JP2007258797A - ロータリージョイント - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ装置の不要波を抑圧する必要がある場合に、フィルタの設置を不要とすることのできるロータリージョイントを得る。
【解決手段】内部に回転機構を有するオーバーサイズ円形導波管１２ａ、１２ｂと、入出力端を構成する同軸線路１１ａ、１１ｂとを備えたロータリージョイントにおいて、同軸線路１１ａ、１１ｂは、オーバーサイズ円形導波管１２ａ、１２ｂを介して入力端の同軸線路と出力端の同軸線路とが対向配置され、入力端の同軸線路および出力端の同軸線路のそれぞれの内導体１３ａ、１３ｂが通過特性の阻止帯域における同軸線路の高次モードの略１／４波長の長さでオーバーサイズ円形導波管１２ａ、１２ｂ内に延伸した構造を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナを回転制御する際に用いられるロータリージョイントに関する。

アンテナ装置の回転部分には、通常、ロータリージョイントが用いられる。回転による特性劣化を生じさせないために、従来のロータリージョイントでは、伝送波にはＴＥＭモード、ＴＥ０１モード、ＴＭ０１モード等の回転対称なモード、あるいは円偏波発生器を用いて変換された円偏波の電波が用いられる（例えば、特許文献１、２参照）。

特公昭５６−５１５２２号公報 実開平１−５１３０２号公報

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。近年の電波法の改正等により、アンテナ装置の不要放射抑圧に対する要求が大きくなっている。従来のロータリージョイントでは、ロータリージョイント内部にフィルタ機能を付与することが困難であるため、このような要求に対応するためには、ロータリージョイントとは別に、フィルタを設ける必要がある。そのため、部品点数の増加によるコストの増加、構造の肥大化等の問題がある。

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、アンテナ装置の不要波を抑圧する必要がある場合に、フィルタの設置を不要とすることのできる、あるいはフィルタを併用するときでも構成の簡単な小型なフィルタで済ますことのできるロータリージョイントを得ることを目的とする。

本発明に係るロータリージョイントは、内部に回転機構を有するオーバーサイズ円形導波管と、入出力端を構成する同軸線路とを備えたロータリージョイントにおいて、同軸線路は、オーバーサイズ円形導波管を介して入力端の同軸線路と出力端の同軸線路とが対向配置され、入力端の同軸線路および出力端の同軸線路のそれぞれの内導体が通過特性の阻止帯域における同軸線路の高次モードの略１／４波長の長さでオーバーサイズ円形導波管内に延伸した構造を有するものである。

本発明によれば、同軸線路に備えられた内導体を、通過特性の阻止帯域における同軸線路の高次モードの略１／４波長の長さで導波管内に延伸させて帯域阻止フィルタの機能を持たせることにより、アンテナ装置の不要波を抑圧する必要がある場合に、フィルタの設置を不要とすることのできる、あるいはフィルタを併用するときでも構成の簡単な小型なフィルタで済ますことのできるロータリージョイントを得ることができる。

以下、本発明のロータリージョイントの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるロータリージョイントの断面図である。図１のロータリージョイントは、入出力端子である同軸線路１１ａ、１１ｂ、オーバーサイズ円形導波管１２ａ、１２ｂ、プローブ１３ａ、１３ｂ、および接続部１４で構成される。さらに、接続部１４は、チョーク溝１４ａおよびベアリング１４ｂを有している。このような構成のロータリージョイントは、接続部１４を介して回転可能である。

ここで、同軸線路１１ａ、１１ｂの内導体であるプローブ１３ａ、１３ｂのそれぞれは、図１に示すように、同軸線路１１ａ、１１ｂからオーバーサイズ円形導波管１２ａ、１２ｂ内部に延伸した構成を有している。さらに、このプローブ１３ａ、１３ｂの長さは、所望の阻止帯域における同軸線路ＴＭ０１モードの略１／４波長となっている。

次に、動作原理について示す。阻止帯域においては、入力端子である同軸線路１１ａにＴＥＭモードで入射された電波は、プローブ１３ａの先端において、ＴＥＭモードの一部が同軸線路ＴＭ０１モードに結合する。

ＴＭ０１モード同軸線路から入力端子側を見た場合に、同軸線路ＴＭ０１モードにおいて、入力端子である同軸線路１３ａは、カットオフとなるため、その先端の殆どは、外導体により電気的に短絡されている状態とみなせる。このことから、オーバーサイズ円形導波管１２ａ、１２ｂ内部に延伸した同軸線路１３ａ、１３ｂの部分において、ＴＭ０１モードからなる直列の１／４波長先端短絡スタブが形成されることとなる。その結果、この直列の１／４波長先端短絡スタブの反共振により帯域阻止特性が生じ、ロータリージョイントを帯域阻止フィルタとして動作させることができる。

