特開 2024-145060 導波管ロータリージョイント

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024145060

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】導波管ロータリージョイント

(51)【国際特許分類】

   H01P 1/06 20060101AFI20241004BHJP

   H01P 3/12 20060101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

H01P1/06

H01P3/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023057300

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000219004

【氏名又は名称】島田理化工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087000

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 淳一

(72)【発明者】

【氏名】生駒 俊治

【テーマコード（参考）】

5J011

5J014

【Ｆターム（参考）】

5J011EA01

5J014DA00

(57)【要約】

【課題】ＳＦ_６ガスなどの絶縁ガスを使用することなく、大電力でマイクロ波を安定的に伝送することができるようにする。
【解決手段】入力側矩形導波管と円形導波管の入力側とを連接するとともに、円形導波管の出力側と出力側矩形導波管とを連接して構成される導波管ロータリージョイントにおいて、入力側矩形導波管と円形導波管との接続領域たる入力側矩形導波管から円形導波管へとモード変換する入力側モード変換部へ至る入力側矩形導波管の矩形開口径の寸法と、出力側矩形導波管と円形導波管との接続領域たる円形導波管から出力側矩形導波管へとモード変換する出力側モード変換部へ至る出力側矩形導波管の矩形開口径の寸法とを、入力側モード変換部と出力側モード変換部とにそれぞれ向かうにつれて開口径が大きくなるようにした。
【選択図】 図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力側矩形導波管と円形導波管の入力側とを連接するとともに、前記円形導波管の出力側と出力側矩形導波管とを連接して構成される導波管ロータリージョイントにおいて、
前記入力側矩形導波管と前記円形導波管との接続領域たる前記入力側矩形導波管から前記円形導波管へとモード変換する入力側モード変換部へ至る前記入力側矩形導波管の矩形開口径の寸法と、前記出力側矩形導波管と前記円形導波管との接続領域たる前記円形導波管から前記出力側矩形導波管へとモード変換する出力側モード変換部へ至る前記出力側矩形導波管の矩形開口径の寸法とを、前記入力側モード変換部と前記出力側モード変換部とにそれぞれ向かうにつれて開口径が大きくなるようにした
ことを特徴とする導波管ロータリージョイント。

【請求項2】

請求項１に記載の導波管ロータリージョイントにおいて、
前記入力側モード変換部における前記入力側矩形導波管の矩形開口径の寸法と前記出力側モード変換部における前記出力側矩形導波管の矩形開口径の寸法とは、使用する周波数で高次モードが発生しない寸法である
ことを特徴とする導波管ロータリージョイント。

【請求項3】

請求項１または２のいずれか１項に記載の導波管ロータリージョイントにおいて、
前記入力側矩形導波管の入力端部の矩形開口径の寸法と前記出力側矩形導波管の出力端部の矩形開口径の寸法とは、予め設定されている規格で規定された矩形開口径の寸法である
ことを特徴とする導波管ロータリージョイント。

【請求項4】

請求項３に記載の導波管ロータリージョイントにおいて、
前記予め設定されている規格は、ＪＥＩＴＡ規格またはＥＩＡ規格である
ことを特徴とする導波管ロータリージョイント。

【請求項5】

請求項３に記載の導波管ロータリージョイントにおいて、
前記入力側矩形導波管の矩形開口径の寸法は、前記入力端部から前記入力側モード変換部に向けて、単数または複数の段差を有する階段形状またはテーパー形状に拡開して大きくなるように形成し、
前記出力側矩形導波管の矩形開口径の寸法は、前記出力端部から前記出力側モード変換部に向けて、単数または複数の段差を有する階段形状またはテーパー形状に拡開して大きくなるように形成した
ことを特徴とする導波管ロータリージョイント。

【請求項6】

請求項５に記載の導波管ロータリージョイントにおいて、
前記入力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法（長辺）と前記出力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法（長辺）とを、前記予め設定されている規格で規定された矩形開口径のａ寸法（長辺）より大きくするように形成した
ことを特徴とする導波管ロータリージョイント。

