JPH04150401A - モード結合型方向性結合器 - Google Patents

モード結合型方向性結合器

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JPH04150401A
JPH04150401A JP27378390A JP27378390A JPH04150401A JP H04150401 A JPH04150401 A JP H04150401A JP 27378390 A JP27378390 A JP 27378390A JP 27378390 A JP27378390 A JP 27378390A JP H04150401 A JPH04150401 A JP H04150401A
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Japan
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waveguide
mode
holes
sub
coupling
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JP27378390A
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Keiji Sakamoto
坂本 慶司
Masaharu Goto
正治 後藤
Takashi Nagashima
永島 孝
Naoki Nakamura
直樹 中村
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Mitsubishi Electric Corp
Japan Atomic Energy Agency
Original Assignee
Japan Atomic Energy Research Institute
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
この発明は、核融合実験装置でのプラズマ加熱に用いら
れる大電力ミリ波発振器ジャイロトロンの出力をモニタ
するのに利用するモード結合型方向性結合器に関する。
【従来の技術】
第3図は従来のモード結合型方向性結合器を示す一部破
断斜視図であり、図において、1は大電力高周波のTE
mnモードを伝搬可能な円形主導波管、2は結合孔、3
は結合孔2を通してTEmnモードを結合する副導波管
である。第4図は第3図に示した従来のモード結合型方
向性結合器の断面図であり、図において、4aは円形主
導波管1のTEmnモードの入射口、4bは円形主導波
管lのTEmnモードの出口、5a及び5bは副導波管
3の開口端である。そして同一形状の結合孔2が等間隔
βで複数個設けられている。第5図はモード結合型方向
性結合器の円形主導波管1の中心軸に垂直な面での断面
図であり、図において、副導波管3の形状は開口部の縦
横内寸法がaXbの方形導波管であることを示している
。 次に動作について説明する。まず、円形主導波管1内の
TEmnモードの管内波長をλg+とした場内波長λg
2をλg、に等しくなる様に副導波管の内寸を定める。 これによって円形主導波管1の入射口4aより入射した
78mnモードは、副導波管3内のTE、。モードと結
合孔2を通して結合するが、副導波管3内のTE、。モ
ードは、開口端5b方向へは78mnモードとは位相的
に加わるため伝搬するが、開口端5a方向へは位相が打
消されるため伝搬せず、従って方向性を有することとな
る。また、結合孔2の個数は、周波数特性を良くするた
めには少ない方が良いが、低出力の掃引発振器による方
向性の測定等を精度良く行うためには、結合度が400
dB程度より大きい方が望ましく、従って結合孔2の個
数はある程度多くしている。
【発明が解決しようとする課題】
従来のモード結合型方向性結合器は以上のように構成さ
れているので、周波数が、プラズマ加熱に用いられる大
電力ミリ波発振器ジャイロトロンにおけるように100
G)lz以上に高周波化が進められると、伝送電力を大
きくするため円形主導波管1の直径dを小さくできない
ので、円形主導波管1内の78mnモードの管内波長λ
g+が自由空間波長λに近くなり、副導波管3内の基本
モードでアルT E + oモードの管内波長λg2を
これに等しくすると、副導波管3の寸法aの値が大きく
なり、副導波管3がオーバーサイズとなってしまい、基
本モード以外のモードも発生し、方向性結合器として出
