JPS63503268A - スイッチャブルマルチパワーレベルショートスロットウエーブガイドハイブリッドカプラー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高周波エネルギのためのパワー分割器に関し、より詳細には改善された マルチバワーレベルウエーブガイドハイブリッドカ゛ブラーに関する。

ハイブリッドカプラーは１つの導波管内の電磁エネルギの一部を他の導波管に結 合すべくマイクロ波回路において広範に使用される。ときとしてその結合比は、 ２つの導波管の間に等しいパワー分割を発生すべく２分の１となる。他方、パワ ーの４分の１または１０分の１のようなより小さな量のパワーが１つの導波管か らもう１つの導波管に結合される。カプラーに共通した形としてハイブリッドカ プラーが知られており、これは２つの導波管が互いに接触しつつ平行に配置され て共通壁を共有する。共通壁には電磁エネルギを結合するために開口が設けられ る。

ある応用においては、高周波パワーの相対的分割を第１導波管と第２導波管との 間で選択的に変える能力が望まれる。

応用の１つとして衛星アンテナ用給電網があるが、これには放射パワーの配分を 変化させる可変パワー分割能力が使用されている。衛星アンテナシステムのパワ ー配分は地上局からの命令を遂行することによって変化される。

出願人は以前、パワー分割が等分である状態と第２導波管へのパワーの結合が全 くない状態との間をスイッチ可能な３ｄＢの導波管からなるハイブリッドカプラ ーを考えだした。

これは、間隔をおいて配置された３つのピンを共通壁の開口内に落下させて前記 開口を効果的に密閉するかまたは、前記ピンを上昇させて開口を開いて通常の方 法によってエネルギを第２導波管に結合することによって達成される。しかしな がら、この有効オンオフ能力は多くの応用においてシステムの所望の柔軟性を達 成するには不十分である。

それゆえ、命令に応答していくつかの可能なパワーレベルの１つを供給し、かつ 製造が比較的簡単で安価であるスイッチャプルウェーブガイドハイブリッドカプ ラーを提供することは技術の進歩を意味する。

発明の摘要 スイッチャプルマルチパワーレベルウェーブガイドハイブリッドカプラーが開示 される。好ましい実施例において、結合器は短孔を有する導波管からなるハイブ リッドカプラーの形をとり、第１および第２の方形導波管が、接触しつつ並置さ れ、共通な分割壁としての側壁を共有する。第１結合係数に従って第１と第２導 波管との間で電磁エネルギを結合する手段を提供すべく前記共通壁に結合孔が形 成される。複数の引出し可能なピンが前記結合孔の長手方向にそって間隔をおい て設けられる。各突出部を前記導波管のそれぞれの短壁に沿って設けて前記結合 孔に沿う前記導波管の幅を減少させて高い結合レベルを得る。前記導波管の中心 に電界を集中すべく各導波管の広幅壁の１つに沿ってリッジ部材をそれぞれ設け て低い結合係数能力を提供する。特定のピンを選択的に挿入または前記孔から引 出す駆動装置が提供され前記ハイブリッドカプラーの結合係数を制御する。

図面の簡単な説明 本発明のこれらのおよび他の特徴かつ利点は、添附の図面の中で示したように、 模範となる実施例の次の詳細な説明によってより明らかになる。

第１図は本発明を具体化したスイッチャプルハイブリッドカプラーの端面図であ る。

第２図は第１図の線２−２に沿った第１図のハイブリッドカプラーの断面図であ る。

第３図は第２図の線３−３に沿った第１図および第２図のハイブリッドカプラー の断面図である。

第４図は第１図乃至第３図のハイブリッドカプラーに使用された模範的なピンの 斜視図である。

開示内容の詳細な説明 第１図乃至第３図に示されたようにカプラー１５の好ましい実施例は並置された 一対の導波管部材２０および３０を具備し、それぞれが方形断面を有する。約１ ２ＧＨｚのマイクロ波周波数においてはＷＲ−７５タイプの導波管が用いられ、 前記導波管２０および３０のそれぞれの幅（側壁から側壁まで）とそれぞれの長 さく端部から端部まで）は０．７５０インチおよび２．２５０インチである。通 過および結合導波管２０および３０の４つのそれぞれのポート２１．３１．２２ ．３２は前記ハイブリッドカプラー１５の入力ポート、分離ポート、通過ポート 、結合ポートをそれぞれ形成する。前記導波管のそれぞれは２つの広幅壁、すな わち上壁２０ｃと３０ｃおよび底壁２０ａと３０ａとを有する。前記広幅壁はそ れぞれの短壁すなわち外壁２０ｂと３０ｂおよび２つの前記導波管２０および３ ０のそれぞれの内壁としての共通壁２５によって結合される。第１乃至４図は一 定の比率で縮小されたものではない。

