JP3491687B2 - 導波管マイクロ波回路またはミリ波回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、結合孔を有する導
波管マイクロ波回路またはミリ波回路に関し、特に、結
合孔を介して導波管を結合し所望特性の導波管回路を構
成する導波管マイクロ波回路またはミリ波回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電磁波を伝搬する主導波路を構成
する主導波管から他の導波管（「副導波管」という）へ
電磁波を分岐、結合する機能を有する導波管マイクロ波
回路またはミリ波回路としては、例えば、副導波管への
マイクロ波ないしミリ波信号を結合する結合器（以下、
「カップラ」ともいう）、副導波管を共振器とする導波
管キャビティ（空洞）（以下、「キャビティ」ともい
う）等が広く利用されている（“Microwave filters, i
mpedance-matching networks, and coupling structure
s”George L. Matthaei, Leo Young and E.M.T.Jones,
McGraw-Hill Book Company，pp.725〜757）。

【０００３】図１２は、結合器を構成した導波管マイク
ロ波回路またはミリ波回路の例を示す図である。電磁波
を伝搬する主導波路を構成する主導波管１と副導波管２
とからなり、主・副導波管の接続部の主導波管側に両者
を電磁的に結合させるための長孔状の結合孔３と入出力
端子２１、２２及び副導波管２の出力端子２３とから構
成される。

【０００４】図１３は、キャビティを有する導波管マイ
クロ波回路またはミリ波回路の例を示す図である。電磁
波を伝搬する主導波路を構成する主導波管１と、端部を
短絡した円筒状の副導波管で構成されたキャビティ７と
からなり、主導波管１に結合孔３とキャビティ４の側壁
部に共振周波数調整用の調整ネジ５を有する。

【０００５】更に図１４（ａ）〜（ｃ）は、キャビティ
を有する導波管マイクロ波回路またはミリ波回路の他の
構成例を示す図であり、それぞれのキャビティ７は矩形
導波管で構成され、主導波管１への接続位置及び両者を
電磁的に結合させるための結合孔３の長孔の方向等が図
１３に示すものと相違する構造を有している。

【０００６】以上の結合孔を有する導波管マイクロ波回
路またはミリ波回路において、主導波管１の結合孔３と
しては、主導波管１のｘｚ面に平行な厚さＴの管壁に設
けられ、例えば図１５に示す形状のものその他が利用で
きる。結合孔の大きさ形状は、長径２Ｃ、短径２Ｄ等に
より規定することができる。

【０００７】なお、導波管キャビティの共振周波数の共
振周波数の調整機構としては、図１３に示すような調整
ネジの代わりに可動短絡版（図示せず）などが備えられ
ることもある。

【０００８】（等価回路と動作）次に、結合孔を介して
導波管を結合した導波管マイクロ波回路またはミリ波回
路の動作及び特性について図１３に示す構成を例にとり
説明する。

【０００９】図１３に示す構成の結合孔を有する導波管
マイクロ波回路またはミリ波回路は、近似的には図１６
（ａ）の等価回路で表される。ここで、Ｚ０は主導波管
の特性インピーダンス、Ｚ１は副導波管（キャビティ）
の断面（ｘｚ面に平行な平面でのキャビティ断面）がそ
のまま一様に延長された導波管の特性インピーダンスで
ある。キャビティは副導波管が電気長θの位置にて短絡
されることにより形成されている。なお、Ｋはインピー
ダンス反転回路を表している。

【００１０】図１６（ａ）に示す等価回路において、Ｘ
ａは主・副導波管の断面形状や結合孔３の位置、形状お
よび大きさ（２Ｃ、２Ｄ）から決まるリアクタンスであ
り、通常、容量性（負の値）となる。Ｘａは結合孔が小
さいほど（すなわち結合量が小さいほど）その絶対値が
大きくなるが、周波数による変化は少ない。

【００１１】図１６（ａ）の等価回路のうち、Ａ点から
短絡面側を見たインピーダンスをｊＸｂと表すと、図１
６（ａ）は同図（ｂ）のように置き換えることができ
る。ここで、Ｘｂは当然Ｂ点から短絡面側を見たインピ
ーダンスにより変化するから、Ｘｂは周波数に対する依
存性が強く、周波数によって誘導性や容量性に変化す
る。しかしＸｂは結合孔の大きさには依存しない。

