(57)【要約】【課題】  ミリ波用途のための導波管−平面伝送線路変換器を構築し、パッケージするための装置及び方法を提供する。【解決手段】  導波管−伝送線路変換器がマイクロ波及びミリ波周波数における出力の広帯域、高性能結合のために提供される。１つの態様において、変換器装置（１０）は、矩形導波管チャネル（Ｃ）、及び矩形導波管チャネル（Ｃ）の広幅壁（１１ａ）を貫通して形成されたアパーチャ（１３）を含む変換器ハウジング（１１）と、第１表面及び第１表面と向き合う第２表面、並びに第１表面上に形成された平面伝送線路（１２ａ）及び平面プローブ（１２ｂ）を有する基板（１２）とを含み、ここで、平面伝送線路（１２ａ）は、第１導電性ストリップ及び第２導電性ストリップを含み、平面プローブ（１２ｂ）は、第１導電性ストリップの端部に接続し、それから延び、第２導電性ストリップの端部はスタブにより終端し、基板（２２）は、プリント・プローブ（１２ｂ）が広幅壁（１１ａ）の中心から外れた位置で矩形導波管チャネル（Ｃ）内に突き出るようにアパーチャ（１３）内に配置され、そして第１及び第２導電性ストリップの端部は、矩形導波管チャネル（Ｃ）の広幅壁（１１ａ）の内面に対して位置調整される。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形導波管チャネルと前記矩形導波管チャネルの広幅壁を貫通して形成されたアパーチャとを含む変換器ハウジングと、
第１表面及び前記第１表面と向き合う第２表面、並びに前記第１表面上に形成された平面伝送線路及び平面プローブを有する基板と
を備え、
前記平面伝送線路は、第１導電性ストリップ及び第２導電性ストリップを含み、
前記平面プローブは、前記第１導電性ストリップの端部に接続し、それから延び、
前記第２導電性ストリップの端部はスタブにより終端し、
前記基板は、前記プリント・プローブが前記広幅壁の中心から外れて前記矩形導波管チャネル内に突き出るように、前記アパーチャ内に配置され、
前記第１及び第２導電性ストリップの前記端部は、前記矩形導波管チャネルの前記広幅壁の内面に対して位置調整される、
変換器装置。
【請求項２】
前記矩形導波管チャネルの一方の端部は閉終端であり、前記プローブに対するバックショートを与える、請求項１に記載の変換器装置。
【請求項３】
前記バックショートは調整可能である、請求項１に記載の変換器装置。
【請求項４】
前記矩形導波管チャネルの一方の端部は、前記変換器ハウジングの嵌合面上で開口し、
前記嵌合面は、矩形導波管フランジと整合接続することができる、
請求項１に記載の変換器装置。
【請求項５】
前記プリント伝送線路はＣＰＳ（ｃｏｐｌａｎａｒ  ｓｔｒｉｐｌｉｎｅ：共面ストリップ線路）である、請求項１に記載の変換器装置。
【請求項６】
前記プリント伝送線路はＡＣＰＳ（ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ｃｏｐｌａｎａｒ  ｓｔｒｉｐｌｉｎｅ：非対称共面ストリップ線路）である、請求項１に記載の変換器装置。
【請求項７】
前記プリント伝送線路はＣＰＷ（ｃｏｐｌａｎａｒ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ：共面導波管）である、請求項１に記載の変換器装置。
【請求項８】
前記アパーチャは、段付き幅の開口部を有して前記アパーチャ及び前記矩形導波管チャネル内の前記基板の位置調整及び位置決めを可能にする、請求項１に記載の変換器装置。
【請求項９】
前記スタブは、寄生モードの抑制のための端部被覆メタライゼーションに接続する、請求項１に記載の変換器装置。
【請求項１０】
前記端部被覆メタライゼーションは、前記変換器ハウジングの金属表面に電気的に接続する、請求項９に記載の変換器装置。
【請求項１１】
前記端部被覆メタライゼーションは、前記基板の第２表面上の接地面に接続する、請求項９に記載の変換器装置。
【請求項１２】
前記端部被覆メタライゼーションは、前記変換器ハウジングから直流的に絶縁される、請求項９に記載の変換器装置。
【請求項１３】
前記変換器装置は、ＭＭＩＣ（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ：モノリシック・マイクロ波集積回路）デバイスと共に一体的にパッケージされる、請求項１に記載の変換器装置。
【請求項１４】
前記矩形導波管チャネルの前記アパーチャとは反対側の第２の広幅壁上に形成され、前記アパーチャに対して位置調整された同調キャビティをさらに備える、請求項１に記載の変換器装置。
【請求項１５】
前記変換器ハウジングは金属材料のブロックから形成される、請求項１に記載の変換器装置。
【請求項１６】
前記変換器ハウジングは、金属材料でコーティングされた表面を有するプラスチック材料から形成される、請求項１に記載の変換器装置。
【請求項１７】
矩形導波管チャネルと前記矩形導波管チャネルの広幅壁を貫通して形成されたアパーチャとを含む変換器ハウジングと、
第１表面及び前記第１表面と向き合う第２表面、並びに前記第１表面上に形成された平面伝送線路及び平面プローブを有する基板と
を備え、
前記平面伝送線路は、第１導電性ストリップ及び第２導電性ストリップを含み、
前記平面プローブは、前記第１導電性ストリップの端部に接続し、それから延び、
前記第２導電性ストリップの端部はスタブにより終端し、
前記スタブは、前記基板の前記第２表面上の導電性接地パターンと端部被覆メタライゼーションによって接続し、
前記基板は、前記プリント・プローブが前記矩形導波管チャネル内に突き出るように前記アパーチャ内に配置され、
前記第１及び第２導電性ストリップの前記端部は、前記矩形導波管チャネルの前記広幅壁の内面に対して位置合調整される、
変換器装置。
【請求項１８】
前記矩形導波管チャネルの一方の端部は閉終端であり、前記プローブに対するバックショートを与える、請求項１７に記載の変換器装置。
【請求項１９】
前記バックショートは調整可能である、請求項１８に記載の変換器装置。
【請求項２０】
前記矩形導波管チャネルの一方の端部は、前記変換器ハウジングの嵌合面上で開口し、
前記嵌合面は、矩形導波管フランジと整合接続することができる、
請求項１８に記載の変換器装置。
【請求項２１】
前記プリント伝送線路はＣＰＳ（ｃｏｐｌａｎａｒ  ｓｔｒｉｐｌｉｎｅ：共面ストリップ線路）である、請求項１７に記載の変換器装置。
【請求項２２】
前記プリント伝送線路はＡＣＰＳ（ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ｃｏｐｌａｎａｒ  ｓｔｒｉｐｌｉｎｅ：非対称共面ストリップ線路）である、請求項１７に記載の変換器装置。
【請求項２３】
前記プリント伝送線路はＣＰＷ（ｃｏｐｌａｎａｒ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ：共面導波管）である、請求項１７に記載の変換器装置。
【請求項２４】
前記アパーチャは、段付き幅の開口部を有して前記アパーチャ及び前記矩形導波管チャネル内の前記基板の位置調整及び位置決めを可能にする、請求項１７に記載の変換器装置。
【請求項２５】
前記基板の前記第２表面上の前記導電性接地パターンは、前記変換器ハウジングの金属表面に導電的に接合される、請求項１７に記載の変換器装置。
【請求項２６】
前記基板の前記第２表面上の前記導電性接地パターンは、前記変換器ハウジングの金属表面に非導電的に接合される、請求項１７に記載の変換器装置。
【請求項２７】
前記端部被覆メタライゼーションは、前記金属変換器ハウジングから直流的に絶縁される、請求項１７に記載の変換器装置。
【請求項２８】
前記変換器装置はＭＭＩＣと共に一体的にパッケージされる、請求項１７に記載の変換器装置。
【請求項２９】
前記矩形導波管チャネルの前記アパーチャとは反対側の第２の広幅壁上に形成され、前記アパーチャに対して位置調整された同調キャビティをさらに備える、請求項１７に記載の変換器装置。
【請求項３０】
