JP3386006B2 - 誘電体線路非可逆回路素子、誘電体線路装置および無線装置 - Google Patents

誘電体線路非可逆回路素子、誘電体線路装置および無線装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は誘電体線路を用い
た非可逆回路素子と、その素子を含む誘電体線路装置お
よびそれを用いた無線装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、非放射性誘電体線路(以下NRD
ガイドという。)を用いたサーキュレータについては電
子情報通信学会技報EMCJ92-54,MW92-94(1992-10)「60
GHz帯NRDガイドガン発振器」や、電子情報通信学
会論文誌C-I Vol.J77-C-I No.11 pp.592-598 1994年11
月「NRDガイドを用いた60GHz帯FMガン発振
器」に示されている。
【0003】上記NRD回路を用いたサーキュレータの
従来の構造を図9に示す。図9において1,2はそれぞ
れ導体板であり、この2つの導体板の間に3,4,5で
示す3つの誘電体ストリップを配してNRDガイドを構
成し、これらの3つの誘電体ストリップが突き合わされ
る部分にフェライト板6,7を配置している。そして導
体板1,2の外部からフェライト板6,7を挟む位置関
係に磁石8,9を配置している。
【0004】このような構造によって、フェライト板
6,7で構成されたフェライト共振器は誘電体線路を伝
わるLSM01モードの電磁波によってHE11δモー
ドで励振される。この時、直流磁界がフェライト板6,
7の面に垂直に加えられることで、フェライト板のフェ
リ磁性特性により、高周波磁界の回転する方向によって
フェライト板の透磁率が異なるため、偏波面が回転し、
サーキュレータとして作用する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、NRDガイ
ドを用いた従来のサーキュレータにおいては、フェライ
ト板に直流磁界を印加するための磁石を単体で配置して
いるため、フェライト板に対する磁界の印加効率が悪
い。また、単体の磁石からの漏れ磁界によって他の部品
へ影響を与えたり、他の磁性体が近接した際に、フェラ
イト板に対する直流磁界が変化するというおそれもあっ
た。
【0006】そこで、従来よりマイクロ波帯で用いられ
ているサーキュレータの磁気回路の構成が考えられる。
しかし、マイクロ波帯ではマイクロストリップラインな
どで入出力端子を任意の場所に導くことができるが、N
RDガイドの場合には、上下の導体板の間を伝送ライン
としての誘電体ストリップが通る構造であるため、その
誘電体ストリップの電界に影響を与えないようにしなけ
ればならない。そのため従来のマイクロ波帯におけるサ
ーキュレータで用いられている磁気回路をそのまま用い
ることはできない。
【0007】この発明の目的は、上述した問題点を解消
した誘電体線路非可逆回路素子、それを含む誘電体線路
装置およびそれを用いた無線装置を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明の誘電体線路非
可逆回路素子は、略平行な2つの導体平面間の所定位置
にフェリ磁性体を配置し、該フェリ磁性体が配置される
位置より放射状に配される誘電体ストリップと前記平行
な2つの導体平面とで誘電体線路を構成し、非可逆特性
を生じさせるように、前記フェリ磁性体を挟む少なくと
も一方の位置に磁石を、他方の位置に磁石または磁極を
それぞれ配するとともに、両者間の磁路を構成する磁性
体部材を設け、該磁性体部材で、誘電体線路とともに一
方の磁石と他方の磁石または磁極を挟持し、且つ導体平
面を成す導体板の側壁を構成する。
【0009】このようにフェライト板などのフェリ磁性
体板を挟む位置に配置される磁石と磁石との間、または
磁石と磁極との間に、磁性体部材による閉磁路が構成さ
れるため、磁石からの漏れ磁界が抑えられ、同じ起磁力
を有する磁石を用いてもフェリ磁性体板に対する直流磁
界の強度が向上する。また他の部品への漏れ磁界による
影響が抑えられ、磁性体が近接した時の、フェリ磁性体
板に対する直流磁界の変化も抑えられる。
【0010】また、この発明の誘電体線路非可逆回路素
子は、前記磁性体部材を、前記導体平面を固定する磁性
体材料から成るネジとする。この構成により、誘電体線
路と磁石とが前記磁性体部材によって収納された形とな
り、非可逆回路素子を一体として構成することができ
る。
【0011】また、この発明の誘電体線路非可逆回路素
子は、前記誘電体ストリップを、前記フェリ磁性体板を
中心とする略120°の角度毎に配置したものとし、前
