WO2011052694A1 - モード偏波変換器 - Google Patents

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WO2011052694A1
WO2011052694A1 PCT/JP2010/069211 JP2010069211W WO2011052694A1 WO 2011052694 A1 WO2011052694 A1 WO 2011052694A1 JP 2010069211 W JP2010069211 W JP 2010069211W WO 2011052694 A1 WO2011052694 A1 WO 2011052694A1
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WO
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waveguide structure
conductor
frequency signal
pair
polarization converter
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/069211
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
和樹 早田
健 竹之下
Original Assignee
京セラ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 京セラ株式会社 filed Critical 京セラ株式会社
Priority to JP2011538485A priority Critical patent/JP5343134B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/165—Auxiliary devices for rotating the plane of polarisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/12—Hollow waveguides
    • H01P3/121—Hollow waveguides integrated in a substrate

Definitions

  • the present invention relates to a mode polarization converter.
  • the TE10 mode waveguide has a rectangular cross section and is limited in the length of the long and short sides.
  • polarization conversion that freely changes the long side and the short side of the waveguide is desired.
  • the narrow tube walls of the two second rectangular waveguides are symmetrically connected to both wide tube walls of the first rectangular waveguide.
  • the configuration is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 34-10718.
  • the structure of the conversion part becomes large.
  • the mode polarization converter according to the embodiment of the present invention includes a short side whose cross-sectional shape extends in the first direction and a second direction orthogonal to the first direction in a plane direction orthogonal to the transmission direction of the high-frequency signal.
  • a rectangular first waveguide structure formed with a long side extending in the direction of the first waveguide structure, the first waveguide structure located in the transmission direction of the first waveguide structure, and a short cross-sectional shape extending in the third direction in the plane direction
  • a rectangular second waveguide structure formed by a side and a long side extending in a fourth direction orthogonal to the third direction, and the rectangle and the second of the first waveguide structure And is connected between the first waveguide structure and the second waveguide structure, and in the plane direction, the first waveguide structure
  • a conversion structure having a rectangular coupling hole having a short side extending in a fifth direction between one direction and the third direction.
  • a small mode polarization converter can be provided.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the mode polarization converter shown in FIG. 1. It is a figure which shows schematic structure of the conversion structure with which the mode polarization converter shown in FIG. 1 is provided. It is a figure which shows the electromagnetic field analysis result of the mode polarized-wave converter shown in FIG. It is a diagram which shows the frequency characteristic of the mode polarized-wave converter shown in FIG. It is a perspective view which shows schematic structure of 2nd Embodiment of the mode polarization converter of this invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line IIV-IIV shown in FIG. FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line IIIV-IIIV shown in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line IX-IX shown in FIG. It is a figure which shows the electromagnetic field analysis result of the mode polarized-wave converter shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing frequency characteristics of the mode polarization converter shown in FIG. 6.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII shown in FIG. It is the figure which abbreviate
  • FIG. 13 is a sectional view taken along line XV-XV shown in FIG.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line XVII-XVII shown in FIG. It is the figure which abbreviate
  • FIGS. 1 to 4 are diagrams showing a first embodiment as an example of a mode polarization converter of the present invention.
  • the mode polarization converter 10 shown in FIGS. 1 to 4 includes a first waveguide structure 20, a second waveguide structure 30, and a conversion structure 40.
  • waveguides are employed as the first waveguide structure 20 and the second waveguide structure.
  • the first waveguide structure 20, the second waveguide structure 30, and the conversion structure 40 are connected in a line along the transmission direction for transmitting a high-frequency signal.
  • the second waveguide structure 30 is located on an extension line in the transmission direction of the first waveguide structure.
  • the conversion structure 40 is connected between the first waveguide structure 20 and the second waveguide structure 30.
  • the transmission direction of the high frequency signal is illustrated as a forward direction of an arrow Z.
  • the first waveguide structure 20 has a function of transmitting a high-frequency signal.
  • the first waveguide structure 20 extends in the direction in which a high-frequency signal is transmitted.
  • the first waveguide structure 20 has a propagation part through which a high-frequency signal propagates. This propagation part has a rectangular cross-sectional shape in a plane direction orthogonal to the transmission direction of the high-frequency signal.
  • a waveguide that transmits electromagnetic waves in the TE10 mode is employed as the first waveguide structure 20.
  • the first direction corresponds to the electric field direction
  • the second direction corresponds to the magnetic field direction
  • the first direction and the second direction are orthogonal to each other.
  • the length a of the side 20a along the first direction is shorter than the length b of the side 20b along the second direction.
  • the side 20a is a short side and the side 20b is a long side.
  • the first direction is illustrated as the forward direction of the arrow X
  • the second direction is illustrated as the forward direction of the arrow Y.
  • the first direction and the second direction are orthogonal to the transmission direction of the high-frequency signal.
  • the plane direction orthogonal to the transmission direction is the XY plane direction defined by the first direction and the second direction.
  • the second waveguide structure 30 has a function of transmitting a high-frequency signal.
  • the first waveguide structure 20 extends in the high-frequency signal transmission direction.
  • the second waveguide structure 30 has a propagation part through which a high-frequency signal propagates. This propagation part has a rectangular cross-sectional shape in a plane direction orthogonal to the transmission direction of the high-frequency signal.
  • a waveguide that transmits electromagnetic waves in the TE10 mode is employed as the second waveguide structure 30.
  • the third direction corresponds to the electric field direction
  • the fourth direction corresponds to the magnetic field direction.
  • the length a of the side 30a along the fourth direction is longer than the length b of the side 30b along the third direction.
  • the side 30a is a long side
  • the side 30b is a short side.
  • the first waveguide structure 20 and the second waveguide structure 30 are disposed so that the polarization directions of the electromagnetic waves are orthogonal to each other.
  • the third direction is orthogonal to the first direction and is along the second direction
  • the fourth direction is orthogonal to the second direction and is along the first direction. If the first waveguide structure 20 is wide when viewed in the XY plane, the second waveguide structure 30 is arranged to be narrow.
  • the conversion structure 40 contributes to conversion of the polarization direction of the high-frequency signal.
  • the conversion structure 40 is connected between the first waveguide structure 20 and the second waveguide structure 30.
  • one end on the opposite side of the arrow Z is connected to one end 20c of the first waveguide structure 20, and one end on the forward direction side of the arrow Z is the second waveguide structure.
  • 30 is connected to one end 30c. These one ends 20c and 30c are orthogonal to the transmission direction of the high-frequency signal and spread in the XY plane direction.
  • the conversion structure 40 has a coupling hole 40a.
  • the coupling hole 40 a is electromagnetically coupled to the first waveguide structure 20 and the second waveguide structure 30.
  • the center of the propagation part of the first waveguide structure 20, the center of the propagation part of the second waveguide structure 30, and the conversion structure 40 of the coupling hole 40a are centered. It is arranged to match.
  • the center refers to the center in the XY plane direction.
  • the coupling hole 40a is a region 40d where a propagation part facing one end 30c of the first waveguide structure 20 and one end 30c of the second waveguide structure 30 overlaps when viewed in the direction opposite to the arrow Z. Is provided.
  • the region 40d has a square shape in which each side is along the first direction or the second direction, and the length of each side is a.
  • the square region 40d is located at the center of the coupling hole 40a in the XY plane direction.
  • an angle of 45 ° with respect to each side of the square region 40d The coupling hole 40a is formed at an inclination. That is, the length of the coupling hole 40a is shorter than a ⁇ ⁇ 2, which is the length of the diagonal line of the square region 40d.
  • This square shape is indicated by a broken line in FIG.
  • the coupling hole 2a only needs to be opened electromagnetically so that a high-frequency signal can pass therethrough.
  • a dielectric may be provided in the coupling hole 40a. By providing the dielectric in the coupling hole 40a, the width of the coupling hole 40a can be shortened.
  • the coupling hole 40a has a rectangular shape, and the length of the side 40b along the fifth direction is shorter than the length of the side 40c along the sixth direction.
  • the side 40b is a short side and the side 40c is a long side.
  • the short side 40b of the coupling hole 40a is inclined with respect to the first direction in which the short side 20a of the first waveguide structure 20 extends and the third direction in which the short side 20b of the second waveguide structure 30 extends. ing.
  • the fifth direction in which the short side 40b of the coupling hole 40a extends is in the direction between the first direction and the third direction.
  • the “direction between” refers to any direction that is turned in the process of rotation when rotating the direction of the direction from the first direction to the third direction about an arbitrary point as an axis.
  • the conversion structure 40 of the present embodiment has a square cross section in the plane direction orthogonal to the transmission direction of the high frequency signal.
  • the two sets of opposite sides of the square extend in the first direction and the second direction.
  • the length of the outer peripheral portion of the long side portion of the first waveguide structure 20 is employed. By setting it as such a shape, it can suppress that a high frequency signal leaks through the conversion structure 40.
