(57)【要約】【課題】小形軽量で、良好な耐電力性能を備え、かつ、製造コストの低い導波管無反射終端器または導波管回路を得る。【解決手段】電波伝播方向に垂直な面内に矩形状の開口を有し、上記電波伝播方向の一端が開放され、他端が終端金属内壁２５により塞がれ、電波伝播空間が上記開口短辺を含み電波電界に平行な第１の金属内壁及びこれに対向する第２の金属内壁並びに上記開口長辺を含み電波電界に垂直な第３の金属内壁及びこれに対向する第４の金属内壁により囲まれた導波管部１と、直方体形状の外形を有し、上記終端金属内壁から所定の距離だけ離れた位置にその内壁面と平行して上記直方体形状の後端面が位置し、上記直方体形状の最大面積面が上記第３又は第４の金属内壁に載置された電波吸収体２２とを備えた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波伝播方向に垂直な面内に矩形状の開口を有し、上記電波伝播方向の一端が開放され、他端が終端金属内壁により塞がれ、電波伝播空間が上記開口短辺を含み電波電界に平行な第１の金属内壁及びこれに対向する第２の金属内壁並びに上記開口長辺を含み電波電界に垂直な第３の金属内壁及びこれに対向する第４の金属内壁により囲まれた導波管部と、直方体形状の外形を有し、上記終端金属内壁から所定の距離だけ離れた位置にその内壁面と平行して上記直方体形状の後端面が位置し又は上記直方体形状の後端面が上記終端金属内壁に密着し、上記直方体形状の最大面積面が上記第３又は第４の金属内壁に載置された電波吸収体とを備えたことを特徴とする導波管無反射終端器。
【請求項２】
上記導波管部は、上記第１又は第２の金属内壁に平行な方向に、上記第３及び第４の金属内壁の中心線に沿って分割される第１及び第２の分割構造部で構成され、上記電波吸収体は、上記第１又は第２の分割構造部の一方にのみ載置されたことを特徴とする請求項１に記載の導波管無反射終端器。
【請求項３】
上記第１の分割構造部は金属材料で製造され、上記２の分割構造部は表面を金属メッキした樹脂又はセラミックである非金属材料で製造され、上記電波吸収体は上記第１の分割構造部に載置されたことを特徴とする請求項２に記載の導波管無反射終端器。
【請求項４】
複数の導波管機能部を備えた導波管回路であって、上記導波管機能部は、上記請求項１乃至３のいずれか一項に記載の導波管無反射終端器を備えたことを特徴とする導波管回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波やミリ波信号を伝送する導波管無反射終端器及び導波管回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は、例えば特許文献１の図１に示された従来の導波管無反射終端器である。一方の端を短絡した矩形導波管１の内部の電界に平行な壁面２に、高周波磁界を吸収する板状の電波吸収体３が配置されている。また、図１７は、例えば特許文献１の図２に示された他の従来の導波管無反射終端器である。電波の伝搬方向に向かってテーパ形状の電波吸収体４が、終端を短絡した矩形導波管１の中央に配置されている。
【０００３】
次に図１６の従来例の動作について説明する。図の左端を入力端子とすると、入射したマイクロ波信号は、導波管１の電界に平行な面に配置された板状の電波吸収体３により、徐々に吸収される。矩形の導波管内の電界分布は導波管１の断面の中央に集中しているため、電波吸収体３の板厚を薄くすれば、マイクロ波信号の反射を低く抑えることができる。したがって、この電波吸収体３の設計では、板厚を薄くし、これに応じて無反射となるための所要吸収量を得るためマイクロ波信号の伝搬方向の長さを設計することになる。この構造では、単位体積当りの電波吸収量が小さくなり、さらに電界に平行な壁面２に接する放熱面積が増すので、大電力用の矩形の導波管無反射終端器に適している。
【０００４】
次に図１７の他の従来例の動作について説明する。図の左端を入力端子とすると、入射したマイクロ波信号は、電波吸収体４のテーパ形状により、反射を抑制しつつ徐々に吸収される。図１６の従来例に比較し、壁面に接する面積が狭いため放熱効果は低いが、テーパ形状で反射特性が決まるためマイクロ波信号伝搬方向の長さは短く出来る可能性がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２４３８１７号公報（図１、図２）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１６に示した従来の導波管無反射終端器は以上のように構成されているので、板状の電波吸収体３では、反射を小さくしようとすると、電波吸収体３の端面による不連続性を低減する目的で、板厚を薄くしなければならず、所要の反射特性を得るには、所要電波吸収量が得られるようマイクロ波信号伝搬方向の長さを長くする必要があり、放熱など耐電力性能としては十分過ぎる長さであっても、所定の反射レベル以下にするため長くしなければならないという問題があった。一方、図１７に示した従来の導波管無反射終端器では、電波吸収体４のテーパ形状の加工が困難であり、製造コストが高くなるという問題があった。
