(57)【要約】【課題】接地導体と放射導体との距離および高周波線路の誘電体層の厚さを自由に設定できる高周波線路−導波管変換器を提供する。【解決手段】第１の誘電体層２と、線路導体３と、接地導体４とを具備する高周波線路１を、導波管７に変換するための高周波線路−導波管変換器であって、接地導体４の線路導体３の一端に対向する開口部５と、第１の誘電体層２の下に積層された第２の誘電体層６と、その下面に線路導体３の一端に対向して配された放射導体８と、接地導体４の開口部５内を通り第１および第２の誘電体層２・６を貫通して線路導体３の一端と放射導体８とを電気的に接続する接続導体９と、接続導体９の第２の誘電体層６を貫通する部位および放射導体８を取り囲むように第２の誘電体層６の側面または内部に配されたシールド導体部10とを具備しており、シールド導体部10は導波管７の開口に対してその内側に位置するように設けられている。【選択図】図１
2007060714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の誘電体層と、該第１の誘電体層の上面に配された線路導体と、前記第１の誘電体層の下面に配された接地導体とを具備する高周波線路を、導波管に変換するための高周波線路−導波管変換器であって、前記接地導体の前記線路導体の一端に対向する開口部と、前記第１の誘電体層の下に積層された第２の誘電体層と、該第２の誘電体層の下面に前記線路導体の一端に対向して配された放射導体と、前記接地導体の前記開口部内を通り前記第１および第２の誘電体層を貫通して前記線路導体の前記一端と前記放射導体とを電気的に接続する接続導体と、該接続導体の前記第２の誘電体層を貫通する部位および前記放射導体を取り囲むように前記第２の誘電体層の側面または内部に配されたシールド導体部とを具備しており、前記シールド導体部は前記導波管の開口に対してその内側に位置するように設けら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】
前記シールド導体部が前記第２の誘電体層の内部に配された複数のシールド用貫通導体から成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】
前記第２の誘電体層の厚さが前記高周波線路により伝送される信号の波長の略１／４であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波線路−導波管変換器。
【請求項４】
前記接続導体が前記放射導体の中心からずれた位置に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高周波線路−導波管変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ストリップ線路またはマイクロストリップ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。
【背景技術】
【０００２】
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、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）、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。
【０００６】
図４は、そのような高周波フロントエンドの構造を説明するための断面図である。図４によれば、フロントエンド60は、モジュール61とアンテナ62とが導波管部材63で接続されて構成されている。モジュール61は、導波管開口64を有する金属シャーシ65上に搭載されている。また、このフロントエンド60には、高周波線路としてのマイクロストリップ線路が形成されたマイクロストリップ基板66と、導波管開口部64および短絡終端部材67で構成される導波管とから成る高周波線路−導波管変換器68が構成されている。マイクロストリップ基板66のマイクロストリップ線路には、高周波部品が搭載された配線基板69がワイヤボンディングで接続されている。
【０００７】
