JP3737034B2 - Coupling window and waveguide impedance matcher using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、導波管型インピーダンス整合器と、それに用いる結合窓に関する。
【0002】
【従来の技術】
導波管型バンドパスフィルタや導波管型インピーダンス整合器は、金属材料からなる中空のケースと、ケースに組付けられた結合窓を備えている。結合窓にはマイクロ波を透過する開口部が形成されている。この開口部は、要求される特性に応じて高精度に形成されている。結合窓は、ねじ等の締結用部品によってケースに固定されている。
【0003】
従来より、前記ケースは、温度特性を改善するために、例えばインバー合金等の熱膨張率の小さい材料(低熱膨張材)によって製作されることがあった。しかし低熱膨張材は導電率が低いことから、結合窓の材料としては、伝送損失を少なくするために導電率の高い材料、例えば銅(Cu)などが用いられていた。ところが銅は熱膨張率が大きく、温度変化に応じて開口部が収縮することによって、入射するマイクロ波との整合がずれる原因になるなど、特性の変化が大きいという問題がある。
【0004】
そこで結合窓の温度特性を改善するために結合窓を低熱膨張材によって形成するとともに、結合窓の開口部に導電率の高いCuあるいはAgのメッキを行うことによって、伝送損失を減らすことも提案されている。同様の目的のために、例えば特開平7−170116号公報に掲載されているように、開口部にAgペーストやCuペーストを焼成することによって伝導率を上げ、伝送損失を小さくすることも提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記結合窓において、開口部の加工精度上の限界から、入射するマイクロ波との整合がずれて特性が低下することがある。しかも前述したように開口部にCuあるいはAgのメッキを行う場合には、開口部の端や隅部のメッキ層が局部的に厚くなりやすいなど、開口部の精度が悪化することがある。CuあるいはAgのペーストを焼成する場合も同様に開口部の精度が悪くなることがある。これらのこともマイクロ波の伝送特性を低下させる原因となる。
【0006】
このため製品として完成させるには、完成途中の結合窓の特性を実測しつつ、その実測結果に基いて開口部を切削して形状を整えるなどの微調整を行ったのちに、再度の特性実測を行うといった工程を何回か繰返すことにより、最終的に要求特性を満たす完成品を得るようにしていた。
【0007】
しかしながら、上記のように特性実測と微調整のための加工を繰返すことは、製品の完成までにきわめて多くの手数と時間を必要とし、製造コストが高くなる要因ともなる。しかも上記メッキ層は厚さが5μm〜15μm程度と薄いため、特性の微調整のために開口部をある程度削ると、メッキ層の一部が除去されてしまうことになる。
【0008】
このため開口部を削る場合には結合窓をケースから取外し、開口部に再度のメッキ作業を行う必要がある。その場合、ケースに対して結合窓をねじ等によって着脱可能に取付ける必要があり、そのために部品点数が増えるばかりか、着脱に要する手間がばかにならない。これらのことも製品の完成までにきわめて多くの手数と時間を必要とする要因となっている。
【0009】
従って本発明の目的は、温度特性に優れているとともに伝送損失が少なく、しかも開口部の微調整が容易な結合窓と、それを用いた導波管型インピーダンス整合器を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記目的を果たすための本発明の結合窓は、マイクロ波が透過する開口部を有する結合窓であって、低熱膨張材からなる結合窓本体と、前記結合窓本体よりも導電率の高い導電材料からなり、前記結合窓本体とは別体に構成された開口部構成部材であって、該開口部構成部材の外周面が前記結合窓本体に形成された孔の内周面に拡散接合またはろう付けまたは接着剤によって固定されかつ前記開口部を有する開口部構成部材と、を具備している。この発明において、開口部構成部材の開口部まわりに、開口寸法の微調整加工を可能とする加工しろが十分に確保されているとよい。
