特開 2022-168565 導波管型分配合成器、整合器、および移相器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022168565

(43)【公開日】2022-11-08

(54)【発明の名称】導波管型分配合成器、整合器、および移相器

(51)【国際特許分類】

   H01P 5/20 20060101AFI20221031BHJP

   H01P 5/12 20060101ALI20221031BHJP

   H01P 5/04 20060101ALI20221031BHJP

   H01P 5/02 20060101ALI20221031BHJP

【ＦＩ】

H01P5/20 A

H01P5/12 A

H01P5/04 601Z

H01P5/02 601A

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021074110

(22)【出願日】2021-04-26

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2021-07-21

(71)【出願人】

【識別番号】593030923

【氏名又は名称】株式会社ニッシン

(74)【代理人】

【識別番号】100093056

【弁理士】

【氏名又は名称】杉谷 勉

(74)【代理人】

【識別番号】100142930

【弁理士】

【氏名又は名称】戸高 弘幸

(74)【代理人】

【識別番号】100175020

【弁理士】

【氏名又は名称】杉谷 知彦

(74)【代理人】

【識別番号】100180596

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 要

(74)【代理人】

【識別番号】100195349

【弁理士】

【氏名又は名称】青野 信喜

(72)【発明者】

【氏名】南光 正平

(72)【発明者】

【氏名】中塚 和久

(57)【要約】

【課題】放電の発生を確実に回避しつつインピーダンスを整合させることを可能とし、さらに製造がより容易である導波管型分配合成器、整合器、および移相器を提供する。
【解決手段】
一端に第１ポート１１を有し他端に第２ポート１２を有する主導波管３と、一端に第３ポート１３を有し、他端は主導波管３のＥ面に接続されるＨ面分岐導波管５と、一端に第４ポート１４を有し、他端は主導波管３のＨ面に接続されるＥ面分岐導波管７と、主導波管３の分岐部Ｔに配置され、インピーダンスを整合させる整合素子９と、を備え、整合素子９は、主導波管３の幅方向において、主導波管の中心ＢｓからＨ面分岐導波管５に近づく方向へシフト距離ｋｙだけ離れた位置に配置されており、主導波管３の高さｂより低い柱状の構造を有する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一端に第１ポートを有し他端に第２ポートを有する第１の導波管と、
一端に第３ポートを有し、他端は前記第１の導波管の長さ方向の中間部であって前記第１の導波管のＥ面に接続される第２の導波管と、
一端に第４ポートを有し、他端は前記第１の導波管の長さ方向の中間部であって前記第１の導波管のＨ面に接続される第３の導波管と、
前記第１の導波管の長さ方向の中間部に配置され、前記第１ポートと前記第２ポートと前記第３ポートと前記第４ポートとの間におけるインピーダンスを整合させる整合素子と、
を備え、
前記整合素子は、
前記第１の導波管の幅方向において、前記第１の導波管の中心から前記第２の導波管に近づく方向へ所定の距離だけ離れた位置に配置されており、前記第１の導波管の高さより低い柱状の構造を有する
ことを特徴とする導波管型分配合成器。

【請求項2】

請求項１に記載の導波管型分配合成器において、
前記第１の導波管における電磁波の管内波長をλ_ｇとした場合、
前記第１の導波管の管軸方向における前記整合素子の寸法であるｄｘは、第１条件「０．３０λ_ｇ≦ｄｘ≦０．４０λ_ｇ」を満たし、
前記第１の導波管の幅方向における前記整合素子の寸法であるｄｙは、第２条件「０．１５λ_ｇ≦ｄｙ≦０．２５λ_ｇ」を満たし、
前記第１の導波管の高さ方向における前記整合素子の寸法であるｄｚは、第３条件「０．０５λ_ｇ≦ｄｚ≦０．１５λ_ｇ」を満たし、
前記所定の距離であるｋｙは、第４条件「０．１５λ_ｇ≦ｋｙ≦０．２５λ_ｇ」を満たす
ことを特徴とする導波管型分配合成器。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の導波管型分配合成器において、
前記整合素子は、
鋭角または直角である部分を有しない形状となるように構成される
ことを特徴とする導波管型分配合成器。

【請求項4】

一端に第１ポートを有し他端に第２ポートを有する第１の導波管と、
一端に第３ポートを有し、他端は前記第１の導波管の長さ方向の中間部であって前記第１の導波管のＥ面に接続される第２の導波管と、
前記第１の導波管の長さ方向の中間部に配置され、前記第１ポートと前記第２ポートと前記第３ポートとの間におけるインピーダンスを整合させる整合素子と、
を備え、
前記整合素子は、
前記第１の導波管の幅方向において、前記第１の導波管の中心から前記第２の導波管に近づく方向へ所定の距離だけ離れた位置に配置されており、前記第１の導波管の高さより低い柱状の構造を有する
ことを特徴とする導波管型分配合成器。

【請求項5】

請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の導波管型分配合成器を備える整合器であって、
前記第２の導波管の内部に設けられており前記第２の導波管の管軸方向に移動可能に配置されたＨプランジャと、
前記第３の導波管の内部に設けられており前記第３の導波管の管軸方向に移動可能に配置されたＥプランジャと、
反射係数および位相を検出する反射係数検出部と、
前記反射係数検出部が検出する前記反射係数および前記位相を用いて、前記第１ポートに接続されている電磁波供給源と前記第２ポートに接続されている負荷との間のインピーダンスが整合するような前記Ｈプランジャの位置と前記Ｅプランジャの位置との組み合わせを算出するプランジャ位置算出部と、
前記プランジャ位置算出部が算出した前記Ｈプランジャの位置と前記Ｅプランジャの位置との組み合わせに基づいて前記Ｈプランジャおよび前記Ｅプランジャを移動させるプランジャ移動機構と、
を備えることを特徴とする整合器。

