(57)【要約】  【課題】導波管の開口部の高さと幅の寸法を規格に合わせて、かつ、マイクロ波やミリ波の電磁波の阻止特性を有するフィルタを安価に作成し、またフィルタの取付工数を削減できる矩形型導波管、および、それを用いたマイクロ波装置を提供する。  【解決手段】  周波数ダウンコンバータを筐体１とシールド２と、これらの間に配置される回路基板３とから構成し、シールド２が回路基板３を格納すると共に、ネジ４によって筐体に固定される構造とする。筐体１の前面には導波管５の開口部６が備えられており、この開口部６から筐体１の斜め上方に向かって空間５ａが形成されており、シールド２の空間２ａと合わせて矩形の導波管５を構成する。開口部６の開口面と導波管５の底面とがなす角を鋭角に構成し、この鋭角による導波管５の傾斜により、遮断周波数を必要とする周波数に設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長方体状の空洞部の一方の面を縦長の長方形の開口部とする矩形型導波管において、同矩形型導波管の遮断周波数を所定の値とするために、前記開口部の開口面と前記空洞部の底面とがなす角を鋭角の範囲にしてなることを特徴とする矩形型導波管。
【請求項２】
前記矩形型導波管のハイパスフィルタ特性による減衰量を所定の値とするため、前記開口部の上辺から前記空洞部の奥行となる距離を所定の値にしてなることを特徴とする請求項１に記載の矩形型導波管。
【請求項３】
長方体状の空洞部の一方の面を縦長の長方形の開口部とする矩形型導波管部と、導波管モードと同軸モードとをモード変換するモード変換部とを備えたマイクロ波装置において、
前記矩形型導波管部のハイパスフィルタ特性を所定の特性とするため、前記開口部の開口面と前記空洞部の底面とがなす角を鋭角の範囲に構成し、かつ、前記開口部の上辺から前記空洞部の奥行となる距離を所定の値にしてなることを特徴とするマイクロ波装置。
【請求項４】
前記モード変換部に備えられたピックアップ部を、前記空洞部の側面（Ｈ面）に対して垂直に配置してなることを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波管の構造に関し、より詳細には、ハイパス周波数特性を所定の値に設定できる構造を備えた矩形型導波管および、この矩形型導波管を備えたマイクロ波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、矩形型導波管は衛星通信用の送受信アンテナシステムの衛星通信用周波数ダウンコンバータなどのマイクロ波機器に用いられる。図４（Ａ）の断面図に示す衛星通信用周波数ダウンコンバータは、受信信号が入力される導波管部７１に、回路基板７３が搭載される筐体部７２が一体に形成されてなるものである。
【０００３】
回路基板７３には、マイクロ波トランジスタなどを用いてなる周波数ダウンコンバータ回路が構成されており、導波管部７１に入力された受信信号が、プローブ７６を介してこの周波数ダウンコンバータ回路の入力端に印加されるようになっている一方、周波数ダウンコンバータ回路の出力信号は、出力コネクタ７７により外部へ出力できるようになっている。
【０００４】
ところで、かかる衛星通信用周波数ダウンコンバータが用いられる衛星通信システムは、送受信が同時に行われるいわゆる双方向性となっているため、周波数ダウンコンバータ回路が送信機の送信波の影響を受け易く、導波管部１において送信波を減衰させて回路側へ入力されないようにする必要がある。また、送信波の影響だけでなく、受信時のイメージ周波数により混信を招くことがある。
【０００５】
矩形の導波管自体がハイパスフィルタの機能を有し、コイルやコンデンサを用いた分布定数回路で構成したハイパスフィルタよりも、優れた遮断周波数特性を有することは一般的に知られている。しかし、導波管の開口部の高さと幅の寸法は送受信周波数により世界的に規格により定められ、また、導波管の開口部の高さと幅の寸法が決定されると、導波管のハイパスフィルタの遮断周波数も物理的に決定されてしまう。
