(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波管変換器であって、
信号が伝送される空洞部と、前記信号の伝送方向と直交する方向の前記空洞部の断面に形成された第１の開口部とを含む導波管と、
導体板が表面に配置されている回路基板であって、信号線路と、前記信号線路と接続された導体パッチと、前記導体板に形成されており前記回路基板を露出させる第２の開口部であって前記導体パッチを囲む前記第２の開口部とを同一表面上に含み、前記第１の開口部が前記第２の開口部を囲むように前記導波管が密着固定された前記回路基板とを含み、
前記導体パッチは、長方形部、第１の突起部、および第２の突起部を含み、
前記長方形部は、前記第１の開口部の短辺と並行する方向に短辺と、前記第１の開口部の長辺と並行する方向に、第１の長辺および前記信号線路が接続された第２の長辺とを有し、
前記第１および前記第２の突起部は、前記第２の長辺の両端付近の前記長方形部の短辺に接してそれぞれ備えられ、
前記導波管と前記信号線路の間の信号の透過特性を劣化させる共振周波数は、第１の直線の長さを用いて決定され、
前記第１の直線は、前記長方形部の前記第１および前記第２の長辺を垂直に２等分する中心線と前記第１の長辺との交点から、前記第１若しくは前記第２の突起部の辺であって前記長方形部の短辺と平行な辺のうち前記長方形部に接していない辺と前記第２の長辺の延長線との交点までを結んだ線であり、
前記導波管変換器の使用周波数帯域の中心周波数は、第２の直線の長さを用いて決定され、
前記第２の直線は、前記中心線と前記第２の長辺との交点から、前記第１の長辺と前記長方形部の短辺との交点までを結んだ線であり、
前記第１の直線は前記第２の直線よりも長い
ことを特徴とする導波管変換器。
【請求項２】
前記導波管変換器における使用周波数帯域の中心周波数と、前記導体パッチに代えて長方形の導体パッチを備えた導波管変換器における使用周波数帯域の中心周波数とが一致する場合に、前記短辺が前記長方形の導体パッチの短辺よりも短く、前記第１および第２の長辺が前記長方形の導体パッチの長辺よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の導波管変換器。
【請求項３】
前記第１および前記第２の突起部の形状は、方形であることを特徴とする請求項１または２に記載の導波管変換器。
【請求項４】
前記第１および前記第２の突起部の各辺の長さが等しく、前記第２の長辺と前記第１および前記第２の突起部の辺とを足した前記導体パッチの辺の長さが固定された場合に、前記短辺、前記第１および第２の長辺、および前記第１および前記第２の突起部の各辺の長さは、前記導波管変換器の反射特性が最適となる長さにそれぞれ調整されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の導波管変換器。
【請求項５】
導波管変換器であって、
信号が伝送される空洞部と、前記信号の伝送方向と直交する方向の前記空洞部の断面に形成された第１の開口部とを含む導波管と、
導体板が表面に配置されている回路基板であって、信号線路と、前記信号線路と接続された導体パッチと、前記導体板に形成されており前記回路基板を露出させる第２の開口部であって前記導体パッチを囲む前記第２の開口部とを同一表面上に含み、前記第１の開口部が前記第２の開口部を囲むように前記導波管が密着固定された前記回路基板とを含み、
前記導体パッチは、長方形部および突起部を含み、
前記長方形部は、前記第１の開口部の短辺と並行する方向に短辺と、前記第１の開口部の長辺と並行する方向に、第１の長辺および前記信号線路が接続された第２の長辺とを有し、
前記突起部は、前記第１の長辺の中心に接して備えられ、
前記導波管と前記信号線路の間の信号の透過特性を劣化させる共振周波数は、第１の直線の長さを用いて決定され、
前記第１の直線は、前記長方形部の前記第１および前記第２の長辺を垂直に２等分する中心線と前記突起部の辺であって前記長方形部の前記第１および前記第２の長辺に平行な辺のうち前記長方形部に接していない辺との交点から、前記長方形部の短辺と前記第２の長辺との交点までを結んだ線であり、
前記導波管変換器の使用周波数帯域の中心周波数は、第２の直線の長さを用いて決定され、
前記第２の直線は、前記中心線と前記第２の長辺との交点から、前記第１の長辺と前記長方形部の短辺との交点までを結んだ線であり、
前記第１の直線は前記第２の直線よりも長い
ことを特徴とする導波管変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板の伝送線路と導波管との間で信号の伝送モードを変換する導波管変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用レーダに用いられるようなミリ波やマイクロ波といった波長が短い帯域の信号を、送受信回路を用いてアンテナから放射し、およびアンテナに受信させる場合には、送受信回路とアンテナとの間に導波管が接続され得る。
【０００３】
送受信回路は、例えば、モノリシックマイクロ波集積回路（monolithic microwave integrated circuit、ＭＭＩＣ）として集積され、送受信回路側の伝送線路には、マイクロストリップ線路およびコプレーナ線路等の平面型の伝送線路が用いられる。このような送受信回路側の伝送線路と導波管との間では信号の伝送モードが異なる。そこで、送受信回路とアンテナとの間に導波管が接続される場合には、送受信回路側の伝送線路および導波管それぞれに適切した伝送モードへ変換する導波管変換器が用いられる。
【０００４】
導波管変換器に関しては、次のような従来技術がある。すなわち、マイクロストリップ線路−導波管変換器は、導波管、金属スペーサ、第１の導体層、誘電体基板、および地導体層から構成される。第１の導体層は、終端にパッチパターンが形成されたマイクロストリップ線路、パッチパターンの周囲を囲む地導体パターン、および地導体パターンと地導体層間とを接続するビアホールから構成される。そして、導波管、金属スペーサ、第１の導体層、誘電体基板、および地導体層は、導波管の開口部の中心とパッチパターンの中心とが重なる位置に上から順に積層される。また、ビアホールは、導波管の開口部周辺を取り囲むように複数個形成される。
【０００５】
また、次のような従来技術がある。すなわち、導波管・ストリップ線路変換器は、導波管の矩形からなる開口部を閉鎖する第一面を有する誘電体基板と、誘電体基板の第二面に形成され、導波管を短絡させる短絡板と、誘電体基板の第一面に形成された整合素子と、短絡板の切り込み内に形成され、整合素子と電磁的に結合するストリップ線路とを備える。また、整合素子は、非形成領域を取り囲む形状であって、開口部の長辺に平行な方向について非対称な形状を有する。
【０００６】
さらに、次のような従来技術がある。すなわち、導波管／ストリップ線路変換器は、方形導波管および誘電体基板から構成される。方形導波管には、一端に電磁波導入用の開口が設けられ、他端に終端面が設けられる。誘電体基板は、方形導波管の終端面に対して直交する向きであって、開口部からみた取付位置が開口の略中央となるように、方形導波管の側面から内部に挿入される。また、誘電体基板上に略十字状の導体パターンが設けられ、方形導波管の外部への信号引き出し用パターンとして導体パターンの一方が延長される。信号引き出し用パターンは、方形導波管の外部においてストリップ線路として形成される。方形導波管内に導入された電磁波の電界は導体パターンに結合され、導体パターンにおいて電気信号に変換されてストリップ線路に伝えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−６１２９０号公報
【特許文献２】特開２０１０−８７６５１号公報
【特許文献３】特開平５−９０８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
導波管変換器には、導体パッチが含まれる。導体パッチは、送受信回路側の伝送線路を伝送する信号を導波管に放射し、および導波管を伝送する信号を送受信回路側の伝送線路に放射する機能を有する。
【０００９】
導体パッチのサイズは、使用する周波数帯域に従って決定される導波管の開口部よりも小さくする必要がある。また、導波管変換器が所望の周波数帯域で良好な信号変換性能を得られるようにするためには、送受信回路側の伝送線路を構成する誘電体基板の誘電率等によって決定される信号の波長に応じて、導体パッチの形状およびサイズを決定する必要がある。
【００１０】
方形の形状を有する導体パッチが導波管変換器に備えられる場合、送受信回路側の伝送線路の信号の伝送方向と並行する導体パッチの辺の長さを信号の１／２波長に合わせれば、導波管変換器は、所望の使用周波数における信号変換を行うことができる。しかしながら、例えば、導波管の推奨周波数帯域の低域側を使用する場合や、低い誘電率の誘電体基板を使用する場合には、誘電体基板を伝送する信号の１／２波長が導波管の開口部の短辺より大きくなり得る。このような場合に方形の形状を有する導体パッチを用いて良好な信号変換性能を得るためには、導体パッチの形状を導波管の開口部の長辺方向に長い長方形にする必要がある。しかしながら、導体パッチの長辺の長さ如何によっては、導波管と伝送線路間との信号の通過特性を劣化させる共振が使用周波数帯域近くで発生する。そこで、導波管変換器の通過特性を劣化させる共振周波数が使用周波数帯域近くで発生しないように導波管変換器を設計する必要がある。
