JPWO2020115820A1 - 導波管平面線路変換器及び高周波モジュール - Google Patents
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Abstract
第１の開口（２ａ）側の管路における断面形状である第１の断面形状と、第２の開口（２ｂ）側の管路における断面形状である第２の断面形状とが異なり、第１の断面形状の長手方向（４ａ）と第２の断面形状の短手方向（５ｂ）とが平行に配置され、第１の断面形状の短手方向（４ｂ）と第２の断面形状の長手方向（５ａ）とが平行に配置されている方形導波管（１）を備えるように、導波管平面線路変換器を構成した。
Description
この発明は、方形導波管と平面線路とを備える導波管平面線路変換器及び高周波モジュールに関するものである。
以下の特許文献１には、平面線路と導波管との接続構造が開示されている。
特許文献１に開示されている接続構造は、誘電体基板に形成されているポスト壁導波路を備えており、ポスト壁導波路の端部が導波管の中空部に挿入されている。
また、特許文献１に開示されている接続構造は、ポスト壁導波路における上部側の接地導体層と、導波管の上部広壁との隙間から外部への高周波信号の漏れを防止するために、当該隙間に金属等の導体（以下、「閉鎖導体」と称する）を配置している。
特許文献１に開示されている接続構造は、誘電体基板に形成されているポスト壁導波路を備えており、ポスト壁導波路の端部が導波管の中空部に挿入されている。
また、特許文献１に開示されている接続構造は、ポスト壁導波路における上部側の接地導体層と、導波管の上部広壁との隙間から外部への高周波信号の漏れを防止するために、当該隙間に金属等の導体（以下、「閉鎖導体」と称する）を配置している。
特許文献１に開示されている接続構造では、ポスト壁導波路の製造誤差、導波管の製造誤差、又は、閉鎖導体の製造誤差に伴って、閉鎖導体とポスト壁導波路との間に隙間が生じることがある。閉鎖導体とポスト壁導波路との間に隙間が生じている場合、隙間の幅が、導波管の幅広寸法であって、高周波信号の実効波長の半波長以上であるため、当該接続構造は、高周波信号の遮断構造にならず、高周波信号が外部へ漏れてしまうことがあるという課題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、閉鎖導体を用いることなく、外部への電磁波の漏れを防止することができる導波管平面線路変換器及び高周波モジュールを得ることを目的とする。
この発明に係る導波管平面線路変換器は、第１の開口側の管路における断面形状である第１の断面形状と、第２の開口側の管路における断面形状である第２の断面形状とが異なり、第１の断面形状の長手方向と第２の断面形状の短手方向とが平行に配置され、第１の断面形状の短手方向と第２の断面形状の長手方向とが平行に配置されている方形導波管と、一部が第２の開口側の管路内に配置されているポスト壁導波路と、先端が第１の開口側の管路内に配置され、基端がポスト壁導波路における第１の開口側の端部と接続されている平衡プローブと、方形導波管における第２の開口の外側に配置され、一端がポスト壁導波路における第２の開口側の端部と接続されている平面線路とを備えるものである。
この発明によれば、第１の開口側の管路における断面形状である第１の断面形状と、第２の開口側の管路における断面形状である第２の断面形状とが異なり、第１の断面形状の長手方向と第２の断面形状の短手方向とが平行に配置され、第１の断面形状の短手方向と第２の断面形状の長手方向とが平行に配置されている方形導波管を備えるように、導波管平面線路変換器を構成した。したがって、この発明に係る導波管平面線路変換器は、閉鎖導体を用いることなく、外部への電磁波の漏れを防止することができる。
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る導波管平面線路変換器を示す斜視透過図である。図２は、図１に示す導波管平面線路変換器の分解斜視透過図である。
図３は、図１に示す導波管平面線路変換器の上面透過図である。
図４は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｘ１−ｘ１’断面を示す断面図であり、図５は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｘ２−ｘ２’断面を示す断面図である。
図１は、実施の形態１に係る導波管平面線路変換器を示す斜視透過図である。図２は、図１に示す導波管平面線路変換器の分解斜視透過図である。
図３は、図１に示す導波管平面線路変換器の上面透過図である。
図４は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｘ１−ｘ１’断面を示す断面図であり、図５は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｘ２−ｘ２’断面を示す断面図である。
図６は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｘ３−ｘ３’断面を示す断面図であり、図７は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｘ４−ｘ４’断面を示す断面図である。
図８は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｘ５−ｘ５’断面を示す断面図であり、図９は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｘ６−ｘ６’断面を示す断面図である。
図１０は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｘ７−ｘ７’断面を示す断面図であり、図１１は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｘ８−ｘ８’断面を示す断面図である。
図１２は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｘ９−ｘ９’断面を示す断面図である。
図８は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｘ５−ｘ５’断面を示す断面図であり、図９は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｘ６−ｘ６’断面を示す断面図である。
図１０は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｘ７−ｘ７’断面を示す断面図であり、図１１は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｘ８−ｘ８’断面を示す断面図である。
図１２は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｘ９−ｘ９’断面を示す断面図である。
図１から図１２において、方形導波管１は、第１の金属ブロック１ａと、第２の金属ブロック１ｂとを備えている。
第１の金属ブロック１ａと第２の金属ブロック１ｂとの間には、空間３ａ及び空間３ｂのそれぞれが形成されるように、第１の金属ブロック１ａと第２の金属ブロック１ｂとが接続されている。
空間３ａは、方形導波管１における第１の開口２ａ側の管路である。
空間３ｂは、方形導波管１における第２の開口２ｂ側の管路である。
空間３ｂは、空間３ｃを含んでおり、空間３ｃは、図８に示すように、第２の開口２ｂ側の管路の内壁面１ａ’とポスト壁導波路６との間の空間である。
第１の開口２ａ側の管路におけるｙ−ｚ面と平行な方向の断面形状と、第２の開口２ｂ側の管路におけるｙ−ｚ面と平行な方向の断面形状である第２の断面形状とが、異なっている。
例えば、ｘ１−ｘ１’断面、ｘ２−ｘ２’断面及びｘ３−ｘ３’断面（図３を参照）におけるそれぞれの空間３ａの形状は、第１の断面形状である。
例えば、ｘ４−ｘ４’断面及びｘ５−ｘ５’断面（図３を参照）におけるそれぞれの空間３ｂの形状は、第２の断面形状である。第２の断面形状は、長手方向が５ａで、短手方向が５ｂの矩形である。
第１の金属ブロック１ａと第２の金属ブロック１ｂとの間には、空間３ａ及び空間３ｂのそれぞれが形成されるように、第１の金属ブロック１ａと第２の金属ブロック１ｂとが接続されている。
空間３ａは、方形導波管１における第１の開口２ａ側の管路である。
空間３ｂは、方形導波管１における第２の開口２ｂ側の管路である。
空間３ｂは、空間３ｃを含んでおり、空間３ｃは、図８に示すように、第２の開口２ｂ側の管路の内壁面１ａ’とポスト壁導波路６との間の空間である。
