JPH11274820A - 誘電体導波管線路の分岐構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘電体基板内に形成できる、良好な伝送特性
を有し任意の電力比で分岐の可能な誘電体導波管線路の
分岐構造を提供する。 【解決手段】 一対の導体層に挟持された誘電体基板内
に一定の幅ｄの２列の貫通導体群で形成された第１〜第
６の誘電体導波管線路15〜20を、第１の誘電体導波管線
路15に、補助接続用貫通導体群14ｎ・14ｏで接続した外
側の間隔Ａが２ｄ≦Ａ≦３ｄの第２および第３の誘電体
導波管線路16・17を第１の接続用貫通導体群14ｌで接続
し、さらに補助接続用貫通導体群14ｐ・14ｑで接続した
外側の間隔Ｂが３ｄ≦Ｂ≦４ｄの第４〜第６の誘電体導
波管線路18〜20を第２の接続用貫通導体群14ｍで接続し
た、１本の誘電体導波管線路15を３本の誘電体導波管線
路18〜20に分岐する誘電体導波管線路の分岐構造であ
る。伝送損失が小さい良好な伝送特性を有する分岐構造
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波帯やミ
リ波帯等の高周波信号を伝達するための誘電体導波管線
路の分岐構造に関し、特に１本の誘電体導波管線路を平
行な３本の誘電体導波管線路に分岐し、しかも分岐後の
電力比を任意に設定しうる誘電体導波管線路の分岐構造
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波帯やミリ波帯等の高周波信号
を扱う高周波回路において高周波信号を伝送するための
伝送線路には小型で伝送損失が小さいことが求められて
おり、特に回路を構成する基板上または基板内に形成で
きると小型化の面で有利となることから、従来、そのよ
うな伝送線路としてストリップ線路やマイクロストリッ
プ線路・コプレーナ線路・誘電体導波管線路などが用い
られてきた。

【０００３】これらのうちストリップ線路・マイクロス
トリップ線路・コプレーナ線路は誘電体基板と導体層か
ら成る信号線路とグランド導体層とで構成されており、
信号線路とグランド導体層の周囲の空間および誘電体中
を高周波信号の電磁波が伝播するものであるが、これら
の線路は30ＧＨｚ帯域までの信号伝送に対しては問題な
いが、30ＧＨｚ以上では伝送損失が生じやすい。

【０００４】これに対して導波管型の線路は30ＧＨｚ以
上のミリ波帯域においても伝送損失が小さい点で有利で
あり、このような導波管の優れた伝送特性を活かし、多
層基板内に形成可能な線路も提案されている。

【０００５】例えば特開平６−53711 号公報によれば、
誘電体基板を一対の導体層で挟み、さらに導体層間を接
続する２列の複数の貫通導体、例えばビアホールによっ
て側壁を形成した導波管線路が提案されている。この導
波管線路によれば、誘電体材料の四方を導体層とビアホ
ールによる疑似的な導体壁で囲むことによって導体壁内
の領域を信号伝送用の線路としたものであり、構成がい
たって簡単となって装置全体の小型化も図り得るという
ものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に、高周波回路を
構成する場合、特にアレイアンテナの給電線等を形成す
る場合等には伝送線路の配線回路において分岐を設ける
ことが必要となる。

【０００７】しかしながら、ストリップ線路やマイクロ
ストリップ線路・コプレーナ線路は信号線路がグランド
導体層で完全に覆われていないため、伝送線路の途中に
分岐を設けるとその分岐から電磁波の放射が起こり、伝
送損失が大きくなるという問題点があった。

【０００８】また、誘電体導波管線路としては、例えば
誘電体線路を２枚のグランド導体板で挟持し、グランド
導体板間の誘電体線路以外の部分に空気が満たされた構
造のＮＲＤガイドがある。これに分岐を設けるためには
屈曲した２本の線路を結合させて方向性結合器を形成す
る方法が用いられるが、線路に屈曲部がある場合はその
形状によっては異なる伝播モードが発生して伝送損失が
大きくなることがあるため設計上の制約が大きいという
問題点があった。また、誘電体線路は通常はフッ素樹脂
等で作製されているが、特に高周波領域で使用するもの
は線路の寸法が小さくなるため、屈曲部等の加工が困難
であり量産が難しいという問題点もあった。さらに、高
周波回路の配線として誘電体基板上または基板内に形成
することが困難であるという問題点もあった。

【０００９】また、通常の導波管は金属の壁で囲まれた
空間を電磁波が伝播する構造となっており、誘電体によ
る損失がないため高周波での損失が小さく、分岐があっ
ても放射損失はないが、誘電体を利用した伝送線路と比
較して寸法が大きくなるという問題点があった。これに
対し、導波管内に比誘電率がε_r の誘電体を充填した誘
電体導波管は通常の１／√ε_r の寸法で作製できるが、
これも誘電体基板上または基板内に形成することが困難
であるという問題点があった。

【００１０】さらに、特開平６−53711 号公報に提案さ
れたような誘電体導波管線路において、その一対の導体
層と２列のビアホールによる疑似的な導体壁で囲まれた
信号伝送用の線路に単純に分岐を設けた場合、電磁界に
乱れが生じることから伝送損失が大きくなるという問題
点があった。

【００１１】従って、誘電体基板内にアレイアンテナの
給電線等を形成するための分岐を設けた伝送線路の配線
回路を作製して高周波回路を構成するために、誘電体基
板内に形成でき、電磁波の放射が無く伝送損失が小さい
誘電体導波管線路の分岐構造が求められていた。

