JP7186932B2

JP7186932B2 - 導波管モード測定装置、導波管モード測定方法及び導波管システム

Info

Publication number: JP7186932B2
Application number: JP2022543204A
Authority: JP
Inventors: 伸一山本; 宏昌中嶋; 秀憲湯川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-08-20
Filing date: 2020-08-20
Publication date: 2022-12-09
Anticipated expiration: 2040-08-20
Also published as: WO2022038725A1; JPWO2022038725A1

Description

本開示は、導波管モード測定装置と、導波管モード測定方法と、導波管システムとに関するものである。

円形導波管が有している複数の導波管モードにおけるそれぞれの電磁波の振幅を測定する方法として、ホーンアンテナを用いて、導波管モード内の電磁波を空間に放射させ、空間における電磁波の放射パターンを解析することによって、それぞれの電磁波の振幅を測定する方法（以下「従来の導波管モード測定方法」という）がある。

ところで、円形導波管の周囲に複数の同軸ケーブルを接続することによって、それぞれの同軸ケーブルから、当該円形導波管が有しているＴＭ０１モードの電磁波の取り出しを可能にしている電力分配器がある（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１６－０４０９００号公報

従来の導波管モード測定方法では、円形導波管内の電磁波の電力によっては、空間に放射された電磁波が、円形導波管の周辺機器に対して電磁障害等の悪影響を及ぼしてしまうことがある。周辺機器に対する悪影響を抑えるには、空間への電磁波の放射を止めなければならないことがある。従来の導波管モード測定方法では、空間への電磁波の放射を止めてしまうと、電磁波の振幅を測定することができなくなるという課題があった。
なお、特許文献１に開示されている電力分配器を従来の導波管モード測定装置に適用しても、周辺機器に対する悪影響を抑えることができないため、上記課題を解決できない。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、円形導波管内の電磁波を空間に放射させることなく、電磁波の振幅を測定することができる導波管モード測定装置及び導波管モード測定方法を得ることを目的とする。

本開示に係る導波管モード測定装置は、管壁を有する円形導波管を伝搬するＴＭ０１モードの電磁波、又は、円形導波管を伝搬するＴＥ１１モードの電磁波の振幅を測定する導波管モード測定装置であって、管壁を貫通している複数の孔のそれぞれに挿入された複数のプローブの端部に接続された測定器から、それぞれのプローブに現れている電圧の測定値を取得する測定値取得部と、測定値取得部により取得された複数の測定値の平均値を算出する平均値算出部と、平均値算出部により算出された平均値から、ＴＭ０１モードにおける電磁波の振幅を算出する第１の振幅算出処理部、又は、測定値取得部により取得されたそれぞれの測定値から、平均値算出部により算出された平均値を減算し、平均値減算後の複数の測定値の重み付け平均値を算出し、重み付け平均値から、ＴＥ１１モードにおける電磁波の振幅を算出する第２の振幅算出処理部のうち、１つ以上の振幅算出処理部を備える振幅算出部とを備えるものである。

本開示によれば、円形導波管内の電磁波を空間に放射させることなく、電磁波の振幅を測定することができる。

実施の形態１に係る導波管システムを示す構成図である。実施の形態１に係る導波管装置１を示す斜視図である。実施の形態１に係る導波管装置１を示す側面図である。実施の形態１に係る導波管装置１を示す断面図である。実施の形態１に係る導波管装置１の要部を示す拡大図である。実施の形態１に係る導波管モード測定装置５を示す構成図である。実施の形態１に係る導波管モード測定装置５のハードウェアを示すハードウェア構成図である。導波管モード測定装置５が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。図９Ａは、ＴＥ１１Ａモードにおける電磁波の電界及び磁界のそれぞれを示す説明図、図９Ｂは、ＴＥ１１Ｂモードにおける電磁波の電界及び磁界のそれぞれを示す説明図、図９Ｃは、ＴＭ０１モードにおける電磁波の電界及び磁界のそれぞれを示す説明図である。導波管モード測定装置５の処理手順である導波管モード測定方法を示すフローチャートである。実施の形態２に係る導波管システムを示す構成図である。実施の形態２に係る導波管装置１を示す側面図である。実施の形態２に係る導波管装置１を示す断面図である。

以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る導波管システムを示す構成図である。
図１に示す導波管システムは、導波管装置１、測定器４及び導波管モード測定装置５を備えている。
導波管装置１は、円形導波管２及び２のｎ乗本のプローブ３を備えている。ｎは、２以上の整数である。
図１に示す導波管システムでは、ｎ＝３であり、導波管装置１が、２の３乗本（＝８本）のプローブ３－１～３－８を備えている。以下、プローブ３－１～３－８を区別しない場合、プローブ３のように表記することがある。
円形導波管２は、導波管モードとして、ＴＭ０１モード及びＴＥ１１モードのそれぞれを有している。
図１に示す円形導波管２は、ＴＭ０１モード及びＴＥ１１モードのそれぞれを有していればよく、ＴＭ０１モード及びＴＥ１１モードのそれぞれと異なる導波管モードを更に有していてよい。

