JP5462298B2 - Waveguide connection structure - Google Patents
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Description
本発明は、導波管の接続構造に関する。 The present invention relates to a waveguide connection structure.
図8(a),(b)に、従来の導波管接続構造の正面図と側面図を示す。同図に示す導波管接続構造は、導波管2の端にフランジ101と円形凸部102を備える。円形凸部102の接続面の中心に設けられた導波管の方形開口部21の長辺aが2.032mm、短辺bが1.016mmで、接続面の直径Rが9.53mmであり、WR−8の規格に沿ったものである。図示していないが、フランジ101は、導波管同士を接続する際に位置を合わせるための位置合わせ用ピン、接続した導波管同士を固定するためのボルトなどを挿入するネジ穴を備える。導波管同士を接続する際には、位置合わせ用ピンで位置を合わせて、円形凸部102の接続面同士を接触させ、ボルトなどで固定する。
8A and 8B are a front view and a side view of a conventional waveguide connection structure. The waveguide connection structure shown in the figure includes a
しかしながら、図9に示すように、導波管同士を接続した際にわずかな隙間が空いてしまうことがある。導波管の中を伝搬するRF信号が高周波になると、この隙間によって伝搬特性が阻害されてしまうという問題がある。図10に、従来の導波管接続構造により接続した導波管において、接続面間の隙間の間隔Δdを0.1mmとして各周波数における減衰量を測定した結果を示す。 However, as shown in FIG. 9, there may be a slight gap when the waveguides are connected. When the RF signal propagating in the waveguide becomes a high frequency, there is a problem that the propagation characteristics are hindered by this gap. FIG. 10 shows the results of measuring the attenuation at each frequency in a waveguide connected by a conventional waveguide connection structure, with the gap Δd between the connection surfaces set to 0.1 mm.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、導波管を接続したときに接続面間に隙間が生じても、使用周波数帯域に与える影響を抑えることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to suppress the influence on the used frequency band even if a gap is generated between connection surfaces when a waveguide is connected.
第1の本発明に係る導波管接続構造は、導波管同士を接続する導波管接続構造であって、前記導波管の端に配置され、接続面を備えた接続部と、前記接続面の中心に配置された前記導波管の開口部と、を有し、前記開口部は長方形であって、前記接続面同士を接触させて前記導波管同士を接続した際に前記接続面間に隙間が存在する場合でも使用周波数帯域の減衰量が抑えられるように、使用周波数帯域が、L1=λ/4×(2n−1)(L1は前記開口部の長方形の長辺の中心から当該長辺に対して垂直に延ばした前記接続面の端までの長さ、λは管内波長、nは正の整数)で求められる伝搬特性に影響の出る周波数f=c/λ(cは電波の伝播速度)のピークとピークの間となるようにL1を調節したことを特徴とする。 A waveguide connection structure according to a first aspect of the present invention is a waveguide connection structure for connecting waveguides to each other, and is disposed at an end of the waveguide and includes a connection surface, An opening of the waveguide disposed in the center of the connection surface, and the opening is rectangular, and the connection is made when the waveguides are connected by bringing the connection surfaces into contact with each other The use frequency band is L1 = λ / 4 × (2n−1) (L1 is the center of the long side of the rectangle of the opening so that the attenuation of the use frequency band can be suppressed even when there is a gap between the surfaces. from to the end of the connecting surfaces extending perpendicular to the long side length, lambda is the guide wavelength, n represents the frequency f = c / λ (c be some influence on the propagation characteristics required a positive integer) is It is characterized in that L1 is adjusted to be between the peaks of the propagation speed of radio waves) .
上記導波管接続構造において、前記接続面は円形であることを特徴とする。 In the waveguide connection structure, the prior SL connecting surface and wherein the Ru circular der.
上記導波管接続構造において、前記接続面は前記長方形の長辺の中心を中心とする半径L1の2つの半円と当該2つの半円を結ぶ直線で構成されることを特徴とする。 In the waveguide connection structure, the prior SL connecting surface, characterized in that it is constituted by a straight line connecting two semicircles and the two semicircular radius L1 centered at the center of the long side of the rectangle.
