[go: up one dir, main page]

JP2010206319A - Communication unit and coupler - Google Patents

Communication unit and coupler Download PDF

Info

Publication number
JP2010206319A
JP2010206319A JP2009047234A JP2009047234A JP2010206319A JP 2010206319 A JP2010206319 A JP 2010206319A JP 2009047234 A JP2009047234 A JP 2009047234A JP 2009047234 A JP2009047234 A JP 2009047234A JP 2010206319 A JP2010206319 A JP 2010206319A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dielectric substrate
conductor
main surface
communication body
wave mode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009047234A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seiji Hidaka
青路 日高
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2009047234A priority Critical patent/JP2010206319A/en
Publication of JP2010206319A publication Critical patent/JP2010206319A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Waveguides (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a communication unit where two lines are connected together by non-contact and that transmits communication signal, and to provide a coupler with the communication unit. <P>SOLUTION: The communication unit 101 includes a dielectric substrate 10 having a first principal plane (upper plane) and a second principal plane (lower plane), a ground conductor formed at substantially a whole surface of the second principal plane of the dielectric substrate 10, and a termination resistor RA connected to the outer circumference of the ground conductor and for suppressing reflection of electromagnetic waves which propagate at the dielectric substrate 10. The first principal plane of the dielectric substrate 10 is used as a combining plane for a mode of surface waves which propagate at the dielectric substrate. A center conductor 12 insulated from the ground conductor 11 is formed at an excitation area EA of the dielectric substrate 10. A conductor via 13 conducted to the center conductor 12 is formed at the interior of the dielectric substrate 10. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、近接状態で互いに結合するカプラ及び近接状態で通信を行う信号伝達装置用の通信体に関するものである。   The present invention relates to a coupler coupled to each other in a proximity state and a communication body for a signal transmission device that performs communication in a proximity state.

この発明の背景技術として下記の先行技術を挙げる。
[特許文献1]
電磁界を内部で伝搬させ、当該電磁界を開孔から浸出させるシート状の信号伝達装置と通信するインターフェース装置であって、信号伝達装置が有する開孔の縁辺のある領域の近傍に配置される第1の電極、当該縁辺の他の領域の近傍に配置される第2の電極を備え、第1の電極と第2の電極との間の電圧もしくは電流の変化と、ある領域における電界もしくは磁界の変化と、他の領域における電界もしくは磁界の変化と、の相互作用により、信号伝達装置と通信するインターフェース装置。
The following prior art is listed as background art of the present invention.
[Patent Document 1]
An interface device that communicates with a sheet-like signal transmission device that propagates an electromagnetic field inside and leaches out the electromagnetic field from an opening, and is disposed in the vicinity of a region having an edge of the opening of the signal transmission device A first electrode, a second electrode disposed in the vicinity of the other region of the edge, a change in voltage or current between the first electrode and the second electrode, an electric field or a magnetic field in a certain region Interface device that communicates with the signal transmission device by the interaction between the change in the electric field and the change in the electric field or magnetic field in the other region.

[特許文献2]
特許文献2の図1に、空気/誘電体/空気の界面反射を利用して電磁界を閉じ込める構造が開示され、特許文献2の図2に、空気/磁性体/空気の界面反射を利用して電磁界を閉じ込める構造が開示されている。また、特許文献2の図7には、誘電体または磁性体の板状構造で面的な伝搬を可能とする構造と動作説明が開示されている。
[非特許文献1]
特許文献1と同じ信号伝達装置がp.398,Figure 2に開示されている。
[Patent Document 2]
FIG. 1 of Patent Document 2 discloses a structure for confining an electromagnetic field using air / dielectric / air interface reflection, and FIG. 2 of Patent Document 2 utilizes air / magnetic material / air interface reflection. A structure for confining an electromagnetic field is disclosed. Further, FIG. 7 of Patent Document 2 discloses a structure and operation explanation that enable planar propagation with a dielectric or magnetic plate-like structure.
[Non-Patent Document 1]
The same signal transmission device as that of Patent Document 1 is disclosed in p.

ここで特許文献1に示されている信号伝達装置用のインターフェース装置について、図1・図2を参照して説明する。   Here, an interface device for a signal transmission device disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS.

図1は、特許文献1に係る信号伝達装置の概略構成を示す図であり、(A)は信号伝達装置501の上面図、(B)はその断面図である。信号伝達装置501は、メッシュ状の第1導体部111と、これに略平行な平板状の第2導体部121と、を備えている。第1導体部111と第2導体部121とに挟まれる領域が狭間領域131であり、第1導体部111の上側にある領域が浸出領域141である。   1A and 1B are diagrams illustrating a schematic configuration of a signal transmission device according to Patent Document 1. FIG. 1A is a top view of a signal transmission device 501, and FIG. 1B is a cross-sectional view thereof. The signal transmission device 501 includes a mesh-like first conductor portion 111 and a flat plate-like second conductor portion 121 substantially parallel to the first conductor portion 111. A region sandwiched between the first conductor portion 111 and the second conductor portion 121 is a narrow space region 131, and a region on the upper side of the first conductor portion 111 is a leaching region 141.

このように、第1導体部111は、メッシュ状の構造を持ち、開孔があるので、メッシュの間隔と同程度の高さまで、電磁界が浸出するようになる。この電磁波が浸出する領域が浸出領域141である。   As described above, the first conductor portion 111 has a mesh-like structure and has an opening, so that the electromagnetic field leaches out to a height that is approximately the same as the mesh interval. A region where the electromagnetic wave is leached is a leaching region 141.

図2は、特許文献1に係る指向性を有するインターフェース装置601の構成を示す説明図である。インターフェース装置601は、内部導体部602、外部導体部603、及び経路導体部604で構成されている。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of a directional interface device 601 according to Patent Document 1. As shown in FIG. The interface device 601 includes an inner conductor portion 602, an outer conductor portion 603, and a path conductor portion 604.

内部導体部602は、信号伝達装置501のメッシュ状の第1導体部111に近接する導体であり、その一端は外部導体部603に、その他端は経路導体部604に、それぞれ接続されている。外部導体部603は箱状を成して内部導体部602を覆っている。外部導体部603には開孔があり、その開孔を経路導体部604が非接触に貫通している。   The internal conductor portion 602 is a conductor close to the mesh-like first conductor portion 111 of the signal transmission device 501, and one end thereof is connected to the external conductor portion 603 and the other end is connected to the path conductor portion 604. The outer conductor portion 603 has a box shape and covers the inner conductor portion 602. The outer conductor portion 603 has an opening, and the path conductor portion 604 passes through the opening in a non-contact manner.

この構成により、外部導体部603と経路導体部604に同軸ケーブルを介して信号送受信回路が結合して、そこに流れる電流が変化すると、主に図中矢印の方向に電磁波が放出される。   With this configuration, when a signal transmission / reception circuit is coupled to the external conductor portion 603 and the path conductor portion 604 via a coaxial cable and the current flowing therethrough changes, electromagnetic waves are mainly emitted in the direction of the arrow in the figure.

特開2007−150652号公報JP 2007-150652 A 特開2008−99235号公報JP 2008-99235 A

H. Shinoda,“Proximity Connector for Two‐Dimentional Electromagnetic Wave Communication", proceedings ofthe 23rd sensor symposium,pp.397‐402,2006.H. Shinoda, “Proximity Connector for Two-Dimentional Electromagnetic Wave Communication”, proceedings of the 23rd sensor symposium, pp. 397-402, 2006.

マイクロ波帯の電磁波は自由空間における波長が約数十cmのオーダーとなる。このような電磁波を面的に(2次元方向に)伝搬させる上で、特許文献1及び非特許文献1で用いる平行平板構造は、波長よりも小さい寸法でシート厚さを薄くできる利点があるが、ミリ波帯を利用しようとすると、特許文献1及び非特許文献1に開示された装置では次のような問題が生じる。   Microwave electromagnetic waves have a wavelength in the order of several tens of centimeters in free space. The parallel plate structure used in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 has an advantage that the sheet thickness can be reduced with a dimension smaller than the wavelength when the electromagnetic wave is propagated in a plane (in a two-dimensional direction). When the millimeter wave band is used, the following problems occur in the devices disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1.

(1)シート厚を半波長よりも厚くすると、厚み方向に波数を持つ高次モードが励振され、単一モード伝送特性が劣化する。そのため、周波数帯が高くなると、シート厚が薄くなることに伴い、伝送モードのQ値が劣化する。 (1) When the sheet thickness is made thicker than a half wavelength, a high-order mode having a wave number in the thickness direction is excited, and the single mode transmission characteristic is deteriorated. Therefore, when the frequency band is increased, the Q value in the transmission mode is deteriorated as the sheet thickness is reduced.

(2)周波数帯が高くなることに応じて開孔のサイズが小さくなり、電極の加工精度が厳しくなる。 (2) As the frequency band becomes higher, the size of the aperture becomes smaller, and the processing accuracy of the electrode becomes severe.

(3)開孔を通じて表面に誘起されるエバネセントモードが急峻に減衰するため、非接触通信を行う上で、信号伝達装置501の第1導体部111とインターフェース装置601との隙間の許容値が小さくなりすぎる。 (3) Since the evanescent mode induced on the surface through the aperture sharply attenuates, the allowable value of the gap between the first conductor portion 111 of the signal transmission device 501 and the interface device 601 is small when performing non-contact communication. Too much.

(4)金属接点を持たないインターフェースを構成する上で、開孔部をもつ導体層の上に絶縁層を配置する必要があり、そのことがコストアップ要因となる。 (4) In configuring an interface having no metal contact, it is necessary to dispose an insulating layer on a conductor layer having an opening, which causes a cost increase.

(5)インターフェース装置が共振器であり、信号伝送装置内に伝送される信号の周波数と共振周波数を一致させ、かつインピーダンスを整合させることで結合を得ている。そのため、整合帯域が狭くなる傾向があり、高速伝送など広帯域が必要となる場合に問題となる。 (5) The interface device is a resonator, and coupling is obtained by matching the frequency of the signal transmitted in the signal transmission device with the resonance frequency and matching the impedance. For this reason, the matching band tends to be narrowed, which is a problem when a wide band such as high-speed transmission is required.

一方、特許文献2の通信装置は、電磁波を面的に伝搬させる手段として、誘電体または磁性体の単板を利用し、空気との界面反射を利用して誘電体または磁性体の内部に電磁界を閉じ込めるものであるが、両面に空気界面をもつことが必須条件となるため、配置場所が限られる。また、特許文献2にはシートの端面で電磁界を入出力する構造が示されているだけであり、面的に信号の送受信を行う場合の構造については開示されていない。   On the other hand, the communication device of Patent Document 2 uses a single plate of a dielectric or magnetic material as a means for propagating electromagnetic waves in a plane, and uses electromagnetic waves inside the dielectric or magnetic material using interface reflection with air. Although it confines the field, since it is an essential condition to have an air interface on both sides, the arrangement place is limited. Further, Patent Document 2 only shows a structure for inputting and outputting an electromagnetic field at the end face of the sheet, and does not disclose a structure for transmitting and receiving signals in a plane.

