JP5703327B2

JP5703327B2 - 伝送路

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Publication number: JP5703327B2
Application number: JP2013059081A
Authority: JP
Inventors: 亮平細野; 官　寧; 寧官
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: JP2014187424A

Description

本発明は、信号を電磁波として伝送する伝送路に関する。特に、マイクロストリップ線路と導波管との双方を伝送媒体とする伝送路に関する。

無線通信の高速化及び大容量化の要請に伴い、無線通信に使用される電磁波の高周波化が進んでいる。このため、無線装置にて処理すべき信号についても、その高周波化が進んでいる。具体的には、ミリ波に対応する周波数（３０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ以下）を有する高周波信号を処理する必要が生じている。

このような高周波信号を効率良く伝送し得る伝送媒体としては、導波管が挙げられる。ただし、導波管は、集積回路に直接接続することが困難である。このため、集積回路と導波管との間にマイクロストリップ線路を介在させる構成が広く用いられている。すなわち、集積回路から出力される高周波信号、又は、集積回路に入力される高周波信号を伝送する伝送路として、マイクロストリップ線路と導波管とを含む伝送路が広く用いられている。

このような伝送路においては、マイクロストリップ線路と導波管とを互いに直交させることによって、広帯域に亘って良好な特性が得られることが知られている。しかしながら、マイクロストリップ線路と導波管とを互いに直交させた伝送路は、その配置に要する体積が大きくなるため、小型無線装置等への搭載に適さない。

特許文献１には、マイクロストリップ線路と導波管とを互いに平行に配置した伝送路が開示されている。特許文献１に記載の伝送路においては、導波管に開口（スロット）を設けると共に、導波管とマイクロストリップ線路との間に全面が導体膜で覆われた誘電体ブロックを介在させることによって、導波管とスロットとを結合させている。このような伝送路であれば、配置に要する体積を小さく抑えることができ、小型無線装置等への搭載にも適している。また、特許文献１には、結合部におけるマイクロストリップ線路と開口部との形状を最適化することによって、広帯域な特性が得られることについても記載されている。

特開２０１０−１４１６４４（公開日：２０１０年６月２４日公開）

しかしながら、特許文献１では、マイクロストリップ線路（特にその表面導体）と導波管（特にその開口）との位置関係が具体的な数値等により明らかにされておらず、その位置関係を最適化することによって、より低損失な伝送路を実現し得る余地が残されていた。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、マイクロストリップ線路と導波管とが互いに平行に配置される伝送路において、従来よりも低損失な伝送路を実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る伝送路は、誘電体基板、上記誘電体基板の裏面に形成された面状の裏面導体、及び、上記誘電体基板の表面に形成された線状又は帯状の表面導体を有するマイクロストリップ線路と、上記マイクロストリップ線路と平行に配置された導波管であって、上記誘電体基板の表面と対向する管壁に開口が形成された導波管とを備え、上記表面導体の先端が、上記開口の外縁の真下に位置し、上記表面導体の先端近傍が、上記開口を横断する、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、上記表面導体の先端が上記開口の外縁の真下に位置していない場合と比べて損失を小さく抑えることができる。

本発明に係る伝送路において、上記開口は、例えば、上記導波管の長手方向と直交する長辺を有する長方形状であり、この場合、上記表面導体の先端は、上記開口の外縁を構成する２つの長辺のうち、上記導波管の端面から遠い方の長辺の直下に位置し、上記表面導体の先端近傍は、上記導波管の長手方向に上記開口を横断することになる。

本発明に係る伝送路においては、上記導波管の中心軸の上記誘電体基板の表面への正射影と上記表面導体の中心軸との距離をΔとし、上記導波管の開口幅をＷとしたとき、Δnorm＝Δ／Ｗにより定義される規格化オフセットΔnormが、０＜Δnorm≦０．１３を満たす、ことが好ましい。

上記の構成によれば、規格化オフセットΔnormが上記の条件を満たさない場合と比べて損失を小さく抑えることができる。

本発明に係る伝送路においては、上記表面導体に、絞部が形成されており、上記絞部における表面導体の幅をＷdcとし、上記絞部以外の部分における上記表面導体の幅をＷmslとしたとき、Ｗnorm＝Ｗdc／Ｗmslにより定義される規格化幅Ｗnormが、０．３７５≦Ｗnorm＜１を満たす、ことが好ましい。

