達用通信体２０１は、内部に回転台形状空洞部ＴＣＶを備えた円板状の外導体１１を備えている。また信号伝達用通信体２０１は外導体１１の回転台形状空洞部ＴＣＶ内に外導体１１とは絶縁状態で配置された回転台形状の内導体１２を備えている。この回転台形状の内導体１２と回転台形状空洞部ＴＣＶとはそれぞれの中心軸が一致している。この回転台形状の内導体１２の下底面（面積の大きな側の平面）は外導体１１の第１主面（図２（Ａ）の向きで上面）と一致する。すなわち同一面を共有する。外導体１１の回転台形状空洞部ＴＣＶ内で内導体１２が占める領域以外には内部誘電体層１３が設けられている。すなわち、外導体１１と内導体１２との間は内部誘電体層１３で充填されている。また、外導体１１の第１主面側には外部誘電体層１４が備えられている。

外導体１１、内導体１２及び内部誘電体層１３は同軸線路構造を保ったまま外導体の内径（回転台形状空洞部ＴＣＶの外径）及び内導体の外径が次第に変化する構造を成している。

ここで回転台形状空洞部ＴＣＶの下底面の直径をφＬａ、回転台形状空洞部ＴＣＶの上底面（面積の小さな側の平面）の直径をφＵａ、内導体１２の下底面の直径をφＬｂ、内導体１２の上底面の直径をφＵｂ、外導体１１及び内導体１２の高さをｃとすると、こられは次のような関係にある。

φＬａ／φＬｂ≧φＵａ／φＵｂ
すなわち、外導体１１に形成された回転台形状空洞部ＴＣＶと内導体１２の共通の中心軸上に沿って見たとき、外導体１１の内径と内導体１２の外径との比は一定であるか、または回転台形状空洞部ＴＣＶの広がり方の変化の方が大きい。すなわち、外導体の回転台形状空洞部ＴＣＶと内導体１２とは相似形または略相似形である。そのため、外導体の回転台形状空洞部ＴＣＶの下底面（図３における上方の面）の直径を大きく広げることができ、且つ同軸線路の特性インピーダンスが急激に変化しないので、広帯域に亘って透過特性及び反射特性の安定した特性を得ることができる。

また、次の関係もある。
φＬｂ／ｃ≦４
すなわち、内導体１２の高さｃに対する下底面の直径φＬｂの比（すなわち形状比）は約４以下である。この構造により、第２の実施形態で具体例を示すように、低反射で透過特性の良好な周波数帯域を定めることができる。
なお、φＬａ／ｃ≦４、すなわち、外導体１１の回転台形状空洞部ＴＣＶの高さｃに対する下底面の直径φＬａの比を約４以下としてもよい。その場合も低反射で透過特性の良好な周波数帯域を調整できる。
図３は、図２（Ｃ）に示した信号伝達用通信体２０１の断面図における中央部の拡大図である。図中の各部の寸法と例えば次のとおりである。

φＬａ＝５．０ｍｍ
φＬｂ＝２．０ｍｍ
φＵａ＝１．１ｍｍ
φＵｂ＝０．５ｍｍ
ｄ＝０．３ｍｍ
ｃ＝１．０ｍｍ
ｅ＝０．１ｍｍ
また、内部誘電体層１３及び外部誘電体層１４はそれぞれ比誘電率が２．２の誘電体（例えばフッ素系樹脂材料やポリエチレン等によるもの）である。

図３に表れているように、厚み寸法ｅで示す部分では回転台形状空洞部ＴＣＶの直径（外導体１１の内径）及び内導体１２の外径寸法が一定であり、同軸線路として作用する。外導体１１の回転台形状空洞部ＴＣＶによる開口部は第２主面（図３の向きで下面）の位置で非常に鋭角となり、加工及びその後の扱いが困難になるので、このように外導体１１の内径寸法及び内導体１２の外径寸法が一定の部分を設けている。

