JP6534911B2 - 導波管・マイクロストリップ線路変換器 - Google Patents

Description

本発明は、導波管・マイクロストリップ線路変換器に係り、さらに詳しくは、誘電体基板をそれぞれ挟んで３以上の導電層が積層された多層基板を備える導波管・マイクロストリップ線路変換器の改良に関する。

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、導波管を介して給電する場合は、導波管・マイクロストリップ線路変換器が用いられる（例えば、特許文献１）。導波管・マイクロストリップ線路変換器は、導波管と誘電体基板上のマイクロ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。

特許文献１に記載の導波管・伝送線路変換器１００は、誘電体基板４の一方の面に短絡金属層１が設けられ、短絡金属層１の切れこみ内にストリップ線路３が配置される。また、誘電体基板４の反対側の面には、導波管２に対向する接地金属層５が設けられ、接地金属層５の長方形枠内に整合素子６が配置される。整合素子６は、ストリップ線路３に接近して設けられているため、両者は互いに電磁的に結合される。

この種の導波管・マイクロストリップ線路変換器では、短絡板と接地板とを電気的に接続する多数のスルーホールを形成することにより、誘電体基板内を短絡板よりも外側に電磁波が漏出するのを防いでいる。スルーホールは、短絡板の外縁に沿って導波管の開口を取り囲むように配置される。この様なスルーホールは、短絡板や接地板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。

特開２００１−１１１３１２

上述した様な従来の導波管・マイクロストリップ線路変換器は、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、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、導波管・マイクロ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、伝送損失が増大するのを抑制しつつ、製造を容易化することができる導波管・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、信頼性を向上させた導波管・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。

本発明の第１の態様による導波管・マイクロ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、導波管が接続される接地板を形成し、上記接地板が上記導波管の管口に対向する矩形状の開口を有する。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、上記開口に対向する矩形状の短絡板と、上記開口の長辺を横切って延びる線路パターンとを形成し、上記短絡板は、上記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、上記開口を取り囲む形状を有する第１環状パターンと、上記線路パターンに対向する線状パターンとを形成し、上記線状パターンは、上記第１環状パターンの外縁から外方に向かって延びる。上記第１の内部導電層及び上記背面導電層のいずれか一方又は両方は、上記開口内に矩形パターンからなる整合素子をさらに形成する。上記第１環状パターンは、内縁が上記開口と略一致する形状を有するとともに、上記線状パターンが連結される接続片と上記接続片に平行な非接続片とを有し、上記接続片及び上記非接続片は、上記先端部が延伸す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。

第１の内部導電層の線状パターンは、誘電体層を挟んで前面導電層の線路パターンに対向することから、マイクロストリップ線路のグランドとして機能する。また、線路パターンの先端部は、短絡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から、整合素子を介してマイクロストリップ線路と導波管とを電磁的に結合させることができる。さらに、第１環状パターンの接続片と非接続片とは、線路パターンの先端部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。このため、線路パターンの先端部が延びる方向に関し、第１環状パターンの外縁よりも外側へ伝搬する電磁波は、第１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、導波管及びマイクロストリップ線路間で電力を伝送する際に、電磁波が第１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、短絡板及び接地板を電気的に接続するスルーホールを設けなくても、第１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、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、導波管・マイクロ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の態様による導波管・マイクロストリップ線路変換器は、上記構成に加え、上記多層基板が、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基板である。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、上記第１環状パターンに対向する第２環状パターンを形成し、上記第２環状パターンが上記第１環状パターンと同一形状であるように構成される。この様な構成によれば、第２環状パターンを設けることにより、第２環状パターンの外縁よりも外側の誘電体基板内に電磁波が漏出するのを抑制することができる。

