(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手フランジと間隙を隔てて対向する面に、円周溝を設けてなる矩形導波管に結合するチョークフランジにおいて、
使用周波数の波長をλとして、前記円周溝の内径が前記矩形導波管の短辺長＋λ／２で、前記円周溝の幅がλ／４であり、前記円周溝が金属部により、前記円周溝の円周に沿いλ／２〜λの長さに仕切られていることを特徴とするチョークフランジ。
【請求項２】
相手フランジと間隙を隔てて対向する面に、円周溝を設けてなる円形導波管に結合するチョークフランジにおいて、
使用周波数の波長をλとして、前記円周溝の内径が前記円形導波管の内径＋λ／２で、前記円周溝の幅がλ／４であり、前記円周溝が金属部により、前記円周溝の円周に沿いλ／２〜λの長さに仕切られていることを特徴とするチョークフランジ。
【請求項３】
相手フランジと間隙を隔てて対向する面に、円周溝を設けてなる同軸線路に結合するチョークフランジにおいて、
使用周波数の波長をλとして、前記円周溝の内径が前記同軸線路の外導体の内径＋λ／２で、前記円周溝の幅がλ／４であり、前記円周溝が金属部により、前記円周溝の円周に沿いλ／２〜λの長さに仕切られていることを特徴とするチョークフランジ。
【請求項４】
請求項１、２又は３のチョークフランジにおいて、
前記円周溝の外側に、同心的に、更にλ／４の間隔で、単数又は複数個の円周溝が設けられ、該各円周溝の幅がλ／４であり、前記各円周溝が金属部により、前記各円周溝の円周に沿いλ／２〜λの長さに仕切られていることを特徴とするチョークフランジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導波管相互を結合するために用いられるチョークフランジに関し、特にミリ波帯の導波管に適したチョークフランジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、矩形導波管のチョークフランジとしては、図５に示したような構造のものが一般に知られている。同図（ａ）はチョークフランジ１の正面図、（ｂ）はその断面図で、フランジ面が平坦な相手のフランジ６に結合した状態で示している。
【０００３】
図示のように、チョークフランジ１には、導波管５の開口部の周りに同心的に、チョーク溝と呼ばれる円周溝（逆円筒状の溝）４が形成されている。また、溝４の外径より内側のフランジ面は外側のフランジ面（接触面）に対し凹んだ位置に形成され、相手フランジとの結合時、この部分に間隙を生ずるようにされている。
【０００４】
図中、Ｘは溝４の底面の点、Ｙは溝４の径大内面の最上部がフランジ面に交わる点、Ｄは溝４の深さ、Ｅは点Ｙから導波管５の内壁面の点Ｚまでの長さ、を示す。
【０００５】
上記寸法Ｄ及びＥは、使用周波数の波長をλとすると、それぞれ略λ／４に設定される。
【０００６】
本構造では、Ｘ点からＹ点までの円周溝で構成される部分は同軸線路、Ｙ点からＺ点までの相手フランジ６との間隙部分はラジアル線路と考えられる。回路的には、Ｘ点ではショートとなるので、そこからλ／４離れた導波管フランジ同士が接触するＹ点では、溝方向を見たインピーダンスはオープンとなる。この状態がラジアル線路に直列に入る状態となるので、該Ｙ点では高周波電流は最小となり、接触部での発熱、放電の発生等が防止される。
【０００７】
一方、Ｙ点からλ／４離れた、両導波管が向き合うＺ点では、回路的にショート状態となるので、間隙があるにもかかわらず高周波電流は導波管壁がある場合と同様に流れる。そのため、該結合部では何らの不整合を生じることなく、マイクロ波が伝送される。
【０００８】
また、図６に示した構造のチョークフランジも知られている。これは、上記図５のチョークフランジにおいて、そのチョーク溝４を、図のように上下に２分割し、それぞれ分割した溝４ａとしたものである。
【０００９】
