WO2019235120A1 - 誘電体導波管線路と導波管との接続構造 - Google Patents

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WO2019235120A1
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conductor layer
depressions
dielectric
waveguide
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伊東　正治
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日本電気株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a connection structure between a dielectric waveguide line and a waveguide.
  • the sub-terahertz band generally means a frequency band of 100 GHz or more.
  • LTCC Low Temperature Co-fired Ceramics
  • a resin substrate is often used because the material is inherently low loss and the transmission loss is low due to the low dielectric constant (reduction in wavelength shortening effect).
  • the resin substrate is PTFE (PolyTetraFluoroEthylene), LCP (Liquid Crystal Crystal), or the like.
  • the material used for the package is required to have a low loss.
  • the dimensional accuracy is not so high and the loss is relatively large, it is difficult to apply to the sub-terahertz band.
  • the resin substrate has low loss, its rigidity is low and its mounting method is limited, and its dimensional accuracy is not so high, so that it is difficult to apply to the sub-terahertz band.
  • Quartz is known as a substrate material having high rigidity, easy to obtain high dimensional accuracy, low loss, and low dielectric constant.
  • quartz is known as a substrate material having high rigidity, easy to obtain high dimensional accuracy, low loss, and low dielectric constant.
  • it has been used only for a limited purpose and has not been widely used.
  • via hole formation technology it has become possible to form fine via holes with high precision, and as a result, the use of quartz in millimeter wave band packages is increasing.
  • an antenna having a waveguide interface such as a Cassegrain antenna or a lens antenna is generally used. In this case, it is important how efficiently the high-frequency signal is transmitted from the package to the waveguide.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-196301 discloses a dielectric waveguide line having a low loss as a transmission line on a package as compared with a transmission line having a planar structure such as a microstrip line or a coplanar line.
  • a connection structure from a dielectric waveguide line to a rectangular waveguide is described.
  • the dielectric waveguide line structure is configured by connecting conductor surfaces formed on the front and back surfaces of a dielectric substrate by two via hole arrays.
  • Each via hole row is composed of via holes formed at intervals of 1/2 or less of the guide wavelength, thereby functioning equivalently as a waveguide sidewall surface.
  • the guide wavelength ⁇ _g is ⁇ / ⁇ (1 ⁇ ( ⁇ / ⁇ _c) ⁇ 2).
  • ⁇ is 1 / ⁇ ( ⁇ _r) of the wavelength of the operating frequency signal in vacuum
  • ⁇ _r is the dielectric constant of the dielectric substrate
  • ⁇ _c is the cutoff wavelength of the dielectric waveguide (in the TE_10 mode, the dielectric 2 times the width of the body waveguide line).
  • a coupling opening is provided on one of the front and back conductor surfaces at one end of the dielectric waveguide, and a rectangular waveguide is connected to the opening in the vertical direction. Transmission of electromagnetic waves between the dielectric waveguide line and the rectangular waveguide is realized by electric field coupling through a coupling opening. Since the thickness of the dielectric substrate of the dielectric waveguide line is set to 1 ⁇ 4 of the guide wavelength, the electric field strength becomes maximum at the coupling opening. Thereby, efficient transmission of electromagnetic waves between the dielectric waveguide line and the rectangular waveguide is realized.
  • Patent Document 1 describes an example in which a dielectric waveguide line is manufactured using multilayer ceramic technology.
  • the thickness of the dielectric waveguide line is adjusted by the number of green sheets to be laminated. Further, a green sheet can be further laminated on the surface opposite to the side where the coupling opening of the substrate on which the dielectric waveguide line is formed is formed. If applied to the sub-terahertz band, the thickness of the entire substrate can be increased even if the thickness of the dielectric waveguide line is very small, so that the strength of the entire substrate can be ensured. . However, it is difficult to use from the viewpoint of transmission loss.
  • An object of the present disclosure is to provide a connection structure that solves any of the problems described above.
  • a connection structure between a dielectric waveguide line and a waveguide is provided.
  • the dielectric waveguide line is disposed on a first dielectric substrate having a first substrate surface and a second substrate surface opposite to the first substrate surface, and the first substrate surface.
  • the first conductor layer, the second conductor layer disposed on the second substrate surface, and a distance of 1 ⁇ 2 or less of the dielectric tube wavelength as the guide wavelength of the high-frequency signal in the dielectric waveguide line The two rows of through conductor groups formed by forming a plurality of through conductors in the transmission direction of the dielectric waveguide line, wherein the two rows of through conductor groups are the first conductor layer and the second conductor.
  • the high-frequency signal is transmitted in a transmission region surrounded by a second conductor layer and the two rows of through conductor groups.
  • a coupling window is formed in the second conductor layer.
  • the waveguide has an opening end face of the waveguide facing the coupling window, and a transmission direction of the dielectric waveguide line and a transmission direction of the waveguide are orthogonal to each other. Has been placed.
  • a plurality of depressions are formed in the first substrate surface in the vicinity of the coupling window.
  • a hollow conductor layer that is electrically connected to the first conductor layer is formed on the inner wall surface of the plurality of hollows.
  • the dielectric substrate is formed by forming a local depression in the dielectric substrate without reducing the thickness of the entire dielectric substrate. It is possible to obtain good transmission characteristics while ensuring the mechanical strength.
  • connection structure of a 1st embodiment It is the II-II sectional view taken on the line of FIG. It is the III-III sectional view taken on the line of FIG. It is a top view of the connection structure of a 2nd embodiment. It is a top view of the connection structure of a 3rd embodiment. It is a top view of the connection structure of a 4th embodiment. It is a top view of the connection structure of a 5th embodiment. It is sectional drawing of the connection structure of 6th Embodiment. It is a top view of the connection structure of a 7th embodiment. It is a graph which shows the improvement effect of the transmission characteristic by a connection structure. It is sectional drawing of the connection structure of 8th Embodiment.
  • FIG. 1 is a plan view of the connection structure of the first embodiment.
  • 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
  • connection structure 3 between a dielectric waveguide line 1 and a rectangular waveguide 2.
  • the connection structure 3 includes a dielectric waveguide line 1 and a rectangular waveguide 2. Then, the dielectric waveguide line 1 and the rectangular waveguide are so arranged that the transmission direction 1A of the operating frequency signal in the dielectric waveguide line 1 and the transmission direction 2A of the operating frequency signal in the rectangular waveguide 2 are orthogonal to each other.
  • the wave tube 2 is connected.
  • the operating frequency signal is a specific example of a high frequency signal.
  • the dielectric waveguide 1 includes a first dielectric substrate 5, a first conductor layer 6, a second conductor layer 7, and two rows of via hole groups 8. And.
  • the first dielectric substrate 5 is, for example, quartz. As shown in FIG. 2, the first dielectric substrate 5 includes a first substrate surface 5a facing upward, and a second substrate surface 5b facing away from the first substrate surface 5a. And having.
  • the thickness 5T of the first dielectric substrate 5 is, for example, 0.35 millimeters.
  • the first conductor layer 6 is a conductor layer disposed on the first substrate surface 5 a of the first dielectric substrate 5.
  • the second conductor layer 7 is a conductor layer disposed on the second substrate surface 5 b of the first dielectric substrate 5.
  • the first conductor layer 6 and the second conductor layer 7 are, for example, copper.
  • the thickness of the first conductor layer 6 and the second conductor layer 7 is, for example, 20 micrometers.
  • the two-row via hole group 8 is a specific example of the two-row conductor penetration group. As shown in FIG. 1, the two rows of via hole groups 8 include a first via hole group 9 and a second via hole group 10.
