JP4343861B2 - 方向性結合器 - Google Patents

Description

本発明は、方向性結合器に関し、さらに詳細には、高周波電力を伝送する導波管に設けられる方向性結合器に関し、特に、導波管内部の気密保持を行う気密保持構造を備えた方向性結合器に関する。

導波管は、マイクロ波からミリ波に及ぶ高周波数帯域での導波路として広く利用されているが、こうした導波管の中をある方向に進んでいる高周波電力に比例した高周波出力を取り出すための機器として、導波管に取り付けられる方向性結合器が知られている。

ところで、導波管に関しては、導波管内を進む高周波電力の大きさに応じて導波管内に不活性ガスなどのガスを加圧して注入したりあるいは導波管内を真空に保持しておかないと、導波管内で放電を起こすことが知られている。特に、高電力を伝送するための導波管においては、通常、導波管内部は空気または不活性ガスなどのガスによって加圧されることが多い。

ここで、導波管内部を不活性ガスなどのガスによって加圧する場合には、導波管内部を一度真空状態にした後に、当該導波管内部に不活性ガスなどのガスを加圧注入するようになされている。このため、方向性結合器を導波管に取り付ける際にも、導波管内部の気密保持を行う必要があり、従来より導波管内部の気密保持を行う気密保持構造を備えた方向性結合器が提案されている。

図１および図２には従来の気密保持構造を備えた方向性結合器が示されており、図１は従来の気密保持構造を備えた方向性結合器の一部を破断して示した概略構成説明図であり、図２は図１の要部拡大図である。

この図１および図２に示す従来の気密保持構造を備えた方向性結合器１００は、両端に方形導波管（図示せず。）のフランジ部を連結可能なフランジ部１０２ａ、１０２ｂがそれぞれ形成された方形導波管構造を備えた導波管部１０２と、導波管部１０２に対して電気的に短絡して取り付けられている箱状の外導体カバー１０４とを有している。

ここで、導波管部１０２の幅広面である上部の外壁面１０２ｃには、外導体カバー取付孔１０２ｄが穿設されており、この外導体カバー取付孔１０２ｄには外導体カバー１０４の底部１０４ａが嵌合されている。この外導体カバー取付孔１０２ｄに外導体カバー１０４の底部１０４ａが嵌合されることにより、底部１０４ａは導波管部１０２の幅広面である外壁面１０２ｃの一部として機能するものであり、この方向性結合器１００においては、導波管部１０２および外導体カバー１０４の底部１０４ａにより方形導波管が構成されている。

一方、外導体カバー１０４の底部１０４ａには、導波管部１０２の内部１０２ｅと連通する円形の高周波結合孔１０４ｂが穿設されている。この高周波結合孔１０４ｂが、導波管部１０２および外導体カバー１０４の底部１０４ａにより構成される方形導波管の高周波結合孔として機能するものであり、高周波結合孔１０４ｂを通して、導波管部１０２および外導体カバー１０４の底部１０４ａにより構成される方形導波管内を伝送する高周波電力が外導体カバー１０４の内部１０４ｃに取り出される。

そして、外導体カバー１０４の底部１０４ａにおける内部１０４ｃと接している側の面たる上面１０４ｄ、即ち、導波管部１０２の内部１０２ｅと接している側の面とは反対の面たる上面１０４ｄにおける高周波結合孔１０４ｂの縁部領域１０４ｄｄには、高周波結合孔１０４ｂを閉塞するようにして誘電率の低い材料、例えば、テフロン（登録商標）などのフッ素樹脂やセラミックなどからなる気密保持用板状部材１０６の縁部１０６ｂが接着により気密封着されており、これにより導波管部１０２の内部１０２ｅが気密状態に保持されている。

より詳細には、気密保持用板状部材１０６は、導波管部１０２の内部１０２ｅ側へ向かって突出して高周波結合孔１０４ｂ内へ入り込んで高周波結合孔１０４ｂと嵌合するように形成された凸部１０６ａと、凸部１０６ａの外周部位に形成されていて方形導波管の外壁面たる高周波結合孔１０４ｂの縁部領域１０４ｄｄに接着される係止部たる縁部１０６ｂとを備えており、凸部１０６ａと縁部１０６ｂとの接合領域により形成される段部１０６ｃが、高周波結合孔１０４ｂの縁部領域１０４ｄｄと嵌合して係合されている。