【００１２】本発明は上記事情に鑑みて案出されたもの
であり、その目的は、誘電体基板内に形成でき、高周波
信号の電磁波の放射・漏洩が無く、１本の線路を３本の
線路に分岐可能で、分岐後の電力比を任意に設定可能で
伝送損失が小さい良好な伝送特性を有する誘電体導波管
線路の分岐構造を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の問
題点に対して検討を重ねた結果、誘電体導波管線路につ
いて、誘電体基板中に２列の貫通導体群の上下をこれら
貫通導体群と電気的に導通した一対の導体層で完全に覆
って形成される構造の誘電体導波管線路から成る伝送線
路を設け、第１の伝送線路に対して互いに平行に配置し
た第２および第３の伝送線路を高周波信号の伝送方向が
互いに平行となるように接続し、さらに第２および第３
の伝送線路に対して互いに平行に配置した第４乃至第５
の伝送線路を高周波信号の伝送方向が互いに平行となる
ように接続した分岐において２列の貫通導体群の貫通導
体の配列を所定の配列構造とすることにより、高周波信
号の電磁波の放射・漏洩がほとんど無く、分岐後の電力
比を任意に設定可能で、しかも低伝送損失な、良好な伝
送特性を有する伝送線路の分岐構造とできることを見出
した。

【００１４】本発明の誘電体導波管線路の分岐構造は、
誘電体基板を挟持する一対の導体層と、高周波信号の伝
送方向に前記高周波信号の遮断波長の２分の１以下の繰
り返し間隔で、かつ前記伝送方向と直交する方向に一定
の幅ｄで前記導体層間を電気的に接続するよう形成され
た２列の貫通導体群とを具備し、前記導体層および前記
貫通導体群に囲まれた領域によって高周波信号を伝送す
る第１乃至第６の誘電体導波管線路を、該第１の誘電体
導波管線路の一端側に前記第２および第３の誘電体導波
管線路を高周波信号の伝送方向が平行となるようにその
一方端側を対向させて併設するとともに、前記第２およ
び第３の誘電体導波管線路の他方端側に前記第４乃至第
６の誘電体導波管線路を第５の誘電体導波管線路の両側
に第４および第６の誘電体導波管線路を配置して高周波
信号の伝送方向が平行となるようにその一端側を対向さ
せて併設して成り、前記第２および第３の誘電体導波管
線路は一方端側および他方端側の先端を揃えて外側の前
記貫通導体群の間隔Ａが前記一定の幅ｄに対して２ｄ≦
Ａ≦３ｄとなるように平行に配置するとともに隣り合う
列の貫通導体群の一方端側および他方端側の先端間をそ
れぞれ第１および第２の補助接続用貫通導体群で接続
し、かつその一方端側の両端と前記第１の誘電体導波管
線路の一端側の先端とを第１の接続用貫通導体群で接続
するとともに、前記第４乃至第６の誘電体導波管線路は
一端側の先端を揃えて前記第４の誘電体導波管線路およ
び前記第６の誘電体導波管線路の外側の前記貫通導体群
の間隔Ｂが前記一定の幅ｄに対して３ｄ≦Ｂ≦４ｄとな
るように平行に配置するとともに前記第４および第５の
誘電体導波管線路の隣り合う貫通導体群の先端間を第３
の補助接続用貫通導体群で、前記第５および第６の誘電
体導波管線路の隣り合う貫通導体群の先端間を第４の補
助接続用貫通導体群で接続し、かつその一端側の両端と
前記第２および第３の誘電体導波管線路の他方端側の両
端との間を第２の接続用貫通導体群で接続したことを特
徴とするものである。

【００１５】また、本発明の誘電体導波管線路の分岐構
造は、上記構成の本発明の誘電体導波管線路の分岐構造
において、前記第２および第３の誘電体導波管線路の少
なくとも一方の前記２列の貫通導体群の間および／また
は前記第４乃至第５の誘電体導波管線路の少なくとも１
つの前記２列の貫通導体群の間に分岐後の電力比調整用
の貫通導体を形成したことを特徴とするものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の誘電体導波管線路
の分岐構造について図面を参照しながら説明する。

【００１７】図１（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発
明の誘電体導波管線路の分岐構造に係る誘電体導波管線
路の構成例を説明するための概略斜視図である。図１に
おいて、１は誘電体基板、２は誘電体基板１を挟持する
一対の導体層、３は一対の導体層２間を電気的に接続す
るよう形成された貫通導体であり、４は高周波信号の伝
送方向にその高周波信号の遮断波長の２分の１以下の繰
り返し間隔ｐで、かつその伝送方向と直交する方向に一
定の幅ｄで貫通導体３を配設することにより形成された
２列の貫通導体群である。

【００１８】図１によれば、所定の厚みａの平板状の誘
電体基板１を挟持する位置に一対の導体層２・２が形成
されている。導体層２・２は誘電体基板１の少なくとも
伝送線路形成位置を挟む上下面に形成されている。ま
た、導体層２・２間には導体層２・２間を電気的に接続
する貫通導体３が多数設けられている。これら貫通導体
３は、図示するように、高周波信号の伝送方向すなわち
線路形成方向にこの線路により伝送される高周波信号の
遮断波長の２分の１以下の所定の繰り返し間隔ｐで、か
つ前記伝送方向と直交する方向に所定の一定の間隔
（幅）ｄをもって２列に形成されることにより、伝送線
路となる貫通導体群４を形成している。

【００１９】平行に配置された一対の導体層２・２間に
はＴＥＭ波が伝播できるため、貫通導体群４の各列にお
ける貫通導体３の間隔ｐが遮断波長の２分の１よりも大
きいと、この線路に電磁波を給電してもここで作られる
疑似的な導波管に沿って伝播しなくなる。しかし、貫通
導体３の間隔ｐが遮断波長の２分の１以下であると電気
的な側壁を形成することとなって、電磁波は伝送線路に
対して垂直方向に伝播することができず、反射しながら
伝送線路方向に伝播されることとなる。その結果、この
ような構造の導体層２と貫通導体群４とにより囲まれる
断面積がａ×ｄのサイズの領域により誘電体導波管と非
常に良く類似した良好な伝送特性が得られる。

