(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023136491
(43)【公開日】2023-09-29
(54)【発明の名称】平面線路・導波管変換器
(51)【国際特許分類】
H01P 5/107 20060101AFI20230922BHJP
【ＦＩ】
H01P5/107 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022042202
(22)【出願日】2022-03-17
(71)【出願人】
【識別番号】000000572
【氏名又は名称】アンリツ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003694
【氏名又は名称】弁理士法人有我国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】藤田 卓
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 靖雄
(57)【要約】
【課題】回路部の基板幅とプローブ部分の基板幅を同一にしつつ、基板内に不要な伝搬モードを発生させない平面線路・導波管変換器を提供する。
【解決手段】基板１０の表面から裏面に貫通し、表面接地導体１２と裏面接地導体１３を電気的に接続する少なくとも１つの導通ビアホール１４と、側壁５３に設けられた基板挿入穴５４に基板１０が挿入され、基板挿入穴５４の縁部５５が裏面接地導体１３に電気的に接続される導波管５０と、基板１０の表面に設けられ、線路導体１１と一体形成され、導波管５０の内部に延伸するプローブ３０と、ＭＭＩＣ４０と、を備え、基板１０の裏面におけるプローブ３０の真下を含む領域には、裏面接地導体１３が設けられておらず、導通ビアホール１４は、線路導体１１の少なくとも横方向片側に配置される。
【選択図】図２
【解決手段】基板１０の表面から裏面に貫通し、表面接地導体１２と裏面接地導体１３を電気的に接続する少なくとも１つの導通ビアホール１４と、側壁５３に設けられた基板挿入穴５４に基板１０が挿入され、基板挿入穴５４の縁部５５が裏面接地導体１３に電気的に接続される導波管５０と、基板１０の表面に設けられ、線路導体１１と一体形成され、導波管５０の内部に延伸するプローブ３０と、ＭＭＩＣ４０と、を備え、基板１０の裏面におけるプローブ３０の真下を含む領域には、裏面接地導体１３が設けられておらず、導通ビアホール１４は、線路導体１１の少なくとも横方向片側に配置される。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板（１０）と、
前記基板の表面に設けられた線路導体（１１）と、
前記基板の表面に設けられた少なくとも１つの表面接地導体（１２）と、
前記基板の裏面に設けられた裏面接地導体（１３）と、
前記基板の表面から裏面に貫通し、前記表面接地導体と前記裏面接地導体を電気的に接続する少なくとも１つの導通ビアホール（１４）と、
側壁（５３）に設けられた基板挿入穴（５４）に前記基板が挿入され、前記基板挿入穴の縁部（５５）が前記裏面接地導体に電気的に接続される導波管（５０）と、
前記基板の表面に設けられ、前記線路導体と一体形成され、前記導波管の内部に延伸するプローブ（３０）と、
前記基板の表面側に設けられ、前記線路導体と電気的に接続される信号電極（４１）と、前記裏面接地導体と電気的に接続される接地電極（４２）とを有するＭＭＩＣ（４０）と、を備え、
前記基板の裏面における前記プローブの真下を含む領域には、前記裏面接地導体が設けられておらず、
前記導通ビアホールは、前記線路導体の少なくとも横方向片側に配置されることを特徴とする平面線路・導波管変換器。
前記基板の表面に設けられた線路導体（１１）と、
前記基板の表面に設けられた少なくとも１つの表面接地導体（１２）と、
前記基板の裏面に設けられた裏面接地導体（１３）と、
前記基板の表面から裏面に貫通し、前記表面接地導体と前記裏面接地導体を電気的に接続する少なくとも１つの導通ビアホール（１４）と、
側壁（５３）に設けられた基板挿入穴（５４）に前記基板が挿入され、前記基板挿入穴の縁部（５５）が前記裏面接地導体に電気的に接続される導波管（５０）と、
前記基板の表面に設けられ、前記線路導体と一体形成され、前記導波管の内部に延伸するプローブ（３０）と、
前記基板の表面側に設けられ、前記線路導体と電気的に接続される信号電極（４１）と、前記裏面接地導体と電気的に接続される接地電極（４２）とを有するＭＭＩＣ（４０）と、を備え、
前記基板の裏面における前記プローブの真下を含む領域には、前記裏面接地導体が設けられておらず、
前記導通ビアホールは、前記線路導体の少なくとも横方向片側に配置されることを特徴とする平面線路・導波管変換器。
【請求項2】
前記基板の裏面に設けられた少なくとも１つの裏面導体（１６）と、
前記基板の表面における前記裏面導体の真上を含む領域に設けられた少なくとも１つの表面導体（１７）と、
