JP2010087981A - 導波管接続素子及び導波管 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの導波管の接続部分の構造を小型化できる導波管接続素子を提供する。
【解決手段】導波管接続素子１は、２つの導波管２１、２２を接続するものであり、接続素子本体２と、接続素子本体２を一方の導波管２１に固定する固定部材６とを備える。接続素子本体２は、２つの導波管２１、２２の接続時に他の導波管２２の管軸方向に電流が流れる内面（壁部２２ａの内面）に接し、２つの導波管２１、２２の内面同士を電気的に接続する管内板部３を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つの導波管を接続するために用いられる導波管接続素子、及び、他の導波管と接続するために接続構造を有する導波管に関する。

導波管は、円形状や方形状の中空の金属管からなり、電磁波を伝播させるものである。このような導波管は、アンテナに電力を供給する給電線として使用できる。

導波管同士を接続させる方法としては、導波管の開口端同士を密着させる方法がある。具体的には、両導波管の開口端にフランジを形成して、このフランジ同士を突き合わせて、ボルト等で締め付ける方法が用いられている（例えば、特許文献１の第２図参照）。

しかしながら、一般的に、フランジや導波管は、鋳造によって製造されており、その表面に凹凸が生じやすいため、フランジ同士の間に隙間が生じる場合がある。隙間があると、インピーダンスが変化して反射波が生じ、その結果、反射損失が大きくなってしまう。また、隙間から電磁波が外部に漏れて、損失が大きくなる場合もある。
この問題を解消するには、フランジを鋳造により製造した後で開口端を精度良く加工するか、削り出しなどの寸法精度の高い製法でフランジを製造する必要がある。そのため、製造コストが高くなってしまう。また、たとえ寸法精度を向上させても、正確に位置合わせして、フランジ同士を隙間なく接触させる作業は困難である。

そこで、突き合わされる２つのフランジのうちの一方に所謂チョーク付フランジを使用して、導波管の開口端同士を直接接触させずに導波管を接続する方法が採用されている（例えば、特許文献１の第３図参照）。チョーク付フランジには、導波管の内面に連結された断面ハット状のチョーク溝が形成されている。このチョーク溝の導波管の内面からの奥行は、全部で１／２波長(管軸方向に直交する方向の奥行きが１／４波長、管軸方向の奥行きが１／４波長)に設定されている。これにより、導波管の開口端同士が直接接触しているのと等価になり、良好な反射特性で伝送することができる。

実開昭６３―１３１４０１号公報（第２図、第３図）

ところで、近年、アンテナを用いたレーダー装置、特に航海用レーダー装置では、風の影響を低減するなどの目的から、小型化が求められている。そのため、アンテナ自体の小型化に加えて、給電用の導波管をより狭い空間に設置して、給電部分も小型化することが求められている。

しかしながら、導波管同士を接続する際に、上述したようなフランジ又はチョーク付フランジを用いた場合、フランジが導波管の外面よりも突出しているため、導波管の外面と他の部品等との間に少なくともフランジの突出分の隙間を空けてなければならず、導波管を狭い空間に設置することができなかった。

そこで、本発明は、２つの導波管の接続部分の構造を小型化できる導波管接続素子及び導波管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及び発明の効果

請求項１に記載の導波管接続素子は、２つの導波管を接続する導波管接続素子であって、接続素子本体と、前記接続素子本体を一方の導波管に固定する固定部材とを備え、前記接続素子本体は、少なくとも管軸方向に電流が流れる面に配置され、前記２つの導波管の接続時に他の導波管の内面に接し、前記２つの導波管の内面同士を電気的に接続する管内板部を備えることを特徴とする。

この構成によると、２つの導波管を導波管接続素子によって接続した際、接続素子本体は、固定部材によって一方の導波管に固定され、接続素子本体の管内板部は、他方の導波管の内面に接している。このように、導波管接続素子は、フランジのように導波管の外面から突出する部分を有していないため、２つの導波管の接続部分の構造を小型化することができる。
また、導波管内を電磁波が伝播するとき、導波管の内面には、導波管の内面付近で生じる磁界成分に直交する方向に電流が流れる。管内板部は、少なくとも管軸方向に電流が流れる面に配置され、他の導波管の内面に接しており、２つの導波管の内面同士を電気的に接続している。このような管内板部を設けることにより、２つの導波管の接続部分において、管軸方向に流れる電流の流れが阻害されるのを防ぐことができる。その結果、電磁界が乱れることによる反射損失を抑制できる。

請求項２に記載の導波管接続素子は、請求項１において、前記管内板部の前記管軸方向の長さが、前記導波管の内部を伝播する電磁波の管内波長の１/２の整数倍にほぼ等しいことを特徴とする。

管内板部は導波管の内側に配置されるため、２つの導波管の接続部分の内寸は、管内板部の管軸方向の両端部において、それぞれ管内板部の板厚分だけ変化する。そのため、管内板部の板厚や導波管内の電界の強さ等によっては、インピーダンスが変化して反射損失が大きくなってしまう場合がある。しかしながら、管内板部の管軸方向の長さを、管内波長の１／２の整数倍にほぼ等しい値とすることにより、インピーダンスの整合が取れて、反射損失を低減することができる。
具体的には、管内板部の管軸方向の両端部では、導波管の内寸が管内板部の板厚分だけ変化して電界の強さが変化するため、それぞれ誘導性リアクタンス成分と容量性リアクタンス成分が生じる。この誘導性リアクタンス成分と容量性リアクタンス成分とは、管内板部の管軸方向長さを上記の値に設定することにより、並列共振回路を構成することとなる。並列共振回路は、インピーダンスが無限大であり、接続されていないのと同等となる。そのため、インピーダンスの整合が取れ、反射損失を低減できる。

