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(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】P2024171387
(43)【公開日】2024-12-12
(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 20060101AFI20241205BHJP
【ＦＩ】
H01P5/107 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023088355
(22)【出願日】2023-05-30
(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】ミリ波帯やテラヘルツ波帯の使用周波数帯域において、加工精度が低い放射アンテナ部分の誘電体基板を狭める工程を不要として放射アンテナのインピーダンスを一定とするとともに、誘電体基板内に不要な基板モードが発生することを抑制することで不要な基板モードが導波管の内部空間に広がることを防ぐことができる平面線路・導波管変換器を提供する。
【解決手段】平面線路・導波管変換器１は、第１の裏面接地導体１５、放射アンテナ１２、第２のビアホール２２ａ，２２ｂ、及び第２の裏面接地導体１６ａ，１６ｂを有する誘電体基板１０と、電磁波の伝搬方向が誘電体基板１０の表面に対して垂直になるように配置された導波管３０と、第１の裏面接地導体１５に電気的に接続される変換用導波管４０と、を備え、変換用導波管４０は、第２の裏面接地導体１６ａ，１６ｂの少なくとも一部に接触する導電性ブロック５１を有している。
【選択図】図１
【解決手段】平面線路・導波管変換器１は、第１の裏面接地導体１５、放射アンテナ１２、第２のビアホール２２ａ，２２ｂ、及び第２の裏面接地導体１６ａ，１６ｂを有する誘電体基板１０と、電磁波の伝搬方向が誘電体基板１０の表面に対して垂直になるように配置された導波管３０と、第１の裏面接地導体１５に電気的に接続される変換用導波管４０と、を備え、変換用導波管４０は、第２の裏面接地導体１６ａ，１６ｂの少なくとも一部に接触する導電性ブロック５１を有している。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
誘電体基板（１０）と、
前記誘電体基板の表面に設けられた線路導体（１１）と、
前記誘電体基板において、前記線路導体から横方向に離間して設けられた第１の表面接地導体（１３ａ，１３ｂ）と、
前記誘電体基板の裏面において前記線路導体及び前記第１の表面接地導体の下方に設けられた第１の裏面接地導体（１５）と、
前記線路導体から横方向に離間した位置で、前記第１の表面接地導体と前記第１の裏面接地導体を電気的に接続する第１のビアホール（１９ａ～１９ｄ）と、
電磁波の伝搬方向が前記誘電体基板の前記表面に対して垂直になるように配置された導波管（３０）と、
前記導波管の内部空間（３７）に連続する差し込み空間（４８）を有し、前壁（４１）に設けられた差し込み穴（４９）に前記誘電体基板が差し込まれ、前記差し込み穴の縁部（５０）が前記第１の裏面接地導体に電気的に接続される変換用導波管（４０）と、
前記誘電体基板の前記表面に設けられ、前記線路導体と一体形成され、前記変換用導波管の前記差し込み空間内に延伸する放射アンテナ（１２）と、
前記誘電体基板において、前記放射アンテナから横方向に離間して設けられた第２の表面接地導体（１４ａ，１４ｂ）と、
前記誘電体基板の前記裏面において前記第２の表面接地導体の下方に設けられた第２の裏面接地導体（１６ａ，１６ｂ）と、
前記放射アンテナから横方向に離間した位置で、前記第２の表面接地導体と前記第２の裏面接地導体を電気的に接続する第２のビアホール（２２ａ，２２ｂ）と、を備え、
前記変換用導波管は、前記第２の裏面接地導体の少なくとも一部に接触する導電性ブロック（５１）を前記差し込み空間内に有していることを特徴とする平面線路・導波管変換器。
前記誘電体基板の表面に設けられた線路導体（１１）と、
前記誘電体基板において、前記線路導体から横方向に離間して設けられた第１の表面接地導体（１３ａ，１３ｂ）と、
前記誘電体基板の裏面において前記線路導体及び前記第１の表面接地導体の下方に設けられた第１の裏面接地導体（１５）と、
前記線路導体から横方向に離間した位置で、前記第１の表面接地導体と前記第１の裏面接地導体を電気的に接続する第１のビアホール（１９ａ～１９ｄ）と、
電磁波の伝搬方向が前記誘電体基板の前記表面に対して垂直になるように配置された導波管（３０）と、
前記導波管の内部空間（３７）に連続する差し込み空間（４８）を有し、前壁（４１）に設けられた差し込み穴（４９）に前記誘電体基板が差し込まれ、前記差し込み穴の縁部（５０）が前記第１の裏面接地導体に電気的に接続される変換用導波管（４０）と、