【0011】
前記目的を果たすための本発明の導波管型インピーダンス整合器は、ケースと、該ケースに組込まれた前記結合窓とを有するものである。この発明において、前記開口部構成部材の開口部まわりに、開口寸法の微調整加工を可能とする加工しろが確保されているとよい。
【0012】
この発明は、導波管型マイクロ波伝送体の一例である導波管型インピーダンス整合器、あるいは導波管型バンドパスフィルタなどに適用することができ、温度特性に優れ、伝送損失が小さく、所望の特性を得るために開口部の微調整が可能な結合窓を備えた導波管型インピーダンス整合器や導波管型バンドパスフィルタなどを提供することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の第1の実施形態について、図1から図3を参照して説明する。図1に導波管型マイクロ波伝送体の一例としての導波管型インピーダンス整合器10を示している。この導波管型インピーダンス整合器10は、例えば円筒状の中空の金属製ケース11と、このケース11に取付けられた円板状の結合窓12とを備えている。結合窓12は、ケース11の端部に形成されたフランジ部13に、ねじ等の締結用部品14によって固定されている。
【0014】
ケース11の材料は、低熱膨張材の一例としてのインバー合金あるいはスーパーインバー合金、低熱膨張鋳鋼造材(低炭素鋼系材料もしくは極低炭素鋼系材料)などである。インバー合金の化学成分(mol%)はFe:64.6%、Ni:35.4%である。スーパーインバー合金はFe:64.2%、Ni:31.0%、Co:4.8%である。それ以外の各種インバー合金(例えばステンレスインバーやFe−B系、Cr−Fe−Mn系、Mn−Ge系など)が採用されてもよい。
【0015】
図2に示すように結合窓12は、結合窓本体21と、結合窓本体21の中央部に設けられた開口部構成部材22を含んでいる。開口部構成部材22に、マイクロ波が透過する形状(例えば矩形)の開口部23が形成されている。
【0016】
結合窓12は、図3の(A)〜(D)に示すように、結合窓本体21の材料である低熱膨張材21aと、開口部構成部材22の材料である円板状の導電材料22a、すなわち低熱膨張材21aよりも導電率の高い金属(例えばCu,Agもしくはそれぞれの合金など)を用い、例えば以下に述べる拡散接合によって低熱膨張材21aと開口部構成部材22とを接合することにより製作される。
【0017】
図3中の(A)に示すように、低熱膨張材21aの中央部に円形の孔30が形成されている。孔30の内周面31は、その全周にわたって角度θ1で傾斜するテーパ面となっている。導電材料22aの外周面32は、上記角度θ1に対応した角度θ2のテーパ面となっている。角度θ1,θ2は、それぞれ例えば60度から80度の範囲が望ましい。望ましくは、導電材料22aの板厚T1は低熱膨張材21aの板厚T2よりも僅かに大きくしている。
【0018】
例えばインバー合金からなる低熱膨張材21aの孔30に、例えばCuからなる導電材料22aを嵌合させ、図3中の(B)に示すように内周面31と外周面32とを合わせる。そして低熱膨張材21aと導電材料22aを厚み方向に加圧し、導電材料22aを塑性変形させることによって、低熱膨張材21aの内周面31と導電材料22aの外周面32とを互いに密着させる。
【0019】
このように低熱膨張材21aと導電材料22aを密着させた状態で、内周面31と外周面32とを含む領域を拡散温度まで加熱し、所定時間保持することにより、導電材料22aの金属原子(例えばCu)と低熱膨張材21aの金属原子を相互に拡散させる。この拡散により、低熱膨張材21aと導電材料22aとを金属的にきわめて強固に接合させることができる。その際の加熱温度は例えばCuの融点(約1084℃)の70%〜90%程度である。
【0020】
冷却後に、図3中の(C)に示すように機械加工等によって形状を整えてもよいし、あるいは塑性加工もしくは焼鈍等の熱処理を適用することによって歪みを除去する。そののち図3中の(D)に示すように、切削等の機械加工により、開口部構成部材22にマイクロ波の透過する開口部23を形成する。
【0021】
