(57)【要約】【課題】誘電体層に結合穴を設けなくとも、入出力端における反射損失を低減することのできるマイクロストリップ線路導波管変換器を提供する。【解決手段】マイクロストリップ線路導波管変換器１は、結合穴７０を介してマイクロストリップ線路１０を伝搬する電磁波を被接続導波管９０へ導く。入力端Ｉおよび出力端Ｏにおける反射損失は、線路導体１２の先端に設けられたスタブの長さ若しくは幅、線路導体１２が結合穴７０へ突き出す長さ、パターン層３２に設けられたリアクタンス絞りの絞りの幅、パターン層３２から短絡板６４までの距離ｄ等を調整することで低減することができる。【選択図】図２
2006191428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロストリップ線路の接地導体に設けられた結合穴に導波管を接続することによって、マイクロストリップ線路を伝搬する電磁波を導波管へ導き、導波管を伝搬する電磁波をマイクロストリップ線路へ導くマイクロストリップ線路導波管変換器であって、
マイクロストリップ線路の線路導体が存在する面に前記接地導体と同電位化された接地領域を備え、
前記接地領域は、前記導波管に対するリアクタンス絞りを形成することを特徴とするマイクロストリップ線路導波管変換器。
【請求項２】
マイクロストリップ線路の接地導体に設けられた結合穴に導波管を接続することによって、マイクロストリップ線路を伝搬する電磁波を導波管へ導き、導波管を伝搬する電磁波をマイクロストリップ線路へ導くマイクロストリップ線路導波管変換器であって、
マイクロストリップ線路の線路導体が存在する面に設けられ、前記接地導体と同電位化された接地領域と、
前記接地領域に接して設けられた遮蔽筐体と、
マイクロストリップ線路の線路導体に形成された整合用スタブと、
を備え、
前記接地領域は、前記導波管に対するリアクタンス絞りを形成することを特徴とするマイクロストリップ線路導波管変換器。
【請求項３】
マイクロストリップ線路の接地導体に設けられた結合穴に導波管を接続することによって、マイクロストリップ線路を伝搬する電磁波を導波管へ導き、導波管を伝搬する電磁波をマイクロストリップ線路へ導くマイクロストリップ線路導波管変換器であって、
前記結合穴には前記導波管に対するリアクタンス絞りが設けられていることを特徴とするマイクロストリップ線路導波管変換器。
【請求項４】
マイクロストリップ線路の接地導体に設けられた結合穴に導波管を接続することによって、マイクロストリップ線路を伝搬する電磁波を導波管へ導き、導波管を伝搬する電磁波をマイクロストリップ線路へ導くマイクロストリップ線路導波管変換器であって、
マイクロストリップ線路の線路導体が存在する面を挟んで、マイクロストリップ線路の接地導体が存在する領域とは反対側の領域に設けられた遮蔽筐体と、
マイクロストリップ線路の線路導体に形成された整合用スタブと、
を備え、
前記結合穴には前記導波管に対するリアクタンス絞りが設けられていることを特徴とするマイクロストリップ線路導波管変換器。
【請求項５】
請求項１から請求項４に記載のマイクロストリップ線路導波管変換器であって、
前記結合穴と前記マイクロストリップ線路の線路導体との間には、誘電体が存在することを特徴とするマイクロストリップ線路導波管変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロストリップ線路を伝搬する電磁波を導波管へ導き、導波管を伝搬する電磁波をマイクロストリップ線路へ導くマイクロストリップ線路導波管変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信装置においては、マイクロストリップ線路を伝搬する電磁波を導波管へ導き、導波管を伝搬する電磁波をマイクロストリップ線路へ導くマイクロストリップ線路導波管変換器が広く用いられている。
【０００３】
これは、信号発生器、周波数変換器、増幅器等は平面回路として構成されるのに対し、平面回路に接続されるアンテナ給電系統においては低損失伝送特性が要求され、導波管が用いられるためである。
【０００４】
図１２に一般的な従来構成によるマイクロストリップ線路導波管変換器５を示す。図１１はマイクロストリップ線路導波管変換器５の外観を斜視図で示したものである。マイクロストリップ線路１０が形成された多層基板３０の接地導体層３６の側には被接続導波管９０が接続され、多層基板３０において被接続導波管９０が接続された部分のパターン層３２の側には電磁波の放射による損失を防ぐための遮蔽筐体６０が設けられている。図１２（ａ）は図１１におけるマイクロストリップ線路１０の伝搬軸Ｚを含む接地導体に垂直な面ＡＡ’ＢＢ’（以下、伝搬軸断面とする。）での断面図を、図１２（ｂ）は図１１におけるマイクロストリップ線路１０の線路導体１２の開放端に設けられたスタブ１４を含む伝搬断面に平行な面ＣＣ’ＤＤ’（以下、伝搬断面とする。）での断面図を示す。また、図１２（ｃ）はパターン層３２の構成を、図１２（ｄ）は接地導体層３６の構成を示す。図１２（ａ）および図１２（ｂ）からわかるように、多層基板３０は、パターン層３２、誘電体層３４、接地導体層３６から構成される。パターン層３２には線路導体１２が設けられており、これと誘電体層３４および接地導体層３６によってマイクロストリップ線路１０が構成される。また、パターン層３２には、線路導体１２を取り囲むように接地パターン３８が設けられている。ここに、図１２（ｃ）に示す線路導体１２を取り囲む領域をパターン層結合部５０とする。この接地パターン３８は誘電体層３４を貫く複数のスルーホール４０を介して接地導体層３６に電気的に接続されており、接地導体層３６との同電位化が図られている。
【０００５】
