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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-03-02
(45)【発行日】2022-03-10
(54)【発明の名称】導波管
(51)【国際特許分類】
   H01P 3/12 20060101AFI20220303BHJP
【FI】
H01P3/12
【請求項の数】 6
(21)【出願番号】P 2017211960
(22)【出願日】2017-11-01
(65)【公開番号】P2019087780
(43)【公開日】2019-06-06
【審査請求日】2020-06-15
(73)【特許権者】
【識別番号】000005186
【氏名又は名称】株式会社フジクラ
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】特許業務法人HARAKENZO WORLD PATENT & TRADEMARK
(72)【発明者】
【氏名】上道 雄介
【審査官】赤穂 美香
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2009/153905(WO,A1)
【文献】特開2004-186755(JP,A)
【文献】特開2003-304106(JP,A)
【文献】特開2009-060382(JP,A)
【文献】米国特許第07884688(US,B2)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01P 3/12
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
その第1主面に導波領域として機能する第1の溝が形成された第1の導体板と、
その第1主面が前記第1の導体板の前記第1主面に接触し、且つ、その第1主面が前記第1の溝を覆う第2の導体板であって、前記第1の導体板の前記第1主面上に載置された第2の導体板と、を備えた導波管であって、
前記第1の導体板の前記第1主面又は前記第2の導体板の前記第1主面には、前記第1の溝が延伸された第1方向に交わる第2方向に沿って延伸された複数の第2の溝が、前記第1方向に沿って並んで形成されている、
ことを特徴とする導波管。
【請求項2】
当該導波管のカットオフ周波数を有する電磁波の管内波長を管内波長λwgとして、前記複数の第2の溝の幅及び深さの各々は、λwg/2以下である、
ことを特徴とする請求項1に記載の導波管。
【請求項3】
前記深さは、前記幅の1/2以下である、
ことを特徴とする請求項2に記載の導波管。
【請求項4】
記複数の第2の溝の長さは、前記管内波長λwgを上回る、
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の導波管。
【請求項5】
前記第1の溝と前記複数の第2の溝とは、当該第1の溝と当該複数の第2の溝との間に介在する前記第1の導体板の一部により分け隔てられている、
ことを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の導波管。
【請求項6】
前記第1の導体板の前記第1主面及び前記第2の導体板の前記第1主面を平面視した場合に、
記複数の第2の溝が形成されている領域の面積の総和は、前記第1の導体板の前記第1主面と前記第2の導体板の前記第1主面とが重なっている領域の面積の総和以上である、
ことを特徴とする請求項1~5の何れか1項に記載の導波管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、金属製の導波管に関する。
【背景技術】
【0002】
管壁が金属製の導波管は、以下の2つのタイプに大別される。
【0003】
第1のタイプは、金属を筒状に一体成形することによって得られた筒状導体からなる導波管である。第1のタイプの導波管において、筒状導体の管壁によりその四方を取り囲まれた領域を導波領域として、電磁波は、その導波領域を伝搬する。
【0004】
第2のタイプは、2枚の導体板(第1の導体板及び第2の導体板)の主面同士を貼り合わせることによって形成された導波管である。ここで、2枚の導体板同士が接触する主面を、それぞれ、第1の導体板の第1主面及び第2の導体板の第1主面と呼ぶ。第1の導体板の第1主面には、導波領域として機能する溝が形成されている。第2の導体板は、その第1主面が溝を覆うように、第1の導体板の第1主面の上に配置される。第2のタイプの導波管において、溝は、その四方を第1の導体板及び第2の導体板により取り囲まれている。したがって、電磁波は、溝を導波領域として、その導波領域を伝搬する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開2002-374101号公報(2002年12月26日公開)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
第1のタイプの導波管の場合、管壁が筒状導体として一体成形されている。そのため、電磁波が導波領域を伝搬する過程において、電磁波が導波領域から導波管の外部へ漏洩する虞はない。したがって、第1のタイプの導波管は、アイソレーション性能を重視する場合に好適に用いることができる。
【0007】
