專利名稱：高頻組件、模式變換結(jié)構(gòu)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于傳輸微波或毫米波等高頻信號的高頻組件以及用來進(jìn)行不同波導(dǎo)間的模式變換的模式變換結(jié)構(gòu)和方法。
背景技術(shù)：
過去，作為用來傳送微波波段或毫米波波段等高頻信號的傳輸線路，已知的有帶狀線路、微帶線路、同軸線路、波導(dǎo)管和電介質(zhì)波導(dǎo)管等。它們通常用來構(gòu)成高頻諧振器和濾波器。此外，作為將這些高頻器件模塊化后形成的組件，有MMIC(單片微波集成電路)等。以下，將構(gòu)成高頻傳輸線路和濾波器等的微帶線路和波導(dǎo)管等統(tǒng)稱為波導(dǎo)。
這里，說明波導(dǎo)中電磁波的傳輸模式。圖19(A)、(B)示出矩形波導(dǎo)管中的稱為TE模式(TE10模式)狀態(tài)下的電場分布(同圖(A))和磁場分布(同圖(B))。在圖19(A)、(B)中，截面S1～S5的位置分別對應(yīng)。在圖20中，示出截面S1的電磁場分布。如這些圖所示那樣，將只在截面方向存在電場分量、而在電磁波的行進(jìn)方向(管軸方向)Z不存在電場分量的狀態(tài)稱作‘TE模式’。
此外，圖21(A)、(B)示出稱為TM模式(TM11模式)狀態(tài)下的電磁場分布。圖21(A)示出在與管軸方向Z正交的XY截面內(nèi)的電磁場分布，圖21(B)示出側(cè)面的YZ截面內(nèi)的電磁場分布。如這些圖所示那樣，將只在截面方向存在磁場分量、而在電磁波的行進(jìn)方向Z不存在磁場分量的狀態(tài)稱作‘TM模式’。
再有，在這些模式中，將與電場E平行的面稱作‘E面’，與磁場H平行的面稱作‘H面’。在圖19(A)、(B)的TE模式的例子中，與XY平面平行的面是E面，與XZ平面平行的面是H面。
另一方面，在圖22(A)、(B)所示的微帶線路和同軸線路等中，存在稱作TM模式的狀態(tài)。這里，微帶線路如圖22(A)所示，相對配置接地導(dǎo)體101和由線路狀導(dǎo)體構(gòu)成的線路圖形103，將電介質(zhì)102夾在中間。同軸線路如圖22(B)所示，在中心導(dǎo)體111的周圍包著圓筒狀的接地導(dǎo)體112。
圖23(A)、(B)分別示出微帶線路和同軸線路中的TEM模式的電磁場分布。如這些圖所示，將電場分量和磁場分量只存在橫截面內(nèi)而在電磁波的行進(jìn)方向Z不存在的狀態(tài)稱作‘TEM’模式。
在具有多個波導(dǎo)的高頻組件中，必須采用將各波導(dǎo)相互連接的結(jié)構(gòu)。特別當(dāng)連接不同模式的波導(dǎo)時，必須采用在各波導(dǎo)間進(jìn)行模式變換的結(jié)構(gòu)。
過去，作為連接微帶線路和波導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)，例如，如圖24所示，有在管路中央設(shè)置脊形部121的所謂脊形波導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)。微帶線路的線路圖形103插入設(shè)有脊形部121的部分。這時，若微帶線路是TEM模式，脊形波導(dǎo)管是TE模式，則微帶線路中的電場分布如圖25(A)所示，脊形部121中的電場分布如圖25(B)所示。在連接部分，通過合并雙方的電場分布，在微帶線路和脊形波導(dǎo)管之間進(jìn)行模式變換。
最近，出現(xiàn)了在多層結(jié)構(gòu)的布線襯底內(nèi)利用積層技術(shù)形成電介質(zhì)波導(dǎo)管線路的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有將電介質(zhì)夾在中間形成的多個接地導(dǎo)體和內(nèi)面金屬化了的、使接地導(dǎo)體導(dǎo)通的通孔，在由這些接地導(dǎo)體和通孔包圍的區(qū)域內(nèi)傳輸電磁波。作為將該多層結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)管和微帶線路連接的結(jié)構(gòu)，例如，有下面的專利文獻(xiàn)1記載的結(jié)構(gòu)。該專利文獻(xiàn)1記載的結(jié)構(gòu)基本上和使用了脊形波導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)一樣，使用通孔在波導(dǎo)的中央部形成階梯狀的疑似脊形部。
此外，作為連接不同種類的波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，例如有在電介質(zhì)諧振器的底邊的端部具有輸入輸出端子電極且將該輸入輸出端子電極與印刷電路板上的線路圖形偶合的例子(專利文獻(xiàn)2)。
專利文獻(xiàn)1特開2000—21660專利文獻(xiàn)2特開2002—135003這樣，已經(jīng)知道有幾種連接不同波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，但另一方面，對于作為多層結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)的最新技術(shù)的與不同波導(dǎo)的連接結(jié)構(gòu)，還開發(fā)得不夠充分。特別是在將TEM模式的波導(dǎo)和多層結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)連接的情況下，對于在它們之間進(jìn)行適當(dāng)?shù)哪Ｊ阶儞Q的變換結(jié)構(gòu)來說，還有改善的余地。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題提出的，其目的在于提供一種高頻組件以及模式變換結(jié)構(gòu)和方法，能夠在多個波導(dǎo)之間很好地進(jìn)行TEM模式和其它模式的模式變換。
