JP6005228B1 - converter - Google Patents

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Abstract

【課題】導波管の導波モードとマイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換する変換器において、従来よりも低コスト化が容易な変換器を実現する。【解決手段】誘電体基板13aと誘電体基板13aの表面に形成された信号ライン13とを有する片面実装基板をマイクロストリップ線路13として用いる。また、導体板12とバックショートブロック14とを互いに絶縁し、これらを短絡するためのビアを誘電体基板13aに形成することを省略する。【選択図】図1In a converter for mutually converting a waveguide mode of a waveguide and a waveguide mode of a microstrip line, it is possible to realize a converter that can be reduced in cost more easily than in the past. A single-sided mounting substrate having a dielectric substrate (13a) and a signal line (13) formed on the surface of the dielectric substrate (13a) is used as a microstrip line (13). Further, the conductor plate 12 and the back short block 14 are insulated from each other, and the formation of vias for short-circuiting them on the dielectric substrate 13a is omitted. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、導波管の導波モードとマイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換する変換器に関する。   The present invention relates to a converter that mutually converts a waveguide mode of a waveguide and a waveguide mode of a microstrip line.

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周波数帯域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。   With the demand for higher speed and larger capacity of wireless communication, the frequency band used for wireless communication has been increased. For this reason, the frequency of signals to be processed by wireless devices is also increasing. Specifically, it is necessary to process a high-frequency signal having a frequency (30 GHz or more and 300 GHz or less) corresponding to a millimeter wave.

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、回路基板に実装された集積回路に直接接続することができない。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。このような構成を採用する場合、導波管の導波モードとマイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換する変換器が必要になる。   An example of a transmission medium that can efficiently transmit such a high-frequency signal is a waveguide. However, the waveguide cannot be directly connected to the integrated circuit mounted on the circuit board. For this reason, a configuration in which a microstrip line is interposed between an integrated circuit and a waveguide is widely used. In the case of adopting such a configuration, a converter that mutually converts the waveguide mode of the waveguide and the waveguide mode of the microstrip line is required.

このような変換器としては、マイクロストリップ線路と、マイクロストリップ線路の裏面(グランドとして機能する面状導体が形成された面)に接合された導波管と、マイクロストリップ線路の表面(信号ラインとして機能する帯状導体が形成された面)に接合された導体ブロック(以下、「バックショートブロック」とも記載)とを備えたものが広く知られている。   Such a converter includes a microstrip line, a waveguide bonded to the back surface of the microstrip line (a surface on which a planar conductor functioning as a ground is formed), and the surface of the microstrip line (as a signal line). A device having a conductor block (hereinafter also referred to as “back short block”) joined to a surface on which a functioning strip-like conductor is formed is widely known.

また、特許文献1〜2には、誘電体基板内に形成された短絡導波路をバックショートとして用いた変換器が開示されている。特許文献1に記載の変換器において、導波管は、マイクロストリップ線路の裏面に、直接的に接続されている。一方、特許文献2に記載の変換器において、導波管は、マイクロストリップ線路の裏面に、開口が形成された基台を介して接続されている。   Patent Documents 1 and 2 disclose a converter using a short-circuited waveguide formed in a dielectric substrate as a back short. In the converter described in Patent Document 1, the waveguide is directly connected to the back surface of the microstrip line. On the other hand, in the converter described in Patent Document 2, the waveguide is connected to the back surface of the microstrip line via a base in which an opening is formed.

特開2008−193162号公報(2008年8月21日公開)JP 2008-193162 A (released on August 21, 2008) 特開2008−193243号公報(2008年8月21日公開)JP 2008-193243 A (released on August 21, 2008)

しかしながら、従来の変換器においては、表面に信号ラインが形成され、裏面にグランドが形成された両面実装基板を、マイクロストリップ線路として用いる構成が採用されていた。両面実装基板は、片面実装基板と比べて製造コストが高い。このため、従来の変換器には、低コスト化が困難であるという問題があった。   However, the conventional converter employs a configuration in which a double-sided mounting substrate having a signal line formed on the front surface and a ground formed on the back surface is used as a microstrip line. A double-sided mounting board is higher in manufacturing cost than a single-sided mounting board. For this reason, the conventional converter has a problem that it is difficult to reduce the cost.

また、従来の変換器においては、マイクロストリップ線路を構成する誘電体基板にビアを形成し、このビアを用いてバックショートを導波管(特許文献1)又は基台(特許文献2)と短絡する構成が採用さていた。誘電体基板へのビアの形成は、スパッタリングや鍍金などの工程を要するためコストが高い。したがって、この点も変換器の低コスト化を妨げる要因になっていた。   In the conventional converter, vias are formed in the dielectric substrate constituting the microstrip line, and the back short circuit is short-circuited to the waveguide (Patent Document 1) or the base (Patent Document 2) using the vias. The configuration to be adopted was adopted. The formation of vias on the dielectric substrate is expensive because it requires processes such as sputtering and plating. Therefore, this point is also a factor that hinders cost reduction of the converter.

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、導波管の導波モードとマイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換する変換器において、従来よりも低コスト化が容易な変換器を実現することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a converter that mutually converts a waveguide mode of a waveguide and a waveguide mode of a microstrip line at a lower cost than conventional ones. This is to realize a converter that can be easily realized.