【請求項7】

請求項５に記載の導波管ロータリージョイントにおいて、
前記入力側矩形導波管の矩形開口径のｂ寸法（短辺）と前記出力側矩形導波管の矩形開口径のｂ寸法（短辺）とを、前記予め設定されている規格で規定された矩形開口径のｂ寸法（短辺）より大きくするように形成した
ことを特徴とする導波管ロータリージョイント。

【請求項8】

請求項５に記載の導波管ロータリージョイントにおいて、
前記入力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法（長辺）およびｂ寸法（短辺）と前記出力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法（長辺）およびｂ寸法（短辺）とを、前記予め設定されている規格で規定された矩形開口径のａ寸法（長辺）およびｂ寸法（短辺）よりそれぞれ大きくするように形成した
ことを特徴とする導波管ロータリージョイント。

【請求項9】

請求項８に記載の導波管ロータリージョイントにおいて、
前記入力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法は、前記入力端部から前記入力側モード変換部に向けて、単数または複数の段差を有する階段形状に拡開して大きくなるように形成し、
前記入力側矩形導波管の矩形開口径のｂ寸法は、前記入力端部から前記入力側モード変換部に向けて、テーパー形状に拡開して大きくなるように形成し、
前記出力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法は、前記出力端部から前記出力側モード変換部に向けて、単数または複数の段差を有する階段形状に拡開して大きくなるように形成し、
前記出力側矩形導波管の矩形開口径のｂ寸法は、前記出力端部から前記出力側モード変換部に向けて、テーパー形状に拡開して大きくなるように形成した
ことを特徴とする導波管ロータリージョイント。

【請求項10】

請求項８に記載の導波管ロータリージョイントにおいて、
前記入力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法は、前記入力端部から前記入力側モード変換部に向けて、テーパー形状に拡開して大きくなるように形成し、
前記入力側矩形導波管の矩形開口径のｂ寸法は、前記入力端部から前記入力側モード変換部に向けて、単数または複数の段差を有する階段形状に拡開して大きくなるように形成し、
前記出力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法は、前記出力端部から前記出力側モード変換部に向けて、テーパー形状に拡開して大きくなるように形成し、
前記出力側矩形導波管の矩形開口径のｂ寸法は、前記出力端部から前記出力側モード変換部に向けて、単数または複数の段差を有する階段形状に拡開して大きくなるように形成した
ことを特徴とする導波管ロータリージョイント。

【請求項11】

請求項８に記載の導波管ロータリージョイントにおいて、
前記入力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法は、前記入力端部から前記入力側モード変換部に向けて、テーパー形状に拡開して大きくなるように形成し、
前記入力側矩形導波管の矩形開口径のｂ寸法は、前記入力端部から前記入力側モード変換部に向けて、テーパー形状に拡開して大きくなるように形成し、
前記出力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法は、前記出力端部から前記出力側モード変換部に向けて、テーパー形状に拡開して大きくなるように形成し、
前記出力側矩形導波管の矩形開口径のｂ寸法は、前記出力端部から前記出力側モード変換部に向けて、テーパー形状に拡開して大きくなるように形成した
ことを特徴とする導波管ロータリージョイント。

【請求項12】

請求項８に記載の導波管ロータリージョイントにおいて、
前記入力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法は、前記入力端部から前記入力側モード変換部に向けて、単数または複数の段差を有する階段形状に拡開して大きくなるように形成し、
前記入力側矩形導波管の矩形開口径のｂ寸法は、前記入力端部から前記入力側モード変換部に向けて、単数または複数の段差を有する階段形状に拡開して大きくなるように形成し、
前記出力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法は、前記出力端部から前記出力側モード変換部に向けて、単数または複数の段差を有する階段形状に拡開して大きくなるように形成し、
前記出力側矩形導波管の矩形開口径のｂ寸法は、前記出力端部から前記出力側モード変換部に向けて、単数または複数の段差を有する階段形状に拡開して大きくなるように形成した
ことを特徴とする導波管ロータリージョイント。

