(57)【要約】【課題】第１、第２のサーキュレータを重ねて小型化する。【解決手段】サーキュレータ集積回路１は、それぞれ３方向に分岐された導波路（Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ１３）（Ｗ２１，Ｗ２２，Ｗ２３）を有し、かつ分岐位置の中心のブロック１１３と１２３間、ブロック２１３と２２３間に、柱状磁性体１３０，２３０が立設された第１、第２のサーキュレータ１０，２０と、第１、第２のサーキュレータ１０，２０を重ねた状態で、第１のサーキュレータ１０の導波路Ｗ１２と第２のサーキュレータの導波路Ｗ２２とを接続するフィルタ３０とを備えた。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な第１と第２の面上にそれぞれ３方向に分岐された導波路を有し、かつ分岐位置の中心に柱状磁性体が立設された第１、第２のサーキュレータと、前記第１のサーキュレータの所定の１つの導波路と前記第２のサーキュレータの所定の１つの導波路とを接続する導波管部とを備えたことを特徴とするサーキュレータ集積回路。
【請求項２】
前記導波管部は、スプリアス抑制用のフィルタを有することを特徴とする請求項１に記載のサーキュレータ集積回路。
【請求項３】
前記第１のサーキュレータの前記分岐位置の中心と前記第２のサーキュレータの前記分岐位置の中心とは、前記第１と第２の面に直交する方向で一致していることを特徴とする請求項１又は２に記載のサーキュレータ集積回路。
【請求項４】
前記第１、第２のサーキュレータ及び前記導波管部はそれぞれ別体で構成されており、前記第１、第２のサーキュレータは、前記１の面と前記第２の面上で前記導波管部周りにおいて互いに異なる方向に向けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のサーキュレータ集積回路。
【請求項５】
前記第１、第２のサーキュレータは、前記各所定の１つの導波路の前記第１と第２の面上に基本波を通過させる共振部を一体で有し、前記導波管部は、前記各共振部間を接続するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のサーキュレータ集積回路。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のサーキュレータ集積回路の前記第１のサーキュレータの他の１つの導波路がマイクロ波発生源と接続され、前記第２のサーキュレータの他の導波路が空中線と接続され、前記第２のサーキュレータの他の導波路が受信回路部と接続されたレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のサーキュレータを集積した構造及びそれを用いたレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、マイクロ波発生源で生成されたマイクロ波を導波管を介して空中線へ導いて空中に送波すると共に、物標から帰来したマイクロ波を空中線から導波管を介して受信回路へ導き、受信信号を表示部に表示するものである。通常、マイクロ波発生源、空中線及び受信回路の間には、送受波間でマイクロ波の伝送方向を切り替えるサーキュレータが採用されている。従来、マイクロ波発生源からの２次高調波を効率的に除去する目的で、導波管回路の適所にフィルタを介設した分波器構造が提案されている（例えば特許文献１）。特許文献１には、板状の筐体上に、サーキュレータとフィルタとが作製されたものが記載されている。
【０００３】
さらに、フィルタ及びその前後側にサーキュレータを配置した導波管型フィルタ構造が提案されている（例えば特許文献２）。特許文献２に記載の構造は、導波管の途中に誘導性窓が形成され、かつ両端に接合用フランジが形成されたフィルタと、このフィルタの両端のフランジとそれぞれ接合されるフランジを有するサーキュレータとが一軸方向に配置されているものである。また、特許文献２には、他の実施例として、同一平板内にサーキュレータ、フィルタ、サーキュレータの順で形成された導波管構造が記載されている。特許文献２は、このような構成を採用することで、マイクロ波発生源、空中線、受信回路間のマイクロ波の伝送を切り替えると共に、フィルタによって不要な高調波成分の空中漏洩を抑制するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平４−４７６２号公報