上記課題を解決するために、本発明に係る変換器は、開口が形成された導体板と、管内が前記開口と連通するように、前記導体板の裏面に接合された導波管と、誘電体基板と前記誘電体基板の表面に形成された信号ラインとを有するマイクロストリップ線路であって、前記信号ラインの先端が前記開口と重なるように、前記誘電体基板の裏面が前記導体板の表面に接合されたマイクロストリップ線路と、底面及び側面に対して開口した凹部が形成された導体ブロックであって、前記信号ラインが前記側面から前記凹部に侵入するように、前記底面が前記誘電体基板の表面に接合された導体ブロックと、を備えており、前記導体板と前記導体ブロックとが互いに絶縁されている、ことを特徴とする。   In order to solve the above problems, a converter according to the present invention includes a conductor plate in which an opening is formed, a waveguide joined to the back surface of the conductor plate so that the inside of the tube communicates with the opening, and a dielectric. A microstrip line having a body substrate and a signal line formed on a surface of the dielectric substrate, wherein a back surface of the dielectric substrate is a surface of the conductor plate so that a tip of the signal line overlaps the opening. A conductor block having a microstrip line bonded to the bottom surface and a recess opened to the bottom surface and the side surface, wherein the bottom surface is the dielectric substrate so that the signal line enters the recess from the side surface. And a conductor block bonded to the surface of the conductor plate, wherein the conductor plate and the conductor block are insulated from each other.

上記の構成によれば、誘電体基板の裏面に導体板が接合されているので、誘電体基板の裏面にグランド層を形成しなくても、誘電体基板の表面に信号ラインが形成された片面実装基板をマイクロストリップ線路として機能させることができる。また、上記の構成によれば、導体ブロックは導体板から絶縁されているので、導体ブロックを導体板に短絡するためのビアを誘電体基板内に形成する必要がない。   According to the above configuration, since the conductor plate is joined to the back surface of the dielectric substrate, the signal line is formed on the surface of the dielectric substrate without forming a ground layer on the back surface of the dielectric substrate. The mounting substrate can function as a microstrip line. According to the above configuration, since the conductor block is insulated from the conductor plate, there is no need to form a via in the dielectric substrate for short-circuiting the conductor block to the conductor plate.

すなわち、上記の構成によれば、誘電体基板の裏面にグランド層を形成する必要もないし、誘電体基板の内部にビアを形成する必要もない。したがって、変換器の製造コストを容易に削減することができる。   That is, according to the above configuration, it is not necessary to form a ground layer on the back surface of the dielectric substrate, and it is not necessary to form a via in the dielectric substrate. Therefore, the manufacturing cost of the converter can be easily reduced.

なお、導体板の厚みは、導波管と信号ラインとの距離を挿入損失が最小となる距離(例えば、当該変換器の動作波長の中心周波数に対応する自由空間波長λの1/4)に調整するスペーサとしての機能を担い、特許文献2に記載の変換器における基台に相当する。   Note that the thickness of the conductor plate is set such that the distance between the waveguide and the signal line is a distance that minimizes the insertion loss (for example, 1/4 of the free space wavelength λ corresponding to the center frequency of the operating wavelength of the converter). It functions as a spacer to be adjusted, and corresponds to a base in the converter described in Patent Document 2.

本発明に係る変換器において、前記誘電体基板は、厚みが50μm以下である、ことが好ましい。   In the converter according to the present invention, it is preferable that the dielectric substrate has a thickness of 50 μm or less.

上記の構成によれば、導体ブロックと導体板との間に十分な容量結合を作ることができる。これにより、導体ブロックを導体板に短絡しなくても、導体ブロックの形状を適宜設計すれば、導体ブロックをバックショートとして機能させることができる。   According to said structure, sufficient capacitive coupling can be made between a conductor block and a conductor board. Thereby, even if it does not short-circuit a conductor block to a conductor board, if the shape of a conductor block is designed suitably, a conductor block can be functioned as a back short circuit.

本発明に係る変換器において、前記導体ブロックは、外形が直方体状であり、前記凹部は、平面視形状がT字型であり、前記凹部内の空間は、中央が開口した前壁、前記前壁に直交する1対の側壁、及び前記前壁に対向する後壁により四方を囲まれている、ことが好ましい。   In the converter according to the present invention, the conductor block has a rectangular parallelepiped shape, the recess has a T-shape in plan view, and the space in the recess has a front wall opened at the center, the front It is preferable that the four sides are surrounded by a pair of side walls orthogonal to the wall and a rear wall facing the front wall.

上記の構成によれば、導波管の導波領域を伝播した電磁波を効率的にマイクロストリップ線路に入射させること、及び、マイクロストリップ線路の導波領域を伝播した電磁波を効率的に導波管に入射させることができる。   According to the above configuration, the electromagnetic wave propagated through the waveguide region of the waveguide is efficiently incident on the microstrip line, and the electromagnetic wave propagated through the waveguide region of the microstrip line is efficiently guided into the waveguide. Can be made incident.

本発明に係る変換器においては、当該変換器の動作帯域の中心周波数に対応する自由空間波長で規格化した前記後壁の厚みが0.08以上0.48以下である、ことが好ましい。   In the converter according to the present invention, it is preferable that the thickness of the rear wall normalized by a free space wavelength corresponding to the center frequency of the operation band of the converter is 0.08 or more and 0.48 or less.

上記の構成によれば、広帯域に亘って挿入損失の低い変換器を実現することができる。   According to said structure, the converter with a low insertion loss is realizable over a wide band.

本発明に係る変換器においては、当該変換器の動作帯域の中心周波数に対応する自由空間波長で規格化した前記側壁の厚みが0.10以上0.30以下である、ことが好ましい。   In the converter according to the present invention, it is preferable that the thickness of the side wall normalized by a free space wavelength corresponding to the center frequency of the operation band of the converter is 0.10 or more and 0.30 or less.

上記の構成によれば、広帯域に亘って挿入損失の低い変換器を実現することができる。   According to said structure, the converter with a low insertion loss is realizable over a wide band.

本発明に係る変換器においては、当該変換器の動作帯域の中心周波数に対応する自由空間波長で規格化した前記前壁の厚みが0.25以上0.76以下である、ことが好ましい。   In the converter according to the present invention, it is preferable that the thickness of the front wall normalized by a free space wavelength corresponding to the center frequency of the operation band of the converter is 0.25 or more and 0.76 or less.

上記の構成によれば、広帯域に亘って挿入損失の低い変換器を実現することができる。   According to said structure, the converter with a low insertion loss is realizable over a wide band.

