JP2019125829A - Higher-order mode coupler - Google Patents

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Abstract

To provide a higher-order mode coupler that is compact and can be manufactured at low cost.SOLUTION: A higher-order mode coupler according to an embodiment of the present invention includes a first waveguide, a second waveguide, and a substrate. The substrate has a first surface and a second surface opposite to the first surface, and the first surface has a first coupling portion coupled to the opening of the end portion of the first waveguide, and the second surface has a second coupling portion coupled to the opening of the end portion of the second waveguide, and the substrate includes a plurality of transmission lines coupled to a region between the first coupling portion and the second coupling portion.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、高次モード結合器に関する。   Embodiments of the present invention relate to high order mode couplers.

近年、無線通信機器の分野では、装置の小型化や低コスト化が一層求められるようになっている。この傾向は、基本モードの信号と高次モードの信号の分離または合成を行う高次モード結合器においても同様である。高次モード結合器は、一般に主導波管と、周囲に接続された副導波管を備えている。高次モード結合器を作るときに、金属を複雑な立体形状に加工するのが一般的であるが、製造コストがかかってしまう。   In recent years, in the field of wireless communication devices, miniaturization and cost reduction of devices have been further demanded. This tendency is the same as in the high-order mode coupler which separates or combines the signal of the fundamental mode and the signal of the high-order mode. The high-order mode coupler generally comprises a main waveguide and a secondary waveguide connected to the periphery. When making a high-order mode coupler, it is common to process the metal into a complicated three-dimensional shape, but it is costly to manufacture.

また、副導波管の幅は信号に係る波長の半分以上である必要があるため、高次モード結合器のうち、副導波管に係る部分のサイズや重量が大きくなりがちである。このような制約があるため、高次モード結合器全体のサイズを小さくするのも難しい。   In addition, since the width of the sub waveguide needs to be half or more of the wavelength of the signal, the size and weight of the portion of the high order mode coupler related to the sub waveguide tends to be large. Because of these limitations, it is also difficult to reduce the overall size of the high-order mode coupler.

特開平11−112201号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 11-112201 gazette 特開昭60−160702号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-160702

本発明の実施形態は、小型であり、低コストで製造可能な高次モード結合器を提供する。   Embodiments of the present invention provide a high-order mode coupler that is compact and can be manufactured at low cost.

本発明の実施形態としての高次モード結合器は、第1導波管と、第2導波管と、基板と、を備える。前記基板は、第1面と、第1面に対向する第2面とを備え、前記第1面は、前記第1導波管の端部の開口と結合される第1結合部を有し、前記第2面は、前記第2導波管の端部の開口と結合される第2結合部を有し、前記基板は、前記第1結合部と前記第2結合部との間の領域に結合された複数の伝送線路、を含む。   A high-order mode coupler as an embodiment of the present invention comprises a first waveguide, a second waveguide, and a substrate. The substrate has a first surface and a second surface opposite to the first surface, and the first surface has a first coupling portion coupled to the opening of the end portion of the first waveguide. The second surface has a second coupling portion coupled to the opening of the end of the second waveguide, and the substrate is a region between the first coupling portion and the second coupling portion. And a plurality of transmission lines coupled to the

第1の実施形態に係る高次モード結合器の構成例を示す図。FIG. 2 is a view showing an example of the arrangement of a high-order mode coupler according to the first embodiment. 部品ごとに分離された高次モード結合器の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the high-order mode coupler isolate | separated into parts. 導波管の断面形状の例を示す図。The figure which shows the example of the cross-sectional shape of a waveguide. 高次モード結合器の回路基板の各層を示した図。The figure which showed each layer of the circuit board of a high-order mode coupler. 高次モード結合器に係る回路基板の断面図。Sectional drawing of the circuit board which concerns on a high-order mode coupler. 第1の実施形態に係る高次モード結合器の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of a high order mode coupler according to the first embodiment. テーパー状となっている導波管の例を示す図。The figure which shows the example of the waveguide which becomes taper shape. ステップ状となっている導波管の例を示す図。The figure which shows the example of the waveguide which has become step shape. 第2の実施形態に係る高次モード結合器の回路基板の構成例を示す図。FIG. 8 is a view showing an example of the configuration of a circuit board of a high order mode coupler according to a second embodiment. 第3の実施形態に係る高次モード結合器の回路基板の構成例を示す図。FIG. 7 is a view showing a configuration example of a circuit board of a high order mode coupler according to a third embodiment. 第4の実施形態に係る高次モード結合器の回路基板の構成例を示す図。FIG. 7 is a view showing an example of the configuration of a circuit board of a high order mode coupler according to a fourth embodiment. 第5の実施形態に係る高次モード結合器の回路基板の構成例を示す図。FIG. 13 is a view showing an example of the configuration of a circuit board of a high order mode coupler according to a fifth embodiment. 導体ビアを備えた回路基板の断面図。Sectional drawing of the circuit board provided with conductor via | veer. 導波管の端部に溝を設けた構成例を示す図。The figure which shows the structural example which provided the groove | channel in the edge part of the waveguide. 導波管の端部に溝と周期構造を設けた構成例を示す図。The figure which shows the structural example which provided the groove | channel and the periodic structure in the edge part of the waveguide. 第8の実施形態に係る高次モード結合器の回路基板の構成例を示す図。FIG. 18 is a view showing a configuration example of a circuit board of a high order mode coupler according to an eighth embodiment. 第9の実施形態に係る高次モード結合器の構成例を示す図。FIG. 18 is a view showing an example of the arrangement of a high order mode coupler according to the ninth embodiment; 第9の実施形態に係るプレートの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the plate which concerns on 9th Embodiment. 高次モード結合器に接続される合成回路の例を示す図。The figure which shows the example of the synthetic | combination circuit connected to a high-order mode coupler. 高次モード結合器に接続される合成回路の例を示す図。The figure which shows the example of the synthetic | combination circuit connected to a high-order mode coupler.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。また、図面において同一の構成要素は、同じ番号を付し、説明は、適宜省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Further, in the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and the description will be appropriately omitted.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る高次モード結合器の構成例を示している。図2は、高次モード結合器100を部品ごとに分離して示した斜視図である。図1の高次モード結合器100は、導波管101a、101bと、基板(高次モード伝送基板)103とを備えている。
First Embodiment
FIG. 1 shows a configuration example of a high-order mode coupler according to the first embodiment. FIG. 2 is a perspective view showing the high-order mode coupler 100 separated into parts. The high-order mode coupler 100 of FIG. 1 includes waveguides 101 a and 101 b and a substrate (high-order mode transmission substrate) 103.

導波管101a、101bは、主導波管であり、それぞれ第1導波管と第2導波管に相当する。導波管101a、101bは、それぞれの管軸が一致するように配置されている。すなわち、管軸102は、導波管101aの管軸と、導波管101bの管軸と一致する。高次モード伝送基板103は、導波管101aの端部と導波管101bの端部の間に配置されている。   The waveguides 101a and 101b are main waveguides, and correspond to a first waveguide and a second waveguide, respectively. The waveguides 101a and 101b are arranged such that their tube axes coincide with each other. That is, the tube axis 102 coincides with the tube axis of the waveguide 101a and the tube axis of the waveguide 101b. The high-order mode transmission substrate 103 is disposed between the end of the waveguide 101a and the end of the waveguide 101b.

導波管101a、101bは、例えば銅、アルミニウム、真鍮、ステンレスなどの金属から形成されている。また、炭素繊維強化プラスチック(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastics)など、金属以外の導電性材料を用いてもよい。樹脂の表面に金属メッキを施したものを使ってもよい。   The waveguides 101a and 101b are made of, for example, a metal such as copper, aluminum, brass or stainless steel. In addition, conductive materials other than metals, such as carbon fiber reinforced plastics (CFRP) may be used. You may use what plated metal on the surface of resin.

図3(A)、図3(B)、図3(C)および図3(D)は、導波管の断面形状の例を示している。図1の導波管101a、101bの断面形状は、図3(A)で示される、円形の断面形状10である。導波管の断面形状は回転対称であれば、その他の形状をとることもできる。図3(B)〜図3(D)の断面形状11〜13は回転対称性を有する形状の他の例である。図3(B)の断面形状11は円形状であるが、内壁にリッジ(ridge)が設けられている。図3(C)の断面形状12は、正方形状となっている。図3(D)の断面形状13は、正方形状であるが、内壁にリッジ(ridge)が設けられている。   FIG. 3 (A), FIG. 3 (B), FIG. 3 (C) and FIG. 3 (D) show examples of the cross-sectional shape of the waveguide. The cross-sectional shape of the waveguides 101a and 101b of FIG. 1 is a circular cross-sectional shape 10 shown in FIG. 3 (A). The cross-sectional shape of the waveguide may be any other shape as long as it is rotationally symmetric. Cross-sectional shapes 11 to 13 in FIGS. 3B to 3D are other examples of shapes having rotational symmetry. Although the cross-sectional shape 11 in FIG. 3B is circular, a ridge is provided on the inner wall. The cross-sectional shape 12 of FIG. 3C is square. Although the cross-sectional shape 13 in FIG. 3D is square, a ridge is provided on the inner wall.

