JP6532301B2

JP6532301B2 - 導波管マイクロストリップ線路変換器

Info

Publication number: JP6532301B2
Application number: JP2015110076A
Authority: JP
Inventors: 慎米澤; 聡泰角田; 山内　和久; 和久山内
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2035-05-29
Also published as: JP2016225801A

Description

本発明は、製造ばらつきを補償可能な構造を備えた導波管マイクロストリップ線路変換器に関する。

従来の導波管マイクロストリップ線路変換器は、導波管側面に設けた窓から誘電体基板を導波管短絡面から管内波長の約１／４となる距離に挿入して構成されている。従来の導波管マイクロストリップ線路変換器では、誘電体基板上のプローブ導体のパターン形状あるいは窓からのプローブ導体の突出し量を調整し、導波管とマイクロストリップ線路のインピーダンスを整合させることで損失を抑え、マイクロ波信号の伝送を行う。その際、導波管に設けられた窓からの空間放射抑制、製造組立ばらつきに対する誘電体基板の取付け精度向上が重要な課題である。

そこで、例えば特許文献１の導波管マイクロストリップ線路変換器では、導波管の短絡面から１／４波長離れた距離に設けられた窓に誘電体基板を挿入する。筐体には溝が設けられており、溝に誘電体基板をはめ込んでいる。また、誘電体基板上にはマイクロストリップ線路とマイクロ波信号励振用のプローブ導体とが設けられており、誘電体基板の挿入量を変化させることで導波管とマイクロストリップ線路のインピーダンス整合が可能となる。上記構造は、簡易的な構造であり、マイクロストリップ線路とプローブ導体は誘電体基板の長手方向に形成されているため誘電体基板の幅は狭くなり、窓も小型になる。従って、マイクロ波信号の空間放射が低減できることで反射特性に対する影響を低減できるだけでなく、通過損失を低減できることでマイクロ波信号を効率よく伝送でき、更に、空間共振による発振のリスクも低減できる。しかし、誘電体基板の突き出し量とプローブ導体のみで導波管とマイクロストリップ線路を整合させるため、周波数変化に伴って変化するインピーダンスの軌跡は、低周波から高周波にかけて一方向となり反射特性が狭帯域となる。つまり、製造組立ばらつきによって誘電体基板の挿入量あるいは短絡面からの距離が微小に変化しただけで反射特性の劣化に繋がり、マイクロ波信号の損失が大きくなるという問題があった。周波数が高くなるにつれて問題は更に顕著となる。

そこで、反射特性を広帯域化することで製造組立ばらつきに強い導波管マイクロストリップ線路変換器とした構造も提案されている。導波管マイクロストリップ線路変換器の導波管の開口部からマイクロ波信号が入力された場合を考える。マイクロ波信号は導波管の短絡面から１／４波長程度離れた距離に設けられた窓に挿入された誘電体基板上のプローブ導体によって励振される。導波管と誘電体基板上のマイクロストリップ線路のインピーダンスは、挿入量と略十字のプローブ導体を調整することで整合を取っていた。プローブ導体によってインピーダンスの軌跡は中心付近で一回転するため周波数共振点を作り出すことができ、反射特性の広帯域化を可能とした。これにより、製造組立ばらつきに強い構造となった。

特開平５−９０８０６号公報

しかしながら、略十字のプローブ導体は誘電体基板の長手方向と垂直方向にしか延長できないため、窓が大型化する。窓の大型化に伴い導波管内のマイクロ波信号は空間に放射してしまい、反射特性に影響を与えるだけでなく、マイクロ波信号損失が増加することがある。また、空間共振による発振のリスクも増加した。また、広帯域化可能とはいえ誘電体基板は一般的に導電性接着剤あるいははんだ付けで筐体に貼着させるため、貼着状態あるいは製造ばらつきにより、目的とする特性を得ることができず、マイクロストリップ配線基板の交換が必要となる場合がある。さらには、試験、測定などの調整工程でパターン損傷を生じることがあり、誘電体基板の交換が必要になる場合もある。誘電体基板の交換が必要となった場合、誘電体基板を剥離する工程、剥離後の筐体を洗浄する工程など、煩雑な付加工程が必要となり、大きな工程戻りを生じてしまうという問題もあった。

