JPH09107224A - 誘電体導波管を用いたマイクロ波遷移装置とアンテナ - Google Patents

誘電体導波管を用いたマイクロ波遷移装置とアンテナ

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JPH09107224A
JPH09107224A JP8248680A JP24868096A JPH09107224A JP H09107224 A JPH09107224 A JP H09107224A JP 8248680 A JP8248680 A JP 8248680A JP 24868096 A JP24868096 A JP 24868096A JP H09107224 A JPH09107224 A JP H09107224A
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waveguide
distal end
rod
microwave
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JP8248680A
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Richard D Dyott
リチャード・ディー・ダイオット
Thomas D Monte
トーマス・ディー・モント
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Andrew LLC
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
    • H01Q19/09—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens wherein the primary active element is coated with or embedded in a dielectric or magnetic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/20—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/24—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave constituted by a dielectric or ferromagnetic rod or pipe

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属導波管から誘電体導波管中へマイクロ波
信号を効率的に発射するマイクロ波遷移装置を提供す
る。 【解決手段】 マイクロ波アンテナは、遠位端近くのカ
ットオフ寸法まで内方にテーパの付いた単一モードの金
属導波管１０と、金属導波管の遠位端部分内に同軸に取
り付けられ且つ金属導波管の内方テーパ部分に向かって
外方にテーパの付いた第１の誘電体導波管１１と、金属
導波管の遠位端を越えて第１の誘電体導波管を囲み、第
１の誘電体導波管より低い誘電率の第２の誘電体導波管
１２とを備える。第１の誘電体導波管は、軸線方向に金
属導波管の遠位端を越えて延在し、またその遠位端は、
その遠位端に向かって伝播する信号を第２の誘電体導波
管中へ発射すべくその軸心に向かって内方にテーパが付
けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に、誘電体ロッ
ドを用いる形式のマイクロ波遷移装置及びアンテナとに
関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主要な目的
は、金属導波管から誘電体導波管までマイクロ波信号を
効率的に発射するためのマイクロ波遷移装置の改良を提
供することである。
【０００３】本発明の別の主要な目的は、１０ＧＨｚ以
上の周波数で動作するとき２０ｄＢを上廻る利得を発生
させることのできる誘電体ロッドアンテナの改良を提供
することである。
【０００４】本発明の別の重要な目的は、Ｅ面およびＨ
面の双方において狭い主ローブと極めて小さいサイドロ
ーブとを有するパターンを発生させる誘電体ロッドアン
テナの改良を提供することである。
【０００５】本発明のさらに別の目的は、小型で軽量で
ある誘電体ロッドアンテナの改良を提供することであ
る。
【０００６】本発明のさらに別の目的は、効率よくかつ
経済的に製作し得るマイクロ波遷移装置と誘電体ロッド
アンテナの改良を提供することである。
【０００７】本発明のその他の目的や利点は以下の詳細
説明および添付図面から明らかとなる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、前記の
目的は、単一モードの金属導波管と、前記金属導波管の
遠位端部分内に同軸に取り付けられ且つ第１の誘電材料
で作られた誘電体ロッドであって、当該誘電体ロッドの
遠位端部分が前記金属導波管の遠位端を越えて延圧する
誘電体ロッドと、前記金属導波管の遠位端を越えて前記
誘電体ロッドを囲み且つ前記第１の誘電材料の誘電率よ
り低い誘電率を有する第２の誘電材料とを備える。前記
誘電体ロッドの端部分は、前記誘電体ロッドの遠位端に
向かって伝播する信号を前記第２の誘電材料中へ発射す
るために前記誘電体ロッドの遠位端に向かって内方にテ
ーパが付けられている。
【０００９】本発明によるマイクロ波遷移装置は、第２
の誘電材料中へ発射された信号を誘電体ロッドから放射
するか、あるいは信号を受け取り、該信号を誘電体ロッ
ド中へ、そして金属導波管中へ結合するために第１の誘
