平面电路-波导管变换器的制造方法
【专利摘要】去除接地导体12的一部分而形成开口部20～23，通过这些开口部21、开口部22以及开口部23构成由信号线导体31以及信号线导体32构成的差动线路70。另外，以覆盖开口部20的方式搭载金属块50，构成以金属块50以及接地导体12为壁面的波导管60。以上的平面电路-波导管变换器不利用谐振而能够实现从波导管模式向狭缝模式、从狭缝模式向差动模式的行进波变换，能够使电场的支配性朝向在三者中一致，因此有望实现宽带化。因而，能够以简易的层结构来实现宽带化。
【专利说明】平面电路-波导管变换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种平面电路-波导管变换器。
【背景技术】
[0002]作为以往的平面电路-波导管变换器的结构，提出了如下的结构:将由设置在单层的电介体基板上的I对信号线导体构成的差动线路连接到方形贴片导体，利用贴片导体的谐振，向配置于基板上方的波导管变换信号(例如，非专利文献I)。
[0003]另外，公开了在多层基板内层具备同轴模式-波导管模式变换器、并将差动模式变换为波导管模式的变换器(例如，专利文献I)。
[0004]专利文献1:日本特开2010-206390号公报
[0005]非专利文献1:Ziqiang Tong and, Andreas S t e I z er, “AMillimeter-waveTransit1n from Microstrip to Waveguide Using A DifferentialMicrostrip Antenna，，European Microwave Conference2010 pp.660-663.
【发明内容】
[0006]然而，在作为以往技术的非专利文献I中，能够利用单层的电介体基板来简单地构成，但是由于利用了贴片导体的谐振，因此难以将能够变换的分数带宽(fract1nalbandwidth)确保得较宽。
[0007]此外，在非专利文献I中，作为宽带化的对策提出了使用了两个贴片导体的结构，与一个贴片导体相比实现了宽带化，但是宽带化有限制，在反射特性为_15dB以下的分数带宽下为8%左右。
[0008]另一方面，在专利文献I所示的结构中，根据设置于多层基板内层的同轴模式-波导管模式变换器的分数带宽来决定变换器的分数带宽，一般与使用所述贴片导体的结构相比能够将分数带宽确保得较宽，但是由于使用电介体基板的多个层，所以结构变复杂，容易受到制造偏差等的影响。
[0009]这样，在以往的平面电路-波导管变换器中，存在无法利用如表层部那样的简单的层结构来实现宽带化的课题。
[0010]本发明的目的在于，得到一种利用如表层部那样的简单的层结构来实现宽带化的平面电路-波导管变换器。
[0011]本发明的平面电路-波导管变换器具备:导体图案，设置于电介体基板的一个面；以挖空的方式去除导体图案的一部分而成的第I开口部；以使第I开口部的一端向外部延伸的方式去除导体图案而成的第2开口部；与第2开口部隔离，并在隔着第2开口部而相对的位置，以与第2开口部的延伸方向成为平行的方式去除导体图案而成的第3开口部及第4开口部；第I信号线导体，由在第2开口部与第3开口部之间的区域中残留的导体图案形成；第2信号线导体，由在第2开口部与第4开口部之间的区域中残留的导体图案形成，并与第I信号线导体一起构成平衡线路；以及金属体，具有空洞，并被配置成覆盖第I开口部，该金属体与导体图案一起构成波导管。
[0012]根据本发明，与以往技术的利用谐振的变换器相比，能够实现宽带化。另外，具有能够使单层基板或者多层基板的表层部那样的简单的层结构的实现和宽带特性同时成立的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是表示本发明的实施方式I的平面电路-波导管变换器的结构的结构图。
[0014]图2是表示差动线路-波导管变换器的仿真的变换特性的特性图。
[0015]图3是表示本发明的实施方式2的平面电路-波导管变换器的结构的结构图。
[0016]图4是表示本发明的实施方式3的平面电路-波导管变换器的结构的结构图。
[0017]图5是表示本发明的实施方式3的其它平面电路-波导管变换器的结构的结构图。
[0018]图6是表示本发明的实施方式4的平面电路-波导管变换器的结构的结构图。
[0019]图7是表示本发明的实施方式5的平面电路-波导管变换器的结构的结构图。
[0020](符号说明)
[0021]10:电介体基板；11:接地导体；12:接地导体(导体图案)；20?23、25?27:开口部；31、32、35:信号线导体；41:柱状导体(连接导体)；50、53、55、56:金属块(金属体)；51:空洞；52:空孔；54:切角部；60、62?64:波导管；61:弯管；70:差动线路(平衡线路)；80:不平衡线路。
【具体实施方式】
[0022]下面，为了更详细地说明本发明，按照附图来说明用于实施本发明的方式。
[0023]实施方式1.