【請求項13】

請求項８に記載の導波管ロータリージョイントにおいて、
使用する周波数が２．８５６ＧＨｚのとき、
前記入力側モード変換部における前記入力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法は１０４ｍｍであり、かつ、ｂ寸法は５２ｍｍであり、
前記出力側モード変換部における前記出力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法は１０４ｍｍであり、かつ、ｂ寸法は５２ｍｍである
ことを特徴とする導波管ロータリージョイント。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、導波管ロータリージョイントに関する。さらに詳細には、本発明は、大電力の伝送に用いて好適な導波管ロータリージョイントに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、高周波伝送用の導波管ロータリージョイントが知られているが、こうした導波管ロータリージョイントのなかで、例えば、特許文献１として提示する特開２００６－５４６０４号公報などに開示されているように、大電力の伝送に用いることができるように構成した導波管ロータリージョイントがある。

【0003】

ここで、図１には、従来の導波管ロータリージョイントの外観斜視構成説明図があらわされている。また、図２には、図１に示す導波管ロータリージョイントの縦断構成説明図があらわされている。さらに、図３には、図２のＩＩ－ＩＩ線による断面構成説明図があらわされている。

【0004】

なお、以下においては、説明の便宜上、図１乃至図２において左方に位置する矩形導波管を入力側の矩形導波管とし、一方、図１乃至図２において右方に位置する矩形導波管を出力側の矩形導波管として説明するが、こうした入出力関係は逆であってもよいことは勿論である。即ち、図１乃至図２において左方に位置する矩形導波管を出力側の矩形導波管とし、一方、図１乃至図２において右方に位置する矩形導波管を入力側の矩形導波管としてもよい。

【0005】

従来の導波管ロータリージョイント１０は、入力側の矩形導波管（以下、本明細書ならびに本特許請求の範囲においては、「入力側の矩形導波管」を「入力側矩形導波管」と適宜に称する。）を構成する入力側矩形導波管部１２と、出力側の矩形導波管（以下、本明細書ならびに本特許請求の範囲においては、「出力側の矩形導波管」を「出力側矩形導波管」と適宜に称する。）を構成する出力側矩形導波管部１４と、入力側矩形導波管と出力側矩形導波管とを接続する円形導波管を構成する円形導波管部１６とを有して構築されている。

【0006】

より詳細には、円形導波管部１６は、円形導波管部１６の中心軸Ｃ方向に沿う略中央部で第１円形導波管部１８と第２円形導波管部２０とに分割されていて、第１円形導波管部１８と第２円形導波管部２０とは、回転支持部２２により中心軸Ｃ周りに相対的に回転自在に支持されて接続されている。

【0007】

第１円形導波管部１８における第２円形導波管部２０が接続された端部とは反対側の端部である入力側端部１８ａ側には、円形導波管部１６の中心軸Ｃと直交する方向に延長する入力側矩形導波管を構成する入力側矩形導波管部１２が接続されている。

【0008】

また、第２円形導波管部２０における第１円形導波管部１８が接続された端部とは反対側の端部である出力側端部２０ａ側には、円形導波管部１６の中心軸Ｃと直交する方向に延長する出力側矩形導波管を構成する出力側矩形導波管部１４が接続されている。

【0009】

回転支持部２２は、第２円形導波管部２０の出力側端部２０ａとは反対側の端部に位置するフランジ部２４に固定されるとともに第１円形導波管部１８の入力側端部１８ａとは反対側の端部近傍の外周面１８ｂに沿って延長した軸受けハウジング２６と、軸受け３０とを有して構成されている。

【0010】

即ち、第１円形導波管部１８と第２円形導波管部２０とは、軸受けハウジング２６の内周面２６ａと第１円形導波管部１８の外周面１８ｂとの間に配設された軸受け３０を介して、中心軸Ｃ周りに回転自在に支持されて接続されている。

【0011】

なお、符号３２は、導波管ロータリージョイント１０内部を密閉するためのガスシールである。

【0012】

また、符号３４は、１／４波長チョーク（λ／４チョーク）であり、断面コ字状の空間が円形導波管部１６の周方向に延びて形成されている。この１／４波長チョーク３４のチョーク構造により、円形導波管部１６側から回転支持部２２側への高周波漏れを低減している。

