(57)【要約】      （修正有）【課題】大きな可動機構を必要とせず、小型で構造簡単な導波管スイッチを実現する。【解決手段】導波管の内部に、導波管の壁面から突出し、対向する金属導体間の電界集中ギャップに電界を集中させて、導波管に沿って電波を伝搬させる電界集中板１４，１８を設ける。電界集中板１４，１８には、電波が伝搬して行く方向を見たインピーダンスを十分に大きくするスリット２２，２４を、その開口部が電界集中ギャップに面するように設け、前記開口部の遮蔽と開放とを切り換え可能な導体スイッチ片３０を配設して、導波管スイッチを構成する。【選択図】図７．Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波の伝搬方向に垂直な断面が閉じた金属導体である導波管において電波の通過と遮断とを行うようにした導波管スイッチにおいて、
前記導波管の内部において、前記導波管の幅よりも狭い幅を有し、前記導波管の壁面から突出し、前記電波の伝搬方向に沿って設けられ、対向する金属導体間の電界集中ギャップに電界を集中させて、電波を導波管に沿って伝搬させる電界集中板と、
前記導波管のスイッチ部において、前記電界集中板において、前記電界集中ギャップに向けて形成され、その位置から電波が伝搬して行く方向を見たインピーダンスを十分に大きくするスリットから成るスタブと、
前記スタブの前記電界集中ギャップに面した開口部の遮蔽と開放とを切り換え可能に配設された導体スイッチ片と、
を有することを特徴とする導波管スイッチ。
【請求項２】
前記スリットには誘電体が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の導波管スイッチ。
【請求項３】
前記スタブの長さは、管内波長／４の長さであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の導波管スイッチ。
【請求項４】
前記導波管は前記スイッチ部で、前記導波管と類似構造の分岐された分岐導波管を有し、前記導体スイッチ片は、前記分岐導波管に設けられたスタブの開放口に対しても遮蔽と開放とを切り換え可能に配設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の導波管スイッチ。
【請求項５】
前記導波管は前記スイッチ部で、前記導波管と類似構造の分岐された分岐導波管を有し、前記分岐導波管に設けられたスタブの開放口に対しても遮蔽と開放とを切り換え可能に配設された第２の導体スイッチ片を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の導波管スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波管における電波の伝搬を可能とする状態と伝搬を遮断する状態とで切り換えることができる導波管スイッチに関する。また、本発明は、１つ又は複数の分岐導波管を有する場合には、各分岐導波管への電波の伝搬を切り換えることができる導波管スイッチに関する。また、本発明の導波管スイッチは、複数の分岐導波管へ同時に電波の伝搬を可能とする場合には、分岐、分配できる導波管スイッチとなる。
【背景技術】
【０００２】
従来から、導波管スイッチとして、下記特許文献１に記載のスイッチが知られている。この導波管スイッチは、複数のポートを有した固定子の中央部に、電波の通過する導波管を複数設けた回転子を回転可能に設けたものである。そして、回転子を回転させることで、固定子に形成されたあるポートと他のポートとを回転子の通路を介して接続するようにしたものである。
【特許文献１】特開昭６３−２４８２０１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に記載の方法は、電波を伝搬させる複数の導波管が形成された回転子を回転させる方式であるために、回転子自体が大きくなり、導波管スイッチが大きくなるという欠点を有している。また、大きな可動部を大きく回転する必要があり、可動部の機構を工夫する必要があった。
【０００４】
そこで本発明は、大きな可動機構を必要とせず、小型で構造簡単な導波管スイッチを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明は、電波の伝搬方向に垂直な断面が閉じた金属導体である導波管において電波の通過と遮断とを行うようにした導波管スイッチにおいて、導波管の内部において、導波管の幅よりも狭い幅を有し、導波管の壁面から突出し、電波の伝搬方向に沿って設けられ、対向する金属導体間の電界集中ギャップに電界を集中させて、電波を導波管に沿って伝搬させる電界集中板と、導波管のスイッチ部において、電界集中板において、電界集中ギャップに向けて形成され、その位置から電波が伝搬して行く方向を見たインピーダンスを十分に大きくするスリットから成るスタブと、スタブの電界集中ギャップに面した開口部の遮蔽と開放とを切り換え可能に配設された導体スイッチ片と、を有することを特徴とする導波管スイッチである。
