JPH0690103A

JPH0690103A - 導波管の渡り要素

Info

Publication number: JPH0690103A
Application number: JP3203639A
Authority: JP
Inventors: Christian Sabatier; サバティエールクリスチャン
Original assignee: CENTRE NAT ETD TELECOMM; France Telecom SA; Centre National dEtudes des Telecommunications CNET
Current assignee: CENTRE NAT ETD TELECOMM; Orange SA; France Telecom R&D SA
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1991-07-19
Publication date: 1994-03-29
Also published as: EP0467818B1; FR2665025A1; DE69112943D1; FR2665025B1; EP0467818A1; DE69112943T2; US5227744A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】円形導波管と同軸導波管の間の渡り要素を、
短く、かつ軽量にし、所望の１または複数の伝搬モード
を保持すると共に、好ましくないモードの励振を避け
る。【構成】円形導波管２１と同軸導波管２５との間の渡
り３０は、半径Ｒ_１及び区間Ｌ_１を有する対象の狭区間
３２を備えるのが好ましく、磁界を収束することができ
る半径Ａの円形外部導波管３１と、ステップ３４とステ
ップ３５との間の階段状の渡り３８有する半径Ｒ２及び
区間Ｌ_２と、最大の半径Ｂのステップ３５と中央導体部
分との間の第２の階段状の渡り３９を有する半径Ｒ_３及
び区間Ｌ_３とをそれぞれを有し、２つのステップ３４，
３５を形成する中心導体からなり、前記中心導体部分が
同軸導波管２５の中心導体２３のエンドを形成する中心
導体３３からなる内部導波管との２つの部分に区分する
ことができる。本装置は２帯域デュープレクサを形成す
るように適用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁的な導波管の間に
おける渡り要素の技術分野に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波技術の分野では、導波管は、
例えば発生源と放射要素との間で電磁信号の伝送を誘導
する要素である。最も広く用いられているマイクロ波の
伝送要素は矩形導波管、円形導波管及び同軸導波管であ
る。

【０００３】伝送要素は、２つの異なる型式の導波管間
に単純に配置され、伝送技術上での変化を得る要素であ
る。即ち、矩形導波管から同軸導波管へ、矩形導波管か
ら円形導波管へ、及びそれらの逆へ変化させるために用
いることが可能な伝送要素が存在する。

【０００４】最も頻繁に用いられる渡りは、矩形導波管
から円形導波管へ、又は円形導波管から円形導波管へ変
更することが可能な渡りである。

【０００５】円形導波管は、顕著な効果があるので、好
ましくは、一定の周波数帯域において用いらる。円形導
波管は、矩形導波管よりも製作が容易であり、その円形
構造は、導波伝搬において何らの不連続性を発生させる
ことなく、固定アッセンブリを移動可能なアッセンブリ
から機械的に切離す回転ジョイントとして（例えば、航
空及び海洋監視に用いられる回転アンテナの分野におい
て）容易に使用できるものにする。

【０００６】本発明の目的は、明確に円形導波管と円形
導波管との間の渡りを提供することにある。

【０００７】公知の方法において、円形導波管から円形
導波管への伝送は図２に示すように漸進的に現われる内
部導体により達成される。第２図は円形導波管及び円形
導波管との間の渡りをその長さ方向の断面について示
す。

【０００８】電磁波は円形導波管２４における矢印に沿
って伝搬し、この円形導波管２４はその中心に円錐導体
２０を備えた半径Ａの渡り２２を接続している。渡り２
２は円形導波管２５のエンドをなす。同軸導波管２５
は、半径Ｂの内側導体２３、及び半径Ａの外側導体２６
の２つからからなる。外側導体２６内にはこれと同軸に
内側導体２３が配置されている。その誘電体は、同軸導
波管２５が伸延する長さ方向へ内側導体２３と外側導体
２６との間の断面を完全に満たすように、又は同軸導波
管２５に沿って均等に配置され、互いに間隔を置く薄く
て丸い誘電体のウェーハからなるものでよい。当然、選
択された誘電体は搬送する波形伝送を乱すものであって
はならない。

【０００９】漸進的な渡り２２は角度αにより特徴付け
られる。通常、角度αの値は、通過帯域及び所望の定在
波比（SWR ）に従って7 °と10°との間にある。SWR 、
通過帯域及び角度α間の関係は、角度αが高通過帯域又
は低SWR （主要な転送電力レベルにおいてミスマッチン
グが僅かなこと）が望ましい。