前記誘電体基板の前記表面に設けられ、前記線路導体と一体形成され、前記変換用導波管の前記差し込み空間内に延伸する放射アンテナ（１２）と、
前記誘電体基板において、前記放射アンテナから横方向に離間して設けられた第２の表面接地導体（１４ａ，１４ｂ）と、
前記誘電体基板の前記裏面において前記第２の表面接地導体の下方に設けられた第２の裏面接地導体（１６ａ，１６ｂ）と、
前記放射アンテナから横方向に離間した位置で、前記第２の表面接地導体と前記第２の裏面接地導体を電気的に接続する第２のビアホール（２２ａ，２２ｂ）と、を備え、
前記変換用導波管は、前記第２の裏面接地導体の少なくとも一部に接触する導電性ブロック（５１）を前記差し込み空間内に有していることを特徴とする平面線路・導波管変換器。
【請求項2】
誘電体基板（１０）と、
前記誘電体基板の表面に設けられた線路導体（１１）と、
前記誘電体基板において、前記線路導体から横方向に離間して設けられた第１の表面接地導体（１３ａ，１３ｂ）と、
前記誘電体基板の裏面において前記線路導体及び前記第１の表面接地導体の下方に設けられた第１の裏面接地導体（１５）と、
前記線路導体から横方向に離間した位置で、前記第１の表面接地導体と前記第１の裏面接地導体を電気的に接続する第１のビアホール（１９ａ～１９ｄ）と、
電磁波の伝搬方向が前記誘電体基板の前記表面に対して垂直になるように配置された導波管（３０）と、
前記導波管の内部空間（３７）に連続する差し込み空間（４８）を有し、前壁（４１）に設けられた差し込み穴（４９）に前記誘電体基板が差し込まれ、前記差し込み穴の縁部（５０）が前記第１の裏面接地導体に電気的に接続される変換用導波管（４０）と、
前記誘電体基板の前記表面に設けられ、前記線路導体と一体形成され、前記変換用導波管の前記差し込み空間内に延伸する放射アンテナ（１２）と、
前記放射アンテナから横方向に離間した位置で、前記誘電体基板の前記表面から前記裏面に貫通する貫通穴（２３ａ，２３ｂ）と、を備え、
前記変換用導波管は、前記放射アンテナから横方向に離間した位置で前記誘電体基板の前記裏面に接触する導電性ブロック（５１）を前記差し込み空間内に有していることを特徴とする平面線路・導波管変換器。
前記誘電体基板の表面に設けられた線路導体（１１）と、
前記誘電体基板において、前記線路導体から横方向に離間して設けられた第１の表面接地導体（１３ａ，１３ｂ）と、
前記誘電体基板の裏面において前記線路導体及び前記第１の表面接地導体の下方に設けられた第１の裏面接地導体（１５）と、
前記線路導体から横方向に離間した位置で、前記第１の表面接地導体と前記第１の裏面接地導体を電気的に接続する第１のビアホール（１９ａ～１９ｄ）と、
電磁波の伝搬方向が前記誘電体基板の前記表面に対して垂直になるように配置された導波管（３０）と、
前記導波管の内部空間（３７）に連続する差し込み空間（４８）を有し、前壁（４１）に設けられた差し込み穴（４９）に前記誘電体基板が差し込まれ、前記差し込み穴の縁部（５０）が前記第１の裏面接地導体に電気的に接続される変換用導波管（４０）と、
前記誘電体基板の前記表面に設けられ、前記線路導体と一体形成され、前記変換用導波管の前記差し込み空間内に延伸する放射アンテナ（１２）と、
前記放射アンテナから横方向に離間した位置で、前記誘電体基板の前記表面から前記裏面に貫通する貫通穴（２３ａ，２３ｂ）と、を備え、
前記変換用導波管は、前記放射アンテナから横方向に離間した位置で前記誘電体基板の前記裏面に接触する導電性ブロック（５１）を前記差し込み空間内に有していることを特徴とする平面線路・導波管変換器。
【請求項3】
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又は請求項２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、マイクロ波帯からテラヘルツ波帯までの周波数帯域用の平面線路・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８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】
特許文献１には、導波管の電磁界を誘起する導波管励振用アンテナ６７（放射アンテナ）部分の基板内に、本来の伝搬モード以外の不要な伝搬モード（以下、「不要な基板モード」とも呼ぶ）が発生することを抑制するために、放射アンテナ部分の基板幅を平面線路などの回路部の基板幅に対して狭くした構成が開示されている。
【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】
