(57)【要約】  広帯域で製作誤差に強い同軸導波管変換器、及びリッジ導波管を提供する。本発明の実施の形態にかかる同軸導波管変換器は、リッジ部（１１）を有するリッジ導波管（１０）と、リッジ導波管（１０）と非接触で電磁界結合された同軸線路（２０）と、を備えている。リッジ部（１１）に、導波空間（１３）側に突出した突起部（１２）が設けられ、リッジ導波管（１０）の同軸線路側端面から導波方向に沿って進むにつれて、突起部（１２）の突出量が小さくなり、突起部（１２）には、リッジ導波管（１０）の導波空間（１３）まで到達する貫通穴（１４）が設けられ、リッジ導波管（１０）の同軸線路側端面内の突起部（１２）が突出した方向と垂直な方向において、リッジ導波管（１０）の中心からずれた位置で、同軸線路（２０）の内導体（２１）が貫通穴（１４）に挿入されている。
2012101699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リッジ部を備えたリッジ導波管であって、
前記リッジ部から導波空間側に突出した突起部と、を備え、
前記リッジ導波管の同軸線路側端面から前記リッジ導波管の導波方向に沿って進むにつれて、前記突起部の突出量が小さくなり、
前記突起部には、前記リッジ導波管の前記導波空間まで到達する貫通穴が設けられ、
前記リッジ導波管の同軸線路側端面内の前記突起部が突出した方向と垂直な方向において、前記リッジ導波管の中心からずれた位置に、前記同軸線路の内導体が挿入される前記貫通穴が配置されているリッジ導波管。
【請求項２】
前記導波方向を含む側面視において、前記突起部が三角形状になっていることを特徴とする請求項１に記載のリッジ導波管。
【請求項３】
前記同軸線路側端面において、前記突起部が矩形状になっていることを特徴とする請求項１、又は２に記載のリッジ導波管。
【請求項４】
前記同軸線路側端面において、前記貫通穴が前記突起部の中央に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリッジ導波管。
【請求項５】
リッジ部を有するリッジ導波管と、
前記リッジ導波管のＥ面から前記リッジ導波管と非接触で電磁界結合された同軸線路と、を備え、
前記リッジ導波管の前記リッジ部に、前記リッジ導波管の導波空間側に突出した突起部が設けられ、
前記リッジ導波管の同軸線路側端面から前記リッジ導波管の導波方向に沿って進むにつれて、前記突起部の突出量が小さくなり、
前記突起部には、前記リッジ導波管の前記導波空間まで到達する貫通穴が設けられ、
前記リッジ導波管の同軸線路側端面内の前記突起部が突出した方向と垂直な方向において、前記リッジ導波管の中心からずれた位置で、前記同軸線路の内導体が前記貫通穴に挿入されている同軸導波管変換器。
【請求項６】
前記導波方向を含む側面視において、前記突起部が三角形状になっていることを特徴とする請求項５に記載の同軸導波管変換器。
【請求項７】
前記同軸線路側端面において、前記突起部が矩形状になっていることを特徴とする請求項５、又は６に記載の同軸導波管変換器。
【請求項８】
前記同軸線路側端面において、前記貫通穴が前記突起部の中央に配置されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の同軸導波管変換器。
【請求項９】
前記貫通穴の直径が前記同軸線路の直径の１．５倍以上となっていることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の同軸導波管変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同軸導波管変換器、及びリッジ導波管に関する。
【背景技術】
【０００２】
リッジ導波管は、方形導波管に比べカットオフ周波数が下がるため、広帯域な伝送特性を有する（特許文献１）。リッジ導波管は、低い周波数帯まで良好な伝送特性を有しているので、同じ設計周波数で見たとき、方形導波管に比べ小さいサイズで実現できる。リッジ導波管を高周波回路の伝送線路として採用した場合、同じ設計周波数において物理的に小スペースで実現できるメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平６−１８２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