接地導体層３６および誘電体層３４には、被接続導波管９０の断面と同一の形状および大きさの結合穴７０が設けられており、マイクロストリップ線路１０を伝搬する電磁波を被接続導波管９０の出力端Ｏへと導く。線路導体１２は結合穴７０の上に突き出した所で先端開放されており、先端部にはマイクロストリップ線路１０と被接続導波管９０との整合を取るためのスタブ１４が設けられている。
【０００６】
パターン層３２の上に設けられる遮蔽筐体６０は接地パターン３８に電気的に接触しており、接地パターン３８および接地導体層３６との同電位化が図られている。この遮蔽筐体６０は、壁部６２と短絡板６４とから構成され、終端を短絡した導波管を形成し、マイクロストリップ線路１０と被接続導波管９０との結合部での放射による損失を低減する。
【０００７】
また、接地パターン３８が導体線路を取り囲む縁の形状および大きさは、被接続導波管９０の断面の形状および大きさと一致させているので、遮蔽筐体６０の壁部６２、接地パターン３８、およびスルーホール４０によって、終端に短絡板６４が接続された導波管が構成される。
【０００８】
ここでは、マイクロストリップ線路１０の側から電磁波を励振し、被接続導波管９０の側に負荷が接続される場合を考え、マイクロストリップ線路１０の側に入力端Ｉを、被接続導波管９０の側に出力端Ｏを定義する。
【０００９】
マイクロストリップ線路導波管変換器５の入力端Ｉおよび出力端Ｏにおいては、反射損失が小さいことが好ましい。入力端Ｉおよび出力端Ｏでの反射損失が大きいと、反射波の発生による伝送損失の増加、能動回路の異常発振等の問題を惹き起こすおそれがあるためである。また、一般に、マイクロストリップ線路導波管変換器５に接続される高周波回路は、接続端においてインピーダンス整合が取れていることを前提に回路設計がなされている。入力端Ｉあるいは出力端Ｏにおける反射損失が十分低減されていないことは、そこに接続される隣接回路とのインピーダンス整合が十分に取れていないことを意味し、これは隣接回路の設計性能を十分に発揮することができないことの原因にもなる。
【００１０】
そこで、従来構成のマイクロストリップ線路導波管変換器５では、線路導体１２の先端に設けられたスタブ１４の長さｌs若しくは幅ｗ、線路導体１２の突き出し長さｌc、あるいは短絡板６４とパターン層３２までの距離ｄを調整することによって入出端Ｉおよび出力端Ｏにおける反射損失を低減する。
【００１１】
なお、ここではマイクロストリップ線路１０の側から電磁波を励振し、被接続導波管９０の側に負荷が接続される場合について説明したが、これとは逆に、被接続導波管９０の側から電磁波を励振し、マイクロストリップ線路１０の側に負荷が接続される場合についても同様の議論が成立する。すなわち、入出力端における反射損失を低減しなければならないことは、マイクロストリップ線路導波管変換器５の構成を決定する上で重要な事項である。また、マイクロストリップ線路導波管変換器５は無損失受動回路であると考えることができるため、マイクロストリップ線路１０の側から電磁波を励振し、被接続導波管９０の側に負荷が接続される場合と、被接続導波管９０の側から電磁波を励振し、マイクロストリップ線路１０の側に負荷が接続される場合とで挿入損失は等しい値となる。
【００１２】
ここで説明したような、マイクロストリップ線路に伝搬する電磁波を、結合穴等の結合手段によってその裏面側に設けられた導波路へ導く構成については、次の文献に開示されている。
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−０３７４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図１２に示すマイクロストリップ線路導波管変換器５では、接地導体層３６および誘電体層３４に被接続導波管９０の断面と同一の形状および大きさの結合穴７０が設けられている。ここで、誘電体層３４にも結合穴７０を設けているのは次のような理由による。
【００１５】
仮に、図１３に示すマイクロストリップ線路導波管変換器７のように誘電体層３４に結合穴７０を設けない構成とすると、パターン層３２に形成されているパターン層結合部５０の領域ｒ1と誘電体層３４のうち接地導体層３６に設けられている結合穴７０の上層部の領域ｒ2との間の境界面ｂ1および、領域ｒ2と接地導体層３６に設けられている結合穴７０に形成される領域ｒ3との間の境界面ｂ2で電磁波の媒質定数が不連続となり、入力端Ｉおよび出力端Ｏにおける反射損失が増大する。この反射損失の増大は、誘電体層３４に適用される誘電体の比誘電率によってその程度が異なるが、誘電体層３４に適用される一般的な誘電体の比誘電率の範囲では、上述のように線路導体１２の先端に設けられたスタブ１４の長さｌs若しくは幅ｗ、線路導体１２の突き出し長さｌc、あるいは短絡板６４とパターン層３２までの距離ｄを調整することによって回避することは不可能である。
【００１６】
そこで、従来構成においては、接地導体層３６のみならず誘電体層３４にも被接続導波管９０の断面と同一の形状および大きさの結合穴７０を設けることとし、線路導体１２の先端に設けられたスタブ１４の長さｌs若しくは幅ｗ、線路導体１２の突き出し長さｌc、あるいは短絡板６４とパターン層３２までの距離ｄを調整することによって反射損失を低減することとしているのである。
【００１７】
しかしながら、誘電体層３４に被接続導波管９０の断面と同一の形状および大きさの結合穴を設ける場合には、接地導体層３６に設けられた結合穴７０の形状および大きさ等に対して十分な製作精度が要求される。そのため、製作における工数やコストがかさむ結果となる。そこで、マイクロストリップ線路導波管変換器としては、誘電体層３４には結合穴を設けず、図１３の領域ｒ2の部分は誘電体で充填された構成とすることが好ましい。
【００１８】
