JP2000068733A - 波付漏洩導波管 - Google Patents

波付漏洩導波管

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JP2000068733A
JP2000068733A JP10240431A JP24043198A JP2000068733A JP 2000068733 A JP2000068733 A JP 2000068733A JP 10240431 A JP10240431 A JP 10240431A JP 24043198 A JP24043198 A JP 24043198A JP 2000068733 A JP2000068733 A JP 2000068733A
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holes
vswr
hole
waveguide
leaky waveguide
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JP10240431A
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Yukio Ikeda
幸雄 池田
Masahisa Kaneda
正久 金田
Riyouji Matsubara
亮滋 松原
Tatsu Watari
達 亘理
Toshiyuki Ando
敏之 安藤
Giyoutou You
暁冬 楊
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 VSWRのピークを低減させる波付漏洩導波
管を提供する。 【解決手段】 中空導体1に電波を漏洩させるための貫
通孔2を長手方向に間隔を置いて形成すると共に前記中
空導体1の表面には長手方向に交互に凹凸を形成した波
付漏洩導波管において、前記貫通孔2の間隔P及び前記
凹凸のピッチpのいずれか一方又は両方を変化させた。
貫通孔2が凹凸の同じ位置に存在することが少なくな
り、VSWRのピークが低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、貫通孔と表面の凹
凸とを形成した波付漏洩導波管に係り、特に、VSWR
のピークを低減させる波付漏洩導波管に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】中空の金属(以下、中空導体という)か
らなる導波管は、マイクロ波からミリ波におよぶ高周波
数帯での伝送路として広く利用されている。マイクロ波
帯では、中空導体の断面形状が方形である方形導波管が
用いられる。中空導体の断面形状を図3に示す。図中、
断面内部側の長辺aは遮断周波数をλとすると、a=λ
/2で得られ、また、短辺bは2/a程度が選ばれるた
め、伝送に使用する周波数により中空導体1の寸法はほ
ぼ決定される。実際の伝送路としては、作業性などの理
由から、方形導波管と電気的に等価な特性を有するよう
に設計された楕円・長円導波管が用いられる。
【0003】一方、トンネル内、地下街、鉄筋コンクリ
ート建物内など電波が伝搬しにくい場所では、列車無線
や自動車無線のような移動体との通信を確保するため
に、中空導体に電波を漏洩させるための貫通孔(スロッ
トとも言う)を開けた漏洩導波管が用いられる。通常、
貫通孔は中空導体の片側のみに一定間隔で加工される。
従来の漏洩導波管を図4に示す。図示のように、漏洩導
波管は、楕円導波管を形成する中空導体1に貫通孔2を
長手方向に一定間隔を置いて形成したものである。貫通
孔の各種配置を図5に示す。貫通孔2は、図5(a)の
ように中空導体1の長手方向に長辺を沿わせた長方形、
図5(b)のように中空導体1を短手方向に長辺が横切
る長方形、図5(c)のように前記2種の長方形の対、
図5(d)のように中空導体1に対して傾斜した長方形
の開口を有し、いずれも貫通孔2の中心同士の間隔はP
である。
【0004】貫通孔間隔Pが一定であるため、各貫通孔
2から放射される電波は互いに干渉しあい、ある方向に
強く放射される。このため、図6に示されるように、中
空導体1の直交方向(点線)に対し電波放射角θが形成
される。この電波放射角θに関しては、漏洩導波管はア
ンテナを一定間隔で配列したアレーアンテナとみなすこ
とができる。
【0005】無限長アレーアンテナとしての漏洩導波管
から放射される外部電磁界を求めると、電波放射角θ
は、スロット間隔Pとキャリア周波数(伝送周波数)の
波長λとの比から、次の(1)式で与えられる。
【0006】
【数1】
【0007】ただし、k=0,±1,±2,… νは導波管内の波長短縮率 λは自由空間における波長 である。
【0008】通常、漏洩導波管からの放射方向は、漏洩
導波管に対して垂直に近い方向(図6で電波放射角θが
0に近い方向)が選ばれる。
【0009】漏洩導波管の特性を評価する指数の一つに
VSWR(Voltage Standing WaveRatio )がある。V
SWRは、入射した信号がどの程度反射されるかを示す
係数であり、次式で与えられる。
【0010】
【数2】
【0011】ここで、Γは反射係数である。
【0012】反射波が全くない場合には、反射係数Γが
0、VSWRが1となる。この場合、入力された信号の
全てが漏洩導波管から放射されるかあるいは遠端部に伝
送されることを意味する。
【0013】また、反射波が大きい場合には、反射係数
Γが1に近くなるため、VSWRは1より大きい値をと
る。この場合には、漏洩導波管に入射させた信号が漏洩
導波管内で反射されて入射端に戻ってくる割合が大き
い。このとき、入射した信号の一部が外部に放射されず
に入射端に戻ってくるため、通信妨害や通信機器の故障
の原因となるおそれがある。通常、VSWRには、1.
