JP2014123831A - Loop directional coupler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に大電力が通過する導波管回路のパワーモニタなどに利用される疎結合なループ方向性結合器に関する。 The present invention relates to a loosely coupled loop directional coupler mainly used for a power monitor of a waveguide circuit through which a large amount of power passes.
大電力が通過する導波管回路のパワーモニタには、結合度が−30dB以下となるような、疎結合な方向性結合器が利用される。
電力を正確に測定するには、使用周波数帯域内において結合偏差が小さいこと、製品毎の結合度のばらつきが小さいことが要求される。
このような疎結合な方向性結合器の一つにループ方向性結合器がある。
ループ方向性結合器は、主線路である導波管と副線路である同軸線路を、結合孔を介して結合させる構造であり、結合度を低くするために、結合孔の大きさを波長よりも小さくするのが一般的である。
このため、高周波になるに従い結合度が高くなる特性を示す。
使用周波数帯域内において結合偏差が大きくなると、製造誤差などにより少しでも特性がばらつくことで、要求仕様から特性が外れてしまうという課題が起きていた。
そこで、従来のループ方向性結合器では、テーパー面を有する台座を移動させることにより、結合ループと結合孔の距離を可変にし、結合度を調整する構造が提案されている(下記特許文献1参照)。
For power monitoring of a waveguide circuit through which large power passes, a loosely coupled directional coupler having a coupling degree of −30 dB or less is used.
In order to accurately measure the power, it is required that the coupling deviation is small in the used frequency band and that the variation in coupling degree between products is small.
One such loosely coupled directional coupler is a loop directional coupler.
A loop directional coupler is a structure in which a waveguide, which is a main line, and a coaxial line, which is a sub line, are coupled via a coupling hole. In order to reduce the degree of coupling, the size of the coupling hole is made larger than the wavelength. Generally, it is also made smaller.
For this reason, the characteristic which a coupling degree becomes high as it becomes high frequency is shown.
When the coupling deviation increases within the operating frequency band, there is a problem that the characteristics deviate from the required specifications due to variations in characteristics due to manufacturing errors.
Therefore, a conventional loop directional coupler has been proposed in which the distance between the coupling loop and the coupling hole is made variable by moving a pedestal having a tapered surface (see Patent Document 1 below). ).
従来のループ方向性結合器は以上のように構成されているので、前記特許文献1で示されるような、結合ループと結合孔の距離を可変にすることにより、結合度を調整する構成では、結合度のオフセットは調整可能であるが、使用周波数帯域内の結合偏差を変えることができない課題があった。
また、結合ループと結合孔の距離を可変にするために、テーパー面を有する台座が必要となるため、構造が複雑になり、製造経費が高くなってしまうなどの課題があった。
Since the conventional loop directional coupler is configured as described above, in the configuration in which the coupling degree is adjusted by making the distance between the coupling loop and the coupling hole variable as shown in Patent Document 1, The offset of the coupling degree can be adjusted, but there is a problem that the coupling deviation within the used frequency band cannot be changed.
Further, since a pedestal having a tapered surface is required to make the distance between the coupling loop and the coupling hole variable, there is a problem that the structure becomes complicated and the manufacturing cost increases.
本発明は、使用周波数帯域内の結合偏差を低減すると共に、製造経費を安価にするループ方向性結合器を得ることを目的とする。 It is an object of the present invention to obtain a loop directional coupler that reduces the coupling deviation in the used frequency band and reduces the manufacturing cost.
本発明のループ方向性結合器は、壁面に結合孔が形成された導波管と、結合孔を被覆するように、導波管の外壁面に電気的に短絡して設けられた外導体カバーと、外導体カバーを貫通するように設けられた2本の同軸線路と、外導体カバーの内部に設けられ、両端に2本の同軸線路の内導体がそれぞれ接続されて結合ループを形成する導体と、導体に設けられた突起部とを備えたものである。 The loop directional coupler of the present invention includes a waveguide having a coupling hole formed on a wall surface, and an outer conductor cover provided by being electrically short-circuited on the outer wall surface of the waveguide so as to cover the coupling hole. And two coaxial lines provided so as to pass through the outer conductor cover, and conductors provided inside the outer conductor cover and connected to the inner conductors of the two coaxial lines at both ends to form a coupling loop. And a protrusion provided on the conductor.
本発明によれば、外導体カバーの内部に設けられた導体に突起部を設けた。
よって、結合度の周波数特性を変化させることができ、使用周波数帯域内の結合偏差を低減することができる。
また、結合ループと結合孔の距離を調整する構造が必要ないため、製造経費を安価にすることができる効果がある。
According to the present invention, the protrusion is provided on the conductor provided inside the outer conductor cover.
