JP3737445B2 - Waveguide-microstrip line converter and converter parts - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯ないしミリ波帯で使用する導波管−マイクロストリップ線路変換器および変換器部品に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
導波管と平面回路に含まれるマイクロストリップ線路とを低損失で適切に接合する部品として、導波管−マイクロストリップ線路変換器が多用されている。
図8は、従来のこの種の導波管−マイクロストリップ線路変換器の構造説明図である。この図では、説明の便宜上、導波管等の肉厚、外壁形状等については省いてある。
図8に示される導波管−マイクロストリップ線路変換器は、内壁長辺の寸法がA、内壁短辺の寸法がBの方形導波管20の定常分布の電界と平行に、マイクロストリップ線路31が形成された誘電体基板30を配置して構成される。方形導波管20の内端面は、マイクロストリップ線路31に対して平行となる短絡面になっている。この短絡面を有する端部の部分は、通常、「導波管バックショート」と呼ばれている。以後の説明では、この端部の部分を導波管バックショート5とする。
マイクロストリップ線路31の先端部(導波管側)は開放され、開放端部32となっている。方形導波管20の伝送基本モードはTE10モードであり、マイクロストリップ線路31の伝送基本モードは準TEMモードである。
【0003】
図9は、このような導波管−マイクロストリップ線路変換器の変換機構における電界分布を表す断面図である。図9では、方形導波管20および導波管バックショート5の肉厚および外壁形状の一部が、マイクロストリップ線路31を通すための孔部1d等を説明するために描かれている。図9に示されるように、変換機構では、方形導波管20のTE10モードの電界分布e1とマイクロストリップ線路31の準TEMモードの電界分布e2とが、方形導波管20の内部および導波管バックショート5のキャビティ(内部空間)内で互いに乱されつつ変換されるようになっている。
【0004】
図10は、導波管−マイクロストリップ線路変換器の等価回路であり、方形導波管20におけるTE10モード伝送線路20’の特性インピーダンスがZ1、分岐接合(a−a’点)されるマイクロストリップ線路31における準TEMモード伝送線路31’の特性インピーダンスがZ2であることを示している。
導波管−マイクロストリップ線路変換器では、これらの特性インピーダンスZ1,Z2の整合が適正にとれている必要がある。そのため、導波管バックショート5の寸法(マイクロストリップ線路31から短絡点50’(図9における導波管バックショート5の短絡面50)までの長さ:以下、「短絡回路線路長」と称する)L、および、マイクロストリップ線路31の開放端部32の寸法が、方形導波管20のサイズ、誘電体基板30の厚み・比誘電率および使用周波数に応じた固有値に選定されている。
【0005】
誘電体基板30は、図11に示されるように、その端部の寸法は方形導波管20の内壁長辺の寸法Aと同じであり、導波管バックショート5のキャビティと接する部分の長さ(図11で破線で示されている部分から下方向の長さ)は、方形導波管20の内壁短辺の寸法Bと同じになっている。マイクロストリップ線路31の線路幅W1は、設定した特性インピーダンスに応じて一意に決まる。開放端部32は、その幅W2がマイクロストリップ線路31の線路幅W1よりもやや広く、方形導波管20の長辺面から長さTだけ導波管内部方向に入るサイズである。開放端部32の幅W2および長さTは、主としてインピーダンス整合の目的で、方形導波管20の内壁サイズや誘電体基板30の材質等に応じて一意に決められる。
【0006】
図12は、導波管バックショート5の概観図である。
導波管バックショート5は、方形導波管20に接合されたときの定常分布における電界と平行となる内端面を短絡面50、一対の内側面をE面とするとともに、上部長辺面の一部に図示のような切欠部53を形成して構成される。方形導波管20との接合を容易にするため、複数の孔部52が形成されたフランジ51がバックショート外壁と一体成型される場合もある。使用時には、誘電体基板30を挟んで方形導波管20に接合する。接合は、方形導波管20と位置決めした後、フランジ51の孔部52に専用のネジを挿入することによって行う。
導波管バックショート5の開口部のサイズは、方形導波管20の開口部と同じである。すなわち、内壁長辺の寸法はA、内壁短辺の寸法はBになっている。
【0007】
上記のように構成される従来の導波管−マイクロストリップ線路変換器の反射特性は、図13のようになる。本来、伝送基本モードの変換に起因して発生する反射波は不要のものであり、所用帯域内では、このような反射波の悪影響を避けるため、反射減衰量−20dB以下を実現するようにしている。
上記のような導波管−マイクロストリップ線路変換器の構造、動作については、特開昭60−230701号、米国特許5202648号の記載を参考にすることができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の導波管−マイクロストリップ線路変換器には、以下のような解決すべき課題がある。
第1の課題は、所用の帯域内でのインピーダンス整合が難しいことである。