第１の開口２ａ側の管路におけるｙ−ｚ面と平行な方向の断面形状と、第２の開口２ｂ側の管路におけるｙ−ｚ面と平行な方向の断面形状である第２の断面形状とが、異なっている。
例えば、ｘ１−ｘ１’断面、ｘ２−ｘ２’断面及びｘ３−ｘ３’断面（図３を参照）におけるそれぞれの空間３ａの形状は、第１の断面形状である。
例えば、ｘ４−ｘ４’断面及びｘ５−ｘ５’断面（図３を参照）におけるそれぞれの空間３ｂの形状は、第２の断面形状である。第２の断面形状は、長手方向が５ａで、短手方向が５ｂの矩形である。
第１の断面形状における長手方向４ａと短手方向４ｂとは、図４から図６に示すように、互いに直交している。
第２の断面形状における長手方向５ａと短手方向５ｂとは、図７及び図８に示すように、互いに直交している。
第１の断面形状の長手方向４ａと、第２の断面形状の短手方向５ｂとは、図４から図８に示すように、互いに平行に配置されている。
第１の断面形状の短手方向４ｂと、第２の断面形状の長手方向５ａとは、図４から図８に示すように、互いに平行に配置されている。
第２の断面形状における長手方向５ａと短手方向５ｂとは、図７及び図８に示すように、互いに直交している。
第１の断面形状の長手方向４ａと、第２の断面形状の短手方向５ｂとは、図４から図８に示すように、互いに平行に配置されている。
第１の断面形状の短手方向４ｂと、第２の断面形状の長手方向５ａとは、図４から図８に示すように、互いに平行に配置されている。
ポスト壁導波路６の一部は、図７及び図８に示すように、ｙ−ｚ面における長手方向が、第２の断面形状の長手方向５ａと平行になるように、空間３ｂに配置されている。ポスト壁導波路６は、図９に示すように、方形導波管１における第２の開口２ｂの外側まで延びていてもよい。
ポスト壁導波路６は、誘電体基板７と、第１の接地導体８と、第２の接地導体９と、第１の柱状導体１０と、第２の柱状導体１１とを備えている。
誘電体基板７は、空間３ｂでは、ｙ−ｚ面における長手方向が、長手方向５ａと平行になるように配置され、空間３ａの一部では、ｙ−ｚ面における長手方向が、第１の断面形状の短手方向４ｂと平行になるように配置されている。また、誘電体基板７は、方形導波管１における第２の開口２ｂの外側では、ｙ−ｚ面における長手方向が、ｙ軸方向と平行になるように配置されている。
第１の平面７ａは、誘電体基板７における２つのｘ−ｙ面のうち、−ｚ軸方向側のｘ−ｙ面である。
第２の平面７ｂは、誘電体基板７における２つのｘ−ｙ面のうち、＋ｚ軸方向側のｘ−ｙ面である。
第１の接地導体８は、誘電体基板７の第１の平面７ａに形成されている。
第２の接地導体９は、誘電体基板７の第２の平面７ｂに形成されている。誘電体基板７は、第２の接地導体９が第２の金属ブロック１ｂと接するように配置されている。
ポスト壁導波路６は、誘電体基板７と、第１の接地導体８と、第２の接地導体９と、第１の柱状導体１０と、第２の柱状導体１１とを備えている。
誘電体基板７は、空間３ｂでは、ｙ−ｚ面における長手方向が、長手方向５ａと平行になるように配置され、空間３ａの一部では、ｙ−ｚ面における長手方向が、第１の断面形状の短手方向４ｂと平行になるように配置されている。また、誘電体基板７は、方形導波管１における第２の開口２ｂの外側では、ｙ−ｚ面における長手方向が、ｙ軸方向と平行になるように配置されている。
第１の平面７ａは、誘電体基板７における２つのｘ−ｙ面のうち、−ｚ軸方向側のｘ−ｙ面である。
第２の平面７ｂは、誘電体基板７における２つのｘ−ｙ面のうち、＋ｚ軸方向側のｘ−ｙ面である。
第１の接地導体８は、誘電体基板７の第１の平面７ａに形成されている。
第２の接地導体９は、誘電体基板７の第２の平面７ｂに形成されている。誘電体基板７は、第２の接地導体９が第２の金属ブロック１ｂと接するように配置されている。
第１の柱状導体１０は、第１の接地導体８と第２の接地導体９との間を導通させている。
第１の柱状導体１０は、複数存在しており、複数の第１の柱状導体１０は、ほぼｘ軸方向に沿って並べて配置されている。
第２の柱状導体１１は、第１の柱状導体１０よりも＋ｙ軸方向側に配置されており、第１の接地導体８と第２の接地導体９との間を導通させている。
第２の柱状導体１１は、複数存在しており、複数の第２の柱状導体１１は、ほぼｘ軸方向に沿って並べて配置されている。
ポスト壁導波路６の導波路幅６ａは、第１の柱状導体１０と第２の柱状導体１１との間の長さである。
ネジ１２ａ，１２ｂは、誘電体基板７を第２の金属ブロック１ｂに固定するための部材である。
第１の柱状導体１０は、複数存在しており、複数の第１の柱状導体１０は、ほぼｘ軸方向に沿って並べて配置されている。
第２の柱状導体１１は、第１の柱状導体１０よりも＋ｙ軸方向側に配置されており、第１の接地導体８と第２の接地導体９との間を導通させている。
第２の柱状導体１１は、複数存在しており、複数の第２の柱状導体１１は、ほぼｘ軸方向に沿って並べて配置されている。
ポスト壁導波路６の導波路幅６ａは、第１の柱状導体１０と第２の柱状導体１１との間の長さである。
ネジ１２ａ，１２ｂは、誘電体基板７を第２の金属ブロック１ｂに固定するための部材である。
平衡プローブ１３は、第１のプローブ１３ａと、第２のプローブ１３ｂとを備えている。
平衡プローブ１３は、先端が空間３ａに配置され、基端がポスト壁導波路６における第１の開口２ａ側の端部と接続されている。
第１のプローブ１３ａは、先端が空間３ａに配置され、基端が第１の接地導体８における第１の開口２ａ側の端部８ａと接続されるように、誘電体基板７のうち、空間３ａに配置されている部分の誘電体基板７の第１の平面７ａに形成されている。
第１のプローブ１３ａの先端は、−ｘ軸側の端部であり、第１のプローブ１３ａの基端は、＋ｘ軸側の端部である。
第２のプローブ１３ｂは、先端が空間３ａに配置され、基端が第２の接地導体９における第１の開口２ａ側の端部９ａと接続されるように、誘電体基板７のうち、空間３ａに配置されている部分の誘電体基板７の第２の平面７ｂに形成されている。
第２のプローブ１３ｂの先端は、−ｘ軸側の端部であり、第２のプローブ１３ｂの基端は、＋ｘ軸側の端部である。
第１のプローブ１３ａの基端のｙ軸方向の位置と、第２のプローブ１３ｂの基端のｙ軸方向の位置とは、ほぼ同じ位置である。
第１のプローブ１３ａにおける先端のｙ軸方向の位置と、第２のプローブ１３ｂにおける先端のｙ軸方向の位置とは、異なる位置であり、第１のプローブ１３ａと第２のプローブ１３ｂとは、基端から先端の方向に向かうほど、互いの間の距離が広がっている。
平衡プローブ１３は、先端が空間３ａに配置され、基端がポスト壁導波路６における第１の開口２ａ側の端部と接続されている。
第１のプローブ１３ａは、先端が空間３ａに配置され、基端が第１の接地導体８における第１の開口２ａ側の端部８ａと接続されるように、誘電体基板７のうち、空間３ａに配置されている部分の誘電体基板７の第１の平面７ａに形成されている。
第１のプローブ１３ａの先端は、−ｘ軸側の端部であり、第１のプローブ１３ａの基端は、＋ｘ軸側の端部である。
第２のプローブ１３ｂは、先端が空間３ａに配置され、基端が第２の接地導体９における第１の開口２ａ側の端部９ａと接続されるように、誘電体基板７のうち、空間３ａに配置されている部分の誘電体基板７の第２の平面７ｂに形成されている。
第２のプローブ１３ｂの先端は、−ｘ軸側の端部であり、第２のプローブ１３ｂの基端は、＋ｘ軸側の端部である。
第１のプローブ１３ａの基端のｙ軸方向の位置と、第２のプローブ１３ｂの基端のｙ軸方向の位置とは、ほぼ同じ位置である。
第１のプローブ１３ａにおける先端のｙ軸方向の位置と、第２のプローブ１３ｂにおける先端のｙ軸方向の位置とは、異なる位置であり、第１のプローブ１３ａと第２のプローブ１３ｂとは、基端から先端の方向に向かうほど、互いの間の距離が広がっている。
平面線路１４は、信号線導体１４ａと、接地導体１４ｂとを備えている。平面線路１４は、方形導波管１における第２の開口２ｂの外側に配置され、一端がポスト壁導波路６における第２の開口２ｂ側の端部と接続されている。
信号線導体１４ａは、例えば、マイクロストリップ線路によって実現されている。
信号線導体１４ａは、誘電体基板７のうち、第２の開口２ｂの外側に配置されている部分の誘電体基板７の第１の平面７ａに形成されている。
接地導体１４ｂは、誘電体基板７のうち、第２の開口２ｂの外側に配置されている部分の誘電体基板７の第２の平面７ｂに形成されている。
ネジ１５ａ，１５ｂは、誘電体基板７のうち、第２の開口２ｂの外側に配置されている部分の誘電体基板７を第２の金属ブロック１ｂに固定するための部材である。
信号線導体１４ａは、例えば、マイクロストリップ線路によって実現されている。