そこで、この発明の目的は、上述の各種問題を解消して、非接触で2つの線路同士が結合して通信信号を伝送できるようにした通信体及びそれを備えたカプラを提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a communication body that solves the above-described various problems and that can transmit a communication signal by connecting two lines in a non-contact manner and a coupler including the communication body. .

この発明の通信体は、次のように構成する。
(1)互いに対向する第1主面及び第2主面を有する誘電体基板と、前記誘電体基板の第2主面のほぼ全面に形成された地導体と、前記地導体の外周に接続され、前記誘電体基板を伝搬する信号の反射を抑制する終端抵抗部と、を備え、前記誘電体基板の第1主面を、前記誘電体基板を伝搬する表面波モードについての結合面とする。
The communication body of the present invention is configured as follows.
(1) A dielectric substrate having a first main surface and a second main surface facing each other, a ground conductor formed on substantially the entire second main surface of the dielectric substrate, and an outer periphery of the ground conductor. A termination resistor that suppresses reflection of a signal propagating through the dielectric substrate, and the first principal surface of the dielectric substrate is a coupling surface for a surface wave mode propagating through the dielectric substrate.

(2)また、前記誘電体基板の内部には、前記地導体との間に一定の間隙を隔てて配置され、前記地導体との間に電位差が与えられることにより前記表面波モードが励振される励振導体を設ける。 (2) Further, the surface acoustic wave mode is excited by being disposed inside the dielectric substrate with a certain gap from the ground conductor, and by applying a potential difference to the ground conductor. An excitation conductor is provided.

(3)また、前記誘電体基板とは別に、互いに対向する第1主面及び第2主面を有し、平面の大きさが前記表面波モードの波長の大きさに略一致する誘電体基体と、前記誘電体基体の内部に形成された励振導体と、前記励振導体の周囲に一定の間隙を隔てて且つ前記誘電体基体の第2主面に形成された周囲導体と、が形成された入出力結合部を備えてもよい。 (3) In addition to the dielectric substrate, the dielectric substrate has a first main surface and a second main surface facing each other, and the size of the plane substantially matches the wavelength of the surface wave mode. And an excitation conductor formed inside the dielectric substrate, and a surrounding conductor formed on the second main surface of the dielectric substrate with a certain gap around the excitation conductor. An input / output coupling unit may be provided.

(4)また、前記通信体の動作周波数の上限(fmax)と前記誘電体基板の比誘電率(εr)に基づいて、前記誘電体基板の厚み寸法hを下記の条件式で表される値に設定して、前記誘電体基板を単一モードの表面波モードが伝搬するように構成する。 (4) Further, based on the upper limit (fmax) of the operating frequency of the communication body and the relative dielectric constant (εr) of the dielectric substrate, the thickness dimension h of the dielectric substrate is a value represented by the following conditional expression: And the dielectric substrate is configured such that a single-mode surface wave mode propagates.

条件式:h ≦c0/(2fmax*√(εr-1)) (c0:光速度)
(5)前記誘電体基板の一部に、前記厚み寸法hとは異なる厚み部分を備えてもよい。
Conditional expression: h ≤ c0 / (2fmax * √ (εr-1)) (c0: speed of light)
(5) A part of the dielectric substrate may have a thickness portion different from the thickness dimension h.

この発明のカプラは次のように構成する。
(6)前記通信体と、それに結合する入出力結合体とを備え、
前記入出力結合体は、互いに対向する第1主面及び第2主面を有し、平面の大きさが前記表面波モードの波長の大きさに略一致する誘電体基体と、前記誘電体基体の内部に形成された第1の励振導体と、第1の励振導体の周囲に一定の間隙を隔てて且つ前記誘電体基体の第2主面に形成された第2の励振導体と、からなり、
前記通信体の第1主面に前記入出力結合体の第1主面が対向するように配置する。
The coupler of the present invention is configured as follows.
(6) The communication body and an input / output combination coupled to the communication body,
The input / output coupling body has a first main surface and a second main surface facing each other, and a dielectric substrate whose plane size substantially matches the wavelength of the surface wave mode, and the dielectric substrate A first excitation conductor formed inside the first excitation conductor and a second excitation conductor formed on the second main surface of the dielectric substrate with a certain gap around the first excitation conductor. ,
It arrange | positions so that the 1st main surface of the said input-output coupling body may oppose the 1st main surface of the said communication body.

この発明によれば、次のような効果を奏する。
(1)通信体の伝送モードとして表面波モードを利用するため、従来の平行平板モードを利用する場合に比べて伝送の導体損失を小さくすることができる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) Since the surface wave mode is used as the transmission mode of the communication body, the transmission conductor loss can be reduced as compared with the case where the conventional parallel plate mode is used.

(2)平行平板モードを利用する場合は、信号を入出力するための多数の開口を表面に配置する必要があるが、この発明では表面波モードを利用するので、裏面に地導体を形成するだけであり、表面に電極パターンを形成する必要がない。したがって、連続的でなめらかな電磁界分布を実現できる。しかも、パターンを形成しないので、安価に製造できる。 (2) When using the parallel plate mode, it is necessary to arrange a large number of openings for inputting / outputting signals on the surface. However, since the surface wave mode is used in the present invention, a ground conductor is formed on the back surface. There is no need to form an electrode pattern on the surface. Therefore, a continuous and smooth electromagnetic field distribution can be realized. In addition, since no pattern is formed, it can be manufactured at low cost.

(3)通信体に金属接点を持たないインターフェース装置として仕上げるために平行平板構造では最上層に絶縁被膜を形成する必要があるが、この発明では表面波モードを利用するので、もともと表面に基板が露出した状態で使用することになり、新たに絶縁被膜を形成する必要がない。 (3) In order to finish as an interface device that does not have a metal contact in the communication body, it is necessary to form an insulating film on the uppermost layer in the parallel plate structure, but since the surface wave mode is used in this invention, the substrate is originally on the surface. It will be used in an exposed state, and it is not necessary to form a new insulating film.

(4)平行平板構造で開孔の寸法を大きくすれば、表面から浸出する電磁界を大きくできるが、基板内に定在波が生じる要因になるため、結合特性にはリップルが表れる。この発明では表面波モードを利用するので、基板の誘電率を小さくするか、または、基板厚さを薄くすることにより、表面から浸出する電磁界を大きくできため、基板内に定在波が生じにくく、結合特性にリップルが表れない。 (4) Increasing the size of the aperture in the parallel plate structure can increase the electromagnetic field leached from the surface, but it causes a standing wave in the substrate, and therefore ripples appear in the coupling characteristics. Since the surface wave mode is used in the present invention, the electromagnetic field leached from the surface can be increased by reducing the dielectric constant of the substrate or reducing the substrate thickness, so that standing waves are generated in the substrate. It is difficult and no ripple appears in the coupling characteristics.

(5)表面波モードは誘電体基板の上部空間における電界エネルギー密度を磁界エネルギー密度よりも大きくでき、表面に近接配置する入出力結合体と容量結合するのに適し、容量結合は磁界結合に比べて流れる電流量が小さいため、導体損失を小さくできる。 (5) The surface wave mode allows the electric field energy density in the upper space of the dielectric substrate to be larger than the magnetic field energy density, and is suitable for capacitive coupling with an input / output coupling disposed close to the surface. Therefore, the conductor loss can be reduced.

(6)誘電体基板の外周に終端構造を設けることにより、誘電体基板内の定在波を抑圧することができ、結合特性としてはリップルが抑圧された広帯域な特性が得られる。 (6) By providing a termination structure on the outer periphery of the dielectric substrate, standing waves in the dielectric substrate can be suppressed, and a broadband characteristic with suppressed ripples can be obtained as a coupling characteristic.

特許文献1に係る信号伝達装置の概略構成を示す図であり、図1(A)は信号伝達装置501の上面図、図1(B)はその断面図である。It is a figure which shows schematic structure of the signal transmission apparatus which concerns on patent document 1, FIG. 1 (A) is a top view of the signal transmission apparatus 501, and FIG. 1 (B) is the sectional drawing. 特許文献1に係る指向性を有するインターフェース装置601の構成を示す説明図である。10 is an explanatory diagram showing a configuration of an interface device 601 having directivity according to Patent Document 1. FIG. 図3(A)は第1の実施形態に係る通信体101の平面図、図3(B)は図3(A)におけるA−A部分の断面図である。FIG. 3A is a plan view of the communication body 101 according to the first embodiment, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 図4(A)は第2の実施形態に係る通信体102の平面図、図4(B)は図4(A)におけるA−A部分の断面図である。4A is a plan view of the communication body 102 according to the second embodiment, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 4A. 図5(A)は第3の実施形態に係る通信体103の上面図、図5(B)は図5(A)におけるA−A部分の断面図である。FIG. 5A is a top view of the communication body 103 according to the third embodiment, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 5A. 図6(A)は第4の実施形態に係るカプラ301の上面図、図6(B)は図6(A)におけるA−A部分の断面図である。FIG. 6A is a top view of the coupler 301 according to the fourth embodiment, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 表面波モードのベクトル解析に用いる構造と座標系を示す図である。It is a figure which shows the structure and coordinate system which are used for the vector analysis of surface wave mode. 式(7)の連立方程式に示した2つの関数とそれらの交点を示す図である。It is a figure which shows the two functions shown to the simultaneous equations of Formula (7), and those intersections. z軸上の電磁界分布を示す図である。It is a figure which shows the electromagnetic field distribution on az axis. 表面波モードの諸定数(k,α,β)の周波数依存性を示す図である。It is a figure which shows the frequency dependence of various constants (k, (alpha), (beta)) of a surface wave mode. 〈設計条件1〉を用いて領域2(空気領域)における電界エネルギーと磁界エネルギーの存在比率の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the abundance ratio of the electric field energy and magnetic field energy in the area | region 2 (air area) using <design condition 1>. 〈設計条件1〉を用いて計算した導体Qの周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the conductor Q calculated using <design condition 1>. 連立方程式(式(7))に現れる2つの関数とそれらの交点を示す図である。It is a figure which shows two functions which appear in simultaneous equations (Formula (7)), and those intersections. 1次、2次の表面波モードの電力密度について示す図である。It is a figure shown about the power density of a primary and secondary surface wave mode. 表面波モードの励振構造を含む電磁界シミュレーションのモデルを示す図である。It is a figure which shows the model of the electromagnetic field simulation containing the excitation structure of a surface wave mode. 図15のシミュレーションモデルでの電磁界分布を示す図である。It is a figure which shows the electromagnetic field distribution in the simulation model of FIG. 基板表面を基準としたときの空気領域における高さ方向の減衰特性(エバネセント状態)を求めた図である。It is the figure which calculated | required the attenuation | damping characteristic (evanescent state) of the height direction in an air area | region when on the basis of the board | substrate surface. 反射損失の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of a reflection loss. 図19(A)は第6の実施形態に係る通信体の上面図、図19(B)は図19(A)におけるA−A部分の断面図である。FIG. 19A is a top view of a communication body according to the sixth embodiment, and FIG. 19B is a cross-sectional view of the AA portion in FIG. 19A. 実施例における順方向伝送係数S21の周波数特性図である。It is a frequency characteristic figure of forward direction transmission coefficient S21 in an example. 図21(A)は実施例における順方向伝送係数S21の平均値のポート間距離依存性を示す図、図21(B)は図21(A)に示したS21変動幅(p±σのdB差)のポート間距離依存性を示す図である。FIG. 21A is a diagram showing the inter-port distance dependency of the average value of the forward transmission coefficient S21 in the embodiment, and FIG. 21B is the S21 fluctuation range (dB of p ± σ shown in FIG. 21A). It is a figure which shows the distance dependency between ports of a difference. 図21(A)の横軸(ポート間距離(r))を対数表示とした図である。FIG. 22 is a diagram in which the horizontal axis (distance between ports (r)) in FIG. 図23(A)は60GHzを中心とする3GHz幅の帯域におけるS21の平均値を示す図、図23(B)は60GHzを中心とする6GHz幅の帯域におけるS21の平均値を示す図である。FIG. 23A is a diagram showing an average value of S21 in a band of 3 GHz centered on 60 GHz, and FIG. 23B is a diagram showing an average value of S21 in a band of 6 GHz centered on 60 GHz.