本発明の第３の態様による導波管・マイクロ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、導波管が接続される接地板を形成し、上記接地板が上記導波管の管口に対向する矩形状の開口を有する。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、上記開口に対向する矩形状の短絡板と、上記開口の長辺を横切って延びる線路パターンとを形成し、上記短絡板は、上記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、上記開口を取り囲む形状を有する第１環状パターンと、上記線路パターンに対向する線状パターンとを形成し、上記線状パターンは、上記第１環状パターンの外縁から外方に向かって延びる。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、上記開口内に矩形パターンからなる整合素子を形成する。上記第１環状パターンは、内縁が上記開口と略一致する形状を有するとともに、上記線状パターンが連結される接続片と上記接続片に平行な非接続片とを有し、上記接続片及び上記非接続片は、上記先端部が延伸す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。

本発明の第４の態様による導波管・マイクロストリップ線路変換器は、上記構成に加え、上記第２の内部導電層が、上記第１環状パターンに対向する第２環状パターンをさらに形成し、上記第２環状パターンが上記第１環状パターンと同一形状を有するように構成される。この様な構成によれば、第２環状パターンを設けることにより、第２環状パターンの外縁よりも外側の誘電体基板内に電磁波が漏出するのを抑制することができる。

本発明の第５の態様による導波管・マイクロストリップ線路変換器は、上記構成に加え、上記短絡板の外縁が、上記第１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、短絡板の外縁を第１環状パターンの外縁と一致させることにより、短絡板の外縁よりも外側の誘電体基板内に電磁波が漏出するのを抑制することができる。

本発明によれば、第１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、製造を容易化することができる導波管・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、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、信頼性を向上させた導波管・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導波管・マイクロ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、環状パターン４２及び整合素子４３を示した平面図である。 図１の誘電体基板３３上に形成された環状パターン５１及び整合素子５２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の導波管・マイクロストリップ線路変換器１と比較すべき比較例を示した斜視図である。 整合素子５２を備えない導波管・マイクロストリップ線路変換器１を示した斜視図である。 環状パターン５１、整合素子４３及び６３を備えない導波管・マイクロストリップ線路変換器１を示した斜視図である。 整合素子４３及び６３を備えない導波管・マイクロストリップ線路変換器１を示した斜視図である。 内部導電層１０３を備えない導波管・マイクロストリップ線路変換器１を示した斜視図である。 導波管・マイクロ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。 導波管・マイクロストリップ線路変換器１の動作特性の他の一例を示した図である。

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、本発明による導波管・マイクロ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。

＜導波管・マイクロストリップ線路変換器１＞
図１〜図６は、本発明の実施の形態による導波管・マイクロ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、導波管・マイクロ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１０１〜１０４が積層される多層基板１０と、前後方向に延びる導波管７とが示されている。

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及び短絡板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、環状パターン４２及び整合素子４３を示した平面図である。図４は、図１の誘電体基板３３上に形成された環状パターン５１及び整合素子５２を示した平面図である。図５及び図６は、図２の多層基板１０を示した断面図である。図５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６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。

導波管・マイクロストリップ線路変換器１は、導波管７を伝送する電力とマイクロ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。導波管７は、矩形の管口７０を有する中空導波管であり、前後方向を電力の伝送方向とする中空部７５が形成された金属製のブロック体により構成される。

中空部７５は、広壁７１，７２、狭壁７３及び７４により取り囲まれた空間であり、前端が管口７０である。広壁７１及び７２は、互いに対向する内壁である。狭壁７３及び７４は、互いに対向する内壁であり、壁面の幅が広壁７１及び７２よりも狭い。管口７０の長辺は、広壁７１，７２の幅に相当する。一方、管口７０の短辺は、狭壁７３，７４の幅に相当する。

この導波管・マイクロ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１０１〜１０４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。

＜背面導電層１０４＞
多層基板１０の背面において露出する背面導電層１０４は、接地板６１及び整合素子６３を形成する。接地板６１は、導波管７が接続されるグランドであり、導波管７の管口７０に対向する矩形状の開口６２を有する。開口６２は、背面導電層１０４を貫通する貫通孔であり、周縁部の位置が厚さ方向から見て管口７０と略一致する形状である。厚さ方向は、導電層１０１〜１０４の積層方向であり、前後方向と一致している。