このフロントエンド60における高周波線路−導波管変換器68は、短絡終端部材67の短絡終端面から高周波信号の信号波長の１／４の距離だけ離れた位置において、導波管の側面からマイクロストリップ基板66上に形成されたプローブ（線路導体は延設されているが接地導体は形成されていない部分）を信号波長の略１／４の長さ分挿入したタイプのものである。このプローブは導波管内でアンテナとして機能し、高周波信号を電磁波として導波管内に放射する。導波管内に放射された電磁波の半分は下方の導波管部材63に直接伝送し、もう半分は上方の短絡終端部材67側に伝送する。短絡終端部材67側に伝送した電磁波は短絡終端面で位相を反転させて全反射する。全反射した電磁波はプローブ部分まで戻ってきて、プローブから下方に直接放射される電磁波と合成される。このとき、短絡終端面で反射されてきた電磁波は、プローブ−短絡終端面間の距離を高周波信号の信号波長の１／４にしておけば、プローブ−短絡終端面−プローブの往復の光路長が１／２波長になり、プローブから直接放射される電磁波とは光路差により位相が逆になる。結局、短絡終端面で反射してきた電磁波は、短絡終端面で反射するときに位相が反転し、さらに光路差により位相が逆になって、プローブから直接下方に放射される電磁波と同位相になり、下方の導波管部材63へと伝送されることになる。
【０００８】
このとき、プローブを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、プローブから上方に放射されて短絡終端面で反射してきた電磁波の位相をプローブから下方に放射される電磁波の位相と同位相にするには、プローブ−短絡終端面間の距離を正確に信号波長の１／４にする必要がある。したがって、アンテナとして機能するマイクロストリップ基板66の位置や短絡終端部材67の高さ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68は、金属シャーシ65上に配線基板69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、用いた部材のすべてが無駄になってしまい、組み立て歩留まりに問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような問題を解決するために、例えば特開平６−112708号公報には、誘電体基板に、導波管の短絡終端として機能する接地導体と、アンテナとして機能する放射導体とを具備する導波管・平面線路変換器が提案されている。この特開平６−112708号公報においては、導波管の短絡終端と放射導体との距離を高周波信号の信号波長の１／４にしている。これは従来から用いられている変換器と同じ構成である。
【００１１】
しかし、この構成では導波管の短絡終端と放射導体との距離を調整する誘電体基板と、マイクロストリップ線路を構成する誘電体基板とが同一であり、この誘電体基板の厚さを信号波長の１／４とする必要があるため、マイクロストリップ線路のインピーダンス調整は線路導体の導体幅のみによって行なわれることになる。これによってマイクロストリップ線路のインピーダンスを一定の値にするには、基板が厚いときは線路導体の導体幅を広くし、基板が薄いときは導体幅を狭くする必要がある。したがって、信号周波数によっては接続すべき相手側のマイクロストリップ線路の線路導体の導体幅と差が生じてしまい、信号反射の原因となってしまうという問題点があった。
【００１２】
また、この変換器は誘電体基板の厚さが信号波長の１／４になっているため、信号周波数が低いときは誘電体基板は厚くなり、信号周波数が高くなると薄くなる。そのため信号周波数が高くなると誘電体基板が薄くなって強度が弱くなってしまうという問題点もあった。例えば信号周波数が76ＧＨｚで誘電体基板の比誘電率が９の場合には、誘電体基板の厚さは約0.33ｍｍになり、基板材料にもよるものの誘電体基板が変形したり、破壊したりするおそれがあるものとなる。
【００１３】
また、この変換器においては、放射導体のうちアンテナとして機能する部分は導波管内に挿入された部分であるため、導波管・平面線路変換器の位置ずれによりアンテナとして機能する部分の長さが変化してアンテナ特性が変化し、結果として導波管・平面線路変換の変換効率が低下する場合があるという問題点もあった。
【００１４】
さらに、この変換器を用いるには、金属製の筐体に形成した導波管開口の一部に、放射導体の短絡を防ぐために凹部を設ける必要がある。これは、本来なら導波管管壁であるべき部分の一部が欠落しているということであるので、この部分から電磁波が漏れてしまい、変換効率が低下してしまうという問題点もあった。また、このような凹部を設けることが必須であるので、導波管や筐体にそのための加工を施すことが必要になるという問題点もあった。
【００１５】
