(57)【要約】【課題】製造コストの削減及び量産性の改善を図ることができるアンテナ共用器を提供する。【解決手段】誘電体基板５上に、受信帯域フィルタ、送信帯域フィルタ及び分岐回路が平面線路で形成されると共に平面線路−導波管変換器６ａ、６ｂ、６ｃが形成され、受信帯域フィルタ、送信帯域フィルタ及び分岐回路がそれぞれ平面線路−導波管変換器６ｂ、６ｃ、６ａを介して第１の台座１及び第２の台座２内に形成された導波管からなる対応の伝送線路に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信回路に接続される受信フィルタと、送信回路に接続される送信フィルタと、アンテナに接続されると共に前記受信フィルタ及び前記送信フィルタに接続された分岐回路とを有するアンテナ共用器において、
前記受信フィルタと前記送信フィルタと前記分岐回路を平面線路で構成し、
前記受信フィルタと前記受信回路とを接続する伝送線路、前記送信フィルタと前記送信回路とを接続する伝送線路及び前記分岐回路と前記アンテナとを接続する伝送線路をそれぞれ導波管で構成し、
前記受信フィルタ、前記送信フィルタ及び前記分岐回路とそれぞれ対応する伝送線路との間に平面線路−導波管変換器を接続したことを特徴とするアンテナ共用器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アンテナ共用器に係り、特にマイクロ波帯およびミリ波帯で用いられるアンテナ共用器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、マイクロ波帯やミリ波帯等の高周波数帯無線装置などに使用されるアンテナ共用器として、例えば特許文献１に示されるように、導波管フィルタと導波管Ｔ分岐回路を用いたアンテナ共用器がある。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２７０７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、導波管フィルタでは、導波管内部を使用波長のおよそ半波長ごとにアイリスで区切ることにより半波長共振器を形成する。このアイリス間隔、アイリス厚さを適切に選ぶことによって、所望のフィルタ特性を得るために必要な共振器間電磁界結合量を実現することができる。このとき、アイリスを作製する際の金属加工精度はフィルタ特性に大きく影響し、高性能な導波管フィルタの実現には高い金属加工精度が必要とされている。
また、同様に導波管Ｔ分岐回路においても、高性能な分岐特性を得るためには高い金属加工精度が必要となる。
このため、導波管フィルタおよび導波管Ｔ分岐回路を用いたアンテナ共用器の製造コストが嵩む、並びに量産性に乏しい、という問題点があった。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、製造コストの削減及び量産性の改善を図ることができるアンテナ共用器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】
【０００５】
この発明に係るアンテナ共用器は、受信回路に接続される受信フィルタと、送信回路に接続される送信フィルタと、アンテナに接続されると共に受信フィルタ及び送信フィルタに接続された分岐回路とを有するアンテナ共用器において、受信フィルタと送信フィルタと分岐回路を平面線路で構成し、受信フィルタと受信回路とを接続する伝送線路、送信フィルタと送信回路とを接続する伝送線路及び分岐回路とアンテナとを接続する伝送線路をそれぞれ導波管で構成し、受信フィルタ、送信フィルタ及び分岐回路とそれぞれ対応する伝送線路との間に平面線路−導波管変換器を接続したものである。
【０００６】
量産性に優れた高周波回路構造として平面回路構造が挙げられる。平面回路は、高精度な薄膜加工技術により特性ばらつきを少なくしつつ高周波回路を実現することができる。また、誘電体基板上に形成される平面回路は立体導波管回路に比べて回路サイズを小型にすることができ、これを用いた装置の小型化にも繋がることとなる。
一方、伝送線路としての機能面では、マイクロストリップ線路等の平面回路に比べ導波管は低損失であり、長距離の伝送に優れている。
【０００７】