同軸とリッジ導波管の変換器として、Ｈ面から内導体を挿入するＨ面結合構造がある。さらに、Ｈ面結合構造には、先端短絡型と、先端開放型がある。この構造について、図９乃至図１１を用いて説明する。図９は、Ｈ面結合の同軸導波管変換器を模式的に示す斜視図である。図１０は、先端短絡型の接続構造を示す側面図であり、図１１は、先端開放型の接続構造を示す断面図である。【０００５】
図９の示すように、同軸線路６０の内導体６１が、Ｈ面（磁界面）からリッジ導波管５０に電磁界結合している。内導体６１の外周には、誘電体６２が設けられている。また、リッジ導波管５０には、リッジ部５１が設けられている。これにより、導波空間５３が断面凹状となる。内導体６１の先端がリッジ部５１と接触する構成が図１０に示す先端短絡型となり、接触しない構成が図１１に示す先端開放型となる。【０００６】
図１１に示す先端開放型では、内導体６１の電磁界結合が、内導体６１先端下面とリッジ導波管５０上面の間に形成される容量に強く依存する。よって、先端開放型には、Ｈの変化に対する特性変動が非常に大きいという特徴がある。図１２に、７ＧＨｚモデルの先端開放型のリターンロス特性を示す。図１２に示すように、内導体６１先端下面とリッジ導波管５０上面の間の距離Ｈが、０．０５ｍｍ変動しただけでリターンロスが−２０ｄＢより劣化してしまう。よって、製作誤差によって、特性が大きく劣化してしまうという問題点がある。【０００７】
一方で、図１０に示す先端短絡型では、特性は安定する。しかしながら、内導体６１がリッジ導波管５０内の電磁界と強く結合し過ぎてしまい、マッチングが取りづらい。また、製作上、安定的な電気的接触を実現することが困難である。図１３に７ＧＨｚモデルの先端短絡型のリターンロスの周波数特性を示す。図１３に示す通り、内導体６１を挿入して接続しただけではリターンロスが−７ｄＢ程度しか取れていない。また、Ｈ面結合の同軸導波管変換器では、広帯域な特性を得るため、内導体の寸法形状に強く依存する。よって、内導体にステップを入れたりしてマッチングを取るケースが多く、製作上複雑な構造になることも多い。【０００８】
このように、Ｈ面結合の同軸導波管変換器には、製作誤差に弱く、特性が劣化するという問題点がある。【０００９】
本発明は、広帯域で製作誤差に強いリッジ導波管、及び同軸導波管変換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】
【００１０】
本願発明の一態様にかかるリッジ導波管は、リッジ部と、前記リッジ部から導波空間側に突出した突起部と、を備え、前記リッジ導波管の同軸線路側端面から前記リッジ導波管の導波方向に沿って進むにつれて、前記突起部の突出量が小さくなり、前記突起部には、前記リッジ導波管の前記導波空間まで到達する貫通穴が設けられ、前記リッジ導波管の同軸線路側端面内の前記突起部が突出した方向と垂直な方向において、前記リッジ導波管の中心からずれた位置に、前記同軸線路の内導体が挿入される前記貫通穴が配置されているものである。【００１１】
本願発明の一態様にかかる同軸導波管変換器は、リッジ部を有するリッジ導波管と、前記リッジ導波管のＥ面から前記リッジ導波管と非接触で電磁界結合された同軸線路と、を備え、前記リッジ導波管の前記リッジ部に、前記リッジ導波管の導波空間側に突出した突起部が設けられ、前記リッジ導波管の同軸線路側端面から前記リッジ導波管の導波方向に沿って進むにつれて、前記突起部の突出量が小さくなり、前記突起部には、前記リッジ導波管の前記導波空間まで到達する貫通穴が設けられ、前記リッジ導波管の同軸線路側端面内の前記突起部が突出した方向と垂直な方向において、前記リッジ導波管の中心からずれた位置で、前記同軸線路の内導体が前記貫通穴に挿入されているものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、広帯域で製作誤差に強いリッジ導波管、及び同軸導波管変換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態にかかる同軸導波管変換器の構成を示す斜視図である。
【図２】実施形態１に係る同軸導波管変換器の構成を示す斜視図である。
【図３】実施形態１に係る同軸導波管変換器の構成を示す正面図である。
【図４】実施形態１に係る同軸導波管変換器の構成を示す斜視図である。
【図５】本実施の形態にかかる同軸導波管変換器の特性を示すグラフである。
【図６】本実施の形態にかかる同軸導波管変換器の特性を示すグラフである。