信号線導体１４ａは、誘電体基板７のうち、第２の開口２ｂの外側に配置されている部分の誘電体基板７の第１の平面７ａに形成されている。
接地導体１４ｂは、誘電体基板７のうち、第２の開口２ｂの外側に配置されている部分の誘電体基板７の第２の平面７ｂに形成されている。
ネジ１５ａ，１５ｂは、誘電体基板７のうち、第２の開口２ｂの外側に配置されている部分の誘電体基板７を第２の金属ブロック１ｂに固定するための部材である。
空間１６ａは、ネジ１２ａが第１の金属ブロック１ａと接触しないように形成された空洞である。
空間１６ｂは、ネジ１２ｂが第１の金属ブロック１ａと接触しないように形成された空洞である。
空間１６ｂは、ネジ１２ｂが第１の金属ブロック１ａと接触しないように形成された空洞である。
第１の断面形状の長手方向４ａの寸法は、方形導波管１により伝搬される電磁波の半波長以上の長さである。
第２の断面形状の長手方向５ａの寸法は、方形導波管１により伝搬される電磁波の半波長以下の長さである。
ポスト壁導波路６の導波路幅６ａは、方形導波管１により伝搬される電磁波の実効波長の半波長以上の長さである。
なお、ポスト壁導波路６は、誘電体基板７を有しており、電磁波が誘電体基板７を通るので、実効波長は、空間３ａ等の空間を通る電磁波の波長よりも短くなる。
空間３ｂを形成している第１の金属ブロック１ａの内壁面のうち、ポスト壁導波路６と対向している内壁面１ａ’と、ポスト壁導波路６における第１の接地導体８との間の長さ５ｃは、誘電体基板７の基板厚の半分以上の長さである。
誘電体基板７の基板厚は、誘電体基板７の厚さのほかに、第１の接地導体８の導体厚及び第２の接地導体９の導体厚のそれぞれを含んでいるものとする。
第２の断面形状の長手方向５ａの寸法は、方形導波管１により伝搬される電磁波の半波長以下の長さである。
ポスト壁導波路６の導波路幅６ａは、方形導波管１により伝搬される電磁波の実効波長の半波長以上の長さである。
なお、ポスト壁導波路６は、誘電体基板７を有しており、電磁波が誘電体基板７を通るので、実効波長は、空間３ａ等の空間を通る電磁波の波長よりも短くなる。
空間３ｂを形成している第１の金属ブロック１ａの内壁面のうち、ポスト壁導波路６と対向している内壁面１ａ’と、ポスト壁導波路６における第１の接地導体８との間の長さ５ｃは、誘電体基板７の基板厚の半分以上の長さである。
誘電体基板７の基板厚は、誘電体基板７の厚さのほかに、第１の接地導体８の導体厚及び第２の接地導体９の導体厚のそれぞれを含んでいるものとする。
次に、図１に示す導波管平面線路変換器の動作について説明する。
第１の断面形状の長手方向４ａと、第２の断面形状の短手方向５ｂとは、図４から図８に示すように、互いに平行に配置されている。
また、第１の断面形状の短手方向４ｂと、第２の断面形状の長手方向５ａとは、図４から図８に示すように、互いに平行に配置されている。
したがって、空間３ａにおける広壁面と、空間３ｂにおける広壁面とが直交しており、空間３ａにおける狭壁面と、空間３ｂにおける狭壁面とが直交している。また、空間３ｂには、ポスト壁導波路６が配置されている。
よって、空間３ａにおける基本モードは、ＴＥ０１モードであり、空間３ｂにおける基本モードは、ＴＥ１０モードである。ＴＥ０１モードとＴＥ１０モードとは、互いに直交しているモードであるため、ＴＥ０１モードとＴＥ１０モードとの結合は、小さい。
ＴＥ０１モードとＴＥ１０モードとの結合が小さいため、方形導波管１における第２の開口２ｂから外部への電磁波の漏れを防止することができる。
第１の断面形状の長手方向４ａと、第２の断面形状の短手方向５ｂとは、図４から図８に示すように、互いに平行に配置されている。
また、第１の断面形状の短手方向４ｂと、第２の断面形状の長手方向５ａとは、図４から図８に示すように、互いに平行に配置されている。
したがって、空間３ａにおける広壁面と、空間３ｂにおける広壁面とが直交しており、空間３ａにおける狭壁面と、空間３ｂにおける狭壁面とが直交している。また、空間３ｂには、ポスト壁導波路６が配置されている。
よって、空間３ａにおける基本モードは、ＴＥ０１モードであり、空間３ｂにおける基本モードは、ＴＥ１０モードである。ＴＥ０１モードとＴＥ１０モードとは、互いに直交しているモードであるため、ＴＥ０１モードとＴＥ１０モードとの結合は、小さい。
ＴＥ０１モードとＴＥ１０モードとの結合が小さいため、方形導波管１における第２の開口２ｂから外部への電磁波の漏れを防止することができる。
そして、第１の断面形状の長手方向４ａの寸法が、方形導波管１により伝搬される電磁波の半波長以上の長さであるため、外部から第１の開口２ａに入力された電磁波は、ＴＥ０１モードで空間３ａを伝搬される。
空間３ａでのＴＥ０１モードは、空間３ａに配置されている平衡プローブ１３である第１のプローブ１３ａ及び第２のプローブ１３ｂによって、平衡線路として、第１の接地導体８及び第２の接地導体９を有している、ポスト壁導波路６の伝搬が可能なモードに変換される。
ポスト壁導波路６の導波路幅６ａは、当該電磁波の実効波長の半波長以上の長さであるため、当該電磁波は、ＴＥ１０モードでポスト壁導波路６を伝搬される。
空間３ａでのＴＥ０１モードは、空間３ａに配置されている平衡プローブ１３である第１のプローブ１３ａ及び第２のプローブ１３ｂによって、平衡線路として、第１の接地導体８及び第２の接地導体９を有している、ポスト壁導波路６の伝搬が可能なモードに変換される。
ポスト壁導波路６の導波路幅６ａは、当該電磁波の実効波長の半波長以上の長さであるため、当該電磁波は、ＴＥ１０モードでポスト壁導波路６を伝搬される。
一方、第２の断面形状の長手方向５ａの寸法は、方形導波管１により伝搬される電磁波の半波長以下の長さであるため、空間３ｂは、当該電磁波の周波数において、遮断構造である。したがって、当該電磁波は、空間３ｂ内では実質的に伝搬されない。
方形導波管１における第２の開口２ｂの外側に配置されている平面線路１４の一端が、ポスト壁導波路６のｙ軸方向の中央部と接続されているため、ポスト壁導波路６を伝搬された電磁波は、準ＴＥＭモードで平面線路１４を伝搬される。
方形導波管１における第２の開口２ｂの外側に配置されている平面線路１４の一端が、ポスト壁導波路６のｙ軸方向の中央部と接続されているため、ポスト壁導波路６を伝搬された電磁波は、準ＴＥＭモードで平面線路１４を伝搬される。
図１３は、空間３ｂをＴＥ１０モードで伝搬される電磁波の減衰定数の電磁界解析結果を示す説明図である。
電磁界解析には、有限要素法が用いられている。図１３の横軸は、方形導波管１により伝搬される電磁波の中心周波数であり、電磁波の中心周波数は、９．７ＧＨｚ帯であるＸ帯によって規格化されている。図１３の縦軸は、ＴＥ１０モードで伝搬される電磁波の減衰定数［Ｎ・ｓ／ｍ］である。
電磁界解析においては、第１の接地導体８の導体厚と、第２の接地導体９の導体厚とを含む誘電体基板７の基板厚を０．５４［ｍｍ］で固定している。
また、電磁界解析においては、図８に示す長さ５ｃを、０．２［ｍｍ］〜０．８［ｍｍ］の範囲としている。
図１３において、３０は長さ５ｃが０．２［ｍｍ］の場合の解析結果を示し、３１は長さ５ｃが０．２７［ｍｍ］の場合の解析結果を示し、３２は長さ５ｃが０．３［ｍｍ］の場合の解析結果を示し、３３は長さ５ｃが０．４［ｍｍ］の場合の解析結果を示し、３４は長さ５ｃが０．５［ｍｍ］の場合の解析結果を示し、３５は長さ５ｃが０．６［ｍｍ］の場合の解析結果を示し、３６は長さ５ｃが０．７［ｍｍ］の場合の解析結果を示し、３７は長さ５ｃが０．８［ｍｍ］の場合の解析結果を示している。
解析結果３１に係る０．２７［ｍｍ］の長さ５ｃは、誘電体基板７の基板厚である０．５４［ｍｍ］の半分の長さである。
電磁界解析には、有限要素法が用いられている。図１３の横軸は、方形導波管１により伝搬される電磁波の中心周波数であり、電磁波の中心周波数は、９．７ＧＨｚ帯であるＸ帯によって規格化されている。図１３の縦軸は、ＴＥ１０モードで伝搬される電磁波の減衰定数［Ｎ・ｓ／ｍ］である。
電磁界解析においては、第１の接地導体８の導体厚と、第２の接地導体９の導体厚とを含む誘電体基板７の基板厚を０．５４［ｍｍ］で固定している。
また、電磁界解析においては、図８に示す長さ５ｃを、０．２［ｍｍ］〜０．８［ｍｍ］の範囲としている。
図１３において、３０は長さ５ｃが０．２［ｍｍ］の場合の解析結果を示し、３１は長さ５ｃが０．２７［ｍｍ］の場合の解析結果を示し、３２は長さ５ｃが０．３［ｍｍ］の場合の解析結果を示し、３３は長さ５ｃが０．４［ｍｍ］の場合の解析結果を示し、３４は長さ５ｃが０．５［ｍｍ］の場合の解析結果を示し、３５は長さ５ｃが０．６［ｍｍ］の場合の解析結果を示し、３６は長さ５ｃが０．７［ｍｍ］の場合の解析結果を示し、３７は長さ５ｃが０．８［ｍｍ］の場合の解析結果を示している。
