JP3746155B2 - Ｎｒｄガイドによる反射係数位相調整器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＲＤガイド（Non-Radiative Dielectric wave-guide,非放射性誘電体線路）から成る回路の周波数特性等の改善に有効で、ＮＲＤガイドにより反射係数の位相を調整する反射係数位相調整器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高速大容量通信に適したミリ波・マイクロ波帯の電波を用いたデータ通信端末の開発が盛んに行われているが、マイクロストリップ線路では、伝送損失が問題になるこのような高周波帯においても低損失性を有し、また試作も容易な伝送線路としてＮＲＤガイドが注目されている。
【０００３】
これまでにも発振器を始めとして、ミクサ、ＡＳＫ変調器、ＢＰＳＫ変調器などがＮＲＤガイドを用いて開発されているが、一部のＮＲＤガイドＢＰＳＫ変調器では反射係数の位相を調整するＮＲＤガイド回路が使用されている。このようなＮＲＤガイドを用いた反射係数の位相調整回路において、位相の変化範囲を広くし、なおかつ容易に調整を行いたいという要求が高まりつつある。
【０００４】
以下に、従来のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器について説明する。図１０は従来のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を示す斜視図であり、図１１（ａ）、（ｂ）は誘電体ストリップ上での電圧定在波分布の一例を示す分布図である。図１０において、１、２はＮＲＤガイドを構成する導体板、３、４は導体板１、２に挟まれた誘電体ストリップである。図１０で、誘電体ストリップ３と誘電体ストリップ４は隙間が生じないように密着させてある。誘電体ストリップ３は他のＮＲＤガイド回路へ接続されている。
【０００５】
以上のように構成されたＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器において、図１０の誘電体ストリップ３、４上での電圧定在波分布の一例として電圧定在波分布５を図１１に示す。分布定数線路上での電圧定在波分布では、電圧最大点と最小点が伝送波長（以下、「λｇ」と記載する）の４分の１波長間隔で周期的に繰り返すため、誘電体ストリップ４の長さが決まると、必然的に誘電体ストリップ３の端面から誘電体ストリップ４側をみた反射係数の位相が決定される。図１１（ａ）は、誘電体ストリップ３の端面から誘電体ストリップ４側をみたときの、最も近い電圧定在波分布の電圧最大点までの長さがλｇ／８になるときの電圧定在波分布の例であり、誘電体ストリップ３の端面から誘電体ストリップ４側をみた反射係数の位相は−９０°になる。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の誘電体ストリップ４の長さをλｇ／４だけ短くしたときの、誘電体ストリップ３、４上での電圧定在波分布を示したものである。誘電体ストリップ３の端面から誘電体ストリップ４側を見て、電圧定在波分布の電圧最小点までの距離がλｇ／８となるために、反射係数の位相は＋９０°になる。上記の例以外にも、誘電体ストリップ４の長さによっては反射係数の位相をその他の値に設定することもでき、誘電体ストリップ３の端面から誘電体ストリップ４側をみた反射係数の位相を±１８０°に渡って調整することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＮＲＤによる反射係数位相調整器では、反射係数の位相調整に際して、物理的に誘電体ストリップ４の長さを変えなければならないため、反射係数の位相を広範囲に渡って精度よく調整するためには、誘電体ストリップ４を様々な長さに加工し交換しなければならず、調整作業が煩雑になるという問題点を有していた。
【０００７】
このＮＲＤによる反射係数位相調整器では、物理的に誘電体ストリップ長を変えることなく、反射係数の位相を調整することが出来ることが要求されている。
【０００８】
本発明は、物理的に誘電体ストリップ長を変えることなく反射係数の位相を調整することが出来るＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のＮＲＤによる反射係数位相調整器は、半波長以下の間隔で平行に配置された２枚の導体板と、導体板間に配置され端部中心に導体板と平行なスロットが形成された矩形の誘電体ストリップと、誘電体ストリップと等しい横幅をもつ反射金属板の両側に導体板間隔と等しい高さをもつ２枚の金属側板を接続したＨ型金属部材とを有し、誘電体ストリップは主要伝送モードとしてＬＳＭ０１モードを用いるＮＲＤガイドであり、誘電体ストリップの両側面に金属板を配置して導体板と併せて方形導波管を構成した場合のＴＥ２０モードのカットオフ周波数が使用周波数よりも高くなるように誘電体ストリップの横幅を設定した構成を備えている。
【００１０】
これにより、物理的に誘電体ストリップ長を変えることなく反射係数の位相を調整することが出来るＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器は、半波長以下の間隔で平行に配置された２枚の導体板と、導体板間に配置され端部中心に導体板と平行なスロットが形成された矩形の誘電体ストリップと、誘電体ストリップと等しい横幅をもつ反射金属板の両側に導体板間隔と等しい高さをもつ２枚の金属側板を接続したＨ型金属部材とを有し、誘電体ストリップは主要伝送モードとしてＬＳＭ０１モードを用いるＮＲＤガイドであり、誘電体ストリップの両側面に金属板を配置して導体板と併せて方形導波管を構成した場合のＴＥ２０モードのカットオフ周波数が使用周波数よりも高くなるように誘電体ストリップの横幅を設定することとしたものであり、Ｈ型金属部材をスロット中でＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に移動させれば、誘電体ストリップ上の所定の面からＨ型金属部材側をみた反射係数の位相が調整されるという作用を有する。
【００１２】
請求項２に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器は、請求項１に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器において、Ｈ型金属部材は、金属側板の導体板と接する面に、ＬＳＭ０１モードの伝送軸と垂直な方向に、自由空間でのＴＥＭ波の４分の１波長の奇数倍長さの凸部と前記４分の１波長の奇数倍長さの凹部とを交互に設け、かつ両端が凸部になるように凹凸の繰り返し回数を定めることとしたものであり、金属側板と導体板との隙間が生じる場合でも、特性インピーダンスが高い凹部分と、特性インピーダンスが低い凸部分が交互に繰り返すために、金属側板と導体板との隙間を誘電体ストリップ側からみた反射係数の絶対値をほぼ１とみなせるようになり、上記隙間を電波が漏れ出ることはないという作用を有する。従って、反射係数の位相が調整されると共に、導体板と金属側板間に隙間が生じた場合でも、隙間からの電波の漏れが抑えられるという作用を有する。
【００１３】
請求項３に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器は、請求項１に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器において、導体板は、Ｈ型金属部材の金属側板と接する面に、ＬＳＭ０１モードの伝送軸と垂直な方向に、自由空間でのＴＥＭ波の４分の１波長の奇数倍長さの凹部と４分の１波長の奇数倍長さの凸部とを交互に設け、かつ両端が凸部になるように凹凸の繰り返し回数を定めることとしたものであり、金属側板と導体板との間に隙間が生じる場合でも、特性インピーダンスが高い凹部分と、特性インピーダンスが低い凸部分が交互に繰り返すために、金属側板と導体板の隙間を誘電体ストリップ側からみた反射係数の絶対値をほぼ１とみなせるようになり、上記隙間を電波が漏れ出ることはないという作用を有する。従って、反射係数の位相が調整されると共に、導体板と金属側板間に隙間が生じた場合でも、隙間からの電波の漏れが抑えられるという作用を有する。
【００１４】