例えば使用する周波数帯が１２〜１４ＧＨｚ（ギガヘルツ）の場合はＷＲ−７５と呼ばれる規格（導波管の開口部の高さ＝０．７５インチ）が適用され、この時の遮断周波数は約８ＧＨｚとなる。
【０００６】
従って、例えば周波数ダウンコンバータの受信周波数が１２ＧＨｚ帯である場合は、８ＧＨｚ以下の周波数は導波管自体で遮断されるため、８ＧＨｚ以上の周波数の不要な信号について、送信側や受信側で何らかの対策（フィルタ類）が必要となる。このため、この例では導波管部７１の前面に本来受信するべき周波数以外を遮断するためのフィルタ板７９を設けている。以下にその構造の詳細を説明する。
【０００７】
導波管部７１は、一端に開口部７４が備えられ、開口部７４から連なる空間の終端と対向する反対側の他端は閉鎖されてショート面となっているものである。そして、開口部７４へは、図示されない衛星通信用アンテナで受信された受信信号（電磁波）が入力されるようになっている（図４（Ａ）の白抜き矢印参照）。
【０００８】
導波管部７１には、適宜な位置において、プローブ７６が設けられており、導波管部７１内の電磁波を、回路基板７３に形成された高周波回路（図５参照）の入力部分へ印加するために、導波管モードから同軸モードに変換するようになっている。筐体部７２は、この導波管部７１の閉鎖部分の一部が開口部７４と反対方向へ延設されるようにして一体形成されたもので、回路基板７３がその表面に配設できるように適宜な長さと面積とを有したものとなっている。
【０００９】
回路基板７３は、その一部が導波管部７１の上面（図４（Ａ）において紙面左側）に配設されると共に、他の部分が筐体部７２に配設されるようになっているものである。この回路基板７３は、いわゆるマイクロ波回路が形成されている。
【００１０】
具体的には、例えば、図５のブロック図に示すように、導波管部７１からプローブ７６でピックアップされた入力信号は、高周波増幅回路９０で増幅され、次に所定の受信信号のみを通過させるバンドパスフィルタ９１を通過し、局部発振回路９２からの局発信号とミキサ９３で混合されて中間周波数に変換され、もう一度バンドパスフィルタ９４を通過し、中間周波数増幅回路９５で増幅された後、その出力信号は、図４（Ａ）に示す筐体部７２の端部に形成された筐体フランジ７２ａに設けられた出力コネクタ７７を介して外部の受信機本体（図示せず）へ同軸ケーブルを用いて取り出すことができるようになっている。
【００１１】
また、導波管部７１の開口部７４の周囲の部位には、開口部７４を囲むように段部７８が形成されたものとなっている。そして、この段部７８には、調整片８３を備えたフィルタ板７９の周縁部が接合されるようになっており、開口部７４に送信帯域阻止フィルタ８０が形成されるようになっている。
【００１２】
このような形状を有してなるフィルタ板７９は、電磁波の伝搬路（導波管部７１の内部空間）において、電磁波の伝搬方向（図４において白抜き矢印方向）に直交するように設けられている。従って、調整片８３は、電磁波に対して等価的にコイルやコンデンサとして作用することとなり、これらを図４（Ｂ）の形状に形成し、インダクタンス並びにコンデンサのキャパシタンスの大きさによって定まる所定の周波数の電磁波の伝搬に対して阻止作用を有する阻止フィルタとしている。なお、フィルタ板９が所望の周波数に対して阻止特性を有するようにするには、各調整片を所定の寸法に形成することにより行なうようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
しかしながら、導波管の開口部の高さと幅の寸法を規格に合わせて、かつ、所望の周波数に対して阻止特性を有するようにするためには、マイクロ波やミリ波に対応するため、精密に加工されたフィルタ板９が必要となり、その製作コストや組立の工数が必要であった。
【００１４】
