ビアレス平面型マイクロストリツプ線路導波管変換器の広帯域設計

摘要

これまでに我々は、一層基板に構成された平面型ミリ波マイクロストリップ線路-導波管（MS-WG)変換器を開発している。従来の一層基板型変換器では，基板内を通って漏れ出す平行平板モードによる損失を防ぐために、導波管の輪郭に沿って、基板内にビアホールを設けているが、工程が増加するのに加え、ビアホールのばらつきなどによる特性劣化の原因となっており、ピアホール不要な変換器が望まれている。そこで、これまでに我々はチョーク構造を導入することで、ビアホールを使わずに基板を介して生じる電磁波の漏れを低減する方法を提案している。すなわち、基板に構成された導波管短絡板の大きさを有限とし、基板内を伝わる平行平板モードに対して導波管の輪郭から約1/4波長の位置に実効的な開放回路とすることで、等価的に導波管の輪郭位置で実効的な短絡回路を実現し、ピァホールを配列するのと等価な効果を実現するという手法である。本研究ではさらにこの研究を推し進め、一層基板に構成された平面型マイクロストリップ線路導波管変換器について、チョーク構造を最適化するとともに、チヨーク構造を導入したときの変換器の特性変化について検討した。さらに、変換器に用いられているパッチ素子を1つから3つに増やすことにより広帯域化した場合についても、チョーク構造を最適化し、電磁界解析により特性を評価した結果を示す。%We have developed a planar microstrip-to-waveguide transition on a single-layer substrate in the mil-limeter-wave band. Via holes surround a rectangular waveguide to prevent leakage of parallel plate mode in a substrate. However, an additional process for via holes increases production cost and manufacturing error of via hole position increases transmission loss of the transition. Then, we have proposed a choke structure for replacement from via hole arrangement. The size of the waveguide short composed of the metal plate on the substrate is designed to form choke structure around the waveguide. The waveguide profile is equivalent to the short circuit when the open circuit at the edge of the metal plate is spaced by a quarter wavelength in the substrate from the waveguide profile. We optimized the choke structure for the planar microstrip-to-waveguide transition on the single-layer substrate in this work. The perturvation in the characteristics of the substrate is discussed in this paper. Furthermore, the choke structure is optimized again in the broadband transition with three patch element. The simulated performance is also presented in this paper.