JP5219750B2

JP5219750B2 - 同軸導波管変換器およびレーダ機器

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Publication number: JP5219750B2
Application number: JP2008286262A
Authority: JP
Inventors: 耕治箟
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2028-11-07
Also published as: GB0919436D0; GB2465071B; GB2465071A; US8183954B2; JP2010114716A; US20100117757A1

Description

本発明は、導波管とこの導波管に接続される同軸線路とを変換して高周波信号を伝送する同軸導波管変換器に関する。

高周波信号により物標を探知するレーダ機器には、例えば、導波管の先にスロットアンテナなどが設けられる。そして、そのスロットを介して高周波信号がレーダ機器外に送信される。また、レーダ機器の組み付けの自由度などを高める目的から、レーダ機器内における高周波信号の伝送には同軸線路が用いられている。これら導波管と同軸線路との変換に際し同軸導波管変換器が用いられ、伝送効率をよくするためのインピーダンス整合が採られている。

図８に、従来から利用されている同軸導波管変換器１００の端面図を示す。同軸導波管変換器１００は、主に、導波管１０、外導体２０、内導体３０、マッチングセクション１３から構成されている。以下、各構成を簡単に説明する。

導波管１０には挿入孔１１が空けられており、この箇所に外導体２０および内導体３０から成る同軸線路が設けられている。内導体３０は、外導体２０と軸心を等しくして外導体２０の内側に絶縁体１２を介して設けられている。また、内導体３０は挿入孔１１から導波管１０の内部に突出している。なお、同軸線路は同軸コネクタを介して導波管１０に接続されるが、同軸コネクタに関する説明および図示は省略する。他に、インピーダンスを調整するためのマッチングセクション１３が導波管１０に設けられている。このマッチングセクション１３を介してスロットアンテナ等の負荷（図示無し）が設けられる。

このような同軸導波管変換器１００の場合、マッチングセクション１３を設けるための余分なスペースを確保しなければならない。さらに、スロットアンテナ等の負荷や同軸導波管変換器１００を通過する高周波信号の周波数に応じてマッチングセクション１３の大きさや形状を変える必要があり、多種多様のマッチングセクション１３を製造、準備しておかなければならなくなる。

そこで、マッチングセクション１３自体を設けることなく、多種多様の負荷や周波数に対応してインピーダンスの整合が採れる同軸導波管変換器が特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載の同軸導波管変換器は、導波管内部に設けられたショート板が導波管の軸方向に移動自在であるとともに、内導体の先端に設けられたプローブの位置が導波管の軸方向と直交する方向に調整可能であることを特徴としている。つまり、プローブとショート板との距離や、導波管内部に突出するプローブの突出長を任意に変更でき、負荷や周波数に応じたインピーダンス整合を一種類の同軸導波管変換器で採ることができることを特徴としている。
特開２００７−８８７９７

しかしながら、特許文献１に記載の同軸導波管変換器でもショート板を設ける必要があるため、余分なスペースを確保しなければならないといった問題点は依然として残っている。さらに、特許文献１に記載の同軸導波管変換器には、プローブの突出量を変更するためには同軸導波管変換器を分解しなければならず、特に微調整を行うときなど手間がかかるといった問題点もあった。さらに、同軸導波管変換器をアンテナ部分が回転するようなレーダ機器に用いた場合、回転や振動によりショート板やプローブの位置がずれてしまい、インピーダンス整合が採れなくなってしまうという問題点もあった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、マッチングセクションやショート板を設けるためのスペースを確保することなくインピーダンス整合が採れる同軸導波管変換器を提供することを目的とする。さらに、同軸導波管変換器を分解することなくインピーダンス整合を採るための調整が容易にできる同軸導波管変換器を提供することも目的とする。さらに、同軸導波管変換器に回転や振動などの外力が加わった場合でも、良好にインピーダンス整合を採り続けられる同軸導波管変換器を提供することも目的とする。

前記課題を解決するために本発明の同軸導波管変換器は、導波管と、前記導波管内に突出する内導体を有する同軸線路と、前記内導体の側面に設けられ、該内導体の軸方向に移動可能な第１調整導体と、前記内導体の端に設けられ、該端からの突出量を変更可能な第２調整導体とを備え、前記第１調整導体と前記第２調整導体とによりインピーダンスを調整し、前記導波管と前記同軸線路間で高周波信号を伝送することを特徴とする。

