JP6484155B2 - マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器及び平面アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器及び平面アンテナ装置に係り、さらに詳しくは、誘電体基板をそれぞれ挟んで４以上の導電層が積層された多層基板を備えるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器及び平面アンテナ装置の改良に関する。

マイクロストリップアンテナは、誘電体基板上に形成されるマイクロストリップ線路を利用して、マイクロ波帯又はミリ波帯の電波を送受信する平面アンテナである。この様なマイクロストリップアンテナに対し、ストリップ線路を介して給電する場合は、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器が用いられる。マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器は、誘電体基板上のマイクロストリップ線路とストリップ線路との間で伝送電力を相互に変換する電力変換装置である。

マイクロストリップ線路は、誘電体基板の前面に設けられる線路パターンと、誘電体基板の背面に設けられる接地板とにより構成される平面線路である。一方、ストリップ線路は、誘電体基板内に設けられる線路パターンと、誘電体基板の前面及び背面にそれぞれ設けられるグランドパターンとにより構成される。

例えば、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器は、誘電体基板をそれぞれ挟んで４つの導電層が積層された多層基板により構成される。多層基板の前面において露出する前面導電層は、直線状に延びる第１線路パターンと、第１線路パターンの先端部が配置される切り込みを有するシールド板とを形成する。多層基板の背面において露出する背面導電層は、接地板を形成する。前面導電層及び背面導電層間に配置される第１の内部導電層は、誘電体基板に沿って拡がるグランドパターンを形成する。第１線路パターン及びグランドパターンにより、マイクロストリップ線路が形成される。

第１の内部導電層及び背面導電層間に配置される第２の内部導電層は、第１線路パターンとは反対方向に向かって直線状に延びる第２線路パターンと、第２線路パターンの先端部が配置される切り込みを有するシールド板とを形成する。第２線路パターン、グランドパターン及び接地板により、ストリップ線路が形成される。

従来のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器では、第１線路パターンと第２線路パターンとを電気的に接続するビアホールと、前面導電層のシールド板、第１の内部導電層のグランドパターン、第２の内部導電層のシールド板及び背面導電層の接地板を電気的に接続する複数のスルーホールとが設けられる。ビアホールは、前面導電層及び第２の内部導電層を導通させる層間ビア（Blind via hole）であり、線路パターンの先端部に配置される。マイクロストリップ線路及びストリップ線路は、ビアホールによって電磁的に結合される。

スルーホールは、多層基板を貫通する貫通ビア（Through Hole Via）であり、シールド板の切り込みに沿って配置される。スルーホールを形成することにより、誘電体基板内をシールド板よりも外側に電磁波が漏出するのを防いでいる。ビアホールやスルーホールは、シールド板やグランドパターンが形成された誘電体基板に対し、貫通孔を形成した後、金属をめっきすることによって貫通孔の内壁を金属層で覆うことによって形成される。

上述した様な従来のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器は、ビアホールを用いてマイクロストリップ線路及びストリップ線路を電磁的に結合し、また、スルーホールを用いて電磁波の漏出を防いでいる。このため、穴あけ加工が不可欠であり、製造工程が複雑となり、生産コストの低減が難しいという問題があった。また、ビアホールやスルーホールの形成工程において誘電体基板が損傷を受け、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器の性能を安定させることが難しいという問題もあった。例えば、誘電体基板に反りが生じ、或いは、表面の平滑度が低下するなどの不具合により、誘電体基板に対するパターン加工の精度が低下してしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、製造を容易化することができるとともに、信頼性を向上させたマイクロストリップ線路・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、本発明は、伝送損失の増大を抑制しつつ、製造を容易化することができるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器を提供することを目的とする。

