WO2020230608A1 - モード変換器 - Google Patents

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WO2020230608A1
WO2020230608A1 PCT/JP2020/017940 JP2020017940W WO2020230608A1 WO 2020230608 A1 WO2020230608 A1 WO 2020230608A1 JP 2020017940 W JP2020017940 W JP 2020017940W WO 2020230608 A1 WO2020230608 A1 WO 2020230608A1
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WO
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cap
mode converter
pad
wall
support member
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Application number
PCT/JP2020/017940
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English (en)
French (fr)
Inventor
雄介 上道
Original Assignee
株式会社フジクラ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社フジクラ filed Critical 株式会社フジクラ
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Priority to CN202080015005.5A priority patent/CN113454842A/zh
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/12—Hollow waveguides
    • H01P3/121—Hollow waveguides integrated in a substrate

Definitions

  • the present invention relates to a mode converter that mutually converts a waveguide mode of a post-wall waveguide and a waveguide mode of a microstrip line.
  • Patent Document 1 describes a mode converter that mutually converts the waveguide mode of the post-wall waveguide and the waveguide mode of the microstrip line, respectively.
  • the post-wall waveguide includes a dielectric substrate, a pair of conductor layers formed on each of the pair of main surfaces of the substrate, and a post-wall formed inside the substrate.
  • the pair of conductor layers function as a pair of wide walls that sandwich the waveguide region from two directions (for example, the vertical direction), and the post wall is a pair of narrow walls that surround the waveguide region from four directions (for example, front-back and left-right directions). Functions as a pair of short walls.
  • the post wall is a plurality of through vias arranged in a fence shape inside a substrate, and is composed of a plurality of through vias short-circuiting a pair of conductor layers with each other.
  • the dielectric constituting the substrate is glass in Patent Document 1.
  • the mode converter described above was connected to one end of the microstrip line constituting the microstrip line. It is an excitation pin and includes an excitation pin composed of through vias penetrating the inside of the post-wall waveguide. That is, the excitation pin functions as a conversion unit that mutually converts the waveguide mode of the post-wall waveguide and the waveguide mode of the microstrip line.
  • anti-pads formed by removing the conductor layer in an annular shape are formed in each region including the excitation pin. ing.
  • the inventor of the present application has found that when the configuration of the mode converter described in Patent Document 1 is applied to a mode converter having a part of the millimeter wave band as an operating band, the reflection loss increases.
  • One aspect of the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is in a mode converter that mutually converts a waveguide mode of a post-wall waveguide and a waveguide mode of a microstrip line. It is to suppress the reflection loss.
  • the mode converter according to the first aspect of the present invention includes a post-wall waveguide including a pair of wide walls, a first wide wall and a second wide wall, and the first wide wall. It is an excitation pin composed of a microstrip line having a wall as a ground layer and a through via penetrating the inside of the post wall waveguide, and has a waveguide mode of the post wall waveguide and a waveguide mode of the microstrip line.
  • a mode converter comprising mutually converting excitation pins, wherein each of the first wide wall and the second wide wall has an annular first anti with an inner edge including the excitation pin in a plan view.
  • a first anti-pad and a second anti-pad are formed, the outer dimensions of which are larger than 5 times and 6 times smaller than the diameter of the excitation pin, respectively.
  • reflection loss can be suppressed in a mode converter that mutually converts the waveguide mode of a post-wall waveguide and the waveguide mode of a microstrip line.
  • Each of (a) and (b) is a plan view of the mode converter according to the embodiment of the present invention, and each of the pair of conductor layers included in the mode converter is viewed in a plan view. It is a plan view obtained in.
  • (C) is an enlarged cross-sectional view of the mode converter shown in (a) and (b).
  • Each of (a) to (c) is a perspective view of the first to third modified examples of the cap shown in FIG. 1 (b).
  • FIG. 1D is a perspective view of a modified example of the cap shown in FIG. 1A.
  • (A) is a graph showing the reflection characteristics and transmission characteristics of the mode converter according to the first embodiment of the present invention.
  • (B) is a graph showing the reflection characteristics of each of the first to third examples and the first and second reference examples of the present invention.
  • FIG. 1A and 1B are plan views of the mode converter 10 according to the present embodiment, when each of the pair of conductor layers 12 and 13 included in the mode converter 10 is viewed in a plan view. It is a plan view obtained in.
  • FIG. 1 (c) is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the through-via TV included in the mode converter 10, and is a cross-sectional view taken along the straight line AA'shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). It is an enlarged sectional view in.
  • the mode converter 10 includes a post-wall waveguide PW, a microstrip line MS, and a through-via TV.
  • the post wall waveguide PW includes a substrate 11, conductor layers 12 and 13, a post wall 14, a dielectric layer 15, and caps C1 and C2.
  • the substrate 11 is a plate-shaped member made of a dielectric material, and is made of quartz in this embodiment.
  • the dielectric material constituting the substrate 11 is not limited to quartz, and can be appropriately selected depending on, for example, the center frequency of the mode converter 10.
  • Each of the pair of conductor layers, the conductor layer 12 and the conductor layer 13, is a layered member formed on each of the pair of main surfaces of the substrate 11 facing each other.
  • the conductor layers 12 and 13 are layered members made of conductors, and are made of copper in this embodiment.
  • the conductors constituting the conductor layers 12 and 13 are not limited to copper, and can be appropriately selected.
  • the thicknesses of the conductor layers 12 and 13 can be appropriately selected, and a layered member called a conductor film having a relatively thin thickness may be used, or a conductor plate having a relatively thick thickness may be used. It may be a layered member.
  • the post wall 14 is composed of a plurality of through vias 141 to 14n arranged in a fence shape inside the substrate 11.
  • n is an arbitrary integer of 2 or more.
  • each of the through vias 141 to 14n is generalized and also referred to as a through via 14i.
  • i is an integer of 1 or more and n or less.
  • the post wall 14 has a pair of narrow walls 14a and 14b facing each other, a pair of short walls 14c, and another short wall facing the short wall 14c (in FIGS. 1A and 1B). Is not shown).
  • Each through via 14i is composed of a cylindrical or cylindrical (cylindrical in this embodiment) conductor. That is, the vicinity of the central axis of each through via 14i may be hollow or solid.
  • the conductor layers 12 and 13 sandwich the substrate 11 from two directions (for example, the vertical direction), and the narrow walls 14a and 14b sandwich a part of the substrate 11 from two directions (for example, the horizontal direction).
  • the short wall 14c and the other short wall are sandwiched, and a part of the substrate 11 is sandwiched from two directions (for example, the front-rear direction).
  • a part of the substrate 11 sandwiched between the conductor layers 12 and 13, the narrow walls 14a and 14b, the short wall 14c, and the other short wall from six directions is used as the waveguide region 10a of the mode converter 10. Function.
  • the waveguide region 10a is shown as a region surrounded on three sides by a two-dot chain line in FIGS.
  • the alternate long and short dash line shown in FIG. 1A is a straight line passing through the center of each through via 14i.
  • the distance between the narrow wall 14a and the narrow wall 14b is referred to as the width W1 of the post wall waveguide.
  • the dielectric layer 15 is a layered member formed on the conductor layer 12.
  • the dielectric layer 15 is a layered member made of a dielectric, and is made of a polyimide resin in this embodiment.
  • the dielectric constituting the dielectric layer 15 is not limited to the polyimide resin, and can be appropriately selected.
  • the microstrip line MS is formed in the conductor layer 12 constituting the main surface of the post wall waveguide PW, and is formed on the microstrip line 21 and the dielectric layer. It is composed of a part of 15 and a part of the conductor layer 12.
