JP4103917B2 - 導波管変換装置、導波管ロータリージョイント及びアンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば高周波信号用の方形導波管と円形導波管とを接続するのに好適に用いられる導波管変換装置、導波管ロータリージョイント及びアンテナ装置に関する。

一般に、導波管変換装置としては、四角形の横断面形状を有する方形導波管と、円形の断面形状を有する円形導波管とを接続する構成としたアンテナ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−２３５６０３号公報

この種の従来技術によるアンテナ装置は、例えば円形導波管の一端側に放射器となる円錐状の開口部が設けられ、円形導波管の他端側には、この導波管と垂直方向に延びる方形導波管が接続されている。そして、円形導波管の開口部で無線信号が受信されると、この信号の電磁波は、円形導波管から方形導波管に伝送され、方形導波管に接続された周辺回路等に出力される。

この場合、従来技術では、例えばＴＭ_０１モード等の伝送モードで円形導波管内を伝わる電磁波を、方形導波管との接続部位で他の伝送モード（ＴＥ_０１モード等）に変換し、これを方形導波管内で伝送する構成としている。

ところで、上述した従来技術では、円形導波管内を伝わるＴＭ_０１モード等の電磁波が、方形導波管との接続部位でＴＥ_０１モード等に変換され、方形導波管内を伝播する構成となっている。

しかし、この場合には、変換先の導波管内で所望の伝送モードが励起されるだけでなく、他の不要な伝送モードも一緒に励起されることが多い。このため、従来技術では、方形導波管と円形導波管との間で高周波信号を伝送するときに、不要な伝送モードによって余分な共振が生じ、信号の損失が増大して伝送効率が低下したり、信号特性の劣化を招くという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、方形導波管と円形導波管との接続部位において、不要な伝送モードの発生を抑えることができ、所望の伝送モードで信号を安定的に伝送できると共に、伝送時の効率や信号特性を向上できるようにした導波管変換装置、導波管ロータリージョイント及びアンテナ装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために請求項１の発明は、四角形の横断面形状をもって一定の長さ方向に延びＴＥ_１０モードの高周波信号を伝送する方形導波管と、円形の横断面形状をもって形成され該方形導波管のＨ面に垂直に接続されると共にＴＭ_０１モードの高周波信号を伝送する円形導波管とを備えてなる導波管変換装置において、前記方形導波管と円形導波管との間で高周波信号を伝送するときに前記円形導波管に不要な伝送モードが励起されるのを抑制するために、前記方形導波管の管壁と円形導波管の管壁とにわたって延びる不要波抑制溝を設けたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、方形導波管と円形導波管との間で伝送モードの変換を行うモード変換部には、リアクタンス素子として機能する不要波抑制溝を設ける構成としたので、方形導波管と円形導波管との間で高周波信号を伝送するときには、円形導波管の所望のＴＭ_０１モードと一緒に他の不要な伝送モード（例えば、ＴＥ_１１モード）が励起されたとしても、この不要な伝送モードを不要波抑制溝によって選択的に抑えることができ、必要な伝送モードだけを安定的に伝送することができる。

従って、例えば不要波抑制溝の寸法、形状、配置等を予め適切に設定しておくことにより、変換先の円形導波管内で不要な伝送モードによって共振が生じるのを防止することができる。この結果、信号の変換損失を低減できると共に、伝送効率や信号特性を向上させることができる。また、不要波抑制溝を方形導波管と円形導波管との両方にわたって配設するから、不要な伝送モードに対して高い抑制効果を得ることができる。

なお、モード変換部は、方形導波管と円形導波管とが交差して伝送モードが変換される範囲の部位を示している。このため、モード変換部は、方形導波管と円形導波管との接続部位に加えて、伝送モードが変換される部位として例えば接続部位から各導波管の軸方向（信号の伝送方向）に延長した部位等も含むものである。

請求項２の発明では、四角形の横断面形状をもって一定の長さ方向に延びＴＥ _１０ モードの高周波信号を伝送する方形導波管と、円形の横断面形状をもって形成され該方形導波管のＨ面に垂直に接続されると共にＴＭ _０１ モードの高周波信号を伝送する円形導波管とを備えてなる導波管変換装置において、前記方形導波管と円形導波管との接続部位には、該各導波管の間で高周波信号を伝送するときに前記円形導波管に不要な伝送モードが励起されるのを抑制する不要波抑制溝と、該各導波管を接続するときに前記不要波抑制溝の一部に挿嵌され前記方形導波管と円形導波管とを位置合わせする位置合わせ部とを設けたことを特徴としている。

