JPH11308022A - 線路変換分岐回路およびアンテナ共用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 分岐された後の導波管部分の寸法の小型化を
図り、分岐特性の調整を容易にし、かつ機械加工を容易
にした線路変換分岐回路およびそれを用いたアンテナ共
用装置を提供する。 【解決手段】 導波管１ａの電磁波と結合する線路変換
用電極３ａと、この線路変換用電極３ａから２方向へマ
イクロストリップ線路４，５を引き出した誘電体板２
を、導波管１ａに対して垂直方向に配置することによっ
て、導波管とマイクロストリップ線路との線路変換と同
時にマイクロストリップ線路の分岐を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はマイクロ波帯やミ
リ波帯で用いられる線路変換分岐回路およびその線路変
換分岐回路を備えたアンテナ共用装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ミリ波帯やマイクロ波帯にお
けるアンテナ共用装置には導波管Ｔ分岐器（「分岐器」
を以下単に「分岐」という。）が用いられている。その
例を斜視図として図１３に示す。この例では導波管をた
とえばＴＥ１０モードの電磁波が伝搬し、導波管の短辺
方向に平行な向きに電界が分布し、この電界に垂直な面
に沿って磁界が分布する。この磁界分布に平行な導波管
の面をＨ面と呼び、電界の向きに平行な導波管の側面
（Ｈ面に垂直な面）をＥ面と呼ぶ。図１２の例ではＥ面
で分岐させている。

【０００３】図１４は上記導波管Ｔ分岐を用い、送信フ
ィルタ（Ｔｘフィルタ）と受信フィルタ（Ｒｘフィル
タ）を設けたアンテナ共用装置の構成を示す図である。
この例では図１２に示したポート＃１をアンテナ端子と
し、ポート＃２およびポート＃３にそれぞれ導波管コー
ナーを設けるとともに、その端部をＴｘ端子およびＲｘ
端子としている。また、導波管Ｔ分岐と２つの導波管コ
ーナーの間に、それぞれＴｘフィルタとＲｘフィルタを
設けている。これらのフィルタには、ＴＥ０１δモード
の誘電体共振器を用いた誘電体フィルタ、または導波管
フィルタが用いられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図１３に示
したような従来の導波管Ｔ分岐を用いた３端子回路にお
いては、分岐後の導波管部分の寸法が大きくなるという
問題があった。また、導波管を用いて分岐を構成する
と、分岐特性の調整が困難で、かつ機械加工に高い精度
が要求されるために量産性の面で問題があった。

【０００５】また、図１４に示したような従来の導波管
Ｔ分岐を用いたアンテナ共用装置においては、フィルタ
部分に導波管フィルタやＴＥ０１δモードの誘電体共振
器フィルタを用いるため、その寸法が大きく、量産性に
も問題があった。フィルタを小型化するために、平面回
路型のフィルタを使用する構成も考えられるが、その場
合には、平面回路型フィルタの実装性を上げるために、
導波管を分岐させた後に、導波管とマイクロストリップ
線路との線路変換を行う必要があった。したがって、平
面回路型フィルタを用いても装置を小型化できず、量産
性も改善されない。

【０００６】この発明の目的は、分岐された後の導波管
部分の寸法の小型化を図り、分岐特性の調整を容易に
し、かつ機械加工を容易にした線路変換分岐回路および
それを用いたアンテナ共用装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】従来のＴ分岐の分岐後の
導波管による大型化を避けるため、また導波管を分岐さ
せた後にマイクロストリップ線路に変換することによる
問題を解消するために、この発明では、導波管を伝搬す
る電磁波と結合する線路変換用電極から２方向へストリ
ップ線路が延びる電極パターンを有する誘電体板を、一
端を短絡した導波管に、当該導波管のＥ面とＨ面にそれ
ぞれ垂直となる向きに挿入し、前記ストリップ線路を前
記導波管のＨ面からそれぞれ取り出す。

【０００８】この構造によれば、誘電体板に形成した線
路変換用電極が導波管のＥ面とＨ面にそれぞれ垂直とな
る向きに配置されて、この線路変換用電極が導波管内の
電磁波と結合することにより、導波管とストリップ線路
との間の伝送モードの変換が行われる。これと同時に、
線路変換用電極から延びるストリップ線路により線路の
分岐が行われる。

