(57)【要約】  【課題】  導波管との接続部における高周波信号の透過損失が小さく、特性が安定であり、かつ製造が容易である、導波管を接続するための非放射性誘電体線路を提供すること。  【解決手段】  ミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で平行に配置した導体板１，２間に誘電体線路３を配置し、一方の導体板１に対して誘電体線路３のＬＳＭモードの定在波の電界が強い箇所に、導体板１の表裏で開口の大きさが異なる貫通孔１ａを設けた非放射性誘電体線路Ｈ１である。貫通孔１ａが、貫通孔１ａを透過する高周波信号の電磁界を貫通孔１ａを透過する間に滑らかに変化させるため、貫通孔１ａに接続される様々な形状の開放終端部の導波管との接続部における高周波信号の透過損失を小さくすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で平行に配置した導体板間に誘電体線路を配置し、前記導体板の一方に対して前記誘電体線路のＬＳＭモードの定在波の電界が強い箇所に、前記導体板の表裏で開口の大きさが異なる貫通孔を設けたことを特徴とする非放射性誘電体線路。
【請求項２】
前記導体板の他方に対しても前記誘電体線路のＬＳＭモードの定在波の電界が強い箇所に、前記導体板の表裏で開口の大きさが異なる貫通孔を設けたことを特徴とする請求項１記載の非放射性誘電体線路。
【請求項３】
前記貫通孔は、導波管の開放終端部が接続されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の非放射性誘電体線路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミリ波集積回路等に組み込まれ、高周波信号の伝送用として用いられる非放射性誘電体線路と高周波用伝送線路とを接続するための構造に用いられる非放射性誘電体線路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、誘電体線路を１対の導体板によって挟持した単純な構造からなる非放射性誘電体線路（以下、ＮＲＤガイドともいう。）が、高周波信号の伝送線路の１つとして用いられている。そして、この非放射性誘電体線路を配線基板等に組み入れる場合、回路設計上、この非放射性誘電体線路を他の高周波用伝送線路と接続することが必要不可欠であり、その場合、伝送特性の劣化なく接続することが重要である。
【０００３】
従来、非放射性誘電体線路と導波管とを接続するための非放射性誘電体線路は、例えば、図５（ａ）に透視斜視図で、図５（ｂ）に平面図で、および図５（ｃ）にそのＣ−Ｃ’線断面図でそれぞれ示すように、平行に配置された平板状の導体板11，12間に誘電体線路13を配設してなる非放射性誘電体線路Ｈにおいて、誘電体線路13のＬＳＭモードの定在波の電界が強い箇所の導体板11に貫通孔11ａを設けていた（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００４】
この構成において、多くの場合には、貫通孔11ａの深さ（導体板11の厚さに相当する。）は、約１ｍｍ以上とされる。この理由は、非放射性誘電体線路Ｈがミリ波集積回路等の構成要素としてモジュール化されるときに、導体板11，12がモジュールの筐体を兼ねており、筐体としての導体板11，12に剛性が要求されることが多いためである。
【０００５】
しかしながら、そのような貫通孔11ａの深さは、例えば波長が約77ＧＨｚのミリ波信号に対しては、誘電体線路13を伝送する高周波信号の波長の４分の１以上の長さとなるため、貫通孔11ａの断面形状は、貫通孔11ａを透過する高周波信号の透過特性に大きく影響を与えることとなる。なお、図５（ｂ）において、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４はそれぞれＬＳＭモードの定在波の電界が強い箇所、すなわち貫通孔11ａを設けるのに好適な位置を表している。
【０００６】
この図５（ａ）に示すような非放射性誘電体線路Ｈは、高周波用伝送線路の一つである例えば導波管Ｇを貫通孔11ａに接続するために用いられるものである。
【０００７】
また、非放射性誘電体線路と導波管とを接続する技術については、特許文献１〜特許文献８にも同様の構成が開示されていた。
【特許文献１】特開2000−22407号公報
【特許文献２】特開2000−22408号公報
【特許文献３】特開2002−76721号公報
【特許文献４】特開2002−16406号公報
【特許文献５】特開2001−237618号公報
【特許文献６】特開2002−299920号公報
【特許文献７】特開2002−344210号公報
