JP2012195757A

JP2012195757A - ポスト壁導波管の給電装置

Info

Publication number: JP2012195757A
Application number: JP2011057996A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yamaguchi; 山口　　聡; Toru Takahashi; 徹高橋; Yoshihiko Konishi; 善彦小西
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2012-10-11

Abstract

【課題】小さなスペースに設置することができるようにする。
【解決手段】各々のスルーホール１２の表面がメッキされて、各々のスルーホール１２が金属のポストを形成しているポスト壁導波管１０に給電する装置であり、側面２０ａの位置がポスト壁導波管１０の側面１１ｃと概ね揃えられている状態で、ポスト壁導波管１０の端部を上下から挟み込むように配置されている金属ブロック２０と、ポスト壁導波管１０の側面１１ｃ及び金属ブロック２０の側面２０ａと接するように開口端部３０ａが配置されている概矩形の中空導波管３０とを備えている。
【選択図】図３

Description

この発明は、ポスト壁導波管に給電する給電装置に関するものである。

高周波帯のアンテナやマイクロ波デバイスに用いられる導波路の一形態として、ポスト壁導波管が挙げられる。
ポスト壁導波管は、表面がメッキされている多数の貫通スルーホール（ポスト）を誘電体基板に形成することで擬似的に金属壁を模擬し、この擬似的な金属壁と誘電体基板の両面の金属膜とが矩形の導波管を形成しているものである。

例えば、以下の非特許文献１には、誘電体基板の片面の金属膜の一部をエッチング処理などによって取り去り、その開口部に中空導波管を面するように配置しているポスト壁導波管の給電装置が開示されている。
また、以下の非特許文献２には、同軸コネクタを直付けしているポスト壁導波管の給電装置が開示されている。
なお、非特許文献１，２に開示されているポスト壁導波管の給電装置は、いずれも誘電体基板の一方の面から給電を行うものである。
即ち、ポスト壁導波管の管軸方向と、給電用の中空導波管の管軸方向、あるいは、同軸コネクタの軸方向とが互いに直交する関係にある。

ＴａｋａｆｕｍｉＫａｉ、ｅｔａｌ．、"ＦｅｅｄｔｈｒｏｕｇｈａｎＡｐｅｒｔｕｒｅｔｏａＰｏｓｔ−ＷａｌｌＷａｖｅｇｕｉｄｅｗｉｔｈＳｔｅｐＳｔｒｕｃｔｕｒｅ、"ＩＥＩＣＥＴｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．、Ｖｏｌ．Ｅ８８−Ｂ、Ｎｏ．３、ｐｐ．１２９８−１３０２、Ｍａｒｃｈ、２００５ＴａｋａｆｕｍｉＫａｉ、ｅｔａｌ．、"ＡＣｏａｘｉａｌＬｉｎｅｔｏＰｏｓｔ−ＷａｌｌＷａｖｅｇｕｉｄｅＴｒａｎｓｉｔｉｏｎｆｏｒａＣｏｓｔ−ＥｆｆｅｃｔｉｖｅＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｂｅｔｗｅｅｎａＲＦ−ＤｅｖｉｃｅａｎｄａＰｌａｎａｒＳｌｏｔ−ＡｒｒａｙＡｎｔｅｎｎａｉｎ６０−ＧＨｚＢａｎｄ、"ＩＥＩＣＥＴｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．、Ｖｏｌ．Ｅ８９−Ｂ、Ｎｏ．５、ｐｐ．１６４６−１６５３、Ｍａｙ、２００６

従来のポスト壁導波管の給電装置は以上のように構成されているので、誘電体基板の一方の面から給電が行われるが、ポスト壁導波管を用いているアンテナ、あるいは、マイクロ波デバイスの周囲の構造の条件によっては、誘電体基板の一方の面側に、給電装置を備え付けるための十分なスペースを確保できない場合があり（例えば、複数のポスト壁導波管を誘電体基板の厚さ方向に所定間隔で離して配列し、これらの間隔を十分密に並べる必要がある場合などが考えられる）、このような場合には、適用不可能になるなどの課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、小さなスペースに設置することができるポスト壁導波管の給電装置を得ることを目的とする。