【０００７】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、小形軽量で、良好な耐電力性能を備え、かつ、製造コストの低い導波管無反射終端器を得ることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に記載の導波管無反射終端器は、電波伝播方向に垂直な面内に矩形状の開口を有し、上記電波伝播方向の一端が開放され、他端が終端金属内壁により塞がれ、電波伝播空間が上記開口短辺を含み電波電界に平行な第１の金属内壁及びこれに対向する第２の金属内壁並びに上記開口長辺を含み電波電界に垂直な第３の金属内壁及びこれに対向する第４の金属内壁により囲まれた導波管部と、直方体形状の外形を有し、上記終端金属内壁から所定の距離だけ離れた位置にその内壁面と平行して上記直方体形状の後端面が位置し又は上記直方体形状の後端面が上記終端金属内壁に密着し、上記直方体形状の最大面積面が上記第３又は第４の金属内壁に載置された電波吸収体とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
この発明の請求項２に記載の導波管無反射終端器は、上記導波管部が、上記第１又は第２の金属内壁に平行な方向に、上記第３及び第４の金属内壁の中心線に沿って分割される第１及び第２の分割構造部で構成され、上記電波吸収体は、上記第１又は第２の分割構造部の一方にのみ載置されたことを特徴とする請求項１に記載のものである。
【００１０】
この発明の請求項３に記載の導波管無反射終端器は、上記第１の分割構造部が金属材料で製造され、上記２の分割構造部は表面を金属メッキした樹脂又はセラミックである非金属材料で製造され、上記電波吸収体は上記第１の分割構造部に載置されたことを特徴とする請求項２に記載のものである。
【００１１】
この発明の請求項４に記載の導波管回路は、複数の導波管機能部を備えた導波管回路であって、上記導波管機能部は、上記請求項１乃至３のいずれか一項に記載の導波管無反射終端器を備えたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。図１において、１は一方の端を短絡した矩形導波管、２２は直方体形状の電波吸収体である。この矩形導波管１は、電波進行方向に沿い電波吸収体２２を装荷していない矩形導波管２１と電波吸収体２２を装荷している矩形導波管２３のエリアに分けることができる。電波吸収体２２は、導波管１の電界に垂直な壁面に配置されている。この電波吸収体２２には、鉄粉などの金属紛をエポキシ樹脂で固めたものやフェライトなどのセラミック系の材料のものが使用される。導波管の壁面には、例えば、シリコン系ゴムを主成分とする接着剤を用いて固定される。
【００１３】
導波管１は、電波進行方向に垂直な面内に矩形状の開口を有し、電波進行方向の一端が開放され、他端が終端金属内壁である短絡回路２５により塞がれている。導波管の電波伝播空間は、開口の短辺を含み電波電界に平行な第１の金属内壁及びこれに対向する第２の金属内壁、開口長辺を含み電波電界に垂直な第３の金属内壁及びこれに対向する第４の金属内壁により周囲を囲まれている。電波吸収体２２は、長さＬ・高さＨ・幅Ｗの寸法を有する直方体形状の外形であり、終端金属内壁から所定の距離Ｄだけ離れた位置に、その内壁面と平行して直方体形状の後端面（高さＨと幅Ｗの面）が位置している。また、上記直方体形状の最大面積面（長さＬと幅Ｗの面）が上記第３又は第４の金属内壁に載置されている。
【００１４】
次に動作について説明する。図２は本発明による導波管無反射終端器の動作を説明するための等価回路図である。電波吸収体の有無によって導波管の電波伝播特性は異なるので、電波進行方向に沿い電波吸収体２２を装荷していない矩形導波管２１と電波吸収体２２を装荷している矩形導波管２３のエリアに分けて考える。電波吸収体２２を装荷していない矩形導波管２１の特性インピーダンスをＺ０、伝搬定数をβ０とする。また、電波吸収体２２を装荷している矩形導波管２３の特性インピーダンスをＺ、伝搬定数をβ−ｊαとする。βは位相定数、αは減衰定数であり、矩形導波管２３の内部を伝搬するマイクロ波信号は減衰しつつ伝搬することを示している。ここで、ｊは虚数単位である。
