JPS6019164B2 - 導波管の改良 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、低減衰、低分散モードで電磁波を伝送する導
波管及びこのモードの波を送射する装置に関するもので
ある。

空間絶縁された導波管として働く単一棒が、横断面に於
いて、Ｅｏモード及びＨｏモードと称する円対称型、ま
たはＥＨｈモード及びＨＥｎモードとして描かれるダィ
ポール型をとる表面波をのせうろことは知られてろくバ
ーロー、ブラウン共著、「ラジオ表面波」クラレンデン
・プレス、１９６２年刊一日ＲａｄｉｏＳｍねｃｅ Ｗ
ａｖｅｓｒｂｙ＆ｒｌｏｗａＭＢｒｏｗｍ，ＣＩａｒｅ
ｎｄｅｎ Ｐｒｅｓｓ，０対ｏｒｄｌ９６２−参照）。

伝播媒体に関する限り、これら波で周波数遮蔽を持つも
のはなく、原理的にはこれらは、すべてガイドの外側に
沿ってスペクトルのどの部分でも伝送される。円対称Ｅ
ｏ及びＨｏモードは遮断することができ、その結果の同
軸機体は、Ｅｏ姿態を維持する均質譲軍体によって分け
られる裸の金属表面を持つ場合、いわゆるＴＥＭモード
をとを普通の同軸０ケーブル以外のものでないことはま
た知られている。

昭和４７年８月２日に特厭昭４７−７７５５２号として
出緩されて特許された特許第１０３６４３６号の明細書
には、ダイポールモードを維持する同軸導波管及夕びか
かる導波管内にダィポールモー・ドを送射する装置が記
載されている。

本発明は、前記特許の発明の改良に係わるものである。
本発明の第１の特徴によれば、ダイポールモードでの電
磁波の伝搬を支える中空の細長い機体を０具備しており
、その機体は、伝搬方向に細長く且つ互に離隔している
複数の導体による部分的に境界を画定されており、そし
て、それらの導体は誘電で囲まれているが、上記機体ほ
か、ダイポールモ−ドでの伝搬を支えることができる一
切の機体夕は設けられていない、電磁波の伝搬を支える
装置が提供される。

本明細書に於いて用語「誘電体」は真空を含むものであ
る。

上記中空部材は、例えば横断面が円形又は矩形のもので
もよい。

内側電（磁）界境界表面（例えば、上述した特許第１０
３６４３６号の対象である導波管の中央電磁波支持表面
）を有しているか又は有していない中空導波管がダィポ
ールモードを維持するならば、その導波管は、いイメー
ジライン′技術によって例えば導波管の半分の代りに導
電面を置いて寸法を小さくすることができる。

イメージラインは、対称縦方向面の内の、ダィポールモ
ードと対応する電流が表面に流れるような位置に置かれ
る。本明細書に於いて、用語、、ダィポールモード″は
、ハイブリット型則ち混成虫Ｈｎ−波乃至ＨＥｎ−波の
いづれも意味するものである。但し、文字Ｅ及び川ま、
縦方向に電界成分及び磁界成分があることを意味し、こ
れらの文字に添えられた添字のｎから１は、その添字が
ついた文字が表わす界の横方向、すなわち円形導波管の
場合は周方向そして平行導電面を持つ導波管の場合は表
面と直角な横断方向に於ける界の変動周期数を表わして
おり、更に添字”→″は、放射方向又は前記した面に直
角な横断方向に定在波がないことを表わしている。導波
管がイメージラインとして導電表面を使用する場合、本
明細書に於いては伝搬軸は導電表面上にあり、写像界は
、対称な界を完成するように実際の界から遠い方の表面
の側にある。従って、イメージラインを使用した時起き
る半ダィポールモード‘ま、本明細書の目的からダイポ
ールモードの形として考える。ダィポールモードに於い
て、電界の横成分は、装置の１つの横方向鞠全体に沿っ
てｎ＝１と同じ方向にある。

本明細書に於いて述べるダィポールモードの形は、空間
中の絶縁された榛によって導かれるモ−ドすなわち中空
導波管の内側面上に波が支持されているため界が棒に対
する遮蔽タイプとして本来的に考えるモードとは異なっ
たものである。

その榛は、榛が支える波及びその結果のそれに関連した
界と共に無限に小さく作られていると見なすことができ
る。本発明は、適当な境界条件を持つ同軸導波管に於け
る伝搬以外に、導波管の内表面が適当な異方性インピー
ダンスを有している時、円形横断面又は矩形横断面の中
空導波管の内側に主に沿ってそのモードが同様に伝播す
るという発見に基づいてなされた。

遮蔽ダイポールモード伝搬の効果は、正しく計算された
導波管減衰が普通の導波管で生じる減衰より相当少なく
することができ、更に分散をかなり減少させることがで
きることである。

更に、本発明から得られるであろう効果は、導波管内を
伝搬する波の効果的な遮蔽であり、導波管よりの放射を
無視できるほどのものにできまた外部からの波との干渉
も無視できるほどのものにできることである。そして導
波管内の電力密度も従釆のものに比べ優れた分布が得ら
れた。更に、このモードではカットオフはなく、この点
に関しては、ＴＥＭ伝搬に匹敵する。