  • the microstrip line 21 is a strip-shaped conductor pattern in which one end, the end 21a, is formed into a circular shape. Except for the end 21a, the width of the microstrip line 21 is constant at width W2. The diameter of the end portion 21a is configured to exceed the width W2.
  • the end 21a when the post-wall waveguide PW is viewed in a plan view, the end 21a includes a through-via TV described later, and the other end 21b is arranged outside the waveguide region 10a. There is.
  • the microstrip line 21 crosses the short wall 14c when the post wall waveguide PW is viewed in a plan view.
  • the through-via TV has a tubular shape or a columnar shape (in the present embodiment, a tubular shape) formed so as to penetrate the inside of the substrate 11 of the post wall waveguide PW. Shape) is composed of conductors.
  • the through-via TV is obtained by forming a through hole penetrating the substrate 11 at a predetermined position in the waveguide region 10a and forming (or filling) a conductor film on the side surface of the through hole. Therefore, in the through-via TV, one end reaches the main surface of the substrate 11 on the conductor layer 12 side, and the other end reaches the main surface of the substrate 11 on the conductor layer 13 side.
  • the height HT of the through-via TV matches the thickness of the substrate 11.
  • the thickness and height HT of the substrate 11 are not particularly limited, and can be appropriately selected depending on, for example, the center frequency of the mode converter 10. In the present embodiment, the thickness and height HT of the substrate 11 are 860 ⁇ m.
  • the conductor layer 12 is formed with an anti-pad 12c which is an opening surrounding the through-via TV, and (2) the inside of the anti-pad 12c is a part of the conductor layer 12.
  • the conductor pattern 12b is formed.
  • the anti-pad 12c is an example of the first anti-pad described in the claims.
  • the conductor pattern 12b is a conductor pattern having a circular outer edge and is separated from the opening 12a formed in the conductor layer 12.
  • the outer edge of the anti-pad 12c is defined by the opening 12a of the conductor layer 12, and the inner edge of the anti-pad 12c is defined by the outer edge of the conductor pattern 12b.
  • the anti-pad 12c is formed so that the through-via TV, the inner edge of the anti-pad 12c, and the outer edge of the anti-pad 12c are concentric. Therefore, each of the opening 12a and the conductor pattern 12b of the conductor layer 12 is concentric with the through-via TV.
  • the outer edge diameter D12 of the anti-pad 12c is configured to be within a range greater than 5 times and less than 6 times the diameter DT described above. ing.
  • a preferred example of the diameter D12 is 550 ⁇ m.
  • an opening is formed in the region of the dielectric layer 15 including the through-via TV, and the end portion 21a of the microstrip line 21 described above is formed so as to include the through-via TV and the conductor pattern 12b. ..
  • the through-via TV is short-circuited with the microstrip line 21 via the conductor pattern 12b and the conductor layer formed on the side wall of the opening of the dielectric layer 15.
  • the anti-pad 12c is covered with the resin material constituting the dielectric layer 15.
  • the anti-pad 12c is at least a part, and it is sufficient that the portion where the microstrip line 21 overlaps in a plan view is covered with the resin material, and there is a gap not covered with the resin material in a part. May be good. According to this configuration, the microstrip line 21 can be supported without short-circuiting each of the microstrip line 21 and the conductor layer 12.
  • the conductor layer 13 is formed with an anti-pad 13c which is an opening surrounding the through-via TV, and (2) the inside of the anti-pad 13c is a part of the conductor layer 13.
  • the conductor pattern 13b is formed. That is, the anti-pad 13c is a void. According to this configuration, the reflection loss of the mode converter 10 can be further suppressed.
  • the anti-pad 13c is an example of the second anti-pad described in the claims.
  • the conductor pattern 13b is a conductor pattern having a circular outer edge and is separated from the opening 13a formed in the conductor layer 13.
  • the outer edge of the anti-pad 13c is defined by the opening 13a of the conductor layer 13, and the inner edge of the anti-pad 13c is defined by the outer edge of the conductor pattern 13b.
  • the anti-pad 13c is formed so that the through-via TV, the inner edge of the anti-pad 13c, and the outer edge of the anti-pad 13c are concentric. Therefore, each of the opening 13a and the conductor pattern 13b of the conductor layer 13 is concentric with the through-via TV. The through-via TV is short-circuited with the conductor pattern 13b.
  • the diameter D13 of the outer edge of the anti-pad 13c is configured to be included in a range larger than 5 times and smaller than 6 times the diameter DT, similarly to the diameter D12 described above.
  • the diameter D13 is configured to match the diameter D12.
  • the diameter D13 may be different from the diameter D12 as long as it is included in a range larger than 5 times and smaller than 6 times the diameter DT.
  • the through-via TV configured as described above is one aspect of the excitation pin that mutually converts the waveguide mode of the post-wall waveguide PW and the waveguide mode of the microstrip line MS.
  • the shapes of the anti-pad 12c and the anti-pad 13c are annular.
  • the shapes of the anti-pad 12c and the anti-pad 13c may be at least annular, and the shapes of the outer and inner edges thereof are not limited to the circular shape.
  • the outer and inner edges of the anti-pad 12c and the anti-pad 13c may have a polygonal shape, and in this case, a regular polygonal shape is preferable. Since the outer edge and the inner edge have a regular polygonal shape, the symmetry of the anti-pad 12c and the anti-pad 13c surrounding the through-via TV can be enhanced.
  • the shape of the outer edge is a regular polygon
  • the diameter of the circumscribed circle of the regular polygon may be the outer dimensions of the antipad 12c and the antipad 13c.
  • caps C1 and C2 are all conductor-made lid-like members having openings.
  • the shapes of the caps C1 and C2 are not limited and can be appropriately selected. In this embodiment, hemispherical caps C1 and C2 having a circular opening are adopted.
  • the cap C1 is arranged on the surface of the conductor layer 12 so that the opening of the cap C1 surrounds the outer edge of the anti-pad 12c.
  • a microstrip line 21 is formed on the surface of the conductor layer 12.
  • a notch CO for avoiding the microstrip line 21 is formed in a part of the cap C1.
  • the cap C1 is insulated from the microstrip line 21 by forming a notch CO in a part of the cap C1.
  • the cap C1 is an example of the second cap described in the claims.
  • the cap C1 is fixed to the surface of the conductor layer 12 by using a fixing means having conductivity.
  • the conductive fixing means include solder and a conductive adhesive. According to this configuration, the cap C1 can be easily short-circuited with respect to the conductor layer 12.
  • the cap C2 is arranged on the surface of the conductor layer 13 so that the opening of the cap C2 surrounds the outer edge of the anti-pad 13c.
  • the cap C2 is preferably fixed to the surface of the conductor layer 13 by using a fixing means having conductivity.
  • the conductive fixing means include solder and a conductive adhesive. According to this configuration, the cap C2 can be easily short-circuited with respect to the conductor layer 13.
  • the cap C2 is an example of the first cap described in the claims.
  • the mode converter 10 includes caps C1 and C2.
  • the mode converter 10 may include at least one of cap C1 and cap C2. That is, in the mode converter 10, the cap C1 or the cap C2 can be omitted.
  • the mode The converter 10 preferably includes caps C1 and C2.
  • FIG. 2A is a perspective view of the cap C2A which is a first modification of the cap C2
  • FIG. 2B is a perspective view of the cap C2B which is a second modification of the cap C2.
  • FIG. 2C is a perspective view of the cap C2C, which is a third modification of the cap C2.
  • FIG. 2D is a perspective view of the cap C1A, which is a modified example of the cap C1.
  • the cap C2A shown in FIG. 2 (a) can be obtained by changing the hemispherical shape of the cap C2 to a tub shape (or tub shape).
