JPWO2018029953A1 - 導波管ストリップ線路変換器及び給電回路 - Google Patents
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Abstract
Description
この導波管ストリップ線路変換器は、断面形状が方形の中空導波管を備えている。
中空導波管を形成している4つの管壁のうち、1つの管壁の上には、基板が設けられており、その基板の表面にはストリップ線路が配線されている。
また、基板が設けられている1つの管壁には、孔が設けられおり、ストリップ線路と接続されているプローブは、先端が中空導波管における管内の位置となるように、1つの管壁に設けられている孔の位置に配置されている。
なお、アレーアンテナを構成している複数のアンテナ素子に給電する給電回路は、一般的に、複数のアンテナ素子と同数の導波管ストリップ線路変換器が実装される。
したがって、複数のアンテナ素子に給電する給電回路は、複数の導波管ストリップ線路変換器を実装する際、中空導波管の外形寸法だけでなく、基板の外形寸法を考慮して、複数の導波管ストリップ線路変換器を実装する必要がある。このため、基板を実装しない場合と比べて、複数の導波管ストリップ線路変換器の間隔が広くなり、アレーアンテナのフットプリントが大きくなることがある。
また、この発明は、上記の導波管ストリップ線路変換器を実装している給電回路を得ることを目的とする。
図1はこの発明の実施の形態1による導波管ストリップ線路変換器を示す構成図である。
図1Aはこの発明の実施の形態1による導波管ストリップ線路変換器を示す断面図、図1Bはこの発明の実施の形態1による導波管ストリップ線路変換器を示す透過斜視図、図1Cはこの発明の実施の形態1による導波管ストリップ線路変換器を示す透過図である。
図1において、基板1はストリップ線路2が内層に配線され、第1のグラウンド面3が表面に形成され、第2のグラウンド面4が裏面の一部に形成されている。
基板1における中空導波管11の管軸方向の端面5,6、即ち、基板1におけるy方向の端面5,6のうち、中空導波管11における開口11a側の端面5は、導体によってシールドされている。
導体によってシールドされている基板1の端面5には、導体16が接着されており、導体16と基板1は、中空導波管11における1つの管壁12を形成している。
中空導波管11は4つの管壁12,13,14,15のうち、管壁12の一部として基板1を用いている。
また、中空導波管11は、2つの管口のうち、一方の管口が導体17によって塞がっている導波管である。
バックショート17aは導体17における管内11b側の面である。
プローブ19は電磁波を送受信する探針であり、プローブ19は一端がBVH18の他端と接続され、他端である先端19aが中空導波管11における管内11bの位置に配置されている。
整合素子は、ストリップ線路2のうち、BVH18が設けられている位置と、バックショート17aが設けられている位置との間に存在しているストリップ線路2と接続されている。
整合素子におけるインピーダンス変成部21はプローブ19の入力インピーダンス又は出力インピーダンスにおけるレジスタンス成分を調整するために、ストリップ線路2の線路幅を広げている導体である。
整合素子における短絡スタブ22は一端がストリップ線路2と接続され、他端が短絡されている導体である。
ビアホール23は一端が第1のグラウンド面3と接続され、他端が第2のグラウンド面4と接続されている。
図1では、15個のビアホール23が実装されている例を示しているが、ビアホール23の個数は15個に限るものではない。実際には、電磁波の漏洩を高精度に防止するため、15個以上のビアホール23が実装されることが想定される。
図1の導波管ストリップ線路変換器における中空導波管11は、4つの管壁12,13,14,15を備えている。
4つの管壁12,13,14,15のうち、1つの管壁12の一部は、基板1が担っている。
基板1の表面には第1のグラウンド面3が形成され、基板1の裏面には第2のグラウンド面4が形成されているため、基板1は、中空導波管11の管壁12として作用する。
導体によってシールドされている基板1の端面5には、例えば、導電性の接着剤や導電性ネジなどによって、導体16が接着されており、導体16と基板1は、中空導波管11における1つの管壁12を形成している。
ストリップ線路2の一端は、基板1におけるy方向の端面6の位置にあり、ストリップ線路2の他端は、BVH18と接続されている。
プローブ19は、一端がBVH18と接続されているため、BVH18を介して、ストリップ線路2と電気的に接続されている。プローブ19とBVH18の接続としては、例えば、半田付を用いた接着などが考えられる。
プローブ19の先端19aは、中空導波管11における管内11bの位置に配置されている。
所望帯域の中心周波数での管内波長がλgであるとすると、プローブ19の先端19aは、例えば、プローブ19における先端19aの中心と、バックショート17aとの間の距離が、約λg/4となる位置に配置される。
プローブ19の先端19aから放射された電磁波は、中空導波管11の開口11a側に進む電磁波と、バックショート17a側に進む電磁波とに分かれる。
バックショート17a側に進む電磁波は、バックショート17aに反射され、その後、中空導波管11の開口11a側に進行する。
この結果、双方の電磁波が干渉して強め合うため、大きな電力の電磁波をアンテナ素子に供給することが可能になる。