本発明によれば、導波管の導波モードとマイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換する変換器において、従来よりも低コスト化が容易な変換器を実現することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the converter which mutually converts the waveguide mode of a waveguide, and the waveguide mode of a microstrip line, the converter whose cost reduction is easier than before is realizable.

本発明の一実施形態に係る変換器の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the converter which concerns on one Embodiment of this invention. 図1に示す変換器の断面図である。It is sectional drawing of the converter shown in FIG. 第1の実施例に係る変換器が備える金属板の平面図である。It is a top view of the metal plate with which the converter concerning a 1st example is provided. 第1の実施例に係る変換器が備える樹脂基板の平面図である。It is a top view of the resin substrate with which the converter concerning the 1st example is provided. 第1の実施例に係る変換器が備えるバックショートブロックの三面図である。It is a three-plane figure of the back short block with which the converter concerning a 1st example is provided. 第1の実施例に係る変換器の挿入損失の周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of the insertion loss of the converter which concerns on a 1st Example. 第1の変形例に係る変換器が備えるバックショートブロックの平面図である。It is a top view of the back short block with which the converter concerning the 1st modification is provided. 第1の変形例に係る変換器の挿入損失の周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of the insertion loss of the converter concerning the 1st modification. 第1の変形例に係る変換器において挿入損失が−3dBを上回る周波数帯域の比帯域幅を示すグラフである。It is a graph which shows the specific bandwidth of the frequency band whose insertion loss exceeds -3 dB in the converter which concerns on a 1st modification. 第2の変形例に係る変換器が備えるバックショートブロックの平面図である。It is a top view of the back short block with which the converter concerning the 2nd modification is provided. 第2の変形例に係る変換器の挿入損失の周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of the insertion loss of the converter concerning the 2nd modification. 第2の変形例に係る変換器において挿入損失が−3dBを上回る周波数帯域の比帯域幅を示すグラフである。It is a graph which shows the specific bandwidth of the frequency band where insertion loss exceeds -3dB in the converter which concerns on a 2nd modification. 第3の変形例及び第4変形例に係る変換器が備えるバックショートブロックの平面図である。It is a top view of the back short block with which the converter concerning the 3rd modification and the 4th modification is provided. 第3の変形例に係る変換器の挿入損失の周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of the insertion loss of the converter concerning the 3rd modification. 第3の変形例に係る変換器において挿入損失が−3dBを上回る周波数帯域の比帯域幅を示すグラフである。It is a graph which shows the specific bandwidth of the frequency band where insertion loss exceeds -3dB in the converter which concerns on a 3rd modification. 第4の変形例に係る変換器の挿入損失の周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of the insertion loss of the converter which concerns on a 4th modification. 第4の変形例に係る変換器において挿入損失が−3dBを上回る周波数帯域の比帯域幅を示すグラフである。It is a graph which shows the specific bandwidth of the frequency band in which the insertion loss exceeds -3 dB in the converter which concerns on a 4th modification.

〔変換器の構成〕
本発明の一実施形態に係る変換器1の構成について、図1及び図2を参照して説明する。図1は、変換器1の分解斜視図であり、図2は、変換器1の断面図である。
[Construction of the converter]
The structure of the converter 1 which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG.1 and FIG.2. FIG. 1 is an exploded perspective view of the converter 1, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the converter 1.

変換器1は、図1に示すように、導波管11、導体板12、マイクロストリップ線路13、及びバックショートブロック14を備えおり、導波管11の導波モードとマイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換するための変換器として機能する。   As shown in FIG. 1, the converter 1 includes a waveguide 11, a conductor plate 12, a microstrip line 13, and a back short block 14, and the waveguide mode of the waveguide 11 and the waveguide of the microstrip line. It functions as a converter for converting between modes.

導波管11は、両端が開口した管状部材であり、図示した座標系において、その管軸がz軸と平行になるように配置される。導波管11の管壁11aは、金属などの導体からなり、誘電体で満たされた導波管11の内部は、電磁波を導波する導波領域11bとして機能する。本実施形態においては、導波管11として、空気で満たされた直方体状の導波領域11bを有する中空方形導波管を用いる。   The waveguide 11 is a tubular member that is open at both ends, and is arranged so that its tube axis is parallel to the z-axis in the illustrated coordinate system. The tube wall 11a of the waveguide 11 is made of a conductor such as metal, and the inside of the waveguide 11 filled with a dielectric functions as a waveguide region 11b that guides electromagnetic waves. In the present embodiment, a hollow rectangular waveguide having a rectangular parallelepiped waveguide region 11 b filled with air is used as the waveguide 11.

導体板12は、金属などの導体からなる板状部材であり、図示した座標系において、その主面がxy面と平行になるように配置される。導体板12には、開口12aが形成されている。z軸正方向から見た開口12aの平面視形状は、x軸に平行な長辺とy軸に平行な短辺とを有する長方形となる。上述した導波管11は、その管軸が導体板12の主面と直交するように、かつ、その導波領域11bと導体板12の開口12aとが連通するように、導体板12の裏面に接合される。   The conductor plate 12 is a plate-like member made of a conductor such as metal, and is arranged so that its main surface is parallel to the xy plane in the illustrated coordinate system. An opening 12 a is formed in the conductor plate 12. The planar view shape of the opening 12a viewed from the positive direction of the z-axis is a rectangle having a long side parallel to the x-axis and a short side parallel to the y-axis. The waveguide 11 described above has the back surface of the conductor plate 12 so that the tube axis thereof is orthogonal to the main surface of the conductor plate 12 and the waveguide region 11b and the opening 12a of the conductor plate 12 communicate with each other. To be joined.

