JP2010278752A - 導波管チョーク構造 - Google Patents

Abstract

【課題】方形導波管の壁面から外への飛び出し部分を小さくしたコンパクトな導波管チョーク構造を得ること。
【解決手段】方形導波管の接続側開口端部の近傍に設けられるチョーク溝が、自由空間波長をλとしたとき、前記方形導波管の開口端縁から前記チョーク溝までの距離Ｌ１と、前記チョーク溝の深さＬ２との合計が約０．５λである範囲内において、距離Ｌ１＜深さＬ２である。これによって、方形導波管の壁面から外への飛び出し部分を小さくしたコンパクトな導波管チョーク構造が得られる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、導波管チョーク構造に関するものである。

方形導波管同士の接続では、接続端間に発生する隙間による伝送特性の劣化や不要放射を防止するため、接続する２つの方形導波管の一方の接続側開口端部近傍にチョーク溝が設けられる。このチョーク溝は、方形導波管の接続側開口端縁からの距離Ｌ１と、深さＬ２と、幅Ｌ３とで規定される。

ところで、アレーアンテナは、アレーの配列間隔が狭いほどビーム走査範囲が拡大し、アレーアンテナの指向性パターンで問題になるグレーディングローブが減少するという性質を有している。そして、このグレーディングローブを完全に抑圧できるアレーの配列間隔は、自由空間波長をλとすれば、０．５λ以下が必要であるとされている。

上記アレーアンテナの給電線路が方形導波管である場合、その給電線路である方形導波管が複数本並列に配置されるので、そのアレーアンテナの各給電部では、給電線路である方形導波管と他の方形導波管とがチョーク構造によって接続される。この場合、アレーの配列間隔をできるだけ狭くするため、アレーアンテナでの給電線路である方形導波管は、互いに広壁を対面させて平面上に配置されるが、互いの広壁を接触して配置されるのではなく、方形導波管の壁面から外へ飛び出しているチョーク構造の寸法分の間隔、つまり、方形導波管の開口端縁からチョーク溝までの距離Ｌ１とチョーク溝の幅Ｌ３とを足した間隔だけ離れた状態で並置されている。そのため、アレーの配列間隔は、方形導波管の配置間隔ではなく、チョーク構造の寸法に依存することになっている。

特開２００３−１８８６０１号公報

ここで、一般に、分布定数線路の一端をショートすると、分布定数線路上に０．２５λの間隔でオープン位置とショート位置とが交互に形成される。従来の導波管チョーク構造は、この要件に合致させる必要があると考えて、方形導波管の開口端縁からチョーク溝までの距離Ｌ１と、チョーク溝の深さＬ２と、チョーク溝の幅Ｌ３とを全て０．２５λに設定していた（例えば特許文献１参照）。

そのような従来の導波管チョーク構造をアレーアンテナの給電部に使用する場合、方形導波管の開口端縁からチョーク溝までの距離Ｌ１とチョーク溝の幅Ｌ３とが共に０．２５λであるので、アレーの配列間隔は、それらの合計値０．７５λに各方形導波管の管軸から開口端縁までの距離を足した間隔となる。この間隔は、グレーディングローブを抑圧できる０．５λの間隔から大きくかけ離れた１λを超えてしまう間隔である。そのため、従来の導波管チョーク構造をアレーアンテナの給電部に使用する場合、グレーディングローブの発生が避けられず、ビーム走査範囲が制限されるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、方形導波管の壁面から外への飛び出し部分を小さくしたコンパクトな導波管チョーク構造を得ることを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明は、方形導波管の接続側開口端部の近傍に設けられるチョーク溝が、自由空間波長をλとしたとき、前記方形導波管の開口端縁から前記チョーク溝までの距離Ｌ１と、前記チョーク溝の深さＬ２との合計が約０．５λである範囲内において、距離Ｌ１＜深さＬ２であることを特徴とする。

本発明によれば、導波管チョーク構造においては、方形導波管の開口端縁からチョーク溝までの距離Ｌ１とチョーク溝の深さＬ２とが重要であり、チョーク溝の幅は任意でよい点に着目し、距離Ｌ１と深さＬ２との合計を従来と同様に約０．５λと定め、その範囲内で、距離Ｌ１を距離Ｌ１＜深さＬ２となる関係で設定するので、距離Ｌ１を従来の０．２５λよりも短くすることができる。また、チョーク溝の幅は任意でよいから、従来の０．２５λ以下のできるだけ短い値とすることができる。したがって、方形導波管の壁面から外への飛び出し部分を、従来よりも小さくしたコンパクトな導波管チョーク構造が得られるという効果を奏する。

図１は、本発明の一実施の形態による導波管チョーク構造を示す平面図である。 図２は、図１に示すＡ−Ａ’線断面図である。 図３は、図１に示す導波管チョーク構造の反射とチャネル間結合量の周波数特性を有限要素法により解析した特性図である。 図４は、従来の導波管チョーク構造を給電部に使用したアレーアンテナでのアレー配列間隔を説明する図である。 図５は、図１に示す導波管チョーク構造を給電部に使用したアレーアンテナでのアレー配列間隔を説明する図である。

