JP3646443B2 - Mode converter, multiplexer / demultiplexer, mixer, and swirling polarization radiator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明が属する技術分野】
この発明は、誘電体線路を伝搬する電磁波のモードを変換する誘電体線路のモード変換器、異なった2つのモードを用いて合分波を行う誘電体線路の合分波器、異なった2つのモードを用いて周波数変換を行う誘電体線路のミキサ、および誘電体線路を伝搬する異なった2つのモードを用いて旋回偏波の送波または受波を行う放射器に関する。
【0002】
【従来の技術】
平行な2つの導電体平面の間隔を半波長以下にして遮断域を構成するとともに、その2つの導電体平面の間に誘電体ストリップを挿入することによって、その誘電体ストリップに沿って電磁波を伝搬させるようにした非放射性誘電体線路(以下「NRDガイド」という。)を用いたミリ波モジュールが従来より開発されている。NRDガイドの伝送モードは、磁界が誘電体ストリップと空気との境界面に平行なLSMモードと、電界が誘電体ストリップと空気との境界面に平行なLSEモードとに大別される。また、これらのモードはモード次数に応じてさらに細分される。これらのモードはともに非放射性でNRDガイド中に共存できるが、低損失性の点から、動作モードとしては専らLSM01モードが選ばれている。そして、LSEモードはNRDガイドにおける不要モードとして扱われていて、むしろLSEモードをいかに抑圧するか、或いはLSMモードからLSEモードへのモード変換をいかに抑制するかが設計上のポイントにもなっていた。後述するように、本願発明はLSMモードとともにLSEモードを積極的に用いて機能性の高いミリ波モジュールを構成できるようにするものであるが、従来より提案されているモード変換器としては、LSMモードを伝搬させる誘電体ストリップに対して、LSMモードが伝搬しない幅の誘電体ストリップを垂直に配置した、(1) 黒木、本郷、西田、米山「NRDガイドおよび高次モード対称ストリップ線路におけるモード変換器とその応用」信学技報MW86−87、および誘電体ストリップの断面内に形成した電極パターンによりLSMモードとLSEモードとの変換を行う、(2) 玉置、米山「直交非放射性モードを利用したNRDガイドFET増幅器」信学95総全大,C−95が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記(1) に示されているモード変換器によれば、▲1▼その変換効率を高めるために整合用金属片を取り付けなければならない。▲2▼LSEモードを伝搬させる線路へのLSMモードの伝搬を防ぐために誘電体ストリップの幅を細くしているため、LSMモードとLSEモードとを同時に伝搬させることができない。▲3▼上記誘電体ストリップの幅を広くして、LSMモードも伝搬できるようにしたとしても、LSMモードとLSEモードとの変換割合を任意に定めるようなことは困難である。
【0004】
また、上記(2) に示されているモード変換器においても、LSMモードとLSEモードとの変換割合を任意に定めることは設計上容易ではない。
【0005】
この発明の目的は、LSMモードとLSEモードとのモード変換を単純な構成で、且つ確実に行えるようにした誘電体線路のモード変換器を提供することにある。
【0006】
この発明の他の目的は、上記LSMモードとLSEモードとのモード変換の割合を任意に設定できるようにした誘電体線路のモード変換器を提供することにある。
【0007】
また、従来のNRDガイドおよびNRDガイドを用いた装置では、LSEモードを不要モードとして扱っていて、両モードを用いて合分波器、ミキサ、または円偏波や楕円偏波のような旋回偏波を送波または受波する旋回偏波放射器を構成することはできなかった。
【0008】
この発明の他の目的は、LSMモードとLSEモードとを用いた機能性の高い合分波器、ミキサ、および旋回偏波放射器を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明のモード変換器は、LSMモードとLSEモードとのモード変換を行うため、請求項1に記載のとおり、略平行な2つの導電体平面の間に誘電体共振器を配置し、互いの端部を前記誘電体共振器に向けるとともに、所定角度をなして第1と第2の2つの誘電体ストリップを配置して、第1の誘電体ストリップと第2の誘電体ストリップとの間で伝搬する電磁波のモードを変換する。この構成により、第1の誘電体ストリップからLSMモードの電磁波が伝搬されて、誘電体共振器が例えばHE111 モードで励振され、この誘電体共振器に結合する第2の誘電体ストリップと誘電体共振器のHE111 モードの電界成分の向きとのなす角度に応じてLSMモードとLSEモードの電磁波が第2の誘電体ストリップに伝搬することになる。
【0010】
ここで、上記モード変換器の構成例を図1〜図5に示す。図1の(A)は該モード変換器で用いる誘電体線路の部分斜視図、(B)はその断面図であり、図中の1,2は2つの導電体平面をなすそれぞれ導電体板であり、その間に誘電体ストリップ3を配置している。図2の(A)はLSM01モード、(B)はLSE01モードのそれぞれの電磁界分布を示す。ここで実線が電界、破線が磁界である。
【0011】
図3はモード変換器の構成例を示す図であり、(A)は部分斜視図、(B)は断面図であり、(A)においては上下の導電体板を省略している。このように、導電体板1,2の間に誘電体共振器4を配置するとともに、その誘電体共振器4の位置を中心として所定角度(この例では180°)をなして第1の誘電体ストリップ3aと第2の誘電体ストリップ3bとを配置している。
【0012】
図4は上記誘電体共振器4の励振モードの例を示す図であり、実線は電界、破線は磁界を示す。この例では、HE111 モードの電界成分がA−A面に平行にある。
【0013】
図5は誘電体共振器4に対する第1・第2の誘電体ストリップ3a,3bの配置関係の例を示す平面図である。(A)または(B)に示すように、第1と第2の誘電体ストリップ3a,3bを誘電体共振器4を中心として180度の角度をなして配置すれば、LSM01モードの電磁波は誘電体共振器4を例えばHE111 モードで励振し、この誘電体共振器4を介してそのままLSM01モードの電磁波として伝搬され、LSE01モードの電磁波もそのままLSE01モードの電磁波として伝搬される。
【0014】