本発明はこのような課題に対してなされたものであり、誘電体層に結合穴を設けなくとも、入出力端における反射損失を低減することのできるマイクロストリップ線路導波管変換器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、マイクロストリップ線路の接地導体に設けられた結合穴に導波管を接続することによって、マイクロストリップ線路を伝搬する電磁波を導波管へ導き、導波管を伝搬する電磁波をマイクロストリップ線路へ導くマイクロストリップ線路導波管変換器であって、マイクロストリップ線路の線路導体が存在する面に前記接地導体と同電位化された接地領域を備え、前記接地領域は、前記導波管に対するリアクタンス絞りを形成することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、マイクロストリップ線路の接地導体に設けられた結合穴に導波管を接続することによって、マイクロストリップ線路を伝搬する電磁波を導波管へ導き、導波管を伝搬する電磁波をマイクロストリップ線路へ導くマイクロストリップ線路導波管変換器であって、マイクロストリップ線路の線路導体が存在する面に設けられ、前記接地導体と同電位化された接地領域と、前記接地領域に接して設けられた遮蔽筐体と、マイクロストリップ線路の線路導体に形成された整合用スタブと、を備え、前記接地領域は、前記導波管に対するリアクタンス絞りを形成することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、マイクロストリップ線路の接地導体に設けられた結合穴に導波管を接続することによって、マイクロストリップ線路を伝搬する電磁波を導波管へ導き、導波管を伝搬する電磁波をマイクロストリップ線路へ導くマイクロストリップ線路導波管変換器であって、前記結合穴には前記導波管に対するリアクタンス絞りが設けられていることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、マイクロストリップ線路の接地導体に設けられた結合穴に導波管を接続することによって、マイクロストリップ線路を伝搬する電磁波を導波管へ導き、導波管を伝搬する電磁波をマイクロストリップ線路へ導くマイクロストリップ線路導波管変換器であって、マイクロストリップ線路の線路導体が存在する面を挟んで、マイクロストリップ線路の接地導体が存在する領域とは反対側の領域に設けられた遮蔽筐体と、マイクロストリップ線路の線路導体に形成された整合用スタブと、を備え、前記結合穴には前記導波管に対するリアクタンス絞りが設けられていることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、前記結合穴と前記マイクロストリップ線路の線路導体との間に誘電体が存在する構成に対して適用することが好適である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、マイクロストリップ線路の接地導体に設けられた結合穴に導波管を接続したマイクロストリップ線路導波管変換器の設計パラメータが追加される。そのため、マイクロストリップ線路の線路導体と接地導体との間の誘電体層に結合穴を設けなくとも、入出力端における反射損失が十分低減されたマイクロストリップ線路導波管変換器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロストリップ線路導波管変換器１の伝搬断面を、図２はその伝搬軸断面を示す。外観形状は図１１と同様である。図１および図２からわかるように、多層基板３０は、パターン層３２、誘電体層３４、接地導体層３６から構成される。
【００２６】
図３（ａ）はパターン層３２の構成を、図３（ｂ）は接地導体層３６の構成を示す。パターン層３２には線路導体１２が設けられており、これと誘電体層３４および接地導体層３６によってマイクロストリップ線路１０が構成される。また、パターン層３２には、線路導体１２を取り囲むように接地パターン３８が設けられている。ここに、図３（ａ）に示すパターン層結合部５０の領域にリアクタンス絞り５２を設けることで形成された領域を絞りパターン層結合部５４とする。この接地パターン３８は、誘電体層３４を貫く複数のスルーホール４０を介して接地導体層３６に電気的に接続されており、接地導体層３６との同電位化が図られている。この複数のスルーホール４０の間隔は、マイクロストリップ線路１０および被接続導波管９０を伝搬する電磁波の自由空間波長に比して十分短くしておくことが好適である。
【００２７】
接地導体層３６には、被接続導波管９０の断面と同一の形状および大きさの結合穴７０が設けられており、マイクロストリップ線路１０を伝搬する電磁波を被接続導波管９０へと導き、被接続導波管９０を伝搬する電磁波をマイクロストリップ線路１０へと導く。図１２に示すマイクロストリップ線路導波管変換器５とは異なり、誘電体層３４には結合穴が設けられておらず、接地導体層３６において結合穴７０が設けられている部分の上層部は、誘電体によって塞がれている。線路導体１２は結合穴７０の上に突き出した所で先端開放されており、先端部にはマイクロストリップ線路１０と被接続導波管９０との整合を取るためのスタブ１４が設けられている。
【００２８】
パターン層３２の上に設けられる遮蔽筐体６０は接地パターン３８に電気的に接触しており、接地パターン３８および接地導体層３６との同電位化が図られている。この遮蔽筐体６０は、壁部６２と短絡板６４とから構成され、終端を短絡した導波管を形成し、マイクロストリップ線路１０と被接続導波管９０との結合部における放射による損失を低減する。
【００２９】
図１２に示すマイクロストリップ線路導波管変換器５においては、パターン層結合部５０の形状および大きさは、被接続導波管９０の断面の形状および大きさと一致させていた。本実施形態においては、被接続導波管９０の断面の形状および大きさと一致させたパターン層結合部５０にリアクタンス絞り５２を設けることで形成される絞りパターン層結合部５４を構成した結果、パターン層３２において電磁界結合に寄与する面積はリアクタンス絞り５２が設けられた部分だけ狭くなったものとなっている。