Therefore, the frequency characteristic of the coupling degree can be changed, and the coupling deviation within the used frequency band can be reduced.
Moreover, since a structure for adjusting the distance between the coupling loop and the coupling hole is not required, there is an effect that the manufacturing cost can be reduced.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1によるループ方向性結合器の概観を示す図である。
また、図2及び図3は、本発明の実施の形態1によるループ方向性結合器の構造を示す図であり、図2は断面図、図3は上面からの透視図である。
本実施の形態1によるループ方向性結合器の構造は、壁面に結合孔10が形成された導波管20と、結合孔10を被覆するように、導波管20の外壁面に電気的に短絡して設けられた外導体カバー30と、外導体カバー30を貫通するように設けられた2本の同軸線路40,41と、外導体カバー30の内部に設けられ、両端に同軸線路40,41の内導体がそれぞれ接続されて結合ループ60を形成する導体50からなる。
また、導体50に突起部70を設ける。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram showing an overview of a loop directional coupler according to Embodiment 1 of the present invention.
2 and 3 are views showing the structure of the loop directional coupler according to Embodiment 1 of the present invention, where FIG. 2 is a cross-sectional view and FIG. 3 is a perspective view from above.
In the structure of the loop directional coupler according to the first embodiment, the
In addition, a
なお、導波管20の入口を入力ポート81、出口を出力ポート82とし、同軸線路40を結合ポート83、同軸線路41をアイソレーションポート84とする。
また、外導体カバー30は、導波管20上を回転方向に摺動自在な構造である。
ここで、図1に示す構成では、導波管は、矩形導波管の形状をしているが、円形導波管やリッジ導波管であっても良く、形状は限定されない。
The inlet of the
Further, the
Here, in the configuration shown in FIG. 1, the waveguide has a rectangular waveguide shape, but it may be a circular waveguide or a ridge waveguide, and the shape is not limited.
ここで、図2及び図3に示す構成では、導体50は、導波管20の壁面に形成された結合孔10に対して略平行に一つの突起部70を設けた。
その他、図4に示すように、複数の突起部71a,71bを設けて良く、また、図5に示すように、途中で折れ曲がった形状の突起部72a,72bでも良く、さらに、図6に示すように、導体50にL字状の切れ込みを入れることにより形成される突起部73a,73bでも良く、さらに、図7に示すように、導波管20の壁面に形成された結合孔10に対して略垂直方向に突起部74a,74bを設けても良い。
このように、さまざまな形状の突起部のうちから一つの形状の突起部を選択できることから、設計の自由度を広げることができる。
Here, in the configuration shown in FIGS. 2 and 3, the
In addition, as shown in FIG. 4, a plurality of
As described above, since one shape of projection can be selected from various shapes of projections, the degree of freedom in design can be expanded.
次に動作について説明する。
ループ方向性結合器は、入力ポート81に信号を入力すると、主線路である導波管20を通り出力ポート82に出力される信号と、結合孔10から漏れ出る信号が導体50と結合し、副線路である同軸線路40,41に出力される信号に分かれる。
結合孔10から漏れ出る信号と導体50との結合は、電界と結合ループ60を通過する磁界によって行われる。
電界結合により誘起された電流は、結合ポート83とアイソレーションポート84に等振幅、同相で進み、磁界結合により誘起された電流は、結合ポート83とアイソレーションポート84に等振幅で逆相の電流が流れる。
この時、図8に示すように、導波管20上の外導体カバー30を、回転方向に摺動することで、導体50を管軸方向に対して傾斜させることにより、磁界の結合度を調整し、アイソレーションポート84に誘起された電界結合による電流を打ち消すことで方向性結合器となる。
Next, the operation will be described.
When a signal is input to the
The signal leaking from the
The current induced by the electric field coupling proceeds in the
At this time, as shown in FIG. 8, by sliding the
次に従来のループ方向性結合器の結合度の周波数特性を図9に示す。
ここで、従来のループ方向性結合器とは、図1から図3に示した構成において、導体50に突起部70が設けられていない構成である。
従来のループ方向性結合器は、結合度を低くするために、結合孔10の径を使用周波数帯域の1/4波長よりも小さくしているため、周波数が高くなるに従い、結合度も高くなってしまう。
Next, FIG. 9 shows the frequency characteristics of the coupling degree of the conventional loop directional coupler.
