(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を導波する導波経路が該導波経路の内径よりも大きい外径の第１の誘電体によって仕切られ，前記導波経路内に，導波経路内径とほぼ等しい外径の接触面を介して前記第１の誘電体に接続された第２の誘電体が設けられた導波管において，前記第１の誘電体内における高周波信号の実効波長に対する第１の誘電体の外径の比と，前記第２の誘電体内における高周波信号の実効波長に対する前記接触面の外径の比とを等しくしたことを特徴とする導波管。
【請求項２】
前記第２の誘電体が，第１の誘電体の前後両方に或いは第１の誘電体の前または後のいずれかに設けられてなる請求項１に記載の導波管。
【請求項３】
前記第２の誘電体における導波管内の媒体と接する面が円錐形に構成されてなる請求項１または２に記載の導波管。
【請求項４】
前記第２の誘電体は，前記接触面と前記円錐形の面との間が導波管の内径に等しい外径の円筒状に構成されている請求項３に記載の導波管。
【請求項５】
前記第２の誘電体は，前記導波管に対して着脱自在である請求項１〜４のいずれかに記載の導波管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，導波管の構造に係り，特に，途中に前後を仕切る隔壁を備えた導波管に関する
【背景技術】
【０００２】
電磁波を導く導波管は，種々の用途に用いられているが，導波管の途中で媒体の種類が異なっていたり，圧力が異なるような場合には，両媒体を分離する隔壁を設ける必要がある。例えば，図２（ａ）に示すように導波管１の途中に，導波管１とは直径の異なる石英ガラスなどの誘電体で隔壁３を形成することが行われる。この場合，隔壁前後の媒体の流通を阻止するために，ガスケットなどによってシールが行われる。
しかしながら，このような隔壁３を設けることは，その部分で導波管内を伝導する電波の反射が生じ伝播効率を劣化させる問題を生じさせる。
例えば，高周波信号を円形導波管に通す場合，導波管の径が波長に対して半波長程度以下になると伝搬できなくなる性質がある。このような高周波信号を完全に通さなくなる周波数はカットオフ周波数と呼ばれ，高周波信号の実効波長と導波管の径の関係によって特徴づけられる。
カットオフとまでは行かなくても，導波管の伝播モードが途中で変化すると，界面において反射が生じるため，伝播効率が低下する。
このような問題は，導波管１と隔壁３の形状の問題，即ち，導波管１内の媒体と誘電体との界面の形状に基づく不連続性の問題である。かかる問題を解決するための方策として，図３に示すように，隔壁３に円錐形の誘電体４を接続して界面の不連続性を改善し，電波の反射を低減させる方法が従来より知られている。下記特許文献１はその一例である。
このような構成によって，形状面での不連続性についてはかなり解消されたが，図３に示したように，導波管１に直角の隔壁３を導波管１内に単に置いただけでは，隔壁３が導波管１内で固定出来ず，隔壁３が導波管１内で勝手に移動してしまい，取り付け位置が定まらないという実際上の問題が生じる。
このことを改善するためには，図１に示すように隔壁３の外径を導波管１の内径より大きくすることが望ましい。しかし上記のように隔壁３の外径が導波管１の内径より大きいと，その段差の部分で，信号が反射してしまい伝播効率が低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開平７−５０５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記図１のような構造にすれば，導波管内部に隔壁を取り付ける場合の，導波管軸方向取付強度は向上するが，どうしても隔壁の段差が生じてしまうので，隔壁３や円錐形の誘電体４材質を同じにしたままでは，図１（ｃ）に示すように誘電率の不連続性が生じるために導波管途中で電磁波の反射が生じることについては，解決することができない。
従って本発明は，上記のような事情に鑑みて創作されたものであり，導波管の伝播モードが途中で変化することによる伝播効率の低下の問題を解決することを第１の課題とする。
また，前記のような導波管１内の媒体と誘電体との界面の形状に基づく不連続性の問題についても解決する。これを第２の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した課題を解決するために本発明は，高周波信号を導波する導波経路が該導波経路の内径よりも大きい外径の第１の誘電体によって仕切られ，前記導波経路内に，導波経路内径とほぼ等しい外径の接触面を介して前記第１の誘電体に接続された第２の誘電体が設けられた導波管において，前記第１の誘電体内における高周波信号の実効波長に対する第１の誘電体の外径の比と，前記第２の誘電体内における高周波信号の実効波長に対する前記接触面の外径の比とを等しくしたことを特徴とする導波管として構成されている。
