(57)【要約】【課題】  非導波管線路（分布定数線路または同軸線路など）と導波管との変換器内に主周波数のほぼ２倍以上の所望の周波数を抑圧する手段を設けることにより、別途フィルタを設けることに伴う回路が占有する体積または面積の増加を招かず、かつ、主周波数への特性的悪影響を殆ど与えないで、所望の周波数成分を抑圧する。【解決手段】  導波管２の伝送方向とほぼ垂直方向から導波管２内にプローブ３が挿入され、そのプローブ３の導波管２の一端部側がショート面６ａとなる非導波管線路−導波管変換器において、プローブ３の位置で導波管２の伝送方向とほぼ垂直な面内に、所望の抑圧周波数でプローブ３の先端部を擬似接地するように動作する金属片５が設けられている。【選択図】        図１
2006157198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波管と、該導波管の伝送方向と垂直方向から該導波管内に挿入されるプローブとを有する非導波管線路−導波管変換器において、前記プローブの位置で前記導波管の伝送方向とほぼ垂直な面内に、所望の抑圧周波数で前記プローブの先端部を擬似接地するように動作する金属片が設けられていることを特徴とする非導波管線路−導波管変換器。
【請求項２】
前記プローブが、誘電体基板表面に形成された分布定数線路の先端部で、該分布定数線路と導波管との変換器である請求項１記載の非導波管線路−導波管変換器。
【請求項３】
前記プローブが、同軸線路の中心導体の先端部で、同軸線路と導波管との変換器である請求項１記載の非導波管線路−導波管変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波回路に使用される分布定数線路または同軸線路などの非導波管線路と導波管線路との変換器に関する。さらに詳しくは、主周波数の２倍以上の高調波など、所望の不要周波数成分を抑圧するフィルタの機能を有する非導波管線路−導波管変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば衛星通信用のＬＮＢ（Low Noise Block down Converter）やＢＵＣ（Block Up Converter）のような数ＧＨｚ以上のマイクロ波コンポーネントにおいては、内部回路の構成にはマイクロストリップ線路などを用いた分布定数回路が使用され、インターフェースには挿入損失の小さい導波管が一般的には使用されている。そのため、この両者間にはマイクロストリップ線路と導波管とを相互に変換するストリップ線路−導波管変換器が用いられる（たとえば特許文献１参照）。このストリップ線路−導波管変換器は、一般的には図８に示されるように、金属からなる筐体６または金属板により矩形状の空洞として形成された導波管２内に誘電体基板４上に形成されるマイクロストリップ線路１の先端部をプローブ３として挿入する構成となっている。また、同軸線路−導波管変換器は、一般的には図９に示されるように、同様の構成の導波管２内に、同軸線路７の先端部をプローブ３として挿入する構成になっている。
【０００３】
一方、この内部回路で、混合器（ミキサ）を有するマイクロ波回路において、混合器で発生する不要周波数成分を抑圧する場合や増幅器で所望帯域外の利得、雑音を抑圧する場合は、（１）基板上に作製されたマイクロストリップ線路などの分布定数回路によるフィルタリング、（２）１個または複数の共振器を有した導波管によるフィルタリングが一般的に行われている。この２つのフィルタリングで、主周波数の約２倍の周波数である高調波を抑圧する場合には、つぎのような長所および短所を有している。
【０００４】
（１）分布定数回路によるフィルタリング
マイクロストリップ線路に代表される分布定数回路は、通常誘電体である基板上に作製され、導体パターンにより等価的に回路を形成するため、部品を必要としないという長所を有している。しかし、線路インピーダンスは、主に使用する基板の比誘電率、基板厚、線路幅で決定されるが、主周波数において最適な基板材料（比誘電率、基板厚）を使用している分布定数回路では、主周波数より高い周波数で比較的主周波数に近い周波数、または主周波数より低い周波数を抑制する場合は設計上に大きな問題はないものの、主周波数のほぼ２倍以上の高い周波数になると、マイクロストリップ線路の線路幅が波長に対して無視できない太さとなる場合が多い。そのため、設計上主周波数に対して高い周波数まで設計を行う場合は、同じインピーダンスに設計するのに、基板厚を薄くし、線路幅を細くすることにより最適化を図っているが、周波数が非常に高くなってくると入手が容易で安価な樹脂を主材料とした基板では基板厚が薄くなりすぎて、製造工程での取扱いが困難となってくる。