【特許文献２】特開平７−５０５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の分波器構造は、サーキュレータとフィルタとが同一面上にあるため、サイズの小型化が図れず、また、面サイズが大きい分、筐体と蓋とを多数のビス等で止める必要があるといった課題がある。また、特許文献２に記載の導波管型フィルタ構造は、フランジを必要とする分、接続作業に時間を要し、さらに１軸方向に配置したものであるため、面サイズが大きくなる。また、特許文献２の他の実施例であるフランジを持たない一体平板型も、面サイズは依然と大きく、かつ多数のビスを要することになる。また、サーキュレータのそれぞれに対して上下（Ｅ面）方向に一対の磁石が必要となる。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、第１、第２のサーキュレータを重ねて小型化したサーキュレータ集積回路及びそれを用いたレーダ装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、互いに平行な第１と第２の面上にそれぞれ３方向に分岐された導波路を有し、かつ分岐位置の中心に柱状磁性体が立設された第１、第２のサーキュレータと、前記第１のサーキュレータの所定の１つの導波路と前記第２のサーキュレータの所定の１つの導波路とを接続する導波管部とを備えたことを特徴とするサーキュレータ集積回路である。
【０００８】
この発明によれば、第１のサーキュレータと第２のサーキュレータとの間で導波管部を介してマイクロ波等の電磁波が伝搬される。第１のサーキュレータ及び第２のサーキュレータは、互いに平行な第１と第２の面上にてそれぞれ３方向に分岐される導波路が形成されている。第１のサーキュレータと第２のサーキュレータとを１つの面上に配置した従来構造に比して、重ね方向から見たサイズが小型化される。従って、サーキュレータ集積回路が装備される装置の小型化が可能となる。なお、導波路を構成する導波管は、主として断面方形状を有するものが採用されることが好ましい。また、第１、第２のサーキュレータとしては、Ｙ分岐、Ｔ分岐構造が採用可能である。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のサーキュレータ集積回路において、前記導波管部は、スプリアス抑制用のフィルタを有することを特徴とする。この構成によれば、フィルタによって不要波であるスプリアスの通過が抑制されるので、第１のサーキュレータと第２のサーキュレータとの間で基本周波数成分の電磁波のみが伝搬され、スプリアスの抑制された信頼性の高いサーキュレータ集積回路が提供可能となる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載のサーキュレータ集積回路において、前記第１のサーキュレータの前記分岐位置の中心と前記第２のサーキュレータの前記分岐位置の中心とは、前記第１と第２の面に直交する方向で一致していることを特徴とする。この構成によれば、第１、第２のサーキュレータの柱状磁性体の両側に配置される磁石を本来の４個（各々２個ずつ）から３個（両端と中間位置）に、好ましくは２個（両端）で済ますことが可能となり、その分、小型化及び低廉化が図れる。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２に記載のサーキュレータ集積回路において、前記第１、第２のサーキュレータ及び前記導波管部はそれぞれ別体で構成されており、前記第１、第２のサーキュレータは、前記１の面と前記第２の面上で前記導波管部周りにおいて互いに異なる方向に向けられていることを特徴とする。この構成によれば、第１、第２のサーキュレータの各導波路に接続される、例えばマイクロ波発生源、終端器、空中線（ロータリジョイント）、受信回路部等の配置のための設計の自由度が増し、かつ取付作業も容易となる。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のサーキュレータ集積回路において、前記第１、第２のサーキュレータは、前記各所定の１つの導波路の前記第１と第２の面上に基本波を通過させる共振部を一体で有し、前記導波管部は、前記各共振部間を接続するものであることを特徴とする。この構成によれば、第１，第２のサーキュレータ間で基本波を効率よく伝搬することが可能となる。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載のサーキュレータ集積回路の前記第１のサーキュレータの他の１つの導波路がマイクロ波発生源と接続され、前記第２のサーキュレータの他の導波路が空中線と接続され、前記第２のサーキュレータの他の導波路が受信回路部と接続されたレーダ装置である。