JPH0148682B2 - - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01P1/10—Auxiliary devices for switching or interrupting
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- H01P1/122—Waveguide switches
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- Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はマイクロ波帯以上の周波数で用いられ
る導波管切替器に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a waveguide switching device used at frequencies above the microwave band.
導波管切替器は導波管を用いているので低損失
であり、また大きな電力を通すこともできるので
多くの分野で使われている。例えば高出力の増幅
器の出力側で信号の経路を切替える場合あるいは
低雑音増幅器の入力側で信号を切替える場合等に
用いられる。 Waveguide switching devices use waveguides, so they have low loss and can pass large amounts of power, so they are used in many fields. For example, it is used when switching signal paths on the output side of a high-output amplifier or when switching signals on the input side of a low-noise amplifier.
導波管切替器は上記のように高電力を扱える低
損失であるという特長を有する反面、切替のスピ
ードが遅い、切替に必要な電力が大きいという欠
点を有している。 Although the waveguide switching device has the above-mentioned feature of being able to handle high power and having low loss, it has the drawbacks of slow switching speed and large amount of power required for switching.
これは導波管切替器を構成する核となる回転素
子（以下、ロータとよぶ）が重く大きく、その慣
性モーメントが大きいからである。 This is because the core rotating element (hereinafter referred to as rotor) constituting the waveguide switching device is heavy and large, and its moment of inertia is large.
第１図は上記例を示した従来の導波管切替器の
断面図である。図において、１は複数の導波管開
口２が設けられたステータであり、開口２には他
の導波管回路が接続される。３は導波管切替器の
切替素子であるロータで、シヤフト５を中心に回
転するようになつている。ロータ３とステータ１
とは小さなスキマを保ちつつ回転するように構成
されている。 FIG. 1 is a sectional view of a conventional waveguide switching device showing the above example. In the figure, 1 is a stator provided with a plurality of waveguide openings 2, and other waveguide circuits are connected to the openings 2. A rotor 3 is a switching element of the waveguide switching device, and is designed to rotate around a shaft 5. Rotor 3 and stator 1
It is configured to rotate while maintaining a small gap.
第１図では導波管開口２ａと２ｄ間、および２
ｂと２ｃ間が接続されており、切り替えにはロー
タ３を回転することにより、導波管開口２ａと２
ｂおよび２ｃと２ｄの間が接続される。 In FIG. 1, between waveguide openings 2a and 2d, and between 2
The waveguide openings 2a and 2c are connected by rotating the rotor 3 to switch between the waveguide openings 2a and 2c.
b and 2c and 2d are connected.
従来はこの切替のためにロータ３とステータ１
との間に上述のように小さなスキマを設けている
が、このスキマは接続を意図しない導波管間に不
要なマイクロ波を伝播させる伝達路の役目も果
す。通常、この不要信号の漏れる度合はアイソレ
ーシヨンと呼ばれているが、このアイソレーシヨ
ンはかなりの大きな値が要求される。例えばFM
信号の場合で90dB程度である。そこで従来の導
波管切替器はこのアイソレーシヨンを大きくする
ために第１図に示すような寸法のスロツト６をロ
ータ３に多数設けた４分の１波長チヨークと呼ば
れるものが使用されていたが、この場合の、スロ
ツト６を設けるための各寸法l1，l2，l3，l4は使用
周波数の４分の１波長付近の値が選定されてい
た。そのため、第１図のロータ３は直径がかなり
大きくなり、切替器の外形寸法が大きくなるとい
う欠点があつた。また十分大きな値のアイソレー
シヨンをとるため、スロツト６の数をさらに増加
する必要がある場合があり、これによりさらにロ
ータが大きくなる場合があつた。 Conventionally, rotor 3 and stator 1 were used for this switching.
As mentioned above, a small gap is provided between the two waveguides, and this gap also serves as a transmission path for propagating unnecessary microwaves between waveguides that are not intended to be connected. Usually, the degree to which this unnecessary signal leaks is called isolation, and this isolation is required to have a fairly large value. For example, FM
In the case of a signal, it is about 90dB. Therefore, in order to increase this isolation, conventional waveguide switching devices use what is called a quarter-wavelength switch, in which the rotor 3 is provided with a number of slots 6 with dimensions as shown in Figure 1. However, in this case, each dimension l 1 , l 2 , l 3 , l 4 for providing the slot 6 was selected to have a value close to a quarter wavelength of the operating frequency. Therefore, the rotor 3 shown in FIG. 1 has a disadvantage in that the diameter is considerably large and the external dimensions of the switching device are large. Furthermore, in order to obtain a sufficiently large value of isolation, it may be necessary to further increase the number of slots 6, which may result in an even larger rotor.
