特開 2024-8358 導波管電力分配器

(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】P2024008358

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】導波管電力分配器

(51)【国際特許分類】

   H01P 5/12 20060101AFI20240112BHJP

   H01P 1/04 20060101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

H01P5/12 E

H01P1/04

H01P5/12 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022110167

(22)【出願日】2022-07-08

(71)【出願人】

【識別番号】000004330

【氏名又は名称】日本無線株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126561

【弁理士】

【氏名又は名称】原嶋 成時郎

(72)【発明者】

【氏名】尚 尓昊

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 俊也

(72)【発明者】

【氏名】三浦 庸平

(72)【発明者】

【氏名】澁谷 裕三

(72)【発明者】

【氏名】野呂 崇徳

【テーマコード（参考）】

5J011

【Ｆターム（参考）】

5J011DA05

(57)【要約】

【課題】所望・任意の位相差を設けて給電可能な導波管電力分配器を提供する。
【解決手段】断面が略横長四角形の主導波管２の長辺側の側面から、断面が略四角形で主導波管２に対して略直交して延びる給電ポート３が、主導波管２の長手方向に沿って離隔を設けて複数設けられた導波管電力分配器１であって、主導波管２の断面における長辺側の長さを幅寸法とし、隣接する給電ポート３、３間における幅寸法のうち少なくともいずれかを、他の部分の幅寸法と異なる寸法にすることで、当該隣接する給電ポート３、３間において所望の位相差が生じるようになっている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

断面が略横長四角形の主導波管の長辺側の側面から、断面が略四角形で前記主導波管に対して略直交して延びる給電ポートが、前記主導波管の長手方向に沿って離隔を設けて複数設けられた導波管電力分配器であって、
前記主導波管の断面における長辺側の長さを幅寸法とし、隣接する給電ポート間における前記幅寸法のうち少なくともいずれかを、他の部分の前記幅寸法と異なる寸法にすることで、当該隣接する給電ポート間において所望の位相差が生じるようになっている、
ことを特徴とする導波管電力分配器。

【請求項2】

前記給電ポートに、前記給電ポートに接続される外部部材との間での電波漏れを抑制するための二重管状のチョーク部が設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の導波管電力分配器。

【請求項3】

前記主導波管は、電力が供給される基端部が折り曲げられ、全体が略Ｌ字状に形成されている、
ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の導波管電力分配器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、マイクロ波、ミリ波帯などにおける電力の分配、合成に用いられる導波管電力分配器に関する。

【背景技術】

【0002】

導波管を分岐させて電力分配を行うための導波管電力分配器が従来から使用され（例えば、特許文献１等参照。）、複数のスロット導波管が上下方向に配設されたレーダアンテナに適用する場合に、図８に示すような導波管電力分配器２０１が従来使用されていた。この導波管電力分配器２０１は、断面が略四角形で上下方向に延びる主導波管２０２の側面から、断面が略四角形で横方向に延びる給電ポート２０３が複数設けられている。また、主導波管２０２の幅寸法（給電ポートが延びる方向と略直交する方向の長さ）が全長にわたって同寸法で、給電ポート２０３の断面が全長にわたって同寸法となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１８８３７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、従来の導波管電力分配器２０１は、主導波管２０２の幅寸法が全長にわたって同寸法であるため、同位相あるいは逆位相での給電は可能であるが、所望・所定の位相差を設けて給電することができない。この結果、給電位相を調整してサイドローブを制御・抑制することができない。

【0005】

そこで本発明は、所望・任意の位相差を設けて給電可能な導波管電力分配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】

【0006】

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、断面が略横長四角形の主導波管の長辺側の側面から、断面が略四角形で前記主導波管に対して略直交して延びる給電ポートが、前記主導波管の長手方向に沿って離隔を設けて複数設けられた導波管電力分配器であって、前記主導波管の断面における長辺側の長さを幅寸法とし、隣接する給電ポート間における前記幅寸法のうち少なくともいずれかを、他の部分の前記幅寸法と異なる寸法にすることで、当該隣接する給電ポート間において所望の位相差が生じるようになっている、ことを特徴とする。

【0007】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の導波管電力分配器において、前記給電ポートに、前記給電ポートに接続される外部部材との間での電波漏れを抑制するための二重管状のチョーク部が設けられている、ことを特徴とする。

