WO2026009779A1 - 移相器 - Google Patents

移相器

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WO2026009779A1
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phase shifter
waveguide
phase
main body
moving plate
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波 楊
文毅 邵
真毅 篠原
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Kyoto University
Original Assignee
Kyoto University
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/18—Phase-shifters
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a waveguide-type phase shifter.
  • Patent Document 1 discloses a transmission waveguide having a constricted portion.
  • the constricted portion of the transmission waveguide has a major axis dimension that is narrower than the other portions of the transmission waveguide. This allows the wavelength within the transmission waveguide to be changed at the constricted portion of the transmission waveguide, thereby adjusting the propagation phase at the output portion of the transmission waveguide.
  • the constricted portion of the transmission waveguide disclosed in Patent Document 1 has a simple structure and functions as a phase shifter.
  • the phase difference of the phase shifter made up of the constricted portion of the transmission waveguide i.e., the amount by which the phase shifter changes the phase of the transmission wave, is not variable.
  • the phase difference of the phase shifter made up of the constricted portion of the transmission waveguide cannot be changed by external control.
  • the object of the present invention is to provide a waveguide-type phase shifter with a simple structure and variable phase difference.
  • the phase shifter of the present invention comprises a main body and a movable plate that constitute a waveguide, wherein a cross section perpendicular to the direction of the waveguide axis has a rectangular shape with a first side and a second side that is shorter than the first side, the movable plate forms the inner surface of the waveguide that is perpendicular to the first side, and is movable relative to the main body in a direction parallel to the first side, and the phase difference of the phase shifter is determined depending on the position of the movable plate relative to the main body in the direction parallel to the first side.
  • the present invention makes it possible to realize a waveguide-type phase shifter with a simple structure and variable phase difference.
  • FIG. 1 is a perspective view of the appearance of a phase shifter according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a side view of the phase shifter according to the embodiment.
  • 3A and 3B are cross-sectional views of a phase shifter according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the end of the moving plate in the direction of the waveguide axis.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of frequency characteristics of the amplitudes of the S parameters S11 and S21 of the phase shifter.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the frequency characteristic of the phase of the S parameter S21 of the phase shifter.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the intensity of the electric field excited in the phase shifter.
  • FIG. 1 is a perspective view of the appearance of a phase shifter according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a side view of the phase shifter according to the embodiment.
  • 3A and 3B are cross-sectional views of a phase shifter according to an embodiment
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the intensity of the electric field excited in the phase shifter.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of a change in the phase of the S parameter S21 of the phase shifter in response to a change in ⁇ a.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a change in the amplitude of the S parameter S21 of the phase shifter in response to a change in ⁇ a.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a change in the amplitude of the S parameter S11 of the phase shifter in response to a change in ⁇ a.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a phase shifter according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a side view of the phase shifter according to an embodiment.
  • FIG. 3(A) and FIG. 3(B) are cross-sectional views of the phase shifter according to an embodiment.
  • FIG. 3(A) shows a cross section parallel to the xz plane.
  • FIG. 3(B) shows a cross section parallel to the xy plane.
  • the phase shifter comprises a main body 1 and a movable plate 2.
  • the main body 1 and movable plate 2 form a waveguide 3.
  • a cross section perpendicular to the direction of the tube axis 33 of the waveguide 3 is rectangular with a first side 31 and a second side 32 that is shorter than the first side 31.
  • the movable plate 2 forms the inner surface of the waveguide 3 perpendicular to the first side 31, and is movable relative to the main body 1 in a direction parallel to the first side 31.
  • the phase difference of the phase shifter i.e., the amount by which the phase shifter changes the phase of the transmitted wave, is determined according to the position of the movable plate 2 relative to the main body 1 in the direction parallel to the first side 31, as described below.
  • the x direction is defined as the direction parallel to the first side 31
  • the y direction is defined as the direction parallel to the second side 32
  • the z direction is defined as the direction of the tube axis 33.
  • the main body 1 is in the shape of a generally hollow rectangular parallelepiped, and has a top 11, a bottom 12, a front 13, a rear 14, and side sections 15 and 16.
  • the main body 1 further has flanged open ends 17 on the front 13 and rear 14.
  • phase shifter is not necessarily positioned so that the direction from the top 11 to the bottom 12 is vertically downward, but can be positioned in any direction relative to the vertical.
  • the movable plate 2 is disposed in the internal space of the main body 1.