本發(fā)明的高頻組件具有傳輸TEM模式的電磁波的第1波導(dǎo)和與第1波導(dǎo)偶合傳輸和TEM模式不同的其它模式的電磁波的第2波導(dǎo)。第2波導(dǎo)具有互相對置的至少2層的接地電極和由使至少2層的接地電極之間導(dǎo)通的導(dǎo)電體包圍的區(qū)域，電磁波在該區(qū)域內(nèi)傳輸。第1波導(dǎo)在與接地電極的積層方向正交的方向上延伸，其端部在與積層方向正交的方向上直接或間接地與第2波導(dǎo)的1個接地電極導(dǎo)通。此外，第1波導(dǎo)和第2波導(dǎo)在第2波導(dǎo)的E面進(jìn)行磁場偶合，使第1波導(dǎo)傳輸?shù)碾姶挪ǖ拇艌龇较蚝偷?波導(dǎo)傳輸?shù)碾姶挪ǖ拇艌龇较蛞恢隆?br> 本發(fā)明的模式變換結(jié)構(gòu)是用來在傳輸TEM模式的電磁波的第1波導(dǎo)和與該第1波導(dǎo)偶合并傳輸與TEM模式不同的其它模式的電磁波的第2波導(dǎo)之間進(jìn)行不同波導(dǎo)間的模式變換的模式變換結(jié)構(gòu)，第2波導(dǎo)具有互相對置的至少2層的接地電極和由使至少2層的接地電極之間導(dǎo)通的導(dǎo)電體包圍的區(qū)域，電磁波在該區(qū)域內(nèi)傳輸。第1波導(dǎo)在與接地電極的積層方向正交的方向上延伸，其端部在與積層方向正交的方向上直接或間接地與第2波導(dǎo)的1個接地電極導(dǎo)通。而且，第1波導(dǎo)和第2波導(dǎo)在第2波導(dǎo)的E面進(jìn)行磁場偶合，使第1波導(dǎo)傳輸?shù)碾姶挪ǖ拇艌龇较蚝偷?波導(dǎo)傳輸?shù)碾姶挪ǖ拇艌龇较蛞恢?，由此進(jìn)行模式變換。
本發(fā)明的模式變換方法是一種結(jié)構(gòu)體的模式變換方法，該結(jié)構(gòu)體具有傳輸TEM模式的電磁波的第1波導(dǎo)和與該第1波導(dǎo)偶合傳輸和TEM模式不同的其它模式的電磁波的第2波導(dǎo)，第2波導(dǎo)具有互相對置的至少2層的接地電極和由使至少2層的接地電極之間導(dǎo)通的導(dǎo)電體包圍的區(qū)域，電磁波在該區(qū)域內(nèi)傳輸。第1波導(dǎo)在與接地電極的積層方向正交的方向上延伸，其端部在與積層方向正交的方向上直接或間接地與第2波導(dǎo)的1個接地電極導(dǎo)通。而且，第1波導(dǎo)和第2波導(dǎo)在第2波導(dǎo)的E面進(jìn)行磁場偶合，使第1波導(dǎo)傳輸?shù)碾姶挪ǖ拇艌龇较蚝偷?波導(dǎo)傳輸?shù)碾姶挪ǖ拇艌龇较蛞恢拢纱诉M(jìn)行模式變換。
在本發(fā)明的高頻組件、模式變換結(jié)構(gòu)及方法中，第1波導(dǎo)傳輸TEM模式的電磁波。在第2波導(dǎo)中，和TEM模式不同的其它模式的電磁波在互相對置的至少2層的接地電極和由使至少2層的接地電極之間導(dǎo)通的導(dǎo)電體包圍的區(qū)域內(nèi)傳輸。第1波導(dǎo)的端部在與積層方向正交的方向上直接或間接地與第2波導(dǎo)的1個接地電極導(dǎo)通。而且，第1波導(dǎo)和第2波導(dǎo)在第2波導(dǎo)的E面進(jìn)行磁場偶合，使第1波導(dǎo)傳輸?shù)碾姶挪ǖ拇艌龇较蚝偷?波導(dǎo)傳輸?shù)碾姶挪ǖ拇艌龇较蛞恢?，由此，在?波導(dǎo)和第2波導(dǎo)的連接部分，進(jìn)行TEM模式和其它模式的模式變換。
在本發(fā)明的高頻組件中，第1波導(dǎo)可以構(gòu)成為位于第2波導(dǎo)的相對的接地電極之間，同時，第1波導(dǎo)的端部經(jīng)導(dǎo)電體與對置的接地電極中的一方導(dǎo)通。
這時，可以在第1波導(dǎo)的偶合部分，在和第1波導(dǎo)導(dǎo)通的接地電極側(cè)或相反一側(cè)中的至少一方設(shè)置窗口。
此外，在本發(fā)明的高頻組件中，第1波導(dǎo)可以具有例如在電介質(zhì)襯底上形成的導(dǎo)體線路圖形。這時，在線路圖形的周圍，沿線路圖形設(shè)置多個貫通電介質(zhì)襯底的貫通導(dǎo)體，貫通導(dǎo)體的寬度方向的間隔最好是在第1波導(dǎo)中傳輸?shù)碾姶挪ǖ慕刂诡l率之下的間隔。
因此，可以抑制TEM模式之外的模式的電磁波在在第1波導(dǎo)中傳輸。
此外，當(dāng)在線路圖形的周圍設(shè)置多個貫通導(dǎo)體時，通過調(diào)整貫通導(dǎo)體的間隔，可以進(jìn)行第1波導(dǎo)和第2波導(dǎo)的偶合調(diào)整。
此外，在本發(fā)明的高頻組件中，可以在第1波導(dǎo)和第2波導(dǎo)的偶合部分設(shè)置偶合調(diào)整用貫通導(dǎo)體。
此外，在本發(fā)明的高頻組件中，第2波導(dǎo)可以是具有3層以上的接地電極的積層結(jié)構(gòu)，在積層方向具有多個傳輸電磁波的傳輸區(qū)域，第1波導(dǎo)的端部與第2波導(dǎo)中的相鄰傳輸區(qū)域之間的接地電極導(dǎo)通。
這時，第1波導(dǎo)的端部可以構(gòu)成為與第2波導(dǎo)中的相鄰傳輸區(qū)域之間的接地電極導(dǎo)通，使在第1波導(dǎo)中傳輸?shù)碾姶挪ㄔ诘?波導(dǎo)中的多個傳輸區(qū)域中分開來傳輸。