電材料の遠位端において、あるいはそれを越えて第２の
誘電材料を終らせることによりマイクロ波アンテナを形
成する上で特に有用である。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明をある好適実施例に関して
説明するが、本発明をこれらの特定の実施例に限定する
意図の無いことが理解される。逆に、特許請求の範囲に
記載の本発明の精神と範囲とに含まれる全体の代替、修
正および均等物は全て本発明に網羅する意図である。
【００１１】さて図１と図２とを参照すれば、三つの要
素、すなわち一端に朝顔型ホーン（ｆｌａｒｅｄ ｈｏ
ｒｎ）１４を有する金属導波管１０と、第１の誘電体導
波管１１と、第２の誘電体導波管１２とから形成された
マイクロ波アンテナが示されている。送信モードにおい
ては、金属導波管１０は、図１および図２において左方
端である導波管の近位端に接続された信号発生源からマ
イクロ波信号を受け取る。金属導波管１０は、円形断面
であり、信号伝播の基本モードがＨ11モードとしても知
られているＴＥ11であるような寸法とされていることが
好ましい。金属導波管１０はまた、単一モードである、
すなわちＴＥ11より高次モードがカットオフ（遮断）さ
れるような寸法とすることが好ましい。
【００１２】金属導波管１０の遠位端は、中実の誘電体
ロッドの形態の第１誘電体導波管１１を含む。誘電体ロ
ッド１１の誘電率は約４以下であることが好ましい。特
に適した一材料は誘電率εが約２.６であるレクソライ
ト（Ｒｅｘｏｌｉｔｅ）である。誘電体ロッド１１の近
位端部分１１ａは外方にテーパが付けられ、金属導波管
１０の囲繞部分１０ａはＴＥ11モード信号を誘電体ロッ
ド１１に転送すべく内方にテーパが付けられている。金
属導波管１０の内方テーパと誘電体ロッド１１の外方テ
ーパとが１３のところで終り、そこで二面が相互に合わ
さる。内方テーパの終る１３における金属導波管１０の
最小直径は、誘電材充填型円形導波管のＴＭ01モードに
対するカットオフ寸法より小さいことが好ましい。
【００１３】金属導波管と誘電体導波管との間でエネル
ギを結合するための図１および図２に示す遷移装置（ｔ
ｒａｎｓｉｔｉｏｎ）の代替として、金属導波管空洞は
一端において前記空洞中へ延在している従来のプローブ
に、他端において誘電体ロッド１１に結合することがで
きる。この場合、ロッド１１はホーン１４の喉部内にお
いて終り（すなわち、ロッド１１の左端におけるテーパ
部分は排除される）、金属導電管空洞はロッド１１と同
じ横断面寸法および形状となる。
【００１４】金属導波管１０の遠位端部分は、金属導波
管１０から第１の誘電体導波管１１中へ信号を発射する
ために、外方へ広がりホーン１４を形成する。ホーン１
４内部にある、すなわち１３の点と金属導波管１０の遠
位端との間にある誘電体ロッド１１の部分は概ね一定の
直径である。ホーン１４は、金属との境界を徐々に除去
し、ＴＥ11モード信号がホーンの開口から何ら著しく放
射することなくＨＥ11モードで誘電体ロッド１１に発射
される、すなわちホーン開口が誘電体ロッドの無い場合
動作周波数で非放射性であることを確実にするために指
数関数的にテーパが付けられていることが好ましい。ホ
ーン１４は、誘電体導波管の界のエバネセント・テール
（ｔａｉｌ）をピーク値以下の約４０〜５０ｄＢのレベ
ルまで低下させるに十分大きい直径において終る。指数
関数的なホーンのテーパが好ましい理由は、勾配がホー
ンの始まりにおいて零で、次いで、勾配が最も臨界的
（ｃｒｉｔｉｃａｌ）であるところの小さい直径で初め
て徐々に変化するからである。大きい直径では勾配は臨
界的でなく、これらの直径において指数関数的テーパの
勾配は最も急速に変化する。特に好ましい指数関数的ホ
ーンのテーパは式ｒ＝ｅｘｐ（ａｘ2）−ｒ0に追従す
る。
【００１５】ホーン１４を越えると、誘電体ロッド１１
はロッド１１の側面からの目立った放射を排除するに十
分小さい角度（約５度以下、好ましくは約２度以下）に
おいて内方にテーパが付いている。さらにコンパクトな
設計に対しては、ロッド１１のテーパはホーン１４の内
側で始まるようにし得る。ロッド１１の直径が小さくな
るにつれて、ロッドの外側の界が広がり、第２の誘電体
導波管１２によって捕捉され比較的大きいアンテナ開口
を形成する。以下詳述するように、ロッド１１の最大径
は、ロッドの材質の誘電率に対して、かつ動作周波数に
おいて、界をロッド内に収容するようにするに十分大き
いものであるよう選択される。最小径はエネルギ分布の
殆んどがロッド１１の外側であるようにするに十分小さ
いように選択される。ロッド１１の長さにわたる最小お
よび最大直径の間のテーパは、テーパからの放射を最小
とするために直径が小さくなるにつれて、その勾配が低
減することが好ましい。
【００１６】誘電体導波管の物理的寸法は、コアとクラ
ッディング材料との誘電率によって決まる。誘電体ロッ
ド導波管の正規化した波数Ｖdrwgは、
【数１】 として知られている。但しＫO＝（２π）／λO、λOは
動作波長で、ｂはコアの半径である。コアとクラッディ
ング材料との相対誘電率はそれぞれε1およびε2であ
る。単一モードの動作領域は ０＜Ｖdrwg＜２.４０５ である。しかしながら、Ｖdrwgが小さすぎると、導波管
の界はクラッディングの中へ非常に遠くまで延在する。
実用的視点からの最小波数はＶdrwg＞１である。界が導
波管に対して緊密に境接する（ｂｏｕｎｄ）にはＶdrwg
≒１.５が好ましい。Ｖdrwg＜１の場合、パワーの著し
い量がコアの外側にある。従って、実用的な検討から、
誘電体ロッド導波管の単一モード動作範囲は １＜Ｖdrwg＜２.４０５ に限定される。
