JP6526509B2 - 導波管ベンドおよび無線機器 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、導波管ベンドおよび無線機器に関する。

高周波伝送路に用いられる導波管ベンドが知られている。導波管ベンドは、電波の伝搬方向が変化するベンド部を含む。
ところで、導波管ベンドは、複数の金属部品が組み立てられることで一般的に形成される。ただし、複数の金属部品が組み立てられる場合、組立作業が煩雑になり、製造性の向上を図りにくい場合があった。
また、導波管ベンドにおいて、不要波や熱雑音の低減のため、その他の目的で一部の管幅を狭くすると、インピーダンスの整合が取りにくい場合があった。また、導波管ベンドの断面形状が製造上の制約を受ける場合にも、インピーダンスの整合が取りにくい場合があった。

特許第４８２５２５０号公報 特開２００５−２００７７号公報

山根卓、他２名、「導波管Ｅ面ベンドの特性解析と最適化設計に関する研究」、信学技報、社団法人電子情報通信学会、ＭＷ９６−１３８、１９９６年１２月、ｐ３７−４２

本発明が解決しようとする課題は、製造性の向上を図ることができるとともに、インピーダンスの整合が取りやすい導波管ベンドおよび無線機器を提供することである。

実施形態の導波管ベンドは、第１導波管、第２導波管、および第３導波管が一体に形成された金属ブロックを持つ。前記第２導波管は、電波の伝搬方向が変化するベンド部を含むとともに、前記第１導波管よりも開口サイズが小さい。前記第３導波管は、前記第１導波管と前記第２導波管との間に設けられ、前記第１導波管よりも開口サイズが小さく、前記第２導波管よりも開口サイズが大きい。前記第１導波管および前記第３導波管は、前記電波の伝搬方向における前記第２導波管の両側にそれぞれ設けられている。

第１の実施形態の無線機器の一例を示す側面図。 図１中に示された無線機器を示す断面図。 図２中に示された回路基板を示す平面図。 図２中に示された導波管ベンドを示す斜視図。 図４中に示された導波管ベンドのベンド部を拡大して示す斜視図。 図５中に示されたベンド部の反射特性を示すグラフ。 図４中に示されたベンド用導波管の反射特性および通過特性を示すグラフ。 第２の実施形態の導波管ベンドを示す斜視図。 実施形態の導波管ベンドの変形例を示す斜視図。

以下、実施形態の導波管ベンドおよび無線機器を、図面を参照して説明する。なお以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それらの重複する説明は省略する場合がある。

（第１の実施形態）
図１から図７を参照して、第１の実施形態の導波管ベンド１および無線機器２について説明する。

図１は、無線機器２の一例を示す。
本実施形態の無線機器２は、例えば、衛星通信用屋外ユニット３の一部を構成する無線機器である。例えば、無線機器２は、ＶＳＡＴ(Very Small Aperture Terminal)のような衛星通信システムで用いられる。例えば、無線機器２は、Ｋｕ帯（１２ＧＨｚ〜１８ＧＨｚ）のようなマイクロ波帯、ミリ波帯の電波を送受信する。

図１に示すように、衛星通信用屋外ユニット３は、反射器４を備える。反射器４は、曲面状の反射面４ａを有する。無線機器２は、反射器４の前方に配置される。無線機器２は、反射器４の反射面４ａに向いた一次ホーン５を有する。無線機器２は、一次ホーン５を通じて、反射器４に向けて電波を放つ。また、無線機器２は、反射器４で反射された外部からの電波を、一次ホーン５を通じて受け取る。
なお、本実施形態の構成は、衛星通信用の機器に限らず、種々の無線機器に広く適用可能である。

図２は、無線機器２の断面図を示す。
図２に示すように、無線機器２は、筐体１１と、筐体１１に収容された基板ユニット（無線モジュール）１２とを有する。

筐体１１は、筐体ケース１５と、筐体ケース１５に組み合わされる筐体カバー１６とを有する。筐体ケース１５および筐体カバー１６の各々は、金属製である。筐体ケース１５と筐体カバー１６とが互いに組み合わされることで、箱状の筐体１１が形成される。筐体ケース１５と筐体カバー１６との間には、基板ユニット１２を収容する収容部１１ａが形成される。また、筐体ケース１５は、基板ユニット１２が載置される載置面１１ｂを有する。

基板ユニット１２は、回路基板（プリント回路板）２１と、回路基板２１の表面２１ａ（部品実装面）に実装された複数の電子部品２２とを有する。複数の電子部品２２は、無線回路の少なくとも一部を構成する高周波部品を含む。また、回路基板２１には、配線パターンの一部として、無線信号伝送用のマイクロストリップ線路２３が設けられる。マイクロストリップ線路２３には、導波管ベンド１を通る電波に変換される電気信号が流れる。マイクロストリップ線路２３は、「導波管ベンドに電波を給電するための回路」の一例である。

図３は、マイクロストリップ線路２３を拡大して示す平面図である。
図３に示すように、マイクロストリップ線路２３の先端部２３ａは、回路基板２１の厚さ方向において、導波管ベンド１の後述する第２開口部２８Ｂに面する。マイクロストリップ線路２３の先端部２３ａは、プローブとして、マイクロストリップ線路２３と導波管ベンド１との間で信号を変換する変換回路２４を形成する。変換回路２４は、マイクロストリップ線路２３を流れる電気信号を導波管用の電波に変換し、変換した電波を後述する導波管ベンド１に向けて発信する。また、変換回路２４は、導波管ベンド１から受け取る電波を、マイクロストリップ線路２３に流れる電気信号に変換する。

なお、図２に示すように、回路基板２１には、バックショート用の金属カバー２５が取り付けられる。金属カバー２５は、導波管ベンド１とは反対側からマイクロストリップ線路２３の先端部２３ａを覆う。

次に、筐体ケース１５に設けられる導波管ベンド１について説明する。
図２に示すように、本実施形態では、導波管ベンド１は、筐体ケース１５と一体に形成される。すなわち、導波管ベンド１は、筐体１１の少なくとも一部を形成する金属ブロック２７に直接に設けられる。金属ブロック２７は、例えばアルミニウム合金製であるが、これに限定されるものではない。