【特許文献８】特開2003−198218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、従来の非放射性誘電体線路では、上記の従来の技術のいずれにおいても、導体板11の表裏それぞれの貫通孔11ａの開口の大きさは同じとされており、また貫通孔11ａの断面形状についても導体板11の表裏に垂直な方向には一様な形状とされていた。
【０００９】
一方、この貫通孔11ａに導波管を介して接続される高周波用部材が例えばホーンアンテナのようなサイズが大きいものの場合には、導波管にはそれに対応した大きさが必要となるため、導波管の大きさが貫通孔11ａの大きさよりも大きくなる。また、導波管を介して接続される高周波用部材が例えば電圧制御発振器のようなサイズが小さいものの場合には、同様に導波管にはそれに対応した小ささが必要となるため、導波管の大きさが貫通孔11ａの大きさよりも小さくなる。そのため、多くの場合において、貫通孔11ａ内に閉じ込められる高周波信号の電磁界領域の大きさと、貫通孔11ａに接続させる導波管における高周波信号の電磁界領域の大きさとが異なることとなり、貫通孔11ａの開口の大きさおよび断面形状が一様であることと相俟って、それら電磁界領域の大きさの異なる電磁界が貫通孔11ａと導波管との接続部で急激に変化するため、貫通孔11ａから導波管へ、あるいは導波管から貫通孔11ａへ透過する高周波信号の透過損失が大きくなることがあるという問題点があった。
【００１０】
また、従来の非放射性誘電体線路では、貫通孔11ａを通過する高周波信号の透過特性が安定に維持され、なおかつ製造をしやすくするための条件が不明確であるため、製造したものの間の特性変動が大きくなることがあり、大量生産には不向きであるという問題点もあった。例えば、貫通孔11ａをパンチング，切削あるいはエッチング等の後加工で形成する方法では、貫通孔11ａをその断面形状が一様な形状になるように形成することが難しく、また、それらパンチング，切削あるいはエッチング等の後加工が一般的に多くの時間を必要とする工程であるため、製造に多くの時間を要していた。
【００１１】
本発明は、以上のような従来の技術における問題点を解決すべく案出されたものであり、その目的は、導波管との接続損失が小さく、特性が安定であり、かつ製造が容易である非放射性誘電体線路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の非放射性誘電体線路は、高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で平行に配置した導体板間に誘電体線路を配置し、前記導体板の一方に対して前記誘電体線路のＬＳＭモードの定在波の電界が強い箇所に、前記導体板の表裏で開口の大きさが異なる貫通孔を設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の非放射性誘電体線路は、上記構成において、前記導体板の他方に対しても前記誘電体線路のＬＳＭモードの定在波の電界が強い箇所に、前記導体板の表裏で開口の大きさが異なる貫通孔を設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の非放射性誘電体線路は、上記各構成において、前記貫通孔は、導波管の開放終端部が接続されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の非放射性誘電体線路によれば、高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で平行に配置した導体板間に誘電体線路を配置し、その導体板の一方に対して誘電体線路のＬＳＭモードの定在波の電界が強い箇所に、導体板の表裏で開口の大きさが異なる貫通孔を設けたことから、貫通孔に導波管の入出力部である開放終端部が接続される際に、導波管の開放終端部における高周波信号の電磁界領域の大きさが貫通孔の誘電体線路側の開口における高周波信号の電磁界領域の大きさと異なっても、開口の大きさが導体板の表裏で異なる貫通孔がその貫通孔内に閉じ込められている高周波信号の電磁界領域の大きさを導体板の裏側から表側あるいは表側から裏側にかけて次第に変化させ、導体板の表裏間で高周波信号の電磁界を滑らかに変化させて不要な電磁界モードの発生を抑制するように働くので、様々な導波管の開放終端部における高周波信号の電磁界領域の大きさに対して、貫通孔を透過する高周波信号の透過損失を小さくすることができるものとなる。また、この貫通孔から高周波信号を良好に放射したり受信したりすることができる。さらに、導体板の表裏で貫通孔の開口の大きさが異なることにより、貫通孔の縦断面形状は台形状となり、貫通孔の断面形状が長方形である場合よりも、例えば貫通孔を金型を用いて作製する際には貫通孔から製造用の金型が抜きやすくなるため、ダイキャスト法等の成型法により導体板を容易に、かつ同じ貫通孔が設けられた導体板を安定に作製できるようになり、貫通孔を透過する高周波信号の透過特性が安定であり、かつ製造が容易であることができる。