この構成によれば、小型化されたサーキュレータ集積回路は、レーダ装置の空中線側構成の小型化の要請に沿うものとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第１、第２のサーキュレータを重ねることでサーキュレータ集積回路のサイズを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る導波管回路素子等が適用されるマイクロ波送受信機の一例としてのレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】サーキュレータ集積回路の構成図で、（ａ）は、サーキュレータ集積回路１を正面斜め上方から見た図、（ｂ）は、その正面図である。
【図３】サーキュレータ集積回路の分解斜視図である。
【図４】サーキュレータ集積回路を、マグネトロン、アンテナ及び受信側回路のリミッタ間に介設して、図１に示すレーダ装置に応用した例を示す斜視図である。
【図５】サーキュレータ集積回路を、マグネトロン、アンテナ及び受信側回路のリミッタ間に介設して、図１に示すレーダ装置に応用した他の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明に係る導波管回路素子等が適用されるマイクロ波送受信機の一例としてのレーダ装置の構成を示すブロック図である。レーダ装置の高周波回路部は、例えば９．4ＧＨｚのマイクロ波を基本波として発振するマイクロ波発生源としてのマグネトロン５１を有する。パルス駆動回路５２は、マグネトロン５１を所定周期で間歇駆動させて所定幅を有するパルス状の送信信号を生成するものである。サーキュレータ１０は、マグネトロン５１からのパルス状の送信信号を所定の回路側へ伝搬するものである。終端器（整合負荷）４０は、サーキュレータ１０に接続され、不要波成分を消費させるものである。フィルタ３０は、基本波に対する不要波であるスプリアス（例えば、９．３ＧＨｚ以下、及び／又は、９．５ＧＨｚ〜１１ＧＨｚ程度まで、あるいは高調波を含めても良い。）の通過を抑制するものである。フィルタ３０で反射された高調波は、サーキュレータ１０を経て終端器４０へ導かれて消費され、これによりマグネトロン５１が保護されている。
【００１７】
サーキュレータ２０は、送信信号を送信側へ伝搬し、受信信号を受信側へ伝搬するためのものである。ロータリージョイント５３は、静止系と回転系とを電気的に接続するためのものである。空中線（アンテナ）５４は、図略のモータで定速回転させられるもので、送信信号を探知用の電波パルスとして空中へ向けて送信するものである。リミッタ５５は、後段の回路を保護するべくアンテナ５４で受波された信号を所定レベルまでリミット処理を施すものである。リミッタ５５は、リミット処理された信号を受信回路５６に導く。
【００１８】
なお、マグネトロン５１〜アンテナ５４まで、アンテナ５４〜リミッタ５５までは導波管で構成されている。以下、サーキュレータ１０，２０及びフィルタ３０からなる導波管構成部分をサーキュレータ集積回路１とする。
【００１９】
次に、図２〜図３を用いて、サーキュレータ集積回路１の構造を説明する。図２（ａ）は、サーキュレータ集積回路１を正面斜め上方から見た図、図２（ｂ）は、その正面図である。図３は、サーキュレータ集積回路１の分解斜視図である。
【００２０】
サーキュレータ集積回路１は、図２（ａ）、図３に示すように、サーキュレータ１０とサーキュレータ２０とが、平行な面（第１の面と第２の面）上に配され、上下方向に重なった構造を有する。サーキュレータ１０，２０は、いわゆる導波管型３方向サーキュレータであり、Ｙ字状に分岐形成された導波路を有する。サーキュレータ１０，２０及びフィルタ３０は、導電性材料、好ましくはアルミニウムで構成されている。
【００２１】
サーキュレータ１０は、本実施形態では、導波路におけるＥ面方向に２分割され、下部サーキュレータ部材１１と上部サーキュレータ部材１２とから構成されている。サーキュレータ２０は、サーキュレータ１０と同様に、導波路におけるＥ面方向に２分割され、下部サーキュレータ部材２１と上部サーキュレータ部材２２とから構成されている。下部サーキュレータ部材１１と上部サーキュレータ部材１２とフィルタ３０、及びフィルタ３０と下部サーキュレータ部材２１と上部サーキュレータ部材２２とは、それぞれ対向させた状態で、所定の締結方法によって、ここではそれぞれの孔１１０，１２０，３０１，２１０，２２０に貫通するようにボルトを挿入し、ナットで締め付けたり、いわゆるネジ止めしたりすることで一体化される。
【００２２】
なお、図２に示すように、サーキュレータ１０，２０は、フィルタ３０との結合孔の位置が、後述するように上下逆になっている点を除いて同一構造を有する。従って、以下では、主としてサーキュレータ１０について構造の説明を行う。
