JP3950853B2 - 円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップ - Google Patents

Description

本発明は、円形の導波管遷移部（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）用のマイクロストリップ、より具体的には、高モード純度を有する円形の遷移部用のマイクロストリップに関する。

当該技術にて既知であるように、近代のマイクロ波及びミリメートル波送受信機モジュールは、平面状ＰＣ板技術を使用する低コストの相互接続部用モジュールの内部にマイクロストリップを使用する。円形の導波管の低損失の特徴、モジュールを回転させるだけでその偏極を簡単に変化させるその能力、及び優れた機械的支持の特徴のため、アンテナフィードへの接続は、円形の導波管を使用してより良く行われることがしばしばである。ある設計のものは、送受信機の周波数が導波管内で遮断周波数以下となるように、非標準的な案内部の直径を使用することもある。このように、平面状のＰＣ板技術を使用して製造することのできる、円形の導波管遷移部に対する低コストのマイクロストリップが必要とされている。円形の導波管は、同一の遮断周波数にて２つの直交モードを伝搬させるため、不適切なモードでは、貴重なマイクロ波エネルギが無駄になるから、遷移部のモード純度が問題となる。これら２つのモードにおける電界Ｅベクトルは、互いに９０°である。

アンテナプローブ及びバックショートを使用して円形の導波管の遷移部に対して同軸状にすることは、当該技術にて周知のことである。これらの装置は、ＴＥＭ同軸モジュールからのマイクロ波エネルギをアンテナプローブと整合させたその電界を使用することにより、円形の導波管モードに変換する。これらの従来の方法は、マイクロストリップから直接、変換するものではないため、低コストの送受信機モジュールにて使用するには高価過ぎる。

円形の導波管遷移部１０に対してフィン形状のライン（すなわち、フィンライン）に対しマイクロストリップを使用する方策は、円形の導波管２２にて終わる（図４）ものが図１、図２及び図２Ａ乃至図２Ｅに図示されている。マレーランド州、ノーウッドのアーテックハウス（Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ）からのブハット及びコウル（Ｂｈａｔ＆Ｋｏｕｌ）による「フィンラインの分析、設計及び適用（Ａｎａｙｓｉｓ，Ｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｆｉｎ Ｌｉｎｅｓ）」、１９８７、２８７頁、図６、図１２を参照。遷移部１０は、この場合、円形の導波管部分２０の直径に沿ってその内部に配置されたマイクロストリップの円形部分１１を有している。マイクロストリップの円形部分１１は、接地面１４をストリップ導体１６から分離する導電性基板１２を有している。マイクロストリップの円形部分１１は、円形の導波管部分２０の中央領域内に（この場合、該導波管部分の直径に沿って）配置されている。円形の導波管部分２０は、その長手方向軸線がＺ軸線に沿って配置されている。図１の左側に示した遷移部１０は、図１の右側に示した円形の導波管２２にて終わる。マイクロ波エネルギは、左方向から右方向に流れ、座標系のＸ軸及びＹ軸は、伝搬軸線Ｚに対して垂直であると想定する。このように、Ｚ軸は、マイクロストリップの円形部分１０の長さ及び円形の導波管部分２０の中心線に沿っている。主として、マイクロチップの円形部分１１（図２Ａ）の伝搬領域内での電界すなわちＥベクトルは、マイクロストリップの接地面１４からマイクロストリップのストリップ導体１６までＹ軸に沿って位置している。遷移部１０の中間部分において（図２Ｂ、図２Ｃ及び図２Ｄ）、接地面１４は、１つの側部に沿って（この場合、図２Ｂ、図２Ｃ及び図２Ｄにて右側から）漸進的に除去して、これにより、電界Ｅベクトルをこの領域内で集中させる。ストリップ導体１６は、該導体がこれら中間領域内にて右側に向けて伸びるとき幅が拡がり且つ、フィン形状ライン１３、１７（図２Ｃ及び図２Ｄ）に沿って曲がり、その真向いにある円形の導波管部分２０の接地面と電気的に接触させる（図２Ｄに示すように）。このようにして、電界Ｅベクトルは、専らＹ軸の方位からそれ自体回転するように付勢されて、導体の配置及びマックスウェルの等式の条件によって決定されるように、専らＸ軸の方位となる。縦軸Ｚの周りにおけるこの生成する電界Ｅベクトルの回転は、図２Ａから図２Ｅに図示されている。

