WO2019087955A1 - 誘電体導波路 - Google Patents

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WO2019087955A1
WO2019087955A1 PCT/JP2018/039847 JP2018039847W WO2019087955A1 WO 2019087955 A1 WO2019087955 A1 WO 2019087955A1 JP 2018039847 W JP2018039847 W JP 2018039847W WO 2019087955 A1 WO2019087955 A1 WO 2019087955A1
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waveguide
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conductor
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雄介 上道
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株式会社フジクラ
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    • H01P1/16—Auxiliary devices for mode selection, e.g. mode suppression or mode promotion; for mode conversion
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    • H01P5/10—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced lines or devices with unbalanced lines or devices
    • H01P5/107—Hollow-waveguide/strip-line transitions

Definitions

  • the present invention relates to a dielectric waveguide whose waveguide region is filled with a dielectric.
  • the first mode of a dielectric waveguide whose dielectric band is filled with dielectrics is a millimeter wave band represented by E band (approximately 70 GHz to 90 GHz), and the first embodiment of the dielectric waveguide is a columnar member (or elongated And a conductive film covering the surface of the columnar member (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • E band approximately 70 GHz to 90 GHz
  • the first embodiment of the dielectric waveguide is a columnar member (or elongated And a conductive film covering the surface of the columnar member (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • the cross-sectional shape of the columnar member is rectangular, the side surface of the columnar member is surrounded from four sides by a pair of wide walls and a pair of narrow walls made of a conductive film, and the end face of the columnar member is a short wall made of a conductive film Covered.
  • such a type of dielectric waveguide is referred to as
  • the second aspect of the dielectric waveguide includes a dielectric substrate, a pair of conductive films covering both surfaces of the substrate, and a post wall formed inside the substrate.
  • the pair of conductor films can be read as a pair of wide walls.
  • the post wall includes a pair of post walls facing each other, and a post wall connecting ends of the pair of post walls.
  • the pair of post walls is read as a pair of narrow walls, and the post walls connecting the ends of the pair of post walls are read as short walls.
  • the dielectric waveguide of the second aspect is called a post-wall waveguide.
  • Post-wall waveguides can increase the degree of integration when integrating transmission devices and electronic components as compared to conductor film-enclosed dielectric waveguides. Examples of transmission devices include filters, directional couplers, and diplexers in addition to waveguides. Examples of electronic components include resistors, capacitors, and radio frequency integrated circuits (RFICs).
  • RFICs radio frequency integrated circuits
  • blind vias are formed in the vicinity of the short wall, and a conductive film is formed in a columnar shape on the inner wall of the blind vias.
  • the blind via protrudes from the surface on one wide wall side of the waveguide region toward the inside of the waveguide region.
  • a dielectric layer is formed on the surface of the wide wall of the post-wall waveguide, and a signal line is formed on the surface of the dielectric layer.
  • the signal line is arranged such that one end thereof is conducted to the upper end of the blind via (the end on the surface side of the waveguide region).
  • the signal line constitutes a microstrip line (MSL) with one of the wide walls.
  • the blind vias mutually convert the mode of the electromagnetic wave propagating in the MSL and the mode of the electromagnetic wave propagating in the waveguide region of the post wall waveguide.
  • a mode converter composed of a blind via, a dielectric layer, and a signal line functions as an input / output port of the post wall waveguide.
  • design parameters of the waveguide region and design parameters of the mode conversion unit are optimized.
  • the design parameters of the waveguide region and the design parameters of the mode converter vary widely.
  • the main design parameters among the design parameters of the waveguide region include the width W (the distance between a pair of narrow walls) which is the width of the waveguide region, and the main design of the design parameters of the mode conversion unit
  • the parameters include the spacing D BS which is the spacing between the blind via and the short wall.
  • the width W is a cutoff frequency f co obtained by dividing the center frequency f c (here, 78.5 GHz) of the operating band by 1.5. It is determined according to the in-tube wavelength corresponding to the cutoff frequency f co . Also, the value of the interval D BS is optimized according to the center frequency f c .
  • the E band is divided into a plurality of subbands, and each subband is often used for different applications.
  • a band of 71 GHz to 86 GHz is divided into three, a sub band of 71 GHz to 76 GHz is referred to as a low band, and a sub band of 81 GHz to 86 GHz is referred to as a high band.
  • a wireless transceiver having a band of 71 GHz to 86 GHz as an operating band uses, for example, a low band as a receiving band and a high band as a band for electromagnetic wave transmission.
  • the configuration may be reversed.
  • the mode conversion unit of the post wall waveguide forming such a radio transceiver emphasizes the mode conversion unit (hereinafter, low band mode conversion unit) that places importance on the reflection characteristic in the low band and the reflection characteristic in the high band.
  • mode conversion units hereinafter, high band mode conversion units.
  • the peak frequency which is the frequency at which the S parameter S11 is minimum in the reflection characteristics of the mode converter (the frequency dependence of the S parameter S11) in which the interval D BS is optimized according to the center frequency f c is It is located near the center frequency f c .
  • the S parameter S11 increases.
  • the mode conversion unit whose design parameter is optimized based on the center frequency f c can satisfy the standard to be satisfied as the high-band mode conversion unit, while satisfying the standard to be satisfied as the low-band mode conversion unit. You may not be able to
  • the center frequency is shifted to the low frequency side by shifting the center frequency to the low frequency side by making the distance D BS larger than the reference value which is the optimized value (by moving the blind via further away from the short wall).
  • the reflection characteristics can be improved. That is, by appropriately adjusting the interval D BS within the range exceeding the reference value, the mode conversion unit can satisfy the standard that the low-band mode conversion unit should satisfy.
  • the cutoff frequency f co of the post wall waveguide shifts to the high frequency side.
  • the cutoff frequency f co of the post wall waveguide approaches the lower limit of the operating band.
  • the reflection characteristic in the low band is inferior to the reflection characteristic in the high band. Therefore, as in the case of post-wall waveguides that do not reduce the width W, it is desirable to improve the reflection characteristics in the low band. Therefore, the inventor of the present invention improved the reflection characteristic in the low band by making the distance D BS larger than the reference value which is the optimized value. However, in the post-wall waveguide whose width W is reduced, the method for improving the reflection characteristic in the low band is not effective, and a good reflection characteristic in the low band can not be obtained.
  • the present invention has been made in view of the problems described above, and its object is to provide a dielectric waveguide having good reflection characteristics even in a band lower than the center frequency f c of a predetermined operating band. It is.
  • a dielectric waveguide has a first wide wall, which has a rectangular or substantially rectangular cross-sectional shape and defines a waveguide region filled with a dielectric, (2) from the surface of the waveguide region apart from the outline of the wide wall, the first narrow wall, the second narrow wall, and the short wall, and the opening provided in the vicinity of the short wall of the first wide wall;
  • a mode conversion portion including a columnar conductor up to a width of the short wall exceeds a distance between the first narrow wall and the second narrow wall at a position where the columnar conductor is provided. It is done.
  • FIG. 1A is a perspective view of a conductor film surrounding type dielectric waveguide according to a first embodiment of the present invention.
  • (B) is the top view.
  • (C) is its cross section.
  • (A) is a top view of the post wall waveguide concerning the 1st modification of the present invention.
  • (B) is its cross section.
  • (A) is a top view of a conductor film surrounding type dielectric waveguide concerning the 2nd modification of the present invention.
  • (B) is its cross section.
  • A) is a top view of the post wall waveguide concerning the 3rd modification of the present invention.
  • (B) is its cross section. It is a top view of a post wall waveguide used as a comparative example of the present invention. It is the graph which showed the reflective characteristic of the post wall waveguide which is the 1st example and the 2nd example of the present invention, and the reflective characteristic of the post wall waveguide which is a comparative example.
  • FIG. 1A is a perspective view of a conductor film surrounding type dielectric waveguide 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 1B is a plan view of a conductor film surrounding type dielectric waveguide 1.
  • FIG. 1C is a cross-sectional view of the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1, including the AA ′ line shown in FIG. 1A, and the first wide wall 21 and the first wide wall 21 described later.
  • 2 is a cross-sectional view in a cross section orthogonal to the wide wall 22;
  • the coordinate system shown to (a), (b), (c) of FIG. 1 is defined as follows.
  • An axis parallel to the normal to the main surface of the substrate 11 described later is defined as the z axis
  • a direction in which the elongated substrate 11 is extended is defined as the x axis
  • a direction orthogonal to each of the z axis and x axis is the y axis Determined.
  • the direction from the main surface on which the dielectric layer 32 described later is not formed is directed to the main surface on which the dielectric layer 32 is formed Of the x-axis
  • the direction away from the short wall 25 described later is defined as the x-axis positive direction
  • the y-axis positive direction is defined so as to constitute the right hand system together with the z-axis positive direction and the x-axis positive direction.
  • the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1 includes a substrate 11, a conductor layer covering the surface of the substrate 11, and a mode conversion portion 31.
  • the conductor layer is referred to as a first wide wall 21, a second wide wall 22, a first narrow wall 23, a second narrow wall 24, and a short wall 25 in accordance with the surface of the substrate 11 provided.
  • a dielectric waveguide such as the dielectric waveguide 1 is referred to as a conductor film surrounding type dielectric waveguide.
  • the conductor film surrounding type dielectric waveguide is one aspect of the dielectric waveguide described in the claims.
  • the dielectric waveguide described in the claims includes, in its category, a conductor film surrounding type dielectric waveguide and, for example, a post wall waveguide (see FIG. 2) described in the first modification.
  • the substrate 11 is an elongated plate-like member made of a dielectric.
  • the main surfaces of the substrate 11 two surfaces having the largest area among the six surfaces constituting the substrate 11 are referred to as the main surfaces of the substrate 11.
  • a surface that intersects the two main surfaces (orthogonal in this embodiment) and forms the outer edge of the substrate 11 when the substrate 11 is viewed in plan is referred to as a side surface.
  • the side surface is constituted by a first side surface which is a side surface on the y-axis positive direction side, a second side surface which is a side surface on the y-axis negative direction side, and a third end surface which is a side surface on the x-axis negative direction side. ing.
  • the position of the third side surface of the substrate 11 in the x-axis direction is defined as the origin of the x-axis.
  • the cross-sectional shape of the substrate 11 in the cross-section is rectangular.
  • the substrate 11 constitutes a waveguide region 12 as described later. Therefore, the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1 is a rectangular waveguide whose cross-sectional shape in the cross section of the waveguide region 12 is rectangular.
  • the cross-sectional shape in the cross section of the substrate 11 (that is, the waveguide region 12) is described as being rectangular.
  • the cross-sectional shape of the cross section of the substrate 11 may be a rectangular base on which four corners of the rectangle are cut along smooth curves or straight lines.
  • the shape obtained by cutting the four corners of a rectangle along a smooth curve is a rounded rectangle.
  • the shape obtained by cutting off the four corners of a rectangle along a straight line is octagonal in a microscopic view, but rectangular in a macroscopic view.
  • the “substantially rectangular” described in the claims refers to the above-mentioned rounded rectangle and a shape which is octagonal in a microscopic view but rectangular in a macroscopic view.
  • the substrate 11 has a first section S 1 in which the width W 1 is constant, and a third side surface (x of the substrate 11 in which the width W 1 is axis is constituted by smoothly and the second interval S 2 which is widened toward the negative side of the side surface).
  • the second section S 2 is molded so that the tapered shape.
  • FIG. 1 illustrates a two-dot chain line boundary of the first section S 1 and the second section S 2.
  • quartz is employed as the dielectric constituting the substrate 11.