【００２０】ここで、誘電体基板１の厚みａに対する制
限は特にないが、シングルモードで用いる場合には前記
一定の幅ｄに対して２分の１程度または２倍程度とする
ことがよく、図１の例では誘電体導波管のＨ面とＥ面に
当たる部分が各々導体層２と貫通導体群４で形成され、
図１（ａ）のように幅ｄに対して厚みａを２分の１程度
とすれば、誘電体導波管のＨ面とＥ面に当たる部分が各
々導体層２と貫通導体群４で形成されることとなり、図
１（ｂ）のように幅ｄに対して厚みａを２倍程度とすれ
ば、誘電体導波管のＥ面とＨ面に当たる部分が各々導体
層２と貫通導体群４で形成されることとなる。

【００２１】なお、５は貫通導体群４の各列を形成する
貫通導体３同士を電気的に接続する補助導体層であり、
所望により適宜形成される。このような補助導体層を形
成することによって、導波管線路内部から見ると線路の
側壁は貫通導体群４と補助導体層５とによって細かな格
子状になり、線路からの電磁波の遮蔽効果をより高める
ことができる。

【００２２】また、この図１の例では貫通導体群４は２
列に形成したが、この貫通導体群４を４列あるいは６列
に配設して貫通導体群４による疑似的な導体壁を２重・
３重に形成することにより、導体壁からの電磁波の漏れ
をより効果的に防止することもできる。

【００２３】このような導波管線路構造によれば、誘電
体基板１の比誘電率をε_r とすると導波管サイズは通常
の導波管の１／√ε_r の大きさになる。従って、誘電体
基板１を構成する材料を比誘電率の大きいものとするほ
ど導波管サイズを小さくすることができて高周波回路の
小型化を図ることができ、高密度に配線が形成される多
層配線基板または半導体素子収納用パッケージの伝送線
路としても利用可能な大きさとなる。

【００２４】なお、貫通導体群４を構成する貫通導体３
は前述のように遮断波長の２分の１以下の繰り返し間隔
ｐで配設されており、この繰り返し間隔ｐは良好な伝送
特性を実現するためには一定の繰り返し間隔とすること
が望ましいが、遮断波長の２分の１以下の間隔であれば
適宜変化させたりいくつかの値を組み合わせたりしても
よい。

【００２５】また、誘電体基板１としては、誘電体とし
て機能し高周波信号の伝送を妨げることのない特性を有
するものであればとりわけ限定するものではないが、伝
送線路を形成する際の精度および製造の容易性の点から
は、誘電体基板１はセラミックスからなることが望まし
い。

【００２６】このようなセラミックスとしてはこれまで
様々な比誘電率を持つセラミックスが知られているが、
本発明に係る誘電体導波管線路によって高周波信号を伝
送するためには常誘電体であることが望ましい。これ
は、一般に強誘電体セラミックスは高周波領域では誘電
損失が大きく伝送損失が大きくなるためである。従っ
て、誘電体基板１の比誘電率ε_r は４〜100 程度が適当
である。

【００２７】また、一般に多層配線基板や半導体素子収
納用パッケージに形成される配線層の線幅は最大でも１
ｍｍであることから、比誘電率が100 の材料を用い、上
部がＨ面すなわち磁界が上側の面に平行に巻く電磁界分
布になるように用いた場合、用いることのできる最小の
周波数は15ＧＨｚと算出され、マイクロ波帯の領域でも
利用可能となる。一方、一般的に誘電体基板１として用
いられる樹脂からなる誘電体は、比誘電率ε_r が２程度
であるため、線幅が１ｍｍの場合、約100 ＧＨｚ以上で
ないと利用することができないものとなる。

【００２８】また、このような常誘電体セラミックスの
中にはアルミナやシリカ等のように誘電正接が非常に小
さなものが多いが、全ての常誘電体セラミックスが利用
可能であるわけではない。誘電体導波管線路の場合は導
体による損失はほとんどなく、信号伝送時の損失のほと
んどは誘電体による損失であり、誘電体による損失α
（ｄＢ／ｍ）は下記のように表わされる。 α＝27.3×ｔａｎδ／〔λ／｛１−（λ／λ_c ）² ｝
^1/2 〕 式中、ｔａｎδは誘電体の誘電正接、λは誘電体中の波
長、λ_c は遮断波長である。規格化された矩形導波管
（ＷＲＪシリーズ）形状に準ずると、上式中の｛１−
（λ／λ_c ）² ｝^1/2 は0.75程度である。

【００２９】従って、実用に供し得る伝送損失である−
100 （ｄＢ／ｍ）以下にするには、下記の関係が成立す
るように誘電体を選択することが必要である。 ｆ×ε_r ^1/2 ×ｔａｎδ≦0.8 式中、ｆは使用する周波数（ＧＨｚ）である。

【００３０】このような誘電体基板１としては、例えば
アルミナセラミックスやガラスセラミックス・窒化アル
ミニウムセラミックス等があり、例えばセラミックス原
料粉末に適当な有機溶剤や溶媒を添加混合して泥漿状に
なすとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカ
レンダーロール法等を採用してシート状となすことによ
って複数枚のセラミックグリーンシートを得、しかる
後、これらセラミックグリーンシートの各々に適当な打
ち抜き加工を施すとともにこれらを積層し、アルミナセ
ラミックスの場合は1500〜1700℃、ガラスセラミックス
の場合は850 〜1000℃、窒化アルミニウムセラミックス
の場合は1600〜1900℃の温度で焼成することによって製
作される。

【００３１】また、一対の導体層２としては、例えば誘
電体基板１がアルミナセラミックスから成る場合、タン
グステン等の金属粉末に適当なアルミナ・シリカ・マグ
ネシア等の酸化物や有機溶剤・溶媒等を添加混合してペ
ースト状にしたものを厚膜印刷法により少なくとも伝送
線路を完全に覆うようにセラミックグリーンシート上に
印刷し、しかる後、約1600℃の高温で焼成し、厚み10〜
15μｍ以上となるようにして形成する。

【００３２】なお、金属粉末としては、ガラスセラミッ
クスの場合は銅・金・銀が、窒化アルミニウムセラミッ
クスの場合はタングステン・モリブデンが好適である。
また、導体層２の厚みは一般的に５〜50μｍ程度とされ
る。