前記基板の表面から裏面に貫通し、前記表面導体と前記裏面導体を電気的に接続する少なくとも１つの貫通ビアホール（１５）と、を更に備え、
前記貫通ビアホールは、前記プローブの少なくとも横方向片側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の平面線路・導波管変換器。
前記基板の表面における前記裏面導体の真上を含む領域に設けられた少なくとも１つの表面導体（１７）と、
前記基板の表面から裏面に貫通し、前記表面導体と前記裏面導体を電気的に接続する少なくとも１つの貫通ビアホール（１５）と、を更に備え、
前記貫通ビアホールは、前記プローブの少なくとも横方向片側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の平面線路・導波管変換器。
【請求項3】
少なくとも１つの前記表面接地導体と少なくとも１つの前記表面導体が一体化されているとともに、前記裏面接地導体と少なくとも１つの前記裏面導体が一体化されていることを特徴とする請求項２に記載の平面線路・導波管変換器。
【請求項4】
基板（１０）と、
前記基板の表面に設けられた線路導体（１１）と、
前記基板の表面に設けられた少なくとも１つの表面接地導体（１２）と、
前記基板の裏面に設けられた裏面接地導体（１３）と、
前記基板の表面から裏面に貫通する貫通穴（１９）と、
側壁（５３）に設けられた基板挿入穴（５４）に前記基板が挿入され、前記基板挿入穴の縁部（５５）が前記裏面接地導体に電気的に接続される導波管（５０）と、
前記基板の表面に設けられ、前記線路導体と一体形成され、前記導波管の内部に延伸するプローブ（３０）と、
前記基板の表面側に設けられ、前記線路導体と電気的に接続される信号電極（４１）と、前記裏面接地導体と電気的に接続される接地電極（４２）とを有するＭＭＩＣ（４０）と、を備え、
前記基板の裏面における前記プローブの真下を含む領域には、前記裏面接地導体が設けられておらず、
前記貫通穴は、前記線路導体及び前記プローブの少なくとも横方向片側に配置されることを特徴とする平面線路・導波管変換器。
前記基板の表面に設けられた線路導体（１１）と、
前記基板の表面に設けられた少なくとも１つの表面接地導体（１２）と、
前記基板の裏面に設けられた裏面接地導体（１３）と、
前記基板の表面から裏面に貫通する貫通穴（１９）と、
側壁（５３）に設けられた基板挿入穴（５４）に前記基板が挿入され、前記基板挿入穴の縁部（５５）が前記裏面接地導体に電気的に接続される導波管（５０）と、
前記基板の表面に設けられ、前記線路導体と一体形成され、前記導波管の内部に延伸するプローブ（３０）と、
前記基板の表面側に設けられ、前記線路導体と電気的に接続される信号電極（４１）と、前記裏面接地導体と電気的に接続される接地電極（４２）とを有するＭＭＩＣ（４０）と、を備え、
前記基板の裏面における前記プローブの真下を含む領域には、前記裏面接地導体が設けられておらず、
前記貫通穴は、前記線路導体及び前記プローブの少なくとも横方向片側に配置されることを特徴とする平面線路・導波管変換器。
【請求項5】
前記導波管が方形導波管であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の平面線路・導波管変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、平面線路・導波管変換器に関し、特に、マイクロストリップ線路やコプレーナ線路等からなる平面線路と導波管とを接続する平面線路・導波管変換器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、誘電体基板に形成されたマイクロストリップ線路やコプレーナ線路などの平面線路で伝送される電気信号を、導波管で伝送される電磁波に変換する手段、又はその逆方向の変換を行う手段として、平面線路・導波管変換器が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【0003】
特許文献１に開示された基板用平面線路・導波管変換器６１は、図１３に示すように、誘電体基板６２と、この誘電体基板６２に設けられたコプレーナ線路６３と、誘電体基板６２の裏面に設けられた裏面接地導体６４と、誘電体基板６２に立設され且つ誘電体基板６２側の端部開口部の縁部が裏面接地導体６４に接続された導波管６５と、中心導体６６の端部を導波管６５の内部へ延ばすことにより形成された導波管励振用アンテナ６７とを備えて構成されている。さらに、この基板用平面線路・導波管変換器６１は、誘電体基板６２の厚み寸法を、誘電体内における波長のほぼ１／４程度に設定するように構成したものである。
【0004】
さらに、特許文献１には、誘電体基板６２の左端部側にモノリシックマイクロ波集積回路（Microwave Monolithic Integrated Circuit：ＭＭＩＣ）等が接続されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平１１－２６１３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