一方、通過帯域において、入力端子である同軸線路１１ａにＴＥＭモードで入射された電波は、プローブ１３ａの先端において円形導波管ＴＭ０１モードに結合し、オーバーサイズ円形導波管１２ａ、１２ｂを伝搬する。さらに、オーバーサイズ円形導波管１２ｂに伝搬した電波は、プローブ１３ｂの先端において、再びＴＥＭモードと結合し、出力端である同軸線路１１ｂにＴＥＭモードとなって出力される。ここで、円形導波管ＴＭ０１モードは、軸対称なモードであり、接続部１４における回転による通過特性の劣化がないため、ロータリージョイントとして動作する。

この効果を、有限要素法を用いた数値計算例により示す。図２は、本発明の実施の形態１におけるロータリージョイントの反射特性および通過特性の周波数との関係を示す図である。実線が通過特性（Ｓ２１）を示し、点線が反射特性（Ｓ１１）を示している。図２より、プローブの長さが同軸線路のＴＭ０１モードのおよそ１／４波長となる周波数ｆｃ付近において、帯域阻止特性が見られる。これより、図１の構成を有するロータリージョイントが、帯域阻止フィルタとして動作していることがわかる。

以上のように、実施の形態１によれば、同軸線路に備えられた内導体を、通過特性の阻止帯域における同軸線路の高次モードの略１／４波長の長さで導波管内に延伸させることにより、回転機能を有した状態でロータリージョイントを帯域阻止フィルタとして動作させることができる。これにより、アンテナ装置の不要波を抑圧する必要がある場合にも、フィルタの設置が不要となり、部品点数の削減による低コスト化、小型化を可能とするロータリージョイントが実現できる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２におけるロータリージョイントの断面図である。図３のロータリージョイントは、入出力端子である同軸線路２１ａ、２１ｂ、オーバーサイズ円形導波管２２ａ、２２ｂ、プローブ２３ａ、２３ｂ、および接続部２４で構成される。さらに、接続部２４は、チョーク溝２４ａおよびベアリング２４ｂを有している。このような構成のロータリージョイントは、接続部２４を介して回転可能である。

ここで、同軸線路２１ａ、２１ｂの内導体であるプローブ２３ａ、２３ｂのそれぞれは、図３に示すように、同軸線路２１ａ、２１ｂからオーバーサイズ円形導波管２２ａ、２２ｂ内部に延伸した構成を有している。さらに、このプローブ２３ａ、２３ｂの長さは、所望の阻止帯域における同軸線路ＴＭ０１モードの略１／４波長となっている。

また、本実施の形態２におけるロータリージョイントは、図３に示すように、同軸線路２１ａ、２１ｂとオーバーサイズ円形導波管２２ａ、２２ｂとの不連続面にステップ２５ａ、２５ｂをさらに設けたことを特徴としている。

本実施の形態２におけるロータリージョイントは、ステップ２５ａ、２５ｂを有している点を除けば、実施の形態１におけるロータリージョイントと同様の構造を有しており、実施の形態１と同様に帯域阻止フィルタとして動作する。

さらに、本実施の形態２におけるロータリージョイントは、ステップ２５ａ、２５ｂを有することにより、同軸線路２１ａ、２１ｂとオーバーサイズ円形導波管２２ａ、２２ｂとの接続面において、インピーダンスの変化量を小さくすることができ、帯域阻止フィルタの反射特性を改善することができる。

以上のように、実施の形態２によれば、入出力同軸線路とオーバーサイズ円形導波管の接続面（不連続面）にステップ形状を設けることにより、回転機能を有した状態でロータリージョイントを帯域阻止フィルタとして動作させることができるとともに、帯域阻止フィルタの反射特性を改善することが可能となる。これにより、アンテナ装置の不要波を抑圧する必要がある場合にも、フィルタの設置が不要となり、部品点数の削減による低コスト化、小型化を可能とするロータリージョイントが実現できる。

なお、上述の説明においては、入出力同軸線路とオーバーサイズ円形導波管の接続する不連続面にステップ形状を設ける場合について示したが、テーパ形状にすることによっても、インピーダンスの変化量を小さくすることができ、このような形状によっても反射特性の改善が可能となる。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３におけるロータリージョイントの断面図である。図４のロータリージョイントは、入出力端子である同軸線路３１ａ、３１ｂ、オーバーサイズ円形導波管３２、プローブ３３ａ、３３ｂ、および接続部３４で構成される。さらに、接続部３４は、チョーク溝３４ａおよびベアリング３４ｂを有している。このような構成のロータリージョイントは、接続部３４を介して回転可能である。

