JPH10242766A - 非放射性誘電体ガイド回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部からのインピーダンス整合の調整を可能
とし、高誘電率シートの交換等の煩雑な作業をなくす。 【解決手段】 二枚の平行平板１０Ａ，１０Ｂで挟むよ
うにして、誘電体ストリップ線路１２，１３を取り付け
た非放射性誘電体ガイドミキサーにおいて、上記ストリ
ップ線路１３の端部に、例えばショットキーバリアダイ
オード１６及びバイアス供給のためのプリント基板１７
を設けると共に、方向変換器２０を介して空胴共振部１
８Ａ及び可動部１８Ｂとからなる空胴共振器１８を設け
る。これによれば、回路組立て後であっても、上記空胴
共振器１８の可動部１８Ｂを外部から動かせば、ストリ
ップ線路１３から上記ダイオード１６側をみたインピー
ダンスが調整できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非放射性誘電体ガ
イドを信号伝送線路として用い、これを高周波の半導体
素子と組み合わせた回路において、インピーダンス調整
を可能とするための回路構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】非放射性誘電体ガイド（ＮＲＤガイド−
Non-radiative dielectric wave guide ）は、マイクロ
ストリップ線路に比べて伝搬損失が低く、また導波管と
比較して伝搬路の製作が容易であるので、マイクロ波、
特に３０ＧHz以上のミリ波帯の伝送路として注目されて
いる。このＮＲＤガイドは、電磁波が伝搬する誘電体ス
トリップ線路を導電性の平行平板で挟んだ構造とされ、
この平行平板の間隔が使用周波数の波長の１／２以下に
設定されている。従って、上記の誘電体ストリップ線路
以外の場所では、電磁波が遮断されて放射が抑制され、
誘電体ストリップ線路に沿って電磁波を低損失で伝搬で
きることになる。

【０００３】近年では、上記のＮＲＤガイドとビームリ
ード型ショットキーバリアダイオードを組み合わせ、３
５ＧHz帯や６０ＧHz帯のＮＲＤガイドミキサーとして良
好な特性を有するものが開発されている。

【０００４】図７には、上記従来のＮＲＤガイドミキサ
ーの一構成例が示されており、図示されるように、金属
製の２枚の平行平板１Ａ，１Ｂに挟まれるようにして、
ローカル（Ｌｏ）信号を伝搬する弧状の誘電体ストリッ
プ線路２と、高周波（ＲＦ）信号を伝搬する直線状の誘
電体ストリップ線路３が配置される。この二つのストリ
ップ線路２，３は、図示の位置Ｐで近接した所定の距離
に配置され、この位置Ｐでは電気的に結合され、方向性
結合器の役割を果たすようになっている。なお、上記の
平行平板１Ａ，１Ｂは、使用周波数の半波長以下の間隔
で固定される。

【０００５】また、上記誘電体ストリップ線路２には無
反射終端５が設けられ、他方の誘電体ストリップ線路３
の端部には、インピーダンス整合用の高誘電率シート６
を介してプリント基板７が取り付けられる。

【０００６】図８には、上記プリント基板７の構成が示
されており、図示のように、当該基板７には、二つのパ
ッチアンテナ８が形成され、この二つのパッチアンテナ
８の間に、ビームリード型ショットキーバリアダイオー
ド９が接続される。また、上記パッチアンテナ８の外側
に、バイアス印加用のローパスフィルタ１０が形成され
る。

【０００７】上記の構成によれば、二つの誘電体ストリ
ップ線路２，３が近接する位置Ｐで、ローカル信号と高
周波信号がミキシングされ、一方のストリップ線路２側
では終端５で終端されるが、他方のストリップ線路３側
では、混合波により上記ショットキーバリアダイオード
９によって中間周波（ＩＦ）信号が作られる。そして、
このＩＦ信号は上記ローパスフィルタ１０を介して外部
へ取り出される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記Ｎ
ＲＤガイドミキサー等の従来の非放射性誘電体ガイド回
路では、上記ショットキーバリアダイオード９に入射す
る電磁波のインピーダンス整合を上記高誘電率シート６
により行うため、この電磁波の整合状態を調整する場合
には、上記高誘電率シート６の誘電率や厚さを変える必
要があり、この高誘電率シート６を別のものに交換しな
ければならないという問題があった。

