JP2017192006A - Propagation mode transducer - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a propagation mode transducer capable of reducing product cost.SOLUTION: In a transducer 20, a patch antenna 30 radiates microwaves, supplied from a connector 26, into a circular waveguide 40 in TMmode. Cutoff frequency of the circular waveguide 40, when the microwaves are propagated in TMmode, is lower than that when the microwaves are propagated in TEmode. Consequently, a relatively thinner waveguide can be employed in the TMmode than in the TE. Product cost can thereby be reduced.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、導波管に接続されて使用される伝搬モードトランスデューサに関するものである。   The present invention relates to a propagation mode transducer used by being connected to a waveguide.

特許文献1に開示される技術は、導波管ではなく導体線に接続されて使用される伝搬モードトランスデューサの一例であり、パルスレーダ方式で被測定物である液面までの距離を測定する。特許文献1の技術では、トランスデューサとしてのパッチアンテナが中心導体に実装されている。そして、この中心導体が、筐体に一体に結合されたショートピンを有することにより、中心導体にかかる導体線の荷重がショートピンを介して筐体に加わる。これにより、中心導体の周囲に設けられた誘電体等には、荷重がかからないことから、導体線の揺れ等により中心導体の導体線結合部にかかる荷重が変動しても、そのような荷重の影響を受けることなく安定した精度での測定を可能にしている。   The technique disclosed in Patent Document 1 is an example of a propagation mode transducer that is used by being connected to a conductor wire instead of a waveguide, and measures the distance to the liquid surface that is the object to be measured by a pulse radar method. In the technique of Patent Document 1, a patch antenna as a transducer is mounted on a central conductor. And this center conductor has the short pin integrally couple | bonded with the housing | casing, The load of the conductor wire concerning a center conductor is added to a housing | casing via a short pin. As a result, no load is applied to the dielectric provided around the center conductor, so even if the load applied to the conductor conductor coupling portion of the center conductor fluctuates due to fluctuation of the conductor wire, etc. It enables measurement with stable accuracy without being affected.

特開2014−134415号公報JP 2014-134415 A

しかしながら、上記特許文献1の技術では、中心導体が複数のショートピンを有する構成にする必要がある。そのため、同文献1の図3に図示されているように、中心導体の構造が複雑になることから、製品コストの増加に繋がり得る。また、導体線の揺れ等により中心導体の導体線結合部にかかる荷重の一部を、ショートピンを介して筐体に逃がすことができても、導体線結合部に加わるスロッシング(sloshing)荷重のすべてを筐体に逃がすことは難しい。そのため、導体線結合部の機械的強度を相当程度に高める必要があることから、これも製品コストの増加の一因になり得る。   However, in the technique disclosed in Patent Document 1, it is necessary that the center conductor has a plurality of short pins. Therefore, as shown in FIG. 3 of the document 1, the structure of the center conductor is complicated, which may lead to an increase in product cost. In addition, even if a part of the load applied to the conductor wire coupling portion of the central conductor due to the swing of the conductor wire can be released to the housing via the short pin, the sloshing load applied to the conductor wire coupling portion It is difficult to escape everything to the housing. Therefore, since it is necessary to considerably increase the mechanical strength of the conductor wire coupling portion, this can also contribute to an increase in product cost.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、製品コストを低減し得る伝搬モードトランスデューサを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a propagation mode transducer that can reduce the product cost.

上記目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項1に記載された本発明の伝搬モードトランスデューサは、導波管に接続されて使用される伝搬モードトランスデューサであって、地導体板と、該地導体板から所定間隔を確保して設けられる円形状のパッチと、を有する円形パッチアンテナを備えており、前記導波管は、接続端側においてパッチ周囲を囲むように前記パッチを管内に収容するとともに前記地導体板に電気的に接続され、前記円形パッチアンテナは、外部から給電されるマイクロ波またはミリ波(以下「マイクロ波等」という)をTM01モードで前記管内に放射することを技術的特徴とする。 In order to achieve the above object, a propagation mode transducer according to claim 1 of the present invention is a propagation mode transducer used by being connected to a waveguide, comprising: a ground conductor plate; A circular patch antenna having a circular patch provided at a predetermined interval from the ground conductor plate, and the waveguide accommodates the patch in the tube so as to surround the patch on the connection end side. In addition, the circular patch antenna is electrically connected to the ground conductor plate and radiates microwaves or millimeter waves (hereinafter referred to as “microwaves”) fed from the outside in the TM 01 mode into the tube. Technical features.

円形パッチアンテナは、外部から給電されるマイクロ波等をTM01モードで管内に放射する。TM01モードでマイクロ波等が伝搬した場合の導波管の遮断周波数は、TE01モードでマイクロ波等が伝搬した場合の遮断周波数よりも低くなる。例えば、FMCWレーダ方式においては、測定精度を高めるためには、掃引周波数幅が大きいことが望ましい。また、導波管の遮断周波数が低いほど、所望の周波数幅で掃引する送信波(特に掃引の下限周波数の送信波)を通すことが可能になる。これにより、TM01モードは、TE01モードよりも掃引周波数幅の下限側が通り易く、広い掃引周波数幅を確保することが可能になる。これは、相対的に導波管の内径(内半径)を小さくし得ることを意味する。そのため、導波管が重量当たりで単価が定められ得る金属(例えば、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮、鉄等)で導波管が製造されている場合には、製品コストの低減を図ることが可能になる。 The circular patch antenna radiates microwaves fed from the outside into the tube in TM 01 mode. The cutoff frequency of the waveguide when microwaves propagate in the TM 01 mode is lower than the cutoff frequency when microwaves propagate in the TE 01 mode. For example, in the FMCW radar system, it is desirable that the sweep frequency width is large in order to increase measurement accuracy. Further, as the cutoff frequency of the waveguide is lower, it is possible to pass a transmission wave that sweeps in a desired frequency width (particularly, a transmission wave having a lower limit frequency of sweeping). As a result, the TM 01 mode can easily pass the lower limit side of the sweep frequency width than the TE 01 mode, and a wide sweep frequency width can be secured. This means that the inner diameter (inner radius) of the waveguide can be relatively reduced. Therefore, when the waveguide is made of a metal (for example, stainless steel, aluminum, copper, brass, iron, etc.) whose unit price can be determined per weight, the product cost can be reduced. It becomes possible.

また、導波管は、接続端側においてパッチ周囲を囲むようにパッチを管内に収容するとともに地導体板に電気的に接続される。これにより、導波管は、ワイヤー等の導体線に比べて撓み難いため、スロッシングの影響を受け難い。また、例えば、導波管の接続端側の全周を地導体板に機械的に接続(例えば、溶接)する等の比較的簡素な構成により、両者を強固に接続することが可能になる。そのため、導波管にスロッシング荷重が加わる場合があっても、その荷重を接続端側の全周を介して地導体板側に逃がすことが可能になる。   The waveguide accommodates the patch in the tube so as to surround the periphery of the patch on the connection end side, and is electrically connected to the ground conductor plate. As a result, the waveguide is less likely to bend than a conductor wire such as a wire, and thus is less susceptible to sloshing. In addition, for example, both of them can be firmly connected by a relatively simple configuration such as mechanically connecting (for example, welding) the entire circumference on the connection end side of the waveguide to the ground conductor plate. Therefore, even when a sloshing load is applied to the waveguide, the load can be released to the ground conductor plate side through the entire circumference on the connection end side.