前記変換器ハウジングは金属材料のブロックから形成される、請求項１７に記載の変換器装置。
【請求項３１】
前記変換器ハウジングは、金属材料でコーティングされた表面を有するプラスチック材料から形成される、請求項１７に記載の変換器装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波及びミリ波周波数における出力の広帯域、高性能結合を与える導波管−伝送線路変換器を構築するための装置及び方法に関する。本発明はさらに、マイクロ波集積回路チップ及び／又はモジュールが導波管−伝送線路変換器構造体と共に一体的にパッケージされて、標準的な導波管フランジに取付け可能なモジュラー・コンポーネントを与えるコンパクトな無線通信モジュールを構築するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、マイクロ波及びミリ波（ＭＭＷ）通信システムは、レシーバ、トランスミッタ及びトランシーバ・モジュールのような種々のコンポーネント及びサブコンポーネント、並びにＭＩＣ（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：マイクロ波集積回路）及び／又はＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：モノリシック・マイクロ波集積回路）技術を用いて製造された他の受動及び能動コンポーネントを用いて構築される。このシステム・コンポーネント及び／又はサブコンポーネントは、プリント伝送線路（例えば、マイクロストリップ、スロット線路、ＣＰＷ（ｃｏｐｌａｎａｒ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ：共面導波管）、ＣＰＳ（ｃｏｐｌａｎａｒ  ｓｔｒｉｐｌｉｎｅ：共面ストリップ線路）、ＡＣＰＣ（ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ｃｏｐｌａｎａｒ  ｓｔｒｉｐｌｉｎｅ：非対称共面ストリップ線路）等）、又は同軸ケーブル及び導波管のような種々のタイプの伝送媒体を用いて相互接続することができる。
【０００３】
プリント伝送線路はマイクロ波及びＭＭＷ回路内で広く使用され、半導体チップ（ＲＦ集積回路）間及び半導体チップとトランスミッタ又はレシーバ・アンテナとの間のパッケージ・レベル又は回路基板レベルの相互接続を与える。さらに、プリント伝送線路は、半導体集積回路の表面上の信号伝搬に好適である。例えば、ＣＰＷ伝送線路は、その一平面性、低分散、並びに能動及び受動デバイスとの高適合性のためにＭＭＩＣ設計に広く使用されている。しかしながら、プリント伝送線路は、高周波数においては寄生モード及び大きな損失を受けることがある。一方、金属導波管（例えば、矩形、円形等）は、より長距離にわたる低損失の高出力レベルの信号伝送に適している。さらに、導波管は、高指向性アンテナの形に成形することができ、或いはデバイスの特性化に使用することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マイクロ波、ＲＦ又はＭＭＷシステムを構築するとき、「変換器」と呼ばれる結合構造体を用いてプリント伝送線路を導波管と結合することが必要な場合がある。変換器は、種々のコンポーネント及びサブコンポーネントを統合して完全なシステムにするのに不可欠である。最も一般的な伝送線路−導波管変換器は、幅広く研究されているマイクロストリップ−導波管変換器である。相当に多くの研究及び開発がこのような変換器に当てられてきたが、ＣＰＷ、ＣＰＳ又はＡＣＰＳ伝送線路から矩形導波管への適切な変換器を確立するのには比較的少ない努力しか払われなかった。ＣＰＷ及びＣＰＳ伝送線路は、高集積密度のＭＩＣ及びＭＭＩＣ設計に対して（マイクロストリップ以上に）特に適している。これに関連して、導波管とＣＰＷ又はＣＰＳプリント伝送線路又はモノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）との間の広帯域で低損失かつ整合性の良い、高性能システムを設計するのに使用できる、変換器を開発することが非常に望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の例示的な実施形態は、一般的に、マイクロ波及びミリ波周波数における出力の広域帯、高性能の結合をもたらす導波管−伝送線路変換器を構築するための装置及び方法を含む。より具体的には、本発明の例示的な実施形態は、マイクロ波及びミリ波用途に特に適する、広帯域で低損失かつコンパクトなＣＰＷ−矩形導波管変換器構造体及びＡＣＰＳ（又はＣＰＳ）−矩形導波管変換器構造体を含む。
【０００６】
より具体的には、本発明の１つの実施形態において、変換器装置は変換器ハウジング及び変換器担体基板を含む。変換器ハウジングは、矩形導波管チャネルと、矩形導波管チャネルの広幅壁を貫通して形成されたアパーチャとを有する。基板は、基板の第１表面上に形成された平面伝送線路及び平面プローブを有する。平面伝送線路は、第１導電性ストリップ及び第２導電性ストリップを含み、ここで、平面プローブは第１導電性ストリップの端部に接続し、それから延び、また第２導電性ストリップの端部はスタブにより終端する。基板は、プリント・プローブが広幅壁の中心から外れた位置で矩形導波管チャネル内に突き出るように、変換器ハウジングのアパーチャ内に配置され、かつ第１及び第２導電性ストリップの端部は、矩形導波管チャネルの広幅壁の内面に対して位置調整される。
【０００７】
プリント伝送線路は、ＣＰＳ（ｃｏｐｌａｎａｒ  ｓｔｒｉｐｌｉｎｅ：共面ストリップ線路）、ＡＣＰＳ（ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ｃｏｐｌａｎａｒ  ｓｔｒｉｐｌｉｎｅ：非対称共面ストリップ線路）又はＣＰＷ（ｃｏｐｌａｎａｒ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ：共面導波管）とすることができる。矩形導波管チャネルの一方の端部は閉端部であり、プローブに対するバックショートを与える。１つの例示的な実施形態において、バックショートは調整可能である。矩形導波管チャネルの別の端部は、変換器ハウジングの嵌合面上で開口する。嵌合面は、矩形導波管フランジと整合接続することができる。変換器ハウジングは、金属材料のブロックから形成することができる。代替的に、変換器ハウジングは、金属材料でコーティングされた表面を有するプラスチック材料から形成することができる。
【０００８】
本発明の別の例示的な実施形態において、変換器ハウジングのアパーチャは、段付き幅の開口を有するように設計されてアパーチャ及び矩形導波管チャネル内での基板の位置調整及び位置決めを可能にする。
【０００９】
本発明のさらに別の例示的な実施形態において、第２導電性ストリップの端部のスタブは、寄生モードの抑制のために端部被覆メタライゼーションに接続される。端部被覆メタライゼーションは、変換器ハウジングの金属面に電気的に接続することができる。端部被覆メタライゼーションは、基板の第２表面上の接地面に接続することができる。端部被覆メタライゼーションは、変換器ハウジングから直流的に絶縁することができる。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態において、変換器ハウジングは、矩形導波管チャネルのアパーチャとは反対側の第２広幅壁上に形成され、アパーチャに対して位置調整された同調キャビティを含む。同調キャビティは、調整可能なバックショート要素によって短絡させてインピーダンス整合機構をもたらすことができる。
【００１１】
本発明の例示的な実施形態は、マイクロ波集積回路チップ及び／又はモジュールが導波管−伝送線路変換器構造体と共に一体的にパッケージされて、標準的な導波管フランジに取付け可能なモジュラー・コンポーネントを与えるコンパクトな無線通信モジュールを構築するための装置及び方法をさらに含む。
【００１２】
