JPS6235281B2 - - Google Patents

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JPS6235281B2
JPS6235281B2 JP5102181A JP5102181A JPS6235281B2 JP S6235281 B2 JPS6235281 B2 JP S6235281B2 JP 5102181 A JP5102181 A JP 5102181A JP 5102181 A JP5102181 A JP 5102181A JP S6235281 B2 JPS6235281 B2 JP S6235281B2
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JP
Japan
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dielectric
mode
line
propagation
dielectric strip
Prior art date
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Expired
Application number
JP5102181A
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English (en)
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JPS57166701A (en
Inventor
Shigeo Nishida
Tsutomu Yoneyama
Koichi Mikoshiba
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd filed Critical Hitachi Cable Ltd
Priority to JP5102181A priority Critical patent/JPS57166701A/ja
Publication of JPS57166701A publication Critical patent/JPS57166701A/ja
Publication of JPS6235281B2 publication Critical patent/JPS6235281B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/16Dielectric waveguides, i.e. without a longitudinal conductor
    • H01P3/165Non-radiating dielectric waveguides

Landscapes

  • Waveguides (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ミリ波帯の集積回路用線路として好
適な誘電体線路、特に、曲がりや不連続部分での
放射を生じない非放射性誘電体線路に関するもの
である。
ミリ波帯の集積回路では、金属線路としてマイ
クロストリツプ線路が、また誘電体線路としてイ
メージ線路やインシユラ線路といつたものが一般
に使用されてきている。しかし、金属線路はミリ
波帯で導体損失が非常に大きい欠点があり、誘電
体線路は直線部分での伝送損失は小さいが、曲が
りや不連続部分において放射が起こり、損失の異
常な増加のみならず、近接線路への漏話が生じる
という欠点がある。
一方、2枚の平行な金属平板の間に誘電体スト
リツプを挿入した誘電体線路が提案されている。
この線路は一般にHガイドと呼ばれているもの
で、伝送損失の低減を目的として金属平板間隔を
半波長以上にとつており、曲がり部分で発生する
放射波を抑制することができない。従つて、複雑
な回路パターンを必要とする集積回路に適した線
路とはいいがたい。
本発明は、上記に基づいてなされたものであ
り、曲がりや不連続部分での放射がなく、しか
も、伝搬波が基本モード単一となる非放射性の誘
電体線路の提供を目的とするものである。
本発明の誘電体線路は、2枚の金属平板を間隔
aでもつて平行配置し、該金属平板間存在する誘
電体媒質(誘電率ε)よりも大なる誘電率ε
を有する幅tの誘電体ストリツプを2枚の金属平
板間に挿入してなり、誘電体媒質内の電磁波の伝
搬波長をλ、誘電体ストリツプに沿つて伝搬す
る電磁波の基本波TM0モードおよび第1高次波
TM1モードの伝搬波長をそれぞれλg0,λg1とし
たとき、 (εr−1)1/2(t/λ)<0.5では λ/2>a>λg0/2を、 (εr−1)1/2(t/λ)>0.5では λg1/2>a>λg0/2を それぞれ満足するように構成したことを特徴とす
るものである(εr=ε/ε)。
以下、添付図面を参照しながら本発明について
詳細に説明する。
第1図に示すように、2枚の金属平板1,2を
間隔aでもつて平行配置し、この間を誘電体媒質
