特許 6959780 マルチモード導波管

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6959780

(24)【登録日】2021年10月12日

(45)【発行日】2021年11月5日

(54)【発明の名称】マルチモード導波管

(51)【国際特許分類】

   H01P 1/16 20060101AFI20211025BHJP

   H01P 3/127 20060101ALI20211025BHJP

   H01P 3/12 20060101ALI20211025BHJP

【ＦＩ】

   H01P1/16

   H01P3/127

   H01P3/12 200

【請求項の数】15

【外国語出願】

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-140054(P2017-140054)

(22)【出願日】2017年7月19日

(65)【公開番号】特開2018-29332(P2018-29332A)

(43)【公開日】2018年2月22日

【審査請求日】2020年7月14日

(31)【優先権主張番号】15/222,836

(32)【優先日】2016年7月28日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100086380

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100103078

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 達也

(74)【代理人】

【識別番号】100130650

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 泰光

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100161274

【弁理士】

【氏名又は名称】土居 史明

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(74)【代理人】

【識別番号】100168099

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 伸太郎

(72)【発明者】

【氏名】ラリー エル．サヴェージ

(72)【発明者】

【氏名】テッド アール．ドンブロフスキ

(72)【発明者】

【氏名】コーリー エム．タッカー

【審査官】 佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−０５３５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３１０００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３６８５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１０２８５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｐ １／１２

Ｈ０１Ｐ １／１６

Ｈ０１Ｐ ３／１６

Ｈ０１Ｑ １３／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導波管を含む装置であって、前記導波管は、
基本伝搬モードに関連する形状を有する導波管壁と、
前記導波管の一部の長さに沿って変化する断面積を有する第１誘電材料と、を含む、装置。

【請求項2】

前記導波管壁は、円形の断面を有し、前記基本伝搬モードは、横電界１１（ＴＥ１１）モードを含む、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記第１誘電材料は、テーパー形状を有する、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記テーパー形状は、円錐形状、楕円形状、又は、対数曲線形状である、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記第１誘電材料は、前記導波管の前記一部の長さに沿って直線的に変化する寸法を有する、請求項２〜４のいずれかに記載の装置。

【請求項6】

前記導波管は、第２誘電材料を含むとともに、前記導波管の第２端に近接して設けられた誘電率整合部をさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載の装置。

【請求項7】

前記一部は、モード遷移部を含み、前記導波管は、前記モード遷移部と前記第２端との間にモード合成部を含む、請求項６に記載の装置。

【請求項8】

前記モード合成部の内部領域は、前記モード遷移部の内部領域よりも低い誘電率を有する、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記導波管は、前記モード遷移部と前記導波管の第１端との間に供給部をさらに含み、前記供給部の内部領域は、前記モード遷移部の内部領域よりも低い誘電率を有する、請求項７又は８に記載の装置。

【請求項10】

前記導波管の内部領域の断面積は、前記モード遷移部の長さに沿って実質的に一定であり、
任意で、前記導波管の前記内部領域の断面積は、前記供給部に沿って実質的に一定であり、前記モード遷移部の長さに沿った前記内部領域の断面積、及び、前記供給部に沿った前記内部領域の断面積は、実質的に等しい、請求項９に記載の装置。

【請求項11】

導波管において信号を受信し、その際、前記導波管は、基本伝搬モードと関連する形状を有する導波管壁と、前記導波管の一部の長さに沿って変化する断面積を有する誘電材料とを含み、
前記誘電材料を含む前記導波管の前記一部を通して前記信号を伝搬することにより、前記信号の一部を、前記基本伝搬モードから二次伝搬モードに変換する、ことを含む、方法。

【請求項12】

前記導波管壁は、円形断面を有し、前記基本伝搬モードは、横電界１１（ＴＥ１１）モードを含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記二次伝搬モードは、横磁界１１（ＴＭ１１）モードを含む、請求項１１又は１２に記載の方法。

【請求項14】

前記一部は、モード遷移部を含み、前記導波管のモード合成部を通して前記信号を伝搬することをさらに含む、請求項１１〜１３のいずれかに記載の方法。

【請求項15】

前記モード合成部の内部領域の誘電率は、前記モード遷移部の内部領域の誘電率よりも低い、請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は導波管に関する。

