(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を伝送する経路長の異なった複数の矩形導波管を有し、前記複数の矩形導波管の入力端での前記高周波信号間の位相関係が、前記複数の矩形導波管の出力端でも保持されるように前記高周波信号を伝送する高周波装置であって、
前記経路長が短いほど、管内波長が短くなるように、前記矩形導波管の長辺方向の内径が広く設定されていることを特徴とする高周波装置。
【請求項２】
前記矩形導波管の入出力端における前記長辺方向の内径が全て同一の大きさに形成され、
前記長辺方向の内径が前記入出力端とその他の部分とで異なる矩形導波管は、前記長辺方向の内径が前記入出力端に向けて連続的に変化するように内壁の一部がテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波装置。
【請求項３】
前記矩形導波管の管内波長をλｇとして、
前記テーパ状に形成された内壁の長さがλｇ／３以上であることを特徴とする請求項２に記載の高周波装置。
【請求項４】
前記矩形導波管の短辺方向の内径に等しい深さ、且つ前記矩形導波管の長辺方向の内壁に等しい幅を有する溝が形成された金属板と、
前記金属板の前記溝が形成された面に接合され、前記金属板との接合面のうち前記矩形導波管の入出力端となる部分を除く前記溝の全体を塞ぐ位置にグランドパターンを有する基板と、
からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高周波装置。
【請求項５】
前記矩形導波管の短辺方向の内径に等しい板厚を有し、前記矩形導波管の長辺方向の内径に等しい幅を有する抜き穴が形成された金属板と、
前記金属板の両面にそれぞれ接合され、前記金属板との当接面のうち前記矩形導波管の入出力端となる部分を除く前記抜き穴の全体を塞ぐ位置にグランドパターンを有する一対の基板と、
からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高周波装置。
【請求項６】
前記基板は、前記入出力端となる部分に抜き孔が形成された金属板からなることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の高周波装置。
【請求項７】
前記基板は、前記グランドパターンがプリントされた単層または多層の樹脂基板からなることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の高周波装置。
【請求項８】
前記基板は、前記入出力端となる部分にグランドパターンの非形成部位を設け、該非形成部位には金属パターンである整合素子が配置されていることを特徴とする請求項７に記載の高周波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の矩形導波管を有した高周波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、二枚の金属板を結合して接合面に複数の矩形導波管を形成し、高周波信号の伝送を行う高周波装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この種の高周波装置では、伝送する高周波信号間の位相関係を保持する必要がある場合、矩形導波管の線路長が等しくなるか、或いは、線路長が管内波長の整数倍だけ異なるように矩形導波管をレイアウトすることが行われている。
【特許文献１】特開２００４−２２１７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、いずれの場合も、線路長が固定的に決められてしまうため、矩形導波管を自由にレイアウトすることができないという問題があった。
また特に、線路長が等しくなるように線路をレイアウトする場合は、線路長が最も長い線路に合わせることになるため、無駄に伝送損失を増大させてしまうという問題があった。
