JP7305059B2 - 導波管マイクロストリップ線路変換器 - Google Patents

Description

本開示は、導波管を伝搬する電力とマイクロストリップ線路を伝搬する電力とを相互に変換可能な導波管マイクロストリップ線路変換器に関する。

従来、導波管を伝搬する電力とマイクロストリップ線路を伝搬する電力とを相互に変換可能な導波管マイクロストリップ線路変換器が知られている。導波管マイクロストリップ線路変換器は、マイクロ波帯あるいはミリ波帯の高周波信号を伝送させるアンテナ装置において広く用いられている。

特許文献１には、誘電体基板のうち１面に地導体が設けられ、誘電体基板のうち地導体が設けられた面とは逆側を向く面に線路導体が設けられた導波管マイクロストリップ線路変換器が開示されている。地導体には、導波管の開口端が接続される。地導体のうち開口端の端面により囲まれた領域内には、スロットが設けられている。線路導体は、線路導体と導波管との間における電力変換を行う変換部と、変換部と間隔を空けて設けられたマイクロストリップ線路と、変換部とマイクロストリップ線路との間に設けられて変換部とマイクロストリップ線路との間におけるインピーダンス整合を行うインピーダンス変成器とを有する。

国際公開第２０１９／１３８４６８号

特許文献１に開示された導波管マイクロストリップ線路変換器では、変換部の線路幅を広くするほど、スロットからの不要な電磁波放射を低減できる。一方、変換部の線路幅を広くするほど、変換部の線路幅とマイクロストリップ線路の線路幅との差が大きくなり、変換部の特性インピーダンスとマイクロストリップ線路の特性インピーダンスとの差が大きくなる。その結果、インピーダンス変成器で急峻なインピーダンス変化に対する整合が必要となるため、使用可能な高周波信号の周波数帯域が狭くなるという問題がある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、スロットからの不要な電磁波放射の低減と導波管マイクロストリップ線路変換器の広帯域化とを両立できる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。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる導波管マイクロストリップ線路変換器は、開口端を有する導波管と、開口端を向く第１の面と第１の面とは逆側を向く第２の面とを有する誘電体基板と、第１の面に設けられて開口端が接続されるとともに、開口端の端面により囲まれた領域内にスロットが設けられた地導体と、第２の面に設けられた線路導体と、を備えている。線路導体は、線路導体と導波管との間における電力変換を行う変換部と、第１の方向に変換部と間隔を空けて設けられたマイクロストリップ線路と、変換部とマイクロストリップ線路との間に設けられて、変換部とマイクロストリップ線路との間におけるインピーダンス整合を行うインピーダンス変成器と、を有している。変換部には、孔が形成されている。

本開示にかかる導波管マイクロストリップ線路変換器は、スロットからの不要な電磁波放射の低減と導波管マイクロストリップ線路変換器の広帯域化とを両立できるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる導波管マイクロストリップ線路変換器の外観構成を示す平面図 図１に示されるII－II線に沿った断面図 実施の形態１における導波管の外観構成を示す斜視図 実施の形態１における地導体の平面図 スロットの変形例を示す平面図 実施の形態１における線路導体の平面図 実施の形態２にかかる導波管マイクロストリップ線路変換器の外観構成を示す平面図 実施の形態２における線路導体の平面図 実施の形態３にかかる導波管マイクロストリップ線路変換器の外観構成を示す平面図 実施の形態３における線路導体の平面図 実施の形態３の変形例における線路導体の平面図 実施の形態４にかかる導波管マイクロストリップ線路変換器の外観構成を示す平面図 実施の形態４における線路導体の平面図

以下に、実施の形態にかかる導波管マイクロストリップ線路変換器を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる導波管マイクロストリップ線路変換器１０の外観構成を示す平面図である。図１では、導波管マイクロストリップ線路変換器１０のうち実線で示された構成より紙面奥側に設けられている構成を破線で示している。図２は、図１に示されるII－II線に沿った断面図である。各図に示されるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに垂直な３軸とする。Ｘ軸に平行な方向を第１の方向であるＸ軸方向、Ｙ軸に平行な方向を第２の方向であるＹ軸方向、Ｚ軸に平行な方向を第３の方向であるＺ軸方向とする。

導波管マイクロストリップ線路変換器１０は、導波管１４と、誘電体基板１１と、地導体１２と、マイクロストリップ線路３３を含む線路導体１３とを備える。導波管マイクロストリップ線路変換器１０は、導波管１４を伝搬する電力とマイクロストリップ線路３３を伝搬する電力とを相互に変換可能である。導波管１４とマイクロストリップ線路３３とは、高周波信号が伝わる伝送路である。

図３は、実施の形態１における導波管１４の外観構成を示す斜視図である。導波管１４は、四角筒状の金属管である。導波管１４のＸＹ断面形状は、Ｙ軸方向に平行な長辺とＸ軸方向に平行な短辺とを備える矩形である。導波管１４では、金属製の管壁１９で囲まれた内部空間を電磁波が伝搬する。導波管１４の管軸方向は、Ｚ軸方向と平行である。管軸は、導波管１４の中心線である。導波管１４は、開口端１６を有する。開口端１６は、導波管１４のうち管軸方向における１つの端部であって、導波管１４のＸＹ断面形状と同じ形状の端面１８を備える。端面１８は、図２に示される地導体１２に接続される短絡面となる。導波管１４のうち管軸方向における他方の端部は、導波管１４へ伝送させる高周波信号が入力され、あるいは導波管１４を伝送した高周波信号が出力される入出力端１７となる。なお、図２に示すように、端面１８と地導体１２とは、本実施の形態では直接接触して接続されているが、非接触で接続されてもよい。例えば、端面１８と地導体１２との間にチョーク構造が設けられて、端面１８と地導体１２とが互いに非接触で接続されてもよい。

