(57)【要約】【課題】多層基板に構成されたテーパ型伝搬モード変換構造において、広帯域で、低反射損失の伝搬モード変換構造を提供する。【解決手段】マイクロストリップ線路と、標準導波管との間の伝搬モード変換構造であって、多層誘電体基板と、前記多層誘電体基板に形成されたマイクロストリップ線路および伝播モード変換部とを有し、前記伝播モード変換部は前記マイクロストリップ線路と反対側に拡大するテーパを有するリッジ導波管を備え、前記テーパの傾きが途中で変化して、傾きの異なる複数のテーパ部が形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロストリップ線路と、標準導波管との間の伝搬モード変換構造であって、
多層誘電体基板と、前記多層誘電体基板に形成されたマイクロストリップ線路および伝播モード変換部とを有し、
前記伝播モード変換部は前記マイクロストリップ線路と反対側に拡大するテーパを有するリッジ導波管を備え、
前記テーパの傾きが途中で変化して、傾きの異なる複数のテーパ部が形成されていることを特徴とする伝播モード変換構造。
【請求項２】
前記複数のテーパ部のいずれかの傾きが３０〜３５度の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の伝播モード変換構造。
【請求項３】
準ミリ波帯またはミリ波帯の信号を取り扱う回路を多層誘電体基板に構成した回路基板であって、前記回路の少なくとも一部に請求項１または２に記載の伝播モード変換構造を用いたことを特徴とする回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロストリップ線路と導波管との伝送モード変換のための伝播モード変換構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
準ミリ波帯域（１０ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）やミリ波帯域（３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ）の高周波信号を取り扱う回路部品において、マイクロストリップ線路と導波管との伝送モード変換を行うために、例えば特許文献１に示すような導波管構造が提案されている。特許文献１の図１２には、テーパ型インピーダンス変換器を採用した、導波管構造が開示されている。この導波管構造は、少なくとも多層基板、λ/４整合器、伝播モード変換部から構成され、多層基板に、入出力端での特性インピーダンス比が３以下のλ/４整合器などのインピーダンス整合器を設けられている。この実施形態では、多層基板内のλ/４整合器に代わるものとして、テーパ型の擬似導波管によるインピーダンス整合器を用いられている。すなわち、多層基板１には、低インピーダンスのリッジ形導波管部３６を有する伝播モード変換部６と、テーパ型インピーダンス整合器７ｃが設けられ、リッジ形導波管部３６から導波管３９に至る、多層基板内に配置したビア位置をシフトすることにより、反射損失が−１５ｄＢ以下で広帯域のテーパ型インピーダンス整合器７ｃを実現できる旨記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１４１３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、通信機器の高性能化に伴い、前記多層基板に構成されたテーパ型インピーダンス変換器においても、よりいっそうの広帯域、低反射損失が求められていた。そこで、本発明は、広帯域で、低反射損失の伝播モード変換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】
【０００５】
本発明の伝搬モード変換構造は、マイクロストリップ線路と、標準導波管との間の伝搬モード変換構造であって、多層誘電体基板と、前記多層誘電体基板に形成されたマイクロストリップ線路および伝播モード変換部とを有し、前記マイクロストリップ線路とは反対側に拡大するテーパを有するリッジ導波管を備え、前記テーパの傾きが途中で変化して、傾きの異なる複数のテーパ部が形成されていることを特徴とする。かかる構成によれば、多層誘電体基板内で略５０Ωのインピーダンスを持つマイクロストリップ線路と数１００Ωのインピーダンスを持つ標準導波管との接続におけるインピーダンス変化が緩和され、反射損失が低減されることにより、通過損失が向上し、かつ、広帯域での整合を確保できる。
【０００６】
