(57)【要約】【課題】高周波線路を導波管に変換する高周波線路−導波管変換器を内蔵する配線基板を小型化するための高周波線路−導波管変換器を提供する。【解決手段】誘電体基板１を上下から挟持する一対の主導体層２と、高周波信号の伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で電気的に接続して形成された２列の側壁用貫通導体群３と、主導体層２間を幅方向に信号波長の２分の１未満の間隔で電気的に接続する一対の端面用貫通導体群４とで囲まれて成る高周波信号を伝送する誘電体導波管線路５の一端側に、上側の主導体層２の上方に誘電体層６を介して平行に配設された高周波信号を伝送する高周波線路７の一端を、上側の主導体層２を通して高周波的に結合させるとともに、誘電体導波管線路５の他端側の下側の前記主導体層２に、導波管８がその一端の開口を対向配置させて高周波的に結合される導波管結合用開口９が形成されている。【選択図】  図１
2004297464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板を上下から挟持する一対の主導体層と、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主導体層間を電気的に接続して形成された２列の側壁用貫通導体群と、前記主導体層間を幅方向に前記信号波長の２分の１未満の繰り返し間隔で電気的に接続する一対の端面用貫通導体群とを具備して成り、前記主導体層および側壁用貫通導体群で囲まれた領域によって前記一対の端面用貫通導体群の間で高周波信号を伝送する誘電体導波管線路の一端側に対して、上側の前記主導体層の上方に誘電体層を介して平行に配設された前記高周波信号を伝送する高周波線路の一端を、上側の前記主導体層を通して高周波的に結合させるとともに、前記誘電体導波管線路の他端側の下側の前記主導体層に、導波管がその一端の開口を対向配置させて高周波的に結合される導波管結合用開口が形成されていることを特徴とする高周波線路−導波管変換器。
【請求項２】
前記誘電体導波管線路の前記一端側の上側の前記主導体層の前記高周波線路の前記一端と対向する部位に高周波線路結合用開口を形成するとともに、前記高周波線路の前記一端から前記高周波線路結合用開口を通して前記誘電体導波管線路の内部に至る貫通導体を形成することによって、前記高周波線路の前記一端を前記誘電体導波管線路の前記一端側に高周波的に結合させている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】
前記誘電体導波管線路の前記一端側の上側の前記主導体層の前記高周波線路の前記一端と対向する部位にスロットを形成することによって、該スロットを介して前記高周波線路の前記一端を前記誘電体導波管線路の前記一端側に高周波的に結合させている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４】
前記誘電体導波管線路の前記他端側に、前記２列の側壁用貫通導体群の前記所定の幅または前記一対の主導体層間の間隔を変化させた、前記誘電体導波管線路の前記他端側の特性インピーダンスを前記導波管と整合させるための整合領域を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。
【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マイクロストリップ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を介して行なうことにより、システムの実装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。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高度情報化時代を迎え、情報伝達に用いられる高周波信号は、１〜３０ＧＨｚのマイクロ波領域から３０〜３００ＧＨｚのミリ波領域の周波数までを活用することが検討されており、例えば、車間レーダーのようなミリ波の高周波信号を用いた応用システムも提案されるようになっている。
【０００３】
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、回路を構成する高周波線路における高周波信号の減衰が大きくなってしまうという問題点がある。例えば、高周波線路がマイクロストリップ線路構造である場合、誘電体基板における誘電体損は周波数に比例（誘電正接が周波数に独立のとき）して大きくなり、線路導体における導体損は周波数の平方根に比例して大きくなってしまうというものである。このことから、同じマイクロストリップ線路でも、使用する周波数が１ＧＨｚから１０ＧＨｚに高くなると、誘電体損は１０倍に、導体損は約３．２倍に大きくなってしまい、この損失を補うために低雑音・高効率・高利得の高価な高周波部品を多用することが必要になり、システムが高価になってしまうという問題点があった。