これにより、方形導波管と円形導波管とを接続するときには、例えば方形導波管に設けた不要波抑制溝の一部に対して、円形導波管に設けた位置合わせ部を挿嵌することにより、これらの導波管を正確に位置合わせして接続することができる。従って、不要波抑制溝の一部を利用して高い寸法精度の導波管変換装置を容易に形成でき、不要な伝送モードに対する抑制効果をより高めることができる。また、例えば方形導波管に位置合わせ部を設け、円形導波管に不要波抑制溝を設ける構成とした場合や、位置合わせ部を別部品により形成して方形導波管と円形導波管の両方に挿嵌する構成とした場合にも、上述と同様に高い寸法精度の導波管変換装置を容易に形成できる等の作用効果を得ることができる。

請求項３の発明では、前記不要波抑制溝は、前記不要な伝送モードとなる前記円形導波管のＴＥ_１１モードの電界成分と直交する方向に前記高周波信号の１波長の１／２以上の長さをもって延びる構成としている。

このように構成したことにより、不要波抑制溝を不要なＴＥ_１１モードの電界成分と直交する方向に延ばして形成し、その長さを高周波信号の１波長の１／２以上に設定したから、例えば変換元の方形導波管内を伝わる電磁波のＴＥ_１０モードに対して、変換先の円形導波管内で必要なＴＭ_０１モードのみが整合し、不要なＴＥ_１１モードが不整合となるような伝送状態を実現することができ、不要な伝送モードに対して高い抑制効果を得ることができる。

請求項４の発明のように、本発明による導波管変換装置を２個備え、該各導波管変換装置の円形導波管を同軸上に配置して回転可能に接続することによって導波管ロータリージョイントを構成してもよい。

この場合、導波管ロータリージョイントは、２個の導波管変換装置を回転可能に接続する構成としたので、各導波管変換装置の円形導波管を同軸上に配置して回転可能に接続でき、これらの円形導波管は不要波抑制溝によって個々の方形導波管との間で信号の伝送モードを良好に変換することができる。このとき、円形導波管内を伝播するＴＭ_０１モードは、その電界成分が円形導波管の軸線（回転中心）に対して対称となっているので、２個の円形導波管が軸線を中心として相対回転したとしても、これらの間でＴＭ_０１モードを安定的に伝送することができる。従って、各導波管変換装置の方形導波管は互いに相対回転しつつ、両者間で高周波信号を円滑に伝送でき、信号の伝送損失が少なく、汎用性の高い回転型の導波管ジョイントを実現することができる。

請求項５の発明のように、本発明による導波管変換装置を２個備え、該各導波管変換装置の円形導波管を同軸上に配置して回転可能に接続すると共にいずれか一方の導波管変換装置に無線通信用の放射器を設けることによってアンテナ装置を構成してもよいものである。

これにより、アンテナ装置は、２個の導波管変換装置を回転可能に接続し、例えば一方の導波管変換装置の放射器を他方の導波管変換装置の方形導波管に対して回転させることができ、この状態で一方の放射器と他方の方形導波管とを円形導波管、不要波抑制溝等によって安定的に接続することができる。従って、例えば放射器の指向性を回転方向に変化させつつ、他方の装置の方形導波管により無線の送信，受信を円滑に行うことができ、信号の伝送損失が少なく、汎用性の高い回転型のアンテナ装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態による導波管変換装置、導波管ロータリージョイント及びアンテナ装置を、添付図面を参照して詳細に説明する。

まず、図１ないし図３は第１の実施の形態を示し、図中、１は導波管変換装置で、該導波管変換装置１は、後述の方形導波管２、円形導波管４、不要波抑制溝５等により構成され、例えばマイクロ波、ミリ波等の高周波信号を伝送するものである。

２は例えば四角形状の金属管等により形成され、ＴＥ_１０モードの高周波信号を伝送する方形導波管で、該方形導波管２は、互いに直交するＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸のうち、例えばＸ軸方向に沿って直線状に延び、その横断面形状はＹ軸方向に細長い長方形状をなしている。

そして、方形導波管２は、Ｚ軸方向で対向する上，下の管壁２Ａ，２Ｂと、Ｙ軸方向で対向する左，右の管壁２Ｃ，２Ｄと、これらの管壁２Ａ〜２Ｄの端部に接合され、方形導波管２を端部側で閉塞する他の管壁２Ｅとにより構成されている。

この場合、上，下の管壁２Ａ，２Ｂは、ＴＥ_１０モードに対するＨ面を構成している。また、上側の管壁２Ａの端部側には、円形導波管４を接続する円形状の開口部３が形成されている。