図10の等価回路において、導波管−マイクロストリップ線路変換器としての基本的な要求性能は、TE10モード伝送線路20’の特性インピーダンスZ1と、準TEMモード伝送線路31’の特性インピーダンスZ2の不整合が無いことである。通常、使用周波数における特性インピーダンスZ1は300オーム〜500オーム(電圧と電流により定義)であり、特性インピーダンスZ2は50オームに選定される。このように差が大きい特性インピーダンス同士を整合すること自体容易なことではないが、導波管−マイクロストリップ線路変換器においては電磁界の分布そのものが全く異なっていることも、インピーダンス整合を困難にしている要因となっている。
【0009】
製造に際しては、導波管バックショート5の短絡回路線路長L、開放端部32の幅W2および長さTを、予め計算によって求めた最適値に選んで加工するが、加工精度に起因して上記の最適値が計算した値から外れ、反射特性の劣化を招く場合がある。この反射特性の劣化が無視できない値になると、導波管−マイクロストリップ線路変換器ないしこれを搭載した装置全体の性能劣化につながるため、「広帯域整合」または「整合の調節機能」を付加する対策が必要となる。
【0010】
第2の課題は、導波管バックショート5を小型化できない点である。
方形導波管20のサイズは、使用周波数が低いほど大きくなるため、導波管バックショート5の物理的なサイズもそれにつれて大きくなる。図10の等価回路において、短絡線路長Lは、a−a’点から短絡回路側を見て「開放」になる長さである必要があるため、方形導波管20の管内波長の1/4波長付近に選ばれる。したがって、マイクロ波帯において10GHz以下の周波数帯で使用する導波管−マイクロストリップ線路変換器を製造するときは、導波管バックショート5の寸法がネックとなる。
【0011】
本発明は、これらの課題を解決し、物理的な構造に応じて定まる変換機構の特性、例えば反射特性等を電気的に調節し得る改良された導波管−マイクロストリップ線路変換器および変換器部品を提供することを、その課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、伝送基本モードの変換性能を維持しつつ、例えば管内波長を等価的に増減させることができ、これによって、変換機構の特性を事後的に調節することができる導波管−マイクロストリップ線路変換器を提供する。
この導波管−マイクロストリップ線路変換器は、導波管と、この導波管における定常分布の電界と平行に配されたマイクロストリップ線路との間の伝送基本モードを変換する変換機構を備え、該変換機構の特性が前記導波管の所定部位の物理的な構造に応じて定まる導波管−マイクロストリップ線路変換器において、前記所定部位に、前記変換特性を電気的に変化させる金属部材を配備したものである。ここでいう「特性」は、例えば上述の反射特性、インピーダンス特性その他の電気的特性である。「物理的な構造」は、例えば、上述の内壁長辺、内壁短辺、短絡回路線路長である。
このような導波管−マイクロストリップ線路変換器では、導波管内の電界分布が金属部材に集中するため、特性の事後的な調節が可能になる。
【0013】
前記導波管の伝送基本モードがTE10モード、前記マイクロストリップ線路の伝送基本モードが準TEMモード、前記所定部位が、前記導波管における定常分布の電界と平行となる短絡面をその内端面に有し、且つ、2つのE面をその内側面に有する導波管端部である場合、前記金属部材は、それぞれ前記短絡面および2つのE面の各々の面と直交する方向に配備される。短絡面のみ、あるいは2つのE面のいずれかのみに金属部材を配備する構成も可能である。いずれの場合も、各々の面から導波管内部に突出するサイズが調節可能なものとすることが望ましい。
金属部材は、導波管内部への挿入長が調節できるように導波管端部の外壁で支持された所定形状のものである。ネジ止め機構を備えたネジであってもよい。
【0014】
前記導波管端部は、その表面の一部又は全部をメタライズ処理した樹脂成型品であってもよく、また、前記金属部材の一部が、該樹脂成型品に固定されているものであってもよい。このようにすれば、量産が容易になり、大幅なコストダウンが可能になる。
【0015】
本発明の他の導波管−マイクロストリップ線路変換器は、TE10モードの導波管と、この導波管における定常分布の電界と平行に配された準TEMモードのマイクロストリップ線路との間の伝送基本モードを変換する変換機構を備え、該変換機構の特性が、その内側に前記マイクロストリップ線路と接するキャビティが形成された導波管端部の物理的な構造に応じて定まる導波管−マイクロストリップ線路変換器において、前記キャビティに、その形状および比誘電率に応じて前記変換特性を変化させる誘電体を交換自在に配備したものである。
前記キャビティの全空間に、その形状および比誘電率に応じて前記変換特性を変化させる誘電体を充填するようにしてもよい。このようにすれば、所要の特性の調節を可能にしつつ、変換器サイズをより小型にすることができる。
前記導波管端部バックショートは、その表面の一部又は全部をメタライズ処理した樹脂成型品で構成することができる。
【0016】
