JP2007088797A - 同軸導波管変換器およびデバイスの評価システム - Google Patents

Abstract

【課題】同軸導波管変換器に通過させようとする電磁波の種々様々の周波数に合わせて、同軸導波管変換器の通過周波数帯を容易に変更でき、広帯域の電磁波の伝送に適用できる同軸導波管変換器を提供する。
【解決手段】同軸導波管変換器１の導波管３の内部には、ショート板７が導波管３の軸方向に移動自在に設けられると共に、プローブ９が導波管３の軸方向と直交する方向でプローブ位置調整手段２９により該プローブ９の先端の位置を調整可能に設けられる。同軸導波管変換器１で通過させようとする電磁波の周波数に応じてショート板７の位置とプローブ９の先端の位置とを調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、同軸伝送路と導波管との間でマイクロ波等の電力伝送の変換を行なう同軸導波管変換器に関する。

同軸導波管変換器としては、従来、特許文献１〜３に見られるものが知られている。これらの特許文献１〜３に見られる同軸導波管変換器では、導波管の軸方向における、プローブと導波管終端部の内壁面（導波管の軸方向で電場が０となる面）との間隔や、プローブの導波管内部への突出量（プローブの軸方向における、導波管の内壁面とプローブの先端との間隔）があらかじめ決められた所定値になるように、プローブが誘電体などを介して導波管に組み付けられている。すなわち、それらの所定値は、一般に、同軸導波管変換器で通過させようとする電磁波の中心周波数に応じて決定される。
特開平１−１７４００１号公報 特開２００３−１３３８１５号公報 実開平５−２５８０４号公報

ところで、例えばマイクロ波増幅器や、マイクロ波回路などのデバイスの特性評価（入出力特性や周波数特性などの評価）を同軸導波管変換器を使用して行なおうとした場合、マイクロ波帯の種々様々の周波数の電磁波（広帯域の電磁波）を同軸導波管変換器に通す必要を生じることが多々ある。

しかしながら、従来の同軸導波管変換器では、プローブと導波管終端部の内壁面との間隔など、導波管内部におけるプローブの位置が所定の位置に決められているため、該同軸導波管変換器を良好に通過し得る電磁波の周波数が、ある特定の周波数（導波管のカットオフ周波数よりも高い周波数）を中心とする狭い帯域に限定されてしまう。すなわち、同軸導波管変換器を通過させようとする電磁波の周波数が、導波管内部におけるプローブの位置に応じた特定の周波数を中心とする狭い帯域（同軸導波管変換器の通過周波数帯）から逸脱すると、インピーダンス整合が採れなくなって、ＶＳＷＲ（ＶＳＷＲ：電圧定在波比）が増大してしまう。その結果、従来の同軸導波管変換器では、広帯域の種々様々の周波数の電磁波を良好に通過させることができないものとなっていた。

このため、種々様々な周波数の電磁波を使用して、マイクロ波増幅器などのデバイスの特性評価を行なおうとした場合には、従来は、通過周波数帯が互いに相違する多種類の同軸導波管変換器を用意し、それらの同軸導波管変換器を交換しながらデバイスの特性評価が行なわれていた。従って、その作業にコストと手間暇を要するものとなっていた。

本発明はかかる背景に鑑み、同軸導波管変換器に通過させようとする電磁波の種々様々の周波数に合わせて、同軸導波管変換器の通過周波数帯を容易に変更でき、広帯域の電磁波の伝送に適用できる同軸導波管変換器を提供することを目的とする。さらに、本発明は、その同軸導波管変換器を使用して、電磁波を入出力するデバイスの特性を容易且つ安価に評価することができる評価システムを提供することを目的とする。

本発明の同軸導波管変換器は、かかる目的を達成するために、導波管と、該導波管と絶縁されて該導波管の内部に突出されたプローブとを備えた同軸導波管変換器において、前記導波管の内部に該導波管の軸方向で移動自在に設けられたショート板と、前記プローブの先端の位置を前記導波管の軸方向と直交する方向で調整するプローブ位置調整手段とを備え、同軸導波管変換器で通過させようとする電磁波の周波数に応じて、前記導波管内における前記ショート板の位置と前記プローブの先端の位置とを変更可能としたことを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記ショート板は、導波管の軸方向で電磁波の電場が０となる部分であるので、導波管の実質的な終端部（導波管の軸方向における電磁波の実質的な反射面）として機能する。そして、本発明では、該ショート板を導波管の軸方向で移動させることで、該導波管の軸方向におけるプローブとショート板との間隔を調整できる。さらに、本発明では、プローブ位置調整手段によって、プローブの先端の位置を前記導波管の軸方向と直交する方向で調整可能である。