本発明のこれら及び他の例示的な実施形態、態様、特徴、及び利点は、添付の図面と関連させて読むべき例示的な実施形態の以下の詳細な記述により説明されるか又は明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１及び図２は、本発明の例示的な実施形態による伝送線路−導波管変換器装置（１０）の概略的な斜視図である。より具体的には、図１及び図２は、本発明の例示的な実施形態による、Ｅ平面プローブ型変換器を用いて矩形導波管（例えば、ＷＲ１５）とプリント伝送線路の間の電磁信号を結合するための変換器装置（１０）を概略的に示す。変換器装置（１０）は、幅ａ（広幅壁）と高さｂ（狭幅壁）の内部矩形導波管キャビティＣ（又は矩形導波管チャネル）を有する金属変換器ハウジング（１１）（又は導波管ブロック）を含む。アパーチャ（１３）は、矩形導波管キャビティＣの広幅壁を貫通して導波管ブロック（１１）の前壁（１１ａ）内に形成されて、プリント伝送線路（１２ａ）及びプリントＥ平面プローブ（１２ｂ）を有する平面変換器基板（１２）を挿入し、支持するための変換器ポートＰＴを与える。変換器基板（１２）は、プローブ（１２ｂ）が導波管キャビティＣの広幅壁を貫通して導波管キャビティＣ内に突き出るようにアパーチャ（１３）内に配置される。導波管キャビティＣの一方の端部は、変換器ハウジング（１１）の側壁（１１ｂ）に開口して導波管入力ポートＰＷを与える。導波管キャビティＣの他方の端部は、変換器ハウジング（１１）の側壁（１１ｃ）によって短絡され、それにより金属側壁（１１ｃ）の内面は、プローブ（１２ｂ）に対するバックショートＢとして機能する。
【００１４】
本発明の１つの例示的な実施形態において、プローブ（１２ｂ）は、矩形導波管が基本ＴＥ１０モードで動作する際に矩形導波管キャビティＣ内の電界をサンプリングするように設計されたＥ平面型プローブである。当該技術分野において周知であるように、矩形導波管内において電界は、広幅側壁に対して垂直であり、磁力線は、狭幅側壁に対して垂直である。一例として、図３は、矩形導波管キャビティＣの略図であり、ここで狭幅側壁（ｂ）はｘ方向に延び（ｘ−ｚ平面と共面）、広幅側壁（ａ）はｙ方向に延び（ｙ−ｚ平面と共面）、そしてキャビティＣはｚ方向（即ち、導波管チャネルに沿った波伝搬の方向）に延びる。図３はさらに、ＴＥ１０モードの電界がｘ−ｙ平面（広幅壁に垂直）にあることを示し、その場合ＴＥ波の最大の正及び負の電圧ピークは導波管の広幅壁（ａ）の中央を移動し、電圧は導波管の狭幅壁（ｂ）に沿ってゼロまで減少する。
【００１５】
これに関連して、図１及び図２の例示的な実施形態において、プリント・プローブ（１２ｂ）を有する基板（１２）は、広幅側壁（１１ａ）内の変換器ポートＰＴを通して挿入され、その結果プローブ（１２ｂ）は波伝搬方向（即ち、図３のｚ方向）に対して横方向（垂直）に配置され、また基板（１２）の平面は波伝搬方向に対して接線方向に配置される（即ち、基板（１２）の平面は図３のｘ−ｚ平面と共面となる）。金属ブロック（１１）の側壁（１１ｃ）はバックショートＢとして機能して、側壁（１１ｃ）の内面がプローブ（１２ｂ）の後方の特定の距離（ＴＥ１０モードの４分の１波長に近い）に位置して良好な伝送特性を実現する。
【００１６】
図１及び図２は、本発明の実施形態による導波管−平面伝送線路変換器装置に関する一般的な構造を概略的に示すことを理解されたい。プリントＥ平面プローブ（１２ｂ）は、矩形導波管キャビティＣ内の電界をサンプリングするように設計された任意の適切な形状及び構成を有することができる。プリント伝送線路（１２ａ）は、プリントＣＰＷ（共面導波管）供給線路、ＡＣＰＳ（非対称共面ストリップ線路）供給線路、又はＣＰＳ（共面ストリップ線路）供給線路のような任意の適切な供給構造体とすることができる。例えば、さらに詳細に後述するように、図９乃至図１８は、本発明の種々の例示的な実施形態による変換器構造体を示し、これらは、さらに詳細に後述するように、プリント導体支持型及び不導体支持型ＣＰＷ及びＣＰＳ供給線路並びに平面プローブ変換器を有する変換器基板によって構築することができる。
【００１７】
本発明の他の例示的な実施形態において、図１及び図２の例示的な変換器構造体は、ＭＩＣ又はＭＭＩＣモジュールのような電子コンポーネントと共に一体的にパッケージして、コンパクトなパッケージ構造体を構築することができる。例えば、図４は、本発明の例示的な実施形態による、外部回路と共に一体的にパッケージされた伝送線路−導波管変換器モジュールを含むパッケージ・アセンブリ（２０）の概略的な斜視図である。例示的なパッケージ（２０）は、内部矩形導波管チャネルＣを有する変換器ハウジング（２１）（又は導波管ブロック）を含む。変換器ハウジング（２１）は、内部矩形導波管チャネルＣの広幅壁を貫通して延びるアパーチャをもつ前壁（２１ａ）を有して変換器ポートＰＴを与える。プリント伝送線路及びＥ平面プローブを有する変換器基板（２２）は、変換器ポートＰＴを通して導波管キャビティに挿入される。
【００１８】
矩形導波管チャネルＣの一方の端部は、変換器ハウジング（２１）の側壁（２１ｃ）において開口してバックショート開口部Ｂ０を与え、矩形導波管チャネルの他方の端部は、変換器ハウジング（２１）の側壁（２１ｂ）において開口して導波管入力ポートＰＷを与える。導波管ハウジング（２１）の側壁（２１ｃ）のバックショート開口部Ｂ０は、別々に製造されたバックショート要素の挿入を可能にし、側壁（２１ｃ）上で露出した導波管キャビティＣの端部を短絡させてインピーダンス整合及び変換器同調のための調整可能なＥ平面バックショートを与えるように形成される。
【００１９】
変換器基板（２２）は、変換器ポートＰＴ開口部の底部内面と、変換器ハウジング（２１）の前壁（２１ａ）から延びる支持ブロック（２３）とによって支持され、変換器ポートＰＴ開口部の底部内面と共面である上面を有する。変換器ハウジング（２１）及び支持ブロック（２３）は、ベース構造体（２４）の上に配置される。１つの例示的な実施形態において、変換器ハウジング（２１）、支持ブロック（２３）及びベース・プレート（２４）構造体は、金属ブロックを機械加工して成形することにより構築できる一体化したパッケージ・ハウジング構造体を形成するか、或いはこれらのコンポーネントは、結合するか又は他の手法で共に連結させる別々のコンポーネントとすることができる。
【００２０】
ＭＭＩＣチップ（２７）及び他のＲＦ集積回路チップを有するプリント回路基板（２６）は、例えば、チップ（２７）の表面が変換器基板（２２）の表面と実質的に共面となるようにベース（２４）上に取付ける。１つ又は複数の接合ワイヤ（２８）は、変換器基板（２２）上の伝送線路供給部とチップ（２７）上のＩ／Ｏコンタクトとの間のＩ／Ｏ接続をもたらす。例示的なパッケージ設計において、基板（２２）の平面は、波伝搬方向に対して接線方向に配置され、このことが、外部電子コンポーネントを基板（２２）の同じ平面内に配置することを可能にしてコンポーネントの配置及び統合を簡単にする。
【００２１】
パッケージ構造体（２０）は、本発明の例示的な実施形態による、ＭＭＷ又はマイクロ波チップ・モジュールを矩形導波管開始部と共に一体的にパッケージする方法を概略的に示す。例示的なパッケージ（２０）は、例えば、ＭＭＩＣトランシーバ、レシーバ、又はトランシーバ・モジュールを矩形導波管開始部と共に一体的にパッケージできる、コンパクトなモジュール設計を提供する。パッケージ（２０）は、矩形導波管デバイス（２５）の標準的なフランジに容易に結合され、その結果、表面（２１ｂ）上の導波管ポートが矩形導波管デバイス（２５）の導波管キャビティに対して位置調整され、それと整合接続するように設計されることが好ましい。例えば、パッケージ（２０）は、標準的なＷＲ１５導波管フランジに対して容易に整合接続することができる。
【００２２】