解析結果３１に係る０．２７［ｍｍ］の長さ５ｃは、誘電体基板７の基板厚である０．５４［ｍｍ］の半分の長さである。
長さ５ｃが誘電体基板７の基板厚の半分の長さよりも短い０．２［ｍｍ］の場合は、解析結果３０が示すように、規格化周波数が１の減衰定数は、約０［Ｎ・ｓ／ｍ］である。したがって、誘電体基板７を含む空間３ｂは、規格化周波数が１の電磁波を遮断することができない。
長さ５ｃが誘電体基板７の基板厚の半分以上の長さの場合は、解析結果３１〜３７が示すように、規格化周波数が１の減衰定数は、約５０以上［Ｎ・ｓ／ｍ］である。したがって、誘電体基板７を含む空間３ｂは、規格化周波数が１の電磁波を実質的に遮断することができる。
長さ５ｃが誘電体基板７の基板厚の半分以上の長さの場合は、解析結果３１〜３７が示すように、規格化周波数が１の減衰定数は、約５０以上［Ｎ・ｓ／ｍ］である。したがって、誘電体基板７を含む空間３ｂは、規格化周波数が１の電磁波を実質的に遮断することができる。
実施の形態１の導波管平面線路変換器は、第２の断面形状の長手方向５ａの寸法が、方形導波管１により伝搬される電磁波の半波長以下の長さであり、かつ、長さ５ｃが誘電体基板７の基板厚の半分以上の長さである。
したがって、当該電磁波は、ポスト壁導波路６を除く空間３ｂをＴＥ１０モードでほとんど伝搬されないが、ポスト壁導波路６をＴＥ１０モードで伝搬される。
したがって、当該電磁波は、ポスト壁導波路６を除く空間３ｂをＴＥ１０モードでほとんど伝搬されないが、ポスト壁導波路６をＴＥ１０モードで伝搬される。
図１４は、図１に示す導波管平面線路変換器における電磁波の反射振幅の電磁界解析結果を示す説明図である。
電磁界解析には、有限要素法が用いられている。図１４の横軸は、方形導波管１により伝搬される電磁波の中心周波数であり、電磁波の中心周波数は、Ｘ帯によって規格化されている。図１４の縦軸は、当該電磁波の反射振幅［ｄＢ］である。
電磁界解析において、長さ５ｃは、０．５［ｍｍ］であるとしている。
反射振幅が−２０［ｄＢ］の比帯域幅は、規格化周波数が約０．９５〜１．０５の範囲であり、規格化周波数が約０．９５〜１．０５の範囲では、反射振幅が約−２０〜−４０［ｄＢ］の範囲である。したがって、規格化周波数が約０．９５〜１．０５の範囲では、方形導波管１により伝搬される電磁波の反射が十分に小さいことが分かる。
電磁界解析には、有限要素法が用いられている。図１４の横軸は、方形導波管１により伝搬される電磁波の中心周波数であり、電磁波の中心周波数は、Ｘ帯によって規格化されている。図１４の縦軸は、当該電磁波の反射振幅［ｄＢ］である。
電磁界解析において、長さ５ｃは、０．５［ｍｍ］であるとしている。
反射振幅が−２０［ｄＢ］の比帯域幅は、規格化周波数が約０．９５〜１．０５の範囲であり、規格化周波数が約０．９５〜１．０５の範囲では、反射振幅が約−２０〜−４０［ｄＢ］の範囲である。したがって、規格化周波数が約０．９５〜１．０５の範囲では、方形導波管１により伝搬される電磁波の反射が十分に小さいことが分かる。
以上の実施の形態１は、第１の開口２ａ側の管路における断面形状である第１の断面形状と、第２の開口２ｂ側の管路における断面形状である第２の断面形状とが異なり、第１の断面形状の長手方向４ａと第２の断面形状の短手方向５ｂとが平行に配置され、第１の断面形状の短手方向４ｂと第２の断面形状の長手方向５ａとが平行に配置されている方形導波管１を備えるように、導波管平面線路変換器を構成した。したがって、導波管平面線路変換器は、閉鎖導体を用いることなく、外部への電磁波の漏れを防止することができる。
実施の形態２．
実施の形態２では、第１の金属ブロック１ａと第１の接地導体８との間を導通させる導通部材４０を備える導波管平面線路変換器について説明する。
図１５は、実施の形態２に係る導波管平面線路変換器を示す断面図である。
図１５に示す導波管平面線路変換器におけるｙ１−ｙ１’断面は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｙ１−ｙ１’断面に対応している。
図１５において、図１から図１２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
導通部材４０は、導電性のスポンジ又は導電性のボンド等によって実現される。
導通部材４０は、空間３ｂの一部に設けられており、第１の金属ブロック１ａと第１の接地導体８との間を導通させている。
導通部材４０は、ｙ軸方向の位置が、例えば、平面線路１４のｙ軸方向の位置に配置される。
空間３ｂの一部に設けられる導通部材４０の数は、１つでもよいし、複数でもよい。
実施の形態２では、第１の金属ブロック１ａと第１の接地導体８との間を導通させる導通部材４０を備える導波管平面線路変換器について説明する。
図１５は、実施の形態２に係る導波管平面線路変換器を示す断面図である。
図１５に示す導波管平面線路変換器におけるｙ１−ｙ１’断面は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｙ１−ｙ１’断面に対応している。
図１５において、図１から図１２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
導通部材４０は、導電性のスポンジ又は導電性のボンド等によって実現される。
導通部材４０は、空間３ｂの一部に設けられており、第１の金属ブロック１ａと第１の接地導体８との間を導通させている。
導通部材４０は、ｙ軸方向の位置が、例えば、平面線路１４のｙ軸方向の位置に配置される。
空間３ｂの一部に設けられる導通部材４０の数は、１つでもよいし、複数でもよい。
導通部材４０は、空間３ｂの全体を遮蔽する閉鎖導体ではない。しかし、導通部材４０は、例えば、電磁波を反射させる遮蔽部材として作用するため、電磁波を遮蔽することができる。
したがって、実施の形態２の導波管平面線路変換器は、実施の形態１の導波管平面線路変換器よりも更に、外部へ漏洩する電磁波を抑圧することができる。
したがって、実施の形態２の導波管平面線路変換器は、実施の形態１の導波管平面線路変換器よりも更に、外部へ漏洩する電磁波を抑圧することができる。
実施の形態３．
実施の形態３では、導波管平面線路変換器を備える送信系の高周波モジュールについて説明する。
図１６は、実施の形態３に係る高周波モジュールを示す断面図である。
図１６に示す高周波モジュールは、導波管平面線路変換器を含んでおり、当該導波管平面線路変換器におけるｙ１−ｙ１’断面は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｙ１−ｙ１’断面に対応している。
図１６において、図１から図１２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
空間５１は、高周波増幅器５５及びアイソレータ５６を設けるために、第１の金属ブロック１ａと第２の金属ブロック１ｂとによって形成されている。
誘電体基板５２は、一方の平面に接地導体５３が施され、他方の平面に接地導体５４が施されている。誘電体基板５２は、接地導体５４が第２の金属ブロック１ｂと接するように、空間５１に配置されている。
実施の形態３では、導波管平面線路変換器を備える送信系の高周波モジュールについて説明する。
図１６は、実施の形態３に係る高周波モジュールを示す断面図である。
図１６に示す高周波モジュールは、導波管平面線路変換器を含んでおり、当該導波管平面線路変換器におけるｙ１−ｙ１’断面は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｙ１−ｙ１’断面に対応している。
図１６において、図１から図１２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
空間５１は、高周波増幅器５５及びアイソレータ５６を設けるために、第１の金属ブロック１ａと第２の金属ブロック１ｂとによって形成されている。
誘電体基板５２は、一方の平面に接地導体５３が施され、他方の平面に接地導体５４が施されている。誘電体基板５２は、接地導体５４が第２の金属ブロック１ｂと接するように、空間５１に配置されている。
高周波増幅器５５は、誘電体基板５２の接地導体５３に設けられている。
高周波増幅器５５は、平面線路１４を伝搬された電磁波がアイソレータ５６を通過してくると、当該電磁波を増幅する。
アイソレータ５６は、誘電体基板７と高周波増幅器５５との間に位置するように、第２の金属ブロック１ｂに設けられている。
アイソレータ５６は、順方向には電磁波を通過させるが、逆方向には電磁波を通過させない高周波部品である。
