JP2012034109A - モード結合器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、導波管の管内を伝搬する複数のモードから所望のモードの電力のみを導波管から抽出するモード結合器に関し、特性が低下することなく実装上の制約を大幅に解消できることを目的とする。
【解決手段】管内を伝播する複数のモードの内、特定のモードによる外部との結合に供される結合部を有する導波管と、前記導波管の外側壁に周設され、前記結合部を介して前記特定のモードを前記管内から導く結合路とを備えて構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、導波管の管内を伝搬する複数のモードから所望のモードのみの電力を抽出するモード結合器に関する。

従来、このようなモード結合器は、例えば、図４に示すように、複数モードが伝播する円形導波管１１と矩形導波管１２とが双方の管軸が平行となるように重ねられ、かつ円形導波管１１と矩形導波管１２とを結合させるためのスロット１３が２つ以上設けられることによって構成されていた。

また、これらのスロット１３の間隔は結合されるべきモードの波長λｇに対して（λg／４）に設定されることによって、所望のモードのみの電力が円形導波管１１から矩形導波管１２に引き渡される。

なお、本発明に関連がある先行技術としては、例えば、後述する非特許文献１に掲載されるように、「通信衛星ＲＦセンサに組み込まれる高次モードモノパルスカプラ」がある。

西田隆良、「衛星搭載RFセンサ用高次モードモノパルスカプラの特性」、電子情報通信学会技術報告、電子情報通信学会、１９８３．８．１９、Ａ・Ｐ８３−５２、Ｐ．１５-２２

ところが、上述した従来例では、円形導波管１１と矩形導波管１２とが双方の管軸が平行になるように重ねられ、かつ矩形導波管１２と円形導波管１１との伝播軸の方向にスロット１３が複数設けられるため、モード結合器の寸法が円形導波管１１の管軸方向に長くなるという問題があった。

本発明は、特性が低下することなく実装上の制約を大幅に解消できるモード結合器を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明では、導波管は、管内を伝播する複数のモードの内、特定のモードによる外部との結合に供される結合部を有する。結合路は、前記導波管の外側壁に周設され、前記結合部を介して前記特定のモードを前記管内から導く。
すなわち、上記結合路は、前記導波管の外側壁に周設されるため、その導波管の管軸に沿って長々と配置されない形状および寸法で形成可能である。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のモード結合器において、前記結合部は、前記導波管の外壁に形成され、かつ前記結合路と所望の結合度を確保できる穴である。
すなわち、既述の特定のモードによる導波管との結合は、上記穴の配置、個数、サイズ等の組み合わせにより多様に実現可能である。

請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載のモード結合器において、前記結合路の軸は、前記導波管の管軸と平行ではない。
すなわち、上記結合路の軸と導波管の管軸とが立体的に交叉するため、これらの結合路および導波管と、その周辺との双方における実装上の制約に対して柔軟に適応可能となる。

本発明によれば、従来例に比べて、導波管の管軸方向における物理的なサイズの短縮が図られる。
または、本発明に備えられる導波管の管内では、特定のモードにおける結合路との結合が同軸プローブ等を介して実現される場合に比べて、その特定のモード以外のモードに対する無用な結合が粗に保たれる。
したがって、本発明が適用された装置や系では、多様な複モードの信号が伝搬する導波管と、その複モードに含まれ、あるいは含まれ得る特定のモードが伝搬する伝搬路との間における分岐と合成との何れに関する実装上の制約も大幅に緩和される。

本発明の一実施形態を示す図である。 本実施形態の動作原理を示す図である。 円形導波管内の各伝送モードの電気力線を示す図である。 従来のモード結合器の構成例を示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す図である。
図において、円形導波管１の内径は、ＴＥ１１ｖモード、ＴＥ１１Ｈモード、ＴＭ０１モードの信号が共に伝播する値に予め設定される。円形導波管１の外側壁の所定の箇所には、矩形の連通孔として上部スロット４が形成される。円形導波管１の外側壁の内、その円形導波管１の管軸を介して対向する部位には、上部スロット４と対をなす下部スロット３が形成される。このような円形導波管１の外側壁には、上部スロット４と下部スロット３との双方を覆うことが可能な形状および寸法で形成され、湾曲して断面形状が矩形である湾曲矩形導波管２が周設される。

図２は、本実施形態の動作原理を示す図である。
以下、図１および図２を参照して本実施形態の動作を説明する。

円形導波管１の管内における電気力線の分布は、図３に示すように、その管内を伝搬する信号のモードＴＥ１１ｖ、ＴＥ１１Ｈ、ＴＭ０１毎に異なる。
したがって、これらのモードＴＥ１１ｖ、ＴＥ１１Ｈ、ＴＭ０１の内、ＴＥ１１ｖモードの信号に応じて下部スロット３と上部スロット４の位置に流れる電流の方向は、図２に細線の矢印で示すように、円形導波管１の管軸に平行であるが互いに反対の方向となる。
また、円形導波管１の管内を伝搬するＴＭ０１モードの信号に応じて下部スロット３と上部スロット４の位置に流れる電流の方向は、図３に太線の矢印で示すように、円形導波管１の管軸に平行であって同じ方向となる。

さらに、円形導波管１の管内を伝搬するＴＥ１１Ｈモードの信号に応じて下部スロット３と上部スロット４の位置に流れる電流の方向は、これらの下部スロット３および上部スロット４の長手方向に平行となる。
したがって、下部スロット３および上部スロット４では、上記ＴＥ１１Ｈモードの信号については、円形導波管１と湾曲矩形導波管２との間における結合路が形成されない。