【００１０】従って、実現される渡りは、過度に通過帯
域を制限することなく、かつミスマッチングにより反射
を増加させてなならないので、一定した中心導体の半径
Ｂ、従って比較的に長い渡り２２とするべく小さな角度
αを選択することが必要である。

【００１１】特に、伝送特性について妥協できないとき
は、長い渡りには、無視できない欠点をもたらす。従っ
て、適当な遮断周波数及び通過帯域を保持するために、
内側導体２３の半径Ｂを減少して渡り２２の長さを短く
することは常に可能というわけではない。

【００１２】更に、渡り２２が長ければ、それだけその
重量に与える影響が大きい。これは特に渡り２２がサテ
ライトに搭載された装置の一部を形成しなければならな
い場合に大きな欠点となる。

【００１３】従来の渡りの他の欠点は、好ましくないモ
ード、特に伝送周波数に無関係に伝搬することが可能な
同軸導波管２５のＴＥＭ（横方向電磁）モードを励振し
ないように、内側導体２３の円錐導体２０を円形導波管
２１の中央に配置することを絶対条件としていることに
ある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、特にこれら
の欠点を克服することを目的とする。本発明の第１の目
的は、より具体的には、円形導波管と同軸導波管との間
の渡り要素が、既存の渡りのものより短く、かつ軽量で
等価的な通過帯域及びマッチングを得ることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の第２の目的は、
ここでも所望の１又は複数の伝搬モードを保持すると共
に、好ましくないモードの励振を避ける渡り要素を提供
することにある。実際には、本発明は、同軸導波管にＴ
ＥＭモードを励振することを要求しない。

【００１６】更に、本発明の他の目的は、円形導波管と
同軸導波管との間の渡り要素を提供することにあり、そ
の中心位置は円錐中心導体のエンドの場合よりも重要で
はない。

【００１７】これらと共に、以下で説明している他の目
的は、中心導体を備え、円形導波管と同軸導波管との間
の渡りを確保するように設計された型式の電磁的な導波
管の渡り要素により達成される。前記渡り要素は、前記
円形導波管の中心導体のエンド部を形成する内部導体と
協働する円形の外部導波管を備え、前記内部導体はその
長さ方向にほぼ一定の断面を有する少なくとも一つの中
間ステップの渡りを備えている。

【００１８】連続的な可変区間を有する通常の手段の代
わりに、このようなステップを使用することにより、等
価的な通過帯域及び等価的なマッチングの場合に、渡り
のスペース・ファクタをほぼ50％減少させることができ
る。

【００１９】前記内部導体は、各中間ステップの両端に
おいて本質的に階段状の肩を有するのが好ましい。

【００２０】従って、内部導体の中心付けの問題は遥か
に緩やかなことが明らかである。更に、前記内部導体
は、階段状の前縁を有する円形区間を備えている第１の
エンド・ステップと、円形区間を有する共に、前記第１
のエンド・ステップの半径より大きな半径を有する第２
のステップとにより形成され、前記第２のステップは前
記第１のエンド・ステップと接続されている第１の階段
状の肩を有し、前記円形導波管の前記中心導体に接続さ
れた第２の階段状の肩を有する。

【００２１】好ましくは、前記狭区間は直径が細くなっ
ており、その直径は前記内部導体のエンドの前縁でほぼ
中心付けられた区間で一定である。

【００２２】好ましくは、前記内部導体は連続する２つ
の中間ステップを有し、前記外部導波管の前記狭区間は
大半径を有する第２の中間ステップの中央部までほぼ伸
延している。好ましくは、前記狭区間はその両端で本質
的に階段状の肩を有する。本発明による渡りの特定の応
用は２帯域デュープレクサにある。

【００２３】本発明の他の特徴及び効果は、非限定的な
説明により与えられ、本発明の好ましい実施例の以下の
説明及び添付された図面るから明らかとなるであろう。

【００２４】前述のように、公知の渡りは、漸進的な型
式のものであり、角度αの値により特徴付けられる。半
径A 又はB が減少するとき、及び半径の非A/B が減少す
るときは、同軸導波管２５の遮断周波数が増加する。こ
のために合理的な範囲で低周波遮断周波数を保持したい
ときは、角度αが減少するに従って渡り長２２が大きく
なる。即ち、通過帯域が大きくなる。

