WO2005041344A1

WO2005041344A1 - 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

Info

Publication number: WO2005041344A1
Application number: PCT/JP2004/015483
Authority: WO
Inventors: Takeshi Okano; Tomohiro Nagai; Toshiro Hiratsuka
Original assignee: Murata Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2003-10-24
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2005-05-06
Also published as: EP1677381A1; JP4103917B2; US20070075801A1; CN1871741A; JPWO2005041344A1; EP1677381A4

Abstract

　方形導波管と円形導波管とのモード変換部に不要な伝送モードの励起を抑える不要波抑制溝を設けることにより、必要な伝送モードの伝送効率を高める。　方形導波管２と円形導波管４とを垂直に接続し、これらのモード変換部には、方形導波管２の管壁２Ｂ，２Ｃ，２Ｄと円形導波管４の管壁４Ａとにわたって延びる不要波抑制溝５を設ける。これにより、不要波抑制溝５は、方形導波管２内を伝わるＴＥ１０モードの電磁波によって円形導波管４内で不要なＴＥ１１モードが励起されるのを抑制でき、ＴＥ１１モードへの変換損失を小さくすることができる。そして、円形導波管４内でＴＭ０１モードの電磁波を効率よく励起でき、導波管２，４の間で信号を安定的に伝送することができる。

Description

明細書

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技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] 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)。

[0003] 特許文献 1：特開平 5— 235603号公報

[0004] 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。

[0005] この場合、従来技術では、例えば TM モード等の伝送モードで円形導波管内を

01

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 モード等）に変

01

換し、これを方形導波管内で伝送する構成としている。

[0006] 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 モード等の電磁波

01

力方形導波管との接続部位で TE モード等に変換され、方形導波管内を伝播す

01

る構成となっている。

[0007] 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ぐ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、う問題がある。発明の開示

[0008] 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。

[0009] 上述した課題を解決するために本発明は、四角形の横断面形状をもって一定の長さ方向に延び TE 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

10

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 モードの

01 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モード変換部には、該各導波管の間で高周波信号を伝送するときに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を設ける構成としたことを特徴として、る。

[0010] 本発明によれば、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 モードと一緒に他の不要な伝送モード（例えば、 TE モード）が励起

01 11

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。

[0011] 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。

[0012] 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力各導波管の軸方向（信号の伝送方向）に延長した部位等も含むものである。

[0013] また、本発明では、不要波抑制溝は、方形導波管と円形導波管のうち少なくとも一方または両方に配設し、不要な伝送モードとなる円形導波管の TE モードの電界成

11

分と直交する方向に高周波信号の 1波長の 1Z2以上の長さをもって延びる構成とするのが好ましい。

[0014] このように構成したことにより、例えば不要波抑制溝を方形導波管と円形導波管とのいずれか一方または両方にわたって配設でき、不要波抑制溝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。また、不要波抑制溝を不要な TE 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

11

の 1波長の 1Z2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 モードに対して、変換先の円形導波管内で必要な TM モードのみが整合

10 01 し、不要な TE 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

11

伝送モードに対して高い抑制効果を得ることができる。

[0015] また、本発明では、不要波抑制溝は円形導波管の軸線に対応する位置で方形導波管に形成する構成としてもよい。

[0016] これにより、例えば方形導波管を構成する部品等に対して不要波抑制溝を配置することができる。このため、不要波抑制溝を配置しない円形導波管側の部品形状、構造等を簡略化でき、円形導波管を容易に形成できると共に、両方の導波管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。

[0017] また、本発明では、不要波抑制溝は円形導波管に形成する構成としてもよい。

[0018] これにより、例えば円形導波管を構成する部品等に対して不要波抑制溝を配置することができる。このため、不要波抑制溝を配置しない方形導波管側の部品形状、構造等を簡略化でき、方形導波管を容易に形成できると共に、生産性を高めることができる。

[0019] また、本発明では、方形導波管と円形導波管との間には、該各導波管を接続するときに不要波抑制溝の一部に挿嵌され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を設ける構成としてもょヽ。

[0020] 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揷嵌することにより、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。

[0021] また、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ちょい。

[0022] 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 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

01

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 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

01

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ぐ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。