断面形状が図3(B)の断面形状11または図3(D)の断面形状13である場合の導波管は、リッジ導波管である。リッジは導波管の本体と同一の材料で形成されていてもよいし、異なる材料で形成されていてもよい。また、導波管の内壁に溝を有するコルゲート導波管を用いてもよい。   The waveguide in the case where the cross-sectional shape is the cross-sectional shape 11 in FIG. 3 (B) or the cross-sectional shape 13 in FIG. 3 (D) is a ridge waveguide. The ridge may be formed of the same material as the body of the waveguide or may be formed of a different material. Alternatively, a corrugated waveguide having a groove on the inner wall of the waveguide may be used.

導波管101a、101bは同一の断面形状であり、同一の材料で形成されているとする。ただし、導波管101aと導波管101bは異なる断面形状であってもよいし、異なる材料で形成されていてもよい。   The waveguides 101a and 101b have the same cross-sectional shape and are formed of the same material. However, the waveguides 101a and 101b may have different cross-sectional shapes, or may be formed of different materials.

導波管101a、101bの管軸102は同一の直線を形成している。また、第1導波管である導波管101aと、第2導波管である導波管101bの断面形状は管軸102に対して回転対称となっている。導波管の配置と構造により、反射や、不要なモードの発生を抑制できる。   The tube axes 102 of the waveguides 101a and 101b form the same straight line. In addition, the cross-sectional shapes of the waveguide 101 a which is the first waveguide and the waveguide 101 b which is the second waveguide are rotationally symmetric with respect to the tube axis 102. The arrangement and structure of the waveguide can suppress reflection and generation of unnecessary modes.

図4は高次モード伝送基板103の各層を分離して示した斜視図である。図5は、高次モード伝送基板103を、図2のAA´線を通るx−y平面で切断した断面図である。以下では図2、図4および図5を参照しながら、高次モード伝送基板103について説明する。   FIG. 4 is a perspective view showing the layers of the high-order mode transmission substrate 103 in isolation. FIG. 5 is a cross-sectional view of the high-order mode transmission substrate 103 cut along the xy plane passing through the line AA ′ of FIG. The high-order mode transmission substrate 103 will be described below with reference to FIGS. 2, 4 and 5.

高次モード伝送基板103は、平板状の構造物である。高次モード伝送基板103の両面は、それぞれ導波管101a、101bの端部と対向している。また、高次モード伝送基板103の中心には、導波管101aおよび導波管101bの管軸102が通っている。高次モード伝送基板103の形状は、方形でも、円形でも、他の形状でもよい。   The high-order mode transmission substrate 103 is a flat structure. Both surfaces of the high-order mode transmission substrate 103 face the ends of the waveguides 101a and 101b, respectively. Further, at the center of the high-order mode transmission substrate 103, the tube axes 102 of the waveguides 101a and 101b pass. The shape of the high-order mode transmission substrate 103 may be square, circular, or another shape.

図4に示すように、高次モード伝送基板103は、当該基板103の第1面に対応する導体層105aと、第1面に対向する第2面に対応する導体層105bと、導体層105a、105bにはさまれた中間層である誘電体層(誘電体基板)107との積層構造を有する。導体層105a、105bは例えば、銅、アルミニウム、真鍮、ステンレスなどの導電体から形成されている。誘電体基板107は、例えばエポキシ樹脂、ふっ素樹脂(PTFE)、ポリフェニレンエーテル樹脂(PPE)、液晶ポリマー、ポリイミド、セラミック、マイカなどの誘電体から形成された誘電体基板である。誘電体基板107は単一の層から形成されていてもよいし、複数の層を含むものであってもよい。誘電体層が複数の層を含む場合、それぞれの層は同じ材料で形成されていてもよいし、異なる材料で形成されていてもよい。誘電体層の内部にガラスクロスやセラミックフィラーなどが含まれていてもよい。   As shown in FIG. 4, the high-order mode transmission substrate 103 includes a conductor layer 105a corresponding to the first surface of the substrate 103, a conductor layer 105b corresponding to the second surface facing the first surface, and a conductor layer 105a. , 105b has a laminated structure with a dielectric layer (dielectric substrate) 107 which is an intermediate layer. The conductor layers 105a and 105b are made of, for example, a conductor such as copper, aluminum, brass, stainless steel or the like. The dielectric substrate 107 is a dielectric substrate formed of a dielectric such as epoxy resin, fluorine resin (PTFE), polyphenylene ether resin (PPE), liquid crystal polymer, polyimide, ceramic, mica or the like. The dielectric substrate 107 may be formed of a single layer or may include a plurality of layers. When the dielectric layer includes a plurality of layers, each layer may be formed of the same material or may be formed of different materials. Glass cloth, ceramic filler and the like may be contained inside the dielectric layer.

導体層105aには、第1結合部である開口106aが形成されている。開口(第1結合部)106aは、導波管101aの端部の開口と結合される。また、導体層105bには、第2結合部である開口106bが形成されている。開口(第2結合部)106bは、導波管101bの端部の開口と結合される。開口106a、106bは円形であり、中心が管軸102と一致している。開口106a、106bの円は、互いに直径と面積が等しい。したがって、x−y面に垂直な方向からみると開口106a、106bの位置は重なりあっている。   The conductor layer 105a is formed with an opening 106a which is a first coupling portion. The opening (first coupling portion) 106a is coupled to the opening at the end of the waveguide 101a. Further, the conductor layer 105b is formed with an opening 106b which is a second coupling portion. The opening (second coupling portion) 106 b is coupled to the opening at the end of the waveguide 101 b. The openings 106 a, 106 b are circular and the center coincides with the tube axis 102. The circles of the openings 106a, 106b are equal in diameter and area to one another. Therefore, when viewed in the direction perpendicular to the xy plane, the positions of the openings 106a and 106b overlap.

ただし、開口106a、106bの形状は回転対称であればよく、開口106aと、開口106bの形状は異なっていてもよい。開口106aと開口106bが回転対称であり、開口106aと開口106bの中心が管軸102に一致することにより、反射や、不要なモードの発生が抑制される。   However, the shapes of the openings 106 a and 106 b may be rotational symmetric, and the shapes of the opening 106 a and the opening 106 b may be different. The openings 106a and 106b are rotationally symmetric, and the centers of the openings 106a and 106b coincide with the tube axis 102, thereby suppressing the occurrence of reflection and unnecessary modes.

誘電体基板107には、複数(ここでは4つ)の伝送線路104が設けられている。伝送線路104の端部(一端)は、開口106aと開口106bとの間の誘電体基板107の領域に結合されている。各伝送線路104は、当該領域から外側方向に延びるように形成されている。伝送線路104は、副導波管に相当する。本実施形態に係る伝送線路の例としては、ストリップライン、マイクロストリップライン、同軸線路、ポスト壁導波路(SIW:Substrate−Integrated Waveguide)などがあるが、特に構造は限定しない。伝送線路104は、誘電体基板107の中に形成された中空状のものでもよい。   The dielectric substrate 107 is provided with a plurality of (here four) transmission lines 104. The end (one end) of the transmission line 104 is coupled to the region of the dielectric substrate 107 between the opening 106 a and the opening 106 b. Each transmission line 104 is formed to extend outward from the region. The transmission line 104 corresponds to a sub waveguide. Examples of the transmission line according to the present embodiment include a strip line, a microstrip line, a coaxial line, a post-wall waveguide (SIW: Substrate-Integrated Waveguide) and the like, but the structure is not particularly limited. The transmission line 104 may be hollow formed in the dielectric substrate 107.

4本の伝送線路104の方向は90度ずつずらされている。伝送線路の本数は4本でなくてもよい。例えば、2本、3本または5本以上の伝送線路が設けられていてもよい。また、伝送線路104はいずれも直線状となっているが、曲線状に形成された伝送線路を使ってもよい。   The directions of the four transmission lines 104 are shifted by 90 degrees. The number of transmission lines may not be four. For example, two, three or more transmission lines may be provided. Further, although all the transmission lines 104 are linear, it is possible to use a curved transmission line.

図6は、高次モード結合器100を、管軸102を通るz−x平面で切断した断面図である。   FIG. 6 is a cross-sectional view of the high-order mode coupler 100 cut along the z-x plane passing through the tube axis 102.

導波管101aの端部が、基板103表面の導体層105aと接している。電磁波の漏れを軽減するため、高次モード伝送基板103と導波管101aの間の間隙は無いことが好ましい。なお、導波管101aにz軸マイナス方向の力を加え、位置をずれにくくしてもよい。   The end of the waveguide 101 a is in contact with the conductor layer 105 a on the surface of the substrate 103. In order to reduce leakage of electromagnetic waves, it is preferable that there is no gap between the high-order mode transmission substrate 103 and the waveguide 101a. In addition, a force in the negative z-axis direction may be applied to the waveguide 101a to make it difficult to shift the position.

導波管101bの端部が、高次モード伝送基板103表面の導体層105bと接している。電磁波の漏れを軽減するため、高次モード伝送基板103と導波管101bの間の間隙は無いことが好ましい。なお、導波管101bにz軸プラス方向の力を加えて、位置をずれにくくしてもよい。   The end of the waveguide 101 b is in contact with the conductor layer 105 b on the surface of the high-order mode transmission substrate 103. In order to reduce leakage of electromagnetic waves, it is preferable that there is no gap between the high-order mode transmission substrate 103 and the waveguide 101b. In addition, a force in the z-axis positive direction may be applied to the waveguide 101b to make it difficult to shift the position.