ここで、請求項2に記載したとおり、すなわち図5の(C)に示すように、第1の誘電体ストリップ3aと第2の誘電体ストリップ3bとのなす角度を90度にすれば、第1の誘電体ストリップ3aからLSM01モードの電磁波が伝搬されると、誘電体共振器4が例えばHE111 モードで励振されるが、第1の誘電体ストリップ3aに対し直交する方向に第2の誘電体ストリップ3bを配置しているため、誘電体共振器4のHE111 モードと結合して誘電体ストリップ3bにはLSE01モードとして伝搬されることになる。
【0015】
また、請求項3に記載したとおり、すなわち図5の(D)に示すように、2つの誘電体ストリップのなす角度θを90度、180度、270度以外の角度とすれば、角度θに応じて、LSM01モードが100−x%、LSE01モードがx%の割合で変換されることになる。ここでxは角度θによって定まり、θ=180度の時x=0%となり、θ=90度または270度の時x=100%となる。
【0016】
図6は図5(D)の変形例であり、複数の誘電体共振器を設けている。このように、第1と第2の誘電体ストリップ3a,3bを複数の誘電体共振器に向けて所定の角度θをなして配置すれば、誘電体共振器の段数に応じて通過帯域が広帯域化されて適用帯域が広くなる。
【0017】
この発明の合分波器は、LSMモードとLSEモードの両モードを用いて合波または分波を行うため、請求項4に記載のとおり、略平行な2つの導電体平面の間に誘電体共振器を配置し、互いの端部を前記誘電体共振器に向けるとともに、所定角度をなして第1,第2,第3の3つの誘電体ストリップを配置して、第1の誘電体ストリップと第2の誘電体ストリップから前記誘電体共振器方向へ伝搬する電磁波を第3の誘電体ストリップへ合波するか、または第3の誘電体ストリップから前記誘電体共振器方向へ伝搬する電磁波を第1および第2の誘電体ストリップへ分波する。
【0018】
また、上記第1の誘電体ストリップに対する第2・第3の誘電体ストリップのなす角度を請求項5に記載のとおりに設定することにより、第1,第2,第3の誘電体ストリップをそれぞれポート1,ポート2,ポート3とし、例えばポート1からの信号がLSMモードで入力すると、その信号は誘電体共振器を介してポート3へLSMモードの電磁波としてそのまま出力され、ポート2から信号がLSMモードの電磁波として入力すると、その信号は誘電体共振器を介してポート3へLSEモードの電磁波として出力される。一方、ポート1から入力した信号は、誘電体共振器を介してポート2へLSEモードの電磁波として出力されようとするが、ポート2にLSEモードのモードサプレッサを設けることによって、ポート1からの信号がポート2へ伝搬されることはない。同様に、ポート2から入力した信号は、誘電体共振器を介してLSEモードの電磁波としてポート1方向へ出力されようとするが、ポート1にLSEモードのモードサプレッサを設けることによって、ポート2からの信号がポート1へ伝搬されることはない。これによりポート1とポート2とのアイソレーションが保たれ、合波器として作用する。また、逆にポート3から信号がLSMモードの電磁波として入力されると、その信号がポート1へLSMモードの電磁波としてそのまま出力されるが、ポート2へは出力されず、ポート3から信号がLSEモードの電磁波として入力されると、その信号がポート2へLSMモードの電磁波として出力され、ポート1へは出力されない。これにより分波器として作用する。
【0019】
また、上記第1の誘電体ストリップに対する第2・第3の誘電体ストリップのなす角度を請求項6に記載のとおりに設定することにより、第1,第2,第3の誘電体ストリップをそれぞれポート1,ポート2,ポート3とし、例えばポート1からの信号がLSMモードで入力すると、その信号は誘電体共振器を介してポート3へLSMモードとLSEモードの電磁波として出力される。同様に、ポート2から信号がLSMモードの電磁波として入力すると、その信号も誘電体共振器を介してポート3へLSMモードとLSEモードの電磁波として出力される。また、第1の誘電体ストリップと第2の誘電体ストリップとのなす角度を請求項7に記載のとおりに略90°に設定すると、ポート1と結合する共振器のモードとポート2と結合する共振器のモードは直交する。このとき、ポート1とポート2にLSEモードサプレッサを設けているため、ポート1とポート2との間のアイソレーションをとることができる。
【0020】
この発明のミキサは、LSMモードとLSEモードの両モードを用いて周波数変換を行うため、請求項8に記載のとおり、略平行な2つの導電体平面の間に誘電体共振器を配置し、互いの端部を前記誘電体共振器に向けるとともに、所定角度をなして第1,第2,第3の3つの誘電体ストリップを配置して、第1の誘電体ストリップと第2の誘電体ストリップから前記誘電体共振器方向へ伝搬する電磁波を第3の誘電体ストリップへ合波する合波器を構成するとともに、第3の誘電体ストリップを伝搬するLSEモードの信号と結合する第1の導体を設け、該導体の両脇に第3の誘電体ストリップを伝搬するLSMモードの信号と結合する第2の導体を設け、第1の導体と第2の導体との間にミキサダイオードを設ける。この構成により、第1・第2・第3の誘電体ストリップをポート1,ポート2,ポート3とし、例えばポート1とポート2からRF信号とLo信号がそれぞれLSMモードで入力されると、各誘電体ストリップのなす角度に応じてポート3にはLSMモードとLSEモードの混在したRF信号とLo信号が合波される。そして、第1の導体は第3の誘電体ストリップを伝搬するLSEモードの信号と結合するため、そのLSEモードの信号が上記ミキサダイオードに印加される。また、第2の導体はスロットラインを構成し、第3の誘電体ストリップを伝搬するLSMモードの信号と結合するため、そのLSMモードの信号が上記ミキサダイオードに印加される。結局、ミキサダイオードには第3の誘電体ストリップを伝搬するRF信号とLo信号がそれぞれミキサダイオードに印加されて、第1の導体からIF信号を取り出せるようになる。なお、上記誘電体共振器は単一である必要はなく、隣接する誘電体共振器間が結合するように複数の誘電体共振器を配列すれば、広帯域化が図れる。
【0021】
