JP5985112B2 - 導波管装置 - Google Patents

Description

本発明は、導波管として機能する構造を備えた部材、部品、装置等（以下、導波管装置と記載。）に関する。

従来、導波管の適用分野としては、たとえば（１）通信装置、（２）レーダ装置が挙げられる。

そして、たとえば上記通信装置が複数ありそれらの設置場所の大きさに制約があるといった場合において、ある通信装置が備える導波管を伝搬する電磁波の伝搬方向（以下、管軸方向と記載。）および偏波の方向（以下、偏波方向と記載。）に対し、それぞれ異なる方向を有する別の通信装置の導波管を接続する必要が生じることがある。

従来、管軸方向を変更するための導波管装置としては、導波管を曲げた構造を有する導波管ベンド（ｂｅｎｄ）または導波管コーナー（ｃｏｒｎｅｒ）と呼ばれる装置が一般に知られている。 （たとえば特許文献１）

特許文献１は、導波管における電磁波の伝搬路（以下、導波管路と記載。）の断面形状が矩形である導波管（以下、矩形導波管と記載。）同士を接続するため、２つの導波管が所望の角度で接続した構造を有し、また、管軸方向が変更される曲げ部に階段状のステップ面を有するよう構成している。
なお、導波管路の語を用いる場合、以下の説明においては、伝搬路自体を指す場合のほかに、内壁といった伝搬路を規定する構造を指す場合、両方を指す場合、にも用いることがある。

矩形導波管の場合、多くの場合に使用される伝搬モードであるＴＥ１０モードを考えると、導波管路を規定する内壁のうち幅広面は磁界（Ｈ）の方向と平行となるため「Ｈ面」と、また、幅狭面は電界（Ｅ）と平行となるため「Ｅ面」と、各々呼ぶ場合がある。

そして、特許文献１のような導波管ベンドの場合、管軸方向がどの面にそって変更されるかに応じてＥ面ベンド（またはコーナー）またはＨ面ベンド（またはコーナー）と呼ぶ場合がある。上記特許文献１の場合はＥ面ベンドに対応する。

特許文献１の導波管ベンドの場合、曲げ部の両側にある２つの直管状の導波管部分の各々における管軸方向は、各導波管部分の中心軸と一致する。また、２つの導波管部分における管軸方向を示す直線同士が同一平面上に位置し１点で交差する関係にある。また、各導波管部分の導波管路の断面形状（特許文献１では矩形形状。）の長手方向同士が、平行する関係にある。

一方、管軸方向は変更せずに偏波方向を変更する導波管装置が知られている。 （特許文献２）

特許文献２では、偏波方向が直交する２つの矩形導波管（垂直偏波導波管、水平偏波導波管）の間に特定の断面形状のスリットを有する偏波変換器を配置するよう構成している。

特開平９−２４６８０１号公報 特許３８８４７２５号公報

管軸方向及び偏波方向が共に異なる２つの導波管同士を接続するための導波管装置を構成する方法として、たとえば、（１）従来のＨ面ベンドとＥ面ベンドとを組合せる、（２）特許文献１のベンドと特許文献２の導波管装置とを組み合わせる、ことにより行うことが考えられる。

しかし、上記（１）の場合、動作の異なる２種類のベントを用いるため、各ベントで変換を行う部分（たとえば特許文献１の曲げ部に相当する部分。）の間を離す必要があり、したがって、全体の大きさが大きくなるという課題がある。

また、上記（２）の場合、偏波変換器の管軸方向の長さが１／４波長程度必要であり、上記（１）同様に、全体の大きさが大きくなるという課題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、管軸方向および偏波方向の変更を行うための構造の大きさが抑制可能な導波管装置を得ることを目的としている。

本発明に係る導波管装置は、導波管路の端部に第１の開口及び第２の開口が形成された導波管装置であって、
第１の開口と同じ形状の開口が形成された凹部であって凹部の底部が開口からみて第１の方向に配置された第１の凹部、が形成された第１の導波管と、第２の開口と同じ開口が形成された凹部であって凹部の底部が開口からみて第２の方向に配置された第２の凹部、が形成された第２の導波管とを、
第１及び第２の開口の中心位置が第１及び第２の方向と異なる方向において互いに異なり、第１及び第２の凹部の底部の空間的な領域が異なる方向において互いに一部のみ重複し、重複する第１及び第２の凹部の底部の空間的な領域の異なる方向における長さが導波管路を伝搬する電磁波の管内波長の１／２以下であり、かつ、第１及び第２の凹部が第１及び第２の凹部の底部において連通するよう、
合体して得られる導波管路、
に相当する導波管路を有する。

本発明の導波管装置によれば、管軸方向および偏波方向の変更を行う構造の大きさが抑制可能な導波管装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１における、導波管装置の外観を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における、導波管装置を透過的に見た場合の構造を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における、導波管装置の内壁を透過的に見た場合の構造を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における、導波管装置を透過的に見た場合の構造を示す上面図である。 本発明の実施の形態１における、導波管装置を透過的に見た場合の構造を示す側面図である。 仮想の２つの導波管を透過的に見た場合の構造を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における、導波管装置を透過的に見た場合の、仮想の導波管の重なりに対応する領域を示す側面図である。 本発明の実施の形態１における、導波管装置の内壁を透過的に見た場合の、仮想の導波管の重なりに対応する領域を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における、導波管装置の内壁を透過的に見た場合の、仮想の導波管の重なりに対応する領域を示す斜視図である。 仮想の導波管の重なりに対応する領域を解析するための解析モデルを示す上面図である。 仮想の導波管の重なりに対応する領域を解析するための解析モデルを示す側面図である。 本発明の実施の形態１における、導波管装置のインピーダンスの周波数依存性を示すチャート図である。 本発明の実施の形態１における、導波管装置の内壁を透過的に見た場合の、仮想の導波管の重なりに対応する領域を解析するための解析モデルを示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における、導波管装置を透過的に見た場合の、仮想の導波管の重なりに対応する領域を解析するための解析モデルを示す上面図である。 本発明の実施の形態１における、導波管装置のインピーダンスの周波数依存性を示すチャート図である。 本発明の実施の形態１における、導波管装置のインピーダンスの周波数依存性を示すチャート図である。 本発明の実施の形態１における、導波管装置の反射特性の周波数依存性を示す図である。 本発明の実施の形態１における、導波管装置の外観を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２における、導波管装置を透過的に見た場合の構造を示す側面図である。 本発明の実施の形態３における、導波管装置を透過的に見た場合の構造を示す側面図である。 本発明の実施の形態３における、導波管装置を透過的に見た場合の構造を示す上面図である。 本発明の実施の形態４における、導波管装置を透過的に見た場合の構造を示す側面図である。 本発明の実施の形態４における、導波管装置を透過的に見た場合の構造を示す上面図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図を用いて説明する。