(高次モード結合器の機能)
各伝送線路104は、例えばマイクロ波またはミリ波等の電磁波用の合成回路(後述する図19、図20参照)に接続される。合成回路では、例えばマイクロ波やミリ波などの電磁波信号の合成または分配が行われる。また、上述の導波管101aの端部(高次モード伝送基板103と反対側の端部)または導波管101bの端部(高次モード伝送基板103と反対側の端部)にホーンアンテナ等のアンテナが形成されている。ホーンアンテナは、一例として、導波管の端部における開口端の開口面積を徐々に広くすることによって形成できる。この場合、導波管101aまたは導波管101bは、導波管とアンテナの機能を兼ねる。以下の説明では導波管101aの端部にアンテナが形成される場合を想定し、受信時の動作および送信時の動作を説明する。
(Function of higher order mode coupler)
Each of the transmission lines 104 is connected to, for example, a synthesis circuit for electromagnetic waves such as microwaves or millimeter waves (see FIGS. 19 and 20 described later). In the synthesis circuit, synthesis or distribution of electromagnetic wave signals such as microwaves and millimeter waves is performed. Also, a horn antenna at the end of the waveguide 101a (the end opposite to the high-order mode transmission substrate 103) or the end of the waveguide 101b (the end opposite to the high-order mode transmission substrate 103) described above And the like are formed. The horn antenna can be formed, as an example, by gradually widening the open area of the open end at the end of the waveguide. In this case, the waveguide 101a or the waveguide 101b functions as a waveguide and an antenna. In the following description, it is assumed that an antenna is formed at the end of the waveguide 101a, and an operation at the time of reception and an operation at the time of transmission will be described.

受信時にアンテナで受信された電磁波(高周波信号)が導波管101aの内側を伝播する。導波管101aから入った電磁波の一部の高次モードに係る成分が誘電体基板107内の伝送線路104から取り出される。同様に、導波管101aから入った電磁波の基本モード成分の一部も誘電体基板107内の伝送線路104から取り出される。   An electromagnetic wave (high frequency signal) received by the antenna at the time of reception propagates inside the waveguide 101a. A component relating to a higher order mode of a part of the electromagnetic wave entering from the waveguide 101 a is extracted from the transmission line 104 in the dielectric substrate 107. Similarly, part of the fundamental mode component of the electromagnetic wave entering from the waveguide 101 a is also taken out from the transmission line 104 in the dielectric substrate 107.

導波管を進行する電磁波の伝播モードは、導波管の断面形状に依存する。例えば、断面形状で円形である円形導波管が使われた場合、基本モードはTE11モードである。このとき、高次モードは複数存在する。代表的な高次モードの例としては、TM01モード、TE21モード、TE21*モード、TE01モードなどがある。なお、TE21*モードは、TE21モードの電磁界分布を45度回転させた伝播モードである。   The propagation mode of the electromagnetic wave traveling through the waveguide depends on the cross-sectional shape of the waveguide. For example, if a circular waveguide that is circular in cross-sectional shape is used, the fundamental mode is the TE11 mode. At this time, a plurality of higher order modes exist. Examples of typical higher order modes include TM01 mode, TE21 mode, TE21 * mode, TE01 mode, and the like. The TE21 * mode is a propagation mode obtained by rotating the electromagnetic field distribution of the TE21 mode by 45 degrees.

断面形状が長方形の方形導波管の場合、基本モードはTE10モード(またはTE01モード)となる。代表的な高次モードの例としては、TE01モード(またはTE10モード)、TM11モード、TE20モード、TE02モード、TE11モードなどがある。なお、断面形状が正方形である場合、基本モードはTE10モードとTE01モードが縮退したモードとなる。   In the case of a rectangular waveguide having a rectangular cross-sectional shape, the fundamental mode is the TE10 mode (or TE01 mode). Typical high-order modes include TE01 mode (or TE10 mode), TM11 mode, TE20 mode, TE02 mode, TE11 mode, and the like. When the cross-sectional shape is a square, the basic mode is a mode in which the TE10 mode and the TE01 mode are degenerated.

複数の異なる高次モードの分配または合成が行えるように伝送線路104を構成してもよい。例えば、本実施形態に係る4本の伝送線路に、これらの伝送線路を45度ずつずらした伝送線路をさらに4本追加した構成を用いることができる。この場合、円形導波管のTE21モードと、TE21*モードを別々に取り出すことができるようになる。   The transmission line 104 may be configured to enable distribution or combination of a plurality of different higher order modes. For example, it is possible to use a configuration in which four transmission lines, each of which is shifted by 45 degrees, are added to the four transmission lines according to the present embodiment. In this case, the TE21 mode of the circular waveguide and the TE21 * mode can be taken out separately.

送信時の場合は、受信時の逆の動作になる。例えば、基本モードの電磁波が導波管101bから入る。一方、合成回路から各伝送線路104を介して高次モードの電磁波が入力される。高次モード伝送基板103における各伝送線路104が結合される領域で、基本モードの電磁波と高次モードの電磁波が混合し、混合した電磁波が導波管101aを伝播し、アンテナから送信される。   In the case of transmission, the operation is the reverse of reception. For example, an electromagnetic wave of the fundamental mode enters from the waveguide 101b. On the other hand, high-order mode electromagnetic waves are input from the combining circuit via the transmission lines 104. In the region where the transmission lines 104 in the high-order mode transmission substrate 103 are coupled, the electromagnetic wave of the fundamental mode and the electromagnetic wave of the high-order mode are mixed, and the mixed electromagnetic wave propagates through the waveguide 101a and is transmitted from the antenna.

(変形例1)
導波管101a、101bは、管軸について回転対称であれば、円筒形以外の形状であってもよい。図7は、テーパー状となっている導波管の例を示している。図7の導波管は、z軸プラス方向に進むと直径(内径)が大きくなっている。このように導波管の内径を変化させることにより、導波管内の伝播モードやカットオフ周波数を調節し、不要な高次モードが伝播するのを防ぐことができる。
(Modification 1)
The waveguides 101a and 101b may have shapes other than cylindrical as long as they are rotationally symmetric about the tube axis. FIG. 7 shows an example of a tapered waveguide. The waveguide in FIG. 7 has a larger diameter (inner diameter) as it proceeds in the z-axis plus direction. By changing the inner diameter of the waveguide in this manner, it is possible to adjust the propagation mode and cut-off frequency in the waveguide and to prevent the propagation of unwanted higher order modes.

図8は、ステップ状となっている導波管の例を示している。図8の例では、導波管の直径(内径)が途中で変化しており、内壁に段差が生じている。このような導波管を使っても、導波管内の伝播モードやカットオフ周波数を調節し、不要な高次モードが伝播するのを防ぐことができる。   FIG. 8 shows an example of a stepped waveguide. In the example of FIG. 8, the diameter (inner diameter) of the waveguide changes in the middle, and a step is generated on the inner wall. Even with such a waveguide, it is possible to adjust the propagation mode and cut-off frequency in the waveguide and to prevent the propagation of unwanted higher order modes.

(変形例2)
第1の実施形態では、高次モード伝送基板103の第1面は導体層105aであり、第2面は導体層105bであったが、高次モード伝送基板103の第1面および第2面が誘電体層(誘電体基板)でもよい。これにより電磁波の漏洩抑制効果が低減するものの、軽量化の効果を得ることができる。この場合、第1面と第2面との間の層も誘電体層(誘電体基板)107のため全体を物理的に一体に構成してもよい。
(Modification 2)
In the first embodiment, although the first surface of the high-order mode transmission substrate 103 is the conductor layer 105 a and the second surface is the conductor layer 105 b, the first surface and the second surface of the high-order mode transmission substrate 103 May be a dielectric layer (dielectric substrate). Although the leakage suppression effect of electromagnetic waves is reduced by this, an effect of weight reduction can be obtained. In this case, the layer between the first surface and the second surface may be physically integrated integrally for the dielectric layer (dielectric substrate) 107.

(第2の実施形態)
第2の実施形態では、高次モード伝送基板103における誘電体基板の表面と裏面の間にz軸方向に貫通する開口、すなわち誘電体基板の中心部を貫通する孔(開口)を設ける。
Second Embodiment
In the second embodiment, an opening penetrating in the z-axis direction is provided between the front surface and the back surface of the dielectric substrate in the high-order mode transmission substrate 103, that is, a hole (opening) penetrating the central portion of the dielectric substrate.

図9は、第3の実施形態に係る高次モード結合器の高次モード伝送基板103の構成例を示している。図9の高次モード伝送基板103は、第1の実施形態に係る高次モード伝送基板103と同様、誘電体基板の両面に導体層105a、105bを形成したものである。導体層105a、105bには第1の実施形態と同様、開口106a、106bが設けられている。また、誘電体基板107内には、第1の実施形態と同様、4つの伝送線路104が形成されている。   FIG. 9 shows a configuration example of the high-order mode transmission substrate 103 of the high-order mode coupler according to the third embodiment. Similar to the high-order mode transmission substrate 103 according to the first embodiment, the high-order mode transmission substrate 103 in FIG. 9 has conductor layers 105 a and 105 b formed on both sides of a dielectric substrate. The conductor layers 105a and 105b are provided with openings 106a and 106b as in the first embodiment. Further, in the dielectric substrate 107, four transmission lines 104 are formed as in the first embodiment.