請求項４に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器は、請求項１に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器において、Ｈ型金属部材は、金属側板の導体板と接する面に、ＬＳＭ０１モードの伝送軸と平行に、自由空間でのＴＥＭ波の４分の１波長の奇数倍長さの凹部と４分の１波長の奇数倍長さの凸部とを交互に設け、かつ両端が凸部となるように凹凸の繰り返し回数を定めることとしたものであり、導体板と金属側板との間に隙間が生じる場合でも、特性インピーダンスが低い凸部と、特性インピーダンスの高い凹部が交互に繰り返すために、上記隙間をＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に向かってみた反射係数の絶対値をほぼ１とみなせるようになり、上記隙間を電波が伝送することはないという作用を有する。従って、反射係数の位相が調整されると共に、導体板と金属側板間に隙間が生じた場合でも、隙間の電波の伝送が抑えられるという作用を有する。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図９を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の実施の形態１によるＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を示す斜視図であり、図１（ｂ）はＨ型金属加工品（Ｈ型金属部材）を示す斜視図、図２（ａ）はＮＲＤガイドのＬＳＭ０１モードの電界を示す電界図、図２（ｂ）はＮＲＤガイドの誘電体ストリップに反射金属板を挿入したときにＬＳＭ０１モードから励振されるトリプレート線路の高次モードの電界を示す電界図、図２（ｃ）はＮＲＤガイドの誘電体ストリップにＨ型金属加工品を挿入したときにＬＳＭ０１モードから励振されるＴＥ２０モードの電界を示す電界図、図３は誘電体ストリップの端部に設けたスロットを示す斜視図、図４はスロットの高さに対する反射係数の絶対値、即ち′Ｓ１１′のシミュレーション結果を示すグラフ、図５はＨ型金属加工品の位置に対する反射係数の位相、即ち角度Ｓ１１のシミュレーション結果を示すグラフである。
【００１６】
図１において、１、２は半波長以下の間隔で平行に配置された導体板、６は導体板１、２に挟まれたＮＲＤガイドを構成する誘電体ストリップ、７は誘電体ストリップ６の端部の中央に設けたスロット、８はスロット７に挿入するＨ型金属加工品（Ｈ型金属部材）、９は反射金属板、１０は反射金属板９の両側に設置された金属側板、１５は導体板１、２と誘電体スリップ６で構成されるＮＲＤガイドを伝送するＬＳＭ０１モードの反射係数の基準面（所定の面）である。上記導体板１、２の間隔を半波長以下としたのは、導体板１、２と平行な電界を有する電波の漏れを抑えるためである。上記反射金属板９と金属側板１０は上下対称となるＨ型に接続されている。
【００１７】
また、図２（ａ）において、１、２は図１と同様の導体板、１１は誘電体ストリップ、１２は導体板１、２と誘電体ストリップ１１で構成されるＮＲＤガイドを伝送するＬＳＭ０１モードの電界であり、図２（ｂ）において、１、２は図１と同様の導体板、９は図１と同様の反射金属板、１１は誘電体ストリップ、１３は反射金属板９を挿入したときにＬＳＭ０１モードによって励振される、即ちＬＳＭ０１モードから変換されるトリプレート線路の高次モードの電界であり、図２（ｃ）において、１、２は図１と同様の導体板、９は図１と同様の反射金属板、１１は誘電体ストリップ、１０は反射金属板９の両側に上下対称に取り付けられた金属側板、１４は反射金属板９を挿入したときにＬＳＭ０１モードによって励振される、即ちＬＳＭ０１モードから変換されるＴＥ２０モードの電界である。
【００１８】
さらに、図３において、１、２は図１と同様の導体板、６は導体板１、２に挟まれた誘電体ストリップ、７は誘電体ストリップ６の端部に設けたスロットである。
【００１９】
図４は、図３において、誘電体ストリップ６に比誘電率が２．０４のテフロンを用い、誘電体ストリップ６の高さを２．２５ｍｍ、幅を２．５０ｍｍとし、反射係数の基準面１５からスロット７までの長さを４ｍｍとしたときの、スロット７の高さに対する反射係数の基準面１５での反射係数の絶対値、即ち′Ｓ１１′を、６０．５ＧＨｚにおいて、米国ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳ Ｖｅｒ．５を用いてシミュレーションした結果を示す。
【００２０】
図５は、誘電体ストリップ６に比誘電率が２．０４のテフロンを用い、誘電体ストリップ６の高さを２．２５ｍｍ、幅を２．５０ｍｍとし、６０．５ＧＨｚにおいて、スロット７の基準面１５側の端面を原点としてＨ型金属加工品８の位置に対する基準面１５での反射係数の位相、即ち角度Ｓ１１を上記３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳ Ｖｅｒ．５を用いてシミュレーションした結果を示す。
【００２１】
このような構成、特性等を有する本実施の形態によるＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器の作用効果等について説明する。一般にＮＲＤガイドでは図２（ａ）に電界を示すＬＳＭ０１モードが使用されるが、ＬＳＭ０１モードの電界１２が最も強い誘電体ストリップ１１の中心に、電界１２と平行、即ち導体板１、２と平行に反射金属板９を図２（ｂ）に示すように設置すれば、誘電体ストリップ１１に沿って伝送してきたＬＳＭ０１モードを反射金属板９で反射させることができる。但し、単に反射金属板９を設置しただけでは、図２（ｂ）に電界１３で示すトリプレート線路の高次モードに一部の電力が変換されるために、図２（ｃ）に示す金属側板１０を設置して不要なモード変換を抑えなければならない。なお、金属側板１０を設置した場合、図２（ｃ）に電界１４で示すＴＥ２０モードへの変換が生じることも考えられるが、ＴＥ２０モードのカットオフ周波数が使用周波数よりも高くなるように誘電体ストリップ１１の横幅を設定しているため、ＬＳＭ０１モードからＴＥ２０モードへの変換は生じない。従って、反射金属板９と金属側板１０から構成されるＨ型金属加工品８を図１に示すように誘電体ストリップ６の端部中央に設けたスロット７に差し込み、Ｈ型金属加工品８をＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に移動させることにより、反射係数の基準面１５から入射されたＬＳＭ０１モードの電波の反射点を任意に変更して、反射係数の基準面１５での反射係数の位相を調整することができる。なお、ＴＥ２０モードのカットオフ周波数は、誘電体ストリップ１１の横幅をλ０／ｓｑｒｔ（εｒ）より小さくすることで、使用周波数よりも高くすることが出来る。λ０は自由空間でのＴＥＭ波の波長であり、εｒは誘電体ストリップ１１の比誘電率である。ただし、スロット７の高さを極端に大きくすると、反射係数の基準面１５から入射したＬＳＭ０１モードは、Ｈ型金属加工品８に達する前にスロット７で反射される電力が増加するため、Ｈ型金属加工品８を移動した場合、反射係数の位相と共に振幅も同時に変化する。反射係数の振幅変動を抑えるためには、スロット７の高さは入射したＬＳＭ０１モードの反射が生じないように小さくしなければならない。図３は図１からＨ型金属加工品８を取り去った導体板１、２と誘電体ストリップ６を示し、図４は図３において誘電体ストリップ６に横幅２．５ｍｍ、高さ２．２５ｍｍ、比誘電率２．０４のテフロンを用い、スロット７の長さを４ｍｍとし、基準面１５からスロット７までの長さを４ｍｍとしたときの、６０．５ＧＨｚにおけるスロット７の高さに対する′Ｓ１１′のシミュレーション結果を示す。スロット７の高さが０．５ｍｍ以上になると′Ｓ１１′が急激に増加するため、スロット７の高さは０．５ｍｍ以下が望ましいことが分かる。テフロンを用いた誘電体ストリップ６の高さと横幅を６０ＧＨｚ帯で通常用いられる２．２５ｍｍと２．５ｍｍに設定し、反射係数の基準面１５からスロット７までの長さを５ｍｍ、またスロット７の高さを０．４ｍとしたときの、Ｈ型金属加工品８の位置に対する基準面１５での反射係数の位相、即ち角度Ｓ１１を、６０．５ＧＨｚにおいて米国ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社の前記３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳ Ｖｅｒ．５を用いてシミュレーションした結果を図５に示す。Ｈ型金属加工品８の位置に対して位相Ｓ１１が±１８０°の範囲に渡って連続的に変化し、なおかつ′Ｓ１１′の変動幅は０．４ｄＢ以下に抑えられていることがわかる。
【００２２】
以上のように本実施の形態では、誘電体ストリップ６の中心に導体板１、２と平行に設けたスロット７にＨ型金属加工品８の反射金属板９をスロット７に差し込み、ＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に移動させることで、誘電体ストリップ６の物理的な加工を必要とせず反射係数の基準面１５での反射係数の位相を連続的にかつ±１８０°の範囲にわたって調整できる。また、ＮＲＤガイドを伝送するＬＳＭ０１モードは、誘電体ストリップ６の断面内において、導体板１、２間の中心に位置する導体板と平行な電界の強度が最も強いため、誘電体ストリップ６の端部において誘電体ストリップ６の中心に反射金属板９を配置することにより、反射金属板９を挿入した挿入部以降のＬＳＭ０１モードの伝送を抑えることができ、また、反射金属板９の両側に導体板間隔と等しい高さをもつ金属側板１０を配置して断面形状をＨ型とすることにより、ＬＳＭ０１モードからトリプレート線路の高次モードへの変換を抑えることができる。さらに、Ｈ型の金属加工品で区切られ上下に並んだ導波管部分をＬＳＭ０１モードから変換されたＴＥ２０モードが伝送することも考えられるが、Ｈ型金属加工品８の金属側板１０の間隔をＴＥ２０モードがカットオフになるように設定しているために、ＬＳＭ０１モードからＴＥ２０モードへの変換は行われない。従って、誘電体ストリップ６に沿って伝送してきたＬＳＭ０１モードは、他モードへの変換が行われることなく、Ｈ型金属加工品挿入部でＬＳＭ０１モードのまま反射される。従って、誘電体スロット６の端部のスロット７に挿入したＨ型金属加工品８をＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に移動させて、誘電体ストリップ６中でのＬＳＭ０１モード反射点を移動させることにより、誘電体ストリップ６上の任意の点からＨ型金属加工品８側をみた反射係数の位相を調整できる。