なお、以下の各実施の形態の図においては、同一または同様なものについては、同一または同様の符号を付け、また対応するものについては、類似した符号を付け、各実施の形態の説明においてその記載および詳細な説明を省略する場合がある。

また、ある構成要素の複数の部分を区別して説明する場合に符号中にアルファベット（ａ、ｂ、・・・）を付し、ひとまとまりとして説明する場合にはアルファベットを付さないで、説明する場合がある。

また、図に示した形状は、発明を説明するのに必要な程度に簡略化した概略図であり、図に示した部位の詳細な形状および図に示していない導波管装置１００の部位については図に限定されない。たとえば、導波管装置１００としての性能を満足する程度において、（１）壁面の詳細な凹凸、（２）寸法の変化、（３）形状の変化、があってもよい。

また、図中の各要素および各部位は、本発明を説明するために便宜的に分割したものであり、その範囲および実装形態は図の構成、分割、名称等に限定されない。また、分割の仕方自体も図に示した分割に限定されない。

実施の形態１.

以下に、本発明の各実施の形態１について図１から図８を用いて説明する。

一般性を失わずに説明をわかりやすくするため、本実施の形態の導波管装置として、（１）導波管装置の接続先として矩形導波管を想定しそれに適した形状および構造を有し、（２）偏波方向の変更を説明するため電磁波の伝搬モードとしてＴＥ１０モードを仮定し、（３）管軸方向と偏波方向を各々直角に変更し、（４）壁面はすべて平面で構成される、場合を例に説明する。

なお、矩形導波管に限らず、導波管路の断面形状が長手方向および短手方向が規定可能な導波管路の構造であればよい。ただし対称的な形状であることが望ましく、たとえば（ａ）角丸四角形、（ｂ）楕円形、の導波管装置が望ましい。

図１は、本発明の実施の形態１における、導波管装置の外観を示す斜視図である。

図２は、本発明の実施の形態１における、導波管装置を透過的に見た場合の構造を示す斜視図である。図２においては、内壁および隠れた外壁の形状も示されている。

図１および図２において、１１は第１の開口、１２は第２の開口、１００は導波管装置、１０１０は第１の管軸方向、１０１１は第１の偏波方向、１０２０は第２の管軸方向、１０２１は第２の偏波方向、１１０１は第１の導波管部、１１０２は第１の開口部、１２０１は第２の導波管部、１２０２は第２の開口部、ｘ、ｙ、ｚは便宜的な座標軸、を示す。なお、第１の導波管部１１０１および第２の導波管部１２０１は、説明のために便宜的に導波管装置１００を分割した範囲を示す。

また、図２において、点線は導波管装置１００の内壁（または内壁）を表す線、一点鎖線は図１において奥側に隠れて表示されない外壁（または外壁）を表す線、を示す。

図において、管軸方向１０１０、１０２０を示す矢印は、第１の開口部１１０２から第２の開口部１２０２へ電磁波が伝搬する場合を想定した矢印となっている

なお、管軸方向１０１０、１０２０を示す矢印は、導波管装置１００に入出力される電磁波の進行方向に依存して、矢印の向きが図と異なる場合も可能であり、図に示した矢の向きに限定されない。このため、「管軸方向」という場合は、矢印の矢の向き及び矢印の軸の両方で規定される方向ではなく矢印の軸のみにより規定される方向を考えるものとする。

また、本実施の形態の説明では、ＴＥ１０モードを仮定しているので、偏波方向は、各開口部における内壁の面のうちの幅狭面に対して平行な方向となっている。

なお、偏波方向を示す矢印の矢の向きは時間とともに周期的に反転することになるため、図における矢印の組合せは、特定の動作条件における例を示したものと考えることができる。

導波管装置１００は、第１の開口部１１０２および第２の開口部１２０２を有する。

第１の開口部１１０２には、矩形形状の第１の開口１１が形成されている。

第２の開口部１２０２には、矩形形状の第２の開口１２が形成されている。

図においては、第１の開口１１の形状に関して、ｙ軸が長手方向、ｘ軸が短手方向に、第２の開口１２の形状に関しては、ｚ軸が長手方向、ｙ軸が短手方向になるよう開口が形成されている。

また、第１および第２の開口１１、１２の中心は、第１および第２の管軸方向１０１０、１０２０と異なる方向における位置が、異なっている。

また、第１の開口部１１０２および第２の開口部１２０２は、導波管装置１００の入力端子または出力端子と見做すことができる。

第１の導波管部１１０１は、第１の管軸方向１０１０における一方の端部（図においては＋ｚ方向の端部。）に、第１の開口部１１０２を有する。また、第１の開口１１から第１の管軸方向１０１０の他方の端部（図においては−ｚ方向の端部。）に向かって導波管路が形成されている。
本実施の形態においては、第１の導波管部１１０１は第１の開口部１１０２側に直管状の導波管構造を有しているので、本実施の形態における第１の管軸方向は、その直管状の部分によって規定される。

