JP3884737B2 - 方向性結合器及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、方向性結合器及びその製造方法に係り、さらに詳しくは、ダブルリッジ導波管と結合孔を介して電磁的に結合するシングルリッジ導波管からなる方向性結合器の結合量の調整を行う方向性結合器の製造方法の改良に関する。

マイクロ波やミリ波などの電磁波の伝送に用いられる導波管としては、管軸に沿って２つのリッジが管壁に設けられたダブルリッジ導波管がある。そのダブルリッジ導波管により伝送される電磁波のうち、一方向に伝わる電磁波だけを取り出すのに方向性結合器が用いられる。方向性結合器は、例えば、主導波管としてのダブルリッジ導波管と、副導波管としてのシングルリッジ導波管とからなり、これらの導波管が互いの管軸を平行にして接合されることにより形成される。この様な方向性結合器では、管壁に設けられた複数の結合孔を介して副導波管が主導波管と電磁的に結合することによって、主導波管から副導波管に電磁波が取り出される。

一般に、方向性結合器の結合量、すなわち、主導波管から副導波管に取り出される電磁波の透過電力は、結合孔のサイズや、形状、位置などを適切に定めることにより、所望のものとすることができる。しかし、製造工程での工作精度により結合量にばらつきが生じてしまうという問題があった。そこで、結合量を調節するための調整ネジを主導波管に取り付け、この調整ネジを出し入れすることにより、結合量の調整を行うものが提案されている（例えば、特許文献１）。しかしながら、この様な結合量調整を行う従来の方向性結合器の製造方法では、新たにネジ穴を加工しなければならないなど製造工程が複雑化するので、製造に要する時間や製造コストが増大してしまうという問題があった。
特開２００２−５０９０８号公報

上述した通り、従来の方向性結合器の製造方法では、製造に要する時間及び製造コストが増大するという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、製造に要する時間や製造コストを増加させることなく、結合量のばらつきを抑制することができる方向性結合器及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明による方向性結合器の製造方法は、ダブルリッジ導波管と結合孔を介して電磁的に結合するシングルリッジ導波管からなる方向性結合器の結合量の調整を行う方向性結合器の製造方法であって、上記方向性結合器の結合量を計測する結合量計測ステップと、計測された結合量に基づいて、当該方向性結合器のシングルリッジ導波管における管壁に設けられたリッジ表面に導電性のテープを貼り付けることにより、結合量の調整を行う結合量調整ステップとにより構成される。

方向性結合器の結合量は、シングルリッジ導波管の管壁に設けられるリッジの高さに応じて変化する。上記構成によれば、シングルリッジ導波管のリッジ表面に導電性のテープを貼り付けることにより、リッジ高さを調節することができるので、結合量の調整を簡便に行うことができる。従って、製造に要する時間や製造コストを増加させることなく、結合量のばらつきを抑制することができる。

本発明による方向性結合器の製造方法は、上記構成に加え、上記結合量調整ステップが、リッジ端から管軸方向にテープを貼り付けるステップであるように構成される。ダブルリッジ導波管及びシングルリッジ導波管を電磁的に結合するために設けられる結合孔は、通常、管軸に沿って複数形成される。従って、リッジ端から管軸方向に導電性テープを貼り付けることにより、効果的に結合量を調整することができる。

本発明による方向性結合器は、ダブルリッジ導波管と結合孔を介して電磁的に結合するシングルリッジ導波管と、上記シングルリッジ導波管における管壁に設けられたリッジ表面に貼り付けられる結合量調整用の導電性のテープとにより構成される。

本発明による方向性結合器及びその製造方法によれば、シングルリッジ導波管のリッジ表面に導電性のテープを貼り付けることにより、リッジ高さを調節することができるので、結合量の調整を簡便に行うことができる。従って、製造に要する時間や製造コストを増加させることなく、結合量のばらつきを抑制することができる。

実施の形態１．
図１及び図２は、本発明の実施の形態１による方向性結合器の一例を示した図であり、ダブルリッジ導波管型デュアルカップラが示されている。図１には、シングルリッジ導波管を構成する蓋部１ａの平面図及び側面図が示され、図２には、シングルリッジ導波管を構成する２つの筐体本体１ｂ及びダブルリッジ導波管４からなる結合器本体の平面図及び側面図が示されている。

本実施の形態による方向性結合器は、主導波管としてのダブルリッジ導波管４と、副導波管としての２つのシングルリッジ導波管からなり、ダブルリッジ導波管４の上下の各側面にＬ字形状のシングルリッジ導波管がそれぞれ接合される。ダブルリッジ導波管４は、マイクロ波やミリ波などの電磁波を伝送するための直線形状の給電線であり、管路断面の形状が矩形となっている。その管壁には、上下に対向させて２つのリッジ６が管軸に沿って設けられている。ダブルリッジ導波管４の両端には、他のダブルリッジ導波管と接合するための端子部５が設けられている。

