WO2007114007A1 - 導波管結合器 - Google Patents

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WO2007114007A1
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Nobuhiko Oguma
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    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
    • H01P5/181—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being hollow waveguides
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Definitions

  • the present invention relates to a waveguide coupler.
  • a conventional waveguide coupler has, for example, the shape shown in FIG. 1, and has obtained good characteristics over a wide band even though it is relatively small. In recent years, there has been a tendency to demand a wider band, and it has become difficult to cope with conventional waveguide couplers. There is a need for such improvements in electrical characteristics.
  • waveguide couplers have various frequency menus, even different frequency menus may use the same size waveguide interface. In such a case, rather than manufacturing waveguide couplers corresponding to each frequency characteristic, the force S and cost performance of manufacturing one waveguide coupler with a wide band design are increased. There is a need for such productivity improvements.
  • Patent Document 1 by adding a ridge, the cut-off frequency of the TE10 mode (TE: Transverse electric) is lowered without changing the inner diameter of the waveguide. This broadens the frequency characteristics of the waveguide itself. Couplers using such waveguides also have expanded frequency characteristics.
  • TE Transverse electric
  • Patent Document 1 Japanese Utility Model Publication No. 03-053007
  • Patent Document 2 JP-A-10-126118
  • an object of the present invention is to provide a waveguide coupler that improves electrical characteristics and productivity.
  • An embodiment of the present invention that achieves the above object relates to a waveguide coupler characterized by forming a groove along the waveguide wall in the vicinity of the coupling portion.
  • the groove is formed along the inner wall or the outer wall of the waveguide wall. Further, both sides of the side wall of the groove may be formed along the waveguide wall, or the groove may be formed in multiple stages.
  • At least one of the width, position, and depth of the groove is adjusted in at least one of the vicinity of the inlet of the waveguide coupler and the vicinity of the outlet of the outlet of the waveguide coupler. It is characterized by doing.
  • the waveguide coupler of the present invention exhibits a function equivalent to the presence of a ridge in the vicinity of the coupling portion by forming a groove along the waveguide in the vicinity of the coupling portion.
  • a wide band of various frequency characteristics can be realized, and electrical characteristics in various frequency menus can be improved.
  • digging a groove rather than a ridge increases the number of ways of digging a groove with better manufacturing workability, so cost performance can be improved and productivity can be improved.
  • FIG. 2 illustrates the configuration of the waveguide coupler 10 of the present embodiment.
  • This waveguide coupler 10 is composed of four ports 1, 2, 3, 4 and grooves 21, 22, 23, 24 along the waveguide wall near the coupling.
  • the grooves 21 and 22 are formed along the inner wall, and the grooves 23 and 24 are formed along the outer wall.
  • Ports 1 and 2 are input ports that input transmitted electromagnetic waves, and ports 3 and 4 are output ports that output transmitted electromagnetic waves.
  • FIG. 3 illustrates a state of electromagnetic wave transmission performed by the waveguide coupler 10.
  • Illustrations 21 to 24 are omitted.
  • (1) TE10 mode is input from port 1 in area I
  • (2) TE10 mode and (3) TE20 mode are excited in area IV.
  • region ⁇ (4) TE10 mode is excited to port 3
  • (5) ⁇ 10 mode is excited to port 4.
  • Fig. 4 shows the waveforms of electromagnetic waves in each mode (1) to (5).
