JP4252195B2

JP4252195B2 - High frequency line converter

Info

Publication number: JP4252195B2
Application number: JP2000193020A
Authority: JP
Inventors: 有一朗沖; 康次郎南谷
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2020-06-27
Also published as: JP2002009512A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロストリップ線路から導波管またはその逆へ信号を伝達する変換器に関し、特にその構造上、マイクロ波帯からミリ波帯での変換に適した変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロストリップ線路から導波管へまたはその逆方向へ高周波信号を伝達する変換器（以降、変換器と略称する）として、図３に示す構造のものが知られていた。本図において、１は矩形導波管、５はセラミック等の誘電体からなる基板、５ａは基板５の表面にパターニングされたマイクロストリップ線路、６は一端が開放された中空のブロックを示す。
【０００３】
本図に示すように、矩形導波管１とブロック６の間に基板５を挟持している。ブロック６は中空になっており、矩形導波管１の長手方向に垂直な断面における管内寸法と同一の断面寸法を有している。また、開放された一端が基板５の表面に被着され、他方が塞がれて導波管の終端面と同一の機能を持たせている。
【０００４】
一方、基板５には、矩形導波管１とブロック６との連続性を保つため、その表裏を貫通するスルーホール（図示せず）が設けられている。マイクロストリップ線路５ａの先端部は、ブロック６の中空部内に突出するよう配置され、ブロック６で形成された導波管終端面とλ／４（λは高周波の導波管管内波長）離間している。
【０００５】
また、図４に示す構造の変換器も知られていた。なお、本図において、（ａ）は縦断面を（ｂ）は横断面（Ａ−Ａ断面）を示し、１は矩形導波管、３及び７はセラミック等の誘電体からなる基板、３ａはマイクロストリップ線路、３ｂはスロット共振器、７ａは放射素子を示す。
【０００６】
これは表面にマイクロストリップ線路３ａ、裏面にスロット共振器３ｂを設けた基板３を矩形導波管１の終端面に被着し、さらに矩形導波管１内にスロット共振器３ｂからλ／４離間して対向した位置にパッチ状の放射素子７ａを設けた基板７をもう１枚配設するもので、２枚の基板３、７で構成する変換器である。なお、本例におけるスロット共振器３ｂは、基板３のグランドパターンの一部を除去して形成したものであり、マイクロストリップ線路３ａの先端部と重畳する所に位置している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記図３のような変換器では、ブロックを加工し基板上に接合する必要があるため、部品点数が多く組み立てに時間がかかり、薄型化が難しい。しかも、この変換器がミリ波領域で使用されるならば、基板をきわめて薄く、スルーホールのピッチをきわめて小さくする必要があるため、非常に破損しやすい。
【０００８】
また、図４の構造の変換器では、基板２枚で構成しているため部品点数が多くまた導波管を複雑に加工し、組み立てにも時間がかかりコスト的に不利な構造である。
本発明は上記問題点を解消し、マイクロ波帯からミリ波帯での伝送線路の変換に適した変換器を提供することを目的とする。また、本発明のもうひとつの目的は、生産コストを削減し非常にシンプルな変換器を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の変換器は、基板表面にマイクロストリップ線路裏面にスロット共振器を設け、そのスロット共振器側にインピーダンスの異なる導波管を介して他の導波管に接続し、変換器の構造を簡素化するように構成したものである。
また、インピーダンスの異なる導波管が４分の１波長の長さで、そのインピーダンスがマイクロストリップ線路のインピーダンスよりも大きく他の導波管のインピーダンスよりも小さくし、インピーダンスの異なる導波管のインピーダンスを適当に設定することにより低損失、広帯域の特性を得られるようにしたものである。
さらに、インピーダンスの異なる導波管が金属板にスロットを形成した構造物で作成されており、その金属板にマイクロストリップ線路を形成した基板を貼り付け、金属板には他の導波管を接続するネジ穴若しくは貫通穴を設けることで、この金属板を他の導波管に取り付けるのみで変換器を構成するようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面に沿って説明する。なお、複数の図面にわたって同一または相当するものには、同一の符号を付し、説明の重複を避けた。
図１は本発明の実施の形態で、矩形導波管からマイクロストリップ線路への変換器を示し、２は変換器の導波管部を示す。本実施形態の変換器は、導波管部２とこれに被着した基板３からなり、基板３は図４に示したものと同様のものである。
【００１１】
導波管部２は、矩形導波管からなり、矩形導波管１の端面から所定長の部分の短辺を狭く加工して形成したものである。これは、通常の導波管形成によく用いられる押し出し成形や引き抜き加工と異なり、ポンチとダイスを使用した冷間鍛造（インパクト成形）を用い矩形導波管１と導波管部２を一体的に形成している。マイクロストリップ線路３ａのインピーダンスが５０Ω、矩形導波管のインピーダンスが３００Ω以上であり、これらのマッチングを取るため導波管部２のインピーダンスを約１２０Ωとしている。そのため上記所定長はλ／４（λは高周波の導波管部管内波長）とし、短辺を矩形導波管１の１．５５ｍｍから０．５２ｍｍに縮小している。
【００１２】
しかしながら、厳密に言うと、導波管のインピーダンスは一意的に決まらない。インピーダンスの定義の仕方で数種類考えられるからである。
本例では、導波管部２のインピーダンスＺの値を次のような近似式を用いて決定している。即ち、マイクロストリップ線路のインピーダンスをＺｓ、矩形導波管のインピーダンスをＺｗとすると、
【００１３】
【数１】

