(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非放射性誘電体線路と導波管との線路変換器であって、
導波管の電磁波伝搬方向に対して略垂直方向に、当該導波管内に前記非放射性誘電体線路の誘電体の端部を一定量挿入して成る非放射性誘電体線路導波管変換器。
【請求項２】
前記非放射性誘電体線路を、２つの平行導体面の間にストリップ状の誘電体を配して成る線路とし、該平行導体面の一方を前記導波管の端面に連続させた請求項１に記載の非放射性誘電体線路導波管変換器。
【請求項３】
前記導波管の側壁の断面形状を部分的に異ならせて前記導波管と前記非放射性誘電体線路とを整合させた請求項１または２に記載の非放射性誘電体線路導波管変換器。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれかに記載の非放射性誘電体線路導波管変換器における非放射性誘電体線路を複数設けるとともに、それぞれの非放射性誘電体線路の誘電体を前記導波管に挿入して成り、非放射性誘電体線路同士を接続させる非放射性誘電体線路接続構造。
【請求項５】
請求項１〜３のうちいずれかに記載の非放射性誘電体線路導波管変換器または請求項４に記載の非放射性誘電体線路接続構造における導波管の一方端を開口させて成る１次放射器。
【請求項６】
請求項１〜３のうちいずれかに記載の非放射性誘電体線路導波管変換器または請求項４に記載の非放射性誘電体線路接続構造における導波管内に発振素子と、結合導体とを設け、該結合導体は前記発振素子の発振出力信号を導出するとともに前記導波管の共振モードに結合することを特徴とする発振器。
【請求項７】
請求項５に記載の１次放射器を設けたアンテナ装置と、該アンテナ装置に対する送信信号を発生する発振器とを備えて成る送信装置。
【請求項８】
請求項６に記載の発振器と、該発振器の出力信号を送信するアンテナ装置とを設けて成る送信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、非放射性誘電体線路（以下、単に「誘電体線路」という。）と導波管との線路変換器、複数の誘電体線路同士の接続構造、誘電体線路と導波管を用いた１次放射器、発振器およびそれらを用いた送信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波帯やミリ波帯における高周波回路の線路として誘電体線路や導波管が用いられているが、両線路が混在する場合に誘電体線路と導波管との線路変換器が必要となる。そこで、従来は例えば（１）  特願平６−２０５４２４号に示されているように、誘電体線路の誘電体ストリップの先端をテーパー状にすると共に、導波管の端部をホーン状に広げて、誘電体線路と導波管との線路変換部を構成していた。
【０００３】
また、多数の誘電体線路を用いて回路を構成する場合に、同一平面上で誘電体ストリップを配置するだけでなく、或る平面から他の平面へ信号の伝搬を行う構造が要求される。そこで、従来は（２）  特開平８−１８１５０２号に示されているように、複数の誘電体線路を重層立体交差させるべき交差点で導体板に孔を設け、誘電体ストリップをその孔に臨む位置で切断開放し、その開放端に対向して電波反射物を配置するようにしていた。
【０００４】
また、ミリ波帯やマイクロ波帯の電磁波を送受波するアンテナ装置として、誘電体ストリップの端部に近接して、その延長線上に誘電体共振器を配置し、誘電体ストリップおよび誘電体共振器を挟む一方の導体板にスロットを形成することによって１次放射器を構成し、誘電体共振器の軸方向に誘電体レンズを配置したアンテナ装置が（３）  特開平８−３１６７２７号に示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、（１）  の誘電体線路導波管変換器の構造では、その線路変換部の誘電体ストリップの端面と、誘電体線路および導波管の金属部分を特殊な形状に加工する必要があった。また、誘電体線路と導波管の電磁波伝搬方向が直線状となるので回路設計上の自由度が低く、回路全体が大型化する場合があった。しかも、導波管としては矩形導波管を用いることになり、円形導波管に直接線路変換を行うことはできなかった。
【０００６】
（２）  の多段立体交差構造では、立体交差部に電波反射物を設けなければならず構造上複雑となり、製造が困難であった。
【０００７】
さらに、（３）  の誘電体線路を用いた１次放射器においては、誘電体共振器の特性上、１次放射器として用いることのできる周波数帯域が狭いという問題があった。