  • the main surface 21 of the movable plate 2 is parallel to the main surfaces of the top 11 and bottom 12.
  • the end surfaces 22 of the movable plate 2 substantially abut or are close to the front portion 13, rear portion 14, and side portions 15 and 16.
  • the main body 1 is formed, for example, by joining a metal plate member 18 that constitutes the bottom 12 to a metal member 19 that constitutes the other parts with screws.
  • the movable plate 2 is formed, for example, by joining two metal plate members 23 and 24 with screws 25.
  • the main body 1 and the movable plate 2 may also be formed by other methods.
  • the waveguide 3 is more specifically composed of the upper portion 11 of the main body portion 1, the side portions 15 and 16 of the main body portion 1, and the movable plate 2.
  • the waveguide 3 has a first port 36 and a second port 37 at both ends in the direction of the tube axis 33.
  • the length of the first side 31 of the waveguide 3 changes with the movement of the movable plate 2.
  • the length of the first side 31 of the waveguide 3 is expressed as a + ⁇ a.
  • a represents the standard length of the first side 31.
  • ⁇ a represents the difference between the length of the first side 31 and the standard length of the first side 31 and is a positive value.
  • the second side 32 of the waveguide 3 is shorter than the first side 31 of the waveguide 3, regardless of the movement of the movable plate 2.
  • the length from the first port 36 to the second port 37 of the waveguide 3 is expressed as L.
  • the waveguide 3 is designed to excite only transmission waves in TE10 mode for the operating frequency.
  • the phase shifter further includes an adjustment screw 41 attached to the movable plate 2 and protruding outside the main body 1.
  • the position of the movable plate 2 is adjusted, for example, by turning a nut (not shown) attached to the adjustment screw 41 and moving the adjustment screw 41 relative to the main body 1.
  • the position of the movable plate 2 may also be adjusted by other methods.
  • the position of the movable plate 2 may also be automatically adjusted by electronic control, for example, by turning the nut attached to the adjustment screw 41 using a servo motor.
  • Figure 4 is a perspective view showing the end of the moving plate in the direction of the waveguide axis.
  • the phase shifter further includes a metallic elastic member 42 provided at the end of the moving plate 2 in the direction of the tube axis 33 so as to contact the inner surface of the main body 1.
  • the elastic member 42 is fitted into a recess formed in the end surface 22 of the moving plate 2 and protrudes slightly from the end surface 22 of the moving plate 2.
  • the elastic member 42 fills the gap between the main body 1 and the moving plate 2, preventing the electromagnetic field within the waveguide 3 from leaking out of the waveguide 3.
  • phase difference of the phase shifter is expressed by the following formula.
  • ⁇ represents the phase difference of the phase shifter.
  • ⁇ g ( ⁇ ) represents the guide wavelength of the TE10 mode of the waveguide 3 when the length of the first side 31 of the waveguide 3 is ⁇ .
  • ⁇ c ( ⁇ ) represents the cutoff wavelength of the TE10 mode of the waveguide 3 when the length of the first side 31 of the waveguide 3 is ⁇ .
  • f represents the operating frequency.
  • ⁇ and ⁇ represent the permittivity and permeability of the medium in the waveguide 3, respectively.
  • 2 ⁇ L/ ⁇ g (a) is equal to the difference in phase between the transmission wave at the first port 36 of the waveguide 3 and the transmission wave at the second port 37 of the waveguide 3 when the length of the first side 31 of the waveguide 3 is equal to the standard length.
  • 2 ⁇ L/ ⁇ g (a+ ⁇ a) is equal to the difference in phase between the transmission wave at the first port 36 of the waveguide 3 and the transmission wave at the second port 37 of the waveguide 3. Therefore, the right-hand side of the above first equation is equal to the change in phase of the transmission wave output from the phase shifter relative to the phase of the transmission wave output from the phase shifter when the length of the first side 31 of the waveguide 3 is equal to the standard length, and therefore the phase difference of the phase shifter.
  • phase difference of the phase shifter is determined according to ⁇ a, and therefore according to the position of the movable plate 2 relative to the main body 1.
  • the range of ⁇ a that can be taken is determined by the condition for exciting only the TE10 mode transmission wave at the frequency used, i.e., the condition that ⁇ is lower than the cutoff wavelength of the lowest TE10 mode and higher than the cutoff wavelength of the next lowest mode, regardless of changes in ⁇ a, and is therefore 0 ⁇ a ⁇ a.