中空の誘電体で満たされた円筒部材を含む電磁波伝送線
において、ダィポールモードで角周波数のの電磁波を電
送できる時、式 ｙで２＝「−Ｍｙ２多十小小 〔・−ｍ２（Ｊ芋洋髪））〕 〔仇努Ｊ川で ｛・−ｍ２（芋帯等））） ‐‐‐‐‐‐‘・’が成立
する。

但し、本明細書において、上記式（１｝の各記号は次の
意味がある。

ｙ：縦方向伝搬係数 ｈ＝瓜＝ｊ（ａ−ｊｂ） ａ；放射方向減衰係数 ｂ＝放射方向位相変換係数 ｒ２＝円筒部材の内表面の半径 ｚ。

こ佐の＝誘電体材料の誘電率 Ａ＝誘電体材料の透磁率 −Ｚｘ２：伝送線路の縦方向軸に向って半径方向にみた
円筒部材の内表面の縦 方向表面インピー
ダンス一Ｚ０２：伝送線路の縦方向軸に向って半径方向
にみた円筒部材の内表面の横方向表面インピーダンス く喜憂鷲穿きさ戦露亨霧鰐亀 Ｊｎ：ｎ次の第１種Ｂｅｓｓｅｌ関数 が満足される。

上述した特許第１０３Ｍ３６号の明細書に於いて次の式
が与えられており、それらの内径ｒｌ及び外蓬ｒ２の同
軸伝送線に関するものである。

器＝〔ｌｚＸ，十半Ｆ・） 。

（ｚ８２十等く，） 式３溝＝くＺ＋半Ｆ２） （ｚ８２十等℃２） 式４ Ｆ，＝−ｎ ｈｒ． 十日帯）≦帯帯；錆辱も生； ｎ Ｇ，＝−ｈｒ・ 十日帯）畔ぅ帯宅音誓ら砦） 半径がｒ２とするとＦ２はＦ，にそしてＧ２はＧ，に対
応する。

但し、Ａ及びＢは、それぞれ内側部材及び外側部村に関
係した電界振幅であり、Ｃ及ぼＤは、それぞれ内側部材
及び外側部材に関連した磁界振幅である。式３はｒｌ＝
有限値の時だけでなくｒｌ＝０の時従ってＢ＝Ａ、Ｄ＝
Ｃ、Ｆ，＝○，の時も満足されることが発見された。

その時、 Ｆ２＝Ｇ２＝Ｊ芋司仇申髪） （Ｂ＝Ａ、Ｄ＝Ｃの場合の外表面） それ故、式｛１｝は式■から導くことができる。

もし中空円筒部村の内表面と誘電体とが式ＺＸ２Ｚ８２
＝Ｚ客 ‘５１を満足するな
らば、式‘１１は簡単にすることができ、数値計算を容
易にすることができることがわかつた。

しかし、式｛５｝‘ま必要条件ではなく、計算に都合の
よい１つの条件に過ぎない。

式【５１１ま全く実際には普通正確にできない。もし式
■の条件が用いられるならば、縦方向の円筒部材の内表
面インピーダンスは、横方向インピーダンスが抵抗性と
容量性である時抵抗性と誘電性であり、他方、縦方向表
面インピーダンスが抵抗性と容量性である時、横方向表
面インピーダンスは抵抗性と誘導性でなければならない
。

従って、細長く誘電体で満された円筒部材を有し、その
部材の内表面がそれぞれ−Ｚ８２と一Ｚｘ２の横方向表
面インピーダンス及び縦方向表面インピーダンスを有し
、それらインピーダンス一Ｚ８２と−Ｚｘ２とが式Ｚ青 Ｚｘ２ Ｚ８２＝市庁 但し、Ｚ。

：誘電体材料の特性インピーダンスｍ：１と２の間の実
数をほぼ満足するダイポールモードで電磁波を導く伝送
線も提供でかきる。

”ｌｍ＾は、実数部に比べ小さな虚数部を有しており、
そして、実数部にいまいま望れるように壁構造が共振性
を有していない時のみ普通１よりわずかに大きい。

ある反共振構造の場合、Ｚ８２はＺ客／Ｚｘ２より非常
に大さ。本明細書に於いて、１”横方向表面インピーダ
ンス″は、導波管中の波の伝搬方向に対して横断する電
流に対する表面でのインピーダンスを意味し、”縦方向
表面インピーダンス″は、伝搬方向の電流に対する表面
でのインピーダンスを意味する。

電磁波伝搬のための実際的な譲電体媒体は、１から５０
の範囲の比透磁率を有している。

円筒部材の内表面の表面インピーダンスが、縦方向で抵
抗性と誘導性であり横方向で抵抗性と容量性であるべき
時、円筒部材は互に離間した多くの平行縦方向導体を有
している。

これら導体は、金属ストリップ、または円筒導体または
捲り導体でもよい。そして、そのような導体が１乃至そ
れ以上設けられる。円筒部材の代りに、前述特許第１０
３６４３６号の第３ｂ図及び第３ｃ図に示す形のいずれ
でもよい。本発明の第２の特徴によれば、第１導電表面
を有する第１部材と、第２導電表面を有する第２部材と
、少くとも１つの機体とを備え、前記２つの都材は、互
にほぼ平行であり且つ誘電体で満された空間によって別
けられており、前記機体は前記表面の間に位置し、電磁
波の方向に抵抗性と誘電性の縦方向インピーダンスと、
抵抗性と容量性の横方向インピーダンスとを有しており
、ダイポールモードの電磁波が機体に沿って伝搬するよ
になされた電磁波を導く装置が提供される。