  • the rectangular waveguide used in each region has a frequency characteristic
  • the frequency characteristic of the rectangular waveguide has a frequency characteristic of the waveguide coupler. It can be said that it dominates.
  • a ridge waveguide as shown in Fig. 5 (b) as means for expanding the frequency characteristics of a rectangular waveguide as shown in Fig. 5 (a).
  • the ridge waveguide provides a wide frequency characteristic by providing a ridge to lower the cutoff frequency of the waveguide.
  • the characteristics of the ridge waveguide are applied to the region II in FIG. 3, which is the coupling portion of the waveguide coupler, to broaden the coupling characteristics.
  • port In the areas 0 and IV of! ⁇ 4, that is, in the vicinity of the inlet of the inlet port and in the vicinity of the outlet of the outlet port, at least one of the width, position and depth of the grooves 21 to 24 is adjusted to guide the connection. Connect continuously with the tube.
  • FIG. 6 is a graph showing the basic characteristics of a conventional waveguide coupler (having the configuration shown in FIG. 1).
  • the coupling amount (S41, S31) is -3.1 ⁇ 0.3 dB with a relative bandwidth of about 10%, and the return loss (Sl l, S21) is _24 dB.
  • FIG. 7 is a graph showing the basic characteristics of the waveguide coupler 10 of the present embodiment.
  • FIG. 8 is an enlarged view of the vicinity of the coupling amounts (S41, S31) in FIG. binding amount in it the band about 26 0/0 (S41, S31 ) f or _ 3. a 1 ⁇ 0. 3 dB, the return loss (S11, S21) is - 21 dB, and the broadband waveguide coupler compared to conventional To improve productivity and improve productivity. Since the grooves 21 to 24 are formed along the waveguide wall in the vicinity of the coupling portion, the same function as that in the case where the ridge exists in the vicinity of the coupling portion is exhibited, and the TE10 mode and the TE20 mode are cut.
  • the off characteristics can be adjusted almost equally.
  • the frequency characteristic adjustment method increases, so that the frequency characteristic can be expanded and the waveguide for realizing the characteristic can be selected in a shape that is easy to manufacture. Therefore, digging a ditch rather than a ridge increases the number of ditch digging operations that are more manufacturable, thus increasing cost performance and improving productivity.
  • FIG. 9 shows a configuration in which the grooves 21 and 22 formed along the inner wall do not exist in the configuration of FIG.
  • FIG. 10 illustrates a configuration in which the side wall of the grooves 23 and 24 formed along the outer wall is formed not only on the side closer to the inner wall but also on the side closer to the outer wall along the outer wall.
  • FIG. 11 shows the configuration of FIG. 2 in which grooves 25 and 26 having a smaller groove depth are provided in addition to the grooves 23 and 24 formed along the outer wall.
  • the figure shows a configuration in which multi-stage grooves are formed. Note that these configurations are merely examples.
  • FIG. 1 illustrates a configuration of a conventional waveguide coupler.
  • FIG. 2 illustrates the configuration of the waveguide coupler 10 of the present embodiment.
  • FIG. 3 illustrates the state of electromagnetic wave transmission performed by the waveguide coupler 10.
  • FIG. 4 Waveforms of electromagnetic waves in each mode (1) to (5) are shown.
  • FIG. 5 Shows the configuration of rectangular waveguide (a) and ridge waveguide (b).
  • FIG. 6 A graph showing the basic characteristics of a conventional waveguide coupler.
  • FIG. 7 is a graph showing the basic characteristics of the waveguide coupler 10 of the present embodiment.
  • FIG. 8 is an enlarged view of the vicinity of the coupling amounts (S41, S31) in FIG.
  • FIG. 9 illustrates another configuration of the waveguide coupler 10.
  • FIG. 10 illustrates another configuration of the waveguide coupler 10.
  • FIG. 11 illustrates another configuration of the waveguide coupler 10.