１つの基板上にＭＭＩＣ内と平面線路と導波管変換部を構成しようとする場合、導波管の電磁界を誘起するプローブ部分（導波管励振用アンテナ６７）の基板幅をＭＭＩＣや平面線路などの回路部の基板幅に対して狭くしないと、プローブ部分の基板内に不要な伝搬モードが発生して、プローブから導波管に伝搬させることができる高周波信号の周波数帯域が狭くなる。これを防ぐためには、特許文献１に開示されているように、プローブ部分の基板幅を狭くして凸状に形成すればよい。しかしながら、ＭＭＩＣの幅は１ｍｍ程度の小さなサイズであるため、プローブ部分の基板幅を０．３ｍｍ～０．５ｍｍくらいまで狭くすることになる。このような異形加工は、部品加工費を増加させるとともに、クラックを発生させて信頼性劣化の原因となるという課題があった。
【0007】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、回路部の基板幅とプローブ部分の基板幅を同一にしつつ、基板内に不要な伝搬モードを発生させない平面線路・導波管変換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、基板と、前記基板の表面に設けられた線路導体と、前記基板の表面に設けられた少なくとも１つの表面接地導体と、前記基板の裏面に設けられた裏面接地導体と、前記基板の表面から裏面に貫通し、前記表面接地導体と前記裏面接地導体を電気的に接続する少なくとも１つの導通ビアホールと、側壁に設けられた基板挿入穴に前記基板が挿入され、前記基板挿入穴の縁部が前記裏面接地導体に電気的に接続される導波管と、前記基板の表面に設けられ、前記線路導体と一体形成され、前記導波管の内部に延伸するプローブと、前記基板の表面側に設けられ、前記線路導体と電気的に接続される信号電極と、前記裏面接地導体と電気的に接続される接地電極とを有するＭＭＩＣと、を備え、前記基板の裏面における前記プローブの真下を含む領域には、前記裏面接地導体が設けられておらず、前記導通ビアホールは、前記線路導体の少なくとも横方向片側に配置される構成である。
【0009】
この構成により、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、基板の表面から裏面に貫通する導通ビアホールが線路導体の少なくとも横方向片側に配置されることによって、プローブが形成された箇所の基板の幅をあたかも狭くしたかのような状態を作り出すことができる。これにより、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、回路部とプローブを同一の基板に形成する場合であっても、回路部の基板の幅とプローブ部分の基板の幅を同一にしつつ、基板内での不要な伝搬モードの発生を抑制することができる。
【0010】
すなわち、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、プローブから導波管に伝搬させることができる高周波信号の周波数帯域を広く保つとともに、長方形のＭＭＩＣと同一の基板加工とすることで部品加工費の増加や信頼性劣化を生じさせない。
【0011】
また、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、前記基板の裏面に設けられた少なくとも１つの裏面導体と、前記基板の表面における前記裏面導体の真上を含む領域に設けられた少なくとも１つの表面導体と、前記基板の表面から裏面に貫通し、前記表面導体と前記裏面導体を電気的に接続する少なくとも１つの貫通ビアホールと、を更に備え、前記貫通ビアホールは、前記プローブの少なくとも横方向片側に配置される構成であってもよい。
【0012】
この構成により、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、基板の表面から裏面に貫通する貫通ビアホールがプローブの少なくとも横方向片側に配置されることによって、プローブが形成された箇所の基板の幅をあたかも狭くしたかのような状態を作り出すことができる。これにより、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、プローブの放射パターンを所望の形状に変更することができる。
【0013】
また、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、少なくとも１つの前記表面接地導体と少なくとも１つの前記表面導体が一体化されているとともに、前記裏面接地導体と少なくとも１つの前記裏面導体が一体化されている構成であってもよい。
【0014】
この構成により、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、ビアホール間を電磁波が通過することを妨げて、プローブからの電磁波の放射方向を所望の方向に向けることができる。