圖1是表示本發(fā)明一實施例的高頻組件的一構(gòu)成例的斜視圖。
圖2是表示本發(fā)明的一實施例的高頻組件的另一構(gòu)成例的斜視圖。
圖3是表示本發(fā)明的一實施例的高頻組件的又一構(gòu)成例的帶局部剖的斜視圖。
圖4是關(guān)于圖1所示的高頻組件中的磁場偶合部分的說明圖。
圖5是圖2所示的高頻組件的平面圖。
圖6是圖2所示的高頻組件的偶合調(diào)整的說明圖。
圖7是圖2所示的高頻組件的偶合調(diào)整的另一個說明圖。
圖8是圖2所示的高頻組件的偶合調(diào)整的又一個說明圖。
圖9是關(guān)于圖3所示的高頻組件中的磁場偶合部分的說明圖。
圖10是圖3所示的高頻組件的中間層的平面圖。
圖11是表示多角形狀的波導(dǎo)管中的磁場分布的例子的說明圖。
圖12是表示本發(fā)明一實施例的高頻組件的比較例的說明圖。
圖13是表示第1變形例的高頻組件的構(gòu)成的斜視圖。
圖14是圖13所示的高頻組件的平面圖。
圖15是表示圖13所示的高頻組件中的磁場分布的模式的說明圖。
圖16是表示雙重模式的另一個例子的說明圖。
圖17是表示第2變形例的高頻組件的構(gòu)成的帶局部剖的斜視圖。
圖18是關(guān)于圖17所示的高頻組件中的磁場偶合部分的說明圖。
圖19是TE模式的波導(dǎo)管的電磁場分布的說明圖。
圖20是表示TE模式的波導(dǎo)管中的E面內(nèi)的電磁場分布的說明圖。
圖21是TM模式的波導(dǎo)管的電磁場分布的說明圖。
圖22是微帶線路和同軸線路的構(gòu)成圖。
圖23是表示微帶線路和同軸線路中的TEM模式的電磁場分布的說明圖。
圖24是表示先有的微帶線路和波導(dǎo)管的連接結(jié)構(gòu)的例子的斜視圖。
圖25是表示圖24所示的連接結(jié)構(gòu)的電場分布的說明圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例。
圖1～圖3分別示出本發(fā)明的一實施例的高頻組件的構(gòu)成例。圖1～圖3的任何一個構(gòu)成例都是具有傳輸TEM模式的電磁波的第1波導(dǎo)和與第1波導(dǎo)偶合傳輸和TEM模式不同的其它模式的電磁波的第2波導(dǎo)的高頻組件，具有TEM模式和其它模式的變換結(jié)構(gòu)。這些高頻組件例如可以使用高頻信號傳輸線路和濾波器等。再有，在圖1和圖2中，為了簡化圖面，省略最上層的厚度，畫出剖面線。在圖3中，省略中間層的厚度并畫出剖面線。
圖1所示的高頻組件是將第1波導(dǎo)作為微帶線路10、將第2波導(dǎo)作為多層結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)管型波導(dǎo)20的構(gòu)成例。微帶線路10和波導(dǎo)管型波導(dǎo)20共有1個電介質(zhì)襯底12，一體構(gòu)成。
波導(dǎo)管型波導(dǎo)20具有將電介質(zhì)襯底12夾在中間且相互對置的接地電極21、23和作為使這些接地電極21、23之間導(dǎo)通的導(dǎo)電體的多個通孔22。在波導(dǎo)管型波導(dǎo)20中，電磁波在由這些接地電極21、23和通孔22包圍的區(qū)域內(nèi)，例如沿圖中的S方向傳輸。再有，波導(dǎo)管型波導(dǎo)20可以是其電磁波的傳輸區(qū)域由電介質(zhì)充滿的電介質(zhì)波導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)，也可以是中空的腔式波導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)。通孔22以小于不使傳輸?shù)碾姶挪┏龅囊?guī)定值(例如，信號波長的1/4以下)的間隔設(shè)置。通孔22的內(nèi)面進(jìn)行金屬化處理。通孔22的截面形狀不限于圓形，可以是多角形或橢圓等，也可以是其它形狀。
微帶線路10是將電介質(zhì)襯底12夾在中間相對配置導(dǎo)體接地電極11和線路圖形13的結(jié)構(gòu)。接地電極11在電介質(zhì)襯底12的底面均勻設(shè)置。線路圖形13在電介質(zhì)襯底12的上面局部呈線路狀設(shè)置。
微帶線路10在和波導(dǎo)管型波導(dǎo)20的接地電極21、23的積層方向正交的方向(Z方向)延伸，其端部在和積層方向正交的方向上與一個接地電極23直接連接而導(dǎo)通。此外，微帶線路10在波導(dǎo)管型波導(dǎo)20的E面(與電場平行的面)進(jìn)行磁場偶合。再有，波導(dǎo)管型波導(dǎo)20在TE模式下，當(dāng)電磁波的行進(jìn)方向S是圖1的Z方向時，波導(dǎo)管型波導(dǎo)20的E面是與圖中的XY平面平行的面。
圖4(A)～(C)示出微帶線路10和波導(dǎo)管型波導(dǎo)20的連接部及其附近的XY截面內(nèi)的磁場分布。連接部附近的微帶線路10的磁場H1是TEM模式，所以，例如如圖4(A)所示，在線路圖形13的周圍呈環(huán)狀分布。另一方面，波導(dǎo)管型波導(dǎo)20的磁場H2例如若是最低次TE模式(TE10模式)，則如圖4(B)所示，在其截面內(nèi)呈單方向分布。因此，在波導(dǎo)管型波導(dǎo)20的E面內(nèi)，如圖4(C)所示，通過使波導(dǎo)管型波導(dǎo)20和微帶線路10的磁場H1、H2的方向一致，來實現(xiàn)磁場偶合，從TEM模式向TE模式變換。
