(57)【要約】【課題】ミリ波帯で使用可能な安価で低損失の可撓導波管を提供する。【解決手段】中空構造の管壁１０を有する断面円形状の可撓導波管１とする。管壁１０は、長手方向の管軸に対して実質的に直交する方向に巻回された第１コイル１１と、第１コイル１１の外側に当該第１コイル１１の導体間に沿って巻回された第２コイル１２とを含んで形成される。第２コイル１２のピッチＰ１２は第１コイル１１のピッチＰ１１と略１／２ずれて巻回されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空構造の管壁を有し、前記管壁が、長手方向の管軸に対して実質的に直交する方向に巻回された第１螺旋導体と、前記第１螺旋導体の外側に当該第１螺旋導体の導体間に沿って巻回された第２螺旋導体とを含んで形成されていることを特徴とする、
可撓導波管。
【請求項２】
前記第１螺旋導体は、その導体幅の２倍以下のピッチで巻回されており、
前記第２螺旋導体は、前記第１螺旋導体の導体間に略１／２ピッチずれて巻回されていることを特徴とする、
請求項１に記載の可撓導波管。
【請求項３】
前記第１螺旋導体と前記第２螺旋導体の少なくとも一方は、その断面が円形状または矩形状であることを特徴とする、
請求項１又は２に記載の可撓導波管。
【請求項４】
前記第２螺旋導体は、前記第１螺旋導体の導体間に緩やかに密着していることを特徴とする、
請求項３に記載の可撓導波管。
【請求項５】
前記第２螺旋導体は、その導体幅が前記第１螺旋導体の導体間の隙間よりも大きい帯状であることを特徴とする、
請求項１に記載の可撓導波管。
【請求項６】
前記第２螺旋導体が帯状の金属箔であり、その外表面が被覆されていることを特徴とする、
請求項１に記載の可撓導波管。
【請求項７】
前記第１螺旋導体は、導電率が３０×１０６［Ｓ／ｍ］以上の金属材料又はその表面に導電率が３０×１０６［Ｓ／ｍ］以上の金属材料のめっきが施された材料で構成されていることを特徴とする、
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の可撓導波管。
【請求項８】
前記第１螺旋導体は、ヤング率が１００［ＧＰａ］以上の金属材料で構成されていることを特徴とする、
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の可撓導波管。
【請求項９】
前記管壁の管軸と直交する面が円形状または矩形状であることを特徴とする、
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の可撓導波管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波帯やミリ波帯の高周波信号を伝送する可撓導波管に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーダやセンサの高分解能化、あるいは第５世代移動通信システムに代表される大容量高速通信の要求から、ミリ波帯の高周波を用いた民生機器が急速に普及している。これらの民生機器では電気信号を伝送させる手段として、プリント基板上に形成された平面型の伝送路、同軸ケーブル、導波管などが使用される。平面型の伝送路ではプリント基板材料として、同軸ケーブルでは中心導体を保持する支持材料として、それぞれＰＴＦＥなどの誘電材料が用いられる。これらの誘電材料は一般に高価である上、誘電損失による伝送特性の劣化が避けられない。そのため、誘電材料を用いない中空の導波管への要求が高い。
しかしながら、従来のミリ波帯用の導波管は固い金属壁で製作されていることから可撓性に乏しい。また、高い加工精度が要求されることから高価になりがちである。そのため、同軸ケーブルのように可撓性に富んだ、軽量で廉価な導波管が求められている。
【０００３】
従来のこの種の可撓導波管として、管壁を蛇腹構造としたもの（特許文献１）、嵌合構造を持つ帯状の金属体を巻いたもの（特許文献２）が知られている。また、棒状の低損失誘電体に、リボン状の金属箔（特許文献３）あるいは導電性のある平箔糸を巻きつけた構造のもの（特許文献４）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２８００６３６号公報
【特許文献２】米国ＵＳ３３３１４００号公報
【特許文献３】特開平８−１９５６０５号公報
【特許文献４】特開２０１５−１８５８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
