JP3958705B2 - 移相器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移相器に係り、特に、マイクロ波等の送受信器に使用される導波管形移相器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波等の送受信器に使用される導波管形移相器として、例えば、図８に示すベイン形移相器が知られている。
図８は、従来のベイン形移相器の概略構成を示す斜視図であり、図８において、１は、断面形状（管軸方向に直交する面で切断したときの断面形状）が矩形形状の矩形導波管である。
２は、矩形導波管１の内部に挿入される誘電体板であり、誘電体板２には、矩形形状を構成する一対の短辺の一方の側壁に形成された孔に挿入される支持棒３が固定される。
図９は、図１に示す誘電体板２の形状を示す図である。図９に示すように、誘電体板２の形状は、支持棒３側から見て平行四辺形とされる。
図１０は、従来のベイン形移相器の動作を説明するための断面図であり、矩形導波管１の管軸方向に直交する面で切断したときの断面図である。
図１０に示すように、ベイン形移相器は、支持棒３を矩形導波管内部に挿入することにより、誘電体板２を側壁面から中心部へ移動させ、誘電体板２を電界に作用させることにより位相量を変化させる。なお、図９において、ＡはＴＥ_１０モードの電界成分、ＢはＴＥ_２０モードの電界成分を示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述したベイン形移相器において、線路長当たりの位相変化量を大きくするためには、誘電率の大きい誘電体板２、あるいは板厚（図９に示すｔ）が厚い誘電体板２を使用する必要がある。
しかしながら、前述した手法は、矩形導波管内の等価誘電率を高くすることに相当し、そして、矩形導波管内の等価誘電率を高くすることは、矩形導波管１の断面積を拡大することと等価である。
そのため、前述した手法では、高次モードが発生し、移相器が正常に動作しないという問題点がある。
したがって、一般には、ベイン形移相器では、高次モードが、矩形導波管内を伝搬する高周波の通過帯域に存在しないような誘電率の誘電体板２、あるいは、板厚が薄い誘電体板２を用いて位相を変化させるため、大きな位相変化量を得られないという問題がある。
また、前述した手法以外で、位相変化量を大きくするために、誘電体板２を矩形導波管１の管軸方向に長くすることが挙げられるが、回路が大きくなるという問題点がある。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、小型で位相変化量の大きい移相器を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
即ち、本発明の移相器は、管軸方向に直交する面で切断したときの断面形状が矩形形状である矩形導波管の内部に、前記矩形形状の断面形状の長手方向に沿って移動可能とされる第１の誘電体板と第２の誘電体板とを備えることを特徴とする。
また、本発明の移相器では、前記第１の誘電体板が、前記矩形形状の断面形状の短辺を構成する一対の側壁の一方の側壁側から移動可能とされ、前記第２の誘電体板が、前記矩形形状の短辺を構成する一対の側壁の他方の側壁側から移動可能とされる。
また、本発明の移相器では、前記第１の誘電体板および第２の誘電体板が、前記矩形形状の断面形状の短辺を構成する一対の側壁の一方の側壁側から移動可能とされる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１の移相器の概略構成を示す斜視図であり、図１において、１は、断面形状（管軸方向に直交する面で切断したときの断面形状）が矩形形状である矩形導波管である。
２ａは、矩形導波管１の内部に挿入される第１の誘電体板であり、第１の誘電体板２ａには、矩形導波管１における、矩形形状の断面形状を構成する一対の短辺の一方の側壁に形成された孔（図示せず）に挿入される支持棒３ａが固定される。
２ｂは、矩形導波管１の内部に挿入される第２の誘電体板であり、第２の誘電体板２ｂには、矩形導波管１における、矩形形状の断面形状を構成する一対の短辺の他方の側壁に形成された孔（図示せず）に挿入される支持棒３ｂが固定される。
なお、本実施の形態においても、第１の誘電体板２ａと第２の誘電体板２ｂの形状は、図９に示す平行四辺形とされる。
図１に示すように、本実施の形態の移相器は、矩形導波管１の内部に、矩形形状の断面形状の長手方向に沿って移動可能とされる第１の誘電体板２ａと第２の誘電体板２ｂとを備えることを特徴とする。
【０００６】
