JP6276567B2 - Non-waveguide line-waveguide converter - Google Patents
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Description
本発明は非導波管線路−導波管変換器、特にマイクロ波回路に使用される分布定数線路又は同軸線路等の非導波管線路と導波管の間の変換に使用され、高入力電力耐性を有する変換器の構成に関する。 The present invention is used for non-waveguide line-waveguide converters, particularly for conversion between non-waveguide lines and waveguides, such as distributed constant lines or coaxial lines used in microwave circuits, and high input The present invention relates to a configuration of a converter having power tolerance.
従来から、マイクロ波回路として増幅器や周波数変換器等が用いられており、これらの回路から外部回路へのマイクロ波信号の伝送には、伝送損失の少ない導波管を利用することが多い。そして、このマイクロ波回路内では、その回路構成や使用部品の都合上、マイクロストリップ線路等に代表される分布定数伝送線路や同軸線路が使用されるため、これら伝送線路と導波管の伝送モードを変換する非導波管線路−導波管変換器が必要であり、その変換器としては、例えば下記特許文献1,2に開示される技術がある。
Conventionally, amplifiers, frequency converters, and the like have been used as microwave circuits, and waveguides with low transmission loss are often used for transmission of microwave signals from these circuits to external circuits. In this microwave circuit, a distributed constant transmission line and a coaxial line typified by a microstrip line are used because of the circuit configuration and parts used. A non-waveguide line-waveguide converter for converting the above is required, and examples of the converter include techniques disclosed in
図3には、特許文献1と同様に、前置回路からの伝送線路であるマイクロストリップ線路を導波管内に挿入し先端開放プローブとして利用する一般的な構造が示されている。即ち、図3に示されるように、導波管1には短絡面(ショート面)2が設けられ、この導波管1のH面(図の上面で磁界に平行な面)から、誘電体基板3及びこの基板3に形成されたマイクロストリップ線路4が導波管内まで延長挿入され、この線路の先端がプローブ4aとなる。このような構造によれば、非導波管線路−導波管変換器が簡便かつ安価に実現できるという利点がある。
FIG. 3 shows a general structure in which a microstrip line, which is a transmission line from a front circuit, is inserted into a waveguide and used as an open-ended probe, as in
一方、特許文献2(第5図)に示されるように、階段状突起を有するリッジを変換部に設ける特殊な構造を持つ同軸導波管変換器も存在する。 On the other hand, as shown in Patent Document 2 (FIG. 5), there is also a coaxial waveguide converter having a special structure in which a ridge having a stepped protrusion is provided in a conversion portion.
しかしながら、従来の非導波管線路−導波管変換器では、回路を構成する材料やその材料の表面状態等に起因する伝送損失が存在するため、特に使用する信号電力が大きくなった場合は、その部位での発熱が増大し、構成材料によっては、材料の溶融や変形、炭化といった破損を引き起こすという問題があった。しかも、発熱により高温になることで発生する熱電子放出や整合条件の著しい変化による高電界部位の発生等を起因として、放電に至るといった不具合も起こることがある。 However, in the conventional non-waveguide line-waveguide converter, there is a transmission loss due to the material constituting the circuit and the surface state of the material. However, there is a problem that heat generation at the part increases, and depending on the constituent material, the material may be damaged such as melting, deformation, and carbonization. In addition, there may be a problem such as discharge due to emission of thermoelectrons generated due to a high temperature due to heat generation or generation of a high electric field site due to a significant change in matching conditions.
上述のように、分布定数伝送線路としてのマイクロストリップ線路(4)の先端部(4a:開放部)や同軸線路の中心導体の先端開放部をプローブとして導波管内に挿入する一般的で簡便かつ安価に実現できる構造の変換器においては、細い線状のプローブを空間内に配置する等の構造上、等価熱抵抗が大きくなることから、上述した不具合が発生し易く、高電力を扱えないという問題があった。 As described above, a general, simple, and easy insertion of a tip end portion (4a: open portion) of a microstrip line (4) serving as a distributed constant transmission line or a tip end open portion of a central conductor of a coaxial line into a waveguide as a probe. In a converter with a structure that can be realized at low cost, because the equivalent thermal resistance increases due to the structure such as the arrangement of thin linear probes in the space, the above-mentioned problems are likely to occur and high power cannot be handled. There was a problem.