【０００４】
一方、線路長を管内波長の整数倍だけ異なるように線路をレイアウトする場合は、線路長が異なることによって、チャンネル間の損失のばらつきが大きくなるという問題や、温度変化による伝搬特性の劣化が大きくなるという問題があった。
【０００５】
即ち、二つの矩形導波管の線路長が異なる場合、その長さが異なっている分だけ、線路長が長い方が温度変化の影響をより大きく受けることになり、その結果、矩形導波管の入力端と出力端とで高周波信号間の位相関係が異なってしまい、伝搬特性が劣化してしまうのである。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するために、矩形導波管のレイアウトの自由度が高く、且つ温度による伝搬特性の劣化を抑制可能な高周波装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、高周波信号を伝送する経路長の異なった複数の矩形導波管を有し、前記複数の矩形導波管の入力端での前記高周波信号間の位相関係が、前記複数の矩形導波管の出力端でも保持されるように前記高周波信号を伝送する高周波装置であって、前記経路長が短いほど管内波長が短くなるように、前記矩形導波管の長辺方向の内径が広く設定されていることを特徴とする。
【０００８】
なお、伝送する高周波信号の自由空間波長をλ、矩形導波管の長辺方向の内径をａ（但し、ａ＞λ／２）とすると、管内波長λｇは（１）式で表される。
【０００９】
【数１】
0004687731.tif 000002
つまり、管幅ａを小さくしてλ／２に近づけるほど管内波長λｇは大きくなり、管幅ａを大きくするほど、管内波長λｇは小さくなる（λに近くなる）。
【００１０】
このように構成された本発明の高周波装置によれば、矩形導波管の長辺方向（即ち、磁界方向）の内径を適宜設定することによって、各矩形導波管で伝送される高周波信号間の位相関係を保持したまま、矩形導波管の経路長を任意に設定することができる。その結果、矩形導波管間の経路長差がより短くなるように設定することにより、温度変化による伝搬特性の劣化を抑制しつつ、矩形導波管のレイアウトの自由度を向上させることができる。
【００１１】
なお、各矩形導波管の長辺方向の内径は、各矩形導波管の経路長がそれぞれの管内波長に対して同じ倍率を有したものとなるように設定されていることが望ましい。
また、請求項２に記載のように、前記矩形導波管の入出力端における前記長辺方向の内径が全て同一の大きさに形成され、前記長辺方向の内径が前記入出力端とその他の部分で異なる矩形導波管は、前記長辺方向の内径が前記入出力端に向けて連続的に変化するように内壁の一部がテーパ状に形成されていることが望ましい。
【００１２】
このように構成された高周波装置では、矩形導波管の入出力端とその他の部分とで長辺方向の内径が異なることにより生じる伝送損失を小さく抑えることができる。
そして、この場合、請求項３に記載のように、前記矩形導波管の管内波長をλｇとして、前記テーパ状に形成された内壁の長さがλｇ／３以上であることが望ましい。
【００１３】
ここで、図７は、テーパ状に形成された内壁の長さ（テーパ長）と通過損失との関係をシミュレーションによって求めた結果を表すグラフであり、図８は、そのシミュレーションに使用した矩形導波管モデルを示す説明図である。
【００１４】
図８に示すように、矩形導波管モデルは、周波数が７６．５ＧＨｚ（自由空間波長λ＝３．９２ｍｍ）の高周波信号を伝送するものとして、導波管の短辺方向の内径（図中Ｐ１側）をｈ＝１ｍｍ、長辺方向の内径をＷｇ＿ｂ＝３ｍｍ（即ち、管内波長λｇ＝６．８４ｍｍ）、矩形導波管の入出力端（図中Ｐ２側）での長辺方向の内径をＷｇ＿ａ＝２．５ｍｍとした。
【００１５】
また、図７に示すように、グラフは、テーパ長Ｗｇ＿Ｌを、０．５ｍｍ（約０．０７λｇ）〜６．０ｍｍ（約０．８８λｇ）の範囲で変化させ、Ｐ１からＰ２への通過損失を求めたものである。
