(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形あるいは正方形導波管断面形状を有する共通側端子と、上記共通側端子に入力された相互に直行する２つの偏波が分離して取り出される２つの分岐側端子とを有する第１および第２の偏分波器と、
一端が上記第１の偏分波器の共通側端子に接続され、他端が上記第２の偏分波器の共通側端子に接続され、回転可能な接続部を有する円形あるいは正方形導波管部とを備え、
上記偏分波器は、円形あるいは正方形断面を有する第１の主導波管と、上記第１の主導波管に対して略直角に分岐する第１から第４の方形分岐導波管と、上記第１の主導波管の一方の端子に接続された短絡板と、上記短絡板上に設けられた金属突起と、上記第１の主導波管の他方の端子に接続され、かつ、上記分岐導波管側に向かって開口径が狭まり、かつ、段差が使用周波数帯の自由空間波長に比べて小さい１つの導波管ステップと、上記導波管ステップに接続され円形あるいは正方形断面を有する第２の主導波管とを備えることを特徴とするロータリージョイント。
【請求項２】
円形あるいは正方形導波管断面形状を有する共通側端子と、上記共通側端子に入力された相互に直行する２つの偏波が分離して取り出される２つの分岐側端子とを有する第１および第２の偏分波器と、
一端が上記第１の偏分波器の共通側端子に接続され、他端が上記第２の偏分波器の共通側端子に接続され、回転可能な接続部を有する円形あるいは正方形導波管部とを備え、
上記偏分波器は、正方形断面を有する第１の主導波管と、上記第１の主導波管に対して略直角に分岐する第１から第４の方形分岐導波管と、上記第１の主導波管の一方の端子に接続された短絡板と、上記短絡板上に設けられた金属突起と、上記第１の主導波管の他方の端子に接続され、かつ、上記分岐導波管側に向かって開口径が狭まり、かつ、段差が使用周波数帯の自由空間波長に比べて小さい１つの円形−正方形導波管ステップと、上記円形−正方形導波管ステップに接続された円形断面を有する第２の主導波管とを備えることを特徴とするロータリージョイント。
【請求項３】
円形あるいは正方形導波管断面形状を有する共通側端子と、上記共通側端子に入力された相互に直行する２つの偏波が分離して取り出される２つの分岐側端子とを有する第１および第２の偏分波器と、
一端が上記第１の偏分波器の共通側端子に接続され、他端が上記第２の偏分波器の共通側端子に接続され、回転可能な接続部を有する円形あるいは正方形導波管部とを備え、
上記偏分波器は、円形あるいは正方形断面を有する第１の主導波管と、上記第１の主導波管に対して略直角に分岐する第１から第４の方形分岐導波管と、上記第１の主導波管の一方の端子に接続された短絡板と、上記短絡板上に設けられた金属突起と、上記第１の主導波管の他方の端子に接続され、かつ、上記分岐導波管側に向かって開口径が広がり、かつ、段差が使用周波数帯の自由空間波長に比べて小さい１つの導波管ステップと、上記導波管ステップに接続され円形あるいは正方形断面を有する第２の主導波管とを備えることを特徴とするロータリージョイント。
【請求項４】
円形あるいは正方形導波管断面形状を有する共通側端子と、上記共通側端子に入力された相互に直行する２つの偏波が分離して取り出される２つの分岐側端子とを有する第１および第２の偏分波器と、
一端が上記第１の偏分波器の共通側端子に接続され、他端が上記第２の偏分波器の共通側端子に接続され、回転可能な接続部を有する円形あるいは正方形導波管部とを備え、
上記偏分波器は、正方形断面を有する第１の主導波管と、上記第１の主導波管に対して略直角に分岐する第１から第４の方形分岐導波管と、上記第１の主導波管の一方の端子に接続された短絡板と、上記短絡板上に設けられた金属突起と、上記第１の主導波管の他方の端子に接続され、かつ、上記分岐導波管側に向かって開口径が狭まり、かつ、段差が使用周波数帯の自由空間波長に比べて小さい１つの正方形導波管ステップと、上記正方形導波管ステップに接続された正方形断面を有する第２の主導波管と、上記第２の正方形主導波管に接続され、かつ、段差が使用周波数帯の自由空間波長に比べて小さい１つの円形−正方形導波管ステップと、上記円形−正方形導波管ステップに接続された円形断面を有する第３の主導波管とを備えることを特徴とするロータリージョイント。
【請求項５】
上記金属突起として、１つの四角錐状または階段状または円弧状の切り欠きをもつ金属ブロックを設けることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のロータリージョイント。
【請求項６】
上記金属突起として、２枚の円弧状または直線状または階段状の切り欠きをもつ金属薄板を直交させて設けることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のロータリージョイント。
【請求項７】
前記偏分波器は、第１の分岐導波管に接続され、かつ、管軸の湾曲した第１の方形導波管多段変成器と、上記第２の分岐導波管に接続され、かつ、管軸の湾曲した第２の方形導波管多段変成器と、上記第１および第２の方形導波管多段変成器に接続された第１の方形導波管Ｅ面Ｔ分岐回路と、上記第３の分岐導波管に接続され、かつ、管軸の湾曲した第３の方形導波管多段変成器と、上記第４の分岐導波管に接続され、かつ、管軸の湾曲した第４の方形導波管多段変成器と、上記第３および第４の分岐導波管に接続された第２の方形導波管Ｅ面Ｔ分岐回路とを備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のロータリージョイント。
【請求項８】
第１から第４の端子を有する９０°ハイブリッドを備えるとともに、  上記９０°ハイブリッドの第２の端子は上記第１の偏分波器の一方の分岐側端子に接続され、上記９０°ハイブリッドの第３の端子は上記第１の偏分波器の他方の分岐側端子に接続されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のロータリージョイント。
