JPH0450763B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 方形断面で組立てられた金属壁で形成された
もので、各々が一対の長壁１６，１８及び一対の
短壁２０，２２を含み、前記短壁の一方２０が共
通に形成された第１及び第２の導波管１２，１４
と、 前記第１及び第２の導波管の間で輻射エネルギ
ーを結合すると共に、結合されたエネルギーに所
定の移相量を導くための前記短壁２２内に開口２
４を具備する位相補償導波管ハイブリツド結合カ
ツプラに於いて、 前記第１の導波管の一方の長壁１８に沿つて配
置され、他方の長壁１６の方に向けて延出し、前
記短壁２０，２２から離れて、前記所定の移相量
と同符号を有する第１の補償移相を導くための、
複数の容量性絞り３６と、 前記第１の補償移相と前記所定の移相間の代数
上の差異に等しい、及び前記所定の移相に対する
符号と反対の第２の補償移相を導くために、一方
の長壁１８に他方の長壁１６から延出すると共に
前記第２の導波管の一方の短壁２０に沿つて配置
された複数の誘導性絞り３８と を具備することを特徴とする位相補償導波管ハイ
ブリツド結合カツプラ。 ２ 前記第１の導波管と第２の導波管の間でエネ
ルギーの結合を高めるために前記開口２４で導波
管の断面を縮小させる手段４４を含むことを特徴
とする請求の範囲第１項に記載の位相補償導波管
ハイブリツド結合カツプラ。 発明の背景 この発明は２つの導波管間に結合された電磁波
に対して本質的な直交関係、若しくは90°の移相
量を導くハイブリツドカツプラに関し、特に前記
90°の移相量のために補償するための各導波管の
移相器を含む結合デバイスに関する。 ハイブリツドカツプラは、別の導波管に対する
１つの導波管に於いて、電磁エネルギーの一部を
結合するマイクロ波回路で大いに使用される。多
くの場合、結合比は前記２つの導波管中で等しい
分割パワーを作り出すように半分となる。他の場
合、前記パワーの四分の一または十分の一のよう
な少量のパワーは、１つの導波管から第２の導波
管へ結合することができる。ハイブリツドカツプ
ラとして知られるカツプラの共通の形状として、
前記２つの導波管は共通壁を共有するような平行
関係に於けると共に、互いに隣接して導かれる。
前記共通壁の開口は、前記電磁エネルギーの前記
結合のために提供する。 問題は、前記ハイブリツドカツプラが第１の導
波管から第２の導波管に結合した電磁波に対して
90°の移相を導くことに於いて発生する。フエー
ズド・アレイアンテナのための共同フイードのよ
うな多くのパワー分割状態に於いて、それは前記
２つの導波管の電磁波間の位相の一様性を持続す
るために望ましいものである。前記２つの導波管
間の90°の移相、若しくは直交関係の存在のため、
それは前記２つの導波管の輻射エネルギーに移相
補正を導くために必要となるものである。 この問題の１つの解釈は、２つの導波管の移相
を一様にするために、結合部開口から下流に、第
１の導波管の中に移相器の導入をしてきた。第２
の導波管の90°の移相は位相の遅れであり、従つ
て前記移相器は前記第１の導波管に沿つて配置さ
れた容量性素子の列から成る。 この問題の前述の解釈で、要求された90°の移
相を導くための効果的な長さの容量性移相器は、
アンテナを給電するためのマイクロ波ネツトワー
クで使用するために過度に長く、且つ重いもので
ある、という不利益を被る。このようなマイクロ
波ネツトワークは、多数の導波管ブランチを代表
的に有する。故に、前記ネツトワークの成分に対
する付加的な長さ及び重量の採用は、衛生によつ
て伝えられたアンテナによるような移動用途の設
備のための有望でない前記ネツトワークを表現す
る全体のネツトワークの重大な拡張に起因する。
更に、前述の解釈の更なる不利益は、このような
移相器が分散的な周波数となる結果的な移相器に
伴う周波数に大いに依存すべく立証されたもので
あるという事実である。前記直交関係のための正
確な補償は、周波数の狭帯域または単値のために
のみ得られてきた。したがつて、不必要な移相の
前述の問題は、前記マイクロ波成分の大きさ及び
重量の削減のために許す手法に於いて解決できな
かつた。 発明の摘要 前述の問題が克服されると共に、他の利益は２
つの導波管が並んだ関係で位置される導波管ハイ
ブリツドカツプラを補償した位相によつて提供さ
れるもので、前記導波管の各々は２つの短壁によ