  • FIG. since the conversion structure 40 has the same size as the long side 20b of the first waveguide structure 20 and the long side 20a of the second waveguide structure 30, the conversion structure 40 protrudes in the plane direction. Can be suppressed. Thus, it is possible to reduce the size while suppressing loss.
  • the length of the conversion structure 40 in the transmission direction of the high frequency signal is not limited.
  • the loss fluctuates in the vicinity of the occurrence of the standing wave by making the length of the conversion structure 40 shorter than 1/2 of the shortest wave length of the high-frequency signal transmitted through the conversion structure 40. Can be prevented.
  • the conversion structure 40 is disposed between the first waveguide structure 20 and the second waveguide structure 30.
  • the high-frequency signal that has propagated through the propagation part of the first waveguide structure 20 has its plane of polarization converted when entering the coupling hole 40a of the conversion structure 40 from the propagation part.
  • the high-frequency signal whose polarization plane has been changed in the coupling hole 40 a is converted when it passes through the coupling hole 40 a and enters the propagation portion of the second waveguide structure 30.
  • the plane of polarization of the high-frequency signal propagating through the first waveguide structure 20 is converted through the conversion structure 40 and propagates through the second waveguide structure 30.
  • the polarization plane of the high-frequency signal propagating in the TE10 mode is 90 ° polarized by the conversion structure 40 with a low conversion loss.
  • first waveguide structure 20, the second waveguide structure 30, and the conversion structure 40 are not particularly limited as long as they can transmit a high-frequency signal to be transmitted.
  • a dielectric may be provided.
  • the propagation portion of the first waveguide structure 20 and the second waveguide structure 30 and the conversion structure 40 can reduce leakage of high-frequency signals to the outside by surrounding the periphery with metal. it can.
  • the simulation result of the electromagnetic field distribution of the mode polarization converter employing the above-described configuration is shown in FIG. From the results shown in FIG. 4, it was confirmed that the electromagnetic field distribution of the high-frequency signal to be transmitted can be converted by 90 ° between the first waveguide structure 20 and the second waveguide structure 30.
  • the length of the short sides 20a, 30b is 0.45 mm
  • the length of the long sides 20b, 30a is 0.9 mm
  • the length of the conversion structure 40 in the high-frequency signal transmission direction is 0.4 mm.
  • the width of the coupling hole 40a was 0.3 mm
  • the length was 0.9 mm.
  • a dielectric was provided in the propagation part of the first waveguide structure 20 and the second waveguide structure 30 and in the coupling hole 40 a of the conversion structure 40.
  • the relative permittivity of this dielectric was 9.4, and the relative permeability was 1.
  • the frequency of the high-frequency signal to be transmitted was 76.5 GHz.
  • the wavelength ⁇ g when the high-frequency signal propagates through the dielectric is about 1.8 mm.
  • the length of the conversion structure 40 in the transmission direction of the high frequency signal is 0.22 times ⁇ g. That is, it was confirmed that the mode polarization converter of this example can be polarized even if the length is shorter than one wavelength of the high-frequency signal.
  • the vertical axis represents the transmission loss (unit: dB) of the high frequency signal
  • the horizontal axis represents the frequency.
  • the solid line indicates the transmission characteristic
  • the broken line indicates the reflection characteristic.
  • the first waveguide structure 20 side in the conversion structure 40 is a port 1
  • the second waveguide structure 30 side is a port 2.
  • this mode polarization converter has a transmission characteristic with a wide band with little loss with respect to a high frequency signal of 77 to 78 GHz.
  • FIGS. 6 to 9 are diagrams showing a second embodiment as another example of the mode polarization converter of the present invention.
  • the mode polarization converter 10A shown in FIGS. 6 to 9 employs the first waveguide structure 20A instead of the first waveguide structure 20, and replaces the second waveguide structure 30 with the first waveguide structure 20A.
  • the second waveguide structure 30A is employed, and the conversion structure 40A is employed instead of the conversion structure 40.
  • Each configuration of the mode polarization converter 10A is arranged at the same position as each configuration of the mode polarization converter 10 shown in FIG.
  • a laminated waveguide structure is employed as the first waveguide structure 20A, the second waveguide structure 30A, and the conversion structure 40A of the present embodiment.
  • each configuration of the mode polarization converter 10A will be described.
  • the first waveguide structure 20A has a first dielectric 21, a pair of first conductor layers 22, 23, and first conductor groups 24, 25.
  • the first conductor layers 22 and 23 and the first through conductor groups 24 and 25 function as equivalent to the tube wall of the waveguide.
  • the first dielectric 21 of the present embodiment is formed by sequentially laminating a plurality of first dielectric layers 211 to 216 in the first direction.
  • a pair of first conductor layers 22 and 23 are disposed between the first dielectric layers 211 to 216.
  • the pair of first conductor layers 22 and 23 function as a tube wall of the waveguide in the X direction.
  • the one located on the forward direction side of the arrow X is the first conductor layer 22, and the one located on the opposite direction side of the arrow X is the first conductor layer 23.
  • the first conductor layer 22 is disposed between the first dielectric layer 211 and the first dielectric layer 212
  • the first conductor layer 23 is disposed between the first dielectric layer 215 and the first dielectric layer 216. Has been.
  • a pair of 1st conductor layers 22 and 23 are long along the transmission direction, and are spaced apart by the length a in the X direction.
  • the distance between the pair of first conductor layers 22 and 23 is the length along the first direction of the propagation portion of the first waveguide structure 20A.
  • the pair of first conductor layers 22 and 23 are electrically connected via the first conductor groups 24 and 25.
  • the first conductor groups 24 and 25 function as equivalent to the tube wall of the waveguide in the Y direction.
  • the one located on the forward direction side of the arrow Y is the first conductor group 24, and the one located on the opposite direction side of the arrow Y is the second conductor group 35. Yes.
  • Each of the first conductor groups 24 and 25 is configured by arranging the first conductors along the Z direction.
  • the first conductors constituting the first conductor groups 24 and 25 are arranged with an interval of 1 ⁇ 2 or less of the shortest wave length among the high-frequency signals transmitted through the first waveguide structure 20A.
  • Each of the first conductors constituting the two rows of the first conductor groups 24 and 25 is provided in the through holes of the first dielectric layers 212 to 215, and penetrates the first dielectric layers 212 to 215. Yes.
  • the two rows of first conductor groups 24 and 25 are separated by a length b in the Y direction.
  • the distance between the pair of first through conductor groups 22 and 23 is the length along the second direction of the propagation portion of the first waveguide structure 20A.
  • the second waveguide structure 30A includes a second dielectric 31, a pair of second conductor layers 32 and 33, and second conductor groups 34 and 35.
  • the second conductor layers 32 and 33 and the second through conductor groups 34 and 35 function as equivalent to the tube wall of the waveguide.
  • the second dielectric 31 of this embodiment is formed by sequentially stacking a plurality of second dielectric layers 311 to 316 in the first direction.
  • a pair of second conductor layers 32 and 33 are disposed on the upper surface of the second dielectric layer 311 and the lower surface of the second dielectric layer 316.
  • the pair of second conductor layers 32 and 33 function as a tube wall of the waveguide in the X direction.
  • the one located on the forward direction side of the arrow X is the second conductor layer 32
  • the one located on the opposite direction side of the arrow X is the second conductor layer 33.
  • the second conductor layer 32 is disposed on the upper surface of the second dielectric layer 311, and the second conductor layer 33 is disposed on the lower surface of the second dielectric layer 316.
  • a pair of 2nd conductor layers 32 and 33 are long along the transmission direction, and are spaced apart by the length b in the X direction.
  • the distance between the pair of second conductor layers 32 and 33 is the length b along the first direction of the propagation portion of the second waveguide structure 30A.
  • the pair of second conductor layers 32 and 33 are electrically connected via the second conductor groups 34 and 35.
  • the second conductor groups 34 and 35 function as equivalent to the tube wall of the waveguide in the Y direction.
  • the one located on the forward direction side of the arrow Y is the second conductor group 34
  • the one located on the opposite direction side of the arrow Y is the second conductor group 35. Yes.
  • Each of the second conductor groups 34 and 35 is configured by arranging the second conductors along the Z direction.
  • the second conductors constituting the second conductor groups 34 and 35 are arranged with an interval of 1/2 or less of the shortest wave length among the high-frequency signals transmitted through the second waveguide structure 30A.
  • Each of the second conductors constituting the second row of second conductor groups 34 and 35 is provided in the through hole of the second dielectric layer 311 to 316, and penetrates through the second dielectric layer 311 to 316. Yes.
  • the two rows of second conductor groups 34 and 35 are separated by a length b in the Y direction.
  • the distance between the pair of second through conductor groups 32 and 33 is the length along the second direction of the propagation portion of the second waveguide structure 30A.
  • the conversion structure 40A includes a third dielectric 41, a pair of third conductor layers 42 and 43, third conductor groups 44 and 45, and a fourth conductor group 46.
