(57)【要約】【課題】大量生産に好適で、反射損失及び挿入損失が良好な変換器の提供。【解決手段】トランスデューサを使用して一面からのミリ波を他面に伝送するための変換器は、（ａ）平行な平面上の第１及び第２伝送線と、（ｂ）第１及び第２伝送線のいずれかがＴＥＭモード信号の伝送に適し且つ第３伝送線が中空導波モード信号の伝送に適しており、或いは第３伝送線がＴＥＭモード信号の伝送に適し且つ第１及び第２伝送線が導波モード信号の伝送に適している、第１及び第２伝送線に直交する第３伝送線と、（ｃ）第１及び第３伝送線の間に結合された第１トランスデューサ並びに第２及び第３伝送線の間に結合された第２トランスデューサであって、各トランスデューサがＴＥＭモード及び中空導波モードの間で信号を変換するのに適している第１及び第２トランスデューサとで構成される。【選択図】図１
2005045815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一平面から別の平面にミリ波を伝送するための変換器であって、
平行な平面上の第１伝送線及び第２伝送線と、
前記第１及び第２伝送線のいずれかがＴＥＭモード信号の伝送に適し且つ第３伝送線が導波モード信号の伝送に適しており、或いは前記第３伝送線がＴＥＭモード信号の伝送に適し且つ前記第１及び第２伝送線が導波モード信号の伝送に適している、前記第１及び第２伝送線に直交する第３伝送線と、
前記第１及び第３伝送線の間に結合された第１トランスデューサ並びに前記第２及び第３伝送線の間に結合された第２トランスデューサであって、各トランスデューサがＴＥＭモード及び導波モードの間で信号を変換するのに適している第１及び第２トランスデューサと
からなることを特徴とする変換器。
【請求項２】
前記第３伝送線は導波路であることを特徴とする請求項１記載の変換器。
【請求項３】
前記第１伝送線又は前記第２伝送線はマイクロストリップであることを特徴とする請求項２記載の変換器。
【請求項４】
前記第１及び第２伝送線と前記第１及び第２トランスデューサは、第１及び第２ミリ波基板上にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項２記載の変換器。
【請求項５】
前記ミリ波基板は重なり合っていることを特徴とする請求項４記載の変換器。
【請求項６】
前記ミリ波基板は、作動信号波長の少なくとも10％の距離分離されていることを特徴とする請求項５記載の変換器。
【請求項７】
前記ミリ波基板の少なくとも一方は電気回路からなることを特徴とする請求項４記載の変換器。
【請求項８】
前記第１トランスデューサは、信号をＴＥＭモードから導波モードに変換し、
前記第２トランスデューサは、信号を導波モードからＴＥＭモードに変換することを特徴とする請求項１記載の変換器。
【請求項９】
前記導波モードは矩形導波モードであることを特徴とする請求項８記載の変換器。
【請求項１０】
前記矩形導波モードはＴＥ10モードであることを特徴とする請求項９記載の変換器。
【請求項１１】
前記各トランスデューサが、
該トランスデューサの各伝送線に接続された伝送部と、
前記伝送部に直交する平面を通る導波モード信号の伝搬を促進するよう構成された導波部と、
前記伝送部及び前記導波部間に電気的に接続され、ＴＥＭモード及び導波モード間で信号を変換するよう構成された変換部と
を具備することを特徴とする請求項１記載の変換器。
【請求項１２】
前記変換部は、前記ＴＥＭモード信号の伝搬の方向に直交する、少なくとも１個のフィンを有することを特徴とする請求項１１記載の変換器。
【請求項１３】
前記伝送部、前記導波部及び前記変換部は、基板を共有することを特徴とする請求項１１記載の変換器。
【請求項１４】
前記導波部は、前記基板に画定された導電バリアを有することを特徴とする請求項１３記載の変換器。
【請求項１５】
前記導電バリアは金属壁であることを特徴とする請求項１４記載の変換器。
【請求項１６】
前記導電バリアは穿孔された金属壁であることを特徴とする請求項１４記載の変換器。
【請求項１７】
前記第１及び第２トランスデューサは同一形状であることを特徴とする請求項１記載の変換器。
【請求項１８】
前記導波路は中空導波路であることを特徴とする請求項２記載の変換器。
【請求項１９】
前記導波路は矩形導波路であることを特徴とする請求項１８記載の変換器。
【請求項２０】