機体は、伝搬方向に細長く且つ互に平行で互に離間し、
更に縦軸が導電表面に対してほぼ直交する面内にそれぞ
れある複数の導体を備えていてもよい。

。また、機体は、各々隣俊するものから離間し且つ各々
縦軸がほかの層の導体の縦軸を含む面と平行な面内にあ
る各々複数の導体からなる複数の層を備えていてもよい
。本発明の第２の特徴による導波管は、導電表面間距離
よりもいよいよ大きい距離互に離間した２つの前記機体
を普通備えている。

本発明の第２の特徴によるもう１つの導波管は、前記機
体を１つだけ備え、更に他に、第１及び第２導電表面に
対して直交する導電表面を有する第３部材を備え、機体
と第３部材の導電表面とが、第１及び第２導電表面間の
距離に好ましくは匹敵する距離互に離間している。

一般的に言うならば、機体の位置を越えて導電表面を延
長させることが望ましい。

これは、横体の外側の電界の広がりを小さくする。好ま
しくは、第１及び第２導電表面間の距離、前記機体の２
つのものの間の距離、そして前記横体と第３導電表面と
の間の距離は、装置に沿って伝搬する波の波長に比較し
て小さい。

その２つのほぼ平行な表面は、ほぼ平行な導電表面を有
する矩形導波管の２つの対向壁でもよく、その場合、ほ
かの壁の一方は、横方向インピーダンスＺｙ及び縦方向
インピーダンスＺｘを有し、残りの壁は、導電表面又は
横方向インピーダンスＺｙと縦方向インピーダンスＺｘ
を有しており、その構造が、式士ｊ確ｈ２ ＺＸ＝〔帯）〔市電〕 Ｚｙ＝〔古さ羊〕〔士ｉ袴ｙ叶ｙの山ｕ〕ｈ２ 但し、各値は後述する意味を有している。

これら式は、同時に満足することができるようになって
おり、従って、横体は、ダィポールモードの電磁波を導
くことができる。平行導電表面を有する壁は、ほかの壁
を越えて両方向に延びていてもよい。

本発明の上述したいずれの特徴による装置も、ダィポー
ルモードの波を送射する手段を有してもよい。

様々な特徴に於いて本発明と前述して特許第１０３６４
３６号の明細書に記載される発明とは、伝搬される波の
波長がマイクロ波やそれより低周波の電磁波ではなくむ
しろ光の波長の数である。

”オプティカルウェィブガイドいすなわち″光波案内管
″に於ける電磁波の伝搬に効果的であると予想される。
以下に添付図面を参照して本発明のいくつかの実施例を
説明する。

第１図に於いて、円筒導波管は、１本の実線によって便
宜的に示す外側部材１０を有している。

ＥＨ，ダィポールモードの電磁界パターンほぼ示すよう
にであるが、電磁界の強さは、線の間の距離によって示
されるように相対的に異っている。横方向面に於ける電
界はＢで示す実線によて示し、横方向面の磁界は日で示
す点線によって示す。電界も磁界も共に縦方向成分を有
しているので、電界、磁界を完全に表わす線は、図面の
面に対して直角の成分も有している。電界は第１図に示
すような導波管の垂直方向直径に沿って導波管の直径全
体にわたって同一方向にあることがわかろう。これは、
電界が内部導体の両側に於いて反対向きである円対称Ｅ
ｏモード及び比モードと対称的である。円対称モードと
ダィポールモードとのもう１つの違いは、縦方向に於い
て、円対称モードは電界成分または磁界成分のいずれか
一方のみを有しているのに対して、ダィポールモードは
、電界成分と磁界成分の両方を有していることである。
高次のダィポールモード、すなわちｎが１より大きい場
合では、ダイポール界が繰り返される領域がｎ個である
。例えばｎ＝２の場合、第１図の半円周で生じている界
が、それぞれ四分の１円周で生じる。ダィポールモード
に於ける低減衰と低分散の両立理由は、前述した特許第
１０３６４３６号の明細書に記載されている。

更に、円対称Ｅｏ及び比モードとダイポールモードとの
間のそしてＥＨｎ‐モードとＨＥｎ‐モードとの間の区
別も同様にその明細書に記載されている。ＥＨ，または
ＨＥ，ダイポールモードを保持する導波管をつくるに当
って、円筒導波管１０の内表面が縦方向に抵抗性と誘導
性の表面インピーダンスを有することができるよな条件
に導く上述しした式■の条件を満足することによって問
題を簡単にすることができる。