請求項３に記載の導波管接続素子は、請求項１又は２において、前記管内板部がバネ性を有し、前記バネ性により前記管内板部が前記導波管の内面に付勢されることを特徴とする。

この構成によると、管内板部はバネ性を有しており、このバネ性によって導波管の内面に付勢されているため、管内板部を導波管の内面に確実に接触させることができる。そのため、導波管の内面と管内板部と接触部分で、電流の流れが阻害されるのを防止でき、その結果、電磁界が乱れることによる反射損失を抑制できる。

請求項４に記載の導波管接続素子は、請求項１〜３の何れかにおいて、前記管内板部に、スリットが形成されていることを特徴とする。

この構成によると、管内板部にスリットが形成されていることにより、管内板部を導波管の内面に均一に接触させることができる。そのため、導波管の内面と管内板部と接触部分で、電流の流れが阻害されるのを防止でき、その結果、電磁界が乱れることによる反射損失を抑制できる。

請求項５に記載の導波管接続素子は、請求項１〜４の何れかにおいて、前記固定部材が、前記接続素子本体を前記一方の導波管に固定するネジ部材であることを特徴とする。この構成によると、ネジ部材を用いることにより、接続素子本体と導波管とを確実に固定することができる。

請求項６に記載の導波管接続素子は、請求項５において、前記導波管が、方形導波管であって、前記ネジ部材の固定位置が、前記一方の導波管の角部付近であることを特徴とする請求項５に記載の導波管接続素子。

方形導波管の管軸方向に直交する断面の電界分布において、導波管の角部付近は、電界の弱い位置である。ネジ部材の固定位置を、導波管の角部付近とすることにより、ネジ部材の先端が導波管内に突出しても、電界への影響を小さくすることができ、反射損失を抑制することができる。

請求項７に記載の導波管接続素子は、請求項１〜６の何れかにおいて、前記管内板部は、前記他の導波管内から前記一方の導波管内まで延在しており、前記固定部材は、前記管内板部を前記一方の導波管の内面に固定することを特徴とする。

この構成によると、管内板部は、２つの導波管の内面に接しているため、２つの導波管の開口端同士をほとんど隙間なく接触させることが可能となる。そのため、隙間に起因する反射損失を低減できる。

請求項８に記載の導波管は、他の導波管と接続するための接続構造を有する導波管であって、前記接続構造は、少なくとも管軸方向に電流が流れる面に配置され、前記他の導波管との接続時に前記他の導波管の内面に接し、前記他の導波管と電気的に接続する管内板部を備えることを特徴とする。

この構成によると、本発明の導波管と他の導波管とを接続した際、本発明の導波管の接続構造の管内板部は、他の導波管の内面に接している。接続構造は、フランジのように導波管の外面から突出する部分を有していないため、他の導波管との接続部分の構造を小型化することができる。
また、導波管内を電磁波が伝播するとき、導波管の内面には、導波管の内面付近で生じる磁界成分に直交する方向に電流が流れる。管内板部は、管軸方向に電流が流れる面に配置されて他の導波管の内面に接しており、且つ、他の導波管と電気的に接続している。このような管内板部を設けることにより、他の導波管との接続部分において、管軸方向に流れる電流の流れが阻害されるのを防ぐことができる。その結果、導波管内の電磁界が乱れることによる反射損失を抑制できる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本実施形態では、２つの方形導波管を接続する際に、本発明の導波管接続素子を適用した場合を例に挙げて説明する。

図１及び図３に示すように、本実施形態の導波管接続素子１によって接続される２つの導波管２１、２２は、断面形状が長方形状の方形導波管である。導波管２１、２２は、アルミや銅などの金属材料で形成されており、内面には、平滑性を高めるために金又は銀のメッキが施されている。導波管２１は、断面形状の長辺を構成する２つの長辺壁部２１ａと、断面形状の短辺を構成する２つの短辺壁部２１ｂとから構成されている。導波管２２も同様に、２つの長辺壁部２２ａと、２つの短辺壁部２２ｂとから構成されている。２つの導波管２１、２２の開口内寸は同じである。導波管２１、２２の長辺方向の内寸(長辺壁部２１ａ、２２ａの内面の幅）をａ、導波管２１、２２の短辺方向の内寸(短辺壁部２１ｂ、２２ｂの内面の幅）をｂとする。また、導波管２１の壁厚は、導波管２２の壁厚よりも厚くなっている。これは、導波管２１には、後述するネジ部材６によって後述する接続素子本体２が固定されるためである。なお、導波管２１、２２の壁厚は同じであってもよい。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、２つの導波管２１、２２は、開口端同士が対向した状態で、２つの導波管接続素子１によって接続されている。電磁波の伝搬方向は、導波管２１から導波管２２へ向かう方向とする。