前記導波路は少なくとも0.25mmの長さを有することを特徴とする請求項２記載の変換器。
【請求項２１】
前記導波路は、金属化誘電充填物を具備することを特徴とする請求項２記載の変換器。
【請求項２２】
前記導波路は、前記導波部のインピーダンスと整合するインピーダンスを有する金属化誘電充填物を具備することを特徴とする請求項１１記載の変換器。
【請求項２３】
前記第１及び第２基板の間に前記導波路が通る支持板をさらに具備することを特徴とする請求項２記載の変換器。
【請求項２４】
前記支持板は硬質であることを特徴とする請求項２３記載の変換器。
【請求項２５】
前記支持板は金属製であることを特徴とする請求項２４記載の変換器。
【請求項２６】
前記支持板は、前記導波路を収容する孔を具備することを特徴とする請求項２４記載の変換器。
【請求項２７】
前記支持板は少なくとも１mm厚であることを特徴とする請求項２４記載の変換器。
【請求項２８】
請求項１記載の変換器を具備することを特徴とする自動車用自律車速設定装置。
【請求項２９】
変換器を用いて第１平面から第２平面にミリ波信号を伝送する方法であって、
前記第１平面内で第１伝送線に沿ってミリ波信号を伝送する工程と、
トランスデューサを用いてＴＥＭモード及び導波モードのうち一方のモードからＴＥＭモード及び導波モードのうち他方のモードに前記信号を変換する工程と、
前記第１伝送線に対して直交する第３伝送線に沿って前記第１平面と平行な前記第２平面に前記他方のモードで前記信号を伝送する工程と、
前記信号を前記一方のモードに逆変換する工程と、
前記第２平面内で前記第２伝送線に沿って前記一方のモードで信号を伝送する工程と
からなることを特徴とするミリ波信号伝送方法。
【請求項３０】
前記信号は約65ＧHz〜約85ＧHzの間であることを特徴とする請求項２９記載のミリ波信号伝送方法。
【請求項３１】
前記反射損失は15dBより良好であり、
前記挿入損失は0.6dBより良好であることを特徴とする請求項２９記載のミリ波信号伝送方法。
【請求項３２】
前記第３伝送線は、前記信号の波長の10％より大きいことを特徴とする請求項２９記載のミリ波信号伝送方法。
【請求項３３】
支持板を用意する工程と、
該支持板を穿孔し導波路を形成する工程と、
前記孔に導波路フィルタを挿入する工程と、
それぞれ集積伝送線と導波部を有するトランスデューサとを具備する第１及び第２ミリ波基板を用意する工程と、
伝送線が導波路に直交し且つ導波路が前記各トランスデューサの導波部と軸方向に整列するように、前記第１及び第２ミリ波基板を前記支持板の各面に付ける工程
とからなる変換器製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミリ波信号変換デバイスに関し、より特定すると、異なる２幾何平面間でミリ波信号を変換するための信号変換デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用自律車速設定装置（Autonomous Cruise Control：以下、ＡＣＣと称する）は近年、一般化しつつある。ＡＣＣにより、ユーザーは、所望の速度及び最小車間距離を設定することができる。システムは、最小車間距離の維持を確保するためにユーザーの車両の速度を制御する。このようなシステムに不可欠なのは、代表的には77ＧHzで作動するレーダーシステムを効果的に実施することである。このようなシステムは、ミリ波（mm波）信号を送信、受信及び操作できなければならない。多くの電子機器と同様に、このようなシステムを最小化し、必要な空間及び材料を低減することを継続して求められている。その結果、これらのシステムの回路は、寸法を減少させる積層回路技術等の技法を用いて、より小型化で洗練されてきつつある。回路が積層されると、ミリ波領域で作動しながら、回路基板間で信号を変換したいというニーズがあることが多い。例えばＡＣＣシステム用途において、トランシーバ及びアンテナは、厚い支持板のいずれかの側に載置される。このため、比較的厚い金属支持板の各面における２つのマイクロストリップ間でのミリ波信号の伝送を必要とする。この伝送は、本明細書で使用される「信号変換器」又は「変換器（transition）」により達成される。この変換器の設計は、システム全体の性能にとって重大である。
【０００３】