この発明の旋回偏波放射器は、LSMモードとLSEモードの両モードを用いて円偏波や楕円偏波の電磁波を送波または受波するために、請求項9に記載のとおり、略平行な2つの導電体平面の間に第1の誘電体共振器を配置し、互いの一方の端部を第1の誘電体共振器に向けるとともに、所定角度をなして第1,第2の2つの誘電体ストリップを配置して、第1の誘電体ストリップと第2の誘電体ストリップとの間でモード変換を行うモード変換器を構成するとともに、第2の誘電体ストリップの他方の端部に第2の誘電体共振器を設けて成り、第1の誘電体ストリップから第2の誘電体共振器へ伝搬するLSMモードとLSEモードとの混在信号によって円偏波または楕円偏波の電磁波を第2の誘電体共振器より放射させるか、または第2の誘電体共振器に入射する円偏波または楕円偏波の電磁波を前記モード変換器を介して第1の誘電体ストリップへLSMモードまたはLSEモードとして伝搬させる。この構成により、第1の誘電体ストリップから第1の誘電体共振器へLSMモードまたはLSEモードの電磁波が伝搬された際に、第2の誘電体ストリップにはLSMモードとLSEモードの混在した電磁波が伝搬され、この電磁波が第2の誘電体共振器を励振する際、第2の誘電体共振器に対するLSMモードとLSEモードの電磁波の位相差に応じて円偏波または楕円偏波の電磁波を放射することになる。逆に、第2の誘電体共振器に対して円偏波または楕円偏波の電磁波が入射すると、その電磁波が第2の誘電体ストリップを伝搬し、第1の誘電体共振器を介して第1の誘電体ストリップへ伝搬する際、偏波の回転方向に応じてLSMモードまたはLSEモードで単一モードの信号として伝搬されることになる。なお、上記第1の誘電体共振器は単一である必要はなく、隣接する誘電体共振器間が結合するように複数の誘電体共振器を配列すれば、広帯域化が図れる。同様に、上記第2の誘電体共振器も単一の誘電体共振器で構成する必要はなく、放射器としての誘電体共振器を含む複数の誘電体共振器で構成し、放射器としての誘電体共振器と第2の誘電体ストリップの端部との間に他の誘電体共振器が介在していてもよい。
【0022】
また、この発明の旋回偏波放射器は、LSMモードとLSEモードの両モードを用いて円偏波や楕円偏波の電磁波を送波受波するために、請求項10に記載のとおり、略平行な2つの導電体平面の間に第1の誘電体共振器を配置し、それぞれの一方の端部を第1の誘電体共振器に向けるとともに、所定角度をなして第1,第2,第3の3つの誘電体ストリップを配置して、第1および第2の誘電体ストリップと第3の誘電体ストリップとの間でそれぞれモード変換を行うモード変換器を構成するとともに、第3の誘電体ストリップの他方の端部に第2の誘電体共振器を設けて成り、第1の誘電体ストリップから第3の誘電体共振器へ伝搬するLSMモードとLSEモードとの混在信号によって円偏波または楕円偏波の電磁波を第2の誘電体共振器より放射させ、第2の誘電体共振器に入射する円偏波または楕円偏波の電磁波を第2の誘電体ストリップへLSMモードまたはLSEモードとして伝搬させる。この構成により、第1の誘電体ストリップから第1の誘電体共振器へLSMモードまたはLSEモードの電磁波が伝搬された際に、第2の誘電体ストリップにはLSMモードとLSEモードの混在した電磁波が伝搬され、この電磁波が第2の誘電体共振器を励振する際、第2の誘電体共振器に対するLSMモードとLSEモードの電磁波の位相差に応じて円偏波または楕円偏波の電磁波が放射され、第2の誘電体共振器に対して円偏波または楕円偏波の電磁波が入射されると、その電磁波が第2の誘電体ストリップを伝搬し、第1の誘電体共振器を介して第1の誘電体ストリップへ伝搬する際、偏波の回転方向に応じてLSMモードまたはLSEモードで単一モードの信号として伝搬されることになる。
【0023】
【発明の実施の形態】
先ず、第1の実施形態に係る合分波器の構成を図7に示す。各誘電体ストリップおよび誘電体共振器の構成は図1〜図4に示したものと同様であり、図7においては、上下の導電体板を省略している。(A)に示す例では上記のとおり、略平行な2つの導電体平面の間に誘電体共振器4を配置し、互いの端部を誘電体共振器4に向けるとともに、誘電体共振器4の位置を中心として所定角度をなして第1,第2,第3の3つの誘電体ストリップ3a,3b,3cを配置して、それぞれポート1,ポート2,ポート3とし、ポート1とポート2から誘電体共振器4方向へ伝搬する電磁波をポート3へ合波するか、またはポート3から誘電体共振器4方向へ伝搬する電磁波をポート1とポート2へ分波する。例えば、ポート1から信号(a)をLSM01モードで入力すると、誘電体共振器4が例えばHE111 モードで励振し、この誘電体共振器4を介して信号(a)がポート3へLSM01モードの電磁波としてそのまま出力される。ポート2から信号(b)をLSM01モードの電磁波として入力すると、誘電体共振器4が例えばHE111 モードで励振し、この誘電体共振器4を介して信号(b)が誘電体共振器4を介してポート3へLSE01モードの電磁波として出力される。一方、ポート1から入力した信号(a)は、誘電体共振器4を介してポート2へLSE01モードの電磁波として出力されようとするが、ポート2にLSE01モードのモードサプレッサを設けることによって、(a)の信号がポート2へ伝搬されることはない。同様に、ポート2から入力した信号(b)は、誘電体共振器4を介してLSE01モードの電磁波としてポート1方向へ出力されようとするが、ポート1にLSE01モードのモードサプレッサを設けることによって、(b)の信号がポート1へ伝搬されることはない。これによりポート1とポート2とのアイソレーションが保たれ、合波器として作用する。また、逆にポート3から信号(a)がLSM01モードの電磁波として入力されると、ポート1へLSM01モードの電磁波として信号(a)がそのまま出力されるが、ポート2へは出力されず、ポート3から信号(b)がLSE01モードの電磁波として入力されると、信号(b)はポート2へLSM01モードの電磁波として出力され、ポート1へは出力されない。これにより分波器として作用する。
【0024】
図7の(B)に示す例では、誘電体ストリップ3a,3b,3cの端部を誘電体共振器4a,4b,4cに向けて配置している。この場合、誘電体ストリップ3aと3cとの間に3段の共振器が介在し、誘電体ストリップ3bと3aとの間および3bと3cとの間にそれぞれ2段の共振器が介在し、隣接する誘電体共振器間がそれぞれ例えばHE111 モードで結合する。その他の作用は(A)の場合と同様である。また、図7の(C)に示す例では、誘電体ストリップ3a,3b,3cの端部を誘電体共振器4a,4bに向けて配置している。この場合、誘電体ストリップ3aと3cとの間に1段の共振器が介在し、誘電体ストリップ3bと3aとの間および3bと3cとの間にそれぞれ2段の共振器が介在し、誘電体共振器4a,4b間が例えばHE111 モードで結合する。このように複数段の共振器を帯域通過フィルタとして作用させることによって、広帯域化が図れる。
【0025】
