JPH10322101A

JPH10322101A - ロータリージョイント

Info

Publication number: JPH10322101A
Application number: JP9145928A
Authority: JP
Inventors: Kojiro Minamitani; 康次郎南谷
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1997-05-19
Filing date: 1997-05-19
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】電力損失を少なくすることができ、またレー
ダ装置等においてはＴ分岐等をなくして小型化できるよ
うにする。【解決手段】軸対称となるＴＥ₀₁₁ モードを用い、所
定の動作周波数で共振する円筒状の共振空胴体２０を設
け、この共振空胴体２０の側面に結合窓２４を介して第
１導波管１８を接続する。一方、この共振空胴体２０の
上方端面に回転体２１を回転自在に配置し、この回転体
２１に結合窓２５を介して第２導波管２６を接続する。
これによれば、電力損失を少なくした上で、レーダ装置
等に組み込んだ場合はＴ分岐の役目をすることになる。
しかも、スプリアスを抑制するという効果がある。な
お、このような共振空胴体の内部に、同軸状に第２導波
管を回転自在に配置する構成としてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロータリージョイン
ト、特にレーダ装置等でマイクロ波、ミリ波の導波路と
して用いられ、輻射ビームを全方向にスキャンするため
に必要なロータリージョイントの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、伝送信号の入力方向と出力方
向の角度を自由に変えるために、ロータリージョイント
が用いられ、このロータリージョイントとして、円形導
波管を利用したもの、同軸導波管を利用したものがあ
る。そして、このロータリージョイントは、導波管軸を
中心に回転させるため、例えばマイクロ波の伝送モード
としては、導波管軸に対して軸対称なモードが用いら
れ、円形導波管ではＴＭ01モード、同軸導波管ではＴＥ
Ｍモードが代表的な伝送モードとされる。

【０００３】図６には、上記ロータリージョイントが用
いられたレーダ装置の構成が示されており、このレーダ
装置では、マイクロ波を出力するマグネトロン１に、送
受信を切り替えるＴ分岐２を介してロータリージョイン
ト３が接続され、このロータリージョイント３にアンテ
ナ４が配置される。また、上記Ｔ分岐２の他方の分岐
に、ＴＲ管（Transmit-Receive Tube）５を介して検波
器６が接続されており、これら各部材間は、矩形導波管
で連結される。

【０００４】このようなレーダ装置によれば、マグネト
ロン１からマイクロ波が出力されると、上記ＴＲ管５が
ショート状態となり、ほとんどのマイクロ波はロータリ
ージョイント３を介してアンテナ４から輻射（送信）さ
れる。一方、輻射されたマイクロ波は、目標物で反射さ
れて上記アンテナ４で受信されるが、このとき、上記Ｔ
Ｒ管５はオープン状態となり、マイクロ波は検波器６へ
導かれる。なお、Ｔ分岐２からマグネトロン１側へ向う
マイクロ波も、マグネトロン１で反射されて検波器６へ
伝送される。

【０００５】図７には、上記ロータリージョイント３と
して、同軸導波管を用いた構成の一例が示されており、
図示されるように、上記アンテナ４側の矩形導波管８と
Ｔ分岐２側の矩形導波管９が同軸導波管部１０で接続さ
れる。この同軸導波管部１０では、図示のように、各導
波管８，９に一体となった部分が軸中心に回転可能な状
態に分離されると共に、回転自在となるようにベアリン
グ１１が設けられる。また、この同軸導波管部１０の軸
に一体に、矩形導波管８側ではプローブ状変換器１２、
矩形導波管９側ではクロスバー状の変換器１３が形成さ
れる。なお、図の空間１４はチョーク部となる。

【０００６】このようなロータリージョイント３によれ
ば、矩形導波管８と９が同軸導波管部１０で接続された
状態で互いに回転可能な状態となり、この場合は、上側
の矩形導波管８を回転させることにより、アンテナ４を
全方位方向へ向けることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のロータリージョイント３では、電力損失があり、特
にミリ波領域のように動作周波数が高くなると、同軸導
波管部１０での電力損失が大きくなるという問題があっ
た。