また、特許請求の範囲の請求項2に記載された本発明の伝搬モードトランスデューサは、請求項1に記載の伝搬モードトランスデューサにおいて、前記導波管が円形導波管であり、前記パッチがTM01モードで励振する円環パッチアンテナのパッチの円板形状であると仮定したとき、次式から得られるr0よりも前記導波管の内半径rが小さい場合において、r0=(3.8137×λ)/2π(ただし、λは、前記マイクロ波またはミリ波の波長である)、前記パッチは、前記パッチの外周縁と前記円形導波管の内周壁との離隔間隔sが前記所定間隔に等しいときに、半径d=r−sおよび高さt≒r0−dの関係が成り立つ有底円筒形状であることを技術的特徴とする。なお、有底円筒形状は、その一例として茶筒蓋形状を含む。また、t≒r0−dは、t=r0−dを含む。dは、パッチの地導体板と平行な部分の半径を示す。 The propagation mode transducer according to claim 2 of the present invention is the propagation mode transducer according to claim 1, wherein the waveguide is a circular waveguide and the patch is TM 01. Assuming that the patch of the annular patch antenna excited in the mode has a disk shape, when the inner radius r of the waveguide is smaller than r 0 obtained from the following equation, r 0 = (3.8137 × λ) / 2π (where λ is the wavelength of the microwave or millimeter wave), and the patch has a separation interval s between the outer peripheral edge of the patch and the inner peripheral wall of the circular waveguide is the predetermined interval Is technically characterized by a bottomed cylindrical shape in which a relationship of radius d = rs and height t≈r 0 -d is established. The bottomed cylindrical shape includes a tea tube lid shape as an example. Further, t≈r 0 -d includes t = r 0 -d. d indicates the radius of the portion of the patch parallel to the ground conductor plate.

円形パッチアンテナのパッチは、半径d=r−sおよび高さt≒r0−dの関係が成り立つ有底円筒形状である。そして、この有底円筒形状のパッチは、その周囲が地導体板に電気的に接続されている円形導波管に囲まれており、パッチの外周縁と円形導波管の内周壁との離隔間隔sは、地導体板とパッチとの間の所定間隔に等しい。これにより、パッチが円板形状である円形パッチアンテナが、地導体板とパッチとの間に主に電界を形成するのに対して、パッチが有底円筒形状である円形パッチアンテナ(以下「有底円筒パッチアンテナ」という場合がある)では、地導体板とパッチとの間に加えて、パッチの高さ(厚さ)方向にも、円形導波管(地導体板とほぼ同電位)とパッチとの間において電界を形成することが可能になる。そのため、アンテナの比帯域幅を大きくすることが可能になり、その分、掃引周波数幅を拡げることが可能になる。また、有底円筒パッチアンテナは、その半径dを、TM01モードで励振する円環パッチアンテナのパッチの半径r0よりも小さくすることが可能であるため、円形導波管を積極的に細くすることもできる。「比帯域幅」とは、伝搬モードトランスデューサがマイクロ波等をTM01モードで導波管内に放射することが可能な周波数の上限から下限を差し引くことにより求められる帯域幅を、その中央の周波数(中心周波数)で除算した値または除算した値を100倍した値(%)のことをいう。 The patch of the circular patch antenna has a bottomed cylindrical shape in which a relationship of radius d = rs and height t≈r 0 -d is established. The bottomed cylindrical patch is surrounded by a circular waveguide whose periphery is electrically connected to the ground conductor plate, and the separation between the outer peripheral edge of the patch and the inner peripheral wall of the circular waveguide. The interval s is equal to a predetermined interval between the ground conductor plate and the patch. As a result, a circular patch antenna whose patch is a disc shape mainly forms an electric field between the ground conductor plate and the patch, whereas a circular patch antenna whose bottom is a bottomed cylindrical shape (hereinafter referred to as “present”). In the case of a “bottom cylindrical patch antenna”), in addition to the space between the ground conductor plate and the patch, a circular waveguide (substantially the same potential as the ground conductor plate) is also provided in the height (thickness) direction of the patch. An electric field can be formed between the patches. As a result, the specific bandwidth of the antenna can be increased, and the sweep frequency width can be increased accordingly. Further, since the radius d of the bottomed cylindrical patch antenna can be made smaller than the radius r 0 of the patch of the annular patch antenna excited in the TM 01 mode, the circular waveguide is positively narrowed. You can also The “specific bandwidth” is the bandwidth obtained by subtracting the lower limit from the upper limit of the frequency at which the propagation mode transducer can radiate microwaves or the like in the TM 01 mode in the waveguide, and the center frequency ( A value obtained by dividing by (center frequency) or a value obtained by multiplying the divided value by 100 (%).

さらに、特許請求の範囲の請求項3に記載された本発明の伝搬モードトランスデューサは、請求項2または3に記載の伝搬モードトランスデューサにおいて、前記円形パッチアンテナは、前記マイクロ波等の給電点を前記パッチの中心部に有するとともに、前記地導体板に対する短絡点を、該給電点を中心にした複数の点対称位置に有することを技術的特徴とする。マイクロ波等の給電点をパッチの中心部に有するとともに、地導体板に対する短絡点を、該給電点を中心にした複数の点対称位置に有することから、このような複数の点対称位置に給電点を設ける場合に比べて、円形パッチアンテナや有底円筒パッチアンテナを容易にTM01モードで励振させることが可能になる。また、短絡点を4箇所に有することにより、2箇所に有する場合に比べて比帯域幅を大きくすることが可能になる。 Further, the propagation mode transducer according to claim 3 of the present invention is the propagation mode transducer according to claim 2 or 3, wherein the circular patch antenna has a feeding point such as the microwave as the feeding point. It is technically characterized by having a short-circuit point with respect to the ground conductor plate at a plurality of point-symmetrical positions with the feeding point as the center, as well as at the center of the patch. Power supply points such as microwaves are provided at the center of the patch, and short-circuit points with respect to the ground conductor plate are provided at a plurality of point symmetrical positions around the power supply point. Compared with the case where a point is provided, a circular patch antenna or a bottomed cylindrical patch antenna can be easily excited in the TM 01 mode. Further, by having the short-circuit points at four places, it is possible to increase the specific bandwidth as compared with the case of having two short-circuit points.