【図７】突起部を中央に配置した場合の同軸導波管変換器の特性を示すグラフである。
【図８】突起部を中央に配置した場合の同軸導波管変換器の特性を示すグラフである。
【図９】Ｈ面電磁界結合を用いた同軸導波管変換器の構成を示す斜視図である。
【図１０】Ｈ面電磁界結合を用いた先端短絡型同軸導波管変換器の構成を示す側面図である。
【図１１】Ｈ面電磁界結合を用いた先端開放型同軸導波管変換器の構成を示す側面図である。
【図１２】図１０で示した同軸導波管変換器の特性を示すグラフである。
【図１３】図１１で示した同軸導波管変換器の特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００１５】
本発明にかかる同軸導波管変換器の構成について、図１を用いて説明する。リッジ部１１を有するリッジ導波管１０と、リッジ導波管１０のＥ面からリッジ導波管１０と非接触で電磁界結合された同軸線路２０と、を備えている。リッジ導波管１０のリッジ部１１に、リッジ導波管１０の導波空間１３側に突出した突起部１２が設けられている。リッジ導波管１０の同軸線路側端面からリッジ導波管１０の導波方向（ｚ方向）に沿って進むにつれて、突起部１２の突出量が小さくなる。突起部１２には、リッジ導波管１０の導波空間１３まで到達する貫通穴１４が設けられている。リッジ導波管１０の同軸線路側端面内の突起部１２が突出した方向（ｙ方向）と垂直な方向（ｘ方向）において、リッジ導波管１０の中心からずれた位置で、同軸線路２０の内導体２１が貫通穴１４に挿入されている。これにより、広帯域で製作誤差に強い同軸導波管変換器を実現することができる。
【００１６】
同軸導波管変換器の具体的構成について図２乃至図４を用いて説明する。図２は同軸導波管変換器の構成を模式的に示す斜視図である。図３は、同軸導波管変換器の構成を正面図である。図４は、同軸導波管変換器の構成を示す側面図である。なお、ここでは、図２乃至図４に示すように、３次元直交座標系を用いて説明する。ここでは、導波方向をｚ方向とし、導波方向と垂直な面における直交方向をそれぞれｘ方向、ｙ方向としている。以下、ｘ方向を幅方向、ｙ方向を高さ方向として説明する。また、ｚ方向は、リッジ導波管１０の導波方向となる。
【００１７】
同軸導波管変換器は、同軸線路２０と、リッジ導波管１０とを備えている。同軸線路２０は、内導体２１と、誘電体２２を有している。誘電体２２の中心に内導体２１が設けられている。従って、金属からなる内導体２１の周囲が誘電体２２で囲まれている。内導体２１が、リッジ導波管と１０と非接触で電磁界結合する。リッジ導波管１０との結合部分において、内導体２１は、ｚ方向に沿って配置されている。よって、内導体２１は、リッジ導波管１０のＥ面（電界面）から、リッジ導波管１０の導波空間１３に挿入される。なお、Ｅ面は、ｘｙ平面と平行な面である。
【００１８】
リッジ導波管１０は、リッジ部１１を有している。これにより、図３に示すように、導波空間１３がほぼ断面凹状に形成される。リッジ部１１は、ｘ方向におけるリッジ導波管１０の中心に配置される。よって、ｘ方向におけるリッジ部１１の両側の導波空間１３の大きさは等しくなっている。リッジ部１１は、金属などの導体によって形成されている。リッジ部１１が形成されることで、リッジ導波管１０が、シングル・リッジ導波管となる。もちろん、導波空間１３の周囲は、金属からなる外部導体（図示せず）で囲まれている。
【００１９】
例えば、導波空間１３の幅は、０．６２λであり、高さは０．２０λである。リッジ部１１の幅は、０．３３λであり、高さは、０．１λである。なお、λは、設計周波数に対応する波長である。
【００２０】
さらに、リッジ部１１には、ｙ方向に突出した突起部１２が設けられている。よって、ｘ方向において突起部１２が設けられた箇所のみ、ｙ方向における導波空間１３の大きさが小さくなっている。図３に示すｘｙ平面において、突起部１２は、矩形状になっている。そして、図２、図４に示すように、導波方向（ｚ方向）に進むにつれて、突起部１２の突出量が少なくなっている。ここでは、図４に示すｙｚ面において、突起部１２は三角形状になっている。換言すると、突起部１２は、ｙｚ平面と平行な面を底面とする三角柱状に形成されている。このように、導波方向に進むにつれて、突出量が徐々に少なくなる突起部１２がリッジ部１１に設けられている。図４に示すように、側面（ｙｚ面）視において、突起部１２が三角形状になっている。これにより、突起部１２の面を平坦にすることができる。このため、リッジ導波管１０を容易に製作することができる。断面矩形状のリッジ部１１と、断面矩形状の突起部１２を合わせると、断面凸形状となる。