この発明に係るポスト壁導波管の給電装置は、上面及び下面が導体で被膜されている誘電体基板を貫通しているスルーホール群が少なくとも２以上の列を成しており、各々のスルーホールの表面がメッキされて、各々のスルーホールが金属のポストを形成しているポスト壁導波管に給電する装置であり、側面の位置がポスト壁導波管の側面と概ね揃えられている状態で、ポスト壁導波管の端部を上下から挟み込むように配置されている金属ブロックと、ポスト壁導波管の側面及び金属ブロックの側面と接するように開口端部が配置されている概矩形の中空導波管とを備えているようにしたものである。

この発明によれば、上面及び下面が導体で被膜されている誘電体基板を貫通しているスルーホール群が少なくとも２以上の列を成しており、各々のスルーホールの表面がメッキされて、各々のスルーホールが金属のポストを形成しているポスト壁導波管に給電する装置であり、側面の位置がポスト壁導波管の側面と概ね揃えられている状態で、ポスト壁導波管の端部を上下から挟み込むように配置されている金属ブロックと、ポスト壁導波管の側面及び金属ブロックの側面と接するように開口端部が配置されている概矩形の中空導波管とを備えているように構成したので、小さなスペースに設置することができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるポスト壁導波管の給電装置におけるポスト壁導波管と中空導波管が離れている状態を示す斜視図である。図１のポスト壁導波管と中空導波管が接続されている状態を示す上面図である。（ａ）は図２のＡ−Ａ’断面図であり、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ’の位置から中空導波管側を見ている断面図である。この発明の実施の形態２によるポスト壁導波管の給電装置におけるポスト壁導波管と中空導波管が接続されている状態を示す上面図である。（ａ）は図４のＡ−Ａ’断面図であり、（ｂ）は図４のＢ−Ｂ’の位置から中空導波管側を見ている断面図である。この発明の実施の形態３によるポスト壁導波管の給電装置におけるポスト壁導波管と中空導波管が接続されている状態を示す上面図である。（ａ）は図６のＡ−Ａ’断面図であり、（ｂ）は図６のＢ−Ｂ’の位置から中空導波管側を見ている断面図である。この発明の実施の形態４によるポスト壁導波管の給電装置を示す断面図である。この発明の実施の形態５によるポスト壁導波管の給電装置を示す断面図である。この発明の実施の形態５によるポスト壁導波管の給電装置を示す上面図である。この発明の実施の形態６によるポスト壁導波管の給電装置を示す上面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるポスト壁導波管の給電装置におけるポスト壁導波管と中空導波管が離れている状態を示す斜視図である。
また、図２は図１のポスト壁導波管と中空導波管が接続されている状態を示す上面図である。図２では、説明の便宜上、ポスト壁導波管１０と中空導波管３０の伸張方向をＺ方向、ポスト壁導波管１０と中空導波管３０の幅広面方向をＸ方向、ポスト壁導波管１０と中空導波管３０の幅狭面方向をＹ方向としている。
図３（ａ）は図２のＡ−Ａ’断面図であり、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ’の位置から中空導波管側を見ている断面図である。

図１から図３において、誘電体基板１１は上面１１ａ及び下面１１ｂが導薄膜で被膜されており、多数のスルーホール１２によって貫通されている。多数のスルーホール１２は誘電体基板１１において少なくとも２以上の列を成している。
スルーホール１２は表面がメッキされており、金属のポストを形成している。
ポスト壁導波管１０は誘電体基板１１の上面１１ａ及び下面１１ｂにおける導薄膜と、多数のスルーホール１２であるポストから導波管が形成されている。

金属ブロック２０は側面２０ａの位置がポスト壁導波管１０における誘電体基板１１の側面１１ｃと概ね揃えられている状態で、ポスト壁導波管１０の端部を上下から挟み込むように配置されている。
中空導波管３０は金属体で構成されている概矩形の導波管であり、ポスト壁導波管１０における誘電体基板１１の側面１１ｃ及び金属ブロック２０の側面２０ａと接するように開口端部３０ａが配置されている。
導波路３１は中空導波管３０の中空部分である。

