(57)【要約】【課題】ＴＥ１１モードの発生を抑制することで、ＴＥ１１モードの共振の発生を抑制することが可能なモード変換器およびそれを用いたロータリージョイントを得る。【解決手段】モード変換器は、矩形導波管１と、矩形導波管１に垂直に接続される円形導波管２と、円形導波管２内部に配置された互いに直交する磁気壁板３とを備えている。ロータリージョイントは、当該モード変換器を２つ組み合わせることにより構成される。具体的には、それらの２つのモード変換器の円形導波管２同士が接合されており、その接合部にはチョークが設けられていて、一方のモード変換器が他方のモード変換器に対して円形導波管２の軸を回転軸として回転可能なように接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形導波管と、
前記矩形導波管に垂直に接続された円形導波管と、
前記円形導波管内部に配置され、互いに直交する２以上の磁気壁板と
を備えたことを特徴とするモード変換器。
【請求項２】
前記磁気壁板の両面に、ＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）を形成したことを特徴とする請求項１に記載のモード変換器。
【請求項３】
請求項１または２に記載のモード変換器が２つ接続されて構成されたロータリージョイントであって、
前記２つのモード変換器の円形導波管同士が接続され、それらの接続部にチョークが設けられるとともに、一方のモード変換器が、他方のモード変換器に対して、前記円形導波管の軸を回転軸として回転可能であることを特徴とするロータリージョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モード変換器に関し、特に、ＴＥ１１モード抑制型のモード変換器、及び、それを用いたロータリージョイントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線通信において、例えば、指向方向を機械駆動により変えるアンテナでは、機械駆動部で給電線を切断する必要がある。この切断部での電波漏れを防止するため、切断部にチョーク構造を設けたロータリージョイントが実用化されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。
【０００３】
また、給電部を導波管で構成する場合、チョーク部は円形導波管で構成し、円形導波管の高次モードの１つで、電磁界の方向が円形導波管の軸に対して対称なＴＭ０１モードを利用する。一般的には、円形導波管の両端で、円形導波管を矩形導波管に変換するため、矩形導波管の基本モードであるＴＥ１０モードを円形導波管でＴＭ０１モードに変換するモード変換器が必要となる。モード変換器は、矩形導波管と円形導波管を垂直に接続することにより構成され、矩形導波管端面の位置を適切にオフセットすることにより、矩形導波管と円形導波管の接続部で磁界結合が発生し、矩形導波管を伝搬するＴＥ１０モードが円形導波管でＴＭ０１モードに変換される（例えば、非特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２９８３０１号公報（第１図）
【非特許文献１】GEORGE L. RAGAN, “MICROWAVE TRANSMISSION CIRCUITS”, McGRAW-HILL, pp.416-445, 1948
【非特許文献２】GEORGE L. RAGAN, “MICROWAVE TRANSMISSION CIRCUITS”, McGRAW-HILL, pp.385-386, 1948
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような従来のロータリージョイントでは、円形導波管にＴＭ０１モードの他に、基本モードであるＴＥ１１モードが僅かに発生するため、円形導波管の長さが概ねＴＥ１１モードの管内波長／２の整数倍になると、ＴＥ１１モードの共振が発生し、ロータリージョイントの伝送特性が劣化するという問題点があった。このため、使用周波数帯域でＴＥ１１モードの共振が発生しないように、円形導波管の長さに制約を持たせる必要があった。
