JP3708279B2 - マイクロ波送受信部ロータリージョイント - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロ波送受信部を備えた装置、特にパルスレーダ等に用いられるマイクロ波機器の一種であって、固定された送受信部と回転するアンテナ部とを接続するためのマイクロ波送受信部ロータリージョイントの構造に関するものである。従来よりのマイクロ波送受信部ロータリージョイントにおいては、アンテナ部を回転させるためのモータは複数の歯車を経由して回転機構の中の回転体に接続されていた。そのためマイクロ波送受信部ロータリージョイント全体の軽量小型化が進まなかった。これに対して本発明のマイクロ波送受信部ロータリージョイントにおいては、アンテナ部を回転させるためのモータは回転機構の中の回転体に接続された誘電体に直接接続されている。歯車を使用せず、且つ誘電体に直接モータを接続させたためにマイクロ波送受信部ロータリージョイント全体の軽量小型化が進み、且つコストダウンも進んだ。即ち本発明はマイクロ波送受信部ロータリージョイントの軽量小型化とコストダウンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりのマイクロ波送受信部ロータリージョイントについて、ここでは代表的な構造を図３〜図４の断面図に示し、その従来技術について概略を以下に述べる。まず、図３のマイクロ波送受信部ロータリージョイントは固定導波管１を持ち、この固定導波管１は一端はマイクロ波の供給源であるマグネトロンに接続しており、他端はマイクロ波の送受信切り換えのためのリミッタに接続している。固定導波管１にはマイクロ波と結合し、伝送するためのプローブ２が回転体導波管３より固定導波管１の管内の磁界面に略垂直に電界結合されている。プローブ２は回転体導波管３にループ結合されている。回転体導波管３はアンテナ部とマイクロ波を伝送するためのものであって、回転体４により保持されプローブ２とともに回転する。回転体４は軸受部５により保持され、固定導波管１とはマイクロ波漏洩防止用のチョーク構造でもって非接触が保持されるようになっている。そして回転体４は２枚の歯車６と歯車７を経由してモータ８に接続している。回転体４、軸受部５、歯車６と歯車７、モータ８により回転機構９を形成し、回転体導波管３に接続しているアンテナ部を回転させている。今、この状態でマグネトロンよりマイクロ波が出力されると、プローブ２は固定されている固定導波管１の中のマイクロ波と結合し、回転している回転体導波管３にマイクロ波を伝送する。そしてさらに回転しているアンテナ部へとマイクロ波は伝送され、全方位に向けて放射される。即ちこれによりパルスレーダの固定された送受信部と回転するアンテナ部とはスムーズに接続されるのである。
【０００３】
次に図４のマイクロ波送受信部ロータリージョイントは固定導波管１を持ち、この固定導波管１はマイクロ波の送受信切り換えのためのデュプレクサに接続している。回転体導波管３にはマイクロ波と結合して、伝送するためのプローブ２が固定導波管３より回転体導波管３の管内の磁界面に略垂直に電界結合されている。プローブ２は固定導波管１にループ結合されている。回転体導波管３はアンテナ部とマイクロ波を伝送するためのものであって、回転体４により回転する。しかしプローブ２は固定導波管１に保持されているため回転しない。回転体４は軸受部５により保持され、固定導波管１とはマイクロ波漏洩防止用のチョーク構造でもって非接触が保持されるようになっている。そして回転体４は２枚の歯車６と歯車７を経由してモータ８に接続している。回転体４、軸受部５、歯車６と歯車７、モータ８により回転機構９を形成し、回転体導波管３に接続しているアンテナ部を回転させている。今、この状態でデュプレクサを経由して接続されているマグネトロンよりマイクロ波が出力されると、プローブ２は固定されている固定導波管１の中のマイクロ波と結合し、回転している回転体導波管３にマイクロ波を伝送する。そしてさらに回転しているアンテナ部へとマイクロ波は伝送され、全方位に向けて放射される。これで図３と同様に、即ちこれによりパルスレーダの固定された送受信部と回転するアンテナ部とはスムーズに接続されるのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記の説明による従来よりのマイクロ波送受信部ロータリージョイントには次の様な問題点があった。即ちアンテナ部をモータ８により間接的に回転させるために２枚の歯車６と歯車７が必要となり、この部分の軽量小型化が困難であった。更にその歯車６を設置するために回転体４も形状を制約され、この部分も又、軽量小型化が困難であった。結果として、マイクロ波送受信部ロータリージョイントの軽量小型化の開発の進捗を阻害しており、更にはパルスレーダ全体の軽量小型化の開発の進捗をも阻害していた。