JP4013851B2

JP4013851B2 - 導波管平面線路変換装置

Info

Publication number: JP4013851B2
Application number: JP2003198477A
Authority: JP
Inventors: 欣張
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2023-07-17
Also published as: JP2005039414A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導波管と平面線路との接続部分を構成する導波管平面線路変換装置に係り、特に、構造が簡単な導波管平面線路変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波帯、ミリ波帯の電力を伝送するものとして導波管及び平面線路が知られている。
【０００３】
導波管は、断面が角型或いは丸型などに形成された中空導体管の内部空間で管長方向に電力を伝送するものである。一方、平面線路の代表的な例としてマイクロストリップ伝送線路がある。マイクロストリップ伝送線路は、誘電体基板の片面に接地導体を設け他面に導体からなる線路を設けてこの線路の条長方向に電力を伝送するものである。導波管により伝送される電力とマイクロストリップ伝送線路などの平面線路により伝送される電力とを相互に変換する場合、導波管平面線路変換装置を必要とする。
【０００４】
図１０に示されるように、特許文献１に記載された導波管平面線路変換装置１００は、導波管１０１の開口部１０２を誘電体基板１０３で覆うようにして、導体管１０１内を伝送されてきた電力がマイクロストリップ伝送線路１０４に伝搬する（或いは、マイクロストリップ伝送線路１０４を伝送されてきた電力が導体管１０１内に伝搬する）ようにしたものである。
【０００５】
特許文献１の導波管平面線路変換装置１００は、導波管１０１の管端を終端する短絡ブロック１０５を設けるために、誘電体基板１０３には導波管１０１の断面外形とほぼ同一形状である矩形の基板開口部１０６が形成される。この誘電体基板１０３の片側面より基板開口部１０６に導波管１０１の開口部１０２を嵌め込み、誘電体基板１０３の反対側面より導波管１０１の断面外形とほぼ同一断面外形を有する導体からなる短絡ブロック１０５を導波管に接続する。これにより、短絡ブロック１０５と導波管１０１が同電位になる。
【０００６】
このとき、マイクロストリップ伝送線路１０４が導波管１０１や短絡ブロック１０５に接しないよう、短絡ブロック１０５には欠け口１０７が形成される。また、誘電体基板１０３の反対側面には接地導体層１０８が形成され、この接地導体層１０８は導波管１０１に導通される。
【０００７】
特許文献１の導波管平面線路変換装置は、上記構造により、終端された導波管１０１の内部空間にこの導波管１０１と直交するマイクロストリップ伝送線路１０４が突き出た構造となっている。導波管１０１により伝送される電力とマイクロストリップ伝送線路１０４により伝送される電力とを相互に変換することができる。このマイクロストリップ伝送線路１０４の図示しない一端をアンテナに接続すれば、導波管１０１からアンテナまでの電力伝送ができる。
【０００８】
従来の導波管平面線路変換装置１００は、短絡ブロック１０５を設けるので、誘電体基板１０３の反対側面の上に盛り上がった立体的構造が形成され、全体として複雑な立体的構造となる。短絡ブロック１０５を導波管１０１に接続する必要から、誘電体基板１０３に基板開口部１０６を形成しており、誘電体基板１０３の形状が複雑となる。また、短絡ブロック１０５にはマイクロストリップ伝送線路１０４との接触を避ける欠け口１０７を形成する必要があり、短絡ブロック１０５の形状も複雑になる。
【０００９】
このように、各構造部材がそれぞれ複雑形状であって、全体構造も複雑になっているため、各構造部材の製造が容易でなく、組み立ても容易でない。
【００１０】
特許文献２に記載された導波管平面線路変換装置は、導波管の開口部を覆う誘電体基板の外面に導波管と短絡されている短絡金属板を設け、その短絡金属板に形成した切れ込み内にストリップ線路を設けたものである。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１０−１２６１１４号公報
【特許文献２】
特開２０００−２４４１１２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献２により短絡ブロックは不要となった。しかし、特許文献２では、誘電体基板の外面に導波管と短絡されている短絡金属層を設ける必要があると共に、その導波管と短絡金属層とを短絡するスルーホールを誘電体基板に貫通させて設ける必要がある。さらに、特許文献２では、短絡金属板に切れ込みを形成し、その切れ込み内にストリップ線路を設ける必要がある。
