JPS5947802A - 導波管スイツチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、マイクロ波帯以上の信号の接続切替に用いら
れる導波管スイッチに関する。

〔従来技術の説明〕

導波管スイッチは、導波管の接続端ｒ−を’（Ｔする機
械式のスイッチであり、低損失であり、また人きなマイ
ク１−１波電力を通過させ得る特徴がある。

このため、他に代替手段のない分野で広く使われていで
〕。

１−を外的（こし１、例えばｔｆｔｊ星通信方式に利用
されている。ｉ々弓１１通信方式では、−・ｊｌうＧ、
−＋ｌ’ｌｉ度約３万６ゴーｋｒｆｌの静止軌道］−に
あるいわゆる静止衛星が利用されることが多いが、この
ような長距離通信では良りｒな晶質の通信をｎＶＦ、保
するために、送信電力を大きくする。−力、受信側では
低♀１ト音増幅器を用いること番、１もらイ）んのごと
、伝送路の損失は極力小さい（ｉＱに押さえなりＪれば
ならない。増幅器と空中線の間の損失ＩＪ小さい値にな
るように注意が払われるが、この間に挿入されるマイク
し１波スイツチもイ［（損失であることが第一の条件と
される。

このような用途に最も適合するスイ７・ヂが現状では導
波管スイッチであり、他の形式のスイッチ、例えばダイ
メー１−スイッチ、非可逆素子であるフェライトを用い
たフェライ１−スイッチ等に対して著しく優れている。

衛星通信方式で最も広く用いられる４　Ｇ１１ｚ、　６
　Ｇ１１ｚ帯における通過［？］失は導波管スイッチで
は約（１、（ｌ　ＩｄＢテあるノニ対し、同程度の非接
Ｆ＊　１′＋ｌ！、１　（間の（ｉ”ｊ　”シ遮断特１
ｉＬを有Ｊ°るダイオード−スイッチ、ソエラ・イトス
イッチでは、最低でも１旧）程度のＲ３失がある。

また、損失のみならず耐電力持１１１では数１翰ないし
７数十Ｋｙの定常電力を通ずことのできる導波管スイ、
７ヂが著しく優れている。

］以上のように、優れた特徴をイｊず【）導波９ゞ（ス
・インチであるが欠点もあり、その−・っε」すＪｆ−
）を速度か他の形式に比較して遅いことである。し、か
し７１、これはあくまでも相対的に遅いとい・）たりの
ことＣあり、実際に１００ミリ秒とい・う切替時間が問
題４．１なることは少ない。

他の一つの欠点は、導波管スイッチが機械式のスイッチ
であるため、必然的に可動部分を有しており動作の信頼
性に難があることであった。

一方、導波管スイッチの用途そのものがｊＪ１信ノ信子
ステム頼性を確保するために、ノステノ、を構成するサ
ブシステムの故障に対応して信号系Ｉ７８を切替えるこ
とにある。すなわち、現用通信機と予（ｄ＃　Ｋｌ信聞
のリノ替えに供せられる。したがって、導波管スイッチ
は信号系路の共１ｊｒ１部分に挿入されることになるた
め、スイッチが故１（ζｉ（ッた場合には通信回線途絶
とい・）事態になりかねないので当然のごとなからこの
スイッチには１ｒｌｉい信頼性が要求されている。

従来、導波管スイッチの高（８頼化が難しかった理由４
Ｊいくつかあるが、特に大きな理由と考えられるものＧ
、１、導波管スイッチにおいて、可動部分をｔＩ′ず大
きくて重いロータを高速で回転させ、急速に１７１１−
さ−ｌるためのυＵ構が複雑になり、構成要素が多くな
ることである。具体的には、モータと１．１−夕とを変
速ギヤを介し”ζ結合させていたため、接触１°１１；
分が多く接触の状態、潤滑油の状態、金属粉などの介在
等によりどうしても信頼度をあげることができない問題
があった。

