(57)【要約】【課題】誘電体基板内に形成される積層型の誘電体導波管線路と方形導波管とを、高周波信号の反射を低減して、低損失で、ほぼ直角に接続することができる接続構造を提供する。【解決手段】誘電体基板の両面に形成された一対の導体層２，３と、高周波信号の伝送方向に信号波長の２分の１未満の繰り返し間隔で、かつ前記伝送方向と直交する方向に所定の幅で、前記導体層２，３間を電気的に接続して形成された２列の貫通導体群４とを具備する誘電体導波管線路６を設け、前記一対の導体層２，３のうち、一方の導体層に結合用窓７を設け、この結合用窓７に、誘電体層１６を介して、高周波信号の伝送方向が異なるように開口端面を対向させた方形金属導波管８を接続している。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体導波管線路と導波管とを接続する構造において、
前記誘電体導波管線路は、誘電体基板と、誘電体基板の両面に形成された一対の導体層と、高周波信号の伝送方向に信号波長の２分の１未満の繰り返し間隔で、かつ前記伝送方向と直交する方向に所定の幅で、前記導体層間を電気的に接続して形成された２列の貫通導体群とを具備してなリ、
前記一対の導体層のうち、一方の導体層に結合用窓を設け、
この結合用窓に、誘電体層を介して、高周波信号の伝送方向が異なるように開口端面を対向させた導波管を接続していること特徴とする誘電体導波管線路と導波管との接続構造。
【請求項２】
前記誘電体導波管線路に、前記貫通導体と前記一対の導体層を用いた共振器が作製され、該共振器の一方の導体層に前記結合用窓が形成されていることを特徴とする請求項１記載の誘電体導波管線路と導波管との接続構造。
【請求項３】
前記誘電体導波管線路に、高周波信号の伝送時の反射を低減する電磁界整合部を形成していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の誘電体導波管線路と導波管との接続構造。
【請求項４】
前記電磁界整合部が、次の（ａ）から（ｄ）までのいずれかの構造、又はこれらの構造の２種以上の組合せで形成されていることを特徴とする請求項３記載の誘電体導波管線路と導波管との接続構造。
（ａ）誘電体導波管線路の断面の高さが異なる構造、
（ｂ）誘電体導波管線路の断面の幅が異なる構造、
（ｃ）誘電体導波管線路とは異なる誘電率材料を含む構造、
（ｄ）誘電体導波管線路内にピン導体を配置した構造。
【請求項５】
前記誘電体基板が、低温焼成セラミックスからなることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の誘電体導波管線路と導波管との接続構造。
【請求項６】
前記導波管が方形導波管であることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の誘電体導波管線路と導波管との接続構造。
【請求項７】
前記誘電体導波管線路と前記導波管との高周波信号の伝送方向が、ほぼ直交していることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の誘電体導波管線路と導波管との接続構造。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載の誘電体導波管線路と導波管との接続構造を有するアンテナ基板。
【請求項９】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載の誘電体導波管線路と導波管との接続構造を有するフィルター基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロ波帯やミリ波帯等の高周波信号を伝達するための誘電体導波管線路と導波管との接続構造に関し、特に高周波信号の伝送方向がほぼ直交する場合に、信頼性が高く、低損失に接続することができる誘電体導波管線路と導波管との接続構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロ波帯やミリ波帯等の高周波信号を用いた移動体通信及び車間レーダ等の研究が盛んに進められている。これらの通信を扱う高周波回路において、高周波信号を伝送するための伝送線路には小型で伝送損失が小さいことが求められている。特に、伝送線路を、高周波回路を構成する基板上または基板内に形成できると小型化の面で有利となることから、従来、そのような伝送線路として、ストリップ線路やマイクロストリップ線路、コプレーナ線路、誘電体導波管線路等が用いられてきた。
【０００３】
これらのうちストリップ線路・マイクロストリップ線路・コプレーナ線路は誘電体基板と線路導体層とグランド（接地）導体層とで構成されており、線路導体層とグランド導体層の周囲の空間又は誘電体基板中を高周波信号の電磁波が伝搬するものである。これらの線路は３０ＧＨｚ帯域までの信号伝送に対しては良好に伝送できるが、３０ＧＨｚ以上では伝送損失が生じやすいという問題点がある。
これに対して導波管型の伝送線路は３０ＧＨｚ以上のミリ波帯域においても伝送損失が小さい点で有利である。
【０００４】
このうち方形導波管は、断面が方形の金属壁で囲まれた空気中を電磁波が伝搬する構造となっており、誘電体による損失がないため３０ＧＨｚ以上のミリ波帯域においても伝送損失が非常に小さいものである。