しかしながら、特許文献１に開示された構成は、例えば２２０ＧＨｚ以上のミリ波帯やテラヘルツ波帯を使用周波数帯域とする場合には、放射アンテナ部分の基板幅の製造誤差によって、放射アンテナのインピーダンスの変化や、放射アンテナ部分の誘電体基板内に不要な基板モードが発生するという課題があった。放射アンテナのインピーダンスが変化したり、誘電体基板内に不要な基板モードが発生したりすると、放射アンテナ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ったり、高周波信号が伝搬できない周波数帯域が発生したりするという問題が生じる。
【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、ミリ波帯やテラヘルツ波帯の使用周波数帯域において、加工精度が低い放射アンテナ部分の誘電体基板を狭める工程を不要として放射アンテナのインピーダンスを一定とするとともに、誘電体基板内に不要な基板モードが発生することを抑制することで不要な基板モードが導波管の内部空間に広がることを防ぐことができる平面線路・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、誘電体基板（１０）と、前記誘電体基板の表面に設けられた線路導体（１１）と、前記誘電体基板において、前記線路導体から横方向に離間して設けられた第１の表面接地導体（１３ａ，１３ｂ）と、前記誘電体基板の裏面において前記線路導体及び前記第１の表面接地導体の下方に設けられた第１の裏面接地導体（１５）と、前記線路導体から横方向に離間した位置で、前記第１の表面接地導体と前記第１の裏面接地導体を電気的に接続する第１のビアホール（１９ａ～１９ｄ）と、電磁波の伝搬方向が前記誘電体基板の前記表面に対して垂直になるように配置された導波管（３０）と、前記導波管の内部空間（３７）に連続する差し込み空間（４８）を有し、前壁（４１）に設けられた差し込み穴（４９）に前記誘電体基板が差し込まれ、前記差し込み穴の縁部（５０）が前記第１の裏面接地導体に電気的に接続される変換用導波管（４０）と、前記誘電体基板の前記表面に設けられ、前記線路導体と一体形成され、前記変換用導波管の前記差し込み空間内に延伸する放射アンテナ（１２）と、前記誘電体基板において、前記放射アンテナから横方向に離間して設けられた第２の表面接地導体（１４ａ，１４ｂ）と、前記誘電体基板の前記裏面において前記第２の表面接地導体の下方に設けられた第２の裏面接地導体（１６ａ，１６ｂ）と、前記放射アンテナから横方向に離間した位置で、前記第２の表面接地導体と前記第２の裏面接地導体を電気的に接続する第２のビアホール（２２ａ，２２ｂ）と、を備え、前記変換用導波管は、前記第２の裏面接地導体の少なくとも一部に接触する導電性ブロック（５１）を前記差し込み空間内に有している構成である。
【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、加工精度が低い放射アンテナ部分の誘電体基板を狭める工程を不要として放射アンテナのインピーダンスを一定とするとともに、誘電体基板の線路導体部分及び放射アンテナ部分に不要な基板モードが発生することを抑制することで不要な基板モードが導波管の内部空間に広がることを防ぐことができるため、ミリ波帯やテラヘルツ波帯の使用周波数帯域内で均一な通過特性を実現することができる。
【0010】
また、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、誘電体基板（１０）と、前記誘電体基板の表面に設けられた線路導体（１１）と、前記誘電体基板において、前記線路導体から横方向に離間して設けられた第１の表面接地導体（１３ａ，１３ｂ）と、前記誘電体基板の裏面において前記線路導体及び前記第１の表面接地導体の下方に設けられた第１の裏面接地導体（１５）と、前記線路導体から横方向に離間した位置で、前記第１の表面接地導体と前記第１の裏面接地導体を電気的に接続する第１のビアホール（１９ａ～１９ｄ）と、電磁波の伝搬方向が前記誘電体基板の前記表面に対して垂直になるように配置された導波管（３０）と、前記導波管の内部空間（３７）に連続する差し込み空間（４８）を有し、前壁（４１）に設けられた差し込み穴（４９）に前記誘電体基板が差し込まれ、前記差し込み穴の縁部（５０）が前記第１の裏面接地導体に電気的に接続される変換用導波管（４０）と、前記誘電体基板の前記表面に設けられ、前記線路導体と一体形成され、前記変換用導波管の前記差し込み空間内に延伸する放射アンテナ（１２）と、前記放射アンテナから横方向に離間した位置で、前記誘電体基板の前記表面から前記裏面に貫通する貫通穴（２３ａ，２３ｂ）と、を備え、前記変換用導波管は、前記放射アンテナから横方向に離間した位置で前記誘電体基板の前記裏面に接触する導電性ブロック（５１）を前記差し込み空間内に有している構成である。
【0011】