《第1の実施形態》
図3は第1の実施形態に係る通信体101の平面図、図3(B)は図3(A)におけるA−A部分の断面図である。この通信体101は、第1主面(上面)及び第2主面(下面)を有する誘電体基板10と、この誘電体基板10の第2主面のほぼ全面に形成された地導体と、地導体の外周に接続され、誘電体基板10を伝搬する電磁波の反射を抑制する(電磁波を吸収する)終端抵抗部RAと、を備え、誘電体基板10の第1主面をその誘電体基板を伝搬する表面波モードについての結合面としている。
<< First Embodiment >>
FIG. 3 is a plan view of the communication body 101 according to the first embodiment, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. The communication body 101 includes a dielectric substrate 10 having a first main surface (upper surface) and a second main surface (lower surface), a ground conductor formed on substantially the entire second main surface of the dielectric substrate 10, A termination resistor RA which is connected to the outer periphery of the ground conductor and suppresses reflection of electromagnetic waves propagating through the dielectric substrate 10 (absorbs electromagnetic waves), and the first main surface of the dielectric substrate 10 is the dielectric substrate. This is the coupling surface for the surface wave mode propagating through the.

誘電体基板10は、比誘電率4.0、厚さ0.75mmの樹脂材料で構成されている。誘電体基板10の第2主面の地導体11の寸法は誘電体基板10よりも一回り小さく、地導体11の外周(誘電体基板10の周縁領域)には厚さ0.20mmの抵抗体(電波吸収シート材)16が形成されていて、その表面に周辺導体15が貼着されている。   The dielectric substrate 10 is made of a resin material having a relative dielectric constant of 4.0 and a thickness of 0.75 mm. The size of the ground conductor 11 on the second main surface of the dielectric substrate 10 is slightly smaller than that of the dielectric substrate 10, and a resistor having a thickness of 0.20 mm is provided on the outer periphery of the ground conductor 11 (peripheral region of the dielectric substrate 10). A (radio wave absorbing sheet material) 16 is formed, and a peripheral conductor 15 is attached to the surface thereof.

誘電体基板10の励振領域EAには地導体11から絶縁状態である中心導体12が形成されている。誘電体基板10の内部には中心導体12に導通する導体ビア13が形成されている。この導体ビア13が本発明に係る「励振導体」に相当する。   A central conductor 12 that is insulated from the ground conductor 11 is formed in the excitation area EA of the dielectric substrate 10. Conductive vias 13 are formed in the dielectric substrate 10 so as to conduct to the central conductor 12. The conductor via 13 corresponds to an “excitation conductor” according to the present invention.

この構造により、導体ビア13を中心とする軸対称構造の表面波モードが導体ビア13によって励振されるので、等位相面が同心円状となる表面波が伝搬する。これにより、結合特性に角度依存性のない2次元通信体として利用できる。   With this structure, the surface wave mode having an axially symmetric structure centered on the conductor via 13 is excited by the conductor via 13, so that a surface wave having concentric equiphase surfaces propagates. Thereby, it can utilize as a two-dimensional communication body without an angle dependence in a coupling characteristic.

前記中心導体12と地導体11との間には給電回路が接続され、この給電回路によって通信体101に対する信号の入出力が行われる。
図3(A)、図3(B)に示した構成により、次のような作用効果を奏する。
A feeding circuit is connected between the center conductor 12 and the ground conductor 11, and signals are input / output to / from the communication body 101 by this feeding circuit.
The configuration shown in FIGS. 3A and 3B provides the following operational effects.

比誘電率4.0、基板厚さ0.75mmの基板を用いることにより、ミリ波(例えば60GHz帯)で表面波モードが単一伝送モードとなる通信体(信号伝達装置)を提供できる。
表面波モードは空気領域の高さ方向に対し、指数関数的に減衰するエバネセント領域を形成するため、非接触による2次元通信体に適した特性を実現できる。
By using a substrate having a relative dielectric constant of 4.0 and a substrate thickness of 0.75 mm, it is possible to provide a communication body (signal transmission device) in which the surface wave mode is a single transmission mode in a millimeter wave (for example, 60 GHz band).
Since the surface wave mode forms an evanescent region that decays exponentially with respect to the height direction of the air region, characteristics suitable for a non-contact two-dimensional communication body can be realized.

表面波モードの励振は基板底面におけるランドと地導体との間(ギャップ)にミリ波信号の電圧を印加することで、励振用の線路パターンと地導体の間の電位差を発生させ、表面波モードを励振する。
励振された表面波モードは基板の外周に向けて伝搬し、外周に配置した終端抵抗部で電力が損失されることにより終端される。
The surface wave mode excitation generates a potential difference between the excitation line pattern and the ground conductor by applying a millimeter wave signal voltage between the land and the ground conductor (gap) on the bottom surface of the substrate. Excited.
The excited surface wave mode propagates toward the outer periphery of the substrate, and is terminated when power is lost at the termination resistor disposed on the outer periphery.

表面波が外周で終端されることにより、基板内に定在波が生じにくくなり(抑圧され)、面内の電磁界分布が平坦になる。   By terminating the surface wave at the outer periphery, a standing wave is less likely to be generated (suppressed) in the substrate, and the in-plane electromagnetic field distribution becomes flat.

電磁界分布の平坦性は入出力結合装置の配置場所に依らず、周波数特性についてもリップルが平坦な特性を実現できる。   The flatness of the electromagnetic field distribution does not depend on the location of the input / output coupling device, and a frequency characteristic with a flat ripple can be realized.

《第2の実施形態》
図4は第2の実施形態に係る通信体102の平面図、図4(B)は図4(A)におけるA−A部分の断面図である。この通信体102は、第1主面(上面)及び第2主面(下面)を有する誘電体基板10と、この誘電体基板10の第2主面のほぼ全面に形成された地導体と、地導体の外周に接続され、誘電体基板10を伝搬する電磁波の反射を抑制する(電磁波を吸収する)終端抵抗部RAと、を備え、誘電体基板10の第1主面をその誘電体基板を伝搬する表面波モードについての結合面としている。
<< Second Embodiment >>
FIG. 4 is a plan view of the communication body 102 according to the second embodiment, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. The communication body 102 includes a dielectric substrate 10 having a first main surface (upper surface) and a second main surface (lower surface), a ground conductor formed on substantially the entire second main surface of the dielectric substrate 10, A termination resistor RA which is connected to the outer periphery of the ground conductor and suppresses reflection of electromagnetic waves propagating through the dielectric substrate 10 (absorbs electromagnetic waves), and the first main surface of the dielectric substrate 10 is the dielectric substrate. This is the coupling surface for the surface wave mode propagating through the.

図3に示した通信体101と異なるのは、誘電体基板10の第1主面に導体ビア13に導通するストリップライン14が設けられていることである。
図3に示した通信体101では、誘電体基板10の内部に形成した導体ビア13によって励振させるようにしたが、図4に示す通信体102では、導体ビア13とともにストリップライン14によって表面波モードの励振を行う。このようなストリップライン14を設けることによって、励振領域EAから放射方向の対称性(軸対称性)が崩れるが、特定の周波数で線路が共振することにより、モード変換効率を高めることができる。
A difference from the communication body 101 shown in FIG. 3 is that a strip line 14 is provided on the first main surface of the dielectric substrate 10 so as to conduct to the conductor via 13.
In the communication body 101 shown in FIG. 3, the conductor vias 13 formed inside the dielectric substrate 10 are excited. In the communication body 102 shown in FIG. Exciting. Providing such a stripline 14 breaks the symmetry (axial symmetry) in the radial direction from the excitation area EA, but the mode conversion efficiency can be increased by resonating the line at a specific frequency.

《第3の実施形態》
図5(A)は第3の実施形態に係る通信体103の上面図、図5(B)はそのA−A部分の断面図である。この通信体103は信号伝達部100と入出力結合部200とで構成されている。信号伝達部100は、誘電体基板10の第2主面(下面)に誘電体基板10より一回り小さな地導体11が形成され、その周囲に抵抗体16及び周辺導体15が形成されている。
<< Third Embodiment >>
FIG. 5A is a top view of the communication body 103 according to the third embodiment, and FIG. 5B is a cross-sectional view of the AA portion thereof. The communication body 103 includes a signal transmission unit 100 and an input / output coupling unit 200. In the signal transmission unit 100, a ground conductor 11 that is slightly smaller than the dielectric substrate 10 is formed on the second main surface (lower surface) of the dielectric substrate 10, and a resistor 16 and a peripheral conductor 15 are formed around the ground conductor 11.

一方、入出力結合部200は、互いに対向する第1主面及び第2主面を有する円板状の誘電体基板20に各種電極が形成されたものである。誘電体基板20の中心には導体ビア23が形成されている。誘電体基板20の第2主面(上面)には、導体ビア23に導通する中心導体22及び、その中心導体22の周囲に中心導体22から一定の間隙を隔てた周囲導体21が形成されている。入出力結合部200の誘電体基板20の平面の大きさは表面波モードの波長の大きさに略一致している。   On the other hand, the input / output coupling unit 200 is obtained by forming various electrodes on a disk-shaped dielectric substrate 20 having a first main surface and a second main surface facing each other. A conductor via 23 is formed at the center of the dielectric substrate 20. On the second main surface (upper surface) of the dielectric substrate 20, there are formed a central conductor 22 conducting to the conductor via 23 and a peripheral conductor 21 around the central conductor 22 with a certain gap from the central conductor 22. Yes. The size of the plane of the dielectric substrate 20 of the input / output coupling unit 200 is approximately equal to the size of the wavelength of the surface wave mode.