しかし、もしそうであるならば、導波管は横方向に抵抗
性と容量性の表面インピーダンスを有していなければな
らない。かかる導波管の横断面が第２ａ図に示する。そ
こでは、ワイヤ１１のような沢山の銅線が誘電体材料の
円筒１３の周表面のすぐ下に均一に離されて配置されて
いる。約Ｈｚでダィポールモードを保持することがわか
ったある導波管では、円筒体１３は３肌の直径で、１６
本の１＄ＷＧ鋼線が内周表面のまわりに均一に配置され
ている。誘電体は、例えば、ポリテン、ポリスチレン、
ポリエチレン、ＰＴＦＥ等のプラスチック材料の内の１
つでもよい。ワイヤの間隔が狭くなると導波管はカット
オフ性を有する普通の円形導波管に近くなり、反対にワ
イヤ間隔を広くすると、導波管は不均一ェネルギ密度分
布及び不均一放射のための損失の大きな２本導体の伝送
線に近くなるので、内表面のまわりのワイヤに最適間隔
があるであろうことは予想されよう。１＄ＷＯワイヤを
持つ３仇直径導波管の場合、１６本のワイヤは、昨日ｚ
付近の周波数に対して最適数にいくらか近いと思われる
。

しかし、銅箔ストリップも同じように好ましいことがわ
かる。なぜならば、それらの相互キヤパシタンスはより
小さくできる。第２ａ図に於いて、離間縦方向鋼線の外
側環が更に示され、それらの銅線の内の１本に参照番号
１４が付されている。

この銅線外側壕は、導波管の内部に対して更に遮蔽を与
え、放射による損失を防ぐ助けとなっている。ワイヤの
外側環は、導波管の機能に対して本質的な意味はなく、
外側環のワイヤは、図示するように置くこともでき、ま
た、内側ワイヤの放射方向でなく内側ワイヤの間の中間
に置いてもよい。従って、第２ａ図の円筒状導体は、せ
まし、銅ストリップと替えることもできる。

本発明によるもう１つの型式の導波管の構造を第２ｂ図
に示す。

そこに於いて、その内の１つを１５で示している沢山の
縦方向鋼ストリップが誘電体円筒１６の内表面のまわり
に離間配置されている。導電体材料は、前述したプラス
チック材料の内のいずれでもよい。この構造に於いても
同機に、かかる導波管の縦方向表面インピーダンスが抵
抗性と誘導性の場合、縦方向インピーダンスは抵抗性と
容量性である。上述した如く、ダイポールモードに適し
た導波管の半分をイメージライン配置によっていまいま
替えることができる。

第４図には、半円筒４５が多数の誘電ストリップ４６を
担持しており、従って、第２ｂ図の導波管の半分と等価
である。細長い導体４７、イメージラインとして働き、
図示するター・ィポール界を支持する電流を流す。この
イメージラインは、第５ｂ図に関連して後に詳述する。
第３図は、ダィポールモードを保持するように示した空
耳同である。

横断面は、外側導体環のない第２ａ図に示すものと同じ
である。縦方向導体は点線で示し、前のように導体１１
と称する。空胴は、ポリテン円筒１３に導体が埋込まれ
た円筒である。空鯛嵐の両端で金属板１７及び１８がダ
イポールモードで伝搬する波を反射する。この空胴は、
長さ４．７１肌、直径３仇で、３．１５〜３．１舵ＨＺ
の周波数でダィポールモードで共振した。波の送射は、
同軸線２０の端部でなされる。同軸線の内部部村２１は
空胸内に突出している。この方法で、導波管の内表面に
直角の電界成分が、第１図の底部からわかるように生じ
、この方向の電界がダィポールモードのために必要とさ
れるものであり、空耳同は励振する。横方向共振に依存
したモードが伝搬しないようにするため、そのような波
をカットオフするに十分空胴の直径は小さくなされてい
る。更に、同軸線２２が空胴内の信号を感知するように
使用される。

この同軸線の検知プローブ２３は、励振プローブ２１と
直径方向に対向して置かれる。励振プローブのように、
同軸線２２の中心導体は空胴内に少し突出している。ダ
ィポールモードを送射するもう１つの方法として、位相
が、１８０度ずれた入力信号を導体端２１及び２３に供
給して、導体端２１と２３の間の空胴にわたって電界を
生ぜしめてもよい。ダィポールモードを送射するほかの
方法は、必要とされることが導波管の直径又は直径の一
部にわたって電界を加えることがあるので、当業技術者
には明らかであろう。電界を加える代りに、電界のルー
プを導波管の特定表面領域のまわりにつくってもよい。
第３図に関連して説明した送射装置が、図示する空且同
の場合のよに導波管にも同様に使用できる。半径２．５
弧、紅ＨＺの周波数でダィポールモードが導波管を伝搬
した時の縦方向インピーダンスＺｘ２：−３．１４×１
ぴ（１十ｉ）、横方向表面インピーダンスＺ０２＝一２
．２６×ＩＱ（１−ｉ）の場合に於ける本発明による導
波管で生じる減衰と位相変化の計算値例を次に示す。

この条件に於いて、減衰は、約３．３×１０‐Ｗｅｐｅ
ね／ｍｅ企てそして位相変化は約６２ａｄｉａｎｓ／ｍ
ｅｔｅｒである。従って、減衰は、普通の円対称波を導
く同軸導波管で生じる減衰の約１／３であることがわか
る。第５ａ図に於いて、図示する矩形導波管は、上方及
び下方の平行導電壁５０及び５１を有し、それらの導電
壁は導波管の矩形横断面部分を越えて延びている。