【０００８】
この発明の目的は、上述の各種問題点を解消した誘電体線路導波管変換器、誘電体線路接続構造、１次放射器、発振器およびこれらを用いた送信装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の誘電体線路導波管変換器は、導波管の電磁波伝搬方向に対して略垂直方向に、当該導波管内に誘電体線路の誘電体の端部を一定量挿入して構成する。
この構造によれば、誘電体線路の誘電体部分の端部から軸方向への放射構造を用いていないため、不要な放射がなく、誘電体線路と導波管との線路変換を低損失で行うことができる。また、誘電体線路と導波管との電磁波伝搬方向が直交関係にあるので、回路構成上の設計上の自由度が高まり、全体に小型化を図ることができる。
【００１１】
また、この発明の誘電体線路導波管変換器は、上記誘電体線路の平行導体面の一方を前記導波管の端面に連続させる。この構造により、誘電体線路と導波管との整合が容易にとれるようになる。
【００１２】
また誘電体線路と導波管との線路変換部において、導波管の断面形状を部分的に異ならせる。このことによって、両線路の整合が容易にとれるようになる。
【００１３】
この発明の誘電体線路接続構造は、上記誘電体線路導波管変換器における誘電体線路を複数個設けると共に、それぞれの誘電体ストリップの一部を上記導波管に挿入することによって構成する。すなわち各誘電体線路と導波管とによって誘電体線路導波管変換器を構成するので、複数の誘電体線路は導波管を介して接続されることになる。そのため、導波管に対する誘電体線路の誘電体ストリップの挿入位置（高さ）および方向を変えることによって、誘電体線路の多層化および伝搬方向の変換を容易に行えるようになる。
【００１４】
この発明の１次放射器は、上記誘電体線路導波管変換器または誘電体線路接続構造における導波管の一方の端部を開口させて、その端面を開口面とする１次放射器を構成する。この構造により、誘電体線路を伝搬路とする１次放射器を容易に構成することができ、しかも広帯域特性を得ることができる。
【００１５】
この発明の発振器は、上記導波管内に発振素子と結合導体とを備え、該結合導体が発振素子の発振出力信号を導出するとともに導波管の共振モードに結合していることを特徴としている。この構造により、発振素子の発振出力信号が導波管の共振モードを介して誘電体線路の伝搬モードに変換される。そのため、誘電体線路を介して発振信号を容易に伝送できるようになる。
【００１６】
この発明の送信装置は、上記誘電体線路と導波管による１次放射器を設けたアンテナ装置とそのアンテナ装置に対する送信信号を発生する発振器とを備えて構成する。また、上記誘電体線路と導波管による発振器とその発振器の出力信号を送信するアンテナ装置とを設けて構成する。これにより、小型、低損失、および広帯域の送信装置が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態に係る誘電体線路導波管変換器の構成を図１〜図３を参照して説明する。
図１は誘電体線路導波管変換器の主要部の斜視図、図２は同変換器の構成を示す図であり（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ部分の断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＣ−Ｃ部分の断面図である。図２において１，２はそれぞれ導体板であり、誘電体ストリップ３をこの上下２つの導体板１，２の間に挟み込むように配置している。この誘電体ストリップ３と導体板１，２とによって非放射性誘電体線路（以下「ＮＲＤガイド」という。）を構成している。導体板１には内径φａ、長さＬの円筒状の孔を形成している。導体板２には誘電体ストリップ３の高さ寸法と同じ深さで内径がφａの凹部を形成している。導体板１，２を重ねた状態で、導体板１の孔と導体板２の凹部とによって円形の空洞導波管４を構成している。
【００１８】
図１は上記空洞導波管４の内面とＮＲＤガイドの誘電体ストリップ３との位置関係を示している。上記の構成により、図における上面を開口面とする円形空洞導波管の内部にＮＲＤガイドの誘電体ストリップの端部が一定量挿入された構造となる。
【００１９】
