(57)【要約】【課題】  高周波線路と導波管との接続部での電磁波の吸収を有効に防止して伝送特性に優れ、変換効率が高い高周波線路−導波管変換器を提供すること。【解決手段】  誘電体層２の上面に形成された線路導体３および同一面接地導体層４から成る高周波線路１と、線路導体３と電磁的に結合されたスロット５と、線路導体３の一端部およびスロット５を取り囲むように誘電体層２の側面または内部に互いに間隔をあけて配されたシールド導体部７とを具備している高周波線路−導波管変換器であって、スロット５を取り囲むシールド導体部７のうち、線路導体３の延長部において隣接するもの同士の間隔を他の部位において隣接するもの同士の間隔よりも狭くした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体層の上面に形成された線路導体および前記誘電体層の上面で前記線路導体の一端部を取り囲むとともに該一端部の先端と短絡するように形成された同一面接地導体層から成る高周波線路と、前記同一面接地導体層に前記線路導体の前記一端部と直交するように形成されて前記線路導体と電磁的に結合されたスロットと、平面透視して前記線路導体の前記一端部および前記スロットを取り囲むように前記誘電体層の側面または内部に互いに間隔をあけて配されたシールド導体部とを具備している高周波線路−導波管変換器であって、前記スロットを取り囲む前記シールド導体部のうち、前記線路導体の延長部において隣接するもの同士の間隔を他の部位において隣接するもの同士の間隔よりも狭くしたことを特徴とする高周波線路−導波管変換器。
【請求項２】
前記線路導体の延長部において隣接するシールド導体部を少なくとも３個設けたことを特徴とする請求項１記載の高周波線路−導波管変換器。
【請求項３】
前記線路導体の延長部において隣接するシールド導体部群の長さを前記線路導体の幅の１〜３０倍としたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波線路−導波管変換器。
【請求項４】
前記線路導体の延長部において隣接するシールド導体部同士の間隔を前記誘電体層の厚みの２倍以下にしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高周波線路−導波管変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波やミリ波の領域において使用される、高周波回路を形成するコプレーナ線路またはグランド付きコプレーナ線路等の高周波線路を導波管に変換し、高周波回路とアンテナあるいは高周波回路間の接続を導波管で行なうことにより、システムの実装、評価を容易に行なえる高周波線路−導波管変換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報伝達に用いられる高周波信号は、マイクロ波領域からミリ波領域の周波数までを活用することが検討されている。例えば、ミリ波の高周波信号を用いた応用システムとして車間レーダーが提案されている。このような高周波用のシステムにおいては、高周波信号の周波数が高いことにより、回路を構成するマイクロストリップ線路構造等の高周波線路による高周波信号の減衰が大きくなるという問題点がある。
【０００３】
このようなマイクロストリップ線路構造等の高周波線路に比較して、導波管では高周波信号の伝送損失は小さいことが知られている。例えば、マイクロストリップ線路等による通常の高周波線路のインピーダンス（５０Ω）に比較して、導波管のインピーダンス（周波数によって変化するが概略５００Ωのオーダーで設計される）は大きく、通常の高周波線路では伝送される信号に対して誘電体中を伝送する電界の寄与が大きいのに対し、導波管ではその誘電体として誘電正接がほぼ０の空気を用いていること、相対的に小さい磁気エネルギーのもととなる導波管の管壁を流れる電流が小さくて良いこと、かつその電流が導波管の管壁の比較的広い面積に流れるため電気抵抗が小さくなり導体損が小さくなる構造になっていることによるものである。
【０００４】
また、導波管同士は通常、ねじで接続される。そのため着脱を容易に行なうことができるため、高周波回路モジュールとアンテナとの接続に導波管を用いれば、組み立て前にそれぞれの導波管ポートを用いてそれぞれの検査を行ない、良品同士を組み合わせて高周波フロントエンドを組み立てることができ、その製造の歩留まりを上げることができる。これらのことから従来、特に伝送距離が長くなることが多い高周波回路モジュールとアンテナとの間の伝送に導波管を用いたフロントエンドが多く採用されてきた。