記磁性体部材を前記誘電体ストリップの位置を避ける位
置で且つ前記フェリ磁性体板を中心とする略120°の
角度毎に配置する。これにより3ポートのサーキュレー
タとすることができる。
【0012】前記磁性体部材は前記誘電体ストリップか
ら前記誘電体線路の線路上での波長の1/4以上離れた
位置に設ける。このことにより磁性体部材が誘電体線路
の電磁界に対してほとんど影響を与えることがない。
【0013】また、この発明の誘電体線路装置は前記誘
電体線路非可逆回路素子を誘電体線路の途中に設ける。
【0014】更にこの発明の無線装置は前記誘電体線路
装置に電磁波の送信部または受信部を設けて構成する。
【0015】
【発明の実施の形態】この発明の第1の実施形態に係る
NRDガイドを用いたサーキュレータの構成を図1〜図
4を参照して説明する。
【0016】図1の(A)と(B)は、異なるタイプの
サーキュレータについて、それぞれ分解斜視図として示
している。同図の(A)において1,2はそれぞれ導体
板であり、対向面が略平行な平面を構成する。この2つ
の導体板1,2の間に3,4,5で示す誘電体ストリッ
プを120°の角度毎に放射状に配して3つのNRDガ
イドを構成する。この放射状に配置した3つの誘電体ス
トリップ3,4,5の中心部分に6,7で示す2つのフ
ェライト板を配置している。このフェライト板6,7を
誘電体ストリップ3,4,5の導体板1,2に接する面
付近に配置するために、誘電体チューブを挟んで、その
両端面にフェライト板6,7を配置するようにしてもよ
い。また、誘電体ストリップと3,4,5のそれぞれの
放射中心に面する側に段差部を設けておき、その段差部
にフェライト板6,7を載置することによってフェライ
ト板6,7と誘電体ストリップ3,4,5との相対位置
関係を定めるようにしてもよい。
【0017】導体板1,2の外面側には円柱形状の磁石
を収納するための凹部を形成している。1dは上部の導
体板1に形成した凹部である。10,11はそれぞれ磁
性体部材であり、それぞれ10a,10b,10c,1
1a,11b,11cで示す側壁を備えている。
【0018】これらの部品を組み立てる際、導体板1,
2の間に誘電体ストリップ3,4,5およびフェライト
板6,7を挟み込み、導体板1,2の凹部に磁石8,9
を収納し、更にその外側から磁性体部材10,11で挟
み込むことによって、非可逆回路素子を一体として構成
する。
【0019】導体板1,2には、誘電体ストリップ3,
4,5の位置を避ける位置で120°毎に1a,1b,
1c,2a,2b,2cで示す切欠部(切欠形状の部
分)を形成している。上記磁性体部材10,11のそれ
ぞれの側壁はその切欠部に係合する。したがって、中心
からそれぞれ120°の角度毎に3方向に広がる誘電体
ストリップと磁性体板の側壁が通る位置とは角度にして
60度分ずらせている。
【0020】図1の(B)に示す例では、上部の磁性体
板10を平板形状とし、下部の磁性体部材11の側壁1
1a,11b,11cの端部が磁性体板10に係合する
ようにしている。その他の構成は(A)の場合と同様で
ある。
【0021】図2は図1の(A)に示したサーキュレー
タの組み立て状態における断面図であり、(B)はその
上面図、(A)は(B)におけるA−A部分の断面図で
ある。上下の導体板1、2の対向面は平行な導体平面を
構成し、その導体平面とその間に配置した誘電体ストリ
ップ4とによってNRDガイドを構成している。ここで
伝送すべきミリ波の電磁波の波長をλとすると、導体板
1,2の対向間隔をλ/2より狭くすることによって、
誘電体ストリップのない部分において導体板に平行な偏
波の電磁波の伝搬を遮断する。磁性体板の側壁11a,
11bと誘電体ストリップ4との距離は、最も短いとこ
ろでもλg/4(ここでλgは線路上での波長)以上と
なるように定める。このことにより誘電体ストリップ4
部分以外の、導体板1,2で挟まれる空間に漏れる電磁
界に対してほとんど影響を与えることがない。
【0022】図3は2つのフェライト板部分を通る中央
の断面部分における磁界分布を示す図である。また、図
4は従来のサーキュレータにおける磁界分布を示す図で
ある。図中の曲線は磁力線を表している。両図を対比す
れば明らかなように、図3に示すように磁石8,9と磁
性体部材10,11とによって閉磁路を構成し、その磁
気回路の途中にフェライト板6,7を設けることによっ
て、フェライト板6,7に対する直流磁界の強度が向上
する。また磁性体部材10,11より外側にはほとんど
磁界が漏れない。
【0023】次に第2の実施形態に係るNRDガイドサ
ーキュレータの構成を分解斜視図として図5に示す。同
図において1,2は円板形状の導体板であり、その間に
3,4,5で示す誘電体ストリップを配置し、先に示し