【００３３】また、貫通導体３としては、例えばビアホ
ール導体やスルーホール導体等により形成すればよく、
その断面形状も製作が容易な円形の他、矩形や菱形等の
多角形であってもよい。これら貫通導体３は、例えばセ
ラミックグリーンシートに打ち抜き加工を施して作製し
た貫通孔に前記導体層２と同様の金属ペーストを埋め込
み、しかる後、誘電体基板１と同時に焼成し形成する。
なお、貫通導体３は直径50〜300 μｍが適当である。こ
のような誘電体導波管線路による本発明の誘電体導波管
線路の分岐構造の実施の形態の一例を図２に平面図で示
す。

【００３４】図２において、３は誘電体基板（図示せ
ず）中に高周波信号の伝送方向に高周波信号の遮断波長
の２分の１以下の繰り返し間隔ｐで、かつその伝送方向
と直交する方向に一定の幅ｄで、誘電体基板を挟持する
一対の導体層（図示せず）間を電気的に接続するよう形
成された貫通導体、４ａ〜４ｈはそのような貫通導体３
により構成された貫通導体群である。５は一対の導体層
と貫通導体群４ａとにより構成される第１の誘電体導波
管線路を、６は一対の導体層と貫通導体群４ｂ・４ｃと
により構成される第２の誘電体導波管線路を、７は一対
の導体層と貫通導体群４ｃ・４ｄとにより構成される第
３の誘電体導波管線路を、８は一対の導体層と貫通導体
群４ｅ・４ｆとにより構成される第４の誘電体導波管線
路を、９は一対の導体層と貫通導体群４ｆ・４ｇとによ
り構成される第５の誘電体導波管線路を、10は一対の導
体層と貫通導体群４ｇ・４ｈとにより構成される第６の
誘電体導波管線路を示している。

【００３５】第２の誘電体導波管線路６と第３の誘電体
導波管線路７とは互いに一方の列の貫通導体群４ｃを共
有させて配置され、第４の誘電体導波管線路８および第
６の誘電体導波管線路10は第５の誘電体導波管線路９の
両側にそれぞれ一方の列の貫通導体群４ｆおよび４ｇを
第５の誘電体導波管線路９と共有させて配置されてお
り、各誘電体導波管線路５〜10はそれぞれの高周波信号
の伝送方向が平行となるように配置されている。この例
では、第２および第３の誘電体導波管線路６・７の外側
の貫通導体群４ｂ・４ｄの間隔Ａが前記一定の幅ｄに対
して２ｄ＝Ａであり、第４および第６の誘電体導波管線
路８・10の外側の貫通導体群４ｅ・４ｈの間隔Ｂが前記
一定の幅ｄに対して３ｄ＝Ｂである場合を示している。

【００３６】４ｉは、第１の誘電体導波管線路５の一端
側の先端と、高周波信号の伝送方向が平行となるように
その一方端側を対向させて併設された第２および第３の
誘電体導波管線路６・７の一方端側の両端との間を接続
する第１の接続用貫通導体群であり、この例では、第１
の誘電体導波管線路５の先端の貫通導体５ａに対して高
周波信号の伝送方向と直角方向に配設された貫通導体群
と、貫通導体群４ｂおよび４ｃを延長するように配設さ
れた貫通導体群とにより階段状に形成した例を示してい
る。11はこの第１の接続用貫通導体群４ｉにより構成さ
れる第１の接続用誘電体導波管線路を示している。

【００３７】また、４ｊは、第２および第３の誘電体導
波管線路６・７の他方端側の両端と、高周波信号の伝送
方向が平行となるようにその一端側を対向させて併設さ
れた第４〜第６の誘電体導波管線路８〜10の一端側の両
端との間を接続する第２の接続用貫通導体群であり、こ
の例では、第２および第３の誘電体導波管線路６・７の
他方端側の先端の貫通導体６ａ・７ａに対して高周波信
号の伝送方向と直角方向に配設された貫通導体群と、貫
通導体群４ｅおよび４ｈを延長するように配設された貫
通導体群とにより階段状に形成した例を示している。12
はこの第２の接続用貫通導体群４ｊにより構成される第
２の接続用誘電体導波管線路を示している。

【００３８】このような構成によれば、分岐前の第１の
誘電体導波管線路５の幅ｄを第１の接続用貫通導体群４
ｉを介して広げて第２の誘電体導波管線路６および第３
の誘電体導波管線路７に高周波信号の伝送方向が平行と
なるように接続し、さらに第２および第３の誘電体導波
管線路６・７の幅２ｄを第２の接続用貫通導体群４ｊを
介して広げて第４〜第６の誘電体導波管線路８〜10に高
周波信号の伝送方向が平行となるように接続して、第１
の誘電体導波管線路５から第２および第３の誘電体導波
管線路６・７を介して第４〜第６の誘電体導波管線路８
〜10のそれぞれに高周波信号を分岐することにより、小
型の構造で１本の誘電体導波管線路を３本の誘電体導波
管線路に分岐することができ、第１および第２の接続用
貫通導体群４ｉ・４ｊを介してそれぞれ分岐することに
より分岐による特性インピーダンスの不整合を小さくで
き、分岐前後で同位相の電界の面の向きが変化しないた
め、各分岐部での高周波信号の反射が小さくなり、その
結果、伝送損失の小さい分岐構造となる。

【００３９】なお、第１の接続用貫通導体群４ｉの信号
伝送方向の長さＬ₁ および第２の接続用貫通導体群４ｊ
の信号伝送方向の長さＬ₂ は、０＜Ｌ₁ ＜ｄおよび０＜
Ｌ₂＜ｄに設定することが好適であり、長さＬ₁ ，Ｌ₂
を一定の幅ｄ以上に長くしても、特性インピーダンスの
不整合を小さくして分岐部での高周波信号の反射を小さ
くする効果は小さなものとなる。

【００４０】また、第１および第２の接続用貫通導体群
４ｉ・４ｊにおける貫通導体３の繰り返し間隔は、各誘
電体導波管線路４ａ〜４ｈにおける繰り返し間隔ｐと同
様に高周波信号の遮断波長の２分の１以下とすることが
望ましく、それにより第１および第２の接続用誘電体導
波管線路11・12においても電気的な側壁が形成されるこ
ととなる。