この遷移部の設計における所望の円形の導波管モードは、マイクロストリップの円形部分１１を支持する誘電性の基板１２の平面内にてその電界ＥベクトルをＸ軸と整合させる。しかし、少量ではあるが、かなりの量のエネルギが図２Ｅに示すように、Ｙ軸に沿って（すなわち、誘電性基板１２の平面に対し直角に）整合されたままであり、円形の導波管２２（図２Ｆ）内にて直交モードを励起される働きをする。このエネルギは無駄にされ、また、送受信機の透過帯域内に説明できない狭小帯域の共鳴くぼみのようなその他の欠点を生ずる可能性がある。
フィンラインの分析、設計及び適用（Ａｎａｙｓｉｓ，Ｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｆｉｎ Ｌｉｎｅｓ）」、１９８７、２８７頁、図６、図１２

本発明によれば、円形の導波管の遷移部に対するマイクロストリップが提供される。該遷移部は、細長い円形の導波管部分と、該円形の導波管部分内に配置されたストリップラインの回路部分とを有している。ストリップライン部分は、ストリップ導体の平面内に配置されたストリッブ導体を有している。ストリップ導体は、円形の導波管部分の縦軸線に沿って遷移部の第一の領域から遷移部の長手方向に隔てられた第二の領域まで伸びている。ストリップラインの回路部分は、縦軸に沿って第一領域から第二領域まで伸びる１対の重なり接地面を有している。対の接地面は、ストリップ導体の平面に対し平行に、重なり平面内に配置されている。ストリップ導体は、第一領域内にて直径方向に対向した一対の側壁の第一の部分から隔てられ、また、直径方向に対向した一対の側壁の第二の部分の内の一方に向かい且つ、対向した一対の側壁の第二の部分の内の他方から離れるよう曲がり、かかるストリップ導体は、導波管部分内で第二の領域に向けて伸びる。対の重なり接地面は、遷移部の第一領域内にて直径方向に対向した側壁の側壁部分に隣接して配置され、また、直径方向に対向した一対の側壁の第二部分の内の一方から離れ且つ、直径方向に対向した側壁の第二部分の内の他方に向けて曲がり、かかる対の接地面は、導波管部分内にて第二領域に向けて伸びている。

かかる構成によれば、ストリップラインの回路部分は、２つの対称の電界Ｅベクトルを形成する２つの対称に配置された接地面を提供する。これらベクトルのＸ軸成分は、追加されて円形の導波管内で所望のモードを励起させる。これら２つのベクトルのＹ軸成分は、反対方向となり、従って、円形の導波管内にて望ましくない直交モードへの結合の寄与効果を打消すことになろう。この打消しは、対称であるため、何れかの特定の波長に関係せず、従って、その現象は極めて広帯域である。

本発明の１つの実施の形態において、ストリップ導体の平面は、円形の導波管部分の直径に沿って配置されている。
１つの実施の形態において、ストリップ導体は、直径方向に対向した一対の側壁の第二の部分の内の一方と電気的に接触している。

１つの実施の形態において、対の接地面ストリップ導体は、直径方向に対向した一対の側壁の第二の部分の内の他方と電気的に接触している。
１つの実施の形態において、ストリップ導体は、遷移部の第一の領域内にて側壁の直径方向に対向した側壁部分と電気的に接触している。

１つの実施の形態において、対の接地面の重なり縁部は、第一のフィン形状ラインに沿って配置され、かかる対の接地面は第一の領域から第二の領域まで伸びている。
１つの実施の形態において、対の接地面の重なり縁部は、第二のフィン形状ラインに沿って配置され、かかる対の接地面は第一の領域から第二の領域まで伸びている。

１つの実施の形態において、第一及び第二のフィン形状ラインは、第二の領域内で反対方向に向けて互いに拡がる。

本発明における１つ以上の実施の形態の詳細は添付図面及び以下の説明に示してある。本発明のその他の特徴、目的及び有利な効果は、以下の説明、添付図面及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。幾つかの図面において、同様の要素は同様の参照符号で示してある。

次に、図３、図４及び図４Ａから図４Ｆを参照すると、円形の導波管の遷移部１０´に対するマイクロストリップが図示されている。該遷移部１０´は、細長い円形の導波管部分２０´を有している。該遷移部１０´は、円形の導波管２０´の基端（この場合、左端部）内に配置されたマイクロストリップの回路部分１１´を有している。マイクロストリップの回路部分１１´は、ストリップ導体の平面内に配置されたストリップ導体１６´を有している。ストリップ導体１６´は、円形の導波管部分２０´の縦軸（この場合、Ｚ軸）に沿って伸びている。マイクロストリップの回路部分１１´は、誘電性基板１２´によりストリップ導体１６´から隔てられた接地面１４´を有している。