電気回路で信号変換する目的は、最小の干渉及び損失で一点から別の点に無線周波数（ＲＦ）エネルギーを移送することである。良好な信号変換器に重要な要求事項は、高い反射減衰及び低い挿入損失である。一般に、これらの仕様は互いに独立であるが、同時に満足しなければならないことに留意されたい。換言すると、低い挿入損失を有することなく、信号変換器を用いて比較的良好な反射減衰を達成することができるが、変換器においてミリ波が吸収されるので、システムの総合的な性能を損なう。挿入損失を低くすることは、導体及び放射損失の増大により、高周波では特に重要である。
【特許文献１】米国特許第６０８７９０７号明細書
【特許文献２】米国特許第６３１３８０７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マイクロストリップラインの横平面から平行な別の平面に垂直方向接続部により電気信号を移送するよう意図された変換器は、より詳細に説明される。というのは、本発明はこのような構造と関連するからである。標準的な多層印刷回路基板（ＰＣＢ）技術に用いられるバイアホールは、このような変換器の非常に良好な例である。ここでの重要な課題は、垂直方向接続の電気長である。垂直方向接続の電気長が長くなると、寄生インダクタンスの増大のために変換器の設計がより困難になる。一横平面から別の平面に信号を移送する多数の開発が報告されている。例えば、垂直導波部を使用する変形と共にマイクロストリップ・スロット変換は、この目的のためにより広く使用される技術の一つである。しかし、このアプローチは多くの不利を有する。第一に、この変換は、良好な一致を得るために共鳴現象に依存する。従って、変換において、幾何変形に特に左右されやすい。さらに、変換器がバックショートを有していないので、放射のために、比較的高い挿入損失に苛まれる。このことは、このような変換器で生じ得る偽放射はクロストークを増加させ、或いはミリ波システムのアンテナパターンに影響を与えるおそれがあるので、特に重要である。或いは、導波部を通ってエネルギーを移送するために、バックショートを有するＥ平面プローブを有効利用した変換器が使用可能である。このアプローチは文言上、よく確立されているが、ミリ波周波数において著しい不利を有する。特にこれらの周波数において、77ＧHz用途においてサブミリのオーダーの許容差内でマイクロストリッププローブにわたってバックショートを配置しなければならない。これは、大量生産するためには明らかにコスト高の方法である。
【０００５】
従って、上述の困難を克服するミリ波変換器に対するニーズがある。本発明はこのニーズを満たすものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、従来技術の問題点を克服するミリ波信号変換器を提供する。特に本発明の変換器は、信号を導波路に放つために、導波路に対して伝送線の正確な位置決めに依存しないで、横電磁（ＴＥＭ）モード及び導波モードの間で信号を変換するトランスデューサを使用する。トランスデューサを使用することにより、周知の技法を使用する大量生産に導く、ＴＥＭモード及び導波モード間の敏感な信号変換が、単一のモジュラーユニット内で行われる。ＴＥＭモード及び導波モード間で信号を変換する繊細な作業が一旦行われると、変換された信号は、直交配置された伝送線又は導波路に比較的容易に伝送できる。必要に応じて、異なる直交配置された伝送線又は導波路に伝送するために、ＴＥＭモード又は導波モードのいずれかに逆変換することができる。これにより、信号を、高効率で回路間の比較的大きな距離にわたり種々のタイプの伝送線を伝送することが可能である。
【０００７】
このアプローチは、製造及び性能の双方に関して従来のアプローチを超える多数の利点を提供する。上述したように、ＴＥＭ／導波モード変換は、周知技法を用いて個別に製造可能であるトランスデューサ内で行われるので、他の変換部品間の接近した位置許容差の必要性が緩和される。これにより、大規模生産技法及びモジュラー化が促進される。例えば、導波路は、伝送線に精確に整列する必要はないが、代わりに、支持板を貫通する比較的緩い許容差の孔に基づくことができる。この孔は、個別に製造されたモジュラー導波フィルタを受容するよう構成され、導波モードの信号の伝搬を補助することができる。さらに、モジュラートランスデューサ内でＴＥＭ／導波モードを変換することにより、時間を浪費し不良や性能がばらつきやすい半田付け又は溶接技法によって、プローブを相互接続する必要がない。トランスデューサは変換器の組立を簡単にするのみならず、好適実施形態において、平面的で、バックショートのニーズを無くすので、自身の製造が簡単になる。従って、変換器における本発明のトランスデューサの活用は、従来技術を超える著しい製造の利点を提供する。