【0013】

上記したように、導波管ロータリージョイント１０は、矩形導波管と円形導波管とを連接した構造を備えている。

【0014】

ここで、符号Ａは、入力側矩形導波管から円形導波管へモード変換する入力側矩形導波管部１２と第１円形導波管部１８との接続領域（つなぎ目）である入力側のモード変換部（以下、本明細書ならびに本特許請求の範囲においては、「入力側のモード変換部」を「入力側モード変換部」と適宜に称する。）である。

【0015】

また、符号Ｂは、円形導波管から出力側矩形導波管へモード変換する第２円形導波管部２０と出力側矩形導波管部１４との接続領域（つなぎ目）である出力側のモード変換部（以下、本明細書ならびに本特許請求の範囲においては、「出力側のモード変換部」を「出力側モード変換部」と適宜に称する。）である。

【0016】

入力側矩形導波管部１２における入力端部１２ａから入力側モード変換部Ａへ至る入力側矩形導波管部１２全域の開口径は、ＪＥＩＴＡ規格の規格番号ＴＴ－３００１ＡならびにＴＴ－３００６Ａならびにそれに準じる規格に規定されたａ寸法とｂ寸法とに従った一定の値に形成されている（図２ならびに図３を参照する）。

【0017】

同様に、出力側矩形導波管部１４における出力端部１４ａから出力側モード変換部Ｂへ至る出力側矩形導波管部１４全域の開口径は、ＪＥＩＴＡ規格の規格番号ＴＴ－３００１ＡならびにＴＴ－３００６Ａならびにそれに準じる規格に規定されたａ寸法とｂ寸法とに従った一定の値に形成されている（図２ならびに図３を参照する）。

【0018】

ここで、図４には、図１に示す導波管ロータリージョイントにおける内部の電界分布のシミュレーション結果を示す電界分布図があらわされている。

【0019】

なお、このシミュレーションにおける条件は、以下の通りである。
印加電力：１Ｗ
周波数：２．８５６ＧＨｚ
入力側導波管部１２の内径寸法：ＪＥＩＴＡ規格の規格番号ＴＴ－３００１Ａで規定されたａ寸法とｂ寸法とである。具体的には、ａ寸法＝７２．１ｍｍ，ｂ寸法＝３４．０ｍｍである。
出力側導波管部１４の内径寸法：ＪＥＩＴＡ規格の規格番号ＴＴ－３００１Ａで規定されたａ寸法とｂ寸法とである。具体的には、ａ寸法＝７２．１ｍｍ，ｂ寸法＝３４．０ｍｍである。
入出力伝送モード：ＴＥ１０
導波管ロータリージョイント１０の内部封入ガス：ａｉｒ（空気）
導波管ロータリージョイント１０の材質：アルミニウム

【0020】

図４に示すシミュレーション結果に示されているように、導波管ロータリージョイント１０の出力側モード変換部Ｂにおいては２２６９Ｖ／ｍの電界を示しており、出力側モード変換部Ｂに電界が集中することとなっていた。

【0021】

即ち、導波管ロータリージョイントは、従来より矩形導波管と円筒導波管とを連接して構成されているが、その接続領域たる矩形導波管から円形導波管へ、あるいは、円形導波管から矩形導波管へとモード変換するモード変換部に電界が集中することになり、大電力印加時には電界が集中するモード変換部において放電が発生していた。

【0022】

このため、特許文献１として提示する特開２００６－５４６０４号公報に開示された導波管ロータリージョイントにおいては、導波管ロータリージョイント内に絶縁性の高いＳＦ_６（６フッ化硫黄）ガスを加圧して封入することにより、上記した放電の発生を抑止するようにして、大電力の伝送に用いることのできるようにしていた。

【0023】

しかしながら、ＳＦ_６ガスの地球温暖化係数は、二酸化炭素の約２２，８００倍であることが知られており、近年においては世界的にＳＦ_６ガスの使用を制限する方向へと規制が進んでいる。

【0024】

このため、導波管ロータリージョイントの技術分野においても、ＳＦ_６ガスを使用することなく大電力の伝送に用いることのできる技術の提案が強く要望されていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0025】

【特許文献1】特開２００６－５４６０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0026】

本発明は、上記したような従来の技術の問題点や従来の技術に対する要望などに鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＳＦ_６ガスなどの絶縁ガスを使用することなく、大電力でマイクロ波を安定的に伝送可能な高周波伝送用の導波管ロータリージョイントを提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0027】