上記の構成によれば、規格化幅Ｗnormが上記の条件を満たさない場合と比べて損失を小さく抑えることができる。

本発明に係る伝送路においては、上記表面導体に、絞部が形成されており、上記表面導体における上記絞部の長さをＬdcとし、上記マイクロストリップ線路の共振波長をλとして、Ｌnorm＝Ｌdc／λにより定義される規格化長Ｌnormが、０＜Ｌnorm≦０．１７を満たす、ことが好ましい。

上記の構成によれば、規格化長Ｌnormが上記の条件を満たさない場合と比べて損失を小さく抑えることができる。

本発明に係る伝送路において、上記絞部は、上記導波管と重なる位置に形成されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記絞部が上記導波管と重ならない位置に形成されている場合と比べて損失を小さく抑えることができる。

本発明によれば、マイクロストリップ線路と導波管とが互いに平行に配置される伝送路において、従来よりも低損失な伝送路を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る伝送路の構成を示す三面図である。図１に示す伝送路の構成を示す断面図である。（ａ）は、図１に示す伝送路のＡＡ’断面を示し、（ｂ）は、図１に示す伝送路のＢＢ’断面を示す。図１に示す伝送路の各部の構成を示す上面図である。（ａ）は、マイクロストリップ線路を示し、（ｂ）は、スペーサを示し、（ｃ）は、導波管を示す。本発明の第２の実施形態に係る伝送路の構成を示す三面図である。各実施形態に係る伝送路の特性評価に用いたモデルを示す三面図である。図５に示すモデルを用いて算出されたＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。（ａ）は、反射係数｜Ｓ１１｜の周波数依存性を示し、（ｂ）は、透過係数｜Ｓ２１｜の周波数依存性を示す。表面導体の配置例を示す上面図である。（ｂ）に示す配置例は、実施例であり、（ａ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、及び（ｆ）に示す配置例は、比較例である。図７に示す各配置を採用した場合に得られるＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。（ａ）は、反射係数｜Ｓ１１｜の周波数依存性を示し、（ｂ）は、透過係数｜Ｓ２１｜の周波数依存性を示す。表面導体の配置例を示す上面図である。規格化オフセットΔnormを０、０．０３、０．０７、０．１、０．１３、０．１７とした場合に得られるＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。（ａ）は、反射係数｜Ｓ１１｜の周波数依存性を示し、（ｂ）は、透過係数｜Ｓ２１｜の周波数依存性を示す。透過係数｜Ｓ２１｜の最大値｜Ｓ２１｜max及び比帯域幅ＦＢＷの規格化オフセット依存性を示すグラフである。表面導体の形状例を示す上面図である。規格化幅Ｗnormを０．１２５、０．３７５、０．６２５、１とした場合に得られるＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。（ａ）は、反射係数｜Ｓ１１｜の周波数依存性を示し、（ｂ）は、透過係数｜Ｓ２１｜の周波数依存性を示す。透過係数｜Ｓ２１｜の最大値｜Ｓ２１｜max及び比帯域幅ＦＢＷの規格化オフセット依存性を示すグラフである。規格化長Ｌnormを０．０６、０．１７、０．２９、０．３５、０．４７とした場合に得られるＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。（ａ）は、反射係数｜Ｓ１１｜の周波数依存性を示し、（ｂ）は、透過係数｜Ｓ２１｜の周波数依存性を示す。透過係数｜Ｓ２１｜の最大値｜Ｓ２１｜max及び比帯域幅ＦＢＷの規格化長依存性を示すグラフである。表面導体の別の形状例を示す上面図である。表面導体の形状を図１２に示す形状とした場合、及び、表面導体の形状を図１７に示す形状とした場合に得られるＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。（ａ）は、反射係数｜Ｓ１１｜の周波数依存性を示し、（ｂ）は、透過係数｜Ｓ２１｜の周波数依存性を示す。

〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態（以下、「本実施形態」とも記載）に係る伝送路について、図１〜図３に基づいて説明する。