【００１４】
で表される。ここで、Ｚｓ＝５０Ω、Ｚｗ＝３００Ωの場合、
【００１５】
【数２】

【００１６】
となる。因みに、５０Ωは一般的に採用されるマイクロストリップ線路のインピーダンスであり、３００Ωは通常使用される導波管のインピーダンスである。
本実施形態では、マイクロストリップ線路３ａの磁界成分に基板３裏面のスロット共振器３ｂの長辺方向が平行するようにスロット共振器３ｂを設け、さらに導波管部２の磁界成分にも平行するような構造である。このような構造にすることにより、マイクロストリップ線路３ａの磁界がスロット共振器３ｂに磁界結合し、さらに導波管部２に磁界結合することで変換器として動作する。このような構造となっていることから、マイクロストリップ線路３ａとスロット共振器３ｂの位置関係を適当に設定し、スロット共振器３ｂの寸法や導波管部２の寸法を使用周波数帯の波長で適当に設定することにより、マイクロ波帯からミリ波帯において構造が簡単な変換器を構成できる。
【００１７】
なお、動作周波数が７６ＧＨｚ帯のいわゆるミリ波帯の場合、基板は０．１ｍｍ程度に薄くする必要があるため、構造的に弱くなる。本実施の形態では、基板を導波管部端面に被着する構成のため、図３に示したものに比べて余計な負荷をかけずに済み、破損しずらい構造となっている。但し、機械振動の負荷が掛かる車載レーダ等に使用する場合は、基板のグランドパターンに金属板を被着するなどの補強をする必要がある。
【００１８】
図２は、このような場合に有用な実施例を示したものであり、４は金属板を示す。金属板４は、例えばＭＩＣのいわゆるベタアースをとるために用いられているキャリア板と呼ばれるものを使用できる。上記のように動作周波数が７６ＧＨｚの場合、λ／４＝１．１ｍｍとなるため、導波管部の長さは１．１ｍｍとなる。これを金属板４の厚さとし、図示のようにスロット４ａを形成し、導波管部としている。さらにこの金属板４には、導波管フランジの穴に合致するようネジ穴４ｂが設けられている。これらスロット４ａ、ネジ穴４ｂは、金属板４を圧延鋼板等の素材から形成するとき、プレス加工で同時に打ち抜いて形成できる。なお、前述の導波管フランジは、導波管端部に取り付けて使用される接合用の部品で、一般に流通する標準部品である。
【００１９】
一方、金属板４上には、前述のマイクロストリップ線路３ａとスロット共振器３ｂを設けた基板３がハンダ等で貼り付けられている。なお、磁界結合を図るため、スロット共振器３ｂとスロット４ａは重畳するように配置され、スロット共振器３ｂの長辺方向がスロット４ａにおける高周波の磁界成分の方向に平行となっている。
【００２０】
このような構成とすることによって、変換器をコンパクトにすることができるうえ、前述のようにプレス加工の利用で容易に製造できる。しかもネジ穴４ｂと導波管フランジに形成されている貫通穴にネジを通して締結することができるので、組み立てがネジ数本（本例では２本）の締結のみで済む。
【００２１】
以上、発明の実施の形態について述べたが、本発明はこれに限らず請求の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、高周波線路をマイクロストリップ線路としたが、ストリップ線路、スロット線路、トリプレート線路等、他の高周波線路を用いることもできる。但し、マイクロストリップ線路とする方が基板裏面に形成したスロット共振器と結合がとり易いといった点で有利である。
また、上記実施の形態では、金属板に導波管との取り付けのためにネジ穴を設けたが、これを貫通穴とし、ボルトとナットやリベット等で締結できるようにしてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、基板表面に高周波線路、基板裏面にスロット共振器を設け、インピーダンス整合をする導波管部を介して導波管に繋ぐものであるため、簡単に構成でき、しかも基板の強度が弱くても破損しずらい構造にでき、ミリ波帯での変換に適した変換器を提供することができる。
【００２３】
また、変換器の導波管部を加工した金属板で構成するため、そこへ基板を貼り付けるだけで変換器を構成することが出来る。この際、変換器を基板と金属板だけで構成するというシンプルな構造であるため信頼性があり、特性も広帯域、低損失の変換器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を示す図である。
【図３】従来の変換器の例を示す図である。