シングルリッジ導波管は、ダブルリッジ導波管４により伝送される電磁波のうち一方向に伝わる電磁波だけを取り出すためのＬ字形状の給電線である。その筐体本体１ｂの底面には、ダブルリッジ導波管４及びシングルリッジ導波管の各管壁を貫通する複数の結合孔８が主導波管の管軸に沿って設けられている。この結合孔８を介して副導波管が主導波管と電磁的に結合することによって、主導波管から副導波管に電磁波が取り出される。結合孔８の間隔は、伝送波の導波管内波長に基づいて定められる。

蓋部１ａはＬ字形状の平板からなり、主導波管側の管路中央に１つのリッジ２が管軸に沿って設けられている。蓋部１ａを筐体本体１ｂに接合することにより、シングルリッジ導波管が形成される。この様にして形成されたシングルリッジ導波管のリッジ２表面には、方向性結合器の結合量を調節するための導電性のテープ３が貼り付けられている。このテープ３は、帯状のフィルムであって、シングルリッジ導波管のリッジ２を構成する部材と同一部材からなる。ここでは、アルミニウムからなるアルミテープ（厚み０．０５ｍｍ）がテープ３として用いられ、リッジ端から管軸方向に所定の貼り付け長さで貼り付けるものとする。すなわち、管軸に沿って直線状に形成されたリッジ２の直線部分に貼り付けられる。また、テープ３は、接着剤を用いて貼り付けられる。

テープ３をリッジ２表面に貼り付けることによる結合量の調整は、方向性結合器の製造工程における試験調整段階で計測された結合量に基づいて行われる。すなわち、結合孔８などの加工処理後の方向性結合器について結合量の計測を行い、計測された結合量に基づいて当該方向性結合器のリッジ２に対するテープ３の貼り付けが行われる。例えば、主導波管内に電磁波を送り込み、副導波管から取り出される電磁波の透過電力に基づいて結合量が求められ、この結合量に応じてテープ３の厚みや貼り合わせる枚数が決定される。

図３は、図１及び図２の方向性結合器におけるシングルリッジ導波管の管路断面の一例を示した図である。方向性結合器の結合量は、シングルリッジ導波管１の特性インピーダンスＺ_ｒを変化させることによって調整することができる。この特性インピーダンスＺ_ｒは、電磁波の波長をλ、導波管内における波長をλ_ｇとして、次式（１）により表すことができる。

式（１）におけるＺ_ｒ∞及びλ_ｇ／λは、シングルリッジ導波管１の遮断波長をλ_Ｃ１、遮断周波数をｆ_Ｃ１として、次式（２）及び（３）により表される。

式（２）におけるθ_１、θ_２は、管路断面の高さをｂ、リッジ高さをｄ、管路断面の幅をａ、リッジ幅をｓとして、次式（４）及び（５）により表される。

式（２）〜（５）におけるλ_Ｃ１は、遮断位相定数をｋ_Ｃ１として、次式（６）で表すことができる。

式（１）及び（２）からリッジ高さｄに応じて特性インピーダンスＺ_ｒが変化するのがわかる。計算によれば、ｄが大きくなるに従ってＺ_ｒが増加する。透過電力（比）Ｐ_ｆは、この様な特性インピーダンスＺ_ｒを用いて、次式（７）及び（８）により表すことができる。

式（７）及び（８）におけるΓは反射係数であり、Ｚ_ｉはテープ３をリッジ２表面に貼り付けなかった場合における特性インピーダンス、すなわち、線路インピーダンスである。

式（７）及び（８）から特性インピーダンスＺ_ｒが増加すると、反射係数Γの絶対値も増加し、透過電力Ｐ_ｆが減少することがわかる。従って、リッジ高さｄを大きくすれば、透過電力Ｐ_ｆ、すなわち、結合量を減少させることができる。つまり、テープ３をリッジ２表面に貼り付ければリッジ高さｄを大きくすることができるので、結合量が減少させたい場合に、テープ３を貼り付けるだけで、結合量を減少させることができる。

実験によれば、アルミテープ（厚み０．０５ｍｍ）を用いる場合、テープ一枚当たり、８〜１８．５ＧＨｚの周波数帯域において一様に結合量が０．２ｄＢ程度減少し、このアルミテープを複数貼り合わせることで最大１ｄＢ程度まで結合量を調節することができる。

図４は、図１及び図２の方向性結合器における蓋部に設けられたリッジの要部詳細の一例を示した斜視図である。テープ３は、主導波管の管軸に沿って直線状に形成されたリッジ２の直線部分に貼り付けられ、リッジ端からの貼り付け長さＡ１は８０ｍｍ程度となっている。

