(57)【要約】【課題】従来の導波管ベンドは、各導波管接続部において加工精度の高いステップ面などを構成していたため、製造コストが非常に高価であり、また、低コスト化が期待できる射出成型などの加工方法を採用できないという加工上の制約が多いという問題があった。【解決手段】導波管内の電磁波の伝搬方向を進行方向から異なる管軸方向に変換する導波管コーナー部において、管軸方向が異なる導波管のいずれか一方、あるいは双方のコーナーから外側に向けてキャビティを構成することにより、広帯域な周波数範囲に渡って低損失で、位相変化の少ない良好な通過特性を持ち、また加工精度や製造コストを大幅に低減可能な導波管ベンドを得ることができる。【選択図】                図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波管内の電磁波の伝搬方向を進行方向から異なる管軸方向に変換する導波管コーナー部において、管軸方向が異なる導波管のいずれか一方、あるいは双方のコーナー部から外側に向けてキャビティを有することを特徴とする導波管ベンド。
【請求項２】
上記キャビティは、球形、楕円形、立方体、直方体のいずれか、あるいはこれらの組合せによって構成される形状であることを特徴とする請求項１に記載の導波管ベンド。
【請求項３】
上記キャビティは、キャビティ内の管内波長の１／２以下の寸法であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導波管ベンド。
【請求項４】
２枚の導体板を用いて、一方の導体板に水平方向へ伝送する単一あるいは複数の導波管溝を形成し、上記導体板およびもう一方の導体板に上記導波管溝の両端から上下面方向に伝送する導波管を形成し、上記２枚の導体版を張り合わせて、上下面の異なる位置の導波管口を有し、上記導波管溝を通して高周波信号を伝送する導波管プレートにおいて、
上記夫々の水平方向と上下面方向の導波管が直交するコーナー部のいずれか一方、あるいは双方のコーナー部から外側に向けてキャビティを有することを特徴とする導波管プレート。
【請求項５】
上記導波管プレートは、射出成型あるいはプレス加工によって作られることを特徴とする請求項４に記載の導波管プレート。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の導波管プレートを搭載し、これらの導波管プレートとの間で入力もしくは出力されるミリ波やマイクロ波等の高周波信号を送信または受信する手段を備えたことを特徴とする高周波装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、導波管ベンドに関し、特にマイクロ波帯及びミリ波帯等の導波管給電回路、導波管を用いて信号の送受信を行う高周波モジュールなどに用いる導波管回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の導波管ベンドは、互いに管軸方向が異なる導波管の接続部において、導波管内の電磁波の伝搬方向を曲げ、方向に沿って不要な反射を生じさせることなくスムーズに伝搬させるために、導波管を所望の角度で曲げ形成し、その曲げ部の外側内面を階段状のステップ面を形成している（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、上記と同等の効果を得られるように曲げ部の外側内面をテーパ状に形成したものもある（例えば、非特許文献１）。
【０００４】
しかしながら、上記のような導波管曲げ部のステップ面は、導波管の管軸に対して並行及び垂直な面を交互に連続させた複数段の階段面を切削する必要があり、高い加工精度が要求される。上記のような回路をマイクロ波帯、ミリ波帯で作る場合は、その波長が小さくなっていくため、これに伴い導波管およびステップ面の寸法も小さくなってくる。
例えば、Ｗバンド（７５ＧＨｚ〜１１０ＧＨｚ）での導波管寸法は、２．５４ｍｍ×１．２７ｍｍ（ＷＲ−１０）となり、この周波数帯における導波管ステップ面は、１．２７ｍｍを複数段に分割した微小な階段面（例えば、３段の場合、０．３ｍｍ〜０．４ｍｍ）に切削する高精度な加工が必要になる。
【０００５】
また、２枚の導体板を用いて、切削加工などにより一方の導体板に水平方向へ伝送する単一あるいは複数の導波管溝を形成し、上記導体板およびもう一方の導体板に導波管溝の両端から上下面方向に伝送する導波管を形成して、これらの２枚の導体版を張り合わせて、一方の導波管から他方の導波管へ高周波信号を伝える導波管プレートにおいて、上記各々の水平方向と上下面方向の導波管が直交するコーナー部へ上記の導波管ベンドを構成しようとした場合、ステップ面は導波管溝を形成した導体板へ形成する必要がある。