入出力結合部200は、信号伝達部100の空気領域AA部分に、信号伝達部100の誘電体基板10の第1主面(電極の形成されていない面)と入出力結合部200の誘電体基板20の第1主面(電極が形成されていない面)同士が対向するように配置される。   The input / output coupling unit 200 includes a first main surface (a surface on which no electrode is formed) of the dielectric substrate 10 of the signal transmission unit 100 and a dielectric of the input / output coupling unit 200 in the air region AA of the signal transmission unit 100. It arrange | positions so that the 1st main surface (surface in which the electrode is not formed) of the board | substrate 20 may oppose.

このような構成により、中心導体22と周囲導体21との間にミリ波の信号(電圧)を印加することによって、導体ビア23と周囲導体21との間に放射状の電界が発生し、その電界が信号伝達部100側の表面波モードに結合して表面波モードを励振することができる。   With such a configuration, by applying a millimeter-wave signal (voltage) between the center conductor 22 and the surrounding conductor 21, a radial electric field is generated between the conductor via 23 and the surrounding conductor 21, and the electric field is generated. Can be coupled to the surface wave mode on the signal transmission unit 100 side to excite the surface wave mode.

このように信号伝達部100と入出力結合部200とを独立して構成することにより、入出力結合部200を信号伝達部100に近接させたときに結合し、引き離したときに結合しない、といった特性が実現できる。   As described above, by independently configuring the signal transmission unit 100 and the input / output coupling unit 200, the input / output coupling unit 200 is coupled when the signal transmission unit 100 is brought close to the signal transmission unit 100, and is not coupled when pulled apart. Characteristics can be realized.

《第4の実施形態》
図6(A)は第4の実施形態に係るカプラ301の上面図、図6(B)は図6(A)におけるA−A部分の断面図である。カプラ301は通信体104と入出力結合体201とで構成される。通信体104の構成は図3に示した通信体101と基本的に同様である。但し、この例では誘電体基板10は直方体板形状であり、励振領域EAが誘電体基板10の中央からずれた位置に配置されている。
<< Fourth Embodiment >>
FIG. 6A is a top view of the coupler 301 according to the fourth embodiment, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. The coupler 301 includes a communication body 104 and an input / output coupling body 201. The configuration of the communication body 104 is basically the same as that of the communication body 101 shown in FIG. However, in this example, the dielectric substrate 10 has a rectangular parallelepiped plate shape, and the excitation area EA is disposed at a position shifted from the center of the dielectric substrate 10.

入出力結合体201は第3の実施形態で図5に示した入出力結合部200と基本的に同じ構造である。すなわち、入出力結合体201は、互いに対向する第1主面及び第2主面を有する円板状の誘電体基板20の中心に導体ビア23が形成されていて、誘電体基板20の第2主面(上面)には、導体ビア23に導通する中心導体22及び、その中心導体22の周囲に中心導体22から一定の間隙を隔てた周囲導体21がそれぞれ形成されている。入出力結合体201の誘電体基板20の平面の大きさは表面波モードの波長の大きさに略一致している。   The input / output coupler 201 has basically the same structure as the input / output coupler 200 shown in FIG. 5 in the third embodiment. That is, the input / output coupler 201 has a conductor via 23 formed at the center of a disk-shaped dielectric substrate 20 having a first main surface and a second main surface facing each other. On the main surface (upper surface), a central conductor 22 conducting to the conductor via 23 and a peripheral conductor 21 spaced from the central conductor 22 by a certain gap are formed around the central conductor 22. The size of the plane of the dielectric substrate 20 of the input / output coupler 201 substantially matches the wavelength of the surface wave mode.

入出力結合体201は、通信体104の空気領域AA部分に、通信体104の誘電体基板10の第1主面(電極の形成されていない面)と入出力結合体201の誘電体基板20の第1主面(電極が形成されていない面)同士が対向するように配置される。   The input / output coupler 201 is formed in the air region AA of the communication body 104 on the first main surface (the surface on which no electrode is formed) of the dielectric substrate 10 of the communication body 104 and the dielectric substrate 20 of the input / output coupler 201. The first main surfaces (surfaces on which no electrodes are formed) are arranged so as to face each other.

このように通信体104の空気領域AA内に配置された入出力結合体201と、誘電体基板10側の励振領域EAとの間で表面波モードを媒介とした信号の伝達が可能となる。すなわち、金属接点を持たない2次元通信体としてのカプラが構成できる。   As described above, it is possible to transmit a signal using the surface wave mode as a medium between the input / output coupler 201 disposed in the air area AA of the communication body 104 and the excitation area EA on the dielectric substrate 10 side. That is, a coupler as a two-dimensional communication body having no metal contact can be configured.

《第5の実施形態》
第5の実施形態では、表面波モードを用いた2次元信号伝達装置の電磁界ベクトルを解析的に求め、ミリ波帯における設計と特性を具体的に示すことにより、本装置がミリ波帯における非接触インターフェースとして利用できることを示す。
<< Fifth Embodiment >>
In the fifth embodiment, the electromagnetic field vector of the two-dimensional signal transmission device using the surface wave mode is analytically obtained, and the design and characteristics in the millimeter wave band are specifically shown. Indicates that it can be used as a non-contact interface.

この解析により、空気領域では誘電体基板内を伝送する電力の一部が浸出し、遠方には放射しない領域(エバネセント領域)となることを示す。空気領域におけるこのような特性は非接触インターフェースが近接したときに通信可能であり、遠方配置の場合に遮断するといった特性を実現するのに適している。また、空気領域における減衰定数および電磁界エネルギーの存在比率は基板の誘電率と厚さに応じて制御できることを示す。   This analysis shows that in the air region, a part of the power transmitted through the dielectric substrate is leached and becomes a region that does not radiate far away (evanescent region). Such a characteristic in the air region can be communicated when the non-contact interface comes close, and is suitable for realizing a characteristic of blocking in a remote arrangement. It also indicates that the attenuation constant and the existence ratio of electromagnetic energy in the air region can be controlled according to the dielectric constant and thickness of the substrate.

まず、表面波モードのベクトル解析に用いる構造と座標系を図7に示す。
図7における領域1は誘電体基板、これに接する領域2は空気であり、誘電体基板の底面には地導体を形成している。座標系はx 軸を表面波モードの伝搬方向、z 軸を基板の厚さ方向とする。残りのy 軸はx 軸とz 軸に垂直となる方向であるが、電磁界分布にy 軸依存性がないため、電磁界ベクトルはz-x 面内だけで解析できる。このような座標において電磁界ベクトルは式(1)のように設定することができる。
First, FIG. 7 shows a structure and a coordinate system used for vector analysis of the surface wave mode.
A region 1 in FIG. 7 is a dielectric substrate, a region 2 in contact with the dielectric substrate is air, and a ground conductor is formed on the bottom surface of the dielectric substrate. In the coordinate system, the x-axis is the propagation direction of the surface wave mode, and the z-axis is the thickness direction of the substrate. The remaining y-axis is perpendicular to the x- and z-axes, but the electromagnetic field vector can be analyzed only in the zx plane because the electromagnetic field distribution does not depend on the y-axis. In such coordinates, the electromagnetic field vector can be set as shown in Equation (1).

Figure 2010206319
Figure 2010206319

表面波モードの位相定数をβ、空気領域における減衰定数をα、基板内部のz方向における波数をkとするとき、これらが角周波数(ω)に応じて満足する関係式(分散関係)は領域1と領域2のそれぞれで式(2)、式(3)のようになる。   When the phase constant of the surface wave mode is β, the attenuation constant in the air region is α, and the wave number in the z direction inside the substrate is k, the relational expression (dispersion relationship) that satisfies these according to the angular frequency (ω) is the region. Equations (2) and (3) are obtained for 1 and region 2, respectively.

Figure 2010206319
Figure 2010206319

Figure 2010206319
Figure 2010206319

ただし、これら2つの式は独立ではなく、1つの分散関係の各領域における表現式である。式(1)の電磁界はこれら分散関係を満足する変数を用いて次式のように表現される。ただし、上の段は領域1(0 < z < h)、下の段は領域2(z > h)を表す。   However, these two expressions are not independent but are expressions in each region of one dispersion relation. The electromagnetic field of Equation (1) is expressed as follows using variables that satisfy these dispersion relationships. However, the upper level represents region 1 (0 <z <h), and the lower level represents region 2 (z> h).

Figure 2010206319
Figure 2010206319

Figure 2010206319
Figure 2010206319

Figure 2010206319
Figure 2010206319

式(4)-(6)における諸定数の意味は以下に示す通りである。   The meanings of the constants in the formulas (4) to (6) are as shown below.

A:振幅(任意定数)
k :領域1におけるz方向の波数
α :領域2におけるz方向の減衰定数
β :表面波モードの位相定数(x方向)
ω :表面波モードの角周波数
式(5)における磁界の連続条件と分散関係(式(2)、式(3))から次の連立方程式が導出できる。
A: Amplitude (arbitrary constant)
k: wave number in z direction in region 1 α: attenuation constant in z direction in region 2 β: phase constant of surface wave mode (x direction)
ω: Angular frequency of surface wave mode The following simultaneous equations can be derived from the continuity condition and dispersion relation of the magnetic field in Equation (5) (Equation (2) and Equation (3)).

Figure 2010206319
Figure 2010206319

ただし、無次元変数(p, q, r)は次のように定義した。   However, dimensionless variables (p, q, r) were defined as follows.

Figure 2010206319
Figure 2010206319

基板の比誘電率(εr)が一定条件で、波数(k)、減衰定数(α)、角周波数(ω)がそれぞれ、基板厚さ(h)に反比例する場合、左辺の変数(x, y, r)が一定となるため、このような組み合わせもまた、連立方程式を満たす解(表面波モード)となる。   When the relative dielectric constant (εr) of the substrate is constant and the wave number (k), attenuation constant (α), and angular frequency (ω) are inversely proportional to the substrate thickness (h), the variables on the left side (x, y , r) is constant, such a combination is also a solution (surface wave mode) that satisfies the simultaneous equations.

次に、電磁界分布と諸定数の計算例を示す。
表面波モードの電磁界分布について具体的な計算例を示すため、次の〈設計条件1〉を用いて計算を行う。基板材料はミリ波帯で低損失性に優れる低誘電率樹脂基板を用いた。
Next, calculation examples of electromagnetic field distribution and various constants are shown.
In order to show a specific calculation example of the electromagnetic field distribution in the surface wave mode, the calculation is performed using the following <design condition 1>. As the substrate material, a low dielectric constant resin substrate having excellent low loss characteristics in the millimeter wave band was used.