つて接合された２つの長壁を有する方形の断面で
配置された金属壁の形状とされる。前記２つの導
波管は、共通の短壁を共有する。前記結合部開口
はハイブリツド結合を提供するために前記共通の
短壁の内部に位置される。−90°の移相量は、前記
共通壁の前記開口を経て第１の導波管から第２の
導波管に、電磁エネルギーのハイブリツド結合に
よつて本質的に導かれる。前記カツプラの入力端
子は、前記結合部開口の片側上の第１の導波管に
位置される。２つの出力端子は前記ハイブリツド
カツプラのために提供されるもので、これらの出
力端子は第１の導波管で位置される中継ポートと
なると共に、結合されたポートは前記入力端子か
ら離れて前記結合部開口の片側上で第２の導波管
に位置される。 この発明に従つて、位相補償は前記中継ポート
に隣接した第１の導波管に於ける第１の移相器、
及び結合ポートに隣接した第２の導波管に於ける
第２の移相器を構成することによつて達成され
る。前記第１の移相器は、前記導波管の長壁上に
位置された容量性絞りのセツトが構成されるもの
であり、且つ−45°の移相量を導いている。第２
の移相器は、前記導波管の短壁上に位置された誘
導性絞りのセツトが構成されるものであり、そし
て＋45°の移相量を提供するために、前記導波管
の２つの長壁間に伸長している。前記導波管の
各々は、前記結合部開口を経て輻射エネルギーの
結合を高める縮小された断面を提供するために、
前記結合部開口と反対側の短壁上に配置されたア
バツトメントに伴つて提供される。前記アバツト
メントは、僅かに無視してよい小さい反射係数を
導くような自由空間波長に関連して、十分に小さ
いものである。前記補償されたハイブリツドカツ
プラの前述の配置は、衛生通信の使用のための送
信及び受信通信チヤンネルを分離を考慮するため
に十分に広帯域となる。

【図面の簡単な説明】

この発明の前述の態様及び他の特徴は、添付の
図面に関連して得られる以下の説明で明白にされ
る。 第１図はこの発明の補償カツプラの端面図、 第２図は第１図の２−２線に沿つて切取つた前
記カツプラの平面図、 第３図は第１図の−３線に沿つて得られる前記
カツプラの縦断面図、 第４図は第１図の−４線に沿つて得られる前記
カツプラの縦断面図、 第５図は前記補償ツプラの２つの移相の部分の
各々のための移相対周波数のグラフであ。

【発明の詳細な説明】

第１〜４図に関連して、ハイブリツドカツプラ
１０は電磁エネルギーの結合のために、この発明
に従つて構成される。前記カツプラ１０は、第１
の導波管１２と第２の導波管１４で形成されてお
り、これらの各々は、長壁と短壁の比が２：１の
形状の方形の断面となる。12GHz（ギガヘルツ）
のマイクロ波周波数での動作で、導波管タイプ
WR−75が使用される。前記導波管の各々は、２
つの長壁、すなわち頂部壁１６及び底壁部１８を
有しており、これらは短壁、すなわち外側の側壁
２０と、２つの導波管１２及び１４の各々の内側
の側壁として供給される共通壁２２によつて接合
されるものである。カツプラ１０は、非常に広帯
域のデバイスであり、この発明の好ましい実施例
では11.7GHzから14.5GHzに広がる動作範囲を有
する。 この発明に従つて、前記カツプラ１０は前記２
つの導波管１２及び１４間で電磁エネルギーのハ
イブリツド結合パルス位相補償の二重機能を提供
する。前記電磁エネルギーの結合は、前記共通壁
２２に位置されたゲート２４によつてなし遂げら
れる。3dB（デシベル）の結合で、前記ゲート２
４は、常に開かれると共に、導波管１２または１
４の何れかの縦軸に沿つて測定されるように、電
磁エネルギーの１自由空間波長にほぼ等しい固定
された長さとなる。より少ない結合量のため、前
記ゲート２４の長さは減ぜられるもので、例えば
6dBの結合故に0.8導波管になる。 カツプラ１０は中継ポート２６及び結合ポート
２８として示される２つの出力端子を有してお
り、それぞれ導波管１２及び１４の端部に位置す
る。前記カツプラ１０は、更に中継ポート２６の
反対側の第１の導波管１２の端部に位置した入力
ポート３０と、前記結合ポート２８の反対側の第
２の導波管の端部に位置した絶縁ポート３２から
成る。前記絶縁ポート３２は、第２の導波管１４
のそれに整合されたインピーダンスを有する無反
射負荷を表す抵抗器３４に概略的に接続されて示
される。このような負荷（図示せず）は、カツプ
ラ１０の動作周波数で電磁エネルギーを吸収する