以下、インピーダンス変成部21及び短絡スタブ22の作用を説明する。
アンテナ素子から電磁波を放射する場合のプローブ19の入力インピーダンス、あるいは、アンテナ素子が電磁波を受信する場合のプローブ19の出力インピーダンスは、プローブ19の長さによって変化する。以下、プローブ19の長さを中空導波管11への挿入長と称する。
このため、この実施の形態1では、図1の導波管ストリップ線路変換器を設計する際、プローブ19の入力インピーダンス又は出力インピーダンスにおけるリアクタンス成分が最小となる挿入長を選択し、その選択した挿入長のプローブ19が設けられているものとする。
したがって、図1の導波管ストリップ線路変換器を設計する際、ストリップ線路2の線路幅を適正に設計すれば、プローブ19の入力インピーダンス又は出力インピーダンスにおけるレジスタンス成分を適正な値に調整することができる。
これにより、ストリップ線路2と接続されている図示せぬ外部回路のインピーダンスと、プローブ19の入力インピーダンス又は出力インピーダンスとの整合を図ることができる。しかし、インピーダンス変成部21によって、ストリップ線路2の線路幅を調整するだけでは、所望帯域の中心周波数近傍における1点のみの整合であるため、アンテナ素子が送受信可能な電磁波の帯域をあまり広げることができない。
短絡スタブ22をストリップ線路2に接続することで、帯域端のリアクタンス成分を概ね正負逆転させることができるため、2点の整合ポイントを設けることができる。
この結果、整合素子として、インピーダンス変成部21だけを接続している場合よりも、アンテナ素子が広帯域な電磁波を送受信することが可能になる。
図2Aは図1BのAから見た導波管ストリップ線路変換器の設計例を示す透過図、図2Bは図1BのBから見た導波管ストリップ線路変換器の設計例を示す透過図である。図2Bでは、図面の簡単化のため、ビアホール23の記述を省略している。
図2の設計例では、基板1のx方向の寸法が9.5mm、基板1のz方向の寸法が1mmである。
中空導波管11における管内11bのz方向の寸法が4.1mmである。
プローブ19における先端19aの中心と、バックショート17aとの間の距離寸法が3.5mm、プローブ19の挿入長が2.5mmである。
非グラウンド面4aの径φが1.5mm、プローブ19の径φが0.5mmである。
図3に示す反射特性は、例えば、シミュレーションによって計算されている。
図3において、Aは整合素子がストリップ線路2に接続されていない場合の反射特性である。
Bは整合素子としてインピーダンス変成部21だけがストリップ線路2に接続されている場合の反射特性であり、Cは整合素子としてインピーダンス変成部21と短絡スタブ22がストリップ線路2に接続されている場合の反射特性である。
インピーダンス変成部21だけでなく、短絡スタブ22もストリップ線路2に接続されている場合、2点で整合がとられるため、図3に示すように、インピーダンス変成部21だけがストリップ線路2に接続されている場合よりも、反射特性が良くなっている。
インピーダンス変成部21だけでなく、短絡スタブ22もストリップ線路2に接続されている場合、図3のCに示すように、所望帯域内の多くの帯域で、−19dB以下の良好な反射特性が得られる。
導体16と基板1間の接着精度を高めるために、図4に示すように、導体16と基板1との間に、断面形状が中空導波管11と同一の導体プレート24が挟まれているようにしてもよい。
図4はこの発明の実施の形態1による他の導波管ストリップ線路変換器を示す分解図である。
上記実施の形態1では、基板1が、中空導波管11における1つの管壁12として用いられている導波管ストリップ線路変換器について説明した。
この実施の形態2では、上記実施の形態1における図1の導波管ストリップ線路変換器を実装している給電回路について説明する。
図5において、第1の変換器群31は導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dを備えた変換器群である。
導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dは図1の導波管ストリップ線路変換器と同じ導波管ストリップ線路変換器である。
図5では、第1の変換器群31が4つの導波管ストリップ線路変換器を備えている例を示しているが、2つ以上の導波管ストリップ線路変換器を備えていればよい。
このため、導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおける中空導波管11の開口11aは+y方向であるが、導波管ストリップ線路変換器32における中空導波管11の開口11aは−y方向である。
基板1は導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31d及び導波管ストリップ線路変換器32で共通化されており、導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dのストリップ線路2及び導波管ストリップ線路変換器32のストリップ線路2が基板1の内層に配線されている。また、基板1の内層には合成分配回路33が配線されている。
図6Aは図5のAから見た給電回路を示す透過図、図6Bは図5のBから見た給電回路を示す透過図、図6Cは図5のCから見た給電回路を示す透過図である。
