JPH06132710A - 方向性結合器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 導波管と、この導波管とは異なる伝送特性を
もつ高周波伝送路とで小型の方向性結合器を開発するこ
とを目的とする。 【構成】 導波管５０と、高周波伝送路であるマイクロ
ストリップライン５４を有するプリント基板とを備え、
上記導波管５０には管内波長λｇ₁に対する任意の間隔
（１／ｎ）λｇ₁で形成した２つの結合孔５１、５２を
設け、上記プリント基板のマイクロストリップライン５
４には、導波管５０の結合孔５１、５２の間隔に等し
く、かつ、上記導波管５０内に伝送される周波数と同一
周波数において定めたマイクロストリップライン５４の
電気的波長に対し、マイクロストリップライン５４上の
電気長の間隔が上記した任意の間隔（１／ｎ）λｇ₁と
所定の関係を満たす（ｘ／ｎ）λｇ₂となる２本の探針
５６、５７を設け、この探針５６、５７を導波管５０内
に突出させた構成としてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、方向性結合器に関し、
特に、導波管と導波管とは異なる伝送媒体による方向性
結合器に関する。

【０００２】

【従来の技術】元来、方向性結合器は、導波管内の状態
を知る目的で使用されている。例えば、メ−タの指示に
より導波管内の状態を知るためには、方向性結合器によ
り導波管内の一部の電力を取出し、信号処理回路によっ
取出した電力を信号処理し、その出力をメ−タによって
表示させて導波管内の状態を知るようになっている。

【０００３】従来におけるこの種の方向性結合器として
は、十字型方向性結合器や多孔型方向性結合器等が知ら
れている。十字型方向性結合器は、図３に示すように、
管内波長λｇを同一とした主導波管１１と副導波管１２
とを十字型に重ね合わせ、各々の導波管１１、１２の上
記重合部に図に示したような管内波長λｇに対応した間
隔ｘｏで形成した結合孔１３、１４を設け、主導波管１
１と副導波管１２の各々の内部を結合させて構成されて
いる。このような方向性結合器では、一方の導波管、例
えば、主導波管１１の一方側から送られる電波は副導波
管１２の一方方向に結合出力が伝送され、主導波管１１
の他方側から送られてくる電波は、副導波管１２の前述
方向とは反対方向に結合出力が伝送されるため、この方
向性と結合度により方向性結合器が成立っている。

【０００４】図４は二孔型構成の多孔型方向性結合器
で、主導波管１５のＡからＢに向かって電波が進行する
とき、副導波管１６には結合孔１７、１８によって結合
された電波が次のように進行する。

【０００５】先ず、ＡからＤに至る道程は、Ａ→結合孔
１７→Ｄ、Ａ→結合孔１８→Ｄの２通りあるが、主導波
管１５と副導波管１６の管内波長は同じであり、いずれ
も同位相になるため、結合孔１７、１８の結合出力は加
算されＤに出力される。次に、ＡからＣに至る道程は、
Ａ→結合孔１７→Ｃ、Ａ→結合孔１８→Ｃの２通りある
が、両者の間には２Ｌだけの位相差がある。ここで、
（２Ｌ）＝（１／２）λｇ＝位相角πであると、お互い
の電波は打消し合い、結果としてＣには何も出力されな
い。

【０００６】多数の結合孔を持つ場合も、上記と同様の
原理で方向性をもった結合出力を得ることができる。多
孔型方向性結合器の結合は、結合孔の大きさ及び結合孔
の数によって決まる。

【０００７】上記した結合出力は、方向性結合器に接続
した同軸導波管変換器を経て信号処理回路に伝送され信
号処理される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の方向性
結合器は、同じ伝送特性をもつ導波管を組合せて構成し
たものであるから、形状が大型になってしまい、高周波
装置に組み込むに当って導波管の方向や配管等に大きな
制約を受けてしまうと共に、この方向性結合器の他、前
述した同軸導波管変換器及び信号処理回路等を備えた高
周波装置自体も大型のものとなってしまう。

【０００９】また、電波の結合度が結合孔の大きさによ
って決められるこの種の方向性結合器は、結合度の微調
整が不可能であり、また、導波管や結合孔の寸法誤差な
どにより方向性結合器１台、１台の結合度にばらつきを
生じるため、方向性結合器の互換性が非常に低いと言う
欠点がある。