  • the first via hole group 9 includes a plurality of via holes 9a.
  • the plurality of via holes 9a are arranged at a predetermined interval along the transmission direction 1A of the dielectric waveguide line 1.
  • the plurality of via holes 9 a electrically connect the first conductor layer 6 and the second conductor layer 7.
  • the predetermined interval is an interval of 1 ⁇ 2 or less of the dielectric tube wavelength as the guide wavelength of the operating frequency signal in the dielectric waveguide line 1.
  • the guide wavelength ⁇ _g is ⁇ / ⁇ (1 ⁇ ( ⁇ / ⁇ _c) ⁇ 2).
  • ⁇ is 1 / ⁇ ( ⁇ _r) of the wavelength of the operating frequency signal in vacuum
  • ⁇ _r is the dielectric constant of the dielectric substrate
  • ⁇ _c is the cutoff wavelength of the dielectric waveguide (in the TE_10 mode, the dielectric 2 times the width of the body waveguide line).
  • the second via hole group 10 includes a plurality of via holes 10a.
  • the plurality of via holes 10 a are arranged at the predetermined interval along the transmission direction 1 ⁇ / b> A of the dielectric waveguide line 1.
  • the plurality of via holes 10 a electrically connect the first conductor layer 6 and the second conductor layer 7.
  • the first via hole group 9 and the second via hole group 10 are formed so as to extend along the transmission direction 1A of the dielectric waveguide line 1.
  • the first via hole group 9 and the second via hole group 10 are formed to be parallel to each other.
  • the first via hole group 9 and the second via hole group 10 are formed so as to be separated in a direction orthogonal to the transmission direction 1A of the dielectric waveguide 1 in a plan view shown in FIG.
  • the first via hole group 9 and the second via hole group 10 described above function equivalently as waveguide sidewalls. Therefore, a transmission region Q surrounded by the first conductor layer 6 and the second conductor layer 7 and the two rows of via hole groups 8 is defined. The operating frequency signal is transmitted in the transmission region Q.
  • the dielectric waveguide line 1 includes a third via hole group 11.
  • the third via hole group 11 includes a plurality of via holes 11a.
  • the plurality of via holes 11a are arranged at the predetermined intervals along a direction orthogonal to the transmission direction 1A of the dielectric waveguide 1 in a plan view shown in FIG.
  • the plurality of via holes 11 a electrically connect the first conductor layer 6 and the second conductor layer 7. Therefore, the third via hole group 11 functions as a short-circuit termination of the transmission region Q.
  • a coupling window 12 is formed in the second conductor layer 7.
  • the coupling window 12 is an opening of the second conductor layer 7.
  • the coupling window 12 is formed in a rectangular shape that is narrow in the transmission direction 1A of the dielectric waveguide line 1 and wide in the direction orthogonal to the transmission direction 1A of the dielectric waveguide line 1. Yes.
  • the coupling window 12 is formed in the vicinity of the third via hole group 11.
  • the coupling window 12 is formed on the upstream side in the transmission direction 1 ⁇ / b> A of the dielectric waveguide 1 as viewed from the third via hole group 11.
  • the rectangular waveguide 2 is disposed so that the opening end face 13 of the rectangular waveguide 2 faces the coupling window 12.
  • the rectangular waveguide 2 is arranged such that at least a part of the open end face 13 of the rectangular waveguide 2 faces the coupling window 12.
  • the rectangular waveguide 2 is arranged such that the coupling window 12 is inside the opening end face 13.
  • An operating frequency signal is transmitted between the dielectric waveguide line 1 and the rectangular waveguide 2 through the coupling window 12.
  • a plurality of depressions 15 are formed in the first substrate surface 5 a of the first dielectric substrate 5 in the vicinity of the coupling window 12.
  • the plurality of depressions 15 include a plurality of transmission direction translational depressions 15a (extension depressions) and a plurality of transmission direction orthogonal depressions 15b (extension depressions).
  • the plurality of transmission direction translational recesses 15 a extend along the transmission direction 1 ⁇ / b> A of the dielectric waveguide line 1.
  • the plurality of transmission direction orthogonal recesses 15b extend along the direction in which the two rows of via hole groups 8 face each other.
  • the plurality of transmission direction translational recesses 15a and the plurality of transmission direction orthogonal recesses 15b are formed in a lattice shape.
  • the plurality of transmission direction translational recesses 15a are formed at the predetermined intervals in the direction in which the two rows of via hole groups 8 face each other.
  • the plurality of transmission direction translational recesses 15a are formed to be parallel to each other.
  • the plurality of transmission direction translational recesses 15a are formed apart from each other.
  • the plurality of transmission direction orthogonal recesses 15b are formed at the predetermined intervals in the transmission direction 1A of the dielectric waveguide 1.
  • the plurality of transmission direction orthogonal recesses 15b are formed to be parallel to each other.
  • the plurality of transmission direction orthogonal recesses 15b are formed apart from each other.
  • the transmission direction orthogonal recess 15b on the most downstream side in the transmission direction 1A of the dielectric waveguide 1 is formed so as to overlap the third via hole group 11.
  • a hollow conductor layer 16 that is electrically connected to the first conductor layer 6 is formed on the inner wall surface of the plurality of hollows 15.
  • the hollow conductor layer 16 is formed by, for example, plating.
  • the plurality of transmission direction translational depressions 15a function equivalently as the upper surface of the waveguide with respect to the operating frequency signal. Become. The same applies to the plurality of transmission direction orthogonal recesses 15b.
  • the predetermined interval is preferably an interval equal to or less than 1 ⁇ 4 of the wavelength in the dielectric tube.
  • the thickness of the first dielectric substrate 5 in the vicinity of the coupling window 12 is reduced without reducing the thickness of the first dielectric substrate 5 in the vicinity of the coupling window 12 as a whole.
  • the distance 5S between the bottom surfaces of the plurality of depressions 15 and the second substrate surface 5b is set to 1 ⁇ 4 of the wavelength in the dielectric tube.
  • the thickness of the first dielectric substrate 5 in the vicinity of the coupling window 12 contributes predominantly to the transmission characteristics of the connection structure between the dielectric waveguide line 1 and the rectangular waveguide 2.
  • the mechanical strength of the first dielectric substrate 5 is smaller than that in the case where the first dielectric substrate 5 is uniformly thinned in the vicinity of the coupling window 12. Strength can be secured.
  • each recess 15 when the first dielectric substrate 5 is made of quartz, an example of a method for forming the plurality of depressions 15 will be described.
  • a via hole that does not penetrate the first dielectric substrate 5 may be formed a plurality of times at a pitch that is approximately the radius of the via hole.
  • a femtosecond laser is irradiated to the center position of the via hole, and the focal point of the quartz substrate is modified by scanning the focal point.
  • the quartz substrate is treated with hydrofluoric acid.
  • the modified portion of the quartz substrate is selectively preferentially etched, and thereafter isotropically and gently etched. Thereby, a non-through via hole is formed in the quartz substrate.
  • the via holes are formed a plurality of times at a pitch approximately equal to the radius of the via holes, adjacent via holes are connected in the process of isotropic etching, and a recess 15 extending in a predetermined direction is formed.
  • a focal locus is formed so as to penetrate the quartz substrate, a through via hole can be formed similarly.
  • connection structure 3 between the dielectric waveguide line 1 and the rectangular waveguide 2 includes the dielectric waveguide line 1 and the rectangular waveguide 2.
  • the dielectric waveguide line 1 includes a first dielectric substrate 5 having a first substrate surface 5a and a second substrate surface 5b opposite to the first substrate surface 5a.