また、モータを用いず他の形式のアクチュエータを用い
た形式、あるいはそれらのアクチュエータからロータへ
の変位と力の伝達機構として他の方式を用いた形式も存
在する。しかし、いずれも構成部品が多く信頼性を高め
ることが４！ｉｆ　Ｌがった。

また、導波管スイッチは広い温度範囲で用いられること
が多いのも、信頼性を高める上で困ゲ１ｔさを増してい
る。空中線と同様、りｌ気にさらされる場合、導波管ス
イッチの温度は−４０“（：程度にな現可能１（ｒがあ
る。一方、高温の入電力増幅装置のｉｋくに置かれる場
合には＋９０℃にも達することがある。このような広い
温度範囲におりる切替りリノ作の信頼性を保証すること
がゲ鈍しいのυ、１、機械的な相対運動を件・う接触部
分の摩擦抵抗等が変化したり、潤滑剤の特性が温度Ｇこ
よって人ＩＶｉｆに変動する、二とに起因する。

〔発明の目的〕

本発明は、この点を改良するもので、すＪ替りＪｌｌ−
の信頼性が卵重に高く、また小型形状である導波管スイ
ッチを提供することを目的と′Ｊる。

〔発明の要点〕

本発明は、回転自在に支持されたｊｒ、、周波切替用の
ロータと、このロータと一体Ｇこなったアクチュエータ
回転子と、前記アクチュエータ回転ｒと電磁的に結合し
て回転子を廻し切替動作をするアク−ブーユニーク固定
子と、前記ロータとステータの相グｌ的な）に位置を決
定するス１−ソバとを備えたことをｑ・ｒ徴とする。

〔実施例に、１、る説明〕 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明−実施例の導波管スイッチの紺ｌ１Ｊ
ｉ面図である。第１図で、１は外部回路へ接続される導
波管が取付けられるステータである。２はステータ１に
設りられた導波管部であり、複数個設りられている。３
はステーク１の内部にて回転し、回・ト；；部に導波管
が形成された高周波切替用のロータで、両端の１組の軸
受５　Ｌ：二よって回転自在に支持されている。このｔ
＋　−）、ｌ　３とステータ１１は非密に小さなギャッ
プを隔てて互いに接触しないように構成される。

ｌ−１−夕３の」一方は延長されていて、同径筒状の透
研率の高い＋Ａ　ＩＩでできたヨークにがはめ込まれて
いる。ヨーク６の内側には一対の永久磁石７がヨークの
内面に密接して取付けである。このヨーり６と永久磁石
７ばアクチュエータＧこおりる回転子を構成し、アクチ
ュエータのこの回転ｒε；ｌ：　ｌ：ｌ　−夕３と一体
であり、共に回転動作をする。

このアクチュエータ回転子を電気磁気的に回転させるた
めにアクチュエータ固定子がある。アクチュエータ固定
子は、ステータ磁極８と、これに巻かれたコイル９と、
それらを支持するシャツ１−１０によって構成されてい
る。シャツＨＯの一端はステータカバー１２に固定され
ている。シャフトの他の一端は軸受１１を介してヨーク
３を回転自在に支持している。

また、２０ばロータ３の下端に設りられた溝゛ζよ）す
、１９はその溝の内に突出するように設置されたストッ
パでステータ１の下側カバー１３に固定されている。こ
の溝２０とストッパ１９とで位置決め機構が構成される
。

また、２２はロータ３の底部に設りられた溝てあり、２
３はガラス窓である。１４はＯリングであり外気を遮断
している。この溝２２と、ガラス窓２３とで目視による
導波管スイッチの状態＠認機構および手動切替機構を構
成する。

ここで、切′替動作を説明するため第１図にＡ−八と印
した断面を第２図に示し、こ杵を用いて切替動作を説明
する。第２図は４個の端子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを有
し、ロータ３には２つの導波管４を設りた双極双投型の
切替動作をする導波管スイッチを例に示す。まず第２画
人に示す状態ではステータの端子２ａと２ｂの間が接続
され、また２ｃと２ｄの間も同時に接続されている。こ
の状態では２ａ　−２ｄ、２ｂ−２ａ間は非接続である
。

