JP6239477B2 - Planar transmission line / waveguide converter - Google Patents

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本発明は、平面伝送線路・導波管変換装置に関するものである。   The present invention relates to a planar transmission line / waveguide converter.

ミリ波等の周波数が高い無線通信分野では、伝送損失が少ないという利点を有することから伝送線路として導波管を利用する事が多い。一方で、主要回路部分はマイクロストリップ線路やコプレーナ線路等の平面伝送線路で構成されている。このため、平面伝送線路を伝送される電力と、導波管を伝送される電力とを相互に変換可能な平面伝送線路・導波管変換装置が必要となる。   In the field of wireless communication having a high frequency such as millimeter waves, a waveguide is often used as a transmission line because it has an advantage of low transmission loss. On the other hand, the main circuit portion is composed of a planar transmission line such as a microstrip line or a coplanar line. For this reason, a planar transmission line / waveguide converter capable of mutually converting the power transmitted through the planar transmission line and the power transmitted through the waveguide is required.

このような平面伝送線路・導波管変換装置としては、例えば、特許文献1および非特許文献1に開示される技術がある。非特許文献1では、整合素子にパッチアンテナを用いて、コプレーナ線路と電磁的に結合し変換を行うため、特許文献1に示されているバックショートと呼ばれる部品を削減し、小型化が可能である。しかし、パッチアンテナを用いるため、比誘電率が2.2の基板でも、比帯域が約3%程度(反射特性<−20dB)であるという問題がある。   As such a planar transmission line / waveguide converter, for example, there are technologies disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1. In Non-Patent Document 1, since a patch antenna is used as a matching element and electromagnetically coupled with a coplanar line for conversion, a part called back short shown in Patent Document 1 can be reduced and the size can be reduced. is there. However, since a patch antenna is used, there is a problem that even if the substrate has a relative dielectric constant of 2.2, the specific band is about 3% (reflection characteristics <−20 dB).

非特許文献1に示されている式から、以下の関係が導き出される。

Figure 0006239477
From the equation shown in Non-Patent Document 1, the following relationship is derived.
Figure 0006239477

ここで、BWは帯域幅を示し、QはQ(Quality)値を示し、tは基板の厚みを示し、εrは基板の比誘電率を示している。式(1)から、帯域幅は基板厚みに比例し、比誘電率に反比例する事がわかる。つまり、基板が薄く、比誘電率が高い場合には、帯域幅が減少する。   Here, BW indicates the bandwidth, Q indicates the Q (Quality) value, t indicates the thickness of the substrate, and εr indicates the relative dielectric constant of the substrate. From equation (1), it can be seen that the bandwidth is proportional to the substrate thickness and inversely proportional to the dielectric constant. That is, when the substrate is thin and the relative dielectric constant is high, the bandwidth decreases.

ミリ波では、小型化のため、アルミナ等の比誘電率が7〜10程度と高く、かつ、薄い基板を用いることが多い。仮に、特許文献1と同様の方式を採用した場合、電磁界解析を用いて解析すると、基板厚みが同様でも、比帯域が3.2%から0.32%程度まで1/10程度も減少するため、アルミナ基板等の高誘電体で特許文献1のような方式を採用する事が困難となる。   In order to reduce the size, millimeter waves often use a thin substrate having a high relative dielectric constant of about 7 to 10 such as alumina. If the same method as that of Patent Document 1 is adopted and analyzed using electromagnetic field analysis, even if the substrate thickness is the same, the specific band is reduced by about 1/10 from about 3.2% to about 0.32%. For this reason, it is difficult to employ a method such as that of Patent Document 1 with a high dielectric material such as an alumina substrate.

このような問題点を解決するために、広帯域化を目的とした技術が開示されている。   In order to solve such problems, a technique aimed at widening the bandwidth has been disclosed.

特許文献2に開示された技術では、整合素子であるパッチアンテナの個数を増やし、それぞれのパッチアンテナを共振周波数から上下にずれた周波数で共振させることで広帯域化を図っている。このような構成によれば、比帯域を3.2%から7.2%まで増加させ、約2.25倍の改善を図ることができる。   In the technique disclosed in Patent Document 2, the number of patch antennas which are matching elements is increased, and each patch antenna is resonated at a frequency shifted up and down from the resonance frequency to achieve a wide band. According to such a configuration, the specific band can be increased from 3.2% to 7.2%, and an improvement of about 2.25 times can be achieved.

特許文献3に開示された技術では、導波管と整合素子の間に空洞共振器を設けることで二重共振を発生させ、広帯域化を図っている。このような技術によれば、比帯域を3.2%から7.2%まで増加させ、約2.25倍の改善を図ることができる。   In the technique disclosed in Patent Document 3, a double resonator is generated by providing a cavity resonator between a waveguide and a matching element to achieve a wide band. According to such a technique, the specific bandwidth can be increased from 3.2% to 7.2%, and an improvement of about 2.25 times can be achieved.

特許文献4に開示された技術では、アルミナ基板の高誘電率に起因して生じるコプレーナ線路とパッチアンテナの間の電磁結合の弱体化を、コプレーナ線路とパッチアンテナをスルーホールによって結合することで改善している。このような技術では、60GHzで通過特性が−2.2dB、反射特性が−19.2dBとなっていた。   In the technique disclosed in Patent Document 4, weakening of electromagnetic coupling between the coplanar line and the patch antenna caused by the high dielectric constant of the alumina substrate is improved by coupling the coplanar line and the patch antenna with a through hole. doing. In such a technique, the transmission characteristic is -2.2 dB and the reflection characteristic is -19.2 dB at 60 GHz.

特開2000−244212号公報JP 2000-244212 A 特開2013−138356号公報JP 2013-138356 A 特開2012−049862号公報JP 2012-049862 A 特開2008−131513号公報JP 2008-131513 A

Iizuka, Hideo, Toshiaki Watanabe, and Kunitoshi NISHIKAWA. "Millimeter-wave microstrip line to waveguide transition fabricated on a single layer dielectric substrate." IEICE transactions on communications 85.6 (2002): 1169-1177.Iizuka, Hideo, Toshiaki Watanabe, and Kunitoshi NISHIKAWA. "Millimeter-wave microstrip line to waveguide transition fabricated on a single layer dielectric substrate." IEICE transactions on communications 85.6 (2002): 1169-1177.

ところで、特許文献2および特許文献3に開示された技術では、比帯域を約2.25倍改善することができるが、特許文献1において基板をアルミナ基板に変更した場合は、比帯域が0.1倍となるため、結果的に0.72%(=3.2%×2.25倍×0.1倍)程度の比帯域しか望めないため、アルミナ基板を採用することが困難という問題点がある。   By the way, in the techniques disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3, the specific band can be improved by about 2.25 times. However, when the substrate is changed to an alumina substrate in Patent Document 1, the specific band is 0. As a result, only a specific bandwidth of about 0.72% (= 3.2% × 2.25 × 0.1 times) can be expected, so that it is difficult to employ an alumina substrate. There is.

また、特許文献4に開示された技術では、通過特性は−2.2dBであり、一般的に−0.5〜1.0dB程度の通過特性(変換損失)が求められる変換装置において、損失が過大であるとの問題点がある。   In the technique disclosed in Patent Document 4, the pass characteristic is -2.2 dB, and in a converter that generally requires a pass characteristic (conversion loss) of about -0.5 to 1.0 dB, the loss is low. There is a problem that it is excessive.

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、広帯域かつ低損失の平面伝送線路・導波管変換装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a planar transmission line / waveguide converter having a wide band and low loss.