【特許文献１】特開２００２−１１８４０４号公報（第３−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は以上述べた問題点を解決し、導波管の開口部の高さと幅の寸法を規格に合わせて、かつ、マイクロ波やミリ波の電磁波の阻止特性を有するフィルタを安価に作成し、またフィルタの取付工数を削減できる矩形型導波管、および、それを用いたマイクロ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】
【００１６】
本発明は上述の課題を解決するため、長方体状の空洞部の一方の面を縦長の長方形の開口部とする矩形型導波管において、同矩形型導波管の遮断周波数を所定の値とするために、前記開口部の開口面と前記空洞部の底面とがなす角を鋭角の範囲にする。
【００１７】
また、前記矩形型導波管のハイパスフィルタ特性による減衰量を所定の値とするため、前記開口部の上辺から前記空洞部の奥行となる距離を所定の値にする。
【００１８】
一方、長方体状の空洞部の一方の面を縦長の長方形の開口部とする矩形型導波管部と、導波管モードと同軸モードとをモード変換するモード変換部とを備えたマイクロ波装置において、
前記矩形型導波管部のハイパスフィルタ特性を所定の特性とするため、前記開口部の開口面と前記空洞部の底面とがなす角を鋭角の範囲に構成し、かつ、前記開口部の上辺から前記空洞部の奥行となる距離を所定の値にする。
【００１９】
また、前記モード変換部に備えられたピックアップ部を、前記空洞部の側面（Ｈ面）に対して垂直に配置する。
【発明の効果】
【００２０】
以上の手段を用いることにより、本発明による矩形型導波管および、この導波管を備えたマイクロ波装置によれば、
請求項１に係わる発明は、矩形型導波管の遮断周波数を所定の値とするために、開口部の開口面と空洞部の底面とがなす角を鋭角の範囲にすることにより、導波管の開口部の寸法を変更せずに、導波管自体が有している遮断周波数を所定の値に設定できる。
【００２１】
請求項２に係わる発明は、矩形型導波管のハイパスフィルタ特性による減衰量を所定の値とするため、開口部の上辺から空洞部の奥行となる距離を所定の値にすることにより、ある周波数での減衰定数を導波管の開口面の角度の変化により決定できるので、この角度と開口部から空洞部の奥行となる距離との組合せにより、必要とするハイパスフィルタ特性を任意に設定でき、導波管の設計が容易となる。
【００２２】
請求項３に係わる発明は、矩形型導波管部のハイパスフィルタ特性を所定の特性とするため、開口部の開口面と空洞部の底面とがなす角を鋭角の範囲に構成し、かつ、開口部の上辺から空洞部の奥行となる距離を所定の値にすることにより、別部品となるフィルタを省略できるため、マイクロ波装置の材料費とフィルタの組み込み作業を削減できる。
【００２３】
請求項４に係わる発明は、モード変換部に備えられたピックアップ部を、空洞部の側面（Ｈ面）に対して垂直に配置することにより、導波管を傾斜させてもピックアップ部（プローブ）の長手方向とショート面とを常に平行に配置することができ、プローブの取付構造が簡単になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１は本発明による受信専用の衛星通信用周波数ダウンコンバータを示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側断面図、（Ｃ）は回路基板の上面図である。
この周波数ダウンコンバータは、アルミなどの金属からなる筐体１とシールド２と、これらの間に配置される回路基板３とから構成されており、シールド２が回路基板３を格納すると共に、ネジ４によって筐体に固定される構造となっている。
【００２６】
図１（Ａ）に示すように、筐体１の前面には導波管５の長方形を縦長とした矩形の開口部６が、また、開口部６から連なる空間の終端にはショート面２ｃが備えられており、図１（Ｂ）に示すように、この開口部６から筐体１の斜め上方のショート面２ｃに向かって空洞部５ａが形成されており、シールド２の空洞部２ａと合わせて矩形の導波管５を構成している。また、回路基板３の略中央には導波管５と対応する矩形孔３ａが設けられており、導波管５内の電磁波を通過させるようになっている。
【００２７】