こうして形成された結合窓12において、開口部23の精度によっては、入射するマイクロ波との整合がずれて特性が低下することがある。このため、結合窓12の特性を実測し、その実測結果に基いて開口部23を切削するなどの仕上げの機械加工を行うなどの微調整加工を行ったのちに、再度の特性実測を行うといった工程が繰返されることがある。
【0022】
この実施形態の導波管型インピーダンス整合器10は、低熱膨張材21aの中央部にCu等の導電材料22aを接合したものであるから、開口部23まわりのCu等の導電率の高い部分の厚みを2〜3mm以上とすることができる。すなわち、特性を微調整するための加工しろMを開口部23に1mm以上確保することが可能であり、メッキによってCuあるいはAgの層(5μm〜15μm)を形成する場合に比べて、はるかに大きな加工しろMを得ることができる。
【0023】
しかもこの導波管型インピーダンス整合器10は、開口部23を微調整した後に再メッキを行う必要がないから、結合窓12をケース11から取外したり、再メッキ後に再度組立てるといった手間のかかる工程が不要である。
【0024】
このように結合窓12をケース11から取外す必要がないため、図4に示す第2の実施形態の導波管型インピーダンス整合器10′のように、ケース11の内部に結合窓12を一体に設けることも可能であり、ねじ等の取外し可能な部品を用いる必要がないから部品点数が少なくてすむなど、製造に要する手数も大幅に削減することができる。
【0025】
また、開口部23にCuあるいはAgのメッキを行ったり、CuあるいはAgペーストを焼成する必要がないため、開口部23の端や隅部を高精度に仕上げることができる。このため、製品が完成するまでに必要な特性実測と開口部23の微調整のための加工を削減することができる。
【0026】
図5の(A)〜(D)は、ろう付けによって結合窓12を製造する例を示している。図5中の(A)に示すように、円形の孔30を有する低熱膨張材(例えばインバー合金)21aと、円板状の導電材料(例えばCu)22aと、ろう材40が使用される。孔30の内周面31と導電材料22aの外周面32は、図3に示す拡散接合の例と同様に、60度〜80度の角度で傾斜するテーパ面としてもよい。ろう材40は、箔あるいは棒などの形態でもよいし、粉末あるいはペースト状であってもよい。
【0027】
低熱膨張材21aの孔30に導電材料22aを嵌合させ、加熱することによってろう材40を溶融させたのち、冷却することにより、図5中の(B)に示すように、低熱膨張材21aの内周面31と導電材料22aの外周面32とを互いにろう材40によって接合する。
【0028】
Cuからなる導電材料22aと、インバー合金あるいはスーパーインバー合金などからなる低熱膨張材21aとをろう付けする場合、ろう材40として、例えばAgろう、はんだ、Niろうなどを用いることができる。Agろう接合によって製作された結合窓12の使用可能温度は室温から300℃前後である。はんだ接合の場合、結合窓12の使用可能温度は室温から200℃前後である。Niろう接合の場合、使用可能温度は室温から700℃前後である。このように、使用温度に応じてろう材40の材質を選択すればよい。
【0029】
ろう材40が硬化したのち、図5中の(C)に示すように、機械加工や塑性加工によって形状を整え、かつ、必要に応じて焼鈍等の熱処理により歪みを除去する。そののち、図5中の(D)に示すように、切削等の機械加工により、マイクロ波の透過する開口部23を形成する。
【0030】
ろう材40を用いる代りに、接着剤によって導電材料22aと低熱膨張材21aとを接合してもよい。接着剤を用いる場合については図示を省略するが、図5で説明した例と同様の低熱膨張材21aと、導電材料22aとを用い、低熱膨張材21aの内周面31と導電材料22aの外周面32との間に、ろう材40の代りに接着剤を供給し、乾燥させることによって、低熱膨張材21aと導電材料22aとを互いに固定する。接着剤が硬化したのち、機械加工等によって、図5中の(D)と同様に開口部23を形成する。ここで用いる接着剤としては、例えばポリイミド系、フェノール系樹脂、シリコン系、エポキシ樹脂系接着剤などである。
【0031】
