JPS61116402A - 誘電体回転結合器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、誘電体線路を利用した結合器にかかわり、
特に、回転体に対して電気信号を送信する場合、または
、回転体から出力される電気信号を受信する場合に有用
な誘電体回転結合器に関するものである。

〔従来の技術〕

誘電体線路で構成されている２木の伝送路を近接して配
置し、一方の誘電体線路に信号を供給すると、このハ＾
電体線路を伝播する信号エネルギーが他方の誘電体線路
に結合することが知られている（参照　電子通信学会　
技術研究報告　マイクロ波ＶＯＬ１８．Ｎ０９３．１９
８１．７．２４゜ＭＷ８１−３７）。

以下、この点について詳述する。

第５図は誘電体（比誘電率ε１）で作られている線路の
一例を示したもので、断面が方形（ａ。

ｂ）とされている誘電体線路は自己の比誘電率ε１より
低い比誘電率ε２をもつ媒質（空気を含む）中におかれ
ている。

この誘電体線路（以下、単に線路という）１の一端］ａ
より電力Ｐ１なるマイクロ波、またはミリ波（ｌＧＨ２
〜数１００ＧＨｚ帯）の電磁波を入力すると、この電磁
波は線路１に閉じ込められてＺ軸方向に伝播し、端子１
ｂ側より電力Ｐ２として取り出すことができる。

この場合、誘電体で形成されている線路１が曲がってい
ても、電磁波は線路１にそって伝播する。

線路１内を伝播する電磁波のモードは入力した信号の周
波数と、線路１の断面形状９寸法、および線路１の比誘
電率（ε１）を囲む媒質の比誘電率ε２等によって異な
り、これらを適当な値に定めると線路１内を伝播する電
磁波の横モードを単一の伝播波形にすることができる。

また、その伝播波長は数ｃｍ〜０．１ｍｍのオーダに設
定できる。

次に、かかる線路によって形成される結合器について説
明する。

第６図に示すように第１の線路１と間隔ｄ１なる距離を
おいて、誘電体からなる第２の線路２を平行に配置する
。

第１の線路１の一端１ａから入力された電力ＰＩの電磁
波は、前述したようにＺ軸方向に伝播することになるが
、２＝２．の点に第２の線路２が配置されていると、こ
の点から伝播されてきた電磁波（細線で示す）が第２の
線路２に結合され始める。この結合は後述するよう伝播
モードの変化に基づいており、第１の線路１内を伝播す
る電磁波が第２の線路２に徐々にしみ出す現象とみるこ
とができる。第２の線路２に結合される電力Ｐ２はＺ−
７２の点で最大となり、さらに、電磁波が進行すると逆
に第２の線路２がら第１の線路１に結合され、Ｚ＝７３
の点で結合された電力Ｐ２の大部分が第１の線路１に戻
される。

このとき、Ｚ２−Ｚ、＝２３−２２＝Ｌｏを誘電体線路
の結合長と呼ぶ。

このような電磁波エネルギーの遷移は誘電体線路内を伝
播している偶モードの伝播波と奇モードの伝播波の位相
定数の差によって発生する。

例えば、第７図に示すように、第１の線路１と第２の線
路２を１個の誘電体線路とすると、偶モード波Ｓと奇モ
ード波Ａの２つのモードが振動しながら進行しているも
のとみられる。

このとき、偶モード波ＳのＺ軸方向の位相定数なβＺＳ
＋奇モー奇モード波動方向の位相定数をβ２Ａとすると
、前記した結合長り。は、で表わされる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで、第１の線路１から＄２の線路２に結合される電
磁波エネルギーが最大となるようにするためには、双方
の重なり部分が結合長Ｌ０になるように設定すればよい
が、急激に第２の線路２を結合長し。で折り曲げたり、
切断したりすると、この点で電磁波の伝播モードが乱れ
、良好な結合状態が得られない。