周知のウエツジの形状に於いて代表的に構成され
ると共に、フランジ（図示せず）によつて前記絶
縁ポート３２に接続される導波管（図示せず）の
部分の内部に便利に取付けられる。使用に於い
て、カツプラ１０はマイクロ波回路（図示せず）
の成分に接続され、このような成分は前記カツプ
ラ１０の前記ポート２６，２８及び３０に対する
フランジ（図示せず）によつて、在来的な手法で
接続される導波管付属品を含んでもよい。 ２つの導波管１２及び１４の共通側壁２２の結
合ゲート２４の配列は、直交側壁の短いスロツト
のハイブリツドカツプラの配置を提供する。マイ
クロ波信号は90°の位相の遅れを被る前記ゲート
２４を経て前記２つの導波管間で結合し、この移
相は直交側壁の短スロツトのハイブリツドカツプ
ラの周知の動作で高められる。多くのマイクロ波
回路として、それらのフエーズドアレイアンテナ
のような、このような移相は不必要であり、且つ
位相補償の幾つかの種類は、２つの導波管１２及
び１４の前記マイクロ波信号間の位相を等しくす
るために要求される。 この発明はゲート２４を越えて第１の導波管１
２に位置した４つの容量性絞りのセツト、及び前
記ゲート２４を越えて第２の導波管１４に位置し
た４つの誘導性絞り３８のセツトの使用によつて
必要な位相補償を提供する。前記導波管１２の容
量性絞り３６の配置は、前記中継ポート２６で
45°の移相の後れを導く移相器４０を構成する。
前記導波管１４の前記誘導性絞り３８の配置は、
前記結合ポート２８で45°の移相の進みを導く移
相器４２を構成する。−90°の変化の組合わせは、
中継ポート２６で前記移相器４０によつて導かれ
た−45°の変化を釣合わせる結合ポート２８で正
味−45°の変化を提供する移相器４２により導か
れた＋45°の変化に伴う前記ゲート２４で導かれ
る。 確かな状態でカツプラ１０を使用するために、
衛生によつて搬送されたアンテナを経て二方式の
通信を保有するマイクロ波回路のように、それを
２チヤンネル間のクロストークを妨げる空帯によ
り、周波数範囲の間隔が離れた送信チヤンネル及
び受信チヤンネルに便宜を図る十分に広い帯域幅
に伴い、前記カツプラ１０を構成するために望ま
しいものである。前記カツプラ１０の増加した帯
域幅は、ゲート２４の中心線上の外側の側壁２０
に位置された段状のアバツトメント４４の使用に
よつてなし遂げられる。前記アバツトメント４４
は、ゲート２４を経て輻射エネルギーの結合を高
めるために前記ゲート２４で導波管１２及び１４
の幅を減ずる。 アバツトメント４４の各々は、３段の段板４６
Ａ〜Ｅ及びけ込み４８Ａ〜Ｅから構成される。ア
バツトメント４４の寸法は、所望の帯域幅を達す
るために調整することができる。前記自由空間波
長の限界の代表的な寸法は、以下の通りである。
全長は１ 1/4波長であり、段板４６Ｃは1/2波
長、段板４６Ｂ及び４６Ｄは各々1/4波長、そし
て段板４６Ａ及び４６Ｅは各々1/8である。け込
み４８Ａ及び４８Ｅは0.050インチであり、け込
み４８Ｂ及び４８Ｄは各々0.045インチ、そして
前記段板４６Ｃの両側のけ込み４８Ｃは各々
0.060インチである。前記け込みの各々は、アバ
ツトメント４４からの反射を最小限にするように
１／１０波長より短いということが注意される。 移相器４０の構成に関連して、２つの中央の絞
り３６は1/8波長に等しい高さであり、これは前
記カツプラ１０の動作周波数の0.110インチにな
る。絞りのセツトの端部での、残存する２つの絞
り３６は、ほぼ1/16波長の長さに等しく、長さは
前記カツプラ１０の動作周波数の0.080インチに
及び、これは前記中央の絞り３６の高さより低い
ものである。導波管１２の軸に沿つて測定するよ
うに、前記絞り３６の各々の厚さは、1/8波長で
ある。絞り３６の継続的な厚さの間の中心間隔
は、導波管の波長の1/4である。導波管軸に対し
て横方向に於いて測定されるように、絞り３６の
各々の幅は、ほぼ0.2インチとなる。容量性絞り
３６に隣接した前記壁２２のセグメントの長さ
は、1.7インチである。前記容量性絞り３６は、
２つの側壁２０及び２２間の中央に間隔が開けら
れる。容量性絞り３６が底部壁１８から上方に伸
びるように示される一方、二者択一的に、これら
が頂部壁１６から下方に伸びるように構成するこ
とができる、ということが注意される。 移相器４２の構成に関連して、２つの中央の誘
導性絞り３８は、0.115インチの間隔で外側の壁