【図４】従来の変換器の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１：矩形導波管、２：導波管部、３：基板、３ａ：マイクロストリップ線路、３ｂ：スロット共振器、４：金属板、４ａ：スロット、４ｂ：ネジ穴、５：基板、６：ブロック、７：基板、７ａ：放射素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a converter for transmitting a signal from a microstrip line to a waveguide or vice versa, and more particularly to a converter suitable for conversion from a microwave band to a millimeter wave band because of its structure.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a converter having a structure shown in FIG. 3 has been known as a converter for transmitting a high-frequency signal from a microstrip line to a waveguide or vice versa (hereinafter referred to as a converter). In this figure, 1 is a rectangular waveguide, 5 is a substrate made of a dielectric material such as ceramic, 5a is a microstrip line patterned on the surface of the substrate 5, and 6 is a hollow block with one end open.
[0003]
As shown in this figure, a substrate 5 is sandwiched between a rectangular waveguide 1 and a block 6. The block 6 is hollow and has the same cross-sectional dimension as the in-tube dimension in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the rectangular waveguide 1. Moreover, the open end is attached to the surface of the substrate 5, and the other end is closed to give the same function as the end face of the waveguide.
[0004]
On the other hand, in order to maintain continuity between the rectangular waveguide 1 and the block 6, the substrate 5 is provided with a through hole (not shown) penetrating the front and back. The tip of the microstrip line 5a is disposed so as to protrude into the hollow portion of the block 6, and is spaced apart from the waveguide termination surface formed by the block 6 by λ / 4 (λ is a high-frequency wavelength within the waveguide). Yes.
[0005]
A converter having the structure shown in FIG. 4 is also known. In this figure, (a) shows a longitudinal section, (b) shows a transverse section (AA section), 1 is a rectangular waveguide, 3 and 7 are substrates made of a dielectric material such as ceramic, and 3a is A microstrip line, 3b is a slot resonator, and 7a is a radiating element.
[0006]
In this method, a substrate 3 having a microstrip line 3a on the front surface and a slot resonator 3b on the back surface is attached to the end surface of the rectangular waveguide 1, and further, λ / 4 from the slot resonator 3b into the rectangular waveguide 1. Another substrate 7 provided with patch-like radiating elements 7 a is disposed at a position facing and spaced apart from each other, and is a converter composed of two