本発明の目的は、以上の考案に基づいたもので
従来の導波管切替器に比較して切替速度が速く、
駆動電力の小さい小形の導波管切替器を堤供する
ことにある。 The object of the present invention is based on the above idea, and has a faster switching speed than conventional waveguide switching devices.
The object of the present invention is to provide a small waveguide switching device with low driving power.
以下、本発明の基礎となる説明を行なう。 The basics of the present invention will be explained below.
より高速の、また、より駆動電力の小さい導波
管切替器を得るには、ロータ３の直径を小さくす
ることである。しかしロータの直径を小さくする
ことは前述の４分の１波長形チヨークを収容でき
なくなることを意味し、アイソレーシヨンを劣化
させる。したがつて、本発明の切替器では小形で
大きなアイソレーシヨンの得られる構造を求めれ
ばよいことになる。そこでマイクロ波信号がどの
ような径路を通つて漏れるのかをまず分析する必
要がある。第２図に第１図のＸ−Ｘ断面図を示
す。ステータ１とロータ３は狭いスキマ３′をへ
だてて接近しているが、このスキマは非常にイン
ピーダンスの低い平行板線路であると考えること
ができる。導波管切替器の導波管部（第１図の４
の部分）は４辺の閉じた矩形導波管であり、
TE10波が伝播するがステータとロータの間のギ
ヤツプは両端が開放の平行板線路となつているの
で、ここを伝播する波はTEMモードに近い。
TEMモード波は基本的に直流から伝播可能であ
ること、また伝播の方向についても、ロータの円
周方向のみならず、ロータの軸に平行な方向へも
伝播する。従来の導波管切替器は、そのために漏
れた信号によつてアイソレーシヨンが高い値を得
られなかつたり、また漏れた波が共振を生じるこ
とによつて、導波管切替器の通過特性にデイツプ
（異常な共振を生じLoss増加）が出たりしていた
と考えられる。したがつて、ただ単にスロツト６
を増加しても、いたずらにロータの直径を大きく
するのみで本質的な問題解決にはならないことに
なる。そこで本発明による導波管切替器は上記の
問題を解決し高いアイソレーシヨンを得るため
に、下記に示すような特性をもつ低域波器とし
て働く縦横のスロツトをロータないしはステー
タ、あるいはロータとステータの双方に設けた。
この場合、スロツトはロータの軸と平行な方向お
よびロータの円周に平行な方向に複数個設けられ
る。スロツトは低域波器におけるインダクテイ
ブエレメントとして、またスロツトを設けない部
分はロータとステータのギヤツプとなり、キヤパ
シテイブエレメントとして働く。このようにスロ
ツトを縦横に設けることによつて、TEMモード
波の伝播はいずれの方向にも阻止され、大きなア
イソレーシヨンが得られると同時に異常な共振も
生じなくなる。漏洩波の基本的伝播方向は非接続
導波管開口間をつなぐロータとステータの隙間で
あるが、伝播方向と並行なスロツトの効果につい
ては前述したとおりである。この点については
G.L.Matthaei、L.Young、E.M.T.Jonesによる
“Microwave Filters、Impedance−Matching
Networks、and Coupling Structures”1964
McGrow−HillBook CompanyのChapter7の
Section7.05に記されている。 In order to obtain a waveguide switching device that is faster and requires less driving power, the diameter of the rotor 3 is reduced. However, reducing the diameter of the rotor means that it will no longer be able to accommodate the quarter-wavelength rotor described above, which will degrade isolation. Therefore, for the switch of the present invention, it is sufficient to find a structure that is compact and provides large isolation. Therefore, it is first necessary to analyze the path through which the microwave signal leaks. FIG. 2 shows a sectional view taken along line XX in FIG. 1. The stator 1 and rotor 3 are close to each other across a narrow gap 3', but this gap can be considered to be a parallel plate line with very low impedance. The waveguide section of the waveguide switch (4 in Figure 1)
) is a rectangular waveguide with four sides closed,
TE 10 waves propagate, but the gap between the stator and rotor is a parallel plate line with both ends open, so the waves propagating here are close to the TEM mode.