この構成により、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、加工精度が低い放射アンテナ部分の誘電体基板を狭める工程を不要として放射アンテナのインピーダンスを一定とするとともに、誘電体基板の線路導体部分及び放射アンテナ部分に不要な基板モードが発生することを抑制することで不要な基板モードが導波管の内部空間に広がることを防ぐことができるため、ミリ波帯やテラヘルツ波帯の使用周波数帯域内で均一な通過特性を実現することができる。
【0012】
また、本発明に係る平面線路・導波管変換器は、前記導波管が方形導波管であってもよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明は、ミリ波帯やテラヘルツ波帯の使用周波数帯域において、加工精度が低い放射アンテナ部分の誘電体基板を狭める工程を不要として放射アンテナのインピーダンスを一定とするとともに、誘電体基板内に不要な基板モードが発生することを抑制することで不要な基板モードが導波管の内部空間に広がることを防ぐことができる平面線路・導波管変換器を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【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】（ａ）は誘電体基板の第２のビアホールの中心軸を含む断面図であり、（ｂ）は誘電体基板の第１のビアホールの中心軸を含む断面図である。
【図3】差し込み空間内の導電性ブロックと、誘電体基板に配置された各電極との位置関係を示す斜視図である。
【図4】比較例の平面線路・導波管変換器の構造を示す分解斜視図である。
【図5】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る平面線路・導波管変換器の通過特性Ｓ２１のシミュレーション結果を示すグラフであり、（ｂ）は比較例の平面線路・導波管変換器の通過特性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２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7】本発明の第２の実施形態に係る平面線路・導波管変換器の通過特性Ｓ２１のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図8】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】
【0015】
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２００ＧＨｚを超えるような高周波信号をミリ波帯又はテラヘルツ波帯の電磁波に変換したり、あるいは逆に、ミリ波帯又はテラヘルツ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。
【0016】
（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、図面を参照しながら説明する。
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、図面を参照しながら説明する。
【0017】
【0018】
図２（ａ）及び（ｂ）は、誘電体基板１０のＸＺ面に平行な断面図である。図２（ａ）は後述する第２のビアホール２２ａ，２２ｂの中心軸を含む断面図であり、図２（ｂ）は後述する第１のビアホール１９ａ～１９ｄの中心軸を含む断面図である。
【0019】
【0020】
下側基板１０ａは、例えばＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＰ、又はＳｉなどの厚さが０．０６ｍｍ程度の任意の半導体材料からなる。あるいは、下側基板１０ａは、アルミナ基板、樹脂基板、又は石英ガラス基板などであってもよい。例えば、樹脂基板としては、フッ素樹脂、液晶ポリマー、ＢＴレジン（ビスマレイミド・トリアジン樹脂）などの厚さが０．１ｍｍ程度のものを使用することができる。例えば、下側基板１０ａは、０．０２ｍｍ程度の薄い樹脂基板を貼り合わせて０．１ｍｍ程度の厚さにしたものであってもよく、あるいは、０．１ｍｍ程度の厚さの単層の樹脂基板であってもよい。
【0021】
上側基板１０ｂは、例えばＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）やＳｉＯ２などの比較的誘電率が低く、厚さが０．０３ｍｍ程度の単層又は多層の材料からなる。
【0022】
上側基板１０ｂの表面には、ストリップ導体である線路導体１１と、線路導体１１と一体形成された放射アンテナ１２と、が設けられている。また、下側基板１０ａの表面には、線路導体１１から横方向に離間して配置された第１の表面接地導体１３ａ，１３ｂと、放射アンテナ１２から横方向に離間して配置された第２の表面接地導体１４ａ，１４ｂと、が設けられている。