本発明の伝搬モードトランスデューサでは、TM01モードは、TE01モードよりも低い遮断周波数を実現することが可能になる。したがって、例えば、FMCWレーダ方式において、相対的に細い導波管を使用することが可能になる。導波管は、重量当たりで単価が定められ得る金属(例えば、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮、鉄等)で製造されている場合が多い。そのため、導波管を積極的に細くすることは、導波管のコストを下げることになるので、製品コストを低減することができる。また、例えば、導波管の接続端側の全周を地導体板に機械的に接続(例えば、溶接)する等の比較的簡素、かつ、製品コストの増加に繋がり難い構成により、両者を強固に接続することが可能になる。そのため、導波管にスロッシング荷重が加わる場合があっても、その荷重を接続端側の全周を介して地導体板側に逃がすことが可能になる。したがって、これによっても製品コストを低減することができる。 In the propagation mode transducer of the present invention, the TM 01 mode can realize a cut-off frequency lower than that of the TE 01 mode. Therefore, for example, a relatively thin waveguide can be used in the FMCW radar system. Waveguides are often made of a metal (for example, stainless steel, aluminum, copper, brass, iron, etc.) whose unit price can be determined per weight. For this reason, positively narrowing the waveguide lowers the cost of the waveguide, thereby reducing the product cost. In addition, for example, the entire circumference of the connection end side of the waveguide is mechanically connected (for example, welded) to the ground conductor plate, and the both are strengthened by a configuration that is difficult to increase the product cost. It becomes possible to connect to. Therefore, even when a sloshing load is applied to the waveguide, the load can be released to the ground conductor plate side through the entire circumference on the connection end side. Therefore, the product cost can be reduced also by this.

また、本発明の伝搬モードトランスデューサでは、パッチが有底円筒形状である有底円筒パッチアンテナにすることにより、パッチの半径dがTM01モードで励振する円環パッチアンテナのパッチの半径r0よりも小さくなるので、円形導波管を積極的に細くすることが可能になる。したがって、導波管のコストをさらに下げることが可能になるので、製品コストを一層低減することができる。また、重量当たりで単価が定められ得る金属(例えば、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮、鉄等)でパッチが製造されている場合には、パッチのコストダウンに伴い製品コストをさらに低減することができる。 In the propagation mode transducer of the present invention, the patch has a bottomed cylindrical patch antenna having a bottomed cylindrical shape, so that the patch radius d is greater than the patch radius r 0 of the annular patch antenna excited in the TM 01 mode. Therefore, the circular waveguide can be actively made thinner. Therefore, the cost of the waveguide can be further reduced, so that the product cost can be further reduced. In addition, when the patch is made of a metal whose unit price can be determined per weight (for example, stainless steel, aluminum, copper, brass, iron, etc.), the product cost can be further reduced along with the cost reduction of the patch. it can.

本発明の一実施形態に係る液位測定装置の構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of the liquid level measuring apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本実施形態の液位測定装置を構成するトランスデューサの構成例を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structural example of the transducer which comprises the liquid level measuring apparatus of this embodiment. 図1に表されるIII−III線断面を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the III-III line | wire cross section represented by FIG. 図4(A)は、同心円アレーアンテナ用ラジアル線路の給電回路を示す説明図である。図4(B)は、図4(A)に太線で表す共振器をTM01モード円環パッチアンテナに変形した例を示す説明図である。図4(C)、図4(D)は、有底円筒形状のパッチアンテナを備えた本実施形態のトランスデューサの構成を比較する説明図である。FIG. 4A is an explanatory diagram showing a feed circuit of a radial line for a concentric array antenna. FIG. 4B is an explanatory diagram showing an example in which the resonator represented by the thick line in FIG. 4A is modified to a TM 01 mode annular patch antenna. 4 (C) and 4 (D) are explanatory views for comparing the configurations of the transducers of this embodiment having a bottomed cylindrical patch antenna. 本実施形態のトランスデューサの他の構成例を示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing other examples of composition of a transducer of this embodiment.

以下、本発明の伝搬モードトランスデューサを液面測定装置に適用した実施形態について図を参照して説明する。まず図1に基づいて本実施形態の液位測定装置10の構成概要を説明する。図1には、液位測定装置10の構成例を示す説明図が図示されている。   Hereinafter, an embodiment in which a propagation mode transducer of the present invention is applied to a liquid level measuring device will be described with reference to the drawings. First, an outline of the configuration of the liquid level measuring device 10 of the present embodiment will be described based on FIG. FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of the liquid level measuring device 10.

図1に示すように、液位測定装置10は、タンカー等の液体100を運搬する船舶のカーゴタンク91に設けられるものであり、主に、トランスデューサ20、パイプ13、レーダ送受信機、コントローラ等から構成されている。液体100は、例えば、水、石油、液化天然ガス等である。なお、図1では、レーダ送受信機およびコントローラの図示を省略している。   As shown in FIG. 1, the liquid level measuring device 10 is provided in a cargo tank 91 of a ship that transports a liquid 100 such as a tanker, and mainly includes a transducer 20, a pipe 13, a radar transceiver, a controller, and the like. It is configured. The liquid 100 is, for example, water, petroleum, liquefied natural gas, or the like. In FIG. 1, the illustration of the radar transceiver and the controller is omitted.

トランスデューサ20は、マイクロ波またはミリ波を送受信可能なアンテナ装置であり、カーゴタンク91の天井93に取り付けられている。天井93には、トランスデューサ20を取り付けるための取付穴94が形成されている。トランスデューサ20は、後述するパッチアンテナ30がこの取付穴94からカーゴタンク91内に露出するように、天井93に固定されている。トランスデューサ20は、同軸ケーブルを介してレーダ送受信機に接続されている。本実施形態のトランスデューサ20は、レーダ送受信機から出力されたレーダ波をTM01モードで送信したり、被測定物に反射して戻って来たTM01モードのレーダ波を受信してレーダ送受信機に出力したりする。 The transducer 20 is an antenna device that can transmit and receive microwaves or millimeter waves, and is attached to the ceiling 93 of the cargo tank 91. A mounting hole 94 for mounting the transducer 20 is formed in the ceiling 93. The transducer 20 is fixed to the ceiling 93 such that a patch antenna 30 described later is exposed in the cargo tank 91 from the mounting hole 94. The transducer 20 is connected to the radar transceiver via a coaxial cable. The transducer 20 of this embodiment transmits a radar wave output from a radar transceiver in the TM 01 mode, or receives a TM 01 mode radar wave reflected back to the object to be measured and receives the radar transceiver. Or output to

パイプ13は、カーゴタンク91の天井93から底板95に向けて延設される金属製の円筒管であり、本実施形態では、後述するように円形導波管として機能する。金属は、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮、鉄等であり、重量当たりで単価が定められ得るものである。図1においては、図面表現の便宜上、パイプ13の長さが比較的短く表現されているが、パイプ13は、例えば、50m(メートル)の長さに設定されている。また、パイプ13の先端は、底板95と電気的に接続されていても、底板95と電気的に接続されていなくても良い。パイプ13の内側には、カーゴタンク91内に貯留された液体100の液面高さと同じ液面高さの液体100が満たされている。   The pipe 13 is a metal cylindrical tube extending from the ceiling 93 of the cargo tank 91 toward the bottom plate 95. In the present embodiment, the pipe 13 functions as a circular waveguide as will be described later. The metal is, for example, stainless steel, aluminum, copper, brass, iron or the like, and the unit price can be determined per weight. In FIG. 1, the length of the pipe 13 is expressed to be relatively short for convenience of drawing, but the pipe 13 is set to a length of 50 m (meters), for example. Further, the end of the pipe 13 may be electrically connected to the bottom plate 95 or may not be electrically connected to the bottom plate 95. The inside of the pipe 13 is filled with the liquid 100 having the same liquid level as that of the liquid 100 stored in the cargo tank 91.