任意に選択し得るこの延長部は、導波管の外の消失しそ
うな（ｅｖａ舵ｓｃｅｎｔ）界を制限する働きをし、高
周波数では伝搬周波数の波長の約半分延長すべきである
。左側と右側の壁５２及び５３は、５６で示すような誘
電体材料によって互に離間されたストリップ５４及び５
５のような沢山の細長い導電ストリップでつくられてい
る。図には軸×、ｙ、ｚが水平寸法すなわち導波管の幅
ｗ及び垂直寸法Ｓすなわち導波管の深さと共に示されて
いる。

更にインピーダンスＺｘ及びＺｙが使用される方向も示
してある。これら座標及び寸法は、上述式の誘導に今使
用する。第５ａ図の矩形導波管が均質誘電体媒体（定数
Ａ、ご）を封入していると考える。

ｘｚ面にある導波管の対向壁がＸ方向及びＺ方向の両方
で完全に導電性であり、刈面にある壁が（内表面を見て
）値Ｚｘ及びＺｙの異方性インピーダンスを呈すると仮
定する。

十×方向の前進波で、伝搬係数ｙ（Ｑ＋ｉ８）、対応空
間従属変数ｅ‐ｙＸ、ｚ方向の横方向伝播係数ｕ＝（ａ
−＆）そしてｙ方向の穣方向伝搬係数ｖ、各々時間従属
変数ｅｊの‘を有している場合、▽２Ｅ＝ｙｑＥ ▽２Ｈ＝ｙ２日 但しｈ２＝ｙ２ 十の２仏ご＝一（ザ十ｖ２） ｛６
ーその結果、軸方向界成分は、ＥＸ二Ａｅｅ−ｙｘｅｊ
のｔ（ｅ−ｕＺ ＋Ｂｅｅ刊Ｚ）（ｅ〜ｙ十ＣｅｅＷｙ） 日×ニＡｍｅ化ｅｊのｔ（ｅ−ｕ２ 十Ｂｍｅ刊Ｚ）（ｅ〜ｙ＋ＣｍｅＷｙ） である。

導波管のＳ寸法に沿って最低次モード分布がある時、Ｖ
ニ十ｊ（［／Ｓ）． ｙ＝０及びｙ＝Ｓの両方で、Ｅ．＝０及びＥｚ＝０であ
るので、Ｃｅ＝−１及びＣｍ＝＋１． 更に、ｘｚ面に完全導電表面を持つ対称構造の場合、こ
れらの条件でｚ＝ｗ／２の時Ｅｘ＝０及びＥｙ＝０、Ｂ
ｅｅ刊Ｗ＝−１及びＢｍｅ刊Ｗ＝＋Ｉ Ｅｘ及びＨｘはＡｅ、Ａ肌Ｂｅ、Ｂ肌Ｃｅ及びＣｍによ
って表わされ、Ｈｙ及びＥｙは同じ定数によって書くこ
とができる。

Ｚ＝０及びｚ＝ｗ（内側から表面を見た時）でのｘｙ面
に於ける表面インピーダンスＺｘ及びＺｙは、ひＺＸ＝
−（長）２＝。

＝十（台）Ｚ＝ＷＡｅ／んｈ２ ｉ〔占舎壬）（−ｙＶ＋（ｊのごｕソｅ／Ａｍ〕．・・
‐‐‐（７１タＺｙ＝＋（韓）別＝−脂）Ｚ〒Ｗ ：（古書辛〕〔へ／ＡｍｙＶ＋Ｊ■〆ｕ〕ｈ２ １．．・・・【８１ ０で表わされる。

代わって、条件ｚ＝ｗ／２でＥｘＥ０、Ｅｙ＝０を導く
ことなくｚ＝０及びｚ＝ｗで表面インピーダンスをより
一般的に計算し、続いて値ＺｘとＺｙを等しくすると、
タ舎＝±ｊノ子作鍔事…三）となる。

ｘ方向の導波管の波インピーダンス、すなわち０（Ｅｙ
／Ｈｚ）及び（Ｅｚ／Ｈｙ）をとると、ほぼ純抵抗すな
わちノ子である。

すると、 タ舎＝±ｉだ ‐…‐‐（９） 式側に於いて、負符号は、本発明に於いて要求されるよ
うに、小さな値のＺｘと対応的に大きな値のＺｙを与え
、しかし式｛９１で正符号を用いると、反対のことが明
らかに可能である。

両符号０は、鞠方向電流に対して抵抗と誘導リアクタン
スを与え、横方向電流に対して抵抗と容量性リアクタン
スを伴う。ここ賄賂件‘ま、Ａｅ／Ａｍ＝−ｉ停職 り、式‘７｝及び式■に代入する時本発明の第２の特徴
の式を与える。

式■から、 ｙ＝ｉノ（■２ｒご＋ａ２ーザ−ｎ２／Ｓ２一ｊあｂ）
＝Ｑ十ｊ８そしてもし△＝（ａ２−ｂ２−ｎ２／Ｓ２）
であるならば、８＝〔〉広で÷▽平十（多ｂ￥＋（の２
〆ど十△））すとなり、△が正の時、実際に遅延波を与
える。

