知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】P2024103137
(43)【公開日】2024-08-01
(54)【発明の名称】導波管接続構造及びこれを用いた導波管スイッチ
(51)【国際特許分類】
H01P 5/04 20060101AFI20240725BHJP
H01P 3/123 20060101ALI20240725BHJP
H01P 1/12 20060101ALI20240725BHJP
【ＦＩ】
H01P5/04 601D
H01P3/123
H01P1/12
【審査請求】有
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023007313
(22)【出願日】2023-01-20
(71)【出願人】
【識別番号】000000572
【氏名又は名称】アンリツ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003694
【氏名又は名称】弁理士法人有我国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】武元 佑紗
(72)【発明者】
【氏名】待鳥 誠範
(57)【要約】
【課題】標準導波管とギャップ導波管との接続箇所の隙間からの電磁波の漏出を効果的に抑える。
【解決手段】標準的な第１導波管１０とギャップ導波管４０との導波管接続構造であり、ギャップ導波管４０の固定ブロック２０は、上面２０ｃにて導波路形成溝２１を挟んで導波路形成溝２１の両側に複数の第１金属ピン２２が周期的に配列され、可動ブロック３０は、複数の第１金属ピンと導波路形成溝の上を覆う下面３０ｃとを有し、第１導波管の第１端面には、第１導波路の開口１１ａを取り囲む環状凹部１９が設けられ、環状凹部において開口から離間して開口を取り囲むように複数の第２金属ピン１４が周期的に配列され、開口と複数の第２金属ピンの間のエリア１７に開口を挟んで開口の長辺側に対向して配置された一対の長辺側突部１５，１５と開口を挟んで開口の短辺側に対向して配置された一対の短辺側突部１６，１６とが形成されている。
【選択図】図１
【解決手段】標準的な第１導波管１０とギャップ導波管４０との導波管接続構造であり、ギャップ導波管４０の固定ブロック２０は、上面２０ｃにて導波路形成溝２１を挟んで導波路形成溝２１の両側に複数の第１金属ピン２２が周期的に配列され、可動ブロック３０は、複数の第１金属ピンと導波路形成溝の上を覆う下面３０ｃとを有し、第１導波管の第１端面には、第１導波路の開口１１ａを取り囲む環状凹部１９が設けられ、環状凹部において開口から離間して開口を取り囲むように複数の第２金属ピン１４が周期的に配列され、開口と複数の第２金属ピンの間のエリア１７に開口を挟んで開口の長辺側に対向して配置された一対の長辺側突部１５，１５と開口を挟んで開口の短辺側に対向して配置された一対の短辺側突部１６，１６とが形成されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１導波管（１０）と第２導波管（４０）との導波管接続構造（１００）であって、
前記第１導波管は、第１端面（１０ａ）から該第１端面に対向する第２端面（１０ｂ）に貫通した第１導波路（１１）が形成され、
前記第２導波管は、固定ブロック（２０）と可動ブロック（３０）とを含み、
前記固定ブロックは、前記第１導波管の前記第１端面に対して所定の間隔（Ｇ）を開けて平行に対向する第３端面（２０ａ）と該第３端面に対向する第４端面（２０ｂ）とを有し、上面（２０ｃ）に前記第３端面から前記第４端面に至る導波路形成溝（２１）が設けられ、前記上面にて前記導波路形成溝を挟んで前記導波路形成溝の両側に複数の第１金属ピン（２２）が周期的に配列され、
前記可動ブロックは、前記第１導波管の前記第１端面に対して前記所定の間隔（Ｇ）を開けて平行に対向する第５端面（３０ａ）と、該第５端面に対向する第６端面（３０ｂ）と、前記固定ブロックの前記複数の第１金属ピンの上面から離間して前記複数の第１金属ピンと前記導波路形成溝の上を覆う下面（３０ｃ）とを有し、前記導波路形成溝上に第２導波路（４１）を有する前記第２導波管を形成し、
前記第１導波管の前記第１端面には、前記第１導波路の開口（１１ａ）を取り囲む環状凹部（１９）が設けられ、前記環状凹部において前記開口から離間して前記開口を取り囲むように複数の第２金属ピン（１４）が周期的に配列され、前記開口と前記複数の第２金属ピンの間のエリア（１７）に前記開口を挟んで前記開口の長辺側に対向して配置された一対の長辺側突部（１５，１５）と前記開口を挟んで前記開口の短辺側に対向して配置された一対の短辺側突部（１６，１６）とが形成されている、導波管接続構造。
前記第１導波管は、第１端面（１０ａ）から該第１端面に対向する第２端面（１０ｂ）に貫通した第１導波路（１１）が形成され、
前記第２導波管は、固定ブロック（２０）と可動ブロック（３０）とを含み、
前記固定ブロックは、前記第１導波管の前記第１端面に対して所定の間隔（Ｇ）を開けて平行に対向する第３端面（２０ａ）と該第３端面に対向する第４端面（２０ｂ）とを有し、上面（２０ｃ）に前記第３端面から前記第４端面に至る導波路形成溝（２１）が設けられ、前記上面にて前記導波路形成溝を挟んで前記導波路形成溝の両側に複数の第１金属ピン（２２）が周期的に配列され、
前記可動ブロックは、前記第１導波管の前記第１端面に対して前記所定の間隔（Ｇ）を開けて平行に対向する第５端面（３０ａ）と、該第５端面に対向する第６端面（３０ｂ）と、前記固定ブロックの前記複数の第１金属ピンの上面から離間して前記複数の第１金属ピンと前記導波路形成溝の上を覆う下面（３０ｃ）とを有し、前記導波路形成溝上に第２導波路（４１）を有する前記第２導波管を形成し、
前記第１導波管の前記第１端面には、前記第１導波路の開口（１１ａ）を取り囲む環状凹部（１９）が設けられ、前記環状凹部において前記開口から離間して前記開口を取り囲むように複数の第２金属ピン（１４）が周期的に配列され、前記開口と前記複数の第２金属ピンの間のエリア（１７）に前記開口を挟んで前記開口の長辺側に対向して配置された一対の長辺側突部（１５，１５）と前記開口を挟んで前記開口の短辺側に対向して配置された一対の短辺側突部（１６，１６）とが形成されている、導波管接続構造。
【請求項2】
前記複数の第２金属ピンと前記一対の長辺側突部と前記一対の短辺側突部は、各々、漏出防止対象周波数帯の中心周波数に対応する中心波長の１／４に相当する同一の高さを有する、請求項１に記載の導波管接続構造。
【請求項3】
前記長辺側突部は、前記第１導波路の前記開口の長辺に隣接する開口隣接面（１５ｂ）と、前記第１導波路の長手方向から見た平面視で前記開口隣接面の両端部から前記長辺に対して所定角度傾斜した傾斜面（１５ａ，１５ａ）とを有する、請求項２に記載の導波管接続構造。
【請求項4】
前記環状凹部の前記エリアにおいて、前記第１導波路の前記開口の角部に対応して開放空間（１７ａ）が形成されている、請求項３に記載の導波管接続構造。
【請求項5】
請求項１～４のいずれか一項に記載の導波管接続構造（１００）と、
前記固定ブロックの前記第４端面及び前記可動ブロックの前記第６端面に対して所定の間隔（Ｇ）を開けて平行に対向する第７端面（５０ａ）と該第７端面に対向する第８端面（５０ｂ）とを有し、前記第７端面（５０ａ）から前記第８端面（５０ｂ）に貫通した第３導波路（５１）が形成された第３導波管（５０）と、
前記可動ブロックをスライド移動させる駆動装置（６０）と、
を備え、
前記可動ブロックの前記下面（３０ｃ）には、前記複数の第１金属ピンの列間を移動可能なサイズの突起部（３１）が設けられ、
前記駆動装置は、前記可動ブロックの前記突起部が前記第２導波路を基準に前記複数の第１金属ピンより外側の格納領域に位置するＯＮ状態と、前記可動ブロックの前記突起部が前記第２導波路内に位置するＯＦＦ状態との間で切り替え可能なように、前記可動ブロックをスライド移動させる、導波管スイッチ。
前記固定ブロックの前記第４端面及び前記可動ブロックの前記第６端面に対して所定の間隔（Ｇ）を開けて平行に対向する第７端面（５０ａ）と該第７端面に対向する第８端面（５０ｂ）とを有し、前記第７端面（５０ａ）から前記第８端面（５０ｂ）に貫通した第３導波路（５１）が形成された第３導波管（５０）と、