上記導波管接続構造において、前記接続面は前記長方形の長辺の中心から当該長辺に対して垂直及び平行方向に長さL1離れた点を通る曲線で構成されることを特徴とする。 In the waveguide connection structure, the prior SL connecting surface, characterized in that it is constituted by a curve passing through points length L1 apart perpendicular and parallel directions with respect to the long side from the center of the long side of the rectangle .
第2の本発明に係る導波管接続構造は、導波管同士を接続する導波管接続構造であって、前記導波管の端に配置され、円形の接続面を備えた接続部と、前記接続面の中心に配置された前記導波管の開口部と、を有し、前記開口部は円形であって、前記接続面同士を接触させて前記導波管同士を接続した際に前記接続面間に隙間が存在する場合でも使用周波数帯域の減衰量が抑えられるように、使用周波数帯域が、L1=λ/4×(2n−1)(L1は前記開口部の端から前記接続面の端までの長さ、λは管内波長、nは正の整数)で求められる伝搬特性に影響の出る周波数f=c/λ(cは電波の伝播速度)のピークとピークの間となるようにL1を調節したことを特徴とする。A waveguide connection structure according to a second aspect of the present invention is a waveguide connection structure for connecting waveguides to each other, and is disposed at an end of the waveguide and includes a connection portion having a circular connection surface. An opening of the waveguide disposed in the center of the connection surface, and the opening is circular, and when the waveguides are connected by bringing the connection surfaces into contact with each other The use frequency band is L1 = λ / 4 × (2n−1) (L1 is the connection from the end of the opening so that the attenuation of the use frequency band can be suppressed even when there is a gap between the connection surfaces. The length to the edge of the surface, λ is the guide wavelength, and n is a positive integer). The frequency f = c / λ (c is the propagation speed of radio waves) that affects the propagation characteristics obtained between the peaks. L1 was adjusted as described above.
本発明によれば、導波管を接続したときに接続面間に隙間が生じても、使用周波数帯域に与える影響を抑えるができる。 According to the present invention, even if a gap is generated between the connection surfaces when the waveguide is connected, the influence on the used frequency band can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(a),(b)は、本実施の形態における導波管接続構造の構成を示す接続面の正面図と側面図である。 FIGS. 1A and 1B are a front view and a side view of a connection surface showing a configuration of a waveguide connection structure in the present embodiment.
本実施の形態における導波管接続構造は、導波管同士を固定するためのフランジ11と、使用周波数帯域に応じて設計した大きさの接続面を有する円形凸部12を備えた構造であり、円形凸部12の接続面の中心に導波管の方形開口部21が設けられて導波管2の端に配置される。導波管2の断面の大きさは伝搬する電磁波によって決められ、本実施の形態では、長辺aが2.032mm、短辺bが1.016mmであり、90G〜140GHzの電磁波を伝搬する。なお、導波管2、導波管接続構造の材質は導体である。
The waveguide connection structure in the present embodiment is a structure including a
導波管と別の導波管を接続する場合には、フランジ11に配置された位置合わせ用ピン(図示せず)で位置を決め、円形凸部12の平らな接続面同士をくっつけて、双方の導波管のフランジ11に形成されたネジ穴(図示せず)にボルトなどを挿入して固定する。
When connecting a waveguide and another waveguide, the position is determined by an alignment pin (not shown) arranged on the
続いて、円形凸部12の接続面の大きさの決め方について説明する。従来の導波管接続構造における接続面の大きさは、規格で定められており、例えば、WR規格の場合、WR−10(75GHz〜110GHz)、WR−8(90GHz〜140GHz)、WR−6(110GHz〜170GHz)、WR−5(140GHz〜220GHz)は共通の大きさ(直径 約9.5mm)である。
Next, how to determine the size of the connection surface of the