誘電体基板107の中心部に、z軸方向に貫通した孔(開口)130が設けられている。孔130は、開口106a、106bと連通している。孔130は円形など回転対称な形状をとり、その中心が導波管の管軸102と一致する。孔130により、導波管101aまたは導波管101bの一方を伝播する電磁波は、誘電体層107の物質を通過せずに、導波管101aまたは導波管101bの他方に伝播できる。これにより、誘電体層に起因する反射や損失を軽減できる。また、孔130の中心が管軸102に合い、形状が回転対称であることで、導波管内における反射や、不要モードの発生を抑制できる。   In the center of the dielectric substrate 107, a hole (opening) 130 penetrating in the z-axis direction is provided. The holes 130 are in communication with the openings 106a, 106b. The hole 130 has a circularly symmetrical shape such as a circle, the center of which coincides with the tube axis 102 of the waveguide. The hole 130 allows an electromagnetic wave propagating in one of the waveguide 101a or the waveguide 101b to propagate to the other of the waveguide 101a or the waveguide 101b without passing through the substance of the dielectric layer 107. This can reduce the reflection and loss caused by the dielectric layer. In addition, since the center of the hole 130 is aligned with the tube axis 102 and the shape is rotationally symmetric, it is possible to suppress the reflection in the waveguide and the generation of the unnecessary mode.

(第3の実施形態)
上述の各実施形態に係る高次モード結合器では、高次モード伝送基板103は、誘電体基板の両面に導体層(金属層)を形成することで構成されていた。本実施形態では、高次モード伝送基板103の全体を金属などの導電体によって形成する。高次モード伝送基板103の全体を導電体で形成することにより、伝播損失を軽減し、効率的な伝送を行うことができる。
Third Embodiment
In the high-order mode couplers according to the above-described embodiments, the high-order mode transmission substrate 103 is configured by forming conductor layers (metal layers) on both surfaces of the dielectric substrate. In the present embodiment, the entire high-order mode transmission substrate 103 is formed of a conductor such as metal. By forming the entire high-order mode transmission substrate 103 of a conductor, propagation loss can be reduced and efficient transmission can be performed.

図10は、第3の実施形態に係る高次モード結合器の高次モード伝送基板の構成例を示している。図10の高次モード伝送基板103aは、導体層105cと、中間層である導体層105eと、導体層105dとを含む。第1の実施形態では中間層は誘電体基板であったが、本実施形態では導体により形成されている。導体層105eには4つの伝送線路104が形成されている。例えば金属板の切削加工により、伝送線路104が形成できる。これにより、導体層105eと導体層105dとの全体を一体形成できる。   FIG. 10 shows a configuration example of the high-order mode transmission substrate of the high-order mode coupler according to the third embodiment. The high-order mode transmission substrate 103a of FIG. 10 includes a conductor layer 105c, a conductor layer 105e which is an intermediate layer, and a conductor layer 105d. In the first embodiment, the intermediate layer is a dielectric substrate, but in the present embodiment, it is formed of a conductor. Four transmission lines 104 are formed in the conductor layer 105 e. For example, the transmission line 104 can be formed by cutting a metal plate. Thereby, the whole of the conductor layer 105e and the conductor layer 105d can be integrally formed.

図10の例では、伝送線路104の断面形状が長方形となっている。このような伝送線路を方形導波管と呼ぶ。伝送線路104の断面形状は、長方形以外の形状とし、別のタイプの導波管ともよい。例えば、リッジ導波管やGap導波管を形成してもよい。また、伝送線路は直線状の経路であってもよいし、カーブ状の経路を有するものであってもよい。   In the example of FIG. 10, the cross-sectional shape of the transmission line 104 is rectangular. Such a transmission line is called a rectangular waveguide. The cross-sectional shape of the transmission line 104 may be a shape other than a rectangle, and may be another type of waveguide. For example, a ridge waveguide or a gap waveguide may be formed. The transmission line may be a straight path or may have a curved path.

高次モード伝送基板103aは、中央にz軸方向に貫通した孔(開口)を有する。具体的には、導体層105cが開口106aを有し、導体層105dが開口106bを有し、導体層105eには、これらの開口106a、106bと連通する開口(孔)が形成されている。これらの開口の形状は、矩形または正方形状となっている。開口106a、106bの中心部が導波管の管軸102と一致するよう、開口106a、106bに導波管101a、101bが結合される。   The high-order mode transmission substrate 103a has a hole (opening) penetrating in the z-axis direction at the center. Specifically, the conductor layer 105c has an opening 106a, the conductor layer 105d has an opening 106b, and the conductor layer 105e has an opening (hole) communicating with the openings 106a and 106b. The shape of these openings is rectangular or square. The waveguides 101a and 101b are coupled to the openings 106a and 106b such that the centers of the openings 106a and 106b coincide with the tube axis 102 of the waveguide.

以上、本実施形態によれば、高次モード伝送基板全体を金属で形成することにより、伝送損失を軽減できる。なお、第1の実施形態のように誘電体基板の両面に金属層を形成する場合は、高次モード伝送基板を軽量化し、高次モード結合器全体の重量を抑えることができる利点がある。   As described above, according to the present embodiment, transmission loss can be reduced by forming the entire high-order mode transmission substrate with metal. When the metal layers are formed on both surfaces of the dielectric substrate as in the first embodiment, there is an advantage that the weight of the high-order mode transmission substrate can be reduced and the weight of the entire high-order mode coupler can be suppressed.

(第4の実施形態)
本実施形態では、高次モード伝送基板に導体ビアを設けることによって、電磁波の不要な反射や、高次モード伝送基板内部への電磁波漏れを抑圧する。
Fourth Embodiment
In the present embodiment, by providing conductor vias in the high-order mode transmission substrate, unnecessary reflection of electromagnetic waves and electromagnetic wave leakage into the high-order mode transmission substrate are suppressed.

図11は、第4の実施形態に係る高次モード結合器の高次モード伝送基板の構成例を示している。第1の実施形態に係る基板と同様、誘電体基板107の両面に導体層105a、105bが形成されている。導体層105a、105bには開口106a、106bが形成されている。また、誘電体基板108には第1の実施形態と同様、4つの伝送線路104が形成されている。   FIG. 11 shows a configuration example of a high-order mode transmission substrate of the high-order mode coupler according to the fourth embodiment. Conductor layers 105 a and 105 b are formed on both surfaces of the dielectric substrate 107 as in the substrate according to the first embodiment. Openings 106a and 106b are formed in the conductor layers 105a and 105b. Further, four transmission lines 104 are formed on the dielectric substrate 108 as in the first embodiment.

開口106a、106bの外周に沿って、周期的に導体ビア109が設けられている。導体ビア109は、高次モード伝送基板をz軸方向に貫通する孔である。導体ビア109の孔内の側壁は、金属などの導体で被覆されている。したがって、導体層105a、105b間は、導体ビア109の側壁の導体層を介して電気的に接続されている。このような構造を用いることによって、不要な反射や、高次モード伝送基板内への電磁波の漏洩を抑制できる。   Conductor vias 109 are periodically provided along the outer periphery of the openings 106a and 106b. The conductor vias 109 are holes penetrating the high-order mode transmission substrate in the z-axis direction. The side walls in the holes of the conductor vias 109 are covered with a conductor such as metal. Therefore, the conductor layers 105 a and 105 b are electrically connected via the conductor layer on the side wall of the conductor via 109. By using such a structure, unnecessary reflection and leakage of electromagnetic waves into the high-order mode transmission substrate can be suppressed.

(第5の実施形態)
副導波管に相当する伝送線路として、各種の構造を用いることができる。本実施形態では、導体ビアを使って伝送線路を形成する。
Fifth Embodiment
Various structures can be used as a transmission line corresponding to the sub waveguide. In the present embodiment, conductor vias are used to form a transmission line.

図12は、第5の実施形態に係る高次モード結合器の高次モード伝送基板の構成例を示している。誘電体基板107の両面に、金属層105a、105bが形成されている。開口106a、106bの外周から外側方向に向かって、複数の対の導体ビア109a列が設けられている。導体ビア109aは、高次モード伝送基板をz軸方向に貫通する孔であり、孔内の側壁は金属などの導体で被覆されている。導体層105a、105b間は、導体ビア109の側壁の導体層を介して電気的に接続されている。各対の導体ビア109a列は、互いに平行な導体ビア109aの列である。本例では、4組の対が90度間隔で形成されている。   FIG. 12 shows a configuration example of a high order mode transmission substrate of the high order mode coupler according to the fifth embodiment. Metal layers 105 a and 105 b are formed on both sides of the dielectric substrate 107. A plurality of pairs of conductor via rows 109a are provided from the outer periphery of the openings 106a and 106b outward. The conductor via 109a is a hole penetrating the high-order mode transmission substrate in the z-axis direction, and the side wall in the hole is covered with a conductor such as metal. The conductor layers 105 a and 105 b are electrically connected via the conductor layer on the side wall of the conductor via 109. Each pair of conductor via rows 109a is a row of conductor vias 109a parallel to each other. In this example, four pairs are formed at an interval of 90 degrees.