導波管１４の構成は、適宜変更してよい。例えば、導波管１４は、筒状の管壁１９を備えた金属管に代えて、多数のスルーホールが形成された誘電体基板を備えた構成にしてもよい。また、導波管１４は、管壁１９で囲まれた内部空間が誘電体材料により充填された構成でもよい。また、導波管１４は、例えば、ＸＹ断面における角部に曲率を持たせた形状の導波管、リッジ型導波管でもよい。

図２に示すように、誘電体基板１１は、樹脂材料で形成された平板状の部材である。誘電体基板１１は、開口端１６を向く第１の面Ｓ１と、第１の面Ｓ１とは逆側を向く第２の面Ｓ２とを有する。第１の面Ｓ１および第２の面Ｓ２は、いずれもＸ軸方向およびＹ軸方向に平行である。

地導体１２は、誘電体基板１１の第１の面Ｓ１に設けられている。地導体１２は、例えば、導電性金属箔である銅箔を第１の面Ｓ１に圧着することにより形成される。なお、地導体１２は、あらかじめ成形されてから誘電体基板１１に取り付けられた金属板でもよい。地導体１２には、開口端１６が接続されている。地導体１２のうち開口端１６の端面１８により囲まれた領域内には、スロット１５が設けられている。地導体１２のうち開口端１６の端面１８で囲まれるＸＹ領域内の導体を除去することにより、スロット１５が形成されている。スロット１５は、地導体１２の一部を除去して形成された開口部である。スロット１５は、例えば、第１の面Ｓ１に圧着された銅箔をパターニングすることにより形成される。図４は、実施の形態１における地導体１２の平面図である。スロット１５の形状は、Ｙ軸に平行な長辺とＸ軸に平行な短辺とを備える矩形である。

スロット１５の形状は、電磁波を放射可能であれば、特に制限されない。図５は、スロット１５の変形例を示す平面図である。スロット１５の形状は、例えば、Ｙ軸方向における両端部のＸ軸方向の幅がＹ軸方向における中央部のＸ軸方向の幅よりも広いＩ字形状でもよい。このような形状にすると、スロット１５の中央部の電界が強められ、図２に示される導波管１４の開口端１６と線路導体１３との間の電磁結合が強められる。これにより、導波管１４と線路導体１３との間において効率良く電力を変換することができる。

線路導体１３は、誘電体基板１１の第２の面Ｓ２に設けられている。線路導体１３は、誘電体基板１１の第２の面Ｓ２において、導波管１４の開口端１６の直上を通過するように設けられている。線路導体１３は、例えば、第２の面Ｓ２に圧着された銅箔をパターニングすることにより形成される。なお、線路導体１３は、あらかじめ成形されてから誘電体基板１１に取り付けられた金属板でもよい。

図６は、実施の形態１における線路導体１３の平面図である。図６では、参考として、スロット１５を破線で図示している。線路導体１３は、線路導体１３と導波管１４との間における電力変換を行う変換部３１と、図６に示される変換部３１とＸ軸方向に間隔を空けて設けられたマイクロストリップ線路３３と、変換部３１とマイクロストリップ線路３３との間に設けられて変換部３１とマイクロストリップ線路３３との間におけるインピーダンス整合を行うインピーダンス変成器３２とを有する。変換部３１は、図２に示される誘電体基板１１を挟んでスロット１５と反対側に位置している。変換部３１は、導波管１４の管軸方向でスロット１５と重なる位置に設けられている。変換部３１は、本実施の形態ではスロット１５の直上に位置している。以下、線路長とは、電磁波の伝搬方向に沿う伝送路の長さを意味し、線路幅とは、線路長と垂直な方向に沿う伝送路の幅を意味する。

図６に示される変換部３１、インピーダンス変成器３２およびマイクロストリップ線路３３は、一体に形成された金属部材であり、金属箔あるいは金属板により形成されている。隣り合う変換部３１とインピーダンス変成器３２とは、互いに線路幅が異なるように形成されている。隣り合うインピーダンス変成器３２とマイクロストリップ線路３３とは、互いに線路幅が異なるように形成されている。

マイクロストリップ線路３３は、Ｘ軸方向において変換部３１を挟んだ両側に１つずつ、合計２つ設けられている。マイクロストリップ線路３３は、Ｘ軸方向に亘って一定の線路幅Ｗ_０を有する四角形状の部分である。マイクロストリップ線路３３は、線路導体１３のうちＸ軸方向における端部に位置している。マイクロストリップ線路３３の線路長は、図示した例に限定されず、適宜変更してよい。

変換部３１は、Ｘ軸方向に亘って一定の線路幅Ｗ_１を有する四角形状の部分である。変換部３１は、線路導体１３のうちＸ軸方向における中心に位置している。変換部３１の線路幅Ｗ_１は、マイクロストリップ線路３３の線路幅Ｗ_０よりも広い。つまり、Ｗ_１＞Ｗ_０の関係が成り立つ。線路導体１３を伝送する高周波信号の波長がλとすると、変換部３１の線路長は、λ／２に相当する長さである。