ここで、説明の便宜上、図２に示すように、＋Ｘ方向、−Ｘ方向、＋Ｙ方向、および−Ｙ方向を定義する。＋Ｘ方向は、回路基板２１の表面（部品実装面）２１ａと略平行な方向であり、導波管ベンド１から一次ホーン５に向かう方向である。−Ｘ方向は、＋Ｘ方向の反対方向である。＋Ｙ方向は、＋Ｘ方向とは交差する（例えば略直交する）方向である。例えば、＋Ｙ方向は、回路基板２１の厚さ方向であり、導波管ベンド１から回路基板２１に向かう方向である。−Ｙ方向は、＋Ｙ方向の反対方向である。

図２に示すように、導波管ベンド１は、第１開口部２８Ａと、第２開口部２８Ｂとを有する。第１開口部２８Ａは、＋Ｘ方向において、筐体１１の外部に開口する。第１開口部２８Ａには、上述の一次ホーン５が取り付けられる。一方で、第２開口部２８Ｂは、＋Ｙ方向において、筐体１１の内部に開口する。第２開口部２８Ｂは、上述の載置面１１ｂに開口する。第２開口部２８Ｂは、＋Ｙ方向において、回路基板２１の変換回路２４に面する。導波管ベンド１には、一次ホーン５から−Ｘ方向に進む電波が入る。導波管ベンド１は、一次ホーン５から−Ｘ方向に進む電波の伝搬方向を、＋Ｙ方向に変化させる。また、導波管ベンド１には、回路基板２１の変換回路２４から−Ｙ方向に進む電波が入る。導波管ベンド１は、変換回路２４から−Ｙ方向に発信された電波の伝搬方向を、＋Ｘ方向に変化させる。

以下、導波管ベンド１の各部形状について詳しく説明する。
図４は、金属ブロック２７から導波管ベンド１に関する部分を抜き出して示す。なお図４では、説明の便宜上、導波管ベンド１の中空部分を示す。
図４に示すように、導波管ベンド１は、一対の標準導波管３１Ａ，３１Ｂ、ベンド用導波管３２、および一対の整合用導波管３３Ａ，３３Ｂを有する。

まず、標準導波管３１Ａ，３１Ｂについて説明する。
一対の標準導波管３１Ａ，３１Ｂの各々は、「第１導波管」の一例である。一対の標準導波管３１Ａ，３１Ｂは、電波の伝搬方向における導波管ベンド１の両端部に分かれて設けられる。言い換えると、一対の標準導波管３１Ａ，３１Ｂは、電波の伝搬方向において、後述するベンド用導波管３２の両側に分かれて設けられる。標準導波管３１Ａ，３１Ｂは、導波管ベンド１の入出力インターフェースを形成する。標準導波管３１Ａ，３１Ｂの開口サイズは、導波管ベンド１に設定される通過帯域の周波数帯に応じて規格化されたサイズである。なお、以下では説明の便宜上、一方の標準導波管３１Ａを「第１標準導波管３１Ａ」、他方の標準導波管３１Ｂを「第２標準導波管３１Ｂ」と称する。

図４に示すように、第１標準導波管３１Ａは、導波管ベンド１の一方の端部において、＋Ｘ方向に沿って設けられる。第１標準導波管３１Ａの＋Ｘ方向側の端部は、上述の第１開口部２８Ａを形成する。一方で、第２標準導波管３１Ｂは、導波管ベンド１の他方の端部において、＋Ｙ方向に沿って設けられる。第２標準導波管３１Ｂの＋Ｙ方向側の端部は、上述の第２開口部２８Ｂを形成する。
第１標準導波管３１Ａの開口サイズと、第２標準導波管３１Ｂの開口サイズは、互いに略同じである。なお、電波の伝搬方向において、第１標準導波管３１Ａの長さと、第２標準導波管３１Ｂの長さとは、互いに異なってもよい。

次に、ベンド用導波管３２について説明する。
ベンド用導波管３２は、「第２導波管」の一例である。ベンド用導波管３２は、第１標準導波管３１Ａの中心を−Ｘ方向に沿って横切る中心軸と、第２標準導波管３１Ｂの中心を−Ｙ方向に沿って横切る中心軸とが交差する部分に設けられる。
図４に示すように、本実施形態のベンド用導波管３２は、第１直線部４１と、この第１直線部４１とは異なる方向に延びた第２直線部４２と、第１直線部４１と第２直線部４２との接続部であるベンド部４３とを有する。

図４に示すように、第１直線部４１は、第１標準導波管３１Ａと略平行に設けられ、＋Ｘ方向に沿って延びている。第１直線部４１は、第１標準導波管３１Ａとベンド部４３との間に設けられる。
一方で、第２直線部４２は、第２標準導波管３１Ｂと略平行に設けられ、＋Ｙ方向に沿って延びている。第２直線部４２は、第２標準導波管３１Ｂとベンド部４３との間に設けられる。

ベンド部４３は、第１直線部４１と第２直線部４２との間に設けられ、第１直線部４１と第２直線部４２とを接続する。ベンド部４３は、ベンド用導波管３２の内部を進む電波の伝搬方向を変化させる。本実施形態では、ベンド部４３は、略９０度に折れ曲がっている。すなわち、本実施形態のベンド部４３は、電波の伝搬方向を略９０度変化させる。なお、ベンド部４３の折れ曲がり角度は、９０度よりも大きな角度でもよく、９０度よりも小さな角度でもよい。

図４に示すように、ベンド部４３の角部４３ａには、一段の階段状の窪み４４が設けられる。窪み４４は、ベンド部４３のなかで、−Ｘ方向側であり且つ−Ｙ方向側である角部４３ａに設けられる。窪み４４は、ベンド部４３におけるインピーダンスの不整合を低減する整合素子である。また、窪み４４が設けられることで、ベンド部４３の広帯域化を図ることができる。