  • another dielectric for example, a resin material such as a polytetrafluoroethylene resin or a liquid crystal polymer resin
  • a resin material such as a polytetrafluoroethylene resin or a liquid crystal polymer resin
  • the first wide wall 21 and the second wide wall 22 are provided on the two main surfaces of the substrate 11. And a pair of wide walls of the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1.
  • the first narrow wall 23 and the second narrow wall 24 are conductor layers provided on the first side surface and the second side surface of the substrate 11, respectively.
  • a pair of narrow walls of the body waveguide 1 are configured.
  • the shorting wall 25 is a conductor layer provided on the third side surface of the substrate 11.
  • the short wall 25 is then perpendicular to the first wide wall 21 and the second wide wall 22, it is orthogonal first Semakabe 23 and both second Semakabe 24 in the first section S 1.
  • the substrate 11 whose surface is covered with the conductor film constitutes the waveguide region 12 which guides the electromagnetic waves in a predetermined operating band along the x-axis direction. Therefore, the width W 1 of the substrate 11 described above can be expressed as being equal to the distance between the first narrow wall 23 and the second narrow wall 24 and the width W 1 of the waveguide region 12.
  • the width W 1 of the waveguide region 12 corresponds to the waveguide width described in the claims.
  • the position x 1 is 0 ⁇ are formed at positions satisfying x 1 ⁇ x 2. Therefore, the width W 2 is greater than the width W 1 of the waveguide region 12 in the position x 1 of the columnar conductor 34 is provided which will be described later.
  • the substrate 11 Since the surface is covered by the conductor layer, a high frequency having a frequency equal to or higher than the cutoff frequency f co is confined within the substrate 11. Therefore, the substrate 11 functions as the waveguide region 12 of the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1.
  • an electromagnetic wave propagating in the substrate 11 in the negative x-axis direction is output to the microstrip line using the mode conversion unit 31.
  • the conductor film which comprises the 1st wide wall 21, the 2nd wide wall 22, the 1st narrow wall 23, the 2nd narrow wall 24, and the short wall 25 is not limited, but arbitrary thickness It can be adopted. That is, the conductor film may be any one of the thin film, foil (film), and plate. In thin films, foils (films) and plates, the thin film is the thinnest, and the thickness increases in the order of foil and plate.
  • the mode conversion unit 31 includes a first wide wall 21, a dielectric layer 32, a signal line 33, and a columnar conductor 34.
  • the dielectric layer 32 is stacked on the surface of the first wide wall 21 and formed to cover the surface.
  • the dielectric layer 32 is made of polyimide resin.
  • the material which comprises the dielectric material layer 32 is not limited to a polyimide resin, What is necessary is just a material which functions as a dielectric.
  • a blind via is provided in the vicinity of the short wall 25 from the main surface on the side (z-axis positive direction side) on which the first wide wall is provided (the surface of the waveguide region in the claims). ing.
  • a conductor film (made of copper in the present embodiment) is formed on the inner wall of the blind via.
  • the conductor film forms a columnar conductor 34.
  • the position where the blind via is formed is x 1 in the x-axis direction and the center of the width W 1 of the waveguide region 12 in the y-axis direction. In the present embodiment, x 1 ⁇ x 2 . That is, the columnar conductor 34 is formed inside the second section S 2.
  • the distance between the short wall 25 and the columnar conductor 34 i.e., the position x 1 in the x-axis direction
  • D BS the distance between the short wall 25 and the columnar conductor 34
  • an anti-pad (an outline of the opening in the claims) is formed in a region including the columnar conductor 34 in plan view, and in the inner region, the antipad is separated from the first wide wall 21.
  • the pad is formed.
  • the pad is electrically connected to the columnar conductor 34.
  • An opening is formed in the dielectric layer 32 at a position including the columnar conductor 34 in plan view.
  • each of the columnar conductor 34, the pad, the antipad, and the opening of the dielectric layer 32 is arranged concentrically in a plan view.
  • the signal line 33 is a strip-shaped conductor formed on the surface of the dielectric layer 32 and arranged so that the longitudinal direction thereof is along the x-axis direction.
  • An end 331 which is one end of the signal line 33 is formed in a circle whose diameter exceeds the diameter of the columnar conductor 34.
  • the end portion 331 is electrically connected to the columnar conductor 34 through the pad.
  • the end 331 overlaps the columnar conductor 34 and the pad, and in the direction (x-axis negative direction) in which the signal line 33 itself approaches the shorting wall 25 from the end 331 It is arrange
  • the mode conversion unit 31 configured as described above, the signal line 33 and the first wide wall 21 form a microstrip line, and the columnar conductor 34 is (1) an electromagnetic wave propagating in the microstrip line.
  • the mode and (2) the mode of the electromagnetic wave propagating inside the substrate 11 which is the waveguide region 12 of the dielectric film surrounding dielectric film 1 are converted.
  • the mode conversion unit 31 functions as a mode conversion unit that converts the mode of the microstrip line and the mode inside the substrate 11.
  • the mode conversion unit 31 functions as a first port which is one input / output port of the dielectric film surrounding dielectric waveguide 1.
  • the conductor film surrounding type dielectric using only the first port (port in the negative direction of the x axis) of the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1 The configuration of the waveguide 1 has been described.
  • the second port (port on the positive side in the x-axis direction), which is the other port of the dielectric waveguide 1 of the conductor film surrounding type, may be configured in the same manner as the first port, or may be directional coupled. It may be directly connected to a transmission device such as a communication device or a diplexer.
  • the mode conversion unit 31 configured in this manner includes the distance D BS , the width W 2 of the short wall, the width W 1 of the waveguide region 12, the thickness of the waveguide region 12, the length of the columnar conductor 34, etc.
  • the reflection characteristic (in other words, the transmission characteristic) can be controlled by using as a design parameter.
  • the reflection characteristic is the frequency dependency of the S parameter S11, and the transmission characteristic is the frequency dependency of the S parameter S21.
  • a conventional conductor film surrounding type dielectric waveguide that is, a conductor film surrounding type dielectric waveguide in which the width of the waveguide region is constant in all sections and the width of the waveguide region and the width of the short wall are equal.
  • the design parameters are determined, for example, as follows.
  • the width W 1 which is a design parameter for the waveguide region is basically determined based on a predetermined operation band.
  • the thickness of the waveguide region is equal to the thickness of the substrate 11, and is automatically determined when the substrate 11 to be used is determined.
  • a frequency divided by 1.5 the center frequency f c of the predetermined operating band as the cut-off frequency f co have employed a width W 1 becomes equal to the guide wavelength that corresponds to the cut-off frequency f co .
  • the distance D BS is set larger than the reference value which is the optimized value in the conductor film surrounding type dielectric waveguide in which the width of the waveguide region is reduced, the result of the comparative example described later (FIG. As described in reference), the reflection characteristics in the low band could not be improved.
  • the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1 is designed when the width W 1 of the waveguide region 12 is designed to be narrower than before (that is, when the cutoff frequency approaches the lower limit of the operating band) Also in the band lower than the center frequency f c of the predetermined operating band, good reflection characteristics are exhibited.
  • the predetermined operating band is a band of 71 GHz or more and 86 GHz or less which is a part of the E band and its center frequency f c is 78.5 GHz, a low band which is a band lower than 78.5 GHz.
  • the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1 exhibits a good reflection characteristic.
  • the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1 can be designed to have a smaller width W 1 than in the prior art.
  • the technology of configuring the width W 2 to exceed the width W 1 is a conductive film surrounding type dielectric waveguide as a waveguide.
  • the dielectric waveguide 1 of the conductive film encircling the width W 1 of the waveguide region 12 in the second section S 2 is closer to the short wall 25 from the boundary between the second interval S 2 and the first segment S 1 It is spread smoothly according to.
  • the second section S 2 does not include the portion where the width W 1 abruptly changes (discontinuously).
  • the second section S 2 does not include a portion that its characteristic impedance changes rapidly (discontinuously). Accordingly, the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1 can suppress the reflection loss which may occur when the width W 1 in the second section S 2 is widened.
  • the technique of the width W 2 configured to exceed the width W 1 at position x 1, the conductive film encircling the dielectric waveguide not only post-wall waveguide as described later in the first modification exhibits the same effect as the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1 of the present embodiment. That is, the technique of configuring the width W 2 to be larger than the width W 1 is a dielectric waveguide in a broad sense including a conductor film surrounding type dielectric waveguide and a post wall waveguide (claimed dielectric (Equivalent to a waveguide) can be suitably used.
  • the waveguide region 12 is constituted by the substrate 11, and the pair of wide walls 21 and 22, the pair of narrow walls 23 and 24, and the short wall 25 all cover the surface of the substrate 11.
  • the present invention has been described by taking a conductor film surrounding type dielectric waveguide 1 constituted of a conductor film as an example.
  • FIG. 2A is a plan view of the post wall waveguide 1A according to the present modification.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view of the post wall waveguide 1A, which includes the BB ′ line shown in FIG. 2A and includes a first wide wall 21A and a second wide wall 22A described later. It is sectional drawing in the orthogonal cross section.
  • the coordinate system illustrated in each drawing of FIG. 2 is determined in the same manner as the coordinate system illustrated in each drawing of FIG. 1.
  • the member numbers of the members constituting the post wall waveguide 1A can be obtained by adding “A” at the end to the member numbers of the members constituting the dielectric film surrounding dielectric waveguide 1. .
  • this modification only the configuration different from the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1 will be described, and the description of the same configuration as the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1 will be omitted.
  • the post wall waveguide 1A includes a substrate 11A, a first conductor film 21A, a second conductor film 22A, and a mode conversion portion 31A including a dielectric layer 32A. And have.
  • the mode conversion unit 31A is configured in the same manner as the mode conversion unit 31 of the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1 illustrated in FIG.
  • the substrate 11A is a substrate made of quartz like the substrate 11. However, the substrate 11A is different from the substrate 11 in the following points.
  • Substrate 11 is an elongated plate-like member (see FIG. 1), the first section S 1 is constant width W 1, toward the width W 1 is the third side (side short walls 25 are laminated) the second section is smoothly widened Te contained and S 2.
  • the substrate 11A while an elongated plate-like member, its overall width, the width W 2A the width W 1A and a short wall 25A described later guided region 12A It exceeds both sides.
  • the first conductor film 21A is a conductor film stacked on one main surface of the substrate 11A (a main surface on the side where the dielectric layer 32A described later is stacked, and a main surface on the z-axis positive direction side).
  • the second conductor film 22A is a conductor film laminated on the other main surface (main surface on the z-axis negative direction side) of the substrate 11A.
  • the first conductor film 21A and the second conductor film 22A form a pair of wide walls that define the waveguide region 12A of the post wall waveguide 1A. Therefore, hereinafter, the first conductor film 21A and the second conductor film 22A are also referred to as a first wide wall 21A and a second wide wall 22A, respectively.
  • the first narrow wall 23A and the second narrow wall 24A, which are a pair of narrow walls, and the short wall 25A define the waveguide region 12A together with the first wide wall 21A and the second wide wall 22A.
  • Each of the first narrow wall 23A, the second narrow wall 24A, and the short wall 25A is configured by a post wall as shown in FIG.
  • the post walls constituting the first narrow wall 23A, the second narrow wall 24A, and the short wall 25A are obtained by arranging a plurality of conductor posts in a fence shape at predetermined intervals.
  • Each of the first narrow wall 23A, the second narrow wall 24A, and the short wall 25A includes a plurality of conductor posts, that is, conductor posts 23Ai, conductor posts 24Aj, and conductor posts 25Ak.
  • i, j, k are generalized representations of the number of each conductor post.
