(57)【要約】【課題】  同軸線路とマイクロストリップ線路の接続部分で、反射特性と、加工性および組立性を損なうことなく、同軸線路をマイクロストリップ線路にモード変換する、同軸マイクロストリップ線路変換器を得ることを目的とする。【解決手段】  外導体、外導体の端面から突出したインシュレータ、およびインシュレータの端面から突出した内導体を有した同軸線路と、前記内導体の先端部が、線路導体の端部に接合されるマイクロストリップ線路と、前記インシュレータの外周が嵌合する挿入孔と、前記挿入孔に対して偏心し前記挿入孔と連通して前記内導体が貫通する偏心穴を有するとともに、前記外導体の端面を接地する取付面と、前記マイクロストリップ線路の地導体を接地する載置面とを有した接続導体とを備える。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外導体、外導体の端面から突出したインシュレータ、およびインシュレータの端面から突出した内導体を有した同軸線路と、
前記内導体の先端部が、線路導体の端部に接合されるマイクロストリップ線路と、
前記インシュレータの外周が嵌合する挿入孔と、前記挿入孔に対して偏心し前記挿入孔と連通して前記内導体が貫通する偏心穴を有するとともに、前記外導体の端面を接地する取付面と、前記マイクロストリップ線路の地導体を接地する載置面とを有した接続導体と、
を備えた同軸マイクロストリップ線路変換器。
【請求項２】
前記接続導体の偏心穴の中心は、前記挿入孔の中心に対してマイクロストリップ線路の地導体から線路導体に向かう方向にずらしたことを特徴とした請求項１記載の同軸マイクロストリップ線路変換器。
【請求項３】
前記接続導体の偏心穴は、前記インシュレータの端面と前記偏心穴との間に、前記内導体を内包する空間を有したことを特徴とした請求項１記載の同軸マイクロストリップ線路変換器。
【請求項４】
前記同軸線路の内導体は、先端部に径の異なる異径導体を有して、当該異径導体の外周の幅を、前記マイクロストリップ線路の線路導体の線路幅と略同一にしたことを特徴とした請求項１記載の同軸マイクロストリップ線路変換器。
【請求項５】
前記同軸線路の内導体は、前記インシュレータから突出した部分に、前記インシュレータ内部よりも小径となる小径部を有し、
前記接続導体の偏心穴は、前記挿入孔よりも小径であって、前記内導体の小径部が貫通することを特徴とした請求項１記載の同軸マイクロストリップ線路変換器。
【請求項６】
前記挿入孔と前記偏心穴との間に、前記内導体と同軸で前記挿入孔よりも小径となる同軸穴を有したことを特徴とする請求項５記載の同軸マイクロストリップ線路変換器。
【請求項７】
同軸線路のインシュレータを挿入する挿入孔、および当該挿入孔に対して偏心し前記同軸線路の内導体を貫通させる偏心穴を有して成る外導体であって、前記内導体を前記偏心穴から突出させてマイクロストリップ線路と接続させるための外導体
を備えた同軸マイクロストリップ線路変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、主としてマイクロ波帯、およびミリ波帯における高周波伝送線路の変換構造に関するものであり、特に同軸線路とマイクロストリップ線路の接続構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波帯およびミリ波帯における高周波信号の伝送線路として、同軸線路やマイクロストリップ線路（以下、ＭＳＬ）が広く使用されている。一般に、同軸線路は機器間の接続に、ＭＳＬは機器内部の伝送線路に、それぞれ使用されることが多い。このため、同軸線路とＭＳＬとの変換器がしばしば必要とされ、実用もされている。
【０００３】
同軸線路とＭＳＬの変換器（以下、同軸ＭＳＬ変換器）には、両者の接続箇所で電磁波の伝送方向を直角に変えるライトアングル型と、伝送方向が一致しているインライン型がある。インライン型はライトアングル型に比較して、ＭＳＬとの接続箇所における電磁界分布の変化が小さいため、反射特性を良好にできることが知られている。インライン型変換器の構成としては、同軸線路の中心導体をＭＳＬの線路導体に接続し、同軸線路の外導体をＭＳＬの地導体に接続する構造が一般的である。同軸線路とＭＳＬは導体シャシに固定されていることが多い。