【０００８】
本発明の製造上の利点に加え、従来技術を超える重要な性能上の利点をも提供する。特に、比較的簡単なモジュラーユニット内でＴＥＭモード及び導波モード間で変換することにより、付随する非効率及びばらつきと共に複雑な部品組立が無くなる。これにより、低挿入損失及び低反射減衰を有する一定の性能を提供する変換器となる。さらに、直交伝送線間の信号変換が信号のモードを変換することにより達成されるので、信号が平行な伝送線に通信可能に接続できる距離は、比較的低くすることができる垂直中空導波路の損失により制限される。これは、作動信号の波長の１０％より離れた平行伝送間にミリ波信号を伝送することが困難である多くの従来技術のデバイスと明確な対照をなす。最後に、変換器は、信号を導波路に放つためにプローブ又はデバイスと同様なアンテナを使用しないので、放射損失は非常に低く、バックショートの必要はない。
【０００９】
従って、本発明の一側面は、トランスデューサを使用して一面からのミリ波を他面に伝送するための変換器である。好適一実施形態において、この変換器は、（ａ）平行な平面上の第１及び第２伝送線と、（ｂ）第１及び第２伝送線のいずれかがＴＥＭモード信号の伝送に適し且つ第３伝送線が中空導波モード信号の伝送に適しており、或いは第３伝送線がＴＥＭモード信号の伝送に適し且つ第１及び第２伝送線が導波モード信号の伝送に適している、第１及び第２伝送線に直交する第３伝送線と、（ｃ）第１及び第３伝送線の間に結合された第１トランスデューサ並びに第２及び第３伝送線の間に結合された第２トランスデューサであって、各トランスデューサがＴＥＭモード及び中空導波モードの間で信号を変換するのに適している第１及び第２トランスデューサとで構成される。
【００１０】
本発明の別の側面は、トランスデューサを有する変換器を用いて第１平面から第２平面にミリ波信号を伝送する方法である。好適一実施形態において、この方法は、（ａ）第１平面内で第１伝送線に沿ってミリ波信号を伝送する工程と、（ｂ）トランスデューサを用いてＴＥＭモード及び導波モードのうち一方のモードからＴＥＭモード及び導波モードのうち他方のモードに信号を変換する工程と、（ｃ）第１伝送線に対して直交する第３伝送線に沿って第１平面と平行な第２平面に他方のモードで信号を伝送する工程と、（ｄ）信号を一方のモードに逆変換する工程と、（ｅ）第２平面内で第２伝送線に沿って一方のモードで信号を伝送する工程とで構成される。
【００１１】
本発明の別の側面は、大規模生産に導く変換器を製造する方法である。好適一実施形態において、この方法は、（ａ）支持板を用意する工程と、（ｂ）支持板を穿孔し導波路を形成する工程と、（ｃ）孔に導波路フィルタを挿入する工程と、（ｄ）それぞれ集積伝送線と導波部を有するトランスデューサとを具備する第１及び第２ミリ波基板を用意する工程と、（ｅ）伝送線が導波路に直交し且つ導波路が各トランスデューサの導波部と軸方向に整列するように、第１及び第２ミリ波基板を支持板の各面に付ける工程とから構成される。
【００１２】
本発明のさらに別の側面は、本発明の変換器を組み込むシステムである。好適一実施形態において、システムは、上述の変換器を有するＡＣＣシステムを具備する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１を参照すると、本発明の信号変換器１の好適な一実施形態が示される。本明細書で使用されているように、「変換器」の用語は一横平面から別の平面にミリ波を伝送するために使用される一体の、一体成形された、又は個別部品の組立体のいずれかであるいかなるデバイスをも指す。本明細書で使用されているように、「ミリ波信号」の用語は、例えば横断電磁（ＴＥＭ）モード又は導波モードを含む多数の異なる形態で伝搬できる高周波電気信号を指す。本明細書で使用されているように、「ＴＥＭモード」の用語は、真性のＴＥＭパターン及び準ＴＥＭパターンの双方を総括して指す。ＴＥＭ、準ＴＥＭ及び中空導波路場の概念は周知であるので、ここでは特に説明しない。しかし、真性ＴＥＭモードにおいて電場、磁場及び波進行方向は互いに直交しているが、準ＴＥＭモードにおいて、小さな縦方向の電場及び磁場の成分があるものの、電場、磁場及び波進行方向は互いにほぼ直交するとだけ言えば十分だろう。本明細書に使用されるように、「中空導波モード」の用語は、電磁場エネルギーが導波路内で伝搬するモードを指す。「中空」の用語は、導波路は同軸導波路におけるような中心導体を有していないことを示すために用いられる。しかし、伝搬特性を変更するために誘電性充填物を有してもよい。従って、この種の導波路は、ＴＥＭモード伝搬を支持することができない。中空導波モードは周知であり、信号が進行する導波路のタイプに依存する。例えば、矩形導波路用の基本的モードはＴＥ10モードであるが、円形導波路用の基本的モードはＴＥ01モードである。