最初に、導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおける中空導波管11の開口11a側に配置されるアンテナ素子から電磁波を放射する場合の動作について説明する。
導波管ストリップ線路変換器32における中空導波管11の開口11aから電磁波が入射される。
導波管ストリップ線路変換器32における中空導波管11の開口11aから入射された電磁波は、中空導波管11の管内11bを伝搬されて、導波管ストリップ線路変換器32におけるプローブ19の先端19aから入射される。
合成分配回路33によって4つに分配された電磁波のそれぞれは、導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおけるストリップ線路2の一端から入射される。
導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおけるプローブ19の先端19aから放射された電磁波は、導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおける中空導波管11の開口11a側に進む電磁波と、導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおけるバックショート17a側に進む電磁波とに分かれる。
バックショート17a側に進む電磁波は、バックショート17aに反射され、その後、中空導波管11の開口11a側に進行する。
この結果、双方の電磁波が干渉して強め合うため、大きな電力の電磁波をアンテナ素子に供給することが可能になる。
アンテナ素子から出力された電磁波は、導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおける中空導波管11の開口11aから入射される。
導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおける中空導波管11の開口11aから入射された電磁波は、中空導波管11の管内11bを伝搬されて、導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおけるプローブ19の先端19aから入射される。
合成分配回路33によって合成された電磁波は、導波管ストリップ線路変換器32におけるストリップ線路2の一端から入射される。
導波管ストリップ線路変換器32におけるプローブ19の先端19aから放射された電磁波は、導波管ストリップ線路変換器32における中空導波管11の開口11a側に進む電磁波と、導波管ストリップ線路変換器32におけるバックショート17a側に進む電磁波とに分かれる。
バックショート17a側に進む電磁波は、バックショート17aに反射され、その後、中空導波管11の開口11a側に進行する。
この結果、双方の電磁波が干渉して強め合うため、大きな電力の電磁波を図示せぬ外部回路に出力することが可能になる。
このため、1つの管壁の上に基板が設けられている導波管ストリップ線路変換器を実装している場合よりも、給電回路の外形寸法を小さくすることができる。即ち、給電回路のz方向の寸法を短くすることができる。
アレーアンテナを構成している複数のアンテナ素子が2次元平面に配置されている場合、即ち、複数のアンテナ素子がx−z平面に配置されている場合、図5の給電回路をz方向に複数配列する必要があるが、給電回路のz方向の寸法を短くすることができるため、1つの管壁の上に基板が設けられている導波管ストリップ線路変換器を実装している場合よりも、アレーアンテナのフットプリントを小さくすることができる。
このため、管軸方向であるy方向の寸法についても短くすることができる。
図7はこの発明の実施の形態2による他の給電回路を示す分解図である。
図7の例では、図4の導波管ストリップ線路変換器と同様に、導体プレート24が設けられている。
上記実施の形態2では、x方向に並んでいる導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dと、1つの導波管ストリップ線路変換器32とを備えた給電回路について説明した。
この実施の形態3では、x方向に並んでいる導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dと、1つの導波管ストリップ線路変換器32との組(以下、「導波管ストリップ線路変換器群」と称する)が、z方向に複数並んでいる給電回路について説明する。
即ち、M(Mは2以上の整数)個の導波管ストリップ線路変換器群がz方向に配列され、M個の導波管ストリップ線路変換器群における第1の変換器群31がN(Nは2以上の整数)個の導波管ストリップ線路変換器を含んでいる給電回路について説明する。
図9はこの発明の実施の形態3による給電回路を示す透過図である。
図9Aは図8のAから見た給電回路を示す透過図、図9Bは図8のBから見た給電回路を示す透過図である。
図8及び図9において、図1、図5及び図6と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
図8及び図9では、基板1a,1bやセプタム45dなどの描画の都合上、中空導波管11におけるx方向の両端の管壁を省略しているが、実際には、中空導波管11におけるx方向の両端には管壁が存在している。
即ち、2個の導波管ストリップ線路変換器群がz方向に配列され、2個の導波管ストリップ線路変換器群における第1の変換器群31が4個の導波管ストリップ線路変換器をそれぞれ備えている例を説明する。