マイクロストリップ線路13は、樹脂など誘電体からなる板状の誘電体基板13aと、誘電体基板13aの表(おもて)面に形成された、金属などの導体からなる帯状の信号ライン13bとにより構成されている。誘電体基板13aは、図示した座標系において、その主面がxy面と平行になるように配置さる。信号ライン13bは、図示した座標系において、y軸正方向に向かって伸び、その先端は、z軸正方向から見て導体板12の開口12aと重なる位置に至る。上述した導体板12は、その表(おもて)面が誘電体基板13aの裏面と接触するようにマイクロストリップ線路13に接合され、マイクロストリップ線路13のグランド層の役割を担う。信号ライン13bと導体板12とに挟まれた誘電体基板13a内の領域は、電磁波を導波する導波領域13cとして機能する。   The microstrip line 13 includes a plate-like dielectric substrate 13a made of a dielectric material such as a resin, and a belt-like signal line 13b made of a conductor such as a metal formed on the front surface of the dielectric substrate 13a. It is comprised by. The dielectric substrate 13a is arranged so that its main surface is parallel to the xy plane in the illustrated coordinate system. The signal line 13b extends in the y-axis positive direction in the illustrated coordinate system, and its tip reaches a position overlapping the opening 12a of the conductor plate 12 when viewed from the z-axis positive direction. The above-described conductor plate 12 is joined to the microstrip line 13 so that its front surface is in contact with the back surface of the dielectric substrate 13a, and serves as a ground layer for the microstrip line 13. A region in the dielectric substrate 13a sandwiched between the signal line 13b and the conductor plate 12 functions as a waveguide region 13c that guides electromagnetic waves.

バックショートブロック14は、底面及び側面に対して開口した凹部14aが形成された導体ブロックである。本実施形態においては、平面視形状がT字型の凹部14が形成された、外形が直方体状の金属ブロックを、バックショートブロック14として用いる。凹部14内の空間は、(1)中央が開口した前壁14b1と、(2)前壁14b1に直交する一対の側壁14b2と、(3)前壁14b1と対向する後壁14b3とに四方を囲まれている。バックショートブロック14は、その底面が誘電体基板13aの表(おもて)面と接触するように、かつ、信号ライン13bが前壁14b1の開口から凹部14a内に侵入するように、マイクロストリップ線路13に接合される。   The back short block 14 is a conductor block in which a recess 14a opened to the bottom surface and the side surface is formed. In the present embodiment, a metal block having a rectangular parallelepiped shape and having a T-shaped recess 14 in plan view is used as the back short block 14. The space in the recess 14 is divided into four sides: (1) a front wall 14b1 having an open center, (2) a pair of side walls 14b2 orthogonal to the front wall 14b1, and (3) a rear wall 14b3 facing the front wall 14b1. being surrounded. The back short block 14 is microstrip so that the bottom surface thereof is in contact with the front surface of the dielectric substrate 13a and the signal line 13b enters the recess 14a from the opening of the front wall 14b1. It is joined to the line 13.

なお、図1に示す座標系は、以下のように定められたものである。すなわち、(1)信号ライン13bの軸方向に平行な軸をy軸とする。y軸の向きは、信号ライン13bの根元から先端に向かう向きが正の向きとなるように定める。(2)信号ライン13bの厚み方向に平行な軸をz軸とする。z軸の向きは、誘電体基板13aから信号ライン13bに向かう向きが正の向きとなるように定める。(3)信号ライン13bの幅方向に平行な軸をx軸とする。x軸の向きは、このx軸が上述したy軸及びz軸と共に右手系を構成するように定める。   Note that the coordinate system shown in FIG. 1 is determined as follows. That is, (1) An axis parallel to the axial direction of the signal line 13b is taken as a y-axis. The direction of the y-axis is determined so that the direction from the root of the signal line 13b toward the tip is a positive direction. (2) The axis parallel to the thickness direction of the signal line 13b is taken as the z-axis. The direction of the z-axis is determined so that the direction from the dielectric substrate 13a toward the signal line 13b is a positive direction. (3) The axis parallel to the width direction of the signal line 13b is taken as the x-axis. The direction of the x axis is determined so that the x axis forms a right-handed system together with the y axis and the z axis described above.

また、本明細書においては、板状部材の表(ひょう)面を構成する6つの面のうち、最大の面積を有する2つの面を主面と呼び、残り4つの面を側面と呼ぶ。また、板状部材の2つの主面を互いに区別する場合には、一方を表(おもて)面と呼び、他方を裏面と呼ぶ。表(おもて)面及び裏面は、2つの主面を互いに区別するための便宜的な呼称に過ぎず、当該板状部材に対して何ら限定を加えるものではない。   In the present specification, of the six surfaces constituting the front surface of the plate-like member, the two surfaces having the largest area are referred to as main surfaces, and the remaining four surfaces are referred to as side surfaces. Moreover, when distinguishing two main surfaces of a plate-shaped member mutually, one side is called a front (front) surface and the other is called a back surface. The front surface and the back surface are merely convenient names for distinguishing the two main surfaces from each other, and do not limit the plate-like member.

〔変換器の機能〕
変換器1においては、以下のようにして、導波管11の導波モードがマイクロストリップ線路13の導波モードに変換される。すなわち、z軸負方向側の端部から導波管11に入力された電磁波は、導波管11の導波領域11bをz軸正方向に伝播する。導波管11の導波領域11bをz軸正方向に伝播した電磁波は、導体板12の開口12aを介して、マイクロストリップ線路13に入射する。マイクロストリップ線路13に入射した電磁波は、マイクロストリップ線路13の導波領域13cをy軸負方向に伝播する。マイクロストリップ線路13の導波領域13cをy軸負方向に伝播した電磁波は、マイクロストリップ線路13のy軸負方向側の端部から出力される。
[Function of the converter]
In the converter 1, the waveguide mode of the waveguide 11 is converted to the waveguide mode of the microstrip line 13 as follows. That is, an electromagnetic wave input to the waveguide 11 from the end on the negative side of the z axis propagates in the waveguide region 11b of the waveguide 11 in the positive direction of the z axis. The electromagnetic wave propagated in the positive z-axis direction through the waveguide region 11 b of the waveguide 11 enters the microstrip line 13 through the opening 12 a of the conductor plate 12. The electromagnetic wave incident on the microstrip line 13 propagates through the waveguide region 13c of the microstrip line 13 in the negative y-axis direction. The electromagnetic wave propagated in the y-axis negative direction through the waveguide region 13c of the microstrip line 13 is output from the end of the microstrip line 13 on the y-axis negative direction side.