本発明は、製造を容易化することができるとともに、信頼性を向上させた平面アンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様によるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器は、誘電体基板をそれぞれ挟んで前面導電層、第１の内部導電層、第２の内部導電層及び背面導電層が積層された多層基板を備える。上記多層基板の背面において露出する上記背面導電層は、接地板を形成する。上記前面導電層及び上記背面導電層間に配置される上記第１の内部導電層は、矩形状の環状パターンと、上記環状パターンの第１長辺から外側に向かって延びる第１線状パターンと、上記環状パターンの第２長辺から外側に向かって延びる第２線状パターンとを形成する。上記多層基板の前面において露出する上記前面導電層は、上記環状パターンの内縁に対向する矩形状のシールド板と、上記内縁を横切って延びる第１線路パターンとを形成し、上記シールド板は、上記第１線路パターンの先端部が配置される切り込みを有する。上記第１の内部導電層及び上記背面導電層間に配置される上記第２の内部導電層は、上記環状パターンの内縁を横切って延びる第２線路パターンと、上記環状パターンよりも内側に配置される整合素子とを形成し、上記第２線路パターンが上記整合素子に連結する。上記第１線状パターン及び上記第２線状パターンは、上記第１線路パターン及び上記第２線路パターンにそれぞれ対向し、上記第１線路パターンの先端部は、上記整合素子と重複する。

このマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器では、誘電体層を挟んで第１線路パターンに対向する第１線状パターンがマイクロストリップ線路のグランドとして機能し、誘電体層を挟んで第２線路パターンに対向する第２線状パターン及び接地板がストリップ線路のグランドとして機能する。

また、第１線路パターンの先端部は、環状パターンの内縁を横切って延び、環状パターンよりも内側に配置される整合素子と重複することから、シールド板の切り込み内において、誘電体層を挟んで整合素子と対向することになる。このため、第１線路パターン及び第２線路パターンを電気的に接続するビアホールを設けなくても、マイクロストリップ線路及びストリップ線路を電磁的に結合させることができる。従って、ビアホールを用いる場合に比べ、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器の製造を容易化することができる。また、ビアホールの加工に起因して多層基板が損傷を受けることがないため、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器の信頼性を向上させることができる。

本発明の第２の態様によるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器は、上記構成に加え、上記整合素子の上記第２線路パターンが延びる方向の長さが電磁波の管内波長の１／２波長の整数倍に略一致し、上記第１長辺及び上記第２長辺の幅が電磁波の管内波長の１／４波長の奇数倍に略一致するように構成される。

このマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器では、第１長辺及び第２長辺の幅が電磁波の管内波長の１／４波長の奇数倍に略一致する。このため、誘電体基板内を環状パターンの外縁よりも外側に伝搬する電磁波は、環状パターンの外縁及び内縁で反射して伝搬する電磁波との干渉によって打ち消される。従って、マイクロストリップ線路及びストリップ線路間で電力を伝送する際に、電磁波が環状パターンの外縁よりも外側の誘電体基板内に漏出するのを抑制することができる。

つまり、このマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器では、多層基板を貫通するスルーホールを設けなくても、第１の内部導電層や第２の内部導電層のパターニングによって電磁波の漏出を防ぐことができるため、スルーホールを用いる場合に比べ、伝送損失が増大するのを抑制しつつ、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器の製造を容易化することができる。また、スルーホールの加工に起因して多層基板が損傷を受けることがないため、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器の信頼性を向上させることができる。

また、第２線路パターンが延びる方向に関し、整合素子の長さが電磁波の管内波長の１／２波長の整数倍に略一致するため、マイクロストリップ線路及びストリップ線路間で電力を伝送する際の変換効率を向上させることができる。

本発明の第３の態様によるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器は、上記構成に加え、上記第２線路パターンが、上記第１線路パターンと略平行に延びるように構成される。この様な構成によれば、マイクロストリップ線路及びストリップ線路間で電力を伝送する際の変換効率をさらに向上させることができる。

本発明の第４の態様によるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器は、上記構成に加え、上記シールド板の外縁が、上記環状パターンの外縁と略一致するように構成される。この様な構成によれば、マイクロストリップ線路及びストリップ線路間で電力を伝送する際の伝送損失をさらに低減させることができる。

