JP6474121B2 - 同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器 - Google Patents

Description

本発明は、同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器に係り、さらに詳しくは、ミリ波用の同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器に関する。

同軸ケーブル・ＭＳＬ（マイクロストリップ線路）変換器は、同軸ケーブルと誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路との間で電力変換を行う電力変換回路である。同軸ケーブルは、内部導体と、内部導体を取り囲む絶縁体と、絶縁体を取り囲む外部導体とにより構成される伝送線路である。また、マイクロストリップ線路は、誘電体基板と、誘電体基板の表面に沿って延びるマイクロストリップ導体と、誘電体基板の裏面を覆う接地板とにより構成される伝送線路である。

従来の同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器は、誘電体基板を貫通する貫通孔と、この貫通孔に隣接して誘電体基板の表面に形成され、マイクロストリップ線路が接続される円環形状のランドと、ランドと対向する位置に形成される接地板の開口部とにより構成される（例えば、特許文献１）。開口部には、同軸ケーブルの端部が収容され、同軸ケーブルの外部導体が接地板に接続されるとともに、同軸ケーブルの端面から突出させた内部導体が誘電体基板の貫通孔内に収容される。内部導体の先端は、誘電体基板の表面から突出し、半田を用いてランドに固定される。

特開２０００−２３２３０４号公報

上述した様な従来の同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器では、ミリ波の電力変換における変換特性が良くないという問題があった。例えば、同軸ケーブルからマイクロストリップ線路へ給電する場合に、ランド部分から不要放射が発生してしまうという問題があった。また、ランド部分による反射量が多く、電力の挿入損失が大きいという問題もあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ミリ波の電力変換における変換特性を向上させることができる同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器を提供することを目的とする。特に、４０ＧＨｚを超える周波数帯の高周波電力を変換する場合であっても、変換器から不要放射が発生するのを抑制することができる同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器を提供することを目的とする。また、変換器による反射量を抑制し、電力の挿入損失を低減させることができる同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器を提供することを目的とする。

第１の本発明による同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器は、誘電体基板の第１面にマイクロストリップ線路が形成され、上記誘電体基板の第２面に対し、絶縁体を介して内部導体を外部導体で取り囲んだ同軸ケーブルの端面を対向させ、上記マイクロストリップ線路及び上記同軸ケーブル間で電力変換を行う同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器であって、上記誘電体基板の第２面に形成され、上記外部導体が接続されるとともに、上記内部導体及び上記絶縁体と対向する開口部を有する接地板と、上記誘電体基板の第１面に形成され、上記内部導体と対向し、上記マイクロストリップ線路が接続される給電用電極と、上記開口部内において上記誘電体基板を貫通し、上記内部導体を上記給電用電極と導通させる給電用スルーホールと、上記誘電体基板の第１面に形成され、上記開口部を覆うとともに、上記給電用電極を配置するための切り欠きを有する不要放射抑制電極と、上記誘電体基板を貫通し、上記接地板及び上記不要放射抑制電極を導通させる接地用スルーホールとを備えて構成される。

この同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器では、接地板と導通し、かつ、同軸ケーブルの内部導体及び絶縁体と対向する接地板の開口部を覆う不要放射抑制電極が誘電体基板の第１面に形成され、不要放射抑制電極の切り欠き内に給電用電極が配置される。このため、同軸ケーブルからマイクロストリップ線路へ給電する場合に、給電用電極の周囲に電磁波が漏出するのを抑制することができる。従って、４０ＧＨｚを超える周波数帯の高周波電力を変換する場合であっても、変換器から不要放射が発生するのを抑制することができる。また、変換器からの不要放射が抑制されるので、電力の挿入損失を低減させることができる。

第２の本発明による同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器は、上記構成に加え、上記給電用電極が、上記マイクロストリップ線路の線路長方向に略等幅で延び、その一端が、上記マイクロストリップ線路に達し、他端が、上記給電用スルーホールの中心から遠ざかるに従って幅が狭まる曲線形状からなるように構成される。

この様な構成によれば、給電用電極が頂角を有する形状からなる場合に比べ、給電用電極から周囲に電磁波が漏出するのを抑制することができ、電力の挿入損失を低減させることができる。また、給電用電極の一端から他端にかけてインピーダンスの変化が抑えられるので、変換器による反射量を抑制することができ、電力の挿入損失を低減させることができる。

