JP6013577B1

JP6013577B1 - 変換器

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Publication number: JP6013577B1
Application number: JP2015205656A
Authority: JP
Inventors: 亮平細野; 官　寧; 寧官
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2015-10-19
Filing date: 2015-10-19
Publication date: 2016-10-25
Anticipated expiration: 2035-10-19
Also published as: JP2017079372A

Abstract

【課題】変換器内に形成されるパッチアンテナの共振に起因して生じる２以上の周波数における透過特性の劣化を同時に抑制することが可能な変換器を実現する。【解決手段】変換器（１）は、導波管（１１）と、ポスト壁導波路（１２）と、マイクロストリップ線路（１３）と、を備えている。マイクロストリップ線路（１３）を構成する誘電体層（１０４）に形成された、開口（１０３ａ）と重なる領域を帯状導体（１０５）と重なる部分を除いて取り囲むポスト壁（１０４ａ）を構成する各導体ポスト（１０４ａｊ）は、ポスト壁導波路（１２）を構成する誘電体層（１０２）に形成された、開口（１０１ａ）と重なる領域を取り囲むポスト壁（１０２ａ）を構成する何れの導体ポスト（１０２ａｉ）とも不連続である。【選択図】図１

Description

本発明は、導波管とマイクロストリップ線路とを接続するための変換器、すなわち、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。

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、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、基板に搭載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、導波管とマイクロストリップ線路との接続を低損失に実現することが重要になる。

マイクロストリップ線路と導波管とを接続するための構成としては、例えば、特許文献１に記載の変換器が知られている。特許文献１に記載の変換器は、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）に導波管を接続すると共に、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）にバックショートを設けたものである。特許文献１に記載の変換器においては、誘電体基板内に形成された短絡導波路（以下、「誘電体導波路」と記載）をバックショートとして用いている。

導波管とマイクロストリップ線路との接続を低損失に実現するためには、導波管とマイクロストリップ線路との間で生じる反射を抑制する必要がある。そして、導波管とマイクロストリップ線路との間で生じる反射を最小化するためには、マイクロストリップ線路を構成する帯状導体の先端から導波管の入口までの距離を、伝送する電磁波の波長に応じて最適化する必要がある。

しかしながら、特許文献１に記載の変換器のように、導波管をマイクロストリップ線路の裏面に直接接続する場合、マイクロストリップ線路を構成する帯状導体の先端から導波管の入口までの距離を自由に変更することができない。何故なら、マイクロストリップ線路を構成する帯状導体の先端から導波管の入口までの距離を変更するためには、マイクロストリップ線路を構成する誘電体基板の厚みを変化させるしかなく、そうすると、マイクロストリップ線路のインピーダンスが所望の値から外れてしまうためである。

このような問題を考慮のうえ考案された変換器としては、例えば、特許文献２に記載の変換器がある。特許文献２に記載の変換器は、ポスト壁導波路を介して導波管をマイクロストリップ線路の裏面に接続すると共に、バックショートをマイクロストリップ線路の表面に設けたものである。特許文献２に記載の変換器においては、マイクロストリップ線路と導波管とがポスト壁導波路を介して接続されているので、ポスト壁導波路を構成する誘電体層の厚みを変更することによって、マイクロストリップ線路を構成する帯状導体の先端から導波管の入口までの距離を自由に変更することができる。

特開２００８−１９３１６２号公報（２００８年８月２１日公開）特許第５６９７７７９号公報（２０１５年２月２０日登録）

しかしながら、特許文献２に記載の変換器においては、特定の周波数において透過特性の劣化が生じることを、本願発明者らは見出した。

図１６は、特許文献２に記載の変換器におけるＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。｜Ｓ１１｜は、変換器の反射特性を表すパラメータであり、｜Ｓ２１｜は、変換器の透過特性を表すパラメータである。図１６に示したグラフによれば、５３ＧＨｚ及び６４．５ＧＨｚにおいて｜Ｓ２１｜の落ち込みが生じていることが確かめられる。すなわち、５３ＧＨｚ及び６４．５ＧＨｚにおいて透過特性の劣化が生じていることが確かめられる。

以下、このような透過特性の劣化が生じる理由について説明する。

特許文献２に記載の変換器は、（１）導波管と、（２）第１の誘電体層、並びに、前記第１の誘電体層を介して互いに対向する第１の面状導体及び第２の面状導体を有するポスト壁導波路であって、前記第１の面状導体に形成された第１の開口を介して前記導波管に接続されたポスト壁導波路と、（３）第２の誘電体層、並びに、前記第２の誘電体層を介して互いに対向にする前記第２の面状導体及び帯状導体を有するマイクロストリップ線路であって、前記第２の面状導体に形成された第２の開口を介して前記ポスト壁導波路に接続されたマイクロストリップ線路と、を備えている。そして、（４）前記第１の誘電体層には、前記第１の開口と重なる領域を取り囲む第１のポスト壁が形成されており、（５）前記第２の誘電体層には、前記第２の開口と重なる領域を、前記帯状導体と重なる部分を除いて取り囲む第２のポスト壁が形成されている。ここで、前記第２のポスト壁を構成する各導体ポストは、前記第１の誘電体層及び前記第２の誘電体層を貫通するスルービアとして、前記第１のポスト壁を構成する導体ポストの何れかと一体成形されている。

