JP3884725B2 - 導波管装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波やミリ波信号を伝送・処理する導波管装置に関し、特に垂直偏波導波管と水平偏波導波管との間で偏波面を変換する導波管偏波変換器を有する導波管装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、例えばマイクロ波帯やミリ波帯で用いられる導波管は、1対2の断面形状を有する矩形導波管を使用するのが一般的である。従来、例えば垂直偏波信号を水平偏波信号に変換する場合、図11に示すようなアルミ、銅あるいは黄銅からなる、ねじり導波管1が用いられてきた。図の左側開口から垂直偏波の信号が入射すると、その偏波面を徐々に変更して右側開口には水平偏波の信号が現れるものである。この構造は広帯域に亘り反射の小さい性能が得られる反面、導波管のねじり角度を徐々に傾けていく構造であるため、電磁波の進行方向にある程度の長さが不可欠となり、大型化、重量化する問題があった。また曲面を形成する必要があるため、高度な加工技術を必要とし、製造コストが上昇し且つ大量生産が困難なものとなっていた。
【0003】
図12は共振窓を利用した従来の他の導波管偏波変換器の例であり、偏波変換器接続用フランジを分離した状態を示している。図では垂直偏波矩形導波管2と水平偏波矩形導波管3との間に薄い金属板からなる導波管偏波変換器4がフランジ2a、2bを介して結合されている。導波管偏波変換器4は中央部にスリット6a、6bを有する共振窓5が形成されている。垂直偏波矩形導波管2を介して共振窓4に到達した垂直偏波マイクロ波信号は、スリット6の形状が電界の方向に対し非対称であるため、水平偏波成分に変換され、水平偏波矩形導波管3を介して出力される。このスリット6の形状は使用される特定の周波数で共振し、垂直成分が全て水平成分へ変換されるよう最適化されている。
【0004】
しかし、この構造は小型化・軽量化される特徴はあるが、スリット5という局所的構造での共振現象を利用しているため、良好な反射特性が得られる周波数帯域が狭く、広帯域の周波数を用いる通信システムなどには適用できなかった。また、共振窓は薄い金属板にスリットを設けて構成されるため、他の導波管部品との一体化製造が困難で、大量生産に不向きであった。
【0005】
【特許文献1】
特開昭58―170201号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、小型軽量で、周波数帯域が広く、他の導波管部品とも一体で金型成形加工ができる導波管装置を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる導波管装置は、垂直偏波導波管と、水平偏波導波管と、上記両導波管相互間に結合された導波管偏波変換器とを備え、上記導波管偏波変換器はその結合方向と垂直な面上にスリットを有し、このスリットの形状を、直交するX軸、Y軸が存在する平面上で、Y軸を対称軸としてX軸上に中心を持つ2つの正方形部と、上記正方形同士を連結する連結部とを重ね合わせた外周を有する形状としたことを特徴とするものである。
【0008】
また、この発明に係わる導波管装置は、上述の構成において、上記垂直偏波導波管と、水平偏波導波管と、導波管偏波変換器とを2分割一体構造に成形したことを特徴とするものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1である導波管装置の全体外観斜視図であり、垂直偏波矩形導波管2と水平偏波矩形導波管3の間に、この発明になる導波管偏波変換器10を挿入したものである。図2は図1の導波管偏波変換器10及びこれに接続される垂直偏波矩形導波管2と水平偏波矩形導波管3の具体的構成を説明するための斜視図で、この図も接続用フランジ2a、3aを分離した状態を示している。
【0010】
導波管偏波変換器10には、以下に説明するような形状を有するスリット11が形成され、マイクロ波信号の伝播方向の長さAは管内波長の約1/4に設定されている。長さAを管内波長の約1/4に設定する理由は、これにより分布定数線路上の導波管の段差のサセプタンスによる反射波が互いに打ち消され、その結果、反射波特性が最良になるためである。
【0011】
図3は導波管偏波変換器10に形成されたスリット11の形状の詳細を示す図であり、上記スリットの形状は、直交するX軸、Y軸が存在する平面上にY軸を対称軸としてX軸上にそれぞれの中心12c、13cを持つ2つの正方形部12,13と、この正方形同士をX軸に沿って連結する連結部14とを重ね合わせた外周を有する形状となっている。