【０００９】即ち、一般にＮＲＤガイド回路は、部品の
寸法や使用する素子による特性のばらつきが大きく、上
記整合状態の調整が必要になることが多く、一旦組み立
ててしまうと、外部からインピーダンスを変更する手段
がないため、整合状態の調整が必要となる度に、上記の
平行平板１Ａ，１Ｂを分解して高誘電率シート６を交換
しなければならなかった。

【００１０】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、外部からのインピーダンス
整合の調整を可能とし、高誘電率シートの交換等の煩雑
な作業をなくすことができる非放射性誘電体ガイド回路
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１請求項に係る発明は、二枚の平行平板を使用周
波数帯の波長の１／２以下の間隔で配置し、この平行平
板内に誘電体ストリップ線路を取り付けた非放射性誘電
体ガイド回路において、上記の平行平板内の上記誘電体
ストリップ線路の端部に配置され、所定の作用を行う半
導体素子と、この半導体素子を駆動する電源系へ高周波
信号が漏出しないようにする高周波チョーク部と、上記
誘電体ストリップ線路の端部に配置された空胴共振部及
びこの空胴共振部の内の電磁界を変化させる可動部とか
らなる空胴共振器と、を設け、上記空胴共振器により上
記誘電体ストリップ線路からみた上記半導体素子側のイ
ンピーダンスを調整可能としたことを特徴とする。第２
請求項に係る発明は、上記半導体素子として、ミキサー
作用のためのショットキーバリアダイオード又はスイッ
チング作用のためのＰＩＮダイオードを配置したことを
特徴とする。第３請求項に係る発明は、上記誘電体スト
リップ線路と上記空胴共振器との間に、電磁波の電界又
は磁界の方向を変換する方向変換器を設けたことを特徴
とする。第４請求項に係る発明は、上記高周波チョーク
部をプリント基板に形成し、このプリント基板に上記半
導体素子の一方の端子を接続し、この半導体素子の他方
の端子を上記平行平板に直接接続したことを特徴とす
る。

【００１２】上記の構成によれば、空胴共振器の可動部
を外部から操作することにより、回路装置を組付けた後
でも、誘電体ストリップ線路からみた半導体素子側のイ
ンピーダンスの調整が可能となるという利点がある。ま
た、上記の誘電体ストリップ線路と上記空胴共振器の接
続部においては、方向変換器を用いれば、磁力線面が垂
直方向から水平方向へ変換され、簡単な構成で電磁波を
空胴共振器へ導くことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１及び図２には、本発明の実施
形態の一例である非放射性誘電体ガイド回路の構成が示
されており、この回路は高周波ミキサーとして構成され
ている。図１において、このＮＲＤガイドミキサーは、
図７の場合と同様に、使用周波数の半波長以下の間隔で
配置した金属製の２枚の平行平板１０Ａ，１０Ｂに挟ま
れるようにして、ローカル（Ｌｏ）信号を伝搬する弧状
の誘電体ストリップ線路１２と、高周波（ＲＦ）信号を
伝搬する直線状の誘電体ストリップ線路１３が配置さ
れ、これらが近接した図示の位置Ｐでは、方向性結合器
の役割を果たすように構成される。

【００１４】また、上記誘電体ストリップ線路１２には
無反射終端１５が設けられ、他方の誘電体ストリップ線
路１３の端部には、ミキサー作用を担うショットキーバ
リアダイオード１６とプリント基板１７が配置される。
即ち、上記のショットキーバリアダイオード１６は、ピ
ル型パッケージに封入され、下側の平行平板１０Ｂにネ
ジ込むことにより、ショットキーバリアダイオード１６
のアノード端子又はカソード端子が平行平板１０Ｂへ直
接接続される。また、上記誘電体ストリップ線路１３と
プリント基板１７の接続部では、上記ダイオード１６の
頭が邪魔になるので、ストリップ線路１３はその端面部
を削って配置する。