図２は、実施の形態１に係る導波管装置１を示す斜視図であり、図３は、実施の形態１に係る導波管装置１を示す側面図であり、図４は、実施の形態１に係る導波管装置１を示す断面図である。
図５は、実施の形態１に係る導波管装置１の要部を示す拡大図である。
円形導波管２は、管壁２ａを有しており、管壁２ａには、貫通孔として、複数の孔２ｂが施されている。
孔２ｂの数は、２のｎ乗個であり、２のｎ乗個の孔２ｂが、管壁２ａの円周方向に４５度の間隔で並んでいる。図１に示す導波管システムでは、ｎ＝３であり、孔２ｂの数が、２の３乗個（＝８個）である。
複数のプローブ３として、２のｎ乗本のプローブ３が、管壁２ａの円周方向に４５度の間隔で並んでいる。
図１に示す導波管システムでは、ｎ＝３であり、８本のプローブ３－１～３－８が、管壁２ａの円周方向に４５度の間隔で並んでいる。
プローブ３－１は第１のプローブであり、プローブ３－２は第２のプローブであり、プローブ３－３は第３のプローブであり、プローブ３－４は第４のプローブである。
プローブ３－５は第５のプローブであり、プローブ３－６は第６のプローブであり、プローブ３－７は第７のプローブであり、プローブ３－８は第８のプローブである。

プローブ３－ｍ（ｍ＝１，２，・・・，８）は、例えば、同軸線路によって実現される。
プローブ３－ｍが、同軸線路によって実現される場合、プローブ３－ｍは、同軸線路の内導体３ａを有する。
プローブ３－ｍの一端は、円形導波管２の管壁２ａを貫通している孔２ｂに挿入されている。
プローブ３－ｍの他端である端部は、測定器４と接続されている。
プローブ３－ｍが同軸線路によって実現される場合、図５に示すように、同軸線路の内導体３ａが、孔２ｂに挿入される。
図５では、同軸線路の内導体３ａが、孔２ｂに挿入され、内導体３ａの先端は、孔２ｂの位置に留まっている。しかし、これは一例に過ぎず、内導体３ａの先端は、孔２ｂを貫通して、円形導波管２の管内に挿入されていてもよい。
図１に示す導波管システムでは、８本のプローブ３－１～３－８として、同一形状のプローブ３が用いられるものを想定している。しかし、これは一例に過ぎず、プローブ３－１～３－８として、互いに異なる形状のプローブ３が用いられるものであってもよい。
図１に示す導波管システムでは、プローブ３－ｍが、同軸線路によって実現されている。しかし、これは一例に過ぎず、プローブ３－ｍが、例えば、方形導波管によって実現されていてもよい。

測定器４は、例えば、オシロスコープによって実現される。
測定器４には、プローブ３－１～３－８におけるそれぞれの他端が接続されている。
測定器４は、それぞれのプローブ３－ｍに現れている電圧を測定する。
測定器４は、それぞれの電圧の測定値Ｐｍ（ｍ＝１，２，・・・，８）を示す測定情報を導波管モード測定装置５に出力する。

導波管モード測定装置５は、図６に示すように、測定値取得部１１、平均値算出部１２及び振幅算出部１３を備えている。
導波管モード測定装置５は、ＴＭ０１モードにおける電磁波の振幅及びＴＥ１１モードにおける電磁波の振幅のそれぞれを算出する。

図６は、実施の形態１に係る導波管モード測定装置５を示す構成図である。
図７は、実施の形態１に係る導波管モード測定装置５のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
測定値取得部１１は、例えば、図７に示す測定値取得回路２１によって実現される。
測定値取得部１１は、測定器４から、それぞれのプローブ３－ｍ（ｍ＝１，２，・・・，８）に現れている電圧の測定値Ｐｍを示す測定情報を取得する。
測定値取得部１１は、測定情報を平均値算出部１２及び振幅算出部１３のそれぞれに出力する。

平均値算出部１２は、例えば、図７に示す平均値算出回路２２によって実現される。
平均値算出部１２は、測定値取得部１１により取得された測定値Ｐ１～Ｐ８の平均値Ｐ_ａｖｅを算出する。
平均値算出部１２は、平均値Ｐ_ａｖｅを振幅算出処理部１３に出力する。

振幅算出部１３は、第１の振幅算出処理部１４及び第２の振幅算出処理部１５を備えている。
振幅算出部１３は、ＴＭ０１モードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_１と、ＴＥ１１モードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_２Ａ，Ａｍｐ_２Ｂとを算出する。
図１に示す導波管システムでは、振幅算出部１３が、第１の振幅算出処理部１４及び第２の振幅算出処理部１５を備えている。しかし、振幅算出部１３は、ＴＭ０１モードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_１と、ＴＥ１１モードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_２Ａ，Ａｍｐ_２Ｂとのうち、いずれか１つのモードにおける電磁波の振幅を算出するものであってもよい。いずれか１つのモードにおける電磁波の振幅を算出する場合、振幅算出部１３は、第１の振幅算出処理部１４、又は、第２の振幅算出処理部１５のいずれか１つを備えていればよい。

第１の振幅算出処理部１４は、例えば、図７に示す第１の振幅算出回路２３によって実現される。
第１の振幅算出処理部１４は、平均値算出部１２により算出された平均値Ｐ_ａｖｅから、ＴＭ０１モードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_１を算出する。
第２の振幅算出処理部１５は、例えば、図７に示す第２の振幅算出回路２４によって実現される。
第２の振幅算出処理部１５は、測定値取得部１１により取得されたそれぞれの測定値Ｐｍから、平均値算出部１２により算出された平均値Ｐ_ａｖｅを減算することによって、平均値減算後の測定値Ｐｍ’を算出する。
第２の振幅算出処理部１５は、平均値減算後の複数の測定値Ｐｍ’の重み付け平均値を算出し、重み付け平均値から、ＴＥ１１モードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_２Ａ，Ａｍｐ_２Ｂを算出する。