[0024]图1是示出本发明的实施方式I的平面电路-波导管变换器的结构的图，图1(a)是俯视立体图、图1(b)是关于图1(a)中的A-A'面的截面图、图1(c)是关于图1(a)中的B-B'面的截面图、图1(d)是关于图1(a)中的C-C'面的截面图。
[0025]如图1所示，实施方式I的平面电路-波导管变换器的结构使用了如下结构:在电介体基板10的下表面设置了接地导体11，在电介体基板10的上表面设置了接地导体(导体图案)12。
[0026]这里，接地导体12具有将导体的一部分以挖空成长方形形状的方式去除而得到的开口部20，另外将开口部20的一个短边连接到以向图1(a)的一个方向延伸的方式去除导体而得到的开口部21。此外，在图1中图示了开口部20的(图中y轴方向的)宽度大于开口部21的宽度的情况，但是不限于此，开口部20的宽度既可以与开口部21的宽度相同，也可以比开口部21的宽度小。
[0027]在开口部21的一个侧面，设置有以向与开口部21的延伸方向大致相同的方向延伸的方式去除导体得到的开口部22，在开口部21的另一个侧面，设置有以向与开口部21的延伸方向大致相同的方向延伸的方式去除导体得到的开口部23。
[0028]由这些开口部21、开口部22以及开口部23形成信号线导体31以及信号线导体32，由信号线导体31以及信号线导体32构成差动线路(平衡线路)70。
[0029]接地导体12和接地导体11通过在开口部20的周围贯通电介体基板10的柱状导体(连接导体)41而被导通，另外如图1(a)所示，在开口部22以及开口部23的周围，避开信号线导体31以及信号线导体32的部分而通过柱状导体41被导通。
[0030]在电介体基板10的上部，以覆盖开口部20的方式搭载有金属块(金属体)50。金属块50在内部具有空洞51，构成以金属块50以及接地导体12为壁面的波导管60。
[0031]波导管60向图1(a)所不的x轴负方向延伸，与其它波导管电路连接。
[0032]如图1(c)所示，空洞51的X轴正方向的端部除了设置于信号线导体31以及信号线导体32的上部的空孔52之外，通过金属块50来闭合。
[0033]关于金属块50与接地导体12的导通，既可以使用另行经由导电性材料来导通的结构，另外也可以允许金属块50与接地导体12之间的间隙，并在特定的频率下实现电气短路。
[0034]这里，空洞51以及波导管60的yz截面的形状如图1(b)所示，设为z轴方向尺寸为Wl、y轴方向尺寸为H1、且WDHl的长方形形状。
[0035]因此，波导管60的最低阶的模式(基本模式)成为电场的朝向为y轴方向、且在z轴方向上具有电场的强弱分布的TElO模式。
[0036]由信号线导体31以及信号线导体32构成的差动线路在传输差动模式的情况下，信号线导体31和信号线导体32的信号分别成为反相位的关系，图1 (a)的C-C,面成为电墙边界条件。
[0037]因此，差动模式的电场分布的大部分产生在信号线导体31与信号线导体32之间，关于电场的朝向，y轴方向成为支配性的方向。
[0038]在调解TElO模式和差动模式的位置处存在的开口部20能够构成可传输向y轴方向的电场为支配性的狭缝模式的狭缝线路。
[0039]因此，开口部20的电场的朝向能够设计为与TElO模式的电场的朝向以及差动模式的支配性电场的朝向相同方向即y轴方向。
[0040]在以往技术中，将差动线路连接于方形的贴片导体、利用贴片导体的谐振模式来实现与波导管模式的变换，因此存在如下课题:贴片导体的谐振带宽受到制约，限制了分数带宽。