第２の導波管部１２０１は、第２の管軸方向１０２０における一方の端部（図においては＋ｘ方向の端部。）に、第２の開口部１２０２を有する。また、第２の開口１２から第２の管軸方向１０２０の他方の端部（図においては−ｘ方向の端部。）に向かって導波管路が形成されている。
本実施の形態においては、第２の導波管部１２０１は第２の開口部１２０２側に直管状の導波管構造を有しているので、本実施の形態における第２の管軸方向は、その直管状の部分によって規定される。

また、導波管装置１００は、第１の開口部１１０２および第２の開口部１２０２の開口同士を繋ぐように内壁が形成されている。

この内壁により、各開口１１、１２の形状が規定されるとともに、第１の開口部１１０２と第２の開口部１２０２との間を繋ぐ導波管路が規定される。

したがって、第１の開口部１１０２および第２の開口部１２０２の開口１１、１２は、導波管路の異なる端部に形成されている。導波管路を規定する内壁の構造の詳細については図３を用いて後述する。

また、導波管路を規定する内壁は導電性を有する。なお、内壁のみが導電性を有する場合、たとえば金属材料のめっきなどにより内壁が形成されている場合、に限定されない。たとえば、導波管装置１００全体が導電性を有する材料により形成されていてもよい。

図３は、本発明の実施の形態１における、導波管装置の内壁を透過的に見た場合の構造を示す斜視図である。

図３は、図２から外壁を示す線（実線、一点鎖線）を削除したものに相当する。

図の見方は、図２と同様である。

図において、２００は内壁（または、内壁により規定される導波管路）、１１０１ａは第１の導波管部１１０１側の内壁（または、内壁により規定される導波管路）、１１０３は第１の端面、１１０４は第１の突起面、１１０５（１１０５ａ、１１０５ｂ）は第２の平面対、１１０６（１１０６ａ、１１０６ｂ）は第１の平面対、１２０１ａは第２の導波管部１２０１側の内壁（または、内壁により規定される導波管路）、１２０３は第２の端面、１２０４は第２の突起面、１２０５（１２０５ａ、１２０５ｂ）は第３平面対、１２０６（１２０６ａ、１２０６ｂ）は第４の平面対を示す。

図４および図５は、本発明の実施の形態１における、導波管装置を透過的に見た場合の構造を示す上面図および側面図である。

図の見方は、上記図１から図３と同様である。

内壁２００は、第１の導波管部１１０１側の内壁１１０１ａおよび第２の導波管部１２０１側の内壁１２０１ａを有する。

図に示すように、内壁２００（１１０１ａおよび１２０１ａ）によって規定される導波管路の端部に、第１の開口１１および第２の開口１２が形成されている。

第１の導波管部１１０１側の内壁１１０１ａは、平面１１０３、１１０４、１１０５および１１０６を有する。

本実施の形態は、第１および第２の平面対１１０５、１１０６が各々、第１の管軸方向１０１０と平行に延在する平行平面対であり、また、第１の端面１１０３が、第１の管軸方向１０１０と垂直な平面の場合の例となっている。

また、第１の導波管部１１０１において、平面対１１０５は、第１の開口１１の形状の短手方向において分離形成され、また、平面対１１０６は、第１の開口１１の形状の長手方向において分離形成されている。

第２の導波管部１２０１側の内壁１２０１ａは、平面１２０３、１２０４、１２０５および１２０６を有する。

本実施の形態は、第３および第４の平面対１２０５、１２０６が各々、第２の管軸方向１０２０に延在する平行平面対であり、また、第２の端面１２０３が、第２の管軸方向１０１０と垂直な平面の場合の例となっている。

また、第２の導波管部１２０１において、平面対１２０５は、第２の開口１２の形状の長手方向において分離形成され、また、平面対１１０６は、第２の開口１２の形状の短手方向において分離形成されている。

したがって、本実施の形態においては、上記２つの開口の形状の長手方向は、同一の方向でなく、長手方向同士の角度が直角の関係にある。

なお、第１の導波管部１１０１側および第２の導波管部１２０１側の内壁の形状および寸法（寸法比）は必ずしも同じである必要はなく、たとえば（１）導波管装置１００の接続先の形状、（２）導波管装置１００に対する要求特性、（３）導波管装置の具体的な構造、に応じて異なる寸法（寸法比）としてもよい。

ただし、想定する電磁波が第１の導波管部１１０１から第２の導波管部１２０１へ伝搬可能な形状および寸法（寸法比）を有するものとする。

また、本実施の形態は、第１の導波管部１１０１の第１の端面１１０３および第２の導波管部１２０１の平面１２０５ａが、ｘ−ｙ平面に平行な同じ１つの面上に位置するよう形成され、また、第１の導波管部１１０１の平面１１０５ａおよび第２の導波管部１２０１の第２の端面１２０３が、ｙ−ｚ平面と平行な１つの面上に位置するよう形成された、場合の例となっている。

第１の突起面１１０４および第２の突起面１２０４は、各端面側に形成されている。

ここで、導波管装置１００の内壁２００の構造、したがって導波管装置１００の導波管路の構造、をさらに分かりやすくするため、２つの導波管を想定する。

そして、導波管装置１００の導波管路が、２つの導波管を合体して得られる導波管路、に相当する導波管路であると考える。

図６は、仮想の２つの導波管を透過的に見た場合の構造を示す斜視図である。

ただし、図６では、本実施の形態の導波管装置１００を示す図３と比較しやすいように、図２で示されている外壁を表す線は表示せず、内壁のみを表示している。そのため、開口部の説明は省略する。

また、図の見方、各部の形状および配置関係は、図３と同様であるかまたは対応させることができる。

図において、２１は第３の開口、２２は第４の開口、１０１０は第１の方向、１０２０は第２の方向、２１０１は第１の導波管、２１０１ａは第１の導波管の内壁、２１０１ｂは第１の凹部、２１０３は第１の端面、２１０４は第１の突起面、２１０５（２１０５ａ、２１０５ｂ）は第２の平面対、２１０６（２１０６ａ、２１０６ｂ）は第１の平面対、２２０１は第２の導波管、２２０１ａは第２の導波管の内壁、２２０１ｂは第２の凹部、２２０３は第２の端面、２２０４は第２の突起面、２２０５（２２０５ａ、２２０５ｂ）は第３の平面対、２２０６（２２０６ａ、２２０６ｂ）は第４の平面対を示す。