【０００４】
このようなマイクロストリップ線路構造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、２６ＧＨｚ〜４０ＧＨｚ帯に用いられる導波管ＷＲ−２８の損失は４０ＧＨｚで約０．００５ｄＢ／ｃｍであり、これはアルミナ基板を用いたマイクロストリップ線路の損失約１ｄＢ／ｃｍよりも格段に小さい。これは、マイクロストリップ線路等による通常の高周波線路（一般にインピーダンスは５０Ωで設計される）に比較して導波管のインピーダンスが大きく（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）、通常の高周波線路では伝送される信号エネルギーに対して誘電体中を伝送する電界エネルギーの寄与が大きいのに対して、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。
【０００５】
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。例えば、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（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図３は、そのような高周波モジュールの高周波線路−導波管変換部構造を説明するための断面図である。図３によれば、高周波線路−導波管変換部３０は、金属製筐体３１と筐体カバー３２とインターフェイス基板３３とから構成されている。インターフェイス基板３３の上面には線路導体３４が形成され、金属製筐体３１と筐体カバー３２とからなる導波管３５に挿入されている。
【０００７】
この高周波線路−導波管変換部３０における高周波線路−導波管変換は、線路導体３４を信号波長の１／４だけ導波管３５に挿入し、モノポールアンテナとして導波管を励振することにより行なうものである。線路導体３４からは下方の導波管開口に向かう直接波と上方の筐体カバー３２側に向かう間接波が放射される。筐体カバー３２の凹底部３６は金属で形成されているため、この凹底部３６は導波管３５を短絡終端していることになる。線路導体３４から筐体カバー３２側に放射された間接波は凹底部３６で反射し、線路導体３４まで戻ってきて直接波と合成される。このとき線路導体３４と凹底部３６との距離を信号波長の１／４にすれば、線路導体３４から放射し、凹底部３６で反射して線路導体３４まで戻ってくる間接波の光路長は信号波長の１／２になる。間接波は凹底部３６における反射が短絡終端による反射になっているので、電位位相が反転しており、光路長による位相のズレが半波長、反射時の位相反転による位相ズレが半波長あり、結局直接波と同位相になって効率よく導波管開口側へ伝送する。
【０００８】
このとき、線路導体３４をモノポールアンテナとして機能させるには、その導波管内に挿入した長さを正確に信号波長の１／４にする必要があり、また、線路導体３４から上方に放射されて凹底部３６で反射してきた間接波の位相を線路導体３４から下方に放射される直接波の位相と同位相にするには、線路導体３４と凹底部３６との間の距離を正確に信号波長の１／４にする必要がある。従って、モノポールアンテナとして機能する線路導体３４の導波管３５内への挿入長さや筐体カバー３２の寸法精度、組み立て精度によって特性が大きく変動することとなる。
【０００９】
この高周波線路−導波管変換器３０は、金属製筐体３１上に電子部品とともに組み立てにより構成されるので、各部材の位置ずれにより高周波線路−導波管変換器の変換損失が大きくなった場合に組み立て不良となり、用いた部材のすべてが無駄になってしまうという問題があった。また金属製筐体３１上に電子部品を搭載し、その外側に高周波線路−導波管変換器３０を構成することとなり、装置が大きくなってしまうという問題もあった。
【００１０】