【0015】
また、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、基板と、前記基板の表面に設けられた線路導体と、前記基板の表面に設けられた少なくとも１つの表面接地導体と、前記基板の裏面に設けられた裏面接地導体と、前記基板の表面から裏面に貫通する貫通穴と、側壁に設けられた基板挿入穴に前記基板が挿入され、前記基板挿入穴の縁部が前記裏面接地導体に電気的に接続される導波管と、前記基板の表面に設けられ、前記線路導体と一体形成され、前記導波管の内部に延伸するプローブと、前記基板の表面側に設けられ、前記線路導体と電気的に接続される信号電極と、前記裏面接地導体と電気的に接続される接地電極とを有するＭＭＩＣと、を備え、前記基板の裏面における前記プローブの真下を含む領域には、前記裏面接地導体が設けられておらず、前記貫通穴は、前記線路導体及び前記プローブの少なくとも横方向片側に配置される構成であってもよい。
【0016】
この構成により、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、基板の表面から裏面に貫通する貫通穴が線路導体及びプローブの少なくとも横方向片側に配置されることによって、プローブが形成された箇所の基板の幅をあたかも狭くしたかのような状態を作り出すことができる。これにより、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、回路部とプローブを同一の基板に形成する場合であっても、回路部の基板の幅とプローブ部分の基板の幅を同一にしつつ、基板内での不要な伝搬モードの発生を抑制することができる。
【0017】
すなわち、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、プローブから導波管に伝搬させることができる高周波信号の周波数帯域を広く保つとともに、長方形のＭＭＩＣと同一の基板加工とすることで部品加工費の増加や信頼性劣化を生じさせない。
【0018】
また、本発明に係る平面線路・導波管変換器においては、前記導波管が方形導波管であってもよい。
【発明の効果】
【0019】
本発明は、回路部の基板幅とプローブ部分の基板幅を同一にしつつ、基板内に不要な伝搬モードを発生させない平面線路・導波管変換器を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の第１の実施形態に係る平面線路・導波管変換器の構造を示す分解斜視図である。
【図2】本発明の第１の実施形態に係る平面線路・導波管変換器の組立後の構造を示す斜視図である。
【図3】本発明の第１の実施形態に係る平面線路・導波管変換器の組立後の概略断面図と、基板の裏面側の構成を示す下面図である。
【図4】本発明の第１の実施形態に係る平面線路・導波管変換器における基板の表面側の構成を示す上面図である。
【図5】（ａ）は基板に導通ビアホールが形成されていない場合の平面線路・導波管変換器の通過損失Ｓ２１のシミュレーション結果を示すグラフであり、（ｂ）は基板に導通ビアホールが形成されている場合の平面線路・導波管変換器の通過損失Ｓ２１のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図6】本発明の第１の実施形態に係る平面線路・導波管変換器の変形例１の概略断面図と、基板の裏面側の構成を示す下面図である。
【図7】本発明の第１の実施形態に係る平面線路・導波管変換器の変形例２の概略断面図と、基板の裏面側の構成を示す下面図である。
【図8】本発明の第１の実施形態に係る平面線路・導波管変換器の変形例３の概略断面図と、基板の裏面側の構成を示す下面図である。
【図9】本発明の第１の実施形態に係る平面線路・導波管変換器の変形例４の概略断面図と、基板の裏面側の構成を示す下面図である。
【図10】本発明の第１の実施形態に係る平面線路・導波管変換器の変形例５の概略断面図と、基板の裏面側の構成を示す下面図である。
【図11】本発明の第２の実施形態に係る平面線路・導波管変換器の概略断面図である。
【図12】本発明の他の実施形態に係る平面線路・導波管変換器の概略断面図である。
【図13】従来の基板用平面線路・導波管変換器の構成を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明に係る平面線路・導波管変換器の実施形態について、図面を用いて説明する。本発明の平面線路・導波管変換器は、例えば１００ＧＨｚを超えるような高周波信号をミリ波帯の電磁波に変換したり、あるいは逆に、ミリ波帯の電磁波を高周波信号に変換したりするためのものである。