ここで、同軸導波管変換器で良好に通過させ得る電磁波の周波数は、導波管内におけるプローブの先端の位置や、プローブと導波管の軸方向における電磁波の反射面との位置関係に依存する。具体的には、プローブの先端と該プローブの基端側での導波管の内壁面との間隔（導波管の軸方向に直交する方向での間隔）と、導波管の軸方向における電磁波の反射面とプローブとの間隔（導波管の軸方向における間隔）とが、それぞれ同軸導波管変換器で通過させようとする電磁波の周波数に応じて定まる該電磁波の管内波長（導波管の軸方向における該電磁波の波長）の１／４に等しいときに、該電磁波が同軸導波管変換器を最大効率で通過することができる。

従って、本発明の同軸導波管変換器によれば、前記導波管の軸方向での前記ショート板の位置と、該導波管の軸方向に直交する方向での前記プローブの先端の位置とを適切に調整することで、同軸導波管変換器を交換することなく、種々様々の周波数の電磁波を同軸導波管変換器で良好に通過させることができる。

よって、本発明によれば、ショート板の位置とプローブの先端の位置との調整によって、同軸導波管変換器に通過させようとする電磁波の種々様々の周波数に合わせて、同軸導波管変換器の通過周波数帯を容易に変更でき、広帯域の電磁波の伝送に適用できる。

かかる本発明では、より具体的には、前記ショート板から前記導波管の終端部を該導波管の軸方向に摺動自在に貫通して該導波管の外部に延設されたロッド部材と、前記導波管の外部で前記ロッド部材の軸心回りに回転自在に該ロッド部材に螺合され、その回転操作によって前記ショート板に対して相対的に前記導波管の軸方向に進退自在に設けられたネジ部材と、前記ショート板と導波管の終端部との間で該ショート板を該導波管の軸方向で該導波管の終端部から離反する向きに付勢する付勢手段とを備え、前記ショート板は、前記ネジ部材の回転操作によって、前記導波管の軸方向に移動自在に設けられていることが好ましい。

これによれば、前記ネジ部材の回転操作だけで、前記ショート板を導波管の軸方向に移動できるので、該導波管の軸方向におけるショート板の位置の調整を容易に行なうことができると共に、該ショート板の移動のための構成を簡略なものとすることができる。

また、本発明では、前記導波管の管壁には、同軸コネクタがその中心導体の軸心を前記導波管の軸方向と直交する方向に向けて装着されると共に、該同軸コネクタの中心導体が、前記導波管の管壁に穿設された貫通孔の軸心部に挿入されており、前記プローブ位置調整手段は、前記同軸コネクタの中心導体に同心に連結された棒状の連結用導体を備え、前記プローブは、該連結用導体にその軸心回りに回転自在に螺合され、その回転操作により、前記連結用導体の軸方向に移動自在に設けられていることが好ましい。

これによれば、前記プローブの回転操作だけで、導波管の軸方向と直交する方向におけるプローブの位置を容易に調整することができると共に、その調整のための構成（前記プローブ位置調整手段の構成）を簡略なものとすることができる。

また、本発明では、前記同軸導波管変換器で通過させようとする電磁波の周波数に応じて定まる該電磁波の管内波長をλgとしたとき、前記導波管の軸方向における前記プローブと前記ショート板との間隔をλg／４に等しくなるように該ショート板の位置を調整すると共に、該導波管の軸方向と直交する方向における前記プローブの先端と該プローブの基端側での導波管の内壁面との間隔がλg／４に等しくなるように該プローブの先端の位置を調整することが最適である。

これによれば、前記したように、同軸導波管変換器における電磁波の通過を最大効率で行なうことができる。

また、本発明のデバイスの評価システムは、前記した本発明の同軸導波管変換器を使用して、所定の周波数の電磁波を入出力するデバイスの特性を評価する評価システムであって、前記デバイスの入力側と出力側とにそれぞれ前記導波管の開口端部が接続される一対の前記同軸導波管変換器と、該デバイスの入力側の同軸導波管変換器のプローブに接続され、該デバイスに入力する電磁波の複数種類の周波数の信号を可変的に出力する信号発生手段と、該デバイスの出力側の同軸導波管変換器のプローブに接続され、該プローブを介して前記デバイスが出力する電磁波に応じた信号を検出する出力検出手段とを備えたことを特徴とする。