ここで、同軸線路３１ａ、３１ｂの内導体であるプローブ３３ａ、３３ｂのそれぞれは、図４に示すように、同軸線路３１ａ、３１ｂからオーバーサイズ円形導波管３２内部に延伸した構成を有している。さらに、このプローブ３３ａ、３３ｂの長さは、所望の阻止帯域における同軸線路ＴＭ０１モードの略１／４波長となっている。

また、本実施の形態３におけるロータリージョイントは、所望の周波数における略１／４波長の長さの溝３５が、オーバーサイズ円形導波管３２の管壁に少なくとも１つ以上設けられたことを特徴としている。

実施の形態３に示すロータリージョイントは、基本的には実施の形態１におけるロータリージョイントと同様の構造を有しており、実施の形態１と同様に帯域阻止フィルタとして動作する。

さらに、本実施の形態３におけるロータリージョイントは、オーバーサイズ円形導波管３２の管壁に溝３５を有することにより、例えば、この溝３５の深さを、所望の帯域における１／４波長にした場合には、溝３５の入り口付近では、擬似的に磁気壁に見えるため、その帯域において阻止帯域として働くこととなる。これにより、阻止帯域を増やすことが可能となる。

以上のように、実施の形態３によれば、オーバーサイズ円形導波管の管壁に溝を設けることにより、回転機能を有した状態でロータリージョイントを帯域阻止フィルタとして動作させることができるとともに、実施の形態１におけるロータリージョイントと比べて、阻止帯域を増やすことがでる。これにより、複数の周波数帯の不要波を抑圧する必要がある場合等に、さらなる部品点数の削減およびコスト低減を可能とするロータリージョイントが実現できる。

実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４におけるロータリージョイントの断面図である。図５のロータリージョイントは、入出力端子である同軸線路４１ａ、４１ｂ、オーバーサイズ円形導波管４２、プローブ４３ａ、４３ｂ、および接続部４４で構成される。さらに、接続部４４は、チョーク溝４４ａおよびベアリング４４ｂを有している。このような構成のロータリージョイントは、接続部４４を介して回転可能である。

ここで、同軸線路４１ａ、４１ｂの内導体であるプローブ４３ａ、４３ｂのそれぞれは、図５に示すように、同軸線路４１ａ、４１ｂからオーバーサイズ円形導波管４２内部に延伸した構成を有している。さらに、このプローブ４３ａ、４３ｂの長さは、所望の阻止帯域における同軸線路ＴＭ０１モードの略１／４波長となっている。

また、本実施の形態４におけるロータリージョイントは、オーバーサイズ円形導波管４２に、オーバーサイズ円形導波管４２の内側に向かって円周上に突起４５が少なくとも１つ以上設けられたことを特徴としている。

実施の形態４に示すロータリージョイントは、基本的には実施の形態１におけるロータリージョイントと同様の構造を有しており、実施の形態１と同様に帯域阻止フィルタとして動作する。

さらに、本実施の形態４におけるロータリージョイントは、オーバーサイズ円形導波管３２内部に飛び出す突起４５を有しており、この突起は、コルゲート構造となっている。従って、導波管における所望のコルゲート構造は、低域通過形等のフィルタ特性を有することとなる。

以上のように、実施の形態４によれば、オーバーサイズ円形導波管内部に突起を設けることにより、回転機能を有した状態でロータリージョイントを帯域阻止フィルタとして動作させることができるとともに、実施の形態１におけるロータリージョイントと比べて、阻止帯域を増やすことがでる。これにより、複数の周波数帯の不要波を抑圧する必要がある場合等に、さらなる部品点数の削減およびコスト低減を可能とするロータリージョイントが実現できる。

実施の形態５．
図６は、本発明の実施の形態５におけるロータリージョイントの断面図である。図６のロータリージョイントは、入出力端子である同軸線路５１ａ、５１ｂ、オーバーサイズ円形導波管５２、プローブ５３ａ、５３ｂ、および接続部５４で構成される。さらに、接続部５４は、チョーク溝５４ａおよびベアリング５４ｂを有している。このような構成のロータリージョイントは、接続部５４を介して回転可能である。

ここで、同軸線路５１ａ、５１ｂの内導体であるプローブ５３ａ、５３ｂのそれぞれは、図６に示すように、同軸線路５１ａ、５１ｂからオーバーサイズ円形導波管５２内部に延伸した構成を有している。さらに、このプローブ５３ａ、５３ｂの長さは、所望の阻止帯域における同軸線路ＴＭ０１モードの略１／４波長となっている。

また、本実施の形態５におけるロータリージョイントは、図６に示すように、プローブ５３ａ、５３ｂの太さが、オーバーサイズ円形導波管５２内の先端に向かうほど細くなっていることを特徴としている。

