JP3583478B2

JP3583478B2 - マイクロ波用可動スタブチューナ

Info

Publication number: JP3583478B2
Application number: JP23067594A
Authority: JP
Inventors: 英二建部
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 1994-08-30
Filing date: 1994-08-30
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: JPH0878914A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、マイクロ波回路に用いられるインピーダンス整合を行う可動スタブチューナに係り、特にマイクロ波の漏洩を防止するスタブチューナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波用チョーク構造を有する従来の可動スタブチューナの要部概略縦断面図を図５に示す。図示するように、可動スタブチューナがマイクロ波を通過させるための方形導波管１に取付けられており、この導波管１の電界面（電界が生じる面）に設けた貫通孔１ａに、先端部が丸みを帯びた導体棒構造のスタブ２を挿入引出し自在となるように配設され、通常３本が例えばλｇ／４（λｇ：管内波長）の間隔で、方形導波管１の管軸方向に沿って設けられている。
【０００３】
スタブ２の外周には、貫通孔１ａとスタブ２とを電気的接触させることが期待できないので、スタブとして有効に機能させるため、またマイクロ波が外部へ漏洩することを防止するためのマイクロ波用チョーク構造を形成するチョーク部材３を配設させており、このチョーク部材３は断面が円形状を呈した導体の外筒チョーク部材３ａ及び内筒チョーク部材３ｂからなる。外筒チョーク部材３ａは、その下端のフランジ開口部と貫通孔１ａとが合致するように、導波管１の外壁面と垂直に取付けられて、スタブ２の外周の長手方向に続いた第１及び第２の空間Ｓ１，Ｓ２が形成される。
【０００４】
外筒チョーク部材３ａの上端には、この外筒チョーク部材３ａの内側に適宜の間隙及び長さλ／４（λ：自由空間波長）による第１の空間Ｓ１を形成する内筒チョーク部材３ｂが取付けられ、外筒チョーク部材３ａ及び内筒チョーク部材３ｂがスタブ２と同心的に配設されており、スタブ２が外筒チョーク部材３ａ及び内筒チョーク部材３ｂの内側を挿通することによって、外筒チョーク部材３ａとスタブ２との間に、適宜の間隙及び長さλ／４による第２の空間Ｓ２が上記第１の空間Ｓ１と同様に形成されるので、Ａ点は短絡終端され、それからλ／２離れたＣ点も電気的短絡の状態になる。また、Ｂ点が開放（入力インピーダンスが無限大）の状態になるために、スタブ２と内筒チョーク部材３ｂとに間隙があっても、マイクロ波のＢ点から外部への漏洩を防止することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のマイクロ波用チョーク構造を形成するチョーク部材３では、スタブ２及びチョーク部材３から同軸線路が形成されるので、スタブ２とチョーク部材３との間隙をＴＥＭモードで伝搬するマイクロ波は、Ｂ点でＡ点側へ分波（Ｆ１）して伝搬され、またＤ点側へ分波（Ｆ２）して伝搬される。Ａ点側へ伝搬したマイクロ波は、Ａ点で短絡されるために、Ａ点からＢ点へ全反射するが、この反射波はＢ点でＤ点側へ分波（Ｒ１）して伝搬され、またＣ点側へ分波（Ｒ２）して伝搬される。