そこで本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、歯車を使用しないでアンテナ部をモータ８により直接に回転させると言う構造の簡易な、そして軽量小型なマイクロ波送受信部ロータリージョイントを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明では上記の課題を以下に示す第一〜第二の手段により解決した。まず第一に、マイクロ波送受信部を備えた装置の固定された送受信部と回転するアンテナ部とを接続するための、固定された固定導波管１と該アンテナ部を回転させるための回転機構９とよりなるマイクロ波送受信部ロータリージョイントにおいて、上記回転機構９の中の回転体４の中心にある回転軸である細長い略丸棒形状の誘電体１０を上記固定導波管１の管内の磁界面に略垂直に貫通させ、該誘電体１０の一端側の中心部には上記送受信部より上記アンテナ部へマイクロ波を伝送するための細長い略丸棒形状のプローブ２を同軸形状に設置し、該プローブ２は上記アンテナ部の同軸伝送線路の中心導体の一部をなし、且つ上記固定導波管１を貫通させた上記誘電体１０の他端側には上記アンテナ部と上記回転機構９の中の回転体４とを回転させるためのモータ８が直接接続され、上記誘電体を回転軸として上記アンテナ部と上記誘電体とが回転することを特徴とするものである。
【０００６】
第二に、プローブ２が設置された側の上記誘電体１０の外径と、それに対応する上記回転機構９の中の回転体４とに、管内波長（λ）に対し有効長（λ／４＋ｎλ／２、ｎ＝０、１、２、…）の長さのねじ部１１を設置し、それにより該誘電体１０が固定されたことを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に図１〜図２により上記の第一〜第二の各手段による本発明の実施形態を示す。図１は本発明の実施例の断面図であり、構造の概略は次のようになっている。まず、図１のマイクロ波送受信部ロータリージョイントは固定導波管１を持ち、この固定導波管１は一端はマイクロ波の供給源であるマグネトロンに接続しており、他端はマイクロ波の送受信切り換えのためのリミッタに接続している。固定導波管１には細長い略丸棒形状の誘電体１０が回転体４より固定導波管１の管内の磁界面に略垂直に、且つ固定導波管１を貫通するように設置されている。そして、この誘電体１０の一端はアンテナ部へと接続している。更に、その一端側の中心部には送受信部とアンテナ部とでマイクロ波を伝送するための細長い略丸棒形状のプローブ２が誘電体１０と同軸形状に、且つ固定導波管１の管内の磁界面に略垂直に設置されている。このプローブ２の一端はアンテナ部の同軸伝送線路の中心導体の一部をなしており、且つ他端は固定導波管１の中で電界結合されている。一方、誘電体１０の他端はモータ８に接続しており、アンテナ部と回転機構９の中の回転体４とプローブ２を回転させている。そして誘電体１０は、固定導波管１を外側から挟むように設置された軸受部５により保持され、固定導波管１とはチョーク用ボス１２により形成されたマイクロ波漏洩防止用のチョーク構造でもって非接触が保持されるようになっている。回転体４、軸受部５、モータ８、チョーク用ボス１２により回転機構９を形成し、回転体４に接続しているアンテナ部を回転させている。今、この状態でマグネトロンよりマイクロ波が出力されると、プローブ２は固定されている固定導波管１の中のマイクロ波と結合し、回転しているアンテナ部へとマイクロ波は伝送され、全方位に向けて放射される。即ちこれによりパルスレーダの固定された送受信部と回転するアンテナ部とはスムーズに接続されるのである。
【０００８】
なお軸受部５を貫通する誘電体１０からのマイクロ波漏洩防止のために、誘電体１０の直径（ａ）と固定導波管１からの貫通長（Ｌ）は下記の式により設定されている。今、
λ：管内波長
ε：誘電体１０の誘電率
とする。
【０００９】
【数１】

【００１０】
上記の数１の（１）は同軸線路内をマイクロ波が基本モードで伝送することから導き出された数式である。又、数１の（２）は誘電体１０の貫通部分からのマイクロ波漏洩を、３０ｄＢ以上減衰させる必要があることから導き出された数式である。ちなみに誘電体１０の直径（ａ）は従来よりのマイクロ波送受信部ロータリージョイントの回転体４の直径と比較して、略（１／√ε）だけ小さくできる。
【００１１】
更に誘電体１０は回転体４のねじ部１１において、管内波長（λ）に対し有効長（λ／４＋ｎλ／２、ｎ＝０、１、２、…）の長さでねじ止めで固定されている。これは誘電体１０とアンテナ部との整合を取るための（λ／４）変成器を構成するためである。今、誘電体１０のインピーダンスをＺ0 、アンテナ部のインピーダンスをＺ1 とすると、（λ／４）変成器のインピーダンスのＺ2 は、