【背景技術】

【0002】

マイクロ波アンテナは、主ローブと副ローブとを含む放射パターンを有するエネルギーを出射することができる。副ローブのエネルギーは望ましくない場合がある。例えば、副ローブのエネルギーは、主ローブからエネルギーを奪い、エミッタの検出を容易にしうる。副ローブのエネルギーを低減するには、開口アンテナ又は導波管の口部において縦方向のエッジ電流を低減すればよい。縦方向のエッジ電流は、基本伝搬モードと高次伝搬モードとを含む混合伝搬モードにてエネルギーを伝搬して、縦方向の電流を相殺することにより、低減することができる。混合伝搬モードは、基本伝搬モードで伝搬するエネルギーを、高次伝搬モードで伝搬するエネルギーに変換することにより得られる。導波管の寸法（例えば、内部領域の断面積）をその長さに沿って変化させれば、基本伝搬モードで伝搬するエネルギーを高次伝搬モードで伝搬するエネルギーに変換する境界値不整（boundary value perturbation）を生じさせることができる。例えば、導波管の壁は、末広がり部（flare）、絞り（iris）、溝、又は、段差を含むことにより、エネルギーを高次伝搬モードに変換することができる。しかしながら、導波管の壁の断面積を変化させることは望ましくない場合がある。例えば、多くのシステムは、実質的に一定の断面積を有する導波管を含んでおり、これらのシステムにおける導波管を取り換えるには費用がかかる。

【発明の概要】

【0003】

特定の実施形態において、装置は、導波管を含む。前記導波管は、基本伝搬モードに関連する形状を有する導波管壁を含む。前記導波管は、前記導波管の少なくとも一部の長さに沿って変化する断面積を有する第１誘電材料を含む。

【0004】

他の特定の実施形態において、導波管は、供給部と、モード合成部と、モード遷移部と、誘電率整合部と、を含む。前記モード遷移部は、誘電材料を含むとともに、前記供給部と前記モード合成部との間に設けられている。前記誘電率整合部は、誘電材料を含む。前記モード合成部は、前記誘電率整合部と前記モード遷移部との間に設けられている。

【0005】

他の特定の実施形態において、方法は、導波管において信号を受信することを含む。前記導波管は、導波管壁と誘電材料とを含み、当該誘電材料は、前記導波管の一部の長さに沿って変化する断面積を有する。前記導波管壁は、基本伝搬モードと関連する形状を有する。前記方法は、さらに、前記誘電材料を含む前記導波管の前記一部を通して前記信号を伝搬することにより、前記信号の一部を、前記基本伝搬モードから二次伝搬モードに変換することを、さらに含む。

【0006】

本明細書で説明する特徴、機能、及び利点は、様々な実施形態において個々に実現可能であり、また、他の実施形態との組み合わせも可能である。詳細についは、以下の説明及び図面を参照することにより明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1A】モード遷移部を含む導波管を示す斜視図である。

【図1B】図１Ａに示す導波管の供給部を示す断面図である。

【図1C】図１Ａに示す導波管のモード遷移部を示す断面図である。

【図1D】図１Ａに示す導波管のモード合成部を示す断面図である。

【図1E】図１Ａに示す導波管を示す側方断面図である。

【図2】円錐状テーパーを有する（導波管のモード遷移部の）誘電材料を示す斜視図である。

【図3】楕円状テーパーを有する（導波管のモード遷移部の）誘電材料を示す側面図である。

【図4】対数曲線状のテーパーを有する（導波管のモード遷移部の）誘電材料を示す側面図である。

【図5】図１Ａに示すモード遷移部を含まない円形導波管の表面電流の例を示す図である。

【図6】図１Ａに示すモード遷移部を含む円形導波管の表面電流の例を示す図である。

【図7】誘電材料を含む導波管であって、当該誘電材料の断面積が当該導波管の一部の長さに沿って変化する導電管を通して信号を伝搬する方法の特定の例を示すフロー図である。

【図8】モード遷移部を有する導波管を含む航空機のライフサイクルを示すフロー図である。

【図9】モード遷移部を有する導波管を含む航空機の例示的な実施形態を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本開示の特定の実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。以下の説明において、図面全体を通して、共通する特徴部は共通の参照数字で示されている。

【0009】

図面及び以下の記載は、特定の例示的な実施形態を説明するものである。したがって、本明細書に明瞭に説明又は図示されていなくても、本開示に従った請求の範囲に含まれるとともに、本開示で説明される原理を具現化する様々な変形が可能であることは、当業者であれば理解するであろう。さらに、本明細書で説明されている例は、本開示の原理に対する理解を助けることを意図するものであり、限定を加えるものではないと解釈すべきである。したがって、本開示は、以下に説明する特定の実施形態又は例に限定されるものではなく、請求の範囲及びその均等物によって限定されるものである。