レーダ送受信機は、本実施形態では、例えば、SHF(Super High Frequency)帯の周波数で送受信可能な無線装置である。本実施形態では、FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)レーダ方式で被測定物までの距離を計測する。そのため、レーダ送受信機は、例えば、電圧制御発振器(VCO)に三角波のFM変調をかけて送信波を生成し、トランスデューサ20に出力する。これにより、送信波は、トランスデューサ20から被測定物に向けて発射される。また、レーダ送受信機の内部では、送信波の一部を分配して受信用ミクサのローカル波として使う。被測定物で反射した反射波は、トランスデューサ20により受信されてレーダ送受信機に出力される。レーダ送受信機に入力された受信波は、受信ミクサに入力されてローカル波(分配された送信波)と混合されることにより、ビート信号が生成される。このビート信号を解析することで、被測定物までの距離を算出することが可能になる。   In the present embodiment, the radar transceiver is a wireless device capable of transmitting and receiving at a frequency of an SHF (Super High Frequency) band, for example. In this embodiment, the distance to the object to be measured is measured by an FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) radar system. Therefore, the radar transceiver generates, for example, a transmission wave by applying triangular wave FM modulation to a voltage controlled oscillator (VCO) and outputs the transmission wave to the transducer 20. As a result, the transmission wave is emitted from the transducer 20 toward the object to be measured. In the radar transceiver, a part of the transmission wave is distributed and used as a local wave of the receiving mixer. The reflected wave reflected by the object to be measured is received by the transducer 20 and output to the radar transceiver. The reception wave input to the radar transceiver is input to the reception mixer and mixed with the local wave (distributed transmission wave), thereby generating a beat signal. By analyzing this beat signal, the distance to the object to be measured can be calculated.

コントローラは、複数本の信号線等を介してレーダ送受信機に接続されている。コントローラは、例えば、マイクロコンピュータであり、CPU、メモリ、DSP等を備えている。コントローラは、例えば、レーダ送受信機に対して電圧制御発振器を制御する電圧信号を出力したり、レーダ送受信機から入力されるビート信号を波形解析したりする。詳細は、例えば、特開2013−253936号公報を参照されたい。なお、本実施形態では、レーダ送受信機およびコントローラは、トランスデューサ20と別体に構成したが、トランスデューサ20内に構成しても良い。   The controller is connected to the radar transceiver via a plurality of signal lines and the like. The controller is, for example, a microcomputer and includes a CPU, a memory, a DSP, and the like. For example, the controller outputs a voltage signal for controlling the voltage-controlled oscillator to the radar transceiver and analyzes the waveform of the beat signal input from the radar transceiver. For details, for example, refer to JP2013-253936A. In the present embodiment, the radar transceiver and the controller are configured separately from the transducer 20, but may be configured in the transducer 20.

次に図2および図3を参照して、トランスデューサ20の構成例を説明する。図2には、トランスデューサ20の構成例を示す模式的断面図が図示されている。また、図3には、図1に表されるIII−III線断面を示す模式的断面図が図示されている。   Next, a configuration example of the transducer 20 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the transducer 20. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a cross section taken along line III-III shown in FIG.

図2および図3に示すように、トランスデューサ20は、主に、ベースプレート21、カバー24、パッチアンテナ30、円形導波管40等から構成されている。ベースプレート21は、円形状に形成される金属板であり、本実施形態では、トランスデューサ20をカーゴタンク91に取り付ける取付板として機能するとともに、電気的にはパッチアンテナ30を構成する地導体板として機能する。そのため、ベースプレート21は、図略のボルトやナットを介し、カーゴタンク91の天井93に対して電気的に導通可能に接続される。   As shown in FIGS. 2 and 3, the transducer 20 mainly includes a base plate 21, a cover 24, a patch antenna 30, a circular waveguide 40, and the like. The base plate 21 is a circular metal plate. In the present embodiment, the base plate 21 functions as a mounting plate for attaching the transducer 20 to the cargo tank 91 and electrically functions as a ground conductor plate constituting the patch antenna 30. To do. Therefore, the base plate 21 is connected to the ceiling 93 of the cargo tank 91 through an unillustrated bolt or nut so as to be electrically conductive.

ベースプレート21には、複数の穴部が形成されている。周縁部付近に周方向に90度間隔で4箇所に形成される貫通穴22は、ベースプレート21(トランスデューサ20)をカーゴタンク91の天井93に固定するボルトが挿通されるものである(図3参照)。本実施形態では、ベースプレート21は、カバー24と共締めされる。これに対して、ベースプレート21のほぼ中心部に形成される給電孔23は、パッチアンテナ30にレーダ波の高周波電力を給電する給電線27を挿通するためのものである。また、図2等に図示していないが、ベースプレート21には、コネクタ26(例えば、SMAタイプの同軸コネクタ)を取り付けるコネクタ用取付孔も形成されている。   A plurality of holes are formed in the base plate 21. The through holes 22 formed at four locations at 90 ° intervals in the circumferential direction in the vicinity of the peripheral edge portion are for inserting bolts for fixing the base plate 21 (transducer 20) to the ceiling 93 of the cargo tank 91 (see FIG. 3). ). In the present embodiment, the base plate 21 is fastened together with the cover 24. On the other hand, the feed hole 23 formed in the substantially central portion of the base plate 21 is for inserting the feed line 27 for feeding the patch antenna 30 with the high frequency power of the radar wave. Although not shown in FIG. 2 and the like, the base plate 21 is also formed with a connector mounting hole for mounting a connector 26 (for example, an SMA type coaxial connector).

カバー24は、ベースプレート21の表面をベースプレート21に取り付けられるコネクタ26等を海水や風雨等から保護するための蓋部である。キャップと呼ばれる場合もある。カバー24は、本実施形態では、有底の円筒形状に形成されており、周囲に径方向外側に張り出すフランジを備えている。このフランジには、ベースプレート21の貫通穴22と同様に、貫通穴25が周方向に90度間隔で4箇所に形成されている。これにより、カバー24をベースプレート21とともに天井93に共締め可能にしている。なお、図示されていないが、ベースプレート21とカバー24のフランジとの間には、両者の隙間を液密に密閉するOリング等が介在している。また、カーゴタンク91の天井93とベースプレート21との間にも、同様のOリング等が介在している。   The cover 24 is a lid for protecting the surface of the base plate 21 from the seawater, wind and rain, and the like, which are attached to the base plate 21. Sometimes called a cap. In this embodiment, the cover 24 is formed in a bottomed cylindrical shape, and includes a flange that protrudes outward in the radial direction around the cover 24. Similar to the through holes 22 of the base plate 21, the through holes 25 are formed in the flange at four locations at intervals of 90 degrees in the circumferential direction. Thereby, the cover 24 can be fastened together with the base plate 21 to the ceiling 93. Although not shown, an O-ring or the like for sealing the gap between the base plate 21 and the flange of the cover 24 in a liquid-tight manner is interposed. A similar O-ring or the like is interposed between the ceiling 93 of the cargo tank 91 and the base plate 21.