この実施の形態１では、ポスト壁導波管１０の管軸方向と中空導波管３０の管軸方向が同じになるように、ポスト壁導波管１０の側面側より、中空導波管３０が、ポスト壁導波管１０における誘電体基板１１の側面１１ｃと接続されている。
このとき、ポスト壁導波管１０の厚さと、中空導波管３０の幅狭面との寸法の違いによって、両者の間に隙間が生じ、その隙間から電波が漏れることがあるが、ポスト壁導波管１０の端部を上下から挟み込むように、金属ブロック２０を配置しているので、その隙間からの電波の漏れを防止することができる。
また、金属ブロック２０によって、ポスト壁導波管１０と中空導波管３０が固定されている。

この実施の形態１では、中空導波管３０がポスト壁導波管１０の側面側に接続されることで、従来の給電装置よりもコンパクトな形での給電が可能になる。
したがって、複数のポスト壁導波管１０をＸ方向に所定間隔で離して配列するような場合、従来の給電装置よりも密に並べることができるようになる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２によるポスト壁導波管の給電装置におけるポスト壁導波管と中空導波管が接続されている状態を示す上面図である。
図５（ａ）は図４のＡ−Ａ’断面図であり、（ｂ）は図４のＢ−Ｂ’の位置から中空導波管側を見ている断面図である。
図４及び図５において、図１から図３と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
この実施の形態２では、中空導波管３０における導波路が、２以上の区間において、断面（ＸＹ面）の幅及び高さが異なっている。
図４及び図５の例では、中空導波管３０における導波路３１と導波路３２は、断面の幅と高さが互いに異なっている。

一般的には、ポスト壁導波管１０の断面形状と、中空導波管３０における導波路３１の断面形状とは互いに異なり、両者の接続面は不連続な構造となっている。
また、ポスト壁導波管１０の媒質が誘電体であるのに対して、中空導波管３０の媒質が空気であり、媒質の条件も異なっている。
ゆえに、ポスト壁導波管１０の特性インピーダンスと中空導波管３０の特性インピーダンスが異なるため、ポスト壁導波管１０と中空導波管３０の接続面においてインピーダンス不整合を生じて、伝送効率が低下してしまう。

そこで、この実施の形態２では、ポスト壁導波管１０と中空導波管３０の接続面におけるインピーダンスの不整合を解消するために、中空導波管３０における導波路区間の一部の寸法を変化させている。
即ち、中空導波管３０における導波路を、幅と高さが互いに異なっている導波路３１と導波路３２によって形成している。
なお、導波管の幅広面寸法をａ、幅狭面寸法をｂとすると、導波管の特性インピーダンスはｂ／ａに比例する。

この実施の形態２では、中空導波管３０の導波路が、２種類の導波路３１，３２である例を示したが、３種類の導波路であってもよい。これにより、より広い周波数範囲での整合を図ることが可能になる。
また、導波路３１と導波路３２は、幅と高さの双方が異なっているが、幅又は高さのいずれか一方だけが異なっていてもよい。

実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３によるポスト壁導波管の給電装置におけるポスト壁導波管と中空導波管が接続されている状態を示す上面図である。
図７（ａ）は図６のＡ−Ａ’断面図であり、（ｂ）は図６のＢ−Ｂ’の位置から中空導波管側を見ている断面図である。
図６及び図７において、図１から図３と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
この実施の形態３では、中空導波管３０における導波路３３の入口部分の断面形状と出口部分の断面形状が異なっており、入口部分と出口部分を繋ぐように、導波路３３がテーパ形状を成している。

上記実施の形態２では、中空導波管３０における導波路を、幅と高さが互いに異なっている導波路３１と導波路３２によって形成することで、ポスト壁導波管１０と中空導波管３０のインピーダンス整合を図っているが、中空導波管３０の導波路３３をテーパ形状にして、中空導波管３０における導波路３３の断面形状を徐々に変化させるようにしてもよい。
このように、導波路３３の断面形状を徐々に変化させることで、インピーダンスが連続的に滑らかに変化するため、ポスト壁導波管１０と中空導波管３０の不整合の影響を更に低減させることができる。

