JP2002217617A - 導波管同軸変換器、アンテナ装置、無線装置及びセンサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導波管同軸変換器の広帯域化。 【解決手段】 電波吸収体８を導波管１の短絡板２の内
面に設けて、定在波をなくすことにより、導波管同軸変
換器の整合特性と変換効率を、広帯域にわたって平坦に
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は導波管同軸変換器、
アンテナ、無線装置及びセンサ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高周波回路においては、高周波信号を伝
搬するために導波管や同軸線路（同軸ケーブル、同軸管
など）が用いられるので、多くの場合、導波管と同軸線
路を変換する導波管同軸変換器が必要とされる。

【０００３】図１０（ａ）〜（ｃ）を参照して、従来の
導波管同軸変換器を説明する。図１０（ａ）において、
１は導波管であり、その端部に短絡板２を備えている。
３は同軸線路であり、その中心導体４は導波管１内に位
置している。

【０００４】導波管１と同軸線路３の変換は、同軸線路
３の中心導体４が導波管１内で局所的なアンテナとして
作用することにより行われる。

【０００５】短絡板２は、変換効率が向上するように、
導波管１内の高周波エネルギが外部へ逃げるのを防ぐ役
目を果たしている。

【０００６】しかし、短絡板２の存在により、例えば導
波管１側から電界が入射した場合、入射波５は短絡板２
で反射するため、入射波５と反射波６が合成して、図１
０（ｂ）（ｃ）に示すように、導波管１内に定在波７が
生じる。図中、７ａは定在波７の山、７ｂは定在波７の
谷を示す。

【０００７】従って、通常は定在波７の山７ａと一致す
るように中心導体４を位置させるが、広帯域にわたって
平坦な整合特性及び変換特性を得ることはできない。

【０００８】つまり、或る周波数では、図１０（ｂ）に
示すように、定在波７の山７ａが中心導体４の位置と一
致し、中心導体４の位置で電界が最大となるため、良好
な整合状態が得られ、変換効率が高い。しかし、別の周
波数では、図１０（ｃ）に示すように、最悪の場合は定
在波７の谷７ｂが中心導体４の位置と一致し、中心導体
４の位置では電界が最小となってしまい、整合状態が悪
化し、変換効率が低下する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】現在、ＩＴ（情報技
術）革命が注目されている中、動画像の伝送など、情報
量の増大により伝送容量の増大が求められており、導波
管同軸変換器の広帯域化（整合特性及び変換特性の平坦
化）が必要である。周波数帯域が狭いと動画像が乱れる
など、不具合がが生じる。

【００１０】本発明は、かかる状況に鑑みてなされたも
のであり、広帯域な導波管同軸変換器を提供することを
目的とする。また、本発明は、係る広帯域な導波管同軸
変換器を適用したアンテナ装置、無線装置及びセンサ装
置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は導
波路同軸変換器であり、一端に短絡板を備える導波管
と、前記短絡板の内面に設けられた電波吸収体と、前記
導波管内に中心導体が配置された同軸線路とを備えるこ
とを特徴とする。また、請求項２に係る発明は、請求項
１において、前記導波管は前記短絡板の反対側から該短
絡板へ向かって内側寸法が次第に小さくなるテーパ部を
備えるものであることを特徴とする導波管同軸変換器で
ある。更に、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
おいて、前記中心導体の途中にアンプ、ミキサ、検波ダ
イオード等の素子を備えることを特徴とする導波管同軸
変換器である。更に、請求項４に係る発明は、請求項１
又は２又は３において、前記導波管がアンテナの一部で
あることを特徴とする導波管同軸変換器である。

【００１２】請求項５に係る発明はアンテナ装置であ
り、請求項１又は２又は３に記載の導波管同軸変換器
を、アンテナの一部として備えることを特徴とする。ま
た、請求項６に係る発明もアンテナ装置であり、は請求
項１又は２又は３に記載の導波管同軸変換器と、該導波
管同軸変換器の導波管に結合されたアンテナとを備える
ことを特徴とする。

【００１３】請求項７に係る発明は無線装置であり、請
求項１又は２又は３又は４に記載の導波管同軸変換器
と、該導波管同軸変換器の同軸線路に接続された無線機
とを備えることを特徴とする。また、請求項８に係る発
明も無線装置であり、請求項５又は６に記載のアンテナ
装置と、該アンテナ装置の同軸線路に接続された無線機
とを備えることを特徴とする。

