JP5142907B2 - 導波管構造及びレーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、電波を低損失で伝搬する導波管の構造及びレーダ装置に関する。

特許文献１、２には、縦断面で分割された金属ブロックを結合して導波管を構成する技術が記載されている。この種の導波管は製造面で有利である一方、組み付けされた両金属ブロックの対向面の隙間からの電波漏洩（電気的損失）に対する対策が必要となる。特許文献１では、導波管の溝が形成された金属ブロックと溝を覆う蓋としての金属ブロックとの間に、柔らかい金属箔を挟んで両ブロックの対向部の隙間を、両ブロックと金属箔との密接によってなくすようにすることが提案されている。また、特許文献２では、一方の金属ブロックの対向面であって溝近傍に、銀めっきを塗布したり、あるいは金属ブロックや他部材を利用したりして、突起条を形成し、両ブロックの対向面の隙間をなくすようにすることが提案されている。
特開平１０−４１７１１号公報 特開昭５０−１２２８４６号公報

特許文献１では、柔らかい金属箔を用いる結果、箔の取り扱いに注意を要する必要があり、また長期に亘り平面性等を維持できるかという、作業性、信頼性の点で必ずしも十分ではない。また、特許文献２では、形成された突起条の表面の平面性が新たに問題となり、隙間を完全になくすことには限界がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、電波の伝搬する溝が一部に形成された一の面に所定ピッチで突起を形成し、その上を相対的に柔らかい材質の薄板状の蓋材で覆うことで、蓋材と一の面との接触を密接にし、電波漏洩を効果的に阻止する導波管構造及びレーダ装置を提供することを目的とするものである。

この発明は、電波伝搬用の溝が一の面に形成された金属製の第１のブロックを備えた導波管の構造であって、前記第１のブロックは、前記一の面が蓋材で覆われるものであり、かつ、前記一の面のうち前記溝に沿う位置に所定ピッチで複数の第１の突起が形成されたものであり、前記蓋部を挟んで前記第１のブロックの反対側に設けられ、電波伝搬用の溝が前記蓋材と対向する対向面側に形成された金属製の第２のブロックを備え、前記第２のブロックは、前記対向面のうち前記溝に沿う位置に所定ピッチで複数の第２の突起が形成されたものであり、前記第１、第２のブロックに形成された両溝は、鏡面対称であり、前記第１、第２の突起は、互いに略半ピッチずつずらして設けられていることを特徴とするものである。

この発明によれば、蓋材が第１のブロックの一の面を覆うことで、第１のブロックの溝と蓋材とで形成される空間が導波路となる導波管が形成される。蓋材で第１のブロックの溝を覆う際に、一の面に形成された突起が第１のブロックと蓋材との間の相対強度に応じて変形して密接するので、第１のブロックと蓋材との間の隙間がなくなり、電波の漏洩が極力阻止される。この構成によれば、蓋材の両側に導波管が形成される。そして、第１のブロックと蓋材との間、及び第２のブロックと蓋材との間の密接度が増すので、第１のブロックと蓋材との間、及び第２のブロックと蓋材との間の隙間がなくなり、それぞれ電波の漏洩が極力阻止される。この構成によれば、蓋材は両面が略半ピッチ毎に突起と密接されることになり、その分、それぞれ電波の漏洩が極力阻止される。

この発明は、上記の導波管構造において、前記蓋材が、前記第１のブロックに対して同等又は軟質の材料からなることを特徴とする。この構成によれば、相対的に柔らかい蓋材の表面を変形することで第１のブロックと蓋材との間の密接度がより増すので、第１のブロックと蓋材との間の隙間がなくなり、電波の漏洩が極力阻止される。

この発明は、上記の導波管構造において、第１、第２のブロック及び蓋材は、それぞれの前記一の面の対向位置に孔が穿設され、該孔を介して締結手段によって締結されていることを特徴とする。この構成によれば、蓋材は、締結手段、例えばボルトとナットによる締め付け具合によって、第１、第２のブロックと同等の所要圧で圧接されることになる。