図５は、ベンド部４３を拡大して示す。
図５に示すように、窪み４４は、第１面４４ａと第２面４４ｂとによって形成される。
第１面４４ａは、＋Ｙ方向に沿う端面である。第１面４４ａは、第２直線部４２の一部（例えば−Ｘ方向側の端部）に対して、＋Ｘ方向側に窪んだ位置に形成される。
一方で、第２面４４ｂは、＋Ｘ方向に沿う端面である。第２面４４ｂは、第１直線部４１の一部（例えば−Ｙ方向側の端部）に対して、＋Ｙ方向側に窪んだ位置に形成される。

ここで、第１直線部４１は、該第１直線部４１の中心軸として、中心軸（管軸）Ｃ１を有する。中心軸Ｃ１は、＋Ｙ方向における第１直線部４１の中心を、＋Ｘ方向に沿って横切って延びている。同様に、第２直線部４２は、該第２直線部４２の中心軸として、中心軸（管軸）Ｃ２を有する。中心軸Ｃ２は、＋Ｘ方向における第２直線部４２の中心を、＋Ｙ方向に沿って横切って延びている。

図５に示すように、窪み４４の第１面４４ａは、第２直線部４２の中心軸Ｃ２に対して、−Ｘ方向側に所定量（所定距離）だけオフセットして設けられる。
同様に、窪み４４の第２面４４ｂは、第１直線部４１の中心軸Ｃ１に対して、−Ｙ方向側に所定量（所定距離）だけオフセットして設けられる。

図６は、上記オフセット量（第１面４４ａのオフセット量および第２面４４ｂのオフセット量）を変化させた場合のベンド部４３の反射特性（Ｓ１１）を示すグラフである。なお、例えば、図６中の「オフセット＝−０．３５ｍｍ」とは、第２直線部４２の中心軸Ｃ２に対して窪み４４の第１面４４ａが−Ｘ方向側に０．３５ｍｍオフセットするとともに、第１直線部４１の中心軸Ｃ１に対して窪み４４の第２面４４ｂが−Ｙ方向側に０．３５ｍｍオフセットした形状であることを意味する。なお、図６中の他のオフセット量についても、数値が異なるのみで定義は上記と同様である。

図６に示すように、窪み部４４が設けられた構成では、例えば種々のオフセット量において、Ｓ１１が所定基準以下（例えば−２０ｄＢ以下）となる比帯域が１０％以上確保されることが分かる。すなわち、上記オフセット量を適切に調整して設定することで、ベンド部４３におけるインピーダンスの不整合を低減し、反射損失を小さくすることができることが分かる。

次に、ベンド用導波管３２の開口サイズについて説明する。
図４に示すように、ベンド用導波管３２の開口サイズ（すなわち、第１直線部４１および第２直線部４２の開口サイズ）は、標準導波管３１Ａ，３１Ｂの開口サイズよりも小さい。なお本願で言う「開口サイズ」とは、電波の伝搬方向に向いた開口サイズ（言い換えると、電波の伝搬方向とは略直交する断面における開口サイズ）を意味する。また、「開口サイズが大きい（または小さい）」とは、上記断面において開口の大きさを規定する縦幅および横幅がそれぞれ大きい（またはそれぞれ小さい）ことを意味する。

例えば、ベンド用導波管３２の開口サイズを標準導波管３１Ａ，３１Ｂの開口サイズよりも小さくすることで、低周波の電波が導波管ベンド１を通りにくくなる。これにより、導波管ベンド１の通過帯域外の不要波や熱雑音を低減することができる。
また、導波管ベンド１が金属ブロック２７から切削加工（削り出し加工）で製造される場合、ベンド用導波管３２の開口サイズを標準導波管３１Ａ，３１Ｂの開口サイズよりも小さくすることで、加工時間を短縮することができる。

次に、ベンド用導波管３２に設けられるフィルタ機能について説明する。
本実施形態のベンド用導波管３２には、ベンド用導波管３２の管幅を狭く形成することで、所定の周波数帯に対するフィルタ機能が設けられる。

詳しく述べると、ベンド用導波管３２の内部空間は、電波の伝搬方向とは略直交する方向において、長方形状の断面形状を有する（図５参照）。なお本願でいう「長方形状」とは、角部に丸みを有する長方形を含む。ベンド用導波管３２は、前記断面形状の長手方向の幅として管幅Ａを有する。なお、管幅Ａは、丸みを有する角部を外れた部分における前記断面形状の長手方向の幅である。
このベンド用導波管３２の管幅Ａは、減衰させたい周波数をｆ、光速をｃとした場合に、以下の数式（１）の関係を満たすように設定される。

なお、「減衰させたい周波数」とは、導波管ベンド１に設定される通過帯域よりも低い周波数である。すなわち、「減衰させたい周波数」とは、導波管ベンド１に設定されるカットオフ周波数よりも低い周波数である。以上を言い換えると、減衰させたい周波数よりもカットオフ周波数が高くなるように、ベンド用導波管３２の管幅Ａが狭く形成される。

より詳しく述べると、ベンド用導波管３２に設定されるカットオフ周波数をｆｃ、カットオフ周波数ｆｃにおける電波の波長をλｃ、カットオフ周波数よりも低い周波数をｆ、周波数ｆにおける電波の波長をλ、電波の伝搬方向におけるベンド用導波管３２の長さをＬ１、ベンド用導波管３２の上記断面形状の長手方向の管幅をＡ、光速をｃとすると、周波数ｆの電波の減衰量は以下の数式（２）で表すことができる。なお、ベンド用導波管３２の長さＬ１は、図５に示すように、第１直線部４１の＋Ｘ方向側の端部と窪み４４の第１面４４ａとの間の長さＬａと、第２直線部４２の＋Ｙ向側の端部と窪み４４の第２面４４ｂとの間の長さＬｂとの合計値である。

このように、ベンド用導波管３２の管幅Ａと長さＬ１が適切に調整されて設定されることで、所望のカットオフ周波数を有し、このカットオフ周波数以下の周波数帯の電波を減衰させることができる高域通過型のフィルタをベンド用導波管３２に付加することができる。

