TWI244235B - Circuit switcher, high frequency module and communication device - Google Patents

Description

1244235 狄、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關在微波帶或毫米波帶所使用的傳送線路 之線路轉換器、具備該線路轉換器之高頻模組以及通訊裝 【先前技術】 ^習知，作為在使用介電體基板所構成的平面電路、與 體二間内進行電磁波傳送的立體導波路之間進行線路 轉換之線路轉換器，已揭示有專利文獻卜2。 丁搞 之線路轉換器的構造，係在被導 寻利文獻 刀°彳為2之終端短路導波管内，插入微條（micro strip) Λ路的鳊部(其構成平面電路的-部分），用分割為2之炊 端：路導波管貫通介電體基板上所形成的#，而形成夾住 "亥介電體基板之構造。 — 獻2之線路轉換器的構造，係在從終端短路導 波管的短路面π ^ 之折返既疋距離的位置，在與電磁波傳送方 向垂直的方向配置介電體基板。 (專利文獻1 ) 日本專利特開昭60-1 92401號公報。 (專利文獻2 ) 日本專利特開2001-111310號公報。 【發明内容】 為了在介電體基 形成貫通槽，於 羔而，在專利文獻1之線路轉換器， 板上使分割為2的導波管局部貫通而必須 1244235 氧化紹等之陶兗基板的場合，其加工作業變得困 端所產生的駐波的電場集中位置輕合微條線 〜、耦“寺性係依構成微條線路的介電體基板 官的位置關係而定。因 /、導波 度的影塑… 口此生係叉到兩者的組裝精 為困難“無偏差地獲得如所設計之線路轉換特性極 在專利文獻2之線路轉換器，由於係在鱼 磁波傳送方向垂直 /、導波S的電 體導波路…體=Γ:Γ 使導波管的立 …平面電路兩者的位置關係的自由 度降低，而會有在與導波管的電磁波傳送方向平行 無法配置平面電路的問題。 、σ 本發明的目的在於提供一種線路轉換器，能在 波路進行傳送之電磁波傳送方向平行的方向配置平面 路，容易進行介電體基板的加工，使在介電體基板 千面電路與立體導波路的麵合特性不會受到兩者組農 的影響’且容易獲得如所設計的線路轉換特性；並提= 備忒線路轉換器之高頻模組以及·通訊裝置。 八 本發明之線路轉換，孫亘供· “ ㈣為係具備·在立體空間内傳送電 磁波之立體導波路，及在介雷研美 案而構成之平面電路成既定的導體圖 丁四兒峪，並且，進仃該平面電路與立 路的線路轉換，其特徵在於·· / 將該介電體基板配置成與該立體導波路的ε面平 位於該立體導波路的大致中央位置，·且該介電體基板: 體圖案係具備：構成該立體導波路的遮斷區域之導體部分 1244235 、與在該遮斷區域產生的駐波形成電磁場_合之_合線路 π分、及從㈣合線路部分起連接的傳送線路部八。 如此’由於將使立體導波路與在平刀 路進行電磁場搞合所需之駐波，藉0傳ι線 柯ty %斯區域（以設於介 電體基板的導體部分所形成）來產 、 立體導波路的遮斷區域之介電體構成’因此，構成 迷斷㈢側的導體部分與在該 域所產生的駐波進行電磁場_合之耗合線路部分的 :關二能僅以對介電體基板之導體圖案的形成精度來 二疋。口此’不會受到立體導波路與平面電路兩者 精度㈣響’而可獲得穩定料 … 口 TT丨土 ’及獲得如所母许 之線路轉換特性。 所心4 體ΐ::，構成前述遮斷區域之導體部分係形成於 。亥’I電體基板兩面的接地導體。 η =本發明’係在離該傳送線路既定距離的兩側或單 便’形成沿該傳送線路排列之貫通該介電體基 導電路，藉由該導電路使形成於板？ 導體彼此導通。 電體基板兩面的接地 面平：之係將該立體導波路的導體設成以與該Ε ==下f割為2、的構造，在離該立體導波路既 路的電磁波傳送方向平行的*門# * 玄立體導波 流部。 千仃的工間。P，並以該空間部構成扼 路轉：二係具傷：線路轉換器、以及分別與該線 路轉換，的千面電路和立體導波路連接之高頻電路。 1244235 又，本發明，係將高頻模組設於電磁波的送收訊部來 構成通訊裝置。 【實施方式】 兹筝照圖1〜圖5來說明帛！實施形態之線路轉換器之 構成。 、 圖1係表示線路轉換器之構成圖，（〇係除去上部導體 板2及上部介電體條7的狀態之俯視圖；⑴係安裝有上部 導體板2的狀態之（c)之A_A，部分截面圖；⑻係同樣地; 裝有上部導體板2的狀態之(C)之B-B，部分截面圖。 在此，1係下部導體板，2係上部導體板，3係介電體 基板，6、7係介電體條。該介電體基板3係配置成夹在下 部導體板1與上部導體板2之間，以及介電體條6、7之間 圖2係表示圖！