変換部３１には、孔３１ａが形成されている。孔３１ａの位置は、特に制限されないが、本実施の形態では変換部３１の中心にある。孔３１ａの形状は、特に制限されないが、本実施の形態では四角形である。孔３１ａのＸ軸方向の長さをＬ_２、Ｙ軸方向の長さをＷ_２とすると、Ｌ_２＜λ／２、Ｗ_２＜Ｗ_１の関係が成り立つように変換部３１および孔３１ａが形成されている。変換部３１には、孔３１ａの周囲を囲む２つの幅広部３１ｂおよび２つの幅狭部３１ｃが設けられている。幅広部３１ｂは、Ｘ軸方向において孔３１ａを挟んだ両側に１つずつ設けられており、Ｙ軸方向に延びている。幅狭部３１ｃは、Ｙ軸方向において孔３１ａを挟んだ両側に１つずつ設けられており、Ｘ軸方向に延びている。幅広部３１ｂは、Ｘ軸方向に亘って一定の線路幅Ｗ_３を有する四角形状の部分である。線路幅Ｗ_３と線路幅Ｗ_１とは、等しい。つまり、Ｗ_３＝Ｗ_１の関係が成り立つ。幅狭部３１ｃは、Ｘ軸方向に亘って一定の線路幅Ｗ_４を有する四角形状の部分である。線路幅Ｗ_４は、線路幅Ｗ_１よりも狭い。本実施の形態では、Ｗ_４＝（Ｗ_１－Ｗ_２）／２の関係が成り立つように変換部３１および孔３１ａが形成されている。

インピーダンス変成器３２は、Ｘ軸方向に亘って一定の線路幅Ｗ_５を有する四角形状の部分である。インピーダンス変成器３２は、Ｘ軸方向において変換部３１の両隣に１つずつ設けられている。インピーダンス変成器３２の線路幅Ｗ_５は、マイクロストリップ線路３３の線路幅Ｗ_０よりも広い。つまり、Ｗ_５＞Ｗ_０の関係が成り立つ。変換部３１の線路幅Ｗ_１とインピーダンス変成器３２の線路幅Ｗ_５との関係は、図６ではＷ_１＞Ｗ_５となっているが、特に制限されず、適宜変更してよい。インピーダンス変成器３２の線路長は、λ／４に相当する長さである。

次に、図２および図６を参照して、本実施の形態にかかる導波管マイクロストリップ線路変換器１０の動作について説明する。ここでは、導波管１４からマイクロストリップ線路３３へ高周波信号を伝送させる場合を例示する。

図２に示すように、導波管１４の内部を伝搬した電磁波は、地導体１２に到達する。地導体１２に到達した電磁波は、スロット１５を通って変換部３１へ伝搬する。なお、変換部３１へ電磁波が伝搬するとは、地導体１２と変換部３１との間に電磁波のエネルギーが生じることを含むものとする。図６に示すように、変換部３１へ伝搬した電磁波は、２つのマイクロストリップ線路３３へ向かって伝搬する。導波管マイクロストリップ線路変換器１０は、２つのマイクロストリップ線路３３からＸ軸方向へ伝送する高周波信号を出力する。双方から出力される高周波信号の位相は互いに逆となる。

次に、本実施の形態にかかる導波管マイクロストリップ線路変換器１０の効果について説明する。

図６に示される変換部３１の線路幅Ｗ_１を広くするほど、スロット１５からの不要な電磁波放射を低減でき、また、変換部３１の線路幅Ｗ_１を調整することで変換部３１とインピーダンス変成器３２との不連続部からの不要な電磁波放射を調整できる。これにより、導波管マイクロストリップ線路変換器１０全体における不要な電磁波放射を制御できる。一方、変換部３１とインピーダンス変成器３２とマイクロストリップ線路３３とは、それぞれの線路幅に対応する特性インピーダンスを持ち、変換部３１の線路幅Ｗ_１を広くするほど、変換部３１の線路幅Ｗ_１とマイクロストリップ線路３３の線路幅Ｗ_０との差、すなわち変換部３１の特性インピーダンスとマイクロストリップ線路３３の特性インピーダンスとの差が大きくなる。これにより、インピーダンス変成器３２で急峻なインピーダンス変化に対する整合が必要となることから、使用可能な高周波信号の周波数範囲が狭くなる。本実施の形態では、変換部３１に孔３１ａが形成されることにより、変換部３１には、線路幅Ｗ_３を有する幅広部３１ｂと線路幅Ｗ_４を有する幅狭部３１ｃとが形成される。ここで、変換部３１において、線路幅Ｗ_４に対応する特性インピーダンスをＺ_４とする。変換部３１のうちスロット１５の直上に位置する部位には、線路幅Ｗ_４を有する２つの幅狭部３１ｃが並列で存在するため、スロット１５の直上における変換部３１の特性インピーダンスは、Ｚ_４／２となる。一方、変換部３１に孔３１ａが無い場合には、スロット１５の直上における変換部３１の特性インピーダンスは、線路幅Ｗ_１に対応するＺ_１となる。特性インピーダンスＺ_４／２が特性インピーダンスＺ_１よりも小さいため、Ｚ_４／２＜Ｚ_１の関係が成り立つ。そのため、変換部３１の線路幅Ｗ_１を広くした場合でも、幅狭部３１ｃにより変換部３１とマイクロストリップ線路３３との特性インピーダンスの差を小さくできる。これにより、インピーダンス変成器３２で急峻なインピーダンス変化に対する整合が不要となり、使用可能な高周波信号の周波数帯域が広くなる。つまり、本実施の形態では、スロット１５からの不要な電磁波放射の低減と導波管マイクロストリップ線路変換器１０の広帯域化とを両立できる。なお、孔３１ａの大きさはλに対して小さいため、孔３１ａがスロット１５からの不要な電磁波放射の低減に与える影響はほとんどない。

図６に示される変換部３１の線路幅Ｗ_１は、導波管１４の長辺よりも小さく、かつスロット１５のＹ軸方向の長さよりも小さい。導波管１４から変換部３１への電力の変換は、物理的な寸法には必ずしも支配されず、電磁的に十分に結合していれば効率的な変換が可能である。