  • the box shape (or tub shape) is a shape composed of a flat bottom surface and a side wall surrounding the outer edge of the bottom surface.
  • the shape of the bottom surface is square, but the shape is not limited.
  • the cap C2B shown in FIG. 2B has a box-shaped (or tub-shaped) shape similar to the cap C2A shown in FIG. 2A. Then, the cap C2B is supported by the block-shaped support member S2B. Specifically, a rectangular parallelepiped recess is formed on the main surface of the support member S2B made of a dielectric (for example, made of quartz) on the conductor layer 13 side. By forming a conductor film on the inner wall of the recess, a cap C2B supported by the support member S2B can be obtained.
  • the opening of the cap C2B is formed by the anti-pad 13c in the same manner as in the embodiment shown in FIG. Surrounds the outer edge of.
  • the conductor film is not formed on the main surface of the support member S2B on the conductor layer 13 side.
  • a conductor film may be formed on the main surface of the support member S2B on the conductor layer 13 side in the same manner as the cap C2B. According to this configuration, the area of the conductor film in contact with the conductor layer 13 is increased, so that the cap C2B can be reliably short-circuited with respect to the conductor layer 13.
  • the support member S2B is made of a dielectric material, and the cap C2B is formed by forming a conductor film on the inner wall of the recess.
  • the support member S2B is made of metal (for example, made of aluminum alloy or copper), and a recess is formed on the main surface of the support member S2B on the conductor layer 13 side, so that the inner wall of the recess is used as a cap C2B. You can also.
  • the support member S2B may be a block-shaped but plate-shaped member such as a substrate.
  • the cap C2C shown in FIG. 2C has a box-shaped (or tub-shaped) shape similar to the caps C2A and C2B, and is supported by the support member S2C. However, the cap C2C is supported by the support member S2C differently from the cap C2B.
  • the support member S2C which is a block-shaped member made of a dielectric (for example, quartz), and the main surface on the side far from the conductor layer 13.
  • a cap C2C supported by the support member S2C is obtained.
  • the opening of the cap C2C is formed by the anti-pad 13c in the same manner as in the embodiment shown in FIG. Surrounds the outer edge of.
  • the cap C1A shown in FIG. 2 (d) has a box-shaped (or tub-shaped) shape similar to the cap C2B shown in FIG. 2 (b), and is shown in FIG. 2 (b). It is supported by a support member S1A configured in the same manner as the support member S2B.
  • the cap C1A and the support member S1A are different from the cap C2B and the support member S2B in that a linear groove COA extending from the recess to the outside of the support member S1A is formed on the main surface on the conductor layer 12 side. ..
  • the width of the groove COA is wider than the width W2 of the microstrip line 21.
  • the depth of the groove COA is deeper than the thickness of the microstrip line 21.
  • FIG. 3A is a graph showing the reflection characteristics and transmission characteristics of the mode converter 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 3B is a graph showing the reflection characteristics of the mode converter 10 which is the first to third examples and the first and second reference examples.
  • the first embodiment was based on the mode converter 10 shown in FIG. 1, the cap C1 was omitted, and the cap C2B and the support member S2B shown in FIG. 2 (b) were adopted instead of the cap C2.
  • the first embodiment was designed so that the 28 GHz band, which is a part of the millimeter wave band, is used as the operating band.
  • the thickness of the substrate 11 is 860 ⁇ m
  • the width W1 of the post wall waveguide PW is 4 mm
  • the width W2 of the microstrip line 21 is 200 ⁇ m
  • Each was set to 100 ⁇ m
  • the diameter D12 of the anti-pad 12c and the diameter of the anti-pad 13c were both set to 550 ⁇ m.
  • the frequency dependence of the S parameter S (1,1) of the first embodiment (hereinafter referred to as the reflection characteristic) and the frequency dependence of the S parameter S (2,1) (hereinafter referred to as the transmission characteristic) are simulated.
  • the results are shown in FIG. 3 (a).
  • the operating band of the mode converter can be appropriately determined according to its application.
  • the band in which the S parameter S (1,1) is lower than ⁇ 15 dB is set as the operating band.
  • the first embodiment has a wide band operating band of 24 GHz or more and 32 GHz or less.
  • the diameter D12 of the anti-pad 12c and the diameter of the anti-pad 13c were changed every 50 ⁇ m within the range of 500 ⁇ m or more and 600 ⁇ m or less ((b) in FIG. 3).
  • the mode converter 10 having a diameter D12 and the diameter of the antipad 13c of 500 ⁇ m and the mode converter 10 having a diameter of 600 ⁇ m have S-parameters in a part of the band of 24 GHz or more and 32 GHz or less. It was found that S (1,1) exceeded -15 dB. Therefore, these mode converters 10 are referred to as a first reference example and a second reference example of the present invention.
  • the mode converter 10 having a diameter D12 and the diameter of the antipad 13c of 525 ⁇ m, the mode converter 10 having a diameter of 550 ⁇ m, and the mode converter 10 having a diameter of 575 ⁇ m are 24 GHz or more and 32 GHz or less as in the first embodiment. It was found that it has a wide band of operation.
  • the mode converter according to the first aspect of the present invention includes a post-wall waveguide including a pair of wide walls, a first wide wall and a second wide wall, and a microstrip line having the first wide wall as a ground layer. And an excitation pin made of a through via penetrating the inside of the post-wall waveguide, the excitation pin for mutually converting the waveguide mode of the post-wall waveguide and the waveguide mode of the microstrip line.
  • Each of the first wide wall and the second wide wall is an annular first anti-pad and second anti-pad whose inner edge includes the excitation pin in a plan view.
  • the first anti-pad and the second anti-pad whose outer dimensions are larger than 5 times and smaller than 6 times the diameter of the excitation pin, are formed, respectively.
  • the waveguide mode and microstrip of the post-wall waveguide are such that the outer dimensions of the first and second antipads are greater than 5 times and less than 6 times the diameter of the excitation pin. Reflection loss can be suppressed in a mode converter that mutually converts the waveguide mode of the line and whose operating band is a part of the millimeter wave band.
  • the mode converter according to the second aspect of the present invention is a conductor cap arranged on the surface of the second wide wall in the mode converter according to the first aspect described above, and has an opening. Further comprises a cap surrounding the outer edge of the second antipad.
  • the second anti-pad functions as a coupling window that electromagnetically couples the inside and outside of the post-wall waveguide. Therefore, part of the waveguide mode of the post-wall waveguide tends to leak to the outside of the post-wall waveguide via the second antipad. Further, the conversion characteristics of the mode converter are easily affected by changes in the external environment surrounding the vicinity of the second antipad.
  • the post wall guide since the opening of the conductor cap surrounds the outer edge of the second antipad, that is, because the conductor cap covers the second antipad, the post wall guide. It is possible to suppress electromagnetic waves that may leak to the outside of the waveguide, and it is also possible to suppress the influence that the conversion characteristics of the mode converter may be affected by changes in the external environment.
  • the mode converter according to the third aspect of the present invention has a plate shape arranged on the surface of the second wide wall so as to close the second antipad in the mode converter according to the second aspect described above.
  • the block-shaped support member is further provided with a support member having a recess formed on the main surface on the second wide wall side so that the outer edge surrounds the second anti-pad, and the cap is at least the support member. It is configured to be composed of a conductor constituting the surface of the recess.
  • the mode converter according to the fourth aspect of the present invention is a dielectric material arranged on the surface of the second wide wall so as to close the second antipad in the mode converter according to the second aspect described above.
  • a plate-shaped or block-shaped support member made of the above-made material is further provided, and the cap is composed of a conductor covering a side surface of the surface of the support member and a main surface on a side far from the second wide wall. It is configured.