ただし、上述のように、不要波や熱雑音の低減や製造性（例えば加工時間）の観点、または上記のような所定の周波数帯に対するフィルタ機能を付加するために、ベンド用導波管３２の開口サイズが標準導波管３１Ａ，３１Ｂの開口サイズよりも小さく形成されると、ベンド用導波管３２と標準導波管３１Ａ，３１Ｂとの間にインピーダンスの不整合が生じる。そこで本実施形態では、ベンド用導波管３２と標準導波管３１Ａ，３１Ｂとの間に、整合用導波管３３Ａ，３３Ｂが設けられ、ベンド用導波管３２と標準導波管３１Ａ，３１Ｂとの間のインピーダンスが整合するように調整されている。

以下、整合用導波管３３Ａ，３３Ｂについて詳しく説明する。
一対の整合用導波管３３Ａ，３３Ｂの各々は、「第３導波管」の一例である。図４に示すように、一対の整合用導波管３３Ａ，３３Ｂは、電波の伝搬方向におけるベンド用導波管３２の両側に分かれて設けられる。なお、以下では説明の便宜上、一方の整合用導波管３３Ａを「第１整合用導波管３３Ａ」、他方の整合用導波管３３Ｂを「第２整合用導波管３３Ｂ」と称する。

第１整合用導波管３３Ａは、第１標準導波管３１Ａとベンド用導波管３２の第１直線部４１との間に設けられる。第１整合用導波管３３Ａは、＋Ｘ方向に沿って延びている。第１整合用導波管３３Ａは、第１標準導波管３１Ａとベンド用導波管３２との間を繋いでいる。

第１整合用導波管３３Ａの開口サイズは、第１標準導波管３１Ａの開口サイズよりも小さく、ベンド用導波管３２の開口サイズ（例えば第１直線部４１の開口サイズ）よりも大きい。第１整合用導波管３３Ａは、該第１整合用導波管３３Ａの開口寸法（すなわち、開口の縦幅と横幅）、および電波の伝搬方向における第１整合用導波管３３Ａの長さＬ２が調整されて設定されることで、第１標準導波管３１Ａとベンド用導波管３２との間でインピーダンスの整合をとる。

例えば、電波の伝搬方向における第１整合用導波管３３Ａの長さＬ２は、導波管ベンド１に設定される通過帯域の最小周波数の電波の第１整合用導波管３３Ａにおける管内波長をλｇとすると、以下の数式（３）の関係を満たすように設定される。

詳しく述べると、第１整合用導波管３３Ａの内部空間は、電波の伝搬方向とは略直交する方向において、長方形状の断面形状を有する。第１整合用導波管３３Ａは、前記断面形状の長手方向の幅として管幅ａを有する（図５参照）。なお、管幅ａは、前記断面形状において丸みを有する角部を外れた部分における長手方向の幅である。
また、第１整合用導波管３３Ａは、該第１整合用導波管３３Ａの断面形状によって定まるカットオフ周波数を有する。
そして、上記の管内波長λｇは、第１整合用導波管３３Ａのカットオフ周波数における電波の波長をλｃ、第１整合用導波管３３Ａの前記管幅をa、導波管ベンド１に設定される通過帯域の最小周波数の電波の波長をλとすると、以下の数式（４）のように計算することができる。

また、Ｚ_Ｌの負荷が接続された伝送線路において、負荷からの距離Ｌの位置から見たインピーダンスＺ_ｉｎは、以下の数式（５）のように表される。なお、Ｚ_０は、伝送線路の特性インピーダンスである。

ここで、Ｌ＝λｇ／２の場合、βＬ＝πとなり、Ｚ_ｉｎ＝Ｚ_Ｌとなる。
すなわち、入力インピーダンスＺ_ｉｎが、Ｌの長さλｇ／２の周期で変化する。言い換えると、第１整合用導波管３３Ａの長さＬ２が上記数式（３）の範囲で設定されることで、調整可能なインピーダンスの範囲を網羅することができる。

例えば、第１標準導波管３１Ａ、ベンド用導波管３２、第１整合用導波管３３Ａの特性インピーダンスをそれぞれＺ１、Ｚ２、Ｚ３とする場合、第１整合用導波管３３Ａの特性インピーダンスＺ３が以下の数式（６）を満たすように、第１整合用導波管３３Ａの開口サイズ（すなわち、開口の縦幅と横幅）が設定されてもよい。

この場合、第１整合用導波管３３Ａがλ／４変成器として動作し、第１整合用導波管３３Ａの長さＬ２がλｇ／４に近い値で、インピーダンスの整合をとることができる。ただし、ここでいうλｇは、導波管ベンド１に設定される通過帯域の中心周波数における管内波長である。

このような長さを有する第１整合用導波管３３Ａによれば、第１標準導波管３１Ａとベンド用導波管３２との間のインピーダンスを効果的に調整することができる。

同様に、図４に示すように、第２整合用導波管３３Ｂは、第２標準導波管３１Ｂとベンド用導波管３２の第２直線部４２との間に設けられる。第２整合用導波管３３Ｂは、＋Ｙ方向に沿って延びている。第２整合用導波管３３Ｂは、第２標準導波管３１Ｂとベンド用導波管３２との間を繋いでいる。

第２整合用導波管３３Ｂの開口サイズは、第２標準導波管３１Ｂの開口サイズよりも小さく、ベンド用導波管３２の開口サイズ（例えば第２直線部４２の開口サイズ）よりも大きい。
第２整合用導波管３３Ｂは、該第２整合用導波管３３Ｂの開口寸法（すなわち、開口の縦幅と横幅）、および電波の伝搬方向における第２整合用導波管３３Ｂの長さＬ３が調整されて設定されることで、第２標準導波管３１Ｂとベンド用導波管３２との間のインピーダンスの整合をとる。