次に第2の実施形態に係る合分波器の構成を図8に示す。この第2の実施形態では、第1・第2・第3の誘電体ストリップ3a,3b,3cの角度関係を図7に示したものとは異ならせている。その他の構成は第1の実施形態の場合と同様である。この図8に示す例では、第3の誘電体ストリップ3cに対する第1・第2の誘電体ストリップ3a,3bのなす角度をそれぞれ135°としている。ポート1から信号(a)がLSM01モードで入力されると、誘電体共振器4が例えばHE111 モードで励振し、この誘電体共振器4を介して信号(a)がポート3へLSM01モードとLSE01モードの信号として出力される。同様に、ポート2から信号(b)がLSM01モードで入力されると、その信号もLSM01モードとLSE01モードの混在する信号としてポート3へ出力される。このとき第3の誘電体ストリップに対する第1と第2の誘電体ストリップのなす角度が等しいため、ポート1とポート2からの入力信号は均等に合波されることになり、均等合波の合波器として用いることができる。逆に、ポート3からLSM01モードまたはLSE01モードの信号が入力されると、誘電体共振器4は例えばHE111 モードで励振され、この誘電体共振器4を介してポート1とポート2から等分配されたLSM01モードの信号がそれぞれ出力されることになり、等分配の分波器として用いることができる。なお、図8に示した誘電体共振器4は複数段に構成してもよい。
【0026】
図9は第3の実施形態に係る3dBカップラとして用いることのできる合分波器の構成を示す図である。各誘電体ストリップおよび誘電体共振器の構成は先に示した実施形態の場合と同様であり、図9においては、上下の導電体板を省略している。図9において誘電体ストリップ3a,3b,3cおよび誘電体共振器4aの構成は図7に示した合分波器と同様である。また、図9において誘電体ストリップ3c,3d,3eおよび誘電体共振器4bから成る部分の構成は、図8に示した合分波器を左右反転させたものと同様であり、誘電体ストリップ3cに対する誘電体ストリップ3d,3eのなす角度を等しくするとともに、誘電体ストリップ3d,3eのなす角度を90°としている。ポート1およびポート2から信号(a)および(b)がそれぞれLSM01モードで入力されると、誘電体共振器4aを介して信号(a)がLSM01モードで、信号(b)がLSE01モードでそれぞれ誘電体ストリップ3cを伝搬する。この2つの信号が誘電体共振器4bを介してそれぞれLSM01モードおよびLSE01モードとして誘電体ストリップ3d,3eに伝搬しようとするが、LSE01モードの成分はLSEモードサプレッサ5により打ち消されるので、信号(a)と信号(b)のLSM01モードの成分のみがポート3とポート4に出力される。これによりポート1とポート2からそれぞれ入力された信号(a),(b)が合波されてポート3とポート4にそれぞれ分波出力されることになり、3dBカップラとして機能する。なお、誘電体ストリップ3dと3eにそれぞれLSE01モードサプレッサ5を設けているため、ポート3から入射されるLSM01モードの信号がLSE01モードの信号としてポート4から出力されることはなく、逆にポート4から入射されるLSM01モードの信号がLSE01モードの信号としてポート3から出力されることもない。
【0027】
上記の例では、誘電体ストリップ3cに対する誘電体ストリップ3d,3eのなす角度を等しくしたが、誘電体ストリップ3d,3eのなす角度を90°としたまま、誘電体ストリップ3cに対する誘電体ストリップ3d,3eのなす角度を変えることにより、結合量(分配比)を変えることができる。同様に、誘電体ストリップ3a,3bのなす角度を90°としたまま、誘電体ストリップ3cに対する誘電体ストリップ3a,3bのなす角度を変えることにより、結合量を変えることができる。
【0028】
図10は第4の実施形態に係るバランス型ミキサの構成を示す図である。この場合も先の実施例の場合と同様に上下の導電体板は省略している。誘電体ストリップ3a,3b,3cおよび誘電体共振器4の構成は図7に示したものと同様であるが、少なくとも誘電体ストリップ3c部分については同図の(B)に示す断面図のように、上下の導電体板1,2の間に上下に2分割した誘電体ストリップ3c−1,3c−2を設けるとともに、その間に挟み込むように誘電体板6を配置している。そして誘電体板6には、(A)に示すようにコプレーナガイドを設けている。図10の(C)はその部分の拡大図であり、第1の導体7とその両脇に示す第2の導体9とによってコプレーナガイドを構成している。第1の導体7と第2の導体9との間にはミキサダイオード(ショットキーバリアダイオード)8a,8bをマウントしている。
【0029】
さて、図10においてポート1からLo信号がLSM01モードで入射され、ポート2からRF信号がLSM01モードで入射されると、第1の実施形態で示した合波器の作用で、LSM01モードのLo信号とLSE01モードのRF信号とが誘電体ストリップ3cを伝搬することになる。このうちLSE01モードのRF信号と第1の導体7とが磁界結合するため、2つのミキサダイオード8a,8bに対して逆相関係でRF信号が印加される。また、LSM01モードのLo信号が、第2の導体9にスロットラインモードで結合し、ミキサダイオード8a,8bに同相のLo信号が印加されることになる。これにより第1の導体7からIF信号を取り出すことが可能となる。なお、ミキサダイオード8a,8bに対しバイアス電圧を印加する場合には、第2の導体9,9間にバイアス電圧を印加すればよいが、これは必須ではない。
【0030】
図11は第5の実施形態に係る旋回偏波放射器の構成を示す図であり、上下の導電体板は図において省略している。誘電体ストリップ3aと3bとは、第1の誘電体共振器4aを中心として90°の角度をなし、誘電体ストリップ3cと3aとのなす角度および3cと3bとのなす角度をそれぞれ略135°の関係としている。また誘電体ストリップ3cの端部には円柱状の第2の誘電体共振器4bを配置するとともに、上下の何れか一方の導電体板の、誘電体共振器4bの対向する部分に開口部を設けている。このような構成で、ポート1からTx(送信)信号がLSM01モードで入力されると、誘電体共振器4aを介して誘電体ストリップ3cにLSM01モードとLSE01モードの混在するTx信号が伝搬し、誘電体共振器4bを励振させる。その際、誘電体共振器4bに対するLSM01モードとLSE01モードの電磁波の位相差に応じて電界ベクトルは時間的・空間的に伝搬軸の周りを旋回する。これにより誘電体共振器4bは垂直1次放射器として作用し、上記導電体板に設けた開口部から誘電体共振器4bの軸方向に円偏波や楕円偏波の電磁波が放射されることになる。この誘電体共振器4bを励振するLSM01モードとLSE01モードの位相差は誘電体ストリップ3cの長さLによって設定および調整することができる。また逆に、放射波とは逆旋回の電磁波が上記開口部から誘電体共振器4bに対してその軸方向に入射すると、その電磁波がLSM01モードおよびLSE01モードとして誘電体ストリップ3cを伝搬し、誘電体共振器4aを介して誘電体ストリップ3bへ伝搬する際、LSM01モードとして伝搬し、ポート2からRx信号が出力される。衝突防止レーダ等で旋回偏波を用いた場合、送信波とターゲットで反射してきた受信波とは旋回方向が逆となっているため、この図11に示す部分は、垂直1次放射器と誘電体線路を用いたアンテナ共用器として用いることができる。
