JP4601573B2 - Waveguide converter - Google Patents
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Description
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マイクロストリップ線路、トリプレート線路またはコプレーナ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を導波管で接続することにより、システムの実装を容易に行なえる導波管変換器に関するものである。 The present invention converts a high-frequency line such as a microstrip line, a triplate line, or a coplanar line that forms a high-frequency circuit, which is used in a microwave or millimeter wave region, into a waveguide. The present invention relates to a waveguide converter that can easily implement a system by connecting them with a waveguide.
情報通信技術の高度化に伴い高周波信号は、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。 With the advancement of information communication technology, it has been studied to use high-frequency signals from 1 to 30 GHz in the microwave region to 30 to 300 GHz in the millimeter wave region. Application systems using high-frequency signals have also been proposed.
高周波信号を用いたシステムにおいて、高周波伝送線路のグランド層にスロットが形成され、このグランド層に導波管が電気的に接続されて高周波伝送線路のグランド層が導波管の短絡終端として機能するとともに、このグランド層に形成されたスロットを用いて導波管を励振することにより、導波管の短絡終端と励振部の位置関係を固定して変換特性を安定化させた導波管変換器が提案されている。
しかしながら、従来の導波管変換器においてはスロットと導波管との間に整合用誘電体があり、この整合用誘電体内で共振が発生しない範囲で変換特性を最適化する必要があり、たとえば導波管変換特性の広帯域化において不要共振による限界があった。 However, in the conventional waveguide converter, there is a matching dielectric between the slot and the waveguide, and it is necessary to optimize the conversion characteristics within a range in which resonance does not occur in the matching dielectric. There was a limit due to unnecessary resonance in widening the waveguide conversion characteristics.
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、不要共振が起きにくく、広帯域な導波管変換器を提供することにある。 The present invention has been devised in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a broadband waveguide converter in which unnecessary resonance hardly occurs.
本発明の導波管変換器は、第1および第2の面を有し、複数の層からなる誘電体基板と、該誘電体基板の前記第1の面または該誘電体基板内に形成されており、信号導体およびグランド層からなる高周波線路と、前記誘電体基板の前記グランド層が形成された層に形成されており、前記高周波線路に電磁気的に結合されたスロットと、前記誘電体基板の前記スロットが形成された層と前記誘電体基板の前記第2の面との間に形成されているとともに、前記スロットと前記第2の面との間の領域を囲むシールド導体と、前記シールド導体により囲まれた前記スロットと前記第2の面との間の前記領域内に形成され、端部が前記第2の面に位置している導体とを備えていることを特徴とするものである。 The waveguide converter according to the present invention has a first and second surfaces, a dielectric substrate composed of a plurality of layers, and the first surface of the dielectric substrate or the dielectric substrate. A high-frequency line comprising a signal conductor and a ground layer, a slot formed on the dielectric substrate on which the ground layer is formed, and electromagnetically coupled to the high-frequency line; and the dielectric substrate A shield conductor formed between the layer in which the slot is formed and the second surface of the dielectric substrate, and surrounding a region between the slot and the second surface, and the shield And a conductor formed in the region between the slot and the second surface surrounded by a conductor and having an end located on the second surface. is there.
また、本発明の導波管変換器は、前記内部導体の前記誘電体基板の厚み方向の高さが該導体の幅より大きいことを特徴とするものである。 In the waveguide converter of the present invention, the height of the inner conductor in the thickness direction of the dielectric substrate is larger than the width of the conductor.
また、本発明の導波管変換器は、前記内部導体が前記グランド層に電気的に接続されていることを特徴とするものである。 The waveguide converter of the present invention is characterized in that the inner conductor is electrically connected to the ground layer.
また、本発明の導波管変換器は、前記内部導体の高さが、前記スロットと前記第2の面との間の前記領域の厚さの1/2以上であることを特徴とするものである。 The waveguide converter of the present invention is characterized in that the height of the inner conductor is not less than ½ of the thickness of the region between the slot and the second surface. It is.