本発明の変換器部品は、TE10モードの導波管と、この導波管における定常分布の電界と平行に配された準TEMモードのマイクロストリップ線路との間の伝送基本モードを変換する導波管−マイクロストリップ線路変換器に用いられる変換器部品であって、前記導波管における定常分布の電界と平行の短絡面をその内端面に有し、且つ、2つのE面をその内側面に有し、それぞれ前記短絡面および2つのE面の各々の面には、当該面と直交する方向に金属部材が配備されており、該金属部材は、導波管内部に突出するサイズが調節可能なものであり、前記突出したサイズに応じて前記変換特性を電気的に変化させるものである。
この変換器部品の表面の一部又は全部がメタライズ処理された樹脂によって成型され、前記金属部材の一部が、該樹脂に固定されるようにしてもよい。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態による導波管−マイクロストリップ線路変換器の構造説明図である。便宜上、図8に示した従来のものと同一構成要素については、同一符号を付す。図1において、方形導波管20等の肉厚、外壁形状等を省いてある点は、図8と同じである。また、方形導波管20の定常分布の電界と平行にマイクロストリップ線路31が形成された誘電体基板30を配置した点、マイクロストリップ線路31の先端部に開放端部32が形成されている点も、図8に示したものと同じである。方形導波管20の伝送基本モードはTE10モードであり、マイクロストリップ線路31の伝送基本モードは準TEMモードである。
【0018】
この実施形態の導波管−マイクロストリップ線路変換器は、導波管バックショートの構造が、図8に示した導波管バックショート5と異なる(但し、導電性部材からなる点は同じ)。
この実施形態の導波管バックショート1は、等価的に短絡回路線路長Lを増減させ、これによってモード変換時のインピーダンスを整合させる構造を有している。具体的には、導波管バックショート1の短絡面1aおよび2つのE面1b,1cの各々に、金属部材の一例となる金属ポスト10,11,12を各面と垂直方向に挿入し、且つ、各金属ポスト10,11,12の導波管バックショート1内への挿入長、つまり短絡面からの突出サイズを可変にし、これによって、事後的なインピーダンス整合のための調節機構を実現している。各面1a1b,1cにおける金属ポスト10,11,12の配備位置は任意でよいが、望ましくは、中央付近とする。
なお、金属ポスト10,11,12は、外壁孔部によって支持されるようにしてもよく、外壁面に取り付けられた往復移動の支持機構によって支持されるようにしてもよい。金属ポスト自体が伸縮するものであってもよい。また、金属ポスト10,11,12に代えて、ねじ込み式の金属スクリュー(金属ビス)を用いることもできる。
【0019】
導波管バックショート1の短絡面1aに金属ポスト10を挿入すると、電界分布が金属ポスト10に集中するため、等価的に短絡線路長Lを可変にすることができる。E面1b,1cに垂直に配備される金属ポスト11,12の場合は、等価的に内壁長辺の寸法Aを短縮することなり、導波管バックショート1内のTE10モードにおける管内波長を長くすることができる。すなわち、短絡回路線路長Lが一定であったとしても、管内波長が長くなる分だけ、短絡線路電気角Φが減少する。
【0020】
TE10モードの内壁長辺の寸法Aと管内波長λgoの関係は、以下の式で表される。
λgo=λo/√X
X=1−(λo/(2A))2 ・・・(1)
但し、λoは自由空間波長である。また、短絡線路電気角Φは、以下の式で表される。
Φ=2πL/λgo ・・・(2)
【0021】
金属ポスト10,11,12は、電界に対してそれぞれ独立に作用するものなので、図示のように3本同時に使用する必要はなく、1本ないし2本のみの使用であってもよい。また、金属ポスト10,11,12の使用数は、導波管−マイクロストリップ線路変換器に要求される性能、導波管バックショート1の加工精度によって任意に決めてもよい。
【0022】
図2は、この実施形態による導波管−マイクロストリップ線路変換器における変換部の電界分布を示す図である。方形導波管20におけるTE10モードおよびマイクロストリップ線路における準TEMモードとも、実際には電界の向きは半波長ごとに反転するが、図2では、概念理解を優先するため、各モードとも半波長内の分布を示している。また、金属ポストは、短絡面に配備したものだけを例示している。図2に示す例の場合、電界分布は、金属ポスト10に集中しており、その挿入長Sを長くすれば、等価的に短絡線路長Lが短くなり、逆に挿入長Sが短くなれば、等価的に短絡線路長Lが長くなる。このように、短絡回路線路長Lが一定であったとしても、管内波長が長くなる分だけ短絡線路電気角が減少する。金属ポスト10の挿入量Sを可変にすることにより、短絡線路長Lを任意に調節することができる。
金属ポスト11,12についても、その挿入長が長くなるほど、等価的に内壁長辺の寸法Aが短くなるので、導波管バックショート内を伝送するTE10モードの管内波長を長くすることができる。
【0023】
この実施形態によって変化する導波管−マイクロストリップ線路変換器の特性の例として、17GHz帯での反射特性を図14に示す。図13に示した従来の導波管−マイクロストリップ線路変換器の反射特性に比べて改善されていることが理解できるであろう。
【0024】