【００１４】請求項９に係る発明はセンサ装置であり、
請求項１又は２又は３又は４に記載の導波管同軸変換器
と、該導波管同軸変換器の同軸線路に接続されたセンサ
本体とを備えることを特徴とする。また、請求項１０に
係る発明もセンサ装置であり、請求項５又は６に記載の
アンテナ装置と、該アンテナ装置の同軸線路に接続され
たセンサ本体とを備えることを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図９に基づいて、本
発明の実施形態例に係る導波管同軸変換器、アンテナ装
置、無線装置及びセンサ装置を説明する。

【００１６】図１に、本発明の実施形態例に係る導波管
同軸変換器の軸方向に沿う断面構造を示す。図１におい
て、導波管１はその端部に短絡板２を備えており、この
短絡板１の内面全体に板状の電波吸収体８を取り付けて
ある。同軸線路３は、その中心導体４が電波吸収体８よ
りの軸方向内側で導波管１内に位置するように、導波管
１に取り付けてある。導波管１と同軸線路３の変換は、
中心導体４が導波管１内で局所的なアンテナとして作用
することにより行われる。

【００１７】短絡板２の内面に電波吸収体８が存在する
ため、例えば、導波管１を高周波信号の入力端とし、導
波管１側から電界が入射した場合、入射波５は中心導体
４部分を通過したのち電波吸収体８で吸収されるため、
反射波はなく、定在波は生じない。この作用は、同軸線
路３を入力端としても可逆性がある。つまり、軸線路３
側から電界が入射した場合でも、中心導体４から短絡板
２へ至る入射波は電波吸収体８で吸収されるため、反射
波はなく、定在波は生じない。

【００１８】従って、図２に示すように、電界強度は導
波管１内で軸方向位置によらず一定になる。また、中心
導体４の位置での電界強度は、周波数によらず、一定と
なる。これにより、広帯域にわたり、平坦な整合特性と
変換特性を得る導波管同軸変換を行うことができる。即
ち、電波吸収体８が存在する場合は、これがない場合に
短絡板２で反射していた電波エネルギも電波吸収体８が
吸収するために外部回路から見ると内部損失に相当して
全周波数帯での平均的な変換効率は低下するが、電波吸
収体８がない場合と比べると変換効率が全周波数帯にわ
たって平坦になるため、各種の信号処理が行いやすいと
いう利点がある。

【００１９】また、電界強度が導波管１内の軸方向位置
によらず一定になるから、中心導体４の位置が従来に較
べて自由になり、同軸線路３の取付位置の自由度が大き
くなる。

【００２０】本例では短絡板２が存在しているが、上述
の理由から判るように、導波管１の端部に電波吸収体８
は設けるが、短絡板２を削除した場合でも、本例と同様
の効果が得られる。一般的には、電波吸収体８は短絡板
２よりも柔らかく、電波吸収体８のみでは装置の構成上
強度が保てないことがあるため、そのような場合には、
電波吸収体８に補強板を設けると良い。即ち、本例では
短絡板２は補強板を兼ねている。なお、電波吸収体によ
っては、その後方に金属板即ち短絡板を設けておくこと
により電波吸収特性を確保しているものもあり、このよ
うな電波吸収体を用いることもできる。

【００２１】ここで、電波吸収体８について説明する。
通常、電波の吸収は電波を熱エネルギに変換することに
より行われる。一般に、電波吸収は１００パーセント完
全には行われないが、−２０dB程度は得られるので、反
射波は電力比で入射波の１／１００以下となるから、定
在波は無視できるほど小さく、従って、実質的に定在波
が発生しないといえる。電波吸収体８としては、下記に
例示するようなものがあり、それぞれ単独で、あるい
は、適宜な複数を選択して組み合わせて、使用すること
ができる。 (1) 磁性合金材料と強誘電材料を交互に積層し、誘電損
失により入射波を熱エネルギに変換して電波吸収を行う
もの。 (2) フェライトが有する透磁率により、入射波を熱エネ
ルギに変換して電波吸収を行うもの。 (3) 異なる性質の膜を多数積層し、膜境界における反
射、吸収、屈折等の繰り返しによる損失効果で、入射波
を熱に変換して電波吸収を行うもの。 (3) 性質の異なる物質間の境界面における誘電分極によ
る損失効果で、入射波を熱に変換して電波吸収を行うも
の。

