(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部導波管の上側に積層された第１の誘電体基板と、
前記第１の誘電体基板の上側に積層された第２の誘電体基板と、
前記第２の誘電体基板の上側に積層された第３の誘電体基板と、
前記第３の誘電体基板の上面に設けられたストリップ導体パターン、及び第１の導波管形成用導体パターンと、
前記第３の誘電体基板の下面に設けられた、地導体パターン抜き部を有する地導体パターン、及び前記地導体パターン抜き部の中に位置する第１のリッジ形成用導体パターンと、
前記第１及び第２の誘電体基板の層間面に設けられた、第１の導体パターン抜き部を有する第２の導波管形成用導体パターン、及び前記第１の導体パターン抜き部の中に位置する第２のリッジ形成用導体パターンと、
前記第１の誘電体基板の下面に設けられた、第２の導体パターン抜き部を有する第３の導波管形成用導体パターン、及び前記第２の導体パターン抜き部の中に位置する第３のリッジ形成用導体パターンと、
前記ストリップ導体パターン、前記第１のリッジ形成用導体パターン、前記第２のリッジ形成用導体パターン、及び前記第３のリッジ形成用導体パターンを接続するリッジ形成用柱状導体と、
前記地導体パターン抜き部、前記第１の導体パターン抜き部、及び前記第２の導体パターン抜き部の周囲に設けられ、前記第１の導波管形成用導体パターン、前記地導体パターン、前記第２の導波管形成用導体パターン、及び前記第３の導波管形成用導体パターンを接続する導波管形成用柱状導体と
を備え、
前記第３の誘電体基板、前記ストリップ導体パターン、及び前記地導体パターンは、マイクロストリップ線路を構成し、
前記第３の誘電体基板、前記第２の誘電体基板、前記第１の誘電体基板、前記第１の導波管形成用導体パターン、前記地導体パターン、前記第２の導波管形成用導体パターン、前記第３の導波管形成用導体パターン、前記第１のリッジ形成用導体パターン、前記第２のリッジ形成用導体パターン、前記第３のリッジ形成用導体パターン、前記リッジ形成用柱状導体、及び前記導波管形成用柱状導体は、誘電体リッジ導波管を構成し、
前記誘電体リッジ導波管を介して前記マイクロストリップ線路と前記外部導波管を接続する
ことを特徴とする導波管／マイクロストリップ線路変換器。
【請求項２】
前記リッジ形成用柱状導体は、前記第１の誘電体基板、前記第２の誘電体基板、及び前記第３の誘電体基板の各層において断面からみて階段状に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の導波管／マイクロストリップ線路変換器。
【請求項３】
前記導波管形成用柱状導体は、前記第１の誘電体基板、前記第２の誘電体基板、及び前記第３の誘電体基板の各層において断面からみて階段状に配置されている
ことを特徴とする請求項１又は２記載の導波管／マイクロストリップ線路変換器。
【請求項４】
前記マイクロストリップ線路を構成する前記ストリップ導体パターンは、導体パターンの幅が異なるストリップ導体パターンステップ部を有する
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の導波管／マイクロストリップ線路変換器。
【請求項５】
前記地導体パターン抜き部、前記第１の導体パターン抜き部、及び前記第２の導体パターン抜き部は、略矩形である
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の導波管／マイクロストリップ線路変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主としてマイクロ波帯およびミリ波帯で用いる導波管／マイクロストリップ線路変換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の導波管／マイクロストリップ線路変換器について図面を参照しながら説明する。図１４は、例えば特許第２８０３５５１号公報に示された従来の導波管／マイクロストリップ線路変換器の構成を示す図である。また、図１５は、図１４のＡ−Ａ’断面図である。
【０００３】
図１４及び図１５において、１０１は導波管、１０２は導波管１０１内部に形成されたリッジ、１０３は誘電体基板、１０４は誘電体基板１０３上に設けられたマイクロストリップ線路、１０５はテーパー部、１０６はリッジ１０２とテーパー部１０５を接続する金リボン、１０７は金属板である。
【０００４】
つぎに、従来の導波管／マイクロストリップ線路変換器の動作について図面を参照しながら説明する。
【０００５】
導波管１０１に外部から高周波信号が入力された場合、リッジ１０２によって導波管断面内の電磁界分布が方形導波管における電磁界分布からリッジ導波管における電磁界分布に変換される。
【０００６】
すなわち、リッジ１０２と導波管１０１の壁との間に電界が集中する分布となる。この電磁界分布は、マイクロストリップ線路におけるストリップ導体パターンと地導体パターンの間の電磁界分布に近いため、マイクロストリップ線路の伝搬モードとよく結合する。したがって、高周波信号は、金リボン１０６、テーパー部１０５を通してマイクロストリップ線路１０３に伝搬する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の導波管／マイクロストリップ線路変換器では、導波管内部にリッジを形成する必要があり、波長の短いミリ波帯などにおいては導波管断面の大きさが非常に小さくなるため、製作が非常に難しいという問題点があった。