[0041]在图1所示的结构中，不利用谐振而能够实现从波导管模式向狭缝模式、从狭缝模式向差动模式的行进波变换，如前所述，能够使电场的支配性的朝向在三者中一致，因此与利用谐振现象的以往技术相比，有望实现宽带化。
[0042]以确认所述的效果为目的，设计了图1所示的差动线路-波导管变换器。在图2中示出设计结果计算值。
[0043]在图2中，Sll表示波导管侧端口的TElO模式的反射特性、S22(dd)表示在差动线路侧端口中差动模式的反射特性、S21 (d)表示从TElO模式向差动模式的变换量。
[0044]所使用的电介体基板10的相对介电常数设为4.2、电介体基板厚度设为0.36。
[0045]在计算中使用了基于有限元法的三维电磁场仿真。
[0046]此外，图2的横轴利用中心频率进行了标准化，图2的纵轴对振幅进行了 dB显示。
[0047]根据图2，可知各端口的反射特性为_15dB以下、且从波导管模式向差动模式的变换量成为良好的带宽在标准化频率0.85?1.15、即分数带宽30%的宽的带宽中能够确保，能够确认与以往技术的8%相比，在维持基板的层结构的状态下能够大幅度地实现宽带化。
[0048]在图1所示的结构中，说明了波导管60的截面形状为长方形的情况，但也可以是除了正多边形以及圆形之外的任意的形状，只要能够识别长边方向和短边方向即可。
[0049]另外，开口部20的形状也是同样的，可以是除了正多边形以及圆形之外的任意的形状，只要能够识别长边方向和短边方向即可。
[0050]由于开口部20的长边方向端部的一方成为短路点，因此开口部20的长边方向中点位置是远离短路点的位置，是电场强的位置。另外，该电场的朝向成为开口部20的长边方向中点位置处的开口部20的短边方向。
[0051]在图1中说明了开口部20的长边方向中点位置处的开口部20的短边方向即y轴方向、与波导管60的短边方向完全一致的例子，但是不限于此，如果将两者的方向所成的角度选为90度以外，则能够得到狭缝模式和波导管模式的很多结合。
[0052]在图1所示的结构中，示出了相对ZX平面对称的结构，但是也可以使用非对称结构。
[0053]另外，说明了空洞51为中空的结构，但也可以将空洞51的一部分或者全部用相对介电常数大于I的绝缘体来填充。在这种情况下，能够在相同的频率下实现波导管尺寸的小型化。
[0054]在图1中，利用金属块50构成了波导管60,但也可以代替金属块50而使用对表面施以导体镀层而成的绝缘材料。
[0055]另外，说明了由接地导体12构成波导管60的与xy平面平行的壁面的例子，但是该面也可以由金属块50构成。
[0056]在图1中，说明了配置了接地导体11以及柱状导体41的例子，但是即使没有接地导体11以及柱状导体41也能够进行差动模式、狭缝模式以及波导管模式的传播，还可以采用没有接地导体11以及柱状导体41的结构。
[0057]在这种情况下，狭缝模式除了波导管60所在的z轴正方向之外，也能够向z轴负方向进行结合，还可以使用在电介体基板10的背面方向(-Z轴方向)新设置了波导管的结构。
[0058]在图1中，波导管60也可以使用在向-X轴方向延伸之后向xy平面的任意的方向弯曲的结构。
[0059]通过以上，实施方式I的平面电路-波导管变换器不利用谐振而能够实现从波导管模式向狭缝模式、从狭缝模式向差动模式的行进波变换，能够使电场的支配性的朝向在三者中一致，因此与利用谐振现象的以往技术相比，有望实现宽带化。
[0060]因而，能够使作为以往技术的课题的基于简单的层结构的实现、以及宽带特性同时成立。
[0061]实施方式2.