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、接地導体と放射導体との距離を高周波線路−導波管変換の変換効率を高めるように設定しつつ、高周波線路のインピーダンス調整のために誘電体層の厚さを自由に設定でき、導波管開口部に特別な加工を必要としない高周波線路−導波管変換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の高周波線路−導波管変換器は、第１の誘電体層と、該第１の誘電体層の上面に配された線路導体と、前記第１の誘電体層の下面に配された接地導体とを具備する高周波線路を、導波管に変換するための高周波線路−導波管変換器であって、前記接地導体の前記線路導体の一端に対向する開口部と、前記第１の誘電体層の下に積層された第２の誘電体層と、該第２の誘電体層の下面に前記線路導体の一端に対向して配された放射導体と、前記接地導体の前記開口部内を通り前記第１および第２の誘電体層を貫通して前記線路導体の前記一端と前記放射導体とを電気的に接続する接続導体と、該接続導体の前記第２の誘電体層を貫通する部位および前記放射導体を取り囲むように前記第２の誘電体層の側面または内部に配されたシールド導体部とを具備しており、前記シールド導体部は前記導波管の開口に対してその内側に位置するように設けられていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の高周波線路−導波管変換器において好ましくは、前記シールド導体部が前記第２の誘電体層の内部に配された複数のシールド用貫通導体から成ることを特徴とする。
【００１８】
本発明の高周波線路−導波管変換器において好ましくは、前記第２の誘電体層の厚さが前記高周波線路により伝送される信号の波長の略１／４であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の高周波線路−導波管変換器において好ましくは、前記接続導体が前記放射導体の中心からずれた位置に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の高周波線路−導波管変換器によれば、第１の誘電体層の厚さで高周波線路を構成する誘電体層の厚さを調整し、第２の誘電体層で放射導体と導波管の短絡終端として機能する接地導体との間の距離を調整することが可能となり、その結果、第２の誘電体層の厚さを高周波線路−導波管変換の変換効率を高めるような厚さ（例えば高周波信号の信号波長の略１／４）に設定しつつ、高周波線路を構成する誘電体層の厚さを信号周波数に関係なく自由に選択してインピーダンス調整をすることができるため、線路導体の幅を外部の高周波線路の線路導体の幅と合わせることが可能となり、その接続部における信号反射を小さくすることができる。また、信号周波数が高くなり（信号波長が短くなり）、高周波線路−導波管変換の変換効率を高めるために第２の誘電体層の厚さを薄くした場合においても、変換器の全体の厚さは第１の誘電体層と第２の誘電体層との合計の厚さになるので、変換器の全体の厚さは極端に薄くなることがなく、強度低下を抑えることができる。
【００２１】
また、本発明の高周波線路−導波管変換器によれば、シールド導体部が第２の誘電体層の内部に配された複数のシールド用貫通導体から成るときには、高周波線路−導波管変換器の作製時にこれらシールド用貫通導体を接続導体と同時に形成することが可能となり、高周波線路−導波管変換器を容易に製造することができる。また、第２の誘電体層のシールド用貫通導体で囲まれた領域の形状は任意に設計できるので、たとえば第２の誘電体層のシールド用貫通導体で囲まれた領域に不要な共振が発生する場合に、シールド導体部の配置を調整して、不要共振を信号変換の帯域外にシフトさせることが可能となる。
【００２２】
また、本発明の高周波線路−導波管変換器によれば、第２の誘電体層の厚さが高周波線路により伝送される信号の波長の略１／４であるときには、放射導体と接地導体との距離が信号波長の略１／４となり、放射導体から接地導体側に放射された電磁波が接地導体で全反射して放射導体に戻ってくるまでの光路長が信号波長の略１／２になるので位相が逆になり、接地導体側で全反射した際の位相反転とあいまって、放射導体から導波管側に直接放射される電磁波と同位相になり、これらがお互いに合成されて信号が導波管に効率よく伝送されることとなる。
【００２３】
また、本発明の高周波線路−導波管変換器によれば、接続導体が放射導体の中心からずれた位置に接続されているときには、接続導体によって区切られた放射導体の長さに差が生じて、放射導体の長い方の部分から放射される電磁波が、短い方の部分から放射される電磁波よりも強くなり、その差に応じて高周波信号を電磁波として導波管内に放射することができるため、信号を効率よく導波管に伝送することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２５】