前記可動ブロックをスライド移動させる駆動装置（６０）と、
を備え、
前記可動ブロックの前記下面（３０ｃ）には、前記複数の第１金属ピンの列間を移動可能なサイズの突起部（３１）が設けられ、
前記駆動装置は、前記可動ブロックの前記突起部が前記第２導波路を基準に前記複数の第１金属ピンより外側の格納領域に位置するＯＮ状態と、前記可動ブロックの前記突起部が前記第２導波路内に位置するＯＦＦ状態との間で切り替え可能なように、前記可動ブロックをスライド移動させる、導波管スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、導波管接続構造及びこれを用いた導波管スイッチに関する。
【背景技術】
【0002】
今後更なる増大が予想されるモバイルトラフィックに対応するため、数十Ｇｂｐｓ級の伝送速度を実現することが可能なミリ波・テラヘルツ波帯を無線通信に利用することが強く求められており、例えばＩＥＥＥ８０２．１５．３ｄでは、２５２～３２５ＧＨｚの使用が検討されている。
【0003】
例えば、ＷＲ－３帯域（２２０～３２５ＧＨｚ）の電磁波を伝搬させる伝搬経路としては、内寸が０．８６４ｍｍ×０．４３２ｍｍの方形導波管が用いられる。このような方形導波管を用いた各種装置では、入出力の導波管の間に、少なくとも１つの導波路を備えた可動部を配置し、これをスライドさせて電磁波の伝搬経路を切り替えるようになっている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【0004】
特許文献１に開示された従来のスライド式導波管スイッチにおいては、入出力の導波管と可動部との間に、機械的な摩耗を抑制するための隙間がそれぞれ設けられており、入出力の導波管の開口と可動部の導波路の開口には、これらの隙間からの電磁波の漏洩を低減するための長方形のチョーク溝が設けられている。
【0005】
また、特許文献２に開示された従来のスライド式導波管スイッチにおいては、入出力の導波管の間に設けられる可動部に、導波路の両側に金属ピンが周期的に配置されたいわゆるギャップ導波管（Gap Waveguide）が採用され、可動部での機械的な摩耗を抑制する構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特許第６１８５４５５号公報
【特許文献2】米国特許出願公開第２０２０／０３８１７９３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献１に開示された従来のスライド式導波管スイッチでは、広帯域のチョーク溝が設けられていても、可動部の導波路の位置が所定の停止位置からずれると、このずれに起因した意図しない反射点が生じてしまう。その結果、わずかな導波路の位置ずれによって反射特性及び透過特性が敏感に変化し、例えば透過特性に落ち込みが発生するなど、広帯域性が著しく損なわれ得るという問題があった。
【0008】
また、特許文献２に開示された従来のスライド式導波管スイッチでは、可動部にギャップ導波管が用いられているものの、可動部の導波路が所定の停止位置からずれ得るという、特許文献１と同様の問題を抱えている上に、入出力の導波管とギャップ導波管の接続箇所の隙間からの電磁波の漏出を効果的に抑えることに関して考慮されていなかった。
【0009】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、標準的な入出力の導波管と可動部のギャップ導波管との接続箇所の隙間からの電磁波の漏出を効果的に抑えることができる導波管接続構造及びこれを用いた広帯域性に優れた導波管スイッチ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】
【0010】
上記課題を解決するために、本発明に係る導波管接続構造は、第１導波管（１０）と第２導波管（４０）との導波管接続構造（１００）であって、前記第１導波管は、第１端面（１０ａ）から該第１端面に対向する第２端面（１０ｂ）に貫通した第１導波路（１１）が形成され、前記第２導波管は、固定ブロック（２０）と可動ブロック（３０）とを含み、前記固定ブロックは、前記第１導波管の前記第１端面に対して所定の間隔（Ｇ）を開けて平行に対向する第３端面（２０ａ）と該第３端面に対向する第４端面（２０ｂ）とを有し、上面（２０ｃ）に前記第３端面から前記第４端面に至る導波路形成溝（２１）が設けられ、前記上面にて前記導波路形成溝を挟んで前記導波路形成溝の両側に複数の第１金属ピン（２２）が周期的に配列され、前記可動ブロックは、前記第１導波管の前記第１端面に対して前記所定の間隔（Ｇ）を開けて平行に対向する第５端面（３０ａ）と、該第５端面に対向する第６端面（３０ｂ）と、前記固定ブロックの前記複数の第１金属ピンの上面から離間して前記複数の第１金属ピンと前記導波路形成溝の上を覆う下面（３０ｃ）とを有し、前記導波路形成溝上に第２導波路（４１）を有する前記第２導波管を形成し、前記第１導波管の前記第１端面には、前記第１導波路の開口（１１ａ）を取り囲む環状凹部（１９）が設けられ、前記環状凹部において前記開口から離間して前記開口を取り囲むように複数の第２金属ピン（１４）が周期的に配列され、前記開口と前記複数の第２金属ピンの間のエリア（１７）に前記開口を挟んで前記開口の長辺側に対向して配置された一対の長辺側突部（１５，１５）と前記開口を挟んで前記開口の短辺側に対向して配置された一対の短辺側突部（１６，１６）とが形成されていることを特徴とする。
【0011】
本発明に係る導波管接続構造は、方形導波管などの標準的な第１導波管と導波路の両側に金属ピンが周期的に配置された第２導波管（ギャップ導波管という）との接続構造において、第１導波管の第１端面には、第１導波路の開口を取り囲む環状凹部が設けられ、環状凹部において開口から離間して開口を取り囲むように複数の第２金属ピンが周期的に配列され、開口と複数の第２金属ピンの間のエリアに開口を挟んで開口の長辺側に対向して配置された一対の長辺側突部と開口を挟んで開口の短辺側に対向して配置された一対の短辺側突部とが形成されている。この構成により、標準的な第１導波管とギャップ導波管との接続箇所の隙間からの電磁波の漏出を効果的に抑えることができる。
【0012】
また、本発明に係る導波管接続構造において、前記複数の第２金属ピンと前記一対の長辺側突部と前記一対の短辺側突部は、各々、漏出防止対象周波数帯の中心周波数に対応する中心波長の１／４に相当する同一の高さを有する構成が好ましい。
【0013】
この構成により、本発明に係る導波管接続構造は、第１導波路と第２金属ピンの間に生じる不要な共振モードを取り除いて、標準的な第１導波管とギャップ導波管との接続箇所の隙間からの電磁波の漏出をより効果的に抑えることができる。
【0014】
また、本発明に係る導波管接続構造において、前記長辺側突部は、前記第１導波路の前記開口の長辺に隣接する開口隣接面（１５ｂ）と、前記第１導波路の長手方向から見た平面視で前記開口隣接面の両端部から前記長辺に対して所定角度傾斜した傾斜面（１５ａ，１５ａ）とを有する構成であってもよい。
【0015】
この構成により、本発明に係る導波管接続構造は、第１導波路と第２金属ピンの間に生じる不要な共振モードをより効果的に取り除いて、標準的な第１導波管とギャップ導波管との接続箇所の隙間からの電磁波の漏出を効果的に抑えることができる。
【0016】
また、本発明に係る導波管接続構造は、前記環状凹部の前記エリアにおいて、前記第１導波路の前記開口の角部に対応して開放空間（１７ａ）が形成されている構成であってもよい。
【0017】
この構成により、本発明に係る導波管接続構造は、第１導波路と第２金属ピンの間に生じる不要な共振モードをより効果的に取り除いて、標準的な第１導波管とギャップ導波管との接続箇所の隙間からの電磁波の漏出を効果的に抑えることができる。
【0018】
上述の構成の全て又はいくつかを適宜に備えた本発明に係る導波管接続構造は、漏出防止対象周波数帯の中心周波数に対応する中心波長の１／２０程度までの導波管接続箇所の隙間に対して、標準的な方形導波管の動作周波数範囲全体（比帯域４０％）にわたり、電磁波の漏出を－３０ｄＢ以下に抑えることができる。