かかる評価システムによれば、信号発生手段から出力する信号の周波数に応じて、前記デバイスの入力側および出力側の同軸導波管変換器のショート板の位置とプローブの先端の位置とを前記した如く調整するだけで、種々様々の周波数の電磁波を適切に前記デバイスに入力し、該周波数の電磁波を適切に該デバイスから出力させることができる。従って、種々様々な周波数帯の同軸導波管変換器を複数種類用意することなく、前記出力検出手段により検出される信号を基に、前記デバイスの入出力の周波数特性などを適切に評価することができる。

よって、本発明の評価システムによれば、電磁波を入出力するデバイスの特性を容易且つ安価に評価することができる。

本発明の第１実施形態を図１および図２を参照して説明する。図１は本実施形態の同軸導波管変換器の全体構成を示す断面図、図２は該同軸導波管変換器の部分拡大図である。

図１に示すように、本実施形態の同軸導波管変換器１は、導波管３と、この導波管３に装着された同軸コネクタ５と、導波管３内に設けられたショート板（短絡板）７およびプローブ９とを備えている。

導波管３は、その横断面（図１の紙面に垂直な断面）が方形状に形成されたもの（所謂、矩形導波管と同様の形状のもの）である。この導波管３の軸方向（図１の左右方向）の一端部は方形板状の蓋部３ａにより閉蓋され、他端部は開口されている。以下、導波管３の閉蓋された端部を終端部、開口している端部を開口端部という。

導波管３の開口端部の外周には、同軸導波管変換器１を通過させようとする電磁波（マイクロ波）を入力または出力する部品もしくは機器に導波管３を組付けるためのフランジ３ｂが形成されている。蓋部３ａおよびフランジ３ｂは、導波管３の管壁（胴体部）と一体に形成されている。これらの蓋部３ａおよびフランジ３ｂを含む導波管３は、金属などの導体材料（より詳しくは、同軸導波管変換器１を通過させようとするマイクロ波に対して透過性を持たない導体材料）により形成されている。

ショート板７は、金属などの導体材料（導波管３と同種の導体材料）により、導波管３の横断面と相似する方形状に形成されており、その法線方向を導波管３の軸方向に向けて（蓋部３ａと平行な姿勢で）、該導波管３の内部空間に収容されている。このショート板７は、その外周縁と導波管３の内壁との間に、燐青銅により形成されてバネ性を有する接触板７ａを介在させた状態で導波管３の軸方向に移動可能なように導波管３に支持されている。接触板７ａは、ショート板７の外周縁にハンダ付けなどにより固定されると共に、導波管３の内壁に摺動自在に接触されて、該導波管３に導通されている。

また、ショート板７の裏面（導波管３の蓋部３ａに対面する面）の中央部から、蓋部３ａに向かって、導波管３と同軸にロッド部材１１が延設されている。このロッド部材１１は、蓋部３ａに導波管３と同軸に穿設された貫通穴１３を摺動自在に貫通して、導波管３の内部空間から外部に突出されている。該ロッド部材１１の外周部には、雄ネジ部１５が形成されている。そして、このロッド部材１１の、導波管３の外部に突出した部分の雄ネジ部１５に雌ネジ部材１７（例えばナット）が螺合されて、ロッド部材１１の軸心回りに回転自在とされ、該蓋部３ａの外面部に当接されている。なお、ショート板７は、ロッド部材１１および雌ネジ部材１７を介して導波管３に電気的に導通されていると共に、前記接触板７ａを介して導波管３に電気的に導通されている。。

また、ショート板７と導波管３の蓋部３ａの内面部との間には、付勢手段としてのスプリング１９がロッド１１に外挿された状態で介装されており、このスプリング１９によりショート板７が蓋部３ａから離反する方向に付勢されている。これにより、雌ネジ部材１７は、蓋部３ａに押し付けられている。

上記のようにロッド部材１１に導波管３の外部で雌ネジ部材１７を螺合すると共に、スプリング１９によりショート板７を付勢することで、ショート板７がロッド部材１１を介して導波管３の蓋部３ａに支持されている。そして、雌ネジ部材１７の回転操作によって、雌ネジ部材１７がショート板７に対して相対的にロッド部材１１の軸方向（導波管３の軸方向）に進退し、ひいては、ショート板７が、導波管３の軸方向に移動可能とされている。これにより、導波管３の軸方向におけるショート板７の位置が調整可能とされている。