【００１１】
また、例えば、低コスト化を図るために基板材料にセラミックに代えてパターン精度に劣る樹脂が用いられた場合、導波管変換器の製造時においてパターンずれが生じ得る。
【００１２】
図１は、パターンずれに起因する通過特性の劣化を説明する図である。
図１には、導波管側をポート１とし、送受信回路へ接続する伝送線路側をポート２とした場合の散乱パラメータＳ２１を用いて、導波管変換器の通過特性Ｔ１およびＴ２が示されている。
【００１３】
図１に示すように、導波管変換器の製造時にパターンずれが生じた場合の通過特性Ｔ２は、パターンずれがない場合の通過特性Ｔ１と比較して、使用周波数帯域の中心周波数ｆｃにおいて劣化する。また、通過特性Ｔ２を劣化させる共振周波数ｆｒ２は、通過特性Ｔ１を劣化させる共振周波数ｆｒ１と比較して、使用周波数帯域の中心周波数ｆｃに近くなる。
【００１４】
このように、導波管変換器の製造時に生じたパターンずれに起因して、使用周波数帯域の中心周波数において通過特性が劣化したり、通過特性を劣化させる共振周波数がずれて使用周波数帯域に近づくと、導波管変換器の信号変換性能は劣化する。そこで、導波管変換器の製造時のパターン精度が低くても通過特性の劣化が小さく、必要な信号変換性能が確保できるように、導波管変換器を設計する必要がある。
【００１５】
本発明の課題は、導波管変換器の製造時に生じた寸法や位置合わせのばらつきに対しても必要な信号変換性能が確保できる導波管変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
実施形態に従った導波管変換器は、信号が伝送される空洞部と、信号の伝送方向と直交する方向の空洞部の断面に形成された第１の開口部とを含む導波管と、導体板が表面に配置されている回路基板であって、信号線路と、信号線路と接続された導体パッチと、導体板に形成されており回路基板を露出させる第２の開口部であって導体パッチを囲む第２の開口部とを同一表面上に含み、第１の開口部が第２の開口部を囲むように導波管が密着固定された回路基板とを含む。また、導体パッチは、長方形部、第１の突起部、および第２の突起部を含み、長方形部は、第１の開口部の短辺と並行する方向に短辺と、第１の開口部の長辺と並行する方向に、第１の長辺および信号線路が接続された第２の長辺とを有し、第１および第２の突起部は、第２の長辺の両端付近の長方形部の短辺に接してそれぞれ備えられる。ここで、導波管と信号線路の間の信号の透過特性を劣化させる共振周波数は、第１の直線の長さを用いて決定され、第１の直線は、長方形部の第１および第２の長辺を垂直に２等分する中心線と第１の長辺との交点から、第１若しくは第２の突起部の辺であって長方形部の短辺と平行な辺のうち長方形部に接していない辺と第２の長辺の延長線との交点までを結んだ線である。また、導波管変換器の使用周波数帯域の中心周波数は、第２の直線の長さを用いて決定され、第２の直線は、中心線と第２の長辺との交点から、第１の長辺と長方形部の短辺との交点までを結んだ線である。ここで、第１の直線は第２の直線よりも長い。
【００１７】
実施形態に従った導波管変換器は、信号が伝送される空洞部と、信号の伝送方向と直交する方向の空洞部の断面に形成された第１の開口部とを含む導波管と、導体板が表面に配置されている回路基板であって、信号線路と、信号線路と接続された導体パッチと、導体板に形成されており回路基板を露出させる第２の開口部であって導体パッチを囲む第２の開口部とを同一表面上に含み、第１の開口部が第２の開口部を囲むように導波管が密着固定された回路基板とを含む。また、導体パッチは、長方形部および突起部を含み、長方形部は、第１の開口部の短辺と並行する方向に短辺と、第１の開口部の長辺と並行する方向に、第１の長辺および信号線路が接続された第２の長辺とを有し、突起部は、第１の長辺の中心に接して備えられる。ここで、導波管と信号線路の間の信号の透過特性を劣化させる共振周波数は、第１の直線の長さを用いて決定され、第１の直線は、長方形部の第１および第２の長辺を垂直に２等分する中心線と突起部の辺であって長方形部の第１および第２の長辺に平行な辺のうち長方形部に接していない辺との交点から、長方形部の短辺と第２の長辺との交点までを結んだ線である。また、導波管変換器の使用周波数帯域の中心周波数は、第２の直線の長さを用いて決定され、第２の直線は、中心線と第２の長辺との交点から、第１の長辺と長方形部の短辺との交点までを結んだ線である。ここで、第１の直線は第２の直線よりも長い。
【発明の効果】
【００１８】
実施形態に従えば、導波管変換器の製造時に生じた寸法や位置合わせのばらつきに対しても必要な信号変換性能が確保できる導波管変換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】パターンずれに起因する通過特性の劣化を説明する図である。
【図２】第１の実施形態に従った導波管変換器の一例の斜視図である。
【図３】第１の実施形態に従った導波管変換器の一例の上面図である。
【図４】長方形パッチの形状と周波数特性との関係を説明する図である。
【図５】第１の実施形態に従った導体パッチの形状と周波数特性との関係を説明する図である。
【図６】長方形パッチを備える導波管変換器のシミュレーションモデルの斜視図である。
【図７】長方形パッチを備える導波管変換器のシミュレーションモデルの上面図である。
【図８】シミュレーション解析を行なった長方形パッチのサイズ一覧表である。
【図９】長方形パッチの長さＬと通過特性および反射特性の共振周波数との関係を示す図である。
【図１０】長方形パッチの長さＬと損失が-10（ｄＢ）となる反射特性の帯域との関係を示す図である。
【図１１】第１の実施形態の導体パッチを備える導波管変換器のシミュレーションモデルの斜視図である。
【図１２】第１の実施形態の導体パッチを備える導波管変換器のシミュレーションモデルの上面図である。
【図１３】第１の実施形態の導体パッチのＹ、Ｘ、およびＸ１を固定しＹ１を変化させた場合のＹ１と通過特性および反射特性の共振周波数との関係を示す図である。
【図１４】第１の実施形態の導体パッチのＹ、Ｘ、およびＸ１を固定しＹ１を変化させた場合のＹ１と損失が-10（ｄＢ）となる反射特性の帯域との関係を示す図である。
【図１５】第１の実施形態の導体パッチのＹ、Ｘ、およびＹ１を固定しＸ１を変化させた場合のＸ１と通過特性および反射特性の共振周波数との関係を示す図である。
【図１６】第１の実施形態の導体パッチのＹ、Ｘ、およびＹ１を固定しＸ１を変化させた場合のＸ１と損失が-10（ｄＢ）となる反射特性の帯域との関係を示す図である。
【図１７】第１の実施形態の導体パッチのＹ、Ｙ１、およびＸ´を固定しＸおよびＸ１を変化させた場合のＸ１と通過特性および反射特性の共振周波数との関係を示す図である。
【図１８】第１の実施形態の導体パッチのＹ、Ｙ１、およびＸ´を固定しＸおよびＸ１を変化させた場合のＸ１と損失が-10（ｄＢ）となる反射特性の帯域との関係を示す図である。
【図１９】Ｘ´を固定しＸ１、Ｙ１、Ｘ、およびＹを増加させてシミュレーション解析を行なった第１の実施形態の導体パッチのサイズ一覧表である。
【図２０】第１の実施形態の導体パッチのＸ´を固定しＸ１およびＹ１の値を増加させた場合の反射特性Ｓ１１を示す図である。
【図２１】第１の実施形態の導体パッチのＸ´を固定しＸ１およびＹ１の値を増加させた場合の反射特性Ｓ２２を示す図である。
【図２２】第１の実施形態の導体パッチのＸ´を固定しＸ１およびＹ１の値を増加させた場合の通過特性Ｓ２１を示す図である。
【図２３】Ｘ´を固定しＸ１、Ｙ１、Ｘ、およびＹを増加させた場合のＬ´と通過特性および反射特性の共振周波数の関係を示す図である。
【図２４】Ｘ´を固定しＸ１、Ｙ１、Ｘ、およびＹを増加させた場合のＬ´と損失が-10（ｄＢ）となる反射特性の周波数帯域との関係を示す図である。
【図２５】長方形の導体パッチの共振周波数における通過特性Ｓ２１の電界強度分布図である。
【図２６】第１の実施形態に従った導体パッチの共振周波数における通過特性Ｓ２１の電界強度分布図である。
【図２７】第２の実施形態に従った導波管変換器の一例の斜視図である。
【図２８】第２の実施形態に従った導波管変換器の一例の上面図である。
【図２９】第２の実施形態に従った導体パッチの形状と周波数特性との関係を説明する図である。
【図３０】第２の実施形態の導体パッチを含む導波管変換器および長方形パッチを含む導波管変換器の反射特性Ｓ１１のシミュレーション結果を示す図である。
【図３１】第２の実施形態の導体パッチを含む導波管変換器および長方形パッチを含む導波管変換器の反射特性Ｓ２２のシミュレーション結果を示す図である。
【図３２】第２の実施形態の導体パッチを含む導波管変換器および長方形パッチを含む導波管変換器の通過特性Ｓ２１のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図２は、第１の実施形態に従った導波管変換器の一例の斜視図である。図３は、第１の実施形態に従った導波管変換器の一例の上面図である。