【００１２】図１６（ｂ）の等価回路や以上の説明から
明らかなように、キャビティとしては、 Ｘｂ（周波数の関数）＝−Ｘａ（結合孔寸法の関数） を満足する周波数、すなわちＸｂが誘導性でありかつＸ
ａの絶対値と等しくなるような周波数Ｆｒにおいて図１
６（ｂ）の回路は共振する。その意味では、図１６
（ｂ）は模式的に図１６（ｃ）に示すように「周波数Ｆ
ｒにて所定のＱ値で共振する回路」として表すことがで
きる。

【００１３】ここで、キャビティとしての特性は、Ｘａ
の絶対値が大きいとき、すなわち結合量が小さいとき、
共振時のキャビティのＱ値は大きくなり、特性は周波数
に対して急峻に変化する。

【００１４】図１７は、図１３に示す構成を用い、キャ
ビティの共振周波数が２０ＧＨｚとなるようキャビティ
の寸法を選んだときの反射・通過特性計算値を示す図で
ある。簡単のため、計算値はキャビティの無負荷Ｑが∞
の場合（キャビティ内部の損失が全くない場合）として
いる。共振周波数において、反射電力は入力電力と等し
くなり（０ｄＢ）、通過電力は０（−∞ｄＢ）となるこ
と、つまり図１３の構成が入出力端子から見て全反射と
なっていることがこのグラフから分かる。また前述のと
おり、結合孔３が小さくなるとＱ値が大きくなっている
こと（つまり、周波数に対し特性の変化が急峻になって
いること）が分かる。

【００１５】図１３、図１４（ａ）〜（ｃ）に示す導波
管キャビティは、上述の共振特性により、帯域阻止濾波
器（Band Elimination Filter、以下「ＢＥＦ」ともい
う）や移相回路等のマイクロ波回路またはミリ波回路の
構成要素として広く用いられている。

【００１６】図１８は、導波管キャビティをＢＥＦに利
用した構成例を示している。このＢＥＦは、図１３に示
す構成要素の主導波管と結合孔とキャビティとからなる
導波管回路を複数段、縦続接続することにより構成され
る。キャビティの間隔は一般には管内波長の（２ｎ＋
１）／４［ｎ＝０，１，２，…］に設定される。このよ
うなＢＥＦは図１９の等価回路により表わされる。

【００１７】なお、図１８においてキャビティ側壁にネ
ジが設けられているが、これは前述の通りキャビティの
共振周波数を調整するためのもので、従来より広く用い
られている。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】副導波管へのマイクロ
波ないしミリ波信号を結合する結合器、副導波管を共振
器とする導波管キャビティ等、従来の結合孔を介して導
波管を結合した導波管マイクロ波回路またはミリ波回路
においては、所望の結合量を得るための結合孔の寸法
は、計算により近似的には求めることができる。しか
し、このような計算精度は高くないため、計算により実
際のマイクロ波又はミリ波回路を製作しても所望の特性
を得ることは困難である。このため、多くの場合、所望
の結合量を与える結合孔寸法は、実際にキャビティモデ
ルを製作して実験的に求める必要がある（問題点１）。

【００１９】また、試作等により所望の結合量を得るた
めの結合孔の寸法が得られたとしても、実際には製造に
よる寸法のバラツキが生じるため、試作等で確認できた
結合量が製造毎につねに再現できるとは限らず、必要な
電気性能を確実に得ることが困難である（問題点２）。

【００２０】特に、実際の帯域阻止濾波器（ＢＥＦ）の
製作においては、ＢＥＰの特性は複数のキャビティの特
性の組合せでなるから、前記の問題点１、２が特に顕著
となる。

【００２１】試作等により実際にキャビティモデルを製
作して実験的に所望の結合量を得るための結合孔の寸法
が求められも、実際には製造による各キャビティの寸法
のそれぞれのバラツキにより、試作で確認できた結合量
が製造毎につねに再現できるとは限らないから、所望の
周波数特性を実現することは極めて困難なものとなる。

【００２２】まず、前記問題点１に関しては、仮にキャ
ビティモデルの製作により解消するとしても、この場合
の設計製作工程においては、「ＢＥＦ１次設計」→「キ
ャビティモデルの設計・製作」→「キャビティモデルの
実測評価」→「ＢＥＦ２次設計（１次設計の補正）」→
「ＢＥＦ製作」という過程を必要とし、設計・開発コス
トの増大と設計期間の長期化を招くことになる。

【００２３】更に、前記問題点２に関しては、機械加工
には限界があり、ある程度の製作誤差は不可避である。
この結果、例えば製作誤差として結合孔が長さＣのみ１
００分の数ミリだけ大きくなっただけでも、その電気特
性は大きく異なるものとなり後述する通りＢＥＦとして
の要求性能は満足しなくなる。

