JP2012222439A

JP2012222439A - 同軸導波管変換器

Info

Publication number: JP2012222439A
Application number: JP2011083565A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Yugawa; 秀憲湯川; Akemichi Hirota; 明道廣田; Naofumi Yoneda; 尚史米田; Hiroto Ado; 弘人阿戸; Sosuke Horie; 聡介堀江; Tomohiro Mizuno; 友宏水野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-04-05
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2012-11-12
Anticipated expiration: 2031-04-05
Also published as: JP5656720B2

Abstract

【課題】円形同軸線路を１種類の矩形導波管に直接変換する構成で、良好な変換特性を実現することができる同軸導波管変換器を得ることを目的とする。
【解決手段】矩形同軸線路４の外導体６、矩形リッジ導波管７の外導体９及び矩形導波管１０の外導体１１の寸法がすべて同一であり、円形同軸線路１の中心と矩形導波管１０の中心が一致しており、矩形同軸線路４の内導体５において、矩形リッジ導波管７の中でリッジ部が施されている側の面の幅Ｅが、そのリッジ部が施されていない側の面の幅Ｆより短くなっている。
【選択図】図１

Description

この発明は、主としてＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、マイクロ波帯及びミリ波帯で用いられるエンドランチ形の同軸導波管変換器に関するものである。

エンドランチ形の同軸導波管変換器は、円形同軸線路から矩形導波管に変換されるものであって、その円形同軸線路と矩形導波管の向きが同じで、その円形同軸線路の内導体が矩形導波管内に延伸されて矩形導波管の外導体に接続されるものである。
エンドランチ形の同軸導波管変換器として、円形同軸線路の直近に矩形導波管と異なる矩形外導体を有する矩形同軸線路と矩形リッジ導波管を設け、その矩形同軸線路と矩形リッジ導波管でインピーダンス変成を行うとともに、矩形同軸線路において、外導体の一方の壁面を内導体に近接配置してモード変成を行うことで、良好な変換特性を実現する構成が知られている。
このような構成については、例えば、円形同軸線路を矩形のダブルリッジ導波管に変換する場合が以下の非特許文献１に開示されているが、矩形のダブルリッジ導波管ではなく、矩形導波管に変換する場合についても同様の効果が得られる。

An Over-Octave Compact Transition from Double -Ridge Waveguide to Coaxial Line for Phased Array Feed、 KOREA、 IEEE、 2007

従来の同軸導波管変換器は以上のように構成されているので、外導体の大きさが異なる２種類以上の部材（矩形同軸線路、矩形リッジ導波管、矩形導波管など）が接続されて構成される。このため、１種類の矩形導波管で構成する場合と比べて加工作業が増える課題があった。
一方、円形同軸線路を１種類の矩形導波管に直接変換する構成では、加工作業が容易であるが、良好な変換特性を実現することが困難である。また、円形同軸線路の直近の矩形同軸線路で、良好なモード変成を実現するには、円形同軸線路の中心と矩形導波管の中心を一致させる必要があるが、円形同軸線路の中心と矩形導波管の中心を一致させることが困難である。また、回転させた場合には、円形同軸線路と矩形導波管の軸がぶれないことが望ましいロータリージョイントなどへの適用も困難である課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、円形同軸線路を１種類の矩形導波管に直接変換する構成で、良好な変換特性を実現することができる同軸導波管変換器を得ることを目的とする。

この発明に係る同軸導波管変換器は、円形の内導体及び円形の外導体から構成されている円形同軸線路と、その円形同軸線路の内導体と接続される内導体及び円形同軸線路の外導体と接続される矩形の外導体から構成されている矩形同軸線路と、その矩形同軸線路の内導体と接続される内導体及び矩形同軸線路の外導体と接続される矩形の外導体から構成され、その内導体と外導体が一体化されているリッジ部を有しているリッジ導波管と、そのリッジ導波管の外導体と接続される矩形の外導体から構成されている矩形導波管とを備え、その矩形同軸線路の外導体、そのリッジ導波管の外導体及び矩形導波管の外導体の寸法がすべて同一であり、その円形同軸線路の中心と矩形導波管の中心が一致しており、その矩形同軸線路の内導体において、そのリッジ導波管の中でリッジ部が施されている側の面の幅が、そのリッジ部が施されていない側の面の幅より短くなっている。