另一方面，圖2所示的高頻組件是將第1波導(dǎo)作為共面線路30、將第2波導(dǎo)作為多層結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)管型波導(dǎo)40的構(gòu)成例。共面線路30和波導(dǎo)管型波導(dǎo)40共有1個電介質(zhì)襯底32，一體構(gòu)成。圖5示出該高頻組件的平面圖。
波導(dǎo)管型波導(dǎo)40的構(gòu)成基本上和圖1中的波導(dǎo)管型波導(dǎo)20相同，具有相互對置的接地電極41、43和作為使這些接地電極41、43之間導(dǎo)通的導(dǎo)電體的多個通孔42，電磁波在由這些接地電極41、43和通孔42包圍的區(qū)域內(nèi)，例如沿圖中的S方向傳輸。
共面線路30具有在電介質(zhì)襯底32的底面均勻設(shè)置的接地電極31、在電介質(zhì)32的上面呈線路狀形成的導(dǎo)體線路圖形33和在該線路圖形33的寬度方向形成的接地電極34A、34B。在線路圖形33的寬度方向，在接地電極34A、34B之間形成未設(shè)導(dǎo)體的區(qū)域36A、36B。
在該共面線路30中，在該線路圖形33的周圍，沿線路圖形33設(shè)置多個作為貫通導(dǎo)體的通孔35。通孔35的內(nèi)面進(jìn)行金屬化處理。通孔35貫通電介質(zhì)襯底32，使上面的接地電極34A、34B和底面的接地電極31導(dǎo)通。通孔35的截面形狀不限于圓形，可以是多角形或橢圓等，也可以是其它形狀。通孔35的設(shè)置是為了在該共面線路中使TEM模式之外的模式(TE、TM模式)的電磁波不能傳輸，將線路圖形33夾在中間，寬度方向的間隔W(參照圖5)以低于在共面線路30中傳輸?shù)碾姶挪ǖ慕刂诡l率的間隔設(shè)置。
該共面線路30也和圖1中的微帶線路10一樣，在和波導(dǎo)管型波導(dǎo)40的接地電極41、43的積層方向正交的方向(Z方向)延伸，其端部在和積層方向正交的方向上與一個接地電極43直接連接而導(dǎo)通。此外，該共面線路30也在波導(dǎo)管型波導(dǎo)40的E面進(jìn)行磁場偶合。
即，因為是TEM模式，故該共面線路30的磁場分布和圖4(A)所示的微帶線路10的情況一樣，在線路圖形30的周圍呈環(huán)狀分布。另一方面，波導(dǎo)管型波導(dǎo)40的磁場分布例如若是最低次TE模式(TE10模式)，則和圖4(B)所示的波導(dǎo)管型波導(dǎo)20一樣，在其截面內(nèi)呈單方向分布。因此，在波導(dǎo)管型波導(dǎo)40的E面內(nèi)，通過使波導(dǎo)管型波導(dǎo)40和共面線路30的磁場分布的方向一致，來實現(xiàn)磁場偶合，從TEM模式向TE模式變換。
圖3所示的高頻組件是將第1波導(dǎo)作為條帶線路50、將第2波導(dǎo)作為多層結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)管型波導(dǎo)60的構(gòu)成例。帶狀線路50和波導(dǎo)管型波導(dǎo)60共有積層的2個電介質(zhì)襯底52A、52B，一體構(gòu)成。在圖10(A)中，示出該高頻組件的中間層部分的平面圖。此外，圖9(A)示出條帶線路50和波導(dǎo)管型波導(dǎo)60的連接部分的截面。圖9(A)相當(dāng)于圖10(A)的BB線部分的剖面。
波導(dǎo)管型波導(dǎo)60具有相互對置的3層的接地電極61、63、64和多個作為使這些接地電極61、63、64之間導(dǎo)通的導(dǎo)電體的通孔62。下側(cè)的接地電極61均勻地設(shè)在下側(cè)的電介質(zhì)襯底52A的底面。上側(cè)的接地電極63均勻地設(shè)在上側(cè)的電介質(zhì)襯底52B的上面。中間接地電極64設(shè)在電介質(zhì)襯底52A、52B之間的電磁波傳輸區(qū)域的側(cè)面。再有，也可以是不設(shè)中間接地電極64的結(jié)構(gòu)。在波導(dǎo)管型波導(dǎo)60中，在由上下接地電極61、63和通孔62包圍的區(qū)域內(nèi)，電磁波例如沿圖中的S方向傳輸。
再有，波導(dǎo)管型波導(dǎo)60可以是其電磁波的傳輸區(qū)域由電介質(zhì)充滿的電介質(zhì)波導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)，也可以是中空的腔式波導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)。通孔62的截面形狀不限于圓形，可以是多角形或橢圓等，也可以是其它形狀。
條帶線路50具有均勻地設(shè)在下側(cè)的電介質(zhì)襯底52A的底面的下側(cè)接地電極51、均勻地設(shè)在上側(cè)的電介質(zhì)襯底52B的上面的上側(cè)接地電極59、設(shè)在電介質(zhì)襯底52A、52B之間的導(dǎo)體線路圖形53和在線路圖形53的寬度方向形成的中間接地電極54A、54B。在線路圖形53的寬度方向，在中間接地電極54A、54B之間形成不設(shè)導(dǎo)體的區(qū)域56A、56B。再有，也可以是不設(shè)在中間接地電極54A、54B的結(jié)構(gòu)。
在該條帶線路50中，在該線路圖形53的周圍，和圖2中的共面線路30一樣，沿線路圖形53設(shè)置多個作為貫通導(dǎo)體的通孔55。通孔55貫通電介質(zhì)襯底52A、52B，使各接地電極51、59、54A、54B之間導(dǎo)通。通孔55和圖2中的共面線路30一樣，設(shè)置它是為了在該條帶線路50中，使TEM模式之外的模式(TE、TM模式)的電磁波不能傳輸。