【０００５】
このような高周波フロントエンドとしては、誘電体層と、その表面に形成した線路導体およびその両側に配置された同一面接地導体層から成るコプレーナ線路と、このコプレーナ線路の先端に形成したアンテナとして機能するスロットと、誘電体層の裏面のスロットと対向する位置に接続した導波管と、誘電体層の内部に導波管および同一面接地導体層を接続するように形成したシールド導体部とを具備する高周波線路−導波管変換器が提案されている（下記の特許文献１参照）。
【０００６】
この変換器によれば、スロットから誘電体層と導波管内部との界面までの距離を誘電体層を伝送する電磁波の波長の１／４に設定することにより、スロットから放射され、誘電体層と導波管内部との界面で反射して同一面接地導体層で再度反射して界面に到達した反射波と、スロットから直接界面まで伝送してきた電磁波（直接波）との行路差が電磁波の波長の１／２と等しくなり、反射波の磁界が誘電体層と導波管内部との界面で反射する際に位相が反転することから、界面では直接波と反射波が同位相になって強め合い、導波管へ伝播していくこととなる。
【０００７】
すなわち、スロットと導波管との間に介在する、厚さを電磁波の波長の１／４に設定した誘電体層は、インピーダンスが互いに異なるスロットと導波管との整合器として機能することになる。
【特許文献１】特開２００４−３２３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、この従来の高周波線路−導波管変換器は、線路導体を伝送する信号の電磁波の一部が誘電体層に吸収され、インピーダンスの不整合が生じやすく、高周波信号の導波管への伝送を阻害し、その結果、変換効率が低下しやすいという問題点を有していた。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑み案出されたもので、その目的は、高周波線路と導波管との接続部での電磁波の吸収を有効に防止して伝送特性に優れ、変換効率が高い高周波線路−導波管変換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の高周波線路−導波管変換器は、誘電体層の上面に形成された線路導体および前記誘電体層の上面で前記線路導体の一端部を取り囲むとともに該一端部の先端と短絡するように形成された同一面接地導体層から成る高周波線路と、前記同一面接地導体層に前記線路導体の前記一端部と直交するように形成されて前記線路導体と電磁的に結合されたスロットと、平面透視して前記線路導体の前記一端部および前記スロットを取り囲むように前記誘電体層の側面または内部に互いに間隔をあけて配されたシールド導体部とを具備している高周波線路−導波管変換器であって、前記スロットを取り囲む前記シールド導体部のうち、前記線路導体の延長部において隣接するもの同士の間隔を他の部位において隣接するもの同士の間隔よりも狭くしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の高周波線路−導波管変換器において好ましくは、前記線路導体の延長部において隣接するシールド導体部を少なくとも３個設けたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の高周波線路−導波管変換器において好ましくは、前記線路導体の延長部において隣接するシールド導体部群の長さを前記線路導体の幅の１〜３０倍としたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の高周波線路−導波管変換器において好ましくは、前記線路導体の延長部において隣接するシールド導体部同士の間隔を前記誘電体層の厚みの２倍以下にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の高周波線路−導波管変換器は、スロットを取り囲むシールド導体部のうち、線路導体の延長部において隣接するもの同士の間隔を他の部位において隣接するもの同士の間隔よりも狭くしたことから、線路導体を伝送する信号の電磁波が誘電体層に最も吸収されやすい線路導体の延長部において、シールド導体部間の隙間を通って電磁波がもれるのを有効に防止することができる。よって、線路導体を伝送する信号の電磁波の一部が誘電体層に吸収され、高周波線路と導波管との急激なインピーダンスの変化を抑制することが可能となり高周波信号の導波管への伝送を良好にすることができる。その結果、変換効率の高いものとすることができる。