図５の構造のものでは、Ｘ点からＹ点までの同軸線路部分で高次モードの共振を生じるが、それが動作周波数内にあると動作に不具合を生じるので、それを避けるために、図のように分割し、共振周波数を動作帯域外となるようにしたものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来のチョークフランジでは、動作周波数が高いミリ波領域においては、波長が短いためにチョーク溝の寸法が極めて小さくなり、機械加工が困難となるという問題がある。
【００１１】
すなわち、チョーク溝の幅は、動作周波数帯域内で高次モードが発生しないように通常λ／１６程度に設定されるが、例えば、３０ＧＨｚ帯で使用するチョークフランジでは、溝の幅は０．６５ｍｍである。
【００１２】
同様なチョークフランジを６０ＧＨｚ帯で実現する場合、幅が０．３２ｍｍ程度で深さが１．２ｍｍ程度の溝を形成しなければならない。このような溝の加工は非常に困難であるため、６０ＧＨｚ帯では同様なチョークフランジは実現されていない。
【００１３】
本発明の目的は、上記問題点を解消し、微細な加工を必要としないミリ波帯のチョークフランジを実現することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、相手フランジと間隙を隔てて対向する面に、円周溝を設けてなる矩形導波管に結合するチョークフランジにおいて、使用周波数の波長をλとして、前記円周溝の内径が前記矩形導波管の短辺長＋λ／２で、前記円周溝の幅がλ／４であり、前記円周溝が金属部により、前記円周溝の円周に沿いλ／２〜λの長さに仕切られているようにした。
【００１５】
また、相手フランジと間隙を隔てて対向する面に、円周溝を設けてなる円形導波管に結合するチョークフランジにおいて、使用周波数の波長をλとして、前記円周溝の内径が前記円形導波管の内径＋λ／２で、前記円周溝の幅がλ／４であり、前記円周溝が金属部により、前記円周溝の円周に沿いλ／２〜λの長さに仕切られているようにした。
【００１６】
また、相手フランジと間隙を隔てて対向する面に、円周溝を設けてなる同軸線路に結合するチョークフランジにおいて、使用周波数の波長をλとして、前記円周溝の内径が前記同軸線路の外導体の内径＋λ／２で、前記円周溝の幅がλ／４であり、前記円周溝が金属部により、前記円周溝の円周に沿いλ／２〜λの長さに仕切られているようにした。
【００１７】
また、請求項１、２又は３のチョークフランジにおいて、前記円周溝の外側に、同心的に、更にλ／４の間隔で、単数又は複数個の円周溝が設けられ、該各円周溝の幅がλ／４であり、前記各円周溝が金属部により、前記各円周溝の円周に沿いλ／２〜λの長さに仕切られているようにした。
【００１８】
【作用】
本発明のチョークフランジのチョーク効果は、上述の従来構造のものと異なる原理に基づくので、以下、その原理について説明する。
【００１９】
図４は、本発明におけるチョーク効果の原理の説明図である。同図（ａ）は、チョーク構造部分の断面図であり、各要所から見たインピーダンスを付記している。また、同図（ｂ）は、チョーク構造を伝送線路として回路的に表現したものである。
【００２０】
図４（ａ）において、右端はフランジの縁端部で、該端部とＸ１点との間は相手フランジとの接触部である。Ｘ１点より内側の相手フランジとの対向面には、チョーク溝（円周溝）が２段に設けられている。
【００２１】
上述した従来構造のチョークフランジでは、チョーク溝部分は同軸線路として働くようにされているのに対し、本発明のチョークフランジでは、チョーク溝の部分も、同軸線路としてではなく、ラジアル線路として働くようにしている。
【００２２】
ここで、Ｘ１点から外方向（矢印の方向）を見たインピーダンスをＺ１とし、各溝及び対向面部のラジアル線路としての特性インピーダンスを、外側から順にＺ２、Ｚ３、Ｚ４及びＺ５とする。
【００２３】