この発明は、上記の導波管構造において、前記第１、第２の突起は、針状体の押し込み操作で形成された凹みの周囲の盛り上がり部であることを特徴とする。この構成によれば、いわゆるポンチング加工により比較的に容易に突起が形成される。

この発明は、マイクロ波発生器と、マイクロ波を空中へ送信するアンテナと、前記マイクロ波発生器と前記アンテナ間に介設された上記の導波管構造とを含むレーダ装置である。この構成によれば、マイクロ波発生器で発生したマイクロ波の電波は、導波管で極力漏洩が阻止されてアンテナに伝搬されるので、アンテナから空中へ効率良くマイクロ波が送信される。

この発明によれば、突起を第１のブロックと蓋材との間の相対強度に応じて変形して密接するため、第１のブロックと蓋材との間の隙間をなくし、電波の漏洩を極力阻止できる。

この発明によれば、第１のブロックと蓋材との間の密接度をより増大させて、第１のブロックと蓋材との間の隙間をなくすことで、電波の漏洩を極力阻止できる。

この発明によれば、第１のブロックと蓋材との間、及び第２のブロックと蓋材との間の隙間をなくして、それぞれ電波の漏洩を極力阻止させることができる。

この発明によれば、蓋材は両面が略半ピッチ毎に突起と密接されることになり、その分、それぞれ電波の漏洩を極力阻止できる。

この発明によれば、蓋材を、ボルトとナットの締め付け具合によって、第１、第２のブロックと同等の所要圧で圧接することができる。

この発明によれば、いわゆるポンチング加工により比較的に容易に突起を形成することができる。

この発明によれば、マイクロ波発生器で発生したマイクロ波の電波を、導波管で極力漏洩阻止して伝搬アンテナに伝搬するため、アンテナから空中へ効率良くマイクロ波を送信できる。

図１は、本発明に係る導波管構造が適用されるマイクロ波送受信機の一例としてのレーダ装置の構成を示すブロック図である。レーダ装置の高周波回路部は、例えば９．４ＧＨｚのマイクロ波を基本波として発振するマグネトロン５１を有する。パルス駆動回路５２は、マグネトロン５１を所定周期で間歇駆動させて所定幅を有するパルス状の送信信号を生成するものである。サーキュレータ５３は、マグネトロン５１からのパルス状の送信信号を所定の回路側へ伝搬するものである。終端器５４は、サーキュレータ５３に接続され、不要電力を消費させるものである。フィルタ１は、基本波に対する高調波の通過を抑制するものである。抑制された高調波は、サーキュレータ５３を経て終端器５４で消費される。

サーキュレータ５５は、送信信号を送信側へ伝搬し、受信信号を受信側へ伝搬するためのものである。ロータリージョイント５６は、静止系と回転系とを電気的に接続するためのものである。アンテナ５７は、図略のモータで定速回転させられるもので、送信信号を電波パルスとして外方に向けて送信するものである。リミッタ回路５８は、受信開始直後の高レベルの電力信号レベルを抑制して受信回路５９を保護するものである。受信回路５９は、アンテナで受波された信号を受信するものである。なお、マグネトロン５１〜アンテナ５７まで、アンテナ５７〜リミッタ回路５８までは導波管で構成されている。

図２（ａ）は、フィルタ１の主要部の分解斜視図で、図２（ｂ）は組み立てた状態の側面図ある。フィルタ１は、２個の金属ブロック２，３、及びそれらの間に介設される仕切り板４から構成されている。なお、本実施形態では、金属ブロック２，３は、鏡面対称に形成されている。