上記課題を解決するために、本発明は、平面伝送線路により伝送される電力と、導波管によって伝送される電力とを相互に変換可能な平面伝送線路・導波管変換装置において、前記導波管の一方の開口部の開口面に対して略平行に配置された短絡板と、前記開口部に端部が配置された平面伝送線路と、前記短絡板から所定の距離だけ前記導波管の軸方向に離間して配置されるとともに前記短絡板に対して略平行に配置され、前記平面伝送線路と電磁的に結合された整合素子と、前記短絡板と前記整合素子の間に配置された第1の誘電体板と、前記整合素子を挟んで前記第1の誘電体板の反対側に配置されるとともに、前記整合素子から所定の距離だけ前記導波管の軸方向に離間して配置される第2の誘電体板と、前記第1および第2の誘電体板の間に介在され、前記導波管の前記開口部に対応する開口部を有する金属板および誘電体板の少なくとも一方と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、広帯域かつ低損失の平面伝送線路・導波管変換装置を得ることができる。
In order to solve the above problems, the present invention provides a planar transmission line / waveguide converter capable of mutually converting power transmitted by a planar transmission line and power transmitted by a waveguide. A short-circuit plate disposed substantially parallel to an opening surface of one opening of the wave tube; a planar transmission line having an end disposed in the opening; and the waveguide a predetermined distance from the short-circuit plate A matching element that is spaced apart in the axial direction and is substantially parallel to the short-circuit plate and electromagnetically coupled to the planar transmission line, and is disposed between the short-circuit plate and the matching element. The first dielectric plate is disposed on the opposite side of the first dielectric plate across the matching element, and is spaced apart from the matching element in the axial direction of the waveguide by a predetermined distance. a second dielectric plate arranged, the first and second dielectric It is interposed between, and having a at least one of the metal plates and the dielectric plate having an opening corresponding to the opening of the waveguide.
According to such a configuration, it is possible to obtain a planar transmission line / waveguide converter having a wide band and low loss.

また、本発明は、前記短絡板の一部に切り込みが形成され、前記切り込み内に前記平面伝送線路の端部が配置されることを特徴とする。
このような構成によれば、切り込み内に平面伝送線路が配置される平面伝送線路・導波管変換装置を広帯域かつ低損失化することができる。
Further, the present invention is characterized in that a cut is formed in a part of the short-circuit plate, and an end of the planar transmission line is arranged in the cut.
According to such a configuration, the planar transmission line / waveguide converter in which the planar transmission line is disposed in the cut can be reduced in bandwidth and loss.

また、本発明は、前記平面伝送線路の端部が前記整合素子と接続されることを特徴とする。
このような構成によれば、平面伝送線路の端部が整合素子と接続される平面伝送線路・導波管変換装置を広帯域かつ低損失化することができる。
The present invention is characterized in that an end of the planar transmission line is connected to the matching element.
According to such a configuration, the planar transmission line / waveguide converter in which the end of the planar transmission line is connected to the matching element can have a wide band and low loss.

また、本発明は、前記第1の誘電体板と前記第2の誘電体板は、比誘電率が7〜10の範囲内であることを特徴とする。In the invention, it is preferable that the first dielectric plate and the second dielectric plate have a relative dielectric constant in the range of 7 to 10.
このような構成によれば、広帯域化および低損失化を実現するとともに、装置の小型化を実現することができる。According to such a configuration, it is possible to realize a wide band and a low loss, and it is possible to reduce the size of the apparatus.

また、本発明は、前記短絡板、前記平面伝送線路、前記整合素子、および、前記第1の誘電体板は、3層以上の多層基板によって構成されることを特徴とする。In the invention, it is preferable that the short-circuit plate, the planar transmission line, the matching element, and the first dielectric plate are formed of a multilayer substrate having three or more layers.
このような構成によれば、多層基板を用いることで、目的の構成を簡単に得ることができる。  According to such a configuration, a target configuration can be easily obtained by using a multilayer substrate.

また、本発明は、前記平面伝送線路の一部に整合回路が装荷されていることを特徴とする。Further, the invention is characterized in that a matching circuit is loaded on a part of the planar transmission line.
このような構成によれば、インピーダンスの整合を簡易に行うことができる。According to such a configuration, impedance matching can be easily performed.

本発明によれば、広帯域かつ低損失の平面伝送線路・導波管変換装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a planar transmission line / waveguide converter having a wide band and low loss.

本発明の実施形態の基本構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example of a basic composition of embodiment of this invention. 図1に示す実施形態の詳細な構成例を示す図である。It is a figure which shows the detailed structural example of embodiment shown in FIG. 図1に示す実施形態の電界分布を示す図である。It is a figure which shows the electric field distribution of embodiment shown in FIG. 従来の構成例の電界分布を示す図である。It is a figure which shows the electric field distribution of the conventional structural example. 図1に示す実施形態と従来例の透過特性を示す図である。It is a figure which shows the transmission characteristic of embodiment shown in FIG. 1, and a prior art example. 図1に示す実施形態と従来例の反射特性を示す図である。It is a figure which shows the reflection characteristic of embodiment shown in FIG. 1, and a prior art example. 本発明の第1実施形態の構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of 1st Embodiment of this invention. 図7に示す第1実施形態の断面図である。It is sectional drawing of 1st Embodiment shown in FIG. 図7に示す第1実施形態のL,Tと比帯域との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between L and T of 1st Embodiment shown in FIG. 7, and a specific band. 本発明の第2実施形態の構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of 2nd Embodiment of this invention. 図10に示す第2実施形態の断面図である。It is sectional drawing of 2nd Embodiment shown in FIG. 本発明の第3実施形態の構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of 3rd Embodiment of this invention. 図12に示す第3実施形態の断面図である。It is sectional drawing of 3rd Embodiment shown in FIG. 本発明の第4実施形態の構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of 4th Embodiment of this invention. 図14に示す第4実施形態の内部構造を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of 4th Embodiment shown in FIG. 図14に示す第4実施形態の断面図である。It is sectional drawing of 4th Embodiment shown in FIG. 図14に示す実施形態の電界分布を示す図である。It is a figure which shows the electric field distribution of embodiment shown in FIG. 従来の構成例の電界分布を示す図である。It is a figure which shows the electric field distribution of the conventional structural example. 図14に示す第4実施形態と従来例の透過特性を示す図である。It is a figure which shows the transmission characteristic of 4th Embodiment shown in FIG. 14, and a prior art example. 図14に示す第4実施形態と従来例の反射特性を示す図である。It is a figure which shows the reflection characteristic of 4th Embodiment shown in FIG. 14, and a prior art example.

次に、本発明の実施形態について説明する。   Next, an embodiment of the present invention will be described.

(A)実施形態の基本構成の説明
図1は、本発明の実施形態の基本構成を説明するための図である。この図1に示すように、本発明の実施形態の基本構成では、導波管200、誘電体板210、導体板220、誘電体板230、および、導体板240を有している。なお、導体板220(後述する整合素子222を含む)、誘電体板230、および、導体板240(後述する平面伝送線路242を含む)はこの順に積層されて1枚の積層基板を構成する。ここで、導波管200は、直方体形状を有する金属部材201の中央部に導波路202が形成されて構成される。誘電体板210は、後述するように導波管200の導波路202内に配置される。導体板220は、導電性の板状部材によって構成され、中央に開口部221を有する。開口部221内には導電性の板状部材によって構成される整合素子222が配置されている。また、開口部221の周辺には複数のスルーホール223が形成されている。誘電体板230は、板状の誘電体によって構成され、導体板220に形成された複数のスルーホール223に対応した位置にスルーホール231が複数形成されている。導体板240は短絡板として機能し、中央部に切り込み240aが形成された導電性の板状部材によって構成される。切り込み240aの内部には、線形形状を有する平面伝送線路242が配置される。導体板240の内周には複数のスルーホール241が形成されている。
(A) Description of Basic Configuration of Embodiment FIG. 1 is a diagram for explaining a basic configuration of an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the basic configuration of the embodiment of the present invention includes a waveguide 200, a dielectric plate 210, a conductor plate 220, a dielectric plate 230, and a conductor plate 240. The conductor plate 220 (including a matching element 222 to be described later), the dielectric plate 230, and the conductor plate 240 (including a planar transmission line 242 to be described later) are stacked in this order to constitute one stacked substrate. Here, the waveguide 200 is configured by forming a waveguide 202 in the center of a metal member 201 having a rectangular parallelepiped shape. The dielectric plate 210 is disposed in the waveguide 202 of the waveguide 200 as will be described later. The conductor plate 220 is made of a conductive plate-like member and has an opening 221 at the center. A matching element 222 made of a conductive plate member is disposed in the opening 221. A plurality of through holes 223 are formed around the opening 221. The dielectric plate 230 is made of a plate-like dielectric, and a plurality of through holes 231 are formed at positions corresponding to the plurality of through holes 223 formed in the conductor plate 220. The conductor plate 240 functions as a short-circuit plate, and is composed of a conductive plate-like member having a notch 240a formed in the center. A planar transmission line 242 having a linear shape is disposed inside the notch 240a. A plurality of through holes 241 are formed on the inner periphery of the conductor plate 240.