即ち，
伝播される高周波信号の真空中における波長をλ，
第１の誘電体の誘電率をε１，
第１の誘電体部の外径をＬ１，
第２の誘電体の誘電率をε２，
第２の誘電体部の接触面の外径をＬ２とすると，
第１の誘電体内における高周波信号の実効波長は，λ／√（ε１）であり，第２の誘電体内における高周波信号の実効波長は，λ／√（ε２）である。
本発明では，第１の誘電体内における高周波信号の実効波長に対する第１の誘電体の外径の比と，第２の誘電体内における高周波信号の実効波長に対する接触面の外径の比とを等しくしたのであるから，
｛λ／√（ε１）｝／Ｌ１=｛λ／√（ε２）｝／Ｌ２である。
ここにλは両辺に共通であるから，
Ｌ１・√（ε１）=Ｌ２・√（ε２）    …（１）
即ち，本発明と（１）式は同義である。
なお，ここでいう波長というのは，円形導波管内に誘電帯を充填した場合には，波長短縮効果(１/√ε倍になる)によって変わり，これを考慮するためにこの発明では，実効波長をパラメータとして用いている。
即ち，本発明は，実効波長と導波管直径との比が，電波の感じる導波管の太さ，ひいては導波管内での電波伝搬の振る舞い(伝搬モード)を特徴づけるため，これが不連続にならないように調整したものである。
前記第２の誘電体は，第１の誘電体の前後両方に設けられていも良いが，或いは第１の誘電体の前または後のいずれかに設けられても良い。
また，本発明においても，「導波管１内の媒体と誘電体との界面の誘電率の不連続性に基づく不連続性の問題」を解決するために，前記第２の誘電体における導波管内の媒体と接する面（第１の誘電体と接する面とは反対側の面）を円錐形に構成することが望ましい。
前記第２の誘電体は，前記接触面と前記円錐形の面との間が導波管の内径に等しい外径の円筒状に構成されていることで，導波管への固定が確実となる。
さらに，前記第２の誘電体は，前記導波管に対して着脱自在であってもよい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明を高周波信号を導波する導波経路が該導波経路の内径よりも大きい外径の第１の誘電体によって仕切られ，前記導波経路内に，導波経路内径とほぼ等しい外径の接触面を介して前記第１の誘電体に接続された第２の誘電体が設けられた導波管において，前記第１の誘電体内における高周波信号の実効波長に対する第１の誘電体の外径の比と，前記第２の誘電体内における高周波信号の実効波長に対する前記接触面の外径の比とを等しくしたことを特徴とする導波管として構成した場合には，前記したような導波管の伝播モードが途中で変化することによる伝播効率の低下の問題が解決される。
また，本発明を，前記第２の誘電体における導波管内の媒体と接する面（第１の誘電体と接する面とは反対側の面）を円錐形に構成することで，導波管１内の媒体と誘電体との界面の形状に基づく不連続性の問題，即ち，このような不連続性によって導波する電波の伝播効率の低下を阻止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる導波管の構造を示す断面図。
【図２】従来の導波管の構造を示す断面図。
【図３】導波管に挿入する誘電体の一例を示す参考断面図。
【図４】本発明の一実施形態にかかる導波管の構造を示す断面図。
【図５】本発明の一実施形態にかかる導波管の構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
続いて，添付図面を参照しつつ，本発明を具体化した実施の形態について説明する。
【０００９】
以下，本発明の一実施形態にかかる導波管にかかる図１を参照して説明する。
全ての図において，下方に導波管の内径（直径）／導波管内の実効波長を縦軸に，導波管の長手方向を横軸に表示したグラフを記載する。
この導波管１では，高周波信号を導波する導波経路２が第１の誘電体６によって前後に仕切られている。また，前記導波経路内２には，前記第１の誘電体６の前後に接続される状態で，導波経路２の内径とほぼ等しい外径の第２の誘電体４，５が設けられている。
前記第２の誘電体４，５の導波管１内の媒体と接する面（第１の誘電体と接する面とは反対側の面）４ａ，５ａは，導波管１の軸心に直角でもよいが，導波管１内の媒体と誘電体との界面の形状に基づく不連続性の問題」を解決するために，図示のように円錐形に構成することが望ましい。
この実施形態においては，導波管１の伝播モードが途中へ変化することによる伝播効率の低下の問題を解決するために，前記第１の誘電体６内における高周波信号の実効波長に対する第１の誘電体６における直径Ｌ１の比と，前記第２の誘電体（４および５或いは４と５のいずれか）内における高周波信号の実効波長に対する導波路部直径Ｌ２の比が等しくなるように第１及び第２の誘電体の材質が設定されている。
【００１０】
このことを詳しく説明する。