  • the third conductor layers 42 and 43 and the third through conductor groups 44 and 45 function as equivalent to the tube wall of the waveguide.
  • the fourth conductor group 46 functions as one corresponding to the coupling hole 40a.
  • the third dielectric 41 of this embodiment is formed by sequentially stacking a plurality of third dielectric layers 411 to 416 in the first direction.
  • a pair of third conductor layers 42 and 43 are disposed on the upper surface of the third dielectric layer 411 and the lower surface of the third dielectric layer 416.
  • the pair of third conductor layers 42 and 43 function as a tube wall of the waveguide in the X direction.
  • the one located on the forward direction side of the arrow X is the third conductor layer 42
  • the one located on the opposite direction side of the arrow X is the third conductor layer 43.
  • the third conductor layer 44 is disposed on the upper surface of the second dielectric layer 311, and the third conductor layer 43 is disposed on the lower surface of the third dielectric layer 416.
  • a pair of 3rd conductor layers 42 and 43 are long along the transmission direction, and are spaced apart by the length b in the X direction.
  • the third conductor layer 42 is connected to the second conductor layer 32, and the third conductor layer 43 is connected to the second conductor layer 33.
  • the third conductor layer 42 is electrically connected to the first conductor layer 22 via the third conductor groups 44 and 45, and the third conductor layer 43 is connected to the first conductor layer 23 with the third conductor groups 44 and 45. It is electrically connected via.
  • the pair of third conductor layers 42 and 43 are electrically connected via third conductor groups 44 and 45.
  • the third conductor groups 44 and 45 function as equivalent to the tube wall of the waveguide in the Y direction.
  • the one located on the forward direction side of the arrow Y is the third conductor group 44
  • the one located on the opposite direction side of the arrow Y is the third conductor group 45. Yes.
  • Each of the third conductor groups 44 and 45 is configured by arranging the third conductors along the Z direction.
  • the 3rd conductor which comprises the 3rd conductor groups 44 and 45 is arrange
  • Each of the third conductors constituting the second row of third conductor groups 44 and 45 is provided in the through hole of the third dielectric layer 411 to 416, and penetrates through the third dielectric layer 411 to 416. Yes. Two rows of third conductor groups 44 and 45 are spaced apart by a length b in the Y direction.
  • a fourth conductor group 46 is provided between the two rows of third conductor groups 44 and 45.
  • Each of the fourth conductors constituting the fourth conductor group 46 is arranged in two rows shifted stepwise for each of the third dielectric layers 411 to 416.
  • Each of the fourth conductors in each column is arranged shifted in the second direction.
  • the fourth conductor group 46 and the third conductor groups 44 and 45 that are arranged in a staircase pattern are caused to function as corresponding to the coupling hole 40a in the conversion structure 40. That is, in this conversion structure 40A, the region surrounded by the two rows of the fourth conductors and the two rows of the third conductors functions as an equivalent of the coupling hole 40a.
  • the fourth conductors in each row are arranged with an interval of 1 ⁇ 2 wavelength or less of the high-frequency signal to be transmitted. By setting the interval between the fourth conductors to 1 ⁇ 2 wavelength or less of the high-frequency signal to be transmitted, leakage of the high-frequency signal can be reduced.
  • the two rows of fourth conductors are provided apart by the width of the coupling hole 40a.
  • each of the fourth conductors constituting the fourth conductor group 46 is arranged in two rows shifted in a stepped manner having a 45 ° gradient.
  • “displaced in a staircase having a 45 ° gradient” means that the imaginary line connecting the centers of the bottom surfaces of the individual fourth conductors has an inclination of 45 °.
  • the distance between 32 and 33 is 0.9 mm
  • the length of the coupling structure 40A in the high-frequency signal transmission direction is 0.8 mm
  • the distance between the two rows of the fourth conductor group 46 is 0.29 mm
  • the length of each row was 0.77 mm
  • the diameters of the first to fourth conductors were 0.1 mm.
  • the relative permittivity of the first dielectric 21, the second dielectric 31, and the third dielectric 41 was set to 9.4 corresponding to alumina ceramics, and the relative permeability was set to 1.
  • the frequency of the high-frequency signal to be transmitted was 76.5 GHz. Under the above numerical conditions, the wavelength ⁇ g when the high-frequency signal propagates through the dielectric is about 1.8 mm.
  • the length of the conversion structure 40 in the transmission direction of the high frequency signal is 0.22 times ⁇ g. That is, it was confirmed that the mode polarization converter of this example can be polarized even if the length is shorter than one wavelength of the high-frequency signal.
  • the vertical axis represents the transmission loss (unit: dB) of the high-frequency signal
  • the horizontal axis represents the frequency.
  • the solid line indicates the pass characteristic
  • the broken line indicates the reflection characteristic.
  • the first waveguide structure 20A side of the conversion structure 40A is designated as port 1
  • the second waveguide structure 30A side is designated as port 2.
  • this mode polarization converter has a transmission characteristic with a wide band with little loss with respect to a high frequency signal of 77 to 78 GHz. Moreover, it has confirmed that it can be set as a filter with a wide pass band compared with the example shown in FIG.
  • FIGS. 12 to 18 are diagrams showing a second embodiment as another example of the mode polarization converter of the present invention.
  • the mode polarization converter 10B shown in FIGS. 12 to 18 employs the first waveguide structure 20B instead of the first waveguide structure 20, and replaces the second waveguide structure 30 with the first waveguide structure 20B.
  • the second waveguide structure 30B is employed, and the conversion structure 40B is employed instead of the conversion structure 40.
  • Each configuration of the mode polarization converter 10B is arranged at the same position as each configuration of the mode polarization converter 10 shown in FIG.
  • a laminated waveguide structure is employed as the first waveguide structure 20B, the second waveguide structure 30B, and the conversion structure 40B of the present embodiment.
  • each configuration of the mode polarization converter 10B will be described.
  • the first waveguide structure 20B includes a plurality of first dielectric bodies 21B, a plurality of first conductor layers 22B, and a plurality of first conductor groups 24B.
  • the first conductor layer 22B and the first through conductor group 24B function as equivalent to the tube wall of the waveguide.
  • a region surrounded by the first conductor layer 22B and the first through conductor group 24B is a propagation part.
  • the first dielectric 21B of the present embodiment is formed by sequentially laminating a plurality of first dielectric layers 21B in the high-frequency signal transmission direction.
  • a first conductor layer 22B is disposed between each of the plurality of first dielectric layers 21B.
  • Each of the plurality of first conductor layers 22B extends in the XY plane direction and is arranged in the transmission direction.
  • the plurality of first conductor layers 22B are arranged at intervals of 1/2 or less of the length of the shortest wave among the high-frequency signals transmitted through the first waveguide structure 20B. By setting the interval between the plurality of first conductor layers 22B to 1 ⁇ 2 wavelength or less of the high-frequency signal to be transmitted, leakage of the high-frequency signal can be reduced.
  • Each of the plurality of first conductor layers 22B is provided with a propagation hole 22Ba. In the propagation hole 22Ba, the length of the side along the first direction is shorter than the length of the side along the second direction.
  • the propagation holes 22Ba of the first conductor layers 22B are arranged side by side in the transmission direction.
  • Each of the plurality of first conductor layers 22B is electrically connected via the first conductor group 24B.
  • Each of the first conductors constituting the first conductor group 24B is provided in the through hole of the first dielectric layer 21B and penetrates through the first dielectric layer 21B.
  • the plurality of first conductors 241B are arranged so as to surround the periphery of the propagation hole 22Ba when viewed from the forward direction of the arrow Z.
  • the second waveguide structure 30B includes a plurality of second dielectric bodies 31B, a plurality of second conductor layers 32B, and a plurality of second conductor groups 34B.
  • the second conductor layer 32B and the second through conductor group 34B function as equivalent to the tube wall of the waveguide.
  • a region surrounded by the second conductor layer 32B and the second through conductor group 34B is a propagation part.
  • the second dielectric 31B of the present embodiment is formed by sequentially laminating a plurality of second dielectric layers 31B in the high-frequency signal transmission direction.
  • a second conductor layer 32B is disposed between each of the plurality of second dielectric layers 31B.
  • Each of the multiple second conductor layers 32B extends in the XY plane direction and is arranged in the transmission direction.
  • the plurality of second conductor layers 32B are arranged with an interval of 1/2 or less of the length of the shortest wave among the high-frequency signals transmitted through the second waveguide structure 30B. By setting the interval between the plurality of second conductor layers 32B to 1 ⁇ 2 wavelength or less of the high-frequency signal to be transmitted, leakage of the high-frequency signal can be reduced.
  • Each of the plurality of second conductor layers 32B is provided with a propagation hole 32Ba.
  • the propagation hole 32Ba has a side length along the second direction shorter than a side length along the first direction.
  • the propagation holes 32Ba of the second conductor layers 32B are arranged side by side in the transmission direction.
  • the plurality of second conductor layers 32B are electrically connected to each other through the second conductor group 34B.