導波管は、その口径サイズにより伝送できる周波数帯が制限される。そのため、周波数が高くなるに従い、口径サイズを小さくする必要がある。特にミリ波帯の伝送に要求される口径サイズは略３ｍｍ以下となる。特許文献１や特許文献２に開示されている可撓導波管は、機械加工精度の問題から略３ｍｍ以下の口径サイズを実現することは難しく、実現したとしても高価になるという課題がある。特許文献３や特許文献４に開示されている可撓導波管は、高価な誘電材料を使用する上、誘電損失の改善が図れないという課題が残る。
本発明は、ミリ波帯での使用に適した安価で低損失の可撓導波管を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施の一態様となる可撓導波管は、中空構造の管壁を有し、前記管壁が、長手方向の管軸に対して実質的に直交する方向に巻回された第１螺旋導体と、前記第１螺旋導体の外側に当該第１螺旋導体の導体間に沿って巻回された第２螺旋導体とを含んで形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
中空構造なので誘電材料を使用する場合よりも低損失であり、湾曲させた場合に第１螺旋導体の導体間に隙間が生じても第２螺旋導体がその隙間を塞ぐので、可撓性を有したまま低損失の伝送が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）は第１実施形態に係る可撓導波管の構造斜視図、（ｂ）は長手方向の部分断面図。
【図２】（ａ）は第１実施形態に係る可撓導波管を湾曲させたときの構造斜視図、（ｂ）は長手方向の部分断面図。
【図３】第１実施形態に係る可撓導波管の電界分布図。
【図４】（ａ）、（ｂ）は第１実施形態に係る可撓導波管の伝送特性図。
【図５】（ａ）、（ｂ）は比較例となる円筒導波管の伝送特性図。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態に係る可撓導波管の変形例を示す部分断面図。
【図７】第２実施形態に係る可撓導波管の構造斜視図。
【図８】第３実施形態に係る可撓導波管の構造斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の可撓導波管の実施の形態例を説明する。
［第１実施形態］
図１（ａ）は第１実施形態に係る可撓導波管の構造斜視図であり、同（ｂ）はその長手方向の部分断面図である。本実施形態の可撓導波管１はミリ波帯の電磁波を伝送させる、断面円形状の中空構造の管壁１０を有する。管壁１０の長手方向の中心軸を管軸と呼ぶ。本実施形態では、内側と外側の２種類の螺旋導体で管壁１０を形成する。管壁１０は導波管の内壁として作用し、電磁波は管壁１０で反射を繰り返しながら管軸方向へ伝搬する。
【００１０】
「螺旋導体」とは、１本ないし１本とみなすことができる線状、面状、帯状（面状の一態様）の導体が同じ内径又は外径で螺旋状に巻回された部品をいう。螺旋状に巻回されて長尺方向に延びるので、巻回方向は管軸と直交する面に対して僅かに傾斜を持つが、実質的には管軸と直交する面上となる。螺旋導体として、本実施形態では、ヘリカル状のコイルを用いた場合の例を示す。以下、内側の螺旋導体を第１コイル１１、外側の螺旋導体を第２コイル１２と呼ぶ。
【００１１】
第１コイル１１は中空であるため、外力に対して容易につぶれず、引張時に導体間に大きな隙間が生じないことが望ましい。そのため、例えばバネ材として使われるような、ヤング率が１００ＧＰａ以上の硬質材料、例えば金属材料を用いて第１コイル１１を製造することが望ましい。このような金属材料としては、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）、ピアノ線、リン青銅、ベリリウム銅、黄銅、白金、ニッケル、金、白金イリジウム合金、白金タングステン合金、白金ニッケル合金などがある。
【００１２】
また、第１コイル１１を可撓導波管１として用いる場合、管壁１０における導電率の大きさが伝送特性の良否、特に挿入損失の大きさに密接に関連する。そのため、少なくとも純銅の導電率（５９．５×１０６Ｓ／ｍ）の５０％となる導電率（約３０×１０６Ｓ／ｍ）以上を有する金属材料を用いて第１コイル１１を制作することが望ましい。このような金属材料としては、例えば銀、銅、金、アルミニウム、銅合金などがある。また、表面に導電率約３０×１０６Ｓ／ｍ以上の金属材料でめっきした硬質材料であっても良い。
【００１３】
