JPH04137801A

JPH04137801A - モード変換器

Info

Publication number: JPH04137801A
Application number: JP25900590A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Ito; 保之伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1992-05-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、導波管内の電磁波モードを他の電磁波モード
に変換するモード変換器に関する。

（従来の技術）例えば、第８図に示すように、従来のモード変換器では
、うねり導波管３０を１対の円形導波管１．３の間に設
け、更に、下流部の円形導波管３の切り口近傍に特殊ミ
ラー４を設けている。うねり導波管３０の管壁は、軸対
称で、かつ、周期的なうねりを付与した形状をなしてい
る。このうねり導波管３０の管壁にて、上流部の円形導
波管１から伝送されたＴＥＯＩモード（１番目のＴＥモ
ード）の電磁波の一部をＴＥＯ２モード（２番目のＴＥ
モード）に部分変換し、所定比率のＴＥ０１モードとＴ
ＥＯ２モードとの混合波に変換する。

次いで、この混合波を所定長さの円形導波管３内に伝送
させ、ＴＥＯＩモードとＴＥＯ２モードとの位相差を１
８０″′とし、円形導波管３の切り口からミラー４へ向
かって放射させる。ミラー４は、反射面に特殊パターン
の溝列が形成された平面又は曲面の異方性反射板であり
、これに反射された電磁波はサイドローブの小さい直線
偏波をしたマイクロ波ビームに変換される。

（発明が解決しようとする課８）しかしながら、従来のモード変換器は、うねり導波管３
０の管壁が特殊で複雑な形状であるために、高精度かつ
複雑な加工を要し、高コストになる。

また、従来型モード変換器では、大電力・高周波数の電
磁波に対しては大口径の導波管を必要とし、うねり導波
管を口径に応じて製作すると、変換器全体の長さが長く
なるという欠点がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、
簡易な構造で、低価格であり、かつ、小型のモード変換
器を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明に係るモード変換器は、外管及び内管を同軸に有
する円形同軸導波管と、前記円形同軸導波管に直列に接
続され、その直径か前記外管の直径に等しい円形導波管
と、前記円形導波管の切り口の近傍に設けられ、複数の
溝か配列された平面または曲面ミラーと、を具備し、前
記円形同軸導波管と前記円形導波管との接続部にてモー
ト変換し、モード変換された電磁波を前記ミラーにより
異方性反射して直線偏波することを特徴とする。

なお、円形同軸導波管の内管が、直径か一定の円筒部分
と、直径か下流部から上流部に向かって徐々に減少する
円錐部分と、を有し、円錐部分か円筒部分より上流部に
設けられていることが好ましい。

また、セラミックス等の誘電体部材により円形同軸導波
管の内管を外管に固定することか好ましく、さらに、こ
の誘電体部材により円形同軸導波管の上流部と下流部と
を真空又はガス絶縁することが望ましい。

（作用）第４図に示すようなＴＥＯＩモードの電磁波を円形同軸
導波管内に導入し、これが円形同軸導波管と円形導波管
との接続部に到達すると、この接続部にてＴＥＯＩモー
ドとＴＥＯ２モードとの混合波にモード変換される。こ
のとき、ＴＥＯＩモードとＴＥＯ２モードとの混合比は
、円形同軸導波管の内管と外管との直径比により定まる
。さらに、ＴＥＯＩモードおよびＴＥＯ２モードからな
る混合波を円形導波管内にある一定距離だけ走行させる
と、両モードの位相速度の相違により１８００の位相差
を生じる。

第５図の実線で示すように、円形導波管の切り口におい
て、ＴＥＯＩモードとＴＥＯ２モードとが重ね合わされ
た結果、電磁場は中心にピークが片寄った円環状分布を
なす。

このように成形したＴＥＯＩモードとＴＥＯ２モードと
の混合波を切り口より放射させてビーム状の電磁波とし
、このビームをミラーで異方性反射すると、直線偏波を
したマイクロ波ビームとなる。

（実施例）以下、添付の図面を参照しながら、本発明の種々の実施
例について具体的に説明する。

第１図に示すように、モート変換器の主要部は、円形導
波管１、円形同軸導波管２、並びに円形導波管３を直列
に接続することにより構成されている。導波管１，２．
３の外径は同しである。

円形同軸導波管２は、外管１０および内管１１を同軸に
設けて構成されたものである。内管１１は、円錐部分と
円筒部分の二つの部分を有する。

内管１１の円錐部分は、上流部の円形導波管１に接続さ
れており、接続部より直径かゼロから徐々に増加するテ
ーバ管に相当する。内管１１の円筒部分は、円錐部分の
下流部に連続するように接続され、一定の直径を有する
。

第２図に示すように、内管１１の円筒部分は、内管１１
と外管１０との間隙が一様になるように、４つの誘電体
部材１４により外管１０に固定されている。誘電体部材
１４には、アルミナ等のセラミックスあるいはサファイ
ア等の誘電体材料を用いることが望ましい。なお、誘電
体部材１４と内管１１及び外管１０とは、ろう付は法に
より接合してもよい。