【0019】
また、本発明に係る導波管スイッチは、上記いずれかに記載の導波管接続構造（１００）と、前記固定ブロックの前記第４端面及び前記可動ブロックの前記第６端面に対して所定の間隔（Ｇ）を開けて平行に対向する第７端面（５０ａ）と該第７端面に対向する第８端面（５０ｂ）とを有し、前記第７端面（５０ａ）から前記第８端面（５０ｂ）に貫通した第３導波路（５１）が形成された第３導波管（５０）と、前記可動ブロックをスライド移動させる駆動装置（６０）と、を備え、前記可動ブロックの前記下面（３０ｃ）には、前記複数の第１金属ピンの列間を移動可能なサイズの突起部（３１）が設けられ、前記駆動装置は、前記可動ブロックの前記突起部が前記第２導波路を基準に前記複数の第１金属ピンより外側の格納領域に位置するＯＮ状態と、前記可動ブロックの前記突起部が前記第２導波路内に位置するＯＦＦ状態との間で切り替え可能なように、前記可動ブロックをスライド移動させることを特徴とする。ここで、ＯＮ状態とは、導波管スイッチが第１導波路と第３導波路との間の電磁波の透過を可能にする接続状態をいい、ＯＦＦ状態とは、導波管スイッチが第１導波路と第３導波路との間の電磁波の伝搬の遮断を可能にする非接続状態をいう。
【0020】
上述のように、本発明に係る導波管スイッチは、標準的な入出力導波管に相当する第１導波管及び第３導波管と、ギャップ導波管本体を構成する固定ブロックとを所定の位置関係に固定し、突起部が設けられた可動ブロックだけをスライド可能としている。この構成により、周期的に並んだ第１金属ピンの隙間よりも薄い突起部を第１金属ピンが設けられていない格納領域とギャップ導波管の導波路とのいずれかに配置することが可能であるため、電磁波の透過及び遮断を切り替えるＳＰＳＴ（Single-Pole Single-Throw）スイッチとして機能することができる。
【0021】
このように、本発明に係る導波管スイッチは、第１導波路と第３導波路を接続するギャップ導波管の導波路の位置が固定されているため、従来のスライド式導波管スイッチで見られたような、導波路同士のずれに起因した意図しない反射点が生じない。これにより、本発明に係る導波管スイッチは、広帯域性に優れた導波管スイッチとして機能することができる。
【0022】
また、本発明に係る導波管スイッチは、上述した本発明の導波管接続構造を導波管スイッチの可動部に用いることで、入出力ポート間で導波管接続箇所の隙間からの意図しない電磁波の漏出を抑えることができ、広帯域にてスイッチの透過損失を低減することができる。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、標準的な入出力の導波管と可動部のギャップ導波管との接続箇所の隙間からの電磁波の漏出を効果的に抑えることができる導波管接続構造及びこれを用いた広帯域性に優れた導波管スイッチを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の実施形態に係る導波管スイッチ及び導波管接続構造を斜め上方から見た分解斜視図である。
【図2】本発明の実施形態に係る導波管スイッチ及び導波管接続構造を斜め下方から見た分解斜視図である（駆動装置は省略）。
【図3】本発明の実施形態に係るチョーク構造の構成の一例を示す部分拡大図である。
【図4】（ａ）本発明の実施形態に係るチョーク構造の平面図であり、（ｂ）はチョーク構造の拡大平面図であり、（ｃ）は（ａ）のＡ－Ａ矢視断面図であり、（ｄ）は第２金属ピンの斜視図である。
【図5】本発明の実施形態に係る導波管スイッチのＯＮ状態の構成を示す図であって、（ａ）は第３導波管を取り除いた状態での正面図であり、（ｂ）は左側面図であり、（ｃ）は平面図である。
【図6】本発明の実施形態に係る導波管スイッチのＯＦＦ状態の構成を示す図であって、（ａ）は第３導波管を取り除いた状態での正面図であり、（ｂ）は左側面図であり、（ｃ）は平面図である。
【図7】（ａ）は直方体形状の第１金属ピンが固定ブロックの上面に無限周期配列されたシミュレーションモデルを示しており、（ｂ）はこのシミュレーションモデルにおける直方体形状の第１金属ピンの１つ当たりのサイズを示している。
【図9】本発明の実施形態に係る導波管スイッチの反射特性及び透過特性のシミュレーション結果を示すグラフであって、（ａ）はＯＮ状態の反射特性及び透過特性を示しており、（ｂ）はＯＦＦ状態の反射特性及び透過特性を示している。
【図10】（ａ）は比較例１の導波管接続構造を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の導波管接続構造の隙間における電界の面内分布のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図11】（ａ）は比較例２の導波管接続構造を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の導波管接続構造の隙間における電界の面内分布のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図12】本発明の実施形態に係る導波管接続構造におけるチョーク構造のシミュレーションモデルを示す図であり、（ａ）は電磁波の進行方向（Ｚ軸方向）から見た図であり、（ｂ）は電磁波の進行方向に直交する方向（Ｙ軸方向）から見た図である。
【図13】本発明の実施形態に係る導波管接続構造において通過・反射電力特性をシミュレーションした結果を示し、（ａ）は反射損失のシミュレーション結果を示すグラフであり、（ｂ）は挿入損失のシミュレーション結果を示すグラフであり、（ｃ）は導波管接続構造の隙間からの電磁波の漏出のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図14】（ａ）は比較例３の導波管接続構造におけるチョーク構造のシミュレーションモデルを示す図であり、（ｂ）は反射特性及び透過特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図15】（ａ）は比較例４の導波管接続構造におけるチョーク構造のシミュレーションモデルを示す図であり、（ｂ）は反射特性及び透過特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本発明の導波管スイッチ及び導波管接続構造の実施形態について、図面を参照して説明する。
【0026】
【0027】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る導波管スイッチ１は、第１導波管１０と、固定ブロック２０及び可動ブロック３０により構成される第２導波管（ギャップ導波管ともいう）４０と、第３導波管５０と、駆動装置６０と、を備える。第１導波管１０と、ギャップ導波管４０を構成する固定ブロック２０及び可動ブロック３０と、第３導波管５０は、例えば、真鍮、アルミニウム、銅、金などの金属材料からなる。これらの金属材料のうち、アルミニウムは、加工がしやすくコストが安い上に表面粗さを小さくできるため、特に好ましい。
【0028】
導波管スイッチ１は、第１導波管１０に形成された第１導波路１１と、第３導波管５０に形成された第３導波路５１との間の電磁波の透過と遮断とを切り替えるためのＳＰＳＴスイッチである。
【0029】
＜第１導波管＞
図１及び図２に示すように、第１導波管１０は、第１端面１０ａと第１端面１０ａに対向した第２端面１０ｂとを有して直方体状に形成されている。第１導波管１０には、第１端面１０ａ及び第２端面１０ｂに直交する方向で第１端面１０ａから第２端面１０ｂに貫通した第１導波路１１が形成されている。第１導波路１１は、第１端面１０ａ及び第２端面１０ｂにおいて、幅ａ、高さｂの矩形の開口１１ａを有し、導波路内部が金属壁で囲まれた標準的な矩形導波管である（図３、図４参照）。
図１及び図２に示すように、第１導波管１０は、第１端面１０ａと第１端面１０ａに対向した第２端面１０ｂとを有して直方体状に形成されている。第１導波管１０には、第１端面１０ａ及び第２端面１０ｂに直交する方向で第１端面１０ａから第２端面１０ｂに貫通した第１導波路１１が形成されている。第１導波路１１は、第１端面１０ａ及び第２端面１０ｂにおいて、幅ａ、高さｂの矩形の開口１１ａを有し、導波路内部が金属壁で囲まれた標準的な矩形導波管である（図３、図４参照）。