整合素子６３は、マイクロストリップ線路及び導波管７間でインピーダンス整合させるための矩形パターンからなる共振パッチであり、開口６２内に配置される。整合素子６３と接地板６１との間には、間隙が形成されている。この整合素子６３は、開口６２の中央に配置されている。

＜前面導電層１０１＞
多層基板１０の前面において露出する前面導電層１０１は、線路パターン２１及び短絡板２２を形成する。線路パターン２１及び短絡板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、開口６２の長辺を横切って延びる概ね等幅の線状パターンである。この線路パターン２１は、先端部が厚さ方向から見て整合素子６３と重複する位置まで延びている。

短絡板２２は、導波管７を短絡させるためのシールドであり、接地板６１の開口６２に対向する矩形状のパターンからなる。短絡板２２は、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。この短絡板２２は、接地板６１の開口６２全体を覆うサイズであり、外縁が厚さ方向から見て開口６２の周縁部よりも外側に形成されている。

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、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、短絡板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、開口６２の周縁部から短絡板２２の外縁までの距離である。すなわち、距離Ｌ_１は、開口６２の上側長辺よりも上側に形成された短絡板２２の外縁までの距離である。距離Ｌ_２は、開口６２の下側長辺よりも下側に形成された短絡板２２の外縁までの距離である。

距離Ｌ_３は、開口６２の左側短辺よりも左側に形成された短絡板２２の外縁までの距離である。距離Ｌ_４は、開口６２の右側短辺よりも右側に形成された短絡板２２の外縁までの距離である。

距離Ｌ_１〜Ｌ_４は、短絡板２２の外縁よりも外側の誘電体基板３１〜３３（特に、短絡板２２が設けられる誘電体基板３１）への電磁波の漏出を防止するという観点から、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短絡板２２における波長（短絡板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、λｇ／４である。

また、図２における距離Ｌｐは、整合素子６３の上下方向の長さである。導波管７を伝搬する電磁波の電界成分は、上下方向であり、管口７０における電界分布は、左右方向の中央において強度が最大になる。このため、整合素子６３は、開口６２の左右方向における中央に配置し、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６３における波長（整合素子６３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。

整合素子６３の形状に関し、本実施の形態では、上下方向の長さが長く、左右方向の長さが短い長方形となっているが、良好な結合度を求めた結果として、上下方向の長さが短く、左右方向の長さが長い長方形や、上下方向の長さと左右方向の長さとが同一の正方形となることもある。

なお、短絡板２２の外縁よりも外側の誘電体基板３１〜３３への電磁波の漏出に関し、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、電磁波の管内波長λｇの１／４波長の奇数倍に略一致していなくても良い。

＜内部導電層１０２＞
前面導電層１０１及び背面導電層１０４間に配置される内部導電層１０２は、線状パターン４１、環状パターン４２及び整合素子４３を形成する第１の内部導電層である。線状パターン４１、環状パターン４２及び整合素子４３は、誘電体基板３２上に形成されている。

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に対向し、環状パターン４２の外縁から外方に向かって延びる線状のグランドである。この線状パターン４１は、線路パターン２１と同じ方向に延び、幅Ｗ_Ｌが線路パターン２１よりも広い。

環状パターン４２は、接地板６１の開口６２を取り囲む形状を有する第１環状パターンである。また、環状パターン４２は、内縁が開口６２と略一致する形状を有するとともに、線状パターン４１が連結される接続片４２ａと、接続片４２ａに平行な非接続片４２ｂとを有する。この環状パターン４２は、内縁及び外縁が矩形状であり、接続片４２ａ及び非接続片４２ｂを連結する短片４２ｃ及び４２ｄを有する。接続片４２ａ及び非接続片４２ｂは、短片４２ｃ及び４２ｄよりも長い長辺である。