第３の本発明による同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器は、上記構成に加え、上記マイクロストリップ線路が、上記給電用スルーホールの中心から線路長方向の距離が管内波長の略１／４倍の位置に線路幅方向の段差を有するように構成される。

この同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器では、給電用スルーホールの中心で反射した進行波と、マイクロストリップ線路に設けられた段差で反射して給電用スルーホールの中心に伝搬した進行波とが干渉により打ち消し合う。このため、４０ＧＨｚを超える周波数帯の高周波電力を変換する場合であっても、変換器による反射量を抑制し、電力の挿入損失を低減させることができる。

第４の本発明による同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器は、上記構成に加え、上記不要放射抑制電極が、上記開口部の周縁に沿って配置された２以上の上記接地用スルーホールを介して上記接地板と導通しているように構成される。この様な構成によれば、給電用電極の周囲への電磁波の漏出を複数の接地用スルーホールによって遮断することができる。

第５の本発明による同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器は、上記構成に加え、上記接地用スルーホールが、管内波長の略１／４倍以下の間隔を空けて互いに配置されるように構成される。この様な構成によれば、給電用電極の周囲に漏出した電磁波を干渉によって打ち消すことができる。

本発明によれば、ミリ波の電力変換における変換特性を向上させた同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器を提供することができる。特に、４０ＧＨｚを超える周波数帯の高周波電力を変換する場合であっても、変換器から不要放射が発生するのを抑制することができる同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器を提供することができる。また、変換器による反射量を抑制し、電力の挿入損失を低減させることができる同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器を提供することができる。

本発明の実施の形態による同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の一構成例を上下方向に展開して示した斜視図である。 図１の同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の構成例を示した図であり、同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の上面が示されている。 図２の同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の構成例を示した断面図であり、同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１をＡ−Ａ切断線により切断した場合の切断面が示されている。 図２の同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の構成例を示した断面図であり、同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１をＢ−Ｂ切断線により切断した場合の切断面が示されている。 図１の同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の動作特性の一例を示した図であり、周波数を変化させた場合の透過特性及び反射特性が示されている。 図１の同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の動作特性の一例を示した図であり、ＭＳＬ３の線路幅Ｗｍを変化させた場合の透過特性及び反射特性が示されている。 同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の他の構成例を示した図であり、給電用電極１３がＭＳＬ３の線路長方向に略等幅で延びる場合が示されている。 同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１のその他の構成例を示した図であり、ＭＳＬ３に線路幅方向の段差１１ａを設けた場合が示されている。 図８の同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の動作特性の一例を示した図であり、段差１１ａの位置を変化させた場合の透過特性及び反射特性が示されている。 図１の同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の製造工程の一例を示した図であり、接地用スルーホール１６及び給電用スルーホール１７を形成する工程が示されている。

＜同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１＞
図１は、本発明の実施の形態による同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の一構成例を上下方向に展開して示した斜視図である。この図では、同軸ケーブル２の中心軸を上下方向と一致させ、誘電体基板１０の下面に同軸ケーブル２の端面を対向させた状態で同軸ケーブル２を接地板１２に取り付けた同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１が描画されている。

この同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１は、ミリ波帯の高周波電力を同軸ケーブル２及びＭＳＬ（マイクロストリップ線路）３間で変換するための電力変換回路であり、誘電体基板１０、マイクロストリップ導体１１、接地板１２、給電用電極１３、不要放射抑制電極１４、内部導体用電極１５、接地用スルーホール１６及び給電用スルーホール１７により構成される。

例えば、同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１は、周波数が３０〜３００ＧＨｚ程度のミリ波を利用する監視用の車載レーダや高速無線通信装置の送信アンテナ又は受信アンテナに用いることができる。同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１に不要放射抑制電極１４を設け、切り欠き１４ａ内に給電用電極１３を配置するとともに接地用スルーホール１６により接地板１２と導通させたことにより、ミリ波の電力変換における変換特性を向上させている。

同軸ケーブル２は、電気信号や高周波電力を伝送するための伝送線路であり、内部導体２１と、内部導体２１を取り囲む絶縁体２２と、絶縁体２２を取り囲む外部導体２３とにより構成され、内部導体２１及び外部導体２３が同軸に配置されている。この同軸ケーブル２は、上下方向に延び、上端面において、内部導体２１、絶縁体２２及び外部導体２３が露出している。同軸ケーブル２を水平面により切断した場合の切断面は、円形である。