図６では、導波管モード測定装置５の構成要素である測定値取得部１１、平均値算出部１２、第１の振幅算出処理部１４及び第２の振幅算出処理部１５のそれぞれが、図７に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、導波管モード測定装置５が、測定値取得回路２１、平均値算出回路２２、第１の振幅算出回路２３及び第２の振幅算出回路２４によって実現されるものを想定している。
測定値取得回路２１、平均値算出回路２２、第１の振幅算出回路２３及び第２の振幅算出回路２４のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。

導波管モード測定装置５の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、導波管モード測定装置５が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）が該当する。

図８は、導波管モード測定装置５が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
導波管モード測定装置５が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、測定値取得部１１、平均値算出部１２、第１の振幅算出処理部１４及び第２の振幅算出処理部１５におけるそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ３１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１に格納されているプログラムを実行する。

また、図７では、導波管モード測定装置５の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアによって実現される例を示し、図８では、導波管モード測定装置５がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、導波管モード測定装置５における一部の構成要素が専用のハードウェアによって実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェア等によって実現されるものであってもよい。

円形導波管２は、導波管モードとして、少なくとも、ＴＭ０１モード及びＴＥ１１モードのそれぞれを有している。
ＴＥ１１モードにおける電磁波は、第１の偏波と、第１の偏波と直交している第２の偏波とを含んでいる。第１の偏波は、例えば、図９Ａに示すような縦方向の垂直偏波であり、第２の偏波は、例えば、図９Ｂに示すような横方向の水平偏波である。
以下、図９Ａに示すような縦方向の垂直偏波をＴＥ１１Ａモードにおける電磁波と称する。また、図９Ｂに示すような横方向の水平偏波をＴＥ１１Ｂモードにおける電磁波と称する。
ＴＥ１１モードにおける電磁波のうち、任意の傾斜角を有する偏波であっても、ＴＥ１１Ａモード、又は、ＴＥ１１Ｂモードのいずれかに含めることができる。
図９Ａは、ＴＥ１１Ａモードにおける電磁波の電界及び磁界のそれぞれを示す説明図、図９Ｂは、ＴＥ１１Ｂモードにおける電磁波の電界及び磁界のそれぞれを示す説明図である。
図９Ｃは、ＴＭ０１モードにおける電磁波の電界及び磁界のそれぞれを示す説明図である。
図１に示す導波管システムでは、縦方向の垂直偏波及び横方向の水平偏波のそれぞれを以下のように定義する。
縦方向の垂直偏波は、図３において、円形導波管２の中心からプローブ３－１への方向であるφ＝０［ｄｅｇ］方向の偏波とする。
横方向の水平偏波は、図３において、円形導波管２の中心からプローブ３－３への方向であるφ＝９０［ｄｅｇ］方向の偏波とする。

円形導波管２の管壁２ａには、８本のプローブ３－１～３－８が、円周方向に４５度の間隔で並んでいる。
プローブ３－１は、φ＝０［ｄｅｇ］方向に配置されており、プローブ３－１に現れる電圧の測定値は、Ｐ１である。
プローブ３－２は、φ＝４５［ｄｅｇ］方向に配置されており、プローブ３－２に現れる電圧の測定値は、Ｐ２である。
プローブ３－３は、φ＝９０［ｄｅｇ］方向に配置されており、プローブ３－３に現れる電圧の測定値は、Ｐ３である。
プローブ３－４は、φ＝１３５［ｄｅｇ］方向に配置されており、プローブ３－４に現れる電圧の測定値は、Ｐ４である。
プローブ３－５は、φ＝１８０［ｄｅｇ］方向に配置されており、プローブ３－５に現れる電圧の測定値は、Ｐ５である。
プローブ３－６は、φ＝２２５［ｄｅｇ］方向に配置されており、プローブ３－６に現れる電圧の測定値は、Ｐ６である。
プローブ３－７は、φ＝２７０［ｄｅｇ］方向に配置されており、プローブ３－７に現れる電圧の測定値は、Ｐ７である。
プローブ３－８は、φ＝３１５［ｄｅｇ］方向に配置されており、プローブ３－８に現れる電圧の測定値は、Ｐ８である。

それぞれのプローブ３－ｍ（ｍ＝１，２，・・・，８）への電磁波の相対的な結合量は、以下の通りである。結合量は、プローブ３－ｍに結合される電磁波の振幅と、プローブ３－ｍに結合される電磁波の位相とによって表される。
ＴＭ０１モードでは、それぞれのプローブ３－ｍ（ｍ＝１，２，・・・，８）に結合される電磁波の振幅は、同一振幅となり、それぞれのプローブ３－ｍに結合される電磁波の位相は、同一位相となる。