上記円形空洞導波管の内径φａは周波数帯に応じて規格化された値を用いる。例えば７６ＧＨｚ帯では、φａ＝２．８ｍｍとする。図２の（Ｂ）に示す誘電体ストリップ３の導波管内部への挿入量Ｅは０．９ｍｍとする。また誘電体ストリップ３の上面から導波管４の開口面までの長さＬは１．０ｍｍである。この長さＬは導波管４の管内波長をλｇとした時、（λｇ／４）・ｎ（ｎは１以上の整数）とする。これにより導波管４の開口面から１／４波長分戻った、誘電体ストリップ３の上面が等価的に短絡面となり、ＮＲＤガイドの上部導体板の端部が導波管内で不連続となるのが解消されて、ＮＲＤガイドと導波管との整合が容易となる。
【００２０】
図１において実線の矢印は電界分布、それに直交する破線は磁界分布をそれぞれ示している。上記ＮＲＤガイドの基本モードはＬＳＭ０１モードであり、図１に示すように誘電体ストリップの電磁波伝搬方向に、上下の導体板に対して垂直方向に磁界が向くモードとなる。一方の円形空洞導波管の基本モードは円形ＴＥ１１モードであり、図１に示すように、誘電体線路のＬＳＭ０１モードの磁界と円形空洞導波管の円形ＴＥ１１モードの磁界の向きが揃う方向に電磁界が分布することになる。このように誘電体線路のＬＳＭ０１モードと円形空洞導波管のＴＥ１１モードとが電磁界結合して線路変換が行われる。
【００２１】
図３はこの条件でＮＲＤガイドからみた反射特性を示している。このように、誘電体ストリップの挿入量を適宜定めることによって、所定の周波数帯で低反射特性の下で誘電体線路と導波管との線路変換が行える。
【００２２】
なお、図１および図２に示した構造では、誘電体ストリップ３を、導波管４内においてその一方の端面に接するように配置したが、設計によっては誘電体ストリップを導波管の端面から浮かせてもよい。
【００２３】
次に整合調整手段を有する誘電体線路導波管変換器の例を図４および図５を参照して説明する。図４の（Ａ）に示す例では、ＮＲＤガイドの誘電体ストリップ３の上部付近で、円形ＴＥ１１モードの電界の向きに内径が狭くなるように導波管の内部に整合用突出部５を設ける。これにより、整合用突出部５を設けた部分のインピーダンスはＮＲＤガイドのインピーダンスと導波管のインピーダンスとの中間値とすることができ、ＮＲＤガイドのインピーダンスと導波管４のインピーダンスとの整合を容易に図ることができる。
図４の（Ｂ）に示す例では、上記整合用突出部として、導波管内部への挿入量の調節可能なネジ６を設けたものである。このネジ６の調整によって最適な整合状態に調整可能となる。
【００２４】
以上に示した各例では、導波管内へ挿入する誘電体ストリップの先端が、電磁波伝搬方向に垂直な面を成す形状としたが、他の形状であってもよい。図５は誘電体線路導波管変換器の平面図であるが、（Ａ）に示すように、誘電体ストリップ３の先端をテーパー状の先細り形状にしたり、（Ｂ）に示すように、半円筒面形状にしてもよい。この誘電体ストリップ３の先端形状によって、導波管との整合を調整することができる。
【００２５】
次に、第３の実施形態に係る誘電体線路導波管変換器の構成を図６に示す。図６の（Ａ）は導波管の内壁面とＮＲＤガイドの誘電体ストリップとの配置関係を示す斜視図、（Ｂ）は導波管の開口面側からみた平面図である。図１および図２に示した誘電体線路導波管変換器と異なり、導波管４部分を矩形空洞導波管としている。この導波管４の電磁波伝搬方向はＮＲＤガイドの電磁波伝搬方向に対し垂直方向（図６の（Ａ）において上面方向）である。この矩形導波管４の寸法ａ，ｂは、用いる周波数帯に応じて規格化された寸法に設計すればよい。図６において実線の矢印は電界分布、それに直交する破線は磁界分布をそれぞれ示している。ＮＲＤガイドの基本モードはＬＳＭ０１モードであり、矩形導波管の基本モードは矩形ＴＥ１０モードである。この例では、ＮＲＤガイドのＬＳＭ０１モードの磁界の向きに沿って矩形ＴＥ１０モードの磁界が向き、短辺方向に電界が向く。
【００２６】
このように矩形空洞導波管を用いる場合も、導波管４内部への誘電体ストリップ３の挿入量と、誘電体ストリップ３の上面から導波管４の開口面までの長さ（高さ）とによってＮＲＤガイドと導波管との整合を図る。また、第１の実施形態の場合と同様に、導波管４の内部に、その電界方向の幅を狭める整合用突出部を設けることによってＮＲＤガイドと導波管との整合調整を行うようにしてもよい。
【００２７】
次に第４の実施形態に係る誘電体線路接続構造を図７および図８を参照して説明する。