【０００９】このように分岐後は直ちにストリップ線路
のモードで伝送するので、導波管Ｔ分岐の場合に比較し
て全体に大幅に小型化される。

【００１０】また、ストリップ線路に位相調整用回路を
設けることは容易であるので、その構造によって位相調
整用回路を備えた線路変換分岐回路が容易に得られる。
同様に誘電体板に平面回路型フィルタを設けることも容
易であるので、その構造によってフィルタを備えた線路
変換分岐回路が容易に得られる。

【００１１】また、この発明では、前記線路変換用電極
に、当該線路変換用電極と前記ストリップ線路との間で
のインピーダンス、位相またはその両方の特性を調整す
る特性調整用パターンを設ける。このことにより、特性
調整用パターンを部分的に削除することなどによる分岐
特性の調整が容易となる。

【００１２】また、分岐先に繋がる２つの回路のインピ
ーダンスに応じて２つのストリップ線路の特性インピー
ダンスを異ならせれば、ストリップ線路と分岐先の回路
とのインピーダンスマッチングを容易に行えるようにな
る。

【００１３】またこの発明は、前記線路変換分岐回路の
導波管をアンテナポートとし、２つのストリップ線路を
それぞれ送信信号入力ポートおよび受信信号出力ポート
としてアンテナ共用装置を構成する。この構造によれ
ば、従来の導波管Ｔ分岐を使用したアンテナ共用装置に
比べて全体に大幅に小型化され、送信フィルタおよび受
信フィルタをストリップ線路の途中に容易に設けられる
ので、その製造も容易となる。

【００１４】なお、上記ストリップ線路としてはマイク
ロストリップ線路やサスペンデッド線路として設ければ
よい。

【００１５】

【発明の実施の形態】この発明の第１の実施形態である
線路変換分岐回路の構成を図１および図２を参照して説
明する。

【００１６】図１の（Ａ）は主要部の斜視図、（Ｂ）は
（Ａ）における上面部分となる導波管の端面を取り除い
た状態での上面図である。また（Ｃ）は（Ａ）における
Ａ−Ａ部分の部分断面図である。但し（Ａ）の斜視図に
おいては導波管の管壁厚みの描画を省略している。（以
降の各斜視図においても同様である。）図１において１
で示す部分が矩形導波管であり、導波管の短辺方向に平
行な向きに電界が分布し、この電界に垂直な面に沿って
（図中のＨ面に平行に）磁界が分布するＴＥ１０モード
の電磁波を伝搬させる。この導波管１の図における上部
には２つのＨ面からそれぞれ垂直方向に誘電体板配置部
６を突出させている。この部分に導波管１のＥ面とＨ面
にそれぞれ垂直となる向きに誘電体板２を配置してい
る。この誘電体板２には、その図における上面に線路変
換用電極３とマイクロストリップ線路４，５を形成して
いる。線路変換用電極３はＨ面に垂直な向きに延びてい
るため、導波管１を伝搬するＴＥ１０モードの電磁波に
対して磁界結合する。

【００１７】導波管１の図における上面は短絡面であ
り、この短絡面と線路変換用電極３との間隔をＧとすれ
ば、０≦Ｇ≦λｇ／２（λｇ：ＴＥ１０モードの管内波
長）の関係となるように定める。このことにより、導波
管からマイクロストリップ線路への変換を効率よく行う
ことができる。また、マイクロストリップ線路４，５は
線路変換用電極３から導波管１のＨ面に対して垂直方向
に引き出している。誘電体板２の図における下面側に
は、線路変換用電極３に対向する部分を除くほぼ全面に
接地電極１５を形成している。この接地電極と誘電体板
２の上面の線路とによってマイクロストリップ線路を構
成している。線路変換用電極３の線路幅は、その特性イ
ンピーダンスが導波管１の特性インピーダンスと整合す
るに要する幅とし、マイクロストリップ線路４，５の幅
は、この分岐回路の分岐先に接続される回路のインピー
ダンスに整合する特性インピーダンスとなるように定め
る。