【0031】
図12は第6の実施形態に係る旋回偏波放射器の他の構成例を示す図である。図11に示した例では、送受を共に行う場合について示したが、この第6の実施形態では送波器または受波器として用いる。すなわち、図12の(A)は送波器であり、図11における誘電体ストリップ3a,3cと、誘電体共振器4a,4b部分の構成に等しい。従って、誘電体ストリップ3aを介してTx(送信)信号がLSM01モードで入力されると、誘電体共振器4aを介して誘電体ストリップ3cにLSM01モードとLSE01モードの混在するTx信号が伝搬し、誘電体共振器4bを励振させる。これにより上記導電体板に設けた開口部から誘電体共振器4bの軸方向に円偏波や楕円偏波の電磁波が放射される。また、(B)は、受波器であり、図11における誘電体ストリップ3b,3cと、誘電体共振器4a,4b部分の構成に等しい。従って、旋回偏波の電磁波が誘電体共振器4bに対してその軸方向に入射すると、その電磁波が誘電体ストリップ3cを伝搬し、誘電体共振器4aを介して誘電体ストリップ3bへ伝搬する際、LSM01モードとして伝搬し、ポート2からRx信号が出力される。
【0032】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、第1の誘電体ストリップからLSMモードの電磁波が伝搬されて、誘電体共振器が例えばHE111 モードで励振され、この誘電体共振器に結合する第2の誘電体ストリップと誘電体共振器のHE111 モードの電界成分の向きとのなす角度に応じてLSMモードとLSEモードの電磁波が第2の誘電体ストリップに伝搬することになり、LSMモードとLSEモードとのモード変換を単純な構成で、且つ確実に行えるようになる。
【0033】
特に請求項2に係る発明によれば、LSMモードとLSEモードとの略完全な相互変換が確実に行えるようになる。
【0034】
また、請求項3に係る発明によれば、2つの誘電体ストリップのなす角度に応じて、LSMモードとLSEモードの変換割合を任意に定めることが可能となる。
【0035】
請求項4に係る発明によれば、誘電体線路を伝搬するLSMモードとLSEモードとを用いた合分波器が容易に構成できる。
【0036】
請求項5,6,7に係る発明によれば、それぞれがLSMモードの信号である2つの信号と、LSMモードとLSEモードの混在した信号との間で合波または分波が可能となる。また、合波用の信号が入力される、または、分波された信号が出力される2つのポート間のアイソレーションが確保される。
【0037】
請求項8に係る発明によれば、誘電体線路を伝搬するLSMモードとLSEモードを共に用いたミキサが容易に構成できる。
【0038】
請求項9,10に係る発明によれば、誘電体線路を伝搬するLSMモードとLSEモードを共に用いて円偏波や楕円偏波の電磁波を送波または受波する放射器が容易に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明で用いられる誘電体線路の構成例を示す図である。
【図2】同誘電体線路における2つのモードを示す図である。
【図3】誘電体ストリップと誘電体共振器との関係を示す図である。
【図4】誘電体共振器の励振モードの例を示す図である。
【図5】誘電体共振器に対する誘電体ストリップの配置関係の例を示す平面図である。
【図6】誘電体共振器に対する誘電体ストリップの配置関係の他の例を示す平面図である。
【図7】第1の実施形態に係る合分波器の構成を示す平面図である。
【図8】第2の実施形態に係る合分波器の構成を示す平面図である。
【図9】第3の実施形態に係る合分波器の構成を示す平面図である。
【図10】第4の実施形態に係るバランス型ミキサの構成を示す平面図である。
【図11】第5の実施形態に係る旋回偏波放射器の構成を示す平面図である。
【図12】第6の実施形態に係る旋回偏波放射器の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
1,2−導電体板
3,3a,3b,3c,(3c−1),(3c−2),3d,3e−誘電体ストリップ
4,4a,4b−誘電体共振器
5−LSE01モードサプレッサ
6−誘電体板
7−第1の導体
8a,8b−ミキサダイオード
9−第2の導体[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a dielectric line mode converter that converts modes of electromagnetic waves propagating through a dielectric line, a dielectric line multiplexer / demultiplexer that performs multiplexing / demultiplexing using two different modes, The present invention relates to a dielectric line mixer that performs frequency conversion using a mode, and a radiator that transmits or receives a circularly polarized wave using two different modes that propagate through the dielectric line.
[0002]
[Prior art]