図１（ｂ）に示すように、２つの導波管２１、２２の開口端の間には、後述する導波管接続素子１の連結部５が介在している。詳細には、長辺壁部２１ａの端面と長辺壁部２２ａの端面の間に、連結部５が介在している。導波管２１、２２の開口端の間隔をＷとする。導波管２２の開口端と連結部５とは必ずしも密着していなくてもよい。従って、間隔Ｗは、連結部５の板厚と同じかそれ以上である。また、短辺壁部２１ｂの端面と短辺壁部２２ｂの端面との間には、間隔Ｗの隙間が生じていることとなる。

各長辺壁部２１ａには、後述する接続素子本体２を固定するための２つのネジ孔２１ｃが形成されている。２つのネジ孔２１ｃは、長辺壁部２１ａの短辺壁部２１ｂに近い位置に形成されている。つまり、ネジ孔２１ｃは、導波管２１の角部付近に形成されている。

導波管２１、２２内を伝播する電磁波の伝播モードは、ＴＥ１０モードである。ＴＥ１０モードは、ＴＥモードの１つであり、ＴＥモードは、電磁波の伝播方向の電界成分が存在しない伝播形式である。なお、導波管２１、２２内を伝播する電磁波の伝播モードは、ＴＥｎ０モード（ｎは整数）であることが好ましい。

図３（ａ）〜（ｃ）に、導波管２１内を伝播する電磁波の電磁界分布を示す。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、電界は、短辺方向に平行（長辺壁部２１ａに直交する方向）に生じている。短辺壁部２１ｂの内面において電界は０になり、長辺方向の中心部で電界は最大となる。また、図３（ａ）及び（ｃ）に示すように、磁界は、長辺壁部２１ａに平行であって、電界に直交するように環状に生じている。また、導波管２１、２２内を伝播する電磁波の管内波長をλｇとする。

また、図４に、導波管２１の内面を流れる電流の方向と磁界分布を示す。なお、図４は、導波管２１を展開した場合の導波管２１の内面を表示しているが、２つの長辺壁部２１ａのうちの一方は省略している。図４に示すように、導波管２１の内面（詳細には、内面及び内面近傍の壁内部）には、磁界に直交する方向に電流が流れている。電流は、短辺壁部２１ｂでは、管軸方向に直交する方向にのみ流れており、長辺壁部２１ａでは、長辺の中央において管軸方向に流れている。

以下、本発明の実施の形態である２つの導波管接続素子１について説明する。
図１（ｂ）に示すように、２つの導波管接続素子１は、同形であって、導波管２１、２２内を流れる電流が管軸方向である面に対向配置されている。ここでは、ＴＥ１０モードの伝播モードで電磁波が伝播するため、導波管内を伝送する電磁波のＨ面に対向する面である長手方向の面（長辺壁部２２ａ）に導波管接続素子１が配置されることとなる。なお、ＴＥｎ０モードの場合も同様である。

導波管接続素子１は、接続素子本体２とネジ部材（固定部材）６とから構成されている。接続素子本体２は、導波管２２の内面に接する管内板部３と、導波管２１の外面に接する管外板部４と、連結部５とから構成されている。連結部５は、管内板部３と管外板部４とを連結するとともに、２つの導波管２１、２２の開口端同士の間に介在している。

接続素子本体２は、１枚の金属板を折り曲げることにより形成された板状部材である。接続素子本体２を構成する金属としては、電気伝導性が高いものが用いられる。具体的には、例えば、リン青銅、銅などが挙げられる。また、接続素子本体２の表面には、金メッキや、銀メッキが施されていてもよい。なお、接続素子本体２のうち、少なくとも管内板部３が金属製であれば、それ以外の部分は金属以外の材料（例えば樹脂やセラミックスなど）で形成されていてもよい。また、接続素子本体２の管軸方向に直交する方向（導波管２２の長辺方向）の幅は、導波管２２の長辺方向の内寸ａと同じ又は内寸ａより若干小さい。

図１（ｂ）に示すように、管内板部３は、長辺壁部２２ａの内面に接している。また、管内板部３の図１中の左端は、導波管２１の開口端まで延在しており、その先端には連結部５が接続されている。これにより、２つの導波管２１、２２の内面は、管内板部３によって電気的に接続されている。管内板部３の管軸方向の長さ（以下、単に管内板部３の長さという）ｓは、管内波長λｇの１／２の整数倍にほぼ等しい値が好ましい。具体的には、例えば０．４２λｇ〜０．５λｇの整数倍の値が好ましい。

また、管内板部３には、管内板部３を導波管２２の内壁に均一に接触させるために、管軸方向に延在する４つのスリット３ａが並列して形成されている。なお、スリット３ａの延在方向は必ずしも管軸方向でなくてもよい。また、スリット３ａは必ずしも形成されていなくてもよい。また、管内板部３の連結部５と反対側の先端部は、略４５度で直線状に隅切りされている。

図２に示すように、接続素子本体２に外力が作用していない無負荷状態では管内板部３と連結部５とがなす角度は、９０度よりも若干小さい角度であるが、図１（ｂ）に示すように、導波管２１、２２の内面に接している状態では、管内板部３と連結部５とがなす角度は、ほぼ９０度となっている。そのため、管内板部３はバネ性を有しており、そのバネ性によって管内板部３は長辺壁部２２ａの内面に付勢されている。これにより、管内板部３は長辺壁部２２ａの内面に確実に接触している。