パッチアンテナ30は、前述したベースプレート21(地導体板)とパッチ31とにより構成されている。パッチ31は、金属製であり、例えば、茶筒の蓋部分のような有底の円筒形状に形成されている。金属は、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮、鉄等であり、重量当たりで単価が定められ得るものである。パッチ31の内部は、空洞である。パッチ31の内部空間は、上面32と内周面36により囲まれている。上面32に対向する側(下面)は、円形導波管40内空間に開口する開口面33である。   The patch antenna 30 includes the base plate 21 (ground conductor plate) and the patch 31 described above. The patch 31 is made of metal, and is formed in a bottomed cylindrical shape such as a lid portion of a tea tube, for example. The metal is, for example, stainless steel, aluminum, copper, brass, iron or the like, and the unit price can be determined per weight. The inside of the patch 31 is a cavity. The internal space of the patch 31 is surrounded by the upper surface 32 and the inner peripheral surface 36. The side (lower surface) facing the upper surface 32 is an opening surface 33 that opens into the space inside the circular waveguide 40.

パッチ31は、外径が円形導波管40の内径寸法よりも小さい寸法に設定されている。そのため、パッチ31の外周面35と円形導波管40の内周壁45aとの間には、隙間(間隔)sが形成されている。また、パッチ31は、ベースプレート21の裏面に対して隙間(間隔)hを空けて対向している。即ち、パッチ31の上面32とベースプレート21との間には、隙間(間隔)hが形成されている。   The patch 31 has an outer diameter that is smaller than the inner diameter of the circular waveguide 40. Therefore, a gap (interval) s is formed between the outer peripheral surface 35 of the patch 31 and the inner peripheral wall 45 a of the circular waveguide 40. The patch 31 faces the back surface of the base plate 21 with a gap (interval) h. That is, a gap (interval) h is formed between the upper surface 32 of the patch 31 and the base plate 21.

本実施形態では、後で図4を参照しながら説明するように、これらの隙間(間隔)sとhが同じ値になるように、パッチ31の外径や軸長または円形導波管40の内径がそれぞれ設定されている。そのため、パッチ31とベースプレート21とを電気的に接続するショートピン28は、ベースプレート21の裏面とパッチ31の上面32とが隙間(間隔)hになるように軸長が設定されている。パッチ31の中心には、コネクタ26に接続される給電線27の芯線が電気的に接続されている(図3に示す給電点37)。また、この給電点37を中心に所定距離だけ径方向に離れた円上に周方向に90度間隔で4箇所にショートピン28が電気的に接続されている。つまり、パッチ31の円柱形状の軸中心に径方向に所定距離だけ離れた円の周方向等間隔にショートピン28が接続されている。なお、図2においては、図面表現上の便宜から、本来であれば、給電線27と重なって現れるショートピン28の図示が省略されていることに注意されたい。   In the present embodiment, as will be described later with reference to FIG. 4, the outer diameter or axial length of the patch 31 or the circular waveguide 40 is set so that these gaps (intervals) s and h have the same value. Each inner diameter is set. Therefore, the short pin 28 that electrically connects the patch 31 and the base plate 21 has an axial length so that the back surface of the base plate 21 and the upper surface 32 of the patch 31 have a gap (interval) h. At the center of the patch 31, the core wire of the power supply line 27 connected to the connector 26 is electrically connected (power supply point 37 shown in FIG. 3). In addition, short pins 28 are electrically connected to four locations at intervals of 90 degrees in the circumferential direction on a circle that is radially separated from the feeding point 37 by a predetermined distance. That is, the short pins 28 are connected at equal intervals in the circumferential direction of a circle that is separated from the cylindrical shaft center of the patch 31 by a predetermined distance in the radial direction. In FIG. 2, it should be noted that the illustration of the short pin 28 that overlaps with the power supply line 27 is omitted for convenience of drawing representation.

この4本のショートピン28は、パッチアンテナ30をTM01モードで励振可能にするための短絡部材である。前述したように、本実施形態のパッチアンテナ30では、給電点37を中心にした複数の点対称位置を短絡点39にする。本実施形態では、短絡点39に、ベースプレート21(地導体板)との電気的に接続するショートピン28を配置する。これにより、パッチアンテナ30は、TM01モードで励振可能になる。なお、これとは逆に、パッチ31の中心を短絡点39にし、短絡点39を中心にした複数の点対称位置を給電点37にする構成を採る場合にも、パッチアンテナ30は、TM01モードで励振可能になる。 The four short pins 28 are short-circuit members for enabling the patch antenna 30 to be excited in the TM 01 mode. As described above, in the patch antenna 30 of the present embodiment, a plurality of point symmetrical positions with the feeding point 37 as the center are set as the short-circuit points 39. In the present embodiment, a short pin 28 that is electrically connected to the base plate 21 (ground conductor plate) is disposed at the short-circuit point 39. Thereby, the patch antenna 30 can be excited in the TM 01 mode. In contrast to this, even when a configuration is adopted in which the center of the patch 31 is the short-circuit point 39 and a plurality of point-symmetrical positions around the short-circuit point 39 is the feed point 37, the patch antenna 30 is also TM 01. Can be excited in mode.

円形導波管40は、金属製の円筒管であり、前述したパイプ13とほぼ同様に構成されている。本実施形態では、トランスデューサ20の構成を理解し易くするため、円形導波管40とパイプ13を分離している。しかし、両者を電気的および機械的に接合する構成を採っても良いし、また円形導波管40をパイプ13の長さ相当に延長する構成を採っても良い。また、パイプ13の上端部が円形導波管40の機能を兼ねても良い。   The circular waveguide 40 is a metal cylindrical tube, and is configured in substantially the same manner as the pipe 13 described above. In the present embodiment, the circular waveguide 40 and the pipe 13 are separated in order to facilitate understanding of the configuration of the transducer 20. However, a configuration in which both are electrically and mechanically joined may be employed, or a configuration in which the circular waveguide 40 is extended to correspond to the length of the pipe 13 may be employed. The upper end portion of the pipe 13 may also function as the circular waveguide 40.

また、本実施形態では、円形導波管40は、基端部41がほぼ全周に亘ってベースプレート21の裏面に電気的に接続されている。電気的な接続は、例えば、溶接やハンダ付けによって行われる。即ち、円形導波管40は、基端部41においてパッチ31の周囲を囲むようにパッチ31を円形導波管40の内部に収容するとともにベースプレート21に電気的かつ機械的に接続される。円形導波管40は、一般に、ワイヤー等の導体線に比べて撓み難い。そのため、例えば、タンカーの航行中に生じ得るスロッシングの影響を受け難くくなる。また、円形導波管40にスロッシング荷重が加わる場合があっても、その荷重を、基端部41のほぼ全周を介してベースプレート21側(カーゴタンク91の天井93)に逃がすことが可能になる。   Further, in the present embodiment, the base end portion 41 of the circular waveguide 40 is electrically connected to the back surface of the base plate 21 over the entire circumference. The electrical connection is performed by, for example, welding or soldering. That is, the circular waveguide 40 accommodates the patch 31 in the circular waveguide 40 so as to surround the periphery of the patch 31 at the base end portion 41 and is electrically and mechanically connected to the base plate 21. The circular waveguide 40 is generally less likely to bend than a conductor wire such as a wire. Therefore, for example, it becomes difficult to be affected by sloshing that may occur during navigation of a tanker. Further, even if a sloshing load is applied to the circular waveguide 40, the load can be released to the base plate 21 side (the ceiling 93 of the cargo tank 91) through almost the entire circumference of the base end portion 41. Become.