  • Figure 5 shows an example of the frequency characteristics of the amplitude of the S parameters S11 and S21 of a phase shifter.
  • the amplitude of the S parameter S11 (ratio of reflected to incident) takes values less than -10 dB.
  • the amplitude of the S parameter S21 (ratio of transmitted to incident) takes values in the range of -1.49 dB to -0.89 dB. In this way, reflection in the phase shifter is kept low, and the insertion loss of the phase shifter is also kept low.
  • Figure 6 shows an example of the frequency characteristic of the phase of the S parameter S21 of a phase shifter.
  • the frequency characteristic of the phase of the S parameter S21 has excellent linearity. Therefore, the frequency characteristic of the phase difference of the phase shifter also has excellent linearity.
  • Figures 7 and 8 are diagrams showing an example of the intensity of the electric field excited in the phase shifter.
  • Figures 7 and 8 show cross sections of the phase shifter parallel to the xz plane.
  • a transmission wave is excited in the waveguide 3.
  • the electromagnetic field hardly leaks outside the waveguide 3.
  • region 53 in Figures 3(A) and 8 even near the first port 36 of the waveguide 3, the elastic member 42 blocks the gap between the main body 1 and the moving plate 2, so the electromagnetic field hardly leaks from the gap between the main body 1 and the moving plate 2.
  • the electromagnetic field even near the second port 37 of the waveguide 3, the electromagnetic field hardly leaks from the gap between the main body 1 and the moving plate 2.
  • Figure 9 is a diagram showing an example of the change in phase of the S parameter S21 of a phase shifter in response to changes in ⁇ a.
  • Figure 10 is a diagram showing an example of the change in amplitude of the S parameter S21 of a phase shifter in response to changes in ⁇ a.
  • Figure 11 is a diagram showing an example of the change in amplitude of the S parameter S11 of a phase shifter in response to changes in ⁇ a.
  • Figures 9 to 11 show characteristics when the operating frequency is 28 GHz.
  • the phase of S parameter S21 changes by 360 degrees.
  • the phase of S parameter S21 changes by 420 degrees. Therefore, the phase difference of the phase shifter is variable over a range of 360 degrees or more, particularly within a range of 420 degrees.
  • the amplitude of S parameter S21 is maintained greater than -0.2 dB. In other words, the insertion loss of the phase shifter is maintained below 0.2 dB.
  • the amplitude of S parameter S11 is maintained approximately below -15 dB. In this way, even when ⁇ a changes, reflection in the phase shifter is kept low, and the insertion loss of the phase shifter is also kept low.
  • phase shifter is used in products such as microwave or millimeter-wave components, automatic matching devices, microwave heating devices, and phased arrays.
  • automatic matching devices the phase shifter is used for impedance matching by adjusting the phase of the reflection coefficient.
  • microwave heating devices the phase shifter is used for impedance matching according to the load that changes depending on the object to be heated.
  • phase shifter is used to adjust the excitation phase of each antenna element.
  • the phase shifter comprises a main body 1 and a movable plate 2 that form a waveguide 3.
  • the movable plate 2 is movable relative to the main body 1 in a direction parallel to the first side 31 of the waveguide 3.
  • the in-guide wavelength of the transmission wave excited in the waveguide 3 changes, and the difference between the phase of the transmission wave at the first port 36 of the waveguide 3 and the phase of the transmission wave at the second port 37 of the waveguide 3 changes.
  • the phase difference of the phase shifter is determined according to the position of the movable plate 2 relative to the main body 1 in the direction parallel to the first side 31. Therefore, a waveguide-type phase shifter with a simple structure and variable phase difference can be realized.
  • semiconductor phase shifters are made up of integrated circuits formed on a semiconductor substrate, they have a low power resistance of only a few mW. As a result, semiconductor phase shifters are not suitable for shifting the phase of high-power transmission waves of several kW, and in particular cannot be connected directly to magnetrons that generate high-power microwaves. Furthermore, because semiconductor phase shifters are made up of integrated circuits as described above, they have a large insertion loss. This also makes them unsuitable for power transmission.
  • conventional waveguide phase shifters generally have a smaller insertion loss than conventional semiconductor phase shifters, but still have an insertion loss of around 0.3 dB. Furthermore, conventional waveguide phase shifters only have a narrow phase shift width, usually only 180°. Therefore, if the phase of the transmitted wave needs to be shifted by a value greater than the phase shift width of the phase shifter, multiple phase shifters must be connected in series. Additionally, conventional waveguide phase shifters have a complex structure and are unable to quickly change their phase difference.