【請求項９】
各々が第１から第４の端子を有する第１および第２の９０°ハイブリッドと、第１および第２の移相器とを備えるとともに、
上記第１の９０°ハイブリッドの第２の端子は上記第１の移相器を介して上記第２の９０°ハイブリッドの第３の端子に接続され、上記第１の９０°ハイブリッドの第３の端子は上記第２の移相器を介して上記第２の９０°ハイブリッドの第２の端子に接続され、上記第２の９０°ハイブリッドの第１の端子は上記第１の偏分波器の一方の分岐側端子に接続され、上記第２の９０°ハイブリッドの第４の端子は上記第１の偏分波器の他方の分岐側端子に接続されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のロータリージョイント。
【請求項１０】
上記円形あるいは正方形導波管部は、円形導波管ＴＥ１１モードあるいは正方形導波管ＴＥ１０モードのみが伝搬可能な断面寸法であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のロータリージョイント。
【請求項１１】
上記円形あるいは正方形導波管部の接続部は、上記円形あるいは正方形導波管部の側壁から外側に向かって形成されたチョーク構造および回転機構を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のロータリージョイント。
【請求項１２】
上記９０°ハイブリッドは、第１の端子が入力端子、第２および第３の端子が分配端子、第４の端子がアイソレーション端子であり、上記第１の端子から上記第２の端子への電波の通過位相と上記第１の端子から上記第３の端子への通過位相が略９０°の相対差を有し、上記第４の端子から上記第２の端子への電波の通過位相と上記第４の端子から上記第３の端子への通過位相も略９０°の相対差を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のロータリージョイント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主としてＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、マイクロ波帯およびミリ波帯で用いられるロータリージョイントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、例えば、特公昭５６−５１５２２号公報に示された従来のロータリージョイントの構成を示す平面図である。図１２において、１０１および１０２は相互に断面寸法が略同一で且つ間軸が略共通な円形導波管、１０３は円形導波管１０１と１０２の接続面のフランジ部に形成されたチョーク溝、１０４はベアリング、１０５はチョーク溝とベアリングから成る接続部、１０６および１０７は直線偏波−円偏波変換用凸部、１０８および１０９は入力方形導波管、１１０および１１１は出力方形導波管、１１２および１１３は短絡板、１１４〜１１７は結合孔である。チョーク溝１０３は、円形導波管１０１と１０２の間の隙間が円形導波管内１０１および１０２を伝搬する周波数において等価的に短絡となるように通常用いられている手段である。円形導波管１０１と１０２は、チョーク溝１０５を有する接続部１０５の働きにより所定の隙間を保ちながら相互に高周波的に接続されている。円形導波管１０２は、ベアリング１０４の働きにより、円形導波管１０１と管軸を共通に保ちながらこの管軸を中心に所定の回転角分だけ円形導波管１０２に対して回転することが可能である。直線偏波−円偏波変換用凸部１０６の位置は入力方形導波管１０８のＴＥ１０モードの電界方向に対して＋４５°あるいは−４５°の位置に設定され、このとき、直線偏波−円偏波変換用凸部１０７の位置は前者に対しては出力方形導波管１１０のＴＥ１０モードの電界方向に対して−４５°、後者に対しては＋４５°の位置にそれぞれ設定されている。結合孔１１４および１１６は短絡板１１２および１１３の一部を切除して形成されている。結合孔１１５および１１７は円形導波管１０１および１０２の側壁の一部を切除して形成されている。
【０００３】
次に動作について説明する。いま、入力方形導波管１０８から入射するＴＥ１０モードの電波は結合孔１１４を介して効率よく円形導波管１０１のＴＥ１１モードに変換された後、直線偏波−円偏波変換用凸部１０６により直線偏波から円偏波に変換される。変換された円偏波はモードの回転対称性から円形導波管１０２の回転角とは無関係に接続部１０５を介して円形導波管１０２に伝送され、前述の過程とは逆に過程を経て出力方形導波管１１０に導かれる。すなわち、円形導波管１０２中の直線偏波−円偏波変換用凸部１０７により円偏波から直線偏波に変換された後、結合孔１１６を介して出力方形導波管１１０に伝送される。
【０００４】
一方、入力方形導波管１０９から入射する他のＴＥ１０モードの電波は結合孔１１５を介して効率よく円形導波管１０１のＴＥ１１モードに変換される。このとき変換されるＴＥ１１モードの電界方向は入力方形導波管１０８からの入射波によるＴＥ１１モードのそれとは直交する。このため、結合孔１１５を介して変換された上記ＴＥ１１モードの電波は直線偏波−円偏波変換用凸部１０６により結合孔１１４を介したＴＥ１１モードに対するのとは逆旋の円偏波に変換される。このとき、変換された円偏波はモードの回転対称性から円形導波管１０２の回転角とは無関係に接続部１０５を介して円形導波管１０２に伝送され、前述の過程とは逆に過程を経て出力方形導波管１１１に導かれる。すなわち、円形導波管１０２中の直線偏波−円偏波変換用凸部１０７により円偏波から直線偏波に変換された後、結合孔１１７を介して出力方形導波管１１１に伝送される。