また図6に示す第3の実施形態のように、結合窓本体21の開口50の内周部に、CuあるいはAg等の導電材料51を溶射することによって、開口部23を有する開口部構成部材22を形成してもよい。この場合、開口部構成部材22が前述の特性調整用の加工しろを確保できる厚さとなるように、導電材料51を十分に溶射するものとする。
【0032】
あるいは図7に示す第4の実施形態のように、結合窓本体21の材料であるインバー合金等の低熱膨張材からなる円筒状の第1の母材60と、開口部構成部材22の材料であるCu等の導電材料からなる棒状の第2の母材61を、前述した拡散接合あるいはろう付け、接着剤によって接合し、開口部23を形成するなどして、棒状の中間製品62を製造してもよい。この場合、中間製品62を径方向にスライスすることにより、所定厚さtの多数の結合窓12を能率良く製作することができる。
【0033】
本発明は、例えば図8に示す第5の実施形態のような誘電体フィルタ10Aに適用することもできる。誘電体フィルタ10Aは前記インピーダンス整合器10と同様に、ケース11と、結合窓12とを有し、結合窓12は、低熱膨張材からなる結合窓本体21と、この結合窓本体21よりも導電率の高い導電材料からなる開口部構成部材22とを含んでいる。ケース11の内部に誘電体70が収容されている。
【0034】
本発明は、例えば図9に示す第6の実施形態のような導波管型バンドパスフィルタ10Bに適用することもできる。導波管型バンドパスフィルタ10Bも前記インピーダンス整合器10と同様にケース11と結合窓12とを有し、結合窓12は、低熱膨張材からなる結合窓本体21と、この結合窓本体21よりも導電率の高い導電材料からなる開口部構成部材22とを含んでいる。
【0035】
また、この発明を実施するに当たって、ケースや結合窓の具体的な形状をはじめとして、開口部の形状、結合窓本体、開口部構成部材の形態、低熱膨張材あるいは導電材料の成分など、この発明の構成要素を、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜に変形して実施できることは言うまでもない。
【0036】
【発明の効果】
請求項1に記載した発明によれば、所望の特性を得るための開口部の微調整が可能で、熱膨張が小さいため温度特性に優れ、かつ、開口部の導電率が高いため伝送損失が小さい結合窓が得られる。
【0037】
請求項2に記載した発明によれば、特性の実測結果等に基いて開口部を切削するなどの加工を行うことにより、所望の特性が得られるように微調整をすることができ、微調整可能な範囲をメッキ層などに比べてはるかに広くとることができる。
【0039】
請求項3に記載した発明によれば、開口部の微調整が可能であり、熱膨張が小さいため温度特性に優れ、かつ、開口部の導電率が高いため伝送損失が小さい導波管型インピーダンス整合器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態を示す導波管型インピーダンス整合器の側面図。
【図2】 図1に示された導波管型インピーダンス整合器の結合窓の正面図。
【図3】 図2に示された結合窓を拡散接合によって製造する場合の低熱膨張材と導電材料等を工程順に示す断面図。
【図4】 本発明の第2の実施形態を示す導波管型インピーダンス整合器の側面図。
【図5】 図2に示された結合窓をろう付けによって製造する場合の低熱膨張材と導電材料等を工程順に示す断面図。
【図6】 本発明の第3の実施形態を示す結合窓の正面図。
【図7】 本発明の第4の実施形態を示す結合窓と、この結合窓の製造に使用する中間製品の斜視図。
【図8】 本発明の第5の実施形態を示す誘電体フィルタの側面図。
【図9】 本発明の第6の実施形態を示す導波管型バンドパスフィルタの側面図。
【符号の説明】
10,10′…導波管型インピーダンス整合器
10A…誘電体フィルタ
10B…導波管型ンドパスフィルタ
11…ケース
12…結合窓
21…結合窓本体
21a…低熱膨張材
22…開口部構成部材
22a…導電材料
23…開口部
M…加工しろ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The invention includes a waveguide-type impedance matching device, for binding window used therefor.