図13は、図12の高次モード伝送基板を線BB´を通るy−z平面で切断した断面図である。誘電体基板107において各対(互いに平行な導体ビアの列)で挟まれた部分が、伝送線路104aに相当する。すなわち、本実施形態における伝送線路104aは、ポスト壁導波路(SIW)である。   FIG. 13 is a cross-sectional view of the high-order mode transmission substrate of FIG. 12 cut along the yz plane passing through the line BB ′. A portion sandwiched by each pair (a row of conductor vias parallel to one another) in the dielectric substrate 107 corresponds to the transmission line 104a. That is, the transmission line 104a in the present embodiment is a post wall waveguide (SIW).

(第6の実施形態)
本実施形態では、導波管の端部にチョーク構造を形成することによって、電磁波の漏れを抑制する。
Sixth Embodiment
In the present embodiment, the leakage of electromagnetic waves is suppressed by forming a choke structure at the end of the waveguide.

図14は、導波管101aの端部における基板と対向する面、すなわち基板と結合される面(以下、結合面)にチョーク構造を形成した例を示す。図14上段は、導波管101aを、z−x平面で切断した断面図である。図14下段は、導波管101aの端部の結合面を正面視した図である。導波管101aの端部の結合面には、溝110が周回状に形成されている。このように溝を設けた構造は、チョーク構造と呼ばれる。なお、溝の内側部分の壁は、外側の壁よりも短くなっているが、これに限定されない。   FIG. 14 shows an example in which a choke structure is formed on the surface facing the substrate at the end of the waveguide 101a, that is, the surface coupled to the substrate (hereinafter referred to as the coupling surface). The upper part of FIG. 14 is a cross-sectional view of the waveguide 101a taken along the zx plane. The lower part of FIG. 14 is a front view of the coupling surface of the end of the waveguide 101a. A groove 110 is circumferentially formed on the coupling surface of the end of the waveguide 101a. Such a grooved structure is called a choke structure. Note that the wall of the inner part of the groove is shorter than the outer wall, but is not limited thereto.

このように導波管101aの端部の結合面にチョーク構造を設けることにより、導波管101aの端部と高次モード伝送基板との間からの電磁波の漏れを低減できる。本例では導波管101aにチョーク構造を設けたが、導波管101bに形成してもよいし、これらの両方に形成してもよい。   By providing the choke structure on the coupling surface of the end of the waveguide 101a as described above, it is possible to reduce the leakage of the electromagnetic wave from between the end of the waveguide 101a and the high-order mode transmission substrate. Although the choke structure is provided in the waveguide 101a in this example, it may be formed in the waveguide 101b, or may be formed in both of them.

(第7の実施形態)
前述した第6の実施形態では、導波管の端部の結合面にチョーク構造を設けたが、チョーク構造に代えて周期構造を設けてもよい。
Seventh Embodiment
In the sixth embodiment described above, the choke structure is provided on the coupling surface at the end of the waveguide, but a periodic structure may be provided instead of the choke structure.

図15は、導波管101aの端部の結合面に周期構造を設けた例を示す。図15上段は、導波管101aを、管軸102を通るz−x平面で切断した断面図である。図15下段は、導波管101aの端部の結合面を正面視した図である。   FIG. 15 shows an example in which a periodic structure is provided on the coupling surface of the end of the waveguide 101a. The upper part of FIG. 15 is a cross-sectional view of the waveguide 101 a cut along a zx plane passing through the tube axis 102. The lower part of FIG. 15 is a front view of the coupling surface of the end of the waveguide 101a.

導波管101aの端部の結合面には、周回状の溝110が形成されており、さらに溝110の内部に複数の凸部111が周期的に設けられている。すなわち、溝110の内側で、凹凸構造が形成されている。図15で示された、溝110および凸部111を含む構造は電磁バンドギャップ(EBG:Electromagnetic Band Gap)構造と呼ばれる。電磁バンドギャップ構造とは、電磁波の波長よりも小さい周期構造であり、電磁波を遮断する周波数帯域を有する。   A circumferential groove 110 is formed on the coupling surface of the end portion of the waveguide 101 a, and a plurality of convex portions 111 are periodically provided in the groove 110. That is, the concavo-convex structure is formed inside the groove 110. The structure including the grooves 110 and the protrusions 111 shown in FIG. 15 is called an electromagnetic band gap (EBG) structure. The electromagnetic band gap structure is a periodic structure smaller than the wavelength of the electromagnetic wave, and has a frequency band for blocking the electromagnetic wave.

なお、図15の例では、凸部111の周期構造は一列となっているが、周期構造は例えば二列や三列など複数列でもよい。   In the example of FIG. 15, the periodic structure of the convex portions 111 is in one line, but the periodic structure may be, for example, a plurality of lines such as two lines or three lines.

本実施形態では導波管101aに電磁バンドギャップ構造を形成したが、導波管101bに形成してもよいし、これらの両方に形成してもよい。   Although the electromagnetic band gap structure is formed in the waveguide 101a in the present embodiment, it may be formed in the waveguide 101b, or may be formed in both of them.

以上、本実施形態によれば、導波管の端部の結合面に電磁バンドギャップ構造を設けることにより、導波管の端部と高次モード伝送基板との間からの電磁波の漏れを低減できる。第6の実施形態のチョーク構造を設ける場合に比べて、広い周波数帯域で電磁波の漏洩が抑制される。   As described above, according to the present embodiment, the electromagnetic band gap structure is provided on the coupling surface at the end of the waveguide, thereby reducing the leakage of the electromagnetic wave from between the end of the waveguide and the high-order mode transmission substrate. it can. Compared to the case where the choke structure of the sixth embodiment is provided, leakage of electromagnetic waves is suppressed in a wide frequency band.

(第8の実施形態)
前述した第7の実施形態では、導波管の端部の結合面に周期構造を形成したが、本実施形態では、高次モード伝送基板に周期構造を形成する。
Eighth Embodiment
In the seventh embodiment described above, the periodic structure is formed on the coupling surface at the end of the waveguide, but in the present embodiment, the periodic structure is formed on the high-order mode transmission substrate.

図16は、第8の実施形態に係る高次モード結合器の高次モード伝送基板の構成例を示している。図16上段は、高次モード伝送基板103bを、管軸102を通るz−x平面で切断した断面図である。図16下段は、高次モード伝送基板103bをz軸マイナス方向に向かって正面視した図である。高次モード伝送基板103bには、z軸方向に貫通した孔(開口)160が設けられている。孔160の中心は、管軸102と一致する。   FIG. 16 shows a configuration example of a high order mode transmission substrate of the high order mode coupler according to the eighth embodiment. The upper part of FIG. 16 is a cross-sectional view of the high-order mode transmission substrate 103 b cut along the z-x plane passing through the tube axis 102. The lower part of FIG. 16 is a front view of the high-order mode transmission substrate 103b in the negative z-axis direction. The high-order mode transmission substrate 103b is provided with a hole (opening) 160 penetrating in the z-axis direction. The center of the bore 160 coincides with the tube axis 102.

高次モード伝送基板103bは、誘電体層108、導体層105a、誘電体基板(誘電体層)107、導体層105bの4層で形成されている。誘電体基板107には4つの伝送線路104が形成されている。図16下段では、誘電体層108の上面図が示されている。   The high-order mode transmission substrate 103b is formed of four layers: a dielectric layer 108, a conductor layer 105a, a dielectric substrate (dielectric layer) 107, and a conductor layer 105b. Four transmission lines 104 are formed on the dielectric substrate 107. At the bottom of FIG. 16, a top view of the dielectric layer 108 is shown.

誘電体層108には、孔160の外周に沿って、周期構造112が形成されている。周期構造112は、誘電体層108に埋め込み形成された金属製の構造物により構成される。周期構造112は、半径方向に沿って周回状の3つの列を含む。各列では、金属製の構造物が周方向に周期的に配置されている。金属製の構造物は、一例としてネジ状に構成される。導波管101aまたは101bの端部の結合面は、周期構造112が形成された部分に対向する。   In the dielectric layer 108, a periodic structure 112 is formed along the periphery of the hole 160. The periodic structure 112 is formed of a metal structure embedded in the dielectric layer 108. The periodic structure 112 includes three circumferentially circumferential rows. In each row, metal structures are periodically arranged in the circumferential direction. The metal structure is, for example, screw-shaped. The coupling surface at the end of the waveguide 101a or 101b faces the portion where the periodic structure 112 is formed.