Propagation of electromagnetic waves along a dielectric strip by inserting a dielectric strip between the two conductor planes while forming a cut-off zone with the interval between two parallel conductor planes being less than half a wavelength. Millimeter wave modules using nonradiative dielectric lines (hereinafter referred to as “NRD guides”) that have been made to be developed have been developed. The transmission mode of the NRD guide is roughly classified into an LSM mode in which the magnetic field is parallel to the interface between the dielectric strip and air, and an LSE mode in which the electric field is parallel to the interface between the dielectric strip and air. These modes are further subdivided according to the mode order. Both of these modes are non-radioactive and can coexist in the NRD guide, but from the viewpoint of low loss, the operation mode is exclusively LSM. 01 The mode is selected. The LSE mode is treated as an unnecessary mode in the NRD guide. Rather, how to suppress the LSE mode or how to suppress the mode conversion from the LSM mode to the LSE mode has been a design point. . As will be described later, the present invention makes it possible to construct a highly functional millimeter-wave module by actively using the LSE mode together with the LSM mode. (1) Kuroki, Hongo, Nishida, Yoneyama “Mode conversion in NRD guide and higher-order mode symmetric stripline” Transformer LSM mode and LSE mode with electrode pattern formed in cross section of dielectric strip MW86-87 and Dielectric Technical Report MW86-87, (2) Tamaki, Yoneyama “Use orthogonal non-radioactive mode NRD guide FET amplifier ", Science 95 Total, C-95 is known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the mode converter shown in the above (1), (1) a matching metal piece must be attached in order to increase the conversion efficiency. (2) Since the width of the dielectric strip is narrowed to prevent the propagation of the LSM mode to the line through which the LSE mode propagates, the LSM mode and the LSE mode cannot be propagated simultaneously. (3) Even if the width of the dielectric strip is increased so that the LSM mode can be propagated, it is difficult to arbitrarily determine the conversion ratio between the LSM mode and the LSE mode.
[0004]
In the mode converter shown in (2) above, it is not easy in design to arbitrarily determine the conversion ratio between the LSM mode and the LSE mode.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a dielectric line mode converter that can perform mode conversion between an LSM mode and an LSE mode with a simple configuration and with certainty.
[0006]
Another object of the present invention is to provide a dielectric line mode converter in which the ratio of mode conversion between the LSM mode and the LSE mode can be arbitrarily set.
[0007]
In addition, the conventional NRD guide and the apparatus using the NRD guide handle the LSE mode as an unnecessary mode, and both modes are used for a multiplexer / demultiplexer, a mixer, or a swirl polarization such as a circular polarization or an elliptical polarization. It was not possible to construct a swirling polarization radiator that transmits or receives waves.