実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４によるポスト壁導波管の給電装置を示す断面図であり、図８において、図４及び図５と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
中空導波管３０はポスト壁導波管１０における誘電体基板１１の側面１１ｃと接するように開口端部３０ａが配置されているが、その開口端部３０ａにおける導波路３２より外側の２箇所に、ポスト壁導波管１０における誘電体基板１１の端部を上下から挟み込む突出部分３４が形成されている。
２つの突出部分３４の間隔は、ポスト壁導波管１０における誘電体基板１１の厚さよりも僅かに広く、かつ、２つの突出部分３４の長さＤ_１が使用周波数の０．２５波長程度である。
図８では、突出部分３４と誘電体基板１１間の隙間４１の値をＧで表している。

上記実施の形態１〜３では、金属ブロック２０がポスト壁導波管１０の端部を上下から挟み込むように配置されているものを示したが、金属ブロック２０を配置する代わりに、金属体の一部が突出している突出部分３４によって、ポスト壁導波管１０の端部を上下から挟み込むようにしてもよく、上記実施の形態１〜３と同様の効果を奏することができる。

この場合、ポスト壁導波管１０の端部を適正に挟み込むには、ポスト壁導波管１０における誘電体基板１１の厚さと、突出部分３４と誘電体基板１１間の隙間４１の値（上下の隙間＝２×Ｇ）とを考慮して、中空導波管３０における突出部分３４を加工する必要がある。
この隙間４１は電波漏れの要因となり、ポスト壁導波管１０における誘電体基板１１と突出部分３４の接続面が密着していれば問題にならないが、誘電体基板１１の外形には、多少なりとも粗さがあるので、両者が必ず密着している保証はない。

そこで、予め隙間４１の値Ｇを見込んだ上で、突出部分３４の長さＤ_１を適正に設計すれば、その隙間４１からの電波漏れを低く抑えることができる。
即ち、ポスト壁導波管１０における誘電体基板１１と突出部分３４の接続面から隙間側を見ると、先端が開放の条件となっているので、伝送線路理論によれば、突出部分３４の長さＤ_１を使用周波数の０．２５波長にすれば、その接続面では短絡しているように見える（電気的には隙間がない条件となる）。
実際には、隙間４１の幅などの条件によって、突出部分３４の適正な長さＤ_１が０．２５波長から僅かに変わるが、概ね０．２５波長前後の値となる。

実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５によるポスト壁導波管の給電装置を示す断面図であり、図９及び図１０において、図８と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
この実施の形態５では、中空導波管３０の開口端部３０ａにおける導波路３２より長さＤ_２の位置（使用周波数の０．２５波長程度外側の位置）に、掘り込み長Ｄ_３が使用周波数の０．２５波長程度である掘り込み部３５が２つの突出部分３４に形成されている。

上記実施の形態４では、ポスト壁導波管１０と中空導波管３０の接続面からＺ方向側の隙間４１を考慮して、隙間４１から漏れる電波を抑制するものを示したが、隙間４１からＸ方向側に漏れる電波についての対策がなされていない。
そこで、この実施の形態５では、隙間４１からＸ方向側に漏れる電波を抑制するために、掘り込み部３５を２つの突出部分３４に形成している。
掘り込み長Ｄ_３の掘り込み部３５を開口端部３０ａにおける導波路３２より長さＤ_２の位置に形成することで、ポスト壁導波管１０と中空導波管３０の接続面からＸ方向側が短絡しているように見えるため、隙間４１の影響を低く抑えることができる。

実施の形態６．
図１１はこの発明の実施の形態６によるポスト壁導波管の給電装置を示す上面図であり、図１１において、図４と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
中空導波管３０は金属体で構成されている導波管であり、ポスト壁導波管１０における誘電体基板１１の側面１１ｃと接するように開口端部３０ａが配置されている。
また、中空導波管３０の開口端部３０ａにおける導波路３２より外側の２箇所には突出部分３６が形成されている。
誘電体基板１１の側面１１ｃにおける突出部分３６の対応位置には、その突出部分３６が挿入される切り欠き部１３が形成されている。