【００１５】
本発明の高周波線路−導波管変換器は、線路導体の延長部において隣接するシールド導体部を少なくとも３個設けたことから、線路導体を伝送する信号の電磁波の一部が誘電体層に吸収されるのをより有効に防止できる。
【００１６】
本発明の高周波線路−導波管変換器は、線路導体の延長部において隣接するシールド導体部群の長さを線路導体の幅の１〜３０倍としたことから、線路導体を伝送する信号の電磁波の一部が誘電体層に吸収されるのをより有効に防止できるとともに、誘電体層とシールド導体部との熱膨張差による応力で誘電体層にクラックが生じるのを有効に防止できる。
【００１７】
本発明の高周波線路−導波管変換器は、線路導体の延長部において隣接するシールド導体部同士の間隔を誘電体層の厚みの２倍以下にしたことから、線路導体を伝送する信号の電磁波の一部が誘電体層に吸収されるのをより有効に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明における第一の発明を添付資料に基づき詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の高周波線路−導波管変換器の実施の形態の一例を示す平面図であり、（ｂ）は図１（ａ）の高周波線路−導波管変換器のＡ−Ａ’線断面図である。図１において、１は高周波線路、２は誘電体層、３は線路導体、４は同一面接地導体層、５は同一面接地導体層４に形成されたスロット、６は導波管、７はシールド導体部、８は下部接地導体層、９は上部接地導体層、１０は第二の誘電体層であり、これらにより高周波線路−導波管変換器が形成される。
【００１９】
高周波線路１は、誘電体層２の上面に形成された線路導体３と、線路導体３を取り囲むように形成された同一面接地導体層４とによってコプレーナ線路状に形成されている。また、誘電体層２の上面の同一面接地導体層４にはスロット５が設けられており、線路導体３の一端と電磁的に結合されている。これにより、高周波線路１に伝送された高周波信号は、スロット５から電磁波として、下方に延びるように配置された導波管６内に放射される。
【００２０】
また、誘電体層２は、誘電体層２の側面に形成された側面導体または図１のような誘電体層２の内部に配された貫通導体から成るシールド導体部７によりシールドされており、スロット５から誘電体層２中に放射された電磁波が漏れ出すことを防ぎ、変換効率が低下することを防止している。
【００２１】
本発明においては、スロット５を取り囲むシールド導体部７のうち、線路導体３の延長部において隣接するもの同士の間隔を他の部位において隣接するもの同士の間隔よりも狭くした。これにより、線路導体３を伝送する信号の電磁波が誘電体層２に最も吸収されやすい線路導体３の延長部において、シールド導体部７間の隙間を通って電磁波がもれるのを有効に防止することができる。よって、線路導体３を伝送する信号の電磁波の一部が誘電体層２に吸収され、高周波線路１と導波管６との急激なインピーダンスの変化を抑制することが可能となり高周波信号の導波管６への伝送を良好にすることができる。その結果、変換効率の高いものとすることができる。
【００２２】
好ましくは、線路導体３の延長部において隣接するシールド導体部７を少なくとも３個設けるのがよい。これにより、線路導体３を伝送する信号の電磁波がシールド導体部７間の隙間を通ってもれるのをより有効に防止することができる。
【００２３】
また好ましくは、線路導体の延長部において隣接するシールド導体部７群の長さを線路導体３の幅の１〜３０倍とするのがよい。１倍未満では線路導体３を伝送する信号の電磁波がシールド導体部７間の隙間を通ってもれるのを有効に防止する効果が小さくなりやすい。また、３０倍を超えると、シールド導体部７同士の間の壁厚みが薄くなり、シールド導体部７と誘電体層２との熱膨張差による応力が大きくなって誘電体層２にクラックが生じやすくなる。
【００２４】