本発明のチョークフランジでは、各溝及び対向面部の各幅（これらはラジアル線路の線路長に相当する。）は、それぞれλ／４に設定されるので、λ／４変成器として働くことになり、回路的には、図４（ｂ）で示したように、特性インピーダンスの異なる複数のλ／４変成器が縦続接続され、その端部がＺ１で終端されたものと見ることができる。
【００２４】
そのため、Ｙ１点、Ｘ２点、Ｙ２点及び導波管壁面の点から外方向を見た各インピーダンスは、図４（ａ）に示したように、それぞれ、
(Z2)２/Z1、Z1(Z3)２/(Z2)２  、(Z2)２(Z4)２/Z1(Z3)２及びZ1(Z3)２(Z5)２/(Z2)２(Z4)２  で与えられる。
【００２５】
上記において、Ｚ１はフランジ同志の接触部のインピーダンスであり、通常の接続では完全なショート状態とはならず、小さいながらインピーダンスをもつ。
【００２６】
また、上記各点間の特性インピーダンスは、溝の底面又は対向面と、相手フランジとの間隔により決まるので、チョーク溝部分では大きく、対向面部では小さくなる。従って、上記各インピーダンスの大小関係は、
Ｚ２，Ｚ４≫｜Ｚ１｜，Ｚ３，Ｚ５
となる。
【００２７】
上記の関係から、Ｙ１点でのインピーダンスはオープン状態に近く、Ｘ２では反転してショート状態に近くなり、更にＹ２点ではよりオープン状態に近く、導波管壁面ではよりショートに近い状態となり、目的とするチョーク効果が得られる。
【００２８】
また、本発明のチョークフランジでは、円周溝が金属部により円周に沿いλ／２〜λの長さに仕切られ、溝部の長さ方向の共振周波数が動作周波数帯に入らないようにされるので、共振による動作への影響が抑止される。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のチョークフランジの一実施例の構造の説明図であり、同図（ａ）はチョークフランジ１の正面図、（ｂ）はその断面図で、フランジ面が平坦な相手のフランジ６に結合した状態で示している。
【００３０】
本実施例は、６０ＧＨｚ帯で使用するチョークフランジであり、用いられる矩形導波管「ＷＲ−１２」の寸法は、３．７６ｍｍ×１．８８ｍｍである。
【００３１】
また、本実施例では、内側チョーク溝２ａと外側チョーク溝２ｂというように、チョーク溝を２段設けているが、内側チョーク溝２ａの内径（寸法Ａ）は４．３ｍｍ、各溝の幅（寸法Ｂ）は１．２ｍｍ、各溝の深さは１ｍｍ、溝の間隔（寸法Ｃ）は１．２ｍｍとしている。
【００３２】
６０ＧＨｚにおける波長λは５ｍｍであるので、λ／２は２．５ｍｍ、λ／４λ／４は１．２５ｍｍであり、上記寸法Ａは（矩形導波管の短辺長＋λ／２）に、寸法Ｂ及び寸法Ｃはそれぞれλ／４に、略相当する。
【００３３】
上述、「作用」の項で説明したように、本発明のチョークフランジは、チョーク溝の部分（寸法Ｂの部分）も相手フランジとの対向部分（寸法Ｃの部分）も、ラジアル線路として働くようにされ、これらの部分の線路長がそれぞれ略λ／４に設定されるので、それぞれλ／４変成器として働き、寸法Ｂの部分と寸法Ｃの部分とのラジアル線路としてのインピーダンスの違いが有効に生かされたインピーダンス変換が行われる。
【００３４】
結果として、上述のように導波管壁部分では実質的なショート状態が得られので、結合部での不整合を生じることなくマイクロ波を伝送させることができる。
【００３５】
本構造によるチョーク効果は、前述のインピーダンス式から分かるように、特性インピーダンスの比が大きいほど大きくなる。
【００３６】
該インピーダンス比を大きくするには、チョーク溝の深さを深くすること有効ではあるが、共振を避けるために、深さはλ／４内に抑えることが望ましい。
【００３７】
また、本発明のチョークフランジには、チョーク溝に、円周沿いに仕切る金属部が設けられるが、本実施例では、該部は図示のように、仕切金属板３により構成している。
【００３８】
内側のチョーク溝２ａは仕切金属板３により４分割、外側のチョーク溝２ｂは同様にして８分割し、分割された溝の長さ（円弧長）Ｌは、内側の溝で平均的に約４．３ｍｍ、外側の溝で約４．０ｍｍとし、λ／２〜λの寸法内に入るようにしている。