【００２３】
なお、後述する実施の形態２〜４で示すＬＳＭ０１モードから変換されたＴＥＭ波の漏れによって′Ｓ１１′が減少することも考えられるが、実用上影響がない場合には金属側板１０と導体板１、２の間に隙間が生じても差し支えない。
【００２４】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２によるＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を示す断面図であり、金属側板にＬＳＭ０１モードの伝送軸に対して垂直な方向に凹凸加工を施した反射係数位相調整器の断面を示す。図７は、Ｈ型金属加工品と導体板との隙間をＬＳＭ０１モードの伝送軸に対して垂直な方向に漏れる電界を示す電界図である。
【００２５】
図６において、１、２は導体板、６は導体板１、２に挟まれた誘電体ストリップ、８はＨ型金属加工品、９はＨ型金属加工品８を構成する反射金属板、１０はＨ型金属加工品８を構成する金属側板である。金属側板１０においては、導体板１、２と接する面に凹凸の加工が施されている。また、図７において、１、２は導体板、６は導体板１、２に挟まれた誘電体ストリップ、８はＨ型金属加工品、９はＨ型金属加工品８を構成する反射金属板、１０はＨ型金属加工品８を構成する金属側板、１６は誘電体ストリップ６に沿って伝送するＬＳＭ０１モードによって金属側板１０と導体板１、２との隙間に励振される電界である。
【００２６】
このように構成されたＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器の作用効果等について説明する。図６において、金属側板１０の導体板１、２と接する面には、λ０／４の奇数倍の長さの凸部とλ０／４の奇数倍の長さの凹部を交互に、かつ凸部で始まり凸部で終わるように設けている。そのため、試作時の寸法誤差などにより導体板１、２と反射金属板１０の間に隙間が生じた場合でも、特性インピーダンスが低い凸部と特性インピーダンスが高い凹部とが交互に繰り返されるために、金属側板１０と導体板１、２との隙間を誘電体ストリップ６側からみた反射係数の絶対値はほぼ１とみなせるようになる。従って、図７に示すような、金属側板１０の外側へ漏れ出る電界１６をもつＴＥＭ波が導体板１、２と金属側板１０との隙間にＬＳＭ０１モードによって励振されることはない。なお、金属側板１０を導体板１、２から直流的に絶縁するなどの理由で、導体板１、２と金属側板１０の間に誘電体シートを挿入する方法も考えられるが、金属側板１０に設ける凹部と凸部の長さをλｄ／４（λｄはテフロンシート中でのＴＥＭ波の波長）の奇数倍にし、誘電体シートに金属側板１０と噛み合うように凹凸加工を施すことにより、電界１６をもつＴＥＭ波の励振を防ぐことが出来る。
【００２７】
以上のように本実施の形態では、金属側板１０の導体板１、２と接する面に、λ０／４の奇数倍の長さの凸部とλ０／４の奇数倍の長さをもつ凹部とを交互に繰り返すように凸部、凹部を形成したことにより、金属側板１０と導体板１、２の間に隙間が生じた場合でも、金属側板１０の外側への電波の漏れを抑えることが出来るＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器が得られる。なお、凸部の長さと凹部の長さは等しくする必要はなく、例えば凸部の長さを３λ０／４にし、凹部の長さをλ０／４にしても、金属側板１０の外側へ漏れる電波を抑える効果がある。
【００２８】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３によるＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を示す断面図であり、導体板の金属側板と接する面にＬＳＭ０１モードの伝送軸に対して垂直な方向に凹凸加工を施した反射係数位相調整器の断面を示す。
【００２９】
図８において、１、２は導体板、６は導体板１、２に挟まれた誘電体ストリップ、８はＨ型金属加工品、９はＨ型金属加工品８を構成する反射金属板、１０はＨ型金属加工品８を構成する金属側板である。
【００３０】
このように構成されたＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器の作用効果等について説明する。図８では、導体板１、２の金属側板１０と接する面に、λ０／４の奇数倍の長さの凸部とλ０／４の奇数倍の長さの凹部とを交互に、かつ両端が凸部になるように設ける。図８はλ０／４の奇数倍の長さの凸部とλ０／４の奇数倍の長さの凹部とλ０／４の奇数倍の長さの凸部とを導体板１、２に形成した例を示すが、両端の凸部の上面は導体板１、２面と等しくなるために、結果的に１つの凹部だけを導体板１、２に設けた構造になる。導体板１、２と金属側板１０との間に隙間が生じた場合でも、特性インピーダンスが低い凸部と特性インピーダンスが高い凹部とが交互に繰り返されるため、導体板１、２と金属側板１０の隙間を誘電体ストリップ６側からみた反射係数の絶対値はほぼ１とみなせるようになる。従って、導体板１、２と金属側板１０との隙間に、ＬＳＭ０１モードによってＴＥＭ波が励振され、金属側板１０の外側へは漏れることはない。なお、金属側板１０を導体板１、２から直流的に絶縁するなどの理由で、導体板１、２と金属側板１０の間に誘電体シートを挿入する方法も考えられるが、導体板１、２に設ける凹部と凸部の長さをλｄ／４（λｄはテフロンシート中でのＴＥＭ波の波長）の奇数倍にし、誘電体シートに導体板１、２と噛み合うように凹凸加工を施すことにより、電界１６をもつＴＥＭ波の励振を防ぐことが出来る。
【００３１】
以上のように本実施の形態では、導体板１、２の金属側板１０と接する面に、λ０／４の奇数倍の長さの凸部とλ０／４の奇数倍の長さをもつ凹部とを交互に繰り返すことにより、金属側板１０と導体板１、２の間に隙間が生じた場合でも、金属側板１０の外側への電波の漏れを抑えることが出来るＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器が得られる。なお、凸部の長さと凹部の長さは等しくする必要はなく、例えば凸部の長さを３λ０／４にし、凹部の長さをλ０／４にしても、金属側板１０の外側へ漏れる電波を抑える効果がある。
【００３２】
（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態４によるＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を示す斜視図であり、金属側板の導体板と接する部分にＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に凹凸加工を施した反射係数位相調整器を示す。
【００３３】
図９において、１、２は導体板、６は導体板１、２に挟まれた誘電体ストリップ、７は誘電体ストリップ６の端部に設けられたスロット、８はＨ型金属加工品、９はＨ型金属加工品８を構成する反射金属板、１０はＨ型金属加工品８を構成する金属側板、１５は反射係数の基準面である。
【００３４】
このように構成されたＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器の作用効果等について説明する。図９において、金属側板１０の導体板１、２と接する面には、ＬＳＭ０１モードの伝送軸方向と平行に、λ０／４の奇数倍の長さの凸部とλ０／４の奇数倍の長さの凹部とを交互にかつ上下対称に、また凸部で始まり凸部で終わるように形成している。凹部の深さは、図２（ｂ）に示すトリプレート線路の高次モードが伝送できず、またＴＥＭ波からみて十分高インピーダンスになるように設定する。導体板１、２と金属側板１０との間に隙間が生じる場合でも、特性インピーダンスが低い凸部と特性インピーダンスが高い凹部とが交互に繰り返されるために、導体板１、２と金属側板１０の隙間をＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に反射係数の基準面１５側からみた反射係数の絶対値はほぼ１とみなせるようにようになる。従って、誘電体ストリップ６を伝送してきたＬＳＭ０１モードが、導体板１、２と金属側板１０との隙間をＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に伝送するＴＥＭ波に変換されることなく、ＬＳＭ０１モードを維持したまま反射される。なお、金属側板１０を導体板１、２から直流的に絶縁するなどの理由で、導体板１、２と金属側板１０の間に誘電体を挿入する方法も考えられるが、金属側板１０に設ける凹部と凸部の長さをλｄ／４（λｄはテフロンシート中でのＴＥＭ波の波長）の奇数倍にし、誘電体に金属側板１０と噛み合うようにＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に凹凸加工を施すことにより、導体板１、２と金属側板１０の隙間を漏れる電波を抑えることが出来る。