金属ブロック２は、所要の厚みを有するアルミニウム（Ａｌ）等の導電性金属からなる。金属ブロック２は、上面側の面（一の面）、ここでは平面部に、使用電磁波の周波数から定まる所定の深さ寸法を有する凹部（溝）２０が形成されている。凹部２０は、共振領域２１，２２を有する。結合窓２３は、共振領域２１，２２の間に形成されている。共振領域２１には、図１の下方に結合窓２１１が穿設されている。結合窓２１１は、上流側からの電磁波の入力口となる。また、共振領域２２は、付加領域２２１，２２２を有する。

金属ブロック３は、所要の厚みを有するアルミニウム（Al）等の導電性金属からなる。金属ブロック３は、下面側の平面部に、使用電磁波の周波数から定まる所定の深さ寸法を有する凹部（溝）３０が形成されている。凹部３０は、共振領域３１，３２を有する。結合窓３３は、共振領域３１，３２の間に形成されている。共振領域３２には、図１の上方に結合窓３２１が穿設されている。結合窓３２１は下流側への電磁波の出力口となる。また、共振領域３１は、付加領域３１１，３１２を有する。なお、結合窓２１１，３２１は、図２（ａ）のような位置に限定されず、電磁波の入出力口として好適な位置が採用可能である。

仕切り板４は、導電性を有し、金属ブロック２，３それぞれの蓋材として機能する。共振領域２１，２２，３１，３２と仕切り板４とによって構成される各導波管部分は、本実施形態ではそれぞれ共振器と機能する。仕切り板４は、金属ブロック２，３に比して硬度的に少なくとも同程度か、好ましくは、より柔らかいものであることが好ましい。仕切り板４は、例えばアルミニウム（Ａｌ）からなり、あるいは基材の表面に銅（Ｃｕ）と金（Ａｕ）の合金をメッキしたものでもよい。仕切り板４には、その所要位置に所要形状を有する４個の結合窓４１〜４４が穿設されている。なお、図には示していないが、金属ブロック２，３及び仕切り板４には対応する位置であって、凹部２０，３０を外した部分に所要数の貫通孔が形成されている。金属ブロック２，３及び仕切り板４は、これらの貫通孔にボルトが挿通され、ナットで所要圧で締め付けられることで連結されて、導波管構造が形成される。所要圧で連結する部材としては、ボルト、ナットに限定されず、他の公知の締結部材が採用可能である。

図３は、共振領域における電磁界分布と結合窓４１〜４４との位置関係を説明するための平面図である。図４は、フィルタ１の周波数特性を示す図である。

図３に示すように、結合窓４１〜４４は、互いに隣接する共振領域２２，３１の基本波モードの磁界エネルギーの高い領域に形成されているので、共振領域２２，３１の基本波モード同士は強く磁界結合する。一方、結合窓４３，４４は、共振領域２２，３１の２次高調波モードの電界エネルギーの高い領域に形成されているので、共振領域２２，３１の２次高調波モード同士は電界結合しようとする。

しかし、結合窓４１，４２は、共振領域２２，３１の２次高調波モードの磁界エネルギーの高い領域に形成されているので、共振領域２２，３１の２次高調波モード同士は磁界結合しようとする。この２次高調波モード同士の電界結合と磁界結合とをほぼ等量にすることによって、共振領域２２と共振領域３１間の２次高調波モード同士は殆ど結合しないことになる。

なお、付加領域２２１，２２２（３１１，３１２）は、共振領域２２のＥ面が部分的に突出した形状をなし、そのＥ面の長手方向に沿った幅が基本波の半波長以下で且つ２次高調波の半波長以上である。そのため、２次高調波の電磁界はこれらの付加領域２２１，２２２（３１１，３１２）に侵入して分布する。そのため、結合窓４１，４２は、２次高調波モードの電界エネルギーの高い位置で、かつ基本波モードの電界エネルギーの低い位置に配置できる。