管外板部４は、長辺壁部２１ａの外面に接している。図２に示すように、無負荷状態では管外板部４と連結部５とがなす角度は、ほぼ９０度である。図１（ｂ）及び図２に示すように、管外板部４には、長辺壁部２１ａに形成された２つのネジ孔２１ｃに対応する位置に、２つの貫通孔４ａが形成されている。

ネジ部材６は、貫通孔４ａ及びネジ孔２１ｃに螺合され、管外板部４を長辺壁部２１ａに固定している。ネジ部材６を用いることにより、接続素子本体２と導波管２１とを確実に固定することができる。

また、ネジ部材６の先端は、導波管２１（長辺壁部２１ａ）の内面から突出している。ネジ部材６の導波管２１の内面からの突出量をＤとする。なお、導波管２１の壁厚を厚くして、ネジ部材６を導波管２１内に突出しないようにしてもよい。

以上説明した２つの導波管接続素子１により２つの導波管２１、２２を接続する際には、まず、２つの接続素子本体２の管外板部４を、ネジ部材６によって導波管２１の２つの長辺壁部２１ａにそれぞれ固定する。次に、管内板部３と連結部５とのなす角度が９０度以上になるように、管内板部３を押圧し、その状態で、管内板部３を導波管２２の内側に挿入する。このとき、管内板部３の先端部の角部が隅切りされているため、挿入しやすい。なお、導波管２１、２２の接続時には、挿入した管内板部３が導波管２２から抜け出ることを防止するために、導波管２１、２２を固定する保持部材を設けることが望ましい。

２つの導波管の開口端にそれぞれフランジを設けて、開口端同士（フランジ同士）を突き合わせて接続する場合、フランジが導波管の外面よりも突出しているため、導波管の接続部分の構造を小型化できない。一方、本実施形態の導波管接続素子１の場合、フランジのように導波管の外面から大きく突出する部分を有していないため、２つの導波管２１、２２の接続部分の構造を小型化することができる。

また、２つの導波管の開口端同士を突き合わせて接合する場合、予め、開口端面や内面の寸法精度を高くするための加工等を行い、さらに、厳密に位置を合わせて接合する必要がある。また、上述したような２つの導波管の外面に接する接続具の場合、導波管の開口端面や内面だけでなく、外面の寸法精度も高くする必要がある。一方、本実施形態では、導波管２１、２２の開口端同士を密着させる構成ではなく、さらに、導波管２１、２２の開口端同士の間隔Ｗには精密性は要求されない。そのため、上述したような加工等の手間を省略でき、製造コストを低減できるとともに、厳密な位置合わせが不要なため、接続作業が容易になる。

また、上述したように、長辺壁部２２ａの内面（及び内面側の壁内部）には、管軸方向に平行に電流が流れている（図４参照）。そのため、管内板部３と長辺壁部２２ａとが接触していない場合、電流の流れが阻害されて、電磁界が乱れるため、反射損失が大きくなってしまう。さらに、電流の流れが阻害されることにより、導波管２１、２２又は管内板部３が発熱し、熱損失が大きくなってしまう場合がある。本実施形態では、管内板部３は、長辺壁部２２ａの内面に接しており、２つの導波管２１、２２の内面同士を電気的に接続している。このような管内板部３を設けることにより、２つの導波管２１、２２の接続部分において、管軸方向に流れる電流の流れが阻害されるのを防ぐことができる。その結果、電磁界が乱れることによる反射損失を抑制できるとともに、発熱による損失を抑制することができる。

また、上述したように、管内板部３はそのバネ性によって長辺壁部２２ａの内面に付勢されているため、管内板部３を長辺壁部２２ａの内面に確実に接触する。さらに、管内板部３にはスリット３ａが形成されているため、管内板部３を導波管２２の内面に均一に接触させることができる。これらにより、導波管２１、２２の内面と管内板部３と接触部分で、電流の流れが阻害されるのを防止でき、その結果、電磁界が乱れることによる反射損失を抑制できるとともに、発熱による損失を抑制することができる。

また、２つの導波管の開口端同士を突き合わせて接合する場合、開口端同士の間に隙間が生じていると、インピーダンスが変化して反射波が生じるため、反射損失が大きくなってしまう。一方、本実施形態では、管内板部３が、長辺壁部２２ａの内面に接するとともに、導波管２１の開口端まで延在しているため、導波管２１、２２の開口端同士の間の隙間Ｗは、導波管の内側から管内板部３によって塞がれていることとなる。そのため、隙間に起因する反射損失を抑制することができる。

また、上述したように、導波管２２内に生じる電界は、長辺方向の中央部において最大となるため、仮にネジ部材６の固定位置を、長辺壁部２１ａの長辺方向のほぼ中央部とした場合、ネジ部材６の先端が導波管２１内に突出していると、電界分布が乱れて反射が生じ、反射損失が大きくなってしまう。本実施形態では、ネジ部材６の固定位置を、長辺壁部２１ａの短辺壁部２１ｂに近い位置（導波管２１の角部付近）としているため、ネジ部材６の先端が導波管２１内に突出していても、電界への影響を小さくすることができ、反射損失を抑制することができる。なお、反射損失をより抑制するには、ネジ部材６は導波管２１に突出していないことが好ましい。