【００１７】完全に導電性の壁を備えた円形導波管の単
一モードの動作範囲は １.８４１＜Ｖcwg＜２.４０５ によって与えられる。
【００１８】Ｖcwg＝Ｋ0ａ（ε1）1/2で、ａは金属の境
界の半径である。誘電率ε1を有する誘電材で充填し、
半径ａの単一モード範囲で動作している円形導波管か
ら、同じ誘電材料で構成され、誘電率ε2の第２の誘電
材料に埋められた半径ｂで、これも単一モード型（ｒｅ
ｇｉｍｅ）で動作している誘電体ロッド導波管への遷移
装置を下記する。
【００１９】誘電体ロッド導波管の半径ｂはε1とε2と
の比によって決まる、ε1／ε2が大きいと、当該半径ｂ
は円形導波管の半径より小さい。誘電率の差が小さい
と、半径ｂは円形金属導波管の単一モード型で許容され
る最大の寸法より大きい。この場合、高次モードを発生
させることなく一方の導波管から他方の導波管へ遷移さ
せる遷移装置が必要とされる。正規化した波数の比は
【数２】 によって与えられ、図３にプロットされている。Ｖdrwg
が最小値でＶcwgが最大値であるときの誘電率の比が存
在し、当該比はε1／ε2が単純な導波管遷移装置を提供
するには小さすぎる場合を規定する。このことが起るの
は
【数３】 のときである。前述の式を反転すると、
【数４】 となる。臨界的な比ε1／ε2＝１.２０９が判る。この
臨界的な値以下の比に対しては、円形金属導波管の半径
は大きすぎるためオーバモードされる。円形導波管の最
大許容寸法と適合させるようロッドの寸法が小さくされ
ると、動作Ｖdrwgは許容可能な実用値より小さくなる。
【００２０】図１と図２とを再び参照すれば、第２の誘
電体導波管１２の近位部分が誘電体ロッド１１の周りに
形成され、導波管１２の遠位部分はロッド１１の遠位端
を越えて延在することが好ましい。代替的に、誘電体導
波管１２はロッド１１の遠位端において終るようにでき
る。この第２誘電体導波管１２はロッド１１よりはるか
に小さい誘電率を有するように発泡誘電体（ｆｏａｍ
ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）で形成することが好ましく、勿
論、導波管１２もロッド１１より大きい直径を有してい
る。最も好ましい発泡誘電体は誘電率が約４.０以下の
ものである。この導波管１２の誘電率が低ければ低いほ
ど、モードの界分布は大きく、従って、実効アンテナ開
口とその結果の利得とは大きくなる。
【００２１】第２の誘電体導波管１２が存在することに
より、誘電率のより低い導波管のモード界がより大きい
ため、アンテナの利得を著しく増大させる。利得の大き
さは誘電体の直径と、内側ロッド１１の遠位端を越えた
その延在長さによって決まる。図２の点線１５ａ及び１
５ｂで示すように、利得は、第２の導波管１２の直径を
該第２の導波管の遠位端に向かって増大あるいは減少さ
せるために徐々にテーパを付けることによってさらに増
大させることができる。但し、テーパ付けは第２の誘電
体から横方向への放射を阻止するに十分徐々にされてい
るものとする。テーパによる直径の変化により誘電体導
波管のＶを変化させ、最大利得が最小であるＶの値から
Ｖを増減することにより増大させることができる。アン
テナのサイズが小さいためそのようなテーパはミリメー
タ未満（ｓｕｂｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ）の波に対して特
に可能である。
【００２２】また、アンテナ利得は、各々の一連のシー
スが隣接する内側シースより導電率が小さいようにし
て、多数の同心状の誘電材料のシースを用いることによ
っても増大させることができる。各シースはその遠位端
に向かって直径が小さくなるようにテーパが付けられ、
次の外側のシースが、隣接する内側のシースの端部を越
えて軸方向に延在する。電磁波が一方のシースから別の
シースに渡される度にモード界が増大し、そのため利得
も増大する。
【００２３】アンテナの開口にわたる界分布は、ロッド
において周期的であるベッセルＪ0関数により、またロ
ッドを囲む空間において半径が増えると指数関数的に低
減するベッセルＫ0関数により概ね記述される。これら
の関数により記述される界分布は、開口が十分大きい場
合概ねガウス分布であり、従って、開口は狭い主ローブ
と低いサイドローブで放射する。放射パターンも回転対
称であり、従って第１のサイドローブのレベルはＥおよ
びＨ平面において概ね同じである。
【００２４】所望に応じて、誘電体導波管１１および１
２の一方あるいは双方の形状は、パターン及び偏波を制
御するために形作られ得る。例えば、内側導波管１１は
そのいずれかの個所に僅かに楕円形の横断面とすること
ができる。また、形状のため、双方の偏波方向の間の誘
発された全体の位相遅れが９０度に対して設計された場
合、アンテナは円形偏波を受信あるいは送信する。代替
的に、外側誘電体導波管１２の断面形状は放射パターン
の指向性を向上させるように成形できる。その結果偏波
間の相対的な位相遅れは内側導波管１１を僅かに変形さ
せることにより打ち消すことができ、そのためアンテナ
が直線偏波された信号を受信及び送信するが調整された
パターンでもって放射する。導波管１１および１２は円
形横断面を有するものとして図示してきたが、その他の
適当な横断面としては楕円形、卵形、長方形がある。
【００２５】中実の誘電体導波管における正規化した波
数Ｖは次式によって定義される。
【００２６】
【数５】 但し、ｄは導波管の直径、λ0は動作周波数における自
由空間長で、ε1とε2はそれぞれ、導波管の材料と、導
波管を囲む材料との誘電率である。
【００２７】円形ロッドに対して、Ｖの値は、所望のＨ
Ｅ11モードより高次モードをカットオフするために２.