本発明の第５の態様による平面アンテナ装置は、ストリップ線路を介して互いに接続される２以上のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器と、マイクロストリップ線路を介してそれぞれ異なる上記マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器に接続される高周波回路及びマイクロストリップアンテナとが共通の多層基板上に形成される。上記マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器は、誘電体基板をそれぞれ挟んで前面導電層、第１の内部導電層、第２の内部導電層及び背面導電層が積層された多層基板を備える。上記多層基板の背面において露出する上記背面導電層は、接地板を形成する。上記前面導電層及び上記背面導電層間に配置される上記第１の内部導電層は、矩形状の環状パターンと、上記環状パターンの第１長辺から外側に向かって延びる第１線状パターンと、上記環状パターンの第２長辺から外側に向かって延びる第２線状パターンとを形成する。上記多層基板の前面において露出する上記前面導電層は、上記環状パターンの内縁に対向する矩形状のシールド板と、上記内縁を横切って延びる第１線路パターンとを形成し、上記シールド板は、上記第１線路パターンの先端部が配置される切り込みを有する。上記第１の内部導電層及び上記背面導電層間に配置される上記第２の内部導電層は、上記環状パターンの内縁を横切って延びる第２線路パターンと、上記環状パターンよりも内側に配置される整合素子とを形成し、上記第２線路パターンが上記整合素子に連結する。上記第１線状パターン及び上記第２線状パターンは、上記第１線路パターン及び上記第２線路パターンにそれぞれ対向し、上記第１線路パターンの先端部は、上記整合素子と重複する。

この様な構成によれば、第１線路パターン及び第２線路パターンを電気的に接続するビアホールを設けなくても、マイクロストリップ線路及びストリップ線路を電磁的に結合させることができる。従って、ビアホールを用いる場合に比べ、平面アンテナ装置の製造を容易化することができる。また、ビアホールの加工に起因して多層基板が損傷を受けることがないため、平面アンテナ装置の信頼性を向上させることができる。

本発明によれば、第１の内部導電層や第２の内部導電層のパターニングによってマイクロストリップ線路及びストリップ線路を電磁的に結合させることができるため、ビアホールを用いる場合に比べ、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器及び平面アンテナ装置の製造を容易化することができる。また、ビアホールの加工に起因して多層基板が損傷を受けることがないため、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器及び平面アンテナ装置の信頼性を向上させることができる。

本発明の実施の形態によるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１の一構成例を示した斜視図である。 図１の多層基板１０の前面を示した平面図である。 図１の誘電体基板３２上に形成された線状パターン４１，４２及び環状パターン４３を示した平面図である。 図２の多層基板１０を示した断面図であり、多層基板１０をＡ−Ａ切断線により切断した場合の切断面が模式的に示されている。 図２の多層基板１０を示した断面図であり、多層基板１０をＢ−Ｂ切断線により切断した場合の切断面が模式的に示されている。 図１のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１の動作特性の一例を示した図である。 図１の線路パターン５１及び整合素子５２の構成例を示した平面図である。 線路パターン５１の挿入長Ｌｘを変化させた場合の動作特性の一例を示した図である。 図１の線路パターン５１及び整合素子５２の他の構成例を示した平面図である。 線路パターン５１の接続位置Ｌｙを変化させた場合の動作特性の一例を示した図である。 ２以上のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１を備える平面アンテナ装置１００の一構成例を示した平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本明細書では、便宜上、多層基板に垂直な方向を前後方向として説明するが、本発明によるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器の使用時における姿勢を限定するものではない。

＜マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１＞
図１〜図５は、本発明の実施の形態によるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１の一構成例を示した図である。図１は、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１を展開して示した斜視図であり、図中には、誘電体基板３１〜３３を挟んで４つの導電層１１〜１４が積層される多層基板１０が示されている。

図２は、図１の多層基板１０の前面を示した平面図であり、図中には、誘電体基板３１上に形成された線路パターン２１及びシールド板２２が示されている。図３は、図１の誘電体基板３２上に形成された線状パターン４１，４２及び環状パターン４３を示した平面図である。図４及び図５は、図２の多層基板１０を示した断面図である。図４には、多層基板１０をＡ−Ａ切断線により切断した場合の切断面が模式的に示されている。図５には、多層基板１０をＢ−Ｂ切断線により切断した場合の切断面が模式的に示されている。

マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１は、マイクロストリップ線路を伝送する電力とストリップ線路を伝送する電力とを相互に変換するための電力変換装置である。

このマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１は、誘電体基板３１〜３３をそれぞれ挟んで４つの導電層１１〜１４が積層された多層基板１０により構成される。誘電体基板３１〜３３は、いずれもフッ素樹脂等の誘電体材料からなり、それぞれ平板状の誘電体層を形成する。

＜前面導電層１１＞
多層基板１０の前面において露出する前面導電層１１は、線路パターン２１及びシールド板２２を形成する。線路パターン２１及びシールド板２２は、誘電体基板３１上に形成されている。

