(57)【要約】【課題】それぞれに溝を形成した２つの導電体部材の接合面からの電磁波の漏れを確実に防止し、電気的特性を向上させた導波路、それを備えた高周波装置および高周波回路装置を提供する。【解決手段】２つの導電体部材１１，２１の一方または両方の溝１２，２２の開口縁を、相手側の導電体部材方向へ突出した堤形状部１３，２３とし、２つの導電体部材１１，２１の開口縁同士を当接させるとともに、堤形状部１３，２３と突出部１４，２４の間をネジ３１で締結することにより、導電体部材１１，２１を所定圧力で固定する。【選択図】  図１
2004186755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの導電体部材にそれぞれ溝を形成し、該溝同士が対向するように前記２つの導電体部材を接合してなる導波路において、
前記２つの導電体部材の一方または両方の溝の開口縁を、相手側の導電体部材方向へ突出した堤形状部とし、前記２つの導電体部材の開口縁同士を当接させるとともに、前記堤形状部より外側で、前記２つの導電体部材同士を所定圧力で接合状態に固定する固定部材を設けたことを特徴とする導波路。
【請求項２】
前記堤形状部の相手側の導電体部材に対向する面を、前記溝の開口縁より外側に向かう程、相手側の導電体部材から離れるテーパー形状とした請求項１に記載の導波路。
【請求項３】
前記堤形状部の相手側の導電体部材に対向する面を切削加工または研削加工による面とした請求項１に記載の導波路。
【請求項４】
前記堤形状部の相手側の導電体部材に対向する面を、前記圧力により表面平滑度が高まる粗面とした請求項１、２または３に記載の導波路。
【請求項５】
前記堤形状部を型加工により成型した請求項１〜４のいずれかに記載の導波路。
【請求項６】
前記固定部材をネジとし、前記堤形状部の外側に、該堤形状部と略同一高さの突出部を設けるとともに、該突出部と前記堤形状部との間で前記２つの導電体部材同士を前記ネジにより締結した請求項１〜５のいずれかに記載の導波路。
【請求項７】
前記堤形状部は前記２つの導電体部材の一方にのみ設けた請求項１〜６のいずれかに記載の導波路。
【請求項８】
前記溝の内部に誘電体を装荷した請求項１〜７のいずれかに記載の導波路。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の導波路を信号の伝送線路として設けた高周波回路。
【請求項１０】
請求項９に記載の高周波回路を送信信号または受信信号の処理部に設けた高周波回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ミリ波帯やマイクロ波帯で用いられる導波路、それを備えた高周波回路および高周波回路装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、矩形空洞導波管のような立体導波路を、２つの導電体部材を組み合わせて構成したもの（例えば、特許文献１）があった。その導波路は、２つの導電体部材にそれぞれ溝を形成し、溝同士が対向するように２つの導電体部材を張り合わせることによって構成される。また、導波管を構成する溝の両脇に別の溝を設けることによってチョークを構成して、２つの導電体部材の張り合わせ部からの電磁波の漏れを抑えるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−７６７１６号公報（段落番号〔００１５〕〜〔００１７〕，〔００２１〕、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１に示されている導波路においては、電磁波の漏れを抑えるためのチョークが周波数特性をもっているため、チョーク用の溝の加工精度によっては、組み立てられた導波路の電気的特性がばらつくおそれがあった。そのため、このようなばらつきを抑えるために高い加工精度が要求されることになる。また、チョーク用の溝を１／４波長の幅に設定する必要があり、導波管全体として大型になっていた。また、特許文献１には、２つの導電体部材同士を接合状態に固定するための手段について開示されていない。
【０００５】
この発明の目的は、２つの導電体部材により構成する導波路の、安定した特性を得るための構造を具体的に示すことと、２つの導電体部材の接合面からの電磁波の漏れを確実に防止し、導波路としての電気的特性を向上させた導波路、それを備えた高周波装置および高周波回路装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、２つの導電体部材にそれぞれ溝を形成し、該溝同士が対向するように前記２つの導電体部材を接合してなる導波路において、