【００２１】
図２に示すように、第１の実施形態に従った導波管変換器１は、導波管１０および回路基板２０を含む。
導波管１０は、信号（電波）を伝送する伝送線路であり、図２に示すように回路基板２０の上面に設置される。
【００２２】
図２に示すように、導波管１０は、導波管１０を構成する導体壁で囲われた角筒状の空洞部１１を備え、信号は、空洞部１１内を伝送する。
また、導波管１０には、信号の伝送方向の一端に開口部１２が設けられる。開口部１２は、信号の伝送方向と直交する方向の空洞部１１の断面によって形成される。なお、開口部１２が存在しない導波管１０の他端には、マイクロ波およびミリ波等の高周波信号を放射および受信するアンテナ（不図示）が接続され得る。
【００２３】
回路基板２０は、誘電体基板２１、第１導体板２２、第２導体板２３、信号線路２４、導体パッチ２５Ａ、および接地ビア２６を含む。
図２に示すように、誘電体基板２１の上面には、第１導体板２２、信号線路２４、および導体パッチ２５Ａが備えられる。すなわち、第１導体板２２、信号線路２４、および導体パッチ２５Ａは、誘電体基板２１の同一表面上に配置される。また、誘電体基板２１の下面には、第２導体板２３が備えられる。
【００２４】
信号線路２４は、回路基板２０に設けられた伝送線路であり、例えば、マイクロストリップ線路である。図３に示すように、第１導体板２２と信号線路２４の間には、一定の絶縁間隔が設けれ、第１導体板２２および信号線路２４によってコプレーナ線路が構成される。
【００２５】
また、図２に示すように、開口部１２が形成された導波管１０の一端の側面には、切り欠き部１３が設けられ、開口部１２内にある信号線路２４は、切り欠き部１３を通じて導波管１０の外に引き出される。
【００２６】
切り欠き部１３は、直方体の形状をしており、切り欠き部１３の下面は、第１導体板２２の上面と接する。信号線路２４が導波管１０の外に引き出される方向の切り欠き部１３の開口面の幅および高さは、信号の使用周波数から算出される１／２波長よりも十分小さく設定される。
【００２７】
図３に示すように、第１導体板２２には、誘電体基板２１を露出させる開口部２７Ａが設けられる。開口部２７Ａの外側の縁取りの形状は、開口部１２の縁取りの形状と相似しており、開口部２７Ａのサイズは、開口部１２のサイズよりも小さい。開口部１２がある導波管１０の一端と第１導体板２２とは、開口部１２が開口部２７Ａを囲むようにして密着固定される。
【００２８】
また、開口部２７Ａの内部には、第１導体板２２と導通しないように間隔が開けられて導体パッチ２５Ａが備えられる。図２に示すように、導体パッチ２５Ａは、信号線路２４と同じ誘電体基板２１の表面に形成されており、信号線路２４の一端と接続される。
【００２９】
なお、導体パッチ２５Ａと接続されない信号線路２４の他端には、マイクロ波およびミリ波等の高周波信号の送受信回路（不図示）が接続され得る。送受信回路は、モノリシックマイクロ波集積回路として集積され得る。
【００３０】
図２および図３に示すように、第１の実施形態に従った導体パッチ２５Ａは、長方形部２５Ａｒと突起部２５Ａａおよび２５Ａｂとを含む。
長方形部２５Ａｒは、導体パッチ２５Ａの部分であり、導体パッチ２５Ａの長方形の形状をした部分である。突起部２５Ａａおよび２５Ａｂは、導体パッチ２５Ａの部分であり、導体パッチ２５Ａの突起形状の部分である。
【００３１】
図２および図３に示すように、長方形部２５Ａｒは、信号線路２４における信号の伝送方向と並行する方向に短辺を有し、該信号の伝送方向と直交する方向に長辺を有する。すなわち、長方形部２５Ａｒは、導波管１０の空洞部１１の短辺と同一方向に短辺を有し、空洞部１１の長辺と同一方向に長辺を有する。
【００３２】
また、図２および図３に示すように、突起部２５Ａａおよび２５Ａｂは、長方形部２５Ａｒの信号線路２４と接続される長辺の両端付近の、長方形部２５Ａｒの短辺に接して備えられる。
【００３３】
図２および図３には、方形の形状を有する突起部２５Ａａおよび２５Ａｂが示されているが、正方形であっても長方形であってもよい。また、突起部２５Ａａおよび２５Ａｂの形状は、方形でなくてもよく、多角形であっても丸形であってもよい。
【００３４】
突起部２５Ａａおよび２５Ａｂが図２および図３に示したような方形の形状である場合、長方形部２５Ａｒの短辺と並行して突起部２５Ａａおよび２５Ａｂの辺が存在する。また、信号線路２４と接続される長方形部２５Ａｒの長辺の延長線上に突起部２５Ａａおよび２５Ａｂの辺が存在し、長方形部２５Ａｒの該長辺と突起部２５Ａａおよび２５Ａｂの該辺とは、導体パッチ２５Ａの信号線路２４と接続する辺を構成する。
【００３５】
図３に示すように、導体パッチ２５Ａは、長方形部２５Ａｒの長辺を垂直に２等分する中心線が導波管１０の開口部１２の長辺を垂直に２等分する中心線と一致するように配置され得る。また、導体パッチ２５Ａは、長方形部２５Ａｒの長辺を垂直に２等分する中心線上に信号線路２４が接続されるように設置され得る。
【００３６】
接地ビア２６は、第１導体板２２および第２導体板２３を電気的に接続する接続部である。図２および図３に示すように、接地ビア２６は、第１導体板２２と密着固定された導波管１０の一端の下方、および信号線路２４を囲む第１導体板２２の下方に形成される。接地ビア２６は、信号線路２４の下方には形成されない。
【００３７】
第１の実施形態に従った導体パッチ２５Ａの形状およびサイズの決定方法について説明する。
図４は、長方形パッチの形状と周波数特性との関係を説明する図である。
【００３８】
図４に示した長方形の導体パッチ２５ｒは、長辺ｌ１およびｌ２と、短辺ｌ３およびｌ４とを有する。
導体パッチ２５ｒが、突起部２５Ａａおよび２５Ａｂを有する導体パッチ２５Ａの代わりに導波管変換器１の導体パッチとして備えられると仮定する。すなわち、長辺ｌ１およびｌ２が導波管１０の長辺と並行し、かつ短辺ｌ３およびｌ４が導波管１０の短辺と並行するように、導体パッチ２５ｒが導波管１０の開口部１２内に設置され、図４の図面下方にある長辺ｌ２に信号線路２４が接続されると仮定する。この場合、導体パッチ２５ｒの形状と周波数特性との関係は以下のように説明できる。
【００４０】
直線Ｌ１は、導体パッチ２５ｒの長辺ｌ１およびｌ２を垂直方向に２等分した中心線ｌｃと図面上方の長辺ｌ１とが交差する点Ｐ１から、図面下方の長辺ｌ２と短辺ｌ３とが交差する点Ｐ２までを結んだ直線である。また、直線Ｌ１は、交点Ｐ１から、図面下方の長辺ｌ２と短辺ｌ４とが交差する点Ｐ５までを結んだ直線である。
【００４２】
直線Ｌ２は、中心線ｌｃと図面下方の長辺ｌ２とが交差する点Ｐ３から、図面上方の長辺ｌ１と短辺ｌ３とが交差する点Ｐ４までを結んだ直線である。また、直線Ｌ２は、交点Ｐ３から、図面上方の長辺ｌ１と短辺ｌ４とが交差する点Ｐ６までを結んだ直線である。
【００４３】
長方形の導体パッチ２５ｒのサイズと不要共振周波数および使用中心周波数との関係は上述のような関係にあるため、図４に示した導体パッチ２５ｒのように、例えば直線Ｌ１の長さと直線Ｌ２の長さが同一であると、不要な共振周波数と使用周波数帯域の中心周波数とが近似する。不要な共振周波数と使用周波数帯域の中心周波数とが近似すると、導波管変換器の信号変換性能は悪くなる。
【００４４】
そこで、第１の実施形態では、不要な共振周波数を使用周波数帯域の中心周波数から遠ざけるために、図２、図３、および図５に示すように、導体パッチ２５Ａは、長方形部２５Ａｒと突起部２５Ａａおよび２５Ａｂとを含む。
【００４５】
図５は、第１の実施形態に従った導体パッチの形状と周波数特性との関係を説明する図である。
図５において、図面下方にある長方形部２５Ａｒの長辺ｌ２´側に信号線路２４が接続され、導体パッチ２５Ａは、導波管１０の開口部１２内に設置される。
【００４６】
長方形部２５Ａｒは、長辺ｌ１´およびｌ２´と、短辺ｌ３´およびｌ４´とを有する。長辺ｌ１´およびｌ２´は、導波管１０の長辺と並行し、かつ短辺ｌ３´およびｌ４´は、導波管１０の短辺と並行する。
【００４７】
突起部２５Ａａは、辺ｌａ１〜ｌａ４を有する。辺ｌａ１は、ｌａ２と並行し、辺ｌａ３は、ｌａ４と並行する。突起部２５Ａｂは、辺ｌｂ１〜ｌｂ４を有する。辺ｌｂ１は、ｌｂ２と並行し、辺ｌｂ３は、ｌｂ４と並行する。
【００４８】
突起部２５Ａａおよび２５Ａｂは、信号線路２４と接続された長辺ｌ２´の両端付近の長方形部２５Ａｒの短辺に接して配置される。すなわち、突起部２５Ａａは、長辺ｌ２´の一方の端に、辺ｌａ４が短辺ｌ３´と重なるように接して配置される。また、突起部２５Ａｂは、長辺ｌ２´の他方の端に、辺ｌｂ３が短辺ｌ４´と重なるように接して配置される。
【００４９】
長方形部２５Ａｒの短辺ｌ３´およびｌ４´と並行して、突起部２５Ａａの辺ｌａ３および突起部２５Ａｂの辺ｌｂ４が存在する。また、長方形部２５Ａｒの長辺ｌ２´の延長線上に突起部２５Ａａの辺ｌａ２および突起部２５Ａｂのｌｂ２が存在し、長辺ｌ２´、辺ｌａ２、および辺ｌｂ２は、導体体パッチ２５Ａの信号線路２４と接続する長辺を構成する。
【００５１】
