(57)【要約】【課題】大量生産が可能で、かつ低コストで製作可能なＮＲＤガイドと回路素子の整合構造及びＮＲＤガイドと伝送線路の整合構造を提供する。【解決手段】誘電体ロッドおよび誘電体ロッドを挟む平行導体板を有するＮＲＤガイドと、誘電体ロッドの端部に配置される回路基板２１に装荷されるダイオード２３とのインピーダンスを整合するＮＲＤガイドと回路素子の整合構造であって、回路基板は、ダイオードを装荷する金属電極２４が形成される第１の面と、第１の面と平行で、かつ、誘電体ロッドの端部と対向する第２の面と、を有し、誘電体ロッドの端部と第２の面との間に金属薄膜２８が挿入される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体ロッドおよび前記誘電体ロッドを挟む平行導体板を有するＮＲＤガイドと、
前記誘電体ロッドの端部に配置された回路基板に装荷される回路素子とのインピーダンスを整合するＮＲＤガイドと回路素子の整合構造であって、
前記回路基板は、前記回路素子を装荷する金属電極が形成される第１の面と、
前記第１の面と平行で、かつ、前記誘電体ロッドの端部と対向する第２の面と、を有し、
前記誘電体ロッドの端部と前記第２の面との間に金属膜が挿入されることを特徴とするＮＲＤガイドと回路素子の整合構造。
【請求項２】
前記回路基板は、前記第１の面および前記第２の面に予め金属層が積層された基板により構成され、
前記金属電極および前記金属膜は、前記第１の面および前記第２の面にそれぞれ積層された金属層により形成されることを特徴とする請求項１に記載のＮＲＤガイドと回路素子の整合構造。
【請求項３】
誘電体ロッドおよび前記誘電体ロッドを挟む平行導体板を有するＮＲＤガイドと、
前記誘電体ロッドの端部に配置された回路基板に形成される伝送線路とのインピーダンスを整合するＮＲＤガイドと伝送線路の整合構造であって、
前記回路基板は、前記伝送線路が形成される第１の面と、
前記第１の面と平行で、かつ、前記誘電体ロッドの端部と対向する第２の面と、を有し、
前記誘電体ロッドの端部と前記第２の面との間に金属膜が挿入されることを特徴とするＮＲＤガイドと伝送線路の整合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミリ波の伝送等に対して特に有効なＮＲＤガイドにおいて、変調や検波などの機能を実現する回路素子を効率よく動作させるためのＮＲＤガイドと回路素子の整合構造およびＮＲＤガイドと伝送線路の整合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信システムにおいては高速化、大容量化の要求に応じるためミリ波帯の電波（以下、ミリ波という）の活用がより一層重要となってきている。
【０００３】
このミリ波を伝送可能な非放射性誘電体線路（以下、ＮＲＤガイドという）は、大容量性および低損失性から「ミリ波ファイバ」とも呼ばれ、ミリ波集積回路の形成に適している。
【０００４】
このＮＲＤガイドにおいて、ダイオード等の機能デバイスが装荷され変調器や検波器を構成するダイオード回路を設置する場合には、ＮＲＤガイドとダイオード回路が形成された回路基板との間に高誘電率の薄板を挿入したり、ＮＲＤガイドを構成する誘電体ロッドを伝送方向に分割して空隙部を設けたりすることにより、ＮＲＤガイドとダイオード回路とのインピーダンスを整合させ、変調器や検波器の動作効率を高めるようになっていた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
この非特許文献１に記載のＮＲＤガイドと回路素子の整合構造は、ＰＩＮダイオードが装荷されたＰＩＮパルス変調器とＮＲＤガイドとのインピーダンスを整合するようになっており、ＰＩＮダイオードに所定のバイアス電流が供給されている状態において誘電体ロッドからＰＩＮダイオードに入射されるミリ波の透過損が低減されるよう、誘電体ロッドに空隙部を設けるとともに、誘電体ロッドとＰＩＮパルス変調器との間に高誘電率の薄板が挿入されていた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】米山、他、「ビームリードダイオードを用いた非放射性誘電体線路回路素子」、電子情報通信学会論文誌、'90/2、Vol. J73-C-I、No.2
