JP4849258B2

JP4849258B2 - 同軸導波管変換構造体および進行波管

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Publication number: JP4849258B2
Application number: JP2007101713A
Authority: JP
Inventors: 耕治岡本
Original assignee: 株式会社ネットコムセック
Priority date: 2007-04-09
Filing date: 2007-04-09
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2027-04-09
Also published as: JP2008259109A; US7719196B2; US20080246553A1

Description

本発明は、入力された電磁波を増幅して出力するための同軸導波管変換構造体、およびこの同軸導波管変換構造体を備える進行波管に関する。

従来、マイクロ波管としては進行波管が知られている。進行波管の多くは、高周波が入力される入力変換部、または高周波が出力される出力変換部としての出力変換部としての同軸導波管変換構造体を備えている。

図５に示すように、従来の進行波管が備える出力変換部１０１は、高周波を出力するための導波管１０６と、真空にされた内部に遅波回路１０８が設けられた真空外囲器１０７と、真空外囲器１０７側と導波管１０６側とを気密に封止する絶縁窓部材１０９と、導波管１０６に一端が支持された外部同軸内導体１１１と、遅波回路１０８に一端が当接され他端が外部同軸内導体１１１に連結された内部同軸内導体１１２とを備えて構成されている（例えば、特許文献１参照）。

このような進行波管では、絶縁窓部材１０９近傍の整合特性が、外部同軸内導体１１１を含む構成部品の寸法によって定まる特性インピーダンスによって決定される。そして、出力変換部では、増幅された高周波の反射損失を少なくするために、出力変換部におけるインピーダンスを最適に調整する必要がある。
実開平５−２３３９７号公報（図３）

ところで、出力変換部を構成する各部品は、加工精度や寸法公差等によって長さや外径等の外形寸法にバラツキが生じることが避けられない。このため、従来の出力変換部の構成では、特性インピーダンスを所望の最適な値に調整するために、個々の出力変換部を製造する際に、外形寸法が異なる複数の部品を用意しておき、複数の部品の中から、最適なインピーダンスの値が得られる部品を選択して組み付けている。このため、インピーダンスの調整作業が煩雑であり、製造コストが嵩んでしまう不都合があった。

そこで、本発明は、特性インピーダンスを外部同軸内導体によって容易に調整することができる同軸導波管変換構造体および進行波管を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る同軸導波管変換構造体は、高周波を入力または出力するための導波管と、遅波回路が設けられた真空外囲器と、導波管と真空外囲器とを連結する連結管部と、連結管部に設けられ真空外囲器側と導波管側とを気密に封止する絶縁封止部材と、導波管に一端が支持された外部同軸内導体と、遅波回路に一端が当接され他端が外部同軸内導体に連結された内部同軸内導体と、を備える。そして、導波管には、外部同軸内導体を軸方向に移動可能に支持するネジ部が設けられる。また、外部同軸内導体の端部の外径は、前記内部同軸内導体の外径よりも大きくされる。また、外部同軸内導体の端部は、内部同軸内導体の端部と軸方向に移動可能に連結され、外部同軸内導体の端部が、連結管部の内部の移動範囲内で移動可能に設けられる。

以上のように構成した本発明に係る同軸導波管変換構造体は、ネジ部によって外部同軸内導体の端部を軸方向に移動させることで、インピーダンスを外部同軸内導体によって容易に調整される。

また、本発明に係る同軸導波管変換構造体が備える外部同軸内導体は、内部同軸内導体に連結された端部が、連結管部の内部の移動範囲内で移動可能に設けられることによって、連結管部におけるインピーダンスを調整することが可能になる。

また、本発明に係る同軸導波管変換構造体が備える外部同軸内導体は、内部同軸内導体に連結された端部が、連結管部の内部に位置するように軸方向に突出している。これによって、連結管部におけるインピーダンスを調整することが可能になる。

また、本発明に係る同軸導波管変換構造体が備えるネジ部は、外部同軸内導体を支持するネジ部材と、導波管に形成されネジ部材が移動可能に設けられるネジ穴と、ネジ穴の内部のみでネジ部材が移動されるようにネジ部材の移動を規制する規制部とを有しているのが好ましい。この構成によれば、ネジ穴内で移動されたネジ部材が、規制部によって軸方向の移動が規制されるので、導波管の内部に突出されることがない。このため、ネジ部材による意図しないインピーダンスの変化が防止されるとともに、導波管の内部でねじ山の先端部における高周波放電の発生も防止されている。