さらに、外導体カバー１０４の内部１０４ｃには、高周波結合孔１０４ｂから漏れ出る高周波成分と結合する結合ループ１０８と、この結合ループ１０８の両端部にそれぞれ接続されて外方に延長された同軸線路を構成する内導体１１０、１１２と、これら内導体１１０、１１２を同軸的に取り巻く外導体延長部１１４、１１６と、これら内導体１１０、１１２と外導体延長部１１４、１１６とを絶縁を保持するようにして機械的に嵌合された絶縁樹脂スペーサ（図示せず。）となどが設けられている。

以上の構成において、上記した方向性結合器１００によれば、高周波結合孔１０４ｂの縁部領域１０４ｄｄに縁部１０６ｂを接着して係止された気密保持用板状部材１０６により、導波管部１０２の内部１０２ｅを加圧した不活性ガス雰囲気や真空状態に保って動作させることができるとともに、結合ループ１０８を高周波結合孔１０４ｂから漏れ出る高周波電界およびその電界によって発生する磁界に結合させることによって、同軸線路から方形導波管内の進行波、反射波の両高周波電力に比例する高周波出力を選択的に取り出すことができる。

しかしながら、上記したような従来の方向性結合器１００における方形導波管の内部１０２ｅの気密状態は、高周波結合孔１０４ｂの縁部領域１０４ｄｄに気密保持用板状部材１０６の縁部１０６ｂを接着する際の接着強度に依存して保持されているが、こうした接着強度は接着環境に依存して変化するため、方形導波管の内部１０２ｅをガスによって加圧する際にガスの圧力が高まるに従って、当該ガスの圧力により高周波結合孔１０４ｂの縁部領域１０４ｄｄと気密保持用板状部材１０６の縁部１０６ｂとの接着が脆弱化されて剥がされてしまい、方形導波管の内部１０２ｅの気密状態を維持することができなくなる恐れがあるという問題点があった。

また、上記したような従来の方向性結合器１００において、方形導波管の内部１０２ｅをガスによって加圧する際には、方形導波管の内部１０２ｅを一度真空状態にしてからガスを充填するという工程が行われる。このため、高周波結合孔１０４ｂの縁部領域１０４ｄｄと気密保持用板状部材１０６の縁部１０６ｂとの接着領域には、方形導波管の内部１０２ｅが真空状態のときには方形導波管の内部１０２ｅ側に引っ張られる方向の力が働き、一方、方形導波管の内部１０２ｅがガスにより加圧されている状態のときには方形導波管の内部１０２ｅ側から外部側、即ち、外導体カバー１０４の内部１０４ｃ側へ押す方向の力が働くことになり、こうした方形導波管の内部１０２ｅの負圧と加圧との変化により高周波結合孔１０４ｂの縁部領域１０４ｄｄと気密保持用板状部材１０６の縁部１０６ｂとの接着が脆弱化されて剥がされてしまい、方形導波管の内部１０２ｅの気密状態を維持することができなくなる恐れがあるという問題点があった。

なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術文献情報はない。

本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、導波管の内部のガスの圧力が高まったり、あるいは、導波管の内部が負圧と加圧とに変化する際においても、導波管の高周波結合孔と当該導波管の高周波結合孔を遮蔽する気密保持用板状部材との気密状態を安定的に保持することができるようにした信頼性の高い方向性結合器を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、導波管の高周波結合孔と当該導波管の高周波結合孔を遮蔽する気密保持用板状部材との気密状態を保持するに際し、当該高周波結合孔と当該気密保持用板状部材との気密状態を接着のみならず構造的に保持するようにしたものである。