以下に、本発明にかかる導波管チョーク構造の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施の形態による導波管チョーク構造を示す平面図、図２は、図１に示すＡ−Ａ’線断面図である。本発明にかかる導波管チョーク構造は、マイクロ波帯やミリ波帯の伝送線路に用いる方形導波管同士の接続にのみ適用されるものではないが、近年、マイクロ波やミリ波の電磁波を送受するアレーアンテナが多用されてきており、その給電線路に方形導波管を用いているものがある。そこで、本実施の形態では、この発明の理解を容易にするため、マイクロ波やミリ波の電磁波を送受するアレーアンテナの給電線路が方形導波管である場合に、そのアレーアンテナの各給電部で使用する導波管チョーク構造を念頭において説明する。

マイクロ波帯やミリ波帯の伝送線路に用いる方形導波管は、その端部に設けるいわゆるフランジと一体的に形成される場合が多く、フランジは、板状をしていて導波管プレートと呼ばれている。そして、複数の方形導波管が１つの導波管プレートを共有する形で所定間隔を置いて一体的に形成される場合も多い。図１と図２では、例えば、１つの導波管プレートに２つの方形導波管が所定間隔を置いて一体的に形成されている場合に、２つの導波管プレートを対面させて、それぞれの２つの方形導波管同士を接続する場合のチョーク構造が示されている。

すなわち、図１と図２において、対向する導波管プレート１ａ，１ｂのうち、導波管プレート１ａには、板厚方向に所定長さの２つの方形導波管２ａ，３ａが所定の間隔を置いて一体的に形成され、導波管プレート１ｂには、板厚方向に所定長さの２つの方形導波管２ｂ，３ｂが所定の間隔を置いて一体的に形成されている。このような導波管構造においては、方形導波管２ａ，２ｂの開口端部を互いの管軸が一致するように当接接続し、方形導波管３ａ，３ｂの開口端部を互いの管軸が一致するように当接接続すると、導波管プレート１ａ，１ｂの対向面間には、隙間４が発生する場合が多い。

一方の方形導波管２ａ，２ｂは、或るチャネルのマイクロ波帯またはミリ波帯の高周波信号を伝送し、他方の方形導波管３ａ，３ｂは、別のチャネルのマイクロ波帯またはミリ波帯の高周波信号を伝送する。この場合、導波管プレート１ａ，１ｂの間に隙間４が発生していると、反射や不要放射が発生するので、各チャネルの高周波信号の伝送特性が劣化するのに加えて、隣接並行して伝送される２つのチャネル間で高周波信号の干渉が発生する。

これを防止するため、対向する導波管プレート１ａ，１ｂのいずれか一方の対向面に、図に示す例では、導波管プレート１ａの対向面において、板厚方向に形成されている２つの方形導波管２ａ，２ｂの対面する広壁の間に、チョーク溝５が、互いに方形導波管の開口端縁からチョーク溝５までの距離Ｌ１を挟んで設けられる。チョーク溝５は、幅がＬ３で、深さがＬ２である。

前記したが、一般に、分布定数線路の一端をショートすると、分布定数線路上に０．２５λの間隔でオープン位置とショート位置とが交互に形成される。そのため、従来では、Ｌ１＝０．２５λ、Ｌ２＝０．２５λ、Ｌ３＝０．２５λに設定する必要があると考えられていた。しかし、導波管チョーク構造においては、ショートの位置を方形導波管の開口端縁に一致させる必要はあるが、オープンの位置とチョーク溝の幅Ｌ３とは特に重要ではない。

この点に着目して、本実施の形態では、このチョーク構造を規定する寸法である、方形導波管の開口端縁からチョーク溝５までの距離Ｌ１と、チョーク溝５の深さＬ２と、チョーク溝５の幅Ｌ３とを次のように定めることにした。

すなわち、距離Ｌ１と深さＬ２との合計を略０．５λに設定することとし、その範囲内で、距離Ｌ１と深さＬ２は、距離Ｌ１＜深さＬ２の関係に定める。具体的には、距離Ｌ１は０．２λ以下とし、深さＬ２は０．３λ以上とする。そして、幅Ｌ３は、任意でよいので、従来採用されていた０．２５λ以下のできるだけ短い値とする。このように設定しても、距離Ｌ１と深さＬ２の合計は略０．５λであるから、チョーク溝５の底面は電気的ショート面であり、また、方形導波管の開口端縁は電気的にショート状態となる。

したがって、導波管プレート１ａ，１ｂ間に隙間４が発生しても、方形導波管２ａ，２ｂは電気的に連続となるため、良好な伝送特性が得られる。同様に、方形導波管３ａ，３ｂも電気的に連続となり、良好な伝送特性が得られる。また、隙間４に高周波信号が漏洩しないため、チャンネル間の干渉を防止できる。