また、導波管２１、２２の接続部分の内寸は、管内板部３の管軸方向の両端部において、それぞれ管内板部３の板厚分だけ変化している。そのため、管内板部３の板厚や導波管内の電界の強さ等によっては、インピーダンスが変化して反射損失が大きくなってしまう場合がある。しかしながら、管内板部３の管軸方向の長さｓを、管内波長λｇの１／２の整数倍にほぼ等しい値とすることにより、インピーダンスの整合が取れて、反射損失を低減することができる。その理由について、以下、具体的に説明する。

図１（ａ）に示すように、導波管２１の開口端から管内板部３の図１中の右端までの区間を接続区間２３とし、接続区間２３以降の導波管２２を、導波管２２´とする。

ＴＥ１０モードの場合、導波管の特性インピーダンスは、導波管の長辺方向の内寸と、電磁波の自由空間波長とに依存している。図１（ａ）に示すように、導波管２１、接続区間２３及び導波管２２´の長辺方向の内寸はａで一定である。そのため、導波管２１の特性インピーダンスＺ_１［Ω］、導波管２２´の特性インピーダンスＺ_２［Ω］、接続区間２３の特性インピーダンスＺ_３［Ω］は互いに同じである。

一方、図１（ｂ）に示すように、短辺方向の内寸は、導波管２１と接続区間２３との境界、及び、導波管２２´と接続区間２３との境界において、管内板部３の板厚分だけ変化する。短辺方向（電界方向）の内寸が変化すると、電界の強さが変化して、リアクタンス成分が生じる。電磁波の進行方向は、導波管２１から導波管２２´へと進む方向であるため、導波管２１と接続区間２３との境界では、短辺方向の幅が狭くなっており、容量性リアクタンス成分Ｘ_Ｃが生じる。また、接続区間２３と導波管２２´との境界では、短辺方向の幅が広くなるため、誘導性リアクタンス成分Ｘ_Ｌが生じる。つまり、図５（ａ）に示すように、２つの導波管２１、２２を導波管接続素子１により接続した回路は、導波管２１と接続区間２３との境界に容量性リアクタンス成分Ｘ_Ｃが接続され、導波管２２´と接続区間２３との境界に誘導性リアクタンス成分Ｘ_Ｌが接続されたのと等価の回路となる。

ここで、接続区間２３の終端Ｂに、誘導性リアクタンス成分Ｘ_ＬとインピーダンスＺ_２の素子とが並列接続されていると解釈する。誘導性リアクタンス成分Ｘ_ＬとインピーダンスＺ_２の素子との合成インピーダンスをＺ_２Ｌ［Ω］とすると、接続区間２３の始端ＡからＢ側を見た場合の入力インピーダンスＺin［Ω］は、下記数式１で表される。ここで、接続区間２３は、完全導体であり、無損失の伝送路であるものとする。

上記数式１の接続区間２３の長さｓに、ｓ＝ｎ×λｇ／２（ｎ：整数）を代入すると、Ａ点からＢ点側を見た場合の入力インピーダンスＺinは、下記数式２で表される。

従って、接続区間２３の長さがλｇ／２の整数倍の場合、図５(ｂ)に示すように、Ａ点に接続区間２３が接続されておらず、Ａ点に直接誘導性リアクタンス成分Ｘ_ＬとインピーダンスＺ_２の素子とが並列接続されているのと等価の回路となる。

これにより、容量性リアクタンス成分Ｘ_Ｃと誘導性リアクタンス成分Ｘ_Ｌとは並列接続されていることとなり、並列共振回路が構成される。並列共振回路は、周波数が共振周波数の場合、インピーダンス（リアクタンス）は無限大となり接続されていないのと同等となる。その結果、Ａ点の上流側のインピーダンスＺ₁と、Ａの下流側のインピーダンスＺ_２とが同じになり、整合が取れる。

以上により、管内板部３の長さ（接続区間２３の長さ）ｓがλｇ／２の整数倍の場合、インピーダンスの整合が取れるため、反射損失を低減できる。また、管内板部３の長さｓが、λｇ／２の整数倍から若干ずれた値であっても、ほぼ同様の効果が得られる。

なお、２つの導波管の接続部分の構造の小型化を実現する接続具としては、２つの導波管の外面に接して、２つの導波管にそれぞれ固定される板状の接続具も考えられるが、このような接続具の場合、２つの導波管の開口端同士の間に隙間が生じていると、その箇所で導波管の内寸が変化して、インピーダンスが変化するため、反射損失が大きくなる場合がある。一方、本実施形態では、管内板部３の板厚分だけ内寸が変化するが、上述したように、管内板部３の管軸方向長さを管内波長λｇの１／２の整数倍にほぼ等しい値に設定することにより、インピーダンスの整合が取れ、反射損失を低減することが可能となる。

前記実施形態の導波管接続素子１を用いて２つの導波管２１、２２を接続した構造について、管内板部３の長さｓを変化させた場合の、反射特性Ｓ１１及び透過特性Ｓ２１をシミュレーションにより求めた。

反射特性Ｓ１１及び透過特性Ｓ２１は、所謂Ｓ(Scattering) パラメータの要素である。反射特性Ｓ１１は、入力電力に対する反射電力の比をデシベルで表したものであり、透過特性Ｓ２１は、入力電力に対する伝送された電力の比をデシベルで表したものである。