したがって、上記分波（Ｆ２）と分波（Ｒ１）とが合成されたマイクロ波がＤ点から外部へ漏洩するという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１においては、可変インピーダンス素子としての棒構造のスタブと、スタブの外周に同心的に配設され、筒状に形成されていてその内側に、スタブの外周から隔てられてスタブの外周にスタブの長手方向に沿って形成された所定長さの第１の空間を有し、スタブの外周にスタブの長手方向に沿って形成された所定長さの第２の空間を有すると共に、第１の空間が方形導波管と遠い側に形成され、第２の空間が方形導波管と近い側に形成され、第１の空間と第２の空間とが連通したマイクロ波用チョーク構造を形成するチョーク部材とを具備して方形導波管の外壁面に取付けられ、方形導波管の電界面に設けた貫通孔にスタブを挿入引出し自在となるようにチョーク部材が配設されたマイクロ波用可動スタブチューナにおいて、スタブは、可変インピーダンス素子としての有効部分と有効部分以外である非有効部分とが長手方向に構成され、有効部分が方形導波管と近い側に位置され、非有効部分が方形導波管と遠い側に位置されると共に、有効部分の少なくとも表面が導体で形成され、非有効部分が誘電体で形成され、有効部分と非有効部分との境界は、スタブが可変インピーダンス素子としての最大挿入状態で方形導波管の内壁から方形導波管と離れる方向へ使用するマイクロ波の波長の略１／４倍の位置から、チョーク部材の方形導波管と離れる方向の端部に形成されるスタブ挿入開口面の位置までの任意の位置に設定され、スタブが可変インピーダンス素子としての最小挿入状態でスタブ挿入開口面の位置から、方形導波管の内壁から方形導波管と離れる方向へ使用するマイクロ波の波長の略１／４倍の位置までの任意の位置に設定され、第１の空間を形成するチョーク部材のスタブ側のチョーク部材の内径の半分を、マイクロ波の波長のｋ／２π（ｋ＝１．８４）倍以下にした構成としている。
【０００７】
また、請求項２においては、有効部分の全体を導体からなる構成としている。
【０００８】
さらに、請求項３においては、有効部分を中空の導体からなる構成としている。
【０００９】
また、請求項４においては、スタブ全体を誘電体からなる構成とし、かつ有効部分に金属メッキを施した構成としている。
【００１０】
【作用】
上記請求項１に記載した構成にすれば、チョーク部材を外導体とし、スタブを内導体とする同軸線路が形成され、この同軸線路を伝搬するマイクロ波は、外導体とするチョーク部材と内導体とするスタブとが対向しない部分のチョーク部材が円形導波管として形成されるので、この円形導波管を伝搬する。したがって、円形導波管の遮断波長λc は、導波管の半径をｒとすれば、λc ＝２πｒ／ｋから求められるので、第１の空間を形成するチョーク部材のスタブ側のチョーク部材の内径（半径）を、使用するマイクロ波の波長のｋ／２π（ｋ＝１．８４）倍以下にすれば、チョーク部材から漏洩する全てのモードのマイクロ波が遮断される。
【００１１】
また、請求項２に記載した構成にすれば、特に構造が単純な２つの部材を組合わせているので、加工工数が少なく、しかも製作が容易となる。
【００１２】
さらに、請求項３に記載した構成にすれば、特に軽量化されるので、スタブの駆動源が小型化される。
【００１３】
また、請求項４に記載した構成にすれば、特にスタブ全体が主に誘電体を一体成形した構造であるので、加工工数が不要であり、しかも製作が著しく容易となる。
【００１４】
【実施例】
図１は本発明に係るスタブの一実施例を示す縦断面図で、図２は一実施例に示したスタブを用いたマイクロ波用可動スタブチューナの要部概略縦断面図であり、チョーク部材３は図５と同じであるので説明を省略する。
【００１５】
本実施例のスタブ２０は、可変インピーダンス素子としての有効部分２０Ａと、非有効部分２０Ｂとからなり、有効部分２０Ａは導波管１と近い側に位置されており、全て銅、真鍮などの金属導体で形成され、非有効部分２０Ｂは導波管１と遠い側に位置されており、誘電体で形成されている。
【００１６】