substrates

3 and 7. The slot resonator 3b in this example is formed by removing a part of the ground pattern of the substrate 3, and is located at a position overlapping the tip of the microstrip line 3a.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the converter as shown in FIG. 3, since the blocks need to be processed and joined to the substrate, the number of parts is large, and it takes time to assemble and it is difficult to reduce the thickness. In addition, if this converter is used in the millimeter wave region, it is necessary to make the substrate very thin and the pitch of the through holes extremely small, so that the converter is very easily damaged.
[0008]
In addition, since the converter having the structure of FIG. 4 is composed of two substrates, the number of parts is large, the waveguide is complicatedly processed, and it takes time to assemble, which is disadvantageous in terms of cost.
An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a converter suitable for conversion of a transmission line from a microwave band to a millimeter wave band. Another object of the present invention is to provide a very simple converter with reduced production costs.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the converter of the present invention is provided with a slot resonator on the back surface of the microstrip line on the substrate surface, and connected to another waveguide via a waveguide having a different impedance on the slot resonator side Thus, the structure of the converter is simplified.
In addition, the waveguides with different impedances have a quarter wavelength length, the impedance is larger than the impedance of the microstrip line and smaller than the impedances of the other waveguides, By appropriately setting, low loss and wide band characteristics can be obtained.
Furthermore, waveguides with different impedances are made of a structure in which slots are formed on a metal plate. A substrate with a microstrip line is attached to the metal plate, and another waveguide is connected to the metal plate. By providing a screw hole or a through-hole, the converter is configured only by attaching this metal plate to another waveguide.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol was attached | subjected to the same or equivalent thing over several drawings, and the duplication of description was avoided.
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, showing a converter from a rectangular waveguide to a microstrip line, and 2 showing a waveguide portion of the converter. The converter of this embodiment includes a waveguide portion 2 and a substrate 3 attached thereto, and the substrate 3 is the same as that shown in FIG.
[0011]
The waveguide portion 2 is made of a rectangular waveguide, and is formed by narrowing a short side of a predetermined length from the end face of the rectangular waveguide 1. This is different from the extrusion molding and drawing process often used for forming a normal waveguide, and the rectangular waveguide 1 and the waveguide section 2 are integrally formed by cold forging (impact molding) using a punch and a die. Is formed. The impedance of the microstrip line 3a is 50Ω, the impedance of the rectangular waveguide is 300Ω or more, and the impedance of the waveguide portion 2 is about 120Ω in order to match these. For this reason, the predetermined length is λ / 4 (λ is the high-frequency waveguide section in-tube wavelength), and the short side is reduced from 1.55 mm of the rectangular waveguide 1 to 0.52 mm.
[0012]
Strictly speaking, however, the impedance of the waveguide is not uniquely determined. This is because there are several possible ways of defining the impedance.
In this example, the value of the impedance Z of the waveguide portion 2 is determined using the following approximate expression. That is, if the impedance of the microstrip line is Zs and the impedance of the rectangular waveguide is Zw,
[0013]
[Expression 1]

[0014]
It is represented by Here, when Zs = 50Ω and Zw = 300Ω,
[0015]
[Expression 2]