【０００６】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、円形導波管でＴＥ１１モードの発生を抑制することで、ＴＥ１１モードの共振の発生を抑制することが可能なモード変換器及びそれを用いたロータリージョイントを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、矩形導波管と、前記矩形導波管に垂直に接続された円形導波管と、前記円形導波管内部に配置され、互いに直交する２以上の磁気壁板とを備えたモード変換器である。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は、矩形導波管と、前記矩形導波管に垂直に接続された円形導波管と、前記円形導波管内部に配置され、互いに直交する２以上の磁気壁板とを備えたモード変換器であるので、円形導波管でＴＥ１１モードの発生を抑制することで、ＴＥ１１モードの共振の発生を抑制することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１（ａ），（ｂ）に、この発明の実施の形態１に係るモード変換器の概略構成図を示す。本実施の形態１に係るモード変換器は、矩形導波管１と円形導波管２を図１のように略々垂直に接続することで構成されている。具体的には、円形導波管２は、矩形導波管１の主面上に載置されているが、図１に示すように、当該主面の一方の端部付近に載置されており、図１（ｂ）に示されるように、円形導波管２の大部分が矩形導波管１の主面上に置かれ、残りの一部が矩形導波管１の端部から外部にはみ出すように固設されている。なお、図１においては、円形導波管２が透明体であるかの如く図示されているが、これは説明の便宜上のことであり、実際には透明体から構成されている訳ではない。
【００１０】
また、円形導波管２の内部には、２枚の磁気壁板３が互いに直交するように組み合わされて配置されている。各磁気壁板３は略々矩形形状を有しており、その短辺は、円形導波管２の内径とほぼ同じで、内部に挿入可能な程度に若干短い長さに構成されている。また、磁気壁板３の長辺の長さは、円形導波管２の長手方向の長さとほぼ同じになっている。これら２枚の磁気壁板３には、長手方向の中央部分にまで延びた切り込みが互いに入れてあり、これらの切れ込みが行き違いになるように組み合わせることにより組み立てられる。なお、磁気壁板３は、必ずしも２枚の板から構成する必要はなく、長手方向に半分に切った大きさの４枚の板（すなわち、短辺の長さが２枚のときの半分の長さで、長辺は同じ長さの４枚の板）を互いに直交するように組み合わせて接合し、構成するようにしてもよい。また、さらなる別の変形例として、一方の磁気壁板３が２枚のときと同じ大きさで、他方の磁気壁板３が４枚のときと同じ大きさの２枚の板から構成するようにし、大きい方の板に小さい方の２枚の板を直交するように接合して形成してもよい。このように、いずれの構成でもよいが、基本的に、隣接する磁気壁板３同士が直交していればよい。
【００１１】
本実施の形態１に係るモード変換器は、以上のように構成されているので、矩形導波管１と円形導波管２との接合部で磁界結合が発生するため、矩形導波管１を基本モードであるＴＥ１０モードで伝送された電磁界は、円形導波管２でＴＭ０１モードに変換されるが、この時に、円形導波管２の基本モードであるＴＥ１１モードも僅かに発生する。
【００１２】
図２（ａ），（ｂ）に、図１に示した本実施の形態１に係るモード変換器の円形導波管２に発生するＴＥ１１モードとＴＭ０１モードの電磁界の断面図をそれぞれ示す。なお、図２（ａ），（ｂ）において、実線矢印が電界を示し、破線矢印が磁界を示している。ＴＥ１１モードの磁界の方向は、図２（ａ）に示すように、一方の磁気壁板３に沿っているため（図中、左から右の向き）、このような磁界は存在できず、ＴＥ１１モードは円形導波管２を伝送できない。一方、ＴＭ０１モードの磁界の方向は、図２（ｂ）に示すように、円形導波管２の円周と同心円状（図中、時計回り）になっているため、各磁気壁板３に垂直であり、このような磁界は存在できるため、ＴＭ０１モードは円形導波管２を伝送できる。このように、本実施の形態１においては、磁気壁板３の作用により、円形導波管２でＴＥ１１モードの発生を抑制することができるため、使用周波数帯域でＴＥ１１モードの共振を抑制することができる。
【００１３】
なお、ここで、ＴＥ１１モードの電磁界は、図２（ａ）に示した方向だけでなく、当該方向を９０°回転させた方向にも発生し得るため、磁気壁板３は直交して設けることが望ましい。
【００１４】
また、図１においては、円形導波管２の全長に亘って磁気壁板３を設けた例を示しているが、その場合に限らず、円形導波管２の一部分にのみ、磁気壁板３を設けるようにしてもよく、その場合にも同様の効果が得られる。
【００１５】
図３に、磁気壁板３の構成例を示す。磁気壁板３は、例えば、図３のように、その両面にＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）を形成することにより構成される。ＥＢＧについては、例えば、大野, 田原, 小玉, 小野, 大橋, 牧野, “Electromagnetic Band Gapを用いた薄型マイクロストリップ／導波管変換器”, 信学技報 TECHNICAL REPORT OF IEICE. A・P2004-57, SAT2004-55 MW2004-57, OPE2004-47 (2004-07)（以下、非特許文献３とする。）や、Dan Sievenpiper, Lijun Zhang, Romulo F. Jimenez Broas, Nicholas G Alexopolous, and Eli Yablonovitch, “High-Impedance Electromagnetic Surfaces with a Forbidden Frequency Band”, IEEE MTT Trans, VOL.47, pp.2059-2074, No. 11, Nov. 1999（以下、非特許文献４とする。）を参照されたい。