た実施形態の場合と同様にフェライト板6,7を中心部
分に配置する。導体板1,2の外面側には磁石8,9を
収納する凹部を形成している。1dは上部の磁石8を収
納する凹部である。12,13は磁性体板、14a,1
4b,14cはそれぞれ磁性体ネジであり、磁性体板1
2には磁性体ネジ14a,14b,14cが通る孔12
a,12b,12cを形成していて、磁性体板13には
磁性体ネジ14a,14b,14cが螺合するネジ穴1
3a,13b,13cを形成している。また導体板1,
2にも上記磁性体ネジ14a,14b,14cが通る孔
1e,1f,1g,2e,2f,2gをそれぞれ形成し
ている。
【0024】上記各構成部材を順次積層し、磁性体ネジ
14a,14b,14cを下部の磁性体板13のそれぞ
れのネジ穴13a,13b,13cに螺合させることに
よってこれらを一体化する。その状態で上下の磁性体板
12,13と磁性体ネジ14a,14b,14cは、磁
石8,9を含む磁気回路の閉磁路を構成する。
【0025】図1および図5に示した例では、フェライ
ト板を挟む位置に2つの磁石を配置したが、その内のい
ずれか一方は磁極であってもよい。その例を第3の実施
形態として図6に示す。図6において15は下部の磁性
体板13に接着または溶着した磁極である。その他の構
成は図5の場合と同様である。
【0026】次に、ミリ波レーダモジュールに適用した
例を図7および図8を参照して説明する。
【0027】図7は上部の導体板を取り除いた状態での
ミリ波レーダモジュール全体の平面図、図8はそのブロ
ック図である。このモジュールは大きく分けてオシレー
タ100、アイソレータ101、カプラ102、サーキ
ュレータ104、カプラ105、ミキサ106、および
1次放射器107の各ユニットからなる。各ユニット間
はNRDガイドを伝送路として接続している。オシレー
タ100はガンダイオードとバラクタダイオードを備え
ていて、アイソレータ101の入力ポートへ発振信号を
出力する。アイソレータ101は、サーキュレータと、
そのサーキュレータの反射信号が取り出されるポートに
接続した終端器21とによって構成している。サーキュ
レータは第1〜第3のいずれかの実施形態に示した構成
を採る。カプラ102は2つの誘電体ストリップを近接
させてLo(ローカル)信号を取り出す。サーキュレー
タ104は送信信号を1次放射器107側へ出力し、1
次放射器107からの受信信号をカプラ105側へ出力
する。カプラ105は受信信号とLo信号とをカップリ
ングして、ミキサ106に対して必要な2つの信号を与
える。ミキサ106はこの2つの信号を平衡型ミキシン
グしてIF(中間周波)信号を得る。上記ミリ波レーダ
モジュールのコントローラは、たとえばFM−CW方式
でオシレータ100の発振周波数を制御するとともにI
F信号を信号処理して、探知物体までの距離と相対速度
を求める。
【0028】尚、以上に示した実施形態では、導体板の
対向する間隔を、伝送すべきミリ波の半波長以下にする
ことによって、誘電体ストリップのない部分における電
磁波の伝搬を遮断するNRDガイドに適用したが、本願
発明はNRDガイドに限らず誘電体線路一般に適用し得
る。
【0029】また非可逆回路素子の例として3ポートの
サーキュレータを示したが、その導体平面に略平行で且
つ誘電体ストリップの導体平面に接する面付近にフェリ
磁性体板を配置して、そのテンソル透磁率を利用して非
可逆回路特性を有する素子に一般に適用されるものであ
る。
【0030】各実施形態では誘電体ストリップの導体板
の接する面付近にそれぞれフェライト板を配置したが、
いずれか一方にのみフェライト板を配置してもよい。ま
たフェライト板は1枚や2枚に限らず、複数枚を所定箇
所に配置してもよい。またフェライト板は円板状である
必要はなく、例えば多角形板状であってもよい。
【0031】
【発明の効果】この発明によれば、フェライト板などの
フェリ磁性体板を挟む位置に配置される磁石と、磁石ま
たは磁極との間に磁性体部材による閉磁路が構成される
ため、磁石からの漏れ磁界が抑えられ、フェリ磁性体板
に対する直流磁界の強度を容易に向上させることができ
る。また他の部品への漏れ磁界による影響が抑えられ、
磁性体が近接した時の、フェリ磁性体板に対する直流磁
界の変化も抑えられる。
【0032】しかも、磁性体部材によって誘電体線路と
磁石などの位置を固定し、それらからなる誘電体線路非
可逆回路素子を一つの素子として構成することができ
る。
【0033】また請求項に係る発明によれば、3ポー
トのサーキュレータを容易に構成できる。
【0034】さらに請求項4,5に係る発明によれば、
磁性体部材が誘電体線路の電磁界に対してほとんど影響