  • Each of the second conductors constituting the second conductor group 34B is provided in the through hole of the second dielectric layer 31B and penetrates through the second dielectric layer 31B.
  • the plurality of second conductors 341 ⁇ / b> B are disposed so as to surround the propagation hole 32 ⁇ / b> Ba when viewed from the forward direction of the arrow Z.
  • the conversion structure 40B includes a third dielectric 41B, a pair of third conductor layers 42B and 43B, and a third conductor group 44B.
  • a pair of third conductor layers 42B and 43B are disposed on the upper and lower surfaces of the third dielectric layer 41B.
  • the pair of third conductor layers 42B and 43B the one located on the forward direction side of the arrow Z is the third conductor layer 42B, and the one located on the opposite direction side of the arrow X is the third conductor layer 43B.
  • Each of the pair of third conductor layers 42B and 43B extends in the XY plane direction and is aligned in the transmission direction.
  • the third conductor layer 42B is connected to the first conductor group 24B, and the third conductor layer 43B is connected to the second conductor group 34B.
  • the pair of first conductor layers 22B are arranged with an interval of 1/2 or less of the length of the shortest wave among the high-frequency signals transmitted through the conversion structure 40B.
  • Propagation holes 42Ba and 43Ba are provided in each of the pair of third conductor layers 42B and 43B.
  • the propagation holes 42Ba and 43Ba have a side length along the first direction shorter than a side length along the second direction.
  • the propagation holes 42Ba and 43Ba of the third conductor layers 42B and 43B are arranged side by side in the transmission direction.
  • the propagation holes 42Ba and 43Ba have a rectangular shape, and the length of the side along the fifth direction is shorter than the length b of the side along the sixth direction. In the following, the shorter side is the short side and the longer side is the long side.
  • the short sides of the propagation holes 42Ba and 43Ba are inclined with respect to the first direction in which the short side of the first waveguide structure 20B extends and the third direction in which the short side of the second waveguide structure 30B extends. Yes.
  • the fifth direction in which the short sides of the propagation holes 42Ba and 43Ba extend is in the direction between the first direction and the third direction.
  • the propagation hole 22Ba of the first waveguide structure 20B, the propagation hole 32Ba of the second waveguide structure 30B, and the propagation holes 42Ba and 43Ba of the conversion structure 40B are respectively It is arranged so that the centers are aligned.
  • the center refers to the center in the XY plane direction.
  • the propagation holes 42Ba and 43Ba are provided inside the region where the propagation part of the first waveguide structure 20B and the propagation part of the second waveguide structure 30 overlap when viewed in the direction opposite to the arrow Z. It has been.
  • This region has a square shape in which each side is along the first direction or the second direction, and the length of each side is a. This square shape is indicated by a broken line in FIG.
  • the pair of third conductor layers 42B and 43B are electrically connected via the third conductor group 44B.
  • Each of the third conductors 441B constituting the third conductor group 44B is provided in the through hole of the third dielectric 41B and penetrates through the third dielectric 41B.
  • the plurality of third conductors 441B are arranged so as to surround the periphery of the propagation hole 42Ba when viewed from the forward direction of the arrow Z.
  • a region surrounded by the third conductor group 44B and having the propagation holes 42Ba and 43Ba of the pair of third conductor layers 42B and 43B as both ends functions as a coupling hole.
  • the coupling hole is electromagnetically coupled to the propagation portion of the first waveguide structure 20B and the propagation portion of the second waveguide structure 30B.
  • the first dielectric 21B, the second dielectric 32B, and the third dielectric 42B have a square cross section in the XY plane direction.
  • the two sets of opposite sides of the square extend in the first direction and the second direction.