【００２４】（発明の目的）本発明の目的は、主導波管
と副導波管との電磁的な結合量の調整を可能とする導波
管マイクロ波回路またはミリ波回路を提供することにあ
る。

【００２５】本発明の他の目的は、主導波管と該主導波
管に設けた導波管キャビティとの電磁的な結合量を調整
することにより所望の周波数特性を実現することを可能
とする導波管マイクロ波回路またはミリ波回路を提供す
ることにある。

【００２６】本発明の他の目的は、主導波管と該主導波
管に設けた複数の導波管キャビティとの電磁的な結合量
を調整することにより所望の帯域阻止濾波特性を実現す
ることを可能とする導波管マイクロ波回路またはミリ波
回路を提供することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、結合孔
を介して複数の導波管が接続された導波管回路におい
て、電磁的な結合の調整手段の結合量調整ネジが設けら
れたことにある。主導波管の内部に調整ネジを挿入し挿
入量を調整することにより、副導波管への結合量を調整
することを可能とする。つまり、本発明の導波管マイク
ロ波回路またはミリ波回路は、管壁に管軸方向に長孔形
状に形成された結合孔を有する矩形導波管でなる主導波
管と、前記主導波管の前記結合孔を介して電磁的に結合
する副導波管と、前記主導波管の前記結合孔を有する管
壁に対し直角な管壁に設けられ、導波管内の結合孔の近
傍に突出する電磁的な結合の調整手段として導波管内部
に突出する先端部を有し内部への挿入量を調整可能な結
合量調整ネジを有する。

【００２８】 また、前記調整手段は主導波管の側壁を
貫通、螺合する調整ネジであること、主導波管と副導波
管により結合器を構成すること、前記副導波管は導波管
キャビティを構成すること、前記副導波管は円形導波管
であること等を特徴とする。

【００２９】そして、前記結合器を構成する導波管マイ
クロ波回路またはミリ波回路は、主導波管と副導波管が
共通管壁で接続され、前記共通管壁に複数の結合孔が形
成されていることを特徴とする。

【００３０】 さらに本発明の導波管マイクロ波回路ま
たはミリ波回路は、管壁に管軸方向に長孔形状に形成さ
れた、管軸方向の複数の結合孔を有する矩形導波管でな
る主導波管と、前記主導波管の前記複数の結合孔を介し
て電磁的に結合され、それぞれが導波管キャビティを構
成する複数の副導波管と、前記主導波管の前記結合孔を
有する管壁に対し直角な管壁に設けられ、導波管内の結
合孔の近傍に突出する電磁的な結合の調整手段としてそ
れぞれ導波管内部に突出する先端部を有し内部への挿入
量を調整可能な結合量調整ネジを有する。また、前記調
整手段は主導波管の側壁を貫通して螺合する調整ネジで
あること、前記副導波管は円形導波管であることを特徴
とする。

【００３１】（作用）結合孔を介して導波管を接続した
導波管マイクロ波回路またはミリ波回路においては、主
導波管から副導波管への結合量は、ほぼ「Ｈｚ１の大き
さ」×「Ｈｚ２の大きさ」×「結合孔のｚ軸方向の磁気
ダイポール偏極率」により決定され（ここで、Ｈｘ１、
Ｈｚ１：主導波管内の結合孔付近における磁界ベクトル
のｘ成分、ｚ成分、Ｈｘ２及びＨｚ２：副導波管内の結
合孔付近における磁界ベクトルのｘ成分、ｚ成分）、前
記「磁気ダイポール偏極率」の値は結合孔の形状や大き
さによって決まる。結合孔の設計誤差やバラツキによる
前記結合量の変化を主導波管内の結合孔付近における磁
界ベクトルの制御により補正、調整する。

【００３２】また、副導波管をキャビティ構成とした場
合、キャビティの共振時のＱ値は、結合量を小さくする
（Ｘａの絶対値を大きくする）ことにより増大し、逆に
結合量を大きくする（Ｘａの絶対値を小さくする）こと
により低下するから、上式の「Ｈｚ１の大きさ」、「Ｈ
ｚ２の大きさ」のいずれかを変化させることにより所望
のＱ値を得る。