ところで、一般に、湾曲矩形導波管２の横幅が変化すると、その湾曲矩形導波管２の管内波長が変化し、このように管内を進行する電磁波の位相速度も変化する。
また、湾曲矩形導波管２の管内における下部スロット３と上部スロット４との間の伝播距離は、予め所望の値に設定することが可能である。

本実施形態では、このような伝搬距離が予め湾曲矩形導波管２の管内波長に等しく設定されることにより、ＴＥ１１ｖモードの信号については、下部スロット３を介して湾曲矩形導波管２の管内に引き渡され、その管内において上部スロット４の位置まで伝播した電力は、この上部スロット４を介して円形導波管１から引き渡された電力と相殺される。
したがって、円形導波管１と湾曲矩形導波管２との間には、ＴＥ１１ｖモードの信号の結合路は形成されない。

一方、ＴＭ０１の信号については、下部スロット３を介して湾曲矩形導波管２の管内に引き渡され、その管内において上部スロット4の位置まで伝播した電力は、この上部スロット４を介して円形導波管１から引き渡された電力と強めあう。
したがって、円形導波管１と湾曲矩形導波管２との間には、既述のＴＥ１１ｖモード、ＴＥ１１ＨモードおよびＴＭ０１モードの内、ＴＭ０１モードのみの信号の結合路が形成される。

すなわち、本実施形態によれば、円形導波管１の軸方向におけるサイズが従来例より小さいにもかかわらず、複数のモードの信号の内、所望のモードの信号のみを抽出するモード結合器が実現される。

したがって、本実施形態が適用されたマイクロ波帯ないしミリ波帯の無線伝送系や無線通信系の内、例えば、通信衛星のモノパルス追尾に供されるアンテナの背面に配置されるモード結合器は、従来例に比べて、アンテナの軸方向における長さが大幅に短縮されて実現される。さらに、衛星追尾の過程で回転するアンテナの鏡面の半径を小さくすることが可能となり、レドームの小型化および低廉化に併せて、取り付け等の装備のコストの削減とが可能となる。

なお、本実施形態では、円形導波管１と湾曲矩形導波管２との間におけるＴＭ０１モードのみの結合に適した「円形導波管１の外周方向に長い形状」の連通孔として下部スロット３および上部スロット４が形成されている。

しかし、このようなＴＭ０１モードに代えて、例えば、ＴＥ２１モードの結合路が形成されるべき場合には、下部スロット３および上部スロット４は、円形導波管1の軸方向に長い形状の連通孔として形成されてもよい。

また、本実施形態では、円形導波管１と湾曲矩形導波管２との間の結合が下部スロット３および上部スロット４を介して実現されているが、このような結合は、例えば、同軸プローブや結合穴を介して実現されてもよい。

さらに、本実施形態では、円形導波管１の管内を伝搬する信号の電磁モードがＴＥ１１ｖ、ＴＥ１１Ｈ、ＴＭ０１の３通りとなっている。
しかし、このような電磁モードは、如何なる電磁モードの組み合わせであってもよい。

また、本実施形態では、円形導波管１の管内を伝搬する信号の電磁モードが上記電磁モードＴＥ１１ｖ、ＴＥ１１Ｈ、ＴＭ０１からなる複モードとなっている。
しかし、本発明では、円形導波管１は、所望の複モードの信号が伝搬し、これらの複モードに含まれる電磁モードの内、所望の電磁モードのみの結合路が形成可能であるならば、如何なる形状や寸法の導波管として構成されてもよい。

さらに、本実施形態では、屈曲矩形導波管２は、既述の複モードに含まれる電磁モードの内、特定の電磁モードに関する結合路が確保され、その特定の電磁モードの信号を所望の装置、回路、素子の何れかに引き渡すことが可能であるならば、如何なる形状や寸法の導波管として構成されてもよい。

また、本実施形態では、円形導波管１と湾曲矩形導波管２とは、両者の間に既述の結合路が形成され、かつ複モードおよび所望のモードに関して所望の伝搬特性が確保されるならば、例えば、両者間の電気的かつ機械的な結合は、「溶接」、「一体鋳造」その他の如何なる技術により図られてもよい。

さらに、本実施形態では、円形導波管１と湾曲矩形導波管２とは、それぞれの管軸が互いに直交する状態で立体的に交叉している。
しかし、これらの管軸が交叉する角度は、実装面における無用な制約を伴わないならば、「９０度の整数倍以外の所望の角度」に設定されてもよい。

また、本実施形態では、円形導波管１は、本発明に係るモード結合器の構成要素として予め設けられた導波管でなくてもよく、例えば、既述の下部スロット３および上記スロット４を形成する加工と、湾曲矩形導波管２の取り付けとの何れもが可能な既存の円形導波管で代替されてもよい。

さらに、本発明では、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲において多様な実施形態の構成が可能であり、構成要素の全てまたは一部に如何なる改良が施されても良い。

１，１１ 円形導波管
２ 湾曲矩形導波管
３ 下部スロット
４ 上部スロット
１２ 矩形導波管
１３ スロット

Claims (3)

1. 管内を伝播する複数のモードの内、特定のモードによる外部との結合に供される結合部を有する導波管と、前記導波管の外側壁に周設され、前記結合部を介して前記特定のモードを前記管内から導く結合路とを備えたことを特徴とするモード結合器。
2. 請求項１に記載のモード結合器において、前記結合部は、前記導波管の外壁に形成され、かつ前記結合路と所望の結合度を確保できる穴であることを特徴とするモード結合器。
3. 請求項１または請求項２に記載のモード結合器において、前記結合路の軸は、前記導波管の管軸と平行でないことを特徴とするモード結合器。