(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部には誘電体が充填され、入出力部分を除く周囲には導体めっきが施されている複数の主導波管と、上記主導波管の伝送周波数帯域より高いカットオフ周波数を有する副導波管とを備え、
上記副導波管が複数の上記主導波管の間に配置されており、上記副導波管の一端がいずれかの上記主導波管の壁面に接続され、上記副導波管の他端が上記主導波管と別の上記主導波管の壁面に接続されていることを特徴とする導波管給電部。
【請求項２】
上記主導波管の伝送周波数帯域の中心周波数における管内波長の４分の１の奇数倍の間隔で、上記主導波管の管軸方向に複数の上記副導波管が配置されていることを特徴とする請求項１記載の導波管給電部。
【請求項３】
３本以上の上記主導波管が配置される場合、各上記主導波管に接続される上記副導波管の本数及び形状が一致しており、上記主導波管及び上記副導波管の位置関係が軸対称形又は回転対称形であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の導波管給電部。
【請求項４】
上記主導波管の入力側及び出力側の双方に上記副導波管が配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の導波管給電部。
【請求項５】
上記主導波管が矩形導波管である場合、上記副導波管が上記矩形導波管の幅広面中央に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の導波管給電部。
【請求項６】
上記主導波管の管軸方向に対して、上記主導波管の伝送周波数帯域の中心周波数における管内波長の２分の１の整数倍の長さを有する上記副導波管が配置されていることを特徴とする請求項５記載の導波管給電部。
【請求項７】
複数の上記主導波管の上記入出力部分が素子アンテナと一体成形されていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の導波管給電部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高い組立性を有する導波管給電部に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
誘電体で形成される導波管給電部は、例えば、射出成形技術を用いて成形されることがあるが、図１５に示すように、１つの給電部から同位相の信号を多くの放射素子に分配するために、分配部等がトーナメント配列されているものがある（例えば、特許文献１を参照）。
このような構造の導波管給電部を１次元のアクティブフェーズドアレーアンテナに適用する場合、当該アレーアンテナを金属部品で構成する場合と比べて軽量化を図ることができる。また、誘電率の観点で小形化に寄与することができる。
また、型を用いる射出成形技術を採用することで、量産時には低コストを図ることができる。
また、導波管形状であるため、樹脂多層基板で引き回すよりも低損失であり、また、給電部と素子アンテナを一体的に成形することが可能であるため、組立コストの低減を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２７１４９８号公報（段落番号［００１０］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の導波管給電部は以上のように構成されているので、１次元のアクティブフェーズドアレーアンテナに適用する場合、各分岐部において構造が保持される。しかし、分配数が多い場合、特に根元の分岐部では機械的な剛性を保つことができず、先端の放射素子の間隔を保持することができない課題があった。
また、先端の放射素子を保持するためには、別の支持構造が必要となり、部品点数が増加する課題があった。
さらに、２次元のアクティブフェーズドアレーアンテナに適用する場合、１素子毎に、１つの能動回路（増幅器・移相器）が必要になるため、給電線路は全て分割される。そのため、素子数だけ給電線路が必要になるため部品点数が増加する。