ＴＥ１１Ａモードでは、プローブ３－１及びプローブ３－５のそれぞれに結合される電磁波の振幅は、他のプローブ３－２～３－４，３－６～３－８のそれぞれに結合される電磁波の振幅よりも大きく、最大振幅となる。プローブ３－１に結合される電磁波の位相と、プローブ３－５に結合される電磁波の位相とは、逆相となる。プローブ３－２及びプローブ３－６のそれぞれに結合される電磁波の振幅は、最大振幅よりも－３［ｄＢ］である。プローブ３－２に結合される電磁波の位相と、プローブ３－６に結合される電磁波の位相とは、逆相となる。プローブ３－４及びプローブ３－８のそれぞれに結合される電磁波の振幅は、最大振幅よりも－３［ｄＢ］である。プローブ３－４に結合される電磁波の位相と、プローブ３－８に結合される電磁波の位相とは、逆相となる。プローブ３－３及びプローブ３－７のそれぞれには、電磁波がほとんど結合されない。

ＴＥ１１Ｂモードでは、プローブ３－３及びプローブ３－７のそれぞれに結合される電磁波の振幅は、他のプローブ３－１，３－２，３－４～３－６，３－８のそれぞれに結合される電磁波の振幅よりも大きく、最大振幅となる。プローブ３－３に結合される電磁波の位相と、プローブ３－７に結合される電磁波の位相とは、逆相となる。プローブ３－２及びプローブ３－６のそれぞれに結合される電磁波の振幅は、最大振幅よりも－３［ｄＢ］である。プローブ３－２に結合される電磁波の位相と、プローブ３－６に結合される電磁波の位相とは、逆相となる。プローブ３－４及びプローブ３－８のそれぞれに結合される電磁波の振幅は、最大振幅よりも－３［ｄＢ］である。プローブ３－４に結合される電磁波の位相と、プローブ３－８に結合される電磁波の位相とは、逆相となる。プローブ３－１及びプローブ３－５のそれぞれには、電磁波がほとんど結合されない。

プローブ３－１～３－８の形状が同一形状であれば、それぞれのプローブ３－ｍへの電磁波の結合量は、上述したような相対的な結合量となる。
例えば、図示せぬコンピュータは、プローブ３－１～３－８の形状が同一形状であれば、それぞれのプローブ３－ｍへの相対的な電磁波の結合量から、全てのプローブ３に対するＴＭ０１モードでの結合量Ｂ_ＴＭ０１、全てのプローブ３に対するＴＥ１１Ａモードでの結合量Ｂ_{ＴＥ１１Ａ}及び全てのプローブ３に対するＴＥ１１Ｂモードでの結合量Ｂ_{ＴＥ１１Ｂ}のそれぞれを計算する。結合量Ｂ_ＴＭ０１、結合量Ｂ_{ＴＥ１１Ａ}及び結合量Ｂ_{ＴＥ１１Ｂ}におけるそれぞれの計算処理は、公知の技術であるため、詳細な説明を省略する。
それぞれのプローブ３－ｍの形状によっては、それぞれのプローブ３－ｍへの電磁波の結合量が異なる。プローブ３－１～３－８の形状が互いに異なる形状であれば、例えば、図示せぬコンピュータは、電磁界解析等を実施することによって、ＴＭ０１モードでの結合量Ｂ_ＴＭ０１、ＴＥ１１Ａモードでの結合量Ｂ_{ＴＥ１１Ａ}及びＴＥ１１Ｂモードでの結合量Ｂ_{ＴＥ１１Ｂ}のそれぞれを計算する。
結合量Ｂ_ＴＭ０１は、第１の振幅算出処理部１４の内部メモリに格納され、結合量Ｂ_{ＴＥ１１Ａ}及び結合量Ｂ_{ＴＥ１１Ｂ}のそれぞれは、第２の振幅算出処理部１５の内部メモリに格納される。

次に、図１に示す導波管システムの動作について説明する。
図１０は、導波管モード測定装置５の処理手順である導波管モード測定方法を示すフローチャートである。
測定器４は、それぞれのプローブ３－ｍ（ｍ＝１，２，・・・，８）に現れている電圧を時間波形として測定する。
測定器４は、それぞれの電圧の測定値Ｐｍ（ｍ＝１，２，・・・，８）を示す測定情報を導波管モード測定装置５に出力する。

導波管モード測定装置５の測定値取得部１１は、測定器４から、それぞれのプローブ３－ｍに現れている電圧の測定値Ｐｍを示す測定情報を取得する（図１０のステップＳＴ１）。
測定値取得部１１は、測定情報を平均値算出部１２及び第２の振幅算出処理部１５のそれぞれに出力する。

平均値算出部１２は、測定値取得部１１から、測定情報を取得する。
平均値算出部１２は、以下の式（１）に示すように、測定情報が示す測定値Ｐ１～Ｐ８の平均値Ｐ_ａｖｅを算出する（図１０のステップＳＴ２）。

平均値算出部１２は、平均値Ｐ_ａｖｅを第１の振幅算出処理部１４及び第２の振幅算出処理部１５のそれぞれに出力する。

第１の振幅算出処理部１４は、平均値算出部１２から、平均値Ｐ_ａｖｅを取得する。
第１の振幅算出処理部１４は、以下の式（２）に示すように、内部メモリに格納されているＴＭ０１モードでの結合量Ｂ_ＴＭ０１を平均値Ｐ_ａｖｅに加算することによって、ＴＭ０１モードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_１を算出する（図１０のステップＳＴ３）。
Ａｍｐ_１＝Ｐ_ａｖｅ＋Ｂ_ＴＭ０１（２）
第１の振幅算出処理部１４は、ＴＭ０１モードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_１を、例えば、ＴＭ０１モードにおける電磁波を用いる外部の装置（図示せぬ）に出力する。