Landscapes

  • Waveguides (AREA)
  • Waveguide Connection Structure (AREA)

Abstract

　電気特性及び生産性を向上する導波管結合器を提供する。 　本発明の導波管結合器１０は４つのポート１、ポート２、ポート３、ポート４と、結合部付近の導波管壁に沿った溝２１、２２、２３、２４を有して構成される。溝２１、２２は内壁に沿って形成され、溝２３、２４は外壁に沿って形成されている。このように、結合部近傍において、導波管壁に沿った溝を形成することにより、結合部近傍にリッジが存在するのと同等の機能を発揮するので、種々の周波数特性の広帯域化を実現することができ、種々の周波数メニューにおける電気特性を向上することができる。またリッジよりも溝を掘る方が製造作業性もよく、溝の掘り方も増えるのでコストパフォーマンスは高まり、生産性を向上することができる。

Description

明 細 書
導波管結合器
技術分野
[0001] 本発明は、導波管結合器に関する発明である。
背景技術
[0002] 従来の導波管結合器は、例えば図 1で図示される形状を有し、比較的小型でも広 い帯域にわたり良い特性を得てきた。し力 近年、より一層の広帯域化の要求が求め られる傾向にあり、従来の導波管結合器では対応することが難しくなつてきている。こ のような電気特性の改善が求められている。
[0003] また、導波管結合器には様々な周波数メニューがあるが、異なる周波数メニューで あっても同じサイズの導波管インターフェイスを使用していることがある。このような場 合、それぞれの周波数特性に対応する導波管結合器を製造するよりは、広帯域化設 計をしてひとつの導波管結合器を製造した方力 S、コストパフォーマンスが高まる。この ような生産性の改善が求められている。
[0004] 特許文献 1の場合、リッジを付加することにより導波管の内径を変えることなく TE10 モード（TE : Transverse electric)のカットオフ周波数を下げている。これにより導波管 自体の周波数特性を広帯域化している。このような導波管を用いた結合器も周波数 特性を広げている。
特許文献 2の場合、リッジを付加することにより結合部の導波管の内径を変えること なく TE10モード、 TE20モードのカットオフ周波数を下げている。ただしこの場合、リ ッジの形状から特性を変化させられるモードは TE20モードが支配的であり、 TE10 モードは副次的になる。つまり変化の少なレ、 TE10モードの周波数特性に対して TE 20モードの周波数特性を調整することにより結合器自体の周波数特性を広げている 本案件では結合部の導波管壁に溝を掘ることによりリッジを形成することと同等の効 果を発揮するが、溝の掘り方により TE10モードと TE20モードのカットオフ特性をほ ぼ同等に調整することができる。このことにより周波数特性の調整方法が増えるため、 周波数特性を広げた上に、その特性を実現するための導波管を、製造し易い形状に 選択すること力 S可能となる。このことにより結合器の製造コストも抑えることができように なる。
特許文献 1 :実開平 03— 053007号公報
特許文献 2 :特開平 10— 126118号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 上記事情を鑑みて、本発明は、電気特性及び生産性を向上する導波管結合器を 提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0006] 上記目的を達成する本発明の態様は、結合部近傍において、導波管壁に沿った 溝を形成することを特徴とする導波管結合器に関するものである。
[0007] ここで、前記溝を、前記導波管壁の内壁または外壁に沿って形成することを特徴と する。また、前記溝の側壁の両側を、前記導波管壁に沿って形成しても良いし、前記 溝を多段的に形成しても良レ、。
[0008] そして、前記導波管結合器の入ポートの入口近傍と前記導波管結合器の出ポート の出口近傍の少なくとも一方における前記溝の幅、位置、深さの少なくとも 1つを調 節することを特徴とする。
発明の効果
[0009] 本発明の導波管結合器は、結合部近傍において、導波管に沿った溝を形成するこ とにより、結合部近傍にリッジが存在するのと同等の機能を発揮するので、種々の周 波数特性の広帯域化を実現することができ、種々の周波数メニューにおける電気特 性を向上することができる。またリッジよりも溝を掘る方が製造作業性もよぐ溝の掘り 方も増えるのでコストパフォーマンスは高まり、生産性を向上することができる。
発明を実施するための最良の形態
[0010] 以下、本発明の導波管結合器を実施するための最良の形態について説明する。説 明する際には、本明細書と同時に提出する図面を適宜参照する。 [0011] 図 2は、本形態の導波管結合器 10の構成を図示したものである。この導波管結合 器 10は 4つのポート 1、ポート 2、ポート 3、ポート 4と、結合部付近の導波管壁に沿つ た溝 21、 22、 23、 24を有して構成される。溝 21、 22は内壁に沿って形成され、溝 2 3、 24は外壁に沿って形成されている。また、ポート 1、ポート 2は伝送された電磁波 を入力する入ポートであり、ポート 3、ポート 4は伝送された電磁波を出力する出ポー トである。
[0012] 図 3は、導波管結合器 10でなされる電磁波の伝送の様子を図示したものである。溝
21〜24の図示は省略してある。領域 Iのポート 1より（1) TE10モードを入力すると、 領域 Πでは（2) TE10モードと（3)TE20モードが励起される。さらに領域 ΙΠでは（4) T E10モードがポート 3へ、（5) ΤΕ10モードがポート 4へ励起される。図 4は、各モード (1)〜（5)の電磁波の波形を図示したものである。
[0013] このとき、導波管壁等において生じる電流損失を除いた理想的な状態を考えると、 各領域 I、 II、 IIIにおけるエネルギーは等しいため、
(1) ΤΕ10モード
= (2)TE10モード + (3)TE20モード
= (4)TE10モード + (5)TE10モード