図2に、WR−8導波管を用いて、接続面間の隙間の間隔Δdを変化させて、各周波数における減衰量を測定した結果を示す。同図では、隙間がない場合(Δd=0mm)と隙間の間隔Δdが0.1mm,0.2mm,0.3mmの場合について示している。Δd=0mmのときは伝搬特性に影響は無く、WR−8が規定する全周波数範囲(90GHz−140GHz)で低損失の伝搬が可能であることが分かる。しかしながら、接続面間に隙間が存在する場合は、図2に示すように、105G〜107GHzと134G〜138GHzをピークとして減衰量が増加して伝搬特性に影響が出てしまう。これは、100GHz帯などのミリ波帯では管内波長が数mmとなるため、0.1mm程度の僅かな隙間でも電磁波の一部が漏れ出てしまうために生じる現象である。方形導波管中を伝搬する電磁波の電界強度は、方形開口部21の長辺の中心が最も大きい。よって、接続面に隙間が存在する場合、方形開口部21の長辺の中心から漏れる電磁波が最も電力が大きくなる。接続面間の隙間から漏れ出る電磁波の一部は、円形凸部の端面でインピーダンス不整合により反射し、再び導波管へ戻る。ここで接続面間から漏れた電磁波が円形凸部の端面で反射して戻ってきた際、導波管を伝搬する電磁波に対して強め合うか弱めあうかは、電磁波の管内波長と方形開口部21の長辺の中心から接続面の端まで垂直に伸ばした長さL1によって異なる。よって、図2に示したように、減衰量が大きく増加する周波数帯と、減衰量がそれほど増加していない周波数帯が存在する。一方、電磁波の管内波長λのΔdに対する依存性は小さいため、減衰量が大きく増加する周波数はΔdには大きく依存しない。
FIG. 2 shows the results of measuring the attenuation at each frequency by using the WR-8 waveguide and changing the gap interval Δd between the connection surfaces. This figure shows a case where there is no gap (Δd = 0 mm) and a case where the gap interval Δd is 0.1 mm, 0.2 mm, and 0.3 mm. It can be seen that when Δd = 0 mm, there is no effect on the propagation characteristics, and low-loss propagation is possible in the entire frequency range (90 GHz-140 GHz) defined by WR-8. However, when there is a gap between the connection surfaces, as shown in FIG. 2, the attenuation increases with peaks at 105 G to 107 GHz and 134 G to 138 GHz, which affects the propagation characteristics. This is a phenomenon that occurs because in the millimeter wave band such as the 100 GHz band, the wavelength in the tube is several mm, and a part of the electromagnetic wave leaks out even in a slight gap of about 0.1 mm. The electric field strength of the electromagnetic wave propagating through the rectangular waveguide is greatest at the center of the long side of the
そこで、本実施の形態では、円形凸部12の接続面間に隙間ができた場合でも使用周波数帯域の減衰量が抑えられるように、方形開口部21の長辺から接続面の端までの長さL1を決める。長さL1と伝搬特性に影響がでるピークの管内波長λとの関係は次式(1)で表される。
Therefore, in the present embodiment, the length from the long side of the
L1=λ/4×(2n−1) ・・・(1)
ただし、nは正の整数である。
L1 = λ / 4 × (2n−1) (1)
However, n is a positive integer.
方形開口部21の長辺から接続面の端までの長さL1によって伝搬特性に影響がでるピークの周波数(周波数f=c/λ、c:電波の伝播速度)が求まるので、使用周波数帯域が伝搬特性に影響がでるピークとピークの間になるように長さL1を調節する。例えば、110GHzから130GHzまでを使用周波数とし、nが2の時に生じるピークと、nが3の時に生じるピークとの間に、前記使用周波数帯が入るようにする。本条件のもとでL1とλの関係を計算してゆくと、L1=3.3mmの時に約100GHzでn=2で式(1)を満たし、さらに約140GHzでn=3で式(1)を満たすことが分かる。実際にL1を3.3mmとして伝送特性を電磁界解析で計算させた結果を図3に示す。ここで接続面間の間隔Δdは0.1mmとした。L1=3.3mmの結果をみると、設計通り100GHzと140GHzで減衰量が大きいピークが現れ、その間の使用周波数帯(110GHz〜130GHz)は減衰量が小さい、という所望の結果を得ることができる。さらにL1が3.2mm、3.4mm、3.5mmに変化させた場合も図3に示す。長さL1を長くしていくと伝搬特性がでるピークの周波数が低くなり、減衰量が大きく増加しない区間も低周波側にシフトできることが分かる。
Since the peak frequency (frequency f = c / λ, c: radio wave propagation speed) that affects the propagation characteristics is determined by the length L1 from the long side of the
なお、導波管2をぐらつかずに一直線に接続するためには接続面を小さくしすぎることはできず、長さL1にはある程度の長さ(例えばL1>a)が必要である。また、円形凸部の端面で漏れ信号を反射させるためには、円形凸部の高さを低くしすぎることができず、円形凸部の高さにはある程度の高さ(例えば a/2以上)が必要である。
In order to connect the
図4は、本実施の形態における別の導波管接続構造の構成を示す正面図である。 FIG. 4 is a front view showing a configuration of another waveguide connection structure in the present embodiment.