整合素子４３は、マイクロストリップ線路及び導波管７間でインピーダンス整合させるための矩形パターンからなる共振パッチであり、環状パターン４２内に配置される。整合素子４３と環状パターン４２との間には、間隙が形成されている。この整合素子４３は、環状パターン４２の中央であって、整合素子６３と対向するように配置されている。

図３における幅Ｗ_１〜Ｗ_４は、環状パターン４２の外縁よりも外側の誘電体基板３１〜３３（特に、環状パターン４２が設けられる誘電体基板３２）への電磁波の漏出を防止するという観点から、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が望ましい。幅Ｗ_１は、線路パターン２１の先端部が延伸する方向を紙面の上下方向として、非接続片４２ｂの上下方向の長さ（長片の幅）である。幅Ｗ_２は、接続片４２ａの上下方向の長さ（長片の幅）である。幅Ｗ_３は、短片４２ｃの左右方向の長さである。幅Ｗ_４は、短片４２ｄの左右方向の長さである。

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４２における波長（環状パターン４２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、幅Ｗ_１〜Ｗ_４は、それぞれλｇ／４である。従って、短絡板２２は、外縁が厚さ方向から見て環状パターン４２の外縁と略一致する形状である。

なお、環状パターン４２の外縁よりも外側の誘電体基板３１〜３３への電磁波の漏出に関し、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、幅Ｗ_３及びＷ_４（短片の幅）については、電磁波の管内波長λｇの１／４波長の奇数倍に略一致していなくても良い。

また、図３における距離Ｌｐは、整合素子４３の上下方向の長さである。この整合素子４３は、開口６２に対向する環状パターン４２の内縁に対し、左右方向における中央に配置し、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４３における波長（整合素子４３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。

整合素子４３の形状に関し、本実施の形態では、上下方向の長さが長く、左右方向の長さが短い長方形となっているが、良好な結合度を求めた結果として、上下方向の長さが短く、左右方向の長さが長い長方形や、上下方向の長さと左右方向の長さとが同一の正方形となることもある。

＜内部導電層１０３＞
内部導電層１０２及び背面導電層１０４間に配置される内部導電層１０３は、環状パターン５１及び整合素子５２を形成する第２の内部導電層である。環状パターン５１及び整合素子５２は、誘電体基板３３上に形成されている。

環状パターン５１は、誘電体基板３２を挟んで環状パターン４２に対向し、環状パターン４２と同一形状の第２環状パターンである。すなわち、環状パターン５１は、内縁及び外縁が矩形状であり、内縁が接地板６１の開口６２と略一致する形状を有するとともに、長片５１ａ及び５１ｂと、長片５１ａ及び５１ｂを連結する短片５１ｃ及び５１ｄとを有する。

整合素子５２は、マイクロストリップ線路及び導波管７間でインピーダンス整合させるための矩形パターンからなる共振パッチであり、環状パターン５１内に配置される。整合素子５２と環状パターン５１との間には、間隙が形成されている。この整合素子５２は、環状パターン５１の中央であって、整合素子６３及び整合素子４３と対向するように配置されている。

図４における幅Ｗ_１〜Ｗ_４は、環状パターン５１の外縁よりも外側の誘電体基板３１〜３３（特に、環状パターン５１が設けられる誘電体基板３３）への電磁波の漏出を防止するという観点から、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が望ましい。幅Ｗ_１は、線路パターン２１の先端部が延伸する方向を紙面の上下方向として、長片５１ｂの上下方向の長さ（長片の幅）である。幅Ｗ_２は、長片５１ａの上下方向の長さ（長片の幅）である。幅Ｗ_３は、短片５１ｃの左右方向の長さである。幅Ｗ_４は、短片５１ｄの左右方向の長さである。

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５１における波長（環状パターン５１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、幅Ｗ_１〜Ｗ_４は、それぞれλｇ／４である。

なお、環状パターン５１の外縁よりも外側の誘電体基板３１〜３３への電磁波の漏出に関し、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、幅Ｗ_３及びＷ_４（短片の幅）については、電磁波の管内波長λｇの１／４波長の奇数倍に略一致していなくても良い。