この場合、一方のコーナー部へステップ面を形成することは可能であるが、上下面方向に導波管を有する側のコーナー部に対しては、導波管溝を形成した側からステップ面の加工は不可能であり、かつ反対側からの加工は上下面方向に形成した導波管内を通して切削加工となるため、非常に精度が要求され、加工が困難である。
【０００６】
さらに、上記のような複数の導波管をより安価に形成するための加工方法として、従来から使われている射出成型などが考えられるが、当該構造のように導波管の内壁から突出したステップ面の加工は、抜き構造のみ形成可能な射出成型では成型不可能である。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２４６８０１号公報（第２−４頁、第１図）
【非特許文献１】
ＧＥＯＲＧＥ  Ｌ．ＲＡＧＡＮ，”ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ  ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ  ＣＩＲＣＵＩＴＳ”，
１９４８  ＭｃＧＲＡＷ−ＨＩＬＬ，ｐ２０３−２０７
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の導波管ベンドは、以上のように構成されており、必要な電気特性を得るために、各導波管曲げ部のステップ面の加工に対して機械的に非常に高い加工精度、面精度が要求されていたため、加工費が非常に高価であるという問題があった。また、導波管ベンドとして導波管内壁を突出させる構成となっているために、低コスト化が期待できる射出成型などの加工方法を採用できないという加工上の制約も多かった。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解決するために成されたものであり、広帯域な周波数範囲に渡って低損失で、位相変化の少ない良好な通過特性など、必要な電気特性確保のために要求される機械加工精度や製造コストを大幅に低減させることができ、かつ当該構造によって受ける加工上の制約を無くすことが可能な構造を持つ導波管ベンドを得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明に係る導波管ベンドは、導波管内の電磁波の伝搬方向を進行方向から異なる管軸方向に変換する導波管コーナー部において、管軸方向が異なる導波管のいずれか一方、あるいは双方のコーナーから外側に向けてキャビティを有したものである。
【００１１】
また、この発明に係る導波管プレートは、２枚の導体板を用いて上下面方向から水平方向に高周波信号を伝送させるために形成した単一あるいは複数の導波管を有し、上記各々の導波管コーナー部に面方向か水平方向に形成された導波管のどちらか一方、あるいは双方のコーナーから外側に向けてキャビティを有したものである。
【００１２】
また、この発明に係る高周波装置は、上記導波管プレートを搭載し、導波管プレートとの間で入力もしくは出力されるミリ波やマイクロ波等の高周波信号を送信または受信する手段を備えたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示す導波管ベンドの斜視図である。図において、導波管１と導波管２は管軸が直交しており、２つの導波管接続部において、導波管のいずれか一方、あるいは双方のコーナー部外側導体壁端面を延長させてキャビティ５を形成している。また、図２（ａ）〜（ｄ）は、切削加工などにより、２つの金属板４ａ，４ｂ内に形成した導波管及び導波管ベンドをＨ面の中心で切断した各種形態による断面図、図３（ａ）は図２の断面詳細図を示しており、切削加工などにより金属板４ａ，４ｂに導波管１，２を形成し、導波管接続部において、導波管のいずれか一方、あるいは双方のコーナー部外側導体壁端面６を延長させて形成したキャビティ５を形成している。また、図３（ｂ）では導波管コーナー部に励振される電界（定在波）の分布を示している。図中の導波管１と２は直角（管軸が直交となるように）に曲げを形成した例を示している。
【００１４】