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような従来のＮＲＤガイドと回路素子の整合構造においては、空隙部を形成するために誘電体ロッドを伝送方向に分割したり、高価な高誘電率薄板を必要としたりするため、製作工程数や部品点数が増加することとなり、結果として製作コストが増加するという問題があった。さらに、ＮＲＤガイドと回路素子の整合特性に再現性を持たせるためには、誘電体ロッドに形成する空隙部の長さや、高誘電率薄板の厚みに対する精度を高めなければならず、製作に時間がかかり、結果として大量生産に不向きであるという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、大量生産が可能で、かつ低コストで製作可能なＮＲＤガイドと回路素子の整合構造およびＮＲＤガイドと伝送線路の整合構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係るＮＲＤガイドと回路素子の整合構造は、誘電体ロッドおよび前記誘電体ロッドを挟む平行導体板を有するＮＲＤガイドと、前記誘電体ロッドの端部に配置された回路基板に装荷される回路素子とのインピーダンスを整合するＮＲＤガイドと回路素子の整合構造であって、前記回路基板は、前記回路素子を装荷する金属電極が形成される第１の面と、前記第１の面と平行で、かつ、前記誘電体ロッドの端部と対向する第２の面と、を有し、前記誘電体ロッドの端部と前記第２の面との間に金属膜が挿入されることを特徴とする。
【００１０】
この構成により、ＮＲＤガイドと回路素子の整合構造は、ＮＲＤガイドの誘電体ロッドに空隙部を形成したり、高誘電率の薄板を挿入したりすることなくＮＲＤガイドと回路素子とのインピーダンスを整合することが可能となる。したがって、製作時間が短縮され、大量生産が容易になるとともに、製作コストを低減することが可能となる。
【００１１】
さらに、本発明の請求項２に係るＮＲＤガイドと回路素子の整合構造は、請求項１に記載のＮＲＤガイドと回路素子の整合構造において、前記回路基板は、前記第１の面および前記第２の面に予め金属層が積層された基板により構成され、前記金属電極および前記金属膜は、前記第１の面および前記第２の面にそれぞれ積層された金属層により形成されることを特徴とする。
【００１２】
この構成により、ＮＲＤガイドと回路素子の整合構造は、回路基板に予め形成された金属膜を、誘電体ロッドの端部と第２の面との間に挿入する金属膜として利用できるので、部品点数をより一層低減でき、製作コストを低減することが可能となる。
【００１３】
さらに、本発明の請求項３に係るＮＲＤガイドと伝送線路の整合構造は、誘電体ロッドおよび前記誘電体ロッドを挟む平行導体板を有するＮＲＤガイドと、前記誘電体ロッドの端部に配置された回路基板に形成される伝送線路とのインピーダンスを整合するＮＲＤガイドと伝送線路の整合構造であって、前記回路基板は、前記伝送線路が形成される第１の面と、前記第１の面と平行で、かつ、前記誘電体ロッドの端部と対向する第２の面と、を有し、前記誘電体ロッドの端部と前記第２の面との間に金属膜が挿入されることを特徴とする。
【００１４】
