JP4458452B2 - 非放射性誘電体線路と導波管の変換回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、非放射性誘電体線路と導波管との間でミリ波帯等の高周波を効率よく伝送するための非放射性誘電体線路と導波管の変換回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年において、超高周波、特にミリ波帯での伝送特性に優れているため、非放射性誘電体線路(NRD)を用いた各種製品が製作、利用されており、この非放射性誘電体線路の伝送モードとしては低伝送損失であるとの理由でLSM01モードが主流となっている。そして、このような非放射性誘電体線路と導波管との間で高周波の伝送を良好に行うために、変換回路が用いられる。
【0003】
図7には、従来の非放射性誘電体線路と導波管の変換回路の構成が示されており、図示されるように、非放射性誘電体線路1は所定の間隔で配置した2枚の金属板2A,2Bに誘電体ストリップ3を挟み込んで形成される。この非放射性誘電体線路1には、例えばフランジ4を有する矩形の導波管5が接続され、接続部の導波管5内には上記誘電体ストリップ3の先端が挿入されており、この先端部3aは高周波電界方向の幅が小さくなるようなテーパ形状に形成される。
【0004】
このような変換器によれば、非放射性誘電体線路1内の誘電体ストリップ3の部分では、図8に示されるようにLSM01モードの電界分布となり、一方導波管5内では図9に示されるようにTE10モードの電界となり、両方の電界方向が一致する(図7の導波管5は図9のものを90度回転した状態となる)。また、上記誘電体ストリップ3(先端部3a)のテーパ形状により、接続部での伝送波の反射が低く抑えられ、非放射性誘電体線路1のLSM01モードが徐々に導波管5のTE10モードへ変換される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記非放射性誘電体線路1と導波管5の変換回路では、その伝送損失等の特性は良好となるが、LSM01モ一ドは高次のモードであるから、モード競合を防ぐためにモードサプレッサーが必要となるという問題がある。
ところで、モード競合を防いで動作安定性を確保するには、低次のモードであるLSEモード、例えばLSE01モードの利用が考えられるが、近年の研究の結果、損失が大きいとされていたLSE01モードであっても、実効波長当たりの損失はLSM01モードと劣らないことが分かってきた。従って、上記非放射性誘電体線路1においてLSE01モードの利用ができれば、モード競合を防ぐための手段が不要となる。
【0006】
しかしながら、このLSE01モード伝送の非放射性誘電体線路1を各種アプリケーションに利用する際には、導波管5との間の変換回路が必要となり、従来の図7のLSM01モードを適用した変換回路では、高周波電磁界の異なるLSE01モードに対応することはできないという問題があった。
【0007】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、非放射性誘電体線路において低次モードを利用可能にすると共に、この非放射性誘電体線路と導波管との間のモード変換を良好に行うことができる非放射性誘電体線路と導波管の変換回路を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、TE 10 モードの伝送を行い、端部に短絡板を設けた導波管と、LSE 01 モードの伝送を行い、上記導波管に対しその高周波電界方向と略平行な方向に誘電体ストリップを配置して接続された非放射性誘電体線路と、LSE 01 モード−TE 10 モード間の変換のため、上記誘電体ストリップの端部に上記導波管の高周波電界方向に沿って接続され、かつ上記導波管内部へその管壁に形成された開口部から挿入された導電性部材のプローブと、からなることを特徴とする。
請求項2に係る発明は、上記プローブでは、上記導波管の開口部に対向する導波管壁から当該開口部へ向けて突出させるように導電性部材を設け、この導電性部材を上記誘電体ストリップに結合して形成したことを特徴とする。
請求項3に係る発明は、上記導波管の開口部に対向する導波管壁に、この壁から上記導波管の高周波電界方向へ隆起する導電性部材からなり、インピーダンス整合を図るためのインピーダンス変換部を設けたことを特徴とする。
【0009】
上記の構成によれば、非放射性誘電体線路の伝送モードとして、LSE01モードが用いられることになり、この非放射性誘電体線路と導波管はそれらの電界方向が一致するように接続される。そして、この非放射性誘電体線路に設けられた誘電体ストリップの先端に金属膜、金属棒、導電性ペースト膜等のプローブが取り付けられ、このプローブが導波管開口部から内部へ挿入される。この導電性プローブは、誘電体ストリップを介して伝送される高周波の電界を集中させ、これによって非放射性誘電体線路のLSE01モードと導波管のTE10モードの間の変換及び高周波伝送を円滑にする役目をする。
【0010】