また、一般的な伝送線路インピーダンス（５０Ω）に対して高いインピーダンス線路（線路幅が狭い）を実現することが困難になり、回路設計に使用できるインピーダンスに大きな制限を受け、所望の特性を得ることが困難になる。さらには、一般的なマイクロストリップ線路などの分布定数回路のＱ値は導波管のそれと比べて低く損失が大きく、設計の容易なサイドカップルやエッジカップル、λ／４共振器を使用したリジェクションフィルタでは主周波数を通過帯域とする近傍周波数の抑圧フィルタを設計すると、ほぼ２倍の周波数は抑圧動作が行われないため、これらのフィルタと別にほぼ２倍の周波数を抑圧するためのフィルタを設ける必要があり、占有面積の増加につながり、また、主周波数の特性にも影響を及ぼすことが多い、などの短所を有している。
【０００５】
（２）導波管によるフィルタリング
導波管回路は誘電体を使用した分布定数回路に比べて損失が少なく、そのためＱ値が高い回路を作製することが可能であるという利点があるが、導波管そのものが機械加工精度を必要とする構造であり、その製作にはコストがかかり、加えて立体回路であるため、一般的に物理的占有体積が大きくなるという欠点がある。また、一般的に主周波数においては、伝送損失の少ない伝送モード（ＴＥ10モード）を利用できるような導波管寸法とするが、ほぼ２倍以上の高い周波数ではＴＥ20やＴＥ01といった伝送速度の異なる高次モードが伝送可能となるため、フィルタの設計が難しくなり、さらには主周波数を通過帯域に設定した共振器（キャビティ）を直列に接続した一般的なバンドパスフィルタでは、ほぼ２倍の周波数では抑圧動作が得られないため、別にほぼ２倍の周数抑圧フィルタが必要になり、コストアップ、占有体積の増加を招くなどの短所がある。
【特許文献１】特開平１１−４１０１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、分布定数回路や導波管では、主周波数に対してほぼ２倍またはそれ以上の周波数で抑圧特性を得るために、主周波数の近傍抑圧用フィルタとは別にフィルタを用意しなければならず、回路の占有面積または占有体積が増大すると共に、部品が増え、高価になるという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、マイクロ波コンポーネントに一般的に用いられる分布定数回路と導波管との変換器など、非導波管線路（分布定数線路または同軸線路など）と導波管との変換器内に主周波数のほぼ２倍以上の任意の周波数を抑圧する手段を設けることにより、別途フィルタを設けることに伴う回路が占有する体積または面積の増加を招かず、かつ、主周波数への特性的悪影響を殆ど与えないで、主周波数のほぼ２倍以上の所望の周波数成分を抑圧するフィルタ機能を有する非導波管線路−導波管変換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】
【０００８】
本発明による非導波管線路−導波管変換器は、導波管と、該導波管の伝送方向と垂直方向から該導波管内に挿入されるプローブとを有する非導波管線路−導波管変換器において、前記プローブの位置で前記導波管の伝送方向とほぼ垂直な面内に、所望の抑圧周波数で前記プローブの先端部を擬似接地するように動作する金属片が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
ここに導波管の伝送方向とは、導波管の管軸に沿った方向を意味し、非導波管線路とは、たとえば分布定数線路や同軸線路などのように、導波管以外の伝送線路を意味する。
【００１０】
前記プローブは、誘電体基板表面に形成された分布定数線路の先端部で、該分布定数線路と導波管との変換器であってもよいし、同軸線路の中心導体の先端部で、同軸線路と導波管との変換器であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の非導波管線路−導波管変換器によれば、マイクロ波コンポーネントにおいて本来取り扱う周波数である主周波数の、たとえば２倍の高調波を抑圧したい場合には、その周波数においてプローブ先端が擬似接地となるようにプローブの近傍に金属片が設けられているため、その抑圧したい周波数でのプローブから放射される電界は極小となってその放出が抑制される。したがって、従来はほぼ２倍の高調波を抑圧しようとすると、主周波数近傍のフィルタや主周波数より低域のフィルタの他に、２倍程度の周波数を抑圧するフィルタを設けなければならないのに対して、本発明では、非導波管線路−導波管変換器内にほぼ２倍およびその奇数倍の高調波など、主周波数の２倍程度以上の所望の周波数を抑圧する機能を有しているため、分布定数線路および導波管内に２倍の周波数を抑圧するフィルタなど、所望の周波数を抑圧するフィルタを別途設ける必要がなく、占有面積および占有体積の増加や、コスト上昇を招かず、非常に簡単な構成で高特性のマイクロ波コンポーネントが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