[0008]
Another object of the present invention is to provide a highly functional multiplexer / demultiplexer, mixer, and swirling polarization radiator using the LSM mode and the LSE mode.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
Since the mode converter of the present invention performs mode conversion between the LSM mode and the LSE mode, as described in
[0010]
Here, the structural example of the said mode converter is shown in FIGS. 1A is a partial perspective view of a dielectric line used in the mode converter, FIG. 1B is a cross-sectional view thereof, and
[0011]
3A and 3B are diagrams showing a configuration example of the mode converter. FIG. 3A is a partial perspective view, FIG. 3B is a cross-sectional view, and upper and lower conductor plates are omitted in FIG. In this manner, the dielectric resonator 4 is disposed between the
[0012]
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the excitation mode of the dielectric resonator 4. The solid line indicates an electric field, and the broken line indicates a magnetic field. In this example, HE 111 The electric field component of the mode is parallel to the AA plane.
[0013]
FIG. 5 is a plan view showing an example of the positional relationship between the first and second
[0014]
Here, as described in
[0015]
Further, as described in
[0016]
FIG. 6 shows a modification of FIG. 5D, in which a plurality of dielectric resonators are provided. In this way, if the first and second dielectric strips 3a and 3b are arranged at a predetermined angle θ toward the plurality of dielectric resonators, the pass band becomes wide according to the number of stages of the dielectric resonators. To widen the applicable bandwidth.
[0017]
Since the multiplexer / demultiplexer according to the present invention performs multiplexing or demultiplexing using both the LSM mode and the LSE mode, a dielectric material is provided between two substantially parallel conductor planes as claimed in claim 4. The first dielectric strip is disposed by disposing the resonator, with the ends thereof facing the dielectric resonator, and the first, second, and third dielectric strips disposed at a predetermined angle. And electromagnetic waves propagating in the direction of the dielectric resonator from the second dielectric strip to the third dielectric strip, or electromagnetic waves propagating in the direction of the dielectric resonator from the third dielectric strip. Splits into first and second dielectric strips.
[0018]
Further, by setting the angle formed by the second and third dielectric strips with respect to the first dielectric strip as described in
[0019]
Further, by setting the angle formed by the second and third dielectric strips with respect to the first dielectric strip as described in claim 6, the first, second and third dielectric strips are respectively set. For example, when a signal from
[0020]
Since the mixer according to the present invention performs frequency conversion using both the LSM mode and the LSE mode, a dielectric resonator is disposed between two substantially parallel conductor planes as described in claim 8, The first dielectric strip and the second dielectric are arranged such that their ends are directed to the dielectric resonator and the first, second, and third dielectric strips are arranged at a predetermined angle. Forming a multiplexer for combining the electromagnetic wave propagating from the strip in the direction of the dielectric resonator to the third dielectric strip, and combining with the LSE mode signal propagating through the third dielectric strip; A conductor is provided, a second conductor coupled to an LSM mode signal propagating through the third dielectric strip is provided on both sides of the conductor, and a mixer diode is provided between the first conductor and the second conductor. . With this configuration, the first, second, and third dielectric strips are designated as
[0021]
According to the ninth aspect of the present invention, the swirling polarization radiator transmits and receives circularly polarized waves and elliptically polarized electromagnetic waves using both the LSM mode and the LSE mode. The first dielectric resonator is disposed between the two conductor planes, one end of the first dielectric resonator faces the first dielectric resonator, and the first and second 2 are formed at a predetermined angle. Two dielectric strips are arranged to form a mode converter that performs mode conversion between the first dielectric strip and the second dielectric strip, and at the other end of the second dielectric strip A second dielectric resonator is provided, and a circularly polarized wave or an elliptically polarized electromagnetic wave is generated by a mixed signal of the LSM mode and the LSE mode propagating from the first dielectric strip to the second dielectric resonator. Radiation from the second dielectric resonator, or Of propagating circularly polarized or electromagnetic wave elliptically polarized incident on the dielectric resonator as an LSM mode or LSE mode to the first dielectric strip via the mode converter. With this configuration, when an LSM mode or LSE mode electromagnetic wave is propagated from the first dielectric strip to the first dielectric resonator, the second dielectric strip has an electromagnetic wave in which the LSM mode and the LSE mode are mixed. When this electromagnetic wave excites the second dielectric resonator, a circularly polarized wave or an elliptically polarized electromagnetic wave is generated according to the phase difference between the LSM mode electromagnetic wave and the LSE mode electromagnetic wave with respect to the second dielectric resonator. Will radiate. Conversely, when a circularly or elliptically polarized electromagnetic wave is incident on the second dielectric resonator, the electromagnetic wave propagates through the second dielectric strip and passes through the first dielectric resonator. When propagating to one dielectric strip, it is propagated as a single mode signal in the LSM mode or LSE mode depending on the direction of polarization rotation. Note that the first dielectric resonator does not have to be single, and a wide band can be achieved by arranging a plurality of dielectric resonators so that adjacent dielectric resonators are coupled. Similarly, the second dielectric resonator need not be composed of a single dielectric resonator, but is composed of a plurality of dielectric resonators including a dielectric resonator as a radiator. Another dielectric resonator may be interposed between the dielectric resonator and the end of the second dielectric strip.
