(57)【要約】【課題】  さらなる小型化を図り、マイクロストリップラインを単純な直線で形成できる方向性結合器を提供する。【解決手段】  導波管５の側壁に、マイクロ波の進行方向に所定の間隔を隔てて２つの結合孔２Ａ，２Ｂを形成し、導波管５の側壁にプリント基板３を設け、プリント基板３の一方面に直線状のＭＳＬ４を形成し、他方面にそれぞれの一端がＭＳＬ４に接続され、他端が２つの結合孔２Ａ，２Ｂから導波管５内に突出する２本の探針１Ａ，１Ｂを設け、２つの結合孔２Ａ，２Ｂが設けられる間隔は、導波管５内に伝送されるマイクロ波の管内波長とＭＳＬ４上における、マイクロ波の波長との積をその和で割った値の１／２に選ばれる。ＭＳＬ４の両端に検波回路７Ａ，７Ｂを接続して、マイクロ波の進行電力と反射電力を検出する。【選択図】      図２
2006135665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波管内に伝送されるマイクロ波の進行波電力と反射波電力のいずれかを検出する方向性結合器であって、
その側壁に、前記マイクロ波の進行方向に所定の間隔を隔てて設けられた２つの結合孔を有する導波管と、
前記導波管の側壁に設けられ、一方面に直線状のマイクロストリップラインが形成されており、他方面にそれぞれの一端が前記マイクロストリップラインに接続され、他端が前記２つの結合孔から前記導波管内に突出する２本の針部材が設けられた基板とを備え、
前記２つの結合孔が設けられる間隔は、前記導波管内に伝送されるマイクロ波の管内波長と、前記基板上に形成されたマイクロストリップライン上における、前記マイクロ波の波長との積をその和で割った値の１／２に選ばれる、方向性結合器。
【請求項２】
さらに、前記マイクロストリップラインの両端のそれぞれと接地間に接続される終端抵抗を含む、請求項１に記載の方向性結合器。
【請求項３】
前記マイクロストリップラインのいずれかの一端と接地間に接続され、前記導波管内に伝送されるマイクロ波の電力に応じた検出値を直流信号に変換して出力する検波回路を含む、請求項１または２に記載の方向性結合器。
【請求項４】
前記検波回路は、
前記マイクロストリップラインのマイクロ波入力側に接続されて前記マイクロ波の反射波電力に応じた検出値を出力する第１の検波回路と、
前記マイクロストリップラインのマイクロ波出力側に接続されて前記マイクロ波の進行波電力に応じた検出値を出力する第２の検波回路とを含む、請求項３に記載の方向性結合器。
【請求項５】
前記第１および第２の検波回路は、それぞれ前記マイクロストリップラインと接地間に接続されるダイオードと可変抵抗器の直列回路と、前記可変抵抗の可変出力と接地間に接続されるコンデンサとを含む、請求項４に記載の方向性結合器。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかの方向性結合器を利用して、前記導波管内に伝送されるマイクロ波の進行波電力と反射波電力のいずれかをモニタリングする機能を有する電力測定機器、マイクロ波電源、レーダシステムなどのいずれかを含むマイクロ波関連装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、導波管内に伝送されるマイクロ波の進行波と反射波の電力レベルを同時に検出するための方向性結合器、およびそれを用いたマイクロ波関連装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
方向性結合器は、導波管内に伝送される進行波と反射波を独立に検出する目的で使用されており、例えば、出力するマイクロ波電力レベルを高精度で安定的に保つために、進行波レベルを検出して電源側にフィードバックし、出力パワーをコントロールする。
【０００３】
従来の方向性結合器は、マイクロ波を伝送する主導波管に加えて、副導波管を導入し、主導波管内に伝送される電力を検出する方法が用いられている。その原理は図３で説明される。
【０００４】
図３において、マイクロ波電力を伝送する主導波管１０に入力波Ｐｉが（イ）から（ロ）の方向に伝送されるとする。主導波管１０の側壁に、伝送されるマイクロ波の管内波長λｇの１／４の間隔で結合孔Ａ，Ｂを設け、さらに主導波管１０と同じ管内波長を持つ副導波管２０を平行に並べる。主導波管１０内を伝送されるマイクロ波が結合孔Ａ，Ｂより副導波管２０の中に一部が入り、（ハ）および（ニ）の２つの方向に伝わって行く。
【０００５】