  • M and N are arbitrary positive integers and M ⁇ N, then i, j satisfies 1 ⁇ i, j ⁇ N (i, j is a positive integer) and k is 1 ⁇ k ⁇ Meet M (k is a positive integer).
  • a fence-like post wall formed of a plurality of conductor posts (conductor posts 23Ai, conductor posts 24Aj, and conductor posts 25Ak) is provided inside the substrate 11A (see FIG. a) see).
  • the plurality of conductor posts 23Ai constitute a first narrow wall 23A
  • the plurality of conductor posts 24Aj constitute a second narrow wall 24A
  • the plurality of conductor posts 25Ak constitute a short wall 25A.
  • Each of the first narrow wall 23A, the second narrow wall 24A, and the short wall 25A corresponds to the first narrow wall 23, the second narrow wall 24, the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1 shown in FIG. And the short wall 25.
  • the first narrow wall 23A configured by the plurality of conductor posts 23Ai behaves as a virtual conductor wall that reflects an electromagnetic wave of a predetermined wavelength or more according to the distance between the adjacent conductor posts.
  • the virtual reflection surface of the conductor wall is formed along one plane including the central axis of each of the plurality of conductor posts 23Ai.
  • a virtual reflection surface of the first narrow wall 23A is illustrated using a virtual line (two-dot chain line).
  • a virtual reflection surface of the second narrow wall 24A and a virtual reflection surface of the short wall 25A are also illustrated using virtual lines (two-dot chain lines).
  • each conductor post of the conductor post 23Ai, the conductor post 24Aj, and the conductor post 25Ak has a conductor film surrounding type in which the shape of the outer edge of the waveguide region 12A of the post wall waveguide 1A is shown.
  • the waveguide region of the dielectric waveguide 1 that is, the shape of the substrate 11.
  • each conductor post is formed of a cylindrical conductor film formed on the inner wall of a via (through hole) penetrating from one main surface of the substrate 11A to the other main surface.
  • the conductor film is made of metal (for example, made of copper).
  • Each conductor post may be configured by a cylindrical conductor rod obtained by filling the inside of the via with a conductor (for example, metal).
  • the post wall waveguide 1A configured in this way has a waveguide area at the position x 1A at which the width W 2A of the short wall 25A is provided with the columnar conductor 34A, as in the dielectric film waveguide 1 of the conductor film surrounding type. It exceeds the width W 1A of 12 A (waveguide width described in the claims).
  • post-wall waveguide 1A includes a first section S 1A, and a second section S 2A.
  • the first section S 1A is a section in which the width W 1A is constant.
  • One end (the end on the x-axis positive direction side) of the second section S 2A is connected to one end (the end on the x-axis negative direction side) of the first section S 1A , and the other One end is a section terminated by the short wall 25A.
  • the post wall waveguide 1A which utilizes the technology of the post wall, can be reduced in manufacturing cost, can be miniaturized, and is lightweight, as compared with a waveguide in which the tube wall is formed of a metal plate. It has an advantage.
  • the post wall waveguide 1A can be integrated with a transmission device such as a filter, a directional coupler, or a diplexer using a single substrate.
  • various electronic components for example, a resistor, a capacitor, a high frequency circuit, and the like
  • the post wall waveguide 1A can increase the degree of integration when integrating transmission devices and electronic components as compared to the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1.
  • the post wall waveguide 1A exhibits the same effect as the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1 illustrated in FIG. 1 except for the effect due to the fact that it can be manufactured using the technique of post wall waveguide. . Therefore, the description regarding those effects is omitted here.
  • FIG. 3A is a plan view of a conductor film surrounding type dielectric waveguide 1B according to a second modified example of the present invention.
  • FIG. 3 (b) is a cross-sectional view of a conductor film surrounding type dielectric waveguide 1B, including a CC ′ line shown in FIG. 3 (a), and a first wide wall 21B and a first It is sectional drawing in the cross section orthogonal to 2 wide wall 22B.
  • the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1B includes the substrate 11B, the first wide wall 21B, the second wide wall 22B, and the first narrow wall 23B.
  • the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1B is an example of the conductor film surrounding type dielectric waveguide, similarly to the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1 shown in FIG.
  • the first narrow wall 23B is disposed in a straight line along the x axis when the conductive film surrounding type dielectric waveguide 1B is viewed in plan.
  • the second Semakabe 24B is toward the short wall 25B from the boundary between the second interval S 2B and the first section S 1B, as will be spaced along the smooth curve from the first Semakabe 23B It is arranged. Therefore, the width W 2B of the short wall 25B is greater than the width W 1B at the position x 1B columnar conductor 34B is formed.
  • the width W 2B may be larger than the width W 1B at the position x 1B, and the position of the short wall 25B in the y-axis direction is not limited.
  • the midpoint of the width W 2 of the short wall 25, within the width W 1 of the first section S 1 may coincide with each other in the y-axis direction, or may be the middle point of the width W 2B of the short wall 25B, as in the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1B shown in (a) of FIG. , the midpoint of the width W 1B in the first section S 1B may be different in the y-axis direction.
  • the midpoint of the width W 2B of the short wall 25B, and the midpoint of the width W 1B in the first section S 1B differ in the y-axis direction
  • the width W2B is (1) only one of the two directions along the y-axis (the y-axis negative direction in FIG. 3 (a)) as shown in FIG. It may be widened, or (2) may be widened in two directions (y-axis positive direction and y-axis negative direction) along the y-axis.
  • the post wall waveguide 1C described later.
  • FIG. 4A is a plan view of a post wall waveguide 1C according to a third modification of the present invention.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view of the post wall waveguide 1C, which includes the DD ′ line shown in FIG. 4A and includes a first wide wall 21C and a second wide wall 22C described later. It is sectional drawing in the orthogonal cross section.
  • the post wall waveguide 1C includes a substrate 11C, a first wide wall 21C, a second wide wall 22C, a first narrow wall 23C, and a second narrow wall. It includes a wall 24C, a short wall 25C, and a mode converter 31C.
  • the substrate 11C, the first wide wall 21C, the second wide wall 22C, and the mode conversion unit 31C are the substrate 11A of the post wall waveguide 1A according to the first modification, the first wide wall 21A, The second wide wall 22A and the mode converter 31A are configured in the same manner, respectively. Further, the pair of narrow walls 23C and 24C and the short wall 25C are formed by the post walls in the same manner as the pair of narrow walls 23A and 24A and the short wall 25A in the first modification.
  • the first narrow wall 23C formed of the plurality of conductor posts 23Ci forms a post wall corresponding to the first narrow wall 23B illustrated in FIG. 3A
  • the second narrow wall 24C formed of the plurality of conductor posts 24Cj is , Forming a post wall corresponding to the second narrow wall 24B illustrated in FIG. Therefore, the width W 2C short wall 25C is greater than the width W 1C at a position x 1C columnar conductor 34C is formed.
  • the conductor film type dielectric waveguide 1B and the post wall waveguide 1C Main effects of the conductor film type dielectric waveguide 1B and the post wall waveguide 1C.
  • a configuration such as a conductor film surrounding type dielectric waveguide 1B, for example, two conductor film surrounding type dielectric waveguides 1B (first and second conductor film surrounding type In the transmission device provided with the dielectric waveguide 1B)
  • the first and second conductor film surrounding dielectric waveguides 1B closer to each other.
  • the first conductor film surrounding type dielectric waveguide 1B is disposed in the state shown in FIG. 3A, and the zx plane including the first narrow wall 23B is a plane of symmetry.
  • the first conductor film surrounding type dielectric waveguide 1B and the first conductor film surrounding type dielectric waveguide 1B can be obtained. This is because it can be disposed without generating a gap between the two conductor film surrounding dielectric waveguides 1B.
  • Examples of transmission devices provided with two conductor film-enclosed dielectric waveguides 1B running parallel to each other include a directional coupler and a diplexer.
  • the post wall waveguide 1C exhibits the same effect as the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1B.
  • the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1B and the post wall waveguide 1C have the conductor film surrounding type dielectric waveguide 1 shown in FIG. 1 and the post wall waveguide shown in FIG. It plays the same effect as 1A. Therefore, the description regarding those effects is omitted here.
  • the post wall waveguide 1A of the first embodiment and the post wall waveguide 1C of the second embodiment are designed to have a band of 71 GHz or more and 86 GHz or less included in the E band as an operating band, particularly 71 GHz.
  • the low band which is a band of 76 GHz or less, is designed to be the main operating band.
  • the post wall waveguide 1A of the first embodiment employs a quartz substrate having a thickness of 520 ⁇ m as the substrate 11A.
  • a copper conductive film having a thickness of 10 ⁇ m is formed on the two main surfaces of the substrate 11A. These conductor films function as the wide walls 21A and 22A.
  • Each of the conductor post 23Ai constituting the first narrow wall 23A, the conductor post 24Aj constituting the second narrow wall 24A, and the conductor post 25Ak constituting the short wall 25A is made of copper on the inner wall of the through via penetrating the substrate 11A. It is comprised by forming a conductor film.
  • the post wall waveguide 1A of the first embodiment adopts the following values as design parameters.
  • Length of second section S 2A : x 2A 750 ⁇ m
  • the width W 1 is 1.54 mm, that is, 52.33 GHz is used as the cutoff frequency f co .
  • 1.32 mm is adopted as the width W 1A in the first section S 1A .
  • the post wall waveguide 1C of the second embodiment adopts 1.6 mm as the width W 2C , and adopts the same values as the post wall waveguide 1A of the first embodiment as the other design parameters. .
  • FIG. 5 is a plan view of the post wall waveguides 101, 101A, and 101B.
  • the member number of each member constituting the post wall waveguide 101 is obtained by adding 1 to the beginning of the member number of each member constituting the post wall waveguide 1A, and then from the member number, the alphabet “A” It is obtained by removing it. Therefore, the detailed description of the configuration of the post wall waveguides 101, 101A, and 101B is omitted here.
  • the post wall waveguide 101 is designed to have a band of 71 GHz or more and 86 GHz or less included in the E band as an operation band, and adopts 584 ⁇ m as the interval D BS .
  • the post wall waveguide 101A and the post wall waveguide 101B adopt 634 ⁇ m and 684 ⁇ m, respectively, as the distance D BS . As described later, this is a change in design parameters implemented in expectation of improving the reflection characteristic in the low band.
  • the post wall waveguides 101A and 101B are configured in the same manner as the post wall waveguide 101 except for the spacing D BS .
  • FIG. 6 shows the reflection characteristics of each of the post wall waveguide 1A according to the first embodiment, the post wall waveguide 1C according to the second embodiment, and the post wall waveguides 101, 101A and 101B according to the comparative example. Is a graph showing The two-dot chain lines illustrated in FIG. 6 indicate 71 GHz and 76 GHz. That is, the band sandwiched by the two dashed lines is the low band.
  • the post wall waveguide 101 is used as a reference. As shown in FIG. 6, in the reflection characteristics of the post wall waveguide 101, the peak frequency at which the S parameter S11 is minimum is about 76.5 GHz, and the S parameter S11 at the peak is about -50 dB.
  • the S parameter S11 increases as the frequency moves away from the peak frequency toward the low frequency side or the high frequency side. In particular, it was found that the degree of increase of the S parameter S11 in the low band is abrupt, and at 71 GHz, the S parameter S11 exceeds -20 dB.
  • the value of the spacing D BS is expanded from 584 ⁇ m to 634 ⁇ m and 684 ⁇ m, respectively, in anticipation of improving the reflection characteristic in the low band.
  • the peak frequency of the post wall waveguide 101A is about 74.5 GHz, and the S parameter S11 at the peak is about -32 dB.