また、本発明に係る同軸導波管変換構造体が備える連結管部内には、絶縁封止部材に隣接する位置に、連結管部におけるインピーダンスを調整するための誘電体が設けられてもよい。この構成によれば、絶縁封止部材近傍におけるインピーダンスが比較的大きく変動されるので、インピーダンスが異なる他の仕様に容易に適用させることが可能になる。

また、本発明に係る進行波管は、上述した本発明に係る同軸導波管変換構造体を備える。

上述したように本発明によれば、導波管に設けられたネジ部によって外部同軸内導体が軸方向に移動可能に支持され、ネジ部による調整で外部同軸内導体を軸方向に移動させることによって、同軸導波管変換構造体のインピーダンスを容易に調整することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。

本実施形態では、本発明の同軸導波管変換構造体を進行波管が備える出力変換部として説明するが、出力側に限定されるものではなく、入力変換部に適用されてもよいことは勿論である。

（第１の実施形態）
進行波管は、増幅された高周波を出力するために、図１に示すような出力変換部１を備えている。図１および図２に示すように、第１の実施形態の出力変換部１は、高周波を出力するための導波管６と、真空にされた内部に遅波回路８が設けられた真空外囲器７と、真空外囲器７側と導波管６側とを気密に封止する絶縁窓部材（絶縁封止部材）９と、導波管６に一端が支持された外部同軸内導体１１と、遅波回路８に一端が当接され他端が外部同軸内導体１１に連結された内部同軸内導体１２とを備えている。

出力変換部１の導波管６は、金属材料によって形成されており、図２に示すように、真空外囲器７の後述する連結管部７ｂが連結される連結穴６ａが設けられている。そして、この導波管６には、外部同軸内導体１１を軸方向に移動可能に支持するネジ部１３が設けられている。

ネジ部１３は、外部同軸内導体１１の一端部を支持するネジ部材１６と、導波管６に形成されネジ部材１６が移動可能に設けられるネジ穴１７と、このネジ穴１７の内部のみでネジ部材１６が移動されるようにネジ部材１６の移動を規制する規制部１８とを有している。

ネジ部１３のネジ部材１６には、図示しないが、導波管６の外周部側に位置する頭部に、ネジ回しが係合される溝が形成されている。ネジ部１３の規制部１８は、ネジ穴１７の一端側に、導波管６の内壁と一体に形成されている。また、この規制部１８には、外部同軸内導体１１が移動可能に挿通される軸穴１８ａが形成されている。

したがって、このネジ部１３は、外部同軸内導体１１を軸方向に移動させる際に、軸方向に移動されたネジ部材１６が規制部１８に当接することで、導波管６の内部に突出されないように構成されている。このため、導波管６の内部にネジ部材１６が突出することで、導波管６におけるインピーダンスが変化することが防止されている。

出力変換部１の真空外囲器７は、金属材料によって形成されており、内部に螺旋状の遅波回路８が配置された真空管部７ａと、この真空管部７ａに一体に形成されて導波管６に連結される連結管部７ｂとを有している。連結管部７ｂの端部には、導波管６の連結穴６ａに係合される係合片１９が弾性変位可能に設けられている。

外部同軸内導体１１は、導電性材料によって棒状に形成されており、内部同軸内導体１２の端部が軸方向に移動可能に挿入される軸穴２１を有している。また、外部同軸内導体１１は、軸穴２１の周壁が径方向に弾性変形可能になるように複数に分割されており、内部同軸内導体１２の端部が軸穴２１に挿入されることで、弾性変位された周壁が内部同軸内導体１２の外周面に良好に当接される。また、外部同軸内導体１１は、導波管６の内部に位置する端部１１ａの外径が大きく形成されている。

そして、この外部同軸内導体１１は、ネジ部１３によって軸方向に移動されたときに、内部同軸内導体１２に連結された端部１１ａが導波管６の内部の移動範囲Ｒ１内で変動するように、所定の長さに形成されている。この外部同軸内導体１１は、外径が大きく形成された端部１１ａが、導波管６の内部で軸方向に移動されることで、導波管６におけるインピーダンスが比較的大きく調整される。