遷移部１０´は、円形の導波管２２´にて終わる（図４Ｆ）。マイクロストリップ回路１１´と円形の導波管２２´との間で円形の導波管部分２０´内には、ストリップラインの回路部分１１″が配置されている。ストリップラインの回路部分１１″は、ストリップ導体の平面内に配置されたストリップ導体１６″を有している。ストリップ導体１６″は、図３に示すように、テーパー付き部分２１を通じてストリップラインの回路部分１１″のストリップ導体１６´を接続し得るように形成される。ストリップ導体１６″は、円形の導波管部分２０´の縦軸線Ｚに沿って、遷移部１０´の第一の（この場合、左側）領域Ｒ_１から遷移部１０´の長手方向に隔たった第二の領域Ｒ_２まで伸びている。ストリップラインの回路部分１１″は、長手方向軸線Ｚに沿って第一の領域Ｒ_１から第二の領域Ｒ_２まで伸びる１対の重なった接地面（ｇｒｏｕｎｄ ｐｌａｎｅ）１４´ａ、１４´ｂを有している。対の接地面１４´ａ、１４´ｂは、ストリップ導体の平面に対し平行に、重なった平面内に配置され、また、図示するように、１対の誘電性基板１２´ａ、１２´ｂによってストリップ導体１６″から分離されている。ストリップ導体１６″は、第一の領域Ｒ_１内で円形の導波管２０´の１対の直径方向に対向した側壁の第一の部分から隔てられ、また、１対の直径方向に対向した側壁の第二の部分の内の一方側壁に向かい且つ、１対の対向した側壁の第二の部分の内の他方の側壁から離れるように曲がり、このようにしてストリップ導体は、導波管部分内で第二の領域Ｒ_２に向けて伸びている。

対の重なり接地面１４´ａ、１４´ｂは、遷移部の第一の領域Ｒ_１内にて側壁の直径方向に対向した側壁部分に隣接して配置され、また、側壁の１対の直径方向に対向した第二の部分の内の一方の側壁から離れ且つ、直径方向に対向した側壁の第二の部分の内の他方の側壁に向けて曲がり、かかる対の接地面は、第二の領域Ｒ_２に向けて導波管部分内で伸びている。

ストリップラインの回路部分１１″は、円形の導波管部分２０´の直径に沿って配置されている。ストリップ導体１６″は、第二の領域Ｒ_２にて導波管２０´の１対の直径方向に対向した側壁の第二の部分の内の一方の側壁（第一の側壁）と電気的に接触している。対の接地面１４´ａ、１４´ｂは、第二の領域Ｒ_２にて導波管２０´の直径方向に対向した側壁の第二の部分と電気的に接触している。対の接地面は、遷移部１０´の第一の領域Ｒ_１内にて直径方向に対向した側壁の側壁部分と電気的に接触している。対の接地面１４´ａ、１４´ｂの重なり縁部は、第一のフィン形状線Ｌ_１に沿って配置されており、かかる対の接地面は、第一の領域Ｒ_１から第二の領域Ｒ_２まで伸びている。ストリップ導体１６″の重なり縁部は、第二のフィン形状線Ｌ_２、Ｌ_３に沿って配置され、このため、ストリップ導体１６″は、第一の領域Ｒ_１から第二の領域Ｒ_２まで伸びている。第一及び第二のフィン形状線Ｌ_３、Ｌ_１は、図３に示すように、第二の領域Ｒ_２内で反対方向に互いに拡がる。

上述した遷移部１０´は、図示するように、臨界的なフィン形状ラインの領域内でストリップラインを使用することによりモードの純度の問題点を解決する。マイクロストリップは、当該技術を実施するとき、一般的に行なわれるように、最初に、テーパー付き部分２１を有するストリップラインに変化する。ストリップラインは、フィンラインの領域内で２つの対称に配置された接地面を提供し、これら接地面は、図示するように、２つの対称の電界Ｅベクトルを形成する。これらベクトルのＹ軸成分は、追加されて、円形の導波管内で所望のモードを励起させる。これら２つのベクトルのＸ軸成分は、反対方向に向けられ、このため、円形の導波管内で望ましくない直交モードへの結合の寄与効果を打消す。この打消しは、対称であるから、何らかの特定の波長に関係せず、従って、その現象は極めて広帯域である。

本発明における多数の実施の形態について説明した。しかし、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、各種の改変例を具体化することが可能であることが理解されよう。従って、その他の実施の形態が特許請求の範囲に属する。