  • the peak frequency of the post wall waveguide 101B was about 71.5 GHz, and the S parameter S11 at the peak was about -26 dB.
  • the peak frequency of the post wall waveguide 1A according to the first embodiment is about 72 GHz, and the S parameter S11 at the peak is about -44 dB.
  • the peak frequency of the post wall waveguide 1C according to the second embodiment was about 74.2 GHz, and the S parameter S11 at the peak was about -63 dB.
  • the post wall waveguide 1A and the post wall waveguide 1C are low bands (71 GHz to 76 GHz) which are lower frequency bands than the center frequency (78.5 GHz) of the predetermined operation band (71 GHz to 86 GHz). It has been found that also in the case of) has good reflection characteristics.
  • the dielectric waveguides (1, 1A, 1B, 1C) according to an embodiment of the present invention are waveguide regions (12, 12A, 12B, 12C) having a rectangular or substantially rectangular cross-sectional shape and filled with a dielectric.
  • a mode converter including columnar conductors (34, 34A, 34B, 34C) extending from the surface of the waveguide region (12, 12A, 12B, 12C) to the inside in a state separated from the outline of the opening provided in the vicinity) (31, 31A 31B, 31C) and, wherein the short walls (25, 25A, 25B, 25C) of the width (W 2, W 2A, W 2B, W 2C) , the columnar conductor (34 or 34A, 34B, 34C) between the first narrow wall (23,
  • the reflection characteristics in the lower frequency band than the center frequency of the predetermined operation band as compared with the dielectric waveguide configured such that the width of the short wall is equal to the distance Can be improved. Therefore, it is possible to provide a dielectric waveguide having good reflection characteristics even in a band lower than the center frequency.
  • the dielectric waveguides (1, 1A, 1B, 1C) are the first narrow wall (23, 23A, 23B, 23C) and the second narrow wall (24, 24A, A section in which the waveguide width which is a distance from 24B and 24C) is constant is defined as a first section (S 1 , S 1A , S 1B , S 1C ), and one end of the section is the first section (S 1 , S 1 , A section connected to one end of S 1A , S 1B , S 1C ) and terminated at the other end by the short wall (25, 25A, 25B, 25C) is a second section (S) 2, S 2A, S 2B, the S 2C), wherein the second section (S 2, S 2A, S 2B , the waveguide width in S 2C), the said second section (S 2, S 2A, S 2B , S 2C) and the first section (S 1, S 1A, S 1B, the S 1C)
  • a first section S 1
  • the second section does not include a portion where the waveguide width changes abruptly (discontinuously).
  • the second section does not include a portion where its characteristic impedance changes abruptly (discontinuously). Therefore, the present dielectric waveguide can suppress the reflection loss which may occur when the waveguide width in the second section is widened.

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Abstract

所定の動作帯域の中心周波数よりも低周波側の帯域においても良好な反射特性を有する誘電体導波路を提供すること。誘電体導波路（１）は、第１広壁（２１）、第２広壁（２２）、第１狭壁（２３）、第２狭壁（２４）、及びショート壁（２５）により規定され、且つ、誘電体により満たされた導波領域（１２）と、導波領域（１２）の表面から内部に至る柱状導体（３４）を含むモード変換部（３１）とを備える。ショート壁（２５）の幅（Ｗ２）は、柱状導体（３４）が設けられた位置（ｘ＝ｘ１）における導波路幅（Ｗ１）を上回るように構成されている。

Description

誘電体導波路
　本発明は、導波領域が誘電体により満たされた誘電体導波路に関する。
　（誘電体導波路の２つの態様）
　Ｅバンド（およそ７０ＧＨｚ～９０ＧＨｚ）に代表されるミリ波帯を動作帯域とし、導波領域が誘電体により満たされた誘電体導波路の第１の態様は、誘電体製の柱状部材（又は細長い板状部材）と、その柱状部材の表面を覆う導体膜とを備えている（例えば非特許文献１参照）。柱状部材の断面形状が長方形である場合、柱状部材の側面は、導体膜製の一対の広壁及び一対の狭壁により四方から取り囲まれ、その柱状部材の端面は、導体膜製のショート壁により覆われる。本明細書では、このようなタイプの誘電体導波路のことを導体膜包囲型の誘電体導波路と称する。
　誘電体導波路の第２の態様は、誘電体製の基板と、この基板の両面を覆う一対の導体膜と、この基板の内部に形成されたポスト壁とを備えている。一対の導体膜は、一対の広壁に読み替えられる。ポスト壁は、互いに対向する一対のポスト壁と、この一対のポスト壁の端部同士を繋ぐポスト壁とを含む。一対のポスト壁は、一対の狭壁に読み替えられ、一対のポスト壁の端部同士を繋ぐポスト壁は、ショート壁と読み替えられる。第２の態様の誘電体導波路は、ポスト壁導波路と呼ばれる。ポスト壁導波路は、導体膜包囲型の誘電体導波路と比較して、伝送デバイス及び電子部品を集積する場合の集積度を高めることができる。伝送デバイスの例としては、導波路以外にフィルタ、方向性結合器、及びダイプレクサが挙げられる、電子部品の例としては、抵抗器やコンデンサやＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）などが挙げられる。
　また、非特許文献２，３に記載のポスト壁導波路には、ショート壁の近傍にブラインドビアが形成されており、このブラインドビアの内壁には導体膜が柱状に形成されている。このブラインドビアは、導波領域の一方の広壁側の表面から導波領域の内部に向かって突出している。
　また、ポスト壁導波路の広壁の表面上には誘電体層が形成されており、この誘電体層の表面上には信号線が形成されている。この信号線は、その一方の端部がブラインドビアの上端部（導波領域の表面側の端部）に導通するように配置されている。信号線は、一方の広壁とともにマイクロストリップ線路（ＭＳＬ）を構成する。ブラインドビアは、ＭＳＬ内を伝搬する電磁波のモードと、ポスト壁導波路の導波領域内を伝搬する電磁波のモードとを相互に変換する。ブラインドビア、誘電体層、及び信号線からなるモード変換部は、ポスト壁導波路の入出力ポートとして機能する。
Kazuhiro Ito, Kazuhisa Sano, "60-GHz Band Dielectric Waveguide Filters Made of Crystalline Quartz", Microwave Symposium Digest, 2005 IEEE MTT-S International, June. 2005 Yusuke Uemichi, et al. "A ultra low-loss silica-based transformer between microstrip line and post-wall waveguide for millimeter-wave antenna-in-package applications," IEEE MTT-S IMS, Jun. 2014. Yusuke Uemichi, et al. "A study on the broadband transitionsbetween microstrip line and post-wall waveguide in E-band," in Eur. Microw. Conf., Oct. 2016.
　上述したような誘電体導波路を設計する場合、所定の動作帯域を定めたうえで、導波領域の設計パラメータと、モード変換部の設計パラメータとを最適化する。導波領域の設計パラメータと、モード変換部の設計パラメータとは、多岐に亘る。しかし、導波領域の設計パラメータのうち主要な設計パラメータとしては、導波領域の幅である幅Ｗ（一対の狭壁同士の間隔）が挙げられ、モード変換部の設計パラメータのうち主要な設計パラメータとしては、ブラインドビアとショート壁との間隔である間隔ＤＢＳが挙げられる。
　例えば、所定の動作帯域が７１ＧＨｚ以上８６ＧＨｚ以下の帯域である場合、幅Ｗは、動作帯域の中心周波数ｆｃ（ここでは７８．５ＧＨｚ）を１．５で除した周波数をカットオフ周波数ｆｃｏとして、このカットオフ周波数ｆｃｏに対応する管内波長に応じて定められる。また、間隔ＤＢＳは、中心周波数ｆｃに応じてその値を最適化される。
　ところで、Ｅバンドは、複数のサブバンドに分割されており、各サブバンドを異なる用途に用いることが多い。例えば、７１ＧＨｚ以上８６ＧＨｚ以下の帯域を３分割し、７１ＧＨｚ以上７６ＧＨｚ以下のサブバンドをローバンドと呼び、８１ＧＨｚ以上８６ＧＨｚ以下のサブバンドをハイバンドと呼ぶ。７１ＧＨｚ以上８６ＧＨｚ以下の帯域を動作帯域とする無線送受信機は、例えば、受信用帯域としてローバンドを用い、電磁波送信用の帯域としてハイバンドを用いる。もちろん、その逆の構成であってもよい。
　したがって、このような無線送受信機を構成するポスト壁導波路のモード変換部は、ローバンドにおける反射特性を重視するモード変換部（以下、ローバンド用モード変換部）と、ハイバンドにおける反射特性を重視するモード変換部（以下、ハイバンド用モード変換部）とに区別される。