[0062]图3是表示本发明的实施方式2的平面电路-波导管变换器的结构的图，图3(a)是俯视立体图、图3(b)是关于图3(a)中的A-A'面的截面图、图3(c)是关于图3(a)中的B-B'面的截面图、图3(d)是关于图3(a)中的C-C,面的截面图。
[0063]如图3所示，接地导体12具有将导体的一部分以挖空成长方形形状的方式去除而得到的开口部25，另外将开口部25的一个角连接到以向图3(a)的一个方向延伸的方式去除导体得到的开口部26。
[0064]在开口部26的一个侧面，设置有以向与开口部26的延伸方向大致相同的方向延伸的方式去除导体得到的开口部27。
[0065]开口部26以及开口部27都形成为长方形形状，配置于相对于图3(a)的C_C,面大致对称的位置。
[0066]由这些开口部26以及开口部27形成信号线导体35，构成不平衡线路80。
[0067]在图1中，示出了由信号线导体31以及信号线导体32构成差动线路的结构。
[0068]在图3中，是使用了仅由信号线导体35构成的不平衡线路80的结构。
[0069]不平衡线路80的样子如图3(c)所示，是接地导体由接地导体11、从信号线导体35隔离的接地导体12、以及柱状导体41构成、且信号线导体由信号线导体35构成的接地共面线路。
[0070]关于其它的结构，与所述的实施方式I相同，省略其说明。
[0071]图3所示的结构的基本效果与在实施方式I中叙述的效果相同，省略其说明。
[0072]在图3所示的结构中，不平衡线路80的电场产生在信号线导体35与周围的接地导体之间，通过使信号线导体35与接地导体12的间隔贴近、即缩小开口部26以及开口部27的y轴方向尺寸，从而与在实施方式I中叙述的差动线路同样地，使朝向I轴方向的电场成为支配性的电场。
[0073]因此，能够使开口部25的狭缝模式的电场的朝向、以及波导管60的TElO模式的电场的朝向在同一方向上一致，在不平衡线路中也能够与实施方式I同样地确保宽带特性。
[0074]在图3的结构中，不平衡线路80的结构设为相对Zx平面对称的结构，但是也可以设为开口部26和开口部27的y轴方向尺寸不同的结构，还可以使信号线导体35的中心从波导管60的对称面Zx平面上向I轴方向移动。
[0075]在图3的结构中，开口部25设为相对Zx平面非对称的结构，但是也可以采用对称结构，只要能够使波导管60的电场方向和开口部25的狭缝模式电场方向大体一致,就可以采用任意的形状。
[0076]通过以上，实施方式2的平面电路-波导管变换器在不平衡线路和波导管的变换器中也能够得到与在实施方式I中说明的效果相同的效果。
[0077]实施方式3.
[0078]图4是表示本发明的实施方式3的平面电路-波导管变换器的结构的图，图4(a)是俯视立体图、图4(b)是关于图4(a)中的A-A'面的截面图、图4(c)是关于图4(a)中的B-B'面的截面图、图4(d)是关于图4(a)中的C-C'面的截面图。
[0079]如图4所示，金属块53与图1中的金属块50的形状不同，成为如下结构:设置使波导管60向z轴方向弯曲的弯管61，并与在z轴方向上传播的波导管62连接。
[0080]关于其它的结构，与所述的实施方式I相同，省略其说明。
[0081]图4所示的结构的基本效果与在实施方式I中叙述的效果相同，省略其说明。
[0082]在图1的结构中，波导管的传播方向被限于电介体基板10的平面方向、即xy面，但是根据图4的结构，还能够将从平面电路变换为波导管模式的信号向电介体基板10的厚度方向、即z轴方向进行传播，本结构能够通过应用变更了形状的金属块53来应对。
[0083]在本例中，关于波导管62的引导方向，说明了向与xy面成90度的方向、即z轴方向的引导，但是引导方向不限于此而可以任意地选择，根据图4的结构，能够向与xy面具有任意角度的方向引导波导管信号。
[0084]在图4中，示出了弯管61成为直角结构的例子，但也可以如图5所示，采用将弯管61的角部进行了切角的结构那样的金属块53的形状，切角部54也可以采用圆弧状、阶梯状等其它结构。
[0085]通过以上，实施方式3的平面电路-波导管变换器除了在实施方式I中说明的效果之外，还能够将波导管引导口选择为任意方向。
[0086]实施方式4.