４以下でなければならない。発泡誘電体においてはε2
＝１.０３である。そのため、発泡誘電体によって囲ま
れ、２８.５ＧＨｚの周波数で動作しているレクソライ
ト（Ｒexolite）のロッド（ε1＝２.５５）、但しλ＝
１.０５２ｃｍに対してロッドの直径ｄの最大値は以下
の通り計算できる。
【００２８】
【数６】 実用的には、Ｖが約１.５以下の場合、ロッドの外側の
界は遠くまで延在しすぎる。このため、２８.５ＧＨｚ
で動作している発泡誘電体におけるレクソライトのロッ
ドに対して、ｄの最小値は以下のように計算できる。
【００２９】
【数７】 ＴＥ11モードのエネルギーを誘電体導波管１１中へ発射
するには、金属導波管１０の内径は、金属導波管がレキ
ソライトの誘電体で充填される場合ＴＭ01モードをカッ
トオフするに十分小さくされる。この結果を達成するに
は、金属導波管１０の内径は２８.５ＧＨｚにおいて０.
５０４ｃｍ以下に下げる必要がある。この直径におい
て、比較的高い誘電率を有する誘電材料を用いてＶの値
を１.５以上に保ち、それによりホーンの外側の界の過
度の拡張を排除する必要がある。しかしながら、信号が
誘電体導波管の中に入ってから、導波管の直径は徐々に
大きくできる。
【００３０】本発明の一例として、２８.５ＧＨｚで動
作するように設計されたアンテナは内側の誘電体ロッド
が直径が０.４９１ｃｍで、テーパ部分の長さが１９.３
ｃｍで、直径０.２４６ｃｍまでテーパが付けられてい
るレクソライト製であった。外側の誘電シースは膨張し
たポリスチレンフォームから作られ、直径３.８１ｃｍ
で長さは４０.６４ｃｍであった。２個の誘電体の誘電
率は２.５５と１.０３であった。発泡体クラッディング
導波管（ｆｏａｍ ｃｌａｄｄｉｎｇ ｗａｖｅｇｕｉ
ｄｅ）を備えるレクソライト・ロッドのＶ値はテーパ部
分の前で１.８、テーパ付内側ロッドの終りではＶ値は
０.９であった。自由空間クラッディング導波管（ｆｒ
ｅｅ ｓｐａｃｅ ｃｌａｄｄｉｎｇ ｗａｖｅｇｕｉ
ｄｅ）を備えた誘電シースのＶ値は２.１２であつた。
このアンテナは２５.４ｄＢｉの指向性を有する良好な
放射パターンを発生させた。このアンテナによって発生
した放射パターンの例を図４に示す。
【００３１】本発明のアンテナは、伝送線と該アンテナ
の中央の内側ロッドとの間で信号を直接結合することが
できるため、誘電体導波管の形態の伝送線と組み合わせ
ると特に有用である。同様に、本発明のアンテナは一体
の光学系から形成した高周波数回路に直接結合すること
ができる。
【００３２】ＴＥ11モードをＨＥ11モードに、あるいは
その逆に変換するための図１と図２とに示すアンテナに
用いる遷移装置は誘電体導波管を例えば金属導波管のよ
うな非誘電伝送線に結合する上でも有用である。図５に
示す遷移装置においては、マイクロ波のエネルギーは円
形の金属導波管３０と円形誘電体導波管３１との間で結
合される。金属導波管３０は標準の円形導波管である。
誘電体導波管３１は低密度の発泡誘電体クラッディング
３３を有する。また、誘電体導波管３１は中実誘電体あ
るいは発泡誘電体クラッディング３３より密度が僅かに
高い発泡誘電体から作られたコア３２を有する。コア３
２内の中実の誘電体ロッド３４は前述した誘電体ロッド
１１と同様に金属導波管３０中へ延在している。前記ロ
ッド３４はコア３２内で終るまではその遠位端に向かっ
て徐々にテーパが付けられている。以下の例において、
誘電体導波管はクラッディングより比較的高密度の発泡
体のコアから構成されている。クラッディングの発泡体
の誘電率は１.０３５でよい。コアの誘電率は１.１２で
よい。この形式の誘電体導波管は発泡誘電体の低損失特
性のため望ましいものである。二種類の誘電率の比は
１.０８２である。この比は臨界値１.２０９以下である
ため、コアの直径は単一モードの円形金属導波管の直径
より大きい。
【００３３】図５に示す遷移装置に用いられている隣接
する誘電材料間の誘電率の差は極く小さいことが望まし
い。例えば、内側ロッド３４、コア３２、発泡体クラッ
ディング３３の誘電率はそれぞれ２.５５、１.１２およ
び１.０３５でよい。これらの誘電率を有し、３８.５Ｇ
Ｈｚ（λ＝１.０５２ｃｍ）で動作するように設計され
た材料を用いている遷移装置において、ロッド３４は最
大直径が０.４９１ｃｍで、０.２２度のテーパ角度で３
１.４ｃｍの長さにわたって遠位端の０.２４６ｃｍまで