なお、第１の方向１０１０は、本実施の形態の導波管装置１００を示す図１における第１の管軸方向と同じ方向であり、第２の方向１０２０は図１における第２の管軸方向１０２０と同じ方向を示す。

第１の導波管２１０１には、第３の開口２１が形成されている。

第３の開口２１は、図１の第１の開口１１と同じ形状の開口が形成され、矩形形状を有する。

図においては、第３の開口２１についてはｙ軸が長手方向、ｘ軸が短手方向に、第４の開口２２についてはｚ軸が長手方向、ｙ軸が短手方向になっている。

また、第１の導波管２１０１は、第３の開口２１から、第１の方向１０１０の端部（図においては−ｚ方向の端部。）に向かって、第１の凹部２１０１ｂが形成されている。

したがって、第１の凹部２１０１ｂの底部は、第３の開口２１から見て第１の方向１０１０に配置されている。

第２の導波管２２０１には、第４の開口２２が形成されている。

第４の開口２２は、図１の第２の開口１２と同じ形状の開口が形成され、矩形形状を有する。

また、第２の導波管１２０１は、第４の開口２２から、第２の方向１０２０の端部（図においては−ｘ方向の端部。）に向かって、第２の凹部２２０１ｂが形成されている。

したがって、第２の凹部２２０１ｂの底部は、第４の開口２２から見て第２の方向１０２０に配置されている。

第１の導波管２１０１の内壁２１０１ａは、平面２１０３、２１０４、２１０５及び２１０６を有する。

内壁２１０１ａにより囲まれた領域が第１の凹部２１０１ｂとなり、また、内壁２１０１ａによって第１の導波管２１０１の導波管路が規定される。

また、第１の導波管２１０１の平面対２１０５、２１０６が各々、第１の方向１０１０と平行に延在する平行平面対であり、第１の端面２１０３が、第１の方向１０１０と垂直な平面となっている。

また、第１の導波管２１０１において、平面対２１０５は、第３の開口２１の形状の短手方向において分離形成され、平面対２１０６は、第３の開口２１の長手方向において分離形成されている。

第２の導波管２２０１の内壁２２０１ａは、平面２２０３、２２０４、２２０５及び２２０６を有する。

内壁２２０１ａにより囲まれた領域が第２の凹部２２０１ｂとなり、また、内壁２２０１ａによって第２の導波管２２０１の導波管路が規定される。

また、第２の導波管２２０１の平面対２２０５、２２０６が各々、第２の方向１０１２と平行に延在する平行平面対であり、第２の端面２２０３が、第２の方向１０２０と垂直な平面となっている。

また、第２の導波管２２０１において、平面対２２０５は、第４の開口２２の形状の長手方向において分離形成され、平面対２２０６は、第４の開口２２の長手方向において分離形成されている。

図７は、本発明の実施の形態１における、導波管装置を透過的に見た場合の、仮想の導波管の重なりに対応する領域を示す側面図である。

図８は、本発明の実施の形態１における、導波管装置の内壁を透過的に見た場合の、仮想の導波管の重なりに対応する領域を示す斜視図である。

図の見方は、上記各図と同様である。

図において、１３０１は、図６に示した第１の導波管２１０１と第２の導波管２２０１とが合体した場合に平面２１０５ａと第２の端面２２０３とが重複する範囲、に対応する図３に示した導波管装置１００の内壁２００の範囲を示す。

２つの導波管２１０１、２２０１を示す図６と、本実施の形態の導波管装置１００を示す図１から図８（図６を除く。）との比較から、本実施の形態の導波管装置１００は、第１の開口１１と同じ形状の開口（図６の第３の開口２１。）が形成された凹部であって凹部の底部が開口からみて第１の方向１０１０に配置された第１の凹部２１０１ｂ、が形成された第１の導波管２１０１と、第２の開口１２と同じ形状の開口（図６の第４の開口２２。）が形成された凹部であって凹部の底部が開口からみて第２の方向１０２０に配置された第２の凹部２２０１ｂ、が形成された第２の導波管２２０１とを、第１および第２の凹部２１０１ｂ、２２０１ｂの底部の位置が第１および第２の方向１０１０、１０２０と異なる方向において互いに異なりかつ第１および第２の凹部２１０１ｂ、２２０１ｂが第１および第２の凹部２１０１ｂ、２２０１ｂの底部において連通するよう合体して得られる導波管路、に相当する導波管路を有することがわかる。したがって、上記「合体」とは、第１および第２の凹部２１０１ｂ、２２０１ｂに注目して２つの導波管２１０１、２２０１を仮想的に合体することを意味する。

また、本実施の形態の導波管装置１００は、図６に示した２つの導波管２１０１、２２０１の凹部同士が底部において連通するよう底部同士を部分的に重ね合わせて合体して得られる導波管路、に相当する導波管路を有することがわかる。

また、本実施の形態の導波管装置１００は、図６に示した第１の導波管２１０１の平面２１０６ｂ（幅狭面）のｙ軸方向における位置が第２の導波管２２０１の平面（幅広面）対２２０６の間に位置するよう、２つの導波管２１０１、２２０１を合体して得られる導波管路、に相当する導波管路を有することがわかる。

また、本実施の形態の導波管装置１００は、図６に示した第１の導波管２１０１の平面（幅広面）２１０５ｂのｘ軸方向における位置が第２の導波管２２０１の第２の端面２２０３と第２の開口２２との間に位置するよう、２つの導波管を合体して得られる導波管路、に相当する導波管路を有することがわかる。

また、図６に示した２つの導波管２１０１、２２０１を合体した際に、第３および第４の開口２１、２２の中心は、第１および第２の方向１０１０、１０２０と異なる方向（図ではｙ軸方向。）における位置が異なることになる。