　上述したように中心周波数ｆｃに応じて間隔ＤＢＳを最適化されたモード変換部の反射特性（ＳパラメータＳ１１の周波数依存性）において、ＳパラメータＳ１１が最小となる周波数であるピーク周波数は、中心周波数ｆｃの近傍に位置する。また、ピーク周波数から、周波数が低周波側又は高周波側へ遠ざかるにしたがって、ＳパラメータＳ１１は、増加する。
　ピーク周波数から遠ざかるにしたがってＳパラメータＳ１１が増加する度合いは、ハイバンド側よりもローバンド側の方が大きい。そのため、中心周波数ｆｃに基づいて設計パラメータを最適化されたモード変換部は、ハイバンド用モード変換部として満たすべき基準を満たすことができる一方で、ローバンド用モード変換部として満たすべき基準を満たすことができない場合がある。
　このような場合に、間隔ＤBSを最適化された値である基準値よりも大きくする（ブラインドビアをショート壁からより遠ざける）ことで、中心周波数を低周波側にシフトすることにより、ローバンドにおける反射特性を改善することができる。すなわち、基準値を上回る範囲内において間隔ＤBSを適宜調整することによって、モード変換部は、ローバンド用モード変換部が満たすべき基準を満たすことができる。
　ところで、ポスト壁導波路には、幅Ｗを縮小したいという要望がある。これは、伝送デバイス及び電子部品を集積した集積基板（無線送受信機の基板）の更なる小型化を図るためである。
　幅Ｗを縮小することに伴いポスト壁導波路のカットオフ周波数ｆｃｏは、高周波側へシフトする。したがって、幅Ｗを縮小することによって、ポスト壁導波路のカットオフ周波数ｆｃｏは、動作帯域の下限に近づく。
　このように幅Ｗを縮小したポスト壁導波路においても、ローバンドにおける反射特性は、ハイバンドにおける反射特性よりも劣る。したがって、幅Ｗを縮小していないポスト壁導波路の場合と同じように、ローバンドにおける反射特性を改善することが求められる。そこで、本発明の発明者は、間隔ＤBSを最適化された値である基準値よりも大きくすることによって、ローバンドにおける反射特性の改善を図った。しかし、幅Ｗを縮小したポスト壁導波路においては、このローバンドにおける反射特性を改善するための方法が効果を奏さず、ローバンドにおいて良好な反射特性を得ることができなかった。
　本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的は、所定の動作帯域の中心周波数ｆｃよりも低周波側の帯域においても良好な反射特性を有する誘電体導波路を提供することである。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る誘電体導波路は、断面形状が長方形又は略長方形であり且つ誘電体により満たされた導波領域を規定する第１広壁、第２広壁、第１狭壁、第２狭壁、及びショート壁と、前記第１広壁の前記ショート壁近傍に設けられた開口の輪郭から離間した状態で、前記導波領域の表面から内部に至る柱状導体を含むモード変換部と、を備え、前記ショート壁の幅は、前記柱状導体が設けられた位置における前記第１狭壁と前記第２狭壁との間隔を上回る、ように構成されている。
　本発明の一態様によれば、所定の動作帯域の中心周波数よりも低周波側の帯域においても良好な反射特性を有する誘電体導波路を提供することができる。
（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る導体膜包囲型の誘電体導波路の斜視図である。（ｂ）は、その平面図である。（ｃ）は、その断面図である。 （ａ）は、本発明の第１の変形例に係るポスト壁導波路の平面図である。（ｂ）は、その断面図である。 （ａ）は、本発明の第２の変形例に係る導体膜包囲型の誘電体導波路の平面図である。（ｂ）は、その断面図である。 （ａ）は、本発明の第３の変形例に係るポスト壁導波路の平面図である。（ｂ）は、その断面図である。 本発明の比較例として用いるポスト壁導波路の平面図である。 本発明の第１の実施例及び第２の実施例であるポスト壁導波路の反射特性と、比較例であるポスト壁導波路の反射特性とを示したグラフである。
　〔第１の実施形態〕
　（導体膜包囲型の誘電体導波路１の構成）
　本発明の第１の実施形態に係る導体膜包囲型の誘電体導波路について、図１を参照して説明する。図１の（ａ）は、本実施形態に係る導体膜包囲型の誘電体導波路１の斜視図である。図１の（ｂ）は、導体膜包囲型の誘電体導波路１の平面図である。図１の（ｃ）は、導体膜包囲型の誘電体導波路１の断面図であり、図１の（ａ）に示したＡＡ’線を含み、且つ、後述する第１広壁２１及び第２広壁２２に直交する断面における断面図である。
　なお、図１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す座標系は、次のように定められている。後述する基板１１の主面の法線に平行な軸をｚ軸と定め、細長い基板１１が延伸されている方向をｘ軸と定め、ｚ軸及びｘ軸の各々と直交する方向をｙ軸と定める。また、ｚ軸のうち、基板１１の２つの主面のうち、後述する誘電体層３２が形成されていない側の主面から誘電体層３２が形成されている主面に向かう方向をｚ軸正方向と定め、ｘ軸のうち、後述するショート壁２５から遠ざかる方向をｘ軸正方向と定め、ｚ軸正方向及びｘ軸正方向とともに右手系を構成するようにｙ軸正方向を定めている。
　図１の（ａ）～（ｃ）に示すように、導体膜包囲型の誘電体導波路１は、基板１１と、基板１１の表面を覆う導体層と、モード変換部３１とを備えている。この導体層は、設けられている基板１１の表面に応じて、第１広壁２１、第２広壁２２、第１狭壁２３、第２狭壁２４、及びショート壁２５と呼び分けられる。
　このように、基板１１の表面は、導体層によって覆われている。本願明細書では、誘電体導波路１のような誘電体導波路のことを導体膜包囲型の誘電体導波路と称する。導体膜包囲型の誘電体導波路は、請求の範囲に記載した誘電体導波路の一態様である。なお、請求の範囲に記載した誘電体導波路は、導体膜包囲型の誘電体導波路と、例えば第１の変形例において説明するポスト壁導波路（図２参照）とをその範疇に含む。
　（基板１１）
　図１の（ａ）に示すように、基板１１は、誘電体により構成された細長い板状部材である。以下において、基板１１を構成する６つの表面のうち、面積が最も大きな２つの表面を基板１１の主面と称す。また、２つの主面と交わり（本実施形態では直行し）、基板１１を平面視した場合に基板１１の外縁を形成する表面を側面と称する。側面は、ｙ軸正方向側の側面である第１の側面と、ｙ軸負方向側の側面である第２の側面と、ｘ軸負方向側の側面である第３の端面とにより構成されている。なお、図１の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ｘ軸方向における基板１１の第３の側面の位置をｘ軸の原点と定めている。また、本実施形態において、基板１１の横断面（ｙｚ平面に沿った断面）における断面形状は、長方形である。基板１１は、後述するように導波領域１２を構成する。したがって、導体膜包囲型の誘電体導波路１は、導波領域１２の横断面における断面形状が長方形である矩形導波路である。
　なお、本実施形態において、基板１１（すなわち導波領域１２）の横断面における断面形状が長方形であるものとして説明した。しかし、基板１１の横断面における断面形状は、長方形をベースとして、その長方形の４つの角を滑らかな曲線又は直線に沿って切り落とした形状であってもよい。長方形の４つの角を滑らかな曲線に沿って切り落とした形状は、角丸長方形である。また、長方形の４つの角を直線に沿って切り落とした形状は、微視的に見れば８角形であるが巨視的に見れば長方形である。請求の範囲に記載の「略長方形」は、上述した角丸長方形、及び、微視的に見れば８角形であるが巨視的に見れば長方形である形状を指す。
　図１の（ｂ）に示すように、基板１１は、平面視した場合に、その幅Ｗ１が一定である第１区間Ｓ１と、その幅Ｗ１が基板１１の第３の側面（ｘ軸負方向側の側面）に近づくにしたがって滑らかに拡幅されている第２区間Ｓ２とにより構成されている。したがって、第２区間Ｓ２は、テーパ形状となるように成形されている。なお、図１の各図においては、第１区間Ｓ１と第２区間Ｓ２との境界を二点鎖線により図示している。図１の（ｂ），（ｃ）に示すように、この境界の位置をｘ２とする。
　本実施形態では、基板１１を構成する誘電体として石英を採用している。しかし、基板１１を構成する誘電体として、他の誘電体（例えばポリテトラフルオロエチレン系樹脂や液晶ポリマー樹脂などの樹脂材料）を採用してもよい。
　（導体層）
　図１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、基板１１の表面を覆う導体層のうち、第１広壁２１及び第２広壁２２は、基板１１の２つの主面上に設けられた導体層であり、導体膜包囲型の誘電体導波路１の一対の広壁を構成する。上記導体層のうち、第１狭壁２３及び第２狭壁２４は、それぞれ、基板１１の第１の側面上及び第２の側面上に設けられた導体層であり、導体膜包囲型の誘電体導波路１の一対の狭壁を構成する。上記導体層のうち、ショート壁２５は、基板１１の第３の側面上に設けられた導体層である。本実施形態において、ショート壁２５は、第１広壁２１及び第２広壁２２と直行しており、第１区間Ｓ１における第１狭壁２３及び第２狭壁２４とも直行している。このように、導体膜により表面を覆われた基板１１は、所定の動作帯域の電磁波をｘ軸方向に沿って導波する導波領域１２を構成する。したがって、上述した基板１１の幅Ｗ１は、第１狭壁２３と第２狭壁２４との間隔と等しく、導波領域１２の幅Ｗ１であるとも表現できる。導波領域１２の幅Ｗ１は、特許請求の範囲に記載の導波路幅に対応する。
　上述したように基板１１は、第１区間Ｓ１と第２区間Ｓ２とを有し、且つ、第２区間Ｓ２がｘ軸負方向に向かって拡幅されたテーパ形状となるように成形されている。したがって、位置ｘがｘ＞ｘ２である領域からｘ＝０に向かって（ｘ軸負方向に向かって）近づいていく場合に、導波領域１２の幅Ｗ１は、（１）第１区間Ｓ１（ｘ２≦ｘである区間）において一定であり、（２）第２区間Ｓ２（０≦ｘ＜ｘ２である区間）において拡幅され、（３）位置ｘがｘ＝０である第２区間Ｓ２の終端においてショート壁２５の幅Ｗ２と一致する。後述する柱状導体３４は、その位置ｘ１が、０＜ｘ１＜ｘ２を満たす位置に形成されている。したがって、幅Ｗ２は、後述する柱状導体３４が設けられた位置ｘ１における導波領域１２の幅Ｗ１を上回る。
　上記導体層によって表面を覆われているため、基板１１の内部にはカットオフ周波数ｆｃｏ以上の周波数を有する高周波が閉じ込められる。したがって、基板１１は、導体膜包囲型の誘電体導波路１の導波領域１２として機能する。後述するモード変換部３１を用いてマイクロストリップ線路から導体膜包囲型の誘電体導波路１に入力された電磁波は、基板１１の内部をｘ軸正方向に向かって伝搬する。同様に、基板１１の内部をｘ軸負方向に向かって伝搬してきた電磁波は、モード変換部３１を用いてマイクロストリップ線路に出力される。
　本実施形態では、第１広壁２１、第２広壁２２、第１狭壁２３、第２狭壁２４及びショート壁２５を構成する導体として銅を採用するが、他の導体（例えばアルミニウムなどの金属）であってもよい。また、第１広壁２１、第２広壁２２、第１狭壁２３、第２狭壁２４及びショート壁２５を構成する導体膜の厚さは限定されるものではなく、任意の厚さを採用することができる。すなわち、導体膜は、薄膜、箔（フィルム）、及び板と呼ばれる態様のうち何れの態様であってもよい。薄膜、箔（フィルム）、及び板においては、薄膜が最も厚さが薄く、箔、板の順番で厚さが厚くなる。
　（モード変換部３１）
　図１の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、モード変換部３１は、第１広壁２１と、誘電体層３２と、信号線３３と、柱状導体３４とを備えている。
　誘電体層３２は、第１広壁２１の表面上に積層され、当該表面を覆うように形成されている。本実施形態では、誘電体層３２は、ポリイミド樹脂製である。なお、誘電体層３２を構成する材料は、ポリイミド樹脂に限定されるものではなく、誘電体として機能する材料であればよい。
　ショート壁２５近傍には、第１広壁が設けられている側（ｚ軸正方向側）の主面（特許請求の範囲における導波領域の表面）から基板１１の内部にブラインドビアが設けられている。このブラインドビアの内壁には、導体膜（本実施形態においては銅製）が形成されている。この導体膜は、柱状導体３４を形成する。前記ブラインドビアが形成されている位置は、ｘ軸方向においてｘ１であり、ｙ軸方向において導波領域１２の幅Ｗ１の中央である。本実施形態において、ｘ１＜ｘ２である。すなわち、柱状導体３４は、第２区間Ｓ２の内側に形成されている。しかし、柱状導体３４が形成されるｘ軸方向の位置は、ｘ１＜ｘ２に限定されるものではなく、ｘ１＝ｘ２又はｘ１＞ｘ２であってもよい。なお、以下において、ショート壁２５と柱状導体３４との間隔（すなわちｘ軸方向における位置ｘ１）のことを間隔ＤＢＳと呼ぶ。