【０００５】
以上のように、図１２に示す従来のロータリージョイントは、円形導波管１０２および出力方形導波管１１０の回転の有無にかかわらず、入力方形導波管内１０８の信号は出力方形導波管１１０へ、また、入力方形導波管内１０９の信号は出力方形導波管１１１へ導かれる。すなわち、従来のロータリージョイントは、異なる２つの信号を同時に伝送できる２チャンネルロータリージョイントとしての機能を有する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のロータリージョイントでは、軸比特性の良好な円偏波を得るためには、直線偏波−円偏波変換用凸部１０６および１０７の長さを比較的長く設ける必要があるため、総合の長さが長くなるという問題点があった。
【０００７】
また、一般に、直線偏波−円偏波変換用凸部１０６および１０７は、軸比特性の良好な円偏波が得られる周波数範囲が比較的狭いため、ロータリージョイントとしても広帯域なものが得にくいという問題点があった。
【０００８】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、薄型で広帯域特性を有し、低損失で耐電力性にも優れたロータリージョイントを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るロータリージョイントは、円形あるいは正方形導波管断面形状を有する共通側端子と、上記共通側端子に入力された相互に直行する２つの偏波が分離して取り出される２つの分岐側端子とを有する第１および第２の偏分波器と、一端が上記第１の偏分波器の共通側端子に接続され、他端が上記第２の偏分波器の共通側端子に接続され、回転可能な接続部を有する円形あるいは正方形導波管部とを備え、上記偏分波器は、円形あるいは正方形断面を有する第１の主導波管と、上記第１の主導波管に対して略直角に分岐する第１から第４の方形分岐導波管と、上記第１の主導波管の一方の端子に接続された短絡板と、上記短絡板上に設けられた金属突起と、上記第１の主導波管の他方の端子に接続され、かつ、上記分岐導波管側に向かって開口径が狭まり、かつ、段差が使用周波数帯の自由空間波長に比べて小さい１つの導波管ステップと、上記導波管ステップに接続され円形あるいは正方形断面を有する第２の主導波管とを備えるものである。
【００１０】
また、第１から第４の端子を有する９０°ハイブリッドを備えるとともに、上記９０°ハイブリッドの第２の端子は上記第１の偏分波器の一方の分岐側端子に接続され、上記９０°ハイブリッドの第３の端子は上記第１の偏分波器の他方の分岐側端子に接続されるものである。
【００１１】
また、各々が第１から第４の端子を有する第１および第２の９０°ハイブリッドと、第１および第２の移相器とを備えるとともに、上記第１の９０°ハイブリッドの第２の端子は上記第１の移相器を介して上記第２の９０°ハイブリッドの第３の端子に接続され、上記第１の９０°ハイブリッドの第３の端子は上記第２の移相器を介して上記第２の９０°ハイブリッドの第２の端子に接続され、上記第２の９０°ハイブリッドの第１の端子は上記第１の偏分波器の一方の分岐側端子に接続され、上記第２の９０°ハイブリッドの第４の端子は上記第１の偏分波器の他方の分岐側端子に接続されるものである。
【００１２】
また、上記円形あるいは正方形導波管部は、円形導波管ＴＥ１１モードあるいは正方形導波管ＴＥ１０モードのみが伝搬可能な断面寸法である。
【００１３】
また、上記円形あるいは正方形導波管部の接続部は、上記円形あるいは正方形導波管部の側壁から外側に向かって形成されたチョーク構造および回転機構を備えるものである。
【００１４】
また、上記９０°ハイブリッドは、第１の端子が入力端子、第２および第３の端子が分配端子、第４の端子がアイソレーション端子であり、上記第１の端子から上記第２の端子への電波の通過位相と上記第１の端子から上記第３の端子への通過位相が略９０°の相対差を有し、上記第４の端子から上記第２の端子への電波の通過位相と上記第４の端子から上記第３の端子への通過位相も略９０°の相対差を有するものである。
【００１６】
また、上記偏分波器は、正方形断面を有する第１の主導波管と、上記第１の主導波管に対して略直角に分岐する第１から第４の方形分岐導波管と、上記第１の主導波管の一方の端子に接続された短絡板と、上記短絡板上に設けられた金属突起と、上記第１の主導波管の他方の端子に接続された１つの円形−正方形導波管ステップと、上記円形−正方形導波管ステップに接続された円形断面を有する第２の主導波管とを備えるものである。
【００１７】
また、上記偏分波器は、円形あるいは正方形断面を有する第１の主導波管と、上記第１の主導波管に対して略直角に分岐する第１から第４の方形分岐導波管と、上記第１の主導波管の一方の端子に接続された短絡板と、上記短絡板上に設けられた金属突起と、上記第１の主導波管の他方の端子に接続され、かつ、上記分岐導波管側に向かって開口径が広がる１つの導波管ステップと、上記導波管ステップに接続され円形あるいは正方形断面を有する第２の主導波管とを備えるものである。
【００１８】
また、上記偏分波器は、正方形断面を有する第１の主導波管と、上記第１の主導波管に対して略直角に分岐する第１から第４の方形分岐導波管と、上記第１の主導波管の一方の端子に接続された短絡板と、上記短絡板上に設けられた金属突起と、上記第１の主導波管の他方の端子に接続され、かつ、上記分岐導波管側に向かって開口径が狭まる１つの正方形導波管ステップと、上記正方形導波管ステップに接続された正方形断面を有する第２の主導波管と、上記第２の正方形主導波管に接続された１つの円形−正方形導波管ステップと、上記円形−正方形導波管ステップに接続された円形断面を有する第３の主導波管とを備えるものである。
【００１９】
