(57)【要約】【課題】移動量と移相量のリニアリテイを確保しつつ、特に１０ＧＨｚ以上の周波数帯で分解能を上げられる反射型導波管移相器を得る。【解決手段】二連の導波管１，２をその一つの管壁を合わせて隔壁３Ｐを形成する。二連の導波管１，２はその各一端を入出力端３，４とし、入出力端３，４側で隔壁３Ｐに方向性結合器５を設ける。二連の導波管１，２の各他端側の内部に設ける反射手段６は、二連の導波管１，２の各他端側の内部に電磁波の反射面１７ａ，１８ａを構成する固定端板１７，１８をそれぞれ配置し、各固定端板１７，１８には誘電体挿入孔１９，２０をそれぞれ設ける。各固定端板１７，１８の各誘電体挿入孔１９，２０には、各導波管１，２の管軸方向に長さを有する誘電体２１，２２を、方向性結合器５側に存在する長さを可変できるようにして摺動自在に挿入して構成する。【選択図】  図１
2004328119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二連の導波管がその一つの管壁を合わせて隔壁が形成され、二連の前記導波管はその各一端が入出力端となっていて、前記入出力端側で前記管壁を合わせた前記隔壁に方向性結合器が設けられ、二連の前記導波管の各他端側の内部に反射手段が設けられている反射型導波管移相器において、
前記反射手段は、二連の前記導波管の各他端側の内部に電磁波の反射面を構成する固定端板がそれぞれ配置され、前記各固定端板には誘電体挿入孔がそれぞれ設けられ、前記各固定端板の前記各誘電体挿入孔には前記各導波管の管軸方向に長さを有する誘電体が前記方向性結合器側に存在する長さを可変できるようにして摺動自在に挿入されて構成されていることを特徴とする反射型導波管移相器。
【請求項２】
二連の前記導波管の各他端側には、前記方向性結合器側に存在する前記各誘電体の長さを可変させる誘電体突出長さ可変機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の反射型導波管移相器。
【請求項３】
第１，第２，第３のポートを有し、前記第１のポートが入力端、前記第３のポートが出力端となっているサーキュレータの前記第２のポートに導波管の一端が接続され、前記導波管の他端側の内部に反射手段が設けられている反射型導波管移相器において、
前記反射手段は、前記導波管の内部に電磁波の反射面を構成する固定端板が配置され、前記固定端板には誘電体挿入孔が設けられ、前記固定端板の前記誘電体挿入孔には前記導波管の管軸方向に長さを有する誘電体が前記サーキュレータ側に存在する長さを可変できるようにして摺動自在に挿入されて構成されていることを特徴とする反射型導波管移相器。
【請求項４】
前記導波管の他端側には、前記サーキュレータ側に存在する前記誘電体の長さを可変させる誘電体突出長さ可変機構が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の反射型導波管移相器。
【請求項５】
前記固定端板の前記誘電体挿入孔の最大寸法が使用周波数帯域の最大周波数における自由空間波長の１／（２√εｒ  ）（ここで、εｒ  は誘電体の比誘電率）以下となっていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の反射型導波管移相器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波の位相を変える反射型導波管移相器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電磁波の位相を変える一つの手段として、▲１▼ベイン型移相器がある（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
ベイン型移相器は、導波管中に誘電体板を入れ、導波管の側壁からの挿入量に対応して移相を変化させる構造である。