5以下の値が要求される。
【0014】上述のように、従来の漏洩導波管では外部
に信号を漏洩させるための貫通孔2が一定間隔で設けら
れているが、各貫通孔2は信号を漏洩するだけでなく、
信号の一部を反射する。図7に反射波発生の概念を示
す。各貫通孔2での反射は、入射波の周波数によって反
射係数は異なるものの、入射波の周波数に関わらず発生
する。
【0015】反射波の波長が貫通孔間隔Pの整数倍でな
い場合には、各貫通孔2からの反射波は打ち消し合うた
め、入射端での反射係数Γは0に近くなり、VSWRは
1に近い値となる。ところが、貫通孔間隔Pと同じ長さ
或いはその整数倍である波長を有する信号の場合には、
反射波が入射端ですべて同相となるため、入射端から見
た反射係数Γは1に近くなり、VSWRは大きな値をと
る。この信号の周波数が共振周波数と呼ばれ、その波長
λP は次式で与えられる。
【0016】
【数3】
【0017】ここで、Pは貫通孔の間隔、λC は漏洩導
波管の形状・寸法によって定まる遮断波長である。共振
周波数fP は共振波長λP より得ることができる(fP
=c/λP 、cは光速)。
【0018】(3)式によって得られる共振波長λP
(1)式に代入すると、電波放射角θは0°となる。従
って、伝送に使用する周波数帯の信号に対する電波放射
角θが0°とならないように貫通孔間隔Pが選ばれる。
中空導体の断面形状が一定である漏洩導波管のVSWR
の周波数特性を図8に示す。図示のように、伝送に使用
する周波数帯Aは、共振周波数fP を含まないように設
定される。
【0019】ところで、実際に使用される漏洩導波管の
中空導体では、ケーブルへの巻取や布設を容易にするた
め、中空導体1の表面に長手方向に交互に凹凸を形成す
ることにより側面から見て波形となるよう加工する。図
9に、このような凹凸を形成してなる波付漏洩導波管を
示す。図9(a)に示されるように、中空導体1の断面
形状は楕円形である。また、図9(b)に示されるよう
に、中空導体1の表面には長手方向に交互に凹凸が形成
されている(中空導体1の厚みは一定)。この凹凸は中
空導体1の周方向に徐々に異なる位置で長手方向に徐々
に異なる位置にずれるよう螺旋状に形成されており、一
周回で一凹凸分だけ長手方向にずれる。この凹凸のピッ
チpは、導波管の最小曲げ半径などを考慮し、適当なピ
ッチが選ばれる。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】波付漏洩導波管にあっ
ては、貫通孔2が凹凸のどの位置に存在するかによって
貫通孔2からの反射の反射係数は異なるので、貫通孔間
隔Pと凹凸ピッチpとの関係が重要となる。しかし、従
来技術では、貫通孔間隔Pと凹凸ピッチpとはそれぞれ
独立に選定されている。このため両者の条件(値の選
定)によっては貫通孔間隔Pの整数倍と凹凸ピッチpの
整数倍との関係が(4)式に示すように、一致又は近似
することがある。
【0021】 |nP−mp|≦C (4) ここで、n,mは整数、Cは貫通孔2のずれを示す値で
あり、Cが0のときn個目の貫通孔2とm個目の凹凸と
が一致し、凹凸の同じ位置に貫通孔2が存在することを
意味する。Cが0ではなくても、Cが貫通孔2の大きさ
よりも十分小さければ、凹凸の同じ位置に貫通孔2が存
在すると見なすことができる。
【0022】貫通孔間隔Pと凹凸ピッチpとの関係に
(4)式のような相関がない場合には、凹凸の異なる位
置の貫通孔2により生じる反射波が互いに打ち消し合う
ために、凹凸があることによる周波数特性への影響は無
視できる。
【0023】貫通孔間隔Pと凹凸ピッチpとの関係に
(4)式が成り立つ場合には、貫通孔2がn個毎に凹凸
の同じ位置に存在するので、貫通孔2のn個毎に、ある
大きさの反射波が発生する。貫通孔2のn個分の長さ
が、反射波の波長の整数倍と等しいとき、この反射波は
打ち消されず入射端に戻るため、反射係数は0ではなく
なり、VSWRが大きくなる。貫通孔間隔Pと反射波の
波長λt との関係を(5)式に示す。
【0024】 lλt =nP λt =(nP)/l (5) ここで、lは基本波及び高調波を示す定数であり、l=
1,2,3,…である。