となる。ここで、ポート 3の（4) TE10モードとポート 4の（5)TE10モードはほぼ等しい 値となり、ポート 1から入力されたエネルギーがポート 3とポート 4にほぼ等しく分配さ れることになる。
[0014] また、各領域で使用される矩形導波管には周波数特性が存在することは周知の事 実であり、またこの矩形導波管の周波数特性が導波管結合器の周波数特性を支配 しているともいえる。
[0015] 一般に図 5 (a)のような矩形導波管の周波数特性を広げる手段として、図 5 (b)のよ うなリッジ導波管がある。リッジ導波管はリッジを設けることにより、導波管のカットオフ 周波数を低くするため、広い周波数特性を実現する。本発明はこのリッジ導波管の特 性を導波管結合器の結合部である、図 3の領域 IIに応用して結合特性を広帯域化し たものである。製品に応用する場合は、領域〇、 IVにおいて各ポート:!〜 4に接続し、 導波管の形状を任意に変換できる接続用導波管を設ける場合もある。そして、ポート ：!〜 4の領域 0、 IVにおける、つまり、入ポートの入口近傍、出ポートの出口近傍にお ける溝 21〜24の幅、位置、深さの少なくとも 1つを調節して接続用導波管と連続的 に接続する。
[0016] 本形態の導波管結合器 10を実施することにより以下の効果を奏する。図 6〜図 8を 参照してその効果の内容を説明する。
[0017] 図 6は従来の導波管結合器（図 1の構成のもの）の基本特性をグラフとして図示した ものである。比帯域約 10%で結合量（S41、 S31)は— 3. 1 ± 0. 3dBであり、リタ一 ンロス（Sl l、 S21)は _ 24dBとなる。
[0018] 一方、図 7は本形態の導波管結合器 10の基本特性をグラフとして図示したもので ある。図 8は、図 7において結合量（S41、 S31)付近を拡大して図示したものである。 it帯域約 260/0で結合量（S41、 S31) fま _ 3. 1 ± 0. 3dBであり、リターンロス（S11、 S21)は— 21dBとなり、従来に比べ広帯域な導波管結合器を実現して生産性を向 上すること力 Sできる。そして、溝 21〜24が結合部近傍において、導波管壁に沿って 形成されているので、結合部近傍にリッジが存在するのと同等の機能を発揮し、 TE1 0モード、 TE20モードのカットオフ特性をほぼ同等に調整することができる。このこと により周波数特性の調整方法が増えるため、周波数特性を広げた上に、その特性を 実現するための導波管を、製造し易い形状に選択することが可能となる。よってリッジ よりも溝を掘る方が製造作業性もよぐ溝の掘り方も増えるのでコストパフォーマンス は高まり、生産性を向上することができる。
[0019] なお、上述した形態は、本発明の導波管結合器を実施するための最良のものであ る力 Sかかる実施形式に限定する趣旨ではなく、本発明の要旨を変更しなレ、範囲内に おいてその実施形式を種々変形することが可能である。
[0020] 図 2に図示したもの以外にも、溝をカ卩える位置、量等を種々変形して周波数特性を 変えること力できる。図 9は、図 2の構成に対して、内壁に沿って形成された溝 21、 22 が存在しないものの構成を図示したものである。図 10は、図 2の構成に対して、外壁 に沿って形成された溝 23、 24の側壁が内壁に近い側だけでなぐ外壁に近い側も 外壁に沿って形成された構成を図示したものである。図 11は、図 2の構成に対して、 外壁に沿って形成された溝 23、 24に加えて、溝の深さがより小さな溝 25、 26を設け て多段的な溝が形成された構成を図示したものである。なお、これらの構成は例示列 挙したものにすぎない。
[0021] 上記のような構成においても、結合部近傍にリッジが存在するのと同等の機能を発 揮し、種々に周波数特性の広帯域化をより精密に実現することができ、種々の周波 数メニューにおける電気特性を向上することができる。またこれらの導波管結合器は 、その特性を実現するための導波管を、製造し易い形状に選択することが可能となる ため、製造作業性も上がるのでコストパフォーマンスは高まり、生産性を向上すること ができる。
図面の簡単な説明
[0022] [図 1]従来の導波管結合器の構成を図示したものである。
[図 2]本形態の導波管結合器 10の構成を図示したものである。
[図 3]導波管結合器 10でなされる電磁波の伝送の様子を図示したものである。
[図 4]各モード（1)〜（5)の電磁波の波形を図示したものである。
[図 5]矩形導波管（a)、リッジ導波管 (b)の構成を図示したものである。
[図 6]従来の導波管結合器の基本特性をグラフとして図示したものである。
[図 7]本形態の導波管結合器 10の基本特性をグラフとして図示したものである。
[図 8]図 7において結合量（S41、 S31)付近を拡大して図示したものである。
[図 9]導波管結合器 10の他の構成を図示したものである。
[図 10]導波管結合器 10の他の構成を図示したものである。
[図 11]導波管結合器 10の他の構成を図示したものである。
符号の説明
[0023] 10 導波管結合器
1、 2、 3、 4 ポート
21、 22、 23、 24、 25、 26 溝

Claims

請求の範囲
[1] 結合部近傍において、導波管壁に沿った溝を形成することを特徴とする導波管結
[2] 前記溝を、前記導波管壁の内壁に沿って形成することを特徴とする請求項 1に記 載の導波管結合器。
[3] 前記溝を、前記導波管壁の外壁に沿って形成することを特徴とする請求項 1に記 載の導波管結合器。
[4] 前記溝の側壁の両側を、前記導波管壁に沿って形成することを特徴とする請求項
1に記載の導波管結合器。
[5] 前記溝を多段的に形成することを特徴とする請求項 1に記載の導波管結合器。
[6] 前記導波管結合器の入ポートの入口近傍と前記導波管結合器の出ポートの出口 近傍の少なくとも一方における前記溝の幅、位置、深さの少なくとも 1つを調節するこ とを特徴とする請求項 1から 5の何れかに記載の導波管結合器。
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