JP2004363764A

JP2004363764A - 導波管装置

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Publication number: JP2004363764A
Application number: JP2003157833A
Authority: JP
Inventors: Hideki Asao; 英喜浅尾; Hirotaka Jinno; 広孝神農; Hisafumi Yoneda; 尚史米田; Muneaki Mukuda; 宗明椋田; Koji Yamazaki; 浩二山崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2004-12-24
Anticipated expiration: 2023-06-03
Also published as: US6995628B2; JP3884725B2; US20040246062A1

Abstract

【課題】小型・軽量で周波数帯域が広く、他の導波管部品とも一体で金型成形加工ができる導波管装置を提供する。
【解決手段】垂直偏波導波管と水平偏波導波管との間に、スリットを有する導波管偏波変換器が結合された導波管装置であり、上記導波管偏波変換器のスリット断面形状を、直交するＸ軸、Ｙ軸が存在する平面上で、Ｙ軸を対称軸としてＸ軸上に中心を持つ２つの正方形部と、上記正方形同士を連結する連結部とを重ね合わせた外周を有する形状とする。また上記垂直偏波導波管、水平偏波導波管、導波管偏波変換器を２分割一体構造に成形したもの。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波やミリ波信号を伝送・処理する導波管装置に関し、特に垂直偏波導波管と水平偏波導波管との間で偏波面を変換する導波管偏波変換器を有する導波管装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、例えばマイクロ波帯やミリ波帯で用いられる導波管は、１対２の断面形状を有する矩形導波管を使用するのが一般的である。従来、例えば垂直偏波信号を水平偏波信号に変換する場合、図１１に示すようなアルミ、銅あるいは黄銅からなる、ねじり導波管１が用いられてきた。図の左側開口から垂直偏波の信号が入射すると、その偏波面を徐々に変更して右側開口には水平偏波の信号が現れるものである。この構造は広帯域に亘り反射の小さい性能が得られる反面、導波管のねじり角度を徐々に傾けていく構造であるため、電磁波の進行方向にある程度の長さが不可欠となり、大型化、重量化する問題があった。また曲面を形成する必要があるため、高度な加工技術を必要とし、製造コストが上昇し且つ大量生産が困難なものとなっていた。
【０００３】
図１２は共振窓を利用した従来の他の導波管偏波変換器の例であり、偏波変換器接続用フランジを分離した状態を示している。図では垂直偏波矩形導波管２と水平偏波矩形導波管３との間に薄い金属板からなる導波管偏波変換器４がフランジ２ａ、２ｂを介して結合されている。導波管偏波変換器４は中央部にスリット６ａ、６ｂを有する共振窓５が形成されている。垂直偏波矩形導波管２を介して共振窓４に到達した垂直偏波マイクロ波信号は、スリット６の形状が電界の方向に対し非対称であるため、水平偏波成分に変換され、水平偏波矩形導波管３を介して出力される。このスリット６の形状は使用される特定の周波数で共振し、垂直成分が全て水平成分へ変換されるよう最適化されている。
【０００４】
しかし、この構造は小型化・軽量化される特徴はあるが、スリット５という局所的構造での共振現象を利用しているため、良好な反射特性が得られる周波数帯域が狭く、広帯域の周波数を用いる通信システムなどには適用できなかった。また、共振窓は薄い金属板にスリットを設けて構成されるため、他の導波管部品との一体化製造が困難で、大量生産に不向きであった。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５８―１７０２０１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、小型軽量で、周波数帯域が広く、他の導波管部品とも一体で金型成形加工ができる導波管装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる導波管装置は、垂直偏波導波管と、水平偏波導波管と、上記両導波管相互間に結合された導波管偏波変換器とを備え、上記導波管偏波変換器はその結合方向と垂直な面上にスリットを有し、このスリットの形状を、直交するＸ軸、Ｙ軸が存在する平面上で、Ｙ軸を対称軸としてＸ軸上に中心を持つ２つの正方形部と、上記正方形同士を連結する連結部とを重ね合わせた外周を有する形状としたことを特徴とするものである。
【０００８】
また、この発明に係わる導波管装置は、上述の構成において、上記垂直偏波導波管と、水平偏波導波管と、導波管偏波変換器とを２分割一体構造に成形したことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１である導波管装置の全体外観斜視図であり、垂直偏波矩形導波管２と水平偏波矩形導波管３の間に、この発明になる導波管偏波変換器１０を挿入したものである。図２は図１の導波管偏波変換器１０及びこれに接続される垂直偏波矩形導波管２と水平偏波矩形導波管３の具体的構成を説明するための斜視図で、この図も接続用フランジ２ａ、３ａを分離した状態を示している。
【００１０】
導波管偏波変換器１０には、以下に説明するような形状を有するスリット１１が形成され、マイクロ波信号の伝播方向の長さＡは管内波長の約１／４に設定されている。長さＡを管内波長の約１／４に設定する理由は、これにより分布定数線路上の導波管の段差のサセプタンスによる反射波が互いに打ち消され、その結果、反射波特性が最良になるためである。
【００１１】
図３は導波管偏波変換器１０に形成されたスリット１１の形状の詳細を示す図であり、上記スリットの形状は、直交するＸ軸、Ｙ軸が存在する平面上にＹ軸を対称軸としてＸ軸上にそれぞれの中心１２ｃ、１３ｃを持つ２つの正方形部１２，１３と、この正方形同士をＸ軸に沿って連結する連結部１４とを重ね合わせた外周を有する形状となっている。
すなわち、この断面上のＸ軸、Ｙ軸を図のように想定した場合、Ｙ軸を対称軸としてその左右に、Ｘ軸上に中心を持つ互いに同一寸法の正方形１２，１３をその一辺がＸ軸と４５゜をなすように配置した形状と、これら２つの正方形を連結する連結部１４をリッジ構造として有する形状とを重ね合わせ、その外周により形成される多角形断面形状としている。なお、ｚ軸は上記ｘ軸、ｙ軸に直交する軸であって、上記垂直偏波導波管２と水平偏波導波管３との結合方向と同一方向を指す。
【００１２】