それに対して、第2のタイプの導波管は、第1の導体板及び第2の導体板により構成されているため、第1の導体板に形成された溝の内部に容易にアクセス可能だという利点を有する。したがって、第2のタイプの導波管は、調整のしやすさ及びコストを重視する場合に好適に用いることができる。
【0008】
しかしながら、第2のタイプの導波管は、第1のタイプの導波管と比較した場合に、第1の導体板及び第2の導体板の第1主面同士が接触する界面から電磁波が漏洩しやすいという課題を有する。その理由について、以下に説明する。
【0009】
一方、第2のタイプの導波管の場合、第1の導体板の第1主面及び第2の導体板の第1主面は、何れも平坦に仕上げられている。しかし、第1の導体板及び第2の導体板の第1主面同士が接触する界面には、制御できない(あるいは予測できない)隙間がわずかに生じる場合がある。
【0010】
例えば、第1の導体板及び第2の導体板を機械加工により作製する場合、第1の導体板の第1主面及び第2の導体板の第1主面には、切削や研磨などに起因する微細な凹凸(例えば切削痕や研磨痕など)が生じる可能性がある。また、第1の導体板及び第2の導体板を作製した後に、第1の導体板及び第2の導体板の少なくとも一方に予期せぬ歪みが生じる可能性もある。第1主面に微細な凹凸が生じたり、第1の導体板及び第2の導体板の少なくとも一方に予期せぬ歪みが生じたりした場合、第1の導体板及び第2の導体板の第1主面同士が接触する界面にはわずかな隙間が生じる。このような隙間の形状及び形成される領域などは、制御あるいは予測することができない。そのため、このような隙間を完全に封じるように第1の導体板及び第2の導体板の第1主面同士を結合することは困難である。
【0011】
このような隙間は、導波管が導波する電磁波を導波管の外部へ漏洩させるパスとなる。したがって、第2のタイプの導波管の伝送損失は、この隙間から電磁波が漏洩することに起因して増大する。
【0012】
特許文献1の図1には、導波管結合用のチョークフランジが図示されている。このチョークフランジにおいて、結合される相手フランジと対向する面である結合面には、この結合面に露出した導波管の開口部を取り囲む円周溝(チョーク溝)が形成されている。特許文献1によれば、その図1に図示したチョークフランジは、円周溝(チョーク溝)を備えていることによって、チョークフランジと相手フランジとの結合部における不整合を生じることなくマイクロ波を伝送させることができる。
【0013】
ただし、特許文献1は、円周溝(図1に記載のチョーク溝2b)の外側領域においてチョークフランジと相手フランジとが密着していることを暗に想定している。すなわち、特許文献1は、外側領域においてチョークフランジと相手フランジとの間に生じ得る制御できない(あるいは予測できない)隙間を想定していない。したがって、特許文献1に記載の技術は、互いに接触する第1の導体板及び第2の導体板の界面に生じ得る制御できない(あるいは予測できない)隙間に起因する電磁波の漏洩を抑制することはできない。
【0014】
本発明は、上述した課題に鑑みなされた発明であり、溝が形成された第1の導体板と、その溝を覆う第2の導体板とを貼り合わせることで構成された導波管において、第1の導体板と第2の導体板とが接触する界面から電磁波が漏洩することにより生じる伝送損失を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る導波管は、その第1主面に導波領域として機能する第1の溝が形成された第1の導体板と、その第1主面が前記第1の溝を覆うように、前記第1の導体板の前記第1主面上に載置された第2の導体板と、を備えている。前記第1の導体板の前記第1主面又は前記第2の導体板の前記第1主面には、前記第1の溝が延伸された方向に交わる方向に沿って形成された1又は複数の第2の溝が形成されている。
【0016】
前記第1の導体板と前記第2の導体板との界面に生じる制御できない隙間は、第1の導体板と第2の導体板との界面のうち第1の導体板と第2の導体板とが巨視的にみて接触している領域である接触領域内に生じ得る。
【0017】
この構成によれば、前記第1の導体板の前記第1主面又は前記第2の導体板の前記第1主面に1又は複数の第2の溝が形成されているため、前記接触領域の面積である接触面積を縮小することができる。したがって、従来の導波管と比較して、第1の導体板と第2の導体板との界面に生じる制御できない隙間を減らすことができるので、前記界面から電磁波が漏洩することにより生じる伝送損失を抑制することができる。
【0018】
また、本発明の一態様に係る導波管において、当該導波管のカットオフ周波数を有する電磁波の管内波長を管内波長λwgとして、前記1又は複数の第2の溝の幅及び深さの各々は、λwg/2以下である、ことが好ましい。
【0019】
この構成によれば、前記第1の溝の内部を伝搬する電磁波は、前記1又は複数の第2の溝の内部を伝搬することができない。したがって、前記1又は複数の第2の溝の前記第1の溝側の端部が前記第1の溝に至るように形成されている場合であっても、前記第1の溝の内部を伝搬する電磁波が前記1又は複数の第2の溝を通過して導波管の外部へ漏洩することを抑制することができる。
【0020】
また、本発明の一態様に係る導波管において、前記深さは、前記幅の1/2以下である、ことが好ましい。
【0021】
この構成によれば、前記界面から電磁波が漏洩することにより生じる伝送損失を確実に抑制することができる。
【0022】
また、本発明の一態様に係る導波管において、前記第1の溝と前記1又は複数の第2の溝とは、当該第1の溝と当該1又は複数の第2の溝との間に介在する前記第1の導体板の一部により分け隔てられている、ことが好ましい。