【００４１】また、第１の誘電体導波管線路５から第２
および第３の誘電体導波管線路６・７への分岐後の電力
比、ならびに第２および第３の誘電体導波管線路６・７
から第４〜第６の誘電体導波管線路８〜10への分岐後の
電力比は、それぞれ第１の誘電体導波管線路５の中心線
と第２および第３の誘電体導波管線路６・７の中心線す
なわち共有している貫通導体群４ｃを通る直線との位置
関係、ならびに第２および第３の誘電体導波管線路６・
７の各中心線と第４および第５の誘電体導波管線路８・
９の中心線（貫通導体群４ｆを通る直線）および第５お
よび第６の誘電体導波管線路９・10の中心線（貫通導体
群４ｇを通る直線）との位置関係により、それぞれ分岐
部での特性インピーダンスを変化させることなく任意の
電力比に設定することができる。すなわち、それぞれの
中心線を信号伝送方向に直角に距離ｈ（０＜ｈ＜ｄ／
２）だけ移動させることにより、その距離ｈの大きさに
応じて分岐後の電力比を任意に設定することができる。

【００４２】例えば、図２に示したように、第１の誘電
体導波管線路５の中心線と第２および第３の誘電体導波
管線路６・７の中心線とをほぼ一致させ、第２の誘電体
導波管線路６の中心線と第４および第５の誘電体導波管
線路８・９の中心線とを、ならびに第３の誘電体導波管
線路７の中心線と第５および第６の誘電体導波管線路９
・10の中心線とをほぼ一致させた場合には、第１の誘電
体導波管線路５から第２および第３の誘電体導波管線路
６・７に分岐したときの分岐後の電力比はほぼ１：１の
等分岐となり、第２および第３の誘電体導波管線路６・
７から第４〜第６の誘電体導波管線路８〜10に分岐した
ときの分岐後の電力比はほぼ１：３：１となる。この電
力比の値は信号の周波数により変化する。

【００４３】次に、本発明の誘電体導波管線路の分岐構
造の実施の形態の他の例を図３に平面図で示す。

【００４４】図３において、３は誘電体基板（図示せ
ず）中に高周波信号の伝送方向に高周波信号の遮断波長
の２分の１以下の繰り返し間隔ｐで、かつその伝送方向
と直交する方向に一定の幅ｄで、誘電体基板を挟持する
一対の導体層（図示せず）間を電気的に接続するよう形
成された貫通導体、14ａ〜14ｋはそのような貫通導体３
により構成された貫通導体群である。15は一対の導体層
と貫通導体群14ａとにより構成される第１の誘電体導波
管線路を、16は一対の導体層と貫通導体群14ｂ・14ｃと
により構成される第２の誘電体導波管線路を、17は一対
の導体層と貫通導体群14ｄ・14ｅとにより構成される第
３の誘電体導波管線路を、18は一対の導体層と貫通導体
群14ｆ・14ｇとにより構成される第４の誘電体導波管線
路を、19は一対の導体層と貫通導体群14ｈ・14ｉとによ
り構成される第５の誘電体導波管線路を、20は一対の導
体層と貫通導体群14ｊ・14ｋとにより構成される第６の
誘電体導波管線路を示している。

【００４５】第２の誘電体導波管線路16と第３の誘電体
導波管線路17とは、一方端側および他方端側の先端を揃
えて外側の貫通導体群14ｂと14ｅとの間隔Ａが前記一定
の幅ｄに対して２ｄ≦Ａ≦３ｄ（この例では２ｄ≠Ａの
場合を示している）となるように平行に配置するととも
に隣り合う列の貫通導体群14ｃと14ｄとの一方端側およ
び他方端側の先端間をそれぞれ第１の補助接続用貫通導
体群14ｎおよび第２の補助接続貫通導体群14ｏで接続し
て配置されている。また、第４〜第６の誘電体導波管線
路18〜20は、それぞれ一端側の先端を揃えて第４の誘電
体導波管線路18および第６の誘電体導波管線路20の外側
の貫通導体群14ｆと14ｋとの間隔Ｂが前記一定の幅ｄに
対して３ｄ≦Ｂ≦４ｄ（この例では３ｄ≠Ｂの場合を示
している）となるように平行に配置するとともに、第４
および第５の誘電体導波管線路18・19の隣り合う列の貫
通導体群14ｇと14ｈとの先端間を第４の補助接続用貫通
導体群14ｐで接続し、第５および第６の誘電体導波管線
路19・20の隣り合う列の貫通導体群14ｉと14ｊとの先端
間を第５の補助接続用貫通導体群14ｑで接続して配置さ
れており、各誘電体導波管線路15〜20はそれぞれの高周
波信号の伝送方向が平行となるように配置されている。

【００４６】14ｌは、第１の誘電体導波管線路15の一端
側の先端と、高周波信号の伝送方向が平行となるように
その一方端側を対向させて併設された第２および第３の
誘電体導波管線路16・17の一方端側の両端との間を接続
する第１の接続用貫通導体群であり、この例では、第１
の誘電体導波管線路15の先端の貫通導体15ａに対して高
周波信号の伝送方向と直角方向に配設された貫通導体群
と、貫通導体群14ｂおよび14ｅを延長するように配設さ
れた貫通導体群とにより階段状に形成した例を示してい
る。21はこの第１の接続用貫通導体群14ｌにより構成さ
れる第１の接続用誘電体導波管線路を示している。

【００４７】また、14ｍは、第２および第３の誘電体導
波管線路16・17の他方端側の両端と、高周波信号の伝送
方向が平行となるようにその一端側を対向させて併設さ
れた第４〜第６の誘電体導波管線路18〜20の一端側の両
端との間を接続する第２の接続用貫通導体群であり、こ
の例では、第２および第３の誘電体導波管線路16・17の
他方端側の先端の貫通導体16ａ・17ａに対して高周波信
号の伝送方向と直角方向に配設された貫通導体群と、貫
通導体群14ｆおよび14ｋを延長するように配設された貫
通導体群とにより階段状に形成した例を示している。22
はこの第２の接続用貫通導体群14ｍにより構成される第
２の接続用誘電体導波管線路を示している。