このような問題を解決するために、例えば図４に示すような配線基板内に高周波線路−導波管変換器を内蔵した配線基板が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この配線基板では、誘電体基板４０の表面に一端を有する線路導体４１を形成し、配線基板の内層に接地層４２を形成して、線路導体の一端に対峙する接地層４２部分にスロット４３を形成し、スロット４３下部に導波管開口に沿って形成したビアホール導体４４により整合部を構成して、線路導体４１と接地層４２からなる高周波線路をスロット４３と電磁結合させ、対向する位置に導波管４５を接続する高周波線路−導波管変換器が考えられる。この場合の接地層４２はマイクロストリップ線路の接地として機能するとともに、スロット４３から放射され誘電体基板４０と導波管４５との境界で反射してスロット４３側に戻ってきた電磁波（反射波）を再度反射する反射板としても機能する。この変換器によれば、スロット４３から誘電体基板４０と導波管４５との境界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４３から放射され、誘電体基板４０と導波管４５との境界で反射して接地層４２で再度反射して境界に到達した反射波と、スロット４３から直接境界まで伝送してきた電磁波（直接波）との光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基板４０と導波管４５との境界で反射する際に位相が反転することから、境界では直接波と反射波が同位相になって強め合い、導波管４５へ伝播していくこととなる。すなわち、このような配線基板を用いれば、高周波線路−導波管変換器があらかじめ配線基板内に内蔵されているため、その特性を事前に検査しておけば、電子部品を組み立てた後に高周波線路−導波管変換器の不具合でモジュール全体が無駄になることがなくなる。
【００１１】
〔特許文献１〕
特開平２００３−８３１４号公報
〔特許文献２〕
特開平２００２−１８５２２２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この構成では高周波線路の一端に対峙するスロットに対向する位置に導波管を接続するため、例えば図４に示したように電子部品搭載領域４６を挟んで両側に入力用と出力用の高周波線路−導波管変換器を有する配線基板の外形は、少なくてもそれぞれのスロット４３の位置より導波管の短辺長さの１／２倍だけ外側に大きくなる。導波管の短辺長さは使用周波数にもよるが、例えば使用周波数が３０ＧＨｚの場合３．５６ｍｍ（ＷＲ−２８の場合）であり、その１／２倍は１．７８ｍｍとなり、この高周波線路−導波管変換器を用いた配線基板は大型化し、実装密度を高めることができなくなってしまう場合があった。
【００１３】
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、高周波線路を導波管に変換する高周波線路−導波管変換器を内部に有する配線基板を小型化するための高周波線路−導波管変換器を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波線路−導波管変換器は、誘電体基板を上下から挟持する一対の主導体層と、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主導体層間を電気的に接続して形成された２列の側壁用貫通導体群と、前記主導体層間を幅方向に前記信号波長の２分の１未満の繰り返し間隔で電気的に接続する一対の端面用貫通導体群とを具備して成り、前記主導体層および側壁用貫通導体群で囲まれた領域によって前記一対の端面用貫通導体群の間で高周波信号を伝送する誘電体導波管線路の一端側に対して、上側の前記主導体層の上方に誘電体層を介して平行に配設された前記高周波信号を伝送する高周波線路の一端を、上側の前記主導体層を通して高周波的に結合させるとともに、前記誘電体導波管線路の他端側の下側の前記主導体層に、導波管がその一端の開口を対向配置させて高周波的に結合される導波管結合用開口が形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の高周波線路−導波管変換器は、上記構成において、前記誘電体導波管線路の前記一端側の上側の前記主導体層の前記高周波線路の前記一端と対向する部位に高周波線路結合用開口を形成するとともに、前記高周波線路の前記一端から前記高周波線路結合用開口を通して前記誘電体導波管線路の内部に至る貫通導体を形成することによって、前記高周波線路の前記一端を前記誘電体導波管線路の前記一端側に高周波的に結合させていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の高周波線路−導波管変換器は、上記構成において、前記誘電体導波管線路の前記一端側の上側の前記主導体層の前記高周波線路の前記一端と対向する部位にスロットを形成することによって、該スロットを介して前記高周波線路の前記一端を前記誘電体導波管線路の前記一端側に高周波的に結合させていることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の高周波線路−導波管変換器は、上記構成において