TEM mode waves can basically be propagated from direct current, and the propagation direction is not only in the circumferential direction of the rotor but also in a direction parallel to the rotor axis. Conventional waveguide switching devices may not be able to obtain high isolation values due to leaked signals, or the passing characteristics of the waveguide switching device may be affected due to resonance caused by leaked waves. It is thought that dips (abnormal resonance and increased loss) were occurring. Therefore, simply slot 6
Increasing the diameter of the rotor merely increases the diameter of the rotor and does not solve the essential problem. Therefore, in order to solve the above-mentioned problem and obtain high isolation, the waveguide switching device according to the present invention connects the vertical and horizontal slots that function as low-frequency devices with the characteristics shown below to the rotor or stator, or the rotor. Installed on both stators.
In this case, a plurality of slots are provided in a direction parallel to the axis of the rotor and in a direction parallel to the circumference of the rotor. The slot serves as an inductive element in a low-frequency wave generator, and the portion without the slot serves as a gap between the rotor and stator and serves as a capacitive element. By arranging the slots vertically and horizontally in this way, the propagation of TEM mode waves is blocked in either direction, and at the same time a large isolation is obtained, no abnormal resonance occurs. The fundamental propagation direction of leaky waves is the gap between the rotor and stator that connects the unconnected waveguide openings, but the effect of the slots parallel to the propagation direction is as described above. Regarding this point
“Microwave Filters, Impedance−Matching” by GLMatthaei, L. Young, EMT Jones
Networks, and Coupling Structures”1964
McGrow−HillBook Company Chapter 7
Described in Section 7.05.
漏洩波はTEo0モードであるが、TEM波に近く
如何なる方向にも伝播し得る。よつて阻止を完全
にするために縦横のスロツトを設ける必要があ
る。また４分の１波長チヨーク形はスロツトの間
隔として４分の１波長の長さを必要としたが、低
域波形としたことでスロツト間隔は８分の１波
長以下になり、ロータの直径を小さくすることが
できる。以下図に従つて実施例を詳細に説明す
る。 Although the leakage wave is in the TE o0 mode, it is similar to the TEM wave and can propagate in any direction. Therefore, it is necessary to provide vertical and horizontal slots for complete blocking. In addition, the quarter-wavelength choke type required the length of the slot spacing to be one-fourth of a wavelength, but by using a low-frequency waveform, the slot spacing became less than one-eighth of a wavelength, and the rotor diameter could be reduced. Can be made smaller. Embodiments will be described in detail below with reference to the drawings.
第３図は本発明による導波管切替器の実施例で
あり、先に述べた円周方向に平行なスロツト１８
（以後、横方向スロツトと称する）を設けてある。
横方向スロツトは、何本か設けられている。第４
図は第３図のＡと印した方向から導波管切替器の
ロータを見た図である。縦方向スロツト１６に対
し、複数個の横スロツト１８が直交して設けられ
ている。マイクロ波信号は隣り合つた互いに別の
導波管の間を漏れるので、ロータ１３の漏れ通路
になる部分（第３図において右上および左下の部
分）に縦横に多くのスロツトが設けてあり、自己
の導波管の間となる部分（第３図において右下お
よび左上の部分）にはスロツトは少なくしてあ
る。第５図はロータの斜視図であつてスロツトが
どのように設けられているかを示している。１７
はロータを支えるベアリングである。第３図で横
方向スロツト１８が円弧状の断面にされているの
は工作し易さを考慮したためであり、特に円弧で
なければならないというものではない。 FIG. 3 shows an embodiment of the waveguide switching device according to the present invention, in which the slot 18 parallel to the circumferential direction described above is
(hereinafter referred to as lateral slots).
Several lateral slots are provided. Fourth
The figure is a view of the rotor of the waveguide switching device from the direction marked A in FIG. 3. A plurality of horizontal slots 18 are provided perpendicularly to the vertical slot 16. Since microwave signals leak between adjacent waveguides, many slots are provided vertically and horizontally in the parts of the rotor 13 that serve as leakage paths (upper right and lower left parts in Fig. 3). The number of slots is reduced in the portion between the waveguides (lower right and upper left portions in FIG. 3). FIG. 5 is a perspective view of the rotor showing how the slots are provided. 17
is a bearing that supports the rotor. In FIG. 3, the horizontal slot 18 has an arcuate cross-section for ease of machining, and does not necessarily have to be an arc.