【００１３】
このように、従来の技術では、構造が複雑であるために、各構造部材が複雑になると共に組み立ての工程も複雑になる。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、構造が簡単な導波管平面線路変換装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、導波管により伝送される電力と導波管の開口部を覆う誘電体基板上の平面線路により伝送される電力とを相互に変換する導波管平面線路変換装置であって、前記導波管内の前記開口部の一側の管壁とその一側に対向する側の管壁とにそれぞれ導体からなる管内フィンを設けることにより、これら管内フィン間にスリットを形成し、前記誘電体基板の一方の面に、前記開口部の周囲に接してこの開口部を覆う導体層を設け、該導体層に前記導波管の内壁に嵌合するように形成された接地地金を取り付け、前記導体層と前記接地地金には前記導波管と前記平面線路とを電磁的に結合させるスロットを設け、さらに前記誘電体基板の他方の面には前記導体層に形成された前記スロットに交差するように前記平面線路を設けたものである。
【００１６】
前記管内フィンは、前記開口部から前記導波管の管長方向に延びるほど管壁からの高さを低く形成してもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１に示されるように、本発明に係る導波管平面線路変換装置は、断面が角型を呈する導波管１にその導波管１の管長方向Ｚに直交する開口部２を形成し、その導波管１内の開口部２の一側の管壁１ａとその一側に対向する側の管壁１ｂとにそれぞれ導体からなる管内フィン３，３を設けることにより、これら管内フィン３，３間にスリット４を形成し、このスリット４が開口部２を覆うように設けた誘電体基板５上の平面線路としてのマイクロストリップ伝送線路６に近接するようにしたものである。誘電体基板５の平面形状、大きさは図示の通りに限定されず、任意の方向Ｙ，Ｘに長く或いは広くしてよい。
【００１９】
図１では、分解図のため管内フィン３が開口部２から導波管１の外へ出ているが、実際は管内フィン３の管長方向先端が開口部２に位置し、管内フィン３の全長が導波管１の中に入るよう構成する。管内フィン３，３間距離をスリット４のスリット間隙距離ｄとする。このスリット間隙距離ｄと同じ方向で管壁１ａ，１ｂから見たそれぞれの管内フィン３，３の高さｈの方向をＹとする。管内フィン３，３の互いに対向する面に沿った方向をＸとする。この方向Ｘにおける各管内フィン３，３の大きさはスリット幅ｗという。
【００２０】
管内フィン３は、開口部２から導波管１の管長方向に延びるほど管壁１ａ，１ｂからの高さｈを低く形成されている。図１の形態では、管内フィン３に先端から管長方向所定の距離の位置に段差部３ａを設けることにより、管内フィン３は管壁１ａ，１ｂと平行を保ちながら高さｈを段階的に減じている。
【００２１】
誘電体基板５は、導波管１に臨まない面をＡ面、導波管１に臨む面をＢ面とすると、Ａ面にマイクロストリップ伝送線路６が設けられている。一方、Ｂ面には、開口部１の周囲（誘電体基板５に臨む面）２ａに接し、かつ管内フィン３，３の先端に接し、スリット４を除いて開口部２を覆う導体層７が設けられている。
【００２２】
誘電体基板５だけに着目すると、図２に示されるように、誘電体基板５のＡ面にはマイクロストリップ伝送線路６が設けられる。一方、Ｂ面には、全面を覆う導体層７中にマイクロストリップ伝送線路６に直交する方向に長いスロット８が設けられる。このスロット８の短手幅がスリット間隙距離ｄに等しい。
【００２３】
導体層７は、開口部２の周囲２ａに接し、開口部２のほとんど全体を覆うことにより、導波管１を終端しているものである。
【００２４】
さて、上記構成によれば、マイクロストリップ伝送線路６と導波管１内の管内フィン３，３間のスリット４と、導波管１を終端する導体層７のスロット８とが重なるように設けられているので、導波管１内を伝搬する電力により管内フィン３，３には高さｈの方向に電力が生じ、この電力によってスリット４の間隙距離ｄの方向、即ち、スロット８の短手幅に電力が生じ、その電力によってマイクロストリップ伝送線路６の条長方向に電力が生じる。このようにして、マイクロストリップ伝送線路６と導波管１とが電磁的に結合され、相互に電力が変換されて伝送される。
【００２５】