即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、導波管に形成された高周波結合孔を被覆するように外導体カバーが上記導波管の外壁面に電気的に短絡して設けられ、上記導波管の内部の高周波電力と結合する結合ループが上記外導体カバーの内部に設けられた方向性結合器において、導波管に形成された高周波結合孔を遮蔽する気密保持用板状部材を有し、上記気密保持用板状部材は、上記導波管の外壁面に係止される第１の係止部と上記導波管の内壁面に係止される第２の係止部とを有し、上記外壁面と上記第１の係止部とが接着され、上記内壁面と上記第２の係止部とが接着されるようにしたものである。

また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記気密保持用板状部材は、上記第１の係止部を有する第１の気密保持用板状部材と上記第２の係止部を有する第２の気密保持用板状部材とよりなり、上記第１の気密保持用板状部材と上記第２の気密保持用板状部材とが接着されるようにしたものである。

また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項２に記載の発明において、上記第１の気密保持用板状部材は、上記高周波結合孔内に嵌合する第１の凸部を有し、上記第２の気密保持用板状部材は、上記高周波結合孔内に嵌合する第２の凸部を有し、上記第１の凸部と上記第２の凸部との互いに対向する面が接着されるようにしたものである。

本発明は、以上説明したように構成されているので、導波管の内部のガスの圧力が高まったり、あるいは、導波管の内部が負圧と加圧とに変化する際においても、導波管の高周波結合孔と当該導波管の高周波結合孔を遮蔽する気密保持用板状部材との気密状態が安定的に保持されるという優れた効果を奏する。

以下、添付の図面に基づいて、本発明による方向性結合器の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。

図３および図４には本発明の実施に形態の一例による方向性結合器が示されており、図３は本発明の実施に形態の一例による方向性結合器の一部を破断して示した概略構成説明図であり、図４は図３の要部拡大図である。なお、図３は「背景技術」の項で説明した従来の方向性結合器を示す図１に対応し、また、図４は「背景技術」の項で説明した従来の方向性結合器を示す図２に対応している。

また、図３および図４において、図１または図２と同一あるいは相当する構成に関しては、図１または図２において用いた符号と同一の符号を用いて示すことにより、その詳細な構成および作用の説明は省略する。

この図３および図４に示す本発明の実施の形態の一例による方向性結合器１０は、方形導波管の高周波結合孔１０４ｂを遮蔽する気密保持用板状部材として、気密保持用板状部材１０６に加えて第２気密保持用板状部材１２を備えている点において、従来の方向性結合器１００と異なっている。

即ち、外導体カバー１０４の底部１０４ａにおける内部１０４ｃと接している側の面とは反対の面たる底面１０４ｆ、即ち、導波管部１０２の内部１０２ｅと接している側の面たる底面１０４ｆにおける高周波結合孔１０４ｂの縁部領域１０４ｆｆには、高周波結合孔１０４ｂを閉塞するようにして誘電率の低い材料、例えば、テフロン（登録商標）などのフッ素樹脂やセラミックなどからなる第２気密保持用板状部材１２の縁部１２ｂが接着により気密封着されており、これによっても導波管部１０２の内部１０２ｅが気密状態に保持されている。

より詳細には、第２気密保持用板状部材１２は、外導体カバー１０４の内部１０４ｃ側へ向かって突出して高周波結合孔１０４ｂ内へ入り込んで高周波結合孔１０４ｂと嵌合するように形成された凸部１２ａと、凸部１２ａの外周部位に形成されていて方形導波管の内壁面たる高周波結合孔１０４ｂの縁部領域１０４ｆｆに接着される係止部たる縁部１２ｂとを備えており、凸部１２ａと縁部１２ｂとの接合領域により形成される段部１２ｃが、高周波結合孔１０４ｂの縁部領域１０４ｆｆと嵌合して係合されている。

ここで、気密保持用板状部材１０６の凸部１０６ａと第２気密保持用板状部材１２の凸部１２ａとは互いに対向して配置されており、両者の対向する面はその間に空気層が存在しないように接着剤が充填されて接着されている。