なお、シミュレーションでは、導波管２１、２２、接続素子本体２及びネジ部材６は全て導体とした。また、導波管２１、２２の内寸（ａ×ｂ）を２２．９ｍｍ×１０．２ｍｍとし、導波管２１の壁厚を２ｍｍ、導波管２２の壁厚を１．２５ｍｍとした。接続素子本体２は、長辺方向の幅を２２ｍｍ、板厚を０.５ｍｍとし、管内板部３には、切り込み幅が１ｍｍのスリット３ａを４つ形成した。長辺壁部２１ａのネジ孔の中心位置は、短辺壁部２１ｂから３．２ｍｍ、開口端から４．０ｍｍの位置とした。ネジ部材６の径を３ｍｍとし、ネジ部材６の導波管２１内への突出量Ｄは０ｍｍとした。また、導波管２１、２２の開口端の間の間隔Ｗは、接続素子本体２の板厚と同じ０．５ｍｍとした。

また、上記形状の導波管２１、２２では、電磁波の周波数を９．４１ＧＨｚとすると、管内波長λｇは４４．３ｍｍとなる。この管内波長λｇの値を基準として管内板部３の長さｓを変えてシミュレーションを行った。図６〜１０は、管内板部３の長さｓを、それぞれ１８．６ｍｍ（０．４２λｇ）、２０ｍｍ（０．４５λｇ）、２２．２ｍｍ（０．５λｇ）、４２ｍｍ（≒λｇ）、１１ｍｍ（０．２５λｇ）とした場合の、反射特性Ｓ１１及び透過特性Ｓ２１の周波数特性を示すグラフである。横軸は周波数(単位：ＧＨｚ)を、縦軸は反射特性Ｓ１１及び透過特性Ｓ２１(単位：ｄＢ)を示す。各グラフ中、反射特性Ｓ１１を実線で示し、透過特性Ｓ２１を破線で示し、さらに、周波数９．４１ＧＨｚのラインを破線で表示している。

図６に示すように、ｓ＝２２ｍｍ（０．５λｇ）の場合、周波数９．４１ＧＨｚにおいて、約−３１ｄＢの良好な反射特性Ｓ１１が得られた。また、ｓ＝２２ｍｍの場合、反射特性Ｓ１１の周波数特性は、９．０ＧＨｚにおいて、共振によるピークが生じている。

また、図６〜８に示すように、ｓ＝１８．６ｍｍ（０．４２λｇ）〜２２．２ｍｍ（０.５λｇ）の範囲内であれば、−３０ｄＢ以下の良好な反射特性Ｓ１１が得られることがわかった。また、管内板部３の長さｓが短いほど、反射特性Ｓ１１の共振ピークが高周波側に移動しており、図７に示すｓ＝２０ｍｍ（０．４５λｇ）の場合に、周波数９．４１ＧＨｚにおいて、反射特性Ｓ１１の共振ピークとなるため、反射特性が最も良好となることがわかった。

また、図９に示すように、ｓ＝４２ｍｍ（≒λｇ）の場合にも、周波数９．４１ＧＨｚにおいて、−３０ｄＢ以下の良好な反射特性Ｓ１１が得られた。

以上の結果から、管内板部３の長さｓが０．５λｇの整数倍の場合だけでなく、上記の値から若干ずれている場合であっても、−３０ｄＢ以下の良好な反射特性Ｓ１１が得られることがわかった。

また、図１０に示すように、ｓ＝１１ｍｍ（０．２５λｇ）の場合、周波数９．４１ＧＨｚにおいて、反射特性Ｓ１１は約−２０ｄＢであった。なお、−２０ｄＢ程度という数値は、導波管の使用目的によっては使用可能な値である。
また、図６〜１２の各グラフは、反射特性Ｓ１１の共振ピークの周波数が異なるものの、反射特性Ｓ１１の上限値は全て−２０ｄＢ程度であることから、管内板部３の長さｓをどのような値に設定しても、周波数９．４１ＧＨｚにおいて、−２０ｄＢ程度の反射特性Ｓ１１は得ることができると考えられる。つまり、管内板部３の長さｓが、管内波長λｇの１／２の整数倍にほぼ等しい値でなくても、−２０ｄＢ程度の反射特性Ｓ１１を得ることができることがわかった。

また、ネジ部材６の導波管２１内への突出量Ｄが１．０ｍｍ及び１．５ｍｍの場合について、それぞれ、シミュレーションにより反射特性Ｓ１１及び透過特性Ｓ２１を求めた。その結果を、図１１（ａ）及び（ｂ）に示す。なお、管内板部３の長さｓを２０ｍｍとし、その他の条件は、上述したシミュレーション条件と同様とした。

図１１（ａ）及び（ｂ）の結果から、ネジ部材６の導波管２１内への突出量Ｄは１．５ｍｍ程度までであれば、周波数９．４１ＧＨｚにおける反射特性Ｓ１１は約−３０ｄＢ以下となり、図７に示すＤ＝０ｍｍの場合と比べると劣るものの、良好な反射特性Ｓ１１が得られることがわかった。
これは、ネジ部材６の固定位置を電界の弱い短辺壁部２１ｂ側とすることにより、ネジ部材６の電界への影響が小さくなり、反射波が抑制されたためと考えられる。