  • the cap and the support member of the cap can be easily arranged on the surface of the second wide wall.
  • the mode converter according to the fifth aspect of the present invention is arranged on the surface of the first wide wall with the cap as the first cap in the mode converter according to any one of the above-mentioned aspects 2 to 4.
  • the first anti-pad like the second anti-pad, functions as a coupling window that electromagnetically connects the inside and the outside of the post-wall waveguide.
  • electromagnetic waves that may leak to the outside of the post-wall waveguide can be suppressed, and the mode converter is caused by a change in the external environment. It is possible to suppress the influence that the conversion characteristics of the above may be affected.
  • the mode converter according to the sixth aspect of the present invention is the mode converter according to the fifth aspect described above, and has a plate shape arranged on the surface of the first wide wall so as to close the first antipad.
  • the block-shaped support member is further provided with a support member having a recess formed on the main surface on the first wide wall side with an outer edge surrounding the first antipad, and the second cap is the support member. It is configured to consist of at least a conductor constituting the surface of the recess.
  • the mode converter according to the seventh aspect of the present invention is a dielectric material arranged on the surface of the first wide wall so as to close the first antipad in the mode converter according to the fifth aspect described above.
  • the second cap further comprises a plate-shaped or block-shaped support member made of the above-made material, and the second cap is composed of a conductor covering a side surface of the surface of the support member and a main surface on the side far from the first wide wall. It is configured as follows.
  • the support members of the second cap and the second cap can be easily arranged on the surface of the first wide wall.
  • the mode converter according to the eighth aspect of the present invention in the mode converter according to any one of the above-described first to seventh aspects, at least a part of the first antipad is covered with a resin material. It is configured to be.
  • the microstrip line can be supported without short-circuiting each of the microstrip line and the ground layer constituting the microstrip line.
  • the mode converter according to the ninth aspect of the present invention is configured such that the second antipad is a gap in the mode converter according to any one of the above-described first to eighth aspects. ..
  • the reflection loss can be further suppressed.
  • Mode converter PW post wall waveguide 11 Substrate 12, 13 Conductor layer (1st wide wall, 2nd wide wall) 12c, 13c anti-pad (first anti-pad, second anti-pad) 14 Post wall 14a, 14b Narrow wall 14i Through via 15 Dielectric layer MS microstrip line 21 Microstrip line TV through via (excitation pin) C1, C1A cap (second cap) S1A support member (support member of the second cap) C2, C2A, C2B, C2C cap (first cap) S2B, S2C support member (support member of the first cap)

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Abstract

モード変換器において反射損失を抑制すること。モード変換器（１０）は、ポスト壁導波路（ＰＷ）の導波モードとマイクロストリップ線路（ＭＳ）の導波モードとを相互に変換する励振ピン（スルービアＴＶ）と、を備え、一対の広壁（導体層１２，１３）の各々には、内縁が前記励振ピンを包含し、外寸（直径Ｄ１２）が励振ピンの直径（ＤＴ）の５倍より大きく６倍より小さい第１，第２アンチパッド（アンチパッド１２ｃ，１３ｃ）がそれぞれ形成されている。

Description

モード変換器
　本発明は、ポスト壁導波路の導波モードとマイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換するモード変換器に関する。
　特許文献１には、それぞれ、ポスト壁導波路の導波モードと、マイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換するモード変換器が記載されている。