また、図４における距離Ｌｐは、整合素子５２の上下方向の長さである。この整合素子５２は、開口６２に対向する環状パターン５１の内縁に対し、左右方向における中央に配置し、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。

整合素子５２の形状に関し、本実施の形態では、上下方向の長さが長く、左右方向の長さが短い長方形となっているが、良好な結合度を求めた結果として、上下方向の長さが短く、左右方向の長さが長い長方形や、上下方向の長さと左右方向の長さとが同一の正方形となることもある。

上述した導波管・マイクロ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１０１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及び短絡板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１０２をパターニングすることにより、線状パターン４１、環状パターン４２及び整合素子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１０３をパターニングすることにより、環状パターン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、この金属箔からなる導電層１０４をパターニングすることにより、接地板６１及び整合素子６３が形成される。

次に、導電層１０１〜１０４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。

或いは、前面に線路パターン２１及び短絡板２２が形成された誘電体基板３１と、前面に線状パターン４１、環状パターン４２及び整合素子４３が形成されると共に背面に環状パターン５１及び整合素子５２が形成された誘電体基板３２と、背面に接地板６１及び整合素子６３が形成された誘電体基板３３と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を作製するなど、その他の方法でも作製することができる。

なお、図５及び図６では、導電層１０１〜１０４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。

＜比較例＞
図７は、図１の導波管・マイクロストリップ線路変換器１と比較すべき比較例を示した斜視図であり、図中には、導波管・マイクロストリップ線路変換器１ａが比較例として示されている。この導波管・マイクロストリップ線路変換器１ａは、図１の導波管・マイクロストリップ線路変換器１と比較すれば、内部導電層１０２及び１０３の構成が変更されている点で異なる。

内部導電層１０２は、線状パターン４１、環状パターン４２及び整合素子４３に代えて、開口４４を有する。開口４４は、内部導電層１０２を貫通する矩形状の貫通孔であり、周縁部の位置が厚さ方向から見て導波管７の管口７０と略一致する。

内部導電層１０３は、環状パターン５１及び整合素子５２に代えて、開口５３を有する。開口５３は、内部導電層１０３を貫通する矩形状の貫通孔であり、周縁部の位置が厚さ方向から見て導波管７の管口７０と略一致する。

本願の発明者らは、導波管７からマイクロストリップ線路に電力を伝送する際の電磁波の漏出状況をコンピュータシミュレーションにより解析した。その結果、上述した導波管・マイクロストリップ線路変換器１ａでは、導波管・マイクロストリップ線路変換器１に比べ、導波管７とマイクロストリップ線路との間で電力を伝送する際の効率が悪いことが判った。すなわち、電磁波が内部導電層１０２と背面導電層１０４との間の誘電体層内に漏れ、短絡板２２の外縁よりも外側への漏出が多いことが判った。

例えば、導波管・マイクロストリップ線路変換器１ａの場合、透過電力は、入力電力に対して−３．０ｄＢである。これに対し、導波管・マイクロストリップ線路変換器１の場合、透過電力は、入力電力に対して−１．１ｄＢである。従って、本実施の形態による導波管・マイクロストリップ線路変換器１の方が比較例の導波管・マイクロストリップ線路変換器１ａに比べ、伝送損失が小さいことが判る。

本実施の形態によれば、内部導電層１０２の線状パターン４１は、誘電体基板３１を挟んで前面導電層１０１の線路パターン２１に対向することから、マイクロストリップ線路のグランドとして機能する。また、線路パターン２１の先端部は、短絡板２２の切り込み２３内において、誘電体層を挟んで整合素子４３，５２及び６３と対向することから、整合素子４３，５２及び６３を介してマイクロストリップ線路と導波管７とを電磁的に結合させることができる。

さらに、環状パターン４２の接続片４２ａと非接続片４２ｂとは、線路パターン２１の先端部が延びる方向の幅（長片の幅）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、線路パターン２１の先端部が延びる方向に関し、環状パターン４２の外縁よりも外側へ伝搬する電磁波は、環状パターン４２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、導波管７及びマイクロ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４２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。