以上のことから、製造ばらつきに対する許容範囲が大きく、製造ばらつきに対する補償が容易で、広帯域化が可能で且つ、反射特性が良好な導波管マイクロストリップ線路変換器が求められてきた。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、製造ばらつきに依存することなく広帯域化が可能で且つ、変換損失の小さい導波管マイクロストリップ線路変換器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の導波管マイクロストリップ線路変換器は、一端に短絡面を有するとともに短絡面に直交する側面に窓を有し、他端に開口を備えた導波管と、導波管の窓から先端側が挿入され、短絡面に直交する第１主面上に線路を備えた誘電体基板からなるマイクロストリップ配線基板と、マイクロストリップ配線基板を支持する支持体と、を備える。線路は、マイクロストリップ配線基板の先端側に配されるプローブ導体と、プローブ導体に接続され、プローブ導体より幅の狭い第１のストリップ導体と、第１のストリップ導体に接続され、第１のストリップ導体より幅の広いマイクロストリップ線路とを備える。支持体は、プローブ導体が導波管内に挿入されるようにマイクロストリップ配線基板を支持する。プローブ導体上で、導波管内を伝搬する電磁波と線路上を伝送される電気信号とを相互変換する。

この構成によれば、製造ばらつきに依存することなく、広帯域化が可能で且つ、変換損失の小さい導波管マイクロストリップ線路変換器を得ることができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る導波管マイクロストリップ線路変換器を示す斜視図実施の形態１に係る導波管マイクロストリップ線路変換器を示す要部拡大図実施の形態１に係る導波管マイクロストリップ線路変換器を示す要部拡大断面図実施の形態１に係る導波管マイクロストリップ線路変換器を示す要部拡大斜視図実施の形態１に係る導波管マイクロストリップ線路変換器のマイクロストリップ配線基板の上面図実施の形態１に係る導波管マイクロストリップ線路変換器のマイクロストリップ配線基板の断面を示す図であり、図５のＡ−Ａ断面図実施の形態１に係る導波管マイクロストリップ線路変換器の方形導波管の窓を臨む断面図実施の形態１に係る導波管マイクロストリップ線路変換器のマイクロストリップ配線基板を搭載するキャリアを示す斜視図実施の形態１および比較例の導波管マイクロストリップ線路変換器の特性を示す図であり、（ａ）はスミスチャート、（ｂ）は反射特性を示す図実施の形態２に係る導波管マイクロストリップ線路変換器を示す要部拡大図実施の形態３に係る導波管マイクロストリップ線路変換器のマイクロストリップ配線基板の上面図

以下に、本発明の実施の形態にかかる導波管マイクロストリップ線路変換器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため各層あるいは各部材の縮尺が現実と異なる場合があり、各図面間においても同様である。また、断面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付さない場合がある。

実施の形態１．
実施の形態１に係る導波管マイクロストリップ線路変換器について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、実施の形態１に係る導波管マイクロストリップ線路変換器を示す斜視図、図２および図３は、同要部拡大断面図、図４は、同要部拡大斜視図である。図５は、実施の形態１に係る導波管マイクロストリップ線路変換器のマイクロストリップ配線基板の上面図であり、図６は、図５のＡ−Ａ断面図である。図７は、同実施の形態１に係る導波管マイクロストリップ線路変換器の方形導波管の窓を臨む断面図、図８は、実施の形態１に係る導波管マイクロストリップ線路変換器のマイクロストリップ配線基板を搭載するキャリアを示す斜視図である。図２は図１のＸ−Ｙ面に沿った面で導波管および筐体を切断した断面図である。図３は、図１の開口１４側すなわちＸ−Ｚ面に沿った面で導波管および筐体を切断した断面図である。図７は、図１の窓を含むＹ−Ｚ面に沿った面で導波管を切断した断面図である。

実施の形態１に係る導波管マイクロストリップ線路変換器１００は、導波管として方形導波管１０の導波管本体１１の一端である短絡面１２から管内波長の約１／４の距離Ｌ₁にプローブ導体２２Ｐの中心Ｏが位置するマイクロストリップ配線基板２０を備える。導波管本体１１は、断面長方形の伝送管を構成する。方形導波管１０は、短絡面１２に直交する側面１１Ｓに窓１３を有し、他端に開口１４を備える。マイクロストリップ配線基板２０上に配線２２が形成されている。配線２２を構成するマイクロストリップ線路２２ＭＣは、方形導波管１０内で、マイクロストリップ線路２２ＭＣよりも幅の狭いストリップ導体２２Ｃを介して、プローブ導体２２Ｐに接続される。誘電体基板２１は、方形導波管１０内の長さおよび位置を調整可能な支持体としての導電性のキャリア３０上に載置されている。誘電体基板２１は、キャリア３０上で位置を調整し、インピーダンス整合をとった状態で固定されている。導波管マイクロストリップ線路変換器１００は、マイクロストリップ配線基板２０のプローブ導体２２Ｐ上で、方形導波管１０内を伝搬する電磁波とマイクロストリップ線路２２ＭＣ上を伝送される電気信号とを相互変換する。