図５は、図１及び図２の方向性結合器における結合量の調整に用いられるテープの一例を示した断面図である。このテープ３は、テープリールからテープ３を剥離し易くするための剥離処理層１１と、導電性のアルミ箔層１２と、テープ３を貼り付けるための接着剤塗布層１３とからなる。剥離処理層１１は、テープ３をリッジ２表面に複数貼り合わせる場合、各テープ３を貼り付けた後、テープ３が剥れないようにするために除去するのが好ましい。

図６は、図１及び図２の方向性結合器における結合量の一例を示した図であり、伝送波の周波数ごとの結合量がテープ貼り付け後の状態２１と、テープ貼り付け前の状態２２とで比較して示されている。結合量の調整にアルミテープ（厚み０．０５ｍｍ）を用いる場合、このアルミテープをリッジ２表面に２枚重ねて貼り合わせることによって、伝送波の周波数帯域（８〜１８．５ＧＨｚ）全域において一様に結合量を減衰量Ａ２＝０．４ｄＢ程度減少させることができる。なお、結合量は、上記周波数帯域において周波数の増加に伴って始め緩やかに減少し、最小となった後増加している。

図７のステップＳ１０１〜Ｓ１０５は、図１及び図２の方向性結合器における結合量調整の動作の一例を示したフローチャートである。まず、結合孔８などの加工処理後の方向性結合器について結合量を計測する（ステップＳ１０１）。このとき、計測した結合量が所定の許容範囲内でない場合、結合量に応じてシングルリッジ導波管１のリッジ２表面に導電性テープ３を貼り付けて、当該方向性結合器について結合量の調整を行う（ステップＳ１０２，Ｓ１０３）。

計測した結合量が許容範囲内である場合及び結合量の調整後には、他の方向性結合器について、同様の調整処理が行われる（ステップＳ１０４，Ｓ１０５）。

本実施の形態によれば、シングルリッジ導波管１のリッジ２表面に導電性のテープ３を貼り付けることにより、リッジ高さｄを調節することができるので、結合量の調整を簡便に行うことができる。従って、製造に要する時間や製造コストを増加させることなく、結合量のばらつきを抑制することができる。

従来の方向性結合器の製造方法では、削り加工における加工精度が方向性結合器の電気性能を決める要因となっており、削り加工のばらつきによって結合量の偏差が１ｄＢ程度生じていた。これに対し、本発明による製造方法では、削り加工のばらつきによる結合量のばらつきが当該加工後の試験調整段階において調整されるので、結合量の偏差を０．５ｄＢ以下に抑制することができる。従って、製品の歩留まり向上に効果的である。例えば、従来５０％程度であった歩留まりを９０％程度にまで向上させることができる。

本発明の実施の形態１による方向性結合器の一例を示した図である。 本発明の実施の形態１による方向性結合器の一例を示した図である。 図１及び図２の方向性結合器におけるシングルリッジ導波管の管路断面の一例を示した図である。 図１及び図２の方向性結合器における蓋部に設けられたリッジの要部詳細の一例を示した斜視図である。 図１及び図２の方向性結合器における結合量の調整に用いられるテープの一例を示した断面図である。 図１及び図２の方向性結合器における結合量の一例を示した図である。 図１及び図２の方向性結合器における結合量調整の動作の一例を示したフローチャートである。

符号の説明

１ シングルリッジ導波管、１ａ 蓋部、１ｂ 筐体本体、２，６ リッジ、３ テープ、４ ダブルリッジ導波管、５ 端子部、８ 結合孔、１１ 剥離処理層、
１２ アルミ箔層、１３ 接着剤塗布層

Claims (5)

1. ダブルリッジ導波管と結合孔を介して電磁的に結合するシングルリッジ導波管からなる方向性結合器の結合量の調整を行う方向性結合器の製造方法において、
   上記方向性結合器の結合量を計測する結合量計測ステップと、
   計測された結合量に基づいて、当該方向性結合器のシングルリッジ導波管における管壁に設けられたリッジ表面に導電性のテープを貼り付けることにより、結合量の調整を行う結合量調整ステップとを備えたことを特徴とする方向性結合器の製造方法。
2. 上記結合量調整ステップは、リッジ端から管軸方向にテープを貼り付けるステップであることを特徴とする請求項１に記載の方向性結合器の製造方法。
3. 上記結合量調整ステップは、管軸に沿って直線状に設けられたリッジの直線部分にテープを貼り付けるステップであることを特徴とする請求項２に記載の方向性結合器の製造方法。
4. 上記結合量調整ステップは、上記シングルリッジ導波管の管壁に設けられるリッジと同一部材からなるテープを貼り付けるステップであることを特徴とする請求項１に記載の方向性結合器の製造方法。
5. ダブルリッジ導波管と結合孔を介して電磁的に結合するシングルリッジ導波管と、
   上記シングルリッジ導波管における管壁に設けられたリッジ表面に貼り付けられる結合量調整用の導電性のテープとを備えたことを特徴とする方向性結合器。

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