また、上記金属突起として、１つの四角錐状または階段状または円弧状の切り欠きをもつ金属ブロックを設けるものである。
【００２０】
また、上記金属突起として、２枚の円弧状または直線状または階段状の切り欠きをもつ金属薄板を直交させて設けるものである。
【００２１】
また、前記偏分波器は、第１の分岐導波管に接続され、かつ、管軸の湾曲した第１の方形導波管多段変成器と、上記第２の分岐導波管に接続され、かつ、管軸の湾曲した第２の方形導波管多段変成器と、上記第１および第２の方形導波管多段変成器に接続された第１の方形導波管Ｅ面Ｔ分岐回路と、上記第３の分岐導波管に接続され、かつ、管軸の湾曲した第３の方形導波管多段変成器と、上記第４の分岐導波管に接続され、かつ、管軸の湾曲した第４の方形導波管多段変成器と、上記第３および第４の分岐導波管に接続された第２の方形導波管Ｅ面Ｔ分岐回路とを備えるものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１におけるロータリージョイントの構成図である。図１において、２１及び２２は偏分波器、２３は円形導波管回転部、Ｐ１〜Ｐ６は端子である。偏分波器２１及び２２の構成を図２〜図４に、円形導波管回転部２３の構成を図５に示す。偏分波器２１と２２とでは同じ構成の偏分波器を用いている。
【００２３】
図２は、本実施の形態１におけるロータリージョイントの一部を示す斜視図である。図２は偏分波器２１（２２）の一部を示すものであり、図２において、１は垂直偏波の電波および水平偏波の電波を伝送する第１の正方形主導波管、２ａ〜２ｄは正方形主導波管１の管軸に対して直角かつ対称に分岐する第１〜第４の方形分岐導波管、３は正方形主導波管１の一方の端子を塞ぐ短絡板、４は正方形主導波管内１に、かつ、短絡板３上に設けられた四角錘状の金属ブロック、９は正方形主導波管１の一方の端子に接続され、かつ、上記分岐部に向かって開口径が狭まり、かつ、その段差が使用周波数帯の自由空間波長に比べて十分小さい円形−正方形導波管ステップ、１０は円形−正方形導波管ステップ９に接続され、かつ、垂直偏波の電波および水平偏波の電波を伝送する円形主導波管、Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ３１、Ｐ３２は端子、Ｈは水平偏波の電波、Ｖは垂直偏波の電波である。
【００２４】
図３及び図４は、本実施の形態１におけるロータリージョイントの一部を示す平面図である。図３及び図４は偏分波器２１（２２）を示すものであり、図２の構成を用いた偏分波器である。図３及び図４において、１１ａ〜１１ｄは第１〜第４の方形分岐導波管２ａ〜２ｄに各々接続され、かつ、管軸がそのＨ面において湾曲し、かつ、その開口径が方形分岐導波管２ａ〜２ｄから離れるに従って小さくなる第１〜第４の方形導波管多段変成器、１２ａは第１の方形導波管多段変成器１１ａおよび第２の方形導波管多段変成器１１ｂに接続された第１の方形導波管Ｅ面Ｔ分岐回路、１２ｂは第３の方形導波管多段変成器１１ｃおよび第４の方形導波管多段変成器１１ｄに接続された第２の方形導波管Ｅ面Ｔ分岐回路である。
【００２５】
図５は、本実施の形態１におけるロータリージョイントの一部を示す平面図である。図５は円形導波管回転部２３を示すものであり、図５において、１３、１４は円形導波管、１５は円形導波管１３と１４の接続面のフランジ部に形成されたチョーク溝、１６はベアリング、１７はチョーク溝とベアリングから成る接続部である。
【００２６】
以下に、図１〜５を用いて本実施の形態１におけるロータリージョイントの動作について説明する。
まず図２において、水平偏波の電波Ｈの基本モード（ＴＥ０１モード）が端子Ｐ１から入力されたとすると、この電波は円形−正方形導波管ステップ９、正方形主導波管１、方形分岐導波管２ａおよび２ｂを伝搬して端子Ｐ２１およびＰ２２から各分岐導波管の基本モード（ＴＥ１０モード）として出力される。
【００２７】
ここで、電波Ｈは、方形分岐導波管２ｃおよび２ｄの上下の側壁間隔を使用周波数帯の自由空間波長の半分以下となるように設計しているため、それらの遮断効果により端子Ｐ３１およびＰ３２側へほとんど漏れることはない。また、図６に示すように、電界の向きが金属ブロック４および短絡板３に沿って変えられるので、等価的に反射特性に優れた２つの方形導波管Ｅ面マイタ−ベンドが対称に置かれた状態の電界分布となっている。このため、端子Ｐ１から入力された電波Ｈは、端子Ｐ１への反射および端子Ｐ３１、Ｐ３２への漏洩を抑えつつ、端子Ｐ２１、Ｐ２２へ効率的に出力される。更に、円形−正方形導波管ステップ９はその段差を使用周波数帯の自由空間波長に比べて十分小さく設計しており、その反射特性は電波Ｈの基本モードの遮断周波数近傍の周波数帯域では反射損が大きく、遮断周波数よりある程度高い周波数帯域では反射損が非常に小さい。これは、上記分岐部の反射特性に類似しており、従って、遮断周波数帯近傍において分岐部からの反射波と円形−正方形導波管ステップ９による反射波が打ち消し合う位置に円形−正方形導波管ステップ９を設置することにより、電波Ｈの基本モードの遮断周波数よりある程度高い周波数帯域での良好な反射特性を損なうことなく遮断周波数近傍の周波数帯域における反射特性劣化を抑制することが可能となる
【００２８】
一方、垂直偏波の電波Ｖの基本モード（ＴＥ１０モード）が端子Ｐ１から入力されたとすると、この電波は円形−正方形導波管ステップ９、正方形主導波管１、方形分岐導波管２ｃおよび２ｄを伝搬して端子Ｐ３１およびＰ３２から各分岐導波管の基本モード（ＴＥ１０モード）として出力される。
【００２９】