下流部の円形導波管３の切り口〕３の前方には平面ミラ
ー４が設けられている。平面ミラー４は、導波管１，２
．３の軸に対して所定角度に傾いている。ミラー４の導
波管１．２．３に対する傾きを４５″に設定すると、モ
ード変換後の電磁波をもとの電磁波に対して直交する方
向へ出力させることかできる。

第３図に示すように、ミラー２０の反射面には多数の溝
５が形成されている。これら溝５は、同方向電磁波を直
線偏波するようなパターンに配列されている。

このミラー４は、入射電磁波の電場方向と反射電磁波の
電場方向とが異なるように、電磁波を反射させ得る異方
性反射板である。例えば、溝５の幅を２分の１波長未満
（Ｗ＜　　１／２λ）とすれば、溝５に平行な電場を有
する電磁波は溝５内に入らないで反射される。一方、溝
５に垂直な電場を有する電磁波は溝５内に入り、満５の
底面で反射される。この場合に、溝５の深さを４分の１
波長程度（Ｗｅ　　Ｉ／４λ）とすることにより、二つ
の電磁波成分間の位相差は１８０６となる。したがって
、直線偏波をした電磁波がミラー４で反射する場合には
、入射電磁波の電場方向が溝５に対して角度θて交差し
ているとすれば、反射波の電場方向は溝５に対して角度
（１８０°−θ）で交差するように回転する。ミラー４
は、平面ミラーのみに限らす、曲面ミラーを用いること
もできる。

次に、上記モード変換器の動作について説明する。

円形導波管１内を伝送されるＴＥＯＩモードは同軸導波
管２で同軸導波管内ＴＥＯＩモードに代わる。同軸導波
管２と円形導波管３との接続部１２において、同軸導波
管内ＴＥＯＩモードが、ＴＥＯＩモードとＴＥＯ２モー
ドの混合波に変換される。ここで、ＴＥＯＩモードとＴ
ＥＯ２モードの混合比は、同軸導波管の外管１０および
内管１１の直径比により定まる。ビームが円形導波管３
内を走行するうちにＴＥＯＩモードとＴＥＯ２モトとの
間に位相差が生じる。

下流部の円形導波管３の長さを適切にとっであるのて、
切り口１３において両モードの位相差は１８０°となる
。その結果、切り口より放射される電磁波は、中心にピ
ークが片寄った円環状分布をなす。

ミラー４ては、溝５に平行な電場を有する電磁波は満５
内に入らないで、満５に垂直な電場を有する電磁波は溝
５内に入り、溝５の底面で反射される。これにより、入
射ビームの電場方向と反射ビームの電場方向とが異なる
いわゆる異方性反射が生じ、反射ビームの電場方向が溝
列に対して所定の角度で交差するようになり、直線偏波
ビームとなる。

すなわち、反射波は遠方でサイドローブの小さいガウス
分布をした直線偏波のマイクロ波ビーム１８に変換され
る。

なお、第７図に示すように、内管１１をリング状または
ディスク状の誘電体部材１５．１６により外管１０に固
定してもよい。このようにすると、誘電体部材１５．１
６が真空隔壁の役割を有することができる。

〔発明の効果コ本発明によれば、部分的モード変換器であるうねり導波
管の代わりに、製作が容易な円形同軸導波管を用いるの
で、高精度かつ複雑な加工が不要になる。このため、低
価格のモード変換器を提供することができる。

また、従来型のモード変換器では大電力・高周波数の電
磁波を対象とする場合に、うねり導波管の長さが長くな
り大型化するが、本発明のモード変換器では導波管の長
さか短くてすむ。このため、小型のモード変換器を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るモード変換器の概要図、
第２図は円形同軸導波管の横断面図、第３図は溝列が形
成されたミラーの反射面の模式図、第４図乃至第６図は
それぞれＴＥＯＩモード、ＴＥＯ２モード、合成モード
を示す概念図、第７図は本発明の他の実施例に係るモー
ド変換器の概要図、第８図は従来のモード変換器の概要
図である。１．３・・・円形導波管、２・・・円形同軸導波管、４
・・ζツー０・・・外管、１・・・内管、６・・・誘電体部材、８・・・直線偏波ビム

Claims

【特許請求の範囲】

（１）外管及び内管を同軸に有する円形同軸導波管と、
前記円形同軸導波管に直列に接続され、その直径が前記
外管の直径に等しい円形導波管と、前記円形導波管の切
り口の近傍に設けられ、複数の溝が配列された平面また
は曲面ミラーと、を具備し、前記円形同軸導波管と前記
円形導波管との接続部にてモード変換し、モード変換さ
れた電磁波を前記ミラーにより異方性反射して直線偏波
することを特徴とするモード変換器。
（２）円形同軸導波管の内管が、直径が一定の円筒部分
と、直径が下流部から上流部に向かって徐々に減少する
円錐部分と、を有し、前記円錐部分が前記円筒部分より
上流部に設けられていることを特徴とする請求項１記載
のモード変換器。