以上のように、図６に示した２つの導波管２１０１、２２０１が、上記のように合体されると、第１の導波管の内壁２１０１ａにより囲まれる領域（第１の凹部２１０１ｂ）と、第２の導波管２２０１の内壁２２０１ａにより囲まれる領域（第２の凹部２２０１ｂ）との重複領域が生じて、２つの導波管２１０１０、２２０１の導波管路同士が連通し、したがって、図２および図３に示すような本実施の形態の導波管装置１００の内部構造として、導波管装置１００の導波管路２００に相当する導波管路が形成されることがわかる。

以上のように構成された本実施の形態の導波管装置１００は、（１）第１の導波管部１１０１、図６に示した２つの導波管の凹部の重複に対応する領域１３０５、および第２の導波管部１１０２の第１の導波管部側の一部、がＨ面ベンドとして機能し、また、（２）第１の導波管部１１０１の第２の導波管部側の一部、領域１３０５、および第２の導波管部１１０２、がＥ面ベンドとして機能し、したがって、（３）導波管装置１００としては両ベンドの機能が一体化したと考えることができるので、１つの導波管装置１００によって管軸方向と偏波方向の両方を変更することができる。

次に、導波管装置１００の特性について、図９から図１７を用いて説明する。

図９は、本発明の実施の形態１における、導波管装置の内壁を透過的に見た場合の、仮想の導波管の重なりに対応する領域を示す斜視図である。図９は、図３と同様に内壁２００の構造を示す図となっている。

図において、１３０２は仮想面を示す。

仮想面１３０２は、第２の導波管部１２０１の内壁２０１０ａの平面１２０６ａを、第１の導波管部１１０１の内壁１１０１ａの平面１１０５ａ（図では、−ｘ方向に配置。）に向けて延長した面となっている。

また、仮想面１３０２は、図６に示した第１の導波管２１０１と第２の導波管２２０１とが合体した場合における、第１の凹部２０１０ｂと内壁２２０６ａとが重複する範囲に対応する。

図１０および図１１は、仮想の導波管の重なりに対応する領域を解析するための解析モデルを示す上面図および側面図である。

図において、１３００は、仮想面１３０２から第１の突起面１２０４までを解析するために、仮想面１３０２より第２の導波管部１２０１側の領域をモデル化した直管状の導波管、１３０３は仮想面１３０２から第１の開口部１１０２側を見たときのインピーダンスを示す。

図１０および図１１では、第１の開口部１１０２から第２の突起面１２０４に至る導波路の部分をモデル化している。

まず、図９および図１０のモデルを用いて、第１の導波管部１１０１側について電磁界解析を行う。

ここで、第１の突起面１１０４の寸法および位置の少なくとも一方をたとえば設計時に調整し、インピーダンス１３０３を、第１の開口部１１０２における導波管路の特性インピーダンスよりも高くすることを考える。

図１２は、本発明の実施の形態１における、仮想の導波管の重なりに対応する領域からみたインピーダンスの周波数依存性を示すチャート図である。 図においては、いわゆるスミスチャートを用いて周波数依存性を表示している。

図において、１４０１は、上記モデルにより求めたインピーダンス１３０３の軌跡、１４０２はチャートの中心を示す。

なお、本解析における周波数範囲は、中心周波数を１と規格化し、０．７５〜１．２５としている。

図において、インピーダンス１３０３の軌跡１４０１は、チャートの中心１４０２より左側が低周波数側、右側が高周波数側となっている。ことから、図から、高周波数側においてはインピーダンス１３０３が低周波側より高くなっていることがわかる。

したがって、第１の突起面１１０４の寸法および位置の少なくとも一方を設定し、インピーダンス１３０３を、高周波数側において、第１の開口部１１０２における導波管路の特性インピーダンスよりも高くすることができることが分かる。

次に、第２の導波管部１２０１側から見た特性について電磁界解析を行う。

図１３は、本発明の実施の形態１における、導波管装置の内壁を透過的に見た場合の、仮想の導波管の重なりに対応する領域を解析するための解析モデルを示す斜視図である。

図１４は、本発明の実施の形態１における、導波管装置を透過的に見た場合の、仮想の導波管の重なりに対応する領域を解析するための解析モデルを示す上面図である。

図の見方は、上記各図と同様である。

図において、１３０２は図１０および図１１に示した仮想面、１３０４は仮想面、１３０５は、仮想面１３０２と仮想面１３０４との間にある導波管路の領域、１３０６は仮想面１３０４から第１の開口部１１０１側を見たインピーダンス、を示す。

仮想面１３０４は、第１の導波管部１１０１の内壁面１１０６ｂを延長した面と第２の導波管部１２０１の内壁１２０１ａで囲まれた領域との重複範囲を表す。

ここで、第２の突起面１２０４の寸法および位置の少なくとも一方をたとえば設計時に調整、仮想面１３０２と仮想面１３０４との間の領域１３０５の等価的な特性インピーダンス１４０３を、第２の導波管部１２０１の特性インピーダンスよりも高くすることを考える。

すなわち、仮想面１３０２と仮想面１３０４との間の領域１３０５を、インピーダンス変換器として機能させることを考える。

図１５は、本発明の実施の形態１における、導波管装置のインピーダンスの周波数依存性を示すチャート図である。

図において、１４０１はインピーダンス１３０３の軌跡、１４０２はチャートの中心、１４０３はインピーダンス１３０３の軌跡の中心、１４０４および１４０５は、インピーダンスの軌跡１４０１が変化する方向を示す矢印、を示す。矢印１４０４および１４０５以外は上記図１２と同じである。

領域１３０５をインピーダンス変換器として機能させるとすると、仮想面１３０４から第１の開口部１１０２側をみたときのインピーダンス１３０６は、軌跡１４０１が、図１５の矢印１４０４、１４０５のように、インピーダンス１４０３を中心に右回りに回転した軌跡となる。

このとき、高周波数側の波長は低周波数側の波長よりも短いため、領域１３０５の等価的な電気長は高周波数側の方が長くなる。このため、矢印１４０４、１４０５のように、低周波数側におけるインピーダンス軌跡よりも高周波数側の軌跡の方がチャート上で大きく回転することになる。