【請求項6】

請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の導波管型分配合成器を備える移相器であって、
前記第２の導波管の内部に設けられており前記第２の導波管の管軸方向に移動可能に配置されたＨプランジャと、
前記第３の導波管の内部に設けられており前記第３の導波管の管軸方向に移動可能に配置されたＥプランジャと、
前記第１ポートにおける電磁波の反射を抑えつつ、前記第１ポートから前記第２ポートへと伝送される電磁波の位相を所定値に変更できるような前記Ｈプランジャの位置と前記Ｅプランジャの位置との組み合わせを算出するプランジャ位置算出部と、
前記プランジャ位置算出部が算出した前記Ｈプランジャの位置と前記Ｅプランジャの位置との組み合わせに基づいて前記Ｈプランジャおよび前記Ｅプランジャを移動させるプランジャ移動機構と、
を備えることを特徴とする移相器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マイクロ波帯またはミリ波帯などにおける電力の分配および合成に用いられる導波管型分配合成器、当該導波管型分配合成器を用いた整合器、および当該導波管型分配合成器を用いた移相器に関する。

【背景技術】

【0002】

導波管を分岐させて電力分配および電力合成を行うことを目的として、Ｅ面Ｔ分岐導波管、Ｈ面Ｔ分岐導波管、またはマジックＴ型導波管を例とする導波管型分配合成器が用いられる。マジックＴ型導波管は、矩形状断面の主導波管と、主導波管において電界に平行な壁面（Ｅ面）に結合された矩形状断面の分岐導波管（Ｈ面分岐導波管）と、主導波管において磁界に平行な側面（Ｈ面）に結合された矩形状断面の分岐導波管（Ｅ面分岐導波管）とによって構成される。すなわち図１５に示すように、従来のマジックＴ型導波管１０１は主導波管１０３の中央部に相当する分岐部Ｔから、Ｈ面分岐導波管１０５およびＥ面分岐導波管１０７が分岐して延びる形状を有している。すなわち、Ｈ面分岐導波管１０５は分岐が電界面に平行に出てｙ方向に延びる。Ｅ面分岐導波管１０７は分岐が磁界面に平行に出てｚ方向に延びる。

【0003】

このような従来のマジックＴ型導波管では、分岐部などにおいてインピーダンスの不整合に起因して反射特性が劣化する場合がある。そこで従来のマジックＴ型導波管においてインピーダンスを整合させるため、整合素子ユニットを内部に配設するマジックＴ型導波管が提案されている（例えば、特許文献１）。

【0004】

特許文献１において、整合素子ユニットは図１６および図１７に示すように、マジックＴ型導波管１０１の分岐部Ｔに配設される主整合素子１０９と、分岐部Ｔ以外の部分に配設される複数の副整合素子１１１とによって構成される。主整合素子１０９は、ベース部１１３と、ベース部１１３から上方に向けて突出する円錐状または細い円柱状の突出部１１４とを備えている。突出部１１４の先端は、分岐部ＴからＥ面分岐導波管１０７の内部へと延びるように構成されている。なお副整合素子１１１のうち、主導波管１０３の内壁に配設されているものを副整合素子１１１ａとする。そしてＥ面分岐導波管１０７の内壁に配設されているものを副整合素子１１１ｂ、Ｈ面分岐導波管１０５の内壁に配設されるものを副整合素子１１１ｃとして各々を区別している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第９３７３８８０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。

【0007】

従来の整合素子ユニットは、主整合素子１０９および副整合素子１１１という複数の部材によって構成される。そのため、これら複数の部材をマジックＴ型導波管１０１の内部における適切な位置にそれぞれ配設させるに時間と労力を要する。その結果、インピーダンスが整合されたマジックＴ型導波管１０１の製造コストが高くなる。

【0008】

さらに従来の整合素子ユニットにおける主整合素子１０９は、ベース部１１３とＥ面分岐導波管１０７の内部へ延びるように突出する突出部１１４とが組み合わされた構成となっている。そのため、主整合素子１０９は全体として上方に突出する円錐状となっており、主整合素子１０９の高さは主導波管１０３の高さより高くなるように構成される。

【0009】

主整合素子１０９が配設されない場合、Ｅ面分岐導波管１０７における絶縁距離は図１６において符号Ｌ１で示す距離、すなわちＥ面分岐導波管１０７の一方の壁面から他方の壁面までの距離である。一方、主整合素子１０９が配設される場合、Ｅ面分岐導波管１０７における絶縁距離は符号Ｌ２で示す距離、すなわちＥ面分岐導波管１０７の一方の壁面から突出部１１４の先端までの距離となる。主整合素子１０９が配設されることによって、絶縁距離はＬ１からより短いＬ２となるので、突出部１１４の先端部において放電が発生しやすくなるという問題が懸念される。特に突出部１１４の先端部が円錐形を例とする先鋭な形状である場合、コロナ放電などに起因して放電がより発生しやすくなる。

【0010】

さらに、従来の主整合素子１０９の高さは主導波管１０３の高さより高いので、主整合素子１０９をマジックＴ型導波管１０１に配設させることが難しいという問題も懸念される。すなわちベース部１１３と突出部１１４とを一体とした状態では主整合素子１０９が主導波管１０３の内部を通らないので、主整合素子１０９をベース部１１３のパーツと突出部１１４のパーツとに分離させなければ主整合素子１０９をマジックＴ型導波管１０１に配設させることができない。

