JP2015076660A - 導波管同軸変換装置及び送受信一体型分波器 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の導波管同軸変換装置は、帯域阻止フィルタ機能を追加するために装置が大きくなる問題があった。【解決手段】本発明にかかる導波管同軸変換装置は、第１の部材１０と、第１の部材１０と対向して設けられる第２の部材３０と、第１の部材１０と第２の部材３０とに挟まれるように設けられた導電体板２０と、を有し、第１の部材１０と第２の部材３０とには、第１の部材１０を貫通して第２の部材３０を貫通しない深さまで形成された導波管１３が形成され、導電体板２０には、導波管の開口面に対応した形状の開口部２１と、開口部２１の周囲に設けられた導電体面部と、アンテナ部ＡＮＴと、アンテナ部ＡＮＴと直交し、アンテナ部ＡＮＴと導電体面部とを連結する導波管短絡部ＷＧＳと、アンテナ部ＡＮＴの一端に設けられる同軸配線部ＣＷＳと、アンテナ部ＡＮＴの他端と導電体面部とを接続する同軸線短絡部ＣｏＷと、が形成される。【選択図】図１

Description

本発明は導波管同軸変換装置及び送受信一体型分波器に関し、例えば、導波管伝送系の信号と同軸伝送系の信号とを相互に変換する導波管同軸変換装置及び送受信一体型分波器に関する。

高周波信号を扱う送受信機では、高い電力で信号を伝達するために導波管が利用される。しかし、導波管を伝達して伝えられる信号を電子回路で直接扱うことはできないため、高周波送受信機では、導波管伝送系と同軸伝送系との間の信号の変換を行う導波管同軸変換装置が用いられる。この導波管同軸変換装置の例が特許文献１、２に開示されている。

特許文献１では、同軸伝送系と導波管伝送系とを相互に変換する機能と、金属板で仕切って形成された第１の基本波ＴＥモード伝送路と第２の基本波ＴＥモード伝送路にそれぞれ互いに逆相の基本波ＴＥモードを送受信する機能と、を有する導波管同軸変換装置が開示されている。

特許文献２では、導波管と、導波管の先端開口部から突出した誘電体ロッドと、導波管の基端部に設けられた給電部とを備える誘電体ロッドアンテナが開示されている。この誘電体ロッドアンテナでは、導波管の内部に、先端開口部に向かって、その電極の幅が漸次小さくなるフィンラインＦを構成する誘電体基板が挿設されている。これにより、特許文献２では、高次モードの遮断周波数は変えずに、基本モードの遮断周波数を下げて、基本モードの動作周波数帯域を広くする。

特公平０５−０７５２０１号公報 特開２００１−１０２８５６号公報

しかしながら、無線通信等で利用される信号系には、必要な高周波信号を伝達する周波数特性に加えて、不要な周波数帯域の信号を減衰させるフィルタ機能が要求される。特許文献１、２に記載された技術では、フィルタ機能を実現するために別途フィルタ部を設けなければならず、装置が大きくなる問題がある。

本発明にかかる導波管同軸変換装置の一態様は、第１の部材と、前記第１の部材と対向して設けられる第２の部材と、前記第１の部材と第２の部材とに挟まれるように設けられた導電体板と、を有し、前記第１の部材と前記第２の部材とには、第１の部材において外部に設けられた外部導波管が接続される第１の面から、前記第２の部材を貫通しない深さまで形成された導波管が形成され、前記導電体板には、前記導波管の開口面に対応した形状の開口部と、前記開口部の周囲に設けられた導電体面部と、前記開口部を横切るように形成されたアンテナ部と、前記アンテナ部と直交し、前記アンテナ部と前記導電体面部とを連結する導波管短絡部と、前記アンテナ部の一端に設けられる同軸配線部と、前記導電体板の前記アンテナ部の他端と前記導電体面部とを接続する同軸線短絡部と、が形成される。