内部同軸内導体１２は、導電性材料によって棒状に形成されており、外部同軸内導体１１の長さに応じた所定の長さに形成されている。内部同軸内導体１２は、一端が遅波回路８の端部に当接されており、他端が外部同軸内導体１１に連結されている。

絶縁窓部材９は、セラミックス等の絶縁材料によって円板状に形成されており、連結管部７ｂに固定されて設けられている。また、絶縁窓部材９の中央には、内部同軸内導体１２が挿通される挿通穴９ａが設けられており、この挿通穴９ａに内部同軸内導体１２が固定されている。

以上のように構成された出力変換部１について、外部同軸内導体１１の端部１１ａの位置を軸方向に移動する動作を説明する。

ネジ部１３は、ネジ回し等によってネジ部材１６をネジ穴１７に沿って移動させることで、ネジ部材１６と共に外部同軸内導体１１が軸方向に移動される。外部同軸内導体１１が軸方向に移動されることに伴って、真空外囲器７側に固定されている内部同軸内導体１２の端部は、外部同軸内導体１１の軸穴２１に対して移動される。このとき、外部同軸内導体１１の端部１１ａは、軸方向に移動された際も、内部同軸内導体１２の端部との連結状態が良好に保たれている。

また、ネジ穴１７内で移動されたネジ部材１６は、先端が規制部１８に当接して軸方向の移動が規制されるので、導波管６の内部に突出されることがない。このため、ネジ部材１６による意図しないインピーダンスの変化が防止されるとともに、導波管６の内部で、ネジ部材１６のネジ山の先端部における高周波放電の発生も防止されている。

そして、外部同軸内導体１１は、軸方向に移動されることによって、内部同軸内導体１２に連結された端部１１ａの位置が、導波管６の内部の移動範囲Ｒ１内で移動される。この移動によって、外部同軸内導体１１は、導波管６の内部に対する軸方向の突出量、すなわち導波管６に対する外部同軸内導体１１の端部１１ａの相対位置が変化され、導波管６におけるインピーダンスが外部同軸内導体１１によって容易に調整される。

最後に、軸方向の位置が調整された外部同軸内導体１１は、ネジ部材１６の端部に例えば塗料や接着剤等が塗布されて、ネジ部材１６がネジ穴１７に対して接着されることで、固定されている。

上述したように、本実施形態の出力変換部１は、ネジ部１３によって外部同軸内導体１１の端部１１ａの位置が導波管６の内部の移動範囲Ｒ１内で移動可能にされたことによって、出力変換部１を構成する部品の加工精度や寸法公差等による外形寸法のバラツキにかかわらずに、導波管６におけるインピーダンスを最適な値に容易に調整することができる。したがって、この出力変換部１を備える進行波管によれば、上述した従来のように外形寸法が異なる外部同軸内導体を含む構成部品を選択的に組み付ける作業を伴わないので、導波管６におけるインピーダンスの調整作業が簡素化され、進行波管の製造コストを低減することが可能になる。

次に、他の実施形態の出力変換部について、図面を参照して説明する。なお、他の実施形態は、ネジ部１３によって調整される外部同軸内導体の構成を除いて上述した第１の実施形態と基本構成が同一であるため、同一部材には第１の実施形態と同一符号を付して説明を省略する。

（第２の実施形態）
図３に示すように、第２の実施形態の出力変換部２は、導波管６に一端が支持された外部同軸内導体２６と、遅波回路８に一端が当接され他端が外部同軸内導体１１に連結された内部同軸内導体２７とを備えている。

外部同軸内導体２６は、ネジ部１３によって軸方向に移動されたときに、外径が大きくされた端部２６ａが真空外囲器７の連結管部７ｂの内部の移動範囲Ｒ２内で変動するように、所定の長さに形成されている。内部同軸内導体２７は、外部同軸内導体２６の長さに応じた所定の長さに形成されている。