周期構造112の構成は、その他の形状または種類に係るものであってもよい。例えば、導体ビアを孔160の外周に沿って形成してもよい。孔160の外周に沿って導体層105aまたは105bまたはこれらの両方の表面に凸状の構造物(例えば金属)を形成してもよい。また、孔160の外周に沿って、導体層105aまたは105bまたはこれらの両方の表面に、複数の凹部を規則的に形成してもよい。ここでは周期構造112が金属により形成される例を示したが、金属により形成する以外の方法で周期構造112を構成してもよい。例えば、周期構造112は、誘電体層108に形成した周期的な穴でもよい。   The configuration of the periodic structure 112 may relate to other shapes or types. For example, conductor vias may be formed along the outer periphery of the hole 160. A convex structure (for example, metal) may be formed on the surface of the conductor layer 105 a or 105 b or both along the outer periphery of the hole 160. Also, a plurality of recesses may be regularly formed on the surface of the conductor layer 105 a or 105 b or both along the outer periphery of the hole 160. Although the example in which the periodic structure 112 is formed of metal is shown here, the periodic structure 112 may be formed by a method other than forming of the metal. For example, the periodic structure 112 may be a periodic hole formed in the dielectric layer 108.

以上、本実施形態によれば、導波管の端部の結合面と結合される(対向する)部分に周期構造112を設けることにより、導波管の端部と高次モード伝送基板との間から電磁波の漏洩することを抑制できる。   As described above, according to the present embodiment, the periodic structure 112 is provided in a portion coupled (opposed) to the coupling surface of the end portion of the waveguide, whereby the end portion of the waveguide and the high-order mode transmission substrate It is possible to suppress the leakage of electromagnetic waves from between.

(第9の実施形態)
本実施形態では周期構造を有する部品を、導波管と高次モード伝送基板との間に追加する。
Ninth Embodiment
In the present embodiment, a component having a periodic structure is added between the waveguide and the high-order mode transmission substrate.

図17は、第9の実施形態に係る高次モード結合器150を、管軸102を通るz−x面で切断した断面図である、図17では高次モード結合器を複数の部品に分解した図を示しているが、実際にはこれらの部品は紙面に沿って縦方向に結合される。プレート(第1導体基板)120aは、導波管101aと高次モード伝送基板103の導体層105aとの間に配置される。プレート(第2導体基板)120bは、高次モード伝送基板103の導体層105bと導波管101bの間に配置される。   FIG. 17 is a cross-sectional view of the high-order mode coupler 150 according to the ninth embodiment taken along the z-x plane through the tube axis 102. In FIG. 17, the high-order mode coupler is disassembled into a plurality of parts. Although these figures are shown, in practice these parts are longitudinally coupled along the paper. The plate (first conductor substrate) 120 a is disposed between the waveguide 101 a and the conductor layer 105 a of the high-order mode transmission substrate 103. The plate (second conductor substrate) 120 b is disposed between the conductor layer 105 b of the high-order mode transmission substrate 103 and the waveguide 101 b.

プレート120a、120bは、金属などの導電性材料で形成されている。プレート120a、120bの材料は、導波管101a、101bと同一であってもよいし異なっていてもよい。   The plates 120a and 120b are formed of a conductive material such as metal. The material of the plates 120a, 120b may be the same as or different from the waveguides 101a, 101b.

図18は、プレート120aの構成例を示している。プレート120bの構造はプレート120aと同様である。図18上段は、プレート120aを、管軸102を通るz−x面で切断した断面図である。図18下段は、プレート120aを、z軸方向から正面視した図である。プレート120aは、中央に孔(開口)161を有する。孔161は円形である。プレート120aは、孔161の中心が、導波管101a、101bの管軸102と一致している。   FIG. 18 shows a configuration example of the plate 120a. The structure of the plate 120b is similar to that of the plate 120a. The upper part of FIG. 18 is a cross-sectional view of the plate 120 a taken along the z-x plane passing through the tube axis 102. The lower part of FIG. 18 is a front view of the plate 120a from the z-axis direction. The plate 120 a has a hole (opening) 161 at the center. The holes 161 are circular. In the plate 120a, the center of the hole 161 coincides with the tube axis 102 of the waveguides 101a and 101b.

孔161の外周に沿って、プレート120aの表面に溝121a、裏面に溝122aが設けられている。すなわち、溝121aはプレート120aのz軸プラス側の面に設けられている。溝122aは、プレート120aのz軸マイナス側の面に設けられている。   Along the outer periphery of the hole 161, a groove 121a is provided on the surface of the plate 120a, and a groove 122a is provided on the back surface. That is, the groove 121a is provided on the surface on the z-axis plus side of the plate 120a. The groove 122a is provided on the surface on the z axis negative side of the plate 120a.

なお、プレート120a、120bは、金属などの導電性材料と誘電体の組み合わせあってもよいし、誘電体のみで形成されていてもよい。溝の代わりに電磁バンドギャップ構造などの周期構造を形成してもよい。   The plates 120a and 120b may be a combination of a conductive material such as metal and a dielectric, or may be formed only of a dielectric. Instead of the groove, a periodic structure such as an electromagnetic band gap structure may be formed.

図17に示すように、プレート120aは、孔161の外周部分で、導波管101aの端部の結合面と結合されている。この結合面はプレート120aの溝121aに対向している。溝121aと反対側の溝122aは、導体層105aに対向している。プレート120bは、孔の外周部分で、導波管101bの端部の結合面に結合されている。この結合面はプレート120bの溝122bに対向している。プレート120bの溝121bは、高次モード伝送基板103の導体層105bに対向している。   As shown in FIG. 17, the plate 120 a is coupled to the coupling surface at the end of the waveguide 101 a at the outer peripheral portion of the hole 161. This coupling surface faces the groove 121a of the plate 120a. The groove 122a opposite to the groove 121a faces the conductor layer 105a. The plate 120b is coupled to the coupling surface of the end of the waveguide 101b at the outer peripheral portion of the hole. This coupling surface faces the groove 122b of the plate 120b. The groove 121 b of the plate 120 b faces the conductor layer 105 b of the high-order mode transmission substrate 103.

以上、本実施形態によれば、溝または周期構造を備えたプレートを、導波管と高次モード伝送基板との間に追加することにより、高次モード伝送基板と導波管との間における電磁波の漏洩を抑制し、効率的な伝送を実現できる。   As described above, according to the present embodiment, by adding the plate having the groove or the periodic structure between the waveguide and the high-order mode transmission substrate, the plate between the high-order mode transmission substrate and the waveguide can be obtained. Leakage of electromagnetic waves can be suppressed, and efficient transmission can be realized.

上述した各実施形態に係る高次モード伝送基板に、例えば、マジックT、ハイブリッド回路、T分岐回路、方向性結合器などを形成してもよい。上述の各種回路に係る伝送線路は、高次モード伝送基板本体の伝送線路と同一の種類のものであってもよいし、異なる種類のものであってもよい。高次モード伝送基板上にその他の回路を形成することで、無線通信システムを小型化できる。   For example, a magic T, a hybrid circuit, a T-branch circuit, a directional coupler or the like may be formed on the high-order mode transmission substrate according to each embodiment described above. The transmission lines according to the various circuits described above may be of the same type as the transmission lines of the high-order mode transmission substrate main body, or may be of different types. By forming other circuits on the high-order mode transmission substrate, the wireless communication system can be miniaturized.

また、上述の周期性、配置、対称性に関する条件が満たされているのであれば各部品に対して構成要素を追加してもよい。例えば、第1導波管、第2導波管、高次モード伝送基板、プレート上にネジ穴、溝、突起などが形成されていてもよいし、固定用の器具が接続されていてもよい。   In addition, components may be added to each component as long as the conditions regarding the periodicity, arrangement, and symmetry described above are satisfied. For example, the first waveguide, the second waveguide, the high-order mode transmission substrate, a screw hole, a groove, a protrusion, etc. may be formed on the plate, or a fixture for fixation may be connected. .

(第10の実施形態)
本実施形態では、第1〜9の実施形態のいずれかに係る高次モード結合器と接続される合成回路について説明する。
Tenth Embodiment
In this embodiment, a synthesis circuit connected to the high order mode coupler according to any of the first to ninth embodiments will be described.

図19は、高次モード結合器に結合される合成回路の例を示している。合成回路200は、高次モード伝送基板103に円形導波管のTE21モードが入力されたときのみ、高次モード信号vを出力する。合成回路200は、マジックT201〜203と、無反射終端211〜213とを備え、高次モード伝送基板103に接続されている。   FIG. 19 shows an example of a combining circuit coupled to a higher order mode coupler. The synthesis circuit 200 outputs the high-order mode signal v only when the TE21 mode of the circular waveguide is input to the high-order mode transmission substrate 103. The synthesis circuit 200 includes magic T201 to T203 and non-reflection terminations 211 to 213, and is connected to the high-order mode transmission substrate 103.

高次モード伝送基板103は、上述の各実施形態で説明した通りである。高次モード伝送基板の両面の中心には導波管101a、101b(図19において図示せず)が結合されている。高次モード伝送基板には4本の伝送線路が形成されている。一方の導波管から4本の伝送線路へ高次モードに係る電磁波が分岐され、分岐された電磁波はそれぞれ、u、u、u、uである。 The high-order mode transmission substrate 103 is as described in the above embodiments. Waveguides 101a and 101b (not shown in FIG. 19) are coupled to the centers of both sides of the high-order mode transmission substrate. Four transmission lines are formed on the high-order mode transmission substrate. The electromagnetic waves according to the high-order mode are branched from one waveguide to the four transmission lines, and the branched electromagnetic waves are u 1 , u 2 , u 3 and u 4 respectively.