ここで、電波Ｖは、方形分岐導波管２ａおよび２ｂの上下の側壁間隔を使用周波数帯の自由空間波長の半分以下となるように設計しているため、それらの遮断効果により端子Ｐ２１およびＰ２２側へほとんど漏れることはない。また、電波Ｈの場合と同様に、電界の向きが金属ブロック４および短絡板３に沿って変えられるので、等価的に反射特性に優れた２つの方形導波管Ｅ面マイタ−ベンドが対称に置かれた状態の電界分布となっている。このため、端子Ｐ１から入力された電波Ｖは、端子Ｐ１への反射および端子Ｐ２１、Ｐ２２への漏洩を抑えつつ、端子Ｐ３１、Ｐ３２へ効率的に出力される。更に、円形−正方形導波管ステップ９はその段差を使用周波数帯の自由空間波長に比べて十分小さく設計しており、その反射特性は電波Ｖの基本モードの遮断周波数近傍の周波数帯域では反射損が大きく、遮断周波数よりある程度高い周波数帯域では反射損が非常に小さい。これは、上記分岐部の反射特性に類似しており、従って、遮断周波数帯近傍において分岐部からの反射波と円形−正方形導波管ステップ９による反射波が打ち消し合う位置に円形−正方形導波管ステップ９を設置することにより、電波Ｖの基本モードの遮断周波数よりある程度高い周波数帯域での良好な反射特性を損なうことなく遮断周波数近傍の周波数帯域における反射特性劣化を抑制することが可能となる。
【００３０】
上記の動作原理は、端子Ｐ１を入力端子、端子Ｐ２１〜Ｐ３２を出力端子とした場合についての記述であるが、端子Ｐ２１〜Ｐ３２を入力端子、端子Ｐ１を出力端子とし、端子Ｐ２１およびＰ２２からの入力波を逆相かつ等振幅とし、端子Ｐ３１およびＰ３２からの入力波を逆相かつ等振幅とした場合についても同様である。
【００３１】
次に、上記図２の構成を用いた図３の偏分波器の動作について説明する。図３において、水平偏波の電波Ｈの基本モード（ＴＥ０１モード）が端子Ｐ１から入力されたとすると、この電波は円形−正方形導波管ステップ９、正方形主導波管１、方形分岐導波管２ａおよび２ｂ、方形導波管多段変成器１１ａおよび１１ｂを伝搬し、方形導波管Ｅ面Ｔ分岐回路１２ａにて再び合成されて端子Ｐ２から各分岐導波管の基本モード（ＴＥ１０モード）として出力される。
【００３２】
ここで、電波Ｈは、方形分岐導波管２ｃおよび２ｄの上下の側壁間隔を使用周波数帯の自由空間波長の半分以下となるように設計しているため、それらの遮断効果により方形導波管２ｃおよび２ｄ側へほとんど漏れることはない。また、図６に示すように、電界の向きが金属ブロック４および短絡板３に沿って変えられるので、等価的に反射特性に優れた２つの方形導波管Ｅ面マイタ−ベンドが対称に置かれた状態の電界分布となっている。このため、端子Ｐ１から入力された電波Ｈは、端子Ｐ１への反射および方形導波管２ｃおよび２ｄへの漏洩を抑えつつ、方形導波管２ａおよび２ｂへ効率的に出力される。また、円形−正方形導波管ステップ９はその段差を使用周波数帯の自由空間波長に比べて十分小さく設計しており、その反射特性は電波Ｈの基本モードの遮断周波数近傍の周波数帯域では反射損が大きく、遮断周波数よりある程度高い周波数帯域では反射損が非常に小さい。これは、上記分岐部の反射特性に類似しており、従って、遮断周波数帯近傍において分岐部からの反射波と円形−正方形導波管ステップ９による反射波が打ち消し合う位置に円形−正方形導波管ステップ９を設置することにより、電波Ｈの基本モードの遮断周波数よりある程度高い周波数帯域での良好な反射特性を損なうことなく遮断周波数近傍の周波数帯域における反射特性劣化を抑制することが可能となる。更に、方形導波管多段変成器１１ａおよび１１ｂは、管軸を湾曲させ、かつ、上側壁面に複数の段差を設け、かつ、各段差の間隔を導波管中心線について管内波長の約１／４としているため、結局、方形分岐導波管２ａおよび２ｂに分離された電波Ｈを、方形導波管Ｅ面Ｔ分岐回路１２ａにて合成し、かつ、反射特性を損なうことなく端子Ｐ２へ効率的に出力することができる。
【００３３】
一方、垂直偏波の電波Ｖの基本モード（ＴＥ１０モード）が端子Ｐ１から入力されたとすると、この電波は円形−正方形導波管ステップ９、正方形主導波管１、方形分岐導波管２ｂおよび２ｄ、方形導波管多段変成器１１ｃおよび１１ｄを伝搬し、方形導波管Ｅ面Ｔ分岐回路１２ｂにて再び合成されて端子Ｐ３から各分岐導波管の基本モード（ＴＥ１０モード）として出力される。
【００３４】
ここで、電波Ｖは、方形分岐導波管２ａおよび２ｂの上下の側壁間隔を使用周波数帯の自由空間波長の半分以下となるように設計しているため、それらの遮断効果により方形導波管２ａおよび２ｂ側へほとんど漏れることはない。また、電波Ｈの場合と同様に、電界の向きが金属ブロック４および短絡板３に沿って変えられるので、等価的に反射特性に優れた２つの方形導波管Ｅ面マイタ−ベンドが対称に置かれた状態の電界分布となっている。このため、端子Ｐ１から入力された電波Ｖは、端子Ｐ１への反射および方形導波管２ａおよび２ｂへの漏洩を抑えつつ、方形導波管２ｃおよび２ｄへ効率的に出力される。また、円形−正方形導波管ステップ９はその段差を使用周波数帯の自由空間波長に比べて十分小さく設計しており、その反射特性は電波Ｖの基本モードの遮断周波数近傍の周波数帯域では反射損が大きく、遮断周波数よりある程度高い周波数帯域では反射損が非常に小さい。これは、上記分岐部の反射特性に類似しており、従って、遮断周波数帯近傍において分岐部からの反射波と円形−正方形導波管ステップ９による反射波が打ち消し合う位置に円形−正方形導波管ステップ９を設置することにより、電波Ｖの基本モードの遮断周波数よりある程度高い周波数帯域での良好な反射特性を損なうことなく遮断周波数近傍の周波数帯域における反射特性劣化を抑制することが可能となる。更に、方形導波管多段変成器１１ｃおよび１１ｄは、管軸を湾曲させ、かつ、下側壁面に複数の段差を設け、かつ、各段差の間隔を導波管中心線について管内波長の約１／４としているため、結局、方形分岐導波管２ｃおよび２ｄに分離された電波Ｖを、方形導波管多段変成器１１ａ、１１ｂおよび方形導波管Ｅ面Ｔ分岐回路１２ａとの干渉を避けて方形導波管Ｅ面Ｔ分岐回路１２ｂにて合成し、かつ、反射特性を損なうことなく端子Ｐ３へ効率的に出力することができる。