【0023】
この構成によれば、前記1又は複数の第2の溝の前記第1の溝側の端部は、前記第1の溝に至っていない。そのため、導波領域である第1の溝を構成する一対の広壁及び一対の狭壁の各々は、何れも平面により構成されており、その表面に凹凸を含まない。換言すれば、導波領域の連続性を乱すような構造が一対の広壁及び一対の狭壁には一切設けられていない。したがって、本導波管は、前記1又は複数の第2の溝を備えていても、前記1又は複数の第2の溝に起因して生じ得る反射損失を生じさせることがない。したがって、本導波管は、前記1又は複数の第2の溝の前記端部が前記第1の溝に至っている導波管と比較して、伝送損失を更に抑制することができる。
【0024】
また、本発明の一態様に係る導波管において、前記1又は複数の第2の溝の長さは、前記管内波長λwgを上回る、ことが好ましい。
【0025】
この構成によれば、前記界面から電磁波が漏洩することにより生じる伝送損失を確実に抑制することができる。
【0026】
また、本発明の一態様に係る導波管において、前記1又は複数の第2の溝は、複数である、ことが好ましい。
【0027】
第2の溝が複数形成されていることによって、前記接触面積を更に縮小することができる。したがって、前記界面から電磁波が漏洩することにより生じる伝送損失を更に抑制することができる。
【0028】
また、本発明の一態様に係る導波管において、前記第1の導体板の前記第1主面及び前記第2の導体板の前記第1主面を平面視した場合に、前記1又は複数の第2の溝が形成されている領域の面積の総和は、前記第1の導体板の前記第1主面と前記第2の導体板の前記第1主面とが重なっている領域の面積の総和以上である、ことが好ましい。
【0029】
この構成によれば、前記接触面積を十分に縮小することができる。したがって、前記界面から電磁波が漏洩することにより生じる伝送損失を確実に抑制することができる。
【発明の効果】
【0030】
本発明の一態様に係る導波管は、溝が形成された第1の導体板と、その溝を覆う第2の導体板とを貼り合わせることで構成された導波管であって、第1の導体板と第2の導体板とが接触する界面から電磁波が漏洩することにより生じる伝送損失を抑制可能である。
【図面の簡単な説明】
【0031】
図1】本発明の一実施形態に係る導波管の分解斜視図である。
図2図1に示した導波管の三面図である。
図3図1に示した導波管が備えている本体の第1の変形例の平面図である。
図4図1に示した導波管の第2の変形例の三面図である。
図5】本発明の参考例である導波管の斜視図である。
図6】(a)は、本発明の第1,第2の実施例及び参考例の反射特性を示すグラフである。(b)は、本発明の第1,第2の実施例及び参考例の透過特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0032】
(導波管1の構成)
以下、本発明の一実施形態に係る導波管について、図1及び図2を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る導波管1の分解斜視図である。図2は、導波管1の三面図である。図1及び図2に示すように、導波管1は、本体11と、蓋21とを備えている。
【0033】
(本体11)
第1の導体板の一例である本体11は、導体製の板状部材である導体板をベースにし、その主面12に溝31が形成された導体板である。溝31が形成される前の本体11の形状は、底面が長方形である四角柱であるともいえる。
【0034】
本体11を構成する材料としては、例えば銅や真鍮などの金属が挙げられる。また、本体11が銅のように表面が酸化しやすい金属により構成される場合には、その表面に酸化を防止するための金属薄膜を更に形成してもよい。この金属薄膜を構成する材料としては、例えば金が挙げられる。本実施形態では、本体11を構成する材料として、真鍮を採用している。
【0035】
図1に示すように、本体11は、主面12、主面13、側面14、及び、側面15を有する。主面12及び主面13は、本体11の表面を構成する6つの面のうち、最大の面積を有する2つの面である。主面12は、それぞれ、特許請求の範囲に記載の第1主面に対応する。
【0036】
また、側面14及び側面15は、本体11の表面を構成する6つの面のうち、主面12及び主面13の長辺において、主面12及び主面13に直交する2つの面である。
【0037】
ここで、図1及び図2に示した座標は、次のように定められている。主面12及び主面13の法線と平行な方向をz軸方向と定め、主面12及び主面13の長辺と平行な方向をx軸方向と定め、主面12及び主面13の短辺と平行な方向をy軸方向と定める。また、主面13から主面12に向かう方向をz軸正方向と定め、側面15から側面14に向かう方向をy軸正方向と定め、上述したz軸正方向及びy軸正方向とともに右手系の直交座標を構成する方向をx軸正方向と定める。
【0038】
主面12には、第1の溝である溝31が形成されている。溝31は、主面12から主面13へ向かう方向(z軸負方向)に掘り込まれた溝であって、主面12の長辺に沿う方向(x軸方向)に延伸されている。溝31の両端部は、本体11におけるx軸正方向側の端面及びx軸負方向側の端面に至っている。溝31は、後述する蓋21の主面22によって覆われることにより、電磁波を導波する導波領域を構成する。
【0039】