【0030】
第１導波管１０とギャップ導波管４０との接続部分の隙間からの電磁波の漏出を低減するために、第１導波管１０の第１端面１０ａには、第１導波路１１の開口１１ａを取り囲む環状凹部１９において開口１１ａを取り囲むように複数の第２金属ピン１４が周期的に配列されたチョーク構造１２が形成されている。なお、後で説明するように、金属ピンが適切な間隔で周期的に配列された構造は電磁波の伝搬を妨げるため，これをチョーク（導波管の接続部分の隙間からの電磁波の漏出を低減する構造）として使用できる。
【0031】
＜固定ブロック＞
図１及び図２に示すように、ギャップ導波管４０は、固定ブロック２０と可動ブロック３０とを含む。固定ブロック２０は、直方体状に形成され、固定ブロック２０の上で第１導波管１０と第３導波管５０の間にて、可動ブロック３０がスライド自在に配置される。
図１及び図２に示すように、ギャップ導波管４０は、固定ブロック２０と可動ブロック３０とを含む。固定ブロック２０は、直方体状に形成され、固定ブロック２０の上で第１導波管１０と第３導波管５０の間にて、可動ブロック３０がスライド自在に配置される。
【0032】
固定ブロック２０は、第１導波管１０の第１端面１０ａに対して所定の間隔Ｇを開けて平行に対向する第３端面２０ａと該第３端面２０ａに対向する第４端面２０ｂとを有し、上面２０ｃに第３端面２０ａから第４端面２０ｂに至る導波路形成溝２１が設けられている。上面２０ｃには、導波路形成溝２１を挟んで導波路形成溝２１の両側に複数の第１金属ピン２２が周期的に配列されている。導波路形成溝２１は、浅い溝であるが、上面２０ｃと面一でもよい。
【0033】
図１及び図７（ｂ）に示すように、本実施形態では、導波路形成溝２１の両側にそれぞれ、複数の第１金属ピン２２が等ピッチｐ１で３行３列に配列されているが、列数及び行数はこれに限定されない。第１金属ピン２２間のピッチｐ１は、導波路形成溝２１の両側で等しい。なお、上面２０ｃの導波路形成溝２１には、第１金属ピン２２は設けられていない。上面２０ｃにおいて複数の第１金属ピン２２の外側には、複数の第１金属ピン２２と端部の凸部２３との間に、平坦な格納エリア２５ａが設けられている（図５（ｃ）参照）。
【0034】
複数の第１金属ピン２２は、真鍮、アルミニウム、銅、金などの金属材料からなる。複数の第１金属ピン２２は、例えば、半田付けや導電性の接着剤による接着により、固定ブロック２０の上面２０ｃ上に取り付けられていてもよい。あるいは、複数の第１金属ピン２２は、固定ブロック２０の一部として一体形成されたものであってもよい。第１金属ピン２２の形状は、任意の柱形状であってよく、例えば、直方体形状、円柱形状、又は、六角柱などの多角柱形状のいずれかであってよい。
【0035】
固定ブロック２０の上面２０ｃは、可動ブロック３０とともに第２導波路（ギャップ導波路ともいう）４１を有するギャップ導波管（第２導波管）４０を形成する。固定ブロック２０は、ギャップ導波管本体ともいう。
【0036】
＜可動ブロック＞
図１及び図２に示すように、可動ブロック３０は、直方体状に形成されており、第１導波管１０の第１端面１０ａに対して所定の間隔Ｇを開けて平行に対向する第５端面３０ａと、第５端面３０ａに対向する第６端面３０ｂと、固定ブロック２０の複数の第１金属ピン２２の上面２２ａから離間して複数の第１金属ピン２２と導波路形成溝２１の上を覆う下面３０ｃとを有し、導波路形成溝２１上にギャップ導波路４１を有するギャップ導波管４０を形成している。可動ブロック３０は、固定ブロック２０の上面２０ｃと、第１導波管１０の第１端面１０ａと、第３導波管５０の第７端面５０ａに対して、平行にスライド移動可能に構成されている。
図１及び図２に示すように、可動ブロック３０は、直方体状に形成されており、第１導波管１０の第１端面１０ａに対して所定の間隔Ｇを開けて平行に対向する第５端面３０ａと、第５端面３０ａに対向する第６端面３０ｂと、固定ブロック２０の複数の第１金属ピン２２の上面２２ａから離間して複数の第１金属ピン２２と導波路形成溝２１の上を覆う下面３０ｃとを有し、導波路形成溝２１上にギャップ導波路４１を有するギャップ導波管４０を形成している。可動ブロック３０は、固定ブロック２０の上面２０ｃと、第１導波管１０の第１端面１０ａと、第３導波管５０の第７端面５０ａに対して、平行にスライド移動可能に構成されている。
【0037】
可動ブロック３０の下面３０ｃには、複数の第１金属ピン２２の列間をギャップ導波路４１の長手方向に直交する方向（Ｘ軸方向）に移動可能なサイズの突起部３１が設けられている。具体的には、可動ブロック３０は、電磁波の伝搬方向（Ｚ軸方向）に隣り合う第１金属ピン２２間の隙間よりも小さい厚さの突起部３１を下面３０ｃに有する。ここで、「突起部３１の厚さ」とは、導波管スイッチ１における電磁波の伝搬方向（Ｚ軸方向）の厚さを指す。突起部３１は、真鍮、アルミニウム、銅、金などの金属材料からなる。突起部３１は、例えば、半田付けや導電性の接着剤による接着により、下面３０ｃに配置されていてもよい。あるいは、突起部３１は、可動ブロック３０の一部として一体形成されることにより、下面３０ｃに配置されていてもよい。
【0038】
図２、図５及び図６に示すように、突起部３１は、例えば、直方体形状を成しており、導波管スイッチ１における電磁波の伝搬方向（Ｚ軸方向）に垂直な面の幅ｗ４及び高さｈ４と、電磁波の伝搬方向（Ｚ軸方向）の厚さｔ４は、導波管スイッチ１において不要な共振モードが発生しない値に適宜設定可能である。
【0039】
次に、導波路の両側に第１金属ピン２２が設けられたギャップ導波管４０における電磁波の伝搬特性分布のシミュレーション結果について説明する。図７（ａ）は、直方体形状の第１金属ピン２２が固定ブロック２０に無限周期配列されたシミュレーションモデルを示している。図７（ｂ）は、図７（ａ）のシミュレーションモデルにおける直方体形状の第１金属ピン２２の１つ当たりのサイズを示している。
【0040】
可動ブロック３０の下面３０ｃと第１金属ピン２２の上面２２ａとのギャップ幅ｇ１、第１金属ピン２２のピッチｐ１、第１金属ピン２２の高さｈ１、第１金属ピン２２の幅ｗ１は、例えば以下のような値である。
・ギャップ幅ｇ１＝λ０／２０＝０．０６２４５ｍｍ
・第１金属ピン２２のピッチｐ１＝λ０／３＝０．４１６３ｍｍ
・第１金属ピン２２の高さｈ１＝λ０／４＝０．３１２３ｍｍ
・第１金属ピン２２の幅ｗ１＝λ０／６＝０．２０８２ｍｍ
ここで、λ０は、理想とする伝搬阻止帯域の中心周波数に対応する自由空間波長であり、例えば中心周波数を２４０ＧＨｚとするとき、λ０＝１．２４９ｍｍである。
・ギャップ幅ｇ１＝λ０／２０＝０．０６２４５ｍｍ
・第１金属ピン２２のピッチｐ１＝λ０／３＝０．４１６３ｍｍ
・第１金属ピン２２の高さｈ１＝λ０／４＝０．３１２３ｍｍ
・第１金属ピン２２の幅ｗ１＝λ０／６＝０．２０８２ｍｍ
ここで、λ０は、理想とする伝搬阻止帯域の中心周波数に対応する自由空間波長であり、例えば中心周波数を２４０ＧＨｚとするとき、λ０＝１．２４９ｍｍである。
【0041】
図８は、図７（ａ）及び（ｂ）に示したシミュレーションモデルにおいて、上記の第１金属ピン２２に関するパラメータを用いて、第１金属ピン２２の側面に垂直に電磁波を照射した際の分散特性を示している。このシミュレーション結果は、１４６～３６６ＧＨｚの伝搬阻止帯域においては、いかなる伝搬モードも発生せず、電磁波の伝搬が遮断されることを示している。ＷＲ－３帯域はこの伝搬阻止帯域内に収まっているため、上記の第１金属ピン２２に関するパラメータを用いれば、ＷＲ－３導波管として機能するギャップ導波管を構成できることが分かる。
【0042】
本実施形態では、固定ブロック２０と可動ブロック３０とにより、ギャップ導波管４０が構成される。ギャップ導波管４０は、複数の第１金属ピン２２と、固定ブロック２０の上面２０ｃの導波路形成溝２１と、可動ブロック３０の下面３０ｃとで囲まれて形成されたギャップ導波路４１を有する。複数の第１金属ピン２２が周期的に配置された領域では、電磁波の伝搬が阻止され、電磁界エネルギーが閉じ込められる一方、複数の第１金属ピン２２が配置されていないギャップ導波路４１においては、電磁波が伝搬できるようになっている。