【0011】

すなわち主整合素子１０９をマジックＴ型導波管１０１に配設させるには、ベース部１１３のパーツを主導波管１０３に通して分岐部Ｔに固定させた後、突出部１１４のパーツをＥ面分岐導波管１０７に通して分岐部Ｔへと案内させ、突出部１１４をベース部１１３に接合させるという操作が必要になる。このように従来のマジックＴ型導波管１０１は整合素子ユニットの構造および整合素子ユニットを配設する操作が複雑であるので、マジックＴ型導波管１０１の製造コストが上昇するとともに製造に要する工程が長期化する。

【0012】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、放電の発生を確実に回避しつつインピーダンスを整合させることを可能とし、さらに製造がより容易である導波管型分配合成器、整合器、および移相器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る導波管型分配合成器は、一端に第１ポートを有し他端に第２ポートを有する第１の導波管と、一端に第３ポートを有し、他端は前記第１の導波管の長さ方向の中間部であって前記第１の導波管のＥ面に接続される第２の導波管と、一端に第４ポートを有し、他端は前記第１の導波管の長さ方向の中間部であって前記第１の導波管のＨ面に接続される第３の導波管と、前記第１の導波管の長さ方向の中間部に配置され、前記第１ポートと前記第２ポートと前記第３ポートと前記第４ポートとの間におけるインピーダンスを整合させる整合素子と、を備え、前記整合素子は、前記第１の導波管の幅方向において、前記第１の導波管の中心から前記第２の導波管に近づく方向へ所定の距離だけ離れた位置に配置されており、前記第１の導波管の高さより低い柱状の構造を有することを特徴とするものである。

【0014】

当該構成において、第１の導波管の高さより低い柱状の構造を有する整合素子を、第１の導波管の幅方向において第１の導波管の中心から当該第１の導波管のＥ面に接続される第２の導波管に近づく方向へ所定の距離だけ離れた位置に配置する。このように、Ｅ面に接続される第２の導波管に近づく方向へシフトした位置に整合素子を配置することにより、単一の部材からなる整合素子を用いて導波管型分配合成器のインピーダンスを整合させることができる。

【0015】

すなわち従来の装置ではインピーダンスを整合させるためには複数の部材から構成される整合素子ユニットを必要とする一方、本発明に係る導波管型分配合成器では単一の部材である整合素子を用いるので、導波管型分配合成器に整合素子を配設する際に複数の部材を組み合わせる過程を行う必要がない。また複数の部材の各々を導波管型分配合成器に配設させるという複数回の過程を行う必要もない。そのため、整合素子を備える導波管型分配合成器を迅速かつ低コストで製造することができる。

【0016】

そして、整合素子は直方体を例とする柱状部材であり、整合素子の高さは第１の導波管の高さより低く、第３の導波管に先鋭な突出部が存在しない。よって、第３の導波管における絶縁距離が短くなるという事態が発生することを回避できる。従って、第３の導波管の内部に先鋭な突出部が存在しないように構成することにより、導波管型分配合成器の内部で絶縁距離が短いことによって生じる放電や、先鋭な部分で生じるコロナ放電が発生することを防止できる。

【0017】

また、上述した発明において、前記第１の導波管における電磁波の管内波長をλ_ｇとした場合、前記第１の導波管の管軸方向における前記整合素子の寸法であるｄｘは、第１条件「０．３０λ_ｇ≦ｄｘ≦０．４０λ_ｇ」を満たし、前記第１の導波管の幅方向における前記整合素子の寸法であるｄｙは、第２条件「０．１５λ_ｇ≦ｄｙ≦０．２５λ_ｇ」を満たし、前記第１の導波管の高さ方向における前記整合素子の寸法であるｄｚは、第３条件「０．０５λ_ｇ≦ｄｚ≦０．１５λ_ｇ」を満たし、前記所定の距離であるｋｙは、第４条件「０．１５λ_ｇ≦ｋｙ≦０．２５λ_ｇ」を満たすことが好ましい。

【0018】

［作用・効果］本発明に係る導波管型分配合成器によれば、整合素子の寸法と整合素子を第１の導波管の中心から第２の導波管に近づく方向へシフトさせる所定の距離とについて、第１条件ないし第４条件を満たすように構成されることによって、導波管型分配合成器のインピーダンスをより精度よく整合させることができる。

【0019】

また、上述した発明において、前記整合素子は、鋭角または直角である部分を有しない形状となるように構成されることが好ましい。

【0020】

［作用・効果］本発明に係る導波管型分配合成器によれば、高さが低い柱状の整合素子は鋭角または直角である先鋭な部分が存在しない。このような構成の整合素子を用いることにより、先鋭な部分においてコロナ放電が発生することを抑制できる。従って、整合素子を備える導波管型分配合成器において放電が発生することをより確実に防止できる。

【0021】

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとってもよい。
すなわち、本発明に係る導波管型分配合成器は、一端に第１ポートを有し他端に第２ポートを有する第１の導波管と、一端に第３ポートを有し、他端は前記第１の導波管の長さ方向の中間部であって前記第１の導波管のＥ面に接続される第２の導波管と、前記第１の導波管の長さ方向の中間部に配置され、前記第１の導波管と前記第２の導波管と前記第３の導波管との間におけるインピーダンスを整合させる整合素子と、を備え、前記整合素子は、前記第１の導波管の幅方向において、前記第１の導波管の中心から前記第２の導波管に近づく方向へ所定の距離だけ離れた位置に配置されており、前記第１の導波管の高さより低い柱状の構造を有することを特徴とするものである。

【0022】

［作用・効果］本発明に係る導波管型分配合成器によれば、第１の導波管の高さより低い柱状の構造を有する整合素子を、第１の導波管の幅方向において第１の導波管の中心から当該第１の導波管のＥ面に接続される第２の導波管に近づく方向へ所定の距離だけ離れた位置に配置する。このように、Ｅ面に接続される第２の導波管に近づく方向へシフトした位置に整合素子を配置することにより、単一の部材からなる整合素子を用いて導波管型分配合成器のインピーダンスを整合させることができる。