有効部分２０Ａと非有効部分２０Ｂとの境界は、スタブ２０が可変インピーダンス素子として可動している状態、すなわち、スタブ２０が可動しうる範囲内で、内筒チョーク部材３ｂの下端３ｃから、内筒チョーク部材３ｂの導波管１と離れる方向の端部に形成されるスタブ挿入開口面３ｄまでの位置としている。例えば、スタブの挿入長が最大状態（最大挿入状態）で導波管１の内壁１ｂから導波管１と離れる方向へ使用するマイクロ波の波長の略１／４倍（λ／４）の位置から、導波管１と離れる方向へ任意の位置（当然、スタブ挿入開口面３ｄの位置まで）に設定され、また、スタブの挿入長が最小状態（最小挿入状態）でスタブ挿入開口面３ｄの位置から、導波管１側へ任意の位置（当然、導波管１の内壁１ｂから導波管１と離れる方向へ使用するマイクロ波の波長の略１／４倍（λ／４）の位置まで）に設定されている。本実施例では、スタブの挿入長が最大状態で内筒チョーク部材３ｂの下端３ｃ、すなわち、内壁１ｂから導波管１と離れる方向へ略λ／４倍の位置に設定し、また、挿入長が零（最小）の状態でチョーク部材３の短絡終端点Ａと略同じ位置に設定している。
【００１７】
スタブ２０が最大に挿入された状態では、スタブ２０の有効部分２０Ａを内導体とし、チョーク部材３を構成する外筒チョーク部材３ａを外導体とする同軸線路が形成されるので、マイクロ波は内壁１ｂから導波管１と離れる方向へ略λ／４倍の長さのスタブ２０と外筒チョーク部材３ａとの間隙をＴＥＭモ−ドで伝搬する。
【００１８】
スタブ２０の挿入長が零（最小）の状態では、スタブ２０が最大に挿入された状態と同様に、有効部分２０Ａ及び外筒チョーク部材３ａから同軸線路が形成され、さらに有効部分２０Ａと内筒チョーク部材３ｂから同軸線路が形成されるので、マイクロ波は内壁１ｂから導波管１と離れる方向へ略λ／２倍の長さのスタブ２０とチョーク部材３との間隙をＴＥＭモ−ドで伝搬する。
【００１９】
チョーク部材３を外導体とし、スタブ２０を内導体とする同軸線路が形成され、この同軸線路を伝搬するマイクロ波は、非有効部分２０Ｂが誘電体で形成され、マイクロ波を透過しやすいために、外導体とするチョーク部材３と内導体とするスタブ２０の有効部分２０Ａとが対向しない領域、すなわち非有効部分２０Ｂとチョーク部材３とが対向する領域のチョーク部材３が円形導波管として形成されるので、この領域内を伝搬することになる。
【００２０】
ところで、円形導波管の遮断波長λc は、導波管の半径をｒとすれば、λc ＝２πｒ／ｋから求められることはよく知られている。ここで、ｋはモードによって異なる値で、例えばＴＥ01，ＴＥ11，ＴＭ01，ＴＭ11モードの場合、それぞれｋ＝３．８３，１．８４，２．４０，３．８３である。すなわち、ＴＥ01モードの場合、チョーク部材３を構成する内筒チョーク部材３ｂの内径（半径）を、使用するマイクロ波の波長の３．８３／２π＝１／１．６４倍以下、またＴＥ11モードの場合、１．８４／２π＝１／３．４１倍以下、さらにＴＭ01モードの場合、２．４０／２π＝１／２．６１倍以下、またＴＭ11モードの場合、３．８３／２π＝１／１．６４倍以下にすれば、それぞれのモードのマイクロ波が遮断される。
【００２１】
例えば周波数２．４５ＧＨｚ（自由空間波長λ＝１２．２４ｃｍ）のマイクロ波を伝搬させる場合、ＪＩＳ規格番号ＷＲＪ−２と同様のａ＝１０．９ｃｍ×ｂ＝５．５ｃｍの導波管を用い、さらにこの導波管に本発明に係るスタブを用いたスタブチューナを取付けており、内筒チョーク部材３ｂの内径（半径）を、例えば１２．２４ｃｍ×１／３．４１＝３．６ｃｍ以下にすると、ＴＥ_１１モードは伝搬されなくなり始めるので、３．６ｃｍよりもさらに小さくすることが望ましい。したがって、内筒チョーク部材３ｂの内径（半径）を、ｋの一番小さい値を採用すれば、ＴＥ_１１モードはもちろん、他の全てのモードのマイクロ波が遮断される。
【００２２】
有効部分２０Ａと非有効部分２０Ｂとの境界は、スタブ２０の挿入長さに拘らず常にチョーク部材３のスタブ挿入開口面３ｄから導波管１側に設定されているが、スタブ挿入開口面３ｄまでの長さは、マイクロ波の減衰量及び内筒チョーク部材３ｂの内径（半径）を考慮して、適宜に設定すればよい。
【００２３】