しかし、線路断面の長手方向の長さを、伝搬する信号波長の２分の１以上とする必要があるため、寸法が大きく高密度での配線が困難であるという問題点がある。また、金属壁で構成されるため、高精度な加工が困難であり加工コストが高いという問題点もある。
【０００５】
これに対し、導波管の優れた伝送特性を活かした、誘電体多層基板内に形成可能な伝送線路である誘電体導波管線路は、導体壁あるいは擬似的な導体壁で囲まれた領域の内部に誘電体が満たされた構造となっているため、誘電体による伝送損失があるものの、損失の小さい誘電体を用いれば伝送損失を実用上問題ない程度に小さくすることができる。方形導波管と同じ周波数範囲で信号を伝搬させようとすると、誘電体の比誘電率をεｒ  としたときに線路の断面のサイズを１／√εｒ  と小型にできるメリットがある。
【０００６】
例えば、特開平６−５３７１１  号公報において、誘電体基板を一対の主導体層で挟み、さらに主導体層間を接続する２列に配設された複数のビアホールによって側壁を形成した誘電体導波管線路が提案されている。この誘電体導波管線路は誘電体材料の四方を一対の主導体層とビアホールによる疑似的な導体壁で囲むことによって導体壁内の領域を信号伝送用の線路としたものである。このような構成によれば、構成がいたって簡単となって装置全体の小型化も図ることができる。
【０００７】
さらに、特開平１０−７５１０８号公報において、誘電体基板中に形成した多層構造による誘電体導波管線路が提案されている。これは積層型導波管と呼ばれるものであり、前述のような誘電体導波管線路を、誘電体層と一対の主導体層と貫通導体群とで形成し、さらに貫通導体群に加えて副導体層を形成することにより、電気的な壁としての側壁を強化したものである。前述の誘電体導波管線路では導波管内に貫通導体に平行でない電界が存在すると側壁から電界の漏れが発生するおそれがあるが、この積層型導波管では副導体層があるためにこのような電界の漏れが発生しにくい、優れたものとなる。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−５３７１１  号公報
【特許文献２】特開平１０−７５１０８号公報
【特許文献３】特開２０００−１９６３０１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、誘電体導波管線路を用いて構成された高周波回路について、例えば高周波特性を測定・評価するためにネットワークアナライザ等の測定装置へ接続するためには、誘電体導波管線路を直接接続することが困難であり、方形導波管を介すると容易に接続することができてより正確な測定が可能になる。
また、ＭＭＩＣ（マイクロ波モノリシック集積回路）等の能動回路に誘電体導波管線路を接続する場合にも、方形導波管を介することによって接続が容易となり、回路全体の小型化が可能となる。
【００１０】
そのため、良好な伝送特性を有する、方形導波管と誘電体導波管線路との接続構造が求められていた。
これを解決する手法として特開２０００−１９６３０１号において方形導波管と誘電体導波管線路との接続構造が提案されているが、その構造では導体が表層に露出しており表層導体の腐食や貫通導体の腐食、及び貫通導体を介した内層導体の腐食など信頼性上問題がある。また表層導体部の信頼性向上のために金メッキを行うことがあったが、それは高価でありコスト上昇の大きな要因となっていた。
【００１１】
本発明の目的は、接続部での信頼性を向上させ、かつ製造コストが低く、そして高周波信号の反射を低減して、低損失で接続することができる誘電体導波管線路と導波管との接続構造を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の誘電体導波管線路と導波管との接続構造は、誘電体基板と、誘電体基板の両面に形成された一対の導体層と、高周波信号の伝送方向に信号波長の２分の１未満の繰り返し間隔で、かつ前記伝送方向と直交する方向に所定の幅で、前記導体層間を電気的に接続して形成された２列の貫通導体群とを具備する誘電体導波管線路を設け、前記一対の導体層のうち、一方の導体層に結合用窓を設け、この結合用窓に、誘電体層を介して、高周波信号の伝送方向が異なるように開口端面を対向させた導波管を接続していること特徴とするものである。
【００１３】
この誘電体導波管線路は、前記一対の導体層及び前記貫通導体群で囲まれた伝送領域によって高周波信号を伝送するが、誘電体導波管線路の途中部又は終端部に、本発明の接続構造を形成することにより、誘電体導波管線路の一方の導体層に設けられた結合用窓を介して、導波管に高周波信号を受け渡しことができる。このような簡単な接続構造によって、高周波信号の結合効率に優れた、信頼性の高い、しかも製造コストの低い誘電体導波管線路と導波管との接続を実現することができる。
【００１４】
また、前記誘電体導波管線路に、前記貫通導体と前記一対の導体層からなる共振器を作製し、該共振器の一方の導体層に前記結合用窓が形成されている構造を用いることにより、接続部における高周波伝送特性の向上を図ることができる。
またさらに、前記誘電体導波管線路に、高周波信号の伝送時の反射を低減する電磁界整合部を含むこととすれば、接続部における高周波伝送特性のさらなる向上を図ることができる。
【００１５】
電磁界整合部の具体的な形状として、誘電体導波管線路の断面の高さが異なる構造、誘電体導波管線路の断面の幅が異なる構造、誘電体導波管線路とは異なる誘電率材料を含む構造、又は誘電体導波管線路内にピン導体を配置した構造があげられる。いずれかの構造又はこれらの２種以上を組み合わせた構造を設けることにより、接続部における反射を抑制し、他の回路や素子への悪影響を低減し、さらに高周波特性を向上できる。