力のモニタをすることが困難になるなどの課題があった
。 この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、100GHzを越えるような高い周波数に対し
ても、副導波管の寸法を大きくせずに円形主導波管上の
結合度を大きくし、しかも、すぐれた方向性を持たせて
円形主導波管に対する入力電力及び反射電力を正確にモ
ニタしうる新規なモード結合型方向性結合器を得ること
を目的とする。
【課題を解決するための手段】
この発明に係るモード結合型方向性結合器は、基本モー
ドおよびこの基本モード以外のモードを伝搬する円形主
導波管と、この円形主導波管の周方向において互いに離
間し、円形主導波管の径方向と同一方向における寸法a
が円形主導波管の直径dより短く、かつその管軸方向に
配設された複数個の副導波管とを備え、各副導波の空胴
に電磁的に結合する複数個の結合孔を1組とし、これら
の粗間の距離を等間隔とした結合孔の複数組を円形主導
波管の管壁に設け、各副導波管において粗間の距離を互
いに異ならせるようにしたものである。
【作用】
この発明における複数個の結合孔からなる1組は、各副
導波管内のモードについて一方向へは位相が打消される
ように設けられ、それによってその位相を打消す方向へ
は副導波管内のモードを伝搬させないようにして方向性
を持たせることを可能にする。また、複数個の副導波管
を設けて結合孔の複数組の粗間の距離を互いに異ならせ
ることによって円形主導波管を伝搬する基本モード以外
のモードをもモニタすることが可能になる。
【実施例】
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図において、3,3aは円形主導波管1に対して対称的
に配置された副導波管であり、方の副導波管3側におい
て、2は結合孔であり、これらは間隔!1をもって設け
られた2個が1組となり、等間隔I12ごとにN組、合
計2N個設けられている。また、他方の副導波管3a側
においても、2aは結合孔であり、これらは間隔13を
もって設けられた2個がIMiとなり、等間隔14ごと
にN組設けられている。ここで、間隔2.と間隔i!、
3とは異なり、また、間隔12と間隔i4とは異なるよ
うに構成される。なお、その他の第4図に示したものと
同一の構成部分には同一符号を付して重複説明を省略す
る。 ところで、例えば一方の副導波管3における1個の結合
孔2による78mnモードの結合度をC8とすると、間
隔2で設けた2個の結合孔2による、円形主導波管1の
入射口4aより入射したTEmnモードの、副導波管3
の開口端5b方向への結合係数■、および副導波管3の
開口端5a方向への結合係数■、は、それぞれ次式で表
わせる。 ■。 C0 (1+exp( 4zz:、) λ。 Vb −〇〇 、  4 π Z (1+exp(j・ λ、) 2πz       、2πZ C2C@ cos     2exp(j °)ハ  
        れ ただし、λ = 2Ag・−Ag・ λg2−λg1 λ、−2λg+・7g2 λg2−]−λg ここで、λg、および7g2はそれぞれ円形主導波管1
および副導波管3での管内波長である。よって、方向性
を良くするためには、 Z= 2 m−ニュλb  (m+ C1,2,3,・
−・・−)とすれば、l Vb  l−0とすることが
できるので、一方の副導波管3内における例えば、TE
、。モードは、開口端5a方向へは位相が打消されるた
め、そのT E +。モードを伝搬させず、従って方向
性を持たせることができる。また、 z mm z  λt  (mz C1,2131−−
−−−−) −−(x)とすると1■、1が最大となり
、少ない結合孔2で大きな結合度が得られる。よって、 11Jユビ1λb+i!、!−ヤス、 −−−(2)の
関係が得られるように2N個の結合孔2を設ければ、1
00GI(zを越えるような高周波に対しても方向性の
良いモード結合型方向性結合器が得られる。 同様に、他方の副導波管3aにおいても、例えばT E
 + +モードに対して今度は開口端5ab方向へは伝
搬されずに開口端5bb方向に伝搬するように方向性を
持たせ、また結合孔2aで大きな結合度が得られるよう
に、上記(1)式、(2)式と同様にして間隔Qs、e
、を設定することができる。 このような構成によって、円形主導波管1の伝搬モード
をTEoaモードとすると一方の副導波管3によって上
記(1)式、(2)式を満足する間隔21゜12により