【0010】

図１Ａは、モード遷移部（例えば、部分１０６）を含む導波管１００を示す斜視図である。図１Ｂは、図１Ａの線Ｂに沿った、図１Ａの導波管１００を示す断面図である。図１Ｃは、図１Ａの線Ｃに沿った、図１Ａの導波管１００を示す断面図である。図１Ｄは、図１Ａの線Ｄに沿った、図１Ａの導波管１００を示す断面図である。図１Ｅは、図１Ａの線Ａ−Ａに沿った、図１Ａの導波管１００を示す断面図である。図１Ｅに示すように、導波管１００は、当該導波管１００の部分１０６（例えば、モード遷移部）の長さに沿って寸法（例えば、断面の半径、直径、又は長さ）が変化する誘電材料１１０を含む。導波管１００は、第１端１１４と第２端１１６とを有する導波管壁１０２を含む。導波管壁１０２は、基本伝搬モード（dominant propagation mode）に関連する断面形状（例えば、ジオメトリ）を有しうる。例えば、導波管壁１０２は円形状であり（例えば、導波管１００は、円形導波管であってもよい）、基本伝搬モードは、横電界１１（ＴＥ１１）モードに対応する。これに代えて、導波管壁１０２は、方形又は矩形であってもよく（例えば、導波管１００は、方形導波管又は矩形導波管であってもよく）、基本伝搬モードは、ＴＥ１０モードに対応していてもよい。

【0011】

導波管１００は、基本伝搬モードにおいて、エネルギーの伝搬を可能にする供給部１０４を含む。円形導波管を使用する場合で説明すると、供給部１０４は、信号１０３を受信し、受信された信号１０３は、その全体又は大部分が基本伝搬モード（例えば、ＴＥ１１）にて、部分１０６に向かって伝搬する。

【0012】

図１Ｂに示すように、導波管１００の供給部１０４は、内部領域１９５を含み、当該内部領域は、導波管１００の供給部１０４に沿った導波管壁１０２の内面１９７によって画定されている。図示された実施形態においては（例えば、円形導波管）、内部領域１９５は、供給部１０４の長さに沿って、Ａ＝πＲ²（式１）に対応する断面積（Ａ）を有し、Ｒは、内部領域１９５の断面の半径Ｒに対応している。他の実施形態においては（例えば、方形又は矩形の導波管）、導波管１００の内部領域１９５は、円形以外の断面形状を有する。これらの例においては、導波管壁１０２により規定される供給部１０４の内部領域１９５は、式１の関係とは異なる関係式により規定される断面積を有する。例えば、上述したように、導波管壁１０２は、方形又は矩形であってもよい（例えば、導波管壁１０２の内面１９７は、方形又は矩形を規定する）。例示すると、供給部１０４に沿った内面１９７は、方形を規定し、内部領域１９５は、（供給部１０４に沿った内面１９７により規定される断面形状の）長さの二乗に対応する断面積を有しうる。他の例として、供給部１０４に沿った内面１９７は、矩形を規定し、内部領域１９５は、供給部１０４に沿った内面１９７により規定される断面形状の長さを、断面形状の幅で乗算したものに対応する断面積を有しうる。

【0013】

供給部１０４の内部領域１９５は、部分１０６の内部領域よりも低い誘電率を有する。例えば、以下により詳細に説明するように、供給部１０４の内部領域１９５は、空気で満たされているが、空気は、部分１０６の誘電材料１１０よりも低い誘電率を有する。

【0014】

信号１０３は、供給部１０４から部分１０６へ伝搬する。供給部１０４から部分１０６に接近又は入射する信号は、主に又は完全に基本伝搬モードで伝搬する。部分１０６の誘電材料１１０は、部分１０６に入射する際（すなわち、第１端１８７において）基本伝搬モードで伝搬する信号１０３の一部を、部分１０６の第２端１８８において第２モードで伝搬するエネルギーに変換する作用を有する。

【0015】

図１Ｃに示すように、導波管１００の部分１０６は、内部領域１９６を含み、当該内部領域は、導波管１００の部分１０６に沿った導波管壁１０２の内面１９７によって画定されている。いくつかの実施形態においては（例えば、円形導波管）、内部領域１９６は、部分１０６の長さに沿って、Ａ＝πＲ²（式２）に対応する断面積（Ａ）を有し、Ｒは、内部領域１９６の断面の半径Ｒに対応している。他の実施形態においては（例えば、方形又は矩形の導波管）、導波管１００の内部領域１９６は、円形以外の断面形状を有する。これらの例においては、部分１０６の内部領域１９６は、式２の関係式とは異なる関係式により規定される断面積を有する。例えば、上述したように、導波管壁１０２は、方形又は矩形であってもよい（例えば、導波管壁１０２の内面１９７は、方形又は矩形を規定する）。例示すると、部分１０６に沿った内面１９７は、方形を規定し、内部領域１９６は、（部分１０６に沿った内面１９７により規定される断面形状の）長さの二乗に対応する断面積を有しうる。他の例として、部分１０６に沿った内面１９７は、矩形を規定し、内部領域１９６は、部分１０６に沿った内面１９７により規定される断面形状の長さを、断面形状の幅で乗算したものに対応する断面積を有しうる。