また、変換器1においては、以下のようにして、マイクロストリップ線路13の導波モードが導波管11の導波モードに変換される。すなわち、y軸負方向側の端部からマイクロストリップ線路13に入力された電磁波は、マイクロストリップ線路13の導波領域13cをy軸正方向に伝播する。マイクロストリップ線路13の導波領域13cをy軸正方向に伝播した電磁波は、導体板12の開口12aを介して、導波管11に入射する。導波管11に入射した電磁波は、導波管11の導波領域11bをz軸負方向に伝播する。導波管11の導波領域11bをz軸負方向に伝播した電磁波は、導波管11のz軸負方向側の端部から出力される。   In the converter 1, the waveguide mode of the microstrip line 13 is converted to the waveguide mode of the waveguide 11 as follows. That is, the electromagnetic wave input to the microstrip line 13 from the end on the negative side in the y-axis propagates in the waveguide 13c of the microstrip line 13 in the positive y-axis direction. The electromagnetic wave propagated in the y-axis positive direction through the waveguide region 13 c of the microstrip line 13 enters the waveguide 11 through the opening 12 a of the conductor plate 12. The electromagnetic wave incident on the waveguide 11 propagates through the waveguide region 11b of the waveguide 11 in the negative z-axis direction. The electromagnetic wave that propagates in the waveguide region 11b of the waveguide 11 in the negative z-axis direction is output from the end of the waveguide 11 on the negative z-axis direction.

ここで、変換器1においては、信号ライン13bの先端がバックショートブロック14の凹部14aに収容されている。このため、導波管11の導波領域11bを伝播した電磁波を効率的にマイクロストリップ線路13に入射させること、及び、マイクロストリップ線路13の導波領域13cを伝播した電磁波を効率的に導波管11に入射させることが可能になる。すなわち、導体板12の導波モードをマイクロストリップ線路13の導波モードに変換する際、及び、マイクロストリップ線路13の導波モードを導体板12の導波モードに変換する際に生じる損失(以下、「挿入損失」と記載する)を小さく抑えることが可能になる。   Here, in the converter 1, the tip of the signal line 13 b is accommodated in the recess 14 a of the back short block 14. Therefore, the electromagnetic wave propagated through the waveguide region 11b of the waveguide 11 is efficiently incident on the microstrip line 13, and the electromagnetic wave propagated through the waveguide region 13c of the microstrip line 13 is efficiently guided. It becomes possible to enter the tube 11. That is, a loss (hereinafter referred to as loss generated when the waveguide mode of the conductor plate 12 is converted into the waveguide mode of the microstrip line 13 and when the waveguide mode of the microstrip line 13 is converted into the waveguide mode of the conductor plate 12. , Described as “insertion loss”).

〔変換器の特徴〕
本実施形態に係る変換器1において特徴的な点は、以下のとおりである。
[Features of the converter]
Characteristic points in the converter 1 according to the present embodiment are as follows.

すなわち、本実施形態に係る変換器1においては、裏面にグランド層が形成されていない片面実装基板をマイクロストリップ線路13として用いている。これにより、裏面にグランド層が形成された両面実装基板をマイクロストリップ線路として用いる従来の変換器と比べて、製造コストを抑えることができる。   That is, in the converter 1 according to the present embodiment, a single-sided mounting substrate in which a ground layer is not formed on the back surface is used as the microstrip line 13. Thereby, compared with the conventional converter which uses the double-sided mounting board | substrate with which the ground layer was formed in the back surface as a microstrip line, manufacturing cost can be held down.

ここで、裏面にグランド層が形成されていない片面実装基板をマイクロストリップ線路13として機能させることができるのは、誘電体基板13の裏面に接合された導体板12がグランド層の機能を担っているためである。   Here, the single-sided mounting substrate on which the ground layer is not formed on the back surface can function as the microstrip line 13 because the conductor plate 12 bonded to the back surface of the dielectric substrate 13 serves as the ground layer. Because it is.

また、本実施形態に係る変換器1においては、マイクロストリップ線路13を構成する誘電体基板13aの表裏に配置されたバックショートブロック14と導体板12とが互いに絶縁されている。これにより、マイクロストリップ線路を構成する誘電体基板の表裏に配置されたバックショートブロックと導体板とが、該誘電体基板に形成されたビアを介して互いに短絡されている従来の変換器と比べて、製造コストを抑えることができる。   Further, in the converter 1 according to the present embodiment, the back short block 14 and the conductor plate 12 disposed on the front and back of the dielectric substrate 13a constituting the microstrip line 13 are insulated from each other. As a result, the back short block and the conductor plate arranged on the front and back of the dielectric substrate constituting the microstrip line are short-circuited with each other through a via formed in the dielectric substrate. Manufacturing costs can be reduced.

ここで、バックショートブロック14と導体板12とを短絡するビアを省略することができるのは、バックショートブロック14と導体板12とが容量結合しているためである。発明者らが得た知見によれば、導体板12に短絡されていないバックショートブロック14であっても、その形状を十分に吟味すれば、十分に広い周波数帯域に亘って挿入損失を十分に小さく抑えることができる。   Here, the via that short-circuits the back short block 14 and the conductor plate 12 can be omitted because the back short block 14 and the conductor plate 12 are capacitively coupled. According to the knowledge obtained by the inventors, even if the back short block 14 is not short-circuited to the conductor plate 12, the insertion loss can be sufficiently reduced over a sufficiently wide frequency band if the shape is sufficiently examined. It can be kept small.

