JP2004032800A

JP2004032800A - NRD Guide

Info

Publication number: JP2004032800A
Application number: JP2003202718A
Authority: JP
Inventors: Akinori Sato; 佐藤　昭典
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2018-06-29
Also published as: JP4035089B2

Abstract

【課題】３０ＧＨｚ以上のミリ波帯でも、損失の小さい伝送が可能なＮＲＤガイドと誘電体導波管との接続構造に用いられるＮＲＤガイドを提供する。
【解決手段】第１および第２の平板導体１、２間に誘電体線路３を配設してなるＮＲＤガイドＡにおいて、ＮＲＤガイドＡのＬＳＭモードの定在波の電界が強い箇所の第１の導体板１に開孔４を設けたＮＲＤガイドＡである。開孔４は、導波管Ｂの開放終端部５ａが接続されるか、あるいは誘電体導波管Ｂの側壁に設けた開孔が接続される。
【選択図】　図１Provided is an NRD guide used for a connection structure between a NRD guide and a dielectric waveguide, which enables transmission with low loss even in a millimeter wave band of 30 GHz or more.
In an NRD guide (A) having a dielectric line (3) disposed between first and second plate conductors (1) and (2), a first portion of the NRD guide (A) where a LSM mode standing wave electric field is strong is provided. This is an NRD guide A in which an opening 4 is provided in the conductor plate 1 of FIG. The opening 4 is connected to the open end 5a of the waveguide B or to an opening provided on the side wall of the dielectric waveguide B.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、ミリ波集積回路等に組み込まれ、高周波信号の伝送用として用いられるＮＲＤガイドと誘電体導波管とを接続するための構造に用いられるＮＲＤガイドに関する。
【従来の技術】
従来より、誘電体線路を１対の導体板によって挟持した単純な構造からなる非放射性誘電体線路（以下、ＮＲＤガイドという。）が高周波信号の伝送線路の１つとして用いられることが知られている。そして、このＮＲＤガイドを配線基板などに組み入れる場合、回路設計上、このＮＲＤガイドを他の高周波用伝送線路と接続することが必要不可欠であり、その場合、伝送特性の劣化なく接続することが重要である。
そこで、他の高周波伝送線路との接続構造として、ＮＲＤガイドと、マイクロストリップ線路とを接続するための構造が提案されている。その一般的な構造を図６に示す。図６によれば、一対の導体板１１、１２の間に誘電体線路３が配設されたＮＲＤガイドにおける導体板１１に、スロット孔１３を形成し、そのスロット孔１３の表面に、誘電体基板１４の表面に中心導体１５が形成された基板をスロット孔１３と中心導体１５の終端部とが所定の位置関係になるように載置することにより、ＮＲＤガイドとマイクロストリップ線路とを、ＮＲＤガイドの導体板１１に設けられたスロット孔１３を介して電磁的に接続するものである。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回路設計において高周波信号の周波数が３０ＧＨｚ以上のミリ波帯では、マイクロストリップ線路では伝送損失自体が大きくなるために，上記接続構造は信号周波数が３０ＧＨｚ以上である回路基板には不向きであった。
このマイクロストリップ線路に代わり、３０ＧＨｚ以上のミリ波に対してもＮＲＤガイドと同様に伝送損失の小さい線路として誘電体導波管が知られており、回路設計においても誘電体導波管を用いることが必要となる。しかしながら、ＮＲＤガイドと誘電体導波管との接続構造についてはこれまで全く報告がなかった。
従って、本発明は、３０ＧＨｚ以上のミリ波帯でも損失の小さい伝送が可能なＮＲＤガイドと誘電体導波管との接続構造に用いることができるＮＲＤガイドを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
本発明者は、第１および第２の平板導体間に誘電体線路を配設してなるＮＲＤガイドと、誘電体導波管とを伝送損失を小さく接続できる構造について検討を重ねた結果、ＮＲＤガイド内の信号の電界の水平成分が最大となる箇所の前記第１の導体板に開孔を設け、該開孔と誘電体導波管の開放断面とを接続すること、あるいは前記誘電体導波管の終端から管内波長の１／２波長長さ位置の側壁に開孔を設け、前記ＮＲＤガイドの開孔と、前記誘電体導波管の開孔とを接続することによって、前記目的が達成されることを見いだした。
すなわち、本発明のＮＲＤガイドは、第１および第２の平板導体間に誘電体線路を配設してなるＮＲＤガイドにおいて、前記ＮＲＤガイドのＬＳＭモードの定在波の電界が強い箇所の前記第１の導体板に開孔を設けたことを特徴とするものである。
また、本発明のＮＲＤガイドは、上記構成において、前記開孔を、前記誘電体線路の端部またはその次の前記ＬＳＭモードの定在波の電界が強い箇所に設けたことを特徴とするものである。
また、本発明のＮＲＤガイドは、上記構成において、前記開孔の形状は、前記ＮＲＤガイドの管内波長の半分以下の長さおよび前記誘電体線路と同じ程度の幅を持つ、矩形状、円形状または長孔状であることを特徴とするものである。
また、本発明のＮＲＤガイドは、上記構成において、前記開孔内に、前記誘電体線路と同程度の誘電率を有する誘電体を埋め込んだことを特徴とするものである。
また、本発明のＮＲＤガイドは、上記構成において、前記開孔は、導波管の開放終端部が接続されることを特徴とするものである。
また、本発明のＮＲＤガイドは、上記構成において、前記開孔は、導波管内に誘電体が充填された誘電体導波管の側壁に形成された開孔が接続されることを特徴とするものである。
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＮＲＤガイドについて、その概略斜視図である図１、図２をもとに説明する。
図１、図２に示すように、本発明のＮＲＤガイドＡは、一対の平行平板導体１、２間に、断面がａ×ｂの誘電体線路３が配設されており、端部は開放終端部３ａとなっている。このような構造のＮＲＤガイドＡにおいては、図３に示すようなＬＳＭモードによる電界の定在波が生じる。
本発明においては、誘電体導波管Ｂとの接続用として、この定在波の電界の強い部分、即ち、図３におけるＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４のいずれかの箇所における導体板１に、Ｐ１〜４の各箇所を中心とする開孔４を設ける。誘電体導波管Ｂとの回路設計の点からは、誘電体線路３の端部であるＰ１またはその次のＬＳＭモードの定在波の電界が強いＰ２の箇所に開孔４を設けることが望ましい。
なお、導体板１の開孔４内には、誘電体線路３と同程度の誘電率を有する誘電体を埋め込むことによって、誘電体導波管Ｂとの損失の少ない接続が得られる。一方、誘電体導波管Ｂは、断面が矩形状の金属の管５によって形成され、その内部には、誘電体６が埋め込まれている。