この構成により、ＮＲＤガイドと伝送線路の整合構造は、ＮＲＤガイドの誘電体ロッドに空隙部を形成したり、高誘電率の薄板を挿入したりすることなくＮＲＤガイドと伝送線路とのインピーダンスを整合することが可能となる。したがって、製作時間が短縮され、大量生産が容易になるとともに、製作コストを低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、ＮＲＤガイドを構成する誘電体ロッドに空隙部を形成したり、高誘電率薄板を挿入することなく、ＮＲＤガイドと回路素子および伝送線路との整合を実現できるので、大量生産が可能で、かつ低コストで製作可能なＮＲＤガイドと回路素子の整合構造およびＮＲＤガイドと回路素子の整合構造を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＮＲＤガイドとダイオードの整合構造を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る回路基板を示す模式図であり、（ａ）は、回路基板の一方の面を、（ｂ）は回路基板の他方の面を示す模式図である。
【図３】金属電極および金属薄膜の形状を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、ＮＲＤガイドとダイオードの整合構造における電力の反射量をシミュレーションにより算出したグラフであり、図４（ｂ）は、実験により測定された電力の反射量を表すグラフである。
【図５】ＮＲＤガイドとダイオードの整合構造を有する変調器の一例を示す模式図である。
【図６】ＮＲＤガイドとダイオードの整合構造を有する変調器の別の例を示す図である。
【図７】変調器に入射されたミリ波電力の透過量を実験により測定した結果を表すグラフである。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る回路基板を示す模式図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係るＮＲＤガイドと伝送線路の整合構造を示す模式図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る回路基板を示す模式図である。
【図１１】図１１（ａ）は、ＮＲＤガイドと伝送線路の整合構造における電力の反射量を、図１１（ｂ）は、ＮＲＤガイドと伝送線路の整合構造における電力の透過量を、シミュレーションによりそれぞれ算出したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るＮＲＤガイドと回路素子の整合構造について、図面を用いて説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係るＮＲＤガイドとダイオードの整合構造について、図１乃至図７を用いて説明する。
【００１９】
図１に示すように、ＮＲＤガイド１は、方形断面を有する誘電体ロッド１０と、平行に配置されハウジングとして機能する上部導体板１１および下部導体板１２とによって構成されており、誘電体ロッド１０は、上部導体板１１および下部導体板１２により狭持されている。本実施の形態においては、上部および下部導体板１１、１２はアルミニウムにより形成されているが、銅または真鍮などの良導電体・非磁性体材料により形成されていればよい。
【００２０】
誘電体ロッド１０は、ミリ波に対して低損失性を有するよう、損失角tanδが１０−４程度、比誘電率εｒが３．０以下の材料により形成されると好適である。本実施の形態においては、誘電体線路１０は、比誘電率εｒが２．０４のポリテトラフルオロエチレン（以下、単にＰＴＦＥという）により形成されている。
【００２１】
誘電体ロッド１０の寸法は、高さをａ、幅をｂ、自由空間波長をλ０とすると、
ａ＝０．４５λ０
ｂ＝０．５１・（（εｒ）−１）−１／２・λ０
となっている。本実施の形態においては、５５ＧＨｚから６５．５ＧＨｚの帯域において単一モードとなるよう、ａ＝２．２５ｍｍ、ｂ＝２．５ｍｍとしている。
【００２２】
さらに、本実施の形態においては、ＮＲＤガイド１は、誘電体ロッド１０の端部に回路基板２１を備えている。
【００２３】
図２に示すように、回路基板２１の一方の面には、回路素子としてのダイオード２３を装荷するための金属電極２４が形成されている。金属電極２４は、ダイオード２３の２個の端子がそれぞれ接続される第１電極部２５および第２電極部２６により構成されている。ここで、本実施の形態に係る一方の面は、本発明に係る第１の面を構成する。
【００２４】