図4に示す導波管接続構造は、方形開口部21の長辺側の上下に長さL1を半径とする2つの半円をつくり、2つの半円の端を直線で結んだ接続面の卵形凸部13を備えた構造である。長さL1は、図1の導波管接続構造と同様に、使用周波数帯域に応じて設定する。
上述したように、接続面に隙間が存在する場合、方形開口部21の長辺の中心から漏れる電磁波が最も電力が大きくなる。本実施例では方形開口部21の長辺の中心を基準して半円となる構造としているため、方形開口部21の長辺の中心から漏れた電磁波が半円部分を伝搬し、端面に達するまでの距離がどの方向に対してもL1とすることができる。本構造の実施により、式(1)を満たす周波数をより限定することができる。すなわち、減衰量が大きく増加する周波数区間を狭くすることができ、使用周波数帯を広く確保することが可能となる。
In the waveguide connection structure shown in FIG. 4, two semicircles having a radius of length L1 are formed above and below the long side of the
As described above, when there is a gap on the connection surface, the electromagnetic wave leaking from the center of the long side of the
図5は、本実施の形態におけるさらに別の導波管接続構造の構成を示す正面図である。 FIG. 5 is a front view showing a configuration of still another waveguide connection structure in the present embodiment.
図5に示す導波管接続構造は、方形開口部21の長辺の中心から長辺に垂直な方向と長辺に平行な方向それぞれに長さL1離れた点を通る曲線で囲まれた接続面の楕円凸部14を備えた構造である。長さL1は、図1の導波管接続構造と同様に、使用周波数帯域に応じて設定する。
The waveguide connection structure shown in FIG. 5 is a connection surrounded by a curved line passing through a point separated by a length L1 from the center of the long side of the
本実施例においても、方形開口部21の長辺の中心から長辺に垂直な方向と長辺に平行な方向それぞれの長さをL1としたことによって、式(1)を満たす周波数をより限定することができ、減衰量が大きく増加する周波数区間を狭くすることができる。さらに、楕円形の断面構造となるため、不連続点を全く含まない。構造における不連続点は、電界の擾乱によって設計者の意図しない影響を伝搬特性に与える可能性があるが、本実施例では前記影響を抑制することが可能である。
Also in the present embodiment, the frequency satisfying the expression (1) is further limited by setting the lengths in the direction perpendicular to the long side and the direction parallel to the long side from the center of the long side of the
図6は、本実施の形態におけるさらに別の導波管接続構造の構成を示す正面図である。 FIG. 6 is a front view showing a configuration of still another waveguide connection structure in the present embodiment.