４は方形導波管２の開口部３に接続され、ＴＭ_０１モードの高周波信号を伝送する円形導波管で、該円形導波管４は、図２、図３に示す如く、例えば円形の横断面形状をもつ金属管等からなり、その管壁４Ａは軸線Ｏ−Ｏ（中心Ｏ）を有している。そして、円形導波管４は、Ｚ軸方向に沿って方形導波管２のＨ面（管壁２Ａ）と垂直に延びている。

５は例えば金属材料等を用いて方形導波管２と円形導波管４とのモード変換部に設けられた不要波抑制溝で、該不要波抑制溝５は、後述の如く方形導波管２から円形導波管４に高周波信号を伝送するときに、例えば円形ＴＥ_１１モード等の不要な伝送モードが円形導波管４内に励起されるのを抑制し、方形導波管２内を伝わる方形ＴＥ_１０モードの電界成分を、円形導波管４内を伝わる円形ＴＭ_０１モードの電界成分に効率よく変換するものである。

ここで、不要波抑制溝５は、例えば方形導波管２を外側から取囲むように略コ字状に延びる長溝として形成され、その横断面は四角形状をなしている。また、不要波抑制溝５は、方形導波管２の横断面の四辺のうち三辺の管壁２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに沿って延設され、円形導波管４の管壁４Ａにも配設されている。

即ち、不要波抑制溝５は、方形導波管２の下側の管壁２Ｂに沿ってＹ軸方向に延びる横溝６と、該横溝６の両端部からＬ状に屈曲し、方形導波管２の各管壁２Ｃ，２Ｄと円形導波管４の管壁４ＡとにわたってＺ軸方向に延びて設けられた左，右の縦溝７，７とにより構成されている。

この場合、横溝６は、方形導波管２の管壁２Ｂに対して窪んだ底面６Ａを有している。また、左側の縦溝７は、方形導波管２の左側の管壁２Ｃ（円形導波管４の管壁４Ａ）に対して窪んだ底面７Ａを有し、右側の縦溝７も同様に、管壁２Ｄ，４Ａに対して窪んだ底面７Ａを有している。

また、不要波抑制溝５は、図２、図３に示す如く、円形導波管４の軸線Ｏ−Ｏに対応する位置（本実施の形態では、例えば軸線Ｏ−Ｏ上の位置）に配置され、円形導波管４内で励起される不要なＴＥ_１１モード等の電界成分の方向と直交する方向（例えば、Ｙ軸方向）に延びて形成されている。

そして、不要波抑制溝５のＹ軸方向の長さ（各縦溝７の底面７Ａ間の間隔）Ｌは、下記数１の式に示すように、導波管２，４の間に伝送される高周波信号の１波長をλとして、例えば波長λの１／２以上の大きさに設定されている。

この場合、方形導波管２から円形導波管４に信号を伝送するときに、不要な伝送モードであるＴＥ_１１モードは、後述の図４に示す如く、方形導波管２（導波管２′）の伸長方向に沿ってＸ軸方向に励起され易くなり、この方向で励起されるＴＥ_１１モードは、不要波抑制溝５の横溝６の底面６Ａ等が短絡端となる。

このように、本実施の形態では、方形導波管２と円形導波管４との間で伝送モードの変換を行うモード変換部にはリアクタンス素子として機能する不要波抑制溝５を設け、その寸法、形状、配置等を適切に設定している。これにより、導波管変換装置１は、方形導波管２内を伝わるＴＥ_１０モードの電界成分に対して、円形導波管４内に生じる不要なＴＥ_１１モードの電界成分が不整合となり、伝送すべきＴＭ_０１モードの電界成分が整合するように構成しているものである。

本実施の形態による導波管変換装置１は上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。

まず、方形導波管２内を伝わるＴＥ_１０モードの電磁波が円形導波管４内に伝送されるときには、方形導波管２と円形導波管４とが交差するモード変換部で伝送モードが変換される。この場合、円形導波管４内では、不要な伝送モードであるＴＥ_１１モードが最低次の伝送モードとなり、伝送すべき正規の伝送モードであるＴＭ_０１モードが第２番目の伝送モードとなっている。

このため、例えば図４に示す比較例のように、不要波抑制溝５を用いずに、導波管変換装置１′の方形導波管２′と円形導波管４′を単に接続しただけの構成では、方形導波管２′内を伝わるＴＥ_１０モードの電磁波によって円形導波管４′内に不要なＴＥ_１１モードが励起され易くなる。この結果、比較例の構成では、正規のＴＭ_０１モードにおける信号の変換損失が増大し、伝送効率が低下したり、信号特性が劣化する虞れがある。