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−ＡＡ線断面図である。また、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同様の図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−ＢＢ線断面図である。図１および図２において、１は高周波線路としてのマイクロストリップ線路、２は第１の誘電体層、３は線路導体、４は接地導体、５は接地導体４に形成された開口部、６は第２の誘電体層、７は導波管、８は放射導体、９は接続導体、10はシールド導体部である。
【００２６】
これら本発明の高周波線路−導波管変換器の例においては、第１の誘電体層２と、第１の誘電体層２の上面に配された線路導体３と、第１の誘電体層２の下面に配された接地導体４とによって高周波線路としてのマイクロストリップ線路１が形成されている。また、第１の誘電体層２および接地導体４の下に第２の誘電体層６が積層され、第２の誘電体層６の下面には放射導体８が配されており、放射導体８は接地導体４に形成された開口部５内を通る接続導体９により線路導体３の一端と電気的に接続されている。これにより、線路導体３に伝送された高周波信号は、放射導体８から電磁波として放射導体８の下方に延びるように配置された導波管７内に放射される。接続導体９の第２の誘電体層６を貫通する部位および放射導体８は、それらを取り囲むように第２の誘電体層６の側面または内部に配され、接地導体４および導波管７に電気的に接続されたシールド導体部10によりシールドされており、放射導体８から接地導体４側に放射された電磁波およびその電磁波の接地導体４での反射波が漏れ出すことを防ぎ、変換効率が低下することを防止している。導波管７はその開口内に放射導体８が配されるように配置されて接続される。
【００２７】
このような構造とすることにより、高周波線路であるマイクロストリップ線路１を構成する誘電体層の厚さと放射導体８−接地導体４間の距離とを、それぞれ第１の誘電体層２の厚さと第２の誘電体層６の厚さとによって独立に調整できるので、マイクロストリップ線路１のインピーダンス調整が容易になるとともに、線路導体３の導体幅を外部高周波線路との接続に適した幅へ調整すると同時に放射導体８−接地導体４間の距離を高周波線路−導波管変換の変換効率を高めるように調整することができるものとなる。
【００２８】
また、信号周波数が高い（信号波長が短い）場合に、高周波線路−導波管変換の効率を高めるために第２の誘電体層６の厚さを薄くしても、変換器の全体の厚さは第１の誘電体層２と第２の誘電体層６との合計の厚さになるので、変換器の全体の厚さは極端に薄くなることがなく、強度低下を抑えることができる。
【００２９】
さらに、放射導体８は全体が導波管７の開口内に配置されることとなるので、導波管７に対して高周波線路−導波管変換器が位置ずれを起こしても、アンテナとして機能する放射導体８の部分の長さは一定となり、特性の低下を起こすことがない。また、導波管７の開口部に切り込み等を設けなくても線路導体３と放射導体８とを接続することが可能であるので、導波管７の開口部の切り込み部からの電磁波の漏れはなく、そのような電磁波の漏れによる変換効率の低下がない。
【００３０】
第１の誘電体層２および第２の誘電体層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。
【００３１】
線路導体３・接地導体４・放射導体８・接続導体９ならびに貫通導体等によるシールド導体部10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。
【００３２】
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、第１の誘電体層２および第２の誘電体層６を形成する誘電体材料としては、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。特に望ましい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。
【００３３】
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、これを従来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有機溶剤・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接続導体９や図２におけるシールド導体部10としての貫通導体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、続いて線路導体３・接地導体４および放射導体８の形状にメタライズペーストを印刷する。これら導体が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、線路導体３や放射導体８等の表面に露出する導体の表面には、ニッケルめっきおよび金めっきを被着させる。