図７は２つの誘電体線路のそれぞれの誘電体ストリップ部分を通る断面図である。３ａ，３ｂはそれぞれ導体板１，２の間に挟み込むように配置した誘電体ストリップであり、これにより２つのＮＲＤガイドを構成している。また、導体板１，２で囲まれる部分には円筒形状の空間部を設けていて、その空間部を円形空洞導波管４としている。この導波管４部分に２つの誘電体ストリップ３ａ，３ｂの端部を所定量だけ挿入している。この導波管とＮＲＤガイドとの関係は図１に示した誘電体線路導波管変換器と同様であり、導波管部分を共用して２つの誘電体線路導波管変換器を組み合わせたものと等価である。但し、この場合一方の誘電体ストリップ３ａから他方の誘電体ストリップ３ｂまでの距離Ｌは、誘電体ストリップ３ａの図における上面と誘電体ストリップ３ｂの図における下面を等価的に接地電位として、導波管を介しての２つのＮＲＤガイドの整合をとるように定める。この構造によって、異なった２つの層の間でＮＲＤガイド同士を接続する。
【００２８】
図８は、図７においてφａ＝２．８ｍｍ、Ｌ＝１．１ｍｍ、Ｈ＝１．８ｍｍ、Ｅ＝０．４ｍｍとし、上記２つのＮＲＤガイドを入出力ポートとしてその２つのポート間の反射特性Ｓ１１と透過特性Ｓ２１を求めたものである。この例では、７０〜７５ＧＨｚの広帯域に亘って低い挿入損失特性が得られ、７３ＧＨｚ帯で最も反射損失が小さくなる。このようにして、所定の周波数帯で低反射低挿入損失の下で２つのＮＲＤガイド同士を接続できるようになる。
【００２９】
次に第５の実施形態に係る誘電体線路接続構造を図９および図１０を参照して説明する。
図９は図７に示したと同じく、各誘電体ストリップ部分を通る断面図である。この例では、１つの導波管４部分に３つのＮＲＤガイドの誘電体ストリップ３ａ，３ｂ，３ｃをそれぞれ所定量だけ挿入している。この構造により２つの層で３つのＮＲＤガイドを互いに接続した構造となる。図１０は図９においてφａ＝２．８ｍｍ、Ｌ＝１．１ｍｍ、Ｈ＝１．８ｍｍ、Ｅ＝０．４ｍｍとし、上記３つのＮＲＤガイドをそれぞれポートとして、Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１のそれぞれの特性を示している。この例では７８ＧＨｚ帯でポート＃１からみた反射が少なく且つポート＃２およびポート＃３への低挿入損失特性が得られる。
【００３０】
図１１および図１２は第６の実施形態に係る誘電体線路接続構造およびその特性を示す図である。図１１は図９に示したと同じく、各誘電体ストリップ部分を通る断面図である。この例では、１つの導波管４部分に３つのＮＲＤガイドの誘電体ストリップ３ａ，３ｂ，３ｃをそれぞれ所定量だけ挿入している。但し図９と異なり、３つの誘電体ストリップの位置（層）はそれぞれ異なっている。この構造により、３つの層で３つのＮＲＤガイドを互いに接続した構造となる。図１２は図１０においてφａ＝２．８ｍｍ、Ｌ１＝４．８ｍｍ、Ｌ２＝１．１ｍｍ、Ｈ＝１．８ｍｍ、Ｅ＝０．４ｍｍとし、上記３つのＮＲＤガイドをそれぞれポートとして、Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１のそれぞれの特性を示している。この例では７５ＧＨｚ帯でポート＃１からみた反射が少なく、且つポート＃１からポート＃２への挿入損失が最も小さくなる。ポート＃１からポート＃３への挿入損失は、不整合によって、挿入損失が若干大きくなっているが、使用目的によっては充分に利用可能である。
【００３１】
図７、図９、図１１では、断面図として各誘電体ストリップの位置関係を示したが、平面的には図１３に示すような配置関係とすることができる。図１３の（Ａ）では、２つの誘電体ストリップ３ａ，３ｂを平面図上で同一ラインに配置している。（Ｂ）の例では誘電体ストリップ３ａと３ｂの互いの軸の交差角をθとして、電磁波伝搬方向をθだけ変換させる。また（Ｃ）の例では、３つの誘電体ストリップを互いに所定の角度関係に配置している。この（Ｃ）に示す導波管は円形ＴＥ１１モードではなく、ＴＥ０１モードを利用する。この円形ＴＥ０１モードは電磁界分布が導波管の中心を中心とする回転対称形であるため、２つの誘電体ストリップの成す角度に関わらず一定の特性で接続できるようになる。
【００３２】
次に第７の実施形態に係る誘電体線路接続構造を図１４に示す。この例は円形空洞導波管４部分を上下２分割すると共に、そのフランジ部分にベアリングを設けてロータリジョイント構造としたものである。このような構造によれば、誘電体ストリップ３ａ，３ｂによる２つのＮＲＤガイドの交差角θを３６０°自由に変えることが可能となる。なお、印加電圧によって電磁波の偏波面が回転するポーラライザを導波管４の内部に設け、上記交差角θに応じて、ポーラライザへの印加電圧を制御すれば、θに関わらず誘電体ストリップ３ａ，３ｂによる２つのＮＲＤガイドのＬＳＭ０１モードと導波管の円形ＴＥ１１モードとを常に最適に結合させて、常に低挿入損失特性を得ることができる。