線路パターン２１は、後述する環状パターン４３の内縁４３ａを横切って直線状に延びる概ね等幅の線状パターンであり、マイクロストリップ線路として機能する。この線路パターン２１は、先端部が厚さ方向から見て後述する整合素子５２と重複する位置まで延びている。厚さ方向は、導電層１１〜１４の積層方向であり、前後方向と一致している。このマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１では、誘電体層を挟んで線路パターン２１に対向する線状パターン４１がマイクロストリップ線路のグランドとして機能する。

シールド板２２は、ストリップ線路を短絡させ、マイクロストリップ線路をシールドするための矩形状の導体パターンであり、内縁４３ａに対向し、線路パターン２１の先端部が配置される切り込み２３を有する。このシールド板２２は、内縁４３ａにより囲まれた領域を覆っている。また、シールド板２２の外縁は、環状パターン４３の外縁４３ｂと略一致している。

図２では、線路パターン２１の先端部が延びる方向を紙面の上下方向として多層基板１０が描画されている。線路パターン２１は、環状パターン４３の内縁４３ａに対し、紙面の左右方向における中央に配置されている。切り込み２３は、シールド板２２の下端から上に向けて凹んだスリット状の凹部であり、左右方向の中央に形成されている。

図２における距離Ｌ_１〜Ｌ_４は、多層基板１０の前面に平行な方向に関し、環状パターン４３の内縁４３ａからシールド板２２の外縁までの距離である。すなわち、距離Ｌ_１は、内縁４３ａの上側長辺よりも上側に形成されたシールド板２２の外縁までの距離である。距離Ｌ_２は、内縁４３ａの下側長辺よりも下側に形成されたシールド板２２の外縁までの距離である。

距離Ｌ_３は、内縁４３ａの左側短辺よりも左側に形成されたシールド板２２の外縁までの距離である。距離Ｌ_４は、内縁４３ａの右側短辺よりも右側に形成されたシールド板２２の外縁までの距離である。

距離Ｌ_１〜Ｌ_４は、シールド板２２の外縁よりも外側の誘電体基板３１〜３３内への電磁波の漏出を防止するという観点から、いずれも電磁波の管内波長λｇの１／４波長の奇数倍に略一致することが望ましい。ここでの管内波長λｇとは、多層基板１０を伝搬する電磁波のシールド板２２における波長（シールド板２２を伝搬する電磁波の波長）である。距離Ｌ_１〜Ｌ_４は、管内波長λｇ及び整数ｎ＝０，１，２，・・・を用いて、Ｌ_１〜Ｌ_４＝λｇ／４×（２ｎ＋１）と表すことができる。例えば、距離Ｌ_１〜Ｌ_４は、それぞれλｇ／４である。

なお、シールド板２２の外縁よりも外側の誘電体基板３１〜３３内への電磁波の漏出に関し、多層基板１０に平行な方向に関して電磁波の伝送方向が上下方向であることから、左右方向への漏出は、上下方向への漏出に比べて少ない。このため、距離Ｌ_３及びＬ_４については、λｇ／４よりも短く、或いは、λｇ／４よりも長くても良い。

＜背面導電層１４＞
多層基板１０の背面において露出する背面導電層１４は、接地板６１を形成する。このマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１では、誘電体層を挟んで線路パターン５１に対向する接地板６１は、ストリップ線路のグランドとして機能する。この接地板６１は、多層基板１０の背面を覆っている。

＜内部導電層１２＞
前面導電層１１及び背面導電層１４間に配置される内部導電層１２は、線状パターン４１及び４２と、矩形状の環状パターン４３とを形成する第１の内部導電層である。線状パターン４１，４２及び環状パターン４３は、誘電体基板３２上に形成されている。

環状パターン４３は、内縁４３ａと外縁４３ｂとにより囲まれた導体パターンである。図３に示した環状パターン４３は、紙面の左右方向に延びる長辺４３１及び４３２と、上下方向に延びる短辺４３３及び４３４とを有する。長辺４３１及び４３２は、線路パターン２１が延びる方向と交差する辺であり、互いに平行である。また、短辺４３３及び４３４は、線路パターン２１が延びる方向の辺であり、互いに平行であり、長辺４３１及び４３２よりも短い。