第２の振幅算出処理部１５は、測定値取得部１１から、測定情報を取得し、平均値算出部１２から、平均値Ｐ_ａｖｅを取得する。
第２の振幅算出処理部１５は、以下の式（３）に示すように、測定情報が示すそれぞれの測定値Ｐｍ（ｍ＝１，２，・・・，８）から、平均値Ｐ_ａｖｅを減算することによって、平均値減算後の測定値Ｐｍ’を算出する（図１０のステップＳＴ４）。
Ｐｍ’＝Ｐｍ－Ｐ_ａｖｅ（３）

第２の振幅算出処理部１５は、以下の式（４）に示すように、測定値Ｐ１’、測定値Ｐ２’、測定値Ｐ４’、測定値Ｐ５’、測定値Ｐ６’及び測定値Ｐ８’の重み付け平均値を第１の重み付け平均値ＷＰ_ａｖｅ１として算出する（図１０のステップＳＴ５）。

ｋは、係数であり、ｋ＝√２であれば、ｋをデシベル換算すると、３［ｄＢ］に相当する。

第２の振幅算出処理部１５は、以下の式（５）に示すように、測定値Ｐ２’、測定値Ｐ３’、測定値Ｐ４’、測定値Ｐ６’、測定値Ｐ７’及び測定値Ｐ８’の重み付け平均値を第２の重み付け平均値ＷＰ_ａｖｅ２として算出する（図１０のステップＳＴ６）。

第２の振幅算出処理部１５は、以下の式（６）に示すように、内部メモリに格納されているＴＥ１１Ａモードでの結合量Ｂ_{ＴＥ１１Ａ}を第１の重み付け平均値ＷＰ_ａｖｅ１に加算することによって、ＴＥ１１モードＡにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_２Ａを算出する（図１０のステップＳＴ７）。
Ａｍｐ_２Ａ＝ＷＰ_ａｖｅ１＋Ｂ_{ＴＥ１１Ａ} （６）

第２の振幅算出処理部１５は、以下の式（７）に示すように、内部メモリに格納されているＴＥ１１Ｂモードでの結合量Ｂ_{ＴＥ１１Ｂ}を第２の重み付け平均値ＷＰ_ａｖｅ２に加算することによって、ＴＥ１１Ｂモードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_２Ｂを算出する（図１０のステップＳＴ８）。
Ａｍｐ_２Ｂ＝ＷＰ_ａｖｅ２＋Ｂ_{ＴＥ１１Ｂ} （７）
第２の振幅算出処理部１５は、ＴＥ１１Ａモードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_２Ａ及びＴＥ１１Ｂモードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_２Ｂのそれぞれを、例えば、ＴＥ１１Ａモードにおける電磁波及びＴＥ１１Ｂモードにおける電磁波のそれぞれを用いる外部の装置（図示せぬ）に出力する。

以上の実施の形態１では、管壁２ａを有する円形導波管２を伝搬するＴＭ０１モードの電磁波、又は、円形導波管２を伝搬するＴＥ１１モードの電磁波の振幅を測定する導波管モード測定装置５であって、管壁２ａを貫通している複数の孔２ｂのそれぞれに挿入された複数のプローブ３の端部に接続された測定器４から、それぞれのプローブ３に現れている電圧の測定値を取得する測定値取得部１１と、測定値取得部１１により取得された複数の測定値の平均値を算出する平均値算出部１２と、平均値算出部１２により算出された平均値から、ＴＭ０１モードにおける電磁波の振幅を算出する第１の振幅算出処理部１４、又は、測定値取得部１１により取得されたそれぞれの測定値から、平均値算出部１２により算出された平均値を減算し、平均値減算後の複数の測定値の重み付け平均値を算出し、重み付け平均値から、ＴＥ１１モードにおける電磁波の振幅を算出する第２の振幅算出処理部１５のうち、１つ以上の振幅算出処理部を備える振幅算出部１３とを備えている。したがって、導波管モード測定装置５は、円形導波管２内の電磁波を空間に放射させることなく、電磁波の振幅を測定することができる。

図１に示す円形導波管２は、導波管モードとして、ＴＭ０１モード及びＴＥ１１モードのそれぞれを有している。図１に示す円形導波管２は、導波管モードとして、ＴＭ０１モード及びＴＥ１１モード以外に、例えば、ＴＥ２１モードを有していてもよい。
図１に示す円形導波管２が、ＴＥ２１モードを有している場合、ＴＥ２１モードでは、対向している位置に配置されている２つのプローブ３のそれぞれに結合される電磁波の位相が同相となる。また、或るプローブ３に結合される電磁波の位相は、或るプローブ３から９０度ずれている位置に配置されているプローブ３に結合される電磁波の位相と同相となる。ＴＥ２１モードでは、測定値Ｐ１～Ｐ８の平均値Ｐ_ａｖｅが０になるので、円形導波管２がＴＥ２１モードを有していることは、平均値Ｐ_ａｖｅから算出されるＴＭ０１モードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_１に影響しない。
また、ＴＥ２１モードでは、対向している位置に配置されている２つのプローブ３のそれぞれに結合される電磁波の位相が同相となるので、円形導波管２がＴＥ２１モードを有していることは、ＴＥ１１モードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_２Ａ，Ａｍｐ_２ｂの算出に影響しない。