【００１４】
変換器１は、第１及び第２平行伝送線２ａ，２ｂと、第１及び第２伝送線２ａ，２ｂに直交する第３伝送線４とからなる。この特定実施形態において、第１及び第２伝送線は、異なる横平面上にある第１及び第２ミリ波基板６，７に組み込まれている。第１及び第２伝送線２ａ，２ｂはＴＥＭモードを有する信号を伝送するのに適しているが、第３伝送線４は、支持板５内に配置された導波路４ａであり、導波モードで信号を伝送するのに適している。また、変換器１は、第１及び第２ミリ波基板６，７に第１及び第２トランスデューサ３ａ，３ｂをそれぞれ具備する。第１トランスデューサ３ａは第１及び第３伝送線２ａ，４間を結合するのに対し、第２トランスデューサ３ｂは第２及び第３伝送線２ｂ、４間を結合する。各トランスデューサは、ＴＥＭモード及び導波モード間で信号を変換する。これらの部品は以下で詳細に説明する。
【００１５】
図１の実施形態において、本発明の第１及び第２伝送線２ａ，２ｂは、第１及び第２トランスデューサ３ａ，３ｂに又は第１及び第２トランスデューサ３ａ，３ｂからＴＥＭモード信号を伝送するのに適しているが、第３伝送線４は、トランスデューサ間で導波モード信号を伝送するのに適している導波路４ａである。しかし、伝送線の機能は逆になり、第１及び打２伝送線は導波路に代わるのに対し、第３伝送線は２個のトランスデューサ間でＴＥＭモード信号を支持するのに適する一般的な伝送線であることは、本発明の範囲内である。伝送線の特定構成は所望の用途に依存する。例えば、前者は、このようなシステムでは無線周波数信号を運ぶためにマイクロストリップライン（すなわち、準ＴＥＭ導波路）が使用されるので、信号の生成、受信及び操作／解釈に使用される他の回路に第１及び第２伝送線を組み込むことが予想されることにより、ＡＣＣシステムに依存する。例示目的のために、この説明は、導波路を使用する伝送線間をミリ波信号が伝送される実施形態に焦点を当てる。
【００１６】
ＴＥＭモード信号及び導波モード信号を伝送するための伝送線は周知である。ＴＥＭモード信号を伝送するための伝送線の例は、同軸線、ストリップライン、マイクロストリップライン、共平面導波路（ＣＰＷ）及びフィンストリップを含む。公的には、ＴＥＭモード信号を伝送するのに適する伝送線の少なくとも一つは、共平面伝送線、特にマイクロストリップである。より好適には、第１及び第２伝送線はマイクロストリップである。
【００１７】
図２を参照すると、第１ミリ波基板６は、第１伝送線２ａ及び第１トランスデューサ３ａを具備して示される。好適であるものの必須ではないが、第２伝送線２ｂ及び第２トランスデューサ３ｂを具備する第２ミリ波基板７は第１ミリ波基板と同等であるので、一つのミリ波構成は両平面に使用可能である。第１トランスデューサ２ａはマイクロストリップ２１として実施される。上述したように、マイクロストリップの構成は周知であり、第１基板２６上に印刷された導電路２１を具備する。ＡＣＣシステム又は他のミリ波ベースのシステムに組み込まれる場合、導電路２１は、外部回路を変換器１に接続すなわち結合する。従って、導電路２１の短い長さは、ミリ波基板又は別体の回路基板上の外部回路への又は外部回路からの通信信号を運ぶ伝送線の延長であってもよい。
【００１８】
マイクロストリップは、銅、金、銀又はアルミニウム等の任意の公知導体を具備してもよい。マイクロストリップの寸法は、用途及び使用される材料によって変えることができる。伝送線の幅は、要求される特性インピーダンスに依存する。例えば、誘電定数が2.2である0.127mm厚のデュロイド（商標）５８８０材料において、50Ωマイクロストリップ伝送線は0.381mm幅である。
【００１９】