【0023】

すなわち従来の装置ではインピーダンスを整合させるためには複数の部材から構成される整合素子ユニットを必要とする一方、本発明に係る導波管型分配合成器では単一の部材である整合素子を用いるので、導波管型分配合成器に整合素子を配設する際に複数の部材を組み合わせる過程を行う必要がない。また複数の部材の各々を導波管型分配合成器に配設させるという複数回の過程を行う必要もない。そのため、整合素子を備える導波管型分配合成器を迅速かつ低コストで製造することができる。

【0024】

そして、整合素子は直方体を例とする柱状部材であり、整合素子の高さは第１の導波管の高さより低い。よって、整合素子を導波管型分配合成器の内部に配設することに起因して、第１の導波管などの各導波管における絶縁距離が短くなるという事態が発生することを回避できる。従って、整合素子の配設に起因して導波管型分配合成器の内部で放電が発生することを防止できる。

【0025】

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとってもよい。
すなわち、本発明に係る導波管型分配合成器を備える整合器であって、前記第２の導波管の内部に設けられており前記第２の導波管の管軸方向に移動可能に配置されたＨプランジャと、前記第３の導波管の内部に設けられており前記第３の導波管の管軸方向に移動可能に配置されたＥプランジャと、反射係数と位相とを検出する反射係数検出部と、前記反射係数検出部が検出する前記反射係数および前記位相を用いて、前記第１ポートに接続されている電磁波供給源と前記第２ポートに接続されている負荷との間のインピーダンスが整合するような前記Ｈプランジャの位置と前記Ｅプランジャの位置との組み合わせを算出するプランジャ位置算出部と、前記プランジャ位置算出部が算出した前記Ｈプランジャの位置と前記Ｅプランジャの位置との組み合わせに基づいて前記Ｈプランジャおよび前記Ｅプランジャを移動させるプランジャ移動機構と、を備えることを特徴とするものである。

【0026】

［作用・効果］本発明に係る整合器によれば、第１の導波管の中心から第２の導波管に近い側へシフトした位置に、第１の導波管の高さより低い柱状の整合素子が配設されている。そのため、整合器が備える導波管型分配合成器のインピーダンスは、整合素子によって適切に整合される。よって、導波管型分配合成器におけるインピーダンスの不整合に起因して整合器における整合不良が発生するという事態を、整合素子の配設によってより確実に回避できる。

【0027】

また、第１の導波管より低い高さの整合素子を用いるので、導波管型分配合成器において放電が発生することをより確実に防止できる。そして、単一の部材である整合素子を用いるので、導波管型分配合成器に整合素子を配設する際に複数の部材を組み合わせる過程を行う必要がない。また複数の部材の各々を導波管型分配合成器に配設させるという複数回の過程を行う必要もない。従って、本発明に係る導波管型分配合成器を用いることにより、より精度良く整合をとることができる整合器をより低コストで実現できる。

【0028】

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとってもよい。
すなわち、本発明に係る導波管型分配合成器を備える移相器であって、前記第２の導波管の内部に設けられており前記第２の導波管の管軸方向に移動可能に配置されたＨプランジャと、前記第３の導波管の内部に設けられており前記第３の導波管の管軸方向に移動可能に配置されたＥプランジャと、前記第１ポートにおける電磁波の反射を抑えつつ、前記第１ポートから前記第２ポートへと伝送される電磁波の位相を所定値に変更できるような前記Ｈプランジャの位置と前記Ｅプランジャの位置との組み合わせを算出するプランジャ位置算出部と、前記プランジャ位置算出部が算出した前記Ｈプランジャの位置と前記Ｅプランジャの位置との組み合わせに基づいて前記Ｈプランジャおよび前記Ｅプランジャを移動させるプランジャ移動機構と、を備えることを特徴とするものである。

【0029】

［作用・効果］本発明に係る移相器によれば、第１の導波管の中心から第２の導波管に近い側へシフトした位置に、第１の導波管の高さより低い柱状の整合素子が配設されている。そのため、移相器が備える導波管型分配合成器のインピーダンスは、整合素子によって適切に整合される。よって、導波管型分配合成器におけるインピーダンスの不整合に起因して移相器における整合不良が発生するという事態を、整合素子の配設によってより確実に回避できる。

【0030】

また、第１の導波管より低い高さの整合素子を用いるので、導波管型分配合成器において放電が発生することをより確実に防止できる。そして、単一の部材である整合素子を用いるので、導波管型分配合成器に整合素子を配設する際に複数の部材を組み合わせる過程を行う必要がない。また複数の部材の各々を導波管型分配合成器に配設させるという複数回の過程を行う必要もない。従って、本発明に係る導波管型分配合成器を用いることにより、より精度良く位相を変更させることができる移相器をより低コストで実現できる。

【発明の効果】

【0031】

本発明に係る導波管型分配合成器、整合器、および移相器によれば、第１の導波管の高さより低い柱状の構造を有する整合素子を、第１の導波管の幅方向において第１の導波管の中心から当該第１の導波管のＥ面に接続される第２の導波管に近づく方向へ所定の距離だけ離れた位置に配置する。このように、Ｅ面に接続される第２の導波管に近づく方向へシフトした位置に整合素子を配置することにより、単一の部材からなる整合素子を用いて導波管型分配合成器のインピーダンスを整合させることができる。

【0032】

すなわち従来の装置ではインピーダンスを整合させるためには複数の部材から構成される整合素子ユニットを必要とする一方、本発明に係る導波管型分配合成器では単一の部材である整合素子を用いるので、導波管型分配合成器に整合素子を配設する際に複数の部材を組み合わせる過程を行う必要がない。また複数の部材の各々を導波管型分配合成器に配設させるという複数回の過程を行う必要もない。そのため、整合素子を備える導波管型分配合成器を迅速かつ低コストで製造することができる。