なお、本実施形態に係る伝送路は、２つのマイクロストリップ線路を備えており、（１）第１のマイクロストリップ線路を伝播した電磁波を、導波管を伝播する電磁波に変換する機能、及び、（２）導波管を伝播した電磁波を、第２のマイクロストリップ線路を伝播する電磁波に変換する機能の両方を有するものである。ただし、本発明は、これに限定されない。すなわち、少なくとも１つのマイクロストリップ線路を備えており、（１）このマイクロストリップ線路を伝播した電磁波を、導波管を伝播する電磁波に変換する機能、又は、（２）導波管を伝播した電磁波を、このマイクロストリップ線路を伝播する電磁波に変換する機能の何れか一方を有する伝送路であれば、本発明の範疇に含まれる。このような実施形態については、第２の実施形態として後述する。

本実施形態に係る伝送路１の構成について、図１〜図２を参照して説明する。

図１は、伝送路１の三面図であり、図２は、伝送路１の断面図である。図２において、（ａ）は、伝送路１のＡＡ’断面を示し、（ｂ）は、伝送路１のＢＢ’断面を示す。

伝送路１は、信号を電磁波として伝送する伝送路であり、図１に示すように、２つのマイクロストリップ線路１１，１１'と、２つのスペーサ１２，１２’と、１つの導波管１３とを備えている。

第１のマイクロストリップ線路１１は、誘電体基板１１１と、誘電体基板１１１の裏面に形成された面状の裏面導体１１２と、誘電体基板１１１の表面に形成された線状又は帯状の表面導体１１３とにより構成されている。第１のマイクロストリップ線路１１は、裏面導体１１２と表面導体１１３との間に形成される電界と、表面導体１１３の周りに形成される磁界とによって、信号を電磁波として伝送する伝送媒体として機能する。

誘電体基板１１１の表面には、第１のスペーサ１２が載置されている。第１のスペーサ１２は、Ｕ字状の底面を有する柱状導体であり、誘電体基板１１１の表面に形成された表面導体１１３の先端部を三方から取り込むように配置される。第１のスペーサ１２は、導波管１３を誘電体基板１１１の表面から離隔する機能に加え、表面導体１１３の先端部において第１のマイクロストリップ線路１１から出力された電磁波を、導波管１３の開口１３２（後述）に導く機能を担う。なお、導体（例えば、金属）をスペーサ１２として用いる代わりに、誘電体（例えば、樹脂）の表面全体を導体（例えば金属）で被覆したものをスペーサ１２として用いてもよい。

第１のスペーサ１２には、複数の貫通孔１２１が形成されている。第１のスペーサ１２を誘電体により構成する場合には、各貫通孔１２１の孔壁も導体で被覆される。これら複数の貫通孔１２１を形成することによって、これら複数の貫通孔１２１によって三方を取り囲まれた領域に電磁波を閉じ込めると共に、裏面導体１１２（グランド板）に電流が分布することを抑制することができる。これにより、第１のマイクロストリップ線路１１と導波管１３との結合効率が向上する。

第２のマイクロストリップ線路１１’は、誘電体基板１１１’と、誘電体基板１１１’の裏面に形成された面状の裏面導体１１２’と、誘電体基板１１１’の表面に形成された線状又は帯状の表面導体１１３’とにより構成されている。第２のマイクロストリップ線路１１’は、第１のマイクロストリップ線路１１と同様、裏面導体１１２’と表面導体１１３’との間に形成される電界と、表面導体１１３’の周りに形成される磁界とによって、信号を電磁波として伝送する伝送媒体として機能する。

誘電体基板１１１’の表面には、第２のスペーサ１２’が載置されている。第２のスペーサ１２’は、Ｕ字状の底面を有する柱状導体であり、誘電体基板１１１’の表面に形成された表面導体１１３’の先端部を三方から取り込むように配置される。第２のスペーサ１２’は、導波管１３を誘電体基板１１１’の表面から離隔する機能に加えて、開口１３３（後述）を介して導波管１３から出力された電磁波を、第２のマイクロストリップ線路１１’の表面導体１１３’の先端部に導く機能を担う。なお、導体（例えば、金属）をスペーサ１２’として用いる代わりに、誘電体（例えば、樹脂）の表面全体を導体（例えば金属）で被覆したものをスペーサ１２’として用いてもよい。第２のスペーサ１２’にも、第１のスペーサ１２に形成される貫通孔１２１と同様の貫通孔１２１’が形成される。

導波管１３は、両端の閉じた筒状導体により構成された中空導波管である。導波管１３は、その内部（空洞）に形成される電界及び磁界によって、信号を電磁波として伝送する伝送媒体として機能する。