前記外導体１１の第２主面は同軸線路系の信号入出力部として用いられる。また外部誘電体層１４の外面が通信用電磁波の入出力面として用いられる。

《第２の実施形態》
第２の実施形態に係る信号伝達用通信体及びカプラの構成を図４〜図９を参照して説明する。
図４は第２の実施形態に係るカプラ３０１の斜視図である。このカプラ３０１は、第１の信号伝達用通信体２０１及び第２の信号伝達用通信体２０２で構成されている。第１の信号伝達用通信体２０１及び第２の信号伝達用通信体２０２の構成は、第１の実施形態として図２・図３に示したものと同様である。但し、図４に示す例では、第２の信号伝達用通信体２０２の外導体１１の外径が第２の信号伝達用通信体２０１の外導体１１の外径より小さく構成されている。なお、第２の実施形態では各部の寸法を示す符号については図３を参照する。

第２の信号伝達用通信体２０２は、その外部誘電体層１４が第１の信号伝達用通信体２０１の外部誘電体層１４に対面するように、第１の信号伝達用通信体２０１に近接される。

図４では、第２の信号伝達用通信体２０２の中心軸が第１の信号伝達用通信体２０１のＺ軸（中心軸）からＸ−Ｙ平面に沿ってｄｒだけずれている。また第２の信号伝達用通信体２０２の外部誘電体層１４の外面と第１の信号伝達用通信体２０１の外部誘電体層１４の外面とは間隔ｄｚだけ生じている。

第１の信号伝達用通信体２０１及び第２の信号伝達用通信体２０２には同軸ケーブルと同様にＴＥＭモードの信号が伝搬する。一方、第１の信号伝達用通信体２０１と第２の信号伝達用通信体２０２とが対向することによって、それぞれの外導体１１−１１による平行平板構造が生じ、その平行平板構造部に平行平板モードの電磁界が伝搬する。従って、２つの信号伝達用通信体２０１，２０２によって、ＴＥＭモード→平行平板モード→ＴＥＭモードの順に信号の伝搬モードが変換されて信号が伝達される。これにより、近接状態で通信を行うカプラとして作用する。

図５は２つの信号伝達用通信体２０１，２０２の内導体１２の下底面の直径φＬｂの大きさによる特性の違いを示す図である。図５（Ａ）は、前記直径φＬｂをパラメータとした使用周波数帯を含む周波数範囲（５０ＧＨｚ〜７０ＧＨｚ）での反射特性、図５（Ｂ）は、同じく前記直径φＬｂをパラメータとした使用周波数帯を含む周波数範囲（５０ＧＨｚ〜７０ＧＨｚ）での透過特性である。いずれも、前記回転台形状空洞部ＴＣＶの下底面の直径は、前記内導体の下底面の直径φＬｂに比例する値とし、その他の寸法は第１の実施形態で示した値である。また、図４に示した水平方向のずれｄｒは０、間隙ｄｚは０である。

図５（Ａ）に示されるように、内導体１２の下底面の直径φＬｂが小さくなるほど、最も低反射になる周波数が上昇する傾向があることが分かる。また図５（Ｂ）に示されるように、前記下底面の直径φＬｂが小さくなるほど透過特性のピークの周波数（最も低挿入損失となる周波数）が上昇することが分かる。従って、用いる周波数帯に応じて前記内導体１２の下底面の直径φＬｂの寸法を定めればよい。

図６は２つの信号伝達用通信体２０１，２０２の回転台形状空洞部ＴＣＶの下底面の直径φＬａの大きさによる特性の違いを示す図である。図６（Ａ）は、前記直径φＬａをパラメータとした使用周波数帯を含む周波数範囲（５０ＧＨｚ〜７０ＧＨｚ）での反射特性、図６（Ｂ）は、同じく前記直径φＬａをパラメータとした使用周波数帯を含む周波数範囲（５０ＧＨｚ〜７０ＧＨｚ）での透過特性である。いずれも、前記内導体１２の下底面の直径は、前記回転台形状空洞部ＴＣＶの直径φＬａに比例する値とし、その他の寸法は第１の実施形態で示した値である。また、図４に示した水平方向のずれｄｒは０、間隙ｄｚは０である。