【００３０】
ここで、リアクタンス絞りとは、導波管の基本伝搬モード電磁界（以下、単に基本伝搬モードとする。）に対してリアクタンス回路として作用する絞り弁をいう。すなわち、図１および図２の構成は、遮蔽筐体６０の壁部６２、接地パターン３８、およびスルーホール４０によって形成される導波管がパターン層３２で切断される面内に、基本伝搬モードに対してリアクタンスとして作用する絞り弁、すなわちリアクタンス絞り５２を設けたものであると捉えることができる。
【００３１】
ここで、リアクタンス絞りの一般的な性質について説明する。図４（ａ）および図４（ｂ）は、導波管９２の断面にインダクタンスとして作用するリアクタンス絞りの構成を示したものである。図４（ａ）は導波管９２の伝搬方向を法線とする断面からリアクタンス絞り９４を見た図であり、図４（ｂ）は導波管９２のＨ面断面からリアクタンス絞り９４を見た図である。図４の矢印は、基本伝搬モードの電界方向を示す。導波管９２を基本伝搬モードに対する伝送線路８０で表した場合、図４（ａ）および図４（ｂ）のリアクタンス絞り９４は図４（ｃ）のように伝送線路８０にシャントに挿入されたインダクタンスと等価なものとして表すことができる。絞りの幅ｄL1およびｄL2は異なっていてもよい。一般に、ｄL1およびｄL2の値が大きい程、図４（ｃ）のインダクタンスの値が大きくなる傾向にある。また、図４（ｄ）および図４（ｅ）は、導波管９２の断面にキャパシタンスとして作用するリアクタンス絞り９６の構成を示したものである。図４（ｄ）は導波管９２の伝搬方向を法線とする断面からリアクタンス絞り９６を見た図であり、図４（ｅ）は導波管９２のＥ面断面からリアクタンス絞り９６を見た図である。図４の矢印は、基本伝搬モードの電界方向を示す。導波管９２を基本伝搬モードに対する伝送線路８０で表した場合、図４（ｄ）および図４（ｅ）のリアクタンス絞り９６は図４（ｆ）のようにシャントに挿入されたキャパシタンスと等価なものとして表すことができる。絞りの幅ｄC1およびｄC2は異なっていてもよい。一般に、ｄC1およびｄC2の値が大きい程、図４（ｆ）のキャパシタンスの値が大きくなる傾向にある。より一般的に、図４（ｇ）のようにインダクタンスとキャパシタンスの両者の性質を合わせたリアクタンス絞り９８を構成することが可能である。
【００３２】
次に、図１および図２のマイクロストリップ線路導波管変換器１の動作原理について図５を参照して説明する。図５（ａ）のマイクロストリップ線路２０に電磁波が伝搬している状態では、マイクロストリップ線路２０の断面には図５（ａ）のような分布の電磁界が生じている。図５（ａ）において実線は電界を、破線は磁界を表す。これより、マイクロストリップ線路２０の断面内の電磁界分布は、接地導体層２６および線路導体２２を結ぶ電界と、線路導体２２を取り囲む磁界とからなることがわかる。一方、導波管を伝搬する基本伝搬モードは、図５（ｂ）のようにＨ面管壁間を結ぶ電界と、電界分布が零となる面に垂直に交わる環状の磁界とからなる。
【００３３】
図５（ａ）および図５（ｂ）からわかるように、マイクロストリップ線路２０の線路導体２２を取り囲む磁界の分布と、導波管９２において電界分布が零となる面に垂直に交わる環状の磁界の分布は近似している。そこで、マイクロストリップ線路１０の断面と被接続導波管９０のＨ面を接合し、図５（ｃ）に示すようにマイクロストリップ線路１０の線路導体１２を取り囲む磁界が基本伝搬モードの磁界を励振することでマイクロストリップ線路１０を伝搬する電磁界を被接続導波管９０へと導く構成が可能であることがわかる。
【００３４】
一般に、異なる種類の線路を接続する場合、近似した電磁界分布を有する面でそれらの線路を結合することによって、反射損失および挿入損失を低減することができることが知られている。したがって、マイクロストリップ線路と導波管とを接続する場合にあっては、マイクロストリップ線路の線路導体を取り囲む磁界の分布と、導波管において電界分布が零となる面に垂直に交わる環状の磁界の分布が近似していることから、マイクロストリップ線路の断面と、導波管のＨ面とを接合することが反射損失および挿入損失を低減するという観点から有利であるといえる。
【００３５】
以上は、マイクロストリップ線路１０を伝搬する電磁界が磁気的な結合によって被接続導波管９０に導かれる点に着目したが、マイクロストリップ線路１０を伝搬する電磁界は電気的な結合によっても被接続導波管９０に導かれる。マイクロストリップ線路１０から電磁波が入射すると、図５（ｄ）のように線路導体１２の先端部と遮蔽筐体６０とを結ぶ電界が生じる。この電界は、基本伝搬モードの電界の方向と同一方向の成分を有するため、基本伝搬モードを励振し、マイクロストリップ線路１０を伝搬する電磁界が被接続導波管９０へと導かれるのである。
【００３６】
次に、マイクロストリップ線路１０の入力端Ｉにおける反射損失について図２を参照して説明する。入力端Ｉから電磁波が入射されると、その電磁波によって被接続導波管９０には基本伝搬モードが励振される。しかしながら、マイクロストリップ線路導波管変換器１には、入力端Ｉに反射波を生ぜしめる構成が無数に存在し、これらの構成の各々において生じた反射波が加算され、終局的にはこれが入力端Ｉからマイクロストリップ線路導波管変換器１に入射された電磁波に対する反射波となる。以下、マイクロストリップ線路導波管変換器１において反射波を生ぜしめる個々の構成によって生ずる反射波を局所的反射波とし、局所的反射波が加算合計された結果である、入力端Ｉから入射された電磁波に対する終局的な「反射波」と区別することとする。反射損失が十分小さい状態とは、局所的反射波が相殺されるような振幅および位相の関係で加算合計されている結果、入射された電磁波に対する反射波が十分小さくなっている状態であるといえる。
