JP5343134B2

JP5343134B2 - モード偏波変換器

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Publication number: JP5343134B2
Application number: JP2011538485A
Authority: JP
Inventors: 和樹早田; 健竹之下
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2030-10-28
Also published as: WO2011052694A1; JPWO2011052694A1

Description

本発明は、モード偏波変換器に関する。

高い周波数で使用される伝送路の１つにＴＥ１０モードの導波管がある。ＴＥ１０モードの導波管は、断面が矩形状であり、長短辺の長さに制約がある。これに対して、設計の自由度を高めるため、導波管の長辺と短辺とを自由に変更する偏波変換が望まれている。

このような９０°偏波できるモード変換器として、第１の矩形導波管のうち幅広の両管壁に２個の第２の矩形導波管の幅の狭い管壁を左右対称に接続した構成が、例えば特公昭３４−１０７１８号公報に開示されている。しかしながら、この文献に記載されたモード変換器では、変換部分の構成が大きくなってしまう。

そのため、変換部分の構成を小型にしたモード偏波変換器が望まれていた。

本発明の実施形態に係るモード偏波変換器は、高周波信号の伝送方向に対して直交する面方向において、断面形状が第１方向に延びる短辺と、前記第１方向に直交する第２方向に延びる長辺とで形成される矩形状の第１の導波構造体、該第１の導波構造体の前記伝送方向に位置し、前記面方向において、断面形状が第３方向に延びる短辺と、前記第３方向に直交する第４方向に延びる長辺とで形成される矩形状の第２の導波構造体、および、前記第１の導波構造体の前記矩形と前記第２の導波構造体の矩形とに中心を合わせて位置し、且つ前記第１の導波構造体と前記第２の導波構造体との間に接続されており、前記面方向において、前記第１方向と前記第３方向との間の第５方向に短辺が延びている矩形状の結合孔を有する変換構造体を含み、該変換構造体は、複数の誘電体層が積層される第３誘電体と、該第３誘電体を挟む一対の第３導体層と、該一対の第３導体層を電気的に接続する第３導体が、伝送する高周波信号の波長の１／２以下の間隔で前記伝送方向に配列されている２列の第３導体群と、前記断面において前記２列の第３導体群の間に配置され、前記複数の誘電体層の層ごとに第４導体を階段状にずらして２列に配置されている第４導体群とを含み、前記２列の第３導体群および前記２列の第４導体群で囲まれる領域が前記結合孔に相当する。

本発明の実施形態によれば、小型のモード偏波変換器を提供することができる。

本発明のモード偏波変換器の第１の実施形態の概略構成を示す斜視図である。図１に示したモード偏波変換器を分解し、斜視した図である。図１に示したモード偏波変換器の備える変換構造体の概略構成を示す図である。図１に示したモード偏波変換器の電磁界解析結果を示す図である。図１に示したモード偏波変換器の周波数特性を示す線図である。本発明のモード偏波変換器の第２の実施形態の概略構成を示す斜視図である。図６に示したIIV−IIV線に沿った断面図である。図６に示したIIIV−IIIV線に沿った断面図である。図６に示したIX−IX線に沿った断面図である。図６に示したモード偏波変換器の電磁界解析結果を示す図である。図６に示したモード偏波変換器の周波数特性を示す線図である。本発明のモード偏波変換器の第３の実施形態の概略構成を示す斜視図である。図１２に示したXIII−XIII線に沿った断面図である。図１３に示した図の一部構成を省略した図である。図１２に示したXV−XV線に沿った断面図である。図１５に示した図の一部構成を省略した図である。図１２に示したXVII−XVII線に沿った断面図である。図１７に示した図の一部構成を省略した図である。

以下、本発明のモード偏波変換器の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図面において同様の箇所には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１〜４は、本発明のモード偏波変換器の一例として第１の実施形態を示した図である。図１〜４に示したモード偏波変換器１０は、第１の導波構造体２０と、第２の導波構造体３０と、変換構造体４０とを含んでいる。本実施形態では、第１の導波構造体２０および第２の導波構造体として導波管を採用している。第１の導波構造体２０、第２の導波構造体３０、および変換構造体４０は、高周波信号を伝送する伝送方向に沿って一列に接続されている。この第２の導波構造体３０は、第１の導波構造体の伝送方向の延長線上に位置している。この変換構造体４０は、第１の導波構造体２０と、第２の導波構造体３０との間に接続されている。ここでは、高周波信号の伝送方向を矢印Ｚの順方向として図示している。