所示之線路轉換器之各部構成的分解 /視圖，（A)係上部導體板2之上面圖，⑻係介電體基板 囷（C)係表示；|電體基板3下面側的導體圖案， ()係下部導體板1之俯視圖。 、 在下部導體板！形成立體導波㈣槽⑴，在上部導 # ^ 2 $成立體導波路用槽G2卜在立體導波路用槽Gl 1 ^下部介電體條6。在立體導波路用槽⑶巍人上部介 ::條7。使2個導體板卜2重疊’藉此，使該2個介電 τ " 7被此對向，而構成介電體充填導波路（DFWG)(以 ’僅稱為「導波路」）。 係平订於5亥導波路之下部導體板i及上部導體板2 8 1244235 之面（與作為傳送電磁波模式 體面）。因此，介電體基板3 且位於導波路（在下部導體板 致中央位置。 之TE10模式的電場平行的導 係配置成與導波路的E面平行 1與上部導體板2之間）的大 導體板卜2係以銘等金屬板的切削加工所構 介電體條6、7係以氟樹脂的射出成形或切削加 介電體基板3係以氧化料之陶竟基板所構成。 ,在介電體基板3下面(面向下部導體板i之側 =送線路用導體4a及與其連接^合線路 / :電5體基板3上面(面向上部導體…〇,形成接地: 體5g。精由在介電體基板3所形成的傳送線路用 及在其對向面的接地導體5g來構成微條線^ a 在介電體基板3上面的接地導體5g，如圖2⑻之 不，設置切口形狀部。與該切口形狀部 用導體4k，係以介電體基板3、下 t線路 板2來槿㈣“ 导體板1及上部導體 蒸成芯术線（susPended Hne)。在介電體基板3 側，形成傳送線路用導體4a及耦合線路用導體讣， ^。’在離該等傳送線路既定距離以上的區域形成接地導體 ，圖2(D)所示，在下部導體板卜沿傳送線路用導 ^形成傳送線路用槽G12。藉該傳送線路用槽g12， 铽條線路之導線側設置既定空間且將其遮蔽 ? 在離傳送線路用導體4a及耦合線路用導體讣 距離的兩側’配置使介電體基板3上下面的接地導 1244235 4g_5g間導通之複數導通路（導通孔）v。藉此，將藉挾持介 電體基板3之上下μ , ^ ；1 _ 下接地導體4g、5g而在平行平板間所產生 、、’’平板模式等之寄生模式（spurious mode)和藉傳送線 人導體4=與接地導冑5g戶斤構成的微條線路模式之不要 :、遮斷又，藉_合線路用導體4k、介電體基板3 及2體板1、2所構成之懸架線模式和上述寄生模式之不要 茅、&予以遮斷。又，該導通路（導通孔）V亦可配置於從傳 ^、在路用導體4a及耦合線路用導體4k起離既定距離的單 側。 著如上述般’在將形成有各種導體圖案的介電體 基板3夹在2個導體板丨、2間之際，以在上述導波路内部 插入與該導波路的電磁波傳送方向垂直的耦合線路用導體 朴的方式，來對導體板ί、2配置介電體基板3。在該介電 體基板3形成接地導體4g、5g，並在導波路内插入接地導 體4g、5g的一部分。藉由在圖丨中以s所示的部分存在接 也導體4g 5g，而構成導波路的遮斷區域。即，藉由在導 波路的大致中央位置形成與E面平行的接地導體，來使導 波路藉與E自平行的面作分割，藉此，使導波路的遮斷波 長變短’且在導波路内部形成遮斷區域。具體而言，以s 所示的部分係構成本發明的遮斷區域之導體部分。 在上部導體板2，如圖2(A)所示，在從立體導波路用 槽G21起與導波路的電磁波傳送方向平行且離導波路（從立 體導波路用槽G21起）既定距離的位置，形成扼流用槽G22 。因此，在使導體板1、2重疊的狀態下，雖在該介面所產 1244235 生的間隙係構成不連續冑’從該間隙我漏的電磁波係在該 扼流用槽G22的空間釋放。在圖1(B)中以c〇所示部分與 以Cs所示部分的間隔，若預先設為傳送波長的約ι/4波長 則由於以Co所示部分為釋放端，以Cs所示部分係成為 與紐路端等效。藉此，從在使導體板1、2重疊時所產生的 間隙的放射損失幾乎不會發生。 構成上述遮斷區域之導體部分s與耦合線路用導體4k 的位置關係，係取決於對介電體基板3之導體圖案的尺寸 精度。導體圖案對介電體基板的形成精度，遠高於介電體 基板3對導體1、2的組裝精度。因此，可經常保持如所設 計之藉遮冑區域所產纟之立冑導波路㈣波與#合線路2 導體4k的相對位置。結果’可獲得如所設計之導波路盘平 面電路之線路轉換特性。 η 其次，就一個設計例，根據圖3〜圖5來說明其模擬結 果。設計條件如下所示： ' m 頻率 76GHz 立體導波路用槽Gil、G21的寬度 Wg= 1.2_ 立體導波路用槽Gil、G21的深度 Hg= 〇 9_ 介電體條6、7的介電率比 2 介電體條6、7的寬度 Wd= 1. 1_ 介電體條6、7的高度 Hd= 〇. 9mm 介電體基板3的介電率比 1〇 介電體基板3的厚度 t= 0· 2mm 傳送線路用導體4a及耦合線路用導體4k μ上 守瓶W的線路寬度 11 1244235