【００１５】
図の左側から入射するマイクロ波信号の一部は、電波吸収体２２を装荷した導波管２３の前面２４で反射される。残りのマイクロ波信号は電力の一部が電波吸収体２２に吸収され減衰しつつ短絡回路２５に達する。短絡回路２５で反射されたマイクロ波信号は再び、電力の一部を電波吸収体２２に吸収されつつ電波吸収体２２を装荷した矩形導波管２３を通過し、前面２４に到達する。このとき、これら２つの反射波の振幅が等しく逆位相となるように電波吸収体２２の長さＬや高さＨ、幅Ｗの寸法、及び電波吸収体２２と短絡回路２５との間隔Ｄを選ぶと、反射波は相殺され無反射終端器が実現できる。
【００１６】
図１８は、本発明による電波吸収体を用いた導波管無反射終端器のＳ１１（反射損）特性図である。設計値及び実測値ともに、１３．５ＧＨｚ〜１５ＧＨｚにおいてＳ１１は、−２０ｄＢ以下の良好な反射特性を実現できている。また、図１９は、本発明の導波管無反射終端器に用いられる電波吸収体と従来の導波管無反射終端器に用いられるテーパ形状の電波吸収体の大きさの比較図である。図では、導波管横幅（長辺方向の幅）の寸法をＡとしたときの寸法の一例を示す。同程度の電波吸収性能を得るために、本発明の電波吸収体の体積は、従来の約１５分の１の大きさであり、大幅な小形化が実現できる。
【００１７】
したがって、この発明の実施の形態１の構造による導波管無反射終端器では、図１６の従来例のように反射を小さくするために電波吸収体３の板厚を薄くし長さを長くする必要が無く、小形化、軽量化が図れ、良好な反射特性が得られるという特長がある。また、導波管壁面に電波吸収体２２の広い面積を密着できるので、放熱効果を保つことができ耐電力特性にも優れている。さらに、電波吸収体２２は小さい体積で済むとともに単純な直方体であるため、樹脂混合系又はセラミック系の電波吸収体材料であってもその加工成形コストは安価に抑えることができるという効果がある。
【００１８】
なお、電波吸収体２２を装荷した導波管２３の後面２６での反射波は、電波吸収体２２により減衰してからの反射波であり、短絡回路２５からの反射波に比較し小さいので、上記動作原理では、説明を簡単化するためこの反射波の影響は無視した。また、図１では、電波吸収体２２が導波管２３の電界に垂直な面だけでなく平行な壁面にも接しているように示しているが、壁面から離れていても本発明の主旨には無関係である。また、図１では、電波吸収体２２が終端金属内壁である短絡回路２５から距離Ｄだけ離れているように示しているが、終端金属内壁に密着（Ｄ＝０に相当）している場合でも、本発明の技術思想は適用できるものである。
【００１９】
なお、上記説明では、導波管２１，２３が一体物として形成されたものを示した。しかし、図３に示すように、導波管２１，２３の分割面をＥ面、つまり、電界に平行な面とし、中心線に沿い２分割した構造部分３１、３２としても構わない。この場合、電波吸収体２２は分割した一方の側の導波管３２内に設置する。また、図４は導波管２３の断面図、図５は図４のＡ−Ａ断面図である。
【００２０】
分割した一方の導波管３２にのみ電波吸収体２２を接着剤などで固定するので、電波吸収体２２が分割面上に存在せず、他方の導波管３１との位置合わせを考慮する必要が無く、組立てが容易となり組立て時間の短縮が図れる。また、Ｅ面で分割しているので、電波吸収体２２を装荷した導波管２３以外の導波管２１の部分では、導波管内壁面を流れる高周波電流を切断することが無く、電波漏れを抑制できる効果もある。
【００２１】
したがって、この構造による導波管無反射終端器では、Ｅ面分割の組立て構造により、組み立ての簡易化によるコスト低減と電波吸収体装荷部以外の回路の電波漏れ抑制による電気性能安定化が図れる特長がある。なお、分割した導波管３１，３２は、ネジによる締結や、接着剤又は半田付けなどにより組立て可能であることは、従来の導波管部品と同様である。
【００２２】
また、上記説明では、導波管３１，３２の内壁面の角は、直角として図示しているが、図７に示すように、短絡回路２５などの角にコーナＲ又はＣを設けても良く、上記図３のものと同様の効果を奏する。これらコーナＣやＲを設けるように導波管３１，３２を加工すると、エンドミルなどの工具により加工を容易に行うことができ加工時間が短縮され低価格化が図れる。また、金型成形では、型から抜く作業を円滑に行うことができ加工時間が短縮され低価格化が図れる効果がある。