つぎに、図面を参照しながら本発明の非導波管線路−導波管変換器について説明をする。本発明による非導波管線路−導波管変換器は、図１にその一実施形態であるマイクロストリップ線路からなる分布定数線路と導波管との変換器の要部断面説明図、およびそのプローブ部を導波管の伝送方向正面から見た平面説明図がそれぞれ示されるように、導波管２の伝送方向とほぼ垂直方向から導波管２内にプローブ３が挿入され、導波管２の一端部がショート面６ａとなる非導波管線路−導波管変換器において、図１（ｂ）にプローブ３部を伝送方向正面から見た平面説明図が示されるように、プローブ３の位置で導波管２の伝送方向とほぼ垂直な面内に、所望の抑圧周波数でプローブ３の先端部を擬似接地するように動作する金属片５が設けられている。
【００１３】
図１に示される例では、導波管２として矩形導波管が用いられ、伝送方向と垂直で、かつ、そのＨ面（幅狭面）と平行にプローブ３が挿入され、プローブ３の両側に金属片５が設けられている。しかし、後述するように、導波管２は矩形導波管に限らず、円形導波管でもよいし、また、金属片５は、プローブ３を挟んで両側に設けずに、片方だけに設けてもよい。図１に示される例では、金属からなる筐体６により矩形状の空洞が形成されることにより導波管２が形成されているが、金属の板状体で通常の導波管に形成されていてもよい。矩形の導波管２は、通常、幅広面の幅と幅狭面の高さは規格寸法で決められており、使用する主周波数に応じて最適な規格寸法に形成されるが、本発明の具現化のためには、主周波数が使用導波管のカットオフ周波数より極端に高すぎないこと（主周波数のほぼ２倍の周波数近くで導波管の高次モードが現れるような条件であること）が必要となる。
【００１４】
導波管２の伝送方向と逆側には、プローブ３から主周波数の１／４波長の電気長の位置にショート面６ａが形成される。図１に示される例では、このショート面６ａが導波管２の一壁面を構成する筐体６の壁面で形成されているが、このような導波管２の一壁面に限定されるものではなく、ビスなどの金属棒が導波管２内に挿入されて形成されてもよく、また、可動壁面で形成されていてもよい。
【００１５】
また、プローブ３は、図１に示される例では、マイクロストリップ線路１により形成された分布定数回路の先端部をそのままプローブとしたものであるが、マイクロストリップ線路でなくても、ストリップ線路などの分布定数回路の先端部を用いることもできるし、後述する図７に示されるように、同軸線路、たとえば分布定数回路から同軸線路に変換し、その同軸線路の中心導体を用いることもできる。
【００１６】
マイクロストリップ線路１は、誘電体基板４の表面に、たとえば１０〜５０μｍ程度の厚さに設けられた銅被膜などの導体膜をパターニングすることにより形成されており、所望の回路を形成するようにマイクロストリップ線路１によりインダクタやキャパシタなどが形成されている。そのマイクロストリップ線路１の先端部を導波管２内に挿入できるように、誘電体基板４も形成されることにより、プローブ３が形成されている。しかし、誘電体基板４はなくても、後述する同軸線路の場合のように、導体部分のみが所定のインピーダンスで挿入されていればよい。このプローブ３先端部の導波管２内への挿入長や幅は、マイクロストリップ線路１と導波管２の間のインピーダンス変換を行うため、ショート面６ａと共に最適化された形状でパターニングされるが、プローブ３の幅ａは、後述する金属片５の幅と同様に、所望の抑圧周波数の波長に対して余り広くなると動作原理通りの動作を妨げるので、所望抑圧周波数の波長λに対して、λ／４より十分狭くなくてはならず、λ／８程度以下とすることが好ましい。同軸線路の場合のように、円柱形状で形成する場合には、その直径を上記寸法にすることが好ましい。
【００１７】