図１乃至図４の例示的な実施形態は、種々の用途及び動作周波数に関する導波管変換器を構築し、パッケージする方法の高次レベルの略図であることを理解されたい。例えば、上述の一般的な構造に基づく変換器構造体は、ＭＭＷ用途（例えば、ＷＲ１５矩形導波管の５０−７０ＧＨｚを超える広帯域動作）に関して、図５乃至図１８を参照してさらに詳細に説明する。本発明の例示的な実施形態による導波管変換器は、内部導波管チャネルを有する導波管ブロックと、導波管チャネルの広幅壁内の開口部に挿入されたプリント・プローブを有する基板ベースの供給構造体とに基づく一般的なアーキテクチャを有する。以下に説明するように、本発明の例示的な実施形態による種々の技法は、容易な組立てを可能にすると同時に、堅牢で製造公差及び動作環境の影響を比較的受けない仕方で低損失及び広帯域幅動作をもたらす導波管変換器を設計するのに用いられる。
【００２３】
１つの例示的な実施形態において、変換器構造体は、矩形導波管チャネルの広幅壁方向の変換器基板（プリント供給部とプローブを有する）の中心を外れた位置になるように設計される。従来のＥ平面プローブの設計では、変換器は、プローブ挿入位置が導波管の広幅側壁の中心となる対称的配置を有するように構築される。しかしながら、この従来技術は通常、最適位置をもたらさず、そのため、特に厚い高誘電率の基板を取り付けたＥ平面プローブに対しては、帯域幅を制限する高入力リアクタンスを生じる。
【００２４】
中心外し開始部は広い周波数帯域にわたってより低い入力リアクタンスを達成することができ、これにより、より広帯域の整合を可能にすることが研究されている。中心外し開始部の低い入力リアクタンスは、誘電体取り付けプローブによる均一な矩形導波管内のフィルタ摂動の結果である高次のエバネッセント・モードの振幅の著しい減少に帰することができる。有利なことに、中心外し開始部は付加的な整合構造体に対する必要性をなくすことができ、このことがよりコンパクトな解決法を可能にする。実際に、本発明による例示的な変換器構造体は、導波管壁から外に延びる付加的な整合コンポーネントを必要としない。実際に、後述の例示的な実施形態において、プローブ変換器は、均一なＣＰＷ又はＡＣＰＳ／ＣＰＳ伝送線路により直接入力を受け、同時に、例えば、ＷＲ１５周波数帯全域にわたって所望の性能を実現することができる。
【００２５】
本発明の他の例示的な実施形態において、プリント供給線路及びプローブ変換器を有する変換器基板は、望ましくない高次モードの伝搬、及び付随する共振効果であって金属導波管壁によってもたらされる導体支持型環境によるＭＭＷ周波数における多重共振類似の効果を生じる可能性がある共振効果を抑制する特徴を有するように設計される。特に、例示的な変換器は、プリント供給線路が広幅開口部（変換器ポートＰＴ）内に配置される電気的に広幅の変換器基板によって生成される可能性がある望ましくないＣＳＬ（ｃｏｕｐｌｅｄ  ｓｌｏｔｌｉｎｅ：結合スロット線路）、マイクロストリップ様の平行導波管モードを抑制するように設計されており、ここで、プリント供給線路を有する変換器基板の全体又は重要な部分は、変換器ポートＰＴ開口部内の金属側壁面によって囲まれる／包囲される。後で詳述するように、半ビア又は半スロットの形態の端部被覆メタライゼーション及びカステレーションは、導波管壁内に配置されたＣＰＷ又はＣＰＳ／ＡＣＰＳ供給線路の対向する基板表面上の上部及び下部導体（例えば、接地導体）を局所的に覆うのに用いることができる。このような解決法は、基板のダイシング公差及び他の製造公差（例えば、変換器ポート開口部内の隅の有限半径）に関係なく、変換器基板の対向する表面上に配置された上部及び底部導体の効果的な接続を可能にする。
【００２６】
上述の一般的な構造に基づく変換器構造体を、ここで、ＭＭＷ用途に関して、図５乃至図１８を参照してさらに詳細に説明する。一般に、図５乃至図８は、ＣＰＷベースの供給構造体及びＥ平面プローブ変換器（図９〜図１１）、又はストリップ線路ベースの供給構造体及びＥ平面プローブ変換器（図１２〜図１４）と共に使用するための変換器ハウジング（又は導波管ブロック）の例示的な実施形態を示す。さらに、図１５乃至図１８は、望ましくないモード及び共振を抑制するための半ビア端部被覆メタライゼーションを用いて導体支持型及び不導体支持型ＣＰＷ及びＣＰＳ供給線路を構築するための種々の実施形態を示す。
【００２７】
より具体的には、図５乃至図８は、本発明の例示的な実施形態による金属変換器ハウジング（３０）の構造細部を示す。図５は、一般的に導波管ハウジング（３１）及び基板支持ブロック（３２）を含む例示的な変換器ハウジング（３０）の正面図を示す。図６は、図５の線３Ｂ−３Ｂに沿った変換器ハウジング（３０）の断面図であり、図７は、図５の線３Ｃ−３Ｃに沿った変換器ハウジング（３０）の断面図である。図８は、変換器ハウジング（３０）の背面図である（図５の正面図の反対側）。変換器ハウジング（３０）は、バルクの銅、アルミニウム又は真鍮、或いは任意の他の金属又は合金で作ることができ、これらは銀メッキ又は金メッキして導電率を高め又は耐食性を増すことができる。変換器ハウジング（３０）は、既知のスプリット・ブロック機械加工技術を用いて及び／又はミリ波周波数において必要な寸法精度のワイヤ又は厚いＥＤＭ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｍａｃｈｉｎｉｎｇ：電子放射機械加工）技術を用いて構築することができる。他の例示的な実施形態において、変換器ハウジングは、コスト削減のために、精密射出モールド技術を用いてプラスチック材料から形成することができる。プラスチック・ハウジングに対しては、関連する表面（例えば、矩形導波管チャネルの広幅及び狭幅壁の表面）は、既知の技術を用いて金属材料でコーティングすることができる。
【００２８】
図５乃至図８に一般的に示すように、導波管ブロック（３１）は、導波管ブロック（３１）の前部／後部の広幅壁（３１ａ）／（３１ｂ）及び底部／上部の狭幅壁（３１ｃ）／（３１ｄ）の内面によって規定される幅＝ａ及び高さ＝ｂを有する内部矩形導波管チャネル（図５及び図８の点線による想像線で示される）を含む。前部及び後部の広幅壁（３１ａ）及び（３１ｂ）は、厚さｔを有するように示される。導波管チャネルは、導波管ブロック（３１）の一方の側壁上に開口端部を有して導波管ポートＰＷを与える。導波管チャネルの他方の端部は、バックショートＢ１コンポーネントによって閉じられる（短絡される）。本発明の１つの例示的な実施形態において、バックショートＢ１は、導波管チャネルの端部に挿入され、プローブ変換器とバックショートＢ１の内面（図６に示す）との間のバックショート距離ｂ１を調整して導波管と変換器を調整し整合させることを可能にするように設計された、別々に機械加工されたコンポーネントである。この場合、内部矩形導波管チャネルは、導波管ブロック（３１）の各側壁の開口端部により形成されることになる。
【００２９】
アパーチャ（３３）は、導波管ブロック（３１）の前部広幅壁（３１ａ）を貫通して形成されて、プリント伝送線路及びプローブ変換器を有する誘電体基板を挿入するための変換器ポートＰＴを与える。アパーチャ（３３）は、高さｈを有し、幅Ｗ１の内側開口部（３３ｂ）及び幅Ｗ２の外壁開口部（３３ａ）を含む段付き幅構造部を有するように形成される。アパーチャ（３３）の底部は、底部狭幅壁（３１ｃ）の内面からの高さａ’において形成される。アパーチャ（３３）の底部内面は、導波管ブロック（３１）の前面から距離ｘ（図７参照）だけ延びる基板支持ブロック（３２）の上面と共面である。アパーチャ（３３）及び支持ブロックは、平面変換器基板を支持するための長さｔ＋ｘの共面取付表面を与える。アパーチャ（３３）の段付き幅構造部は、プリント供給線路及び変換器を有する変換器基板を、スプリット・ブロック技術を用いることなく、導波管アパーチャ及びキャビティ内で正確に自動位置調整及び配置する機構を提供する（目視検査は不要）。以下に説明するように、変換器基板は、整合用段付き幅型構造をもつように形成してアパーチャ（３３）内の位置調整及び位置決めを可能にする。スプリット・ブロック技術を適用して、導波管アパーチャ内でプローブを有する変換器基板を位置決めする場合には、アパーチャ（３３）は、例えば、内側開口部（３３ｂ）の幅Ｗ１を有する均一な狭幅開口部をもつように形成することができる。