テーパが付いている。コア３２とクラッディング３３と
は、それぞれ２.２９６ｃｍおよび１１.４８３ｃｍの直
径を有する。対応するＶ値はロッド３４のテーパ部分の
大径の端部において１.７５、ロッド３４のテーパ部分
の小径端において０.８７、ロッド３４の端部を越えた
ところで２.０である。コア３２の特に好ましい誘電材
料は、例えば前述の３８.５ＧＨｚのような周波数ある
いはそれ以上において低損失特性を示すアイソタクティ
ック・ポリプロピレンである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による誘電体ロッドアンテナの破断分解
斜視図。
【図２】図１に示す誘電体ロッドアンテナの長手方向拡
大断面図。
【図３】円形の金属誘電充填型導波管に対して誘電体ロ
ッド導波管を関連づけた或るパラメータのグラフ。
【図４】本発明を実施したアンテナの一例によって発生
した放射パターン。
【図５】金属導波管のマイクロ波信号を誘電体導波管中
へ発射するマイクロ波遷移装置の長手方向断面図。
【符号の説明】
１０，３０ 金属導波管 １１，１２，３１ 誘電体導波管 １４ ホーン ３２ コア ３３ クラッディング ３４ 誘電体ロッド

Claims (36)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 波長λ0で動作する単一モードの金属導
    波管と、 前記金属導波管の遠位端部分内に同軸に取り付けられ、
    誘電率ε1を有する第１の誘電材料で作られた誘電体ロ
    ッドであって、当該誘電体ロッドの遠位端部分が前記金
    属導波管の遠位端を越えて延圧する誘電体ロッドと、 前記金属導波管の遠位端を越えて前記誘電体ロッドを囲
    み、前記第１の誘電材料の誘電率より低い誘電率ε2を
    有する第２の誘電材料とを備え、 前記誘電体ロッドの遠位端に向かって内方にテーパが付
    いている前記誘電体ロッドの端部分が、前記誘電体ロッ
    ドの遠位端に向かって伝播する信号を前記第２の誘電材
    料中へ発射するための誘電体遷移領域を画成し、 前記誘電体ロッドは前記誘電体遷移領域の始まりで直径
    ｄ1を有し、 前記第２の誘電体材料は前記誘電体遷移領域の終わりで
    直径ｄ2を有し、 前記第１の誘電体材料は式πｄ1（λ0）-1（ε1−ε2）
    1/2により規定される波数Ｖ1を有し、 前記第２の誘電体材料は式πｄ2（λ0）-1（ε2−１）
    1/2により規定される波長Ｖ2を有し、 前記波長Ｖ1及びＶ2は、前記第１及び第２の誘電体材料
    が基本導波管モード以外のモードを支持することができ
    る点を規定する上限と、界が前記第１及び第２の誘電体
    材料の外側の遠方に延在するためパターンの劣化が生じ
    る点を規定する下限との間の値を有する、マイクロ波遷
    移装置。
  2. 【請求項２】 前記第１の誘電材料の誘電率が約４以下
    である、請求項１記載のマイクロ波遷移装置。
  3. 【請求項３】 前記第２の誘電材料が前記誘電体ロッド
    の遠位端を越えて延在する、請求項１記載のマイクロ波
    遷移装置。
  4. 【請求項４】 前記誘電体ロッドを収容した前記金属導
    波管がその遠位端近傍でカットオフ寸法まで内方にテー
    パの付いている、請求項１記載のマイクロ波遷移装置。
  5. 【請求項５】 前記誘電体ロッドを収容した前記金属導
    波管の前記カットオフ寸法がＴＭ01モードに対するカッ
    トオフ寸法以下である、請求項４記載のマイクロ波遷移
    装置。
  6. 【請求項６】 前記誘電体ロッドが前記金属導波管の遠
    位端に向かって外方にテーパが付いており、内方にテー
    パの付いている前記金属導波管の部分が前記誘電体ロッ
    ドの外方にテーパの付いて部分を囲む部分である、請求
    項４記載のマイクロ波遷移装置。
  7. 【請求項７】 前記金属導波管の遠位端が前記金属導波
    管から前記誘電体ロッド中へ信号を発射するように外方
    に広がっている、請求項１記載のマイクロ波遷移装置。
  8. 【請求項８】 前記金属導波管がＨ11（ＴＥ11）モード
    においてマイクロ波信号を伝播する寸法とされた円形導
    波管である、請求項１記載のマイクロ波遷移装置。
  9. 【請求項９】 前記誘電体ロッドが、円形、楕円形、卵