【0016】

例示的な実施形態においては、部分１０６の内部領域１９６は、長さに沿って実質的に一定の断面積を有し、供給部１０４の内部領域１９５と同じ断面積を有する。本実施形態において、部分１０６は、導波路壁の不整箇所（perturbations）を含まない。

【0017】

例示的な実施形態においては、誘電材料１１０により、内部領域１９６の断面積を実際に変化させることなく、部分１０６の長さに沿ってあたかも内部領域１９６の断面積が増大しているかのように、信号１０３が挙動する。誘電材料１１０により、あたかも内部領域１９６の断面積が内部領域１９５の断面積よりも大きいかのように信号が挙動するのは、部分１０６の内部領域１９６が、供給部１０４の内部領域１９５よりも高い誘電率を有するからである（例えば、誘電材料１１０が、供給部１０４の内部領域１９５の材料よりも高い誘電率を有することに基づく）。例えば、供給部の内部領域１９５は、空気で満たされており（例えば、誘電率が１）、誘電材料１１０の誘電率は、１よりも大きい。いくつかの例においては、誘電材料１１０は、ポリマーで形成されている。

【0018】

円形導波管のいくつかの実施形態において、誘電材料１１０は、（部分１０６の第２端における）内面の断面形状が供給部１０４の半径Ｒの約２倍の半径を有する導波管壁をエミュレートする（emulate）ように構成されている。これらの例において、誘電材料１１０は、供給部１０４の内部領域１９５の材料又は充填物の誘電率の約４倍の誘電率を有しうる。例えば、供給部１０４の内部領域１９５は、空気で満たされており（例えば、誘電率が１）、誘電材料１１０は、誘電率が約４の誘電材料で形成されている。

【0019】

誘電材料１１０は、円形の断面を有することが図示されているが、他の実施形態においては、誘電材料１１０は、円形以外の断面形状を有していてもよい。例えば、上述したように、導波管１００は、方形又は矩形の導波管であってもよい。これらの例において、誘電材料１１０は、方形又は矩形の断面形状を有する。方形導波管１００のいくつかの例においては、誘電材料１１０は、実質的に角錐状であり、この場合、誘電材料１１０は、直線的に漸減している。これらの例においては、誘電材料１１０は、部分１０６の第２端１８８における内面の断面形状（例えば、方形又は矩形の断面形状）が供給部１０４の内部領域１９５の断面形状において対応する寸法値の約２倍又は少なくとも２倍の寸法以外の寸法（例えば、長さ又は幅）を有する導波管壁をエミュレートする（emulate）ように構成されている。

【0020】

このように、（誘電材料１１０を含む）部分１０６は、導波管壁１０２における不整箇所をエミュレートすることができ、導波管壁１０２における不整箇所を用いることなく、基本伝搬モードからのエネルギーを二次伝搬モードに変換する機能を有する。したがって、部分１０６は、供給部１０４と同じ（或いは、実質的に同じ）断面積を有する一方で伝搬モードを変換することができ、一定の断面積を有する導波管であっても、当該導波管に誘電材料１１０を加えることにより、モード変換を行えるように改良することができる。

【0021】

いくつかの例においては、誘電材料１１０の断面積は、部分１０６の長さに沿って、第１端１１４から第２端１１６へ向かう方向（例えば、図１Ｅにおけるｄ方向）に増大する。いくつかの例において、誘電材料１１０は、部分１０６の長さに沿って直線的に変化する寸法（例えば、半径）を有する。例えば、図２は、部分１０６の長さに沿ってｄ方向に増大する断面積を有する図１Ｅの誘電材料１１０を示しており、誘電材料１１０は、円錐形状（例えば、円錐のジオメトリ）を有する。この例において、誘電材料１１０のＥにおける断面積は、円Ｅの面積に対応しており、誘電材料１１０のＦにおける断面積は、円Ｆの面積に対応する。本例においては、Ｆにおける断面積は、Ｅにおける断面積よりも大きく、誘電材料１１０の断面積は、長さに沿ってｄ方向に増大する。

【0022】

図２の例においては、誘電材料１１０は円錐形状を有しているが、他の例においては、誘電材料１１０は、異なるテーパー形状を有しうる。例えば、誘電材料１１０は、楕円状又は対数曲線状のテーパーを有しうる。例えば、図３は、図１Ｅの誘電材料１１０が、長さに沿った楕円状テーパーを有する例を示しており、図４は、図１Ｅの誘電材料１１０が、長さに沿った対数曲線状テーパーを有する例を示している。