このような構成を採用した場合、第１の面状導体の第１のポスト壁に囲まれた部分及び第２の面状導体の第２のポスト壁に囲まれた部分の各々がパッチアンテナを構成し、これらのパッチアンテナが励振して電磁波を放射することがある。このような放射が起こると、透過特性の劣化が生じる。

図１７の（ａ）は、ポスト壁導波路を構成する第１の誘電体内の５３ＧＨｚにおける電界振幅分布を示すグラフであり、図１７の（ｂ）は、ポスト壁導波路を構成する第１の誘電体内の６４．５ＧＨｚにおける電界振幅分布を示すグラフである。図１７に示したグラフによれば、透過特性の劣化が生じる５３ＧＨｚ及び６４．５ＧＨｚにおいて、実際に電磁波の放射が生じていることが確かめられる。

図１８の（ａ）は、５３ＧＨｚにおける第１の面状導体の電流振幅分布を表すグラフであり、図１８の（ｂ）は、５３ＧＨｚにおける第２の面状導体の電流振幅分布を表すグラフである。図１８の（ｃ）は、６４．５ＧＨｚにおける第１の面状導体の電流振幅分布を表すグラフであり、図１８の（ｄ）は、６４．５ＧＨｚにおける第２の面状導体の電流振幅分布を表すグラフである。

図１８の（ｂ）に示すグラフで白い鎖線で囲まれた部分、及び、図１８の（ｃ）に示すグラフで白い鎖線で囲まれた部分において、正弦的な電流部分布が定在していることが見て取れる。すなわち、透過特性の劣化が生じる５３ＧＨｚという周波数が、上述したパッチアンテナの共振周波数のうち、第２の面状導体の第２のポスト壁に囲まれた部分に定在する正弦波的な電流分布により特徴付けられる共振周波数に他ならないことが分かる。また、透過特性の劣化が生じる６４．５ＧＨｚという周波数が、上述したパッチアンテナの共振周波数のうち、第１の面状導体の第１のポスト壁に囲まれた部分に定在する正弦波的な電流分布により特徴付けられる共振周波数に他ならないことが分かる。

したがって、上述した透過特性の劣化を避けるためには、第１のポスト壁を形成する位置を変更して６４．５ＧＨｚにおける共振を排除すると共に、第２のポスト壁を形成する位置を変更して５３ＧＨｚにおける共振を排除すればよい。ところが、特許文献２に記載の変換器において、第２のポスト壁を構成する各導体ポストは、第１の誘電体層及び第２の誘電体層を貫通するスルービアとして、第１のポスト壁を構成する導体ポストの何れかと一体成形されている。したがって、第１のポスト壁を構成する位置と第２のポスト壁を形成する位置を独立に変更することができない。このため、６４．５ＧＨｚにおいて生じる透過特性の劣化と、５３ＧＨｚにおいて生じる透過特性の劣化とを、同時に抑制することができない。

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、変換器内に形成されるパッチアンテナの共振に起因して生じる２以上の周波数における透過特性の劣化を同時に抑制することが可能な変換器を実現することにある。

本発明に係る変換器は、導波管と、第１の誘電体層、並びに、前記第１の誘電体層を介して互いに対向する第１の面状導体及び第２の面状導体を有するポスト壁導波路であって、前記第１の面状導体に形成された第１の開口を介して前記導波管に接続されたポスト壁導波路と、第２の誘電体層、並びに、前記第２の誘電体層を介して互いに対向にする前記第２の面状導体及び帯状導体を有するマイクロストリップ線路であって、前記第２の面状導体に形成された第２の開口を介して前記ポスト壁導波路に接続されたマイクロストリップ線路と、を備えており、前記第１の誘電体層には、前記第１の開口と重なる領域を取り囲む第１のポスト壁が形成されており、前記第２の誘電体層には、前記第２の開口と重なる領域を、前記帯状導体と重なる部分を除いて取り囲む第２のポスト壁が形成されており、前記第２のポスト壁を構成する各導体ポストは、前記第１のポストを構成する何れの導体ポストとも不連続である、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、前記第１のポスト壁を構成する位置と前記第２のポスト壁を形成する位置とを独立に変更することができる。したがって、前記第１の誘電体層を介して対向する前記第１の面状導体及び前記２の面状導体により構成されるパッチアンテナの共振のうち、前記第１の面状導体の前記第１のポスト壁に囲まれた部分に定在する正弦波的な電流分布により特徴付けられる第１の共振と、前記第２の面状導体の前記第２のポスト壁に囲まれた部分に定在する正弦波的な電流分布により特徴付けられる第２の共振とを、同時に抑制することができる。これにより、前記第１の共振に起因する透過特性の劣化と、前記第２の共振に起因する透過特性の劣化とを、同時に抑制することができる。