【００３５】
以上のように本実施の形態では、導体板１、２の金属側板１０と接する面に、λ０／４の奇数倍の長さの凸部とλ０／４の奇数倍の長さをもつ凹部とをＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に交互に繰り返すように形成したことにより、金属側板１０と導体板１、２の間に隙間が生じた場合でも、その隙間に沿って漏れる電波を抑えることが出来るＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器が得られる。なお、凸部の長さと凹部の長さは等しくする必要はなく、例えば凸部の長さを３λ０／４にし、凹部の長さをλ０／４にしても、電波の漏れを抑える効果がある。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器によれば、半波長以下の間隔で平行に配置された２枚の導体板と、導体板間に配置され端部中心に導体板と平行なスロットが形成された矩形の誘電体ストリップと、誘電体ストリップと等しい横幅をもつ反射金属板の両側に導体板間隔と等しい高さをもつ２枚の金属側板を接続したＨ型金属部材とを有し、誘電体ストリップは主要伝送モードとしてＬＳＭ０１モードを用いるＮＲＤガイドであり、誘電体ストリップの両側面に金属板を配置して導体板と併せて方形導波管を構成した場合のＴＥ２０モードのカットオフ周波数が使用周波数よりも高くなるように誘電体ストリップの横幅を設定したことにより、Ｈ型金属部材をスロット中でＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に移動させれば、誘電体ストリップ上の所定の面からＨ型金属部材側をみた反射係数の位相を広範囲に渡って調整することができるという有利な効果が得られる。また、誘電体ストリップの端部において誘電体ストリップの中心に反射金属板を配置することにより、反射金属板を挿入した挿入部以降のＬＳＭ０１モードの伝送を抑えることができ、また、反射金属板の両側に導体板間隔と等しい高さをもつ金属側板を配置して断面形状をＨ型とすることにより、ＬＳＭ０１モードからトリプレート線路の高次モードへの変換を抑えることができるという有利な効果が得られる。さらに、Ｈ型金属部材で区切られ上下に並んだ導波管部分をＬＳＭ０１モードから変換されたＴＥ２０モードが伝送することも考えられるが、Ｈ型金属部材の金属側板の間隔をＴＥ２０モードがカットオフになるように設定しているために、ＬＳＭ０１モードからＴＥ２０モードへの変換は行われないという有利な効果が得られる。
【００３７】
請求項２に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器によれば、請求項１に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器において、Ｈ型金属部材は、金属側板の導体板と接する面に、ＬＳＭ０１モードの伝送軸と垂直な方向に、自由空間でのＴＥＭ波の４分の１波長の奇数倍長さの凸部と前記４分の１波長の奇数倍長さの凹部とを交互に設け、かつ両端が凸部になるように凹凸の繰り返し回数を定めたことにより、金属側板と導体板との隙間が生じる場合でも、特性インピーダンスが高い凹部分と特性インピーダンスが低い凸部分とが交互に繰り返されるために、金属側板と導体板との隙間を誘電体ストリップ側からみた反射係数の絶対値をほぼ１とみなせるようになり、上記隙間を電波が漏れ出ることはなく、従って、反射係数の位相を調整することができると共に、導体板と金属側板間に隙間が生じた場合でも、隙間からの電波の漏れを抑えることができるという有利な効果が得られる。
【００３８】
請求項３に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器によれば、請求項１に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器において、導体板は、Ｈ型金属部材の金属側板と接する面に、ＬＳＭ０１モードの伝送軸と垂直な方向に、自由空間でのＴＥＭ波の４分の１波長の奇数倍長さの凹部と４分の１波長の奇数倍長さの凸部とを交互に設け、かつ両端が凸部になるように凹凸の繰り返し回数を定めたことにより、金属側板と導体板との間に隙間が生じる場合でも、特性インピーダンスが高い凹部分と特性インピーダンスが低い凸部分とが交互に繰り返されるために、金属側板と導体板の隙間を誘電体ストリップ側からみた反射係数の絶対値をほぼ１とみなせるようになり、上記隙間を電波が漏れ出ることはなく、従って、反射係数の位相を調整することができると共に、導体板と金属側板間に隙間が生じた場合でも、隙間からの電波の漏れを抑えることができるという有利な効果が得られる。
【００３９】
請求項４に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器によれば、請求項１に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器において、Ｈ型金属部材は、金属側板の導体板と接する面に、ＬＳＭ０１モードの伝送軸と平行に、自由空間でのＴＥＭ波の４分の１波長の奇数倍長さの凹部と４分の１波長の奇数倍長さの凸部とを交互に設けかつ両端が凸部となるように凹凸の繰り返し回数を定めたことにより、導体板と金属側板との間に隙間が生じる場合でも、特性インピーダンスが低い凸部と特性インピーダンスの高い凹部とが交互に繰り返されるために、その隙間をＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に向かってみた反射係数の絶対値をほぼ１とみなせるようになり、上記隙間を電波が伝送することはなく、従って、反射係数の位相を調整することができると共に、導体板と金属側板間に隙間が生じた場合でも、隙間の電波の伝送を抑えることができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１によるＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を示す斜視図
（ｂ）Ｈ型金属加工品（Ｈ型金属部材）を示す斜視図
【図２】（ａ）ＮＲＤガイドのＬＳＭ０１モードの電界を示す電界図
（ｂ）ＮＲＤガイドの誘電体ストリップに反射金属板を挿入したときにＬＳＭ０１モードから励振されるトリプレート線路の高次モードの電界を示す電界図
（ｃ）ＮＲＤガイドの誘電体ストリップにＨ型金属加工品を挿入したときにＬＳＭ０１モードから励振されるＴＥ２０モードの電界を示す電界図
【図３】誘電体ストリップの端部に設けたスロットを示す斜視図
【図４】スロットの高さに対する反射係数の絶対値を示すグラフ
【図５】Ｈ型金属加工品の位置に対する反射係数を示すグラフ
【図６】本発明の実施の形態２によるＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を示す断面図
【図７】Ｈ型金属加工品と導体板との隙間をＬＳＭ０１モードの伝送軸に対して垂直な方向に漏れる電界を示す電界図
【図８】本発明の実施の形態３によるＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を示す断面図
【図９】本発明の実施の形態４によるＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を示す斜視図
【図１０】従来のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を示し斜視図
【図１１】（ａ）誘電体ストリップ上での電圧定在波分布の一例を示す分布図
（ｂ）誘電体ストリップ上での電圧定在波分布の一例を示す分布図
【符号の説明】
１、２ 導体板
６、１１ 誘電体ストリップ
７ スロット
８ Ｈ型金属加工品（Ｈ型金属部材）
９ 反射金属板
１０ 金属側板
１２、１３、１４、１６ 電界
１５ 反射係数の基準面
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＲＤガイド（Non-Radiative Dielectric wave-guide,非放射性誘電体線路）から成る回路の周波数特性等の改善に有効で、ＮＲＤガイドにより反射係数の位相を調整する反射係数位相調整器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高速大容量通信に適したミリ波・マイクロ波帯の電波を用いたデータ通信端末の開発が盛んに行われているが、マイクロストリップ線路では、伝送損失が問題になるこのような高周波帯においても低損失性を有し、また試作も容易な伝送線路としてＮＲＤガイドが注目されている。
【０００３】
これまでにも発振器を始めとして、ミクサ、ＡＳＫ変調器、ＢＰＳＫ変調器などがＮＲＤガイドを用いて開発されているが、一部のＮＲＤガイドＢＰＳＫ変調器では反射係数の位相を調整するＮＲＤガイド回路が使用されている。このようなＮＲＤガイドを用いた反射係数の位相調整回路において、位相の変化範囲を広くし、なおかつ容易に調整を行いたいという要求が高まりつつある。
