(57)【要約】本発明は、標準方形導波路環境と能動型グリッドアレイアセンブリの準平面波（準ＴＥＭモード）環境の間の遷移を行う簡素なアダプタを開示する。このデバイスは、モード拡張導波路フィードまたはモード収縮導波路コレクターとして機能することもできる。
2004503970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波動制限デバイスによって境界を定められた内部キャビティを有し、長手方向に伝搬する波を誘導する導波路に準光学グリッドアレイを適応させるアダプタであり、前記導波路の基本モードと前記アレイの平面における所望の電磁界分布との間の変換を行う前記アダプタにおいて、
（ａ）前記導波路に実質的に結合されるようにし、前記導波路キャビティの大きさに実質的に合致する第１開口部の境界を定める第１端面と、
（ｂ）前記第１開口部よりも大きい第２開口部の境界を定める第２端面と、
（ｃ）前記第１端面と前記第２端面の間に設けられて、信号伝搬の長手方向に沿って伝搬する波を誘導する波誘導キャビティの境界を定め、かつ同キャビティ内に前記第１開口部から所定の間隔を置いて構成され、所望の界分布をもたらすために所定の大きさの空間断絶を同波誘導キャビティ内に作る第１のステップとを備えたアダプタ。
【請求項２】
前記第１のステップが、前記導波路で伝搬する電界に対して平行方向（”Ｅ面”）に前記誘導キャビティの大きさを調整する前記請求項１に記載したアダプタ。
【請求項３】
前記第１のステップが、電界方向および波の伝搬の長手方向の両方に対して垂直方向（”Ｈ面”）に前記誘導キャビティの大きさを調整する前記請求項１に記載したアダプタ。
【請求項４】
前記請求項２のアダプタにおいて、さらに前記誘導キャビティ内に前記Ｈ面にて前記キャビティの大きさを調整する第２のステップを備えたアダプタ。
【請求項５】
前記請求項４のアダプタにおいて、さらに前記アダプタ誘導キャビティ内にて前記Ｅ面に１つの追加ステップ、および同キャビティ内にて前記Ｈ面に１つの追加ステップを少なくとも含み、すべてのステップは同アダプタ内でより上位のモードを励起させ、かつ前記第２開口部にて前記信号の前記界分布を形成するように構成されたアダプタ。
【請求項６】
前記アダプタの前記第２端面が、前記グリッドアレイを収容する前記請求項１に記載したアダプタ。
【請求項７】
前記アダプタの前記第２端面が、誘電体シートによって境界を付けられた前記グリッドアレイを収容する前記請求項１に記載したアダプタ。
【請求項８】
前記アダプタの前記第２端面が、誘電体シートによって境界を付けられたグリッド増幅器を収容する前記請求項１に記載したアダプタ。
【請求項９】
前記誘電体が熱拡散器である前記請求項７に記載したアダプタ。
【請求項１０】
前記第２開口部で入射する界分布を形成するために、前記能動アレイの端部が前記第２端面において所定の距離だけ前記波動制限構造物から間隔を置いて配置されるように前記第２開口部の大きさが調整された前記請求項７に記載したアダプタ。
【請求項１１】
内部波動制限キャビティを有する方形導波路にて長手方向に伝搬する基本モードの信号を所望の界分布を有するマルチモード信号に拡張する能動型準光学グリッドアレイ用の入力フィードデバイスにおいて、
（ａ）前記導波路キャビティの大きさに実質的に合致し、かつ前記導波路と結合されるようにした第１開口部の境界を定めるインプットと、
（ｂ）前記グリッドアレイを収容するようにした第２開口部の境界を定めるアウトプットと、
（ｃ）前記インプットおよびアウトプットの間に設けられて、波誘導キャビティの境界を定め、かつ前記キャビティ内に前記インプットから所定の距離の間隔を置き、所定の大きさ分だけ前記キャビティを拡張させる第１のステップを含み、それによって前記導波路の前記基本モードおよびより上位のモードとの間の信号の位相および振幅の分布を制御して、所望の電界分布を得る波動制限構造物とを備えたデバイス。
【請求項１２】
前記ステップが、前記Ｅ面にて前記ＥＭ誘導キャビティを拡張する前記請求項１１に記載したデバイス。
【請求項１３】
前記ステップが、前記Ｈ面にて前記ＥＭ誘導キャビティを拡張する前記請求項１１に記載したデバイス。
【請求項１４】
前記請求項１３のデバイスにおいて、さらに前記Ｈ面にて前記ＥＭ誘導キャビティを拡張する第２のステップを備えたデバイス。