  • this phase shifter is a waveguide type and has high power resistance.
  • this phase shifter can maintain an insertion loss of less than 0.2 dB.
  • this phase shifter can maintain an insertion loss that is smaller than not only conventional semiconductor phase shifters but also conventional waveguide phase shifters.
  • this phase shifter has a phase shift width of 360 degrees. Therefore, it is possible to provide any phase difference with just this one phase shifter.
  • this phase shifter has a simple structure, consisting mainly of a main body 1 and a movable plate 2 that is movable relative to the main body 1.
  • phase difference is changed by moving the movable plate 2 relative to the main body 1, so the phase difference can be changed easily and quickly.
  • this phase shifter is equipped with a metallic elastic member 42 that is provided at the end of the moving plate 2 in the direction of the tube axis 33 so as to contact the inner surface of the main body 1.
  • the elastic member 42 effectively closes the gap between the main body 1 and the moving plate 2 near the first port 36 and second port 37 of the waveguide 3. This prevents the electromagnetic field excited within the waveguide 3 from leaking from the gap between the main body 1 and the moving plate 2.
  • this phase shifter has many excellent advantages and is particularly suitable for phase shifting of high-power microwaves or millimeter waves.

Landscapes

  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
  • Waveguides (AREA)

Abstract

移相器は、導波管を構成する本体部及び移動板を備える。導波管の管軸の方向に垂直な断面は、第１辺及び前記第１辺より短い第２辺を有する矩形の形をとる。移動板は、前記第１辺に垂直な前記導波管の内面を形成し、前記第１辺に平行な方向に本体部に対して移動可能である。移相器の位相差は、前記第１辺に平行な方向における移動板の本体部に対する位置に応じて定まる。

Description

移相器
　本発明は導波管式の移相器に関する。
　特許文献１には、くびれ部を有する伝送導波管が開示されている。伝送導波管のくびれ部は、伝送導波管の他の部分より狭い長径寸法を有する。それにより、伝送導波管のくびれ部で管内波長を変化させ、伝送導波管の出力部の伝搬位相を調整できる。
実開平４－１２３６０２号公報
　特許文献１に開示された伝送導波管のくびれ部は、簡単な構造を有しながら、移相器として働く。しかし、伝送導波管のくびれ部からなる移相器の位相差、即ちその移相器が伝送波の位相を変化させる量は、可変ではない。換言すれば、伝送導波管のくびれ部からなる移相器の位相差を外部制御によって変化させることはできない。
　本発明の目的は、構造が簡単で、位相差が可変な導波管式の移相器を提供することにある。