【００１６】
なお、前記誘電体基板は、低温焼成セラミックスとすることによって、低抵抗の金属を用いて各種導体層を形成することができるために、高周波信号の伝送に対して低損失にでき、好適である。
前記導波管はどのような構造の導波管であっても、本発明は適用できるが、例えば方形導波管であってもよい。
前記誘電体導波管線路と導波管との高周波信号の伝送方向は、任意の角度で交差させることができるが、この角度は例えばほぼ９０°としてもよい。
【００１７】
また本発明のアンテナ基板は、アンテナ基板に、前記誘電体導波管線路を設け、誘電体導波管線路の上下に形成された一対の導体層のうち、一方の導体層に結合用窓を設け、この結合用窓に、誘電体層を介して、高周波信号の伝送方向が異なるように開口端面を対向させた給電用導波管を接続しているものである。
また、本発明のフィルター基板は、フィルター基板に、前記誘電体導波管線路を設け、誘電体導波管線路の上下に形成された一対の導体層のうち、一方の導体層に結合用窓を設け、この結合用窓に、誘電体層を介して、高周波信号の伝送方向が異なるように開口端面を対向させた給電用導波管を接続しているものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の誘電体導波管線路と導波管との接続構造について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に用いる誘電体導波管線路の構造例を説明するための概略斜視図である。
図１において、１は高周波信号の伝送方向Ａに延びる所定の厚みａを有する誘電体基板である。２及び３は、誘電体基板１の上下面に形成された一対の導体層であり、４は誘電体基板１の中に形成され、高周波信号の伝送方向Ａに沿って配列された２列の貫通導体群である。
【００１９】
貫通導体群４は、一対の導体層２，３間を電気的に接続するものであり、１本１本の貫通導体は、スルーホール導体やビアホール導体等により形成される。これら多数の貫通導体により２列の貫通導体群４を形成している。貫通導体群４は、図示するように、高周波信号の伝送方向Ａすなわち線路形成方向に信号波長の２分の１未満の所定の繰り返し間隔ｃで、かつ同伝送方向Ａと直交する方向に所定の一定の間隔（幅）ｂをもって形成されている。これにより、この誘電体導波管線路６に対する電気的な側壁を形成している。
【００２０】
これら、一対の導体層２，３、及び貫通導体群４によって、誘電体基板１の一部に高さａ、幅ｂを有する誘電体導波管線路６が形成される。
また、５は貫通導体群４の各列を形成する貫通導体同士を電気的に接続するため、誘電体基板１の中に導体層２，３と平行に形成された補助導体層であり、必要に応じて適宜設けられる。なお、補助導体層５を設ける場合は、例えば誘電体基板１をそれぞれ半分の厚さの２枚の誘電体基板で構成し、それらの誘電体基板の間に、かつ誘電体導波管線路６の非形成部分に金属層を形成して両者を貼り合わせることにより、補助導体層５を形成することができる。
【００２１】
このように誘電体導波管線路６を、一対の導体層２，３と貫通導体群４と（補助導体層５があればそれも含めて）で囲まれた領域において形成することにより、誘電体導波管線路６の内部から見ると、その上下壁は一対の導体層２，３によって囲まれ、その側壁は貫通導体群４によって囲まれる。この構造により、様々な方向の電磁波が遮蔽される。さらに補助導体層５を形成していれば、その側壁は補助導体層５によってさらに細かな格子状に区切られて、電磁波の遮蔽効果は増大する。
【００２２】
なお、前記導体層２，３は、図１に示したように誘電体基板１の上下全面にわたって形成されているが、必ずしも誘電体基板１の上下全面にわたって形成されている必要はなく、少なくとも誘電体導波管線路６の形成部を挟む上下面に形成されていればよい。
なお、図示していないが、誘電体導波管線路６の終端面には、側壁と同様の貫通導体群４が終端面を取り囲むように同じピッチｃで配列されている。これによって、誘電体導波管線路６の終端面が電気的に閉じられた構造を作ることができる。
【００２３】
誘電体基板１の厚みａ、すなわち一対の導体層２，３間の間隔に対する制限は特にないが、厚みａは、誘電体導波管線路６をシングルモードで用いる場合には間隔ｂに対して２分の１程度または２倍程度とすることがよい。図１の例では間隔ｂに対して厚みａが２分の１程度となっており、誘電体導波管線路６のＨ面に当たる部分が導体層２，３で、Ｅ面に当たる部分が貫通導体群４及び補助導体層５でそれぞれ形成される。また、間隔ｂに対して厚みａを２倍程度とすれば、誘電体導波管線路６のＥ面に当たる部分が導体層２，３で、Ｈ面に当たる部分が貫通導体群４及び補助導体層５でそれぞれ形成されることになる。
【００２４】
また、貫通導体群４の各列における貫通導体の間隔ｃは、信号波長の２分の１未満の間隔に設定されることで貫通導体群４により電気的な壁が形成できる。この間隔ｃは、望ましくは信号波長の４分の１未満であればよい。
間隔ｃが信号波長λの２分の１（λ／２）よりも大きいと、平行に配置された一対の導体層２，３間にはＴＥＭ波が伝搬できるため、この誘電体導波管線路６に電磁波を給電しても電磁波は貫通導体群４の間から漏れて、ここで作られる誘電体導波管線路に沿って伝搬してしまう。貫通導体群４の間隔ｃがλ／２よりも小さければ、電気的な側壁を形成することができ、電磁波は誘電体導波管線路６に対して垂直方向に漏洩することがなく、反射しながら誘電体導波管線路６の信号伝送方向に伝搬される。