次に動作について説明する。一般に曲折した導波管接続部では、伝送系のインピーダンスに対して不整合となる直列インダクタンスと並列容量が付加されるために反射が生じる。この導波管曲げ部の外側内面を図３のＣ−Ｃ部に示すように、導波管寸法に対して適当な寸法Ｌｃを持つ１段あるいは複数段のステップ面３を形成し、その導体壁面（電気的な短絡面）の位置を変化させ、伝送系のインピーダンスに対して反射の生じないような直列インダクタンスと並列容量を持たせることにより、導波管内を伝送する広帯域な周波数範囲にわたって反射を抑制し、かつ低損失で位相変化の少ない導波管伝送系を形成することが可能である。
【００１５】
図１及び図２（ａ）〜（ｄ）において、導波管１および２の接続部において、導波管のどちらか一方、あるいは双方のコーナー部外側導体壁端面６を延長させて形成したキャビティ５，５ａ〜５ｄを設けているが、上記キャビティ５，５ａ〜５ｄはいずれも上記のステップ面と等価的な役割を果たしている。
すなわち、図３（ｂ）において、マイクロ波、ミリ波などの電磁波は伝送系において導波管内波長の１／２の周期で一定の分布（定在波分布）を示すため、キャビティ５は導体壁端面６を短絡面とし、この位置からキャビティ内の管内波長の１／２ごとに仮想的な電気的短絡面を形成する。
【００１６】
図３（ａ）のキャビティ寸法（導波管１の内壁端面からキャビティ導体端面６までの距離Ｌ）は、この仮想的な電気的短絡面が上記のステップ面で形成した短絡面Ｃ−Ｃ（導波管１の内壁端面から距離Ｌｃだけ突出した位置）と同等となるように選ばれており、キャビティ内の管内波長の１／２の長さからＬｃ分だけ短い長さとなっている。このため、キャビティ５によって導波管曲げ部ではステップ面と等価な直列インダクタンスと並列容量が得られ、導波管１から導波管２へ伝搬する電磁波の方向を曲げ、所望信号帯域内では不要な反射を生じさせることなく、スムーズに電磁波を伝搬させることができる。
【００１７】
キャビティ寸法は上記Ｌが最小の長さとなるが、Ｌに管内波長の１／２の整数倍を加えた場合も同様に短絡面が形成されるため、ほぼ同等の特性が得られる。また、キャビティ形状は、図３では金属板４ａ側にのみ直方体のキャビティ５を形成する例を示しているが、図２（ａ）〜（ｄ）の５ａ〜５ｄに示すようにキャビティ形状は、仮想的な電気的短絡面が図中のＣ−Ｃ部と等価になるように選ばれれば、どのような形状であっても良い。
【００１８】
さらに、図においてはＥ面の導波管ベンドを用いた構成を示しているが、Ｈ面の導波管ベンドを構成する場合も仮想的な電気的短絡面となる寸法を持つキャビティを構成により実現可能である。
【００１９】
上記のような導波管ベンド構成とすることで、導波管モードとして伝送する広帯域な周波数範囲にわたって反射を抑圧することが可能であり、低損失で、位相変化の少ない導波管伝送系を形成することができる。
【００２０】
また、上記導波管ベンドは従来の導波管曲げ部のステップ面のように、微小で複雑な構造をしていないため、高精度な切削加工が不要である。
【００２１】
さらに、２つの金属板４ａ，４ｂを用いて導波路を形成する場合、それぞれに金属板に成形する導波管はすべて抜き構造となっているため、プレス加工や射出成型による製造も可能であり、大幅な製造コストの低減が期待できる。
【００２２】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２を示す導波管プレートの斜視図である。図５は、図４のＤ−Ｄ部における導波管プレートの断面図である。図において、導波管プレート４ａ，４ｂは上下面方向にマイクロ波帯及びミリ波帯等の各周波数帯の高周波信号を導波管モードで伝送する導波管１ａ，１ｂおよび水平方向に伝送する導波管２が複数設けられており、例えば、同一平面内に複数の導波管を持つ高周波デバイス１０と平面アンテナ１１とをそれぞれ導波管接続するインタフェースとして用いられ、各々のプレートに設けられた対向する複数の導波管間との高周波信号を伝送させる。
【００２３】
なお、図５においては、高周波デバイスと平面アンテナとの接続例を示しているが、高周波モジュール同士、あるいは高周波モジュールと導波管治具などの一部となる導波管接続構造としても用いることが可能である。この際、互いに管軸方向が異なる導波管１ａ及び導波管２、導波管１ｂおよび導波管２を接続し、所望信号帯域内では不要な反射を生じさせることなく、スムーズに電磁波を伝搬させるため、その曲げ部の外側内面にテーパ面７および、キャビティ５ａ，５ｂが設けられている。
【００２４】
キャビティ５ａ，５ｂは、実施の形態１で示した図１〜図３の導波管ベンドと同様にキャビティ端を短絡面とし、この位置から自由空間波長の１／２ごとに仮想的な電気的短絡面を形成する。