【００３０】
同調キャビティ（３４）（又は同調スタブ）は、変換器ポート・アパーチャ（３３）の反対側の導波管チャネルの広幅壁（３１ｂ）に形成される。図８に示すように、同調キャビティ（３４）は、本質的には、導波管チャネル内の広幅壁（３１ｂ）内に形成された開口部であり、アパーチャ（３３）の内側開口部（３３ｂ）に対して位置調整され、同じ寸法ｈ×Ｗ１を有する。さらに、同調キャビティ（３４）は、同調キャビティ（３４）の開口部から（すなわち、広幅壁（３１ｂ）の内面から）距離ｂ２において調整可能に配置できる別々に機械加工されたバックショート要素Ｂ２を用いて短絡させる。調整可能なバックショートＢ２を有する同調キャビティ（３４）は、導波管ポートの特性インピーダンスとプリント供給線路及びプローブ変換器の特性インピーダンスとを整合させる付加的な同調機構を与える。
【００３１】
１つの例示的な実施形態において、同調キャビティ（３４）とアパーチャ（３３）の内側開口部（３３ｂ）とは、フライス加工して変換器ハウジング（３０）を形成する金属ブロックの全幅を貫通して機械加工するワイヤＥＤＭ機械加工を用いる単一の製造ステップで一緒に造ることができる。狭幅の開口部（３３ｂ）（幅Ｗ１）は、ＥＤＭ技術を用いて精密に機械加工することができ、一方、広幅の開口部（３３ａ）（幅Ｗ２）は、Ｗ２の寸法精度は変換器性能に小さな影響しか与えないので、より低い精度の伝統的な技術を用いて形成することができる。同調キャビティ（３４）を所望しないときは、厚いＥＤＭプロセスを用いて開口部（３３）を形成することができる。
【００３２】
例示的な変換器設計において、広幅壁内の変換器ポートＰＴを形成するとき、機械加工技術（ＥＤＭのように精密であっても）に対して本質的な制約が存在し、正方形の開口部を与えることができず、機械加工は、有限半径の隅（図５の「Ｒ１」及び「Ｒ２」と示される）を有する開口部を生じる。例えば、ワイヤＥＤＭ技術は、４−５ミルの隅半径を有する開口部を生じ、一方、厚いＥＤＭ技術は、より小さな隅半径２ミルを有する開口部を形成することができる。これらの内在的な制約のため、アパーチャ（３３）開口部は、丸みを帯びた隅を伴って形成される。従って、変換器基板は、アパーチャ幅（Ｗ１、Ｗ２）よりも小さく作る必要があることになり、さもなければ、変換器基板は内部側壁面に適切にはまって接触することにはならない。
【００３３】
図９乃至図１１は、本発明の例示的な実施形態による伝送線路−導波管変換器装置の概略的な斜視図である。特に、図９乃至図１１は、例示的なＣＰＷ−矩形導波管変換器装置（４０）を示し、これは例示的な金属変換器ハウジング（３０）（図５乃至図８を参照して説明した）と、プリントＣＰＷ伝送線路（４２）及びＥ平面プローブ（４３）を備えた平面変換器基板（４１）とを用いて構築される。図９は、アパーチャ（３３）（変換器ポートＰＴ）内に配置された変換器基板（４１）を有する例示的な変換器装置（４０）の正面図を示す。図１０は、図９の線４Ｂ−４Ｂに沿った変換器装置（４０）の断面切り欠き図であり、図１１は、図９の線４Ｃ−４Ｃに沿った変換器装置（４０）の断面切り欠き図である。
【００３４】
変換器基板（４１）は、幅Ｗｓの第１部分（４１ａ）及び縮少した幅Ｗｓ’の第２部分（４１ｂ）を含む段付き幅構造体を有し、段付き幅アパーチャ（３３）に対する基板（４１）の自己整合的配置をもたらす平面基板を含む。例示的な実施形態において、基板部分（４１ａ）の幅Ｗｓは、アパーチャ（３３）の外側部分（３３ａ）の幅Ｗ２より僅かに小さく、基板部分（４１ｂ）の幅Ｗｓ’は、アパーチャ（３３）の内側部分（３３ｂ）の幅Ｗ１より僅かに小さいが、これは、上述の内側及び外側開口部（３３ａ）及び（３３ｂ）の丸みの付いた隅を考慮に入れたものである。
【００３５】
基板（４１）は、基板部分（４１ａ）上のＣＰＷ伝送線路（４２）を形成するようにエッチングされた上面メタライゼーションと、基板部分（４１ｂ）上のＥ平面プローブ（４３）を有する平面変換器とを含む。基板部分（４１ｂ）は、ＣＰＷ伝送線路（４２）がプローブ（４３）に結合する変換器領域（４４）をさらに含む。例示的な実施形態において、変換器領域（４４）は、アパーチャ（３３）の内側開口部（３３ｂ）の壁の間に配置され、導波管ブロック（３１）の広幅壁の内面（３１ａ）と、内側及び外側開口部（３３ｂ）及び（３３ａ）の間の界面とによって境界付けられた領域と考えることができる。
【００３６】
ＣＰＷ伝送線路（４２）は、幅ｇの２つの接地導体（４２ｂ）間に配置され、接地導体（４２ｂ）から距離ｓだけ離間された幅ｗの中央導体（４２ａ）を含んだ３つの平行導体を含む。プローブ（４３）は、ＣＰＷ（４２）の中央導体（４２ａ）の端部に接続し、それから延びる、幅ＷＰ及び長さＬＰの矩形ストリップとして示されている。基板部分（４１ｂ）の端部は、導波管の広幅壁（３１）の内面（３１ａ）から、Ｌｐよりも大きな距離Ｌｓだけ延びる。ＣＰＷ（４２）の接地導体（４２ｂ）は、変換器領域（４４）内の幅ｇｓのスタブ（４４ａ）により終端し、ここで、スタブは、接地導体（４２ｂ）の端部から、アパーチャ（３３）の内側開口部（３３ｂ）の金属壁に隣接した基板の側壁に向かって基本的に９０度の湾曲を形成する。
【００３７】
図１２乃至図１４は、本発明の別の例示的な実施形態による伝送線路−導波管変換器装置の概略的な斜視図である。特に、図１２乃至図１４は、例示的な金属変換器ハウジング（３０）（図５乃至図８を参照して説明した）と、プリントＡＣＰＳ伝送線路（５２）及びＥ平面プローブ（５３）を含む平面変換器基板（５１）とを用いて構築される例示的なＡＣＰＳ−矩形導波管変換器装置（５０）を示す。図１２は、アパーチャ（３３）（変換器ポートＰＴ）内に配置された変換器基板（５１）を有する例示的な変換器装置（５０）の正面図を示す。図１３は、図１２の線５Ｂ−５Ｂに沿った変換器装置（５０）の断面切り欠き図であり、図１４は、図１２の線５Ｃ−５Ｃに沿った変換器装置（５０）の断面切り欠き図である。
【００３８】
変換器基板（５１）は、幅Ｗｓの第１部分（５１ａ）及び縮少した幅Ｗｓ’の第２部分（５１ｂ）を含む段付き幅構造体を有し、段付き幅アパーチャ（３３）に対する基板（４１）の自己整合的配置をもたらす平面基板を含む。例示的な実施形態において、基板部分（５１ａ）の幅Ｗｓは、アパーチャ（３３）の外側部分（３３ａ）の幅Ｗ２より僅かに小さく、基板部分（５１ｂ）の幅Ｗｓ’は、アパーチャ（３３）の内側部分（３３ｂ）の幅Ｗ１より僅かに小さいが、これは、上述の内側及び外側開口部（３３ａ）及び（３３ｂ）の丸みの付いた隅を考慮に入れたものである。
【００３９】
基板（５１）は、基板部分（５１ａ）上のＣＰＳ伝送線路（５２）を形成するようにエッチングされた上面メタライゼーションと、基板部分（５１ｂ）上のＥ平面プローブ（５３）を有する平面変換器とを含む。基板部分（５１ｂ）は、ＣＰＳ伝送線路（５２）がプローブ（５３）に結合する変換器領域（５４）をさらに含む。例示的な実施形態において、変換器領域（５４）は、アパーチャ（３３）の内側開口部（３３ｂ）の壁の間に配置され、導波管ブロック（３１）の広幅壁の内面（３１ａ）と、内側及び外側開口部（３３ｂ）及び（３３ａ）の間の界面とによって境界付けられた領域と考えることができる。
【００４０】
ＣＰＳ伝送線路（５２）は、距離ｓだけ離間された、幅ｗの第１導体（５２ａ）と幅ｇの第２導体（５２ｂ）とを含んだ２つの平行導体を含む。導体（５２ａ）及び（５２ｂ）の幅が同じである（ｗ＝ｇ）ときは、伝送線路（５２）はＣＰＳ線路と呼ばれ、これは、導体（５２ａ）又は（５２ｂ）のいずれも接地電位にない場合の差動信号を支持することができる。導体（５２ａ）と（５２ｂ）の幅が異なる（例えば、ｗ＜ｇ）ときは、伝送線路（５２）は、非対称ＣＰＳ（ＡＣＰＳ）線路と呼ばれる。例示的な実施形態において、導体（５２ｂ）が接地導体である場合のＡＣＰＳ供給線路が示さる。プローブ（５３）は、供給線路（５２）の第１導体（５２ａ）の端部に接続し、それから延びる、幅ＷＰ及び長さＬＰの矩形ストリップとして示されている。基板部分（５１ｂ）は、導波管の広幅壁（３１）の内面（３１ａ）からＬｐよりも大きな距離Ｌｓだけ延びる。接地導体（５２ｂ）は、変換器領域（４４）内の幅ｇｓのスタブ（５４ａ）により終端し、ここで、スタブは、導体（５２ｂ）の端部から、アパーチャ（３３）の内側開口部（３３ｂ）の金属壁に隣接した基板の側壁に向かって基本的に９０度の湾曲を形成する。
