JPS6117162B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は超高周波の直線偏波電磁波を伝送
し、しかも連続的に製造可能な電磁波用可撓導波
管に関するものである。 近年上記の電磁波を伝送する導波管として、従
来の単長が３〜４ｍの方形、円形導波管の他に、
単長が50〜150ｍ程度で、同軸ケーブルと同様な
取扱いが可能な長尺の可撓性を有する楕円ないし
は楕円に近似した導波管（以下楕円導波管１と称
す）が実用化されている。 しかも、第１図ア，第１図イ（第１図アのＡ−
Ａ断面図）に示すように、これらの導波管の中に
は一条長を連続して製造可能なように縦縫合溶接
管の形をとり、更に可撓性を増すために、管の表
面上に長さ方向にらせん状または蛇腹状の波形コ
ルゲーシヨンを施したものである。そして、この
長尺楕円可撓導波管では従来の導波管を使用した
時に生じ易い多数の接続個所での減衰、反射、気
密もれ等による特性の劣下が解消されると共にド
ラム巻き取りが可能なこと、更には運搬、布設、
取扱いも容易で、経済的に行なえる等の利点があ
る。 しかしかゝる楕円導波管１では、基本波遮断周
波数と第１次高次波遮断周波数との間の周波数間
隔と、それらの周波数の中心周波数との比、即ち
比帯域が、従来の方形導波管２に比較し狭くな
り、且つインピーダンスが高くなり広帯域整合が
容易でない事が知られている。 一方、従来周知の導波管の中で、第２図アに示
す両側リツジ導波管、第２図イに示す片側リツジ
導波管のように方形導波管２の内部に長さ方向軸
に沿つて長辺側にリツジ６を施した方形リツジ導
波管３は、導波管の内部に容量が装荷された形で
あり、リツジのない導波管に較べ、特性インピー
ダンスが低いこと、更には比帯域が広いことが知
られている。 つまり長辺、短辺の内径寸法が同一であるなら
方形リツジ導波管３はリツジのない方形導波管２
に較べ、より高い第１次高次波遮断周波数によつ
て決まる上限周波数を有しており同一上限周波数
にするならリツジ導波管の方が、より小さい寸法
であることが知られている。 しかしながらこのようなリツジ導波管は構造
上、長尺のものを製造するためには多くの困難と
費用を要することも事実である。 そこで、この発明では、従来の方形リツジ導波
管３の広帯域性と低インピーダンス性とを長尺可
撓導波管に取り入れ、従来の長尺可撓波管に較
べ、より広い使用可能帯域を有し、低損失で且つ
方形導波管との広帯域整合が容易であり、しかも
製造が比較的容易で、更に安い費用で連続的に製
造可能である断面がまゆ形の長尺可撓導波管を提
案するものである。本発明の構成は、広義には、
可撓性のある電磁波用可撓導波管に於いて、その
内径断面形状が電気的に等価な平滑管で考えた時
に、長円導波管の長径軸に沿つた互いに対向する
管壁に対称にリツジを装荷したのと等価な形のま
ゆ形で、その内径断面形状をｘ−ｙ直交座標系の
関数式 （x²＋y²）²＋（4b²−a²）（x²＋y²）＝4b²x² ここで0.40＜ｋ＜0.45（ｋ＝ｂ／ａ） 1.00＜2a／Ａ＜1.08 2aは、まゆ形断面の長軸径 Ａは接続対応する方形導波管の長辺の長さ ２√²−4²は、まゆ形断面の短軸径 で表わされるように設定して成る電磁波用可撓導
波管、に至る。 また本発明では、薄い管壁の金属管の表面に、
らせん状又は蛇腹状の波形コルゲーシヨンを持
ち、かつ可撓性のある電磁波用可撓導波管に於い
て、その内径断面形状が電気的に等価な平滑管で
考えた時、長円導波管の長軸径に沿つた互いに対
向する管壁に対称にリツジを装荷したのと等価な