    形および長方形からなる群から選択した横断面形を有
    し、ＨＥ11モードにおいてマイクロ波信号を伝播する寸
    法とされている、請求項１記載のマイクロ波遷移装置。
  10. 【請求項１０】 前記第１及び第２の誘電材料が、円
    形、楕円形、卵形および長方形からなる群から選択した
    横断面形を有する、請求項１記載のマイクロ波遷移装
    置。
  11. 【請求項１１】 波長λ0で動作する単一モードの金属
    導波管と、 前記金属導波管の遠位端部分内に同軸に取り付けられ、
    誘電率ε1を有する第１の誘電材料で作られた誘電体ロ
    ッドであって、当該誘電体ロッドの遠位端部分が前記金
    属導波管の遠位端を越えて延圧する誘電体ロッドと、 前記金属導波管の遠位端を越えて前記誘電体ロッドを囲
    み、前記第１の誘電材料の誘電率より低い誘電率ε2を
    有する第２の誘電材料とを備え、 前記誘電体ロッドの遠位端に向かって内方にテーパが付
    いている前記誘電体ロッドの端部分が、前記誘電体ロッ
    ドの遠位端に向かって伝播する信号を前記第２の誘電材
    料中へ発射するための誘電体遷移領域を画成し、 前記誘電体ロッドは前記誘電体遷移領域の始まりで直径
    ｄ1を有し、 前記第２の誘電体材料は前記誘電体遷移領域の終わりで
    直径ｄ2を有し、 前記第２の誘電材料を囲み、前記第２の誘電体材料の誘
    電率より低い誘電率ε3を有する第３の誘電材料を備
    え、 前記第１の誘電体材料は式πｄ1（λ0）-1（ε1−ε2）
    1/2により規定される波数Ｖ1を有し、 前記第２の誘電体材料は式πｄ2（λ0）-1（ε2−１）
    1/2により規定される波長Ｖ2を有し、 前記波長Ｖ1及びＶ2は、前記第１及び第２の誘電体材料
    が基本導波管モード以外のモードを支持することができ
    る点を規定する上限と、界が前記第１及び第２の誘電体
    材料の外側の遠方に延在するためパターンの劣化が生じ
    る点を規定する下限との間の値を有する、マイクロ波遷
    移装置。
  12. 【請求項１２】 前記第３の誘電材料が発泡体である、
    請求項１１記載のマイクロ波遷移装置。
  13. 【請求項１３】 前記第２の誘電材料がアイソタクティ
    ック・ポリプロピレンから作られている、請求項１記載
    のマイクロ波遷移装置。
  14. 【請求項１４】 前記第３の誘電材料の誘電率が前記第
    ２の誘電材料の誘電率より小さいが空気の誘電率よりは
    大きい、請求項１２記載のマイクロ波遷移装置。
  15. 【請求項１５】 波長λ0で動作しする単一モードの金
    属導波管であって、その遠位端近傍でカットオフ寸法ま
    で内方にテーパが付いており、前記カットオフ寸法が高
    次モードをカットオフしながら基本導波管モードの伝播
    を可能とするように選択されている単一モードの金属導
    波管と、 誘電率ε1を有し且つ前記金属導波管の遠位端部分内に
    同軸に取り付けられた第１の誘電体導波管であって、そ
    の遠位部分が前記金属導波管の遠位端を越えて延在する
    第１の誘電体導波管と、 前記金属導波管の遠位端を越えて前記第１の誘電体導波
    管を囲み、前記第１の誘電体導波管の誘電率より低い誘
    電率ε2を有する第２の誘電体導波管とを備え、 前記第１の誘電体導波管の軸線に向かって内方にテーパ
    が付いている前記第１の誘電体導波管の端部分が、前記
    第１の誘電体導波管の遠位端に向かって伝播する信号を
    前記第２の誘電体導波管中へ発射するための誘電体遷移
    領域を画成し、 前記第１の誘電体導波管は前記誘電体遷移領域の始まり
    で直径ｄ1を有し、 前記第２の誘電体導波管は前記誘電体遷移領域の終わり
    で直径ｄ2を有し、 前記第１の誘電体導波管は式πｄ1（λ0）-1（ε1−
    ε2）1/2により規定される波数Ｖ1を有し、 前記第２の誘電体導波管は式πｄ2（λ0）-1（ε2−
    １）1/2により規定される波長Ｖ2を有し、 前記波長Ｖ1及びＶ2は、前記第１及び第２の誘電体材料
    が基本導波管モード以外のモードを支持することができ
    る点を規定する上限と、界が前記第１及び第２の誘電体
    材料の外側の遠方に延在するためパターンの劣化が生じ
    る点を規定する下限との間の値を有する、マイクロ波ア