【0008】

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の導波管電力分配器において、前記主導波管は、電力が供給される基端部が折り曲げられ、全体が略Ｌ字状に形成されている、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

請求項１に記載の発明によれば、隣接する給電ポート間における主導波管の幅寸法のうち少なくともいずれかが、他の部分の幅寸法と異なる寸法に設定され、この隣接する給電ポート間において所望の位相差が生じるようになっているため、所望・任意の位相差を設けて給電することが可能となる。すなわち、隣接する給電ポート間の距離がすべて同じであっても、所望の位相差を設けて給電することが可能となる。この結果、給電位相を調整してサイドローブを制御・抑制することが可能となる。しかも、主導波管の一部の幅寸法を変える（調整する）だけでよく、大きな構造変更や部材・要素の追加などを要しないため、構成が簡易で、低コスト化を図ることが可能となる。

【0010】

請求項２に記載の発明によれば、給電ポートに電波漏れを抑制するためのチョーク部が設けられているため、給電ポートにアンテナなどの外部部材を接続した際に、外部部材との間での電波漏れを抑制（電波漏れによる影響を軽減）することが可能となる。しかも、チョーク部が二重管状なだけであるため、構成が簡易で、低コスト化を図ることが可能となる。

【0011】

請求項３に記載の発明によれば、主導波管の基端部が折り曲げられ、全体が略Ｌ字状に形成されているため、導波管電力分配器全体の高さを低く抑えることが可能となる。この結果、例えば、レーダアンテナに適用した場合に、レドームの高さを低く抑えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】この発明の実施の形態１に係る導波管電力分配器を示す第１の斜視図（ａ）と第２の斜視図（ｂ）である。

【図2】この発明の実施の形態２に係る導波管電力分配器を示す第１の斜視図（ａ）と第２の斜視図（ｂ）である。

【図3】図２の導波管電力分配器を縦方向に半割りした状態を示す斜視図（ａ）と正面図（ｂ）である。

【図4】レーダアンテナのスロット導波管の端部を示す拡大図（ａ）と、この端部に図２の導波管電力分配器を接続した状態を示す図（ｂ）である。

【図5】図２の導波管電力分配器をレーダアンテナのスロット導波管の端部に接続した状態を示す拡大図である。

【図6】スロット導波管の端部に図２の導波管電力分配器が接続されたレーダアンテナにおいて、レドームが取り付けられた状態を示す図（ａ）と、レドーム内の状態を示す拡大図（ｂ）である。

【図7】図２の導波管電力分配器を備えるレーダアンテナと従来のレーダアンテナの放射特性を示す図である。

【図8】従来の導波管電力分配器を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

【0014】

（実施の形態１）
図１は、この実施の形態に係る導波管電力分配器１を示す第１の斜視図（ａ）と第２の斜視図（ｂ）である。この導波管電力分配器１は、マイクロ波、ミリ波帯などにおける電力の分配、合成に用いられる導波管型の電力分配器であり、主として、主導波管２と複数の給電ポート３を備える。ここで、この実施の形態では、給電ポート３を３つ備える場合について主として以下に説明するが、２つまたは４つ以上備えてもよい。

【0015】

主導波管２は、断面が略横長四角形（対向する長辺と短辺からなる長方形）の方形導波管であり、一端側が開口し、他端側が閉塞している。この主導波管２の長辺側の一側面（広い壁面）から３つ給電ポート３が設けられている。すなわち、給電ポート３は、断面が略四角形の管状体・導波管で、主導波管２の長手方向に対して略直交して延びている。このような給電ポート３が主導波管２の長手方向に沿って、所定の間隔を隔てて３つ設けられ、主導波管２と各給電ポート３は、貫通・連通している。

【0016】

そして、主導波管２の断面における長辺側の長さ（広い壁面の幅）を幅寸法とした場合、隣接する給電ポート３、３間における幅寸法のうち少なくともいずれかが、他の部分の幅寸法と異なる寸法に設定されている。すなわち、電力が供給される主導波管２の開口端（基端部の開口端）から最も近い給電ポート３を第１の給電ポート３₁、次に近い給電ポート３を第２の給電ポート３₂、最も遠い給電ポート３を第３の給電ポート３₃とする。そして、主導波管２の開口端と第１の給電ポート３₁との間である第１の主管部（基端部）２１の幅寸法を第１の幅寸法Ｄ１、第１の給電ポート３₁と第２の給電ポート３₂の間である第２の主管部２２の幅寸法を第２の幅寸法Ｄ２、第２の給電ポート３₂と第３の給電ポート３₃の間である第３の主管部２３の幅寸法を第３の幅寸法Ｄ３とする。