【００３４】
シールド導体部10は接続導体９の第２の誘電体層６を貫通する部位および放射導体８を取り囲むように第２の誘電体層６の側面または内部に配され、接地導体４に電気的に接続されて接地される。
【００３５】
図１に示す例はシールド導体部10が第２の誘電体層６の側面に形成された場合を示すものであり、導波管７の端部の管壁がシールド導体部10を兼ねているが、この場合のシールド導体部10は、第２の誘電体層６の側面に形成したメタライズ層であってもよく、そのときの側面のメタライズ層は導波管７に電気的に接続されるように形成すればよい。この場合の側面のメタライズ層への導波管７の接続は、導波管７の開口を第２の誘電体層６の下面に位置させて接続してもよいが、電磁波の漏れを極力抑えるためには、図１に示すように第２の誘電体層６の下面が導波管７の開口より内側に位置するように導波管７を設置することが望ましい。また、第２の誘電体層６の側面へのメタライズ層の形成は、前述の作製方法において、セラミックグリ−ンシートを圧着した後にこの積層体の側面の第２の誘電体層６となる部分にメタライズペーストを印刷により塗布する方法や、焼成後に第２の誘電体層６の側面を研磨する等した後、その側面にメタライズペーストを印刷により塗布して焼き付ける方法等を採用すればよい。
【００３６】
シールド導体部10は、図２に示すように、第２の誘電体層６の内部に配された複数のシールド用貫通導体により構成するとよい。図２に示す例においては、複数のシールド用貫通導体は放射導体８および接続導体９を取り囲むように第２の誘電体層６内に配列されてシールド導体部10を形成している。このときシールド用貫通導体は、不要な共振が発生しないように導波管７の開口に対してその内側に位置するように設置することが望ましい。このようにシールド導体部10を複数のシールド用貫通導体で形成すると、その作製時に第２の誘電体層６内に接続導体９と同時に形成することが可能となるので、シールド導体部10を第２の誘電体層６の側面に別途形成する工程を省くことが可能となり、図１に示す例の場合のように第２の誘電体層６の外形形状を導波管７の開口内に入る形状に合わせる必要もなく、高周波線路−導波管変換器を容易に製造することができる。また、第２の誘電体層６のシールド導体部10で囲まれた領域の形状を任意に設計することができるので、たとえば第２の誘電体層６のシールド導体部10で囲まれた領域に不要な共振が発生する場合に、シールド導体部10の配置を調整して、不要共振を信号変換の帯域外にシフトさせることが可能となる。
【００３７】
シールド用貫通導体同士の隙間（図２にＧで示す）は、信号波長の１／４未満にすることが望ましい。これは、信号波長の１／４未満とすることにより電磁波がシールド用貫通導体間の隙間から漏れにくくなるので、シールド効果を高めることができるからである。
【００３８】
なお、シールド導体部10を構成するシールド用貫通導体は、貫通孔の内壁に導体層が被着されたいわゆるスルーホール導体であってもよく、貫通孔の内部が導体で充填されたいわゆるビア導体であってもよい。
【００３９】
第２の誘電体層６は、高周波線路−導波管変換の変換効率を高めるためには、その厚さ（図１中にＨで示す）をマイクロストリップ線路１により伝送される信号波長の略１／４とすることが好ましい。第２の誘電体層６の厚さを信号の波長の略１／４にすると、放射導体８と接地導体４との距離が信号波長の略１／４となり、放射導体８から接地導体４側に放射された電磁波が接地導体４で全反射して放射導体８まで戻ってくるまでの光路長が信号波長の略１／２になるので、戻ってきたときには位相が逆になり、接地導体４での全反射による位相反転とあいまって、放射導体８から導波管７側に直接放射される電磁波と同位相になり、これらがお互いに合成されて信号が導波管７に効率よく伝送されることとなる。
【００４０】
第２の誘電体層６の厚さは、前述の作製方法において、焼成後に第２の誘電体層６となるセラミックグリーンシートの厚さを調節することにより調整することができる。この場合、セラミックグリーンシート１枚の厚さでもって調整してもよいし、複数枚のセラミックグリーンシートを積層することにより調節してもよい。
【００４１】