【００３７】
入力端Ｉに局所的反射波を生ぜしめる構成の一つとして不連続面Ｓ1がある。不連続面Ｓ1では線路導体１２と対をなす接地導体層３６の導体が途切れるため、ここに入射した電磁波は不連続面Ｓ1での電磁界境界条件を満たすよう、不連続面Ｓ1より被接続導波管９０の側に透過波、マイクロストリップ線路１０の側に局所的反射波を生ぜしめる。
【００３８】
また、線路導体１２のうち結合穴７０の上に突き出した部分においては、線路導体１２の表面において電界成分が零となるように電流が分布するものと考えることができる。そして、そのように分布する電流と不連続面Ｓ1において線路導体１２に励振されている電圧との関係によって不連続面Ｓ1に接続される等価回路が定まる。この等価回路は不連続面Ｓ1に接続される被接続導波管９０への結合回路であり、その入力インピーダンスは、結合穴７０の上に突き出した部分の形状を変化させることによって調整することができる。これは電磁波論の立場から、不連続面Ｓ1における反射係数と透過係数を調整することができることに他ならず、不連続面Ｓ1における反射係数を調整することは、そこで生じる局所的反射波の振幅および位相を調整することに他ならない。したがって、線路導体１２のうち結合穴７０の上に突き出した部分の形状を変化させることによって不連続面Ｓ1で生じる局所的反射波の振幅および位相を調整することができ、マイクロストリップ線路導波管変換器１においては、先端に設けられたスタブ１４の長さｌs若しくは幅ｗ、または線路導体１２の突き出し長さｌcを変化させることによってこれを行うことが可能となる。
【００３９】
さらに、遮蔽筐体６０を構成する壁部６２によって構成される導波管および複数のスルーホール４０の配置によって形成される導波管には、入力端Ｉから入射された電磁波によって基本伝搬モードが励振される。
【００４０】
いま、図１１と同様、パターン層３２に形成されている絞りパターン層結合部５４の領域をｒ4、誘電体層３４のうち接地導体層３６に設けられている結合穴７０の上層部の領域をｒ5、接地導体層３６に設けられている結合穴７０に形成される領域をｒ6とする。そして、領域ｒ4と領域ｒ5との間の境界面をｂ3、領域ｒ5と領域ｒ6との間の境界面をｂ4とする。
【００４１】
図２の境界面ｂ3において励振され短絡板６４の方向に伝搬した基本伝搬モードは、短絡板６４において反射して再び境界面ｂ3に到来し、そこで再び反射することを繰り返し、境界面ｂ3と短絡板６４との間を多重反射する。基本伝搬モードは、境界面ｂ3と短絡板６４との間を多重反射しつつマイクロストリップ線路１０には、ある振幅および位相を以て局所的反射波を励振する。
【００４２】
図２の境界面ｂ3において励振され境界面ｂ4の方向に伝搬した基本伝搬モードは、境界面ｂ4において反射して、再び境界面ｂ3に到来し、そこで再び反射することを繰り返し、境界面ｂ3と境界面ｂ4との間を多重反射する。基本伝搬モードは、境界面ｂ3と境界面ｂ4との間を多重反射しつつマイクロストリップ線路１０には、ある振幅および位相を以て局所的反射波を励振する。
【００４３】
なお、境界面ｂ3と短絡板６４との間を多重反射する基本伝搬モードと、境界面ｂ3と境界面ｂ4との間を多重反射する基本伝搬モードとの間には境界面ｂ3で電磁界の結合があり、これら多重反射する基本伝搬モードは、被接続導波管９０の出力端Ｏへの電磁波の励振に寄与している。また、ここでは境界面ｂ3およびｂ4での基本伝搬モードの反射および透過を考えたが、遮蔽筐体６０の内部の領域ｒMと領域ｒ4との間の境界面である境界面ｂM、および被接続導波管９０の内部の領域ｒWと領域ｒ6との間の境界面である境界面ｂWでの基本伝搬モードの反射および透過も当然考えられる。しかしながら、本実施形態においては、パターン層３２および接地導体層３６の厚さｔを波長よりも十分薄くするため、その影響を無視しても差し支えない。
【００４４】
図１および図２のマイクロストリップ線路導波管変換器１においては、領域ｒ4にはリアクタンス絞り５２が設けられている。上述のように、リアクタンス絞り５２は導波管を伝送線路とみなしたときにシャントに挿入されたリアクタンスとみなすことができ、そのリアクタンス値を変化させることによって、境界面ｂ3において反射する基本伝搬モードの振幅および位相を調整することができる。当該リアクタンス値の調整は、図１の絞りの幅ｄL1、ｄL2を変化させることによって行うことができる。したがって、リアクタンス絞り５２の絞りの幅ｄL1、ｄL2を変化させることによって、境界面ｂ3において反射する基本伝搬モードの振幅および位相を調整し、マイクロストリップ線路１０に励振される局所的反射波の振幅および位相を調整することができる。
【００４５】
また、パターン層３２から短絡板６４までの距離ｄを変化させると、境界面ｂ３に到来する基本伝搬モードの位相が変化する。境界面ｂ3と短絡板６４との間、あるいは境界面ｂ3と境界面ｂ4との間を多重反射しつつマイクロストリップ線路１０に励振される局所的反射波は、境界面ｂ3に到来する個々の基本伝搬モードによって励振される電磁波の足し合わせであるから、当該個々の基本伝搬モードの位相関係に従って、励振される局所的反射波の振幅および位相が定まる。したがって、パターン層３２から短絡板６４までの距離ｄを変化させることによって境界面ｂ３に到来する基本伝搬モードの位相を変化させれば、マイクロストリップ線路１０に励振される局所的反射波の振幅および位相を調整することができるといえる。
【００４６】