上記ＮＲＤガイドＡと誘電体導波管Ｂとは、ＮＲＤガイドＡにおける導体板１に設けられた開孔４を介して接続される。接続の方法としては、図１に示すように、誘電体導波管Ｂの開放終端部５ａと開孔４とを接続する。また、他の方法としては、図２の斜視図に示すように誘電体導波管Ｂの側壁４の一部に開孔７を形成し、ＮＲＤガイドＡ側の開孔４と誘電体導波管Ｂ側の開孔７とを整合させて接続することにより、ＮＲＤガイドＡと誘電体導波管Ｂとを損失を小さく接続することができる。
なお、図２の接続方法においては、開孔７は、誘電体導波管Ｂの終端５ｂからの距離ｘが、誘電体導波管Ｂの管内波長の１／２波長長さ位置に形成されることが望ましい。
また、誘電体導波管Ｂ内の誘電体６としては、ＮＲＤガイドＡにおける誘電体線路３と同程度の誘電率を有する誘電体により形成することにより損失の小さい接続が可能である。
ＮＲＤガイドＡ側の開孔４の形状は、ＮＲＤガイドＡの管内波長の半分以下の長さ（Ｌ）とＮＲＤガイドＡの誘電体線路３と同じ程度の幅（Ｗ）を持つ、図１、図２に示すような矩形状の他、円形状、長孔状であってもよい。
本発明のＮＲＤガイドＡおよび誘電体導波管Ｂに用いられる誘電体としては、セラミックスの他、有機系誘電体材料、有機−無機複合系誘電体材料などの周知の誘電体材料が用いられる。
【実施例】
実施例１
厚さ１ｍｍの銅板を１．８ｍｍの間隔で平行に置き、断面形状が幅０．８ｍｍ、高さ１．８ｍｍ、比誘電率４．８の誘電体線路を金属板間に置くことで形成されるＮＲＤガイドの開放終端部から３．３ｍｍの位置に中心を持つ幅０．８ｍｍ、長さ１．２ｍｍの矩形の開孔を金属板に開け、その開孔内には比誘電率４．８の誘電体を充填した。
そして、この開孔に対して、開孔形状と同じ断面形状を持ち、比誘電率が４．８の誘電体が金属管内に充填された誘電体導波管を接続した。この構成による接続溝造についてネットワークアナライザによってＮＲＤガイドと誘電体導波管間の伝送特性（Ｓ２１）を測定し、その結果を図５に示した。図５の結果から明らかなように、約７８ＧＨｚにおいて−０．６（ｄＢ）のピークを有する良好な伝送特性を示した。
実施例２
実施例１の開孔を形成したＮＲＤガイドに対して、０．６ｍｍ×１．２ｍｍの断面形状を持ち、比誘電率が４．８の誘電体が充填された誘電体導波管を接続した。接続には、誘電体導波管の終端部と中心位置との距離が１．３４ｍｍとなる側壁にＮＲＤガイドの開孔と同一形状の開孔を形成し、両開孔を接続した。そして、実施例１と同様にして伝送特性を評価し、その結果を図６に示した。図６に示すように、７４〜８０ＧＨｚ領域において、伝送損失が−１．０ｄＢよりも小さい良好な特性を示した。
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、ＮＲＤガイドと誘電体導波管とをＮＲＤガイドの導体板の特定箇所に設けた開孔を介して誘電体導波管と接続することにより、低い挿入損失での接続が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＮＲＤガイドおよびこれと誘電体導波管との接続構造の一例を説明するための分解斜視図である。
【図２】本発明のＮＲＤガイドおよびこれと誘電体導波管との接続構造の他の例を説明するための分解斜視図である。
【図３】本発明におけるＮＲＤガイド内の電界分布を説明するための平面図である。
【図４】本発明のＮＲＤガイドを用いた図１の接続構造による伝送特性を示す図である。
【図５】本発明のＮＲＤガイドを用いた図２の接続構造による伝送特性を示す図である。
【図６】従来におけるＮＲＤガイドとマイクロストリップ線路との接続構造を説明するための概略斜視図である。
【符号の説明】
Ａ　　ＮＲＤガイド
Ｂ　　誘電体導波管
１，２　平板導体（導体板）
３　　誘電体線路
４，７　開孔
５　　側壁（導体管壁）
５ａ　開放終端部
５ｂ　終端部
６　　誘電体TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an NRD guide incorporated in a millimeter-wave integrated circuit or the like and used in a structure for connecting an NRD guide used for transmitting a high-frequency signal and a dielectric waveguide.
[Prior art]
Conventionally, it has been known that a nonradiative dielectric line (hereinafter, referred to as an NRD guide) having a simple structure in which a dielectric line is sandwiched between a pair of conductor plates is used as one of transmission lines for high-frequency signals. I have. When the NRD guide is incorporated into a wiring board or the like, it is indispensable to connect the NRD guide to another high-frequency transmission line in circuit design. In this case, it is important to connect the NRD guide without deteriorating the transmission characteristics. It is.
Therefore, a structure for connecting an NRD guide to a microstrip line has been proposed as a connection structure with another high-frequency transmission line. The general structure is shown in FIG. According to FIG. 6, a slot 13 is formed in a conductor plate 11 of an NRD guide in which a dielectric line 3 is disposed between a pair of conductor plates 11 and 12, and a dielectric material is formed on the surface of the slot hole 13. A substrate having a center conductor 15 formed on the surface of the substrate 14 is placed so that the slot hole 13 and the end portion of the center conductor 15 have a predetermined positional relationship. It is connected electromagnetically through slot holes 13 provided in the conductor plate 11 of the guide.
[Problems to be solved by the invention]
However, in circuit design, in the millimeter wave band where the frequency of a high-frequency signal is 30 GHz or more, the transmission loss itself becomes large in a microstrip line, so the connection structure is not suitable for a circuit board having a signal frequency of 30 GHz or more. .