内部導体２１は、中心導体とも呼ばれ、円形の断面形状を有する。絶縁体２２は、内部導体２１及び外部導体２３を絶縁するための部材であり、ポリエチレンなどの誘電体からなる。外部導体２３は、円環形状の断面形状を有し、絶縁体２２を介して内部導体２１を取り囲んでいる。例えば、外部導体２３の外径は、１ｍｍ〜２ｍｍである。絶縁体層の厚さや絶縁体２２の誘電率は、伝送させる電磁波の周波数、帯域幅等に応じて決定される。

誘電体基板１０は、誘電体からなる基板である。例えば、誘電体基板１０には、フッ素樹脂等の絶縁性樹脂からなるアンテナ用の樹脂基板が用いられる。また、誘電体基板１０は、矩形状である。例えば、同軸ケーブル２の絶縁体２２の比誘電率が２．０程度であるのに対し、誘電体基板１０の比誘電率は、２．７である。

ＭＳＬ３は、進行波が伝搬する伝送線路であり、誘電体基板１０の上面に形成されている。このＭＳＬ３は、誘電体基板１０の上面に沿って略等幅で延びるマイクロストリップ導体１１と、誘電体基板１０の下面に形成された接地板１２とにより構成される。

接地板１２は、誘電体基板１０の上面の導体パターンに対し、グランド電極として機能する導体パターンであり、誘電体基板１０の下面の全体を概ね覆っている。この接地板１２には、同軸ケーブル２の外部導体２３が接続されるとともに、内部導体２１及び絶縁体２２と対向する開口部１２ａが設けられている。開口部１２ａは、円形状の周縁からなる抜きパターンである。

給電用電極１３は、ＭＳＬ３に給電するための導体パターンであり、誘電体基板１０の上面に形成され、同軸ケーブル２の内部導体２１と対向し、ＭＳＬ３が接続されている。この給電用電極１３は、ＭＳＬ３の線路長方向に略等幅で延び、その一端は、ＭＳＬ３に達し、他端は、円形状の領域からなる。

内部導体用電極１５は、同軸ケーブル２の内部導体２１を接触させるための導体パターンであり、誘電体基板１０の下面に形成され、接地板１２の開口部１２ａ内に配置されている。

不要放射抑制電極１４は、変換器から不要放射が発生するのを抑制するための導体パターンであり、誘電体基板１０の上面に形成され、接地板１２の開口部１２ａを覆うとともに、給電用電極１３を配置するための切り欠き１４ａを有する。この不要放射抑制電極１４は、前後方向の長さが誘電体基板１０よりも短い矩形状である。

切り欠き１４ａは、不要放射抑制電極１４の前辺において開口し、不要放射抑制電極１４の中央に向けて概ね等幅で延びる抜きパターンであり、給電用電極１３の円形領域が収容されている。切り欠き１４ａの内壁面は、ＭＳＬ３や給電用電極１３の側端面と対向している。

接地用スルーホール１６は、誘電体基板１０を貫通し、接地板１２及び不要放射抑制電極１４を導通させる導電層からなる。誘電体基板１０には、２以上の接地用スルーホール１６が設けられ、不要放射抑制電極１４は、開口部１２ａの周縁に沿って配置されたこれらの接地用スルーホール１６を介して接地板１２と導通している。接地用スルーホール１６は、接地板１２の開口部１２ａよりも外側に設けられている。この様に構成することにより、給電用電極１３の周囲への電磁波の漏出を複数の接地用スルーホール１６によって遮断することができる。

給電用スルーホール１７は、接地板１２の開口部１２ａ内において誘電体基板１０を貫通し、内部導体２１を給電用電極１３と導通させる導電層からなる。給電用電極１３は、給電用スルーホール１７を介して内部導体用電極１５と導通している。

接地用スルーホール１６及び給電用スルーホール１７は、誘電体基板１０の上面側の導体パターンと誘電体基板１０の下面側の導体パターンとを電気的に接続するものであれば良く、本発明は、接地用スルーホール１６や給電用スルーホール１７の形状、製造方法を特に限定するものではない。例えば、接地用スルーホール１６及び給電用スルーホール１７は、誘電体基板１０を貫通する貫通孔の内壁を覆う金属層からなり、当該貫通孔の中心付近が空洞となっている。