【００１６】
また、本発明の非放射性誘電体線路によれば、導体板の他方に対しても誘電体線路のＬＳＭモードの定在波の電界が強い箇所に、導体板の表裏で開口の大きさが異なる貫通孔を設けたときには、導体板の一方に設けられた貫通孔に接続される導波管と異なる大きさの導波管を他方の導体板に設けられた貫通孔に接続しても、それら貫通孔のそれぞれを透過するミリ波信号の透過損失を両方とも小さくすることができ、非放射性誘電体線路の表裏の両側に接続された導波管間で高周波信号の良好な伝送ができるものとなる。
【００１７】
また、本発明の非放射性誘電体線路によれば、貫通孔は、導波管の開放終端部が接続されるものであるときには、貫通孔と様々な開口形状・開口寸法の開放終端部を有する導波管との間で、高周波信号を損失が小さく、かつ安定に透過させることができるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の非放射性誘電体線路について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の非放射性誘電体線路の実施の形態の一例である非放射性誘電体線路Ｈ１を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれそのＡ−Ａ’線断面図およびＢ−Ｂ’線断面図である。また、図２は本発明の非放射性誘電体線路の実施の形態の他の例である非放射性誘電体線路Ｈ２を示す模式的な断面図である。さらに、図３は本発明の非放射性誘電体線路の実施の形態の一例である非放射性誘電体線路Ｈ１に導波管が接続された例を示す模式的な断面図である。これら図１乃至図３において、１は一方の導体板、２は他方の導体板、３は誘電体線路、４は導波管Ｇの開放終端部、１ａは一方の導体板１に設けられた貫通孔、２ａは他方の導体板２に設けられた貫通孔、３ａは誘電体線路３の貫通孔１ａ側の端部である。
【００２０】
図１に示す例の非放射性誘電体線路Ｈ１は、ミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で平行に配置した導体板１，２間に誘電体線路３を配置し、一方の導体板１に対して誘電体線路３のＬＳＭモードの定在波の電界が強い箇所に、導体板１の表裏で開口の大きさが異なる貫通孔１ａを設けたものである。
【００２１】
また、上記構成において、誘電体線路３は、端部が開放終端部３ａとなっている。このような構造の非放射性誘電体線路Ｈ１においては、図５に示した従来の非放射性誘電体線路Ｈと同様に、図５（ｂ）で模式的に表すようなＬＳＭモードによる電界の定在波が生じる。なお、図５（ｂ）において、円形の矢印線は、ＬＳＭモードの励振による電界ベクトルが同じ場所で時間的に回転している様子を示している。
【００２２】
本発明の非放射性誘電体線路においても、このように誘電体線路３のＬＳＭモードの定在波の電界の強い部分に貫通孔１ａを設ける。即ち、導体板１に対して、図５（ｂ）に示すＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のいずれかの箇所の位置に、貫通孔１ａの中心が合うように、貫通孔１ａを設ければよい。なお、導波管との接続を良好に行なう観点からは、誘電体線路３の端部３ａ（図５（ｂ）に示すＰ１に相当する位置）またはその次のＬＳＭモードの定在波の電界が強い箇所（図５（ｂ）に示すＰ２に相当する位置）に貫通孔１ａを設けることが望ましい。
【００２３】
また、貫通孔１ａの平面視した形状は、通常は非放射性誘電体線路Ｈ１の管内波長の半分以下の長さ（Ｌ）と非放射性誘電体線路Ｈ１の誘電体線路３と同じ程度の幅（Ｗ）とを持つ図１に示すような矩形状とすればよいが、その他、円形状や長孔状であってもよい。
【００２４】
また、貫通孔１ａは、導体板１の表裏で開口の大きさを異なるものとする。貫通孔１ａに導波管Ｇの一端の入出力部である開放終端部が接続され、その導波管Ｇの他端に、例えばアンテナ等が接続される場合のように、導波管Ｇに閉じ込められる電磁界領域の大きさ（導波管Ｇの伝送方向に垂直な断面における内側の大きさ）が導体板１の裏側（誘電体線路３側）での貫通孔１ａの開口の大きさよりも大きくなるときには、導体板１の裏側（誘電体線路３側）の貫通孔１ａの開口の大きさよりも導体板１の表側（導波管Ｇ側）の貫通孔１ａの開口の大きさを大きくすればよい。また、貫通孔１ａに導波管Ｇの一端の入出力部である開放終端部が接続され、その導波管Ｇの他端に、例えば電圧制御発振器（ＶＣＯ）等が接続される場合のように、導波管Ｇに閉じ込められる電磁界領域の大きさ（導波管Ｇの伝送方向に垂直な断面における内側の大きさに相当する。）が導体板１の裏側（誘電体線路３側）での貫通孔１ａの開口の大きさよりも小さくなるときには、導体板１の裏側（誘電体線路３側）の貫通孔１ａの開口の大きさよりも導体板１の表側（導波管Ｇ側）の貫通孔１ａの開口の大きさを小さくすればよい。