本発明にかかる送受信一体型分波器は、上記の導波管同軸変換装置と、第１の経路から入力される信号を前記導波管同軸変換装置の同軸配線部に伝送するとともに、第２の経路に前記導波管同軸変換装置の前記同軸配線部から伝送される信号を出力する同軸型サーキュレータと、を有する。

本発明にかかる導波管同軸変換装置及び送受信一体型分波器によれば、フィルタ機能を有する導波管同軸変換装置の体積を小さくすることができる。

実施の形態１にかかる導波管同軸変換装置の概略図である。 実施の形態１にかかる導波管同軸変換装置の側面図及び断面図である。 実施の形態１にかかる導波管同軸変換装置の周波数特性を示すグラフである。 実施の形態１にかかる導波管同軸変換装置の周波数設定パラメータを説明するための図である。 実施の形態２にかかる送受信一体型分波器のブロック図である。 実施の形態２にかかる送受信一体型分波器の変形例を示すブロック図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、説明を簡略化するために適宜図面を簡略化して説明する。図１に実施の形態１にかかる導波管同軸変換装置１の概略図を示す。

図１に示すように、実施の形態１にかかる導波管同軸変換装置１は、第１の部材１０、導電体板２０、第２の部材３０を有する。第１の部材１０、第２の部材３０及び導電体板２０は、例えば、ステンレスや銅などの金属である。そして、実施の形態１にかかる導波路同軸変換装置１は、導電体板２０にアンテナ部及び同軸配線部を形成する。また、実施の形態１にかかる導波路同軸変換装置１は、第１の部材１０と第２の部材３０とで導電体板２０を挟むように構成される。

第１の部材１０には、導波管１３が形成される。この導波管１３は、第１の部材１０、導電体板２０及び第２の部材３０を密着させた状態で環状となり、アンテナＡＮＴの厚みが確認できる面に開口部を有するように形成される。つまり、導波管１３は、第１の部材１０の一面に開口部を有するように形成された溝と、第２の部材の一面に開口部を有するように形成された溝と、により形成される。つまり、第１の部材１０に形成される導波管１３は、第１の部材１０及び第２の部材３０を貫通しない溝により形成される。

また、第１の部材１０には、溝１１及び溝１２が形成される。溝１１は、導電体板２０に形成された同軸配線部ＣｏＷに対応する位置に形成される。溝１１の幅（導波管１３に接する辺の長さ）は、同軸配線部ＣｏＷの幅よりも広く形成される。溝１２は、導電体板２０に形成される同軸短絡部ＣＷＳに対応する位置に形成される。溝１２の幅（導波管１３に接する辺の長さ）は、同軸短絡部ＣＷＳの幅よりも広く形成される。また、溝１２は、導波管１３から第１の部材１０を貫通しない長さ（導波管１３に接する辺と直交する方向の長さ）で形成される。

なお、第２の部材３０は、第１の部材１０と対向する面にも、溝１１と溝１２と同じ溝が、溝１１及び溝１２と重なり合う位置に形成される。図１では、第２の部材３０において溝１１に対応する溝に３１の符号を付した。

導電体板２０は、導波管１３と重なり合う位置に開口部２１が形成される。以下の説明では、開口部２１の周囲の導電体板２０を導電体面部と称す。また、導電体板２０は、アンテナ部ＡＮＴ、導波管短絡部ＷＧＳ、同軸配線部ＣｏＷ、同軸短絡部ＣＷＳを有する。アンテナ部ＡＮＴは、導電体板２０に設けられた開口部２１を横切るように形成される。導波管短絡部ＷＧＳは、アンテナ部ＡＮＴと直交し、アンテナ部ＡＮＴと導電体面部とを連結するように形成される。同軸配線部ＣｏＷは、アンテナ部ＡＮＴの一端に設けられ、図示しない後段の配線あるいは回路に接続される。同軸短絡部ＣＷＳは、アンテナ部ＡＮＴの他端と導電体面部とを接続する。