この発明によれば、円形の内導体及び円形の外導体から構成されている円形同軸線路と、その円形同軸線路の内導体と接続される内導体及び円形同軸線路の外導体と接続される矩形の外導体から構成されている矩形同軸線路と、その矩形同軸線路の内導体と接続される内導体及び矩形同軸線路の外導体と接続される矩形の外導体から構成され、その内導体と外導体が一体化されているリッジ部を有しているリッジ導波管と、そのリッジ導波管の外導体と接続される矩形の外導体から構成されている矩形導波管とを備え、その矩形同軸線路の外導体、そのリッジ導波管の外導体及び矩形導波管の外導体の寸法がすべて同一であり、その円形同軸線路の中心と矩形導波管の中心が一致しており、その矩形同軸線路の内導体において、そのリッジ導波管の中でリッジ部が施されている側の面の幅が、そのリッジ部が施されていない側の面の幅より短くなるように構成されているので、良好な変換特性を実現することができる効果がある。

この発明の実施の形態１による同軸導波管変換器を示す構成図である。図１の同軸導波管変換器のＡ−Ａ’断面図である。図１の同軸導波管変換器のＢ−Ｂ’断面図である。図１の同軸導波管変換器のＣ−Ｃ’断面図である。図１の同軸導波管変換器のＤ−Ｄ’断面図である。円形同軸線路１の入力信号が軸対称なＴＥＭモードで伝播する様子を示す説明図である。矩形同軸線路４において、電界が上下左右方向に分布している様子を示す説明図である。矩形リッジ導波管７において、電界が上方向と左右方向に分布している様子を示す説明図である。矩形導波管１０の入力信号が上面への電界が分布するＴＥ１０モードで伝播する様子を示す説明図である。同軸導波管変換器の長さ方向の電界分布を示す説明図である。内導体５の形状がＴ字形である矩形同軸線路４を示す断面図である。同一の外導体寸法を有する矩形同軸線路４において、同一の特性インピーダンスとなるように内導体５の形状を変えて電磁界計算したときの電界分布を示す説明図である。矩形同軸線路４に矩形内導体を適用した場合と、矩形同軸線路４にＴ字形内導体を適用した場合の同軸導波管変換器の反射特性を示す説明図である。この発明の実施の形態２による同軸導波管変換器の矩形同軸線路４を示す断面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による同軸導波管変換器を示す構成図である。
図１において、円形同軸線路１は円形の内導体２と、円形の外導体３とから構成されている同軸線路である。
矩形同軸線路４は円形同軸線路１の内導体２と接続される内導体５と、円形同軸線路１の外導体３と接続される矩形の外導体６とから構成されている同軸線路である。

矩形リッジ導波管７は矩形同軸線路４の内導体５と接続される内導体８と、矩形同軸線路４の外導体６と接続される矩形の外導体９から構成されている導波管であり、矩形リッジ導波管７は内導体８と外導体９が一体化されているリッジ部（外導体９と一体化されている内導体８の部分）を有している。
矩形導波管１０は矩形リッジ導波管７の外導体９と接続される矩形の外導体１１から構成されている導波管である。

図２は図１の同軸導波管変換器のＡ−Ａ’断面図であり、図３は図１の同軸導波管変換器のＢ−Ｂ’断面図である。
また、図４は図１の同軸導波管変換器のＣ−Ｃ’断面図であり、図５は図１の同軸導波管変換器のＤ−Ｄ’断面図である。

円形同軸線路１の内導体２は円形で構成されており、矩形同軸線路４の内導体５は矩形で構成されている。
また、矩形リッジ導波管７の内導体８は、長さ方向にステップ状又はテーパ状に変化し、矩形導波管１０の外導体１１と接続されている。図１では、ステップ状に２段で変化している例を示している。
矩形リッジ導波管７の内導体８において、矩形の外導体９と接続されている部分では矩形リッジ導波管構成となり、外導体９と一体化している内導体部分がリッジ部となる。

したがって、図１の同軸導波管変換器は、円形同軸線路１、矩形同軸線路４、矩形リッジ導波管７及び矩形導波管１０で構成されることになる。
このとき、矩形同軸線路４、矩形リッジ導波管７及び矩形導波管１０の外導体は、すべて同一寸法で構成されており、円形同軸線路１の中心と矩形導波管１０の中心が一致している。
また、矩形同軸線路４の内導体５において、矩形リッジ導波管７の中でリッジ部が施されている側の面（以降、「下面」とする）の幅Ｅが、リッジ部が施されていない側の面（以降、「上面」とする）の幅Ｆより短くなっている。

次に動作について説明する。
円形同軸線路１から入力された信号は、図６に示すように、軸対称なＴＥＭモードで伝播する。図６では、電界の生じる向きを矢印で示している。
矩形同軸線路４では、図７に示すように、ＴＥＭモードが変化して、電界が上下左右方向に分布する。
このとき、矩形同軸線路４の内導体５は、下面の幅Ｅが上面の幅Ｆよりも短くされているため、上面への電界が強くなる。