【０００４】
以下に、従来のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器について説明する。図１０は従来のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を示す斜視図であり、図１１（ａ）、（ｂ）は誘電体ストリップ上での電圧定在波分布の一例を示す分布図である。図１０において、１、２はＮＲＤガイドを構成する導体板、３、４は導体板１、２に挟まれた誘電体ストリップである。図１０で、誘電体ストリップ３と誘電体ストリップ４は隙間が生じないように密着させてある。誘電体ストリップ３は他のＮＲＤガイド回路へ接続されている。
【０００５】
以上のように構成されたＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器において、図１０の誘電体ストリップ３、４上での電圧定在波分布の一例として電圧定在波分布５を図１１に示す。分布定数線路上での電圧定在波分布では、電圧最大点と最小点が伝送波長（以下、「λｇ」と記載する）の４分の１波長間隔で周期的に繰り返すため、誘電体ストリップ４の長さが決まると、必然的に誘電体ストリップ３の端面から誘電体ストリップ４側をみた反射係数の位相が決定される。図１１（ａ）は、誘電体ストリップ３の端面から誘電体ストリップ４側をみたときの、最も近い電圧定在波分布の電圧最大点までの長さがλｇ／８になるときの電圧定在波分布の例であり、誘電体ストリップ３の端面から誘電体ストリップ４側をみた反射係数の位相は−９０°になる。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の誘電体ストリップ４の長さをλｇ／４だけ短くしたときの、誘電体ストリップ３、４上での電圧定在波分布を示したものである。誘電体ストリップ３の端面から誘電体ストリップ４側を見て、電圧定在波分布の電圧最小点までの距離がλｇ／８となるために、反射係数の位相は＋９０°になる。上記の例以外にも、誘電体ストリップ４の長さによっては反射係数の位相をその他の値に設定することもでき、誘電体ストリップ３の端面から誘電体ストリップ４側をみた反射係数の位相を±１８０°に渡って調整することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＮＲＤによる反射係数位相調整器では、反射係数の位相調整に際して、物理的に誘電体ストリップ４の長さを変えなければならないため、反射係数の位相を広範囲に渡って精度よく調整するためには、誘電体ストリップ４を様々な長さに加工し交換しなければならず、調整作業が煩雑になるという問題点を有していた。
【０００７】
このＮＲＤによる反射係数位相調整器では、物理的に誘電体ストリップ長を変えることなく、反射係数の位相を調整することが出来ることが要求されている。
【０００８】
本発明は、物理的に誘電体ストリップ長を変えることなく反射係数の位相を調整することが出来るＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のＮＲＤによる反射係数位相調整器は、半波長以下の間隔で平行に配置された２枚の導体板と、導体板間に配置され端部中心に導体板と平行なスロットが形成された矩形の誘電体ストリップと、誘電体ストリップと等しい横幅をもつ反射金属板の両側に導体板間隔と等しい高さをもつ２枚の金属側板を接続したＨ型金属部材とを有し、誘電体ストリップは主要伝送モードとしてＬＳＭ０１モードを用いるＮＲＤガイドであり、誘電体ストリップの両側面に金属板を配置して導体板と併せて方形導波管を構成した場合のＴＥ２０モードのカットオフ周波数が使用周波数よりも高くなるように誘電体ストリップの横幅を設定した構成を備えている。
【００１０】
これにより、物理的に誘電体ストリップ長を変えることなく反射係数の位相を調整することが出来るＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器は、半波長以下の間隔で平行に配置された２枚の導体板と、導体板間に配置され端部中心に導体板と平行なスロットが形成された矩形の誘電体ストリップと、誘電体ストリップと等しい横幅をもつ反射金属板の両側に導体板間隔と等しい高さをもつ２枚の金属側板を接続したＨ型金属部材とを有し、誘電体ストリップは主要伝送モードとしてＬＳＭ０１モードを用いるＮＲＤガイドであり、誘電体ストリップの両側面に金属板を配置して導体板と併せて方形導波管を構成した場合のＴＥ２０モードのカットオフ周波数が使用周波数よりも高くなるように誘電体ストリップの横幅を設定することとしたものであり、Ｈ型金属部材をスロット中でＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に移動させれば、誘電体ストリップ上の所定の面からＨ型金属部材側をみた反射係数の位相が調整されるという作用を有する。
【００１２】
請求項２に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器は、請求項１に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器において、Ｈ型金属部材は、金属側板の導体板と接する面に、ＬＳＭ０１モードの伝送軸と垂直な方向に、自由空間でのＴＥＭ波の４分の１波長の奇数倍長さの凸部と前記４分の１波長の奇数倍長さの凹部とを交互に設け、かつ両端が凸部になるように凹凸の繰り返し回数を定めることとしたものであり、金属側板と導体板との隙間が生じる場合でも、特性インピーダンスが高い凹部分と、特性インピーダンスが低い凸部分が交互に繰り返すために、金属側板と導体板との隙間を誘電体ストリップ側からみた反射係数の絶対値をほぼ１とみなせるようになり、上記隙間を電波が漏れ出ることはないという作用を有する。従って、反射係数の位相が調整されると共に、導体板と金属側板間に隙間が生じた場合でも、隙間からの電波の漏れが抑えられるという作用を有する。
【００１３】
請求項３に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器は、請求項１に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器において、導体板は、Ｈ型金属部材の金属側板と接する面に、ＬＳＭ０１モードの伝送軸と垂直な方向に、自由空間でのＴＥＭ波の４分の１波長の奇数倍長さの凹部と４分の１波長の奇数倍長さの凸部とを交互に設け、かつ両端が凸部になるように凹凸の繰り返し回数を定めることとしたものであり、金属側板と導体板との間に隙間が生じる場合でも、特性インピーダンスが高い凹部分と、特性インピーダンスが低い凸部分が交互に繰り返すために、金属側板と導体板の隙間を誘電体ストリップ側からみた反射係数の絶対値をほぼ１とみなせるようになり、上記隙間を電波が漏れ出ることはないという作用を有する。従って、反射係数の位相が調整されると共に、導体板と金属側板間に隙間が生じた場合でも、隙間からの電波の漏れが抑えられるという作用を有する。
【００１４】
請求項４に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器は、請求項１に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器において、Ｈ型金属部材は、金属側板の導体板と接する面に、ＬＳＭ０１モードの伝送軸と平行に、自由空間でのＴＥＭ波の４分の１波長の奇数倍長さの凹部と４分の１波長の奇数倍長さの凸部とを交互に設け、かつ両端が凸部となるように凹凸の繰り返し回数を定めることとしたものであり、導体板と金属側板との間に隙間が生じる場合でも、特性インピーダンスが低い凸部と、特性インピーダンスの高い凹部が交互に繰り返すために、上記隙間をＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に向かってみた反射係数の絶対値をほぼ１とみなせるようになり、上記隙間を電波が伝送することはないという作用を有する。従って、反射係数の位相が調整されると共に、導体板と金属側板間に隙間が生じた場合でも、隙間の電波の伝送が抑えられるという作用を有する。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図９を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の実施の形態１によるＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を示す斜視図であり、図１（ｂ）はＨ型金属加工品（Ｈ型金属部材）を示す斜視図、図２（ａ）はＮＲＤガイドのＬＳＭ０１モードの電界を示す電界図、図２（ｂ）はＮＲＤガイドの誘電体ストリップに反射金属板を挿入したときにＬＳＭ０１モードから励振されるトリプレート線路の高次モードの電界を示す電界図、図２（ｃ）はＮＲＤガイドの誘電体ストリップにＨ型金属加工品を挿入したときにＬＳＭ０１モードから励振されるＴＥ２０モードの電界を示す電界図、図３は誘電体ストリップの端部に設けたスロットを示す斜視図、図４はスロットの高さに対する反射係数の絶対値、即ち′Ｓ１１′のシミュレーション結果を示すグラフ、図５はＨ型金属加工品の位置に対する反射係数の位相、即ち角度Ｓ１１のシミュレーション結果を示すグラフである。