【００２１】
さらに、突起部１２は、ｘ方向における導波空間１３の中心からずれて配置される。ここでは、突起部１２が導波空間１３の中心から＋ｘ方向にずれている。従って、ｘ方向における突起部１２の両側の導波空間１３の大きさが異なっている。ここでは、図３に示すように、突起部１２の＋ｘ側の導波空間１３が、−ｘ側の導波空間１３よりも小さくなっている。
【００２２】
突起部１２には、貫通穴１４が形成されている。ｘｙ平面において、貫通穴１４は、突起部１２の中心に配置されている。貫通穴１４は、リッジ導波管１０の同軸線路側の端面から、導波空間１３まで貫通している。この貫通穴１４に内導体２１が挿入される。ｘｙ平面において、貫通穴１４は円形になっている。貫通穴１４は、ｚ方向と平行に設けられている。貫通穴１４の直径は、内導体２１の直径の１．５倍程度になっている。貫通穴１４の直径を内導体の直径の１．５倍以上とすることで、内導体２１がリッジ部１１に接触することを防ぐことができる。すなわち、若干の製作誤差があった場合でも、内導体２１が金属と接触しないようになる。これにより、内導体２１とリッジ導波管１０が、非接触で、電磁界結合する。ｘｙ平面において、貫通穴１４は、突起部１２の導体で囲まれている。
【００２３】
図４に示すように、同軸線路２０はコネクタ２３によって、リッジ導波管１０に連結される。すなわち、内導体２１が、リッジ導波管１０のＥ面（電界面）から貫通穴１４に挿入されるように、コネクタ２３が同軸線路２０をリッジ導波管１０に固定する。コネクタ２３としては、例えば、市販のＳＭＡコネクタを用いることができる。コネクタ２３の挿入長と、突起部１２の形状をパラメータ探索することで、インピーダンス整合を取ることができる。すなわち、内導体２１の挿入長と、突起部１２の形状を調整することで、インピーダンスをマッチングすることができる。こうすることで、比較的容易にインピーダンス整合を実現することができる。
【００２４】
同軸線路２０の内導体２１が、リッジ導波管１０のリッジ部１１と電磁界結合する。すなわち、内導体２１は、突起部１２を介して、リッジ導波管１０と高周波結合する。リッジ導波管１０の電磁界分布は、リッジ部１１を内導体２１として見立てた、二導体系ＴＥＭモードに近い形となる。リッジ導波管１０では、カットオフ周波数が下がるため、リッジ導波管１０は広帯域な伝送線路として用いられる。リッジ導波管１０の断面での電磁界分布が、同軸線路２０の電磁界分布と似ている。このため、同軸線路２０の内導体２１をリッジ導波管１０のリッジ部１１と電磁界結合させれば、比較的容易にインピーダンス整合を取ることができる。
【００２５】
また、内導体２１がリッジ部１１と電磁界結合する位置をリッジ導波管中央部からずらす。すなわち、リッジ導波管１０の同軸線路２０側端面内の突起部１２が突出した方向（ｙ方向）と垂直な方向（ｘ方向）において、リッジ導波管１０の中心からずれた位置に、貫通穴１４が配置されている。こうすることで、インピーダンスの二重共振の起こる周波数を動かすことができる。このように、適切に貫通穴１４の位置を選ぶことで、突起部１２を中心に配置した場合と比べて、帯域幅を広くすることができる。
【００２６】
さらに、製作誤差に対する特性の劣化を低減することができる。すなわち、制作誤差が生じた場合でも、リターンロス特性が劣化するのを防ぐことができる。例えば、貫通穴１４における製作誤差をＤＸ，ＤＹとする。図３に示すように、ＤＸは、ｘ方向における内導体２１の中心の貫通穴１４の中心からのずれであり、ＤＹは、ｙ方向における内導体２１の中心の貫通穴１４の中心からのずれである。すなわち、ｘｙ平面における貫通穴１４の中心と内導体２１の中心が一致している場合、ＤＸ，ＤＹが０となる。また、図４に示すように、内導体２１の挿入長をＨＨとする。挿入長ＨＨが設計値からずれると、内導体２１の先端位置が、設計値からずれることになる。これらの誤差は製作時に発生されやすい誤差である。
【００２７】
ここで、本実施の形態にかかる同軸導波管変換器の特性について、図５乃至図８を用いて説明する。図５、図６は、本実施の形態にかかる同軸導波管路変換器のリターンロスの周波数特性を示すグラフである。図７、図８は、図２乃至図４に示した同軸導波管路変換器において、突起部１２をｘ方向における導波空間１３の中心に配置した場合の、リターンロスの周波数特性を示す図である。図５、図７は、ＨＨを設計値から変化させた時の周波数特性を示している。また、図６、図８は、ＤＸ、及びＤＹを設計値から変化させた時の周波数特性を示している。ここでは、６．５ＧＨｚ帯モデルのリターンロスの周波数特性を説明する。