この回路基板３には、周波数ダウンコンバータ回路が形成されており、この周波数ダウンコンバータ回路の高周波増幅回路の入力には、マイクロストリップライン３ｂを介して、矩形孔３ａに回路基板３の面と平行にせりだした金属からなる棒状のプローブ３ｃが接続されている。このプローブ３ｃは導波管５の側面（Ｈ面）に対して垂直に配置されている。
この構造により、導波管５を傾斜させてもプローブ３ｃの長手方向とショート面２ｃとを常に平行に配置することができ、プローブ３ｃの取付構造が簡単になる。
なお、周波数ダウンコンバータ回路の詳細については、図５と同じ構成のため詳細な説明を省略する。
【００２８】
本発明の大きな特徴は、開口部６の開口面と導波管５（空洞部）の底面とがなす角を鋭角の範囲に構成したこと、つまり、矩形型の導波管５の長手方向（開口部からの奥行）の空間を開口部６の面に対して傾斜させて設けたことにある。
具体的には図１（Ｂ）において、導波管５の底面と、導波管の開口面とが垂直でなく、角度θとなる構造とし、結果的に開口部６に対して導波管５を角度θだけ傾斜させた構造としている。
【００２９】
この導波管５の傾斜により、導波管５の開口部６の寸法を変更せずに、導波管自体が有している遮断周波数を任意に変更することができる。また、これにより、背景技術で説明したような別体のフィルタが不要となり、またそのフィルタを取り付ける作業も不要となる。以下に導波管の傾斜により導波管自体が有している遮断周波数を所定の値に設定できる導波管の構造について説明する。
【００３０】
導波管の傾斜がない場合、例えば、図４に示す矩形の導波管の場合に、開口部の高さをｈ、幅をｗ、光の速度をｃ、マイクロ波の伝搬モードで定まる定数をｍとｎとすると、遮断周波数ｆｃ（Ｈｚ）は以下の式で表される。
2005311796.tif 000003
ここで、図１の導波管５は図４の導波管と比較して開口部６が傾斜している。従って、導波管５の空洞部の底面と開口面との角度をθとすると、この角度を持った導波管内の高さｈ’は以下の式で表される。
2005311796.tif 000004
次に、導波管内の高さｈ’を式１に代入して遮断周波数ｆｃ’を求めると、
2005311796.tif 000005
従って角度θが小さくなると遮断周波数ｆｃ’が高くなることがわかる。
【００３１】
例えば導波管の開口部の傾斜が無い場合、例えば図４（Ａ）の構造の時、マイクロ波の伝搬モードが基本モード（ＴＥ１０モード）、つまり、ｍ＝１，ｎ＝０の場合で、ｈ＝１９．０５ｍｍ、ｗ＝９．５ｍｍ、ｃ＝３０万キロメートル／秒とし、これらを式１に代入すると、遮断周波数ｆｃ＝７．９ＧＨｚとなる。
【００３２】
同じ条件で例えば図１の場合、導波管５の開口部６の傾斜角度θが４０度の時、θ＝４０を式３に代入すると、遮断周波数ｆｃ’＝１２．２５ＧＨｚとなる。
つまり、受信周波数が１２ＧＨｚ帯の受信周波数ダウンコンバータに使用される導波管であれば、例えば図１（Ｂ）において、開口部６の開口面と導波管５の空洞部の底面とがなす角度θを４０度とすることにより、目的とする受信周波数である１２．２５ＧＨｚ以下の余分なノイズを導波管自体でカットすることができる。
【００３３】
導波管自体は受信周波数ダウンコンバータには必ず必要となるため、目的とする受信周波数以下の信号をカットする導波管の角度を式３により求め、これに基づいて筐体やシールドを設計することにより、背景技術で説明したフィルタを省略できるため、材料費とフィルタの組み込み作業を削減できる。
【００３４】
図２は式３を用いて遮断周波数をグラフ化したものであり、ｍ＝１、ｎ＝０、ｈ＝１９．０５ｍｍ、ｗ＝９．５ｍｍ、ｃ＝３０万キロメートル／秒の条件において角度θ（横軸）を変化させ、対応する遮断周波数（縦軸）を曲線で表したものである。ここで（Ａ）は遮断周波数を０〜１００ＧＨｚの範囲で表したものであり、（Ｂ）は遮断周波数を０〜１４ＧＨｚの範囲で表したものである。これらの図から、８〜９０ＧＨｚまで周波数を遮断するために、導波管の開口面の角度θを９０度〜５度の範囲で設定すればいいことが読み取れる。