【発明の実施の形態】（基本構成の説明）次に、本発明
の導波管マイクロ波回路またはミリ波回路の一実施の形
態を図面を参照して説明する。

【００３３】図１は、本発明の一実施の形態を示す図で
ある。本実施の形態は、結合孔を介して導波管を結合し
た導波管マイクロ波回路またはミリ波回路として、主導
波管１に結合孔３を介して副導波管２を接続した導波管
回路の例であり、主導波管側に電磁的な結合の調整手段
として内部への挿入量を調整可能な結合量調整ネジ８を
設けた構成例である。

【００３４】副導波管２は主導波管１の上面側壁の結合
孔３の位置に接続され、結合孔３は主導波管１のｚ軸
（管軸）方向に長孔形状に形成されている。また、主導
波管１の前記結合孔３の近傍において、ｙ軸方向の側壁
を貫通し、導波管内部に突出する先端部を有し、ｘ軸方
向に移動可能に螺入する結合量調整ネジ４を備えてい
る。この導波管マイクロ波回路またはミリ波回路は、端
子１１、１２、１３により３端子カップラとして利用可
能な構成例であり、結合量調整ネジ８により端子１１か
ら端子１３（あるいは端子１２から端子１３）への結合
量を調整することが可能である。

【００３５】まず、図１に示す構成を例にとり、本発明
の主導波管から副導波管への電磁的な結合と結合孔との
関係を詳細に説明する。

【００３６】結合孔を介して導波管を結合した導波管マ
イクロ波回路またはミリ波回路においては、主導波管か
らキャビティへの結合量は、［「Ｈｘ１の大きさ」×
「Ｈｘ２の大きさ」×「結合孔のｘ軸方向の磁気ダイポ
ール偏極率」］と［「Ｈｚ１の大きさ」×「Ｈｚ２の大
きさ」×「結合孔のｚ軸方向の磁気ダイポール偏極
率」］の和にほぼ比例する。

【００３７】ここで、Ｈｘ１、Ｈｚ１は、主導波管内の
結合孔付近における磁界ベクトルのｘ成分、ｚ成分であ
り、またＨｘ２、Ｈｚ２は、副導波管内の結合孔付近に
おける磁界ベクトルのｘ成分、ｚ成分である。また「磁
気ダイポール偏極率」は結合孔の形状や大きさによって
決まる値であり、結合孔がある方向に対して大きな寸法
を有していた場合、その方向の「磁気ダイポール偏極
率」は大きくなる。

【００３８】たとえば、結合孔が図１５に示すようにｚ
軸方向に長軸を向けた楕円の場合、その高さＴ（管壁の
厚さ）が０であれば、結合孔のｚ軸方向及びｘ軸方向の
「磁気ダイポール偏極率」は、それぞれ、 「結合孔のｚ軸方向の磁気ダイポール偏極率」＝（π・
Ｃ^３）／（３・ｌｎ（４Ｃ／Ｄ）−１） 「結合孔のｘ軸方向の磁気ダイポール偏極率」＝（π・
Ｃ・Ｄ^２）／３ として求められる。この式から明らかなように、Ｃ＞＞
Ｄの場合、「結合孔の短軸方向（ｘ軸方向）の磁気ダイ
ポール偏極率」は「結合孔の長軸方向（ｚ軸方向）の磁
気ダイポール偏極率」よりはるかに小さい。長穴の場合
も同様であるから、主導波管からキャビティへの結合量
は、ほぼ、 「Ｈｚ１の大きさ」×「Ｈｚ２の大きさ」×「結合孔の
ｚ軸方向の磁気ダイポール偏極率」 により決定される。

【００３９】なお、「磁気ダイポール偏極率」の値は、
図１５のような楕円形の結合孔や円形の結合孔の場合に
前述のように計算にて求められるが、長穴の結合孔の場
合は計算によって正確に求めることは非常に困難であ
る。また、楕円形や円形の場合でも、厳密には結合孔の
高さ（管壁の厚さ）によって変わるため、計算により厳
密に得ることは困難であり、多くの場合、結合孔の電気
的特性は、実際にキャビティモデルを製作して実験的に
求められる。

【００４０】このように、主導波管から副導波管への結
合量は、「Ｈｚ１の大きさ」×「Ｈｚ２の大きさ」×
「結合孔のｚ軸方向の磁気ダイポール偏極率」で決ま
る。したがって、製作誤差等の理由により結合孔の大き
さが変わることにより、「結合孔のｚ軸方向の磁気ダイ
ポール偏極率」が変化した場合、「Ｈｚ１の大きさ」を
変えることによりもとの結合量を得ることができる。そ
して、この「Ｈｚ１の大きさ」の調整は導波管の側壁か
ら導体の調整ネジを挿入し、矩形導波管内部の電磁界分
布を変化させることにより実現することができる。