ここで、パッチアンテナ30の構成について、図4を参照してさらに詳細に説明する。図4(A)には、同心円アレーアンテナ用ラジアル線路の給電回路が図示されている。また、図4(B)には、図4(A)に太線で表す共振器をTM01モード円環パッチアンテナに変形した例を示す説明図が図示されている。図4(C)には、トランスデューサ20の構成を模式的表した斜視図が図示されており、また図4(D)には、トランスデューサ20の構成を模式的表した断面図が図示されている。なお、図4(A)および図4(B)におけるz軸は、空洞共振器や円環パッチアンテナの中心軸に相当する。 Here, the configuration of the patch antenna 30 will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 4A shows a feed circuit for a radial line for a concentric array antenna. FIG. 4B is an explanatory diagram showing an example in which the resonator represented by the thick line in FIG. 4A is modified to a TM 01 mode annular patch antenna. FIG. 4C is a perspective view schematically showing the configuration of the transducer 20, and FIG. 4D is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the transducer 20. . 4A and 4B corresponds to the central axis of the cavity resonator or the annular patch antenna.

図4(A)に示すように、同心円アレーアンテナ用ラジアル線路給電回路では、給電する無線周波数により決定される波長λに対して、その空洞共振器(図4(A)に表す太線部分)の半径r0において、TM01モードの共振条件は、次式により導かれる。 As shown in FIG. 4 (A), in the radial line feed circuit for the concentric array antenna, the cavity resonator (thick line portion shown in FIG. 4 (A)) of the wavelength λ determined by the radio frequency to be fed is shown. At the radius r 0 , the resonance condition of the TM 01 mode is derived from the following equation.

0 = (3.8137×λ)/2π = 0.60983×λ r 0 = (3.8137 × λ) /2π=0.60983×λ

ここで、「ラジアル線路を用いた同心円アレーアンテナ」(後藤尚久、電子情報通信学会技術研究報告、Dec.2015)に掲載されている図9同心円アレーアンテナ用ラジアル線路の給電回路に表されているスロットの幅w(図2に示す符号「s」に相当)およびh(図2に示す符号「h」に相当)は、λに対して十分に小さい値とする。また、定数3.8137は、第一次ベッセル関数が原点に続いてゼロになる値である。   Here, it is shown in Fig. 9 Radial line feed circuit for concentric array antenna published in "Concentric Array Antenna Using Radial Line" (Naohisa Goto, IEICE Technical Report, Dec. 2015). The slot width w (corresponding to the symbol “s” shown in FIG. 2) and h (corresponding to the symbol “h” shown in FIG. 2) are sufficiently small with respect to λ. The constant 3.8137 is a value at which the first-order Bessel function becomes zero following the origin.

また、図4(A)に太線で表した空洞共振器において、半径a’をスロットの位置a近づけ、さらにw’=h’をw=hに近づけることにより、図4(B)に示すTM01モード円環パッチアンテナに変形される。円環パッチアンテナのTM01モードは、中心点にショートピン、同心円上の4箇所から同相給電することで励振可能である。しかし、これとは逆に、中心点に給電し、同心円上の4箇所にショートピンを設けることで励振できることも知られている(「アンテナ工学入門講座」(後藤尚久著、電波新聞社発行、2008年、p.230)。なお、図4(A)において、z軸からの半径a’は上記r0に等しい。また図4(B)において、z軸からの半径aは上記r0に等しい。 Further, in the cavity resonator indicated by a bold line in FIG. 4A, the radius a ′ is brought closer to the slot position a, and w ′ = h ′ is brought closer to w = h, thereby the TM shown in FIG. It is transformed into a 01 mode annular patch antenna. The TM 01 mode of the annular patch antenna can be excited by supplying a common pin from four locations on a concentric circle with a short pin at the center point. However, on the contrary, it is also known that it can be excited by supplying power to the central point and providing short pins at four concentric circles ("Introduction to Antenna Engineering" (written by Naohisa Goto, published by Denpa Shimbun) 2008, p.230). Note that in FIG. 4 (a), the equal to the radius a 'is the r 0 from the z-axis. in FIG. 4 (B), the radius a of the z-axis in the r 0 equal.

これに対して、図4(C)および図4(D)に示すように、内半径がr0よりも小さいrの円形導波管40にTM01モードを励振する場合には、パッチ端(パッチアンテナ30の外周縁のこと)と円形導波管40の内周壁45aまでの距離s=パッチ面(パッチ31の上面32)と地導体板(ベースプレート21)間の距離hとが等しくなるようにパッチ端を円形導波管40の内周壁45aに沿って円形導波管40の開口側(上方)に折り曲げる。ここで、hは、λより十分に小さい値とする。これにより、有底円筒形状を成すパッチアンテナ30のパッチ半径d(=r−s)が決まる。また、パイプ内壁面に沿って折り曲げる(折り上げる)長さtは、d+t≒r0により導かれる値を目安に、実験や計算機シミュレーションの結果に基づいて決定する。これにより、パッチの上端から従来の円環パッチアンテナと同様の磁界が生成されてTM01モードのマイクロ波等をパイプ内に放射することが可能になる。 In contrast, as shown in FIGS. 4C and 4D, when the TM 01 mode is excited in a circular waveguide 40 having an inner radius r smaller than r 0 , the patch end ( The distance s between the outer peripheral edge of the patch antenna 30 and the inner peripheral wall 45a of the circular waveguide 40 is equal to the distance h between the patch surface (upper surface 32 of the patch 31) and the ground conductor plate (base plate 21). The patch end is bent along the inner peripheral wall 45 a of the circular waveguide 40 toward the opening side (upward) of the circular waveguide 40. Here, h is a value sufficiently smaller than λ. Thereby, the patch radius d (= rs) of the patch antenna 30 having a bottomed cylindrical shape is determined. Further, the length t of bending (folding up) along the inner wall surface of the pipe is determined based on the results of experiments and computer simulations using the value derived from d + t≈r 0 as a guide. As a result, a magnetic field similar to that of the conventional annular patch antenna is generated from the upper end of the patch, and TM 01 mode microwaves or the like can be radiated into the pipe.

「比帯域幅」とは、トランスデューサ20がマイクロ波等をTM01モードで円形導波管40内に放射することが可能な周波数の上限から下限を差し引くことにより求められる帯域幅を、その中央の周波数(中心周波数)で除算して100倍した値(%)のことをいう。本願発明者らによる確認試験によると、反射係数S11によるリターンロスを測定したところ、本実施形態のトランスデューサ20は、10%を超える比帯域幅を確保できていることを確認した。 The “specific bandwidth” is the bandwidth obtained by subtracting the lower limit from the upper limit of the frequency at which the transducer 20 can radiate microwaves or the like into the circular waveguide 40 in the TM 01 mode. A value (%) obtained by dividing by the frequency (center frequency) and multiplying by 100. According to the confirmation test by the inventors of the present application, when the return loss due to the reflection coefficient S11 was measured, it was confirmed that the transducer 20 of this embodiment was able to secure a specific bandwidth exceeding 10%.