図2は、図1に示す実施形態の基本構成の各部の詳細な構成例を示す図である。図2(A)は、図1に示す誘電体板230上に配置された導体板240の詳細な構成例を示している。この例では、誘電体板230の比誘電率はεrとされ、導体板240に形成されたスルーホール241の直径はφとされ、隣接するスルーホール241の間隔はdとされ、平面伝送線路242の短手方向の幅はwtとされ、平面伝送線路242と切り込み部240aとの間隔はgとされている。   FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration example of each unit of the basic configuration of the embodiment illustrated in FIG. 1. FIG. 2A shows a detailed configuration example of the conductor plate 240 arranged on the dielectric plate 230 shown in FIG. In this example, the dielectric constant of the dielectric plate 230 is εr, the diameter of the through hole 241 formed in the conductor plate 240 is φ, the interval between adjacent through holes 241 is d, and the planar transmission line 242 The width in the short direction is wt, and the distance between the planar transmission line 242 and the notch 240a is g.

図2(B)は、図1に示す導体板220の詳細な構成例を示している。この例では、導体板220に形成された開口部221の長手方向の長さはaとされ、短手方向の長さはbとされている。また、開口部221内に配置されている整合素子222の幅は、横方向(図2の横方向)がw1とされ、縦方向(図2の縦方向)がw2とされている。   FIG. 2B shows a detailed configuration example of the conductor plate 220 shown in FIG. In this example, the length in the longitudinal direction of the opening 221 formed in the conductor plate 220 is a, and the length in the short direction is b. The width of the matching element 222 arranged in the opening 221 is w1 in the horizontal direction (horizontal direction in FIG. 2) and w2 in the vertical direction (vertical direction in FIG. 2).

図2(C)は、図1に示す実施形態の基本構成を図1に示すA−Aで切断した場合の断面図の一例を示している。この例では、導体板220と導体板240は、複数のスルーホール223,231,241によって電気的に接続されている。これにより、導体板220と導体板240は同電位になる。また、誘電体板230の厚さはtとされ、平面伝送線路242と整合素子222とが重複する長さはρとされ、誘電体板210の厚さはTとされ、誘電体板210と整合素子222の間隔はLとされている。なお、図1および図2は、理解を容易にするための模式図であり、各部の寸法は実際のものとは異なっている。   FIG. 2C shows an example of a cross-sectional view when the basic configuration of the embodiment shown in FIG. 1 is cut along AA shown in FIG. In this example, the conductor plate 220 and the conductor plate 240 are electrically connected by a plurality of through holes 223, 231, and 241. As a result, the conductor plate 220 and the conductor plate 240 have the same potential. Further, the thickness of the dielectric plate 230 is t, the length in which the planar transmission line 242 and the matching element 222 overlap is ρ, the thickness of the dielectric plate 210 is T, The interval between the matching elements 222 is L. 1 and 2 are schematic views for facilitating understanding, and the dimensions of each part are different from actual ones.

(B)実施形態の基本構成の動作の説明
つぎに、図1および図2に示す基本構成の動作について説明する。本発明の基本構成の各部の寸法を以下のように設定した場合の特性をシミュレーションによって求めた。
(B) Description of Operation of Basic Configuration of Embodiment Next, the operation of the basic configuration shown in FIGS. 1 and 2 will be described. The characteristics when the dimensions of each part of the basic configuration of the present invention were set as follows were obtained by simulation.

W1:1.085mm
W2:1.085mm
ρ :0.195mm
wt:0.27mm
g :0.1mm
t :0.127mm
a :3.1mm
b :1.55mm
φ :0.2mm
d :0.5mm
T :0.3mm
L :0.1mm
W1: 1.085mm
W2: 1.085mm
ρ: 0.195 mm
wt: 0.27 mm
g: 0.1 mm
t: 0.127 mm
a: 3.1 mm
b: 1.55 mm
φ: 0.2 mm
d: 0.5 mm
T: 0.3 mm
L: 0.1 mm

以上のようにパラメータを設定し、電界分布のシミュレーションを行った結果を図3に示す。また、同様にパラメータを設定し、誘電体板210を除外した場合の電界分布をシミュレーションした結果を図4に示す。   FIG. 3 shows the result of setting the parameters as described above and simulating the electric field distribution. Similarly, FIG. 4 shows the result of simulating the electric field distribution when parameters are set and the dielectric plate 210 is excluded.

図3および図4とも、図2(B)において、整合素子222が配置された面における電界分布を示す。図3および図4の比較から、本実施形態では、整合素子222の周辺の電界強度が低下している。   3 and 4 both show the electric field distribution on the surface where the matching element 222 is arranged in FIG. From comparison between FIG. 3 and FIG. 4, the electric field strength around the matching element 222 is reduced in this embodiment.

図5は、導波管200と平面伝送線路242との間の透過量をシミュレーションによって求めたグラフである。なお、この図5において、実線は、本発明の基本構成において誘電体板210および誘電体板230として、比誘電率が9.9の誘電体(例えば、アルミナ)を用いた場合の透過特性を示し、破線は図1に示す誘電体板210を有しない従来の構成に対して比誘電率が2.2の誘電体を用いた場合の透過特性を示し、一点鎖線は図1に示す誘電体板210を有しない従来の構成に対して比誘電率が9.9の誘電体を用いた場合の透過特性を示している。この図に示すように、比誘電率が9.9のアルミナ等の部材を用いた場合、従来の構成では−1.7dBであった透過量を、本実施形態では−0.5dBに改善することができる。このことから、本実施形態では、比誘電率が高い誘電体を使用した場合でも、損失を少なくすることができる。   FIG. 5 is a graph in which the amount of transmission between the waveguide 200 and the planar transmission line 242 is obtained by simulation. In FIG. 5, the solid line represents the transmission characteristics when a dielectric (eg, alumina) having a relative dielectric constant of 9.9 is used as the dielectric plate 210 and the dielectric plate 230 in the basic configuration of the present invention. 1 shows transmission characteristics when a dielectric having a relative dielectric constant of 2.2 is used with respect to the conventional configuration not having the dielectric plate 210 shown in FIG. 1, and a one-dot chain line shows the dielectric shown in FIG. The transmission characteristics in the case where a dielectric having a relative dielectric constant of 9.9 is used with respect to the conventional configuration without the plate 210 are shown. As shown in this figure, when a member such as alumina having a relative dielectric constant of 9.9 is used, the transmission amount which was -1.7 dB in the conventional configuration is improved to -0.5 dB in the present embodiment. be able to. Therefore, in this embodiment, even when a dielectric having a high relative dielectric constant is used, loss can be reduced.