【００４１】本発明の構成により前述の結合量の調整が
可能となる動作原理について、図面を参照してより詳細
に説明する。

【００４２】図２、図３は、主導波管内の電磁波モード
と調整ネジによる特性変化及び結合量の調整の様子を示
す図である。

【００４３】まず、矩形導波管の基本モード（ＴＥ１１
モード）の磁界分布は、調整ネジがない状態では、図２
に示す態様を示す（図中では破線で調整ネジが描かれて
いるが、調整ネジがないものと考える）。線分Ａ−Ａ’
上 （ｘ軸）における磁界のｚ軸成分（Ｈｚ１）をグラ
フ化すると、図３の実線のようになる。図３に示すよう
にＨｚ１はｘ＝０（導波管のｘ軸の中央位置、ａ：導波
管のｘ軸方向の幅）に対し奇関数となっている。

【００４４】次いで、図２に描かれているように、調整
ネジを導波管の側壁から挿入してみる。すると調整ネジ
の存在により矩形導波管内部の電磁界分布が変化し、そ
の結果、線分Ａ−Ａ’上における磁界ｚ軸成分（Ｈｚ
１）は図３の破線のようになる。このグラフから分かる
ように、調整ネジを挿入した側（ｘ＞０）のＨｚ１が増
加している。

【００４５】したがって、図２に示すように調整ネジを
挿入すれば、結合孔付近での主導波管内の磁界ｚ軸成分
を大きくでき、結果的に結合量を増大させることが可能
となる。つまり、図１に示す実施の形態において、調整
ネジの挿入量を制御することにより、結合孔の形状、大
きさの設定に応じた「磁気ダイポール偏極率」の変化に
よる影響等は調整ネジにより補正することが可能とな
る。

【００４６】図４は、４端子カップラに適用可能な構成
例を示す図である。本実施の形態では結合孔３が２個描
かれているが、１個あるいは３個以上でもカプッラとし
ての動作（導波管１と導波管２の電気的結合）は可能で
ある。各結合孔に結合量調整機構を設けることにより、
図１と同様に導波管１と導波管２の間の結合量を調整す
ることが可能である。

【００４７】なお、これを方向性結合器（端子１１−１
３間および端子１２−１４間の結合を抑えたカップラ）
として利用するためには、結合孔を２個以上とし、結合
孔の配列間隔を約（２ｎ＋１）λｇ／４（λｇは導波管
内の管内波長）とすればよい。

【００４８】（導波管キャビティへの応用）図５は、本
発明の他の実施の形態を示す図である。本実施の形態は
結合孔を介して導波管を結合した導波管マイクロ波回路
またはミリ波回路として、主導波管に結合孔を介して導
波管キャビティを接続した導波管回路の構成例であり、
主導波管側に電磁的な結合の調整手段を設けた構成例で
ある。

【００４９】主導波管１と、主導波管１と結合孔３を介
して結合する副導波管で構成したキャビティ７と、当該
キャビティ７に設けた共振周波数調整ネジ９と、結合孔
３に対応する位置に設けた結合量調整ネジ８とから構成
されている。

【００５０】本実施の形態においても、図２、図３に関
連して説明した前述した動作原理がそのまま当てはま
る。したがって、主導波管１からキャビティ７への結合
量は、「Ｈｚ１の大きさ」×「Ｈｚ２の大きさ」×「結
合孔のｚ軸方向の磁気ダイポール偏極率」で決まる。し
たがって、製造誤差等の要因により結合孔の大きさが変
わり、「結合孔のｚ軸方向の磁気ダイポール偏極率」が
変化した場合、「Ｈｚ１の大きさ」を変えることにより
もとの結合量を得ることができる。そして、この「Ｈｚ
１の大きさ」の調整は導波管の側壁から調整ネジを挿入
し、矩形導波管内部の電磁界分布を変化させることによ
り実現することができる。

【００５１】更に、副導波管をキャビティとする本実施
の形態においては、前述したところから、キャビティの
共振時のＱ値は、結合量を小さくする（Ｘａの絶対値を
大きくする）ことにより増大し、逆に結合量を大きくす
る（Ｘａの絶対値を小さくする）ことにより低下するか
ら、「Ｈｚ１の大きさ」、「Ｈｚ２の大きさ」、「結合
孔のｚ軸方向の磁気ダイポール偏極率」のいずれかを変
化させることにより、所望のＱ値を得ることが可能であ
る。従って、結合量調整ネジにより、キャビティに関す
る前述の問題点１、２は何れも改善することができるこ
とは明らかである。