【請求項１５】
前記請求項１４のデバイスにおいて、さらに前記アウトプットにて所望の界分布を得るために前記ＥＭ誘導キャビティ内に複数の追加のステップを備えたデバイス。
【請求項１６】
能動型準光学グリッドアレイから伝搬するマルチモード信号を内部伝導キャビティを有する方形導波路の基本モードに変換するＥＭ波コレクターデバイスにおいて、
（ａ）前記グリッドアレイを収容するようにした第１開口部の境界を定めるインプットと、
（ｂ）前記導波路キャビティの大きさに実質的に合致し、前記導波路に結合されるようにした第２開口部の境界を定めるアウトプットと、
（ｃ）前記インプットおよびアウトプットとの間に設けられて、波誘導キャビティの境界を定め、かつ前記インプットから所定の距離の間隔が設けられ、前記キャビティを所定の大きさ分だけ収縮させる第１のステップを前記キャビティ内に含み、それにより前記信号のより上位のモードのパワーを前記グリッドアレイから前記基本モードに変換するために、前記信号の位相および振幅の分布を制御する内部伝導構造物とを備えたデバイス。
【請求項１７】
前記ステップが、前記Ｅ面にて前記ＥＭ誘導キャビティを収縮させる前記請求項１６に記載したデバイス。
【請求項１８】
前記ステップが、前記Ｈ面にて前記ＥＭ誘導キャビティを収縮させる前記請求項１７に記載したデバイス。
【請求項１９】
前記請求項１７のデバイスにおいて、さらに前記Ｈ面にて前記キャビティを収縮させる第２のステップを備えたデバイス。
【請求項２０】
前記請求項１９のデバイスにおいて、さらに前記アウトプットにて最上位の界分布を得るために前記キャビティ内に複数の追加のステップを含むデバイス。
【請求項２１】
波動制限構造物によって境界を付けられた内部キャビティを有する導波路アダプタの一方の端面の標準的な方形導波路の基本モードと前記導波路アダプタの反対側の端面の準光学グリッドアレイアセンブリに適した界分布との間で電磁波信号を変換する方法において、
前記導波路から所定の距離を置いてＥ面に設けた少なくとも１つの空間断絶を用いて前記アダプタの前記キャビティの大きさを調整する方法。
【請求項２２】
前記請求項２１の方法において、
さらに、前記導波路から所定の距離を置いてＥ面に設けた少なくとも１つの空間断絶を用いて前記アダプタの前記キャビティの大きさを調整することを含む方法。
【請求項２３】
前記請求項２１の方法において、
さらに、前記アダプタの反対側の端面の前記グリッドアレイに前記アレイの境界を付ける誘電体を設けることと、
前記グリッドアレイの界分布をさらに特定するために前記グリッドアレイの端部と前記反対側の端面の前記アダプタとの間の標準距離を調整することとを含む方法。
【請求項２４】
波動制限デバイスによって境界を定められた内部キャビティを有し、長手方向に伝搬する波を誘導する導波路に準光学グリッドアレイを適応させるアダプタであり、前記導波路の基本モードと前記アレイの平面の所望の電磁界分布との間の変換を行う前記アダプタにおいて、
（ａ）前記導波路に実質的に結合されるようにし、導波路キャビティの大きさに実質的に合致する第１開口部の境界を定める第１端面と、
（ｂ）前記第１開口部よりも大きい第２開口部の境界を定める第２端面と、
（ｃ）前記第１端面と前記第２端面の間に設けられ、信号伝搬の長手方向に沿って伝搬する波を誘導する波誘導キャビティの境界を定める手段であり、波誘導キャビティ内に所定の大きさの空間断絶を作るために前記第１開口部から所定の間隔を置いて同キャビティ内に設けられて、準光学グリッドアレイにて所望の界分布をもらたす手段とを備えたアダプタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
発明の分野
本発明は、周期グリッドアレイなどの準光学グリッドアレイ、特に導波路を準光学グリッドアレイに適応させる技術に関する。
【０００２】
１．関連技術