例えば、第２整合用導波管３３Ｂの長さＬ３は、第１整合用導波管３３Ａの長さＬ２と同様に、上記数式（３）に基づいて設定可能である。なお、第１整合用導波管３３Ａの長さＬ２と、第２整合用導波管３３Ｂの長さＬ３とは、互いに同じでもよく、互いに異なってもよい。また、第１整合用導波管３３Ａの開口サイズと、第２整合用導波管３３Ｂの開口サイズとは、互いに同じでもよく、互いに異なってもよい。

図７は、ベンド用導波管３２に上記フィルタ機能が付加されるとともに、整合用導波管３３Ａ，３３Ｂが設けられた場合の導波管ベンド１の反射特性（Ｓ１１）と通過特性（Ｓ２１）の一例を示すグラフである。
図７に示すように、Ｓ２１の線を見ると、約１４ＧＨｚ帯よりも高域の周波数帯で通過特性が良好であるとともに、約１３ＧＨｚ帯以下の低域の周波数帯で電波が減衰することが分かる。すなわち、ベンド用導波管３２によって高域通過型のフィルタが適切に実現されることが分かる。また、Ｓ１１の線を見ると、例えば約１４ＧＨｚから約１４．５ＧＨｚの間の周波数帯で、Ｓ１１が所定基準以下（例えば−２０ｄＢ以下）となることが分かる。すなわち、整合用導波管３３Ａ，３３Ｂが設けられることで、ベンド用導波管３２と標準導波管３１Ａ，３１Ｂとの間のインピーダンスの整合をとることができることが分かる。

以上説明した、一対の標準導波管３１Ａ，３１Ｂ、ベンド用導波管３２、および一対の整合用導波管３３Ａ，３３Ｂは、金属ブロック２７に互いに一体に形成される。例えば、一対の標準導波管３１Ａ，３１Ｂ、ベンド用導波管３２、および一対の整合用導波管３３Ａ，３３Ｂは、金属ブロック２７に対して２面方向から切削加工（削り出し加工）を行うことで形成される。例えば、導波管ベンド１の加工工程は、筐体ケース１５の加工工程に組み込まれ、筐体ケース１５の加工工程の一部として行われる。例えば、導波管ベンド１の少なくとも一部の加工は、筐体ケース１５の収容部１１ａの加工と連続して行われる。なお、導波管ベンド１は、切削加工によらず、放電加工やダイカスト、鋳造などによって製造されてもよい。

ここで、導波管ベンド１を金属ブロック２７から切削加工（削り出し加工）で製造する場合、導波管ベンド１の各開口形状の角部は、製造上の制約（例えば使用可能工具の最小半径）によって丸みを有する。また、導波管ベンド１をダイカストや鋳造によって製造する場合でも、型からの製品の良好な取り外し性を確保するために、導波管ベンド１の各開口形状の角部は、丸みを有する。また、導波管ベンド１を放電加工によって製造する場合でも、導波管ベンド１の各開口形状の角部は、製造上の理由で丸みを有する。

以下では、導波管ベンド１の一例として、エンドミル加工によって製造される導波管ベンド１を取り上げ、開口形状の角部の形状について説明する。本実施形態では、各導波管の４つの角部は、それぞれ削り出し深さに応じた丸みを有する。

詳しく述べると、図４に示すように、標準導波管３１Ａ，３１Ｂ、ベンド用導波管３２、整合用導波管３３Ａ，３３Ｂは、電波の伝搬方向とは略直交する方向において、それぞれ円弧状の角部を含む略長方形の断面形状を有する。すなわち、標準導波管３１Ａ，３１Ｂの前記断面形状は、それぞれ４つの角部５１ａ，５１ｂを含む。同様に、ベンド用導波管３２の直線部４１，４２の前記断面形状は、それぞれ４つの角部５２ａ，５２ｂを含む。整合用導波管３３Ａ，３３Ｂの前記断面形状は、それぞれ４つの角部５３ａ，５３ｂを含む。

ここで、金属ブロック２７の端面からの削り出し深さが深くなるに従い、直径が大きなエンドミルを使用することが必要となる。一般的に、削り出し深さＤに対して必要なエンドミルの直径φは、以下の数式（７）で表すことができる。

このため、各導波管の角部の曲率半径Ｒは、以下の数式（８）を満たすように設定される。

従って、図４に示すように、第１標準導波管３１Ａ、ベンド用導波管３２の第１面４４ａ、および第１整合用導波管３３Ａの削り出し深さをそれぞれＤ１ａ、Ｄ２ａ、Ｄ３ａとし、第１標準導波管３１Ａ、ベンド用導波管３２の第１直線部４１、および第１整合用導波管３３Ａのそれぞれの角部５１ａ，５２ａ，５３ａの曲率半径をＲ１ａ、Ｒ２ａ、Ｒ３ａとし、第１標準導波管３１Ａ、ベンド用導波管３２の第１直線部４１、および第１整合用導波管３３Ａを加工するエンドミルの直径をそれぞれφ１ａ、φ２ａ、φ３ａとする場合、以下の数式（９）が満たされる。

同様に、第２標準導波管３１Ｂ、ベンド用導波管３２の第２面４４ｂ、および第２整合用導波管３３Ｂの削り出し深さをそれぞれＤ１ｂ、Ｄ２ｂ、Ｄ３ｂとし、第２標準導波管３１Ｂ、ベンド用導波管３２の第２直線部４２、および第２整合用導波管３３Ｂのそれぞれの角部５１ｂ、５２ｂ、５３ｂの曲率半径をＲ１ｂ、Ｒ２ｂ、Ｒ３ｂとし、第２標準導波管３１Ｂ、ベンド用導波管３２の第２直線部４２、および第２整合用導波管３３Ｂを加工するエンドミルの直径をそれぞれφ１ｂ、φ２ｂ、φ３ｂとする場合、以下の数式（１０）が満たされる。