【0023】
下側基板１０ａの裏面には、線路導体１１及び第１の表面接地導体１３ａ，１３ｂの下方に配置された第１の裏面接地導体１５と、第２の表面接地導体１４ａ，１４ｂの下方に配置された第２の裏面接地導体１６ａ，１６ｂと、が設けられている。第１の表面接地導体１３ａ，１３ｂ、第２の表面接地導体１４ａ，１４ｂ、第１の裏面接地導体１５、及び第２の裏面接地導体１６ａ，１６ｂ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。
【0024】
また、下側基板１０ａには、線路導体１１から横方向に離間した位置で下側基板１０ａの表面から裏面に貫通する第１の貫通穴１７ａ～１７ｄと、放射アンテナ１２から横方向に離間した位置で下側基板１０ａの表面から裏面に貫通する第２の貫通穴２０ａ，２０ｂと、が設けられている。
【0025】
第１の貫通穴１７ａ～１７ｄには、第１の表面接地導体１３ａ，１３ｂと第１の裏面接地導体１５を電気的に接続するビア導体１８がそれぞれ設けられている。第１の貫通穴１７ａ～１７ｄ及びビア導体１８は、線路導体１１から横方向に離間した位置で、第１の表面接地導体１３ａ，１３ｂと第１の裏面接地導体１５を電気的に接続する第１のビアホール１９ａ～１９ｄを構成する。なお、第１のビアホール１９ａ～１９ｄの個数は、図示された４個に限定されず、任意の個数であってよい。
【0026】
誘電体基板１０、線路導体１１、第１の表面接地導体１３ａ，１３ｂ、第１の裏面接地導体１５、及び第１のビアホール１９ａ～１９ｄは、平面線路２５を構成する。
【0027】
同様に、第２の貫通穴２０ａ，２０ｂには、第２の表面接地導体１４ａ，１４ｂと第２の裏面接地導体１６ａ，１６ｂを電気的に接続するビア導体２１がそれぞれ設けられている。第２の貫通穴２０ａ，２０ｂ及びビア導体２１は、放射アンテナ１２から横方向に離間した位置で、第２の表面接地導体１４ａ，１４ｂと第２の裏面接地導体１６ａ，１６ｂを電気的に接続する第２のビアホール２２ａ，２２ｂを構成する。なお、第２のビアホール２２ａ，２２ｂの個数は、図示された２個に限定されず、任意の個数であってよい。
【0028】
第１の貫通穴１７ａ～１７ｄ及び第２の貫通穴２０ａ，２０ｂは、下側基板１０ａの表面から裏面に貫通するように、下側基板１０ａ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。第１の貫通穴１７ａ～１７ｄ及び第２の貫通穴２０ａ，２０ｂの穴の断面形状は、通常は円であるが、楕円、正方形、又は長方形などの任意の形状でもあってよい。ビア導体１８，２１は、金や銅などの導電性材料であり、第１の貫通穴１７ａ～１７ｄ及び第２の貫通穴２０ａ，２０ｂの内壁面に蒸着されるか、あるいは、埋め込まれる。
【0029】
下側基板１０ａに第１のビアホール１９ａ～１９ｄ及び第２のビアホール２２ａ，２２ｂを設けることで、これらのビアホールのビア導体１８，２１による電磁波の遮蔽効果により、放射アンテナ１２が形成された箇所の誘電体基板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。
【0030】
下側基板１０ａが半導体材料からなる場合には、第１のビアホール１９ａ～１９ｄ及び第２のビアホール２２ａ，２２ｂの直径は例えば０．０５ｍｍであり、第２の表面接地導体１４ａ，１４ｂ及び第２の裏面接地導体１６ａ，１６ｂの直径は例えば０．１ｍｍである。一方、下側基板１０ａが樹脂基板である場合には、第１のビアホール１９ａ～１９ｄ及び第２のビアホール２２ａ，２２ｂの直径は例えば０．１ｍｍであり、第２の表面接地導体１４ａ，１４ｂ及び第２の裏面接地導体１６ａ，１６ｂの直径は例えば０．３ｍｍである。
【0031】
さらに、誘電体基板１０には、図示しないモノリシックマイクロ波集積回路（Microwave Monolithic Integrated Circuit：ＭＭＩＣ）などの回路部が構成されており、線路導体１１がこの回路部に接続されている。ＭＭＩＣ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。
【0032】
導波管３０は、ＸＺ面に平行な前壁３１及び後壁３２と、ＹＺ面に平行な側壁３３，３４と、を有する方形導波管である。導波管３０は、例えば、内寸が０．８６０ｍｍ×０．４２５ｍｍであり、２２０ＧＨｚ～３２５ＧＨｚを通過帯域とするＷＲ－３．４方形導波管である。導波管３０の一方の開口部３５は、導波管アンテナなどの図示しない入出力部につながる。また、導波管３０の他方の開口部は、変換用導波管４０につながる。
【0033】
変換用導波管４０は、導波管３０の前壁３１及び後壁３２にそれぞれ連続する前壁４１及び後壁４２と、ＸＹ平面に平行な上壁４３，４４及び下壁４５と、ＹＺ面に平行な側壁４６，４７と、を有する。
【0034】