【００３５】
次に前述した開口部６が傾斜した構造において、不要な受信信号に対してマイクロ波装置が必要とする減衰量を得るための構造について説明する。
例えば図１（Ｂ）において、受信周波数が１２．２５ＧＨｚ、局部発振周波数が１１．３５ＧＨｚの場合を考えると、そのイメージ周波数は１０．４５ＧＨｚとなる。このイメージ周波数を２０ｄＢ程度減衰させたい場合に導波管５の奥行の長さｄを計算してみる。
【００３６】
まず、１０．４５ＧＨｚにおける導波管５の開口面の角度θに対する、導波管５の奥行、つまり、開口部６からショート面２ｃまでの単位距離当たりの減衰定数を以下の式を用いて算出する。
ここで、減衰させたい不要な受信信号の周波数での自由空間の波長をλ、導波管の開口面の角度をθ、開口部の高さをｈ、幅をｗ、マイクロ波の伝搬モードで定まる定数をｍとｎ、ネーパー（Ｎｐ）からデシベル（ｄＢ）への単位換算係数をｋとすると、減衰定数α（ｄＢ／ｃｍ）は以下の式で表される。
2005311796.tif 000006
【００３７】
図３は式４において、ｍ＝１、ｎ＝０、ｈ＝１９．０５ｍｍ、ｗ＝９．５ｍｍ、λ＝０．０２８７ｍ（１０．４５ＧＨｚ）、ｋ＝８．６８５９の時に、角度θを５〜９０度の間で変化させ、対応する減衰定数を算出した結果であり、（Ａ）はグラフ、（Ｂ）は算出結果のデータである。
【００３８】
この実施例では前述のように、遮断周波数を１２．２５ＧＨｚとするため、導波管５の開口面の角度を４０度に決定した。そして、イメージ周波数１０．４５ＧＨｚの信号を２０ｄＢ程度減衰させたいとする。
図４（Ａ）、もしくは、図４（Ｂ）の角度θが４０度の時の減衰定数を参照すると−１１．６０（ｄＢ／ｃｍ）となる。従って、２０ｄＢ以上減衰させるためには、図１（Ｂ）において、開口部６からショート面２ｃまでの距離ｄを２ｃｍとすればよいことがわかる。
【００３９】
このように、ある周波数での減衰定数を導波管の開口面の角度の変化により決定できるので、この角度と開口部からショート面までの距離との組合せにより、必要とするハイパスフィルタ特性を任意に設定できるため、導波管の設計が容易となる。
【００４０】
この実施例では、導波管の一方の端部が閉塞された導波管や受信周波数ダウンコンバータの導波管について説明したが、本願はこれに限るものではなく、両端が開口された導波管や送信用の周波数コンバータの導波管についても、同じ効果を有するものである。
送信用の周波数コンバータに用いた場合は、送信周波数より低い周波数の送信信号成分をカットできるため、不要なスプリアスの放射を低減させることができる。
また、プローブは棒状のものでなく、基板上のパターンで形成しても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による矩形型導波管を備えた周波数コンバータの実施例を示す、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側断面図、（Ｃ）は回路基板の上面図である。
【図２】本発明による矩形型導波管の遮断周波数を表すグラフであり、（Ａ）は遮断周波数を０〜１００ＧＨｚの範囲で表し、（Ｂ）は遮断周波数を０〜１４ＧＨｚの範囲で表したものである。
【図３】本発明による矩形型導波管の減衰定数を表す、（Ａ）はグラフ、（Ｂ）表である。
【図４】従来の周波数コンバータを示す図であり、（Ａ）は側断面図、（Ｂ）は正面図である。
【図５】従来の受信用周波数コンバータを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  筐体
２  シールド
２ａ  空洞部
２ｃ  ショート面
３  回路基板
３ａ  矩形孔
３ｂ  マイクロストリップライン
３ｃ  プローブ
４  ネジ
５  導波管
５ａ  空洞部
６  開口部
【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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