高频组件、模式变换结构及方法技术

一种高频组件，其特征在于：　　　　具有传输ＴＥＭ模式的电磁波的第１波导和与所述第１波导偶合传输和ＴＥＭ模式不同的其它模式的电磁波的第２波导，　　　　所述第２波导具有互相对置的至少２层的接地电极和由使至少２层的接地电极之间导通的导电体包围的区域，电磁波在所述区域内传输，　　　　所述第１波导在与所述接地电极的积层方向正交的方向上延伸，其端部在与所述积层方向正交的方向上直接或间接地与所述第２波导的１个接地电极导通，　　　　而且，所述第１波导和所述第２波导在所述第２波导的Ｅ面进行磁场偶合，使所述第１波导传输的电磁波的磁场方向和所述第２波导传输的电磁波的磁场方向一致。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于传输微波或毫米波等高频信号的高频组件以及用来进行不同波导间的模式变换的模式变换结构和方法。
技术介绍
过去，作为用来传送微波波段或毫米波波段等高频信号的传输线路，已知的有带状线路、微带线路、同轴线路、波导管和电介质波导管等。它们通常用来构成高频谐振器和滤波器。此外，作为将这些高频器件模块化后形成的组件，有MMIC(单片微波集成电路)等。以下，将构成高频传输线路和滤波器等的微带线路和波导管等统称为波导。这里，说明波导中电磁波的传输模式。图19(A)、(B)示出矩形波导管中的称为TE模式(TE10模式)状态下的电场分布(同图(A))和磁场分布(同图(B))。在图19(A)、(B)中，截面S1～S5的位置分别对应。在图20中，示出截面S1的电磁场分布。如这些图所示那样，将只在截面方向存在电场分量、而在电磁波的行进方向(管轴方向)Z不存在电场分量的状态称作‘TE模式’。此外，图21(A)、(B)示出称为TM模式(TM11模式)状态下的电磁场分布。图21(A)示出在与管轴方向Z正交的XY截面内的电磁场分布，图21(B)示出侧面的YZ截面内的电磁场分布。如这些图所示那样，将只在截面方向存在磁场分量、而在电磁波的行进方向Z不存在磁场分量的状态称作‘TM模式’。再有，在这些模式中，将与电场E平行的面称作‘E面’，与磁场H平行的面称作‘H面’。在图19(A)、(B)的TE模式的例子中，与XY平面平行的面是E面，与XZ平面平行的面是H面。另一方面，在图22(A)、(B)所示的微带线路和同轴线路等中，存在称作TM模式的状态。这里，微带线路如图22(A)所示，相对配置接地导体101和由线路状导体构成的线路图形103，将电介质102夹在中间。同轴线路如图22(B)所示，在中心导体111的周围包着圆筒状的接地导体112。图23(A)、(B)分别示出微带线路和同轴线路中的TEM模式的电磁场分布。如这些图所示，将电场分量和磁场分量只存在横截面内而在电磁波的行进方向Z不存在的状态称作‘TEM’模式。在具有多个波导的高频组件中，必须采用将各波导相互连接的结构。特别当连接不同模式的波导时，必须采用在各波导间进行模式变换的结构。过去，作为连接微带线路和波导管的结构，例如，如图24所示，有在管路中央设置脊形部121的所谓脊形波导管的结构。微带线路的线路图形103插入设有脊形部121的部分。这时，若微带线路是TEM模式，脊形波导管是TE模式，则微带线路中的电场分布如图25(A)所示，脊形部121中的电场分布如图25(B)所示。在连接部分，通过合并双方的电场分布，在微带线路和脊形波导管之间进行模式变换。最近，出现了在多层结构的布线衬底内利用积层技术形成电介质波导管线路的结构。该结构具有将电介质夹在中间形成的多个接地导体和内面金属化了的、使接地导体导通的通孔，在由这些接地导体和通孔包围的区域内传输电磁波。作为将该多层结构的波导管和微带线路连接的结构，例如，有下面的专利文献1记载的结构。该专利文献1记载的结构基本上和使用了脊形波导管的结构一样，使用通孔在波导的中央部形成阶梯状的疑似脊形部。此外，作为连接不同种类的波导的结构，例如有在电介质谐振器的底边的端部具有输入输出端子电极且将该输入输出端子电极与印刷电路板上的线路图形偶合的例子(专利文献2)。