【0022】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る平面線路・導波管変換器の構成について、図１～図４を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の平面線路・導波管変換器の分解斜視図である。図２は、本実施形態の平面線路・導波管変換器の組立後の斜視図である。図３は、本実施形態の平面線路・導波管変換器の組立後の概略断面図と、基板の下面図である。図４は、本実施形態の平面線路・導波管変換器における基板の上面図である。
まず、本発明の第１の実施形態に係る平面線路・導波管変換器の構成について、図１～図４を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の平面線路・導波管変換器の分解斜視図である。図２は、本実施形態の平面線路・導波管変換器の組立後の斜視図である。図３は、本実施形態の平面線路・導波管変換器の組立後の概略断面図と、基板の下面図である。図４は、本実施形態の平面線路・導波管変換器における基板の上面図である。
【0023】
図１～図４に示すように、平面線路・導波管変換器１は、基板１０と、平面線路２０と、プローブ３０と、ＭＭＩＣ４０と、導波管５０と、を備える。平面線路２０、プローブ３０、及びＭＭＩＣ４０は、１つの基板１０上に形成される。平面線路２０とＭＭＩＣ４０は回路部を構成する。
【0024】
平面線路２０は、基板１０と、基板１０の表面に設けられた線路導体１１と、基板１０の表面に設けられた少なくとも１つの表面接地導体１２と、基板１０の裏面に設けられた裏面接地導体１３と、表面接地導体１２と裏面接地導体１３を電気的に接続する少なくとも１つの導通ビアホール１４と、を含んでなる。なお、以降では、導通ビアホール１４と後述する貫通ビアホール１５とをまとめて、単にビアホール１８とも記載する。
【0025】
基板１０は、例えばＧａＡｓ（ガリウム・砒素）などからなる半導体基板、アルミナ基板、樹脂製の基板、又は石英ガラス基板などの基板である。基板１０の厚さは、例えば０．０５ｍｍ～０．１ｍｍ程度である。
【0026】
導通ビアホール１４は、基板１０の表面から裏面に貫通するように、基板１０をドリルやレーザ等で穴開けすることによって形成される。導通ビアホール１４の穴の断面形状は、円、楕円、正方形、又は長方形などの任意の形状であってよい。導通ビアホール１４は、その内壁面に金や銅などの導電性材料が蒸着されるか、あるいは、導電性材料が埋め込まれることにより、表面接地導体１２と裏面接地導体１３を導通させるようになっている。
【0027】
線路導体１１、表面接地導体１２、裏面接地導体１３、及びプローブ３０は、導通ビアホール１４用の穴が形成された基板１０にマスクパターンを形成し、スパッタリングにより金又は銅などの高周波信号伝送用として適した金属の薄膜を基板１０に蒸着することで形成される。このとき同時に導通ビアホール１４用の穴の内壁にも金属の薄膜が蒸着されるとよい。また、表面接地導体１２及び裏面接地導体１３は、少なくとも高周波グランド（ＲＦグランド）であればよく、バイアス電圧が印加される構成となっていてもよい。
【0028】
基板１０に導通ビアホール１４を設けることで、導通ビアホール１４の金属部分による電磁波の遮蔽効果により、プローブ３０が形成された箇所の基板１０の幅をあたかも狭くしたかのような状態を作り出すことができる。
【0029】
図１～図３に示すように、表面接地導体１２は、例えば導通ビアホール１４のランド部として基板１０上に設けられる。この場合、平面線路２０は、マイクロストリップ線路構造を成す。あるいは、図４に示すように、表面接地導体１２は、線路導体１１の横方向両側に所定の距離を隔てて形成されたグランドパターンとして基板１０上に設けられていてもよい。この場合、平面線路２０は、いわゆるグランデッドコプレーナ線路構造を成す。なお、平面線路２０は、マイクロストリップ線路やグランデッドコプレーナ線路に限定されず、他の構成の線路であってもよい。
【0030】
導波管５０は、開口部５１の形状が方形であり、開口部５１と反対側が反射壁５２により閉じられた方形導波管である。例えば、導波管５０は、断面寸法が２．０３２ｍｍ×１．０１６ｍｍであり、ＷＲ－８帯域（９０ＧＨｚ～１４０ＧＨｚ）を通過帯域とするＷＲ－８方形導波管であってもよい。
【0031】
基板１０は、導波管５０の側壁５３に設けられた基板挿入穴５４に挿入されて装着されるようになっている。この状態で、導波管５０は、基板挿入穴５４の縁部５５を介して、裏面接地導体１３に電気的に接続される。縁部５５と裏面接地導体１３との電気的な接続は、例えば、裏面接地導体１３の端部が、導電性の接着剤により縁部５５に貼り付けられることによって実現できる。なお、線路導体１１及びプローブ３０と導波管５０とが電気的に接続されないように、基板挿入穴５４と基板１０の表面との間には、基板１０の基板厚程度の隙間が設けられている。例えば、基板挿入穴５４は、導波管５０の側壁５３の中央付近の高さの位置に形成される。
【0032】