【００１０】本発明は上記した実情にかんがみ、異なる
伝送媒体によって構成することにより小型化を図り、か
つ、互換性も高めることのできる方向性結合器の開発を
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明では、伝送される電波の周波数における管
内波長λｇ₁に対し任意の間隔（１／ｎ）λｇ₁をもって
形成した２つの結合孔を有する導波管と、曲げ形成した
マイクロストリップラインを備えるプリント基板と、マ
イクロストリップライン上に導波管の結合孔の間隔に等
しくし、かつ、同一周波数においてマイクロストリップ
ライン上の電気的波長λｇ₂に対し、このマイクロスト
リップライン上における電気長の間隔が、（ｘ／ｎ）＋
（１／ｎ）＝ｍ、且つ （ｘ／ｎ）−（１／ｎ）＝Ｐ−
（１／２）或いは（ｘ／ｎ）＋（１／ｎ）＝ｍ−（１／
２）、且つ （ｘ／ｎ）−（１／ｎ）＝Ｐ（ｍ、Ｐは整
数、 ｘ＞０）の関係を満足する（ｘ／ｎ）λｇ₂とな
るように上記プリント基板に設けた２本の探針とからな
り、上記プリント基板を上記２本の探針が導波管の結合
孔から導波管内に突出するようにして上記導波管に固定
すると共に、２本の探針の突出長を調整できる構成とし
たことを特徴とする方向性結合器を提案する。

【００１２】

【作用】この方向性結合器は、導波管内に電波を伝送す
ると２つの探針によりこの２つの探針の結合出力が得ら
れる。上記した結合出力は、周波数の位相差によってマ
イクロストリップラインの一方向に各探針の結合度の和
が出力され、他方向には何も出力されない。これより、
マイクロストリップラインの一方向においてのみ結合出
力を取り出すことができる。

【００１３】また、各探針は導波管内に突出した探針長
を変化させることで、結合度を自由に調整することがで
きる。

【００１４】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面に沿って
説明する。図１は本発明に係る方向性結合器の分解斜視
図であり、図２は方向性結合器とこの方向性結合器に接
続した信号処理回路、メ−タを示す簡略図である。

【００１５】５０は導波管で、この導波管５０は管内に
伝送される電波の周波数に対し、導波管５０の縦幅５０
Ｈ、横幅５０Ｗにより、管内波長がλｇ₁が決定され
る。

【００１６】この導波管５０には、上記した管内波長λ
ｇ₁に対し、（１／ｎ）λｇ₁となる任意の間隔をもつ２
つの結合孔５１、５２が設けてある。

【００１７】５３はプリント基板であり、このプリント
基板５３には曲げに形成したマイクロストリップライン
５４がプリントしてある。

【００１８】マイクロストリップライン５４は、プリン
ト基板５３の誘電率εγや厚さｈなどを考慮して、図２
に示すところの信号処理回路５８、５９の入力インピ−
ダンスＺｏに対し、マイクロストリップライン５４のイ
ンピ−ダンスＺが等しくなるようにその幅Ｗを定め、マ
イクロストリップライン５４上の電気的波長がλｇ₂と
なるようにしてある。上記したプリント基板５３には、
ねじ状の２本の探針５６、５７がプリント基板５３の下
方に突き出るようにして取付けられている。

【００１９】この２本の探針５６、５７はマイクロスト
リップライン５４上に取付け、その間隔は導波管５０の
結合孔５１、５２の間隔、つまり（１／ｎ）λｇ₁と等
しくなっている。

【００２０】また、このように取付けられた２本の探針
５６、５７は、マイクロストリップライン５４上におけ
る探針５６、５７間の電気的長さが、マイクロストリッ
プライン５４上における電気的波長λｇ₂に対し（ｘ／
ｎ）λｇ₂となっている。つまり、マイクロストリップ
ライン５４が２本の探針５６、５７間において、この２
本の探針５６、５７間の電気的長さを上記した（ｘ／
ｎ）λｇ₂とするように曲げ形成されている。

【００２１】上記したプリント基板５３は、上記２本の
探針５６、５７が導波管５０の結合孔５１、５２から導
波管５０内に突き出るようにして、この導波管５０に固
定する。また、２本の探針５６、５７はねじ状のものと
し、その回転で導波管５０内に突出させた探針長を自由
に調整できるようにしてある。