【００４８】このような構成によれば、分岐前の第１の
誘電体導波管線路15の幅ｄを第１の接続用貫通導体群14
ｌを介して２ｄ≦Ａ≦３ｄである間隔Ａに広げて、両端
の貫通導体群14ｂ・14ｅの間隔がその間隔Ａとなるよう
に互いに平行に併設された第２の誘電体導波管線路16お
よび第３の誘電体導波管線路17に高周波信号の伝送方向
が平行となるように接続し、さらに第２および第３の誘
電体導波管線路16・17の幅Ａを第２の接続用貫通導体群
14ｍを介して３ｄ≦Ｂ≦４ｄである間隔Ｂに広げて、両
端の間隔がその間隔Ｂとなるように互いに平行に併設さ
れた第４〜第６の誘電体導波管線路18〜20に高周波信号
の伝送方向が平行となるように接続して、第１の誘電体
導波管線路15から第２および第３の誘電体導波管線路16
・17を介して第４〜第６の誘電体導波管線路18〜20のそ
れぞれに高周波信号を分岐することにより、小型の構造
で１本の誘電体導波管線路を３本の誘電体導波管線路に
分岐することができ、第１および第２の接続用貫通導体
群14ｌ・14ｍを介してそれぞれ分岐することにより分岐
による特性インピーダンスの不整合を小さくでき、分岐
前後で同位相の電界の面の向きが変化しないため、各分
岐部での高周波信号の反射が小さくなり、その結果、伝
送損失の小さい分岐構造となる。

【００４９】このような構成によれば、第２の誘電体導
波管線路16と第３の誘電体導波管線路とをＡ−２ｄの間
隔で離して、また第４の誘電体導波管線路18と第５の誘
電体導波管線路19と第６の誘電体導波管線路20とをＢ−
３ｄを任意の比で分けた間隔で離してそれぞれ配置する
こととなり、各分岐部においてＳパラメータのうちＳ₁₁
は幾分劣化することとなるが、配線の自由度が高くな
り、アイソレーション性も向上することとなる。

【００５０】なお、この場合の第１の接続用貫通導体群
14ｌの信号伝送方向の長さＬ₁ および第２の接続用貫通
導体群14ｍの信号伝送方向の長さＬ₂ も、０＜Ｌ₁ ＜ｄ
および０＜Ｌ₂ ＜ｄに設定することが好適であり、長さ
Ｌ₁ ，Ｌ₂ を一定の幅ｄ以上に長くしても、特性インピ
ーダンスの不整合を小さくして分岐部での高周波信号の
反射を小さくする効果は小さなものとなる。

【００５１】また、第１および第２の接続用貫通導体群
14ｌ・14ｍにおける貫通導体３の繰り返し間隔も、各誘
電体導波管線路14ａ〜14ｋにおける繰り返し間隔ｐと同
様に高周波信号の遮断波長の２分の１以下とすることが
望ましく、それにより第１および第２の接続用誘電体導
波管線路21・22においても電気的な側壁が形成されるこ
ととなる。

【００５２】また、第１〜第４の補助接続用貫通導体群
14ｎ〜14ｑの長さＬ₃ ，Ｌ₄ ，Ｌ₅は、それぞれ０＜Ｌ
₃ ＜ｄ，０＜Ｌ₄ ＜ｄ，０＜Ｌ₅ ＜ｄとするのが好適で
ある。各補助接続用貫通導体群14ｎ〜14ｑの長さをこれ
以上長くすると反射による損失が大きくなる場合があ
る。また、第１〜第４の補助接続用貫通導体群14ｎ〜14
ｑにおける貫通導体３の繰り返し間隔も、高周波信号の
遮断波長の２分の１以下とすることが望ましく、それに
より第１〜第４の補助接続用貫通導体群14ｎ〜14ｑにお
いても電気的な側壁が形成されることとなる。

【００５３】また、第１の誘電体導波管線路15から第２
および第３の誘電体導波管線路16・17への分岐後の電力
比、ならびに第２および第３の誘電体導波管線路16・17
から第４〜第６の誘電体導波管線路18〜20への分岐後の
電力比は、それぞれ第１の誘電体導波管線路15の中心線
と第２および第３の誘電体導波管線路16・17間の中心線
すなわち貫通導体群14ｃ・14ｄ間の中心線との位置関
係、ならびに第２および第３の誘電体導波管線路16・17
の各中心線と第４および第５の誘電体導波管線路18・19
間の中心線（貫通導体群14ｇ・14ｈ間の中心線）および
第５および第６の誘電体導波管線路19・20の中心線（貫
通導体群14ｉ・14ｊ間の中心線）との位置関係により、
それぞれ分岐部での特性インピーダンスを変化させるこ
となく任意の電力比に設定することができる。すなわ
ち、それぞれの中心線を信号伝送方向に直角に距離ｈ
（０＜ｈ＜ｄ／２）だけ移動させることにより、その距
離ｈの大きさに応じて分岐後の電力比を任意に設定する
ことができる。

【００５４】例えば、図３に示したように、第１の誘電
体導波管線路15の中心線と第２および第３の誘電体導波
管線路16・17の中心線とをほぼ一致させ、第２の誘電体
導波管線路16の中心線と第４および第５の誘電体導波管
線路18・19の中心線とを、ならびに第３の誘電体導波管
線路17の中心線と第５および第６の誘電体導波管線路19
・20の中心線とをほぼ一致させた場合には、第１の誘電
体導波管線路15から第２および第３の誘電体導波管線路
16・17に分岐したときの分岐後の電力比はほぼ１：１の
等分岐となり、第２および第３の誘電体導波管線路16・
17から第４〜第６の誘電体導波管線路18〜20に分岐した
ときの分岐後の電力比はほぼ１：３：１となる。この電
力比の値は信号の周波数により異なるものとなる。