ＭＳＬ３、接地板１２、給電用電極１３、不要放射抑制電極１４及び内部導体用電極１５を構成する導体パターンは、誘電体基板１０に金属薄膜、例えば、銅箔を貼り付け、誘電体基板１０上の金属薄膜をエッチング加工等によりパターニングすることによって製作される。また、接地用スルーホール１６及び給電用スルーホール１７は、例えば、金属薄膜が貼り付けられた誘電体基板１０に穴あけ加工により貫通孔を形成した後、銅などの金属からなるめっき層を誘電体基板１０に形成することによって製作される。

ＭＳＬ３の線路幅は、伝送させる電磁波の周波数、帯域幅、誘電体基板１０の厚さ、誘電体基板１０の誘電率等に応じて決定される。また、ＭＳＬ３の線路幅は、電磁波の管内波長λｇに比べて狭い。管内波長λｇは、誘電体基板１０に形成されたＭＳＬ３を伝搬する電磁波の波長である。

図２は、図１の同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の構成例を示した図であり、同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の上面が示されている。この図では、前後方向に延びるＭＳＬ３の長手方向を図の上下方向と一致させ、紙面に垂直な方向を同軸ケーブル２の中心軸と一致させて同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１が描画されている。

不要放射抑制電極１４は、矩形状の薄い平板からなり、左右方向に延びる長辺のうち、後側の長辺を誘電体基板１０の長辺と一致させ、前後方向に延びる短辺を誘電体基板１０の短辺と一致させて、誘電体基板１０上に配置されている。

ＭＳＬ３のマイクロストリップ導体１１は、線路幅Ｗｍが一定で前後方向に延びる形状からなり、その前端は、誘電体基板１０の前端に到達し、誘電体基板１０の前端面から露出している。線路幅Ｗｍは、左右方向の長さである。ＭＳＬ３は、誘電体基板１０の長辺の中点同士を結ぶ直線上に配置されている。

給電用電極１３は、内部導体用電極１５と対向する円形領域を有し、この円形領域とＭＳＬ３の後端とが連結されている。給電用電極１３の円形領域は、給電用スルーホールの中心から遠ざかるに従って幅が狭まる曲線形状の領域であり、その左右方向の長さＬ１、すなわち、幅の最大値は、線路幅Ｗｍよりも広い。また、給電用電極１３の円形領域は、給電用スルーホール１７の中心を通る前後方向の直線に関し、左右対称である。給電用電極１３の形状を線対称とすることにより、インピーダンスの不整合を生じ難くすることができる。

不要放射抑制電極１４の切り欠き１４ａは、マイクロストリップ導体１１及び給電用電極１３の輪郭に沿って形成され、内壁面は、マイクロストリップ導体１１や給電用電極１３の側端面と対向している。不要放射抑制電極１４は、接地板１２の開口部１２ａよりも前側に張り出し、切り欠き１４ａは、開口部１２ａの周縁を横切って前後方向に延びている。切り欠き１４ａの内壁面とマイクロストリップ導体１１や給電用電極１３の側端面との距離は、０．１ｍｍ以上である。

給電用電極１３の円形領域と、給電用スルーホール１７と、接地板１２の開口部１２ａとは、同軸に配置され、誘電体基板１０と平行な平面における中心の位置が一致している。また、各接地用スルーホール１６は、給電用電極１３の円形領域や給電用スルーホール１７と同心の円上に配置され、周方向の間隔Ｌ２が概ね一定である。つまり、各接地用スルーホール１６は、間隔Ｌ２を空けて互いに配置される。間隔Ｌ２は、隣り合う接地用スルーホール１６の内壁間の距離であり、管内波長λｇの略１／４倍以下であることが望ましい。間隔Ｌ２を管内波長λｇの略１／４倍以下とすることにより、給電用電極１３の周囲に漏出した電磁波を干渉によって打ち消すことができる。

この例では、９つの接地用スルーホール１６が、接地板１２の開口部１２ａを取り囲むように概ね等間隔で配置されている。また、各接地用スルーホール１６は、給電用スルーホール１７の中心を通る前後方向の直線に関し、左右対称に配置されている。

図３及び図４は、図２の同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の構成例を示した断面図である。図３には、同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１をＡ−Ａ切断線により切断した場合の切断面が示されている。図４には、同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１をＢ−Ｂ切断線により切断した場合の切断面が示されている。