また、図７及び図１１に示すように、ネジ部材６の導波管２１内への突出量Ｄが長くなるほど、反射特性Ｓ１１の共振ピークが低周波側に移動する。また、上述したように、管内板部３の長さｓが短いほど、反射特性Ｓ１１の共振ピークは高周波側に移動している。そのため、ネジ部材６が導波管２１内へ突出している場合、突出していない場合よりも管内板部３の長さｓを短めに設定することにより、反射特性Ｓ１１を調整して良好な反射特性Ｓ１１を得ることができる。

また、２つの導波管２１、２２の開口端同士の間隔Ｗが４ｍｍの場合について、シミュレーションにより反射特性Ｓ１１及び透過特性Ｓ２１を求めた。その結果を、図１２に示す。なお、管内板部３の長さｓを２０ｍｍ、ネジ部材６の導波管２１内への突出量Ｄを０ｍｍとした。その他の条件は、上述のシミュレーション条件と同様とした。

図１２の結果から、導波管２１、２２の開口端同士の間隔Ｗは４ｍｍ程度までであれば、周波数９．４１ＧＨｚにおける反射特性Ｓ１１は約−３０ｄＢ以下となり、図７に示すＷ＝０．５ｍｍの場合と比べると劣るものの、良好な反射特性Ｓ１１が得られることがわかった。また、周波数９．４ＧＨｚにおける透過特性Ｓ２１は、ほぼ０ｄＢであり、短辺壁部２１ｂ、２２ｂの隙間（及びスリット３ａの隙間）から電磁波が外部に漏れていないことがわかる。

また、図７及び図１２に示すように、間隔Ｗが大きくなるほど、反射特性Ｓ１１の共振ピークが低周波側に移動する。上述したように、管内板部３の長さｓは短いほど、反射特性Ｓ１１の共振ピークが高周波側に移動する。そのため、例えば、導波管２１、２２及び接続素子本体２に寸法誤差や、導波管２２内への管内板部３の差し込み不足などにより、間隔Ｗが比較的大きくなってしまった場合には、管内板部３の長さｓを短めに設定することにより、反射特性Ｓ１１を調整して良好な反射特性Ｓ１１を得ることができる。

次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。

１］前記実施形態では、管内板部３がバネ性を有し、このバネ性により導波管２２の内面に付勢されているが、管内板部３は必ずしもバネ性を有していなくてもよい。つまり、無負荷状態での管内板部３と連結部５とがなす角度がほぼ９０度であってもよい（変更形態１）。但し、この場合、管内板部３と導波管２２とを確実に接触させるために、接続素子本体２及び導波管２２の寸法精度を高くする必要がある。

２］管内板部３と導波管２２にネジ孔をそれぞれ形成して、ネジ部材によって管内板部３を導波管２２に固定してもよい（変更形態２）。この構成によると、接続素子本体２が２つの導波管２１、２２に確実に固定されるため、導波管２１、２２の開口端同士の間隔Ｗは一定となり、それ以上大きくなることがない。そのため、安定した反射特性を得ることができる。

３］図１３に示すように、２つの導波管２１、２２の内面に接する管内板部のみからなる接続素子本体２０２と、この接続素子本体（管内板部）２０２を導波管２１、２２に固定する２つのネジ部材（固定部材）２０６とを備える導波管接続素子２０１であってもよい（変更形態３）。この場合、接続素子本体（管内板部）２０２の管軸方向の長さｓは、管内波長λｇの１／２の整数倍にほぼ等しい値であることが好ましい。
この構成によると、前記実施形態のように導波管２１、２２の開口端同士の間に連結部５が介在しないので、導波管２１、２２の開口端同士をほとんど隙間なく接触させることができる。従って、前記実施形態に比べて、隙間に起因する反射損失を低減できる。なお、導波管２１、２２の開口端同士は、完全に密着させなくてもよく、開口端同士の間には、若干の隙間が生じていてもよい。
さらに、接続素子本体２０２は導波管２１、２２にネジ部材２０６によって固定されているため、たとえ隙間が空いていても隙間の大きさは変化しないため、安定した反射特性を得ることができる。
但し、この構成の場合、接続素子本体２０２と導波管２１、２２を確実に接触させるために、接続素子本体２０２及び導波管２１、２２の内面の寸法精度を高くする必要がある。一方、前記実施形態のように、管内板部３が導波管２２にのみ接触する場合、２つの導波管２１、２２の内面の寸法誤差はある程度許容できるため、この点においては、前記実施形態の方が好ましい。

４］図１４（ｂ）に示すように、２つの導波管２１、２２の内面に接する管内板部のみからなる接続素子本体３０２と、この接続素子本体（管内板部）３０２を導波管２１に固定するネジ部材（固定部材）３０６とを備える導波管接続素子３０１であってもよい（変更形態４）。なお、接続素子本体３０２は、図１４（ａ）に示すように、無負荷状態で管軸方向の略中央部で曲がった形状に形成され、バネ性を有していてもよいが、直線状に形成され、バネ性を有していなくてもよい。
この構成によると、変更形態４と同様に、導波管２１、２２の開口端同士をほとんど隙間なく接触させることができるため、前記実施形態に比べて、隙間に起因する反射損失を低減できる。
但し、接続素子本体３０２がバネ性を有しない場合、変更形態４と同様に、接続素子本体３０２及び導波管２１、２２の内面の寸法精度を高くする必要がある。