专利文献1特开2000—21660专利文献2特开2002—135003这样，已经知道有几种连接不同波导的结构，但另一方面，对于作为多层结构的波导的最新技术的与不同波导的连接结构，还开发得不够充分。特别是在将TEM模式的波导和多层结构的波导连接的情况下，对于在它们之间进行适当的模式变换的变换结构来说，还有改善的余地。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述问题提出的，其目的在于提供一种高频组件以及模式变换结构和方法，能够在多个波导之间很好地进行TEM模式和其它模式的模式变换。本专利技术的高频组件具有传输TEM模式的电磁波的第1波导和与第1波导偶合传输和TEM模式不同的其它模式的电磁波的第2波导。第2波导具有互相对置的至少2层的接地电极和由使至少2层的接地电极之间导通的导电体包围的区域，电磁波在该区域内传输。第1波导在与接地电极的积层方向正交的方向上延伸，其端部在与积层方向正交的方向上直接或间接地与第2波导的1个接地电极导通。此外，第1波导和第2波导在第2波导的E面进行磁场偶合，使第1波导传输的电磁波的磁场方向和第2波导传输的电磁波的磁场方向一致。本专利技术的模式变换结构是用来在传输TEM模式的电磁波的第1波导和与该第1波导偶合并传输与TEM模式不同的其它模式的电磁波的第2波导之间进行不同波导间的模式变换的模式变换结构，第2波导具有互相对置的至少2层的接地电极和由使至少2层的接地电极之间导通的导电体包围的区域，电磁波在该区域内传输。第1波导在与接地电极的积层方向正交的方向上延伸，其端部在与积层方向正交的方向上直接或间接地与第2波导的1个接地电极导通。而且，第1波导和第2波导在第2波导的E面进行磁场偶合，使第1波导传输的电磁波的磁场方向和第2波导传输的电磁波的磁场方向一致，由此进行模式变换。本专利技术的模式变换方法是一种结构体的模式变换方法，该结构体具有传输TEM模式的电磁波的第1波导和与该第1波导偶合传输和TEM模式不同的其它模式的电磁波的第2波导，第2波导具有互相对置的至少2层的接地电极和由使至少2层的接地电极之间导通的导电体包围的区域，电磁波在该区域内传输。第1波导在与接地电极的积层方向正交的方向上延伸，其端部在与积层方向正交的方向上直接或间接地与第2波导的1个接地电极导通。而且，第1波导和第2波导在第2波导的E面进行磁场偶合，使第1波导传输的电磁波的磁场方向和第2波导传输的电磁波的磁场方向一致，由此进行模式变换。在本专利技术的中，第1波导传输TEM模式的电磁波。在第2波导中，和TEM模式不同的其它模式的电磁波在互相对置的至少2层的接地电极和由使至少2层的接地电极之间导通的导电体包围的区域内传输。第1波导的端部在与积层方向正交的方向上直接或间接地与第2波导的1个接地电极导通。而且，第1波导和第2波导在第2波导的E面进行磁场偶合，使第1波导传输的电磁波的磁场方向和第2波导传输的电磁波的磁场方向一致，由此，在第1波导和第2波导的连接部分，进行TEM模式和其它模式的模式变换。在本专利技术的高频组件中，第1波导可以构成为位于第2波导的相对的接地电极之间，同时，第1波导的端部经导电体与对置的接地电极中的一方导通。这时，可以在第1波导的偶合部分，在和第1波导导通的接地电极侧或相反一侧中的至少一方设置窗口。此外，在本专利技术的高频组件中，第1波导可以具有例如在电介质衬底上形成的导体线路图形。这时，在线路图形的周围，沿线路图形设置多个贯通电介质衬底的贯通导体，贯通导体的宽度方向的间隔最好是在第1波导中传输的电磁波的截止频率之下的间隔。因此，可以抑制TEM模式之外的模式的电磁波在在第1波导中传输。此外，当在线路图形的周围设置多个贯通导体时，通过调整贯通导体的间隔，可以进行第1波导和第2波导的偶合调整。此外，在本专利技术的高频组件中，可以在第1波导和第2波导的偶合部分设置偶合调整用贯通导体。此外，在本专利技术的高频组件中，第2波导可以是具有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：福永达也，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：