そこで、この発明では、従来では高い金属加工精度が必要であった受信フィルタ、送信フィルタ及び分岐回路部分には平面回路構造を、低損失性を要求される伝送線路部分には導波管をそれぞれ用いることにより、電気的特性及び量産性に優れたアンテナ共用器構造の実現を可能としている。これにより、アンテナ共用器の製造コストの削減や量産性の改善を図ることができる。
また、伝送線路部分を導波管で実現するために、送受信フィルタや分岐回路等の平面回路上を伝送する状態から導波管内を伝送する状態へと変換する平面線路−導波管変換器を用いる。この発明によるアンテナ共用器で用いる導波管形状は、従来の導波管フィルタや導波管Ｔ分岐回路のように複雑な形状は必要とせず、金属加工も容易である。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、受信フィルタと送信フィルタと分岐回路を平面線路で構成し、これら受信フィルタ、送信フィルタ及び分岐回路にそれぞれ平面線路−導波管変換器を介して導波管からなる伝送線路を接続したので、製造コストを削減し、量産性に優れたアンテナ共用器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１及び図２にそれぞれ実施の形態に係るアンテナ共用器を表面側及び裏面側から見た斜視図を示す。第１の台座１及び第２の台座２内に導波管回路が形成されており、第１の台座１の表面には導波管４が形成され、第２の台座２の表面には導波管８及び導波管９が形成されている。第１の台座１に金属板７を介して誘電体基板５が接合されている。基板５上には、送信帯域フィルタ、受信帯域フィルタ及び分岐回路が平面回路パターンで形成されると共に平面線路−導波管変換器６ａ、６ｂ、６ｃが形成されている。
なお、第１の台座１に接続された基板５に対して封止の必要がある場合には、図１に示すような封止用蓋３が第１の台座１に被せられる。
【００１０】
この実施の形態においては、導波管４をアンテナ端子、導波管８を送信回路端子、導波管９を受信回路端子として説明するが、基板５に形成される送信帯域フィルタ、受信帯域フィルタ及び分岐回路の配置を変えることによって、３つの端子の役割を任意に選ぶことが可能である。
【００１１】
図３は、実施の形態に係るアンテナ共用器の構成部品を示す分解図である。送信回路端子を構成する導波管８及び受信回路端子を構成する導波管９を有する第２の台座２内には、導波管溝１２ａ、１２ｂ、１２ｃが加工されている。この第２の台座２に第１の台座１を積層することによって、導波管溝１２ａ、１２ｂ、１２ｃはそれぞれ矩形導波管として動作し、導波管内を信号伝播させることができる。一方、アンテナ端子を構成する導波管４を有する第１の台座１には、第２の台座２の導波管溝１２ａ、１２ｂ、１２ｃと接続される導波管１１ａ、１１ｂ、１１ｃが形成されている。
【００１２】
基板５上に形成された送信帯域フィルタ、受信帯域フィルタ及び分岐回路は、マイクロストリップ線路等の平面線路で相互に接続されている。このマイクロストリップ線路等の平面線路を伝送する信号は、平面線路−導波管変換器６ａ、６ｂ、６ｃによって平面線路上を伝送する状態から導波管内を伝送する状態へと変換され、変換された信号は第１の台座１及び第２の台座２内に形成された導波管回路内を伝播する。基板５は、導波管口１０ａ、１０ｂ、１０ｃを有する接続用の金属板７を介して、第１の台座１に加工された導波管１１ａ、１１ｂ、１１ｃに接続される。ただし、基板５を第１の台座１に加工された導波管１１ａ、１１ｂ、１１ｃに直接接続することもできる。
【００１３】
図４に、この実施の形態のアンテナ共用器を実現するために必要な高周波回路パターンが形成される誘電体基板５を示す。この基板５上には、送信帯域フィルタ１３、受信帯域フィルタ１４、分岐回路１５、平面線路１６、平面線路−導波管変換器６ａ、６ｂ、６ｃが形成されている。送信帯域フィルタ１３、受信帯域フィルタ１４及び分岐回路１５を構成する高周波回路パターンは、薄膜加工技術により基板５上に高精度に製造することができる。平面線路−導波管変換器６ａ、６ｂ、６ｃは、信号を、マイクロストリップ線路等の平面線路１６上を伝送する状態から、その進行方向を９０度曲げ、導波管内を伝送する状態へと変換する働きを有する。
【００１４】