Instead of this microstrip line, a dielectric waveguide is known as a line having a small transmission loss for a millimeter wave of 30 GHz or more, similarly to an NRD guide, and the dielectric waveguide is used in circuit design. Is required. However, there has been no report on the connection structure between the NRD guide and the dielectric waveguide.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an NRD guide that can be used for a connection structure between a dielectric waveguide and an NRD guide capable of transmitting a small loss even in a millimeter wave band of 30 GHz or more. .
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has repeatedly studied a structure capable of connecting the NRD guide having the dielectric waveguide between the first and second plate conductors and the dielectric waveguide with a small transmission loss. An opening is provided in the first conductor plate at a position where the horizontal component of the electric field of the signal in the guide is maximum, and the opening is connected to an open section of the dielectric waveguide; By providing an opening in the side wall at a position at a half wavelength length of the guide wavelength from the end of the waveguide, and connecting the opening of the NRD guide and the opening of the dielectric waveguide, the object is achieved. I found something to be achieved.
That is, in the NRD guide according to the present invention, in the NRD guide in which a dielectric line is provided between the first and second plate conductors, the NRD guide is provided at a position where the electric field of the standing wave of the LSM mode of the NRD guide is strong. An opening is provided in one of the conductor plates.
Further, the NRD guide of the present invention, in the above configuration, is characterized in that the opening is provided at an end of the dielectric line or at a location where the electric field of the standing wave of the LSM mode next to the end is strong. It is.
In the NRD guide according to the present invention, in the above-described configuration, the shape of the opening is rectangular or circular, having a length equal to or less than half of a guide wavelength of the NRD guide and a width similar to that of the dielectric line. Alternatively, it has a long hole shape.
Further, the NRD guide of the present invention is characterized in that, in the above configuration, a dielectric material having a dielectric constant similar to that of the dielectric line is embedded in the opening.
Further, in the NRD guide according to the present invention, in the above-described configuration, the opening is connected to an open end of the waveguide.
Further, in the NRD guide according to the present invention, in the above structure, the opening is connected to an opening formed on a side wall of a dielectric waveguide in which a dielectric is filled in the waveguide. Things.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the NRD guide of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 which are schematic perspective views thereof.
As shown in FIGS. 1 and 2, the NRD guide A according to the present invention has a dielectric line 3 having a cross section of a × b disposed between a pair of parallel plate conductors 1 and 2, and has an open end. The end 3a is provided. In the NRD guide A having such a structure, a standing wave of an electric field is generated in the LSM mode as shown in FIG.