２０から伸びると共に、絞りのセツトの外側の端
部で残存する２つの絞り３８は短い間隔、すなわ
ち0.110インチで前記側壁から伸びる。前記誘導
性絞り３８の中央の間の間隔は、導波管波長の1/
４となる。前記導波管１４の軸に沿つて測定する
ように、誘導性絞り３８の厚さは、ほぼ1/8自由
空間波長となる。 前記カツプラ１０の他の寸法は、以下の通りで
ある。前記入力ポート３０に隣接した共通壁２２
の部分は、0.7インチと測定される。導波管１２
及び１４の各々の側壁２０及び２２間の間隔は
0.75インチであり、これはほぼ3/4波長となる。
前記カツプラ１０の全長は3.6インチである。 カツプラ１０の構成に於いて、真鍮またはアル
ミニウムが、絞り３６及び３８、そしてアバツト
メント４４と同様に導波管壁の両者の構成に於い
て使用される。前記金属の両者は、適切な導電率
を提供し、アルミニウムはそれが重量を減ずるた
めに望まれるとき、使用される。アバツトメント
４４及び誘電性絞り３８の両者は、前記頂部壁１
６と底部壁１８間の十分な間隔を広げる。容量性
の絞りが短壁の間の十分な間隔で広げて構成でき
る一方、所望の移相及び帯域幅は前述の注意のよ
うに、幅に伴つた容量性絞り３６を構成すること
による好ましい実施例で得られてきており、それ
は第１の導波管１２の２つの側壁２２及び２０を
幾分かだけ伸ばす。 動作に於いて、前記カツプラ１０は出力端子２
６及び２８の中に導かれた位相補償に伴つたKu
帯域側壁の短スロツトハイブリツドカツプラとし
て動作する。前記位相補償は、周波数に於いて分
散的でないものであり、そして移相構成は広帯域
パワー区分ネツトワークの使用のため、コンパク
トな軽量アセンブリの結合デバイスの構成を可能
にする。前記容量性移相器４０は、中継ポート２
６で−45°の移相量を導く。前記誘導性移相器４
２は、第２の導波管１４の＋45°の移相量を導き、
その移相量は前記ハイブリツド結合によつて導電
かれた−90°の移相量で代数的に結合される。前
記第２の導波管１４の＋45°の移相量及び−90°の
移相量の代数結合は、結合ポート２８で−45°の
結果として生ずる移相を作り出し、この結果とし
て生ずる移相は中継ポート２６での−45°の移相
に等しいものである。故に、入力ポート３０に対
する輻射エネルギーの適用によつて、前記中継ポ
ート２６及び結合ポート２８が伸びる結果的な電
磁波は、互いの位相におけるものである。 第５図はこの発明の特徴を示すもので、前記移
相器４０及び４２の周波数分散的特性が互いに追
跡する。周知のように、或る周波数での移相によ
つて導いた移相は、別の周波数で導いた前記移相
から少々異なる。カツプラ１０は周波数の広い範
囲に渡つて使用すべきであり、従つて移相の何れ
の周波数依存状態もまた補正しなければならな
い。前記誘導性絞り３８及び容量性絞り３６の移
相の公称値がそれぞれ＋45°及び−45°である一
方、移相の事実上の値は周波数の機能として前記
公称値から変化する。第５図に示されるように、
誘導性移相器４２は周波数の低い値で＋45°より
多い移相量を導き、前記移相量の値は周波数の高
い値のために公称値の方へ下ろしている。前記容
量性移相器４０によつて導いた移相量は、周波数
の低い値のために公称値より低いものであり、且
つ高い周波数での前記公称値に対して増加する。 しかしながら、この発明の重要な特徴に従つ
て、誘導性絞りの列及び容量性絞りの列によつて
導いた移相間の差異は、利害の帯域に於ける周波
数の範囲に渡つて90°で不変に残存する。故に、
前記カツプラ１０は、ハイブリツドカツプラと関
連して本質的な90°の移相量の広帯域補償のため
に提供するよう、移相の変化を誘発する周波数の
ために補償する。第５図に示されるように、誘導
性絞りの列のための上方の線は、容量性絞りの列
を表している低い線を正確に追跡する。これによ
つて、前記カツプラ１０の位相補償は、この発明
の補償が周波数分散の自由となる前述の有効な移
相補償的デバイスに渡る主要な利益を達する。こ
の利益は、縮小されたパツケージの大きさ及び減
ぜられた重量の機械的利益に関連して達せられ
る。 この発明の前述の実施例は例証とされるだけで
あり、その変形が当業者によつて生ずることがで
きるということが理解されるべきである。したが
つて、この発明はここで説明された実施例に制限
されるべきものではないが、付属の請求の範囲に
よつて明白にされるものにのみ限定されるべきで
ある。