アンテナ部ＡＮＴ、導波管短絡部ＷＧＳ、同軸配線部ＣｏＷ及び同軸短絡部ＣＷＳは、導電体面部と同じ素材で形成される線路である。図１に示す例では、導波管短絡部ＷＧＳの一端と、同軸短絡部ＣＷＳの一端が導電体面部と連続するように形成される。また、アンテナ部ＡＮＴは、導波管短絡部ＷＧＳの他端及び同軸短絡部ＣＷＳの他端と連続するように形成される。さらに、同軸配線部ＣｏＷは、アンテナ部ＡＮＴの一端と連続するように形成される。なお、同軸配線部ＣｏＷは図示しない領域において、導電体面部と連続するように形成されていても良い。

また、以下の説明では、第１の部材１０において、外部導波管が接続される面が見える面を導波管伝送系面と称し、同軸配線部ＣｏＷの断面が見える面を同軸伝送系面と称す。

続いて、図２に、実施の形態１にかかる導波管同軸変換装置１の側面図及び断面図を示す。そして、図２を参照して、導波管同軸変換装置１についてさらに説明する。

図２の上段の図は、導波管同軸変換装置１を導波管伝送系面から見た導波管同軸変換装置１の側面図である。図２の上段の図に示すように、導波管同軸変換装置１は、第１の部材１０及び第２の部材３０により構成される管により導波管１３が設けられている。そのため、導波管伝送系面から見た場合、導波管１３を横切るように形成されるアンテナ部ＡＮＴの厚みを確認できる。また、導波管短絡部ＷＧＳは、アンテナＡＮＴから導波管１３の奥に延在するため、図２の上段の図では確認することができない。

図２の中段の図は、導波管同軸変換装置１の同軸伝送系面からみた導波管同軸変換装置１の側面図である。図１では、個別の部品をそれぞれ説明するためにそれぞれの部品を個別に示したが、図２の中段の図に示すように、導波管同軸変換装置１は、同軸伝送系面から見た場合、第１の部材１０と第２の部材３０とにより導電体板２０を挟み、それぞれの部品が密着した形状となる。第１の部材１０、導電体板２０及び第２の部材３０は、ボルト、或いは、導電性の接着剤（例えば半田等）により互いに密着させられる。また、図２の中段の図に示すように、導波管同軸変換装置１は、同軸伝送系面から見た場合、同軸配線部ＣｏＷの断面が見える。同軸配線部ＣｏＷは、導電体板２０と同一面に形成されるが、同軸伝送系面から見た場合、導電体板２０と同軸配線部ＣｏＷは離れるように形成される。

図２の下段の図は、導波管同軸変換装置１の断面図である。この断面図は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿ったものである。この図２の下段の図のとおり、導波管同軸変換装置１の導波管１３は、導波管同軸変換装置１の第１の面から第１の面に対向する第２の面に延在し、かつ、第２の面を貫通しないように形成される管として形成される。また、図２に示した断面図のとおり、導波管同軸変換装置１では、アンテナ部ＡＮＴ及び導波管短絡部ＷＧＳが導波管１３の内部に形成されている。

実施の形態１にかかる導波管同軸変換装置１では、上述した導電体板２０を第１の部材１０及び第２の部材３０で挟むことで、導波管を伝達する信号と同軸を伝達する信号とを相互に変換する。また、導波管同軸変換装置１は、変換対象の信号のうち伝達したい信号を減衰することなく通過させる帯域通過フィルタと、かつ、不要な周波数成分を減衰させる帯域阻止フィルタと、を構成する。そこで、実施の形態１にかかる導波管同軸変換装置１の周波数特性を示すグラフを図３に示す。

図３に示す例では、実施の形態１にかかる導波管同軸変換装置１は、１４．５ＧＨｚから１５．５ＧＨｚの周波数帯域に対しては、信号の振幅レベルをほとんど減衰させることなく通過させ、１８．５ＧＨｚから１９ＧＨｚの周波数帯域については信号レベルを減衰させる特性を有している。