　本発明の移相器は、導波管を構成する本体部及び移動板を備える移相器であって、前記導波管の管軸の方向に垂直な断面は、第１辺及び前記第１辺より短い第２辺を有する矩形の形をとり、前記移動板は、前記第１辺に垂直な前記導波管の内面を形成し、前記第１辺に平行な方向に前記本体部に対して移動可能であり、前記第１辺に平行な方向における前記移動板の前記本体部に対する位置に応じて、前記移相器の位相差が定まる。
　本発明によれば、構造が簡単で、位相差が可変な導波管式の移相器を実現できる。
図１は実施形態に係る移相器の外観斜視図である。 図２は実施形態に係る移相器の側面図である。 図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は実施形態に係る移相器の断面図である。 図４は、導波管の管軸の方向における移動板の端部を示す斜視図である。 図５は、移相器のＳパラメータＳ１１，Ｓ２１の振幅の周波数特性の一例を示す図である。 図６は、移相器のＳパラメータＳ２１の位相の周波数特性の一例を示す図である。 図７は、移相器に励振される電界の強度の一例を示す図である。 図８は、移相器に励振される電界の強度の一例を示す図である。 図９は、Δａの変化に応じた移相器のＳパラメータＳ２１の位相の変化の一例を示す図である。 図１０は、Δａの変化に応じた移相器のＳパラメータＳ２１の振幅の変化の一例を示す図である。 図１１は、Δａの変化に応じた移相器のＳパラメータＳ１１の振幅の変化の一例を示す図である。
　図１は実施形態に係る移相器の外観斜視図である。図２は実施形態に係る移相器の側面図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は実施形態に係る移相器の断面図である。図３（Ａ）はｘｚ平面に平行な断面を示す。図３（Ｂ）はｘｙ平面に平行な断面を示す。
　移相器は本体部１及び移動板２を備える。本体部１及び移動板２は導波管３を構成する。導波管３の管軸３３の方向に垂直な断面は、第１辺３１及び第１辺３１より短い第２辺３２を有する矩形の形をとる。移動板２は、第１辺３１に垂直な導波管３の内面を形成し、第１辺３１に平行な方向に本体部１に対して移動可能である。移相器の位相差、即ち移相器が伝送波の位相を変化させる量は、後述のように、第１辺３１に平行な方向における移動板２の本体部１に対する位置に応じて定まる。
　本明細書では、ｘ方向を第１辺３１に平行な方向にとり、ｙ方向を第２辺３２に平行な方向にとり、ｚ方向を管軸３３の方向にとっている。
　本体部１は、ほぼ中空の直方体の形をとり、上部１１、底部１２、前方部１３、後方部１４、及び側方部１５，１６を有する。本体部１は、さらに、前方部１３及び後方部１４に、フランジを設けられた開口端１７を有する。
　なお、移相器は、必ずしも上部１１から底部１２に向かう方向が鉛直下向きになるように配置されるわけではなく、鉛直方向に対して任意の向きに配置される。
　図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、移動板２は本体部１の内部空間に配置される。移動板２の主面２１は上部１１及び底部１２の主面に平行である。移動板２の端面２２は、前方部１３、後方部１４、及び側方部１５，１６に実質的に当接又は近接する。
　図１に示すように、本体部１は、例えば、底部１２を構成する金属製の板部材１８を、他の部分を構成する金属製の部材１９にネジで結合することで形成される。図３（Ａ）に示すように、移動板２は、例えば、２枚の金属製の板部材２３，２４をネジ２５で結合することで形成される。しかし、本体部１及び移動板２は別の方法で形成されてもよい。
　図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、導波管３は、より具体的に、本体部１の上部１１、本体部１の側方部１５，１６、及び移動板２によって構成される。導波管３は管軸３３の方向の両端に第１ポート３６及び第２ポート３７を有する。導波管３の第１辺３１の長さは移動板２の移動によって変化する。導波管３の第１辺３１の長さは、ａ＋Δａと表される。ここで、ａは第１辺３１の標準の長さを表す。Δａは、第１辺３１の長さの第１辺３１の標準の長さに対する差を表し、正の値をとる。導波管３の第２辺３２は、移動板２の移動にかかわらず、導波管３の第１辺３１より短い。導波管３の第１ポート３６から第２ポート３７までの長さはＬで表される。導波管３は、使用周波数に対してＴＥ１０モードの伝送波だけを励振するように設計される。