【０００８】また、上記ロータリージョイント３を用い
た上記レーダ装置では、小型化の要請があるが、例えば
上記のＴ分岐２等の構成を削減することができれば、小
型化を促進することができる。更に、上記のロータリー
ジョイント３の伝送周波数が広帯域となっているため、
不要輻射、いわゆるスプリアスを抑制するために、従来
では、別途フィルタを装着している。従って、このよう
なフィルタをなくしたり、又は数を減らしたりすること
ができれば、装置の小型化に貢献することが可能とな
る。

【０００９】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、電力損失を少なくすること
ができ、またレーダ装置等においては、Ｔ分岐等をなく
して小型化することが可能となるロータリージョイント
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明に係るロータリージョイントは、軸
対称となる共振モードで、所定の動作周波数を共振周波
数として共振する円筒状の共振空胴体と、この共振空胴
体の側面に対し結合手段を介して接続された第１導波管
と、上記共振空胴体の端面（上面又は下面）に対し結合
手段を介して接続され、かつその空胴体軸を中心として
回転するように取り付けられた第２導波管と、を含んで
なることを特徴とする。この結合手段としては、スリッ
ト状等の結合窓、或いは開口にループ状体を設けたもの
がある。請求項２記載の発明は、上記共振空胴体の円筒
の端面の一方を切断し、この切断端面に回転板を回転自
在に配置し、この回転板に結合手段を介して第２導波管
を接続したことを特徴とする。請求項３記載の発明は、
上記共振空胴体の内部にかつ同軸状に、第２導波管を回
転自在に配置し、この第２導波管に結合窓を設けたこと
を特徴とする。請求項４記載の発明は、上記の共振空胴
体の外周壁に一つの結合手段を介して第１導波管を接続
したことを特徴とする。請求項５記載の発明は、上記の
共振空胴体の共振モードをＴＥ₀₁₁ モードとし、この共
振空胴体の円筒端面の切断部には、電波吸収体を配置し
たことを特徴とする。

【００１１】上記の構成によれば、所定の動作周波数に
対して共振する構造とされた共振空胴体に対し、第１導
波管と第２導波管が互いに回転可能な状態で結合される
ので、従来のロータリージョイントに比べると、特にミ
リ波等の高い動作周波数で電力損失が小さくなるという
利点があり、請求項５のように、ＴＥ₀₁₁ の共振モード
とすれば、電力損失を更に低下させることができる。

【００１２】また、上記結合手段を介して第１導波管が
共振円筒の側面に、第２導波管が共振円筒の上面又は下
面に結合されるので、従来のＴ分岐と同様の送受の切替
えをこのロータリージョイントで行うことができ、この
Ｔ分岐が不要となる。しかも、上記の共振器構造で、そ
の動作モードが通過帯域の帯域通過フィルタとなるた
め、スプリアスを抑制するという効果もある。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１には、実施形態の第１例に係
るロータリージョイントの構成が示され、図２には結合
手段の構成示され、図３には、当該ロータリージョイン
トを適用したレーダ装置の構成が示されており、まずこ
のレーダ装置の構成を説明する。図３において、マイク
ロ波を出力するマグネトロン１に、本発明のロータリー
ジョイント１６Ａ（詳細は後述する）が接続され、この
ロータリージョイント１６Ａにアンテナ４が接続される
と共に、マイクロ波の電力によりショート状態となるダ
イオードリミッタ［ＴＲ管（Transmit-Receive Tube）
でもよい］１７が接続される。このダイオードリミッタ
１７に、検波器６が接続されており、これら各部材間
は、矩形導波管で連結される。

【００１４】具体的には、図１に示されるように、上記
ダイオードリミッタ１７と検波器６は、矩形の第１導波
管１８の端部に設けられ、この第１導波管１８の途中
に、ロータリージョイント１６Ａの共振空胴体２０が接
続される。即ち、このロータリージョイント１６Ａは、
図１（Ｂ）に示されるように、下側端面を塞ぐように底
面が一体に形成され、上側端面が開口状態となるように
切断された円筒状の共振空胴体２０と、この共振空胴体
２０の上側開口を塞ぐように円板状の回転板２１が設け
られ、この回転板２１はベアリング２２で共振空胴体２
０の円筒軸を中心に回転するように構成される。