  • the dielectric waveguide line 1 includes a first conductor layer 6 disposed on the first substrate surface 5a and a second conductor layer 7 disposed on the second substrate surface 5b.
  • the dielectric waveguide line 1 has two rows of via hole groups 8 (through conductor groups).
  • the two rows of via hole groups 8 include a plurality of via holes in the transmission direction 1A of the dielectric waveguide line 1 at intervals of 1 ⁇ 2 or less of the dielectric waveguide wavelength as the waveguide wavelength of the high frequency signal in the dielectric waveguide line 1.
  • 9a is formed by forming a via hole 10a (through conductor).
  • Two rows of via hole groups 8 electrically connect the first conductor layer 6 and the second conductor layer 7.
  • Two rows of via hole groups 8 are formed apart in a direction orthogonal to the transmission direction 1A.
  • the dielectric waveguide line 1 transmits a high-frequency signal (through conductor group) in the transmission region Q surrounded by the first conductor layer 6, the second conductor layer 7, and the two rows of via hole groups 8.
  • a coupling window 12 is formed in the second conductor layer 7.
  • the rectangular waveguide 2 has a transmission direction 1A of the dielectric waveguide line 1 and a transmission direction 2A of the rectangular waveguide 2 such that the opening end face 13 of the rectangular waveguide 2 faces the coupling window 12.
  • a plurality of depressions 15 are formed in the first substrate surface 5a.
  • a hollow conductor layer 16 that is electrically connected to the first conductor layer 6 is formed on the inner wall surface of the plurality of hollows 15.
  • the local depression 15 is formed in the first dielectric substrate 5 without reducing the thickness of the entire first dielectric substrate 5, so that the machine of the first dielectric substrate 5 is improved. It is possible to obtain good transmission characteristics while ensuring a sufficient strength.
  • the plurality of depressions 15 do not include a plurality of transmission direction translational depressions 15 a, but include only a plurality of transmission direction orthogonal depressions 15 b.
  • the plurality of transmission direction orthogonal recesses 15 b are formed in the vicinity of the coupling window 12. Therefore, compared with the first embodiment, the area where the plurality of depressions 15 are formed is reduced, and thus the uniformity of the function as the upper surface of the waveguide is deteriorated, but the productivity and mechanical strength are improved. be able to.
  • the plurality of depressions 15 do not include the plurality of transmission direction orthogonal depressions 15 b but include only the plurality of transmission direction translational depressions 15 a.
  • the plurality of transmission direction translational recesses 15 a are formed in the vicinity of the coupling window 12. Therefore, compared with the first embodiment, the area where the plurality of depressions 15 are formed is reduced, and thus the uniformity of the function as the upper surface of the waveguide is deteriorated, but the productivity and mechanical strength are improved. be able to.
  • the plurality of depressions 15 include a plurality of transmission direction translational depressions 15a and a plurality of transmission direction orthogonal depressions 15b.
  • the plurality of depressions 15 include a plurality of transmission direction oblique depressions 15c (extensions) extending obliquely with respect to the transmission direction 1A of the dielectric waveguide line 1 in a plan view shown in FIG. Dent).
  • the plurality of transmission direction oblique recesses 15 c are formed in the vicinity of the coupling window 12.
  • the plurality of transmission direction oblique depressions 15c are formed in a lattice shape.
  • some of the transmission direction skew recesses 15c are formed in parallel to each other and at the predetermined interval.
  • the recess 15 further includes two transmission direction translational recesses 15a and two transmission direction orthogonal recesses 15b so as to surround the plurality of transmission direction oblique recesses 15c formed in a lattice shape.
  • the two transmission direction translational depressions 15a and the two transmission direction orthogonal depressions 15b are formed so as to draw a rectangle so as to surround the plurality of transmission direction oblique depressions 15c.
  • the plurality of depressions 15 include a plurality of transmission direction translational depressions 15a and a plurality of transmission direction orthogonal depressions 15b.
  • the plurality of depressions 15 include a plurality of columnar depressions 15 d extending in a columnar shape from the first conductor layer 6 toward the second conductor layer 7.
  • the plurality of cylindrical recesses 15 d are formed in the vicinity of the coupling window 12.
  • the plurality of cylindrical depressions 15d are formed in a matrix.
  • the plurality of cylindrical recesses 15d are non-through via holes. Therefore, compared with the first embodiment, the area where the plurality of depressions 15 are formed is reduced, and thus the uniformity of the function as the upper surface of the waveguide is deteriorated, but the productivity and mechanical strength are improved. be able to.
  • the depth D of the plurality of depressions 15 is gradually increased as it proceeds in the transmission direction 1A of the dielectric waveguide line 1.
  • the thickness of the first dielectric substrate 5 gradually decreases equivalently as it proceeds in the transmission direction 1A of the dielectric waveguide line 1.
  • the configuration in which the depth D of the plurality of depressions 15 is gradually increased as described above can be applied to the first to fifth embodiments.
  • the plurality of depressions 15 include a plurality of columnar depressions 15d
  • the depth D of the plurality of columnar depressions 15d is gradually changed.
  • the depth D of the plurality of cylindrical recesses 15d is increased stepwise so that the thickness of the first dielectric substrate 5 does not change rapidly as it proceeds in the transmission direction 1A of the dielectric waveguide line 1. Is desirable. By doing so, stress relaxation in the first dielectric substrate 5, that is, improvement in mechanical strength can be expected.
  • the distance between the first via hole group 9 and the second via hole group 10 is locally increased in the vicinity of the coupling window 12. That is, the horizontal dimension of the transmission region Q is locally increased in the vicinity of the coupling window 12. According to this, a resonator is formed in the vicinity of the coupling window 12, so that the transmission characteristics can be widened.
  • FIG. 10 is a graph showing the improvement effect of the transmission characteristics by the connection structure 3.
  • the plurality of depressions 15 are formed in a lattice shape (with a lattice groove structure) and when the plurality of depressions 15 are not formed (no groove structure), respectively.
  • the results of electromagnetic field analysis of the transmission characteristics are compared.
  • the thickness 5T of the first dielectric substrate 5 was set to 0.35 mm at which sufficient strength was obtained in an actual trial production.
  • the diameter of a large number of via holes constituting the two rows of via hole groups 8 was 0.1 mm
  • the pitch of the via holes was 0.2 mm
  • the separation distance between the two rows of via hole groups 8 was 0.75 mm.
  • the depth D of the plurality of depressions 15 after optimization was 0.075 mm
  • the interval between the plurality of transmission direction translational depressions 15a was 0.2 mm
  • the interval between the plurality of transmission direction orthogonal depressions 15b was 0.3 mm.
  • the resonator structure shown in the seventh embodiment is optimized and adopted. According to FIG. 10, it was confirmed that providing a plurality of depressions 15 in the first dielectric substrate 5 provided a better transmission characteristic in a wider band.
  • the distance 5S between the bottom surfaces of the plurality of depressions 15 after optimization and the second substrate surface 5b is the size of the resonator structure and functions as the top surface of the waveguide at the bottom surface of the depressions 15. It is affected by uniformity, coupling window 12 and the like. Therefore, the distance 5S after optimization does not have to be exactly 1 ⁇ 4 of the guide wavelength.
  • a plurality of depressions 15 are formed in the first dielectric substrate 5 in the vicinity of the coupling window 12.
  • the first dielectric substrate 5 has a portion where the plurality of depressions 15 are not formed in the vicinity of the coupling window 12.