細長いリッジ２３および３３は前記通過および結合導波管２０．３０の各底壁２ ０ａおよび３０ａに沿ってそれぞれ設けられ、それぞれが前記各導波管２０．３ ０の対向側壁２０ｂ、３０ｂに向って延在する各側腕部材２３ａ、２３ｂおよび ３３ａ、３３ｂを有する。好ましい実施例においては、これらのリッジは真ちゅ う等の伝導材から製造され約１゜２２インチの長さと約０．１０インチの高さを 有する。前記側腕領域における前記リッジの幅は約０．４０インチであり前記側 腕の中間領域における前記リッジの幅は約０．２５インチである。第１図と第２ 図とから明らかなように、前記リッジ部材２３および３３は概して結合孔２６と 長さが同じであり前記結合孔に整列される。例えば第１図の端面図において前記 リッジは、各導波管の側壁間の中央に方形の終端部を有するように設けられる。

ＴＥＩＯモードにおいては電界は対向する中央壁と側壁の間における導波管の中 央部に集中する。

前記リッジ２３および３３は前記電界を前記各導波管２０および３０の中央部に よりいっそう集中させる働きをする。これによって前記孔２６を通して前記結合 導波管３０に結合されるエネルギ量が減少される。

各突出部２４および３４は共通分割壁２５に形成された結よび３０の対向側壁２ ０ｂおよび３０ｂに沿ってそれぞれ設けられる。前記突出部２４および３４は真 ちゅうなどの伝導材で形成され前記結合孔での前記導波管２０．３０の幅を減少 させて前記導波管内に縮小した幅の領域を形成する。これらの突出部および前記 リッジ２３および３３はインピーダンス整合素子としての役目をもち前記カプラ ー１５の出力と周波数との関数の勾配を最小にする。特性インピーダンスは、前 記縮小幅を有する領域と、さらには前記容量性リッジ２３．３３とにより使用の 周波数帯域に渡って相対的に一定である。

前記導波管３０の特性インピーダンスに整合したインピーダンスをもつ無反射負 荷の抵抗３８に略図的に結合された前記カプラー１５の分離ポート３１が示され ている。そのような負荷（図には示さず）は、一般にくさび形をしており、前記 力プラニ１５の動作周波数における電磁エネルギを吸収し、フランジ（図に示さ ず）によって前記分離ポート３１に接続された導波管の一部（図に示さず）に取 付けられている。使用時においては、当業者によって認識されるように、前記カ プラーはマイクロ波回路（図に示さず）の構成部分に接続される。前記構成部分 は、フランジ（図に示さず）によって従来の方法で前記カプラー１５の各ポート ２１．２２．３２に接続される付属品を含む。

上述したように、結合開口または結合孔２６が前記共通壁２５に形成される。開 示された実施例において前記結合孔２６の長手方向の長さは導波管において使用 される波長λｇ１約１．３インチ、の約１０分の７である。入力ポート２１に供 給された電磁エネルギはＴＥＩＯのモードで導波管２０に沿って出力ポート２２ に向って伝搬する。前記突出部２４および前記共通壁２５によって規定された前 記縮小幅の領域は入射エネルギの電界を前記リッジ２３の方向に変位させる傾向 がある。前記リッジ２３とその対向側壁２Ｏｂ間に発生した電荷は前記分割壁２ ５の前記結合孔２６を流れる横断電流を減少させる。したがって、大抵の入力エ ネルギは前記リッジ２３に沿って先導され前記通過ポート２２に到達する。開示 された実施例においては、結合ポートでの結合パワーと通過ポートでの通過パワ ーとの比は約−５ｄＢである。

前記カプラー１５の選択的結合は、前記孔２６を流れる横断電流の量を制御して 前記結合導波管３０内に相補的なＴＥＩＯモードを励振することによって達成さ れる。引出し可能なピン２７ａ乃至２７ｅは、前記分割壁２５および前記ＴＥＩ Ｏモードのエネルギの電界と一直線にある前記孔２６内に伸張すべく提供される 。前記ピンは前記導波管２０．３０の隣接する上！２０ｃ、３０ｃに形成された 穴２８を通じて伸張し前記導波管２０．３０の底壁２０　ａ　ｓ　３０　ａへと 下方に伸張する。前記ピンは等しい距離に配置され前記ピンの中心は導波管の波 長の約１０分の１だけ分離される。開示された実施例においては前記ピンの中心 から中心までの間隔は約０．２０インチである。終端ピン２７ａおよび２７ｅは 前記結合孔２６を規定する壁２５の終端から導波管の波長の１０分の１以下の距 離だけ間隔をおいてそれぞれ配置されている。