[0002]
[Prior art]
The waveguide type bandpass filter and the waveguide type impedance matching device include a hollow case made of a metal material and a coupling window assembled to the case. An opening for transmitting microwaves is formed in the coupling window. This opening is formed with high accuracy according to the required characteristics. The coupling window is fixed to the case by fastening parts such as screws.
[0003]
Conventionally, in some cases, the case is made of a material having a low coefficient of thermal expansion (low thermal expansion material) such as Invar alloy in order to improve temperature characteristics. However, since the low thermal expansion material has low conductivity, a material having high conductivity, such as copper (Cu), has been used as a material for the coupling window in order to reduce transmission loss. However, copper has a large coefficient of thermal expansion, and there is a problem that the change of characteristics is large, for example, the opening contracts in response to a temperature change, which causes a mismatch with the incident microwave.
[0004]
In order to improve the temperature characteristics of the coupling window, it is proposed to reduce the transmission loss by forming the coupling window with a low thermal expansion material and plating the opening of the coupling window with Cu or Ag having a high conductivity. ing. For the same purpose, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-170116, it is also proposed to increase the conductivity and reduce the transmission loss by baking Ag paste or Cu paste in the opening. ing.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the coupling window, the matching with the incident microwave may be shifted due to the limit on the processing accuracy of the opening, and the characteristics may be deteriorated. In addition, when Cu or Ag is plated on the opening as described above, the accuracy of the opening may deteriorate, for example, the plating layer at the end or corner of the opening tends to be locally thick. Similarly, when the paste of Cu or Ag is fired, the accuracy of the opening may be deteriorated. These also cause a decrease in microwave transmission characteristics.
[0006]
For this reason, to complete the product, measure the characteristics of the coupling window in the process of completion, make fine adjustments such as cutting the opening and adjusting the shape based on the measurement results, and then measure the characteristics again. By repeating the process of performing the process several times, a finished product that finally satisfies the required characteristics has been obtained.
[0007]
However, repeating the process for characteristic measurement and fine adjustment as described above requires a great amount of work and time until the product is completed, which increases the manufacturing cost. Moreover, since the plating layer is as thin as about 5 μm to 15 μm, if the opening is cut to some extent for fine adjustment of the characteristics, a part of the plating layer is removed.
[0008]
Therefore, when cutting the opening, it is necessary to remove the coupling window from the case and perform the plating operation again on the opening. In that case, it is necessary to detachably attach the coupling window to the case with screws or the like, which not only increases the number of parts but also eliminates the effort required for detachment. These are factors that require a great deal of work and time to complete the product.
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a coupling window having excellent temperature characteristics, low transmission loss, and easy fine adjustment of the opening, and a waveguide type impedance matching device using the coupling window.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The coupling window of the present invention for achieving the above object is a coupling window having an opening through which microwaves are transmitted, a coupling window body made of a low thermal expansion material, and a conductive material having a higher conductivity than the coupling window body. An opening component member configured separately from the coupling window body, wherein the outer circumferential surface of the opening component member is diffusion bonded or brazed to the inner circumferential surface of the hole formed in the coupling window body And an opening component member having the opening portion fixed by an adhesive or an adhesive. In the present invention, it is preferable that a processing margin that allows fine adjustment processing of the opening dimension is sufficiently secured around the opening of the opening component member.
[0011]
In order to achieve the above object, a waveguide type impedance matching device of the present invention has a case and the coupling window incorporated in the case. In the present invention, it is preferable that a margin for fine adjustment of the opening dimension is secured around the opening of the opening component member.