方形導波管１０は、短絡面１２に直交する側面１１Ｓに窓１３を有し、他端に開口１４を備える。また、導波管本体１１は、開口１４に接続先の導波管に接続するための導波管接続用フランジ１５を有する。さらに、導波管本体１１は、窓１３に、筐体４０に接続するための筐体接続用フランジ１６を有する。導波管マイクロストリップ線路変換器１００は、マイクロストリップ配線基板２０のプローブ導体２２Ｐ上で、方形導波管１０内を伝搬する電磁波とマイクロストリップ線路２２ＭＣ上を伝送される電気信号とを相互変換する。

マイクロストリップ配線基板２０は、図３および図４に示すように、導電性のキャリア３０上に搭載されており、貫通穴３２からネジ３３によって筐体４０の筐体本体４１の壁面に設けられた取付け穴４３にネジ止めによって固定されている。キャリア３０は、金属板からなるキャリア本体３１と、キャリア本体３１の中央の両サイドに１対の貫通穴３２を有するとともに、貫通穴３２の両側に等間隔でそれぞれ１対の位置決め穴３４を有し、ネジ３３と位置出しピン３５とで、筐体４０の筐体本体４１に固定できるようになっている。キャリア本体３１の中央に設けられた貫通穴３２は十字状の長穴であり、ネジ３３を十字状の長穴である貫通穴３２内でＸＹ方向に固定位置を変えることができる。またＺ方向つまり筐体本体４１の壁面までの距離はネジ３３の締め付け状態によって深さ微調整の範囲内ではあるがＺ方向の位置を変えることができる。キャリア本体３１に金シムなどの薄いシートを何枚も重ねれば厚みを出すことが出来、Ｚ方向の調整は可能である。キャリア本体３１にマイクロストリップ配線基板２０が導電性接着剤で貼着される。その結果、マイクロストリップ配線基板２０上のプローブ導体２２Ｐの中心位置および方向を調整することができ、方形導波管１０、筐体４０、あるいはマイクロストリップ配線基板２０の製造ばらつきによるインピーダンス整合のずれを補償することができる。なお、キャリア本体３１とマイクロストリップ配線基板２０との間の接続は導電性接着剤でもよいがはんだによる接続も可能である。

マイクロストリップ配線基板２０の裏面である第２主面２０Ｂは、図３に示すように、導電性を有するキャリア３０に搭載されており、金属製の筐体４０の筐体本体４１の壁に密着して固定される。そしてマイクロストリップ配線基板２０の第１主面２０Ａに設けられたプローブ導体２２Ｐが、最適位置となるように、キャリア３０に設けられたネジ３３と位置出しピン３５とによって、Ｘ、ＹおよびＺ方向の位置を調整できる。

マイクロストリップ配線基板２０は、図５および図６に示すように、誘電体基板２１と、誘電体基板の第１主面２１に形成されたマイクロストリップ線路２２ＭＣと、ストリップ導体２２Ｃと、正方形のプローブ導体２２Ｐとが、連続して一直線上に配置されている。誘電体基板２１上のプローブ導体２２Ｐは、方形導波管１０内で、マイクロストリップ線路２２ＭＣよりも幅の狭いストリップ導体２２Ｃを介して、マイクロストリップ線路２２ＭＣに接続される。誘電体基板２１においては、プローブ導体２２Ｐに対向する領域を除いて、ストリップ導体２２Ｃ、マイクロストリップ線路２２ＭＣの形成領域に対向する第２主面２１Ｂにはべたのグランド導体層２２Ｇが形成されている。マイクロストリップ配線基板２０は、プローブ導体２２Ｐ上で、方形導波管１０内を伝搬する電磁波の電界を結合し、マイクロストリップ線路２２ＭＣ上を伝送される電気信号との間で、電磁波−電気信号の相互変換を行う。なお実施の形態１では、プローブ導体は正方形で構成したが、正方形に限定されることなく四角形であればよい。