′「El。モードを開口端5bにて入射電力をモニタす
ることができる。他方、円形主導波管lに反射してくる
ミリ波は導波量の不連続や曲がり、あるいは負荷等から
の反射であり、そのモードは変わっている。しかし、他
方の副導波管3aを設けることによって、例えばT E
 + +モードとして反射電力をもモニタすることが可
能となる。 −例として、円形主導波管1の伝搬モードをTE、、モ
ード、周波数を120GIiz、円形主導波管1の直径
dを37mm、副導波管3の縦内寸法aを2.032m
m、横内寸法すを1 、016 mmとすると、円形主
導波管1でのTE、、モードの管内波長λg1ば2.6
07 mm、副導波管3でのTE、。モードの管内波長
λg2は3.167 mmとなり、前述の弐でm、C2
゜C2−1とすることにより、1+  C2,1511
m+、 j2z−14,75mmとなる。このように、
結合孔2の間隔を設定すると、方向性は計算上ばdB表
示で無限大となり、また結合度Cは、結合孔2の組の数
Nを40.1個の結合孔2による結合度C8を77dB
とすると、 2πi。 C=−201og+o(2NCocos  A、  )
C40(dB)となる。これにより、低出力の掃引発振
器による方向性の測定を精度良く行えるようになる。 また、不要モードに対するモード弁別度は、円形主導波
管1内の管内波長の違いを利用して、結合孔2の組の数
を適当に選ぶことにより、良好なモード弁別度となる。 なお、上記実施例では2個を1組とするN組の結合孔2
によりモード結合型方向性結合器を得たが、第2図に示
すように、間Re lで設けた2個の結合孔2および間
隔!3で設けた2個の結合孔2aを、前述の式を用いて
、結合孔の数を増すことにより結合係数が小さくならな
いようにして求めたある間隔りおよび間隔2.をもって
複数組設け、これらを1&llとしてさらにN&llの
結合孔を設けてもよい。 また、上記実施例では、2個の結合孔2によって方向性
を持たせるようにしたが、結合孔2は3個以上であって
もよく、結合孔2の間隔を、方向性を持たせるように設
定することにより上記実施例と同様の効果を奏する。 そして、」二記実施例では、円形主導波管1に対して2
個の副導波管3,3aを設けたものを示したが、対称的
に4個以上の副導波管を設け、反射してくる異なったモ
ードについてもモニタするようにして反射電力をより正
確にモニタすることも可能である。 r発明の効果】 以上のように、この発明によれば円形主導波管に対して
複数個の副導波管を設け、各副導波管において複数の結
合孔を1組として複数組設ける構成としたので、100
GH2を越えるような高い周波数に対しても、副導波管
の寸法を大きくせずに円形主導波管との結合度を大きく
し、かつ方向性を持たせて円形主導波管に対する入射電
力および反射電力を正確にモニタできるものが得られる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例によるモード結合型方向性
結合器を示す断面図、第2図はこの発明の他の実施例に
よるモード結合型方向性結合器を示す断面図、第3図は
従来のモード結合型方向性結合器を示す一部破断斜視図
、第4図は第3図に示すモード結合型方向性結合器を示
す断面図、第5図は第3図に示すモード結合型方向性結
合器の円形主導波管の軸に垂直な面での断面図である。 1は円形主導波管、2,2aは結合孔、3,3aは副導
波管。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代 理 人  大  岩  増  雄 第 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  大電力高周波の基本モードおよびこの基本モード以外
    の伝搬が可能な円形主導波管と、この円形主導波管の周
    方向で互いに離間し、前記円形主導波管の径方向と同一
    方向における寸法が前記円形主導波管の直径より短く、
    かつ前記円形主導波管の管軸方向に配設された複数の副
    導波管とを備え、これら各副導波管の空胴に電磁的に結
    合する複数個の結合孔を1つの組とし、組間の距離を等
    間隔とした複数の前記組における前記各結合孔を、前記
    円形主導波管の前記副導波管に対向する管壁に設け、前
    記各副導波管について前記組間の距離を互いに異ならせ
    たモード結合型方向性結合器。
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