該條帶線路50的線路圖形53在與波導(dǎo)管型波導(dǎo)60的各接地電極51、59、54A、54B的積層方向正交的方向(Z方向)上延伸，其端部在與積層方向正交的方向上間接地與下側(cè)接地電極61連接而導(dǎo)通。
更詳細(xì)地說，如圖9(A)和圖10(A)所示，在條帶線路50和波導(dǎo)管型波導(dǎo)60的連接部分58，在線路圖形53的端部的附近設(shè)置通孔57，利用該通孔57間接地使線路圖形53和波導(dǎo)管型波導(dǎo)60中的下側(cè)接地電極61導(dǎo)通。再有，也可以在上側(cè)設(shè)置通孔57，與上側(cè)接地電極63導(dǎo)通。
條帶線路50在波導(dǎo)管型波導(dǎo)60的E面進(jìn)行磁場偶合。再有，當(dāng)波導(dǎo)管型波導(dǎo)60是TE模式且電磁波的行進(jìn)方向S是圖3的Z方向時，波導(dǎo)管型波導(dǎo)60的E面是與圖中的XY平面平行的面。
即，因該條帶線路50的磁場分布是TEM模式，故在線路圖形53的周圍呈環(huán)狀分布。另一方面，若波導(dǎo)管型波導(dǎo)60的磁場分布例如是最低次TE模式(TE10模式)，則在其截面內(nèi)呈單方向分布。這里，在連接部分58，將波導(dǎo)分成上側(cè)和下側(cè)區(qū)域來考慮。這一來，如圖9(A)所示，通過在下側(cè)區(qū)域設(shè)置通孔57，使條帶線路50的磁場H1在連接部分58主要只分布在上側(cè)區(qū)域。將該上側(cè)區(qū)域作為與波導(dǎo)管型波導(dǎo)60的偶合窗口，使波導(dǎo)管型波導(dǎo)60的磁場H2的方向和條帶線路50的磁場H1的方向一致，由此，在E面內(nèi)進(jìn)行磁場偶合，從TBM模式變換到TE模式。
這里，如圖9(B)和圖10(B)所示，減少設(shè)在連接部分58的通孔57的數(shù)目，不僅在上側(cè)區(qū)域，在下側(cè)區(qū)域也可以設(shè)置偶合窗口。再有，圖9(B)相當(dāng)于圖10(B)的CC線部分的剖面。這時，在下側(cè)區(qū)域，因波導(dǎo)管型波導(dǎo)60的磁場H2的方向和條帶線路50的磁場H1的方向相反，故磁場偶合的程度弱。另一方面，如圖9(A)所示，當(dāng)只在上側(cè)區(qū)域設(shè)置偶合窗口時，磁場偶合的程度最強(qiáng)。因此，通過調(diào)整設(shè)在下側(cè)區(qū)域的偶合窗口的大小，可以進(jìn)行偶合調(diào)整。
其次，說明以上各構(gòu)成的高頻組件的作用。
在以上各構(gòu)成的高頻組件中，第1波導(dǎo)(微帶線路10、共面線路30和條帶線路50)傳輸TEM模式的電磁波。例如，在圖2的共面線路30中，通過在線路圖形33的寬度方向以低于截止頻率的間隔W(圖5)設(shè)置通孔35，可以不傳輸除TEM模式之外的模式(TE、TM模式)的電磁波。
TEM模式的電磁波向傳輸TEM模式之外的模式的第2波導(dǎo)(波導(dǎo)管型波導(dǎo)20、40、60)傳輸。在第1波導(dǎo)和第2波導(dǎo)的連接部分，如圖4(A)～(C)等所示，在第2波導(dǎo)的E面內(nèi)進(jìn)行磁場偶合，使第1波導(dǎo)傳輸?shù)碾姶挪ǖ拇艌鯤1的方向和第2波導(dǎo)傳輸?shù)碾姶挪ǖ拇艌鯤2的方向一致，由此，進(jìn)行TEM模式向其它模式的變換。
這里，以第1波導(dǎo)是共面線路30的情況為例，說明調(diào)整磁場偶合程度的方法。
首先，作為第1調(diào)整方法，有利用設(shè)在線路圖形33的周圍的通孔35的間隔W(圖5)進(jìn)行調(diào)整的方法。這時，若間隔W短，則偶合的程度小。
其次，作為第2調(diào)整方法，如圖6所示，有在線路圖形33的連接部分附近設(shè)置偶合調(diào)整用通孔37的方法。對偶合調(diào)整用通孔37的內(nèi)面進(jìn)行金屬化處理，使上下接地電極41、43導(dǎo)通。偶合調(diào)整用通孔37的截面形狀不限于圓形，可以是多角形或橢圓等，也可以是其它形狀。
如圖11(A)、(B)所示，一般，在多角形的波導(dǎo)管(諧振腔)中，在多角形的各邊的中央附近磁場強(qiáng)度最大。再有，圖11(A)、(B)分別示出H面方向的截面形狀為四角形和三角形的波導(dǎo)管的H面內(nèi)的磁場分布。圖中，畫有剖面線的區(qū)域是磁場強(qiáng)度強(qiáng)的區(qū)域。
因此，在圖6所示的第2調(diào)整方法中，可以考慮磁場強(qiáng)度的分布并根據(jù)偶合調(diào)整用通孔37的設(shè)置位置來調(diào)整偶合的程度。即，在波導(dǎo)管型波導(dǎo)40一側(cè)，通過例如在磁場強(qiáng)度強(qiáng)的地方(若是多角形則在各邊的中央)設(shè)置偶合調(diào)整用通孔37，由此可以增強(qiáng)偶合的程度。此外，設(shè)置偶合調(diào)整用通孔37的個數(shù)越多，則偶合的程度越弱。