本発明では、このプローブ３の位置で導波管２の伝送方向とほぼ垂直な面内で、かつ、プローブ３と並んで少なくとも一方に金属片５が、所望の抑圧周波数でプローブ３の先端部を擬似接地するように動作するように設けられている。すなわち、このプローブ３は、主周波数に対しては、先端部Ｂ点が開放端となっているため電界の最大部分になっているが、たとえば抑圧したい主周波数の２倍の周波数に対しては擬似接地となるように金属片５が設けられている。この抑圧したい周波数に対してプローブ３の先端Ｂを擬似接地の状態にするには、たとえば抑圧したい周波数の波長をλとすると、プローブ３の先端から前述の誘電体基板４表面で横に距離ｄがλ／２離れた位置（Ａ点）に擬似接地点を形成すればよく、Ａ点を中心として全長Ｌがλ／２の長さの金属片５を形成すれば、λ／２＝λ／４×２であるので、金属片５の両端部が抑圧したい周波数で最も強電界で励振され、その中心点Ａは電界が最も低い仮想接地点を形成することになる。
【００１８】
図１に示される例では、この金属片５が、誘電体基板４の表面（導波管２の伝送方向に対してほぼ垂直な面内）で、プローブ３先端に関して対称な位置で両側に形成されている。このように両側に形成されることにより、プローブ３先端の擬似接地効果をより強くすることができ、さらに対称形であるがゆえに不要偏波の発生などを起こりにくくすることができるが、必ずしも両側に設ける必要はない。両側に設けられる場合は、両方の金属片５が、それぞれ上述のような関係を満たすように設けられる。この金属片５の幅は、前述のプローブ３と同様に、余り広くなると動作原理通りの動作を妨げるので、後述する動作原理を妨げないために、概ね所望抑圧周波数においてλ／４程度より十分狭く、好ましくはλ／８程度以下に形成される。従って、金属片５の形状は、プローブ３と平行方向に長い長方形またはそれに類する形状（たとえば図５〜６参照）になる。なお、金属片５を円柱形状で形成する場合には、その直径が上記寸法以下になるように形成されることが好ましい。
【００１９】
前述の金属片５およびプローブ３の寸法関係および抑圧したい周波数（波長λ）に対して電界の高い位置、低い位置の関係を図２に示す。図２に示されるように、金属片５の両端部が電界最大点となり、その中点Ａが擬似接地点となり、さらに中点Ａとプローブ３の先端Ｂ点との距離がλ／２になっているため、結果的にプローブ３の先端Ｂ点も所望抑圧周波数において仮想接地点となり、所望抑圧周波数での電界分布が低下してその放出が抑制され（挿入損失が増加し）、抑圧特性が得られる。
【００２０】
このときの金属片５のλ／４部分（両端部）を接地されたＬＣ直列共振回路で表現すると、図３に示されるような等価回路になる。すなわち、共振周波数（所望抑圧周波数）ｆ＝１／｛２π（Ｌ・Ｃ）1/2｝においてインピーダンスが０となって金属片５の中点Ａが接地状態となる。この中点Ａは、前述のように、プローブ３の先端Ｂ点とλ／２離れているため、同様にプローブ３の先端Ｂ点も接地状態となる。従って、本発明の構成によれば、所望の抑圧周波数において、一定の抑圧特性を得ることが可能となることを示している。一方、主として通過させたい主周波数に対しては、金属片５の付加は概ね容量成分が付加されるだけと考えられるので、プローブ３の形状（長さ、幅などの寸法条件）を最適化することで必要な特性を得ることができる。
【００２１】
図１に示されるマイクロストリップ線路−導波管変換器構造で、主周波数を３０ＧＨｚ、抑圧周波数を５７ＧＨｚとして、前述の金属片５を両側に設けた本発明の変換器と、金属片５を設けない以外は図１と同様の構造で形成した変換器（図８に示される構造）のインサーションロス（Ｉ／Ｌ）とリターンロス（Ｒ／Ｌ）とを調べた結果を図４に示す。実線が本発明による変換器のデータで、破線は金属片が設けられない従来構造の変換器のデータである。図４から明らかなように、５７ＧＨｚにおけるインサーションロス（Ｉ／Ｌ）が大幅に減衰しているのに対して、従来構造では、５７ＧＨｚでの減衰は見られない。また、リターンロス（Ｒ／Ｌ）に関しても、本発明によれば、５７ＧＨｚではリターンロスが全反射に近い。なお、本発明では、インサーションロス、リターンロス共に、５５.６ＧＨｚと５７.８ＧＨｚとで特性が低下しているが、高次モードの影響であり、所望の抑圧周波数を外れているため問題ない。
【００２２】
以上のように、本発明によれば、特別なフィルタを挿入して占有面積や体積を増やすことなく、所望の周波数帯のノイズを抑制することができる。しかし、主周波数に近い周波数では、金属片５が大きくなり過ぎ、主周波数への影響を避けることができなくなるので、抑圧可能な周波数は主周波数のほぼ２倍前後あるいはそれ以上の周波数であることが必要である。また、前述の金属片５の中点Ａとプローブ３の先端Ｂでの電界強度の関係は、抑圧したい周波数の奇数倍に対しても同様の関係になるため、その奇数倍の周波数をも抑圧することができる。
【００２３】