結合孔Ａから副導波管２０に入った電波ａは、１／４波長、つまり位相にしてπ／２を経てから結合孔Ｂに到達し、同じく主導波管１０内に位相π／２を経て結合孔Ｂから副導波管２０内に到達した電波ｂと合流し、合成電波を形成する。２つの電波の位相は同じであるので、合成された電波は結合孔Ａから入った電力の２倍となって（ニ）の方向へＰｆとなって伝わって行く。
【０００６】
一方、Ａ点に比べて１／４波長、位相にしてπ／２遅れてからＢ点から副導波管２０内に入って来た電波ｄはさらにπ／２を経てからＡ点に到達し、Ａ点から入った電波ｃと合流し、合成電波を形成する。電波ｄは電波ｃに比べて合わせてちょうど位相πだけ遅れているから、２つの電波は消し合い、ゼロ(Ｐｂ)になって（ハ）の方向へ伝わって行く。このように、副導波管２０における（ニ）の方向のＰｆを検出すれば、主導波管１０内の進行波を知ることができ、また、副導波管２０におけるの（ハ）の方向のＰｂを検出すれば、主導波管１０内の反射波を知ることができる。
【０００７】
図３に示すような方向性結合器は、構造的にスペースを必要とする上、マイクロ波電波を電気信号に変換するための変換器が別途必要であり、複雑かつ高価である。この問題を解決するために、さまざまな方策が考案されている。その中の一つの例として、特開平０６−１３２７１０号公報（特許文献１）に示されている図４に示すような方向性結合器がある。
【０００８】
図４において、導波管５０と、副導波管の代わりにマイクロストリップライン５４を有するプリント基板５３とを備え、導波管５０の外壁に、プリント基板５３に曲げて形成されたマイクロストリップライン５４を取り付けて、それぞれが任意の間隔（１／ｎ）λｇ１離れた結合孔５１，５２から導波管内に、それぞれ任意の間隔（ｘ／ｎ）λｇ２だけ離れて配置した小さな探針５６，５７を突出させ、電波をマイクロストリップライン５４上に取り入れる仕組みとなっている。基本原理は図３と同じであるが、図３に示した副導波管２０の代わりにプリント基板５３を使用しているので、安価で小型な方向性結合器が実現できる。
【特許文献１】特開平０６−１３２７１０号公報（段落番号００１４〜００３３、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の方法では、結合孔５１，５２の間隔は基本的に、図３の場合と同じく、導波管５０内に伝送されるマイクロ波の管内波長λｇの１／４である。また、プリント基板５３上に形成されるマイクロストリップライン５４の長さは、図４でわかるように、マイクロ波の管内波長の１／４よりも長く設計されなければならず、複雑な曲げ形状を採るように余儀なくされる。このため、マイクロストリップライン５４を製作する上では、正確な長さを確保するのは難しい。
【００１０】
さらに、方向性結合器の応用上では、検出された電波信号をダイオード、抵抗およびコンデンサなどによって検波を行い、直流信号に変換してから出力として取り出すのが多いが、マイクロストリップライン５４のパターンが複雑であるために、そのような部品の配置もパターンに邪魔されて制約を受ける。
【００１１】
そこで、この発明の目的は、さらなる小型化を図り、マイクロストリップラインを単純な直線で形成できる方向性結合器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、上記の目的を達成するために、その側壁に、マイクロ波の進行方向に所定の間隔を隔てて設けられた２つの結合孔を有する導波管と、導波管の側壁に設けられ、一方面に直線状のマイクロストリップラインが形成されており、他方面にそれぞれの一端がマイクロストリップラインに接続され、他端が２つの結合孔から導波管内に突出する２本の針部材が設けられた基板とを備え、２つの結合孔が設けられる間隔は、導波管内に伝送されるマイクロ波の管内波長と、基板上に形成されたマイクロストリップライン上における、マイクロ波の波長との積をその和で割った値の１／２に選ばれるように提案する。
【００１３】
好ましくは、マイクロストリップラインの両端のそれぞれと接地間に接続される終端抵抗を含む。
【００１４】
好ましい実施形態では、マイクロストリップラインのいずれかの一端と接地間に接続され、導波管内に伝送されるマイクロ波の電力に応じた検出値を直流信号に変換して出力する検波回路を含む。
【００１５】
検波回路は、より具体的には、マイクロストリップラインのマイクロ波入力側に接続されてマイクロ波の反射波電力に応じた検出値を出力する第１の検波回路と、マイクロストリップラインのマイクロ波出力側に接続されてマイクロ波の進行波電力に応じた検出値を出力する第２の検波回路とを含む。
【００１６】