従って、正方形部１２、１３の各辺がＸ軸とのなす角度θは４５゜であり、また、上記正方形部１２、１３の辺の長さｘあるいは連結部の長さｙは上記分布定数線路の特性インピーダンス、サセプタンスその他の特性に影響を与えるため、適宜最良値に設定されるものである。また、上記連結部１４の幅方向長さｒは、導波管中心部で絞る構造すなわちリッジ構造として電磁界をこの部分に集中させるように設定されている。従って導波管段差のサセプタンスが小さくなり、反射波も小さくなる。
【００１３】
なお図４（ａ）（ｂ）は導波管偏波変換器１０のスリット１１と垂直及び水平偏波矩形導波管２、３との間の重なり状態を示す図で、相互間が角度θ即ち４５゜傾いていることによってそれぞれの接続部間で生ずる段差部分をハッチングで示している。
次に図１〜図４を参照しながら本装置の動作について説明する。今、図１、図２の左端部が入力端子とすると、ここから入射された垂直偏波のマイクロ波信号は垂直偏波矩形導波管２を介して導波管偏波変換器１０に入射する。
【００１４】
導波管偏波変換器１０の構造は前述したようにその中央部に電磁界が集中するリッジ構造としているため、正方形部１２，１３の端の部分で前記垂直及び水平偏波矩形導波管２、３との段差（図４のハッチング部分Ｖ、Ｗ）が大きくても、これによる反射を小さくすることができる。
【００１５】
また、伝播方向の長さＡを実質的に管内波長の１／４に設定しているため、垂直偏波矩形導波管２と導波管偏波変換器１０との間の段差部分（図４のＷ部分）、及び導波管偏波変換器１０と水平偏波矩形導波管３との間の段差部分（図４のＶ部分）の残留反射波を互いに打ち消すことができる。更に導波管偏波変換器１０のスリット部分の断面形状寸法を、その特性インピーダンスが垂直偏波矩形導波管２、水平偏波矩形導波管３と等しくなるように設計することができるので、特性インピーダンスの差による反射波も小さくすることができる。
【００１６】
このように導波管偏波変換器１０により変換されたマイクロ波信号は、効率よく水平偏波矩形導波管３へ伝送され、図１、図２の右端部の出力端子から偏波面が９０゜変換された水平偏波として出力されるものである。
【００１７】
図５は本発明による導波管装置の反射特性を示す図で、横軸に周波数（ＧＨｚ）、縦軸にＳパラメータＳ１１で見た反射係数（ｄＢ）をとって測定したものである。一般に導波管関係ではパラメータＳ１１は−３０ｄＢ以下が要求されており、この条件を満足する比帯域幅すなわち（ｆ_２−ｆ_１）／ｆ_０は約２６％となることが確認された。これは従来の共振窓を有する導波管偏波変換器の比帯域幅が１０％以下であるのに対し、格段に改善された広帯域性能を示すことがわかる。
【００１８】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、垂直偏波導波管２と、水平偏波導波管３と、導波管偏波変換器１０とをそれぞれ別体に製造して、後で組み立てる例を示したが、本実施の形態は上記垂直偏波導波管と、水平偏波導波管と、導波管偏波変換器とを２分割一体構造に成形した例を説明する。図６は２分割一体構造における分割状態を示す斜視図であり、垂直偏波導波管２と、水平偏波導波管３と、導波管偏波変換器１０とを一体構造にすると共に、その製造すなわち成形作業を行いやすくするために上下に２分割構造にしている。
【００１９】
図中、下部導波管装置１００ａと上部導波管装置１００ｂは互いに同一形状を有しており、締結孔２０を介した両者の結合時に、下部垂直偏波導波管２ａと上部垂直偏波導波管２ｂとが結合して矩形垂直偏波導波管２が形成され、同様に下部水平偏波導波管３ａと水平偏波導波管３ｂとが結合して矩形水平偏波導波管３が形成される。一方、図７は図６の導波管装置１００の結合状態におけるＸ―Ｘ線断面図を示しており、導波管偏波変換器のスリット１１の形状が現れている。
【００２０】
実施の形態２では金型成形加工が可能であり、アルミダイキャストや樹脂射出成形品の金属メッキなどの大量生産方法が適用可能となる。
図８は上部あるいは下部導波管装置１００ａ、１００ｂを金型成形する状態を示した図である。図８（ａ）は図６のＡ−Ａ線断面図、図８（ｂ）は図６のＢ−Ｂ線断面図、図８（ｃ）は図６のＣ−Ｃ線断面図に相当し、図中、２１は上部金型、２２は下部金型、１００ａは下部導波管装置を示している。このようにすることにより、金型２１、２２は単に上下に動かすだけで足りる。
【００２１】
以上の説明で明らかなように、実施の形態１で説明したスリット形状を有する導波管偏波変換器１０と、垂直偏波導波管２並びに水平偏波導波管３とを上下２分割の一体構造にすることにより、金型成形による大量生産が適用可能となる効果を有する。
【００２２】
実施の形態３．
上記の実施の形態２では導波管装置の壁面の角度がＸ軸またはＹ軸に対し、０度、４５度、９０度の場合について説明したが、金型を容易に引き抜くことを考慮して、抜き勾配角度θを設けることもできる。図９は抜き勾配角度θを設けた導波管装置１００ａ、１００ｂの一例を示す断面図で、金型が挿入される凹部の引き抜きテーパを若干大きくすることにより、金型を容易に引き抜くことができ、金型の成形性を向上させることができるものである。
【００２３】
実施の形態４．
上記の実施の形態１〜３では、スリット１１の正方形１２、１３の角部は９０度の例を示したが、他の変形例も考えられる。図１０はスリット形状の他の実施形態を示す図であり、正方形部１２、１３の角部にコーナＣや円形部Ｒを設けたものである。このようにすることにより、金型成形が更に容易になると共に、スリット１１の内壁に付着させるメッキ金属の厚さを一層安定化させることができる効果を有する。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の導波管装置によれば、小型・軽量で周波数帯域が広く、他の導波管部品とも一体で金型成形加工ができる導波管装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における導波管装置の外観斜視図である。
【図２】図１の導波管装置の具体的構成を示す分解斜視図である。
【図３】図１の導波管装置のスリット断面形状を示す図である。
【図４】導波管偏波変換器のスリットと垂直及び水平偏波矩形導波管との重なり状態を示す図である。
【図５】この発明による導波管装置の反射特性を示す図である。
【図６】この発明による導波管装置の実施の形態２における２分割一体構造を示す斜視図である。
【図７】図６の導波管装置の結合状態におけるＸ―Ｘ線断面図である。
【図８】実施の形態２における導波管装置を金型成形する状態を示した図である。
【図９】実施の形態３における導波管装置を金型成形する状態を示した図で、抜き勾配角度θを設けた場合の断面図である。
【図１０】スリット形状の他の実施形態を示す図である。
【図１１】従来のねじり導波管を示す斜視図である。
【図１２】共振窓を利用した従来の他の導波管偏波変換器を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
２垂直偏波導波管
３水平偏波導波管
１０導波管偏波変換器
１１スリット
１２、１３正方形部
１４連結部
２１、２２金型
１００導波管装置