【００１８】なお、誘電体板２は誘電体板配置部６の内
面に接しているため、誘電体板２の下面の接地電極は必
須ではない。すなわち誘電体板２の下面に接地電極を設
けない場合には、金属材料からなる誘電体板配置部６が
接地電極として作用し、誘電体板２の上面の線路とによ
ってマイクロストリップ線路を構成する。

【００１９】図２は第１の実施形態に係る線路変換分岐
回路の１つの設計例の特性を示す図である。ここでは導
波管をポート＃１、マイクロストリップ線路４，５をそ
れぞれポート＃２，ポート＃３として、Ｓ１１，Ｓ２
２，Ｓ２１，Ｓ３２特性をそれぞれ示している。このよ
うにＳ２１は−３ｄＢとなり、等分配特性が得られる。

【００２０】上記導波管とマイクロストリップ線路との
線路変換を行う線路変換用電極と、この線路変換用電極
から２方向へ引き出したマイクロストリップ線路の電極
パターンは薄膜微細加工技術等を用いて容易に高精度に
製造できる。この電極パターンが分岐特性を決定するた
め、上記構成により、特性の揃った線路変換分岐回路の
量産性が確保できることになる。

【００２１】次に、第２および第３の実施形態である線
路変換分岐回路の構成を図３および図４に示す。図１に
示した例では、導波管１の端面と誘電体板配置部６の端
面（図における上面）とを同一面としたが、図３に示す
ように、導波管１の途中部分から、そのＨ面に対して垂
直方向に誘電体板配置部６が突出するように形成しても
よい。また、図４に示すように、導波管１の長辺方向の
幅とほぼ同一幅を有する誘電体板配置部６を形成しても
よい。ただし、この図４に示す構造の場合、誘電体板配
置部６の空間が大きく、この部分を導波管モード（ＴＥ
１０モード）の電磁波が伝搬する場合があるので、この
導波管モードを利用しないアンテナ共用装置などに適用
する場合には、図１または図３に示したものが適してい
る。

【００２２】次に第４の実施形態に係る線路変換分岐回
路の例を図５に示す。同図は導波管の端部から、その端
部の導体板を取り除いた状態を示す図である。（Ａ）に
示す例では、マイクロストリップ線路４，５の途中に、
それらのマイクロストリップ線路４，５の線路幅とは異
なる所定幅・所定長の電極パターンを形成している。こ
の線路幅の異なる部分７を位相回路としている。この例
ではマイクロストリップ線路の線路幅を太くすることに
よって、その部分を並列コンデンサとして作用させ、位
相調整を行う。

【００２３】また同図の（Ｂ）に示すように、マイクロ
ストリップ線路４，５の所定位置にスタブ８を形成すれ
ば、そのスタブ形成位置を等価的に開放端または短絡端
としてマイクロストリップ線路の位相調整を行うことが
できる。この例では、長さがλｇ／４（λｇは管内波
長）のオープンスタブであるので、スタブ８形成位置が
等価的に短絡状態となる。もし長さλｇ／４のショート
スタブを設ければ、そのスタブ形成位置は等価的に開放
状態となる。

【００２４】図５の（Ｃ）はマイクロストリップ線路５
の途中にベンド９を設けた例である。このように、マイ
クロストリップ線路の途中に所定のベンドを設ければ、
全体の線路長を変えて、位相調整を行うことができる。
また、ベンド９を設けてマイクロストリップ線路５が通
る位置を変えることによって、後述する誘電体共振器と
の結合が容易になる。

【００２５】図６は他の線路変換分岐回路の構成を示す
図であり、図５の場合と同様に、導波管の端面部分の導
体板を取り除いた状態を示している。この例では、線路
変換用電極３のマイクロストリップ線路４，５の延びる
辺に、これらのマイクロストリップ線路４，５の延びる
方向に平行に所定長だけ突出する複数の特性調整用パタ
ーン１０を形成している。このように線路変換用電極３
からマイクロストリップ線路４，５の延びる方向に特性
調整用パターンを設けておき、この特性調整用パターン
を切削工具によって除去していくことによって、線路変
換用電極３からマイクロストリップ線路４，５を見たイ
ンピーダンスと位相を同時に調整することが可能とな
る。すなわち、特性調整用パターン１０を削除する程、
変換部のインピーダンスは大きくなり、位相角は小さく
なる。このインピーダンスと位相の調整は、分岐特性を
測定しながら所定の分岐特性が得られるまで特性調整用
パターン１０を切削すればよい。または、測定結果に応
じて、所定の分岐特性が得られる量だけ特性調整用パタ
ーンを切削すればよい。