【００２５】
その結果、図１のような構成によれば、一対の導体層２，３と２列の貫通導体群４及び補助導体層５とによって囲まれる断面積ａ×ｂのサイズの誘電体領域が誘電体導波管線路６を規定する。
なお、図１に示した態様では貫通導体群４は２列に形成したが、この貫通導体群４を４列あるいは６列に配設して、貫通導体群４による導体壁を２重・３重に形成することにより導体壁からの電磁波の漏れをより効果的に防止することもできる。
【００２６】
このような誘電体導波管線路６は、誘電体による伝送線路となるので、誘電体基板１の比誘電率をεｒ  とすると、その導波管サイズは通常の導波管の１／√εｒの大きさになる。従って、誘電体基板１を構成する材料の比誘電率εｒ  を大きいものとするほど、導波管サイズを小さくすることができて、高周波回路の小型化を図ることができる。したがって、高密度に配線が形成される多層配線基板、半導体素子収納用パッケージ又は車間レーダの伝送線路としても好適に利用できる。
【００２７】
なお、貫通導体群４を構成する貫通導体は、前述のように信号波長の２分の１未満の繰り返し間隔ｃで配設されており、この間隔ｃは良好な伝送特性を実現するためには一定の繰り返し間隔とすることが望ましいが、信号波長の２分の１未満の間隔であれば、適宜変化させたりいくつかの値を組み合わせたりしてもよい。
このような誘電体導波管線路６を構成する誘電体基板１の材質は、誘電体として機能し高周波信号の伝送を妨げることのない特性を有するものであればとりわけ限定されるものではないが、伝送線路を形成する際の精度及び製造の容易性の点からは、誘電体基板１はセラミックスから成ることが望ましい。
【００２８】
このようなセラミックスとしては、これまで様々な比誘電率を持つセラミックスが知られているが、本発明に係る誘電体導波管線路によって高周波信号を伝送するためには、常誘電体であることが望ましい。これは、一般に強誘電体セラミックスは高周波領域では誘電損失が大きく、したがって導波管線路の伝送損失が大きくなるためである。
誘電体基板１を構成する常誘電体の比誘電率εｒ  は４〜１００  程度が適当である。
【００２９】
一般に多層配線基板や半導体素子収納用パッケージ、あるいは車間レーダに形成される配線層の線幅は最大でも１ｍｍ程度である。このことから、誘電体導波管線路６の幅ｂを１ｍｍとし、比誘電率εｒが１００  の常誘電体を用い、上部がＨ面、すなわち磁界が上側の面に平行に巻く電磁界分布になるように用いた場合は、使用することのできる最小の周波数は１５ＧＨｚと算出される。したがって、マイクロ波帯の領域で十分利用可能となる。
【００３０】
一方、誘電体基板として一般的に用いられる樹脂からなる誘電体は、比誘電率εｒ  が２程度であるため、線幅が１ｍｍの場合は約１００  ＧＨｚ以上でないと利用することができないものとなる。
また、全ての常誘電体セラミックスが利用可能であるわけではない。誘電体導波管線路の場合は導体による損失はほとんどなく、信号伝送時の損失のほとんどは誘電体による損失で決まる。その誘電体による損失α（ｄＢ／ｍ）は次のように表わされる。
【００３１】
α＝２７．３×ｔａｎδ／〔λ／｛１−（λ／λｃ  ）２  ｝１／２  〕          （１）
式（１）中、ｔａｎδは誘電体の誘電正接、λは誘電体中の波長、λｃは遮断波長である。規格化された矩形導波管（ＷＲＪシリーズ）形状に準ずると、上式中の｛１−（λ／λｃ  ）２  ｝１／２  は０．７５程度である。
従って、実用に供し得る伝送損失である−１００  ｄＢ／ｍ又はそれ以下を実現するには、次の関係が成立するように誘電体を選択することが必要である。
【００３２】
ｆ×√εｒ  ×ｔａｎδ≦０．８                                              （２）
式（２）中、ｆは使用する高周波信号の周波数（ＧＨｚ）である。
例えば、使用する高周波信号の周波数を１０〜１００ＧＨｚとした場合、前記の不等式を満たす常誘電体材料としては、アルミナセラミックスや窒化アルミニウムセラミックス、ガラスセラミックスなどの低温焼成セラミックス（後述）から選ばれる少なくとも１種であることが望ましい。
【００３３】
次に、このような誘電体導波管線路を用いた、本発明の誘電体導波管線路と導波管との接続構造の形態例を図２及び図３に示す。
図２は、誘電体導波管線路６の上下一対の導体層２，３のうち、上側に位置する導体層２の上に、高周波信号の伝送方向が直交するように、内部が中空の金属壁で構成された方形導波管８の開口端面９を、誘電体層１６を介して当接させた接続構造を示す分解斜視図である。また図３（ａ）は、同接続構造を示す側断面図である。
【００３４】
表示を簡単にするために誘電体導波管線路６は、上下一対の導体層２，３及び貫通導体群４から構成される輪郭で表示し、この輪郭外部に存在する誘電体基板１の図示は省略している。なお誘電体導波管線路６の終端面も、前述したように貫通導体群４が配置されているが、これも輪郭で表示している。
この例では、誘電体導波管線路６において導体層２，３がＨ面となり、貫通導体群４による疑似的な導体壁がＥ面となる。
【００３５】
