JP4458452B2

JP4458452B2 - 非放射性誘電体線路と導波管の変換回路

Info

Publication number: JP4458452B2
Application number: JP2001152232A
Authority: JP
Inventors: 康次郎南谷; 太司黒木
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2021-05-22
Also published as: JP2002344210A

Description

【０００１】
【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ＬＳＭ_０１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ＬＳＭ_０１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ＴＥ_１０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ＬＳＭ_０１モードが徐々に導波管５のＴＥ_１０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、ＬＳＭ_０１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ＬＳＥ_０１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ＬＳＥ_０１モードであっても、実効波長当たりの損失はＬＳＭ_０１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ＬＳＥ_０１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ＬＳＥ_０１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ＬＳＭ_０１モードを適用した変換回路では、高周波電磁界の異なるＬＳＥ_０１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、ＬＳＥ_０１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ＬＳＥ_０１モードと導波管のＴＥ_１０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ＬＳＥ_０１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ＴＥ_１０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ＬＳＥ_０１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ＴＥ_１０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ＬＳＥ_０１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ＬＳＥ_０１モードと導波管１４のＴＥ_１０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ＬＳＥ_０１モードとＴＥ_１０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

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。