また、線路導体３の延長部において隣接するシールド導体部７同士の間隔を誘電体層２の厚みの２倍以下にするのがよい。２倍より大きくなると、線路導体３を伝送する信号の電磁波の一部が誘電体層２に漏れて、吸収され、かつインピーダンスが、高周波線路１とスロット部のインピーダンスの不整合が大きくなり、高周波信号の導波管への伝送を阻害しやすくなる。
【００２５】
また、誘電体層２の下面には平面透視でスロット５を取り囲むように形成された枠状の下部接地導体層８が配され、同一面接地導体層４と下部接地導体層８は接続導体７で接続されている。
【００２６】
好ましくは、この下部接地導体層８に、上側主面に枠状の上部接地導体層９が形成された第二の誘電体層１０がＡｕ−Ｓｎろう材等によりろう付けされており、この上部接地導体層９の開口と下部接地導体層８の開口が対向している構成とするのがよい。
【００２７】
このような構造とすることにより、誘電体層に生じる共振モードであるＴＭモードの最も磁界が強い、導波管６の内部に接している第二の誘電体層１０と、高周波線路１が形成された誘電体層２とを上部接地導体層９および下部接地導体層８によって分離することができるので、高周波線路１を伝送する電磁界モードであるＴＥモードとＴＭモードとが結合して高周波線路１を伝送する信号エネルギーがＴＭモードへ移行するのを有効に防止することができる。その結果、共振による信号反射を有効に防止して高周波線路１から導波管６への良好な信号変換を行なうことができる。
【００２８】
誘電体層２および第二の誘電体層１０を形成する誘電体材料としては、酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，窒化珪素，ムライト等を主成分とするセラミック材料、ガラス、ガラスとセラミックフィラーとの混合物を焼成して形成されたガラスセラミック材料、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂，四フッ化エチレン樹脂を始めとするフッ素系樹脂等の有機樹脂系材料、有機樹脂−セラミック（ガラスも含む）複合系材料等が用いられる。
【００２９】
線路導体３，同一面接地導体層４，貫通導体等のシールド導体部７，下部接地導体層８ならびに上部接地導体層９を形成する導体材料としては、タングステン，モリブデン，金，銀，銅等を主成分とするメタライズ、あるいは金，銀，銅，アルミニウム等を主成分とする金属箔等が用いられる。
【００３０】
特に、高周波線路−導波管変換器を、高周波部品を搭載する配線基板に内蔵する場合は、誘電体層２および第二の誘電体層１０を形成する誘電体材料として、誘電正接が小さく、かつ気密封止が可能であることが望ましい。このような誘電体材料としては、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体などのセラミックスやガラスセラミック材料が挙げられる。このような硬質系材料で構成すれば、誘電正接が小さく、かつ搭載した高周波部品を気密に封止することができるので、搭載した高周波部品の信頼性を高める上で好ましい。この場合、導体材料としては、誘電体材料との同時焼成が可能なメタライズ導体を用いることが、気密封止性と生産性を高める上で望ましい。
【００３１】
本発明の高周波線路−導波管変換器は以下のようにして作製される。例えば誘電体材料に酸化アルミニウム質焼結体を用いる場合であれば、まず酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合してスラリー状にし、これを周知のドクターブレード法やカレンダーロール法によりシート状に成形してセラミックグリーンシートを作製する。また、タングステンやモリブデン等の高融点金属，酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な溶剤，溶媒を添加混合してメタライズペーストを作製する。
【００３２】
次に、誘電体層２および第二の誘電体層１０となるセラミックグリーンシートに、例えば打ち抜き法により貫通導体であるシールド導体部７を形成するための貫通孔を形成し、例えば印刷法によりその貫通孔にメタライズペーストを埋め込み、続いて線路導体３や同一面接地導体層４，下部接地導体層８，上部接地導体層９の形状にメタライズペーストを印刷する。また、誘電体層２および第二の誘電体層１０が複数の誘電体層の積層構造からなる場合には、同様にメタライズペーストが印刷されたり貫通孔に埋め込まれたセラミックグリーンシートを積層し、加圧して圧着してもよい。