　第１広壁２１には、平面視した場合に柱状導体３４を包含する領域にアンチパッド（特許請求の範囲における開口の輪郭）が形成されており、その内側領域に第１広壁２１と離間したパッドが形成されている。このパッドは、柱状導体３４と導通している。
　誘電体層３２には、平面視した場合に柱状導体３４を包含する位置に開口が形成されている。
　本実施形態において、柱状導体３４、パッド、アンチパッド、及び誘電体層３２の開口の各々は、平面視した場合に同心円状に配置されている。
　信号線３３は、誘電体層３２の表面に形成され、その長手方向がｘ軸方向に沿うように配置された帯状導体である。信号線３３の一方の端部である端部３３１は、その直径が柱状導体３４の直径を上回る円形に形成されている。端部３３１は、パッドを介して柱状導体３４と導通している。信号線３３は、平面視した場合に、端部３３１が柱状導体３４及びパッドと重畳するように、且つ、信号線３３自体が端部３３１からショート壁２５に近づく方向（ｘ軸負方向）に向かって延伸するように配置されている。
　このように構成されたモード変換部３１において、信号線３３と第１広壁２１とは、マイクロストリップ線路を形成し、且つ、柱状導体３４は、（１）当該マイクロストリップ線路を伝搬する電磁波のモードと、（２）導体膜包囲型の誘電体導波路１の導波領域１２である基板１１の内部を伝搬する電磁波のモードとを変換する。したがって、モード変換部３１は、マイクロストリップ線路のモードと基板１１の内部のモードとを変換するモード変換部として機能する。換言すれば、モード変換部３１は、導体膜包囲型の誘電体導波路１の一方の入出力ポートである第１のポートとして機能する。
　なお、本実施形態においては、図１に示すように、導体膜包囲型の誘電体導波路１の第１のポート（ｘ軸負方向側のポート）のみを用いて導体膜包囲型の誘電体導波路１の構成を説明してきた。導体膜包囲型の誘電体導波路１の他方のポートである第２のポート（ｘ軸正方向側のポート）は、第１のポートと同じように構成されていてもよいし、方向性結合器やダイプレクサなどの伝送デバイスに対して直接接続されていてもよい。
　（モード変換部３１の反射特性）
　このように構成されたモード変換部３１は、間隔ＤＢＳや、ショート壁の幅Ｗ２や、導波領域１２の幅Ｗ１や、導波領域１２の厚さや、柱状導体３４の長さなどを設計パラメータとして、反射特性（換言すれば透過特性）を制御することができる。反射特性は、ＳパラメータＳ１１の周波数依存性のことであり、透過特性は、ＳパラメータＳ２１の周波数依存性のことである。
　従来の導体膜包囲型の誘電体導波路、すなわち、導波領域の幅が全区間において一定であり、導波領域の幅とショート壁の幅とが等しい導体膜包囲型の誘電体導波路の設計パラメータは、例えば以下のようにして定められる。
　これらの設計パラメータのうち導波領域に関する設計パラメータである幅Ｗ１は、基本的に所定の動作帯域に基づいて定められる。なお、導波領域の厚さは、基板１１の厚さと等しく、使用する基板１１を決定した時点で自動的に定められる。
　これまでは、所定の動作帯域の中心周波数ｆｃを１．５で除した周波数をカットオフ周波数ｆｃｏとして、カットオフ周波数ｆｃｏに対応する管内波長と等しくなる幅Ｗ１を採用していた。例えば、所定の動作帯域が７１ＧＨｚ以上８６ＧＨｚ以下である場合、ｆｃ＝７８．５ＧＨｚであり、ｆｃｏ＝５２．３３ＧＨｚに対応する管内波長（＝１．５４ｍｍ）と等しくなる幅を導波領域の幅として採用していた。
　背景技術の欄において上述したように、中心周波数ｆｃを１．５で除したことで得られるカットオフ周波数ｆｃｏに基づいて導波領域の幅を定めた導体膜包囲型の誘電体導波路においては、間隔ＤBSを最適化された値である基準値よりも大きく設定することによってローバンドにおける反射特性を改善できることが分かっていた。背景技術の欄ではポスト壁導波路を用いてこのことを説明していたが、間隔ＤBSを用いた反射特性の制御は、導体膜包囲型の誘電体導波路においても有効である。
　しかし、発明が解決しようとする課題に記載したように、近年、導波路のサイズをコンパクト化したいという要望がある。このことは、導体膜包囲型の誘電体導波路において、導波領域の幅を縮小したいということと同義である。導波領域の幅を縮小した場合（例えば導波領域の幅として１．３２ｍｍを採用した場合）、導体膜包囲型の誘電体導波路のカットオフ周波数ｆｃｏは、高周波側へシフトする。したがって、導波領域の幅を縮小することによって、導体膜包囲型の誘電体導波路のカットオフ周波数ｆｃｏは、動作帯域の下限に近づく。
　このように導波領域の幅を縮小した導体膜包囲型の誘電体導波路において間隔ＤBSを最適化された値である基準値よりも大きく設定した場合、後述する比較例の結果（図６参照）として説明するように、ローバンドにおける反射特性を改善することができなかった。
　（導体膜包囲型の誘電体導波路１の効果）
　以上の課題を、本実施形態の導体膜包囲型の誘電体導波路１は、ショート壁２５の幅Ｗ２を柱状導体３４が設けられた位置ｘ１における幅Ｗ１を上回るように設計することによって解決することができる。例えば、本実施形態では、第１区間における幅Ｗ１をＷ１＝１．３２ｍｍに設定し、幅Ｗ２をＷ２＝１．８ｍｍに設定することによってローバンドにおける反射特性を改善することができる。
　したがって、導体膜包囲型の誘電体導波路１は、導波領域１２の幅Ｗ１を従来よりも狭く設計した場合（すなわち、カットオフ周波数が動作帯域の下限値に接近した場合）であっても、所定の動作帯域の中心周波数ｆｃよりも低周波側の帯域においても良好な反射特性を示す。例えば、所定の動作帯域がＥバンドの一部である７１ＧＨｚ以上８６ＧＨｚ以下の帯域であり、その中心周波数ｆｃが７８．５ＧＨｚである場合に、７８．５ＧＨｚよりも低周波側の帯域であるローバンド（７１ＧＨｚ以上７６ＧＨｚ以下）においても、導体膜包囲型の誘電体導波路１は、良好な反射特性を示す。
　以上のように、導体膜包囲型の誘電体導波路１は、従来よりも幅Ｗ１をコンパクトに設計することができる。上述したようなモード変換部を備えた導体膜包囲型の誘電体導波路において、幅Ｗ２が幅Ｗ１を上回るように構成するという技術は、導波路として導体膜包囲型の誘電体導波路を備えた如何なる伝送デバイス（例えば方向性結合器及びダイプレクサ）にも適用可能である。すなわち、幅Ｗ２が幅Ｗ１を上回るように構成することによって、導体膜包囲型の誘電体導波路のみならず方向性結合器及びダイプレクサのコンパクト化を図ることができる。
　また、導体膜包囲型の誘電体導波路１において、第２区間Ｓ２において導波領域１２の幅Ｗ１は、第２区間Ｓ２と第１区間Ｓ１との境界からショート壁２５に近づくにしたがって滑らかに拡幅されている。この構成によれば、第２区間Ｓ２は、幅Ｗ１が急激に（不連続的に）変化する部分を含まない。換言すれば、第２区間Ｓ２は、その特性インピーダンスが急激に（不連続的に）変化する部分を含まない。したがって、導体膜包囲型の誘電体導波路１は、第２区間Ｓ２における幅Ｗ１を拡幅する場合に生じ得る反射損失を抑制することができる。
　また、幅Ｗ２が位置ｘ１における幅Ｗ１を上回るように構成するという技術は、導体膜包囲型の誘電体導波路のみならず第１の変形例において後述するようにポスト壁導波路（例えば図２参照）にも適用することができる。この技術を適用したポスト壁導波路は、本実施形態の導体膜包囲型の誘電体導波路１と同様の効果を奏する。すなわち、幅Ｗ２が幅Ｗ１を上回るように構成するという技術は、導体膜包囲型の誘電体導波路及びポスト壁導波路を含む広義の誘電体導波路（請求の範囲に記載の誘電体導波路と同義）に対して好適に用いることができる。
　〔第１の変形例〕
　第１の実施形態では、導波領域１２が基板１１により構成され、一対の広壁２１，２２と、一対の狭壁２３，２４と、ショート壁２５とが何れも、基板１１の表面を覆う導体膜により構成された導体膜包囲型の誘電体導波路１を例に本発明について説明した。
　本発明の第１の変形例では、導体膜包囲型の誘電体導波路１と同様の構成をポスト壁の技術を用いて実現したポスト壁導波路について、図２を参照して説明する。ポスト壁導波路１Ａに代表されるポスト壁導波路は、請求の範囲に記載した誘電体導波路の一態様である。図２の（ａ）は、本変形例に係るポスト壁導波路１Ａの平面図である。図２の（ｂ）は、ポスト壁導波路１Ａの断面図であり、図２の（ａ）に示したＢＢ’線を含み、且つ、後述する第１広壁２１Ａ及び第２広壁２２Ａに直交する断面における断面図である。なお、図２の各図に図示した座標系は、図１の各図に図示した座標系と同様に定められている。
　ポスト壁導波路１Ａを構成する各部材の部材番号は、導体膜包囲型の誘電体導波路１を構成する各部材の部材番号に対して、その末尾に「Ａ」を追加することによって得られる。本変形例では、導体膜包囲型の誘電体導波路１と異なる構成についてのみ説明し、導体膜包囲型の誘電体導波路１と同じ構成については、その説明を省略する。
　（ポスト壁導波路１Ａの構成）
　図２の（ａ）～（ｂ）に示すように、ポスト壁導波路１Ａは、基板１１Ａと、第１導体膜２１Ａと、第２導体膜２２Ａと、誘電体層３２Ａを含むモード変換部３１Ａとを備えている。モード変換部３１Ａは、図１に図示した導体膜包囲型の誘電体導波路１のモード変換部３１と同じように構成されている。
　基板１１Ａは、基板１１と同様に石英製の基板である。しかし、基板１１Ａは、基板１１と比較して、以下の点が異なる。
　基板１１は、細長い板状部材（図１参照）であり、幅Ｗ１が一定である第１区間Ｓ１と、幅Ｗ１が第３の側面（ショート壁２５が積層される側面）に向かって滑らかに拡幅された第２区間Ｓ２とを含んでいた。
　それに対して、図２の（ａ）に示すように、基板１１Ａは、細長い板状部材であるものの、その全幅は、後述する導波領域１２Ａの幅Ｗ１Ａ及びショート壁２５Ａの幅Ｗ２Ａの双方を上回る。
　第１導体膜２１Ａは、基板１１Ａの一方の主面（後述する誘電体層３２Ａが積層される側の主面であり、ｚ軸正方向側の主面）に積層された導体膜である。
　第２導体膜２２Ａは、基板１１Ａの他方の主面（ｚ軸負方向側の主面）に積層された導体膜である。
　第１導体膜２１Ａ及び第２導体膜２２Ａは、ポスト壁導波路１Ａの導波領域１２Ａを規定する一対の広壁をなす。したがって、以下では、第１導体膜２１Ａ及び第２導体膜２２Ａのことを、それぞれ、第１広壁２１Ａ及び第２広壁２２Ａとも呼ぶ。
　一対の狭壁である第１狭壁２３Ａ及び第２狭壁２４Ａと、ショート壁２５Ａとは、第１広壁２１Ａ及び第２広壁２２Ａとともに導波領域１２Ａを規定する。第１狭壁２３Ａ、第２狭壁２４Ａ、及びショート壁２５Ａの各々は、図２に示すように、ポスト壁により構成されている。
　第１狭壁２３Ａ、第２狭壁２４Ａ、及びショート壁２５Ａを構成するポスト壁は、複数の導体ポストを所定の間隔で柵状に配列したものである。第１狭壁２３Ａ、第２狭壁２４Ａ、及びショート壁２５Ａの各々は、それぞれ、複数の導体ポストである導体ポスト２３Ａｉ、導体ポスト２４Ａｊ、及び導体ポスト２５Ａｋにより構成される。ここで、ｉ，ｊ，ｋは、各導体ポストの本数を一般化して表したものである。Ｍ，Ｎを任意の正の整数として、Ｍ＜Ｎである場合に、ｉ，ｊは、１＜ｉ，ｊ≦Ｎ（ｉ，ｊは正の整数）を満たし、ｋは、１＜ｋ≦Ｍ（ｋは正の整数）を満たす。
　基板１１Ａを平面視した場合、基板１１Ａの内部には、複数の導体ポスト（導体ポスト２３Ａｉ、導体ポスト２４Ａｊ、及び導体ポスト２５Ａｋ）からなる柵状のポスト壁が設けられている（図２の（ａ）参照）。複数の導体ポスト２３Ａｉは、第１狭壁２３Ａを構成し、複数の導体ポスト２４Ａｊは、第２狭壁２４Ａを構成し、複数の導体ポスト２５Ａｋは、ショート壁２５Ａを構成する。第１狭壁２３Ａ、第２狭壁２４Ａ、及びショート壁２５Ａの各々は、それぞれ、図１に示した導体膜包囲型の誘電体導波路１の第１狭壁２３、第２狭壁２４、及びショート壁２５に対応する。複数の導体ポスト２３Ａｉにより構成された第１狭壁２３Ａは、隣接する導体ポスト同士の間隔に応じて、所定の波長以上の電磁波を反射する仮想的な導体壁として振る舞う。この導体壁の仮想的な反射面は、複数の導体ポスト２３Ａｉの各々の中心軸を含む１つの面に沿って形成される。図２の（ａ）において、第１狭壁２３Ａの仮想的な反射面は、仮想線（二点鎖線）を用いて図示されている。同様に、図２の（ａ）において、第２狭壁２４Ａの仮想的な反射面及びショート壁２５Ａの仮想的な反射面も仮想線（二点鎖線）を用いて図示されている。