第１の導波構造体２０は、高周波信号を伝送する機能を担っている。この第１の導波構造体２０は、高周波信号の伝送する方向に延びている。この第１の導波構造体２０は、内部に高周波信号が伝播する伝播部を有している。この伝播部は、高周波信号の伝送方向に対して直交する面方向における断面の形状が矩形状をしている。本実施形態では、第１の導波構造体２０として、ＴＥ１０モードで電磁波が伝送される導波管を採用している。このＴＥ１０モードの第１の導波構造体２０では、第１方向が電界方向に対応し、第２方向が磁界方向に対応しており、第１方向と第２方向とが直交している。第１の導波構造体２０は、第１方向に沿った辺２０ａの長さａが第２方向に沿った辺２０ｂの長さｂよりも短くなっている。以降では、辺２０ａを短辺とし、辺２０ｂを長辺とする。ここでは、第１方向を矢印Ｘの順方向として図示し、第２方向を矢印Ｙの順方向として図示している。また、第１方向および第２方向は、高周波信号の伝送方向に直交している。ここで、伝送方向に対して直交する面方向とは、第１方向および第２方向で規定されるＸＹ面方向である。

第２の導波構造体３０は、高周波信号を伝送する機能を担っている。この第１の導波構造体２０は、高周波信号の伝送方向に延びている。この第２の導波構造体３０は、内部に高周波信号が伝播する伝播部を有している。この伝播部は、高周波信号の伝送方向に対して直交する面方向における断面の形状が矩形状をしている。本実施形態では、第２の導波構造体３０として、ＴＥ１０モードで電磁波が伝送される導波管を採用している。このＴＥ１０モードの第２の導波構造体３０は、第３方向が電界方向に対応し、第４方向が磁界方向に対応している。この第２の導波構造体３０は、第４方向に沿った辺３０ａの長さａが第３方向に沿った辺３０ｂの長さｂよりも長くなっている。以降では、辺３０ａを長辺とし、辺３０ｂを短辺とする。本実施形態では、第１の導波構造体２０と第２の導波構造体３０とで電磁波の偏波方向が直交するように配置されている。第３方向は第１方向と直交し、第２方向に沿っており、第４方向は第２方向と直交し、第１方向に沿っている。また、ＸＹ平面でみたときに、第１の導波構造体２０が幅広であるとすると、第２の導波構造体３０は幅狭となるように配置されている。

変換構造体４０は、高周波信号の偏波方向の変換に寄与する。この変換構造体４０は、第１の導波構造体２０と、第２の導波構造体３０との間に接続されている。本実施形態の変換構造体４０は、矢印Ｚの逆方向側の一端が第１の導波構造体２０の一端２０ｃに接続され、矢印Ｚの順方向側の一端が第２の導波構造体３０の一端３０ｃに接続されている。これらの一端２０ｃ，３０ｃは、高周波信号の伝送方向に直交しており、ＸＹ面方向に広がっている。

この変換構造体４０は、結合孔４０ａを有している。この結合孔４０ａは、第１の導波構造体２０および第２の導波構造体３０と電磁気的に結合している。このモード偏波変換器１０では、第１の導波構造体２０の伝播部の中心、第２の導波構造体３０の伝播部の中心、および結合孔４０ａの変換構造体４０は、中心を合わせるように配置されている。ここで、中心とは、ＸＹ面方向における中心をいう。この結合孔４０ａは、矢印Ｚの逆方向に見て、第１の導波構造体２０の一端２０ｃ、および第２の導波構造体３０の一端３０ｃに面した伝播部が重なっている領域４０ｄの内に設けられている。この領域４０ｄは、各辺が第１方向または第２方向に沿っており、各辺の長さがａの正方形状となっている。この正方形状の領域４０ｄは、結合孔４０ａのＸＹ面方向における中心に位置している。第１の導波構造体２０の電界方向と、第２の導波構造体３０の電界方向とが直交している本実施形態では、正方形状の領域４０ｄの各辺に対して４５°の角度で傾いて結合孔４０ａが形成されている。つまり、結合孔４０ａの長さは、正方形状の領域４０ｄの対角線の長さであるａ×√２よりも短くなっている。この正方形状を、図３では破線で示している。この結合孔４０ａは、高周波信号を通過させることができるように、電磁気的に開口していればよい。例えば、この結合孔４０ａに誘電体が設けられていてもよい。誘電体を結合孔４０ａに設けることによって、結合孔４０ａの幅を短くすることができる。

この結合孔４０ａは、矩形状をしており、第５方向に沿った辺４０ｂの長さが第６方向に沿った辺４０ｃの長さよりも短くなっている。以降では、辺４０ｂを短辺とし、辺４０ｃを長辺とする。この結合孔４０ａの短辺４０ｂは、第１の導波構造体２０の短辺２０ａの延びる第１方向、および第２の導波構造体３０の短辺２０ｂの延びる第３方向に対して傾いている。この結合孔４０ａの短辺４０ｂが延びる第５方向は、第１方向と、第３方向との間の方向を向いている。ここで、「間の方向」とは、任意の点を軸にして、第１の方向から第３の方向へと方向の向きを回転させる際に、当該回転の過程で向く方向のいずれかをいう。