広帯域通信、レーダーおよび他の画像システムではマイクロ波帯およびミリ波帯での高周波（“ＲＦ”）信号の伝送が必要とされる。これらの高周波数での多くの応用例で要求される出力伝送パワーのレベルを効率的に得るために、“パワー合成”と呼ばれる技術が用いられている。この技術により、各成分の出力パワーが結合または合成され、それによって各成分が供給できるものよりも大きな単一のパワー出力が得られる。従来、パワー合成では共振導波路キャビティまた伝送路フィードネットワークが用いられてきた。しかし、これらの方法にはいくつかの短所があり、それらの短所は特に高周波数において顕著となる。第一に、導波路壁または伝送路における導体損失は、周波数が高くなるにつれて増加傾向となり、最終的には合成効率を制限することとなる。第二に、これらの共振導波路キャビティまたは伝送路合成器の機械加工は、波長が小さくなるにつれてますます困難となる。また、第三に、導波路システムにおいては、手作業での各デバイスの挿入または調整が必要となることが多い。これは大きな労力を要し、デバイスの数が比較的少ない場合にのみ実行可能である。
【０００３】
数年前、“準光学”を用いた空間パワー合成がこれらの問題に対する有望な解決法として提案された。その理論は、共振器に設けられた固体マイクロ波またはミリ波源のアレイは同じ周波数および位相に同期することができ、それらの出力は自由空間で合成され、導体損失を極力抑えるというものである。さらに、平面アレイをより短い波長でモノリシックに製作することができ、それにより数千のデバイスを一つのウェハーに組み込むことが可能となる。
【０００４】
それ以来、検出器、増倍器、ミキサーおよび位相シフターなど非常に多くの準光学デバイスが開発されてきた。これらの受動デバイスは引き続き進行中の研究テーマである。しかし、ここ数年にかけて、能動型準光学デバイス、すなわち発振器および増幅器の進歩が見られた。準光学を用いた空間パワー合成の一つのメリット（他の方法と比較して）は、出力パワーがチップエリアに対して直線的に変化するということである。それゆえ、能動型準光学の分野は短期間でかなりの注目を集め、この分野は爆発的に成長してきた。
【０００５】
最初の準光学グリッドアレイ増幅器はＣａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙでＭ． Ｋｉｍらによって開発されたグリッドであったと考えられる。このグリッドでは２５のＭＥＳＦＥＴ差動ペアが用いられ、３ＧＨｚで１１ｄＢの利得が見られた。図１に示すように、典型的なグリッド増幅器１０は入力および出力偏波器１８，２４に挟まれた能動グリッド１２に狭い間隔で配置された差動ペアのトランジスタ１４のアレイである。入力信号１６は水平に偏波された入力偏波器１８を通過し、グリッド１２の横偏波入力アンテナ２０上で高周波電流を励起する左から入射する入力ビームをもたらす。この電流は差動モードにてトランジスタ・ペア１４の入力をドライブする。出力電流はグリッドの垂直偏波アンテナ２２に沿って進路を変え、垂直偏波出力ビーム３０を出力偏波器２４を経て右方向へもたらす。
【０００６】
この交差偏波した入力および出力により、２つの重要な利点がもたらされる。第一に、入力と出力が良好に分離され、スプリアスフィードバック発振の可能性が減る。第二に、金属片偏波器を用いて増幅器の入力回路と出力回路を別々に調整することができ、また前方方向へのビームが抑えられる。非常に多くのグリッド増幅器がそれ以来開発され、軍用、商用の両方のＲＦへの応用、特に小型で好ましくはモノリシックなパッケージでかなりの出力パワーレベル（例えば＞５ワット）を要求する高周波数、広帯域システムにおいて大いに将来性があることをこれまでに証明してきた。さらに、ハイパワー発振器を形成するため、能動デバイスを結合してフィードバックをもたらすのに、共振器を用いることもできる。
【０００７】
グリッド増幅器は準平面波入力・準平面波出力（自由空間）デバイスとして特色づけることができる。グリッド発振器は基本的には準平面波出力デバイスである。しかし、ほとんどのマイクロ波およびミリ波システムでは電気導波路を通して信号を搬送し、これらの電気導波路は、通常金属でできていて波動を制限する壁で境界をつけられた内部導波キャビティを有するデバイスである。したがって、ほとんどの場合において、これら２つの環境間の境界面が必要となる。電界信号がグリッドアレイへの実効的利用のために導波路から出力されているにせよ、あるいはグリッドアレイの自由空間出力信号が導波路に集められるにせよ、この境界面は必要である。
【０００８】