【００１５】そして、この共振空胴体２０の側面と上記
第１導波管１８の側面とが、スリット状の結合窓（結合
手段）２４を介して接続され、上記回転板２１の中心部
を避けた円周側に、同様のスリットからなる結合窓２５
を介して、矩形の第２導波管２６が接続される。そし
て、この第２導波管２６の他端に上記アンテナ４が取り
付けられる。従って、上記共振空胴体２０に対し上記回
転板２１が回転することにより（又は共振空胴対２０が
回転してもよい）、アンテナ４を全方位方向へ向けるこ
とが可能となる。

【００１６】図２（Ａ）には、上記第２導波管２６の接
続部が示されており、この第２導波管２６は共振空胴体
２０に対し結合窓２５としての図示のスリットで結合さ
れる。また、このマイクロ波、ミリ波の結合手段とし
て、図２（Ｂ）に示されるように円形の結合孔２８にル
ープ状体２９を配置したものを用いることもできる。

【００１７】また、上記共振空胴体２０は、動作周波数
（ｆＭＨｚ）で電力損失が少なくなり、軸対称となるＴ
Ｅ₀₁₁ モード（伝送モードＴＥ₀₁の共振モード）で共振
する寸法で形成される。即ち、このＴＥ₀₁₁ の共振モー
ドは、図４に示されるように、円筒軸を中心とした同心
円状に生じる軸対称の電界となる。そして、このＴＥ₀₁
1 モードが他の共振モードと競合することを避けるため
に、上記の共振空胴体２０の円筒空胴の半径をａ（ｍ
ｍ）、円筒空胴の高さをＬ（ｍｍ）とすると、２≦（２ａ／Ｌ）² ≦３、１５≦（２ａｆ）² ／１０⁸
≦２１となる範囲に設定することが好ましい。

【００１８】例えば、動作周波数ｆが３５ＧＨｚ（波長
８．５７ｍｍ）である場合、上記円筒空胴の半径ａ＝
６．３ｍｍ、高さＬ＝７．６７ｍｍとなる。また、結合
窓２４，２５のスリット長は４．３ｍｍで実現可能とな
る。

【００１９】更に、第１例では、図１（Ｂ）で説明した
ように、共振空胴体２０の上側を切断した円筒端面２０
Ａとし、この端面２０Ａに回転板２１の下面を接触する
構造とすることにより、上記ＴＥ₀₁₁ モードと縮退して
いるＴＭ₁₁₁ モードが励振されることを防止している。
即ち、ＴＥ₀₁₁ モードの場合、共振空胴体２０の上記円
筒端面２０Ａの壁近傍においては高周波電流が流れ込ま
ず影響を受けないが、ＴＭ₁₁₁ モードの場合は、上記の
端面２０Ａの壁近傍に高周波電流が流れ込み、大きく影
響を受ける。そこで、当該例では回転体２１との分離部
をこの円筒端面２０Ａとして、ＴＭ₁₁₁ モードの励振を
抑制したものである。

【００２０】しかも当該例では、図１（Ｂ）に示される
ように、上記の円筒端面２０Ａと回転板２１が接触する
部分に、リング状の電波吸収体３１を配置し、これによ
って、ＴＭ₁₁₁ モードでの高周波を減衰させ、このモー
ドが励振されることを更に抑制している。そうして、こ
の電波吸収体３１は外側に配置されたベアリング２２の
マイクロ波電力による損傷を防止する役目もすることに
なる。なお、図示していないが、この電波吸収体３１と
チョーク部を組み合わせれば、上記ベアリング２２の損
傷を更に効率よく防止することができる。

【００２１】また、上記共振空胴体２０の内部には、図
示されるように、適当な位置に２倍波のスプリアスを抑
制するための電波吸収体３２が設けられる。即ち、この
電波吸収体３２を、動作周波数に対しては殆ど減衰しな
いが、２倍波に対して減衰する場所に配置することによ
り、２倍波のスプリアスを抑制することができる。な
お、他の整数倍波のスプリアスも同様にして抑制するこ
とができる。

【００２２】第１例は以上の構成からなり、当該例のロ
ータリージョイント１６Ａを用いた図３のレーダ装置に
よれば、送信時にはマグネトロン１からマイクロ波が出
力され、検波器６側へ伝送されるマイクロ波はダイオー
ドリミッタ１７で反射される。即ち、このダイオードリ
ミッタ１７はマイクロ波電力によりショート状態とな
り、マイクロ波を反射させる。このダイオードリミッタ
１７においては、外部からダイオードに電流を供給して
ショート状態としてもよい。但し、この場合、外部から
電流を供給するタイミングは、少なくともマイクロ波が
ダイオードに印加されると同時か、それよりも前に行う
必要がある。

