JPH0821805B2

JPH0821805B2 - ビーム伝送用方向性結合器

Info

Publication number: JPH0821805B2
Application number: JP16346789A
Authority: JP
Inventors: 正治後藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-06-26
Filing date: 1989-06-26
Publication date: 1996-03-04
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: JPH0329402A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、核融合実験装置等に用いられる大電力ミ
リ波の偏向部に使用されるビーム伝送用方向性結合器に
関するものである。

〔従来の技術〕

第４図および第５図はそれぞれ従来のミリ波ビーム伝
送系の偏向部を示す断面図であり、第４図において、1a
はミリ波ガウスビーム（以下、ガウスビームという。）
の入射側焦点、1bはガウスビームの反射側焦点、2aは入
射側ガウスビーム（以下、入射波という。）、2bは反射
側ガウスビーム（以下、反射ビームという。）、３は入
射波2aを反射する反射板、４は反射板３の中央部に設け
られた開口部、5aは入射側焦点1aに対向するように開口
部４に接続され、その入射側焦点1aの方向から開口部４
に入力される入射波2aを導入する導波管（第１の導波
管）、5bは反射側焦点1bに対向するように開口部４に接
続され、その反射側焦点1bの方向から開口部４に入力さ
れる反射波15を導入する導波管（第２の導波管）、6aは
入射波測定用の検波器（第１の検波器）、6bは反射波測
定用の検波器（第２の検波器）、15は反射側焦点1b方向
から反射板３に反射してくる反射波である。また、第５
図において、7aは入射波2aをモニタするためのホーンア
ンテナ、7bは反射ビーム2bをモニタするためのホーンア
ンテナである。

次に動作について説明する。100GHz程度以上の大電力
ミリ波は、導波管で伝送するとオーミックロスによる損
失が大きく、また、オーバサイズ導波管を使用するため
に不要モードへの変換による損失も大きいので、ガウス
ビームによるビーム伝送が行われている。反射板３は入
射側焦点1aおよび反射側焦点1bの２点の焦点とする回転
楕円体の一部となっていて、光学的には、入射側焦点1a
から出た光は反射板３で反射され、反射側焦点1bに収束
する。ミリ波ガウスビームに対しても、光の場合とほぼ
同様に取り扱うことができ、反射板３と次の反射板（図
示せず）のほぼ中間に収束するように焦点距離を選んで
反射板３の形状を決めている。このようなビーム伝送系
においても、導波管による立体回路伝送系の場合と同様
に入射電力および反射電力を測定する必要がある。第４
図において、入射側焦点1aの方向から入射した入射波2a
の一部は、反射板３の中央部に設けられた開口部４から
導入され、導波管5aを通過して検波器6aで検出される。
導波管5aは入射波2aの入力方向に向いているので、検波
器6aは主として入射波2aによる入射電力を検出してい
る。一方、反射側焦点1bの方向から反射板３に反射して
くる反射波15の一部は、検波器6bで検出される。導波管
5bは反射波15の入力方向に向いているので、検波器6bは
主として反射波15による反射電力を検出している。ここ
で、開口部４と導波管5a,5bとでそれぞれ方向性結合器
が構成されている。

また、第５図に示した構成では、反射板３の外側にホ
ーンアンテナ7a,7bを設け、それぞれ入射側焦点1aまた
は反射側焦点1bの方向に向けてある。このように設けら
れているので、入射波測定用の検波器6aは主として入射
波2aによる入射電力を、反射波測定用の検波器6bは主と
して反射波15による反射電力を検出している。ここで
は、ホーンアンテナ7a,7bでそれぞれ方向性結合器が構
成されている。