〈設計条件1〉
・周波数:60GHz
・比誘電率εr:3.5
・基板厚さh:0.75mm
式(7)の連立方程式に示した2つの関数とそれらの交点を図8に示す。
連立方程式の交点座標(式(9))から、表面波モードの分布を決める諸定数(k,α,β)は次のように求められる。
<Design conditions 1>
・ Frequency: 60GHz
Relative permittivity εr: 3.5
・ Board thickness h: 0.75mm
The two functions shown in the simultaneous equations of equation (7) and their intersection are shown in FIG.
From the intersection coordinates (equation (9)) of the simultaneous equations, various constants (k, α, β) that determine the distribution of the surface wave mode are obtained as follows.

Figure 2010206319
Figure 2010206319

このように、空気領域の減衰定数は10.2dB/mm であり、速やかに減衰する。   In this way, the attenuation constant of the air region is 10.2 dB / mm, and it attenuates quickly.

Figure 2010206319
Figure 2010206319

式(4)-(6)に示した電磁界分布を計算するために未定係数である振幅(A)を設定する。ここでは単位幅あたりの伝送電力が1W となるように次の式で設定した。   An amplitude (A) that is an undetermined coefficient is set to calculate the electromagnetic field distribution shown in equations (4) to (6). Here, the transmission power per unit width is set to 1W using the following formula.

Figure 2010206319
Figure 2010206319

振幅(A)をこのように設定した場合の電磁界分布を図9(A),図9(B)に示す。また、これらの電磁界分布から計算される電力密度分布(Poynting ベクトルのx 成分)を図9(C)に示す。   The electromagnetic field distribution when the amplitude (A) is set in this way is shown in FIGS. 9 (A) and 9 (B). FIG. 9C shows the power density distribution (the x component of the Poynting vector) calculated from these electromagnetic field distributions.

図9(A)に示した2つの電界成分(x 成分、z 成分)のうち、界面における連続条件はx 成分についてのみ成立する。図9(B)の磁界成分は連続条件を満たす。電界のz 成分と磁界のy 成分の積が図9(C)に示す電力密度であり、z 軸方向の積分値は規格化(式(11))により1W になる。次に表面波モードの諸定数{減衰定数(α),位相定数(β),波数(k)}の周波数依存性を図10に示す。特に周波数と位相定数の関係は分散関係を表すものであり、表面波モードの伝送特性を表す上で重要な特性である。   Of the two electric field components (x component and z component) shown in FIG. 9A, the continuous condition at the interface is established only for the x component. The magnetic field component in FIG. 9B satisfies the continuous condition. The product of the z component of the electric field and the y component of the magnetic field is the power density shown in FIG. 9C, and the integral value in the z-axis direction becomes 1 W by normalization (formula (11)). Next, FIG. 10 shows the frequency dependence of various constants {attenuation constant (α), phase constant (β), wave number (k)} of the surface wave mode. In particular, the relationship between the frequency and the phase constant represents a dispersion relationship, which is an important characteristic for expressing the transmission characteristics of the surface wave mode.

このように、減衰定数(α)と位相定数(β)は単調増加するが、波数(k)は周波数の増大に伴い、π/2を基板厚さ(h)で割った値(2.09…)に漸近する。この特性から周波数の上昇に伴い、領域2(空気)における遮断は大きくなり、領域1(誘電体)における波長が短くなることがわかる。また領域1のz軸方向の波数(k)と基板厚さ(h)との積がπ/2に漸近することから、厚さ方向には半波長の共振が生じていることがわかる。   In this way, the attenuation constant (α) and the phase constant (β) monotonically increase, but the wave number (k) is a value obtained by dividing π / 2 by the substrate thickness (h) (2.09...) As the frequency increases. Asymptotically. From this characteristic, it can be seen that as the frequency increases, the cutoff in region 2 (air) increases and the wavelength in region 1 (dielectric) decreases. In addition, since the product of the wave number (k) in the z-axis direction of the region 1 and the substrate thickness (h) gradually approaches π / 2, it can be seen that half-wave resonance occurs in the thickness direction.

次に、エネルギーと導体Qとの関係について示す。
表面波モードが単位長さあたりに蓄積するエネルギーはエネルギー密度の積分によって求められ、式(12)のように表される。
Next, the relationship between energy and the conductor Q will be described.
The energy that the surface wave mode accumulates per unit length is obtained by integration of the energy density, and is expressed as in equation (12).

Figure 2010206319
Figure 2010206319

積分区間を領域1(0 < z < h)と領域2(z > h)に分けて求めた結果が式(13)、(14)である。   The results obtained by dividing the integration interval into region 1 (0 <z <h) and region 2 (z> h) are Equations (13) and (14).

Figure 2010206319
Figure 2010206319

Figure 2010206319
Figure 2010206319

上記の結果から、電界エネルギーと磁界エネルギーは領域1と領域2における合計値が等しいことが確認できる。すなわち、式(14)が常に成立する。   From the above results, it can be confirmed that the electric field energy and the magnetic field energy have the same total value in the region 1 and the region 2. That is, Expression (14) always holds.

Figure 2010206319
Figure 2010206319

式(13)、(14)を用いて領域2(空気領域)における電界エネルギーと磁界エネルギーの存在比率は次のように計算される。   Using equations (13) and (14), the abundance ratio of the electric field energy and the magnetic field energy in region 2 (air region) is calculated as follows.

Figure 2010206319
Figure 2010206319

Figure 2010206319
Figure 2010206319

領域2(空気領域)における電界エネルギーと磁界エネルギーの存在比率の周波数特性について、先に示した〈設計条件1〉(εr = 3.75、h = 0.75mm)を用いて計算した。これらの結果を図11に示す。(20GHz 以下に見られるノイズは数値解析誤差による。)
この結果から、空気領域における電界エネルギー比率は磁界エネルギー比率よりも常に大きいことが確認できる。周波数が増大すれば空気領域のエネルギー減少に伴い、差もゼロに漸近する。設計中心の60GHz におけるエネルギー存在比率は電界が約28%、磁界が約10%となり、電界エネルギーの方が約18%大きい。このような特性は空気領域において電界結合の方が有利であることを示している。
The frequency characteristics of the abundance ratio of electric field energy and magnetic field energy in region 2 (air region) were calculated using <Design Condition 1> (εr = 3.75, h = 0.75 mm) described above. These results are shown in FIG. (The noise seen below 20GHz is due to numerical analysis errors.)
From this result, it can be confirmed that the electric field energy ratio in the air region is always larger than the magnetic field energy ratio. If the frequency increases, the difference gradually approaches zero as the energy in the air region decreases. The energy existence ratio at 60GHz at the design center is about 28% for the electric field and about 10% for the magnetic field, and the electric field energy is about 18% larger. Such characteristics indicate that electric field coupling is more advantageous in the air region.

次に導体Qの計算例を示す。表面波モードの1波長あたりの導体損失は地導体の表面抵抗値に表面磁界強度の2乗を掛けて1波長にわたる積分を行うことにより得られる。導体Qは1波長あたりの導体損失を1波長あたりの蓄積エネルギーで割ることによって求められる。導体Qの計算式を式(18)に示す。   Next, a calculation example of the conductor Q is shown. The conductor loss per wavelength in the surface wave mode is obtained by multiplying the surface resistance value of the ground conductor by the square of the surface magnetic field strength and integrating over one wavelength. The conductor Q is obtained by dividing the conductor loss per wavelength by the stored energy per wavelength. Equation (18) shows the calculation formula for the conductor Q.

Figure 2010206319
Figure 2010206319

先に示した〈設計条件1〉(εr = 3.75、h = 0.75mm)を用いて計算した導体Qの周波数特性を図12に示す。   FIG. 12 shows the frequency characteristics of the conductor Q calculated using <Design Condition 1> (εr = 3.75, h = 0.75 mm) described above.

周波数が30GHz より低い場合は、基板内部へのエネルギー閉じ込め性が低いため、導体Qは10,000 を上回り、ゼロHz に向けて発散する。周波数が50GHz 超えたあたりから基板内部へのエネルギー閉じ込め性が高まり、導体Qは約4,000 に漸近する。設計中心の60GHz における導体Qは約3,800 となった。基板の材料Qが約100 のオーダーであることを考慮すると、伝送損失の支配項は材料Q(誘電損失)となることが分かる。   When the frequency is lower than 30 GHz, the energy confinement inside the substrate is low, so that the conductor Q exceeds 10,000 and diverges toward zero Hz. As the frequency exceeds 50 GHz, the energy confinement within the substrate increases, and the conductor Q gradually approaches approximately 4,000. The conductor Q at 60GHz at the design center is about 3,800. Considering that the material Q of the substrate is on the order of about 100, it can be seen that the dominant term of the transmission loss is the material Q (dielectric loss).

次に単一モード伝送の条件について示す。
表面波モードが単一モードで伝送するためには、式(7)に示した無次元変数(p, q)の連立方程式が2つ以上の解を持たないことである。この条件は計算例で示した図2のグラフを見て分かるように半径 r が p 以下であることの条件に等しい。すなわち:
Next, the conditions for single mode transmission will be described.
In order for the surface wave mode to be transmitted in a single mode, the simultaneous equations of the dimensionless variables (p, q) shown in Equation (7) do not have two or more solutions. This condition is equivalent to the condition that the radius r is less than or equal to p, as can be seen from the graph of FIG. Ie:

Figure 2010206319
Figure 2010206319

等号条件から、2次モードの遮断周波数(fc)は次式のように求められる。   From the equality condition, the cut-off frequency (fc) of the secondary mode is obtained as follows.

Figure 2010206319
Figure 2010206319

ここで、c0 は光速度である。先に示した〈設計条件1〉(εr = 3.75、h = 0.75mm)を用いる場合、遮断周波数(fc)は126.4GHz と計算される。したがって、60GHz 帯における表面波モードは単一モード伝送の条件を十分満足することが確認できる。   Here, c0 is the speed of light. When <design condition 1> (εr = 3.75, h = 0.75 mm) shown above is used, the cutoff frequency (fc) is calculated to be 126.4 GHz. Therefore, it can be confirmed that the surface wave mode in the 60 GHz band sufficiently satisfies the conditions for single mode transmission.

ここで、通信体の動作周波数の上限(fmax)と誘電体基板の比誘電率(εr)に基づいて、誘電体基板の厚み寸法hを下記の条件式で表される値に設定すれば、誘電体基板を単一モードの表面波モードが伝搬する。   Here, based on the upper limit (fmax) of the operating frequency of the communication body and the relative dielectric constant (εr) of the dielectric substrate, the thickness dimension h of the dielectric substrate is set to a value represented by the following conditional expression: A single-mode surface wave mode propagates through the dielectric substrate.

条件式:h ≦c0/(2fmax*√(εr-1)) (c0:光速度)
基板が厚い場合には単一モード性が失われ、2次モードが発生する。次の〈設計条件2〉を用いて、2次モードが発生する場合の計算例を示す。
Conditional expression: h ≤ c0 / (2fmax * √ (εr-1)) (c0: speed of light)
When the substrate is thick, the single mode is lost and a secondary mode is generated. An example of calculation when the secondary mode is generated using the following <design condition 2> is shown.