これに対し、本実施の形態では、方形導波管２と円形導波管４とのモード変換部に不要波抑制溝５を設けているので、円形導波管４内に不要なＴＥ_１１モードが励起されるのを不要波抑制溝５によって抑制することができる。これにより、方形導波管２内を伝わるＴＥ_１０モードの電磁波によって円形導波管４内でＴＭ_０１モードの電磁波を効率よく励起でき、ＴＥ_１０モードとＴＭ_０１モードとの間でモード変換を低損失な状態で安定的に行うことができる。

かくして、本実施の形態によれば、方形導波管２と円形導波管４とのモード変換部には、不要波抑制溝５を設ける構成としたので、これらの導波管２，４の間で高周波信号を伝送するときには、例えば必要なＴＭ_０１モードと一緒にＴＥ_１１モード等の不要な伝送モードが励起されるのを抑制し、必要な伝送モードだけを安定的に伝送することができる。

従って、例えば不要波抑制溝５の寸法、形状、配置等を予め適切に設定しておくことにより、変換先の円形導波管４内で不要な伝送モードによって共振が生じるのを防止でき、信号の損失を低減できると共に、伝送効率や信号特性を向上させることができる。

この場合、不要波抑制溝５を方形導波管２と円形導波管４の両方にわたって配設し、これを不要なＴＥ_１１モードの電界成分と直交するＹ軸方向に延ばすと共に、その長さＬは高周波信号の１波長λの１／２以上の寸法値（Ｌ≧λ／２）として形成したので、不要波抑制溝５を十分な範囲にわたって配置でき、その配置を適切に設定して不要な伝送モードを確実に抑制することができる。

そして、変換元の方形導波管２内を伝わる電磁波の伝送モード（ＴＥ_１０モード）に対して、変換先の円形導波管４内で必要なＴＭ_０１モードのみが整合し、不要なＴＥ_１１モードが不整合となるような伝送状態を実現することができ、不要な伝送モードに対して高い抑制効果を得ることができる。

また、不要波抑制溝５を、円形導波管４の軸線Ｏ−Ｏに対応する位置で方形導波管２に形成する構成としたので、この軸線Ｏ−Ｏを基準として各導波管２，４のモード変換部に不要波抑制溝５を正確に配置することができる。そして、不要波抑制溝５を配置しない円形導波管４側の部品形状、構造等を簡略化でき、これを容易に形成できると共に、両方の導波管２，４に不要波抑制溝を設ける場合と比較して、生産性を高めることができる。

次に、図５及び図６は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、複数の不要波抑制溝を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

１１は導波管変換装置で、該導波管変換装置１１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、方形導波管２、円形導波管４、不要波抑制溝５等により構成されている。しかし、方形導波管２と円形導波管４とが互いに交差するモード変換部には、後述する他の不要波抑制溝１２が設けられている。

１２は不要波抑制溝５と共に導波管２，４に設けられた他の不要波抑制溝で、該不要波抑制溝１２は、例えば方形導波管２の伸長方向（Ｘ軸方向）と異なる方向に沿って励起されるＴＥ_１１モードを抑制するものである。

ここで、不要波抑制溝１２は、図６に示す如く、例えば円形導波管４の中心Ｏに対応する位置で不要波抑制溝５と交差（直交）してＸ軸方向に延びると共に、方形導波管２の管壁２Ｂ，２Ｅと円形導波管４の管壁４ＡとにわたってＬ字状に形成されている。

この場合、不要波抑制溝１２は、方形導波管２の下側の管壁２Ｂに沿ってＸ軸方向に延びる横溝１３と、該横溝１３の端部からＬ状に屈曲し、方形導波管２の管壁２Ｅと円形導波管４の管壁４ＡとにわたってＺ軸方向に延びて設けられた縦溝１４とにより構成されている。また、横溝１３は、方形導波管２の管壁２Ｂに対して窪んだ底面１３Ａを有し、縦溝１４は、管壁２Ｅ，４Ａに対して窪んだ底面１４Ａを有している。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、互いに直交する２個の不要波抑制溝５，１２を設ける構成としたので、第１の実施の形態で図４中に矢示したＴＥ_１１モード（Ｘ軸方向に沿ったＴＥ_１１モード）の他に、例えばＹ軸方向に沿った電界成分をもつＴＥ_１１モードが励起される場合でも、これらのＴＥ_１１モードを不要波抑制溝５，１２によって安定的に抑制でき、必要な伝送モードの伝送効率をより高めることができる。

次に、図７ないし図１１は本発明の参考例を示し、本参考例では、導波管変換装置を複数の部品によって形成する構成としている。

２１は導波管変換装置で、該導波管変換装置２１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、後述の方形導波管２２、円形導波管２６、不要波抑制溝２７等により構成されている。この場合、導波管２２，２６はそれぞれ別部品として形成されている。