本発明に係る共振器において、前記第１の開口は、前記帯状導体に直交する長辺と前記帯状導体に平行な短辺とを有する長方形状であり、前記第１の誘電体層の前記第１の面状導体が形成された面における、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、前記第１の開口の長辺と前記第１のポスト壁との間隔、及び、前記第１の開口の短辺と前記第１のポスト壁との間隔は、０．０６３以下である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、前記第１の共振に起因する透過係数｜Ｓ２１｜の落ち込みを、−２ｄＢ以下に抑えることができる。

本発明に係る共振器において、前記第２の開口は、前記帯状導体に直交する長辺と前記帯状導体に平行な短辺とを有する長方形状であり、前記第２の誘電体層の前記第２の面状導体が形成された面における、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、前記第２の開口の短辺と第２の前記ポスト壁との間隔は、０．０１５以上０．１６以下である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、前記第２の共振に起因する透過係数｜Ｓ２１｜の落ち込みを、−２ｄＢ以下に抑えることができる。

本発明に係る変換器において、前記第２の開口は、前記帯状導体に直交する長辺と前記帯状導体に平行な短辺とを有する長方形状であり、前記第２のポスト壁は、前記帯状導体と平行な第１の壁面及び第の２壁面と、前記第１の壁面及び前記第２の壁面に直交し、左縁が第１の壁面の前縁に連なり、右縁が前記第２平面の前端に連なる第３の壁面と、前記第１の壁面に直交し、左縁が前記第１の壁面の後縁に連なる第４の壁面と、前記第２の壁面に直交し、右縁が前記第２の壁面の後縁に連なる第５の壁面と、前記第４の壁面に直交し、後縁が前記第４の壁面の右縁に連なる第６の壁面と、前記第５の壁面に直交し、後縁が前記第５の壁面の左縁に連なる第７の壁面と、により構成されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、前記第２の共振に起因する透過係数｜Ｓ２１｜の落ち込みを、生じさせないことができる。

本発明によれば、変換器内に形成されるパッチアンテナの共振に起因して生じる２以上の周波数における透過特性の劣化を同時に抑制することが可能な変換器を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る変換器の分解斜視図である。図１に示す変換器の断面図である。図１に示す変換器が備える第１の面状導体の平面図である。図１に示す変換器が備える第２の面状導体の平面図である。図１に示す変換器が備える帯状導体及びＣ字状導体の平面図である。図１に示す変換器が備える導体ブロックの三面図である。図１に示す変換器の特性を示すグラフである。具体的には、間隔ｄｘ１を、ｄｘ１＝５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍとしたときに得られる｜Ｓ２１｜の周波数特性を示すグラフである。図１に示す変換器の特性を示すグラフである。具体的には、６０ＧＨｚにおける｜Ｓ２１｜の間隔ｄｘ１（＝ｄｙ１）依存性を示すグラフである。図１に示す変換器が備える帯状導体及びＣ字状導体の平面図である。図１に示す変換器（図９に示す帯状導体及びＣ字状導体を採用）の特性を示すグラフである。具体的には、間隔ｄｘ２を、ｄｘ２＝０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍ、５００μｍ、６００μｍ、７００μｍ、８００μｍとしたときに得られる｜Ｓ２１｜の周波数特性を示すグラフである。図１に示す変換器（図９に示す帯状導体及びＣ字状導体を採用）の特性を示すグラフである。具体的には、６０ＧＨｚにおける｜Ｓ２１｜の間隔ｄｘ２依存性を示すグラフである。図１に示す変換器が備える第２の面状導体の平面図である。図１に示す変換器が備える帯状導体及びＣ字状導体の平面図である。図１に示す変換器（図１２に示す第２の面状導体並びに図１３に示す帯状導体及びＣ字状導体を採用）の特性を示すグラフである。具体的には、間隔ｄｘ３を、ｄｘ３＝５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍとしたときに得られる｜Ｓ２１｜の周波数特性を示すグラフである。図１に示す変換器（図１２に示す第２の面状導体並びに図１３に示す帯状導体及びＣ字状導体を採用）の特性を示すグラフである。具体的には、６０ＧＨｚにおける｜Ｓ２１｜の間隔ｄｘ３依存性を示すグラフである。特許文献２に記載の変換器の入出力特性を示すグラフである。（ａ）は、特許文献２に記載の変換器に関し、ポスト壁導波路を構成する第１の誘電体内の５３ＧＨｚにおける電界振幅分布を示すグラフであり、（ｂ）は、特許文献２に記載の変換器に関し、ポスト壁導波路を構成する第１の誘電体内の６４．５ＧＨｚにおける電界振幅分布を示すグラフである。（ａ）は、特許文献２に記載の変換器に関し、５３ＧＨｚにおける第１の面状導体の電流振幅分布を表すグラフであり、（ｂ）は、特許文献２に記載の変換器に関し、５３ＧＨｚにおける第２の面状導体の電流振幅分布を表すグラフであり、（ｃ）は、特許文献２に記載の変換器に関し、６４．５ＧＨｚにおける第１の面状導体の電流振幅分布を表すグラフであり、（ｄ）は、特許文献２に記載の変換器に関し、６４．５ＧＨｚにおける第２の面状導体の電流振幅分布を表すグラフである。