[0023] さらに、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。

[0024] 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ぐ汎用性の高い回転型のァンテナ装置を実現することができる。

図面の簡単な説明

[図 1]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]図 2は導波管変換装置を図 1中の矢示 Π-Π方向力もみた断面図である。

[図 3]図 3は導波管変換装置を図 1中の矢示 III III方向力もみた断面図である。

[図 4]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]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]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]図 7は本発明の第 3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 8]図 8は導波管変換装置を図 7中の矢示 VIII— VIII方向力もみた断面図である。

[図 9]図 9は方形導波管と円形導波管とを ffi^立てる前の状態で示す分解斜視図である。

[図 10]図 10は方形導波管を単体で示す平面図である。

[図 11]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]図 12は本発明の第 4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 13]図 13は導波管変換装置を図 12中の矢示 XIII— XIII方向からみた断面図である

[図 14]図 14は本発明の第 5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 15]図 15は図 14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 16]図 16は本発明の第 6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 17]図 17は本発明の第 7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 18]図 18は本発明の第 1の変形例による導波管変換装置を示す断面図である。

[図 19]図 19は本発明の第 2の変形例による導波管変換装置を示す断面図である。

[図 20]図 20は本発明の第 3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

[0026] 1， 11， 21, 31, 41， 53， 58 導波管変換装置

2, 22, 32, 54， 54' , 59 方形導波管

2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 4A 管壁

3 開口部

4, 26， 35, 42, 55, 60 円形導波管

5, 5' , 5〃 , 12， 27, 36, 56, 61 不要波抑制溝

6. 13, 28 横溝

7. 14, 29 縦溝

6A, 7A, 13A, 14A, 24A, 28A, 34A 底面

23, 33 導波管部品

24, 34 長溝

24B, 34B 側面

24C, 34C 端面

24D, 29A 凹湾曲面部

25 蓋体

26A, 35A, 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 3イン卜部品

62 チョーク

71 アンテナ装置

72 放射器

発明を実施するための最良の形態

[0027] 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。

[0028] 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。

[0029] 2は例えば四角形状の金属管等により形成され、 TE モードの高周波信号を伝送

10

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!、長方形状をなしている。

[0030] 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。

[0031] この場合、上，下の管壁 2A, 2Bは、 TE モードに対する H面を構成している。また

10

、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。

[0032] 4は方形導波管 2の開口部 3に接続され、 TM モードの高周波信号を伝送する円

01

形導波管で、該円形導波管 4は、図 2、図 3に示す如ぐ例えば円形の横断面形状をもつ金属管等力もなり、その管壁 4Aは軸線 0-0 (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、る

[0033] 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 モード等の不要な伝送

11

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 モードの電界成分を、円形導波管 4内を伝わる円形 TM モードの電界成分に効率

0 01

よく変換するものである。

[0034] 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。

[0035] 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の両端部力 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。

[0036] 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。

[0037] また、不要波抑制溝 5は、図 2、図 3に示す如ぐ円形導波管 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 モード等の電界成分の方向と直交する方向（例えば、

11

Y軸方向）に延びて形成されている。

[0038] 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波長をえとして、例えば波長えの 1Z2以上の大きさに設定されている。

[0039] [数 1]

L≥l /2

[0040] 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 モードは、後述の図 4に示す如ぐ方形導波管 2 (導波管 ^ )の伸長

11

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 モードは、不

11

要波抑制溝 5の横溝 6の底面 6A等が短絡端となる。

[0041] 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 モードの電界成分に対して、円形導波管 4内に生

10

じる不要な TE モードの電界成分が不整合となり、伝送すべき TM モードの電界成

11 01

分が整合するように構成して、るものである。 [0042] 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。

[0043] まず、方形導波管 2内を伝わる TE モードの電磁波が円形導波管 4内に伝送され

10

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 モードが

11 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 モードが第 2

01

番目の伝送モードとなって!/、る。

[0044] 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、導波管変換装置の方形導波管 ^ と円形導波管^ を単に接続しただけの構成では、方形導波管 ^ 内を伝わる TE モードの電磁波によって円形導波管^ 内に不要な

10

TE 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 モード

11 01 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。

[0045] 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 モードが励起され

11

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 モードの電磁波によって円形導波管 4内で TM モードの電磁波を効率