マイクロストリップ配線基板２０は、図７に示すように、方形導波管１０の側壁に設けられた窓１３から、導波管内部に挿入され、キャリア３０のネジ３３の調整によって、その突出し量を調整しつつインピーダンス整合がなされる。プローブ導体２２Ｐの基準位置は、短絡面１２から管内波長の１／４波長程度である距離Ｌ₁離れた位置である。すなわち、短絡面１２からプローブ導体２２Ｐの中心線までの距離Ｌ₁が１／４λであり、突出し量Ｌ₂およびプローブ導体２２Ｐの傾きまでネジ３３を調整することで、調整を行う。

また、方形導波管１０は開口１４に設けられた導波管接続用フランジ１５を介して接続先導波管１０Ｓにネジ１５Ｎで固定される。また方形導波管１０は窓１３で筐体接続用フランジ１６を介して筐体４０の筐体本体４１に設けられた接続用フランジ４２とネジ１６Ｎで固定される。

誘電体基板２１の第１主面２１Ａ上には、マイクロストリップ線路２２ＭＣと、ストリップ導体２２Ｃと、プローブ導体２２Ｐとが形成されており、裏面である第２主面２１Ｂには全面にグランド導体層２２Ｇが形成されているが、プローブ導体２２Ｐの裏面側にはグランド導体層２２Ｇは形成されていない。プローブ導体２２Ｐとマイクロストリップ線路２２ＭＣとの間に幅の狭いストリップ導体２２Ｃが設けられていることで、方形導波管１０内でプローブ導体２２Ｐと幅の狭いストリップ導体２２Ｃとの２段階整合で、インピーダンス整合を実現している。プローブ導体２２Ｐと幅の狭いストリップ導体２２Ｃとの２段階整合によってインピーダンスの軌跡は中心付近で一回転するため、周波数共振点を作り出すことができ、反射特性の広帯域化が可能となる。

この構造は、十字状のプローブ導体に比べ、誘電体基板２１の幅を大きくすることなく、インピーダンス調整を行うことができ、窓を大きくする必要がないため、電磁波信号が空間に放射し反射特性に影響を与えるという不都合はない。つまり、マイクロストリップ線路２２ＭＣに対して十字状にプローブ導体を形成した特許文献１の導波管マイクロストリップ線路変換器のように、誘電体基板の増大を招き、その結果窓を大きくすることで、方形導波管１０内の電磁波信号が空間に放射してしまうというおそれもない。また、特許文献１の導波管マイクロストリップ線路変換器の場合、電磁波信号が空間に放射することは、反射特性に影響を与えるだけでなく、マイクロ波信号損失が増加することがある。また、特許文献１の導波管マイクロストリップ線路変換器の場合、空間共振による発振のリスクが増加するという問題もあった。これに対し、実施の形態１の導波管マイクロストリップ線路変換器１００は、小型でかつ損失が少ないという効果を奏する。

また、実施の形態１のマイクロストリップ配線基板２０は、広帯域化可能であるとはいえ、幅の狭いストリップ導体２２Ｃの長さあるいは幅によって、インピーダンスの絶対値が大きいため、わずかな配線幅あるいは配線長のばらつきが、特性インピーダンスの大きな変化をもたらす場合がある。この場合は、後述するように、マイクロストリップ配線基板２０はキャリア３０上で、ＸＹＺ方向の位置調整が容易であるため、プローブ導体２２Ｐの位置を調整することで、補償することができる。

また、マイクロストリップ配線基板２０はキャリア３０上で、ＸＹＺ方向の位置調整が容易であるうえ、着脱自在であるため、別の特性を持つマイクロストリップ配線基板２０と置き換えることも容易であり、製造組立ばらつきに強い構造となっている。また、広帯域化可能とは言え、幅の狭いストリップ導体２２Ｃの長さあるいは幅によって、インピーダンスの絶対値が大きくなった場合、あるいは製造ばらつきにより、目的とする特性を得ることができない場合にも、マイクロストリップ配線基板２０の交換が容易である。さらには、マイクロストリップ配線基板２０は、試験調整でパターン損傷を生じることがあり、マイクロストリップ配線基板２０の交換が必要になる場合もある。マイクロストリップ配線基板２０の交換が必要となった場合も、はんだ、接着剤などの固着部材で固着するのではなく、ネジ止めによって着脱自在に固定されるため容易に交換可能である。