[0022]
Further, the swirling polarized wave radiator of the present invention transmits and receives a circularly polarized wave and an elliptically polarized electromagnetic wave using both the LSM mode and the LSE mode. A first dielectric resonator is disposed between two parallel conductor planes, one end of each is directed to the first dielectric resonator, and the first, second, and second are formed at a predetermined angle. The third three dielectric strips are arranged to form a mode converter that performs mode conversion between the first and second dielectric strips and the third dielectric strip, and the third dielectric strip. The second dielectric resonator is provided at the other end of the body strip, and the circularly polarized wave is generated by the mixed signal of the LSM mode and the LSE mode propagating from the first dielectric strip to the third dielectric resonator. Or elliptically polarized electromagnetic waves in the second dielectric Vessels were from radiation propagating electromagnetic waves circularly polarized or elliptically polarized incident on the second dielectric resonator as LSM mode or LSE mode to the second dielectric strip. With this configuration, when an LSM mode or LSE mode electromagnetic wave is propagated from the first dielectric strip to the first dielectric resonator, the second dielectric strip has an electromagnetic wave in which the LSM mode and the LSE mode are mixed. When this electromagnetic wave excites the second dielectric resonator, a circularly polarized wave or an elliptically polarized electromagnetic wave is generated according to the phase difference between the LSM mode electromagnetic wave and the LSE mode electromagnetic wave with respect to the second dielectric resonator. When radiated and a circularly or elliptically polarized electromagnetic wave is incident on the second dielectric resonator, the electromagnetic wave propagates through the second dielectric strip and passes through the first dielectric resonator. When propagating to the first dielectric strip, the signal is propagated as a single mode signal in the LSM mode or the LSE mode depending on the rotation direction of the polarization.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the configuration of the multiplexer / demultiplexer according to the first embodiment is shown in FIG. The configuration of each dielectric strip and dielectric resonator is the same as that shown in FIGS. 1 to 4, and the upper and lower conductor plates are omitted in FIG. In the example shown in (A), as described above, the dielectric resonator 4 is disposed between two substantially parallel conductor planes, the ends of the dielectric resonator 4 face the dielectric resonator 4, and the dielectric resonator 4 The first, second, and third
[0024]
In the example shown in FIG. 7B, the end portions of the
[0025]
Next, the configuration of the multiplexer / demultiplexer according to the second embodiment is shown in FIG. In the second embodiment, the angular relationship between the first, second, and third
[0026]
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of an multiplexer / demultiplexer that can be used as a 3 dB coupler according to the third embodiment. The configurations of the dielectric strips and the dielectric resonator are the same as those of the above-described embodiment, and the upper and lower conductor plates are omitted in FIG. 9, the configurations of the
[0027]
In the above example, the angles formed by the
[0028]
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a balanced mixer according to the fourth embodiment. Also in this case, the upper and lower conductor plates are omitted as in the previous embodiment. The configurations of the
[0029]
Now, in FIG. 10, the Lo signal from
[0030]
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a swirling polarization radiator according to the fifth embodiment, and upper and lower conductor plates are omitted in the drawing. The dielectric strips 3a and 3b form an angle of 90 ° with respect to the first
[0031]
FIG. 12 is a diagram illustrating another configuration example of the swirling polarization radiator according to the sixth embodiment. In the example shown in FIG. 11, the case where both transmission and reception are performed is shown, but in the sixth embodiment, it is used as a transmitter or a receiver. That is, FIG. 12A shows a wave transmitter, which is equivalent to the configuration of the
[0032]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the LSM mode electromagnetic wave is propagated from the first dielectric strip, and the dielectric resonator is, for example, HE. 111 A second dielectric strip excited in the mode and coupled to the dielectric resonator and the HE of the dielectric resonator 111 The electromagnetic wave of the LSM mode and the LSE mode propagates to the second dielectric strip according to the angle formed by the direction of the electric field component of the mode, and the mode conversion between the LSM mode and the LSE mode is simple, and It will surely be possible.
[0033]
In particular, according to the second aspect of the invention, it is possible to reliably perform substantially complete mutual conversion between the LSM mode and the LSE mode.
[0034]
According to the invention of
[0035]
According to the invention which concerns on Claim 4, the multiplexer / demultiplexer using the LSM mode and LSE mode which propagate a dielectric material line can be comprised easily.
[0036]
According to the fifth, sixth, and seventh aspects, multiplexing or demultiplexing is possible between two signals, each of which is an LSM mode signal, and a signal in which the LSM mode and the LSE mode are mixed. Further, isolation between two ports to which a signal for multiplexing is input or from which a demultiplexed signal is output is ensured.
[0037]
According to the eighth aspect of the present invention, a mixer using both the LSM mode and the LSE mode propagating through the dielectric line can be easily configured.
[0038]
According to the ninth and tenth aspects of the present invention, it is possible to easily configure a radiator that transmits or receives a circularly polarized wave or an elliptically polarized electromagnetic wave by using both the LSM mode and the LSE mode propagating through the dielectric line. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a dielectric line used in the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing two modes in the same dielectric line.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a dielectric strip and a dielectric resonator.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an excitation mode of a dielectric resonator.
FIG. 5 is a plan view showing an example of an arrangement relationship of dielectric strips with respect to a dielectric resonator.
FIG. 6 is a plan view showing another example of the positional relationship of the dielectric strip with respect to the dielectric resonator.
FIG. 7 is a plan view showing the configuration of the multiplexer / demultiplexer according to the first embodiment.
FIG. 8 is a plan view showing a configuration of a multiplexer / demultiplexer according to a second embodiment.
FIG. 9 is a plan view showing a configuration of a multiplexer / demultiplexer according to a third embodiment.
FIG. 10 is a plan view showing a configuration of a balanced mixer according to a fourth embodiment.
FIG. 11 is a plan view showing the configuration of a swirling polarization radiator according to a fifth embodiment.
FIG. 12 is a plan view showing a configuration of a swirling polarization radiator according to a sixth embodiment.
[Explanation of symbols]
1,2-conductor plate
3, 3a, 3b, 3c, (3c-1), (3c-2), 3d, 3e-dielectric strips
4,4a, 4b-dielectric resonator
5-LSE 01 Mode suppressor
6-dielectric plate
7-first conductor
8a, 8b-Mixer diode
9-second conductor
Claims (10)
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