また、給電線路の位置を固定する支持構造が別途必要になるため、組立性が著しく劣化する課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、特別な支持構造を用意することなく、高い剛性を保つことができる導波管給電部を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る導波管給電部は、内部には誘電体が充填され、入出力部分を除く周囲には導体めっきが施されている複数の主導波管と、主導波管の伝送周波数帯域より高いカットオフ周波数を有する副導波管とを備え、その副導波管が複数の主導波管の間に配置されており、その副導波管の一端がいずれかの主導波管の壁面に接続され、その副導波管の他端が上記主導波管と別の主導波管の壁面に接続されているようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、内部には誘電体が充填され、入出力部分を除く周囲には導体めっきが施されている複数の主導波管と、主導波管の伝送周波数帯域より高いカットオフ周波数を有する副導波管とを備え、その副導波管が複数の主導波管の間に配置されており、その副導波管の一端がいずれかの主導波管の壁面に接続され、その副導波管の他端が上記主導波管と別の主導波管の壁面に接続されているように構成したので、特別な支持構造を用意することなく、高い剛性を保つことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による導波管給電部を示す斜視図である。
【図２】主導波管１の開口部を示す断面図である。
【図３】導波管ブリッジ４の径を変化させた場合の導波管給電部の反射特性とアイソレーション特性を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１による他の導波管給電部を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態２による導波管給電部を示す斜視図である。
【図６】導波管給電部の入出力部２，３での反射特性が改善される原理を示す説明図である。
【図７】２本の主導波管１の間に導波管ブリッジ４が１本接続された場合と２本接続された場合の入出力部２ａの反射特性を示す説明図である。
【図８】図５の導波管給電部と別の構造の導波管給電部を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態３による導波管給電部を示す構成図である。
【図１０】主導波管１ａに導波管ブリッジ６ａ，６ｂが配置され、主導波管１ｃに導波管ブリッジ６ｃ，６ｄが配置されている導波管給電部を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態４による導波管給電部を示す斜視図である。
【図１２】図１１の導波管給電部を上から見た上面図である。
【図１３】この発明の実施の形態５による導波管給電部を示す構成図である。
【図１４】図１３の導波管給電部における導波管ブリッジ８の配置を示す説明図である。
【図１５】特許文献１に開示されている導波管給電部を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による導波管給電部を示す斜視図である。
図１において、主導波管１ａ，１ｂ（以後、主導波管１ａ，１ｂを総称して、主導波管１と表記することがある）は内部には誘電体が充填され、周囲には導体めっきが施されている小形・軽量な導波管である。
即ち、主導波管１は樹脂によって一体成形された後、入出力部２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ（以後、入出力部２ａ，２ｂを総称して入出力部２、入出力部３ａ，３ｂを総称して入出力部３と表記することがある）を除く樹脂表面に導体めっきが施されている樹脂導波管である。
なお、主導波管１ａ，１ｂは素子アンテナと一体化される。
【００１０】
副導波管である導波管ブリッジ４は樹脂によって一体成形されており、主導波管１の伝送周波数帯域より高いカットオフ周波数を有している。
なお、導波管ブリッジ４は主導波管１ａと主導波管１ｂの間に配置されており、導波管ブリッジ４の一端が主導波管１ａの壁面に接続され、導波管ブリッジ４の他端が主導波管１ｂの壁面に接続されている。
【００１１】
図２は主導波管１の開口部を示す断面図である。
図２の例では、主導波管１の開口部である入出力部２，３の寸法は“ａ×ｂ”であり、主導波管１の周囲には導体めっき５が施されている。
【００１２】
図１の導波管給電部では、主導波管１ａ，１ｂが図２に示すような開口部を有する矩形導波管であり、導波管ブリッジ４が円筒形導波管である例を示しているが、主導波管１ａ，１ｂが円筒形導波管であってもよいし、導波管ブリッジ４が矩形導波管であってもよい。
また、図１の導波管給電部では、導波管ブリッジ４が、主導波管１ａ，１ｂの幅広面中央に配置されているが、幅広面中央からずれて配置されていてもよい。
【００１３】
図３は導波管ブリッジ４の径を変化させた場合の導波管給電部の反射特性とアイソレーション特性を示す説明図である。
横軸は主導波管１ａ，１ｂの開口部のａ寸法で正規化している。
図３から明らかなように、導波管ブリッジ４の径が小さければ小さいほど、導波管給電部の反射特性とアイソレーション特性が良好であるが、主導波管１ａ，１ｂの支持構造として剛性を確保する必要がある。