【０００４】
ところで、同軸線路の断面でみた電界は、中心導体から対称に外導体へ分布しているのに対し、ＭＳＬの断面でみた電界は線路導体と地導体の間に集中的に分布している。このため、両者の電磁界分布（以下、モード）は一致していない。したがって同軸線路とＭＳＬの特性インピーダンスが一致していても、両者の接続箇所ではモードの不一致がある。比較的特性が良好なインライン型においても、使用周波数帯がマイクロ波帯からミリ波帯におよぶ高周波帯では、特に反射特性が悪化するという問題がある。このような問題を解決する従来技術として、同軸線路とＭＳＬの間にモード変換器を備えたものが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
【非特許文献１】Eisenhart,E.L.,"A Better Microstrip Connector,"IEEE MTT-S Int. Microwave Symp.  Digest,1978,pp.318-320
【０００６】
非特許文献１記載のモード変換器は、モード変換部で同軸線路の中心導体を傾けて、同軸線路の電界分布を徐々にＭＳＬの電界分布に近似させている。これによってモードの不一致をほとんど解消し、反射特性を広帯域にわたり良好にしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１記載のモード変換器は、モード変換部の特性インピーダンスを一定に保つため、傾けた中心導体は、所定の割合で徐々に直径を小さく変化させる必要がある。したがって、モード変換器における中心導体の加工性と、中心導体とマイクロストリップ線路との組立性が悪く、コスト高になるという問題があった。
【０００８】
この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、同軸線路とマイクロストリップ線路の接続構造で、加工性と組立性を良好とし、反射特性を良好とするモード変換器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明による同軸マイクロストリップ線路変換器は、外導体、外導体の端面から突出したインシュレータ、およびインシュレータの端面から突出した内導体を有した同軸線路と、前記内導体の先端部が、線路導体の端部に接合されるマイクロストリップ線路と、前記インシュレータの外周が嵌合する挿入孔と、前記挿入孔に対して偏心し前記挿入孔と連通して前記内導体が貫通する偏心穴を有するとともに、前記外導体の端面を接地する取付面と、前記マイクロストリップ線路の地導体を接地する載置面とを有した接続導体とを備えたものである。
【００１０】
また、同軸線路の内導体として、インシュレータから突出した部分に、インシュレータ内部よりも小径となる小径部を有し、接続導体の連通孔として、挿入孔よりも小径であって内導体の小径部が貫通するように構成し、挿入孔と連通孔との間に、内導体と同軸で挿入孔よりも小径となる同軸穴を有しても良い。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、同軸線路とマイクロストリップ線路との接続部分で、広帯域にわたって反射特性を良好にすることができる。
【００１２】
また、同軸線路とマイクロストリップ線路との接続部分で、反射特性の劣化を抑えながら、組立性と加工性の良い接続構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態１について説明する。
図１(a)は、実施の形態１による同軸ＭＳＬ変換器の構成を示す側面断面図であり、図１(b)、(C)、(d)は、それぞれ、断面ＡＡ、断面ＢＢ、断面ＣＣにおける形状と電界分布を示したものである。また図２は実施の形態１による同軸ＭＳＬ変換器の構成を示す上面図である。
【００１４】
図において、同軸ＭＳＬ変換器は、同軸コネクタ１００と、導体シャシ３と、基板７で構成される。導体シャシ３は、同軸線路を構成する同軸コネクタ１００と、ＭＳＬを構成する基板７とを接続する、接続導体として機能する。基板７は誘電体の上面に線路導体６が配設され、誘電体の下面に地導体８が設けられる。