図６に示されるマイクロストリップ線路３３において、線路幅Ｗ_０に対応する特性インピーダンスをＺ_０とする。変換部３１とマイクロストリップ線路３３とでは線路幅の違いが比較的大きいことから、仮にマイクロストリップ線路３３を変換部３１に直接隣り合わせた場合には、変換部３１の特性インピーダンスＺ_１とマイクロストリップ線路３３の特性インピーダンスＺ_０との不整合に起因して、電力損失が大きくなる。この点、本実施の形態では、変換部３１とマイクロストリップ線路３３との間には、マイクロストリップ線路３３よりも広い線路幅であって変換部３１よりも狭い線路幅を有するインピーダンス変成器３２が設けられることにより、変換部３１とマイクロストリップ線路３３との間のインピーダンス整合を図ることができるため、電力損失を低減できる。これにより、図２に示される誘電体基板１１にスルーホールが設けられなくても、高い電気性能を得ることができる。

本実施の形態では、図２に示される誘電体基板１１にスルーホールが不要となるため、スルーホールの加工の省略による製造工程の簡易化および製造コストの低減が可能となる。また、本実施の形態では、スルーホールの破断による電気性能の劣化という事態を回避できることで、信頼性を向上できるとともに、安定した電気性能を得ることができる。図示しないアンテナ装置の給電回路に導波管マイクロストリップ線路変換器１０が使用される場合には、アンテナ装置は、安定した送信電力および受信電力を得ることができる。

従来、図６に示される変換部３１に相当する部分の導体に微細な間隙を設けて線路を分断し、電磁結合によって高周波信号を伝送させる構成が知られている。かかる間隙の加工不良が生じた場合に、線路長に誤差が生じ得る。一方、本実施の形態の線路導体１３では、一体の金属部材で変換部３１からマイクロストリップ線路３３までの各部位が分断することなく連続して形成されている。本実施の形態では、線路導体１３における間隙の形成が不要であるため、間隙の加工不良の問題を回避でき、かつ線路導体１３を容易に加工することができる。

なお、図１に示される導波管マイクロストリップ線路変換器１０では、スロット１５から、あるいは線路導体１３のうち線路幅が不連続な部分から、不要な電磁波放射が生じ得る。スロット１５および線路導体１３の各部位の寸法を調整することにより、放射される電磁波の振幅、位相の調整が可能である。放射される電磁波の振幅、位相の調整により、導波管マイクロストリップ線路変換器１０からＺ軸の＋側等の特定方向への不要な電磁波放射を低減させてもよいし、いずれの方向にも大きい電力が放射されないように不要な電磁波放射を全方向へ均等に拡散させてもよい。このようにしても、導波管マイクロストリップ線路変換器１０は、高い電気性能を得ることができる。

本実施の形態では、導波管１４からマイクロストリップ線路３３へ高周波信号が伝送される場合を例示したが、マイクロストリップ線路３３から導波管１４へ高周波信号が伝送されてもよい。この場合には、２つのマイクロストリップ線路３３に互いに逆の位相を持つ高周波信号が入力される。このようにしても、導波管マイクロストリップ線路変換器１０における電力損失を低減できる。また、孔３１ａの形状は、本実施の形態では四角形であるが、円形、台形、三角形などの四角形以外の形状でもよい。また、孔３１ａの中心は、本実施の形態では変換部３１の中心と一致しているが、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のうち少なくとも一方に変換部３１の中心からずれてもよい。また、変換部３１は、本実施の形態ではスロット１５の直上に位置しているが、変換部３１とスロット１５との位置関係を限定する趣旨ではない。すなわち、導波管１４の管軸方向を上下方向だけでなくあらゆる方向に向けて導波管マイクロストリップ線路変換器１０を配置することが可能であり、変換部３１とスロット１５とは、導波管１４の管軸方向で互いに重なる位置にあればよい。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２にかかる導波管マイクロストリップ線路変換器５１の外観構成を示す平面図である。図８は、実施の形態２における線路導体５２の平面図である。図８では、参考として、スロット１５を破線で示している。上記した実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。実施の形態２では、実施の形態１の線路導体１３に代えて、線路導体５２が設けられている。

図７に示すように、線路導体５２は、誘電体基板１１を挟んでスロット１５と反対側に位置し線路導体５２と導波管１４との間における電力変換を行う変換部３１と、変換部３１とＸ軸方向に間隔を空けて設けられたマイクロストリップ線路３３と、変換部３１とマイクロストリップ線路３３との間に設けられて変換部３１とマイクロストリップ線路３３との間におけるインピーダンス整合を行うインピーダンス変成器３２とを有する。

インピーダンス変成器３２は、第１のインピーダンス変成部３２ａと、第１のインピーダンス変成部３２ａとＸ軸方向に間隔を空けて設けられた第２のインピーダンス変成部３２ｂと、第１のインピーダンス変成部３２ａと第２のインピーダンス変成部３２ｂとの間に設けられて第１のインピーダンス変成部３２ａの線路幅と第２のインピーダンス変成部３２ｂの線路幅とのいずれよりも小さい線路幅の第３のインピーダンス変成部３２ｃとを含む。

変換部３１からマイクロストリップ線路３３に向かって、第１のインピーダンス変成部３２ａ、第３のインピーダンス変成部３２ｃ、第２のインピーダンス変成部３２ｂの順に配置されている。図８に示すように、第１のインピーダンス変成部３２ａは、Ｘ軸方向に亘って一定の線路幅Ｗ_６を有する。第２のインピーダンス変成部３２ｂは、Ｘ軸方向に亘って一定の線路幅Ｗ_７を有する。第３のインピーダンス変成部３２ｃは、Ｘ軸方向に亘って一定の線路幅Ｗ_８を有する。第３のインピーダンス変成部３２ｃの線路幅Ｗ_８は、第１のインピーダンス変成部３２ａの線路幅Ｗ_６よりも狭い。つまり、Ｗ_８＜Ｗ_６の関係が成り立つ。