すなわち、この断面上のX軸、Y軸を図のように想定した場合、Y軸を対称軸としてその左右に、X軸上に中心を持つ互いに同一寸法の正方形12,13をその一辺がX軸と45゜をなすように配置した形状と、これら2つの正方形を連結する連結部14をリッジ構造として有する形状とを重ね合わせ、その外周により形成される多角形断面形状としている。なお、z軸は上記x軸、y軸に直交する軸であって、上記垂直偏波導波管2と水平偏波導波管3との結合方向と同一方向を指す。
【0012】
従って、正方形部12、13の各辺がX軸とのなす角度θは45゜であり、また、上記正方形部12、13の辺の長さxあるいは連結部の長さyは上記分布定数線路の特性インピーダンス、サセプタンスその他の特性に影響を与えるため、適宜最良値に設定されるものである。また、上記連結部14の幅方向長さrは、導波管中心部で絞る構造すなわちリッジ構造として電磁界をこの部分に集中させるように設定されている。従って導波管段差のサセプタンスが小さくなり、反射波も小さくなる。
【0013】
なお図4(a)(b)は導波管偏波変換器10のスリット11と垂直及び水平偏波矩形導波管2、3との間の重なり状態を示す図で、相互間が角度θ即ち45゜傾いていることによってそれぞれの接続部間で生ずる段差部分をハッチングで示している。
次に図1〜図4を参照しながら本装置の動作について説明する。今、図1、図2の左端部が入力端子とすると、ここから入射された垂直偏波のマイクロ波信号は垂直偏波矩形導波管2を介して導波管偏波変換器10に入射する。
【0014】
導波管偏波変換器10の構造は前述したようにその中央部に電磁界が集中するリッジ構造としているため、正方形部12,13の端の部分で前記垂直及び水平偏波矩形導波管2、3との段差(図4のハッチング部分V、W)が大きくても、これによる反射を小さくすることができる。
【0015】
また、伝播方向の長さAを実質的に管内波長の1/4に設定しているため、垂直偏波矩形導波管2と導波管偏波変換器10との間の段差部分(図4のW部分)、及び導波管偏波変換器10と水平偏波矩形導波管3との間の段差部分(図4のV部分)の残留反射波を互いに打ち消すことができる。更に導波管偏波変換器10のスリット部分の断面形状寸法を、その特性インピーダンスが垂直偏波矩形導波管2、水平偏波矩形導波管3と等しくなるように設計することができるので、特性インピーダンスの差による反射波も小さくすることができる。
【0016】
このように導波管偏波変換器10により変換されたマイクロ波信号は、効率よく水平偏波矩形導波管3へ伝送され、図1、図2の右端部の出力端子から偏波面が90゜変換された水平偏波として出力されるものである。
【0017】
図5は本発明による導波管装置の反射特性を示す図で、横軸に周波数(GHz)、縦軸にSパラメータS11で見た反射係数(dB)をとって測定したものである。一般に導波管関係ではパラメータS11は−30dB以下が要求されており、この条件を満足する比帯域幅すなわち(f2−f1)/f0は約26%となることが確認された。これは従来の共振窓を有する導波管偏波変換器の比帯域幅が10%以下であるのに対し、格段に改善された広帯域性能を示すことがわかる。
【0018】
実施の形態2.
上記実施の形態1では、垂直偏波導波管2と、水平偏波導波管3と、導波管偏波変換器10とをそれぞれ別体に製造して、後で組み立てる例を示したが、本実施の形態は上記垂直偏波導波管と、水平偏波導波管と、導波管偏波変換器とを2分割一体構造に成形した例を説明する。図6は2分割一体構造における分割状態を示す斜視図であり、垂直偏波導波管2と、水平偏波導波管3と、導波管偏波変換器10とを一体構造にすると共に、その製造すなわち成形作業を行いやすくするために上下に2分割構造にしている。
【0019】
図中、下部導波管装置100aと上部導波管装置100bは互いに同一形状を有しており、締結孔20を介した両者の結合時に、下部垂直偏波導波管2aと上部垂直偏波導波管2bとが結合して矩形垂直偏波導波管2が形成され、同様に下部水平偏波導波管3aと水平偏波導波管3bとが結合して矩形水平偏波導波管3が形成される。一方、図7は図6の導波管装置100の結合状態におけるX―X線断面図を示しており、導波管偏波変換器のスリット11の形状が現れている。
【0020】
実施の形態2では金型成形加工が可能であり、アルミダイキャストや樹脂射出成形品の金属メッキなどの大量生産方法が適用可能となる。
図8は上部あるいは下部導波管装置100a、100bを金型成形する状態を示した図である。図8(a)は図6のA-A線断面図、図8(b)は図6のB-B線断面図、図8(c)は図6のC-C線断面図に相当し、図中、21は上部金型、22は下部金型、100aは下部導波管装置を示している。このようにすることにより、金型21、22は単に上下に動かすだけで足りる。
【0021】
以上の説明で明らかなように、実施の形態1で説明したスリット形状を有する導波管偏波変換器10と、垂直偏波導波管2並びに水平偏波導波管3とを上下2分割の一体構造にすることにより、金型成形による大量生産が適用可能となる効果を有する。
【0022】
実施の形態3.