【００３５】
上記の動作原理は、端子Ｐ１を入力端子、端子Ｐ２〜Ｐ３を出力端子とした場合についての記述であるが、端子Ｐ２〜Ｐ３を入力端子、端子Ｐ１を出力端子とした場合についても同様である。
【００３６】
さらに、図５の円形導波管回転部の動作について説明する。図５において、端子Ｐ１から入射する電波は円形導波管ＴＥ１１モードとして円形導波管１３を伝搬した後、接続部１７を介して円形導波管１４に伝送され、端子Ｐ４に導かれる。このとき、接続部１７の働きにより、円形導波管１３に対して円形導波管１４が共通の管軸を軸に回転した場合でも反射等の特性劣化を生じない。このように、図５に示す円形導波管回転部２３は、円形導波管１４の回転の有無にかかわらず、端子Ｐ１からの入力信号を端子Ｐ４へ導く機能を有する。
【００３７】
以上が図１における各部それぞれの動作であるが、以下に図１における全体の動作について説明する。
端子Ｐ２とＰ３から等位相で振幅の２つの電波が入射されると、これらの電波は偏分波器２１の内部において直交２偏波として合成され、上記２つの電波の振幅比に依存した偏波角を有する円形導波管ＴＥ１１モードの合成波が端子Ｐ１に導かれる。この合成波は円形導波管回転部２３を伝送した後偏分波器２２において再び直交２偏波に分離され、端子Ｐ５およびＰ６に分配出力される。
【００３８】
ここで、円形導波管１４と偏分波器２２が機械的に接続されて同時に回転する場合、偏分波器２２に入る円形導波管ＴＥ１１モードの偏波角は円形導波管１４の回転角に応じて変化し、これに対応して端子Ｐ５とＰ６に導かれる電波の振幅が変化する。このとき、偏分波器２２および円形導波管回転部２３では反射は生じない。
【００３９】
一方、端子Ｐ２とＰ３から位相差が９０°で等振幅の２つの電波が入射されると、これらの電波は偏分波器２１の内部において直交２偏波として合成され、円形導波管ＴＥ１１モードの円偏波として合成され端子Ｐ１に導かれる。この合成波は円形導波管回転部２３を伝送した後偏分波器２２において再び直交２偏波に分離され、端子Ｐ５およびＰ６に分配出力される。
【００４０】
ここで、円形導波管１４と偏分波器２２が機械的に接続されて同時に回転する場合、円偏波の軸対称性から、円形導波管１４および偏分波器２２の回転の有無にかかわらず、偏分波器２２および円形導波管回転部２３では反射を生じることなく位相差が９０°で等振幅の２つの電波が端子Ｐ５とＰ６に分配出力される。
【００４１】
従って、図１〜６に示す実施の形態１の発明は、異なる２つの信号を同時に伝送できる２チャンネルロータリージョイントとしての機能を有する。
【００４２】
以上のように、実施の形態１におけるロータリージョイントは、偏分波器２１および２２を薄型かつ広帯域に構成でき、且つ、軸長の長く比較的周波数帯域の狭い円偏波発生部が不要なため、薄型で広帯域特性を有するという効果および利点を有する。また、導波管のみで構成されるため、低損失で耐電力性にも優れているという利点を有する。
【００４３】
なお、本実施の形態１では、図２において垂直偏波の電波および水平偏波の電波を伝送する導波管として正方形主導波管を用いる場合について説明したが、円形導波管を用いても同様の効果を得ることができる。
【００４４】
また、本実施の形態１では、図５において円形導波管を用いる場合について説明したが、正方形導波管を用いても同様の効果を得ることができる。
【００４５】
また、本実施の形態１では、図６に示すような電界の向きを変えるものとして、四角錘状の金属ブロック４を設ける場合について説明したが、図６に示すように電界の向きを変えられればこれに限られず、階段状あるいは円弧状の切り欠きをもつ金属ブロックを設けても同様の効果を得ることができる。またさらに、図７に示すような２枚の円弧状の切り欠きをもつ金属薄板４ａを設けても同様の効果を得ることができ、２枚の直線状または階段状の切り欠きを持つ金属薄板を直交させて設けても同様の効果を得ることができる。
【００４６】
また、本実施の形態１では、図２において正方形主導波管１の一方の端子に接続され、かつ、上記分岐部に向かって開口径が狭まり、かつ、その段差が使用周波数帯の自由空間波長に比べて十分小さい円形−正方形導波管ステップ９を用いる場合について説明したが、上記分岐部に向かって開口径が広がる円形−正方形導波管ステップを用いても同様の効果を得ることができる。
【００４７】
実施の形態２．
本実施の形態２では、上記実施の形態１のロータリージョイントにハイブリッドを追加した場合について説明する。
図８は、本実施の形態２におけるロータリージョイントの構成図である。図８において、２４は９０°ハイブリッド、Ｐ７、Ｐ８は端子である。その他同一の符号を付したものは、上記実施の形態１と同様である。
【００４８】
以下に動作について説明する。端子Ｐ７から入射した電波は、９０°ハイブリッド２４により相互に９０°の位相差をもって端子Ｐ２とＰ３に等振幅で分配される。分配されたこれらの電波は偏分波器２１において円偏波として合成される。このため、円形導波管回転部２３における回転角には依らずに偏分波器２２に導かれ、端子Ｐ５およびＰ６に位相差９０°等振幅にて再分配される。
【００４９】
以上のように、本実施の形態２におけるロータリージョイントは、上記実施の形態１の発明と同様の機能、効果、および利点を有する上に、円形導波管回転部２３の回転角に依らずに２つの電波を伝送できるという効果および利点を有する。
【００５０】
実施の形態３．
本実施の形態３では、上記実施の形態２のロータリージョイントに更に９０°ハイブリッドと移相器を追加した場合について説明する。
図９は、本実施の形態３におけるロータリージョイントの構成図である。図９において、２５は９０°ハイブリッド、２６、２７は移相器、Ｐ９〜Ｐ１２は端子である。その他同一の符号を付したものは、上記実施の形態２と同様である。