なお、第６図はガウスビームを90゜偏向させる場合を
示す説明図であり、第７図はガウスビームを任意の角度
に偏向させる場合を示す説明図である。

〔発明が解決しようとする課題〕従来のビーム伝送用方向性結合器は以上のように構成
されているので、反射板３に開口部４を設けた場合に
は、反射板３における損失を小さくするために、および
大電力のミリ波が入射するために開口部４の径を大きく
できず、また、開口部４が導波管5a,5bに対して斜めで
あることにより方向性が良くないという問題があった。
そして、ホーンアンテナ7a,7bを用いた場合には、ビー
ム伝送系全体を外部からシールドする必要があることか
ら、ホーンアンテナ7a,7bの開口部を大きくできず、方
向性が良くないという課題に加えて、入射波2aまたは反
射波15のサイドローブが大きい時には実際の電力の測定
が難しいという課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされ
たもので、さらに方向性を向上させることができるビー
ム伝送用方向性結合器を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るビーム伝送用方向性結合器は、ガウス
ビームを偏向させる反射板に複数個のビーム導入部と、
このビーム導入部から導入した入射波または反射波の一
部である導入波を合成するビーム合成部とを設け、これ
らビーム導入部の設置位置を、入射方向の距離差と反射
方向の距離差との差がガウスビームの半波長の奇数倍の
関係になる位置としたものである。

〔作用〕

この発明におけるビーム合成部は、複数のビーム導入
部から導入したそれぞれの導入波に含まれる入射波およ
び反射波の一部のうち、一方の波に対しては位相を重ね
て合成し、他方の波に対しては位相を打消し合うように
合成する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図において、8aは入射波2aの入力方向に向けて反射板
３に設けられた開口部であり、8bは反射波15の入力方向
に向けて設けられた開口部である。ここで、中央部に設
けられた開口部４と開口部8aとは、入射波2aに対するビ
ーム導入部であり、開口部４と開口部8bとは反射波15に
対するビーム導入部である。また、9a,9bはそれぞれ、
開口部４から導入した入射波2aまたは反射波15の一部で
ある導入波の振幅調整を行う可変減衰器、10a,10bはそ
れぞれ導入波の位相調整を行う移相器、12a,12bはそれ
ぞれ開口部8a,8bから導入した導入波が通過する導波
管、11a,11bはそれぞれ双方の導入波を合成するマジッ
クＴである。ここで、開口部8a,8bおよび導波管12a,12b
は２つのビーム導入部を構成しており、また、可変減衰
器9a,9b、移相器10a,10bおよびマジックT11a,11bは２つ
のビーム合成部を構成している。そして、21は入射側焦
点1aから開口部４までの距離と入射側焦点1aから開口部
8aまでの距離との距離差（入射方向の距離差）、22は反
射側焦点1bから開口部４までの距離と反射側焦点1bから
開口部8aまでの距離との距離差（反射方向の距離差）で
あり、同様に、23は反射側焦点1bに関する開口部4,8b間
の距離差（反射方向の距離差）、24は入射側焦点1aに関
する開口部4,8b間の距離差（入射方向の距離差）であ
る。その他のものは、同一符号を付して第４図に示した
ものと同一のものである。

次に動作について説明する。入射側焦点1aから放射さ
れたものとみなせる入射波2aの一部は、反射板３に設け
られた開口部4,8aからそれぞれ導波管5a,12aに導入され
る。また、反射側焦点1bから放射されたものとみなせる
反射波15の一部は、入射波2aによる導入波よりも結合度
は小さいが、やはり開口部4,8aからそれぞれ導波管5a,1
2aに導入される。この時に、入射側焦点1aに関する距離
差21と反射側焦点1bに関する距離差22との差をλ₀/2
（λ_０は入射波を構成するミリ波の自由空間波長）の奇
数倍となるように、開口部4,8aの位置を決めておき、か
つ、可変減衰器9aと移相器10aとの設定値を適当に選ん
でおくと、マジックT11aの出力は、導波管5a,12aに導入
された導入波のうち入射波2aの一部が同相で重ね合わせ
られたものとなる。同時に、反射波15の一部が逆相で重
ね合わせられたものとなり、結局、打消し合うことにな
る。このように構成して得られる方向性は、従来の場合
は20〜30dBであったのに対して、40dB以上とすることが
可能である。