In the present invention, for the connection with the dielectric waveguide B, the conductor plate 1 at a portion where the electric field of the standing wave is strong, that is, at any one of P1, P2, P3 and P4 in FIG. An opening 4 centering on each of P1 to P4 is provided. From the viewpoint of circuit design with the dielectric waveguide B, it is necessary to provide the opening 4 at the end of the dielectric line 3 or at the position P2 where the electric field of the standing wave of the next LSM mode is strong. desirable.
By embedding a dielectric having the same dielectric constant as that of the dielectric line 3 in the opening 4 of the conductive plate 1, a connection with a small loss to the dielectric waveguide B can be obtained. On the other hand, the dielectric waveguide B is formed by a metal tube 5 having a rectangular cross section, and a dielectric 6 is embedded in the inside thereof.
The NRD guide A and the dielectric waveguide B are connected via an opening 4 provided in the conductor plate 1 in the NRD guide A. As a connection method, as shown in FIG. 1, the open end 5a of the dielectric waveguide B and the opening 4 are connected. As another method, as shown in the perspective view of FIG. 2, an opening 7 is formed in a part of the side wall 4 of the dielectric waveguide B, and the opening 4 on the NRD guide A side is connected to the dielectric waveguide. By matching and connecting the opening 7 on the tube B side, the NRD guide A and the dielectric waveguide B can be connected with a small loss.
In the connection method shown in FIG. 2, the opening 7 is formed such that the distance x from the end 5b of the dielectric waveguide B is a half wavelength length of the guide wavelength of the dielectric waveguide B. Is desirable.
Further, the dielectric 6 in the dielectric waveguide B is formed of a dielectric having the same dielectric constant as the dielectric line 3 in the NRD guide A, so that a connection with a small loss is possible.
The shape of the opening 4 on the side of the NRD guide A has a length (L) that is equal to or less than half of the guide wavelength of the NRD guide A and a width (W) that is approximately the same as the dielectric line 3 of the NRD guide A, FIG. In addition to the rectangular shape as shown in FIG. 2, the shape may be a circular shape or a long hole shape.
As the dielectric used for the NRD guide A and the dielectric waveguide B of the present invention, a well-known dielectric material such as an organic dielectric material and an organic-inorganic composite dielectric material is used in addition to ceramics.
【Example】
Example 1
A copper plate having a thickness of 1 mm is placed in parallel at intervals of 1.8 mm, and a cross-sectional shape is formed by placing a dielectric line having a width of 0.8 mm, a height of 1.8 mm, and a relative permittivity of 4.8 between the metal plates. A rectangular opening having a width of 0.8 mm and a length of 1.2 mm having a center at a position 3.3 mm from the open end of the NRD guide is formed in a metal plate, and a relative dielectric constant of 4.8 is formed in the opening. Was filled.
Then, a dielectric waveguide having the same cross-sectional shape as the opening shape and having a dielectric constant of 4.8 filled in a metal tube was connected to the opening. The transmission characteristics (S21) between the NRD guide and the dielectric waveguide were measured by a network analyzer for the connection groove structure having this configuration, and the results are shown in FIG. As is clear from the results in FIG. 5, good transmission characteristics having a peak of -0.6 (dB) at about 78 GHz were exhibited.