次に、実施の形態１に係る導波管マイクロストリップ線路変換器の組み立て工程について簡単に説明する。まず、マイクロストリップ配線基板２０を形成する。誘電体基板２１としてガラスエポキシ基板を用い誘電体基板２１の両面に銅箔を貼着し、フォトリソグラフィにより、銅箔をパターニングすることで、図５および図６に示すように、マイクロストリップ配線基板２０を形成する。誘電体基板２１の第１主面２１Ａには、マイクロストリップ線路２２ＭＣと、マイクロストリップ線路２２ＭＣよりも幅の狭い、ストリップ導体２２Ｃと、プローブ導体２２Ｐとが１直線上に連続して形成されている。また誘電体基板２１の第２主面２１Ｂは、方形導波管１０を伝搬してくるマイクロ波のアンテナとなる、プローブ導体２２Ｐと対向する領域を除き、全面をグランド導体２２Ｇで覆われている。

マイクロストリップ配線基板２０を、図８に示す、キャリア３０のキャリア本体３１に、導電性接着剤により接合する。

このようにしてマイクロストリップ配線基板２０を搭載したキャリア３０を、図７に示すように、方形導波管１０の窓１３からプローブ導体２２Ｐが突き出すように、筐体４０の壁面に配置する。

そして図３に示すように、キャリア３０に形成された２対の位置決め穴３４から筐体４０の壁面に貫通するように、位置出しピン３５を挿入し、仮止めする。こののち、１対のネジ３３を、長穴である貫通孔３２を貫通し、筐体４０の筐体本体４１に設けられた取付け穴４３に螺合させることでマイクロストリップ配線基板２０を搭載したキャリア３０を固定する。取付け穴４３はネジ溝を有しており、ネジ３３がネジ溝に螺合することで、キャリア３０が筐体本体４１に固定される。このとき、貫通孔３２は長穴であるため、ＸＺ方向の位置調整が可能となる。またネジ３３による取付け穴４３への螺合深さを調整することでＹ方向の位置調整が可能となる。

このとき、特性インピーダンスを測定して、長穴である貫通穴３２に沿ってネジ３３をＸＹＺ方向に位置調整し、インピーダンス整合を行い、筐体本体４１の取付け穴４３に螺合させることで、キャリア３０を筐体本体４１に固定する。このようにしてマイクロストリップ配線基板２０が筐体４０に装着される。位置調整によりインピーダンス整合ができない場合には、別のマイクロストリップ配線基板２０をキャリア３０ごと取り換え、再度ネジ止めする。このように、複数のマイクロストリップ配線基板２０とキャリア３０との組を用意しておき、インピーダンス整合の範囲内にあるマイクロストリップ配線基板２０とキャリア３０との組を選択し、固定する。

次に、上述したようにして組み立てられた、実施の形態１に係る導波管マイクロストリップ線路変換器の動作について図面を参照しながら説明する。接続先導波管１０Ｓから導波管マイクロストリップ線路変換器１００の方形導波管１０にマイクロ波信号が入力された場合を考える。接続先導波管１０Ｓから入力されたマイクロ波信号は、方形導波管１０を通り短絡面１２で反射され、短絡面１２から管内波長の１／４の距離Ｌ₁で電界または磁界が集中する。電界または磁界が集中した箇所に方形導波管１０に設けられた窓１３より挿入されたマイクロストリップ配線基板２０上のプローブ導体２２Ｐはマイクロ波信号を励振し、ストリップ導体２２Ｃを経て、マイクロストリップ線路２２ＭＣへ高周波信号としてマイクロ波信号を伝送する。当然、マイクロストリップ線路２２ＭＣから入力された場合も同じ原理である。マイクロストリップ線路２２ＭＣから入力されたマイクロ波信号は、ストリップ導体２２Ｃを経て、プローブ導体２２Ｐに伝送され、プローブ導体２２Ｐはマイクロ波信号を励振し、方形導波管１０から、接続先導波管１０Ｓに伝送される。このときもマイクロ波信号は、短絡面１２で反射され、短絡面１２から管内波長の１／４の距離Ｌ₁で電界または磁界が集中する。

マイクロストリップ配線基板２０上のマイクロストリップ線路２２ＭＣと方形導波管１０とをインピーダンスを整合させるために、プローブ導体２２Ｐとストリップ導体２２Ｃとによって２段階整合を取っている。インピーダンスを段階的に変化させることで、図９（ａ）に曲線ａでスミスチャートを示すように、実施の形態１のマイクロストリップ配線基板２０は、スミスチャート上の低周波から高周波のインピーダンスの軌跡に関して、中心付近で円を描くことができる。このため周波数共振点を作り出すことが可能となり反射特性を広帯域化することができる。図９（ｂ）に周波数に対する反射特性を測定した結果を示すように、周波数１２．９から１８ＧＨｚであるＫｕ帯において比帯域すなわち、中心周波数に対する帯域幅は２１．４％となっている。図９（ｂ）中に破線でスペックラインＳＬを示している。比帯域はスペックラインＳＬの範囲に入る帯域幅の中心周波数に対する比である。