Wc = 〇. 2mm 圖3係用以表示導波路與平面電路之線路轉換之3維 電兹易解析模擬結果。又，圖4係表示該導波路部分的縱 截面。在® 3中，顯示呈白色週期性的圖案係表示電場強

度的=布。將圖3、圖4與目1(A)、⑹進行對比，报明顯 地’藉導體部> s之導波路的遮斷區域來產生駐波，在該 電％強度最強的位置，使藉耦合線路用導體4k的懸架線作 電磁場耦合。即，構成遮斷區域的導體部分s與耦合線路 用導體4k的間隔Ld，係以在藉駐波所產生之電場強度分 布之電場強度最強的位置配置耦合線路用導體4k的方式來 設定。

又，由於上述駐波的設置方式，亦受到介電體條6、7 的端部位置的影響，故介電體條6、7的端部與耗合線路用 導體4k的間’係以在藉駐波所產生之電場強度分布之電 %強度最強的位置來配置耦合線路用導體4k的方式來決定 。然而，由於介電體條6、7的端部與耦合線路用導體= 的間隔偏S，對駐波的設置方式所產生的影響相對地較小 ’因此，對導體板卜2的介電體條6、7及介電體基板3 的組裝精度即使較低亦無妨。

此 此 上述懸架線的模式，係轉換成藉傳送線路用導體“ 生之微條線路的模式，使電磁波依序傳送。 圖5係表示在線路轉換部之反射特性Su的結果。 所 ’在職頻帶，可獲得低於—侧的低反射特性。 ’可構成高線路轉換效率的線路轉換哭。 如 因 12 1244235 其次，參照圖6及圖7來說明第2實施形態的線 換器。 # _ 該第2實施形態的線路轉換器，係用來進行空胴矩形 導波管與平面電路的線路轉換。6(c)係取除上部導體板 的狀態之俯視圖。6(A)係安裝有上部導體板的狀態之右 側視圖’ ® 6⑻係同樣地安裝有上部導體板的狀態之在圖 WOE —B’部分的截面圖。 在此，1係下部導體板，2係上部導體板，3係介電體 基板。該介電體基板3係配置成夾在下部導體板1與上 導體板2之間。 〃 α 圖7係表示該線路轉換器之各部構成的分解俯視圖。 圖7(A)係上部導體板2之上面圖，目7⑻係介電體基板3 之上面圖’冑7(C)係表示介電體基板3下面側的導體圖案 ’圖7(D)係下部導體板1之俯視圖。 在下部導體板1形成立體導波路用槽Gu，在上部導 體板2开> 成立體導波路用槽藉由將2個導體板ι、2 重疊，使該2個立體導波路用槽彼此對向，而構成空胴矩 籲 形導波管（以下簡稱為導波管）。 ―不同於第1實施形態，在圖6、^ 7所示的範圍，導 波官係形成未充填介電體之中空構造。 該導波管，與下部導體板i及上部導體板2平行之面 即為E面（與作為傳送電磁波模式之TE1()模式的電場平行 的導體面）。因此’介電體基板3係配置成與導波管的E面 平仃且位於導波管(下部導體板i與上部導體板2之間）的 13 1244235 大致中央位置。 在"電體基板3下面（面向下部導 ,、 送線路用導體4a及盥1連接的叙入S 1 ) ’形成傳 tfA., Q 〃〃連接的耦合線路用導體处。 =板3上面(面向上部導體板2側)，形成 對Γ成於該介電體基板3之傳送線路料體心及虚立 2之面的接地導冑5g，而構成微條線路。在本例，録 "電體基板3之上面側形成接地導體5g。 在該接地導體5g設置如圖2⑻之“斤示之切口形狀 電體=切口形狀部N對向之搞合線路料體#，係藉介 電體基板3、下部㈣板丨及上部㈣板2來構成懸 與第1實施形態的情況同樣，在將介電體基板3爽在 2個導體板卜2間之際，以在上料波路内部插人虚該導 波路的電磁波傳送方向垂直的耦合線路用導體饨的方式， 來對導體板卜2配置介電體基板3。與此同時，以在^波 管的大致中央位置插入與E面平行的接地導體5g的方式' 來對導體板1、2配置介電體基板3。藉由在圖6中以5所 示的部分存在有接地導體5g，而構成導波路的遮斷區域。 忒以S所示的部分，即為構成遮斷區域的導體部分。 藉由此種構造，可進行空胴矩形導波管與平面電路的 線路轉換。 又，在第1、第2實施形態，雖於介電體基板3的表 面分別形成耦合線路用導體、傳送線路用導體、接地導體 ，惟亦可將該等的一部份或全部形成於介電體基板的内部 14 1244235