スリット幅ｗがマイクロストリップ伝送線路６の線路幅にほぼ等しいことにより、スリット４とマイクロストリップ伝送線路６とのインピーダンスが整合されているので、損失や反射の少ない伝送が達成される。
【００２６】
その一方で、管内フィン３が管長方向に延びるほど管内フィン３の高さｈが減じられていることにより、管内フィン３と導波管１とのインピーダンスが整合されているので、損失や反射の少ない転送が達成される。
【００２７】
従って、マイクロストリップ伝送線路６と導波管１とがインピーダンスの整合を維持したまま電磁的に結合される。即ち、図１の導波管マイクロストリップ伝送線路変換装置は、インピーダンス整合が良好で電力損失が低減された導波管マイクロストリップ伝送線路変換装置である。
【００２８】
図１に示した本発明の構成によれば、Ｂ面に導体層７を有する誘電体基板５で開口部２を覆うだけで、導体層７が導波管１と短絡でき、特許文献１では必要であった短絡ブロックが必要なくなり、誘電体基板５のＡ面上に盛り上がった立体的構造がない。また、誘電体基板５には開口部を形成する必要がない。このため、全体としての立体的構造が簡単になり、誘電体基板５の形状が簡単になる。各構造部材がそれぞれ簡単形状であって、全体構造も簡単になるので、各構造部材の製造が容易で、組み立ても容易となる。
【００２９】
また、本発明の構成によれば、誘電体基板の外面に導波管と短絡される短絡金属層を設けたり、導波管と短絡金属層を短絡するスルーホールをなくすることができ、特許文献２よりも構造がいっそう簡単になる。
【００３０】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００３１】
図３（ａ）、図３（ｂ）は、それぞれ図２の構成を変形した構成を表す図であり、符号の同じものは図２で既に説明したものである。図３（ａ）に示されるように、スロット８の長手方向端部に短手幅が広がった拡張部８ａを設けてもよい。拡張部８ａの形状は角型に限らず、図３（ｂ）に示されるように、丸型でもよい。このように、スロット８の形状を様々に変形することにより、インピーダンスを調整したり、周波数帯域を調整したりすることができる。
【００３２】
図４は、図２の構成を変形した構成を表す図であり、符号の同じものは図２で既に説明したものである。図２では、誘電体基板５上のマイクロストリップ伝送線路６は、誘電体基板５の図示範囲の一端から反対端に亘って伸びていたが、図４に示されるように、スロット８の位置の近傍において、マイクロストリップ伝送線路６の一端６ａを開放終端とすることができる。マイクロストリップ伝送線路６の一端６ａを開放終端とすることにより、スロット８の位置から開放終端までの長さを調整することで、マイクロストリップ伝送線路６のインピーダンスを調整することができる。
【００３３】
図５は、図２の構成を変形した構成を表す図であり、符号の同じものは図２で既に説明したものである。図５では、誘電体基板５のＢ面側に導波管１の開口部２に嵌合する接地地金９を設けている。接地地金９は、端面９ａが誘電体基板５のＢ面に設けた導体層７に接し、周囲面９ｂが導波管１の内周壁に接する。そして、接地地金９を貫通して設けられたスロット１０は、導体層７のスロット８に一致する。
【００３４】
この接地地金９を予め誘電体基板５と組み合わせておき、接地地金９を導波管１の開口部２に嵌合させるようにして誘電体基板５で開口部２を覆うことにより、導波管１内に設置した管内フィン３とスロット８との密着度を高めることができる。従って、管内フィン３とスロット８との電磁的な結合が強まり、この結合からの不要輻射により生じる電力損失を低減し、変換効率を向上させることができる。
【００３５】
次に、図１の管内フィン３について詳しく説明すると共に、管内フィン３の他の実施形態を説明する。
【００３６】
図６に示されるように、管内フィン３は、金属で構成され、導波管１の管長方向に延出され導波管１の管壁１ａ，１ｂに密着固定される固定部側面３ｂと、この固定部側面３ｂから垂直に立ち上がり管長方向先端となる先端面３ｃと、導波管１の他の管壁に触れることなく平行に配置される管内側面３ｄと、互いに向き合うことでスリット４を形成するスリット間隙面３ｅと、先端面３ｃとは管長方向反対側に位置して固定部側面３ｂから垂直に立ち上がる基端面３ｆとを有する。先端面３ｃと基端面３ｆとの間に段差部３ａが有るために、固定部側面３ｂからスリット間隙面３ｅまでの距離（高さ）ｈ１，ｈ２は、先端面３ｃと基端面３ｆとで異なっている。先端面３ｃから段差部３ａまでの距離は、導波管１内を伝送される電力の波長λに基づいて、例えば、λ／４に形成される。
【００３７】
管内フィン３を導波管１に固定する手段として、図１では管壁１ａ，１ｂに溝１ｃを形成し、この溝１ｃに管内フィン３の管内側面３ｄを嵌め込んでいる。管内フィン３は、その他の手段で導波管１に固定してもよいし、導波管１と一体的に成形してもよい。