図6に示す導波管接続構造は、断面が円形の導波管の接続構造であり、図1と同様に、使用周波数帯域に応じて設計した大きさの接続面を有する円形凸部15を備え、円形凸部15の接続面の中心に導波管の円形開口部22が設けられる。導波管2の断面の大きさは伝搬する電磁波によって決められ、本実施の形態では、直径が1.85mmで、110G〜140GHzの電磁波を伝搬する。
The waveguide connection structure shown in FIG. 6 is a waveguide connection structure having a circular cross section. Similarly to FIG. 1, the circular
円形導波管は方形導波管に次いでよく使用される導波管形状である。円形導波管の場合も、使用周波数帯域が伝搬特性に影響がでるピークとピークの間になるように、円形開口部22から接続面の端までの長さL1を調整する。
A circular waveguide is the most commonly used waveguide shape after a rectangular waveguide. Also in the case of the circular waveguide, the length L1 from the
図7に、接続面間の隙間の間隔Δdを0.1mmとし、円形開口部22から接続面の端までの長さL1を変化させて、各周波数における減衰量をシミュレーションにより求めた結果を示す。同図では、長さL1を3.775mm,3.875mm,3.975mm,4.075mmで変化させた場合について示している。図7に示すように、円形導波管の場合も、長さL1を長くしていくと、伝搬特性に影響がでるピークが図上で左側にシフトしている。
FIG. 7 shows the result of the attenuation obtained at each frequency obtained by simulation by setting the gap Δd between the connection surfaces to 0.1 mm and changing the length L1 from the
以上説明したように、本実施の形態によれば、使用周波数帯域に応じて導波管の開口部から接続面の端までの長さL1を調節することにより、接続面をくっつけて導波管同士を接続したときに接続面間に隙間ができた場合でも、減衰量が大きくなる帯域が使用周波数帯域外となるため、システム性能を損なうことがない。 As described above, according to the present embodiment, the connection surface is attached to the waveguide by adjusting the length L1 from the opening of the waveguide to the end of the connection surface in accordance with the frequency band used. Even when a gap is formed between the connection surfaces when they are connected to each other, the band in which the amount of attenuation increases is outside the use frequency band, so that the system performance is not impaired.
11…フランジ
12…円形凸部
13…卵形凸部
14…楕円凸部
15…円形凸部
2…導波管
21…方形開口部
22…円形開口部
101…フランジ
102…円形凸部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記導波管の端に配置され、接続面を備えた接続部と、
前記接続面の中心に配置された前記導波管の開口部と、を有し、
前記開口部は長方形であって、
前記接続面同士を接触させて前記導波管同士を接続した際に前記接続面間に隙間が存在する場合でも使用周波数帯域の減衰量が抑えられるように、使用周波数帯域が、L1=λ/4×(2n−1)(L1は前記開口部の長方形の長辺の中心から当該長辺に対して垂直に延ばした前記接続面の端までの長さ、λは管内波長、nは正の整数)で求められる伝搬特性に影響の出る周波数f=c/λ(cは電波の伝播速度)のピークとピークの間となるようにL1を調節したこと
を特徴とする導波管接続構造。 A waveguide connection structure for connecting waveguides to each other,
A connection portion disposed at an end of the waveguide and provided with a connection surface;
An opening of the waveguide disposed in the center of the connection surface,
The opening is rectangular,
When the connection surfaces are brought into contact with each other and the waveguides are connected to each other, even if there is a gap between the connection surfaces, the use frequency band is L1 = λ / 4 × (2n−1) (L1 is the length from the center of the long side of the rectangle of the opening to the end of the connection surface extending perpendicularly to the long side , λ is the guide wavelength, and n is positive A waveguide connection structure characterized in that L1 is adjusted to be between the peaks of the frequency f = c / λ (where c is the propagation speed of radio waves ) that affects the propagation characteristics obtained by (integer).
前記導波管の端に配置され、円形の接続面を備えた接続部と、A connection portion disposed at an end of the waveguide and having a circular connection surface;
前記接続面の中心に配置された前記導波管の開口部と、を有し、An opening of the waveguide disposed in the center of the connection surface,
前記開口部は円形であって、The opening is circular;
前記接続面同士を接触させて前記導波管同士を接続した際に前記接続面間に隙間が存在する場合でも使用周波数帯域の減衰量が抑えられるように、使用周波数帯域が、L1=λ/4×(2n−1)(L1は前記開口部の端から前記接続面の端までの長さ、λは管内波長、nは正の整数)で求められる伝搬特性に影響の出る周波数f=c/λ(cは電波の伝播速度)のピークとピークの間となるようにL1を調節したことWhen the connection surfaces are brought into contact with each other and the waveguides are connected to each other, even if there is a gap between the connection surfaces, the used frequency band is L1 = λ / Frequency f = c that affects the propagation characteristics obtained by 4 × (2n−1) (L1 is the length from the end of the opening to the end of the connection surface, λ is the guide wavelength, and n is a positive integer). L1 was adjusted to be between the peaks of / λ (c is the propagation speed of radio waves)
を特徴とする導波管接続構造。A waveguide connection structure characterized by the above.
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