【００１４】
図１の導波管給電部は、平面構造であるが、主導波管１ａと主導波管１ｂが平行である必要はなく、図４に示すように、主導波管１ａと主導波管１ｂがねじれの位置に配置されていてもよい。
このようなねじれの位置は、主導波管１が２本である場合に限るものではなく、主導波管１が３本以上である場合も同様である。
また、主導波管１ａ，１ｂ及び導波管ブリッジ４は、共に直線状である必要はない。
【００１５】
この実施の形態１では、内部が誘電体で形成されている複数の主導波管１の間に導波管ブリッジ４が配置されているが、導波管ブリッジ４は、主導波管１の伝送周波数帯域より高いカットオフ周波数を有しているので、主導波管１により伝送される電磁波が導波管ブリッジ４によって伝送されることはない。
このため、複数の主導波管１は、導波管ブリッジ４が物理的に接続されながらも、電気的には接続されていない状態と等価であるので、導波管ブリッジ４が主導波管１の電気的特性に影響を与えることはほとんどなく、機械的な剛性が高められる。
したがって、複数の主導波管１を固定するための特別な支持構造が不要となり、高い組立性を実現することができる。
【００１６】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２による導波管給電部を示す斜視図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
導波管ブリッジ４ａは図１の導波管ブリッジ４と同様に、樹脂によって一体成形されており、主導波管１の伝送周波数帯域より高いカットオフ周波数を有している。
また、導波管ブリッジ４ａは主導波管１ａと主導波管１ｂの間に配置されており、導波管ブリッジ４ａの一端が主導波管１ａの壁面に接続され、導波管ブリッジ４ａの他端が主導波管１ｂの壁面に接続されている。
【００１７】
導波管ブリッジ４ｂは導波管ブリッジ４ａと同様に、樹脂によって一体成形されており、主導波管１の伝送周波数帯域より高いカットオフ周波数を有している。
また、導波管ブリッジ４ｂは主導波管１ａと主導波管１ｂの間に配置されており、導波管ブリッジ４ｂの一端が主導波管１ａの壁面に接続され、導波管ブリッジ４ｂの他端が主導波管１ｂの壁面に接続されている。
なお、導波管ブリッジ４ａと導波管ブリッジ４ｂ（以後、導波管ブリッジ４ａ，４ｂを総称して、導波管ブリッジ４と表記することがある）は、主導波管１ａ，１ｂの管軸方向において、主導波管１ａ，１ｂの伝送周波数帯域の中心周波数における管内波長λｇの４分の１の奇数倍の長さだけ離れて配置されている。
図５の例では、導波管ブリッジ４ａと導波管ブリッジ４ｂは、λｇ／４の間隔で配置されている。
【００１８】
導波管ブリッジ４ａと導波管ブリッジ４ｂがλｇ／４の間隔で配置されることで、導波管ブリッジ４による導波管給電部の剛性が向上するとともに、入出力部２，３における反射特性が改善される。
【００１９】
図６は導波管給電部の入出力部２，３での反射特性が改善される原理を示す説明図である。
図６では、点Ａが主導波管１ａと導波管ブリッジ４ａの交点を表しており、点Ｂが主導波管１ａと導波管ブリッジ４ｂの交点を表している。
同様に、点Ｃが主導波管１ｂと導波管ブリッジ４ａの交点を表しており、点Ｄが主導波管１ｂと導波管ブリッジ４ｂの交点を表している。
【００２０】
導波管ブリッジ４ａ，４ｂは、主導波管１ａ，１ｂの伝送周波数帯域より高いカットオフ周波数を有しているが、構造の不連続部である点Ａ，点Ｂ，点Ｃ，点Ｄにおいて、電磁波が幾らかは反射する。
ここで、点Ａにおける反射係数をΓＡ、点Ｂにおける反射係数をΓＢ、反射係数ΓＡの大きさを｜ΓＡ｜、反射係数ΓＢの大きさを｜ΓＢ｜とする。
この場合、構造が同じで、点Ａと点Ｂ間の通過損失が極めて小さければ、｜ΓＡ｜＝｜ΓＢ｜となる。
｜ΓＡ｜＝｜ΓＢ｜であるとき、点Ａと点Ｂの距離がλｇ／４の奇数倍であれば、往復で１８０度の奇数倍の位相差が生じ、点Ａにおける反射波と点Ｂにおける反射波が逆位相で重なることから、合成波の振幅が“０”になる。
【００２１】
図７は２本の主導波管１の間に導波管ブリッジ４が１本接続された場合と２本接続された場合の入出力部２ａの反射特性を示す説明図である。
図７より、周波数が４７ＧＨｚであるとき、入出力部２ａにおける反射特性が大きく改善されていることが分かる。反射特性の改善は入出力部２ｂ，３ａ，３ｂにおいても同様である。
【００２２】
図５の例では、直線状の主導波管１が２本配置されているものを示しているが、直線状の主導波管１が３本配置されていてもよい。また、主導波管１が曲がっていてもよい。
また、主導波管の長さが長い場合は、入出力部２ａ，３ａに導波管ブリッジ４ａ，４ｂを接続するとともに、入出力部２ｂ，３ｂに導波管ブリッジ４ａ，４ｂを接続するようにしてもよい。