同軸ケーブル２は、上端面２ａを接地板１２の開口部１２ａに対向させた状態で接地板１２に固定され、内部導体２１が内部導体用電極１５に接触するとともに、外部導体２３が接地板１２に接触している。開口部１２ａの周縁は、絶縁体２２の外縁と一致している。内部導体用電極１５は、その外径が内部導体２１の直径よりも大きく、絶縁体２２の内縁よりも外側に張り出している。

給電用電極１３は、内部導体用電極１５と対向する円形領域１３ａと、円形領域１３ａ及びマイクロストリップ導体１１を連結する連結領域１３ｂとにより構成される。連結領域１３ｂは、マイクロストリップ線路３の線路長方向、すなわち、前後方向に略等幅で延び、その一端は、マイクロストリップ導体１１に達し、他端は、円形領域１３ａに接続されている。

円形領域１３ａは、給電用スルーホール１７の中心から遠ざかるに従って左右方向の幅が狭まる曲線形状からなる。円形領域１３ａの直径は、同軸ケーブル２やＭＳＬ３とのインピーダンス整合によって決定される。

マイクロストリップ導体１１の一部及び給電用電極１３は、不要放射抑制電極１４の切り欠き１４ａ内に配置される。切り欠き１４ａの内壁面は、絶縁体２２の外縁よりも内側に張り出している。

この例では、マイクロストリップ導体１１、接地板１２、給電用電極１３、不要放射抑制電極１４及び内部導体用電極１５が、銅箔層３１，３３及びめっき層３２により構成される。銅箔層３１及び３３は、誘電体基板１０の下面及び上面に銅箔をそれぞれ貼り付けることによって形成される導電層である。

めっき層３２は、銅箔が貼り付けられた誘電体基板１０に貫通孔を形成した後に形成される導電層であり、貫通孔の内壁面上と銅箔層３１及び３３上とに形成されている。接地用スルーホール１６及び給電用スルーホール１７は、この様なめっき層３２により構成される。めっき層３２は、誘電体基板１０の表面及び裏面に形成された金属層と同じ材質が好ましい。このため、本実施の形態においては、銅箔層３１及び３３に対応して、銅めっきによりめっき層３２が形成される。

接地板１２の開口部１２ａや不要放射抑制電極１４の切り欠き１４ａは、めっき層３２を形成した後、銅箔層３１，３３及びめっき層３２をパターニングすることによって形成される。

図５は、図１の同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の動作特性の一例を示した図であり、周波数を変化させた場合の透過特性及び反射特性が示されている。この図では、給電用電極１３の円形領域１３ａの直径が０．４ｍｍであり、ＭＳＬ３の線路幅Ｗｍを円形領域１３ａの直径と一致させた場合が示されている。

図中の（ａ）には、透過特性が示されている。この図には、縦軸を透過量とし、横軸を電磁波の周波数として透過特性を示す特性曲線が描画されている。この特性曲線は、周波数が４０ＧＨｚ以上８０ＧＨｚ以下の範囲内で、周波数が増加するに従って単調に減少している。具体的には、４０ＧＨｚから６０ＧＨｚまでの範囲内で、透過量は、−０．１５ｄＢ以下−０．２ｄＢ以上の範囲内で概ね一定値である。また、６０ＧＨｚから７５ＧＨｚまでの範囲内で、透過量は、−０．２ｄＢから−０．４ｄＢまで低下し、周波数が７５ＧＨｚを超えれば、透過量の減少率はさらに大きくなり、８０ＧＨｚにおいて透過量は−０．５８ｄＢに達している。

この実験結果によれば、同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１は、４０ＧＨｚ以上７５ＧＨｚ以下の範囲内で、透過量が−０．４ｄＢ以上であり、４０ＧＨｚを超える周波数帯の高周波電力を変換する場合であっても、電力の挿入損失が極めて小さいことが判る。

図中の（ｂ）には、反射特性が示されている。この図には、縦軸を反射量とし、横軸を電磁波の周波数として反射特性を示す特性曲線が描画されている。この特性曲線は、周波数が４０ＧＨｚ以上８０ＧＨｚ以下の範囲内で、周波数が増加するに従って単調に増加している。具体的には、４０ＧＨｚから５０ＧＨｚまでの範囲内で、反射量は、−４６ｄＢから−３０ｄＢまで増加し、５０ＧＨｚから６３ＧＨｚまでの範囲内で、反射量は、−３０ｄＢから−２０ｄＢまで増加している。また、周波数が６３ＧＨｚを超えれば、反射量の増加率は概ね一定となり、８０ＧＨｚにおいて反射量は−１２ｄＢに達している。