基板２６は、導電路２１を支持するための基盤を提供する任意の構造であってもよい。好適には、基板も、トランスデューサ等の他の電気部品及び光部品を支持するのに適する。導電路２１及び他の部品は、基板内又は基板上に実装されてもよいし、基板と一体的に形成又は一体化されてもよい。変換の事項として、基板に関して部品の位置に言及する場合、「上」、「内」、「組み込まれる」及び「一体成形」の用語は、本開示を通して殆ど同じ意味で使用される。可撓性基板も同様に実施できるが、基板２６は、電気部品を付けるために安定した基盤を提供するよう硬質であるのが好適である。さらに、基板は、平坦である必要はないが、平坦であるのが好適である。
【００２０】
物理構造の他に、基板は伝送線又はトランスデューサの一体部品であることが多いので、その電気的特性は重要である。基板に適する材料は、誘電定数が約２〜１０の間である誘電体からなる。適当な材料の例は、アルミナ等のセラミック、ガリウム砒素及びケイ素等の単結晶半導体、単結晶サファイア、ガラス、水晶、及びテフロン（登録商標）等のプラスチックである。有効誘電定数2.2を有するデュロイド（商標）５８８０の基板で、満足する結果が得られる。
【００２１】
基板は、第１導電路２１、及び好適には第１トランスデューサ３ａ用に十分なベースを提供するよう十分な寸法設定がされるべきであるが、トランスデューサ及び伝送線は個別基板により支持され、同一面（周知）の異なる伝送線間のＴＥＭモード信号を結合するのに適する付加的変換器を介して結合可能であることを理解すべきである。当業者であれば、特定の基板材料に対して適当な厚さを決定できる。
【００２２】
図１に示される実施形態において、第３伝送線４は、導波モードで信号を伝送するための導波路４ａである。導波路は周知であり、すべての形状、断面積及び長さの中空、中実及び充填された導波路を含む。導波路は好適には、比較的製造容易な充填された矩形導波路である。しかし、当業者であれば、本明細書に矩形導波路が記載されているものの、本発明は、例えば円形断面等の非矩形断面を有する導波路にも適用になることを理解しよう。
【００２３】
図１を参照すると、導波路は、支持板５を貫通するトンネルすなわち孔により画定された中空の矩形導波路である。導波路の画定に加え、支持板５は、組立体の剛性を付加し、より堅牢にすることが望ましいであろう。例えば、図１に示される実施形態において、支持板５は、第１及び第２ミリ波基板６，７を支持するために、金属板５ａ等の比較的厚く剛性のある材料からなる。
【００２４】
図１に示される実施形態において、孔は、図３に示される矩形断面を有する物体の誘電基板充填物３１で充填される。この誘電基板充填物３１は、厚い金属製裏打ち１０及び誘電材料１１を有する。充填物３１に使用される誘電材料は、広い範囲の材料から選択可能である。適当な材料は、約2.2〜約12.9の誘電定数、及び約0.001〜約0.01の損失正接を有する傾向がある。適当な材料の例は、広く使用されるミリ波基板材料又はモノリシックマイクロ波回路用の基板であるセラミック、テフロン（登録商標）、ガリウム砒素及びケイ素である。例えば、適当な結果は、9.6の誘電定数及び0.001の損失正接を有するアルミナを用いて得られる。この用途については、基板の裏側の金属化層は比較的厚くすべきである。例えば、適当な結果は、0.432mmのアルミニウム材料及び0.203mmのアルミナを用いて得られる。重要な点は、トランスデューサ４（後述）の導波部の特定インピーダンスを整合するために、適切な誘電体の厚さを選択することである。これは、全波電磁シミュレータを用いて簡単に得ることができる。
【００２５】
設計過程を通して誘電体の厚さ及び充填材料の裏面の金属化を決定した後、矩形プリズムの形状に切断され、誘電基板充填物３１の完成品を形成し、金属板５ａ内に前もって用意された矩形開口内に落とされる。このように、矩形誘電体が充填された導波路４は、金属板５ａの一面から他面にミリ波エネルギーを移送するのに使用される金属板５ａに形成される。
【００２６】
導波路４の長さは、支持板５の厚さ、すなわち第１及び第２伝送線２ａ，２ｂ間の垂直方向の距離とすることができる。これは、導波路がミリ波信号の波長の10％より大きい長さを有することを意味する。例えば、波長が2.8mm（77ＧHz）である場合、長さは0.28mmより長い。このような長さは従来技術では問題であったが、本発明はミリ波エネルギーの移送に充填された導波部を使用しているので、比較的低い損失で厚い支持板を介してエネルギーを移送することが可能である。好適一実施形態において、導波部の長さは少なくとも0.25mmであり、より好適には少なくとも１mmであり、さらに好適には少なくとも1.5mmである。