伝播される高周波信号の真空中における波長をλ，
第１の誘電体の誘電率をε１，
第１の誘電体部の直径をＬ１，
第２の誘電体の誘電率をε２，
第２の誘電体部の直径Ｌ２とすると，
第１の誘電体内における高周波信号の実効波長は，λ／√（ε１）であり，第２の誘電体内における高周波信号の実効波長は，λ／√（ε２）である。
この実施形態では，第１の誘電体６内における高周波信号の実効波長に対する第１の誘電体における直径Ｌ１の比と，第２の誘電体４及び５或いは４と５のいずれか内における高周波信号の実効波長に対する第２の誘電体の直径Ｌ２の比とを等しくする。
即ち，
｛λ／√（ε１）｝／Ｌ１=｛λ／√（ε２）｝／Ｌ２である。
ここにλは両辺に共通であるから，
Ｌ１・√（ε１）=Ｌ２・√（ε２）    …（１）
即ち，本発明の構成である「第１の誘電体内における高周波信号の実効波長に対する直径の比と，第２の誘電体内における高周波信号の実効波長に対する第２の誘電体の直径の比とを等しくしたこと」と（１）式は同義である。
これによって，第１の誘電体６内での電波の伝播モードと第２の誘電体４，５内での電波の伝播モードを等しくし，電波の伝播に支障が生じないようにし，伝播効率の低下を抑制している。
【００１１】
なお，ここでいう波長というのは，円形導波管内に誘電帯を充填した場合には，誘電体による波長短縮効果(１/√ε倍になる)によって変わり，これを考慮するためにこの発明では，実効波長をパラメータとして用いている。
即ち，この実施形態は，実効波長と導波管直径との比が，電波の感じる導波管の太さ，ひいては導波管内での電波伝搬の振る舞い(伝搬モード)を特徴づけるため，これが不連続にならないように調整したものである。
【００１２】
前記第２の誘電体４，５は，この実施形態のように第１の誘電体６の前後両方に設けられていることが望ましいが，第１の誘電体の前または後のいずれかに設けられても良い。
【００１３】
上記第２の誘電体４，５は，図１，図４のように第１の誘電体６に接続されているが，第１の誘電体６に接着などの方法で取り付けることは，その部分で伝播モードが変化するので避けるか，伝播モードが変化しないような材質の接着剤を用いるべきである。接着剤を用いない場合，第２の誘電体４，５が導波管１の内部でずれることがない様，第２の誘電体４，５と導波管１の内径部との接触面積を大きくすることが望ましい。その１つの方法として，図４に示すように，前記第１の誘電体と第２の誘電体４，５とが接する面と前記円錐形の面との間が導波管の内径に等しい外径の円筒状部７に構成することが考えられる。このような構造が採用されていることで，導波管への固定が確実となる。
なお，上記実施形態では，図１や図４にしめすように，隔壁３の両側に円錐状に誘電体４や，円筒状部７を設けたが，電磁波の若干の反射を許容できるのであれば，図５に示すように，誘電体４や，円筒状部７を隔壁３の片側にのみ設けることも可能であり，このような使い方も本発明の一例である。
【００１４】
さらに，前記第２の誘電体は，前記導波管に対して着脱自在であってもよい。
例えば，導波管（以下，メイン導波管という）の一部に別の導波管（以下，接続導波管という）を接続し，メイン導波管を伝播する電磁波の一部を接続導波管で取り出すような使い方において，接続導波管をのぞき窓として使うような場合が考えられる。この場合，もちろんのぞき窓として使う時には，電磁波の伝播を停止させる。
このような使い方の場合，接続導波管から電磁波を取り出す時には，電磁波が伝播しやすいように接続導波管の一部にこの実施形態で説明したような第２の誘電体を取り付けておくことが望ましいが，のぞき窓として使う時には，伝播する電磁波がないので，第２の誘電体は不要であるばかりか，第２の誘電体があると，のぞき窓としての視認性を損なう可能性がある。そこで，前記第２の誘電体は接続導波管に対して自由に着脱できるようにしておくことが望ましい。また，図５に示した構成の場合，上記のようなのぞき窓に用いる効果がある。たとえば，通常は観察窓として使用し，必要な場合のみ高周波を伝達する用途では，隔壁部３のみを透過性のある観察窓として使い，高周波を伝達する場合のみ着脱可能な円錐型の誘電体４を装着すると言った使い方をすることで，分解することなく，低損失導波管としての特性を得ることができる。このような使い方もこの発明の一部である。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
この発明は，種々の導波管の構造に適用可能である。
【符号の説明】
【００１６】
１  導波管
３  隔壁
２  導波経路
４，５  第２の誘電体
６  第１の誘電体
７  円筒状部
【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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