、前記誘電体導波管線路の前記他端側に、前記２列の側壁用貫通導体群の前記所定の幅または前記一対の主導体層間の間隔を変化させた、前記誘電体導波管線路の前記他端側の特性インピーダンスを前記導波管と整合させるための整合領域を設けたことを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の高周波線路−導波管変換器によれば、誘電体基板を上下から挟持する一対の主導体層と、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主導体層間を電気的に接続して形成された２列の側壁用貫通導体群と、前記主導体層間を幅方向に前記信号波長の２分の１未満の繰り返し間隔で電気的に接続する一対の端面用貫通導体群とを具備して成り、前記主導体層および側壁用貫通導体群で囲まれた領域によって前記一対の端面用貫通導体群の間で高周波信号を伝送する誘電体導波管線路の一端側に対して、上側の前記主導体層の上方に誘電体層を介して平行に配設された前記高周波信号を伝送する高周波線路の一端を、上側の前記主導体層を通して高周波的に結合させるとともに、前記誘電体導波管線路の他端側の下側の前記主導体層に、導波管がその一端の開口を対向配置させて高周波的に結合される導波管結合用開口が形成されていることから、従来の高周波線路−導波管変換器では導波管が高周波線路の一端に対向する位置に接続されるのに対し、本発明の高周波線路−導波管変換器では、導波管を接続する位置を、高周波線路の一端に対向する位置から誘電体導波管線路により任意の位置に移動させることが可能となり、導波管を接続する位置を、高周波線路の一端に対向する位置から、高周波線路の他端側（誘電体基板の内側）に移動させることによって、高周波線路−導波管変換器を内部に有する誘電体基板上に電子部品を搭載して成る配線基板を小型化することができる。
【００１９】
また、本発明の高周波線路−導波管変換器によれば、上記構成において、誘電体導波管線路の一端側の上側の主導体層の高周波線路の一端と対向する部位に高周波線路結合用開口を形成するとともに、高周波線路の一端から高周波線路結合用開口を通して誘電体導波管線路の内部に至る貫通導体を形成することによって、高周波線路の一端を誘電体導波管線路の一端側に高周波的に結合させているときには、誘電体導波管線路の内部に至る貫通導体が、誘電体導波管線路を励振するアンテナとして機能し、高周波線路と誘電体導波管線路との高周波的結合を行なうことができる。
【００２０】
また、本発明の高周波線路−導波管変換器によれば、上記構成において、誘電体導波管線路の一端側の上側の主導体層の高周波線路の一端と対向する部位にスロットを形成することによって、このスロットを介して高周波線路の一端を誘電体導波管線路の一端側に高周波的に結合させているときには、スロットが誘電体導波管線路を励振するアンテナとして機能し、スロット部に生じる磁界の内、誘電体導波管線路を伝送することができる電磁界モードと一致する一部の磁界が、スロット部で誘電体導波管線路に電磁波を励振するので、高周波線路と誘電体導波管線路との高周波的結合を行なうことができる。
【００２１】
また、本発明の高周波線路−導波管変換器によれば、上記構成において、誘電体導波管線路の他端側に、２列の側壁用貫通導体群の所定の幅または一対の主導体層間の間隔を変化させた、誘電体導波管線路の他端側の特性インピーダンスを導波管と整合させるための整合領域を設けたときには、この整合領域が誘電体導波管線路と導波管とのインピーダンス整合器として機能し、誘電体導波管線路と整合領域との境界で反射する反射波と、整合領域と導波管との境界で反射する反射波が互いに打ち消しあい、誘電体導波管線路と導波管との結合部で発生するインピーダンス不整合による反射波を低減させることができ、高周波信号の透過減衰量を低減させることができて、高周波的結合を良好にすることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２３】
図１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図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−ＡＡ線断面図である。図１において、１は誘電体基板、２は主導体層、３は側壁用貫通導体群、４は端面用貫通導体群、５は誘電体導波管線路、６は誘電体層、７は高周波線路、８は導波管、９は導波管結合用開口、１０は高周波線路結合用開口、１１は貫通導体である。
【００２４】