更に低損失のときＱ８＝ａｂが成立する。全部で６つの
界成分があり、それらの分布がダィポール型形状にほぼ
適していることがわかる。

第５ａ図の導波の動作を説明するために、第１図を参照
する。上述した如く、円形導波管が低次のダーィポール
モードを保持する時、電界は、１つの直径全体にわたっ
て、例えば水平方向直径にわたって同じ方向にある。さ
て円形導波管を電界に平行な平らな部分を持つように扇
球状にするとすると、その平らになった部分は、導電表
面によって置きかえることができ、さすればその導波管
は、第５ａ図に示す形のものである導波管になり、電界
は、第５ｂ図に示すものに近いものが得られる。第６ａ
図に於いて、縦方向導体の２つの層５７及び５８が、第
５ａ図の単一層の代り‘こ導波管の両側に使用されてい
る。

かかる配置は、導体に越えて拡がる損失しやすい（ｅｖ
ａｎｅｓｃｅｎｔ）界を減少する。もし第５ａ図の導波
管の垂直壁間距離が縮められたならば、波の振幅は増大
する傾向にある。

そしてこの距離が零まで縮められた時、第６ｂ図の導波
管が得られ、その導波管は、２つの導電壁５０及び５１
と、縦方向導体の単一列５９とを備え、それら導体の縦
方向軸は、導電壁と直交する面内にある。第６ｃ図に於
いて、垂直導波管壁６１の１つが導電表面につくられ、
その表面が反射器を形成し、第６ｃ図の導波管を第６ａ
図の導波管の半分と等価なものにしている。

導体が誘電体ストリップ６０‘ま上にのせられ、上方及
び下方壁が導体の面を越えて延びている。第５ｂ図に於
いて、界は水平寸法に沿った真中４に位置する垂直面を
中心に対称であり、この垂直面を横切って電界が表面に
対して直角であることがわかる。

従って、連続する金属板は、その金属板を越えて界を分
布することなくその垂直面内に置くことができる。そし
て、半ダィポールモードがその金属板の各側に保たれる
。これはイメージライン技術として知られており、第６
ｃ図の半ダィポールモード導波管を展開するのに使用で
きる。第６ｃ図に示す型式の矩形導波管に於けるタトィ
ポールモードの伝搬は次の観点から考えることができる
。

すなわち、タリィポールモードは、横方向面に於ける界
の広がりを防止する金属壁内に閉じ込められた時は、自
由に伝搬することができない。しかし、導体を界の中に
置いて導波管の長さに沿って延びる妨害物を形成すると
、その導体は、横方向の界の崩壊を妨げ、反射が生じ入
射角と同様な２次損失しやすい（ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ
）界をつくる。導体の表面で入射電界の接線成分が大き
く逆転する。２つの損失しやすい （ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ）界は、結合された時、限定さ
れた空間内に入る半タトィポール界であり、実際構成す
る。

、１横方向軸に沿って界の広がりを少〈する金属妨害物
すなわち導体グリッドの本質的特徴は、隣接界に呈する
異方向性ィンピ−ダンス、すなわちダィポールモードの
特徴要件である。ある電界は必ず妨害物を越えて拡がる
が、これは減少した振幅で損失しやすい（ｅｖａｎｅｓ
ｃｅｎｔ）ものである。第６ｃ図の横断面を持ち且つ導
波管の閉口端を導電壁で塞いだ好ましい形の試験用空胴
共振器を構成することができる。

かかる導波管すなわち空８同は、縦方向導体によって形
成される壁と向い合う壁を通って直角に突出したプロー
ブの使用によってタトィポールモードで励振することが
できる。本発明による導波管の構造を第７図に示す。２
個のチャンネル断面を持つＰ．Ｔ．Ｆ．Ｅ．部材６２及
ぼ６３が互に向い合って接合され、その結果できたボッ
クス断面のもののまわりに金属箔が貼り付けられる。

又は、金属層をボックス断面のものの外側を覆って沈着
することもできる。そして、その金属箔又は金属層をボ
ックス断面の側部６５及ぴ６６で縦方向線に沿ってエッ
チング又はミリングして、必要な縦方向導体を作る。そ
の導体の内のいくつかを６７で示した。ダイポールモー
ドの送射の１つの方法を第７図に示す。そこで同軸線６
８がチャンネル部分６２を通って突出し、その タ中心
導体６９がボックス部分内に延びるプローフを形成する
。同軸線の外側導体７１は、中央の縦方向導体７２に接
続され、導波管の一方の端と平行になされている。従っ
て、プローブ６９から電界は、ダィポールモードを励振
するために正しいＺ方向にある。同様な装置を、第５図
、第６ａ図、第６ｃ図に示すほかの導波管にダィポール
モードを送射するために使用でき、第６ｂ図に於いては
、単一層の導体の中央に固定したプローブを一方の方向
を指すように同軸線の中心導体と共に使Ｚ用し、同軸線
の外側導体に固定したもう１つのプローブを反対の方向
に向ける。第８図に示す本発明によるもう１つの導波管
では、好ましくは銅又はアルミニウムの金属チャンネル
７４が使用されている。