このようにして、フィルタ１は、４つの共振器が順に結合した４段の共振器からなり、共振領域２２に想到する共振器及び共振領域３１に相当する共振器で、２次高調波モードの結合及び伝搬が阻止される。すなわち、フィルタ１は、基本波周波数の帯域を通過し、かつ２次高調波を阻止する機能を有する。図４に示すように、基本波周波数９．４ＧＨｚに対して、約１３．８ＧＨｚ帯で通過域が生じているが、２次高調波である１８．８ＧＨｚは阻止されている。

図５は、金属ブロック２，３の少なくとも一方、ここでは金属ブロック２の上面の構造を説明する。図５において、金属ブロック２の上面、ここでは平面部には、凹部２０に沿って所定ピッチで複数の突起２４が形成されている。突起２４は、凹部２０の近傍に位置している。所定ピッチは、少なくとも０．５mm〜４mmの範囲でよく、実験の結果、この範囲であれば、電波漏洩阻止が好適に図れることが判った。

図６は、突起２４と仕切り板４の各断面形状を示す図である。図６に示す突起２４は、ポンチングによって形成したものである。すなわち、細い針状のポンチ治具を金属ブロック２の平面部に押し当てて（プレスして）、凹み２４１を形成すると、この凹み２４１の周囲に盛り上がり部２４２が形成される。この盛り上がり部２４２が突起として機能する。

盛り上がり部２４２の高さ（ポンチング高さ）は、少なくとも０．０５mm〜０．１２mmの範囲であれはよく、この範囲であれば、図７に示すように、電波漏洩阻止が好適に図れる。従って、盛り上がり部２４２の高さが広い範囲で変更されても電波漏洩量にさほど影響を与えることがないことから、金属ブロック２及び３と仕切り板４との締め付けを精度よく行わなくてもよい。

仕切り板４は、金属ブロック２，３間で締結部材によって所要圧で締め付けられることにより、かつ、相対的に金属ブロック２，３より硬度的に同等、乃至は好ましくはより柔らかい材質であることから、盛り上がり部２４２の形状に沿って凹み４０１のように変形を生じる。この盛り上がり部２４２と凹み４０１との噛み込みによって、金属ブロック２と仕切り板４とは強固に密接し、隙間をなくすことができる。しかも、盛り上がり部２４２と凹み４０１との噛み込みによって、金属ブロック２と仕切り板４との位置関係が固定維持されるので、両者の位置ずれに起因する隙間の発生もなくなり、電波漏洩阻止性能の安定性が図れる。

本発明は、以下の態様も採用可能である。

（１）本実施形態では、金属ブロック２に突起２４を設けた場合であるが、さらに金属ブロック３側にも突起を形成してもよい。この場合には、凹部２０，３０双方からの電波漏洩阻止が図れる。また、突起の形成ピッチ、高さは両方で同一でもよいし、異なるようにしてもよい。ピッチは正確に一定である必要はない。ピッチをほぼ同一にする態様では、金属ブロック２と金属ブロック３とで半ピッチずらして形成すれば、仕切り板４との噛み合いが実質的に半ピッチ置きとなり、その分、金属ブロック２及び金属ブロック３と仕切り板４との密接度が増し、電波漏洩止がより良好となる。

（２）本実施形態では、導波管構造の一態様として、フィルタを構成する共振器で説明したが、これに限定されず、通常の導波管部分、フランジ部分、フィルタ部、サーキュレータのように電波波を伝搬する立体回路素子にも同様に適用可能である。また、電波の適用対象としては、主に舶用レーダ等に適用されるマイクロ波が考えられるが、その他、障害物検知や衝突防止用の車載レーダでもよい。