図１６は、本発明の実施の形態１における、導波管装置のインピーダンスの周波数依存性を示すチャート図である。

図において、１４０６は、面１３０４から第１の開口部１１０１側を見たインピーダンス１３０６の周波数依存性を示す。

図１６から、インピーダンス１３０６の軌跡は、インピーダンス１４０１の軌跡と比べて、スミスチャートの中心１４０２に近接する周波数範囲が増えていることがわかる。

したがって、導波管装置全体１００として、広い比帯域で電磁波に対する反射特性の劣化を抑制することが可能となる。

図１７は、本発明の実施の形態１における、導波管装置の反射特性の周波数依存性を示す図である。

図は、第１の開口部１１０１における反射特性の解析結果を示し、図１６の特性に対応する。

図において、たとえば反射量が−２０ｄＢ以下となる比帯域をみると約４６％となっており、導波管装置１００として広い比帯域にわたって良好な反射特性を有することがわかる。

なお、領域１３０５の等価的な導波路の長さが長くなると、図１５で示したインピーダンスの軌跡１４０１は図の矢印の方向にさらに大きく回転することになる。その結果、インピーダンスの軌跡１４０６がスミスチャートの中心から離れてしまい反射特性が劣化することが考えられる。

そのため、領域１３０５の範囲を規定する大きさは、導波管装置１００の動作周波数における最も低い周波数において、管内波長の１／２以下とするのが望ましい。

ただし、本発明を適用したあらゆる導波管装置おいて管内波長の１／２以下にする必要はなく、実施の形態毎および具体的な実装形態に依存して、たとえば１／３以下といったように、異なってもよい。

領域１３０５の大きさを上記の基準により規定すると、上記図７および図８の１３０１に示すように、第１の導波管部１１０１の幅広面１１０５ａと、第２の導波管部１２０１の端面１２０３と、が部分的に重なることになる。

以上のように、本実施の形態の導波管装置によれば、管軸方向および偏波方向の変更を行う構造の大きさが抑制可能な導波管装置を得ることができる。

また、広い比帯域にわたって良好な反射特性を有する導波管装置を得ることができる。

なお、本実施の形態においては、第１および第２の導波管部１１０１、１２０１の各々が、全体として直管状となる外壁面を有する場合の例を説明したが、導波管装置１００の導波管路の構造が、上記のような本発明に係る構造を有していればよく、実施の形態に限定されない。たとえば、導波管装置１００全体の外形が、（１）直方体形状、（２）角丸直方体形状、となる外壁を有するようにしてもよい。

また、本実施の形態においては、図６に示した２つの導波管２１０１０、２２０１を、（１）第１の端面２２０３と第３の平面対の一方の平面２２０５ａとの組、および第２の端面２２０３と第２の平面対の一方の平面２１０５ａとの組、がそれぞれ同一平面上で延在する状態で２つの導波管が合体した場合に得られる導波管路の内壁、に相当する導波管路２００の内壁を有しているが、一方のみが同一面上で延在するようにしてもよく、実施の形態の形状に限定されない。

ただし、特性インピーダンスの不連続な変化に起因する導波管装置１００の反射特性の劣化、を抑制するという観点から、本実施の形態の図のように、両方の組が各々同一平面上で延在する状態で重ね合せる内壁面を有することが望ましい。

また、本実施の形態においては、導波管装置１００を２つの部位（第１および第２の導波管部１１０１、１１０２）に便宜的に分割して説明したが、分割数及び分割範囲は上記説明に限定されない。また、必ずしも実装において導波管装置１００を上記部位に対応して分割可能とする必要はない。

図１８は、本発明の実施の形態１における、導波管装置の外観を示す斜視図である。図の見方は上記図１と同様である。

図は、導波管装置１００を便宜的に３つの部位に分けて考える場合の例となっている。

図において、３１０１は第１の導波管部、３１０３は接続部、３２０１は第２の導波管部を示す。なお、各部位の名称は上記に限定されず、変更してもよい。
導波管装置１００を３つの部位に分けて考える場合には、図６に示した２つ導波管のかわりに、第１の導波管部に対応する導波管、第２の導波管部に対応する導波管、接続部３１０３に対応する２つの導波管、が合体したものとして導波管装置１００の構造を考えることができる。

また、本実施の形態においては、発明をわかりやすく説明するために、導波管装置１００として直角に管軸方向が変更される場合（図においてはｚ方向からｘ方向へ変更。）を例に説明しているが、導波管装置１００の適用される場面に応じて、直角以外の角度で変更されるよう形成してもよい。

また、本実施の形態においては、導波管装置１００として、図のｙ軸方向に関しては角度を変更していないが、ｙ軸方向において角度を変更するように形成してもよい。変更角度が直角でない場合に、たとえば、領域１３０５の形状は上記と同様とし、領域１３０５以外の導波管構造においては、管軸方向同士が直角でないような導波管路の形状としてもよい。

また、本実施の形態の説明においては、導波管装置１００の構造が分かりやすくなるよう、便宜的に２つの導波管２１０１、２２０１を想定して説明しているが、導波管装置１００は必ずしも２つの部材を実際に合体させて形成する必要はなく、一体成形でもよい。

また、本実施の形態においては、第１の内壁１１０１ａで規定される導波管路部分および第２の内壁１２０１ａで規定される導波路部分の両方において、突起面１１０４、１２０４が形成されているが、一方のみ形成してもよく、実施の形態に限定されない。

また、本実施の形態においては、第１および第２の開口部１１０２、１２０２は、開口１１、１２が形成されただけの構造となっているが、導波管装置１００の接続先と結合させるため構造、たとえば（１）ねじ穴、（２）フランジ、を有するよう開口部を形成してもよい。すなわち、図に示した構成以外の要素を有する広義の導波管装置１００を定義することが可能である。

また、本実施の形態においては、第１および第２の導波管部１１０１、１２０１が一体的に形成されているものとして説明したが、実施の形態に限定されない。たとえば、複数の部位に分割可能に形成し、それらを組立てるように導波管装置１００を構成してもよい。