【００３３】
次に、１次放射器の構成例を図１５および図１６を参照して説明する。図１５は誘電体ストリップ３を長手方向に通る断面図である。この誘電体ストリップ３によるＮＲＤガイドと導波管４部分の構成は図１および図２に示した誘電体線路導波管変換器と基本的に同一である。ここで導波管４は、図における上面を開口面とするホーンアンテナを構成している。図中の円形のパターンはその概略放射パターンを示している。図１６は上記放射パターンの実測例を示したものである。このように、円形空洞導波管の一端を開口した構造により、半値角の比較的広いビームが形成される。
【００３４】
図１７は他の１次放射器の構成を示す断面図である。この例では、導波管部分の開口面にテーパー部を設けている。この構造により、一般に放射パターンは軸方向に長く、軸に垂直な方向に短くなる。そして、その放射パターンは上記テーパー部の傾きと長さによって制御することができる。このことにより、半値角の比較的狭い、高利得のアンテナ装置を構成することができる。
【００３５】
図１８はさらに他の１次放射器の構成を示す断面図である。この例では、導波管の開口部付近に誘電体ロッド７を設けている。この構成によれば、誘電体ロッドアンテナとして作用し、誘電体ロッド７の長さと先端部のテーパー形状によって放射パターンが定まる。この構造によれば、図１７に示した構造よりさらに指向性を鋭くすることができる。
【００３６】
以上に示した各例では、簡単な構造で小型の１次放射器を構成することができる。また従来のように誘電体共振器に結合させてスロットから放射させるようにしたものではないので、広帯域特性を得ることができる。
【００３７】
図１９は上記各種１次放射器を用いたアンテナ装置の構成を示す断面図である。図１９において１０は１次放射器、１１は誘電体レンズである。誘電体レンズ１１は１次放射器１０の同軸上に設けている。この構造により、指向性をさらに高めて高利得を得ることができる。
【００３８】
次に、偏波制御を行った１次放射器の例を図２０に示す。図２０の（Ａ）は開口面からみた上面図、（Ｂ）は正面図である。円形空洞導波管とＮＲＤガイドとの関係は図１，図２または図１５に示したものと同様であるが、この例では、誘電体ストリップ３の軸方向に対し平面図における交差角が約４５°となる方向に、導波管内部を突出させ、これを縮退分離素子８として設けている。この縮退素子８は、縮退関係にある２つのモードを生じさせて、電界と磁界の位相に差を持たせる。これにより円偏波（楕円偏波を含む）の電磁波の放射を行う。したがって、ＮＲＤガイドからＬＳＭ０１モードの送信信号が伝搬されれば、円偏波の電磁波が放射される。また、円偏波の電磁波が入射した場合、アンテナの可逆定理により、受信信号がＬＳＭ０１モードでＮＲＤガイドを伝搬することになる。
【００３９】
図２１は偏波制御を行う他の１次放射器の構成を示す図である。この例では、導波管４の内部にポーラライザ１２を設けている。このポーザライザ１２は偏波面を所定角度旋回させるものであり、誘電体ストリップ３の向きによって定まる円形空洞導波管の円形ＴＥ１１モードの偏波面がポーラライザ１２によって旋回されて放射される。入射波はポーラライザ１２により旋回されてＮＲＤガイドのＬＳＭ０１モードに結合する。
【００４０】
図２２は更に他の偏波制御を行う１次放射器の構成を示す図である。図２２の（Ａ）は放射面からみた上面図、（Ｂ）は断面図である。この例では、導波管４の開口面にスロット板１３を設けている。スロット板１３にはスロット１４を形成している。このスロット１４からはスロット１４の短軸方向を電界の向きとする電磁波が放射されるので、スロット１４の向き（傾き）を定めることによって、偏波面の向きを定めることができる。
【００４１】
次に、誘電体線路導波管変換器を用いた発振器の例を図２３に示す。図２３において１，２は導体板であり、ＮＲＤガイドの上下の平行導体面および導波管４を構成する。ここでは導波管４は円形空洞共振器として用いる。誘電体ストリップ３の上下面は平行導体面の間に挟み込むように配置している。この図は、上下の導体板１，２および誘電体ストリップ３の軸方向に通る面での断面図であるので、ＮＲＤガイドの電磁波非伝搬領域は現れていないが、誘電体ストリップ３の両脇部分には空間部を設けていて、誘電体ストリップ３を電磁波伝搬領域とし、その両脇部分を電磁波非伝搬領域としている。導体板２にはガンダイオード１６を取り付けていて、一方の端子を導体板２に接地し、他方の端子を突出させている。１７は円板状の結合導体であり、ガンダイオード１６の突出端子に取り付けている。また、１８はガンダイオード１６に対するバイアス電圧供給路であり、低誘電率の誘電体を介して、導体板１に設けた孔を通して取り付けている。この孔の途中部分には半径が管内波長の１／４の奇数倍の関係にある空洞部を設けて、これをトラップ１９としている。