【0043】
ギャップ導波路４１の長手方向に直交する断面の形状及びサイズは、第１導波路１１と第３導波路５１の断面形状及びサイズと同一である。ギャップ導波路４１は、第１導波路１１と第３導波路５１の中心を通過する線上に形成されている。すなわち、固定ブロック２０の上面２０ｃの導波路形成溝２１の底面と、可動ブロック３０の下面３０ｃとの距離は、第１導波路１１及び第３導波路５１の長方形の開口の短辺方向の幅に等しい。また、複数の第１金属ピン２２が設けられていない導波路形成溝２１の幅は、第１導波路１１及び第３導波路５１の長方形の開口の長辺方向の幅に等しい。
【0044】
本実施形態におけるギャップ導波管４０は、標準的な金属導波管の導波路の側面部が導体壁ではなく、周期的に配置された複数の第１金属ピン２２に置き換わった構造を有している。第１金属ピン２２の上面２２ａは、ギャップ導波路４１上部と同様に空気ギャップを挟んで可動ブロック３０の下面３０ｃと対向しているため、固定ブロック２０と可動ブロック３０との金属接触はない。
【0045】
すなわち、本実施形態の導波管スイッチ１は、固定ブロック２０と可動ブロック３０との金属接触を必要としないという特徴を有する。このため、通常の入出力導波管である第１導波管１０及び第３導波管５０と、ギャップ導波管４０を所定の位置関係に固定して、機械的摩耗なく可動ブロック３０だけをスライドすることが可能となる。
【0046】
加えて、ギャップ導波路４１の電磁波の伝搬方向（Ｚ軸方向）に沿った管壁に相当する部分は、複数の第１金属ピン２２が周期的に並んだ構造であるから、隣り合う第１金属ピン２２間の隙間よりも薄い構造物である突起部３１を、その隙間を通して挿抜することが可能である。
【0047】
＜第３導波管＞
図１及び図２に示すように、第３導波管５０は、第１導波管１０と同様に、第７端面５０ａと第７端面５０ａに対向した第８端面５０ｂとを有して直方体状に形成されている。第３導波管５０の第７端面５０ａは、固定ブロック２０の第４端面２０ｂ及び可動ブロック３０の第６端面３０ｂに対して所定の間隔Ｇを開けて平行に対向している。第３導波管５０は、第７端面５０ａ及び第８端面５０ｂに直交する方向で第７端面５０ａから第８端面５０ｂに貫通した第３導波路５１が形成されている。第３導波路５１は、その長手方向の断面の形状及びサイズが、第１導波路１１の断面形状及びサイズと同じである。第３導波路５１は、第７端面５０ａ及び第８端面５０ｂにおいて、幅ａ、高さｂの矩形の開口を有し、第１導波路１１の開口と形状及びサイズが同一であり、第３導波管５０は、導波路内部が金属壁で囲まれた標準的な矩形導波管である。第３導波路５１は、第１導波路１１の中心を通過する線上に形成されている。例えば、第１導波路１１及び第３導波路５１は、内寸が０．８６４ｍｍ×０．４３２ｍｍであり、ＷＲ－３帯域（２２０～３２５ＧＨｚ）を透過帯域とするＷＲ－３導波管を構成する。
図１及び図２に示すように、第３導波管５０は、第１導波管１０と同様に、第７端面５０ａと第７端面５０ａに対向した第８端面５０ｂとを有して直方体状に形成されている。第３導波管５０の第７端面５０ａは、固定ブロック２０の第４端面２０ｂ及び可動ブロック３０の第６端面３０ｂに対して所定の間隔Ｇを開けて平行に対向している。第３導波管５０は、第７端面５０ａ及び第８端面５０ｂに直交する方向で第７端面５０ａから第８端面５０ｂに貫通した第３導波路５１が形成されている。第３導波路５１は、その長手方向の断面の形状及びサイズが、第１導波路１１の断面形状及びサイズと同じである。第３導波路５１は、第７端面５０ａ及び第８端面５０ｂにおいて、幅ａ、高さｂの矩形の開口を有し、第１導波路１１の開口と形状及びサイズが同一であり、第３導波管５０は、導波路内部が金属壁で囲まれた標準的な矩形導波管である。第３導波路５１は、第１導波路１１の中心を通過する線上に形成されている。例えば、第１導波路１１及び第３導波路５１は、内寸が０．８６４ｍｍ×０．４３２ｍｍであり、ＷＲ－３帯域（２２０～３２５ＧＨｚ）を透過帯域とするＷＲ－３導波管を構成する。
【0048】
第３導波管５０の第７端面５０ａにも、第１導波管１０と同一のチョーク構造１２が設けられているが、チョーク構造を設けない構成であってもよい。
【0049】
＜駆動装置＞
次に、可動ブロック３０をスライド移動させる駆動装置６０について説明する。
次に、可動ブロック３０をスライド移動させる駆動装置６０について説明する。
【0050】
図５（ａ）～（ｃ）は、固定ブロック２０の上面２０ｃにおいて第１金属ピン２２が設けられていない格納エリア２５ａと可動ブロック３０の下面３０ｃとに挟まれた格納領域２５に、可動ブロック３０の突起部３１が配置された状態を示している。図５（ａ）は第３導波管５０を取り外して見た正面図であり、図５（ｂ）は左側面図であり、図５（ｃ）は平面図である。図５（ａ）～（ｃ）に示す状態は、導波管スイッチ１が、第１導波路１１と第３導波路５１との間の電磁波の透過を可能にする接続状態（ＯＮ状態）である。
【0051】
図６（ａ）～（ｃ）は、ギャップ導波路４１の位置に突起部３１が配置されて、第１導波路１１又は第３導波路５１から入力された電磁波が突起部３１で反射される状態を示している。図６（ａ）は第３導波管５０を取り外して見た正面図であり、図６（ｂ）は左側面図であり、図６（ｃ）は平面図である。すなわち、図６（ａ）～（ｃ）に示す状態は、導波管スイッチ１が、第１導波路１１と第３導波路５１との間の電磁波の伝搬の遮断を可能にする非接続状態（ＯＦＦ状態）である。
【0052】
図１に示す駆動装置６０は、可動ブロック３０の突起部３１がギャップ導波路４１を基準に複数の第１金属ピン２２より外側の格納領域２５に位置するＯＮ状態と、可動ブロック３０の突起部３１がギャップ導波路４１内に位置するＯＦＦ状態との間で切り替え可能なように、可動ブロック３０をスライド移動させるようになっている。
【0053】
可動ブロック３０は、駆動装置６０によって固定ブロック２０に対してスライド移動可能に支持されている。駆動装置６０の構造は任意であるが、可動ブロック３０の位置と移動距離をセンサやエンコーダ等で検出して、ＯＮ状態及びＯＦＦ状態を実現する位置に可動ブロック３０を選択的に移動できるように構成されていればよい。このようにして、本実施形態に係る導波管スイッチ１は、第１導波路１１と第３導波路５１との間の電磁波の透過と遮断とを切り替えるためのＳＰＳＴスイッチとして機能する。
【0054】
＜導波管接続構造＞
次に、導波管スイッチ１に用いられる導波管接続構造１００について説明する。
次に、導波管スイッチ１に用いられる導波管接続構造１００について説明する。
【0055】
導波管接続構造１００は、第１導波管１０とギャップ導波管４０とを接続する構造、あるいは第３導波管５０とギャップ導波管４０とを接続する構造である。以下では、簡単のため、第１導波管１０とギャップ導波管４０とを接続する構造について説明するが、第３導波管５０とギャップ導波管４０とを接続する構造についても同様である。
【0056】
図１～２及び図５～６に示すように、本発明の実施形態に係る導波管接続構造１００は、標準的な第１導波管１０の第１端面１０ａと、ギャップ導波管４０を構成する固定ブロック２０の第３端面２０ａ及び可動ブロック３０の第５端面３０ａとが、所定の隙間Ｇを開けて平行に対向する構造である。
【0057】
第１導波管１０とギャップ導波管４０との接続部分の隙間Ｇからの電磁波の漏出を低減するために、第１導波管１０の第１端面１０ａには、第１導波路１１の開口１１ａを取り囲む環状凹部１９において開口１１ａを取り囲むように複数の第２金属ピン１４が周期的に配列されたチョーク構造１２が形成されている。
【0058】
（比較例１）
図１０（ａ）は、比較例１のシミュレーションモデルを示し、標準的な導波管７０と標準的な導波管８０とを、所定の隙間Ｇを開けて平行に対向させた導波管接続構造を示す斜視図である。導波管７０において、電磁波の伝搬方向に直交しかつ導波管８０に対向する側の端面には、複数の第２金属ピン１４が周期的に配列されたチョーク構造１２が設けられている。導波管７０及び導波管８０は、ＷＲ－３帯域を透過帯域とするＷＲ－３導波管に相当する。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のシミュレーションモデルにおいて、使用周波数を２８０ＧＨｚとし、隙間Ｇを５０μｍとした場合の電界の面内分布のシミュレーション結果を示している。