このように、軸方向に移動させることのできる第１調整導体を内導体の側面に設けることで、余分なスペースを別途設けることなく、導波管に接続される負荷や同軸導波管変換器を通過する周波数に応じたインピーダンスの調整を行うことができる。

同軸導波管変換器が備える第１調整導体の位置や第２調整導体の突出量は互いに独立して変更自在であり、同軸導波管変換器のインピーダンスを二つの調整導体により調整することができる。したがって、より精度よくインピーダンスの調整を行うことができる。

また、前記課題を解決するために本発明の同軸導波管変換器は、導波管と、前記導波管内に突出する内導体を有する同軸線路と、前記内導体の側面に設けられ、該内導体の軸方向に移動可能な第１調整導体とを備え、前記第１調整導体は、前記内導体に螺合する環形の第１フランジと、外径が前記第１フランジの内径に略等しく前記内導体に螺合する環形の第２フランジとからなるダブルナットを構成し、前記第１調整導体によりインピーダンスを調整し、前記導波管と前記同軸線路間で高周波信号を伝送することを特徴とする。

このように、第１調整導体をダブルナットによって位置止めすることで、第１調整導体を所定の位置に安定して固定することができる。また、第１フランジの内径と第２フランジの外径とはほぼ等しく、第１フランジの内側に第２フランジは収まる構成となっているため、同一方向（軸方向）から第１調整導体の位置止め作業を行うことができる。

さらに、前述の同軸導波管変換器は前記導波管のうち前記同軸線路が接続される導波管壁に対面する箇所に取外し可能な作業用蓋をさらに備え、前記第１フランジおよび前記第２フランジは、前記作業用蓋側に切欠きを有することを特徴とする。

このように作業用蓋を設けることで同軸導波管変換器を分解せずに作業用蓋を開けるだけで、第１調整導体の位置や第２調整導体の突出量の変更することができる。また、第１調整導体を構成する各フランジに設けられた切欠きに工具を差し込むことで、作業スペースが狭くても容易に第１調整導体を移動させることができる。

さらに、前述の同軸導波管変換器は内径が前記第２調整導体の外径に略等しく該第２調整導体に設けられる絶縁体をさらに備え、前記作業用蓋は、前記導波管の内側に前記絶縁体の外径と径が略等しい凹部を有し、前記絶縁体は、前記作業用蓋の凹部に嵌入することを特徴とする。

ナットの役割を果たす絶縁体を設けることで、第２調整導体を内導体により安定して締結させることができる。さらに、絶縁体自身も作業用蓋に嵌入させることで、振動などによる第２調整導体や絶縁体の位置ずれを防止することができる。

また、前記高周波信号の送受信により物標を探知するレーダ機器は前述の同軸導波管変換器を備えることを特徴とする。

本発明の同軸導波管変換器は、余分なスペースを別途設けることなくインピーダンス整合を採ることができる。さらに、同軸導波管変換器を分解することなくインピーダンス整合を採るための調整をすることもできる。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における同軸導波管変換器は、内導体に設けられた二つの調整導体の位置等を変えることで、導波管に接続される任意の負荷（例えば、スロットアンテナ）に対応したインピーダンス整合を採れることを主な特徴とする。以下、実施の形態１における同軸導波管変換器を図１から図４を参照しながら説明する。

図１に同軸導波管変換器１の端面図を示す。同軸導波管変換器１は、導波管１０、外導体２０、内導体３０、第１調整導体４０、第２調整導体５０、および作業用蓋６０を備えている。

導波管１０は一端が開口した矩形導波管であり、この開口端にはフランジ接続などによりスロットアンテナ（図示なし）のような負荷が接続されている。また、開口端と直交する一面には、円形の挿入孔１１が形成されている。

この挿入孔１１が形成されている箇所で導波管１０の外側には、内径が挿入孔１１の直径に等しい環形の外導体２０が設けられている。そして、外導体２０の内側には、外導体２０と軸心が同一の内導体３０が絶縁体１２を介して設けられている。内導体３０は、挿入孔１１から導波管１０の内側に突出して設けられており、この突出している箇所の側面にはネジ山が設けられている。また、内導体３０の突出側端にはネジ穴が設けられている。