以上のように構成された出力変換部２は、上述した第１の実施形態におけるインピーダンスの調整動作と同様に、ネジ部１３のネジ部材１６を移動させることで、外部同軸内導体２６の端部２６ａの位置が、真空外囲器７の連結管部７ｂの内部の移動範囲Ｒ２内で移動される。外部同軸内導体２６の端部２６ａの位置が、移動範囲Ｒ２内で移動されることで、連結管部７ｂにおけるインピーダンスが調整される。

上述したように、本実施形態の出力変換部２によれば、ネジ部１３によって外部同軸内導体２６の端部２６ａの位置が真空外囲器７の連結管部７ｂの内部の移動範囲Ｒ２内で移動可能にされたことによって、真空外囲器７の連結管部７ｂにおけるインピーダンスを最適な値に容易に調整することができる。したがって、この出力変換部２を備える進行波管によれば、導波管６におけるインピーダンスの調整作業が簡素化され、進行波管の製造コストを低減することが可能になる。

（第３の実施形態）
図４に示すように、第３の実施形態の出力変換部３は、第２の実施形態の構成に加えて、真空外囲器７の連結管部７ｂ内の絶縁窓部材９近傍におけるインピーダンスを比較的大きく変動させるため、すなわちインピーダンスをずらすための誘電体２８を備えている。

この誘電体２８は、例えばポリテトラフルオロエチレン等の誘電材料によって円板状に形成されており、絶縁窓部材９に隣接する位置に配置されている。誘電体２８には、中央部に内部同軸内導体２７が挿通される挿通穴２８ａが設けられている。

本実施形態の出力変換部３によれば、必要に応じて、誘電体２８の厚み等の外形寸法や材料を適宜変更することで、インピーダンスを比較的大きくずらして、インピーダンスが異なる他の仕様に容易に適用させることができる。

なお、上述した実施形態の出力変換部１，２，３では、導波管６においてネジ部１３が設けられた側の側壁の厚みが、対向する側壁に比較して厚く形成されたが、この構成に限定されるものではなく、側壁の厚みが均一にされてネジ部のみが側壁よりも厚くなるように構成されてもよい。

また、本発明に係る同軸導波管変換構造体は、出力が１ｋＷ以下、例えば数１０Ｗから数１００Ｗ程度の進行波管に適用されて好適である。

第１の実施形態の出力変換部を示す断面図である。第１の実施形態の出力変換部を示す分解断面図である。第２の実施形態の出力変換部を示す断面図である。第３の実施形態の出力変換部を示す断面図である。従来の出力変換部を示す断面図である。

符号の説明

１出力変換部
６導波管
７真空外囲器
７ｂ連結管部
８遅波回路
９絶縁窓部材
１１外部同軸内導体
１２内部同軸内導体
１３ネジ部

Claims

高周波を入力または出力するための導波管と、遅波回路が設けられた真空外囲器と、前記導波管と前記真空外囲器とを連結する連結管部と、前記連結管部に設けられ前記真空外囲器側と前記導波管側とを気密に封止する絶縁封止部材と、前記導波管に一端が支持された外部同軸内導体と、前記遅波回路に一端が当接され他端が前記外部同軸内導体に連結された内部同軸内導体と、を備える同軸導波管変換構造体において、
前記導波管には、前記外部同軸内導体を軸方向に移動可能に支持するネジ部が設けられ、
前記外部同軸内導体の端部の外径は、前記内部同軸内導体の外径よりも大きくされ、
前記外部同軸内導体の前記端部は、前記内部同軸内導体の端部と軸方向に移動可能に連結され、前記外部同軸内導体の端部が、前記連結管部の内部の移動範囲内で移動可能に設けられている、ことを特徴とする同軸導波管変換構造体。
前記ネジ部は、前記外部同軸内導体を支持するネジ部材と、前記導波管に形成され前記ネジ部材が移動可能に設けられるネジ穴と、前記ネジ穴の内部のみで前記ネジ部材が移動されるように前記ネジ部材の移動を規制する規制部とを有している、請求項１に記載の同軸導波管変換構造体。
前記連結管部内には、前記絶縁封止部材に隣接する位置に、前記連結管部におけるインピーダンスを調整するための誘電体が設けられている、請求項１または２に記載の同軸導波管変換構造体。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の同軸導波管変換構造体を備える進行波管。