溝31を主面12に形成することによって、本体11は、底壁16、側壁17、及び側壁18の3つの部分に分けて考えることができるようになる。なお、底壁16と側壁17との境界、及び、底壁16と側壁18との境界は、任意に定めることができる。そのため、図1には、これらの境界を図示していない。
【0040】
側壁17は、y軸正方向側に位置する側壁であり、側壁18は、y軸負方向側に位置する側壁である。底壁16のz軸正方向側の表面は、溝31の底面を形成する。側壁17のy軸負方向側の表面は、溝31のy軸正方向側の側面を形成する。側壁18のy軸正方向側の表面は、溝31のy軸負方向側の側面を形成する。溝31の底面は、導波領域を規定する一対の広壁のうち一方の広壁である広壁32であり、溝31の一対の側面は、導波領域を規定する一対の狭壁である狭壁34及び狭壁35である。
【0041】
(溝41~49及び溝51~59)
図1及び図2に示すように、主面12において、溝31が形成されていない領域は、溝31を挟んで2つに分かれている。y軸正方向側の領域は、側壁17の上面であり、y軸負方向側の領域は、側壁18の上面である。側壁17の厚さ(y軸方向に沿った長さ)を厚さtとする。側壁18の厚さは、側壁17と等しくなるように構成されている。したがって、側壁18の厚さも厚さtである。
【0042】
側壁18の上面には、第2の溝の一部である溝41~49が形成されている。溝41~49の各々は、主面12から主面13へ向かう方向(z軸負方向)に掘り込まれた溝であって、主面12の短辺に沿う方向(y軸方向)に延伸されている。すなわち、溝41~49の各々は、溝31が延伸された方向(x軸方向)に交わる方向(y軸方向)に沿って形成されている。また、溝41~49の各々は、溝31が延伸された方向(x軸方向)に、等間隔で配置されている。
【0043】
図1に示すように、溝41~49の各々の幅(x軸方向に沿った長さ)を幅αとする。主面12のうち、隣接する2つの溝(例えば溝43及び溝44)に挟まれた領域の幅を幅βとする。主面12のうち、(1)溝41と本体11のx軸負方向側の端面とに挟まれた領域の幅、及び、(2)溝49と本体11のx軸正方向側の端面とに挟まれた領域の幅を、何れも幅γとする。溝41~49の各々の長さ(y軸方向に沿った長さ)を長さLとする。溝41~49の各々の深さ(z軸方向に沿った長さ)を深さdとする。
【0044】
本実施形態において、長さLは、厚さtと等しくなるように構成されている。したがって、主面12と主面22とが接触している状態においても、溝41~49の各々は、そのy軸正方向側の端部が溝31に至っており、そのy軸負方向側の端部が導波管1の外部空間に至っている。したがって、溝41~49の各々は、導波管1の導波領域である溝31と、導波管1の外部空間とを連通する。
【0045】
側壁17の上面には、第2の溝の残りの一部である溝51~59が形成される。溝51~59の各々は、側壁17の上面に形成されている点を除いて、溝41~49の各々と同じように構成されている。したがって、ここでは、溝51~59に関する説明を省略する。
【0046】
溝41~49及び溝51~59は、導波領域である溝31と連通しているため、導波領域を伝搬してきた電磁波からみると、あたかも溝31に別の複数の導波管が接続されているようにも見える。ここで、溝31が導波管1の外部空間へ電磁波が漏洩することを防ぐために、溝41~49及び溝51~59は、所定の動作帯域に含まれる電磁波を導波しないサイズに構成されている。
【0047】
具体的には、溝31のサイズに応じて定まる導波管1のカットオフ周波数を有する電磁波の導波領域内における波長(以下、管内波長と呼ぶ)を管内波長λwgとして、幅α及び深さdの各々は、λwg/2以下となるように構成されている。
【0048】
また、深さdは、幅αの1/2以下であることが好ましい。
【0049】
また、長さLは、管内波長λwgを上回る事が好ましい。
【0050】
また、本実施形態においては、主面12及び主面22を平面視した場合(例えばz軸正方向側から導波管1を見た場合)に、溝41~49及び溝51~59が形成されている領域の面積の総和は、主面12と主面22とが重なっている領域の面積の総和を下回っている。しかし、本発明の一態様において、主面12及び主面22を平面視した場合に、複数の第2の溝(例えば溝41~49及び溝51~59)が形成されている領域の面積の総和は、主面12と主面22とが重なっている領域の面積の総和以上であることが好ましい。
【0051】
本実施形態においては、長さLは、厚さtと等しくなるように構成されている。したがって、側壁17及び側壁18の各々に形成されている第2の溝の数をNとして、N×β≧(N-1)×α+2γを満たすように幅α、幅β、幅γ、及びNを定めることによって、上述した条件を満たすことができる。
【0052】
別の言い方をすると、幅βを幅αより小さく設定したうえで、第2の溝の数Nを増やすことによって、主面12に複数の第2の溝を密に形成することが好ましい。なおこのような構成は、あくまでも本発明の好ましい一態様であり、(1)幅βが幅αを上回る構成、及び、(2)図1に示したように、溝41~49及び溝51~59が形成されている領域の面積の総和は、主面12と主面22とが重なっている領域の面積の総和を下回っている構成も本発明の範疇に含まれる。
【0053】
上述した各々の構成によって得られる効果は、効果の欄に後述する。
【0054】
なお、本実施形態においては、長さLと厚さtとが等しい場合、すなわち、導波領域と導波管1の外部空間とが溝41~49及び溝51~59を介して連通している場合について説明した。しかし、長さLは、厚さtを下回るように構成されていてもよい。この態様については、図3を参照して後述する。