この状態からロータ３をステータ１に対し９０度回転さ
せることによって、第２図１３に示す状態に切替える。

この状態では２ａ−２ｄおよび２ｂ　−２ａ間が接続さ
れ、２ａ　　２ｂ、２ｃ　−２ｄ間が非接続となる。以
上が本発明の導波管スイッチの切替動作である。

次にロータ３を電磁的に回転される動作を詳しく説明す
る。第１図にＢ−Ｂと印した横断面を第３図に示し、１
〕−Ｄと印した横断面を第４図に示す。第３図Ａは導波
管スイッチの１つの切替状態に対応したアクチュエータ
の回転子と固定子の状態を表わしているが、回転子と固
定子とは磁気的な安定位置から外れた関係位置にある。

コイル９を励磁しないとき、回転子はさらに左回転しよ
うとし、左回転トルクを発生ずる。ごのままＣは目−タ
３は第２図に示したステータ１とヨーク３の定位置関係
を外れ接続が完全になされない。

そこで、定位置を決定する機構が作用し、第３画人に示
すアクチュエータ状態のときしｌ−夕３の溝１９ばステ
ーク１に対し、第４図に実線で示した位置にある。アク
チュエータが発生ずるトルクによってロータ３の溝２０
の一方の端がストッパ円Ｃ１二押し伺りられて係止され
、これによって１＝１−夕３とステータ１の互いの位置
関係が確立される。

すなわち、１組の永久磁石７の発η−する磁束は、その
外面側ではヨーク６を通り、一方向面側でＧ」主として
固定子の磁極８を通過ず乞。磁気エネルギーは常に最小
の状態をとろうとするが、第３図Ａにおいて系の磁気エ
ネルギーが最小となるの番、１、弧状の永久磁石７の中
心と磁極８の中心がほぼ合。

致するときである。従って固定子に対し、回転−ｒし、
Ｉｈｈ向・〜、回転ｊ〜よパ）と４−るトルクを発生ず
る。

次に、導波管スイッチを反転しζ第２しＩＢの状態にす
るにＣ５１どうするかを説明−４る。第３図へのｊｓ態
にあるアクーｙ−フ、エータのコイル９に対し、永久（
り゛り石７の発生ずる起磁力と逆の起磁力を発生ずるよ
’ｒ　ｙ、（方向の電流を流すことにより、アクチェ１
−夕の回転子と固定子との間に、前に述べた非励磁状態
と４；ｌ　＞ｆ方向の回転子右廻りのトルクが発／ｌ′
、　する。回転子が右に廻ると、これと一体のロータ３
も回転し、最終的にはストッパ１９とロータの溝２０が
ｉ＋ｉ￥するまでロータ３は回転し、アクチュエータは
第３図１３の状態になる。これと同時に導波管スイッチ
の接続も第２図Ｂの状態へ切替わる。

導波管スイッチのステータ１と１」−夕３の関係位置は
、第４図に破線で示した溝２０とストッパ１９の関係に
よって確立さセる。

第２図１３から第２図への接続状態へ切替えるには、い
ま述べたと逆の起磁力を発〕１“するようにアクチｊ、
エータ固定子のコイル９６．二軸にり電流を流すことで
達成される。

また、ガラス窓２３から内部の／＾７２２を見るごと乙
、二よって導波管スイッチがいかなる’：’Ｊ　Ｍ　’
０、態にあるかをｇ（＋’　Ｒ忍することができる。導
波管スーイ、千を［動でりＪ”Ｍえたい場合にば、霜気
的な切替１１・制御信°弓を切っておいてから、前記の
ガラス窓２３を夕［し、前記の溝２２にスクリュードラ
イバを挿入し７φＵずことによって導波管スイッチの状
態をり）替えることができる。ロータ３とアクチュエー
タの間に十−ト、その他の伝達機構が介在していないた
めに、ｌｉｔ　−夕３を直接手で廻すことが可能＆、二
１．ｉ’す８．Ｚ　；Ｉ’１．　ｉ、Ｉ：　、Ｊｌ常に
好都合なことである。