【0023】

再度図１Ｅを参照すると、導波管１００は、部分１０６と第２端１１６との間にモード合成部１０８を含む。導波管１００のモード合成部１０８は、内部領域１９８（図１Ｄを参照）を含み、当該内部領域は、モード合成部１０８の長さに沿った導波管壁１０２の内面１９７によって画定されている。いくつかの実施形態（例えば、円形導波管）においては、内部領域１９８は、モード合成部１０８の長さに沿って、Ａ＝πＲ²（式３）に対応する断面積（Ａ）を有し、Ｒは、内部領域１９８の断面の半径Ｒに対応している。他の実施形態においては（例えば、方形又は矩形の導波管）、導波管１００の内部領域１９８は、円形以外の断面形状を有する。これらの例においては、モード合成部１０８の内部領域１９８は、式３の関係式とは異なる関係式により規定される断面積を有する。例えば、上述したように、導波管壁１０２は、方形又は矩形であってもよい（例えば、導波管壁１０２の内面１９７は、方形又は矩形を規定する）。例示すると、モード合成部１０８に沿った内面１９７は、方形を規定し、内部領域１９８は、（モード合成部１０８に沿った内面１９７により規定される断面形状の）長さの二乗に対応する断面積を有しうる。他の例として、モード合成部１０８に沿った内面１９７は、矩形を規定し、内部領域１９８は、モード合成部１０８に沿った内面１９７により規定される断面形状の長さを、断面形状の幅で乗算したものに対応する断面積を有しうる。

【0024】

モード合成部１０８の内部領域１９８は、部分１０６の内部領域よりも低い誘電率を有する。いくつかの例においては、モード合成部１０８の内部領域は、空気で満たされているが、空気の誘電率は、誘電材料１１０よりも低い。

【0025】

モード合成部１０８の長さに沿った内部領域１９８の断面積は、部分１０６の長さに沿った内部領域１９６の断面積と実質的に同じであってもよい。モード合成部１０８は、二次伝搬モードのエネルギーがモード合成部１０８に沿ってｄ方向に伝搬する際に当該エネルギーが消滅するように、基本伝搬モードと関連付けられてもよい。これに加えて、モード合成部１０８は、第２端１１６において、基本伝搬モードで伝搬するエネルギーと二次伝搬モードで伝搬するエネルギーとの間に、特定の位相差が生じるような長さを有する。特定の位相差により、縦方向のエッジ電流を相殺することができる。縦方向のエッジ電流の相殺により、第２端１１６で送信される信号の放射パターンの副ローブのエネルギーを低減することができる。

【0026】

したがって、導波管１００は、第１低誘電率部（例えば、供給部１０４）と、高誘電率部（モード遷移部１０６）と、第２低誘電率部（モード合成部１０８）との３つの部分を含む。図１Ａ〜１Ｅに示す例において、導波管１００は、当該導波管１００の全長に沿って実質的に一定の断面積を有する内部領域を有する。高誘電率部は、導波管１００の内部領域の断面積を変化させることなく、且つ、導波管壁１０２における不整箇所を含むことなく、伝搬モードを変換するように機能する。高誘電率部から出ていくエネルギーは、当該高誘電率部に入るエネルギーと比較して、二次伝搬モードで伝搬するエネルギーをより多く含む。高誘電率部から出ていくエネルギーは、低誘電率部に入り、当該低誘電率部において、縦方向のエッジ電流が、２つのモードのエネルギー間の位相差により相殺される。

【0027】

導波管１００は、誘電率整合部（index matcher）１１２を含む。誘電率整合部１１２は、第２端１１６に近接して配置されており、誘電材料で形成することができる。誘電率整合部１１２は、信号１０３の二次伝搬モードの伝搬を支援することができる。上述したように、信号１０３がモード合成部１０８を通って伝搬する際、信号１０３の二次伝搬モードの部分は消滅しうる。誘電率整合部１１２は、導波管１００により伝送される二次伝搬モードの信号の量を調節するように機能することができる。

【0028】

図５は、誘電材料１１０を含まず、図１Ａ及び１Ｅに示す誘電率整合部も含まない円形導波管における、表面電流のシミュレーションを示す。図５においては、信号が、第１端５１４で導波管５００に入り、当該導波管の全長に沿ってＴＥ１１モードで伝搬する。導波管５００の第２端５１６における表面電流は、約ゼロ（０）ｄＢＡ／ｍの縦方向の電流成分を含む。