【００１５】そして、上記プリント基板１７の後側に、
空胴共振部１８Ａと金属製の可動部（可動壁体）１８Ｂ
から構成される空胴共振器１８が配置されており、上記
空胴共振部１８Ａの横幅は使用周波数の半波長以上の長
さに設定される。この空胴共振器１８は、可動部１８Ｂ
を動かして空胴共振部１８の長さＬ（ストリップ線路１
３の方向の長さ）を変えることにより、詳細は後述する
が、誘電体ストリップ線路１３からみた上記ダイオード
１６側のインピーダンスを変化させることができる。

【００１６】図２には、上記プリント基板１７の構成が
示されており、このプリント基板１７は、表面の銅箔を
図示のようなパターンにエッチングして製作され、上記
空銅共振部１８Ａの前側の壁に接着剤で固定される。こ
の回路基板１７には、電磁波の電界又は磁界の方向、即
ち磁力線面を縦方向から横方向へ変換する方向変換器２
０とチョーク構造（高周波チョーク部）のローパスフィ
ルタ２１が形成されており、このローパスフィルタ２１
を介してバイアスが供給される。

【００１７】そして、上記の方向変換器２０が上記ショ
ットキーバリアダイオード１６の頭の部分にハンダ２２
で固定される。このようなプリント基板１７とショット
キーバリアダイオード１６とのハンダ２２による固定構
造によれば、上記ダイオード１６、方向変換器２０及び
バイアスを供給するローパスフィルタ２１を効率よく配
置し、組み付けることができるという利点がある。

【００１８】実施形態例は以上の構成からなり、二つの
誘電体ストリップ線路１２，１３が近接する位置Ｐで、
ローカル信号と高周波信号がミキシングされ、一方のス
トリップ線路１２側の混合波は終端１５で終端される
が、他方のストリップ線路１３側の混合波は、上記ショ
ットキーバリアダイオード１６へ供給され、このダイオ
ード１６で中間周波（ＩＦ）信号が得られる。このＩＦ
信号は上記ローパスフィルタ２１を介して外部へ取り出
される。このとき、上記の混合波は上記方向変換器２０
を介して空胴共振器１８へも送られており、この空胴共
振器１８でインピーダンス整合が行われる。

【００１９】図３及び図４には、上記方向変換器２０及
び空胴共振器１８での磁界の様子が示されており、図３
は方向変換器２０を配置しないときの図、図４は方向変
換器２０を配置したときの図である。図３に示されるよ
うに、誘電体ストリップ線路１３の中の電磁波の磁力線
面Ｓ1 は平行平板１０（Ａ，Ｂ）に垂直であり、このス
トリップ線路１３の後方にそのまま空胴共振部１８Ａを
設けても、この空胴共振部１８Ａ内に電磁波が入ること
はできない。なぜなら、空気中では磁力線面Ｓ1 の方向
の壁の間隔が使用周波数の半波長以上なければ電磁波は
伝搬できないからである。

【００２０】そこで、実施形態例では、方向変換器２０
により、平行平板１０に垂直な磁力線面Ｓ1 を９０度回
転させ、この平行平板１０に平行となる磁力線面Ｓ2 に
変換している。即ち、電磁波が方向変換器２０に達する
と、そのパターンの横方向に突出した部分で平行平板１
０に垂直な面Ｓ1 を持つ磁力線が受信される。この磁力
線がパターンに沿って伝搬することによって、磁力線面
の方向が変換され、縦方向に突出したパターン部分から
磁力線面Ｓ2 を持つ磁力線が放出される。

【００２１】このようにして、上記平行平板１０に平行
な磁力線面Ｓ1 に変換された電磁波は、横幅が使用周波
数の半波長以上となる空胴共振部１８Ａ内に伝搬され
る。そして、上記空胴共振部１８Ａ内に導かれた電磁波
は、可動部１８Ｂを動かして空胴共振部１８Ａの長さＬ
を変えることにより、誘電体ストリップ線路１３からみ
たダイオード１６側のインピーダンスが変化することに
なる。

【００２２】次に、上記のインピーダンスの調整につい
て、図５及び図６に基づいて説明する。一般に、二線式
線路や同軸線路、マイクロストリップ線路のように、二
本の導体線を用いて電磁波を伝送する線路は、その伝送
線路に固有インピーダンス（特性インピーダンス）を持
っているが、この値は導体の大きさ、形状、導体間の距
離、導体間に詰められた材質等によって決まる。