直線Ｌ１´は、長方形部２５Ａｒの長辺ｌ１´およびｌ２´を垂直に２等分した中心線ｌｃ´と図５の図面上方の長辺ｌ１´とが交差する点Ｐ１´から、短辺ｌ３´と並行しかつ長方形部２５Ａｒと接しない突起部２５Ａａの辺ｌａ３と長辺ｌ２´の延長線上の突起部２５Ａａの辺ｌａ２とが交差する点Ｐ２´までを結んだ直線である。また、直線Ｌ１´は、交点Ｐ１´から、短辺ｌ４´と並行しかつ長方形部２５Ａｒと接しない突起部２５Ａｂの辺ｌｂ４と長辺ｌ２´の延長線の突起部２５Ａｂの辺ｌｂ２とが交差する点Ｐ５´までを結んだ直線である。
【００５３】
直線Ｌ２´は、中心線ｌｃ´と図面下方の長辺ｌ２´とが交差する点Ｐ３´から、図面上方の長辺ｌ１´と短辺ｌ３´とが交差する点Ｐ４´までを結んだ直線である。また、直線Ｌ２´は、交点Ｐ３´から、図面上方の長辺ｌ１´と短辺ｌ４´とが交差する点Ｐ６´までを結んだ直線である。
【００５４】
図５に示すように、第１の実施形態に従った導体パッチ２５Ａには、長辺ｌ２´の一方の端に、短辺ｌ３´に接して突起部２５Ａａが備えられる。また、導体パッチ２５Ａには、長辺ｌ２´の他方の端に、短辺ｌ４´に接して突起部２５Ａｂが備えられる。このため、不要な共振周波数を決定付ける直線Ｌ１´を、突起部２５Ａａおよび２５Ａｂが存在する分、使用周波数帯域の中心周波数を決定付ける直線Ｌ２´よりも長くすることができる。直線Ｌ１´を直線Ｌ２´よりも長くすれば、不要な共振周波数を高い周波数へ移動させることができるので、不要な共振周波数を使用周波数帯域の中心周波数から遠ざけることができる。
【００５５】
したがって、第１の実施形態に従った導体パッチ２５Ａを備えた導波管変換器１は、使用周波数帯域において良好な信号変換性能を得ることができる。また、導波管変換器の設計時において不要な共振周波数を使用周波数帯域の中心周波数から遠ざけることができるので、導波管変換器の製造時にパターンずれが生じたとしても使用周波数帯域における良好な信号変換性能を確保することができる。
【００５６】
第１の実施形態に従った導体パッチ２５Ａはさらに、突起部２５Ａａおよび２５Ａｂを除いた長方形部２５ｒの短辺および長辺の長さが図４に示した導体パッチ２５ｒの短辺および長辺の長さよりも短くなるように形成される。すなわち、導体パッチ２５Ａを備えた導波管変換器１および導体パッチ２５ｒを備えた導波管変換器の使用周波数帯域の中心周波数が同一である場合に、長辺ｌ１´およびｌ２´は、長辺ｌ１およびｌ２よりも短く、短辺ｌ３´およびｌ４´は、短辺ｌ３およびｌ４より短く、長方形部２５Ａｒのサイズは、導体パッチ２５ｒのサイズよりも小さい。このように導体パッチ２５Ａのサイズが導体パッチ２５ｒのサイズよりも小さい理由は、突起部２５Ａａおよび２５Ａｂを設けたことにより導体パッチの形状が方形でなくなることに伴って使用周波数帯域の中心周波数が移動するため、Ｌ２´の長さを調整する必要があるためである。
【００５７】
第１の実施形態に従った導体パッチ２５Ａの形状およびサイズを電磁界シミュレーションを用いて決定方法する一例を以下に説明する。また、図４に示したような長方形の導体パッチ２５ｒを備える導波管変換器と比較して第１の実施形態に従った導体パッチ２５Ａを備える導波管変換器１が優れた信号変換性能を有することを以下に説明する。
【００５８】
なお、以下に示す一例は、導体パッチ２５Ａの形状およびサイズの決定方法を説明し、かつ導体パッチ２５Ａを備える導波管変換器１の効果を実証するための例示にすぎないことに留意すべきである。したがって、導体パッチ２５Ａの形状およびサイズの決定方法、および導波管変換器１の効果が以下の一例に示される具体的数値に限定されることを意味するものではない。
【００５９】
まず、導体パッチ２５Ａを備える導波管変換器１の信号変換性能と比較するために、長方形の導体パッチ２５ｒを導体パッチ２５Ａの代わりに導波管変換器１に設置した場合の信号変換性能をシミュレーション解析した結果を説明する。
【００６０】
図６は、長方形パッチを備える導波管変換器のシミュレーションモデルの斜視図である。図７は、長方形パッチを備える導波管変換器のシミュレーションモデルの上面図である。図８は、シミュレーション解析を行なった長方形パッチのサイズ一覧表である。
【００６１】
図６および図７に示す導波管変換器のシミュレーションモデル２は、導体パッチ２５Ａの代わりに長方形の導体パッチ２５ｒを備える導波管変換器のシミュレーションモデルである。
【００６２】
図６および図７に示す導波管１０ｓは、導波管１０に相当する。図６および図７に示した導波管変換器のシミュレーションモデル２には、空洞部１１に相当する空洞部１１ｓ、および開口部１２に相当する開口部１２ｓが導波管１０ｓのモデルとして設定されている。
【００６３】
回路基板２０ｓは、回路基板２０に相当する。信号線路２４ｓは、信号線路２４に相当する。接地ビア２６ｓは、接地ビア２６に相当する。
導体パッチ２５ｓ−１は、図４に示したような長方形パッチ２５ｒに相当する。導体パッチ２５ｓ−１は、回路基板２０ｓの開口部２７ｓ−１内に設置される。
【００６４】
導体パッチ２５ｓ−１は、信号線路２４ｓからの信号の伝送方向と並行する方向を短辺とし、該信号の伝送方向と直交する方向を長辺とする長方形の形状を有する。すなわち、図７に示すように、導体パッチ２５ｓ−１は、開口部１２ｓの短辺と同一方向に短辺を有し、開口部１２ｓの長辺と同一方向に長辺を有する。
【００６５】
図６および図７には、切り欠き部１３に相当する切り欠き部１３ｓから導波管１０ｓの外へ伸びる信号線路２４ｓを覆い、回路基板２０ｓ上に設置された箱体３０ｓが示されている。箱体３０ｓは、電磁界シミュレーションを用いて電磁界の振る舞いを解析するために便宜的に導波管変換器のシミュレーションモデル２に設定された構成要素である。
【００６６】
図６に示すように、導波管１０ｓ側を、信号が入射および反射するポート１とし、信号線路２４ｓ側を、信号が入射および反射するポート２とする。
電磁界シミュレーションの設定値として、回路基板２０ｓに含まれる誘電体基板の比誘電率εｒを4.1、厚さを60（μｍ）とする。また、誘電正接tanδを0.015とする。回路基板２０ｓに含まれる第１および第２導体板の導電率を5.8e７（ｓ／ｍ）、厚さを37（μｍ）とする。接地ビア２６ｓのピッチを400（μｍ）とする。信号線路２４ｓの線路幅を100（μｍ）、信号線路２４ｓと第１導体板との絶縁間隔を100（μｍ）とする。
【００６７】
また、導波管１０ｓの開口部１２ｓの長辺の長さを3.1（ｍｍ）、短辺の長さを1.55（ｍｍ）に設定する。
箱体３０ｓのサイズについては、回路基板２０ｓから上方への高さを2（ｍｍ）、信号線路２４ｓが伸張する方向の長さを5.4（ｍｍ）、信号線路２４ｓが伸張する方向と直交する方向の幅を3.078（ｍｍ）とする。
【００６８】
図７に示すように、長方形の導体パッチ２５ｓ−１の長辺の長さをＸｒとし、短辺の長さをＹｒとする。また、長辺Ｘｒおよび短辺Ｙｒの長さの和（すなわち、Ｘｒ＋Ｙｒ）を長さＬとする。
【００６９】
以下の電磁界シミュレーションの一例では、図８に示すように、長辺の長さＸｒを1850（μｍ）に固定し、短辺の長さＹｒおよび長さＬの値を図７に示すように変化させてシミュレーション解析を行なう。シミュレーション結果の一例を図９および図１０に示す。
【００７０】
図９は、長方形パッチの長さＬと通過特性および反射特性の共振周波数との関係を示す図である。図１０は、長方形パッチの長さＬと損失が-10（ｄＢ）となる反射特性の帯域との関係を示す図である。
【００７１】
まず、図９を参照すると、長方形の導体パッチ２５ｓ−１の長辺の長さＸｒを1850（μｍ）に固定して短辺の長さＹｒを変化させた場合、散乱パラメータＳ２１で示される通過特性を劣化させる共振周波数は、長さＬの値の変化に係らずほぼ一定である。一方、散乱パラメータＳ１１およびＳ２２で示される反射特性の共振周波数は、長さＬの値の増加に伴い、すなわち、短辺の長さＹｒの値の増加に伴い、低い周波数へ変化する。この結果、長方形の導体パッチ２５ｓ−１の長辺の長さＸｒの値を固定した場合、短辺の長さＹｒの値が増加すると、反射特性の共振周波数、すなわち、使用周波数帯域の中心周波数と通過特性の共振周波数との差は広がることが分かる。また、短辺の長さＹｒと長辺の長さＸｒとの差が小さくなる程、使用周波数帯域の中心周波数と通過特性の共振周波数との差が大きくなることが分かる。
【００７２】
次に、図１０を参照すると、長方形の導体パッチ２５ｓ−１の長辺の長さＸｒを1850（μｍ）に固定して短辺の長さＹｒを変化させた場合、Ｓ１１で示される反射特性の損失が-10（ｄＢ）となる帯域は、長さＬの値の増加に伴い、すなわち、短辺の長さＹｒの値の増加に伴い減少する。一方、Ｓ２２で示される反射特性の損失が−10（ｄＢ）となる帯域は、長さＬの値の増加に伴い、すなわち、短辺の長さＹｒの値の増加に伴い、減少した後増加する。
【００７３】
例えば、使用周波数帯域の中心周波数、すなわち反射特性Ｓ１１およびＳ２２の共振周波数の所望の値が76.8（ＧＨｚ）であるとする。図９および図１０に示したシミュレーション結果では、反射特性Ｓ１１およびＳ２２の共振周波数が76.8（ＧＨｚ）となる長さＬは、2770（μｍ）である。
【００７４】
図８に示すように、長さＬが2770（μｍ）であるときの長方形の導体パッチ２５ｒの短辺の長さＹｒは、920（μｍ）である。また、図４を参照しながら前述した不要な共振周波数を決定付ける直線Ｌ１および使用周波数帯域の中心周波数を決定付ける直線Ｌ２を算出すると、直線Ｌ１および直線Ｌ２は、同じ長さであり、共に1305（μｍ）である。