第２のインピーダンス変成部３２ｂは、第３のインピーダンス変成部３２ｃとマイクロストリップ線路３３との間に位置している。第２のインピーダンス変成部３２ｂの線路幅Ｗ_７は、第３のインピーダンス変成部３２ｃの線路幅Ｗ_８およびマイクロストリップ線路３３の線路幅Ｗ_０のいずれよりも広い。つまり、Ｗ_７＞Ｗ_８およびＷ_７＞Ｗ_０の関係が成り立つ。第２のインピーダンス変成部３２ｂおよび第３のインピーダンス変成部３２ｃの線路長は、いずれもλ／４に相当する長さである。

第１のインピーダンス変成部３２ａ、第２のインピーダンス変成部３２ｂおよび第３のインピーダンス変成部３２ｃは、それぞれの線路幅に対応する特性インピーダンスを持つ。ここでは、第１のインピーダンス変成部３２ａの特性インピーダンスを、線路幅Ｗ_６に対応するＺ_６とする。第２のインピーダンス変成部３２ｂの特性インピーダンスを、線路幅Ｗ_７に対応するＺ_７とする。第３のインピーダンス変成部３２ｃの特性インピーダンスを、線路幅Ｗ_８に対応するＺ_８とする。特性インピーダンスＺ_８は、特性インピーダンスＺ_６よりも大きい。つまり、Ｚ_８＞Ｚ_６の関係が成り立つ。特性インピーダンスＺ_７は、特性インピーダンスＺ_８および特性インピーダンスＺ_０のいずれよりも小さい。つまり、Ｚ_７＜Ｚ_８およびＺ_７＜Ｚ_０の関係が成り立つ。

本実施の形態では、図７に示すように、導波管マイクロストリップ線路変換器５１には、マイクロストリップ線路３３よりも広い線路幅を持つ第１のインピーダンス変成部３２ａおよび第２のインピーダンス変成部３２ｂが設けられることにより、変換部３１とマイクロストリップ線路３３との間のインピーダンス整合を図ることができる。これにより、電力損失を低減できる。

本実施の形態では、図８に示すように、第３のインピーダンス変成部３２ｃおよび第２のインピーダンス変成部３２ｂは、第１のインピーダンス変成部３２ａとマイクロストリップ線路３３との線路幅の違いによるインピーダンスの不整合を低減させる機能を果たす。線路導体５２は、線路幅を段階的に異ならせた部位である第１のインピーダンス変成部３２ａ、第２のインピーダンス変成部３２ｂおよび第３のインピーダンス変成部３２ｃを含むことにより、電磁波の伝搬におけるインピーダンスの急峻な変化を緩和できる。これにより、電力損失を効果的に低減できる。なお、高周波信号は、導波管１４から入力されマイクロストリップ線路３３から出力されてもよいし、マイクロストリップ線路３３から入力され導波管１４から出力されてもよい。

実施の形態３．
図９は、実施の形態３にかかる導波管マイクロストリップ線路変換器５３の外観構成を示す平面図である。図１０は、実施の形態３における線路導体５４の平面図である。図１０では、参考として、スロット１５を破線で示している。上記した実施の形態２と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施の形態では、実施の形態２の線路導体５２に代えて、線路導体５４が設けられている。本実施の形態では、マイクロストリップ線路３３の延伸方向が実施の形態２と相違する。

図９に示すように、マイクロストリップ線路３３は、本実施の形態では第２のインピーダンス変成部３２ｂからＸ軸方向と垂直なＹ軸方向に延びている。すなわち、マイクロストリップ線路３３の延伸方向は、Ｙ軸方向と平行である。マイクロストリップ線路３３では、Ｙ軸方向に高周波信号が伝搬される。図１０に示すように、第２のインピーダンス変成部３２ｂのうちＸ軸方向における端３６とマイクロストリップ線路３３のうちＸ軸方向における端３７とがＹ軸方向に沿う１つの直線となるように、第２のインピーダンス変成部３２ｂおよびマイクロストリップ線路３３が配置されている。このような構成により、第２のインピーダンス変成部３２ｂとマイクロストリップ線路３３との間の折り曲げ箇所における不要な電磁波放射を抑制しつつ、マイクロストリップ線路３３をＹ軸方向に延伸できる。

第２のインピーダンス変成部３２ｂとマイクロストリップ線路３３との間では、第２のインピーダンス変成部３２ｂとマイクロストリップ線路３３との間の線路幅が不連続である部分と伝送路の折り曲げ箇所とが一体である。仮に、一定の線路幅のマイクロストリップ線路３３に、Ｘ軸方向へ延ばされた部分とＹ軸方向へ延ばされた部分との折り曲げ箇所が含まれる場合には、第２のインピーダンス変成部３２ｂとマイクロストリップ線路３３との間の線路幅が不連続な部分とマイクロストリップ線路３３における折り曲げ箇所との２箇所において不要な電磁波放射が生じ得ることになる。本実施の形態では、線路幅が不連続である部分と伝送路の折り曲げ箇所とが一体とされたことにより、不要な電磁波放射が生じ得る箇所を１箇所にすることができる。これにより、互いに垂直な方向に延びる部分同士の間で高周波信号を伝送する導波管マイクロストリップ線路変換器５３において、不要な電磁波放射による電力損失を低減できる。なお、高周波信号は、導波管１４から入力されマイクロストリップ線路３３から出力されてもよいし、マイクロストリップ線路３３から入力され導波管１４から出力されてもよい。