  • this conversion structure 40B is the same size as the 1st waveguide structure 20B and the 2nd waveguide structure 30B, it can suppress the protrusion to a surface direction. Thus, it is possible to reduce the size while suppressing loss.
  • the cross-sectional shape of the coupling holes 40a and 40Ba is rectangular, but it may not be a strict rectangle such as a rounded corner.
  • the first waveguide structure 20A, the second waveguide structure 30A, and the conversion structure 40A are configured separately. These structures 20A, 30A, and 40A may be partially integrally formed.
  • the first dielectric layers 211 to 216, the second dielectric layers 311 to 316, and the third dielectric layers 411 to 416 may be integrally formed.
  • the first conductor layers 22 and 23, the second conductor layers 32 and 33, and the third conductor layers 42 and 43 may be integrally formed.
  • each of the plurality of first conductors independently electrically connects the pair of first conductor layers 22 and 23, and each of the plurality of second conductors independently includes a pair of second conductors.
  • the layers 32 and 33 are electrically connected, and each of the plurality of third conductors independently connects the pair of third conductor layers 42 and 43. These first to third conductors may be electrically connected to each other.

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Abstract

　【課題】　小型のモード偏波変換器を提供する。　【解決手段】　高周波信号の伝送方向に対して直交する面方向において、断面形状が第１方向に延びる短辺と、前記第１方向に直交する第２方向に延びる長辺とで形成される矩形状の第１の導波構造体、該第１の導波構造体の前記伝送方向に位置し、前記面方向において、断面形状が第３方向に延びる短辺と、前記第３方向に直交する第４方向に延びる長辺とで形成される矩形状の第２の導波構造体、および、前記第１の導波構造体の前記矩形と前記第２の導波構造体の矩形とに中心を合わせて位置し、且つ前記第１の導波構造体と前記第２の導波構造体との間に接続されており、前記面方向において、前記第１方向と前記第３方向との間の第５方向に短辺が延びている矩形状の結合孔を有する変換構造体を含む、モード偏波変換器である。

Description

モード偏波変換器
　本発明は、モード偏波変換器に関する。
　高い周波数で使用される伝送路の１つにＴＥ１０モードの導波管がある。ＴＥ１０モードの導波管は、断面が矩形状であり、長短辺の長さに制約がある。これに対して、設計の自由度を高めるため、導波管の長辺と短辺とを自由に変更する偏波変換が望まれている。
　このような９０°偏波できるモード変換器として、第１の矩形導波管のうち幅広の両管壁に２個の第２の矩形導波管の幅の狭い管壁を左右対称に接続した構成が、例えば特公昭３４－１０７１８号公報に開示されている。しかしながら、この文献に記載されたモード変換器では、変換部分の構成が大きくなってしまう。
　そのため、変換部分の構成を小型にしたモード偏波変換器が望まれていた。
　本発明の実施形態に係るモード偏波変換器は、高周波信号の伝送方向に対して直交する面方向において、断面形状が第１方向に延びる短辺と、前記第１方向に直交する第２方向に延びる長辺とで形成される矩形状の第１の導波構造体、該第１の導波構造体の前記伝送方向に位置し、前記面方向において、断面形状が第３方向に延びる短辺と、前記第３方向に直交する第４方向に延びる長辺とで形成される矩形状の第２の導波構造体、および、前記第１の導波構造体の前記矩形と前記第２の導波構造体の矩形とに中心を合わせて位置し、且つ前記第１の導波構造体と前記第２の導波構造体との間に接続されており、前記面方向において、前記第１方向と前記第３方向との間の第５方向に短辺が延びている矩形状の結合孔を有する変換構造体を含む。
　本発明の実施形態によれば、小型のモード偏波変換器を提供することができる。
本発明のモード偏波変換器の第１の実施形態の概略構成を示す斜視図である。 図１に示したモード偏波変換器を分解し、斜視した図である。 図１に示したモード偏波変換器の備える変換構造体の概略構成を示す図である。 図１に示したモード偏波変換器の電磁界解析結果を示す図である。 図１に示したモード偏波変換器の周波数特性を示す線図である。 本発明のモード偏波変換器の第２の実施形態の概略構成を示す斜視図である。 図６に示したIIV－IIV線に沿った断面図である。 図６に示したIIIV－IIIV線に沿った断面図である。 図６に示したIX－IX線に沿った断面図である。 図６に示したモード偏波変換器の電磁界解析結果を示す図である。 図６に示したモード偏波変換器の周波数特性を示す線図である。 本発明のモード偏波変換器の第３の実施形態の概略構成を示す斜視図である。 図１２に示したXIII－XIII線に沿った断面図である。 図１３に示した図の一部構成を省略した図である。 図１２に示したXV－XV線に沿った断面図である。 図１５に示した図の一部構成を省略した図である。 図１２に示したXVII－XVII線に沿った断面図である。 図１７に示した図の一部構成を省略した図である。
　以下、本発明のモード偏波変換器の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図面において同様の箇所には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　（第１の実施形態）
　図１～４は、本発明のモード偏波変換器の一例として第１の実施形態を示した図である。図１～４に示したモード偏波変換器１０は、第１の導波構造体２０と、第２の導波構造体３０と、変換構造体４０とを含んでいる。本実施形態では、第１の導波構造体２０および第２の導波構造体として導波管を採用している。第１の導波構造体２０、第２の導波構造体３０、および変換構造体４０は、高周波信号を伝送する伝送方向に沿って一列に接続されている。この第２の導波構造体３０は、第１の導波構造体の伝送方向の延長線上に位置している。この変換構造体４０は、第１の導波構造体２０と、第２の導波構造体３０との間に接続されている。ここでは、高周波信号の伝送方向を矢印Ｚの順方向として図示している。
　第１の導波構造体２０は、高周波信号を伝送する機能を担っている。この第１の導波構造体２０は、高周波信号の伝送する方向に延びている。この第１の導波構造体２０は、内部に高周波信号が伝播する伝播部を有している。この伝播部は、高周波信号の伝送方向に対して直交する面方向における断面の形状が矩形状をしている。本実施形態では、第１の導波構造体２０として、ＴＥ１０モードで電磁波が伝送される導波管を採用している。このＴＥ１０モードの第１の導波構造体２０では、第１方向が電界方向に対応し、第２方向が磁界方向に対応しており、第１方向と第２方向とが直交している。第１の導波構造体２０は、第１方向に沿った辺２０ａの長さａが第２方向に沿った辺２０ｂの長さｂよりも短くなっている。以降では、辺２０ａを短辺とし、辺２０ｂを長辺とする。ここでは、第１方向を矢印Ｘの順方向として図示し、第２方向を矢印Ｙの順方向として図示している。また、第１方向および第２方向は、高周波信号の伝送方向に直交している。ここで、伝送方向に対して直交する面方向とは、第１方向および第２方向で規定されるＸＹ面方向である。
　第２の導波構造体３０は、高周波信号を伝送する機能を担っている。この第１の導波構造体２０は、高周波信号の伝送方向に延びている。この第２の導波構造体３０は、内部に高周波信号が伝播する伝播部を有している。この伝播部は、高周波信号の伝送方向に対して直交する面方向における断面の形状が矩形状をしている。本実施形態では、第２の導波構造体３０として、ＴＥ１０モードで電磁波が伝送される導波管を採用している。このＴＥ１０モードの第２の導波構造体３０は、第３方向が電界方向に対応し、第４方向が磁界方向に対応している。この第２の導波構造体３０は、第４方向に沿った辺３０ａの長さａが第３方向に沿った辺３０ｂの長さｂよりも長くなっている。以降では、辺３０ａを長辺とし、辺３０ｂを短辺とする。本実施形態では、第１の導波構造体２０と第２の導波構造体３０とで電磁波の偏波方向が直交するように配置されている。第３方向は第１方向と直交し、第２方向に沿っており、第４方向は第２方向と直交し、第１方向に沿っている。また、ＸＹ平面でみたときに、第１の導波構造体２０が幅広であるとすると、第２の導波構造体３０は幅狭となるように配置されている。