同軸コネクタ５は、その軸心を導波管３の軸方向と直交する方向（図１では上下方向）に向けて導波管３の管壁（図１では、管壁の上面部）に取り付けられている。該同軸コネクタ５は、公知の構造のものであり、その上部に、図示を省略する同軸ケーブルを接続するための接続用ネジ部２１を備え、下部に、フランジ２３を備えている。同軸コネクタ５の外周部は、接続用ネジ部２１およびフランジ２３を含めて金属導体から構成されている。また、図２に示すように、同軸コネクタ５の下端部から、中心導体２５が突出されている。この中心導体２５は、同軸コネクタ５の内部において、該コネクタ５の外周部と電気的に絶縁されている。

かかる同軸コネクタ５は、次のように導波管３に取り付けられている。すなわち、図２を参照して、導波管３の管壁の、同軸コネクタ５の取り付け箇所には、導波管３の軸方向と直交する方向（図２の上下方向）の軸心を有する貫通穴２７が穿設されている。そして、導波管３の外側から同軸コネクタ５の中心導体２５を貫通穴２７に同心に挿入すると共に、導波管３の管壁の外面部に同軸コネクタ５のフランジ２３を接触させ、この状態で、該フランジ２３が導波管３の外面部に図示しないネジ等により固定されている。これにより、同軸コネクタ５が、その軸心を導波管３の軸方向と直交する方向に向け、且つ、該同軸コネクタ５の外周部を導波管３に電気的に導通させた状態で、該導波管３の管壁に取り付けられている。なお、導波管３の貫通穴２７の径は、同軸コネクタ５の中心導体２５の径よりも大きく、該中心導体２５は、貫通穴２７の内周面に接触することがないように（中心導体２５が導波管３に導通しないように）該貫通穴２７に挿入されている。

プローブ９は、上記同軸コネクタ５の中心導体２５に電気的に導通しつつ、その先端面（図１および図２では下端面）の位置を導波管３の軸方向と直交する方向（図１および図２の上下方向）に調整し得るようにプローブ位置調整手段２９を介して該中心導体２５に連結されている。

さらに詳細には、図２を参照して、プローブ位置調整手段２９は、同軸コネクタ５の中心導体２５を嵌入する嵌入孔３１ａが一端部に形成された棒状の連結用導体３１を備えている。該連結用導体３１は金属などの導体により形成されている。この連結用導体３１は、その嵌入孔２９ａに中心導体２５を嵌入することで、該連結用導体３１の軸心を中心導体２５の軸心（貫通穴２７の軸心）に一致させて該中心導体２５に連結され、該中心導体２５と電気的に導通されている。この場合、連結用導体３１の外径ｄは、導波管３の貫通穴２７の径Ｄよりも小さく、貫通穴２１の内周面と連結用導体３１の外周面との間には全周にわたって環状の空隙３３が形成されている。そして、本実施形態では、この空隙３３には、絶縁物（誘電体）としての空気が存在している。なお、空隙３３に環状の固体絶縁物を介装してもよい。

また、連結用導体３１には、嵌入孔３１ａと反対側の端面（図２では下端面）から、該嵌入孔３１ａに向かって、ネジ穴３５が穿設されている。このネジ穴３５は、連結用導体３１の軸心上に形成されている。そして、このネジ穴３５に、プローブ９の先端面と反対側の端面（図２ではプローブ９の上端面）から該プローブ９と同軸に延設された導体からなる雄ネジ部３７が連結用導体３１の軸心回りに回転自在に螺合されている。これにより、プローブ９が連結用導体３１を介して中心導体２５に同軸に連結され、該中心導体２５に電気的に導通されている。この場合、プローブ９をその雄ネジ部３７と共に回転操作することで、プローブ９が、その軸心方向で移動し、これによりプローブ９の先端面の位置が、導波管３の軸方向と直交する方向（同軸コネクタ５の中心導体２５の軸方向）で調整可能とされている。なお、プローブ９の回転操作は、例えば、導波管３の開口端部から該導波管３の内部に挿入可能な適宜の工具を使用して行なわれる。

また、導波管３の貫通穴２７の径Ｄと、連結用導体３１の外径ｄとは、それぞれ、同軸導波管変換器１の特性インピーダンスが、同軸コネクタ５に接続する同軸ケーブルの特性インピーダンス（本実施形態では５０Ω）と等しくなるように設定されている。より具体的には、プローブ９の特性インピーダンスＺ₀は次式（１）により与えられる。