【0055】
(蓋21)
第1の導体板の一例である本体11は、導体製の板状部材である導体板であり、その主面12に溝31が形成された導体板である。蓋21は、主面22、主面23、側面24、及び、側面25を有する。主面22及び主面23は、蓋21の表面を構成する6つの面のうち、最大の面積を有する2つの面である。側面24及び側面25は、蓋21の表面を構成する6つの面のうち、xz平面に含まれる2つの面である。本実施形態では、蓋21の主面22及び主面23の形状及びサイズは、本体11の主面12及び主面13と同一である。ただし、主面23の形状及びサイズは、主面22によって主面12全体を覆うことができる形状及びサイズであればよく、必ずしも同一でなくてもよい。
【0056】
図2に示すように、蓋21は、その主面22が本体11の主面12と接触するように、主面12の上に載置される。なお、図1においては、溝41~49の構成を見やすくするために、本体11と蓋21とを分解した状態の導波管1を示している。
【0057】
蓋21の主面22のうち、溝31を覆う部分は、広壁32とともに導波領域を規定する広壁33として機能する。すなわち、主面22は、広壁33としても機能する。
【0058】
(導波管1の効果)
導波管1の効果を説明するために、本発明の参考例である導波管101を用いる(図5参照)。導波管101は、第1及び第2の実施例の導波管1の構成から溝41~49及び溝51~59を省略することによって得られる。導波管101を構成する各部材の部材番号は、導波管1を構成する各部材の部材番号を100番台にすることによって得られる。例えば、導波管101の本体111及び蓋121の各々は、それぞれ、導波管1の本体11及び蓋21に代わる部材である。
【0059】
導波管101において本体111と蓋121とが理想的な状態で接触している場合、すなわち、本体111の主面112及び蓋121の主面122のいずれもが完全な平坦面として成形されている場合、主面112と主面122とは、その全面において互いに接触する。したがって、主面112と主面122とが互いに接触する界面に制御できない(あるいは予測できない)隙間が生じる虞はない。
【0060】
しかし、実際に導波管101を作製した場合、主面112と主面122とが互いに接触する界面には、上記隙間がわずかに生じる場合がある。これは、発明が解決しようとする課題の欄に記載した通りである。主面112と主面122との界面に上記隙間が生じた場合、導波領域を伝搬する電磁波は、上記隙間を通して導波管101の外部空間へ漏洩してしまう。したがって、導波管101の透過特性は、低下する。
【0061】
導波管101の外部空間へ漏洩する電磁波の強度は、上記隙間の形状及びサイズに応じて変化する。しかし、漏洩する電磁波が存在する以上、導波管101の伝送損失は増大する。
【0062】
発明者は、主面112と主面122との界面に生じた上記隙間に起因する電磁波の漏洩は、主面112と主面122とが接触する接触面積が大きすぎることが原因だと考えた。上記隙間は、主面112と主面122とが接触する領域である接触領域内に生じるためである。
【0063】
導波管1は、導波管101と異なり第2の溝である溝41~49及び溝51~59を備えている。したがって、主面112と主面122とが接触する接触面積と比較して、導波管1は、主面12と主面22とが接触する接触面積を大幅に縮小することができる。また、溝41~49及び溝51~59の各々のサイズは、溝31を伝搬する電磁波を透過させないサイズに定められている。そのため、溝41~49及び溝51~59の各々を通して電磁波が溝31から導波管1の外部空間へ漏洩することもない。したがって、導波管101と比較して、上記隙間を減らすことができるので、上記界面から電磁波が漏洩することにより生じる伝送損失を抑制することができる。
【0064】
また、導波管1のカットオフ周波数を有する電磁波の管内波長を管内波長λwgとして、溝41~49及び溝51~59の幅α及び深さdの各々は、λwg/2以下である、ことが好ましい。この構成によれば、溝31の内部を伝搬する電磁波は、溝41~49及び溝51~59の内部を伝搬することができない。したがって、溝41~49及び溝51~59の溝31側の端部が溝31に至るように形成されている場合であっても、溝31の内部を伝搬する電磁波が溝41~49及び溝51~59を通過して導波管1の外部へ漏洩することを抑制することができる。
【0065】
また、深さdは、幅αの1/2以下である、ことが好ましい。溝41~49及び溝51~59は、主面12と主面22とが接触する接触面積を縮小することを目的として形成されている。したがって、その深さdを無用に深くする必要はない。深さdを幅αの1/2以下に設定することにより、上記界面から電磁波が漏洩することにより生じる伝送損失を確実に抑制することができる。
【0066】
また、長さLは、管内波長λwgを上回ることが好ましい。この構成によれば、溝13を伝搬する電磁波が溝41~49及び溝51~59をすり抜けて導波管1の外部空間へ漏洩することを抑制することができる。したがって、上記界面から電磁波が漏洩することにより生じ得る導波管1の伝送損失を確実に抑制することができる。
【0067】
また、導波管1が備えている第2の溝は、1つであってもよいが、複数である事が好ましい。第2の溝が複数であることによって、上記接触面積を更に縮小することができる。したがって、上記界面から電磁波が漏洩することにより生じる導波管1の伝送損失を更に抑制することができる。