前記２つの導電体部材の一方または両方の溝の開口縁を、相手側の導電体部材方向へ突出した堤形状部とし、前記２つの導電体部材の開口縁同士を当接させるとともに、前記堤形状部より外側で、前記２つの導電体部材同士を所定圧力で接合状態に固定する固定部材を設けたことを特徴としている。
【０００７】
また、この発明は、前記堤形状部の相手側の導電体部材に対向する面を、前記溝の開口縁より外側に向かう程、相手側の導電体部材から離れるテーパー形状としたことを特徴としている。
【０００８】
また、この発明は、前記堤形状部の相手側の導電体部材に対向する面を切削加工または研削加工による面としたことを特徴としている。
【０００９】
また、この発明は、前記堤形状部の相手側の導電体部材に対向する面を、前記圧力により表面平滑度が高まる粗面としたことを特徴としている。
【００１０】
また、この発明は、前記堤形状部を型加工により成型したことを特徴としている。
【００１１】
また、この発明は、前記固定部材をネジとし、前記堤形状部の外側に、該堤形状部と略同一高さの突出部を設けるとともに、該突出部と前記堤形状部との間で前記２つの導電体部材同士を前記ネジにより締結したことを特徴としている。
【００１２】
また、この発明は、前記堤形状部は前記２つの導電体部材の一方にのみ設けたことを特徴としている。
【００１３】
また、この発明は、前記溝の内部に誘電体を装荷して誘電体装荷導波管を構成することを特徴としている。
【００１４】
また、この発明は、前記のいずれかの構成による誘電体線路を信号の伝送線路として設けて高周波回路を構成することを特徴としている。
【００１５】
また、この発明は、前記高周波回路を送信信号または受信信号の処理部に設けて高周波回路装置を構成することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に係る空洞矩形導波管について図１〜図３を参照して説明する。
図１は信号伝搬方向に垂直な面での断面図である、図１において、１１，２１はそれぞれＺｎやＡｌ（アルミニウム）等の金属板からなる導電体部材である。
導電体部材１１，２１の表面にはＡｇまたはＡｕ等の導電率の高い金属膜をメッキ形成している。なお、Ａｌ等の導電率の高い導電体部材に用いた場合にはメッキを省いてもよい。この２つの導電体部材１１，２１の対向する面に、所定幅・所定深さの断面略矩形の溝１２，２２を形成している。この溝１２，２２の対向によって形成される空間が空洞矩形導波管として作用する。このときの導電体部材１１，２１の対向面は導波管のＥ面（ＴＥ１０モードの電界に平行な導波管の上下面）に平行な面である。溝１２，２２の開口縁部分には、溝１２，２２の延びる方向に沿って、互いに相手側の導電体部材方向へ突出する堤形状部１３，２３を形成している。また、堤形状部１３，２３の外側に、溝１２，２２の延びる方向に沿って、相手側の導電体部材方向へ突出する突出部１４，２４を形成している。この突出部１４，２４の突出高さは堤形状部１３，２３と完全に同一または略同一である。
【００１７】
図１において、３１はこの発明に係る固定部材に相当するネジである。一方の導電体部材１１には、ネジ３１が螺合するネジ穴を形成していて、図１に示すように導電体部材２１の外側からネジ３１をネジ穴に螺合させ、締結することによって、２つの導電体部材１１，２１同士を所定圧力で接合状態に固定している。
この例では、堤形状部１３，２３と突出部１４，２４の略中間位置で、ネジ３１を用いて２つの導電体部材１１，２１同士を所定圧力で接合状態に固定している。その状態で導電体部材１１，２１の弾性により、堤形状部１３，２３および突出部１４，２４の接合面にそれぞれ所定圧力が加わり、溝１２，２２の開口縁部分での隙間がなくなり、堤形状部１３，２３の接合面からの電磁波の漏れが確実に防止できる。
【００１８】
図２は、空洞矩形導波管として作用する溝周囲の構造を示す部分断面図である。ここで、溝１２，２２の深さをＧｇ、溝の幅をＧｂ、２つの溝１２，２２の対向によって生じる空間の高さをＧａとすれば、７６ＧＨｚ（Ｗ帯）で設計した場合の各部の寸法は次のとおりである。
【００１９】
Ｇｇ＝１．２７
Ｇｂ＝１．２７
Ｇａ＝２．５４
ここで単位は［ｍｍ］である。
【００２０】