上記の実施の形態2では導波管装置の壁面の角度がX軸またはY軸に対し、0度、45度、90度の場合について説明したが、金型を容易に引き抜くことを考慮して、抜き勾配角度θを設けることもできる。図9は抜き勾配角度θを設けた導波管装置100a、100bの一例を示す断面図で、金型が挿入される凹部の引き抜きテーパを若干大きくすることにより、金型を容易に引き抜くことができ、金型の成形性を向上させることができるものである。
【0023】
実施の形態4.
上記の実施の形態1〜3では、スリット11の正方形12、13の角部は90度の例を示したが、他の変形例も考えられる。 図10はスリット形状の他の実施形態を示す図であり、正方形部12、13の角部にコーナCや円形部Rを設けたものである。このようにすることにより、金型成形が更に容易になると共に、スリット11の内壁に付着させるメッキ金属の厚さを一層安定化させることができる効果を有する。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の導波管装置によれば、小型・軽量で周波数帯域が広く、他の導波管部品とも一体で金型成形加工ができる導波管装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1における導波管装置の外観斜視図である。
【図2】 図1の導波管装置の具体的構成を示す分解斜視図である。
【図3】 図1の導波管装置のスリット断面形状を示す図である。
【図4】 導波管偏波変換器のスリットと垂直及び水平偏波矩形導波管との重なり状態を示す図である。
【図5】 この発明による導波管装置の反射特性を示す図である。
【図6】 この発明による導波管装置の実施の形態2における2分割一体構造を示す斜視図である。
【図7】図6の導波管装置の結合状態におけるX―X線断面図である。
【図8】実施の形態2における導波管装置を金型成形する状態を示した図である。
【図9】実施の形態3における導波管装置を金型成形する状態を示した図で、抜き勾配角度θを設けた場合の断面図である。
【図10】スリット形状の他の実施形態を示す図である。
【図11】従来のねじり導波管を示す斜視図である。
【図12】共振窓を利用した従来の他の導波管偏波変換器を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
2 垂直偏波導波管
3 水平偏波導波管
10 導波管偏波変換器
11 スリット
12、13 正方形部
14 連結部
21、22 金型
100 導波管装置
Claims (7)
- 垂直偏波導波管と、水平偏波導波管と、上記両導波管相互間に結合された導波管偏波変換器とを備え、上記導波管偏波変換器はその結合方向と垂直な面上にスリットを有し、このスリットの形状を、直交するX軸、Y軸が存在する平面上で、Y軸を対称軸としてX軸上に中心を持つ2つの正方形部と、上記正方形同士を連結する連結部とを重ね合わせた外周を有する形状としたことを特徴とする導波管装置。
- 請求項1記載の導波管装置において、上記導波管偏波変換器のスリットのZ軸方向の長さが実質的に上記導波管の管内波長の1/4となるようにしたことを特徴とする導波管装置。
- 請求項1又は請求項2記載の導波管装置において、上記X軸上に中心を持つ2つの正方形をその一辺が上記X軸と45゜の角度をなすように配置したことを特徴とする導波管装置。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の導波管装置において、上記垂直偏波導波管と、水平偏波導波管と、導波管偏波変換器とを2分割一体構造に成形したことを特徴とする導波管装置。
- 請求項4に記載の導波管装置において、上記2分割面をX軸またはY軸に対し45゜としたことを特徴とする導波管装置。
- 請求項4に記載の導波管装置において、上記2分割断面形状の少なくとも一部をX軸またはY軸に対し0゜、45゜または90゜から若干ずらせたことを特徴とする導波管装置。
- 請求項4に記載の導波管装置において、上記2分割断面形状の正方形部分の一部コーナ部に切り欠きを設けたことを特徴とする導波管装置。
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