比較のために、ストリップ導体２２Ｃを設けることなく、マイクロストリップ線路２２ＭＣに直接プローブ導体２２Ｐを接続した比較例のマイクロストリップ基板の場合のスミスチャートを図９（ａ）に曲線ｂで示す。インピーダンスの軌跡は図９（ａ）に曲線ｂでスミスチャートに示すように低周波から高周波にかけて一方向となり反射特性が狭帯域となる。図９（ｂ）に曲線ｂで比較例のマイクロストリップ基板における周波数に対する反射特性を示す。比帯域は１４．３％程度であった。比帯域はスペックラインＳＬの範囲に入る帯域幅の中心周波数に対する比である。つまり、製造組立ばらつきによって誘電体基板の挿入量あるいは短絡面からの距離が少し変化しただけで反射特性の劣化に繋がり、マイクロ波信号の損失が増大するという問題があった。損失が増大するという問題は、周波数が上がるにつれて更に顕著となる。

図９（ｂ）における曲線ａおよび曲線ｂの比較から、実施の形態１の導波管マイクロストリップ線路変換器１００の比帯域は、幅の狭いストリップ導体２２Ｃを介在させることで７％程度改善できることがわかる。

また、マイクロストリップ配線基板２０は、プローブ導体２２Ｐの導体端間際まで幅を狭めることで方形導波管１０の窓１３を小型化することができ、マイクロ波の空間放射を抑制することができる。窓１３の幅は特許文献１で用いられた十字状のプローブ導体を用いた導波管マイクロストリップ線路変換器に対し、Ｋｕ帯で半分以下に留めることが可能である。

更に、方形導波管１０へのマイクロストリップ配線基板２０の突出し量および方形導波管１０の短絡面１２からの距離に対する位置出し精度の向上には、キャリア３０によって実現している。キャリア３０は筐体４０の筐体本体４１に固定するネジ３３に加え、製造時のみに使用する位置出しピン３５を設けている。位置出しピン３５はネジ３３の公差による位置ずれを補正する機能を有する。

また、マイクロストリップ配線基板２０の誘電体基板２１と筐体４０との接続を接着あるいははんだ付けではなくネジ止めを用いることで、マイクロストリップ配線２０を損傷した際でも容易に交換可能な構造となっている。

以上のような構成により、方形導波管１０とマイクロストリップ線路２２ＭＣ間のインピーダンスを広帯域に整合できるだけでなく、誘電体基板２１の長手方向にインピーダンス変換機構として幅の狭いストリップ導体２２Ｃを設けることで、方形導波管１０の窓１３を大きくすることなくマイクロ波信号の空間放射を抑制することができる。また、筐体４０とマイクロストリップ配線基板２０の誘電体基板２１はネジ止めのため、誘電体基板２１の損傷時に交換が容易であり、位置出しピン３５による位置出し精度も出せるため、製造ばらつきに強い導波管マイクロストリップ線路変換器を実現することができる。

なお、実施の形態１では誘電体基板としてガラスエポキシ基板を用いたが、セラミック基板など、他の誘電体基板を用いても良い。セラミック基板を用いた場合は、セラミック基板表面にスパッタあるいはストライクめっきにより所望の金属パターンを形成した後、例えば金属パターン上にＴｉ(チタン)、Ｐｄ(パラジウム)、Ｃｕ(銅)、ｎｉ（ニッケル)、Ａｕ（金)の順にめっき層を形成することで、高精度のマイクロストリップ配線基板を形成することができる。また、セラミック基板表面にスパッタあるいはストライクめっきにより金属層を形成した後、例えば金属層上にＴｉ(チタン)、Ｐｄ(パラジウム)、Ｃｕ(銅)、ｎｉ（ニッケル)、Ａｕ（金)の順にめっき層を形成し、フォトリソグラフィによりパターニングすることによっても、高精度のマイクロストリップ配線基板を形成することができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る導波管マイクロストリップ線路変換器は、図１０に示すように、方形導波管１０と筐体４０との間では、フランジをネジで固定することで接続される。方形導波管１０の筐体接続用フランジ１６と、筐体４０の接続用フランジ４２との間が、ネジ１６Ｎで接続される。一方、方形導波管１０の導波管接続用フランジ１５と接続先導波管１０Ｓの接続先導波管フランジ１５Ｓとの間では、ネジ１５Ｎで固定される。これらの接続においても、キャリア３０と同様、製造組立ばらつきを抑制するために設けられた導波管接続用フランジ１５のピン１５ＣＰおよび、１６ＣＰによって構成される。筐体４０との間では、マイクロストリップ配線基板２０の位置出し精度を向上させる位置出しピン３５とは別に、方形導波管１０と筐体４０および、方形導波管１０と接続先導波管１０Ｓの製造組立ばらつきを抑制するためにピン１５ＣＰおよび、１６ＣＰが設けられている。