また、駆動回路についての機能（＝１加に関し５て述べ
れば、」コイル９の励磁方式としては１１・ｒルを交互
に電流方向を変えて励磁する方式と１．ＴＩイル９を２
分割して、それらのコイルを交Ｌ１に励（６’ｔ　’Ｊ
ることで切替動作を行う方式が考えられる。

まえ、励磁電流を必要とするのｔ、１専波管スイツチを
反転さ−ｌるときのみでよいの−（、通んは励磁電流を
遮断しておく必要がある。励θり電流を遮断するにはロ
ータ３の回転角度を検出し一ζ′４１う方式が最もＵ（
ｆ実で、かつ信頼度が高い。

第５図４Ｊ第１図にＣ−Ｃと印しノζ部分の横断面図て
ＪＪって、位置検出機構を説明するための図である。１
１３５図で２１はしＩ−り３と一体に設けられた遮光部
＋７１であり、これを挟むように発光素子１６と受光素
／−１７の組が設りである。これらの位置検出機構は１
−Ｊ−夕３の回転方向角度の適当な位置に設りられてい
る。例えば導波管スイッチのロータ３の９０度の回転角
度の６０〜８０％の行程が終わった位置に設のである。

また導波りゞ（スイッチが現在、いかなる切替状態を保
持しているかを外部から、あるいは遠隔地から知りたい
場合がある。このため、第５図は４組の位置検出機構が
設けられそのうちの２組はコイルの励磁電流の遮断用と
して働き、他の２組は導波管スイッチの状態を外部へ送
１１四°るための位置検出器として（動く。

第６図は、本導波管スイッチの励ｆＩり回路の要部回路
構成図である。第６図は導波管スイッチのアクチュエー
タの２つのコイルを持つ場合の導波管スイッチ励磁回路
であって、２　＋１Ｍの−１イル９に′１．１応した一
対の回路からなる。１６４Ｊ前に述ベノこ発光素子、１
７は受光素子である。３０は電流増幅器−Ｃあり、３１
はコイル励磁電流を遮１けｉ−Ｊるときに発生・する逆
起電力吸収用ダイオードである。α１１１子３２はアク
チュエータの電源のフ゛ラス極（則−＼、昂１１イ；（
３ε；ｌ：フイナス極側°へつながる。３４は切替制御
信号の共Ｊ１η線路、端子３５と３６はそれぞれ切替制
御信“・ｊ（例えば状態「０」、状態「１」）にり・ｉ
応する。

いま、第６図の上半分が状ｐ、Ｂ　ｒ　ｏ　、＋　ｃこ
対応Ｊると仮定ず・れば、端子３５が選択され、−１，
側の発光素子Ｉ６が発光する。これによって受光素子１
７がＯ１２となり、さらに増幅器３０がＯＮになるごと
て上側の一１イル９が励磁状態になる。そうなるとアク
チュエータ回転子が廻り始め、それととも乙、ニ一体と
なったロータ３も回転する。アクチュエータがスイッチ
の切替行程の５０％を越え適当な角度Ｇ、Ｓ達したとき
、ロータ３と一体に１すｊく遮光（°（１目７１２１が
発光素ｆ′１Ｇと受光素子１７との間に入り、光をカッ
１−する′。

光をカッ１−された受光素子１７は叶１？状態になり、
その結果−１−力：Ｉイル９は非励磁状態となる。この
とき牛刀の二１イル９はもともと非選択状態にあるから
、ご、二で７＃波管スイツチの切替動作は完了する。