例えば上述のような理由によって、第１整合用導波管３３Ａの角部５３ａの曲率半径は、ベンド用導波管３２の第１直線部４１の角部５２ａの曲率半径よりも小さい。また、第１標準導波管３１Ａの角部５１ａの曲率半径は、ベンド用導波管３２の第１直線部４１の角部５２ａの曲率半径および第１整合用導波管３３Ａの角部５３ａの曲率半径よりも小さい。なお、以上の全ての角部５１ａ，５２ａ、５３ａにおいて、曲率半径は例えば０．０５ｍｍ以上である。

同様に、第２整合用導波管３３Ｂの角部５３ｂの曲率半径は、ベンド用導波管３２の第２直線部４２の角部５２ｂの曲率半径よりも小さい。また、第２標準導波管３１Ｂの角部５１ｂの曲率半径は、ベンド用導波管３２の第２直線部４２の角部５２ｂの曲率半径および第２整合用導波管３３Ｂの角部５３ｂの曲率半径よりも小さい。なお、以上の全ての角部５１ｂ，５２ｂ，５３ｂにおいて、曲率半径は例えば０．０５ｍｍ以上である。

上述のように、標準導波管３１Ａ，３１Ｂの角部５１ａ，５１ｂとベンド用導波管３２の角部５２ａ，５２ｂとが曲率半径の異なる円弧状に形成されると、ベンド用導波管３２と標準導波管３１Ａ，３１Ｂとの間にインピーダンスの不整合が生じやすい。しかしながら本実施形態では、ベンド用導波管３２と標準導波管３１Ａ，３１Ｂとの間に、整合用導波管３３Ａ，３３Ｂが設けられ、ベンド用導波管３２と標準導波管３１Ａ，３１Ｂとの間でインピーダンスの整合がとられている。

すなわち本実施形態では、第１標準導波管３１Ａとベンド用導波管３２との角部の形状の差異に基づきインピーダンスの不整合が生じる場合であっても、第１整合用導波管３３Ａの開口寸法（すなわち、開口の縦幅と横幅）、および電波の伝搬方向における第１整合用導波管３３Ａの長さＬ２が適切に調整されて設定されることで、第１標準導波管３１Ａとベンド用導波管３２との間でインピーダンスの整合がとられている。
同様に、第２標準導波管３１Ｂとベンド用導波管３２との角部の形状の差異に基づきインピーダンスの不整合が生じる場合であっても、第２整合用導波管３３Ｂの開口寸法（すなわち、開口の縦幅と横幅）、および電波の伝搬方向における第２整合用導波管３３Ｂの長さＬ３が適切に調整されて設定されることで、第２標準導波管３１Ｂとベンド用導波管３２との間でインピーダンスの整合がとられている。

このような構成によれば、製造性の向上を図ることができるとともに、インピーダンスの整合が取りやすい導波管ベンド１および無線機器２を提供することができる。
ここで、比較のため、複数の金属ブロックにそれぞれ切削加工を行い、ロウ付けあるいはねじ止めで２つの金属ブロックを接合または結合することで導波管ベンドを製造することについて考える。まず、ロウ付けによって複数の金属ブロックを接合する場合は、金属ブロックの全体を加熱する必要があるため、接合作業に時間がかかる場合がある。また、ねじ止めによって複数の金属ブロックを接合する場合は、金属ブロックの接合面で電波の漏洩や接触抵抗の増大が生じ、通過損失が大きくなりやすい。また、無線機器の筐体ケースとは別部品として導波管ベンドを製造し、筐体ケースに取り付ける場合、機器のコストアップや大型化を招きやすい。

一方で、導波管ベンドを１つの金属ブロックから製造しようとすると、製造上の制約などによって開口形状の角部に丸みが付くため、導波管ベンド内でインピーダンスの不整合が生じやすい。また、導波管ベンドにおいて、不要波や熱雑音の低減のため、その他の目的で一部の管幅を狭くしようとすると、インピーダンスの整合が取りにくい場合がある。

そこで、本実施形態の導波管ベンド１は、標準導波管３１Ａ，３１Ｂ、ベンド用導波管３２、および整合用導波管３３Ａ，３３Ｂが一体に形成された金属ブロック２７を備える。ベンド用導波管３２は、電波の伝搬方向が変化するベンド部４３を含むとともに、標準導波管３１Ａ，３１Ｂよりも開口サイズが小さい。整合用導波管３３Ａ，３３Ｂは、標準導波管３１Ａ，３１Ｂとベンド用導波管３２との間に設けられ、標準導波管３１Ａ，３１Ｂよりも開口サイズが小さく、ベンド用導波管３２よりも開口サイズが大きい。

このような構成によれば、まず、複数の金属ブロックを組み立てて導波管ベンドを製造する場合に比べて、種々の利点がある。例えば、ロウ付けによって複数の金属ブロックを接合する場合に比べて、金属ブロックを加熱する時間が必要なくなるため、また組立作業が煩雑になりにくく、製造性が良好になる。また、ねじ止めによって複数の金属ブロックを接合する場合に比べて、金属ブロックの接合面で電波の漏洩や接触抵抗の増大が生じないので、通過特性が良好になりやすい。また、電波の漏洩対策としてのチョーク構造を設ける必要が無くなるので、導波管ベンド１の小型化および低コスト化を図ることができる。

さらに本実施形態によれば、標準導波管３１Ａ，３１Ｂとベンド用導波管３２との間に整合用導波管３３Ａ，３３Ｂが設けられている。このため、種々の理由によって標準導波管３１Ａ，３１Ｂとベンド用導波管３２との間にインピーダンスの不整合が生じる場合でも、整合用導波管３３Ａ，３３Ｂによってインピーダンスの不整合を低減することができる。これにより、導波管ベンド１の通過特性を向上させることができる。

また、整合用導波管３３Ａ，３３Ｂの開口サイズは、標準導波管３１Ａ，３１Ｂよりも開口サイズが小さく、ベンド用導波管３２よりも開口サイズが大きい。このような整合用導波管３３Ａ，３３Ｂによれば、１つの金属ブロック２７から切削加工や放電加工、ダイカスト、鋳造などによって導波管ベンド１を製造する場合であっても、標準導波管３１Ａ，３１Ｂとベンド用導波管３２との間に整合用導波管３３Ａ，３３Ｂを容易に設けることができる。これにより、導波管ベンド１の製造性を向上させることができる。