堤形状部１３，２３の幅Ｄｂは、導電体部材１１，２１に対する溝１２，２２および堤形状部１３、２３の形成位置寸法精度や組み立て寸法精度に応じて、堤形状部１３，２３同士の対向面積が小さくなり過ぎないように、０．１以上であることが望ましい。しかし、この堤形状部１３，２３の幅寸法Ｄｂが大き過ぎると、堤形状部１３，２３の接合面積が広くなって圧力が分散され、溝１２，２２の開口縁での隙間が生じやすくなるので、溝幅Ｇｂと同程度までとするのが望ましい。
【００２１】
また、堤形状部１３，２３の高さ寸法Ｄａは、図１に示したネジ３１の締結による、堤形状部１３，２３より外側の弾性変形量を十分に確保するために、０．０５以上であることが望ましい。しかし、この堤形状部１３，２３の高さ寸法Ｄａが大き過ぎると、溝１２，２２の側方の強度が低下するので、溝深さ寸法Ｇｇの０．４倍程度までとするのが望ましい。
【００２２】
したがって、堤形状部１３，２３の突出量（高さ）をＤａと幅Ｄｂは次のとおしである。
【００２３】
Ｄａ＝０．０５以上、０．５以下
Ｄｂ＝０．１以上、１．３以下
ここで単位は［ｍｍ］である。
【００２４】
図３は、導電体部材の導電体部材同士の対向面の加工方法について示している。導電体部材１１の相手側導電体部材（２１）への対向面には、溝１２、堤形状部１３および凹部１５を形成するが、これらは平板状のアルミニウム板などの金属板に対する溝加工により形成する。例えばダイヤモンドブレードを用いたダイシング法や、突切りバイトを使った切削加工により、溝１２と凹部１５をそれぞれ形成する。その後、図３において両端矢じりの太線で示すように、堤形状部１３の相手側の堤形状部（２３）に対向する面が平面となるように切削加工する。
例えば、平面研削する。このことにより、堤形状部１３の相手側堤形状部に対する対向面の平面度を０．０５［ｍｍ］以下に仕上げる。もう一方の導電体部材（２１）についても同様に加工する。
【００２５】
このように、堤形状部の互いの対向面の平面度を高めることにより、図１および図２に示したように両者を所定圧力で接合状態に固定した際、溝１２，２２の延びる方向に沿って、溝の開口縁での隙間を極めて小さく抑えることができ、溝１２，２２による導波管からの電磁波の漏れを確実に防止することができる。また、２つの導電体部材１１，２１同士の位置関係はネジ穴の位置によって定まるので、ネジ３１の締結により導電体部材１１，２１同士の位置合わせも同時に行うことができる。
【００２６】
なお、図１に示した例で、ネジ３１を締結すれば、堤形状部１３，２３と突出部１４，２４との間の凹部同士が向かい合ってできる隙間が狭まるように、上下の導電体部材１１，２１が弾性変形することになる。そこで、ネジ３１の締結時の通常の締め付けトルクにより上記隙間が接するように、凹部の深さを予め定めておけば、堤形状部１３，２３同士の接合面に加わる圧力をより一定に保つことができる。
【００２７】
また、図１では、単一の導波管部分を示したが、上下２つの導電体部材１１，２１の接合により、並行する複数の導波管を構成する場合は、導波管としての溝と、それに隣接する他の導波管としての溝との間に上記凹部による隙間を設け、その部分でネジを締結すればよい。これは丁度、図１に示した突出部１４，２４を、隣の導波管を構成する溝の開口縁に設けた堤形状部にしたことに相当する。
【００２８】
また、２つの導電体部材１１，２１同士の位置精度をさらに向上させるために、一方の導電体部材にピンを、それに対向する他方の導電体部材に穴をそれぞれ設けて、その両者の係合によって位置合わせを行ってもよい。
【００２９】
次に、第２の実施形態に係る空洞矩形導波管の構成を図４に示す。図４は、空洞矩形導波管の電磁波伝搬方向に垂直な面での部分断面図であり、第１の実施形態で示した図２の部分に相当する図である。第１の実施形態と異なり、この例では、一方の導電体部材１１に堤形状部１３を設け、他方の導電体部材２１には堤形状部を設けていない。また、堤形状部１３の相手側と導電体部材２１に対向する面を、溝１２の開口縁より外側に向かう程、相手側導電体部材２１から離れるテーパー形状としている。その他の構成は第１の実施形態で図１に示したものと同様である。
【００３０】
このような構造であるため、導電体部材２１に形成した溝２２の開口縁と導電体部材１１側の溝１２の開口縁とが最も高い圧力で接合される。したがって、対向する２つの溝の開口縁部分での隙間が生じることがなく、導波管からの電磁波の漏れを確実に防止することができる。ここで、堤形状部１３の突出高さをＤａ、その幅をＤｂ、テーパー部分の高さをＤｔとすれば、７６ＧＨｚ（Ｗ帯）で設計した各部の寸法は次のとおりである。
【００３１】