図8では、第1の変換器群41に含まれている導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおける共通の基板1については、説明の便宜上、1aの符号で表している。
図8では、第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおける共通の基板1については、説明の便宜上、1bの符号で表している。
基板1aと基板1bは、別々の基板であってもよいが、共通の基板1における異なる層であってもよい。
また、第1の変換器群41に含まれている導波管ストリップ線路変換器31bと、第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31bは、基板1aと基板1bが向かい合うように配置されている。
第1の変換器群41に含まれている導波管ストリップ線路変換器31cと、第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31cは、基板1aと基板1bが向かい合うように配置されている。
また、第1の変換器群41に含まれている導波管ストリップ線路変換器31dと、第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31dは、基板1aと基板1bが向かい合うように配置されている。
第2の変換器である導波管ストリップ線路変換器44は図1の導波管ストリップ線路変換器と同じ導波管ストリップ線路変換器であり、合成分配回路33を介して、第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dと接続されている。
例えば、偏波Aとして右旋偏波、偏波Bとして左旋偏波の組み合わせなどが考えられる。
セプタム45aは例えば第1の変換器群41に含まれている導波管ストリップ線路変換器31aのプローブ19から放射された偏波Aと、第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31aのプローブ19から放射された偏波Bとを合成して、円偏波をアンテナ素子に向けて出力する。
セプタム45bは例えば第1の変換器群41に含まれている導波管ストリップ線路変換器31bのプローブ19から放射された偏波Aと、第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31bのプローブ19から放射された偏波Bとを合成して、円偏波をアンテナ素子に向けて出力する。
セプタム45cは例えば第1の変換器群41に含まれている導波管ストリップ線路変換器31cのプローブ19から放射された偏波Aと、第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31cのプローブ19から放射された偏波Bとを合成して、円偏波をアンテナ素子に向けて出力する。
セプタム45dは例えば第1の変換器群41に含まれている導波管ストリップ線路変換器31dのプローブ19から放射された偏波Aと、第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31dのプローブ19から放射された偏波Bとを合成して、円偏波をアンテナ素子に向けて出力する。
このため、例えば、第1の変換器群41に含まれている導波管ストリップ線路変換器31aと、第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31aとが、同一のセプタム45aと接続されている。
M個の導波管ストリップ線路変換器群がz方向に配列され、M個の導波管ストリップ線路変換器群における第1の変換器群がN個の導波管ストリップ線路変換器をそれぞれ備えている場合、M個の導波管ストリップ線路変換器群のうち、第m列の導波管ストリップ線路変換器群における第1の変換器群に含まれている第n行の導波管ストリップ線路変換器と、第(m+1)列の導波管ストリップ線路変換器群における第1の変換器群に含まれている第n行の導波管ストリップ線路変換器とが、同一のセプタムと接続される。
また、第m列の導波管ストリップ線路変換器群における第1の変換器群に含まれているN個の導波管ストリップ線路変換器のストリップ線路2と接続されている合成分配回路33は、基板1aの内層に形成され、第(m+1)列の導波管ストリップ線路変換器群における第1の変換器群に含まれているN個の導波管ストリップ線路変換器のストリップ線路2と接続されている合成分配回路33は、基板1aの内層に形成される。
基板1aと基板1bは、上述したように、別々の基板であってもよいが、共通の基板1における異なる層であってもよい。
図10Aは図8の給電回路の基板1a,1bを示す透過斜視図、図10Bは図8のAから見た給電回路の基板1a,1bを示す透過図である。
図10Cは図8のBから見た給電回路の基板1a,1bを示す透過図、図10Dは図8のCから見た給電回路の基板1aを示す透過図である。
最初に、第1の変換器群41,42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおける中空導波管11の開口11a側に配置されるアンテナ素子から円偏波を放射する場合の動作について説明する。
導波管ストリップ線路変換器43における中空導波管11の開口11aから偏波Aが入射される。