(内層）。 R 又’雖然在第1實施形態係以介電體充填導波路，在 第2貫施形態係以空胴導波管來作為立體導波路，惟亦可 構成取在平行的導體平面間夾入介電體條的構造之介電體 線路’特別是非放射性介電體線路。 其次，參照圖8來說明第3實施形態的高頻模組之構 成。 圖8係表示第3實施形態之高頻模組的構成之方塊圖 在圖8中，ANT係天線，Cir係循環器，BPFa、BPFb 係帶通慮波器，AMPa ' AMPb係放大電路，MIXa、Mnb係混 頻器，OSC係振盪器，SYN係合成器·，IF係中頻信號。 MIXa係將輸入的IF信號與從SYN輸出的信號混合， BPFa係將來自MIXa的混合輸出信號中僅使傳送頻帶通過 ，AMPa係將其作功率放大後，透過Cir並以ant傳送。 AMPb係將從Cir取出的接收信號予以放大。阶心係將從 AMPb輸出的接收信號中僅使接收頻帶通過。Mixb係將從 籲 SYN輸出的頻率信號與接收信號混合後，輸出中頻信號π 〇 在圖8所示之放大電路AMPa、AMpb部分，可使用具備 第卜帛2f施形態所述構造之線路轉換器之高頻元件。 即’使用介電體充填導波路或空胴導波管作為傳送線路， 並使用在介電體基板構成放大電路的平面電路。藉由使用 含有該放大電路與線路轉換器之高頻元件，來構^低損失 15 1244235 且通訊性能優異的高頻模組。 其次，參照圖9說明第4實施形態之通訊裝置的構成 〇 圖9係表示第4實施形態之通訊裝置的構成之方塊圖 u亥通A裝置係由圖8所示之高頻模組與信號處理電路 所構成。圖9所示之信號處理電路係由編碼/解碼電路、同 步控制電路、調變器、解調器、及cpu等所構成，進而， 在該信號處理電路設置用以傳送接收信號之輸出入電路。 如此，構成在電磁波的送收訊部具備高頻模組之通訊裝置 〇 如此，藉由使用前述構成之線路轉換器（用以進行立體 導波路與平面電路的線路轉換）、及具備其之高頻模組， 來構成低損失且通訊性能優異的通訊裝置。 (發明效果） 依本發明’由於係以介電體基板的導體圖案來構成立 體導波路的遮斷區域，因此，構成該立體導波路的遮斷區 域之介電體基板側的導體部分與耦合線路部分（與藉該遮 斷區域所產生的駐波作電磁場麵合）之位置關係，可僅以 相對於介電體基板之導體圖案的形成精度來決定。因此， 在不έ义到立體導波路與平面電路的組裝精度的影響下， 可獲仔穩定的耦合特性及如所設計之線路轉換特性。 又’依本發明，藉由在介電體基板的兩面形成構成遮 斷區域之導體部分以作為接地導體，可提高立體導波路的 遮斷效果，並可使線路轉換部小型化。 16 1244235 又，依本發明，在離傳送 ，形成》σ ό亥傳送線路於介電體 ，藉由該導電路來使接地導體 傳送線路不易與寄生模式耦合 線路既定距離的兩側或單側 基板的兩面所形成的導電路 間導通，藉此，耦合線路及 ，故可獲得優異的寄生特性 、.尽^ ’在離立體導波路既定距離的位置， 與立體導波路的電磁波傳迻太 政得运方向平行而在立體導波路 體設置空間部，藉此，尤Μ 。^ 2個導體板接合而構成立體導