また、環状パターン５１を設けることにより、環状パターン５１の外縁よりも外側の誘電体基板内に電磁波が漏出するのを抑制することができる。また、短絡板２２の外縁を環状パターン４２の外縁と一致させることにより、短絡板２２の外縁よりも外側の誘電体基板内に電磁波が漏出するのを抑制することができる。

本実施の形態による導波管・マイクロストリップ線路変換器１は、３つの導電層１０２〜１０４が誘電体基板３２及び３３を介して積層されていることから、これらの導電層１０２〜１０４を利用してストリップ線路が形成される多層基板１０に好適である。

なお、本実施の形態では、内部導電層１０２，１０３及び背面導電層１０４が整合素子４３，５２及び６３をそれぞれ有する場合の例について説明したが、本発明は、内部導電層１０２，１０３及び背面導電層１０４の構成をこれに限定するものではない。例えば、整合素子は、内部導電層１０２，１０３及び背面導電層１０４のいずれか一つに設けられれば良い。また、内部導電層１０３は、環状パターン５１が存在しないような構成であっても良い。

図８は、導波管・マイクロストリップ線路変換器１の他の構成例を示した斜視図である。図中には、整合素子５２を備えない導波管・マイクロストリップ線路変換器１が示されている。

この導波管・マイクロストリップ線路変換器１では、内部導電層１０３が環状パターン５１を形成する一方、整合素子５２は形成されない。つまり、この導波管・マイクロストリップ線路変換器１では、整合素子が内部導電層１０２及び背面導電層１０４の２つの導電層にだけ形成されている。

図８に示した導波管・マイクロストリップ線路変換器１の透過電力は、入力電力に対して−０．９ｄＢであり、図１の導波管・マイクロストリップ線路変換器１よりも伝送損失が小さい。つまり、内部導電層１０２及び背面導電層１０４に整合素子が形成されるケースでは、整合素子５２が環状パターン５１内に存在する場合に比べ、整合素子５２が環状パターン５１内に存在しない場合の方が伝送損失は小さい。この要因は、整合素子５２による導体損が解消したためであると考えられる。

図９は、導波管・マイクロストリップ線路変換器１のその他の構成例を示した斜視図である。図中には、環状パターン５１、整合素子４３及び６３を備えない導波管・マイクロストリップ線路変換器１が示されている。

この導波管・マイクロストリップ線路変換器１では、内部導電層１０２に整合素子４３が形成されず、内部導電層１０３に環状パターン５１が形成されない。また、背面導電層１０４は、開口６２を有する一方、整合素子６３は形成されない。つまり、この導波管・マイクロストリップ線路変換器１では、環状パターン５１が形成されず、整合素子が内部導電層１０３にだけ形成されている。

図９に示した導波管・マイクロストリップ線路変換器１の透過電力は、入力電力に対して−１．０ｄＢであり、図１の導波管・マイクロストリップ線路変換器１よりも伝送損失が小さい。

図１０は、導波管・マイクロストリップ線路変換器１のその他の構成例を示した斜視図である。図中には、整合素子４３及び６３を備えない導波管・マイクロストリップ線路変換器１が示されている。

この導波管・マイクロストリップ線路変換器１では、内部導電層１０２に整合素子４３が形成されず、背面導電層１０４に整合素子６３が形成されない。つまり、この導波管・マイクロストリップ線路変換器１では、整合素子が内部導電層１０３にだけ形成されている。

図１０に示した導波管・マイクロストリップ線路変換器１は、多層基板１０が誘電体基板３１〜３３をそれぞれ挟んで４つの導電層１０１〜１０４を積層した積層体により構成される場合のベストモードであり、透過電力は、入力電力に対して−０．８ｄＢである。

なお、整合素子による導体損は、整合素子が配置される領域を取り囲む周囲の誘電体層の厚みが大きいほど少なくなると考えられ、整合素子が内部導電層１０３にだけ形成されている態様（図９及び図１０に示す態様）において、良好な結果が得られたと考えられる。