【０００４】
また、電磁波の位相を変える他の手段として、▲２▼反射型導波管移相器がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
反射型導波管移相器は、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、二連の導波管１，２がその一つの管壁を合わせて隔壁３Ｐが形成されている。二連の導波管１，２は、その各一端が入出力端３，４となっている。入出力端３，４は、二連の導波管１，２から離間する方向に屈曲されている。入出力端３，４側で隔壁３Ｐには、略３ｄＢの方向性結合器５が設けられている。二連の導波管１，２の各他端側の内部に反射手段６が設けられている。反射手段６は、二連の導波管１，２内に摺動自在に配置された可動端板７，８を備え、可動端板７，８の方向性結合器５に向かい合う面は電磁波の反射面７ａ，８ａとなっている。可動端板７，８には空胴により形成されたチョーク９，１０が設けられている。
【０００６】
可動端板７，８は、可動端板位置可変機構１１により導波管１，２の管軸方向の位置が可変されるようになっている。
【０００７】
可動端板位置可変機構１１は、各可動端板７，８に連結部材１２，１３で共通に連結されたナット部材１４と、このナット部材１４に螺合されたネジ１５と、このネジ１５を回転は自在であるが軸線方向には移動不能に支持するカバー１６とで構成されている。カバー１６は二連の導波管１，２の各他端側に連結されている。ネジ１５の回転操作部は、カバー１６の外に導出されている。
【０００８】
この反射型導波管移相器は、入出力端３より入力された電磁波は、方向性結合器５で入力端側と出力端側の可動端板７，８の方向に伝送する電磁波に分割される。方向性結合器５で分割された電磁波は、共に可動端板７，８の反射面７ａ，８ａで反射される。分割された電磁波のうち、方向性結合器５で結合せずに通過し、可動端板７の反射面７ａで反射され入力端に戻る電磁波の電圧Ｖ１  は、方向性結合器５の電圧結合係数をＫとし、方向性結合器５から可動端板７の反射面７ａまでの位相量をφとすると、
Ｖ１  ＝（１−Ｋ２  ）・ｅ−ｊ２φ
となる。また、方向性結合器５で出力端側の導波管２に結合し、可動端板８の反射面８ａで反射され、再度、方向性結合器５で結合して入力端に戻る電磁波の電圧Ｖ２  は、方向性結合器５から可動端板８の反射面８ａまでの位相量を入力側と等しくφとすると、
Ｖ２  ＝−Ｋ２  ・ｅ−ｊ２φ
となる。
【０００９】
方向性結合器５の電圧結合係数Ｋを１／√２とすれば、入力端に戻る電圧Ｖａは、
Ｖａ＝Ｖ１  ＋Ｖ２  
となり、常に０となる。
【００１０】
一方、出力端に向かう電磁波の電圧Ｖｂは、
【数１】
2004328119.tif 000003
となり、絶対値は常に１となり、位相量は２φとなる。このように反射型の移相量は、方向性結合器５から可動端板７，８の反射面７ａ，８ａまでの位相量をφに比例して得られる。
【００１１】
この反射型の移相器は、可動端板７，８の位置を移動することにより移相を０〜３６０度の範囲で任意の変化させることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、▲１▼のベイン型移相器は、誘電体板の挿入量と移相量の関係はリニアリテイがなく、誘電体板が側壁に近い程、挿入量に対する移相の増加量は緩慢で、挿入量を増すに連れて急激に増加する。また、導波管の中央付近で移相量は最大となり、最大移相量は２００度程度である。
【００１３】
▲２▼の反射型の導波管移相器は、移相の分解能（△Ψ）は導波管１，２の管内波長をλｇとし、ネジ１５を用いて可動端板７，８を移動する場合、ネジ１５のバックラッシュを△Ｌとすると、
△Ψ＝７２０×△Ｌ／λｇ