実施の形態１にかかる導波管同軸変換装置１では、帯域通過フィルタを構成する周波数帯域と、帯域阻止フィルタを構成する周波数帯域とを、アンテナ部ＡＮＴ、同軸短絡部ＣＷＳ、導波管短絡部ＷＧＳの寸法及び形状を変化させることで設定する。そこで、図４の導波管同軸変換装置１の周波数設定パラメータを説明するための図を示す。

ここでは、各寸法及び形状を図４に示すような値で示す。具体的には、アンテナ部ＡＮＴの幅方向（例えば、アンテナ部ＡＮＴが開口部２１（或いは導波管１３）を横切る方向と直交する方向）の中心線と、導波管短絡部ＷＧＳが導電体面と連結される部分との間の距離をＬとする。アンテナ部ＡＮＴの長さ（例えば、アンテナ部ＡＮＴの長手方向）の中心線と、導波管短絡部ＷＧＳの幅方向（例えば、導波管短絡部ＷＧＳの短手方向）の中心線との間の距離をＤとする。同軸短絡部ＣＷＳの長さ（開口部２１から導電体面までの距離）をＳとする。アンテナ部ＡＮＴの幅をＷ１とする。導波管短絡部ＷＧＳの幅をＷ２とする。

実施の形態１にかかる導波管同軸変換装置１では、上記パラメータのうちＬを調節することで、帯域通過フィルタにより通過させる信号の周波数帯域を決定する。このＬを長く設定する事で、通過帯域の周波数は低くなり、Ｌを短くすれば通過帯域の周波数帯域は高くなる。導波管同軸変換装置１は、Ｓを調節することで、阻止帯域の周波数を決定する。Ｓを長くすれば、阻止帯域の周波数帯域は低くなり、Ｓを短くすれば、阻止帯域の周波数帯域は高くなる。また、導波管同軸変換装置１は、Ｄ、Ｗ１及びＷ２を調節することで、通過帯域のインピーダンス整合をとる。

上記説明より、実施の形態１にかかる導波管同軸変換装置１は、導波管１３の内部に設けられたアンテナ部ＡＮＴに対して、導波管短絡部ＷＧＳ及び同軸短絡部ＣＷＳを設ける構成を有する。これにより、実施の形態１にかかる導波管同軸変換装置１は、必要な周波数帯域の信号を通過させながら、不要な周波数帯域の信号を減衰させる帯域阻止フィルタを装置の面積或いは体積を増加させることなく実装することができる。つまり、実施の形態１にかかる導波管同軸変換装置１は、帯域阻止フィルタを有する導波管同軸変換装置を小さくすることができる。

実施の形態２
実施の形態２では、実施の形態１にかかる導波管同軸変換装置１を送受信一体型分波器に適用した例について説明する。そこで、実施の形態２にかかる送受信一体型分波器２のブロック図を図５に示す。

図５に示す送受信一体型分波器２は、導波管同軸変換装置１、ローパスフィルタ１０１、サーキュレータ１０２、帯域阻止フィルタ１１０、バンドパスフィルタ１１１、導波管同軸変換器１１２、導波管同軸変換器１２０、バンドパスフィルタ１２１、帯域阻止フィルタ１２２を有する。

実施の形態２にかかる送受信一体型分波器２では、アンテナポートに実施の形態１にかかる導波管同軸変換装置１を利用することで、サーキュレータ１０２として同軸型サーキュレータ（以下、同軸型サーキュレータ１０２と称す）を利用する。この同軸型サーキュレータ１０２は、第１の経路（例えば、送信ポートが接続される側の経路）から入力される信号を導波管同軸変換装置１の同軸配線部ＣｏＷに伝送する。また、同軸型サーキュレータ１０２は、第２の経路（例えば、受信ポートに接続される側の経路）に導波管同軸変換装置１の同軸配線部ＣｏＷから伝送される信号を出力する。