図２（ａ）に示すように、変換用導波管４０は、導波管３０の内部空間３７に連続する差し込み空間４８を有する。差し込み空間４８は、前壁４１、後壁４２、上壁４３，４４、下壁４５、及び側壁４６，４７で囲まれた空間になっている。なお、図２（ａ）は、導波管３０及び変換用導波管４０については、それらの内壁面のみを図示している。差し込み空間４８は、例えば、Ｘ軸方向の幅が１．８１ｍｍ、Ｙ軸方向の奥行が０．４２５ｍｍ、Ｚ軸方向の高さが０．３９ｍｍの空間である。
【0035】
誘電体基板１０は、変換用導波管４０の前壁４１に設けられた差し込み穴４９に差し込まれることで、変換用導波管４０に装着されるようになっている。この状態で、第１の裏面接地導体１５は、差し込み穴４９の縁部５０を介して、変換用導波管４０及び導波管３０に電気的に接続される。第１の裏面接地導体１５と縁部５０との電気的な接続は、例えば、第１の裏面接地導体１５の端部が、導電性の接着剤により縁部５０に貼り付けられることによって実現できる。
【0036】
例えば、差し込み穴４９は、変換用導波管４０の前壁４１の中央付近の位置に形成される。放射アンテナ１２と変換用導波管４０及び導波管３０とのインピーダンス整合のために、差し込み穴４９のＸ軸方向の位置は、導波管３０の中心軸からずれていてもよい。例えば、変換用導波管４０の上壁４３のＸ軸方向の幅は０．５５ｍｍ、上壁４４のＸ軸方向の幅は０．４ｍｍである。
【0037】
線路導体１１及び放射アンテナ１２と変換用導波管４０及び導波管３０とが電気的に接続されないように、差し込み穴４９には、Ｘ軸方向の幅が０．２８ｍｍ、Ｚ軸方向の高さが０．１ｍｍの隙間が、線路導体１１及び放射アンテナ１２の上方に設けられている。
【0038】
誘電体基板１０が変換用導波管４０の差し込み穴４９に差し込まれた状態で、放射アンテナ１２は変換用導波管４０の差し込み空間４８内に配置されるようになっている。誘電体基板１０が差し込み穴４９に差し込まれた状態では、下壁４５の内壁面に対する放射アンテナ１２の表面までの高さ、すなわちバックショート長は、例えば０．２７５ｍｍとなる。これは、平面線路・導波管変換器１の使用周波数帯域である２２０ＧＨｚ～３２０ＧＨｚの中心周波数２７０ＧＨｚに対して、概ね１／４波長の距離である。
【0039】
また、放射アンテナ１２の先端と、放射アンテナ１２の先端に対向する変換用導波管４０の後壁４２との距離は、差し込み空間４８の奥行（０．４２５ｍｍ）の概ね半分程度である。
【0040】
導波管３０は、電磁波の伝搬方向が、差し込み穴４９に差し込まれた誘電体基板１０の表面に対して垂直になるように配置されている。これにより、本実施形態の平面線路・導波管変換器１は、ミリ波帯やテラヘルツ波帯を使用周波数帯域とする場合には、導波管３０の電磁波の伝搬方向が誘電体基板１０の表面に対して平行になる構成と比較して、良好な通過特性Ｓ２１を得ることができる。
【0041】
【0042】
変換用導波管４０は、誘電体基板１０が差し込み穴４９に差し込まれた状態で、第２の裏面接地導体１６ａ，１６ｂの少なくとも一部に接触する導電性ブロック５１を差し込み空間４８内に有している。この導電性ブロック５１により、第２の裏面接地導体１６ａ，１６ｂと変換用導波管４０及び導波管３０とが電気的に接続される。導電性ブロック５１と第２の裏面接地導体１６ａ，１６ｂとの電気的な接続は、例えば、第２の裏面接地導体１６ａ，１６ｂの一部が、導電性の接着剤により導電性ブロック５１に貼り付けられることによって実現できる。
【0043】
導波管３０、変換用導波管４０、及び導電性ブロック５１は、例えば、真鍮、アルミニウム、銅、金などの金属材料からなる。これらの金属材料のうち、アルミニウムは、加工がしやすくコストが安い上に表面粗さを小さくできるため、特に好ましい。導波管３０、変換用導波管４０、及び導電性ブロック５１は、同一材料で一体形成されてもよい。
【0044】
放射アンテナ１２は、誘電体基板１０の表面に設けられ、線路導体１１と一体形成され、変換用導波管４０の差し込み空間４８内に延伸するストリップ導体である。放射アンテナ１２は、導波管３０を励振するアンテナとして機能する。このため、図１等に示すように、誘電体基板１０の裏面の放射アンテナ１２の下方には、第１の裏面接地導体１５が設けられていない。
【0045】
誘電体基板１０が変換用導波管４０の差し込み穴４９に差し込まれた状態で、放射アンテナ１２が変換用導波管４０内、平面線路２５が差し込み穴４９の縁部５０上と変換用導波管４０外に配置されるようになっている。
【0046】
放射アンテナ１２の先端から誘電体基板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、放射アンテナ１２の幅は、平面線路２５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。
【0047】