２２はＸ軸方向に延びて形成された方形導波管で、該方形導波管２２は、図８、図９に示す如く、例えば細長い四角形状の金属材料等からなる導波管部品２３と、後述の蓋体２５とを組立てることにより形成されている。

ここで、導波管部品２３には、四角形の横断面形状をもってＸ軸方向に直線状に延びる長溝２４が形成され、該長溝２４は、円形導波管２６と衝合される導波管部品２３の衝合面（図７中の上面）に開口している。そして、長溝２４は、底面２４Ａと、左，右の側面２４Ｂと、長溝２４の長さ方向の一端側を閉塞する端面２４Ｃとを有している。

また、長溝２４の端面２４Ｃ側の角隅は、図１０に示す如く、例えば導波管部品２３の加工性等を高めるために丸みをもって形成された凹湾曲面部２４Ｄとなっている。さらに、導波管部品２３には、後述の不要波抑制溝２７が形成されている。

２５は例えば金属板等により形成された蓋体で、該蓋体２５は、円形導波管２６と一緒に導波管部品２３の長溝２４を施蓋し、これによって方形導波管２２を形成するものである。この場合、蓋体２５は板材に限らず、また円形導波管２６と一体に形成してもよい。

２６は例えば金属材料等により形成された円形導波管で、該円形導波管２６には、円形の横断面形状をもってＺ軸方向に直線状に延びる円形孔２６Ａが形成され、この円形孔２６Ａは軸線Ｏ−Ｏを有している。

そして、円形導波管２６は、蓋体２５と共に導波管部品２３の上面に衝合して組付けられ、円形孔２６Ａと後述の不要波抑制溝２７とが対面する所定の位置に固定されている。この状態で、円形導波管２６は、方形導波管２２（長溝２４）の端部側に接続され、方形導波管２２と垂直に延びている。

２７は方形導波管２２と円形導波管２６とが互いに交差する接続部位に設けられた不要波抑制溝で、該不要波抑制溝２７は、図８、図１０に示す如く、第１の実施の形態とほぼ同様に、例えば略コ字状に延びる長溝からなり、導波管部品２３の長溝２４の底面２４Ａと左，右の側面２４Ｂとに沿って延設されている。この場合、不要波抑制溝２７は、導波管２２，２６のうち方形導波管２２のみに配置されているものである。

そして、不要波抑制溝２７は、円形導波管２６の軸線Ｏ−Ｏに対応する位置でＹ軸方向に延びて形成され、その長さＬは、第１の実施の形態で示した前記数１の式を満たすように設定されている。

また、不要波抑制溝２７は、長溝２４の端部側で底面２４Ａに沿ってＹ軸方向に延びる横溝２８と、該横溝２８の両端部からＬ状に屈曲し、長溝２４の左，右の側面２４Ｂに沿ってＺ軸方向に延びる左，右の縦溝２９，２９とが形成されている。そして、横溝２８は、例えば四角形の横断面形状をもって形成され、長溝２４の底面２４Ａに対して窪んだ底面２８Ａを有している。

また、左，右の縦溝２９は、例えば略Ｕ字状の横断面形状をもって形成され、その底面は、長溝２４の側面２４Ｂに対して窪んだ凹湾曲面部２９Ａとなっている。この場合、縦溝２９のＺ軸方向の端部側は、導波管部品２３の衝合面で円形導波管２６によって閉塞されている。

そして、不要波抑制溝２７は、第１の実施の形態とほぼ同様に、方形導波管２２から円形導波管２６に高周波信号を伝送するときに、例えばＴＥ_１１モード等の不要な伝送モードに対して横溝２８の底面２８Ａが短絡端となることにより、この不要な伝送モードが円形導波管２６内に励起されるのを抑制するものである。

次に、図１１を参照しつつ、導波管変換装置２１による高周波信号の伝送特性について説明する。ここで、図１１中に実線で示す特性線は、伝送特性をシミュレーション演算した結果であり、この演算時の設定条件としては、図８、図１０に示す如く、例えば方形導波管２２の幅Ｗ＝２．５４ｍｍ、高さＨ＝１．２７ｍｍ、長溝２４の凹湾曲面部２４Ｄの曲率半径Ｒ＝０．５ｍｍ、円形導波管２６の直径Ｄ＝３．５ｍｍ、円形導波管２６の中心Ｏと方形導波管２２の短絡面（長溝２４の端面２４Ｃ）との間の距離ｄ＝１．５５ｍｍとして設定している。また、不要波抑制溝２７としては、その長さＬ＝５．１４ｍｍ、溝幅Ａ＝１．００ｍｍ、横溝２８の深さｈ＝０．４ｍｍとして設定している。