【００５２】次に、図６（ａ）〜（ｃ）は、主導波管に
結合孔を介して導波管キャビティを接続した導波管回路
の他の例であり、主導波管側に電磁的な結合の調整手段
を設けた構成例である。主導波管１と、主導波管１と結
合孔３を介して結合する副導波管で構成したキャビティ
７と、結合孔３に対応する位置に設けた結合量調整ネジ
８とから構成されている。

【００５３】何れも図５に示す構成と同様であるが、キ
ャビティ７を構成する副導波管を矩形導波管で構成して
おり、図６（ａ）では、結合孔が主導波管のｚ軸と平行
方向の長孔としており、結合量調整ネジ８は主導波管１
のｙ軸と平行方向の側壁を貫通するように結合孔付近に
設けられている。図６（ｂ）では結合孔３がｘ軸（管軸
と直角）方向と平行な長孔として設けられている。図６
（ｃ）ではキャビティ７がｙ軸方向と平行な側壁に設け
られ、ｚ軸方向の長孔３が設けられ、ｘ軸と平行な主導
波管の側壁に結合量調整ネジ８が設けられている。

【００５４】（帯域阻止濾波器への応用）図７は、本発
明をＢＥＦへ適用した実施の形態を示す図である。図５
に示す構成要素の主導波管１と結合孔３とキャビティ７
とからなる導波管回路を複数段、縦続接続した構成を有
し、各段の主導波管側には結合量の調整ネジが備えられ
ている。キャビティの間隔は一般には管内波長の（２ｎ
＋１）／４［ｎ＝０，１，２，…］に設定される。Ｑ値
の異なるキャビティを結合孔を介して主導波管に複数
段、縦続接続して構成することにより、所定の特性を実
現することが可能であり。このＢＥＦは図６（ａ）〜
（ｃ）などの他の構成の従続接続構成により実現するこ
とが可能である。

【００５５】次に、本実施の形態のＢＥＦの特性の詳細
について中心周波数２０ＧＨｚのＢＥＦ特性計算値を引
用して説明する。

【００５６】図８は、ＢＥＦに要求されている性能の一
例を示す図である。同図においてハッチングにより示す
ように、この例ではＢＥＦへの要求性能は、 阻止帯域および減衰量：19.98〜20.02GHzにて25dB以
上、 通過帯域および反射量：〜19.96および20.04GHz〜にて-
25dB以下、 である。

【００５７】通常ＢＲＦに対しては、上述のように「あ
る帯域にて所定の減衰量を確保すること」と「別のある
帯域にて反射量を所定のレベル以下に抑えること」が同
時に要求される。さらに、一般には挿入損失に関しても
要求値があるが、説明を簡潔にするため挿入損失につい
ては触れない。

【００５８】前記条件を満たすＢＥＦは、キャビティを
６段接続することにより可能である。例えば、結合孔の
寸法を表１のとおりとした場合の計算値を図９に示す
（キャビティ単体での計算値と同様、キャビティ内部の
損失が全くないと仮定したときの計算値を示す）。ただ
し、ここでは結合孔の形状は長穴とし、また結合孔の高
さ（導波管の肉圧）は２ｍｍとしている。

【００５９】

【表１】

【００６０】図７のように主導波管が各キャビティとも
共通で、キャビティ形状もほぼ同様である場合は「Ｈｚ
１の大きさ」と「Ｈｚ２の大きさ」の大きさは各段とも
ほぼ同じ値となるので、このような場合は表１の寸法表
のように長穴の長径２Ｃを各段ごとに変え、「結合孔の
ｚ軸方向の磁気ダイポール偏極率」（つまり各結合孔の
大きさ）を各段毎に設定してやることにより、それぞれ
所望のＱ値を実現することが可能である。

【００６１】なお、本実施の形態の等価回路は図１９で
表すことができ、各素子パラメータは要求されている電
気特性（阻止帯域幅、通過帯域幅とそれぞれにおける減
衰量と反射特性など）に応じ、チェビシェフ、バターワ
ース等のフィルタ構成法により決定することができる。
本実施の形態においては、チェビシェフのフィルタ構成
法にもとづき各素子パラメータを決定している。

【００６２】次に、結合孔の寸法を試作等により決定し
た場合にも実際の製造における機械加工の限界によるバ
ラツキにより、ある程度の製作誤差は不可避である。計
算値を用い、このような製作誤差の影響について説明す
る。