【００２５】

【実施例】第３図は本発明の好ましい実施例により、同
軸導波管２１と同軸導波管２５との間の渡り３０の長さ
方向の断面を示す。

【００２６】図示の渡り３０は、- 半径Ｒ₁ 及び区間Ｌ
₁ を有する対象の狭区間３２を備えるのが好ましく、磁
界を収束することができる半径Ａの円形外部導波管３１
と、- ステップ３４とステップ３５との間の階段状の渡
り３８有する半径Ｒ2 及び区間Ｌ₂ と、最大の半径Ｂの
ステップ３５と中央導体部分との間の第２の階段状の渡
り３９を有する半径Ｒ₃ 及び区間Ｌ₃ とをそれぞれを有
し、２つのステップ３４、３５を形成する中心導体から
なり、前記中心導体部分が同軸導波管２５の中心導体２
３のエンドを形成する中心導体３３からなる内部導波管
との２つの部分に区分することができる。

【００２７】狭区間３２は好ましくは本質的に階段状の
２つの肩４０及び４１により区別される。肩４０及び４
１は中間のステップ３４及び３５に位置する。中心導体
３３の前縁３６は好ましくは階段であり、マイクロ波の
伝搬方向２４に対して垂直である。この場合に、中心導
体３３の位置は、前縁３６が円錐又は切頭になっている
とき程重要なもではない。中心導体３３の前縁３６が円
錐又は切頭のときは、同軸導波管２１の中心に前縁を配
置することが絶対的に必要であり、さもなくば好ましく
ない伝搬モードが励振される。例えば、導波管のTEM モ
ードは伝搬信号の周波数に無関係に伝搬することができ
る。

【００２８】しかし、中心導体３３の前縁４２を用いる
ことが全く可能であり、この場合に中心導体３３の正確
な位置はマイクロ波の効率的な伝搬に本質的なものであ
る。更に、前縁４２を切頭にしてもよい。

【００２９】異なる数のステップ３４、３５を有する中
心導体３３の使用を設定することが可能であり、渡り３
０における外部導波管上で異なるステップ数を実現する
ことも可能である。ステップ数は所望の通過帯域、同軸
導波管２１の幾何学的な形状、及び同軸導波管２５の関
数となっている。周波数と導波管における伝搬速度との
間の関係は分散のためにTE₁₁モードにおいて線形ではな
いので、補助的な渡りを付加すると、必然的にSWR の改
善はないが、渡り３０の長さを延長したことになる。

【００３０】前縁３６は、好ましくは、狭区間の中間に
にほぼ配置されるが、得るべき伝送特性に従って、当該
狭区間に対する前縁３６の他の位置に設定されてもよ
い。

【００３１】更に、本発明の好ましい実施例によると、
外部導波管３１の狭区間３２はほぼ半径Ｒ₃ を有するス
テップ３５の中央部まで伸延している。

【００３２】この場合の渡り３０は、同軸導波管２１に
（図示なしの締め付け手段により）固定して併合された
同軸導波管２５のエンドを構成するものか、又は同軸導
波管２１、渡り３０及び同軸導波管２５により形成され
た一体鋳造装置に集積されたものでもよい。

【００３３】その構造は、回転対称としたときは、伝搬
方向２４にTE1X及びTM_1XモードのみがTE₁₁モードにより
励振されるものでもよい。従って、支配的なモードはTE
₁₁モードであり、両導波管において第１の高次モードは
TM₁₁モードである。

【００３４】例えば半径Ａ＝40mmの同軸導波管を考える
と、その遮断周波数はTE₁₁モードのときは2.198GHzであ
り、TM₁₁モードのときは4.574GHzである。同一の方法に
より中心導体及び外部導波管がそれぞれ半径14mm及び40
mmである同軸導波管は、遮断周波数がTE₁₁モードについ
て1.815GHzであり、TM₁₁モードについて5.989GHzであ
る。

【００３５】従って、TE₁₁モードの伝搬は理論的に2.19
8GHz〜 4.574GHz の範囲の周波数について可能である。
実際において、分散が許容し得るときは、基底遮断周波
数は2.25GHz のレベルよりやや高い。従って、実際での
通過帯域の数値は、渡り要素を計算に入れなければ、2.
25GHz 〜 4.5GHz となる。通過帯域は、Ｆ_a を高周波と
し、Ｆ_b を低周波とすると、（Ｆ_a ・Ｆ_b ／Ｆ_b ）により与えられる。

【００３６】第２図に示すように既知構造の渡りのとき
は、通過帯域を50％(3〜4.GHz)、かつSWR を1.12( 渡り
のマッチングが良好なとき）以下に保持すると、比A/B=
2.85(A=40mm 及びＢ=14mm)及び8 度の角度αについて、
100mm の渡り長２２が得られる。通過帯域はSWR を低下
させないように50％に計画的に制限される。