  • This part can be laminated with another substrate. Therefore, in the present embodiment, the second dielectric substrate 20 is laminated on the first dielectric substrate 5 regardless of whether or not it is in the vicinity of the coupling window 12. Specifically, the second dielectric substrate 20 is laminated on the first conductor layer 6 regardless of whether or not it is in the vicinity of the coupling window 12.
  • a third conductor layer 21 is formed on the upper surface 20a of the second dielectric substrate 20 opposite to the first dielectric substrate 5.
  • the dielectric waveguide line 1 and the second dielectric substrate 20 are electrically completely separated by the first conductor layer 6. For this reason, a microstrip line or a coplanar line can be formed using the third conductor layer 21.
  • a microstrip line is configured using the third conductor layer 21, the first conductor layer 6, the second dielectric substrate 20, and the third conductor layer 21 are used.
  • a coplanar line is configured using the third conductor layer 21, the second dielectric substrate 20 and the third conductor layer 21 are used.
  • An IC or the like can be mounted using the third conductor layer 21.
  • the second dielectric substrate 20 can be made of quartz. However, quartz is highly rigid and easily cracked, making lamination difficult. Therefore, the second dielectric substrate 20 can be configured by sticking a sheet made of a resin material, such as polyimide, having a low rigidity and a small load on the first dielectric substrate 5 to the first conductor layer 6. desirable. In the present embodiment, since the second dielectric substrate 20 can be periodically supported by the first dielectric substrate 5 in the coupling window 12, even if the second dielectric substrate 20 has low rigidity. The second dielectric substrate 20 is difficult to bend, and the flatness of the second dielectric substrate 20 can be ensured.
  • a resin material such as polyimide
  • a separate conductor layer may be formed on the lower surface of the second dielectric substrate 20 and facing the plurality of recesses 15. In this case, even if the transmission line formed in the third conductor layer 21 is formed across the depression 15, continuity as a transmission line can be ensured.
  • the pitch of the plurality of transmission direction translation recesses 15a, the pitch of the plurality of transmission direction orthogonal recesses 15b, the pitch of the plurality of transmission direction skew recesses 15c, and the pitch of the plurality of cylindrical recesses 15d can be appropriately changed.
  • the length and width of the transmission direction translation recess 15a, the transmission direction orthogonal recess 15b, and the transmission direction skew recess 15c can be changed as appropriate.
  • the transmission direction orthogonal recess 15b is formed in the vicinity of the coupling window 12 so as to connect the via hole 9a and the via hole 10a.
  • the transmission direction orthogonal recess 15b is formed in the via hole 9a and the via hole 10a. It does not have to be connected to.
  • the coupling window 12 may be a circle, other polygons, in addition to a rectangle.
  • the plurality of depressions 15 are formed only in the vicinity of the coupling window 12. Instead of this, the plurality of depressions 15 are formed in a portion away from the coupling window 12. Also good. In this case, when the operating frequency signal transmitted through the dielectric waveguide line 1 approaches the vicinity of the coupling window 12, a sudden change in the electromagnetic field distribution can be mitigated.