上記の構成により、回路部から送信された高周波信号は、平面線路２５を伝送され、変換用導波管４０内の放射アンテナ１２から放射されて、導波管３０の中を伝搬していく。逆に、導波管３０の開口部３５に入力された電磁波は、導波管３０の中を伝搬して、変換用導波管４０内の放射アンテナ１２で受け取られ、平面線路２５を伝送され、回路部で受信される。
【0048】
図４は、比較例の平面線路・導波管変換器の分解斜視図である。すなわち、比較例の平面線路・導波管変換器は、誘電体基板１０が１層構造である点、誘電体基板１０に第２の表面接地導体１４ａ，１４ｂと、第２の裏面接地導体１６ａ，１６ｂと、第２のビアホール２２ａ，２２ｂが形成されていない点、差し込み空間４８内に導電性ブロック５１が設けられていない点で、本実施形態の平面線路・導波管変換器１と異なる。
【0049】
図５（ａ）は、本実施形態の平面線路・導波管変換器１の通過特性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、比較例の平面線路・導波管変換器の通過特性Ｓ２１のシミュレーション結果を示すグラフである。
【0050】
図５（ｂ）に示すように、比較例の構成では、通過特性Ｓ２１は、３１０ＧＨｚ付近で急激に悪化した。これに対して、図５（ａ）に示すように、本実施形態の平面線路・導波管変換器１の構成では、２２０ＧＨｚ～３２０ＧＨｚを使用周波数帯域とするとき、５ｄＢ以下の良好な通過特性Ｓ２１が得られた。これは、導電性ブロック５１と電気的に接続された第２の表面接地導体１４ａ，１４ｂと第２のビアホール２２ａ，２２ｂによって、誘電体基板１０の放射アンテナ１２部分に発生する不要な基板モードが導波管３０の内部空間３７に広がることを防ぐことができたためと考えられる。また、これは、第１の表面接地導体１３ａ，１３ｂと第１のビアホール１９ａ～１９ｄによって、誘電体基板１０の線路導体１１部分に発生する不要な基板モードが導波管３０の内部空間３７に広がることを防ぐことができたためと考えられる。
【0051】
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、線路導体１１から横方向に離間して配置された第１の表面接地導体１３ａ，１３ｂ及び第１のビアホール１９ａ～１９ｄを差し込み穴４９の縁部５０を介して導波管３０に電気的に接続する。これにより、本実施形態に係る平面線路・導波管変換器１は、誘電体基板１０の線路導体１１部分に不要な基板モードが発生することを抑制し、不要な基板モードが導波管３０の内部空間３７に広がることを防ぐことができる。
【0052】
加えて、本実施形態に係る平面線路・導波管変換器１は、放射アンテナ１２から横方向に離間して配置された第２の表面接地導体１４ａ，１４ｂ及び第２のビアホール２２ａ，２２ｂを導電性ブロック５１を介して導波管３０に電気的に接続する。これにより、本実施形態に係る平面線路・導波管変換器１は、誘電体基板１０の放射アンテナ１２部分に不要な基板モードが発生することを抑制し、不要な基板モードが導波管３０の内部空間３７に広がることを防ぐことができる。
【0053】
これらの構成により、本実施形態に係る平面線路・導波管変換器１は、加工精度が低い放射アンテナ１２部分の誘電体基板１０を狭める工程を不要として放射アンテナ１２のインピーダンスを一定とするとともに、不要な基板モードが導波管３０の内部空間３７に広がることを防ぐことができるため、ミリ波帯やテラヘルツ波帯の使用周波数帯域内で均一な通過特性を実現することができる。
【0054】
（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については同一の符号を付して適宜説明を省略し、主に第１の実施形態との相違点について説明する。
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については同一の符号を付して適宜説明を省略し、主に第１の実施形態との相違点について説明する。
【0055】
図６は、本実施形態の平面線路・導波管変換器２の分解斜視図である。図６に示すように、本実施形態の平面線路・導波管変換器２は、第１の実施形態での第２の貫通穴２０ａ，２０ｂに相当する第３の貫通穴２３ａ，２３ｂを備えているが、第２の表面接地導体１４ａ，１４ｂ、第２の裏面接地導体１６ａ，１６ｂ、及び第２のビアホール２２ａ，２２ｂを備えていない。
【0056】
なお、誘電体基板１０、線路導体１１、放射アンテナ１２、第１の表面接地導体１３ａ，１３ｂ、第１の裏面接地導体１５、第１のビアホール１９ａ～１９ｄ、導波管３０、及び変換用導波管４０の構成については、第１の実施形態の構成と同様である。
【0057】
すなわち、第３の貫通穴２３ａ，２３ｂは、放射アンテナ１２から横方向に離間した位置で、誘電体基板１０の表面から裏面に貫通する。本実施形態においては、第３の貫通穴２３ａ，２３ｂの直径は、例えば０．１ｍｍである。