ＭＭＩＣ４０は、電解効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field effect transistor）などの半導体部品を含む集積回路であり、例えば増幅器、周波数変換器として機能する。ＭＭＩＣ４０の幅は、例えば１ｍｍ～１．５ｍｍ程度である。
【0033】
例えば、図３に示すように、ＭＭＩＣ４０は、基板１０の表面側に設けられ、線路導体１１と電気的に接続される信号電極４１と、裏面接地導体１３と電気的に接続される接地電極４２と、を有する。ＭＭＩＣ４０の信号電極４１は、例えばボンディングワイヤによって、線路導体１１に電気的に接続される。また、ＭＭＩＣ４０の接地電極４２は、例えばボンディングワイヤやビアホールなどを介した層間接続によって、表面接地導体１２及び裏面接地導体１３に電気的に接続される。
【0034】
プローブ３０は、基板１０の表面に設けられ、線路導体１１と一体形成され、導波管５０の内部に延伸するストリップ導体である。プローブ３０は、導波管５０を励振するアンテナとして機能する。このため、図３の下段に示すように、基板１０の裏面のプローブ３０の真下を含む領域には、裏面接地導体１３が設けられていない。
【0035】
図２及び図３に示すように、基板１０が導波管５０の基板挿入穴５４に装着された状態で、プローブ３０が導波管５０内、平面線路２０が基板挿入穴５４の縁部５５上と導波管５０外、ＭＭＩＣ４０が導波管５０外に配置されるようになっている。
【0036】
プローブ３０の長さＬは、平面線路・導波管変換器１で使用する周波数帯域の基板１０上での波長λｓの１／４程度である。ここで、基板１０上での波長とは、基板１０の誘電性による波長短縮効果を考慮に入れた実効的な波長を意味している。なお、プローブ３０の先端から基板１０の端までの距離は、可能な限り小さくすることが望ましい。また、プローブ３０の幅は、平面線路２０とインピーダンス整合を取れる幅であることが望ましい。
【0037】
また、プローブ３０の幅方向の中心位置から導波管５０の反射壁５２までの距離ＢＳ（バックショート長）は、基板１０の誘電性による波長短縮効果を考慮に入れた実効的な管内波長λｇの１／４程度であればよい。
【0038】
上記の構成により、ＭＭＩＣ４０から送信された高周波信号は、平面線路２０を伝送され、導波管５０内のプローブ３０から放射されて、導波管５０の中を伝搬していく。逆に、導波管５０の開口部５１に入力された電磁波は、導波管５０の中を伝搬して、プローブ３０で受け取られ、平面線路２０を伝送され、ＭＭＩＣ４０で受信される。
【0039】
図５（ａ）は、基板１０に導通ビアホール１４が形成されていない（導通ビアホールなしの）平面線路・導波管変換器の通過損失Ｓ２１のシミュレーション結果を示すグラフである。一方、図５（ｂ）は、基板１０に導通ビアホール１４が形成されている（導通ビアホールありの）本実施形態の平面線路・導波管変換器１の通過損失Ｓ２１のシミュレーション結果を示すグラフである。
【0040】
シミュレーション条件は以下のとおりである。
・基板の比誘電率：８．５
・基板のサイズ：幅１ｍｍ、長さ０．８３５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ
・線路導体及びプローブの幅：０．０６ｍｍ
・線路導体及びプローブの金属種類：金
・線路導体及びプローブの厚さ：０．００３ｍｍ
・導通ビアホールの個数：２（導通ビアホールありの場合）
・ビアホールの直径：０．１ｍｍ（導通ビアホールありの場合）
・導通ビアホールの中心位置：基板端から幅方向、長さ方向ともに０．１５ｍｍ内側（導通ビアホールありの場合）
・導通ビアホールの中心位置から線路導体までの距離：０．３５ｍｍ（導通ビアホールありの場合）
・基板の比誘電率：８．５
・基板のサイズ：幅１ｍｍ、長さ０．８３５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ
・線路導体及びプローブの幅：０．０６ｍｍ
・線路導体及びプローブの金属種類：金
・線路導体及びプローブの厚さ：０．００３ｍｍ
・導通ビアホールの個数：２（導通ビアホールありの場合）
・ビアホールの直径：０．１ｍｍ（導通ビアホールありの場合）
・導通ビアホールの中心位置：基板端から幅方向、長さ方向ともに０．１５ｍｍ内側（導通ビアホールありの場合）
・導通ビアホールの中心位置から線路導体までの距離：０．３５ｍｍ（導通ビアホールありの場合）
【0041】
図５（ａ）に示すように、導通ビアホールなしの構成では、通過損失Ｓ２１は、１１５ＧＨｚまで１ｄＢ以下であった。これに対して、図５（ｂ）に示すように、本実施形態における導通ビアホールありの構成では、通過損失Ｓ２１は、１３５ＧＨｚまで１ｄＢ以下の低損失を実現できる。これは、基板１０に導通ビアホール１４を設けたことで、基板１０内で不要な伝搬モードが発生することを防ぐことができたためと考えられる。
【0042】
なお、図３には、線路導体１１の横方向両側に導通ビアホール１４を１つずつ配置した構成例を示したが、図６に示すように線路導体１１の横方向片側に導通ビアホール１４を１つ配置した構成とすることで、基板１０内で不要な伝搬モードが発生することを防ぐようにしてもよい。