[0012]
The present invention can be applied to a waveguide-type impedance matching device, which is an example of a waveguide-type microwave transmission body, or a waveguide-type bandpass filter, and has excellent temperature characteristics and low transmission loss. It is possible to provide a waveguide type impedance matching device, a waveguide type bandpass filter, and the like having a coupling window in which an opening can be finely adjusted in order to obtain desired characteristics.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 shows a waveguide type impedance matching
[0014]
The material of the
[0015]
As shown in FIG. 2, the
[0016]
As shown in FIGS. 3A to 3D, the
[0017]
As shown to (A) in FIG. 3, the
[0018]
For example, the
[0019]
In such a state where the low
[0020]
After cooling, the shape may be adjusted by machining or the like as shown in FIG. 3C, or the distortion is removed by applying heat treatment such as plastic working or annealing. After that, as shown in FIG. 3D, an
[0021]
In the
[0022]
Since the waveguide type
[0023]
In addition, the waveguide type
[0024]
Since it is not necessary to remove the
[0025]
Further, since it is not necessary to perform plating of Cu or Ag on the
[0026]
5A to 5D show an example in which the
[0027]
The
[0028]
When brazing the
[0029]
After the
[0030]
Instead of using the
[0031]
Further, as in the third embodiment shown in FIG. 6, the opening component member having the
[0032]
Alternatively, as in the fourth embodiment shown in FIG. 7, the cylindrical
[0033]
The present invention can also be applied to, for example, a
[0034]
The present invention can also be applied to, for example, a
[0035]
In carrying out the present invention, the present invention includes the specific shape of the case and the coupling window, the shape of the opening, the shape of the coupling window body, the shape of the opening component, the component of the low thermal expansion material or the conductive material, etc. It goes without saying that the above-described components can be appropriately modified and implemented without departing from the scope of the invention.
[0036]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, it is possible to finely adjust the opening for obtaining desired characteristics, and since the thermal expansion is small, the temperature characteristic is excellent, and the opening has high conductivity, so that transmission loss is low. small coupling window is Ru obtained.
[0037]
According to the invention described in claim 2 , fine adjustment can be performed so that desired characteristics can be obtained by performing processing such as cutting the opening based on the actual measurement result of the characteristics. The possible range can be taken far wider than the plating layer.
[0039]
According to the third aspect of the present invention, the waveguide-type impedance is capable of fine adjustment of the opening, excellent in temperature characteristics because of small thermal expansion, and low in transmission loss because of high conductivity of the opening. Ru it is possible to provide a matching unit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a waveguide type impedance matching device showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of a coupling window of the waveguide type impedance matching device shown in FIG.
3 is a cross-sectional view showing a low thermal expansion material, a conductive material, and the like in the order of steps when the bonding window shown in FIG. 2 is manufactured by diffusion bonding.
FIG. 4 is a side view of a waveguide type impedance matching device showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a low thermal expansion material, a conductive material, and the like in the order of steps when the bonding window shown in FIG. 2 is manufactured by brazing.
FIG. 6 is a front view of a coupling window showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view of a coupling window showing a fourth embodiment of the present invention and an intermediate product used for manufacturing the coupling window.
FIG. 8 is a side view of a dielectric filter showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a side view of a waveguide type bandpass filter showing a sixth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
低熱膨張材からなる結合窓本体と、
前記結合窓本体よりも導電率の高い導電材料からなり、前記結合窓本体とは別体に構成された開口部構成部材であって、該開口部構成部材の外周面が前記結合窓本体に形成された孔の内周面に拡散接合またはろう付けまたは接着剤によって固定されかつ前記開口部を有する開口部構成部材と、
を具備したことを特徴とする結合窓。A coupling window having an opening through which microwaves pass,
A combined window body made of a low thermal expansion material;
An opening component member made of a conductive material having a higher conductivity than the coupling window main body and configured separately from the coupling window main body, and an outer peripheral surface of the opening component member is formed on the coupling window main body An opening component fixed to the inner peripheral surface of the hole formed by diffusion bonding, brazing, or adhesive, and having the opening;
A coupling window characterized by comprising:
前記結合窓が、請求項1に記載された結合窓であることを特徴とする導波管型インピーダンス整合器。A case and a coupling window incorporated in the case;
The waveguide type impedance matching device according to claim 1, wherein the coupling window is a coupling window according to claim 1.
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