　図１、図２、及び図３（Ａ）に示すように、移相器は、さらに、移動板２に取り付けられ、本体部１の外側に突出した調整ネジ４１を備える。移動板２の位置は、例えば、調整ネジ４１に取り付けたナット（図示せず）を回し、調整ネジ４１を本体部１に対して移動させることで調整される。しかし、移動板２の位置は他の方法によって調整されてもよい。また、移動板２の位置は、電子制御によって自動的に調整されてもよく、例えば調整ネジ４１に取り付けたナットをサーボモータによって回すことで調整されてもよい。
　図４は、導波管の管軸の方向における移動板の端部を示す斜視図である。図３（Ａ）及び図４に示すように、移相器は、さらに、管軸３３の方向における移動板２の端部に、本体部１の内面と接触するように設けられた金属製の弾性部材４２を備える。弾性部材４２は、移動板２の端面２２に形成された凹部に嵌め込まれ、移動板２の端面２２から僅かに突出する。弾性部材４２は、本体部１と移動板２との間の空隙を塞ぎ、導波管３内の電磁界が導波管３から漏れることを抑制する。
　次に、移動板２の本体部１に対する位置と移相器の位相差との関係について説明する。移相器の位相差は下記の式で表される。
　ここで、Δφは移相器の位相差を表す。λg（α）は、導波管３の第１辺３１の長さがαである場合の導波管３のＴＥ１０モードの管内波長を表す。λc（α）は、導波管３の第１辺３１の長さがαである場合の導波管３のＴＥ１０モードの遮断波長を表す。ｆは使用周波数を表す。ε，μは、それぞれ、導波管３内の媒質の誘電率及び透磁率を表す。
　そのため、２πＬ／λg（ａ）は、導波管３の第１辺３１の長さが標準の長さに等しい場合における、導波管３の第１ポート３６での伝送波の位相と導波管３の第２ポート３７での伝送波の位相の差に等しい。２πＬ／λg（ａ＋Δａ）は、導波管３の第１ポート３６での伝送波の位相と導波管３の第２ポート３７での伝送波の位相の差に等しい。それ故、上記の第１式の右辺は、移相器から出力される伝送波の位相の、導波管３の第１辺３１の長さが標準の長さに等しい場合に移相器から出力される伝送波の位相に対する変化、従って移相器の位相差に等しい。
　このように、移相器の位相差は、Δａに応じて、従って移動板２の本体部１に対する位置に応じて定まる。
　Δａのとり得る範囲は、使用周波数に対してＴＥ１０モードの伝送波だけを励振するための条件、即ち、λが、Δａの変化にかかわらず、最低次のＴＥ１０モードの遮断波長より低く、かつその次に低いモードの遮断波長より高いという条件から定まり、０＜Δａ＜ａとなる。
　図５は、移相器のＳパラメータＳ１１，Ｓ２１の振幅の周波数特性の一例を示す図である。２５ＧＨｚから３０ＧＨｚの範囲において、ＳパラメータＳ１１（入射分に対する反射分の割合）の振幅は－１０ｄＢ未満の値をとる。２３ＧＨｚから３０ＧＨｚの範囲において、ＳパラメータＳ２１（入射分に対する透過分の割合）の振幅は－１．４９ｄＢから－０．８９ｄＢの範囲の値をとる。このように、移相器での反射は少なく抑えられ、移相器の挿入損失も小さく抑えられている。
　図６は、移相器のＳパラメータＳ２１の位相の周波数特性の一例を示す図である。２３ＧＨｚから３０ＧＨｚの範囲において、ＳパラメータＳ２１の位相の周波数特性は優れた線形性を有する。そのため、移相器の位相差の周波数特性も優れた線形性を有する。
　図７及び図８は、移相器に励振される電界の強度の一例を示す図である。図７及び図８はｘｚ平面に平行な移相器の断面を示している。図３（Ａ）及び図７の領域５１に示すように、伝送波が導波管３内に励振されている。図３（Ａ）及び図７の領域５２に示すように、電磁界は導波管３の外側にほぼ漏れていない。図３（Ａ）及び図８の領域５３に示すように、導波管３の第１ポート３６付近においても、弾性部材４２が本体部１と移動板２との間の空隙を塞いでいるため、電磁界は本体部１と移動板２との間の空隙からほぼ漏れていない。図には示されていないが、導波管３の第２ポート３７付近においても、電磁界は本体部１と移動板２との間の空隙からほぼ漏れていない。
　図９は、Δａの変化に応じた移相器のＳパラメータＳ２１の位相の変化の一例を示す図である。移相器のＳパラメータＳ２１（入射分に対する透過分の割合）の位相の変化を見ることで、移相器の位相差の変化を知ることができる。図１０は、Δａの変化に応じた移相器のＳパラメータＳ２１の振幅の変化の一例を示す図である。図１１は、Δａの変化に応じた移相器のＳパラメータＳ１１の振幅の変化の一例を示す図である。図９から図１１は、使用周波数が２８ＧＨｚである場合の特性を示す。
　図９に示すように、Δａが０ｍｍから１．８ｍｍまで変化すると、ＳパラメータＳ２１の位相は３６０度変化する。Δａが０ｍｍから３ｍｍまで変化すると、ＳパラメータＳ２１の位相は４２０度変化する。そのため、移相器の位相差は、３６０度以上の範囲、特に４２０°の範囲で可変である。図１０に示すように、ＳパラメータＳ２１の振幅は－０．２ｄＢより大きく保たれる。換言すれば、移相器の挿入損失は０．２ｄＢ未満に保たれる。図１１に示すように、ＳパラメータＳ１１の振幅はほぼ－１５ｄＢ未満に保たれる。このように、Δａが変化しても、移相器での反射は少なく抑えられ、移相器の挿入損失も小さく抑えられている。