    ンテナ。
  16. 【請求項１６】 前記第１の誘電体導波管の誘電率が約
    ４以下である、請求項１５記載のマイクロ波アンテナ。
  17. 【請求項１７】 前記第２の誘電体導波管が前記第１の
    誘電体導波管の遠位端を越えて延在する、請求項１５記
    載のマイクロ波アンテナ。
  18. 【請求項１８】 前記第１の誘電体導波管を収容した前
    記金属導波管のカットオフ寸法がＴＭ01モードに対する
    カットオフ寸法以下である、請求項１５記載のマイクロ
    波アンテナ。
  19. 【請求項１９】 内方にテーパの付いている前記金属導
    波管の部分が前記第１の誘電体導波管の外方にテーパの
    付いた部分を囲む部分である、請求項１５記載のマイク
    ロ波アンテナ。
  20. 【請求項２０】 前記金属導波管の遠位端が前記金属導
    波管からの信号を前記第１の誘電体導波管中へ発射する
    ように外方に広がっている、請求項１５記載のマイクロ
    波アンテナ。
  21. 【請求項２１】 前記金属導波管がＨ11（ＴＥ11）モー
    ドでマイクロ波信号を伝播するような寸法とされた円形
    の導波管である、請求項１５記載のマイクロ波アンテ
    ナ。
  22. 【請求項２２】 前記第１の誘電体導波管が、円形、楕
    円形、卵形および長方形からなる群から選択された横断
    面形状を有し、ＨＥ11モードでマイクロ波信号を伝播す
    る寸法とされている、請求項１５記載のマイクロ波アン
    テナ。
  23. 【請求項２３】 前記第２の誘電体導波管が発泡誘電体
    を含む請求項１５記載のマイクロ波アンテナ。
  24. 【請求項２４】 前記誘電体導波管が、円形、楕円形、
    卵形および長方形からなる群から選択した横断面形状を
    有する、請求項１５記載のマイクロ波アンテナ。
  25. 【請求項２５】 前記第２の誘電体導波管がアンテナの
    利得を増すために遠位端に向かって内方にテーパが付い
    ている、請求項１５記載のマイクロ波アンテナ。
  26. 【請求項２６】 前記第１及び第２の誘電体導波管は、
    円形、楕円形、卵形および長方形からなる群から選択し
    た横断面形を有する、請求項１５記載のマイクロ波アン
    テナ。
  27. 【請求項２７】 前記第２の誘電体導波管がアンテナの
    利得を増すために遠位端に向かって内方にテーパが付い
    ている、請求項１記載のマイクロ波遷移装置。
  28. 【請求項２８】 前記第２の誘電体導波管がアンテナの
    利得を増すために遠位端に向かって外方にテーパが付い
    ている、請求項１記載のマイクロ波遷移装置。
  29. 【請求項２９】 前記誘電体ロッドのテーパは、前記金
    属導波管の前記遠位端部分から前記誘電体ロッドの前記
    遠位端まで延在する誘電遷移領域を画成し、前記第２の
    誘電材料が前記誘電遷移領域を通して一定の直径を有し
    ている、請求項１記載のマイクロ波遷移装置。
  30. 【請求項３０】 前記誘電体ロッドのテーパは、前記金
    属導波管の前記遠位端部分から前記誘電体ロッドの前記
    遠位端まで延在する誘電遷移領域を画成し、前記第２の
    誘電材料が前記誘電遷移領域を通して一定の直径を有し
    ている、請求項１５記載のマイクロ波アンテナ。
  31. 【請求項３１】 前記第２の誘電材料は前記誘電遷移領
    域を通して一定の直径を有する、請求項１記載のマイク
    ロ波遷移装置。
  32. 【請求項３２】 前記第２の誘電材料は前記誘電遷移領
    域を通して一定の直径を有する、請求項１５記載のマイ
    クロ波アンテナ。
  33. 【請求項３３】 前記第２の誘電材料は前記誘電遷移領
    域を通して一定の直径を有する、請求項１１記載のマイ
    クロ波遷移装置。
  34. 【請求項３４】 波長λ0で動作する単一モードの金属
    導波管と、 前記金属導波管の遠位端部分内に同軸に取り付けられ、
    誘電率ε1を有する第１の誘電材料で作られた誘電体ロ
    ッドであって、当該誘電体ロッドの遠位端部分が前記金
    属導波管の遠位端を越えて延圧する誘電体ロッドと、 前記金属導波管の遠位端を越えて前記誘電体ロッドを囲
    み、前記第１の誘電材料の誘電率より低い誘電率ε2を