導波管１３を構成する６つの管壁のうち、誘電体基板１１１の表面に対向する管壁１３１には、２つの開口１３２，１３３が形成されている。これら２つの開口１３２，１３３の形状は、導波管１３の長手軸に平行な短辺と、導波管１３の長手軸に垂直な長辺とを有する長方形である。

第１の開口１３２は、第１のマイクロストリップ線路１１の表面導体１１３の先端部と対向する位置に配置されている。このため、表面導体１１３の先端部において第１のマイクロストリップ線路１１から出力された電磁波は、第１の開口１３２を介して導波管１３に入力される。

一方、第２の開口１３３は、第２のマイクロストリップ線路１１’の表面導体１１３’の先端部と対向する位置に形成されている。このため、第２の開口１３３を介して導波管１３から出力された電磁波は、表面導体１１３’の先端部において第２のマイクロストリップ線路１１’に入力される。

第１のマイクロストリップ線路１１、第１のスペーサ１２、及び、導波管１３の位置関係について、図３を参照して補足する。図３（ａ）は、第１のマイクロストリップ線路１１の上面図であり、図３（ｂ）は、第１のスペーサ１２の上面図であり、図３（ｃ）は、導波管１３の上面図である。

図３（ｂ）においては、第１のマイクロストリップ線路１１に対する第１のスペーサ１２の配置を明らかにするために、第１のマイクロストリップ線路１１（鎖線）を、第１のスペーサ１２（実線）と共に示している。図３（ｂ）に示すように、第１のスペーサ１２は、Ｕ字状の底面を有しており、第１のマイクロストリップ線路１１の表面導体１１３の先端部を三方から取り込むように配置される。

図３（ｃ）においては、第１のマイクロストリップ線路１１及び第１のスペーサ１２に対する導波管１３の配置を明らかにするために、第１のマイクロストリップ線路１１（鎖線）及び第１のスペーサ１２（鎖線）を、導波管１３（実線）と共に示している。図３（ｃ）から明らかなように、表面導体１１３は、その先端が開口１３２の外縁の真下に位置し、その先端近傍が開口１３２を横断するように配置される。本実施形態のように開口１３２の形状が長方形の場合、表面導体１１３の先端は、開口１３２の外縁を構成する２つの長辺（導波管１３の長手方向と直交する辺）のうち、導波管１３の端面から遠い方の長辺の真下に位置し、表面導体１１３の先端近傍は、導波管１３の長手方向に開口１３２を横断することになる。

なお、第２のマイクロストリップ線路１１’、第２のスペーサ１２’、及び、導波管１３の位置関係は、図３に示す第１のマイクロストリップ線路１１、第１のスペーサ１２、及び、導波管１３の位置関係と同様である。特に、表面導体１１３’は、その先端が開口１３３の外縁の真下に位置し、その先端近傍が開口１３３を横断するように配置される。

〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態（以下、「本実施形態」とも記載）に係る伝送路について、図４に基づいて説明する。図４は、本実施形態に係る伝送路１の三面図である。

本実施形態に係る伝送路１は、図４に示すように、１つのマイクロストリップ線路１１と、１つのスペーサ１２と、１つの導波管１３とを備えている。本実施形態に係る伝送路１を構成するマイクロストリップ線路１１、スペーサ１２、及び導波管１３は、第１の実施形態に係る伝送路１を構成する第１のマイクロストリップ線路１１、第１のスペーサ１２、及び導波管１３と同様に構成される。

ただし、第１の実施形態に係る伝送路１を構成する導波管１３は両端が閉じた導波管であるのに対して、本実施形態に係る伝送路１を構成する導波管１３は一端が閉じ一端が開いた導波管である。その余の点において、本実施形態に係る伝送路１と第１の実施形態に係る伝送路１との間に本質的な差異はない。

〔伝送路の特性〕
第１の実施形態及び第２の実施形態に係る伝送路１の特性について、図５〜図１８を参照して説明する。以下に説明する伝送路１の特性は、ANSYS HFSS（登録商標）を用いた数値実験により得られたものである。