【０００６】
ここで、導波管は、方形導波管、円形導波管の何れでも良い。電界集中板は、導波管の壁面と対向させて、壁面の導体と電界集中板の端面との間で電界集中ギャップを形成したものでも良い。また、一対の電界集中板を、対向する壁面から中心部に向かって形成し、その一対の電界集中板の対向する端面間を電界集中ギャップとしても良い。電界集中板は、通常は、導波管の幅の中央部に設けられる。また、電界集中板の幅は、導波管の幅に比べて十分に小さい幅とすることが望ましい。この電界集中板には、スイッチ部において、スタブを構成するスリットが形成されている。このスリットは、電界集中板において、電界集中板が立設されている壁面方向（電波の伝搬方向に垂直な方向）に向かって形成されていても、壁面方向に一部の区間が形成された後、曲げられ、他の区間が電波の伝搬方向に沿って形成されていても良い。また、電波の伝搬方向に対して傾斜していても、電界集中板が立設されている壁面の法線に対して傾斜していても良い。このスリットには、誘電体が充填されていても良い。スリットの必要な長さを誘電体で調整することができる。また、スタブの長さは、管内波長／４が望ましい。この状態の時、スタブの開放端からスタブを見ると、スタブの先端は電界集中板の導体であるから、先端は短絡、したがって、スタブの開放端は、電気的に開放されたものとなる。すなわち、このスタブの開放端において、電波が伝搬して行く向きに見たインピーダンスが、理論的には、無限大となる。したがって、この状態で、電波の伝搬を阻止することができる。
【０００７】
このスタブの電界集中ギャップ側の開放端には、このスリット（誘電体で充填されている場合を含む）に架橋して両側の電界集中板の導体とを電気的に短絡させて、スリットの開口を遮蔽した状態と、遮蔽しない状態とで切り換えられる導体スイッチ片が設けられている。この導体スイッチ片で、スリットの開口を遮蔽した状態にすると、電界集中ギャップを伝搬する電波から見ると、導体集中板は連続した導体と認識されるので、電波は進行方向に伝搬する。一方、スリットの開口が導体スイッチ片で覆われていない状態に切り換えられると、その開口端から、伝搬の進行方向を見たインピーダンスは、理論的には無限大となり、電波は、その方向には伝搬しない。これにより、スイッチが実現する。
【０００８】
本発明は、一方向に伝搬する導波管とすれば、電波の通過と遮断とを実現する１ポート入力、１ポート出力のスイッチとなる。また、導波管を複数の方向に分岐した分岐導波管を有した導波管としても良い。各分岐導波管の電界集中板に上記のスリット（誘電体の充填された場合を含む）から成るスタブを設けて、電界集中ギャップに面する開口を導体で遮蔽し、又は、遮蔽しない状態とする導体スイッチ片を設ける。これにより、複数の分岐導波管のうちの任意の一つ又は複数の分岐導波管に対して、電波を分岐させることができ、この電波を伝搬させる分岐導波管を任意に選択可能にすることができる。また、一つの導体スイッチ片を一端を中心に回転できるように構成して、導体スイッチ片を回転させるに連れて、各分岐導波管におけるスタブの開口を、順次、閉鎖するように構成することで、電波の伝搬方向を、順次、それぞれの分岐導波管の方向に切り換えることが可能となる。また、導体スイッチ片を、各分岐導波管において、それぞれ、独立に設ければ、一入力の電波を、任意の複数の分岐導波管に、分岐したり、分配したりすることができる。
【０００９】
このように、他の発明は、導波管はスイッチ部で、導波管と類似構造の分岐された分岐導波管を有し、導体スイッチ片は、分岐導波管に設けられたスタブの開放口に対しても遮蔽と開放とを切り換え可能に配設したものである。さらに、他の発明は、導波管はスイッチ部で、導波管と類似構造の分岐された分岐導波管を有し、分岐導波管に設けられたスタブの開放口に対しても遮蔽と開放とを切り換え可能に配設された第２の導体スイッチ片を有することを特徴とするものでもある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、電界集中ギャップに沿って電波を伝搬させる電界集中板に、スリットから成るスタブを設けて、このスタブの電界集中ギャップに面する開口部を、遮蔽し、又は、開放する導体スイッチ片とを設けたものである。したがって、この導体スイッチ片を可動させるだけで、電波の通過と遮断とを制御することができる。この導体スイッチ片は、微小幅のスリットを遮蔽できるほどのものであれば十分であるので、非常に、小さな導体片で構成することができ、構造が極めて簡単となる。