【００１６】
図７から明らかなように、テーパ長Ｗｇ＿Ｌがλｇ／３以上であれば、通過損失は十分に小さい（−０．００５ｄＢ以下）であることがわかる。
ところで、本発明の高周波装置は、請求項４に記載のように、前記矩形導波管の短辺方向の内径に等しい深さ、且つ前記矩形導波管の長辺方向の内径に等しい幅を有する溝が形成された金属板と、前記金属板の前記溝が形成された面に接合され、前記金属板との接合面のうち前記矩形導波管の入出力端となる部分を除く前記溝の全体を塞ぐ位置にグランドパターンを有する基板とにより構成されていてもよい。
【００１７】
また、本発明の高周波装置は、請求項５に記載のように、前記矩形導波管の短辺方向の内径に等しい板厚を有し、前記矩形導波管の長辺方向の内径に等しい幅を有する抜き穴が形成された金属板と、前記金属板の両面にそれぞれ接合され、前記金属板との接合面のうち前記矩形導波管の入出力端となる部分を除く前記抜き穴の全体を塞ぐ位置にグランドパターンを有する一対の基板とにより構成されていてもよい。
【００１８】
この場合、プレス加工によって高周波装置に矩形導波管を形成することができ、高周波装置の製造を容易にすることができる。
また、前記基板は、請求項６に記載のように、前記入出力端となる部分に抜き孔が形成された金属板であってもよいし、請求項７に記載のように、前記グランドパターンがプリントされた単層または多層の樹脂基板であってもよい。
【００１９】
また、基板が、単層または多層の樹脂基板からなる場合、請求項８に記載のように、入出力端となる部分にグランドパターンの非形成部位を設け、この非形成部位には金属パターンである整合素子が配置されていてもよい。
【００２０】
このような整合素子を設けることにより、入出力端での電磁波の反射を防止でき、伝送効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
図１は、（ａ）が本発明を適用した高周波装置１の全体構造を示した斜視図、（ｂ）が高周波装置１を分解して示した斜視図である。
【００２２】
なお、高周波装置１は、ミリ波やマイクロ波を用いるレーダ装置等に適用される。
＜全体構成＞
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、高周波装置１は、金属板（導体）からなり複数（本実施形態では５本）の矩形導波管１１（１１ａ〜１１ｅ）が形成された導波管プレート１０と、導波管プレート１０の両面にネジ等で一体に接合された第１基板２０及び第２基板３０とからなる。
【００２３】
このうち、第１基板２０は、樹脂基板からなり、導波管プレート１０との接合面とは反対側の面（非接合面）に、高周波信号を発生させる発振器２１、発振器２１の出力を各矩形導波管１１の入力端となる矩形状部位２２に導くストリップラインからなる導波路２３、導波路２３を介して供給される電気信号（発振器２１の出力）を電磁波に変換して矩形導波管１１に向けて放射する変換器２４などの高周波回路が形成（プリント）されている。
【００２４】
一方、第２基板３０は、第１基板２０と同様に樹脂基板からなり、導波管プレート１０との接合面とは反対側の面に、矩形導波管１１のそれぞれに対応して設けられ、複数のパッチアンテナを１列に配列してなるアンテナ部３１と、矩形導波管１１を介して供給される高周波信号を矩形導波管１１の出力端となる矩形状部位３２にて電気信号に変換する変換器３３、変換器３３にて変換された電気信号をアンテナ部３１に導くストリップラインからなる導波路３４などが形成（プリント）されている。
【００２５】
なお、第１基板２０及び第２基板３０のいずれも、導波管プレート１０との接合面は、矩形導波管１１の入力端または出力端となる矩形状部位２２，３２以外の全面にグランドパターン２５，３５（図３参照）が形成（プリント）されている。
【００２６】