【0068】
また、主面12及び主面22を平面視した場合に、溝41~49及び溝51~59が形成されている領域の面積の総和は、主面12と主面22とが重なっている領域の面積の総和以上である、ことが好ましい。この構成によれば、主面12と主面22とが巨視的にみて接触している領域である接触領域の面積、すなわち接触面積を十分に縮小することができる。したがって、主面12と主面22との界面から電磁波が漏洩することにより生じる導波管1の伝送損失を確実に抑制することができる。
【0069】
〔第1の変形例〕
上述した実施形態では、本体11に設けられた溝41~49及び溝51~59の各々が、溝31から導波管1の外部空間まで連通するよう形成される例(長さLと厚さtとが等しい場合の例)について説明した。ただし、これらの第2の溝の長さLは、厚さtを下回り、溝31と溝41~49及び溝51~59の各々との間に本体11の一部が介在するように構成されていてもよい。すなわち、図1及び図2に示した導波管1において、溝41~49及び溝51~59の各々は、溝31と溝41~49及び溝51~59の各々との間に介在する本体11の一部により分け隔てられており、溝31から導波管1の外部空間まで連通していなくてもよい。
【0070】
以下では、本発明の第1の変形例である導波管1が備えている本体11Aについて、図3を参照して説明する。図3は、本体11Aの平面図である。図3に示すように、本体11Aは、その主面12に形成された第2の溝として、溝41A~50A及び溝51A~60Aを備えている。本体11Aにおける溝41A~50A及び溝51A~60A以外の構成については、本体11と同様であるため、詳細な説明を繰り返さない。
【0071】
溝41A~50Aの各々は、長さLが厚さtを下回る。そのうえで、溝31と溝41A~50Aの各々との間に本体11Aの一部が介在するように、溝41A~50Aの各々は、配置されている。すなわち、溝31と溝41A~50Aの各々とは、本体11Aの一部により分け隔てられている。別の言い方をすれば、溝41A~50Aの各々の溝31側(y軸正方向側)の端部は、溝31と連通しておらず、溝41A~50Aの各々の外部空間側(y軸負方向側)の端部は、導波管1の外部空間と連通している。
【0072】
このように、本体11Aにおいて、溝41A~50Aの各々の溝31側(y軸正方向側)の端部は、開放されていない。別の言い方をすれば、狭壁35は、単一な平坦面により構成されている。したがって、狭壁35には、溝31により構成される導波領域の連続性を乱すような構造が一切設けられていない。
【0073】
溝51A~60Aの各々は、溝41A~50Aの各々と同様に構成されている。したがって、ここでは、その説明を省略する。
【0074】
また、本変形例では、導波管1と比較して第2の溝の数を18個から20個に増やしたことに伴い、幅βを狭く設定し、α>βとなるように構成している。本体11Aのような構成を採用することによって、主面12(及び主面22)を平面視した場合に、溝41A~50A及び溝51A~60Aは、形成されている面積の総和が主面12と主面22とが重なっている領域の面積の総和以上となる。本体11Aのように、長さLが厚さtを下回る溝41A~50A及び溝51A~60Aを採用した場合であっても、幅α、幅β、及び第2の溝の数Nを適宜設定することによって、上述した条件を満たすことができる。
【0075】
なお、本変形例において、主面12を平面視した場合に、溝41A~50A及び溝51A~60Aの各々の長辺及び短辺は、直角に交わっている。しかし、これらの長辺及び短辺は、曲線によって滑らかに接続されていてもよいし、1又は複数の短い線分によって接続されていてもよい。
【0076】
(第1の変形例の効果)
以上ように、本体11の変形例である本体11Aにおいて、長さLは、厚さt未満であり、溝31と、溝41A~50A及び溝51A~60Aの各々との間には、本体11Aの一部が介在している。
【0077】
この構成によれば、上述したように、導波領域である溝31を規定する一対の広壁32,33及び一対の狭壁34,35の各々は、何れも単一な平坦面により構成されており、その表面に凹凸を含まない。したがって、広壁32,33のみならず狭壁34,35にも、溝31により構成される導波領域の連続性を乱すような構造が設けられていない。したがって、導波管1は、第1の変形例に係る本体11Aを備えていても、溝41A~50A及び溝51A~60Aに起因して生じ得る反射損失を生じさせることがない。したがって、本体11Aを備えた導波管1は、溝41~49及び溝51~59が溝31に至っている本体11を備えた導波管1と比較して、伝送損失を更に抑制することができる。
【0078】
〔第2の変形例〕
図1に示した導波管1では、第2の溝が本体11の主面12に形成されていた。図3に示した本体11Aを備えた導波管1においても同様である。ただし、これらの第2の溝は、必ずしも本体11の主面12に形成されていなくてもよく、蓋21の主面22に形成されていてもよい。第2の溝である溝41B~49B及び溝51B~59Bの各々を主面22に形成した導波管1Bについて、図4を参照して説明する。導波管1Bは、本発明の第2の変形例である。
【0079】