【0033】

そして、整合素子は直方体を例とする柱状部材であり、整合素子の高さは第１の導波管の高さより低い。よって、整合素子を導波管型分配合成器の内部に配設することに起因して、第１の導波管などの各導波管における絶縁距離が短くなるという事態が発生することを回避できる。従って、整合素子の配設に起因して導波管型分配合成器の内部で放電が発生することを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】実施例１に係る導波管型分配合成器の全体構成を説明する斜視図である。

【図2】実施例１に係る導波管型分配合成器の構成を説明するＡ－Ａ断面図である。

【図3】実施例１に係る導波管型分配合成器の構成を説明するＢ－Ｂ断面図である。

【図4】実施例１に係る導波管型分配合成器の構成を説明するＣ－Ｃ断面図である。

【図5】実施例１に係る各導波管の内径の長さを示す図である。

【図6】実施例２に係る導波管型分配合成器の全体構成を説明する斜視図である。

【図7】実施例２に係る導波管型分配合成器の構成を説明するＤ－Ｄ断面図である。

【図8】実施例２に係る導波管型分配合成器の構成を説明するＥ－Ｅ断面図である。

【図9】実施例２に係る導波管型分配合成器の構成を説明するＦ－Ｆ断面図である。

【図10】実施例３に係る整合器の全体構成を説明する斜視図である。

【図11】実施例３に係る整合器の構成を説明する機能ブロック図である。

【図12】実施例３に係る整合器における電磁波の挙動を説明する斜視図である。

【図13】変形例に係る整合素子の構成を説明する斜視図である。（ａ）は円柱状の部材を複数並列させた構成を有する整合素子の図であり、（ｂ）は楕円柱状の構成を有する整合素子の図であり、（ｃ）は菱形を底面とする柱状部材からなる整合素子の図である。

【図14】変形例に係る整合素子の構成を説明する斜視図である。（ａ）は直方体の各辺を斜めに削って鈍角からなる略直方体状となるように構成された整合素子の図であり、（ｂ）は略半球状の構成を有する整合素子の図である。

【図15】従来例に係る導波管型分配合成器の全体構成を説明する斜視図である。

【図16】従来例に係る導波管型分配合成器の構成を説明するＧ－Ｇ断面図である。

【図17】従来例に係る導波管型分配合成器の構成を説明するＨ－Ｈ断面図である。

【図18】従来例に係るＹ型分岐の導波管型分配合成器の構成を説明する図である。（ａ）は従来のＹ型分岐管の斜視図であり、（ｂ）は従来のＹ型分岐管の平面図である。

【図19】従来例に係るＴ型分岐の導波管型分配合成器の構成を説明する図である。（ａ）は従来のＴ型分岐管の斜視図であり、（ｂ）は従来のＴ型分岐管の平面図である。

【図20】従来例に係る、整合素子を備えたＴ型分岐の導波管型分配合成器の構成を説明する図である。（ａ）は従来のＴ型分岐管の斜視図であり、（ｂ）は従来のＴ型分岐管の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例0035】

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。図１は実施例１に係る導波管型分配合成器１の斜視図であり、図２は実施例１に係る導波管型分配合成器１のＡ－Ａ断面図である。図３は実施例１に係る導波管型分配合成器１のＢ－Ｂ断面図である。図３は実施例１に係る導波管型分配合成器１のＣ－Ｃ断面図である。

【0036】

＜全体構成の説明＞
実施例１に係る導波管型分配合成器１は、いわゆるマジックＴ構造を有するマジックＴ型導波管であり、分岐が電界面に平行に出るＥ面分岐導波管と磁界面に平行に出るＨ面分岐導波管とを組み合わせた導波管である。導波管型分配合成器１は図１に示すように、ｘ方向に延びる主導波管３と、ｙ方向に延びるＨ面分岐導波管５と、ｚ方向に延びるＥ面分岐導波管７と、整合素子９とを備えている。

【0037】

主導波管３は、一端側に第１ポート１１を備えており、他端側に第２ポート１２を備えている。Ｈ面分岐導波管５は、一端側に第３ポート１３を備えている。Ｈ面分岐導波管５の他端側は、主導波管３の長さ方向（ｘ方向）の中間部において主導波管３のＥ面に接続されている。Ｅ面分岐導波管７は、一端側に第４ポート１４を備えている。Ｅ面分岐導波管７の他端側は、主導波管３の長さ方向の中間部（分岐部Ｔ）において主導波管３のＨ面に接続されている。

【0038】

主導波管３、Ｈ面分岐導波管５、およびＥ面分岐導波管７は、いずれも角形導波管であり、縦断面が矩形となっている。図５は、主導波管３の縦断面を示している。主導波管３において、電界面に平行な側壁であるＥ面を符号Ｓｅで示しており、磁界面に平行な側壁であるＨ面を符号Ｓｈで示している。すなわち、実施例１では主導波管３の側壁のうち長辺側がＨ面Ｓｈに相当し、短辺側がＥ面Ｓｅに相当する。

【0039】

実施例１において、主導波管３、Ｈ面分岐導波管５、およびＥ面分岐導波管７の内部の寸法はいずれも等しく、図２ないし図５に示すように長辺の長さがａとなるように構成されており、短辺の長さがｂとなるように構成されている。長辺の長さａは、８０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。実施例１では主導波管３、Ｈ面分岐導波管５、およびＥ面分岐導波管７として、長辺の長さａが９６ｍｍであり短辺の長さｂが２７ｍｍである導波管を用いるものとする。

【0040】

なお実施例１に係る導波管型分配合成器１において、主導波管３は本発明における第１の導波管に相当する。Ｈ面分岐導波管５は本発明における第２の導波管に相当する。Ｅ面分岐導波管７は本発明における第３の導波管に相当する。