なお、マイクロストリップ線路13を構成する誘電体基板13aの厚みは、50μm以下であることが好ましい。以下に示す実施例及び変形例から明らかなように、誘電体基板13aの厚みが50μm以下であれば、誘電体基板13aの表裏に配置されたバックショートブロック14と導体板12との間に十分な容量結合が形成されるので、バックショートブロック14の形状を適宜設定することにより、十分に広い周波数帯域に亘って挿入損失を十分に小さく抑えることができる。   The thickness of the dielectric substrate 13a constituting the microstrip line 13 is preferably 50 μm or less. As is clear from the examples and modifications shown below, if the thickness of the dielectric substrate 13a is 50 μm or less, it is sufficient between the back short block 14 and the conductor plate 12 disposed on the front and back of the dielectric substrate 13a. Since the capacitive coupling is formed, the insertion loss can be sufficiently reduced over a sufficiently wide frequency band by appropriately setting the shape of the back short block 14.

〔実施例1〕
本実施形態に係る変換器1の第1の実施例について、図3〜図5を参照して説明する。
[Example 1]
A first example of the converter 1 according to this embodiment will be described with reference to FIGS.

本実施例に係る変換器1は、60GHz帯(60GHzを中心周波数とする周波数帯域)を動作帯域とするべく、図1に示す変換器1の各部を以下のごとく構成したものである。なお、この動作帯域の中心周波数(60GHz)に対応する自由空間波長λは、5.0mmである。   In the converter 1 according to the present embodiment, each part of the converter 1 shown in FIG. 1 is configured as follows so that the operating band is the 60 GHz band (frequency band having 60 GHz as a central frequency). The free space wavelength λ corresponding to the center frequency (60 GHz) of this operating band is 5.0 mm.

導波管11:中空方形導波管WR−15(EIA規格)を導波管11として用いた。   Waveguide 11: A hollow rectangular waveguide WR-15 (EIA standard) was used as the waveguide 11.

導体板12:厚みが100μmである銅板に、図3に示す形状を有する開口12aを形成し、これを導体板12として用いた。   Conductor plate 12: An opening 12a having a shape shown in FIG. 3 was formed on a copper plate having a thickness of 100 μm, and this was used as the conductor plate 12.

マイクロストリップ線路13:図4に示す形状を有する、比誘電率が3、誘電正接が0.003、厚みが50μmの液晶ポリマー基板を誘電体基板13aとして用いた。また、この誘電体基板13aの表(おもて)面に、図4に示す形状を有する銅箔を形成し、これを信号ライン13bとして用いた。   Microstrip line 13: A liquid crystal polymer substrate having the shape shown in FIG. 4 and having a relative dielectric constant of 3, a dielectric loss tangent of 0.003, and a thickness of 50 μm was used as the dielectric substrate 13a. Further, a copper foil having the shape shown in FIG. 4 was formed on the front surface of the dielectric substrate 13a, and this was used as the signal line 13b.

バックショートブロック14:バックショートブロック14として、図5に示す形状を有する銅塊を用いた。   Back short block 14: As the back short block 14, a copper block having the shape shown in FIG. 5 was used.

図6は、本実施例に係る変換器1における|S21|(Sパラメータの21成分)の周波数特性を示すグラフである。|S21|は、挿入損失の指標であり、値が大きいほど挿入損失が小さいことを意味する。なお、各周波数における|S21|の算出には、有限要素法解析シミュレータのHFSSを用いた。また、入出力端は導波管11の開口部とマイクロストリップ線路13の先端部としている。   FIG. 6 is a graph illustrating frequency characteristics of | S21 | (21 components of S parameter) in the converter 1 according to the present embodiment. | S21 | is an index of insertion loss, and means that the larger the value, the smaller the insertion loss. For calculating | S21 | at each frequency, HFSS of a finite element method analysis simulator was used. The input / output ends are the opening of the waveguide 11 and the tip of the microstrip line 13.

図6を参照すると、十分に広い帯域(60.3GHz以上65GHz以下)において、|S21|が一般的な要求水準である−3dBを上回っていることが分かる。   Referring to FIG. 6, it can be seen that | S21 | exceeds the general required level of −3 dB in a sufficiently wide band (60.3 GHz to 65 GHz).

〔変形例1〕
第1の実施例に係る変換器1の第1の変形例について、図7〜図9を参照して説明する。
[Modification 1]
A first modification of the converter 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

本変形例に係る変換器1は、第1の実施例に係る変換器1において、他の寸法を変更することなく、バックショートブロック14の後壁14b3の厚みyblk1(図7参照)を変更することにより得られたものである。側壁14b3の厚みyblk1を変更することによって、マイクロストリップ線路13の信号ライン13bにスタブを形成するのと同様の効果が得られる。   The converter 1 according to the present modification changes the thickness yblk1 (see FIG. 7) of the rear wall 14b3 of the back short block 14 without changing other dimensions in the converter 1 according to the first embodiment. It was obtained by this. By changing the thickness yblk1 of the side wall 14b3, an effect similar to that of forming a stub on the signal line 13b of the microstrip line 13 can be obtained.

図8は、側壁14b2の厚みyblk1を0.4mmから2.4mmまで変化させたとき、すなわち、動作帯域の中心周波数(60GHz)に対応する自由空間波長λ(5.0mm)で規格化した側壁14b2の厚みyblk1/λを0.08から0.48まで変化させたときに得られる、|S21|の周波数特性を示すグラフである。図9は、|S21|が−3dBを上回る比帯域幅FBW|S21|のyblk1/λ依存性を示すグラフである。   FIG. 8 shows the side wall normalized by the free space wavelength λ (5.0 mm) corresponding to the center frequency (60 GHz) of the operating band when the thickness yblk1 of the side wall 14b2 is changed from 0.4 mm to 2.4 mm. It is a graph which shows the frequency characteristic of | S21 | obtained when the thickness yblk1 / λ of 14b2 is changed from 0.08 to 0.48. FIG. 9 is a graph showing the yblk1 / λ dependency of the specific bandwidth FBW | S21 | in which | S21 | exceeds -3 dB.