一方、図１１中に仮想線で示す特性線は、第１の実施の形態で比較例として記載した導波管変換装置１′（図４参照）について、同様のシミュレーション演算を行った結果である。

この比較例の特性線から判るように、導波管変換装置１′による伝送モードの変換時には、不要なＴＥ_１１モードが励起されることにより、例えば−１０ｄＢ程度の高いレベルの変換損失が広い周波数帯域にわたって生じる。また、変換部における反射損失も、ある程度生じている。

これに対し、本参考例では、不要波抑制溝２７の寸法、形状、配置等を適切に設定することにより、反射損失を比較例とほぼ同程度の低いレベルに留めつつ、不要なＴＥ_１１モードへの変換損失を小さく抑えることができる。

特に、導波管変換装置２１で使用する例えば７５〜７８ＧＨｚ程度の周波数では、不要波抑制溝２７によってＴＥ_１１モードへの変換損失を十分に小さくすることができ、方形導波管２２内を伝わるＴＥ_１０モードの電磁波を、円形導波管２６内でＴＭ_０１モードの電磁波へと効率よく変換することができる。

かくして、このように構成される本参考例でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本参考例では、導波管変換装置２１を、導波管部品２３、蓋体２５、円形導波管２６等を組立てることにより構成したので、導波管２２，２６、不要波抑制溝２７等が複雑な形状をもつ場合でも、これらを複数の部品に分割して容易に形成でき、各部品を組立てることにより導波管変換装置２１を効率よく製造することができる。

この場合、不要波抑制溝２７の横溝２８と縦溝２９とを方形導波管２２（導波管部品２３）側のみに設けたので、円形導波管２６側の形状、構造を簡略化でき、これを容易に形成することができる。

また、導波管部品２３には、例えば不要なＴＥ_１１モードの抑制効果に影響のない範囲で長溝２４や縦溝２９に凹湾曲面部２４Ｄ，２９Ａ等を形成したので、生産性を高めることができる。

次に、図１２及び図１３は本発明による第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、方形導波管と円形導波管との接続部位に位置合わせ部を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記参考例と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

４１は導波管変換装置で、該導波管変換装置４１は、参考例とほぼ同様に、方形導波管２２、円形導波管４２、不要波抑制溝２７等により構成され、導波管２２，４２はそれぞれ別部品として形成されている。

ここで、円形導波管４２は、例えば四角形状の金属材料等からなり、その内部には、軸線Ｏ−Ｏを有する円形孔４２ＡがＺ軸方向に延びて形成されている。また、導波管部品２３と衝合される円形導波管４２の衝合面には、後述の嵌合突起４３が設けられている。

４３は円形導波管４２に設けられた位置合わせ部としての例えば２箇所の嵌合突起で、該各嵌合突起４３は、例えば円形導波管４２の円形孔４２Ａの径方向両側に配置され、導波管部品２３の各縦溝２９に向けてＺ軸方向に突出している。この場合、嵌合突起４３は、例えば縦溝２９とほぼ等しい略Ｕ字状の横断面形状を有している。

そして、嵌合突起４３は、図１３に示す如く、導波管部品２３と円形導波管４２とを衝合して導波管２２，４２を接続するときに、不要波抑制溝２７の縦溝２９の一部に挿嵌される。これにより、嵌合突起４３は、方形導波管２２と円形導波管４２とを位置合わせするものである。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態及び参考例とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、円形導波管４２に嵌合突起４３を設ける構成としたので、方形導波管２２と円形導波管４２とを接続するときには、導波管部品２３の縦溝２９の一部に対して円形導波管４２の嵌合突起４３を挿嵌することができる。このため、嵌合突起４３を用いて導波管２２，４２を正確に位置合わせすることができる。

従って、不要波抑制溝２７の一部を利用して高い寸法精度の導波管変換装置４１を容易に形成でき、不要な伝送モードに対する抑制効果をより高めることができる。

次に、図１４は本発明による第４の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、導波管ロータリージョイントに適用したことにある。

５１は導波管ロータリージョイントで、該導波管ロータリージョイント５１は、後述のジョイント部品５２，５７、導波管変換装置５３，５８等により構成されている。そして、導波管ロータリージョイント５１は、導波管変換装置５３，５８を相対回転可能に接続しつつ、これらの間で高周波信号を良好に伝送するものである。

５２は導波管ロータリージョイント５１を構成する一方のジョイント部品で、該ジョイント部品５２は、例えば金属材料等からなり、その内部には導波管変換装置５３が設けられている。この場合、導波管変換装置５３は、前記第１の実施の形態とほぼ同様に、方形導波管５４、円形導波管５５、不要波抑制溝５６等により構成されている。