【００１６】
図１において、１、２は半波長以下の間隔で平行に配置された導体板、６は導体板１、２に挟まれたＮＲＤガイドを構成する誘電体ストリップ、７は誘電体ストリップ６の端部の中央に設けたスロット、８はスロット７に挿入するＨ型金属加工品（Ｈ型金属部材）、９は反射金属板、１０は反射金属板９の両側に設置された金属側板、１５は導体板１、２と誘電体スリップ６で構成されるＮＲＤガイドを伝送するＬＳＭ０１モードの反射係数の基準面（所定の面）である。上記導体板１、２の間隔を半波長以下としたのは、導体板１、２と平行な電界を有する電波の漏れを抑えるためである。上記反射金属板９と金属側板１０は上下対称となるＨ型に接続されている。
【００１７】
また、図２（ａ）において、１、２は図１と同様の導体板、１１は誘電体ストリップ、１２は導体板１、２と誘電体ストリップ１１で構成されるＮＲＤガイドを伝送するＬＳＭ０１モードの電界であり、図２（ｂ）において、１、２は図１と同様の導体板、９は図１と同様の反射金属板、１１は誘電体ストリップ、１３は反射金属板９を挿入したときにＬＳＭ０１モードによって励振される、即ちＬＳＭ０１モードから変換されるトリプレート線路の高次モードの電界であり、図２（ｃ）において、１、２は図１と同様の導体板、９は図１と同様の反射金属板、１１は誘電体ストリップ、１０は反射金属板９の両側に上下対称に取り付けられた金属側板、１４は反射金属板９を挿入したときにＬＳＭ０１モードによって励振される、即ちＬＳＭ０１モードから変換されるＴＥ２０モードの電界である。
【００１８】
さらに、図３において、１、２は図１と同様の導体板、６は導体板１、２に挟まれた誘電体ストリップ、７は誘電体ストリップ６の端部に設けたスロットである。
【００１９】
図４は、図３において、誘電体ストリップ６に比誘電率が２．０４のテフロンを用い、誘電体ストリップ６の高さを２．２５ｍｍ、幅を２．５０ｍｍとし、反射係数の基準面１５からスロット７までの長さを４ｍｍとしたときの、スロット７の高さに対する反射係数の基準面１５での反射係数の絶対値、即ち′Ｓ１１′を、６０．５ＧＨｚにおいて、米国ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳ Ｖｅｒ．５を用いてシミュレーションした結果を示す。
【００２０】
図５は、誘電体ストリップ６に比誘電率が２．０４のテフロンを用い、誘電体ストリップ６の高さを２．２５ｍｍ、幅を２．５０ｍｍとし、６０．５ＧＨｚにおいて、スロット７の基準面１５側の端面を原点としてＨ型金属加工品８の位置に対する基準面１５での反射係数の位相、即ち角度Ｓ１１を上記３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳ Ｖｅｒ．５を用いてシミュレーションした結果を示す。
【００２１】
このような構成、特性等を有する本実施の形態によるＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器の作用効果等について説明する。一般にＮＲＤガイドでは図２（ａ）に電界を示すＬＳＭ０１モードが使用されるが、ＬＳＭ０１モードの電界１２が最も強い誘電体ストリップ１１の中心に、電界１２と平行、即ち導体板１、２と平行に反射金属板９を図２（ｂ）に示すように設置すれば、誘電体ストリップ１１に沿って伝送してきたＬＳＭ０１モードを反射金属板９で反射させることができる。但し、単に反射金属板９を設置しただけでは、図２（ｂ）に電界１３で示すトリプレート線路の高次モードに一部の電力が変換されるために、図２（ｃ）に示す金属側板１０を設置して不要なモード変換を抑えなければならない。なお、金属側板１０を設置した場合、図２（ｃ）に電界１４で示すＴＥ２０モードへの変換が生じることも考えられるが、ＴＥ２０モードのカットオフ周波数が使用周波数よりも高くなるように誘電体ストリップ１１の横幅を設定しているため、ＬＳＭ０１モードからＴＥ２０モードへの変換は生じない。従って、反射金属板９と金属側板１０から構成されるＨ型金属加工品８を図１に示すように誘電体ストリップ６の端部中央に設けたスロット７に差し込み、Ｈ型金属加工品８をＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に移動させることにより、反射係数の基準面１５から入射されたＬＳＭ０１モードの電波の反射点を任意に変更して、反射係数の基準面１５での反射係数の位相を調整することができる。なお、ＴＥ２０モードのカットオフ周波数は、誘電体ストリップ１１の横幅をλ０／ｓｑｒｔ（εｒ）より小さくすることで、使用周波数よりも高くすることが出来る。λ０は自由空間でのＴＥＭ波の波長であり、εｒは誘電体ストリップ１１の比誘電率である。ただし、スロット７の高さを極端に大きくすると、反射係数の基準面１５から入射したＬＳＭ０１モードは、Ｈ型金属加工品８に達する前にスロット７で反射される電力が増加するため、Ｈ型金属加工品８を移動した場合、反射係数の位相と共に振幅も同時に変化する。反射係数の振幅変動を抑えるためには、スロット７の高さは入射したＬＳＭ０１モードの反射が生じないように小さくしなければならない。図３は図１からＨ型金属加工品８を取り去った導体板１、２と誘電体ストリップ６を示し、図４は図３において誘電体ストリップ６に横幅２．５ｍｍ、高さ２．２５ｍｍ、比誘電率２．０４のテフロンを用い、スロット７の長さを４ｍｍとし、基準面１５からスロット７までの長さを４ｍｍとしたときの、６０．５ＧＨｚにおけるスロット７の高さに対する′Ｓ１１′のシミュレーション結果を示す。スロット７の高さが０．５ｍｍ以上になると′Ｓ１１′が急激に増加するため、スロット７の高さは０．５ｍｍ以下が望ましいことが分かる。テフロンを用いた誘電体ストリップ６の高さと横幅を６０ＧＨｚ帯で通常用いられる２．２５ｍｍと２．５ｍｍに設定し、反射係数の基準面１５からスロット７までの長さを５ｍｍ、またスロット７の高さを０．４ｍとしたときの、Ｈ型金属加工品８の位置に対する基準面１５での反射係数の位相、即ち角度Ｓ１１を、６０．５ＧＨｚにおいて米国ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社の前記３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳ Ｖｅｒ．５を用いてシミュレーションした結果を図５に示す。Ｈ型金属加工品８の位置に対して位相Ｓ１１が±１８０°の範囲に渡って連続的に変化し、なおかつ′Ｓ１１′の変動幅は０．４ｄＢ以下に抑えられていることがわかる。
【００２２】
以上のように本実施の形態では、誘電体ストリップ６の中心に導体板１、２と平行に設けたスロット７にＨ型金属加工品８の反射金属板９をスロット７に差し込み、ＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に移動させることで、誘電体ストリップ６の物理的な加工を必要とせず反射係数の基準面１５での反射係数の位相を連続的にかつ±１８０°の範囲にわたって調整できる。また、ＮＲＤガイドを伝送するＬＳＭ０１モードは、誘電体ストリップ６の断面内において、導体板１、２間の中心に位置する導体板と平行な電界の強度が最も強いため、誘電体ストリップ６の端部において誘電体ストリップ６の中心に反射金属板９を配置することにより、反射金属板９を挿入した挿入部以降のＬＳＭ０１モードの伝送を抑えることができ、また、反射金属板９の両側に導体板間隔と等しい高さをもつ金属側板１０を配置して断面形状をＨ型とすることにより、ＬＳＭ０１モードからトリプレート線路の高次モードへの変換を抑えることができる。さらに、Ｈ型の金属加工品で区切られ上下に並んだ導波管部分をＬＳＭ０１モードから変換されたＴＥ２０モードが伝送することも考えられるが、Ｈ型金属加工品８の金属側板１０の間隔をＴＥ２０モードがカットオフになるように設定しているために、ＬＳＭ０１モードからＴＥ２０モードへの変換は行われない。従って、誘電体ストリップ６に沿って伝送してきたＬＳＭ０１モードは、他モードへの変換が行われることなく、Ｈ型金属加工品挿入部でＬＳＭ０１モードのまま反射される。従って、誘電体スロット６の端部のスロット７に挿入したＨ型金属加工品８をＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に移動させて、誘電体ストリップ６中でのＬＳＭ０１モード反射点を移動させることにより、誘電体ストリップ６上の任意の点からＨ型金属加工品８側をみた反射係数の位相を調整できる。
【００２３】
なお、後述する実施の形態２〜４で示すＬＳＭ０１モードから変換されたＴＥＭ波の漏れによって′Ｓ１１′が減少することも考えられるが、実用上影響がない場合には金属側板１０と導体板１、２の間に隙間が生じても差し支えない。