Ｄａ＝０．０５以上
Ｄｂ＝０．１以上
Ｄｔ＝０．０５以上
ここで単位は［ｍｍ］である。その他の溝１２，２２部分の寸法は第１の実施形態の場合と同様である。ただし、テーパー部分の寸法Ｄｔは堤形状部１３の突出高さ寸法Ｄａより当然ながら小さな寸法とする。
このようなテーパー形状を有する堤形状部は図３に示したような平面研削では加工できないので、溝１２および凹部１５と同時に型加工により成形する。
【００３２】
次に、第３の実施形態に係る誘電体装荷導波管の構造を図５に示す。
図５において、導電体部材１１には、相手側の導電体部材２１に対向する面に溝１２、堤形状部１３を形成している。また、導電体部材２１には、相手側の導電体部材１１に対向する面に溝２２を形成している。４１は導電体部材１１，２１に形成した溝１２，２２の対向によりできる空間内に配置した誘電体ストリップである。この２つの導電体部材１１，２１は、溝１２，２２が対向するように向かい合わせ、所定圧力で接合状態に固定している。その他の構成は図１に示したものと同様である。
【００３３】
このように、断面矩形の導波管形状の空間内に誘電体ストリップ４１を装荷することによって誘電体装荷導波管を構成している。ここで、溝１２，２２の深さをＧｇ、溝の幅をＧｂ、２つの溝１２，２２の対向によって生じる空間の高さをＧａ、誘電体ストリップ４１の幅をＳｂ、高さをＳａとし、誘電体ストリップ４１として比誘電率εｒが約２．０であるフッ素樹脂を用い、７６ＧＨｚ帯で設計した時の各部の寸法は次のとおりである。
【００３４】
Ｇｇ＝０．９
Ｇｂ＝１．２
Ｇａ＝１．８
Ｓａ＝１．８
Ｓｂ＝１．１
ここで単位は［ｍｍ］である。
【００３５】
図５において、使用周波数における誘電体ストリップ４１中の波長λは、２．８［ｍｍ］である。溝幅Ｇｂは、このλの１／２以下とし、空間の高さＧａの値がλの１／２以上１以下としている。
【００３６】
この構造により、使用周波数帯において単一モードでの伝送が可能となる。すなわち矩形ＴＥ１０モードでのみ伝送され、他のモードが全て遮断されるため、導電体部材の溝位置でずれ等が生じても、他の伝送モードへのモード変換が起こらない。その結果、モード変化に伴う損失が生じなく、伝送損失が低く保たれる。
【００３７】
また、この例では溝１２，２２の開口縁をラウンド加工して所定の曲率半径で丸みを持たせている。堤形状部１３の外側のエッジ部分も丸みを持たせている。
さらに、溝底面の隅部も丸みを持たせている。このような形状により、導電体部材１１，２１を型成型（ダイキャスト成型）する際、その成型が容易となり、製造コストが低減できる。
【００３８】
ここで、堤形状部１３の導電体部材２１への対向面は、導電体部材２１との圧力によって、その表面平滑度が高まるような粗面にしておく。このことにより、導電体部材１１，２１同士の接合状態で、溝１２，２２の開口縁部分の隙間が小さくなり、電磁波漏れが確実に防止できる。
【００３９】
また、溝１２，２２の側面と誘電体ストリップ４１の側面との間に間隙が生じているので、導電体部材１１，２１と誘電体ストリップ４１の線膨張係数の差による温度変化に伴う歪みが吸収される。すなわち誘電体ストリップ４１の溝１２，２２に対する相対的な膨張が間隙部分で吸収されるので、誘電体ストリップ４１が導電体部材１１，２１から大きな応力集中を受けにくくなる。その結果、電気的特性の変動も抑えられる。
【００４０】
なお、導電体部材１１，２１としては、ダイキャスト成型法に限らず、鍛造法によって作成してもよい。さらに素体を樹脂成型により形成し、その表面に金属膜をメッキ形成してもよい。
【００４１】
また、前記周波数帯で用いる誘電体ストリップ４１はフッ素樹脂に限らず、他の比誘電率の誘電体材料であってもよい。その比誘電率に応じて溝深さＧｇ、溝幅Ｇｂを適宜変更すればよい。
【００４２】
次に、第４の実施形態に係る、この発明の高周波回路および高周波回路装置の実施形態である、ミリ波レーダモジュールおよびミリ波レーダの構成を図６を基に説明する。
図６において、ＶＣＯは、ガンダイオードとバラクタダイオード等を用いた電圧制御発振器、ＩＳＯは反射信号がＶＣＯに戻るのを抑制するアイソレータである。ＣＰＬは、送信信号の一部をローカル信号として取り出すカップラである。
ＣＩＲは、送信信号をアンテナＡＮＴの１次放射器へ与え、また受信信号をミキサーＭＩＸ側へ伝送するサーキュレータである。ミキサーＭＩＸは、受信信号と上記ローカル信号との高調波を生成して、ＩＦ（中間周波）信号として出力する。
【００４３】