【0017】

この場合に、この実施の形態では、第１の幅寸法Ｄ１および第２の幅寸法Ｄ２が同寸法で、第３の幅寸法Ｄ３が第１の幅寸法Ｄ１および第２の幅寸法Ｄ２よりも小さく設定されている。そして、このように第３の幅寸法Ｄ３を小さくすることで、当該隣接する給電ポート３、３間、つまり、第２の給電ポート３₂と第３の給電ポート３₃において所望の位相差が生じるようになっている。換言すると、第２の給電ポート３₂と第３の給電ポート３₃において所望の位相差が生じるように、第３の幅寸法Ｄ３が第１の幅寸法Ｄ１および第２の幅寸法Ｄ２よりも小さく設定されている。

【0018】

すなわち、方形導波管の内面の長辺の寸法（幅寸法）をＤ、管内波長をλｇとすると、次の数式が成り立つ。

【数1】

λ＝Ｃ／ｆ：自由空間波長
λc＝Ｃ／ｆc＝２×Ｄ：方形導波管がＴＥ１０モードのときの導波管カットオフ波長
Ｃ：光速＝2.99792458×１０⁸（ｍ／ｓｅｃ）
ｆ：周波数（Ｈｚ）
ｆｃ：導波管カットオフ周波数（Ｈｚ）

【0019】

そして、第１の給電ポート３₁と第２の給電ポート３₂との位相差Δφ１、第２の給電ポート３₂と第３の給電ポート３₃との位相差Δφ２は、次のように算出される。
Δφ１＝λｇ２／λｇ１×１８０°
Δφ２＝λｇ３／λｇ１×１８０°
λｇ１：第１の主管部２１の管内波長λｇ（λc＝２×Ｄ１）
λｇ２：第２の主管部２２の管内波長λｇ（λc＝２×Ｄ２）
λｇ３：第３の主管部２３の管内波長λｇ（λc＝２×Ｄ３）
従って、所望の位相差Δφ１、Δφ２が生じるように、幅寸法Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を算出、設定すればよい。

【0020】

ここで、幅寸法とは、主導波管２の内側の寸法であり、主導波管２の肉厚が全体にわたって同じ場合、第３の幅寸法Ｄ３が小さいということは、内側および外側の寸法が小さいことを意味する。また、この実施の形態では、第１の幅寸法Ｄ１および第２の幅寸法Ｄ２が同寸法であるが、第１の給電ポート３₁と第２の給電ポート３₂において所望の位相差が生じるようにしたい場合には、さらに第２の幅寸法Ｄ２を第１の幅寸法Ｄ１と異なる寸法に設定する。

【0021】

また、第１の給電ポート３₁と第２の給電ポート３₂との距離・間隔と、第２の給電ポート３₂と第３の給電ポート３₃との距離は、同寸法となっている。さらに、主導波管２の厚み（断面における短辺側の長さ）は、第１の主管部２１が最も大きく、第２の主管部２２が次に大きく、第３の主管部２３が最も小さく設定され、所望の特性が得られるようになっている。

【0022】

このような構成の導波管電力分配器１によれば、隣接する給電ポート３、３間における主導波管２の幅寸法のうち少なくともいずれかが、他の部分の幅寸法と異なる寸法に設定され、この隣接する給電ポート３、３間において所望の位相差が生じるようになっているため、所望・任意の位相差を設けて給電することが可能となる。すなわち、主導波管２の一部の幅寸法を変える（調整する）ことで、主導波管２の管内波長を制御・調整することが可能で、隣接する給電ポート３、３間の距離がすべて同じであっても、所望の位相差を設けて給電することが可能となる。この結果、後述するように、給電位相を調整してサイドローブを制御・抑制することが可能となる。しかも、主導波管２の一部の幅寸法を変える（調整する）だけでよく、大きな構造変更や部材・要素の追加などを要しないため、構成が簡易で、低コスト化を図ることが可能となる。