図６（Ａ）に示されるように、回転台形状空洞部ＴＣＶの下底面の直径φＬａが小さくなるほど、最も低反射になる周波数が上昇する傾向があることが分かる。また図６（Ｂ）に示されるように、前記下底面の直径φＬａが小さくなるほど透過特性のピークの周波数（最も低挿入損失となる周波数）が上昇することが分かる。従って、用いる周波数帯に応じて前記回転台形状空洞部ＴＣＶの下底面の直径φＬａの寸法を定めればよい。

図７は信号伝達用通信体２０１，２０２の外導体１１の高さ（厚み）寸法ｃの大きさによる特性の違いを示す図である。図７（Ａ）は、前記高さ寸法ｃをパラメータとした使用周波数帯を含む周波数範囲（５０ＧＨｚ〜７０ＧＨｚ）での反射特性、図７（Ｂ）は、同じく前記高さ寸法ｃをパラメータとした使用周波数帯を含む周波数範囲（５０ＧＨｚ〜７０ＧＨｚ）での透過特性である。いずれも図４に示した水平方向のずれｄｒは０、間隙ｄｚは１ｍｍである。

図７（Ａ）に示されるように、前記高さ寸法ｃが高くなるほど、反射損失の最も低くなる周波数帯が低下することが分かる。また図７（Ｂ）に示されるように、前記高さ寸法ｃが高くなるほど透過損失が最も低くなる周波数が低下することが分かる。

このようにして内導体１２の下底面の直径及び外導体１１の高さ寸法ｃを適宜設計することによって使用周波数帯で低反射特性、低挿入損失特性のカプラが構成できる。

図８は、２つの信号伝達用通信体２０１，２０２の外部誘電体層１４の厚み寸法ｄの変化による特性変化を示す図である。図８（Ａ）は、前記厚み寸法ｄをパラメータとした使用周波数帯を含む周波数範囲（５０ＧＨｚ〜７０ＧＨｚ）での反射特性、図８（Ｂ）は、同じく前記厚み寸法ｄをパラメータとした使用周波数帯を含む周波数範囲（５０ＧＨｚ〜７０ＧＨｚ）での透過特性である。

図８（Ａ）に表れているように、外部誘電体層１４の厚み寸法ｄを厚くするほど低反射特性が得られる周波数が低下する。但し、厚くしすぎると（この例ではｄ＝０．７ｍｍ）外部誘電体層１４部分に表面波が生じるので反射特性は乱れることになる。

図８（Ｂ）に表れているように、前記厚み寸法ｄを厚くするほど透過損失が最も低くなる周波数が低下することが分かる。

したがって外部誘電体層１４に表面波が生じない範囲で外部誘電体層１４の厚み寸法ｄを適宜定めることによって、使用周波数で低反射特性、低挿入損失特性のカプラが構成できる。図８（Ａ）（Ｂ）に示した例では、使用周波数は６０ＧＨｚであり、その波長は外部誘電体層１４内で２〜３．５ｍｍであって、ｄ＝０．５ｍｍ以下で低反射特性、低挿入損失特性が得られている。したがって、前記外部誘電体層１４の厚みｄは、通信に用いる周波数で、前記外部誘電体層内での波長で、約０．２波長に相当する寸法より薄くすればよい。

図９は、図４に示した２つの信号伝達用通信体２０１，２０２の相対的な位置関係による特性変化を示す図である。図９（Ａ）は、２つの信号伝達用通信体２０１−２０２間の間隙寸法ｄｚをパラメータとした透過特性を示す図である。また図９（Ｂ）は２つの信号伝達用通信体２０１−２０２間の中心軸間の水平方向のずれｄｒをパラメータとした透過特性を示す図である。

なお、図９（Ａ）は信号伝達用通信体２０１−２０２の中心軸間の水平方向のずれｄｒを０とした場合の特性、図９（Ｂ）は２つの信号伝達用通信体２０１−２０２間の間隙寸法ｄｚを１ｍｍとした場合の特性である。