【００４１】
例示的な変換器担体基板（４１）及び（５１）は、金属導波管壁から直流的に絶縁されていない導体支持型供給線路構造体で構築するか、或いは金属導波管壁から直流的に絶縁された不導体支持型供給線路構造体で構築することができる。例えば、図１５及び図１７は、その底部に形成された完全な接地面を有するように構築されて導体支持型ＣＰＷ及びＡＣＰＳ供給線路構造体を与える、変換器担体基板（４１）及び（５１）の例示的な実施形態を概略的に示す。さらに、図１６及び図１８は、不導体支持型ＣＰＷ及びＡＣＰＳ供給線路構造体を有するように構築された変換器担体基板（４１）及び（５１）の例示的な実施形態を概略的に示す。
【００４２】
具体的に図１５を参照すると、変換器担体基板（４１）は、基板部分（４１ａ）の下に形成された底部接地面（４５）と、導体支持型ＣＰＷ構造体をもたらす変換器領域（４４）とを有する。広幅壁（３１ａ）の内面を超えて延びるプローブ（４３）の下の基板部分（４１ｂ）は接地面を有しない。同様に、図１７に示すように、変換器基板（５１）は、基板部分（５１ａ）の下に形成された底部接面（５５）と、導体支持型ＣＰＳ構造体をもたらす変換器領域（５４）とを有する。広幅壁（３１ａ）の内面を超えて延びるプローブ（５３）の下の基板部分（５１ｂ）は接地面を有しない。変換器担体基板（４１）及び（５１）は、導電性エポキシを用いて変換器ポート内に固定して取り付けて、接地面（４５）、（５５）を金属導波管表面に結合することができる（直流的絶縁はない）。図１５及び図１７は、例えば図１０及び図１３の変換器基板（４１）及び（５１）が均一な幅をもつように形成される（即ち、図１０及び図１３に示されるような段付き幅がない）例示的な実施形態を示すことを理解されたい。
【００４３】
例示的な導体支持型ＣＰＷ（ＣＢ−ＣＰＷ）及び導体支持型ＡＣＰＳ（ＣＢ−ＡＣＰＳ）設計は、従来のＣＰＷ又はＡＣＰＳと比べると機械的支持及びヒートシンク機能をもたらす。さらに、導体支持は、金属筐体である導波管と接続する（金属壁を通して）ときのＣＰＷ又はＣＰＳ供給線路に対する普通の環境である。しかしながら、導体支持型ＣＰＷ及びＣＰＳ設計は、ｍｍ波周波数における平行導波管及びマイクロストリップ様のモードの励起を受け易く、不連続部におけるモード変換による不十分な性能、及び、変換器構造体の大きな（電気的に大きな）横方向の寸法によって生じ得る付随共振類似の効果を生ずる。さらに、ＣＰＷは、２つの基本モード、即ちＣＰＷモード及びＣＳＬ（ｃｏｕｐｌｅｄ  ｓｌｏｔｌｉｎｅ：結合スロット線路）モードを支持する可能性があり、この場合後者は寄生モードである。これに関連して、基板担体の両面にプリントされたＣＢ−ＣＰＷ又はＣＢ−ＣＰＳ供給構造体の接地導体及び底部接地面を覆うことによって高次モード及び共振効果を抑制する方法が提供される。
【００４４】
例えば、図１０及び図１３の例示的な実施形態において、局所的な被覆は、変換器領域（４４）及び（５４）内の基板の側壁の部分的な長さＬ１にわたるメッキ法により、又はいわゆる「半ビア」被覆によって実現することができる。一例として、図１５は、図１０に示されるような導体支持型ＣＰＷ供給構造体を概略的に示し、ここで接地導体（４２ｂ）の端部は、半ビア端部被覆メタライゼーション（４６）を用いて変換器領域（４４）内の長さＬ１に沿った基板部分（４１ａ）（想像線で示す）の底部上の接地面（４５）に接続される。同様に、図１７は、図１３に示されるような導体支持型ＣＰＳ供給構造体を概略的に示し、ここで接地導体（５２ｂ）の端部は、半ビア端部被覆メタライゼーション（５６）を用いて変換器領域（５４）内の長さＬ１に沿った基板部分（５１ａ）（想像線で示す）の底部上の接地面（５５）に接続される。例示的な変換器設計において、ビア端部被覆を使用すると、変換器基板上に配置された上部及び底部接地要素の効果的な接続が達成され、基板ダイシング公差、並びにアパーチャ（３３）の内側及び外側開口部（３３ａ）及び（３３ｂ）の有限半径Ｒ１及び／又はＲ２とは無関係のモード抑制機構が与えられる。
【００４５】
上述のように、導体支持型供給線路設計のための例示的な変換器構造体は、モード抑制のための、端部被覆メタライゼーション並びに基板の対向面上の上部及び下部接地要素を接続する電気接続を用いて構築することができる。図１６及び図１８に示されるような不導体支持型ＣＰＷ及びＣＰＳ設計では、変換器基板は、非導電性接着剤を用いて金属導波管壁に取り付けられる。
【００４６】
導体支持型基板を有する前述の設計においては、非導電性エポキシを用いて取り付けるとき、金属導波管壁及び基板裏面上の固体金属が実質的に平行導波管構造体を形成し、これが、場合によってはエネルギーの漏れ及び寄生共振効果をもたらす可能性がある。この問題を回避するために、不導体支持型ＣＰＷ及びＡＣＰＳ（若しくはＣＰＳ）から矩形導波管への、金属導波管ブロックと直流的に絶縁した変換器構造体は、特別のモード抑制技術により設計されるが、その場合、導電性ストリップが変換器基板の底面上に形成され、供給構造体のビア端部被覆の上部接地導体に接続される。この構造体は、平行ＷＧ、及び導体支持型設計に特有の上述の他の寄生モードの両方の伝搬を防ぐ。
【００４７】
例えば、図１６は、図１０に示した例示的な設計に基づく不導体支持型ＣＰＷ供給構造体を概略的に示す。この実施形態においては、基板担体（４１）は、導電性接合材料を用いて金属導波管ハウジングに電気的に接続せず、むしろ興味のある周波数領域に対して周知の誘電体特性を有するある非導電性エポキシを用いて金属導波管ハウジングに取り付ける。図１６においては、端部被覆の半ビア・メタライゼーション（４６）を変換器領域（４４）内の基板担体（４１）の底面の金属「接地」パターン（４７）に取り付けて上述の寄生モードの伝搬を防ぐことになる。実質的に底部メタライゼーション・パターン（４７）は、金属パターン（４７）を金属導波管表面に接合する非導電性エポキシによってアパーチャ内で導波管ハウジングの金属面の上に吊るされる（それから絶縁する）ことになる。金属フィンガ（４７）及びビア被覆（４６）の数、位置、幅及び長さは、必要に応じて設計されることになる。設計は、必要なプローブの長さに応じて、供給線路の長さ方向により多くの被覆ポイントを有することができる。基板の底部と開口部の間の間隔（非導電性エポキシで充填される）も特に重要であり、これは、例示的な設計に対しては小さく保つ（例えば、６０ＧＨｚ設計に対して５０μｍ未満）。
【００４８】
さらに、図１８は、図１３に示した例示的な設計に基づく不導体支持型ＡＣＰＳ供給構造体を概略的に示す。この実施形態においては、基板担体（５１）は、導電性接合材料を用いて金属導波管ハウジングに電気的に接続せず、むしろ興味ある周波数領域に対して周知の誘電体特性を有するある非導電性エポキシを用いて金属導波管ハウジングに取り付ける。図１８においては、端部被覆の半ビア・メタライゼーション（５６）を変換器領域（５４）内の基板担体（５１）の底面の金属「接地」パターン（５７）に取り付けて、上述の寄生モードの伝搬を防ぐことになる。実質的に底部メタライゼーション・パターン（５７）は、金属パターン（５７）を金属導波管の表面に接合する非導電性エポキシによってアパーチャ内で導波管ハウジングの金属面の上に吊るされる（それから絶縁する）ことになる。金属フィンガ（５７）及びビア被覆（５６）の数、位置、幅及び長さは、必要に応じて設計されることになる。設計は、必要なプローブの長さに応じて、その長さ方向により多くの被覆ポイントを有することができる。この場合もまた、基板の底部と開口部の間の間隔（非導電性エポキシで充填される）を考慮することになり、これは、例示的な設計に対しては小さく保たれる（例えば、６０ＧＨｚ設計に対して５０μｍ未満）。