【００２３】
図３に示すように、下部サーキュレータ部材１１は、所定厚の板状体で、全体としてＴ字状を有する。下部サーキュレータ部材１１は、板状体の端縁部に、一部（後述する導波路Ｗ１１，Ｗ１３の開放端「ポート」）を除いて側壁１１１が形成され、この側壁１１１によって内部に、底面が平坦な凹部１１２が形成されている。下部サーキュレータ部材１１と上部サーキュレータ部材１２とは、側壁１１１，１２１の上面が当接することで組み付けられる。
【００２４】
凹部１１２の（Ｅ面方向の）高さは、対となる上部サーキュレータ部材１２の凹部１２２と合わさることで、基本周波数、例えば９．４ＧＨｚに対応する管内波長でマイクロ波を伝搬させる導波路の寸法に設定されている。凹部１１２，１２２のＨ面方向の幅寸法も、前記基本周波数の管内波長との関係で同様にして設定されている。
【００２５】
凹部１１２のＹ分岐の中心部分には、三角柱状に形成されたブロック１１３が突設されている。上部サーキュレータ部材１２の対向する位置にも対となるブロック１２３が突設されている。そして、図２（ａ）に示すように、Ｅ面方向で対向するブロック１１３，１２３間には、円柱状に形成されたフェライト等からなる柱状磁性体１３０が挟持状態で立設されている。ブロック１１３，１２３の中央部分１１３１，１２３１は、柱状磁性体１３０を確実に挟持するべく僅かに凹状にされている。
【００２６】
なお、図２（ａ）、図３に示すように、サーキュレータ２０にも、ブロック２１３，２２３間に柱状磁性体２３０が立設される。そして、サーキュレータ集積回路１が組み立てられた状態で、柱状磁性体１３０と柱状磁性体２３０とがＥ面方向で一致し、かつ、それらの外側に磁石１４１，１４２を対向配置する構成とすることで、磁石１４１，１４２によって柱状磁性体１３０、柱状磁性体２３０を通る直流磁界（磁束）を形成することができ、これによってサーキュレータ機能が発揮されることになる。
【００２７】
凹部１１２，１２２とブロック１１３，１２３とによって、３方向の導波路が形成される。すなわち、図３において、ブロック１１３，１２３から見て、左方の導波路Ｗ１１、右方の導波路Ｗ１２、下方の導波路Ｗ１３である。そして、マイクロ波は以下のように伝搬方向が偏向される。導波路Ｗ１１から進入したマイクロ波は導波路Ｗ１２へ進む。導波路Ｗ１２から進入したマイクロ波は導波路Ｗ１３方向へ偏向されて進む。導波路Ｗ１３から進入したマイクロ波は導波路Ｗ１１方向へ偏向されて進む。この関係は、サーキュレータ２０の導波路Ｗ２１，Ｗ２２，Ｗ２３においても同様である。
【００２８】
図３において、導波路Ｗ１２の右方には、側壁１１１，１２１の一部であってＥ面方向において互いに対向する位置に下部結合窓１１４及び上部結合窓１２４が形成され、さらに下部結合窓１１４及び上部結合窓１２４を介して下部共振回路部１１５及び上部共振回路部１２５が形成されている。下部共振回路部１１５及び上部共振回路部１２５とで１つの共振回路が構成され、導波路Ｗ１２を通過するマイクロ波の基本周波数成分に対して共振することで、基本周波数成分のみを効果的に通過させる。上部サーキュレータ部材１２の上部共振回路部１２５には、所定形状の、ここでは円形の結合孔１２６が、そのＨ面の中心に穿設されている。フィルタ３０は、所要厚み及び所定の縦横寸法の空洞を有し、この空洞寸法は、マイクロ波の前記基本周波数より低い、あるいは高い周波数成分である不要波のスプリアスを遮断する値に設定されている。結合孔１２６は、基本周波数のマイクロ波をサーキュレータ１０からフィルタ３０へ伝搬させるものである。
【００２９】
図４は、サーキュレータ集積回路１を、マグネトロン５１、アンテナ５４及び受信回路部のリミッタ５５間に介設して、図１に示すレーダ装置に応用した例を示す斜視図である。なお、マグネトロン５１はサーキュレータ１０の導波路Ｗ１１のポートに接続されるが、図では省略されている。
【００３０】
図４において、終端器（整合負荷）４０は、導波路Ｗ１３の開放端（ポート）に配設されるアッテネータで、例えばカーボン、鉄、フェライトのいずれかを含有した焼結材料が用いられ、フィルタ３０で反射された不要波のマイクロ波を熱エネルギーに変換して消費するものである。また、サーキュレータ２０の導波路Ｗ２３の端部（ポート）には側壁２１１，２２１が形成されており、導波路Ｗ２３の端部は閉塞されている（図４参照、図３では示していない）。そして、導波路Ｗ２３の上部サーキュレータ部材２２の凹部２２２には円形の結合孔２２６が穿設されており（図４参照、図３では示していない）、この結合孔２２６にロータリージョイント５３が接続されている。さらに、サーキュレータ２０の導波路Ｗ２１の端部（ポート）には、リミッタ５５が接続されている。