スタブ２０の構造は、上記実施例に限定されることなく、図３に示すように、有効部分２０Ａに銅、真鍮などの金属導体を中空に成形したものを用いてもよく、また図４に示すように、全体を誘電体とし、有効部分２０Ａの表面に銅などの導電性金属をメッキしてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に記載した発明によれば、従来のマイクロ波用チョーク構造を有するチョーク部材を改良することなく、マイクロ波用可動スタブチューナ外へのマイクロ波の漏洩を一段と少なくさせることができるという利点がある。
【００２５】
また、請求項２に記載した発明によれば、単純な２つの部材を組合わせたスタブ構造であるので、加工工数が少なく、しかも容易に製作することができる。
【００２６】
さらに、請求項３に記載した発明によれば、スタブが軽量化されるので、スタブの駆動源を小型化することができる。
【００２７】
また、請求項４に記載した発明によれば、スタブ全体が主に誘電体を一体成形した構造であるので、加工することなく、しかも著しく容易に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスタブの一実施例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施例に示したスタブを用いたマイクロ波用可動スタブチューナの要部概略縦断面図である。
【図３】本発明に係るスタブの他の実施例を示す縦断面図である。
【図４】本発明に係るスタブのさらに他の実施例を示す縦断面図である。
【図５】従来のスタブを用いたマイクロ波用可動スタブチューナの要部概略縦断面図である。
【符号の説明】
３チョーク部材
２０スタブ
２０Ａ有効部分
２０Ｂ非有効部分

Claims

可変インピーダンス素子としての棒構造のスタブと、前記スタブの外周に同心的に配設され、筒状に形成されていてその内側に、前記スタブの外周から隔てられて前記スタブの外周に前記スタブの長手方向に沿って形成された所定長さの第１の空間を有し、前記スタブの外周に前記スタブの長手方向に沿って形成された所定長さの第２の空間を有すると共に、前記第１の空間が前記方形導波管と遠い側に形成され、前記第２の空間が前記方形導波管と近い側に形成され、前記第１の空間と前記第２の空間とが連通したマイクロ波用チョーク構造を形成するチョーク部材とを具備して方形導波管の外壁面に取付けられ、前記方形導波管の電界面に設けた貫通孔に前記スタブを挿入引出し自在となるように前記チョーク部材が配設されたマイクロ波用可動スタブチューナにおいて、
前記スタブは、可変インピーダンス素子としての有効部分と前記有効部分以外である非有効部分とが長手方向に構成され、前記有効部分が前記方形導波管と近い側に位置され、前記非有効部分が前記方形導波管と遠い側に位置されると共に、前記有効部分の少なくとも表面が導体で形成され、前記非有効部分が誘電体で形成され、
前記有効部分と非有効部分との境界は、前記スタブが可変インピーダンス素子としての最大挿入状態で前記方形導波管の内壁から前記方形導波管と離れる方向へ使用するマイクロ波の波長の略１／４倍の位置から、前記チョーク部材の前記方形導波管と離れる方向の端部に形成されるスタブ挿入開口面の位置までの任意の位置に設定され、前記スタブが可変インピーダンス素子としての最小挿入状態で前記スタブ挿入開口面の位置から、前記方形導波管の内壁から前記方形導波管と離れる方向へ使用するマイクロ波の波長の略１／４倍の位置までの任意の位置に設定され、
前記第１の空間を形成する前記チョーク部材の前記スタブ側のチョーク部材の内径の半分を、前記マイクロ波の波長のｋ／２π（ｋ＝１．８４）倍以下にしたマイクロ波用可動スタブチューナ。
前記有効部分は、全体が導体からなる請求項１に記載のマイクロ波用可動スタブチューナ。
前記有効部分は、中空の導体からなる請求項１に記載のマイクロ波用可動スタブチューナ。
前記有効部分は、誘電体に金属メッキを施した請求項１に記載のマイクロ波用可動スタブチューナ。