また、請求項2の発明によれば、プローブが誘電体ストリップと導波管壁に対ししっかりと固定され、動作も安定することになる。
更に、請求項3の発明によれば、変換部の隆起の高さ調整でインピーダンス整合を図ることにより、高周波伝送が良好に行われる。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1乃至図3には、本発明の第1実施例に係る非放射性誘電体線路と導波管の変換回路の構成が示されており、図1(A)は導波管フランジを正面にした図、図1(B)は図(A)のI−I´線の断面図、図2は斜視図、図3は電界方向を各方向から見た図である。図において、非放射性誘電体線路10は所定の間隔で配置された2枚の金属板12A,12Bと、この2枚の金属板12A,12Bの間の中央部に配置された角柱状の誘電体ストリップ13から構成されており、この非放射性誘電体線路10ではLSEモードの基本モードであるLSE01モードが適用される。一方、矩形導波管14には、その一端に矩形開口を有するフランジ15が設けられると共に、他端には短絡板16が配置されており、この導波管14の伝送モードはTE10モードとなる。
【0012】
上記の非放射性誘電体線路10と導波管14は、それらの電界方向が一致するように接続される。即ち、非放射性誘電体線路10内でのLSE01モードの電界は、正面側から見た場合には図3(A)のように、側面側から見た場合では図3(B)のようになり、高周波伝送方向に沿う形の電界分布となる。一方、図3(C)に示されるように、導波管14のTE10モードでは上下方向に向いた電界分布を有している。従って、導波管14の上下方向(導波管内高周波伝送方向に垂直な方向)と非放射性誘電体線路10内の伝送方向を一致させれば、両方の電界方向が合うことになる。
【0013】
また、このような接続状態において導波管14の図の上壁に角形の開口部14Qが開けられ、この開口部14Qから導波管14内へ上記の誘電体ストリップ13の先端の一部が挿入される。そして、この誘電体ストリップ13の先端部に、当該第1実施例では、短絡板16側に銅薄膜(導体パターン)のプローブ18を形成している。なお、このプローブ18では、銅薄膜の代わりに他の導電性ペーストを用いた厚膜等としてもよい。
【0014】
次に、上記第1実施例の更に具体的な構成の一例を説明する。即ち、60GHz程度のミリ波帯の変換器を対象とした場合、上記非放射性誘電体線路10の誘電体ストリップ13として、寸法1.52mm×0.6mm、比誘電率9.2のものを用い、上記矩形導波管14として、WR15の規格で内寸法3.76mm×1.88mmのものを用いる。また、この導波管14の短絡板16は誘電体ストリップ13の位置で高周波電界がもっとも大きくなるように設定し、この誘電体ストリップ13の端部から1.8mmの位置とする。
【0015】
更に、この誘電体ストリップ13の導波管14内への挿入量は、この非放射性誘電体線路10中での実効波長の略4分の1程度であり、ここでは0.6mm程度挿入している。そして、この誘電体ストリップ13に設けられたプローブ18の寸法は、0.6mm×0.2mmであり、このプローブ18の上下方向の長さは誘電体ストリップ13の導波管14内への挿入長と等しい。また、このプローブ18を非放射性誘電体線路10の内部へ深く形成した場合は、そのLSE01モードが乱されて反射損失が大きくなるので、このプローブ18は導波管14と非放射性誘電体線路10の境界部分までに止めた構造とすることが好ましい。
【0016】
以上のような第1実施例の構成によれば、図3(C)で示したように、非放射性誘電体線路10のLSE01モードと導波管14のTE10モードの電界方向が一致すると共に、誘電体ストリップ13の導波管14への挿入部分にプローブ18が設けられるので、高周波電界がプローブ18に集中して、誘電体ストリップ13を介した高周波の伝送、即ちLSE01モードとTE10モード間の変換が良好に行われる。
【0017】
図4には、本発明の第2実施例に係る変換回路の構成が示されており、この第2実施例は、金属棒からなるプローブを設けたものである。即ち、図4に示されるように、非放射性誘電体線路10と導波管14の基本的な構成は、第1実施例と同様となるが、非放射性誘電体線路10に設けられた誘電体ストリップ20の先端部に銅等の金属棒(又は他の導電性部材からなる棒)のプローブ21が埋設される。このプローブ21は、誘電体ストリップ20に設けられた穴に金属棒を挿入・固定したり、金属部材を鋳込んだりすることにより形成され、またこのプローブ21の寸法及び配置は、上記第1実施例の場合と同様に設定される。このような第2実施例によっても、プローブ20に高周波電界が集中することにより、高周波伝送が良好に行われる。
【0018】
図5には、本発明の第3実施例に係る変換回路の構成が示されており、この第3実施例はプローブを開口部とは反対側の導波管壁から設けたものである。即ち、この変換回路は、図5に示されるように、プローブ23となる金属棒を開口部14Qへ向けながら導波管14の底面側にネジ部等で取り付け、この金属棒の上側を誘電体ストリップ22に設けられた穴に挿入・固定することにより製作される。その他の構成は、第1実施例と同様であり、このような第3実施例においても、プローブ23に電界が集中して誘電体ストリップ22を介した高周波伝送が良好に行われる。