以上のことから、本実施形態においては、局所的反射波の振幅および位相を調整する設計パラメータとして主に次の４つがあることとなる。（１）スタブ１４の長さｌs若しくは幅ｗ（２）線路導体１２の突き出し長さｌc（３）絞りパターン層結合部５４におけるリアクタンス絞り５２の絞りの幅ｄL1、ｄL2（４）パターン層３２から短絡板６４までの距離ｄ。この（１）から（４）の設計パラメータを調整することによって、入力端Ｉからマイクロストリップ線路導波管変換器１に電磁波を入力したときに、マイクロストリップ線路１０の側に生じるすべての局所的反射波が相殺される状態とすれば、入力端Ｉにおける反射損失を低減することができる。
【００４７】
なお、ここでは、マイクロストリップ線路１０を入力側とした場合について考えた。本実施形態に係るマイクロストリップ線路導波管変換器１は、無損失伝送回路であるものと考えることができる。したがって、被接続導波管９０に整合負荷が接続されているという条件の下、入力端Ｉにおける反射損失が十分小さければ、挿入損失も十分小さいものとみなすことができる。また、無損失伝送回路の相反性から、被接続導波管９０を入力側とした場合について、被接続導波管９０からマイクロストリップ線路１０へ電磁波が伝搬する際の挿入損失、および被接続導波管９０からマイクロストリップ線路導波管変換器１の側をみた反射損失もまた十分小さいといえる。
【００４８】
次に、図１および図２のマイクロストリップ線路導波管変換器１の設計法について説明する。設計に際しては、スタブ１４の長さｌs若しくは幅ｗ、線路導体１２の突き出し長さｌc、リアクタンス絞り５２の絞りの幅ｄL1、ｄL2、面から短絡板６４までの距離ｄ、等を主要な設計パラメータとすることが好適である。
【００４９】
まず、設計パラメータの初期値として、線路導体１２の先端部のスタブ１４の長さを零に、パターン層３２から短絡板６４までの距離ｄを壁部６２によって形成される導波管の管内波長の４分の１の長さに、リアクタンス絞り５２の絞りの幅ｄL1、ｄL2を零とする。この初期状態において、マイクロストリップ線路導波管変換器１の反射損失および挿入損失を電磁界シミュレーションあるいは実験によって求める。
【００５０】
次に、電磁界シミュレーションあるいは実験によって求められる反射損失および挿入損失が所望の値となるよう、設計パラメータを最適化する。図１２に示す従来構成のマイクロストリップ線路導波管変換器５では、誘電体層３４に結合穴７０が設けられていたため、スタブ１４の長さｌs若しくは幅ｗ、線路導体１２の突き出し長さｌc、パターン層３２から短絡板６４までの距離ｄを設計パラメータとして調整することで、反射損失および挿入損失を所望の値とすることができた。しかしながら、本実施形態においては、誘電体層３４には結合穴が設けられておらず、接地導体層３６において結合穴７０が設けられている部分の上層部は、誘電体によって塞がれているため、スタブ１４の長さｌs若しくは幅ｗ、線路導体１２の突き出し長さｌc、パターン層３２から短絡板６４までの距離ｄのみでは設計パラメータが不足してしまう。そこで、これらの設計パラメータに加えて、リアクタンス絞り５２の絞りの幅ｄL1、ｄL2を設計パラメータとするのである。
【００５１】
なお、ここではパターン層３２におけるリアクタンス絞りとしてインダクタンスとして作用するものを適用した場合についてとりあげたが、キャパシタンスとして作用するもの、あるいはインダクタンスとキャパシタンスの両者の性質を合わせたものも適用可能である。図６にはキャパシタンスとして作用するリアクタンス絞り５４を適用したパターン層３２の構成を示す。
【００５２】
また、スタブ１４の長さｌs若しくは幅ｗ、リアクタンス絞り５２の絞りの幅ｄL1、ｄL2、面から短絡板６４までの距離ｄ、等を主要な設計パラメータとしたが、これらに加えて、図１、図２、図３および図６の構成を決定する様々な要素を設計パラメータとして選ぶことが可能であることはいうまでもない。
【００５３】
次に、本発明の第２の実施形態に係るマイクロストリップ線路導波管変換器について説明する。図７は、第２の実施形態に係るマイクロストリップ線路導波管変換器３の伝搬断面を、図８はその伝搬軸断面を示す。外観形状は図１１と同様である。本実施形態は、第１の実施形態に係るマイクロストリップ線路導波管変換器１のようにパターン層結合部５０に絞りリアクタンスを設けるのではなく、接地導体層３６における結合穴７０に絞りリアクタンスを設けるものである。
【００５４】
図７および図８からわかるように、多層基板３０は、パターン層３２、誘電体層３４、接地導体層３６から構成される。図９（ａ）はパターン層３２の構成を、図９（ｂ）は接地導体層３６の構成を示す。パターン層３２には線路導体１２が設けられており、これと誘電体層３４および接地導体層３６によってマイクロストリップ線路１０が構成される。また、パターン層３２には、線路導体１２を取り囲むように接地パターン３８が設けられている。ここに、図９（ａ）に示す穴の開けられた領域をパターン層結合部５０とする。この接地パターン３８は誘電体層３４を貫く複数のスルーホール４０を介して接地導体層３６に電気的に接続されており、接地導体層３６との同電位化が図られている。この複数のスルーホール４０の間隔は、マイクロストリップ線路１０および被接続導波管９０を伝搬する電磁波の自由空間波長に比して十分短くしておくことが好適である。
【００５５】
パターン層３２の上に設けられる遮蔽筐体６０は接地パターン３８に電気的に接触しており、接地パターン３８および接地導体層３６との同電位化が図られている。この遮蔽筐体６０は、壁部６２と短絡板６４とから構成され、終端を短絡した導波管を形成し、マイクロストリップ線路１０と被接続導波管９０との結合部における放射による損失を低減する。
【００５６】