アイソレータ５６は、準ＴＥＭモードで平面線路１４を伝搬された電磁波を通過させて、高周波増幅器５５から出力された電磁波の通過を阻止する。
図１６に示す高周波モジュールでは、アイソレータ５６が、平面線路１４を伝搬された電磁波を通過させて、高周波増幅器５５から出力された電磁波の通過を阻止している。しかし、これは一例に過ぎず、高周波増幅器５５から出力された電磁波を通過させて、平面線路１４を伝搬された電磁波の通過を阻止するアイソレータ５６であってもよい。
放熱フィン５７は、高周波増幅器５５等から発生した熱を高周波モジュールの外部に放熱するために、空間５１を形成している第２の金属ブロック１ｂの内壁面１０１と対向している第２の金属ブロック１ｂの外壁面１０２に設けられている。
高周波増幅器５５は、平面線路１４を伝搬された電磁波がアイソレータ５６を通過してくると、当該電磁波を増幅する。
アイソレータ５６は、誘電体基板７と高周波増幅器５５との間に位置するように、第２の金属ブロック１ｂに設けられている。
アイソレータ５６は、順方向には電磁波を通過させるが、逆方向には電磁波を通過させない高周波部品である。
アイソレータ５６は、準ＴＥＭモードで平面線路１４を伝搬された電磁波を通過させて、高周波増幅器５５から出力された電磁波の通過を阻止する。
図１６に示す高周波モジュールでは、アイソレータ５６が、平面線路１４を伝搬された電磁波を通過させて、高周波増幅器５５から出力された電磁波の通過を阻止している。しかし、これは一例に過ぎず、高周波増幅器５５から出力された電磁波を通過させて、平面線路１４を伝搬された電磁波の通過を阻止するアイソレータ５６であってもよい。
放熱フィン５７は、高周波増幅器５５等から発生した熱を高周波モジュールの外部に放熱するために、空間５１を形成している第２の金属ブロック１ｂの内壁面１０１と対向している第２の金属ブロック１ｂの外壁面１０２に設けられている。
図１６に示す高周波モジュールは、誘電体基板７と誘電体基板５２との間にアイソレータ５６を備えている。図１６に示す高周波モジュールは、アイソレータ５６を備えているため、高周波増幅器５５を備えても、準ＴＥＭモードで平面線路１４を伝搬される電磁波と、高周波増幅器５５により増幅される高周波との干渉を防ぐことができる。
第２の金属ブロック１ｂの外壁面１０２には、第２の金属ブロック１ｂが設けられているため、高周波増幅器５５等から発生した熱は、高周波モジュールの外部に放熱される。
図１６に示す高周波モジュールは、高周波増幅器５５及びアイソレータ５６を空間５１に設けている。したがって、図１６に示す高周波モジュールは、平面線路１４を伝搬される電磁波及び高周波増幅器５５により増幅される高周波のそれぞれが、高周波モジュールの外部に放射されることを防ぐことができる。
第２の金属ブロック１ｂの外壁面１０２には、第２の金属ブロック１ｂが設けられているため、高周波増幅器５５等から発生した熱は、高周波モジュールの外部に放熱される。
図１６に示す高周波モジュールは、高周波増幅器５５及びアイソレータ５６を空間５１に設けている。したがって、図１６に示す高周波モジュールは、平面線路１４を伝搬される電磁波及び高周波増幅器５５により増幅される高周波のそれぞれが、高周波モジュールの外部に放射されることを防ぐことができる。
図１６に示す高周波モジュールでは、高周波増幅器５５及びアイソレータ５６を設けるための空間５１が、第１の金属ブロック１ａと第２の金属ブロック１ｂとによって形成されている。
しかし、これは一例に過ぎず、例えば、図１７に示すように、高周波増幅器５５及びアイソレータ５６を設けるための空間５１が、シールド部材５８によって形成されている高周波モジュールであってもよい。
図１７は、実施の形態３に係る他の高周波モジュールを示す断面図である。
シールド部材５８は、一端が第１の接地導体８と接続され、他端が接地導体５３と接続されており、高周波増幅器５５及びアイソレータ５６を覆っている。
図１７に示す高周波モジュールは、シールド部材５８を備えているため、平面線路１４を伝搬される電磁波及び高周波増幅器５５により増幅される高周波のそれぞれが、高周波モジュールの外部に放射されることを防ぐことができる。
しかし、これは一例に過ぎず、例えば、図１７に示すように、高周波増幅器５５及びアイソレータ５６を設けるための空間５１が、シールド部材５８によって形成されている高周波モジュールであってもよい。
図１７は、実施の形態３に係る他の高周波モジュールを示す断面図である。
シールド部材５８は、一端が第１の接地導体８と接続され、他端が接地導体５３と接続されており、高周波増幅器５５及びアイソレータ５６を覆っている。
図１７に示す高周波モジュールは、シールド部材５８を備えているため、平面線路１４を伝搬される電磁波及び高周波増幅器５５により増幅される高周波のそれぞれが、高周波モジュールの外部に放射されることを防ぐことができる。
実施の形態４．
実施の形態４では、第１の金属ブロック１ａの内壁面のうち、ポスト壁導波路６と対向している内壁面１ａ’に、チョーク構造６０が形成されている高周波モジュールについて説明する。
図１８は、実施の形態４に係る高周波モジュールを示す断面図である。
図１８に示す高周波モジュールは、導波管平面線路変換器を含んでおり、当該導波管平面線路変換器におけるｙ１−ｙ１’断面は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｙ１−ｙ１’断面に対応している。
図１８において、図１から図１２、図１６及び図１７と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
チョーク構造６０は、第１の金属ブロック１ａの内壁面のうち、ポスト壁導波路６と対向している内壁面１ａ’に形成されている。
チョーク構造６０の長さ６０ａは、チョーク構造６０の開口位置から、チョーク構造６０の底部６０ｂまでのｚ軸方向の長さであり、長さ６０ａは、空間３ｂの伝搬を抑圧したい電磁波の波長の４分の１の奇数倍の長さである。
実施の形態４では、第１の金属ブロック１ａの内壁面のうち、ポスト壁導波路６と対向している内壁面１ａ’に、チョーク構造６０が形成されている高周波モジュールについて説明する。
図１８は、実施の形態４に係る高周波モジュールを示す断面図である。
図１８に示す高周波モジュールは、導波管平面線路変換器を含んでおり、当該導波管平面線路変換器におけるｙ１−ｙ１’断面は、図３に示す導波管平面線路変換器におけるｙ１−ｙ１’断面に対応している。
図１８において、図１から図１２、図１６及び図１７と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
チョーク構造６０は、第１の金属ブロック１ａの内壁面のうち、ポスト壁導波路６と対向している内壁面１ａ’に形成されている。
チョーク構造６０の長さ６０ａは、チョーク構造６０の開口位置から、チョーク構造６０の底部６０ｂまでのｚ軸方向の長さであり、長さ６０ａは、空間３ｂの伝搬を抑圧したい電磁波の波長の４分の１の奇数倍の長さである。
図１８に示す高周波モジュールに含まれている導波管平面線路変換器は、実施の形態１の導波管平面線路変換器と同様に、第２の断面形状の長手方向５ａの寸法が、方形導波管１により伝搬される電磁波の半波長以下の長さである。したがって、空間３ｂは、当該電磁波の周波数において、遮断構造である。
当該電磁波の波長の４分の１の奇数倍の長さ６０ａを有するチョーク構造６０は、当該電磁波を抑圧するように作用する。
したがって、図１８に示す高周波モジュールに含まれている導波管平面線路変換器は、実施の形態１の導波管平面線路変換器よりも更に、空間３ｂにおける当該電磁波の伝搬を抑えることができる。
当該電磁波の波長の４分の１の奇数倍の長さ６０ａを有するチョーク構造６０は、当該電磁波を抑圧するように作用する。
したがって、図１８に示す高周波モジュールに含まれている導波管平面線路変換器は、実施の形態１の導波管平面線路変換器よりも更に、空間３ｂにおける当該電磁波の伝搬を抑えることができる。
実施の形態５．
実施の形態５では、実施の形態１〜４の導波管平面線路変換器のうち、いずれかの実施の形態の導波管平面線路変換器を２つ備えている導波管平面線路変換器について説明する。
図１９は、実施の形態５に係る導波管平面線路変換器を示す斜視透過図である。図１９において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
２つの導波管平面線路変換器のうち、一方の導波管平面線路変換器である第１の導波管平面線路変換器は、図中、分配合成器７０の左上に表記されている導波管平面線路変換器である。