【0043】
また、図７に示すように、本実施形態の平面線路・導波管変換器１は、表面接地導体１２及び裏面接地導体１３と接続されていない少なくとも１つの貫通ビアホール１５が、基板１０の表面から裏面に貫通する構成であってもよい。貫通ビアホール１５は、基板１０の裏面における裏面接地導体１３が形成されていない領域に設けられた少なくとも１つの裏面導体１６と、基板１０の表面における裏面導体１６の真上を含む領域に設けられた少なくとも１つの表面導体１７と、を電気的に接続するようになっている。
【0044】
貫通ビアホール１５は、既に述べた導通ビアホール１４と同様の方法で形成することができる。基板１０に貫通ビアホール１５を設けることで、貫通ビアホール１５の金属部分による電磁波の遮蔽効果により、プローブ３０が形成された箇所の基板１０の幅をあたかも狭くしたかのような状態を作り出すことができる。
【0045】
また、図８に示すように、貫通ビアホール１５をプローブ３０の横方向片側の反射壁５２側に配置することで、プローブ３０の放射パターンを導波管５０の開口部５１に向かって広がるように変更し、導波管５０を励振する際の損失を減らすことができる。さらに、貫通ビアホール１５をプローブ３０の横方向片側の反射壁５２側に配置することで、導波管５０の開口部５１と反射壁５２までの距離が組み立てによってずれても、プローブ３０の感度への影響を少なくすることができる。
【0046】
また、図９に示すように、プローブ３０の横方向片側又は横方向両側において、少なくとも１つの表面接地導体１２と少なくとも１つの表面導体１７が一体化されていてもよい。さらに、少なくとも１つの裏面接地導体１３と少なくとも１つの裏面導体１６が一体化されていてもよい。このような構成により、ビアホール１８間を電磁波が通過することを妨げて、プローブ３０からの電磁波の放射方向を所望の方向に向けることができる。
【0047】
また、図１０に示すように、互いに電気的に接続された導通ビアホール１４及び貫通ビアホール１５と、導通ビアホール１４と電気的に接続されない貫通ビアホール１５とが混在していてもよい。
【0048】
隣り合うビアホール１８の間隔は、穴加工の精度や基板１０の強度などによる製造上の限界から、例えばビアホール１８の直径の２倍程度に設定される。また、ビアホール１８と線路導体１１又はプローブ３０までの距離は、例えばビアホール１８の直径の２倍程度に設定してもよい。また、ビアホール１８の直径は、例えば基板１０の基板厚と同一に設定してもよい。なお、ビアホール１８の個数は任意である。
【0049】
以上説明したように、本実施形態に係る平面線路・導波管変換器１は、基板１０の表面から裏面に貫通する導通ビアホール１４が線路導体１１の少なくとも横方向片側に配置されることによって、プローブ３０が形成された箇所の基板１０の幅をあたかも狭くしたかのような状態を作り出すことができる。これにより、平面線路・導波管変換器１は、回路部とプローブ３０を同一の基板１０に形成する場合であっても、回路部の基板１０の幅とプローブ部分の基板１０の幅を同一にしつつ、基板１０内での不要な伝搬モードの発生を抑制することができる。
【0050】
すなわち、本実施形態に係る平面線路・導波管変換器１は、プローブ３０から導波管５０に伝搬させることができる高周波信号の周波数帯域を広く保つとともに、長方形のＭＭＩＣ４０と同一の基板加工とすることで部品加工費の増加や信頼性劣化を生じさせない。
【0051】
また、本実施形態に係る平面線路・導波管変換器１は、基板１０の表面から裏面に貫通する貫通ビアホール１５がプローブ３０の少なくとも横方向片側に配置されることによって、プローブ３０が形成された箇所の基板１０の幅をあたかも狭くしたかのような状態を作り出すことができる。これにより、平面線路・導波管変換器１は、プローブ３０の放射パターンを所望の形状に変更することができる。
【0052】
また、本実施形態に係る平面線路・導波管変換器１は、少なくとも１つの表面接地導体１２と少なくとも１つの表面導体１７が一体化されるとともに、裏面接地導体１３と少なくとも１つの裏面導体１６が一体化されることによって、ビアホール１８間を電磁波が通過することを妨げて、プローブ３０からの電磁波の放射方向を所望の方向に向けることができる。
【0053】
（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態に係る平面線路・導波管変換器２について、図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。
続いて、本発明の第２の実施形態に係る平面線路・導波管変換器２について、図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。
【0054】
第１の実施形態の平面線路・導波管変換器１は、基板１０にビアホール１８を設けた構成であったが、本実施形態の平面線路・導波管変換器２は、ビアホールの代わりに、基板１０の表面から裏面に貫通する貫通穴１９を設けた構成である。