　このようなモード変換器において、ポスト壁導波路は、誘電体製の基板と、基板の一対の主面の各々にそれぞれ形成された一対の導体層と、基板の内部に形成されたポスト壁と、を備えている。一対の導体層は、導波領域を２方向（例えば上下方向）から挟み込む一対の広壁として機能し、ポスト壁は、導波領域を４方向（例えば前後左右方向）から取り囲む一対の狭壁及び一対のショート壁として機能する。ポスト壁は、基板の内部に柵状に配置された複数のスルービアであって、一対の導体層を互いに短絡する複数のスルービアにより構成されている。なお、基板を構成する誘電体は、特許文献１においてはガラスである。
　ポスト壁導波路の導波モードとマイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換するために、上述したモード変換器は、マイクロストリップ線路を構成するマイクロストリップラインの一方の端部に接続された励振ピンであって、ポスト壁導波路の内部を貫通するスルービアにより構成された励振ピンを備えている。すなわち、この励振ピンは、ポスト壁導波路の導波モードとマイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換する変換部として機能する。
　励振ピンと一対の導体層の各々とが短絡されることを防ぐため、平面視において、励振ピンを包含する領域には、それぞれ、環状に導体層を除去することによって形成されたアンチパッドが形成されている。
日本国特許公報「特許５９４７９１７号公報」
　本願発明者は、特許文献１に記載されたモード変換器の構成をミリ波帯の一部を動作帯域とするモード変換器に適用した場合、反射損失が増大することを見出した。
　本発明の一態様は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ポスト壁導波路の導波モードとマイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換するモード変換器において、反射損失を抑制することである。
　上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様に係るモード変換器は、一対の広壁である第１広壁及び第２広壁を含むポスト壁導波路と、前記第１広壁をグランド層とするマイクロストリップ線路と、前記ポスト壁導波路の内部を貫通するスルービアからなる励振ピンであって、前記ポスト壁導波路の導波モードと前記マイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換する励振ピンと、を備えたモード変換器であって、前記第１広壁及び前記第２広壁の各々には、平面視において、内縁が前記励振ピンを包含する環状の第１アンチパッド及び第２アンチパッドであって、外寸が前記励振ピンの直径の５倍より大きく６倍より小さい第１アンチパッド及び第２アンチパッドがそれぞれ形成されている。
　本発明の一態様によれば、ポスト壁導波路の導波モードとマイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換するモード変換器において、反射損失を抑制することができる。
（ａ）及び（ｂ）の各々は、それぞれ、本発明の一実施形態に係るモード変換器の平面図であって、該モード変換器が備えている一対の導体層の各々を平面視した場合に得られる平面図である。（ｃ）は、（ａ）及び（ｂ）に示したモード変換器の拡大断面図である。 （ａ）～（ｃ）の各々は、それぞれ、図１の（ｂ）に示したキャップの第１～第３の変形例の斜視図である。（ｄ）は、図１の（ａ）に示したキャップの変形例の斜視図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施例であるモード変換器の反射特性及び透過特性を示すグラフである。（ｂ）は、本発明の第１～第３の実施例及び第１，第２の参考例の各々の反射特性を示すグラフである。
　〔第１の実施形態〕
　以下、本発明の第１の実施形態に係るモード変換器について、図１を参照して説明する。図１の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るモード変換器１０の平面図であって、モード変換器１０が備えている一対の導体層１２，１３の各々を平面視した場合に得られる平面図である。図１の（ｃ）は、モード変換器１０が備えているスルービアＴＶの近傍を拡大した拡大断面図であって、図１の（ａ）及び（ｂ）に図示した直線ＡＡ’に沿った断面における拡大断面図である。
　＜モード変換器１０の構成＞
　図１の（ａ）～（ｃ）に示すように、モード変換器１０は、ポスト壁導波路ＰＷと、マイクロストリップ線路ＭＳと、スルービアＴＶとを備えている。
　（ポスト壁導波路ＰＷ）
　ポスト壁導波路ＰＷは、基板１１と、導体層１２，１３と、ポスト壁１４と、誘電体層１５と、キャップＣ１，Ｃ２とを備えている。
　基板１１は、誘電体からなる板状部材であり、本実施形態においては石英製である。基板１１を構成する誘電体は、石英に限定されるものではなく、例えばモード変換器１０の中心周波数などに応じて適宜選択することができる。
　一対の導体層である導体層１２及び導体層１３の各々は、基板１１の互いに対向する一対の主面の各々にそれぞれ形成された層状部材である。導体層１２，１３は、導体からなる層状部材であり、本実施形態においては銅製である。導体層１２，１３を構成する導体は、銅に限定されるものではなく、適宜選択することができる。また、導体層１２，１３の厚さも適宜選択することができ、厚さが相対的に薄い導体膜とよばれる層状部材であってもよいし、厚さが相対的に厚い導体板とよばれる層状部材であってもよい。
　ポスト壁１４は、基板１１の内部に柵状に配置された複数のスルービア１４１～１４ｎによって構成されている。ここで、ｎは、２以上の任意の整数である。また、以下において、スルービア１４１～１４ｎの各々を一般化してスルービア１４ｉとも記載する。ここで、ｉは、１以上ｎ以下の整数である。ポスト壁１４は、互いに対向する一対の狭壁１４ａ，１４ｂと、一対のショート壁であるショート壁１４ｃと、ショート壁１４ｃに対向する別のショート壁（図１の（ａ）及び（ｂ）には図示せず）とにより構成されている。各スルービア１４ｉは、円筒形状又は円柱形状（本実施形態においては円筒形状）の導体により構成されている。すなわち、各スルービア１４ｉの中心軸近傍は、中空であってもよいし、中実であってもよい。
　各スルービア１４ｉは、基板１１の一方の主面から他方の主面に至っており、導体層１２と導体層１３とを短絡している。また、各スルービア１４ｉの直径Ｄ１４は、後述するポスト壁導波路ＰＷの幅Ｗ１や、ポスト壁導波路ＰＷの形状の複雑さ等に応じて適宜定めることができるが、本実施形態においては、Ｄ１４＝１００μｍとする。
　モード変換器１０において、導体層１２，１３は、基板１１を２方向（例えば上下方向）から挟み込み、且つ、狭壁１４ａ，１４ｂは、基板１１の一部領域を２方向（例えば左右方向）から挟み込み、且つ、ショート壁１４ｃ及び上記他のショート壁は、基板１１の一部領域を２方向（例えば前後方向）から挟み込む。導体層１２，１３と、狭壁１４ａ，１４ｂと、ショート壁１４ｃと、上記他のショート壁とにより６方向から挟み込まれた基板１１の一部領域は、モード変換器１０の導波領域１０ａとして機能する。導波領域１０ａは、図１の（ａ）及び（ｂ）において２点鎖線で３方を囲まれた領域として図示されており、図２の（ｃ）においてスルービア１４ｉより右側の領域であって、導体層１２と導体層１３とにより挟まれた領域である。したがって、導体層１２を平面視した場合に、導体層１２のうち２点鎖線で囲まれた領域は、特許請求の範囲に記載の第１広壁として機能する。同様に、導体層１３を平面視した場合に、導体層１３のうち２点鎖線で囲まれた領域は、特許請求の範囲に記載の第２広壁として機能する。なお、図１の（ａ）に図示した２点鎖線は、各スルービア１４ｉの中心を通る直線である。以下において、狭壁１４ａと狭壁１４ｂとの間隔は、ポスト壁導波路の幅Ｗ１と呼ぶ。
　誘電体層１５は、導体層１２に形成された層状部材である。誘電体層１５は、誘電体からなる層状部材であり、本実施形態においてはポリイミド樹脂製である。誘電体層１５を構成する誘電体は、ポリイミド樹脂に限定されるものではなく、適宜選択することができる。
　（マイクロストリップ線路ＭＳ）
　図１の（ａ）及び（ｃ）に示すように、マイクロストリップ線路ＭＳは、ポスト壁導波路ＰＷの主面を構成する導体層１２に形成されており、マイクロストリップライン２１と、誘電体層１５の一部と導体層１２の一部とにより構成されている。