　変換構造体４０は、高周波信号の偏波方向の変換に寄与する。この変換構造体４０は、第１の導波構造体２０と、第２の導波構造体３０との間に接続されている。本実施形態の変換構造体４０は、矢印Ｚの逆方向側の一端が第１の導波構造体２０の一端２０ｃに接続され、矢印Ｚの順方向側の一端が第２の導波構造体３０の一端３０ｃに接続されている。これらの一端２０ｃ，３０ｃは、高周波信号の伝送方向に直交しており、ＸＹ面方向に広がっている。
　この変換構造体４０は、結合孔４０ａを有している。この結合孔４０ａは、第１の導波構造体２０および第２の導波構造体３０と電磁気的に結合している。このモード偏波変換器１０では、第１の導波構造体２０の伝播部の中心、第２の導波構造体３０の伝播部の中心、および結合孔４０ａの変換構造体４０は、中心を合わせるように配置されている。ここで、中心とは、ＸＹ面方向における中心をいう。この結合孔４０ａは、矢印Ｚの逆方向に見て、第１の導波構造体２０の一端３０ｃ、および第２の導波構造体３０の一端３０ｃに面した伝播部が重なっている領域４０ｄの内に設けられている。この領域４０ｄは、各辺が第１方向または第２方向に沿っており、各辺の長さがａの正方形状となっている。この正方形状の領域４０ｄは、結合孔４０ａのＸＹ面方向における中心に位置している。第１の導波構造体２０の電界方向と、第２の導波構造体３０の電界方向とが直交している本実施形態では、正方形状の領域４０ｄの各辺に対して４５°の角度で傾いて結合孔４０ａが形成されている。つまり、結合孔４０ａの長さは、正方形状の領域４０ｄの対角線の長さであるａ×√２よりも短くなっている。この正方形状を、図３では破線で示している。この結合孔２ａは、高周波信号を通過させることができるように、電磁気的に開口していればよい。例えば、この結合孔４０ａに誘電体が設けられていてもよい。誘電体を結合孔４０ａに設けることによって、結合孔４０ａの幅を短くすることができる。
　この結合孔４０ａは、矩形状をしており、第５方向に沿った辺４０ｂの長さが第６方向に沿った辺４０ｃの長さよりも短くなっている。以降では、辺４０ｂを短辺とし、辺４０ｃを長辺とする。この結合孔４０ａの短辺４０ｂは、第１の導波構造体２０の短辺２０ａの延びる第１方向、および第２の導波構造体３０の短辺２０ｂの延びる第３方向に対して傾いている。この結合孔４０ａの短辺４０ｂが延びる第５方向は、第１方向と、第３方向との間の方向を向いている。ここで、「間の方向」とは、任意の点を軸にして、第１の方向から第３の方向へと方向の向きを回転させる際に、当該回転の過程で向く方向のいずれかをいう。
　本実施形態の変換構造体４０は、高周波信号の伝送方向に対して直交する面方向における断面が正方形状になっている。この正方形の２組の対辺は、第１方向と第２方向とに延びている。この変換構造体４０の４辺として、第１の導波構造体２０の長辺部分の外周部の長さを採用している。このような形状とすることで、変換構造体４０を介して高周波信号が漏れるのを抑えることができる。また、この変換構造体４０は、第１の導波構造体２０の長辺２０ｂおよび第２の導波構造体３０の長辺２０ａと同等の大きさであることから、面方向へのはみ出しを抑えることができる。これらにより、損失を抑えつつ、小型化を図ることができる。
　変換構造体４０の高周波信号の伝送方向における長さに制限はない。この変換構造体４０の中を伝送する高周波信号のうち最も短い波の長さの１／２よりも変換構造体４０の長さを短くすることで、定在波の発生の近傍で損失が変動するのを防ぐことができる。
　このように、モード偏波変換器１０では、第１の導波構造体２０と第２の導波構造体３０との間に変換構造体４０を配置されている。第１の導波構造体２０の伝播部を伝搬してきた高周波信号は、当該伝播部から変換構造体４０の結合孔４０ａに入るときに偏波面が変換される。また、この結合孔４０ａで偏波面が変更された高周波信号は、結合孔４０ａを通過し、第２の導波構造体３０の伝播部に入るときに変換される。このようにして、第１の導波構造体２０を伝播する高周波信号は、変換構造体４０を通じて偏波面が変換されて、第２の導波構造体３０を伝播する。これによって、ＴＥ１０モードで伝播する高周波信号の偏波面が、この変換構造体４０によって変換損失が低い状態で９０°偏波変換される。
　なお、第１の導波構造体２０、第２の導波構造体３０、および変換構造体４０は、伝送する高周波信号を伝送できれば、特に限定されない。例えば、伝播部および結合孔４０ａが中空であっても、誘電体が設けられていてもよい。また、第１の導波構造体２０および第２の導波構造体３０の伝播部、ならびに変換構造体４０は、周囲を金属で囲むことによって、高周波信号が外部に漏れるのを低減することができる。
　（第１の実施例）
　上述の構成を採用するモード偏波変換器の電磁界分布についてシミュレーションした結果を図４に示した。図４に示した結果から、伝送する高周波信号の電磁界分布を第１の導波構造体２０と第２の導波構造体３０とで９０°変換できることが確認できた。このシミュレーションにおいては、短辺２０ａ，３０ｂの長さを０．４５ｍｍとし、長辺２０ｂ，３０ａの長さを０．９ｍｍとし、変換構造体４０の高周波信号の伝送方向における長さを０．４ｍｍとし、結合孔４０ａの幅を０．３ｍｍ、長さを０．９ｍｍとした。第１の導波構造体２０および第２の導波構造体３０の伝播部の内部、ならびに変換構造体４０の結合孔４０ａの内部に誘電体を設けた。この誘電体の比誘電率を９．４とし、比透磁率を１とした。伝送する高周波信号の周波数を７６．５ＧＨｚとした。上述の数値条件では、高周波信号が誘電体中を伝搬する際の波長λｇが約１．８ｍｍとなる。変換構造体４０の高周波信号の伝送方向における長さは、λｇの０．２２倍である。つまり、本実施例のモード偏波変換器では、高周波信号の１波長よりも短い長さであっても偏波できることを確認できた。
　次に、上述と同様の数値条件で、周波数特性をシミュレーションした結果を図５に示した。図５において、縦軸は高周波信号の伝送損失（単位：ｄＢ）を示し、横軸は周波数を示している。また、実線は透過特性を示し、破線は反射特性を示している。図５に示した特性では、変換構造体４０における第１の導波構造体２０側をポート１とし、第２の導波構造体３０側をポート２としている。この図５では、ポート１からポート２側への透過特性Ｓ２１、ポート２からポート１側への透過特性Ｓ１２、ポート１に入力されポート１で反射される反射特性Ｓ１１、およびポート２に入力されポート２で反射されるＳ２２について示している。
　図５に示した結果から、このモード偏波変換器は、７７～７８ＧＨｚの高周波信号に対して、損失が少なく、帯域の広い伝送特性を有することが確認できた。
　（第２の実施形態）
　図６～９は、本発明のモード偏波変換器の他の例として第２の実施形態を示した図である。図６～９に示したモード偏波変換器１０Ａは、第１の導波構造体２０に代えて第１の導波構造体２０Ａを採用し、第２の導波構造体３０に代えて第２の導波構造体３０Ａを採用し、変換構造体４０に代えて変換構造体４０Ａを採用している。モード偏波変換器１０Ａの各構成は、図１に示したモード偏波変換器１０の各構成と同様の位置に配置されている。本実施形態の第１の導波構造体２０Ａ、第２の導波構造体３０Ａ、および変換構造体４０Ａとして、積層型の導波構造体を採用している。以下、モード偏波変換器１０Ａの各構成について説明する。
　第１の導波構造体２０Ａは、第１誘電体２１、一対の第１導体層２２，２３、および第１導体群２４，２５を有している。この第１の導波構造体２０Ａでは、第１導体層２２，２３および第１貫通導体群２４，２５が導波管の管壁に相当するものとして機能する。本実施形態の第１誘電体２１は、複数の第１誘電体層２１１～２１６が第１方向に順次積層されて形成されている。
　この第１誘電体層２１１～２１６の間に一対の第１導体層２２，２３が配置されている。一対の第１導体層２２，２３は、Ｘ方向における導波管の管壁に相当するものとして機能する。ここでは、一対の第１導体層２２，２３のうち、矢印Ｘの順方向側に位置するものを第１導体層２２とし、矢印Ｘの逆方向側に位置するものを第１導体層２３とする。第１導体層２２は第１誘電体層２１１と第１誘電体層２１２との間に配置され、第１導体層２３は第１誘電体層２１５と第１誘電体層２１６との間に配置されている。一対の第１導体層２２，２３は、伝送方向に沿って長くなっており、Ｘ方向において長さａの間隔で離隔している。この一対の第１導体層２２，２３の距離が、第１の導波構造体２０Ａの伝播部の第１方向に沿った長さとなる。
　一対の第１導体層２２，２３は、第１導体群２４，２５を介して電気的に接続されている。この第１導体群２４，２５は、Ｙ方向における導波管の管壁に相当するものとして機能する。ここでは、一対の第１導体群２４，２５のうち、矢印Ｙの順方向側に位置するものを第１導体群２４とし、矢印Ｙの逆方向側に位置するものを第２導体群３５としている。各第１導体群２４，２５は、第１導体がＺ方向に沿って配列されて構成されている。第１導体群２４，２５を構成する第１導体は、第１の導波構造体２０Ａを伝送する高周波信号のうち最も短い波の長さの１／２以下の間隔をあけて配置される。第１導体の間隔を伝送する高周波信号の１／２波長以下にすることで、当該高周波信号が漏れるのを低減することができる。２列の第１導体群２４，２５を構成する第１導体の各々は、第１誘電体層２１２～２１５の貫通孔の内に設けられ、当該第１誘電体層２１２～２１５を貫通している。２列の第１導体群２４，２５は、Ｙ方向において長さｂの間隔で離隔している。この一対の第１貫通導体群２２，２３の距離が、第１の導波構造体２０Ａの伝播部の第２方向に沿った長さとなる。
　第２の導波構造体３０Ａは、第２誘電体３１、一対の第２導体層３２，３３、および第２導体群３４，３５を有している。この第２の導波構造体３０Ａでは、第２導体層３２，３３および第２貫通導体群３４，３５が導波管の管壁に相当するものとして機能する。本実施形態の第２誘電体３１は、複数の第２誘電体層３１１～３１６が第１方向に順次積層されて形成されている。