【００２５】
導体板１の表裏での貫通孔１ａの開口の大きさをこのように設定すれば、貫通孔１ａがこの貫通孔１ａ内に閉じ込められているミリ波信号等の高周波信号の電磁界領域の大きさを導体板１の裏側から表側あるいは表側から裏側にかけて次第に変化させるため、貫通孔１ａの表裏間で高周波信号の電磁界を滑らかに変化させ、不要な電磁界モードの発生を抑制するように働くので、前述のように様々な開口形状・開口寸法の導波管Ｇの開放終端部での高周波信号の電磁界領域の大きさに対しても、貫通孔１ａを透過する高周波信号の透過損失を小さくして接続することができるものとなる。
【００２６】
また、非放射性誘電体線路Ｈ１において、貫通孔１ａの縦断面形状（導体板１の表裏に対して垂直な方向の断面形状）は、導体板１の表側の開口、裏側の開口およびそれらに繋がる２つの斜辺を有している台形状とすればよい。ここで台形状とは、台形、および台形における２つの斜辺が直線ではなく、曲線状であり、かつそれぞれの斜辺の勾配が単調増加または単調減少のいずれかであるものである。なお、斜辺の勾配とは、例えば、図１（ｂ）に示すような縦断面形状であれば、この図の中のθで示すような角度であり、貫通孔１の中心線と斜辺の接線とがなす角度である。貫通孔１ａの縦断面形状をこのようにすれば、貫通孔１ａが設けられた導体板１を金型を用いて作製する場合には貫通孔１ａから製造用の金型が抜きやすくなり、金型を用いて貫通孔１ａが設けられた導体板１を容易に成型することができるものとなる。また、このように金型を用いて安定して製造できることから、貫通孔１ａの縦断面形状が横断面形状とともに均一になり、大量生産に適したものとなる。
【００２７】
また、貫通孔１ａの導体板１の裏側の開口の大きさと、導波管Ｇの伝送方向に垂直な断面の内側の大きさとが同じ程度である場合には、貫通孔１ａの縦断面形状は、上記のような台形状であって、その台形状の２つの斜辺のそれぞれの勾配が0.5゜以上かつ２゜以下である台形状とすれば好適である。斜辺の勾配が少なくとも0.5゜ないと、貫通孔１から金型が容易に抜けないようになる傾向があるため、金型を用いて縦断面形状が台形状の貫通孔１ａが設けられた導体板１を成型することが安定してできなくなる傾向がある。また、斜辺の勾配が２゜を超えると、貫通孔１ａの表側の開口と裏側の開口とで特性インピーダンスが整合しにくくなり、この特性インピーダンスの不整合による高周波信号の反射のため、貫通孔１ａを透過する高周波信号の透過特性が悪化する傾向にある。従って、台形状の斜辺の勾配は0.5°以上かつ２°以下の範囲内に設定することが好ましく、より好ましくは、金型が良好に抜ける範囲でなるべく勾配を小さくすればよくて、１゜程度とするのが最も好適である。
【００２８】
次に、図２に示す本発明の非放射性誘電体線路の実施の形態の他の例である非放射性誘電体線路Ｈ２は、図１に示す非放射性誘電体線路Ｈ１に対して、他方の導体板２に対しても誘電体線路３のＬＳＭモードの定在波の電界が強い箇所に、導体板２の表裏で開口の大きさが異なる貫通孔２ａを設けたものである。このような構成により、一方の導体板１の貫通孔１ａに接続される導波管と異なる大きさの導波管を他方の導体板２の貫通孔２ａに接続することができ、貫通孔１ａおよび貫通孔２ａのそれぞれを透過する高周波信号の透過損失を両方とも小さくすることができるものとなる。
【００２９】
本発明の非放射性誘電体線路において、一方の導体板１に設ける貫通孔１ａおよび他方の導体板２に設ける貫通孔２ａは、それぞれ複数個設けても構わない。この場合には、これら複数個の貫通孔１ａ，２ａの開口の条件（形状および導体板１，２の表裏における開口の大きさ）を個々に設定すればよく、それにより、それぞれの貫通孔１ａ，２ａを透過する高周波信号の透過損失をいずれも小さくすることができるものとなる。
【００３０】
本発明の非放射性誘電体線路の実施の形態の一例である非放射性誘電体線路Ｈ１は、導波管Ｇとは、非放射性誘電体線路Ｈ１における一方の導体板１に設けられた貫通孔１ａを介して接続される。この接続の方法としては、例えば、図３に示すように、導波管Ｇの開放終端部４と貫通孔１ａとを接続すればよい。この構成において、導波管Ｇには、金属導波管または誘電体導波管を用いればよい。このように接続することにより、非放射性誘電体線路Ｈ１と導波管Ｇとの間で貫通孔１ａを介して高周波信号が安定に透過するものとなる。