【００３８】
図７（ａ）に示した管内フィン３は、固定部側面３ｂと先端面３ｃと管内側面３ｄとがそれぞれ直交し合う平面であるが、スリット間隙面３ｅは曲面である。管内フィン３の高さｈは先端面３ｃにおける高さｈ１から高さがなくなるまで、例えば、放物線のように非直線的に徐々に低くなっている。
【００３９】
図７（ｂ）に示した管内フィン３は、固定部側面３ｂと先端面３ｃ及び基端面３ｆと管内側面３ｄとがそれぞれ直交し合う平面であり、スリット間隙面３ｅは傾斜した曲面である。管内フィン３の高さｈは先端面３ｃにおける高さｈ１から直線的に徐々に低くなっている。
【００４０】
図７（ｃ）に示した管内フィン３は、図６と同様に先端面３ｃから距離λ／４の位置に段差部３ａが有り、さらに、その段差部３ａから距離λ／４の位置に段差部３ｇが形成されている。
【００４１】
これらの実施形態が示すように、管内フィン３の高さｈは、先端面３ｃにおいて最も高く管長方向に延びるほど低くする。その高さｈの変化は、曲線的な変化、直線的な変化、段階的な変化などとしてよい。この高さ変化により周波数帯域幅の調整を図ることができる。
【００４２】
図８に示した管内フィン３は、管壁１ａ，１ｂ間にさし渡される誘電体基板８１の表面に金属膜８２を設けたものである。金属膜８２は図６の管内フィン３の管内側面３ｄと同じ形状になっている。これにより、誘電体基板８１の先端面８４にスリット８５が形成される。金属膜８２は、誘電体基板８１に対しエッチング法により形成することができる。エッチング法では、金属膜８２を高い寸法精度で形成することができるので、電力損失が少なく、変換効率の高い管内フィン３を製作することができる。
【００４３】
図９に示した管内フィン３は、導波管１と一体的に成形したものである。この構成では、管内フィン３を導波管１に固定するための手段が不要であり、組み立ての工程も不要である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００４５】
（１）構造が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す導波管平面線路変換装置の分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す誘電体基板の分解斜視図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施形態を示す誘電体基板の分解斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態を示す誘電体基板の分解斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態を示す誘電体基板に接地地金を加えた構成の分解斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態を示す管内フィンの斜視図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ本発明の一実施形態を示す管内フィンの斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態を示す管内フィンの斜視図である。
【図９】本発明の一実施形態を示す導波管と一体の管内フィンの斜視図である。
【図１０】従来の導波管平面線路変換装置の分解斜視図である。
【符号の説明】
１導波管
２開口部
３管内フィン
４スリット
５誘電体基板
６平面線路（マイクロストリップ伝送線路）
７導体層
８スロット
９接地地金
１０スロット

Claims

導波管により伝送される電力と導波管の開口部を覆う誘電体基板上の平面線路により伝送される電力とを相互に変換する導波管平面線路変換装置であって、
前記導波管内の前記開口部の一側の管壁とその一側に対向する側の管壁とにそれぞれ導体からなる管内フィンを設けることにより、これら管内フィン間にスリットを形成し、
前記誘電体基板の一方の面に、前記開口部の周囲に接してこの開口部を覆う導体層を設け、該導体層に前記導波管の内壁に嵌合するように形成された接地地金を取り付け、前記導体層と前記接地地金には前記導波管と前記平面線路とを電磁的に結合させるスロットを設け、さらに前記誘電体基板の他方の面には前記導体層に形成された前記スロットに交差するように前記平面線路を設けたことを特徴とする導波管平面線路変換装置。
前記管内フィンは、前記開口部から前記導波管の管長方向に延びるほど管壁からの高さを低く形成したことを特徴とする請求項１記載の導波管平面線路変換装置。