【0029】

図６は、図１Ａ及び図１Ｅに示す導波管１００における表面電流のシミュレーションを示す。図６においては、信号が、第１端１１４で入射し、供給部１０４に沿ってＴＥ１１モードで伝搬する。この信号は、供給部１０４から部分１０６へ伝搬する。信号が、入射するとともに、部分１０６に沿って第２端１１６へ向かって伝搬すると、図１Ｅに示す誘電材料１１０は、信号の一部の伝搬モードをＴＥ１１モードからＴＭ１１モードへと変化させることにより、混合又はマルチモード信号（ＴＥ１１モードとＴＭ１１モードの両方の部分を有する信号）を得る。この信号は、部分１０６からモード合成部１０８へ伝搬する。上述したように、モード合成部１０８は、第２端１１６において、基本モード（ＴＥ１１モード）で伝搬するエネルギーと二次モード（ＴＭ１１モード）で伝搬するエネルギーとの間に、特定の位相差が生じるような長さを有する。特定の位相差により、第２端１１６において、縦方向のエッジ電流を相殺することができる。したがって、第２端１１６における表面電流は、図５に示す第２端５１６における表面電流よりも低い（例えば、約−９ｄＢＡ／ｍ）。

【0030】

図７は、誘電材料を含む導波管であって、当該誘電材料の断面積が当該導波管の一部の長さに沿って変化する導波管を通して信号を伝搬する方法７００を示す。図７に示す方法７００は、図１Ａ及び１Ｅに示す導波管１００によって実行されうる。

【0031】

図７に示す方法７００は、７０２において、導波管壁と誘電材料とを含む導波管において信号を受信することを含み、この誘電材料は、導波管の一部の長さに沿って変化する断面積を有する。上記信号は、図１Ｅに示す信号１０３に対応しうる。上記導波管は、図１Ａ及び１Ｅに示す導波管１００に対応しうる。上記導波管壁は、図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、及び１Ｅに示す導波管壁１０２に対応しうる。上記誘電材料は、図１Ｃ、１Ｅ、２、３、及び／又は、図４に示す誘電材料１１０に対応しうる。上記一部は、図１Ａ及び１Ｅに示す部分１０６に対応しうる。導波管壁の形状は、図１Ａを参照して先に説明した基本伝搬モードと関連している。

【0032】

図７に示す方法７００は、７０４において、誘電材料を含む導波管の一部を通して信号を伝搬することにより、当該信号の一部を基本伝搬モードから二次伝搬モードに変換することを含む。例えば、導波管は、円形導波管であってもよく、上記一部は、図１Ａに示す導波管１００を参照しながら先に説明したように、信号の一部をＴＥ１１モードからＴＭ１１モードに変換することができる。

【0033】

図７に示す方法７００は、７０６において、導波管のモード合成部を通して信号を伝搬することにより、基本伝搬モードで伝搬する信号の一部と、二次伝搬モードで伝搬する信号の一部との間に特定の位相差を生じさせることを、さらに含む。上記モード合成部は、モード合成部１０８に対応しうる。上述したように、モード合成部は、モード合成部の長さに基づいて特定の位相差を生じさせることができる。また、上述したように、特定の位相差により、縦方向のエッジ電流を相殺することができる。

【0034】

上述したように、導波管の内部領域の断面積は、一定（或いは、実質的に一定）であってもよい。本実施形態においては、導波管（例えば、（誘電材料１１０を含む）部分１０６）は、導波管壁１０２における不整箇所をエミュレートして、導波管壁１０２における不整箇所に依存することなく、基本伝搬モードからのエネルギーを二次伝搬モードに変換する。したがって、部分１０６は、供給部１０４の内部領域１９５と同じ（或いは、実質的に同じ）断面積を有する内部領域１９６を用いて伝搬モードを変換することができるため、一定の断面積を有する導波管であっても、当該導波管に誘電材料１１０を加えることにより、モード変換を行えるように改良することができる。

【0035】

図８を参照すると、導波管壁の不整箇所を用いずにモード変換を行う導波管を含む輸送機（例えば、陸上機、航空機、又は、水上船舶）又は地上設備（例えば、建物又は構造物）などのプラットフォームのライフサイクルを８００で示すフロー図が示されている。生産の開始前において、例示的な方法８００は、８０２において、図９を参照して説明する航空機９０２などのプラットフォームの仕様決定及び設計を含む。プラットフォームの仕様決定及び設計において、方法８００は、８２０において、導波管を有する信号受信機又は信号送信機の仕様決定及び設計を含みうる。信号受信機又は信号送信機は、図９に示す通信系９６０などの通信系の一部であってもよい。通信系は、図１Ｅに示す信号１０３などの信号を送信又は受信するために、図９に示す（導波管を含む）アンテナ９０３などのアンテナを利用しうる。導波管は、図１Ａ及び１Ｅに示す導波管１００に対応しうる。８０４において、方法８００は、材料調達を含む。８３０において、方法８００は、図１Ｃ及び１Ｅに示す誘電材料１１０などの、導波管のための材料を調達することを含む。