図９（Ａ）に示されるように、間隙ｄｚが０ｍｍまたは１ｍｍのとき、広い周波数帯（５０〜７０ＧＨｚ）に亘って−５ｄＢの透過特性が得られることが分かる。また、間隙ｄｚが２ｍｍを超えると透過特性は急激に悪化することが分かる。この例では１ｍｍ以内に近接する２つの信号伝達用通信体同士で通信可能なカプラが構成される。また、５ｍｍ以上に離れると信号伝達用通信体同士は互いに影響を与えない。

図９（Ｂ）に示されるように、半径方向のずれｄｒが増大するほど透過特性は全体に低下する。この例では、ｄｒが２つの信号伝達用通信体２０１，２０２の外導体に形成されている回転台形状空洞部ＴＣＶの下底面の直径に等しい１０ｍｍで透過特性は−２０ｄＢである。しかし、このように大きくずれても広い周波数帯に亘って平坦な特性が維持される。従って２つの信号伝達用通信体２０１，２０２の外導体に形成されている回転台形状空洞部ＴＣＶの下底面同士が僅かでも対向する位置関係にあれば通信が可能であることが分かる。

《第３の実施形態》
図１０（Ａ）は第３の実施形態に係る信号伝達用通信体２０３の断面図である。図１０（Ｂ）はその下面図である。
この信号伝達用通信体２０３は、図２・図３に示した信号伝達用通信体２０１に対して信号入出力部を備えたものである。信号伝達用通信体２０３の主要部には、外導体１１、内導体１２、内部誘電体層１３及び外部誘電体層１４が設けられている。これらの部分は図２に示した信号伝達用通信体２０１で示したものと同じである。

板状の外導体１１の下面には誘電体基板２０を備えている。この誘電体基板２０の図における上面（外導体１１に接する側）には外導体１１と接する部分に上面グランド導体２１が形成されている。誘電体基板２０の図における下面には図１０（Ｂ）に表れているように中心導体２２及び下面グランド導体２３が形成されている。

誘電体基板２０の内部には、内導体１２の端部と中心導体２２の端部との間を導通させる内導体用ビア２６が形成されている。また中心導体２２を取り囲むように下面グランド導体２３と上面グランド導体２１との間を導通させる外導体用ビア２５が配列形成されている。誘電体基板２０の内部に構成される内導体用ビア２６及び外導体用ビア２５によって等価的な同軸線路が構成される。

また中心導体２２、下面グランド導体２３及び上面グランド導体２１によってグランデッドコプレーナ線路が構成されている。従って誘電体基板２０に形成された前記各種導体パターンによってグランデッドコプレーナ線路と同軸線路との線路変換が行われ、この信号伝達用通信体２０３を用いる電子機器の高周波回路との間はグランデッドコプレーナ線路で接続することができる。

なお、下面グランド導体２３を設けなければ、図１０における上面グランド導体２１と中心導体２２とによってマイクロストリップラインが構成される。したがって、前記高周波回路との間はマイクロストリップラインで接続することも可能である。

このようにして、外導体１１、内導体１２、内部誘電体層１３、及び外部誘電体層１４で構成された信号伝達用通信体の主要部とともに誘電体基板も薄型に構成できるので、全体に平板状の信号伝達用通信体２０３が構成できる。

《第４の実施形態》
図１１（Ａ）は第４の実施形態に係る信号伝達用通信体２０４の透視斜視図、図１１（Ｂ）はその上面図、図１１（Ｃ）はその正面図である。
第４の実施形態に係る信号伝達用通信体は多層基板によって構成されたものである。多層基板３０は所定パターンの導体及びビアが形成された複数のセラミックグリーンシートが積層されて焼成されたものである。各層には、それぞれ円形の領域を除いて外導体３１が形成されている。但し、何層目であるかの位置に応じて前記円形部分の直径は異なる。なお、セラミックグリーンシートの誘電体部分に開口があるのではなく、外導体３１が円形の開口を備えている。また、厚み方向に隣接する外導体３１同士を導通させる外導体用ビア３５が形成されている。この構造により、全体として「回転台形状空洞部」を備えた外導体が構成されている。