図6は、導波管200と平面伝送線路242との間の反射量をシミュレーションによって求めたグラフである。なお、この図6において、実線は本発明の基本構成において誘電体板210および誘電体板230として比誘電率が9.9の誘電体を用いた場合の反射特性を示し、破線は図1に示す誘電体板210を有しない従来の構成に対して比誘電率が2.2の誘電体を用いた場合の反射特性を示し、一点鎖線は図1に示す誘電体板210を有しない従来の構成に対して比誘電率が9.9の誘電体を用いた場合の反射特性を示している。この図に示すように、比誘電率が9.9のアルミナ等の部材を用いた場合、従来の構成では0.32%であった比帯域(=帯域幅(反射量:−20dB以下)/中心周波数)を、1.5%に改善することができる。このことから、本実施形態では、比誘電率が高い誘電体を使用した場合でも、従来に比較して約4.5倍もの広帯域化を実現することができる。   FIG. 6 is a graph in which the amount of reflection between the waveguide 200 and the planar transmission line 242 is obtained by simulation. In FIG. 6, the solid line shows the reflection characteristics when a dielectric having a relative dielectric constant of 9.9 is used as the dielectric plate 210 and the dielectric plate 230 in the basic configuration of the present invention, and the broken line is shown in FIG. 1 shows a reflection characteristic when a dielectric having a relative dielectric constant of 2.2 is used with respect to the conventional configuration without the dielectric plate 210 shown, and the alternate long and short dash line indicates the conventional configuration without the dielectric plate 210 shown in FIG. The reflection characteristic when a dielectric having a relative dielectric constant of 9.9 is used is shown. As shown in this figure, when a member such as alumina having a relative dielectric constant of 9.9 is used, the ratio band (= bandwidth (reflection amount: -20 dB or less) / (Center frequency) can be improved to 1.5%. For this reason, in this embodiment, even when a dielectric having a high relative dielectric constant is used, it is possible to realize a broadband that is about 4.5 times as large as the conventional one.

以上に説明したように、本実施形態の基本構成では、整合素子222を挟んで誘電体板230の反対側に誘電体板210を配置したことにより損失を少なくするとともに、比帯域を広帯域化することができる。また、誘電体板210と整合素子222の間に空隙を形成して空気による層を配置することで損失をさらに少なくするとともに、比帯域をさらに広帯域化することができる。また、本実施形態の基本構成では導体板240の切り込み240aに配置された平面伝送線路242と整合素子222とを、互いに接近して配置することにより広帯域かつ低損失の平面伝送線路・導波管変換装置を得ることができる。
As described above, in the basic configuration of the present embodiment, the dielectric plate 210 is disposed on the opposite side of the dielectric plate 230 with the matching element 222 interposed therebetween, so that loss is reduced and the specific band is widened. can do. Further, by forming a gap between the dielectric plate 210 and the matching element 222 and disposing a layer made of air, it is possible to further reduce the loss and further increase the specific band. Further, in the basic configuration of this embodiment, a planar transmission line 242 disposed notches 240a of the conductive plate 240 and the matching element 222, planar transmission line-guiding of the wider band and low loss be placed closer to each other A wave tube converter can be obtained.

なお、以上の例では、T=0.3mmおよびL=0.1mmの場合を例に挙げて説明したが、T=0.3mmおよびL=0mmの場合には比帯域が0.61%になり、T=0.2mmおよびL=0.2mmの場合には比帯域が1.06%になり、T=0.2mmおよびL=0.3mmの場合には比帯域が1.03%になるので、このような設定によっても低損失化および広帯域化を実現することができる。   In the above example, the case where T = 0.3 mm and L = 0.1 mm has been described as an example. However, when T = 0.3 mm and L = 0 mm, the specific bandwidth is 0.61%. When T = 0.2 mm and L = 0.2 mm, the specific band is 1.06%, and when T = 0.2 mm and L = 0.3 mm, the specific band is 1.03%. Therefore, even with such a setting, it is possible to realize a low loss and a wide band.

図7は、本発明の第1実施形態に係る平面伝送線路・導波管変換装置の構成例を示す分解斜視図である。また、図8は、図7に示す平面伝送線路・導波管変換装置1を矢印B−Bによって切断した場合の断面を示す断面図である。図7に示すように、本発明の第1実施形態に係る平面伝送線路・導波管変換装置1は、導波管10、積層基板20、金属板31、および、積層基板40を有している。
FIG. 7 is an exploded perspective view showing a configuration example of the planar transmission line / waveguide converter according to the first embodiment of the present invention. 8 is a cross-sectional view showing a cross section when the planar transmission line / waveguide converter 1 shown in FIG. 7 is cut along arrows BB. As shown in FIG. 7, the planar transmission line / waveguide converter 1 according to the first embodiment of the present invention includes a waveguide 10, a laminated substrate 20, a metal plate 31 , and a laminated substrate 40. Yes.

ここで、導波管10は、直方体形状を有する金属部材11の中央部に導波路12が形成されて構成される。導波管10の上面(図7の上側の面)には、ネジ51,52の先端が挿入され、これらのネジ51,52を係止するためのネジ穴13,14が形成されている。   Here, the waveguide 10 is configured by forming a waveguide 12 at the center of a metal member 11 having a rectangular parallelepiped shape. On the upper surface of the waveguide 10 (the upper surface in FIG. 7), the tips of screws 51 and 52 are inserted, and screw holes 13 and 14 for locking these screws 51 and 52 are formed.

積層基板20は、表(おもて)面(図7の上側の面)と、裏面(図7の下側の面)に導体板22,23がそれぞれ形成された、例えば、比誘電率が9.9程度のアルミナの誘電体板21によって構成される。導体板22には、中央部が導波路12と同じ形状を有する開口部22aが形成されている。図7の右側に示すように、導体板23にも、中央部に導波路12と同じ形状を有する開口部23aが同様に形成されている。なお、誘電体板21には、開口部は形成されていない。開口部22a,23aの周辺には、複数のスルーホール26が形成されている。この複数のスルーホール26は、導体板22,誘電体板21、および、導体板23を貫通するように形成されている。また、導波管10に形成されたネジ穴13,14に対応する位置には、ネジ穴24,25が形成されている。このネジ穴24,25も導体板22,誘電体板21、および、導体板23を貫通するように形成されている。   The multilayer substrate 20 has conductor plates 22 and 23 formed on the front (front) surface (upper surface in FIG. 7) and the back surface (lower surface in FIG. 7), respectively. It is constituted by a dielectric plate 21 of about 9.9 alumina. The conductor plate 22 has an opening 22 a having a central portion having the same shape as the waveguide 12. As shown on the right side of FIG. 7, the conductor plate 23 is similarly formed with an opening 23 a having the same shape as the waveguide 12 at the center. The dielectric plate 21 is not formed with an opening. A plurality of through holes 26 are formed around the openings 22a and 23a. The plurality of through holes 26 are formed so as to penetrate the conductor plate 22, the dielectric plate 21, and the conductor plate 23. Screw holes 24 and 25 are formed at positions corresponding to the screw holes 13 and 14 formed in the waveguide 10. The screw holes 24 and 25 are also formed so as to penetrate the conductor plate 22, the dielectric plate 21, and the conductor plate 23.

金属板31は、導電性を有する板状部材によって構成される。金属板31の中央部には、導波管10の導波路12に対応する形状を有する開口部32が形成されている。また、導波管10に形成されたネジ穴13,14に対応する位置には、ネジ穴33,34が形成されている。
The metal plate 31 is composed of a conductive plate member. An opening 32 having a shape corresponding to the waveguide 12 of the waveguide 10 is formed at the center of the metal plate 31 . Screw holes 33 and 34 are formed at positions corresponding to the screw holes 13 and 14 formed in the waveguide 10.