また、実施の形態２にかかる送受信一体型分波器２では、導波管同軸変換装置１と、同軸型サーキュレータ１０２と、の間に設けられる第３のフィルタ部（例えば、ローパスフィルタ１０１）を有する。このローパスフィルタ１０１は、同軸線路上に形成されるローパスフィルタである。

また、実施の形態２にかかる送受信一体型分波器２では、同軸型サーキュレータ１０２の第１の経路側のポートに第１の導波管同軸変換器（例えば、導波管同軸変換器１１２）が接続され、同軸型サーキュレータ１０２第２の経路側のポートに第２の導波管同軸変換器（例えば、導波管同軸変換器１２０）が接続される。この導波管同軸変換器１１２及び導波管同軸変換器１２０は、導波管内部に設けたアンテナにより、導波管伝送系と同軸伝送系との間の信号の変換を行うものである。

そして、送受信一体型分波器２では、導波管同軸変換装置１１２と入力ポート（例えば、送信ポート）との間に接続される第１のフィルタ部（例えば、帯域阻止フィルタ１１０及びバンドパスフィルタ１１１）が設けられる。この帯域阻止フィルタ１１０から導波管同軸変換器１１２までの経路は、導波管伝送系の経路である。つまり、帯域阻止フィルタ１１０及びバンドパスフィルタ１１１は、導波管の形状によりフィルタを構成するものである。

また、送受信一体型分波器２では、導波管同軸変換装置１２０と出力ポート（例えば、受信ポート）との間に接続される第２のフィルタ部（例えば、バンドパスフィルタ１２１及び帯域阻止フィルタ１２２）が設けられる。この導波管同軸変換器１２０から帯域阻止フィルタ１２２までの経路は、導波管伝送系の経路である。つまり、バンドパスフィルタ１２１及び帯域阻止フィルタ１２２は、導波管の形状によりフィルタを構成するものである。

サーキュレータは、導波管型でも構成することができるが、同軸型で形成した方が小さくなる。また、ローパスフィルタについても、同軸型の方が導波管型よりも小さくなる。

上記説明より、実施の形態２では、導波管同軸変換装置１を用いることで、形状が小さくなるフィルタ及びサーキュレータを利用して送受信一体型の分波器を構成する。これにより、送受信一体型分波器２では、形状として小さなサーキュレータの組み合わせにより全体を構成することができる。また、実施の形態２にかかる送受信一体型分波器２では、実施の形態１にかかる導波管同軸変換装置１を利用することで、形状を大きくすることなく、送受信一体型分波器２に帯域阻止フィルタを追加した送受信一体型分波器２を実現することができる。

また、図５で示した送受信一体型分波器２は、別の形態として図６に示す構成を考えることができる。図６は、送受信一体型分波器２の別の形態となる送受信一体型分波器３を示す物である。送受信一体型分波器３は、送信ポートに導波管同軸変換器１１２が接続され、導波管同軸変換器１１２と同軸型サーキュレータ１０２との間に同軸線路上に形成される帯域阻止フィルタ１１０及びバンドパスフィルタ１１１が設けられる。また、送受信一体型分波器３は、同軸型サーキュレータ１０２の後段に同軸線路上に形成されるバンドパスフィルタ１２１及び帯域阻止フィルタ１２２が設けられる。そして、帯域阻止フィルタ１２２と受信ポートの間に導波管同軸変換器１２０が設けられる。このように、帯域阻止フィルタ１１０、バンドパスフィルタ１１１、バンドパスフィルタ１２１、帯域阻止フィルタ１２２は、同軸線路上に形成することも可能であり、導波管上に形成することも可能である。これらフィルタを同軸線路上に形成するか、導波管上に形成するか、は、送受信一体型分波器の使用により適宜切り替えることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１ 導波管同軸変換装置
２、３ 送受信一体型分波器
１０ 第１の部材
１１、１２、１３、３１ 溝
１３ 導波管
２０ 導電体板
２１ 開口部
３０ 第２の部材
１０１ ローパスフィルタ
１０２ 同軸型サーキュレータ
１１０ 帯域阻止フィルタ
１１１ バンドパスフィルタ
１１２ 導波管同軸変換器
１２０ 導波管同軸変換器
１２１ バンドパスフィルタ
１２２ 帯域阻止フィルタ
ＡＮＴ アンテナ部
ＣｏＷ 同軸配線部
ＣＷＳ 同軸短絡部
ＷＧＳ 導波管短絡部
ＷＣ アンテナ中心線