〔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。

変換器１は、図１に示すように、導波管１１、ポスト壁導波路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を備えており、導波管１１の導波モードとマイクロストリップ線路１３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。

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。より具体的には、ＥＩＡ規格の方形導波管ＷＲ−１５を用いる。

ポスト壁導波路１２は、第１の誘電体層１０２、並びに、第１の誘電体層１０２を介して互いに対向する第１の面状導体１０１及び第２の面状導体１０３を有している。ポスト壁導波路１２は、図示した座標系において、第１の面状導体１０１及び第２の面状導体がｘｙ面と平行になるように配置される。

第１の面状導体１０１には、第１の開口１０１ａが形成されている。また、第１の誘電体層１０２には、Ｎ個の導体ポスト１０２ａ１，１０２ａ２，…，１０２ａＮからなり、第１の誘電体層１０２において第１の開口１０１ａと重なる領域を取り囲む第１のポスト壁１０２ａが形成されている。第１のポスト壁１０２ａを構成する各導体ポスト１０２ａｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、その下端が第１の面状導体１０１に接続され、その上端が第２の面状導体１０３に接続された円筒状導体（例えば、第１の面状導体１０１及び第１の誘電体層１０２を貫通する貫通孔の壁面に形成された導体メッキ）である。第１の面状導体１０１と第２の面状導体１０３とは、これらの導体ポスト１０２ａｉによって短絡されている。

第１の面状導体１０１に形成された第１の開口１０１ａの形状は、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である。ポスト壁導波路１２においては、第１の誘電体層１０２において第１のポスト壁１０２ａにより四方を取り囲まれた領域が、電磁波を導波する導波領域１０２ｂとして機能する。導波領域１０２ｂは、第１の開口１０１ａを介して、導波管１１の導波領域１１ｂと連通している。すなわち、ポスト壁導波路１２は、第１の開口１０１ａを介して、導波管１１と電磁気的に接続されている。

マイクロストリップ線路１３は、第２の誘電体層１０４、並びに、第２の誘電体層１０４を介して互いに対向する第２の面状導体１０３及び帯状導体１０５を有している。加えて、第２の誘電体層１０４を介して第２の面状導体１０３に対向するＣ字状導体１０６を有している。帯状導体１０５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軸正方向から見て第１の誘電体層１０２の導波領域１０２ｂと重なる位置に至る。Ｃ字状導体１０６は、帯状導体１０５の先端を三方から取り囲むように配置される。マイクロストリップ線路１３においては、第２の誘電体層１０４のうち、帯状導体１０５及び第２の面状導体１０３により上下を挟まれた領域が、電磁波を導波する導波領域１０４ｂとして機能する。

第２の面状導体１０３には、第２の開口１０３ａが形成されている。また、第２の誘電体層１０４には、Ｍ個の導体ポスト１０４ａ１，１０４ａ２，…，１０４ａＭからなり、第２の誘電体層１０４において第２の開口１０３ａと重なる領域を帯状導体１０５と重なる部分を除いて取り囲む第２のポスト壁１０４ａが形成されている。第２のポスト壁１０４ａを構成する各導体ポスト１０４ａｊ（ｊ＝１，２，…，Ｍ）は、その下端が第２の面状導体１０３に接続され、その状態がＣ字状導体１０６に接続された円筒状導体（例えば、第２の面状導体１０３及び第２の誘電体層１０４を貫通する貫通孔の壁面に形成された導体メッキ）である。第２の面状導体１０３とＣ字状導体１０６とは、これらの導体ポスト１０４ａｉによって短絡されている。

第２の面状導体１０３に形成された第２の開口１０３ａの形状は、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である。マイクロストリップ線路１３の導波領域１０４ｂは、第２の開口１０３ａを介してポスト壁導波路１２の導波領域１０２ｂと連通している。すなわち、マイクロストリップ線路１３は、この開口１０３ａを介してポスト壁導波路１２と電磁気的に接続されている。

なお、第２の面状導体１０３に形成された第２の開口１０３ａのサイズは、第１の面状導体１０１に形成された第１の開口１０１ａのサイズ以下である。すなわち、第２の開口１０３ａの長辺の長さは、第１の開口１０１ａの長辺の長さ以下であり、第２の開口１０３ａの短辺の長さは、第１の開口１０１ａの短辺の長さ以下である。