【００３１】
また、本発明の非放射性誘電体線路の実施の形態の他の例である非放射性誘電体線路Ｈ２と導波管との接続についてもこれと同様に、貫通孔１ａおよび貫通孔２ａのそれぞれに対応した導波管を接続すればよい。
【００３２】
かくして、本発明によれば、導波管との接続部における高周波信号の透過損失が小さく、特性が安定であり、かつ製造が容易である、導波管を接続するための非放射性誘電体線路を提供することができる。
【実施例】
【００３３】
図１に示す非放射性誘電体線路Ｈ１を以下のように作製した。厚さ４ｍｍのアルミニウム（Ａｌ）製の導体板１および導体板２を1.8ｍｍの間隔で平行に配置し、導体板１および導体板２の間に、断面形状が幅0.8ｍｍ、高さ1.8ｍｍで、比誘電率が4.8の誘電体線路３を挟んで配設した。貫通孔１ａは、誘電体線路３の端部３ａからの距離が４ｍｍの位置にその中心が来る配置として、幅Ｗが1.5ｍｍ、長さＬが3.0ｍｍの矩形であり、縦断面における斜辺の勾配θが１゜である台形状の形状で、導体板１に設けた。なお、第１の導体板１は、金型を用いてダイキャスト法により貫通孔１ａを設けた状態で成型して作製した。このとき、金型の抜き勾配の好適な条件とされる１゜に合わせて貫通孔１ａの縦断面の斜辺の勾配を設定したところ、この条件で満足に作製できることが確認できた。
【００３４】
そして、図３に示すように、この非放射性誘電体線路Ｈ１の貫通孔１ａに対して、貫通孔１ａと同じ断面形状を持つ金属製の導波管Ｇを接続し、この構成による接続溝造について、ネットワークアナライザによって非放射性誘電体線路Ｈ１と導波管Ｇとの間の反射特性（Ｓ１１）を、非放射性誘電体線路Ｈ１の端部側をポート１とし、導波管Ｇの端部側をポート２として測定した。その結果を図４に示す。図４にグラフで示す非放射性誘電体線路Ｈ１と導波管Ｇとの接続構造の反射特性（Ｓ１１）は、横軸に周波数（単位：ＧＨｚ）を、縦軸に反射係数Ｓ１１（単位：ｄＢ）をとり、貫通孔１ａの縦断面の斜辺の勾配θが１゜のときの特性曲線を示している。この結果から、高周波信号としてのミリ波信号の周波数が76〜77ＧＨｚのときのＳ１１の最悪値が−19ｄＢであり、ミリ波信号の反射の小さい良好な特性を有していることが確認できた。
【００３５】
なお、本発明は以上の実施の形態の例および実施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内で種々の変更を行なうことは何等差し支えない。例えば、貫通孔は、導体板の表裏で開口の形状が異なっていてもよい（すなわち、表裏の開口の形状が相似形以外でもよい。）。この場合には、例えば貫通孔に横断面形状が矩形以外の形状である導波管が接続されても、導体板の表側での貫通孔の開口の形状を導波管との接続部の形状と整合するものとして接続することができ、非放射性誘電体線路と異形の導波管との接続部における高周波信号の透過損失が小さいものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の非放射性誘電体線路の実施の形態の一例である非放射性誘電体線路Ｈ１を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれそのＡ−Ａ’線断面図およびＢ−Ｂ’線断面図である。
【図２】本発明の非放射性誘電体線路の実施の形態の他の例である非放射性誘電体線路Ｈ２を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の非放射性誘電体線路の実施の形態の一例である非放射性誘電体線路Ｈ１に導波管Ｇが接続された例を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の実施例の非放射性誘電体線路Ｈ１と導波管Ｇとの間の反射特性（Ｓ１１）を示すグラフである。
【図５】従来例の非放射性誘電体線路Ｈを示す模式図であり、（ａ）は透視斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）はそのＣ−Ｃ’線断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１，２：導体板
１ａ，２ａ：貫通孔
３：誘電体線路
３ａ：端部
４：開放終端部
Ｈ，Ｈ１，Ｈ２：非放射性誘電体線路
Ｇ：導波管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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