また、前記伝搬モード変換構造において、前記複数のテーパ部のいずれかの傾きが３０〜３５度の範囲であることが好ましい。かかる構成によれば、マイクロストリップ線路から標準導波管までの反射損失の低減、すなわち、変換部の低損失化が図れ、広帯域整合を図ることができる。
【０００７】
本発明の回路基板は、準ミリ波帯またはミリ波帯の信号を取り扱う回路を多層誘電体基板に構成した回路基板であって、前記回路の少なくとも一部に前記伝搬モード変換構造を用いたことを特徴とする。前記伝搬モード変換構造を用いて構成した回路基板は、準ミリ波帯またはミリ波帯の信号を取り扱う際の、伝送モード変換の反射特性における広帯域化を図るうえ好適である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、多層基板に構成されたテーパ型伝搬モード変換構造において、広帯域で、低反射損失の伝搬モード変換構造を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る伝搬モード変換構造の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係る伝搬モード変換構造の内層の導体の形態を示す図である。
【図３】従来の伝搬モード変換構造を示す図である。
【図４】伝搬モード変換構造の反射損失および挿入損失特性を示す図である。
【図５】伝搬モード変換構造の反射損失および挿入損失特性を示す図である。
【図６】伝搬モード変換構造の反射損失および挿入損失特性を示す図である。
【図７】伝搬モード変換構造の反射損失および挿入損失特性を示す図である。
【図８】伝搬モード変換構造の反射損失および挿入損失特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明に係る準ミリ波帯またはミリ波帯用伝搬モード変換構造（導波管変換器）の実施形態を示す。図１（ａ）は伝搬モード変換構造の断面構造を示す。本発明に係る伝搬モード変換構造は、マイクロストリップ線路２と、標準導波管１２との間の伝搬モード変換構造である。伝搬モード変換構造は、複数の誘電体層１が積層された多層誘電体基板と、多層誘電体基板の最上層に形成されたマイクロストリップ線路２および伝播モード変換部とを有する。伝播モード変換部と標準導波管１２との間には、空洞１１を有する整合導波管（接続導波管）１０が接続されている。伝播モード変換部の構成を以下に説明する。多層誘電体基板の内部にはマイクロストリップ線路２に対向するように接地導体３が配置されている。接地導体３はビア電極５を介してさらに下方の誘電体層に形成された接地導体に接続されている。図１（ａ）に示す構成では、多層誘電体基板の内層の各誘電体に、接地導体３が設けられていて、これらは互いにビア電極５を介して接続されている。一方、マイクロストリップ線路２の端部は、ビア電極４を介して内層の導体パターン６に接続されている。導体パターン６はビア電極４を介してさらに下方の誘電体層に形成された導体パターン６に接続されている。図１（ａ）に示す構成では、多層誘電体基板の内層の各誘電体に、導体パターン６が設けられていて、これらは互いにビア電極４を介して接続されている。導体パターン６を接続するビア電極４および接地導体３を接続するビア電極５は、それぞれ導体パターン６および接地導体３の端部付近に形成されている。図２には図１に示す伝搬モード変換構造における、多層誘電体基板の上から５層目の誘電体層に形成された導体の形態を積層方向から見た図を示す。導体パターン６の一部は接地導体３側に突出する形態で形成されており、図１（ａ）に示す実施形態ではリッジ導波管が構成されている。かかるリッジ導波管は、マイクロストリップ線路２の延設方向に対して垂直な方向（多層誘電体基板の積層方向）に向けて接続されている。図１および図２に示す実施形態では、導体パターン６と接地導体３とは一体的に構成されていて、一体的に構成された導体によって囲まれた、外形が略矩形の電極非形成部が形成されている。前記導体パターン６の一部は、かかる電極非形成部に突出するように形成されており、リッジ部９が形成されている。また、電極非形成部を囲むようにビア電極が配置されている。
【００１１】