この回路基板２１は、回路基板２１の一方の面と平行な他方の面が、誘電体ロッド１０の端部における端面と対向するように設置される。この回路基板２１の他方の面と誘電体ロッド１０の端面との間には、金属薄膜２８が挿入される。ここで、本実施の形態に係る他方の面は、本発明に係る第２の面を構成する。
【００２５】
この金属薄膜２８は、回路基板２１に形成されている金属電極２４と同程度の膜厚を有していればよい。したがって、回路基板２１として、両面に銅箔がプリントにより予め積層されたプリント基板を用いれば、金属電極２４および金属薄膜２８を容易に形成できるとともに、金属薄膜２８を回路基板２１と誘電体ロッド１０の端部との間に挿入するプロセスも省略できるため、ＮＲＤガイド１と回路素子の整合構造を構成する部品点数および製作に必要な工程数をより一層減少させることが可能となる。
【００２６】
さらに、プリント基板を用いる場合には、エッチング技術を用いることにより金属電極２４および金属薄膜２８が形成されるので、機械的な切断および研磨により形成される高誘電率の薄板を使用する従来の整合構造よりも、ＮＲＤガイド１とダイオード２３とのインピーダンス整合の精度を再現性よく高めることができる。なお、金属が予め積層された基板としては、プリント基板に限定されず、蒸着や接着など周知の方法で金属が予め積層された基板であればよい。
【００２７】
金属電極２４は、回路基板２１が誘電体ロッド１０の端部に設置された際に、誘電体ロッド１０の端部におけるミリ波の電界強度が最も高くなる位置の近傍にダイオード２３が装荷される形状を有するようになっている。このとき、ダイオード２３が装荷される方向は、誘電体ロッド１０を伝搬するミリ波のモードに応じ、ＮＲＤガイド１からダイオード２３へのミリ波の透過率が最大となるよう決定される。一方、金属薄膜２８は、ＮＲＤガイド１とダイオード２３とのインピーダンス整合を行うための容量性スタブとしての機能を有しているとみなすことができる。したがって、金属薄膜２８の大きさは、ＮＲＤガイド１を構成する誘電体ロッド１０とダイオード２３とのインピーダンス整合を実現するためのリアクタンス素子と等しい容量を有するように定めるようになっている。
【００２８】
なお、周波数帯域に対する計算精度は下がるものの、金属薄膜２８が、ＮＲＤガイド１とダイオード２３とのインピーダンス整合を行うためのλ／４インピーダンス変成器と類似した機能を有しているとみなすことにより金属薄膜２８の大きさを算出するようにしてもよい。
【００２９】
以上のように構成されるＮＲＤガイドとダイオードの整合構造の実施例を、図３乃至図４を用いて説明する。
【００３０】
図３（ａ）は、本実施例における金属電極２４の形状を、図３（ｂ）は、ダイオード２３の等価回路を、図３（ｃ）は、金属薄膜２８の形状をそれぞれ示す図である。また、回路基板２１は、厚さ０．６ｍｍ、比誘電率２．６であり、この回路基板２１の一方の面に金属電極２４が形成されている。また、本実施例においては、回路基板２１の高さは、誘電体ロッド１０と等しい２．２５ｍｍとなっている。
【００３１】
また、回路基板２１の他方の面には、高さ１．０ｍｍ、幅０．６８ｍｍの金属薄膜２８が形成されており、誘電体ロッド１０の端部と接触している。なお、本実施例においては、金属薄膜２８は、金属薄膜２８の表面の中心と誘電体ロッド１０の断面の中心とが略一致するよう配置されている。
【００３２】
図４（ａ）は、上記のように形成されたＮＲＤガイドとダイオードの整合構造における電力の反射量をシミュレーションにより算出したグラフであり、図４（ｂ）は、実験により測定された電力の反射量を表すグラフを示している。
【００３３】
このシミュレーションおよび実験においては、誘電体ロッド１０の一端から入力された６０ＧＨｚ帯のミリ波電力のダイオード２３における反射量を求めている。
【００３４】
なお、図４（ａ）に示すシミュレーションにおいては、ダイオード２３として図３（ｂ）に示すショットキーダイオードの等価モデルを使用しており、ショットキーダイオードに供給されるバイアス電流の変化を、この等価モデルにおける内部抵抗値の変化により表している。