Claims

垂直偏波導波管と、水平偏波導波管と、上記両導波管相互間に結合された導波管偏波変換器とを備え、上記導波管偏波変換器はその結合方向と垂直な面上にスリットを有し、このスリットの形状を、直交するＸ軸、Ｙ軸が存在する平面上で、Ｙ軸を対称軸としてＸ軸上に中心を持つ２つの正方形部と、上記正方形同士を連結する連結部とを重ね合わせた外周を有する形状としたことを特徴とする導波管装置。
請求項１記載の導波管装置において、上記導波管偏波変換器のスリットのＺ軸方向の長さが実質的に上記導波管の管内波長の１／４となるようにしたことを特徴とする導波管装置。
請求項１又は請求項２記載の導波管装置において、上記Ｘ軸上に中心を持つ２つの正方形をその一辺が上記Ｘ軸と４５゜の角度をなすように配置したことを特徴とする導波管装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の導波管装置において、上記垂直偏波導波管と、水平偏波導波管と、導波管偏波変換器とを２分割一体構造に成形したことを特徴とする導波管装置。
請求項４に記載の導波管装置において、上記２分割面をＸ軸またはＹ軸に対し４５゜としたことを特徴とする導波管装置。
請求項４に記載の導波管装置において、上記２分割断面形状の少なくとも一部をＸ軸またはＹ軸に対し０゜、４５゜または９０゜から若干ずらせたことを特徴とする導波管装置。
請求項４に記載の導波管装置において、上記２分割断面形状の正方形部分の一部コーナ部に切り欠きを設けたことを特徴とする導波管装置。