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が形成された塊状導体である。本実施形態においては、平面視形状がＴ字型の凹部１４ａ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。バックショートブロック１４は、その底面が第２の誘電体層１０４上に形成されたＣ字状導体１０６と接触するように、かつ、その側面から帯状導体１０５が凹部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。

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）帯状導体１０５の軸方向に平行な軸をｙ軸とする。ｙ軸の向きは、帯状導体１０５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）帯状導体１０５の厚み方向に平行な軸をｚ軸とする。ｚ軸の向きは、帯状導体１０５から第２の面状導体１０３に向かう向きが負の向きとなるように定める。（３）帯状導体１０５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。

〔変換器の機能〕
本実施形態に係る変換器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軸正方向に導波される。そして、導波管１１の導波領域１１ｂをｚ軸正方向に導波された電磁波は、第１の面状導体１０１に形成された開口１０１ａを介して、ポスト壁導波路１２に入射する。このようにしてポスト壁導波路１２に入射した電磁波は、ポスト壁導波路１２の導波領域１０２ｂをｚ軸正方向に導波される。そして、ポスト壁導波路１２の導波領域１０２ｂをｚ軸正方向に導波された電磁波は、第２の面状導体１０３に形成された開口１０３ａを介してマイクロストリップ線路１３に入射する。このようにして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１０４ｂをｙ軸負方向に導波される。そして、マイクロストリップ線路１３の導波領域１０４ｂをｙ軸負方向に導波された電磁波は、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。

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１０４ｂをｙ軸正方向に導波される。そして、マイクロストリップ線路１３の導波領域１０４ｂをｙ軸正方向に導波された電磁波は、第２の面状導体１０３に形成された開口１０３ａを介してポスト壁導波路１２に入射する。このようにしてポスト壁導波路１２に入射した電磁波は、ポスト壁導波路１２の導波領域１０２ｂをｚ軸負方向に導波される。そして、ポスト壁導波路１２の導波領域１０２ｂをｚ軸負方向に導波された電磁波は、第１の面状導体１０１に形成された開口１０１ａを介して、導波管１１に入射する。このようにして導波管１１に入射した電磁波は、導波管１１の導波領域１１ｂをｚ軸負方向に導波される。そして、導波管１１の導波領域１１ｂをｚ軸負方向に導波された電磁波は、導波管１１のｚ軸負方向側の端部から出力される。

ここで、変換器１においては、第２の誘電体層１０４において帯状導体１０５の先端部と第２の面状導体１０３とに挟まれた領域（すなわち、導波領域１０４ｂの先端部）がポスト壁１０４ａにより三方を取り囲まれており、更に、第２の誘電体層１０４においてポスト壁１０４ａにより三方を取り囲まれた領域の上方にバックショートブロック１４が配置されている。このため、ポスト壁導波路１２を導波され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を導波された電磁波を効率的にポスト壁導波路１２に入射させることが可能になる。すなわち、ポスト壁導波路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の導波モードをポスト壁導波路１２の導波モードに変換する際に生じ得る損失を小さく抑えることが可能になる。

〔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。

すなわち、従来の変換器においては、第２のポスト壁を構成する各導体ポストが、第１の誘電体層及び第２の誘電体層を貫通するスルービアとして、第１のポスト壁を構成する何れかの導体ポストと一体成形されている。別の言い方をすれば、第２のポスト壁を構成する各導体ポストは、第１のポスト壁を構成する何れかの導体ポストと連続している。さらに別の言い方をすれば、第２のポスト壁を構成する各導体ポストは、平面視したときに第１のポスト壁を構成する何れかの導体ポストと重なる位置に形成されている。したがって、従来の変換器においては、第１のポスト壁の形状と第２のポスト壁の形状とを、互いに独立に変更することができない。

これに対して、本実施形態に係る変換器１においては、第２のポスト壁１０４ａを構成する各導体ポスト１０４ａｊが、第２の誘電体層１０４のみを貫通するブラインドビアであり、第１のポスト壁１０２ａを構成する何れの導体ポスト１０２ａｉとも一体成形されていない。別の言い方をすれば、第２のポスト壁１０４ａを構成する各導体ポスト１０４ａｊは、第１のポスト壁１０２ａを構成する何れの導体ポスト１０２ａｉとも連続していない（不連続である）。さらに別の言い方をすれば、第２のポスト壁１０４ａを構成する各導体ポスト１０４ａｊは、平面視したときに第１のポスト壁１０２ａを構成する何れの導体ポスト１０２ａｉとも重ならない位置に形成されている。したがって、本実施形態に係る変換器１においては、第１のポスト壁１０２ａの形状と第２のポスト壁１０４ａの形状とを、互いに独立に変更することができる。