【００３１】
以上の構成において、次にマイクロ波の伝搬について、図１〜図４を参照しつつ説明する。マグネトロン５１で生成されたマイクロ波は、サーキュレータ１０の導波路Ｗ１１に進入し、導波路Ｗ１２へ進む。導波路Ｗ１２を通過したマイクロ波は、下部共振回路部１１５と上部共振回路部１２５とで構成される共振回路を通過し、結合孔１２６を経て、フィルタ３０へ進む。フィルタ３０で遮断され、不要波として反射されたマイクロ波は、導波路Ｗ１２に戻り、さらに導波路Ｗ１３へ偏向されて、終端器４０で熱エネルギーとして吸収される。
【００３２】
一方、フィルタ３０を通過した基本周波数帯のマイクロ波は、結合孔２１６を経て、サーキュレータ２０側に伝搬され、サーキュレータ２０の導波路Ｗ２２へ進入する。導波路Ｗ２２へ進入したマイクロ波は、導波路Ｗ２３へ偏向された後、ロータリージョイント５３を経てアンテナ５４へ伝送される。この結果、アンテナ５４からマイクロ波が空中に送波される。さらに、物標で反射し、帰来してきたマイクロ波はアンテナ５４で受波され、導波路Ｗ２３を経て、導波路Ｗ２１へ偏向される。導波路Ｗ２１へ偏向されたマイクロ波はリミッタ５５へ導かれ、受信処理される。
【００３３】
このように、サーキュレータ１０，２０をＥ面方向に重ねて配置することで、サーキュレータ集積回路１をＨ面状で小型化し、かつ１つにモジュール化することが可能となる。また、集積化したことで、ネジ止め箇所が少なくなり、その分、接合作業が容易となる。さらに、柱状磁性体１３０，２３０をＥ面方向で一致させたので、直流磁界を生成するための磁石を個別に２個ずつ設ける一般的な構造に比し、磁石１４１，１４２の２個で済み、乃至は中間に１個介設した合計３個とすることもできる。特に、フィルタ３０が介設されて、サーキュレータ１０，２０間に隙間が生じる場合には、この隙間に磁石を配置して３個タイプとしたり、あるいはこの隙間に磁性体をスペーサとして兼用して配置したりしてもよい。なお、磁石の個数が減っても、予め設定された磁束密度（磁界強度）を有する磁石を使用すればよい。
【００３４】
なお、本発明は、以下の態様が採用可能である。
【００３５】
（１）サーキュレータ１０，２０を上下（Ｅ面方向で）２分割タイプとしたが、上下等分割でなくてもよく、また、板状に形成された天井部、底面部を別体とした３分割タイプでもよい。一方、製造可能な範囲で、一体構造として製造してもよい。
【００３６】
（２）本実施形態では、サーキュレータ１０，２０間に、すなわちサーキュレータ１０，２０のそれぞれ３つの導波路の所定の１つ同士（導波路Ｗ１２，Ｗ２２）の間にフィルタ３０を介設したが、導波管で直接接続する態様としてもよい。
【００３７】
（３）本実施形態では、サーキュレータ１０，２０にそれぞれ共振回路を一体に備えた構造としたが、この共振回路はフィルタ３０側に持たせたものとしてもよく、あるいは、なくてもよい。
【００３８】
（４）本実施形態では、サーキュレータ１０と２０とを同じ向きにして一体化しているが、異なる向きとしてもよい。例えば、図５に示すように、サーキュレータ１０と２０とを互いに平行な面（第１の面と第２の面）上に設け、結合孔１２６，２１６を結ぶ軸の周りにサーキュレータ１０と２０とを互いに所定角度だけ、例えば９０度だけ異なる向きにしてビス止めする態様としてもよい。このようにサーキュレータ１０と２０とを互いに所定角度だけ異なる向きとすることで、図４では、導波路Ｗ１１のポートに配置されるマグネトロン５１と、導波路Ｗ２１のポートに配置されるリミッタ５５とが互いに近接して配置されているが、これが図５のように９０度互いに異なることで、その分、マグネトロン５１とリミッタ５５の取り付け位置とが離れるので、マグネトロン５１やリミッタ５５の取り付け作業が容易となる。
【符号の説明】
【００３９】
１  サーキュレータ集積回路
１０，２０  サーキュレータ
１１，２１，  下部サーキュレータ部材
１２，２２，  上部サーキュレータ部材
１１２，１２２，２１２，２２２  凹部
１１３，１２３，２１３，２２３  ブロック
１３０，２３０  柱状磁性体
１４１，１４２  磁石
３０  フィルタ（導波管部）
４０  終端器
Ｗ１１〜Ｗ２３  導波路
５１  マグネトロン
５３  ロータリージョイント
５４  アンテナ（空中線）
５５  リミッタ（受信回路部）
５６  受信回路（受信回路部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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