【００２３】また、図１において、上記のマイクロ波は
第１導波管１８から結合窓２４を介して共振空胴体２０
へ入力され、ここで共振状態となり、マイクロ波は結合
窓２５から第２導波管２６へ伝搬される。そして、ほと
んどのマイクロ波はアンテナ４から外部へ輻射されるこ
とになり、このときには、回転体２１を回転させること
により、その輻射方向が３６０度の全方位方向で設定で
き、任意の方向へマイクロ波を送信することが可能とな
る。

【００２４】一方、送信されたマイクロ波は、目標物で
反射されて上記アンテナ４で受信され、第２導波管２６
から結合窓２５を介して共振空胴体２０内へ供給され、
共振状態とされたマイクロ波は、結合窓２４から第１導
波管１８内へ伝搬される。このとき、第１導波管１８内
へ供給されたマイクロ波は、マグネトロン１側では反射
されると共に、上記ダイオードリミッタ１７がオープン
状態となるので、受信したマイクロ波が検波器６へ導か
れることになる。

【００２５】このようなロータリージョイント１６Ａに
よれば、マイクロ波の電力損失が少なくなると共に、従
来用いていたＴ分岐が不必要となる。また、共振器構造
で、その動作モードが通過帯域の帯域通過フィルタとな
っているため、レーダ装置の発振器が輻射する不要輻射
（スプリアス）が抑制される。更に、上記の電波吸収体
３２により、２倍波のスプリアスが抑制される。

【００２６】図５には、実施形態の第２例の構成が示さ
れており、この第２例は、共振空胴体の内部に同軸状に
第２導波管を配置したものである。図５において、矩形
の第１導波管３４は、２箇所のスリット状の結合窓３
５，３６で、ロータリージョイント１６Ｂの共振空胴体
３７に接続される。この共振空胴体３７は、第１例と同
様に、ＴＥ₀₁₁ モードの共振器構造とされており、また
円筒体の上側端面を切断したもので、この共振空胴体３
７の上側には、円板状の蓋体３８が設けられ、この蓋体
３８の下面と接触する空胴体３７の円筒壁の端面には、
リング状の電波吸収体３１が配置される。

【００２７】そして、この共振空胴体３７の中心部に同
軸となるように、円形の第２導波管４０が貫通して配置
され、この第２導波管４０は上下２箇所のベアリング４
１で共振空胴体３７に対し回転するように構成される。
この第２導波管４０には、共振空胴体３７内の位置に結
合窓４２が設けられる。なお、この第２導波管４０の水
平部分と接触する蓋体３８の端面或いは共振空胴体３７
の下部端面に、電波吸収体４２が配置され、また共振空
胴体３７内の適当な場所に２倍波のスプリアスを抑制す
るための電波吸収体３２が設けられる。

【００２８】このような共振空胴体３７では、例えば動
作周波数ｆが３５ＧＨｚである場合、その円筒空胴の直
径（空胴体３７の内径）を８．１ｍｍ、高さ（Ｌ）を１
０．２３ｍｍ、第２導波管４０の外径を３．２４ｍｍ、
スリット長を４．３ｍｍとすることになる。なお、上記
の円形の第２導波管４０には、矩形導波管を介して図３
のアンテナ４が取り付けられることになる。

【００２９】このような第２例の構成では、第２導波管
４０を回転させることにより、アンテナ４から輻射する
方向を全方位方向へ向けることができ、この第２例のロ
ータリージョイント１６Ｂによっても、第１例と同様の
効果を得ることが可能となる。なお、上記の共振空胴体
３７でも、切断したその円筒端面を蓋体３８に接触させ
ることになるので、ＴＭ₁₁₁ モードの励振を抑制した形
で、ＴＥ₀₁₁ モードの共振状態を良好に得ることができ
る。