本実施形態の変換構造体４０は、高周波信号の伝送方向に対して直交する面方向における断面が正方形状になっている。この正方形の２組の対辺は、第１方向と第２方向とに延びている。この変換構造体４０の４辺として、第１の導波構造体２０の長辺部分の外周部の長さを採用している。このような形状とすることで、変換構造体４０を介して高周波信号が漏れるのを抑えることができる。また、この変換構造体４０は、第１の導波構造体２０の長辺２０ｂおよび第２の導波構造体３０の長辺２０ａと同等の大きさであることから、面方向へのはみ出しを抑えることができる。これらにより、損失を抑えつつ、小型化を図ることができる。

変換構造体４０の高周波信号の伝送方向における長さに制限はない。この変換構造体４０の中を伝送する高周波信号のうち最も短い波の長さの１／２よりも変換構造体４０の長さを短くすることで、定在波の発生の近傍で損失が変動するのを防ぐことができる。

このように、モード偏波変換器１０では、第１の導波構造体２０と第２の導波構造体３０との間に変換構造体４０を配置されている。第１の導波構造体２０の伝播部を伝搬してきた高周波信号は、当該伝播部から変換構造体４０の結合孔４０ａに入るときに偏波面が変換される。また、この結合孔４０ａで偏波面が変更された高周波信号は、結合孔４０ａを通過し、第２の導波構造体３０の伝播部に入るときに変換される。このようにして、第１の導波構造体２０を伝播する高周波信号は、変換構造体４０を通じて偏波面が変換されて、第２の導波構造体３０を伝播する。これによって、ＴＥ１０モードで伝播する高周波信号の偏波面が、この変換構造体４０によって変換損失が低い状態で９０°偏波変換される。

なお、第１の導波構造体２０、第２の導波構造体３０、および変換構造体４０は、伝送する高周波信号を伝送できれば、特に限定されない。例えば、伝播部および結合孔４０ａが中空であっても、誘電体が設けられていてもよい。また、第１の導波構造体２０および第２の導波構造体３０の伝播部、ならびに変換構造体４０は、周囲を金属で囲むことによって、高周波信号が外部に漏れるのを低減することができる。

（第１の実施例）
上述の構成を採用するモード偏波変換器の電磁界分布についてシミュレーションした結果を図４に示した。図４に示した結果から、伝送する高周波信号の電磁界分布を第１の導波構造体２０と第２の導波構造体３０とで９０°変換できることが確認できた。このシミュレーションにおいては、短辺２０ａ，３０ｂの長さを０．４５ｍｍとし、長辺２０ｂ，３０ａの長さを０．９ｍｍとし、変換構造体４０の高周波信号の伝送方向における長さを０．４ｍｍとし、結合孔４０ａの幅を０．３ｍｍ、長さを０．９ｍｍとした。第１の導波構造体２０および第２の導波構造体３０の伝播部の内部、ならびに変換構造体４０の結合孔４０ａの内部に誘電体を設けた。この誘電体の比誘電率を９．４とし、比透磁率を１とした。伝送する高周波信号の周波数を７６．５ＧＨｚとした。上述の数値条件では、高周波信号が誘電体中を伝搬する際の波長λｇが約１．８ｍｍとなる。変換構造体４０の高周波信号の伝送方向における長さは、λｇの０．２２倍である。つまり、本実施例のモード偏波変換器では、高周波信号の１波長よりも短い長さであっても偏波できることを確認できた。

次に、上述と同様の数値条件で、周波数特性をシミュレーションした結果を図５に示した。図５において、縦軸は高周波信号の伝送損失（単位：ｄＢ）を示し、横軸は周波数を示している。また、実線は透過特性を示し、破線は反射特性を示している。図５に示した特性では、変換構造体４０における第１の導波構造体２０側をポート１とし、第２の導波構造体３０側をポート２としている。この図５では、ポート１からポート２側への透過特性Ｓ_２１、ポート２からポート１側への透過特性Ｓ_１２、ポート１に入力されポート１で反射される反射特性Ｓ_１１、およびポート２に入力されポート２で反射されるＳ_２２について示している。

図５に示した結果から、このモード偏波変換器は、７７〜７８ＧＨｚの高周波信号に対して、損失が少なく、帯域の広い伝送特性を有することが確認できた。

（第２の実施形態）
図６〜９は、本発明のモード偏波変換器の他の例として第２の実施形態を示した図である。図６〜９に示したモード偏波変換器１０Ａは、第１の導波構造体２０に代えて第１の導波構造体２０Ａを採用し、第２の導波構造体３０に代えて第２の導波構造体３０Ａを採用し、変換構造体４０に代えて変換構造体４０Ａを採用している。モード偏波変換器１０Ａの各構成は、図１に示したモード偏波変換器１０の各構成と同様の位置に配置されている。本実施形態の第１の導波構造体２０Ａ、第２の導波構造体３０Ａ、および変換構造体４０Ａとして、積層型の導波構造体を採用している。以下、モード偏波変換器１０Ａの各構成について説明する。

第１の導波構造体２０Ａは、第１誘電体２１、一対の第１導体層２２，２３、および第１導体群２４，２５を有している。この第１の導波構造体２０Ａでは、第１導体層２２，２３および第１貫通導体群２４，２５が導波管の管壁に相当するものとして機能する。本実施形態の第１誘電体２１は、複数の第１誘電体層２１１〜２１６が第１方向に順次積層されて形成されている。