多層誘電体基板の内部において、リッジ部９の根元側の導体パターン６の位置は変わらず、下層に向かうにつれてリッジ部９の長さが減少するとともに、それに対向する接地導体３の端辺の位置もリッジ部９から遠ざかるように構成されている。すなわち、導体パターン６の一部であるリッジ部９およびそれに対向する接地導体３の一部は、マイクロストリップ線路２から離れるにしたがって、すなわち下層に向かうにつれて離れていく。このようにして図１（ａ）の実施形態におけるリッジ導波管は、マイクロストリップ線路２とは反対側に拡大するテーパを有する。リッジ部９を構成する導体パターン６の端部同士と対向する接地導体３の端部同士を結ぶ線で構成されるテーパの傾きが、テーパの途中で変化して、傾きの異なる複数のテーパ部が形成されている。リッジ部９を構成する導体パターン６の端部同士と、対向する接地導体３の端部（リッジ部９を構成する導体パターン６の端部に最も近い点）同士を結ぶ線を図１（ｂ）に図示した。テーパの傾きを変化させることで、インピーダンス調整、整合帯域の調整が可能である。すなわち、上層のテーパ部７とそれよりも下層に形成されたテーパ部８が形成され、テーパの傾きはマイクロストリップ線路２に近い側（上層のテーパ部７）よりも、遠い側（下層のテーパ部８）の方が小さくなっている。なお、テーパの傾きはリッジ導波管の向き（積層方向）からの鋭角で判断し、その角度が小さいほど傾きが小さいものとする。リッジ部９を構成する導体パターン６の端部同士と対向する接地導体３の端部同士を結ぶ線がリッジ導波管の向き（積層方向）と平行な場合も傾き０の場合として、上記傾きが変化している形態に含むこととする。図１に示す形態では、マイクロストリップ線路２に遠い側（下層のテーパ部８）のテーパの傾きは０、すなわちリッジ部９を構成する導体パターン６の端部同士と接地導体３の端部同士を結ぶ線が、リッジ導波管の向き（積層方向）と平行であるが、テーパの傾きが、テーパの途中で変化している形態はかかる構成に限定されるものではない。すなわちマイクロストリップ線路２に遠い側（下層のテーパ部８）のテーパの傾きは０でなくてもよい。なお、マイクロストリップ線路２に直結する、傾き０の部分は、上記複数のテーパ部に含まれない。
【００１２】
図３には従来の導波管変換器を示すが、従来の導波管変換器では、リッジ部９を構成する導体パターン６の端部同士とそれと対向する接地導体３の端部同士を結ぶ線で構成されるテーパの傾きが、テーパの途中で変化せず、テーパ部１０のテーパの傾きは一定である。これに対して、テーパの傾きが変化する屈曲点は多層誘電体基板の積層方向、マイクロストリップ線路２側の主面よりも、マイクロストリップ線路２から遠い側の主面に相対的に近い位置に配置されていることが好ましい。図１に示す実施形態では、最下層の誘電体層の上面に形成された導体パターン６および接地導体３の部分を境にテーパの傾きを変化させている。
【００１３】
図４には裏面での導体パターン６および接地導体３の間隔（短手方向の裏面開口サイズ）を一定として、テーパの傾き（角度）を変化させた場合の反射特性および挿入損失特性を示す。誘電体層は一層が０.１ｍｍである。テーパの傾きが大きくなると、反射ピークが低域に変化し、低域側への広帯域化が図られる。また、傾きを３０〜３５度の範囲とすることで、反射損失−１５ｄＢでの帯域幅は、１０ＧＨｚ以上を確保することができることがわかる。かかる範囲が、広帯域整合の観点から好ましく、特に低域側への広帯域化に有利である。ただし、テーパの傾きを一つの値に固定してしまうと、テーパの寸法の自由度が損なわれる。そこで、傾きの異なる複数のテーパ部を形成して、該複数のテーパ部のいずれかの傾きを３０〜３５度の範囲とすれば、広帯域化と伝播モード変換部の寸法設計自由度とを両立することができる。
【００１４】
図５に上層のテーパ部７のテーパ角度を一定として、最下層の誘電体層の裏面に形成された導体パターン６および接地導体３の間隔（端手方向の裏面開口サイズ）を変化させた特性を示す。この場合、最下層の誘電体層の上面に形成された導体パターン６および接地導体３の部分を境にテーパの傾きを変化させている。開口サイズを大きくすると、反射ピークが高域に変化する。また、反射損失−１５ｄＢでの帯域幅は開口サイズが大きくなるほど高域へ広がる傾向にある。傾きの異なる複数のテーパ部を形成し、その傾きを調整することで、反射損失や挿入損失の制御が容易になる。開口サイズを０.８５〜０.９ｍｍの範囲にして、テーパ部の傾きを３０度以上の範囲にすることは、優れた反射損失特性を示し、広帯域整合の観点から好ましい。該構成は、特に高域側への広帯域化に有利である。
【００１５】