10 01

よく励起でき、 TE モードと TM モードとの間でモード変換を低損失な状態で安定

10 01

的に行うことができる。

[0046] 力べして、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 モードと一緒に TE モード等の不要な伝

01 11

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。

[0047] 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。 [0048] 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 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

11

さ Lは高周波信号の 1波長 λの 1Z2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。

[0049] 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 (ΤΕ モード）に対

10

して、変換先の円形導波管 4内で必要な ΤΜ モードのみが整合し、不要な ΤΕ モ

01 11 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、抑制効果を得ることができる。

[0050] また、不要波抑制溝 5を、円形導波管 4の軸線 Ο— Ο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 Ο— Ο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。

[0051] 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。

[0052] 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。

[0053] 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）と異なる方向に沿つて励起される ΤΕ モードを抑制するものである。

11

[0054] ここで、不要波抑制溝 12は、図 6に示す如ぐ例えば円形導波管 4の中心 Ο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。

[0055] 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の端部力 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。

[0056] カゝくして、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 モード (X軸方向に沿った TE モード)の他に、例えば Y軸方向に沿った電界

11 11

成分をもつ TE モードが励起される場合でも、これらの TE モードを不要波抑制溝

11 11

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。

[0057] 次に、図 7ないし図 11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、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たことにある。

[0058] 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。

[0059] 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 に示す如ぐ例えば細長い四角形状の金属材料等力もなる導波管部品 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。

[0060] 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。

[0061] また、長溝 24の端面 24C側の角隅は、図 10に示す如ぐ例えば導波管部品 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。 [0062] 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、これによつて方形導波管 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。

[0063] 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 26 Aは軸線 O-Oを有して、る。

[0064] 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。

[0065] 27は方形導波管 22と円形導波管 26とが互いに交差する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 27は、図 8、図 10に示す如ぐ第 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力なり、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。

[0066] 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。

[0067] 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の両端部力も 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!/、る。

[0068] 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。 [0069] 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 モード等の不要な伝送

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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。

[0070] 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に示す如ぐ例えば方形導波管 22の幅 W= 2. 54mm,高さ H= l. 27mm,長溝 24の凹湾曲面部 2 4D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= l. 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= l. OOmm,横溝 28の深さ h=0. 4mmとして設定している。

[0071] 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 (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。

[0072] この比較例の特性線力判るように、導波管変換装置による伝送モードの変換時には、不要な TE モードが励起されることにより、例えば 10dB程度の高いレべ

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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。

[0073] これに対し、本実施の形態では、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 モードへの変換損失を小さく抑えることができる。

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[0074] 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 モードへの変換損失を十分に小さくすることができ、方

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形導波管 22内を伝わる TE モードの電磁波を、円形導波管 26内で TM モードの

10 01 電磁波へと効率よく変換することができる。

[0075] カゝくして、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 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。

[0076] 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 M則のみに設けたので、円形導波管 26側の形状、構造を簡略ィ匕でき、これを容易に形成することができる。

[0077] また、導波管部品 23には、例えば不要な TE モードの抑制効果に影響のない範

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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。

[0078] 次に、図 12及び図 13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、不要波抑制溝を方形導波管に設けることなぐ円形導波管のみに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 3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。

[0079] 31は導波管変換装置で、該導波管変換装置 31は、第 3の実施の形態とほぼ同様に、後述の方形導波管 32、円形導波管 35、不要波抑制溝 36等により構成され、導波管 32, 35はそれぞれ別部品として形成されている。

[0080] 32は方形導波管で、該方形導波管 32は、図 12、図 13に示す如ぐ第 3の実施の形態とほぼ同様に、導波管部品 33と、蓋体 25とを組立てることにより形成され、導波管部品 33には、底面 34A、左，右の側面 34B、端面 34C等を有する長溝 34が設けられている。

[0081] 35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 35には、第 3の実施の形態とほぼ同様に、 Z軸方向に延びる軸線 O-Oに沿って円形孔 35A が形成されているものの、その径方向両側の周壁には、後述の不要波抑制溝 36が設けられている。