このような境界面を設けることが重要になるのにはいくつかの理由がある。第一に、従来、マイクロ波およびミリ波の導波路は、基本またはＴＥ１０モードとしても知られているシングル横電界（ＴＥ）モードにて信号を伝送し、信号のより上位のモード成分を遮断する。これらの従来型の導波路は、標準の一定の大きさを有し、長方形をしている。しかし、入力信号が入射する典型的なグリッドアレイの入力平面エリアは、標準的な方形導波路の開口部のエリアよりかなり大きくてもよい。さらに、前述のように、Ｎ×Ｎのユニットセルからなり、誘電体で境界をつけられたグリッドアレイアセンブリ（図２参照）は、グリッドのセルの数および誘電体の大きさによってサイズが異なる。そのため、標準的な導波路はグリッドアレイ構造物と直接接合できない。
【０００９】
さらに、ＴＥ１０モードで動作する標準的なシングルモード方形導波路は、その開口部を横切って振幅を正弦波的に変化させる電界分布をもたらす。しかし、グリッド増幅器を効率的に動作させるには、増幅器の全エリアにわたって比較的均一の位相および振幅（大きさ）分布を有する励起ビームが必要である。
【００１０】
いくつかのグループが準光学能動デバイスと整合する導波路の設計を試みたが、その成果は限られたものであった。例えば、Ｙａｎｇらは最近、”Ａ Ｎｏｖｅｌ ＴＥＭ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｕｓｉｎｇ Ｕｎｉｐｏｌａｒ Ｃｏｍｐａｃｔ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ−Ｂａｎｄｇａｐ” （ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈ．， Ｖｏｌ． ４８， Ｎｏ． ２， ｐｐ．２０９２−２０９８， Ｎｏｖ．， １９９９）というタイトルの記事を発表した。さらに、Ａｌｉらは”Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｈａｒｄ−Ｈｏｒｎ Ｆｅｅｄｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｑｕａｓｉ−Ｏｐｔｉｃ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ”（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈ．， Ｖｏｌ． ４７， Ｎｏ． ４， ｐｐ． ４７９−４８７， Ａｐｒｉｌ １９９９）というタイトルの記事を発表した。残念ながら、提案されたこれらの技術は前記の問題を十分に解決していない。例えば、Ｙａｎｇらが記載した”フォトニックバンドギャップ構造物（ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｂａｎｄｇａｐ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）”は、製造が非常に困難で費用がかさむため、この技術は好ましくない。さらに、Ａｌｉらの”ハードホーン（ｈａｒｄ−ｈｏｒｎ）”アプローチでは大きくて扱いにくい構造物となり、ほとんどの商用利用には実用的でない。
【００１１】
そのため、信号を基本モードにてグリッドアレイ構造物へ伝搬する導波路と効率的に結合し、所望の電界分布をもたらす、簡素で費用効果の高いインターフェースまたはアダプタが明らかに必要である。
【００１２】
発明の要約
本発明の特徴は、これらのニーズに応えるものであり、波動制限デバイスによって境界をつけられた内部キャビティを有し、長手方向に伝搬する波を誘導する導波路に準光学グリッドアレイアセンブリを結合させるためのアダプタにある。このアダプタは、導波路の基本モードとアレイアセンブリの平面における所望の電磁界分布との間で波を変換する。このアダプタは、第１端面、第２端面および波動制限構造物からなる。第１端面は、導波路の端面に結合されるようにされ、導波路の端面の導波路キャビティの大きさに実質的に合致する第１開口部の境界を定める。第２端面は、第１開口部よりも大きい第２開口部の境界を定める。波動制限構造物は、第１開口部と第２開口部の間に設けられ、信号伝搬の長手方向に沿って伝搬する波を誘導する波誘導キャビティの境界を定める。波動制限構造物には、所望の界分布をもたらすためにキャビティ内に所定の大きさの空間断絶を作る手段が含まれる。一実施例においては、これには第１開口部から所定の距離を置いてキャビティ内に設けられた第１のステップ（ｓｔｅｐ）が含まれる。空間断絶は波動制限構造の断面における実質的に急峻な変化として定義され、それは単に内側の壁でもよい。用途にもよるが、典型的には、この断面の変化は好ましくは波長の四分の一未満にかけて生じる。断面における他の変化（大きさおよび形状）も可能であることは当業者には理解されるであろう。したがって、本発明のアダプタは従来の技術およびデバイスよりも実質的に製造しやすく小型になる傾向がある。