本実施形態では、縦０．３ｍｍ×横０．３ｍｍの断面矩形状の金属材料を管軸に対して実質的に直交する方向に巻回して第１コイル１１を製作した。管壁１０の内径Ｄ１は２．６ｍｍである。金属材料は、金めっきが施された銅合金を用いた。ピッチ（導体の中心間の距離、以下同じ）Ｐ１１は、後述する電磁波の漏えいを防止する観点からは導体幅（０．３ｍｍ）の２倍以下とするのが望ましい。本実施形態では、撓んでいない状態でのピッチＰ１１を０．３５ｍｍとした。
第２コイル１２は、第１コイル１１と同じ材料および同じ導体幅のコイルであり、第１コイル１１の導体間の外表面に緩く密着しながら巻回される。第２コイル１２の内径Ｄ２は３．２ｍｍである。第２コイル１２は、第１コイル１１の導体間の隙間を塞ぐ役割を持つ。そのため、第２コイル１２のピッチＰ１２は第１コイル１１のピッチＰ１１と同じであるが、第１コイル１１と略１／２ピッチずれている。「緩く密着」とは、第１コイル１１及び第２コイル１２自体の付勢力及び消勢力で互いに密着しているが、撓みの程度に応じて密着部位が変位可能である状態をいう。また、「略１／２」とは、厳密に１／２である必要がないという意味合いである。
【００１４】
図２は可撓導波管１を湾曲させたときの構造斜視図であり、同（ｂ）はその長手方向の部分断面図である。可撓導波管１が湾曲すると、第１コイル１１及び第２コイル１２の導体間のピッチＰ１１、Ｐ１２が変化する。すなわち、湾曲した内側のピッチが部分的に狭まり、外側のピッチが部分的に拡がり、導体間に隙間が生じる。このような状態でも、第１コイル１１の導体間に生じる隙間は第２コイル１２により塞がれたままとなる。つまり、第２コイル１２は、撓みの有無に関わらず、第１コイル１１の導体間を塞ぐため、管壁１０から外部への電磁波の漏えいが防止され、低損失での伝送が可能となる。
【００１５】
次に、可撓導波管１の伝送特性について説明する。一般に導波管は伝送周波数が高くなると高次モードが発生し、伝送効率が低下する。そのため、最低次のモード、すなわち基本モードのみが伝送できるように設計される。断面円形状の導波管の基本モードは図３に示すＴＥ１１モードと呼ばれるもので、管内波長が内径Ｄ１の約１．３１６倍から約１．７０６倍の範囲のときに高周波信号が伝送可能となる。本実施形態に係る可撓導波管１の場合、内径Ｄ１が２．６ｍｍであるから、例えばＴＥ１１モードが存在できる使用可能周波数は、約７０ＧＨｚ〜８５ＧＨｚである。
【００１６】
可撓導波管１のコイル長１０ｍｍあたりの伝送特性を図４に示す。図４（ａ）は撓みがない場合の伝送特性図、同（ｂ）は曲率半径１６ｍｍで３０度湾曲させた場合の伝送特性図である。横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸は挿入損失（ｄＢ）である。例えば８０ＧＨｚの場合、撓みがない場合の挿入損失は−０．０６ｄＢ、湾曲させた場合の挿入損失も−０．０６ｄＢであり、十分に小さい挿入損失となっている。
比較のため、内径が可撓導波管１と同じ（２．６ｍｍ）で同じ導電率の金属材料で構成された円筒導波管の伝送特性を図５に示す。図５（ａ）は撓みがない場合の伝送特性図、同（ｂ）は曲率半径１６ｍｍで３０度湾曲させた場合の伝送特性図である。縦軸と横軸は図４と同じである。例えば８０ＧＨｚの場合、撓みがない場合の挿入損失は−０．０４ｄＢ、湾曲させた場合の挿入損失も−０．０４ｄＢであった。すなわち、可撓導波管１は、円筒導波管と殆ど変わらない（コイル長１０ｍｍあたり−０．０２ｄＢ未満）低損失な伝送が可能となることがわかる。
【００１７】
このように、第１実施形態に係る可撓導波管１は、第１コイル１１の導体間に第２コイル１２を巻回して管壁１０を形成したので、任意の口径サイズ、とりわけミリ波帯などの小さな口径が要求される可撓性の導波管を安価に制作することができる。管壁１０が円筒導波管に比べて撓みやすく、元の形状に戻りやすいので、円筒導波管よりも高周波部品間の接続が容易になる効果もある。
また、中空構造の導波管なので、誘電体を挿入した導波管に比べて低損失の伝送が可能になる。また、外力によって第１コイル１１のピッチＰ１１が部分的に変化しても第２コイル１２により塞がれているので、可撓性を有したまま低損失の伝送が可能となる。
【００１８】
以上は、第１コイル１１と第２コイル１２が同じ断面サイズでともに断面矩形状の金属材料で製作した場合の例について説明したが、この例に限定されるものではない。例えば図６（ａ）の部分断面図に示されるように、同じ径で断面が円形状の第１コイル２１と第２コイル２２で可撓導波管を構成しても良い。第１コイル２１のピッチＰ２１とその外側の第２コイル２２のピッチＰ２２は、コイル外径の２倍以下であり、互いに略１／２ピッチずれている。
【００１９】