【0036】

生産中には、方法８００は、８０６において、部品及び小部品の製造を含み、８０８において、プラットフォームのシステムインテグレーションを含む。方法８００は、８４０において、部品及び小部品の製造（例えば、導波管１００の製造、又は、既存の一定の断面積を有する導波管に対する誘電材料１１０及び／又は誘電率整合部１１２の付加）を含みうる。また、８５０において、導波管のシステムインテグレーションを含みうる。例えば、導波管を、図９に示すアンテナ９０３などのアンテナに組み込んでもよいし、アンテナと関連して使用してもよい。８１０において、方法８００は、プラットフォームの認可及び納品を含み、８１２において、プラットフォームの使用に入る。８６０において、認可及び納品は、導波管を認可することを含みうる。方法８００は、８７０において、導波管の使用に入る。顧客による使用中は、プラットフォームは、定例の整備及び保守に組み込まれうる（これには、改良、再構成、改修などが含まれうる）。方法８００は、８１４において、プラットフォームに対して整備及び保守を行うことを含む。方法８００は、８８０において、導波管の整備及び保守を行うことを含む。例えば、導波管の整備及び保守は、導波管１００又は誘電材料１１０の交換を含みうる。

【0037】

方法８００の各工程は、システムインテグレーター、第三者、及び／又は、オペレーター（例えば顧客）によって実行又は実施することができる。なお、システムインテグレーターは、製造者及び主要システム下請業者をいくつ含んでいてもよく、その数は特に限定されない。同様に、第三者は、売主、下請業者、及び供給業者をいくつ含んでいてもよい。オペレーターは、例えば、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス組織等である。

【0038】

図９を参照すると、モード変換を行うように構成された導波管１００を含む航空機（例えば、飛行機又はドローン）９０２の例示的な実施形態を９００で示すブロック図が示されている。図９に示すように、方法８００により製造された航空機９０２は、機体９１８と、内装９２２と、１つ又は複数のエンジン９４４と、アンテナ９０３と、複数のシステム９２０とを含む。システム９２０は、推進系９２４、電気系９２６、油圧系９２８、環境系９３０、表示系９５０、及び、通信系９６０のうちの１つ又は複数を含みうる。また、その他のシステムをいくつ含んでもよい。アンテナ９０３は、導波管１００と、皿型反射体（reflective dish）などの付加的なアンテナ部品９０５とを含む。アンテナ９０３は、通信系９６０の一部であってもよく、１つ又は複数のエンジン９４４は、推進系９２４の一部であってもよい。

【0039】

本明細書で具現化される装置及び方法は、方法８００における１つ又は複数のどの段階において採用してもよい。例えば、製造工程８０８に対応する部品又は小部品は、８１２などにおいて、航空機８０２の使用中に作製される部品又は小部品と同様に製造することができる。また、航空機９０２の使用８１２において、１つ又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又は、それらの組み合わせを、例えば、限定するものではないが、整備及び保守８１４に対して用いることができる。例えば、図１Ａ及び１Ｅの導波管１００は、航空機９０２の使用中、図１Ｅに示す信号などの信号の送信に用いられる図９に示すアンテナ９０３などのアンテナの一部であってもよいし、これに関連して用いられてもよい。

【0040】

本明細書で説明した例を示す図面は、様々な実施形態の構造を全体的に理解できるようにすることを意図している。これらの図面は、本明細書で説明した構造や方法を用いる装置及びシステムの要素及び特徴の全てを完全に説明するものではない。本開示を検討すれば、当業者には他の多くの実施形態が明らかであろう。本開示から他の実施形態を利用したり導き出したりすることが可能であり、本開示の範囲から逸脱することなく構造的及び論理的な代替及び変形を行うことが可能である。例えば、方法ステップは、図示の順序とは異なる順序で実行してもよいし、１つ又は複数の方法ステップを省略することも可能である。したがって、本開示及び図面は、限定的ではなく、例示的なものとみなされるべきである。

【0041】

さらに、本明細書において特定の例を図示及び説明してきたが、記載されている特定の実施形態に代えて、同じ又は類似した結果を達成するために設計された将来の構成を用いることも可能である。本開示は、様々な実施形態の将来のいかなる改変及び変形をも範囲に包含することを意図している。本開示を検討すれば、当業者には、上記実施形態の組み合わせ、及び、本明細書に明示されていない他の実施形態が明らかであろう。