従って、方形導波管の外壁面を構成する外導体カバー１０４の底部１０４ａと気密保持用板状部材１０６と第２気密保持用板状部材１２とは、互いに空気層が存在しないようにして接着剤が充填されて接着されていて、高周波結合孔１０４ｂは、方形導波管の外壁面側、即ち、外導体カバー１０４の内部１０４ｃ側から気密保持用板状部材１０６により遮蔽されるとともに、方形導波管の内壁面側、即ち、方形導波管の内部１０２ｅ側から第２気密保持用板状部材１２により遮蔽されることになる。即ち、この方向性結合器１０における高周波結合孔１０４ｂの気密状態は、方形導波管の外壁面に接着されて係止された気密保持用板状部材１０６により保持されるとともに、方形導波管の内壁面に接着されて係止された第２気密保持用板状部材１２により保持されることになり、気密構造として高い強度をもって気密状態を保持することができる。

以上の構成において、方向性結合器１０の方形導波管の内部１０２ｅの空気をガスによって置換して、方形導波管の内部１０２ｅをガスによって加圧する際には、方形導波管の内部１０２ｅを一度真空状態にしてからガスを充填して加圧するという工程が行われる。

従って、この工程が行われる際には、方形導波管の内部１０２ｅの負圧と加圧との変化に応じて、高周波結合孔１０４ｂの縁部領域１０４ｄｄ、１０４ｆｆに接着された気密保持用板状部材１０６、第２気密保持用板状部材１２には、それぞれ全く異なる方向の力が作用することになる。この方向性結合器１０においては、方形導波管の内部１０２ｅの圧力が負圧と加圧と両方において、接着強度と機械的な構造強度との両者によって気密保持が行われる。

即ち、方形導波管の内部１０２ｅを真空状態にして方形導波管の内部１０２ｅを負圧にすると、方形導波管の内部１０２ｅ方向にマイナス１気圧の力が働く（図４における矢印Ａ参照）。このように方形導波管の内部１０２ｅ方向にマイナス１気圧の力が付与された場合には、気密保持用板状部材１０６と第２気密保持用板状部材１２とが接着されているので、第２気密保持用板状部材１２により気密保持用板状部材１０６が方形導波管の内部１０２ｅ方向に引っ張られることになるが、気密保持用板状部材１０６の縁部１０６ｂと外導体カバー１０４の底部１０４ａの縁部領域１０４ｄｄとが係止されているので、気密保持用板状部材１０６の縁部１０６ｂと縁部領域１０４ｄｄとの接着部位の機械的な構造強度により、気密保持用板状部材１０６と縁部領域１０４ｄｄとは気密状態が保持され、方形導波管の内部１０２ｅの内部の気密状態を安定的に保持することができる。

一方、方形導波管の内部１０２ｅにガスを充填して方形導波管の内部１０２ｅを加圧すると、方形導波管の外部方向、即ち、外導体カバー１０４の内部１０４ｃ方向に充填されたガス圧に応じた力が働く（図４における矢印Ｂ参照）。このように方形導波管の外部方向に充填されたガス圧に応じた力が付与された場合には、気密保持用板状部材１０６と第２気密保持用板状部材１２とが接着されているので、第２気密保持用板状部材１２により気密保持用板状部材１０６が矢印Ｂ方向に押し上げられて気密保持用板状部材１０６が方形導波管の外部方向に引っ張られることになるが、第２気密保持用板状部材１２の縁部１２ｂと外導体カバー１０４の底部１０４ａの縁部領域１０４ｆｆとが係止されているので、第２気密保持用板状部材１２の縁部１２ｂと縁部領域１０４ｆｆとの接着部位の機械的な構造強度により、第２気密保持用板状部材１２と縁部領域１０４ｆｆとは気密状態が保持され、方形導波管の内部１０２ｅの内部の気密状態を安定的に保持することができる。

従って、この方向性結合器１０によれば、方形導波管の内部１０２ｅが負圧あるいは加圧のいずれの状態にも関わらず、接着強度のみではなく、接着強度と機構的な強度との２通りの手法で気密保持を行うことができ、強度的な信頼性を向上することができる。なお、接着作業は、湿度や接着材料の配合状態などの接着環境により左右されるが、機械的に強度を保持することで強度的な信頼性が向上する。