Here, the conventional loop directional coupler is a configuration in which the
In the conventional loop directional coupler, in order to lower the coupling degree, the diameter of the
次に本実施の形態1のループ方向性結合器の等価回路を図10に示す。
本実施形態1のループ方向性結合器は、結合線路90の出力ポート92と結合線路100の入力ポート101、結合線路90のアイソレーションポート94と結合線路100の結合ポート103をそれぞれ接続し、アイソレーションポート94と結合ポート103の間にスタブ110を備えた等価回路として示される。
この等価回路は、線路90a,100aがループ方向性結合器の導波管20に対応し、線路90b,100bがループ方向性結合器の導体50に対応し、スタブ110がループ方向性結合器の突起部70に対応する。
結合線路90と結合線路100の電気長の合計は、結合孔10の径が使用周波数帯域の1/4波長よりも小さいため、90°よりも短くなる。
このような等価回路での結合ポート93から出力される信号は、入力ポート91から入力された信号が直接結合ポート93に出力される信号120と、入力ポート91から入力された信号が出力ポート92、入力ポート101、結合ポート103、アイソレーションポート94を順に通過して結合ポート93に出力される信号130の合成信号となる。
なお、102は出力ポート、104はアイソレーションポートである。
Next, an equivalent circuit of the loop directional coupler of the first embodiment is shown in FIG.
The loop directional coupler of the first embodiment connects the
In this equivalent circuit, the
The total electrical length of the coupled
In such an equivalent circuit, the signal output from the
ここで、結合線路90の結合度をCA、電気長をθAとして、損失が十分に小さいと仮定し、また、結合線路90と結合線路100が同じ特性を持つと仮定する。
さらに、スタブ110の通過位相をθSとして、挿入損失が十分に小さいと仮定すると、結合ポート83に出力される信号の結合度Cは、次のような式で表すことができる。
この式より、スタブ110の通過位相が遅れるほど結合度が低くなることがわかる。
スタブ110の通過位相の周波数特性は、周波数が高くなるに従い通過位相の遅れが大きくなることから、周波数が高くなるに従い結合度が低くなる。
従って、スタブ110を設けると、スタブ110を設けない場合と比較して、結合度の周波数特性の傾きが小さくなる。
そのため、本実施の形態1によるループ方向性結合器は、導体50に突起部70を設けたことにより、図11に示すように、使用周波数帯域内の結合偏差を低減することができる。
また、結合ループ(導体50)60と結合孔10の距離を調整する構造が必要ないため、製造経費を安価にすることができる。
さらに、導波管20の壁面に形成される結合孔10に対して略平行に突起部70を設けると、設計時に突起部70の長さを変えても、結合孔10との距離や結合ループの大きさを変える必要がなくなる。
そのため、結合度を大きく変えることなく、設計可能になり、設計が容易になる。
Here, assuming that the coupling degree of the coupled
Further, assuming that the passing phase of the
From this equation, it can be seen that the degree of coupling decreases as the passing phase of the
In the frequency characteristics of the passing phase of the
Therefore, when the
Therefore, the loop directional coupler according to the first embodiment can reduce the coupling deviation in the used frequency band as shown in FIG. 11 by providing the
Further, since a structure for adjusting the distance between the coupling loop (conductor 50) 60 and the
Further, when the
Therefore, it becomes possible to design without greatly changing the degree of coupling, and the design becomes easy.
以上のように、本実施の形態1によれば、外導体カバー30の内部に設けられた導体50に突起部70を設けた。
よって、結合度の周波数特性を変化させることができ、使用周波数帯域内の結合偏差を低減することができる。
また、導体50と結合孔10の距離を調整する構造が必要ないため、製造経費を安価にすることができる。
さらに、導波管20の壁面に形成された結合孔10に対して略平行に突起部70を設けた。
よって、設計時に突起部70の長さを変えても、結合孔10との距離や結合ループの大きさを変える必要がなくなり、結合度を大きく変えることなく、設計可能になり、設計を容易にすることができる。
As described above, according to the first embodiment, the
Therefore, the frequency characteristic of the coupling degree can be changed, and the coupling deviation within the used frequency band can be reduced.
Further, since a structure for adjusting the distance between the
Further, the
Therefore, even if the length of the
実施の形態2.
図12及び図13は、本発明の実施の形態2によるループ方向性結合器の構造を示す図であり、図12は断面図、図13は底面からの透視図である。
本実施の形態2によるループ方向性結合器の構造は、導体50が誘電体基板140上に形成される。
誘電体基板140上に形成された導体50は、外導体カバー30の内部に設けられ、同軸線路40,41の内導体が誘電体基板140を貫通して、両端にそれぞれ接続されて結合ループ60を形成する。
その他の構成については、前記実施の形態1と同様である。
Embodiment 2. FIG.
12 and 13 are views showing the structure of a loop directional coupler according to Embodiment 2 of the present invention, where FIG. 12 is a sectional view and FIG. 13 is a perspective view from the bottom.
In the structure of the loop directional coupler according to the second embodiment, the
The
Other configurations are the same as those in the first embodiment.