実施の形態５に示すロータリージョイントは、基本的には実施の形態１におけるロータリージョイントと同様の構造を有しており、実施の形態１と同様に帯域阻止フィルタとして動作する。

さらに、本実施の形態５におけるロータリージョイントは、入出力同軸線路５１ａ、５１ｂから延伸されたプローブ５３ａ、５３ｂが先端に向かうほど細くなっているため、同軸線路ＴＭ０１モードのインピーダンスが高くなる。従って，阻止特性の要因となる同軸線路ＴＭ０１モードへのＴＥＭモードからの結合が大きくなり，阻止帯域の広帯域化が実現できる。

この効果を、有限要素法を用いた数値計算例により示す。図７は、本発明の実施の形態５におけるプローブ形状の違いによる通過特性の比較を示した図である。プローブ５３ａ、５３ｂを、図６に示すように、テーパ状に細くしたロータリージョイントの通過特性が実線で示されている。また、プローブ５３ａ、５３ｂを、図１に示すように、直線状に延伸したロータリージョイントの通過特性が破線で示されている。

これら２つの通過特性を比較すると、プローブ５３ａ、５３ｂをテーパ状に細くすることにより、プローブ５３ａ、５３ｂの長さが同軸線路のＴＭ０１モードの略１／４波長となる周波数ｆｃ付近における阻止帯域が広がっていることがわかる。

以上のように、実施の形態５によれば、プローブ形状をテーパ状に細くすることにより、回転機能を有した状態でロータリージョイントを帯域阻止フィルタとして動作させることができるとともに、帯域阻止フィルタの阻止帯域の広帯域化が可能となる。これにより、アンテナ装置の不要波を抑圧する必要がある場合にも、フィルタの設置が不要となり、あるいはフィルタを併用するときでも構成の簡単な小型なフィルタで済ますことのでき、部品点数の削減による低コスト化、小型化を可能とするロータリージョイントが実現できる。

なお，上述の説明においては、プローブ５３ａ、５３ｂの形状をテーパ状に細くした場合の効果について示したが，階段状に細くした場合にも同様の効果が得られる。

本発明の実施の形態１におけるロータリージョイントの断面図である。 本発明の実施の形態１におけるロータリージョイントの反射特性および通過特性の周波数との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２におけるロータリージョイントの断面図である。 本発明の実施の形態３におけるロータリージョイントの断面図である。 本発明の実施の形態４におけるロータリージョイントの断面図である。 本発明の実施の形態５におけるロータリージョイントの断面図である。 本発明の実施の形態５におけるプローブ形状の違いによる通過特性の比較を示した図である。

符号の説明

１１ａ、２１ａ、３１ａ、４１ａ、５１ａ 入力同軸線路、１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ、４１ｂ、５１ｂ 出力同軸線路、１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ、３２、４２、５２ オーバーサイズ円形導波管、１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂ、４３ａ、４３ｂ、５３ａ、５３ｂ プローブ（内導体）、１４、２４、３４、４４、５４ 接続部、１４ａ、２４ａ、３４ａ、４４ａ、５４ａ チョーク溝、１４ｂ、２４ｂ、３４ｂ、４４ｂ、５４ｂ ベアリング、２５ａ、２５ｂ ステップ、３５ 溝、４５ 突起。

Claims (5)

1. 内部に回転機構を有するオーバーサイズ円形導波管と、
   入出力端を構成する同軸線路と
   を備えたロータリージョイントにおいて、
   前記同軸線路は、前記オーバーサイズ円形導波管を介して入力端の同軸線路と出力端の同軸線路とが対向配置され、前記入力端の同軸線路および前記出力端の同軸線路のそれぞれの内導体が通過特性の阻止帯域における同軸線路の高次モードの略１／４波長の長さで前記オーバーサイズ円形導波管内に延伸した構造を有する
   ことを特徴とするロータリージョイント。
2. 請求項１に記載のロータリージョイントにおいて、
   前記オーバーサイズ円形導波管および前記同軸線路は、前記オーバーサイズ円形導波管と前記同軸線路との不連続面においてステップ形状またはテーパ形状を有することを特徴とするロータリージョイント。
3. 請求項１または２に記載のロータリージョイントにおいて、
   前記オーバーサイズ円形導波管は、内部管壁に少なくとも１つの円周状の溝を有することを特徴とするロータリージョイント。
4. 請求項１または２に記載のロータリージョイントにおいて、
   前記オーバーサイズ円形導波管は、内部管壁に少なくとも１つの円周状の突起を有することを特徴とするロータリージョイント。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロータリージョイントにおいて、
   前記同軸線路は、前記オーバーサイズ円形導波管に延伸された前記同軸線路の内導体の形状をテーパ状または階段状にしたことを特徴とするロータリージョイント。

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