本実施の形態では、支持棒（３ａ，３ｂ）を矩形導波管内部に挿入することにより、第１の誘電体板２ａと第２の誘電体板２ｂとを、矩形導波管１の側壁面から矩形導波管１の中心部へ移動させる。
第１の誘電体板２ａと第２の誘電体板２ｂとが電界に作用すると、矩形導波管内の実効誘電率は高くなるので、矩形導波管１の実効管内波長が短くなり、位相が遅れる。
図２、図３は、本実施の形態の移相器の動作を説明するための断面図であり、矩形導波管１の管軸方向に直交する面で切断したときの断面図である。なお、図２、３において、ＡはＴＥ_１０モードの電界成分、ＢはＴＥ_２０モードの電界成分を示す。
本実施の形態では、図２に示すように、第１の誘電体板２ａを、矩形導波管１の一方の側壁面から矩形導波管１の中心部へ移動させた後、図３に示すように、第２の誘電体板２ｂを、矩形導波管１の他方の側壁面から矩形導波管１の中心付近へ移動させる。
【０００７】
第１の誘電体板２ａが、矩形導波管１の中心部で静止している場合、第１の誘電体板２ａは、ＴＥ_２０モードの電界分布の零点に位置するので、第１の誘電体板２ａが、ＴＥ_２０モードの電界分布に対して与える影響は、１つの高誘電率の誘電体板を用いた場合と比較して小さい。
また、２つの低誘電率な誘電体板（２ａ，２ｂ）を使用することにより、１つの高誘電率な誘電体板を使用する場合に比して、ＴＥ_２０モードの電界分布に対する等価誘電率が低くなるので、不要共振周波数は高周波数領域へと移る。
結果として、２つの誘電体板（２ａ、２ｂ）の誘電率を大きくできるので、位相可変範囲が広がり、従来のベイン形移相器と比較して、線路長さあたりの位相変化量を大きくすることができる。
【０００８】
図４は、本実施の形態の移相器と、従来のベイン形移相器とにおける、誘電体板挿入距離と位相変化量との関係の一例を示すグラフである。
図４は、矩形導波管内を伝搬する中心周波数の６％の比帯域内に共振が生じない条件で、誘電体板挿入距離と位相変化量との関係を測定した結果を示すグラフである。
なお、図４において、□が本実施の形態の移相器において、第１の誘電体板２ａを矩形導波管内に挿入したときの誘電体板挿入距離と位相変化量との関係を、〇が本実施の形態の移相器において、第１の誘電体板２ａを矩形導波管内の中心部まで挿入した後、第２の誘電体板２ｂを矩形導波管内に挿入したときの誘電体板挿入距離と位相変化量との関係を、×が従来のベイン形移相器において、誘電体板２を矩形導波管内に挿入したときの誘電体板挿入距離と位相変化量との関係を示す。
【０００９】
また、矩形導波管１は、ＷＲＪ−１２０の規格のものであり、本実施の形態の位相器の第１の誘電体板２ａと第２の誘電体板２ｂの寸法は、板厚（図９に示すｔ）が１．０ｍｍ、長さ（図９に示す（Ｌ１＋Ｌ２））が６０ｍｍ（Ｌ１＝１０ｍｍ、Ｌ２＝５０ｍｍ）、比誘電率（εｒ）が３．３であり、従来のベイン形移相器の誘電体板２の寸法は、板厚（図９に示すｔ）が１．６ｍｍ、長さ（図９に示す（Ｌ１＋Ｌ２））が６０ｍｍ、比誘電率（εｒ）が３．３である。
図４に示すように、本実施の形態の移相器では、第１の誘電体板２ａを矩形導波管１の中心付近まで挿入することにより、位相量を１５０（ｄｅｇ）付近まで可変でき、その後、第２の誘電体板２ｂを矩形導波管内１の中心付近まで挿入することにより、位相量を２５０（ｄｅｇ）まで可変できる。
このように、本実施の形態の位相器は、矩形導波管１の両側の側壁面から中心部へ２つの誘電体板（２ａ，２ｂ）を挿入するようにしたので、従来のベイン形移相器よりも、線路長当たりの位相可変範囲を大きくすることができる。
【００１０】
図５は、本実施の形態の移相器と、従来のベイン形移相器とにおける、誘電体板挿入距離とＶＳＷＲとの関係の一例を示すグラフである。
図５も、矩形導波管内を伝搬する中心周波数の６％の比帯域内に共振が生じない条件で、誘電体板挿入距離とＶＳＷＲとの関係を測定した結果を示すグラフである。
また、図５においても、□が本実施の形態の移相器において、第１の誘電体板２ａを矩形導波管内に挿入したときの誘電体板挿入距離とＶＳＷＲとの関係を、〇が本実施の形態の移相器において、第１の誘電体板２ａを矩形導波管内の中心付近まで挿入した後、第２の誘電体板２ｂを矩形導波管内に挿入したときの誘電体板挿入距離とＶＳＷＲとの関係を、×が従来のベイン形移相器において、誘電体板２を矩形導波管内に挿入したときの誘電体板挿入距離とＶＳＷＲとの関係を示す。
また、矩形導波管１の規格、本実施の形態の位相器の第１の誘電体板２ａと第２の誘電体板２ｂの寸法、並びに、従来のベイン形移相器の誘電体板２の寸法は、図４の場合と同じである。
図５のグラフから、本実施の形態の移相器も、従来のベイン形移相器も、ＶＳＷＲが１．１以下であることが分かる。
【００１１】
図６は、本実施の形態の移相器と、従来のベイン形移相器とにおける、誘電体板挿入距離と挿入損失との関係の一例を示すグラフである。