【００２３】例えば、導体間距離がＤ、導体径がｄの二
線式線路の特性インピーダンスは、次の数式１となる。

【数式１】Ｚ_O ＝２７６ｌｏｇ（２Ｄ／ｄ） ［Ω］ ここで、図５（Ａ）に示されるように、上記特性インピ
ーダンスＺ_O の伝送線路の先端側に、Ｚ_O Ωの抵抗を設
けると、入射電磁波は反射せず、入力端（破線）から右
をみたインピーダンスＺinは、Ｚ_O Ωになる。これは、
伝送線路の長さＬによらない。

【００２４】一方、図５（Ｂ）に示されるように、伝送
線路の先端側をショートさせると、入射電磁波は反射さ
れ、入力端（破線）から右をみたインピーダンスＺin
は、伝送線路の長さＬによって変化し、次の数式２のよ
うになる。

【数式２】Ｚin＝ｊＺ_O ｔａｎ（２πＬ／λg ） 但し、ｊは−１の平方根、λg は入射電磁波の伝送線路
上での波長である。

【００２５】本発明の導波管のように、二本の導体を持
たない伝送線路は、厳密に特性インピーダンスを定義す
ることはできない。しかし、伝送線路を基準とした各イ
ンピーダンスの比は考えることができ、上記と同様な考
え方が適用できる。一般的には、導波管の特性インピー
ダンスを１とし、これを基準に他のインピーダンスを決
定する。例えば、導波管の一方を電波吸収体で塞ぎ、他
方から電磁波を入射したときに反射がなければ、その電
波吸収体の抵抗は１とみなせる。

【００２６】そして、当該例のように、空胴共振部（導
波管）１８Ａの先端側を金属製の可動部（金属製壁面）
１８Ｂで塞いだときはショートとみなせるから、この可
動部１８Ｂの面からＬだけ離れた位置からみた導波管の
特性インピーダンスを、Ｚ_O＝１とすると、上記数式２
から、Ｚin＝ｊｔａｎ（２πＬ／λg ）となる。従っ
て、上記空胴共振器１８によれば、空胴共振部１８Ａの
長さＬを変えることにより、誘電体ストリップ線路１３
からみたインピーダンスを調整することができる。但
し、上記式で得られる値はストリップ線路１３からみた
インピーダンスではなく、回路基板１７の裏側からみた
インピーダンスである。このようなインピーダンス調整
は、可動部１８Ｂを外部から操作して行うことができ、
回路の組立て後でも実施できる。

【００２７】図６には、上記空胴共振器の他の例が示さ
れており、この空胴共振器２４は、平行平板１０Ａ，１
０Ｂに段差を設けたものである。即ち、図示されるよう
に、上下の平行平板１０Ａ，１０Ｂに段差を設けて空胴
共振部２４Ａを形成し、この空胴共振部２４Ａの縦方向
の幅Ｄが使用周波数の半波長以上となるように設定す
る。そして、この空胴共振部２４Ａに可動部２４Ｂを設
ける。

【００２８】上記の空胴共振器２４によれば、誘電体ス
トリップ線路１３内において垂直方向の磁力線面Ｓ1 で
伝搬する磁力線が、方向変換をせずにそのまま空胴共振
部２４Ａに伝達される。そして、上記と同様に、可動部
２４Ｂを外部から動かして空胴共振部２４Ａの長さＬを
変えることにより、誘電体ストリップ線路１３からみた
インピーダンスを調整することができる。

【００２９】上記実施形態例では、ＮＲＤガイドとショ
ットキーバリアダイオード１６とを組み合わせたＮＲＤ
ガイドミキサーの例を示したが、このＮＲＤガイドと組
み合わせる半導体素子としては、スイッチング作用をす
るＰＩＮダイオード、増幅作用をするＰＨＥＭＴ、或い
はＰＮダイオード、その他の作用をする素子を適用する
ことが可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、第１請求項に係る
発明によれば、二枚の平行平板で挟むようにして誘電体
ストリップ線路を取り付けた非放射性誘電体ガイド回路
で、上記誘電体ストリップ線路の端部に、所定の作用を
行う半導体素子を備えると共に、空胴共振部及びこの空
胴共振部の内の電磁界を変化させる可動部とからなる空
胴共振器を設けたので、回路装置を組立てた後に、上記
誘電体ストリップ線路からみた上記半導体素子側のイン
ピーダンスを外部から調整することができ、高誘電率シ
ートの交換等の従来の煩雑な作業をなくすことが可能と
なる。