【００３５】
また、図４（ｂ）に示す実験においては、ダイオード２３として、フリップチップタイプのショットキーダイオードを使用しており、このショットキーダイオードに供給するバイアス電流を変化させながら実験を行っている。
【００３６】
図４（ａ）に示すように、シミュレーションにおいては、ショットキーダイオードの等価モデルにおける抵抗値Ｒｄが１ＴΩの場合には、ミリ波の入射電力がショットキーダイオードによりほとんど反射されている。これに対し、抵抗値Ｒｄが２０Ωの場合には、ほとんどの入射電力が反射されておらず、入射電力がショットキーダイオードに吸収されることを示している。
【００３７】
また、図４（ｂ）に示すように、実験においては、ショットキーダイオードに供給するバイアス電流ｉｄが０ｍＡの場合には、ミリ波の入射電力がほとんどショットキーダイオードにより反射されている。これに対し、バイアス電流ｉｄが０．５ｍＡの場合には、ほとんどの入射電力が反射されておらず、入射電力がショットキーダイオードに吸収されていることを示している。なお、ショットキーダイオードは、供給されるバイアス電流ｉｄが大きいほど抵抗値Ｒｄが小さくなる。したがって、図４（ａ）に示すシミュレーションにより算出したグラフと、図４（ｂ）に示す実験により測定されたグラフとは、精度よく一致することが確認された。
【００３８】
したがって、例えば、ショットキーダイオードに供給するバイアス電流ｉｄを０．５ｍＡに設定し、この状態における反射量が最少となるよう金属薄膜２８の形状を定めるようにすれば、バイアス電流ｉｄの値に応じた反射量の変化量が検波で十分識別可能な値となり、本実施の形態に係るＮＲＤガイドとダイオードの整合構造が、検波回路として動作可能であることが確認された。また、本実施の形態に係るＮＲＤガイドとダイオードの整合構造は、以下に示すように、検波回路としてのみではなく、ショットキーダイオードによる入射電波の吸収および反射を高速で切り替えることにより、振幅偏移変調（ＡＳＫ）を実行する変調器に応用することも可能である。
【００３９】
図５は、ＮＲＤガイドとダイオードの整合構造を有する変調器の一例である。なお、図５においては、上部導体板１１および下部導体板１２が省略されている。
【００４０】
サーキュレータ３１は、公知のように、モードサプレサを有する３本の誘電体ロッド３２乃至３４、１組のフェライトディスク、誘電体スペーサおよび１組のディスク型磁石によって構成されており、３本の誘電体ロッド３２乃至３４は、互いに１２０°の角度間隔で放射状に配置されている。
【００４１】
サーキュレータ３１は、誘電体ロッド３２を伝搬してきたミリ波を、フェライトディスクによって反時計回りに回転させ、誘電体ロッド３３に伝搬させるようになっている。したがって、サーキュレータ３１は、誘電体ロッド３２から誘電体ロッド３４へミリ波を伝搬しない。また、サーキュレータ３１は、誘電体ロッド３３を伝搬してきたミリ波を、反時計回りに回転させ、誘電体ロッド３４へ伝搬させる。
【００４２】
したがって、図示しないミリ波発振器により出射され、誘電体ロッド３２に入射されたミリ波は、サーキュレータ３１を介して誘電体ロッド３３を伝搬し、金属薄膜２８および金属電極２４（図１参照）が形成された回路基板２１に到達する。
【００４３】
ここで、回路基板２１に装荷されたダイオード２３に対するバイアス電流ｉｄの電流値が高速で変化される。ダイオード２３に供給されるバイアス電流ｉｄが"０"の場合には、ミリ波の反射量が増大するため、振幅が大きいＯＮ状態のミリ波が図示しないアンテナから出射される。また、上述したように、所定のバイアス電流ｉｄにおいて反射量が最少となるよう金属薄膜２８の形状が定められているので、このバイアス電流が供給された場合には、ミリ波の反射量が減少し、振幅が小さいＯＦＦ状態のミリ波がアンテナから出射されることになる。
【００４４】
図６は、ＮＲＤガイドとダイオードの整合構造を有する変調器の別の例である。なお、図６においては、上部導体板１１および下部導体板１２が省略されている。