また、本発明の導波管変換器は、前記内部導体が複数形成されていることを特徴とするものである。 The waveguide converter of the present invention is characterized in that a plurality of the internal conductors are formed.
また、本発明の導波管変換器は、前記複数の内部導体が、並列に配置されているとともに、パターン導体で接続されていることを特徴とするものである。 The waveguide converter of the present invention is characterized in that the plurality of internal conductors are arranged in parallel and connected by pattern conductors.
また、本発明の導波管変換器は、前記複数の内部導体が、前記誘電体基板の異なる層に形成されているとともに、パターン導体で接続されていることを特徴とするものである。 The waveguide converter of the present invention is characterized in that the plurality of inner conductors are formed in different layers of the dielectric substrate and are connected by pattern conductors.
また、本発明の導波管変換器は、前記信号導体と前記グランド層とが前記誘電体基板の異なる層に形成されており、前記高周波線路がマイクロストリップ線路またはトリプレート線路であることを特徴とするものである。 In the waveguide converter of the present invention, the signal conductor and the ground layer are formed on different layers of the dielectric substrate, and the high-frequency line is a microstrip line or a triplate line. It is what.
また、本発明の導波管変換器は、前記信号導体と前記グランド層とが前記誘電体基板の同じ層に形成されており、前記高周波線路がコプレーナ線路であることを特徴とするものである。 In the waveguide converter of the present invention, the signal conductor and the ground layer are formed in the same layer of the dielectric substrate, and the high-frequency line is a coplanar line. .
本発明の導波管変換器は、シールド導体により囲まれたスロットと第2の面との間の領域内に形成され、端部が前記第2の面に位置している内部導体を備えていることにより、スロットと第2の面との間の領域を大きくして、スロットと第2の面との間の領域のインピーダンスを大きくすることにより、導波管のインピーダンスに近くしても、スロットと第2の面との間の領域内に不要共振が発生しにくく、スロットと第2の面との間の領域と導波管とのインピーダンスの不整合が小さくなり広帯域な導波管変換器を提供することができる。 The waveguide converter according to the present invention includes an inner conductor formed in a region between the slot surrounded by the shield conductor and the second surface and having an end located on the second surface. By enlarging the area between the slot and the second surface and increasing the impedance of the area between the slot and the second surface, Unnecessary resonance is unlikely to occur in the region between the slot and the second surface, and the impedance mismatch between the region between the slot and the second surface and the waveguide is reduced, resulting in a broadband waveguide conversion. Can be provided.
本発明の導波管変換器について図面を参照して詳述する。 The waveguide converter of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の導波管変換器の第1の実施の形態を示す概略図であり(a)は平面図、(b)は(a)に示した構成のX−X’線における断面図である。 1A and 1B are schematic views showing a first embodiment of a waveguide converter of the present invention, where FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line XX ′ of the configuration shown in FIG. It is sectional drawing.