なお、−１−記実施例は光を用いた位置検出機構を伺加
した導波管スイッチについて説明したが、位置検出機構
とし”ζは光を用いたものではなく、他の形式も可能で
あることはもちろんである。例えば機械的な接点を有す
るスイッチとか、磁気的なセンサーを用いたものである
とかいろいろ考えられる。いずれにしても、信頼性の高
い方式であることが市１ｙｊであることは言うまでもな
い。それらの中でも光学的位置検出器を用いた実施例の
ものは回路がシンプルであり、無接触という特徴があり
、本発明の導波管スイッチにとっては最も適した方式で
ある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の導波管スイッチは＋１−
夕と−・体のアクチュエー２回転子を軸受によって回転
自在に支持し、アクチュエータの固定子を前記のアクチ
ュエータ回転子に対し、電Ｏ？的に結合させることでロ
ータを回１ｔ１１．：きり、ＩＩ−夕とステータの相対
位置関係をスＩ・ツバによって決定するようにした。し
たがって、機械的な摺動部分は軸受部のみである。その
軸受ち、Φノ、かり軸受を用いれば、非常に小さい回転
１−ルクで回転されるごとができる。

したがって、信頼性を低下さ−Ｕる−）二たる要因であ
る機械的な接触を減少でき、また簡素な構成のために高
い信頼性を得ることができる。また、同時に非常に簡素
な構造であるために無駄がなく、コンパクトに構成する
ことも可能になり、小型で通信装置への実装に適した導
波管スイッチを提供することができる。また、イ」随的
な、効果として番、！構成が単純であることから、コス
１−を下げることも可能になり、近年特に要求の大きい
１ｆｆｌ信装置の低価格化という要求にも応えるごと控
（できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の要部縦断面図。 第２図は第１図のＡ−Ａ横断面図。 第３図は第１図のＢ−Ｂ横断面図。 第４図は第１図のＤ−Ｄ＋Ｑ−断面図。 第５図は第１図のＣ−９横断面図。 第６図は励磁回路の要部回路構成図。 １・・・ステータミ２・・・導波管部、３・・・ロータ
、４・・・導波管−１５，１１・・・軸受、６・・・ヨ
ーク、７・・・永久磁石、８・・・ステータ磁極、９・
・・コイル、１０・・・シーｌ−ソト、１２・・・ステ
ークカバー、１３・・・下側カッ＼−１１４・・・０リ
ング、１６・・・発光素子、１７・・・受光素子、１９
・・・ストッパ、２０．２２・・・溝、２１・・・遮光
部月、２３・・・ガラス窓。 特許出願人　　日本電気株式会社 代理人　弁理士　井　出　直　孝 １ １８２１ 第　１　図 ２ｂ　４　　　　　　　　４　　　ンｂ３６１ｐ ７ 萬３図 ９ 第　４　口 ２ 茜　５回 ５０ ６　Ｑ− 右　６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部導波管の接続端子を有するステークと、こ０
   ステークに支持されたアクチュエータ固定子と、 」二記スデータに回転自在に支持されこのアクチュエー
   タ固定子と電磁的に結合して回転力が与えられるアクチ
   ュエータ回転子と、 このアクチュエータ回転子と連結され上記外部導波管の
   接続端子に結゛合され内部導波管を有するロータと、 このロータと上記ステータとの間に上記ロータの回転を
   係止さ・ｌる位置決め機構と を備え、 この位置決め機構は、上記アクチュエータ固定子と」二
   記アクチュエーク回転子との間に作用する磁力により上
   記ロータに与える回転力を上記外部導波管と上記内部導
   波管との結合位置が最１°、１になる位置で係止される
   ように構成されたごとお特徴とする導波管スイッチ。
2. （２）上記ロータには、位置検出部月を含め、−！記ス
   テータには、この位置検出部相の位置を検出する位置検
   出センサーを含む特許請求の範囲第［１１Ｊ、ｃｉに記
   載の導波管スイッチ。
3. （３）上記ステータには窓が設けられ、」−記１：Ｊ−
   夕の状態をこの窓から目視することができるようＣに構
   成された特許請求の範囲第＋１．．１項に記載の導波管
   スイッチ。