ステータ１１とロータ１３とのつなぎの部分か
ら漏れた信号はステータとロータのスキマを伝播
して別の導波管へ漏れようとするが、ここに設け
られたスロツトとスキマから構成される低域波
器に阻止されてロータの円周方向にも、軸に平行
な方向にも大きく減衰させられる。第６図にロー
タとステータで構成される低域波器の等価回路
を示す。第６図において１９，２０，２１のキヤ
パシテイブエレメントはロータとステータのスキ
マの部分で形成され、インダクタンスとキヤパシ
タンスで構成される２２，２３のエレメントはス
ロツトの部分に相当する。インダクタンスとキヤ
パシタンスの並列共振周波数は導波管切替器の使
用周波数と同等ないし、それ以上の周波数になる
ようスロツトの深さが選ばれている。 The signal leaking from the joint between the stator 11 and rotor 13 propagates through the gap between the stator and rotor and tries to leak to another waveguide, but the low-frequency signal formed by the slot and gap provided here It is blocked by the corrugators and is greatly attenuated both in the circumferential direction of the rotor and in the direction parallel to the axis. FIG. 6 shows an equivalent circuit of a low-frequency wave generator consisting of a rotor and a stator. In FIG. 6, capacitive elements 19, 20, and 21 are formed in the gap between the rotor and the stator, and elements 22 and 23, which are composed of inductance and capacitance, correspond to the slot portion. The depth of the slot is selected so that the parallel resonance frequency of the inductance and capacitance is equal to or higher than the frequency used by the waveguide switch.
第７図はステータとロータで構成される低域
波器の減衰量対周波数特性である。通常、低域
波器は通過域の特性を問題とするが、この場合、
使用周波数f0における遮断特性のみが問題にな
る。 FIG. 7 shows the attenuation vs. frequency characteristic of a low-frequency wave generator composed of a stator and a rotor. Normally, the problem with low-pass filters is the passband characteristics, but in this case,
Only the cutoff characteristics at the operating frequency f 0 matter.
第３図におけるl5，l6，l7の寸法は８分の１波
長ないし、それ以下であり従来の４分の１波長チ
ヨーク形と比較して著しく小さな寸法となり、そ
の結果としてロータ１３の直径を小さくできる。 The dimensions of l 5 , l 6 , and l 7 in FIG. The diameter can be made smaller.
以上、一実施例について説明したが、本発明に
よる導波管切替器は、マイクロ波信号の漏れる経
路となる部分に縦横のスロツトを設けることによ
つて低域波器形の遮断回路を形成し、縦横いず
れの方向にも信号が漏れるのを有効に阻止する。
そのため、小形で大きなアイソレーシヨンを得る
ことができる。ロータ直径が小さくなると慣性モ
ーメントは大略直径の４乗に比例して減少するた
め、直径を小さくすることは大きな効果をもたら
す。すなわち、同一駆動電力とすれば切替の速度
が速くなり、逆に切替時間を同一としたら駆動電
力は小さくなる。実測例によつて効果を説明すれ
ば、従来の導波管切替器でロータ直径が100mmの
場合、本発明による導波管切替器ではロータ直径
を80mmにでき、その結果ロータの慣性モーメント
は３分の１となつた。また同一駆動電力で駆動し
た場合、切替に要する時間は従来が165ミリ秒、
本発明が95ｍ秒と40％以上短縮された。なお、ア
イソレーシヨンは110dB以上得られており従来の
切替器より優れている。 Although one embodiment has been described above, the waveguide switching device according to the present invention forms a low-frequency cut-off circuit by providing vertical and horizontal slots in the portion where the microwave signal leaks. , effectively preventing signal leakage in both vertical and horizontal directions.
Therefore, it is possible to obtain large isolation with a small size. As the rotor diameter becomes smaller, the moment of inertia decreases approximately in proportion to the fourth power of the diameter, so reducing the diameter has a large effect. That is, if the driving power is the same, the switching speed will be faster, and conversely, if the switching time is the same, the driving power will be smaller. To explain the effect using an actual measurement example, if the rotor diameter is 100 mm in the conventional waveguide switching device, the rotor diameter can be reduced to 80 mm in the waveguide switching device according to the present invention, and as a result, the moment of inertia of the rotor is 3. It became 1/1. Also, when driven with the same drive power, the time required for switching is 165 milliseconds compared to conventional methods.
The present invention shortened the time by more than 40% to 95 msec. Furthermore, the isolation achieved is over 110dB, which is superior to conventional switching devices.