他方の導波管平面線路変換器である第２の導波管平面線路変換器は、図中、分配合成器７０の右下に表記されている導波管平面線路変換器である。
実施の形態５では、実施の形態１〜４の導波管平面線路変換器のうち、いずれかの実施の形態の導波管平面線路変換器を２つ備えている導波管平面線路変換器について説明する。
図１９は、実施の形態５に係る導波管平面線路変換器を示す斜視透過図である。図１９において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
２つの導波管平面線路変換器のうち、一方の導波管平面線路変換器である第１の導波管平面線路変換器は、図中、分配合成器７０の左上に表記されている導波管平面線路変換器である。
他方の導波管平面線路変換器である第２の導波管平面線路変換器は、図中、分配合成器７０の右下に表記されている導波管平面線路変換器である。
分配合成器７０は、入出力ポート７０ａ，７０ｂ，７０ｃを有するＥ面分岐のＴ型導波管である。
分配合成器７０は、入出力ポート７０ａが第１の導波管平面線路変換器における方形導波管１の第１の開口２ａと接続され、入出力ポート７０ｂが第２の導波管平面線路変換器における方形導波管１の第１の開口２ａと接続されている。
分配合成器７０は、第１の導波管平面線路変換器における方形導波管１の第１の開口２ａから入出力ポート７０ａに電磁波が入力されると、電磁波を２つに分岐して、一方の電磁波を入出力ポート７０ｂに出力し、他方の電磁波を入出力ポート７０ｃに出力する。入出力ポート７０ａに入力された電磁波の位相と、入出力ポート７０ｂ，７０ｃに出力された電磁波の位相とは、逆位相である。
分配合成器７０は、入出力ポート７０ａが第１の導波管平面線路変換器における方形導波管１の第１の開口２ａと接続され、入出力ポート７０ｂが第２の導波管平面線路変換器における方形導波管１の第１の開口２ａと接続されている。
分配合成器７０は、第１の導波管平面線路変換器における方形導波管１の第１の開口２ａから入出力ポート７０ａに電磁波が入力されると、電磁波を２つに分岐して、一方の電磁波を入出力ポート７０ｂに出力し、他方の電磁波を入出力ポート７０ｃに出力する。入出力ポート７０ａに入力された電磁波の位相と、入出力ポート７０ｂ，７０ｃに出力された電磁波の位相とは、逆位相である。
また、分配合成器７０は、第２の導波管平面線路変換器における方形導波管１の第１の開口２ａから入出力ポート７０ｂに電磁波が入力されると、電磁波を２つに分岐して、一方の電磁波を入出力ポート７０ａに出力し、他方の電磁波を入出力ポート７０ｃに出力する。入出力ポート７０ｂに入力された電磁波の位相と、入出力ポート７０ａ，７０ｃに出力された電磁波の位相とは、逆位相である。
また、分配合成器７０は、入出力ポート７０ｃに電磁波が入力されると、電磁波を２つに分岐して、一方の電磁波を入出力ポート７０ａに出力し、他方の電磁波を入出力ポート７０ｂに出力する。入出力ポート７０ａに出力された電磁波の位相と、入出力ポート７０ｂに出力された電磁波の位相とは、逆位相である。
また、分配合成器７０は、入出力ポート７０ｃに電磁波が入力されると、電磁波を２つに分岐して、一方の電磁波を入出力ポート７０ａに出力し、他方の電磁波を入出力ポート７０ｂに出力する。入出力ポート７０ａに出力された電磁波の位相と、入出力ポート７０ｂに出力された電磁波の位相とは、逆位相である。
図１９に示す導波管平面線路変換器では、第１の導波管平面線路変換器における第１のプローブ１３ａと、第２の導波管平面線路変換器における第２のプローブ１３ｂとが、対向するように配置されている。
また、第１の導波管平面線路変換器における第２のプローブ１３ｂと、第２の導波管平面線路変換器における第１のプローブ１３ａとが、対向するように配置されている。
また、第１の導波管平面線路変換器における第２のプローブ１３ｂと、第２の導波管平面線路変換器における第１のプローブ１３ａとが、対向するように配置されている。
次に、図１９に示す導波管平面線路変換器の動作について説明する。
図２０は、図１９に示す導波管平面線路変換器と比較対象となる導波管平面線路変換器を示す斜視透過図である。
図２０に示す導波管平面線路変換器は、第１の導波管平面線路変換器における第１のプローブ１３ａと、第２の導波管平面線路変換器における第１のプローブ１３ａとが、対向するように配置されている。
また、第１の導波管平面線路変換器における第２のプローブ１３ｂと、第２の導波管平面線路変換器における第２のプローブ１３ｂとが、対向するように配置されている。
図２０に示す第１の導波管平面線路変換器の平面線路１４に与えられる電磁波の位相と、第２の導波管平面線路変換器の平面線路１４に与えられる電磁波の位相とが、同相であるものとする。
図２０に示す導波管平面線路変換器では、第１の導波管平面線路変換器における方形導波管１の第１の開口２ａから出力された電磁波の位相と、第２の導波管平面線路変換器における方形導波管１の第１の開口２ａから出力された電磁波の位相とは、逆相になる。
図２０は、図１９に示す導波管平面線路変換器と比較対象となる導波管平面線路変換器を示す斜視透過図である。
図２０に示す導波管平面線路変換器は、第１の導波管平面線路変換器における第１のプローブ１３ａと、第２の導波管平面線路変換器における第１のプローブ１３ａとが、対向するように配置されている。
また、第１の導波管平面線路変換器における第２のプローブ１３ｂと、第２の導波管平面線路変換器における第２のプローブ１３ｂとが、対向するように配置されている。
図２０に示す第１の導波管平面線路変換器の平面線路１４に与えられる電磁波の位相と、第２の導波管平面線路変換器の平面線路１４に与えられる電磁波の位相とが、同相であるものとする。
図２０に示す導波管平面線路変換器では、第１の導波管平面線路変換器における方形導波管１の第１の開口２ａから出力された電磁波の位相と、第２の導波管平面線路変換器における方形導波管１の第１の開口２ａから出力された電磁波の位相とは、逆相になる。
図２１は、図２０に示す導波管平面線路変換器における電磁波の通過位相の電磁界解析を示す説明図である。
電磁界解析には、有限要素法が用いられている。図２１の横軸は、２つの導波管平面線路変換器における方形導波管１の第１の開口２ａから出力されたそれぞれの電磁波の中心周波数であり、電磁波の中心周波数は、Ｘ帯によって規格化されている。図２１の縦軸は、電磁波の通過位相［ｄｅｇ］である。
図２１において、８１は、第１の導波管平面線路変換器における電磁波の通過位相、８２は、第２の導波管平面線路変換器における電磁波の通過位相である。
通過位相８１と通過位相８２とは、位相が１８０度反転している。
電磁界解析には、有限要素法が用いられている。図２１の横軸は、２つの導波管平面線路変換器における方形導波管１の第１の開口２ａから出力されたそれぞれの電磁波の中心周波数であり、電磁波の中心周波数は、Ｘ帯によって規格化されている。図２１の縦軸は、電磁波の通過位相［ｄｅｇ］である。
図２１において、８１は、第１の導波管平面線路変換器における電磁波の通過位相、８２は、第２の導波管平面線路変換器における電磁波の通過位相である。
通過位相８１と通過位相８２とは、位相が１８０度反転している。
図２２は、図２０に示す導波管平面線路変換器における電磁波の反射振幅の電磁界解析を示す説明図である。
電磁界解析には、有限要素法が用いられている。図２２の横軸は、２つの導波管平面線路変換器における方形導波管１の第１の開口２ａから出力されたそれぞれの電磁波の中心周波数であり、電磁波の中心周波数は、Ｘ帯によって規格化されている。図２２の縦軸は、反射振幅［ｄＢ］である。
図２２において、９１は、第１の導波管平面線路変換器における電磁波の反射振幅、９２は、第２の導波管平面線路変換器における電磁波の反射振幅である。
反射振幅９１と反射振幅９２とは、概ね同じである。
電磁界解析には、有限要素法が用いられている。図２２の横軸は、２つの導波管平面線路変換器における方形導波管１の第１の開口２ａから出力されたそれぞれの電磁波の中心周波数であり、電磁波の中心周波数は、Ｘ帯によって規格化されている。図２２の縦軸は、反射振幅［ｄＢ］である。
図２２において、９１は、第１の導波管平面線路変換器における電磁波の反射振幅、９２は、第２の導波管平面線路変換器における電磁波の反射振幅である。
反射振幅９１と反射振幅９２とは、概ね同じである。
図２０に示す導波管平面線路変換器において、第１の導波管平面線路変換器における第１のプローブ１３ａと、第２のプローブ１３ｂとを入れ替えた場合、図１９に示す導波管平面線路変換器となる。
図２０に示す第１の導波管平面線路変換器の平面線路１４に与えられる電磁波の位相と、第２の導波管平面線路変換器の平面線路１４に与えられる電磁波の位相とが、同相であるものとする。