マジックT201〜203は、和(Σ)ポート,差(Δ)ポート,その他2つの入出力ポート(0°,180°)の計4本のポートを備える。0°ポートおよび180°ポートに、等振幅で同相のマイクロ波を入力すると、和ポートから合成された電磁波を得ることができる。このとき、差ポートから電磁波は出力されない。また、0°ポートおよび180°ポートに等振幅で互いに逆相の関係にある電磁波を入力すると、差ポートから合成された電磁波を得ることができる。このとき、和ポートからは電磁波は出力されない。   The magic T201 to T203 have four ports in total: a sum (Σ) port, a difference (Δ) port, and two other input / output ports (0 ° and 180 °). When microwaves of the same amplitude and in phase are input to the 0 ° port and the 180 ° port, it is possible to obtain an electromagnetic wave synthesized from the sum port. At this time, no electromagnetic wave is output from the difference port. Further, when electromagnetic waves having the same amplitude and in opposite phase to each other are input to the 0 ° port and the 180 ° port, it is possible to obtain the electromagnetic wave synthesized from the difference port. At this time, no electromagnetic wave is output from the sum port.

無反射終端211〜213は、入力された電磁波を反射せずに終端させるデバイスである。無反射終端の例としては、誘電体を装荷した導波管やチップ抵抗を使った同軸無反射終端器があるが、その他の種類のデバイスを用いてもよい。   The non-reflection terminations 211 to 213 are devices for terminating input electromagnetic waves without reflecting them. Examples of non-reflective terminations include dielectric loaded waveguides and coaxial non-reflective terminations using chip resistors, although other types of devices may be used.

次に、合成回路200の動作について説明する。   Next, the operation of the synthesis circuit 200 will be described.

高次モード伝送基板103から出力される高次モードに係る電磁波u、uはマジックT201に入力される。電磁波u、uが等振幅で互いに逆相のとき、マジックT201の差ポートのみから合成信号が出力される。また、高次モード伝送基板103から出力される高次モードに係る電磁波u、uはマジックT203に入力される。電磁波u、uが等振幅で互いに逆相のとき、マジックT203からの差ポートのみから合成信号が出力される。そして、マジックT型202には、電磁波u、uの合成信号と、電磁波u、uの合成信号が入力される。電磁波u、uの合成信号と電磁波u、uの合成信号が等振幅で互いに同相のとき、マジックT202の和ポートから高次モード信号vが出力される。円形導波管のTE21モードを高次モード伝送基板103に入力すると、電磁波uとu、uとuが等振幅で互いに逆相になる。また、電磁波u、uの合成信号と電磁波u、uの合成信号が等振幅で互いに同相であるため、高次モード信号vが出力される。円形導波管のTE11モードやTM01モードなど、他のモードが高次モード伝送基板103に入力された場合、電磁波は無反射終端器201〜203で吸収され高次モード信号vは出力されない。 The electromagnetic waves u 3 and u 4 relating to the high-order mode output from the high-order mode transmission substrate 103 are input to the magic T 201. When the electromagnetic waves u 3 and u 4 have equal amplitudes and opposite phases to each other, a combined signal is output only from the difference port of the magic T 201. Also, electromagnetic waves u 1 and u 2 relating to the high-order mode output from the high-order mode transmission substrate 103 are input to the magic T 203. When the electromagnetic waves u 1 and u 2 have the same amplitude and the opposite phase, the combined signal is output only from the difference port from the magic T 203. Then, the synthetic signal of the electromagnetic waves u 3 and u 4 and the synthetic signal of the electromagnetic waves u 1 and u 2 are input to the magic T-type 202. When the composite signal of the electromagnetic waves u 3 and u 4 and the composite signal of the electromagnetic waves u 1 and u 2 have the same amplitude and the same phase, the high-order mode signal v is output from the sum port of the magic T 202. When the TE21 mode of the circular waveguide is input to the high-order mode transmission substrate 103, the electromagnetic waves u 3 and u 4 and u 1 and u 2 have equal amplitudes and opposite phases. Further, since the composite signal of the electromagnetic waves u 3 and u 4 and the composite signal of the electromagnetic waves u 1 and u 2 have the same amplitude and in phase with each other, the high-order mode signal v is output. When other modes such as TE11 mode and TM01 mode of a circular waveguide are inputted to the high-order mode transmission substrate 103, the electromagnetic waves are absorbed by the non-reflection terminators 201 to 203 and the high-order mode signal v is not outputted.

図20は、高次モード結合器に接続される合成回路の他の例を示している。合成回路200aは、マジックT201〜204と、無反射終端212、214とを備えている。高次モード伝送基板103の両面の中心には導波管101a、101b(図19において図示せず)が結合されている。合成回路200aの各構成要素の機能は、合成回路200の各構成要素と同様である。合成回路200aは、高次モード伝送基板103に円形導波管のTE21モードが入力されたとき高次モード信号v、円形導波管のTM01モードが入力されたとき高次モード信号vを出力する。 FIG. 20 shows another example of the synthesis circuit connected to the higher order mode coupler. The synthesis circuit 200a includes magic T201 to T204 and non-reflection terminations 212 and 214. Waveguides 101a and 101b (not shown in FIG. 19) are coupled to the centers of both surfaces of the high-order mode transmission substrate 103. The function of each component of the synthesis circuit 200 a is the same as each component of the synthesis circuit 200. The synthesis circuit 200 a receives the high-order mode signal v 1 when the TE 21 mode of the circular waveguide is input to the high-order mode transmission substrate 103 and the high-order mode signal v 2 when the TM 01 mode of the circular waveguide is input. Output.

次に、合成回路200aの動作について説明する。   Next, the operation of the synthesis circuit 200a will be described.

高次モード伝送基板103から出力される高次モードに係る電磁波u、uはマジックT201に入力される。電磁波u、uが等振幅で互いに逆相のとき、マジックT201の差ポートのみから合成信号が出力される。また、電磁波u、uが等振幅で互いに同相のとき、マジックT201の和ポートのみから合成信号が出力される。また、高次モード伝送基板103から出力される高次モードに係る電磁波u、uはマジックT203に入力される。電磁波u、uが等振幅で互いに逆相のとき、マジックT203の差ポートのみから合成信号が出力される。また、電磁波u、uが等振幅で互いに同相のとき、マジックT203の和ポートのみから合成信号が出力される。マジックT202は、マジックT201の差ポートから出力された電磁波u、uの合成信号と、マジックT203の差ポートから出力された電磁波u、uの合成信号が同相のとき高次モード信号vを出力する。マジックT204は、マジックT201の和ポートから出力された電磁波u、uの合成信号と、マジックT203の和ポートから出力された電磁波u、uの合成信号が同相のとき高次モード信号vを出力する。 The electromagnetic waves u 3 and u 4 relating to the high-order mode output from the high-order mode transmission substrate 103 are input to the magic T 201. When the electromagnetic waves u 3 and u 4 have equal amplitudes and opposite phases to each other, a combined signal is output only from the difference port of the magic T 201. When the electromagnetic waves u 3 and u 4 have the same amplitude and the same phase, the combined signal is output only from the sum port of the magic T 201. Also, electromagnetic waves u 1 and u 2 relating to the high-order mode output from the high-order mode transmission substrate 103 are input to the magic T 203. When the electromagnetic waves u 1 and u 2 have equal amplitudes and opposite phases to each other, a combined signal is output only from the difference port of the magic T 203. When the electromagnetic waves u 1 and u 2 have the same amplitude and the same phase, the combined signal is output only from the sum port of the magic T 203. Magic T202 is a high-order mode signal when the composite signal of electromagnetic waves u 3 and u 4 output from the differential port of magic T 201 and the composite signal of electromagnetic waves u 1 and u 2 output from the differential port of magic T 203 are in phase v Output 1 Magic T204 is a high-order mode signal when the composite signal of electromagnetic waves u 3 and u 4 output from the sum port of magic T 201 and the composite signal of electromagnetic waves u 1 and u 2 output from the sum port of magic T 203 are in phase Output v 2

本実施形態で説明した合成回路は、本発明の実施形態に係る高次モード結合器の適用例のひとつにしか過ぎない。本発明の実施形態に係る高次モード結合器をその他の回路や、無線通信装置に適用できる。   The synthesis circuit described in the present embodiment is only one of the applications of the high-order mode coupler according to the embodiment of the present invention. The high-order mode coupler according to the embodiment of the present invention can be applied to other circuits and wireless communication devices.

第2の適用例として、反射鏡アンテナの一次放射器との組み合わせが挙げられる。高次モード結合器を反射鏡アンテナの一次放射器に接続すると、基本モードと高次モードの指向性を形成できる。基本モードの指向性はアンテナ正面方向で最大の和パターンとなり、高次モードの指向性はアンテナ正面方向でヌルの差パターンとなる。このような組み合わせを用いることにより、モノパルス方式による到来角推定やビーム走査を行うことができる。   A second application example is the combination with the primary radiator of the reflector antenna. Connecting the high order mode coupler to the primary radiator of the reflector antenna can form the directivity of the fundamental mode and the high order mode. The directivity of the basic mode is the largest sum pattern in the front direction of the antenna, and the directivity of the higher mode is the difference pattern of nulls in the front direction of the antenna. By using such a combination, it is possible to perform arrival angle estimation and beam scanning by the monopulse method.