これまで説明したトランスデューサ20では、パッチアンテナ30として、有底円筒形状のパッチ31を例示した。図5に示すように、TM01モードの円環パッチアンテナに相当するパッチアンテナ50を円形導波管140に収容するように構成しても良い。図5には、トランスデューサの他の構成例としてトランスデューサ120を示す模式的断面図が図示されている。同図において、トランスデューサ20と実質的に同一の構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。 In the transducer 20 described so far, a bottomed cylindrical patch 31 is illustrated as the patch antenna 30. As shown in FIG. 5, a patch antenna 50 corresponding to a TM 01 mode annular patch antenna may be accommodated in a circular waveguide 140. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a transducer 120 as another configuration example of the transducer. In the figure, components substantially the same as those of the transducer 20 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図5に示すように、トランスデューサ120は、円板形状に形成されたパッチ51を有するパッチアンテナ50を備えている。パッチ51の上面52は、ベースプレート121の裏面に隙間(間隔)hだけ離隔して対向しており、4本のショートピン28を介してベースプレート121に電気的に接続されている。また、パッチ51の外周縁55は、隙間(間隔)sだけ離隔して円形導波管140の内周壁145aに対向している。パッチ51の下面53は、円形導波管140の開口側に向いている。なお、図5においては、図面表現上の便宜から、本来であれば、給電線27と重なって現れるショートピン28の図示が省略されていることに注意されたい。   As shown in FIG. 5, the transducer 120 includes a patch antenna 50 having a patch 51 formed in a disk shape. The upper surface 52 of the patch 51 is opposed to the back surface of the base plate 121 with a gap (interval) h, and is electrically connected to the base plate 121 via four short pins 28. The outer peripheral edge 55 of the patch 51 is opposed to the inner peripheral wall 145a of the circular waveguide 140 with a gap (interval) s. The lower surface 53 of the patch 51 faces the opening side of the circular waveguide 140. In FIG. 5, it should be noted that the illustration of the short pin 28 that overlaps with the power supply line 27 is omitted for convenience of drawing representation.

パッチアンテナ50のパッチ51は、TM01モードの円環パッチアンテナに相当する。そのため、パッチアンテナ30のパッチ31に比べると、図4を参照して説明したように、半径dが大きい。円形導波管140の内半径r0も、前述した円形導波管40の内半径rに比べると拡大する。円形導波管140の基端部141は、円形導波管40の基端部41と同様に、基端部141のほぼ全周に亘ってベースプレート121の裏面に電気的に接続されている。また、円形導波管140の先端部143には、円形導波管140と同サイズのパイプ13等が接続される。ベースプレート121およびカバー124は、パッチアンテナ50のサイズに適合した外径寸法に設定されている。そのため、前述したベースプレート21やカバー24よりも外径が大きい。 The patch 51 of the patch antenna 50 corresponds to an annular patch antenna of TM 01 mode. Therefore, as compared with the patch 31 of the patch antenna 30, the radius d is larger as described with reference to FIG. The inner radius r 0 of the circular waveguide 140 is also larger than the inner radius r of the circular waveguide 40 described above. Similar to the base end portion 41 of the circular waveguide 40, the base end portion 141 of the circular waveguide 140 is electrically connected to the back surface of the base plate 121 over substantially the entire circumference of the base end portion 141. Further, a pipe 13 having the same size as that of the circular waveguide 140 is connected to the distal end portion 143 of the circular waveguide 140. The base plate 121 and the cover 124 are set to have outer diameter dimensions that match the size of the patch antenna 50. Therefore, the outer diameter is larger than the base plate 21 and the cover 24 described above.

以上説明したように、本実施形態のトランスデューサ20,120では、パッチアンテナ30,50は、コネクタ26から給電されるマイクロ波等をTM01モードで円形導波管40,140内に放射する。TM01モードでマイクロ波等が伝搬した場合の円形導波管40,140の遮断周波数は、TE01モードでマイクロ波等が伝搬した場合の遮断周波数よりも低くなる。これにより、TM01モードは、TE01モードよりも相対的に細い導波管を採用することが可能になる。したがって、製品コストを低減することができる。 As described above, in the transducers 20 and 120 of the present embodiment, the patch antennas 30 and 50 radiate the microwaves fed from the connector 26 into the circular waveguides 40 and 140 in the TM 01 mode. The cut-off frequency of the circular waveguides 40 and 140 when the microwave or the like propagates in the TM 01 mode is lower than the cut-off frequency when the microwave or the like propagates in the TE 01 mode. As a result, the TM 01 mode can adopt a waveguide that is relatively thinner than the TE 01 mode. Therefore, the product cost can be reduced.

また、本実施形態のトランスデューサ20,120では、円形導波管40,140は、基端部41においてパッチ31,51の周囲を囲むようにパッチ31,51を円形導波管40,140内に収容するとともにベースプレート21,121に電気的に接続される。これにより、円形導波管40,140は、ワイヤー等の導体線に比べて撓み難いため、スロッシングの影響を受け難い。また、例えば、円形導波管40,140の基端部41,141は、その全周がベースプレート21,121に機械的に接続(例えば、溶接)する等の比較的簡素な構成により接続される。そのため、ベースプレート21,121と円形導波管40,140とを強固に接続することが可能になるので、円形導波管40,140にスロッシング荷重が加わる場合があっても、その荷重を基端部41,141の全周を介してベースプレート21,121側に逃がすことが可能になる。したがって、複雑な構成と採ることなく、簡素な構成でスロッシング対策が可能になるので、トランスデューサ20,120の製品コストを低減することができる。   In the transducers 20 and 120 of the present embodiment, the circular waveguides 40 and 140 are placed in the circular waveguides 40 and 140 so that the proximal ends 41 surround the patches 31 and 51. It is accommodated and electrically connected to the base plates 21 and 121. Thereby, since the circular waveguides 40 and 140 are hard to bend compared with conductor wires, such as a wire, they are hard to receive the influence of sloshing. Further, for example, the base end portions 41 and 141 of the circular waveguides 40 and 140 are connected by a relatively simple configuration such that the entire circumference thereof is mechanically connected (for example, welding) to the base plates 21 and 121. . Therefore, since it becomes possible to connect the base plates 21 and 121 and the circular waveguides 40 and 140 firmly, even if a sloshing load is applied to the circular waveguides 40 and 140, the load is applied to the base end. It is possible to escape toward the base plates 21 and 121 through the entire circumference of the portions 41 and 141. Therefore, since a countermeasure against sloshing can be taken with a simple configuration without adopting a complicated configuration, the product cost of the transducers 20 and 120 can be reduced.

さらに、本実施形態のトランスデューサ20では、パッチアンテナ30のパッチ31は、半径d=r−sおよび高さt≒r0 −dの関係が成り立つ有底円筒形状である。これにより、より細い円形導波管を採用することが可能になる。したがって、重量当たりで単価が定められ得る金属(例えば、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮、鉄等)で円形導波管40やパイプ13が製造されている場合には、円形導波管40やパイプ13のコストダウンに伴い製品コストを低減することができる。 Furthermore, in the transducer 20 of the present embodiment, the patch 31 of the patch antenna 30 has a bottomed cylindrical shape in which a relationship of radius d = rs and height t≈r 0 -d is established. This makes it possible to employ a thinner circular waveguide. Therefore, when the circular waveguide 40 or the pipe 13 is manufactured from a metal (for example, stainless steel, aluminum, copper, brass, iron, etc.) whose unit price can be determined per weight, the circular waveguide 40 or the pipe 13 is manufactured. With the cost reduction of 13, the product cost can be reduced.