キャビティ寸法は、この仮想的な電気的短絡面が導波管曲げ部のステップ面と同等となるように選ばれており、キャビティによって導波管曲げ部ではステップ面と等価な直列インダクタンスと並列容量が得られるため、導波管１から導波管２へ伝搬する電磁波の方向を曲げ、導波管モードとして伝送する広帯域な周波数範囲にわたって反射を抑圧し、低損失で、位相変化の少ない導波管伝送系を形成することができる。
【００２５】
また、複数の導波管伝送系を同一平面内に構成することで、一括して伝送線路の加工・成型が可能であるため、大幅な製造コストの低減が可能である。
【００２６】
さらに、上記キャビティを用いた導波管ベンド構成により機械加工精度の要求を大幅に緩和させることができ、ダイカスト成型やプレス加工などの安価な加工法で良好な電気特性を得る導波管プレートを製造することも可能である。
【００２７】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３では、実施の形態２の導波管プレートとの間で、入力もしくは出力されるミリ波やマイクロ波等の高周波電波を、送信または受信する高周波装置について述べる。この高周波装置として、例えばミリ波帯のＲＦ信号を送信し、周囲からの反射波を受信することによって周囲に存在する物体までの距離や方向を計測するミリ波レーダや、マイクロ波の通信信号を送信する送信機或いはマイクロ波の通信信号を受信する受信機を備えたマイクロ波通信装置や、ミリ波帯の送信ビームを走査し、受信波から画像を生成して、周囲に存在する物体のビデオ画像を得るミリ波画像装置等がある。
【００２８】
図５に示した導波管プレートにおいて、高周波のＲＦ信号を入出力する入出力端子１ａ，１ｂ，２を、平面アンテナ１１や高周波デバイス１０等に接続する。特に、ミリ波帯（３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ）などの伝送損失が問題となる周波数帯においては、上記のように複数の導波管を有する導波管プレートを小型・集積化された高周波パッケージから平面アンテナなどの外部インタフェースとして活用することで、高周波パッケージ内の伝送線路として通常用いられるマイクロストリップ線路やトリプレート線路などの平面線路に比べて、大幅な線路損失の低減を図ることが可能であり、アレイ（送受信チャネルの複数化）化やモジュール構造の多彩化に大きく貢献できる。
また、機械加工精度の要求が緩和されるために、従来の機械加工品に比べて、高周波装置全体として低コストな装置を構成することが可能である。
【００２９】
【発明の効果】
この発明によれば、導波管内の電磁波の伝搬方向を進行方向から異なる管軸方向に変換する導波管コーナー部において、管軸方向が異なる導波管のいずれか一方、あるいは双方のコーナーから外側に向けてキャビティを有したことにより、広帯域な周波数範囲にわたって低損失で、位相変化の少ない良好な通過特性を持つと共に、機械加工精度や製造コストを大幅に低減可能な導波管ベンドを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す導波管ベンドの斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示す導波管ベンドの断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１を示す導波管ベンドの断面詳細図およびコーナー部の電界（定在波）分布である。
【図４】この発明の実施の形態２を示す導波管プレートの斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態２を示す導波管プレートの斜視図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ  上下面方向に進行する導波管、
２  導波管１，１ａ，１ｂに管軸が直交する導波管、３  階段状のステップ面、
４ａ，４ｂ  各導波管を形成するための金属板、
５，５ａ〜５ｄ  キャビティ、６  キャビティ５の導体壁端面、７  テーパ面、
１０  マイクロ波・ミリ波帯の高周波デバイス、
１１  マイクロ波・ミリ波帯の平面アンテナ。
【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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