この実施の形態のアンテナ共用器において、送受信フィルタ帯域、送受信回路間アイソレーション等のアンテナ共用器特性は、誘電体基板５上に形成された高周波回路によって決定される。従って、アンテナ共用器特性の変更が必要となる場合には、図３に示す構成部品のうち、誘電体基板５のみを交換すれば済むこととなる。
また、送受信フィルタが導波管フィルタ及び誘電体フィルタで構成される従来のアンテナ共用器に対し、この実施の形態に係るアンテナ共用器は、送受信フィルタが平面フィルタで構成されるので、低コスト且つ高精度に製造することができる。
【００１５】
また、この実施の形態では、例として図４に示す回路配置で、平面線路−導波管変換器６ａをアンテナ端子、平面線路−導波管変換器６ｂを受信回路端子、平面線路−導波管変換器６ｃを送信回路端子に接続しているが、基板５に形成する送信帯域フィルタ、受信帯域フィルタ及び分岐回路の配置を変えることによって、３つの端子の役割を任意に選ぶことが可能である。
【００１６】
図５に示される金属板７は、基板５を接合して第１の台座１へ接続するために用いられるものである。この金属板７には導波管口１０ａ、１０ｂ、１０ｃが形成されている。金属板７の導波管口１０ａ、１０ｂ、１０ｃを第１の台座１の導波管１１ａ、１１ｂ、１１ｃに接続することで、導波管内を伝送される信号は第１の台座１及び第２の台座２内に形成される導波管内を伝播する。
前述のように、送受信フィルタ帯域、送受信回路間アイソレーション等のアンテナ共用器特性は、基板５上に形成された高周波回路によって決定されるので、アンテナ共用器特性の変更が必要となる場合には、基板５が接合された金属板７を交換すればよい。金属板７と第１の台座１との接続をネジ止めにより行うことで、アンテナ共用器特性の異なる平面回路の交換を容易に行うことができる。
【００１７】
図６及び図７にそれぞれ第１の台座１を表面側及び裏面側から見た斜視図を示す。アンテナ端子となる導波管４と、金属板７の導波管口１０ａに接続される導波管１１ａは、いずれも第１の台座１の表面から裏面まで貫通形成されている。また、導波管１１ｂ及び１１ｃはそれぞれ第１の台座１の裏面に形成された導波管溝１２ｄ及び１２ｅに連通している。
【００１８】
図８及び図９にそれぞれ第２の台座２を表面側及び裏面側から見た斜視図を示す。第２の台座２の表面には導波管溝１２ａ、１２ｂ、１２ｃが形成されている。第２の台座２の表面上に第１の台座１が積層されると、第２の台座２の導波管溝１２ａの両端部に第１の台座１の導波管１１ａ及び導波管４が接続され、これによりＵ字状の導波管が形成される。同様に、第１の台座1と第２の台座２が積層すると、第２の台座２の導波管８及び導波管溝１２ｃに第１の台座１の導波管溝１２ｄ及び導波管１１ｃが接続され、これによりＳ字状の導波管が形成されると共に、第２の台座２の導波管９及び導波管溝１２ｂに第１の台座１の導波管溝１２ｅ及び導波管１１ｂが接続され、これによりＳ字状の導波管が形成される。
【００１９】
図１０に図１及び図２のＡ−Ａ'部分の断面図を示す。第１の台座１と第２の台座２が積層されることで、第１の台座１に形成された導波管４及び導波管１１ａが第２の台座２に形成された導波管溝１２aと接続されてＵ字状の導波管を形成し、この導波管の内部を信号（電波）が伝播する。導波管４は、この実施の形態では外部のアンテナへと接続される端子として機能する。
導波管口１０ａが形成された金属板７に基板５が接続され、この基板５上に平面線路−導波管変換器６ａが設けられている。この平面線路−導波管変換器６ａにより、導波管４、導波管溝１２a、導波管１１a及び導波管口１０aを伝播する信号は、マイクロストリップ線路等の平面線路上を伝送される状態へと変換され、基板５上に設けられた分岐回路１５へと伝送される。
なお、導波管溝１２ａの両端には、９０°屈曲した導波管内を電磁波が伝送する際に生じる反射波を抑えるための整合用素子１７ａ及び１７ｂが形成されている。
【００２０】
図１１に図１及び図２のＢ−Ｂ'部分の断面図を示す。第１の台座１と第２の台座２が積層されることで、第１の台座１に形成された導波管１１ｃ及び導波管溝１２ｄが第２の台座２に形成された導波管溝１２ｃ及び導波管８と接続されてＳ字状の導波管を形成し、この導波管の内部を信号が伝播する。導波管８は、この実施の形態では外部の送信回路へと接続される端子として機能する。