図１１は、導波管・マイクロストリップ線路変換器１のその他の構成例を示した斜視図である。図中には、内部導電層１０３を備えない導波管・マイクロストリップ線路変換器１が示されている。

この導波管・マイクロストリップ線路変換器１は、誘電体基板３１及び３２をそれぞれ挟んで３つの導電層１０１，１０２及び１０４が積層された多層基板１０により構成される。

背面導電層１０４は、開口６２を有する接地板６１と矩形パターンからなる整合素子６３とを形成する。前面導電層１０１は、線路パターン２１と切り込み２３を有する短絡板２２とを形成する。前面導電層１０１及び背面導電層１０４間に配置される内部導電層１０２は、線状パターン４１、環状パターン４２及び整合素子４３を形成する。

図１１に示した導波管・マイクロストリップ線路変換器１は、多層基板１０が誘電体基板３１及び３２をそれぞれ挟んで３つの導電層１０１，１０２及び１０４を積層した積層体により構成される場合のベストモードであり、透過電力は、入力電力に対して−１．０ｄＢである。

図１２は、導波管・マイクロ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り、内部導電層１０３の構成が異なる４つの形態について、透過電力が示されている。図中の（ａ）は、図１の導波管・マイクロストリップ線路変換器１の場合であり、内部導電層１０３が環状パターン５１及び整合素子５２を有する場合が示されている。

図中の（ｂ）には、内部導電層１０３に環状パターン５１が形成されない場合が示されている。この導波管・マイクロストリップ線路変換器１の透過電力は、入力電力に対して−１．１ｄＢであり、伝送損失は、図１の導波管・マイクロストリップ線路変換器１と同程度である。

図中の（ｃ）は、図８の導波管・マイクロストリップ線路変換器１の場合であり、内部導電層１０３に整合素子５２が形成されない場合が示されている。図中の（ｄ）は、図１１の導波管・マイクロストリップ線路変換器１の場合であり、内部導電層１０３を備えない場合が示されている。

図１３は、導波管・マイクロストリップ線路変換器１の動作特性の他の一例を示した図であり、整合素子の構成が異なる５つの形態について、透過電力が示されている。図中の（ａ）は、図９の導波管・マイクロストリップ線路変換器１の場合であり、内部導電層１０３に環状パターン５１が形成されず、内部導電層１０２及び背面導電層１０４に整合素子が形成されない場合が示されている。

図中の（ｂ）には、内部導電層１０３を備えず、背面導電層１０４に整合素子６３が形成されない場合が示されている。この導波管・マイクロストリップ線路変換器１の透過電力は、入力電力に対して−１．１ｄＢであり、伝送損失は、図１の導波管・マイクロストリップ線路変換器１と同程度である。

図中の（ｃ）には、内部導電層１０３を備えず、内部導電層１０２に整合素子４３が形成されない場合が示されている。この導波管・マイクロストリップ線路変換器１の透過電力は、入力電力に対して−１．３ｄＢであり、図１の導波管・マイクロストリップ線路変換器１よりも伝送損失が大きい。

図中の（ｄ）は、図１の導波管・マイクロストリップ線路変換器１と比較すべき比較例であり、整合素子が導電層１０２〜１０４のいずれにも形成されない場合が示されている。この比較例の透過電力は、入力電力に対して−１２．１ｄＢであり、図１の導波管・マイクロストリップ線路変換器１に比べ、変換特性が良くないことが判る。図中の（ｅ）は、図１０の導波管・マイクロストリップ線路変換器１の場合であり、内部導電層１０２及び背面導電層１０４に整合素子が形成されない場合が示されている。

図１２の（ａ）〜（ｄ）及び図１３の（ａ）〜（ｅ）を見れば、３つの導電層１０２〜１０４のいずれかに整合素子を設ける必要があることが判る。また、伝送損失は、３つの導電層１０２〜１０４の全てに整合素子を設ける場合に比べ、これらの導電層のうちの２つ又は１つに整合素子を設ける場合の方が小さい。