波路的情況，可降低放射功率的損失。 、以及分別與該線 可構成低損失的高 又，依本發明，藉具備線路轉換器 路轉換器及平面電路連接的高頻電路， 頻模組。 ^又，依本發明，可降低因線路轉換所造成的損失，且 獲得具有優異的通訊特性之通訊裝置。 【圖式簡單說明】 (一）圖式部分 圖1(A)〜係表示第！實施形態之線路轉換器之構成 籲 的俯視圖及截面圖。 圖2(A)〜（D)係表示該線路轉換器之構成的分解俯視圖。 圖係表示該線路轉換器之3維電磁場解析模擬結果 之立體導波路部分的電場強度分布例之截面圖。 圖4係表不該線路轉換器之3維電磁場解析模擬結果 之俯視圖。 圖5係表示該線路轉換器之反射特性圖。 17 1244235 圖6(A)〜（〇係表示第2實施形態之線路轉換器之構成 圖7U)〜（D)係表示該線路轉換器之構成的分解俯視圖。 圖8係表示第3實施形態之高頻模組的構成之方塊圖。 圖9係表示第4實施形態之通訊裝置的構叙方塊圖。 (二）7C件代表符號 1 下部導體板 2 上部導體板 3 介電體基板 48 傳送線路用導體 4k耦合線路用導體 、5g接地導體 6 下部介電體條 7 上部介電體條 GU、G21立體導波路用槽 G22傳送線路用槽 N 切口形狀部 s 構成遮斷區域之導體部分 V 導通路 18

Claims (1)

1244235 拾、申請專利範圍： 、一種線路轉換器，係具備：在立體空間内傳送電磁 :之立體導波路’及在介電體基板上形成既定 =成之平面電路；並且，進行該平面電路與立體導= 的線路轉換，其特徵在於··

將該介電體基板配置成與該立體導波路的E面平行且 =該立體導波路的大致中央位置；且該介f體基板的丁導 _圖案係具備：構成該立體導波路的遮斷區域之導體邛八 :與在該遮斷區域產生的駐波形成電磁場輕合之竊合線^ 部分、及⑼該麵合線路部分起連接㈣送線路部分。 2、 如巾請專利範圍第1項之線路轉換器，其中，該導 體部分係形成於該介電體基板兩面的接地導體。 3、 如申請專利範圍第2項之線路轉換器，其中，在離 該傳=線路既定距離的兩側或單側’形成沿該傳送線路排 列之貝通该介電體基板的複數個導電路，藉由該導電路使 形成於該介電體基板兩面的接地導體彼此導通。

4、 如申請專利範圍帛卜3 1員中任一項之線路轉換器， 其中’將該立體導波路的導體設成以與該Ε面平行之面作 上下f割為2的構造，在離該立體導波路既定距離的位置 ,於及立體導波路的導體設置與該立體導波路的電磁波傳 达方向平行的空間部’並以該空間部構成扼流部。 5如申晴專利範圍第1 ~3項中任一項之線路轉換器， 該傳送線路部分係微條線路，該微條線路係由在該 介電體基板的一面所形成的接地導體和在與其對向所形成 19 1244235 力t線路導體所構成；並且該耗合線路部分係縣加 糸線係由在該介電體基板的一面 ^木線，該懸 體導波路的導體所構成。 的線路導體和該立 6、一種高頻模組，其特徵在於 第…中任-項之線路轉換器、、：別：請專利範圍 器的平面電路和立體導波路連接之高頻電路。^線路轉換 二-種高頻模組’其特徵在於，具備：申 弟4項之線路轉換哭、以万八 犯国 % 刀別與該線路轉換器的平面雷

路和立體導波路連接之高頻電路。 電 二-，模組’其特徵在於，具備··申請專利範圍 、之4路轉換$、以及分別與該線路轉換器的平面電 路和立體導波路連接之高頻電路。 L種通訊裳置，其特徵在於··將申請專利範圍第6 項之高頻模組設於電磁波的送收訊部。 …一種通訊裝置’其特徵在於：將申請專利範圍第 7項之咼頻模組設於電磁波的送收訊部。

11種通訊裳置，其特徵在於：將申請專利範圍第 8項之高頻模組設於電磁波的送收訊部。 拾壹、圖式： 如次頁 20