其次，作為第3調(diào)整方法，有考慮磁場強(qiáng)度的分布并利用連接線路圖形33的位置本身進(jìn)行調(diào)整的方法。如圖5所示，若線路圖形33在波導(dǎo)管型波導(dǎo)40的邊的中央付近連接，則因此處的磁場強(qiáng)度強(qiáng)，故偶合的程度變強(qiáng)。相反，如圖7所示，若在離開邊的中央位置連接，則偶合的程度變?nèi)酢?br> 此外，作為第4調(diào)整方法，也有在連接部調(diào)整線路圖形33的端部的位置的方法。例如，如圖8(A)所示，可以延長線路圖形33并使其端部延伸到波導(dǎo)管型波導(dǎo)40內(nèi)部。這時，在信號波長λ的1/4的長度范圍內(nèi)延長線路圖形33。線路圖形33的端部越深入波導(dǎo)管型波導(dǎo)40的內(nèi)部，偶合的程度越弱。相反，如圖8(B)所示，也可以縮短線路圖形33，使其端部遠(yuǎn)離波導(dǎo)管型波導(dǎo)40。這時，在信號波長λ的1/4的長度范圍內(nèi)縮短線路圖形33。線路圖形33的端部越遠(yuǎn)離波導(dǎo)管型波導(dǎo)40，偶合的程度越弱。
再有，如已使用圖9(A)、(B)說明的那樣，在圖3所示的高頻組件的情況下，有在連接部分58利用上下設(shè)置的偶合窗口的大小進(jìn)行偶合調(diào)整的方法。
再有，在以上的說明中，假定電磁波從第1波導(dǎo)向第2波導(dǎo)傳輸，但也可以與此相反，使電磁波從第2波導(dǎo)向第1波導(dǎo)傳輸。
如以上說明的那樣，若按照本實施例，使第1波導(dǎo)的端部從與接地電極的積層方向正交的方向，直接或間接地與第2波導(dǎo)的一個接地電極導(dǎo)通，并使第1波導(dǎo)和第2波導(dǎo)的磁場方向在E面內(nèi)一致，這樣來進(jìn)行磁場偶合，所以，可以在各波導(dǎo)之間很好地進(jìn)行TEM模式和其它模式的模式變換。
此外，若按照本實施例，因第1波導(dǎo)和第2波導(dǎo)可以使用同一塊襯底一體制造，故容易制造。此外，可以使用平面結(jié)構(gòu)將第1波導(dǎo)和第2波導(dǎo)連接，可以使整體結(jié)構(gòu)簡單。此外，因為是平面結(jié)構(gòu)，所以，例如可以很容易地將高頻組件作成芯片，再安裝在其它底板上。
此外，若按照本實施例，因使第1波導(dǎo)直接或間接地與第2波導(dǎo)的接地電極導(dǎo)通，故可以不使其連接位置變化而能在很寬的頻帶內(nèi)進(jìn)行最大效率的偶合。
參照圖12(A)、(B)所示的比較例的模式變換結(jié)構(gòu)說明這一問題。圖12(A)示出該模式變換結(jié)構(gòu)的平面圖，圖12(B)示出側(cè)面方向的結(jié)構(gòu)。在該模式變換結(jié)構(gòu)中，在第2波導(dǎo)的接地電極321的一部分上形成偶合窗口322。以最大的效率使微帶線路等端部是開放(開路)端的第1波導(dǎo)310與該第2波導(dǎo)320偶合。這時，如圖所示，通過使偶合窗口322位于從第1波導(dǎo)310的開放端算起長度為λ/4(λ信號波長)的地方，使偶合的程度最高。但是，在這樣的模式變換結(jié)構(gòu)的情況下，要想以最高效率進(jìn)行偶合，有必要根據(jù)信號頻率對第1波導(dǎo)310和偶合窗口322的位置關(guān)系進(jìn)行修正。
與此相對，在本實施例的模式變換結(jié)構(gòu)的情況下，因在連接部分第1波導(dǎo)和第2波導(dǎo)直接導(dǎo)通，故即使信號頻率改變也可以不調(diào)整連接位置而始終以最高的效率進(jìn)行偶合(模式變換)。即，能夠在很寬的頻帶內(nèi)進(jìn)行最高效率的偶合。
變形例其次，說明以上的高頻組件和模式變換結(jié)構(gòu)及方法的變形例。
<第1變形例>
圖13示出本變形例的高頻組件的構(gòu)成。圖14示出該高頻組件的平面圖。在圖13中，為了簡化圖面，省略最上層的厚度，畫出剖面線。本變形例是將第2波導(dǎo)作為多模式(雙模式)波導(dǎo)管型波導(dǎo)90的構(gòu)成的例子。在該例子中，在雙模式波導(dǎo)管型波導(dǎo)90的信號輸入輸出部上連接作為第1波導(dǎo)的共面線路70、80。共面線路70、80和波導(dǎo)管型波導(dǎo)90共有1個電介質(zhì)襯底72，且一體構(gòu)成。在該高頻組件中，例如，輸入信號S1從共面線路70一側(cè)輸入到波導(dǎo)管型波導(dǎo)90，輸出信號S2從共面線路80一側(cè)輸出。
波導(dǎo)管型波導(dǎo)90具有相互對置的接地電極91、93和作為使這些接地電極91、93之間導(dǎo)通的導(dǎo)電體的多個通孔92，在由這些接地電極91、93和通孔92包圍的區(qū)域內(nèi)，電磁波用2種模式傳輸。通孔92整體上例如略呈正方形狀排列。
共面線路70、80的構(gòu)成基本上和圖2的共面線路30一樣，具有分別在電介質(zhì)襯底72的上面呈線路形狀形成的導(dǎo)體線路圖形73、83。在線路圖形73、83的周圍，沿線路圖形73、83設(shè)置多個作為貫通導(dǎo)體的通孔75、85，使TEM模式之外的電磁波不在共面線路70、80中傳輸。在線路圖形73、82的寬度方向，在通孔75、85和線路圖形73、82之間形成不設(shè)導(dǎo)體的區(qū)域76A、76B、86A和86B。
共面線路70、80也分別和其它的構(gòu)成例一樣，線路圖形73、83在與接地電極91、93的積層方向正交的方向上延伸，其輸出端或輸入端在與積層方向正交的方向上，直接與1個接地電極93連接并導(dǎo)通。此外，共面線路70、80在波導(dǎo)管型波導(dǎo)90的E面進(jìn)行磁場偶合。
圖15(A)、(B)示出該波導(dǎo)管型波導(dǎo)90的2個模式的磁場分布。在該波導(dǎo)管型波導(dǎo)90中，存在與結(jié)構(gòu)上的對稱面96平行產(chǎn)生磁場分布的第1模式(圖15(A))和與對稱面96垂直產(chǎn)生磁場分布的第2模式(圖15(B))。此外，在該波導(dǎo)管型波導(dǎo)90中，在和對稱面96相反一側(cè)的對角位置94、95上，通過改變電磁波傳輸區(qū)域的形狀，可以調(diào)整信號頻率的帶寬。例如，通過使傳輸區(qū)域的形狀變成象圖示那樣的切去一個角的形狀，可以展寬頻帶。