【００１５】
同軸コネクタ１００は、外導体１の内部に絶縁体から成るインシュレータ４が挿入されている。インシュレータ４の内部には、内導体となる中心導体５を内包している。外導体１は、一端部に、他の同軸線路が係合されるレセプタクル部が形成されている。レセプタクル部は、他の同軸線路を外部から挿入するための挿入孔１ａと、他の同軸線路と係合する結合部１ｂが設けられている。結合部１ｂには、例えば雄ねじが形成されて、他の同軸線路の雌ねじと係合する。勿論、同軸コネクタ１００に他の同軸線路を結合するものであれば、結合部１ｂはねじ結合以外の他の構成であっても良い。外導体１の他端部には、フランジ部１ｃが成形され、例えばボルト穴（図示せず）が設けられている。インシュレータ４は、一方の端面４ｂが外導体１のフランジ部１ｃ側の端面から突出した、突出部４ａを備えている。インシュレータ１の他方の端面は、外導体１の挿入孔１ａ内に配置されて、他の同軸線路のインシュレータ端面が挿入されて突き当たる。このような同軸コネクタ１００は、レセプタクルタイプの同軸コネクタとして、一般に利用されている。インシュレータ４はテフロン（登録商標）やポリエチレンなどの低誘電率樹脂を材質とする。
【００１６】
導体シャシ３は、同軸コネクタ１００のフランジ部１ｃに、ボルトねじ２を取付けて、ボルトねじ２を導体シャシ３のねじ穴（図示せず）に係合させて固定されている。導体シャシ３は、外導体１のフランジ部１ｃ側の端面と当接する取付面３ａが形成されている。導体シャシ３は、インシュレータ４の突出部４ａが挿入され、突出部４ａの外周と嵌合するための挿入孔３ｂが形成されている。インシュレータ４の突出部４ａは、挿入孔３ｂに圧入されることが好ましいが、１０μｍよりも充分に小さい僅かな隙間を構成していても良い。また、この隙間に導電性の接着剤が充填されていても、導電性グリースを塗布しても良い。
【００１７】
導体シャシ３は、外導体として作用して、インシュレータ４の突出部４ａと中心導体５とともに同軸線路１１を構成する。同軸線路１１は、導体シャシ３における挿入孔３ｂの内周表面の周囲を、外導体として機能させている。挿入孔３ｂの穴の深さは、インシュレータ４の突き出し寸法（導体シャシ３の取付面３ａからインシュレータ４の端面４ｂまでの長さ）よりも、所定量ｇだけ大きく設定する。これによって、インシュレータ４の端面４ｂと、挿入孔３ｂの穴の底面との間に、中心導体５を内包する空間を形成する。この空間には空気が存在するので、導体シャシ３の挿入孔３ｂの内周表面は外導体として作用し、空気を絶縁体として中心導体５とともに同軸線路（以下、エア同軸線路）１０を構成する。
【００１８】
さらに、導体シャシ３には、中心線を中心導体５の中心線から所定量δだけ上にずらした偏心穴９を設ける。偏心穴９の偏心方向は、基板７の地導体８から線路導体６に向かう方向（基板７のＭＳＬを構成する誘電体の厚み方向）に合致させる。偏心穴９は挿入孔３ｂと連通し、ＭＳＬを設けた基板７の取付箇所まで貫通させておく。導体シャシ３の偏心穴９は外導体として作用し、内部空気を絶縁体として中心導体５とともに同軸線路（以下、偏心同軸線路）９ｂを構成する。偏心穴９の断面ＢＢは図１(c)に示すような同軸線路となる。
【００１９】
導体シャシ３は、基板７を載置して、地導体８を接地する載置面３ｃが形成されている。取付面３ａは載置面３ｃに対して垂直に配置される。基板７の導体シャシ３側の側端面が導体シャシ３の取付面３ｄに接して、基板７が固定されている。取付面３ｄは取付面３ａの平行面となっている。偏心穴９は取付面３ｄまで貫通している。したがって、中心導体５は、インシュレータ４の端面４ｂから偏心穴９を通過して、取付面３ｄで導体シャシ３外部に突出する。中心導体５の先端部は線路導体６の先端部に半田接合されており、これによって同軸コネクタ１００とＭＳＬが接続される。
【００２０】
以下、高周波信号が同軸コネクタ１００から入力された場合における電界分布の変化をもとに、高周波信号伝搬の特性について説明する。同軸コネクタ１００から高周波信号が入力されることにより、インシュレータ４によって中心導体５が保持される部分（例えば断面ＡＡ）では、図１(b)に示すように、中心導体５の中心軸に対して対称な電界分布となっている。