【００２３】
図８は図５の導波管給電部と別の構造の導波管給電部を示す構成図である。
図８の導波管給電部では、８本の主導波管１ａ〜１ｈが２回折れ曲がり、入出力部２，３のそれぞれに、λｇ／４の間隔で２本の導波管ブリッジ４ａ，４ｂが配置されている。
この場合も、図５の導波管給電部と同様に、導波管給電部の剛性を高めることができるとともに、入出力部２，３における反射特性を改善することができる効果を奏する。
【００２４】
実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３による導波管給電部を示す構成図であり、図において、図５と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
導波管ブリッジ４ｃは導波管ブリッジ４ａと同様に、樹脂によって一体成形されており、主導波管１の伝送周波数帯域より高いカットオフ周波数を有している。
また、導波管ブリッジ４ｃは主導波管１ｂと主導波管１ｃの間に配置されており、導波管ブリッジ４ｃの一端が主導波管１ｂの壁面に接続され、導波管ブリッジ４ｃの他端が主導波管１ｃの壁面に接続されている。
【００２５】
導波管ブリッジ４ｄは導波管ブリッジ４ｃと同様に、樹脂によって一体成形されており、主導波管１の伝送周波数帯域より高いカットオフ周波数を有している。
また、導波管ブリッジ４ｄは主導波管１ｂと主導波管１ｃの間に配置されており、導波管ブリッジ４ｄの一端が主導波管１ｂの壁面に接続され、導波管ブリッジ４ｄの他端が主導波管１ｃの壁面に接続されている。
なお、導波管ブリッジ４ｃと導波管ブリッジ４ｄは、主導波管１ｂ，１ｃの管軸方向において、主導波管１ｂ，１ｃの伝送周波数帯域の中心周波数における管内波長λｇの４分の１の奇数倍の長さだけ離れて配置されている。
図９の例では、導波管ブリッジ４ｂと導波管ブリッジ４ｃは、λｇ／４の間隔で配置されている。
【００２６】
図９の導波管給電部では、主導波管１ａ，１ｂ，１ｃが横一列に配置されており、主導波管１ａと主導波管１ｃには、左右対称に２本の導波管ブリッジ４が接続されているが、主導波管１ｂには、左右両側に２本の導波管ブリッジ４が接続されている。
そのため、主導波管１ａ，１ｂ，１ｃにおける導波管ブリッジ４の接続点での反射係数が異なり、その結果として、入出力部２ａ〜２ｃ，３ａ〜３ｃでの反射特性にばらつきが生じる。
導波管給電部での特性ばらつきがアンテナ特性に与える影響を最小限とするためには、図１０に示すように、主導波管１ａの図中左側に導波管ブリッジ６ａ，６ｂを配置し、主導波管１ｃの図中右側に導波管ブリッジ６ｃ，６ｄを配置すればよい。
これにより、各接続点における反射係数が揃い、入出力部２ａ〜２ｃ，３ａ〜３ｃでの反射特性のばらつきが低減される。
【００２７】
この実施の形態３では、直線状の主導波管１が３本配置されているものを示しているが、本数を制限するものではなく、主導波管１を４本以上配置する場合でも、各主導波管１に接続される導波管ブリッジ４（または、６）の本数及び形状が一致しており、主導波管１及び導波管ブリッジ４（または、６）の位置関係が軸対称形又は回転対称形であれば、各接続点における反射係数が揃い、入出力部２，３での反射特性のばらつきが低減される。
【００２８】
実施の形態４．
図１１はこの発明の実施の形態４による導波管給電部を示す斜視図であり、図１２は図１１の導波管給電部を上から見た上面図である。
図１１の導波管給電部では、上面から見た場合、図１２に示すように、３本の円筒形の主導波管１ａ〜１ｃが三角形に配置されている。
図１１，１２において、導波管ブリッジ７ａは図１の導波管ブリッジ４と同様に、樹脂によって一体成形されており、主導波管１の伝送周波数帯域より高いカットオフ周波数を有している。
また、導波管ブリッジ７ａは主導波管１ａと主導波管１ｂの間に配置されており、導波管ブリッジ７ａの一端が主導波管１ａの壁面に接続され、導波管ブリッジ７ａの他端が主導波管１ｂの壁面に接続されている。
【００２９】
導波管ブリッジ７ｂは導波管ブリッジ７ａと同様に、樹脂によって一体成形されており、主導波管１の伝送周波数帯域より高いカットオフ周波数を有している。
また、導波管ブリッジ７ｂは主導波管１ｂと主導波管１ｃの間に配置されており、導波管ブリッジ７ｂの一端が主導波管１ｂの壁面に接続され、導波管ブリッジ７ｂの他端が主導波管１ｃの壁面に接続されている。
導波管ブリッジ７ｃは導波管ブリッジ７ａと同様に、樹脂によって一体成形されており、主導波管１の伝送周波数帯域より高いカットオフ周波数を有している。
また、導波管ブリッジ７ｃは主導波管１ｃと主導波管１ａの間に配置されており、導波管ブリッジ７ｃの一端が主導波管１ｃの壁面に接続され、導波管ブリッジ７ｃの他端が主導波管１ａの壁面に接続されている。