【0041】

整合素子９は主導波管３の分岐部Ｔに配設されており、ネジなどの固定具によって分岐部Ｔの底面に固定されている。整合素子９は、主導波管３、Ｈ面分岐導波管５、およびＥ面分岐導波管７における各々のポートのインピーダンスを整合させる。整合素子９を構成する好ましい材料としては、アルミニウムまたは銅などを例とする電気抵抗率が低い金属が挙げられる。また、整合素子９は全体としてｘ方向の長さがｙ方向の長さより長い柱状となるように構成されている。また、整合素子９の高さは、主導波管３の高さより低くなるように構成されている。実施例１において整合素子９はｘ方向を長手方向とする直方体となっている。

【0042】

分岐部Ｔにおいて柱状の整合素子９が配設される位置は、図３および図４などに示すように、主導波管３の幅方向（ｙ方向）において主導波管３の中心ＢｓからＨ面分岐導波管５に近い側へ離れた位置（シフトした位置）となるように構成されている。すなわち平面視における整合素子９の中心Ｂｐは、ｙ方向における主導波管３の中心ＢｓからＨ面分岐導波管５に近づくようにｙ方向へシフトしている。なお、整合素子９の中心Ｂｐが主導波管３の中心Ｂｓからｙ方向にシフトする距離をシフト距離ｋｙとする。

【0043】

実施例１の導波管型分配合成器１では、マイクロ波を例とする電磁波が主導波管３の第１ポート１１から入力された場合、当該電磁波は分岐部ＴにおいてＨ面分岐導波管５およびＥ面分岐導波管７へと分配され、第３ポート１３および第４ポート１４から出力される。電磁波がＨ面分岐導波管５の第３ポート１３から入力された場合、当該電磁波は第１ポート１１および第２ポート１２へと同相で分配される。電磁波がＥ面分岐導波管７の第４ポート１４から入力された場合、当該電磁波は第１ポート１１および第２ポート１２へと逆相で分配される。電磁波が分配される際において、Ｈ面分岐導波管５に近づくように中心Ｂｓからｙ方向へシフトしている整合素子９によって、入力側と出力側のインピーダンスが整合される。

【0044】

＜整合素子の寸法および配置＞
ここで導波管型分配合成器１において、整合素子９の寸法および整合素子９が配置される位置について、インピーダンスをより好適に整合できる条件を説明する。ここで、ｘ方向における整合素子９の寸法（長さ）をｄｘとし、ｙ方向における整合素子９の寸法をｄｙとし、ｚ方向における整合素子９の寸法をｄｚとする。

【0045】

また図５に示すように、主導波管３の内部における長辺の長さをａとし、短辺の長さをｂとする。すなわち、主導波管３の幅方向における内径の長さがａに相当し、主導波管３の高さ方向（ｚ方向）における内径の長さがｂに相当する。なお上述したように、実施例１では主導波管３、Ｈ面分岐導波管５、およびＥ面分岐導波管７の各導波管について、内部の寸法はいずれも同じとなるように構成されている。また、長辺の長さａは８０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。

【0046】

各導波管における管内波長をλ_ｇとすると、導波管型分配合成器１のインピーダンスが好適に整合されるような整合素子９の寸法及び位置とは以下の通りである。各方向における整合素子９の寸法ｄｘ、ｄｙ、ｄｚ、および整合素子９のシフト距離ｋｙの各々が以下の（Ａ）ないし（Ｄ）で示される条件を満たす場合、整合素子９によって導波管型分配合成器１のインピーダンスが特に好適に整合される。
０．３０λ_ｇ≦ｄｘ≦０．４０λ_ｇ ……（Ａ）
０．１５λ_ｇ≦ｄｙ≦０．２５λ_ｇ ……（Ｂ）
０．０５λ_ｇ≦ｄｚ≦０．１５λ_ｇ ……（Ｃ）
０．１５λ_ｇ≦ｋｙ≦０．２５λ_ｇ ……（Ｄ）

【0047】

ここで、主導波管３など各導波管における電磁波の管内波長λ_ｇは導波管の長辺の長さａと自由空間波長λ_０とを用いて、以下の数式によって求められる。

【0048】

【数1】

【0049】

なお、自由空間波長λ_０は、光速度ｃと伝送させる電磁波の周波数ｆとを用いて以下の（Ｅ）で示される式を用いて求められる。
λ_０＝ｃ／ｆ ……（Ｅ）

【0050】

なお寸法およびシフト距離が上記の（Ａ）ないし（Ｄ）で示される条件を満たす整合素子９を用いることにより導波管型分配合成器１のインピーダンスが特に好適に整合されるという点において、伝送させる電磁波の周波数ｆは２．４ＧＨｚ以上２．５ＧＨｚ以下であることが好ましい。同様の理由により、主導波管３など各導波管における長辺の長さａは８０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。

【0051】

なお、上記の（Ａ）で示される式は本発明における第１条件に相当する。上記の（Ｂ）で示される式は本発明における第２条件に相当する。上記の（Ｃ）で示される式は本発明における第３条件に相当する。上記の（Ｄ）で示される式は本発明における第４条件に相当する。

【0052】

また、整合素子９のｚ方向における寸法ｄｚ（整合素子９の高さｄｚ）は、主導波管３の短辺の長さｂ（主導波管３の高さｂ）の１／３以上２／３以下であることが好ましい。実施例１では、整合素子９の高さｄｚは主導波管３の高さｂの１／２となるように構成されている。

【0053】

＜実施例１の構成による効果＞
実施例１では各導波管の内径の長さなどの各種条件に応じて、整合素子９の寸法ｄｘ、ｄｙ、ｄｚ、および整合素子９のシフト距離ｋｙを調整することにより、単一の部材である整合素子９を用いて導波管型分配合成器１のインピーダンスを好適に整合させることができる。