【００２６】図７はさらに他の線路変換分岐回路の構成
を示す図である。この場合も導波管の端面の導体板を取
り除いた状態として示している。この例では、線路変換
用電極３から２方向へ引き出す２つのマイクロストリッ
プ線路４，５の線路幅Ｗ１，Ｗ２を異ならせている。マ
イクロストリップ線路の線路幅を細くするほどその特性
インピーダンスが高くなり、幅を広くするほどその特性
インピーダンスが低くなるので、これらのマイクロスト
リップ線路に接続される回路のインピーダンスに合わせ
てマイクロストリップ線路４，５の線路幅を定めれば、
その回路とのインピーダンス整合がとられることにな
る。

【００２７】次にアンテナ共用装置の実施形態を図８を
基に説明する。図８の（Ａ）において１ａ，１ｔ，１ｒ
はそれぞれ矩形導波管であり、導波管１ａの端部付近に
図１に示したものと同様の線路変換用電極３ａおよびそ
こから引き出した２つのマイクロストリップ線路４，５
を形成した誘電体板２を配置することによって線路変換
分岐回路を構成している。誘電体板２は導波管１ｔおよ
び１ｒの端部付近にまで延びていて、その端部付近に線
路変換用電極３ｔ，３ｒをそれぞれ形成している。これ
らの線路変換用電極３ｔ，３ｒはマイクロストリップ線
路４，５の端部を接続した電極パターンとしている。こ
れらの線路変換用電極３ｔ，３ｒは導波管１ｔ，１ｒを
伝搬するＴＥ１０モードの電磁波と磁界結合し、導波管
とマイクロストリップ線路との線路変換を行う。したが
って、導波管１ａをアンテナ端子、導波管１ｔをＴｘ端
子（送信信号入力端子）、導波管１ｒをＲｘ端子（受信
信号出力端子）として用いることにより、導波管タイプ
のアンテナ共用装置として用いることができる。しかし
導波管１ａとマイクロストリップ線路４，５との線路変
換分岐部および導波管１ｔ，１ｒとマイクロストリップ
線路４，５との間の線路変換部は導波管の内部で行われ
るので、この線路変換分岐部の構成が非常に小型化さ
れ、全体に小型のアンテナ共用装置が得られる。

【００２８】図８の（Ｂ）に示す例では、Ｔｘ端子とＲ
ｘ端子をマイクロストリップ線路としたものである。す
なわち線路変換分岐回路から延びるマイクロストリップ
線路４，５をそのままＴｘ端子およびＲｘ端子として用
いるようにしている。この構造のアンテナ共用装置によ
れば、出力部をマイクロストリップ線路とする送信回路
および入力部をマイクロストリップ線路とする受信回路
をそのまま容易に接続できるようになる。

【００２９】図９は図８に示したＴｘフィルタおよびＲ
ｘフィルタの構成例を示す図である。（Ａ）は導波管の
端面部分の導体板を取り除いた状態での上面図、（Ｂ）
は（Ａ）におけるＢ−Ｂ部分の拡大断面図である。Ｔｘ
フィルタ部分の誘電体板１１は誘電体板２から所定間隔
隔てた位置に配置している。この誘電体板１１の上下面
には、互いに対向する円形の開口部を有する電極１２，
１３を形成していて、これらの電極の開口部にそれぞれ
ＴＥ０１０モードの誘電体共振器を構成している。誘電
体板２に設けたマイクロストリップ線路４はＴｘフィル
タの終段の誘電体共振器と結合する。また、誘電体板２
に設けたマイクロストリップ線路１７はＴｘフィルタの
初段の誘電体共振器と結合する。また、隣接する誘電体
共振器同士はそれぞれ磁界結合する。これにより、４段
の共振器から成る帯域通過特性を有するＴｘフィルタを
構成している。