誘電体導波管線路６の終端面の近くの導体層２には、高周波信号の結合用の開口として設けた、導体層２が存在しない結合用窓７がある。方形導波管８は、図３に示すように、誘電体層１６を介して導体層２に間接的に当接されている。両者は電気的に導通している必要はない。また図３からわかるように、接続部構造の表層部分は誘電体層１６に覆われているために導体層２が露出しておらず、導体層２の腐食が発生しない構造となっている。またメッキの必要性も無いことからコスト低減が可能となっている。
【００３６】
方形導波管８より電磁波が入射した時を考える。シングルモードの場合、図３（ｂ）に示すように、方形導波管８内では、電界は断面の短手方向に平行なベクトルＶ１を有するが、それが結合用窓７を介し誘電体導波管線路６内に入射した後は、誘電体導波管線路６の短手方向に平行なベクトルＶ２に方向変換される。その際、誘電体層１６の厚みｔが伝送信号の半波長よりも大きい場合は、誘電体層１６内を横方向に伝送可能な平行平板モード（ＴＥＭモード）、すなわち、方形導波管８内のベクトルと直交する電界ベクトルが発生することとなり、その結果、誘電体層１６の側面から信号が漏洩しやすくなる。これに対して、誘電体層１６の厚みｔを伝送信号の半波長以下、望ましくは４分の１波長以下とすることにより、前記の平行平板モードの発生を抑制することができ、誘電体層１６の側面から電磁波が漏洩するのを防止することができる。
【００３７】
本発明の誘電体導波管線路６と方形導波管８との接続構造における結合用窓７の位置・形状及び大きさについては、接続構造に要求される周波数特性、結合量及び反射量が複雑に関与する。このため、要求される周波数特性を満足するように電磁界解析により繰り返し計算することによって、所望の接続特性を有する結合用窓７の位置、形状及び大きさ等が決定されることとなる。
これらの材料により誘電体基板１、誘電体層１６を形成するには、例えば前述した常誘電体材料のセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤・溶媒を添加混合して泥漿状になすとともに、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用してシート状となすことによって複数枚のセラミックグリーンシートを得る。しかる後、これらセラミックグリーンシートの各々に適当な打ち抜き加工を施すとともにこれらを積層し、アルミナセラミックスの場合は１３００〜１７００℃、低温焼成セラミックスの場合は８５０  〜１０５０℃、窒化アルミニウムセラミックスの場合は１５００〜１９００℃の温度で焼成することによって、誘電体基板１や誘電体層１６を製作する。
【００３８】
また、一対の導体層２，３は、例えば誘電体基板１や誘電体層１６がアルミナセラミックスから成る場合には、タングステン等の金属粉末に適当なアルミナ、シリカ、マグネシア等の酸化物や有機溶剤・溶媒等を添加混合してペースト状にしたものを用いて厚膜印刷法により、少なくとも伝送線路部分を完全に覆うようにセラミックグリーンシート上に印刷する。しかる後、グリーンシートとともに約１６００℃の高温で焼成して形成する。なお、金属粉末としては、低温焼成セラミックスの場合は銅、金、銀が、窒化アルミニウムセラミックスの場合はタングステン、モリブデンが好適である。また、導体層２，３の厚みは５〜５０μｍ程度とする。
【００３９】
また、貫通導体群４を構成する貫通導体は、例えばビアホール導体やスルーホール導体等により形成すればよい。その断面形状は製作が容易な円形の他、矩形や菱形等の多角形であってもよい。これら貫通導体は、例えばセラミックグリーンシートに打ち抜き加工を施して作製した貫通孔に導体層２，３と同様の金属ペーストを埋め込み、しかる後、誘電体基板１と同時に焼成して形成する。なお、貫通導体の直径は５０〜３００  μｍが適当である。
【００４０】
また、上で詳述した本発明の誘電体導波管線路と方形導波管の接続構造によれぱ、特に誘電体基板１、誘電体層１６は、低温焼成セラミックスを用いて作製されることが望ましい。低温焼成セラミックスは、焼成温度が低いため、導電率の高い銅、あるいは銀を導体に用いることができる。このため導体損を低減できる利点があり、接続部のメッキが不要なためコストを低減できる。また低温焼成セラミックスは、一般的な有機基板に比べて誘電率を高く調整できるため、構造をコンパクトにできるメリットもある。さらに、信頼性の観点から有機基板と異なり耐水蒸気性が高いため高信頼性が得られる。
【００４１】
低温焼成セラミックスとしては、ＳｉＯ２を必須成分とし、Ａｌ２Ｏ３、アルカリ土類酸化物（ＢａＯ，ＣａＯ，ＳｒＯ，ＭｇＯなど）、アルカリ金属酸化物（Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏなど）、Ｆｅ２Ｏ３，Ｂ２Ｏ３，ＣｕＯの群から選ばれる少なくとも一種を組み合わせた酸化物混合系、また、酸化物の混合物を溶融後、急冷して作成されたガラス系、又はこのガラスに、石英（ＳｉＯ２）、Ａｌ２Ｏ３、アルカリ土類酸化物（ＢａＯ，ＣａＯ，ＳｒＯ，ＭｇＯなど）、アルカリ金属酸化物（Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏなど）、Ｆｅ２Ｏ３，Ｂ２Ｏ３，ＣｕＯなどの単独酸化物、又は２種以上の複合酸化物、ＡｌＮ、窒化珪素、炭化珪素の群から選ばれる少なくとも１種のセラミックフィラーを添加混合した、いわゆるガラスセラミックスなどがあげられる。なお、前記ガラスとしては、焼成後も非晶質のままである非晶質ガラス、または焼成後に結晶化する結晶化ガラスのいずれでもよい。