【００５５】なお、以上の図２の例ではＡ＝２ｄ，Ｂ＝
３ｄの場合を、図３の例ではＡ≠２ｄ，Ｂ≠３ｄの場合
を示したが、それぞれ２ｄ≦Ａ≦３ｄおよび３ｄ≦Ｂ≦
４ｄの範囲で任意に設定して組み合わせてよいことは言
うまでもない。

【００５６】次に、本発明の誘電体導波管線路の分岐構
造の実施の形態のさらに他の例を図４に平面図で示す。

【００５７】図４の構成は、第２の誘電体導波管線路16
の２列の貫通導体群14ｂ・14ｃの間に分岐後の電力比調
整用の貫通導体23を設けたことを除き図３と同様であ
り、図３と同様の箇所には同じ符号を付してある。

【００５８】このような構成によれば、貫通導体23を設
けた第２の誘電体導波管線路16の遮断周波数が高くな
る。そのため、導波管の最低次のＴＥ₁₀モードについて
考えると、第２の誘電体導波管線路16の遮断周波数未満
では第３の誘電体導波管線路17のみに信号が伝播し、遮
断周波数以上では第２および第３の誘電体導波管線路16
・17の両方に信号が伝播することとなり、高次モードが
発生する周波数以下では高周波数になるほど第２の誘電
体導波管線路16に信号の伝播する比率が大きくなること
となる。従って、分岐前の第１の誘電体導波管線路15を
第２および第３の誘電体導波管線路16・17に分岐したと
き分岐後の電力比が１：１の等分岐ではなくなる。これ
により、第２の誘電体導波管線路16に設ける貫通導体23
の位置と本数を適当に選ぶことにより、分岐後の電力を
任意の電力比に調整することができる。

【００５９】なお、分岐後の電力比調整用の貫通導体23
は、その他の誘電体導波管線路17〜20のいずれに設けて
も、複数の誘電体導波管線路16〜20に同時に設けてもよ
く、または接続用誘電体導波管線路21・22に設けてもよ
い。また、貫通導体群14ｃと14ｄ、14ｇと14ｈおよび14
ｊと14ｋの中心線とをずらせることと組み合わせて、任
意の電力比とするようにしてもよい。

【００６０】

【実施例】図２に示した構成の本発明の誘電体導波管線
路の分岐構造について、分岐を含む伝送線路の伝送特性
を有限要素法により計算した。導体層２および貫通導体
３の材料には導電率が5.8 ×10⁷ （１／Ωｍ）の純銅を
用い、誘電体基板１には比誘電率ε_r が５で誘電正接ｔ
ａｎδが0.001 のホウ珪酸ガラス75重量％とアルミナ25
重量％とを焼成して作製したガラスセラミックス焼結体
を用い、誘電体基板１の厚みａ＝0.62ｍｍ、貫通導体３
の直径を0.1 ｍｍ、貫通導体群４の繰り返し間隔ｐ＝0.
25ｍｍ、貫通導体群４の一定の幅ｄ＝1.2 ｍｍとし、第
１〜第６の誘電体導波管線路５〜10の線路の長さはそれ
ぞれ2.25ｍｍとして、Ｓパラメータの周波数特性を算出
した。

【００６１】その結果を図５に線図で示す。図５におい
て横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸はＳパラメータのうち
Ｓ₁₁・Ｓ₂₁・Ｓ₃₁・Ｓ₄₁の値（ｄＢ）を示し、図中の特
性曲線は各Ｓパラメータの周波数特性を表わしている。
なお、ここでＳ₁₁は第１の誘電体導波管線路５から入っ
て第１の誘電体導波管線路５から出てくる成分を、Ｓ₂₁
は第１の誘電体導波管線路５から入って第４の誘電体導
波管線路８から出てくる成分を、Ｓ₃₁は第１の誘電体導
波管線路５から入って第５の誘電体導波管線路９から出
てくる成分を、Ｓ₄₁は第１の誘電体導波管線路５から入
って第６の誘電体導波管線路10から出てくる成分を表わ
すものである。

【００６２】この結果より、Ｓ₁₁は66〜90ＧＨｚで−10
ｄＢ以下となり、特に第１の接続用貫通導体群４ｉ（第
１の接続用誘電体導波管線路11）の長さＬ₁ が誘電体導
波管線路の管内波長の１／４の長さに当たる周波数であ
る77ＧＨｚ近傍で信号の反射が小さく、入力側である第
１の誘電体導波管線路５を高周波信号が良好に透過する
ことが分かる。また、出力側である３つの誘電体導波管
線路８・９・10からの出力電力の比率は、77ＧＨｚで
３：10：３となっている。

【００６３】次に、第１の誘電体導波管線路５の中心線
に対して第２および第３の誘電体導波管線路６・７の中
心線を線路に垂直にｄ／10だけ図において左側へずらせ
て同様にＳパラメータの周波数特性を求めたところ、第
４〜第６の誘電体導波管線路８〜10からの出力電力比率
は77ＧＨｚで６：10：３となり、分岐後の電力比を調整
できることが確認できた。

【００６４】次に、第２の誘電体導波管線路６の先端に
貫通導体群４ｂから線路に垂直方向にｄ／10の位置に貫
通導体23を設けて、同様にＳパラメータの周波数特性を
求めたところ、第４〜第６の誘電体導波管線路８〜10か
らの出力電力比率は77ＧＨｚで５：12：３となり、これ
によっても分岐後の電力比を調整できることが確認でき
た。

【００６５】さらに、図３に示した構成の本発明の誘電
体導波管線路についても同様にＳパラメータの周波数特
性を求めて評価したところ、いずれも同様に伝送損失が
小さい良好な伝送特性を有しており、しかも中心線の位
置関係の設定や電力比調整用の貫通導体23の配設により
分岐後の電力比を調整できることが確認できた。