【００１６】
図３の例では、規則的に格子状に配列された複数の方形パッチ４を有する誘電体基板６を２枚用意し、それら同士をグランド面７を介して貼り合わせ、各方形パッチ４の中央にスルーホール５を配置している。
【００１７】
なお、図３の例では、方形パッチ４を格子状に規則的に配置しているが、非特許文献４に示すように、正六角形パッチでＥＢＧを構成するようにしても良い。
【００１８】
以上のように、本実施の形態１に係るモード変換器においては、矩形導波管１と、矩形導波管１に垂直に接続される円形導波管２と、円形導波管２内部に配置された互いに直交する磁気壁板３とを備えるようにしたので、当該磁気壁板３の働きにより、ＴＥ１１モードの発生を円形導波管２で抑制することができるため、使用周波数帯域でＴＥ１１モードの共振を抑制することができる。そのため、従来技術においては必要であった円形導波管の長さの制約が本実施の形態ではなくなり、自由に長さを変えることができるので、設計性、利便性、汎用性に優れる。さらに、本実施の形態１においては、モード変換器の磁気壁板３の両面をＥＢＧにしたので、ＴＥ１１モードの発生をより効率良く確実に行うことができる。
【００１９】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係るロータリージョイントを示す概略構成図である。図４のロータリージョイントにおいては、上記の実施の形態１で示したモード変換器を２つ用意し、モード変換器同士を、それらの円形導波管２の先端部同士を当接させて接続し、接続部にチョーク８を介在させた構成である。なお、説明の便宜上、側面から見た図としている。
【００２０】
このような構成においては、チョーク８により円形導波管２を切断できるため、チョーク８部分に駆動機構を設けることにより、円形導波管２の（中心を通る）軸９を回転軸として、一方のモード変換器に対して他方のモード変換器を任意の角度に自在に回転させることができる。図４は、１８０°回転させた状態を示している。これにより、ロータリージョイントを構成できる。
【００２１】
このような構成において、従来技術のように磁気壁板３がない場合、円形導波管２の全長が概ねＴＥ１１モードの管内波長／２の整数倍になると、ＴＥ１１モードの共振が発生し、導波管の伝送特性が劣化する。従って、本実施の形態においては、実施の形態１で説明したように磁気壁板３を円形導波管２内部に設けることにより、ＴＥ１１モードの発生が抑制されるため、ＴＥ１１モードの共振の発生が抑制される。
【００２２】
また、実施の形態１と同様、磁気壁板３は円形導波管の全長に亘り設ける必要は必ずしもなく、円形導波管２の一部分に設けても良い。ただし、一方のモード変換器に対して他方のモード変換器が回転するため、チョーク８部分を跨って磁気壁板３を設けることはできないことに留意されたい。
【００２３】
以上のように、本実施の形態においては、実施の形態１で説明したモード変換器をロータリージョイントに用いるようにしたので、実施の形態１と同様の効果が得られ、ＴＥ１１モードの共振が抑制できるため、ロータリージョイントの伝送特性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態１によるモード変換器の構成を示した構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるモード変換器の円形導波管に発生するＴＥ１１モードとＴＭ０１モードを示した説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるモード変換器の磁気壁板の構成を示した斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるモード変換器の構成を示した構成図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  矩形導波管、２  円形導波管、３  磁気壁板、４  方形パッチ、５  スルーホール、６  誘電体基板、７  グランド面、８  チョーク、９  円形導波管２の軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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