【００４２】
図４は、本発明の誘電体導波管線路と導波管との接続構造の他の形態例を示す分解斜視図である。この例では、誘電体導波管線路６と方形導波管８とを誘電体層１６及び誘電体共振器１１を介して接合している。
図４において２，３は一対の導体層、４は貫通導体群、６が誘電体導波管線路、１１は誘電体共振器である。この例では、誘電体導波管線路６において導体層２，３がＨ面となり、貫通導体群４による疑似的な導体壁がＥ面となる。
【００４３】
誘電体共振器１１は、誘電体基板１において、導体層２，３のそれぞれ延長となる一対の導体層２，３及びそれら一対の導体層２，３を電気的に導通させる貫通導体群４に囲まれて形成されている。
図５は、誘電体共振器１１を示す平面図である。誘電体共振器１１は、図５に示すように、誘電体導波管線路６の終端部近くで、一定の長さｄにわたって貫通導体群４の幅ｂをｂ′（ｂ′＞ｂ）に広げて配置し、終端を閉じることによって形成することができる。この誘電体共振器１１の共振特性は、幅ｂ′及び幅ｄを調整することによって制御できる。
【００４４】
また誘電体共振器１１の上側導体層２には、図３と同様、高周波信号の結合用の開口として結合用窓７を設けている。
また、図４に示される番号８は内部が中空の金属壁で構成された方形導波管であり、その開口端面９が誘電体層１６を介して、高周波信号の伝送方向が直交するように誘電体共振器１１の導体層２に当接させて配置されている。
この接続構造においては、方形導波管８内の導波管断面の短手方向に平行な電界ベクトルから、結合用窓７を介して誘電体導波管線路６内にて誘電体導波管線路６の断面の短手方向に平行な電界ベクトルに方向変換される際、誘電体共振器１１で共振が作用し、電界方向が変わることによって乱れた位相が共振器１１内で調整され、そろった位相で誘電体導波管線路６へ伝送することができるため、方向変換時の反射が減り、信号透過特性が向上する。
【００４５】
この実施形態においても、本発明の誘電体導波管線路６と方形導波管８との接続構造において結合用窓７を形成しているが、この位置、形状及び大きさについては、接続構造に要求される周波数特性、結合量及び反射量が複雑に関与する。このため、要求される周波数特性を満足するように電磁界解析により繰り返し計算することによって、所望の接続特性を有する結合用窓７の位置、形状及び大きさ等が決定されることとなる。
【００４６】
さらに、本発明の誘電体導波管線路と導波管との接続構造の他の形態例をいくつか説明する。
本発明の誘電体導波管線路６と方形導波管８との接続構造においては、接続構造で発生した反射が、誘電体導波管線路６の先に接続される回路部分、あるいは方形導波管８の先に接続される回路部分に悪い影響を与える可能性がある。そこで、本接続構造では、誘電体導波管線路６に電磁界整合部を備えている。
【００４７】
図６は、誘電体導波管線路６と方形導波管８との他の接続構造を示す斜視図であり、表示を簡単にするため方形導波管８、誘電体層１６は省略し、共振器１１、誘電体導波管線路６のみを示した。図４と同様の箇所には同じ符号を付してある。
この実施形態によれば、共振器１１の後段側に電磁界整合部２０が設けられている。誘電体導波管線路６の高さを誘電体導波管線路６の高さから変更した部分（この例では、高さを低くしている。）が、電磁界整合部２０に相当する。この電磁界整合部２０は、誘電体共振器１１からの電磁界をさらに誘電体導波管線路６で伝送する電磁界モードにあわせ、誘電体導波管線路と方形導波管との接続部における反射を低減するために機能する部分である。
【００４８】
誘電体導波管線路６の高さの変更は、例えば図１に示した誘電体基板１として、２枚の誘電体基板を用意し、電磁界整合部２０以外の部分は２枚の誘電体基板を重ね合わせて構成し、電磁界整合部２０の形成部分のみ１枚の誘電体基板で構成することにより、実現することができる。電磁界整合部２０の高さは、用いる誘電体基板の厚さを選定することにより、任意に設定することができる。
電磁界整合部の例として、図６に示すような誘電体導波管線路６の高さを変えた構造の他に、図７に示すような誘電体導波管線路６の幅を変えた電磁界整合部２１の構造を採用してもよい。図７の例では、電磁界整合部２１の幅を誘電体導波管線路６の幅よりも大きくしている。幅の変更は、貫通導体４のスルーホールやビアホールの形成位置を変更することにより、簡単に実現できる。
【００４９】
また、図８のように誘電体導波管線路６の一部分２２を、誘電体導波管線路６で用いている誘電体とは異なる誘電率をもつ物質で構成してもよい。この構造は、例えば、誘電体基板の電磁界整合部分を除去し、代わりに異なる誘電率の誘電体を接合したり、誘電体基板を形成するセラミックスグリーンシートの電磁界整合部分に所定の孔を設け、その中に異種誘電体ペーストを埋め込み、積層し、同時焼成することによって製造することができる。
【００５０】
また、図９のようにピン導体１５を誘電体導波管線路６の中に配置した構造の電磁界整合部２３を採用しても、電磁界整合効果が得られる。なお、図９でピン導体１５の高さは誘電体導波管線路６と同じ高さであってもよいが、必ずしも同じ高さである必要は無く、たとえば誘電体導波管線路６の高さの半分でもよい。半分の高さのピン導体を形成するには、例えば図１に示した誘電体基板１として、２枚の誘電体基板を用意し、そのうち１枚の誘電体基板のみに対してスルーホールやビアホールを形成し、その中に金属ペーストで埋めて、その上から２枚目の誘電体基板を重ね合わせることにより実現することができる。