この本発明の高周波線路−導波管変換器の例においては、誘電体基板１を上下から挟持する一対の主導体層２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、かつ伝送方向と直交する方向に所定の幅で主導体層２間を電気的に接続して形成された２列の側壁用貫通導体群３と、主導体層２間を幅方向に信号波長の２分の１未満の繰り返し間隔で電気的に接続する一対の端面用貫通導体群４とを具備して成り、主導体層２および側壁用貫通導体群３で囲まれた領域によって一対の端面用貫通導体群４の間で高周波信号を伝送する誘電体導波管線路５の一端側に対して、上側の主導体層２の上方に誘電体層６を介して平行に配設された高周波信号を伝送する高周波線路７の一端を、上側の主導体層２を通して高周波的に結合させるとともに、誘電体導波管線路５の他端側の下側の主導体層２に、導波管８がその一端の開口を対向配置させて高周波的に結合される導波管結合用開口９が形成されている。
【００２５】
誘電体基板１を上下から挟持する一対の主導体層２とともに、側壁用貫通導体群３が信号波長の２分の１未満の繰り返し間隔で、かつ誘電体基板１内部における信号波長の２分の１以上である所定の幅で２列に電気的に接続して形成されているので、一対の主導体層２と側壁用貫通導体群３に囲まれた領域は誘電体導波管線路５として電磁波信号を伝送することができる。側壁用貫通導体群３は信号波長の２分の１未満の繰り返し間隔で形成されているので、電磁波信号は遮断されて側壁用貫通導体郡３に囲まれた領域の外へ伝播することはない。また、２列の側壁用貫通導体群３が信号波長の２分の１以上である所定の幅で形成されているので、誘電体導波管線路５の導波管としての遮断周波数は、信号周波数より低くなり、信号周波数において電磁波信号は側壁用貫通導体群３が並ぶ方向へ伝播することができる。
【００２６】
さらに、誘電体導波管線路５の両端は、幅方向に信号波長の２分の１未満の繰り返し間隔で主導体層２間を電気的に接続する端面用貫通導体群４がそれぞれ形成されているので、この一対の端面用貫通導体群４で端面が形成されている。
【００２７】
この誘電体導波管線路５の一端側で、上側の主導体層２の上方に誘電体層６を介して主導体層２の面と平行に配設された高周波信号を伝送する高周波線路７の一端と、例えば図３に示した構造と同様に、導波管壁面（上側の主導体層）に開口を設け、高周波線路から開口を通して導波管内に導体を挿入することによって、高周波的に結合されているので、高周波信号は誘電体導波管線路５と高周波線路７との間を伝播することができる。
【００２８】
また、誘電体導波管線路５の他端側で、下側の主導体層２に、導波管８がその一端の開口を対向配置されて高周波的に結合される導波管結合用開口１０が形成されているので、高周波信号は誘電体導波管線路５と導波管８との間を伝播することができる。
【００２９】
このような構造とすることにより、従来の高周波線路−導波管変換器では導波管８が高周波線路７の一端に対向する位置に接続されるのに対し、本発明の高周波線路−導波管変換器では、導波管８を接続する位置を、高周波線路７の一端に対向する位置から誘電体導波管線路５により任意の位置に移動させることが可能となる。導波管を接続する位置を、高周波線路７の一端に対向する位置から、一般的に電子部品が搭載される高周波線路７の他端側（誘電体基板の内側）に移動させることによって、高周波線路−導波管変換器を内部に有する誘電体基板上に電子部品を搭載して成る配線基板を小型化することができる。
【００３０】
また、誘電体導波管線路５の一端側の上側の主導体層２の高周波線路７の一端と対向する部位に高周波線路結合用開口１０を形成するとともに、高周波線路７の一端から高周波線路結合用開口１０を通して誘電体導波管線路５の内部に至る貫通導体１１を形成することによって、高周波線路７の一端を誘電体導波管線路５の一端側に高周波的に結合させると、貫通導体１１が誘電体導波管線路５を励振するアンテナとして機能し、高周波線路７と誘電体導波管線路５との高周波的結合を行なうことができる。
【００３１】
貫通導体１１は、誘電体導波管線路５内部への挿入長を信号波長の概略１／４になるように形成すると、貫通導体１１先端の電界強度が最大になるモノポールアンテナとして機能するので、貫通導体１１から誘電体導波管線路５への電磁波による高周波信号の放射効率を高くすることができるので好ましい。
【００３２】
また、貫通導体１１と誘電体導波管線路５の一端側の端面用貫通導体群４との距離を信号波長の概略１／４になるようにすると、貫通導体１１から誘電体導波管線路５の他端側に直接放射される電磁波と、貫通導体１１から誘電体導波管線路５の一端側に放射され、端面用貫通導体群４より成る端面で反射して誘電体導波管線路５の他端側に進行する電磁波とが強め合うこととなるので、貫通導体１１と誘電体導波管線路５との良好な高周波的結合を得ることができる。
【００３３】