【００４２】
この構成によって、ガンダイオード１６の発振出力信号は結合導体１７に導出され、結合導体１７は導波管４による空洞共振器の共振モードを励振する。この空洞共振器の共振モードがＮＲＤガイドのＬＳＭ０１モードと結合して、そのモードで発振信号が伝搬されることになる。
【００４３】
図２４は他の発振器の構成を示す断面図である。図２３と異なり、この図では、誘電体ストリップ３の端面が見える方向での断面図であり、空洞共振器としての導波管４の内部に温度補償用の誘電体２０を設けている。この誘電体２０の誘電率によって、導波管４による空洞共振器内の実効誘電率が定まるため、空洞共振器の共振周波数は温度補償用誘電体２０の誘電率の変化によって変化する。したがって、ガンダイオード１６の発振周波数の温度特性が安定するように、温度補償用誘電体２０の誘電率温度特性を定めればよい。
【００４４】
図２５は更に他の発振器の構成を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は導波管内部の上面図である。この例では、空洞共振器としての導波管４の内部に回路基板２１を配置している。この回路基板２１には電極２３と可変リアクタンス素子２２およびこの可変リアクタンス素子２２に対して制御電圧を供給する制御電圧供給路２４を形成している。この制御電圧供給路２４の途中にはスタブを設けていて、発振信号が制御電圧供給部側に回り込まないようにしている。電極２３は結合導体１７と電磁界結合するため、結局ガンダイオード１６に対して可変リアクタンス素子のリアクタンス成分が装荷されたこととなる。したがって、可変リアクタンス素子２２に対する制御電圧によってガンダイオード１６の発振周波数を制御することができる。
【００４５】
次に、ミリ波レーダに用いる送受波モジュールの例を図２６に示す。図２６においてＶＣＯは図２５に示した発振周波数可変のオシレータである。またアンテナは上記各種１次放射器のいずれかと誘電体レンズとにより構成する。図２６においてＶＣＯの出力信号はアイソレータ→カップラ→サーキュレータの経路でアンテナから送信され、アンテナで受信した信号がサーキュレータを介してミキサに供給される。またミキサはこの受信信号ＲＸとカップラで分配したローカル信号Ｌｏとをミキシングして、送信信号と受信信号の周波数差を中間周波信号ＩＦとして出力する。図外の制御回路はＶＣＯの発振信号を変調すると共に、ＩＦ信号からターゲットまでの距離と相対速度を求める。
【００４６】
次に、他の誘電体線路導波管変換器の例を図２７を参照して説明する。
図２７は誘電体線路導波管変換器の主要部の斜視図である。ＤＷＧで示す部分は導電性管内に誘電体を装荷（充填）した誘電体線路（ＤＷＧ）である。４は円形の空洞導波管である。
【００４７】
図２７において実線の矢印は電界分布、それに直交する破線は磁界分布をそれぞれ示している。上記ＤＷＧの基本モードはＴＥ０１モードであり、図２７に示すように、この誘電体線路の電磁波伝搬方向に、上下の導体面に対して垂直方向に磁界が向くモードとなる。一方の円形空洞導波管の基本モードは円形ＴＥ１１モードであり、図２７に示すように、ＤＷＧのＴＥ０１モードの磁界と円形空洞導波管の円形ＴＥ１１モードの磁界の向きが揃う方向に電磁界が分布することになる。このように誘電体線路のＴＥ０１モードと円形空洞導波管のＴＥ１１モードとが電磁界結合して線路変換が行われる。
【００４８】
図２８は、図２７に示した誘電体線路導波管変換器で用いたＤＷＧの分散曲線と、図１に示した誘電体線路導波管変換器で用いたＮＲＤガイドの分散曲線との比較例を示したものである。この図の（Ｂ）に示すように、ＮＲＤガイドでは、使用周波数帯である６０ＧＨｚ帯において平行平板モードが遮断されず、導波管との変換部付近では、主たる伝搬モードとして用いるＬＳＭ０１モードから、スプリアスモードである平行平板モードに変換されて、平行平板モードが発生し易くなる。これに対して、図の（Ａ）に示すように、ＤＷＧでは、使用周波数帯である６０ＧＨｚ帯においては、平行平板モードの位相定数βが０になる遮断周波数が、使用周波数帯である６０ＧＨｚより高いため、使用周波数帯で平行平板モードは遮断され、平行平板モードの影響を受けない。
【００４９】