図１に示す導波管装置１では、８本のプローブ３－１～３－８が、管壁２ａの円周方向に４５度の間隔で一列に並んでいる。しかし、それぞれのプローブの間の間隔に応じて、式（４）及び式（５）のそれぞれに含まれている係数ｋの値を変えればよく、８本のプローブ３－１～３－８が、４５度の間隔で等間隔に並んでいる必要はない。ただし、式（４）及び式（５）のそれぞれに含まれている４つの係数ｋは、ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４として、それぞれのプローブの間の間隔に応じて、別々の値を設定する必要がある。
また、プローブ３－１～３－８は、管壁２ａの円周方向に一列に並んでいる必要はない。

実施の形態２．
実施の形態２では、ｎ＝２であり、４（＝２^２）本のプローブ３が、円形導波管２の管壁２ａの円周方向に４５度の間隔で並んでいる導波管システムについて説明する。

図１１は、実施の形態２に係る導波管システムを示す構成図である。
図１２は、実施の形態２に係る導波管装置１を示す側面図であり、図１３は、実施の形態２に係る導波管装置１を示す断面図である。
図１１～１３において、図１～５と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
プローブ３－１は第１のプローブであり、プローブ３－２は第２のプローブであり、プローブ３－３は第３のプローブであり、プローブ３－４は第４のプローブである。

プローブ３－１は、φ＝０［ｄｅｇ］方向に配置されており、プローブ３－１に現れる電圧の測定値は、Ｐ１である。
プローブ３－２は、φ＝４５［ｄｅｇ］方向に配置されており、プローブ３－２に現れる電圧の測定値は、Ｐ２である。
プローブ３－３は、φ＝９０［ｄｅｇ］方向に配置されており、プローブ３－３に現れる電圧の測定値は、Ｐ３である。
プローブ３－４は、φ＝１３５［ｄｅｇ］方向に配置されており、プローブ３－４に現れる電圧の測定値は、Ｐ４である。

実施の形態２に係る導波管モード測定装置５の構成は、実施の形態１に係る導波管モード測定装置５の構成と同様であり、実施の形態２に係る導波管モード測定装置５を示す構成図は、図６である。
図１１に示す導波管システムでは、振幅算出部１３が、第１の振幅算出処理部１４及び第２の振幅算出処理部１５を備えている。しかし、振幅算出部１３は、ＴＭ０１モードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_１と、ＴＥ１１モードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_２Ａ，Ａｍｐ_２Ｂとのうち、いずれか１つのモードにおける電磁波の振幅を算出するものであってもよい。いずれか１つのモードにおける電磁波の振幅を算出する場合、振幅算出部１３は、第１の振幅算出処理部１４、又は、第２の振幅算出処理部１５のいずれか１つを備えていればよい。

次に、図１１に示す導波管システムの動作について説明する。
測定器４は、それぞれのプローブ３－ｍ（ｍ＝１，２，３，４）に現れている電圧を時間波形として測定する。
測定器４は、それぞれの電圧の測定値Ｐｍ（ｍ＝１，２，３，４）を示す測定情報を導波管モード測定装置５に出力する。

導波管モード測定装置５の測定値取得部１１は、測定器４から、それぞれのプローブ３－ｍに現れている電圧の測定値Ｐｍを示す測定情報を取得する。
測定値取得部１１は、測定情報を平均値算出部１２及び第２の振幅算出処理部１５のそれぞれに出力する。

平均値算出部１２は、測定値取得部１１から、測定情報を取得する。
平均値算出部１２は、以下の式（８）に示すように、測定情報が示す測定値Ｐ１～Ｐ４の平均値Ｐ_ａｖｅを算出する。

第１の振幅算出処理部１４は、平均値算出部１２から、平均値Ｐ_ａｖｅを取得する。
第１の振幅算出処理部１４は、以下の式（９）に示すように、内部メモリに格納されているＴＭ０１モードでの結合量Ｂ_ＴＭ０１を平均値Ｐ_ａｖｅに加算することによって、ＴＭ０１モードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_１を算出する。
Ａｍｐ_１＝Ｐ_ａｖｅ＋Ｂ_ＴＭ０１（９）
第１の振幅算出処理部１４は、ＴＭ０１モードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_１を、例えば、ＴＭ０１モードにおける電磁波を用いる外部の装置（図示せぬ）に出力する。

第２の振幅算出処理部１５は、測定値取得部１１から、測定情報を取得し、平均値算出部１２から、平均値Ｐ_ａｖｅを取得する。
第２の振幅算出処理部１５は、以下の式（１０）に示すように、測定情報が示すそれぞれの測定値Ｐｍ（ｍ＝１，２，３，４）から、平均値Ｐ_ａｖｅを減算することによって、平均値減算後の測定値Ｐｍ’を算出する。
Ｐｍ’＝Ｐｍ－Ｐ_ａｖｅ（１０）

第２の振幅算出処理部１５は、以下の式（１１）に示すように、測定値Ｐ１’、測定値Ｐ２’及び測定値Ｐ４’の重み付け平均値を第１の重み付け平均値ＷＰ_ａｖｅ１として算出する。

第２の振幅算出処理部１５は、以下の式（１２）に示すように、測定値Ｐ２’、測定値Ｐ３’及び測定値Ｐ４’の重み付け平均値を第２の重み付け平均値ＷＰ_ａｖｅ２として算出する。