(誘電率ε)3で満たし、金属平板1,2に平
行に偏波した電磁波の伝搬を考える。このときの
伝搬基本波の伝搬定数βは次式によつて与えら
れる。
β (2π/λ−(π/a) …(1) ここで、物質はすべて無損失と仮定している。
λは、誘電体媒質3内の平面電磁波の伝搬波長
であり、(2π/λ)はその伝搬定数である。
換言すれば、(2π/λ)はa→∞の場合の伝
搬定数を意味する。(1)式において、電磁波が遮断
される条件は、 β <0 即ち a<λ/2 …(2) である。すなわち、金属平板1,2の間隔を誘電
体媒質3内の伝搬波長の1/2以下にすれば、金属
平板1,2に平行に偏波した電磁波は遮断されて
伝搬しない。
次に、第2図に示すように、金属平板1,2間
に厚さt、誘電率ε(ε>ε)なる誘電体
ストリツプ4が存在するときを考える。この誘電
体ストリツプ4中では伝搬波長が短縮されるた
め、遮断状態が解消され、誘電体ストリツプ4に
沿つて電磁波が伝搬する。この場合、誘電体スト
リツプ4が曲がつていても、金属平板の遮断効果
により放射波は伝搬せず、伝搬エネルギーは殆ど
誘電体ストリツプ4内に閉じ込められて放射損失
はもとより、周囲への影響を生じない。誘電体ス
トリツプ4に沿う伝搬モードは、誘電体ストリツ
プ4の厚さtが小さいときは基本モードのみで、
このモードの存在する条件が金属平板1,2の間
隔aの下限を定める。誘電体ストリツプ4の厚さ
tが大きくなると、高次の伝搬モードが発生す
る。集積回路などでは、線路の曲がりや不連続部
分が避けられないので、高次モードの発生は望ま
しくない。
ここで、誘電体ストリツプ4に沿つて伝搬する
x方向偏波を考える。このときの伝搬モードの伝
搬定数βrは、(1)式と同様に、 β =(2π/λgo−(π/a) …(3) で与えられる。λgoは誘電体ストリツプ4を伝搬
するTMo表面波モードの伝搬波長である。この
λgoは次式によつて与えられることが知られてい
る。
λgo=2π/[(2π/λ+p21/2 …(4) λは(1)式のものと同じであり、pは次のよう
にして求められる。
第2図に示す座標系において、電磁界方程式の
解にはx方向磁界成分が存在しないモードがある
ことは明らかである。界方程式を変形すると、こ
のモードは次式によつて表わされる。
H=x0 k2φ+〓(∂φ/∂x) …(5) E=jωε〓φ×x0 …(6) x0 はx方向単位ベクトル、k2=ωεμ(μ:
透磁率)、εは場所によりεまたはεを表わ
す。φは次式を満足する。
φ+k2φ=0 …(7) (7)式の解は、完全導体板の境界条件を満足する
次式で与えられる。
φ=f(x)e-jzsinsy …(8) s=nπ/a(n=1,2,3,…)であり、
f(x)には偶モードと奇モードの2組の解があ
る。偶モードに対しては、 で表わされ、奇モードに対しては、 で表わされる。p,qは固有値であり、 β+s2−p2=k …(11) β+s2+q2=k …(12) を満足するものである。k =(2π/λ
=εr であることから、(11)式および(12)
式か
ら次式が得られる。
p2+q2=(εr−1)(2π/λ …(13) また、(8)式のx=±t/2での連続条件より、
偶モードに対しては、 p=(q/εr)tan(qt/2) …(14) 奇モードに対しては、 p=−(q/εr)cot(qt/2) …(15) の関係が得られる。
(13)〜(15)式は次のように書くことができる。
(pt)2+(qt)2 =(εr−1)(2πt/λ …(16) pt=(qt/εr)tan(qt/2) …(17) pt=−(qt/εr)cot(qt/2) …(18) (16)式は、pt−qt面における半径(εr−1)1/
(2πt/λ)の円を表わし、(17)式、(18)式
もpt−qt面にプロツトすることが可能である。こ
れらの曲線から厚さtに対して有限個の固有値
p,qを得ることができる。
ここで、第1高次モードが存在するのは、(16)
式および(17)式から、 (εr−1)1/2(t/λ)>1/2 …(19) のときである。このとき、(3)式によれば、基本モ
ードが伝搬する条件はa>λg0/2であり、第1
高次モードが伝搬しない条件はa<λg1/2であ
ることから、基本モード単一の伝搬条件は、 λg1/2>a>λg0/2 …(20) となる。
また、 (εr−1)1/2(t/λ)<1/2 …(21) のときは、高次モードは存在せず基本モードのみ
となるが、この場合は、 λ/2>a>λg0/2 …(22) となる。
第4図は、周囲の誘電体媒質3を空気とし、誘
電体ストリツプ4としてアルミナ(εr=9.6)、
石英ガラス(εr=3.8)、ポリスチレン(εr
2.56)を用いた場合における(20),(22)式をグラ
フ化したものである。曲線Aは、関係式a=λg
/2を表わし、伝搬波基本モードの遮断条件を
示す。曲線Bはa=λg1/2を表わし、第1高次
モードの遮断条件を示す。直線Cはa=λ/2
を表わし、誘電体媒質3内伝搬波の遮断条件を示
す。(20),(22)式は、これら曲線A,Bおよび直