図4は、第2の変形例である導波管1Bの三面図である。図4に示すように、導波管1Bは、本体11Bと、蓋21Bとを含む。導波管1Bを構成する各部材に付した部材番号は、導波管1を構成する各部材に付した部材番号の末尾にBを付けることによって得られる。例えば、導波管1Bの本体11B及び蓋12Bの各々は、それぞれ、導波管1の本体11及び蓋21に代わる部材である。
【0080】
導波管1Bは、溝41B~49B及び溝51B~59Bの各々が蓋21Bの主面22Bに形成されている点を除いて、導波管1と同様に構成されている。したがって、本変形例では導波管1Bに関する詳しい説明を省略する。
【0081】
(第2の変形例の効果)
導波管1Bのように、本発明の一態様が備える第2の溝は、蓋21Bの主面22Bに形成されていてもよい。このように構成された導波管1Bは、導波管1と同様の効果を奏する。
【0082】
なお、導波管1Bにおいても、長さLが厚さtを下回り、溝31Bと溝41B~49Bとの間には、蓋22Bの一部が介在していることが好ましい。溝51B~溝60Bについても同様である。
【0083】
また、上記の構成以外にも、導波管1に対して施すことができる様々な変形を、導波管1Bに対して施すことができる。すなわち、導波管1Bが備えている溝41B~49B及び溝51B~59Bの代わりに、図3の(a)に図示した溝41A~50A及び溝51A~60Aのような形状の第2の溝を採用してもよいし、図3の(b)に図示した溝41B~50B及び溝51B~60Bのような形状の第2の溝を採用してもよい。
【0084】
〔実施例〕
本発明の第1の実施例及び第2の実施例である導波管1について、反射特性及び透過特性をシミュレーションした結果について説明する。なお、反射特性は、SパラメータS11の周波数依存性のことを意味し、透過特性は、SパラメータS21の周波数依存性のことを意味する。
【0085】
シミュレーションに用いた導波管の構成、すなわち、第1の実施例及び第2の実施例である導波管1の構成は、図1に図示した導波管1の構成を基本としている。以下、第1の実施例及び第2の実施例において採用した設計パラメータについて説明する。
【0086】
第1の実施例の導波管1は、60GHz以上90GHz以下の帯域が所定の動作帯域となるように設計した。本体11及び蓋21は、金属製であり、導波領域(すなわち溝31の内部)は、中空である。また、溝31の横断面サイズを、導波管の規格の1つであるWR12に準じて3.1mm(y軸方向の長さ)×1.55(z軸方向の長さ)mmとした。このように設計した導波管1のカットオフ周波数は、48.4GHzである。このカットオフ周波数を有する電磁波の管内波長λwgは、λwg=5.235mmである。また、溝41~49、溝51~59の各々の幅αをα=1mmとし、深さdをd=0.2mmとした。また、溝41~49、溝51~59の各々の長さL(すなわち、側壁17及び18の厚みt)を、L=17mmとした。また、溝41~49、溝51~59における隣接する溝に挟まれた領域の幅βを0.2mmとし、合計で9つの溝をx軸方向に配列した。
【0087】
第2の実施例は、溝41~49、溝51~59の各々の幅αをα=0.5mmとし、その他の点については、第1の実施例と同様の構成とした。
【0088】
また、参考例として、図5に示した導波管101を用いた。導波管101は、第1及び第2の実施例の導波管1の構成から溝41~49及び溝51~59を省略することによって得られる。導波管101を構成する各部材の部材番号は、導波管1を構成する各部材の部材番号を100番台にすることによって得られる。例えば、導波管101の本体111及び蓋121の各々は、それぞれ、導波管1の本体11及び蓋21に代わる部材である。
【0089】
(シミュレーションにおける仮定)
今回のシミュレーションでは、第1及び第2の実施例の導波管1、並びに、参考例の導波管101の何れにおいても、本体11,111の主面12,112と蓋21,121の主面22,122とが接触する界面に生じ得る制御できない(あるいは予測できない)隙間を考慮していない。すなわち、この界面は完全に封止されているものと仮定して、シミュレーションを実施した。これは、界面に生じ得る隙間が制御できない(あるいは予測できない)ものであり、実体に即した隙間のモデルを構築することが現実的ではないためである。
【0090】
したがって、今回のシミュレーションは、上記界面において生じ得る、制御できない隙間に起因する反射特性及び透過特性の変化を評価したものではない。今回のシミュレーションは、導波領域である溝31に連通する溝41~49及び溝51~59を本体11の主面12に形成することによって生じる反射特性及び透過特性の変化を評価したものである。
【0091】
(反射特性及び透過特性)
図6(a)は、第1及び第2の実施例の導波管1、及び、参考例の導波管101についての反射特性を示すグラフである。図6の(b)は、第1及び第2の実施例の導波管1、及び、参考例の導波管101についての透過特性を示すグラフである。
【0092】
図6(a)に示すように、参考例の導波管101の反射特性は、動作帯域の全域において良好である。導波管101の導波領域である溝131を構成する広壁132,133及び狭壁134,135には、導波領域の連続性を乱すような構造が一切設けられていないためである。
【0093】
それに対して、第1の実施例の導波管1では、導波管101と比較して、反射損失が増加している。これは、溝31に連通する溝41~49、溝51~59が本体11の主面12に形成されていることにより、導波領域である溝31の狭壁34及び35に凹凸が生じ、導波領域の連続性を乱すような構造となっていることに起因すると考えられる。