同様に多層基板３０の複数の層にはそれぞれ円形パターンの内導体３２が形成されていて、厚み方向に隣接する内導体３２同士を導通させる内導体用ビア３６が形成されている。この構造により、回転台形状の内導体が構成されている。

図１１（Ｃ）において、多層基板３０の層領域ＤＷに前記「回転台形状空洞部」及び前記回転台形状の内導体が構成されている。また、図１１（Ｃ）に現れているように、多層基板３０の表面付近には、所定厚みの誘電体層のみの層領域ＥＤで外部誘電体層が構成されている。さらに、図１１（Ｃ）に現れているように、多層基板３０の下面付近の層領域ＣＷには、前記「回転台形状空洞部」の最も狭い内径に等しい内径の内導体と、前記回転台形状の内導体の最も狭い外径に等しい外径の外導体とが構成されている。この層領域ＣＷは同軸線路として作用する。

前記層領域ＣＷに構成された同軸線路部に対して信号を入出力するマイクロストリップラインやグランデッドコプレーナ線路を多層基板３０内に構成してもよい。

《第５の実施形態》
図１２は第５の実施形態に係るカプラ３０２の斜視図である。このカプラ３０２は信号伝達用通信体の集合体２１０と信号伝達用通信体２０１とで構成されている。信号伝達用通信体の集合体２１０には信号伝達用通信体２１１，２１２，２１３，２１４が構成されている。

信号伝達用通信体の集合体２１０は、概略的には板状の外導体１１と誘電体基板２０とが積層されて構成されている。また、信号伝達用通信体２１１〜２１４の各々の構成は図１０に示した信号伝達用通信体２０３と同様である。

誘電体基板２０の図における上面（外導体１１に接する側）には外導体１１と接する部分に上面グランド導体が形成されている。誘電体基板２０の図における下面には線路導体２４が形成され、この線路導体２４と前記上面グランド導体とによってマイクロストリップラインが構成されている。

前記線路導体２４は図１２に示されているように分岐されて、信号伝達用通信体２１１〜２１４の各々の内導体に導通する。これにより、信号伝達用通信体２１１〜２１４の各々に給電される。

一方、信号伝達用通信体２０１の構造は図２・図３に示した信号伝達用通信体と同じである。この信号伝達用通信体２０１が信号伝達用通信体の集合体２１０に対面状態で近接することによって、両者間で通信がなされる。信号伝達用通信体の集合体２１０に対する信号伝達用通信体２０１のＸ−Ｙ面に平行な水平面方向の位置に応じて、両者間の結合度が変化し、透過量・反射量が変化するが、どの位置にあっても、所定の透過量・反射量の範囲内に収まるように、信号伝達用通信体２１１〜２１４の配置ピッチを定めておく。

《第６の実施形態》
図１３は第６の実施形態に係るカプラ３０３の斜視図である。このカプラ３０３は信号伝達用通信体の集合体２２０と信号伝達用通信体２０１とで構成されている。信号伝達用通信体の集合体２２０には信号伝達用通信体２２１，２２２，２２３，２２４が構成されている。

信号伝達用通信体の集合体２２０は、概略的には板状の外導体１１と誘電体基板２０とが積層されて構成されている。信号伝達用通信体２２１〜２２４の各々の構成は図１０に示した信号伝達用通信体２０３と同様である。また、図１２に示した例とは信号伝達用通信体２２１〜２２４の配置パターンが異なる。

前記線路導体２４は図１３に示されているように分岐されて、信号伝達用通信体２２１〜２２４の各々の内導体に導通する。これにより、信号伝達用通信体２２１〜２２４の各々に給電される。

信号伝達用通信体２０１の構造は図２・図３に示した信号伝達用通信体と同じである。この信号伝達用通信体２０１が信号伝達用通信体の集合体２２０に対面状態で近接することによって、両者間で通信がなされる。図１２に示したカプラの場合と同様に、信号伝達用通信体の集合体２２０に対する信号伝達用通信体２０１のＸ−Ｙ面に平行な水平面方向の位置に応じて、両者間の結合度が変化し、透過量・反射量が変化する。したがって、どの位置にあっても、所定の透過量・反射量の範囲内に収まるように、信号伝達用通信体２２１〜２２４の配置ピッチを予め定めておく。