また、従来例としての上記特許文献2は、特許文献1とは異なりプローブ部の熱抵抗を低く抑えることが可能であるが、その反面、階段状のリッジを持つ変換部の構造が複雑となり、製作コストがかかるという問題がある。
Moreover, although the said
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、簡便かつ安価な構造を維持しながら、導波管内に挿入されるプローブ及びその周辺部の熱抵抗を低下させ、高い電力を扱うことのできる非導波管線路−導波管変換器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to reduce the thermal resistance of the probe inserted in the waveguide and its peripheral portion while maintaining a simple and inexpensive structure, and to achieve high power. It is an object to provide a non-waveguide line-waveguide converter capable of handling the above.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、短絡面が設けられた導波管と、この導波管内へそのプローブ挿入H面(磁界に平行な面)から対向する対向H面へ向けて挿入された非導波管線路のプローブと、を有し、上記非導波管線路と上記導波管との間の伝送モード変換を行う非導波管線路−導波管変換器において、上記プローブの先端部から上記導波管のE面(電界に平行な面)へ向けて短絡用導体を形成すると共に、この短絡用導体の端部を上記E面の対向H面寄りに接合し、かつ上記短絡用導体のプローブ挿入H面側の形状は段部を有し、上記短絡用導体の対向H面側の形状は上記E面との接合面を除いて段部なく、上記対向H面と平行に直線状となるようにしたことを特徴とする。
請求項2の発明は、上記短絡用導体と上記プローブの連結部の角部、上記短絡用導体と上記導波管E面の連結部の角部又は短絡用導体自体の角部は、緩やかな曲線(弧状)となるように形成したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
According to a second aspect of the present invention, the corner of the connecting portion between the shorting conductor and the probe, the corner of the connecting portion between the shorting conductor and the waveguide E surface, or the corner of the shorting conductor itself is gentle. It is formed so as to have a curved line (arc shape).
請求項1の構成によれば、プローブと導波管E面とを連結する短絡用導体によって、プローブ部から周辺部への等価熱抵抗が大幅に減少し、プローブ部から発生する熱が放出される。
請求項2の構成によれば、短絡用導体とプローブの連結部、短絡用導体と導波管E面の連結部又は短絡用導体自体の角部が鋭い角となっていないため、この角部に電界が集中することが避けられる。
According to the first aspect of the present invention, the equivalent thermal resistance from the probe part to the peripheral part is greatly reduced by the short-circuiting conductor connecting the probe and the waveguide E surface, and the heat generated from the probe part is released. The
According to the configuration of
本発明の非導波管線路−導波管変換器によれば、プローブ部から周辺部への等価熱抵抗を大幅に減少させることができ、その結果、プローブ部で発生する熱を効率よく放出でき、材料の溶融や変形、炭化といった一次破損や、これらを引き金とする放電等の二次的破損が発生することがなく、またこれらの破損を生じさせる入射電力が相対的に向上し、簡便かつ安価な構造でありながら高い大きな電力を取り扱うことができるという効果がある。 According to the non-waveguide line-waveguide converter of the present invention, the equivalent thermal resistance from the probe part to the peripheral part can be greatly reduced, and as a result, the heat generated in the probe part is efficiently released. No primary damage such as melting, deformation, or carbonization of the material, or secondary damage such as discharge triggered by these, and the incident power that causes these damages is relatively improved and simple. In addition, there is an effect that a large amount of electric power can be handled while being an inexpensive structure.
また、短絡用導体と各部との連結部や短絡用導体自体の角部を緩やかな曲線とすることで、短絡用導体を設けた場合でも、電界の集中を緩和する効果があるため、高入力電力耐性を向上させることが可能となる。 In addition, even if a shorting conductor is provided by connecting the shorting conductor to each part and the corners of the shorting conductor itself, it has the effect of reducing the concentration of the electric field. It becomes possible to improve electric power tolerance.