【００２１】
インシュレータ４の突出部４ａを通過した高周波信号は、エア同軸線路１０を通過して偏心穴９の内部へ伝搬していく。偏心穴９は上述したように偏心同軸線路９ｂを構成している。偏心同軸線路９ｂは中心導体５の直径、偏心穴９の直径および偏心穴９の偏心量δを適宜調整することで、所望の特性インピーダンス（通常は５０Ω）に設定することが可能である。このため、同軸線路１１と偏心同軸線路９ｂの特性インピーダンスを一致させることができる。
【００２２】
ところで、同軸線路とＭＳＬとの２つの伝送線路を接続する場合、両者の特性インピーダンスが一致していても、形状の不連続箇所では浮遊容量成分によって特性インピーダンスが局所的に低くなり、反射が起こることが知られている。挿入孔３ｂと偏心穴９との接続箇所では形状が不連続となっており、浮遊容量成分が発生する。一方、エア同軸線路10は、外導体の内径を、同軸線路１１の外導体の内径と変えていない。すなわち、両者とも挿入孔３ｂ周囲の導体（接続導体３）を外導体としている。このため、この部分だけをみると、同軸線路１１よりもエア同軸線路１０の方が、中心導体５と外導体（接続導体３）間の容量は小さくなって、特性インピーダンスは高くなる。したがって寸法ｇを適宜調整することで、接続箇所の不連続形状による浮遊容量成分を相殺することが可能である。結局、同軸線路１１から接続箇所を含む偏心同軸線路９ｂまでの間で、特性インピーダンスをほぼ一定にすることができる。
【００２３】
なお、寸法ｇの最適値や偏心同軸線路９ｂの特性インピーダンスは、例えば有限要素法などの電磁界解析による繰り返し計算によって容易に求めることができる。例えば、インシュレータ４の直径が4.12mm、中心導体５の直径が1.27mm、偏心穴９の内径が3.63mm、偏心穴９の中心軸と中心導体５の中心軸の偏心量が0.74mm、インシュレータ４の比誘電率が２である場合、同軸線路１１と偏心同軸線路９ｂの特性インピーダンスは50Ωであり、ｇの最適値はほぼ0.1mmとなる。
【００２４】
以上のように、同軸線路１１と偏心同軸線路９ｂの接続部では、反射をほとんど起こさずに高周波信号が伝搬される。ここで、偏心同軸線路９ｂにおける電界分布は、図１(c)に示すように、中心導体５と偏心穴９の内面下部の間に概ね集中した形態となっている。
【００２５】
一方、ＭＳＬ線路断面の電界分布は、図１(d)に示すように、基板７を挟んで線路導体６と地導体８の間に集中している。これは上記で示した偏心同軸線路断面９ｂの電界分布と近似している。したがって、偏心同軸線路９ｂは、同軸モードからＭＳＬモードへの変換器として機能し、接続箇所におけるモードの不一致による高周波信号の反射を低減して、反射特性を広帯域にわたって良好にできる。
【００２６】
また、同軸線路とＭＳＬを、導体シャシを介してそのまま接続する形態の、通常の同軸ＭＳＬ変換器に比較すると、偏心穴９の加工が一工程増えるのみで組立性の悪化はなく、コストの増加がほとんどない構造で、変換器の反射特性を改善できる。
【００２７】
なお同軸線路と偏心同軸線路の寸法諸元によっては、接続箇所で発生する浮遊容量成分が無視できる程度小さくなることもあり、その場合は必ずしもエア同軸線路10は必要としないことは言うまでもない。
【００２８】
また、この実施の形態によれば、高周波信号のインターフェースに同軸コネクタ１００を使用しているが、同軸構造であれば形態を問わず、例えばセミリジッドケーブルのような同軸線路でコネクタを介さずに接続しても、同様の効果が得られる。
【００２９】
以上によりこの実施の形態によれば、同軸線路とＭＳＬとの接続部分で、広帯域にわたって反射特性を良好にすることができる。また、同軸線路とＭＳＬとの接続部分で、反射特性の劣化を抑えながら、組立性と加工性の良い接続構造を得ることができる。