また、導波管ストリップ線路変換器44における中空導波管11の開口11aから偏波Bが入射される。
導波管ストリップ線路変換器43における中空導波管11の開口11aから入射された偏波Aは、その中空導波管11の管内11bを伝搬されて、導波管ストリップ線路変換器43におけるプローブ19の先端19aから入射される。
また、導波管ストリップ線路変換器44における中空導波管11の開口11aから入射された偏波Bは、その中空導波管11の管内11bを伝搬されて、導波管ストリップ線路変換器44におけるプローブ19の先端19aから入射される。
合成分配回路33によって4つに分配された偏波Aのそれぞれは、第1の変換器群41に含まれている導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおけるストリップ線路2の一端から入射される。
また、導波管ストリップ線路変換器44におけるプローブ19の先端19aから入射された偏波Bは、合成分配回路33によって4つに分配される。
合成分配回路33によって4つに分配された偏波Bのそれぞれは、第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおけるストリップ線路2の一端から入射される。
第1の変換器群41に含まれている導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおけるプローブ19の先端19aから放射された偏波Aは、その導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおける中空導波管11の開口11a側に進む偏波Aと、バックショート17a側に進む偏波Aとに分かれる。
バックショート17a側に進む偏波Aは、バックショート17aに反射され、その後、中空導波管11の開口11a側に進行する。
バックショート17aに反射されて、中空導波管11の開口11a側に進む偏波Aの位相と、プローブ19の先端19aから放射されて、直接、中空導波管11の開口11a側に進む偏波Aの位相とは同相になる。
この結果、双方の偏波Aが干渉して強め合うため、中空導波管11の開口11aから大きな電力の偏波Aを出力することが可能になる。
第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおけるプローブ19の先端19aから放射された偏波Bは、その導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおける中空導波管11の開口11a側に進む偏波Bと、バックショート17a側に進む偏波Bとに分かれる。
バックショート17a側に進む電磁波は、バックショート17aに反射され、その後、中空導波管11の開口11a側に進行する。
バックショート17aに反射されて、中空導波管11の開口11a側に進む偏波Bの位相と、プローブ19の先端19aから放射されて、直接、中空導波管11の開口11a側に進む偏波Bの位相とは同相になる。
この結果、双方の偏波Bが干渉して強め合うため、中空導波管11の開口11aから大きな電力の偏波Bを出力することが可能になる。
セプタム45bは、第1の変換器群41に含まれている導波管ストリップ線路変換器31bにおける中空導波管11の開口11aから出力された偏波Aと、第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31bにおける中空導波管11の開口11aから出力された偏波Bとを合成して、円偏波をアンテナ素子に向けて出力する。
セプタム45cは、第1の変換器群41に含まれている導波管ストリップ線路変換器31cにおける中空導波管11の開口11aから出力された偏波Aと、第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31cにおける中空導波管11の開口11aから出力された偏波Bとを合成して、円偏波をアンテナ素子に向けて出力する。
セプタム45dは、第1の変換器群41に含まれている導波管ストリップ線路変換器31dにおける中空導波管11の開口11aから出力された偏波Aと、第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31dにおける中空導波管11の開口11aから出力された偏波Bとを合成して、円偏波をアンテナ素子に向けて出力する。
アンテナ素子により受信された円偏波は、セプタム45a,45b,45c,45dに入射される。
セプタム45bは、入射された円偏波を偏波Aと偏波Bに分配して、偏波Aを第1の変換器群41に含まれている導波管ストリップ線路変換器31bに出力し、偏波Bを第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31bに出力する。
セプタム45cは、入射された円偏波を偏波Aと偏波Bに分配して、偏波Aを第1の変換器群41に含まれている導波管ストリップ線路変換器31cに出力し、偏波Bを第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31cに出力する。
セプタム45dは、入射された円偏波を偏波Aと偏波Bに分配して、偏波Aを第1の変換器群41に含まれている導波管ストリップ線路変換器31dに出力し、偏波Bを第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31dに出力する。