導波管口１０ｃが形成された金属板７に基板５が接続され、この基板５上に平面線路−導波管変換器６ｃが設けられている。この平面線路−導波管変換器６ｃにより、導波管８、導波管溝１２ｃ、導波管溝１２ｄ、導波管１１ｃ及び導波管口１０ｃを伝播する信号は、マイクロストリップ線路等の平面線路上を伝送される状態へと変換され、基板５上に設けられた送信帯域フィルタ１３へと伝送される。
なお、導波管溝１２ｃ及び導波管溝１２ｄの端部には、それぞれ９０°屈曲した導波管内を電磁波が伝送する際に生じる反射波を抑えるための整合用素子１７ｃ及び１７ｄが形成されている。
【００２１】
同様に、第１の台座１と第２の台座２が積層されることで、第１の台座１に形成された導波管１１ｂ及び導波管溝１２ｅが第２の台座２に形成された導波管溝１２ｂ及び導波管９と接続されてＳ字状の導波管を形成し、この導波管の内部を信号が伝播する。導波管９は、この実施の形態では外部の受信回路へと接続される端子として機能する。
導波管口１０ｂが形成された金属板７に基板５が接続され、この基板５上に平面線路−導波管変換器６ｂが設けられている。この平面線路−導波管変換器６ｂにより、導波管９、導波管溝１２ｂ、導波管溝１２ｅ、導波管１１ｂ及び導波管口１０ｂを伝播する信号は、マイクロストリップ線路等の平面線路上を伝送される状態へと変換され、基板５上に設けられた受信帯域フィルタ１４へと伝送される。
なお、導波管溝１２ｂ及び導波管溝１２ｅの端部には、それぞれ９０°屈曲した導波管内を電磁波が伝送する際に生じる反射波を抑えるための整合用素子１７ｅ及び１７ｆが形成されている。
【００２２】
上記の整合用素子１７ａ〜１７ｆは、いずれも１段のステップ形状を有しているが、所望の特性を得るために、図１２に示されるように２段のステップ形状にしたり、３段以上のステップ形状にすることもできる。また、図１３に示されるように傾斜面形状の整合用素子を用いることも有効である。
【００２３】
以上のような構造のアンテナ共用器の設計例として、高周波回路シミュレータを用いて設計したアンテナ共用器特性の計算結果を以下に示す。
図１４は、図１０に示される導波管口１０ａから導波管４に至るＵ字型導波管の伝送特性を有限要素法による電磁界解析によって計算した結果である。整合用素子１７ａ及び１７ｂの寸法を最適に選ぶことによって、図１４のように反射の少ない伝送特性を得ることができる。
図１５は、図１１に示される導波管口１０ｃから導波管８に至るＳ字型導波管、及び導波管口１０ｂから導波管９に至るＳ字型導波管の伝送特性を有限要素法による電磁界解析によって計算した結果である。整合用素子１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ及び１７ｆの寸法を最適に選ぶことによって、図１５のように反射の少ない伝送特性を得ることができる。
【００２４】
図１６は、図４に示されるように配置された平面線路−導波管変換器６ａ、６ｂ及び６ｃの具体的な回路形状に対して、その伝送特性を有限要素法による電磁界解析によって計算した結果である。
図１７に、本設計例において、基板５上に形成した回路パターンを示す。送信帯域フィルタ１３及び受信帯域フィルタ１４がマイクロストリップ線路共振器結合型フィルタで、分岐回路１５がマイクロストリップ線路Ｔ分岐パターンでそれぞれ実現されている。ただし、所望のフィルタ特性、分岐特性が得られるならば、これ以外の高周波パターンを基板５上に形成しても良い。
図１８は、図１７の送信帯域フィルタ１３として設計した帯域通過フィルタの計算結果であり、図１９は、図１７の受信帯域フィルタ１４として設計した帯域通過フィルタの計算結果である。
【００２５】
上述の図１４に示したＵ字型導波管の伝送特性、図１５に示したＳ字型導波管の伝送特性、図１６に示した平面線路−導波管変換器の伝送特性、図１８に示した送信帯域フィルタの伝送特性、図１９に示した受信帯域フィルタの伝送特性より、これらの素子を用いて図１及び図２に示すアンテナ共用器を構成した場合の伝送特性の計算結果を図２０に示す。なおこのとき、Ｔ分岐回路部分の線路寸法を適切に選ぶことによって、アンテナ共用器特性の最適化が行われている。
【００２６】
図２０において、Ｓ３１は、図２の送信回路端子を構成する導波管８から図１のアンテナ接続端子を構成する導波管４への通過特性を示し、Ｓ２３は、図１のアンテナ接続端子を構成する導波管４から図２の受信回路端子を構成する導波管９への通過特性を示している。図１８及び図１９に示した帯域通過フィルタの特性とほぼ同等の特性が得られている。