【0019】
図6には、本発明の第4実施例に係る変換回路の構成が示されており、この第4実施例はインピーダンス変換部を設けたものである。即ち、図6に示されるように、この変換回路では、導波管25の底面側に、内部空間の縦方向の幅を狭めるために隆起させたインピーダンス変換部25Dを形成し、このインピーダンス変換部25Dにプローブ26となる金属棒をネジ部等で取り付け、その上側を誘電体ストリップ22に設けられた穴に挿入する。また、このインピーダンス変換部25Dの隆起量、大きさは、導波管25と非放射性誘電体線路10との接続部において高周波の反射損失が少なく、透過特性が良好となるような寸法に設定される。
【0020】
このような第4実施例によれば、インピーダンス変換部25Dによって結合線路でのインピーダンス整合が図られることになり、非放射性誘電体線路10と導波管14の間において反射損失の小さい高周波伝送を達成することができる。なお、第4実施例において、プローブ26の代わりに第1実施例、第2実施例で説明したような銅薄膜(導体パターン)のプローブ18、金属棒(又は他の導電性部材からなる棒)のプローブ21を用いても、同様の効果を奏することができる。
【0021】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、端部に短絡板を設けた導波管に対し、その高周波電界の方向と略平行な方向に誘電体ストリップを配置して非放射性誘電体線路を接続し、この誘電体ストリップの端部に、上記導波管内部へ開口部から挿入した導電性プローブを設けたので、低次モードを利用した非放射性誘電体線路と導波管との間のモード変換を円滑かつ良好に行うことができ、モードサプレッサーが不要となるという利点がある。
【0022】
また、請求項2の発明によれば、プローブを構造的に安定した状態で配置することができ、動作も安定させることが可能となる。
更に、請求項3の発明によれば、インピーダンス変換部によりインピーダンス整合が図られることになり、反射損失を小さくしたモード変換及び高周波伝送を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る非放射性誘電体線路と導波管の変換回路の構成を示し、図(A)はフランジ側から見た正面図、図(B)は図(A)のI−I´線断面図である。
【図2】第1実施例の変換回路の斜視図である。
【図3】第1実施例における電界分布を示し、図(A)は非放射性誘電体線路を正面方向(高周波伝送方向)から見た図、図(B)は非放射性誘電体線路を側面方向から見た図、図(C)は第1図(A)と同一の方向から見た図である。
【図4】第2実施例に係る非放射性誘電体線路と導波管の変換回路の構成を示し、図(A)は正面図、図(B)は図(A)のII−II´線断面図である。
【図5】第3実施例に係る非放射性誘電体線路と導波管の変換回路の構成を示し、図(A)は正面図、図(B)は図(A)のIII−III´線断面図である。
【図6】第4実施例に係る非放射性誘電体線路と導波管の変換回路の構成を示し、図(A)は正面図、図(B)は図(A)のIV−IV´線断面図である。
【図7】従来の非放射性誘電体線路と導波管の変換回路の一例を示す斜視図である。
【図8】図7の変換回路の非放射性誘電体線路での電界分布を正面方向から見た図である。
【図9】導波管における電界分布を示す斜視図である。
【符号の説明】
1,10 … 非放射性誘電体線路、
3,13,20,22 … 誘電体ストリップ、
5,14,25 … 導波管、
16 … 短絡板、
18,21,23,26 … プローブ、
25D … インピーダンス変換部。
Claims (3)
- TE 10 モードの伝送を行い、端部に短絡板を設けた導波管と、
LSE 01 モードの伝送を行い、上記導波管に対しその高周波電界方向と略平行な方向に誘電体ストリップを配置して接続された非放射性誘電体線路と、
LSE 01 モード−TE 10 モード間の変換のため、上記誘電体ストリップの端部に上記導波管の高周波電界方向に沿って接続され、かつ上記導波管内部へその管壁に形成された開口部から挿入された導電性部材のプローブと、からなる非放射性誘電体線路と導波管の変換回路。 - 上記プローブは、上記導波管の開口部に対向する導波管壁から当該開口部へ向けて突出させるように導電性部材を設け、この導電性部材を上記誘電体ストリップに結合して形成したことを特徴とする請求項1記載の非放射性誘電体線路と導波管の変換回路。
- 上記導波管の開口部に対向する導波管壁に、この壁から上記導波管の高周波電界方向へ隆起する導電性部材からなり、インピーダンス整合を図るためのインピーダンス変換部を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載の非放射性誘電体線路と導波管の変換回路。
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