積層基板40は、表面(図7の上側の面)と、裏面(図7の下側の面)に導体板42,43がそれぞれ形成された、例えば、比誘電率が9.9程度のアルミナの誘電体板41によって構成される。導体板42は、X方向の幅は誘電体板41よりも狭くなるように構成されるとともに、中央部に切り込み部42aが形成されている。この切り込み部42a内には、切り込み部42aの形状よりも小さい矩形形状を有する導電性の金属部材によって構成された平面伝送線路46が配置されている。図7の右側に示すように、導体板43には、導波路12と同じ形状を有する開口部43aが形成されている。開口部43aの中央部には、開口部43aよりも小さい面積を有する導電性の金属部材によって構成される整合素子48が配置されている。開口部43aの周辺には、複数のスルーホール47が形成されている。この複数のスルーホール47は、導体板42,誘電体板41、および、導体板43を貫通するように形成されている。また、導波管10に形成されたネジ穴13,14に対応する位置には、ネジ穴44,45が形成されている。このネジ穴44,45も導体板42,誘電体板41、および、導体板43を貫通するように形成されている。   The multilayer substrate 40 is made of alumina having conductor plates 42 and 43 formed on the front surface (upper surface in FIG. 7) and the back surface (lower surface in FIG. 7), respectively, for example, having a relative dielectric constant of about 9.9. Of the dielectric plate 41. The conductor plate 42 is configured such that the width in the X direction is narrower than that of the dielectric plate 41, and a cut portion 42a is formed at the center. A planar transmission line 46 made of a conductive metal member having a rectangular shape smaller than the shape of the cut portion 42a is disposed in the cut portion 42a. As shown on the right side of FIG. 7, the conductor plate 43 has an opening 43 a having the same shape as the waveguide 12. A matching element 48 made of a conductive metal member having an area smaller than that of the opening 43a is disposed at the center of the opening 43a. A plurality of through holes 47 are formed around the opening 43a. The plurality of through holes 47 are formed so as to penetrate the conductor plate 42, the dielectric plate 41, and the conductor plate 43. Screw holes 44 and 45 are formed at positions corresponding to the screw holes 13 and 14 formed in the waveguide 10. The screw holes 44 and 45 are also formed so as to penetrate the conductor plate 42, the dielectric plate 41, and the conductor plate 43.

以上のような構成を有する、積層基板20、金属板31、および、積層基板40は、この順番に重ねた状態で、ネジ51,52によって、導波管10にネジ止めされる。
The laminated substrate 20, the metal plate 31 , and the laminated substrate 40 having the above-described configuration are screwed to the waveguide 10 by screws 51 and 52 in a state of being stacked in this order.

この結果、図8に示すように、導波管10の上側(図8の上側)には、積層基板20、金属板31、および、積層基板40が重ねて配置される。積層基板20の導体板22,23は、開口部22a,23aと導波路12が一致するように配置されている。また、金属板31および積層基板40も開口部32および開口部43aが導波路12と一致するように配置されている。導波路12の突き当たりには、誘電体板21が配置され、さらにその奥には誘電体板41が配置されている。また、誘電体板41の裏側(図8の下側)には、整合素子48が配置されている。積層基板20に形成された複数のスルーホール26は、導体板22,23を電気的に接続する。積層基板40に形成された複数のスルーホール47は、導体板42,43を電気的に接続する。なお、誘電体板21の厚さはTとされ、また、整合素子48と誘電体板21の間隔はLとされる。また、図7および図8は、理解を容易にするための模式図であり、各部の寸法は実際のものとは異なっている。
As a result, as shown in FIG. 8, the laminated substrate 20, the metal plate 31 , and the laminated substrate 40 are arranged on the upper side of the waveguide 10 (upper side in FIG. 8). The conductor plates 22 and 23 of the multilayer substrate 20 are arranged so that the openings 22a and 23a and the waveguide 12 coincide. Further, the metal plate 31 and the laminated substrate 40 are also arranged so that the opening 32 and the opening 43 a coincide with the waveguide 12. A dielectric plate 21 is disposed at the end of the waveguide 12, and a dielectric plate 41 is disposed behind the dielectric plate 21. A matching element 48 is disposed on the back side of the dielectric plate 41 (the lower side in FIG. 8). A plurality of through holes 26 formed in the laminated substrate 20 electrically connect the conductor plates 22 and 23. A plurality of through holes 47 formed in the laminated substrate 40 electrically connect the conductor plates 42 and 43. The thickness of the dielectric plate 21 is T, and the distance between the matching element 48 and the dielectric plate 21 is L. 7 and 8 are schematic views for facilitating understanding, and the dimensions of each part are different from actual ones.

(D)第1実施形態の動作の説明
つぎに、図7に示す第1実施形態の動作について説明する。第1実施形態では、基本構成と同様にパラメータを設定した場合であって、T=0.3mmおよびL=0.1mmに設定した場合には、電界分布は図3と同様の状態となる。また、透過特性および反射特性も図5および図6に示す実線と同様の特性となる第1実施形態の場合も、広帯域化および低損失化を実現することができる。
(D) Description of Operation of First Embodiment Next, the operation of the first embodiment shown in FIG. 7 will be described. In the first embodiment, when parameters are set as in the basic configuration, and when T = 0.3 mm and L = 0.1 mm, the electric field distribution is in the same state as in FIG. Further, the transmission characteristics and the reflection characteristics are the same as the solid lines shown in FIGS . Also in the case of the first embodiment, it is possible to realize a wide band and a low loss.

図9は、図7に示す第1実施形態において、誘電体板41の厚さt=0.1mmとし、装荷する誘電体板21の厚さTと、整合素子48と誘電体板21の間隔をLとした場合に、TとLを変化させた場合の比帯域の変化を示す図である。この図において、列方向はTを示し、この例ではT=0,0.1,0.2,0.3,0.4の場合が示されている。また、行方向はLを示し、この例ではL=0,0.1,0.2,0.3の場合が示されている。なお、T=0は、誘電体板21を有しない場合であり、従来の構成を示している。この例では、T=0の場合の比帯域は0.61%となっている。図中にハッチングが施されている領域は、従来の構成の比帯域0.61%に比較して、特性が改善していることを示している。   9 shows the first embodiment shown in FIG. 7, in which the thickness t of the dielectric plate 41 is 0.1 mm, the thickness T of the dielectric plate 21 to be loaded, and the distance between the matching element 48 and the dielectric plate 21 It is a figure which shows the change of a ratio band at the time of changing T and L when it is set to L. In this figure, the column direction indicates T, and in this example, T = 0, 0.1, 0.2, 0.3, and 0.4 are shown. The row direction indicates L. In this example, L = 0, 0.1, 0.2, and 0.3 are shown. T = 0 indicates a case where the dielectric plate 21 is not provided, and shows a conventional configuration. In this example, the ratio band when T = 0 is 0.61%. The hatched area in the figure indicates that the characteristics are improved as compared with the ratio band 0.61% of the conventional configuration.

以上の結果を、変数c(=0.1mm)を用いて表すと、効果が得られるのは以下の範囲であることが明らかになった。
(1)L=0の場合、 T=3c
(2)L=cの場合、 c≦T≦3c
(3)L=2cの場合、 T=2c
(4)L=3cの場合、 T=2c
When the above results are expressed using a variable c (= 0.1 mm), it has become clear that the effect can be obtained within the following range.
(1) When L = 0, T = 3c
(2) When L = c, c ≦ T ≦ 3c
(3) When L = 2c, T = 2c
(4) When L = 3c, T = 2c

また、Tを基準にすると、効果が得られるのは以下の範囲である。
(5)T=2cの場合、 c≦L≦
In addition, when T is used as a reference, the effect is obtained in the following range.
(5) In the case of T = 2c, 1 c ≦ L ≦ 3 c

以上から、整合素子48を挟んで誘電体板41の反対側に誘電体板21を配置するようにしたので損失を少なくするとともに、比帯域を広帯域化することができる。また、誘電体板21と整合素子48の間に空隙を形成して空気による層を配置することで損失をさらに少なくするとともに、比帯域をさらに広帯域化することができる。また、整合素子48と誘電体板21の距離Lと、誘電体板21の厚さTが所定の関係を有するように設定することで、比帯域を広帯域化することができる。さらに導体板42の切り込み42aに配置された平面伝送線路46と整合素子48とを、互いに接近して配置することにより互いに電磁的に結合させるとともに、誘電体板41以上の厚さを有する誘電体板21を配置することで広帯域かつ低損失の平面伝送線路・導波管変換装置を得ることができる。
From the above, the dielectric plate 21 is disposed on the opposite side of the dielectric plate 41 with the matching element 48 interposed therebetween, so that loss can be reduced and the specific band can be widened. Further, by forming a gap between the dielectric plate 21 and the matching element 48 and disposing a layer of air, it is possible to further reduce the loss and further increase the specific band. Further, by setting the distance L between the matching element 48 and the dielectric plate 21 and the thickness T of the dielectric plate 21 to have a predetermined relationship, the specific band can be widened. Further , the planar transmission line 46 and the matching element 48 arranged in the notch 42a of the conductor plate 42 are electromagnetically coupled to each other by being arranged close to each other, and the dielectric plate 41 has a thickness greater than that of the dielectric plate 41. By arranging the body plate 21, it is possible to obtain a planar transmission line / waveguide converter with a wide band and low loss.