【００３１】第２請求項に係る発明によれば、上記半導
体素子としてショットキーバリアダイオードを用いるこ
とにより、ミキサーとして機能させることができ、また
ＰＩＮダイオードを用いることにより、スイッチング作
用を行わせることができる。

【００３２】第３請求項に係る発明によれば、上記誘電
体ストリップ線路と上記空胴共振器との間に、電磁波の
電界又は磁界の方向を変換する方向変換器を設けること
により、ＮＲＤガイド回路を簡単な構成とすることがで
きる。第４請求項に係る発明によれば、バイアス供給の
ための回路をプリント基板に形成し、このプリント基板
に上記半導体素子の一方の端子を接続し、この半導体素
子の他方の端子を上記平行平板に直接接続することによ
り、ＮＲＤガイド回路の構成回路を効率よく配置できる
という利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態例に係る非放射性誘電体ガイ
ド回路（ＮＲＤガイドミキサー）の構成を示す図であ
る。

【図２】図１のプリント基板の構成を示す図である。

【図３】図１の誘電体ストリップ線路と空胴共振器の結
合部分において、方向変換器を用いない場合の磁界の様
子を示す図である。

【図４】図１の誘電体ストリップ線路と空胴共振器の結
合部分において、方向変換器を用いた場合の磁界の様子
を示す図である。

【図５】実施形態例の空胴共振器で調整されるインピー
ダンスを説明するための図である。

【図６】実施形態例の空胴共振器の他の構成例を示す断
面図である。

【図７】従来のＮＲＤガイド回路（ミキサー）の構成を
示す図である。

【図８】図７のプリント基板の構成を示す図である。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ … 平行平板、 ２，３，１２，１３ … 誘電体ストリップ線路、 ７，１７ … プリント基板、 １６ … ショットキーバリアダイオード、 １８，２４ … 空胴共振器、 １８Ａ，２４Ａ … 空胴共振部、 １８Ｂ，２４Ｂ … 可動部、 ２０ … 方向変換器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二枚の平行平板を使用周波数帯の波長の
   １／２以下の間隔で配置し、この平行平板内に誘電体ス
   トリップ線路を取り付けた非放射性誘電体ガイド回路に
   おいて、 上記の平行平板内の上記誘電体ストリップ線路の端部に
   配置され、所定の作用を行う半導体素子と、 この半導体素子を駆動する電源系へ高周波信号が漏出し
   ないようにする高周波チョーク部と、 上記誘電体ストリップ線路の端部に配置された空胴共振
   部及びこの空胴共振部の内の電磁界を変化させる可動部
   とからなる空胴共振器と、を設け、 上記空胴共振器により上記誘電体ストリップ線路からみ
   た上記半導体素子側のインピーダンスを調整可能とした
   ことを特徴とする非放射性誘電体ガイド回路。
2. 【請求項２】 上記半導体素子として、ミキサー作用の
   ためのショットキーバリアダイオード又はスイッチング
   作用のためのＰＩＮダイオードを配置したことを特徴と
   する上記第１請求項記載の非放射性誘電体ガイド回路。
3. 【請求項３】 上記誘電体ストリップ線路と上記空胴共
   振器との間に、電磁波の電界又は磁界の方向を変換する
   方向変換器を設けたことを特徴とする上記第１又は第２
   請求項記載の非放射性誘電体ガイド回路。
4. 【請求項４】 上記高周波チョーク部をプリント基板に
   形成し、このプリント基板に上記半導体素子の一方の端
   子を接続し、この半導体素子の他方の端子を上記平行平
   板に直接接続したことを特徴とする上記第１乃至第３請
   求項記載の非放射性誘電体ガイド回路。