多数の分岐導波管を有する場合も同様であり、この導体スイッチ片で、スリットの開口部を遮蔽したり開放したりすることで、所望の選択された一つ又は複数の分岐導波管の方向に電波を伝搬させたり、遮断したりすることができる。一つの導体スイッチ片を回転させることで、各分岐導波管のスリットの開口部を、順次、遮蔽できる構造にした場合には、任意の一つの分岐導波管を選択して、この分岐導波管にのみ電波を伝搬できる分配器を構成することができる。このようにして、本発明は、小型且つ構造簡単な導体スイッチを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の具体的な実施例を図を参照しながら説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の具体的な一実施例に係る導波管スイッチ１の構成を示した斜視図である。本実施例の導波管スイッチ１において、伝搬させる電波の周波数は７６ＧＨｚである。本実施例では、導波管に方形導波管を用いた。本導波管スイッチ１は、主導波管１０とこれと直交する分岐導波管１２とで構成されている。主導波管１０は、相互に平行な一対の管壁１０ａと１０ｃ、及び、相互に平行な一対の管壁１０ｂと１０ｄとの４面で構成されている。座標系を、主導波管１０内で電波の伝搬する方向を−ｘ軸、導波管断面における幅の広い辺（管壁１０ａ、１０ｃの幅方向の辺）をｙ軸方向、幅の狭い辺（管壁１０ｂ、１０ｄの幅方向の辺）をｚ軸方向にとる。幅の広い辺の長さは２．５６ｍｍ、幅の狭い辺の長さは０．６３ｍｍである。主導波管１０と直交する−ｙ軸方向に分岐導波管１２が形成されている。分岐導波管１２の寸法は、主導波管１０の寸法と同一である。分岐導波管１２は、ｘｙ面に平行な一対の管壁１２ａと１０ｃ、及び、ｙｚ面に平行な一対の管壁１２ｂと１２ｄとの４面で構成されている。管壁１０ａと管壁１２ａは、同一平面の管壁を、管壁１０ｃと管壁１２ｃは、同一平面の管壁を、管壁１０ｂと管壁１２ｂは、直交する平面の管壁を、管壁１０ｄと管壁１２ｄは、直交する平面の管壁を、それぞれ、構成している。
【００１３】
主導波管１０の管壁１０ａの幅の中心部においてその管壁１０ａに垂直の方向に突出し、電磁波の伝搬方向に沿って、第１の電界集中板１４が設けられている。この第１の電界集中板１４の幅（ｙ軸方向の幅）は、０．２６ｍｍである。また、第１の電界集中板１４の先端のｘｙ面に平行な端面１４ａと、管壁１０ｃとの間が、電波の伝搬方向に伸びた第１の電界集中ギャップ１６を構成している。この第１の電界集中ギャップ１６の間隔（ｚ軸方向）は、０．０５ｍｍである。図２に示すように、分岐導波管１２にも、完璧１２ａに垂直に、その幅方向の中央部から対向する管壁１２ｃに向けて立設された第２の電界集中板１８が電波の伝搬方向に沿って設けられている。そして、第２の電界集中板１８の先端のｘｙ面に平行な端面１８ａと、管壁１２ｃとの間が、電波の伝搬方向に伸びた第２の電界集中ギャップ２０を構成している。
【００１４】
そして、第１の電界集中板１４と第２の電界集中板１８とが、直交する部分がスイッチ部２６である。図３は、図１のラインＬ１で切断した導波管の断面図である。第２の電界集中板１８には、管壁１２ｃに垂直な方向（ｚ軸方向）に立ち上がり、中点部で、管壁１２ｃに平行に折り曲げられた第２のスリット２４が形成されている。第２の電界集中板１８の端面１８ａに、第２のスリット２４の開口２４ａが形成されている。この開口２４ａの大きさは、電波の伝搬方向（−ｙ軸方向）の辺が０．０５ｍｍ、壁面１０ｂに平行な辺（ｘ軸方向）の長さは、第２の電界集中板１８の幅と等しい０．２６ｍｍである。
【００１５】
図４は、図１におけるラインＬ２の位置で主導波管１０を切断して得られる断面図であり、図５は、図１のラインＬ３の位置で、第１の電界集中板１４に沿って主導波管１０を切断して得られる断面図である。第１の電界集中板１４にも、管壁１０ｃに垂直な方向（ｚ軸方向）に立ち上がり、中点で、電波の伝搬方向（−ｘ軸方向）に沿って曲げられた第１のスリット２２が形成されている。第１の電界集中板１４の端面１４ａに、第１のスリット２２の開口２２ａが形成されている。この開口２２ａの大きさは、電波の伝搬方向（−ｘ軸方向）の辺が０．０５ｍｍ、壁面１２ｂに平行な辺（ｙ軸方向）の長さが、第１の電界集中板１４の幅に等しい０．２６ｍｍである。
【００１６】
第１のスリット２２と第２のスリット２４の、それぞれの長さは、伝搬する電波の管内波長／４である。図６は、図１のラインＬ４の位置で、管壁１０ｃに平行（ｘｙ面に平行）に、第１のスリット２２、第２のスリット２４の立ち上げ部（ｚ軸方向に平行な区間）で、第１の電界集中板１４と第２の電界集中板１８とを切断して得られる断面図である。第１の電界集中板１４と第２の電界集中板１８の交差部にスイッチ部２６が形成されており、スイッチ部２６において、第１のスリット２２の開口２２ａ、第２のスリット２４の開口２４ａが形成されていることが理解される。