　マイクロストリップライン２１は、一方の端部である端部２１ａが円形状に成型された帯状の導体パターンである。端部２１ａを除いて、マイクロストリップライン２１の幅は、幅Ｗ２で一定である。なお、端部２１ａの直径は、幅Ｗ２を上回るように構成されている。
　マイクロストリップライン２１は、ポスト壁導波路ＰＷを平面視した場合に、端部２１ａが後述するスルービアＴＶを包含し、他方の端部である端部２１ｂが導波領域１０ａの外部に配置されている。マイクロストリップライン２１は、ポスト壁導波路ＰＷを平面視した場合に、ショート壁１４ｃを横切る。
　（スルービアＴＶ）
　図１の（ａ）及び（ｃ）に示すように、スルービアＴＶは、ポスト壁導波路ＰＷの基板１１の内部を貫通するように形成された、筒形状又は柱形状（本実施形態においては筒形状）の導体により構成されている。スルービアＴＶは、導波領域１０ａのうち所定の位置に、基板１１を貫通する貫通孔を形成し、その貫通孔の側面に導体膜を形成する（あるいは導体を充填する）ことによって得られる。したがって、スルービアＴＶにおいて、一方の端部は、基板１１の導体層１２側の主面に至っており、他方の端部は、基板１１の導体層１３側の主面に至っている。
　したがって、スルービアＴＶの高さＨＴは、基板１１の厚さと一致している。基板１１の厚さ及び高さＨＴは、特に限定されるものではなく、例えばモード変換器１０の中心周波数などに応じて適宜選択することができる。本実施形態において、基板１１の厚さ及び高さＨＴは、８６０μｍとする。
　また、本実施形態において、スルービアＴＶの直径ＤＴは、上述した各スルービア１４ｉの直径Ｄ１４と一致している。すなわち、本実施形態において、ＤＴ＝Ｄ１４＝１００μｍである。直径ＤＴと直径Ｄ１４とを同一サイズとすることによって、各スルービア１４ｉとスルービアＴＶとを１つの製造プロセスで一括して製造することができる。
　ポスト壁導波路ＰＷを平面視した場合に、導体層１２の一部は、スルービアＴＶの周りを取り囲むように、円環状に除去されている。その結果、平面視において、（１）導体層１２にはスルービアＴＶを取り囲む開口であるアンチパッド１２ｃが形成されており、（２）アンチパッド１２ｃの内側には、導体層１２の一部である導体パターン１２ｂが形成されている。アンチパッド１２ｃは、特許請求の範囲に記載の第１アンチパッドの一例である。
　導体パターン１２ｂは、外縁が円形状の導体パターンであって、導体層１２に形成された開口１２ａとは離間した導体パターンである。
　アンチパッド１２ｃの外縁は、導体層１２の開口１２ａによって規定されており、アンチパッド１２ｃの内縁は、導体パターン１２ｂの外縁によって規定されている。
　本実施形態において、スルービアＴＶと、アンチパッド１２ｃの内縁と、アンチパッド１２ｃの外縁とが同心円状になるように、アンチパッド１２ｃを形成している。したがって、導体層１２の開口１２ａ及び導体パターン１２ｂの各々もスルービアＴＶと同心円状になっている。
　アンチパッド１２ｃの外縁の直径Ｄ１２（特許請求の範囲に記載の環状のアンチパッドの外寸の一例）は、上述した直径ＤＴの５倍より大きく６倍より小さい範囲内に含まれるように構成されている。直径Ｄ１２の好ましい一例としては、５５０μｍが挙げられる。
　平面視において、誘電体層１５のスルービアＴＶを包含する領域には開口が形成されており、上述したマイクロストリップライン２１の端部２１ａがスルービアＴＶ及び導体パターン１２ｂを包含するように形成されている。スルービアＴＶは、導体パターン１２ｂ及び誘電体層１５の開口の側壁に形成された導体層を介してマイクロストリップライン２１と短絡されている。また、本実施形態において、アンチパッド１２ｃは、誘電体層１５を構成する樹脂材料により覆われている。なお、アンチパッド１２ｃは、少なくとも一部であって、平面視においてマイクロストリップライン２１が重畳する部分が樹脂材料により覆われていればよく、一部に樹脂材料により覆われていない空隙があってもよい。この構成によれば、マイクロストリップライン２１及び導体層１２の各々を短絡することなく、マイクロストリップライン２１を支持することができる。
　ポスト壁導波路ＰＷを平面視した場合に、導体層１３の一部は、スルービアＴＶの周りを取り囲むように、円環状に除去されている。その結果、平面視において、（１）導体層１３にはスルービアＴＶを取り囲む開口であるアンチパッド１３ｃが形成されており、（２）アンチパッド１３ｃの内側には、導体層１３の一部である導体パターン１３ｂが形成されている。すなわち、アンチパッド１３ｃは、空隙である。この構成によれば、モード変換器１０の反射損失を更に抑制することができうる。アンチパッド１３ｃは、特許請求の範囲に記載の第２アンチパッドの一例である。
　導体パターン１３ｂは、外縁が円形状の導体パターンであって、導体層１３に形成された開口１３ａとは離間した導体パターンである。
　アンチパッド１３ｃの外縁は、導体層１３の開口１３ａによって規定されており、アンチパッド１３ｃの内縁は、導体パターン１３ｂの外縁によって規定されている。
　本実施形態において、スルービアＴＶと、アンチパッド１３ｃの内縁と、アンチパッド１３ｃの外縁とが同心円状になるように、アンチパッド１３ｃを形成している。したがって、導体層１３の開口１３ａ及び導体パターン１３ｂの各々もスルービアＴＶと同心円状になっている。スルービアＴＶは、導体パターン１３ｂと短絡されている。
　アンチパッド１３ｃの外縁の直径Ｄ１３は、上述した直径Ｄ１２と同様に直径ＤＴの５倍より大きく６倍より小さい範囲内に含まれるように構成されている。本実施形態において、直径Ｄ１３は、直径Ｄ１２と一致するように構成されている。なお、直径Ｄ１３は、直径ＤＴの５倍より大きく６倍より小さい範囲内に含まれていれば、直径Ｄ１２と異なっていてもよい。
　以上のように構成されたスルービアＴＶは、ポスト壁導波路ＰＷの導波モードと、マイクロストリップ線路ＭＳの導波モードとを相互に変換する励振ピンの一態様である。
　なお、本実施形態において、アンチパッド１２ｃ及びアンチパッド１３ｃの形状は、円環状である。しかし、アンチパッド１２ｃ及びアンチパッド１３ｃの形状は、少なくとも環状であればよく、その外縁及び内縁の形状は円形状に限定されるものではない。例えば、アンチパッド１２ｃ及びアンチパッド１３ｃの外縁及び内縁の形状は、多角形状であってもよく、この場合、正多角形状であることが好ましい。外縁及び内縁の形状が正多角形状であることにより、スルービアＴＶを取り囲むアンチパッド１２ｃ及びアンチパッド１３ｃの対称性を高めることができる。なお、外縁の形状が正多角形状である場合、正多角形状の外接円の直径をアンチパッド１２ｃ及びアンチパッド１３ｃの外寸とすればよい。
　（キャップ）
　図１の（ｃ）に示すように、キャップＣ１，Ｃ２は、何れも、開口部を有する導体製の蓋状部材である。キャップＣ１，Ｃ２の形状は、限定されるものではなく適宜選択することができる。本実施形態においては、開口部が円形状である半球状のキャップＣ１，Ｃ２を採用している。
　キャップＣ１は、キャップＣ１の開口部がアンチパッド１２ｃの外縁を取り囲むように、導体層１２の表面に配置されている。なお、導体層１２の表面にはマイクロストリップライン２１が形成されている。マイクロストリップライン２１と短絡することを避けるため、キャップＣ１の一部にはマイクロストリップライン２１を避ける切り欠きＣＯが形成されている。キャップＣ１の一部に切り欠きＣＯが形成されていることにより、キャップＣ１は、マイクロストリップライン２１とは絶縁されている。キャップＣ１は、特許請求の範囲に記載の第２キャップの一例である。
　キャップＣ１は、導体層１２の表面に対して導電性を有する固定手段を用いて固定されていることが好ましい。導電性を有する固定手段の一例としては、半田及び導電性を有する接着剤が挙げられる。この構成によれば、キャップＣ１を導体層１２に対して容易に短絡することができる。
　キャップＣ２は、キャップＣ２の開口部がアンチパッド１３ｃの外縁を取り囲むように、導体層１３の表面に配置されている。キャップＣ２は、導体層１３の表面に対して導電性を有する固定手段を用いて固定されていることが好ましい。導電性を有する固定手段の一例としては、半田及び導電性を有する接着剤が挙げられる。この構成によれば、キャップＣ２を導体層１３に対して容易に短絡することができる。キャップＣ２は、特許請求の範囲に記載の第１キャップの一例である。