図８は、導波管６のフランジ部６１の接合面６１ａであって、導波路の近傍に突起２４を所定ピッチで形成したものである。図９は、一方の部材の一の面７１ａにフィルタ溝を穿設して導波路が形成された導波管部７１と、前記一の面７１ａを覆う蓋材７２とからなるフィルタ７において、前記一の面７１ａであって導波路の溝の周辺に突起２４を所定ピッチで形成したものである。図１０は、サーキュレータ５３（又は５５）で、一方の部材５３１の一の面５３１ａに分岐路を有する導波路が穿設された導波管部５３１と、前記一の面５３１ａであって導波路の周辺に突起２４を所定ピッチで形成したものである。図１１は、一方の部材の一の面８１ａにフィルタ溝を穿設して導波路が形成された導波管部８１と、前記一の面８１ａを覆う蓋材８２とからなる導波管８で、前記一の面８１ａであって導波路の溝の周辺に突起２４を所定ピッチで形成したものである。

（３）本実施形態では、突起２４をポンチング加工によるもので説明したが、これに限定されず、他の加工方法、例えば周囲を押しつけることで、その中心を盛り上げるような方法でもよい。また、加工方法の他、例えば球状を有するような微小物を、該当平面部に接着乃至は融着することで突起を形成する態様でもよい。

（４）突起２４の凹部２０の側壁２０１からの離間寸法は、図６からも判るように、０．数mm〜数mm程度であればよく、この範囲であれば、側壁２０１に近すぎて側壁２０１に不要な変形をもたらすことはなく、また離れすぎて漏洩阻止性能を低下させることもない。

本発明に係る導波管構造が適用されるマイクロ波送受信機の一例としてのレーダ装置の構成を示すブロック図である。 図２（ａ）はフィルタの主要部の分解斜視図で、図２（ｂ）は組み立てた状態の側面図ある。 共振領域における電磁界分布と結合窓との位置関係を説明するための平面図である。 フィルタの周波数特性を示す図である。 金属ブロックの上面の構造を説明する図である。 突起と仕切り板の各断面形状を示す図である。 突起の高さ（ポンチング高さ）と電波漏洩レベルとの関係を示す図である。 は、本発明を導波管のフランジ部に適用した場合に係る実施形態を説明する部分構成図である。 は、本発明をフィルタに適用した場合に係る実施形態を説明する部分構成図でる。 は、本発明をサーキュレータに適用した場合に係る実施形態を説明する部分構成図である。 は、本発明を通常の導波管に適用した場合に係る実施形態を説明する部分構成図である。

符号の説明

２，３ 金属ブロック
２０，３０ 凹部
２１，２２，３１，３２ 共振領域（溝）
２４ 突起
２４１ 凹み
２４２ 盛り上がり部
４ 仕切り板（蓋材）
４０１ 凹み
６１ａ、７１ａ、５３１ａ、８１ａ 一の面

Claims (5)

1. 電波伝搬用の溝が一の面に形成された金属製の第１のブロックを備えた導波管の構造であって、前記第１のブロックは、前記一の面が蓋材で覆われるものであり、かつ、前記一の面のうち前記溝に沿う位置に所定ピッチで複数の第１の突起が形成されたものであり、
   前記蓋部を挟んで前記第１のブロックの反対側に設けられ、電波伝搬用の溝が前記蓋材と対向する対向面側に形成された金属製の第２のブロックを備え、前記第２のブロックは、前記対向面のうち前記溝に沿う位置に所定ピッチで複数の第２の突起が形成されたものであり、
   前記第１、第２のブロックに形成された両溝は、鏡面対称であり、前記第１、第２の突起は、互いに略半ピッチずつずらして設けられていることを特徴とする導波管構造。
2. 前記蓋材は、前記第１のブロックに対して同等又は軟質の材料からなることを特徴とする請求項１記載の導波管構造。
3. 前記第１、第２のブロック及び前記蓋材は、それぞれの面の対向位置に孔が穿設され、該孔を介して締結手段によって締結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の導波管構造。
4. 前記第１、第２の突起は、針状体の押し込み操作で形成された凹みの周囲の盛り上がり部であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の導波管構造。
5. マイクロ波発生器と、マイクロ波を空中へ送信するアンテナと、前記マイクロ波発生器と前記アンテナ間に介設された請求項１〜４のいずれかに記載の導波管構造とを含むレーダ装置。

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