【0055】
なお、基板１０、線路導体１１、表面接地導体１２、裏面接地導体１３、プローブ３０、ＭＭＩＣ４０、及び導波管５０の構成については、第１の実施形態の構成と同様である。
【0056】
図１１に示すように、貫通穴１９は、例えば、線路導体１１及びプローブ３０の横方向両側又は横方向片側に形成される。貫通穴１９は、基板１０を貫通するように基板１０をドリルやレーザ等で穴開けすることによって形成される。貫通穴１９の断面形状は、円、楕円、正方形、又は長方形などの任意の形状であってよい。第１の実施形態におけるビアホール１８とは異なり、貫通穴１９は導電性を有していない。
【0057】
基板１０に貫通穴１９を設けることで、基板１０の比誘電率εｒ（例えば１０程度）よりも比誘電率εｒの低い空気層（εｒがほぼ１）が基板１０内の線路導体１１及びプローブ３０の横方向に形成される。このように基板１０内の誘電率に差を設けることにより、プローブ３０の横方向には電磁波が広がりにくくなって、プローブ３０が形成された箇所の基板１０の幅をあたかも狭くしたかのような状態を作り出すことができる。これにより、不要な伝搬モードによる不要な方向への電磁波の広がりを抑えることができる。
【0058】
貫通穴１９の直径は、例えば基板１０の基板厚と同一に設定することができる。隣り合う貫通穴１９の間隔は、平面線路・導波管変換器２で使用する周波数帯域の基板１０上での波長λｓの１／４以下が好ましく、例えば１／８としてもよい。あるいは、隣り合う貫通穴１９の間隔は、穴加工の精度や基板１０の強度などによる製造上の限界から、例えば貫通穴１９の直径の２倍程度としてもよい。また、貫通穴１９と線路導体１１又はプローブ３０までの距離は、例えば貫通穴１９の直径の２倍程度に設定してもよい。
【0059】
図１１には、線路導体１１及びプローブ３０の横方向両側に２列ずつ貫通穴１９が配置された例を示したが、線路導体１１及びプローブ３０と貫通穴１９の間隔を近くすることで、線路導体１１及びプローブ３０の横方向両側に３列以上の貫通穴１９が配置された構成としてもよい。
【0060】
また、上記の説明では貫通穴１９の大きさを基板１０の基板厚と同一としたが、貫通穴１９の大きさを基板１０の基板厚よりも大きくすることで、基板１０内に誘電率の低いエリアをより広く設けて、不要な伝搬モードの広がりを更に防ぐように構成してもよい。
【0061】
以上説明したように、本実施形態に係る平面線路・導波管変換器２は、基板１０の表面から裏面に貫通する貫通穴１９が線路導体１１及びプローブ３０の少なくとも横方向片側に配置されることによって、プローブ３０が形成された箇所の基板１０の幅をあたかも狭くしたかのような状態を作り出すことができる。これにより、平面線路・導波管変換器２は、回路部とプローブ３０を同一の基板１０に形成する場合であっても、回路部の基板１０の幅とプローブ部分の基板１０の幅を同一にしつつ、基板１０内での不要な伝搬モードの発生を抑制することができる。
【0062】
すなわち、本実施形態に係る平面線路・導波管変換器２は、プローブ３０から導波管５０に伝搬させることができる高周波信号の周波数帯域を広く保つとともに、長方形のＭＭＩＣ４０と同一の基板加工とすることで部品加工費の増加や信頼性劣化を生じさせない。
【0063】
（他の実施形態）
第１の実施形態及び第２の実施形態の説明では、ＭＭＩＣ４０、平面線路２０、及びプローブ３０が１つの基板１０上に形成されるとしたが、図１２に示すように、平面線路・導波管変換器１，２は、平面線路２０とプローブ３０が形成された基板１０に、ＭＭＩＣ４０のチップを後から実装した構成であってもよい。
第１の実施形態及び第２の実施形態の説明では、ＭＭＩＣ４０、平面線路２０、及びプローブ３０が１つの基板１０上に形成されるとしたが、図１２に示すように、平面線路・導波管変換器１，２は、平面線路２０とプローブ３０が形成された基板１０に、ＭＭＩＣ４０のチップを後から実装した構成であってもよい。
【符号の説明】
【0064】
１，２ 平面線路・導波管変換器
１０ 基板
１１ 線路導体
１２ 表面接地導体
１３ 裏面接地導体
１４ 導通ビアホール
１５ 貫通ビアホール
１６ 裏面導体
１７ 表面導体
１８ ビアホール
１９ 貫通穴
２０ 平面線路
３０ プローブ
４０ ＭＭＩＣ
４１ 信号電極
４２ 接地電極
５０ 導波管
５１ 開口部
５２ 反射壁
５３ 側壁
５４ 基板挿入穴
５５ 縁部
１０ 基板
１１ 線路導体
１２ 表面接地導体
１３ 裏面接地導体
１４ 導通ビアホール
１５ 貫通ビアホール
１６ 裏面導体
１７ 表面導体
１８ ビアホール
１９ 貫通穴
２０ 平面線路
３０ プローブ
４０ ＭＭＩＣ
４１ 信号電極
４２ 接地電極
５０ 導波管
５１ 開口部
５２ 反射壁
５３ 側壁
５４ 基板挿入穴
５５ 縁部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】