内導体３０のうちネジ山が設けられた側面には、第１調整導体４０が設けられている。第１調整導体４０は環形の形状をしており、その中心部分に内導体３０の径と等しいネジ穴が開けられることで、内導体３０と螺合している。そして、内導体３０を中心として第１調整導体４０を回転させることにより、内導体３０の軸方向（図１中の矢印で示す方向）に第１調整導体４０の位置を移動させることができるようになっている。

ここで、第１調整導体４０の位置を移動させることにより、同軸導波管変換器１のインピーダンスは、図２のインピーダンスチャート上に示す第１調整導体４０の矢印のように変化する。なお、第１調整導体４０の位置固定方法については後述する。

内導体３０の突出側端には、第２調整導体５０が延設されている。第２調整導体５０は全ネジの形状をしており、その一部が内導体３０に設けられたネジ穴に螺合されている。内導体３０から突出した第２調整導体５０の長さ、つまり突出量は、第２調整導体５０を内導体３０に設けられたネジ穴にどれだけ埋没させるかによって自在に変更することができる。そして、この突出量を変更させることにより、同軸導波管変換器１のインピーダンスは、図２のインピーダンスチャート上に示す第２調整導体５０の矢印のように変化する。

また、作業用蓋６０が、導波管１０のうち挿入孔１１と対面する箇所、つまり内導体３０の軸上にあたる箇所に設けられている。この作業用蓋６０により、導波管１０が開閉できるようになっている。作業用蓋６０を開けるだけで、第１調整導体４０を移動させたり第２調整導体５０の突出量を変更させたりすることができるので、同軸導波管変換器１を同軸側から分解することなくインピーダンスの調整を行うことができる。

次に、図３および図４を用いて第１調整導体４０の詳細な構造および位置固定方法を説明する。なお、図３（Ａ）は第１調整導体４０の正面図であり、図３（Ｂ）はそのＡＡ’線切断部端面図であり、図４は内導体３０と第１調整導体４０との螺合を示す端面図である。第１調整導体４０は、第１フランジ４０１と第２フランジ４０２とから構成されるダブルナットにより位置の固定がなされる。

第１フランジ４０１は、内導体３０に螺合するためのネジ穴４０４を有する環形の形状をしている。また、第１フランジ４０１にはネジ穴４０４よりも径が大きな溝が設けられており、この溝に第２フランジ４０２が嵌入される。なお、この溝は深くなるほど径が小さくなるように形成されている。

第２フランジ４０２は、第１フランジ４０１と同様に、内導体３０に螺合するためのネジ穴４０４を有する環形の形状をしている。また、第２フランジ４０２の外径は上端から下端に向けて徐々に小さくなっており、第２フランジ４０２の上端の外径は第１フランジ４０１に設けられた溝の上端の径に略等しい。

そして、第１フランジ４０１と第２フランジ４０２はダブルナットを構成している。第１フランジ４０１と第２フランジ４０２とは互いに独立して内導体３０に螺合しているため、第１フランジ４０１と第２フランジ４０２とを図３（ａ）に示す矢印方向のように互いに逆方向に回転させることで、互いに締め付けさせる方向に移動させることができる。そして、第１フランジと第２フランジは内導体３０の所定位置に固定させることができる。

ここで、第１フランジ４０１と第２フランジ４０２を締め付けた際、図４中のａに示す箇所で第１フランジ４０１と第２フランジ４０２とは接触する。そして、第１フランジ４０１と第２フランジ４０２は互いに押し合い、締め付け方向とは逆方向に力を受ける。したがって、第１フランジ４０１のネジ山は内導体３０のネジ溝の上側に、第２フランジ４０２のネジ山は内導体３０のネジ溝の下側に接触して、第１フランジ４０１および第２フランジ４０２は固定される。