【００３０】同様に、Ｒｘフィルタ部分の誘電体板も誘
電体板２から所定間隔隔てた位置に配置していて、その
上下面には、互いに対向する円形の開口部を有する電極
を形成していて、これらの電極の開口部にそれぞれＴＥ
０１０モードの誘電体共振器を構成している。誘電体板
２に設けたマイクロストリップ線路５はＲｘフィルタの
初段の誘電体共振器と結合する。また、誘電体板２に設
けたマイクロストリップ線路１８はＲｘフィルタの終段
の誘電体共振器と結合する。また、隣接する誘電体共振
器同士はそれぞれ磁界結合する。これにより、４段の共
振器から成る帯域通過特性を有するＲｘフィルタを構成
している。

【００３１】図９に示した例では、誘電体板に、互いに
対向する円形の開口部を有する電極を形成したが、この
開口部を矩形とすることによって、スロット線路モード
（平面誘電体線路モード）の誘電体共振器を構成しても
よい。

【００３２】図１０は図８に示したＴｘフィルタおよび
Ｒｘフィルタの他の構成例を示す図である。（Ａ）は導
波管の端面部分の導体板を取り除いた状態での上面図、
（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ部分の拡大断面図であ
る。誘電体板１１の上下面には、互いに対向する複数の
矩形の開口部を有する電極１２，１３を形成していて、
この電極の開口部にそれぞれスロット線路モード（平面
誘電体線路モード）の誘電体共振器を構成している。誘
電体板２には、電極１２の各開口部の投影位置内を順次
通るようにマイクロストリップ線路４を設けている。こ
の構造により、マイクロストリップ線路４は上記誘電体
板１１に構成されるスロット線路モード（平面誘電体線
路モード）の誘電体共振器とそれぞれ磁界結合する。上
記誘電体共振器はたとえばλｇ／４（λｇ：伝送路上の
波長）の奇数倍の間隔で配置している。この構造によ
り、帯域阻止特性を有するＴｘフィルタを構成してい
る。同様に、マイクロストリップ線路５に対して所定間
隔で誘電体共振器を結合させて、帯域阻止特性を有する
Ｒｘフィルタを構成している。

【００３３】以上に示した例では、マイクロストリップ
線路と導波管との線路変換を行ったが、マイクロストリ
ップ線路に代えて、サスペンデッド線路にしてもよい。
その例を図１１に示す。（Ａ）は主要部の斜視図、
（Ｂ）は（Ａ）における上面部分となる導波管の端面を
取り除いた状態での上面図である。また（Ｃ）は（Ａ）
におけるＡ−Ａ部分の断面図である。図１に示した例と
異なり、誘電体板２を上下の導電体板のほぼ中間位置に
配置している。また、誘電体板２にはその上面にサスペ
ンデッド線路（正確には、サスペンデッド線路を構成す
るストリップ線路）２１を形成している。

【００３４】図１２はストリップ線路を用いた例であ
る。（Ａ）は主要部の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）における
Ａ−Ａ部分の断面図である。この例では、誘電体板を用
いないで、導電体板による空間を誘電体材で充填すると
ともに、ほぼ中央位置にストリップ線路２１を形成して
いる。なお、導電体板による空間を誘電体材で充填しな
いで、ストリップ線路を浮かせた状態で保持してもよ
い。

【００３５】以上に示した例では、ＴＥ０１０モードま
たはスロットモードの誘電体共振器を用いたが、マイク
ロストリップ線路共振器やＴＭ０１０モードの誘電体共
振器を用いてフィルタを構成してもよい。また、どのモ
ードの場合も、帯域通過フィルタまたは帯域阻止フィル
タのいずれのタイプのフィルタを構成してもよい。

【００３６】

【発明の効果】この発明によれば、導波管とマイクロス
トリップ線路との線路変換と同時にマイクロストリップ
線路の分岐を行う構造にしたことにより、マイクロ波帯
やミリ波帯で使用される３端子回路を小型化することが
でき、量産性および設計の自由度を高めることができ
る。