細長い発泡ポリスチ２レン部材７５が、チャンネルの一
部を満たし、単一導体７６を支持している。ダィポール
モードの波が同軸線によって形成されたプローブ７７に
よって送くられる。同軸線の外側部村は、金属チャンネ
ルに接続され、中心導体は導波管内に突出し２ている。
この導波管は、第６ｃ図のものと同じ方法で働くが、１
本の導体だけしか有していない。複数の導体を代りに使
用し、その複数の導体を発泡ポリスチレンの内部または
外側例えばなめらかな表面に取りつけてもよい。導体の
支持は、誘電体スべ−サ、又は発泡材料等によってなさ
れてもよい。更に、ポリスチレンは、導波管全体を満た
しても、又は、第８図の空の部分だけを代りに満すよう
にしてもよい。ジスチレン又は他の誘電体材料で典型的
には導波管の１／４の直径の半円筒管又は棒が、第７図
又は第８図のプローブを覆って導波管壁に隣接して、そ
の縦軸が細長い導体と平行に取り付けられてもよい。

この管又は棒は、導波管に沿って数半波長の長さ取り付
けられ、送射を助けるように電界を集中するように働く
。導電表面間に単一機体がある円筒、矩形導波管の場合
、伝搬する波の波長に対する寸法を考えねばならない。

縦方向導体で作られた２つの壁を持つ本発明による矩形
導波管の特性計算例を示す。

紅ＨＺの周波数で、導波管の導電壁が３．４肌離間され
、壁は４肌離間された縦方向導体から作られ、縦方向イ
ンピーダンスＺｘ＝（１十１）３．１４×１０‐２オー
ム、横方向インピーダンスＺｙ＝（１一１）１．職×１
びオームと仮定すると、減衰率は、約８．２×１０‐Ｗ
／ｍそして位相変換率は、６２．がａｄｊａｎｓ／ｍｅ
ｔｅｒよりわずかに大きいことがわかった。ある量の分
散が、上述した導波管で生じる。しかし、それら導波管
を縦方向導体と組み合わせると、導波管のほかを満して
いる誘導体の譲軍率より相対的に高い誘電率を持つ誘電
体材料で導体を別々に又は１群又は数群に囲むことによ
り、分散を減少させることができる。伝搬する波の周波
数が増大すると、導体を流れる電流の表皮深さが浅くな
り、界の導体への浸透が少なくなる。その結果、波の位
相速度が周波数と共に増大し、分散が生じる。しかし位
相速度は、導体を覆う譲電体に貯えられるエネルギーに
も依存しており、これは周波数と共に増大する。従って
、本発明による導波管の縦方向導体を囲む比較的高議電
率の層は、周波数が上昇すると導体からの界の後退を補
償し、従って分散を減少する。この周囲層の最適厚さと
誘電率は、実験から容易に決定できる。しかし、空気充
満導波管でポリテンが導体を覆っている場合、その厚さ
はマイクロ波周波数での導体のものと同じ厚さが適して
いる。第９図は、紅日２波帯での動作のための本発明０
による低分散導波管の１実施例を示す。

アルミニウムチャンネル８川よ、開放側に対し直角の深
さ２．２仇であり、開放側に対して平行な幅１．０３仇
である。約０．１伽直径の３本の鋼製導体８１，８２，
８３がチャンネル内に置かれ、導体は各々、タＰＴＦＥ
層で囲まれ、約０．２仇の外蓬を持つようにされている
。導体８１と８２の中心間距離と導体８２と８３の中心
間距離とは、ＭＭＥ層が接触するほど近くあるようにな
っている。しかし、そのＰＴＦＥ層間の間隔は臨界的な
ものではない。導体０が位置する面は、チャンネル８０
の閉端側から０．６仇の位置にある。第９図の装置に於
いて、ＰＴＦＥは、導波管の残りの部分を満している空
気誘電体の誘電率に比べ約２．４の比誘電率を有してい
る。誘電体被覆はほかの形でもよい。