【００３３】
そして、これらの誘電体層２および第二の誘電体層１０となるセラミックグリーンシートをそれぞれ高温（約１６００℃）で焼成する。さらに、必要に応じて、線路導体３や同一面接地導体層４，下部接地導体層８，上部接地導体層９等のように上下面に露出する導体の表面に、例えば、ニッケルめっきおよび金めっきを被着させる。
【００３４】
しかる後、誘電体層２の下部接地導体層８と第二の誘電体層１０の上部接地導体層９とをろう付けし、下部接地導体層８の外周部に第二の誘電体層１０を取り囲むようにして導波管６を接続することにより高周波線路−導波管変換器が完成する。
【００３５】
本発明のシールド導体部７は、スロット５を取り囲むよう誘電体層２の側面または内部に配され、同一面接地導体層４と下部接地導体層８とを電気的に接続している。
【００３６】
なお、シールド導体部７は、同一面接地導体層４と下部接地導体層８とを電気的に接続できれば良く、側面導体や貫通導体等、種々の手段が用いられる。例えば、誘電体層２の側面に被着された導体や、誘電体層２の側面の切り欠き部の内壁に導体層が被着されたいわゆるキャスタレーション導体、貫通孔の内壁に導体層が被着されたいわゆるスルーホール導体、貫通孔の内部が導体で充填されたいわゆるビア導体などが挙げられる。
【００３７】
導波管６の形状は特に制約はなく、例えば方形導波管として規格化されているＷＲシリーズを用いると、測定用校正キットが充実しているので種々の特性評価が容易になるが、使用する高周波信号の周波数に応じてシステムの小型軽量化のために導波管のカットオフが発生しない範囲で小型化した方形導波管を用いてもよい。また、円形導波管を用いてもよい。
【００３８】
導波管６は、金属または内面に金属層が形成された誘電体等で構成することができ、例えば、金属を管状に成型したり、セラミックスや樹脂等の誘電体を必要な導波管形状に成型した後に内面を金属で被覆したものが用いられる。なお、電流による導体損低減や腐食防止のために導波管６の内面を金，銀等の貴金属で被覆するとよい。導波管６の下部接地導体層８への取り付けは、ろう材による接合やねじによる締め付け等によって行なわれ、導波管６と下部接地導体層８とが電気的に接続される。
【００３９】
ろう材によって導波管６を下部接地導体層８へ取り付けるためには、同一面接地導体層４およびシールド導体部７と電気的に接続された下部接続用導体層を、取り付けられる導波管６の開口に合わせて形成しておくとよい。例えば、図１に示したように、誘電体層２の下面に、シールド用貫通導体から成るシールド導体部７と接続されたメタライズ層から成る下部接地導体層８を形成しておくとよい。このような下部接地導体層８を形成しておくと、導波管６を高周波線路−導波管変換器へ取り付けた際の導波管６とシールド導体部７および同一面接地導体層４との電気的接続がより確実なものとなるので、信頼性の高い高周波線路−導波管変換器を構成することができる点で好ましいものとなる。
【００４０】
また、第二の誘電体層１０の厚みは高周波線路１を伝送する信号の波長の１／２倍以下であるのがよい。これにより、スロット５から放射されて第二の誘電体層１０の下側主面と導波管６内部との界面で反射し、上部接地導体層９で再度反射して再び第二の誘電体層１０の下側主面と導波管６内部との界面に戻ってきた反射波と、スロット５から直接第二の誘電体層１０の下側主面と導波管６内部との界面まで伝送してきた直接波とを同位相にすることができ、反射波と直接波とが強め合うために高周波線路１から導波管６への変換効率をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】（ａ）は本発明の高周波線路−導波管変換器の実施の形態の例を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）の高周波線路−導波管変換器のＡ−Ａ’線における断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・・・高周波線路
２・・・・・誘電体層
３・・・・・線路導体
４・・・・・同一面接地導体層
５・・・・・スロット
６・・・・・導波管
７・・・・・シールド導体部
【図１】
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