図５および図６は、図１の変形例を示す例である。すなわち、図５に示される例は、金属片５の中心部は細くして、先端に行くほど太くしたもので、前述のように金属片５があまり太くなる（幅が広くなる）と、動作原理の妨げとなるが、中心部が細く形成されていれば動作上問題はなく、また、先端部側が幅広く形成されていれば、より低い接地インピーダンスとなって抑圧周波数帯域（範囲）が広くなるというメリットがある。この場合も、長さは中心部Ａ点からそれぞれ抑圧する周波数の波長λに対してλ／４づつで、合計λ／２の長さに形成され、他の構成も前述の図１に示される例と同じである。また、図６に示される例は、金属片５が中心点Ａから先端に行くにしたがって、プローブ３から遠ざかるように形成されているもので、中心点Ａから先端までの長さは、それぞれλ／４で、その他の構成も前述の図１に示される例と同じである。この構造にすることにより、擬似接地点Ａ以外がプローブ３から離れるため、主周波数に与える影響を小さくすることができる。
【００２４】
前述の各例は、誘電体基板の表面に導体膜により形成されたマイクロストリップラインからなる分布定数線路と導波管とを変換する変換器の例であったが、分布定数線路−導波管変換器に限らず、たとえば同軸線路と導波管との変換器でも同様に構成することができる。その例が図７に示されている。図７に示される例は、図１と同様の図が示されているが、マイクロストリップ線路に代えて、中心導体７ａと誘電体７ｂとその外周を覆って外部導体とする筐体６とで構成された同軸線路７が用いられ、その中導体７ａの先端部がプローブ３として導波管２内に挿入されている。そして、プローブ３の位置で、導波管２の伝送方向と垂直な面内でプローブ３の両側に金属片８ａが、図１に示される例と同様の寸法ｄおよびＬの関係で設けられている。
【００２５】
なお、この例では、図１に示される例と異なり、誘電体基板がないため、導波管の一壁面（プローブ３と垂直な壁面）に、一部の表面にメタライズが施されて金属片８ａとされた誘電体棒８を立てることにより形成されている。このメタライズは、プローブ３の先端部の位置を中心として両側にλ／４（λは抑圧する周波数の波長）の長さの金属片８ａとなるように施されている。この誘電体棒８は、円柱状でも角柱状でも構わないが、角張りはない方が好ましい。また、棒状でなくても、板状体でもよく、誘電体片であればよい。さらに、前述のように、金属片８ａはあまり太くなると動作原理の妨げになるので、その直径（差渡し）はλ／８以下程度にすることが好ましい。その他の構成は図１に示される例と同じで、動作も図１の例と同様に動作する。したがって、金属片８ａも片側だけでもよい。その結果、前述と同様に、所望の抑圧周波数に対して、プローブ３の先端を電界の極小位置にすることができ、導波管２内への放射を抑制することができる。
【００２６】
また、前述の各例は、いずれも非導波管線路と矩形導波管との間の変換器の例であったが、導波管は矩形導波管に限らず、円形導波管でも同様に適用することができる。この場合、導波管は断面形状が円形であるため、その伝送方向と垂直な方向から挿入されれば、円周上のどこでも同じである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による非導波管線路−導波管変換器の一実施形態であるマイクロストリップ線路と導波管との変換器を説明する図である。
【図２】図１の構造で、抑圧周波数の電界強度の分布を説明する図である。
【図３】図１の構造で、抑圧周波数に対して集中定数回路に置き換えた等価回路図である。
【図４】図１に示される構造と従来の図８に示される構造でのＩ／ＬおよびＲ／Ｌの特性を示す図である。
【図５】図１の変形例を示す図である。
【図６】図１の変形例を示す図である。
【図７】本発明の非導波管線路−導波管変換器の他の実施形態である同軸線路−導波管変換器の構成例を示す図である。
【図８】従来のマイクロストリップ線路−導波管変換器の例を示す図である。
【図９】従来の同軸線路−導波管変換器の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    マイクロストリップ線路
２    導波管
３    プローブ
４    誘電体基板
５    金属片
６    筐体
７    同軸線路
８    誘電体棒
８ａ  金属片
【図１】
2006157198.tif 000003
【図２】
2006157198.tif 000004
【図３】
2006157198.tif 000005
【図４】
2006157198.tif 000006
【図５】
2006157198.tif 000007
【図６】
2006157198.tif 000008
【図７】
2006157198.tif 000009
【図８】
2006157198.tif 000010
【図９】
2006157198.tif 000011