第２の振幅算出処理部１５は、以下の式（１３）に示すように、内部メモリに格納されているＴＥ１１Ａモードでの結合量Ｂ_{ＴＥ１１Ａ}を第１の重み付け平均値ＷＰ_ａｖｅ１に加算することによって、ＴＥ１１モードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_２Ａを算出する。
Ａｍｐ_２Ａ＝ＷＰ_ａｖｅ１＋Ｂ_{ＴＥ１１Ａ} （１３）

第２の振幅算出処理部１５は、以下の式（１４）に示すように、内部メモリに格納されているＴＥ１１Ｂモードでの結合量Ｂ_{ＴＥ１１Ｂ}を第２の重み付け平均値ＷＰ_ａｖｅ２に加算することによって、ＴＥ１１Ｂモードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_２Ｂを算出する。
Ａｍｐ_２Ｂ＝ＷＰ_ａｖｅ２＋Ｂ_{ＴＥ１１Ｂ} （１４）
第２の振幅算出処理部１５は、ＴＥ１１Ａモードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_２Ａ及びＴＥ１１Ｂモードにおける電磁波の振幅Ａｍｐ_２Ｂのそれぞれを、例えば、ＴＥ１１Ａモードにおける電磁波及びＴＥ１１Ｂモードにおける電磁波のそれぞれを用いる外部の装置（図示せぬ）に出力する。

以上の実施の形態２では、４（＝２^２）本のプローブ３が、円形導波管２の管壁２ａの円周方向に４５度の間隔で並んでいる導波管モード測定装置５を構成した。４本のプローブ３が、円形導波管２の管壁２ａの円周方向に４５度の間隔で並んでいる場合でも、導波管モード測定装置５は、円形導波管２内の電磁波を空間に放射させることなく、電磁波の振幅を測定することができる。
４本のプローブ３が、円形導波管２の管壁２ａの円周方向に４５度の間隔で並んでいる場合、８本のプローブ３が、円形導波管２の管壁２ａの円周方向に４５度の間隔で並んでいる場合よりも、導波管モード測定装置５の振幅算出部１３における電磁波の振幅算出処理を軽減することができる。

図１及び図１１に示す導波管システムでは、管壁２ａの孔２ｂに挿入される複数のプローブ３の数が、２のｎ乗本である。しかし、式（４）及び式（５）のそれぞれに含まれている係数ｋの値、又は、式（１１）及び式（１２）のそれぞれに含まれている係数ｋの値を変えて、重み付け平均の算出式を変えれば、管壁２ａの孔２ｂに挿入される複数のプローブ３の数が、２のｎ乗本でなくてもよい。
ただし、例えば、式（４）及び式（５）のそれぞれに含まれている４つの係数ｋは、プローブ３の本数及びそれぞれのプローブ３の位置に応じて、別々のｋとし、プローブ３の本数及びそれぞれのプローブ３の位置に応じて、別々の値をｋに設定する必要がある。

なお、本開示は、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

本開示は、導波管モード測定装置及び導波管モード測定方法に適している。
本開示は、導波管装置及び導波管モード測定装置を含む導波管システムに適している。
本開示は、導波管装置に適している。

１導波管装置、２円形導波管、２ａ管壁、２ｂ孔、３，３－１～３－８プローブ、３ａ内導体、４測定器、５導波管モード測定装置、１１測定値取得部、１２平均値算出部、１３振幅算出部、１４第１の振幅算出処理部、１５第２の振幅算出処理部、２１測定値取得回路、２２平均値算出回路、２３第１の振幅算出回路、２４第２の振幅算出回路、３１メモリ、３２プロセッサ。