図1(A),(B)には、本発明の第1実施例に係る非導波管線路−導波管変換器の構成が示されており、この第1実施例は、非導波管線路としてマイクロストリップ線路を用いたものである。
図1において、図3でも説明したように、1は導波管、2は短絡面(ショート面)、3は誘電体基板、4はこの基板3に形成された前置回路からのマイクロストリップ線路(分布定数線路)、4aが導波管1内に突出挿入されたマイクロストリップ線路4の先端のプローブ、5はスルーホールである。
1A and 1B show the configuration of a non-waveguide line-waveguide converter according to a first embodiment of the present invention. This first embodiment is a non-waveguide. A microstrip line is used as the tube line.
In FIG. 1, as described in FIG. 3, 1 is a waveguide, 2 is a shorted surface (short surface), 3 is a dielectric substrate, and 4 is a microstrip line from a pre-circuit formed on the
そして、実施例では、プローブ4aの先端側に短絡用(放熱用)導体10が一体に形成され、この短絡用導体10は、プローブ4aの挿入方向、即ち電界方向に対し直交する方向へ長くなるように設けられ、その左右両端部が導波管1の左右のE面(図の左右壁面で電界方向に平行な面)に接触して短絡される。
In the embodiment, a short-circuit (heat-dissipating)
また、矢示(g)で示したように、短絡用導体10とプローブ4aとの連結部の角部、短絡用導体10と導波管1の左右E面との連結部の角部、そして短絡用導体10自体の角部は、尖った角を取って丸くし、緩やかな曲線(弧状)となるようにしている。
Further, as indicated by the arrow (g), the corner of the connecting portion between the
上記の第1実施例の構成によれば、プローブ4aと導波管1の左右のE面が短絡用導体10によって連結されるので、プローブ4aの部分から周辺部への等価熱抵抗が大幅に減少することになり、プローブ部分からの発生熱が良好に放出される。そして、短絡用導体10がプローブ4aの挿入方向(電界E方向)と直交し、導波管内伝送波の磁界(H)の向きと並行に配置されるため、プローブ4aが導波管1に対し短絡状態となっていても、導波管内の伝送波に影響を与えることはない。
According to the configuration of the first embodiment, since the
しかし、この変換部はマイクロストリップ線路4を伝送してきた準TEM波が導波管伝送モードであるTE波にモード変換される部分であり、故に完全なTE波にはなっていないため、この短絡用導体10の影響を完全に無視することはできない。そこで、実施にあたっては、下記のような条件に留意し、電磁界シミュレータ等を使用して最適なプローブ4aと短絡用導体10の形状を設定することが好ましい。
1.導波管E面への短絡用導体10の幅は、プローブ4aで発生する熱を効率よく逃がすという観点では、可能な限り太い方が望ましい。
2.より高電力での耐性を得るためには、プローブ4a及び短絡用導体10の導体形状は、電界の集中し易い鋭い角は避けた形状とする。
なお、上記説明は、信号がマイクロストリップ線路4側から入力され、導波管1に向かって伝送する方向で説明したが、この変換回路は、可逆性を有しているので、信号が導波管1側から入力され、マイクロストリップ線路4に向かって進む場合でも、上記説明が成立することになる。
However, this conversion unit is a part in which the quasi-TEM wave transmitted through the
1. The width of the short-
2. In order to obtain higher power resistance, the conductor shapes of the
In the above description, a signal is input from the
また、実施例では、上述のように、短絡用導体10とプローブ4aとの連結部(g)、短絡用導体10と導波管1の左右E面との連結部の角部(g)、そして短絡用導体10自体の角部(g)を鋭くせず、緩やかな曲線としたので、各角部における電界の集中が減少し、高電力入力に対する耐性が向上するという利点がある。
In the embodiment, as described above, the connecting portion (g) between the shorting
図2には、第2実施例に係る非導波管線路−導波管変換器の構成が示されており、この第2実施例は、非導波管線路として同軸線路を用いたものである。
図2に示されるように、短絡面2が設けられた導波管1のH面へ向けて同軸部誘電体7を介して同軸線路8が配置され、この中心導体がプローブ9としてH面から導波管内へ挿入される。
FIG. 2 shows a configuration of a non-waveguide line-waveguide converter according to the second embodiment. This second embodiment uses a coaxial line as the non-waveguide line. is there.