図５は、特性評価に用いた伝送路１のモデルを示す三面図である。

特性評価に際しては、図５に示すように、第２の実施形態に係る伝送路１に即したモデル、すなわち、導波管１３のマイクロストリップ線路側と反対側の端部を開放端としたモデルを用いた。ただし、第１の実施形態に係る伝送路１の特性も、図５に示すモデルの特性から容易に推定することができる。例えば、第１の実施形態に係る伝送路１における損失は、図５に示すモデルから得られる損失の２倍となる。

また、特性評価に際しては、伝送路１の各部の寸法を図５に示すように定めた。図５に示すマイクロストリップ線路１１の寸法は、６０ＧＨｚを中心周波数として動作するように定められたものである。誘電体基板１１１としては、比誘電率が２．２のテフロン（登録商標）基板を想定した。また、図５に示す導波管１３の寸法は、ＷＲ−１５規格に従い４０ＧＨｚ以上で動作するように定められたものである。

図６は、数値実験により得られたＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。（ａ）は、反射係数｜Ｓ１１｜の周波数依存性を示し、（ｂ）は、透過係数｜Ｓ２１｜の周波数依存性を示す。反射係数｜Ｓ１１｜が大きくなるほど、伝送路１の損失は大きくなり、透過係数｜Ｓ２１｜が大きくなるほど、伝送路１の損失は小さくなる。このような傾向は、第１の実施形態に係る伝送路１においても得られるものである。

反射係数｜Ｓ１１｜は、図６（ａ）に示すように、６０ＧＨｚにおいて最小値を取り、透過係数｜Ｓ２１｜は、図６（ｂ）に示すように、６０ＧＨｚにおいて最大値を取る。すなわち、伝送路１の損失は、６０ＧＨｚにおいて最小となる。

なお、透過係数｜Ｓ２１｜が−３ｄＢ以上となる帯域の比帯域幅が２３．５％となることが、図６（ｂ）から確かめられる。これは、６０ＧＨｚを含む広い帯域に亘って低損失な伝送が実現されることを意味する。

次に、表面導体１１３の好ましい配置、特に、導波管１３の長手軸方向への変位に対する表面導体１１３の好ましい配置について検討する。具体的には、図７に示す５通りの配置を考え、何れの配置において最良の特性が得られるかを検討する。

図７（ａ）に示す配置は、表面導体１１３の先端を、開口１３２の外縁を構成する２つの長辺のうち、導波管１３の端面から遠い方の長辺よりも０．２ｍｍ奥に位置させる配置である。図７（ａ）に示す配置を、以下、「配置Ａ」と記載する。

図７（ｂ）に示す配置は、表面導体１１３の先端を、開口１３２の外縁を構成する２つの長辺のうち、導波管１３の端面から遠い方の長辺の直下に位置させる配置である。図７（ｂ）に示す配置を、以下、「配置Ｂ」と記載する。

図７（ｃ）に示す配置は、表面導体１１３の先端を、開口１３２の外縁を構成する２つの長辺のうち、導波管１３の端面から遠い方の長辺よりも０．５ｍｍ手前に位置させる配置である。図７（ｃ）に示す配置を、以下、「配置Ｃ」と記載する。

図７（ｄ）に示す配置は、表面導体１１３の先端を、開口１３２の外縁を構成する２つの長辺のうち、導波管１３の端面に近い方の長辺の直下に位置させる配置である。図７（ｄ）に示す配置を、以下、「配置Ｄ」と記載する。

図７（ｅ）に示す配置は、表面導体１１３の先端を、開口１３２の外縁を構成する２つの長辺のうち、導波管１３の端面に近い方の長辺よりも０．２ｍｍ手前に位置させる配置である。図７（ｅ）に示す配置を、以下、「配置Ｅ」と記載する。

図８は、図７に示す各配置を採用した場合に得られるＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。（ａ）は、反射係数｜Ｓ１１｜の周波数依存性を示し、（ｂ）は、透過係数｜Ｓ２１｜の周波数依存性を示す。これらのグラフの定性的な特徴は、第１の実施形態に係る伝送路１においても得られるものである。