【００２２】図３に、図１に示した導波管同軸変換器を
コンポーネント化したものを示す。図３において、導波
管１の側面には、図１中の同軸線路３に代えて、同軸コ
ネクタ９を設け、同軸コネクタ９の中心導体４を導波管
１内に配置してある。短絡板２とは反対側の導波管１の
端部には、他の導波管、例えば導波管構造のアンテナと
の結合用にフランジ（図示省略）が備えられる。図３
中、８は電波吸収体を示す。同軸コネクタ９は同軸線路
３の一種である。

【００２３】また、図１に例した導波管同軸変換器では
導波管１の内径が一定であるが、図４に例示するよう
に、導波管１は短絡板２あるいは電波吸収体８の反対側
から短絡板２あるいは電波吸収体８へ向かって内側寸法
（内径）が次第に小さくなるテーパ状の部分（テーパ
部）１ａを備えるものであっても良い。このように、テ
ーパ部１ａを形成することにより、整合特性が一層向上
し、また、周波数特性が更に広帯域化する。

【００２４】また、図５に例示するように、導波管１内
にて、同軸コネクタ（同軸線路）９の中心導体４の途中
に、アンプ等の素子１０を設けることができる。素子１
０がアンプであれば、例えば、導波管１側から電界が入
射した場合は、導波管１から同軸線路３へ変換された
後、素子１０へ信号が伝送されて増幅される。逆に、同
軸線路３側から電界が入射した場合、素子１０へ信号が
伝送されて増幅された後、同軸線路３から導波管１へ変
換される。なお、アンプ素子１０は双方向動作するもの
でも、あるいは、片方向のみ動作するものでも良い。

【００２５】素子１０としてはアンプ以外、適宜な能動
素子例えばミキサ等、あるいは、適宜な受動素子例えば
検波ダイオード等を用いることができる。

【００２６】例えば、素子１０がミキサの場合は、周波
数変換という作用がなされる。また、素子１０が検波ダ
イオードの場合は、検波という作用がなされる。

【００２７】図１、図３、図４及び図５にそれぞれ示し
た導波管同軸変換器の導波管１は、図６に例示するよう
に、アンテナ１１自体の一部をなす導波管部分１１ａで
あっても良い。この例では、同軸線路として、図３と同
様、同軸コネクタ９を用いている。図６に示す導波管同
軸変換器は、送信、受信いずれの場合も、導波管部分１
１ａとそれの給電用同軸線路９を直接変換することがで
きるとともに、広帯域にわたり、平坦な整合特性と導波
管同軸変換特性が得られる。図６に示すアンテナ１１
は、ホーンアンテナ等、導波管構造のアンテナである。

【００２８】また、図１、図３、図４及び図５にそれぞ
れ示した導波管同軸変換器の導波管１を、それとは別体
のアンテナに接続するようにしても良い。その一例を図
７に示す。図７では、図３に示した導波管同軸変換器の
導波管１を、導波管構造のアンテナ１１（例えばホーン
アンテナ）と、例えばフランジ結合したものを示す。図
７でも、同軸線路として、図３と同様、同軸コネクタ９
を用いている。送信、受信いずれの場合も、アンテナ１
１に接続した導波管１とそれの給電用同軸線路９を、広
帯域にわたり、平坦な整合特性と変換特性で変換するこ
とができる。

【００２９】図６に示すものも、図７示すものも、全体
として、導波管同軸変換器と呼ぶこともでき、また、導
波管同軸変換器付きアンテナ装置と呼ぶこともできる。

【００３０】上述した図１、図３、図４、図５、図６及
び図７にそれぞれ例示した導波管同軸変換器、あるい
は、図６及び図７にそれぞれ例示した導波管同軸変換器
付きアンテナ装置を使用することにより、広帯域にわた
り、平坦な整合特性と導波管同軸変換特性を有する無線
装置やセンサ装置を得ることができる。

【００３１】その一例として、図８に、図６に示した導
波管同軸変換器（導波管同軸変換器付きアンテナ装置で
もある）を備えた無線装置を示す。図８において、導波
管同軸変換器に取り付けた同軸コネクタ９と、無線機１
２の給電端子（同軸コネクタ）１２ａに同軸ケーブル１
３を接続して、導波管同軸変換器と無線機１２を接続し
てある。無線機１２は送信専用、受信専用、あるいは、
送受兼用いずれであってもよい。無線機１２が信号を受
信する場合は、アンテナ装置内の導波管同軸変換器で、
導波管１１ａを同軸線路３に変換して、アンテナ１１か
らの信号を無線機１２で受信する。また、無線機１２が
信号を送信する場合は、アンテナ装置内で同軸線路３を
導波管１１ａに変換してアンテナ１１に給電する。