Ｚ₀＝（√（μ／ε））・（１／２π）・ｌｏｇ_e(Ｄ／ｄ) ……（１）

なお、式（１）におけるμは前記空隙３１に備えた絶縁物（本実施形態では空気）の透磁率、εは該絶縁物の誘電率である。

従って、上記式（１）により与えられる特性インピーダンスＺ₀が同軸コネクタ５に接続する同軸ケーブルの特性インピーダンス（５０Ω）と等しくなるようにＤ，ｄの値が設定されている。このように導波管３の貫通穴２７の径Ｄ、連結用導体３１の外径ｄは、前記空隙３３に介在させる絶縁物の種類に応じて設定される。

以上のように構成された同軸導波管変換器１では、それを通過させようとする電磁波（マイクロ波）の周波数に応じて、導波管３の軸方向におけるショート板７の位置と、導波管３の軸方向と直交する方向におけるプローブ９の先端面の位置とを適宜、調整することができる。このため、導波管３のカットオフ周波数（これは導波管３の横断面形状のサイズに依存する）よりも高い、種々様々な種類の周波数の電磁波を、良好に（高効率で）同軸導波管変換１で通過させることができる。

すなわち、同軸導波管変換１を通過させようとする電磁波（マイクロ波）の管内波長（導波管３の軸方向における波長）をλgとしたとき、導波管３の軸方向におけるプローブ９の軸心とショート板７との間隔（図１の間隔Ｂ）がλg／４になるようにショート板７の位置を調整する。また、導波管３の軸方向と直交する方向（図１の上下方向）にプローブ９の先端面の位置と導波管３の管壁の内面（同軸コネクタ５を装着した管壁の内面で、プローブ９の基端側の内面）との間隔（図１の間隔Ａ）がλg／４になるようにプローブ９の位置を調整する。このようにすることにより、同軸導波管変換器１での電磁波の通過を最大効率で行なうことができる。

このように本実施形態の同軸導波管変換器１は、前記間隔Ａ，Ｂを調整できるので、種々様々な周波数の電磁波（マイクロ波）を、その周波数に適合させて効率よく良好に通過させることができ、適用可能な周波数帯域を広帯域なものとすることができる。

次に、本発明の第２実施形態を図３および図４を参照して説明する。図３は本実施形態の同軸導波管変換器の要部構成を示す図、図４は該同軸導波管変換器のプローブの分解図である。本実施形態は、前記第１実施形態と、プローブ位置調整手段の構成のみが相違するものであるので、第１実施形態と同一構成部分については第１実施形態と同一の参照符号を用い、説明を省略する。

図３を参照して、本実施形態の同軸導波管では、導波管３の内部空間に配置されたプローブ３９は、複数（図３では３個）の要素プローブ３９ａ，３９ｂ，３９ｃを連結することで構成されている。これらの要素プローブ３９ａ，３９ｂ，３９ｃは、同軸コネクタ５の中心導体２５の軸方向に積み重ねられるようにして連結されている。

さらに詳細には、図４を参照して、要素プローブ３９ａ〜３９ｃのうち、要素プローブ３９ａは、同軸コネクタ５の中心導体２５の先端に該中心導体２５と同軸に結合されている。そして、この要素プローブ３９ａの中心導体２５と反対側の端面（図３の下端面）の中心部には、図４に示す如く、中心導体２５と同軸のネジ穴４１が穿設されている。

また、要素プローブ３９ｂは、その一端面（図４の上端面）の中心部に要素プローブ３９ａのネジ穴４１に螺合可能な雄ネジ部４２が突設されており、この雄ネジ４２を要素プローブ３９ａのネジ穴４１に螺合することで、要素プローブ３９ｂが要素プローブ３９ａに着脱可能に連結される。この連結状態では、要素プローブ３９ｂの雄ネジ部４２側の端面と要素プローブ３９ａのネジ穴４１側の端面とが密着するようになっている。

さらに要素プローブ３９ｂの雄ネジ部４２と反対側の端面（図４の下端面）の中心部には、雄ネジ部４２と同軸のネジ穴４３が穿設されている。そして、要素プローブ３９ｃの一端面（図４の上端面）には、ネジ穴４３に螺合可能な雄ネジ部４４が突設されており、この雄ネジ部４４を要素プローブ３９ｂのネジ穴４３に螺合することで、要素プローブ３９ｃが要素プローブ３９ｂに着脱可能に連結される。この連結状態では、要素プローブ３９ｃの雄ネジ部４４側の端面と要素プローブ３９ｂのネジ穴４３側の端面とが密着するようになっている。