一般的に方形導波管１０と筐体４０はネジ１６によって接続されるが、製造時にピン１６ＣＰを用いることでマイクロストリップ配線基板２０の位置出しをあらかじめ実施してからネジ止めが可能となるため製造組立てばらつきを軽減でき、導波管マイクロストリップ線路変換器の反射特性の劣化を抑制できる。

また、方形導波管１０と筐体４０との接続とは別に、導波管マイクロストリップ線路変換器には接続先導波管１０Ｓが存在する。接続先導波管１０Ｓと方形導波管１０の接続にも導波管接続用フランジ１５上に設けられたピン１５ＣＰを用いることで、ネジ１５で固定する際の位置出し精度を向上でき、反射特性の劣化を抑制できる。

以上の構成により、実施の形態２の、導波管マイクロストリップ線路変換器は、マイクロストリップ配線基板２０の位置出し精度だけでなく、導波管１０と筐体４０間、導波管１０と接続先導波管１０Ｓとの間のインターフェース部も考慮した製造組立ばらつきに強固な構造を実現できる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る導波管マイクロストリップ線路変換器は、図１１に示すように、ストリップ導体２２Ｃの幅が３段階に徐々に変化しており、第１ストリップ導体２２Ｃ₁と第２ストリップ導体２２Ｃ₂と第３ストリップ導体２２Ｃ₃とで構成された点が、実施の形態１の導波管マイクロストリップ線路変換器と異なる点である。他は、実施の形態１の導波管マイクロストリップ線路変換器と同様である。マイクロストリップ配線基板２０上のマイクロストリップ線路２２ＭＣは、方形導波管１０内で、マイクロストリップ線路２２ＭＣよりも幅の狭い第１から第３のストリップ導体２２Ｃ₁から２２Ｃ₃を介して、プローブ導体２２Ｐに接続される点では実施の形態１の導波管マイクロストリップ線路変換器と同様である。

実施の形態３の導波管マイクロストリップ線路変換器は、実施の形態１の導波管マイクロストリップ線路変換器の効果に加えて、よりなめらかな伝送特性を得ることができ、より広帯域化が可能となる。つまりインピーダンスを徐々に段階的に変化させることで、実施の形態３のマイクロストリップ配線基板２０は、スミスチャート上の低周波から高周波のインピーダンスの軌跡に関して、中心付近で複数の円を描くことができる。このため周波数共振点を作り出すことがさらに容易に可能となり反射特性を広帯域化することができる。

実施の形態３においても、誘電体基板２１は、方形導波管１０内の長さおよび位置を調整可能な支持体としての導電性のキャリア３０上に載置されている。誘電体基板２１は、キャリア３０上で位置を調整し、インピーダンス整合をとった状態で固定されている。導波管マイクロストリップ線路変換器１００は、マイクロストリップ配線基板２０のプローブ導体２２Ｐ上で、方形導波管１０内を伝搬する電磁波とマイクロストリップ線路２２ＭＣ上を伝送される電気信号とを相互変換する。

なお、実施の形態３の導波管マイクロストリップ線路変換器は、ストリップ導体を３段階に変化させたが、さらに多段としても良く、また線幅が滑らかに変化する形状をとるようにしてもよく、実施の形態１の導波管マイクロストリップ線路変換器の効果に加えて、さらになめらかな伝送特性を得ることができ、より広帯域化が可能となる。つまりインピーダンスを徐々にさらに段階的に変化させることで、実施の形態３のマイクロストリップ配線基板２０は、スミスチャート上の低周波から高周波のインピーダンスの軌跡に関して、中心付近でさらに多数の円を描くことができる。このため周波数共振点を作り出すことがさらに容易に可能となり反射特性を広帯域化することができる。