【００５１】
さらに、異なる構造の複数の電磁界整合部を組み合わせた構造も効果があり、例えば図１０に示すように、誘電体導波管線路の高さを変えて構成される電磁界整合部２０と、ピン導体１５をもって構成される電磁界整合部２３とを両方有する構造なども、反射防止と高周波特性向上に効果がみられる。
図９、図１０に示した誘電体導波管線路６に設けたピン導体１５は、信号が誘電体導波管線路６から伝搬してきた場合、方形導波管８との接続構造で発生した反射波を打ち消す働きを担っている。つまり、方形導波管８との接続構造で反射された波と１８０度位相の異なる反射波をピン導体１５で発生させ、反射波を抑える構造となっている。そのため基本的には、ピン導体１５は、結合用窓７の中心から１波長内に設ければ機能する。ただし、その箇所から波長の整数倍離れた箇所に設置しても同様の働きが期待でき、必ずしも設置場所を一波長内に特定する必要はない。
【００５２】
以上の電磁界整合部２０，２１，２２，２３は、放射を伴わない受動素子として機能するため、上記に示した反射低減効果は、電磁波が誘電体導波管線路６から方形導波管８に伝搬するときのみならず、電磁波が方形導波管８から誘電体導波管線路６に伝搬するときも成立する。
次に、本発明の誘電体導波管線路と導波管との接続構造の応用例を説明する。
図１１は、誘電体導波管線路６をアンテナ基板１ａ内に内蔵し、方形導波管８からアンテナへの給電を行う場合の、誘電体導波管線路６と方形導波管８の接続構造を示す透視斜視図である。この接続構造により信頼性が高く反射損失の少ないアンテナ基板を作成できる。なお、この図１１では誘電体導波管線路６の片側の導体層に切り欠き２４ａを設けたスロットアンテナ２４を示したが、スロットあるいはビア導体を介して給電するパッチアンテナを用いても問題は無く、アンテナ形態には依存しない。
【００５３】
また、図１２は、フィルター基板１ｂに本発明の誘電体導波管線路６と方形導波管８の接続構造を適用した例を示す透視斜視図である。この構成においても、本発明の誘電体導波管線路６と方形導波管８の接続構造により、高信頼性が得られフィルター反射損失を低減できる。また接続部のメッキが不要なためコストを低減できる。このとき、フィルター基板１ｂに形成されるフィルター２５の形態は、図１２に示した誘電体を用いるものには限らず、ストリップラインなどを用いたフィルターでもよい。
【００５４】
【実施例】
図２に示した構成の誘電体導波管線路と導波管との接続構造を作製し、以下のようにして信頼性試験を行った。
信頼性試験は、温度１５０℃、−６５℃の条件で行い１５０℃と−６５℃でそれぞれ３０分保持し１０００サイクル行った。本発明の誘電体導波管線路と導波管との接続構造を有する誘電体基板と、特開平１２−１９６３０１号に示された表層導体部を伴う接続構造を有する誘電体基板との外観比較を行ったところ、本発明品では信頼性試験後外観に変化は無かったが、後者の基板ではメタライズ表層部にシミや腐食による変色など外観不良になったものが存在した。これにより、本発明の誘電体導波管線路と導波管との接続構造が信頼性に優れるものであるということがわかる。
【００５５】
またさらに本発明品の高周波特性を評価するために、Ｓパラメータのシミュレーションを行った。方形導波管８にはＷＲ−１５、つまり高周波信号の伝送方向に垂直な断面の寸法が３．７６ｍｍ×１．８８ｍｍのものを用いた。誘電体導波管線路６を作製するための誘電体基板１には比誘電率εｒ  が４．９  の銅導体同時焼成ガラスセラミックスを用い、貫通導体はφ０．２ｍｍのビアで形成した。２列の貫通導体群４の間隔ｂはビアの中心間距離で３．０ｍｍ、一対の導体層２，３の間隔ａは０．６ｍｍとした。また、導体層には結合用窓７として１．１２ｍｍ×１．６２ｍｍの開口を設けた。このような誘電体導波管線路６の結合用窓７を覆うように厚み０．１ｍｍの誘電体層１６を介して方形導波管８の開口端面９を導体層２に当接させた。
【００５６】
この接続構造について、方形導波管８から誘電体導波管線路６へ高周波信号を伝送したときの高周波信号の伝送特性を図１３に示す。
図１３はＳパラメータの周波数特性を示す線図であり、横軸は周波数（ＧＨｚ）を、縦軸はＳパラメータの値（ｄＢ）を表わしている。図中の特性曲線は、Ｓパラメータのうち反射係数（Ｓ１１）及び透過係数（Ｓ２１）の周波数特性を示している。破線が反射係数（Ｓ１１）、実線が透過係数（Ｓ２１）である。
【００５７】
つぎに、方形導波管８を誘電体層１６及び共振器１１を介して誘電体導波管線路６に接続した図４の構造を製作し、Ｓパラメータを測定した結果が図１４である。共振器１１の大きさはそれを形成するビア４の中心間距離で３．４ｍｍ×１．５９ｍｍとした。Ｓパラメータの周波数特性を求めたところ、反射係数（Ｓ１１）が５８．７ＧＨｚ近傍と６０．０ＧＨｚ近傍で極小になり、透過係数（Ｓ２１）が極大となり、図１３に比べて反射が減少し、透過係数（Ｓ２１）の信号透過特性が向上していることがわかる。
【００５８】
またさらに、電磁界整合部として図６に示したような高さの異なる誘電体導波管線路部を設けた場合のＳパラメータの周波数特性を図１５に示す。電磁波整合部２０の長さは１．１１ｍｍ、電磁波整合部２０における上下の導体層の間隔が０．３ｍｍ、電磁波整合部２０の中心位置は結合用窓中心部から１．５４５ｍｍである。この電磁波整合部２０により、図１５にあるように、反射係数（Ｓ１１）がさらに減少し、信号透過特性が向上していることがわかる。