【００７５】
なお、図８〜図１０を示して上述したシミュレーション例では、導体パッチ２５ｒの長辺の長さを固定し、短辺の長さを変化させた。しかしながら、導体パッチ２５ｒの短辺の長さを固定し、長辺の長さを変化させることにより、使用周波数帯域の中心周波数、すなわち、反射特性の共振周波数が所望の値（例えば、76.8（ＧＨｚ））となる最適な長辺の長さを取得してもよい。
【００７６】
次に、所望の信号変換性能が得られる、導波管変換器１の導体パッチ２５Ａの形状およびサイズについて説明する。
図１１は、第１の実施形態の導体パッチを備える導波管変換器のシミュレーションモデルの斜視図である。図１２は、第１の実施形態の導体パッチを備える導波管変換器のシミュレーションモデルの上面図である。
【００７７】
図６および図７に示した導波管変換器のシミュレーションモデル２と同じ構成要素には、図１１および図１２に示した導波管変換器のシミュレーションモデル３の構成要素に同じ参照符号が振られている。
【００７８】
図１１および図１２に示す導波管１０ｓは、導波管１０に相当する。図１１および図１２に示した導波管変換器のシミュレーションモデル３には、空洞部１１ｓおよび開口部１２が導波管１０ｓのモデルとして設定されている。
【００７９】
回路基板２０ｓは、回路基板２０に相当する。信号線路２４ｓは、信号線路２４に相当する。接地ビア２６ｓは、接地ビア２６に相当する。
導体パッチ２５ｓ−２は、図５に示したような第１の実施形態に従った導体パッチ２５Ａに相当する。
【００８０】
図１２に示すように、導体パッチ２５ｓ−２は、長方形部２５ｓｒと突起部２５ｓａおよび２５ｓｂとを含む。長方形部２５ｓｒは、長方形部２５Ａｒに相当し、導体パッチ２５ｓ−２の長方形の形状をした部分である。突起部２５ｓａおよび２５ｓｂは、突起部２５Ａａおよび２５Ａｂにそれぞれ相当し、導体パッチ２５ｓ−２の突起形状の部分である。
【００８１】
長方形部２５ｓｒは、信号線路２４ｓにおける信号の伝送方向と並行する方向に短辺を有し、該信号の伝送方向と直交する方向に長辺を有する。すなわち、長方形部２５ｓｒは、開口部１２ｓの短辺と同一方向に短辺を有し、開口部１２ｓの長辺と同一方向に長辺を有する。
【００８２】
また、突起部２５ｓａおよび２５ｓｂは、長方形部２５Ａｒの信号線路２４ｓと接続された長辺の両端付近の、長方形部２５ｓｒの短辺に接して備えられる。図１１および図１２に示した導波管変換器のシミュレーションモデル３では、突起部２５ｓａおよび２５ｓｂは、突起部２５Ａａおよび２５Ａｂと同様に方形の形状を有するものとする。なお、前述したように、第１の実施形態に従った突起部２５Ａａおよび２５Ａｂの形状は、方形でなくてもよく、多角形であっても丸形であってもよい。
【００８３】
図１１および図１２に示した導波管変換器のシミュレーションモデル３は、図６および図７に示した導波管変換器のシミュレーションモデル２と同様、切り欠き部１３ｓから導波管１０ｓの外へ伸びる信号線路２４ｓを覆い、回路基板２０ｓ上に設置された箱体３０ｓを備える。箱体３０ｓは、電磁界シミュレーションを用いて電磁界の振る舞いを解析するために便宜的に導波管変換器のシミュレーションモデル３に設定された構成要素である。したがって、図２および図３に示すように、実施形態に従った導波管変換器１には、箱体３０ｓは存在しない。
【００８４】
図１１に示すように、導波管１０ｓ側を、信号が入射および反射するポート１とし、信号線路２４ｓ側を、信号が入射および反射するポート２とする。
導波管変換器のシミュレーションモデル３に対する設定値は、導体パッチ２５ｓ−２のサイズ以外については、前述した導波管変換器のシミュレーションモデル２と同様に設定する。
【００８５】
図１２に示すように、導体パッチ２５ｓ−２は、回路基板２０ｓの開口部２７ｓ−２内に設置される。
図１２に示すように、長方形部２５ｓｒの長辺の長さをＸとし、短辺の長さをＹとする。また、突起部２５ｓａおよび２５ｓｂの辺の長さについては、長方形部２５ｓｒの長辺と並行方向の辺の長さをＸ１とし、長方形部２５ｓｒの短辺と並行方向の辺の長さをＹ１とする。そして、信号線路２４ｓと接続する導体パッチ２５ｓ−２の辺の長さをＸ´とする。すなわち、長さＸ´は、長方形部２５ｓｒの長辺の長さＸと、突起部２５ｓａおよび２５ｓｂそれぞれの辺の長さＸ１の和（すなわち、Ｘ＋２Ｘ１）である。
【００８６】
第１の実施形態の導体パッチ２５ｓ−２のサイズを変化させて実行したシミュレーションの解析結果の一例を説明する。
図１３は、第１の実施形態の導体パッチのＹ、Ｘ、およびＸ１を固定しＹ１を変化させた場合のＹ１と通過特性および反射特性の共振周波数との関係を示す図である。図１４は、第１の実施形態の導体パッチのＹ、Ｘ、およびＸ１を固定しＹ１を変化させた場合のＹ１と損失が-10（ｄＢ）となる反射特性の帯域との関係を示す図である。
【００８７】
図１３および図１４には、Ｙの値を895（μｍ）、Ｘの値を1725（μｍ）、Ｘ１の値を100（μｍ）にそれぞれ固定し、Ｙ１の値を25（μｍ）から150（μｍ）まで変化させた場合のシミュレーション結果が示されている。
【００８８】
図１３を参照すると、第１の実施形態の導体パッチ２５ｓ−２のＹ、Ｘ、およびＸ１を固定しＹ１を変化させた場合、散乱パラメータＳ２１で示される通過特性を劣化させる共振周波数は、Ｙ１の値の増加と共に低くなる。また、散乱パラメータＳ１１およびＳ２２で示される反射特性の共振周波数は、Ｙ１の値の増加と共に低くなる。これらのことから、第１の実施形態の導体パッチ２５ｓ−２のＹ、Ｘ、およびＸ１を固定しＹ１を変化させた場合、Ｙ１の値を増加させても、通過特性を劣化させる共振周波数を反射特性の共振周波数、すなわち使用周波数帯域の中心周波数から遠ざけることは難しいことが分かる。
【００８９】
また、図１４を参照すると、第１の実施形態の導体パッチ２５ｓ−２のＹ、Ｘ、およびＸ１を固定しＹ１を変化させた場合、散乱パラメータＳ１１で示される反射特性の損失が-10（ｄＢ）となる帯域は、Ｙ１の値の増加と共に増加する。一方、散乱パラメータＳ２２で示される反射特性の損失が-10（ｄＢ）となる帯域は、Ｙ１の値の増加と共に減少する。これらのことから、第１の実施形態の導体パッチ２５ｓ−２のＹ、Ｘ、およびＸ１を固定しＹ１を変化させた場合、Ｙ１の値を増加させれば、反射特性の損失が-10（ｄＢ）となる帯域、すなわち実際の使用に適する使用周波数帯域を増加できるとは言えないことが分かる。
【００９０】
このような図１３および図１４のシミュレーション結果から、第１の実施形態の導体パッチ２５ｓ−２のＹ、Ｘ、およびＸ１を固定しＹ１を変化させても、導波管変換器１の信号変換性能が最適となる導体パッチ２５ｓ−２の形状およびサイズを得ることはできないことが分かる。
【００９１】
図１５は、第１の実施形態の導体パッチのＹ、Ｘ、およびＹ１を固定しＸ１を変化させた場合のＸ１と通過特性および反射特性の共振周波数との関係を示す図である。図１６は、第１の実施形態の導体パッチのＹ、Ｘ、およびＹ１を固定しＸ１を変化させた場合のＸ１と損失が-10（ｄＢ）となる反射特性の帯域との関係を示す図である。
【００９２】
図１５および図１６には、Ｙの値を895（μｍ）、Ｘの値を1725（μｍ）、およびＹ１の値を100（μｍ）にそれぞれ固定し、Ｘ１の値を25（μｍ）から150（μｍ）まで変化させた場合のシミュレーション結果が示されている。
【００９３】
図１５を参照すると、第１の実施形態の導体パッチ２５ｓ−２のＹ、Ｘ、およびＹ１を固定しＸ１を変化させた場合、散乱パラメータＳ２１で示される通過特性を劣化させる共振周波数は、Ｘ１の値の増加と共に低くなる。また、散乱パラメータＳ１１およびＳ２２で示される反射特性の共振周波数は、Ｘ１の値の増加と共に低くなる。これらのことから、第１の実施形態の導体パッチ２５ｓ−２のＹ、Ｘ、およびＹ１を固定しＸ１を変化させた場合、Ｘ１の値を増加させても、通過特性を劣化させる共振周波数を反射特性の共振周波数、すなわち使用周波数帯域の中心周波数から遠ざけることは難しいことが分かる。
【００９４】
また、図１６を参照すると、第１の実施形態の導体パッチ２５ｓ−２のＹ、Ｘ、およびＹ１を固定しＸ１を変化させた場合、散乱パラメータＳ１１で示される反射特性の損失が-10（ｄＢ）となる帯域は、Ｘ１の値が50（μｍ）〜100（μｍ）の間で増加し、その後一定の値となる。一方、散乱パラメータＳ２２で示される反射特性の損失が-10（ｄＢ）となる帯域は、Ｘ１の値の増加と共に減少する。これらのことから、第１の実施形態の導体パッチ２５ｓ−２のＹ、Ｘ、およびＹ１を固定しＸ１を変化させた場合、Ｘ１の値を増加させれば、反射特性の損失が-10（ｄＢ）となる帯域、すなわち実際の使用に適する使用周波数帯域を増加できるとは言えないことが分かる。
【００９５】
このような図１５および図１６のシミュレーション結果から、第１の実施形態の導体パッチ２５ｓ−２のＹ、Ｘ、およびＹ１を固定しＸ１を変化させても、導波管変換器１の信号変換性能が最適となる導体パッチ２５ｓ−２の形状およびサイズを得ることはできないことが分かる。
【００９６】