この第１誘電体層２１１〜２１６の間に一対の第１導体層２２，２３が配置されている。一対の第１導体層２２，２３は、Ｘ方向における導波管の管壁に相当するものとして機能する。ここでは、一対の第１導体層２２，２３のうち、矢印Ｘの順方向側に位置するものを第１導体層２２とし、矢印Ｘの逆方向側に位置するものを第１導体層２３とする。第１導体層２２は第１誘電体層２１１と第１誘電体層２１２との間に配置され、第１導体層２３は第１誘電体層２１５と第１誘電体層２１６との間に配置されている。一対の第１導体層２２，２３は、伝送方向に沿って長くなっており、Ｘ方向において長さａの間隔で離隔している。この一対の第１導体層２２，２３の距離が、第１の導波構造体２０Ａの伝播部の第１方向に沿った長さとなる。

一対の第１導体層２２，２３は、第１導体群２４，２５を介して電気的に接続されている。この第１導体群２４，２５は、Ｙ方向における導波管の管壁に相当するものとして機能する。ここでは、一対の第１導体群２４，２５のうち、矢印Ｙの順方向側に位置するものを第１導体群２４とし、矢印Ｙの逆方向側に位置するものを第２導体群３５としている。各第１導体群２４，２５は、第１導体がＺ方向に沿って配列されて構成されている。第１導体群２４，２５を構成する第１導体は、第１の導波構造体２０Ａを伝送する高周波信号のうち最も短い波の長さの１／２以下の間隔をあけて配置される。第１導体の間隔を伝送する高周波信号の１／２波長以下にすることで、当該高周波信号が漏れるのを低減することができる。２列の第１導体群２４，２５を構成する第１導体の各々は、第１誘電体層２１２〜２１５の貫通孔の内に設けられ、当該第１誘電体層２１２〜２１５を貫通している。２列の第１導体群２４，２５は、Ｙ方向において長さｂの間隔で離隔している。この一対の第１貫通導体群２２，２３の距離が、第１の導波構造体２０Ａの伝播部の第２方向に沿った長さとなる。

第２の導波構造体３０Ａは、第２誘電体３１、一対の第２導体層３２，３３、および第２導体群３４，３５を有している。この第２の導波構造体３０Ａでは、第２導体層３２，３３および第２貫通導体群３４，３５が導波管の管壁に相当するものとして機能する。本実施形態の第２誘電体３１は、複数の第２誘電体層３１１〜３１６が第１方向に順次積層されて形成されている。

この第２誘電体層３１１の上面および第２誘電体層３１６の下面に、一対の第２導体層３２，３３が配置されている。一対の第２導体層３２，３３は、Ｘ方向における導波管の管壁に相当するものとして機能する。ここでは、一対の第２導体層３２，３３のうち、矢印Ｘの順方向側に位置するものを第２導体層３２とし、矢印Ｘの逆方向側に位置するものを第２導体層３３とする。第２導体層３２は第２誘電体層３１１の上面に配置され、第２導体層３３は第２誘電体層３１６の下面に配置されている。一対の第２導体層３２，３３は、伝送方向に沿って長くなっており、Ｘ方向において長さｂの間隔で離隔している。この一対の第２導体層３２，３３の距離が、第２の導波構造体３０Ａの伝播部の第１方向に沿った長さｂとなる。

一対の第２導体層３２，３３は、第２導体群３４，３５を介して電気的に接続されている。この第２導体群３４，３５は、Ｙ方向における導波管の管壁に相当するものとして機能する。ここでは、一対の第２導体群３４，３５のうち、矢印Ｙの順方向側に位置するものを第２導体群３４とし、矢印Ｙの逆方向側に位置するものを第２導体群３５としている。各第２導体群３４，３５は、第２導体がＺ方向に沿って配列されて構成されている。第２導体群３４，３５を構成する第２導体は、第２の導波構造体３０Ａを伝送する高周波信号のうち最も短い波の長さの１／２以下の間隔をあけて配置される。第２導体の間隔を伝送する高周波信号の１／２波長以下にすることで、当該高周波信号が漏れるのを低減することができる。２列の第２導体群３４，３５を構成する第２導体の各々は、第２誘電体層３１１〜３１６の貫通孔の内に設けられ、当該第２誘電体層３１１〜３１６を貫通している。２列の第２導体群３４，３５は、Ｙ方向において長さｂの間隔で離隔している。この一対の第２貫通導体群３２，３３の距離が、第２の導波構造体３０Ａの伝播部の第２方向に沿った長さとなる。

変換構造体４０Ａは、第３誘電体４１、一対の第３導体層４２，４３、第３導体群４４，４５、および第４導体群４６を有している。この変換構造体４０Ａでは、第３導体層４２，４３および第３貫通導体群４４，４５が導波管の管壁に相当するものとして機能する。また、この変換構造体４０Ａでは、第４導体群４６が結合孔４０ａに相当するものとして機能する。本実施形態の第３誘電体４１は、複数の第３誘電体層４１１〜４１６が第１方向に順次積層されて形成されている。