第１および第２の検波回路は、より具体的には、マイクロストリップラインと接地間に接続されるダイオードと可変抵抗器の直列回路と、可変抵抗の可変出力と接地間に接続されるコンデンサとを含む。
【００１７】
この発明の他の局面は、方向性結合器を利用して、導波管内に伝送されるマイクロ波の進行波電力と反射波電力のいずれかをモニタリングする機能を有する電力測定機器、マイクロ波電源、レーダシステムなどのいずれかを含むマイクロ波関連装置を実現する。
【発明の効果】
【００１８】
通常、導波管内におけるマイクロ波の波長は自由空間におけるマイクロ波の波長よりも長く、それに対して、マイクロストリップライン上におけるマイクロ波の波長は自由空間におけるマイクロ波の波長よりも短い。
【００１９】
そのため、この発明によれば、導波管の側壁に設けられる２つの結合孔の間隔は、上記の２つの波長の積をその和で割った値の１／２であり、管内は波長λｇ１の１／４よりはるかに短い間隔に採ることができ、一段と小型な方向性結合器が実現できる。
【００２０】
また、プリント基板上に形成されるマイクロストリップラインを直線にできるため、パターンの曲がりによる長さの誤差や寄生インダクタンスなどが生じにくく、精度の高い方向性結合器が実現できる。
【００２１】
さらに、より好ましくは、検波回路などを設け、導波管内の進行波と反射波の検出値を直流信号に変換することに入り、後続の信号処理の簡単なシステム構成が実現できる。その出力レベルを可変抵抗によって調整すれば、幅広い電力レベルに対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１はこの発明の原理についての説明図である。
【００２３】
まず、図１を参照して、この発明の原理について説明する。なお、以下の説明では、マイクロストリップラインをＭＳＬと称することにする。図１において、導波管５にはマイクロ波の進行方向に所定の距離Ｘを隔てて結合孔２Ａ，２Ｂが形成されており、導波管５に隣接してプリント基板３が配置されている。プリント基板３の一方面には直線状のＭＳＬ４が形成されており、他方面には導波管５の結合孔２Ａ，２Ｂに対応して針部材としての探針１Ａ，１Ｂが設けられており、探針１Ａ，１Ｂの一端はＭＳＬ４に接続されており、探針１Ａ，１Ｂの他端は結合孔２Ａ，２Ｂを介して導波管５内に突出している。
【００２４】
導波管５の一端にマイクロ波Ｐｉが入力されると、導波管５内に進行するマイクロ波電波Ｐｉが導波管５の側壁に設けられた結合孔２Ａから導波管５内に突出される探針１Ａによって電気信号としてＭＳＬ４に伝わり、信号ａとしてＭＳＬ４上を伝送される。導波管５内のマイクロ波Ｐｉが距離Ｘ進んでからまた探針１Ｂによって電気信号としてＭＳＬ４に伝わり、同様に信号ｂとしてＭＳＬ４上を伝送される。
【００２５】
結合孔２Ｂから拾われた信号ｂはＭＳＬ４上で伝送されて結合孔２Ａのところに到達したときに、結合孔２Ａから拾われた信号ａより、導波管５内およびＭＳＬ４上で距離Ｘ進んだ分だけ位相が遅れる。もし、信号ｂと信号ａとが丁度位相πだけずれているとすると、信号ａと信号ｂとはお互いに消し合ってゼロになり、Ｐｒ方向へは電波が伝わらない。そのとき、次の式が成り立つ。なお、λｇ１はマイクロ波の導波管内における波長、λｇ２はＭＳＬ４上における波長である。
【００２６】
２π(Ｘ／λｇ１＋Ｘ／λｇ２)＝π             (１)
第（１）式よりＸの値は次式で求まる。
【００２７】
Ｘ＝λｇ１・λｇ２／２（λｇ１＋λｇ２)          (２)
ここでは、第（２）式からわかるように、Ｘの値はλｇ１とλｇ２との積をその和で割った値の１／２であり、通常、λｇ１はλｇ２より一段と大きいことから、Ｘの値はλｇ１／４より一段と小さい値となる。
【００２８】
一方、結合孔２Ａから拾われた信号ａはＭＳＬ４上で伝送されて結合孔２Ｂのところに到達したときに、結合孔２Ｂから拾われた信号ｂとの位相差は次のように計算される。
【００２９】
２π（Ｘ／λｇ１−Ｘ／λｇ２)
＝πλｇ２／（（λｇ１＋λｇ２）−πλｇ１／（λｇ１+λｇ２）
＝π（λｇ２−λｇ１）／（λｇ１＋λｇ２)        (３)
第（３）式からわかるように、λｇ１とλｇ２がどのような値であっても、信号ａと信号ｂとの位相差の絶対値はπより小さく、お互いに消し合うことが生じず、２つの信号は合成信号を形成し、Ｐｆ方向へ検出信号として伝送される。
【００３０】
このようにして、ＭＳＬ４上に伝送される信号Ｐｆを検出すれば、導波管内に右方向へ伝送されるマイクロ波に応じたパワーレベルの信号を検出することになり、また、ＭＳＬ４上に伝送される信号Ｐｒを検出すれば、導波管内に左方向へ伝送されるマイクロ波に応じたパワーレベルの信号を検出することになる。