なお、第５の実施形態及び第６の実施形態のいずれも場合も、隣接する二つの信号伝達用通信体の配置ピッチが半波長であると、その二つの信号伝達用通信体の中間位置に相手側の信号伝達用通信体が対向したとき、結合量が０になってしまうので、前記信号伝達用通信体２１１〜２１４の配置ピッチは半波長以上のピッチで配置すればよい。

第５の実施形態及び第６の実施形態のいずれも場合も、互いに対向する信号伝達用通信体の一方が送信側である場合に他方は受信側となるが、この送信側と受信側の両方の信号伝達用通信体が、複数の信号伝達用通信体の集合体であってもよい。

また、以上に示した各実施形態では、回転台形状内導体及び回転台形状空洞部が共に円錐台状である例を示したが、第１主面に垂直な直線を回転中心軸とする回転面は必ずしも円錐の側面である必要はない。

すなわち、同軸入出力部と回転台形状の下底面の間でインピーダンスマッチングがとれるように回転台形状の内導体１２と回転台形状空洞部ＴＣＶの断面形状の変化でインピーダンスが徐々に変換されればよいので、回転面は必ずしも円錐の側面である必要はなく、例えば湾曲したホーン状等であってもよい。

１１…外導体
１２…内導体
１３…内部誘電体層
１４…外部誘電体層
２０…誘電体基板
２１…上面グランド導体
２２…中心導体
２３…下面グランド導体
２４…線路導体
２５…外導体用ビア
２６…内導体用ビア
３０…多層基板
３１…外導体
３２…内導体
３５…外導体用ビア
３６…内導体用ビア
２０１，２０２，２０３，２０４…信号伝達用通信体
２１０，２２０…信号伝達用通信体の集合体
２１１，２１２，２１３，２１４…信号伝達用通信体
２２１，２２２，２２３，２２４…信号伝達用通信体
３０１，３０２，３０３…カプラ
ＴＣＶ…回転台形状空洞部

Claims

互いに平行な第１主面及び第２主面を有し、内部に空洞部を備えた外導体と、前記空洞部内に前記外導体とは絶縁状態で配置された内導体と、前記空洞部内で前記内導体が占める領域以外に満たされる内部誘電体層と、前記外導体の前記第１主面側に配置された外部誘電体層と、を備え、
前記空洞部は、前記第１主面に垂直な直線を回転中心軸とする回転面を側面とし、前記第１主面を下底面、前記第２主面を前記下底面より径の小さな上底面とする回転台形状であり、
前記内導体は、前記直線を回転中心軸とする回転面を側面とし、前記第１主面を下底面、前記第２主面を前記下底面より径の小さな上底面とする回転台形状であり、
前記外部誘電体層の外面を通信用電磁波の入出力面とし、前記内導体の上底面に相当する位置を信号入出力部とする信号伝達用通信体。
前記内導体の高さに対する下底面の直径の比が４以下である、または前記回転台形状空洞部の高さに対する前記回転台形状空洞部の下底面の直径の比が４以下である、請求項１に記載の信号伝達用通信体。
前記外部誘電体層の厚みは、通信に用いる周波数で、約０．２波長に相当する寸法より薄い、請求項１または２に記載の信号伝達用通信体。
前記内導体及び前記外導体は多層基板の複数の層に形成された導体で構成され、前記内部誘電体層は前記多層基板の誘電体層で構成された、請求項１〜３のいずれかに記載の信号伝達用通信体。
請求項１〜４のいずれかに記載の前記信号伝達用通信体を送信側と受信側にそれぞれ少なくとも一つずつ備え、前記外導体及び前記内導体の下底面同士を対向させたカプラ。
前記送信側または前記受信側の少なくとも一方の前記信号伝達用通信体は、ほぼ半波長以上のピッチで三つ以上配置された、請求項５に記載のカプラ。