上記目的を達成するために、本発明による導波管ロータリージョイントは、入力側の矩形導波管と円形導波管の入力側とを連接するとともに、円形導波管の出力側と出力側の矩形導波管とを連接して構成される導波管ロータリージョイントにおいて、その接続領域たる矩形導波管から円形導波管へ、あるいは、円形導波管から矩形導波管へとモード変換するモード変換部における矩形導波管の矩形開口径のａ寸法（長辺）のみについて、または、ｂ寸法（短辺）のみについて、あるいは、ａ寸法（長辺）とｂ寸法（短辺）との両方について、モード変換部に向かってそれぞれ大きくするようにしたものである。

【0028】

本発明による導波管ロータリージョイントにおいては、モード変換部における矩形導波管の矩形開口径を、モード変換部に向かって大きくすることにより、モード変換部での電界の集中が抑止され、これにより大電力印加時でもモード変換部における放電が抑止されるようになる。

【0029】

従って、本発明による導波管ロータリージョイントによれば、ＳＦ_６ガスなどの絶縁ガスを使用することなく、大電力でマイクロ波を安定的に伝送することが可能になる。

【0030】

ここで、本発明による導波管ロータリージョイントにおいて、モード変換部における矩形導波管の矩形開口径を、モード変換部に向かって大きくするのは、矩形開口径のａ寸法（長辺）のみ、ｂ寸法（短辺）のみ、あるいは、ａ寸法（長辺）およびｂ寸法（短辺）の両方のいずれであってもよい。

【0031】

なお、矩形開口径のａ寸法（長辺）のみを大きくしても、あるいは、ｂ寸法（短辺）のみを大きくしても、それぞれモード変換部における電界の集中を抑止して電界強度を弱くする効果はあるが、本願出願人の実験によれば、ｂ寸法（短辺）を大きくする方が、ａ寸法（長辺）を大きくするよりも、電界の集中を抑止して電界強度を弱くする効果は大きかった。

【0032】

また、ｂ寸法（短辺）を大きくする際には、ＴＥ０１モードの高次モードが発生する大きさ以下にすることが好ましいため、より高電力に対応するには、ａ寸法（長辺）も大きくするようにすることが好ましい。

【0033】

次に、本発明による導波管ロータリージョイントにおいて、モード変換部に向かって矩形開口径のａ寸法（長辺）やｂ寸法（短辺）を大きく設定する際の基準について説明すると、当該大きくする際の基準は、モード変換部における矩形導波管内部の電界強度によって決まる。

【0034】

ここで、一般的な矩形導波管の耐電力は、

【数1】

で与えられる。

【0035】

なお、
Ｐｂ＝ブレークダウン電力
ａ＝矩形導波管のａ寸法（長辺）の長さ
ｂ＝矩形導波管のｂ寸法（短辺）の長さ
ｆｃ＝カットオフ周波数
ｆ＝周波数
Ｅｂ＝絶縁破壊電圧
である。

【0036】

上記（１）式から理解されるように、ａ（矩形導波管のａ寸法（長辺）の長さ）およびｂ（矩形導波管のｂ寸法（短辺）の長さ）を大きくすると、Ｐｂ（ブレークダウン電力）は大きくなる。

【0037】

ここで、空気のＥｂ（絶縁破壊電圧）は、一般的に３ｋＶ／ｍｍであることが知られており、矩形導波管内の電界強度が３ｋＶ／ｍｍを超えるような場合に放電が起こる。

【0038】

一方で、矩形導波管内にＳＦ_６ガスを封入すると、絶縁破壊電圧は空気の場合の２乃至３倍になると言われており、さらに矩形導波管内にＳＦ_６ガスを加圧して封入すると、絶縁破壊電圧は空気の場合の４倍以上となる。

【0039】

しかしながら、本発明による導波管ロータリージョイントは、導波管ロータリージョイント内にＳＦ_６ガスなどの絶縁ガスを封入しないことを目的とするものであって、従って、導波管ロータリージョイント内には空気のみが封入されている。