なお、要素プローブ３９ｃの雄ネジ部４４は、要素プローブ３９ｂの雄ネジ部４２と同一サイズとされ、要素プローブ３９ｃの雄ネジ部４４を要素プローブ３９ａのネジ穴４１に螺合することで、要素プローブ３９ｃを直接的に要素プローブ３９ａに連結することも可能となっている。また、各要素プローブ３９ａ〜３９ｃの外径は、いずれも同一である。

以上のように、要素プローブ３９ａに要素プローブ３９ｂを連結し、要素プローブ３９ｂに要素プローブ３９ｃを連結することで、プローブ３９が構成されるようになっている。あるいは、要素プローブ３９ｂを使用せずに、要素プローブ３９ａに、要素プローブ３９ｃを直接的に連結することで、プローブを構成することも可能である。

ここで、図３を参照して、導波管３の内壁面から要素プローブ３９ａの下端面までの間隔をＣａ、要素プローブ３９ｂ，３９ｃのそれぞれの軸方向の長さをＣｂ，Ｃｃとおくと、導波管３の内壁面とプローブ３９の先端面（要素プローブ３９ｃの下端面）との間隔Ｃ（図３を参照）は、Ｃ＝Ｃａ＋Ｃｂ＋Ｃｃである。そして、本実施形態では、Ｃａ、Ｃｃはあらかじめ定めた所定値（固定値）とされている。一方、要素プローブ３９ｂは、その軸方向の長さＣｂが互いに相違する複数種類のものがあらかじめ用意されている。従って、本実施形態では、要素プローブ３９ｂは、プローブ３９の軸方向の長さＣａ、ひいては、前記導波管３の内壁面とプローブ３９の先端面との間隔Ｃ（図３を参照）を調整するための機能を持つものである。

すなわち、要素プローブ３９ｂを交換し、あるいは、省略する（要素プローブ３９ａに要素プローブ３９ｃを直接的に連結する）ことで、導波管３の内壁面とプローブ３９の先端面との間隔Ｃ（≧Ｃａ＋Ｃｃ）を調整することが可能となっている。

以上説明した以外の構成は、第１実施形態の同軸導波管変換器１と同一である。

本実施形態の同軸導波管変換器においても、導波管３の軸方向におけるプローブ３９の軸心とショート板７との間隔がλg／４になるようにショート板７の位置を第１実施形態と同様に調整すると共に、要素プローブ３９ｂを省略または交換して、導波管３の軸方向と直交する方向（図３の上下方向）におけるプローブ３９の先端面の位置と導波管３の管壁の内面との間隔Ｃがλg／４になるようにプローブ３９の先端面の位置（プローブ３９の長さ）調整することによって、種々様々の周波数（ただし、導波管３のカットオフ周波数よりも高い周波数）の電磁波に対して、同軸導波管変換器での該電磁波の通過を最大効率で行なうことができる。

次に、前記第１実施形態の同軸導波管変換器１の利用形態の例を図５および前記図１を参照して説明する。図５は、同軸導波管変換器１を使用した評価システムの構成を示す図である。この評価システムは、本発明のデバイスの評価システムの一実施形態である。

図５の評価システムは、前記同軸導波管変換器１を２個使用して、マイクロ波を増幅する増幅器５０の特性評価を行なうためのシステムであり、増幅器５０の入力側と出力側とにそれぞれ同軸導波管変換１の導波管３の開口端部が接続される。増幅器５０には、これに電源電力を供給する電源５２が接続されている。なお、増幅器５０は、本発明におけるデバイスに相当する。

また、増幅器５０の入力側の同軸導波管変換器１の同軸コネクタ５には、同軸ケーブル５６を介して信号発生手段としての信号発振器５４が接続される。この信号発振器５４は、マイクロ波帯の種々様々な周波数の信号（正弦波信号）を出力可能なものである。また、信号発振器５４は、その出力信号のレベル（振幅レベル）を可変的に設定可能である。