【００４５】
この変調器は、入力側誘電体ロッド３６、出力側誘電体ロッド３７および回路基板４０を備えている。
【００４６】
入力側誘電体ロッド３６および出力側誘電体ロッド３７は、所定の曲率半径および曲がり角度を有するとともに、所定の間隔で並置される平行部を有する公知の低損失結合器３８を構成している。
【００４７】
回路基板４０の一方の面には、２つのショットキーダイオード４２、４４が装荷されており、一方の面と平行な他方の面には、入力側誘電体ロッド３６および出力側誘電体ロッド３７と、それぞれのショットキーダイオード４２、４４とのインピーダンスが整合するよう、金属薄膜４１、４３が積層されている。なお、２つのショットキーダイオードを用いた変調器の動作原理については、本願出願人による特許３８８７２９６号に開示されている。
【００４８】
以上のように構成された変調器において、入射されたミリ波電力の透過量を実験により測定した結果を表すグラフを図７に示す。それぞれのショットキーダイオード４２、４４に供給されるバイアス電流ｉｄが０ｍＡのときは透過量が５ｄＢ程度となる一方、バイアス電流ｉｄが０．５ｍＡのときでは、透過量が−１０ｄＢ、帯域によっては−２０ｄＢ以下となった。したがって、バイアス電流を制御することにより、変調器から出射されるミリ波の振幅が変化され、ＡＳＫ変調器として機能することが確認された。
【００４９】
以上のように本発明の第１の実施の形態に係るＮＲＤガイドとダイオードの整合構造においては、回路基板２１と誘電体ロッド１０との間に金属薄膜２８を挿入することにより、ダイオード２３とＮＲＤガイド１とのインピーダンスが整合されるので、ＮＲＤガイド１の誘電体ロッド１０に空隙部を形成したり、高誘電率の薄板を挿入したりすることなくＮＲＤガイド１とダイオード２３とのインピーダンスを整合することが可能となる。したがって、製作時間が短縮され、大量生産が容易になるとともに、製作コストを低減することが可能となる。
【００５０】
以上の説明においては、回路素子として、ダイオードを用いる場合について説明したが、これに限定されず、ダイオード以外の半導体素子、あるいは、抵抗などのいかなる受動素子を用いてもよい。
【００５１】
なお、以上の説明においては、回路基板２１に２端子のダイオードが回路素子として装荷される場合について説明したが、これに限定されず、以下に第２の実施の形態として述べるように、回路基板２１に複数の回路素子や３端子の回路素子が装荷されるようにしてもよい。
【００５２】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係るＮＲＤガイドと半導体素子の整合構造を、図８を用いて説明する。
【００５３】
なお、本発明の第２の実施の形態に係る図示しない誘電体ロッド、上部導体板、下部導体板は、第１の実施の形態に係る誘電体ロッド１０、上部導体板１１、下部導体板１２とそれぞれ同一の構成であり、その説明を省略する。
【００５４】
本実施の形態における回路基板２１の一方の面には第１乃至第３の電極部４６乃至４８により形成される金属電極４５が形成されており、この金属電極４５は、第２の電極部４７を中心導体とするコプレーナ線路を形成している。この回路基板２１には、共通の端子を有する２つのダイオード４９、５０が装荷されるようになっており、ダイオード４９の端子は、第１および第２の電極部４６、４７に接続され、ダイオード５０の端子は、第２および第３の電極部４７、４８にそれぞれ接続されるようになっている。
【００５５】
また、回路基板２１の他方の面には、第１の実施の形態と同様に、金属薄膜５２が積層されており、ダイオード４９、５０に所定のバイアス電流が供給されている状態において、誘電体ロッド１０とダイオード４９、５０とのインピーダンスが整合するような大きさに形成されている。
【００５６】