【００３０】上記実施形態例では、第１例のように、共
振空胴体２０と第１導波管１８が一つの結合窓２４で接
続されるものにおいて、第２例のように同軸状に第２導
波管を設けることもでき、逆に、第２例のように、共振
空胴体３７と第１導波管３４が二つの結合窓３５，３６
で接続されるものにおいて、第１例のように、上側の円
筒端面で回転する回転体を設けることもできる。いずれ
にしても、第１例は、一つの結合窓２４で各部材を接続
するので、構成が簡単になる利点がある。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
軸対称となる共振モードで共振する円筒状の共振空胴体
を設け、この空胴体の側面に結合手段を介して第１導波
管を接続し、上記共振空胴体の端面に結合手段を介して
第２導波管を接続し、この第２導波管を回転可能とした
ので、マイクロ波等、特にミリ波の電力損失を少なくす
ることができ、またレーダ装置等に組み込んだ場合は、
Ｔ分岐等をなくして小型化を図ることが可能となる。し
かも、共振器構造としたことにより、その動作モードが
通過帯域の通過フィルタとなるため、スプリアスを抑制
するという効果がある。このことは、レーダ装置等でス
プリアスを除去するためのフィルタをなくすか、その数
を削減できることを意味し、これにより、さらなる小型
化、低コスト化が期待できることになる。

【００３２】請求項２記載の発明によれば、上記共振空
胴体の端面壁部分と回転板との分離部分から、ＴＭ₁₁₁
モードの高周波電流が流れるようにして、このモードの
励振を抑制し、ＴＥ₀₁₁ モードを用いる場合の共振状態
を良好に維持するこができる。

【００３３】請求項４記載の発明によれば、一つの結合
手段で上記共振空胴体と第１導波管が接続されるので、
構成が簡単となるという利点がある。請求項５記載の発
明によれば、上記の共振空胴体の共振モードをＴＥ₀₁₁
モードとすることにより、他のモードと比較して、伝送
波の電力損失を良好に低下させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の第１例のロータリージョイ
ントを示し、図（Ａ）は平面図、図（Ｂ）は図（Ａ）の
Ｂ−Ｂ線の断面図である。

【図２】実施形態例の結合手段を示し、図（Ａ）はスリ
ット状結合窓、図（Ｂ）はループ体を用いた結合手段の
図である。

【図３】実施形態のロータリージョイントを適用したレ
ーダ装置の構成を示すブロック図である。

【図４】実施形態の共振空胴体での共振モード（電界）
を示す図である。

【図５】実施形態の第２例のロータリージョイントを示
し、図（Ａ）は平面図、図（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ線
の断面図である。

【図６】従来のロータリージョイントを適用したレーダ
装置の構成を示すブロック図である。

【図７】図６のロータリージョイントで同軸導波管を用
いた構成を示し、図（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ線の断面
図である。

【符号の説明】

２ … Ｔ分岐、３，１６Ａ，１６Ｂ … ロータリージョイント、４ … アンテナ、１８，３４ … 第１導波管、２０，３７ … 共振空胴体、２１ … 回転体、２２，４１ … ベアリング、２６，４０ … 第２導波管、２４，２５，３５，３６，４２ … 結合窓、３８ … 蓋体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸対称となる共振モードで、所定の動作
周波数を共振周波数として共振する円筒状の共振空胴体
と、この共振空胴体の側面に対し結合手段を介して接続され
た第１導波管と、上記共振空胴体の端面に対し上記結合手段を介して接続
され、かつその空胴体軸を中心として回転するように取
り付けられた第２導波管と、を含んでなるロータリージ
ョイント。
【請求項２】上記共振空胴体の円筒の端面の一方を切
断し、この切断端面に回転板を回転自在に配置し、この
回転板に結合手段を介して第２導波管を接続したことを
特徴とする上記請求項１記載のロータリージョイント。
【請求項３】上記共振空胴体の内部に、同軸状に第２
導波管を回転自在に配置し、この第２導波管に結合窓を
設けたことを特徴とする上記請求項１記載のロータリー
ジョイント。
【請求項４】上記の共振空胴体の外周壁に一つの結合
手段を介して第１導波管を接続したことを特徴とする上
記請求項１乃至３記載のロータリージョイント。
【請求項５】上記の共振空胴体の共振モードをＴＥ
₀₁₁ モードとし、この共振空胴体の円筒端面の切断部に
は、電波吸収体を配置したことを特徴とする上記請求項
１乃至４記載のロータリージョイント。