上述したように、第１の面状導体１０１の第１のポスト壁１０２ａよりも内側の部分に正弦波的な電流分布が形成されることに起因して、或る特定の周波数において透過係数｜Ｓ２１｜の減衰が生じることがある。本実施形態に係る変換器１においては、このような透過係数｜Ｓ２１｜の減衰を、第１のポスト壁１０２ａの形状を変更することによって抑制することができる。また、第２の面状導体１０３の第２のポスト壁１０４ａよりも内側の部分に正弦波的な電流分布が形成される起因して、他の特定の周波数において透過係数｜Ｓ２１｜の減衰が生じることがある。本実施形態に係る変換器１においては、このような透過係数｜Ｓ２１｜の減衰を、第２のポスト壁１０４ａの形状を変更することによって抑制することができる。

従来の変換器のように、第１のポスト壁の形状と第２のポスト壁の形状とを互いに独立に変更することができない場合、一方の周波数における透過係数｜Ｓ２１｜の減衰を抑制することはできても、両方の周波数における透過係数｜Ｓ２１｜の減衰を同時に抑制することはできない。これに対して、本実施形態に係る変換器１のように、第１のポスト壁１０２ａの形状と第２のポスト壁１０４ａの形状とを互いに独立に変更することができる場合、両方の周波数における透過係数｜Ｓ２１｜の減衰を同時に抑制することができる。

〔各部の具体的形状〕
本実施形態に係る変換器１が備える各部の具体的形状について、図３〜図６を参照して説明する。図３は、第１の面状導体１０１の平面図であり、図４は、第２の面状導体１０３の平面図であり、図５は、帯状導体１０５及びＣ字状導体１０６の平面図であり、図６は、バックショートブロック１４の三面図である。変換器１の各部は、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、以下のように構成されている。

導波管１１：方形導波管ＷＲ−１５（ＥＩＡ規格）を導波管１１として用いる。

第１の面状導体１０１：銅箔を第１の誘電体層１０２の下面に形成し、これを第１の面状導体１０１として用いる。第１の面状導体１０１、及び、第１の開口１０１ａの形状及び寸法は、図３に示すとおりである。なお、第１の開口１０１ａの短辺と第１のポスト壁１０２ａとの間隔ｄｘ１、及び、第１の開口１０１ａの長辺と第１のポスト壁１０２ａとの間隔ｄｙ１については、図示した値（０．１５ｍｍ及び０．２９ｍｍ）を基本とするが、変更可能なパラメータとして扱う。間隔ｄｘ１及び間隔ｄｙ１の好適範囲については、参照する図面を代えて後述する。

第１の誘電体層１０２：比誘電率が３、誘電正接が０．００３、厚みが５００μｍである液晶ポリマー基板を第１の誘電体層１０２として用いる。また、第１の面状導体１０１及び第１の誘電体層１０２を貫通する直径１００μｍのブラインドビアを形成し、これを導体ポスト１０２ａｉとして用いる（図２参照）。なお、導体ポスト１０２ａｉの配置については、図３を参照されたい。

第２の面状導体１０３：銅箔を第２の誘電体層１０４の下面に形成し、これを第２の面状導体１０３として用いる。第２の面状導体１０３、及び、第２の開口１０３ａの形状及び寸法は、図４に示すとおりである。なお、第２の開口１０３ａの短辺と第２のポスト壁１０４ａとの間隔ｄｘ２については、図示した値（１．１５ｍｍ）を基本とするが、変更可能なパラメータとして扱う。間隔ｄｘ２の好適範囲については、参照する図面を代えて後述する。

第２の誘電体層１０４：比誘電率が３、誘電正接が０．００３、厚みが５０μｍである液晶ポリマー基板を第２の誘電体層１０４として用いる。第２の面状導体１０３及び第２の誘電体層１０４を貫通する直径１００μｍのブラインドビアを形成し、これを導体ポスト１０４ａｊとして用いる（図２参照）。なお、導体ポスト１０４ａｊの配置については、図４を参照されたい。

帯状導体１０５及びＣ字状導体１０６：銅箔を用いて図５に示すパターンを第２の誘電体層１０４の上面に形成し、これを帯状導体１０５及びＣ字状導体１０６として用いる。

バックショートブロック１４：図６に示す形状を有するアルミブロックを、バックショートブロック１４として用いる。

〔間隔ｄｘ１及び間隔ｄｙ１の好適範囲〕
次に、第１の開口１０１ａの短辺と第１のポスト壁１０２ａとの間隔ｄｘ１、及び、第１の開口１０１ａの長辺と第１のポスト壁１０２ａとの間隔ｄｙ１について、その好適範囲を図７〜図８を参照して説明する。なお、間隔ｄｘ１と間隔ｄｙ１とは、互いに独立に変更可能なパラメータであるが、ここでは、間隔ｄｘ１と間隔ｄｙ１とが、互いに等しい場合について検討する。

図７は、間隔ｄｘ１（＝ｄｙ１）を、ｄｘ１＝５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍとしたときに得られる｜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。図７によれば、間隔ｄｘ１（＝ｄｙ１）を変化させることによって、６５ＧＨｚ近傍において生じる｜Ｓ２１｜の落ち込みの大きさを制御できることが分かる。