このように高周波線路７と誘電体導波管線路５との高周波的結合を貫通導体１１によって行なう場合には、誘電体基板１の工程中において、貫通導体１１を形成する工程を側壁用貫通導体群３や端面用貫通導体群４を形成する工程と一体的にできるので、工程を簡易化することができる。
【００３４】
また、高周波線路結合用開口１０は、貫通導体１１の断面より大きく、かつ直径が信号波長の概略１／４の円形よりも小さくなるように形成すると、高周波線路結合用開口１０の対向する辺を結ぶ直線の最大長さは信号波長の概略１／４よりも短くなり、誘電体導波管線路５の内部で放射された電磁波が高周波線路結合用開口１０を通ることができないので、誘電体導波管線路５から高周波線路結合用開口１０を通って外部に電磁波が漏れるのを防ぐことができる。この洩れとは導体がなく空間（誘電体基板１内）を伝播する電磁波の洩れであり、貫通導体１１による伝送路を通じた高周波信号の伝送は可能である。
【００３５】
図２は本発明の高周波線路−導波管変換器の実施の形態の他の例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−ＢＢ線断面図である。図２において、２０はスロット、２１は整合領域である。なお、図１と同じ部位には図１と同じ符号で示した。
【００３６】
この本発明の高周波線路−導波管変換器の例においては、上記構成において、誘電体導波管線路５の一端側の上側の主導体層２の高周波線路７の一端と対向する部位にスロット２０を形成している。
【００３７】
この構成によれば、スロット２０部に生じる磁界の内、誘電体導波管線路５を伝送することができる電磁界モードと一致する一部の磁界が、スロット２０部で誘電体導波管線路５に電磁波を励振する。さらに、スロット２０と誘電体導波管線路５の一端側の端面用貫通導体群４との距離を信号波長の概略１／４になるようにすると、スロット２０に励振されて誘電体導波管線路５の他端側に直接伝送する電磁波と、スロット２０に励振されて誘電体導波管線路５の一端側に伝送し、端面用貫通導体群４より成る端面で反射して誘電体導波管線路５の他端側に伝送する電磁波とが強め合うようになるので、電磁波を効率的に誘電体導波管線路５内に励振することができる。
【００３８】
また、良好な高周波結合を行なうためには、スロット２０と高周波線路７との距離は、高周波信号のスロット２０に結合する伝送モードに対し、スロット２０と結合しない高次モードの発生を抑制する為に、高周波信号の信号波長の１／４未満とすることが好ましい。さらに、良好な高周波結合を行なうためには、スロット２０の長さは信号波長の１／２に、スロット２０の幅は、スロット２０のインピーダンスが高周波線路７のインピーダンスと同じになるように形成すると良い。
【００３９】
このように高周波線路７と誘電体導波管線路５との高周波的結合をスロット２０によって行なう場合には、スロット２０が形成されるような形状に主導体層２を形成すればよく、誘電体基板１の工程中において主導体層２の形成と一体的に形成することができるので、工程を簡易化することができる。
【００４０】
また、この本発明の高周波線路−導波管変換器の例においては、上記構成において、誘電体導波管線路５の他端側に、２列の側壁用貫通導体群３の所定の幅を変化させて、誘電体導波管線路５の他端側の特性インピーダンスを導波管８と整合させるための整合領域２１を設けている。
【００４１】
または、この導波管８と整合させるための整合領域２１は、一対の主導体層２間の間隔を変化させてもよく、例えば主導体層２の間隔が誘電体導波管線路５の他端に行くに従って狭くなったり広くなったりすることによってもよい。
【００４２】
このような構造とすることにより、誘電体導波管線路５のインピーダンスがその幅または高さ（主導体層２の間隔）で変化するので、この整合領域２１が誘電体導波管線路５と導波管８とのインピーダンス整合器として機能する。この整合領域２１を、誘電体導波管線路５と整合領域２１との境界で反射する反射波と、整合領域２１と導波管８との境界で反射する反射波とが互いに打ち消しあうように形成すると、誘電体導波管線路５と導波管８との結合部で発生するインピーダンス不整合による反射を低減させることができるので、高周波信号の透過減衰量を低減させることができ、高周波的結合を良好にすることができる。
【００４３】
この場合、誘電体導波管線路５と整合領域２１との境界で反射する反射波と、整合領域２１と導波管８との境界で反射する反射波とを完全に打ち消すには、それぞれの反射波の位相が逆で振幅が同じであることが望ましい。誘電体導波管線路５と整合領域２１との境界で反射する反射波の位相と、整合領域２１と導波管８との境界で反射する反射波の位相とを逆位相にするには、整合領域２１の長さを高周波信号の信号波長のほぼ１／４にするとよい。また、誘電体導波管線路５と整合領域２１との境界で反射する反射波の振幅と、整合領域２１と導波管８との境界で反射する反射波の振幅とを同じにするには、整合領域２１のインピーダンスを、誘電体導波管線路５の特性インピーダンスと導波管８の特性インピーダンスとの積の平方根にするとよい。