【０００８】
また、金リボンなどを設ける必要があり、製作工程が煩雑であるという問題点もあった。
【０００９】
さらに、高周波素子を実装するパッケージの入出力部に、この従来の変換器を設ける場合、導波管との接続部に空間があるため、パッケージ内部を気密封止できないという問題点もあった。
【００１０】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、ミリ波帯などの波長が短い領域においても、製作が容易な導波管／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。
【００１１】
また、入出力部に導波管が接続される高周波パッケージにおいて、内部を気密封止することが可能な導波管／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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器は、外部導波管の上側に積層された第１の誘電体基板と、前記第１の誘電体基板の上側に積層された第２の誘電体基板と、前記第２の誘電体基板の上側に積層された第３の誘電体基板と、前記第３の誘電体基板の上面に設けられたストリップ導体パターン、及び第１の導波管形成用導体パターンと、前記第３の誘電体基板の下面に設けられた、地導体パターン抜き部を有する地導体パターン、及び前記地導体パターン抜き部の中に位置する第１のリッジ形成用導体パターンと、前記第１及び第２の誘電体基板の層間面に設けられた、第１の導体パターン抜き部を有する第２の導波管形成用導体パターン、及び前記第１の導体パターン抜き部の中に位置する第２のリッジ形成用導体パターンと、前記第１の誘電体基板の下面に設けられた、第２の導体パターン抜き部を有する第３の導波管形成用導体パターン、及び前記第２の導体パターン抜き部の中に位置する第３のリッジ形成用導体パターンと、前記ストリップ導体パターン、前記第１のリッジ形成用導体パターン、前記第２のリッジ形成用導体パターン、及び前記第３のリッジ形成用導体パターンを接続するリッジ形成用柱状導体と、前記地導体パターン抜き部、前記第１の導体パターン抜き部、及び前記第２の導体パターン抜き部の周囲に設けられ、前記第１の導波管形成用導体パターン、前記地導体パターン、前記第２の導波管形成用導体パターン、及び前記第３の導波管形成用導体パターンを接続する導波管形成用柱状導体とを備え、前記第３の誘電体基板、前記ストリップ導体パターン、及び前記地導体パターンは、マイクロストリップ線路を構成し、前記第３の誘電体基板、前記第２の誘電体基板、前記第１の誘電体基板、前記第１の導波管形成用導体パターン、前記地導体パターン、前記第２の導波管形成用導体パターン、前記第３の導波管形成用導体パターン、前記第１のリッジ形成用導体パターン、前記第２のリッジ形成用導体パターン、前記第３のリッジ形成用導体パターン、前記リッジ形成用柱状導体、及び前記導波管形成用柱状導体は、誘電体リッジ導波管を構成し、前記誘電体リッジ導波管を介して前記マイクロストリップ線路と前記外部導波管を接続するものである。
【００１３】
この発明の請求項２に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器は、前記リッジ形成用柱状導体が、前記第１の誘電体基板、前記第２の誘電体基板、及び前記第３の誘電体基板の各層において断面からみて階段状に配置されているものである。
【００１４】
この発明の請求項３に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器は、前記導波管形成用柱状導体が、前記第１の誘電体基板、前記第２の誘電体基板、及び前記第３の誘電体基板の各層において断面からみて階段状に配置されているものである。
【００１５】
この発明の請求項４に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器は、前記マイクロストリップ線路を構成する前記ストリップ導体パターンが、導体パターンの幅が異なるストリップ導体パターンステップ部を有するものである。
【００１６】
この発明の請求項５に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器は、前記地導体パターン抜き部、前記第１の導体パターン抜き部、及び前記第２の導体パターン抜き部を、略矩形としたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器の構成を示す断面図である。
【００１８】
また、図２は、図１に示される誘電体基板１ａの上側の面に設けられた導体パターンを示す図である。図３は、図１に示される誘電体基板１ａの下側の面に設けられた導体パターンを示す図である。図４は、図１に示される多層誘電体基板１ｂの層間面および最下面に設けられた導体パターンを示す図である。なお、図１に示された断面図は、図２ないし図４に示されるＡ−Ａ’断面図として与えられるものである。また、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１９】