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態による導波管−マイクロストリップ線路変換器の構造を図3に示す。便宜上、図8に示した従来のものと同一構成要素については、同一符号を付してある。図3において、方形導波管20等の肉厚、外壁形状等を省いてある点は、図1および図8と同じである。また、方形導波管20の定常分布の電界と平行に、マイクロストリップ線路31が形成された誘電体基板30を配置した点、マイクロストリップ線路31の先端部に開放端部32が形成されている点も、図1および図8に示したものと同じである。方形導波管20なので、その伝送基本モードはTE10モード、マイクロストリップ線路31の伝送基本モードは準TEMモードである。
【0025】
この実施形態では、導波管バックショート2内のキャビティに、誘電体13を交換自在に配備している。誘電体13の材質としては、例えば比誘電率εrが2程度のテフロン(登録商標)を用いることができる。
キャビティ内に誘電体13が存在するときのTE10モード管内波長λgは、以下の式で表すことができる。
λg=λgo/√(η・εr) ・・・(3)
但し、ηは誘電体充填率(キャビティの全空間に占める誘電体の割合)、εrはその誘電体の比誘電率、λgoはεrが「1」のときの管内波長である。
【0026】
上記の誘電体充填率ηおよび比誘電率εrを可変にすることにより、管内波長λgoを変えることができ、さらに、導波管−マイクロストリップ線路変換器における変換機構の特性、例えば上述した短絡線路電気角Φを事後的に調節することができる。誘電体充填率ηは、誘電体の寸法で決まり、比誘電率εrはその誘電体の種類で決まる。
【0027】
誘電体13の形状は、自由に選ぶことができ、この形状と比誘電率εrの値によっては誘電体自身による反射波そのものがインピーダンス整合に寄与する場合もあり、結果的に、事後的に電気的に調節できる範囲が拡がることになる。
【0028】
図3では、誘電体13として、ステップ状に加工したテフロン(登録商標)を用いたが、これは、導波管−マイクロストリップ線路変換器のサイズがミリ波帯域程度になると、十分にサイズが小さくなるため、サイズの小型化よりもインピーダンス特性の向上、すなわちインピーダンス整合の方を重視したためである。ステップ状に加工することにより、また、誘電体13の位置を変えることにより、事後的なインピーダンス特性の調節が容易になる。つまり、ステップの位置および形状の変化によりインピーダンス値をステップ的に変えることができ、誘電体13の位置を変えることにより、その値の微調整が可能になる。
【0029】
図4は、第2実施形態による導波管−マイクロストリップ線路変換器における変換部の電界分布を示す図である。図4から明らかなように、電界分布は、誘電体13の形状に応じて変化する。そのため、短絡線路長L1,L2,L3を可変にすることにより、その微調整を行うことができる。
誘電体13は、図5(a)のようなステップ状の誘電体13のほか、図5(b)のようなテーパ状の誘電体14、図5(c)のような平面状の誘電体15を用いることもできる。テーパ状の誘電体14では、インピーダンスがテーパ状に変化するので、インピーダンス特性の調節がより容易になる。
【0030】
<第3実施形態>
図6は第3実施形態による導波管−マイクロストリップ線路変換器における、導波管バックショートの概観図である。
図示の導波管バックショート3は、第1実施形態において説明した導電性部材からなる導波管バックショートをプラスチック成型品に置き換えたものである。その際、電磁界境界条件を金属加工品(第1実施形態の導波管バックショート1)と等価にするため、プラスチック成型品の外面および内面をメタライズ処理している。符号40,41,42はメタライズ処理され、その位置が固定されたメタライズポストである。
【0031】
プラスチックの表面にメタライズする技術は一般的であるが、マイクロ波帯およびミリ波帯で所定の伝送特性を保証するに十分なメタライズ処理の際の膜厚は当然のことながら高精度であることが要求される。
本発明者らの実験によれば、メタライズ処理に使用する金属の種類と伝送周波数により一義的に算出できるスキンディップス値の5倍以上の膜厚とすることにより、導電性部材の場合とほぼ同じ特性の導波管バックショート3になることが判明している。
【0032】
図7は、図6に示したメタライズポスト40,41,42では電気的特性が安定せず、キャビティ方向への挿入長を可変する必要がある場合に、ポストのうち一部又は全部の挿入長を可変できるように金属のビス43,44,45に置き換えたものである。
【0033】
<第4実施形態>
第2実施形態では、誘電体13をキャビティ内に交換自在に配備した場合の例を説明したが、誘電体は、導波管バックショートの一部のみならず、全体にわたって充填するようにしてもよい。例えば、上記の第2の課題は、比誘電率が4.0の誘電体を100%の充填率で充填することによって容易に解決することができる。
【0034】
10GHz帯における従来の導波管−マイクロストリップ線路変換器を構成した場合を例に挙げて説明すると、その改善度合いは明確である。