伸張した位置では前記ピンは前記上壁２０ｃおよび３０ｃから前記下’Ｊ　２０ 　ａおよび３０ａへと伸張する（第３図）。

第４図に代表的なピン２７が示されている。前記ピンの一端がピン駆動装置に取 付けるべくねじ山を有する。開示された実施例においては各穴２８の直径は０． ０６９インチであり、各ピンの直径は０．０６３インチである。前記ピンは真ち ゅうなどの伝導材から製造される。前記共通壁２５の厚さは約０．０３０インチ である。

前記ピン２７ａ乃至２７ｅの特定した１つを選択して前記結合孔２６から引出す べく駆動装置が供給され前記ハイブリッドカプラー１５の結合比を制御する。５ つの全てのピンが引出されて前記結合孔２６が完全に自由になったときの結合係 数は約−５ｄＢである。前記ピン２７ａのみが前記結合孔２６を通して挿入され た時は前記結合孔２６の長手方向の長さは約０．０６３インチだけ効果的に減少 される。したがって結合シャントリアクタンスも減少されその結果、前記結合孔 を通じて結合導波管部の前記縮小幅の領域へ流れる横断表面電流が減少される。

すなわち、より少ないマイクロ波エネルギが前記結合導波管３０に結合される。

２７ａ乃至２７ｅの５つのピンが独立して引出されまたは挿入されるので、１６ 通りの制御ピンの位置の組合わせがあり、したがって数多くの異なる結合係数が 考えられる。全てのピンが前記結合孔２６を通して挿入された時、実質的にエネ ルギ結合が全熱ないが、これは前記ピンが前記導波管の波長の１０分の１の間隔 で配置されるからである。

再構成可能な前記カプラー１５は従来の矩形側壁の短孔形カプラーと同じ位相特 性を持つ。前記通過ポート２２に到達する信号は前記結合ポート３２に到達する 信号より位相が９０°進んでいる。この位相ずれは分離ポートで信号が最小にな る矩形側壁の短孔形ハイブリッドカプラーのよく知られた動作に固有のものであ る。

前記ピンを駆動するためにソレノイドアクチュエータまたはステッピングモータ が適切な装置において使用され前記各ピンを挿入位置と引込み位置間で駆動する 。前記装置は前記導波管の上壁２０ｃおよび３０ｃの上部表面に隣接して設けら れ、概して第１図および３図の参照数字４０で示される。

前記駆動装置は、制御線４１に供給される適当な制御信号を受けて２７ａ乃至２ ７ｅの前記５つのピンのそれぞれを独立して駆動する。前記ピン２７ａ乃至２７ ｅは適当な締付は手段、例えば前記ピン（第４図）の一端に形成されたねじ山を 前記駆動装置に形成された前記ねじ山を持つ穴に係合することによって前記駆動 装置４０に固定される。特定された応用の目的にかなう様々な装置が当業者によ って容易に考えだされる。

開示された実施例は、１．７ＧＨｚから１２．２ＧＨｚの周波数帯域に渡って４ つのパワーレベルについてテストされたものである。これにより表１に示すよう な結果が得られた。

表１ ２７ａ　−７，０８ｄＢ　−２３，４７ｄＢ　−２１，７ｄＢ　、１０　ｄＢ２ ７ｂ　−８，５４ｄＢ　−１８，７８ｄＢ　−２６，２ｄＢ　、１２　ｄＢ２７ ｂ及び２７ｄ　−１４，２８ｄＢ　−２０，８９ｄＢ　−３８，２ｄＢ　、２６ 　ｄＢ２７ａ−ｅ　−２８，５８ｄＢ　−１８，４３ｄＢ　−４１４ｄＢ　１． ９３　ｄＢ上記した実施例は、単に本発明の原理を表わす特定された実施例を示 すだけである。これらの原理に従って他の変更態様が当業者によって本発明の範 囲から逸脱せずに考えだされる。