線状パターン４１は、誘電体基板３１を挟んで線路パターン２１に対向する導体パターンであり、環状パターン４３の長辺４３１から外側に向かって延びている。線状パターン４２は、誘電体基板３２を挟んで線路パターン５１に対向する導体パターンであり、環状パターン４３の長辺４３２から外側に向かって延びている。

図３では、線路パターン２１の先端部が延びる方向を紙面の上下方向として線状パターン４１，４２及び環状パターン４３が描画されている。図３におけるＷ_１〜Ｗ_４は、環状パターン４３の幅である。すなわち、Ｗ_１は、長辺４３２の上下方向の幅である。Ｗ_２は、長辺４３１の上下方向の幅である。Ｗ_３は、短辺４３３の左右方向の幅である。Ｗ_４は、短辺４３４の左右方向の幅である。

Ｗ_１〜Ｗ_４は、環状パターン４３の外縁よりも外側の誘電体基板３１〜３３内への電磁波の漏出を防止するという観点から、いずれも電磁波の管内波長λｇの１／４波長の奇数倍に略一致することが望ましい。ここでの管内波長λｇとは、多層基板１０を伝搬する電磁波の環状パターン４３における波長（環状パターン４３を伝搬する電磁波の波長）である。管内波長をλｇとし、整数ｎ＝０，１，２，・・・を用いて、Ｗ_１〜Ｗ_４＝λｇ／４×（２ｎ＋１）と表すことができる。例えば、距離Ｗ_１〜Ｗ_４は、それぞれλｇ／４である。なお、Ｗ_３及びＷ_４については、λｇ／４よりも短く、或いは、λｇ／４よりも長くても良い。

線状パターン４１の幅Ｗａは、線路パターン２１の幅よりも広くなっている。また、線状パターン４２の幅Ｗｂは、線路パターン５１の幅よりも広くなっている。このマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１では、誘電体層を挟んで線路パターン２１に対向する線状パターン４１がマイクロストリップ線路のグランドとして機能し、誘電体層を挟んで線路パターン５１に対向する線状パターン４２がストリップ線路のグランドとして機能する。

＜内部導電層１３＞
内部導電層１２及び背面導電層１４間に配置される内部導電層１３は、線路パターン５１及び整合素子５２を形成する第２の内部導電層である。線路パターン５１及び整合素子５２は、誘電体基板３３上に形成されている。

線路パターン５１は、環状パターン４３の内縁４３ａを横切って直線状に延びる概ね等幅の線状パターンであり、整合素子５２に連結する。線路パターン５１は、ストリップ線路として機能する。本実施の形態において、線路パターン５１は、線路パターン２１とは反対方向に向かって、線路パターン２１と略平行に延びる。このマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１では、誘電体層を挟んで線路パターン５１に対向する線状パターン４２及び接地板６１がストリップ線路のグランドとして機能する。なお、線路パターン５１は、線路パターン２１と同方向に向かって延伸していても良く、線路パターン２１に対し、交差角が４５°程度までならば傾斜していても良い。

整合素子５２は、マイクロストリップ線路及びストリップ線路間でインピーダンス整合させるための矩形状の導体パターンからなる共振パッチであり、環状パターン４３よりも内側に配置される。この整合素子５２は、環状パターン４３の中央に配置されている。

図２における距離Ｌｐは、整合素子５２の上下方向の長さである。整合素子５２は、環状パターン４３の左右方向における中央に配置され、距離Ｌｐを電磁波の管内波長λｇの１／２波長の整数倍に略一致させることが望ましい。ここでの管内波長λｇとは、多層基板１０を伝搬する電磁波の整合素子５２における波長（整合素子５２を伝搬する電磁波の波長）である。距離Ｌｐは、管内波長λｇ及び整数ｍ＝１，２，・・・を用いて、Ｌｐ＝λｇ／２×ｍと表すことができる。例えば、距離Ｌｐは、λｇ／２である。

上述したマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１を作製する場合の処理手順は、以下に例示する通りである。まず、平行平面板からなる誘電体基板３１の前面に銅等の金属箔を貼り付け、この金属箔からなる導電層１１をエッチング処理によってパターニングすることにより、線路パターン２１及びシールド板２２が形成される。