また、図６（ｂ）の部分断面図に示されるように、第１コイル３１を断面矩形状とし、その外側の第２コイル３２を断面円形状としても良い。なお、第１コイル３１を断面円形状とし、第２コイル３２を断面矩形状としても良い。この例においても、第１コイル３１のピッチＰ３１とその外側の第２コイル３２のピッチＰ３２は、コイル外径又は導体幅の２倍以下であり、互いに略１／２ピッチずれている。
【００２０】
また、図６（ｃ）の部分断面図に示されるように、第１コイル４１を導体幅の大きい断面矩形状とし、その外側の第２コイル４２を導体幅が相対的に小さい断面矩形状としても良い。なお、導体幅の大小は逆であっても良い。これらの例の場合、第１コイル４１のピッチＰ４１とその外側の第２コイル４２のピッチＰ４２は、大きい方の導体幅の２倍以下とする。
【００２１】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について説明する。図７は第２実施形態に係る可撓導波管の構造斜視図である。第２実施形態の可撓導波管７は、管軸と直交する面（口径）が矩形状となる中空構造の方形導波管である。すなわち、管軸に対して実質的に直交する方向に矩形状に巻回された第１コイル７１と、この第１コイル７１の外側に第１コイル７１の導体間に沿って巻回された第２コイル７２とで管壁７０を形成している。第１コイル７１及び第２コイル７２のそれぞれの材質、断面形状、ピッチ、導体幅（又は外径）、第１コイル７１のピッチ及び第２コイル７２のピッチの関係は、第１実施形態（図６（ａ）〜（ｃ）に示した変形例を含む）で説明した内容と同じである。
このように、導波管の断面形状は実質的に円形や矩形であれば良く、他にも例えば楕円形などであっても良い。
【００２２】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態について説明する。図８は、第３実施形態に係る可撓導波管の構造斜視図である。第３実施形態の可撓導波管８は、断面円形状の導波管であり、中空構造の管壁８０を有する。管壁８０は、長手方向の管軸に対して実質的に直交する方向に巻回された第１コイル８１と、この第１コイル８１の外側に巻回された帯状の導体箔８２とを含んで形成される。第１コイル８１の材質、断面形状、サイズは、第１実施形態の可撓導波管１と同じである。
【００２３】
帯状の導体箔８２は螺旋導体の一種であり、第１実施形態で説明した可撓導波管１における第２コイル１２に相当する。導体箔８２の厚み、短辺方向の幅及び巻回時のピッチは特に定まったものはなく、任意に選定することができる。幅については第１コイル８１の導体幅（外径）の数倍あっても良い。第１コイル８１の導体間に密着して巻回されていれば、導体箔８２の一部が重なっても良い。
【００２４】
導体箔８２の材質としては、例えば銅箔、アルミ箔、金属テープなどを用いることができる。低損失化の観点からは、導電率が大きい金属材料が望ましい。表面に導電率の高い金属めっきが施された材料でも良い。なお、導体箔８２は、必ずしも硬質材料である必要がなく、軟質の金属材料であっても良い。その際、軟質の金属材料（導体箔８２）の外表面を樹脂膜又は金属膜などで被覆する構造にしても良い。
【００２５】
第３実施形態の可撓導波管８では、湾曲させたときに生じる第１コイル８１の導体間からの電磁波の漏えいを導体箔８２が防止するので、第１実施形態の可撓導波管１及び第２実施形態の可撓導波管７と同様、低損失での伝送が可能となる。導体箔８２を軟質の金属材料とし、その外表面を樹脂などで覆う構成の場合、硬質の第２コイル１２を用いた第１実施形態よりもより高い可撓性を維持しつつ、外気の影響を受けにくい円形導波管を実現することができる。
なお、第３実施形態では、断面円形状の導波管の例を説明したが、断面矩形状の導波管に適用しても良い。すなわち、第２実施形態の可撓導波管７において、第２コイル７２に代えて、帯状の導体箔を用いても良い。また、この導体箔の外表面を樹脂膜又は金属膜で被覆する構造にしても良い。
【００２６】
なお、第１ないし第３実施形態では、ミリ波帯で使用する可撓導波管１、２、７、８の例を説明したが、マイクロ波帯で使用する可撓導波管においても同様に適用が可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１、２、７、８・・・可撓導波管、１１、２１、３１、４１、７１、８１・・・第１コイル、１２、２２、３２、４２、７２・・・第２コイル、８２・・・導体箔。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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