【００４９】
上述の例示的な変換器装置（４０）及び（５０）において、種々のパラメータは、導波管モードをＣＰＷ又はＡＣＰＳ伝送線路の特性インピーダンスに整合させるために調整することができる。例えば、ＣＰＷ又はＡＣＰＳ線路は、例えばプローブ（４３）／（５３）とバックショートＢ１の間の距離ｂ１、導波管断面内のプローブ（４３）／（５３）の位置ａ、プローブの幅Ｗｐ及びＬｐを含む種々のパラメータを調整することによって導波管ポートに整合させることができる。最適化の目的は、最大の可能な帯域幅（又は最大帯域幅）を実現することである。スミス・チャート上では、帯域幅は、中心の周りに輪を描く周波数依存の「涙滴」形の入力反射係数によって示される。輪が小さくなるほど、帯域幅はより良好になる。プローブのリアクタンスは、支持基板に蓄積されるエネルギーによって影響を受ける。基板の高さｈｓ、幅Ｗｓ、及び長さＬｓ又は誘電率は、入力インピーダンスのリアクタンス部分及び実現される帯域幅に著しい影響を及ぼす。上述の例示的な実施形態において、支持基板は、プローブの装荷を最小にするために導波管アパーチャ全体を完全には埋めない。しかしながら、基板は、導波管チャネルの全域にわたって（又はバックショートＢ２構造体が存在する場合には、それを利用すること以上に）延びることができる。
【００５０】
公差分析の観点から、例示的な変換器の性能は、導波管内のプローブの深さＬｐに敏感である。このことは、プリント・プローブを有する変換器基板を目視検査を用いて正確に配置することを可能にするスプリット・ブロック技術を利用して数μｍ内で深さを制御することができるときは、問題になることはない。このプロセスにおいては、位置調整は、基板担体上にパターン形成された有限サイズの上部接地導体に基づいて容易に実行することができるが、その基板担体の境界は導波管の広幅側壁（３１ａ）の内部端に対して位置調整される。変換器ハウジングがスプリット・ブロック技術を用いて製造されないときは、上述の段付き幅位置調整機構を位置決めのために適切に使用することができ、ここで、位置決め精度は約２５−３０μｍに制限され、アパーチャ（３３）の狭幅開口部（３３ｂ）の長さＬ１のＥＤＭ機械加工精度に基づく。
【００５１】
導波管の広幅壁内において供給構造体の近傍に形成されたアパーチャ（３３）は、プローブ近傍の電界分布に摂動を与えるように動作し、その結果、プローブの入力インピーダンスに影響を及ぼす。これに関連して、ウィンドウ幅Ｗ２及び高さｈ、ＣＰＷ及びＡＣＰＳ供給線路の両方のストリップ幅ｗ及びスロット幅ｓ、並びにＡＣＰＳ供給線路に対する開口部内のプローブ位置などのパラメータは、ＣＰＷ及びＡＣＰＳポートにおける入力インピーダンスに影響を及ぼす付加的なパラメータである。
【００５２】
挿入された供給構造体を有する導波管の広幅側壁内の開口部のサイズも、特に電気的に広幅の基板担体に対してかなり重要である。伝統的な基板処理及びダイシングによる制約のため、殆どの基板は、６０ＧＨｚ及びそれ以上のグループに入る。従って、基板及びポート開口部の寸法は、誘電体で装荷された開口部内において導波管モード及び付随共振効果を起さないように選択される。
【００５３】
考慮すべきもう一つの因子は、上部及び底部接地導体が覆われない位置における供給線路の全幅（上部接地導体幅を含む）である。供給構造体の幅が広すぎるときは、ある周波数の伝送における定常共振類似の効果が、不連続部分における非対称界磁制御によって生じることになる。
【００５４】
本発明による変換器構造体の他の例示的な構造部は、それが導波管壁によって内在的に遮蔽されるため、その構造部をその性能に影響を及ぼすことなく金属筐体内で使用することができることである。さらに、広幅側壁内に形成するアパーチャ（基板ポートＰＴ）は、随意にシールすることができる。
【００５５】
考察された変換器の特性を示すために、ＷＲ１５矩形導波管の広帯域動作（５０−７０ＧＨｚ）に対して設計された種々のＣＰＷ−導波管変換器構造体及びＡＣＰＳ−導波管変換器構造体に関してコンピュータ・シミュレーションを実行した。これらのシミュレーションは、ＲＦ、無線、パッケージング、及びオプトエレクトロニック設計のための市販の３Ｄ  ＥＭシミュレーション・ソフトウェア・ツール、特にＨＦＳＳ（３Ｄ全波ＦＥＭソルバ）ツール、を用いて実行した。あらゆる損失機構（オーム、誘電体、及び放射）及びモード間結合効果を考慮に入れた。完全な表面仕上げ（荒さのない）を有する３Ｄの４μｍ厚の金メタライゼーションを導電層として用いた。興味のある周波数領域（５０−７０ＧＨｚ）において良く立証さている表面インピーダンスの公式を用いてオーム損失を説明する。プローブを有する供給線路は、５０−７０ＧＨｚの周波数帯域に対しては比較的厚い、３００μｍ厚の溶融石英基板（３．８の誘電率）上に配置する。本発明の例示的な実施形態において、平面プローブの下の基板部分を薄くするか又は除去して本明細書で説明した例示的な変換器構造体の性能を改善することができる。厚い基板は、設計のより良好な機械的安定性のために選択することができる。例示的な変換器設計のための寸法パラメータを下記の表１に記載する。シミュレーションの結果は、例示的な変換器設計が興味のある全ての周波数領域内で非常に低い挿入損失及び反射減衰をもたらすことを示した。
【表１】
2009531923.tif 000003
【００５６】
本明細書においては例示的な実施形態を例証のために添付の図面を参照して説明したが、本発明は、それらの正確な実施形態に限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなくここで種々の他の変更及び修正を施すことができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の例示的な実施形態による伝送線路−導波管変換器装置（１０）の概略的な斜視図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態による伝送線路−導波管変換器装置（１０）の概略的な斜視図である。
【図３】基本ＴＥ１０伝搬モードを示す矩形導波管キャビティＣの略図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態による、外部回路と共に一体的にパッケージされた伝送線路−導波管変換器モジュールを含むパッケージ・アセンブリ（２０）の概略的な斜視図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態による金属変換器ハウジング（３０）の構造細部を示す。
【図６】本発明の例示的な実施形態による金属変換器ハウジング（３０）の構造細部を示す。
【図７】本発明の例示的な実施形態による金属変換器ハウジング（３０）の構造細部を示す。
【図８】本発明の例示的な実施形態による金属変換器ハウジング（３０）の構造細部を示す。
【図９】本発明の例示的な実施形態による伝送線路−導波管変換器装置の概略的な斜視図である。
【図１０】本発明の例示的な実施形態による伝送線路−導波管変換器装置の概略的な斜視図である。
【図１１】本発明の例示的な実施形態による伝送線路−導波管変換器装置の概略的な斜視図である。
【図１２】本発明の例示的な実施形態による伝送線路−導波管変換器装置の概略的な斜視図である。
【図１３】本発明の例示的な実施形態による伝送線路−導波管変換器装置の概略的な斜視図である。
【図１４】本発明の例示的な実施形態による伝送線路−導波管変換器装置の概略的な斜視図である。
【図１５】本発明の例示的な実施形態による、半ビア端部被覆メタライゼーションが望ましくない導波管モード及び共振を抑制するために使用される導体支持型ＣＰＷ供給構造体を概略的に示す。
【図１６】本発明の例示的な実施形態による、半ビア端部被覆メタライゼーションが望ましくない導波管モード及び共振を抑制するために使用される不導体支持型ＣＰＷ供給構造体を概略的に示す。