図６にリッジ導波管の平面寸法を一定として、リッジ部の幅だけを変化させた特性を示す。リッジ部幅が大きくなると、反射損失が改善する傾向にある。リッジ部の幅を０.１５〜０.２ｍｍの範囲で設定すると、広帯域の観点から好ましく、他の形状パラメータ変更による反射特性の劣化を補うために、組合せて変更すると良い。また、図７には多層誘電体基板と標準導波管とのインピーダンス調整を図る整合導波管の幅（短手方向）を変化させた特性を示す。リッジ導波管の同方向の開口部の幅は０.８ｍｍである。導波管幅が狭いと反射ピークが分離した二つの谷を持つ傾向があり、幅が広くなるにしたがって、谷が一つに合体する。更に、幅を広げると、反射損失が劣化する傾向にある。二つの谷を持つ方が広帯域化が図れるが、帯域中央付近での反射劣化により、挿入損失的には平坦性を確保することが困難になる。挿入損失よりも反射損失を優先する場合、二つの谷を持つ状態を選択すればよい。具体的には、整合導波管の幅を０.５〜０.６ｍｍとする場合のように、リッジ導波管の開口部の幅に対する整合導波管の幅を６３〜７５％の範囲で設定すると良い。反射損失と通過損失とを両立させる場合には、０.５５〜０.６ｍｍとする場合のように、リッジ導波管の開口部の幅に対する整合導波管の幅を６９〜７５％の範囲で設定することがより好ましい。
【００１６】
本発明の伝播モード変換構造は、準ミリ波帯またはミリ波帯の信号を取り扱う回路を多層誘電体基板に構成した回路基板に適用することができる。前記回路の少なくとも一部に本発明に係る伝播モード変換構造を用いて回路基板を構成すればよい。回路基板は、例えば、通信モジュール用基板、アンテナ基板、各種センサ基板のような用途に用いることができる。但し、その用途はこれらに限らず、準ミリ波帯またはミリ波帯の信号を取り扱う回路を誘電体基板に構成した回路基板に広く適用できる
【００１７】
本発明の伝播モード変換構造およびそれを用いた回路基板は、通常の多層セラミック基板の製造方法を適用して製造することができる。例えば、１０００℃以下で低温焼結が可能なセラミック誘電体材料ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）からなり、厚さが１０μｍ〜２００μｍのグリーンシートに、低抵抗率のＡｇやＣｕ等の導体ペーストを印刷して所定の電極パターンを形成し、複数のグリーンシートを適宜一体的に積層し、焼結することにより製造することが出来る。前記誘電体材料としては、例えばＡｌ、Ｓｉ、Ｓｒを主成分として、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｋを副成分とする材料や、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｒを主成分としてＣａ、Ｐｂ、Ｎａ、Ｋを複成分とする材料や、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｄを含む材料や、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇを含む材料が用いられ、誘電率は３〜１５程度の材料を用いる。また、前記セラミック基板をＨＴＣＣ（高温同時焼成セラミック）技術を用いて、誘電体材料をＡｌ２Ｏ３を主体とするものとし、伝送線路等をタングステンやモリブデン等の高温で焼結可能な金属導体として構成しても良い。
【００１８】
図８には図１に示す本発明の実施例に係る伝播モード変換構造と、図２に示す従来例の伝播モード変換構造における反射特性を示した。これらの伝播モード変換構造において、誘電体層は１層あたり０.１ｍｍ厚であり、１０層を積層した１ｍｍ厚さの誘電体基板である。この誘電体基板において、図１に示した伝播モード変換構造を形成した。導体パターン等を１層あたり０.０６ｍｍシフトさせて、テーパの傾きを、３１度の角度に設定した。最下層の誘電体層でテーパの傾きを１３度にした。一方、図２に示す従来の伝播モード変換構造はテーパの傾きは２６度一定とした。いずれも裏面での導体パターン６および接地導体３の間隔（裏面の開口サイズ）は０.８５ｍｍで同じとした。図８に示すように、本発明に係る伝播モード変換構造では反射損失で−１５ｄＢ以下の帯域は１１ＧＨｚ以上となり、従来の９ＧＨｚと比較すると、２ＧＨｚ以上も広帯域化が図られていることが判る。テーパをそのまま開口面まで延長する従来の形状より、本願発明のようにテーパの傾きを途中で変化させることで反射損失、通過損失ともに、広帯域化が図られていることが判る。
【符号の説明】
【００１９】
１：誘電体層  ２：マイクロストリップ線路  ３：接地導体
４、５：ビア電極  ６：導体パターン  ７、８，１３：テーパ部  ９：リッジ部
１０：整合導波管（接続導波管）  １１：空洞  １２：標準導波管
【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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