図9を参照すると、0.10≦yblk1/λ≦0.30であるときに、比帯域幅FBWが10%を上回ること、すなわち、第1の実施例に係る変換器1と同様、広帯域に亘って挿入損失の低い変換器を実現できることが分かる。   Referring to FIG. 9, when 0.10 ≦ yblk1 / λ ≦ 0.30, the specific bandwidth FBW exceeds 10%, that is, in the same manner as the converter 1 according to the first embodiment, It can be seen that a converter with low insertion loss can be realized.

〔変形例2〕
第1の実施例に係る変換器1の第2の変形例について、図10〜図12を参照して説明する。
[Modification 2]
A second modification of the converter 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

本変形例に係る変換器1は、第1の実施例に係る変換器1において、他の寸法を変更することなく、バックショートブロック14の側壁14b2の厚みxblk1(図10参照)を変化させることにより得られたものである。側壁14b2の厚みxblk1を変更することによっても、マイクロストリップ線路13の信号ライン13bにスタブを形成するのと同様の効果が得られる。   The converter 1 according to the present modification changes the thickness xblk1 (see FIG. 10) of the side wall 14b2 of the back short block 14 without changing other dimensions in the converter 1 according to the first embodiment. Is obtained. By changing the thickness xblk1 of the side wall 14b2, an effect similar to that of forming a stub in the signal line 13b of the microstrip line 13 can be obtained.

図11は、側壁14b2の厚みxblk1を0.12mmから2.2mmまで変化させたとき、すなわち、動作帯域の中心周波数(60GHz)に対応する自由空間波長λ(5.0mm)で規格化した側壁14b2の厚みxblk1/λを0.12から0.44まで変化させたときに得られる、|S21|の周波数特性を示すグラフである。図12は、|S21|が−3dBを上回る比帯域幅FBW|S21|のxblk1/λ依存性を示すグラフである。   FIG. 11 shows the side wall normalized when the thickness xblk1 of the side wall 14b2 is changed from 0.12 mm to 2.2 mm, that is, the free space wavelength λ (5.0 mm) corresponding to the center frequency (60 GHz) of the operating band. 14 is a graph showing the frequency characteristics of | S21 | obtained when the thickness xblk1 / λ of 14b2 is changed from 0.12 to 0.44. FIG. 12 is a graph showing the xblk1 / λ dependency of the specific bandwidth FBW | S21 | in which | S21 | exceeds -3 dB.

図12を参照すると、0.10≦xblk1/λ≦0.52であるときに、比帯域幅FBWが10%を上回ること、すなわち、第1の実施例に係る変換器1と同様、広帯域に亘って挿入損失の低い変換器を実現できることが分かる。   Referring to FIG. 12, when 0.10 ≦ xblk1 / λ ≦ 0.52, the specific bandwidth FBW exceeds 10%, that is, as in the converter 1 according to the first embodiment, the bandwidth is wide. It can be seen that a converter with low insertion loss can be realized.

〔変形例3〕
第1の実施例に係る変換器1の第3の変形例について、図13〜図15を参照して説明する。
[Modification 3]
A third modification of the converter 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

本変形例に係る変換器1は、第1の実施例に係る変換器1において、他の寸法を変更することなく、バックショートブロック14の前壁14b1の厚みlbf(図13参照)を片側のみ変化させることにより得られたものである。前壁14b1の厚みlbfを片側のみ変更することによっても、マイクロストリップ線路13の信号ライン13bにスタブを形成するのと同様の効果が得られる。   The converter 1 according to this modification is the same as the converter 1 according to the first embodiment, except that the thickness lbf (see FIG. 13) of the front wall 14b1 of the back short block 14 is changed only on one side without changing other dimensions. It was obtained by changing. By changing the thickness lbf of the front wall 14b1 only on one side, an effect similar to that of forming a stub on the signal line 13b of the microstrip line 13 can be obtained.

図14は、前壁14b1の厚みlbfを片側のみ1.09mmから2.49mmまで変化させたとき、すなわち、動作帯域の中心周波数(60GHz)に対応する自由空間波長λ(5.0mm)で規格化した前壁14b1の厚みlbf/λを片側のみ0.218から0.498まで変化させたときに得られる、|S21|の周波数特性を示すグラフである。図15は、|S21|が−3dBを上回る比帯域幅FBW|S21|のlbf/λ依存性を示すグラフである。   FIG. 14 shows the standard when the thickness lbf of the front wall 14b1 is changed from 1.09 mm to 2.49 mm on only one side, that is, the free space wavelength λ (5.0 mm) corresponding to the center frequency (60 GHz) of the operating band. It is a graph which shows the frequency characteristic of | S21 | obtained when the thickness lbf / λ of the converted front wall 14b1 is changed from 0.218 to 0.498 only on one side. FIG. 15 is a graph showing the lbf / λ dependency of the specific bandwidth FBW | S21 | in which | S21 | exceeds -3 dB.

図15を参照すると、0.31≦lbf/λ≦0.43であるときに、比帯域幅FBWが10%を上回ること、すなわち、第1の実施例に係る変換器1と同様、広帯域に亘って挿入損失の低い変換器を実現できることが分かる。   Referring to FIG. 15, when 0.31 ≦ lbf / λ ≦ 0.43, the specific bandwidth FBW exceeds 10%, that is, as in the converter 1 according to the first embodiment, It can be seen that a converter with low insertion loss can be realized.

〔変形例4〕
第1の実施例に係る変換器1の第4の変形例について、図13、図16、及び図17を参照して説明する。
[Modification 4]
A fourth modification of the converter 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 13, 16, and 17. FIG.

本変形例に係る変換器1は、第1の実施例に係る変換器1において、他の寸法を変更することなく、バックショートブロック14の前壁14b1の厚みlbf(図13参照)を両側とも変化させることにより得られたものである。前壁14b1の厚みlbfを両側とも変更することによっても、マイクロストリップ線路13の信号ライン13bにスタブを形成するのと同様の効果が得られる。   The converter 1 according to this modification is the same as that of the converter 1 according to the first embodiment, with the thickness lbf (see FIG. 13) of the front wall 14b1 of the back short block 14 on both sides without changing other dimensions. It was obtained by changing. By changing the thickness lbf of the front wall 14b1 on both sides, an effect similar to that of forming a stub on the signal line 13b of the microstrip line 13 can be obtained.