【００２４】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２によるＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を示す断面図であり、金属側板にＬＳＭ０１モードの伝送軸に対して垂直な方向に凹凸加工を施した反射係数位相調整器の断面を示す。図７は、Ｈ型金属加工品と導体板との隙間をＬＳＭ０１モードの伝送軸に対して垂直な方向に漏れる電界を示す電界図である。
【００２５】
図６において、１、２は導体板、６は導体板１、２に挟まれた誘電体ストリップ、８はＨ型金属加工品、９はＨ型金属加工品８を構成する反射金属板、１０はＨ型金属加工品８を構成する金属側板である。金属側板１０においては、導体板１、２と接する面に凹凸の加工が施されている。また、図７において、１、２は導体板、６は導体板１、２に挟まれた誘電体ストリップ、８はＨ型金属加工品、９はＨ型金属加工品８を構成する反射金属板、１０はＨ型金属加工品８を構成する金属側板、１６は誘電体ストリップ６に沿って伝送するＬＳＭ０１モードによって金属側板１０と導体板１、２との隙間に励振される電界である。
【００２６】
このように構成されたＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器の作用効果等について説明する。図６において、金属側板１０の導体板１、２と接する面には、λ０／４の奇数倍の長さの凸部とλ０／４の奇数倍の長さの凹部を交互に、かつ凸部で始まり凸部で終わるように設けている。そのため、試作時の寸法誤差などにより導体板１、２と反射金属板１０の間に隙間が生じた場合でも、特性インピーダンスが低い凸部と特性インピーダンスが高い凹部とが交互に繰り返されるために、金属側板１０と導体板１、２との隙間を誘電体ストリップ６側からみた反射係数の絶対値はほぼ１とみなせるようになる。従って、図７に示すような、金属側板１０の外側へ漏れ出る電界１６をもつＴＥＭ波が導体板１、２と金属側板１０との隙間にＬＳＭ０１モードによって励振されることはない。なお、金属側板１０を導体板１、２から直流的に絶縁するなどの理由で、導体板１、２と金属側板１０の間に誘電体シートを挿入する方法も考えられるが、金属側板１０に設ける凹部と凸部の長さをλｄ／４（λｄはテフロンシート中でのＴＥＭ波の波長）の奇数倍にし、誘電体シートに金属側板１０と噛み合うように凹凸加工を施すことにより、電界１６をもつＴＥＭ波の励振を防ぐことが出来る。
【００２７】
以上のように本実施の形態では、金属側板１０の導体板１、２と接する面に、λ０／４の奇数倍の長さの凸部とλ０／４の奇数倍の長さをもつ凹部とを交互に繰り返すように凸部、凹部を形成したことにより、金属側板１０と導体板１、２の間に隙間が生じた場合でも、金属側板１０の外側への電波の漏れを抑えることが出来るＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器が得られる。なお、凸部の長さと凹部の長さは等しくする必要はなく、例えば凸部の長さを３λ０／４にし、凹部の長さをλ０／４にしても、金属側板１０の外側へ漏れる電波を抑える効果がある。
【００２８】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３によるＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を示す断面図であり、導体板の金属側板と接する面にＬＳＭ０１モードの伝送軸に対して垂直な方向に凹凸加工を施した反射係数位相調整器の断面を示す。
【００２９】
図８において、１、２は導体板、６は導体板１、２に挟まれた誘電体ストリップ、８はＨ型金属加工品、９はＨ型金属加工品８を構成する反射金属板、１０はＨ型金属加工品８を構成する金属側板である。
【００３０】
このように構成されたＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器の作用効果等について説明する。図８では、導体板１、２の金属側板１０と接する面に、λ０／４の奇数倍の長さの凸部とλ０／４の奇数倍の長さの凹部とを交互に、かつ両端が凸部になるように設ける。図８はλ０／４の奇数倍の長さの凸部とλ０／４の奇数倍の長さの凹部とλ０／４の奇数倍の長さの凸部とを導体板１、２に形成した例を示すが、両端の凸部の上面は導体板１、２面と等しくなるために、結果的に１つの凹部だけを導体板１、２に設けた構造になる。導体板１、２と金属側板１０との間に隙間が生じた場合でも、特性インピーダンスが低い凸部と特性インピーダンスが高い凹部とが交互に繰り返されるため、導体板１、２と金属側板１０の隙間を誘電体ストリップ６側からみた反射係数の絶対値はほぼ１とみなせるようになる。従って、導体板１、２と金属側板１０との隙間に、ＬＳＭ０１モードによってＴＥＭ波が励振され、金属側板１０の外側へは漏れることはない。なお、金属側板１０を導体板１、２から直流的に絶縁するなどの理由で、導体板１、２と金属側板１０の間に誘電体シートを挿入する方法も考えられるが、導体板１、２に設ける凹部と凸部の長さをλｄ／４（λｄはテフロンシート中でのＴＥＭ波の波長）の奇数倍にし、誘電体シートに導体板１、２と噛み合うように凹凸加工を施すことにより、電界１６をもつＴＥＭ波の励振を防ぐことが出来る。
【００３１】
以上のように本実施の形態では、導体板１、２の金属側板１０と接する面に、λ０／４の奇数倍の長さの凸部とλ０／４の奇数倍の長さをもつ凹部とを交互に繰り返すことにより、金属側板１０と導体板１、２の間に隙間が生じた場合でも、金属側板１０の外側への電波の漏れを抑えることが出来るＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器が得られる。なお、凸部の長さと凹部の長さは等しくする必要はなく、例えば凸部の長さを３λ０／４にし、凹部の長さをλ０／４にしても、金属側板１０の外側へ漏れる電波を抑える効果がある。
【００３２】
（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態４によるＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を示す斜視図であり、金属側板の導体板と接する部分にＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に凹凸加工を施した反射係数位相調整器を示す。
【００３３】
図９において、１、２は導体板、６は導体板１、２に挟まれた誘電体ストリップ、７は誘電体ストリップ６の端部に設けられたスロット、８はＨ型金属加工品、９はＨ型金属加工品８を構成する反射金属板、１０はＨ型金属加工品８を構成する金属側板、１５は反射係数の基準面である。
【００３４】
このように構成されたＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器の作用効果等について説明する。図９において、金属側板１０の導体板１、２と接する面には、ＬＳＭ０１モードの伝送軸方向と平行に、λ０／４の奇数倍の長さの凸部とλ０／４の奇数倍の長さの凹部とを交互にかつ上下対称に、また凸部で始まり凸部で終わるように形成している。凹部の深さは、図２（ｂ）に示すトリプレート線路の高次モードが伝送できず、またＴＥＭ波からみて十分高インピーダンスになるように設定する。導体板１、２と金属側板１０との間に隙間が生じる場合でも、特性インピーダンスが低い凸部と特性インピーダンスが高い凹部とが交互に繰り返されるために、導体板１、２と金属側板１０の隙間をＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に反射係数の基準面１５側からみた反射係数の絶対値はほぼ１とみなせるようにようになる。従って、誘電体ストリップ６を伝送してきたＬＳＭ０１モードが、導体板１、２と金属側板１０との隙間をＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に伝送するＴＥＭ波に変換されることなく、ＬＳＭ０１モードを維持したまま反射される。なお、金属側板１０を導体板１、２から直流的に絶縁するなどの理由で、導体板１、２と金属側板１０の間に誘電体を挿入する方法も考えられるが、金属側板１０に設ける凹部と凸部の長さをλｄ／４（λｄはテフロンシート中でのＴＥＭ波の波長）の奇数倍にし、誘電体に金属側板１０と噛み合うようにＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に凹凸加工を施すことにより、導体板１、２と金属側板１０の隙間を漏れる電波を抑えることが出来る。
【００３５】