再有，雙模式波導(dǎo)除上述結(jié)構(gòu)之外，有各種各樣的結(jié)構(gòu)。例如，有象圖16(A)、(B)所示那樣的用2個磁場分布模式激勵的波導(dǎo)。在該波導(dǎo)中，存在與結(jié)構(gòu)上的對稱面97平行產(chǎn)生磁場分布的第1模式(圖16(B))和與對稱面97垂直產(chǎn)生磁場分布的第2模式(圖16(A))。這樣，對其它結(jié)構(gòu)的雙模式波導(dǎo)，也可以使用本實施例的模式變換結(jié)構(gòu)。
這樣，若按照本變形例，即使對于雙模式波導(dǎo)管型波導(dǎo)90，也能與TEM模式的波導(dǎo)連接并進(jìn)行TEM模式和其它模式間的變換。
<第2變形例>
圖17示出本變形例的高頻組件的構(gòu)成。圖18示出該高頻組件的第1波導(dǎo)和第2波導(dǎo)的連接部分的結(jié)構(gòu)。在圖17中，為了簡化圖面，省略中間層的厚度，畫出剖面線。本變形例是對圖3的高頻組件的變形例，對和圖3相同的結(jié)構(gòu)部分添加同一符號并適當(dāng)省略其說明。
在圖3的高頻組件中，波導(dǎo)管型波導(dǎo)60的電磁波傳輸區(qū)只有1個，在本變形例中，在多層結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)管型波導(dǎo)200中設(shè)有多個傳輸區(qū)。即，在中間層均勻設(shè)置接地電極204，在積層方向有多個傳輸區(qū)。更詳細(xì)地說明，將由中間接地電極204、上側(cè)接地電極63和通孔62包圍的區(qū)域作為第1傳輸區(qū)210，將由中間接地電極204、下側(cè)接地電極61和通孔62包圍的區(qū)域作為第2傳輸區(qū)220。這樣，在積層方向形成相鄰的2個傳輸區(qū)210、220。而且，在這些傳輸區(qū)210、220中，例如在圖17的S11、S12方向分別傳輸電磁波。
此外，在圖3的高頻組件中，在與波導(dǎo)管型波導(dǎo)60的連接部分58中，使條帶線路50的線路圖形53經(jīng)通孔57間接地與下側(cè)接地電極61連接，但在本變形例中，線路圖形53的端部直接與中間接地電極204連接并導(dǎo)通，使在條帶線路50中傳輸?shù)碾姶挪ǚ謩e在2個傳輸區(qū)210、220中傳輸。
在本變形例中，條帶線路50在2個傳輸區(qū)210、220各自的E面進(jìn)行磁場偶合。即，如圖18所示，因為是TEM模式，故條帶線路50的磁場分布沿線路圖形53的周圍呈環(huán)狀分布。另一方面，例如若是最低次的TE模式(TE10模式)，則在各傳輸區(qū)210、220中，波導(dǎo)管型波導(dǎo)200的磁場分布在其截面內(nèi)呈單方向分布。這里，在連接部分，通過將各傳輸區(qū)210、220中的磁場H21、H22的方向設(shè)定成相互相反的方向，可以使各磁場H21、H22的方向和條帶線路50的磁場H1的方向一致。因此，可以在各傳輸區(qū)210、220的各E面內(nèi)很好地進(jìn)行磁場偶合，實現(xiàn)從TEM模式到TE模式的變換。
若按照本變形例，可以使以TEM模式傳輸?shù)?個高頻信號分成多路以其它模式傳輸。該變形例的模式變換結(jié)構(gòu)可以很好地用于雙工器等。
再有，本發(fā)明不限于以上實施例，可以進(jìn)行種種變形實施。例如，在上述實施例中，作為使第2波導(dǎo)(波導(dǎo)管型波導(dǎo))中的接地電極間導(dǎo)通的結(jié)構(gòu)，舉出了使用通孔的例子，但也可以使用和通孔的結(jié)構(gòu)不同的導(dǎo)電體。例如，也可以設(shè)置溝狀結(jié)構(gòu)部分去代替通孔，使其內(nèi)面金屬化而形成金屬壁。這樣的金屬壁例如可以利用微細(xì)加工法作成。
如以上說明的那樣，若按照本發(fā)明的高頻組件、模式變換結(jié)構(gòu)或模式變換方法，使第1波導(dǎo)的端部在與接地電極的積層方向正交的方向上直接或間接地與第2波導(dǎo)的1個接地電極導(dǎo)通，而且，將第1波導(dǎo)和第2波導(dǎo)在第2波導(dǎo)的E面進(jìn)行磁場偶合，使第1波導(dǎo)傳輸?shù)碾姶挪ǖ拇艌龇较蚝偷?波導(dǎo)傳輸?shù)碾姶挪ǖ拇艌龇较蛞恢?，所以，可以在各波?dǎo)之間很好地進(jìn)行TEM模式和其它模式的模式變換。
權(quán)利要求
1.一種高頻組件，其特征在于具有傳輸TEM模式的電磁波的第1波導(dǎo)和與所述第1波導(dǎo)偶合傳輸和TEM模式不同的其它模式的電磁波的第2波導(dǎo)，所述第2波導(dǎo)具有互相對置的至少2層的接地電極和由使至少2層的接地電極之間導(dǎo)通的導(dǎo)電體包圍的區(qū)域，電磁波在所述區(qū)域內(nèi)傳輸，所述第1波導(dǎo)在與所述接地電極的積層方向正交的方向上延伸，其端部在與所述積層方向正交的方向上直接或間接地與所述第2波導(dǎo)的1個接地電極導(dǎo)通，而且，所述第1波導(dǎo)和所述第2波導(dǎo)在所述第2波導(dǎo)的E面進(jìn)行磁場偶合，使所述第1波導(dǎo)傳輸?shù)碾姶挪ǖ拇艌龇较蚝退龅?波導(dǎo)傳輸?shù)碾姶挪ǖ拇艌龇较蛞恢隆?br> 2.權(quán)利要求1記載的高頻組件，其特征在于所述第2波導(dǎo)傳輸TE模式的電磁波。