【００１３】
さらには、アダプタの内壁の第１のステップは、導波路で伝搬する電界に対して平行方向に誘導キャビティの大きさを調整し、ここでは“Ｅ面”と呼ぶ。また、第１のステップは、電界方向および波の伝搬の長手方向の両方に対して垂直方向に誘導キャビティの大きさを調整することもでき、以下“Ｈ面”と呼ぶ。しかし、好ましくは、本発明のアダプタには誘導キャビティ内に少なくとも２つのステップが含まれる。すなわち、１つはＥ面でキャビティの大きさを調整するもので、他の１つはＨ面でキャビティの大きさを調整するものである。本発明のアダプタは、さらにアダプタ壁内にＥ面で少なくとも１つの追加ステップ、アダプタ壁内にＨ面で少なくとも１つの追加ステップを有してもよい。これらすべてのステップは、アダプタ内にてより上位のモードを励起し、第２開口部にて信号の界分布を形成するように構成されている。
【００１４】
好適な一実施例においては、本発明のアダプタには同アダプタの第２開口部に設けられたグリッドアレイが含まれる。このグリッドアレイアセンブリには、誘電体によって境界をつけられた能動グリッドアレイが含まれ、同誘電体は熱拡散器として機能する。グリッドアレイは、グリッド増幅器、グリッド発振器または他の種類の能動グリッドアレイであってもよい。また、第２開口部は、第２開口部にて入射する界分布を形成するために能動アレイの端部が制限壁から所定の距離だけ離れて配置されるように、大きさが調整されている。
【００１５】
本発明のより詳細な他の面においては、能動型準光学グリッドアレイアセンブリ用の入力フィードデバイスが説明されている。このデバイスは、内部波動制限キャビティを有する方形導波路の長手方向に伝播する信号の基本モードを所望の電界分布を有するマルチモード信号に拡張するものであって、このデバイスは以下の３点を備えている。（１）導波路キャビティの大きさに実質的に合致し、かつ導波路と結合されるようにした第１開口部の境界を定めるインプット。（２）グリッドアレイを収容するようにした第２開口部の境界を定めるアウトプット。（３）インプットとアウトプットの間に設けられ、ＥＭ誘導キャビティの境界を定める波動制限構造物。波動制限構造物には、キャビティ内にインプットから所定の距離の間隔を置いて設けた第１のステップが含まれ、このステップは所定の大きさだけキャビティを拡張させ、それによって導波路の基本モードとより上位のモードとの間の信号の位相および振幅の分布が制御され、所望の界分布が得られる。このステップは、Ｅ面またはＨ面にて誘導キャビティを拡張する。しかし、好ましくは、フィードキャビティには、Ｅ面にてキャビティを拡張するステップおよびＨ面にてキャビティを拡張する第２のステップが含まれる。キャビティ内にはアウトプットにて所望の界分布を得るために追加のステップを含んでもよい。
【００１６】
さらに、他の実施例においては、電磁波コレクターデバイスが開示され、これは、能動型準光学グリッドアレイアセンブリから伝搬するマルチモード信号を内部伝導キャビティを有する方形導波路の基本モードに変換する。このコレクターには、グリッドアレイを収容するようにした第１開口部の境界を定めるインプット、導波路キャビティの大きさに実質的に合致し、導波路に結合されるようにした第２開口部の境界を定めるアウトプット、および同インプットと同アウトプットとの間に設けられ、ＥＭ波誘導キャビティの境界を定める波動伝導構造物が含まれる。
【００１７】
キャビティには、Ｅ面またはＨ面に第１のステップが含まれ、同ステップはインプットから所定の距離の間隔が設けられ、キャビティを所定の大きさだけ収縮させ、それによって信号の位相および振幅の分布が制御され、より上位のモードの信号のパワーがグリッドアレイから基本モードに変換される。さらに好ましくは、キャビティには少なくとも２つのステップが含まれる。１つはＥ面、他の１つはＨ面に設けられるものである。基本モードにより近づけるために、キャビティ内に追加のステップを設けてもよい。