形のまゆ形で、その内径断面形状をｘ−ｙ直交座
標系の関数式(1) （x²＋y²）²＋（4b²−a²）（x²＋y²）＝4b²x² …(1) ここで0.40＜ｋ＜0.45（ｋ＝ｂ／ａ） 1.00＜2a／Ａ＜1.08 2aは、まゆ形断面の長軸径 Ａは接続対応する方形導波管の長辺の長さ ２√²−4²は、まゆ形断面の短軸径 で表わされるように設定すると共に、上記導波管
の管壁に長さ方向に施こされたらせん状又は蛇腹
状の波形コルゲーシヨンを、上記式(1)のパラメー
タに於いて、関数式 ここでk₁、a₁はコルゲーシヨンの谷の部分のま
め形断面形状を表わすパラメータであり、k₂、a₂
は同じく山の部分のまゆ形断面形状を表わすパラ
メータである。 で表わされる形に設定して成る電磁波用可撓導波
管、も提供される。以下、本発明の電磁波用可撓
導波管を図を用いて、従来のものと対比しつゝこ
の発明の詳細を説明する。 なおここで長さ方向軸に沿つたコルゲーシヨン
については、後述することにして、まず導波管の
断面形状として電気的に同等と見なされる平滑管
の断面形状を考える。 第３図ア，イに、この発明の実施例であるリツ
ジを施した長尺可撓導波管のコルゲーシヨンを除
いた基本的な断面形状を図示する。 第３図アは第２図アの両側リツジ導波管に対応
するまゆ形導波管４、一方第３図イは第２図イの
片側リツジ導波管に対応する勾玉形導波管５をそ
れぞれ示している。第３図アに於いて両側リツジ
に相当するまゆ形可撓導波管の断面形状を表わす
例として厳密に、あるいは近似的に、ブース
（Booth）の紐状線形が考えられ、この形状は、
一般に直交座標系の関数式 （x²＋y²）²＋（4b²−a²）（x²＋y²）＝4b²x² （ブースの紐状線形） 2b＜ａ で表わされる。ただし、2aはまゆ形断面の長軸
径、２√²−4²はまゆ形断面の短軸径を表わし
ている。 なお、上記の断面形状を表す関数式について、
〓厳密に、あるいは近似的に″と称したのは、こ
のような導波管を成形する場合、加工の容易さか
ら、断面形状をいくつかの円弧を継いで近似する
ことも考えられるためである。 しかし、この関数式、不等式による形状は、導
波管の管壁として考えた場合、電気的性能、管壁
の連続性（なめらかさ）、機械的強度、可撓性な
どの観点から、必ずしも適切な形状又は不等式の
範囲ではない。例えばｂ／ａ＝0.35、0.48とした
場合、導波管の長径と短径の比は、それぞれ１：
71、１：0.28となり電気的特性上、方形導波管と
比較し、前者は減衰量が小さく望ましいが、基本
モードで使える周波数帯域が狭く特性インピーダ
ンスが非常に大きくなり又後者は減衰量が大き
く、特性インピーダンスが低くなる。このためい
ずれの場合も、両端に方形導波管を接続して使用
することを考慮すると電気的には特殊用途以外に
は実用には供しえない。一方、機械的にも前者は
捩りにくくかつ所定の寸法に対し変形や偏差が生
じると電気的性能への影響が大きく、又、後者
は、偏平のため製造が難しくなりかつＨ面の可撓
性が損なわれる等の欠点がある。そこで、方形導
波管との接続も考慮し、電気特性上(i) 使用可能
周波数帯域が広い、(ii) 伝送損失が少ない、(iii)
接続する方形導波管との広帯域整合を容易にする
ため、基本モード波の遮断周波数と特性インピー
ダンスが方形導波管の特性に近い、ような断面形
状を目標に、上式のパラメータまたは係数のａ、
ｂおよびＫ（＝ｂ／ａ）を可変にして、断面形状
と電気特性の関係を数値計算により解析した。そ
の結果、6GHz帯以下の周波数帯において、ブー