また、図１５および図１６のシミュレーション結果と図１３および図１４のシミュレーション結果とから、次のようなことが分かる。すなわち、長方形部２５ｓｒの長辺および短辺の長さを固定し、突起部２５ｓａおよび２５ｓｂそれぞれの何れか一方の辺のみを変化させた場合、変化させた辺の長さと通過過特性および反射特性の共振周波数との関係は、何れの辺の長さを変化させても同様の傾向を有することが分かる。また、変化させた辺の長さと損失が-10（ｄＢ）となる反射特性の帯域との関係は、何れの辺の長さを変化させても同様の傾向を有することが分かる。
【００９７】
図１７は、第１の実施形態の導体パッチのＹ、Ｙ１、およびＸ´を固定しＸおよびＸ１を変化させた場合のＸ１と通過特性および反射特性の共振周波数との関係を示す図である。図１８は、第１の実施形態の導体パッチのＹ、Ｙ１、およびＸ´を固定しＸおよびＸ１を変化させた場合のＸ１と損失が-10（ｄＢ）となる反射特性の帯域との関係を示す図である。
【００９８】
図１７および図１８には、Ｙの値を895（μｍ）、Ｙ１の値を100（μｍ）、Ｘ´の値を1925（μｍ）にそれぞれ固定し、Ｘ１の値を25（μｍ）から150（μｍ）まで変化させた場合のシミュレーション結果が示されている。信号線路２４ｓと接続する導体パッチ２５ｓ−２の辺の長さＸ´を固定し、突起部２５ｓａおよび２５ｓｂそれぞれの辺の長さＸ１を変化させれば、長方形部２５ｓｒの長辺の長さＸの値も当然変化する。
【００９９】
図１７を参照すると、第１の実施形態の導体パッチ２５ｓ−２のＹ、Ｙ１、およびＸ´を固定しＸおよびＸ１を変化させた場合、散乱パラメータＳ２１で示される通過特性を劣化させる共振周波数は、Ｘ１の値の増加と共に高くなる。一方、散乱パラメータＳ１１およびＳ２２で示される反射特性の共振周波数は、Ｘ１の値の増加と共に低くなる。これらのことから、第１の実施形態の導体パッチ２５ｓ−２のＹ、Ｙ１、およびＸ´を固定しＸおよびＸ１を変化させた場合、Ｘ１の値を増加させつつＸの値を減少させると、通過特性を劣化させる共振周波数を反射特性の共振周波数、すなわち使用周波数帯域の中心周波数から遠ざけることができることが分かる。
【０１００】
また、図１８を参照すると、第１の実施形態の導体パッチ２５ｓ−２のＹ、Ｙ１、およびＸ´を固定しＸおよびＸ１を変化させた場合、Ｓ２２で示される反射特性の損失が-10（ｄＢ）となる帯域は、Ｘ１の値の増加と共に増加し、Ｘ１の値が100（μｍ）以上になるとほぼ一定の値となる。一方、Ｓ１１で示される反射特性の損失が-10（ｄＢ）となる帯域は、Ｘ１の値の増加と共に増加し、Ｘ１の値が一定の範囲（50（μｍ）〜100（μｍ））で最大となり、その後減少する。これらのことから、第１の実施形態の導体パッチ２５ｓ−２のＹ、Ｙ１、およびＸ´を固定しＸおよびＸ１を変化させた場合、Ｘ１の値を一定の範囲内に増加させれば反射特性の損失が-10（ｄＢ）となる帯域、すなわち実際の使用に適する周波数帯域を増加させることが分かる。
【０１０１】
このような図１７および図１８のシミュレーション結果から、第１の実施形態の導体パッチ２５ｓ−２のＹ、Ｙ１、およびＸ´を固定しＸおよびＸ１を変化させた場合、Ｘ１の値を一定の範囲内で増加させれば、導波管変換器１の信号変換性能が最適となる導体パッチ２５ｓ−２の形状およびサイズを得られることが分かる。
【０１０２】
そこで、図１３〜図１６を示して前述した検証結果および図１７〜図１８を示して前述した検証結果から、Ｘ´を固定し、Ｘ１、Ｙ１、Ｘ、およびＹを増加させてシミュレーションをさらに行なう。図１３〜図１６を示して前述した検証結果とは、長方形部２５ｓｒの長辺および短辺の値を固定し、突起部２５ｓａおよび２５ｓｂの一方の辺のみの値を変化させても導体パッチ２５ｓ−２の最適な形状およびサイズを得ることができないと言う検証結果である。また、図１７〜図１８を示して前述した検証結果とは、導体パッチ２５ｓ−２の信号線路２４ｓと接続する辺の値を固定し、その辺と並行方向の突起部２５ｓａおよび２５ｓｂの辺の値を調整すれば、導体パッチ２５ｓ−２の最適な形状およびサイズを得ることができると言う検証結果である。
【０１０３】
図１９は、Ｘ´を固定しＸ１、Ｙ１、Ｘ、およびＹを増加させてシミュレーション解析を行なった第１の実施形態の導体パッチのサイズ一覧表である。
例えば、使用周波数帯域の中心周波数、すなわち反射特性の共振周波数の所望の値が76.8（ＧＨｚ）であるとする。以下のシミュレーションの一例では、反射特性の共振周波数が76.8（ＧＨｚ）となるように、図１９に示すように、設定値Ｓ１〜Ｓ３のように値を設定する。すなわち、Ｘ´（すなわち、Ｘ＋２Ｘ１）の値を1925（μｍ）に固定し、突起部２５ｓａおよび２５ｓｂの両辺の長さＸ１およびＹ１の値を同一とする。そして、シミュレーションの設定値Ｓ１〜Ｓ３のように、Ｘ１、Ｙ１、Ｘ、Ｙ、およびＬ´を変化させる。なお、図１９に示した長さＬ´は、ＹおよびＸ´の和（すなわち、Ｙ＋Ｘ＋２Ｘ１）を示す。
【０１０４】
設定値Ｓ１〜Ｓ３では、図５を参照しながら前述した不要な共振周波数を決定付ける直線Ｌ１´は、使用周波数帯域の中心周波数を決定付ける直線Ｌ２´よりも長い。例えば、設定値Ｓ２では、直線Ｌ１´は1250（μｍ）であり、直線Ｌ２´は1243（μｍ）である。
【０１０５】
前述したように、導体パッチ２５ｓ−１を備える導波管変換器のシミュレーションモデル２では、長辺の長さＸｒを1850（μｍ）に固定した場合に使用周波数帯域の中心周波数が76.8（ＧＨｚ）となる導体パッチ２５ｓ−１の短辺の長さＹｒは、920（μｍ）である。この導体パッチ２５ｓ−１のサイズと設定値Ｓ１〜Ｓ３の導体パッチ２５ｓ−２のサイズとを比較すると、導体パッチ２５ｓ−２を構成する長方形部２５ｓｒの短辺の長さＹは、設定値Ｓ１〜Ｓ３の何れについても、導体パッチ２５ｓ−１の短辺の長さＹｒよりも短い。また、長方形部２５ｓｒの長辺の長さＸは、設定値Ｓ１〜Ｓ３の何れについても、導体パッチ２５ｓ−１の長辺の長さＸｒよりも短い。
【０１０６】
導体パッチ２５ｓ−２の形状およびサイズを図１９に示したように変化させた場合のシミュレーション結果の一例を図２０〜図２２に示す。
図２０は、第１の実施形態の導体パッチのＸ´を固定しＸ１およびＹ１の値を増加させた場合の反射特性Ｓ１１を示す図である。図２１は、第１の実施形態の導体パッチのＸ´を固定しＸ１およびＹ１の値を増加させた場合の反射特性Ｓ２２を示す図である。図２２は、第１の実施形態の導体パッチのＸ´を固定しＸ１およびＹ１の値を増加させた場合の通過特性Ｓ２１を示す図である。
【０１０７】
図２０〜２３には、導体パッチ２５ｓ−２のシミュレーション結果と比較するために、長方形の形状を有する導体パッチ２５ｓ−１のシミュレーション結果Ｓｒも示されている。導体パッチ２５ｓ−１のシミュレーション結果Ｓｒは、散乱パラメータＳ１１およびＳ２２で示される反射特性の共振周波数が76.8（ＧＨｚ）となるサイズに導体パッチ２５ｓ−１を設定した場合のシミュレーション結果である。具体的には、図９および図１０を参照しながら前述したように、導体パッチ２５ｓ−１のサイズは、長辺の長さＸｒを1850(μｍ)、短辺の長さＹｒを920（μｍ）、ＸｒおよびＹｒの和の長さＬを2770（μｍ）とする。
【０１０８】
図２０を参照すると、設定値Ｓ１〜Ｓ３での反射特性Ｓ１１の共振周波数は、導体パッチ２５ｓ−１のシミュレーション結果Ｓｒと同様に、76.8（ＧＨｚ）を示している。また、図２１を参照すると、設定値Ｓ１〜Ｓ３での反射特性Ｓ２２の共振周波数は、シミュレーション結果Ｓｒと同様に、76.8（ＧＨｚ）を示している。
【０１０９】
図２２を参照すると、通過特性Ｓ２１の損失が-8（ｄＢ）となる帯域は、設定値Ｓ１〜Ｓ３でのシミュレーション結果の方がシミュレーション結果Ｓｒよりも広い。また、通過特性Ｓ２１の共振周波数は、設定値Ｓ１〜Ｓ３でのシミュレーション結果の方が導体パッチ２５ｓ−１のシミュレーション結果Ｓｒよりも、反射特性Ｓ１１およびＳ２２の共振周波数（76.8（ＧＨｚ））から遠くへ離れる。
【０１１０】
したがって、第１の実施形態の導体パッチ２５Ａを備える導波管変換器１に従えば、長方形の導体パッチ２５ｒを備える導波管変換器よりも実際の使用に耐え得る使用周波数帯域を広くできることが分かる。また、第１の実施形態の導体パッチ２５Ａを備える導波管変換器１に従えば、長方形の導体パッチ２５ｒを備える導波管変換器よりも通過特性を劣化させる共振周波数を使用周波数帯域の中心周波数から遠くへ離すことができることが分かる。
【０１１１】
図２２をさらに参照すると、通過特性Ｓ２１の損失が-8（ｄＢ）となる周波数帯域に関しては、設定値Ｓ１〜Ｓ３の中では、設定値Ｓ１の場合が最も狭く、設定値Ｓ３の場合が最も広い。
【０１１２】
また、通過特性Ｓ２１の共振周波数に関しては、設定値Ｓ１〜Ｓ３の中では、設定値Ｓ１の場合が反射特性Ｓ１１およびＳ２２の共振周波数（76.8（ＧＨｚ））に最も近く、設定値Ｓ３の場合が反射特性Ｓ１１およびＳ２２の共振周波数から最も遠い。
【０１１３】
一方、図２１を参照すると、損失が-10（ｄＢ）となる反射特性Ｓ２２の周波数帯域に関しては、設定値Ｓ１〜Ｓ３の中では、設定値Ｓ３の場合が最も狭く、設定値Ｓ１の場合が最も広い。
【０１１４】
そこで、設定値Ｓ１〜Ｓ３の中で、通過特性Ｓ２１のみならず反射特性Ｓ１１およびＳ２２を考慮した信号変換性能が最適となる導体パッチ２５ｓ−２のサイズを、反射係数Ｓ１１およびＳ２２を以下のようにさらに分析することによって決定する。