【0054】

従来、マジックＴ型の導波管型分配合成器を例とする、主導波管とＥ面分岐導波管とＨ面分岐導波管とを備える導波管型分配合成器では分岐部において整合素子を配設させる場合、図１６および図１７に示すように、主導波管１０３の中心からＨ面分岐導波管１０５と逆側に整合素子（主整合素子１０９）を配設させる。

【0055】

しかし、従来のマジックＴ型導波管１０１では整合素子を分岐部に配設するだけではインピーダンスの整合性を十分に向上させることが困難であった。そのため、従来の導波管型分配合成器では分岐部に整合素子を配設させるのみならず、主導波管１０３のうち分岐部から離れた領域、Ｈ面分岐導波管１０５、およびＥ面分岐導波管１０７などに新たな整合素子（副整合素子１１１）を配設することによってインピーダンスの整合性を向上させていた。

【0056】

このように従来のマジックＴ型導波管１０１においてインピーダンスを高い精度で整合させるには複数の整合素子１０９および１１１が必要になるので、導波管型分配合成器の構造が複雑化する。また導波管型分配合成器の製造工程も複雑化するため、導波管型分配合成器の製造コストが上昇する。

【0057】

このような問題について発明者が鋭意検討を行った結果、導波管型分配合成器１の分岐部Ｔにおいて、主導波管３の中心からＨ面分岐導波管５に近い側に整合素子９を配設することにより、導波管型分配合成器１におけるインピーダンスを高い精度で整合できることを見出した。言い換えると、主導波管３の幅方向において、主導波管３の中心からＨ面分岐導波管５に近づく方向へ所定の距離（シフト距離ｋｙ）だけ離れた位置に１つの整合素子９を配置することによって、新たな整合素子を配設することなく導波管型分配合成器１におけるインピーダンスを高い精度で整合できることを見出した。

【0058】

Ｈ面分岐導波管を備える従来の導波管型分配合成器において、主導波管の中心からＨ面分岐導波管と逆側に整合素子を配設させる理由として、図１８ないし図２０および参考文献を用いて説明する。

【0059】

従来、入力された電磁波を２方向へ分岐させる２分岐型の導波管として、図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示すようなＹ型分岐管２０１が考案されていた（参考文献１：Ｇｅｏｒｇｅ Ｌ．Ｒａｇａｎ「Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ」）。Ｙ分岐管２０１は平面視において３本の導波管２０３を備えている。そして３本の導波管２０３のうち入力側の導波管を導波管２０３ａとし、出力側の２本の導波管を導波管２０３ｂおよび導波管２０３ｃとする。

【0060】

このような２分岐型（３端子型）のＹ型分岐管２０１において、導波管２０３ａが延びる方向（ｙ方向）と導波管２０３ｂが延びる方向とがなす角度α、および導波管２０３ａが延びるｙ方向と導波管２０３ｃが延びる方向とがなす角度βはそれぞれ１２０°となる。よって、導波管２０３ａのポート２０４から入力された電磁波は分岐部において伝送方向が１２０°変更されて導波管２０３ｂおよび導波管２０３ｃへと伝送され、導波管２０３ｂのポート２０５および導波管２０３ｃのポート２０６の各々から出力される。

【0061】

ここで３端子型の導波管の利便性を向上させることを目的として、Ｙ型分岐管２０１の発展型として図１９（ａ）および図１９（ｂ）に示すようなＴ型分岐管２１１が考案された。Ｔ型分岐管２１１では出力側の導波管２０３ｂおよび導波管２０３ｃが延びる方向は、入力側の導波管２０３ａが延びる方向（ｙ方向）と直交する方向（ｘ方向）になっている。すなわち、Ｙ型分岐管２０１では電磁波の入力側から見て出力側は１２０°方向である一方、Ｔ型分岐管２１１では電磁波の入力側から見て出力側が９０°方向である。導波管２０３ｂおよび２０３ｃが延びる方向をｘ方向に直交する方向へ変更することにより、Ｔ型分岐管２１１はＹ型分岐管２０１と比べて据え付け工程などにおける利便性が向上する。

【0062】

但し、導波管２０３ｂおよび導波管２０３ｃが延びる方向を変更することにより、Ｔ型分岐管２１１は分岐部Ｔにおいて導波管２０３ａから遠い側の側壁に三角柱型の凹部Ｋが形成されている。このような三角柱型の凹部Ｋが形成されているＴ型分岐管２１１は形状が複雑であるので製造しにくい。そのため、凹部Ｋを有するＴ型分岐管２１１のさらなる発展型として、整合素子２１３を有するＴ型分岐管２２１が考案された（参考文献２：実開昭４９－９１４３）。

【0063】

Ｔ型分岐管２２１は全体として、導波管２０３ｂおよび導波管２０３ｃからなる主導波管のＥ面に導波管２０３ａが接続された形状となっている。すなわちＴ型分岐管２２１は、導波管２０３ｂおよび導波管２０３ｃからなる主導波管の分岐部Ｔから、Ｈ面分岐導波管に相当する導波管２０３ａが分岐してｙ方向に延びる形状となっている。

【0064】

Ｔ型分岐管２２１は分岐部Ｔにおいて整合素子２１３を備えている。整合素子２１３はＴ型分岐管２２１のうち、Ｔ型分岐管２１１では凹部Ｋが形成されていた位置に配設されており、凹部Ｋと同じ形状およびサイズとなっている。すなわちＴ型分岐管２１１の凹部Ｋを整合素子２１３と置き換えることによりＴ型分岐管２２１となる。