次に、ミリ波レーダモジュールの構成例を図２９〜図３１を基に説明する。  図２９は上部の導体板を取り除いた状態での上面図である。このミリ波レーダモジュールは、大別してオシレータ、アイソレータ、方向性結合器、サーキュレータ、ミキサ、１次放射器の各ユニットからなる。オシレータはガンダイオードによりミリ波信号を発生する。アイソレータは図に示すように３つの誘電体ストリップをポートとするサーキュレータの１つのポートに終端器を接続することによって構成している。すなわちオシレータからのミリ波信号を方向性結合器側へ伝搬させ、方向性結合器からの反射信号を終端器へ導くようにしている。方向性結合器はＮＲＤガイドによる４つのポートを備え、所定の電力分配比で、ポート＃１からの入力信号をポート＃３とポート＃４へ分配する。ポート＃３からの信号はサーキュレータを経て０ｄＢカプラへ出力される。
【００５０】
この０ｄＢカプラは、可動部が図に示す矢印方向に変位しても、可動部側に設けた誘電体ストリップと、固定部側の誘電体ストリップとの間が、常に略０ｄＢの挿入損失で結合する結合器である。この０ｄＢカプラの固定部側と可動部側の誘電体ストリップは、それぞれ上下の導体板で挟まれてＮＲＤガイドを構成している。また、可動部側のＮＲＤガイドはＤＷＧに線路変換し、そのＤＷＧと円形空洞導波管とで、図２７に示したものと同様の誘電体線路導波管変換器を構成している。
上記円形空洞導波管の前方には、その軸方向に所定距離離れた位置に誘電体レンズを設けている。したがって、可動部の図に示す矢印方向に変位によって、アンテナの指向方向が変化する。
【００５１】
サーキュレータからの送信信号はアンテナから所定指向方向のターゲットに向けて送波される。アンテナで受けたターゲットからの反射信号はサーキュレータを介してミキサに受信信号として入力される。一方、方向性結合器のポート＃４からの信号がローカル信号としてミキサに入力され、ミキサは受信信号とローカル信号とをミキシングする。オシレータの信号がたとえば時間的に２値の周波数ｆ１，ｆ２をとる場合、２経路の経路差により生じる時間差に応じたｆ１−ｆ２の周波数成分を持つＩＦ信号が得られる。このＩＦ信号を信号処理することによりターゲットまでの測距を行う。
図２９に示したミリ波レーダモジュールのブロック図は図２６に示したものと同様である。
【００５２】
図３０は上記ＮＲＤガイドとＤＷＧとの線路変換部の構造を示している。（Ａ）は主要部の全体の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の上部の導体板を取り除いた状態での斜視図である。図３０において１，２はそれぞれ導体板、３は誘電体ストリップである。図に示すように、上下の導体板１，２の間に誘電体ストリップ３を配置することによってＮＲＤガイド、ＤＷＧおよびその間のＴＲで示す線路変換部を構成している。
【００５３】
誘電体ストリップ３の高さおよび幅方向の寸法はＮＲＤガイド、ＤＷＧおよび線路変換部ＴＲのいずれにおいても一定である。ＮＲＤガイド部分において、上下の導体板の対向面（導体面）の間隔を誘電体ストリップ３の高さ寸法より狭い所定寸法に形成している。これによりＬＳＭ０１モードの単一モードを伝搬するＮＲＤガイドを構成している。ＤＷＧ部分では、上下の導体板１，２を重ねた状態すなわち対向面の間隔がほぼ０となるようにしている。これにより誘電体装荷線路を構成している。
【００５４】
線路変換部ＴＲでは、上下の導体板１，２の対向面の間隔がＮＲＤガイド部分からＤＷＧ部分にかけてテーパー状となるように、導体板の間隔を順次変化させている。この構造により線路変換部ＴＲの入出力部分および途中での反射を低減し、線路変換器としての反射特性を良好に保っている。
【００５５】
図３１はミリ波レーダモジュールの１次放射器の反射特性を示す図、図３２は上記１次放射器と誘電体レンズによるアンテナの利得特性を示す図であり、（Ａ）は図２９に示した構成による特性、（Ｂ）は図２９に示した可動部の誘電体線路をＮＲＤガイドで構成したときの特性をそれぞれ示している。このように、ＤＷＧを導波管モードに変換する１次放射器を用いれば、平行平板モードによる悪影響を受けないので、アンテナ利得の周期的な減衰がなく、良好なアンテナ特性を得ることができる。
【００５６】
なお、各実施形態では導波管部分を空洞導波管として構成したが、この部分を空気以外の誘電体を充填した導波管としてもよい。
【００５７】
また、各実施形態では、導波管の内部に誘電体線路の誘電体部分を所定量挿入した例を示したが、必ずしも「挿入」状態になくてもよく、導波管の内部にＮＲＤガイドやＤＷＧ等の誘電体線路の誘電体部分が近接するように配置してもよい。