【００３７】本発明の一実施例によると、次の幾何学的
な形状としてＲ₁ ＝38.72mm Ｒ₂ ＝5.94mm Ｒ₃ ＝10.3mm Ｌ₁ ＝52.48mm Ｌ₂ ＝21.19mm Ｌ₃ ＝22.66mm Ｌ₄ ＝2.07mm が与えられる。

【００３８】ただし、Ｌ₄ は、ステップ３５を中心導体
２３に接続する肩と、外部導波管３１の狭区間３２を大
半径により中心導体２３に接続するステップとの間の距
離である。これらの値により、以下の伝送特性、即ち - 等価通過帯域（3GHz〜4.5GHz、即ち50%)， - 1.12即ち等価値より低いSWR が得られる。

【００３９】従って、前述の実施例による渡り３０は、
第２図に示す渡り長２２と同一の通過帯域及びSWR 特性
を有すると共に、幾何学的な形状が同一の入力（同軸導
波管２１）及び出力導波管（同軸導波管２５）を有す
る。

【００４０】本発明の主な効果は、前記特性を有する渡
り３０がスペース・ファクタにおいて54.55mm(L₁＋L₄)
以上とすることなく、45.45 ％のゲインが得られる。標
準的な渡りとの類推から、この長さは14.45 °の角度α
に対応する。この場合に、通過帯域は25％以上の値を有
することはなく、1.12以下のSWR を有するのみである。
これは、本発明により「コンパクト」な渡り３０を用い
ることが有用なことを示すものである。SWR は、（同軸
導波管から同軸導波管へ、又は同軸導波管から同軸導波
管へ）マイクロ波が伝搬する方向に無関係に、同一性を
確保する。

【００４１】更に、渡り３０が短いので、その容量は公
知の渡りより小さい。これはサテライトの場合にこのよ
うな「コンパクト」な渡りを使用することが有利とな
る。当然、得るべき結果（通過帯域、SWR 等）に対応し
て付加的なステップを付加すること、種々の不連続性
（内部導体のステップ、外部導波管の凹み等）を変形す
ることが可能である。

【００４２】連続的なステップ３４、３５間を傾斜した
肩により接続することを推定できると共に、これらのス
テップは勿論、電磁波の伝搬方向２４に平行のままであ
る。

【００４３】第４図は本発明による渡り及び階段状の渡
りについてTE11モードのSWR の展開を示す。Ｘ軸の伝送
周波数の値は3GHzから4.5GHzまで変化する（TE₁₁モード
において通過帯域の50％）。

【００４４】特性５０は同軸導波管と同軸導波管との間
が本発明による「コンパクト」なステップ渡りである場
合のSWR の変化を表す。従来の長さ及び半径の値は関連
し合っている。50％通過帯域の場合は、SWR は伝送周波
数に無関係に、1.12以下に保持されたままであり、特に
3.3GHzの領域を最小値で通過する。

【００４５】特性５１は前述のように同一の導波管にお
ける階段状の渡りの特性である。即ち、同軸導波管の外
半径は40mmであり、円形導波管の半径も同様である。同
軸導波管の内部導体の半径は14mmであり、この内部導体
は切頭エンドを有する。特性５１は1.9 より大かつ一定
のSWR を有する。これは3.5GHzの領域において最小であ
り、周波数が4GHz以上となるときはSWR がかなり増加す
る。

【００４６】これらの結果は、本発明によるステップに
より「コンパクト」なステップ渡りに用いることによる
効果を明確に示している。

【００４７】同軸導波管と円形導波管との間の渡りにつ
いての特定的な応用は、２帯域デュープレクサ及び２極
性化を形成することにあることが明確である。本発明
は、同軸導波管と円形導波管との間の渡りを用いること
により、第１図に概略的に示す２帯域デュープレクサに
明らかに適用することができる。

【００４８】第１図に示すように、このような装置は円
形導波管１０を有し、これに渡り１１が固定され、２つ
のデュープレクサのセット１２及び同軸導波管１３が続
く。同軸導波管１３の中心には導体要素１４がある。こ
の導体要素１４は、同軸導波管の全般にわたって伸延
し、そのエンド１５は渡り１１に位置している。一般規
則として、水平及び垂直方向の分極は、２つの周波数帯
域で同一ではない。