５］前記実施形態では、導波管接続素子１は、導波管２１、２２とは別部材であるが、導波管２１に一体化されていてもよい。つまり、導波管２１は、導波管２２と接続するための接続構造を有し、この接続構造は、導波管２２との接続時に導波管２２の少なくとも管軸方向に電流が流れる内面（長辺壁部２１ａの内面）に接し、導波管２２と電気的に接続する管内板部を有する構成であってもよい（変更形態５）。この構成によると、２つの導波管を接続する際に、ネジ部材などによって接続素子本体を導波管に接続する必要がないため、接続作業が簡易化される。

以上説明した実施形態及び変更形態では、２つの方形導波管を接続する場合に本発明を適用した例を挙げて説明したが、本発明の適用対象は、これに限られるものではない。ＴＥ１１モードの円形導波管など方形導波管以外の導波管を接続する場合にも、本発明の導波管接続素子を適用することができる。

本発明の実施形態に係る導波管接続素子を用いて２つの導波管を接続した状態を示す図であって、(ａ)は平面図であり、(ｂ)はI―I線断面図である。 接続素子本体の斜視図である。 導波管内の電磁界分布を示す図であり、(ａ)は管軸方向に直交する断面図であって(ｃ)のII―II線断面図であり、(ｂ)は(ｃ)のIII―III線断面図であり、(ｃ)は導波管を管軸方向に沿って切断した断面図である。 導波管の内面を流れる電流の方向と磁界分布を示す図である。 導波管接続素子を用いた導波管の接続構造の等価回路である。 導波管接続素子を用いた導波管の接続構造についてｓ＝０．５λｇの条件でシミュレーションを行った場合の伝送特性の周波数特性を示すグラフである。 導波管接続素子を用いた導波管の接続構造についてｓ＝０．４５λｇの条件でシミュレーションを行った場合の伝送特性の周波数特性を示すグラフである。 導波管接続素子を用いた導波管の接続構造についてｓ＝０．４２λｇの条件でシミュレーションを行った場合の伝送特性の周波数特性を示すグラフである。 導波管接続素子を用いた導波管の接続構造についてｓ≒λｇの条件でシミュレーションを行った場合の伝送特性の周波数特性を示すグラフである。 導波管接続素子を用いた導波管の接続構造についてｓ＝０．２５λｇの条件でシミュレーションを行った場合の伝送特性の周波数特性を示すグラフである。 導波管接続素子を用いた導波管の接続構造についてシミュレーションを行った場合の伝送特性の周波数特性を示すグラフであり、(ａ)はＤ＝１．０ｍｍの条件でのグラフであり、(ｂ)はＤ＝１．５ｍｍの条件でのグラフである。 導波管接続素子を用いた導波管の接続構造についてＷ＝４ｍｍの条件でシミュレーションを行った場合の伝送特性の周波数特性を示すグラフである。 実施形態３に係る導波管接続素子を用いて２つの導波管を接続した状態を示す図であって、図１(ｂ)に相当する図である。 （ａ）は実施形態４に係る導波管接続素子を用いて２つの導波管を接続する途中の状態を示す図であり、（ｂ）は接続した状態を示す図であって、図１(ｂ)に相当する図である。

符号の説明

１、２０１、３０１ 導波管接続素子
２、２０２、３０２ 接続素子本体
３ 管内板部
３ａ スリット
４ 管外板部
４ａ 貫通孔
５ 連結部
６、２０６、３０６ ネジ部材（固定部材）
２１、２２ 導波管
２１ａ、２２ａ 長辺壁部
２１ｂ、２２ｂ 短辺壁部
２１ｃ ネジ孔

Claims (8)

1. ２つの導波管を接続する導波管接続素子であって、
   接続素子本体と、
   前記接続素子本体を一方の導波管に固定する固定部材とを備え、
   前記接続素子本体は、
   少なくとも管軸方向に電流が流れる面に配置され、前記２つの導波管の接続時に他の導波管の内面に接し、前記２つの導波管の内面同士を電気的に接続する管内板部を備えることを特徴とする導波管接続素子。
2. 前記管内板部の前記管軸方向の長さが、前記導波管の内部を伝播する電磁波の管内波長の１/２の整数倍にほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載の導波管接続素子。
3. 前記管内板部がバネ性を有し、前記バネ性により前記管内板部が前記導波管の内面に付勢されることを特徴とする請求項１又は２に記載の導波管接続素子。
4. 前記管内板部に、スリットが形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の導波管接続素子。
5. 前記固定部材が、前記接続素子本体を前記一方の導波管に固定するネジ部材であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の導波管接続素子。
6. 前記導波管が、方形導波管であって、
   前記ネジ部材の固定位置が、前記一方の導波管の角部付近であることを特徴とする請求項５に記載の導波管接続素子。
7. 前記管内板部は、前記他の導波管内から前記一方の導波管内まで延在しており、
   前記固定部材は、前記管内板部を前記一方の導波管の内面に固定することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の導波管接続素子。
8. 他の導波管と接続するための接続構造を有する導波管であって、
   前記接続構造は、少なくとも管軸方向に電流が流れる面に配置され、前記他の導波管との接続時に前記他の導波管の内面に接し、前記他の導波管と電気的に接続する管内板部を備えることを特徴とする導波管。

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