【0058】
第３の貫通穴２３ａ，２３ｂは、下側基板１０ａの表面から裏面に貫通するように、下側基板１０ａ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。第３の貫通穴２３ａ，２３ｂの穴の断面形状は、通常は円であるが、楕円、正方形、又は長方形などの任意の形状でもあってよい。
【0059】
下側基板１０ａに第３の貫通穴２３ａ，２３ｂを設けることで、誘電体基板１０の比誘電率よりも低い比誘電率を有する空気層が、放射アンテナ１２から横方向に離間した位置に形成される。このように誘電体基板１０内の誘電率に差を設けることにより、放射アンテナ１２の横方向に電磁波が広がりにくくなって、放射アンテナ１２が形成された箇所の誘電体基板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。
【0060】
本実施形態においては、差し込み空間４８内に配置された導電性ブロック５１は、誘電体基板１０が差し込み穴４９に差し込まれた状態で、放射アンテナ１２から横方向に離間した位置で誘電体基板１０の裏面に接触する。すなわち、導電性ブロック５１は、誘電体基板１０の裏面の第１の裏面接地導体１５が設けられていない領域に直接接触する。この導電性ブロック５１は、誘電体基板１０の裏面で接地導体のように機能する。
【0061】
図７は、本実施形態の平面線路・導波管変換器２の通過特性Ｓ２１のシミュレーション結果を示すグラフである。
【0062】
図７に示すように、本実施形態の平面線路・導波管変換器２の通過特性Ｓ２１では、図５（ｂ）の比較例の通過特性Ｓ２１で見られた３１０ＧＨｚ付近での急激な悪化が改善された。これは、第３の貫通穴２３ａ，２３ｂと導電性ブロック５１によって、誘電体基板１０の放射アンテナ１２部分に発生する不要な基板モードが導波管３０の内部空間３７に広がることを防ぐことができたためと考えられる。
【0063】
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、線路導体１１から横方向に離間して配置された第１の表面接地導体１３ａ，１３ｂ及び第１のビアホール１９ａ～１９ｄを差し込み穴４９の縁部５０を介して導波管３０に電気的に接続する。これにより、本実施形態に係る平面線路・導波管変換器２は、誘電体基板１０の線路導体１１部分に不要な基板モードが発生することを抑制し、不要な基板モードが導波管３０の内部空間３７に広がることを防ぐことができる。
【0064】
加えて、本実施形態に係る平面線路・導波管変換器２は、放射アンテナ１２から横方向に離間して配置された第３の貫通穴２３ａ，２３ｂと、誘電体基板１０の裏面の第１の裏面接地導体１５が設けられていない領域に直接接触する導電性ブロック５１と、を有している。これにより、本実施形態に係る平面線路・導波管変換器２は、誘電体基板１０の放射アンテナ１２部分に不要な基板モードが発生することを抑制し、不要な基板モードが導波管３０の内部空間３７に広がることを防ぐことができる。
【0065】
これらの構成により、本実施形態に係る平面線路・導波管変換器２は、加工精度が低い放射アンテナ１２部分の誘電体基板１０を狭める工程を不要として放射アンテナ１２のインピーダンスを一定とするとともに、不要な基板モードが導波管３０の内部空間３７に広がることを防ぐことができるため、ミリ波帯やテラヘルツ波帯の使用周波数帯域内で均一な通過特性を実現することができる。
【符号の説明】
【0066】
１，２ 平面線路・導波管変換器
１０ 誘電体基板
１１ 線路導体
１２ 放射アンテナ
１３ａ，１３ｂ 第１の表面接地導体
１４ａ，１４ｂ 第２の表面接地導体
１５ 第１の裏面接地導体
１６ａ，１６ｂ 第２の裏面接地導体
１７ａ～１７ｄ 第１の貫通穴
１９ａ～１９ｄ 第１のビアホール
２０ａ，２０ｂ 第２の貫通穴
２２ａ，２２ｂ 第２のビアホール
２３ａ，２３ｂ 第３の貫通穴（貫通穴）
２５ 平面線路
３０ 導波管
３７ 内部空間
４０ 変換用導波管
４１ 前壁
４８ 差し込み空間
４９ 差し込み穴
５０ 縁部
５１ 導電性ブロック
１０ 誘電体基板
１１ 線路導体
１２ 放射アンテナ
１３ａ，１３ｂ 第１の表面接地導体
１４ａ，１４ｂ 第２の表面接地導体
１５ 第１の裏面接地導体
１６ａ，１６ｂ 第２の裏面接地導体
１７ａ～１７ｄ 第１の貫通穴
１９ａ～１９ｄ 第１のビアホール
２０ａ，２０ｂ 第２の貫通穴
２２ａ，２２ｂ 第２のビアホール
２３ａ，２３ｂ 第３の貫通穴（貫通穴）
２５ 平面線路
３０ 導波管
３７ 内部空間
４０ 変換用導波管
４１ 前壁
４８ 差し込み空間
４９ 差し込み穴
５０ 縁部
５１ 導電性ブロック
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】