その場合に、組立てのための構造、たとえば（１）ねじ穴、（２）フランジ、を各部位に形成してもよい。各部位は、金型成形加工が可能な形状に分割可能であることが望ましい。

また、本実施の形態においては、接続先となる装置が２つあり各々に１つずつ開口部を有する場合、を想定して説明したが、その場合に限定されず、たとえば接続先は１つの装置であり、その装置が有する２つの開口部の間を接続する場合、に適用してもよい。

また、本実施の形態においては、管軸方向および偏波方向が異なる導波管部が１つずつの場合、したがって開口部が２つの場合、について説明したが、２つの開口部に注目して説明していると考えることができ、図に示した構造および数に限定されない。たとえば、一方の導波管部と同様な構造を、図の−ｙ方向の対側にもう１つ形成し、導波管装置１００として３つの開口部を有する構造としてもよい。

この場合、導波管装置１００を、複数の導波管を合体して得られる構造に相当する構造を有するものとして考える場合についても、一方の導波管の凹部の底部の突起面の代わりに、他方の導波管と同様な構成を設けたものを考えることができる。

また、本実施の形態においては、ＴＥ１０モードを想定して説明したが、ＴＥ１０モードに限らない。たとえば、（ａ）他のモードで用いる、（ｂ）他のモードと合わせて用いる、（ｃ）他のモードと共用可能、とする導波管装置１００であってもよい。

また、本実施の形態においては、管軸方向と偏波方向を各々直角に変更する場合について説明したが、上記場合に限定されず、（ａ）一方が直角以外、（ｂ）両方が直角以外の角度であってもよい。

また、上記の各種変形うち複数の変形を同一装置に適用してもよい。

実施の形態２．

以下に、本発明の各実施の形態２について図１９を用いて説明する。

図１９は、本発明の実施の形態２における、導波管装置を透過的に見た場合の構造を示す側面図である。図の見方は、上記実施の形態１の図２と同様である。

上記実施の形態１の図２と異なる点は、第１の突起面１１０４および第２の突起面１２０４が形成されていない点である。

本実施の形態の場合は、実施の形態１で説明したインピーダンスの調整を、各仮想の導波管における導波路の断面形状、寸法、寸法比、などの１つまたは複数をパラメータとして選択することにより行うことができる。

以上のように、本実施の形態の導波管装置によれば、上記実施の形態１と同様な導波管装置を得ることができる。

また、導波管路の形状が上記実施の形態１に比べて単純化されるので、導波管装置１００の加工、または導波管装置１００の金型の加工、にかかる費用、時間、およびエネルギーの少なくとも１つを抑制することができる。

なお、上記実施の形態１における各種変形のうち突起面の変形以外を、本実施の形態の導波管装置１００に適用し、新たな導波管装置１００としてもよい。すなわち、（１）導波管装置１００の外形の変形、（２）同一平面上で重複領域を有して延在する面の組、（３）管軸方向の相対角度、（４）開口部の構造及び数、（５）一体形成か分割可能か、（６）接続または組立てのための構造の有無、（７）使用可能電磁波のモードの適用可否が異なっていてもよい。また、上記のうち複数の変形を適用してもよい。

なお、各種変形については本実施の形態への適用は上記実施の形態１と同様に行うことが可能であるので、その説明を省略する。

実施の形態３.

以下に、本発明の各実施の形態３について図２０及び図２１を用いて説明する。

図２０および図２１は、本発明の実施の形態３における、導波管装置を透過的に見た場合の構造を示す側面図および上面図である。

図の見方は、上記各実施の形態１の図４および図５と同様である。また、図においてＡ−Ａ’は、導波管装置１００の分割面の位置を示す。

上記実施の形態１と異なる点は、第１の突起面１１０４および第２の突起面１２０４が階段状の面で構成されている点である。

上記実施の形態１で説明した２つの導波管２１０１、２２０１を想定する場合についても同様に、各々に突起面１２０４が階段状の面で形成されているものとして考えることができる。

以上により、本実施の形態の導波管装置によれば、上記実施の形態１と同様な導波管装置を得ることができる。

また、突起面１１０３、１１０４を階段状とすることで、上記特許文献１と同様な効果を奏する。

なお、本実施の形態においては、第１の導波管部１１０１および第２の導波管部１２０１の双方に階段状の突起面を形成したが、一方のみに形成してもよい。

また、導波管装置１００の実装において、図のＡ−Ａ’の位置において導波管装置１００を複数の２個の部品に分割可能なように形成してもよい。

たとえば、Ａ−Ａ’の位置におけるｘ−ｙ面に平行な面が分割面となるように削り加工を施した部品を作製し、部品を組み立てて導波管装置１００を構成する場合に、階段形状と分割面を一致させることで、平面的な突起面を形成する上記実施の形態１の場合と比較して、導波管装置１００の作製が容易となる。

また、突起面の変形以外の変形について、上記実施の形態１および実施の形態２における各種変形を本実施の形態の導波管装置に適用し、新たな導波管装置としてもよい。各種変形については本実施の形態への適用は上記実施の形態１および実施の形態２と同様に行うことが可能であるので、その説明を省略する。

実施の形態４.