図８（ａ）を参照すれば、配置Ｃ、配置Ｄ、及び配置Ｅを採用した場合、反射係数｜Ｓ１１｜を最小化する周波数が６０ＧＨｚから５４ＧＨｚ付近にシフトしてしまうことが分る。また、図８（ｂ）を参照すれば、配置Ｃ、配置Ｄ、及び配置Ｅを採用した場合、透過係数｜Ｓ２１｜を最大化する周波数が６０ＧＨｚから５４ＧＨｚ付近にシフトしてしまうことが分る。すなわち、配置Ｃ、配置Ｄ、及び配置Ｅを採用した場合、所期の周波数である６０ＧＨｚにおいて損失が最小となる伝送路を実現できないことが分る。したがって、所期の周波数である６０ＧＨｚにおいて損失が最小となる伝送路を実現するためには、配置Ａ又は配置Ｂを採用することが必要である。

更に、初期の周波数である６０ＧＨｚにおける反射係数｜Ｓ１１｜の値を比較すると、図８（ａ）に示すように、配置Ｂを採用した場合の方が配置Ａを採用した場合よりも小さくなる。すなわち、所期の周波数である６０ＧＨｚにおいて損失が最小となる伝送路を実現するためには、配置Ｂを採用することが最良である。

次に、表面導体１１３の好ましい配置、特に、導波管１３の短手軸方向への変位に対する表面導体１１３の好ましい配置について検討する。具体的には、図９に示すように表面導体１１３をオフセットすることを考え、最良の特性を与える規格化オフセットΔnormの値について検討する。

ここで、規格化オフセットΔnormは、以下のように定義される。すなわち、図９に示すように、導波管１３の中心軸（より正確に言うと、誘電体基板１１１の表面への該中心軸の正射影）と表面導体１１３の中心軸との間の距離をΔとし、導波管１３の開口幅をＷとしたときに、規格化オフセットΔnormは、Δnorm＝Δ／Ｗにより定義される。

図１０は、規格化オフセットΔnormを０、０．０３、０．０７、０．１、０．１３、０．１７とした場合に得られるＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。（ａ）は、反射係数｜Ｓ１１｜の周波数依存性を示し、（ｂ）は、透過係数｜Ｓ２１｜の周波数依存性を示す。これらのグラフの定性的な特徴は、第１の実施形態に係る伝送路１においても得られるものである。

図１１は、透過係数｜Ｓ２１｜の最大値｜Ｓ２１｜max及び比帯域幅ＦＢＷの規格化オフセット依存性を示すグラフである。（ａ）では、｜Ｓ２１｜が−３ｄＢよりも大きくなる帯域の比帯域幅を示し、（ｂ）では、｜Ｓ２１｜が−２ｄＢよりも大きくなる帯域の比帯域幅を示している。これらのグラフの定性的な特徴は、第１の実施形態に係る伝送路１においても得られるものである。

図１０及び図１１に示した４つのグラフにおいて特に注目すべきは、図１１（ｂ）に示したグラフである。図１１（ｂ）に示したグラフからは、以下のことが確かめられる。

すなわち、透過係数｜Ｓ２１｜が−２ｄＢよりも大きくなる帯域に関して、０＜Δnorm≦０．１３であるときの比帯域幅ＦＢＷは、Δnorm＝０であるときの比帯域幅よりも大きくなる。また、透過係数｜Ｓ２１｜に関して、０＜Δnorm≦０．１であるときの最大値｜Ｓ２１｜maxは、Δnorm＝０であるときの最大値｜Ｓ２１｜maxよりも大きくなる。すなわち、規格化オフセットΔnormは、０＜Δnorm≦０．１３であることが好ましく、０＜Δnorm≦０．１であれば更に好ましい。

次に、表面導体１１３の好ましい形状について検討する。具体的には、図１２に示すように表面導体１１３に絞部を形成することを考え、最良の特性を与える規格化幅Ｗnorm及び規格化長Ｌnormの値について検討する。

ここで、規格化幅Ｗnormは、以下のように定義される。すなわち、図１２に示すように、絞部における表面導体１１３の幅をＷdcとし、絞部以外の部分での表面導体１１３の幅をＷmslとして、規格化幅Ｗnormは、Ｗnorm＝Ｗdc／Ｗmslにより定義される。

また、規格化長Ｌnormは、以下のように定義される。すなわち、図１２に示すように、表面導体１１３における絞部の長さをＬdcとし、第１のマイクロストリップ線路１１の共振波長、すなわち、比誘電率が２．２の媒体において６０ＧＨｚに対応する波長３．４４ｍｍをλとして、規格化長Ｌnormは、Ｌnorm＝Ｌdc／λにより定義される。