このように、内導体３０の各ネジ溝に対して所定の位置に第１フランジ４０１および第２フランジ４０２のネジ山を螺合させることができるため、ネジ山とネジ溝の遊び等による高周波電流の流れのばらつきを押さえることができる。なお、図４において第２フランジ４０２の上端が第１フランジ４０１の上端より突出しているが、これは高周波電流の流れを妨げるものでなく、第１フランジ４０１と第２フランジ４０２との電気的結合により第１調整導体４０は一つの導体とみなすことができる。また、第１フランジ４０１の上端が第２フランジ４０２の上端よりも突出していてもよく、さらに各上端は揃っていてもよい。

他に、第１フランジ４０１と第２フランジ４０２との片面には、マイナスドライバ等の先端と噛合う形状の切欠き４０３が設けられている。この切欠き４０３が設けられる面は、第１フランジ４０１および第２フランジ４０２が内導体３０に螺合された際、導波管１０に設けられた作業用蓋６０に対面する面である。

このような切欠き４０３を設けることで、導波管１０に設けられた作業用蓋６０を開けただけのような作業スペースが狭いような場所でも、マイナスドライバ等を用いて第１フランジ４０１や第２フランジ４０２を順次回転させる、つまり第１調整導体４０の位置を移動させることができる。したがって、同軸導波管変換器１を分解することなく第１調整導体４０の位置を移動することができ、同軸導波管変換器１のインピーダンスを調整することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における同軸導波管変換器２は、第２調整導体に設けられる絶縁体と作業用蓋の形状とが実施の形態１における同軸導波管変換器１と異なる。以下、実施の形態２における同軸導波管変換器２を図５を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同様の構成に関しては同一の符号を付与し、説明を省略する。

第２調整導体５０にはフッ素樹脂など絶縁体７０が設けられている。絶縁体７０は雌ネジ加工されており、絶縁体７０と第２調整導体５０とは螺合している。また、この絶縁体７０の両端はそれぞれ内導体３０と後述する作業用蓋６１とに密着されている。

絶縁体７０が接する作業用蓋６１は、導波管１０のうち挿入孔１１と対面する箇所、つまり内導体３０の軸上にあたる箇所に設けられている。この作業用蓋６１により、導波管１０が開閉できるようになっている。作業用蓋６１を開けるだけで、第１調整導体４０を移動させたり第２調整導体５０の突出量を変更させたりすることができるので、同軸導波管変換器１を同軸側から分解することなくインピーダンスの調整を行うことができる。

さらに、作業用蓋６１には絶縁体７０を嵌入させることができる凹部が形成されている。絶縁体７０と作業用蓋６１を嵌入させることにより、絶縁体７０自身を固定させることができるので、第２調整導体５０ひいては内導体３０や第１調整導体４０をより安定して固定させることができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における同軸導波管変換器３は、第１調整導体および絶縁体の形状が実施の形態１または実施の形態２における同軸導波管変換器１または２と異なる。以下、実施の形態３における同軸導波管変換器３を図６および図７を参照しながら説明する。なお、実施の形態１または実施の形態２と同様の構成に関しては同一の符号を付与し、説明を省略する。

図６に示すように、第２調整導体５０には、フッ素樹脂などの絶縁体である絶縁体７１が設けられている。絶縁体７１はいわゆるナットの形態をしており、絶縁体７１と第２調整導体５０とは螺合している。このように、第２調整導体５０の固定に際して、絶縁体７１によるナット締めを行うことで、第２調整導体５０を内導体３０に安定して固定させることができる。

図７に示すように、第１調整導体４１は第１フランジ４１１と第２フランジ４１２とから構成される。第１フランジ４１１は、内導体３０に螺合するためのネジ穴４１４を有する環形の形状をしている。また、第１フランジ４１１にはネジ穴４１４よりも径が大きな溝が設けられており、この溝に第２フランジ４１２が嵌入される。なお、この溝は直角に形成され、その径は深さ方向に対して同一である。

第２フランジ４１２は、第１フランジ４１１と同様に、内導体３０に螺合するためのネジ穴４１４を有する環形の形状をしている。また、第２フランジ４１２の外径は上端から下端にかけて小さくなり、第２フランジ４１２の外径は第１フランジ４１１に設けられた溝の径とほぼ等しい。

そして、第１フランジ４１１と第２フランジ４１２は、ダブルナットにより位置が固定される。第１フランジ４１１と第２フランジ４１２とは互いに独立して内導体３０に螺合しているため、第１フランジ４１１と第２フランジ４１２とを図７（ａ）に示す矢印方向のように互いに逆方向に回転させることで、互いに締め付けさせることができ位置を固定させることができる。