【００２７】
第１及び第２トランスデューサ３ａ，３ｂは、ＴＥＭモード及び導波モード間で信号を変換するよう作用する。トランスデューサ使用の概念は、米国特許第６０８７９０７号明細書で全体が説明されている。図２を参照すると、第１トランスデューサ３ａは第１ミリ波基板６に関して詳細に考慮されているが、第２トランスデューサ３ｂは第１トランスデューサと同等であるので、ここでの説明は第２トランスデューサにも同様に適用されることを理解すべきである。
【００２８】
例示目的のために、第１トランスデューサ３ａは、３つの異なる部分、すなわち伝送部２３、変換部２４及び導波部２５に分けることができる。トランスデューサ３ａの伝送部２３は、第１伝送線２ａの導電路２１に電気的に結合される。トランスデューサ及び伝送線は、伝送線として同一基板上に印刷でき、この結果、２つの間の明確な境界線は存在しない。にもかかわらず、本明細書の説明の目的のために、ある点２２（おそらく仮想であるが）では、導電路２１はもはや伝送線２ａの一部ではないが、トランスデューサ３ａの伝送部２３の一部であることだけ言えば十分であろう。
【００２９】
伝送部２３は変換部２４に接続される。変換部２４は、第１基板２６上に印刷された複数の導電性変換フィン２８を有する。フィンの使用により、トランスデューサの反射損失が最小になる。各フィン２８は、ＴＥＭモード伝搬の方向に直交関係で配置される。図２に示される実施形態において、各フィン２８は、ＴＥＭ軸と軸方向に整列する変換トレース２７の両側に対のフィンと共直線に配置される。本実施形態において、４対の変換フィン２８がある。各フィン２８は、その長さがＴＥＭ軸から各フィンの端部まで画定される、作動周波数の１／４波長の長さと等しいか長い。例えば、本実施形態において、中心作動周波数は77ＭHzである。従って、77ＭHzの中心作動周波数で誘電定数2.2を有するデュロイド（商標）基板におけるマイクロストリップの１／４波長は、ほぼ1.02mmである。よって、変換トレース２７の両側にフィン２８を使用する変換部２４の幅は、合計ほぼ2.04mmと等しいか大きい。また、別の実施形態は、所望の電気特性により、フィン２８の付加対か、変換部２４を具備する伝送線の付加対と同様に、より少ないフィン２８の対を有する。
【００３０】
作動時において、フィン２８は電気的に伝送線として振舞うと考えることができる。作動周波数では、適当な長さの伝送線が、約１／４波長寸法により、ＴＥＭ軸の中心から離れた開路となるように見えるものを電気的に生成する。しかし、伝送線も、例えば作動周波数で適当な値を有する並列のインダクタ及びキャパシタの組合せ等の、フィン２８の代わりの集中した要素等価回路を使用してエミュレートできる。別の実施形態において、各対のフィン２８は互いに共直線であることや、変換トレース２７の片面に等しい数のフィン２８があることは必要ではない。しかし、これらの特性は、特性用途用の変換器の性能を最適化するために使用可能である。
【００３１】
変換部は、トランスデューサ３ａの導波部２５に隣接する。導波部２５は、第１基板２６と、第１導波部の周辺の一部を画定するＵ形状導電バリア２９とを具備する。バリア２９は、溝又は複数連の凹部を基板にエッチング又は機械加工し、例えば金、銀、銅又はアルミニウム等の導電性材料で溝又は凹部を充填する公知の方法で形成できる。基板に連続溝を形成するよりも、溝壁に近似させた近接した円形バイアを使用することが好ましいであろう。このようなアプローチは、印刷回路基板用に好適であろう。しかし、連続溝は、付近の変換器間の分離を著しく改良する。
【００３２】
導波モード信号は、変換部により導波部に放たれる。特に、隣接するフィン２８が電気的にすぐそばであるので、これらフィンを流れる電流はほぼ同相である。フィンを流れる電流は、空気中で破壊的に干渉する磁場及び電場を誘発するが、誘電体内では発展的に干渉する。従って、殆どのエネルギーは、導波部２５の第１基板２６に移送される。
【００３３】
トランスデューサ及び導波路の特定構成は、市場で入手可能な全波電磁シミュレータを使用して決定できる。例えば、設計過程は、例えばアンソフトＨＦＳＳ等を通して利用可能な全波三次元電磁シミュレータを使用してシミュレーションや適当に部分分けされた構造の最適化を用いることができる。シミュレータの最適化の特徴により、異なる材料特性、寸法、作動周波数について変換の次元を変更することができる。