接続導体９は放射導体８の中心からずれた位置、例えば高周波線路１の伝送方向にずれた位置に接続されているとよい。これにより、図１に示すように、放射導体８は接続導体９によってその長さの長い部分８ａと、長さの短い部分８ｂとに分けられる。放射導体８の長い部分および短い部分８ａ・８ｂは接続導体９の接続点から互いに反対の方向に伸びているので、接続点から放射導体８の長い部分および短い部分８ａ・８ｂの先端に向かって信号が伝送することにより放射される電磁波は、信号の伝送方向がお互いに反対なので位相が逆になる。このように位相が逆の電磁波は互いに打ち消しあう形となり、また放射される電磁波の強さは放射導体８のこれら長い部分および短い部分８ａ・８ｂの長さに対応するので、放射導体８の長い部分８ａの長さと放射導体８の短い部分８ｂの長さとの差に応じた強度の電磁波が導波管７に放射されることになる。よって、接続導体９が放射導体８の中心からずれた位置に接続されると、放射導体８の長い部分８ａから放射される電磁波が、放射導体８の短い部分８ｂから放射される電磁波よりも強くなり、その差の分だけ電磁波が導波管７中に放射されることとなるので、高周波線路１から導波管７への変換が可能になる。また、接続導体９が放射導体８の端部に接続され、放射導体８がその接続点から一方向にのみ延びているような構造にすると、放射導体８の長い部分８ａの長さと放射導体８の短い部分８ｂの長さとの差が最大になり、最も変換効率の高い構造となるので、より好ましいものとなる。これに対し、接続導体９が放射導体８の中心に接続され、長い部分８ａと短い部分８ｂとが同じ長さとなると、放射導体８で同程度の強度の逆位相の電磁波が打ち消しあうこととなり、電磁波を効率よく導波管７内に放射することが困難となることがある。
【００４２】
接地導体４に形成された開口部５は、接続導体９と接地導体４とが電気的に絶縁されるように、線路導体３の一端に対向する位置に設けられている。開口部５の大きさは、接続導体９と接地導体４との間隙が、マイクロストリップ線路１が形成された第１の誘電体層２の厚さ以上であり、信号波長の１／４以下であるようなものとするとよい。接続導体９と接地導体４との間隙が第１の誘電体層２の厚さより小さくなると、接続導体９とマイクロストリップ線路１とのインピーダンスの不整合が発生しやすくなり、逆に接続導体９と接地導体４との間隙が信号波長の１／４より大きくなると、電磁波がこの間隙から漏れやすくなるからである。
【００４３】
導波管７の形状は特に制約はなく、例えば方形導波管として規格化されているＷＲシリーズを用いると、測定用校正キットが充実しているので種々の特性評価が容易になるが、使用する高周波信号の周波数に応じてシステムの小型軽量化のために高次モードが発生しない範囲で小型化した方形導波管を用いてもよい。また、円形導波管を用いてもよい。
【００４４】
導波管７は、金属で構成し、管内壁を電流による導体損低減や腐食防止のために金・銀等の貴金属で被覆するとよい。また、樹脂を必要な導波管形状に成型し、金属の場合と同様に管内壁を金・銀等の貴金属で被覆したものであってもよい。導波管７の高周波線路−導波管変換器への取り付けは、ろう材による接合やねじによる締め付け等によって行なわれる。
【００４５】
ろう材による接合によって導波管７を高周波線路−導波管変換器へ取り付けるためには、接地導体４およびシールド導体部10と電気的に接続された導波管接続用導体を取り付けられる導波管７の開口に合わせて形成しておくとよい。例えば、図２に示したように、第２の誘電体層６の下面にシールド用貫通導体から成るシールド導体部10と接続されたメタライズ層から成る導波管接続用導体11を形成しておくとよい。また、シールド導体部10が第２の誘電体層６の側面に形成されたメタライズ層である場合も同様に、側面のシールド導体部10としてのメタライズ層と接続されるように第２の誘電体層６の下面にメタライズ層から成る導波管接続用導体11を形成すればよい。このような導波管接続用導体11を形成しておくと、導波管７を高周波線路−導波管変換器へ取り付けた際の導波管７とシールド導体部10および接地導体４との電気的接続がより確実なものとなるので、信頼性の高い高周波線路−導波管変換器を構成することができる点で好ましいものとなる。
【００４６】
なお、図１に示した例では、接地導体４のうち第２の誘電体層６の周囲の第１の誘電体層２の表面に露出した部分が導波管接続用導体として機能する部分となっている。
【００４７】
導波管接続用導体11は、前述の作製方法において、線路導体３・接地導体４および放射導体８の形成と同様に、導波管接続用導体11の形状にメタライズペーストを印刷することにより同時に形成すればよい。さらに、線路導体３や放射導体８等の表面に露出する導体と同様に、その表面にニッケルめっきおよび金めっきを被着させると、ろう材による接合の場合のろう材濡れ性が向上するので、より好ましいものとなる。