【００３０】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、中心導体５の直径を一定としている。この実施の形態２では、図３に示すように、中心導体５の先端部と線路導体６との接続箇所で、中心導体５の先端部の外径形状を小さく加工する。この先端加工によって、中心導体５の先端部に直径の異なる異径導体１２を設けることにより、異径導体１２の直径（外周の幅）が、ＭＳＬの線路導体６の線路幅と概ね同一かもしくは小さくなるように構成する。その他の構成については、図１、図２を用いて説明した、実施の形態１と同様である。
【００３１】
一般に、ＭＳＬの線路導体６の幅が中心導体５の直径よりも小さい場合、線路導体６と中心導体５の半田付けなどの接続作業性が悪くなる。上述の先端加工によって、半田付け作業時の接続作業性の劣化を改善できる。
【００３２】
また、中心導体５が線路導体６と重なる箇所は、中心導体５と導体シャシ３の間で発生する浮遊容量成分によって反射が大きくなる可能性がある。しかしながら、上述の先端加工によって、このような問題が発生する可能性を軽減できる。なお、中心導体５の先端に設ける異径導体12の大きさは、加工性および加工後の機械強度などから、許容できる程度まで小さくしてよい。
【００３３】
実施の形態３．
上記実施の形態１、２では、中心導体５の直径を偏心同軸線路９ｂまで一定としている。偏心穴９の端面（エッジ）は、インシュレータ４の端面（エッジ）４ｂよりも、その中心軸からみて外側になっている。偏心穴９の軸穴加工は同軸コネクタ１００の取付面３ａ側から行うことができない。しがって、反対側の取付面３ｄ側から軸穴加工を行うことになるが、導体シャシ３の形状によっては加工が困難になる場合がある。導体シャシ３を偏心穴９とエア同軸線路10の境界で分割して、加工、組立を行う方法も考えられるが、製造コストの増大を招くことになる。
【００３４】
このため、この実施の形態では図４に示すように、インシュレータ４の突出部４ａの端面４ｂで、中心導体５に中心導体５０を接続する。中心導体５０は、直径を中心導体５よりも所定量小さくした異径導体としたことを特徴とし、インシュレータ４から突出した中心導体５の外周を、適宜加工することによって得られる。中心導体５０は偏心穴９を貫通して取付面３ｄから突出した後、基板７上で線路導体６の端部に半田接合される。
【００３５】
偏心穴９の内径を挿入孔３ｂの内径よりも小さくし、挿入孔３ｂの軸心方向から見て偏心穴９の内周面を挿入孔３ｂの内周面よりも内側に配置して、所望の特性インピーダンス（例えば５０Ω）となるように、偏心同軸線路９ｂの寸法諸元を適宜調整する。これによって、偏心穴９と挿入孔３ｂとの境界面のエッジが、同軸線路１１の外導体内に収まるように配置することが可能となる。したがって、同軸コネクタ１００の取付面３ａ側から偏心穴９を軸穴加工することが可能となる。
その他の構成については、図１乃至図３を用いて説明した、実施の形態１、２と同様である。
【００３６】
この場合、インシュレータ４の端面４ｂと偏心穴９（のエッジ）との間の寸法ｇは、最適値が上記実施の形態１と異なる値になる。この値は、実施の形態１における寸法ｇと同様、電磁界解析で容易に求めることができる。
また、中心導体５０の直径は、線路導体６への接続箇所で実施の形態１よりも小さくなるので、実施の形態２と同じ効果を得ることができる。さらに偏心穴９の内径が小さいことで、高次モードの発生をより高い周波数まで避けることができるので、反射特性をより広帯域にわたって良好にできるという効果もある。
【００３７】
また、中心導体５０の直径は、エア同軸線路１０内で実施の形態１よりも小さくなり、この部分でのインピーダンスを大きくできる。よって、中心導体５および中心導体５０と、導体シャシ３との間の浮遊容量成分による、インピーダンスの局所的な低下を相殺することができる。これによって、エア同軸線路１０における高周波信号の反射をより抑えることができる。
【００３８】
実施の形態４．
上記実施の形態３では、特性インピーダンスが高いエア同軸線路10を間に介して、同軸線路１１と偏心同軸線路９ｂを接続している。この実施の形態では図５に示すように、同軸線路１１をエア同軸線路１１０に接続した後、更にエア同軸線路１０２を接続する。エア同軸線路１１０を、エア同軸線路１１０と特性インピーダンス線路を同じとする第２のエア同軸線路１０２に一旦変換した後に、第２のエア同軸線路１１０を偏心同軸線路９ｂに接続することを特徴とする。