５７は導波管ロータリージョイント５１を構成する他方のジョイント部品で、該ジョイント部品５７は、例えば金属材料等からなり、その内部には導波管変換装置５８が設けられている。この場合、導波管変換装置５８は、一方の導波管変換装置５３とほぼ同様に、方形導波管５９、円形導波管６０、不要波抑制溝６１等により構成されている。

そして、ジョイント部品５２，５７は、円形導波管５５，６０を同軸上に配置した状態で微小なギャップをもって衝合され、円形導波管５５，６０の軸線Ｏ−Ｏを中心として回転可能に接続されている。この場合、例えばジョイント部品５２には、円形導波管５５を径方向外側から取囲む環状の隙間が設けられ、この隙間は電磁波の漏れを防ぐチョーク６２として構成されている。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、導波管変換装置５３，５８を用いて導波管ロータリージョイント５１を構成したので、各導波管変換装置５３，５８の円形導波管５５，６０を同軸上に配置して回転可能に接続でき、これらの円形導波管５５，６０は、不要波抑制溝５６，６１によって個々の方形導波管５４，５９との間で信号の伝送モードを良好に変換することができる。

この場合、円形導波管５５，６０内を伝播するＴＭ_０１モードは、その電界成分が該各導波管５５，６０の軸線（回転中心）に対して対称となっているので、これらが軸線Ｏ−Ｏを中心として相対回転したとしても、各導波管５５，６０の間でＴＭ_０１モードを安定的に伝送することができる。

従って、各導波管変換装置５３，５８の方形導波管５４，５９は互いに相対回転しつつ、両者間で高周波信号を円滑に伝送することができ、信号の伝送損失が少なく、汎用性の高い導波管ロータリージョイント５１を実現することができる。

次に、図１５は本発明による第５の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、ロータリー型のアンテナ装置に適用したことにある。なお、本実施の形態では、前記第４の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

７１はロータリー型のアンテナ装置で、該アンテナ装置７１は、第４の実施の形態とほぼ同様に、ジョイント部品５２′，５７、導波管変換装置５３，５８等により構成されている。そして、ジョイント部品５２′には、方形導波管５４′、円形導波管５５、不要波抑制溝５６等からなる導波管変換装置５３が設けられている。しかし、方形導波管５４′には、円形導波管５５と反対側に位置する端部に後述の放射器７２が接続されている。

７２はジョイント部品５２′に設けられた無線通信用の放射器で、該放射器７２は、方形導波管５４′の端部から外部の空間に向けて略円錐状または角錐状に開口する開口部として形成されている。そして、放射器７２は、方形導波管５４′内を伝わる電磁波（電波）を外部に送信したり、外部から方形導波管５４′内に電波を受信するものである。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１，第４の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、導波管変換装置５３，５８を用いてアンテナ装置７１を構成したので、例えば一方のジョイント部品５７を固定し、他方のジョイント部品５２を回転させることにより、放射器７２を他方の方形導波管５９に対して回転させることができ、この状態で一方の放射器７２と他方の方形導波管５９とを、円形導波管５５，６０、不要波抑制溝５６，６１等によって安定的に接続することができる。

従って、例えば放射器７２の指向性を回転方向に変化させつつ、他方の方形導波管５９によって無線の送信，受信を円滑に行うことができ、信号の伝送損失が少なく、汎用性の高い回転型のアンテナ装置７１を実現することができる。

なお、第３の実施の形態では、導波管部品２３の長溝２４と縦溝２９に凹湾曲面部２４Ｄ，２９Ａを設ける構成とした。しかし、本発明では、導波管部品の生産性等を高めるために、例えば図１６に示す変形例のように構成してもよい。この場合、導波管部品８１の衝合面に開口する縦溝８２は、その開口側よりも底面８２Ａ側で溝幅が狭くなるように形成され、縦溝８２の各側面８２Ｂは、互いに角度αだけ傾斜した状態で対向している。また、縦溝８２の開口端には、例えば凸湾曲状または平面状の面取り部８２Ｃが形成されている。これにより、例えば導波管部品８１をプレス加工、鋳造等によって成形するときには、成形型からの抜け性を良くすることができる。

また、第３の実施の形態では、導波管変換装置４１の位置合わせ部として円形導波管４２に嵌合突起４３を設ける構成とした。しかし、本発明の位置合わせ部としては、例えば導波管部品及び円形導波管と別部品の位置合わせピン等を用いてもよく、この位置合わせピンを、例えば導波管部品と円形導波管とにそれぞれ挿嵌することによって両者を位置合わせする構成としてもよい。