増幅器５０の出力側の同軸導波管変換器１の同軸コネクタ５には、該同軸導波管変換器１のプローブ９の箇所での電磁波（マイクロ波）の強度（電力）に応じた信号を出力するパワーセンサ５８が接続される。このパワーセンサ５８は、信号線６０を介してパワーメータ６２に接続されており、パワーセンサ５８の出力（プローブ９の箇所での電磁波の強度を示す信号）は、信号線６０を介してパワーメータ６２に入力される。パワーメータ６２は、パワーセンサ５８が検出した電磁波の強度（電力）のレベルを計測して、その計測値を表示するものである。なお、パワーセンサ５８は、本発明における出力検出手段に相当するものである。

かかる評価システムによる増幅器５０の特性評価は次のように実行される。

まず、増幅器５０の設計上の周波数特性（公称の周波数特性）により定まる中心周波数（該増幅器５０が通過可能な周波数域の中心周波数で、増幅器５０の電力増幅率が最大となる周波数）を基に、各同軸導波管変換器１の導波管３における管内波長λgを求める。そして、プローブ９の先端面と導波管３の内壁面との間隔Ａ（図１参照）がλg／４に等しくなるように、各同軸導波管変換器１の導波管３の軸方向に直交する方向におけるプローブ９の先端面の位置を調整すると共に、プローブ９の軸心とショート板７との間隔Ｂ（図１参照）がλg／４に等しくなるように、各同軸導波管変換器１の導波管３の軸方向におけるショート板７の位置を調整する。

次いで、各同軸導波管変換器１の導波管３の開口端部を増幅器５１の入力側と出力側とに接続する。また、増幅器５０の入力側の同軸導波管変換器１の同軸コネクタ５に信号発振器５４を同軸ケーブル５６を介して接続すると共に、増幅器５０の出力側の同軸導波管変換器１の同軸コネクタ５にパワーセンサ５８を接続する。パワーセンサ５８は、信号線６０を介してパワーメータ６２に接続されている。

次いで、増幅器５０に電源５２から電源電力を供給した状態で、信号発振器５４から、増幅器５０が通過可能な周波数域の中心周波数の信号（正弦波信号）を増幅器５０の入力側の同軸導波管変換器１に出力させる。この場合、信号発振器５４の出力信号のレベル（振幅レベル）は、増幅器５０が線形に増幅可能なレベルに設定される。該信号発振器５４の出力信号の周波数およびレベルは、増幅器５０の設計上の周波数特性を基にあらかじめ定められた値である。

このように信号発振器５４から増幅器５０の入力側の同軸導波管変換器１に入力された信号は、該同軸導波管変換器１の同軸コネクタ５、プローブ９および導波管３を介して増幅器５１に電磁波として入力される。そして、その入力された電磁波は、増幅器５０で増幅された後、該増幅器５０の出力側の同軸導波管変換器１の導波管３、プローブ９および同軸コネクタ５を介してパワーセンサ５８に入力される。そして、該パワーセンサ５８により検出された電磁波の強度（増幅器５０から出力される電磁波の、プローブ９の箇所での強度）がパワーメータ６２により計測される。

次いで、パワーメータ６２により計測された電磁波の強度（これは増幅器５０の出力電力に相当する）と、信号発振器５４の出力信号のレベル（増幅器５０への入力電力）とを基に、増幅器５０の電力増幅率を算出する。

この算出した電力増幅率が、増幅器５０の設計上の（公称の）電力増幅率にほぼ一致している場合には、増幅器５０は、設計通りの入出力特性を持っていると評価できる。

一方、算出した電力増幅率が、増幅器５０の設計上の電力増幅率からずれている場合には、増幅器５０の実際の電力増幅率が最大となる周波数（増幅器５０の実際の周波数特性における中心周波数）を把握するために、信号発振器５４の出力信号の周波数を可変的に設定しながら、その設定した周波数に合わせて各同軸導波管変換器１のショート板７の位置を調整する（図１の間隔Ｂを調整する）と共に、プローブ９の先端面の位置を調整する（図１の間隔Ａを調整する）。すなわち、図１の間隔Ａ，Ｂが、信号発振器５４で設定した周波数に対応して定まる管内波長λgの１／４に等しくなるようにショート板７の位置と、プローブ９の先端面の位置とを調整する。

そして、このように信号発振器５４の出力信号の周波数の変更と、ショート板７の位置およびプローブ９の先端面の位置の調整とを行いながら、パワーメータ６２の計測値に基づき、増幅器５０の電力増幅率を観測し、その電力増幅率が最大となる周波数を探索する。これにより、増幅器５０の電力増幅率が実際に最大となる周波数の、設計上の周波数からのずれ度合いを把握することができる。