次に、実施の形態３にかかる導波管マイクロストリップ線路変換器５３の変形例について示す。図１１は、実施の形態３の変形例における線路導体５５の平面図である。図１１では、参考として、スロット１５を破線で示している。本変形例では、第２のインピーダンス変成部３２ｂおよび第３のインピーダンス変成部３２ｃの延伸方向が斜め方向である点、および、スタブ３４が追加された点が前記した線路導体５４と相違する。

第１のインピーダンス変成部３２ａは、Ｘ軸方向に延びている。第２のインピーダンス変成部３２ｂおよび第３のインピーダンス変成部３２ｃは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向と斜交する方向に延びている。第２のインピーダンス変成部３２ｂおよび第３のインピーダンス変成部３２ｃは、第１のインピーダンス変成部３２ａからマイクロストリップ線路３３に近づくほどＹ軸の＋側へ傾斜している。これにより、マイクロストリップ線路３３の線路長を短縮できる。誘電体基板１１の材料の性質に起因する電力の損失と、線路導体５５の導電率に起因する電力の損失とは、線路導体５５全体の線路長と概ね比例する。このため、マイクロストリップ線路３３の長さを短縮できることにより、高周波信号の伝送による電力損失を低減できる。

第２のインピーダンス変成部３２ｂおよび第３のインピーダンス変成部３２ｃの延伸方向をＸ軸方向あるいはＹ軸方向に近づけるように、第２のインピーダンス変成部３２ｂおよび第３のインピーダンス変成部３２ｃの位置が調整されてもよい。このように第２のインピーダンス変成部３２ｂおよび第３のインピーダンス変成部３２ｃの位置を調整することにより、線路導体５５の不連続部の位置、および不連続部から放射される電磁波の振幅と位相とを調整できるため、線路導体５５から放射される不要な電磁波の低減を図ることができる。

線路導体５５は、変換部３１から分岐された分岐部である２つのスタブ３４を含む。２つのスタブ３４は、Ｘ軸方向における変換部３１の中心位置に設けられている。一方のスタブ３４は、変換部３１のうちＹ軸の＋側の端からＹ軸の＋側に延びている。他方のスタブ３４は、変換部３１のうちＹ軸の－側の端からＹ軸の－側に延びている。各スタブ３４のうち変換部３１とは逆側を向く端３５は、開放端である。

図１１において、Ｘ軸方向におけるスタブ３４の中心位置は、Ｘ軸方向におけるスロット１５の中心位置と一致している。この場合、スロット１５の中心に対する対称性を線路導体５５が持つことにより、２つのスタブ３４への電力の伝搬は生じない。ただし、線路導体５５の製造誤差等により、Ｘ軸方向における線路導体５５の中心位置とＸ軸方向におけるスロット１５の中心位置とのずれが生じてしまい、Ｘ軸方向におけるスタブ３４の中心位置とＸ軸方向におけるスロット１５の中心位置とにずれが生じることがある。

線路導体５５の中心位置とスロット１５の中心位置とのずれに伴って、スタブ３４に電界が生じる。スタブ３４の端３５が開放端とされているため、スタブ３４と変換部３１との接続部にて電界がゼロとなる境界条件が成り立つ。これにより、線路導体５５における電気的対称性が確保されることで、２つのマイクロストリップ線路３３から出力される高周波信号の位相が互いに逆位相となる。このようにスタブ３４が設けられていることにより、線路導体５５の中心位置とスロット１５の位置とのずれが高周波信号へ与える影響を少なくすることができる。つまり、２つのスタブ３４を用いた電気的対称性の確保により、マイクロストリップ線路３３における高周波信号の位相の変動を低減できる。なお、線路導体５５に設けられるスタブ３４は、１つでもよい。スタブ３４を１つにする場合には、スタブ３４は、変換部３１のうちＹ軸の＋側の端とＹ軸の－側の端とのどちらに設けられてもよい。

なお、本変形例では、第２のインピーダンス変成部３２ｂおよび第３のインピーダンス変成部３２ｃの延伸方向を斜め方向にすることと、スタブ３４を追加することとの両方を採用したが、いずれか一方のみを採用してもよい。すなわち、図１０に示される実施の形態３の線路導体５４において第２のインピーダンス変成部３２ｂおよび第３のインピーダンス変成部３２ｃの延伸方向を図１１に示される斜め方向にして、図１１に示されるスタブ３４を追加しない構成にしてもよい。あるいは、図１０に示される実施の形態３の線路導体５４において第２のインピーダンス変成部３２ｂおよび第３のインピーダンス変成部３２ｃの延伸方向を変えずに、図１１に示されるスタブ３４を追加してもよい。

実施の形態４．
図１２は、実施の形態４にかかる導波管マイクロストリップ線路変換器５６の外観構成を示す平面図である。図１３は、実施の形態４における線路導体５７の平面図である。図１３では、参考として、スロット１５を破線で示している。上記した実施の形態３と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施の形態では、実施の形態３の変形例の線路導体５５に代えて、線路導体５７が設けられている。本実施の形態では、図１３に示される２つの第１のマイクロストリップ線路３３ａ、第２のマイクロストリップ線路７１、第３のマイクロストリップ線路８１、第４のマイクロストリップ線路８３および第４のインピーダンス変成部８２を備える点で、前記した実施の形態３の変形例と相違する。以下、２つの第１のマイクロストリップ線路３３ａを区別する場合には、Ｘ軸の＋側に位置する一方を第１のマイクロストリップ線路３３ｂ、Ｘ軸の－側に位置する他方を第１のマイクロストリップ線路３３ｃと称する。第１のマイクロストリップ線路３３ｂ，３３ｃの構成は、前記した実施の形態１から実施の形態３のマイクロストリップ線路３３の構成と同様である。