本実施の形態における導波管変換器は、誘電体基板1と、誘電体基板1に形成された高周波線路2と、高周波線路2に電磁気的に結合されたスロット3と、シールド導体4と、シールド導体により囲まれた領域R内に形成された内部導体5とを備えている。
The waveguide converter in the present embodiment includes a
本実施の形態において、誘電体基板1は、複数の層からなり、第1の面(上面)1aおよび第2の面(下面)1bを有する。誘電体層1は、セラミック材料、ガラス、ガラスセラミック材料、有機樹脂系材料、有機樹脂−セラミックまたは有機樹脂−ガラス等の複合系材料の誘電体材料からなる。
In the present embodiment,
高周波線路2は、誘電体基板の上面1aまたは誘電体基板1内に形成されている。高周波線路2は、信号導体6およびグランド層7からなる。本実施の形態において、信号導体6は、誘電体基板1の上面1aに直線状に形成されている。グランド層7は、誘電体基板1の内層に形成されている。本実施の形態において、高周波線路2はマイクロストリップ線路である。高周波線路2は先端が開放され、高周波線路2とスロット3は先端開放により電磁気的に結合されている。グランド層7は導波管8の短絡終端として機能し、スロット3は導波管8の短絡終端面から導波管8を励振する。
The high-
スロット3は、誘電体基板1におけるグランド層7が設けられている層に形成されており、高周波線路2に電磁気的に結合されている。
The
シールド導体4は、誘電体基板1のスロット3が形成されている層と下面1bとの間に形成されており、スロット3と下面1bとの間の領域Rを囲むように配置されている。本実施の形態において、シールド導体4は複数のビア導体で構成されている。誘電体基板1の領域Rは、導波管8の励振源であるスロット3と導波管8との整合をとる整合器として機能する。導波管8の開放端を誘電体基板1の下面1bにおいてシールド導体4と電気的に接続することにより、高周波線路2が導波管8に変換される。
The
本発明の導波管変換器は、シールド導体4により囲まれたスロット3と第2の面1bとの間の領域R内に形成された内部導体5を備えている。本実施の形態において、内部導体5は、スロット3の直下(すなわち、平面視におけるスロット3の領域内)に形成されており、端部が誘電体基板1の下面1bに位置している。
The waveguide converter of the present invention includes an
本発明の導波管変換器は、このような構成により、導波管とのインピーダンス整合を図る場合にも、不要な共振の発生を低減させることができる。すなわち、本発明は、このような構成により、スロット3と誘電体基板1の下面1bとの間の領域Rを大きくして、スロットと下面1bとの間の領域Rのインピーダンスを導波管のインピーダンスに近づける場合にも、スロットと誘電体基板1の下面1bとの間の領域R内に不要共振が発生しにくい導波管変換器を提供することができる。
With such a configuration, the waveguide converter of the present invention can reduce the occurrence of unnecessary resonance even when impedance matching with the waveguide is achieved. That is, according to the present invention, the region R between the
ここで、図2を参照して、スロット3と誘電体基板1の下面1bとの間の領域Rにおける不要な共振について説明する。
Here, with reference to FIG. 2, an unnecessary resonance in the region R between the
図2は、スロット3と誘電体基板1の下面1bとの間の領域Rにおける不要共振の電界、磁界を示す図である。図2には、グランド層7と誘電体基板1の下面1bとの間の層を示している。図2において、電気力線をEとして実線矢印、磁力線をHとして破線矢印で示している。
FIG. 2 is a diagram illustrating an electric field and a magnetic field of unnecessary resonance in a region R between the
電界の方向は、領域Rの高さ方向で、その大きさは、図2のx方向およびy方向に関して1つの最大値を持っており、z方向に関しては均一である。磁界は領域Rの高さ方向(z方向)に垂直な面に沿って周回している。 The direction of the electric field is the height direction of the region R, and the magnitude thereof has one maximum value in the x direction and the y direction in FIG. 2, and is uniform in the z direction. The magnetic field circulates along a plane perpendicular to the height direction (z direction) of the region R.