【００５１】
以下に動作について説明する。９０°ハイブリッド２４、２５、移相器２６、２７は一般によく用いられる可変電力分配器を構成している。端子Ｐ１１から入射した電波は、移相器２６の通過位相を０°から−９０°の範囲で、また、移相器２７の通過位相を０°から＋９０°の範囲で、両移相器の移相量の絶対値が等しくなるように変化させることで、端子Ｐ７およびＰ８に等位相かつ任意の分配比で分配される。このため、円形導波管回転部２３における回転角に応じて移相器２６および２７の移相量を変化させて偏分波器２１で合成される円形導波管ＴＥ１１モードの偏波角を調整することにより、端子Ｐ５およびＰ６には等位相で任意の振幅比の電波が導かれる。
【００５２】
以上のように、本実施の形態３におけるロータリージョイントは、上記実施の形態１の発明と同様の機能、効果、および利点を有する上に、円形導波管回転部２３の上下において等位相、且つ、任意の分配比で電波を再分配あるいは再合成できるという効果および利点を有する。
【００５３】
実施の形態４．
本実施の形態４では、上記実施の形態１のロータリージョイントにおいて、円形−正方形導波管ステップ９及び円形導波管１０の代わりに、正方形導波管ステップ及び正方形導波管を用いた場合について説明する。
図１０は、本実施の形態４におけるロータリージョイントの一部を示す構成図である。図１０において、７は正方形導波管ステップ、８は正方形導波管である。その他同一の符号を付したものは、上記実施の形態１と同様である。
【００５４】
本実施の形態４におけるロータリージョイントは、正方形導波管ステップ７及び正方形導波管８を用いることにより、上記実施の形態１の発明と同様の動作原理、機能、効果、および利点を有する他、導波管ステップの形状が異なり反射振幅位相も異なるため、偏分波器としてのインピーダンス整合の範囲が広がるという効果および利点を有する。
【００５５】
なお、本実施の形態４では、正方形導波管ステップ７及び正方形導波管８を用いる場合について説明したが、円形導波管ステップ及び円形導波管を用いてもよい。
【００５６】
実施の形態５．
本実施の形態５では、上記実施の形態１のロータリージョイントにおいて、円形−正方形導波管ステップ９及び円形導波管１０の部分に、更に正方形導波管ステップ及び正方形導波管を追加した場合について説明する。
図１１は、本実施の形態５におけるロータリージョイントの一部を示す構成図である。図１１において、７は第１の正方形主導波管１の一方の端子に接続され、かつ、分岐部に向かって開口径が狭まる正方形導波管ステップ、８は正方形導波管ステップ７に接続され、かつ、垂直偏波の電波および水平偏波の電波を伝送する第２の正方形主導波管、９は第２の正方形主導波管８に接続された円形−正方形導波管ステップ、１０は円形−正方形導波管ステップ９に接続され、かつ、垂直偏波の電波および水平偏波の電波を伝送する円形主導波管である。その他同一の符号を付したものは、上記実施の形態１と同様である。
【００５７】
本実施の形態５におけるロータリージョイントは、円形−正方形導波管ステップ９、正方形主導波管８、および、正方形導波管ステップ７が円形−方形導波管多段変成器として動作するため、円形主導波管１０の直径、正方形主導波管８の径、および、正方形主導波管８の管軸長を適当に設計することにより、上記実施の形態１の発明と同様の機能、効果、および利点を有する上に、さらに広帯域なインピーダンス整合が得られるという効果および利点を有する。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明のロータリージョイントによれば、円形あるいは正方形導波管断面形状を有する共通側端子と、上記共通側端子に入力された相互に直行する２つの偏波が分離して取り出される２つの分岐側端子とを有する第１および第２の偏分波器と、一端が上記第１の偏分波器の共通側端子に接続され、他端が上記第２の偏分波器の共通側端子に接続され、回転可能な接続部を有する円形あるいは正方形導波管部とを備え、上記偏分波器は、円形あるいは正方形断面を有する第１の主導波管と、上記第１の主導波管に対して略直角に分岐する第１から第４の方形分岐導波管と、上記第１の主導波管の一方の端子に接続された短絡板と、上記短絡板上に設けられた金属突起と、上記第１の主導波管の他方の端子に接続され、かつ、上記分岐導波管側に向かって開口径が狭まり、かつ、段差が使用周波数帯の自由空間波長に比べて小さい１つの導波管ステップと、上記導波管ステップに接続され円形あるいは正方形断面を有する第２の主導波管とを備えることにより、薄型で広帯域特性を有するという効果がある。
【００５９】
また、第１から第４の端子を有する９０°ハイブリッドを備えるとともに、上記９０°ハイブリッドの第２の端子は上記第１の偏分波器の一方の分岐側端子に接続され、上記９０°ハイブリッドの第３の端子は上記第１の偏分波器の他方の分岐側端子に接続されることにより、円形あるいは正方形導波の回転可能な接続部の回転角に依らずに２つの電波を伝送できる。
【００６０】
また、各々が第１から第４の端子を有する第１および第２の９０°ハイブリッドと、第１および第２の移相器とを備えるとともに、上記第１の９０°ハイブリッドの第２の端子は上記第１の移相器を介して上記第２の９０°ハイブリッドの第３の端子に接続され、上記第１の９０°ハイブリッドの第３の端子は上記第２の移相器を介して上記第２の９０°ハイブリッドの第２の端子に接続され、上記第２の９０°ハイブリッドの第１の端子は上記第１の偏分波器の一方の分岐側端子に接続され、上記第２の９０°ハイブリッドの第４の端子は上記第１の偏分波器の他方の分岐側端子に接続されることにより、円形あるいは正方形導波の回転可能な接続部の上下において等位相、且つ、任意の分配比で電波を再分配あるいは再合成できる。
【００６１】