【００２２】上記した導波管５０とプリント基板５３と
は、導波管５０の結合孔５１、５２の間隔（１／ｎ）λ
ｇ₁と、プリント基板５３のマイクロストリップライン
５４上における探針５６、５７間の電気的長さ（ｘ／
ｎ）λｇ₂とが互いに次式の条件を満たす関係となって
いる。 (x/n) + (1/n) = m、且つ (x/n) - (1/n) = P - (1/2)
・・・・・（１） 或いは (x/n) + (1/n) = m - (1/2)、且つ (x/n) - (1/n) = P
・・・・・・（２） （ｍ、Ｐは整数、 ｘ＞０）

【００２３】はじめに、（１）式を満たす関係にある場
合について説明する。ｍ＝１、Ｐ＝１とすると、（１）
式よりｘ＝３、ｎ＝４が求められ、導波管５０における
結合孔５１、５２はその間隔が（１／４）λｇ₁とな
り、また、マイクロストリップライン５４上における探
針５６、５７間の電気的長さは（３／４）λｇ₂とな
る。

【００２４】導波管５０内を電波が進行するとき、探針
５６、５７部分のみでは方向性はもっておらず、導波管
５０内において、どちらの方向に電波が進行していて
も、探針５６、５７で結合された電波は、図２において
マイクロストリップライン５４のＣ、Ｄの両方向に進む
ことができる。

【００２５】先ず、探針５６の結合度をＫ₁、探針５７
の結合度をＫ₂とし、導波管５０のＡからＢに向かって
電波が進行しているとき、ＡからＣに至る電波の道程
は、第１経路であるＡ→探針５６→Ｃと、第２経路であ
るＡ→探針５７→Ｃとの２通りとなる。このとき、第２
経路は第１経路に対し、電波が導波管５０内を（１／
４）λｇ₁だけ進み、次にマイクロストリップライン５
４上を（３／４）λｇ₂進む。λｇ₁とλｇ₂とは同一周
波数であるので各々をλとすると、第１経路に対する第
２経路の位相遅れは（１／４）λ＋（３／４）λ＝λ＝
位相角２π＝０すなわち、同位相となり、探針５６と探
針５７で結合された電波は結合度Ｋ₁＋Ｋ₂となる。

【００２６】次に、ＡからＤに至る電波の道程について
も、第１経路であるＡ→探針５６→Ｄと、第２経路であ
るＡ→探針５７→Ｄとの２通りとなり、両者の位相を比
較すると、探針５６で結合された電波はマイクロストリ
ップライン５４の探針５６、５７の間隔の（３／４）λ
ｇ₂だけ位相が遅れ、探針５７で結合された電波は導波
管５０の（１／４）λｇ₁だけ位相が遅れる。このとき
の位相差は、 （３／４）λ−（１／４）λ＝（１／２）λ＝位相角π ここで、２つの探針５６、５７の結合度がＫ₁＝Ｋ₂とす
ると、互いの電波は打ち消し合い、この結果、Ｄには何
も出力されないことになる。

【００２７】これより、マイクロストリップライン５４
のＣ方向にのみ結合出力を取り出すことができる。そし
て、このようにして取り出された結合出力は、信号処理
回路５８に取り込まれて処理され、その出力信号によっ
てメ−タ６０が表示する。

【００２８】次に、（２）式を満たす関係にある場合に
ついて説明する。ｍ＝１、Ｐ−１とすると、（２）式よ
りｘ＝５、ｎ＝４が求められ、結合孔５１、５２の間隔
は（１／４）λｇ₁となり、探針５６、５７間の電気的
長さは（５／４）λｇ₂となる。そして、２つの探針５
６、５７から出力される位相を前記と同様に計算する。

【００２９】導波管５０のＡからＢに向かって電波が進
行しているとき、ＡからＣに至る電波の道程は、第１経
路であるＡ→探針５６→Ｃと、第２経路であるＡ→探針
５７→Ｃとの２通りであり、このとき、第２経路の第１
経路に対する位相遅れは（１／４）λｇ₁＋（５／４）
λｇ₂となり、λｇ₁とλｇ₂とは同一周波数であるか
ら、これをλとすると、 （１／４）λ＋（５／４）λ＝（３／２）λ＝位相角π となり、この結果、互いの電波は打ち消し合いＣには何
も出力されないことになる。