図２０に示す第１の導波管平面線路変換器における第１のプローブ１３ａと、第２のプローブ１３ｂとを入れ替えた場合、図２１に示す電磁界解析結果により、２つの導波管平面線路変換器におけるそれぞれの電磁波の通過位相は、同相になることが分かる。
図２０に示す第１の導波管平面線路変換器における第１のプローブ１３ａと、第２のプローブ１３ｂとを入れ替えても、図２２に示す電磁界解析結果により、２つの導波管平面線路変換器におけるそれぞれの電磁波の反射振幅は、概ね同じになることが分かる。
図２０に示す第１の導波管平面線路変換器の平面線路１４に与えられる電磁波の位相と、第２の導波管平面線路変換器の平面線路１４に与えられる電磁波の位相とが、同相であるものとする。
図２０に示す第１の導波管平面線路変換器における第１のプローブ１３ａと、第２のプローブ１３ｂとを入れ替えた場合、図２１に示す電磁界解析結果により、２つの導波管平面線路変換器におけるそれぞれの電磁波の通過位相は、同相になることが分かる。
図２０に示す第１の導波管平面線路変換器における第１のプローブ１３ａと、第２のプローブ１３ｂとを入れ替えても、図２２に示す電磁界解析結果により、２つの導波管平面線路変換器におけるそれぞれの電磁波の反射振幅は、概ね同じになることが分かる。
図１９に示す導波管平面線路変換器は、図２０に示す第１の導波管平面線路変換器における第１のプローブ１３ａと、第１の導波管平面線路変換器における第２のプローブ１３ｂとが入れ替えた場合の導波管平面線路変換器と同じである。
図１９に示す第１の導波管平面線路変換器の平面線路１４に与えられる電磁波の位相と、第２の導波管平面線路変換器の平面線路１４に与えられる電磁波の位相とが、同相であるものとする。
したがって、図１９に示す導波管平面線路変換器では、第１の導波管平面線路変換器における方形導波管１の第１の開口２ａから出力された電磁波の位相と、第２の導波管平面線路変換器における方形導波管１の第１の開口２ａから出力された電磁波の位相とは、同位相になる。また、それぞれの電磁波の反射振幅は、概ね同じになる。
図１９に示す導波管平面線路変換器の分配合成器７０は、通過位相が同相であり、かつ、反射振幅が概ね同じである２つの電磁波を合成し、入出力ポート７０ａから合成した電磁波を外部に出力する。
図１９に示す第１の導波管平面線路変換器の平面線路１４に与えられる電磁波の位相と、第２の導波管平面線路変換器の平面線路１４に与えられる電磁波の位相とが、同相であるものとする。
したがって、図１９に示す導波管平面線路変換器では、第１の導波管平面線路変換器における方形導波管１の第１の開口２ａから出力された電磁波の位相と、第２の導波管平面線路変換器における方形導波管１の第１の開口２ａから出力された電磁波の位相とは、同位相になる。また、それぞれの電磁波の反射振幅は、概ね同じになる。
図１９に示す導波管平面線路変換器の分配合成器７０は、通過位相が同相であり、かつ、反射振幅が概ね同じである２つの電磁波を合成し、入出力ポート７０ａから合成した電磁波を外部に出力する。
図１９に示す導波管平面線路変換器は、２つの導波管平面線路変換器から出力されるそれぞれの電磁波の位相を同位相にするための遅延線路を設けることなく、通過位相が同相の２つの電磁波を合成することができる。
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
この発明は、方形導波管と平面線路とを備える導波管平面線路変換器及び高周波モジュールに適している。
１ 方形導波管、１ａ 第１の金属ブロック、１ａ’ 内壁面、１ｂ 第２の金属ブロック、２ａ 第１の開口、２ｂ 第２の開口、３ａ 空間、３ｂ 空間、３ｃ 空間、４ａ 第１の断面形状の長手方向、４ｂ 第１の断面形状の短手方向、５ａ 第２の断面形状の長手方向、５ｂ 第２の断面形状の短手方向、５ｃ 内壁面１と第１の接地導体との間の長さ、６ ポスト壁導波路、６ａ 導波路幅、７ 誘電体基板、７ａ 第１の平面、７ｂ 第２の平面、８ 第１の接地導体、８ａ 第１の接地導体における第１の開口側の端部、９ 第２の接地導体、９ａ 第２の接地導体における第１の開口側の端部、１０ 第１の柱状導体、１１ 第２の柱状導体、１２ａ，１２ｂ ネジ、１３ 平衡プローブ、１３ａ 第１のプローブ、１３ｂ 第２のプローブ、１４ 平面線路、１４ａ 信号線導体、１４ｂ 接地導体、１５ａ，１５ｂ ネジ、１６ａ，１６ｂ 空間、３０ ０．２［ｍｍ］の場合の解析結果、３１ ０．２７［ｍｍ］の場合の解析結果、３２ ０．３［ｍｍ］の場合の解析結果、３３ ０．４［ｍｍ］の場合の解析結果、３４ ０．５［ｍｍ］の場合の解析結果、３５ ０．６［ｍｍ］の場合の解析結果、３６ ０．７［ｍｍ］の場合の解析結果、３７ ０．８［ｍｍ］の場合の解析結果、４０ 導通部材、５１ 空間、５２ 誘電体基板、５３，５４ 接地導体、５５ 高周波増幅器、５６ アイソレータ、５７ 放熱フィン、５８ シールド部材、６０ チョーク構造、６０ａ チョーク構造の長さ、６０ｂ チョーク構造の底部、７０ 分配合成器、７０ａ，７０ｂ，７０ｃ 入出力ポート、８１，８２ 通過位相、９１，９２ 反射振幅、１０１ 内壁面、１０２ 外壁面。
この発明に係る導波管平面線路変換器は、第１の開口側の管路における断面形状である第１の断面形状と、第２の開口側の管路における断面形状である第２の断面形状とが異なり、第１の断面形状の長手方向と第２の断面形状の短手方向とが平行に配置され、第１の断面形状の短手方向と第２の断面形状の長手方向とが平行に配置されている方形導波管と、一部が第２の開口側の管路内に配置されているポスト壁導波路と、先端が第１の開口側の管路内に配置され、基端がポスト壁導波路における第１の開口側の端部と接続されている平衡プローブと、方形導波管における第２の開口の外側に配置され、一端がポスト壁導波路における第２の開口側の端部と接続されている平面線路とを備え、ポスト壁導波路は、誘電体基板と、誘電体基板の第１の平面に形成されている第１の接地導体と、誘電体基板の第２の平面に形成されている第２の接地導体と、第１の接地導体と第２の接地導体とを接続している第１の柱状導体と、第１の接地導体と第２の接地導体とを接続している第２の柱状導体とを備えており、ポスト壁導波路の導波路幅が、第１の柱状導体と第２の柱状導体との間の長さであり、第２の開口側の管路の内壁面のうち、ポスト壁導波路と対向している内壁面と、ポスト壁導波路との間の長さが、誘電体基板の基板厚の半分以上の長さである。
また、この発明に係る導波管平面線路変換器は、第１の開口側の管路における断面形状である第１の断面形状と、第２の開口側の管路における断面形状である第２の断面形状とが異なり、第１の断面形状の長手方向と第２の断面形状の短手方向とが平行に配置され、第１の断面形状の短手方向と第２の断面形状の長手方向とが平行に配置されている方形導波管と、一部が第２の開口側の管路内に配置されているポスト壁導波路と、先端が第１の開口側の管路内に配置され、基端がポスト壁導波路における第１の開口側の端部と接続されている平衡プローブと、方形導波管における第２の開口の外側に配置され、一端がポスト壁導波路における第２の開口側の端部と接続されている平面線路とを備え、ポスト壁導波路は、誘電体基板と、誘電体基板の第１の平面に形成されている第１の接地導体と、誘電体基板の第２の平面に形成されている第２の接地導体と、第１の接地導体と第２の接地導体とを接続している第１の柱状導体と、第１の接地導体と第２の接地導体とを接続している第２の柱状導体とを備えており、ポスト壁導波路の導波路幅が、第１の柱状導体と第２の柱状導体との間の長さであり、方形導波管は、第１の金属ブロックと、第２の金属ブロックとを備え、第１の金属ブロックと第２の金属ブロックとの間に、管路としての空間が形成されるように、第１の金属ブロックと第２の金属ブロックとが接続されており、誘電体基板は、空間内に配置され、ネジによって、第２の金属ブロックに固定されている。
また、この発明に係る導波管平面線路変換器は、第１の開口側の管路における断面形状である第１の断面形状と、第２の開口側の管路における断面形状である第２の断面形状とが異なり、第１の断面形状の長手方向と第２の断面形状の短手方向とが平行に配置され、第１の断面形状の短手方向と第２の断面形状の長手方向とが平行に配置されている方形導波管と、一部が第２の開口側の管路内に配置されているポスト壁導波路と、先端が第１の開口側の管路内に配置され、基端がポスト壁導波路における第１の開口側の端部と接続されている平衡プローブと、方形導波管における第２の開口の外側に配置され、一端がポスト壁導波路における第２の開口側の端部と接続されている平面線路とを備え、ポスト壁導波路は、誘電体基板と、誘電体基板の第１の平面に形成されている第１の接地導体と、誘電体基板の第２の平面に形成されている第２の接地導体と、第１の接地導体と第２の接地導体とを接続している第１の柱状導体と、第１の接地導体と第２の接地導体とを接続している第２の柱状導体とを備えており、ポスト壁導波路の導波路幅が、第１の柱状導体と第２の柱状導体との間の長さであり、方形導波管は、第１の金属ブロックと、第２の金属ブロックとを備え、第１の金属ブロックと第２の金属ブロックとの間に、管路としての空間が形成されるように、第１の金属ブロックと第２の金属ブロックとが接続されており、誘電体基板は、空間内に配置され、ネジによって、第２の金属ブロックに固定されている。