図１〜図４において、１ａは誘電体基板、１ｂは多層誘電体基板、２は地導体パターン、３はストリップ導体パターン、４ａ、４ｂは導波管形成用導体パターン、５ａ、５ｂはリッジ形成用導体パターン、６は地導体パターン抜き部、７は導体パターン抜き部、８は導波管形成用ヴィア、９はリッジ形成用ヴィアである。なお、「ヴィア」とは、本明細書において内部が中実（中身が詰まっている状態）の円柱状導体を示す用語として用いるものとする。
【００２０】
誘電体基板１ａと地導体パターン２とストリップ導体パターン３とからマイクロストリップ線路５１を構成している。導波管形成用ヴィア８は、地導体パターン抜き部６および導体パターン抜き部７の周囲に一定の間隔で設けられて導波管壁を形成し、また、リッジ形成用ヴィア９は、リッジ形成用導体パターン５ａ、５ｂを接続することによりリッジを形成している。
【００２１】
すなわち、誘電体基板１ａと多層誘電体基板１ｂと地導体パターン２と導波管形成用導体パターン４ａ、４ｂとリッジ形成用導体パターン５ａ、５ｂと導波管形成用ヴィア８とリッジ形成用ヴィア９とから誘電体リッジ導波管５２を構成している。多層誘電体基板１ｂの下には、この誘電体リッジ導波管５２の開口に合わせて、金属部分（メッシュ状の部分）と中空部分から図示している外部導波管５３が設けられている。
【００２２】
つぎに、この実施の形態１に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器の動作について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
上記のような構成を有する導波管／マイクロストリップ線路変換器において、誘電体基板１ａに構成されたマイクロストリップ線路５１に入力された高周波信号は、ストリップ導体パターン３に接続されたリッジ形成用ヴィア９により誘電体リッジ導波管５２を伝搬する。
【００２４】
この誘電体リッジ導波管５２の断面の電磁界分布は、マイクロストリップ線路５１の断面の電磁界分布に近いため、高周波信号は大きな反射を生じることなく誘電体リッジ導波管５２へ伝搬することができ、さらに多層誘電体基板１ｂの下に設けられた外部導波管５３に伝搬していく。
【００２５】
以上のように、この実施の形態１によれば、導波管内部に設けられるリッジを基板の導体パターンとヴィアだけで形成するので、波長の短いミリ波帯などにおいても製作の容易な導波管／マイクロストリップ線路変換器が得られるという効果がある。また、多層誘電体基板内部に形成することが可能であるため、セラミックなどを用いたパッケージに組み込むことも容易であるという効果もある。さらに、誘電体基板の下側の面に誘電体リッジ導波管の開口を有するため、誘電体基板と外部導波管を接続しやすいという効果もある。
【００２６】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器について図面を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態２に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器の構成を示す断面図である。
【００２７】
また、図６は、図５に示される誘電体基板１ａの上側の面に設けられた導体パターンを示す図である。図７は、図５に示される誘電体基板１ａの下側の面に設けられた導体パターンを示す図である。図８は、図５に示される多層誘電体基板１ｂの層間面に設けられた導体パターンを示す図である。図９は、図５に示される多層誘電体基板１ｂの最下面に設けられた導体パターンを示す図である。なお、図５に示された断面図は、図６ないし図９に示されるＡ−Ａ’断面図として与えられるものである。
【００２８】
図５〜図９において、９ａ、９ｂはリッジ形成用ヴィアである。リッジ形成用ヴィア９ａ、９ｂは、２層の誘電体基板１ｂ内に断面からみて階段状に設けられており、リッジ形成用導体パターン５ｂ、５ｃ、５ｄを接続することによりそれぞれリッジを形成している。
【００２９】
すなわち、誘電体基板１ａと多層誘電体基板１ｂと地導体パターン２と導波管形成用導体パターン４ａ、４ｂとリッジ形成用導体パターン５ｂ〜５ｄと導波管形成用ヴィア８とリッジ形成用ヴィア９ａ、９ｂとから誘電体リッジ導波管５２ａ、５２ｂを構成している。誘電体リッジ導波管５２ａ、５２ｂの長さはそれぞれ所望の周波数における波長の約１／４倍となっており、２段のインピーダンス変成器として動作している。
【００３０】
以上のように、この実施の形態２によれば、誘電体基板内に形成された誘電体リッジ導波管が２段のインピーダンス変成器として動作するので、より広帯域な特性を有する導波管／マイクロストリップ線路が得られるという効果がある。
【００３１】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器について図面を参照しながら説明する。図１０は、この発明の実施の形態３に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器の構成を示す断面図である。
【００３２】