【００２８】
本実施の形態にかかる同軸導波管変換器では、Ｈの製作誤差値が２倍以上生じても、リターンロスが−２０ｄＢより劣化することはない。同様に、本実施の形態にかかる同軸導波管変換器では、ＤＸ、及びＤＹの製作誤差値が２倍以上生じても、リターンロスが−２０ｄＢより劣化することはない。このように、内導体２１が貫通穴１４の中心からずれたとしても、リターンロスが劣化するのを防ぐことができる。また、リターンロス−２０ｄＢ以下の比帯域幅で比較した場合、突起部１２を中央に配置した場合、約３０％であるのに対して、本実施形態にかかる構造では、約４５％になる。このように、さらなる広帯域な特性を実現することができる。
【００２９】
リッジ導波管１０において、Ｅ面から同軸線路２０の内導体２１をリッジ導波管１０内に挿入している。そして、非接触でリッジ部１１と内導体２１を電磁界結合させている。このようにすることで、製作誤差に強くかつ広帯域な同軸導波管接続変換器を実現することができる。
【００３０】
また、Ｅ面からリッジ導波管１０内に挿入された同軸線路２０の内導体は、リッジ部１１から突き出した突起部１２と非接触で電磁界結合する。突起部１２には内導体２１の径より、１．５倍ほど大きい穴が設けられている。このようにすることで、確実に、内導体２１と突起部１２が接触するのを防ぐことができる。この突起部１２は図３に示すように、ｘ方向において、リッジ導波管１０の中央からずれた位置に配置されている。
【００３１】
主に内導体２１の挿入長および突起部１２の形状でマッチングを実現する。内導体２１の径は一般的なＳＭＡコネクタの寸法を用いて設計することができる。すなわち、ＳＭＡコネクタで用いられる内導体２１が挿入できるサイズで貫通穴１４の寸法を設計することができる。これにより、上記の通り、製作誤差が生じてもリターンロス−２０ｄｂ以下の帯域で約４５％の広帯域な特性を実現することができる。本実施形態にかかる同軸導波管変換器は、非接触で接続できるため、特性を安定させることができる。さらに、製作誤差にも強いので、同軸導波管変換器として、スタンダードな接続回路構造として有望である。
【００３２】
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００３３】
この出願は、２０１１年１月２５日に出願された日本出願特願２０１１−１２７０２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明にかかる同軸導波管変換器は、簡易無線装置の入力部におけるＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）送受分離回路の接続部として適用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  リッジ導波管
１１  リッジ部
１２  突起部
１３  導波空間
１４  貫通穴
２０  同軸線路
２１  内導体
２２  誘電体
２３  コネクタ
５０  リッジ導波管
５１  リッジ部
５３  導波空間
６０  同軸線路
６１  内導体
６２  誘電体
【図１】
2012101699.tif 000003
【図２】
2012101699.tif 000004
【図３】
2012101699.tif 000005
【図４】
2012101699.tif 000006
【図５】
2012101699.tif 000007
【図６】
2012101699.tif 000008
【図７】
2012101699.tif 000009
【図８】
2012101699.tif 000010
【図９】
2012101699.tif 000011
【図１０】
2012101699.tif 000012
【図１１】
2012101699.tif 000013
【図１２】
2012101699.tif 000014
【図１３】
2012101699.tif 000015
【国際調査報告】
2012101699.tif 000016
2012101699.tif 000017
2012101699.tif 000018
2012101699.tif 000019