即ち、方向性結合器１０においては、気密保持用板状部材１０６と第２気密保持用板状部材１２とを用いて方形導波管の内部１０２ｅの気密状態を保持しているものであり、従来は気密保持用板状部材１０６の接着強度のみ依存していた気密保持と比較すると、気密保持の信頼性を著しく向上することができる。

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）〜（４）に示すように変形することができるものである。

（１）上記した実施の形態においては、外導体カバーの底部を方形導波管の壁面として利用して当該底部に高周波結合孔を穿設したものに本発明を適用した場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、壁面に高周波結合孔を穿設した方形導波管に対し、当該高周波結合孔および気密保持用板状部材を被覆するようにして、底部が開口したカップ状の外導体カバーを方形導波管の外壁に電気的に短絡して取り付けるようにしたものについて本発明を適用してもよい。

（２）上記した実施の形態においては、高周波結合孔や外導体カバーなどの構成を方形導波管の幅広面に設けたものに本発明を適用した場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、やや結合度合いは小さくなるが、これらを幅の狭い方の導波管壁に設けたものに本発明を適用してもよい。

（３）上記した実施の形態においては、気密保持用板状部材と第２気密保持用板状部材とを別体として形成し、両者の対向する凸部を接着剤により接着するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、気密保持用板状部材と第２気密保持用板状部材とを一体的に形成するようにしてもよい。

（４）上記した実施の形態ならびに上記した（１）〜（３）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、導波管の中をある方向に進んでいる高周波電力に比例した高周波出力を取り出す際に利用することができる。

図１は、従来の気密保持構造を備えた方向性結合器の一部を破断して示した概略構成説明図である。 図２は、図１の要部拡大図である。 図３は、本発明の実施に形態の一例による方向性結合器の一部を破断して示した概略構成説明図であり、図１に対応する。 図４は、図４は図３の要部拡大図であり、図２に対応する。

符号の説明

１０ 方向性結合器
１２ 第２気密保持用板状部材
１２ａ 凸部
１２ｂ 縁部
１２ｃ 段部
１００ 方向性結合器
１００ａ、１００ｂ フランジ部
１０２ｃ 外壁面
１０２ｄ 外導体カバー取付孔
１０２ｅ 内部
１０４ 外導体カバー
１０４ａ 底部
１０４ｂ 高周波結合孔
１０４ｃ 内部
１０４ｄ 上面
１０４ｄｄ 縁部領域
１０４ｆ 底面
１０４ｆｆ 縁部領域
１０６ 気密保持用板状部材
１０６ａ 凸部
１０６ｂ 縁部
１０６ｃ 段部
１０８ 結合ループ
１１０、１１２ 内導体
１１４、１１６ 外導体延長部

Claims (3)

1. 導波管に形成された高周波結合孔を被覆するように外導体カバーが前記導波管の外壁面に電気的に短絡して設けられ、前記導波管の内部の高周波電力と結合する結合ループが前記外導体カバーの内部に設けられた方向性結合器において、
   導波管に形成された高周波結合孔を遮蔽する気密保持用板状部材を有し、
   前記気密保持用板状部材は、前記導波管の外壁面に係止される第１の係止部と前記導波管の内壁面に係止される第２の係止部とを有し、
   前記外壁面と前記第１の係止部とが接着され、
   前記内壁面と前記第２の係止部とが接着され
   たことを特徴とする方向性結合器。
2. 請求項１に記載の方向性結合器において、
   前記気密保持用板状部材は、前記第１の係止部を有する第１の気密保持用板状部材と前記第２の係止部を有する第２の気密保持用板状部材とよりなり、
   前記第１の気密保持用板状部材と前記第２の気密保持用板状部材とが接着され
   たことを特徴とする方向性結合器。
3. 請求項２に記載の方向性結合器において、
   前記第１の気密保持用板状部材は、前記高周波結合孔内に嵌合する第１の凸部を有し、
   前記第２の気密保持用板状部材は、前記高周波結合孔内に嵌合する第２の凸部を有し、
   前記第１の凸部と前記第２の凸部との互いに対向する面が接着され
   たことを特徴とする方向性結合器。

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