Ｓ３３は、アンテナ接続端子を構成する導波管４における反射特性を示し、送信帯域及び受信帯域において反射の少ない特性が得られていることがわかる。
また、Ｓ２１は、図２の送信回路端子を構成する導波管８と受信回路端子を構成する導波管９との間のアイソレーション量を示し、送信回路から受信回路への高いアイソレーション特性が得られていることが確認された。
【００２７】
以上のように、送信帯域フィルタと受信帯域フィルタと分岐回路をそれぞれ平面回路パターンで形成しても高周波数帯の優れたアンテナ共用器を実現し得ることを回路シミュレーションにより確認することができた。
【００２８】
この発明では、従来高精度な金属加工が必要であった導波管フィルタ及び導波管Ｔ分岐回路の持つ機能を量産性に優れた平面回路で実現すると共に、外部回路接続線路に平面線路−導波管変換回路を介することで低損失な導波管を使用するので、従来に比べ、製造コストを削減し、量産性に優れたアンテナ共用器を実現することができる。
この発明のアンテナ共用器における送受信フィルタ帯域、送受信回路間アイソレーション等のアンテナ共用器特性は、誘電体基板上に形成された高周波回路によって決定される。従って、アンテナ共用器特性を変更したい場合には、誘電体基板が接合された金属板を交換するだけでよく、さらに、金属板と台座との接続をネジ止めにより行うことで、アンテナ共用器特性の異なる平面回路の交換を容易に行うことが可能となる。
また、誘電体基板上に形成される平面回路は立体導波管回路に比べ回路サイズを小型にすることができ、これを用いた装置の小型化にも繋がることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の実施の形態に係るアンテナ共用器を表面側から見た斜視図である。
【図２】実施の形態に係るアンテナ共用器を裏面側から見た斜視図である。
【図３】実施の形態に係るアンテナ共用器の構成部品を示す分解図である。
【図４】実施の形態で用いられた誘電体基板を示す斜視図である。
【図５】実施の形態で用いられた金属板を示す斜視図である。
【図６】実施の形態で用いられた第１の台座を表面側から見た斜視図である。
【図７】実施の形態で用いられた第１の台座を裏面側から見た斜視図である。
【図８】実施の形態で用いられた第２の台座を表面側から見た斜視図である。
【図９】実施の形態で用いられた第２の台座を裏面側から見た斜視図である。
【図１０】図１のＡ−Ａ'部分の断面図である。
【図１１】図１のＢ−Ｂ'部分の断面図である。
【図１２】整合用素子の変形例を示す部分断面図である。
【図１３】整合用素子の他の変形例を示す部分断面図である。
【図１４】図１０における導波管口１０ａから導波管４に至るＵ字型導波管の伝送特性計算結果を示すグラフである。
【図１５】図１１における導波管口１０ｃから導波管８に至るＳ字型導波管及び導波管口１０ｂから導波管９に至るＳ字型導波管の伝送特性計算結果を示すグラフである。
【図１６】図４における平面線路−導波管変換器の伝送特性計算結果を示すグラフである。
【図１７】設計例で用いられた受信フィルタ、送信フィルタ及び分岐回路の平面回路パターンを示す斜視図である。
【図１８】設計例で用いられた送信帯域フィルタの伝送特性計算結果を示すグラフである。
【図１９】設計例で用いられた受信帯域フィルタの伝送特性計算結果を示すグラフである。
【図２０】実施の形態に係るアンテナ共用器の伝送特性計算結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１  第１の台座、２  第２の台座、３  封止用蓋、４，８，９，１１ａ〜１１ｃ  導波管、５  誘電体基板、６ａ〜６ｃ  平面線路−導波管変換器、７  金属板、１０ａ〜１０ｃ  導波管口、１１ａ〜１１ｃ  導波管、１２ａ〜１２ｅ  導波管溝、１３  送信帯域フィルタ、１４  受信帯域フィルタ、１５  分岐回路、１６  平面線路、１７ａ〜１７ｆ  整合用素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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