となる。日本電子機械工業（ＥＩＡＪ）規格のＷＲＩ−１００の導波管を用いて周波数を１０ＧＨｚとし、ネジ１５のバックラッシュ△Ｌｂを０．１ｍｍと仮定した場合、分解能は約１．８度となる。さらに、可動端板７，８の蛇行や移動させるために必要とされる導波管１，２と可動端板７，８との隙間の変化により、分解能は更に劣化する。ネジ１５のバックラッシュを小さくすれば、分解能を上げられるが、精密なネジ１５を必要とするため製作コストが上がり、ステッピングモータ等を使って可動端板７，８の位置を制御する場合、ネジ１５の摩擦係数が増え、ステッピングモータのトルクを上げなければならなくなり、部品コストが上がり、駆動電流が増える等の問題点があった。
【００１４】
本発明の目的は、移動量と移相量のリニアリテイを確保しつつ、特に１０ＧＨｚ以上の周波数帯で分解能を上げることができる反射型導波管移相器を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、二連の導波管がその一つの管壁を合わせて隔壁が形成され、二連の導波管はその各一端が入出力端となっていて、入出力端側で管壁を合わせた隔壁に方向性結合器が設けられ、二連の導波管の各他端側の内部に反射手段が設けられている反射型導波管移相器を対象とする。
【００１６】
本発明に係る反射型導波管移相器で、反射手段は、二連の導波管の各他端側の内部に電磁波の反射面を構成する固定端板がそれぞれ配置され、各固定端板には誘電体挿入孔がそれぞれ設けられ、各固定端板の各誘電体挿入孔には各導波管の管軸方向に長さを有する誘電体が方向性結合器側に存在する長さを可変できるようにして摺動自在に挿入されて構成されていることを特徴とする。
【００１７】
このように導波管内の端板を固定し、この端板に誘電体挿入孔を設け、この誘電体挿入孔に導波管の管軸方向に長さを有する誘電体を挿入して方向性結合器側に存在する長さを可変させる構造にしたことにより、移動量に対する移相の変化量が可動端板を移動させるよりも小さくなり、移動量と移相量のリニアリテイを確保しつつ、特に１０ＧＨｚ以上の周波数帯で分解能を上げることができる。
【００１８】
この場合、二連の導波管の各他端側に、方向性結合器側に存在する各誘電体の長さを可変させる誘電体突出長さ可変機構が設けられていると、方向性結合器側に存在する誘電体の長さを容易に可変させることができる。
【００１９】
次に本発明は、第１，第２，第３のポートを有し、第１のポートが入力端、第３のポートが出力端となっているサーキュレータの第２のポートに導波管の一端が接続され、導波管の他端側の内部に反射手段が設けられている反射型導波管移相器を対象とする。
【００２０】
本発明に係る反射型導波管移相器で、反射手段は、導波管の内部に電磁波の反射面を構成する固定端板が配置され、固定端板には誘電体挿入孔が設けられ、固定端板の誘電体挿入孔には導波管の管軸方向に長さを有する誘電体がサーキュレータ側に存在する長さを可変できるようにして摺動自在に挿入されて構成されていることを特徴とする。
【００２１】
このように導波管内の端板を固定し、この端板に誘電体挿入孔を設け、この誘電体挿入孔に導波管の管軸方向に長さを有する誘電体を挿入してサーキュレータ側に存在する長さを可変させる構造にしたことにより、移動量に対する移相の変化量が可動端板を移動させるよりも小さくなり、移動量と移相量のリニアリテイを確保しつつ、特に１０ＧＨｚ以上の周波数帯で分解能を上げることができる。
【００２２】
この場合、導波管の他端側に、サーキュレータ側に存在する誘電体の長さを可変させる誘電体突出長さ可変機構が設けられていると、サーキュレータ側に存在する誘電体の長さを容易に可変させることができる。
【００２３】