この第３誘電体層４１１の上面および第３誘電体層４１６の下面に、一対の第３導体層４２，４３が配置されている。一対の第３導体層４２，４３は、Ｘ方向における導波管の管壁に相当するものとして機能する。ここでは、一対の第３導体層４２，４３のうち、矢印Ｘの順方向側に位置するものを第３導体層４２とし、矢印Ｘの逆方向側に位置するものを第３導体層４３とする。第３導体層４２は第３誘電体層４１１の上面に配置され、第３導体層４３は第３誘電体層４１６の下面に配置されている。一対の第３導体層４２，４３は、伝送方向に沿って長くなっており、Ｘ方向において長さｂの間隔で離隔している。第３導体層４２は第２導体層３２に接続され、第３導体層４３は第２導体層３３に接続されている。また、第３導体層４２は第１導体層２２に第３導体群４４，４５を介して電気的に接続され、第３導体層４３は、第１導体層２３に第３導体群４４，４５を介して電気的に接続されている。

一対の第３導体層４２，４３は、第３導体群４４，４５を介して電気的に接続されている。この第３導体群４４，４５は、Ｙ方向における導波管の管壁に相当するものとして機能する。ここでは、一対の第３導体群４４，４５のうち、矢印Ｙの順方向側に位置するものを第３導体群４４とし、矢印Ｙの逆方向側に位置するものを第３導体群４５としている。各第３導体群４４，４５は、第３導体がＺ方向に沿って配列されて構成されている。第３導体群４４，４５を構成する第３導体は、変換構造体４０Ａを伝送する高周波信号のうち最も短い波の長さの１／２以下の間隔をあけて配置される。第３導体の間隔を伝送する高周波信号の１／２波長以下にすることで、当該高周波信号が漏れるのを低減することができる。２列の第３導体群４４，４５を構成する第３導体の各々は、第３誘電体層４１１〜４１６の貫通孔の内に設けられ、当該第３誘電体層４１１〜４１６を貫通している。２列の第３導体群４４，４５は、Ｙ方向において長さｂの間隔で離隔している。

この２列の第３導体群４４，４５の間には、第４導体群４６が設けられている。第４導体群４６を構成する第４導体の各々は、第３誘電体層４１１〜４１６の層ごとに階段状にずらして２列に配置されている。各列の第４導体の各々は、第２方向にずらして配置されている。この変換構造体４０Ａでは、階段状にずらして配置した第４導体群４６および第３導体群４４，４５を、変換構造体４０における結合孔４０ａに相当するものとして機能させている。つまり、この変換構造体４０Ａでは、２列の第４導体および２列の第３導体で囲まれる領域が結合孔４０ａに相当するものとして機能している。各列の第４導体は、伝送する高周波信号の１／２波長以下の間隔をあけて配置される。第４導体の間隔を伝送する高周波信号の１／２波長以下にすることで、当該高周波信号が漏れるのを低減することができる。この２列の第４導体は、結合孔４０ａの幅の分だけ離れて設けられている。

この実施形態では、第１方向と第３方向とが直交しているので、第４導体群４６を構成する第４導体の各々は、４５°の勾配を有する階段状にずらして２列に配置されている。ここで、「４５°の勾配を有する階段状にずらして配置する」とは、個々の第４導体の底面の中心を結んだ仮想線の傾きが４５°となるように配置することをいう。

（第２の実施例）
上述の構成を採用するモード偏波変換器の電磁界分布についてシミュレーションした結果を図１０に示した。図１０に示した結果から、伝送する高周波信号の電磁界分布を第１の導波構造体２０Ａと第２の導波構造体３０Ａとで９０°変換できることが確認できた。このシミュレーションにおいては、第１導体層２２，２３の間隔および第２導体群３４，３５の２列の間隔を０．４５ｍｍとし、第１導体群２４，２５の２列の間隔および第２導体層３２，３３の間隔を０．９ｍｍとし、結合構造体４０Ａの高周波信号の伝送方向における長さを０．８ｍｍとし、第４導体群４６の２列の間隔を０．２９ｍｍとし、第４導体の各列の長さを０．７７ｍｍとし、第１〜第４導体の直径を０．１ｍｍとした。第１誘電体２１および第２誘電体３１、および第３誘電体４１の比誘電率をアルミナセラミックスに相当する９．４とし、比透磁率を１とした。伝送する高周波信号の周波数を７６．５ＧＨｚとした。上述の数値条件では、高周波信号が誘電体中を伝搬する際の波長λｇが約１．８ｍｍとなる。変換構造体４０の高周波信号の伝送方向における長さは、λｇの０．２２倍である。つまり、本実施例のモード偏波変換器では、高周波信号の１波長よりも短い長さであっても偏波できることを確認できた。