すなわち、方形導波管20はWR90(EIA規格)とし、内壁長辺の寸法Aが22.86mm、内壁短辺の寸法Bが10.16mmであるの10GHzにおける特性インピーダンス(電圧と電流により定義)Z1は、348オームである。これを特性インピーダンスZ2が50オームのマイクロストリップ線路31にモード変換するとき、導波管バックショートの短絡回路線路長Lを1/4波長(管内波長)に選ぶと10mmが必要となる。ところが、導波管バックショート内のキャビティに比誘電率が4.0の誘電体を100%の充填率で充填すると、導波管バックショートの短絡回路線路長Lは5mmに短縮できる。これは、誘電体を充填することにより、導波管の管内波長が短縮されたことを意味する。充填する誘電体の誘電率と管内波長の関係は、上記の(3)式と同じである。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、例えば導波管端部の加工のばらつきのような物理的な構造変化ないし不良に起因する特性不良(インピーダンス不整合等)を事後的に改善できるという特有の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態による導波管−マイクロストリップ線路変換器の概観図。
【図2】第1実施形態による導波管−マイクロストリップ線路変換器の変換部電界分布の説明図。
【図3】本発明の第2実施形態による導波管−マイクロストリップ線路変換器の概観図。
【図4】第2実施形態による導波管−マイクロストリップ線路変換器の変換部電界分布の説明図。
【図5】 誘電体の形状を表す図で、(a)はステップ状の誘電体、(b)はテーパ状の誘電体、(c)は直線状の誘電体の例を示している。
【図6】その表面がメタライズされた導波管バックショートの説明図。
【図7】その表面および成型金属ポストの表面がメタライズされた導波管バックショートの説明図。
【図8】従来の導波管−マイクロストリップ線路変換器の概観図。
【図9】従来の導波管−マイクロストリップ線路変換器の変換部電界分布の説明図。
【図10】 導波管−マイクロストリップ線路変換器の等価回路。
【図11】 マイクロストリップ線路が形成された誘電体基板の構造説明図。
【図12】 従来の導波管バックショートの概観図。
【図13】 従来の導波管−マイクロストリップ線路変換器の反射特性図。
【図14】 第1実施形態による導波管−マイクロストリップ線路変換器の反射特性図。
【符号の説明】
1,2,3,5 導波管バックショート
1a、50 短絡面
1b,1c E面
1d マイクロストリップ線路を通すための孔部
10,11,12, 金属ポスト(スクリュージ、ネジ)
40,41,42,43,44,45 メタライズポスト(スクリュー、ネジ)
13,14,15 誘電体
20 方形導波管
30 誘電体板
31 マイクロストリップ線路
32 開放端部
51 フランジ
52 ネジ用孔部
53 切欠部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a waveguide-microstrip line converter and a converter component used in a microwave band or a millimeter wave band.
[0002]
[Prior art]
A waveguide-microstrip line converter is frequently used as a component for appropriately joining a waveguide and a microstrip line included in a planar circuit with low loss.
FIG. 8 is an explanatory view of the structure of a conventional waveguide-microstrip line converter of this type. In this figure, for convenience of explanation, the thickness of the waveguide and the outer wall shape are omitted.
In the waveguide-microstrip line converter shown in FIG. 8, the
The tip end portion (waveguide side) of the
[0003]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the electric field distribution in the conversion mechanism of such a waveguide-microstrip line converter. In FIG. 9, the thickness and part of the outer wall shape of the
[0004]
FIG. 10 is an equivalent circuit of a waveguide-microstrip line converter, in which the characteristic impedance of the TE10
In the waveguide-microstrip line converter, the characteristic impedances Z1 and Z2 need to be properly matched. Therefore, the dimension of the waveguide back short 5 (length from the
[0005]
As shown in FIG. 11, the
[0006]
FIG. 12 is a schematic view of the waveguide back short 5.