図６も、矩形導波管内を伝搬する中心周波数の６％の比帯域内に共振が生じない条件で、誘電体板挿入距離と挿入損失との関係を測定した結果を示すグラフである。
また、図６においても、□が本実施の形態の移相器において、第１の誘電体板２ａを矩形導波管内に挿入したときの誘電体板挿入距離と挿入損失との関係を、〇が本実施の形態の移相器において、第１の誘電体板２ａを矩形導波管内の中心付近まで挿入した後、第２の誘電体板２ｂを矩形導波管内に挿入したときの誘電体板挿入距離と挿入損失との関係を、×が従来のベイン形移相器において、誘電体板２を矩形導波管内に挿入したときの誘電体板挿入距離と挿入損失との関係を示す。
また、矩形導波管１の規格、本実施の形態の位相器の第１の誘電体板２ａと第２の誘電体板２ｂの寸法、並びに、従来のベイン形移相器の誘電体板２の寸法は、図４の場合と同じである。
図６のグラフから、本実施の形態の移相器も、従来のベイン形移相器も、挿入損失が、−０．４ｄＢ以下であることが分かる。
【００１２】
［実施の形態２］
図７は、本発明の実施の形態２の移相器の概略構成を示す断面図であり、矩形導波管１の管軸方向に直交する面で切断したときの断面図である。
図７に示すように、本実施の形態では、第２の誘電体板２ｂも、第１の誘電体板２ａと同じ側壁面から矩形導波管１の中心付近まで挿入するようにしたものである。
そのため、本実施の形態では、第１の誘電体板２ａに固定される支持棒３ａは、矩形導波管１における、矩形形状の断面形状を構成する一対の短辺の一方の側壁に形成された孔（図示せず）と、第２の誘電体板２ｂに形成される孔（図示せず）に挿入される。
本実施の形態でも、前述の実施の形態１と同様の効果を得ることが可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００１３】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、小型で位相変化量の大きい移相器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の移相器の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１の移相器の動作を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１の移相器の動作を説明するための断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１の移相器と、従来のベイン形移相器とにおける、誘電体板挿入距離と位相変化量との関係の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態１の移相器と、従来のベイン形移相器とにおける、誘電体板挿入距離とＶＳＷＲとの関係の一例を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態１の移相器と、従来のベイン形移相器とにおける、誘電体板挿入距離と挿入損失との関係の一例を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態２の移相器の概略構成を示す断面図である。
【図８】従来のベイン形移相器の概略構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の各実施の形態の移相器と、従来のベイン形移相器における誘電体板の形状を示す図である。
【図１０】従来のベイン形移相器の動作を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１…矩形導波管、２，２ａ，２ｂ…誘電体板、３，３ａ，３ｂ…支持棒。

Claims (3)

1. 管軸方向に直交する面で切断したときの断面形状が矩形形状である矩形導波管の内部に、前記矩形形状の断面形状の長手方向に沿って移動可能とされる第１の誘電体板と第２の誘電体板とを備えることを特徴とする移相器。
2. 前記第１の誘電体板は、前記矩形形状の断面形状の短辺を構成する一対の側壁の一方の側壁側から移動可能とされ、
   前記第２の誘電体板は、前記矩形形状の断面形状の短辺を構成する一対の側壁の他方の側壁側から移動可能とされることを特徴とする請求項１に記載の移相器。
3. 前記第１の誘電体板および第２の誘電体板は、前記矩形形状の断面形状の短辺を構成する一対の側壁の一方の側壁側から移動可能とされることを特徴とする請求項１に記載の移相器。

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