また、本実施形態では、円形導波管40,140やパイプ13を円筒形状に形成した。しかし、マイクロ波等の導波管として機能する金属管であれば、例えば、開口形状(径方向断面形状)が、矩形状、多角形状、楕円形状や小判形状等の導波管であっても良い。   In this embodiment, the circular waveguides 40 and 140 and the pipe 13 are formed in a cylindrical shape. However, if the metal tube functions as a waveguide such as a microwave, the opening shape (radial cross-sectional shape) may be a waveguide having a rectangular shape, a polygonal shape, an elliptical shape, an oval shape, or the like. good.

また、本実施形態では、トランスデューサ20,120を適用する液位測定装置10として、FMCW方式の場合を例示して説明した。しかし、本発明の伝搬モードトランスデューサは、使用するマイクロ波等の周波数が導波管の遮断周波数に影響を受けるものであれば、例えば、パルス方式やドプラー方式等の他方式の液位測定装置にも適用することが可能である。   In the present embodiment, the liquid level measuring device 10 to which the transducers 20 and 120 are applied has been described by way of example of the FMCW method. However, the propagation mode transducer of the present invention can be applied to, for example, a liquid level measuring device of another method such as a pulse method or a Doppler method, as long as the frequency of the microwave used is affected by the cutoff frequency of the waveguide. Can also be applied.

さらに、本実施形態では、トランスデューサ20,120を液位測定装置10に適用する場合を例示して説明した。しかし、本発明の伝搬モードトランスデューサは、地導体板(ベースプレート21,121)に導波管(円形導波管40,140)を接続する構成を採るものであれば、例えば、車載用のミリ波レーダ等の障害物検知装置にも適用することが可能である。   Furthermore, in this embodiment, the case where the transducers 20 and 120 are applied to the liquid level measuring device 10 has been described as an example. However, if the propagation mode transducer of the present invention adopts a configuration in which a waveguide (circular waveguides 40, 140) is connected to a ground conductor plate (base plates 21, 121), for example, an in-vehicle millimeter wave The present invention can also be applied to obstacle detection devices such as radar.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、上述した具体例を様々に変形または変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。さらに、本明細書または図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つ。なお、[符号の説明]の欄における括弧内の記載は、上述した実施形態で用いた用語と、特許請求の範囲に記載の用語との対応関係を明示し得るものである。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications or changes of the specific examples described above. In addition, the technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Furthermore, the technique illustrated in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of these objects. Note that the description in parentheses in the [Explanation of Symbols] section can clearly indicate the correspondence between the terms used in the above-described embodiments and the terms described in the claims.

10…液位測定装置
13…パイプ(円形導波管)
20,120…トランスデューサ(伝搬モードトランスデューサ)
21,121…ベースプレート(地導体板)
24,124…カバー
26…コネクタ
27…給電線
28…ショートピン
30,50…パッチアンテナ(円形パッチアンテナ)
31,51…パッチ
32,52…上面
35…外周面(外周縁)
37…給電点
39…短絡点
40,140…円形導波管
41,141…基端部(接続端側)
45,145…周壁部
45a,145a…内周壁
55…外周縁
91…カーゴタンク
93…天井
95…底板
100…液体(被測定物)
10 ... Liquid level measuring device 13 ... Pipe (circular waveguide)
20, 120 ... Transducer (propagation mode transducer)
21, 121 ... Base plate (ground conductor plate)
24, 124 ... Cover 26 ... Connector 27 ... Feed line 28 ... Short pin 30, 50 ... Patch antenna (circular patch antenna)
31, 51 ... Patch 32,52 ... Upper surface 35 ... Outer peripheral surface (outer periphery)
37 ... Feeding point 39 ... Short-circuiting point 40,140 ... Circular waveguide 41,141 ... Base end (connection end side)
45, 145 ... peripheral wall portion 45a, 145a ... inner peripheral wall 55 ... outer peripheral edge 91 ... cargo tank 93 ... ceiling 95 ... bottom plate 100 ... liquid (measurement object)

Claims (3)

導波管に接続されて使用される伝搬モードトランスデューサであって、
地導体板と、該地導体板から所定間隔を確保して設けられる円形状のパッチと、を有する円形パッチアンテナを備えており、
前記導波管は、接続端側においてパッチ周囲を囲むように前記パッチを管内に収容するとともに前記地導体板に電気的に接続され、
前記円形パッチアンテナは、外部から給電されるマイクロ波またはミリ波をTM01モードで前記管内に放射することを特徴とする伝搬モードトランスデューサ。
A propagation mode transducer used in connection with a waveguide,
A circular patch antenna having a ground conductor plate and a circular patch provided with a predetermined interval from the ground conductor plate;
The waveguide is electrically connected to the ground conductor plate while accommodating the patch in the tube so as to surround the periphery of the patch on the connection end side,
The circular patch antenna radiates microwaves or millimeter waves fed from outside into the tube in TM 01 mode.
前記導波管が円形導波管であり、前記パッチがTM01モードで励振する円環パッチアンテナのパッチの円板形状であると仮定したとき、次式から得られるr0よりも前記導波管の内半径rが小さい場合において、
0=(3.8137×λ)/2π
(ただし、λは、前記マイクロ波またはミリ波の波長である)
前記パッチは、
前記パッチの外周縁と前記円形導波管の内周壁との離隔間隔sが前記所定間隔に等しいときに、半径d=r−sおよび高さt≒r0−dの関係が成り立つ有底円筒形状であることを特徴とする請求項1に記載の伝搬モードトランスデューサ。
When it is assumed that the waveguide is a circular waveguide and the patch is a disk shape of a patch of an annular patch antenna excited in the TM 01 mode, the wave guide is more than r 0 obtained from the following equation. When the inner radius r of the tube is small,
r 0 = (3.8137 × λ) / 2π
(Where λ is the wavelength of the microwave or millimeter wave)
The patch is
A bottomed cylinder in which a relationship of radius d = rs−height and height t≈r 0 −d is established when the spacing s between the outer peripheral edge of the patch and the inner peripheral wall of the circular waveguide is equal to the predetermined distance. The propagation mode transducer according to claim 1, which has a shape.
前記円形パッチアンテナは、前記マイクロ波またはミリ波の給電点を前記パッチの中心部に有するとともに、前記地導体板に対する短絡点を、該給電点を中心にした複数の点対称位置に有することを特徴とする請求項2または3に記載の伝搬モードトランスデューサ。   The circular patch antenna has a feeding point of the microwave or millimeter wave at a central portion of the patch, and has a short-circuit point with respect to the ground conductor plate at a plurality of point symmetrical positions with the feeding point as a center. The propagation mode transducer according to claim 2 or 3, characterized by the above.
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