【００５８】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、誘電体線路の誘電体ストリップ端部から軸方向への放射構造を用いていないため、不要な放射がなく、誘電体線路と導波管との線路変換を低損失で行うことができる。また、誘電体線路と導波管との電磁波伝搬方向が直交関係にあるので、回路構成上の設計上の自由度が高まり、全体に小型化を図ることができる。
【００６０】
請求項２に係る発明によれば、誘電体線路の平行導体面の一方が前記導波管の端面に連続するため、誘電体線路と導波管とを容易に整合させることができる。
【００６１】
請求項３に係る発明によれば、誘電体線路と導波管とを容易に整合させることができる。
【００６２】
請求項４に係る発明によれば、各誘電体線路と導波管とによって誘電体線路導波管変換器を構成するので、複数の誘電体線路は導波管を介して接続されることになる。そのため、導波管に対する誘電体線路の誘電体ストリップの挿入位置（高さ）および方向を変えることによって、誘電体線路の多層化および伝搬方向の変換を容易に行えるようになる。
【００６３】
請求項５に係る発明によれば、誘電体線路を伝搬路とする１次放射器を容易に構成することができ、しかも広帯域特性を得ることができる。
【００６４】
請求項６に係る発明によれば、発振素子の発振出力信号が導波管の共振モードを介して誘電体線路の伝搬モードに変換される。そのため、誘電体線路を介して発振信号を容易に伝送できるようになる。
【００６５】
請求項７，８に係る発明によれば、小型、低損失、および広帯域の送信装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】誘電体線路導波管変換器の主要部の構成を示す斜視図
【図２】同誘電体線路導波管変換器の構成を示す図
【図３】同誘電体線路導波管変換器の特性図
【図４】整合調整手段を備えた誘電体線路導波管変換器の構成を示す図
【図５】整合調整を行った誘電体線路導波管変換器の構成を示す図
【図６】矩形導波管を用いた誘電体線路導波管変換器の主要部の構成を示す斜視図
【図７】誘電体線路接続構造の例を示す断面図
【図８】同誘電体線路接続構造の特性図
【図９】３ポートの誘電体線路接続構造の例を示す断面図
【図１０】同誘電体線路接続構造の特性図
【図１１】３ポートの誘電体線路接続構造の他の例を示す断面図
【図１２】同誘電体線路接続構造の特性図
【図１３】誘電体線路接続構造の平面図
【図１４】入出力ポートの角度関係を可変とした誘電体線路接続構造の例を示す断面図
【図１５】１次放射器の構成を示す断面図
【図１６】図１５に示す１次放射器の放射パターンを示す図
【図１７】他の１次放射器の構成を示す断面図
【図１８】更に他の１次放射器の構成を示す断面図
【図１９】１次放射器を用いたアンテナ装置の構成を示す断面図
【図２０】偏波制御手段を設けた１次放射器の構成を示す図
【図２１】偏波制御手段を設けた１次放射器の構成を示す図
【図２２】偏波制御手段を設けた１次放射器の構成を示す図
【図２３】発振器の構成を示す断面図
【図２４】発振器の構成を示す断面図
【図２５】発振器の構成を示す断面図および上面図
【図２６】送受波モジュールの構成を示すブロック図
【図２７】誘電体線路導波管変換器の主要部の構成を示す斜視図
【図２８】同変換器で用いる誘電体装荷線路ＤＷＧと、比較例としてのＮＲＤガイドとの分散曲線を示す図
【図２９】ミリ波レーダモジュールの構成を示す図
【図３０】同ミリ波レーダモジュールで用いる線路変換部の構造を示す斜視図
【図３１】同ミリ波レーダモジュールの１次放射器の反射特性と、その比較例を示す図
【図３２】同ミリ波レーダモジュールのアンテナ利得特性と、その比較例を示す図
【符号の説明】
１，２−導体板
３−誘電体ストリップ
４−導波管
５−整合用突出部
６−ネジ
７−誘電体ロッド
８−縮退分離素子
１０−１次放射器
１１−誘電体レンズ
１２−ポーラライザ
１３−スロット板
１４−スロット
１６−ガンダイオード
１７−結合導体
１８−バイアス電圧供給路
１９−トラップ
２０−誘電体
２１−回路基板
２２−可変リアクタンス素子
２３−電極
２４−制御電圧供給路
ＮＲＤ−非放射性誘電体線路
ＤＷＧ−誘電体装荷線路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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