接地導体層３６には、被接続導波管９０の断面の形状および大きさと一致させた結合穴７０にリアクタンス絞り７２を設けることで形成された絞り結合穴７４が設けられており、マイクロストリップ線路１０を伝搬する電磁波を被接続導波管９０へと導く。図１および図２に示すマイクロストリップ線路導波管変換器１の構成とは異なり、誘電体層３４には結合穴７０が設けられておらず、接地導体層３６において絞り結合穴７４が設けられている部分の上層部は、誘電体によって充填されている。線路導体１２は絞り結合穴７４の上に突き出した所で先端開放されており、先端部にはマイクロストリップ線路１０と被接続導波管９０との整合を取るためのスタブ１４が設けられている。
【００５７】
図９（ｂ）は、マイクロストリップ線路導波管変換器３の接地導体層３６の構成を示す。この構成は、被接続導波管９０の断面と同一の形状および大きさの結合穴７０にリアクタンス絞り７２を設けたものとなっている。リアクタンス絞りの一般的な性質については上述の通りである。
【００５８】
マイクロストリップ線路と導波管を接続する場合、マイクロストリップ線路の線路導体を取り囲む磁界の分布と、導波管のＨ面内での磁界の分布が近似していることから、マイクロストリップ線路の伝搬断面と導波管のＨ面とを接合することが、反射損失および挿入損失を低減するという観点から有利である点については先に触れた。本実施形態は第１の実施形態と同様、この原理を利用しているため動作原理の詳細については説明を省略する。
【００５９】
次に、マイクロストリップ線路１０の入力端Ｉにおける反射損失について図７および図８を参照して説明する。本実施形態に係るマイクロストリップ線路導波管変換器３に入力端Ｉから入射された電磁波に対する反射波は、第１の実施形態と同様、局所的反射波が加算合計されたものとして説明することができる。そして、局所的反射波を生ぜしめる構成の一つとして不連続面Ｓ2があり、線路導体１２のうち絞り結合穴７４の上に突き出した部分の形状を変化させることによって不連続面Ｓ2で生じる局所的反射波の振幅および位相を調整することができる点についても同様である。したがって、本実施形態に係るマイクロストリップ線路導波管変換器３においても、先端に設けられたスタブ１４の長さｌs若しくは幅ｗ、または線路導体１２の突き出し長さｌcを変化させることによって、不連続面Ｓ2において生じる局所的反射波の振幅および位相の調整を行うことが可能である。
【００６０】
ここで、図１３と同様、パターン層３２に形成されているパターン層結合部５０の領域をｒ7、誘電体層３４のうち接地導体層３６に設けられている絞り結合穴７４の上層部の領域をｒ8、接地導体層３６に設けられている絞り結合穴７４に形成される領域をｒ9とする。そして、領域ｒ7と領域ｒ8との間の境界面をｂ5、領域ｒ8と領域ｒ9との間の境界面をｂ6とする。
【００６１】
入力端Ｉからマイクロストリップ線路導波管変換器３に入射された電磁波によって、壁部６２によって構成される導波管には、境界面ｂ5と短絡板６４との間を多重反射する基本伝搬モードが、そして複数のスルーホール４０から形成される導波管には、境界面ｂ5と境界面ｂ6との間を多重反射する基本伝搬モードが励振され、マイクロストリップ線路１０にはある振幅および位相を以て局所的反射波が励振される。
【００６２】
図７および図８のマイクロストリップ線路導波管変換器３においては、領域ｒ9にはリアクタンス絞り７２が設けられている。上述のように、リアクタンス絞り７２は導波管を伝送線路と見なしたときにシャントに挿入されたリアクタンスと見なすことができ、そのリアクタンス値を変化させることによって、境界面ｂ6において反射する基本伝搬モードの振幅および位相を調整することができる。当該リアクタンス値の調整は、図７の絞りの幅ｄL1、ｄL2を変化させることによって行うことができる。したがって、リアクタンス絞り７２の絞りの幅ｄL1、ｄL2を変化させることによって、境界面ｂ6において反射する基本伝搬モードおよび境界面ｂ5に到来する基本伝搬モードの振幅および位相を調整し、マイクロストリップ線路１０に励振される局所的反射波の振幅および位相を調整することができる。
【００６３】
また、パターン層３２から短絡板６４までの距離ｄを変化させると、境界面ｂ5に到来する基本伝搬モードの位相が変化する。パターン層３２と短絡板６４との間、あるいは境界面ｂ5と境界面ｂ6との間を多重反射しつつマイクロストリップ線路１０に励振される局所的反射波は、境界面ｂ5に到来する個々の基本伝搬モードによって励振される電磁波の足し合わせであるから、当該個々の基本伝搬モードの位相関係に従って、励振される局所的反射波の振幅および位相が定まる。したがって、パターン層３２から短絡板６４までの距離ｄを変化させることによって境界面ｂ5に到来する基本伝搬モードの位相を変化させれば、マイクロストリップ線路１０に励振される局所的反射波の振幅および位相を調整することができるといえる。
【００６４】
なお、ここでは境界面ｂ5およびｂ6での基本伝搬モードの反射および透過を考えたが、遮蔽筐体６０の内部の領域ｒMと領域ｒ5との間の境界面である境界面ｂM、および被接続導波管９０の内部の領域ｒWと領域ｒ9との間の境界面である境界面ｂWでの基本伝搬モードの反射および透過も当然考えられる。しかしながら、本実施形態においては、パターン層３２および接地導体層３６の厚さｔを波長よりも十分薄くするため、その影響を無視しても差し支えない。
【００６５】
以上のことから、本実施形態においては、局所的反射波の振幅および位相を調整するパラメータとして主に次の４つがあることとなる。（１）スタブ１４の長さｌs若しくは幅ｗ（２）線路導体１２の突き出し長さｌc（３）絞り結合穴７４におけるリアクタンス絞り７２の絞りの幅ｄL1、ｄL2の（４）パターン層３２から短絡板６４までの距離ｄ。この（１）から（４）の設計パラメータを調整することによって、マイクロストリップ線路導波管変換器３に電磁波を入力したときに、マイクロストリップ線路１０の側に生じる局所的反射波が相殺される状態とすれば、反射損失を低減することができる。
【００６６】