図１３は、規格化幅Ｗnormを０．１２５、０．３７５、０．６２５、１とした場合（規格化長Ｌnormは０．２９に固定）に得られるＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。（ａ）は、反射係数｜Ｓ１１｜の周波数依存性を示し、（ｂ）は、透過係数｜Ｓ２１｜の周波数依存性を示す。これらのグラフの定性的な特徴は、第１の実施形態に係る伝送路１においても得られるものである。

図１４は、透過係数｜Ｓ２１｜の最大値｜Ｓ２１｜max及び比帯域幅ＦＢＷの規格化オフセット依存性を示すグラフである。ここでは、｜Ｓ２１｜が−３ｄＢよりも大きくなる帯域の比帯域幅ＦＢＷを示している。これらのグラフの定性的な特徴は、第１の実施形態に係る伝送路１においても得られるものである。

図１３及び図１４に示した３つのグラフにおいて特に注目すべきは、図１４に示したグラフである。図１４に示したグラフからは、以下のことが確かめられる。

すなわち、０．３７５≦Ｗnorm＜１であるときの｜Ｓ２１｜maxは、Ｗnorm＝１であるときの｜Ｓ２１｜maxよりも大きくなる。したがって、規格化幅Ｗnormは、０．３７５≦Ｗnorm＜１であることが好ましい。また、｜Ｓ２１｜maxが最大となるのは、Ｗnorm＝０．６２５のときである。この観点から、規格化幅Ｗnormの最適値は、Ｗnorm＝０．６２５である。

図１５は、規格化長Ｌnormを０．０６、０．１７、０．２９、０．３５、０．４７とした場合（規格化幅Ｗnormは０．６２５に固定）に得られるＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。（ａ）は、反射係数｜Ｓ１１｜の周波数依存性を示し、（ｂ）は、透過係数｜Ｓ２１｜の周波数依存性を示す。これらのグラフの定性的な特徴は、第１の実施形態に係る伝送路１においても得られるものである。

図１６は、透過係数｜Ｓ２１｜の最大値｜Ｓ２１｜max及び比帯域幅ＦＢＷの規格化長依存性を示すグラフである。ここでは、｜Ｓ２１｜が−３ｄＢよりも大きくなる帯域の比帯域幅を示している。これらのグラフの定性的な特徴は、第１の実施形態に係る伝送路１においても得られるものである。

図１５及び図１６に示した３つのグラフにおいて特に注目すべきは、図１６に示したグラフである。図１６に示したグラフからは、以下のことが確かめられる。

すなわち、０．１７＜Ｌnorm＜０．３５であるとき、｜Ｓ２１｜max及びＦＢＷは、著しく低下する。これは、０．１７＜Ｌnorm＜０．３５であるとき、表面導体１１３に形成された絞部がλ／４変成器として機能し、擬似的な集中定数素子が直列に付加された状態が実現されているためである。したがって、規格化長Ｌnormは、０＜Ｌnorm≦０．１７であることが好ましい（０．３５≦Ｌnormであってもよいが、小型化の観点から、０＜Ｌnorm≦０．１７であることが好ましい）。また、ＦＢＷが最大となるのは、Ｌnorm＝０．０６のときである。この観点から、規格化長Ｌnormの最適値は、Ｌnorm＝０．０６である。

次に、表面導体１１３に形成する絞部の好ましい配置について検討する。具体的には、図１２に示すように、絞部を導波管１３と重なる位置に形成する構成（以下、「構成Ｘ」と記載）と、図１７に示すように、絞部を導波管１３と重ならない位置に形成する構成（以下、「構成Ｙ」と記載）とに関して、Ｓパラメータの周波数依存性を比較する。

図１８は、構成Ｘ及び構成Ｙを採用した場合に得られるＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。（ａ）は、反射係数｜Ｓ１１｜の周波数依存性を示し、（ｂ）は、透過係数｜Ｓ２１｜の周波数依存性を示す。これらのグラフの定性的な特徴は、第１の実施形態に係る伝送路１においても得られるものである。

構成Ｙを採用した場合、反射係数｜Ｓ１１｜を最小化する周波数が約５５ＧＨｚにシフトしてしまうことが、図１８（ａ）から分る。すなわち、所期の周波数である６０ＧＨｚにおいて損失が最小となる伝送路を実現するためには、構成Ｘを採用することが好ましい。