〈設計条件2〉
・周波数:60GHz
・比誘電率εr:3.5
・基板厚さh:2.00mm
連立方程式(式(7))に現れる2つの関数とそれらの交点を図13に示す。ここで、r=πは臨界半径である。
<Design condition 2>
・ Frequency: 60GHz
Relative permittivity εr: 3.5
・ Board thickness h: 2.00mm
FIG. 13 shows two functions appearing in the simultaneous equations (formula (7)) and their intersections. Here, r = π is a critical radius.

Figure 2010206319
Figure 2010206319

Figure 2010206319
Figure 2010206319

連立方程式の交点座標(式(21), (22))から、1次、2次の表面波モードの諸定数(k,α,β)
は次のように求められる。
From the intersection coordinates of the simultaneous equations (Equations (21), (22)), various constants (k, α, β) of the first and second surface wave modes
Is obtained as follows.

Figure 2010206319
Figure 2010206319

Figure 2010206319
Figure 2010206319

図14は、1次、2次の表面波モードの電力密度を表している。
図14の分布から、基板内部では1次モードが1つの腹を持ち、2次モードが2つの腹を持つことが分かる。また、空気領域における遮断特性は1次モードが急峻であり、2次モードの方が緩やかであることが分かる。すなわち、空気領域から励振する場合を想定すると2次モードの方が1次モードよりも強く結合し、励振されやすいことがわかる。
このような2次モードが存在する条件は、単一モード伝送できないため、基板厚さを薄くする必要がある。
FIG. 14 shows the power density of the primary and secondary surface wave modes.
From the distribution of FIG. 14, it can be seen that the primary mode has one antinode inside the substrate and the secondary mode has two antinodes. It can also be seen that the cutoff characteristics in the air region are steeper in the primary mode and gentler in the secondary mode. That is, assuming that excitation is performed from the air region, it can be seen that the secondary mode is more strongly coupled than the primary mode and is easily excited.
Under such conditions where the secondary mode exists, single-mode transmission is not possible, and thus it is necessary to reduce the substrate thickness.

次に、表面波モードの励振構造を含む電磁界シミュレーションの例を示す。
シミュレーターには有限要素解析ソフトウェアを用いた。
基板の設計条件は先に示した〈設計条件1〉を用いた。この設計条件で表面波モードが1次元伝搬する場合の諸特性は既に本文中に示した通りである。
Next, an example of electromagnetic field simulation including a surface wave mode excitation structure will be described.
Finite element analysis software was used for the simulator.
As the substrate design conditions, <design condition 1> shown above was used. Various characteristics when the surface wave mode propagates one-dimensionally under this design condition are as already described in the text.

シミュレーションでは基板内で同心円状に伝搬する表面波モードを実現するために、励振部は軸対称状の導体ビアで構成し、地導体の面内に導体ビアと接続されるポートを配置した。ポートの内導体は導体ビアの直径に一致し、導体ビア端面のランド(リング状パターン)は理想的に無いものとした。ポートの外導体は表面波モードの伝搬する地導体に接続している。シミュレーションモデルを図15に示す。   In the simulation, in order to realize a surface wave mode propagating concentrically in the substrate, the excitation part is composed of axisymmetric conductor vias, and ports connected to the conductor vias are arranged in the plane of the ground conductor. The inner conductor of the port matches the diameter of the conductor via, and there is ideally no land (ring-shaped pattern) on the end face of the conductor via. The outer conductor of the port is connected to the ground conductor through which the surface wave mode propagates. A simulation model is shown in FIG.

設定条件は次のとおりである。
・誘電体基板:20×20×t0.75mm、比誘電率:3.5、誘電正接:0.01
・導体ビア径:φ0.5mm
・ポート内径:φ0.5mm、ポート外径:φ1.0mm(インピーダンス:22Ω)
・上部空間(空気):20×20×20mm
・境界条件(底面):導体壁(5.3×107S/m)
・境界条件(上面、側面):開放境界周波数60GHz
この条件での電磁界分布を図16に示す。図16(A)は電界分布、図16(B)は磁界分布であり、強度を濃度で表している。なお、図16(A),図16(B)の左側は全体、右側は導体ビアの近傍の断面図である。
The setting conditions are as follows.
・ Dielectric substrate: 20 × 20 × t0.75mm, dielectric constant: 3.5, dielectric loss tangent: 0.01
-Conductor via diameter: φ0.5mm
・ Port inner diameter: φ0.5mm, port outer diameter: φ1.0mm (impedance: 22Ω)
・ Upper space (air): 20 × 20 × 20mm
・ Boundary condition (bottom surface): Conductor wall (5.3 × 10 7 S / m)
・ Boundary conditions (top, side): Open boundary frequency 60 GHz
FIG. 16 shows the electromagnetic field distribution under these conditions. FIG. 16A shows an electric field distribution, FIG. 16B shows a magnetic field distribution, and the intensity is expressed by concentration. In FIGS. 16A and 16B, the left side is an overall cross-sectional view, and the right side is a cross-sectional view in the vicinity of a conductor via.

このように、シミュレーションの結果、電磁界が同心円状に伝搬する様子が確認できた。また、断面内の分布に関しては電界成分が断面内に含まれ、磁界成分が断面に垂直となることが確認できた。   As a result of the simulation, it was confirmed that the electromagnetic field propagated concentrically. Further, regarding the distribution in the cross section, it was confirmed that the electric field component was included in the cross section and the magnetic field component was perpendicular to the cross section.

また、空気領域における高さ方向の減衰特性(エバネセント状態)を確認するために、半径が2〜5mmの区間で、それぞれ基板表面を基準としたときの高さ方向の減衰(dB 表示)を平均値で求めた。その結果を図17に示す。このように、高さ約5mm 以下で滑らかな減衰傾向が見られる。   In addition, in order to confirm the attenuation characteristics (evanescent state) in the height direction in the air region, the attenuation in the height direction (dB display) with respect to the substrate surface is averaged in the section with a radius of 2 to 5 mm. Obtained by value. The result is shown in FIG. Thus, a smooth damping tendency is seen at a height of about 5 mm or less.

最後に反射損失の周波数特性を図18に示す。
シミュレーションは帯域40GHz〜80GHz を1GHz 刻みで実施した。57GHz〜69GHz における帯域(帯域幅12GHz)で反射損失15dB 以上を得た。
Finally, the frequency characteristics of reflection loss are shown in FIG.
The simulation was performed in 1GHz increments in the band 40GHz-80GHz. A reflection loss of 15 dB or more was obtained in the band from 57 GHz to 69 GHz (bandwidth 12 GHz).

以上に示したとおり、空気領域では誘電体基板内を伝送する電力の一部が浸出し、遠方には放射しない領域(エバネセント領域)となる。空気領域におけるこのような特性は非接触インターフェースが近接したときに通信可能であり、遠方配置の場合に遮断するといった特性実現に適している。また、空気領域における減衰定数および電磁界エネルギーの存在比率は基板の誘電率と厚さに応じて制御できる。基板に比誘電率3.5、厚さ0.75mm の材料を用いる場合は60GHz において、空気領域の減衰定数が10.2dB、エネルギーの存在比率は電界が28% 、磁界が10%となり、容量結合に適する。また励振部にビアを用いた構造による電磁界シミュレーション例では、同心円状に伝搬する電磁界分布と57GHz〜69GHzの帯域で15dB 以上の反射損失が得られることがわかった。   As described above, in the air region, a part of the power transmitted through the dielectric substrate is leached and becomes a region (evanescent region) that does not radiate far away. Such a characteristic in the air region can be communicated when the non-contact interface comes close, and is suitable for realizing a characteristic such as blocking in a remote arrangement. Further, the attenuation constant and the existence ratio of electromagnetic energy in the air region can be controlled according to the dielectric constant and thickness of the substrate. When a material with a relative dielectric constant of 3.5 and a thickness of 0.75 mm is used for the substrate, the attenuation constant in the air region is 10.2 dB at 60 GHz, and the abundance of energy is 28% for the electric field and 10% for the magnetic field, making it suitable for capacitive coupling. In the electromagnetic field simulation example using the vias in the excitation part, it was found that the electromagnetic field distribution propagating concentrically and the reflection loss of 15 dB or more were obtained in the 57 GHz to 69 GHz band.

《第6の実施形態》
図19(A)は第6の実施形態に係る通信体の上面図、図19(B)は図19(A)におけるA−A部分の断面図である。ここでは、x,y,zの座標軸も示している。
図19において、凹領域は周辺の基板厚さよりも薄い基板厚さを持つ領域であり、空気領域AAに対する表面波モードの遮へい効果は小さい。したがって、この領域に入出力結合手段を近接した場合に結合が得やすい。例えば、図5に示したように、信号伝達部100と入出力結合部200とから通信体103を構成する場合に、信号伝達部100の誘電体基板に、図19に示した凹領域を形成する。そしてその凹領域に入出力結合部200を近接または嵌め込めばよい。
<< Sixth Embodiment >>
FIG. 19A is a top view of a communication body according to the sixth embodiment, and FIG. 19B is a cross-sectional view of the AA portion in FIG. 19A. Here, the coordinate axes of x, y, and z are also shown.
In FIG. 19, the concave region is a region having a substrate thickness thinner than the peripheral substrate thickness, and the shielding effect of the surface wave mode on the air region AA is small. Therefore, the coupling is easy to obtain when the input / output coupling means is close to this region. For example, as illustrated in FIG. 5, when the communication body 103 is configured by the signal transmission unit 100 and the input / output coupling unit 200, the concave region illustrated in FIG. 19 is formed on the dielectric substrate of the signal transmission unit 100. To do. Then, the input / output coupling portion 200 may be brought close to or fitted in the recessed area.

図19において凸領域は周辺の基板厚さよりも厚い基板厚さを持つ領域であり、空気領域AAに対する表面波モードの遮へい効果は大きい。円柱側面によるエネルギー閉じ込め効果により、表面波モードに結合する共振器として作用する。そのため、共振系を含む信号伝達系を構成できる。   In FIG. 19, the convex region is a region having a substrate thickness thicker than the peripheral substrate thickness, and the shielding effect of the surface wave mode with respect to the air region AA is large. It acts as a resonator coupled to the surface wave mode due to the energy confinement effect by the cylindrical side surface. Therefore, a signal transmission system including a resonance system can be configured.

前記凹領域及び凸領域の平面形状は円形に限らず矩形や多角形であってもよい。また断面形状は、臼状またはドーム状であってもよい。   The planar shape of the concave region and the convex region is not limited to a circle and may be a rectangle or a polygon. The cross-sectional shape may be a mortar shape or a dome shape.

図6に示したカプラ301と基本構造は同じで、終端抵抗部RAを備えない構造のカプラを試作し、その特性を実測した。通信体の誘電体基板と入出力結合体の誘電体基板の各部の寸法は次のとおりである。   A coupler having the same basic structure as that of the coupler 301 shown in FIG. 6 and having no termination resistor RA was prototyped and its characteristics were measured. The dimensions of each part of the dielectric substrate of the communication body and the dielectric substrate of the input / output combination are as follows.