Claims (7)

1. 第１の部材と、
   前記第１の部材と対向して設けられる第２の部材と、
   前記第１の部材と第２の部材とに挟まれるように設けられた導電体板と、を有し、
   前記導電体板には、
   前記第１の部材の面のうち前記導電体板と対向する面における前記導波管の溝の形状に対応した形状の開口部と、
   前記開口部の周囲に設けられた導電体面部と、
   前記開口部を横切るように形成されたアンテナ部と、
   前記アンテナ部と直交し、前記アンテナ部と前記導電体面部とを連結する導波管短絡部と、
   前記アンテナ部の一端に設けられる同軸配線部と、
   前記導電体板の前記アンテナ部の他端と前記導電体面部とを接続する同軸線短絡部と、
   が形成され、
   前記第１の部材と前記第２の部材とには、導波管が形成される溝と、前記同軸配線部と前記同軸線短絡部とに対応する位置に形成される溝と、を有する導波管同軸変換装置。
2. 前記導波管短絡部の長さは、伝達する信号の通過帯域により決定され、
   同軸線短絡部の長さは、伝達する信号の阻止帯域により決定される請求項１に記載の導波管同軸変換装置。
3. 前記アンテナ部の中心位置と前記導波管短絡部の中心位置との間の距離と、前記アンテナ部の幅と、前記導波管短絡部の幅とにより、伝達する信号の通過帯域の整合が調整される請求項１又は２に記載の導波管同軸変換装置。
4. 前記導波管同軸変換装置と、
   第１の経路から入力される信号を前記導波管同軸変換装置の同軸配線部に伝送するとともに、第２の経路に前記導波管同軸変換装置の前記同軸配線部から伝送される信号を出力する同軸型サーキュレータと、
   を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の送受信一体型分波器。
5. 前記同軸型サーキュレータの前記第１の経路側のポートに接続される第１の導波管同軸変換器と、
   前記第１の導波管同軸変換器と入力ポートとの間に接続される第１のフィルタ部と、
   前記同軸型サーキュレータの前記第２の経路側のポートに接続される第２の導波管同軸変換器と、
   前記第２の導波管同軸変換器と出力ポートとの間に接続される第２のフィルタ部と、
   を有する請求項４に記載の送受信一体型分波器。
6. 前記導波管同軸変換装置と、前記同軸型サーキュレータと、の間に設けられる第３のフィルタ部を有する請求項４又は５に記載の送受信一体型分波器。
7. 外部導波管が接続される第１の部材と、
   前記第１の部材と対向して設けられる第２の部材と、
   前記第１の部材と第２の部材とに挟まれるように設けられた導電体板とから形成された導波管同軸変換装置であって、
   前記導電体板に、
   前記導波管の開口面に対応した形状の開口部と、
   前記開口部を横切るように形成されたアンテナ部と、
   前記アンテナ部の一端を前記導電体板の導体部に接続する同軸短絡部と、
   前記アンテナ部の他端に設けられる同軸配線部と、
   前記アンテナ部の一端と他端の間を前記導電体板の導体部に接続する導波管短絡部と、
   を形成する導波管同軸変換装置。

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