図１０（ａ）は、比較例１のシミュレーションモデルを示し、標準的な導波管７０と標準的な導波管８０とを、所定の隙間Ｇを開けて平行に対向させた導波管接続構造を示す斜視図である。導波管７０において、電磁波の伝搬方向に直交しかつ導波管８０に対向する側の端面には、複数の第２金属ピン１４が周期的に配列されたチョーク構造１２が設けられている。導波管７０及び導波管８０は、ＷＲ－３帯域を透過帯域とするＷＲ－３導波管に相当する。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のシミュレーションモデルにおいて、使用周波数を２８０ＧＨｚとし、隙間Ｇを５０μｍとした場合の電界の面内分布のシミュレーション結果を示している。
【0059】
図１０（ｂ）のシミュレーション結果によれば、チョーク構造１２が設けられた標準的な導波管７０と標準的な導波管８０との接続では、ＷＲ－３全域において反射特性Ｓ１１が－１５ｄＢ未満であり、透過特性Ｓ２１が－０．１ｄＢより大きいという良好な結果が得られた。
【0060】
（比較例２）
図１１（ａ）は、比較例２のシミュレーションモデルを示し、標準的な導波管７０とギャップ導波管８１とを、所定の隙間Ｇを開けて平行に対向させた導波管接続構造を示す斜視図である。導波管７０において、電磁波の伝搬方向に直交しかつギャップ導波管８１に対向する側の端面には、複数の第２金属ピン１４が周期的に配列されたチョーク構造１２が設けられている。導波管７０及びギャップ導波管８１は、ＷＲ－３帯域を透過帯域とするＷＲ－３導波管に相当する。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のシミュレーションモデルにおいて、使用周波数を２８０ＧＨｚとし、隙間Ｇを５０μｍとした場合の電界の面内分布のシミュレーション結果を示している。
図１１（ａ）は、比較例２のシミュレーションモデルを示し、標準的な導波管７０とギャップ導波管８１とを、所定の隙間Ｇを開けて平行に対向させた導波管接続構造を示す斜視図である。導波管７０において、電磁波の伝搬方向に直交しかつギャップ導波管８１に対向する側の端面には、複数の第２金属ピン１４が周期的に配列されたチョーク構造１２が設けられている。導波管７０及びギャップ導波管８１は、ＷＲ－３帯域を透過帯域とするＷＲ－３導波管に相当する。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のシミュレーションモデルにおいて、使用周波数を２８０ＧＨｚとし、隙間Ｇを５０μｍとした場合の電界の面内分布のシミュレーション結果を示している。
【0061】
図１１（ｂ）のシミュレーション結果によれば、チョーク構造１２が設けられた標準的な導波管７０とギャップ導波管８１との接続では、２５０ＧＨｚ付近に大きな落ち込みが見られ、ＷＲ－３全域において良好な反射・透過特性を確保することはできないことが確認された。
【0062】
（導波管接続構造の検討）
比較例１及び比較例２のシミュレーション結果を受け、チョーク構造１２において標準的な導波管７０の導波路開口周りの構造の検討を行い、ギャップ導波管８１との接続による影響を受けないチョーク構造を見出した。
比較例１及び比較例２のシミュレーション結果を受け、チョーク構造１２において標準的な導波管７０の導波路開口周りの構造の検討を行い、ギャップ導波管８１との接続による影響を受けないチョーク構造を見出した。
【0063】
図３及び図４に示すように、本実施形態に係るチョーク構造１２において、第１導波管１０の第１端面１０ａには、第１導波路１１の開口１１ａを取り囲む環状凹部１９が設けられ、環状凹部１９において開口１１ａから離間して開口１１ａを取り囲むように複数の第２金属ピン１４が周期的に配列されている。環状凹部１９において、開口１１ａと複数の第２金属ピン１４の間のエリア１７には、開口１１ａを挟んで開口１１ａの長辺側に対向して配置された一対の長辺側突部１５，１５と開口１１ａを挟んで開口１１ａの短辺側に対向して配置された一対の直方体状の短辺側突部１６，１６とが形成されている。図４（ａ）に示すように、環状凹部１９は、開口１１ａと複数の第２金属ピン１４の間のエリア１７と、エリア１７の外側を取り囲む環状のエリア１８とを含み、複数の第２金属ピン１４は、エリア１８に配置され、長辺側突部１５と短辺側突部１６はエリア１７に配置されている。本実施形態では、環状凹部１９は、第１導波路１１の長手方向（Ｚ軸方向）から見た平面視で矩形の外形形状を有し、エリア１７は、Ｚ軸方向から見た平面視で矩形の外形形状を有しているが、これらの外形形状は、隙間Ｇからの電磁波の漏出を抑制可能な任意の形状にできる。
【0064】
複数の第２金属ピン１４と一対の長辺側突部１５，１５と一対の短辺側突部１６，１６は、各々、漏出防止対象周波数帯の中心周波数に対応する中心波長の１／４に相当する同一の高さを有している。本実施形態において、漏出防止対象周波数帯がＷＲ－３帯域（２２０～３２５ＧＨｚ）とすると、その中心周波数は２７２．５ＧＨｚである。このとき、中心波長λｃは、約１．１０ｍｍである。ここで、中心波長λｃの１／４に相当する深さとは、中心波長λｃの１／４の±２０％の範囲の深さを指すものとする。本明細書及び特許請求の範囲において、「中心波長λｃの１／４」というときは、中心波長λｃの１／４の±２０％の範囲をいうものとする。なお、漏出防止対象周波数帯の中心周波数は、上記の値に限定されるものではなく、第１導波管１０及びギャップ導波管４０のサイズに応じたＷＲ－３帯域又はそれ以外の所望の周波数帯域内の任意の周波数であってもよい。
【0065】
また、長辺側突部１５は、第１導波路１１の開口１１ａの長辺に隣接する開口隣接面１５ｂと、第１導波路１１の長手方向から見た平面視で開口隣接面１５ｂの両端部から長辺に対して所定の傾斜角度θだけ傾斜した傾斜面１５ａ，１５ａとを有している。傾斜角度θは、短辺側突部１６のサイズにも依るが、１０°以上６０°以下、好ましくは２０°以上４５°以下、より好ましくは３０°あるいは３０°±２０％の範囲である。長辺側突部１５は、開口隣接面１５ｂに対向する側に、第１導波路１１の長手方向（Ｚ軸方向）から見た平面視で円弧状の側面を有している。また、環状凹部１９のエリア１７において、第１導波路１１の開口１１ａの角部に対応して長辺側突部１５と短辺側突部１６の間に開放空間１７ａ（エリア１７と同一レベルの底面上で長辺側突部１５と短辺側突部１６の間の隙間を含む開放された空間）が形成されている。
【0066】
図１２は、本実施形態に係るチョーク構造１２を用いた導波管接続構造１００のシミュレーションモデルを示す図であり、（ａ）は電磁波の進行方向（Ｚ軸方向）から見た図であり、（ｂ）は電磁波の進行方向に直交する方向（Ｙ軸方向）から見た図である。
【0067】
シミュレーションでは、チョーク構造１２の第２金属ピン１４について、固定ブロック２０の第３端面２０ａと第２金属ピン１４の上面１４ａとのギャップ幅ｇ２、第２金属ピン１４のピッチｐ２、第２金属ピン１４の高さｈ２、第２金属ピン１４の幅ｗ２は、以下のような値とした（図４（ｄ）参照）。
・ギャップ幅ｇ２＝０．０４５ｍｍ
・第２金属ピン１４のピッチｐ２＝０．３６１ｍｍ
・第２金属ピン１４の高さｈ２＝０．２７７ｍｍ
・第２金属ピン１４の幅ｗ２＝０．１６７ｍｍ
・ギャップ幅ｇ２＝０．０４５ｍｍ
・第２金属ピン１４のピッチｐ２＝０．３６１ｍｍ
・第２金属ピン１４の高さｈ２＝０．２７７ｍｍ
・第２金属ピン１４の幅ｗ２＝０．１６７ｍｍ
【0068】
また、チョーク構造１２の諸寸法は以下のような値とした（図３、図４、図１２参照）。
・長辺側突部１５の開口隣接面１５ｂの幅（ｗ３）：０．２６４ｍｍ
・長辺側突部１５の傾斜面１５ａの傾斜角度（θ）：３０°
・短辺側突部１６の幅（ｗ７）：０．２６ｍｍ
・短辺側突部１６の厚み（ｔ７）：０．１ｍｍ
・第１環状凹部１７の開口長辺側部分の幅（ｗ５）：０．４１８５ｍｍ
・第１環状凹部１７の開口短辺側部分の幅（ｗ６）：０．２０６ｍｍ
・環状凹部１９の深さ（ｄ）：０．２７７ｍｍ
・第１端面１０ａと第３端面２０ａとの隙間（Ｇ）：０．０４５ｍｍ