図１３に示すように、第２のマイクロストリップ線路７１は、第１のマイクロストリップ線路３３ｃに繋がっている。第２のマイクロストリップ線路７１は、第１のマイクロストリップ線路３３ｃのうちＹ軸の＋側の端からＹ軸の＋側に延びる第１の範囲７２と、第１の範囲７２のうちＹ軸の＋側の端からＸ軸の＋側に向かうにつれてＹ軸の＋側に位置するように斜め方向に延びる第２の範囲７３と、第２の範囲７３のうち第１の範囲７２とは逆側を向く端からＸ軸の＋側に延びる第３の範囲７４とを含む。

第１の範囲７２と第２の範囲７３との間には、第１の折り曲げ部７５が設けられている。第２の範囲７３と第３の範囲７４との間には、鈍角を成す第２の折り曲げ部７６が設けられている。第２のマイクロストリップ線路７１の線路幅Ｗ_９は、第１のマイクロストリップ線路３３ａの線路幅Ｗ_０と等しい。つまり、Ｗ_９＝Ｗ_０の関係が成り立つ。

第３のマイクロストリップ線路８１は、第１のマイクロストリップ線路３３ｂのうちＹ軸の＋側の端からＹ軸の＋側に延びている。第３のマイクロストリップ線路８１の線路幅Ｗ_１０は、第１のマイクロストリップ線路３３ａの線路幅Ｗ_０と等しい。つまり、Ｗ_１０＝Ｗ_０の関係が成り立つ。

第４のインピーダンス変成部８２は、第２のマイクロストリップ線路７１の第３の範囲７４および第３のマイクロストリップ線路８１と、第４のマイクロストリップ線路８３との間に位置している。第４のインピーダンス変成部８２は、第２のマイクロストリップ線路７１および第３のマイクロストリップ線路８１と、第４のマイクロストリップ線路８３との間のインピーダンス整合を行う。第４のインピーダンス変成部８２の線路長は、λ／４に相当する長さである。

第４のマイクロストリップ線路８３は、第４のインピーダンス変成部８２のうちＸ軸の＋側の端からＸ軸の＋側に延びている。第４のマイクロストリップ線路８３は、線路導体５７のうちＸ軸方向の端部に位置している。第４のマイクロストリップ線路８３の線路幅および線路長は、特に制限されず、適宜変更してよい。

前記した実施の形態１から実施の形態３では、２つのマイクロストリップ線路３３がそれぞれ独立した入出力端となり、入出力端となるマイクロストリップ線路３３の数が２つであった。一方、本実施の形態では、２つの第１のマイクロストリップ線路３３ｂ，３３ｃが第２のマイクロストリップ線路７１、第３のマイクロストリップ線路８１および第４のインピーダンス変成部８２を介して、１つの第４のマイクロストリップ線路８３に繋がっており、第４のマイクロストリップ線路８３が入出力端となり、入出力端となる第４のマイクロストリップ線路８３の数が１つである。入出力端となるマイクロストリップ線路３３および第４のマイクロストリップ線路８３の先には、図示しないアンテナが接続される場合がある。この場合、前記した実施の形態１から実施の形態３では、入出力端となるマイクロストリップ線路３３の数が２つであるため、導波管マイクロストリップ線路変換器１０，５１，５３のそれぞれには、２つのアンテナが接続される。一方、本実施の形態では、入出力端となる第４のマイクロストリップ線路８３の数が１つであるため、導波管マイクロストリップ線路変換器５６には、１つのアンテナが接続される。このため、本実施の形態では、接続するアンテナの数が１つの場合に有効である。

次に、図１２および図１３を参照して、導波管マイクロストリップ線路変換器５６の動作を説明する。ここでは、導波管１４から第４のマイクロストリップ線路８３へ高周波信号を伝送する場合を例示する。

図１２に示される導波管１４の内部を伝搬した電磁波は、変換部３１などを経由して、２つの第１のマイクロストリップ線路３３ｂ，３３ｃのそれぞれに伝搬する。図１３に示すように、第１のマイクロストリップ線路３３ｃと第２のマイクロストリップ線路７１との境界７７における高周波信号の位相と、第１のマイクロストリップ線路３３ｂと第３のマイクロストリップ線路８１との境界７８における高周波信号の位相とは、互いに逆となる。

境界７７を通過した高周波信号は、第２のマイクロストリップ線路７１と第４のインピーダンス変成部８２とを経由して、第４のマイクロストリップ線路８３へ伝搬する。境界７８を通過した高周波信号は、第３のマイクロストリップ線路８１と第４のインピーダンス変成部８２とを経由して、第４のマイクロストリップ線路８３へ伝搬する。図１２に示される導波管マイクロストリップ線路変換器５６は、第４のマイクロストリップ線路８３からＸ軸の＋側へ伝送される高周波信号を出力する。本実施の形態では、第２のマイクロストリップ線路７１と第３のマイクロストリップ線路８１とが繋がる第４のインピーダンス変成部８２において、第２のマイクロストリップ線路７１を経由した高周波信号の位相と第３のマイクロストリップ線路８１を経由した高周波信号の位相とが同じとなるように、第２のマイクロストリップ線路７１の線路長が設定されている。