以上、説明した実施例はマイクロ波信号の漏れ
伝達路となる部分に縦横のスロツトを設けたこと
に特徴があり、種々の変形が可能である。スロツ
トの数は必要なアイソレーシヨンの程度によつて
適当に選定すべきである。また実施例では工作の
し易さを重視してスロツトをロータに設けたが、
スロツトをステータ側に写像して、ステータ側に
設けることも可能である。ただし、機械加工は難
しくなるので、鋳造法などを用いてスロツトを形
成した方が良い。またスロツトをステータとロー
タの互いに相対する位置に設けることも可能であ
る。いずれの場合にもスロツトは縦横に設ける必
要がある。 The embodiments described above are characterized in that vertical and horizontal slots are provided in the portions that serve as leakage transmission paths for microwave signals, and various modifications are possible. The number of slots should be selected appropriately depending on the degree of isolation required. In addition, in the embodiment, slots were provided in the rotor with emphasis on ease of machining, but
It is also possible to map the slots onto the stator side and provide them on the stator side. However, since machining is difficult, it is better to form the slot using a casting method or the like. It is also possible to provide the slots at positions opposite to each other in the stator and rotor. In either case, slots must be provided vertically and horizontally.
以上詳しく説明したように本発明によれば、従
来に比較し、切替速度の速い、駆動力の小さい、
小形の導波管切替器を実現できる。 As explained in detail above, according to the present invention, the switching speed is faster, the driving force is smaller, and
A small waveguide switching device can be realized.
第１図は従来の導波管切替器の横断面図、第２
図は第１図のＸ−Ｘ断面の部分図、第３図は本発
明による導波管切替器の一実施例を示す横断面
図、第４図は第３図の導波管切替器のロータの測
面図、第５図は第３図の導波管切替器のロータ部
の斜視図、第６図は漏れ遮断部の等価回路図、第
７図は漏れ遮断特性図である。
１，１１……ステータ、２，（２ａ〜２ｄ），１
２，（１２ａ〜１２ｄ）……導波管開口、３，１
３……ロータ、４，１４……ロータに設けられた
導波管、６，１６……縦方向スロツト、１８……
横方向スロツト。
Figure 1 is a cross-sectional view of a conventional waveguide switching device;
3 is a cross-sectional view showing an embodiment of the waveguide switching device according to the present invention, and FIG. 4 is a partial view of the waveguide switching device shown in FIG. 3. FIG. 5 is a perspective view of the rotor section of the waveguide switching device of FIG. 3, FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the leakage cutoff section, and FIG. 7 is a leakage cutoff characteristic diagram. 1, 11... Stator, 2, (2a to 2d), 1
2, (12a-12d)...Waveguide opening, 3,1
3... Rotor, 4, 14... Waveguide provided in the rotor, 6, 16... Vertical slot, 18...
Lateral slot.
Claims (1)
導波管開口を有するステータと、前記ステータの
空洞部に回転可能に組み込まれ、回転させられる
ことにより、前記複数の導波管開口部の所定の開
口間に伝送路を形成し、かつ回転位置によつて異
なつた開口間に伝送路を形成することができるロ
ータとを具備する導波管切替器において、ロータ
の回転のために設けた隙間に低域通過フイルタ作
用を呈する縦横のスロツトを設け、低域通過フイ
ルタの阻止域を導波管切替器の使用周波数帯域を
少なくとも包含するように構成したことを特徴と
する導波管切替器。1. A stator having a cavity and a plurality of waveguide openings continuous to the cavity, and a stator that is rotatably incorporated into the cavity of the stator and rotated to open the plurality of waveguide openings. A waveguide switching device is equipped with a rotor that can form a transmission path between predetermined openings of the rotor, and a transmission path that can be formed between different openings depending on the rotational position. A waveguide switching device characterized in that longitudinal and horizontal slots exhibiting a low-pass filter effect are provided in the gap between the waveguides and the waveguide switching device. vessel.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2416582A JPS58141003A (en) | 1982-02-16 | 1982-02-16 | Waveguide switch |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2416582A JPS58141003A (en) | 1982-02-16 | 1982-02-16 | Waveguide switch |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPS58141003A JPS58141003A (en) | 1983-08-22 |
| JPH0148682B2 true JPH0148682B2 (en) | 1989-10-20 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2416582A Granted JPS58141003A (en) | 1982-02-16 | 1982-02-16 | Waveguide switch |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58141003A (en) |
Families Citing this family (3)
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| DE19822072C1 (en) * | 1998-05-16 | 2000-01-13 | Bosch Gmbh Robert | Microwave switch, e.g. for satellite application as redundant switch, achieves higher operating frequency with a significantly greater gap between the rotor and generator housing |
| JP4869306B2 (en) * | 2008-09-01 | 2012-02-08 | 三菱電機株式会社 | Transmission line structure |
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- 1982-02-16 JP JP2416582A patent/JPS58141003A/en active Granted
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