〈通信体の誘電体基板〉
・基板外形寸法:90×90×t0.75mm
・グランド外形寸法:70×70×t0.035mm
・ビア径:φ0.3mm(貫通穴、内壁メッキ)
・内導体径(ビア接続のランド径):φ0.6mm
・内導体/外導体間のリング状ギャップ:0.25mm
〈入出力結合体の誘電体基板〉
・ビア径:φ0.3mm(貫通穴、内壁メッキ)
・内導体径:ビア径+0.3mm
・内導体/外導体のギャップ:0.2mm
・外導体径:φ8.2mm
・基板外形寸法:8.7×8.7mm(外導体径+0.5mm の正方形)
・基板厚さ: 0.75mm
入出力結合体の誘電体基板を通信体の誘電体基板に密着させ、互いのビアが対向する位置でポート間距離(r)を0mmとする。ポート間距離(r)を0〜36mmの範囲で数水準設定したときの順方向伝送係数S21の周波数特性を図20に示す。
<Dielectric substrate of communication body>
・ Board dimensions: 90 × 90 × t0.75mm
・ Ground external dimensions: 70 × 70 × t0.035mm
・ Via diameter: φ0.3mm (through hole, inner wall plating)
・ Inner conductor diameter (land diameter of via connection): φ0.6mm
・ Ring gap between inner and outer conductors: 0.25mm
<Dielectric substrate for input / output coupling>
・ Via diameter: φ0.3mm (through hole, inner wall plating)
・ Inner conductor diameter: Via diameter + 0.3mm
・ Gap between inner conductor and outer conductor: 0.2mm
・ Outer conductor diameter: φ8.2mm
・ Board dimensions: 8.7 x 8.7mm (outer conductor diameter + 0.5mm square)
・ Board thickness: 0.75mm
The dielectric substrate of the input / output combination is brought into close contact with the dielectric substrate of the communication body, and the distance (r) between the ports is set to 0 mm at the position where the vias face each other. FIG. 20 shows the frequency characteristics of the forward transmission coefficient S21 when the inter-port distance (r) is set to several levels within the range of 0 to 36 mm.

図20(A)に示すように、ポート間距離(r)が0mmのときは最大−8dBat71GHzが得られるが、64GHz付近に大きな減衰極が見られる。1mm以上は比較的平坦な特性になる。1〜2mmにかけて減衰量が小さくなり、2〜4mmにかけて減衰量が大きくなる。なお、入出力結合体の誘電体基板の外形寸法が8.7mmであるので、5mm以下は基板の内側であり、端面における反射の影響を受けている可能性が高い。   As shown in FIG. 20A, when the inter-port distance (r) is 0 mm, a maximum of −8 dBat 71 GHz is obtained, but a large attenuation pole is seen in the vicinity of 64 GHz. If it is 1 mm or more, the characteristics are relatively flat. The attenuation decreases from 1 to 2 mm, and increases from 2 to 4 mm. Since the outer dimension of the dielectric substrate of the input / output coupling body is 8.7 mm, 5 mm or less is inside the substrate and is highly likely to be affected by reflection at the end face.

図20(B)に示すように、ポート間距離(r)が5mmから9mmにかけては徐々に減衰量が増大している。比較的平坦に見える。   As shown in FIG. 20B, the attenuation gradually increases as the inter-port distance (r) increases from 5 mm to 9 mm. Looks relatively flat.

図20(C)に示すように、ポート間距離(r)が10mmでS21はおよそ−25dB程度になっている。ポート間距離(r)が10mmを超えるとリップルの振幅がさらに大きくなる。   As shown in FIG. 20C, the inter-port distance (r) is 10 mm, and S21 is about −25 dB. When the inter-port distance (r) exceeds 10 mm, the ripple amplitude further increases.

図20(D)に示すように、ポート間距離(r)が20mmを超えると、S21は−30dB程度で、リップルの振幅がさらに大きくなる。リップル振幅が顕著になる理由は、直接伝搬と定在波の振幅レベルが同程度になるためであると考えられる。   As shown in FIG. 20D, when the inter-port distance (r) exceeds 20 mm, S21 is about −30 dB, and the amplitude of the ripple is further increased. The reason why the ripple amplitude becomes conspicuous is considered to be that the amplitude levels of the direct propagation and the standing wave are approximately the same.

次に、S21のポート間距離依存性について調べた。ここでは、リップルの影響を軽減して評価するために所定の評価帯域を定め、その帯域内における電力平均および標準偏差を算出して評価した。評価帯域は次の2通りに設定した。   Next, the inter-port distance dependency of S21 was examined. Here, in order to reduce and evaluate the influence of ripple, a predetermined evaluation band was defined, and the power average and standard deviation within the band were calculated and evaluated. The evaluation band was set in the following two ways.

(I)58.5〜61.5GHz(3GHz幅、比帯域5%)
(II)57〜63GHz(6GHz幅、比帯域10%)
図21(A)にS21の平均値のポート間距離依存性を示す。電力次元で平均をとってdB表示したものである。また、上下誤差範囲は、帯域内の標準偏差σを求め、平均電力をpとしてp±σの範囲をdB表示したものである。
(I) 58.5 to 61.5 GHz (3 GHz width, specific bandwidth 5%)
(II) 57 to 63 GHz (6 GHz width, specific bandwidth 10%)
FIG. 21A shows the inter-port distance dependency of the average value of S21. The power dimension is averaged and displayed in dB. The vertical error range is obtained by calculating the standard deviation σ in the band, and displaying the range of p ± σ in dB with the average power as p.

ポート間距離(r)0mm、すなわち通信体と入出力結合体のビア同士が対向する位置において、S21は最大となり、3GHz帯域で−12.4dB、6GHz帯域で−13.4dBである。以後、ポート間距離(r)が増大するにつれて減衰していく。ポート間距離(r)が1mmのときに不規則な振る舞いが見られるが、5mm以内の範囲は入出力結合体の誘電体基板の内側であり、端面における反射の影響を受けている可能性が高い。   The distance between ports (r) is 0 mm, that is, at the position where the vias of the communication body and the input / output body face each other, S21 is the maximum, −12.4 dB in the 3 GHz band, and −13.4 dB in the 6 GHz band. Thereafter, the distance decreases as the inter-port distance (r) increases. Irregular behavior is seen when the distance (r) between the ports is 1 mm, but the range within 5 mm is inside the dielectric substrate of the input / output coupler and may be affected by reflection at the end face. high.

図21(A)に示したS21変動幅(p±σのdB差)のポート間距離依存性を図21(B)に示す。この値は帯域内におけるリップル振幅に対応して変動する指標である。ポート間距離(r)が15mmまでは5dB以下で比較的平坦であるが、15mmを超えるとS21の変動幅は3GHz幅および6GHz幅ともに大きくなり、振る舞いも不規則となる。   FIG. 21B shows the inter-port distance dependency of the S21 fluctuation range (dB difference of p ± σ) shown in FIG. This value is an index that varies according to the ripple amplitude in the band. The inter-port distance (r) is relatively flat at 5 dB or less up to 15 mm, but if it exceeds 15 mm, the fluctuation range of S21 becomes large for both 3 GHz width and 6 GHz width, and the behavior becomes irregular.

今回の測定結果が2次元的な伝搬であることを検証するために、ポート間距離の依存性を(1/ポート間距離(r))のべき乗関数に近似して評価することを考える。理想的な等方性伝搬(放射)の場合、信号の電力密度は、3次元でポート間距離(r)の2乗に反比例し、2次元でポート間距離(r)の1乗に反比例する。したがって、(1/ポート間距離(r))のべき乗関数の指数が伝搬の次元数に対応している。すなわち、指数が1のときは2次元に対応し、2のときは3次元に対応している。   In order to verify that the measurement result this time is two-dimensional propagation, it is considered to evaluate the dependence of the inter-port distance by approximating it to a power function of (1 / inter-port distance (r)). In the case of ideal isotropic propagation (radiation), the signal power density is inversely proportional to the square of the inter-port distance (r) in three dimensions and inversely proportional to the square of the inter-port distance (r) in two dimensions. . Therefore, the exponent of the power function of (1 / port distance (r)) corresponds to the number of dimensions of propagation. That is, when the index is 1, it corresponds to two dimensions, and when it is 2, it corresponds to three dimensions.

図21(A)の横軸(ポート間距離(r))を対数表示としたものを図22に示す。このような表示形式においてべき乗関数は線形となり、その傾きから指数を評価することができる。帯域幅は3GHz、6GHzのどちらでもポート間距離(r)が2mm以上でほぼ同一の直線上に乗っており、べき乗関数に近似できることが分かる。ポート間距離(r)が5〜14mmの区間1におけるべき乗指数は、3GHz幅帯域で1.26、6GHz幅帯域で1.23となり、損失を考慮すると2次元伝搬に近似する特性であることが分かる。   FIG. 22 shows logarithmic display of the horizontal axis (distance between ports (r)) in FIG. In such a display format, the power function is linear, and the index can be evaluated from the slope. It can be seen that both the bandwidths are 3 GHz and 6 GHz and the distance (r) between the ports is 2 mm or more and they are on the same straight line and can be approximated by a power function. The power exponent in section 1 where the inter-port distance (r) is 5 to 14 mm is 1.26 in the 3 GHz band and 1.23 in the 6 GHz band, and it is a characteristic that approximates two-dimensional propagation in consideration of loss. I understand.

同図中に合わせて参照線(べき乗指数=1.25)を示したが、測定結果はこれにほぼ平行であることが確認できる。   A reference line (power exponent = 1.25) is also shown in the figure, and it can be confirmed that the measurement result is almost parallel to this.

試作したカプラと同様のカプラをモデルとしてシミュレーションをおこなったところ、前記実験とは異なりリップルがほとんど見られない。シミュレーションにおいては、モデル周囲を吸収境界で覆っており、反射の影響が少ないためと考えられる。したがって、実験におけるリップルの原因は通信体の誘電体基板の外端における反射の影響と推測できる。   When a simulation was performed using a coupler similar to the prototype coupler as a model, ripples were hardly seen unlike the experiment. In the simulation, it is considered that the model is covered with an absorption boundary and the influence of reflection is small. Therefore, the cause of the ripple in the experiment can be assumed to be the influence of reflection at the outer end of the dielectric substrate of the communication body.