　この第２誘電体層３１１の上面および第２誘電体層３１６の下面に、一対の第２導体層３２，３３が配置されている。一対の第２導体層３２，３３は、Ｘ方向における導波管の管壁に相当するものとして機能する。ここでは、一対の第２導体層３２，３３のうち、矢印Ｘの順方向側に位置するものを第２導体層３２とし、矢印Ｘの逆方向側に位置するものを第２導体層３３とする。第２導体層３２は第２誘電体層３１１の上面に配置され、第２導体層３３は第２誘電体層３１６の下面に配置されている。一対の第２導体層３２，３３は、伝送方向に沿って長くなっており、Ｘ方向において長さｂの間隔で離隔している。この一対の第２導体層３２，３３の距離が、第２の導波構造体３０Ａの伝播部の第１方向に沿った長さｂとなる。
　一対の第２導体層３２，３３は、第２導体群３４，３５を介して電気的に接続されている。この第２導体群３４，３５は、Ｙ方向における導波管の管壁に相当するものとして機能する。ここでは、一対の第２導体群３４，３５のうち、矢印Ｙの順方向側に位置するものを第２導体群３４とし、矢印Ｙの逆方向側に位置するものを第２導体群３５としている。各第２導体群３４，３５は、第２導体がＺ方向に沿って配列されて構成されている。第２導体群３４，３５を構成する第２導体は、第２の導波構造体３０Ａを伝送する高周波信号のうち最も短い波の長さの１／２以下の間隔をあけて配置される。第２導体の間隔を伝送する高周波信号の１／２波長以下にすることで、当該高周波信号が漏れるのを低減することができる。２列の第２導体群３４，３５を構成する第２導体の各々は、第２誘電体層３１１～３１６の貫通孔の内に設けられ、当該第２誘電体層３１１～３１６を貫通している。２列の第２導体群３４，３５は、Ｙ方向において長さｂの間隔で離隔している。この一対の第２貫通導体群３２，３３の距離が、第２の導波構造体３０Ａの伝播部の第２方向に沿った長さとなる。
　変換構造体４０Ａは、第３誘電体４１、一対の第３導体層４２，４３、第３導体群４４，４５、および第４導体群４６を有している。この変換構造体４０Ａでは、第３導体層４２，４３および第３貫通導体群４４，４５が導波管の管壁に相当するものとして機能する。また、この変換構造体４０Ａでは、第４導体群４６が結合孔４０ａに相当するものとして機能する。本実施形態の第３誘電体４１は、複数の第３誘電体層４１１～４１６が第１方向に順次積層されて形成されている。
　この第３誘電体層４１１の上面および第３誘電体層４１６の下面に、一対の第３導体層４２，４３が配置されている。一対の第３導体層４２，４３は、Ｘ方向における導波管の管壁に相当するものとして機能する。ここでは、一対の第３導体層４２，４３のうち、矢印Ｘの順方向側に位置するものを第３導体層４２とし、矢印Ｘの逆方向側に位置するものを第３導体層４３とする。第３導体層４４は第２誘電体層３１１の上面に配置され、第３導体層４３は第３誘電体層４１６の下面に配置されている。一対の第３導体層４２，４３は、伝送方向に沿って長くなっており、Ｘ方向において長さｂの間隔で離隔している。第３導体層４２は第２導体層３２に接続され、第３導体層４３は第２導体層３３に接続されている。また、第３導体層４２は第１導体層２２に第３導体群４４，４５を介して電気的に接続され、第３導体層４３は、第１導体層２３に第３導体群４４，４５を介して電気的に接続されている。
　一対の第３導体層４２，４３は、第３導体群４４，４５を介して電気的に接続されている。この第３導体群４４，４５は、Ｙ方向における導波管の管壁に相当するものとして機能する。ここでは、一対の第３導体群４４，４５のうち、矢印Ｙの順方向側に位置するものを第３導体群４４とし、矢印Ｙの逆方向側に位置するものを第３導体群４５としている。各第３導体群４４，４５は、第３導体がＺ方向に沿って配列されて構成されている。第３導体群４４，４５を構成する第３導体は、変換構造体４０Ａを伝送する高周波信号のうち最も短い波の長さの１／２以下の間隔をあけて配置される。第３導体の間隔を伝送する高周波信号の１／２波長以下にすることで、当該高周波信号が漏れるのを低減することができる。２列の第３導体群４４，４５を構成する第３導体の各々は、第３誘電体層４１１～４１６の貫通孔の内に設けられ、当該第３誘電体層４１１～４１６を貫通している。２列の第３導体群４４，４５は、Ｙ方向において長さｂの間隔で離隔している。
　この２列の第３導体群４４，４５の間には、第４導体群４６が設けられている。第４導体群４６を構成する第４導体の各々は、第３誘電体層４１１～４１６の層ごとに階段状にずらして２列に配置されている。各列の第４導体の各々は、第２方向にずらして配置されている。この変換構造体４０Ａでは、階段状にずらして配置した第４導体群４６および第３導体群４４，４５を、変換構造体４０における結合孔４０ａに相当するものとして機能させている。つまり、この変換構造体４０Ａでは、２列の第４導体および２列の第３導体で囲まれる領域が結合孔４０ａに相当するものとして機能している。各列の第４導体は、伝送する高周波信号の１／２波長以下の間隔をあけて配置される。第４導体の間隔を伝送する高周波信号の１／２波長以下にすることで、当該高周波信号が漏れるのを低減することができる。この２列の第４導体は、結合孔４０ａの幅の分だけ離れて設けられている。
　この実施形態では、第１方向と第３方向とが直交しているので、第４導体群４６を構成する第４導体の各々は、４５°の勾配を有する階段状にずらして２列に配置されている。ここで、「４５°の勾配を有する階段状にずらして配置する」とは、個々の第４導体の底面の中心を結んだ仮想線の傾きが４５°となるように配置することをいう。
　（第２の実施例）
　上述の構成を採用するモード偏波変換器の電磁界分布についてシミュレーションした結果を図１０に示した。図１０に示した結果から、伝送する高周波信号の電磁界分布を第１の導波構造体２０Ａと第２の導波構造体３０Ａとで９０°変換できることが確認できた。このシミュレーションにおいては、第１導体層２２，２３の間隔および第２導体群３４，３５の２列の間隔を０．４５ｍｍとし、第１導体群２４，２５の２列の間隔および第２導体層３２，３３の間隔を０．９ｍｍとし、結合構造体４０Ａの高周波信号の伝送方向における長さを０．８ｍｍとし、第４導体群４６の２列の間隔を０．２９ｍｍとし、第４導体の各列の長さを０．７７ｍｍとし、第１～第４導体の直径を０．１ｍｍとした。第１誘電体２１および第２誘電体３１、および第３誘電体４１の比誘電率をアルミナセラミックスに相当する９．４とし、比透磁率を１とした。伝送する高周波信号の周波数を７６．５ＧＨｚとした。上述の数値条件では、高周波信号が誘電体中を伝搬する際の波長λｇが約１．８ｍｍとなる。変換構造体４０の高周波信号の伝送方向における長さは、λｇの０．２２倍である。つまり、本実施例のモード偏波変換器では、高周波信号の１波長よりも短い長さであっても偏波できることを確認できた。
　次に、上述と同様の数値条件で、周波数特性をシミュレーションした結果を図１１に示した。図１１において、縦軸は高周波信号の伝送損失（単位：ｄＢ）を示し、横軸は周波数を示している。また、実線は通過特性を示し、破線は反射特性を示している。変換構造体４０Ａにおける第１の導波構造体２０Ａ側をポート１とし、第２の導波構造体３０Ａ側をポート２としている。この図１１では、ポート１からポート２側への透過特性Ｓ２１、ポート２からポート１側への透過特性Ｓ１２、ポート１に入力されポート１で反射される反射特性Ｓ１１、およびポート２に入力されポート２で反射されるＳ２２について示している。
　図１１に示した結果から、このモード偏波変換器は、７７～７８ＧＨｚの高周波信号に対して、損失が少なく、帯域の広い伝送特性を有することを確認できた。また、図５に示した例に比べ、通過帯域が広いフィルタとすることができることを確認できた。
　（第３の実施形態）
　図１２～１８は、本発明のモード偏波変換器の他の例として第２の実施形態を示した図である。図１２～１８に示したモード偏波変換器１０Ｂは、第１の導波構造体２０に代えて第１の導波構造体２０Ｂを採用し、第２の導波構造体３０に代えて第２の導波構造体３０Ｂを採用し、変換構造体４０に代えて変換構造体４０Ｂを採用している。モード偏波変換器１０Ｂの各構成は、図１に示したモード偏波変換器１０の各構成と同様の位置に配置されている。本実施形態の第１の導波構造体２０Ｂ、第２の導波構造体３０Ｂ、および変換構造体４０Ｂとして、積層型の導波構造体を採用している。以下、モード偏波変換器１０Ｂの各構成について説明する。
　第１の導波構造体２０Ｂは、複数の第１誘電体２１Ｂ、複数の第１導体層２２Ｂ、および複数の第１導体群２４Ｂを有している。この第１の導波構造体２０Ｂでは、第１導体層２２Ｂおよび第１貫通導体群２４Ｂが導波管の管壁に相当するものとして機能する。本実施形態では、第１導体層２２Ｂおよび第１貫通導体群２４Ｂで囲まれている領域が伝播部となる。本実施形態の第１誘電体２１Ｂは、複数の第１誘電体層２１Ｂが高周波信号の伝送方向に順次積層されて形成されている。
　複数の第１誘電体層２１Ｂの各々の間には、第１導体層２２Ｂが配置されている。複数の第１導体層２２Ｂは、各々がＸＹ面方向に広がっており、伝送方向に配列されている。この複数の第１導体層２２Ｂは、第１の導波構造体２０Ｂを伝送する高周波信号のうち最も短い波の長さの１／２以下の間隔をあけて配置されている。複数の第１導体層２２Ｂの間隔を伝送する高周波信号の１／２波長以下にすることで、当該高周波信号が漏れるのを低減することができる。複数の第１導体層２２Ｂの各々には、伝播孔２２Ｂａが設けられている。この伝播孔２２Ｂａは、第１方向に沿った辺の長さが第２方向に沿った辺の長さよりも短くなっている。各第１導体層２２Ｂの伝播孔２２Ｂａは、伝送方向に並んで配置されている。
　複数の第１導体層２２Ｂは、第１導体群２４Ｂを介して各々が電気的に接続されている。第１導体群２４Ｂを構成する第１導体の各々は、第１誘電体層２１Ｂの貫通孔の内に設けられ、当該第１誘電体層２１Ｂを貫通している。複数の第１導体２４１Ｂは、矢印Ｚの順方向から見て、伝播孔２２Ｂａの周囲を囲んで配置されている。
　第２の導波構造体３０Ｂは、複数の第２誘電体３１Ｂ、複数の第２導体層３２Ｂ、および複数の第２導体群３４Ｂを有している。この第２の導波構造体３０Ｂでは、第２導体層３２Ｂおよび第２貫通導体群３４Ｂが導波管の管壁に相当するものとして機能する。本実施形態では、第２導体層３２Ｂおよび第２貫通導体群３４Ｂで囲まれている領域が伝播部となる。本実施形態の第２誘電体３１Ｂは、複数の第２誘電体層３１Ｂが高周波信号の伝送方向に順次積層されて形成されている。