スの紐状線形で実用的な導波管断面形状として
は、それぞれのパラメーターが、次のような範囲
の値であれば適切であることが判明した。即ち 0.40＜Ｋ＜0.45（Ｋ＝ｂ／ａ） 1.00＜2a／Ａ＜1.08 ここで、Ａは接続する方形導波管の長辺の長さ
である。 これらの数値を用いたまゆ形導波管４の具体的
例として、下記のようなデメンジヨンを持つたブ
ースの紐状線形の導波管を取り上げ、第４図に長
軸径、短軸径が、互いに相応する方形導波管２、
楕円導波管１との形状比較概念図を示し、また、
各々の電気特性の比較を下記の第１表に表示す
る。 なお第一表の各種導波管のデメンジヨン及びそ
の他の比較条件は次の通りである。 (1) 長軸径 Ａ＝40mm (2) 短軸径 Ｂ＝20mm｛方形導波管２の場合｝ Ｂ＝24mm｛楕円導波管１、およびまゆ形導波
管４の短軸方向径最大値｝ (3) まゆ形形状 ｋ＝ｂ／ａ＝0.4237 (4) 周波数 ｆ＝6.175GHz (5) 導波管の材質 純銅

【表】

【表】 上表中
特性インピーダンス＝(上下壁面間電圧)／
(軸方向面電流）
第１表よりまゆ形導波管４の基本波遮断周波数
と第１次高次波遮断周波数との間の比帯域が、楕
円導波管１に比較して、広いことが知れる。また
まゆ形導波管４は、特性インピーダンスについて
は、方形導波管２と楕円導波管１の中間の値を示
しており、更に第４図の形状比較図からも推測可
能なように、方形導波管２との直接接続に際して
も楕円形状よりサセプタンスを小さく出来ること
からJISやIEC等の規格の方形導波管２との間
に、よりインピーダンス整合の取り易い形である
ことが知れる。 次にコルゲーシヨンについて述べる。 コルゲーシヨンは平滑管の管壁に長さ方向に沿
つて凹部を圧刻することにより形成され、長尺物
を一条に連続して圧刻製造する事より、第５図ア
の実施例および第５図イのBB′断面図に示すよう
にら施状の正弦波ないし正弦波に類した縦断面形
状の波形コルゲーシヨンが望ましい。このコルゲ
ーシヨンのピツチについては、従来のコルゲート
導波管の例では大雑把に自由空間波長の1/4以下
であればよい事が述べられているが、コルゲーシ
ヨン付のまゆ形導波管の試作試験の結果では、管
壁の厚さｔをまゆ形の断面形状に成形するに当
り、加工性が損なわれず、かつ成形された管が容
易に変形しないように導波管の長径2aの約100分
の１に選び且つ管壁の外壁面に耐候性と機械的な
強度を増すためにポリエチレン層を設けても、布
設に必要な可とう性や捩り性が得られ、かつ布設
しても電気的特性の変化が少ないようにするに
は、ピツチと長径との比を0.12〜0.25程度に選べ
ばよいことが判つた。 又、上と同じ条件と理由で選定したコルゲーシ
ヨンの深さについては、上記の長径との比で
0.025〜0.06程度であればよく、これを導波管の
断面形状で圧刻された谷の部分の形状で圧刻され
た谷の部分の形状（サフイツクス１で表示）と、
圧刻を受けない山の部分の形状（サフイツクス２
で表示）とを上記パラメータで表示して、次の関
係にあるものが電気的、機械的に良好な特性であ
る。 ブースの紐状線形の場合 0.980＜K₂／K₁＜0.995（Ｋ＝ｂ／ａ） 1.05＜a₂／a₁＜1.15 ここで、前記のまゆ形形状を表わす不等式およ
び上記の不等式に示す範囲の中からコルゲーシヨ
ンの深さの一例を求めると次のようになる。な
お、この計算では6GHz帯の導波管を考え、又パ
ラメータは全て各不等式に示す範囲の中間の値を