【０１１５】
図２３は、Ｘ´を固定しＸ１、Ｙ１、Ｘ、およびＹを増加させた場合のＬ´と通過特性および反射特性の共振周波数の関係を示す図である。図２４は、Ｘ´を固定しＸ１、Ｙ１、Ｘ、およびＹを増加させた場合のＬ´と損失が-10（ｄＢ）となる反射特性の周波数帯域との関係を示す図である。図１９に示したように、設定値Ｓ１の長さＬ´の値は、2810（μｍ）であり、設定値Ｓ２の長さＬ´の値は2820（μｍ）であり、設定値Ｓ３の長さＬ´の値は、2830（μｍ）である。
【０１１６】
図２３を参照すると、長さＬ´（すなわち、Ｙ＋Ｘ´）の値の増加に係らず、反射特性Ｓ１１およびＳ２２の共振周波数は、76.8（ＧＨｚ）で一定である。このことは、図２０および図２１において設定値Ｓ１〜Ｓ３での反射特性Ｓ１１およびＳ２２の共振周波数が共に76.8（ＧＨｚ）であることと一致する。
【０１１７】
また、図２３を参照すると、長さＬ´の値が増加すると、通過特性Ｓ２１を阻害する共振周波数は低くなる。このことは、図２２において、設定値Ｓ１〜Ｓ３の中で、設定値Ｓ３での通過特性Ｓ２１の共振周波数が最も高く、設定値Ｓ１での通過特性Ｓ２１の共振周波数が最も低いことと一致する。
【０１１８】
そこで、通過特性Ｓ２２のみならず反射特性Ｓ１１およびＳ２２を考慮した導波管変換器１の信号変換性能が最適となる導体パッチ２５ｓ−２のサイズを、図２４を参照してさらに分析する。
【０１１９】
図２４において、長さＬ´の値が増加すると、反射特性Ｓ２２の損失が-10（ｄＢ）となる周波数帯域は増加する。このことは、図２１において、反射特性Ｓ２２の損失が-10（ｄＢ）となる周波数帯域に関して、設定値Ｓ１〜Ｓ３の中で、設定値Ｓ３の場合が最も狭く、設定値Ｓ１の場合が最も広いことと一致する。
【０１２０】
一方、図２４において、長さＬ´の値が増加すると、反射特性Ｓ１１の損失が-10（ｄＢ）となる周波数帯域は、長さＬ´の値が2820（μｍ）のときに最大となりその後減少する。
【０１２１】
このような図２４に示されたシミュレーション結果から、長方形の導体パッチ２５ｓ−１を含む導波管変換器と比較して優れた通過特性Ｓ２１を得られる設定値Ｓ１〜Ｓ３の中で、反射特性Ｓ２２と共に反射特性Ｓ１１が優れた導体パッチ２５ｓ−２の最適なサイズは、設定値Ｓ２であると決定することができる。
【０１２２】
図２５は、長方形の導体パッチの共振周波数における通過特性Ｓ２１の電界強度分布図である。図２６は、第１の実施形態に従った導体パッチの共振周波数における通過特性Ｓ２１の電界強度分布図である。
【０１２３】
図２５に示した電界強度分布は、導体パッチ２５ｓ−１の短辺Ｙを920（μｍ）、長辺Ｘを1850（μｍ）とした場合の通過特性Ｓ２１の共振周波数80.3（ＧＨｚ）における、回路基板２０ｓ上の電界強度分布である。図２０および図２１に示すように、導体パッチ２５ｓ−１の短辺Ｙを920（μｍ）、長辺Ｘを1850（μｍ）とした場合、反射特性Ｓ１１およびＳ２２の共振周波数は、76.8（ＧＨｚ）である。また、図２２に示すように、導体パッチ２５ｓ−１の短辺Ｙを920（μｍ）、長辺Ｘを1850（μｍ）とした場合、通過特性Ｓ２１の共振周波数は、80.3（ＧＨｚ）である。
【０１２４】
一方、図２６に示した電界強度分布は、導体パッチ２５ｓ−２のサイズを図１９に示した設定値Ｓ２とした場合の通過特性Ｓ２１の共振周波数83.5（ＧＨｚ）における、回路基板２０ｓ上の電界強度分布である。図２０および図２１に示すように、導体パッチ２５ｓ−２のサイズを設定値Ｓ２とした場合、反射特性Ｓ１１およびＳ２２の共振周波数は、76.8（ＧＨｚ）である。また、図２２に示すように、導体パッチ２５ｓ−２のサイズを設定値Ｓ２とした場合、通過特性Ｓ２１の共振周波数は、83.5（ＧＨｚ）である。
【０１２５】
図２５および図２６を比較すると、図２５に示した電界強度分布では、信号線路２４ｓが接続された導体パッチ２５ｓ−１の長辺の両端付近の領域と、該長辺とは異なる他方の長辺の中心付近の領域とに、電界強度が小さくならない部分が存在するにすぎない。すなわち、導体パッチ２５ｓ−１を備える導波管変換器の通過特性Ｓ２１の共振周波数における、回路基板２０ｓ上の電磁界強度は広範囲に渡って低い。
【０１２６】
一方、図２６に示した電界強度分布では、信号線路２４ｓが接続された導体パッチ２５ｓ−２の辺の中心から該辺と並行する他方の辺の両端方向に伸張する領域付近の電界強度以外は、電磁界強度が最小とならない。すなわち、導体パッチ２５ｓ−２を備える導波管変換器の通過特性Ｓ２１の共振周波数における、回路基板上の電界強度は、広範囲に渡って高い。
【０１２７】
したがって、図２５および図２６に示した電界強度分布からも、突起部２５Ａａおよび２５Ａｂを有する導体パッチ２５Ａを備える導波管変換器１の信号変換性能は、長方形の導体パッチ２５ｒを備える導波管変換器の信号変換性能よりも優れていることが分かる。
【０１２８】
以上の説明のように、突起部２５Ａａおよび２５Ａｂを有する導体パッチ２５Ａを備える導波管変換器１は、長方形の導体パッチ２５ｒを備える導波管変換器と比較して、使用周波数帯域を広げることができる。すなわち、散乱パラメータＳ２１で示される通過特性の損失が実際の使用に許容される損失（例えば‐8（ｄＢ））となる帯域を広げることができる。
【０１２９】
また、突起部２５Ａａおよび２５Ａｂを有する導体パッチ２５Ａを備える導波管変換器１は、長方形の導体パッチを備える導波管変換器と比較して、使用周波数帯域の中心周波数から通過特性を劣化させる共振周波数を遠ざけることができる。
【０１３０】
したがって、実施形態に従った導波管変換器は、設計段階において、使用周波数帯域を広くでき、かつ通過特性を劣化させる共振周波数を使用周波数の中心周波数から遠ざけることができる。この結果、例えば、導波管変換器の製造時に生じた寸法や位置合わせのばらつきに起因して、通過特性を劣化させる共振周波数がずれたとしても、通過特性の劣化を小さくでき、必要な信号変換性能を確保することができる。また、高い製作精度を要求しなくても必要な信号変換性能を確保できることから、導波管変換器の製作精度に余裕ができ、導波管変換器の低コスト化を実現することができる。
【０１３１】
さらに、実施形態に従えば、シミュレーション解析を行なうことによって、通過特性Ｓ２１のみならず反射特性Ｓ１１およびＳ２２を考慮して、長方形部の信号線路側の長辺の両端付近の短辺に突起部を有する導体パッチの適切な形状およびサイズを決定することができる。
【０１３２】
なお、第１の実施形態に従った導体パッチの形状およびサイズが図２、図３、および図５〜図２６を参照しながら前述した形状およびサイズに限定されないことは、前述したとおりである。例えば、突起部２５Ａａおよび２５Ａｂの形状は、方形に限らず、多角形であっても丸形であってもよい。
【０１３３】
［第２の実施形態］
図２７は、第２の実施形態に従った導波管変換器の一例の斜視図である。図２８は、第２の実施形態に従った導波管変換器の一例の上面図である。
【０１３４】
なお、図２および図３に示した第１の実施形態に従った導波管変換器１の構成要素と同一の構成要素には、図２７および図２８に示した第２の実施形態に従った導波管変換器４に含まれる構成要素に対しても同一の参照符号が振られている。
【０１３５】
図２７および図２８に示した導波管変換器４は、導体パッチ２５Ｂを回路基板２０の開口部２７Ｂ内に備える。
図２７および２８に示すように、第２の実施形態の導体パッチ２５Ｂは、長方形部２５Ｂｒおよび突起部２５Ｂｃを含む。長方形部２５Ｂｒは、導体パッチ２５Ｂの長方形の形状をした部分である。突起部２５Ｂｃは、導体パッチ２５Ｂの突起形状の部分である。
【０１３６】
長方形部２５Ｂｒは、信号線路２４における信号の伝送方向と並行する方向に短辺を有し、該信号の伝送方向と直交する方向の長さに長辺を有する。すなわち、長方形部２５Ｂｒは、導波管１０の空洞部１１の短辺と同一方向に短辺を有し、空洞部１１の長辺と同一方向に長辺を有する。
【０１３７】
また、図２７および図２８に示すように、突起部２５Ｂｃは、長方形部２５Ｂｒの信号線路２４と接続される長辺とは異なる他方の長辺の中心に接して備えられる。
図２７および図２８には、方形の形状を有する突起部２５Ｂｃが示されているが、正方形であっても長方形であってもよい。また、突起部２５Ｂｃの形状は、方形でなくてもよく、多角形であっても丸形であってもよい。
【０１３８】
突起部２５Ｂｃが図２７および図２８に示したような方形形状である場合、長方形部２５Ｂｒの短辺と並行する方向に突起部２５Ｂｃの辺が存在する。また、長方形部２５Ｂｒの長辺と並行する方向に突起部２５Ｂｃの辺が存在する。
【０１３９】
導体パッチ２５Ｂは、長方形部２５Ｂｒの長辺を垂直に２等分する中心線が導波管１０の開口部１２の長辺を垂直に２等分する中心線と一致するように配置され得る。また、導体パッチ２５Ｂは、長方形部２５Ｂｒの長辺を垂直に２等分する中心線上に信号線路２４が接続されるように設置され得る。
【０１４０】
図２９は、第２の実施形態に従った導体パッチの形状と周波数特性との関係を説明する図である。
図２９において、図面下方にある長方形部２５Ｂｒの長辺ｌ２´´側に信号線路２４が接続され、導体パッチ２５Ｂは、導波管１０の開口部１２内に設置される。