　本移相器は、マイクロ波又はミリ波コンポーネント、自動整合器、マイクロ波加熱装置、フェーズドアレイ等の製品に使用される。自動整合器の場合、移相器は、反射係数の位相の調整を通じて、インピーダンス整合に使用される。マイクロ波加熱装置の場合、移相器は、被加熱物によって変化する負荷に応じたインピーダンス整合に使用される。フェーズドアレイの場合、移相器は、それぞれのアンテナ素子の励振位相の調整に使用される。
　本実施形態によれば、移相器は導波管３を構成する本体部１及び移動板２を備える。移動板２は導波管３の第１辺３１に平行な方向に本体部１に対して移動可能である。移動板２が移動すると、導波管３に励振される伝送波の管内波長が変化し、導波管３の第１ポート３６での伝送波の位相と導波管３の第２ポート３７での伝送波の位相の差が変化する。それにより、移相器の位相差は、第１辺３１に平行な方向における移動板２の本体部１に対する位置に応じて定まる。それ故、構造が簡単で、位相差が可変な導波管式の移相器を実現できる。
　従来の半導体移相器は、半導体基板上に形成された集積回路で構成されるため、数ｍＷの低い耐電力性しか有しない。そのため、半導体移相器は、数ｋＷの大電力の伝送波の移相に適しておらず、特に大電力のマイクロ波を発生させるマグネトロンに直接接続することはできない。さらに、半導体移相器は、上記のように集積回路で構成されるため、大きな挿入損失を有する。その点でも、半導体移相器は電力伝送に適していない。
　一方、従来の導波管移相器は、大抵、従来の半導体移相器より小さな挿入損失を有するが、それでも０．３ｄＢ程度の挿入損失を有する。また、従来の導波管移相器は、狭い移相幅、大抵１８０°の移相幅しか有しない。そのため、移相器の移相幅より大きく伝送波を移相する場合、複数の移相器を直列に接続する必要がある。加えて、従来の導波管移相器は、複雑な構造を有し、さらに素早くその位相差を変えることができない。
　そのような従来の移相器に対して、本移相器は、導波管式であり、高い耐電力性を有する。
　また、本移相器は、図１０に示したように、０．２ｄＢ未満に挿入損失を保つことができる。即ち、本移相器は、従来の半導体移相器だけではなく、従来の導波管移相器よりも小さく挿入損失を保つことができる。
　また、本移相器は、図９に示したように、３６０度の移相幅を有する。そのため、本移相器１つで任意の位相差を提供することが可能である。
　また、本移相器は、上記のように、主に本体部１及び本体部１に対して移動可能な移動板２で構成され、簡単な構造を有する。
　また、本移相器では、移動板２を本体部１に対して移動させてその位相差を変えるため、容易に素早くその位相差を変えることができる。
　また、本移相器は、管軸３３の方向における移動板２の端部に、本体部１の内面と接触するように設けられた金属製の弾性部材４２を備える。そのため、弾性部材４２は、導波管３の第１ポート３６及び第２ポート３７付近において、本体部１と移動板２との間の空隙を効果的に塞ぐ。それ故、導波管３内に励振された電磁界が本体部１と移動板２との間の空隙から漏れることを抑制できる。
　このように、本移相器は、多くの優れた利点を有し、特に大電力のマイクロ波又はミリ波の移相に適している。
　上記の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
１：本体部
２：移動板
３：導波管
１１：上部
１２：底部
１３：前方部
１４：後方部
１５：側方部
１６：側方部
１７：開口端
１８：板部材
１９：部材
２１：主面
２２：端面
２３：板部材
２４：板部材
２５：ネジ
３１：第１辺
３２：第２辺
３３：管軸
３６：第１ポート
３７：第２ポート
４１：調整ネジ
４２：弾性部材

Claims (2)

  1. 　導波管を構成する本体部及び移動板を備える移相器であって、
    　前記導波管の管軸の方向に垂直な断面は、第１辺及び前記第１辺より短い第２辺を有する矩形の形をとり、
    　前記移動板は、前記第１辺に垂直な前記導波管の内面を形成し、前記第１辺に平行な方向に前記本体部に対して移動可能であり、
    　前記第１辺に平行な方向における前記移動板の前記本体部に対する位置に応じて、前記移相器の位相差が定まる、移相器。
  2. 　前記管軸の方向における前記移動板の端部に、前記本体部の内面と接触するように設けられた金属製の弾性部材を備える、請求項１に記載の移相器。
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