　ポスト壁導波路１Ａにおいて、導体膜からなる一対の広壁２１Ａ，２２Ａと、ポスト壁からなる一対の狭壁２３Ａ，２４Ａの仮想的な反射面と、ポスト壁からなるショート壁２５Ａの仮想的な反射面とにより取り囲まれた領域が導波領域１２Ａを構成する。基板１１Ａを平面視した場合において、導体ポスト２３Ａｉ、導体ポスト２４Ａｊ、及び導体ポスト２５Ａｋの各導体ポストは、ポスト壁導波路１Ａの導波領域１２Ａの外縁の形状が図１に示す導体膜包囲型の誘電体導波路１の導波路領域の形状（すなわち、基板１１の形状）と一致するように配置されている。
　本実施形態において、各導体ポストは、基板１１Ａの一方の主面から他方の主面まで貫通するビア（貫通孔）の内壁に形成された筒状の導体膜によって構成されている。この導体膜は、金属製（例えば銅製）である。なお、各導体ポストは、ビアの内部に導体（例えば金属）を充填することによって得られた円柱状の導体棒によって構成されていてもよい。
　このように構成されたポスト壁導波路１Ａは、導体膜包囲型の誘電体導波路１と同様に、ショート壁２５Ａの幅Ｗ２Ａが、柱状導体３４Ａが設けられた位置ｘ１Ａにおける導波領域１２Ａの幅Ｗ１Ａ（特許請求の範囲に記載の導波路幅）を上回る。
　また、ポスト壁導波路１Ａは、第１区間Ｓ１Ａと、第２区間Ｓ２Ａとを含む。第１区間Ｓ１Ａは、幅Ｗ１Ａが一定である区間である。第２区間Ｓ２Ａは、その一方の端部（ｘ軸正方向側の端部）が第１区間Ｓ１Ａの一方の端部（ｘ軸負方向側の端部）に接続され、且つ、その他方の端部がショート壁２５Ａにより終端されている区間である。第２区間Ｓ２Ａにおける幅Ｗ１は、第１区間Ｓ１Ａと第２区間Ｓ２Ａとの境界（ｘ＝ｘ２Ａの位置）からショート壁２５Ａ（ｘ＝０の位置）に近づくにしたがって滑らかに拡幅されている。
　（ポスト壁導波路１Ａの効果）
　ポスト壁の技術を利用したポスト壁導波路１Ａは、管壁が金属板により構成された導波管と比較して、製造コストを抑制できる、小型化を図ることができる、軽量である、といった長所を有する。また、ポスト壁導波路１Ａは、導波路に加えて、フィルタや、方向性結合器や、ダイプレクサなどの伝送デバイスを１枚の基板を用いて集積化することができる。また、その基板の表面上に様々な電子部品（例えば、抵抗器やコンデンサや高周波回路など）を容易に実装することができる。したがって、ポスト壁導波路１Ａは、導体膜包囲型の誘電体導波路１と比較して、伝送デバイス及び電子部品を集積する場合の集積度を高めることができる。
　ポスト壁導波路１Ａは、ポスト壁導波路の技術を用いて製造可能であるという点に起因する効果以外には、図１に図示した導体膜包囲型の誘電体導波路１と同じ効果を奏する。したがって、ここでは、それらの効果に関する記載を省略する。
　〔第２，第３の変形例〕
　第１の実施形態及び第１の変形例では、第１狭壁及び第２狭壁の双方がテーパ形状をなしている例について説明した。これを変形し、第１狭壁２３及び第２狭壁２４の何れか一方がテーパ形状をなすよう構成した第２，第３の変形例について、図面を参照して説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
　（導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂの構成）
　図３の（ａ）は、本発明の第２の変形例に係る導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂの平面図である。図３の（ｂ）は、導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂの断面図であり、図３の（ａ）に示したＣＣ’線を含み、且つ、後述する第１広壁２１Ｂ及び第２広壁２２Ｂに直交する断面における断面図である。図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂは、基板１１Ｂと、第１広壁２１Ｂと、第２広壁２２Ｂと、第１狭壁２３Ｂと、第２狭壁２４Ｂと、ショート壁２５Ｂと、モード変換部３１Ｂとを含む。これらの構成要素のうち、基板１１Ｂ、第１広壁２１Ｂ、第２広壁２２Ｂ、ショート壁２５Ｂ及びモード変換部３１Ｂは、第１の実施形態における基板１１、第１広壁２１、第２広壁２２、ショート壁２５及びモード変換部３１とそれぞれ同様に構成される。導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂは、図１に示した導体膜包囲型の誘電体導波路１と同様に、導体膜包囲型の誘電体導波路の一例である。
　第１狭壁２３Ｂは、導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂを平面視した場合に、ｘ軸に沿って一直線状に配置されている。一方、第２狭壁２４Ｂは、第２区間Ｓ２Ｂと第１区間Ｓ１Ｂとの境界からショート壁２５Ｂに近づくにしたがって、第１狭壁２３Ｂから滑らかな曲線に沿って離間していくように配置されている。したがって、ショート壁２５Ｂの幅Ｗ２Ｂは、柱状導体３４Ｂが形成されている位置ｘ１Ｂにおける幅Ｗ１Ｂを上回る。
　導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂにおいては、幅Ｗ２Ｂが位置ｘ１Ｂにおける幅Ｗ１Ｂを上回っていればよく、ショート壁２５Ｂのｙ軸方向における位置は、限定されるものではない。
　本発明の一態様においては、図１に示した導体膜包囲型の誘電体導波路１のように、ショート壁２５の幅Ｗ２の中点と、第１区間Ｓ１における幅Ｗ１の中点とが、ｙ軸方向において一致していてもよいし、図３の（ａ）に示した導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂのように、ショート壁２５Ｂの幅Ｗ２Ｂの中点と、第１区間Ｓ１Ｂにおける幅Ｗ１Ｂの中点とが、ｙ軸方向において異なっていてもよい。また、導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂのように、ショート壁２５Ｂの幅Ｗ２Ｂの中点と、第１区間Ｓ１Ｂにおける幅Ｗ１Ｂの中点とが、ｙ軸方向において異なっている場合、幅Ｗ２Ｂは、（１）図３の（ａ）に示すようにｙ軸に沿った２つの方向のうち一方の方向（図３の（ａ）ではｙ軸負方向）のみに向かって拡幅されていてもよいし、（２）ｙ軸に沿った２つの方向（ｙ軸正方向及びｙ軸負方向）に向かって拡幅されていてもよい。この点については、後述するポスト壁導波路１Ｃにおいても同様である。
　（ポスト壁導波路１Ｃの構成）
　図４の（ａ）は、本発明の第３の変形例に係るポスト壁導波路１Ｃの平面図である。図４の（ｂ）は、ポスト壁導波路１Ｃの断面図であり、図４の（ａ）に示したＤＤ’線を含み、且つ、後述する第１広壁２１Ｃ及び第２広壁２２Ｃに直交する断面における断面図である。図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ポスト壁導波路１Ｃは、基板１１Ｃと、第１広壁２１Ｃと、第２広壁２２Ｃと、第１狭壁２３Ｃと、第２狭壁２４Ｃと、ショート壁２５Ｃと、モード変換部３１Ｃとを含む。これらの構成要素のうち、基板１１Ｃ、第１広壁２１Ｃ、第２広壁２２Ｃ及びモード変換部３１Ｃは、第１の変形例であるポスト壁導波路１Ａの基板１１Ａ、第１広壁２１Ａ、第２広壁２２Ａ、及びモード変換部３１Ａとそれぞれ同様に構成される。また、一対の狭壁２３Ｃ，２４Ｃ及びショート壁２５Ｃは、第１の変形例における一対の狭壁２３Ａ，２４Ａ及びショート壁２５Ａと同様にポスト壁により構成される。
　複数の導体ポスト２３Ｃｉからなる第１狭壁２３Ｃは、図３の（ａ）に図示した第１狭壁２３Ｂに対応するポスト壁を形成し、複数の導体ポスト２４Ｃｊからなる第２狭壁２４Ｃは、図３の（ａ）に図示した第２狭壁２４Ｂに対応するポスト壁を形成する。したがって、ショート壁２５Ｃの幅Ｗ２Ｃは、柱状導体３４Ｃが形成されている位置ｘ１Ｃにおける幅Ｗ１Ｃを上回る。
　（導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂ及びポスト壁導波路１Ｃの主な効果）
　導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂのような構成を採用することによって、例えば、互いに並走する２本の導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂ（第１及び第２の導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂ）を備えた伝送デバイスにおいて、第１及び第２の導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂの各々をより近づけた状態で配置することができる。これは、第１の導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂを図３の（ａ）に示した状態で配置し、第１狭壁２３Ｂを含むｚｘ面を対称面として、第１の導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂと鏡映対称になるように第２の導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂを配置することによって、第１の導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂと第２の導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂとの間に隙間を生じさせることなく配置することができるためである。互いに並走する２本の導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂを備えた伝送デバイスとしては、方向性結合器及びダイプレクサが挙げられる。なお、この点について、ポスト壁導波路１Ｃは、導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂと同じ効果を奏する。
　導体膜包囲型の誘電体導波路１Ｂ及びポスト壁導波路１Ｃは、上述した効果以外には、図１に図示した導体膜包囲型の誘電体導波路１及び図２に図示したポスト壁導波路１Ａと同じ効果を奏する。したがって、ここでは、それらの効果に関する記載を省略する。
　〔実施例〕
　（第１の実施例及び第２の実施例）
　次に、図２に示したポスト壁導波路１Ａのモデルと、図３の（ｂ）に示したポスト壁導波路１Ｃのモデルとを用いて、それぞれの反射特性（ＳパラメータＳ１１の周波数依存性）をシミュレーションした。シミュレーションに用いたポスト壁導波路１Ａのモデル及びポスト壁導波路１Ｃのモデルを、それぞれ、本発明の第１の実施例及び第２の実施例とする。
　第１の実施例のポスト壁導波路１Ａ及び第２の実施例のポスト壁導波路１Ｃは、Ｅバンドに含まれる７１ＧＨｚ以上８６ＧＨｚ以下の帯域を動作帯域とするように設計されており、特に７１ＧＨｚ以上７６ＧＨｚ以下の帯域であるローバンドを主たる動作帯域とするように設計されている。
　第１の実施例のポスト壁導波路１Ａは、基板１１Ａとして厚さが５２０μｍである石英基板を採用している。基板１１Ａの２つの主面上には、厚さが１０μｍである銅製の導体膜が形成されている。これらの導体膜は、広壁２１Ａ，２２Ａとして機能する。
　第１狭壁２３Ａを構成する導体ポスト２３Ａｉ、第２狭壁２４Ａを構成する導体ポスト２４Ａｊ、及びショート壁２５Ａを構成する導体ポスト２５Ａｋの各々は、基板１１Ａを貫通する貫通ビアの内壁に銅製の導体膜を形成することによって構成されている。
　第１の実施例のポスト壁導波路１Ａは、各設計パラメータとして以下の値を採用している。
・幅：Ｗ１Ａ＝１．３２ｍｍ
・カットオフ周波数：ｆｃ＝５８．９８ＧＨｚ
・幅：Ｗ２Ａ＝１．８ｍｍ
・間隔：ＤＢＳＡ＝５８４μｍ
・第２区間Ｓ２Ａの長さ：ｘ２Ａ＝７５０μｍ
　従来であれば、７１ＧＨｚ以上８６ＧＨｚ以下の帯域を動作帯域とする場合、幅Ｗ１として１．５４ｍｍ、すなわちカットオフ周波数ｆｃｏとして５２．３３ＧＨｚを採用していた。それに対し、第１の実施例のポスト壁導波路１Ａでは、導波路のコンパクト化を図るために、第１区間Ｓ１Ａにおける幅Ｗ１Ａとして１．３２ｍｍを採用している。
第２の実施例のポスト壁導波路１Ｃは、幅Ｗ２Ｃとして１．６ｍｍを採用し、その他の各設計パラメータとして、第１の実施例のポスト壁導波路１Ａと同じ値を採用している。
　（比較例）
　本実施例のポスト壁導波路１Ａ及びポスト壁導波路１Ｃの比較例として用いるポスト壁導波路１０１，１０１Ａ，１０１Ｂの構成について、図５を参照して説明する。図５は、ポスト壁導波路１０１，１０１Ａ，１０１Ｂの平面図である。