この実験結果によれば、同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１は、４０ＧＨｚ以上８０ＧＨｚ以下の範囲内で、反射量が−１２ｄＢ以下であり、４０ＧＨｚを超える周波数帯の高周波電力を変換する場合であっても、反射量が著しく少ないことが判る。

図６は、図１の同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の動作特性の一例を示した図であり、ＭＳＬ３の線路幅Ｗｍを変化させた場合の透過特性及び反射特性が示されている。この図では、給電用電極１３の円形領域１３ａの直径が０．４ｍｍであり、電磁波の周波数が６１ＧＨｚである場合が示されている。図中には、左側の縦軸を透過量とし、横軸を線路幅Ｗｍとして透過特性を示す折れ線と、右側の縦軸を反射量とし、横軸を線路幅Ｗｍとして反射特性を示す折れ線とが描画されている。

透過特性は、線路幅Ｗｍが０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の範囲内で、線路幅Ｗｍが増加するに従って単調に増加している。具体的には、０．１ｍｍにおいて透過量は−０．７５ｄＢであり、０．２ｍｍにおいて透過量は−０．４２ｄＢであり、０．３ｍｍにおいて透過量は−０．２６ｄＢであり、０．４ｍｍにおいて透過量は−０．２０ｄＢであり、０．５ｍｍにおいて透過量は−０．３０ｄＢである。

一方、反射特性は、線路幅Ｗｍが０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の範囲内で、線路幅Ｗｍが増加するに従って単調に減少している。具体的には、０．１ｍｍにおいて反射量は−８．９ｄＢであり、０．２ｍｍにおいて反射量は−１２．２ｄＢであり、０．３ｍｍにおいて反射量は−１６．１ｄＢであり、０．４ｍｍにおいて反射量は−２１．３ｄＢであり、０．５ｍｍにおいて反射量は−２０．０ｄＢである。

この実験結果によれば、線路幅Ｗｍが０．４ｍｍである場合、すなわち、線路幅Ｗｍが給電用電極１３の円形領域１３ａの直径と一致する場合に、透過量が最大であり、かつ、反射量が最小であり、同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の変換特性が最適化されることが判る。

本実施の形態による同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１では、接地板１２と導通し、かつ、同軸ケーブル２の内部導体２１及び絶縁体２２と対向する接地板１２の開口部１２ａを覆う不要放射抑制電極１４が誘電体基板１０の上面に形成され、不要放射抑制電極１４の切り欠き１４ａ内に給電用電極１３が配置される。このため、同軸ケーブル２からＭＳＬ３へ給電する場合に、給電用電極１３の周囲に電磁波が漏出するのを抑制することができる。従って、４０ＧＨｚを超える周波数帯の高周波電力を変換する場合であっても、変換器１から不要放射が発生するのを抑制することができる。また、変換器１からの不要放射が抑制されるので、電力の挿入損失を低減させることができる。

なお、図２では、給電用電極１３の円形領域１３ａの直径がＭＳＬ３の線路幅Ｗｍよりも大きい同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１について説明したが、本発明は、給電用電極１３の構成をこれに限定するものではない。例えば、円形領域１３ａの直径をＭＳＬ３の線路幅Ｗｍと一致させることにより、変換器１の変換特性を最適化しても良い。

図７は、同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の他の構成例を示した図であり、給電用電極１３がＭＳＬ３の線路長方向に略等幅で延びる場合が示されている。この同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１では、給電用電極１３が、ＭＳＬ３の線路長方向（前後方向）に略等幅で延び、その一端は、ＭＳＬ３に達し、他端は、給電用スルーホール１７の中心から遠ざかるに従って左右方向の幅が狭まる曲線形状からなる。

具体的には、給電用電極１３が、給電用スルーホール１７の中心よりも後側に形成される半円形状の領域と、給電用スルーホール１７の中心よりも前側に形成され、半円形状の領域及びマイクロストリップ導体１１を連結する連結領域とからなる。給電用電極１３の半円形領域は、その左右方向の長さが線路幅Ｗｍと一致している。