但し、第１基板２０の矩形状部位２２（２２ａ〜２２ｅ）は、第１基板２０の中央に設けられた発振器２１から各矩形状部位２２に至る導波路２３が全て同じ長さとなるように放射状に設けられ、一方、第２基板３０の矩形状部位３２（３２ａ〜３２ｅ）は、第２基板３０の１辺に沿って一列に配置されている。
【００２７】
＜導波管プレート＞
ここで、図２は、（ａ）が導波管プレート１０を、第１基板２０との接合面側から見た平面図、（ｂ）がそのＡ−Ａ断面図、（ｃ）がＢ−Ｂ断面図である。また、図３は、矩形導波管１１の入出力端部分の断面形状を示す説明図である。
【００２８】
図２に示すように、導波管プレート１０には、第２基板３０の矩形状部位３２(３２ａ〜３２ｅ）と対向する位置に、それぞれ板厚方向に貫通する抜き孔１２（１２ａ〜１２ｅ）が形成されている。
【００２９】
また、導波管プレート１０の第１基板２０との接合面には、各抜き孔１２（１２ａ〜１２ｅ）から、第１基板２０の各矩形状部位２２（２２ａ〜２２ｅ）と対向する対向部位１３（１３ａ〜１３ｅ）に至る溝１４（１４ａ〜１４ｅ）がそれぞれ形成されている。
【００３０】
つまり、図３に示すように、抜き孔１２，溝１４，対向部位１３と、溝１４を塞ぐ第１基板２０のグランドパターン２５によって矩形導波管１１を形成し、その両端部分には、矩形状部位２２，３２によって入出力端となるＥベントが形成されるように構成されている。
【００３１】
このため、溝１４は、矩形導波管１１の短辺方向の内径に等しい深さを有し、長辺方向の内径に等しい幅を有している。
また、図２に示すように、溝１４は、中心に位置するもの（１４ｃ）は直線的な形状に形成され、外側に位置するものほど、屈曲した形状に形成され、中心に位置するものが最も幅広で且つ経路長が短く、外側に位置するものほど、幅狭で且つ経路長が長くなるように形成されている。
【００３２】
具体的には、矩形導波管１１で伝送する信号の自由空間波長λと、矩形導波管の長辺方向の内径ａｉ（ｉ＝１〜５、但し、内径ａ１〜ａ５は、それぞれ矩形導波管１１ａ〜１１ｅに対応する。以下、同様。）とから（１）式に従って算出される管内波長λｇｉ（ｉ＝１〜５）が、各矩形導波管１１の経路長Ｌｉと（２）式に示す関係を有するように、内径ａｉ，経路長Ｌｉが設定されている。
【００３３】
Ｌｉ＝ｍ×λｇｉ（ｍは正の実数）                  （２）
＜作用効果＞
このように構成された高周波装置１では、矩形導波管１１の長辺方向の内径を、経路長が短いものほど大きくすることにより、矩形導波管１１の経路長Ｌｉがｍ×λｇｉとなるように設定されている。
【００３４】
このように構成された高周波装置１によれば、各矩形導波管１１（１１ａ〜１１ｅ）の長辺方向の内径ａ（ａ１〜ａ５）を適宜設定することによって、各矩形導波管１１で伝送される高周波信号間の位相関係を保持したまま、各矩形導波管１１の経路長Ｌ（Ｌ１〜Ｌ５）を任意に設定することができる。特に、矩形導波管１１間の経路長差がより短くなるように設定すれば、温度変化による伝搬特性の劣化を抑制しつつ、矩形導波管１１のレイアウトの自由度も向上させることができる。
［第２実施形態］
次に第２実施形態について説明する。
【００３５】
本実施形態では、導波管プレート１０に形成する溝等１２，１３，１４の形状が第１実施形態のものとは異なるだけであるため、この構成の異なる点を中心に説明する。
＜構成＞
図４に示すように、第１基板２０及び第２基板３０の矩形状部位２２，３２と対向する抜き孔１２（１２ａ〜１２ｅ），及び対向部位１３（１３ａ〜１３ｅ）は、いずれも、最も外側に位置する、即ち、長辺方向の内径ａが最も短い矩形導波管１１ａ，１１ｅの断面と同じ大きさに形成されている。
【００３６】
そして、矩形導波管１１ａ，１１ｅを形成する溝１４ａ，１４ｅ以外の溝１４ｂ〜１４ｄは、矩形導波管１１ｂ〜１１ｄの長辺方向の内径ａが抜き孔１２ｂ〜１２ｄ，対向部位１３ｂ〜１３ｄに向けて連続的に変化するように、内壁の一部がテーパ状に形成されている（図中点線の楕円で囲った部位を参照）。
【００３７】
しかも、このテーパ状に形成された部位の長さは、いずれも各矩形導波管１１における管内波長をλｇとしてλｇ／３以上となるように設定されている。