As shown in FIG. 2, a
そして、このプローブ9はその挿入方向(電界方向)に対し直交する方向へ長くなる短絡用導体12に接続され(一体的に取り付けられ)、この短絡用導体12の左右両端部が導波管1の左右のE側面(電界方向に平行な面)に接触して短絡される。また、短絡用導体12とプローブ9や導波管1の左右E側面との連結部の角部(g)、そして短絡用導体12自体の角部が緩やかな曲線に形成される。
The probe 9 is connected to (attached to) the short-
このような同軸線路の第2実施例においても、第1実施例と同様に、プローブ9の部分から周辺部への等価熱抵抗が大幅に減少し、プローブ部分からの発生熱が良好に放出され、また各角部(g)においての電界の集中も緩和されるという利点がある。 Also in the second embodiment of such a coaxial line, as in the first embodiment, the equivalent thermal resistance from the probe 9 portion to the peripheral portion is greatly reduced, and the generated heat from the probe portion is released well. Also, there is an advantage that the concentration of the electric field at each corner (g) is alleviated.
以上のように、第1及び第2実施例においては、材料の溶融、変形又は炭化等の一次破損、これらを引き金とする放電等の二次的破損が発生せず、また高入力電力耐性により高電力を扱う機器への使用が有用となる。 As described above, in the first and second embodiments, primary damage such as melting, deformation, or carbonization of the material, secondary damage such as discharge triggered by these does not occur, and high input power resistance is achieved. Use in equipment that handles high power is useful.
上記各実施例では、方形導波管の構成について説明したが、円形導波管の場合も同様に適用でき、電界(E)方向へ向けて挿入配置したプローブに上記実施例と同様の短絡用導体を連結し、この短絡用導体を電界(E)に略平行となる側面に短絡するように構成すればよい。 In each of the above-described embodiments, the configuration of the rectangular waveguide has been described. However, the present invention can be similarly applied to a circular waveguide, and a short circuit similar to that of the above-described embodiment can be applied to a probe inserted and arranged in the electric field (E) direction. What is necessary is just to comprise so that a conductor may be connected and this shorting conductor may be short-circuited to the side surface substantially parallel to the electric field (E).
1…導波管、 2…短絡面(ショート面)、
3…誘電体基板、 4…マイクロストリップ線路、
4a,9…プローブ、 8…同軸線路、
10,12…短絡用導体。
DESCRIPTION OF
3 ... Dielectric substrate, 4 ... Microstrip line,
4a, 9 ... probe, 8 ... coaxial line,
10, 12 ... Short-circuiting conductor.
Claims (2)
上記プローブの先端部から上記導波管のE面へ向けて短絡用導体を形成すると共に、この短絡用導体の端部を上記E面の対向H面寄りに接合し、かつ
上記短絡用導体のプローブ挿入H面側の形状は段部を有し、上記短絡用導体の対向H面側の形状は上記E面との接合面を除いて段部なく、上記対向H面と平行に直線状となるようにしたことを特徴とする非導波管線路−導波管変換器。 A waveguide having a short-circuited surface, and a probe of a non-waveguide line that is inserted into the waveguide from the probe insertion H surface toward the opposing H surface. In a non-waveguide line-waveguide converter that performs transmission mode conversion between the tube line and the waveguide,
Forming a short-circuiting conductor from the tip of the probe toward the E-plane of the waveguide, and joining the end of the short-circuiting conductor closer to the opposite H-plane of the E-plane; and
The shape on the probe insertion H surface side of the shorting conductor has a stepped portion, and the shape on the facing H surface side of the shorting conductor has no stepped portion except for the joint surface with the E surface, A non-waveguide line-waveguide converter characterized by being linear in parallel .
The corner portion of the connecting portion between the shorting conductor and the probe, the corner portion of the connecting portion between the shorting conductor and the waveguide E surface, or the corner portion of the shorting conductor itself is formed to have a gentle curve. The non-waveguide line-waveguide converter according to claim 1.
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