なお、以上の説明においては、２つのダイオード４９、５０が回路基板に装荷される場合について説明したが、２つのダイオード４９、５０の代わりに、３端子の半導体素子を装荷してもよい。３端子の半導体素子としては、１つのアノード端子と２つのカソード端子を有するダイオード型の素子でもよく、あるいは３端子のトランジスタ素子や発振素子でもよい。さらには、回路素子であれば半導体素子のみならず受動素子などが用いられてもよい。
【００５７】
さらには、金属電極を構成する電極数は、回路基板に装荷される回路素子の端子数以上であればよい。ここで、金属電極を構成する電極数が回路基板に装荷される回路素子の端子数以上であるとの表現は、回路基板２１に装荷される回路素子が１個の場合には、金属電極が、この回路素子の端子数以上の電極部を有することを意味する。また、回路基板２１に装荷される回路素子が２個以上の場合には、金属電極が、これらの回路素子の合計の端子数以上の電極部を有することを意味する。なお、２つ以上の端子が共通の電極に接続される場合においては、この共通の電極に接続される端子を合わせて１つの端子とみなすようにする。
【００５８】
以上のように本発明の第２の実施の形態に係るＮＲＤガイドと半導体素子の整合構造においては、回路基板２１に形成される金属電極４５の電極数がダイオード４９、５０あるいは３端子素子の端子数と等しいので、回路基板２１に装荷される半導体素子の数や半導体素子の端子数にかかわらず、ＮＲＤガイド１と半導体素子とのインピーダンスを整合することが可能となる。
【００５９】
なお、以上の説明においては、整合構造がＮＲＤガイドと半導体素子とのインピーダンスを整合する場合について説明したが、これに限定されず、以下に述べるように整合構造がＮＲＤガイドと伝送線路とを整合するようにしてもよい。
【００６０】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態に係るＮＲＤガイドと伝送線路の整合構造を、図９乃至図１１を用いて説明する。
【００６１】
なお、本発明の第３の実施の形態に係る誘電体ロッド１０、上部導体板１１、下部導体板１２は、第１の実施の形態に係る誘電体ロッド１０、上部導体板１１、下部導体板１２とそれぞれ同一の構成であり、その説明を省略する。
【００６２】
図９および図１０に示すように、回路基板５１の一方の面には、伝送線路としての金属ストリップ線路５３が形成されている。また、回路基板５１において、誘電体ロッド１０の端面と対向する他方の面には、第１の実施の形態と同様に、金属薄膜５４が挿入されており、ＮＲＤガイド１と金属ストリップ線路５３のインピーダンスが整合するような大きさに形成されている。
【００６３】
回路基板５１として、第１の実施の形態に係る回路基板２１と同様に、プリント基板など予め金属層が積層された基板を用いる場合には、金属ストリップ線路５３および金属薄膜５４を精度よく容易に形成することが可能となる。
【００６４】
なお、回路基板５１に形成される伝送線路は、金属ストリップ線路５３に限定されず、回路基板５１上に形成可能な伝送線路であればいかなる伝送線路であってもよい。
【００６５】
図１１は、本実施の形態に係るＮＲＤガイドと伝送線路の整合構造におけるシミュレーションの結果を示すグラフであり、図１１（ａ）は反射量を、図１１（ｂ）は透過量をそれぞれ表す。
【００６６】
このシミュレーションにおいては、金属ストリップ線路５３の幅は１．８ｍｍである。また、金属ストリップ線路５３における誘電体ロッド１０側の端部は、ＮＲＤガイド１と金属ストリップ線路５３との間の変換効率が最大となるよう、誘電体ロッドの幅方向における中心線と一致している。また、金属薄膜５４の幅は０．６８ｍｍ、高さは１．０ｍｍであり、金属薄膜５４の表面の中心と誘電体ロッド１０の断面の中心とが略一致するようになっている。なお、比較のため、金属薄膜５４を挿入しない場合におけるＮＲＤガイドと伝送線路の整合特性の結果も示している。
【００６７】
誘電体ロッド１０に入射されたミリ波の金属ストリップ線路５３による反射量は、図１１（ａ）に示すように、いずれの帯域においても−１０ｄＢ以下であり、中心周波数の６０ＧＨｚでは約−１８ｄＢまで低下している。これに対し、金属薄膜５４を挿入しない場合には、ほとんどの帯域で反射量が−１０ｄＢより大きくなっており、ＮＲＤガイド１と金属ストリップ線路５３とが十分整合していないことが示されている。