【0094】
また、第2の実施例の導波管1では、第1の実施例の導波管1に比較して、反射特性が動作帯域のほぼ全域において改善されている。これは、溝41~49及び溝51~59の幅αを、第1の実施例のα=1.0mmから第2の実施例のα=0.5mmに変更したことに起因すると考えられる。換言すれば、導波領域を伝搬する電磁波から見た場合に、第1の実施例1の狭壁34,35と比較して、第2の実施例1の狭壁34,35の方が導波領域の連続性が良好だからと考えられる。
【0095】
なお、幅αを1.0mmから0.5mmへ変更することによって、本体11の主面12と蓋21の主面22とにおける接触面積が大きくなり、結果として、制御できない隙間が生じる頻度が高まることが考えられる。この点については、溝41~49及び溝51~59の数であるNを増やす(例えば倍にする)ことにより幅βを狭くすることによって解消できる。
【0096】
第1の実施例の導波管1の反射特性と第2の実施例の導波管1の反射特性とを比較した場合において、実用上の観点における最も重要な改善は、82.5GHz以上の帯域、特には85GHz以上の帯域における反射特性の改善である(図6の(a)に付した矢印参照)。この改善は、幅αを1.0mmから0.5mmへ変更したことによって得られたと考えられる。
【0097】
第1及び第2の実施例の導波管1は、溝41~49及び溝51~59を備えているので、主面12,22同士の界面から漏洩する電磁波を抑制することができる。
【0098】
(1)溝41~49及び溝51~59を設けることによって溝41~49及び溝51~59により反射される電磁波と、(2)溝41~49及び溝51~59を設けることによって漏洩を抑制される電磁波とを比較して、(2)が(1)を上回る場合、本発明の技術は有効であるといえる。例えば、Eバンドに含まれる帯域のうちローバンド(71GHz以上76GHz以下)を主たる動作帯域とする導波管として用いる場合には、第1の実施例の導波管1であっても(2)が(1)を上回る。当然、ローバンドにおいて、第2の実施例の導波管1の(2)は、(1)を上回る。また、Eバンドに含まれる帯域のうちハイバンド(81GHz以上86GHz以下)を主たる動作帯域とする導波管として用いる場合には、第1の実施例の導波管1よりも第2の実施例の導波管1の方が好適である。第2の実施例の導波管1であれば、ハイバンドにおいても(2)が(1)を上回る。
【0099】
したがって、溝41~49及び溝51~59を設けることによって反射特性がわずかに低下するとしても、第1及び第2の実施例の導波管1は、トータルでみた場合の透過特性(上記界面からの制御できない隙間に起因する電磁波の漏洩を含む透過特性)を改善することができる。
【0100】
図6(b)に示す透過特性は、図6の(a)に示した反射特性と整合する結果となった。すなわち、参考例の導波管101は、動作帯域の全域において良好な透過特性を示した。第1の実施例の導波管1は、70GHz以上82.5GHz未満の帯域において、参考例の導波管101と比較して遜色ない透過特性を示した。しかし、第1の実施例の導波管1は、82.5GHz以上の帯域、特には85GHz以上の帯域において、参考例の導波管101と比較して透過特性が低下することが分かった。
【0101】
それに対して、第2の実施例の導波管1では、第1の実施例の導波管1と比較して、85GHz以上の帯域における透過特性が改善され(図6の(b)に付した矢印参照)、参考例の導波管101と遜色ない透過特性を示している。
【0102】
なお、70GHz以上85GHz以下の帯域において、第2の実施例の導波管1のSパラメータS21が参考例の導波管101のSパラメータS21を上回っている。これは、シミュレーションの方法に起因する差異であり、本質的なものではない。
【0103】
以上のように、参考例の導波管101と比較して、第1の実施例の導波管1は、70GHz以上82.5GHz以下の帯域において遜色ない透過特性を示し、第2の実施例の導波管1は、動作帯域の全域において遜色ない透過特性を示すことが分かった。
【0104】
実際に使用する場合には、参考例の導波管101においては主面112,122同士の界面において生じる隙間に起因して電磁波が漏洩し、第1及び第2の実施例の導波管1は、この電磁波の漏洩を抑制することができる。したがって、第1及び第2の実施例の導波管1は、参考例の導波管1と比較して、主面12,22同士の界面に起因する電磁波の漏洩を抑制することができ、結果として、透過特性トータルでみた場合の透過特性を改善することができる。
【0105】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0106】
1,1B 導波管
11,11A,11B 本体(第1の導体板)
12,12B 主面(第1主面)
13,13B 主面(第2主面)
14,15,14B,15B 側面
16,16B 底壁
17,18,17B,18B 側壁
t 側壁の厚さ
21 蓋(第2の導体板)
22 主面(第1主面)
23 主面(第2主面)
24,25 側面
31 溝(第1の溝)
32,33,32B,33B 広壁
34,35,34B,35B 狭壁
41~49,51~59,41A~50A,51A~60A,41B~50B,51B~60B,41B~50B,51B~60B 溝(第2の溝)
α 第2の溝の幅
d 第2の溝の深さ
L 第2の溝の長さ
β 隣接する2つの第2の溝に挟まれた領域の幅
図1
図2
図3
図4
図5
図6