【００４９】高帯域の励振はTE₁₁モードにおいて励振さ
れた円形導波管により実現される。円形導波管における
TE₁₁モードの励振に従って２つの分極が存在し得る。

【００５０】低帯域では、矩形導波管と同軸導波管との
間のスロットを介して結合することにより励振を行う。
同軸導波管のTE₁₁モードを励振するためには、２つの対
称スロットを用いる必要がある。導波管の幾何学的な形
状、及び動作周波数と無関係に伝搬するTEM モードの励
振はこの方法によっては実現できない。矩形導波管（図
示なし）を対称スロットによる励振用の２つの同一矩形
導波管に分離することは、マジックＴにより実現され
る。

【００５１】２つの対称導波管の位置に従って２つの分
極を得ることも可能である。電磁波を同軸導波管１０に
ではなく、放射要素に向かって伝搬させるためには、同
軸導波管１０の半径が低帯域の全周波数にとって短絡回
路を構成する必要がある。

【００５２】デュープレクサの値は、円形導波管形式で
出力するデュープレクサと比較すると、同軸導波管の場
合に通過帯域が大きいということである。同軸導波管の
２つの導体（内部導体及び外部導体）の半径が適当に選
択されるのであれば、高次モードは、円形導波管よりも
同軸導波管において高い周波数で発生する。この場合
に、２つの帯域間の周波数の間隔は更に大きくなる。

【００５３】

【発明の効果】本発明の「コンパクト」なステップ渡り
技術の実施では、ステップの渡りが低いSWR にするの
で、使用する２帯域は原理的に如何なるマッチングも必
要としない。本発明の型式の「コンパクト」なステップ
渡り３０を多くの技術分野、特に全般的に円形導波管伝
送から同軸導波管伝送へ、又はその逆に通過させる必要
があるデュープレクサの技術分野に適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】円形導波管と同軸導波管との間の渡りを用いて
２帯域デュープレクサの概略図である。

【図２】従来型式の円形導波管と同軸導波管との間の長
さ方向の断面図である。

【図３】本発明の特定の実施例による渡りの長さ方向の
断面図である。

【図４】本発明による渡り及び階段状の渡りについて、
3GHz〜4.5GHzの範囲の伝送周波数におけるSWR の変化を
示す図である。

【符号の説明】

２１、２５同軸導波管３１外部導波管３２狭区間３４、３５ステップ３６前縁３８、３９階段状の渡り４０、４１肩４２前縁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心導体を有する円形導波管と同軸導波
管との間で渡りを形成するように設計された型式の電磁
的な導波管の渡り要素において、前記渡り要素は前記同軸導波管の中心導体のエンド部分
を形成する内部導体と協働する円形の外部導波管を備
え、前記内部導体は少なくとも一つの中間渡りステッ
プ、及びその長さ方向にほぼ一定した区間を有すること
を特徴とする導波管の渡り要素。
【請求項２】前記内部導体は前記各中間渡りステップの
両エンドにおいて本質的に階段状の肩を有することを特
徴とする請求項１記載の渡り要素。
【請求項３】前記内部導体は円錐又は切頭前縁を有する
ことを特徴とする請求項１記載の導波管の渡り要素。
【請求項４】前記内部導体は階段状の前縁を有する円形
区間を有する第１のエンド・ステップと、前記第１のエ
ンド・ステップの半径より大きな半径を有すると共に、
前記第１のエンド・ステップに接続された第１の階段状
の肩を有する第２のステップと、前記同軸導波管の前記
中心導体に接続された第２の階段状の肩とを備えている
ことを特徴とする請求項１又は２記載の導波管の渡り要
素。
【請求項５】前記前記円形外部導波管は前記中間渡りス
テップ又は前記内部導体の複数ステップのレベルでその
内径が狭い狭区間を有すること特徴とする請求項１記載
の導波管の渡り要素。
【請求項６】前記狭区間は直径を縮小させ、前記直径が
前記内部導体のエンドの前縁でほぼ中心付けられた一区
間で一定であること特徴とする請求項５記載の導波管の
渡り要素。
【請求項７】前記内部導体は連続する２つの中間渡りス
テップを備え、かつ前記外部導波管の前記狭区間は大き
な半径を有する前記第２の中間渡りステップの中間部分
までほぼ伸延していること特徴とする請求項６記載の導
波管の渡り要素。
【請求項８】前記狭区間はその２つのエンドで本質的に
階段状の肩を有すること特徴とする請求項５から７まで
のいずれか一つに記載の導波管の渡り要素。
【請求項９】渡り要素には２帯域デュープレクサが備え
られていること特徴とする請求項１から８までのいずれ
か一つに記載の導波管の渡り要素。