【００３１】
なお、上記プリント基板３の導波管５に接する面は、結合孔２Ａ，２Ｂに突出する探針１Ａ，１Ｂの周囲を除いて、すべて銅箔が形成され、かつ、導波管５との電気的接触をよくするために、銅箔が剥き出しの状態にされている。
【００３２】
図１は本発明の原理を説明するためのものであり、そのままで利用すると、出力信号はマイクロ波信号となる。しかし、後続処理では直流のレベル信号が望ましいときに、さらにプリント基板上で検波回路を加えることによって直流信号に変換することができる。図２はその一例を示す。
【００３３】
図２は図１に示した基本原理に基づいて、さらに検波回路を付加した、方向性を持つ導波管内マイクロ波検出回路の構成を示す図である。プリント基板３上に形成されたＭＳＬ４と２つの探針１Ａ、１Ｂに加えて、ＭＳＬ４の特性インピーダンスと同じ抵抗値を持つ終端抵抗６Ａ，６Ｂのそれぞれの一端をＭＳＬ４の一端と他端とに接続し、終端抵抗６Ａ．６Ｂの他端はそれぞれ接地する。
【００３４】
さらに、ＭＳＬ４の一端と接地間に、ダイオードＤ１と可変抵抗ＶＲ１との直列回路および可変抵抗ＶＲ１の可変出力と接地間に接続されたコンデンサＣ１で構成される検波回路７Ａを接続し、ＭＳＬ４の他端と接地間に、ダイオードＤ２と可変抵抗ＶＲ２との直列回路および可変抵抗ＶＲ２の可変出力と接地間に接続されたコンデンサＣ２で構成される検波回路７Ｂを接続する。
【００３５】
それぞれの可変抵抗ＶＲ１，ＶＲ２の可変出力端から、直流信号に変換された、導波管５内の左から右へ伝送されるマイクロ波電力に応じた検出値Ｆｗｄと、右から左へ伝送されるマイクロ波電力に応じた検出値Ｒｅｆを出力する。出力のレベルは必要に応じて可変抵抗ＶＲ１，ＶＲ２によって調整することができる。
【００３６】
通常、導波管５内におけるマイクロ波の波長は自由空間におけるマイクロ波の波長よりも長く、それに対して、ＭＳＬ４上におけるマイクロ波の波長は自由空間におけるマイクロ波の波長よりも短い。そのため、この実施形態では、導波管５の側壁に設けられる２つの結合孔１Ａ，１Ｂの間隔は、上記の２つの波長の積をその和で割った値の１／２であり、管内は波長λｇ１の１／４よりはるかに短い間隔に採ることができ、一段と小型な方向性結合器が実現できる。
【００３７】
また、プリント基板３上に形成されるＭＳＬ４を直線にできるため、パターンの曲がりによる長さの誤差や寄生インダクタンスなどが生じにくく、精度の高い方向性結合器が実現できる。
【００３８】
さらに、検波回路７Ａ，７Ｂなどを設け、導波管内の進行波と反射波の検出値を直流信号に変換することに入り、後続の信号処理の簡単なシステム構成が実現できる。その出力レベルを可変抵抗ＶＲ１，ＶＲ２によって調整すれば、幅広い電力レベルに対応できる。
【００３９】
なお、上述の説明では、検波回路７Ａ，７Ｂによってマイクロ波の進行波電力と反射波電力の両方を検出するようにしたが、いずれか一方のみを検出するようにしてもよい。その場合は、対応する検波回路のみを設ければよい。
【００４０】
さらに、この発明による方向性結合器を利用して、導波管内に伝送されるマイクロ波の進行波電力と反射波電力のいずれかをモニタリングする機能を有する電力測定機器、マイクロ波電源、レーダシステムなどのいずれかを含むマイクロ波関連装置を実現することも可能になる。
【００４１】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
この発明の方向性結合器は、導波管内に伝送されるマイクロ波の進行波と反射波の電力を検出するのに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による方向性結合器の原理を示す図である。
【図２】この発明の一実施形態における検波回路を有する方向性結合器構成例の図ある。
【図３】従来の導波管タイプ方向性結合器の原理を示す図である。
【図４】従来のマイクロストリップラインを用いた方向性結合器の図である。
【符号の説明】
【００４４】
１Ａ，１Ｂ  探針、２Ａ，２Ｂ  結合孔、３  プリント基板、４  マイクロストリップライン（ＭＳＬ）、５  導波管、６Ａ，６Ｂ  終端抵抗  ７Ａ，７Ｂ  検波回路、Ｄ１，Ｄ２  ダイオード、ＶＲ１，ＶＲ２  可変抵抗、Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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