【００６６】以上により、本発明の誘電体導波管線路の
分岐構造によれば、誘電体基板内に形成でき、高周波信
号の電磁波の放射・漏洩が無く、１本の線路を３本の線
路に分岐可能で、分岐後の電力比を任意に設定可能で伝
送損失が小さい良好な伝送特性を有することが確認でき
た。

【００６７】なお、本発明は以上の実施の形態の例に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々の変更や改良を加えることは何ら差し支えない。
例えば、第１〜第３の誘電体導波管線路の幅をそれぞれ
別の値としてもよい。また、第１および第２の接続用貫
通導体群は、階段状に配設するのみならず、直線状に配
設してもよく、あるいは円弧状に配設しても、その他の
任意の形状に配設してもよい。

【００６８】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の誘電体導波
管線路の分岐構造によれば、第１〜第６の誘電体導波管
線路を上記の所定の構成で接続したことにより、１本の
誘電体導波管線路を３本の誘電体導波管線路に分岐する
構造として、分岐部前後の誘電体導波管線路の特性イン
ピーダンスの不整合を小さくできるため分岐部での高周
波信号の反射が小さくなり、しかも高周波信号の分岐部
における伝播モードに乱れが生じることがないため、伝
送損失の小さい良好な誘電体導波管線路の分岐構造を提
供することができた。

【００６９】また、本発明の誘電体導波管線路の分岐構
造によれば、第２〜第６の誘電体導波管線路の２列の貫
通導体群の間に貫通導体を形成することにより、分岐後
の電力比を任意に調整することができる。

【００７０】なお、本発明の誘電体導波管線路の分岐構
造によれば、第１〜第３の誘電体導波管線路の分岐構造
の構成を繰り返し設けることにより、１本の誘電体導波
管線路を４本以上の任意の数の誘電体導波管線路に分岐
することも可能である。

【００７１】以上により、本発明によれば、誘電体基板
内に形成でき、高周波信号の電磁波の放射・漏洩が無
く、１本の線路を３本の線路に分岐可能で、分岐後の電
力比を任意に設定可能で伝送損失が小さい良好な伝送特
性を有する誘電体導波管線路の分岐構造を提供すること
ができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明に係る誘
電体導波管線路の例を説明するための概略斜視図であ
る。

【図２】本発明の誘電体導波管線路の分岐構造の実施の
形態の一例を説明するための平面図である。

【図３】本発明の誘電体導波管線路の分岐構造の実施の
形態の他の例を説明するための平面図である。

【図４】本発明の誘電体導波管線路の分岐構造の実施の
形態の他の例を説明するための平面図である。

【図５】本発明の誘電体導波管線路の分岐構造における
Ｓパラメータの周波数特性を示す線図である。

【符号の説明】

１・・・・・・・・・・・・・誘電体基板 ２・・・・・・・・・・・・・導体層 ３・・・・・・・・・・・・・貫通導体 ４ａ〜４ｈ、14ａ〜14ｋ・・・貫通導体群 ４ｉ、４ｊ、14ｌ、14ｍ・・・接続用貫通導体群 14ｎ〜14ｑ・・・・・・・・・補助接続用貫通導体群 ５〜10、15〜20・・・・・・・第１〜第６の誘電体導波
管線路 23・・・・・・・・・・・・・電力比調整用の貫通導体 ｄ・・・・・・・・・・・・・一定の幅（貫通導体群間
の幅）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体基板を挟持する一対の導体層と、
   高周波信号の伝送方向に前記高周波信号の遮断波長の２
   分の１以下の繰り返し間隔で、かつ前記伝送方向と直交
   する方向に一定の幅ｄで前記導体層間を電気的に接続す
   るよう形成された２列の貫通導体群とを具備し、前記導
   体層および前記貫通導体群に囲まれた領域によって高周
   波信号を伝送する第１乃至第６の誘電体導波管線路を、 該第１の誘電体導波管線路の一端側に前記第２および第
   ３の誘電体導波管線路を高周波信号の伝送方向が平行と
   なるようにその一方端側を対向させて併設するととも
   に、前記第２および第３の誘電体導波管線路の他方端側
   に前記第４乃至第６の誘電体導波管線路を第５の誘電体
   導波管線路の両側に第４および第６の誘電体導波管線路
   を配置して高周波信号の伝送方向が平行となるようにそ
   の一端側を対向させて併設して成り、 前記第２および第３の誘電体導波管線路は一方端側およ
   び他方端側の先端を揃えて外側の前記貫通導体群の間隔
   Ａが前記一定の幅ｄに対して２ｄ≦Ａ≦３ｄとなるよう
   に平行に配置するとともに隣り合う列の貫通導体群の一
   方端側および他方端側の先端間をそれぞれ第１および第
   ２の補助接続用貫通導体群で接続し、かつその一方端側
   の両端と前記第１の誘電体導波管線路の一端側の先端と
   を第１の接続用貫通導体群で接続するとともに、 前記第４乃至第６の誘電体導波管線路は一端側の先端を
   揃えて前記第４の誘電体導波管線路および前記第６の誘
   電体導波管線路の外側の前記貫通導体群の間隔Ｂが前記
   一定の幅ｄに対して３ｄ≦Ｂ≦４ｄとなるように平行に
   配置するとともに前記第４および第５の誘電体導波管線
   路の隣り合う貫通導体群の先端間を第３の補助接続用貫
   通導体群で、前記第５および第６の誘電体導波管線路の
   隣り合う貫通導体群の先端間を第４の補助接続用貫通導
   体群で接続し、かつその一端側の両端と前記第２および
   第３の誘電体導波管線路の他方端側の両端との間を第２
   の接続用貫通導体群で接続したことを特徴とする誘電体
   導波管線路の分岐構造。
2. 【請求項２】 請求項１記載の誘電体導波管線路の分岐
   構造において、前記第２および第３の誘電体導波管線路
   の少なくとも一方の前記２列の貫通導体群の間および／
   または前記第４乃至第５の誘電体導波管線路の少なくと
   も１つの前記２列の貫通導体群の間に分岐後の電力比調
   整用の貫通導体を形成したことを特徴とする誘電体導波
   管線路の分岐構造。