  • the rectangular waveguide 2 employed in each of the above embodiments may be replaced with a circular waveguide depending on the application. In this case, however, the operating band is narrower than that of a standard waveguide having a cross-sectional aspect ratio of 1: 2.
  • the first dielectric substrate 5 is made of quartz.
  • a dielectric substrate such as a ceramic substrate or a resin substrate may be used.
  • the plurality of recesses 15 may be formed by, for example, router processing.

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Abstract

接続構造（３）は、誘電体導波管線路（１）と方形導波管（２）を有する。誘電体導波管線路（１）は、第１の導体層（６）、第２の導体層（７）、２列のビアホール群（８）で囲まれた伝送領域（Ｑ）において高周波信号を伝送する。第２の導体層（７）には結合用窓（１２）が形成されている。方形導波管（２）は、方形導波管（２）の開口端面（１３）が結合用窓（１２）に対向するように、且つ、誘電体導波管線路（１）の伝送方向（１Ａ）と方形導波管（２）の伝送方向（２Ａ）が互いに直交するように配置されている。結合用窓（１２）の近傍において第１の基板面（５ａ）には複数の窪み（１５）が形成されている。複数の窪み（１５）の内壁面には、第１の導体層（６）と電気的に接続する窪み導体層（１６）が形成されている。

Description

誘電体導波管線路と導波管との接続構造
　本発明は、誘電体導波管線路と導波管との接続構造に関する。
　近年、スマートフォン等、モバイル端末機器の普及による端末数の増大に加えて、動画のストリーミング等の大容量通信用途が拡大することによって、通信トラフィックが急増している。このような中、広大な周波数帯域を持つサブテラヘルツ帯を利用して大容量通信を実現することが期待されている。ここで、サブテラヘルツ帯とは、一般に100GHz以上の周波数帯を意味する。
　従来のミリ波帯等の高周波数帯モジュールには、多層化し易く設計の自由度が高いLTCC（Low Temperature Co-fired Ceramics）が広く使用されている。また、材料が本質的に低損失であること、及び、低い誘電率（波長短縮効果の低減）に起因して伝送損失が低損失であることから、樹脂基板が使用されることも多い。樹脂基板は、PTFE（PolyTetraFluoroEthylene）やLCP（Liquid Crystal Polymer）等である。
　サブテラヘルツ帯では波長が非常に小さいため、高周波信号の伝送線路等にはより高い加工精度が要求される。また、増幅器等の半導体素子の利得性能に余裕がないことから、より効率の良い高周波数信号伝送が重要となる。そのため、パッケージに使用される材料には低損失であることが求められている。ミリ波帯で一般的なLTCCでは寸法精度があまり高くないこと、及び、損失が比較的大きいことから、サブテラヘルツ帯への適用は難しい。一方、樹脂基板では低損失ではあるものの剛性が低く実装方法に制限があること、及び、寸法精度があまり高くないことから、同様にサブテラヘルツ帯への適用は難しい。
　高い剛性を有し、高い寸法精度を得易く、且つ、低損失で、低誘電率な基板材料として石英が知られている。しかしながら、ビアホールの形成が難しいことから、これまでは限られた用途での使用に留まり、広く使用されるまでには至っていなかった。近年、ビアホールの形成技術の進展により、微細なビアホールを精度よく形成できるようになってきた結果、ミリ波帯パッケージへの石英の使用が増えつつある。
　無線通信において長距離伝送のために高いアンテナ利得が必要な場合は、カセグレンアンテナやレンズアンテナ等の導波管インターフェイスを持つアンテナが一般的に使用される。この場合、パッケージから導波管への高周波信号の伝送を如何に効率良く行うかが重要である。
　特許文献1（特開２０００－１９６３０１号公報）には、パッケージ上の伝送線路として、マイクロストリップ線路やコプレーナ線路等の平面構造を有する伝送線路と比較して低損失な誘電体導波管線路を使用し、誘電体導波管線路から方形導波管への接続構造が記載されている。誘電体導波管線路構造は、誘電体基板の表裏両面に形成した導体面を2つのビアホール列により接続することにより構成されている。各ビアホール列は、管内波長の1/2以下の間隔で形成されたビアホールから構成されることにより、等価的に導波管側壁面として機能する。ここで、管内波長λ_ｇは、λ/√(1－(λ/λ_c)^2)である。但し、λは、動作周波数信号の真空中の波長の1/√(ε_r)、ε_rは誘電体基板の比誘電率、λ_cは、誘電体導波管線路の遮断波長（TE_10モードの場合、誘電体導波管線路の横幅の２倍）である。
　誘電体導波管線路の一端の表裏導体面の一方に結合用開口部が設けられ、当該開口部に方形導波管が鉛直方向に接続されている。誘電体導波管線路と方形導波管との間の電磁波の伝送は、結合用開口部を介した電界結合によって実現される。誘電体導波管線路の誘電体基板の厚さは管内波長の1/4に設定されているため、結合用開口部において電界強度が最大となる。これにより、誘電体導波管線路と方形導波管との電磁波の効率的な伝送を実現している。
　特許文献1には、多層セラミック技術を使用して、誘電体導波管線路を作製する例が記載されている。誘電体導波管線路の厚さは、積層するグリーンシートの層数によって調整される。また、誘電体導波管線路が形成される基板の結合用開口部が形成されるのとは反対側の面に、更に、グリーンシートを積層することができる。仮に、サブテラヘルツ帯に適用した場合、誘電体導波管線路の厚さが非常に小さくても、基板全体としての厚さを大きくすることができるため、基板全体の強度を確保することができる。しかしながら、伝送損失の観点から、使用することは難しい。
　一方、サブテラヘルツ帯での利用が期待される石英を使用して誘電体導波管線路を形成する場合、例えば、断面形状の横幅が０．７５ｍｍの誘電体導波管線路における、１６０ＧＨｚでの管内波長の１／４は０．３１ｍｍと非常に小さくなる。石英は剛性があり割れ易いことから、多層化が難しい石英基板では、最適な基板厚が非常に小さくなるため基板の強度確保が課題であった。
　本開示の目的は、上述した課題の何れかを解決する接続構造を提供することにある。
　本開示によれば、誘電体導波管線路と導波管との接続構造が提供される。前記誘電体導波管線路は、第１の基板面と前記第１の基板面と反対側の第２の基板面を有する第１の誘電体基板と、前記第１の基板面に配置された第１の導体層と、前記第２の基板面に配置された第２の導体層と、前記誘電体導波管線路における高周波信号の管内波長としての誘電体管内波長の１／２以下の間隔で前記誘電体導波管線路の伝送方向に複数の貫通導体を形成して成る２列の貫通導体群であって前記２列の貫通導体群は前記第１の導体層と前記第２の導体層を電気的に接続すると共に前記２列の貫通導体群は前記伝送方向と直交する方向に離れて形成されている前記２列の貫通導体群と、を含み、前記第１の導体層、前記第２の導体層、前記２列の貫通導体群で囲まれた伝送領域において前記高周波信号を伝送するものである。前記第２の導体層には結合用窓が形成されている。前記導波管は、前記導波管の開口端面が前記結合用窓に対向するように、且つ、前記誘電体導波管線路の伝送方向と前記導波管の伝送方向が互いに直交するように配置されている。前記結合用窓の近傍において前記第１の基板面には複数の窪みが形成されている。前記複数の窪みの内壁面には、前記第１の導体層と電気的に接続する窪み導体層が形成されている。
　本発明によれば、誘電体導波管線路と導波管との接続構造において、誘電体基板全体を薄くすることなく、誘電体基板内に局所的な窪みを形成することにより、誘電体基板の機械的な強度を確保しつつ、良好な伝送特性を得ることができる。
第１実施形態の接続構造の平面図である。 図１のII-II線断面図である。 図１のIII-III線断面図である。 第２実施形態の接続構造の平面図である。 第３実施形態の接続構造の平面図である。 第４実施形態の接続構造の平面図である。 第５実施形態の接続構造の平面図である。 第６実施形態の接続構造の断面図である。 第７実施形態の接続構造の平面図である。 接続構造による伝送特性の改善効果を示すグラフである。 第８実施形態の接続構造の断面図である。
（第１実施形態）