　なお、本実施形態において、モード変換器１０は、キャップＣ１，Ｃ２を備えている。しかし、モード変換器１０は、キャップＣ１及びキャップＣ２の少なくとも何れかを備えていればよい。すなわち、モード変換器１０において、キャップＣ１又はキャップＣ２を省略することができる。ただし、ポスト壁導波路ＰＷの外部に漏洩し得る電磁波を抑制するとともに、外部環境の変化に起因して、モード変換器１０の変換特性が受ける可能性がある影響を抑制するという観点では、モード変換器１０は、キャップＣ１，Ｃ２を備えていることが好ましい。
　（キャップの変形例）
　図２を参照して、キャップＣ２の第１～第３の変形例及びキャップＣ１の変形例について説明する。図２の（ａ）は、キャップＣ２の第１の変形例であるキャップＣ２Ａの斜視図であり、図２の（ｂ）は、キャップＣ２の第２の変形例であるキャップＣ２Ｂの斜視図であり、図２の（ｃ）は、キャップＣ２の第３の変形例であるキャップＣ２Ｃの斜視図である。図２の（ｄ）は、キャップＣ１の変形例であるキャップＣ１Ａの斜視図である。
　図２の（ａ）に示したキャップＣ２Ａは、キャップＣ２において半球状であった形状を枡形（あるいは桶型）に変更することによって得られる。枡形（あるいは桶型）とは、平面である底面と、底面の外縁を取り囲む側壁によって構成される形状である。本変形例において、底面の形状は正方形であるが、その形状は限定されるものではない。
　図２の（ｂ）に示したキャップＣ２Ｂは、図２の（ａ）に示したキャップＣ２Ａと同じように枡形（あるいは桶型）の形状である。そのうえで、キャップＣ２Ｂは、ブロック状の支持部材Ｓ２Ｂにより支持されている。具体的には、誘電体製（例えば石英製）である支持部材Ｓ２Ｂの導体層１３側の主面には、直方体状の凹部が形成されている。この凹部の内壁に導体膜を形成することによって、支持部材Ｓ２Ｂにより支持されたキャップＣ２Ｂが得られる。
　キャップＣ２Ｂがアンチパッド１３ｃを塞ぐように支持部材Ｓ２Ｂを導体層１３の表面に配置することによって、図１の（ｃ）に示した態様と同じように、キャップＣ２Ｂの開口部は、アンチパッド１３ｃの外縁を取り囲む。
　なお、図２の（ｂ）においては、支持部材Ｓ２Ｂの導体層１３側の主面に導体膜を形成していない。しかし、支持部材Ｓ２Ｂの導体層１３側の主面には、キャップＣ２Ｂと同様に導体膜が形成されていてもよい。この構成によれば、導体層１３と接触する導体膜の面積が広くなるので、キャップＣ２Ｂを導体層１３に対して確実に短絡することができる。
　また、本変形例において、支持部材Ｓ２Ｂは、誘電体製であり、凹部の内壁に導体膜を形成することによってキャップＣ２Ｂを構成している。しかし、支持部材Ｓ２Ｂを金属製（例えばアルミニウム合金製又は銅製）としたうえで、支持部材Ｓ２Ｂの導体層１３側の主面に凹部を形成することによって、該凹部の内壁をキャップＣ２Ｂとすることもできる。
　また、本変形例において、支持部材Ｓ２Ｂは、ブロック状であるが基板のような板状の部材であってもよい。
　図２の（ｃ）に示したキャップＣ２Ｃは、キャップＣ２Ａ，Ｃ２Ｂと同じように枡形（あるいは桶型）の形状であり、且つ、支持部材Ｓ２Ｃにより支持されている。しかし、キャップＣ２Ｃは、支持部材Ｓ２Ｃによる支持のされ方がキャップＣ２Ｂと異なる。
　具体的には、誘電体製（例えば石英製）のブロック状の部材である支持部材Ｓ２Ｃの表面のうち、側面と、導体層１３から遠い側の主面とに導体膜を形成することによって、支持部材Ｓ２Ｃにより支持されたキャップＣ２Ｃが得られる。
　キャップＣ２Ｃがアンチパッド１３ｃを塞ぐように支持部材Ｓ２Ｃを導体層１３の表面に配置することによって、図１の（ｃ）に示した態様と同じように、キャップＣ２Ｃの開口部は、アンチパッド１３ｃの外縁を取り囲む。
　図２の（ｄ）に示したキャップＣ１Ａは、図２の（ｂ）に示したキャップＣ２Ｂと同じように枡形（あるいは桶型）の形状であり、且つ、図２の（ｂ）に示した支持部材Ｓ２Ｂと同様に構成された支持部材Ｓ１Ａにより支持されている。
　キャップＣ１Ａ及び支持部材Ｓ１Ａは、キャップＣ２Ｂ及び支持部材Ｓ２Ｂと比較して、導体層１２側の主面に、凹部から支持部材Ｓ１Ａの外部に至る直線状の溝ＣＯＡが形成されている点が異なる。溝ＣＯＡの幅は、マイクロストリップライン２１の幅Ｗ２よりも広い。また、溝ＣＯＡの深さは、マイクロストリップライン２１の厚さよりも深い。溝ＣＯＡをこのように構成することによって、キャップＣ１Ａがアンチパッド１２ｃを塞ぐように支持部材Ｓ１Ａを導体層１２の表面に配置した場合であっても、マイクロストリップライン２１とキャップＣ１Ａとが接触することによって短絡されることを防ぐことができる。すなわち、キャップＣ１Ａは、マイクロストリップライン２１と絶縁されている。
　なお、本変形例では、キャップＣ１Ａ及び支持部材Ｓ１Ａについて、切り欠きＣＯＡ以外の構成に関する説明を省略する。
　〔実施例群〕
　第１の実施形態において説明したモード変換器１０の実施例群の特性について図３を参照して説明する。図３の（ａ）は、第１の実施例であるモード変換器１０の反射特性及び透過特性を示すグラフである。ま図３の（ｂ）は、第１～第３の実施例及び第１，第２の参考例であるモード変換器１０の反射特性を示すグラフである。
　第１の実施例は、図１に示したモード変換器１０をベースにし、キャップＣ１を省略し、キャップＣ２の代わりに図２の（ｂ）に示したキャップＣ２Ｂ及び支持部材Ｓ２Ｂを採用した。
　第１の実施例は、ミリ波帯の一部である２８ＧＨｚ帯を動作帯域とするように設計した。具体的には、基板１１の厚さを８６０μｍとし、ポスト壁導波路ＰＷの幅Ｗ１を４ｍｍとし、マイクロストリップライン２１の幅Ｗ２を２００μｍとし、スルービアＴＶの直径ＤＴ及び各スルービア１４ｉの直径Ｄ１４の各々を何れも１００μｍとし、アンチパッド１２ｃの直径Ｄ１２及びアンチパッド１３ｃの直径を何れも５５０μｍとした。
　第１の実施例のＳパラメータＳ（１，１）の周波数依存性（以下において反射特性と称する）及びＳパラメータＳ（２，１）の周波数依存性（以下において透過特性と称する）をシミュレーションし、その結果を図３の（ａ）に示す。
　モード変換器の動作帯域は、その用途などに応じて適宜定めることができる。本実施例では、ＳパラメータＳ（１，１）が－１５ｄＢを下回る帯域を動作帯域とする。
　図３の（ａ）を参照すれば、第１の実施例は、２４ＧＨｚ以上３２ＧＨｚ以下の広帯域な動作帯域を有することが分かった。
　アンチパッドの直径との関係を確認するために、アンチパッド１２ｃの直径Ｄ１２及びアンチパッド１３ｃの直径を、５００μｍ以上６００μｍ以下の範囲内において５０μｍごとに変化させた（図３の（ｂ））。
　図３の（ｂ）を参照すれば、直径Ｄ１２及びアンチパッド１３ｃの直径が、５００μｍであるモード変換器１０及び６００μｍであるモード変換器１０は、２４ＧＨｚ以上３２ＧＨｚ以下の帯域の一部においてＳパラメータＳ（１，１）が－１５ｄＢを上回ることが分かった。そこで、これらのモード変換器１０を本願発明の第１の参考例及び第２の参考例と称する。一方、直径Ｄ１２及びアンチパッド１３ｃの直径が、５２５μｍであるモード変換器１０、５５０μｍであるモード変換器１０、及び５７５μｍであるモード変換器１０は、第１の実施例と同様に２４ＧＨｚ以上３２ＧＨｚ以下の広帯域な動作帯域を有することが分かった。
　〔まとめ〕
　本発明の第１の態様に係るモード変換器は、一対の広壁である第１広壁及び第２広壁を含むポスト壁導波路と、前記第１広壁をグランド層とするマイクロストリップ線路と、前記ポスト壁導波路の内部を貫通するスルービアからなる励振ピンであって、前記ポスト壁導波路の導波モードと前記マイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換する励振ピンと、を備えたモード変換器であって、前記第１広壁及び前記第２広壁の各々には、平面視において、内縁が前記励振ピンを包含する環状の第１アンチパッド及び第２アンチパッドであって、外寸が前記励振ピンの直径の５倍より大きく６倍より小さい第１アンチパッド及び第２アンチパッドがそれぞれ形成されている。
　上述した第１の態様によれば、第１アンチパッド及び第２アンチパッドの外寸が励振ピンの直径の５倍より大きく６倍より小さいことによって、ポスト壁導波路の導波モードとマイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換するモード変換器であって、動作帯域がミリ波帯の一部であるモード変換器において、反射損失を抑制することができる。
　また、本発明の第２の態様に係るモード変換器は、上述した第１の態様に係るモード変換器において、前記第２広壁の表面に配置された導体製のキャップであって、開口部が前記第２アンチパッドの外縁を取り囲むキャップを更に備えている。