3.權(quán)利要求1記載的高頻組件，其特征在于所述第1波導(dǎo)位于所述第2波導(dǎo)的相互對置的接地電極之間，同時，所述第1波導(dǎo)的端部經(jīng)導(dǎo)電體與所述對置的接地電極中的1個電極導(dǎo)通。
4.權(quán)利要求1記載的高頻組件，其特征在于所述第1波導(dǎo)具有在電介質(zhì)襯底上形成的導(dǎo)體線路圖形。
5.權(quán)利要求4記載的高頻組件，其特征在于在所述線路圖形的周圍，沿所述線路圖形設(shè)置多個貫通所述電介質(zhì)襯底的貫通導(dǎo)體，所述貫通導(dǎo)體的寬度方向的間隔是低于所述第1波導(dǎo)中傳輸?shù)碾姶挪ǖ慕刂诡l率的間隔。
6.權(quán)利要求5記載的高頻組件，其特征在于通過調(diào)整所述貫通導(dǎo)體的間隔，進(jìn)行所述第1波導(dǎo)和所述第2波導(dǎo)的偶合調(diào)整。
7.權(quán)利要求1記載的高頻組件，其特征在于在所述第1波導(dǎo)和所述第2波導(dǎo)的偶合部分設(shè)置偶合調(diào)整用貫通導(dǎo)體。
8.權(quán)利要求3記載的高頻組件，其特征在于在所述第1波導(dǎo)的偶合部分中，在與所述第1波導(dǎo)導(dǎo)通的接地電極側(cè)或其相反一側(cè)中的至少其一設(shè)置窗口。
9.權(quán)利要求1記載的高頻組件，其特征在于所述第2波導(dǎo)是具有3層以上的接地電極的積層結(jié)構(gòu)，在積層方向具有多個傳輸電磁波的傳輸區(qū)，所述第1波導(dǎo)的端部與所述第2波導(dǎo)中的相鄰的傳輸區(qū)之間的接地電極導(dǎo)通。
10.權(quán)利要求9記載的高頻組件，其特征在于所述第1波導(dǎo)的端部端部與所述第2波導(dǎo)中的相鄰的傳輸區(qū)之間的接地電極導(dǎo)通，使所述第1波導(dǎo)傳輸?shù)碾姶挪ㄔ谒龅?波導(dǎo)中的多個傳輸區(qū)中分開傳輸。
11.權(quán)利要求1記載的高頻組件，其特征在于所述第1波導(dǎo)是條帶線路、微帶線路或共面線路。
12.權(quán)利要求1記載的高頻組件，其特征在于所述第2波導(dǎo)以多個模式傳輸電磁波。
13.一種模式變換結(jié)構(gòu)，是用來在傳輸TEM模式的電磁波的第1波導(dǎo)和與所述第1波導(dǎo)偶合，并在傳輸與TEM模式不同的其它模式的電磁波的第2波導(dǎo)之間進(jìn)行不同波導(dǎo)間的模式變換的模式變換結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第2波導(dǎo)具有互相對置的至少2層的接地電極和由使至少2層的接地電極之間導(dǎo)通的導(dǎo)電體包圍的區(qū)域，電磁波在所述區(qū)域內(nèi)傳輸，所述第1波導(dǎo)在與所述接地電極的積層方向正交的方向上延伸，其端部在與所述積層方向正交的方向上直接或間接地與所述第2波導(dǎo)的1個接地電極導(dǎo)通，而且，所述第1波導(dǎo)和所述第2波導(dǎo)在所述第2波導(dǎo)的E面進(jìn)行磁場偶合，使所述第1波導(dǎo)傳輸?shù)碾姶挪ǖ拇艌龇较蚝退龅?波導(dǎo)傳輸?shù)碾姶挪ǖ拇艌龇较蛞恢?，由此進(jìn)行模式變換。
14.一種模式變換方法，是一種結(jié)構(gòu)體的模式變換方法，所述結(jié)構(gòu)體具有傳輸TEM模式的電磁波的第1波導(dǎo)和與所述第1波導(dǎo)偶合、傳輸和TEM模式不同的其它模式的電磁波的第2波導(dǎo)，所述第2波導(dǎo)具有互相對置的至少2層的接地電極和由使至少2層的接地電極之間導(dǎo)通的導(dǎo)電體包圍的區(qū)域，電磁波在所述區(qū)域內(nèi)傳輸，其特征在于所述第1波導(dǎo)在與所述接地電極的積層方向正交的方向上延伸，其端部在與所述積層方向正交的方向上直接或間接地與所述第2波導(dǎo)的1個接地電極導(dǎo)通，而且，所述第1波導(dǎo)和所述第2波導(dǎo)在所述第2波導(dǎo)的E面進(jìn)行磁場偶合，使所述第1波導(dǎo)傳輸?shù)碾姶挪ǖ拇艌龇较蚝退龅?波導(dǎo)傳輸?shù)碾姶挪ǖ拇艌龇较蛞恢拢纱诉M(jìn)行模式變換。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種高頻組件和模式變換結(jié)構(gòu)及方法，能夠在多個波導(dǎo)之間很好地進(jìn)行TEM模式和其它模式的模式變換。為此，本發(fā)明的高頻組件具有傳輸TEM模式的電磁波的作為第1波導(dǎo)的微帶線路10和與該第1波導(dǎo)偶合傳輸和TEM模式不同的其它模式的電磁波的作為第2波導(dǎo)的多層結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)管型波導(dǎo)20。第1波導(dǎo)的端部在與接地電極的積層方向正交的方向上直接或間接地與第2波導(dǎo)的1個接地電極導(dǎo)通。使第1波導(dǎo)和第2波導(dǎo)的磁場方向在E面內(nèi)一致來進(jìn)行磁場偶合，所以，能夠在多個波導(dǎo)之間很好地進(jìn)行TEM模式和其它模式的模式變換。
文檔編號H01P5/08GK1499667SQ20031010461
公開日2004年5月26日 申請日期2003年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月29日
發(fā)明者福永達(dá)也 申請人:Tdk株式會社