【０１４１】
長方形部２５Ｂｒは、長辺ｌ１´´およびｌ２´´と、短辺ｌ３´´およびｌ４´´とを有する。長辺ｌ１´´およびｌ２´´は、導波管１０の長辺と並行し、かつ短辺ｌ３´´およびｌ４´´は、導波管１０の短辺と並行する。
【０１４２】
突起部２５Ｂｃは、信号線路２４と接続された長辺ｌ２´´と並行する長方形部２５Ｂｒの他方の長辺ｌ１´´の中心に接して配置される。
突起部２５Ｂｃは、辺ｌｃ１〜ｌｃ４を有する。辺ｌｃ１は、ｌｃ２と並行し、辺ｌｃ３は、ｌｃ４と並行する。
【０１４３】
長方形部２５Ｂｒの短辺ｌ３´´およびｌ４´´と並行して、突起部２５Ｂｃの辺ｌｃ３およびｌｃ４が存在する。また、突起部２５Ｂｃの辺ｌｃ２は、長方形部２５Ｂｒの長辺ｌ１´´と重なり、辺ｌｃ２と並行する突起部２５Ｂｃの辺ｌｃ１は、長辺ｌ１´´と並行して存在する。
【０１４５】
直線Ｌ１´´は、長辺ｌ１´´およびｌ２´´を垂直に２等分した中心線ｌｃ´´と図２９の図面上方の長辺ｌ１´´と並行する突起部２５Ｂｃの辺ｌｃ１とが交差する点Ｐ１´´から、短辺ｌ３´´と長辺ｌ２´´とが交差する点Ｐ２´´までを結んだ直線である。また、直線Ｌ１´´は、交点Ｐ１´´から、短辺ｌ４´´と長辺ｌ２´´とが交差する点Ｐ５´´までを結んだ直線である。
【０１４７】
直線Ｌ２´´は、中心線ｌｃ´´と図面下方の長辺ｌ２´´とが交差する点Ｐ３´´から、図面上方の長辺ｌ１´´と短辺ｌ３´´とが交差する点Ｐ４´´までを結んだ直線である。また、直線Ｌ２´´は、交点Ｐ３´´から、図面上方の長辺ｌ１´´と短辺ｌ４´´とが交差する点Ｐ６´´までを結んだ直線である。
【０１４８】
図２９に示すように、第２の実施形態に従った導体パッチ２５Ｂには、長辺ｌ１´´の中心に接して突起部２５Ｂｃが備えられる。このため、不要な共振周波数を決定付ける直線Ｌ１´´は、突起部２５Ｂｃが存在する分、使用周波数帯域の中心周波数を決定付ける直線Ｌ２´´よりも長くすることができる。直線Ｌ１´´を直線Ｌ２´´よりも長くすれば、不要な共振周波数を高い周波数へ移動させることができるので、不要な共振周波数を使用周波数帯域の中心周波数から遠ざけることができる。
【０１４９】
したがって、第２の実施形態に従った導体パッチ２５Ｂを備えた導波管変換器４は、使用周波数帯域において良好な信号変換性能を得ることができる。また、不要な共振周波数を使用周波数帯域の中心周波数から遠ざけることができるので、導波管変換器の製造時にパターンずれが生じたとしても使用周波数帯域における良好な信号変換性能を確保することができる。
【０１５０】
第２の実施形態に従った導体パッチ２５Ｂはさらに、突起部２５Ｂｃを除いた長方形部２５Ｂｒの短辺および長辺の長さが図４に示した導体パッチ２５ｒの短辺および長辺の長さよりも短くなるように形成される。すなわち、導体パッチ２５Ｂを含む導波管変換器４および導体パッチ２５ｒを含む導波管変換器の使用周波数の中心周波数が同一である場合に、長辺ｌ１´´およびｌ２´´は、長辺ｌ１およびｌ２よりも短く、短辺ｌ３´´およびｌ４´´は、短辺ｌ３およびｌ４より短く、長方形部２５Ｂｒのサイズは、導体パッチ２５ｒのサイズよりも小さい。このように導体パッチ２５Ｂのサイズが導体パッチ２５ｒのサイズよりも小さい理由は、突起部２５Ｂｃを設けたことにより導体パッチの形状が方形でなくなることに伴って使用周波数帯域の中心周波数が移動するため、Ｌ２´´の長さを調整する必要があるためである。
【０１５１】
第２の実施形態に従った導体パッチ２５Ｂの形状およびサイズは、第１の実施形態について前述したように、電磁界シミュレーションを用いて決定方法することができる。
第２の実施形態に従った導体パッチ２５Ｂを含む導波管変換器４の信号変換性能と、図４に示した長方形の導体パッチ２５ｒを導体パッチ２５Ｂの代わりに含む導波管変換器の信号変換性能とを比較した電磁界シミュレーションの結果の一例を図３０〜図３２に示す。
【０１５２】
図３０は、第２の実施形態の導体パッチを含む導波管変換器および長方形パッチを含む導波管変換器の反射特性Ｓ１１のシミュレーション結果を示す図である。図３１は、第２の実施形態の導体パッチを含む導波管変換器および長方形パッチを含む導波管変換器の反射特性Ｓ２２のシミュレーション結果を示す図である。図３２は、第２の実施形態の導体パッチを含む導波管変換器および長方形パッチを含む導波管変換器の通過特性Ｓ２１のシミュレーション結果を示す図である。
【０１５３】
図３０に示すように、使用周波数帯域の中心周波数、すなわち、反射特性Ｓ１１の共振周波数を76.8（ＧＨｚ）に一致させた場合、第２の実施形態の導体パッチ２５Ｂを含む導波管変換器４の反射特性Ｓ１１は、長方形の導体パッチ２５ｒを含む導波管変換器の反射特性とほぼ同様の周波数特性を得ることができる。また、図３１に示すように、反射特性Ｓ２２の共振周波数を76.8（ＧＨｚ）に一致させた場合、第２の実施形態の導体パッチ２５Ｂを含む導波管変換器４の反射特性Ｓ２２は、長方形の導体パッチ２５ｒを含む導波管変換器の反射特性とほぼ同様の周波数特性を得ることができる。
【０１５４】
さらに、図３２に示すように、反射特性Ｓ２２の共振周波数を76.8（ＧＨｚ）に一致させた場合、第２の実施形態の導体パッチ２５Ｂを含む導波管変換器４は、長方形の導体パッチ２５ｒを含む導波管変換器と比較して、通過特性Ｓ２１を阻害する共振周波数を反射特性Ｓ１１およびＳ２２の共振周波数から遠ざけることができる。
【０１５５】
また、第２の実施形態の導体パッチ２５Ｂを含む導波管変換器４は、長方形の導体パッチ２５ｒを含む導波管変換器と比較して、損失が-8（ｄＢ）となる通過特性Ｓ２１の周波数帯域を広げることができる。
【０１５６】
このように、第２の実施形態の導体パッチ２５Ｂを備える導波管変換器４は、長方形の導体パッチ２５ｒを備える導波管変換器よりも実際の使用に許容される使用周波数帯域が広い。また、第２の実施形態の導体パッチ２５Ｂを備える導波管変換器４は、長方形の導体パッチ２５ｒを備える導波管変換器よりも通過特性を劣化させる共振周波数が使用周波数帯域の中心周波数から遠くへ離れる。
【０１５７】
したがって、第２の実施形態に従った導波管変換器よれば、設計段階において、使用周波数帯域を広くでき、かつ通過特性を劣化させる共振周波数を使用周波数の中心周波数から遠ざけることができる。この結果、例えば、導波管変換器の製造時に生じた寸法や位置合わせのばらつきに起因して、通過特性を劣化させる共振周波数がずれたとしても、通過特性の劣化を小さくでき、必要な信号変換性能を確保することができる。また、高い製作精度を要求しなくても必要な信号変換性能を確保できることから、導波管変換器の製作精度に余裕ができ、導波管変換器の低コスト化を実現することができる。
【０１５８】
さらに、第２の実施形態に従えば、第１の実施形態について前述したようなシミュレーション解析を行なうことによって、通過特性Ｓ２１のみならず反射特性Ｓ１１およびＳ２２を考慮した導体パッチ２５Ｂの適切な形状およびサイズを決定することができる。
【０１５９】
なお、第２の実施形態に従った導体パッチの形状およびサイズが図２７〜図２９に示した形状およびサイズに限定されないことは、前述したとおりである。例えば、突起部２５Ｂｃの形状は、方形に限らず、多角形であっても丸形であってもよい。
【符号の説明】
【０１６０】
１      導波管変換器
１０      導波管
１１      空洞部
１２      開口部
２０      回路基板
２１      誘電体基板
２２      第１導体板
２３      第２導体板
２４      信号線路
２５Ａ、２５Ｂ      導体パッチ
２５Ａｒ、２５Ｂｒ      長方形部
２５Ａａ、２５Ａｂ、２５Ｂｃ      突起部
２６      接地ビア
２７Ａ、２７Ｂ      開口部
【図４】
0005880120.tif 000002
【図５】
0005880120.tif 000003
【図７】
0005880120.tif 000004
【図８】
0005880120.tif 000005
【図９】
0005880120.tif 000006
【図１０】
0005880120.tif 000007
【図１１】
0005880120.tif 000008
【図１２】
0005880120.tif 000009
【図１３】
0005880120.tif 000010
【図１４】
0005880120.tif 000011
【図１５】
0005880120.tif 000012
【図１６】
0005880120.tif 000013
【図１７】
0005880120.tif 000014
【図１８】
0005880120.tif 000015
【図１９】
0005880120.tif 000016
【図２３】
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【図２４】
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【図２９】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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