　第２アンチパッドは、ポスト壁導波路の内部と外部とを電磁気的に結合する結合窓として機能する。したがって、ポスト壁導波路の導波モードの一部は、第２アンチパッドを介してポスト壁導波路の外部に漏洩しやすい。また、モード変換器の変換特性は、第２アンチパッドの近傍を取り巻く外部環境の変化の影響を受けやすい。
　上述した第２の態様によれば、導体製のキャップの開口部が第２アンチパッドの外縁を取り囲んでいるので、すなわち、導体製のキャップが第２アンチパッドを覆っているので、ポスト壁導波路の外部に漏洩し得る電磁波を抑制することができるとともに、外部環境の変化に起因して、モード変換器の変換特性が受ける可能性がある影響を抑制することができる。
　また、本発明の第３の態様に係るモード変換器は、上述した態様２に係るモード変換器において、前記第２アンチパッドを塞ぐように、前記第２広壁の表面に配置された板状又はブロック状の支持部材であって、前記第２広壁側の主面に、外縁が前記第２アンチパッドを取り囲む凹部が形成された支持部材を更に備え、前記キャップは、該支持部材の少なくとも前記凹部の表面を構成する導体からなる、ように構成されている。
　また、本発明の第４の態様に係るモード変換器は、上述した態様２に係るモード変換器において、前記第２アンチパッドを塞ぐように、前記第２広壁の表面に配置された誘電体製の板状又はブロック状の支持部材を更に備え、前記キャップは、該支持部材の表面のうち、側面と、前記第２広壁から遠い側の主面と、を覆う導体からなる、ように構成されている。
　上述した第３の態様及び第４の態様によれば、キャップ及びキャップの支持部材を容易に第２広壁の表面に配置することができる。
　また、本発明の第５の態様に係るモード変換器は、上述した態様２～態様４の何れかに係るモード変換器において、前記キャップを第１キャップとして、前記第１広壁の表面に配置された導体製の第２キャップであって、開口部が前記第１アンチパッドの外縁を取り囲み、且つ、前記マイクロストリップ線路を構成するマイクロストリップラインとは絶縁されている第２キャップを更に備えている。
　第１アンチパッドは、第２アンチパッドと同様に、ポスト壁導波路の内部と外部とを電磁気的に結合する結合窓として機能する。
　上述した第５の態様によれば、第１キャップの場合と同様に、ポスト壁導波路の外部に漏洩し得る電磁波を抑制することができるとともに、外部環境の変化に起因して、モード変換器の変換特性が受ける可能性がある影響を抑制することができる。
　また、本発明の第６の態様に係るモード変換器は、上述した態様５に係るモード変換器において、前記第１アンチパッドを塞ぐように、前記第１広壁の表面に配置された板状又はブロック状の支持部材であって、前記第１広壁側の主面に、外縁が前記第１アンチパッドを取り囲む凹部が形成された支持部材を更に備え、前記第２キャップは、前記支持部材の少なくとも前記凹部の表面を構成する導体からなる、ように構成されている。
　また、本発明の第７の態様に係るモード変換器は、上述した態様５に係るモード変換器において、前記第１アンチパッドを塞ぐように、前記第１広壁の表面に配置された誘電体製の板状又はブロック状の支持部材を更に備え、前記第２キャップは、該支持部材の表面のうち、側面と、前記第１広壁から遠い側の主面と、を覆う導体からなる、ように構成されている。
　上述した第６の態様及び第７の態様によれば、第２キャップ及び第２キャップの支持部材を容易に第１広壁の表面に配置することができる。
　また、本発明の第８の態様に係るモード変換器は、上述した態様１～態様７の何れかに係るモード変換器において、前記第１アンチパッドの少なくとも一部は、樹脂材料で覆われている、ように構成されている。
　上述した第８の態様によれば、マイクロストリップ線路を構成するマイクロストリップライン及びグランド層の各々を短絡することなく、マイクロストリップラインを支持することができる。
　また、本発明の第９の態様に係るモード変換器は、上述した態様１～態様８の何れかに係るモード変換器において、前記第２アンチパッドは、空隙である、ように構成されている。
　上述した第９の態様によれば、反射損失を更に抑制することができる。
　〔付記事項〕
　本発明は上述した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。
　１０　モード変換器
　ＰＷ　ポスト壁導波路
　１１　基板
　１２，１３　導体層（第１広壁，第２広壁）
　１２ｃ，１３ｃ　アンチパッド（第１アンチパッド，第２アンチパッド）
　１４　ポスト壁
　１４ａ，１４ｂ　狭壁
　１４ｉ　スルービア
　１５　誘電体層
　ＭＳ　マイクロストリップ線路
　２１　マイクロストリップライン
　ＴＶ　スルービア（励振ピン）
　Ｃ１，Ｃ１Ａ　キャップ（第２キャップ）
　Ｓ１Ａ　支持部材（第２キャップの支持部材）
　Ｃ２，Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ，Ｃ２Ｃ　キャップ（第１キャップ）
　Ｓ２Ｂ，Ｓ２Ｃ　支持部材（第１キャップの支持部材）

Claims (9)

  1. 　一対の広壁である第１広壁及び第２広壁を含むポスト壁導波路と、
    　前記第１広壁をグランド層とするマイクロストリップ線路と、
    　前記ポスト壁導波路の内部を貫通するスルービアからなる励振ピンであって、前記ポスト壁導波路の導波モードと前記マイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換する励振ピンと、を備えたモード変換器であって、
    　前記第１広壁及び前記第２広壁の各々には、平面視において、内縁が前記励振ピンを包含する環状の第１アンチパッド及び第２アンチパッドであって、外寸が前記励振ピンの直径の５倍より大きく６倍より小さい第１アンチパッド及び第２アンチパッドがそれぞれ形成されている、
    ことを特徴とするモード変換器。
  2. 　前記第２広壁の表面に配置された導体製のキャップであって、開口部が前記第２アンチパッドの外縁を取り囲むキャップを更に備えている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のモード変換器。
  3. 　前記第２アンチパッドを塞ぐように、前記第２広壁の表面に配置された板状又はブロック状の支持部材であって、前記第２広壁側の主面に、外縁が前記第２アンチパッドを取り囲む凹部が形成された支持部材を更に備え、
    　前記キャップは、該支持部材の少なくとも前記凹部の表面を構成する導体からなる、
    ことを特徴とする請求項２に記載のモード変換器。
  4. 　前記第２アンチパッドを塞ぐように、前記第２広壁の表面に配置された誘電体製の板状又はブロック状の支持部材を更に備え、
    　前記キャップは、該支持部材の表面のうち、側面と、前記第２広壁から遠い側の主面と、を覆う導体からなる、
    ことを特徴とする請求項２に記載のモード変換器。
  5. 　前記キャップを第１キャップとして、
    　前記第１広壁の表面に配置された導体製の第２キャップであって、開口部が前記第１アンチパッドの外縁を取り囲み、且つ、前記マイクロストリップ線路を構成するマイクロストリップラインとは絶縁されている第２キャップを更に備えている、
    ことを特徴とする請求項２～４の何れか１項に記載のモード変換器。
  6. 　前記第１アンチパッドを塞ぐように、前記第１広壁の表面に配置された板状又はブロック状の支持部材であって、前記第１広壁側の主面に、外縁が前記第１アンチパッドを取り囲む凹部が形成された支持部材を更に備え、
    　前記第２キャップは、該支持部材の少なくとも前記凹部の表面を構成する導体からなる、
    ことを特徴とする請求項５に記載のモード変換器。
  7. 　前記第１アンチパッドを塞ぐように、前記第１広壁の表面に配置された誘電体製の板状又はブロック状の支持部材を更に備え、
    　前記第２キャップは、該支持部材の表面のうち、側面と、前記第１広壁から遠い側の主面と、を覆う導体からなる、
    ことを特徴とする請求項５に記載のモード変換器。
  8. 　前記第１アンチパッドの少なくとも一部は、樹脂材料で覆われている、
    ことを特徴とする請求項１～７の何れか１項に記載のモード変換器。
  9. 　前記第２アンチパッドは、空隙である、
    ことを特徴とする請求項１～８の何れか１項に記載のモード変換器。
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