【００６３】図１０は、表１の寸法において、長さ２Ｃ
のみ各々０．０３ｍｍだけ大きくなり、その他の寸法は
図９のケースと全く同一であるときの計算値を示してい
る。このグラフの通り、結合孔の長さ２Ｃがわずか０．
０３ｍｍ大きくなっただけで、その電気特性は大きく異
なってくる。このとき、図８の要求性能は満足できてい
ない。

【００６４】図１０を詳細に分析すると、図９の理想状
態との電気特性の差異は次の３点となっている。 １．周波数が全体的に低い方へシフトしている。これ
は、結合孔が大きくなったことにより、各キャビティの
共振周波数が低い方へシフトしたことに起因する。

【００６５】２．阻止帯域の幅が広がっている。図９で
は、反射レベルが−３ｄＢとなる帯域幅が６３ＭＨｚで
あったのに対し、図１０では６７ＭＨｚとなっている。
これは、結合孔が大きくなったことにより、各キャビテ
ィへの結合量が増加したことに起因する。

【００６６】３．反射量の波形（リップルの高さ等）が
乱れている。これは各キャビティへの結合量が最適値か
らずれたことにより、各キャビティの反射のバランスが
崩れてしまったことに起因する。

【００６７】上記１〜３のうち、１と３は共振周波数調
整ネジを用いて補正することは可能である。すなわち共
振周波数調整ネジの挿入量を減らせばキャビティの共振
周波数は高い方へ移動するから、これにより波形を全体
的に高い方へシフトさせること（１の改善）は可能であ
るし、またさらに共振周波数調整ネジの挿入量を各キャ
ビティ毎に微妙に調整することにより全体的な波形のバ
ランスをとること（３の改善）もある程度は可能であ
る。

【００６８】そのような微調整を行った結果を図１１に
示している。この図によれば確かに１と３の問題は解消
している。しかし、２の問題は改善せず阻止帯域の幅は
変わらない。これは、周波数帯域幅は各結合孔の結合量
により決まってしまい、その他の手段で補正することが
基本的に不可能であるからである。この結果、図８の要
求性能を満足できなくなる。

【００６９】このように、結合量調整手段を持たない従
来のＢＥＦでは、製作精度によって所定の要求性能を満
足できなくなる。

【００７０】図７に示す本実施の形態では結合量調整手
段を持っているから、所望の特性を得ることができる。

【００７１】（他の実施の形態）以上に実施の形態にお
いては、結合孔の形状はいずれも長穴の例を示したが、
結合口の形状は長孔以外の円、楕円、矩形など他の形状
に構成することが可能である。また、結合孔の長軸方向
が主導波管の伝搬方向（ｚ軸方向）と一致するように構
成することも、両者が垂直に構成することも可能であ
る。

【００７２】また、主導波管として矩形導波管を用いた
場合について説明したが、円形導波管など他の断面形状
をもつ導波管により構成することが可能である。

【００７３】導波管キャビティについては、一般的には
製造上の容易さから立方体または円柱であることが多い
が、原理的にはあらゆる形状の立体で構成することが可
能であり、キャビティ内部に誘電体が充填された構成の
ものが使用できることは明らかである。

【００７４】更に、導波管キャビティのＢＥＦへの適用
に加えて、導波管移相器、円偏波発生器など、導波管キ
ャビティを利用した他のマイクロ波回路またはミリ波回
路への適用が可能であることは云うまでもない。

【００７５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、主導波管内の結合孔付近の磁界ベクトルを補
正する電磁的な結合の調整手段を備えることにより、結
合孔を介する導波管の間の結合量の調整を可能とし、カ
ップラ、キャビティ及びＢＥＦ等の、特に結合孔の設
計、製作上の誤差乃至バラツキを補正、調整することが
可能となり以下のような顕著な効果を有する。

【００７６】１．結合孔の寸法を近似計算式あるいは経
験式により求めて製作すれば、当然所望の特性の値から
ずれるが、この場合は結合量調整ネジで簡単に補正する
ことが可能である。したがって、事前に試作を行い結合
孔特性を実験的に求める必要がなくなる。これは、設計
期間の短縮化と開発費用の削減につながる。

【００７７】２．また、製作誤差により結合孔の寸法が
多少変わっても、やはり結合量調整ネジで簡単に補正で
きる。したがって、機械的な製作精度を緩めることが可
能となるため製作が容易になるし、また他の調整機構を
利用した無理な電気調整をせずに済むので、電気調整も
容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の導波管マイクロ波回路またはミリ波
回路の実施の形態を示す図である。