　ポスト壁導波路１０１，１０１Ａ，１０１Ｂの各々は、ポスト壁導波路１Ａ及びポスト壁導波路１Ｃと比較して、幅Ｗ１０２が幅Ｗ１０１と等しい点のみが相違している。すなわち、ポスト壁導波路１０１，１０１Ａ，１０１Ｂの各々は、ショート壁１２５の幅Ｗ１０２としてＷ１０２＝Ｗ１０１＝１．３２ｍｍを採用している。換言すれば、ポスト壁導波路１０１，１０１Ａ，１０１Ｂの各々においては、その全区間において幅Ｗ１０１が１．３２ｍｍで一定である。なお、ポスト壁導波路１０１を構成する各部材の部材番号は、ポスト壁導波路１Ａを構成する各部材の部材番号の文頭に１を加えたうえで、その部材番号からアルファベットの「Ａ」を取り除くことによって得られる。したがって、ここでは、ポスト壁導波路１０１，１０１Ａ，１０１Ｂの構成に関する詳しい説明を省略する。
　ポスト壁導波路１０１は、Ｅバンドに含まれる７１ＧＨｚ以上８６ＧＨｚ以下の帯域を動作帯域とするように設計されており、間隔ＤＢＳとして５８４μｍを採用している。
　また、ポスト壁導波路１０１Ａ及びポスト壁導波路１０１Ｂは、それぞれ、間隔ＤＢＳとして６３４μｍ及び６８４μｍを採用している。これは、後述するように、ローバンドにおける反射特性を向上させることを期待して実施した設計パラメータの変更である。
　なお、間隔ＤＢＳ以外の構成において、ポスト壁導波路１０１Ａ，１０１Ｂは、ポスト壁導波路１０１と同様に構成されている。
　（反射特性）
　図６は、第１の実施例であるポスト壁導波路１Ａ、第２の実施例であるポスト壁導波路１Ｃ、及び、比較例であるポスト壁導波路１０１，１０１Ａ，１０１Ｂの各々の反射特性を示すグラフである。なお、図６に図示した二点鎖線は、７１ＧＨｚ及び７６ＧＨｚを示す。すなわち、２本の二点鎖線により挟まれた帯域がローバンドである。
　まず、ポスト壁導波路１０１を基準とする。図６に示すように、ポスト壁導波路１０１の反射特性は、ＳパラメータＳ１１が最小となる周波数であるピーク周波数が７６．５ＧＨｚ程度であり、そのピークにおけるＳパラメータＳ１１は、－５０ｄＢ程度であった。
　また、そのピーク周波数から、周波数が低周波側又は高周波側へ遠ざかるにしたがって、ＳパラメータＳ１１が増加する。特にローバンドにおけるＳパラメータＳ１１の増加の度合いが急激であり、７１ＧＨｚにおいては、ＳパラメータＳ１１が－２０ｄＢを上回ることが分かった。
　そこで、ポスト壁導波路１０１Ａ，１０１Ｂの各々では、ローバンドにおける反射特性を向上させることを期待して、間隔ＤＢＳの値を５８４μｍから、それぞれ、６３４μｍ及び６８４μｍへ拡大した。
　図６によれば、ポスト壁導波路１０１Ａのピーク周波数は、約７４．５ＧＨｚであり、そのピークにおけるＳパラメータＳ１１は、－３２ｄＢ程度であった。また、ポスト壁導波路１０１Ｂのピーク周波数は、約７１．５ＧＨｚであり、そのピークにおけるＳパラメータＳ１１は、－２６ｄＢ程度であった。
　これらの結果から、間隔ＤＢＳの値を拡大することによってピーク周波数が低周波側へのシフトするものの、それとともに反射特性が劣化してしまうことが分かった。したがって、コンパクト化を図るために幅Ｗ１０１を従来よりも狭い１．３２ｍｍとしたポスト壁導波路においては、ローバンドにおける反射特性を改善するための手法として、間隔ＤＢＳを拡大する手法は不適当であることが分かった。
　一方、図６によれば、第１の実施例であるポスト壁導波路１Ａのピーク周波数は、約７２ＧＨｚであり、そのピークにおけるＳパラメータＳ１１は、－４４ｄＢ程度であった。また、第２の実施例であるポスト壁導波路１Ｃのピーク周波数は、約７４．２ＧＨｚであり、そのピークにおけるＳパラメータＳ１１は、－６３ｄＢ程度であった。
　これらの結果より、ショート壁の幅Ｗ２Ａが位置ｘ１Ａにおける導波領域１２Ａの幅Ｗ１Ａを上回るように、又は、ショート壁の幅Ｗ２Ｃが位置ｘ１Ｃにおける導波領域１２Ｃの幅Ｗ１Ｃを上回るようにポスト壁導波路１Ａ，１Ｃを構成することによって、ピークにおけるＳパラメータＳ１１の値を顕著に劣化させることなくピーク周波数を低周波側へシフトさせることができることが分かった。換言すれば、ポスト壁導波路１Ａ及びポスト壁導波路１Ｃは、所定の動作帯域（７１ＧＨｚ以上８６ＧＨｚ以下）の中心周波数（７８．５ＧＨｚ）よりも低周波側の帯域であるローバンド（７１ＧＨｚ以上７６ＧＨｚ以下）においても良好な反射特性を有することが分かった。
　なお、これらの結果より、幅Ｗ２Ａ又は幅Ｗ２Ｃを適宜調整することによって、ローバンドに含まれる任意の周波数をピーク周波数とする反射特性が良好なポスト壁導波路を設計可能であることが分かった。
　〔まとめ〕
　本発明の一実施形態に係る誘電体導波路（１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、断面形状が長方形又は略長方形であり且つ誘電体により満たされた導波領域（１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）を規定する第１広壁（２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ）、第２広壁（２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ）、第１狭壁（２３、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ）、第２狭壁（２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ）、及びショート壁（２５、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ）と、前記第１広壁（２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ）の前記ショート壁（２５、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ）近傍に設けられた開口の輪郭から離間した状態で、前記導波領域（１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）の表面から内部に至る柱状導体（３４、３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ）を含むモード変換部（３１、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ）と、を備え、前記ショート壁（２５、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ）の幅（Ｗ２、Ｗ２Ａ、Ｗ２Ｂ、Ｗ２Ｃ）は、前記柱状導体（３４、３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ）が設けられた位置における前記第１狭壁（２３、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ）と前記第２狭壁（２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ）との間隔（Ｗ１、Ｗ１Ａ、Ｗ１Ｂ、Ｗ１Ｃ）を上回る、ように構成されている。
　上記の構成によれば、前記ショート壁の幅が、前記間隔と等しくなるように構成された誘電体導波路と比較して、所定の動作帯域の中心周波数よりも低周波側の帯域における反射特性を改善することができる。したがって、中心周波数よりも低周波側の帯域においても良好な反射特性を有する誘電体導波路を提供することができる。
　また、本発明の一実施形態に係る誘電体導波路（１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、前記第１狭壁（２３、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ）と前記第２狭壁（２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ）との間隔である導波路幅が一定である区間を第１区間（Ｓ１、Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂ、Ｓ１Ｃ）とし、その一方の端部が前記第１区間（Ｓ１、Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂ、Ｓ１Ｃ）の一方の端部に接続され、且つ、その他方の端部が前記ショート壁（２５、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ）により終端されている区間を第２区間（Ｓ２、Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂ、Ｓ２Ｃ）として、前記第２区間（Ｓ２、Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂ、Ｓ２Ｃ）における前記導波路幅は、当該第２区間（Ｓ２、Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂ、Ｓ２Ｃ）と前記第１区間（Ｓ１、Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂ、Ｓ１Ｃ）との境界から前記ショート壁（２５、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ）に近づくにしたがって滑らかに拡幅されている、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、前記第２区間は、前記導波路幅が急激に（不連続的に）変化する部分を含まない。換言すれば、前記第２区間は、その特性インピーダンスが急激に（不連続的に）変化する部分を含まない。したがって、本誘電体導波路は、前記第２区間における前記導波路幅を拡幅する場合に生じ得る反射損失を抑制することができる。
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
１、１Ｂ　導体膜包囲型の誘電体導波路（誘電体導波路の一態様）
１Ａ、１Ｃ　ポスト壁導波路（誘電体導波路の一態様）
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ　基板
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ　導波領域
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ　第１広壁
２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ　第２広壁
２３、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ　第１狭壁
２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ　第２狭壁
２３Ａｉ、２４Ａｊ、２５Ａｋ、２３Ｃｉ、２４Ｃｊ、２５Ｃｋ、　導体ポスト
２５、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ　ショート壁
３１、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ　モード変換部
３２、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ　誘電体層
３３、３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ　信号線
３４、３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ　柱状導体

Claims (2)

  1. 　断面形状が長方形又は略長方形であり且つ誘電体により満たされた導波領域を規定する第１広壁、第２広壁、第１狭壁、第２狭壁、及びショート壁と、
    　前記第１広壁の前記ショート壁近傍に設けられた開口の輪郭から離間した状態で、前記導波領域の表面から内部に至る柱状導体を含むモード変換部と、を備え、
    　前記ショート壁の幅は、前記柱状導体が設けられた位置における前記第１狭壁と前記第２狭壁との間隔を上回る、
    ことを特徴とする誘電体導波路。
  2. 　前記第１狭壁と前記第２狭壁との間隔である導波路幅が一定である区間を第１区間とし、その一方の端部が前記第１区間の一方の端部に接続され、且つ、その他方の端部が前記ショート壁により終端されている区間を第２区間として、
    　前記第２区間における前記導波路幅は、当該第２区間と前記第１区間との境界から前記ショート壁に近づくにしたがって滑らかに拡幅されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の誘電体導波路。
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