【0025】(5)式では反射波の管内波長λt が得ら
れるため、自由空間に変換した波長λt ´及び周波数
は、(6)式で与えられる。
【0026】
【数4】
【0027】いま、遮断周波数λc=0.0829m、
貫通孔間隔P=0.063m、凹凸ピッチp=0.00
8mとする。(4)式より、C=0となるn,mは、そ
れぞれn=40,m=315となる。なお、伝送に使用
される周波数帯を5.75〜5.85GHzとする。
【0028】この条件では、(5)式より伝送周波数帯
近辺では、5.70,5.79,5.88GHzでVS
WRが大きくなる。また、共振周波数は、5.98GH
zとなる。図10にVSWRの周波数特性を示す。な
お、これらのVSWRの値は、貫通孔2の反射係数の周
波数特性に依存するため、大きさは異なる場合もある。
さらに、これらの値は共振周波数のVSWRより小さく
なる。
【0029】図10に示されるように、伝送周波数帯A
内である5.78GHzにおいてVSWRのピークが現
れており、このことが通信に障害を及ぼすおそれがあ
る。
【0030】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、VSWRのピークを低減させる波付漏洩導波管を提
供することにある。
【0031】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、中空導体に電波を漏洩させるための貫通孔
を長手方向に間隔を置いて形成すると共に前記中空導体
の表面には長手方向に交互に凹凸を形成した波付漏洩導
波管において、前記貫通孔の間隔及び前記凹凸のピッチ
のいずれか一方又は両方を変化させたものである。
【0032】前記貫通孔間隔を電波放射角が所定の角度
範囲となる所定の貫通孔間隔の範囲内で変化させてもよ
い。
【0033】前記貫通孔間隔を長手方向に整数n1個の
貫通孔までは一定間隔となり次の整数n2個の貫通孔ま
では別の値で一定間隔となるよう変化させてもよい。
【0034】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。
【0035】図1に示されるように、本発明に係る波付
漏洩導波管は、中空導体1に貫通孔2と凹凸(図示省
略)とを形成し、凹凸のピッチは一定とし、各貫通孔2
の間隔を変化させたものである。この波付漏洩導波管の
入射端には信号源が接続され、遠端部には終端抵抗が接
続されている。ここでは、各貫通孔2に入射端から順に
番号No1,2,3,…,i,i+1,…,jを付与
し、i番目の貫通孔2とi+1番目の貫通孔2との貫通
孔間隔をPiで示す。各貫通孔間隔Piをどのように変
化させるかは後述する。
【0036】まず、i番目の貫通孔2から放射される電
波とi+1番目の貫通孔2から放射される電波とを考え
る。これらの電波は互いに干渉しあうため、電波強度の
角度分布は方向性を持つ。即ち、ある方向に電波が強く
放射される。その電波の電波放射角θは、次の(1)´
式で与えられる。
【0037】
【数5】
【0038】ただし、k=0,±1,±2,… νは導波管内の波長短縮率 λは自由空間における波長 である。
【0039】この実施形態における波付漏洩導波管に要
求される値として、伝送周波数帯Aを従来技術として説
明したものと同じく5.75〜5.85GHzとし、電
波放射角θを2°〜10°とする。波付漏洩導波管の長
さを100mとする。
【0040】伝送周波数帯Aの条件と電波放射角θの条
件とから、(1)´式を用いて得られる貫通孔間隔Pi
の範囲は、0.054〜0.063mとなる。従って、
本発明にあっては、各貫通孔間隔Piは、0.054〜
0.063mの範囲内で変化させることになる。なお、
遮断周波数及び凹凸ピッチは従来技術として説明したも
のと同じく遮断周波数λc=0.0829m、凹凸ピッ
チp=0.008mとする。
【0041】次に、貫通孔間隔Piの変化の具体例を説
明する。
【0042】まず、従来技術のように貫通孔間隔Piを
全て一定(=0.063m)にした場合には、既に説明
したように、伝送周波数帯A内にVSWRのピークが現
れる。このとき(4)式より、n=40である。
【0043】また、貫通孔間隔Piを全て一定(=0.