さらに、第４，第５の実施の形態では、第１の実施の形態とほぼ同様の導波管変換装置５３，５８を用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第２，第３の実施の形態による導波管変換装置１１，４１を用いて導波管ロータリージョイント、アンテナ装置等を構成してもよいのは勿論である。

図１は本発明の第１の実施の形態による導波管変換装置を示す斜視図である。 図２は導波管変換装置を図１中の矢示II−II方向からみた断面図である。 図３は導波管変換装置を図１中の矢示III−III方向からみた断面図である。 図４は不要波抑制溝を設けない場合の信号の伝送状態を比較例として示す斜視図である。 図５は本発明の第２の実施の形態による導波管変換装置を示す斜視図である。 図６は導波管変換装置を図５中の矢示VI−VI方向からみた断面図である。 図７は本発明の参考例による導波管変換装置を示す斜視図である。 図８は導波管変換装置を図７中の矢示VIII−VIII方向からみた断面図である。 図９は方形導波管と円形導波管とを組立てる前の状態で示す分解斜視図である。 図１０は方形導波管を単体で示す平面図である。 図１１は導波管変換装置によるモード変換時の変換損失と反射損失とを示す特性線図である。 図１２は本発明の第３の実施の形態による導波管変換装置を組立てる前の状態で示す分解斜視図である。 図１３は図１２中の方形導波管と円形導波管とを組立てた状態を図８と同様位置からみた断面図である。 図１４は本発明の第４の実施の形態による導波管ロータリージョイントを示す断面図である。 図１５は本発明の第５の実施の形態によるアンテナ装置を示す断面図である。 図１６は本発明の変形例による導波管変換装置を示す断面図である。

符号の説明

１，１１，２１，４１，５３，５８ 導波管変換装置
２，２２，５４，５４′，５９ 方形導波管
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，４Ａ 管壁
３ 開口部
４，２６，４２，５５，６０ 円形導波管
５，５′，５″，１２，２７，５６，６１ 不要波抑制溝
６，１３，２８ 横溝
７，１４，２９ 縦溝
６Ａ，７Ａ，１３Ａ，１４Ａ，２４Ａ，２８Ａ 底面
２３ 導波管部品
２４ 長溝
２４Ｂ 側面
２４Ｃ 端面
２４Ｄ 凹湾曲面部
２５ 蓋体
２６Ａ，４２Ａ 円形孔
４３ 嵌合突起（位置合わせ部）
５１ 導波管ロータリージョイント
５２，５２′，５７ ジョイント部品
６２ チョーク
７１ アンテナ装置
７２ 放射器

Claims (5)

1. 四角形の横断面形状をもって一定の長さ方向に延びＴＥ_１０モードの高周波信号を伝送する方形導波管と、円形の横断面形状をもって形成され該方形導波管のＨ面に垂直に接続されると共にＴＭ_０１モードの高周波信号を伝送する円形導波管とを備えてなる導波管変換装置において、
   前記方形導波管と円形導波管との間で高周波信号を伝送するときに前記円形導波管に不要な伝送モードが励起されるのを抑制するために、前記方形導波管の管壁と円形導波管の管壁とにわたって延びる不要波抑制溝を設けたことを特徴とする導波管変換装置。
2. 四角形の横断面形状をもって一定の長さ方向に延びＴＥ _１０ モードの高周波信号を伝送する方形導波管と、円形の横断面形状をもって形成され該方形導波管のＨ面に垂直に接続されると共にＴＭ _０１ モードの高周波信号を伝送する円形導波管とを備えてなる導波管変換装置において、
   前記方形導波管と円形導波管との接続部位には、
   該各導波管の間で高周波信号を伝送するときに前記円形導波管に不要な伝送モードが励起されるのを抑制する不要波抑制溝と、
   該各導波管を接続するときに前記不要波抑制溝の一部に挿嵌され前記方形導波管と円形導波管とを位置合わせする位置合わせ部とを設けたことを特徴とする導波管変換装置。
3. 前記不要波抑制溝は、前記不要な伝送モードとなる前記円形導波管のＴＥ_１１モードの電界成分と直交する方向に前記高周波信号の１波長の１／２以上の長さをもって延びる構成としてなる請求項１または２に記載の導波管変換装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の導波管変換装置を２個備え、該各導波管変換装置の円形導波管を同軸上に配置して回転可能に接続する構成とした導波管ロータリージョイント。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載の導波管変換装置を２個備え、該各導波管変換装置の円形導波管を同軸上に配置して回転可能に接続すると共にいずれか一方の導波管変換装置に無線通信用の放射器を設ける構成としたアンテナ装置。

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