[0087]图6是表示本发明的实施方式4的平面电路-波导管变换器的结构的图，图6(a)是俯视立体图、图6(b)是关于图6(a)中的A-A'面的截面图、图6(c)是关于图6(a)中的B-B'面的截面图、图6(d)是关于图6(a)中的C-C,面的截面图。
[0088]如图6所不,金属块55与图1中的金属块50的形状不同，是波导管60的延伸方向成为z轴方向的结构。
[0089]关于其它的结构，与所述的实施方式I相同，省略其说明。
[0090]图6所示的结构的基本效果与在实施方式I中叙述的效果相同，省略其说明。
[0091 ] 在图4所示的结构中，为了将波导管的引导方向设定为与xy面不同的任意方向，而使用了弯管61。
[0092]根据图6所示的结构，不需要弯管结构，能够实现结构的简单化。
[0093]在图6中，波导管63的xy截面的形状设为X轴方向尺寸为W2、y轴方向尺寸为H2、且W2>H2的长方形形状。
[0094]因此，波导管63的最低阶的模式(基本模式)是电场的朝向成为y轴方向的TElO模式，能够维持与实施方式I所不的波导管60的电场朝向相同的方向。
[0095]在本例中，说明了将波导管63的引导方向设定为z轴方向的例子，但是也可以与实施方式2同样地，向与xy面具有任意角度的方向设定波导管63的引导方向。
[0096]通过以上，实施方式4的平面电路-波导管变换器除了在实施方式3中说明的效果之外，还能够实现金属块结构的简单化。
[0097]实施方式5.
[0098]图7是表示本发明的实施方式5的平面电路-波导管变换器的结构的图，图7(a)是俯视立体图、图7(b)是关于图7(a)中的A-A'面的截面图、图7(c)是关于图7(a)中的B-B'面的截面图、图7(d)是关于图7(a)中的C-C,面的截面图。
[0099]如图7所示，金属块56与图1中的金属块50的形状不同，是波导管64的延伸方向为y轴方向的结构。
[0100]关于其它的结构，与所述的实施方式I相同，省略其说明。
[0101]图7所示的结构的基本效果与在实施方式I中叙述的效果相同，省略其说明。
[0102]如图7所示，波导管64的Zx截面的形状设为X轴方向尺寸为W3、z轴方向尺寸为H3、且W3>H3的长方形形状。
[0103]因此，波导管64的最低阶的模式(基本模式)是电场的朝向成为z轴方向、且在X轴方向上具有电场的强弱分布的TElO模式。
[0104]在图6所示的结构中，能够将波导管63的引导方向设定为z轴方向，在向z轴方向引导后，应用弯管结构，从而能够向任意的方向改变引导方向，因此还能够实现向y轴方向的传输。
[0105]根据图7所示的结构，不需要弯管结构，能够实现结构的简单化，并且能够直接变换为电场的朝向成为z轴方向的TElO模式。
[0106]即，能够向电场的朝向为电介体基板10的铅直方向的波导管模式变换。
[0107]在本例中，说明了将波导管64的引导方向设定为y轴方向的例子，但是也可以与实施方式3同样地，向与Zx面具有任意角度的方向设定波导管64的引导方向。
[0108]通过以上，实施方式5的平面电路-波导管变换器除了在实施方式I中说明的效果之外，还能够向电场的朝向为电介体基板10的铅直方向的波导管模式变换。
[0109]此外，本申请发明在本发明的范围内能够进行各实施方式的自由组合、或者各实施方式的任意的结构要素的变形、或者在各实施方式中省略任意的结构要素。
[0110]产业上的可利用性
[0111]本发明的平面电路-波导管变换器具备:去除电介体基板上的导体图案的一部分而形成的多个开口部、通过在开口部之间的区域中残留的导体图案而形成的信号线导体、以及配置成覆盖开口部并与导体图案一起构成波导管的金属体，能够使简单的层结构的实现和宽带特性同时成立，因此适合用于与宽带对应的平面电路-波导管变换器。