この様に構成することにより、給電用電極１３が頂角を有する形状からなる場合に比べ、給電用電極１３から周囲に電磁波が漏出するのを抑制することができ、電力の挿入損失を低減させることができる。また、給電用電極１３の前端から後端にかけてインピーダンスの変化が抑えられるので、変換器１による反射量を抑制することができ、電力の挿入損失を低減させることができる。

また、本実施の形態では、不要放射抑制電極１４を設け、切り欠き１４ａ内に給電用電極１３を配置するとともに接地用スルーホール１６により接地板１２と導通させる場合の例について説明したが、本発明は、同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の構成を図２又は図７に示したものに限定するものではない。例えば、ＭＳＬ３に線路幅方向の段差を設けることにより、変換器１による反射量を抑制するような構成であっても良い。

図８は、同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１のその他の構成例を示した図であり、ＭＳＬ３に線路幅方向の段差１１ａを設けた場合が示されている。この段差１１ａは、線路幅Ｗｍを不連続に変化させることによって形成される線路幅方向（左右方向）の段差であり、線路長Ｌ３が管内波長λｇの略１／４倍となる位置に配置されている。

給電用電極１３は、ＭＳＬ３の線路長方向に略等幅で延び、その一端は、ＭＳＬ３に達し、他端は、給電用スルーホール１７の中心から遠ざかるに従って左右方向の幅が狭まる曲線形状からなる。線路長Ｌ３は、給電用スルーホール１７の中心から段差１１ａまでの線路長方向（前後方向）の距離である。つまり、ＭＳＬ３は、段差１１ａの後側の線路幅Ｗｍが段差の前側よりも広くなっている。

この様に構成することにより、給電用スルーホール１７の中心で反射した進行波と、段差１１ａで反射して給電用スルーホール１７の中心に伝搬した進行波とが干渉により打ち消し合う。このため、４０ＧＨｚを超える周波数帯の高周波電力を変換する場合であっても、放射素子や分配器等の回路素子側の線路幅を変更することなく、変換器１による反射量を抑制し、電力の挿入損失を低減させることができる。

図９は、図８の同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の動作特性の一例を示した図であり、段差１１ａの位置を前後方向に変化させた場合の透過特性及び反射特性が示されている。この図では、給電用電極１３の半円形領域の直径が０．４ｍｍであり、ＭＳＬ３の回路素子側の線路幅Ｗｍが０．３５ｍｍである場合が示されている。電磁波の周波数は、６１ＧＨｚである。図中には、左側の縦軸を透過量とし、横軸を線路長Ｌ３として透過特性を示す折れ線と、右側の縦軸を反射量とし、横軸を線路長Ｌ３として反射特性を示す折れ線とが描画されている。

透過特性は、線路長Ｌ３が０．３ｍｍ以上０．９ｍｍ以下の範囲内で、線路長Ｌ３が増加するに従って、透過量は、単調に増加し、線路長Ｌ３＝０．９ｍｍにおいて透過量が最大（最大値−０．１７ｄＢ）となり、０．９ｍｍ以上１．９ｍｍ以下の範囲内で、線路長Ｌ３が増加するに従って、透過量は、単調に減少している。

一方、反射特性は、線路長Ｌ３が０．３ｍｍ以上０．９ｍｍ以下の範囲内で、線路長Ｌ３が増加するに従って、反射量は、単調に減少し、線路長Ｌ３＝０．９ｍｍにおいて反射量が最小（最小値−２６．３ｄＢ）となり、０．９ｍｍ以上１．９ｍｍ以下の範囲内で、線路長Ｌ３が増加するに従って、反射量は、単調に増加している。

この実験結果によれば、線路長Ｌ３が０．９ｍｍである場合、すなわち、線路長Ｌ３が管内波長λｇの略１／４倍である場合に、透過量が最大であり、かつ、反射量が最小であり、同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の変換特性が最適化されることが判る。

図１０は、図１の同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器１の製造工程の一例を示した図であり、接地用スルーホール１６及び給電用スルーホール１７を形成する工程が示されている。図中の（ａ）には、フッ素樹脂からなる誘電体基板４０の表面及び裏面に銅箔４１及び４２をそれぞれ貼り付ける工程が示されている。銅箔４１からなる金属層は、給電用電極１３又は不要放射抑制電極１４を構成し、銅箔４２からなる金属層は、接地板１２又は内部導体用電極１５を構成する。