矩形リッジ導波管７では、図８に示すように、電界が上方向と左右方向に分布するが、上面への電界が強くなる。
矩形導波管１０では、図９に示すように、上面への電界が分布するＴＥ１０モードで信号が伝播する。
同軸導波管変換器の長さ方向の電界分布は、図１０に示すようになる。

エンドランチ形の同軸導波管変換器では、各構造でインピーダンス変成を行うとともに、円形導波管の軸対称なＴＥＭモードを、矩形導波管のＴＥ１０モードに効率よく変成することで良好な変換特性が得られるが、図１の同軸導波管変換器では、矩形同軸線路４の内導体５の下面の幅Ｅを上面の幅Ｆよりも短くすることで、電界の上面への分布が強くなり、矩形リッジ導波管７及び矩形導波管１０への電界分布と近くなるため、良好なモード変成が得られるという効果を奏する。
また、矩形同軸線路４の内導体５は、外導体６に近接配置しなくても、良好なモード変成を行うことができるため、良好なインピーダンス変成を実現するための設計の自由度が上がるという効果も奏する。

なお、矩形同軸線路４における内導体５の形状は、図１１に示すように、Ｔ字形でもよい。
ここで、図１２は同一の外導体寸法を有する矩形同軸線路４において、同一の特性インピーダンスとなるように内導体５の形状を変えて電磁界計算したときの電界分布を示す説明図である。
内導体５が外導体６内の中心付近に配置され、その幅が上面と下面で同一である場合、電界分布はほぼ上下対称に分布するのに対し、内導体５の形状がＴ字形である場合、電界が上面に集中していることが確認される。
したがって、内導体５の形状がＴ字形である場合、従来と同様のインピーダンス変成ができるとともに、より良好なモード変成ができるという効果を奏する。

図１３は矩形同軸線路４に矩形内導体を適用した場合と、矩形同軸線路４にＴ字形内導体を適用した場合の同軸導波管変換器の反射特性を示す説明図である。
図１３において、点線が矩形同軸線路４に矩形内導体を適用した場合の反射特性を示し、実線が矩形同軸線路４にＴ字形内導体を適用した場合の反射特性を示している。
内導体５の形状をＴ字形にすることにより、ほぼ同じ比帯域４０％で反射が約２ｄＢ改善されている。
したがって、矩形同軸線路４にＴ字形内導体を適用することにより、より滑らかにモード変成を行うことができ、良好な変換特性を実現できることが確認される。

なお、矩形同軸線路４、矩形リッジ導波管７及び矩形導波管１０の外導体はすべて同一寸法であり、加工が容易であるという効果も奏する。
また、円形同軸線路１と矩形導波管１０の中心が一致しているため、回転時に軸がぶれないという効果も奏する。

実施の形態２．
図１４はこの発明の実施の形態２による同軸導波管変換器の矩形同軸線路４を示す断面図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
この実施の形態２では、矩形同軸線路４における内導体５の下面側の形状が半円形状となっている。

この構成でも、下面の幅が上面の幅よりも短いため、上記実施の形態１と同様の効果を奏する。
さらに、半円形状を円形同軸線路１の内導体２の形状と同一にすることにより、円形同軸線路１と矩形同軸線路４の接続部における内導体形状の不連続が小さくなり、より良好な変換特性が得られるという効果も奏する。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１円形同軸線路、２円形同軸線路の内導体、３円形同軸線路の外導体、４矩形同軸線路、５矩形同軸線路の内導体、６矩形同軸線路の外導体、７矩形リッジ導波管、８矩形リッジ導波管の内導体、９矩形リッジ導波管の外導体、１０矩形導波管、１１矩形導波管の外導体。

Claims

円形の内導体及び円形の外導体から構成されている円形同軸線路と、上記円形同軸線路の内導体と接続される内導体及び上記円形同軸線路の外導体と接続される矩形の外導体から構成されている矩形同軸線路と、上記矩形同軸線路の内導体と接続される内導体及び上記矩形同軸線路の外導体と接続される矩形の外導体から構成され、上記内導体と上記外導体が一体化されているリッジ部を有しているリッジ導波管と、上記リッジ導波管の外導体と接続される矩形の外導体から構成されている矩形導波管とを備え、
上記矩形同軸線路の外導体、上記リッジ導波管の外導体及び上記矩形導波管の外導体の寸法がすべて同一であり、上記円形同軸線路の中心と上記矩形導波管の中心が一致しており、上記矩形同軸線路の内導体において、上記リッジ導波管の中で上記リッジ部が施されている側の面の幅が、上記リッジ部が施されていない側の面の幅より短くなっていることを特徴とする同軸導波管変換器。
矩形同軸線路の内導体において、リッジ導波管の中でリッジ部が施されている側の形状が半円形状であることを特徴とする請求項１記載の同軸導波管変換器。