特に、図１３の（ａ）〜（ｃ）を見れば、３つの導電層１０２〜１０４のうちの１つに整合素子を設ける場合、真ん中の内部導電層１０３に整合素子を設ける場合の変換特性が最も良いことが判る。

また、図１２の（ｃ）及び（ｄ）を比較し、図１３の（ａ）及び（ｅ）を比較すれば、内部導電層１０３に環状パターン５１を設ける方が設けない場合よりも変換特性が良いことが判る。

また、本実施の形態では、多層基板１０が誘電体基板３１〜３３をそれぞれ挟んで４つの導電層１０１〜１０４を積層した積層体により構成され、或いは、誘電体基板３１及び３２をそれぞれ挟んで３つの導電層１０１，１０２及び１０４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。しかしながら、本発明は、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導波管・マイクロストリップ線路変換器にも適用することができる。多層基板１０が５以上の導電層の積層体からなる場合、環状パターン５１を形成する導電層１０３が２層以上になる。

１ 導波管・マイクロストリップ線路変換器
１０ 多層基板
２１ 線路パターン
２２ 短絡板
２３ 切り込み
３１〜３３ 誘電体基板
４１ 線状パターン
４２，５１ 環状パターン
４２ａ 接続片
４２ｂ 非接続片
４３，５２，６３ 整合素子
６１ 接地板
６２ 開口
７ 導波管
７０ 管口
７１，７２ 広壁
７３，７４ 狭壁
１０１ 前面導電層
１０２，１０３ 内部導電層
１０４ 背面導電層

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、導波管が接続される接地板を形成し、上記接地板が上記導波管の管口に対向する矩形状の開口を有し、
   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、上記開口に対向する矩形状の短絡板と、上記開口の長辺を横切って延びる線路パターンとを形成し、
   上記短絡板は、上記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、上記開口を取り囲む形状を有する第１環状パターンと、上記線路パターンに対向する線状パターンとを形成し、
   上記線状パターンは、上記第１環状パターンの外縁から外方に向かって延び、
   上記第１の内部導電層及び上記背面導電層のいずれか一方又は両方は、上記開口内に矩形パターンからなる整合素子をさらに形成し、
   上記第１環状パターンは、内縁が上記開口と略一致する形状を有するとともに、上記線状パターンが連結される接続片と上記接続片に平行な非接続片とを有し、
   上記接続片及び上記非接続片は、上記先端部が延伸す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導波管・マイクロストリップ線路変換器。
2. 上記多層基板は、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基板であり、
   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、上記第１環状パターンに対向する第２環状パターンを形成し、
   上記第２環状パターンが上記第１環状パターンと同一形状を有す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。
3. 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、導波管が接続される接地板を形成し、上記接地板が上記導波管の管口に対向する矩形状の開口を有し、
   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、上記開口に対向する矩形状の短絡板と、上記開口の長辺を横切って延びる線路パターンとを形成し、
   上記短絡板は、上記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、上記開口を取り囲む形状を有する第１環状パターンと、上記線路パターンに対向する線状パターンとを形成し、
   上記線状パターンは、上記第１環状パターンの外縁から外方に向かって延び、
   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、上記開口内に矩形パターンからなる整合素子を形成し、
   上記第１環状パターンは、内縁が上記開口と略一致する形状を有するとともに、上記線状パターンが連結される接続片と上記接続片に平行な非接続片とを有し、
   上記接続片及び上記非接続片は、上記先端部が延伸す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導波管・マイクロストリップ線路変換器。
4. 上記第２の内部導電層は、上記第１環状パターンに対向する第２環状パターンをさらに形成し、
   上記第２環状パターンが上記第１環状パターンと同一形状を有する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。
5. 上記短絡板の外縁は、上記第１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１〜４のいずれかに記載の導波管・マイクロストリップ線路変換器。

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