を与えることがなく、所望の特性が容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係るNRDガイドサーキュレ
ータの分解斜視図
【図2】同サーキュレータの平面図および断面図
【図3】フェライト板部分を通る磁界分布の例を示す図
【図4】従来のサーキュレータにおけるフェライト板部
分を通る磁界分布の例を示す図
【図5】第2の実施形態に係るNRDガイドサーキュレ
ータの分解斜視図
【図6】第3の実施形態に係るNRDガイドサーキュレ
ータの分解斜視図
【図7】ミリ波レーダモジュールの構成を示す図
【図8】同ミリ波レーダモジュールのブロック図
【図9】従来のNRDガイドサーキュレータの構成を示
す分解斜視図
【符号の説明】
1,2−導体板 1a,1b,1c−切欠部 2a,2b,2c−切欠部 1d−凹部 3,4,5−誘電体ストリップ 6,7−フェライト板 8,9−磁石 10,11−磁性体部材 10a,10b,10c−側壁 11a,11b,11c−側壁 12,13−磁性体板 14−磁性体ネジ 15−磁極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−186507(JP,A) 特開 平7−235809(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01P 1/383 H01P 3/16 H01P 5/02 607

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 略平行な2つの導体平面間の所定位置に
    フェリ磁性体を配置し、該フェリ磁性体が配置される位
    置より放射状に配される誘電体ストリップと前記平行な
    2つの導体平面とで誘電体線路を構成し、非可逆特性を
    生じさせるように、前記フェリ磁性体を挟む少なくとも
    一方の位置に磁石を、他方の位置に磁石または磁極を
    れぞれ配するとともに、両者間の磁路を構成する磁性体
    部材を設け、該磁性体部材で、前記誘電体線路とともに
    前記一方の磁石と他方の磁石または磁極を挟持し、且つ
    前記導体平面を成す導体板の側壁を構成した誘電体線路
    非可逆回路素子。
  2. 【請求項2】 略平行な2つの導体平面間の所定位置に
    フェリ磁性体を配置し、該フェリ磁性体が配置される位
    置より放射状に配される誘電体ストリップと前記平行な
    2つの導体平面とで誘電体線路を構成し、非可逆特性を
    生じさせるように、前記フェリ磁性体を挟む少なくとも
    一方の位置に磁石を、他方の位置に磁石または磁極をそ
    れぞれ配するとともに、両者間の磁路を構成する磁性体
    部材として、前記導体平面を成す導体板同士を固定する
    磁性体材料からなるネジを設けたことを特徴とする誘電
    体線路非可逆回路素子。
  3. 【請求項3】 前記誘電体ストリップは前記フェリ磁性
    体板を中心とする略120°の角度毎に配置したもので
    あり、前記磁性体部材を前記誘電体ストリップの位置を
    避ける位置で且つ前記フェリ磁性体板を中心とする略1
    20°の角度毎に配置したことを特徴とする請求項1ま
    たは2に記載の誘電体線路非可逆回路素子。
  4. 【請求項4】 前記磁性体部材は前記誘電体ストリップ
    から前記誘電体線路の線路上での波長の1/4以上離れ
    た位置に設けた請求項1〜3のうちいずれかに記載の誘
    電体線路非可逆回路素子。
  5. 【請求項5】 略平行な2つの導体平面間の所定位置に
    フェリ磁性体を配置し、該フェリ磁性体が配置される位
    置より放射状に配される誘電体ストリップと前記平行な
    2つの導体平面とで誘電体線路を構成し、非可逆特性を
    生じさせるように、前記フェリ磁性体を挟む少なくとも
    一方の位置に磁石を、他方の位置に磁石または磁極をそ
    れぞれ配するとともに、両者間の磁路を構成する磁性体
    部材を 前記誘電体ストリップから前記誘電体線路の線路
    上での波長の1/4以上離れた位置に設けたことを特徴
    とする誘電体線路非可逆回路素子。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のうちいずれかに記載の誘
    電体線路非可逆回路素子を誘電体線路回路の途中に設け
    て成る誘電体線路装置。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載の誘電体線路装置に電磁
    波の送信部または受信部を設けて成る無線装置。
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