・第１端面１０ａと第５端面３０ａとの隙間（Ｇ）：０．０４５ｍｍ
・長辺側突部１５の開口隣接面１５ｂの幅（ｗ３）：０．２６４ｍｍ
・長辺側突部１５の傾斜面１５ａの傾斜角度（θ）：３０°
・短辺側突部１６の幅（ｗ７）：０．２６ｍｍ
・短辺側突部１６の厚み（ｔ７）：０．１ｍｍ
・第１環状凹部１７の開口長辺側部分の幅（ｗ５）：０．４１８５ｍｍ
・第１環状凹部１７の開口短辺側部分の幅（ｗ６）：０．２０６ｍｍ
・環状凹部１９の深さ（ｄ）：０．２７７ｍｍ
・第１端面１０ａと第３端面２０ａとの隙間（Ｇ）：０．０４５ｍｍ
・第１端面１０ａと第５端面３０ａとの隙間（Ｇ）：０．０４５ｍｍ
【0069】
図１３は、図１２のシミュレーションモデルを用いて、導波管接続構造１００における第１導波路１１とギャップ導波路４１の間の反射特性Ｓ１１、透過特性Ｓ２１、及び電磁波の漏れ率のシミュレーション結果を示している。標準的な第１導波管１０とギャップ導波管４０間の隙間Ｇは０．０４５ｍｍ（４５μｍ）設けている。
【0070】
このシミュレーションでは、ギャップ導波管４０から第１導波管１０に向かって電磁波が入射するとしている。ここで、漏出（Ｌｅａｋ）は、下記の式（１）で表される。
Ｌｅａｋ （ｄＢ） ＝ １０ｌｏｇ｛１－（|Ｓ１１|２＋|Ｓ２１｜２）｝ ・・・（１）
Ｌｅａｋ （ｄＢ） ＝ １０ｌｏｇ｛１－（|Ｓ１１|２＋|Ｓ２１｜２）｝ ・・・（１）
【0071】
図１３（ａ）に示すように、ＷＲ－３帯域（２２０～３２５ＧＨｚ、比帯域約４０％）を含む広い周波数範囲にわたって、反射損失Ｓ１１が－２０ｄＢ未満に抑えられることが確認できた。また、図１３（ｂ）に示すように、挿入損失Ｓ２１については、ＷＲ－３帯域にわたって、－０．１ｄＢよりも高い（０ｄＢに近い）良好な値を示すことが確認できた。さらには図１３（ｃ）に示すように、第１導波路１１とギャップ導波路４１の間からの電磁波の漏出については、ＷＲ－３帯域にわたって、－３０ｄＢ未満に抑えられることが確認できた。
【0072】
上述のように、本実施形態に係る導波管接続構造１００は、漏出防止対象周波数帯の中心周波数に対応する中心波長λｃの１／２０程度までの所定の隙間Ｇに対して、ＷＲ－３導波管の動作周波数範囲全体（比帯域約４０％）にわたり、反射損失Ｓ１１を－２０ｄＢ未満に抑え、挿入損失Ｓ２１の絶対値を０．１ｄＢ未満に抑え、電磁波の漏出を－３０ｄＢ未満に抑えることができる。
【0073】
（比較例３）
図１４（ａ）は、比較例３に係る導波管接続構造において、第１導波管１０に設けられたチョーク構造１２のシミュレーションモデルを示す図である。第１導波管１０の第１端面１０ａに設けられたチョーク構造１２において、長辺側突部１１５の側面１１５ａが、第１導波路１１の開口１１ａの長辺に対して傾斜せず、長辺に対して垂直になっている点で、本実施形態の長辺側突部１５の傾斜面１５ａと異なっている。
図１４（ａ）は、比較例３に係る導波管接続構造において、第１導波管１０に設けられたチョーク構造１２のシミュレーションモデルを示す図である。第１導波管１０の第１端面１０ａに設けられたチョーク構造１２において、長辺側突部１１５の側面１１５ａが、第１導波路１１の開口１１ａの長辺に対して傾斜せず、長辺に対して垂直になっている点で、本実施形態の長辺側突部１５の傾斜面１５ａと異なっている。
【0074】
図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のシミュレーションモデルにおける反射特性及び透過特性のシミュレーション結果を示すグラフである。本実施形態の導波管接続構造１００の反射特性及び透過特性のシミュレーション結果（図１３（ａ）及び（ｂ））と比較すると、傾斜面１５ａを有する本実施形態の導波管接続構造１００の方が、反射特性Ｓ１１及び透過特性Ｓ２１が優れていることが確認できた。
【0075】
（比較例４）
図１５（ａ）は、比較例４に係る導波管接続構造において、第１導波管１０に設けられたチョーク構造１２のシミュレーションモデルを示す図である。第１導波管１０の第１端面１０ａに設けられたチョーク構造１２において、第１導波路１１の開口１１ａの周りを薄い壁部１１７（厚さ５０μｍ）で囲んでいる点で、環状凹部１９において開口１１ａに隣接した周囲のエリア１７で長辺側突部１５と短辺側突部１６以外の領域は開放空間１７ａになっている本実施形態と相違している。
図１５（ａ）は、比較例４に係る導波管接続構造において、第１導波管１０に設けられたチョーク構造１２のシミュレーションモデルを示す図である。第１導波管１０の第１端面１０ａに設けられたチョーク構造１２において、第１導波路１１の開口１１ａの周りを薄い壁部１１７（厚さ５０μｍ）で囲んでいる点で、環状凹部１９において開口１１ａに隣接した周囲のエリア１７で長辺側突部１５と短辺側突部１６以外の領域は開放空間１７ａになっている本実施形態と相違している。
【0076】
図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のシミュレーションモデルにおける反射特性及び透過特性のシミュレーション結果を示すグラフである。本実施形態の導波管接続構造１００の反射特性及び透過特性のシミュレーション結果（図１３（ａ）及び（ｂ））と比較すると、反射特性Ｓ１１及び透過特性Ｓ２１において２３０ＧＨｚ付近に落ち込みが見られた。よって、第１導波管１０の開口１１ａの周りを薄い壁部１１７で囲む構造よりも、環状凹部１９において開口１１ａに隣接した周囲のエリア１７で長辺側突部１５と短辺側突部１６以外の領域は開放空間１７ａにする方が、２３０ＧＨｚ付近での特性の落ち込みを抑制するのに効果的であると推測できる。
【0077】
＜スイッチ動作のシミュレーション＞
次に、本実施形態に係る導波管接続構造１００を用いた導波管スイッチ１について、スイッチ動作のシミュレーション結果を説明する。
次に、本実施形態に係る導波管接続構造１００を用いた導波管スイッチ１について、スイッチ動作のシミュレーション結果を説明する。
【0078】
図９（ａ）は、図５（ａ）～（ｃ）に示したＯＮ状態の構成における第１導波路１１とギャップ導波路４１の間の反射特性Ｓ１１及び透過特性Ｓ２１のシミュレーション結果を示している。また、図９（ｂ）は、図６（ａ）～（ｃ）に示したＯＦＦ状態の構成における第１導波路１１とギャップ導波路４１の間の反射特性Ｓ１１及び透過特性Ｓ２１のシミュレーション結果を示している。これらのシミュレーションでは、第１導波路１１からギャップ導波路４１に向かって電磁波が伝搬するとしている。
【0079】
シミュレーション条件は以下のとおりである。なお、第１金属ピン２２に関するサイズは、図７（ａ）及び（ｂ）に示したシミュレーションモデルと同一である。また、チョーク構造１２に関するサイズは、図１２に関して上述したサイズと同じである。
・突起部３１の幅（ｗ４）：０．４ｍｍ
・突起部３１の高さ（ｈ４）：０．３ｍｍ
・突起部３１の厚さ（ｔ４）：０．１ｍｍ
・突起部３１の下面と格納エリア２５ａの上面との距離（ｇ３）：０．０４５ｍｍ
・第１導波路１１の幅（ａ）：０．８６４ｍｍ
・第１導波路１１の高さ（ｂ）：０．４３２ｍｍ
・第１金属ピン２２の上面２２ａと可動ブロック３０の下面３０ｃとの距離（ｇ１）：０．０４５ｍｍ
・凸部２３の上面と可動ブロック３０の下面３０ｃとの距離（ｇ４）：０．０４５ｍｍ
・格納エリア２５ａの上面と可動ブロック３０の下面３０ｃとの距離（ｇ５）：０．３２２ｍｍ
・第１端面１０ａと第３端面２０ａとの隙間（Ｇ）：０．０４５ｍｍ
・第１端面１０ａと第５端面３０ａとの隙間（Ｇ）：０．０４５ｍｍ
・突起部３１の幅（ｗ４）：０．４ｍｍ
・突起部３１の高さ（ｈ４）：０．３ｍｍ
・突起部３１の厚さ（ｔ４）：０．１ｍｍ
・突起部３１の下面と格納エリア２５ａの上面との距離（ｇ３）：０．０４５ｍｍ
・第１導波路１１の幅（ａ）：０．８６４ｍｍ
・第１導波路１１の高さ（ｂ）：０．４３２ｍｍ
・第１金属ピン２２の上面２２ａと可動ブロック３０の下面３０ｃとの距離（ｇ１）：０．０４５ｍｍ
・凸部２３の上面と可動ブロック３０の下面３０ｃとの距離（ｇ４）：０．０４５ｍｍ
・格納エリア２５ａの上面と可動ブロック３０の下面３０ｃとの距離（ｇ５）：０．３２２ｍｍ
・第１端面１０ａと第３端面２０ａとの隙間（Ｇ）：０．０４５ｍｍ