【００１７】
そして、図５に示すように、第１のスリット２２の開口２２ａを遮蔽するように導体スイッチ片３０が設けられている。この導体スイッチ片３０は短冊形状をした板であり、その一端３０ａには、ロッド３２が接合されている。第１の電界集中板１４には、管壁１０ａを貫通して、管壁１０ａに垂直な方向に孔３３が形成されている。ロッド３２は、その孔３３内に回動自在に配設されて、管壁１０ａの外部に貫通している。ロッド３２の上端部には、そのロッドに直角方向、すなわち管壁１０ａに平行に伸びたレバー３４が形成されている。このレバー３４を回転させることで、図５に示すような、第１のスリット２２の開口２２ａを、導体スイッチ片３０が、遮蔽して、両側の第１の電界集中板１４を電気的に短絡させる位置と、図７．Ｂに示すように、導体スイッチ片３０が、第２のスリット２４の開口２４ａを遮蔽して、両側の第２の電界集中板１８を短絡させる位置とで、切り換えることができる。
【００１８】
このような構成の導波管スイッチ１において、導体スイッチ片３０の位置を図７．Ａと図７．Ｂとに示す２位置で切り換えた場合の電波の伝搬について電磁界シミュレーションを行った。シミュレーション結果によると、図７．Ａに示すように、導体スイッチ片３０を主導波管１０の第１のスリット２２の開口２２ａを遮蔽する位置にした場合には、電波は、主導波管１０に沿って−ｘ軸方向に伝搬するだけで、分岐導波管１２の側への伝搬は見られなかった。また、図７．Ｂに示すように、導体スイッチ片３０を分岐導波管１２の第２のスリット２４の開口２４ａを遮蔽する位置にした場合には、電波は、主導波管１０からスイッチ部２６において、進行方向を直角方向に曲げ、分岐導波管１２の側に伝搬し、主導波管１０の方向には伝搬しなかった。
【００１９】
上記実施例において、電界集中ギャップ１６、２０は、電界集中板１４と管壁１０ｃの間、電界集中板１８と管壁１２ｃの間に設けているが、図８のように構成しても良い。すなわち、管壁１０ａの幅の中央部に立設された電界集中板１４１と、管壁１０ｃの幅の中央部に立設された電界集中板１４２と設け、それらの先端端面間に、電界集中ギャップ１６１を形成しても良い。分岐導波管１２における電界集中ギャップ２０も、同様に、一対の電界集中板を設けて、それらの先端端面間に形成しても良い。また、円形導波管の場合には、図９に示すように、主導波管１００の間壁１００ａに垂直に立設させた一対の電界集中板１４３、１４４を対向させて、そられの先端端面間に、電界集中ギャップ１６２を設けたものでも良い。スリットや導体スイッチ片の構成は、上記の実施例と同一で良い。  
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、所望の分岐導波管の方向に電波の伝搬を切り換える、又は、所望の分岐導波管に電波を分岐又は分配するスイッチに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の具体的な一実施例に係る導波管スイッチの構成を示した斜視図。
【図２】同実施例に係る導波管の部分断面図。
【図３】同実施例に係る導波管の図１のラインＬ１での断面図。
【図４】同実施例に係る導波管の図１のラインＬ２での断面図。
【図５】同実施例に係る導波管の図１のラインＬ３での断面図。
【図６】同実施例に係る導波管の図１のラインＬ４での断面図。
【図７．Ａ】同実施例に係る導波管の主導波管方向へ伝搬させる場合の導体スイッチの位置を示した説明図。
【図７．Ｂ】同実施例に係る導波管の分岐波管方向へ伝搬させる場合の導体スイッチの位置を示した説明図。
【図８】変形例に係る導波管スイッチにおける導波管の断面図。
【図９】他の変形例に係る導波管スイッチにおける導波管の断面図。
【符号の説明】
【００２２】
１０…主導波管
１２…分岐導波管
１０ａ〜１０ｄ，１２ａ〜１２ｄ…管壁
１４…第１の電界集中板
１６…第１の電界集中ギャップ
１８…第２の電界集中板
２０…第２の電界集中ギャップ
２２…第１のスリット
２４…第２のスリット
２２ａ，２４ａ…開口
３０…導体スイッチ片
３２…ロッド
【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．Ａ】
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【図７．Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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