【0042】

提出される要約書は、請求の範囲及び意味を解釈又は限定するためのものではない。また、上述した詳細な説明において、本開示を簡素化するために、様々な特徴をまとめたり、１つの実施形態で説明したりする場合がある。以下の請求の範囲が示すように、請求される要旨は、本開示の実施例の全ての特徴に関するものではない場合もある。

【0043】

さらに、本開示は、以下の付記による実施形態を含む。

【0044】

付記１．導波管を含む装置であって、前記導波管は、
基本伝搬モードに関連する形状を有する導波管壁と、
前記導波管の一部の長さに沿って変化する断面積を有する第１誘電材料と、を含む、装置。

【0045】

付記２．前記導波管壁は、円形の断面を有し、前記基本伝搬モードは、横電界１１（ＴＥ１１）モードを含む、付記１に記載の装置。

【0046】

付記３．前記第１誘電材料は、テーパー形状を有する、付記２に記載の装置。

【0047】

付記４．前記テーパー形状は、円錐形状、楕円形状、又は、対数曲線形状である、付記３に記載の装置。

【0048】

付記５．前記第１誘電材料は、前記導波管の前記一部の長さに沿って直線的に変化する寸法を有する、付記２〜４のいずれかに記載の装置。

【0049】

付記６．前記導波管は、第２誘電材料を含むとともに、前記導波管の第２端に近接して設けられた誘電率整合部をさらに含む、付記１〜５のいずれかに記載の装置。

【0050】

付記７．前記一部は、モード遷移部を含み、前記導波管は、前記モード遷移部と前記第２端との間にモード合成部を含む、付記６に記載の装置。

【0051】

付記８．前記モード合成部の内部領域は、前記モード遷移部の内部領域よりも低い誘電率を有する、付記７に記載の装置。

【0052】

付記９．前記導波管は、前記モード遷移部と前記導波管の第１端との間に供給部をさらに含み、前記供給部の内部領域は、前記モード遷移部の内部領域よりも低い誘電率を有する、付記７又は８に記載の装置。

【0053】

付記１０．前記導波管の内部領域の断面積は、前記モード遷移部の長さに沿って実質的に一定である、付記９に記載の装置。

【0054】

付記１１．前記導波管の前記内部領域の断面積は、前記供給部に沿って実質的に一定であり、前記モード遷移部の長さに沿った前記内部領域の断面積、及び、前記供給部に沿った前記内部領域の断面積は、実質的に等しい、付記１０に記載の装置。

【0055】

付記１２．供給部と、
モード合成部と、
誘電材料を含むとともに、前記供給部と前記モード合成部との間に設けられたモード遷移部と、
誘電材料を含む誘電率整合部と、を含み、前記モード合成部は、前記誘電率整合部と前記モード遷移部との間に設けられている、導波管。

【0056】

付記１３．前記誘電材料は、前記モード遷移部の長さに沿って変化する断面積を有する、付記１２に記載の導波管。

【0057】

付記１４．前記誘電材料は、テーパー形状を有する、付記１３に記載の導波管。

【0058】

付記１５．前記供給部に沿った内部領域の断面積、前記モード合成部に沿った内部領域の断面積、及び、前記モード遷移部に沿った内部領域は、実質的に等しい、付記１２〜１４のいずれかに記載の導波管。

【0059】

付記１６．導波管において信号を受信し、その際、前記導波管は、基本伝搬モードと関連する形状を有する導波管壁と、前記導波管の一部の長さに沿って変化する断面積を有する誘電材料とを含み、
前記誘電材料を含む前記導波管の前記一部を通して前記信号を伝搬することにより、前記信号の一部を、前記基本伝搬モードから二次伝搬モードに変換する、ことを含む、方法。

【0060】

付記１７．前記導波管壁は、円形断面を有し、前記基本伝搬モードは、横電界１１（ＴＥ１１）モードを含む、付記１６に記載の方法。

【0061】

付記１８．前記二次伝搬モードは、横磁界１１（ＴＭ１１）モードを含む、付記１６又は１７に記載の方法。

【0062】

付記１９．前記一部は、モード遷移部を含み、前記導波管のモード合成部を通して前記信号を伝搬することをさらに含む、付記１６〜１８のいずれかに記載の方法。

【0063】

付記２０．前記モード合成部の内部領域の誘電率は、前記モード遷移部の内部領域の誘電率よりも低い、付記１９に記載の方法。

【0064】

上述した例は本開示を説明するものであって、何ら限定を加えるものではない。なお、本開示の原理に従って、種々な改変及び変形が可能である。したがって、本開示の範囲は、以下の請求の範囲及びその均等物により規定される。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】