次に、上述と同様の数値条件で、周波数特性をシミュレーションした結果を図１１に示した。図１１において、縦軸は高周波信号の伝送損失（単位：ｄＢ）を示し、横軸は周波数を示している。また、実線は通過特性を示し、破線は反射特性を示している。変換構造体４０Ａにおける第１の導波構造体２０Ａ側をポート１とし、第２の導波構造体３０Ａ側をポート２としている。この図１１では、ポート１からポート２側への透過特性Ｓ_２１、ポート２からポート１側への透過特性Ｓ_１２、ポート１に入力されポート１で反射される反射特性Ｓ_１１、およびポート２に入力されポート２で反射されるＳ_２２について示している。

図１１に示した結果から、このモード偏波変換器は、７７〜７８ＧＨｚの高周波信号に対して、損失が少なく、帯域の広い伝送特性を有することを確認できた。また、図５に示した例に比べ、通過帯域が広いフィルタとすることができることを確認できた。

（第３の実施形態）
図１２〜１８は、本発明のモード偏波変換器の他の例として第２の実施形態を示した図である。図１２〜１８に示したモード偏波変換器１０Ｂは、第１の導波構造体２０に代えて第１の導波構造体２０Ｂを採用し、第２の導波構造体３０に代えて第２の導波構造体３０Ｂを採用し、変換構造体４０に代えて変換構造体４０Ｂを採用している。モード偏波変換器１０Ｂの各構成は、図１に示したモード偏波変換器１０の各構成と同様の位置に配置されている。本実施形態の第１の導波構造体２０Ｂ、第２の導波構造体３０Ｂ、および変換構造体４０Ｂとして、積層型の導波構造体を採用している。以下、モード偏波変換器１０Ｂの各構成について説明する。

第１の導波構造体２０Ｂは、複数の第１誘電体２１Ｂ、複数の第１導体層２２Ｂ、および複数の第１導体群２４Ｂを有している。この第１の導波構造体２０Ｂでは、第１導体層２２Ｂおよび第１貫通導体群２４Ｂが導波管の管壁に相当するものとして機能する。本実施形態では、第１導体層２２Ｂおよび第１貫通導体群２４Ｂで囲まれている領域が伝播部となる。本実施形態の第１誘電体２１Ｂは、複数の第１誘電体層２１Ｂが高周波信号の伝送方向に順次積層されて形成されている。

複数の第１誘電体層２１Ｂの各々の間には、第１導体層２２Ｂが配置されている。複数の第１導体層２２Ｂは、各々がＸＹ面方向に広がっており、伝送方向に配列されている。この複数の第１導体層２２Ｂは、第１の導波構造体２０Ｂを伝送する高周波信号のうち最も短い波の長さの１／２以下の間隔をあけて配置されている。複数の第１導体層２２Ｂの間隔を伝送する高周波信号の１／２波長以下にすることで、当該高周波信号が漏れるのを低減することができる。複数の第１導体層２２Ｂの各々には、伝播孔２２Ｂａが設けられている。この伝播孔２２Ｂａは、第１方向に沿った辺の長さが第２方向に沿った辺の長さよりも短くなっている。各第１導体層２２Ｂの伝播孔２２Ｂａは、伝送方向に並んで配置されている。

複数の第１導体層２２Ｂは、第１導体群２４Ｂを介して各々が電気的に接続されている。第１導体群２４Ｂを構成する第１導体の各々は、第１誘電体層２１Ｂの貫通孔の内に設けられ、当該第１誘電体層２１Ｂを貫通している。複数の第１導体２４１Ｂは、矢印Ｚの順方向から見て、伝播孔２２Ｂａの周囲を囲んで配置されている。

第２の導波構造体３０Ｂは、複数の第２誘電体３１Ｂ、複数の第２導体層３２Ｂ、および複数の第２導体群３４Ｂを有している。この第２の導波構造体３０Ｂでは、第２導体層３２Ｂおよび第２貫通導体群３４Ｂが導波管の管壁に相当するものとして機能する。本実施形態では、第２導体層３２Ｂおよび第２貫通導体群３４Ｂで囲まれている領域が伝播部となる。本実施形態の第２誘電体３１Ｂは、複数の第２誘電体層３１Ｂが高周波信号の伝送方向に順次積層されて形成されている。

複数の第２誘電体層３１Ｂの各々の間には、第２導体層３２Ｂが配置されている。複数の第２導体層３２Ｂは、各々がＸＹ面方向に広がっており、伝送方向に配列されている。この複数の第２導体層３２Ｂは、第２の導波構造体３０Ｂを伝送する高周波信号のうち最も短い波の長さの１／２以下の間隔をあけて配置されている。複数の第２導体層３２Ｂの間隔を伝送する高周波信号の１／２波長以下にすることで、当該高周波信号が漏れるのを低減することができる。複数の第２導体層３２Ｂの各々には、伝播孔３２Ｂａが設けられている。この伝播孔３２Ｂａは、第２方向に沿った辺の長さが第１方向に沿った辺の長さよりも短くなっている。各第２導体層３２Ｂの伝播孔３２Ｂａは、伝送方向に並んで配置されている。