【００４４】
誘電体基板１・誘電体層６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・あるいは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。
【００４５】
主導体層２・側壁用貫通導体群３・端面用貫通導体群４・高周波線路７・貫通導体１１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。
【００４６】
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、誘電体基板１・誘電体層６を形成する誘電体材料は、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。例えば、特に望ましい無機の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・ガラスセラミック材料の群から選ばれる少なくとも１種の無機材料が挙げられる。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の上で望ましい。
【００４７】
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。次に、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側壁用貫通導体群３・端面用貫通導体群４・貫通導体１１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、続いて高周波線路結合用開口１０やスロット２０を有する主導体層２・高周波線路７の形状にメタライズペーストを印刷する。誘電体基板１・誘電体層６が複数の誘電体層の積層構造からなる場合には、これら導体が埋め込まれた、または印刷さ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、高温（約１６００℃）で焼成する。さらに、主導体層２や高周波線路７等が表面に露出する際は、導体の表面にニッケルめっきおよび金めっきを被着させる。
【００４８】
なお、本発明は以上の実施の形態の例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あれば、種々の変更を行なっても差し支えない。
【００４９】
例えば、図１では高周波線路７がマイクロストリップ線路構造の場合の例を示したが、たとえば誘電体層６の上にさらに誘電体層６を積層し、この誘電体層６の上面に高周波線路７を覆うように上面接地導体層を設けたトリプレート線路構造としてもよく、誘電体基板１・誘電体層６・主導体層２・側壁用貫通導体群３・端面用貫通導体群４の位置関係を図１に示す例と同様にすることにより、同様の効果を得ることができる。
【００５０】
また、高周波線路７と同一平面内に、高周波線路７と所定の間隔を隔てて主導体層２と接続されたグランド導体を配して、高周波線路７をグランド付きコプレーナ線路とすることもできる。
【００５１】
また、図２では高周波線路７の一端は開放され、スロット２０と電磁結合しているが、高周波線路７の一端をビアホール導体等で主導体層２に接続し、短絡先端にしてスロット２０と電磁結合させても良い。
【００５２】
さらに、図１や図２に示す本発明の実施の形態の例では、誘電体導波管線路５のある部分の誘電体は１層で例示しているが、誘電体は複数の層に分割して形成してもよい。この場合には、各層の側面用貫通導体群３・端面用貫通導体群４がそれぞれ電気的に接続されるように形成すればよいし、または各層の間の導体層を介して電気的に接続するように形成してもよい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の高周波線路−導波管変換器によれば、誘電体基板を上下から挟持する一対の主導体層と、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主導体層間を電気的に接続して形成された２列の側壁用貫通導体群と、前記主導体層間を幅方向に前記信号波長の２分の１未満の繰り返し間隔で電気的に接続する一対の端面用貫通導体群とを具備して成り、前記主導体層および側壁用貫通導体群で囲まれた領域によって前記一対の端面用貫通導体群の間で高周波信号を伝送する誘電体導