第3の応用例として、多重モード伝送の実現が挙げられる。上述のように本発明の実施形態に係る高次モード結合器は複数の伝播モードに係る電磁波を低損失で伝送できる。各々の伝播モードを使って別々のビット列を搬送すると、通信路容量が拡大し、大容量のデータ伝送が実現される。   The third application example is realization of multi-mode transmission. As described above, the high-order mode coupler according to the embodiment of the present invention can transmit electromagnetic waves relating to a plurality of propagation modes with low loss. By carrying separate bit sequences using each propagation mode, the channel capacity is expanded and large data transmission is realized.

第4の応用例として、物性定数の測定が挙げられる。導波管や導波管共振器の高次モードを使うと、複素誘電率など、物質の物性定数の測定を行うことができる。本発明の実施形態に係る高次モード結合器を用いると、測定器の小型化・軽量化を実現できる。   As a fourth application example, measurement of physical property constant can be mentioned. By using a waveguide or a high-order mode of a waveguide resonator, it is possible to measure physical property constants of a substance such as complex dielectric constant. By using the high-order mode coupler according to the embodiment of the present invention, downsizing and weight reduction of the measuring instrument can be realized.

なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、各実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。   The present invention is not limited to the above embodiments as it is, and at the implementation stage, the constituent elements can be modified and embodied without departing from the scope of the invention. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining the plurality of components disclosed in the above-described embodiments. Further, for example, a configuration in which some components are removed from all the components shown in each embodiment is also conceivable. Furthermore, the components described in different embodiments may be combined as appropriate.

10、11、12、13 断面形状
100、150 高次モード結合器
101a、101b 導波管
102 管軸
103、103a、103b 高次モード伝送基板
104、104a 伝送線路
105a、105b、105c、105d 導体層
106、106a、106b 開口
107 誘電体基板
108 誘電体層
109、109a 導体ビア
110、121a、122a、121b、122b 溝
111 凸部
112 周期構造
120a、120b プレート
130、160、161 孔
200、200a 合成回路
201、202、203、204 マジックT
211、212、213、214 無反射終端
10, 11, 12, 13 cross-sectional shape 100, 150 high-order mode coupler 101a, 101b waveguide 102 tube axis 103, 103a, 103b high-order mode transmission substrate 104, 104a transmission line 105a, 105b, 105c, 105d conductor layer 106, 106a, 106b Opening 107 Dielectric Substrate 108 Dielectric Layer 109, 109a Conductor Via 110, 121a, 122a, 121b, 122b Groove 111 Convex Part 112 Periodic Structure 120a, 120b Plate 130, 160, 161 Hole 200, 200a Composite Circuit 201, 202, 203, 204 Magic T
211, 212, 213, 214 non-reflection termination

Claims (13)

第1導波管と、
第2導波管と、
基板と、を備え、
前記基板は、第1面と、第1面に対向する第2面とを備え、
前記第1面は、前記第1導波管の端部の開口と結合される第1結合部を有し、
前記第2面は、前記第2導波管の端部の開口と結合される第2結合部を有し、
前記基板は、前記第1結合部と前記第2結合部との間の領域に結合された複数の伝送線路、を含む
高次モード結合器。
A first waveguide,
A second waveguide,
And a substrate,
The substrate includes a first surface and a second surface opposite to the first surface,
The first surface has a first coupling portion coupled to the opening of the end of the first waveguide,
The second surface has a second coupling portion coupled to the opening of the end of the second waveguide,
The substrate includes a plurality of transmission lines coupled to a region between the first coupling portion and the second coupling portion.
前記第1面は第1導体層により構成され、
前記第2面は第2導体層により構成され、
前記第1結合部は、前記第1導体層に形成される第1開口であり、
前記第2結合部は、前記第2導体層に形成される第2開口である
請求項1に記載の高次モード結合器。
The first surface is constituted by a first conductor layer,
The second surface is constituted by a second conductor layer,
The first coupling portion is a first opening formed in the first conductor layer,
The high order mode coupler according to claim 1, wherein the second coupling portion is a second opening formed in the second conductor layer.
前記第1開口と前記第2開口とに挟まれた前記基板の領域には、前記第1開口および前記第2開口と連通する第3開口が形成されている
請求項1または2に記載の高次モード結合器。
The height of the said 1st opening and the said 2nd opening is formed in the area | region of the said board | substrate pinched | interposed into the said 1st opening and the said 2nd opening. Next mode coupler.
前記基板の前記第1面と前記第2面との間の層は誘電体層である
請求項1ないし3のいずれか一項に記載の高次モード結合器。
The high-order mode coupler according to any one of claims 1 to 3, wherein a layer between the first surface and the second surface of the substrate is a dielectric layer.
前記基板の前記第1面と前記第2面との間の層は、導体層である
請求項3に記載の高次モード結合器。
The high-order mode coupler according to claim 3, wherein a layer between the first surface and the second surface of the substrate is a conductor layer.
前記複数の伝送線路は、前記第1導波管または前記第2導波管の管軸に関して軸対称である
請求項1ないし4のいずれか一項に記載の高次モード結合器。
The high-order mode coupler according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of transmission lines are axisymmetric with respect to a tube axis of the first waveguide or the second waveguide.
前記第1開口および前記第2開口の周囲に、前記基板を貫通する、前記第1導体層と前記第2導体層間を接続する複数の導体ビアが形成されている
請求項2に記載の高次モード結合器。
The high-order conductor according to claim 2, wherein a plurality of conductor vias which penetrate the substrate and connect the first conductor layer and the second conductor layer are formed around the first opening and the second opening. Mode coupler.
前記複数の導体ビアは、前記伝送線路を挟むように形成されている
請求項7に記載の高次モード結合器。
The high-order mode coupler according to claim 7, wherein the plurality of conductor vias are formed to sandwich the transmission line.
前記第1導波管の端部の前記第1面と対向する面に溝が形成されている、および/または、
前記第2導波管の端部の前記第2面と対向する面に溝が形成されている、
請求項1ないし8のいずれか一項に記載の高次モード結合器。
A groove is formed in a surface of the end of the first waveguide facing the first surface, and / or
A groove is formed in a surface of the end of the second waveguide opposite to the second surface,
The high order mode coupler according to any one of claims 1 to 8.
前記第1導波管の端部の前記第1面と対向する面に導電性材料による周期構造が形成されている、および/または、
前記第2導波管の端部の前記第2面と対向する面に導電性材料による周期構造が形成されている、
請求項1ないし8のいずれか一項に記載の高次モード結合器。
A periodic structure of a conductive material is formed on a surface of the end of the first waveguide opposite to the first surface, and / or
A periodic structure of a conductive material is formed on a surface of the end of the second waveguide opposite to the second surface,
The high order mode coupler according to any one of claims 1 to 8.
前記第1面において前記第1結合部の周囲に沿って、周期構造が形成されている、および/または、
前記第2面において前記第2結合部の周囲に沿って、周期構造が形成されている
請求項1ないし10のいずれか一項に記載の高次モード結合器。
A periodic structure is formed along the periphery of the first coupling portion on the first surface, and / or,
The high-order mode coupler according to any one of claims 1 to 10, wherein a periodic structure is formed along the periphery of the second coupling portion on the second surface.
前記第1導体層と、前記第1導波管との間に、第1導体基板が配置されており、前記第1導体基板は、前記第1開口と連通する第4開口を有し、前記第1導波管の前記端部の開口は前記第4開口に結合され、前記第4開口の周囲に沿って第1溝が形成されており、前記第1導波管の端部は、前記第1溝に対向し、および/または、
前記第2導体層と、前記第2導波管との間に、第2導体基板が配置されており、前記第2導体基板は、前記第2開口と連通する第5開口を有し、前記第2導波管の前記端部の開口は前記第5開口に結合され、前記第5開口の周囲に沿って第2溝が形成されており、前記第2導波管の端部は、前記第2溝に対向する、
請求項2に記載の高次モード結合器。
A first conductor substrate is disposed between the first conductor layer and the first waveguide, and the first conductor substrate has a fourth opening communicating with the first opening, An opening at the end of the first waveguide is coupled to the fourth opening, and a first groove is formed along a periphery of the fourth opening, and an end of the first waveguide is Face the first groove and / or
A second conductor substrate is disposed between the second conductor layer and the second waveguide, and the second conductor substrate has a fifth opening communicating with the second opening, An opening at the end of the second waveguide is coupled to the fifth opening, and a second groove is formed along the periphery of the fifth opening, the end of the second waveguide being Opposite the second groove,
The high order mode coupler according to claim 2.
前記基板は、前記第1導波管または前記第2導波管から前記複数の伝送線路へ入力された信号を受信し、受信した信号を合成することにより高次モード信号を取得する合成回路を含む
請求項1ないし12のいずれか一項に記載の高次モード結合器。
The substrate receives a signal input from the first waveguide or the second waveguide to the plurality of transmission lines, and a combining circuit configured to obtain a high-order mode signal by combining the received signals. The high order mode coupler according to any one of claims 1 to 12, comprising:
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