ここで、図１３に示される第１のマイクロストリップ線路３３ｃの線路長と第２のマイクロストリップ線路７１の第１の範囲７２の線路長とを合計した線路長をＬ_０とする。線路長Ｌ_０は、極力短い方が好ましい。線路長Ｌ_０は、例えば、λ／４以下の長さであることが好ましく、λ／４より短い方がより好ましい。線路長Ｌ_０を短くするほど、第１の折り曲げ部７５が第２のインピーダンス変成部３２ｂに近づく。これにより、ループ状の伝送路のうち、Ｘ軸の－側に位置する第２のインピーダンス変成部３２ｂと第１のマイクロストリップ線路３３ｃとの間と、第１のマイクロストリップ線路３３ｃと第２のマイクロストリップ線路７１との間に形成される折り曲げ箇所が集約される。伝送路の折り曲げ箇所が集約されたことで、不要な電磁波放射が生じ得る箇所を少なくすることができる。これにより、ループ状の伝送路を含む線路導体５７において、不要な電磁波放射による電力損失を低減できる。

第２の折り曲げ部７６の曲がり具合は、第１の折り曲げ部７５の曲がり具合と比較して小さいため、第２の折り曲げ部７６が設けられることによる不要な電磁波放射を抑制することができる。なお、第２のマイクロストリップ線路７１から第２の折り曲げ部７６を省略してもよい。すなわち、第２のマイクロストリップ線路７１の第２の範囲７３は、第１の折り曲げ部７５からＸ軸方向へ延ばされて第４のインピーダンス変成部８２に繋げられてもよいし、第１の折り曲げ部７５から第４のインピーダンス変成部８２まで斜め方向へ延ばされてもよい。

本実施の形態では、実施の形態１から実施の形態３と同様の効果を奏することができる。また、本実施の形態では、線路長Ｌ_０をλ／４以下の長さとすることにより、ループ状の伝送路での不要な電磁波放射による電力損失を低減できる。これにより、安定かつ高い電気性能が得られ、信頼性の向上が可能となる。

なお、高周波信号が導波管１４から入力され第４のマイクロストリップ線路８３から出力されてもよいし、高周波信号が第４のマイクロストリップ線路８３から入力され導波管１４から出力されてもよい。また、第４のインピーダンス変成部８２を省略して、第２のマイクロストリップ線路７１および第３のマイクロストリップ線路８１のそれぞれと第４のマイクロストリップ線路８３とを直接繋ぐとともに、第２のマイクロストリップ線路７１および第３のマイクロストリップ線路８１のそれぞれの途中に図示しないインピーダンス変成部を設けてもよい。また、第４のインピーダンス変成部８２および第４のマイクロストリップ線路８３のそれぞれの延伸方向は、Ｘ軸方向以外の方向でもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１０，５１，５３，５６ 導波管マイクロストリップ線路変換器、１１ 誘電体基板、１２ 地導体、１３，５２，５４，５５，５７ 線路導体、１４ 導波管、１５ スロット、１６ 開口端、１７ 入出力端、１８ 端面、１９ 管壁、３１ 変換部、３１ａ 孔、３１ｂ 幅広部、３１ｃ 幅狭部、３２ インピーダンス変成器、３２ａ 第１のインピーダンス変成部、３２ｂ 第２のインピーダンス変成部、３２ｃ 第３のインピーダンス変成部、３３ マイクロストリップ線路、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ 第１のマイクロストリップ線路、３４ スタブ、３５，３６，３７ 端、７１ 第２のマイクロストリップ線路、７２ 第１の範囲、７３ 第２の範囲、７４ 第３の範囲、７５ 第１の折り曲げ部、７６ 第２の折り曲げ部、７７，７８ 境界、８１ 第３のマイクロストリップ線路、８２ 第４のインピーダンス変成部、８３ 第４のマイクロストリップ線路、Ｓ１ 第１の面、Ｓ２ 第２の面。

Claims (4)

1. 開口端を有する導波管と、
   前記開口端を向く第１の面と前記第１の面とは逆側を向く第２の面とを有する誘電体基板と、
   前記第１の面に設けられて前記開口端が接続されるとともに、前記開口端の端面により囲まれた領域内にスロットが設けられた地導体と、
   前記第２の面に設けられた線路導体と、を備えており、
   前記線路導体は、
   前記線路導体と前記導波管との間における電力変換を行う変換部と、
   第１の方向に前記変換部と間隔を空けて設けられたマイクロストリップ線路と、
   前記変換部と前記マイクロストリップ線路との間に設けられて、前記変換部と前記マイクロストリップ線路との間におけるインピーダンス整合を行うインピーダンス変成器と、を有しており、
   前記変換部には、孔が形成されてい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。
2. 前記インピーダンス変成器は、
   第１のインピーダンス変成部と、
   前記第１のインピーダンス変成部と間隔を空けて設けられた第２のインピーダンス変成部と、
   前記第１のインピーダンス変成部と前記第２のインピーダンス変成部との間に設けられて、前記第１のインピーダンス変成部の線路幅と前記第２のインピーダンス変成部の線路幅とのいずれよりも小さい線路幅の第３のインピーダンス変成部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の導波管マイクロストリップ線路変換器。
3. 前記マイクロストリップ線路は、前記インピーダンス変成器から前記第１の方向と垂直な第２の方向に延びており、
   前記マイクロストリップ線路のうち前記第１の方向における端と前記インピーダンス変成器のうち前記第１の方向における端とが、前記第２の方向の沿う１つの直線となるように、前記インピーダンス変成器および前記マイクロストリップ線路が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の導波管マイクロストリップ線路変換器。
4. 前記第１のインピーダンス変成部は、前記第１の方向に延びており、
   前記第２のインピーダンス変成部および前記第３のインピーダンス変成部は、前記第１の方向と斜交する方向に延びていることを特徴とする請求項２に記載の導波管マイクロストリップ線路変換器。

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