【００２３】
また、上記説明では、導波管は金属として説明していたが、図８及び図９に示すように分割構造の導波管の内、電波吸収体２２を取りつける導波管３２は金属、他方の導波管４１は表面を金属メッキした樹脂など異種材料であっても良く、上記構成と同様の効果を奏する。
【００２４】
さらに、この構造による導波管無反射終端器では、樹脂材料などは金型成形で製造できるので、その成形寸法精度をアルミダイキャストなど金属の金型成形品よりも高くすることが可能であり、低い反射特性など電気的高性能を保ちつつ量産化、低価格化、さらには軽量化が図れる特長がある。また、電波吸収体２２で吸収される高周波電力の発熱は金属牲の導波管３２を伝導して外部へ放熱させることができ、樹脂の熱伝導性の低さによる放熱の問題を補うことが出来る。このため、金属以外の異種材料を導波管４１に採用するにもかかわらず耐電力性も保つことができるという効果がある。
【００２５】
また、上記説明では、Ｅ面分割構造としていたが、図１０に示すように導波管５１，５２の分割面をＨ面（磁界に平行な面）とし、かつ、吸収体は一方の側の導波管５２に設置する構造でも良く、上記発明の実施の形態と同様の効果を奏する。ただし、導波管５１，５２の分割面では、高周波電流を切ることになり、ネジによる締結では上記構造に比較し電波漏れが若干生じる問題は残る。
【００２６】
実施の形態２．
なお、上記発明の実施の形態１では、導波管無反射終端器の機能部分についてのみ示したが、他の機能を有する導波管と一体加工しても同様の効果がある。図１１は一例としてマイクロ波増幅器の４個の増幅素子を含む出力電力合成回路６９を示したものである。６５はマイクロストリップ線路などの入力端子、６３はマイクロ波半導体などの増幅素子、６４は増幅素子６３のマイクロストリップ線路などの出力伝送線路と導波管との変換回路、６１は３ｄＢブランチラインハイブリッドなど導波管合成回路、６６は導波管の出力端子である。上記各機能の導波管回路はＥ面で分割され一体の部品６７、６８から構成されている。
【００２７】
図１２、図１３及び図１４は、発明の実施の形態２の動作を説明するための図である。図１３及び図１４は、３ｄＢ９０°ブランチラインハイブリッド導波管合成回路を切り出して示したものであり、それぞれ分割面を上から見たものと、分割した斜視図を示したものである。８１から８４は端子であり、端子８１と端子８４から入射する２つの同振幅のマイクロ波信号は、端子８４からの波が端子８１からの波に対し位相が９０°遅れているとき全電力が合成され端子８３から出力される。理想的には端子８２はアイソレーション端子となりマイクロ波信号は現れないが、２つの波の９０°位相差からのずれ、又は等振幅からのずれによる電磁界ベクトル差の信号が現れる。
【００２８】
図１２は４つの増幅素子６３を用いた増幅回路のブロック図を示したものである。７１は入力端子、７２は３ｄＢ９０°分配回路である。入力端子７１に入射したマイクロ波信号は分配回路７２で分けられ４個の増幅素子６３を含む出力電力合成回路６９の入力端子６５に入射する。このとき、３つの分配回路７２の端子配置を図１２の通りとすれば、増幅素子６３で増幅されたマイクロ波信号は３つの合成回路６１により合成され出力端子６６より出力される。
【００２９】
このような構成は、増幅素子６３の飽和電力に限界があり、それ以上に出力電力が要求される場合に一般的に用いられる電力合成の方法である。つまり、各増幅素子の上限の出力電力が１Ｗであるとしても、この構成により４倍の４Ｗの出力が得られることになる。この回路において、増幅素子６３、分配回路７２、又は合成回路６１の位相、振幅のずれによる信号は上述のごとくアイソレーション端子に現れ、ここに接続した無反射終端器の電波吸収体２２で吸収される。
【００３０】
この発明の実施の形態２の構造による導波管回路では、Ｅ面分割の組立て構造で複数の機能の導波管を一体化しており、上記構成と同じ効果を奏するばかりでなく、加工のコスト低減、組み立ての簡易化によるコスト低減と電波吸収体装荷部以外の回路の電波漏れ抑制による電気性能安定化が図れる特長がある。
【００３１】
また、上記説明では、導波管部品６７，６８を金属として説明したが、分割構造の導波管の内、電波吸収体２２及び増幅素子６３を取りつける導波管６７は金属、他方の導波管６８は表面を金属メッキした樹脂など異種材料であっても良く、上記構造と同様の効果を奏する。