線Cで囲まれた領域を意味する。
なお、第4図の上部横軸には周囲の誘電体媒質
3内での電磁波の1波長当りの減衰量が附記して
ある。これは、誘電体ストリツプで作られる回路
間の干渉の程度を推定するのに役立つ。例えば、
a/λ=0.45とすれば、αλ=30dBとな
り、誘電体ストリツプを1波長程度の間隔で多数
並べても、それらの間の干渉は殆ど問題にならな
いことを意味している。
第3図は、非放射性誘電体線路の断面図の基本
モード電磁界分布の略図である。誘電体ストリツ
プ中の電磁界は、ほぼ金属導波管中の電磁界に等
しく、わずかに減衰性の界が周囲の誘電体媒質中
に漏れているにすぎない。
非放射性誘電体線路の伝送損失αは主として
金属平板の導体損αcと誘電体ストリツプの誘電
体損αdの和で与えられる。第5図は、金属平板
に銅(σ=5.8×107/m)を、誘電体ストリツ
プにポリエチレン(εr=2.56、tanδ=10-4)を用
いた場合の周波数50GHzにおける伝送損失を示し
たものである。この線路の損失はインシユラ線路
と同程度あるいは若干小さい。
第6図は、本発明の他の実施例を示したもので
ある。本実施例は、誘電体ストリツプ4の長手方
向の中央部に沿つて金属薄膜5を挿入することに
より分割型としたものである。このような構成に
より、所要の伝送波である基本モードに何ら影響
を与えずに第1,3,…なる奇の高次モードを抑
制する。また、金属平板に垂直な偏波のTE基本
モードに対して(2枚の金属平板の中央の平面に
対して幾何学的対象な構造に作れるから、実際に
は発生しないが)、その伝搬を抑制する。
本発明において使用される誘電体ストリツプの
断面形状としては、これまでに述べてきた長方形
状に限定されるものではなく、第7図イ〜ニに示
すような種々の形状のものが利用できる。要は、
金属平板1と2の中央の面に対して幾何学的に対
称な形状とすれば、金属平板1,2に直角な偏波
のモードは抑制され、平行な偏波のモードのみが
伝搬される。
本発明の誘電体線路は、その特性上金属導波管
回路素子と同じような回路素子を実現できる。第
8図イ〜ヲはその代表的な例の平面図を示すもの
であり、イはベンド、ロは直角曲がり、ハはT分
岐、ニはY分岐、ホはクロス分岐、ヘはリングブ
リツジ、トは方向性結合器、チは誘電体共振器、
リはフイルタ、ヌは無反射終端、ルはアイソレー
タ、ヲはサーキユレータへの適用例をそれぞれ示
し、各図において1は金属平板を、4は誘電体ス
トリツプを示している。なお、リにおいて、誘電
体ストリツプ4は所定間隔毎に異なる高さあるい
は厚さの誘電体4,4,4が挿入されて構
成されており、ヌにおいて6は吸収体出あり、ル
において7は直流磁界印加フエライト、8は吸収
体であり、ヲにおいて9は直流磁界印加フエライ
トである。
以上説明してきた通り、本発明の誘電体線路
は、平行配置された導体平板の間に誘電体ストリ
ツプを設け、導体平板の間隔を特定することによ
り電磁波の電界が主として導体平板に平行である
モードを形成するように構成したものであり、電
磁波エネルギーの殆どは誘電体ストリツプ内を伝
搬することになり、曲がりや不連続部での放射を
抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は金属平板間に誘電体媒質を満たした伝
送線路の説明図、第2図は本発明の誘電体線路の
一実施例の説明図、第3図は本発明の誘電体線路
の断面内での基本モードの電磁界分布の説明図、
第4図は本発明の誘電体線路における基本モード
のみが存在する領域の説明図、第5図は本発明の
誘電体線路における伝送損失の説明図、第6図は
本発明の他の実施例の説明図、第7図は本発明の
誘電体線路における誘電体ストリツプの断面形状
の説明図、第8図は本発明誘電体線路の回路素子
への適用例の説明図である。 1,2…金属平板、3…誘電体媒質、4…誘電
体ストリツプ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 2枚の金属平板を間隔aでもつて平行配置
    し、該金属平板間に存在する誘電体媒質(誘電率
    ε)よりも大なる誘電率εを有する厚さtの
    誘電体ストリツプを2枚の金属平板間に挿入して
    なり、誘電体媒質内の電磁波の伝搬波長をλ
    誘電体ストリツプに沿つて伝搬する電磁波の基本
    波TM0モードおよび第1高次波TM1モードの伝
    搬波長をそれぞれλg0,λg1としたとき、 (εr−1)1/2(t/λ)<0.5では λ/2>a>λg0/2を、 (εr−1)1/2(t/λ)>0.5では λg1/2>a>λg0/2を それぞれ満足するように構成したことを特徴とす
    る誘電体線路(εr=ε/ε)。
JP5102181A 1981-04-03 1981-04-03 Dielectric line Granted JPS57166701A (en)

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