【００３０】
図１１の導波管給電部では、主導波管１ａ〜１ｃ及び導波管ブリッジ７ａ〜７ｃが、導波管給電部の中心点を中心にして、１２０°の回転対称形になっているため（図１２を参照）、導波管ブリッジ７ａ〜７ｃの接続点における反射係数が一致する。
これにより、各接続点における反射係数が揃い、入出力部２ａ〜２ｃ，３ａ〜３ｃでの反射特性のばらつきが低減される。
【００３１】
この実施の形態４では、円筒形の主導波管１が３本配置されているものを示しているが、本数を制限するものではなく、主導波管１を４本以上配置する場合でも、各主導波管１に接続される導波管ブリッジ７の本数及び形状が一致しており、主導波管１及び導波管ブリッジ７の位置関係が軸対称形又は回転対称形であれば、各接続点における反射係数が揃い、入出力部２，３での反射特性のばらつきが低減される。
【００３２】
アレーアンテナでは、三角配列や四角配列が用いられることが多いが、図１１の導波管給電部の入出力部２ａ〜２ｃ，３ａ〜３ｃに素子アンテナが一体成形された樹脂導波管ホーンアンテナは、別の支持構造を追加することなく、位置ばらつきが少ない素子配置が可能になる。
【００３３】
実施の形態５．
図１３はこの発明の実施の形態５による導波管給電部を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
導波管ブリッジ８は図１の導波管ブリッジ４と同様に、主導波管１と樹脂によって一体成形されており、矩形導波管である主導波管１の伝送周波数帯域より高いカットオフ周波数を有している。
導波管ブリッジ８は矩形導波管である主導波管１の幅広面中央に配置されている。
図１４は図１３の導波管給電部における導波管ブリッジ８の配置を示す説明図である。
【００３４】
上記実施の形態２のように、反射特性の改善を目的として、導波管ブリッジ４ａ，４ｂをλｇ／４の間隔で２本配置する場合、射出成形の製造法では実現することができないことがある。
即ち、ミリ波帯においては、λｇ／４が短く（εｒ＝２．３の誘電体材料の場合、４７ＧＨｚでλｇ／４＝１．４４ｍｍ）、導波管ブリッジ４ａ，４ｂの開口寸法がφ１ｍｍの場合、２本の導波管ブリッジ４ａ，４ｂの隙間が０．５ｍｍ未満となるため、射出成形の製造法では実現できないことがある。
【００３５】
この実施の形態５では、２本の導波管ブリッジ４ａ，４ｂを一体化することで、製造上の問題を回避するようにしている。
２本の導波管ブリッジ４ａ，４ｂを一体化する場合、入出力部２，３における主導波管１のインピーダンスをＺ０、導波管ブリッジ８の端部８ａから端部８ｂまでの主導波管１のインピーダンスをＺ１とすると、導波管ブリッジ８の端部８ａにおける反射係数ΓＥと、導波管ブリッジ８の端部８ｂにおける反射係数ΓＦは、下記のようになる。
ΓＥ＝（Ｚ０−Ｚ１）／（Ｚ０＋Ｚ１）
ΓＦ＝（Ｚ１−Ｚ０）／（Ｚ１＋Ｚ０）
このため、導波管ブリッジ８の端部８ａにおける反射係数ΓＥと端部８ｂにおける反射係数ΓＦとは、振幅が同じで位相が反転する。
【００３６】
導波管ブリッジ８の端部８ａ，８ｂにおいて、反射を改善するためには、反射係数ΓＥと反射係数ΓＦの位相が“１８０°＋ｎ×３６０°”だけ異なることが条件になる。
そのため、往復分の位相差が反転する条件は、長さＬを通過する位相をθとすると、下記の式（１）のようになる。
１８０°＋２θ＝１８０°＋ｎ×３６０°（ｎ＝０、１、２、・・・）  （１）
したがって、構造上θ≠０であるため、ｎ＝１を選べば、θ＝１８０°となり、長さＬはλｇ／２となる。
【００３７】
しかも、導波管ブリッジ８が主導波管１の軸方向にλｇ／２の長さを有していても、矩形導波管の幅広面中央に配置される限り、主導波管１のＴＥ１０モードの電界分布より、導波管ブリッジ８の中央部８ｃと中央部８ｄが同電位になる。
そのため、導波管ブリッジ８が、主導波管１のＴＥ１０モードを伝送する導波路として働くことはなく、隣接する導波管給電部とのアイソレーションが確保される。
これにより、図１１の導波管給電部では、製造限界を回避して剛性を保つことができるとともに、反射特性を改善することができる。
【００３８】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１ａ〜１ｈ  主導波管、２ａ〜２ｃ，３ａ〜３ｃ  入出力部、４，４ａ〜４ｄ，６ａ〜６ｄ，７ａ〜７ｃ  導波管ブリッジ（副導波管）、５  導体めっき、８  導波管ブリッジ（副導波管）、８ａ，８ｂ  導波管ブリッジ８の端部、８ｃ，８ｄ  導波管ブリッジ８の中央部。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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