また、固定端板の誘電体挿入孔の最大寸法が使用周波数帯域の最大周波数における自由空間波長の１／（２√εｒ  ）以下となっていると、固定端板からの電磁波の漏れをなくすことができ、チョークや電波吸収体が不要となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）（Ｂ）は本発明に係る反射型導波管移相器の実施の形態の第１例を示したもので、図１（Ａ）は本例の反射型導波管移相器の一部縦断平面図、図１（Ｂ）は本例の反射型導波管移相器の一部縦断側面図である。なお、前述した図３（Ａ）（Ｂ）と対応する部分には、同一符号を付けて示している。
【００２５】
本例の反射型導波管移相器で、反射手段６は、二連の導波管１，２の各他端側の内部に電磁波の反射面１７ａ，１８ａを構成する金属製の固定端板１７，１８がそれぞれ配置され、これら固定端板１７，１８には誘電体挿入孔１９，２０がそれぞれ設けられ、これら固定端板１７，１８の各誘電体挿入孔１９，２０には各導波管１，２の管軸方向に長さを有する誘電体２１，２２が方向性結合器５側に存在する長さを可変できるようにして摺動自在に挿入されて構成されている。
【００２６】
誘電体挿入孔１９，２０は、横断面が長方形状に設けられている。これら誘電体挿入孔１９，２０の最大寸法（長方形の長辺方向の寸法）は、使用周波数帯域の最大周波数における自由空間波長の１／（２√εｒ  ）以下となっている。誘電体２１，２２は、横断面が長方形状の板状に形成されている。これら板状の各誘電体２１，２２の先端は、テーパ面２１ａ，２２ａとなっている。
【００２７】
二連の導波管１，２の各他端側には、方向性結合器５側に存在する各誘電体２１，２２の長さを可変させる誘電体突出長さ可変機構２３が設けられている。
【００２８】
誘電体突出長さ可変機構２３は、各誘電体２１，２２を連結している連結体２４と、この連結体２４に連結されたナット部材２５と、このナット部材２５に螺合されたネジ２６と、このネジ２６を回転は自在であるが軸線方向には移動不能に支持するカバー２７とで構成されている。カバー２７は二連の導波管１，２の各他端側に連結されている。ネジ２６の回転操作部は、カバー２７の外に導出されている。ナット部材２５は連結体２４と一体であり、この連結体２４には誘電体２１，２２が連結され、これら誘電体２１，２２は固定端板１７，１８の誘電体挿入孔１９，２０に挿入されているので、該ナット部材２５は回り止めされていて、導波管１，２の管軸方向に移動可能になっている。
【００２９】
このような反射型導波管移相器では、ネジ２６を回してナット部材２５を導波管１，２の管軸方向に移動可能させることにより、一緒に各誘電体２１，２２を導波管１，２の管軸方向に移動させ、方向性結合器５側に存在する誘電体２１，２２の長さを可変させる。
【００３０】
本例の反射型導波管移相器では、方向性結合器５側の導波管１，２内に誘電体２１，２２を挿入した場合、導波管１，２内の管内波長は誘電体２１，２２の充填率に応じて短縮する。このため誘電体２１，２２の径、あるいは板厚および幅を一定とし、導波管１，２の横断面に対する位置を一定に保ちつつ、方向性結合器５側に存在する誘電体２１，２２の長さを変化すれば、長さの変化分に応じた移相量が得られることになる。方向性結合器５側の導波管１，２内に誘電体２１，２２を挿入した場合の実効誘電率をεｒｅｆｆとすれば、方向性結合器５側の導波管１，２内に誘電体２１，２２を挿入した部分の管内波長λｇｅは、
【数２】
2004328119.tif 000004
となる。ここで、λｏ  は自由空間波長、λｃ  は導波管１，２のカットオフ波長である。
【００３１】
方向性結合器５側の導波管１，２内に誘電体２１，２２を挿入する前の管内波長をλｇｏとすれば、
λｇｅ＜λｇｏ
であり、移相量△θは方向性結合器５側の導波管１，２内に誘電体２１，２２を挿入した長さＬに対し
７２０×（１／λｇｅ−１／λｇｏ）×Ｌ（度）
分の移相量が得られる。
【００３２】
従来の可動端板７，８を同じ長さＬだけ方向性結合器５側に移動させた場合の移相量は
７２０×１／λｇｏ×Ｌ（度）
となるから、同じ長さＬに対する移相量を少なくすることができ、分解能を上げることができる。