【００３９】
第２のエア同軸線路１０２の外導体を構成する同軸穴１０１は、挿入孔３ｂと偏心穴９の間に設けられる。同軸穴１０１は挿入孔３ｂと同軸であって、かつその内径が挿入孔３ｂの内径よりも小さく設定される。また、同軸穴１０１の内径は、偏心穴９の内径よりも大きい。中心導体５は、インシュレータ４内部と同径のまま、突出部４ａの端面４ｂから突出している。第２のエア同軸線路１０２は、導体シャシ３の同軸穴１０１の内周表面と中心導体５とで、空気を絶縁体として同軸線路を構成する。
【００４０】
エア同軸線路１１０は、実施の形態１、２で上述したように、導体シャシ３の挿入孔３ｂの内周表面と中心導体５とで、空気を絶縁体として同軸線路を構成する。エア同軸線路１０は、インシュレータ４の端面４ｂと同軸穴１０１の間に構成される。インシュレータ４の端面４ｂと同軸穴１０１との間の幅寸法はｈで示している。
【００４１】
中心導体５は、同軸穴１０１内部の偏心穴９寄りの位置で、中心導体５０に接続される。中心導体５０は、直径を中心導体５よりも所定量小さくした異径導体としている。中心導体５０は、中心導体５の先端部で、外周を適宜加工することによって得られる。中心導体５と中心導体５０の接続位置は、偏心穴９の同軸穴１０１側端部から寸法ｇ２のところに配置される。中心導体５０は、偏心穴９周囲の導体と内部空気とともに偏心同軸線路９ｂを構成する。中心導体５０は偏心穴９を貫通して、取付面３ｄで導体シャシ３から突出する。中心導体５０は取付面３ｄから突出した後、基板７上で線路導体６の端部に半田接合される。
その他の構成については、図１乃至図３を用いて説明した、実施の形態１乃至３と同様である。
【００４２】
この実施の形態では、同軸線路１１からエア同軸線路への変換部で、浮遊容量を相殺するエア同軸線路１１０と第２のエア同軸線路１０２とを段階的に設けている。このため、第２のエア同軸線路１０２を構成する同軸穴１０１の分だけ、導体シャシ３に対する加工工程が一つ増える。しかしながら、同軸線路１１と偏心同軸線路９ｂとの間のエア同軸線路１１０および１０２において、偏心同軸線路９ｂへの変換部における電界分布の変化はより小さくなる。このため、この変換部における反射は、実施の形態３の変換部での反射よりもさらに小さくすることができる。なお、実施の形態１で説明したように、エア同軸線路１１０の長さｈと、第２のエア同軸線路１１０の長さｇ２は、例えば有限要素法などの電磁界解析による繰り返し計算で特性インピーダンスを求めることによって、容易に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の実施の形態１による同軸ＭＳＬ変換器を示す側面断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による同軸ＭＳＬ変換器を示す上面図である。
【図３】この発明の実施の形態２による同軸ＭＳＬ変換器を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３による同軸ＭＳＬ変換器を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態４による同軸ＭＳＬ変換器を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  外導体、３  導体シャシ、３ｂ  挿入孔、３ａ  取付面、３ｃ  載置面、４  インシュレータ、５  中心導体、６  線路導体、７  基板、８  地導体、９  偏心穴、９ｂ  偏心同軸線路、１０  エア同軸線路 、１１  同軸線路、１２  異径導体、５０  中心導体、１０１  同軸穴、１０２  第２のエア同軸線路、１００  同軸コネクタ、１１０  エア同軸線路。
【図１】
2005236648.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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