上記の実施の形態２においては、リッジ形成用ヴィア９ａ、９ｂを誘電体基板１ｂ内において断面からみて階段状に設けることにより２段のインピーダンス変成器を構成したが、この実施の形態３では、図１０に示すように、さらに導波管形成用ヴィア８ａ、８ｂも誘電体基板１ｂ内において断面からみて階段状に設けたものである。
【００３３】
このような構成によっても、２段のインピーダンス変成器を構成することができるため、上記実施の形態２と同様の効果が得られる。さらに、誘電体リッジ導波管５２ａ、５２ｂのインピーダンスのとりうる値の範囲が広くなるため、マイクロストリップ線路５１と外部導波管５３の間のインピーダンスの差が大きい場合でも整合をとりやすいという効果もある。
【００３４】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器について図面を参照しながら説明する。図１１は、この発明の実施の形態４に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器の構成を示す断面図である。
【００３５】
また、図１２は、図１１に示される誘電体基板１ａの上側の面に設けられた導体パターンを示す図である。なお、図１１に示された断面図は、図１２に示されるＡ−Ａ’断面図として与えられるものである。
【００３６】
図１１及び図１２において、１０はストリップ導体パターン３ｂに設けられたストリップ導体パターンステップ部である。誘電体基板１ａと地導体パターン２とストリップ導体パターンステップ部１０とから高インピーダンスマイクロストリップ線路５４を構成している。
【００３７】
この高インピーダンスマイクロストリップ線路５４の長さは、所望の周波数における波長の約１／４倍になっており、誘電体リッジ導波管５２ａ、５２ｂを含めて３段のインピーダンス変成器として動作している。
【００３８】
以上のように、この実施の形態４によれば、誘電体基板上に設けられた高インピーダンスのマイクロストリップ線路と誘電体基板内に形成された誘電体リッジ導波管とが、多段のインピーダンス変成器として動作するので、より広帯域な特性を有する導波管／マイクロストリップ線路が得られるという効果がある。
【００３９】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器について図面を参照しながら説明する。図１３は、この発明の実施の形態５に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器を含む高周波モジュールの構成を示す断面図である。
【００４０】
図１３において、１１は誘電体基板上に実装された高周波素子、１２は高周波素子を封止するための蓋である。他は、図５に示す実施の形態２の導波管／マイクロストリップ線路変換器と同様である。
【００４１】
高周波素子１１は、図１３に示すように、誘電体基板１ａもしくは１ｂ上に実装され、マイクロストリップ線路５１と接続されている。マイクロストリップ線路５１、誘電体リッジ導波管５２ａ、５２ｂから構成される変換器は、外部導波管５３との接続面が誘電体基板の下側にあり、誘電体基板の上側には反射面等を設ける必要がないため、変換器の特性に影響を与えることなく、誘電体基板上に実装された高周波素子１１を含む領域を封止するための蓋１２を設けることが可能である。
【００４２】
以上のように、この実施の形態５によれば、高周波素子１１が実装された誘電体基板の上に蓋１２を設けるだけで気密封止することが可能であるため、容易に内部が気密封止された高周波モジュールのパッケージを得ることができるという効果がある。なお、導波管／マイクロストリップ線路変換器の例として、上記実施の形態２の場合を示したが、上記の実施の形態１や、実施の形態３及び４の変換器でもよい。
【００４３】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器は、以上説明したとおり、外部導波管の上側に積層された第１の誘電体基板と、前記第１の誘電体基板の上側に積層された第２の誘電体基板と、前記第２の誘電体基板の上側に積層された第３の誘電体基板と、前記第３の誘電体基板の上面に設けられたストリップ導体パターン、及び第１の導波管形成用導体パターンと、前記第３の誘電体基板の下面に設けられた、地導体パターン抜き部を有する地導体パターン、及び前記地導体パターン抜き部の中に位置する第１のリッジ形成用導体パターンと、前記第１及び第２の誘電体基板の層間面に設けられた、第１の導体パターン抜き部を有する第２の導波管形成用導体パターン、及び前記第１の導体パターン抜き部の中に位置する第２のリッジ形成用導体パターンと、前記第１の誘電体基板の下面に設けられた、第２の導体パターン抜き部を有する第３の導波管形成用導体パターン、及び前記第２の導体パターン抜き部の中に位置する第３のリッジ形成用導体パターンと、前記ストリップ導体パターン、前記第１のリッジ形成用導体パターン、前記第２のリッジ形成用導体パターン、及び前記第３のリッジ形成用導体パターンを接続するリッジ形成用柱状導体と、前記地導体パターン抜き部、前記第１の導体パターン抜き部、及び前記第２の導体パターン抜き部の周囲に設けられ、前記第１の導波管形成用導体パターン、前記地導体パターン、前記第２の導波管形成用導体パターン、及び