　以下、図１から図３を参照して、第１実施形態を説明する。図１は、第１実施形態の接続構造の平面図である。図２は、図１のII-II線断面図である。図３は、図１のIII-III線断面図である。
　図１から図３には、誘電体導波管線路１と方形導波管２との接続構造３を示している。図２に示すように、接続構造３は、誘電体導波管線路１と方形導波管２を備えている。そして、誘電体導波管線路１における動作周波数信号の伝送方向１Ａと、方形導波管２における動作周波数信号の伝送方向２Ａと、が直交するように、誘電体導波管線路１と方形導波管２が接続している。なお、動作周波数信号は、高周波信号の一具体例である。
　図１及び図２に示すように、誘電体導波管線路１は、第１の誘電体基板５と、第１の導体層６と、第２の導体層７と、２列のビアホール群８と、を備えている。
　第１の誘電体基板５は、例えば石英である。図２に示すように、第１の誘電体基板５は、上方を向く第１の基板面５ａと、第１の基板面５ａと反対側の面であって下方を向く第２の基板面５ｂと、を有する。第１の誘電体基板５の厚み５Ｔは、例えば、０．３５ミリメートルである。
　第１の導体層６は、第１の誘電体基板５の第１の基板面５ａに配置された導体層である。第２の導体層７は、第１の誘電体基板５の第２の基板面５ｂに配置された導体層である。第１の導体層６及び第２の導体層７は、例えば銅である。第１の導体層６及び第２の導体層７の厚みは、例えば、２０マイクロメートルである。
　２列のビアホール群８は、２列の導体貫通群の一具体例である。図１に示すように、２列のビアホール群８は、第１ビアホール群９と、第２ビアホール群１０と、を有する。
　第１ビアホール群９は、複数のビアホール９ａを含む。複数のビアホール９ａは、誘電体導波管線路１の伝送方向１Ａに沿って所定の間隔で配置されている。複数のビアホール９ａは、第１の導体層６と第２の導体層７を電気的に接続する。上記所定の間隔は、誘電体導波管線路１における動作周波数信号の管内波長としての誘電体管内波長の１／２以下の間隔である。なお、管内波長λ_ｇは、λ/√(1－(λ/λ_c)^2)である。但し、λは、動作周波数信号の真空中の波長の1/√(ε_r)、ε_rは誘電体基板の比誘電率、λ_cは、誘電体導波管線路の遮断波長（TE_10モードの場合、誘電体導波管線路の横幅の２倍）である。
　第２ビアホール群１０は、複数のビアホール１０ａを含む。複数のビアホール１０ａは、誘電体導波管線路１の伝送方向１Ａに沿って上記所定の間隔で配置されている。複数のビアホール１０ａは、第１の導体層６と第２の導体層７を電気的に接続する。
　第１ビアホール群９及び第２ビアホール群１０は、誘電体導波管線路１の伝送方向１Ａに沿って延びるように形成されている。第１ビアホール群９及び第２ビアホール群１０は、互いに平行となるように形成されている。第１ビアホール群９及び第２ビアホール群１０は、図１に示す平面視において、誘電体導波管線路１の伝送方向１Ａと直交する方向に離れるように形成されている。
　上記の第１ビアホール群９及び第２ビアホール群１０は、等価的に導波管側壁として機能する。従って、第１の導体層６と第２の導体層７、２列のビアホール群８によって囲まれた伝送領域Ｑが規定される。動作周波数信号は伝送領域Ｑにおいて伝送する。
　図１に示すように、誘電体導波管線路１は、第３ビアホール群１１を有する。第３ビアホール群１１は、複数のビアホール１１ａを含む。複数のビアホール１１ａは、図１に示す平面視において誘電体導波管線路１の伝送方向１Ａに対して直交する方向に沿って上記所定の間隔で配置されている。複数のビアホール１１ａは、第１の導体層６と第２の導体層７を電気的に接続する。従って、第３ビアホール群１１は、伝送領域Ｑの短絡終端として機能する。
　図１から図３に示すように、第２の導体層７には結合用窓１２が形成されている。結合用窓１２は、第２の導体層７の開口である。図１に示すように、結合用窓１２は、誘電体導波管線路１の伝送方向１Ａにおいて狭く、誘電体導波管線路１の伝送方向１Ａと直交する方向に広い矩形状に形成されている。結合用窓１２は、第３ビアホール群１１の近傍に形成されている。結合用窓１２は、第３ビアホール群１１から見て、誘電体導波管線路１の伝送方向１Ａの上流側に形成されている。図２及び図３に示すように、方形導波管２は、方形導波管２の開口端面１３が結合用窓１２と対向するように配置されている。方形導波管２は、方形導波管２の開口端面１３の少なくとも一部が結合用窓１２と対向するように配置されている。方形導波管２は、結合用窓１２が開口端面１３の内側となるように配置されている。そして、この結合用窓１２を介して、誘電体導波管線路１と方形導波管２との間で動作周波数信号が伝送される。
　図１に戻り、結合用窓１２の近傍において第１の誘電体基板５の第１の基板面５ａには複数の窪み１５が形成されている。複数の窪み１５は、複数の伝送方向並進窪み１５ａ（延伸窪み）と、複数の伝送方向直交窪み１５ｂ（延伸窪み）と、を含む。
　複数の伝送方向並進窪み１５ａは、誘電体導波管線路１の伝送方向１Ａに沿って延びている。複数の伝送方向直交窪み１５ｂは、２列のビアホール群８が向かい合う方向に沿って延びている。そして、複数の伝送方向並進窪み１５ａと複数の伝送方向直交窪み１５ｂは、格子状に形成されている。
　具体的には、複数の伝送方向並進窪み１５ａは、２列のビアホール群８が向かい合う方向において上記所定の間隔で形成されている。複数の伝送方向並進窪み１５ａは、互いに平行となるように形成されている。複数の伝送方向並進窪み１５ａは、互いに離れて形成されている。
　同様に、複数の伝送方向直交窪み１５ｂは、誘電体導波管線路１の伝送方向１Ａにおいて上記所定の間隔で形成されている。複数の伝送方向直交窪み１５ｂは、互いに平行となるように形成されている。複数の伝送方向直交窪み１５ｂは、互いに離れて形成されている。複数の伝送方向直交窪み１５ｂのうち誘電体導波管線路１の伝送方向１Ａにおいて最も下流側の伝送方向直交窪み１５ｂは、第３ビアホール群１１と重複するように形成されている。
　そして、図２及び図３に示すように、複数の窪み１５の内壁面には、第１の導体層６と電気的に接続する窪み導体層１６が形成されている。窪み導体層１６は、例えばメッキ処理等により形成されている。
　上記の通り、複数の伝送方向並進窪み１５ａを上記所定の間隔で形成することで、複数の伝送方向並進窪み１５ａは、動作周波数信号に対して等価的に導波管の上面として機能することになる。複数の伝送方向直交窪み１５ｂについても同様である。なお、複数の窪み１５の底面を等価的にほぼ均一な導体面として機能させるべく、上記所定の間隔は誘電体管内波長の１／４以下の間隔であることが望ましい。
　このように複数の窪み１５を形成することにより、結合用窓１２近傍における第１の誘電体基板５を全体的に薄くすることなく、結合用窓１２近傍における第１の誘電体基板５の厚みを等価的に最適とされる誘電体管内波長の１／４程度とすることができる。本実施形態では、図２に示すように、複数の窪み１５の底面と、第２の基板面５ｂと、の間の距離５Ｓは、誘電体管内波長の１／４としている。結合用窓１２近傍における第１の誘電体基板５の厚みは、誘電体導波管線路１と方形導波管２との接続構造の伝送特性に特に支配的に寄与する。
　また、複数の窪み１５を格子状に形成しているので、結合用窓１２の近傍において第１の誘電体基板５を満遍なく薄くする場合と比較して、第１の誘電体基板５の機械的強度を確保することができるようになる。
　ここで、例えば、第１の誘電体基板５を石英で構成した場合において、複数の窪み１５を形成する方法の一例について述べる。各窪み１５を形成するには、第１の誘電体基板５を貫通しない程度のビアホールをビアホールの半径程度のピッチで複数回、形成すればよい。
　次に、ビアホールの形成方法の一例について述べる。
　（１）まず、ビアホールの中心位置にフェムト秒レーザーを照射して、その焦点を走査することにより、石英基板の焦点の軌跡部分を改質する。
　（２）次に、石英基板をフッ酸処理する。すると、石英基板の改質された部分が選択的に優先的にエッチングされ、その後、等方的に緩やかにエッチングされる。これにより、石英基板内に非貫通ビアホールが形成される。
　（３）ビアホールをビアホールの半径程度のピッチで複数回形成すると、等方的なエッチングの過程で隣接するビアホール同士が繋がり、所定の方向に延びる窪み１５が形成されることになる。
　（４）なお、石英基板を貫通するように焦点の軌跡を形成すれば、同様に、貫通ビアホールを形成できる。