次に、実験のときと同様に60GHzを中心とする3GHz幅および6GHz幅の帯域におけるS21の平均値による評価をおこなった。実験結果とシミュレーション結果の比較を、帯域幅3GHzについて図23(A)、帯域幅6GHzについて図23(B)に示す。これらの図から、シミュレーション結果と実験結果は類似する減衰傾向であることが分かる。シミュレーション結果については、1〜12mmの区間で直線上に乗っており、(1/ポート間距離(r))のべき乗関数で近似すると、べき乗指数は3GHz幅帯域で1.02、6GHz幅帯域で1.03となる。これらの値はほぼ理想的な2次元伝搬特性であることを示している。   Next, as in the case of the experiment, evaluation was performed based on the average value of S21 in a band of 3 GHz and 6 GHz centered on 60 GHz. Comparison between the experimental results and the simulation results is shown in FIG. 23A for a bandwidth of 3 GHz and FIG. 23B for a bandwidth of 6 GHz. From these figures, it can be seen that the simulation results and the experimental results have similar attenuation tendencies. The simulation results are on a straight line in a section of 1 to 12 mm. When approximated by a power function of (1 / port distance (r)), the power exponent is 1.02 in the 3 GHz bandwidth and 6 GHz bandwidth. 1.03. These values indicate almost ideal two-dimensional propagation characteristics.

前述した通り、実験におけるべき乗指数は1.25であり、シミュレーション結果よりも約0.2大きい。これは理想的な2次元伝搬からの劣化を示しており、原因として伝送損失や放射損失が考えられる。   As described above, the power exponent in the experiment is 1.25, which is about 0.2 larger than the simulation result. This indicates deterioration from ideal two-dimensional propagation, and transmission loss and radiation loss are considered as causes.

10…誘電体基板
11…地導体
12…中心導体
13…導体ビア(励振導体)
14…ストリップライン(励振導体)
15…周辺導体
16…抵抗体
20…誘電体基板
21…周囲導体
22…中心導体
23…導体ビア(励振導体)
100…信号伝達部
101〜104…通信体
200…入出力結合部
201…入出力結合体
301…カプラ
AA…空気領域
EA…励振領域
RA…終端抵抗部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Dielectric substrate 11 ... Ground conductor 12 ... Center conductor 13 ... Conductor via (excitation conductor)
14 ... Stripline (Excitation conductor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Peripheral conductor 16 ... Resistor 20 ... Dielectric board 21 ... Peripheral conductor 22 ... Center conductor 23 ... Conductor via (excitation conductor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Signal transmission part 101-104 ... Communication body 200 ... Input / output coupling part 201 ... Input / output coupling body 301 ... Coupler AA ... Air area EA ... Excitation area RA ... Termination resistance part

Claims (6)

互いに対向する第1主面及び第2主面を有する誘電体基板と、前記誘電体基板の第2主面のほぼ全面に形成された地導体と、前記地導体の外周に接続され、前記誘電体基板を伝搬する信号の反射を抑制する終端抵抗部と、を備え、前記誘電体基板の第1主面を、前記誘電体基板を伝搬する表面波モードについての結合面とした、通信体。   A dielectric substrate having a first main surface and a second main surface facing each other; a ground conductor formed on substantially the entire second main surface of the dielectric substrate; and an outer periphery of the ground conductor, And a termination resistor that suppresses reflection of a signal propagating through the body substrate, and the first main surface of the dielectric substrate is a coupling surface for a surface wave mode that propagates through the dielectric substrate. 前記誘電体基板の内部に、前記地導体との間に一定の間隙を隔てて配置され、前記地導体との間に電位差が与えられることにより前記表面波モードが励振される励振導体が設けられた、請求項1に記載の通信体。   Provided inside the dielectric substrate is an excitation conductor that is arranged with a certain gap from the ground conductor and that excites the surface wave mode by applying a potential difference to the ground conductor. The communication body according to claim 1. 互いに対向する第1主面及び第2主面を有し、平面の大きさが前記表面波モードの波長の大きさに略一致する誘電体基体と、前記誘電体基体の内部に形成された励振導体と、前記励振導体の周囲に一定の間隙を隔てて且つ前記誘電体基体の第2主面に形成された周囲導体と、が形成された入出力結合部を備えた、請求項1に記載の通信体。   A dielectric substrate having a first main surface and a second main surface facing each other, the size of the plane of which substantially matches the wavelength of the surface wave mode; and an excitation formed inside the dielectric substrate 2. The input / output coupling portion according to claim 1, further comprising: a conductor, and a peripheral conductor formed on the second main surface of the dielectric substrate with a certain gap around the excitation conductor. Communication body. 前記通信体の動作周波数の上限(fmax)と前記誘電体基板の比誘電率(εr)に基づいて、前記誘電体基板の厚み寸法hを下記の条件式で表される値に設定して、前記誘電体基板を単一モードの表面波モードが伝搬するようにした、請求項1、2または3に記載の通信体。
条件式:h ≦c0/(2fmax*√(εr-1)) (c0:光速度)
Based on the upper limit (fmax) of the operating frequency of the communication body and the relative dielectric constant (εr) of the dielectric substrate, the thickness dimension h of the dielectric substrate is set to a value represented by the following conditional expression: The communication body according to claim 1, wherein a single-mode surface wave mode propagates through the dielectric substrate.
Conditional expression: h ≤ c0 / (2fmax * √ (εr-1)) (c0: speed of light)
前記誘電体基板の一部に、前記厚み寸法hとは異なる厚み部分を備える、請求項4に記載の通信体。   The communication body according to claim 4, wherein a part of the dielectric substrate is provided with a thickness portion different from the thickness dimension h. 請求項1〜5のいずれかに記載の通信体と、それに結合する入出力結合体とを備え、
前記入出力結合体は、互いに対向する第1主面及び第2主面を有し、平面の大きさが前記表面波モードの波長の大きさに略一致する誘電体基体と、前記誘電体基体の内部に形成された励振導体と、前記励振導体の周囲に一定の間隙を隔てて且つ前記誘電体基体の第2主面に形成された周囲導体と、を備え、
前記通信体の第1主面に前記入出力結合体の第1主面が対向するように配置されたカプラ。
A communication body according to any one of claims 1 to 5 and an input / output coupling body coupled thereto,
The input / output coupling body has a first main surface and a second main surface facing each other, and a dielectric substrate whose plane size substantially matches the wavelength of the surface wave mode, and the dielectric substrate An excitation conductor formed inside, and a surrounding conductor formed on the second main surface of the dielectric substrate with a certain gap around the excitation conductor,
A coupler disposed such that the first main surface of the input / output coupler faces the first main surface of the communication body.
JP2009047234A 2009-02-27 2009-02-27 Communication unit and coupler Pending JP2010206319A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009047234A JP2010206319A (en) 2009-02-27 2009-02-27 Communication unit and coupler

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009047234A JP2010206319A (en) 2009-02-27 2009-02-27 Communication unit and coupler

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010206319A true JP2010206319A (en) 2010-09-16

Family

ID=42967395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009047234A Pending JP2010206319A (en) 2009-02-27 2009-02-27 Communication unit and coupler

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010206319A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8674791B2 (en) 2010-09-21 2014-03-18 Tdk Corporation Signal transmission device, filter, and inter-substrate communication device
US8810338B2 (en) 2010-08-31 2014-08-19 Tdk Corporation Signal transmission device, filter, and inter-substrate communication device
US8823216B2 (en) 2010-08-31 2014-09-02 Tdk Corporation Signal transmission device, filter, and inter-substrate communication device
US8866568B2 (en) 2010-08-31 2014-10-21 Tdk Corporation Signal transmission device, filter, and inter-substrate communication device
US9054428B2 (en) 2010-12-28 2015-06-09 Tdk Corporation Antenna and wireless communication unit

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5989008A (en) * 1982-09-27 1984-05-23 ロジヤ−ス・コ−ポレ−シヨン Surface wave antenna and method of producing same
JPH05129831A (en) * 1991-04-02 1993-05-25 Arimura Giken Kk Surface wave line array antenna
JP2001313520A (en) * 2000-04-28 2001-11-09 Fukui Prefecture Planar antenna
JP2006270165A (en) * 2005-03-22 2006-10-05 Serukurosu:Kk Communication system, interface device, seat device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5989008A (en) * 1982-09-27 1984-05-23 ロジヤ−ス・コ−ポレ−シヨン Surface wave antenna and method of producing same
JPH05129831A (en) * 1991-04-02 1993-05-25 Arimura Giken Kk Surface wave line array antenna
JP2001313520A (en) * 2000-04-28 2001-11-09 Fukui Prefecture Planar antenna
JP2006270165A (en) * 2005-03-22 2006-10-05 Serukurosu:Kk Communication system, interface device, seat device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8810338B2 (en) 2010-08-31 2014-08-19 Tdk Corporation Signal transmission device, filter, and inter-substrate communication device
US8823216B2 (en) 2010-08-31 2014-09-02 Tdk Corporation Signal transmission device, filter, and inter-substrate communication device
US8866568B2 (en) 2010-08-31 2014-10-21 Tdk Corporation Signal transmission device, filter, and inter-substrate communication device
US9166265B2 (en) 2010-08-31 2015-10-20 Tdk Corporation Signal transmission device, filter, and inter-substrate communication device
US8674791B2 (en) 2010-09-21 2014-03-18 Tdk Corporation Signal transmission device, filter, and inter-substrate communication device
US9054428B2 (en) 2010-12-28 2015-06-09 Tdk Corporation Antenna and wireless communication unit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9472840B2 (en) Dielectric waveguide comprised of a core, a cladding surrounding the core and cylindrical shape conductive rings surrounding the cladding
JP2020061735A (en) Waveguide device and antenna device
JP6143971B2 (en) Coaxial microstrip line conversion circuit
JP6200613B1 (en) Diplexer and transmission / reception system
JP2020065251A (en) Connection structure between waveguide and coaxial cable
JP2010206319A (en) Communication unit and coupler
JP6392563B2 (en) Suppression modes in antenna feeds with coaxial waveguides.
JP2015043562A5 (en)
EP2953207A1 (en) Circularly-polarized patch antenna
Polemi et al. Closed form expressions for the modal dispersion equations and for the characteristic impedance of a metamaterial-based gap waveguide
JP2016149650A (en) Waveguide, wireless power transmission system, and wireless communication system
JP2021007209A (en) Slot array antenna
JP2010074790A (en) Communication body and coupler
Pishnamaz et al. Reducing waves on the body surface in near-field medical diagnostics by a dielectric rod antenna
JP2010074794A (en) Coupler and communication device
JP2021118446A (en) Waveguide device
JP2001083102A (en) Electromagnetic-wave type concentration measuring instrument
Mongia et al. Equivalent circuit parameters of an aperture coupled open resonator cavity
JP3334680B2 (en) High frequency circuit device and communication device
Bialkowski et al. Analysis of an N-way radial cavity divider with a coaxial central port and waveguide output ports
Berdnik et al. E-plane T-junction of rectangular waveguides with vibrator-slot coupling between arms
JPWO2013140840A1 (en) Planar circuit-waveguide converter
Noda et al. Circular planar coupler for UWB 2-D communication
JP5157780B2 (en) Coupler
Sharma et al. Analysis of a post discontinuity in an oversized circular waveguide

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20111219

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121114

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121120

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130312