同様に、誘電体基板３２の前面に金属箔を貼り付け、この金属箔からなる導電層１２をパターニングすることにより、線状パターン４１，４２及び環状パターン４３が形成される。また、誘電体基板３３の前面に金属箔を貼り付け、この金属箔からなる導電層１３をパターニングすることにより、線路パターン５１及び整合素子５２が形成される。また、誘電体基板３３の背面に金属箔を貼り付けることにより、接地板６１が形成される。

次に、導電層１１〜１３をパターニングした後の誘電体基板３１〜３３を重ね合せて積層体を形成し、この積層体を加熱及び加圧して硬化させることにより、多層基板１０が形成される。多層基板１０の端面には、積層された各層が露出している。なお、図４及び図５では、導電層１１〜１３について、エッチング処理によって金属箔が除去された領域は空隙であるかのように描画されているが、実際は誘電体によって充填されている。

図６は、図１のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１の動作特性の一例を示した図である。図中には、横軸を電磁波の周波数とし、縦軸をＳパラメータの値として、透過量Ｓ_２１及び反射量Ｓ_１１が示されている。

透過量Ｓ_２１は、ストリップ線路を介して入力された電力をマイクロストリップ線路へ出力する場合の挿入損失である。この透過量Ｓ_２１は、周波数７６．５ＧＨｚにおいて最大であり、最大値は、（−１．９５）ｄＢである。

反射量Ｓ_１１は、ストリップ線路を介して入力された電力をストリップ線路へ反射する場合の反射損失である。この反射量Ｓ_１１は、周波数７６．５ＧＨｚにおいて最小であり、最小値は、（−１３．０）ｄＢである。ビアホールやスルーホールを用いる従来のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器に比べ、透過量Ｓ_２１の低下が低く抑えられていることが判る。

図７は、図１の線路パターン５１及び整合素子５２の構成例を示した平面図である。図８は、線路パターン５１の挿入長Ｌｘを変化させた場合の動作特性の一例を示した図であり、図７の線路パターン５１側から見た場合の入力インピーダンスが示されている。環状パターン４３の内縁４３ａは、方形導波管の規格に準じたサイズである。例えば、７６ＧＨｚ〜９０ＧＨｚの電磁波を伝送する場合、内縁４３ａは、長辺の長さＬａが２．５４ｍｍ、短辺の長さＬｂが１．２７ｍｍである。

図７に示した整合素子５２は、線路パターン５１の先端部が配置される切り込み５３を有する。挿入長Ｌｘは、線路パターン５１が延びる方向に関し、整合素子５２の外縁から線路パターン５１の先端までの距離であり、インピーダンス整合を考慮して、０よりも大きい所定値に定められる。

線路パターン５１側から見た場合の入力インピーダンスは、挿入長Ｌｘ＝０，λｇ／２において最大であり、Ｌｘ＝λｇ／４において最小となっている。また、入力インピーダンスは、挿入長Ｌｘが０以上λｇ／４以下の範囲において単調に減少していることから、挿入長Ｌｘは、この範囲内において定められる。この様な切り込み５３を有する整合素子５２の場合、線路パターン５１の延伸方向に交差する方向、すなわち、図７の紙面における左右方向に関し、整合素子５２の幅Ｌｑは、任意である。

図９は、図１の線路パターン５１及び整合素子５２の他の構成例を示した平面図である。図１０は、線路パターン５１の接続位置Ｌｙを変化させた場合の動作特性の一例を示した図であり、図９の線路パターン５１側から見た場合の入力インピーダンスが示されている。

図９に示した整合素子５２は、矩形パターンであり、線路パターン５１が偏心した位置に接続されている。接続位置Ｌｙは、線路パターン５１が延びる方向に交差する方向、すなわち、図９の紙面における左右方向に関し、整合素子５２の中央に対する線路パターン５１のずれ量であり、インピーダンス整合を考慮して、０よりも大きい所定値に定められる。

線路パターン５１側から見た場合の入力インピーダンスは、接続位置Ｌｙ＝０，λｇ／２において最大であり、Ｌｙ＝λｇ／４において最小となっている。また、入力インピーダンスは、接続位置Ｌｙが０以上λｇ／４以下の範囲において単調に減少していることから、接続位置Ｌｙは、この範囲内において定められる。この様な整合素子５２の場合、整合素子５２の左右方向の幅Ｌｑは、λｇ／２のｋ倍（ｋは２以上の整数）に略一致する。