【図２】 主導波管内の電磁波モードを示す図である。

【図３】 調整ネジによる主導波管内の特性変化及び結
合量の調整の様子を示す図である。

【図４】 ４端子のカップラを構成する実施の形態を示
す図である。

【図５】 導波管キャビティを接続した導波管回路の実
施の形態を示す図である。

【図６】 他の導波管キャビティを接続した導波管回路
の実施の形態を示す図である。

【図７】 本発明をＢＥＦへ適用した実施の形態を示す
図である。

【図８】 ＢＥＦに要求されている性能の一例を示す図
である。

【図９】 図８の要求に対応するＢＥＦの特性の計算値
を示す図である。

【図１０】 結合孔の長さＣのみが増加した場合のＢＥ
Ｆの特性の計算値を示す図である。

【図１１】 結合量調整ネジによる調整後のＢＥＦの特
性を示す図である。

【図１２】 カップラを構成した導波管マイクロ波回路
またはミリ波回路の従来例を示す図である。

【図１３】 キャビティを有する導波管マイクロ波回路
またはミリ波回路の従来例を示す図である。

【図１４】 キャビティを有する導波管マイクロ波回路
またはミリ波回路の他の従来例を示す図である。

【図１５】 結合孔の形状を示す図である。

【図１６】 図１３に示す導波管マイクロ波回路または
ミリ波回路の等価回路を示す図である。

【図１７】 キャビティの共振周波数が２０ＧＨｚとな
るようキャビティの寸法を選んだときの反射・通過特性
計算値を示す図である。

【図１８】 導波管キャビティをＢＥＦに利用した従来
例を示す図である。

【図１９】 ＢＥＦの等価回路を示す図である。

【符号の説明】

１ 主導波管 ２ 副導波管 ３ 結合孔 ４、５、６、８ 結合量調整ネジ ９ 共振周波数調整ネジ １１、１２、１３、１４、２１、２２ 端子

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管壁に管軸方向に長孔形状に形成された
   結合孔を有する矩形導波管でなる主導波管と、前記主導
   波管の前記結合孔を介して電磁的に結合する副導波管
   と、前記主導波管の前記結合孔を有する管壁に対し直角
   な管壁に設けられ、導波管内の結合孔の近傍に突出する
   電磁的な結合の調整手段として導波管内部に突出する先
   端部を有し内部への挿入量を調整可能な結合量調整ネジ
   を有することを特徴とする導波管マイクロ波回路または
   ミリ波回路。
2. 【請求項２】 前記調整手段は主導波管の側壁を貫通、
   螺合する調整ネジであることを特徴とする請求項１記載
   の導波管マイクロ波回路またはミリ波回路。
3. 【請求項３】 主導波管と副導波管により結合器を構成
   することを特徴とする請求項１又は２記載の導波管マイ
   クロ波回路またはミリ波回路。
4. 【請求項４】 副導波管は導波管キャビティを構成する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の導波管マイクロ
   波回路またはミリ波回路。
5. 【請求項５】 副導波管は円形導波管であることを特徴
   とする請求項１、２、３又は４記載の導波管マイクロ波
   回路またはミリ波回路。
6. 【請求項６】 主導波管と副導波管とは共通管壁で接続
   され、前記共通管壁に複数の結合孔が形成されているこ
   とを特徴とする請求項３記載の導波管マイクロ波回路ま
   たはミリ波回路。
7. 【請求項７】 管壁に管軸方向に長孔形状に形成され
   た、管軸方向の複数の結合孔を有する矩形導波管でなる
   主導波管と、前記主導波管の前記複数の結合孔を介して
   電磁的に結合され、それぞれが導波管キャビティを構成
   する複数の副導波管と、前記主導波管の前記結合孔を有
   する管壁に対し直角な管壁に設けられ、導波管内の結合
   孔の近傍に突出する電磁的な結合の調整手段としてそれ
   ぞれ導波管内部に突出する先端部を有し内部への挿入量
   を調整可能な結合量調整ネジを有することを特徴とする
   導波管マイクロ波回路またはミリ波回路。
8. 【請求項８】 前記調整手段は主導波管の側壁を貫通し
   て螺合する調整ネジであることを特徴とする請求項７記
   載の導波管マイクロ波回路またはミリ波回路。
9. 【請求項９】 副導波管は円形導波管であることを特徴
   とする請求項７又は８記載の導波管マイクロ波回路また
   はミリ波回路。