[0016]
It becomes. Incidentally, 50Ω is the impedance of a commonly used microstrip line, and 300Ω is the impedance of a commonly used waveguide.
In the present embodiment, the slot resonator 3b is provided so that the long side direction of the slot resonator 3b on the back surface of the substrate 3 is parallel to the magnetic field component of the microstrip line 3a, and is further parallel to the magnetic field component of the waveguide section 2. It is a structure like this. With such a structure, the magnetic field of the microstrip line 3a is magnetically coupled to the slot resonator 3b, and is further magnetically coupled to the waveguide portion 2, thereby operating as a converter. Because of this structure, the positional relationship between the microstrip line 3a and the slot resonator 3b is set appropriately, and the dimensions of the slot resonator 3b and the waveguide portion 2 are set at the wavelength of the operating frequency band. By appropriately setting, a converter having a simple structure can be configured from the microwave band to the millimeter wave band.
[0017]
In the case of a so-called millimeter wave band with an operating frequency of 76 GHz, the substrate needs to be thinned to about 0.1 mm, so that the structure becomes weak. In the present embodiment, since the substrate is attached to the end face of the waveguide portion, an extra load is not required as compared with that shown in FIG. 3, and the structure is difficult to break. However, when used in an on-vehicle radar or the like that is subjected to a mechanical vibration load, it is necessary to reinforce such as attaching a metal plate to the ground pattern of the substrate.
[0018]
FIG. 2 shows an embodiment useful in such a case, and 4 indicates a metal plate. As the metal plate 4, for example, a so-called carrier plate used for taking a so-called solid ground of MIC can be used. When the operating frequency is 76 GHz as described above, since λ / 4 = 1.1 mm, the length of the waveguide portion is 1.1 mm. This is the thickness of the metal plate 4, and a slot 4a is formed as shown in the figure to form a waveguide portion. Further, the metal plate 4 is provided with a screw hole 4b so as to match the hole of the waveguide flange. These slots 4a and screw holes 4b can be formed by simultaneously punching by press working when the metal plate 4 is formed from a material such as a rolled steel plate. The above-mentioned waveguide flange is a joining component that is used by being attached to the end portion of the waveguide, and is a standard component that is generally distributed.
[0019]
On the other hand, on the metal plate 4, the substrate 3 provided with the above-described microstrip line 3a and the slot resonator 3b is bonded with solder or the like. In order to achieve magnetic field coupling, the slot resonator 3b and the slot 4a are arranged so as to overlap each other, and the long side direction of the slot resonator 3b is parallel to the direction of the high-frequency magnetic field component in the slot 4a.
[0020]
By adopting such a configuration, the converter can be made compact and can be easily manufactured by using press working as described above. In addition, since the screws can be fastened through the screw holes 4b and the through holes formed in the waveguide flange, the assembly can be performed only by fastening several screws (two in this example).
[0021]
Although the embodiments of the invention have been described above, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the spirit of the claims. For example, in the above embodiment, the high frequency line is a microstrip line, but other high frequency lines such as a strip line, a slot line, and a triplate line can also be used. However, the microstrip line is advantageous in that it can be easily coupled to the slot resonator formed on the back surface of the substrate.
In the above embodiment, a screw hole is provided in the metal plate for attachment to the waveguide. However, this may be a through hole that can be fastened with a bolt and a nut, a rivet or the like.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, a high-frequency line is provided on the front surface of the substrate, a slot resonator is provided on the back surface of the substrate, and the waveguide is connected to the waveguide through the impedance matching waveguide portion. It is possible to provide a converter suitable for conversion in the millimeter wave band, which can be easily damaged even if the strength is weak.
[0023]
In addition, since the waveguide portion of the converter is formed of a processed metal plate, the converter can be configured by simply attaching a substrate thereto. In this case, a converter having a simple structure in which the converter is composed only of a substrate and a metal plate is reliable, and a converter having a wide bandwidth and low loss can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a conventional converter.
FIG. 4 is a diagram showing another example of a conventional converter.
[Explanation of symbols]
1: rectangular waveguide, 2: waveguide section, 3: substrate, 3a: microstrip line, 3b: slot resonator, 4: metal plate, 4a: slot, 4b: screw hole, 5: substrate, 6: Block, 7: Substrate, 7a: Radiating element

Claims

In a high-frequency line converter for transmitting a signal from a high-frequency line to a waveguide or vice versa, a substrate having the high-frequency line formed on the front surface and a slot resonator formed on the back surface, the substrate and the waveguide A waveguide portion interposed between the tubes and electromagnetically coupled to the slot resonator. The waveguide portion has λ / 4 in which slots and screw holes or through holes are formed. A high-frequency line conversion comprising: a metal plate having a thickness of a wave tube portion tube wavelength, wherein the substrate is affixed on the waveguide portion so that the slot resonator and the slot overlap each other. vessel.