また、構成Ｙを採用した場合、比帯域幅ＦＢＷの最大値が６．３％となるのに対して、構成Ｘを採用した場合、比帯域幅ＦＢＷの最大値が９．５％となる。また、構成Ｙを採用した場合、透過係数｜Ｓ２１｜の最大値が−０．８９となるのに対して、構成Ｘを採用した場合、透過係数｜Ｓ２１｜の最大値が−０．８６となる。これらの観点も、構成Ｙを採用するよりも構成Ｘを採用する方が好ましいと言える。

以上のことから、伝送路１の好ましい形態について、以下のことが言える。

（１）表面導体１１３は、その先端が開口１３２の外縁の真下に位置し、その先端近傍が開口１３２を横断するように配置することが好ましい（図７（ｂ）参照）。

（２）表面導体１１３の規格化オフセットΔnormは、０＜Δnorm≦０．１３であることが好ましく、０＜Δnorm≦０．１であることが更に好ましい。

（３）表面導体１１３には、絞部を形成することが好ましい。この絞部は、導波管１３と重なるように配置することが好ましい（図１２参照）。

（４）表面導体１１３に形成する絞部の規格化幅Ｗnormは、０．３７５≦Ｗnorm＜１であることが好ましい。規格化幅Ｗnormの最適値は、Ｗnorm＝０．６２５である。

（５）表面導体１１３に形成する絞部の規格化長Ｌnormは、０＜Ｌnorm≦０．１７であることが好ましい。規格化長Ｌnormの最適値は、Ｌnorm＝０．０６である。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、マイクロストリップ線路と導波管とを用いて信号を伝送する伝送路一般に広く利用することができる。特に、小型電子機器に搭載される伝送路であって、ミリ波等に対応する高周波信号を伝送する伝送路として、好適に利用することができる。

１伝送路
１１第１のマイクロストリップ線路
１１１誘電体基板
１１２裏面導体
１１３表面導体
１１’ 第２のマイクロストリップ線路
１１１’ 誘電体基板
１１２’ 裏面導体
１１３’ 表面導体
１２スペーサ
１３導波管
１３１管壁
１３２第１の開口
１３３第２の開口

Claims

誘電体基板、上記誘電体基板の裏面に形成された面状の裏面導体、及び、上記誘電体基板の表面に形成された線状又は帯状の表面導体を有するマイクロストリップ線路と、
上記マイクロストリップ線路と平行に配置された導波管であって、上記誘電体基板の表面と対向する管壁に開口が形成された導波管とを備え、
上記表面導体の先端が、上記開口の外縁の真下に位置し、上記表面導体の先端近傍が、上記開口を横断する、
ことを特徴とする伝送路。
上記開口は、上記導波管の長手方向と直交する長辺を有する長方形状であり、
上記表面導体の先端は、上記開口の外縁を構成する２つの長辺のうち、上記導波管の端面から遠い方の長辺の直下に位置し、上記表面導体の先端近傍は、上記導波管の長手方向に上記開口を横断する、
ことを特徴とする請求項１に記載の伝送路。
上記導波管の中心軸の上記誘電体基板の表面への正射影と上記表面導体の中心軸との距離をΔとし、上記導波管の開口幅をＷとしたとき、Δnorm＝Δ／Ｗにより定義される規格化オフセットΔnormが、０＜Δnorm≦０．１３を満たす、
ことを特徴とする請求項２に記載の伝送路。
上記表面導体には、絞部が形成されており、
上記絞部における表面導体の幅をＷdcとし、上記絞部以外の部分における上記表面導体の幅をＷmslとしたとき、Ｗnorm＝Ｗdc／Ｗmslにより定義される規格化幅Ｗnormが、０．３７５≦Ｗnorm＜１を満たす、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の伝送路。
上記表面導体には、絞部が形成されており、
上記表面導体における上記絞部の長さをＬdcとし、上記誘電体基板において上記マイクロストリップ線路の動作帯域の中心周波数に対応する波長をλとして、Ｌnorm＝Ｌdc／λにより定義される規格化長Ｌnormが、０＜Ｌnorm≦０．１７を満たす、
ことを特徴とする請求項２から４までの何れか１項に記載の伝送路。
上記絞部は、上記導波管と重なる位置に形成されている、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の伝送路。