【００１８】
また、波動制限構造物によって境界を付けられた内部キャビティを有する導波路アダプタの一方の端面の標準的な方形導波路の基本モードと、準光学グリッドアレイアセンブリに適したアダプタの反対側の端面の電界分布との間で電磁波信号を変換する方法が開示されている。この方法は、導波路から所定の距離を置いてＥ面上に設けた少なくとも１つの断絶ステップでアダプタの内部壁の大きさを調整することと、導波路から所定の距離を置いてＨ面上に設けた少なくとも１つの空間断絶でアダプタの内部壁の大きさを調整することとからなる。この方法は、グリッドアレイの界分布をさらに特定するために、さらに、アダプタの反対側の端面にグリッドアレイおよび同アレイの境界を付ける誘電体を有するグリッドアレイアセンブリを設ける手順と、反対側の端面のアダプタ壁とグリッドアレイの端部との間の通常の距離を調整する手順を包含してもよい。
【００１９】
好適な実施例の詳細な説明
ここに開示される発明は、アダプタ、またはグリッドアレイ成分が動作する準平面波（準ＴＥＭモード）環境と導波路環境との間の変換である。グリッド増幅器を効率的に動作させるには、同増幅器のエリアにおいて均一な位相および振幅（大きさ）を有する励起ビームが必要となる。また、効率的動作を実現するには、導波環境内にグリッドアレイの出力が再捕捉される（自由空間に拡散するのではなく）場合、グリッドアレイの出力界分布（典型的には、他の分布も可能であるが、基本的には振幅および位相において均一）が導波路構造物の基本モードに強力に結合されていることが求められる。
【００２０】
前記のとおり、ＴＥ１０モードで動作するシングルモード方形導波路は、その開口部を横切って振幅が正弦波的に変化する電界分布をもたらす。ここで開示される導波路アダプタは、振幅および位相を所望の関係にして、標準的な導波路におけるこの基本ＴＥ１０モードを大型ガイドにおけるより上位のモードに結合させ、その結果、入力フィードとして使用された場合にグリッドアレイの励起が効率的に行われる。逆方向での動作時には、出力導波路変換として用いられた場合、同アダプタは出力パワーの効率的なコレクターとして機能する。
【００２１】
図２は本発明の導波路アダプタ１００の一実施例の斜視図であり、併せて一端に従来の方形導波路３００を、また他端に誘電体層２０８と一体になった能動型準光学グリッドアレイ２０２からなるグリッドアレイアッセンブリ２００を同アダプタに組み込まれる位置にある状態にて示している。図３は、図２に示されたものなどの本発明の典型的なアダプタ１００の断面斜視図である。本発明のアダプタの第１端面１１０は、ＴＥシングルモードにて信号を伝搬する典型的な方形導波路３００の端面３１０の開口部３２０と整合または結合されるように設計された第１開口部１２０の境界を定める。水平および垂直の両平面のステップ（ｓｔｅｐ）１０２、１０４、１０６および１０８は、ガイド構造物１００の内部サイズを第１開口部１２０の標準的な基本シングルモード導波路サイズから能動アレイ２０２のサイズと同一またはそれより大きいアダプタの第２端面１３０によって境界が定められる大型のガイド開口部まで拡張する。これらのステップは、その内側をＥＭ信号が伝搬する導通壁１２２、１２４および１２６の境界を定める。図を見てのとおり、ステップ１０２および１０４は、標準的なガイドの電界と平行方向にガイドを拡張する（導波路側から見て）。それゆえ、ステップ１０２および１０４は“Ｅ面”ステップと呼ぶ。ステップ１０６および１０８は電界および伝搬の長手方向の両方に対して垂直であり、それゆえ“Ｈ面”ステップと呼ぶ。各ステップはキャビティ内に空間の断絶を作り、この断絶はキャビティの断面においては比較的急峻な変化であり、その境界は前記のように定められる。しかし、このステップは“鋭い”角度をつけるように加工する必要はない。おおよその目安として、このステップは放射波長の四分の一未満にかけて生じる断面中の変化を作ればよく、具体的用途によって異なってよい。しかも、ステップの数、位置および大きさによってグリッドアレイまたは第２端面１３０の平面での振幅および位相の分布が制御され、ステップ数、位置および大きさは任意に調整できる。