セプタム45a,45b,45c,45dから出力された偏波Bは、第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおける中空導波管11の管内11bを伝搬されて、その導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおけるプローブ19の先端19aから入射される。
合成分配回路33によって合成された偏波Aは、導波管ストリップ線路変換器43におけるストリップ線路2の一端から入射される。
また、第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dにおけるプローブ19の先端19aから入射された偏波Bは、合成分配回路33によって合成される。
合成分配回路33によって合成された偏波Bは、導波管ストリップ線路変換器44におけるストリップ線路2の一端から入射される。
導波管ストリップ線路変換器43におけるプローブ19の先端19aから放射された偏波Aは、導波管ストリップ線路変換器43における中空導波管11の開口11a側に進む偏波Aと、導波管ストリップ線路変換器43におけるバックショート17a側に進む偏波Aとに分かれる。
バックショート17a側に進む偏波Aは、バックショート17aに反射され、その後、中空導波管11の開口11a側に進行する。
バックショート17aに反射されて、中空導波管11の開口11a側に進む偏波Aの位相と、プローブ19の先端19aから放射されて、直接、中空導波管11の開口11a側に進む偏波Aの位相とは同相になる。
この結果、双方の偏波Aが干渉して強め合うため、大きな電力の偏波Aを図示せぬ外部回路に出力することが可能になる。
導波管ストリップ線路変換器44におけるプローブ19の先端19aから放射された偏波Bは、導波管ストリップ線路変換器44における中空導波管11の開口11a側に進む偏波Bと、導波管ストリップ線路変換器44におけるバックショート17a側に進む偏波Bとに分かれる。
バックショート17a側に進む偏波Bは、バックショート17aに反射され、その後、中空導波管11の開口11a側に進行する。
バックショート17aに反射されて、中空導波管11の開口11a側に進む偏波Bの位相と、プローブ19の先端19aから放射されて、直接、中空導波管11の開口11a側に進む偏波Bの位相とは同相になる。
この結果、双方の偏波Bが干渉して強め合うため、大きな電力の偏波Bを図示せぬ外部回路に出力することが可能になる。
即ち、第1の変換器群41,42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dと、第2の変換器である導波管ストリップ線路変換器43,44とは、1つの管壁の上に基板が設けられている導波管ストリップ線路変換器よりも、外形寸法が小さい図1の導波管ストリップ線路変換器と同一の導波管ストリップ線路変換器である。
このため、1つの管壁の上に基板が設けられている導波管ストリップ線路変換器を実装している場合よりも、給電回路のz方向の寸法を短くすることができる。
アレーアンテナを構成している複数のアンテナ素子がx−z平面に配置されている場合、第1の変換器群及び第2の変換器をz方向に複数配列する必要があるが、給電回路のz方向の寸法を短くすることができるため、1つの管壁の上に基板が設けられている導波管ストリップ線路変換器を実装している場合よりも、アレーアンテナのフットプリントを小さくすることができる。
また、第1の変換器群42において、導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31dを含んでいる第1の変換器群31と、導波管ストリップ線路変換器44とは、接するように配置することができる。
このため、管軸方向であるy方向の寸法についても短くすることができる。
また、内層にストリップ線路2が配線されている基板1bが、第1の変換器群42に含まれている導波管ストリップ線路変換器31a,31b,31c,31d及び導波管ストリップ線路変換器44で共通化されており、その基板1bの内層に合成分配回路33が形成されている。
したがって、合成分配回路33を実装するための基板を別途用意する必要がないため、合成分配回路33の形成に伴う部品点数の増加を抑えることができる。
この実施の形態4では、導波管ストリップ線路変換器46に変成器47が接続され、変成器47に円偏波発生器入出力部48が接続されている給電回路について説明する。
図11はこの発明の実施の形態4による給電回路を示す断面図である。
図12及び図13は図11の給電回路の要部断面図である。
図12Aは図11の給電回路におけるA−A断面図、図12Bは図11の給電回路におけるB−B断面図である。
図13Aは図11の給電回路におけるC−C断面図、図13Bは図11の給電回路におけるD−D断面図である。
導波管ストリップ線路変換器46は、図1の導波管ストリップ線路変換器に相当する変換器である。
導波管ストリップ線路変換器46の中空導波管11における開口11a側の端面5と接着されている導体16は、基板1の裏面に形成されている第2のグラウンド面4の一部を覆うように、第2のグラウンド面4と接続されている。
即ち、導体16は、上記実施の形態1と同様に、例えば、導電性の接着剤又は導電性ネジなどによって、基板1の端面5と接着されているが、導体16の一部が延伸されており、導体16の延伸部16aは、第2のグラウンド面4の一部を覆うように、基板1と接着されている。