【００３３】
このように本例の反射型導波管移相器では、導波管１，２内の端板１７，１８を固定し、これらの端板１７，１８に誘電体挿入孔１９，２０を設け、これら誘電体挿入孔１９，２０に導波管１，２の管軸方向に長さを有する誘電体２１，２２を挿入して方向性結合器５側に存在する長さを可変させる構造にしたことにより、移動量に対する移相の変化量が従来の可動端板７，８を移動させるよりも小さくなり、移動量と移相量のリニアリテイを確保しつつ、特に１０ＧＨｚ以上の周波数帯で分解能を上げることができる。
【００３４】
また、固定端板１７，１８の誘電体挿入孔１９，２０の最大寸法が使用周波数帯域の最大周波数における自由空間波長の１／（２√εｒ  ）以下となっているので、固定端板１７，１８からの電磁波の漏れをなくすことができ、チョークや電波吸収体が不要となる。
【００３５】
図２（Ａ）（Ｂ）は本発明に係る反射型導波管移相器の実施の形態の第２例を示したもので、図２（Ａ）は本例の反射型導波管移相器の一部縦断平面図、図２（Ｂ）は本例の反射型導波管移相器の一部縦断側面図である。なお、前述した図１（Ａ）（Ｂ）と対応する部分には、同一符号を付けて示している。
【００３６】
本例の反射型導波管移相器では、サーキュレータ２８を有している。このサーキュレータ２８は、第１のポート２８ａ、第２のポート２８ｂ、第３のポート２８ｃを有している。第１のポート２８ａは入力端、第３のポート２８ｃは出力端となっている。このようなサーキュレータ２８の第２のポート２８ｂには、導波管２９の一端が接続されている。この導波管２９の他端側の内部には反射手段６が設けられている。
【００３７】
反射手段６は、導波管２９の内部に電磁波の反射面３０ａを構成する金属製の固定端板３０が配置され、この固定端板３０には誘電体挿入孔３１が設けられ、固定端板３０の誘電体挿入孔３１には導波管２９の管軸方向に長さを有する誘電体３２がサーキュレータ２８側に存在する長さを可変できるようにして摺動自在に挿入されて構成されている。
【００３８】
誘電体挿入孔３１は、横断面が長方形状に設けられている。この誘電体挿入孔３１の最大寸法（長方形の長辺方向の寸法）は、使用周波数帯域の最大周波数における自由空間波長の１／（２√εｒ  ）以下となっている。誘電体３２は、横断面が長方形状の板状に形成されている。この板状の誘電体３２の先端は、テーパ面３２ａとなっている。
【００３９】
導波管２９の他端側には、サーキュレータ２８側に存在する誘電体３２の長さを可変させる誘電体突出長さ可変機構２３が設けられている。
【００４０】
誘電体突出長さ可変機構２３は、誘電体３２を連結している連結体２４と、この連結体２４に連結されたナット部材２５と、このナット部材２５に螺合されたネジ２６と、このネジ２６を回転は自在であるが軸線方向には移動不能に支持するカバー２７とで構成されている。カバー２７は導波管２９の他端側に連結されている。ネジ２６の回転操作部は、カバー２７の外に導出されている。ナット部材２５は連結体２４と一体であり、この連結体２４には誘電体３２が連結され、この誘電体３２は固定端板３０の誘電体挿入孔３１に挿入されているので、該ナット部材２５は回り止めされていて、導波管２９の管軸方向に移動可能になっている。
【００４１】
このような反射型導波管移相器では、ネジ２６を回してナット部材２５を導波管２９の管軸方向に移動可能させることにより、一緒に誘電体３２を導波管２９の管軸方向に移動させ、サーキュレータ２８側に存在する誘電体３２の長さを可変させる。
【００４２】
このように導波管２９内の端板３０を固定し、この端板３０に誘電体挿入孔３１を設け、この誘電体挿入孔３１に導波管２９の管軸方向に長さを有する誘電体３２を挿入してサーキュレータ２８側に存在する長さを可変させる構造にしたことにより、移動量に対する移相の変化量が従来の可動端板を移動させるよりも小さくなり、移動量と移相量のリニアリテイを確保しつつ、特に１０ＧＨｚ以上の周波数帯で分解能を上げることができる。