【図１７】本発明の例示的な実施形態による、半ビア端部被覆メタライゼーションが望ましくない導波管モード及び共振を抑制するために使用される導体支持型ＣＰＳ供給構造体を概略的に示す。
【図１８】本発明の例示的な実施形態による、半ビア端部被覆メタライゼーションが望ましくない導波管モード及び共振を抑制するために使用される不導体支持型ＣＰＳ供給構造体を概略的に示す。
【符号の説明】
【００５８】
１０：伝送線路−導波管変換器装置
１１、２１、３０、３１：変換器ハウジング（導波管ブロック）
１１ａ、２１ａ：前壁
１２、２２：変換器基板
１２ａ：プリント変換器基板
１２ｂ：プリントＥ平面プローブ
１３、３３：アパーチャ
２０：パッケージ・アセンブリ
２１ｂ、２１ｃ：側壁
２２：変換器構造体
２３：支持ブロック
２４：ベース構造体（ベース板）
２６：回路ボード
２７：ＭＭＩＣチップ
２８：ワイヤ
３１ａ、３１ｂ：広幅壁
３１ｃ、３１ｄ：狭幅壁
３２：基板支持ブロック
３３ａ：外側開口部
３３ｂ：内側開口部
３４：同調キャビティ
４０：ＣＰＷ−矩形導波管変換器装置
４１、５１：平面変換器基板（変換器担体基板）
４１ａ：基板４１の第１部分
４１ｂ：基板４１の第２部分
４２：プリントＣＰＷ伝送線路
４２ａ：中央導体
４２ｂ：接地導体
４３、５３：プリントＥ平面プローブ
４４、５４：変換器領域
４５、５５：接地面
４６、５６：半ビア端部被覆メタライゼーション
４７、５７：接地パターン（底部メタライゼーション・パターン）
５０：ＡＣＰＳ−矩形導波管変換器装置
５１ａ：基板５１の第１部分
５１ｂ：基板５１の第２部分
５２：プリントＡＣＰＳ伝送線路
５２ａ：第１導体
５２ｂ：第２導体（接地導体）
５４ａ：スタブ
【図１】
2009531923.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009531923.tif 000008
【図６】
2009531923.tif 000009
【図７】
2009531923.tif 000010
【図８】
2009531923.tif 000011
【図９】
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【図１０】
2009531923.tif 000013
【図１１】
2009531923.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2009531923.tif 000017
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2009531923.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月26日(2009.2.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形導波管チャネルと前記矩形導波管チャネルの広幅壁を貫通して形成されたアパーチャとを含む変換器ハウジングと、
第１表面及び前記第１表面と向き合う第２表面、並びに前記第１表面上に形成された平面伝送線路及び平面プローブを有する基板と
を備え、
前記平面伝送線路は、第１導電性ストリップ及び第２導電性ストリップを含み、
前記平面プローブは、前記第１導電性ストリップの端部に接続し、それから延び、
前記第２導電性ストリップの端部はスタブにより終端し、
前記基板は、前記プローブが前記広幅壁の中心から外れて前記矩形導波管チャネル内に突き出るように、前記アパーチャ内に配置され、
前記第１及び第２導電性ストリップの前記端部は、前記矩形導波管チャネルの前記広幅壁の内面に対して位置調整される、
変換器装置。
【請求項２】
前記スタブは、寄生モードの抑制のための端部被覆メタライゼーションに接続する、請求項１に記載の変換器装置。
【請求項３】
前記端部被覆メタライゼーションは、前記変換器ハウジングの金属表面に電気的に接続する、請求項２に記載の変換器装置。
【請求項４】
前記端部被覆メタライゼーションは、前記基板の第２表面上の接地面に接続する、請求項２に記載の変換器装置。
【請求項５】
前記端部被覆メタライゼーションは、前記変換器ハウジングから直流的に絶縁される、請求項２に記載の変換器装置。
【請求項６】
矩形導波管チャネルと前記矩形導波管チャネルの広幅壁を貫通して形成されたアパーチャとを含む変換器ハウジングと、
第１表面及び前記第１表面と向き合う第２表面、並びに前記第１表面上に形成された平面伝送線路及び平面プローブを有する基板と
を備え、
前記平面伝送線路は、第１導電性ストリップ及び第２導電性ストリップを含み、
前記平面プローブは、前記第１導電性ストリップの端部に接続し、それから延び、
前記第２導電性ストリップの端部はスタブにより終端し、
前記スタブは、前記基板の前記第２表面上の導電性接地パターンと端部被覆メタライゼーションによって接続し、
前記基板は、前記プローブが前記矩形導波管チャネル内に突き出るように前記アパーチャ内に配置され、
前記第１及び第２導電性ストリップの前記端部は、前記矩形導波管チャネルの前記広幅壁の内面に対して位置合調整される、
変換器装置。
【請求項７】
前記矩形導波管チャネルの一方の端部は閉終端であり、前記プローブに対するバックショートを与える、請求項１または６に記載の変換器装置。
【請求項８】
前記バックショートは調整可能である、請求項７に記載の変換器装置。
【請求項９】
前記矩形導波管チャネルの一方の端部は、前記変換器ハウジングの嵌合面上で開口し、
前記嵌合面は、矩形導波管フランジと整合接続することができる、
請求項１または６に記載の変換器装置。
【請求項１０】
前記伝送線路は、ＣＰＳ（ｃｏｐｌａｎａｒ  ｓｔｒｉｐｌｉｎｅ：共面ストリップ線路）である、請求項１または６に記載の変換器装置。
【請求項１１】
前記伝送線路は、ＡＣＰＳ（ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ｃｏｐｌａｎａｒ  ｓｔｒｉｐｌｉｎｅ：非対称共面ストリップ線路）である、請求項１または６に記載の変換器装置。
【請求項１２】
前記伝送線路は、ＣＰＷ（ｃｏｐｌａｎａｒ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ：共面導波管）である、請求項１または６に記載の変換器装置。
【請求項１３】
前記アパーチャは、段付き幅の開口部を有して前記アパーチャ及び前記矩形導波管チャネル内の前記基板の位置調整及び位置決めを可能にする、請求項１または６に記載の変換器装置。
【請求項１４】
前記基板の前記第２表面上の前記導電性接地パターンは、前記変換器ハウジングの金属表面に導電的に接合される、請求項６に記載の変換器装置。
【請求項１５】
前記基板の前記第２表面上の前記導電性接地パターンは、前記変換器ハウジングの金属表面に非導電的に接合される、請求項６に記載の変換器装置。
【請求項１６】
前記端部被覆メタライゼーションは、前記変換器ハウジングから直流的に絶縁される、請求項１または６に記載の変換器装置。
【請求項１７】
前記変換器装置は、ＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：モノリシック・マイクロ波集積回路）と共に一体的にパッケージされる、請求項１または６に記載の変換器装置。
【請求項１８】
前記矩形導波管チャネルの前記アパーチャとは反対側の第２の広幅壁上に形成され、前記アパーチャに対して位置調整された同調キャビティをさらに備える、請求項１または６に記載の変換器装置。
【請求項１９】
前記変換器ハウジングは金属材料のブロックから形成される、請求項１または６に記載の変換器装置。
【請求項２０】
前記変換器ハウジングは、金属材料でコーティングされた表面を有するプラスチック材料から形成される、請求項１または６に記載の変換器装置。
【国際調査報告】
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