以上に示した部分がミリ波レーダモジュール１００である。信号処理部１０１は、このミリ波レーダモジュール１００のＶＣＯに対する変調信号と、ミリ波レーダモジュールからのＩＦ信号とから、物標の相対距離および相対速度を検知する。この信号処理部１０１とミリ波レーダモジュール１００とによってミリ波レーダを構成している。
【００４４】
このようなミリ波レーダモジュールおよびミリ波レーダの伝送路として、上記のいずれかの構成による導波管を用いることにより、伝送損失の少ない、電力効率の高い装置が構成できる。また、ＳＮ比の低下が抑えられるので、探知距離を増大させることができる。
また、上記伝送路を通信装置に用いた場合には、データ伝送エラーレートの低減等の効果を奏する。
【００４５】
【発明の効果】
この発明によれば、２つの導電体部材の一方または両方の溝の開口縁を、相手側の導電体部材方向へ突出した堤形状部とし、２つの導電体部材の開口縁同士を当接させるとともに、堤形状部より外側で、２つの導電体部材同士を所定圧力で接合状態に固定する固定部材を設けたことにより、特性の安定した導波路が得られる。また、２つの導電体部材の接合面からの電磁波の漏れが確実に防止され、導波路としての電気的特性に優れた導波路が得られる。
【００４６】
また、この発明によれば、堤形状部の相手側の導電体部材に対向する面を、溝の開口縁より外側に向かう程、相手側の導電体部材から離れるテーパー形状としたことにより、溝近傍での開口縁同士の圧力が集中し、電磁波の漏れを確実に防止することができる。
【００４７】
また、この発明によれば、堤形状部の相手側の導電体部材に対向する面を切削加工または研削加工による面としたことにより、溝の開口縁同士の隙間を極めて小さくでき、そこからの電磁波の漏れを確実に防止することができる。
【００４８】
また、この発明によれば、堤形状部の相手側の導電体部材に対向する面を、圧力により表面平滑度が高まる粗面としたことにより、やはり溝の開口縁同士の隙間を小さくでき、そこからの電磁波の漏れを確実に防止することができる。
【００４９】
また、この発明によれば、堤形状部を型加工により成型したことにより、加工に要する時間が大幅に短縮化でき、製造コストを削減できる。
【００５０】
また、この発明によれば、固定部材をネジとし、堤形状部の外側に、該堤形状部と略同一高さの突出部を設けるとともに、該突出部と堤形状部との間で２つの導電体部材同士をネジで締結するように構成したことにより、２つの導電体部材同士を所定圧力で容易に固定できるようになる。また、２つの導電体部材同士の位置関係はネジ穴の位置によって定まるので、両者の位置合わせも同時に行うことができる。
【００５１】
また、この発明によれば、堤形状部を２つの導電体部材のうち一方にのみ設けることにより、導電体部材の構造が簡素化でき、製造コストが削減できる。
【００５２】
また、この発明によれば、溝の内部に誘電体を装荷して誘電体装荷導波管を構成したことにより、電磁波漏れのない小型の立体導波路が得られる。
【００５３】
また、この発明によれば、上記のいずれかの構成による誘電体線路を信号の伝送路として設けた高周波回路を構成することにより、さらに、その高周波回路を送信信号または受信信号の処理部に設けた高周波回路装置を構成することにより、伝送損失の少ない、電力効率の高い装置が構成できる。また、ＳＮ比の低下が抑えられ、たとえばレーダに用いた場合に探知距離を増大させることができる。
また、通信装置に用いた場合にはデータ伝送エラーレートの低減等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る空洞矩形導波管の構成を示す断面図
【図２】同空洞矩形導波管の部分断面図
【図３】同空洞矩形導波管で用いる導電体部材の加工方法を示す図
【図４】第２の実施形態に係る空洞矩形導波管の構成を示す部分断面図
【図５】第３の実施形態に係る誘電体装荷導波管の構成を示す部分断面図
【図６】第４の実施形態に係るミリ波レーダモジュールおよびミリ波レーダの構成を示すブロック図
【符号の説明】
１１，２１−導電体部材
１２，２２−溝
１３，２３−堤形状部
１４，２４−突出部
１５−凹部
３１−ネジ
４１−誘電体ストリップ
【図１】
2004186755.tif 000003
【図２】
2004186755.tif 000004
【図３】
2004186755.tif 000005
【図４】
2004186755.tif 000006
【図５】
2004186755.tif 000007
【図６】
2004186755.tif 000008