　複数の第２誘電体層３１Ｂの各々の間には、第２導体層３２Ｂが配置されている。複数の第２導体層３２Ｂは、各々がＸＹ面方向に広がっており、伝送方向に配列されている。この複数の第２導体層３２Ｂは、第２の導波構造体３０Ｂを伝送する高周波信号のうち最も短い波の長さの１／２以下の間隔をあけて配置されている。複数の第２導体層３２Ｂの間隔を伝送する高周波信号の１／２波長以下にすることで、当該高周波信号が漏れるのを低減することができる。複数の第２導体層３２Ｂの各々には、伝播孔３２Ｂａが設けられている。この伝播孔３２Ｂａは、第２方向に沿った辺の長さが第１方向に沿った辺の長さよりも短くなっている。各第２導体層３２Ｂの伝播孔３２Ｂａは、伝送方向に並んで配置されている。
　複数の第２導体層３２Ｂは、第２導体群３４Ｂを介して各々が電気的に接続されている。第２導体群３４Ｂを構成する第２導体の各々は、第２誘電体層３１Ｂの貫通孔の内に設けられ、当該第２誘電体層３１Ｂを貫通している。複数の第２導体３４１Ｂは、矢印Ｚの順方向から見て、伝播孔３２Ｂａの周囲を囲んで配置されている。
　変換構造体４０Ｂは、第３誘電体４１Ｂ、一対の第３導体層４２Ｂ，４３Ｂ、および第３導体群４４Ｂを有している。第３誘電体層４１Ｂの上面および下面には、一対の第３導体層４２Ｂ，４３Ｂが配置されている。ここでは、一対の第３導体層４２Ｂ，４３Ｂのうち、矢印Ｚの順方向側に位置するものを第３導体層４２Ｂとし、矢印Ｘの逆方向側に位置するものを第３導体層４３Ｂとする。一対の第３導体層４２Ｂ，４３Ｂは、各々がＸＹ面方向に広がっており、伝送方向に並んでいる。第３導体層４２Ｂは第１導体群２４Ｂに接続され、第３導体層４３Ｂは第２導体群３４Ｂに接続されている。一対の第１導体層２２Ｂは、変換構造体４０Ｂを伝送する高周波信号のうち最も短い波の長さの１／２以下の間隔をあけて配置されている。一対の第３導体層４２Ｂの間隔を伝送する高周波信号の１／２波長以下にすることで、当該高周波信号が漏れるのを低減することができる。
　一対の第３導体層４２Ｂ，４３Ｂの各々には、伝播孔４２Ｂａ，４３Ｂａが設けられている。この伝播孔４２Ｂａ，４３Ｂａは、第１方向に沿った辺の長さが第２方向に沿った辺の長さよりも短くなっている。第３導体層４２Ｂ，４３Ｂの伝播孔４２Ｂａ，４３Ｂａは、伝送方向に並んで配置されている。この伝播孔４２Ｂａ，４３Ｂａは、矩形状をしており、第５方向に沿った辺の長さが第６方向に沿った辺の長さｂよりも短くなっている。以降では、短い方の辺を短辺とし、長い方の辺を長辺とする。この伝播孔４２Ｂａ，４３Ｂａの短辺は、第１の導波構造体２０Ｂの短辺の延びる第１方向、および第２の導波構造体３０Ｂの短辺の延びる第３方向に対して傾いている。この伝播孔４２Ｂａ，４３Ｂａの短辺が延びる第５方向は、第１方向と、第３方向との間の方向を向いている。このモード偏波変換器１０Ｂでは、第１の導波構造体２０Ｂの伝播孔２２Ｂａ、第２の導波構造体３０Ｂの伝播孔３２Ｂａ、および変換構造体４０Ｂの伝播孔４２Ｂａ，４３Ｂａは、各々の中心を合わせるように配置されている。ここで、中心とは、ＸＹ面方向における中心をいう。この伝播孔４２Ｂａ，４３Ｂａは、矢印Ｚの逆方向に見て、第１の導波構造体２０Ｂの伝播部、および第２の導波構造体３０の伝播部が重なっている領域の内側に設けられている。この領域は、各辺が第１方向または第２方向に沿っており、各辺の長さがａの正方形状となっている。この正方形状を図３では、破線で示している。
　一対の第３導体層４２Ｂ，４３Ｂは、第３導体群４４Ｂを介して電気的に接続されている。第３導体群４４Ｂを構成する第３導体４４１Ｂの各々は、第３誘電体４１Ｂの貫通孔の内に設けられ、当該第３誘電体４１Ｂを貫通している。複数の第３導体４４１Ｂは、矢印Ｚの順方向から見て、伝播孔４２Ｂａの周囲を囲んで配置されている。
　この変換構造体４０では、第３導体群４４Ｂで囲まれ、一対の第３導体層４２Ｂ，４３Ｂの伝播孔４２Ｂａ，４３Ｂａを両端とする領域が結合孔として機能する。この結合孔は、第１の導波構造体２０Ｂの伝播部および第２の導波構造体３０Ｂの伝播部と電磁気的に結合している。
　本実施形態では、第１誘電体２１Ｂ、第２誘電体３２Ｂ、および第３誘電体４２Ｂは、ＸＹ面方向における断面が正方形状になっている。この正方形の２組の対辺は、第１方向と第２方向とに延びている。このような形状とすることで、変換構造体４０Ｂを介して高周波信号が漏れるのを抑えることができる。また、この変換構造体４０Ｂは、第１の導波構造体２０Ｂおよび第２の導波構造体３０Ｂと同等の大きさであることから、面方向へのはみ出しを抑えることができる。これらにより、損失を抑えつつ、小型化を図ることができる。
　以上、本発明の具体的な実施形態を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の要旨から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
　第１，３の実施形態では、結合孔４０ａ，４０Ｂａの断面形状を矩形としているが、角に丸みを帯びた形状などのように、厳密な矩形でなくてもよい。
　第２の実施形態では、第１の導波構造体２０Ａと、第２の導波構造体３０Ａと、変換構造体４０Ａとが別体として構成されている。これらの構造体２０Ａ，３０Ａ，４０Ａは、部分的に一体的に形成されていてもよい。例えば第１誘電体層２１１～２１６、第２誘電体層３１１～３１６、および第３誘電体層４１１～４１６の各層が一体的に形成されていてもよい。また、第１導体層２２，２３、第２導体層３２，３３、および第３導体層４２，４３の各層が一体的に形成されていてもよい。
　第２の実施形態では、複数の第１導体は各々が独立して一対の第１導体層２２，２３を電気的に接続し、複数の第２導体は各々が独立して一対の第２導体層３２，３３を電気的に接続し、かつ複数の第３導体は各々が独立して一対の第３導体層４２，４３を電気的に接続している。これらの第１～第３導体は、各導体が互いに電気的に接続されていてもよい。

Claims (11)

  1. 　高周波信号の伝送方向に対して直交する断面の形状が、第１方向に延びる一対の短辺と、前記第１方向に直交する第２方向に延びる一対の長辺とで形成される第１伝搬部を有する第１の導波構造体、
    該第１の導波構造体の前記伝送方向の延長線上に位置し、前記断面の形状が、第３方向に延びる一対の短辺と、前記第３方向に直交する第４方向に延びる一対の長辺とで形成される第２伝搬部を有する第２の導波構造体、および、
    前記第１伝搬部と前記第２伝搬部とに中心を合わせて位置し、且つ前記第１の導波構造体と前記第２の導波構造体との間に接続されており、前記断面において前記第１方向と前記第３方向との間の第５方向に短辺が延びている矩形状の結合孔を有する変換構造体を具備する、モード偏波変換器。
  2. 　前記変換構造体は、前記高周波信号の前記伝送方向における長さが、伝送する高周波信号の波長以下である、請求項１に記載のモード偏波変換器。
  3. 　前記伝送方向に見たときに、前記変換構造体は、前記第１の導波構造体の前記一対の長辺および前記第２の導波構造体の前記一対の長辺で囲まれる領域内に位置している、請求項１または２に記載のモード偏波変換器。
  4. 　前記伝送方向に見たときに、前記第１方向と前記第３方向とが直交している、請求項１から３のいずれかに記載のモード偏波変換器。
  5. 　前記伝送方向に見たときに、前記第５方向が前記第１方向に４５°の角度で交わっている、請求項４に記載のモード偏波変換器。
  6. 　前記第１の導波構造体は、
    第１誘電体と、
    該第１誘電体を挟む一対の第１導体層と、
    該一対の第１導体層を電気的に接続する第１導体が、伝送する高周波信号の波長の１／２以下の間隔で前記伝送方向に配列されている２列の第１導体群とを含む、請求項１から５のいずれかに記載のモード偏波変換器。
  7. 　前記第２の導波構造体は、
    第２誘電体と、
    該第２誘電体を挟む一対の第２導体層と、
    該一対の第２導体層を電気的に接続する第２導体が、伝送する高周波信号の波長の１／２以下の間隔で前記伝送方向に配列されている２列の第２導体群とを含む、請求項１から６のいずれかに記載のモード偏波変換器。
  8. 　前記変換構造体は、
    複数の誘電体層が積層される第３誘電体と、
    該第３誘電体を挟む一対の第３導体層と、
    該一対の第３導体層を電気的に接続する第３導体が、伝送する高周波信号の波長の１／２以下の間隔で前記伝送方向に配列されている２列の第３導体群と、
    前記断面において前記２列の第３導体群の間に配置され、前記複数の誘電体層の層ごとに第４導体を階段状にずらして２列に配置されている第４導体群とを含む、請求項１から７のいずれかに記載のモード偏波変換器。
  9. 　前記第１の導波構造体は、
    複数の第１誘電体と、
    伝送する高周波信号の波長の１／２以下の間隔で前記複数の第１誘電体を挟んで前記伝送方向に配列され、前記高周波信号が伝搬する伝搬孔を有する複数の第１導体層と、
    該複数の第１導体層を電気的に接続する第１導体群とを含む、請求項１から５のいずれかに記載のモード偏波変換器。
  10. 　前記第２の導波構造体は、
    複数の第２誘電体と、
    伝送する高周波信号の波長の１／２以下の間隔で前記複数の第２誘電体を挟んで前記伝送方向に配列され、前記高周波信号が伝搬する伝搬孔を有する複数の第２導体層と、
    該複数の第２導体層を電気的に接続する第２導体群とを含む、請求項１から６のいずれかに記載のモード偏波変換器。
  11. 　前記変換構造体は、
    複数の第３誘電体と、
    伝送する高周波信号の波長の１／２以下の間隔で前記複数の第１誘電体を挟んで前記伝送方向に配列され、前記結合孔を有する複数の第３導体層と、
    該複数の第１導体層を電気的に接続する第３導体群とを含む、請求項１から７のいずれかに記載のモード偏波変換器。
     
     
     
     
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