The waveguide back short 5 has an inner end face parallel to the electric field in the steady distribution when joined to the
The size of the opening of the waveguide back short 5 is the same as the opening of the
[0007]
The reflection characteristics of the conventional waveguide-microstrip line converter configured as described above are as shown in FIG. Originally, the reflected wave generated due to the conversion of the transmission fundamental mode is unnecessary. In order to avoid the adverse effect of the reflected wave in the required band, the return loss of −20 dB or less should be realized. Yes.
Regarding the structure and operation of the waveguide-microstrip line converter as described above, reference can be made to the descriptions in JP-A-60-230701 and US Pat. No. 5,202,648.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described conventional waveguide-microstrip line converter has the following problems to be solved.
The first problem is that impedance matching is difficult within a desired band.
In the equivalent circuit of FIG. 10, the basic required performance as a waveguide-microstrip line converter is that the characteristic impedance Z1 of the TE10
[0009]
At the time of manufacture, the short circuit circuit line length L of the waveguide back short 5 and the width W2 and length T of the
[0010]
The second problem is that the waveguide back short 5 cannot be miniaturized.
Since the size of the
[0011]
The present invention solves these problems, and an improved waveguide-microstrip line converter and converter capable of electrically adjusting the characteristics of a conversion mechanism determined according to a physical structure, such as reflection characteristics, etc. Providing parts is an issue.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a waveguide-microstrip capable of, for example, increasing / decreasing the guide wavelength equivalently while maintaining the conversion performance of the transmission fundamental mode, and thereby adjusting the characteristics of the conversion mechanism afterwards. A line converter is provided.
The waveguide-microstrip line converter includes a conversion mechanism for converting a transmission fundamental mode between the waveguide and a microstrip line arranged in parallel with the electric field of steady distribution in the waveguide, In the waveguide-microstrip line converter in which the characteristics of the conversion mechanism are determined according to the physical structure of the predetermined portion of the waveguide, a metal member that electrically changes the conversion characteristics is provided at the predetermined portion. It has been deployed. The “characteristic” here is, for example, the above-described reflection characteristic, impedance characteristic, or other electrical characteristic. The “physical structure” is, for example, the above-mentioned inner wall long side, inner wall short side, and short circuit line length.
In such a waveguide-microstrip line converter, since the electric field distribution in the waveguide is concentrated on the metal member, the characteristics can be adjusted afterwards.
[0013]
The transmission fundamental mode of the waveguide is a TE10 mode, the transmission fundamental mode of the microstrip line is a quasi-TEM mode, and the predetermined portion is a short-circuited surface parallel to a steady-distributed electric field in the waveguide. And the metal member is disposed in a direction perpendicular to each of the short-circuit plane and each of the two E planes. . A configuration in which the metal member is provided only on the short-circuit surface or only on one of the two E surfaces is also possible. In any case, it is desirable that the size protruding from each surface into the waveguide is adjustable.
The metal member has a predetermined shape supported by the outer wall of the waveguide end so that the insertion length into the waveguide can be adjusted. It may be a screw provided with a screwing mechanism.
[0014]
The waveguide end may be a resin molded product obtained by metallizing a part or all of the surface thereof, and a part of the metal member is fixed to the resin molded product. May be. In this way, mass production becomes easy and a significant cost reduction is possible.
[0015]
Another waveguide-microstrip line converter of the present invention is provided between a TE10 mode waveguide and a quasi-TEM mode microstrip line placed in parallel with a stationary electric field in the waveguide. A waveguide having a conversion mechanism for converting a transmission fundamental mode, and the characteristics of the conversion mechanism are determined according to the physical structure of the end of the waveguide in which a cavity in contact with the microstrip line is formed. In the microstrip line converter, a dielectric that changes the conversion characteristics in accordance with the shape and relative permittivity of the cavity is replaceably provided.
The entire space of the cavity may be filled with a dielectric that changes the conversion characteristics according to its shape and relative dielectric constant. In this way, it is possible to reduce the size of the converter while allowing adjustment of required characteristics.
The waveguide end back short can be formed of a resin molded product obtained by metallizing part or all of its surface.
[0016]
The converter component of the present invention is a waveguide that converts a transmission fundamental mode between a TE10 mode waveguide and a quasi-TEM mode microstrip line arranged in parallel with the electric field of steady distribution in the waveguide. A converter part used in a tube-microstrip line converter, having a short-circuited surface parallel to a steady-distributed electric field in the waveguide on its inner end surface, and two E-planes on its inner surface Each of the short-circuit plane and the two E planes is provided with a metal member in a direction perpendicular to the plane, and the metal member can be adjusted in size to protrude into the waveguide. Therefore, the conversion characteristics are electrically changed according to the protruding size.