Ｚ2 ＝√（Ｚ0 ×Ｚ1 ）………（３）
となる。そして上記の式（３）は管内波長（λ）に対し有効長（λ／４＋ｎλ／２、ｎ＝０、１、２、…）の時のみ成立する。
【００１２】
図２はねじ部１１の拡大断面図であり、各部の寸法は以下のようにしてきめられている。誘電体１０は同軸部であると同時にアンテナ部を回転させるための回転軸でもあるために、誘電体１０には一定強度の軸強度が求められ、そのためインピーダンス（Ｚ0 ）は５０（Ω）以上に設定されている。これに対してアンテナ部のインピーダンス（Ｚ1 ）は一般的に５０（Ω）に設定されている。そのために、その変換部分であるねじ部１１には（λ／４）変成器を設置する必要がある。そして（λ／４）変成器のインピーダンス（Ｚ2 ）は式（３）によって表されるのであるから、今、
ｂ：ねじ部１１の有効径
ｃ：プローブ２の外径
とすると、
√（Ｚ0 ×Ｚ1 ）＝Ｚ2 ＝（１３８／√ε）ｌｏｇ（ｂ／ｃ）………（４）
と表される。式（４）より（ｂ／ｃ）の比率を設定できる。この（λ／４）変成器はフィルタ特性をも有するためマイクロ波の中の不要な高調波成分の抑制にも効果的である。
【００１３】
又、誘電体１０の材質として本実施例においては外形寸法：φ６ｍｍのポリプロピレンを用いたが、軸強度が十分に得られ、且つマイクロ波伝送線路として使用可能な誘電体あれば良い。
例１．テフロン
例２．ポリエチレン系樹脂
例３．ポリ４−メチルペンテン樹脂
いづれも従来よりマグネトロンを初めとするマイクロ波機器の各種部品に使用されてきている。使用形態は上記の実施例と同様である。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、アンテナ部を回転させるモータ８を回転体４の代わりに誘電体１０に直結させたために歯車６と歯車７が不要となった。更に、回転体４の外形寸法と比較して誘電体１０の外形寸法は小さくできるために、軸受部５も小さくできた。これによりマイクロ波送受信部ロータリージョイント全体の大きさを抑制することができるようになったため、軽量小型化が進み、且つコストダウンも進んだ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるところのマイクロ波送受信部ロータリージョイントの断面図。
【図２】図１のねじ部の拡大断面図。
【図３】従来よりのマイクロ波送受信部ロータリージョイントの断面図。
【図４】もう一つの従来よりのマイクロ波送受信部ロータリージョイントの断面図。
【符号の説明】
１……固定導波管
２……プローブ
３……回転体導波管
４……回転体
５……軸受部
６……歯車
７……歯車
８……モータ
９……回転機構
１０……誘電体
１１……ねじ部
１２……チョーク用ボス

Claims (2)

1. マイクロ波送受信部を備えた装置の固定された送受信部と回転するアンテナ部とを接続するための、固定された固定導波管と該アンテナ部を回転させるための回転機構とよりなるマイクロ波送受信部ロータリージョイントにおいて、上記回転機構の中の回転体の中心にある回転軸である細長い略丸棒形状の誘電体を上記固定導波管の管内の磁界面に略垂直に貫通させ、該誘電体の一端側の中心部には上記送受信部より上記アンテナ部へマイクロ波を伝送するための細長い略丸棒形状のプローブを同軸形状に設置し、該プローブは上記アンテナ部の同軸伝送線路の中心導体の一部をなし、且つ上記固定導波管を貫通させた上記誘電体の他端側には上記アンテナ部と上記回転機構の中の回転体とを回転させるためのモータが直接接続され、上記誘電体を回転軸として上記アンテナ部と上記誘電体とが回転することを特徴とするマイクロ波送受信部ロータリージョイント。
2. マイクロ波送受信部を備えた装置の固定された送受信部と回転するアンテナ部とを接続するための、固定された固定導波管と該アンテナ部を回転させるための回転機構とよりなるマイクロ波送受信部ロータリージョイントにおいて、上記回転機構の中の回転体の中心にある回転軸である細長い略丸棒形状の誘電体を上記固定導波管の管内の磁界面に略垂直に貫通させ、該誘電体の一端側の中心部には上記送受信部より上記アンテナ部へマイクロ波を伝送するための細長い略丸棒形状のプローブを同軸形状に設置し、該プローブは上記アンテナ部の同軸伝送線路の中心導体の一部をなし、且つ上記誘電体の他端側には上記アンテナ部と上記回転機構の中の回転体とを回転させるためのモータが設置され、上記プローブが設置された側の上記誘電体の外径と、それに対応する上記回転機構の中の回転体とに、管内波長（λ）に対し有効長（λ／４＋ｎλ／２、ｎ＝０、１、２、…）の長さのねじ部を設置し、それにより上記誘電体が固定されたことを特徴とするマイクロ波送受信部ロータリージョイント。

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