    有する第２の誘電材料とを備え、 前記誘電体ロッドの遠位端に向かって内方にテーパが付
    いている前記誘電体ロッドの端部分が、前記誘電体ロッ
    ドの遠位端に向かって伝播する信号を前記第２の誘電材
    料中へ発射するための誘電体遷移領域を画成し、 前記誘電体ロッドは前記誘電体遷移領域の始まりで直径
    ｄ1を有し、 前記第２の誘電体材料は前記誘電体遷移領域の終わりで
    直径ｄ2を有し、 前記第１の誘電体材料は式πｄ1（λ0）-1（ε1−ε2）
    1/2により規定される波数Ｖ1を有し、 前記第２の誘電体材料は式πｄ2（λ0）-1（ε2−１）
    1/2により規定される波長Ｖ2を有し、 前記波長Ｖ1及びＶ2は、マイクロ波遷移装置を通して基
    本導波管モードを維持し且つ高次モードとその結果のパ
    ターンの劣化とを排除するため約１．５より大きく約
    ２．４より小さい、マイクロ波遷移装置。
  35. 【請求項３５】 波長λ0で動作する単一モードの金属
    導波管と、 前記金属導波管の遠位端部分内に同軸に取り付けられ、
    誘電率ε1を有する第１の誘電材料で作られた誘電体ロ
    ッドであって、当該誘電体ロッドの遠位端部分が前記金
    属導波管の遠位端を越えて延圧する誘電体ロッドと、 前記金属導波管の遠位端を越えて前記誘電体ロッドを囲
    み、前記第１の誘電材料の誘電率より低い誘電率ε2を
    有する第２の誘電材料とを備え、 前記誘電体ロッドの遠位端に向かって内方にテーパが付
    いている前記誘電体ロッドの端部分が、前記誘電体ロッ
    ドの遠位端に向かって伝播する信号を前記第２の誘電材
    料中へ発射するための誘電体遷移領域を画成し、 前記誘電体ロッドは前記誘電体遷移領域の始まりで直径
    ｄ1を有し、 前記第２の誘電体材料は前記誘電体遷移領域の終わりで
    直径ｄ2を有し、 前記第２の誘電材料を囲み、前記第２の誘電体材料の誘
    電率より低い誘電率ε3を有する第３の誘電材料を備
    え、 前記第１の誘電体材料は式πｄ1（λ0）-1（ε1−ε2）
    1/2により規定される波数Ｖ1を有し、 前記第２の誘電体材料は式πｄ2（λ0）-1（ε2−ε3）
    1/2により規定される波長Ｖ2を有し、 前記波長Ｖ1及びＶ2は、マイクロ波遷移装置を通して基
    本導波管モードを維持し且つ高次モードとその結果のパ
    ターンの劣化とを排除するため約１．５より大きく約
    ２．４より小さい、マイクロ波遷移装置。
  36. 【請求項３６】 波長λ0で動作する単一モードの金属
    導波管であって、その遠位端近傍でカットオフ寸法まで
    内方にテーパが付いており、前記カットオフ寸法が高次
    モードをカットオフしながら基本導波管モードの伝播を
    可能とするように選択されている単一モードの金属導波
    管と、 誘電率ε1を有し且つ前記金属導波管の遠位端部分内に
    同軸に取り付けられた第１の誘電体導波管であって、そ
    の遠位部分が前記金属導波管の遠位端を越えて延在する
    第１の誘電体導波管と、 前記金属導波管の遠位端を越えて前記第１の誘電体導波
    管を囲み、前記第１の誘電体導波管の誘電率より低い誘
    電率ε2を有する第２の誘電体導波管とを備え、 前記第１の誘電体導波管の軸線に向かって内方にテーパ
    が付いている前記第１の誘電体導波管の端部分が、前記
    第１の誘電体導波管の遠位端に向かって伝播する信号を
    前記第２の誘電体導波管中へ発射するための誘電体遷移
    領域を画成し、 前記第１の誘電体導波管は前記誘電体遷移領域の始まり
    で直径ｄ1を有し、 前記第２の誘電体導波管は前記誘電体遷移領域の終わり
    で直径ｄ2を有し、 前記第１の誘電体導波管は式πｄ1（λ0）-1（ε1−
    ε2）1/2により規定される波数Ｖ1を有し、 前記第２の誘電体導波管は式πｄ2（λ0）-1（ε2−
    １）1/2により規定される波長Ｖ2を有し、 前記波長Ｖ1及びＶ2は、マイクロ波遷移装置を通して基
    本導波管モードを維持し且つ高次モードとその結果のパ
    ターンの劣化とを排除するため約１．５より大きく約
    ２．４より小さい、マイクロ波遷移装置。
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