これにより、第2のグラウンド面4と導体16との密着性が上記実施の形態1よりも高まり、第2のグラウンド面4と導体16との密着が不完全であることに伴う電磁波の漏洩などの特性劣化要因を抑圧することができる。
変成器47は、一端が導波管ストリップ線路変換器46の中空導波管11の一端と接続され、他端が円偏波発生器入出力部48の一端と接続されており、導波管ストリップ線路変換器46と円偏波発生器入出力部48との間の管系を変成する。
円偏波発生器入出力部48は、中空導波管によって実現される部材である。
円偏波発生器入出力部48は、一端が変成器47の他端と接続され、他端が図14に示す円偏波発生器61と接続されている入出力部である。
ここで、導波管ストリップ線路変換器46における中空導波管11の管径は、図12A及び図12Bに示すB寸法であり、変成器47の管径は、図13Aに示すB寸法であり、円偏波発生器入出力部48の管径は、図13Bに示すB寸法である。B寸法は、z方向の長さである。
図12Aに示すB寸法は3.1、図12Bに示すB寸法は2.6、図13Aに示すB寸法は3.6であるため、導波管ストリップ線路変換器46における中空導波管11の管径は、変成器47の管径よりも小さい。
また、図13Bに示すB寸法は3.85であるため、変成器47の管径は、円偏波発生器入出力部48の管径よりも小さい。
また、図13Aに示すように、変成器47における4つの管壁のうち、凸部50が設けられている管壁と同じ側の管壁の内面に凸部51bが設けられ、かつ、同じ側の管壁と対向している管壁の内面に凸部51aが設けられている。
また、図13Bに示すように、円偏波発生器入出力部48における4つの管壁うち、凸部50が設けられている管壁と対向している側の管壁の内面に凸部52が設けられている。
導体16の延伸部16aが、第2のグラウンド面4の一部を覆うように、基板1と接着されている。
これにより、第2のグラウンド面4と導体16との密着性が上記実施の形態1よりも高まり、第2のグラウンド面4と導体16との密着が不完全であることに伴う電磁波の漏洩などの特性劣化要因を抑圧することができる。
したがって、導体16が延伸部16aを備えることで、変成器47だけで、導波管ストリップ線路変換器46と円偏波発生器入出力部48との整合をとる場合よりも、整合がとり易くなる。
また、導体16が延伸部16aを備える場合、変成器47だけで整合をとる場合と同じ程度の整合がとれる場合、変成器47のy方向の長さを短くすることが可能になる。
即ち、導体16が延伸部16aを備える場合、変成器47だけで整合をとる場合よりも、整合がとり易くなるため、変成器47のy方向の長さが短くても、整合をとることができるようになる。したがって、変成器47のy方向の長さを短くすることが可能になる。このため、変成器47だけで整合をとる場合よりも、給電回路のy方向の長さを短くすることができる。
また、図13Aに示すように、変成器47における4つの管壁のうち、凸部50が設けられている管壁と同じ側の管壁の内面に凸部51bが設けられ、かつ、同じ側の管壁と対向している管壁の内面に凸部51aが設けられている。このため、凸部50が設けられている導波管ストリップ線路変換器46と、凸部52が設けられている円偏波発生器入出力部48との整合をとることができる。
この実施の形態5では、上記実施の形態4の給電回路に、円偏波発生器61とアンテナ素子52が接続されている給電回路について説明する。
図15はこの発明の実施の形態5による給電回路を示す上面断面透視図である。
図16はこの発明の実施の形態5による給電回路を示す斜視図である。
図14から図16において、図11と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
円偏波発生器61は、円偏波を発生するセプタムである。
円偏波発生器61は、一端が円偏波発生器入出力部48の他端と接続され、他端がアンテナ素子62と接続されている。
円偏波発生器61の管径は、円偏波発生器入出力部48の管径と概ね同じである。
アンテナ素子62は、円偏波発生器61から出力された円偏波を空間に放射し、また、円偏波を受信して、受信した円偏波を円偏波発生器61に出力する。
このため、アンテナ素子62を備えている給電回路をアレイ配列することで、アレイアンテナを構成する場合、複数の給電回路同士の間隔を広げることなく、複数のアンテナ素子62をアレイ配列することができる。
これにより、アレイアンテナにおける複数のアンテナ素子62のフットプリントを小さくすることができる。
Claims (15)
- ストリップ線路が内層に配線され、第1のグラウンド面が表面に形成され、第2のグラウンド面が裏面の一部に形成されている基板と、
方形の断面形状を形成している4つの管壁のうち、1つの管壁として前記基板が用いられている中空導波管と、
一端が前記ストリップ線路と接続され、他端が前記基板の裏面のうち、前記第2のグラウンド面が形成されていない非グラウンド面に配置されているビアホールと、
一端が前記ビアホールの他端と接続され、他端が前記中空導波管における管内の位置に配置されているプローブと
を備えた導波管ストリップ線路変換器。 - 前記中空導波管は、2つの管口のうち、一方の管口が導体によって塞がれている導波管であることを特徴とする請求項1記載の導波管ストリップ線路変換器。
- 前記プローブのインピーダンスを調整する整合素子が前記ストリップ線路と接続されていることを特徴とする請求項2記載の導波管ストリップ線路変換器。