なお、６５ＧＨｚは、第１の誘電体層１０２を介して対向する第１の面状導体１０１及び第２の面状導体１０３により構成されるパッチアンテナの共振周波数のうち、第１の面状導体１０１の第１のポスト壁１０２ａよりも内側の部分に形成される正弦波的な電流分布により特徴付けられる共振周波数である。

図８は、６５ＧＨｚにおける｜Ｓ２１｜の間隔ｄｘ１（＝ｄｙ１）依存性を示すグラフである。横軸は、動作帯域の中心周波数６０ＧＨｚに対応する自由空間波長λ＝５ｍｍで規格化した間隔ｄｘ１である。

図８によれば、ｄｘ１／λは、０．５６以下であることが好ましい。なぜなら、ｄｘ１／λの値がこの範囲に入っていれば、｜Ｓ２１｜の落ち込みを−２ｄＢ以下に抑えることができる（｜Ｓ２１｜の著しい落ち込みを回避することができる）からである。

〔間隔ｄｘ２の好適範囲〕
次に、第２の開口１０３ａの短辺と第２のポスト壁１０４ａとの間隔ｄｘ２について、その好適範囲を図９〜図１１を参照して説明する。なお、Ｃ字状導体１０６の形状は、間隔ｄｘ２を小さくしても（第２のポスト壁１０４ａを第２の開口１０３ａの短辺に近づけても）各導体ポスト１０４ａｊとの接触が保たれるよう、図９の示す形状としている。

図１０は、間隔ｄｘ２を、ｄｘ２＝０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍ、５００μｍ、６００μｍ、７００μｍ、８００μｍとしたときに得られる｜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。図１０によれば、間隔ｄｘ２を変化させることによって、５３ＧＨｚ近傍において生じる｜Ｓ２１｜の落ち込みの大きさを制御できることが分かる。

なお、５３ＧＨｚは、第１の誘電体層１０２を介して対向する第１の面状導体１０１及び第２の面状導体１０３により構成されるパッチアンテナの共振周波数のうち、第２の面状導体１０３の第２のポスト壁１０４ａよりも内側の部分に形成される正弦波的な電流分布により特徴付けられる共振周波数である。

図１１は、５３ＧＨｚにおける｜Ｓ２１｜の間隔ｄｘ２依存性を示すグラフである。横軸は、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で規格化した間隔ｄｘ２である。図１１によれば、ｄｘ２／λは、０．０１以上０．１８以下であることが好ましい。なぜなら、ｄｘ２／λの値がこの範囲に入っていれば、｜Ｓ２１｜の落ち込みを−２ｄＢ以下に抑えることができる（｜Ｓ２１｜の著しい落ち込みを回避することができる）からである。

〔第２のポスト壁及びＣ字状導体の変形例〕
最後に第２のポスト壁１０４ａ及びＣ字状導体１０６の変形例について、図１２〜図１５を参照して説明する。

図１２は、第２の面状導体１０３の平面図であり、図１３は、第２の誘電体層１０４の平面図（上面図）である。

図１２〜図１３から分かるように、本変形例に係る第２のポスト壁１０４ａは、（１）帯状導体１０５と平行な第１の壁面１０４１及び第２の壁面１０４２と、（２）第１の壁面１０４１及び第２の壁面１０４２に直交し、左縁が第１の壁面１０４１の前縁に連なり、右縁が第２の壁面１０４２の前端に連なる第３の壁面１０４３と、（３）第１の壁面１０４１に直交し、左縁が第１の壁面１０４１の後縁に連なる第４の壁面１０４４と、（４）第２の壁面に直交し、右縁が第２の壁面１０４２の後縁に連なる第５の壁面１０４５と、（５）第４の壁面１０４４に直交し、後縁が第４の壁面１０４４の右縁に連なる第６の壁面１０４６と、（６）第５の壁面１０４５に直交し、後縁が第５の壁面１０４５の左縁に連なる第７の壁面１０４７と、により構成されている。また、本変形例に係るＣ字状導体１０６は、第２のポスト壁１０４ａを構成する各導体ポスト１０４ａｊとの接触を保つべく、図１３に示すように帯状導体１０５と平行な部分の端部が拡幅されている。

次に、第２の開口１０３ａの短辺と第２のポスト壁１０４ａの第６の壁面１０４６との間隔ｄｘ３について、その好適範囲を図１４〜１５を参照して説明する。なお、第２の開口１０３ａの短辺と第２のポスト壁１０４ａの第７の壁面１０４７との間隔は、間隔ｄｘ３とは独立に変更可能なパラメータであるが、ここでは、第２の開口１０３ａの短辺と第２のポスト壁１０４ａの第７の壁面１０４７との間隔が、間隔ｄｘ３に等しい場合について検討する。また、何れの場合についても、間隔ｄｘ１は、５０μｍとする。