【００４３】
また、導波管２９の各他端側に、サーキュレータ２８側に存在する誘電体３２の長さを可変させる誘電体突出長さ可変機構２３が設けられているので、サーキュレータ２８側に存在する誘電体３２の長さを容易に可変させることができる。
【００４４】
また、固定端板３０の誘電体挿入孔３１の最大寸法を使用周波数帯域の最大周波数における自由空間波長の１／（２√εｒ  ）以下としているので、固定端板３０からの電磁波の漏れをなくすことができ、チョークや電波吸収体が不要となる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明に係る反射型導波管移相器では、導波管内の端板を固定し、この端板に誘電体挿入孔を設け、この誘電体挿入孔に導波管の管軸方向に長さを有する誘電体を挿入して方向性結合器側に存在する長さを可変させる構造にしているので、移動量に対する移相の変化量が従来の可動端板を移動させるよりも小さくなり、移動量と移相量のリニアリテイを確保しつつ、特に１０ＧＨｚ以上の周波数帯で分解能を上げることができる。
【００４６】
この場合、二連の導波管の各他端側に、方向性結合器側に存在する各誘電体の長さを可変させる誘電体突出長さ可変機構を設けると、方向性結合器側に存在する誘電体の長さを容易に可変させることができる。
【００４７】
また本発明に係る反射型導波管移相器では、導波管内の端板を固定し、この端板に誘電体挿入孔を設け、この誘電体挿入孔に導波管の管軸方向に長さを有する誘電体を挿入してサーキュレータ側に存在する長さを可変させる構造にしているので、移動量に対する移相の変化量が従来の可動端板を移動させるよりも小さくなり、移動量と移相量のリニアリテイを確保しつつ、特に１０ＧＨｚ以上の周波数帯で分解能を上げることができる。
【００４８】
この場合、導波管の他端側に、サーキュレータ側に存在する誘電体の長さを可変させる誘電体突出長さ可変機構が設けられていると、サーキュレータ側に存在する誘電体の長さを容易に可変させることができる。
【００４９】
また、固定端板の誘電体挿入孔の最大寸法が使用周波数帯域の最大周波数における自由空間波長の１／（２√εｒ  ）以下となっていると、固定端板からの電磁波の漏れをなくすことができ、チョークや電波吸収体が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）（Ｂ）は本発明に係る反射型導波管移相器の実施の形態の第１例を示した一部縦断平面図及び一部縦断側面図である。
【図２】（Ａ）（Ｂ）は本発明に係る反射型導波管移相器の実施の形態の第２例を示した一部縦断平面図及び一部縦断側面図である。
【図３】（Ａ）（Ｂ）は従来の反射型導波管移相器の一部縦断平面図及び一部縦断側面図である。
【符号の説明】
１，２  導波管
３Ｐ  隔壁
３，４  入出力端
５  方向性結合器
６  反射手段
７，８  可動端板
７ａ，８ａ  反射面
９，１０  チョーク
１１  可動端板位置可変機構
１２，１３  連結部材
１４  ナット部材
１５  ネジ
１６  カバー
１７，１８  固定端板
１７ａ，１８ａ  反射面
１９，２０  誘電体挿入孔
２１，２２  誘電体
２１ａ，２２ａ  テーパ面
２３  誘電体突出長さ可変機構
２４  連結体
２５  ナット部材
２６  ネジ
２７  カバー
２８  サーキュレータ
２８ａ  第１のポート
２８ｂ  第２のポート
２８ｃ  第３のポート
２９  導波管
３０  固定端板
３０ａ  反射面
３１  誘電体挿入孔
３２  誘電体
３２ａ  テーパ面
【図１】
2004328119.tif 000005
【図２】
2004328119.tif 000006
【図３】
2004328119.tif 000007