054m)にした場合には、n=8,16,…が得ら
れ、n≧16のときに伝送周波数帯A内にVSWRのピ
ークが現れる。n=16のときの伝送周波数帯A近傍で
のVSWRのピークは、5.51,5.78,6.06
GHzに現れる。また、共振周波数は6.6GHzであ
る。
【0044】ここで、貫通孔間隔Piを0.063mか
0.054mかのいずれかとなるように変化させるもの
とする。例えば、入射端から長手方向に整数n1=39
個の貫通孔までは0.063mで一定間隔、次の整数n
2=15個の貫通孔までは0.054mで一定間隔と
し、このような間隔変化を交互に遠端部まで繰り返す。
【0045】このように貫通孔間隔Piを変化させた条
件では、(5)式より伝送周波数帯A近傍には5.78
GHz及び5.81GHzにおいてVSWRのピークが
現れるが、入射端から遠端部まで貫通孔間隔Piを全て
一定とした場合に比べて、(4)式の条件を満たす貫通
孔2の個数が少ないので、VSWRのピークの大きさが
小さくなる。このときのVSWRの周波数特性を図2に
示す。図示のように、伝送周波数帯A内又は近傍でのV
SWRのピークは1.5よりも小さく、図10では伝送
周波数帯A内又は近傍でのVSWRのピークが1.5よ
りも大きいことから、本発明によるVSWRピークの低
減効果が確認できる。
【0046】なお、上記実施形態では貫通孔間隔Piの
取り得る値を所定の2つの値0.063m及び0.05
4mのどちらかとしたが、複数の貫通孔間隔Piの平均
値が上記所定値となるように貫通孔間隔Piを決めても
よく、電波放射角θの要求条件を満たす貫通孔間隔の範
囲内、上記実施形態では0.054〜0.063mの範
囲内であれば、どのような値でもよいことは勿論であ
る。さらに、各貫通孔間隔Piを上記2つの値からでは
なく、それより多くの値から選ぶようにしてもよく、こ
れにより、VSWRのピークをさらに低減させることが
できる。
【0047】また、上記実施形態では凹凸のピッチpは
一定とし、貫通孔間隔Piを変化させたが、貫通孔間隔
Piを一定とし、凹凸のピッチpを変化させても同様の
効果を得ることができ、両者を変化させても同様の効果
を得ることができる。
【0048】また、伝送周波数帯Aを5.75〜5.8
5GHzとし、電波放射角θを2°〜10°としたが、
これらの具体的数値は伝送システムにより要求されるも
のであり、任意に設定することができる。
【0049】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
【0050】(1)VSWRのピークを低減させること
ができるため、通信の障害や通信機の故障を回避でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す波付漏洩導波管の構
成図である。
【図2】本発明の波付漏洩導波管のVSWRの周波数特
性を示す特性図である。
【図3】導波管の中空導体の断面図である。
【図4】漏洩導波管の斜視図である。
【図5】漏洩導波管の貫通孔配置図である。
【図6】漏洩導波管の電波放射角を示す図である。
【図7】漏洩導波管内の反射波を示す図である。
【図8】漏洩導波管のVSWRの周波数特性を示す図で
ある。
【図9】波付漏洩導波管の(a)断面図及び(b)側面
図である。
【図10】従来の波付漏洩導波管のVSWRの周波数特
性を示す特性図である。
【符号の説明】
1 中空導体 2 貫通孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松原 亮滋 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 亘理 達 茨城県日立市砂沢町880番地 日立電線株 式会社高砂工場内 (72)発明者 安藤 敏之 茨城県日立市砂沢町880番地 日立電線株 式会社高砂工場内 (72)発明者 楊 暁冬 茨城県日立市砂沢町880番地 日立電線株 式会社高砂工場内 Fターム(参考) 5J021 AA05 AA07 AA11 AB05 CA02 HA05 JA02 5J045 AA02 DA04 EA01 FA01 HA01 LA01 MA03 NA01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中空導体に電波を漏洩させるための貫通
    孔を長手方向に間隔を置いて形成すると共に前記中空導
    体の表面には長手方向に交互に凹凸を形成した波付漏洩
    導波管において、前記貫通孔の間隔及び前記凹凸のピッ
    チのいずれか一方又は両方を変化させたことを特徴とす
    る波付漏洩導波管。
  2. 【請求項2】 前記貫通孔間隔を電波放射角が所定の角
    度範囲となる所定の貫通孔間隔の範囲内で変化させたこ
    とを特徴とする請求項1記載の波付漏洩導波管。
  3. 【請求項3】 前記貫通孔間隔を長手方向に整数n1個
    の貫通孔までは一定間隔となり次の整数n2個の貫通孔
    までは別の値で一定間隔となるよう変化させたことを特
    徴とする請求項1又は2記載の波付漏洩導波管。
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Cited By (3)

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