図１４は、間隔ｄｘ３を、ｄｘ３＝５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍとしたときに得られる｜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。図１５は、５３ＧＨｚにおける｜Ｓ２１｜の間隔ｄｘ３依存性を示すグラフである。横軸は、５３Ｈｚに対応する自由空間波長λ＝５．７ｍｍで規格化した間隔ｄｘ３である。図１４〜図１５によれば、少なくともｄｘ３が５０μｍ以上３００μｍ以下のときには、｜Ｓ２１｜の周波数依存性に目立った落ち込みは現れないことが分かる。

〔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。

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。

１変換器
１１導波管
１１ａ管壁
１１ｂ導波領域
１２ポスト壁導波路
１３マイクロストリップ線路
１４バックショートブロック
１４ａ凹部
１０１第１の面状導体
１０１ａ開口（第１の開口）
１０２第１の誘電体層
１０２ａポスト壁
１０２ａｉ導体ポスト
１０２ｂ導波領域
１０３第２の面状導体
１０３ａ開口（第２の開口）
１０４第２の誘電体層
１０４ａポスト壁
１０４１第１の壁面
１０４２第２の壁面
１０４３第３の壁面
１０４４第４の壁面
１０４５第５の壁面
１０４６第６の壁面
１０４７第７の壁面
１０４ａｉ導体ポスト
１０５帯状導体
１０６Ｃ字状導体

Claims

導波管と、
第１の誘電体層、並びに、前記第１の誘電体層を介して互いに対向する第１の面状導体及び第２の面状導体を有するポスト壁導波路であって、前記第１の面状導体に形成された第１の開口を介して前記導波管に接続されたポスト壁導波路と、
第２の誘電体層、並びに、前記第２の誘電体層を介して互いに対向にする前記第２の面状導体及び帯状導体を有するマイクロストリップ線路であって、前記第２の面状導体に形成された第２の開口を介して前記ポスト壁導波路に接続されたマイクロストリップ線路と、を備えており、
前記第１の誘電体層には、前記第１の開口と重なる領域を取り囲む第１のポスト壁が形成されており、
前記第２の誘電体層には、前記第２の開口と重なる領域を、前記帯状導体と重なる部分を除いて取り囲む第２のポスト壁が形成されており、
前記第２のポスト壁を構成する各導体ポストは、前記第１のポストを構成する何れの導体ポストとも不連続であり、
前記第１の開口は、前記帯状導体に直交する長辺と前記帯状導体に平行な短辺とを有する長方形状であり、
前記第１の誘電体層の前記第１の面状導体が形成された面における、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、前記第１の開口の長辺と前記第１のポスト壁との間隔、及び、前記第１の開口の短辺と前記第１のポスト壁との間隔は、０．０６３以下である、
ことを特徴とする変換器。
導波管と、
第１の誘電体層、並びに、前記第１の誘電体層を介して互いに対向する第１の面状導体及び第２の面状導体を有するポスト壁導波路であって、前記第１の面状導体に形成された第１の開口を介して前記導波管に接続されたポスト壁導波路と、
第２の誘電体層、並びに、前記第２の誘電体層を介して互いに対向にする前記第２の面状導体及び帯状導体を有するマイクロストリップ線路であって、前記第２の面状導体に形成された第２の開口を介して前記ポスト壁導波路に接続されたマイクロストリップ線路と、を備えており、
前記第１の誘電体層には、前記第１の開口と重なる領域を取り囲む第１のポスト壁が形成されており、
前記第２の誘電体層には、前記第２の開口と重なる領域を、前記帯状導体と重なる部分を除いて取り囲む第２のポスト壁が形成されており、
前記第２のポスト壁を構成する各導体ポストは、前記第１のポストを構成する何れの導体ポストとも不連続であり、
前記第２の開口は、前記帯状導体に直交する長辺と前記帯状導体に平行な短辺とを有する長方形状であり、
前記第２の誘電体層の前記第２の面状導体が形成された面における、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、前記第２の開口の短辺と前記第２のポスト壁との間隔は、０．０１以上０．１８以下である、
ことを特徴とする変換器。
前記第２の開口は、前記帯状導体に直交する長辺と前記帯状導体に平行な短辺とを有する長方形状であり、
前記第２のポスト壁は、
前記帯状導体と平行な第１の壁面及び第２の壁面と、
前記第１の壁面及び前記第２の壁面に直交し、左縁が第１の壁面の前縁に連なり、右縁が前記第２の壁面の前端に連なる第３の壁面と、
前記第１の壁面に直交し、左縁が前記第１の壁面の後縁に連なる第４の壁面と、
前記第２の壁面に直交し、右縁が前記第２の壁面の後縁に連なる第５の壁面と、
前記第４の壁面に直交し、後縁が前記第４の壁面の右縁に連なる第６の壁面と、
前記第５の壁面に直交し、後縁が前記第５の壁面の左縁に連なる第７の壁面と、により構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の変換器。