方向性結合器の電磁界解析事例

衛星通信の送受信システムやマイクロ波地上通信システムで利用される電磁波回路は、各種導波管で構成されています。
これら導波管の中から今回は多孔形方向性導波管について、高周波電磁界解析ソフトウェアF-WAVEで解析しました。

多孔形方向性結合器は、図１のようにＥ面を共有する２つの導波管内に多数の結合孔を空けた結合器で、広帯域にわたって良好な方向性を示します。
多孔形方向性結合器の外観図は図１の通りです。
主導波管と副導波管の境界面 の孔の径は中央に近い程大きく、孔の中心位置は管内波長の1/4間隔で配置されています。
今回は、ポート１から10GHzのマイクロ波をTE10モードで入射して解析を行いました。

図１：多孔形方向性結合器形状全体図 (上蓋を外した状態)

図１のポート１から入った前進波は、主導波管と副導波管をつなぐ開口部を通過するのでポート２とポート４に一定比で伝達されます。
ポート４に出力される波は主導波管の前進波に比例した出力が得られ、ポート３に出力される波は主導波管の後進波に比例した出力が得られます。

図２のポインティングベクトル線図からわかるように、Port1から入射したマイクロ波は、主導波管をほぼ無損失で伝わり副導波管を伝わる波は主導波管を伝わる波に比べて非常に小さくなっている様子がわかります。

図２：ポインティングベクトル線図

ここでコンターバーのスケール変換を行い、図３のように、副導波管内の非常に小さな波が見えるようにしました。

図３：ポインティングベクトル線図

方向性結合器はこのように主導波管の損失を抑えつつ波を分岐し、副導波管にて反射電力比等を計測するために利用されますが、シミュレーションにより各ポート情報とＳパラメータを計算し、主導波管と副導波管を通過する電力量を比較したり、入射波と反射波の位相と電力、入射波と進行波の位相と電力の評価等を行うことができます。

電界分布アニメーション

コンター値スケール変換後 副導波管（右側）

この解析は高周波電磁界解析ソフトウェア F-WAVE で行いました。F-WAVE について詳しくはこちらへ

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