【００５９】
さらに、図１０に示したように誘電体導波管線路の高さを変えて構成した電磁界整合部２０に、さらにピン導体１５で構成した電磁界整合部２３を備えた誘電体導波管線路６を作製した。ここでピン導体１５の高さは０．３ｍｍであり、高さの異なる電磁界整合部２０の端面から１．６６５ｍｍ、貫通導体４から０．３６５ｍｍの箇所に２本設置した。この場合のＳパラメータの周波数特性を図１６に示す。この構造は図１５に比べてさらに高周波特性が向上していることがわかる。
【００６０】
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更・改良を施すことは何ら差し支えない。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、誘電体導波管線路の一方の導体層に設けた結合用窓に、誘電体層を介して高周波信号の伝送方向が異なるように開口端面を対向させた導波管を接続することにより、構造が単純で、信頼性が高く製造コストの低い誘電体導波管線路と導波管との接続構造を提供できる。
さらに前記誘電体導波管線路に、前記貫通導体と前記一対の導体層を用いた共振器を作製し、該共振器の一方の導体層に前記結合用窓を形成して、この結合用窓に対して高周波信号の伝送方向が所定方向になるように誘電体層を介して導波管の開口端面を接続することにより、反射を低減でき、信号透過特性の優れた接続構造を提供できる。
【００６２】
また、前記誘電体導波管線路に、高周波信号の伝送時の反射を低減するための電磁界整合部を形成することにより、信号伝送損失が低減可能となり、高周波伝送特性がさらに向上した接続構造を実現することができる。
また、本発明の誘電体導波管線路と導波管との接続構造をアンテナ基板及びフィルター基板に用いることにより、信頼性が高く、かつ製造コストの低いアンテナ基板及びフィルター基板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる誘電体導波管線路の内部構造を説明するための概略斜視図である。
【図２】本発明の誘電体導波管線路と導波管との接続構造の一例を示す分解斜視図である。
【図３】同接続構造を示すＸ−Ｘ線側断面図（ａ）及び電界ベクトルを示す図（ｂ）である。
【図４】本発明の、誘電体共振器が形成された誘電体導波管線路と導波管との接続構造の例を示す分解斜視図である。
【図５】誘電体導波管線路に形成される誘電体共振器を示す平面図である。
【図６】本発明の、誘電体導波管線路の断面の高さを変えた電磁界整合部が形成された誘電体導波管線路と、導波管との接続構造を示す斜視図である。
【図７】本発明の、誘電体導波管線路の断面の幅を変えた電磁界整合部が形成された誘電体導波管線路と導波管との接続構造を示す斜視図である。
【図８】本発明の、誘電体導波管線路の誘電体材料を変えた電磁界整合部が形成された誘電体導波管線路と導波管との接続構造を示す斜視図である。
【図９】本発明の、誘電体導波管線路内にピン導体を配置した電磁界整合部が形成された誘電体導波管線路と導波管との接続構造を示す斜視図である。
【図１０】本発明の、誘電体導波管線路の断面の高さを変えた電磁界整合部と、誘電体導波管線路内にピン導体を配置した電磁界整合部が形成された誘電体導波管線路と導波管との接続構造を示す斜視図である。
【図１１】本発明の誘電体導波管線路と導波管との接続構造を内蔵するアンテナ基板の例を示す斜視図である。
【図１２】本発明の誘電体導波管線路と導波管との接続構造を内蔵するフィルター基板の例を示す斜視図である。
【図１３】誘電体導波管線路と導波管との接続構造におけるＳパラメータの周波数特性を示す線図である。
【図１４】誘電体導波管線路に共振器とを設けた場合の誘電体導波管線路と導波管との接続構造におけるＳパラメータの周波数特性を示す線図である。
【図１５】誘電体導波管線路に共振器と電磁界整合部とを設けた場合の誘電体導波管線路と導波管との接続構造におけるＳパラメータの周波数特性を示す線図である。
【図１６】誘電体導波管線路に共振器と２種類の電磁界整合部とを設けた場合の誘電体導波管線路と導波管との接続構造におけるＳパラメータの周波数特性を示す線図である。
【符号の説明】
１  誘電体基板
１ａ  アンテナ基板
１ｂ  フィルター基板
２、３  導体層
４  貫通導体群
５  補助導体層
６  誘電体導波管線路
７  結合用窓
８  方形導波管
９  開口端面
１１  誘電体共振器
１５  ピン導体
１６  誘電体層
２０〜２３  電磁界整合部
２４  スロットアンテナ
２５  フィルター
【図１】
2004357042.tif 000003
【図２】
2004357042.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004357042.tif 000008
【図７】
2004357042.tif 000009
【図８】
2004357042.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2004357042.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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