[0082] 36は方形導波管 32と円形導波管 35とが互いに交差するモード変換部に設けられた例えば 2個の不要波抑制溝で、該各不要波抑制溝 36は、例えば略 U字状の横断面形状をもって形成され、 Z軸方向に延びている。この場合、不要波抑制溝 36は、導波管 32, 35のうち円形導波管 35のみに形成され、その端部側は、円形導波管 35の衝合面で導波管部品 33によって閉塞されている。

[0083] 力べして、このように構成される本実施の形態でも、前記第 1,第 3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、不要波抑制溝 36 を円形導波管 35のみに設ける構成としたので、方形導波管 32 (導波管部品 33)側の形状、構造を簡略ィ匕でき、これを容易に形成することができる。

[0084] 次に、図 14及び図 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、方形導波管と円形導波管との間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、前記第 3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。

[0085] 41は導波管変換装置で、該導波管変換装置 41は、第 3の実施の形態とほぼ同様に、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。

[0086] 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。

[0087] 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。

[0088] そして、嵌合突起 43は、図 15に示す如ぐ導波管部品 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の一部に揷嵌される。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。

[0089] 力べして、このように構成される本実施の形態でも、前記第 1,第 3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、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。

[0090] 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。

[0091] 次に、図 16は本発明による第 6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。

[0092] 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。

[0093] 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、例えば金属材料等力なり、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 3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。

[0094] 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、例えば金属材料等力なり、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。

[0095] 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。

[0096] 力べして、このように構成される本実施の形態でも、前記第 1,第 3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 5 3, 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。

[0097] この場合、円形導波管 55, 60内を伝播する TM モードは、その電界成分が該各

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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 モードを安定的

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に伝送することができる。

[0098] 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ぐ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。

[0099] 次に、図 17は本発明による第 7の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、口一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 6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。

[0100] 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 6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等力も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

[0101] 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。

[0102] 力べして、このように構成される本実施の形態でも、前記第 1,第 3,第 6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。

[0103] 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ぐ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。

[0104] なお、前記第 1の実施の形態では、不要波抑制溝 5を方形導波管 2の管壁 2B, 2C , 2Dと円形導波管 4の管壁 4Aとに沿って配置する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図 18に示す第 1の変形例のように構成してもよい。この場合、不要波抑制溝は、第 1の実施の形態の縦溝 7の一部のみを用いて形成され、方形導波管 2の左，右の管壁 2C, 2Dに沿って延びている。

[0105] また、本発明は、例えば図 19に示す第 2の変形例のように、モード変換部として円形導波管 4の軸線を延長した方形導波管 2の下側部位に設けられた横溝 6のみを用いて不要波抑制溝 5"を構成してもよい。この場合、不要波抑制溝 5" は、第 1の実施の形態の横溝 6のみを用いて形成され、方形導波管 2の下側の管壁 2Bに沿って延びている。

[0106] また、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 24 D, 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 20に示す第 3の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をプレス力卩ェ、铸造等によつて成形するときには、成形型力もの抜け性を良くすることができる。

[0107] また、第 5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ぐ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ょ、。

さらに、第 6,第 7の実施の形態では、第 3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 1,第 2, 第 4,第 5の実施の形態による導波管変換装置 1, 11, 31, 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!/、のは勿論である。

Claims

請求の範囲

[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 モードの高周波信号を

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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 モードの高周波信号を伝送する円形導波管とを備

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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モード変換部には、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を設ける構成としたことを特徴とする導波管変換装置。

[2] 前記不要波抑制溝は、前記方形導波管と円形導波管のうち少なくとも一方または両方に配設し、前記不要な伝送モードとなる前記円形導波管の TE モードの電界

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成分と直交する方向に前記高周波信号の 1波長の 1Z2以上の長さをもって延びる構成としてなる請求項 1に記載の導波管変換装置。

[3] 前記不要波抑制溝は前記円形導波管の軸線に対応する位置で前記方形導波管に形成してなる請求項 1または 2に記載の導波管変換装置。

[4] 前記不要波抑制溝は前記円形導波管に形成してなる請求項 1または 2に記載の導波管変換装置。

[5] 前記方形導波管と円形導波管との間には、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を設けてなる請求項 1, 2, 3または 4に記載の導波管変換装置。

[6] 請求項 1な!、し 5の、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口一タリージョイント。

[7] 請求項 1な!、し 5の、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。