(E)第2実施形態の説明
図10は、本発明の第2実施形態の構成例を示す図である。なお、図10において、図7に示す第1実施形態に対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図10に示す第2実施形態では、図7と比較すると、積層基板20と金属板31が除外され、積層基板70,80,90が追加されている。また、積層基板40の裏面から導体板43が除外され、整合素子48だけが残されている。さらに、図12に示す実施形態では、誘電体板41,71,81,91は、例えば、LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)等の板状部材によって構成される。
(E) Description of Second Embodiment FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of the second embodiment of the present invention. In FIG. 10, parts corresponding to those in the first embodiment shown in FIG. In the second embodiment shown in FIG. 10, compared with FIG. 7, the laminated substrate 20 and the metal plate 31 are excluded, and laminated substrates 70, 80, and 90 are added. Further, the conductor plate 43 is excluded from the back surface of the multilayer substrate 40, and only the matching element 48 is left. Furthermore, in the embodiment shown in FIG. 12, the dielectric plates 41, 71, 81, 91 are configured by a plate-like member such as LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics).

ここで、積層基板70は、誘電体板71の表面および裏面に導体板72,73がそれぞれ積層形成され、中央に導波路12に対応する形状の開口部74が導体板72,73および誘電体板71を貫通するように形成されている。また、開口部74の周辺には複数のスルーホール77と、ネジ穴75,76が形成されている。   Here, in the multilayer substrate 70, conductor plates 72 and 73 are respectively formed on the front and back surfaces of the dielectric plate 71, and an opening 74 having a shape corresponding to the waveguide 12 is formed at the center. It is formed so as to penetrate the plate 71. A plurality of through holes 77 and screw holes 75 and 76 are formed around the opening 74.

積層基板80は、誘電体板81の表面に導体板82が積層形成されている。導体板82の中央には導波路12に対応する形状の開口部82aが形成されている。なお、誘電体板81には開口部は形成されていない。開口部82aの周辺には複数のスルーホール85と、ネジ穴83,84が形成されている。   In the laminated substrate 80, a conductor plate 82 is laminated on the surface of a dielectric plate 81. An opening 82 a having a shape corresponding to the waveguide 12 is formed in the center of the conductor plate 82. The dielectric plate 81 has no opening. A plurality of through holes 85 and screw holes 83 and 84 are formed around the opening 82a.

積層基板90は、誘電体板91の表面に導体板92が積層形成され、中央に導波路12に対応する形状の開口部93が導体板92および誘電体板91を貫通するように形成されている。また、開口部93の周辺には複数のスルーホール96と、ネジ穴94,95が形成されている。   In the multilayer substrate 90, a conductor plate 92 is laminated on the surface of the dielectric plate 91, and an opening 93 having a shape corresponding to the waveguide 12 is formed in the center so as to penetrate the conductor plate 92 and the dielectric plate 91. Yes. A plurality of through holes 96 and screw holes 94 and 95 are formed around the opening 93.

以上のような構成を有する、積層基板70〜90および積層基板40は、この順番に重ねた状態で、ネジ51,52によって、導波管10にネジ止めされる。   The laminated substrates 70 to 90 and the laminated substrate 40 having the above-described configuration are screwed to the waveguide 10 by screws 51 and 52 in a state of being stacked in this order.

この結果、図11に示すように、導波管10の上側(図11の上側)には、積層基板70〜90および積層基板40が重ねて配置される。なお、図11は、図10に示す平面伝送線路・導波管変換装置1を矢印C−Cによって切断した場合の断面を示す断面図である。積層基板70は、開口部74と導波管10の導波路12が一致するように配置されている。また、積層基板80は、開口部82aと導波路12が一致するように配置され、積層基板90は、開口部93と導波管10の導波路12が一致するように配置されている。導波路12の突き当たりには、誘電体板81が配置され、さらにその奥には誘電体板41が配置されている。また、誘電体板41の裏側(図11の下側)には、整合素子48が配置されている。積層基板70,80,90に形成された複数のスルーホール77,85,96は、導体板73,72,82,92を電気的に接続する。積層基板70,80,90,40に形成された複数のスルーホール77,85,96,47は、導体板73,72,82,92,42を電気的に接続する。なお、誘電体板81の厚さはTとされ、また、整合素子48と誘電体板81の間隔はLとされる。また、図10および図11は、理解を容易にするための模式図であり、各部の寸法は実際のものとは異なっている。   As a result, as shown in FIG. 11, the laminated substrates 70 to 90 and the laminated substrate 40 are arranged on the upper side of the waveguide 10 (upper side of FIG. 11). 11 is a cross-sectional view showing a cross section when the planar transmission line / waveguide converter 1 shown in FIG. 10 is cut by arrows CC. The laminated substrate 70 is disposed so that the opening 74 and the waveguide 12 of the waveguide 10 coincide. The laminated substrate 80 is disposed so that the opening 82a and the waveguide 12 are aligned, and the laminated substrate 90 is disposed so that the opening 93 and the waveguide 12 of the waveguide 10 are aligned. A dielectric plate 81 is disposed at the end of the waveguide 12, and a dielectric plate 41 is disposed behind the dielectric plate 81. A matching element 48 is disposed on the back side of the dielectric plate 41 (the lower side in FIG. 11). A plurality of through holes 77, 85, 96 formed in the multilayer substrates 70, 80, 90 electrically connect the conductor plates 73, 72, 82, 92. The plurality of through holes 77, 85, 96, 47 formed in the multilayer substrates 70, 80, 90, 40 electrically connect the conductor plates 73, 72, 82, 92, 42. The thickness of the dielectric plate 81 is T, and the interval between the matching element 48 and the dielectric plate 81 is L. 10 and 11 are schematic views for facilitating understanding, and the dimensions of each part are different from the actual ones.

以上に示すような本発明の第2実施形態も、前述した基本構成および第1実施形態と同様に、整合素子48を挟んで誘電体板41の反対側に誘電体板81を配置するようにしたことにより損失を少なくするとともに、比帯域を広帯域化することができる。また、誘電体板81と整合素子48の間に空隙を形成して空気による層を配置することで損失をさらに少なくするとともに、比帯域をさらに広帯域化することができる。また導体板42の切り込み42aに配置された平面伝送線路46と整合素子48とを、互いに接近して配置することにより互いに電磁的に結合させるとともに、誘電体板41以上の厚さを有する誘電体板81を配置することで広帯域かつ低損失の平面伝送線路・導波管変換装置を得ることができる。
In the second embodiment of the present invention as described above, the dielectric plate 81 is arranged on the opposite side of the dielectric plate 41 with the matching element 48 sandwiched between the basic configuration and the first embodiment described above. As a result , the loss can be reduced and the specific band can be widened. Further, by forming a gap between the dielectric plate 81 and the matching element 48 and disposing a layer made of air, it is possible to further reduce the loss and further increase the specific band. In addition , the planar transmission line 46 and the matching element 48 disposed in the notch 42a of the conductor plate 42 are disposed close to each other so as to be electromagnetically coupled to each other, and the dielectric plate 41 has a thickness greater than that of the dielectric plate 41. By disposing the body plate 81, it is possible to obtain a planar transmission line / waveguide converter with a wide band and low loss.