Example 2
A dielectric waveguide having a cross-sectional shape of 0.6 mm × 1.2 mm and filled with a dielectric having a relative permittivity of 4.8 was connected to the NRD guide having an opening formed in Example 1. . For the connection, an opening having the same shape as the opening of the NRD guide was formed on the side wall where the distance between the end portion of the dielectric waveguide and the center position was 1.34 mm, and both openings were connected. Then, the transmission characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIG. As shown in FIG. 6, in the range of 74 to 80 GHz, good characteristics were exhibited in which the transmission loss was smaller than -1.0 dB.
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, by connecting the NRD guide and the dielectric waveguide to the dielectric waveguide through the opening provided at a specific portion of the conductor plate of the NRD guide, the low waveguide is achieved. Connection with insertion loss becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating an example of an NRD guide of the present invention and a connection structure between the NRD guide and a dielectric waveguide.
FIG. 2 is an exploded perspective view for explaining another example of the NRD guide of the present invention and a connection structure between the NRD guide and a dielectric waveguide.
FIG. 3 is a plan view for explaining an electric field distribution in an NRD guide according to the present invention.
4 is a diagram showing transmission characteristics of the connection structure of FIG. 1 using the NRD guide of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating transmission characteristics of the connection structure of FIG. 2 using the NRD guide of the present invention.
FIG. 6 is a schematic perspective view illustrating a conventional connection structure between an NRD guide and a microstrip line.
[Explanation of symbols]
A NRD guide B Dielectric waveguides 1, 2 Flat conductor (conductor plate)
3 Dielectric lines 4, 7 Opening 5 Side wall (conductor tube wall)
5a Open end 5b End 6 Dielectric

Claims

In an NRD guide in which a dielectric line is disposed between first and second plate conductors, an opening is provided in the first conductor plate at a place where the electric field of a standing wave in the LSM mode of the NRD guide is strong. NRD guide characterized by that.

2. The NRD guide according to claim 1, wherein the aperture is provided at an end of the dielectric line or at a location where the electric field of the standing wave of the LSM mode next to the end is strong.

The shape of the opening is rectangular, circular, or elongated, having a length of less than half the guide wavelength of the NRD guide and a width similar to that of the dielectric line. NRD guide according to 1.

2. The NRD guide according to claim 1, wherein a dielectric having a dielectric constant substantially equal to that of the dielectric line is embedded in the opening.

The NRD guide according to claim 1, wherein the opening is connected to an open end of a waveguide.

The NRD guide according to claim 1, wherein the opening is connected to an opening formed on a side wall of a dielectric waveguide in which a dielectric is filled in the waveguide.