この発明は、かかる問題点を解消し、一方が回転体とな
っている場合に好適な誘電体回転結合器を提供するもの
である。

第８図に示すように、間隔ｄｌで平行に配置されている
第１．第２の線路１，２をＺ＝Ｚｏの点から２＝２．の
点までとし、２＝２．から徐々に平行性がくずれるよう
に配置すると、２＝２．からあとは、位相定数βｚｓ＋
β２Ａも変化するこ゛とになる。すなわち位相定数βＺ
ｓ＋β２Ａは距離２の関数となる。

そのため、ｚ＝ｚｏから２＝２．までの結合長文に加え
て、２＝２．から２＝−２３までの結合長文、を加えた
ものが実際の結合長しとなるが、第１、第２の線路１，
２の間隔が大きくなると結合は急激に減少するので、せ
いぜい２＝２．からＺ＝２２までの結合長６文を前記２
＝２．までの結合長文に加えればよく、この結合長６文
は、によって算出される。

したがって、第８図の場合は実効結合長りはＬ＝１＋Δ
文となり、この実効結合長りが前記した結合長り。と一
致したとき最大の結合が得られる。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、かかる実効結合長を回転体と、固定体の信
号の結合に利用することによって誘電体回転結合器を構
成したもので、誘電体線路の一方を、一部が切断された
リングの形状に構成して回転体、または固定体側に配置
し、このリング状の誘電体線路に近接して他方の誘電体
を配置する。

〔作用〕

誘電体線路の一方が、はぼリング状に配置されているの
で、回転体と固定体の間で信号を送信。

または受信することが回転体の大部分の回転位置で可能
になり、その最適結合長を信号の搬送波周波数等によっ
て設定できる。

また、高い周波数領域の信号が結合されるため、ロータ
リトランス等で扱うことができない高密度の信号の結合
が良好に行われる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の誘電体回転結合器の一実施例を示す
図で、１０は固定側９例えばメニカルシャーシイに配置
されている誘電体線路（固定線路）、２０は回転体９例
えば磁気記録再生装置の回転ドラムに配置されているリ
ング状の誘電体線路（回転線路）を示す。

固定線路１０の一端には信号を注入するためのアンテナ
１１が植設され、その他端には無反射終端１２が形成さ
れている。そして、信号（例えば高密度の映像信号Ｖｉ
ｎがアンプ１４．変調器１３を介して供給される。

回転線路２０側にも同様に信号を取り出すアンテナ２１
．および無反射終端２２が設けられ、復調器２３．およ
びアンプ２４を介して回転ヘッド２５へ信号が供給され
るように構成されている。

なお、再生時には回転線路２０から信号が出力され、固
定線路１０側でこの信号が受信できるような回路構成が
必要になる。

回転線路２ｏと固定線路１０は間隔ｄを介して対峙し、
この両者の実効結合長りが前述した結合量がもっとも大
きくなる結合長Ｌｏとなるように設定する。

実効結合長りは信号で変調されているマイクロ波（ミリ
波）の周波数、線路形状、比誘電率等によって異なる値
となるから、この場合は信号で変調されるマイクロ波の
周波数を可変とし、最良の結合状態となるようにするこ
とが好ましい。

この発明の誘電体回転結合器は上記したような構成とさ
れているから、固定線路１０には、例えばビデオ信号に
よって変調されたマイクロ波（ミリ波）がアンテナ１１
から供給されて無反射終端１２側に伝播して行くが、そ
の途中で回転している回転線路２０との実効結合長りの
範囲で大部分の電磁波が回転線路２０側に遷移する。

そして、回転線路２０側に移った電磁波はアンテナ２１
から復調器２３へ供給され、復調されたのちアンプ２４
を介して回転ヘッド２５に供給される。

この場合、回転線路２０の両端が切断されている角度φ
の範囲では良好な結合状態が得られないが、テレビ信号
の場合は、この期間には回転ドラムに巻回されているテ
ープと回転ヘッド２５が非接触となる期間に同期するよ
うに設定すればよい。

上記のように、この誘電体回転結合器は従来。

回転ドラムに使用されているロータリトランスと同様に
利用することができる。

この場合、従来のロータリトランスの伝送周波数が数Ｍ
Ｈｚ〜数１０ＭＨ２であるのに対し、この発明の誘電体
回転結合器によって回転ドラムに信号を供給する場合は
、数１００ＭΩの周波数帯域の信号を回転ドラムに供給
することができるようになり、高解像度テレビ信号、ま
たは高密度データを回転ヘッドに供給することができる
という利点がある。