【００２２】
アダプタの制限構造物または壁に加えて、１層またはそれ以上の誘電体２０８を用いて大型ガイドおよび能動アレイで励起されるモード間のインピーダンスマッチングを行ってもよい。図２の実施例においては、１層の誘電体の一表面がグリッドアレイ２０２を支持し、グリッドアレイ−誘電体のアセンブリ全体はアダプタ１００の第２端面１３０に組み込み、および収容することができる。典型的には、ガイドの誘電装荷された部分内の伝搬モード数は空気が充填された部分よりも多い。
【００２３】
これらのステップはアダプタ１００のガイド構造物内でより上位のモードを励起する。これらのモードは伝搬、エバネッセントのいずれでもよい。基本モードに関しては、これらの励起の振幅（大きさ）および位相はステップの横方向の大きさおよび長手方向の位置によって決まる。これらの励起の振幅（大きさ）および位相を制御することで、開口部１２０の基本標準導波路モードと能動アレイ１３０の平面の所望の界分布（例えば、均一な振幅および位相）への近似値との間の変換が実現される。個別制御が可能なより上位のモードの数は標準的ガイドから大型ガイドへの拡張に用いられるステップの数によって決まる。より小さなステップの数をより多く作ることで能動アレイの平面での界分布の形状調整の自由度を高めることができる。
【００２４】
さらに、組み立て時には、能動アレイの端部２２２、２２４、２２６、２２８からアダプタ１００の第２端面１３０の端部、この場合では、壁１２６、１２７、１２８および１２９までの長さｗ、ｘ、ｙも界分布決定において重要であり、分布を改良する際の更なる設計パラメーターとなる。
【００２５】
大型ガイド内での伝搬が可能なモードにおいての空間フーリエ系拡張を用いて、ステップ設計への第１段階に進むことができる。拡張係数の振幅（大きさ）および位相はステップの大きさと長手方向の配置に依存する。
【００２６】
前記のとおり、図２はグリッド増幅器への入力フィードとして構成されたアダプタの詳細図である。つまり、このアダプタは導波路からグリッド増幅器などのグリッドアレイへ信号を送り、同増幅器からは自由空間出力が行われる。しかし、本発明は逆方向のモードでも同様に動作すると解釈されるべきである。すなわち、本発明のアダプタは効率的な出力導波路コレクターまたは“モードコントラクター”として動作してもよい。この実施例では、グリッドアレイは自由空間において複数モードの出力パワー信号を大型アダプタ１００に放射し、同大型アダプタ１００がこの自由空間信号を捕集し、標準的なＴＥＭ導波路へ入力するために、アダプタの内部キャビティを収縮させるアダプタのステップを経由して同信号をシングルモードＴＥＭ信号に減少させる。
【００２７】
内部の波動制限構造物は、通常は導電性の壁であるが、非導電に代えてもよいと解釈されるべきである。
【００２８】
本発明の典型的な実施例を上記のごとく記載したが、更なる変更、修正および改良が当業者において発生するであろうことは明白である。さらに、本技術およびシステムは導波路の信号を所望の分布に適応させるための技術としての使用に限定されないということも明白である。これは、導波路がシングルモードに限定して伝搬するかどうかにかかわらず、またアレイがグリッド増幅器、グリッド発振器または他の種類の準光学グリッドアレイ構造物であるかにかかわらず、いかなる種類の導波路−グリッドアレイへの変換にも適用できる。したがって、本発明は前記の請求項によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の準光学グリッドアレイの分解立体図であり、アレイの差動ペアユニットセルの１つの拡大図を付したものである。
【図２】本発明の導波路アダプタの斜視図であり、一端にて同アダプタへの組込み位置にある方形導波路および他端にて同アダプタへの組込み位置にある能動型準光学グリッドアレイアセンブリを示す。
【図３】本発明のアダプタの断面斜視図であり、Ｅ面に設けられた１つのステップおよびＨ面に設けられた１つのステップを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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