図中の（ｂ）には、銅箔４１及び４２が張り付けられた誘電体基板４０に貫通孔４３を形成する穴あけ工程が示されている。図中の（ｃ）には、貫通孔４３の内壁を表面処理する工程が示されている。この表面処理では、貫通孔４３の内壁において露出する誘電体層の表面を粗くする粗化処理により、めっき層が付着し易くなる。

図中の（ｄ）には、表面処理後の誘電体基板４０に対し、無電解銅めっきにより金属層４４を形成する工程が示されている。この工程では、めっき液に含まれる還元剤の酸化現象を利用して、被めっき物に金属層４４を析出させる。図中の（ｅ）には、金属層４４の形成後の誘電体基板４０に対し、電解銅めっきにより金属層４５を形成する工程が示されている。この工程では、電流による還元作用を利用して、被めっき物に金属層４５を析出させる。金属層４４及び４５は、貫通孔４３の内壁面と、金属層４１及び４２の表面とに形成される。この様な工程により、接地用スルーホール１６及び給電用スルーホール１７が形成される。

また、本実施の形態では、給電用電極１３の給電用スルーホール１７の中心よりも後側が円形状からなる場合の例について説明したが、本発明は、給電用電極１３の形状をこれに限定するものではなく、給電用スルーホールの中心から遠ざかるに従って幅が狭まる曲線形状であれば、他の形状であっても良い。例えば、給電用電極１３の給電用スルーホール１７の中心よりも後側が楕円、放物線、双曲線、その他の曲線形状からなるような構成であっても良い。

また、本実施の形態では、同軸ケーブル２の内部導体２１を接触させる内部導体用電極１５を設け、内部導体用電極１５と給電用電極１３とを給電用スルーホール１７により導通させる場合の例について説明したが、本発明は、給電用スルーホール１７を介した内部導体２１及び給電用電極１３の接続方法をこれに限定するものではない。例えば、内部導体用電極１５を設けず、同軸ケーブル２の端面から突出させた内部導体２１を給電用スルーホール１７内に挿入することにより、内部導体２１と給電用スルーホール１７とを導通させるような構成であっても良い。

１ 同軸ケーブル・ＭＳＬ変換器
１０ 誘電体基板
１１ マイクロストリップ導体
１２ 接地板
１２ａ 開口部
１３ 給電用電極
１４ 不要放射抑制電極
１４ａ 切り欠き
１５ 内部導体用電極
１６ 接地用スルーホール
１７ 給電用スルーホール
２ 同軸ケーブル
２１ 内部導体
２２ 絶縁体
２３ 外部導体
３ ＭＳＬ

Claims (5)

1. 誘電体基板の第１面にマイクロストリップ線路が形成され、上記誘電体基板の第２面に対し、絶縁体を介して内部導体を外部導体で取り囲んだ同軸ケーブルの端面を対向させ、上記マイクロストリップ線路及び上記同軸ケーブル間で電力変換を行う同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器において、
   上記誘電体基板の第２面に形成され、上記外部導体が接続されるとともに、上記内部導体及び上記絶縁体と対向する開口部を有する接地板と、
   上記誘電体基板の第１面に形成され、上記内部導体と対向し、上記マイクロストリップ線路が接続される給電用電極と、
   上記開口部内において上記誘電体基板を貫通し、上記内部導体を上記給電用電極と導通させる給電用スルーホールと、
   上記誘電体基板の第１面に形成され、上記給電用電極を配置するための切り欠きを有するとともに、上記切り欠きに対向する領域を除き上記開口部を覆う不要放射抑制電極と、
   上記誘電体基板を貫通し、上記接地板及び上記不要放射抑制電極を導通させる接地用スルーホールとを備えたことを特徴とする同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器。
2. 上記給電用スルーホールは、上記誘電体基板の第２面に形成され上記内部導体を接触させるための内部導体用電極を上記給電用電極と導通させることを特徴とする請求項１に記載の同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器。
3. 上記マイクロストリップ線路は、上記給電用スルーホールの中心から線路長方向の距離が管内波長の略１／４倍の位置に線路幅方向の段差を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器。
4. 上記不要放射抑制電極は、上記開口部の周縁に沿って配置された２以上の上記接地用スルーホールを介して上記接地板と導通していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器。
5. 上記接地用スルーホールは、管内波長の略１／４倍以下の間隔を空けて互いに配置されることを特徴とする請求項４に記載の同軸ケーブル・マイクロストリップ線路変換器。

Images