ここで、図12及び図13に示す構成では、導体50は、導波管20の壁面に形成された結合孔10に対して略平行に一つの突起部70を設けた。
その他、図14に示すように、複数の突起部76a,76bを設けて良く、また、図15に示すように、途中で折れ曲がった形状の突起部77a,77bでも良く、さらに、図16に示すように、導体50にL字状の切れ込みを入れることにより形成される突起部78a,78bでも良い。
このように、さまざまな形状の突起部のうちから一つの形状の突起部を選択できることから、設計の自由度を広げることができる。
Here, in the configuration shown in FIGS. 12 and 13, the
In addition, as shown in FIG. 14, a plurality of
As described above, since one shape of projection can be selected from various shapes of projections, the degree of freedom in design can be expanded.
次に動作について説明する。
本実施の形態2のループ方向性結合器の動作は、前記実施の形態1のループ方向性結合器の動作と同様である。
また、本実施の形態2のループ方向性結合器の等価回路に関しても、前記実施の形態1のループ方向性結合器と同様であるため、本実施の形態2によるループ方向性結合器は、誘電体基板140上に突起部70を備えた導体50を形成することにより、図11に示すように、使用周波数帯域内の結合偏差を低減することができる。
さらに、結合ループ(導体50)60と結合孔10の距離を調整する構造が必要ないため、製造経費を安価にすることができる。
さらに、誘電体基板140上に導体50を形成することにより、中空に導体50を形成した前記実施の形態1の構成よりも強度を上げることができる。
さらに、誘電体基板140を使用することで、導体50の微細な加工が可能となる。
Next, the operation will be described.
The operation of the loop directional coupler of the second embodiment is the same as the operation of the loop directional coupler of the first embodiment.
Further, the equivalent circuit of the loop directional coupler according to the second embodiment is the same as that of the loop directional coupler according to the first embodiment. Therefore, the loop directional coupler according to the second embodiment has a dielectric By forming the
Further, since a structure for adjusting the distance between the coupling loop (conductor 50) 60 and the
Furthermore, by forming the
Further, by using the
以上のように、本実施の形態2によれば、誘電体基板140上に導体50を形成することにより、導体50の強度を上げると共に、導体50の微細な加工を可能にすることができる。
As described above, according to the second embodiment, by forming the
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。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
10 結合孔、20 導波管、30 外導体カバー、40,41 同軸線路、50導体、60 結合ループ、70,71a,71b,72a,72b,73a,73b,74a,74b,76a,76b,77a,77b,78a,78b 突起部、81,91,101 入力ポート、82,92,102 出力ポート、83,93,103 結合ポート、84,94,104 アイソレーションポート、90,100 結合線路、90a,100a,90b,100b 線路、110 スタブ、120,130 信号、140 誘電体基板。 10 coupling hole, 20 waveguide, 30 outer conductor cover, 40, 41 coaxial line, 50 conductor, 60 coupling loop, 70, 71a, 71b, 72a, 72b, 73a, 73b, 74a, 74b, 76a, 76b, 77a , 77b, 78a, 78b Protruding part, 81, 91, 101 input port, 82, 92, 102 output port, 83, 93, 103 coupling port, 84, 94, 104 isolation port, 90, 100 coupling line, 90a, 100a, 90b, 100b line, 110 stub, 120, 130 signal, 140 dielectric substrate.
Claims (3)
前記結合孔を被覆するように、前記導波管の外壁面に電気的に短絡して設けられた外導体カバーと、
前記外導体カバーを貫通するように設けられた2本の同軸線路と、
前記外導体カバーの内部に設けられ、両端に前記2本の同軸線路の内導体がそれぞれ接続されて結合ループを形成する導体と、
前記導体に設けられた突起部とを備えたループ方向性結合器。 A waveguide having a coupling hole formed on a wall surface;
An outer conductor cover provided to be electrically short-circuited to the outer wall surface of the waveguide so as to cover the coupling hole;
Two coaxial lines provided to penetrate the outer conductor cover;
A conductor that is provided inside the outer conductor cover, and is connected to both ends of the inner conductors of the two coaxial lines to form a coupling loop;
A loop directional coupler comprising a protrusion provided on the conductor.
前記導波管に形成された前記結合孔に対して略平行に設けられたことを特徴とする請求項1記載のループ方向性結合器。 The protrusion is
The loop directional coupler according to claim 1, wherein the loop directional coupler is provided substantially parallel to the coupling hole formed in the waveguide.
誘電体基板上に形成されたことを特徴とする請求項1または請求項2記載のループ方向性結合器。 The conductor is
3. The loop directional coupler according to claim 1, wherein the loop directional coupler is formed on a dielectric substrate.
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