この実施の形態６では、中空導波管３０の開口端部３０ａにおける導波路３２より外側の２箇所には、長さＤ_４ａの突出部分３６が形成されている。
図１１の例では、突出部分３６の長さＤ_４ａは、図８の突出部分３４の長さＤ_１と概ね同じ長さであるが、必ずしも同じ長さである必要はない。
一方、誘電体基板１１の側面１１ｃにおける突出部分３６の対応位置には、その突出部分３６が挿入される切り欠き部１３が形成されており、切り欠き部１３の長さＤ_４ｂは、突出部分３６の長さＤ_４ａと概ね同じ寸法である。
また、この実施の形態６では、切り欠き部１３を取り囲むように、複数のスルーホール１２が形成されている。

図１１の構造でも、ポスト壁導波管１０と中空導波管３０の接続面の隙間からＸ方向側に漏れる電波を抑圧することができる。
突出部分３６が、中空導波管３０の狭壁面に隣接している程、ポスト壁導波管１０と中空導波管３０の接続面からＸ方向側が短絡しているように見えるので、製造可能な範囲で突出部分３６及び切り欠き部１３を、ポスト壁導波管１０と中空導波管３０の接続部に近づけるようにすればよい。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１０ポスト壁導波管、１１誘電体基板、１１ａ誘電体基板の上面、１１ｂ誘電体基板の下面、１１ｃ誘電体基板の側面、１２スルーホール、１３切り欠き部、２０金属ブロック、２０ａ金属ブロックの側面、３０中空導波管、３０ａ中空導波管の開口端部、３１，３２導波路、３３テーパ形状の導波路、３４，３６突出部分、３５掘り込み部、４１隙間。

Claims

上面及び下面が導体で被膜されている誘電体基板を貫通しているスルーホール群が少なくとも２以上の列を成しており、各々のスルーホールの表面がメッキされて、各々のスルーホールが金属のポストを形成しているポスト壁導波管の給電装置において、
側面の位置が上記ポスト壁導波管の側面と概ね揃えられている状態で、上記ポスト壁導波管の端部を上下から挟み込むように配置されている金属ブロックと、上記ポスト壁導波管の側面及び上記金属ブロックの側面と接するように開口端部が配置されている概矩形の中空導波管とを備えていることを特徴とするポスト壁導波管の給電装置。
中空導波管における導波路が、２以上の区間において、断面の幅又は高さの少なくとも１つが異なっていることを特徴とする請求項１記載のポスト壁導波管の給電装置。
中空導波管における導波路の入口部分の断面形状と出口部分の断面形状が異なっており、上記入口部分と上記出口部分を繋ぐように、上記導波路がテーパ形状を成していることを特徴とする請求項１記載のポスト壁導波管の給電装置。
上面及び下面が導体で被膜されている誘電体基板を貫通しているスルーホール群が少なくとも２以上の列を成しており、各々のスルーホールの表面がメッキされて、各々のスルーホールが金属のポストを形成しているポスト壁導波管の給電装置において、
上記ポスト壁導波管の側面と接するように開口端部が配置され、上記開口端部における導波路より外側の２箇所に、上記ポスト壁導波管の端部を上下から挟み込む突出部分が形成されている中空導波管を備え、２つの突出部分の間隔が上記ポスト壁導波管の厚さよりも僅かに広く、かつ、２つの突出部分の長さが使用周波数の０．２５波長程度であることを特徴とするポスト壁導波管の給電装置。
開口端部における導波路より使用周波数の０．２５波長程度外側の位置に、掘り込み長が使用周波数の０．２５波長程度である掘り込み部が２つの突出部分に形成されていることを特徴とする請求項４記載のポスト壁導波管の給電装置。
上面及び下面が導体で被膜されている誘電体基板を貫通しているスルーホール群が少なくとも２以上の列を成しており、各々のスルーホールの表面がメッキされて、各々のスルーホールが金属のポストを形成しているポスト壁導波管の給電装置において、
上記ポスト壁導波管の側面と接するように開口端部が配置され、上記開口端部における導波路より外側の２箇所に突出部分が形成されている中空導波管を備え、上記ポスト壁導波管の側面における上記突出部分の対応位置に、上記突出部分が挿入される切り欠き部が形成されており、
上記突出部分の長さと上記切り欠き部の長さが略同一であり、上記切欠き部を取り囲むように上記ポストが形成されている
ことを特徴とするポスト壁導波管の給電装置。