本発明は、領域R内に内部導体5が形成されていることにより、このような領域Rの高さ方向に電界が発生する共振を低減させることができる。この作用により、共振を低減させた状態で領域Rのインピーダンスを大きくすることができるので、その周波数特性を導波管8のインピーダンスの周波数特性に近くすることができ、広帯域な導波管変換器を提供できる。
In the present invention, since the
図3に示すように、本実施の形態において、内部導体5の誘電体基板1の厚み方向の高さTは、内部導体5の幅Wより大きい。このような構成により、誘電体基板1の領域Rにおける不要な共振をさらに低減させることができる。
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the height T of the
また、領域Rに発生する不要共振の1つに、たとえばスロット3付近の電位が最大のときに下面1b付近の電位が0になるものがある。本実施の形態において、内部導体5の高さTをスロット3と下面1bとの間の領域Rの厚さの1/2以上とすることにより、電位が最大の位置と電位が0の位置の間でその区間の1/2以上を導体により同一電位に保つことができ、不要な共振を効果的に抑制することができる。
Further, one of the unnecessary resonances that occur in the region R is one in which the potential near the lower surface 1b becomes 0 when the potential near the
また、内部導体5がグランド層7に電気的に接続されているとよい。導体5の電位を接地電位に固定することにより、導体5の電位の時間的変動を抑制することができる。
Further, the
また、他の例では、図4に示すように、内部導体5が複数形成されており、複数の内部導体5が、並列に配置されているとともに、パターン導体9で接続されている。このような構成により、複数の導体5の電位を同一電位に保つことができ、導体5周辺のより広い領域を同一電位に保つことができる。
In another example, as shown in FIG. 4, a plurality of
また、他の例では、図5に示すように、複数の内部導体5が、誘電体基板1の異なる層に形成されているとともに、パターン導体で接続されている。このような構成により、誘電体基板1の厚さ方向に長い領域に渡って電位を同一に保つことができ、また不要共振の電界が最も強い部分に導体5を配置することができる。またそれをグランド層7と電気的に接続すると接地電位に保つことができるので、より効果的に不要共振を抑制することができる。
In another example, as shown in FIG. 5, a plurality of
また、図6を参照して、他の例について説明する。図6において、図1と同様の構成には図1と同じ記号を付けている。11はパターン導体である。
Another example will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the same components as those in FIG.
図6に示した導波管変換器の例は、図1に示した例の導波管変換器の高周波線路2がマイクロストリップ線路であったのに対し、コプレーナ線路の場合である。この例では誘電体基板1と、信号導体6と、グランド層7で高周波線路2としてコプレーナ線路が形成されている。このコプレーナ線路とスロット3は先端短絡により電磁気的に結合している。すなわち信号導体6とスロット3との接続部において高周波線路2は短絡され、この部分で最大電流が流れる。この最大電流により最大磁界が発生し、高周波信号はスロット3に磁界として結合する。またこの例では複数の内部導体5をグランド層7に接続し、さらに他の複数の内部導体5を誘電体基板1の異なる層に形成してそれぞれをパターン導体11で接続している。このように内部導体5をグランド層7に接続することにより内部導体5の電位をグランド電位に保つことにより不要共振を効果的に抑制できる。また誘電体基板1の異なる層にも内部導体5を形成しそれらをパターン導体11で接続することにより、接続された内部導体5の全体が一定の電位に保たれて不要共振を効果的に抑制し、領域Rのインピーダンスを大きくして広帯域な導波管変換器を提供することができる。
The example of the waveguide converter shown in FIG. 6 is a case of a coplanar line, whereas the high-
1:誘電体基板
2:高周波線路
3:スロット
4:シールド導体
5:内部導体
6:信号導体
7:グランド層
R:領域
1: Dielectric substrate 2: High frequency line 3: Slot 4: Shield conductor 5: Inner conductor 6: Signal conductor 7: Ground layer R: Area
Claims (9)
該誘電体基板の前記第1の面または該誘電体基板内に形成されており、信号導体およびグランド層からなる高周波線路と、
前記誘電体基板の前記グランド層が形成された層に形成されており、前記高周波線路に電磁気的に結合されたスロットと、
前記誘電体基板の前記スロットが形成された層と前記誘電体基板の前記第2の面との間に形成されているとともに、前記スロットと前記第2の面との間の領域を囲むシールド導体と、
前記シールド導体により囲まれた前記スロットと前記第2の面との間の前記領域内に形成され、端部が前記第2の面に位置している内部導体とを備えていることを特徴とする導波管変換器。 A dielectric substrate having first and second surfaces and comprising a plurality of layers;
A high-frequency line formed in the first surface of the dielectric substrate or in the dielectric substrate, comprising a signal conductor and a ground layer;
Formed in the layer on which the ground layer of the dielectric substrate is formed, and a slot electromagnetically coupled to the high-frequency line;
A shield conductor formed between the layer in which the slot is formed of the dielectric substrate and the second surface of the dielectric substrate, and enclosing a region between the slot and the second surface When,
An inner conductor formed in the region between the slot surrounded by the shield conductor and the second surface, and having an end located on the second surface ; Waveguide converter.
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