次に、図３を参照して、上記のように設定した導波管チョーク構造の妥当性を示す。なお、図３は、図１に示す導波管チョーク構造の反射とチャネル間結合量の周波数特性を有限要素法により解析した特性図である。図３では、横軸を正規化周波数とし、縦軸を振幅［ｄＢ］とした場合の反射の周波数特性（１）と、チャネル間結合量の周波数特性（２）とが示されている。

解析モデルでは、Ｌ１＝０．１λ、Ｌ２＝０．４λ、Ｌ３＝０．１λ、隙間４は０．０１３λとした。方形導波管は、長手辺が０．６４λ、短手辺が０．３２λである。図３に示すように、周波数帯域±１０％にわたって、反射の周波数特性（１）は−３０ｄＢ以下となり、チャネル間結合量の周波数特性（２）は−４５ｄＢ以下となっている。このように、上記のように設定した本実施の形態による導波管チョーク構造では、良好な伝送特性が得られる。

加えて、図１、図２に示すように、例えば２つ方形導波管が隣接して並行に形成される導波管プレートを対面させて方形導波管同士をチョーク構造によって接続し、互いに異なるチャネルの高周波信号を隣接して伝送する場合に、チャネル間の干渉を防止できることがわかる。

次に、図４と図５を参照して、導波管チョーク構造をアレーアンテナの給電部に使用した場合に得られるアレー配列間隔について説明する。なお、図４は、従来の導波管チョーク構造を給電部に使用したアレーアンテナでのアレー配列間隔を説明する図である。図５は、図１に示す導波管チョーク構造を給電部に使用したアレーアンテナでのアレー配列間隔を説明する図である。各図では、アンテナ素子の図示を省略した。

方形導波管を給電線路に用いるアレーアンテナは、アンテナ素子が取り付けられた方形導波管の複数個がその広壁を隣接して並置された構成である。図４と図５では、給電線路である４つの方形導波管をその広壁を隣接して並置した場合が示されている。

従来の導波管チョーク構造では、Ｌ１＝０．２５λ、Ｌ３＝０．２５λに設定しているので、方形導波管の短手辺を０．３２λとすると、図４に示すように、得られるアレー配列間隔は、グレーディングローブを抑圧できる間隔０．５λから大きくかけ離れた約１．１λ（正しくは１．０７λ）となる。そのため、従来では、グレーディングローブの発生が避けられず、ビーム走査範囲が制限されていた。

これに対して、本実施の形態による導波管チョーク構造では、方形導波管の短手辺を同じ０．３２λとし、Ｌ１＝０．１λ、Ｌ３＝０．１λに設定すれば、図５に示すように、アレー間隔をグレーディングローブの抑圧ができる間隔０．５λに近い約０．６λ（正しくは０．６２λ）まで狭くすることができる。これによって、従来困難であったグレーティングローブの抑圧を行って、ビーム走査範囲を拡大することが実現できる。

以上のように、本実施の形態によれば、方形導波管の開口端縁からチョーク溝までの距離Ｌ１とチョーク溝の幅Ｌ３とを従来よりも短縮できるので、方形導波管の壁面から外へ飛び出す部分を従来よりもできるだけ小さくすることができる。したがって、アレーアンテナの給電部で使用する場合に、アレー配列間隔をグレーティングローブの抑圧ができる程度にまで狭くしてビーム走査範囲の拡大を可能にする導波管チョーク構造が得られる。

以上のように、本発明にかかる導波管チョーク構造は、方形導波管の壁面から外への飛び出し部分を小さくしたコンパクトな導波管チョーク構造として有用であり、特に、アレーアンテナの給電部に使用して、グレーティングローブの抑圧と、ビーム走査範囲の拡大とを図るのに適している。

１ａ，１ｂ 対向する導波管プレート
２ａ，３ａ 導波管プレート１ａに一体的に形成された方形導波管
２ｂ，３ｂ 導波管プレート１ｂに一体的に形成された方形導波管
４ 導波管プレート１ａ，１ｂの間の隙間
５ チョーク溝
Ｌ１ 方形導波管の開口端縁とチョーク溝との距離
Ｌ２ チョーク溝の深さ
Ｌ３ チョーク溝の幅

Claims (2)

1. 方形導波管の接続側開口端部の近傍に設けられるチョーク溝が、自由空間波長をλとしたとき、前記方形導波管の開口端縁から前記チョーク溝までの距離Ｌ１と、前記チョーク溝の深さＬ２との合計が約０．５λである範囲内において、距離Ｌ１＜深さＬ２であることを特徴とする導波管チョーク構造。
2. 前記距離Ｌ１は、０．２λ以下であり、前記深さＬ２は、０．３λ以上であることを特徴とする請求項１に記載の導波管チョーク構造。

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