A part or all of the surface of the converter part may be molded with a resin subjected to metallization, and a part of the metal member may be fixed to the resin.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is an explanatory view of the structure of a waveguide-microstrip line converter according to a first embodiment of the present invention. For convenience, the same components as those of the conventional one shown in FIG. 1 is the same as FIG. 8 in that the thickness, outer wall shape, and the like of the
[0018]
The waveguide-microstrip line converter of this embodiment is different from the waveguide back short 5 shown in FIG. 8 in the structure of the waveguide back short (however, the point made of a conductive member is the same).
The waveguide back short 1 of this embodiment has a structure in which the short circuit line length L is increased or decreased equivalently, thereby matching the impedance at the time of mode conversion. Specifically,
The metal posts 10, 11, and 12 may be supported by the outer wall hole, or may be supported by a reciprocating support mechanism attached to the outer wall surface. The metal post itself may expand and contract. Further, in place of the metal posts 10, 11, 12, screw-in type metal screws (metal screws) can be used.
[0019]
When the
[0020]
The relationship between the dimension A of the inner wall long side of the TE10 mode and the guide wavelength λgo is expressed by the following equation.
λgo = λo / √X
X = 1− (λo / (2A)) 2 (1)
Where λo is a free space wavelength. Further, the short-circuit line electrical angle Φ is expressed by the following equation.
Φ = 2πL / λgo (2)
[0021]
Since the metal posts 10, 11, and 12 act independently with respect to the electric field, it is not necessary to use three at the same time as shown in the figure, and only one or two may be used. Further, the number of
[0022]
FIG. 2 is a diagram showing the electric field distribution of the conversion unit in the waveguide-microstrip line converter according to this embodiment. In both the TE10 mode in the
As the insertion length of the metal posts 11 and 12 is increased, the inner wall long side dimension A is equivalently shortened, so that the TE10 mode waveguide wavelength transmitted in the waveguide back short can be increased.
[0023]
As an example of the characteristics of the waveguide-microstrip line converter that changes according to this embodiment, the reflection characteristics in the 17 GHz band are shown in FIG. It can be seen that the reflection characteristics of the conventional waveguide-microstrip line converter shown in FIG. 13 are improved.
[0024]
Second Embodiment
The structure of the waveguide-microstrip line converter according to the second embodiment of the present invention is shown in FIG. For convenience, the same components as those of the conventional one shown in FIG. 3 is the same as FIGS. 1 and 8 in that the thickness, outer wall shape, and the like of the
[0025]
In this embodiment, a dielectric 13 is replaceably disposed in a cavity in the waveguide back short 2. As a material of the dielectric 13, for example, Teflon (registered trademark) having a relative dielectric constant εr of about 2 can be used.
The TE10 mode in-tube wavelength λg when the dielectric 13 is present in the cavity can be expressed by the following equation.
λg = λgo / √ (η · εr) (3)
Where η is the dielectric filling factor (ratio of the dielectric occupying the entire space of the cavity), εr is the relative dielectric constant of the dielectric, and λgo is the in-tube wavelength when εr is “1”.
[0026]
By making the dielectric filling factor η and the relative dielectric constant εr variable, the guide wavelength λgo can be changed, and the characteristics of the conversion mechanism in the waveguide-microstrip line converter, for example, the short-circuit line described above The electrical angle Φ can be adjusted afterwards. The dielectric filling factor η is determined by the size of the dielectric, and the relative dielectric constant εr is determined by the type of the dielectric.
[0027]
The shape of the dielectric 13 can be freely selected, and depending on the shape and the value of the relative permittivity εr, the reflected wave itself from the dielectric itself may contribute to impedance matching. Range that can be adjusted automatically.
[0028]
In FIG. 3, Teflon (registered trademark) processed in a step shape is used as the dielectric 13, but this is sufficiently large when the size of the waveguide-microstrip line converter is about the millimeter wave band. This is because improvement in impedance characteristics, that is, impedance matching, is more important than size reduction. By processing in a step-like manner and changing the position of the dielectric 13, the subsequent adjustment of impedance characteristics becomes easy. That is, the impedance value can be changed stepwise by changing the position and shape of the step, and the value can be finely adjusted by changing the position of the dielectric 13.