図１６に示す高周波モジュールは、誘電体基板７と誘電体基板５２との間にアイソレータ５６を備えている。図１６に示す高周波モジュールは、アイソレータ５６を備えているため、高周波増幅器５５を備えても、準ＴＥＭモードで平面線路１４を伝搬される電磁波と、高周波増幅器５５により増幅される高周波との干渉を防ぐことができる。
第２の金属ブロック１ｂの外壁面１０２には、放熱フィン５７が設けられているため、高周波増幅器５５等から発生した熱は、高周波モジュールの外部に放熱される。
図１６に示す高周波モジュールは、高周波増幅器５５及びアイソレータ５６を空間５１に設けている。したがって、図１６に示す高周波モジュールは、平面線路１４を伝搬される電磁波及び高周波増幅器５５により増幅される高周波のそれぞれが、高周波モジュールの外部に放射されることを防ぐことができる。
第２の金属ブロック１ｂの外壁面１０２には、放熱フィン５７が設けられているため、高周波増幅器５５等から発生した熱は、高周波モジュールの外部に放熱される。
図１６に示す高周波モジュールは、高周波増幅器５５及びアイソレータ５６を空間５１に設けている。したがって、図１６に示す高周波モジュールは、平面線路１４を伝搬される電磁波及び高周波増幅器５５により増幅される高周波のそれぞれが、高周波モジュールの外部に放射されることを防ぐことができる。
Claims (11)
- 第１の開口側の管路における断面形状である第１の断面形状と、第２の開口側の管路における断面形状である第２の断面形状とが異なり、前記第１の断面形状の長手方向と前記第２の断面形状の短手方向とが平行に配置され、前記第１の断面形状の短手方向と前記第２の断面形状の長手方向とが平行に配置されている方形導波管と、
一部が前記第２の開口側の管路内に配置されているポスト壁導波路と、
先端が前記第１の開口側の管路内に配置され、基端が前記ポスト壁導波路における前記第１の開口側の端部と接続されている平衡プローブと、
前記方形導波管における前記第２の開口の外側に配置され、一端が前記ポスト壁導波路における前記第２の開口側の端部と接続されている平面線路と
を備えた導波管平面線路変換器。 - 前記第２の開口側の管路の内壁面と前記ポスト壁導波路との間に空間が設けられており、
前記第１の断面形状の長手方向の寸法が、前記方形導波管により伝搬される電磁波の半波長以上の長さであり、前記第２の断面形状の長手方向の寸法が、前記電磁波の半波長以下の長さであり、
前記ポスト壁導波路の導波路幅が、前記電磁波の実効波長の半波長以上の長さであることを特徴とする請求項１記載の導波管平面線路変換器。 - 前記ポスト壁導波路は、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の第１の平面に形成されている第１の接地導体と、
前記誘電体基板の第２の平面に形成されている第２の接地導体と、
前記第１の接地導体と前記第２の接地導体とを接続している第１の柱状導体と、
前記第１の接地導体と前記第２の接地導体とを接続している第２の柱状導体とを備えており、
前記ポスト壁導波路の導波路幅が、前記第１の柱状導体と前記第２の柱状導体との間の長さであることを特徴とする請求項１記載の導波管平面線路変換器。 - 前記平衡プローブは、
先端が前記第１の開口側の管路内に配置され、基端が前記第１の接地導体における前記第１の開口側の端部と接続されている第１のプローブと、
先端が前記第１の開口側の管路内に配置され、基端が前記第２の接地導体における前記第１の開口側の端部と接続されている第２のプローブとを備えており、
前記第１のプローブと前記第２のプローブとは、基端から先端の方向に向かうほど、互いの間の距離が広がっていることを特徴とする請求項３記載の導波管平面線路変換器。 - 前記第２の開口側の管路の内壁面のうち、前記ポスト壁導波路と対向している内壁面と、前記ポスト壁導波路との間の長さが、前記誘電体基板の基板厚の半分以上の長さであることを特徴とする請求項３記載の導波管平面線路変換器。
- 前記方形導波管は、第１の金属ブロックと、第２の金属ブロックとを備え、前記第１の金属ブロックと前記第２の金属ブロックとの間に、前記管路としての空間が形成されるように、前記第１の金属ブロックと前記第２の金属ブロックとが接続されており、
前記誘電体基板は、前記空間内に配置され、ネジによって、前記第２の金属ブロックに固定されていることを特徴とする請求項３記載の導波管平面線路変換器。 - 前記方形導波管は、第１の金属ブロックと、第２の金属ブロックとを備え、前記第１の金属ブロックと前記第２の金属ブロックとの間に、前記管路としての空間が形成されるように、前記第１の金属ブロックと前記第２の金属ブロックとが接続されており、
前記誘電体基板は、前記第２の接地導体が前記第２の金属ブロックと接するように、前記空間に配置され、
前記第１の金属ブロックと前記第１の接地導体との間を導通させる導通部材を備えたことを特徴とする請求項３記載の導波管平面線路変換器。 - 前記方形導波管は、第１の金属ブロックと、第２の金属ブロックとを備え、前記第１の金属ブロックと前記第２の金属ブロックとの間に、前記管路としての空間が形成されるように、前記第１の金属ブロックと前記第２の金属ブロックとが接続されており、
前記空間を形成している前記第２の金属ブロックの内壁面と対向している前記第２の金属ブロックの外壁面に、放熱フィンが形成されていることを特徴とする請求項１記載の導波管平面線路変換器。 - 前記方形導波管は、第１の金属ブロックと、第２の金属ブロックとを備え、前記第１の金属ブロックと前記第２の金属ブロックとの間に、前記管路としての空間が形成されるように、前記第１の金属ブロックと前記第２の金属ブロックとが接続されており、
前記第１の金属ブロックの内壁面のうち、前記ポスト壁導波路と対向している内壁面に、チョーク構造が形成されていることを特徴とする請求項１記載の導波管平面線路変換器。 - 請求項４記載の導波管平面線路変換器を２つ備えており、
２つの導波管平面線路変換器のうちの一方の導波管平面線路変換器が、第１の導波管平面線路変換器であり、他方の導波管平面線路変換器が、第２の導波管平面線路変換器であり、
前記第１の導波管平面線路変換器における前記方形導波管の第１の開口と、前記第２の導波管平面線路変換器における前記方形導波管の第１の開口とが分配合成器を介して接続されており、
前記第１の導波管平面線路変換器における第１のプローブと、前記第２の導波管平面線路変換器における第２のプローブとが対向するように配置され、
前記第１の導波管平面線路変換器における第２のプローブと、前記第２の導波管平面線路変換器における第１のプローブとが対向するように配置されていることを特徴とする導波管平面線路変換器。 - 導波管平面線路変換器と、
送信用の高周波を増幅する高周波増幅器と、
前記導波管平面線路変換器に含まれる平面線路により伝搬される電磁波と、前記高周波増幅器により増幅される高周波との干渉を防ぐアイソレータとを備え、
前記導波管平面線路変換器は、
第１の開口側の管路における断面形状である第１の断面形状と、第２の開口側の管路における断面形状である第２の断面形状とが異なり、前記第１の断面形状の長手方向と前記第２の断面形状の短手方向とが平行に配置され、前記第１の断面形状の短手方向と前記第２の断面形状の長手方向とが平行に配置されている方形導波管と、
一部が前記第２の開口側の管路内に配置されているポスト壁導波路と、
先端が前記第１の開口側の管路内に配置され、基端が前記ポスト壁導波路における前記第１の開口側の端部と接続されている平衡プローブと、
前記方形導波管における前記第２の開口の外側に配置され、一端が前記ポスト壁導波路における前記第２の開口側の端部と接続されている平面線路とを備えていることを特徴とする高周波モジュール。
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2018
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