また、キャリア３０の構成は適宜変更可能である。例えば、キャリア３０へのマイクロストリップ配線基板２０の接続は、導電性接着剤により固定したが、キャリア３０に固定クリップを設け、固定クリップでマイクロストリップ配線基板２０を挟み込む構成とすることで、着脱が容易となる。固定クリップによる接続は接触抵抗をできるだけ小さくする必要があり、圧着により固定するとともに、隙間にはんだあるいは導電性樹脂などを流し込むようにしてもよい。隙間にわずかに流し込む程度である場合、わずかな熱で溶融させるあるいは機械的手法により容易に脱離することができる。

本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態およびその変形は、発明の範囲に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０方形導波管、１０Ｓ接続先導波管、１１導波管本体、１１Ｓ側面、１２短絡面、１３窓、１４開口、１５導波管接続用フランジ、１５Ｎネジ、１５ＣＰピン、１６筐体接続用フランジ、１６Ｎネジ、１６ＣＰピン、２０マイクロストリップ配線基板、２１誘電体基板、２２配線、２２ＭＣマイクロストリップ線路、２２Ｃストリップ導体、２２Ｃ₁ 第１ストリップ導体、２２Ｃ₂ 第２ストリップ導体、２２Ｃ₃ 第３ストリップ導体、２２Ｐプローブ導体、２２Ｇグランド導体、３０キャリア、３１キャリア本体、３２貫通穴、３３ネジ、３４位置決め穴、３５、位置出しピン、４０筐体、４１筐体本体、４２フランジ、４３取付け穴、１００導波管マイクロストリップ線路変換器。

Claims

一端に短絡面を有し、前記短絡面に直交する側面に窓を有し、他端に開口を備えた導波管と、
前記導波管の窓から、先端側が挿入され、前記短絡面に直交する第１主面上に線路を備えた誘電体基板からなるマイクロストリップ配線基板と、
前記マイクロストリップ配線基板を支持する支持体と、
を備え、
前記線路は、前記マイクロストリップ配線基板の前記先端側に配されるプローブ導体と、前記プローブ導体に接続され、前記プローブ導体より幅の狭い第１のストリップ導体と、前記第１のストリップ導体に接続され、前記第１のストリップ導体より幅の広いマイクロストリップ線路とを備え、
前記支持体は、前記プローブ導体が前記導波管内に挿入されるように前記マイクロストリップ配線基板を支持し、
前記プローブ導体上で、前記導波管内を伝搬する電磁波と前記線路上を伝送される電気信号とを相互変換することを特徴とする導波管マイクロストリップ線路変換器。
前記誘電体基板における前記第１主面と反対側の主面である第２主面では、前記マイクロストリップ線路と対向する領域および前記第１のストリップ導体と対向する領域にグランド導体が設けられ、前記プローブ導体と対向する領域には前記グランド導体が設けられていないことを特徴とする請求項１に記載の導波管マイクロストリップ線路変換器。
前記支持体は、位置調整機構を有し、前記マイクロストリップ配線基板は前記位置調整機構によって前記導波管内の位置を調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の導波管マイクロストリップ線路変換器。
前記支持体は、筐体の壁部に対して固定され、前記筐体の壁部に対する取付け位置を調整可能なキャリアを有し、前記キャリア上に前記マイクロストリップ配線基板が搭載されたことを特徴とする請求項３に記載の導波管マイクロストリップ線路変換器。
前記キャリアは、長穴と前記長穴から前記壁部に対して挿通するネジで固定されており、前記長穴内における前記ネジの位置を調整することで、前記壁部に対する位置を調整可能であることを特徴とする請求項４に記載の導波管マイクロストリップ線路変換器。
前記支持体は、前記導波管内への前記誘電体基板の突出し量と導波管短絡面からの距離を調整するネジおよび位置出しピンを備えたことを特徴とする請求項５に記載の導波管マイクロストリップ線路変換器。
前記マイクロストリップ配線基板は、筐体内に収納されており、
前記筐体は、前記マイクロストリップ配線基板を収納する筐体本体と、前記筐体本体と前記導波管との当接部に設けられたフランジとを有し、
前記導波管と前記筐体本体のフランジ接続部分に、位置出しピンを設けたことを特徴とする請求項１に記載の導波管マイクロストリップ線路変換器。
前記線路は、前記第１のストリップ導体と前記マイクロストリップ線路との間が、前記第１のストリップ導体より幅が狭い第２のストリップ導体で接続されていることを特徴とする請求項１に記載の導波管マイクロストリップ線路変換器。