【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および図２では高周波線路がマイクロストリップ線路構造の場合の例を示したが、線路導体３の両側に一定のギャップを設けてインピーダンスが所定の値になるように第１の誘電体層２の上面に同一面接地導体を形成してコプレーナ線路構造とした場合であっても、あるいは第１の誘電体層２の上にさらに誘電体層を積層し、この誘電体層の上面に線路導体３を覆うように上面接地導体層を第１の誘電体層２の下面の接地導体４と対向させて形成してトリプレート線路構造としてもよく、いずれの場合であっても第１の誘電体層２・線路導体３・接地導体４・開口部５・第２の誘電体層６・導波管７・放射導体８および接続導体９の位置関係を図１または図２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。
【実施例】
【００５０】
次に、本発明の高周波線路−導波管変換器の効果を確認すべく、以下のような実験を行なった。
【００５１】
まず、焼成後に10ＧＨｚにおける誘電正接が0.0006になるアルミナセラミックスのセラミックグリーンシートと、タングステンメタライズ用のメタライズペーストとを用いて、通常のグリーンシート積層技術および同時焼成技術によって、図３に示すような評価基板を作製した。なお、図３（ａ）は評価基板の上面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−ＣＣ線断面図、（ｃ）は下面図である。
【００５２】
焼成後、評価基板の上面および下面の各メタライズ層の表面にはニッケルおよび金によるめっき加工を施した。ここで、評価基板中の高周波線路−導波管変換器は、対応する導波管をＷ帯（75ＧＨｚ〜110ＧＨｚ）用ＷＲ−10に設定し、76ＧＨｚを中心周波数として設計した。評価基板は、図２に示した第１の誘電体層２・線路導体３・接地導体４・第２の誘電体層６・放射導体８・接続導体９およびシールド用貫通導体から成るシールド導体部10で構成された本発明の高周波線路−導波管変換器を図中の左右に各々１つずつ２つ有しており、これら２つの変換器は両方の線路導体３と接地導体４とをそれぞれ一体化した構造としている。一体化された線路導体３と接地導体４は、誘電体層２とともに接続用マイクロストリップ線路50を構成している。左右の高周波線路−導波管変換器の間隔は、それぞれに測定用導波管を接続できるように20ｍｍとした。これにより、この評価基板は、２つの高周波線路−導波管変換器を長さ20ｍｍの接続用マイクロストリップ線路50で接続した構成となっている。
【００５３】
次に、この評価基板の各高周波線路−導波管変換器の導波管接続用導体11に測定用導波管の導波管開口を合わせて、ねじにより締め付けて接続し、一方の導波管から信号を入力し、他方の導波管から出力された信号を測定する方法で、75ＧＨｚ〜110ＧＨｚの範囲における挿入損失を測定した。この結果と、別途測定した接続用マイクロストリップ線路50の損失とから、高周波線路−導波管変換器の変換損失を見積った。
【００５４】
その結果、76ＧＨｚにおける変換損失は約１ｄＢであり、実用的な高周波モジュールを作製する上で充分に小さい変換損失であることが確認された。また、変換損失1.5ｄＢをしきい値としたときの帯域は75ＧＨｚ〜85ＧＨｚであったので、設計中心周波数76ＧＨｚに対する比帯域として10％以上が得られており、比較的広帯域な周波数特性であることも確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【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）の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）のＢ−ＢＢ線断面図である。
【図３】本発明の高周波線路−導波管変換器の評価基板を示す（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−ＣＣ線断面図、（ｃ）は下面図である。
【図４】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。
【符号の説明】
【００５６】
１・・・・・マイクロストリップ線路（高周波線路）
２・・・・・第１の誘電体層
３・・・・・線路導体
４・・・・・接地導体
５・・・・・開口部
６・・・・・第２の誘電体層
７・・・・・導波管
８・・・・・放射導体
９・・・・・接続導体
10・・・・・シールド導体部
50・・・・・接続用マイクロストリップ線路
【図１】
2007060714.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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