(F)第3実施形態の説明
図12は、本発明の第3実施形態の構成例を示す図である。なお、図12において、図7に示す第1実施形態に対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図12に示す第3実施形態では、図7と比較すると、積層基板20に配置されている平面伝送線路46が平面伝送線路49に置換されている。これ以外の構成は、図7の場合と同様である。ここで、平面伝送線路49は、その一部の幅が拡大された整合回路49aを有している。このような整合回路49aを設けることで、インピーダンスの整合を図ることができる。
(F) Description of Third Embodiment FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of a third embodiment of the present invention. In FIG. 12, parts corresponding to those of the first embodiment shown in FIG. In the third embodiment shown in FIG. 12, compared with FIG. 7, the planar transmission line 46 arranged on the multilayer substrate 20 is replaced with a planar transmission line 49. Other configurations are the same as those in FIG. Here, the planar transmission line 49 has a matching circuit 49a whose width is partially enlarged. Impedance matching can be achieved by providing such a matching circuit 49a.

図13は、図12に示す第3実施形態をD−Dで切断した場合の断面図である。図13に示すように、導波管10の上側(図13の上側)には、積層基板20、金属板31、および、積層基板40が重ねて配置される。積層基板20は、開口部22a,23aと、導波管10の導波路12が一致するように配置されている。また、金属板31および積層基板40も開口部32および開口部43aが導波管10の導波路12と一致するように配置されている。導波路12の突き当たりには、誘電体板21が配置され、さらにその奥には誘電体板41が配置されている。また、誘電体板41の裏側(図13下側)には、整合素子48が配置されている。積層基板20に形成された複数のスルーホール26は、導体板22,23を電気的に接続する。積層基板40に形成された複数のスルーホール47は、導体板42,43を電気的に接続する。なお、誘電体板21の厚さはTとされ、また、整合素子48と誘電体板21の間隔はLとされる。また、図12および図13は、理解を容易にするための模式図であり、各部の寸法は実際のものとは異なっている。
FIG. 13: is sectional drawing at the time of cut | disconnecting 3rd Embodiment shown in FIG. 12 by DD. As shown in FIG. 13, the laminated substrate 20, the metal plate 31 , and the laminated substrate 40 are disposed on the upper side of the waveguide 10 (upper side in FIG. 13). The laminated substrate 20 is disposed so that the openings 22a and 23a and the waveguide 12 of the waveguide 10 coincide. Further, the metal plate 31 and the laminated substrate 40 are also arranged so that the opening 32 and the opening 43 a coincide with the waveguide 12 of the waveguide 10. A dielectric plate 21 is disposed at the end of the waveguide 12, and a dielectric plate 41 is disposed behind the dielectric plate 21. A matching element 48 is arranged on the back side (lower side in FIG. 13) of the dielectric plate 41. A plurality of through holes 26 formed in the laminated substrate 20 electrically connect the conductor plates 22 and 23. A plurality of through holes 47 formed in the laminated substrate 40 electrically connect the conductor plates 42 and 43. The thickness of the dielectric plate 21 is T, and the distance between the matching element 48 and the dielectric plate 21 is L. 12 and 13 are schematic views for facilitating understanding, and the dimensions of each part are different from the actual ones.

以上に示すような本発明の第3実施形態も、前述した基本構成ならびに第1および第2実施形態と同様に、整合素子48を挟んで誘電体板41の反対側に誘電体板21を配置するようにしたことにより損失を少なくするとともに、比帯域を広帯域化することができる。また、誘電体板21と整合素子48の間に空隙を形成して空気による層を配置することで損失をさらに少なくするとともに、比帯域をさらに広帯域化することができる。また導体板42の切り込み42aに配置された平面伝送線路49と整合素子48とを、互いに接近して配置することにより互いに電磁的に結合させるとともに、誘電体板41以上の厚さを有する誘電体板21を配置することで広帯域かつ低損失の平面伝送線路・導波管変換装置を得ることができる。
In the third embodiment of the present invention as described above, the dielectric plate 21 is arranged on the opposite side of the dielectric plate 41 with the matching element 48 sandwiched between the basic configuration and the first and second embodiments described above. By doing so , the loss can be reduced and the specific band can be widened. Further, by forming a gap between the dielectric plate 21 and the matching element 48 and disposing a layer of air, it is possible to further reduce the loss and further increase the specific band. Further , the planar transmission line 49 and the matching element 48 arranged in the cut 42a of the conductor plate 42 are electromagnetically coupled to each other by being arranged close to each other, and a dielectric having a thickness equal to or greater than that of the dielectric plate 41. By arranging the body plate 21, it is possible to obtain a planar transmission line / waveguide converter with a wide band and low loss.

(F)第4実施形態の説明
図14は、本発明の第4実施形態の構成例を示す図である。第4実施形態は、パッチアンテナを用いた実施形態で、導波管110および積層基板120を有している。ここで、導波管110は、内部に導波路112を有する直方体形状の金属部材111によって構成される。積層基板120は、誘電体板121の上側(図14の上側)の面には、整合素子123が中央部に配置され、その周りを囲むように導体板122が配置されている。整合素子123には平面伝送線路124が接続されている。また、積層基板120の下側(図14の下側)の面には一面に導体板125が形成されている。なお、導体板122と導体板125は図示しないスルーホールによって相互に接続されている。
(F) Explanation of 4th Embodiment FIG. 14: is a figure which shows the structural example of 4th Embodiment of this invention. The fourth embodiment is an embodiment using a patch antenna, and includes a waveguide 110 and a laminated substrate 120. Here, the waveguide 110 is constituted by a rectangular parallelepiped metal member 111 having a waveguide 112 inside. In the multilayer substrate 120, the matching element 123 is disposed in the central portion on the upper surface (the upper side in FIG. 14) of the dielectric plate 121, and the conductor plate 122 is disposed so as to surround the periphery thereof. A planar transmission line 124 is connected to the matching element 123. In addition, a conductor plate 125 is formed on the entire surface of the lower side of the multilayer substrate 120 (lower side in FIG. 14). The conductor plate 122 and the conductor plate 125 are connected to each other through a through hole (not shown).

図15は、図14に示すE−Eで切断した場合の内部構造を示している。この図に示すように、導波管110の導波路112の底部には、誘電体板130が配置されている。なお、この誘電体板130は、例えば、比誘電率が9.9の誘電体(例えば、アルミナ)によって構成される。   FIG. 15 shows the internal structure when cut by EE shown in FIG. As shown in this figure, a dielectric plate 130 is disposed at the bottom of the waveguide 112 of the waveguide 110. The dielectric plate 130 is made of a dielectric (for example, alumina) having a relative dielectric constant of 9.9, for example.

図16は、図14に示すE−Eで切断した場合の断面図を示している。この図に示すように、誘電体板130は、整合素子123から距離L離間した位置に配置されている。また、誘電体板130の厚さはTとされている。導体板122と導体板125は、複数のスルーホール126によって電気的に接続されている。これにより、導体板122と導体板125は同電位となる。なお、図14〜図16は、理解を容易にするための模式図であり、各部の寸法は実際のものとは異なっている。   FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line EE shown in FIG. As shown in this figure, the dielectric plate 130 is disposed at a position separated from the matching element 123 by a distance L. The thickness of the dielectric plate 130 is T. The conductor plate 122 and the conductor plate 125 are electrically connected by a plurality of through holes 126. As a result, the conductor plate 122 and the conductor plate 125 have the same potential. 14 to 16 are schematic diagrams for facilitating understanding, and the dimensions of each part are different from the actual ones.

図17は、第4実施形態の電界分布のシミュレーションの結果を示す図である。また、図18は、図14に示す構成から誘電体板130を除外した場合の電界分布のシミュレーションの結果を示す図である。図17および図18とも、整合素子123が配置された面における電界分布を示す。これらの図17および図18の比較から、第4本実施形態では、電界の強度が低くなっている。   FIG. 17 is a diagram illustrating a result of electric field distribution simulation according to the fourth embodiment. FIG. 18 is a diagram showing the result of electric field distribution simulation when the dielectric plate 130 is excluded from the configuration shown in FIG. 17 and 18 both show the electric field distribution on the surface where the matching element 123 is arranged. From the comparison between FIG. 17 and FIG. 18, in the fourth embodiment, the electric field strength is low.