・第１端面１０ａと第５端面３０ａとの隙間（Ｇ）：０．０４５ｍｍ
【0080】
図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＷＲ－３帯域（２２０～３２５ＧＨｚ）において、ＯＮ状態で－１ｄＢよりも高い透過特性Ｓ２１が得られたのに対し、ＯＦＦ状態では－１１ｄＢよりも低い透過特性Ｓ２１が得られた。一方、ＯＮ状態で－１２ｄＢよりも低い反射特性Ｓ１１が得られたのに対し、ＯＦＦ状態では－１ｄＢよりも高い反射特性Ｓ１１が得られた。すなわち、図９（ａ）及び（ｂ）のシミュレーション結果から、本実施形態の導波管スイッチ１が、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とで電磁波の透過及び遮断を切り替えられるＳＰＳＴスイッチとして機能することが確認できた。
【0081】
＜作用効果＞
以上説明したように、本実施形態に係る導波管接続構造１００は、方形導波管などの標準的な第１導波管１０と導波路の両側に複数の第１金属ピン２２が周期的に配置されたギャップ導波管４０との接続構造において、第１導波管１０の第１端面１０ａには、第１導波路１１の開口１１ａを取り囲む環状凹部１９が設けられ、環状凹部１９において開口１１ａから離間して開口１１ａを取り囲むように複数の第２金属ピン１４が周期的に配列され、開口１１ａと複数の第２金属ピン１４の間のエリア１７には、開口１１ａを挟んで開口１１ａの長辺側に対向して配置された一対の長辺側突部１５，１５と開口１１ａを挟んで開口１１ａの短辺側に対向して配置された一対の直方体状の短辺側突部１６，１６とが形成されている。この構成により、標準的な第１導波管１０とギャップ導波管４０との接続箇所の隙間Ｇからの電磁波の漏出を効果的に抑えることができる。
以上説明したように、本実施形態に係る導波管接続構造１００は、方形導波管などの標準的な第１導波管１０と導波路の両側に複数の第１金属ピン２２が周期的に配置されたギャップ導波管４０との接続構造において、第１導波管１０の第１端面１０ａには、第１導波路１１の開口１１ａを取り囲む環状凹部１９が設けられ、環状凹部１９において開口１１ａから離間して開口１１ａを取り囲むように複数の第２金属ピン１４が周期的に配列され、開口１１ａと複数の第２金属ピン１４の間のエリア１７には、開口１１ａを挟んで開口１１ａの長辺側に対向して配置された一対の長辺側突部１５，１５と開口１１ａを挟んで開口１１ａの短辺側に対向して配置された一対の直方体状の短辺側突部１６，１６とが形成されている。この構成により、標準的な第１導波管１０とギャップ導波管４０との接続箇所の隙間Ｇからの電磁波の漏出を効果的に抑えることができる。
【0082】
また、本実施形態に係る導波管接続構造１００において、複数の第２金属ピン１４と一対の長辺側突部１５，１５と一対の短辺側突部１６，１６は、各々、漏出防止対象周波数帯の中心周波数に対応する中心波長の１／４に相当する同一の高さを有している。この構成により、第１導波路１１と第２金属ピン１４の間に生じる不要な共振モードを取り除いて、標準的な第１導波管１０とギャップ導波管４０との接続箇所の隙間からの電磁波の漏出を効果的に抑えることができる。
【0083】
また、本実施形態に係る導波管接続構造１００において、長辺側突部１５は、第１導波路１１の開口１１ａの長辺に隣接する開口隣接面１５ｂと、第１導波路１１の長手方向から見た平面視で開口隣接面１５ｂの両端部から長辺に対して所定角度θだけ傾斜した傾斜面１５ａ，１５ａとを有している。また、環状凹部１９のエリア１７において、第１導波路１１の開口１１ａの角部に対応して長辺側突部１５と短辺側突部１６の間に開放空間１７ａが形成されている。この構成により、第１導波路１１と第２金属ピンの間に生じる不要な共振モードをより効果的に取り除いて、標準的な第１導波管１０とギャップ導波管４０との接続箇所の隙間からの電磁波の漏出を効果的に抑えることができる。
【0084】
本実施形態に係る導波管接続構造１００は、漏出防止対象周波数帯の中心周波数に対応する中心波長λｃの１／２０程度までの隙間Ｇに対して、標準的な方形導波管の動作周波数範囲全体（比帯域４０％）にわたり、電磁波の漏出を－３０ｄＢ以下に抑えることができる。
【0085】
本実施形態に係る導波管スイッチ１は、標準的な入出力導波管に相当する第１導波管１０及び第３導波管５０と、ギャップ導波管本体を構成する固定ブロック２０とを所定の位置関係に固定し、突起部３１が設けられた可動ブロック３０だけをスライド可能としている。この構成により、周期的に並んだ第１金属ピン２２の隙間よりも薄い突起部３１を第１金属ピン２２が設けられていない格納領域２５とギャップ導波管４０の導波路４１とのいずれかに配置することが可能であるため、電磁波の透過及び遮断を切り替えるＳＰＳＴスイッチとして機能することができる。
【0086】
このように、本実施形態に係る導波管スイッチ１は、第１導波路１１と第３導波路５１を接続するギャップ導波管４０のギャップ導波路４１の位置が固定されているため、従来のスライド式導波管スイッチで見られたような、導波路同士のずれに起因した意図しない反射点が生じない。これにより、本実施形態に係る導波管スイッチ１は、広帯域性に優れた導波管スイッチとして機能することができる。
【0087】
また、本実施形態に係る導波管スイッチ１は、上述した導波管接続構造１００を導波管スイッチ１の可動部に用いることで、入出力ポート間で導波管接続箇所の隙間Ｇからの意図しない電磁波の漏出を抑えることができ、広帯域にてスイッチの透過損失を低減することができる。
【0088】
一般に、導波管スイッチなどの可動部には必ず隙間が必要であるが、機械加工精度の制約から許容される隙間には下限がある。また、可動部を支持している機構の摺動部の摩耗などによって隙間が広がることもある。周波数が高い（波長が短い）ほど、同じ隙間でも波長に対しては広くなるため、電磁波の漏出は増加する。したがって、本実施形態に係る導波管接続構造１００及び導波管スイッチ１は、高い周波数帯の漏出防止に対して特に有用となり、また、可動部に許容される隙間を広く取れるため、機械加工精度が緩和され、経年変化への耐性も高くなる。
【産業上の利用可能性】
【0089】
以上説明したように、本発明は、標準的な入出力の導波管と可動部のギャップ導波管との接続箇所の隙間からの電磁波の漏出を効果的に抑えることができかつ広帯域性に優れているという効果を有し、導波管接続構造及びこれを用いた導波管スイッチの全体に有用である。
【符号の説明】
【0090】
１ 導波管スイッチ
１０ 第１導波管
１０ａ 第１端面
１０ｂ 第２端面
１１ 第１導波路
１１ａ 開口
１２ チョーク構造
１４ 第２金属ピン
１４ａ 上面
１５ 長辺側突部
１５ａ 傾斜面
１５ｂ 開口隣接面
１６ 短辺側突部
１７ａ 開放空間
２０ 固定ブロック
２０ａ 第３端面
２０ｂ 第４端面
２０ｃ 上面
２１ 導波路形成溝
２２ 第１金属ピン
２３ 凸部
２５ 格納領域
２５ａ 格納エリア
３０ 可動ブロック
３０ａ 第５端面
３０ｂ 第６端面
３０ｃ 下面
３１ 突起部
４０ 第２導波管（ギャップ導波管）
４１ 第２導波路（ギャップ導波路）
５０ 第３導波管
５０ａ 第７端面
５０ｂ 第８端面
５１ 第３導波路
６０ 駆動装置
７０、８０ 導波管
８１ ギャップ導波管
１００ 導波管接続構造
１０ 第１導波管
１０ａ 第１端面
１０ｂ 第２端面
１１ 第１導波路
１１ａ 開口
１２ チョーク構造
１４ 第２金属ピン
１４ａ 上面
１５ 長辺側突部
１５ａ 傾斜面
１５ｂ 開口隣接面
１６ 短辺側突部
１７ａ 開放空間
２０ 固定ブロック
２０ａ 第３端面
２０ｂ 第４端面
２０ｃ 上面
２１ 導波路形成溝
２２ 第１金属ピン
２３ 凸部
２５ 格納領域
２５ａ 格納エリア
３０ 可動ブロック
３０ａ 第５端面
３０ｂ 第６端面
３０ｃ 下面
３１ 突起部
４０ 第２導波管（ギャップ導波管）
４１ 第２導波路（ギャップ導波路）
５０ 第３導波管
５０ａ 第７端面
５０ｂ 第８端面
５１ 第３導波路
６０ 駆動装置
７０、８０ 導波管
８１ ギャップ導波管
１００ 導波管接続構造
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】