また、ベンド用導波管３２は金属ブロック２７の端面から比較的深いところに位置するため、ベンド用導波管３２の円弧状の角部５２ａ，５２ｂの曲率半径は、製造上の制約などによって大きくなりやすい場合がある。このような場合、標準導波管３１Ａ，３１Ｂの円弧状の角部５１ａ，５１ｂの曲率半径と、ベンド用導波管３２の円弧状の角部５２ａ，５２ｂの曲率半径との違いに基づき、標準導波管３１Ａ，３１Ｂとベンド用導波管３２との間でインピーダンスの不整合が生じやすい。
ただし、本実施形態では、標準導波管３１Ａ，３１Ｂとベンド用導波管３２との間に整合用導波管３３Ａ，３３Ｂが設けられている。これにより、各導波管３１Ａ，３１Ｂ，３２の角部５１ａ，５１ｂ、５２ａ，５２ｂが曲率半径の異なる角部を有する場合であっても、インピーダンスの不整合を低減することができる。

本実施形態では、標準導波管３１Ａ，３１Ｂおよび整合用導波管３３Ａ，３３Ｂは、電波の伝搬方向におけるベンド用導波管３２の両側にそれぞれ設けられる。
このような構成によれば、電波の伝搬方向におけるベンド用導波管３２の両側において、インピーダンスの不整合を低減することができる。これにより、導波管ベンド１の通過特性をさらに向上させることができる。

本実施形態では、ベンド用導波管３２の管幅Ａは、上述の数式（１）を満たすように設定される。すなわち、本実施形態のベンド用導波管３２は、所定の周波数帯域に対するフィルタ機能が付加されている。言い換えると、上記のようなフィルタ機能が付加されたベンド用導波管３２の開口サイズは、標準導波管３１Ａ，３１Ｂの開口サイズに対して比較的小さくなる。このため、標準導波管３１Ａ，３１Ｂとベンド用導波管３２との間には、比較的大きなインピーダンスの不整合が生じる。

ただし、本実施形態では、整合用導波管３３Ａ，３３Ｂの開口サイズと長さが調整されて設定され、標準導波管３１Ａ，３１Ｂとベンド用導波管３２との間のインピーダンスの不整合が低減されている。言い換えると、整合用導波管３３Ａ，３３Ｂが設けられることで、インピーダンスの整合性を取りつつ、ベンド用導波管３２にフィルタ機能を付加することができる。このような構成によれば、別部品としてフィルタを設ける場合に比べて、無線機器２の小型化および低コスト化を図ることができる。

本実施形態では、電波の伝搬方向における整合用導波管３３Ａ，３３Ｂの長さＬ２，Ｌ３は、上述の数式（３）に基づいて設定される。
このような構成によれば、標準導波管３１Ａ，３１Ｂとベンド用導波管３２との間のインピーダンスの不整合を効果的に低減することができる。

本実施形態では、整合用導波管３３Ａ，３３Ｂの角部５３ａ，５３ｂの曲率半径は、ベンド用導波管３２の角部５２ａ，５２ｂの曲率半径よりも小さい。
このような構成によれば、削り出し深さに応じた適切な加工工具によってベンド用導波管３２および整合用導波管３３Ａ，３３Ｂを加工することができる。また、整合用導波管３３Ａ，３３Ｂの角部５３ａ，５３ｂの曲率半径がベンド用導波管３２の角部５２ａ，５２ｂの曲率半径よりも小さく形成することで、整合用導波管３３Ａ，３３Ｂの開口形状の設計自由度を大きくすることができる。整合用導波管３３Ａ，３３Ｂの開口形状の設計自由度を大きくすることができると、標準導波管３１Ａ，３１Ｂとベンド用導波管３２との間のインピーダンスの不整合を効果的に低減することができる。

本実施形態では、導波管ベンド１は、筐体１１の少なくとも一部を形成する金属ブロック２７に直接に設けられる。例えば、金属ブロック２７は、筐体ケース１５を形成する部材である。
このような構成によれば、導波管ベンド１の加工を筐体１１の加工と纏めて行うことができるため、製造性のさらなる向上を図ることができる。これにより、導波管ベンド１および無線機器２の低コスト化を図ることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態の導波管ベンド１について説明する。
図８は、第２の実施形態の導波管ベンド１を示す。本実施形態は、導波管ベンド１が複数段の整合用導波管を有する点で、第１の実施形態とは異なる。なお、本実施形態のその他の構成は、第１の実施形態と同様である。

図８に示すように、本実施形態の導波管ベンド１は、第１標準導波管３１Ａと、第１整合用導波管３３Ａとの間に、第３整合用導波管６１Ａを有する。第３整合用導波管６１Ａは、「第４導波管」の一例である。第３整合用導波管６１Ａの開口サイズは、第１標準導波管３１Ａの開口サイズよりも小さく、第１整合用導波管３３Ａの開口サイズよりも大きい。本実施形態では、第１整合用導波管３３Ａおよび第３整合用導波管６１Ａの開口寸法および電波の伝搬方向における長さが調整されることで、第１標準導波管３１Ａとベンド用導波管３２との間のインピーダンスの不整合が低減されている。

同様に、本実施形態の導波管ベンド１は、第２標準導波管３１Ｂと、第２整合用導波管３３Ｂとの間に、第４整合用導波管６１Ｂを有する。第４整合用導波管６１Ｂは、「第４導波管」の別の一例である。第４整合用導波管６１Ｂの開口サイズは、第２標準導波管３１Ｂの開口サイズよりも小さく、第２整合用導波管３３Ｂの開口サイズよりも大きい。本実施形態では、第２整合用導波管３３Ｂおよび第４整合用導波管６１Ｂの開口寸法および電波の伝搬方向における長さが調整されることで、第２標準導波管３１Ｂとベンド用導波管３２との間のインピーダンスの不整合が低減されている。