ここで、第１フランジ４１１と第２フランジ４１２との片面には、ボルト等の先端と噛合う形状の切欠き４１３が設けられている。この切欠き４１３が設けられる面は、第１フランジ４１１および第２フランジ４１２が内導体３０に螺合された際、導波管１０に設けられた作業用蓋６０に対面する面である。

このような切欠き４１３を設けることで、導波管１０に設けられた作業用蓋６１を開けただけのような作業スペースが狭いような場所でも、ボルト等を用いて第１フランジ４１１や第２フランジ４１２を順次回転させる、つまり第１調整導体４１の位置を移動させることができる。したがって、同軸導波管変換器２を分解することなく、第１調整導体４０を移動すること、ひいては同軸導波管変換器２のインピーダンスを調整することができる。

なお、本発明における同軸導波管変換器の使用形態は、導波管の先に負荷が設けられることでインピーダンス整合が採れなくなるような場合に限られず、同軸導波管変換器を通過させる信号の周波数帯域が異なることでインピーダンス整合が採れなくなるような場合でも適用することができる。

また、本発明における同軸導波管変換器は、前記高周波信号の送受信により物標を探知するレーダ機器に用いることができる。

本発明の実施の形態１における同軸導波管変換器を説明するための端面図である。本発明の実施の形態１における第１調整導体の位置および第２調整導体の突出量に応じたインピーダンスを示すインピーダースチャートである。本発明の実施の形態１における第１調整導体を説明するための正面図および端面図である。本発明の実施の形態１における内導体と第１調整導体との螺合を説明するための端面図である。本発明の実施の形態２における同軸導波管変換器を説明するための端面図である。本発明の実施の形態３における同軸導波管変換器を説明するための端面図である。本発明の実施の形態３における第１調整導体を説明するための正面図および端面図である。従来の同軸導波管変換器を説明するための端面図である。

符号の説明

１、２、３、１００同軸導波管変換器
１０導波管
１１挿入孔
１２マッチングセクション
２０外導体
３０内導体
４０、４１第１調整導体
５０第２調整導体
６０、６１作業用蓋
７０、７１絶縁体

Claims

導波管と、
前記導波管内に突出する内導体を有する同軸線路と、
前記内導体の側面に設けられ、該内導体の軸方向に移動可能な第１調整導体と、
前記内導体の端に設けられ、該端からの突出量を変更可能な第２調整導体とを備え、
前記第１調整導体と前記第２調整導体とによりインピーダンスを調整し、前記導波管と前記同軸線路間で高周波信号を伝送することを特徴とする同軸導波管変換器。
導波管と、
前記導波管内に突出する内導体を有する同軸線路と、
前記内導体の側面に設けられ、該内導体の軸方向に移動可能な第１調整導体とを備え、
前記第１調整導体は、
前記内導体に螺合する環形の第１フランジと、
外径が前記第１フランジの内径に略等しく前記内導体に螺合する環形の第２フランジとからなるダブルナットを構成し、
前記第１調整導体によりインピーダンスを調整し、前記導波管と前記同軸線路間で高周波信号を伝送することを特徴とする同軸導波管変換器。
請求項２に記載の同軸導波管変換器において、
前記導波管のうち前記同軸線路が接続される導波管壁に対面する箇所に取外し可能な作業用蓋をさらに備え、
前記第１フランジおよび前記第２フランジは、前記作業用蓋側に切欠きを有することを特徴とする同軸導波管変換器。
請求項１乃至３の何れかに記載の同軸導波管変換器において、
内径が前記第２調整導体の外径に略等しく該第２調整導体に設けられる絶縁体をさらに備え、
前記作業用蓋は、前記導波管の内側に前記絶縁体の外径と径が略等しい凹部を有し、
前記絶縁体は、前記作業用蓋の凹部に嵌入することを特徴とする同軸導波管変換器。
前記高周波信号の送受信により物標を探知するレーダ機器において、
請求項１乃至４の何れかに記載の同軸導波管変換器を備えることを特徴とするレーダ機器。