図16は、前壁14b1の厚みlbfを両側とも1.09mmから3.49mmまで変化させたとき、すなわち、動作帯域の中心周波数(60GHz)に対応する自由空間波長λ(5.0mm)で規格化した前壁14b1の厚みlbfを両側とも0.218から0.698まで変化させたときに得られる、|S21|の周波数特性を示すグラフである。図17は、|S21|が−3dBを上回る帯域の比帯域幅FBW|S21|のlbf/λ依存性を示すグラフである。   FIG. 16 shows a standard when the thickness lbf of the front wall 14b1 is changed from 1.09 mm to 3.49 mm on both sides, that is, at a free space wavelength λ (5.0 mm) corresponding to the center frequency (60 GHz) of the operating band. It is a graph which shows the frequency characteristic of | S21 | obtained when the thickness lbf of the converted front wall 14b1 is changed from 0.218 to 0.698 on both sides. FIG. 17 is a graph showing the lbf / λ dependency of the specific bandwidth FBW | S21 | in the band where | S21 | exceeds -3 dB.

図17を参照すると、0.25≦lbf/λ≦0.76であるときに、比帯域幅FBWが10%を上回ること、すなわち、第1の実施例に係る変換器1と同様、広帯域に亘って挿入損失の低い変換器を実現できることが分かる。   Referring to FIG. 17, when 0.25 ≦ lbf / λ ≦ 0.76, the specific bandwidth FBW exceeds 10%, that is, as in the converter 1 according to the first embodiment, the bandwidth is wide. It can be seen that a converter with low insertion loss can be realized.

〔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。
[Additional Notes]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

本発明は、例えば、ミリ波帯に属する高周波信号を処理する高周波回路に利用することができる。   The present invention can be used, for example, in a high frequency circuit that processes a high frequency signal belonging to the millimeter wave band.

1 変換器
11 導波管
11a 管壁
11b 導波領域
12 導体板
12a 開口
13 マイクロストリップ線路
13a 誘電体基板
13b 信号ライン
13c 導波領域
14 バックショートブロック(導体ブロック)
14a 凹部
14b1 前壁
14b2 側壁
14b3 後壁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Converter 11 Waveguide 11a Tube wall 11b Waveguide area | region 12 Conductor plate 12a Opening 13 Microstrip line 13a Dielectric board | substrate 13b Signal line 13c Waveguide area | region 14 Back short block (conductor block)
14a Concave part 14b1 Front wall 14b2 Side wall 14b3 Rear wall

Claims (6)

開口が形成された導体板と、
管内が前記開口と連通するように、前記導体板の裏面に直接接合された導波管と、
誘電体基板と前記誘電体基板の表面に形成された信号ラインとを有する片面実装基板からなるマイクロストリップ線路であって、前記信号ラインの先端が前記開口と重なるように、前記誘電体基板の裏面が前記導体板の表面に直接接合されたマイクロストリップ線路と、
底面及び側面に対して開口した凹部が形成された導体ブロックであって、前記信号ラインが前記側面から前記凹部に侵入するように、前記底面が前記誘電体基板の表面に接合された導体ブロックと、を備えており、
前記導体板と前記導体ブロックとが互いに絶縁されている、
ことを特徴とする変換器。
A conductor plate in which an opening is formed;
A waveguide directly joined to the back surface of the conductor plate so that the inside of the tube communicates with the opening;
A microstrip line comprising a single-sided mounting substrate having a dielectric substrate and a signal line formed on the surface of the dielectric substrate, wherein the back surface of the dielectric substrate is arranged such that the tip of the signal line overlaps the opening. A microstrip line directly bonded to the surface of the conductor plate;
A conductor block formed with a recess opened to the bottom surface and the side surface, wherein the bottom surface is joined to the surface of the dielectric substrate so that the signal line enters the recess from the side surface; , And
The conductor plate and the conductor block are insulated from each other;
A converter characterized by that.
前記誘電体基板は、厚みが50μm以下である、
ことを特徴とする請求項1に記載の変換器。
The dielectric substrate has a thickness of 50 μm or less.
The converter according to claim 1.
前記導体ブロックは、外形が直方体状であり、
前記凹部は、平面視形状がT字型であり、
前記凹部内の空間は、中央が開口した前壁、前記前壁に直交する1対の側壁、及び前記前壁に対向する後壁により四方を囲まれている、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の変換器。
The conductor block has a rectangular parallelepiped shape,
The concave portion has a T-shape in plan view,
The space in the recess is surrounded on all sides by a front wall having an open center, a pair of side walls perpendicular to the front wall, and a rear wall facing the front wall.
The converter according to claim 1 or 2, characterized by the above-mentioned.
当該変換器の動作帯域の中心周波数に対応する自由空間波長で規格化した前記後壁の厚みが0.08以上0.48以下である、
ことを特徴とする請求項3に記載の変換器。
The thickness of the rear wall normalized by a free space wavelength corresponding to the center frequency of the operating band of the converter is 0.08 or more and 0.48 or less.
The converter according to claim 3.
当該変換器の動作帯域の中心周波数に対応する自由空間波長で規格化した前記側壁の厚みが0.10以上0.30以下である、
ことを特徴とする請求項3〜4の何れか1項に記載の変換器。
The thickness of the side wall normalized by the free space wavelength corresponding to the center frequency of the operating band of the converter is 0.10 or more and 0.30 or less.
The converter of any one of Claims 3-4 characterized by the above-mentioned.
当該変換器の動作帯域の中心周波数に対応する自由空間波長で規格化した前記前壁の厚みが0.25以上0.76以下である、
ことを特徴とする請求項3〜5に何れか1項に記載の変換器。
The thickness of the front wall normalized by a free space wavelength corresponding to the center frequency of the operating band of the converter is 0.25 or more and 0.76 or less,
The converter according to any one of claims 3 to 5, wherein:
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