このように、前記第１実施形態の同軸導波管変換器１を使用することで、同軸導波管変換器を複数種類用意したりすることなく、増幅器５０の特性評価を行なうことができる。

なお、図５の評価システムでは、第１実施形態の同軸導波管変換器１を使用したが、第２実施形態の同軸導波管変換器を使用してもよい。

また、図５の評価システムでは、増幅器５０の特性評価を行なうものを示したが、本発明の同軸導波管変換器を使用することで、種々様々のマイクロ波デバイスの特性評価（特に周波数変換に対する特性評価）を行なうことができる。

本発明の同軸導波管変換器の第１実施形態の全体構成を示す断面図。 図１の同軸導波管変換器の部分拡大図。 本発明の同軸導波管変換器の第２実施形態の要部構成を示す図。 図３の同軸導波管変換器のプローブの分解図。 本発明のデバイスの評価システムの一実施形態の構成を示す図。

符号の説明

１…同軸導波管変換器、３…導波管、５…同軸コネクタ、７…ショート板、９…プローブ、１１…ロッド部材、１７…ネジ部材、１９…スプリング（付勢手段）、３１…連結用導体、２５…同軸コネクタの中心導体、３９…プローブ、５０…増幅器（デバイス）、５４…信号発振器（信号発生手段）、５８…パワーセンサ（出力検出手段）。

Claims (5)

1. 導波管と、該導波管と絶縁されて該導波管の内部に突出されたプローブとを備えた同軸導波管変換器において、
   前記導波管の内部に該導波管の軸方向で移動自在に設けられたショート板と、前記プローブの先端の位置を前記導波管の軸方向と直交する方向で調整するプローブ位置調整手段とを備え、同軸導波管変換器で通過させようとする電磁波の周波数に応じて、前記導波管内における前記ショート板の位置と前記プローブの先端の位置とを変更可能としたことを特徴とする同軸導波管変換器。
2. 前記ショート板から前記導波管の終端部を該導波管の軸方向に摺動自在に貫通して該導波管の外部に延設されたロッド部材と、前記導波管の外部で前記ロッド部材の軸心回りに回転自在に該ロッド部材に螺合され、その回転操作によって前記ショート板に対して相対的に前記導波管の軸方向に進退自在に設けられたネジ部材と、前記ショート板と導波管の終端部との間で該ショート板を該導波管の軸方向で該導波管の終端部から離反する向きに付勢する付勢手段とを備え、前記ショート板は、前記ネジ部材の回転操作によって、前記導波管の軸方向に移動自在に設けられていることを特徴とする請求項１記載の同軸導波管変換器。
3. 前記導波管の管壁には、同軸コネクタがその中心導体の軸心を前記導波管の軸方向と直交する方向に向けて装着されると共に、該同軸コネクタの中心導体が、前記導波管の管壁に穿設された貫通孔の軸心部に挿入されており、前記プローブ位置調整手段は、前記同軸コネクタの中心導体に同心に連結された棒状の連結用導体を備え、前記プローブは、該連結用導体にその軸心回りに回転自在に螺合され、その回転操作により、前記連結用導体の軸方向に移動自在に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の同軸導波管変換器。
4. 前記同軸導波管変換器で通過させようとする電磁波の周波数に応じて定まる該電磁波の管内波長をλgとしたとき、前記導波管の軸方向における前記プローブと前記ショート板との間隔をλg／４に等しくなるように該ショート板の位置を調整すると共に、該導波管の軸方向と直交する方向における前記プローブの先端と該プローブの基端側での導波管の内壁面との間隔がλg／４に等しくなるように該プローブの先端の位置を調整したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の同軸導波管変換器。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の同軸導波管変換器を使用して、所定の周波数の電磁波を入出力するデバイスの特性を評価する評価システムであって、
   前記デバイスの入力側と出力側とにそれぞれ前記導波管の開口端部が接続される一対の前記同軸導波管変換器と、該デバイスの入力側の同軸導波管変換器のプローブに接続され、該デバイスに入力する電磁波の複数種類の周波数の信号を可変的に出力する信号発生手段と、該デバイスの出力側の同軸導波管変換器のプローブに接続され、該プローブを介して前記デバイスが出力する電磁波に応じた信号を検出する出力検出手段とを備えたことを特徴とするデバイスの評価システム。

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