従来の技術による円形の導波管に対するマイクロストリップの平面図である。 従来の技術による図１の遷移部の端面図である。 図１の線２Ａ―２Ａに沿った、図１の遷移部の断面図である。 図１の線２Ｂ―２Ｂに沿った、図１の遷移部の断面図である。 図１の線２Ｃ―２Ｃに沿った、図１の遷移部の断面図である。 図１の線２Ｄ―２Ｄに沿った、図１の遷移部の断面図である。 図１の線２Ｅ―２Ｅに沿った、図１の遷移部の断面図である。 図１の線２Ｆ―２Ｆに沿った、図１の遷移部の断面図である。 本発明による円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップの平面図である。 図３の遷移部の端面図である。 図３の線４Ａ―４Ａに沿った、図３の遷移部の断面図である。 図３の線４Ｂ―４Ｂに沿った、図３の遷移部の断面図である。 図３の線４Ｃ―４Ｃに沿った、図３の遷移部の断面図である。 図３の線４Ｄ―４Ｄに沿った、図３の遷移部の断面図である。 図３の線４Ｅ―４Ｅに沿った、図３の遷移部の断面図である。 図３の線４Ｆ―４Ｆに沿った、図３の遷移部の断面図である。

Claims (11)

1. 円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップにおいて、
   細長い円形の導波管部分と、
   該円形の導波管部分内に配置されたストリップラインの回路部分とを備え、該ストリップラインの回路部分が、
   ストリップ導体平面内に配置されたストリップライン導体であって、円形の導波管部分の縦軸線に沿って遷移部の第一の領域から遷移部の長手方向に隔てられた第二の領域まで伸長する前記ストリップライン導体と、
   縦軸に沿って第一の領域から第二の領域まで伸びる１対の重なり接地面であって、ストリップ導体の平面に対し平行に重なり平面内に配置され、各々がストリップ導体から誘電的に隔てられた前記１対の接地面と、を備え、
   ストリップ導体が、第一の領域内にて直径方向に対向した一対の側壁の第一の部分から隔てられ、また、直径上で対向した一対の側壁の第二の部分の内の一方に向かい且つ、対向した一対の側壁の第二の部分の内の他方から離れるように曲がり、ストリップ導体が導波管部分内で第二の領域に向けて伸びるようにし、
   対の重なり接地面が、遷移部の第一の領域内にて直径方向に対向した側壁の側壁部分に隣接して配置され、また、直径上で対向した一対の側壁の第二の部分の内の一方から離れ且つ、直径方向に対向した側壁の第二の部分の他方に向かうように曲がり、対の接地面が、導波管部分内で第二の領域に向けて伸びるようにした、円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップ。
2. 請求項１に記載の円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップにおいて、ストリップ導体の平面が、円形の導波管部分の直径に沿って配置される、円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップ。
3. 請求項１に記載の円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップにおいて、ストリップ導体が、対の直径上で対向した側壁の第二の部分の第一のものと電気的に接触している、円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップ。
4. 請求項３に記載の円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップにおいて、対の接地面のストリップ導体が、対の直径上で対向した側壁の第二の部分の第二のものと電気的に接触している、円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップ。
5. 請求項４に記載の円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップにおいて、対の接地面が、遷移部の第一の領域内にて直径上で対向した側壁の側壁部分と電気的に接触している、円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップ。
6. 請求項１に記載の円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップにおいて、対の接地面の重なり縁部が、第一のフィン形状ラインに沿って配置され、該対の接地面が、第一の領域から第二の領域まで伸びるようにした、円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップ。
7. 請求項６に記載の円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップにおいて、ストリップ導体の重なり縁部が、第二のフィン形状ラインに沿って配置され、ストリップ導体が、第一の領域から第二の領域まで伸びるようにした、円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップ。
8. 請求項７に記載の円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップにおいて、第一及び第二のフィン形状ラインが、第二の領域内で反対方向に向けて互いから拡がるようにした、円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップ。
9. 請求項４に記載の円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップにおいて、対の接地面の重なり縁部が、第一のフィン形状ラインに沿って配置され、該対の接地面が、第一の領域から第二の領域まで伸びるようにした、円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップ。
10. 請求項９に記載の円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップにおいて、ストリップ導体の重なり縁部が、第二のフィン形状ラインに沿って配置され、ストリップ導体が、第一の領域から第二の領域まで伸びるようにした、円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップ。
11. 請求項１０に記載の円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップにおいて、第一及び第二のフィン形状ラインが、第二の領域内で反対方向に向けて互いから拡がるようにした、円形の導波管遷移部に対するマイクロストリップ。

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