【００３０】次に、ＡからＤに至る電波の道程は、第１
経路であるＡ→探針５６→Ｄと、第２経路であるＡ→探
針５７→Ｄとの２通りであり、両者の位相を比較する
と、探針５６で結合された電波はマイクロストリップラ
イン５４の探針５６、５７の間隔の（５／４）λｇ₂だ
け位相が遅れ、探針５７で結合された電波は導波管５０
の（１／４）λｇ₁だけ位相が遅れる。このときの位相
差は、 （５／４）λ−（１／４）λ＝λ＝位相角π＝０

【００３１】すなわち、同位相となり、探針５６と探針
５７とで結合された電波は、接合度Ｋ₁＋Ｋ₂となる。こ
れにより、マイクロストリップライン５４のＣ方向には
何も出力されず、Ｄ方向に合算した出力が得られ、この
出力が信号処理回路５９で処理された後、メ−タ６１に
より表示される。

【００３２】これより、導波管５０とマイクロストリッ
プライン５４とによる方向性結合器が得られる。また、
マイクロストリップライン５４のインピ−ダンスＺと信
号処理回路５８、５９の入力インピ−ダンスＺｏとが等
しくなっているので、マイクロストリップライン５４の
両端は無反射終端となり、これより極めて小型の方向性
結合器となる。

【００３３】この方向性結合器の結合度Ｋ₁、Ｋ₂につい
ては、導波管５０内に突き出る探針５６、５７の長さを
変えることにより容易に変化させることができると共
に、結合度Ｋ₁とＫ₂とを各々別々に調整することもでき
る。

【００３４】

【発明の効果】上記した通り、本発明に係る方向性結合
器は、導波管と、導波管の管内波長と異なる波長とを有
するマイクロストリップラインとで構成したので、管内
波長に対する任意の場所に結合孔と探針とを設けること
ができるため、方向性結合器を小型化することができ、
高周波装置への組込に当って種々の制限を受けることが
ない。

【００３５】また、マイクロストリップラインのインピ
−ダンスと信号処理回路の入力インピ−ダンスを等しく
設計することにより、同軸導波管変換器などのインピ−
ダンス変換、伝送路変換を必要とせず、方向性結合器の
小型化と相俟って高周波装置自体を極めて小型にでき
る。

【００３６】さらに、探針の突出長が可変となっている
ので、結合度が自由に調整でき、個々の方向性結合器の
結合度のばらつきを確実に抑えることができる極めて互
換性の高い方向性結合器となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る方向性結合器の分解斜視図であ
る。

【図２】本発明の方向性結合器とこの方向性結合器に接
続した信号処理回路及びメ−タを示す簡略図である。

【図３】従来の方向性結合器を示す一部切欠斜視図であ
る。

【図４】従来の方向性結合器のうち二孔型のものを示
し、電波が方向性をもつ原理を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

５０ 導波管 ５１、５２ 結合孔 ５３ プリント基板 ５４ マイクロストリップライン ５６、５７ 探針 ５８、５９ 信号処理回路 ６０、６１ メ−タ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伝送される電波の周波数における管内波
   長λｇ₁に対し任意の間隔（１／ｎ）λｇ₁をもって形成
   した２つの結合孔を有する導波管と、曲げ形成したマイ
   クロストリップラインを備えるプリント基板と、マイク
   ロストリップライン上に導波管の結合孔の間隔に等しく
   し、かつ、同一周波数においてマイクロストリップライ
   ン上の電気的波長λｇ₂に対し、このマイクロストリッ
   プライン上における電気長の間隔が、 （ｘ／ｎ）＋（１／ｎ）＝ｍ、且つ （ｘ／ｎ）−（１
   ／ｎ）＝Ｐ−（１／２）或いは （ｘ／ｎ）＋（１／ｎ）＝ｍ−（１／２）、且つ （ｘ
   ／ｎ）−（１／ｎ）＝Ｐ（ｍ、Ｐは整数、 ｘ＞０）の
   関係を満足する（ｘ／ｎ）λｇ₂となるように上記プリ
   ント基板に設けた２本の探針とからなり、上記プリント
   基板を上記２本の探針が導波管の結合孔から導波管内に
   突出するようにして上記導波管に固定すると共に、２本
   の探針の突出長を調整できる構成としたことを特徴とす
   る方向性結合器。