- 前記整合素子は、前記ストリップ線路のうち、前記ビアホールが設けられている位置と、前記管口を塞いでいる導体が設けられている位置との間に存在しているストリップ線路と接続されていることを特徴とする請求項3記載の導波管ストリップ線路変換器。
- 前記整合素子は、
前記ストリップ線路の線路幅を広げるインピーダンス変成部と、
一端が前記ストリップ線路と接続され、他端が短絡されている短絡スタブとを備えていることを特徴とする請求項4記載の導波管ストリップ線路変換器。 - 前記基板における前記中空導波管の管軸方向の端面のうち、前記中空導波管における開口側の端面が導体によってシールドされており、
前記導体によってシールドされている前記基板の端面に対して導体が接着されており、
前記接着されている導体と前記基板が、前記中空導波管における1つの管壁を形成していることを特徴とする請求項1記載の導波管ストリップ線路変換器。 - 前記中空導波管における1つの管壁を形成している前記導体と前記基板との間に、断面形状が前記中空導波管と同一の導体プレートが挟まれていることを特徴とする請求項6記載の導波管ストリップ線路変換器。
- ストリップ線路が内層に配線され、第1のグラウンド面が表面に形成され、第2のグラウンド面が裏面の一部に形成されている基板と、
方形の断面形状を形成している4つの管壁のうち、1つの管壁として上記基板が用いられている中空導波管と、
一端が前記ストリップ線路と接続され、他端が前記基板の裏面のうち、前記第2のグラウンド面が形成されていない非グラウンド面に配置されているビアホールと、
一端が前記ビアホールの他端と接続され、他端が前記中空導波管における管内の位置に配置されているプローブとを備えた導波管ストリップ線路変換器が複数個並べられている第1の変換器群と、
前記導波管ストリップ線路変換器を含んでいる第2の変換器と、
前記第1の変換器群に含まれている複数の導波管ストリップ線路変換器のストリップ線路と、前記第2の変換器に含まれている導波管ストリップ線路変換器のストリップ線路とを接続している合成分配回路と
を備えた給電回路。 - N(Nは2以上の整数)個の導波管ストリップ線路変換器が並べられている前記第1の変換器群がM(Mは2以上の整数)個並べられることで、M×N個の導波管ストリップ線路変換器が2次元平面に配置されており、
M個の第1の変換器群のうち、第m(mは1以上、(M−1)以下の整数)列の第1の変換器群に含まれている第n(nは1以上、N以下の整数)行の導波管ストリップ線路変換器と、
第(m+1)列の第1の変換器群に含まれている第n行の導波管ストリップ線路変換器とが、同一の円偏波発生器と接続されていることを特徴とする請求項8記載の給電回路。 - 第m列の第1の変換器群に含まれているN個の導波管ストリップ線路変換器のストリップ線路と接続されている合成分配回路と、
第(m+1)列の変換器群に含まれているN個の導波管ストリップ線路変換器のストリップ線路と接続されている合成分配回路とは、
前記基板内の異なる層に形成されていることを特徴とする請求項9記載の給電回路。 - 前記中空導波管における開口側の端面と接着されている導体が、前記基板の裏面に形成されている前記第2のグラウンド面の一部を覆うように、前記第2のグラウンド面と接続されていることを特徴とする請求項6記載の導波管ストリップ線路変換器。
- 前記中空導波管における4つの管壁のうち、前記基板を用いている管壁と対向している管壁の内面に凸部が設けられていることを特徴とする請求項1記載の導波管ストリップ線路変換器。
- ストリップ線路が内層に配線され、第1のグラウンド面が表面に形成され、第2のグラウンド面が裏面の一部に形成されている基板と、
方形の断面形状を形成している4つの管壁のうち、1つの管壁として上記基板が用いられている中空導波管と、
一端が前記ストリップ線路と接続され、他端が前記基板の裏面のうち、前記第2のグラウンド面が形成されていない非グラウンド面に配置されているビアホールと、
一端が前記ビアホールの他端と接続され、他端が前記中空導波管における管内の位置に配置されているプローブとを備えた導波管ストリップ線路変換器と、
一端が前記導波管ストリップ線路変換器における前記中空導波管の一端と接続される変成器と、
一端が前記変成器の他端と接続され、他端が円偏波発生器の一端と接続される円偏波発生器入出力部とを備え、
前記中空導波管の管径が、前記円偏波発生器入出力部の管径よりも小さいことを特徴とする請求項1記載の給電回路。 - 前記中空導波管における4つの管壁のうち、前記基板を用いている管壁と対向している管壁の内面に凸部が設けられ、
前記変成器における4つの管壁のうち、前記凸部が設けられている管壁と同じ側の管壁の内面に凸部が設けられ、かつ、前記同じ側の管壁と対向している管壁の内面に凸部が設けられ、
前記円偏波発生器入出力部における4つの管壁のうち、前記凸部が設けられている管壁と対向している側の管壁の内面に凸部が設けられていることを特徴とする請求項13記載の給電回路。 - 一端が前記円偏波発生器入出力部の他端と接続される円偏波発生器を備え、
前記中空導波管の管径が、前記変成器の管径よりも小さく、前記変成器の管径が、前記円偏波発生器入出力部の管径及び前記円偏波発生器の管径のそれぞれよりも小さいことを特徴とする請求項13記載の給電回路。
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