図19は、第4実施形態の透過特性を示す図である。この図において実線は第4実施形態の透過特性を示し、破線は従来技術(誘電体板130を除外した場合)の透過特性を示している。この図に示すように、第4実施形態では、誘電体板130を用いない場合に比較して、透過特性を1dB程度改善することができる。   FIG. 19 is a diagram illustrating the transmission characteristics of the fourth embodiment. In this figure, the solid line shows the transmission characteristic of the fourth embodiment, and the broken line shows the transmission characteristic of the conventional technique (when the dielectric plate 130 is excluded). As shown in this figure, in the fourth embodiment, the transmission characteristics can be improved by about 1 dB compared with the case where the dielectric plate 130 is not used.

図20は、第4実施形態の反射特性を示す図である。この図において実線は第4実施形態の反射特性を示し、破線は従来技術の反射特性を示している。この図に示すように、第4実施形態では、誘電体板130を用いない場合に比較して、反射特性を約2倍程度広帯域化することができる。   FIG. 20 is a diagram illustrating the reflection characteristics of the fourth embodiment. In this figure, the solid line shows the reflection characteristic of the fourth embodiment, and the broken line shows the reflection characteristic of the prior art. As shown in this figure, in the fourth embodiment, the reflection characteristic can be broadened by about twice as compared with the case where the dielectric plate 130 is not used.

以上に説明したように、第4実施形態の場合でも、前述した基本構成ならびに第1、第2、および、第3実施形態と同様に、整合素子123を挟んで誘電体板121の反対側に誘電体板130を配置するようにした。これにより、損失を少なくするとともに、比帯域を広帯域化することができる。また、誘電体板130と整合素子123の間に空隙を形成して空気による層を配置することで損失をさらに少なくするとともに、比帯域をさらに広帯域化することができる。 As described above, even in the case of the fourth embodiment, similarly to the basic configuration described above and the first, second, and third embodiments, the matching element 123 is sandwiched on the opposite side of the dielectric plate 121. The dielectric plate 130 is arranged . As a result, the loss can be reduced and the specific band can be widened. Further, by forming a gap between the dielectric plate 130 and the matching element 123 and disposing a layer made of air, it is possible to further reduce the loss and further increase the specific band.

(E)変形実施形態の説明
以上の各実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、基本実施形態では、誘電体板210は、アルミナとしたが、これ以外の誘電体を用いるようにしてもよい。また、誘電体板210と、誘電体板230の間は空気を満たした状態としたが、空気以外のガス(例えば、希ガス等)を満たすようにしてもよい。もちろん、液体の誘電体を満たすようにしてもよい。
(E) Description of Modified Embodiment Each of the above embodiments is an example, and it is needless to say that the present invention is not limited to the case described above. For example, in the basic embodiment, the dielectric plate 210 is made of alumina, but other dielectric materials may be used. Further, although the space between the dielectric plate 210 and the dielectric plate 230 is filled with air, it may be filled with a gas other than air (for example, a rare gas). Of course, a liquid dielectric may be filled.

また、基本構成において各部の寸法を示したが、この寸法は一例であって、これらの数値のみに本発明が限定されるものではなく、目的に応じて寸法を変更するようにしてよい。   Moreover, although the dimension of each part was shown in the basic composition, this dimension is an example, Comprising: This invention is not limited only to these numerical values, You may make it change a dimension according to the objective.

また、第1実施形態では、図9に示すように誘電体板21の厚さTと、整合素子48と誘電体板21の距離Lを変化させた場合の比帯域の変化を調べたが、図9の結果は、誘電体板21としてアルミナを用い、また、前述した寸法の場合の例であるので、これ以外の寸法および誘電体を用いた場合には、これ以外の結果になる場合もあることはもちろんである。   Further, in the first embodiment, as shown in FIG. 9, the change in the ratio band when the thickness T of the dielectric plate 21 and the distance L between the matching element 48 and the dielectric plate 21 are changed is examined. The result of FIG. 9 is an example in which alumina is used as the dielectric plate 21 and the above-described dimensions are used. Therefore, when other dimensions and dielectrics are used, other results may be obtained. Of course there is.

1 平面伝送線路・導波管変換装置
10,110 導波管
12,112 導波路
20,40,70,80,90,120 積層基板
21,41,71,81,91,121,130 誘電体板
30 金属板
43,72,73,82,92,125 導体板
42,122,240 導体板(短絡板)
46,124 平面伝送線路
48,123 整合素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Planar transmission line and waveguide converter 10,110 Waveguide 12,112 Waveguide 20,40,70,80,90,120 Laminated substrate 21,41,71,81,91,121,130 Dielectric board 30 Metal plate 43, 72, 73, 82, 92, 125 Conductor plate 42, 122, 240 Conductor plate (short circuit plate)
46,124 Planar transmission line 48,123 Matching element

Claims (6)

平面伝送線路により伝送される電力と、導波管によって伝送される電力とを相互に変換可能な平面伝送線路・導波管変換装置において、
前記導波管の一方の開口部の開口面に対して略平行に配置された短絡板と、
前記開口部に端部が配置された平面伝送線路と、
前記短絡板から所定の距離だけ前記導波管の軸方向に離間して配置されるとともに前記短絡板に対して略平行に配置され、前記平面伝送線路と電磁的に結合された整合素子と、
前記短絡板と前記整合素子の間に配置された第1の誘電体板と、
前記整合素子を挟んで前記第1の誘電体板の反対側に配置されるとともに、前記整合素子から所定の距離だけ前記導波管の軸方向に離間して配置される第2の誘電体板と、
前記第1および第2の誘電体板の間に介在され、前記導波管の前記開口部に対応する開口部を有する金属板および誘電体板の少なくとも一方と、
を有することを特徴とする平面伝送線路・導波管変換装置。
In a planar transmission line / waveguide converter capable of mutually converting power transmitted by a planar transmission line and power transmitted by a waveguide,
A short-circuit plate disposed substantially parallel to the opening surface of one opening of the waveguide;
A planar transmission line having an end disposed in the opening;
A matching element that is arranged in a direction parallel to the short-circuit plate and spaced apart in the axial direction of the waveguide by a predetermined distance from the short-circuit plate, and electromagnetically coupled to the planar transmission line;
A first dielectric plate disposed between the shorting plate and the matching element;
A second dielectric plate disposed on the opposite side of the first dielectric plate across the matching element and spaced apart from the matching element by a predetermined distance in the axial direction of the waveguide When,
At least one of a metal plate and a dielectric plate interposed between the first and second dielectric plates and having an opening corresponding to the opening of the waveguide;
A planar transmission line / waveguide converter characterized by comprising:
前記短絡板の一部に切り込みが形成され、
前記切り込み内に前記平面伝送線路の端部が配置されることを特徴とする請求項1に記載の平面伝送線路・導波管変換装置。
A cut is formed in a part of the short-circuit plate,
The planar transmission line / waveguide converter according to claim 1, wherein an end of the planar transmission line is disposed in the cut.
前記平面伝送線路の端部が前記整合素子と接続されることを特徴とする請求項1に記載の平面伝送線路・導波管変換装置。   The planar transmission line / waveguide converter according to claim 1, wherein an end of the planar transmission line is connected to the matching element. 前記第1の誘電体板と前記第2の誘電体板は、比誘電率が7〜10の範囲内であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の平面伝送線路・導波管変換装置。4. The planar transmission line according to claim 1, wherein the first dielectric plate and the second dielectric plate have a relative dielectric constant in the range of 7 to 10. 5. -Waveguide converter. 前記短絡板、前記平面伝送線路、前記整合素子、および、前記第1の誘電体板は、3層以上の多層基板によって構成されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の平面伝送線路・導波管変換装置。The said short circuit board, the said plane transmission line, the said matching element, and the said 1st dielectric board are comprised by the multilayer board | substrate of 3 or more layers, The any one of Claims 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned. The planar transmission line / waveguide converter described. 前記平面伝送線路の一部に整合回路が装荷されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の平面伝送線路・導波管変換装置。The planar transmission line / waveguide converter according to claim 1, wherein a matching circuit is loaded on a part of the planar transmission line.
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