同様の考え方で、距離差23,24の差をλ₀/2の奇数倍に
しておくと、反射波15に関して方向性が良い方向性結合
器を構成できる。

なお、上記実施例では、反射板３に開口部4,8aおよび
開口部4,8bを設けたものを示したが、開口部8a,8bに換
えて、ホーンアンテナ7a,7bを設けてもよい。第２図
は、ホーンアンテナ7aを、入射側焦点1aに関する距離差
31と反射側焦点1bに関する距離差32との差がλ₀/2の奇
数倍となる位置に、入射波2aの入力方向に向けて設け、
ホーンアンテナ7bを、反射側焦点1bに関する距離差33と
入射側焦点1aに関する距離差34との差がλ₀/2の奇数倍
となる位置に、反射波15の入力方向に向けて設けたもの
である。このように構成しても、上記実施例と同様の効
果を期待できる。この場合には、開口部４およびホーン
アンテナ7a,7bがビーム導入部を構成している。

また、上記各実施例では、開口部8a,8bまたはホーン
アンテナ7a,7bを反射面上に設けたものを示したが、距
離の差がλ₀/2の奇数倍となる位置であればどこでもよ
い。

第３図（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ第１図、第２図に
示した反射板３の中心の垂直方向から見た図である。第
３図（Ｃ），（Ｄ）も同方向から見た図であるが、両図
において、２つの開口部13または２つのホーンアンテナ
14を、反射板３の中心に対して対称となる位置に追加し
たものが示されている。このように構成すれば、それら
に入射する入射電力の差を求めることにより、入射ビー
ムの軸ずれを同時に測定することもできる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によればビーム伝送用方向性
結合器を、複数個のビーム導入部から導入した導入波を
ビーム合成部で合成するように構成したので、従来に比
べてより方向性がよいものを安価に得られる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるビーム伝送用方向性
結合器を含むビーム偏向部を示す断面図、第２図はこの
発明の他の実施例によるビーム伝送用方向性結合器を含
むビーム偏向部を示す断面図、第３図（Ａ），（Ｂ）は
それぞれ第１図、第２図に示したものを反射板の中心の
垂直方向から見た場合の外形図、第３図（Ｃ），（Ｄ）
はそれぞれこの発明のさらに他の実施例によるビーム伝
送用方向性結合器の一部を示す外形図、第４図および第
５図はそれぞれ従来のビーム伝送用方向性結合器を含む
ビーム偏向部を示す断面図、第６図および第７図はそれ
ぞれ反射板の使用例を示す説明図である。 2aは入射側ガウスビーム、2bは反射側ガウスビーム、３
は反射板、４は開口部（ビーム導入部）、5a,5bは導波
管、7a,7bはホーンアンテナ（ビーム導入部）、8a,8bは
開口部（ビーム導入部）、9a,9bは可変減衰器（ビーム
合成部）、10a,10bは移相器（ビーム合成部）、11a,11b
はマジックＴ（ビーム合成部）、12a,12bは導波管、15
は反射波。なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガウスビームを偏向させる反射板と、前記
反射板の中央部に設けられた開口部と、入射側焦点に対
向するように前記開口部に接続され、その入射側焦点の
方向から前記開口部に入力されるガウスビームを導入す
る第１の導波管と、反射側焦点に対向するように前記開
口部に接続され、その反射側焦点の方向から前記開口部
に入力されるガウスビームを導入する第２の導波管と、
前記第１の導波管により導入されたガウスビームを測定
する第１の検波器と、前記第２の導波管により導入され
たガウスビームを測定する第２の検波器とを備えたビー
ム伝送用方向性結合器において、入射方向の距離差と反
射方向の距離差との差が前記ガウスビームの半波長の奇
数倍となる位置に、前記ガウスビームを導入する２つの
ビーム導入部を設けるとともに、各ビーム導入部が導入
したガウスビームをそれぞれ前記第１及び第２の導波管
が導入したガウスビームに合成する２つのビーム合成部
を設けたことを特徴とするビーム伝送用方向性結合器。