＜効果＞
このように構成された高周波装置１では、矩形導波管１１の両端部（入出力端）とその他の部位とで、長辺方向の内径が異なることにより生じる伝送損失を大幅に低減することができる。
［他の実施形態］
上記実施形態では、導波管プレート１０に溝１４を形成し、その溝１４を第１基板２０に形成されたグランドパターン２５で塞ぐことによって矩形導波管１１を形成しているが、図５に示す高周波装置３のように、矩形導波管１１の短辺方向の内径と同じ板厚を有する金属板に溝１４の代わりに抜き孔４１を形成してなる導波管プレート４０を用い、その抜き孔４１の開口を、第１基板２０及び第２基板３０に形成されたグランドパターン２５，３５で両側から塞ぐことによって、矩形導波管１１を構成してもよい。
【００３８】
また、図５に示すように、第１基板２０及び第２基板３０の矩形状部位２２，３２には、その中央付近に金属パターンからなる整合素子２６，３６が配置されていてもよい。このような整合素子２６，３６を設けることにより、矩形状部位２６，３６に形成されるＥベントでの電磁波の反射を抑制することができ、伝送効率を向上させることができる。
【００３９】
上記実施形態では、導波管プレート１０，４０の両面に第１基板２０及び第２基板３０を接合することで高周波装置１，３を構成しているが、図６に示す高周波装置５，７のように、これら第１基板２０及び第２基板３０のうち、少なくとも一方を、矩形状部位２２，３２に相当する部位に抜き孔５１，６１が形成された金属板からなる導波管プレート（基板）５０，６０を接合することによって構成してもよい。
【００４０】
なお、図６（ａ）の高周波装置５は、第１実施形態の高周波装置１において、第１基板２０の代わりに導波管プレート５０を接合したものであり、図６（ｂ）の高周波装置７は、他の実施形態の高周波装置３において、第１基板２０及び第２基板３０の代わりに、それぞれ導波管プレート５０，６０を接合したものである。
【００４１】
また、上記実施形態では、第１基板２０及び第２基板３０として単層の樹脂基板が用いられているが、多層の樹脂基板を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】高周波装置の全体構造を示す斜視図。
【図２】第１実施形態における導波管プレートの平面図及び断面図。
【図３】高周波装置における矩形導波管の入出力端付近の断面図。
【図４】第２実施形態における導波管プレートの平面図。
【図５】他の実施形態の高周波装置における矩形導波管の入出力端付近の断面図。
【図６】他の実施形態の高周波装置における矩形導波管の入出力端付近の断面図。
【図７】矩形導波管の内壁がテーパ状に形成された部位の長さと通過損失との関係をシミュレーションで求めた結果を示すグラフ。
【図８】シミュレーションに使用した矩形導波管モデルを示す説明図。
【符号の説明】
【００４３】
１，３，５，７…高周波装置    １０，４０，５０，６０…導波管プレート    １１（１１ａ〜１１ｅ）…矩形導波管    １２（１２ａ〜１２ｅ），４１，５１，６１…抜き孔    １３（１３ａ〜１３ｅ）…対向部位    １４（１４ａ〜１４ｅ）…溝    ２０…第１基板    ２１…発振器    ２２，３２…矩形状部位    ２３，３４…導波路    ２４，３３…変換器    ２５…グランドパターン    ２６，３６…整合素子    ３０…第２基板    ３１…アンテナ部
【図１】
0004687731.tif 000003
【図２】
0004687731.tif 000004
【図３】
0004687731.tif 000005
【図４】
0004687731.tif 000006
【図５】
0004687731.tif 000007
【図６】
0004687731.tif 000008
【図７】
0004687731.tif 000009
【図８】
0004687731.tif 000010