複数の第２導体層３２Ｂは、第２導体群３４Ｂを介して各々が電気的に接続されている。第２導体群３４Ｂを構成する第２導体の各々は、第２誘電体層３１Ｂの貫通孔の内に設けられ、当該第２誘電体層３１Ｂを貫通している。複数の第２導体３４１Ｂは、矢印Ｚの順方向から見て、伝播孔３２Ｂａの周囲を囲んで配置されている。

変換構造体４０Ｂは、第３誘電体４１Ｂ、一対の第３導体層４２Ｂ，４３Ｂ、および第３導体群４４Ｂを有している。第３誘電体層４１Ｂの上面および下面には、一対の第３導体層４２Ｂ，４３Ｂが配置されている。ここでは、一対の第３導体層４２Ｂ，４３Ｂのうち、矢印Ｚの順方向側に位置するものを第３導体層４２Ｂとし、矢印Ｘの逆方向側に位置するものを第３導体層４３Ｂとする。一対の第３導体層４２Ｂ，４３Ｂは、各々がＸＹ面方向に広がっており、伝送方向に並んでいる。第３導体層４２Ｂは第１導体群２４Ｂに接続され、第３導体層４３Ｂは第２導体群３４Ｂに接続されている。一対の第１導体層２２Ｂは、変換構造体４０Ｂを伝送する高周波信号のうち最も短い波の長さの１／２以下の間隔をあけて配置されている。一対の第３導体層４２Ｂの間隔を伝送する高周波信号の１／２波長以下にすることで、当該高周波信号が漏れるのを低減することができる。

一対の第３導体層４２Ｂ，４３Ｂの各々には、伝播孔４２Ｂａ，４３Ｂａが設けられている。この伝播孔４２Ｂａ，４３Ｂａは、第１方向に沿った辺の長さが第２方向に沿った辺の長さよりも短くなっている。第３導体層４２Ｂ，４３Ｂの伝播孔４２Ｂａ，４３Ｂａは、伝送方向に並んで配置されている。この伝播孔４２Ｂａ，４３Ｂａは、矩形状をしており、第５方向に沿った辺の長さが第６方向に沿った辺の長さｂよりも短くなっている。以降では、短い方の辺を短辺とし、長い方の辺を長辺とする。この伝播孔４２Ｂａ，４３Ｂａの短辺は、第１の導波構造体２０Ｂの短辺の延びる第１方向、および第２の導波構造体３０Ｂの短辺の延びる第３方向に対して傾いている。この伝播孔４２Ｂａ，４３Ｂａの短辺が延びる第５方向は、第１方向と、第３方向との間の方向を向いている。このモード偏波変換器１０Ｂでは、第１の導波構造体２０Ｂの伝播孔２２Ｂａ、第２の導波構造体３０Ｂの伝播孔３２Ｂａ、および変換構造体４０Ｂの伝播孔４２Ｂａ，４３Ｂａは、各々の中心を合わせるように配置されている。ここで、中心とは、ＸＹ面方向における中心をいう。この伝播孔４２Ｂａ，４３Ｂａは、矢印Ｚの逆方向に見て、第１の導波構造体２０Ｂの伝播部、および第２の導波構造体３０の伝播部が重なっている領域の内側に設けられている。この領域は、各辺が第１方向または第２方向に沿っており、各辺の長さがａの正方形状となっている。この正方形状を図３では、破線で示している。

一対の第３導体層４２Ｂ，４３Ｂは、第３導体群４４Ｂを介して電気的に接続されている。第３導体群４４Ｂを構成する第３導体４４１Ｂの各々は、第３誘電体４１Ｂの貫通孔の内に設けられ、当該第３誘電体４１Ｂを貫通している。複数の第３導体４４１Ｂは、矢印Ｚの順方向から見て、伝播孔４２Ｂａの周囲を囲んで配置されている。

この変換構造体４０では、第３導体群４４Ｂで囲まれ、一対の第３導体層４２Ｂ，４３Ｂの伝播孔４２Ｂａ，４３Ｂａを両端とする領域が結合孔として機能する。この結合孔は、第１の導波構造体２０Ｂの伝播部および第２の導波構造体３０Ｂの伝播部と電磁気的に結合している。

本実施形態では、第１誘電体２１Ｂ、第２誘電体３２Ｂ、および第３誘電体４２Ｂは、ＸＹ面方向における断面が正方形状になっている。この正方形の２組の対辺は、第１方向と第２方向とに延びている。このような形状とすることで、変換構造体４０Ｂを介して高周波信号が漏れるのを抑えることができる。また、この変換構造体４０Ｂは、第１の導波構造体２０Ｂおよび第２の導波構造体３０Ｂと同等の大きさであることから、面方向へのはみ出しを抑えることができる。これらにより、損失を抑えつつ、小型化を図ることができる。

以上、本発明の具体的な実施形態を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の要旨から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