【００３２】他の一例として、図９に、図６に示した導
波管同軸変換器（導波管同軸変換器付きアンテナ装置で
もある）を備えたセンサ装置を示す。図９において、セ
ンサ本体１４は電波を用いて種々の検出を行うものであ
り、このセンサ本体１４の給電端子（同軸コネクタ）１
４ａと、導波管同軸変換器に取り付けた同軸コネクタ９
に同軸ケーブル１３を接続して、導波管同軸変換器とセ
ンサ本体１４を接続してある。センサ本体１４は送信専
用、受信専用、あるいは、送受兼用いずれであってもよ
い。センサ本体１４が信号を受信する場合は、アンテナ
装置内の導波管同軸変換器で、導波管１１ａを同軸線路
３に変換して、アンテナ１１からの信号をセンサ本体１
４で処理する。また、センサ本体１４が信号を送信する
場合は、アンテナ装置内で同軸線路３を導波管１１ａに
変換して、アンテナ１１に給電する。

【００３３】

【発明の効果】請求項１に係る発明の導波管同軸変換器
は、一端に短絡板を備える導波管と、前記短絡板の内面
に設けられた電波吸収体と、前記導波管内に中心導体が
配置された同軸線路とを備えるので、導波管と同軸線路
のどちらが入力側であっても、導波管に定在波が生じな
くなり、広帯域にわたって、平坦な整合特性及び変換特
性を得ることができる。

【００３４】請求項２に係る発明の導波管同軸変換器
は、請求項１において、前記導波管は前記短絡板の反対
側から該短絡板へ向かって内側寸法が次第に小さくなる
テーパ部を備えるものであるから、整合特性が一層向上
し、また、周波数特性が更に広帯域化する。

【００３５】請求項３に係る発明の導波管同軸変換器
は、請求項１又は２において、前記中心導体の途中にア
ンプ、ミキサ、検波ダイオード等の素子を備えるので、
導波管を入力側とする場合は、同軸線路に変換後の信号
に対し、増幅などの信号処理を行うことができ、同軸線
路を入力側とする場合は、導波管に変換前の信号に対
し、増幅などの信号処理を行うことができる。

【００３６】請求項４に係る発明の導波管同軸変換器
は、請求項１又は２又は３において、前記導波管がアン
テナの一部であるので、アンテナが電波を受信する場合
はアンテナの導波管を同軸線路に変換し、同軸線路を入
力側とする場合は同軸線路をアンテナの導波管に変換し
て、給電することができる。

【００３７】請求項５に係る発明のアンテナ装置は、請
求項１又は２又は３に記載の導波管同軸変換器を、アン
テナの一部として備えるので、アンテナが電波を受信す
る場合はアンテナの導波管を直接同軸線路に変換するこ
とができ、同軸線路を入力側とする場合は同軸線路をア
ンテナの導波管に直接変換してアンテナから送信するこ
とができる。

【００３８】請求項６に係る発明のアンテナ装置は、請
求項１又は２又は３に記載の導波管同軸変換器と、該導
波管同軸変換器の導波管に接続されたアンテナとを備え
るので、アンテナが電波を受信する場合は導波管を同軸
線路に変換することができ、同軸線路を入力側とする場
合は同軸線路を導波管に変換してアンテナから送信する
ことができる。

【００３９】請求項７に係る発明の無線装置は、請求項
１又は２又は３又は４に記載の導波管同軸変換器と、該
導波管同軸変換器の同軸線路に接続された無線機とを備
えるので、無線機が信号を受信する場合は導波管を同軸
線路に変換することができ、無線機が信号を送信する場
合は同軸線路を導波管に変換して送信を行うことができ
る。

【００４０】請求項８に係る発明の無線装置は、請求項
５又は６に記載のアンテナ装置と、該アンテナ装置の同
軸線路に接続された無線機とを備えるので、無線機が信
号を受信する場合はアンテナ装置内で導波管を同軸線路
に変換してアンテナからの信号を無線機で受信すること
ができ、無線機が信号を送信する場合はアンテナ装置内
で同軸線路を導波管に変換してアンテナに給電すること
ができる。