以上のように本実施の形態では、導体板１、２の金属側板１０と接する面に、λ０／４の奇数倍の長さの凸部とλ０／４の奇数倍の長さをもつ凹部とをＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に交互に繰り返すように形成したことにより、金属側板１０と導体板１、２の間に隙間が生じた場合でも、その隙間に沿って漏れる電波を抑えることが出来るＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器が得られる。なお、凸部の長さと凹部の長さは等しくする必要はなく、例えば凸部の長さを３λ０／４にし、凹部の長さをλ０／４にしても、電波の漏れを抑える効果がある。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器によれば、半波長以下の間隔で平行に配置された２枚の導体板と、導体板間に配置され端部中心に導体板と平行なスロットが形成された矩形の誘電体ストリップと、誘電体ストリップと等しい横幅をもつ反射金属板の両側に導体板間隔と等しい高さをもつ２枚の金属側板を接続したＨ型金属部材とを有し、誘電体ストリップは主要伝送モードとしてＬＳＭ０１モードを用いるＮＲＤガイドであり、誘電体ストリップの両側面に金属板を配置して導体板と併せて方形導波管を構成した場合のＴＥ２０モードのカットオフ周波数が使用周波数よりも高くなるように誘電体ストリップの横幅を設定したことにより、Ｈ型金属部材をスロット中でＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に移動させれば、誘電体ストリップ上の所定の面からＨ型金属部材側をみた反射係数の位相を広範囲に渡って調整することができるという有利な効果が得られる。また、誘電体ストリップの端部において誘電体ストリップの中心に反射金属板を配置することにより、反射金属板を挿入した挿入部以降のＬＳＭ０１モードの伝送を抑えることができ、また、反射金属板の両側に導体板間隔と等しい高さをもつ金属側板を配置して断面形状をＨ型とすることにより、ＬＳＭ０１モードからトリプレート線路の高次モードへの変換を抑えることができるという有利な効果が得られる。さらに、Ｈ型金属部材で区切られ上下に並んだ導波管部分をＬＳＭ０１モードから変換されたＴＥ２０モードが伝送することも考えられるが、Ｈ型金属部材の金属側板の間隔をＴＥ２０モードがカットオフになるように設定しているために、ＬＳＭ０１モードからＴＥ２０モードへの変換は行われないという有利な効果が得られる。
【００３７】
請求項２に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器によれば、請求項１に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器において、Ｈ型金属部材は、金属側板の導体板と接する面に、ＬＳＭ０１モードの伝送軸と垂直な方向に、自由空間でのＴＥＭ波の４分の１波長の奇数倍長さの凸部と前記４分の１波長の奇数倍長さの凹部とを交互に設け、かつ両端が凸部になるように凹凸の繰り返し回数を定めたことにより、金属側板と導体板との隙間が生じる場合でも、特性インピーダンスが高い凹部分と特性インピーダンスが低い凸部分とが交互に繰り返されるために、金属側板と導体板との隙間を誘電体ストリップ側からみた反射係数の絶対値をほぼ１とみなせるようになり、上記隙間を電波が漏れ出ることはなく、従って、反射係数の位相を調整することができると共に、導体板と金属側板間に隙間が生じた場合でも、隙間からの電波の漏れを抑えることができるという有利な効果が得られる。
【００３８】
請求項３に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器によれば、請求項１に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器において、導体板は、Ｈ型金属部材の金属側板と接する面に、ＬＳＭ０１モードの伝送軸と垂直な方向に、自由空間でのＴＥＭ波の４分の１波長の奇数倍長さの凹部と４分の１波長の奇数倍長さの凸部とを交互に設け、かつ両端が凸部になるように凹凸の繰り返し回数を定めたことにより、金属側板と導体板との間に隙間が生じる場合でも、特性インピーダンスが高い凹部分と特性インピーダンスが低い凸部分とが交互に繰り返されるために、金属側板と導体板の隙間を誘電体ストリップ側からみた反射係数の絶対値をほぼ１とみなせるようになり、上記隙間を電波が漏れ出ることはなく、従って、反射係数の位相を調整することができると共に、導体板と金属側板間に隙間が生じた場合でも、隙間からの電波の漏れを抑えることができるという有利な効果が得られる。
【００３９】
請求項４に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器によれば、請求項１に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器において、Ｈ型金属部材は、金属側板の導体板と接する面に、ＬＳＭ０１モードの伝送軸と平行に、自由空間でのＴＥＭ波の４分の１波長の奇数倍長さの凹部と４分の１波長の奇数倍長さの凸部とを交互に設けかつ両端が凸部となるように凹凸の繰り返し回数を定めたことにより、導体板と金属側板との間に隙間が生じる場合でも、特性インピーダンスが低い凸部と特性インピーダンスの高い凹部とが交互に繰り返されるために、その隙間をＬＳＭ０１モードの伝送軸方向に向かってみた反射係数の絶対値をほぼ１とみなせるようになり、上記隙間を電波が伝送することはなく、従って、反射係数の位相を調整することができると共に、導体板と金属側板間に隙間が生じた場合でも、隙間の電波の伝送を抑えることができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１によるＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を示す斜視図
（ｂ）Ｈ型金属加工品（Ｈ型金属部材）を示す斜視図
【図２】（ａ）ＮＲＤガイドのＬＳＭ０１モードの電界を示す電界図
（ｂ）ＮＲＤガイドの誘電体ストリップに反射金属板を挿入したときにＬＳＭ０１モードから励振されるトリプレート線路の高次モードの電界を示す電界図
（ｃ）ＮＲＤガイドの誘電体ストリップにＨ型金属加工品を挿入したときにＬＳＭ０１モードから励振されるＴＥ２０モードの電界を示す電界図
【図３】誘電体ストリップの端部に設けたスロットを示す斜視図
【図４】スロットの高さに対する反射係数の絶対値を示すグラフ
【図５】Ｈ型金属加工品の位置に対する反射係数を示すグラフ
【図６】本発明の実施の形態２によるＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を示す断面図
【図７】Ｈ型金属加工品と導体板との隙間をＬＳＭ０１モードの伝送軸に対して垂直な方向に漏れる電界を示す電界図
【図８】本発明の実施の形態３によるＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を示す断面図
【図９】本発明の実施の形態４によるＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を示す斜視図
【図１０】従来のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器を示し斜視図
【図１１】（ａ）誘電体ストリップ上での電圧定在波分布の一例を示す分布図
（ｂ）誘電体ストリップ上での電圧定在波分布の一例を示す分布図
【符号の説明】
１、２ 導体板
６、１１ 誘電体ストリップ
７ スロット
８ Ｈ型金属加工品（Ｈ型金属部材）
９ 反射金属板
１０ 金属側板
１２、１３、１４、１６ 電界
１５ 反射係数の基準面
Claims (4)
- 半波長以下の間隔で平行に配置された２枚の導体板と、前記導体板間に配置され端部中心に前記導体板と平行なスロットが形成された矩形の誘電体ストリップと、前記誘電体ストリップと等しい横幅をもつ反射金属板の両側に前記導体板間隔と等しい高さをもつ２枚の金属側板を接続したＨ型金属部材とを有し、
前記誘電体ストリップは主要伝送モードとしてＬＳＭ０１モードを用いるＮＲＤガイドであり、前記誘電体ストリップの両側面に金属板を配置して前記導体板と併せて方形導波管を構成した場合のＴＥ２０モードのカットオフ周波数が使用周波数よりも高くなるように前記誘電体ストリップの横幅を設定したことを特徴とするＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器。 - 前記Ｈ型金属部材は、前記金属側板の前記導体板と接する面に、ＬＳＭ０１モードの伝送軸と垂直な方向に、自由空間でのＴＥＭ波の４分の１波長の奇数倍長さの凸部と前記４分の１波長の奇数倍長さの凹部とを交互に設け、かつ両端が凸部になるように凹凸の繰り返し回数を定めたことを特徴とする請求項１に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器。
- 前記導体板は、前記Ｈ型金属部材の前記金属側板と接する面に、ＬＳＭ０１モードの伝送軸と垂直な方向に、自由空間でのＴＥＭ波の４分の１波長の奇数倍長さの凹部と前記４分の１波長の奇数倍長さの凸部とを交互に設け、かつ両端が凸部になるように凹凸の繰り返し回数を定めたことを特徴とする請求項１に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器。
- 前記Ｈ型金属部材は、前記金属側板の前記導体板と接する面に、ＬＳＭ０１モードの伝送軸と平行に、自由空間でのＴＥＭ波の４分の１波長の奇数倍長さの凹部と前記４分の１波長の奇数倍長さの凸部とを交互に設け、かつ両端が凸部となるように凹凸の繰り返し回数を定めたことを特徴とする請求項１に記載のＮＲＤガイドによる反射係数位相調整器。
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