【００３４】
図１及び図２を参照して、変換器１の作動を考える。ＴＥＭモード信号は、第１伝送線２ａにより第１トランスデューサ３ａの伝送部２３に運ばれる。トランスデューサにおいて、信号は、第１基板２６に形成された第１トランスデューサ３ａの矩形導波部２５に放つために、導波モード、特にＴＥ10モードに変換される。次に、第１トランスデューサ３ａの導波部２５を通って伝搬する信号は、導波結合部を経由して第３伝送線４及び導波路４ａに移送される。ミリ波信号は、導波路４ａを通過した後、第２基板の第２トランスデューサ３ｂの導波部（図示せず）に結合され、ＴＥＭモード信号に逆変換され、第２トランスデューサ３ｂの伝送部（図示せず）に伝送される。ＴＥＭモード信号は、最後に第１伝送線２ａに平行な第２伝送線２ｂに結合される。これにより、第１伝送線２ａから第２伝送線２ｂまでのミリ波信号の移送が完了する。
【００３５】
トランスデューサの機能を、伝送部に入力されるＴＥＭモード信号を導波部経由で出力される導波モード信号に変換するトランスデューサについて上述したが、トランスデューサは逆も同様に作動することを理解すべきである。特に、好適実施形態において、同一のトランスデューサは、導波部に入力される導波モード信号を変換部経由で出力されるＴＥＭモード信号に変換することに使用できる。
【００３６】
上述したように、本発明の変換の構成により、製造し易さが改良される。特に、例えばマイクロストリップ・スロット及びＥ平面プローブ変換等の従来の変換で必要とされるきつい許容差を回避して設計できる。ＴＥＭモード及び導波モード間で信号を変換するトランスデューサに依存することにより、変換はモジュラー部品で行われ、部品及び導波路間の複雑な整列を回避できる。その結果、多量且つ自動組立に導く製造方法が使用できる。特に、導波部への伝送線は重要ではないので、導波路は変換器と分離して形成できる、すなわち変換器と一体に形成する必要はない。これにより、大量生産技法を使用して製造することが可能である。例えば、図１に示される実施形態において、導波路の断面領域に対応する基板に最初に穿孔することにより、導波路は支持板５及び金属ベース板５ａに形成される。好適実施形態において、導波路は矩形であるので、開口も矩形である。この矩形部の寸法は、変換器の導波部に要する寸法より大きい。しかし、実際に導波機能はこの開口に落とされる別に形成された金属化誘電体により形成される。最初にベースに大きな開口を形成する理由は、厳しい許容差要求のため、金属板に実際の導波路寸法を直接機械加工することは極端に困難であるので、大量生産を容易にすることである。
【００３７】
本発明の変換器は、大量生産技法に導くのみならず、性能の改善も提供する。例えば、図４を参照すると、図１のミリ波変換をシミュレートした応答が示される。変換器の反射損失は、65ＧHz〜85ＧHzの間で15dBより良好である。挿入損失は、同一周波数範囲で0.6dBより良好である。
【００３８】
本発明の変換器は、ミリ波が一平面から別の平面に移送されるいかなる組立体でも使用可能である。これら組立体の例は、ＡＣＣシステム、ＬＭＤＳシステム及びＨＲＲシステムである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の変換器の好適な一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の変換器の基板を示す平面図である。
【図３】図１の変換器用の導波路フィルタを示す斜視図である。
【図４】図１の変換器の性能データを示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１    変換器
２ａ  第１伝送線
２ｂ  第２伝送線
３ａ  第１トランスデューサ
３ｂ  第２トランスデューサ
４    第３伝送線
５    支持板
６    第１ミリ波基板
７    第２ミリ波基板
２３  伝送部
２４  導波部
２５  変換部
２９  導電バリア
３１  誘電体基板充填物（金属化誘電充填物）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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