本実施の形態によれば、線路パターン２１及び線路パターン５１を電気的に接続するビアホールを設けなくても、マイクロストリップ線路及びストリップ線路を電磁的に結合させることができる。従って、ビアホールを用いる場合に比べ、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１の製造を容易化することができる。また、ビアホールの加工に起因して多層基板１０が損傷を受けることがないため、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１の信頼性を向上させることができる。

また、線路パターン２１が延びる方向（短辺方向）に関し、長辺４３１及び４３２の幅Ｗ_１及びＷ_２が電磁波の管内波長λｇの１／４波長の奇数倍に略一致するため、誘電体基板３１〜３３内を環状パターン４３の外縁よりも外側に伝搬する電磁波は、環状パターン４３の外縁４３ｂと内縁４３ａとで反射して伝搬する電磁波との干渉によって打ち消される。従って、マイクロストリップ線路及びストリップ線路間で電力を伝送する際に、電磁波が環状パターン４３の外縁よりも外側の誘電体基板３１〜３３内に漏出するのを抑制することができる。つまり、このマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１では、多層基板１０を貫通するスルーホールを設けなくても、内部導電層１２及び１３のパターニングによって電磁波の漏出を防ぐことができる。

よって、ビアホールやスルーホールを用いる場合に比べ、伝送損失が増大するのを抑制しつつ、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１の製造を容易化することができるとともに、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１を安価に作製することができる。また、ビアホールやスルーホールの加工に起因して多層基板１０が損傷を受けることがないため、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１の信頼性を向上させることができる。例えば、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１では、多層基板１０上に形成される導体パターンの精度が高い。

＜平面アンテナ装置１００＞
図１１は、２以上のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１を備える平面アンテナ装置１００の一構成例を示した平面図である。この平面アンテナ装置１００は、共通の多層基板１０上に形成された２以上のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１と、高周波回路１１０、マイクロストリップ線路１２０，１４０、ストリップ線路１３０及びマイクロストリップアンテナ１５０とにより構成される。

各マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１は、ストリップ線路１３０を介して互いに接続される。高周波回路１１０及びマイクロストリップアンテナ１５０は、マイクロストリップ線路１２０，１４０を介してそれぞれ異なるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１に接続される。

高周波回路１１０は、マイクロ波帯又はミリ波帯の電波を送信し、或いは、受信するための回路素子であり、多層基板１０の前面又は背面に設置される。例えば、高周波回路１１０は、ＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit：モノリシックマイクロ波集積回路）である。この平面アンテナ装置１００では、高周波回路１１０が多層基板１０の前面に設置されている。

電波の送信時には、高周波回路１１０から、マイクロストリップ線路１２０、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１、ストリップ線路１３０、マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器１及びマイクロストリップ線路１４０をこの順序で経由して、マイクロストリップアンテナ１５０に給電される。

マイクロストリップアンテナ１５０は、マイクロストリップ線路１４０から分岐した給電線路１５１と、給電線路１５１に連結された２以上の放射素子１５２とにより構成される平面アンテナであり、多層基板１０の前面に設けられる。このマイクロストリップアンテナ１５０では、４つの放射素子１５２が給電線路１５１を介してマイクロストリップ線路１４０に接続されている。

この様な平面アンテナ装置１００では、線路パターン２１及び５１を電気的に接続するビアホールを設けなくても、マイクロストリップ線路１２０，１４０及びストリップ線路１３０を電磁的に結合させることができる。従って、ビアホールを用いる場合に比べ、平面アンテナ装置１００の製造を容易化することができる。また、ビアホールの加工に起因して多層基板１０が損傷を受けることがないため、平面アンテナ装置１００の信頼性を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、環状パターン４３内に導体パターンが存在しない場合の例について説明したが、環状パターン４３内には、インピーダンス整合又は電磁結合のための矩形状の導体パターン等が形成されていても良い。

また、本実施の形態では、多層基板１０が誘電体基板３１〜３３を挟んで４つの導電層１１〜１４を積層した積層体により構成される場合の例について説明したが、本発明は、多層基板１０の構成をこれに限定するものではない。例えば、多層基板１０が、誘電体基板をそれぞれ挟んで５以上の導電層を積層した積層体により構成されるマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器にも本発明は適用することができる。多層基板１０が５以上の導電層を積層した積層体からなる場合、環状パターン４３を形成する導電層１２が２層以上になる。

１ マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器
１０ 多層基板
１１ 前面導電層
１２，１３ 内部導電層
１４ 背面導電層
２１，５１ 線路パターン
２２ シールド板
２３，５３ 切り込み
３１〜３３ 誘電体基板
４１，４２ 線状パターン
４３ 環状パターン
４３１，４３２ 長辺
４３３，４３４ 短辺
４３ａ 内縁
４３ｂ 外縁
５２ 整合素子
６１ 接地板
１００ 平面アンテナ装置
１１０ 高周波回路
１２０，１４０ マイクロストリップ線路
１３０ ストリップ線路
１５０ マイクロストリップアンテナ

Claims (5)

1. 誘電体基板をそれぞれ挟んで前面導電層、第１の内部導電層、第２の内部導電層及び背面導電層が積層された多層基板を備え、
   上記多層基板の背面において露出する上記背面導電層は、接地板を形成し、
   上記前面導電層及び上記背面導電層間に配置される上記第１の内部導電層は、矩形状の環状パターンと、上記環状パターンの第１長辺から外側に向かって延びる第１線状パターンと、上記環状パターンの第２長辺から外側に向かって延びる第２線状パターンとを形成し、
   上記多層基板の前面において露出する上記前面導電層は、上記環状パターンの内縁に対向する矩形状のシールド板と、上記内縁を横切って延びる第１線路パターンとを形成し、
   上記シールド板は、上記第１線路パターンの先端部が配置される切り込みを有し、
   上記第１の内部導電層及び上記背面導電層間に配置される上記第２の内部導電層は、上記環状パターンの内縁を横切って延びる第２線路パターンと、上記環状パターンよりも内側に配置される整合素子とを形成し、上記第２線路パターンが上記整合素子に連結し、
   上記第１線状パターン及び上記第２線状パターンは、上記第１線路パターン及び上記第２線路パターンにそれぞれ対向し、
   上記第１線路パターンの先端部は、上記整合素子と重複することを特徴とするマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器。
2. 上記整合素子は、上記第２線路パターンが延びる方向の長さが電磁波の管内波長の１／２波長の整数倍に略一致し、
   上記第１長辺及び上記第２長辺は、いずれも上記第１線路パターンが延びる方向の幅が電磁波の管内波長の１／４波長の奇数倍に略一致することを特徴とする請求項１に記載のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器。
3. 上記第２線路パターンは、上記第１線路パターンと略平行に延びることを特徴とする請求項２に記載のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器。
4. 上記シールド板の外縁は、上記環状パターンの外縁と略一致することを特徴とする請求項３に記載のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器。
5. ストリップ線路を介して互いに接続される２以上のマイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器と、マイクロストリップ線路を介してそれぞれ異なる上記マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器に接続される高周波回路及びマイクロストリップアンテナとが共通の多層基板上に形成され、
   上記マイクロストリップ線路・ストリップ線路変換器は、誘電体基板をそれぞれ挟んで前面導電層、第１の内部導電層、第２の内部導電層及び背面導電層が積層された多層基板を備え、
   上記多層基板の背面において露出する上記背面導電層は、接地板を形成し、
   上記前面導電層及び上記背面導電層間に配置される上記第１の内部導電層は、矩形状の環状パターンと、上記環状パターンの第１長辺から外側に向かって延びる第１線状パターンと、上記環状パターンの第２長辺から外側に向かって延びる第２線状パターンとを形成し、
   上記多層基板の前面において露出する上記前面導電層は、上記環状パターンの内縁に対向する矩形状のシールド板と、上記内縁を横切って延びる第１線路パターンとを形成し、
   上記シールド板は、上記第１線路パターンの先端部が配置される切り込みを有し、
   上記第１の内部導電層及び上記背面導電層間に配置される上記第２の内部導電層は、上記環状パターンの内縁を横切って延びる第２線路パターンと、上記環状パターンよりも内側に配置される整合素子とを形成し、上記第２線路パターンが上記整合素子に連結し、
   上記第１線状パターン及び上記第２線状パターンは、上記第１線路パターン及び上記第２線路パターンにそれぞれ対向し、
   上記第１線路パターンの先端部は、上記整合素子と重複することを特徴とする平面アンテナ装置。

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