　以上に説明したように、誘電体導波管線路１と方形導波管２（導波管）との接続構造３は、誘電体導波管線路１と方形導波管２を有する。誘電体導波管線路１は、第１の基板面５ａと第１の基板面５ａと反対側の第２の基板面５ｂを有する第１の誘電体基板５を有する。誘電体導波管線路１は、第１の基板面５ａに配置された第１の導体層６と、第２の基板面５ｂに配置された第２の導体層７と、を有する。誘電体導波管線路１は、２列のビアホール群８（貫通導体群）を有する。２列のビアホール群８は、誘電体導波管線路１における高周波信号の管内波長としての誘電体管内波長の１／２以下の間隔で誘電体導波管線路１の伝送方向１Ａに複数のビアホール９ａ・ビアホール１０ａ（貫通導体）を形成して成る。２列のビアホール群８は第１の導体層６と第２の導体層７を電気的に接続する。２列のビアホール群８は伝送方向１Ａと直交する方向に離れて形成されている。誘電体導波管線路１は、第１の導体層６、第２の導体層７、２列のビアホール群８で囲まれた伝送領域Ｑにおいて高周波信号（貫通導体群）を伝送する。第２の導体層７には結合用窓１２が形成されている。方形導波管２は、方形導波管２の開口端面１３が結合用窓１２に対向するように、且つ、誘電体導波管線路１の伝送方向１Ａと方形導波管２の伝送方向２Ａが互いに直交するように配置されている。結合用窓１２の近傍において第１の基板面５ａには複数の窪み１５が形成されている。複数の窪み１５の内壁面には、第１の導体層６と電気的に接続する窪み導体層１６が形成されている。
　以上の構成によれば、第１の誘電体基板５全体を薄くすることなく、第１の誘電体基板５内に局所的な窪み１５を形成することにより、第１の誘電体基板５の機械的な強度を確保しつつ、良好な伝送特性を得ることができる。
（第２実施形態）
　次に、図４を参照して、第２実施形態を説明する。以下、本実施形態が上記第１実施形態と相違する点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
　図４に示すように、本実施形態では、複数の窪み１５は、複数の伝送方向並進窪み１５ａを含まず、複数の伝送方向直交窪み１５ｂのみを含む。複数の伝送方向直交窪み１５ｂは、結合用窓１２の近傍に形成されている。従って、上記第１実施形態と比較して、複数の窪み１５が形成される面積が小さくなるため導波管の上面としての機能の均一性は悪化するものの、生産性や機械的強度を向上することができる。
（第３実施形態）
　次に、図５を参照して、第３実施形態を説明する。以下、本実施形態が上記第１実施形態と相違する点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
　図５に示すように、本実施形態では、複数の窪み１５は、複数の伝送方向直交窪み１５ｂを含まず、複数の伝送方向並進窪み１５ａのみを含む。複数の伝送方向並進窪み１５ａは、結合用窓１２の近傍に形成されている。従って、上記第１実施形態と比較して、複数の窪み１５が形成される面積が小さくなるため導波管の上面としての機能の均一性は悪化するものの、生産性や機械的強度を向上することができる。
（第４実施形態）
　次に、図６を参照して、第４実施形態を説明する。以下、本実施形態が上記第１実施形態と相違する点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
　上記第１実施形態において、複数の窪み１５は、複数の伝送方向並進窪み１５ａと、複数の伝送方向直交窪み１５ｂと、を含む。
　これに対し、本実施形態では、複数の窪み１５は、図６に示す平面視において、誘電体導波管線路１の伝送方向１Ａに対して斜めに延びる複数の伝送方向斜行窪み１５ｃ（延伸窪み）を含む。複数の伝送方向斜行窪み１５ｃは、結合用窓１２の近傍に形成されている。複数の伝送方向斜行窪み１５ｃは、格子状に形成されている。
　複数の伝送方向斜行窪み１５ｃのうち幾つかの伝送方向斜行窪み１５ｃは、互いに平行となるように、かつ、上記所定の間隔で形成されている。
　また、格子状に形成された複数の伝送方向斜行窪み１５ｃを囲むように、窪み１５は、更に、２つの伝送方向並進窪み１５ａと、２つの伝送方向直交窪み１５ｂと、を含む。２つの伝送方向並進窪み１５ａと２つの伝送方向直交窪み１５ｂは、複数の伝送方向斜行窪み１５ｃを取り囲むように矩形を描くように形成されている。
（第５実施形態）
　次に、図７を参照して、第５実施形態を説明する。以下、本実施形態が上記第１実施形態と相違する点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
　上記第１実施形態において、複数の窪み１５は、複数の伝送方向並進窪み１５ａと、複数の伝送方向直交窪み１５ｂと、を含む。
　これに対し、本実施形態では、複数の窪み１５は、第１の導体層６から第２の導体層７に向かって円柱状に延びる複数の円柱窪み１５ｄを含む。複数の円柱窪み１５ｄは、結合用窓１２の近傍に形成されている。複数の円柱窪み１５ｄは、マトリックス状に形成されている。複数の円柱窪み１５ｄは、非貫通ビアホールである。従って、上記第１実施形態と比較して、複数の窪み１５が形成される面積が小さくなるため導波管の上面としての機能の均一性は悪化するものの、生産性や機械的強度を向上することができる。
（第６実施形態）
　次に、図８を参照して、第６実施形態を説明する。以下、本実施形態が上記第１実施形態と相違する点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
　本実施形態では、誘電体導波管線路１の伝送方向１Ａに進むにつれて、複数の窪み１５の深さＤを徐々に大きくしている。これによれば、誘電体導波管線路１の伝送方向１Ａに進むにつれて第１の誘電体基板５の厚みが等価的に徐々に小さくなる。以上の構成によれば、誘電体導波管線路１内における縦方向の電界ベクトルを方形導波管２内における横方向の電界ベクトルに円滑に変換することができ、より効率的な伝送が実現される。
　上記のように複数の窪み１５の深さＤを徐々に大きくする構成は、上記第１から第５実施形態に適用することができる。特に、複数の窪み１５が複数の円柱窪み１５ｄを含む場合、複数の円柱窪み１５ｄの深さＤを徐々に変化させることになる。誘電体導波管線路１の伝送方向１Ａに進むにつれて第１の誘電体基板５の厚みが急激に変化することのないよう、複数の円柱窪み１５ｄの深さＤは、段階的に大きくすることが望ましい。こうすることで、第１の誘電体基板５における応力緩和、即ち、機械的強度の向上を期待できる。
（第７実施形態）
　次に、図９を参照して、第７実施形態を説明する。以下、本実施形態が上記第１実施形態と相違する点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
　本実施形態では、結合用窓１２の近傍において、第１ビアホール群９と第２ビアホール群１０との間の距離を局所的に拡大するようにしている。即ち、結合用窓１２の近傍において、伝送領域Ｑの横寸法が局所的に大きくなるようにしている。これによれば、結合用窓１２の近傍において共振器が構成されることになり、もって、伝送特性の広帯域化が可能となる。
（効果実証試験報告）
　次に、接続構造３による伝送特性の改善効果を実証する試験を実施したのでその結果を報告する。図１０は、接続構造３による伝送特性の改善効果を示すグラフである。このグラフにおいては、複数の窪み１５が格子状に形成されている場合（格子状溝構造有）と、複数の窪み１５が形成されていない場合（溝構造無）と、をそれぞれ最適化した際の伝送特性を電磁界解析した結果を対比させている。
　図１において、第１の誘電体基板５の厚み５Ｔは、実際の試作において十分な強度が得られた０．３５ｍｍとした。２列のビアホール群８を構成する多数のビアホールの直径を０．１ｍｍとし、ビアホールのピッチを０．２ｍｍとし、２列のビアホール群８の離間距離は０．７５ｍｍとした。最適化後の複数の窪み１５の深さＤを０．０７５ｍｍ、複数の伝送方向並進窪み１５ａの間隔を０．２ｍｍ、複数の伝送方向直交窪み１５ｂの間隔を０．３ｍｍとした。また、第１の誘電体基板５に複数の窪み１５が形成されている場合もそうでない場合も、第７実施形態で示した共振器構造を最適化した上で採用した。図１０によれば、第１の誘電体基板５に複数の窪み１５を設けることで、より広帯域で、良好な伝送特性が得られていることを確認できた。なお、最適化後の複数の窪み１５の底面と、第２の基板面５ｂと、の間の距離５Ｓは、共振器構造の大きさ、窪み１５の底面の導波管の上面としての機能の均一性、結合用窓１２等の影響を受ける。そのため、最適化後の距離５Ｓが、厳密に、管内波長の１／４となっていなくても良い。
（第８実施形態）
　次に、図１１を参照して、第８実施形態を説明する。以下、本実施形態が上記第１実施形態と相違する点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