前記第３の導波管形成用導体パターンを接続する導波管形成用柱状導体とを備え、前記第３の誘電体基板、前記ストリップ導体パターン、及び前記地導体パターンは、マイクロストリップ線路を構成し、前記第３の誘電体基板、前記第２の誘電体基板、前記第１の誘電体基板、前記第１の導波管形成用導体パターン、前記地導体パターン、前記第２の導波管形成用導体パターン、前記第３の導波管形成用導体パターン、前記第１のリッジ形成用導体パターン、前記第２のリッジ形成用導体パターン、前記第３のリッジ形成用導体パターン、前記リッジ形成用柱状導体、及び前記導波管形成用柱状導体は、誘電体リッジ導波管を構成し、前記誘電体リッジ導波管を介して前記マイクロストリップ線路と前記外部導波管を接続するので、製作が非常に容易であるという効果を奏する。
【００４４】
この発明の請求項２に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器は、以上説明したとおり、前記リッジ形成用柱状導体が、前記第１の誘電体基板、前記第２の誘電体基板、及び前記第３の誘電体基板の各層において断面からみて階段状に配置されているので、より広帯域の特性を持たせることができるという効果を奏する。
【００４５】
この発明の請求項３に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器は、以上説明したとおり、前記導波管形成用柱状導体が、前記第１の誘電体基板、前記第２の誘電体基板、及び前記第３の誘電体基板の各層において断面からみて階段状に配置されているので、マイクロストリップ線路と外部導波管の間のインピーダンスの差が大きい場合でも整合をとりやすいという効果を奏する。
【００４６】
この発明の請求項４に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器は、以上説明したとおり、前記マイクロストリップ線路を構成する前記ストリップ導体パターンが、導体パターンの幅が異なるストリップ導体パターンステップ部を有するので、より広帯域の特性を持たせることができるという効果を奏する。
【００４７】
この発明の請求項５に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器は、以上説明したとおり、前記地導体パターン抜き部、前記第１の導体パターン抜き部、及び前記第２の導体パターン抜き部を、略矩形としたので、製作が非常に容易であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器の構成を示す断面図である。
【図２】  図１に示される誘電体基板１ａの上側の面に設けられた導体パターンを示す図である。
【図３】  図１に示される誘電体基板１ａの下側の面に設けられた導体パターンを示す図である。
【図４】  図１に示される多層誘電体基板１ｂの層間面および最下面に設けられた導体パターンを示す図である。
【図５】  この発明の実施の形態２に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器の構成を示す断面図である。
【図６】  図５に示される誘電体基板１ａの上側の面に設けられた導体パターンを示す図である。
【図７】  図５に示される誘電体基板１ａの下側の面に設けられた導体パターンを示す図である。
【図８】  図５に示される多層誘電体基板１ｂの層間面に設けられた導体パターンを示す図である。
【図９】  図５に示される多層誘電体基板１ｂの最下面に設けられた導体パターンを示す図である。
【図１０】  この発明の実施の形態３に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器の構成を示す断面図である。
【図１１】  この発明の実施の形態４に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器の構成を示す断面図である。
【図１２】  図１１に示される誘電体基板１ａの上側の面に設けられた導体パターンを示す図である。
【図１３】  この発明の実施の形態５に係る導波管／マイクロストリップ線路変換器を含む高周波モジュールの構成を示す断面図である。
【図１４】  従来の導波管／マイクロストリップ線路変換器の構成を示す図である。
【図１５】  図１４のＡ−Ａ’断面図である。
【符号の説明】
１ａ  誘電体基板、１ｂ  多層誘電体基板、２  地導体パターン、３、３ａ  ストリップ導体パターン、４ａ、４ｂ  導波管形成用導体パターン、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ  リッジ形成用導体パターン、６  地導体パターン抜き部、７  導体パターン抜き部、８、８ａ、８ｂ  導波管形成用ヴィア、９、９ａ、９ｂ  リッジ形成用ヴィア、１０  ストリップ導体パターンステップ部、１１  高周波素子、１２  蓋、５１  マイクロストリップ線路、５２、５２ａ、５２ｂ  誘電体リッジ導波管、５３  外部導波管。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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