整合用導波管６１Ａ，６１Ｂの内部空間は、整合用導波管３３Ａ，３３Ｂと同様に、電波の伝搬方向とは略直交する方向において、それぞれ円弧状の角部６３ａ，６３ｂを含む長方形状の断面形状を有する。
第３整合用導波管６１Ａの角部６３ａの曲率半径は、第１標準導波管３１Ａの角部５１ａの曲率半径よりも大きく、第１整合用導波管３３Ａの角部５３ａの曲率半径よりも小さい。同様に、第４整合用導波管６１Ｂの角部６３ｂの曲率半径は、第２標準導波管３１Ｂの角部５１ｂの曲率半径よりも大きく、第２整合用導波管３３Ｂの角部５３ｂの曲率半径よりも小さい。

このような構成によれば、複数段の整合用導波管３３Ａ，３３Ｂ，６１Ａ，６１Ｂによってインピーダンス整合の帯域を増やすことができる。このため、導波管ベンド１の通過特性をさらに向上させることができる。なお、複数段の整合用導波管は、上述したような２段に限らず、３段以上の多段式に設けられてもよい。
なお、電波の伝搬方向において、第３整合用導波管６１Ａの長さと、第４整合用導波管６１Ｂの長さとは、互いに同じでもよく、互いに異なってもよい。また、第３整合用導波管６１Ａの開口サイズと、第４整合用導波管６１Ｂの開口サイズとは、互いに同じでもよく、互いに異なってもよい。

以上、第１および第２の実施形態の導波管ベンド１を説明した。ただし、実施形態の導波管ベンド１は、上記例に限られない。例えば、第１および第２の実施形態では、Ｈ面（磁界面）方向に曲げられた導波管ベンド１について説明した。なお、第１の実施形態の導波管ベンド１は、図９に示すように、Ｅ面（電界面）方向に曲げられた導波管ベンドでもよい。これは、第２の実施形態のような多段の整合用導波管を有する場合も同様である。

また、上述の実施形態では、第１標準導波管３１Ａ、第１整合用導波管３３Ａ、およびベンド用導波管３２の第１直線部４１の中心軸（管軸）は、互いに略一致している。これに代えて、第１標準導波管３１Ａ、第１整合用導波管３３Ａ、およびベンド用導波管３２の第１直線部４１の中心軸（管軸）は、加工性を大きく損なわない範囲で互いにずれていてもよい。これは、第２標準導波管３１Ｂ、第２整合用導波管３３Ｂ、およびベンド用導波管３２の第２直線部４２の中心軸（管軸）についても同様である。

上述の第１実施形態および第２実施形態の導波管ベンド１のベンド用導波管３２は、所定の周波数帯に対するフィルタ機能が付加されている。ただし、導波管ベンド１は、このようなフィルタ機能が付加されていないものでもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、導波管ベンド１は、標準導波管３１Ａ，３１Ｂ、ベンド用導波管３２、および整合用導波管３３Ａ，３３Ｂが一体に形成された金属ブロック２７を備える。ベンド用導波管３２は、電波の伝搬方向が変化するベンド部４３を含むとともに、標準導波管３１Ａ，３１Ｂよりも開口サイズが小さい。整合用導波管３３Ａ，３３Ｂは、標準導波管３１Ａ，３１Ｂとベンド用導波管３２との間に設けられ、標準導波管３１Ａ，３１Ｂよりも開口サイズが小さく、ベンド用導波管３２よりも開口サイズが大きい。このような構成によれば、製造性の向上を図ることができるとともに、インピーダンスの整合が取りやすい導波管ベンド１を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…導波管ベンド、２…無線機器、１１…筐体、２１…回路基板、２７…金属ブロック、３１Ａ，３１Ｂ…標準導波管、３２…ベンド用導波管、３３Ａ，３３Ｂ，６１Ａ，６１Ｂ…整合用導波管、４３…ベンド部。

Claims (7)

1. 第１導波管、第２導波管、および第３導波管が一体に形成された金属ブロックを備え、
   前記第２導波管は、電波の伝搬方向が変化するベンド部を含むとともに、前記第１導波管よりも開口サイズが小さく、
   前記第３導波管は、前記第１導波管と前記第２導波管との間に設けられ、前記第１導波管よりも開口サイズが小さく、前記第２導波管よりも開口サイズが大きく、
   前記第１導波管および前記第３導波管は、前記電波の伝搬方向における前記第２導波管の両側にそれぞれ設けられた、
   導波管ベンド。
2. 前記金属ブロックは、前記第１導波管と前記第３導波管との間に、前記第１導波管よりも開口サイズが小さく、前記第３導波管よりも開口サイズが大きな第４導波管を有した、
   請求項１に記載の導波管ベンド。
3. 前記第２導波管の内部空間は、前記電波の伝搬方向とは略直交する方向において長方形状の断面形状を有し、
   前記導波管ベンドに設定される通過帯域よりも低い周波数をｆ、前記第２導波管の前記断面形状の長手方向の幅をＡ、光速をｃとした場合に、
   

   

   の関係式を満たす、
   請求項１または請求項２に記載の導波管ベンド。
4. 前記導波管ベンドに設定される通過帯域の最小周波数の電波の前記第３導波管における管内波長をλｇ、前記電波の伝搬方向における前記第３導波管の長さをＬとした場合に、
   

   

   の関係式を満たす、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の導波管ベンド。
5. 前記第２導波管および前記第３導波管の各々の内部空間は、前記電波の伝搬方向とは略直交する方向において、円弧状の角部を含む長方形状の断面形状を有し、
   前記第３導波管の前記角部の曲率半径は、前記第２導波管の前記角部の曲率半径よりも小さい、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の導波管ベンド。
6. 前記金属ブロックは、前記導波管ベンドに電波を給電するための回路を含む回路基板を収容する筐体の少なくとも一部を形成する、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の導波管ベンド。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の導波管ベンドと、
   前記導波管ベンドに電波を給電するための回路を含む回路基板と、
   を備えた無線機器。

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