また、上記円形あるいは正方形導波管部は、円形導波管ＴＥ１１モードあるいは正方形導波管ＴＥ１０モードのみが伝搬可能な断面寸法であることにより、薄型で広帯域特性を有するという効果がある。
【００６２】
また、上記円形あるいは正方形導波管部の接続部は、上記円形あるいは正方形導波管部の側壁から外側に向かって形成されたチョーク構造および回転機構を備えることにより、薄型で広帯域特性を有するという効果がある。
【００６３】
また、上記９０°ハイブリッドは、第１の端子が入力端子、第２および第３の端子が分配端子、第４の端子がアイソレーション端子であり、上記第１の端子から上記第２の端子への電波の通過位相と上記第１の端子から上記第３の端子への通過位相が略９０°の相対差を有し、上記第４の端子から上記第２の端子への電波の通過位相と上記第４の端子から上記第３の端子への通過位相も略９０°の相対差を有することにより、円形あるいは正方形導波の回転可能な接続部の回転角に依らずに２つの電波を伝送できる。
【００６５】
また、上記偏分波器は、正方形断面を有する第１の主導波管と、上記第１の主導波管に対して略直角に分岐する第１から第４の方形分岐導波管と、上記第１の主導波管の一方の端子に接続された短絡板と、上記短絡板上に設けられた金属突起と、上記第１の主導波管の他方の端子に接続された１つの円形−正方形導波管ステップと、上記円形−正方形導波管ステップに接続された円形断面を有する第２の主導波管とを備えることにより、薄型で広帯域特性を有するという効果がある。
【００６６】
また、上記偏分波器は、円形あるいは正方形断面を有する第１の主導波管と、上記第１の主導波管に対して略直角に分岐する第１から第４の方形分岐導波管と、上記第１の主導波管の一方の端子に接続された短絡板と、上記短絡板上に設けられた金属突起と、上記第１の主導波管の他方の端子に接続され、かつ、上記分岐導波管側に向かって開口径が広がる１つの導波管ステップと、上記導波管ステップに接続され円形あるいは正方形断面を有する第２の主導波管とを備えることにより、薄型で広帯域特性を有するという効果がある。
【００６７】
また、上記偏分波器は、正方形断面を有する第１の主導波管と、上記第１の主導波管に対して略直角に分岐する第１から第４の方形分岐導波管と、上記第１の主導波管の一方の端子に接続された短絡板と、上記短絡板上に設けられた金属突起と、上記第１の主導波管の他方の端子に接続され、かつ、上記分岐導波管側に向かって開口径が狭まる１つの正方形導波管ステップと、上記正方形導波管ステップに接続された正方形断面を有する第２の主導波管と、上記第２の正方形主導波管に接続された１つの円形−正方形導波管ステップと、上記円形−正方形導波管ステップに接続された円形断面を有する第３の主導波管とを備えることにより、広帯域なインピーダンス整合が得られるという効果がある。
【００６８】
また、上記金属突起として、１つの四角錐状または階段状または円弧状の切り欠きをもつ金属ブロックを設けることにより、薄型で広帯域特性を有するという効果がある。
【００６９】
また、上記金属突起として、２枚の円弧状または直線状または階段状の切り欠きをもつ金属薄板を直交させて設けることにより、薄型で広帯域特性を有するという効果がある。
【００７０】
また、前記偏分波器は、第１の分岐導波管に接続され、かつ、管軸の湾曲した第１の方形導波管多段変成器と、上記第２の分岐導波管に接続され、かつ、管軸の湾曲した第２の方形導波管多段変成器と、上記第１および第２の方形導波管多段変成器に接続された第１の方形導波管Ｅ面Ｔ分岐回路と、上記第３の分岐導波管に接続され、かつ、管軸の湾曲した第３の方形導波管多段変成器と、上記第４の分岐導波管に接続され、かつ、管軸の湾曲した第４の方形導波管多段変成器と、上記第３および第４の分岐導波管に接続された第２の方形導波管Ｅ面Ｔ分岐回路とを備えることにより、薄型で広帯域特性を有するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１におけるロータリージョイントの構成図
【図２】  実施の形態１におけるロータリージョイントの一部を示す斜視図
【図３】  実施の形態１におけるロータリージョイントの一部を示す平面図
【図４】  実施の形態１におけるロータリージョイントの一部を示す平面図
【図５】  実施の形態１におけるロータリージョイントの一部を示す平面図
【図６】  実施の形態１におけるロータリージョイントの分波の動作を示す説明図
【図７】  実施の形態１におけるロータリージョイントの一部を示す斜視図
【図８】  実施の形態２におけるロータリージョイントの構成図
【図９】  実施の形態３におけるロータリージョイントの構成図
【図１０】  実施の形態４におけるロータリージョイントの一部を示す構成図
【図１１】  実施の形態５におけるロータリージョイントの一部を示す構成図
【図１２】  従来のロータリージョイントの構成を示す平面図
【符号の説明】
１  正方形主導波管、  ２ａ〜２ｄ  方形分岐導波管、  ３  短絡板、  ４  四角錐状金属ブロック、  ４ａ  切り欠き、  ７  正方形導波管ステップ、  ８  正方形主導波管、  ９  円形−正方形導波管ステップ、  １０  円形主導波管、１１ａ〜１１ｄ  方形導波管多段変成器、  １２ａ〜１２ｂ  方形導波管Ｅ面Ｔ分岐回路、１３および１４  円形導波管、  １５  チョーク溝、  １６  ベアリング、  １７  接続部、  ２１および２２  偏分波器、  ２３  円形導波管回転部、  ２４および２５  ９０°ハイブリッド、２７および２８  移相器、  Ｐ１〜Ｐ１２  端子、  Ｐ２１〜Ｐ３２  端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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