以下に、本発明の各実施の形態４について図２２および図２３を用いて説明する。

図２２および図２３は、本発明の実施の形態４における、導波管装置を透過的に見た場合の構造を示す側面図および上面図である。

図において、１５０１および１５０２はいわゆるアイリス（ｉｒｉｓ）を示す。

上記実施の形態２と異なる点は、第１導波管部１１０１および第２の導波管部１２０１の双方に、アイリスが形成されている点である。したがって、内壁２００は、アイリス状の壁面を有するように形成される。

上記実施の形態１で説明した２つの導波管２１０１、２２０１を想定する場合についても、同様に各々にアイリスが形成されているものとして考えることができる。

なお、本実施の形態においては、容量性のアイリスが形成されている。

アイリスの形成位置は、導波管装置の実装形態に依存して異なってもよく、たとえば仮想の導波管２１０１、２２０１の重複領域から１／２波長程度離れた位置に形成することができる。

以上により、本実施の形態の導波管装置によれば、上記実施の形態１と同様な導波管装置を得ることができる。

また、アイリスによっても上記実施の形態１で説明したインピーダンスの調整が可能であり、したがってインピーダンス調整用のパラメータが増加することになるので、導波管装置１００の設計の自由度が向上する。

なお、本実施の形態においては、容量性アイリスを各導波管部に１個ずつ形成しているが、誘導性のアイリスでもよく、また、形成するアイリスの個数は複数でもよく、図の構成に限定されない。

また、上記実施の形態１から実施の形態３における各種変形を本実施の形態の導波管装置に適用し、新たな導波管装置としてもよい。各種変形については本実施の形態への適用は上記実施の形態１と同様に行うことが可能であるので、その説明を省略する。

１１ 第１の開口、１２ 第２の開口、１００ 導波管装置、２００ 内壁（または内壁による規定される導波管路）、１０１０ 第１の方向（または第１の管軸方向）、１０１１ 第１の偏波方向、１０２０ 第２の方向（または第２の管軸方向）、１０２１ 第２の偏波方向、１１０１ 第１の導波管部、１１０１ａ 第１の導波管部側の内壁（または、内壁により規定される導波管路）、１１０２ 第１の開口部、１１０３ 第１の端面、１１０４ 第１の突起面、１１０５（１１０５ａ、１１０５ｂ） 第１の導波管部の第２の平面対、１１０６（１１０６ａ、１１０６ｂ） 第２の平面対、１２０１ 第２の導波管部、１２０１ａ 第２の導波管部側の内壁（または、内壁により規定される導波管路）、１２０２ 第２の開口部、１２０３ 第２の端面、１２０４ 第２の突起面、１２０５（１２０５ａ、１２０５ｂ） 第３の平面対、１２０６（１２０６ａ、１２０６ｂ） 第４の平面対、１３００ 仮想導波管、１３０１ 面（または重複範囲）、１３０２ 仮想面、１３０３ インピーダンス、１３０４ 仮想面、１３０５ 面１３０２と面１３０４との間の領域、１３０６ インピーダンス、１４０１ インピーダンスの軌跡、１４０２ チャートの中心、１４０３ インピーダンスの軌跡の中心、１４０４および１４０５ 方向（を表す矢印）、１４０６ インピーダンス、２１０１ 第１の仮想の導波管、２１０１ａ 第１の仮想の導波管の内壁、２１０３ 第１の端面、２１０４ 第１の突起面、２１０５（２１０５ａ、２１０５ｂ） 第２の平面対、２１０６（２１０６ａ、２１０６ｂ） 第１の平面対、２２０１ 第２の仮想の導波管、２２０１ａ 第２の仮想の導波管の内壁、２２０３ 第２の端面、２２０４ 第２の突起面、２２０５（２２０５ａ、２２０５ｂ） 第３の平面対、２２０６（２２０６ａ、２２０６ｂ） 第４の平面対、３１０１ 第１の導波管部（または第１の開口部）、３１０３ 接続部、３２０１ 第２の導波管部（または第２の開口部）、ｘ、ｙ、ｚ 便宜的な座標軸

Claims (7)

1. 導波管路の端部に第１の開口及び第２の開口が形成された導波管装置であって、
   前記第１の開口と同じ形状の開口が形成された凹部であって凹部の底部が開口からみて第１の方向に配置された第１の凹部、が形成された第１の導波管と、前記第２の開口と同じ開口が形成された凹部であって凹部の底部が開口からみて第２の方向に配置された第２の凹部、が形成された第２の導波管とを、
   前記第１及び前記第２の開口の中心位置が前記第１及び前記第２の方向と異なる方向において互いに異なり、前記第１及び前記第２の凹部の前記底部の空間的な領域が前記異なる方向において互いに一部のみ重複し、重複する前記第１及び前記第２の凹部の底部の空間的な領域の前記異なる方向における長さが前記導波管路を伝搬する電磁波の管内波長の１／２以下であり、かつ、前記第１及び前記第２の凹部が前記第１及び前記第２の凹部の底部において連通するよう、
   合体して得られる導波管路、
   に相当する導波管路を有する、導波管装置。
2. 前記第１の開口は、長手方向及び短手方向を有する第１の形状を有し、
   前記第２の開口は、長手方向及び短手方向を有する第２の形状を有し、
   前記第１及び前記第２の形状の長手方向が互いに異なる、
   請求項１に記載の導波管装置。
3. 前記第１及び第２の形状は共に、矩形、角丸四角形または楕円形である、
   請求項２に記載の導波管装置。
4. 前記第１及び第２の形状は共に、矩形または角丸四角形であり、
   前記第１の凹部を規定する第１の内壁は、
   前記第１の形状の長手方向において分離形成された第１の平面対と、
   前記第１の形状の短手方向において分離形成された第２の平面対と、
   前記第１の凹部の前記底部に形成された第１の端面と、
   を有し、
   前記第２の凹部を規定する第２の内壁は、
   前記第２の形状の長手方向に配置された第３の平面対と、
   前記第２の形状の短手方向に配置された第４の平面対と、
   前記第２の凹部の前記底部に形成された第２の端面と、
   を有し、
   前記第１の凹部の前記第１の端面と前記第２の凹部の前記第３の平面対の一方の面、及び、前記第１の凹部の前記第２の平面対の一方の面と前記第２の凹部の前記第２の端面、の少なくとも一方の組に含まれる面が重複範囲を有する、
   請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の導波管装置。
5. 前記第１及び前記第２の凹部の前記底部の少なくとも一方に、突起面が形成された、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の導波管装置。
6. 前記突起面は階段状の突起面であり、
   前記階段状の突起面の最も開口部側の一面の位置において分割可能な、
   請求項５に記載の導波管装置。
7. 前記第１及び前記第２の凹部の少なくとも一方にアイリス状の内壁面が形成された、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の導波管装置。

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