【００６８】
また、誘電体ロッド１０から金属ストリップ線路５３に伝送されるミリ波の透過量は、ほぼすべての帯域において０ｄＢの近傍であり、ＮＲＤガイド１と金属ストリップ線路５３のインピーダンスが広帯域にわたり整合していることがわかる。一方、金属薄膜５４を挿入しない場合には、金属薄膜５４を挿入する場合と比較して透過量が減少していることが示されている。
【００６９】
以上のように、本実施の形態に係るＮＲＤガイド１と金属ストリップ線路５３の整合構造は、ＮＲＤガイド１の誘電体ロッド１０に空隙部を形成したり、高誘電率の薄板を挿入したりすることなくＮＲＤガイド１と金属ストリップ線路５３とのインピーダンスを整合することが可能となる。したがって、製作時間が短縮され、大量生産が容易になるとともに、製作コストを低減することが可能となる。
【００７０】
また、伝送線路としての金属ストリップ線路５３に半導体素子や受動素子などの回路素子を装荷する場合には、ＮＲＤガイドと回路素子との電磁気的な結合を、金属ストリップ線路５３を介して行うことが可能となる。したがって、ＮＲＤガイドと電磁気的な結合を直接行うことが難しい回路素子を使用する場合においても、本実施の形態に係るＮＲＤガイドと伝送線路の整合構造を適用することにより、ＮＲＤガイドと回路素子とを金属ストリップ線路５３を介して高効率で結合させることが可能となる。また、ＮＲＤガイドと回路素子とを金属ストリップ線路５３を介して結合させるので、ＮＲＤガイドと回路素子とを直接結合させる場合と異なり、回路素子が必ずしもＮＲＤガイドの近傍に配置されなくてもよく、ＮＲＤガイドおよび回路素子の配置に対する自由度を高めることが可能となる。
【００７１】
以上の説明においては、金属薄膜が方形である場合について説明したが、この場合に限られず、金属薄膜は、円形、楕円形あるいは菱形など任意の形状を有していればよい。また、回路基板に複数の金属薄膜が張られていてもよい。
【００７２】
また、以上の説明においては、ＮＲＤガイドの基本モードであるＬＳＭモードによりミリ波が伝送されることを前提とした金属電極の構造を示しているが、これに限定されず、例えば、ＬＳＥモードなど他の伝送モードを使用する場合には、それぞれのモードにおける電界分布に応じて金属電極の構造を変更するようにしてもよい。この場合、金属電極は、回路素子が電界強度の最大位置に装荷される構造を有すると好適である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上のように、本発明にかかるＮＲＤガイドと回路素子の整合構造およびＮＲＤガイドと伝送線路の整合構造は、大量生産が可能で、かつ低コストで製作可能であるという効果を有し、ミリ波伝送に対して有効なＮＲＤガイドにより構成される整合構造として有用である。
【符号の説明】
【００７４】
１  ＮＲＤガイド
１０  誘電体ロッド
１１  上部導体板
１２  下部導体板
２１  回路基板
２３  ダイオード
２４  金属電極
２５  第１電極部
２６  第２電極部
２８  金属薄膜
３１  サーキュレータ
３２乃至３４  誘電体ロッド
３６  入力側誘電体ロッド
３７  出力側誘電体ロッド
４０  回路基板
４１、４３  金属薄膜
４２、４４  ショットキーダイオード
４５  金属電極
４９、５０  ダイオード
５１  回路基板
５３  金属ストリップ線路
５４  金属薄膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図４】
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【図７】
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【図１１】
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