【权利要求】
1.一种平面电路-波导管变换器，具备: 导体图案，设置于电介体基板的一个面； 以挖空的方式去除所述导体图案的一部分而成的第I开口部； 以使所述第I开口部的一端向外部延伸的方式去除所述导体图案而成的第2开口部；与所述第2开口部隔离，并在隔着该第2开口部而相对的位置，以与该第2开口部的延伸方向成为平行的方式去除所述导体图案而成的第3开口部及第4开口部； 第I信号线导体，由在所述第2开口部与所述第3开口部之间的区域中残留的所述导体图案形成； 第2信号线导体，由在所述第2开口部与所述第4开口部之间的区域中残留的所述导体图案形成，并与所述第I信号线导体一起构成平衡线路；以及 金属体，具有空洞，并被配置成覆盖所述第I开口部，该金属体与所述导体图案一起构成波导管。
2.一种平面电路-波导管变换器，具备: 导体图案，设置于电介体基板的一个面； 以挖空的方式去除所述导体图案的一部分而成的第I开口部； 以使所述第I开口部的一端向外部延伸的方式去除所述导体图案而成的第2开口部；与所述第2开口部隔离、并以与该第2开口部的延伸方向成为平行的方式去除所述导体图案而成的第3开口部； 信号线导体，由在所述第2开口部与所述第3开口部之间的区域中残留的所述导体图案形成，构成不平衡线路；以及 金属体，具有空洞，并被配置成覆盖所述第I开口部，该金属体与所述导体图案一起构成波导管。
3.根据权利要求1所述的平面电路-波导管变换器，其特征在于， 金属体配置成从第I开口部的开口平面法线方向的至少一方覆盖该第I开口部。
4.根据权利要求2所述的平面电路-波导管变换器，其特征在于， 金属体配置成从第I开口部的开口平面法线方向的至少一方覆盖该第I开口部。
5.根据权利要求1所述的平面电路-波导管变换器，其特征在于， 金属体构成为使波导管向与导体图案的平面方向平行的方向延伸。
6.根据权利要求2所述的平面电路-波导管变换器，其特征在于， 金属体构成为使波导管向与导体图案的平面方向平行的方向延伸。
7.根据权利要求1所述的平面电路-波导管变换器，其特征在于， 金属体构成为使波导管向与导体图案的平面方向平行的方向延伸之后向任意的方向改变延伸方向。
8.根据权利要求2所述的平面电路-波导管变换器，其特征在于， 金属体构成为使波导管向与导体图案的平面方向平行的方向延伸之后向任意的方向改变延伸方向。
9.根据权利要求1所述的平面电路-波导管变换器，其特征在于， 金属体构成为使波导管在第I开口部中向与导体图案的平面方向平行的方向以外的方向延伸。
10.根据权利要求2所述的平面电路-波导管变换器，其特征在于， 金属体构成为使波导管在第I开口部中向与导体图案的平面方向平行的方向以外的方向延伸。
11.根据权利要求1所述的平面电路-波导管变换器，其特征在于，具备: 接地导体，设置于电介体基板的另一个面；以及 连接导体，以贯通所述电介体基板的方式连接导体图案和所述接地导体。
12.根据权利要求2所述的平面电路-波导管变换器，其特征在于，具备: 接地导体，设置于电介体基板的另一个面；以及 连接导体，以贯通所述电介体基板的方式连接导体图案和所述接地导体。
13.根据权利要求1所述的平面电路-波导管变换器，其特征在于， 在金属体的空洞中配置了相对介电常数大于I的材料。
14.根据权利要求2所述的平面电路-波导管变换器，其特征在于， 在金属体的空洞中配置了相对介电常数大于I的材料。
【文档编号】H01P5/107GK104205483SQ201380015126
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年1月17日 优先权日:2012年3月19日
【发明者】汤浅健, 大庭彻也, 广田明道, 大和田哲 申请人:三菱电机株式会社