【００４１】請求項９に係る発明のセンサ装置は、請求
項１又は２又は３又は４に記載の導波管同軸変換器と、
該導波管同軸変換器の同軸線路に接続されたセンサ本体
とを備えるので、導波管を入力側とする場合は導波管を
同軸線路に変換してセンサ本体で信号処理を行うことが
でき、同軸線路を入力側とする場合は同軸線路を導波管
に変換して、信号を送信することができる。

【００４２】請求項１０に係る発明のセンサ装置は、請
求項５又は６に記載のアンテナ装置と、該アンテナ装置
の同軸線路に接続されたセンサ本体とを備えるので、セ
ンサ本体が信号を受信する場合はアンテナ装置内で導波
管を同軸線路に変換してアンテナからの信号をセンサ本
体で処理することができ、センサ本体が信号を送信する
場合は、アンテナ装置内で同軸線路を導波管に変換して
アンテナに給電することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態例に係る導波管同軸変換器の
断面構造例を示す図。

【図２】図１に示す導波管同軸変換器における位置と電
界強度の関係を示す図。

【図３】図１に示す導波管同軸変換器をコンポーネント
化したものを示す図。

【図４】本発明の実施形態例に係る他の導波管同軸変換
器の断面構造例を示す図。

【図５】本発明の実施形態例に係る他の導波管同軸変換
器の構造例を示す図。

【図６】本発明の実施形態例に係る他の導波管同軸変換
器（あるいは導波管同軸変換器付きアンテナ装置）の構
造例を示す図。

【図７】本発明の実施形態例に係る他の導波管同軸変換
器（あるいは導波管同軸変換器付きアンテナ装置）の他
の構造例を示す図。

【図８】本発明の実施形態例に係る無線装置の構成例を
示す図。

【図９】本発明の実施形態例に係るセンサ装置の構成例
を示す図。

【図１０】従来の導波管同軸変換器を説明する図であ
り、（ａ）は断面構造例を示し、（ｂ）は整合状態を示
し、（ｃ）は不整合状態を示す。

【符号の説明】

１ 導波管 １ａ テーパ部 ２ 短絡板 ３ 同軸線路 ４ 中心導体 ５ 入射波 ６ 反射波 ７ 定在波 ７ａ 山 ７ｂ 谷 ８ 電波吸収体 ９ 同軸コネクタ（同軸線路） １０ アンプ等の素子 １１ アンテナ １１ａ アンテナの導波管部分 １２ 無線機 １２ａ 給電端子（同軸コネクタ） １３ 同軸ケーブル １４ センサ本体 １４ａ 給電端子（同軸コネクタ）

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端に短絡板を備える導波管と、前記短
   絡板の内面に設けられた電波吸収体と、前記導波管内に
   中心導体が配置された同軸線路とを備えることを特徴と
   する導波管同軸変換器。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記導波管は前記短
   絡板の反対側から該短絡板へ向かって内側寸法が次第に
   小さくなるテーパ部を備えるものであることを特徴とす
   る導波管同軸変換器。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、前記中心導体
   の途中にアンプ、ミキサ、検波ダイオード等の素子を備
   えることを特徴とする導波管同軸変換器。
4. 【請求項４】 請求項１又は２又は３において、前記導
   波管がアンテナの一部であることを特徴とする導波管同
   軸変換器。
5. 【請求項５】 請求項１又は２又は３に記載の導波管同
   軸変換器を、アンテナの一部として備えることを特徴と
   するアンテナ装置。
6. 【請求項６】 請求項１又は２又は３に記載の導波管同
   軸変換器と、該導波管同軸変換器の導波管に接続された
   アンテナとを備えることを特徴とするアンテナ装置。
7. 【請求項７】 請求項１又は２又は３又は４に記載の導
   波管同軸変換器と、該導波管同軸変換器の同軸線路に接
   続された無線機とを備えることを特徴とする無線装置。
8. 【請求項８】 請求項５又は６に記載のアンテナ装置
   と、該アンテナ装置の同軸線路に接続された無線機とを
   備えることを特徴とする無線装置。
9. 【請求項９】 請求項１又は２又は３又は４に記載の導
   波管同軸変換器と、該導波管同軸変換器の同軸線路に接
   続されたセンサ本体とを備えることを特徴とするセンサ
   装置。
10. 【請求項１０】 請求項５又は６に記載のアンテナ装置
    と、該アンテナ装置の同軸線路に接続されたセンサ本体
    とを備えることを特徴とするセンサ装置。