【0023】

（実施の形態２）
図２は、この実施の形態に係る導波管電力分配器１０を示す第１の斜視図（ａ）と第２の斜視図（ｂ）であり、図３は、導波管電力分配器１０を縦方向に半割りした状態を示す斜視図（ａ）と正面図（ｂ）である。この実施の形態では、給電ポート３にチョーク部３１が設けられ、第１の主管部（基端部）２１が折り曲げられている点で実施の形態１と構成が異なり、実施の形態１と同等の構成については、同一符号を付することでその説明を省略する。

【0024】

各給電ポート３には、給電ポート３に接続される外部部材との間での電波漏れを抑制するための二重管状のチョーク部３１が設けられている。すなわち、外部部材に挿入・接続される給電ポート３の先端部３２よりも主導波管２側において、給電ポート３の周りを囲むような空洞状のチョーク部（環状の空洞）３１が設けられ、これにより、電磁波を絞って外部に漏れ出ないようになっている。換言すると、このチョーク部３１の形状、位置は、電磁波が外部に漏れ出ないように設定されている。

【0025】

また、主導波管２の内部は、電力が供給される第１の主管部２１が折り曲げられ、全体が略Ｌ字状に形成されている。すなわち、第１の主管部２１が、第１の給電ポート３₁側から半円を描くように曲げられ、その後、第１の給電ポート３₁から第２の給電ポート３₂までの主導波管２に対して略直交して延びるように形成されている。

【0026】

ここで、この実施の形態では、図４～図６に示すように、給電ポート３に接続される外部部材が、レーダアンテナ１０１のスロット導波管１０２となっている。このスロット導波管１０２は、断面が略四角形の筒状体で、前面部にスロット・長孔が長手方向に沿って複数形成され、このようなスロット導波管１０２が複数（この実施の形態では、３つ）、略水平に延び所定の間隔を隔てて上下に配設されている。

【0027】

そして、３つのスロット導波管１０２の端部にそれぞれ、給電ポート３の先端部３２を挿入することで、スロット導波管１０２と導波管電力分配器１０が接続される。また、この状態でレドーム１０３を取り付けることで、スロット導波管１０２と導波管電力分配器１０がレドーム１０３内に収容されたレーダアンテナ１０１となる。

【0028】

このように、この実施の形態によれば、各給電ポート３に電波漏れを抑制するためのチョーク部３１が設けられているため、給電ポート３にレーダアンテナ１０１などの外部部材を接続した際に、外部部材との間での電波漏れを抑制（電波漏れによる影響を軽減）することが可能となる。しかも、チョーク部３１が二重管状なだけであるため、構成が簡易で、低コスト化を図ることが可能となる。

【0029】

また、主導波管２の第１の主管部２１が折り曲げられ、全体が略Ｌ字状に形成されているため、導波管電力分配器１０全体の高さを低く抑えることが可能となる。この結果、例えば、レーダアンテナ１０１に適用した場合に、レドーム１０３の高さを低く抑えることが可能となる。

【0030】

また、実施の形態１と同様に、主導波管２の一部の幅寸法を変える（調整する）ことで、所望の位相差を設けて給電することが可能で、この結果、給電位相を調整してサイドローブを制御・抑制することが可能となる。例えば、従来のように１８０°の位相差で給電する場合、放射特性（垂直面指向性）が図７中の特性カーブＬ１のようになる。これに対して、本導波管電力分配器１０において１６０°の位相差で給電する場合、図７中の特性カーブＬ２のようになり、特性カーブＬ１に比べてサイドローブ（ファーストローブ）を抑制することが可能となる。

【0031】

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態２では、給電ポート３に接続される外部部材がスロット導波管１０２の場合について説明したが、その他の部材であってもよい。

【符号の説明】

【0032】

１、１０ 導波管電力分配器
２ 主導波管
２１ 第１の主管部（基端部）
２２ 第２の主管部
２３ 第３の主管部
３ 給電ポート
３１ チョーク部
３２ 先端部
１０１ レーダアンテナ（外部部材）
１０２ スロット導波管
１０３ レドーム
Ｄ１ 第１の幅寸法
Ｄ２ 第２の幅寸法
Ｄ３ 第３の幅寸法

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】