用いる。 ●方形導波管の長辺の長さ：Ａ＝40mm ●まゆ形コルゲート導波管の谷の部分の寸法： 2a₁＝1.04A＝41.6mm、a₁＝20.8mm k₁＝0.425 √^２ _１−4^２ _１＝a₁√１−4^２ _１＝10.96mm ●まゆ形コルゲート導波管の山の部分の寸法： a₂＝1.1 a₁＝22.88mm k₂＝0.9875 k₁0.420 √^２ _２−4^２ _２＝a₂√１−4^２ _２＝12.41mm ●まゆ形コルゲート導波管の等価長径： 2a＝43.68mm ●コルゲーシヨンの深さとその等価長径との比： 長径軸上：2.08mm、0.048 短径軸上：1.45mm、0.033 以上この発明のまゆ形可撓導波管４について、
その特徴となつている断面形状およびコルゲーシ
ヨン深さを表わす関数式のパラメーターの範囲に
ついて説明した。 この導波管は超高周波の直線偏波電磁波の伝送
にきわめて有効なもので、例えばマイクロ波アン
テナの給電導波管として実用性の高いものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図アは、従来の楕円可撓導波管の断面形状
図、第１図イは第１図アのAA″矢視縦断面図、
第２図アは従来の両側リツジ導波管を示す断面
図、第２図イは従来の片側リツジ導波管を示す断
面図、第３図アはこの発明のまゆ形導波管の断面
形状図、第３図イは片側装荷の勾玉形導波管の断
面形状図、第４図はこの発明のまゆ形導波管と、
方形導波管、楕円導波管の断面形状を比較した概
念図、第５図アはこの発明のまゆ形可撓導波管の
一実施例を示す断面形状図、第５図イは第５図ア
のBB″断面図である。各図において、１は楕円導
波管、２は方形導波管、３は方形リツジ導波管、
４はまゆ形導波管、５は勾玉形導波管である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可撓性のある電磁波用可撓導波管に於いて、
   その内径断面形状が長円導波管の長径軸に沿つた
   互いに対向する管壁に対称にリツジを装荷したの
   と等価な形のまゆ形で、その内径断面形状をｘ−
   ｙ直交座標系の関数式 （x²＋y²）²＋（4b²−a²）（x²＋y²）＝4b²x² …(1) ここで0.40＜ｋ＜0.45（ｋ＝ｂ／ａ） 1.00＜2a／Ａ＜1.08 2aはまゆ形断面の長軸径 Ａは接続対応する方形導波管の長辺の長さ ２√²−4²はまゆ形断面の短軸径 で表わされるように設定してなる電磁波用可撓導
   波管。 ２ 薄い管壁の金属管の表面に、長さ方向にらせ
   ん状又は蛇腹状の波形コルゲーシヨンを持ち、か
   つ可撓性のある導波管に於いて、その内径断面形
   状が電気的に等価な平滑管で考えた時、長円導波
   管の長軸径に沿つた互いに対向する管壁に対称に
   リツジを装荷したのと等価な形のまゆ形で、その
   断面形状をｘ−ｙ直交座標系の関数式 （x²＋y²）²＋（4b²−a²）（x²＋y²）＝4b²x² …(1) ここで、0.40＜ｋ＜0.45（ｋ＝ｂ／ａ） 1.00＜2a／Ａ＜1.08 2aはまゆ形断面の長軸径 Ａは接続対応する方形導波管の長辺の長さ ２√²−4²はまゆ形断面の短軸径 で表わされるように設定すると共に、上記導波管
   の管壁に長さ方向に施こされたらせん状又は蛇腹
   状の波形コルゲーシヨンを、上記式(1)のパラメー
   タに於いて、関数式 ここでk₁、a₁はコルゲーシヨンの谷の部分のま
   ゆ形断面形状を表わすパラメータであり、k₂、a₂
   は同じく山の部分のまゆ形断面形状を表わすパラ
   メータである。 で表わされる形に設定して成る電磁波用可撓導波
   管。