なお、ここでは、マイクロストリップ線路１０を入力側とした場合について考えた。本実施形態に係るマイクロストリップ線路導波管変換器３は、無損失伝送回路であるものと考えることができる。したがって、マイクロストリップ線路１０における入力端Ｉにおける反射損失が十分小さければ、被接続導波管９０からマイクロストリップ線路１０へ電磁波が伝搬する際の挿入損失および被接続導波管９０からマイクロストリップ線路導波管変換器３の側をみた反射損失もまた十分小さいといえる。
【００６７】
図７および図８のマイクロストリップ線路導波管変換器３の設計は、第１の実施形態に係るマイクロストリップ線路導波管変換器１の設計と同様にして行うことができる。すなわち、反射損失および挿入損失が所望の値となる設計パラメータを調整するのである。本実施形態においては、スタブ１４の長さｌs若しくは幅ｗ、線路導体１２の突き出し長さｌc、絞り結合穴７４におけるリアクタンス絞り７２の絞りの幅ｄL1、ｄL2、パターン層３２から短絡板６４までの距離ｄを設計パラメータとすることが好適である。第１の実施形態においては、絞りパターン層結合部５４におけるリアクタンス絞り５２の絞りの幅を設計パラメータとしているところ、本実施形態においては、絞り結合穴７４におけるリアクタンス絞り７２の絞りの幅を設計パラメータとしている点が異なる。
【００６８】
なお、ここでは絞り結合穴７４におけるリアクタンス絞りとしてインダクタンスとして作用するものを適用した場合についてとりあげたが、第１の実施形態と同様、キャパシタンスとして作用するもの、あるいはインダクタンスとキャパシタンスの両者の性質を合わせたものも適用可能である。図１０にはキャパシタンスとして作用するリアクタンス絞り７６を適用した場合の接地導体層３６の構成を示す。
【００６９】
また、スタブ１４の長さｌs若しくは幅ｗ、線路導体１２の突き出し長さｌc、リアクタンス絞り７２の絞りの幅ｄL1、ｄL2、面から短絡板６４までの距離ｄ等を主要な設計パラメータとしたが、これらに加えて、図７から図１０までに示される様々な要素を設計パラメータとして選ぶことが可能であることはいうまでもない。
【００７０】
以上、本発明の実施形態について説明した。本発明はこれらの実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で様々な実施形態が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】第１の実施形態に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の伝搬断面における構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の伝搬軸断面における構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係るマイクロストリップ線路導波管変換器のパターン層および接地導体層の構成を示す図である。
【図４】導波管のリアクタンス絞りについて説明する図である。
【図５】第１の実施形態に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の動作原理を示す図である。
【図６】キャパシタンスとして作用するリアクタンス絞りを適用したパターン層の構成を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の伝搬断面における構成を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係るマイクロストリップ線路導波管変換器の伝搬軸断面における構成を示す図である。
【図９】第２の実施形態に係るマイクロストリップ線路導波管変換器のパターン層および接地導体層の構成を示す図である。
【図１０】キャパシタンスとして作用するリアクタンス絞りを適用した接地導体層の構成を示す図である。
【図１１】マイクロストリップ線路導波管変換器の外観を示す図である。
【図１２】従来構成のマイクロストリップ線路導波管変換器の構成を示す図である。
【図１３】従来構成のマイクロストリップ線路導波管変換器において、接地導体層に設けられた結合穴の上層部を誘電体で塞いだ構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１，３，５，７  マイクロストリップ線路導波管変換器、１０  マイクロストリップ線路、１２，２２  線路導体、１４  スタブ、３０  多層基板、３２  パターン層、３４  誘電体層、２６，３６  接地導体層、３８  接地パターン、４０  スルーホール、５０  パターン層結合部、５２，５６，７２，７６，９４，９６，９８  リアクタンス絞り、５４  絞りパターン層結合部、６０  遮蔽筐体、６２  壁部、６４  短絡板、７０  結合穴、７４  絞り結合穴、８０  伝送線路、９０  被接続導波管、９２  導波管。
【図１】
2006191428.tif 000003
【図２】
2006191428.tif 000004
【図３】
2006191428.tif 000005
【図４】
2006191428.tif 000006
【図５】
2006191428.tif 000007
【図６】
2006191428.tif 000008
【図７】
2006191428.tif 000009
【図８】
2006191428.tif 000010
【図９】
2006191428.tif 000011
【図１０】
2006191428.tif 000012
【図１１】
2006191428.tif 000013
【図１２】
2006191428.tif 000014
【図１３】
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