【0065】

分岐部Ｔにおいて導波管２０３ａから遠い側に整合素子２１３を配置することにより、Ｔ型分岐管２２１における導波管２０３ａから遠い側の側壁２１５は平坦な形状となる。すなわち整合素子２１３によってＴ型分岐管２２１は全体として単純な形状となるので、製造が容易となる。このような経緯により、Ｔ型分岐を有するマジックＴ型の導波管型分配合成器において整合素子を配設する場合、従来は分岐部ＴにおいてＨ面分岐導波管から遠い側に配設されることが一般的となっている。また、Ｈ面分岐導波管から遠い側に整合素子を配設することにより、整合素子は側壁２１５に沿って配設できる。よって、整合素子を安定に配置させるという視点からも従来ではＨ面分岐導波管から遠い側に整合素子が配設されることが一般的である。

【0066】

すなわち従来のマジックＴ型の導波管型分配合成器では整合素子を分岐部に配置する場合に、Ｔ型分岐管２２１における整合素子２１３の配設位置と同様に、Ｈ面分岐導波管から遠い側に整合素子が配設される。この場合、インピーダンスを精度良く整合させるために、複数の部材から構成される整合ユニットが用いられる。その一方で、実施例１に係る導波管型分配合成器１では分岐部ＴにおいてＨ面分岐導波管７に近い側に整合素子９を配設することにより、単一の部材である整合素子９のみでインピーダンスを精度よく整合できる。すなわち、実施例１に係る導波管型分配合成器１では整合素子９を配設する際に複数の部材を組み合わせる過程を行う必要がない。また複数の部材の各々を導波管型分配合成器１に配設させるという複数回の過程を行う必要もない。そのため、整合素子９を備える導波管型分配合成器１を迅速かつ低コストで製造することができる。

【0067】

また実施例１に係る構成において、整合素子９の長さｄｘおよび幅ｄｙは主導波管３の長辺の長さａより短く、整合素子９の高さｄｚは主導波管３の高さｂより低い。そのため、第１ポート１１などの各ポートを介して整合素子９を容易に導波管型分配合成器１の内部へと案内させ、分岐部Ｔに整合素子９を固定配設させることができる。よって、導波管型分配合成器１が主導波管３とＨ面分岐導波管５とＥ面分岐導波管７とが組み合わされた状態であっても整合素子９をインピーダンスの整合に適切な位置へと精度よく迅速に配設できる。また、整合素子ユニットを有しない既存のマジックＴ型導波管に対して整合素子９を事後的に組み合わせてインピーダンスの整合性を向上させることも容易となる。

【0068】

そして、実施例１に係る整合素子９は直方体を例とする柱状部材であり、整合素子９の高さｄｚは主導波管３の高さｂより低い。つまり、Ｅ面分岐導波管７の内部に先鋭な突出部が存在しない。すなわち、整合素子９のサイズは導波管型分配合成器１の分岐部Ｔに収まる程度に小さくすることができる。よって、Ｅ面分岐導波管７の内部に突出部が存在しないので、Ｅ面分岐導波管７などの各導波管における絶縁距離が短くなるという事態が発生することを回避できる。また、高さが低い柱状の整合素子９は先鋭な部分が存在しないので、コロナ放電の発生を抑制できる。従って、整合素子９に起因して放電が発生することを防止できる。

【実施例0069】

以下、図面を参照して本発明の実施例２を説明する。実施例１に係る導波管型分配合成器１として、４端子回路であるマジックＴ型導波管を例にとって説明した。これに対し、実施例２に係る導波管型分配合成器１Ａとして、３端子回路であるＨ面Ｔ分岐型導波管を例にとって説明する。

【0070】

実施例２に係る導波管型分配合成器１Ａは図６に示すように、ｘ方向に延びる主導波管３と、ｙ方向に延びるＨ面分岐導波管５と、整合素子９とを備えている。主導波管３は、一端側に第１ポート１１を備えており、他端側に第２ポート１２を備えている。Ｈ面分岐導波管５は、一端側に第３ポート１３を備えている。Ｈ面分岐導波管５の他端側は、主導波管３の長さ方向の中間部（分岐部Ｔ）において主導波管３のＥ面Ｓｅに接続されている。

【0071】

主導波管３およびＨ面分岐導波管５の構成は実施例１と同様である。すなわち内部の寸法は図５に示すように、長辺の長さがａであり短辺の長さがｂとなるように構成されている。実施例２において、主導波管３は本発明における第１の導波管に相当し、Ｈ面分岐導波管５は本発明における第２の導波管に相当する。

【0072】

整合素子９は主導波管３の分岐部Ｔに配設されており、ネジなどの固定具によって分岐部Ｔの底面に固定されている。整合素子９は実施例１と同様に、導波管型分配合成器１Ａにおいて入力側と出力側とのインピーダンスを整合させる柱状部材である。また図７ないし図９に示すように、主導波管３の幅方向における主導波管３の中心ＢｓからＨ面分岐導波管５に近い側へシフトした位置に整合素子９が配設される。実施例２における整合素子９のシフト距離ｋｙおよび整合素子９の各寸法ｄｘ、ｄｙ、ｄｚは、実施例１と同様に上述した（Ａ）ないし（Ｄ）の式を満たすように調整される。

【0073】

このように、整合素子９を主導波管３の中心ＢｓからＨ面分岐導波管５に近い側へシフトした位置に配設することにより、実施例２に係る３端子回路のＨ面Ｔ分岐型導波管においても実施例１に係る４端子回路のマジックＴ型導波管と同様の効果を得ることができる。すなわち単一の柱状部材である整合素子９を主導波管３の分岐部Ｔにおいてｙ方向にシフトした位置に配設することにより、放電の発生頻度が低くインピーダンスの整合性が高い導波管型分配合成器を低コストで実現できる。