また、周波数多重技術によって、複数個の信号を１個の
誘電体回転結合器によって供給することができるという
効果がある。

第２図はこの発明の他の実施例を示す誘電体回転結合器
を示したもので、２０は回転線路、３０は固定線路を示
している。なお、信号の送受信回路は省略されている。

この実施例では、固定線路３０側に湾曲部を設けること
によって実効結合長りが大きくなるように変形したもの
で、特に、回転体が小型の場合に十分な結合長Ｌ０を設
定できるという利点がある。

第３図はこの発明のさらに他の実施例を示したもので、
リング状に形成されている方が固定線路４０を示し、小
さな湾曲部となっている方が回転線路５０となる場合を
示す。

４１．５１はそれぞれ信号を入出力するだめのアンテナ
、４２．５２は無反射終端を示す。

この実施例では固定側１例えばジャーシイ部分にリング
状の固定線路４０を設け、回転側となっている回転ドラ
ムには小型の固定線路５０を設けるようにしているので
、回転側が特に小さい場合に有効である。

第４図はこの発明のさらに他の実施例を示したもので、
回転側、および固定側にそれぞれ回転軸方向に２個の回
転線路２ＯＡ　、２０Ｂ、および固定線路１０Ａ、ＩＯ
Ｂを設けたものである。

したがって、２系統の信号の送受信が可能になり、特に
、２個の回転磁気ヘッドを備えているヘリカルスキャン
方式の結合器に有用な構成となる。

この場合は、回転線路２ＯＡ　、２０Ｂの非結合範囲と
なる位置（前記角度φ）は、互いに１８０°の位置にお
くことが好ましい。

」−記第１図の実施例において、誘電体線路の比誘電率
ε１を１０（例えばアルミナ）とし、搬送周波数を２０
ＧＨｚ、線路の幅を２ｍｍ、線路間隔を約０．４ｍｍ程
度に選ぶと結合長Ｌｏはほぼ２０ｍｍとなることが計算
され、結合効率は＝６　ｄＢが達成される。

したがって、特に、高密度記録再生用のＶＴＲにおける
回転結合トランスとして有用である。

しかし、高密度の情報を回転体に供給する場合、または
回転体から出力する装置として、例えばレーダの送受信
アンテナ等にも利用できる。

〔発明の効果〕

以−Ｉ−説明したように、この発明の誘電体回転結合器
は、伝送信号としてマイクロ波、またはミリ波が使用で
きるので、従来のロータリトランスで扱うことができな
い高い周波数の信号を回転体に対して結合することがで
きる。

また、信号の伝送帯域はＯ〜２００ＭＨｚに及ぶので、
きわめて高密度の信号を伝送できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の誘電体回転結合器の一実施例を示す
概要図、第２図、第３図、第４図はこの発明の他の実施
例を示す固定線路と回転線路の形状を示す図、第５図は
誘電体線路の一例を示す斜視図、第６図は伝播モードの
説明図、第７図は偶モード波と奇モード波の説明図、第
８図は結合長の説明図である。 図中、１０は誘電体からなる固定線路、１１はアンテナ
、１２は無反射終端、１３は変調器、１４はアンプ、２
０は誘電体からなる回転線路、２１はアンテナ、２２は
無反射終端、２３は復調器、２４はアンプ、２５は回転
ヘッドを示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転体に設けられている第１の誘電体線路と、非
   回転体に設けられている第２の誘電体線路を所定の間隙
   で近接した位置に配置し、前記第１、または第２の誘電
   体線路のいずれか一方が一部切断されたほぼリング状の
   誘電体線路とされていることを特徴とする誘電体回転結
   合器。
2. （２）回転体が磁気記録再生装置の回転ドラムとされて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
   誘電体回転結合器。
3. （３）第１、第２の誘電体線路がそれぞれ多段に配置さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
   載の誘電体回転結合器。