例えば、導体８１，８２，８３を、１本の導体を囲むＰ
ＴＦＥと厚さで等しく且つ全導体を包むに十分な幅の横
断面を持つ単一のポリテンまたはＰＴＦＥの細長い都材
で包むこともできる。更に一般的に言うならば、誘電体
被覆層は、ダィポールモードの波を導く本発明による導
波管のどの表面を覆うように置いてもよく、例えば、中
空円筒導波管の外側横体の内表面、同軸導波管の内側部
材の外表面または外側部材の内表面、又は、縦方向電流
を流す矩形導波管の内表面の内の１つ、等に置くことが
できる。本発明による様々な形の導波管及び様々な形の
送射装置を説明して来たが、本発明はそれら例に限定さ
れるものではなく、例えば、どんな中空導波管でもまた
ダィポールモードを保持する第６ｂ図に示す導波管は、
壁の給合孔や給合スリットのように、導波管にダィポー
ルモードを送るに必要な界を与えるどのよな送射装置と
して本発明を実施するに使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による円筒導波管の内部の横方向に於け
るＥＨ，ダイポールモードの電磁界パターンを示す図、
第２ａ図及び第２ｂ図は、本発明による円筒導波管の様
々な形を示す断面図、第３図は、本発明による共振空胴
の縦断面図、第４図はイメージラインを組み合せた本発
明による別の導波管の断面図、第５ａ図は、本発明によ
る矩形導波管を示す図、第５ｂ図は、第５ａ図の導波管
の藤方向蟹界を示す図、第６ａ図、第６ｂ図及び第６ｃ
図は、本発明による導波管の様々な形を示す図、第７図
は、本発明による別の矩形導波管を示す図、第８図は、
３つの壁の各々が全方向に導電性である本発明による矩
形導波管を示す図、そして第９図は、本発明による低分
散矩形導波管を示す図である。 １１，１４・・・・・・導体、１３・・・・・・議電体
円筒、１５・・・・・・導体ストリップ、１６・・・・
・・議電体円筒、１７，１８・・・・・・端部板、２０
，２２・・・・・・同軸線、２１，２３・・・・・・プ
ローブ、４６・・・・・・誘電体半円筒、４６……導体
ストリップ、４７・・・…導体板、５０，５１・・・・
・・導電壁、５２，５３・・・…側壁、５４，５５…・
・・導電ストリップ、５６・・・・・・誘電体、５７，
５８，５９・・・・・・導体、６０・・・・・・誘電体
ストリップ、６２，６３・・・・・・チャンネル状ＰＴ
ＦＥ部材、６４・・・・・・金属層、６７・・・・・・
導体ストリップ、６８・・・・・・同軸線、６９・・・
・・・プローブ、７１・・・・・・外側導体、７４・・
・・・・金属チャンネル、７５・・・・・・発泡ポリス
チレン、７６・・…・導体、７７・・・…プローブ、８
０・…・・金属チャンネル、８１，８２，８３・・・・
・・導体。 公ノ母 数〆図 筑クＱ内 枕夕る肉 熱Ｊ図 がクＱ斑 がクク肉 熱クＱ園 めクる図 嫌クＣ図 節ア図 豹〆図 節タ【対

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ダイポールモードでの電磁波の伝搬を支える装置で
   あて、中空の細長い構体を具備しており、この構体は断
   面が一般的に円、半円或いは長方形であり、上記装置に
   よつて支えられるべき電磁波の伝搬方向に長く延びる電
   流に対し表面インピーダンスを有し、このインピーダン
   スは抵抗性、誘導性及び、抵抗性、容量性の横方向電流
   に対する表面インピーダンスであり、上記構体は上記伝
   搬方向に延びる複数個の離間された導体により画定され
   ており、上記導体の少く共若干は上記伝搬方向を横切る
   最大の寸法を有するがこの寸法は上記構体を横切る最大
   寸法に比べて小さく、上記構体はダイポールモードでの
   伝搬を実質的に支え得る他の構体は含まないか或いはこ
   の他の構体により含まれてしまう様な中空の細長い構体
   、及び、電気的入力信号を受け、これに応じて上記構体
   内に上記構体に沿つてダイポールモードで発射する適当
   な変化する電界及び或いは磁界を確立するか、ダイポー
   ルモード波に基づく上記構体内の変化する電界及び或い
   は磁界に感じてこれを表わす電気的出力信号を発生する
   かする手段とを具備して成る事を特徴とする装置。 ２ ダイポールモードでの電磁波の伝搬を支える装置で
   あつて、第１、第２の導体表面を夫々有する第１、第２
   の部材であつてこれらが実質的に互いに並行であつてこ
   れらの空間に充たされた誘電体によつて分離されている
   第１、第２部材、上記表面間に設置され少く共１本の細
   長い導体を含む構体であつて、上記装置によつて支えら
   れるべき電磁波の伝搬方向に長く延びる電流に対し表面
   インピーダンスを有し、このインピーダンスは抵抗性、
   誘導性及び、抵抗性、容量性の横方向電流に対する表面
   インピーダンスであり、この構体に沿つて電磁波がダイ
   ポールモードで伝搬する構体、及び、電気的入力信号を
   受け、これに応じて上記構体内に上記構体に沿つてダイ
   ポールモードで発射するに適当な変化する電界及び或い
   は磁界を確立するか、ダイポールモード波に基づく上記
   構体内の変化する電界及び或いは磁界に感じてこれを表
   わす電気的出力信号を発生するかくる手段とを具備して
   成る事を特徴とする装置。 ３ ダイポールモードでの電磁波の伝搬を支ける装置で
   あつて、第１、第２の導体表面を夫々有する第１、第２
   の部材であつてこれらが実質的に互いに並行であつてこ
   れらの空間に充たされた誘電体によつて分離されている
   第１、第２部材、上記第１、第２部材と直角になつて上
   記空間を実質的に横切つて延びる導体表面を有する第３
   部材であつて、少く共１つの導体が上記空間内でこの第
   ３部材の導体表面に対向し、この導体は細長く延びて上
   記表面に対し並行な長手方向軸を有し、この第３部材の
   表面に平行な上記導体の寸法は上記第１、第２部材間の
   距離に対して小である様な第３部材、及び電気的入力信
   号を受け、これに応じて上記構体内に沿つてダイポール
   モードで発射する適当な変化する電界及び或いは磁界を
   確立するか、ダイポールモード波に基づく上記構体内の
   変化する電界及び或いは磁界に感じてこれを表わす電気
   的出力信号を発生するかする手段とを具備して成る事を
   特徴とする装置。