波管線路の一端側に対して、上側の前記主導体層の上方に誘電体層を介して平行に配設された前記高周波信号を伝送する高周波線路の一端を、上側の前記主導体層を通して高周波的に結合させるとともに、前記誘電体導波管線路の他端側の下側の前記主導体層に、導波管がその一端の開口を対向配置させて高周波的に結合される導波管結合用開口が形成されていることから、従来の高周波線路−導波管変換器では導波管が高周波線路の一端に対向する位置に接続されるのに対し、本発明の高周波線路−導波管変換器では、導波管を接続する位置を、高周波線路の一端に対向する位置から誘電体導波管線路により任意の位置に移動させることが可能となり、導波管を接続する位置を、高周波線路の一端に対向する位置から、高周波線路の他端側（誘電体基板の内側）に移動させることによって、高周波線路−導波管変換器を内部に有する誘電体基板上に電子部品を搭載して成る配線基板を小型化することができる。
【００５４】
また、本発明の高周波線路−導波管変換器によれば、上記構成において、誘電体導波管線路の一端側の上側の主導体層の高周波線路の一端と対向する部位に高周波線路結合用開口を形成するとともに、高周波線路の一端から高周波線路結合用開口を通して誘電体導波管線路の内部に至る貫通導体を形成することによって、高周波線路の一端を誘電体導波管線路の一端側に高周波的に結合させているときには、誘電体導波管線路の内部に至る貫通導体が誘電体導波管線路を励振するアンテナとして機能し、高周波線路と誘電体導波管線路との高周波的結合を行なうことができる。
【００５５】
また、本発明の高周波線路−導波管変換器によれば、上記構成において、誘電体導波管線路の一端側の上側の主導体層の高周波線路の一端と対向する部位にスロットを形成することによって、このスロットを介して高周波線路の一端を誘電体導波管線路の一端側に高周波的に結合させているときには、スロットが誘電体導波管線路を励振するアンテナとして機能し、スロット部に生じる磁界の内、誘電体導波管線路を伝送することができる電磁界モードと一致する一部の磁界が、スロット部で誘電体導波管線路に電磁波を励振するので、高周波線路と誘電体導波管線路との高周波的結合を行なうことができる。
【００５６】
また、本発明の高周波線路−導波管変換器によれば、上記構成において、誘電体導波管線路の他端側に、２列の側壁用貫通導体群の所定の幅または一対の主導体層間の間隔を変化させた、誘電体導波管線路の他端側の特性インピーダンスを導波管と整合させるための整合領域を設けたときには、この整合領域が誘電体導波管線路と導波管とのインピーダンス整合器として機能し、誘電体導波管線路と整合領域との境界で反射する反射波と、整合領域と導波管との境界で反射する反射波が互いに打ち消しあい、誘電体導波管線路と導波管との結合部で発生するインピーダンス不整合による反射波を低減させることができ、高周波信号の透過減衰量を低減させることができて、高周波的結合を良好にすることができる。
【００５７】
以上により、本発明によれば、高周波線路を導波管に変換する高周波線路−導波管変換器を内部に有する配線基板を小型化するための高周波線路−導波管変換器を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【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（ａ）におけるＡ−ＡＡ線断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の高周波線路−導波管変換器の実施の形態の他の例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−ＢＢ線断面図である。
【図３】従来の高周波線路−導波管変換器の例を示す断面図である。
【図４】（ａ）は従来の高周波線路−導波管変換器を有する配線基板の例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−ＣＣ線断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・誘電体基板
２・・・・・主導体層
３・・・・・側壁用貫通導体群
４・・・・・端面用貫通導体群
５・・・・・誘電体導波管線路
６・・・・・誘電体層
７・・・・・高周波線路
８・・・・・導波管
９・・・・・導波管結合用開口
１０・・・・・高周波線路結合用開口
１１・・・・・貫通導体
２０・・・・・スロット
２１・・・・・整合領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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