【００３７】また、マイクロストリップ線路に位相調整
用回路や平面回路型フィルタを設けるだけで、位相調整
用回路やフィルタを備えた線路変換分岐回路が容易に得
られる。

【００３８】また、この発明では、前記線路変換用電極
に設けた特性調整用パターンを部分的に削除するだけで
分岐特性の調整を容易に行える。

【００３９】また、分岐先に繋がる２つの回路のインピ
ーダンスに応じて２つのマイクロストリップ線路の特性
インピーダンスを異ならせることにより、マイクロスト
リップ線路と分岐先の回路とのインピーダンスマッチン
グを容易に行えるようになる。

【００４０】またこの発明は、前記線路変換分岐回路の
導波管をアンテナポートとし、２つのマイクロストリッ
プ線路をそれぞれ送信信号入力ポートおよび受信信号出
力ポートとすることによって、従来の導波管Ｔ分岐を使
用したアンテナ共用装置に比べて全体に大幅に小型化さ
れたアンテナ共用装置が構成できる。しかも、送信フィ
ルタおよび受信フィルタをマイクロストリップ線路に対
して設けられるので、その製造も容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】線路変換分岐回路の構成を示す図

【図２】同回路の特性例を示す図

【図３】線路変換分岐回路の構成を示す斜視図

【図４】線路変換分岐回路の構成を示す斜視図

【図５】線路変換分岐回路の構成例を示す図

【図６】他の線路変換分岐回路の構成例を示す図

【図７】更に他の線路変換分岐回路の構成例を示す図

【図８】アンテナ共用装置の構成例を示す斜視図

【図９】アンテナ共用装置に用いられるフィルタ部分の
構成を示す図

【図１０】アンテナ共用装置に用いられる他のフィルタ
部分の構成を示す図

【図１１】サスペンデッド線路を用いた線路変換分岐回
路の構成を示す図

【図１２】ストリップ線路を用いた他の線路変換分岐回
路の構成を示す図

【図１３】従来の導波管型分岐回路の構成例を示す斜視
図

【図１４】従来のアンテナ共用装置の構成例を示す斜視
図

【符号の説明】

１−導波管 ２−誘電体板 ３−線路変換用電極 ４，５−マイクロストリップ線路 ６−誘電体板配置部 ７−位相回路 ８−スタブ ９−ベンド １０−調整用パターン １１−誘電体板 １２，１３−電極 １５，１６−電極 １７，１８−マイクロストリップ線路 １９−スペーサ ２０−接地電極 ２１，２２−ストリップ線路

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導波管を伝搬する電磁波と結合する線路
   変換用電極と、この線路変換用電極から２方向へ延びる
   ストリップ線路を有する誘電体板を、一端を短絡した導
   波管に、当該導波管のＥ面とＨ面にそれぞれ垂直となる
   向きに挿入し、前記ストリップ線路を前記導波管のＨ面
   からそれぞれ取り出したことを特徴とする線路変換分岐
   回路。
2. 【請求項２】 前記ストリップ線路に位相調整用回路を
   設けたことを特徴とする請求項１に記載の線路変換分岐
   回路。
3. 【請求項３】 前記ストリップ線路に誘電体フィルタを
   設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の線路
   変換分岐回路。
4. 【請求項４】 前記線路変換用電極に、当該線路変換用
   電極と前記ストリップ線路との間でのインピーダンス、
   位相またはその両方の特性を調整する特性調整用パター
   ンを設けたことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれ
   かに記載の線路変換分岐回路。
5. 【請求項５】 前記２つのストリップ線路の特性インピ
   ーダンスを異ならせたことを特徴とする請求項１〜４の
   いずれかに記載の線路変換分岐回路。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の線路変
   換分岐回路の導波管をアンテナポートとし、２つのスト
   リップ線路を送信信号入力ポート、および受信信号出力
   ポートとしたアンテナ共用装置。
7. 【請求項７】 前記２つのストリップ線路の途中に、送
   信フィルタおよび受信フィルタを設けたことを特徴とす
   る請求項６に記載のアンテナ共用装置。