第１，３の実施形態では、結合孔４０ａ，４０Ｂａの断面形状を矩形としているが、角に丸みを帯びた形状などのように、厳密な矩形でなくてもよい。

第２の実施形態では、第１の導波構造体２０Ａと、第２の導波構造体３０Ａと、変換構造体４０Ａとが別体として構成されている。これらの構造体２０Ａ，３０Ａ，４０Ａは、部分的に一体的に形成されていてもよい。例えば第１誘電体層２１１〜２１６、第２誘電体層３１１〜３１６、および第３誘電体層４１１〜４１６の各層が一体的に形成されていてもよい。また、第１導体層２２，２３、第２導体層３２，３３、および第３導体層４２，４３の各層が一体的に形成されていてもよい。

第２の実施形態では、複数の第１導体は各々が独立して一対の第１導体層２２，２３を電気的に接続し、複数の第２導体は各々が独立して一対の第２導体層３２，３３を電気的に接続し、かつ複数の第３導体は各々が独立して一対の第３導体層４２，４３を電気的に接続している。これらの第１〜第３導体は、各導体が互いに電気的に接続されていてもよい。

Claims

高周波信号の伝送方向に対して直交する断面の形状が、第１方向に延びる一対の短辺と、前記第１方向に直交する第２方向に延びる一対の長辺とで形成される第１伝搬部を有する第１の導波構造体、
該第１の導波構造体の前記伝送方向の延長線上に位置し、前記断面の形状が、第３方向に延びる一対の短辺と、前記第３方向に直交する第４方向に延びる一対の長辺とで形成される第２伝搬部を有する第２の導波構造体、および、
前記第１伝搬部と前記第２伝搬部とに中心を合わせて位置し、且つ前記第１の導波構造体と前記第２の導波構造体との間に接続されており、前記断面において前記第１方向と前記第３方向との間の第５方向に短辺が延びている矩形状の結合孔を有する変換構造体を具備し、
該変換構造体は、
複数の誘電体層が積層される第３誘電体と、
該第３誘電体を挟む一対の第３導体層と、
該一対の第３導体層を電気的に接続する第３導体が、伝送する高周波信号の波長の１／２以下の間隔で前記伝送方向に配列されている２列の第３導体群と、
前記断面において前記２列の第３導体群の間に配置され、前記複数の誘電体層の層ごとに第４導体を階段状にずらして２列に配置されている第４導体群とを含み、
前記２列の第３導体群および前記２列の第４導体群で囲まれる領域が前記結合孔に相当する、モード偏波変換器。
前記変換構造体は、前記高周波信号の前記伝送方向における長さが、伝送する高周波信号の波長以下である、請求項１に記載のモード偏波変換器。
前記伝送方向に見たときに、前記変換構造体は、前記第１の導波構造体の前記一対の長辺および前記第２の導波構造体の前記一対の長辺で囲まれる領域内に位置している、請求項１または２に記載のモード偏波変換器。
前記伝送方向に見たときに、前記第１方向と前記第３方向とが直交している、請求項１から３のいずれかに記載のモード偏波変換器。
前記伝送方向に見たときに、前記第５方向が前記第１方向に４５°の角度で交わっている、請求項４に記載のモード偏波変換器。
前記第１の導波構造体は、
第１誘電体と、
該第１誘電体を挟む一対の第１導体層と、
該一対の第１導体層を電気的に接続する第１導体が、伝送する高周波信号の波長の１／２以下の間隔で前記伝送方向に配列されている２列の第１導体群とを含む、請求項１から５のいずれかに記載のモード偏波変換器。
前記第２の導波構造体は、
第２誘電体と、
該第２誘電体を挟む一対の第２導体層と、
該一対の第２導体層を電気的に接続する第２導体が、伝送する高周波信号の波長の１／２以下の間隔で前記伝送方向に配列されている２列の第２導体群とを含む、請求項１から６のいずれかに記載のモード偏波変換器。
前記第１の導波構造体は、
複数の第１誘電体と、
伝送する高周波信号の波長の１／２以下の間隔で前記複数の第１誘電体を挟んで前記伝送方向に配列され、前記高周波信号が伝搬する伝搬孔を有する複数の第１導体層と、
該複数の第１導体層を電気的に接続する第１導体群とを含む、請求項１から５のいずれかに記載のモード偏波変換器。
前記第２の導波構造体は、
複数の第２誘電体と、
伝送する高周波信号の波長の１／２以下の間隔で前記複数の第２誘電体を挟んで前記伝送方向に配列され、前記高周波信号が伝搬する伝搬孔を有する複数の第２導体層と、
該複数の第２導体層を電気的に接続する第２導体群とを含む、請求項１から６のいずれかに記載のモード偏波変換器。
前記変換構造体は、
複数の第３誘電体と、
伝送する高周波信号の波長の１／２以下の間隔で前記複数の第１誘電体を挟んで前記伝送方向に配列され、前記結合孔を有する複数の第３導体層と、
該複数の第１導体層を電気的に接続する第３導体群とを含む、請求項１から７のいずれかに記載のモード偏波変換器。