【００３２】
さらに、この構造による導波管回路では、樹脂材料などは金型成形で製造できるので、その成形寸法精度をアルミダイキャストなど金属の金型成形品よりも高くすることが可能であり、低い反射特性など電気的高性能を保ちつつ量産化、低価格化、さらには軽量化が図れる特長がある。また、増幅素子６３からの発熱、及び電波吸収体２２で吸収される高周波電力の発熱は金属牲の導波管６７を伝導して外部へ放熱させることができ、樹脂の熱伝導性の低さによる放熱の問題を補うことが出来る。このため、金属以外の異種材料を導波管６８に採用するにもかかわらず高電力増幅器を軽量低価格で実現できるという効果がある。
【００３３】
なお、上記説明では、直方体電波吸収体２２の場合で説明したが、これに限らず図１５に示すようにテーパ形状電波吸収体９１を用いても上記の構造と同様の効果を奏する。しかし、電波吸収体自体の低価格化、軽量化の効果は失われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による導波管無反射終端器を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１による導波管無反射終端器の動作を説明するための等価分布定数線路回路図である。
【図３】この発明の実施の形態１による他の導波管無反射終端器の斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１による他の導波管無反射終端器の断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１による導波管無反射終端器の断面図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１による導波管無反射終端器の断面図である。
【図７】この発明の実施の形態１による導波管無反射終端器の断面図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】この発明の実施の形態１による導波管無反射終端器の断面図である。
【図９】この発明の実施の形態１による導波管無反射終端器の断面図８のＡ−Ａ断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態１による導波管無反射終端器の斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態２による導波管回路の斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態２による導波管回路のブロック回路図である。
【図１３】この発明の実施の形態２による導波管回路を構成する導波管合成回路部の構造を説明するための図である。
【図１４】この発明の実施の形態２による導波管回路を構成する導波管合成回路部の構造を説明するための斜視図である。
【図１５】この発明の実施の形態２による他の導波管回路の斜視図である。
【図１６】従来例１による導波管無反射終端器の斜視図である。
【図１７】従来例２による導波管無反射終端器の斜視図である。
【図１８】この発明の実施の形態１による導波管無反射終端器の特性である。
【図１９】この発明の実施の形態１による導波管無反射終端器の電波吸収体と従来のものとの寸法比較図である。
【符号の説明】
１  矩形導波管、  ２  電界に平行な壁面、  ３  板状の電波吸収体、  ４  テーパ形状の電波吸収体、  ２１  導波管、  ２２  直方体の電波吸収体、  ２３  電波吸収体装荷導波管、  ２４  電波吸収体装荷導波管の前面、  ２５  短絡回路、  ２６  電波吸収体装荷導波管の後面、  ３１  導波管部品１、  ３２導波管部品２、  ４１  金属メッキした樹脂導波管部品、  ５１  導波管部品３、  ５２  導波管部品４、  ６１  ハイブリッド１、  ６３  増幅素子、  ６４  線路変換器、  ６５  増幅素子の入力端子、  ６６  出力端子、  ６７  導波管回路部品１、  ６８  導波管回路部品２、  ６９  増幅回路、  ７１  増幅器入力端子、  ７２  ハイブリッド２、  ８１  端子１、  ８２  端子２、  ８３  端子３、  ８４  端子４、  ９１  テーパ形状電波吸収体。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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