[0029]
FIG. 4 is a diagram illustrating an electric field distribution of a conversion unit in the waveguide-microstrip line converter according to the second embodiment. As is apparent from FIG. 4, the electric field distribution changes according to the shape of the dielectric 13. Therefore, fine adjustment can be performed by making short circuit line length L1, L2, L3 variable.
The dielectric 13 includes a step-shaped
[0030]
<Third Embodiment>
FIG. 6 is a schematic view of a waveguide back short in the waveguide-microstrip line converter according to the third embodiment.
The illustrated waveguide back short 3 is obtained by replacing the waveguide back short made of a conductive member described in the first embodiment with a plastic molded product. At that time, in order to make the electromagnetic field boundary condition equivalent to the metal processed product (waveguide back short 1 of the first embodiment), the outer surface and the inner surface of the plastic molded product are metalized.
[0031]
The technology of metallizing on the surface of plastic is common, but the film thickness at the time of metallization sufficient to guarantee the predetermined transmission characteristics in the microwave band and the millimeter wave band should naturally be highly accurate. Required.
According to the experiments by the present inventors, by setting the film thickness to 5 times or more the skin dips value that can be uniquely calculated by the type of metal used for the metallization process and the transmission frequency, it is almost the same as the case of the conductive member. It has been found that the
[0032]
FIG. 7 shows a case where the metallized posts 40, 41, and 42 shown in FIG. 6 have unstable electrical characteristics and the insertion length in the cavity direction needs to be variable. Is replaced with
[0033]
<Fourth embodiment>
In the second embodiment, the example in which the dielectric 13 is replaceably disposed in the cavity has been described. However, the dielectric may be filled not only in a part of the waveguide back short, but also in the whole. Good. For example, the second problem can be easily solved by filling a dielectric having a relative dielectric constant of 4.0 with a filling rate of 100%.
[0034]
Taking the case of configuring a conventional waveguide-microstrip line converter in the 10 GHz band as an example, the degree of improvement is clear.
That is, the
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to improve characteristic failures (impedance mismatch etc.) afterwards due to physical structural changes or defects such as variations in processing of the waveguide end portions. A unique effect is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overview of a waveguide-microstrip line converter according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an electric field distribution of a conversion part of the waveguide-microstrip line converter according to the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic view of a waveguide-microstrip line converter according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an electric field distribution of a conversion part of a waveguide-microstrip line converter according to a second embodiment.
5A and 5B are diagrams showing the shape of a dielectric, in which FIG. 5A shows an example of a step-like dielectric, FIG. 5B shows an example of a tapered dielectric, and FIG. 5C shows an example of a linear dielectric.
FIG. 6 is an explanatory view of a waveguide back short whose surface is metallized.
FIG. 7 is an explanatory view of a waveguide back short in which the surface and the surface of a molded metal post are metallized.
FIG. 8 is a schematic view of a conventional waveguide-microstrip line converter.
FIG. 9 is an explanatory view of a conversion portion electric field distribution of a conventional waveguide-microstrip line converter.
FIG. 10 is an equivalent circuit of a waveguide-microstrip line converter.
FIG. 11 is a structural explanatory diagram of a dielectric substrate on which a microstrip line is formed.
FIG. 12 is a schematic view of a conventional waveguide back short.
FIG. 13 is a reflection characteristic diagram of a conventional waveguide-microstrip line converter.
FIG. 14 is a reflection characteristic diagram of the waveguide-microstrip line converter according to the first embodiment.
[Explanation of symbols]
1, 2, 3, 5 Waveguide back short 1a, 50
10,11,12, metal post (screw screw, screw)
40,41,42,43,44,45 Metallized post (screw, screw)
13, 14, 15
Claims (2)
該変換機構の特性が、その内側に前記マイクロストリップ線路と接するキャビティが形成された導波管端部の物理的な構造に応じて定まる導波管−マイクロストリップ線路変換器において、
前記キャビティに、その形状および比誘電率に応じて前記変換特性を変化させる誘電体を交換自在に配備したことを特徴とする、
導波管−マイクロストリップ線路変換器。Comprising TE10 mode and waveguide, a conversion mechanism for converting a transmission fundamental mode between the microstrip line of the quasi-TEM mode disposed in parallel to the electric field of the TE10 mode in the waveguide,
In the microstrip line converter, - properties of the conversion mechanism, inside the microstrip line in contact with the waveguide which is determined depending on the physical structure of the waveguide end cavity is formed
It said cavity, characterized by being deployed freely exchanged change is causing dielectric the conversion characteristics in accordance with the shape and dielectric constant,
Waveguide-microstrip line converter.
請求項1記載の導波管−マイクロストリップ線路変換器。The waveguide end is a resin molded product obtained by metallizing a part or all of the surface thereof ,
The waveguide-microstrip line converter according to claim 1.
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