国際調査報告 −１−４−＾ｅ＠ｂａ＋１１Ｉｓ、ＰＣＴ／υＳ　８７１００６２７ＡＮＮＥＸ 　Ｔｏ　ＡＨＥ　ｒＮＴＥＲＮＡＴＩｏｉ（Ａｔ、５ＥＡＲＣＨＲＥＰＯＲＴ　 ＯＮ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．接触しつつ並置されて共通分割壁としての側壁を共有する第１導波管および 第２導波管と、 電磁エネルギを前記第１導波管と前記第２導波管との間で可変的に結合し、前記 共通壁に形成された結合孔と、前記結合孔の領域群を選択的に遮断することによ って入射エネルギに対する結合エネルギの結合比を選択する制御手段とを含む手 段と、 前記導波管の間で結合されるエネルギ量を制限し、相等しいパワー分割より小な る結合比を提供すべく電磁エネルギの電界を前記結合孔から間隔をおいて配置さ れた導波管の領域に集中させる手段とを具備し、１つの導波管における電磁エネ ルギの選択可能に可変な部分をもう１つの導波管に結合するスイッチャブルマル チパワーレベルショートスロットウエーブガイドハイブリッドカプラー。
2. ２．前記制御手段が、前記第１導波管と前記第２導波管との間の結合シャントリ アクタンスを制御すべく前記第１および前記第２導波管のそれぞれの上方および 下方広幅壁の間の前記結合孔に選択的に挿入される複数の細長い伝導素子を具備 する請求の範囲第１項に記載のスイッチャブルハイブリッドカプラー。
3. ３．前記伝導素子が、前記カブラーを通る電磁エネルギの電界と実質的に一直線 になる前記結合孔に挿入されて配設された請求の範囲第２項に記載のスイッチャ ブルハイブリッドカプラー。
4. ４．前記制御手段が、前記細長い要素のそれぞれを、前記孔内の挿入位置と前記 要素が前記第１および前記第２導波管の前記広幅壁の１つに形成された開口を通 じて引出される引出し位置との間で独立して駆動する駆動装置をさらに具備する 請求の範囲第３項に記載のスイッチャブルハイブリッドカプラー。
5. ５．前記集中手段が、前記孔に対向する前記第１および前記第２導波管の広幅壁 に沿ってそれぞれ設けられた第１および第２の伝導性リッジ部材を具備する請求 の範囲第１項に記載のスイッチャブルハイブリッドカプラー。
6. ６．前記リッジが、前記結合孔に対向する各導波管の側壁に向って延在する第１ および第２の側腕部を結合する細長い中央リッジを具備する請求の範囲第５項に 記載のスイッチャブルハイブリッドカプラー。
7. ７．使用の周波数範囲に渡って相対的に一定の結合特性インピーダンスを維持す るインピーダンス整合手段をさらに具備する請求の範囲第１項に記載のスイッチ ャブルハイブリッドカプラー。
8. ８．前記インピーダンス整合手段が前記集中手段と前記結合孔における前記導波 管の断面を減少させる手段を具備する請求の範囲第７項に記載のスイッチャブル ハイブリッドカプラー。
9. ９．前記減少手段が、前記結合孔に対向する前記導波管の側壁から各第１および 第２の導波管内に延長する第１および第２の伝導性突出部を具備する請求の範囲 第８項に記載のスイッチャブルハイブリッドカプラー。
10. １０．電界を集中させる前記手段が容量性インピーダンスの構成部分を提供し、 前記減少手段が誘導性インピーダンスの構成部分を提供することによって前記集 中手段と前記減少手段との共働作用が相対的に一定な前記特性インピーダンスを 維持する請求の範囲第８項に記載のスイッチャブルハイブリッドカブラー。
11. １１．ハイブリッド結合比を選択的に制御するウエーブガイドハイブリッドカプ ラーであり、 接触しつつ並置され共通分割側壁によって分離される第１導波管および第２導波 管であり、前記導波管のそれぞれが各広幅壁と側壁とを具備し方形断面を有する ように組立てられた金属性壁を具備する第１導波管および第２導波管と、電磁エ ネルギを前記第１および第２の導波管の間で結合すべく前記共通側壁に形成され た結合孔と、前記孔のシャントリアクタンスを選択的に減少すべく前記導波管の 前記広幅壁の間で前記孔に沿って挿入するように設けられた複数の伝導性ピンと 、 前記ピンのそれぞれを挿入位置と前記各ピンが一方の前記広幅壁の開口を通じて 引出される引出し位置との間で独立して駆動する手段と、 前記導波管の間で結合されたエネルギ量を制限すべく前記結合孔から間隔をおい て配置された前記導波管の領域に電磁エネルギの電界を集中させる手段とを具備 し、前記ハイブリッドカプラーの結合比が、挿入位置にある前記ピンの個々に選 択された組合わせによって選択されるウエーブガイドハイブリッドカプラー。
12. １２．挿入されたピンの個々の組合わせによって選択された前記結合比が約−５ ｄＢから約−２８ｄＢの範囲にある請求の範囲第１１項に記載のハイブリッドカ プラー。