Claims

管壁を有する円形導波管を伝搬するＴＭ０１モードの電磁波、又は、前記円形導波管を伝搬するＴＥ１１モードの電磁波の振幅を測定する導波管モード測定装置であって、
前記管壁を貫通している複数の孔のそれぞれに挿入された複数のプローブの端部に接続された測定器から、それぞれのプローブに現れている電圧の測定値を取得する測定値取得部と、
前記測定値取得部により取得された複数の測定値の平均値を算出する平均値算出部と、
前記平均値算出部により算出された平均値から、前記ＴＭ０１モードにおける電磁波の振幅を算出する第１の振幅算出処理部、又は、前記測定値取得部により取得されたそれぞれの測定値から、前記平均値算出部により算出された平均値を減算し、平均値減算後の複数の測定値の重み付け平均値を算出し、前記重み付け平均値から、前記ＴＥ１１モードにおける電磁波の振幅を算出する第２の振幅算出処理部のうち、１つ以上の振幅算出処理部を備える振幅算出部と
を備えることを特徴とする導波管モード測定装置。
前記複数のプローブとして、２のｎ（ｎは、２以上の整数）乗本のプローブが、前記管壁の円周方向に４５度の間隔で並んでおり、
前記測定値取得部は、前記測定器から、それぞれのプローブに現れている電圧の測定値を取得することを特徴とする請求項１記載の導波管モード測定装置。
ｎ＝３であり、２の３乗本のプローブとして、第１のプローブ、第２のプローブ、第３のプローブ、第４のプローブ、第５のプローブ、第６のプローブ、第７のプローブ及び第８のプローブが、前記円周方向に４５度の間隔で並んでおり、
前記第１のプローブに現れている電圧の測定値がＰ１、前記第２のプローブに現れている電圧の測定値がＰ２、前記第３のプローブに現れている電圧の測定値がＰ３、前記第４のプローブに現れている電圧の測定値がＰ４、前記第５のプローブに現れている電圧の測定値がＰ５、前記第６のプローブに現れている電圧の測定値がＰ６、前記第７のプローブに現れている電圧の測定値がＰ７及び前記第８のプローブに現れている電圧の測定値がＰ８であるとき、
前記平均値算出部は、
前記Ｐ１と、前記Ｐ２と、前記Ｐ３と、前記Ｐ４と、前記Ｐ５と、前記Ｐ６と、前記Ｐ７と、前記Ｐ８との平均値を算出することを特徴とする請求項２記載の導波管モード測定装置。
前記第１の振幅算出処理部は、
前記平均値算出部により算出された平均値から、前記ＴＭ０１モードにおける電磁波の振幅を算出することを特徴とする請求項３記載の導波管モード測定装置。
前記第２の振幅算出処理部は、
前記Ｐ１、前記Ｐ２、前記Ｐ３、前記Ｐ４、前記Ｐ５、前記Ｐ６、前記Ｐ７及び前記Ｐ８のそれぞれから、前記平均値算出部により算出された平均値を減算することによって、Ｐ１’、Ｐ２’、Ｐ３’、Ｐ４’、Ｐ５’、Ｐ６’、Ｐ７’及びＰ８’のそれぞれを算出し、
前記Ｐ１’、前記Ｐ２’、前記Ｐ４’、前記Ｐ５’、前記Ｐ６’及び前記Ｐ８’の重み付け平均値を第１の重み付け平均値として算出し、
前記Ｐ２’、前記Ｐ３’、前記Ｐ４’、前記Ｐ６’、前記Ｐ７’及び前記Ｐ８’の重み付け平均値を第２の重み付け平均値として算出し、
前記第１の重み付け平均値から、前記ＴＥ１１モードにおける第１の偏波の振幅を算出し、前記第２の重み付け平均値から、前記第１の偏波と直交している、前記ＴＥ１１モードにおける第２の偏波の振幅を算出することを特徴とする請求項３記載の導波管モード測定装置。
ｎ＝２であり、２の２乗本のプローブとして、第１のプローブ、第２のプローブ、第３のプローブ及び第４のプローブが、前記管壁の円周方向に４５度の間隔で並んでおり、
前記第１のプローブに現れている電圧の測定値がＰ１、前記第２のプローブに現れている電圧の測定値がＰ２、前記第３のプローブに現れている電圧の測定値がＰ３及び前記第４のプローブに現れている電圧の測定値がＰ４であるとき、
前記平均値算出部は、
前記Ｐ１と、前記Ｐ２と、前記Ｐ３と、前記Ｐ４との平均値を算出することを特徴とする請求項２記載の導波管モード測定装置。
前記第１の振幅算出処理部は、
前記平均値算出部により算出された平均値から、前記ＴＭ０１モードにおける電磁波の振幅を算出することを特徴とする請求項６記載の導波管モード測定装置。
前記第２の振幅算出処理部は、
前記Ｐ１、前記Ｐ２、前記Ｐ３及び前記Ｐ４のそれぞれから、前記平均値算出部により算出された平均値を減算することによって、Ｐ１’、Ｐ２’、Ｐ３’及びＰ４’のそれぞれを算出し、
前記Ｐ１’、前記Ｐ２’及び前記Ｐ４’の重み付け平均値を第１の重み付け平均値として算出し、
前記Ｐ２’、前記Ｐ３’及び前記Ｐ４’の重み付け平均値を第２の重み付け平均値として算出し、
前記第１の重み付け平均値から、前記ＴＥ１１モードにおける第１の偏波の振幅を算出し、前記第２の重み付け平均値から、前記第１の偏波と直交している、前記ＴＥ１１モードにおける第２の偏波の振幅を算出することを特徴とする請求項６記載の導波管モード測定装置。
管壁を有する円形導波管を伝搬するＴＭ０１モードの電磁波、又は、前記円形導波管を伝搬するＴＥ１１モードの電磁波の振幅を測定する導波管モード測定方法であって、
測定値取得部が、前記管壁を貫通している複数の孔のそれぞれに挿入された複数のプローブの端部に接続された測定器から、それぞれのプローブに現れている電圧の測定値を取得し、
平均値算出部が、前記測定値取得部により取得された複数の測定値の平均値を算出し、
振幅算出部が、前記平均値算出部により算出された平均値から、前記ＴＭ０１モードにおける電磁波の振幅を算出する振幅算出処理、
又は、前記測定値取得部により取得されたそれぞれの測定値から、前記平均値算出部により算出された平均値を減算し、平均値減算後の複数の測定値の重み付け平均値を算出し、前記重み付け平均値から、前記ＴＥ１１モードにおける電磁波の振幅を算出する振幅算出処理のうち、１つ以上の振幅算出処理を行う
ことを特徴とする導波管モード測定方法。
管壁を有し、導波管モードとして、ＴＭ０１モード及びＴＥ１１モードのそれぞれを有し、前記管壁の貫通孔として、前記管壁を貫通している複数の孔が施されている円形導波管と、
前記管壁を貫通しているそれぞれの孔に一端が挿入されている複数のプローブと、
それぞれのプローブの他端が接続されている測定器と、
請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の導波管モード測定装置と
を備えた導波管システム。