　図１１に示すように、結合用窓１２の近傍において第１の誘電体基板５には、複数の窪み１５が形成されている。裏を返せば、結合用窓１２の近傍において第１の誘電体基板５には、複数の窪み１５が形成されていない部分を有する。この部分は、他の基板を積層することが可能である。従って、本実施形態では、結合用窓１２の近傍であるか否かにかかわらず、第１の誘電体基板５の上に第２の誘電体基板２０が積層されている。詳しくは、結合用窓１２の近傍であるか否かにかかわらず、第１の導体層６に第２の誘電体基板２０が積層されている。また、第２の誘電体基板２０の第１の誘電体基板５と反対側の上面２０ａには、第３の導体層２１が形成されている。誘電体導波管線路１と第２の誘電体基板２０は、第１の導体層６により電気的に完全に分離されている。このため、第３の導体層２１を利用してマイクロストリップ線路やコプレーナ線路を構成することができる。第３の導体層２１を利用してマイクロストリップ線路を構成する場合は、第１の導体層６と第２の誘電体基板２０と第３の導体層２１を用いる。第３の導体層２１を利用してコプレーナ線路を構成する場合は、第２の誘電体基板２０と第３の導体層２１を用いる。第３の導体層２１を用いてIC等を実装することもできる。
　第２の誘電体基板２０は、石英とすることができる。しかしながら、石英は高剛性であり割れやすく、積層自体が困難である。そこで、ポリイミド等の低剛性で第１の誘電体基板５への負荷が小さい樹脂材料から成るシートを第１の導体層６に貼り付けることにより、第２の誘電体基板２０を構成することが望ましい。本実施形態では、結合用窓１２において第２の誘電体基板２０は周期的に第１の誘電体基板５に支持させることができるので、第２の誘電体基板２０が低剛性であっても第２の誘電体基板２０が撓みにくく、第２の誘電体基板２０の平坦性を確保できる。
　なお、第２の誘電体基板２０の下面であって複数の窪み１５に対向する面には、別途導体層を形成しておいてもよい。この場合、第３の導体層２１に形成された伝送線路が窪み１５を跨いで形成されたとしても、伝送線路としての連続性を確保することができる。
　以上に、本願発明の好適な実施形態を説明したが、上記各実施形態は以下のように変更できる。
　即ち、複数の伝送方向並進窪み１５ａのピッチ、複数の伝送方向直交窪み１５ｂのピッチ、複数の伝送方向斜行窪み１５ｃのピッチ、複数の円柱窪み１５ｄのピッチは、適宜変更することができる。伝送方向並進窪み１５ａや伝送方向直交窪み１５ｂ、伝送方向斜行窪み１５ｃの長さや幅も適宜変更できる。図１及び図４に示すように、結合用窓１２の近傍においてビアホール９ａとビアホール１０ａを結ぶように伝送方向直交窪み１５ｂを形成しているが、伝送方向直交窪み１５ｂは、ビアホール９ａやビアホール１０ａに接続していなくてもよい。
　２列のビアホール群８は、直線上に並べて形成することは必須ではない。格子状とした複数の窪み１５の外周端は矩形でなくてもよい。少なくとも何れか１つの窪み１５が２列のビアホール群８の外側に突出していてもよい。結合用窓１２は、矩形の他、円形やその他の多角形であってもよい。
　上記各実施形態では、結合用窓１２の近傍にのみ複数の窪み１５を形成することとしたが、これに代えて、結合用窓１２から離れた部分にも複数の窪み１５を形成することとしてもよい。この場合、誘電体導波管線路１を伝送してきた動作周波数信号が結合用窓１２近傍に近づくに際し、電磁界分布の急激な変化を緩和することができる。
　上記各実施形態において採用した方形導波管２は、用途に応じて円形導波管に置き換えてもよい。ただし、この場合、断面の縦横比が１：２である標準導波管よりも動作帯域は狭まることになる。
　上記各実施形態において、第１の誘電体基板５は石英とした。しかし、石英に代えて、セラミック基板、樹脂基板等の誘電体基板であっても構わない。
　上記各実施形態において、複数の窪み１５は、例えばルーター加工により形成してもよい。
　以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　この出願は、２０１８年６月４日に出願された日本出願特願２０１８－１０６８９６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１　誘電体導波管線路
１Ａ　伝送方向
２　方形導波管
２Ａ　伝送方向
３　接続構造
５　第１の誘電体基板
５ａ　第１の基板面
５ｂ　第２の基板面
６　第１の導電層
７　第２の導電層
８　ビアホール群
９　第１ビアホール群
９ａ　ビアホール
１０　第２ビアホール群
１０ａ　ビアホール
１１　第３ビアホール群
１１ａ　ビアホール
１２　結合用窓
１３　開口端面
１５　窪み
１５ａ　伝送方向並進窪み
１５ｂ　伝送方向直交窪み
１５ｃ　伝送方向斜行窪み
１５ｄ　円柱窪み
１６　窪み導体層
２０　第２の誘電体基板
２０ａ　上面
２１　第３の導電層

Claims (9)

  1. 誘電体導波管線路と導波管との接続構造であって、
    前記誘電体導波管線路は、第１の基板面と前記第１の基板面と反対側の第２の基板面を有する第１の誘電体基板と、前記第１の基板面に配置された第１の導体層と、前記第２の基板面に配置された第２の導体層と、前記誘電体導波管線路における高周波信号の管内波長としての誘電体管内波長の１／２以下の間隔で前記誘電体導波管線路の伝送方向に複数の貫通導体を形成して成る２列の貫通導体群であって前記２列の貫通導体群は前記第１の導体層と前記第２の導体層を電気的に接続すると共に前記２列の貫通導体群は前記伝送方向と直交する方向に離れて形成されている前記２列の貫通導体群と、を含み、前記第１の導体層、前記第２の導体層、前記２列の貫通導体群で囲まれた伝送領域において前記高周波信号を伝送するものであり、
    前記第２の導体層には結合用窓が形成されており、
    前記導波管は、前記導波管の開口端面が前記結合用窓に対向するように、且つ、前記誘電体導波管線路の伝送方向と前記導波管の伝送方向が互いに直交するように配置されており、
    前記結合用窓の近傍において前記第１の基板面には複数の窪みが形成されており、
    前記複数の窪みの内壁面には、前記第１の導体層と電気的に接続する窪み導体層が形成されている、
    接続構造。
  2. 前記複数の窪みの底面と、前記第２の基板面と、の間の距離は、前記誘電体管内波長の１／４である、
    請求項１に記載の接続構造。
  3. 前記複数の窪みは、
    前記誘電体導波管線路の伝送方向に沿って延びる伝送方向並進窪み、
    前記２列の貫通導体群が向かい合う方向に沿って延びる伝送方向直交窪み、
    前記第１の基板面と前記第２の基板面が対向する方向で見たときに前記誘電体導波管線路の伝送方向に対して斜めに延びる伝送方向斜行窪み、
    前記第１の基板面から前記第２の基板面に向かって円柱状に延びる円柱窪み、
    のうち少なくとも何れかを含む、
    請求項１又は２に記載の接続構造。
  4. 前記複数の窪みは、前記伝送方向並進窪み、前記伝送方向直交窪み、前記伝送方向斜行窪みのうち何れか１つである延伸窪みを複数含み、
    前記複数の延伸窪みは互いに平行となるように形成されており、
    前記複数の延伸窪みは、前記誘電体管内波長の１／２以下の間隔で形成されている、
    請求項３に記載の接続構造。
  5. 前記複数の窪みは、前記伝送方向並進窪み及び前記伝送方向直交窪みをそれぞれ複数含み、
    前記複数の伝送方向並進窪みと前記複数の伝送方向直交窪みは格子状に形成されている、
    請求項３に記載の接続構造。
  6. 前記複数の窪みは、前記伝送方向斜行窪みを複数含み、
    前記複数の伝送方向斜行窪みは格子状に形成されている、
    請求項３に記載の接続構造。
  7. 前記複数の窪みの深さは、前記誘電体導波管線路の伝送方向に進むにつれて大きくなる、
    請求項１に記載の接続構造。
  8. 前記第１の導体層に第２の誘電体基板が積層されており、
    前記第２の誘電体基板の前記第１の導体層と反対側の面には、第３の導体層が形成されており、
    前記第１の導体層、前記第２の誘電体基板、前記第３の導体層によりマイクロストリップ線路が構成されている、
    請求項１から７までの何れかに記載の接続構造。
  9. 前記第１の導体層に第２の誘電体基板が積層されており、
    前記第２の誘電体基板の前記第１の導体層と反対側の面には、第３の導体層が形成されており、
    前記第２の誘電体基板と前記第３の導体層によりコプレーナ線路が構成されている、
    請求項１から７までの何れかに記載の接続構造。
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