【００３９】
これは、溝の長さを、λより小さくすることで該長さ方向の共振周波数が動作周波数帯に入らないようにし、λ／２より大きくすることにより該溝部分がラジアル線路として機能するようにするためである。
【００４０】
図示のように、仕切金属板３は矩形導波管５の長辺の中央部を避けた位置に設けられているが、これは、導波管の長辺の中央部分は高周波電界が強く、最もチョーク効果をもたせる必要のある部分であるので、仕切金属板３は該部から離れた位置に設け、その存在によりチョーク効果が弱まることのないようにしたものである。
【００４１】
仕切金属板３のチョーク溝２ａ又は２ｂへの取付けは、図２に示したように、肉薄の仕切金属板３を嵌め込む方法で容易に実現でき、固着手段としては圧入、ろう付け等を用いる。いうまでもなく、フライス加工等で溝を削り、仕切金属板部分を残す方法によっても実現できる。
【００４２】
また、上記実施例のように矩形導波管でなくとも、円形導波管の場合でも上記円周溝を導波路開口面と同一面で相手フランジと間隙を隔てて対向する面に設けることによってチョーク効果を得ることができる。この際、溝幅や仕切金属板の間隔は同様とし、円周溝の内径を円形導波管の内径＋λ／２とするとよい。
【００４３】
また、同軸線路の場合でも同様に、外部導体において上記構造の溝を作ることにより、チョーク効果が得られる（図３）。この際、溝幅や仕切金属板の間隔は同様とし、円周溝の内径を外導体の内径＋λ／２とするとよい。
【００４４】
上記実施例の説明では、チョーク溝を２段に構成した場合を示したが、前述のインピーダンス式から分かるように、一段でもチョーク効果が得られる。また、フランジの寸法による制限はあるが、段数を増やすことによりチョーク効果を更に高めることが可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のチョークフランジは、相手フランジと間隙を隔てて対向する面に、円周溝を設けてなる矩形導波管、円形導波管又は同軸線路結合用のチョークフランジにおいて、矩形導波管の場合は前記円周溝の内径を略（矩形導波管の短辺長＋λ／２）、円形導波管の場合は、前記円周溝の内径を略（円形導波管の内径＋λ／２）、同軸線路の場合は、前記円周溝の内径を略（外導体の内径＋λ／２）とし、前記各溝の幅を略λ／４としたものであり、従来のチョーク構造のように、チョーク溝の幅を１／１６λ程度と狭くすることなく、略λ／４と広くした構造でチョーク効果が得られるので、微細な加工を必要としないミリ波帯のチョークフランジを実現することかできる。
【００４６】
また、前記各溝は、金属部により、円周に沿いλ／２〜λの長さに仕切られた構造を有し、該長さ方向の共振周波数が動作周波数帯に入ることがないので、安定な動作が得られる。
【００４７】
また、前記円周溝の外側に、同心的に、更にλ／４の間隔で、単数又は複数個の円周溝が設けた構造とすることにより、更にチョーク効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のチョークフランジの一実施例の説明図である。
【図２】  仕切金属板の取付け方法の説明図である。
【図３】  本発明のチョークフランジの他の実施例の説明図である。
【図４】  本発明のチョークフランジの原理の説明図である。
【図５】  従来のチョークフランジの説明図である。
【図６】  従来の別のチョークフランジの説明図である。
【符号の説明】
１：チョークフランジ、２ａ，２ｂ：チョーク溝、３：仕切金属板、４：チョーク溝、４ａ：分割チョーク溝、５：矩形導波管、６：フランジ。
【図１】
0004711547.tif 000002
【図２】
0004711547.tif 000003
【図３】
0004711547.tif 000004
【図４】
0004711547.tif 000005
【図５】
0004711547.tif 000006
【図６】
0004711547.tif 000007