【0040】

このため、本発明による導波管ロータリージョイントにおいては、要求強度を印加したときに
Ｅｂ＝３ｋＶ／ｍｍ
未満となるように、矩形開口径のａ寸法（長辺）やｂ寸法（短辺）を設定する。

【0041】

より詳細には、矩形導波管の基本モードはＴＥ１０であり、そのカットオフ波長λｃは

【数2】

であらわされる。

【0042】

また、カットオフ波長λｃより、カットオフ周波数ｆｃは
ｆｃ＝ｃ／λｃ
であらわされる。

【0043】

ここで、上記（２）式において、ａは矩形導波管の長辺の寸法（ａ寸法）をあらわし、ｂは矩形導波管の短辺の寸法（ｂ寸法）をあらわし、ｍならびにｎは矩形導波管の伝送モードのＴＥｍｎのｍｎをそれぞれあらわす。例えば、基本モードのＴＥ１０であれば、ｍ＝１，ｎ＝０となる。

【0044】

また、
ｆｃ＝ｃ／λｃ
におけるｃは光の速度であり、具体的には、真空中の光速度は２９９７９２４５８ｍ／ｓで定義される。

【0045】

一例として、ＪＥＩＴＡ規格の規格番号ＴＴ－３００１Ａで規定されたＷＲＪ－３の矩形導波管（ａ寸法＝７２．１ｍｍ，ｂ寸法＝３４．０ｍｍ）で計算した場合には、ＴＥ１０はλｃ＝１４４．２８ｍｍ，ｆｃ＝２．０７９ＧＨｚとなる。また、ＴＥ２０はλｃ＝７２．１４ｍｍ，ｆｃ＝４．１５６ＧＨｚとなる。

【0046】

ここで、本発明において、矩形導波管のａ寸法（長辺）のみ、ｂ寸法（短辺）のみ、あるいは、ａ寸法（長辺）およびｂ寸法（短辺）の両方を大きくする際には、その大きさに制限を設けるようにすることが好ましい。

【0047】

即ち、使用する周波数で高次モードが発生しない寸法を、矩形導波管のａ寸法（長辺）のみ、ｂ寸法（短辺）のみ、あるいは、ａ寸法（長辺）およびｂ寸法（短辺）の両方を大きくする際の限界とすることが好ましい。

【0048】

上記したように、矩形導波管の基本モードはＴＥ１０となり、発生しうる高次モードはＴＥ２０モードおよびＴＥ０１モードになる。

【0049】

高次モードのカットオフ波長λｃは、上記において説明した通り、

【数3】

であらわされ、カットオフ周波数は、
ｆｃ＝ｃ／λｃ
であらわされる。

【0050】

ここで、上記したように、ａは矩形導波管の長辺の寸法（ａ寸法）をあらわし、ｂは矩形導波管の短辺の寸法（ｂ寸法）をあらわし、ｍならびにｎは矩形導波管の伝送モードのＴＥｍｎのｍｎをそれぞれあらわす。

【0051】

上記においても一例として示したＪＥＩＴＡ規格の規格番号ＴＴ－３００１Ａで規定されたＷＲＪ－３の矩形導波管（ａ寸法＝７２．１ｍｍ，ｂ寸法＝３４．０ｍｍ）で計算した場合には、基本モードＴＥ１０モードは、λｃ＝１４４．２８ｍｍ，ｆｃ＝２．０７９ＧＨｚとなる。

【0052】

また、高次モードのＴＥ２０は、λｃ＝７２．１４ｍｍ，ｆｃ＝４．１５６ＧＨｚとなり、ＴＥ０１は、λｃ＝６８．０８ｍｍ，ｆｃは４．４０３５ＧＨｚになる。

【0053】

通過周波数２．８５６ＧＨｚに対して発生する高次モードが、ＴＥ２０は４．１５６ＧＨｚであり、ＴＥ０１は４．４０３５ＧＨｚであって十分に離れているため、性能に影響することはない。

【0054】

しかしながら、本発明によりａ寸法やｂ寸法を大きくすることにより高次モードの周波数が下がるので、本発明によりａ寸法やｂ寸法を大きくするにあたっては、使用する周波数２．８５６ＧＨｚに影響を与えない大きさ以下にすることが好ましい。

【0055】

このため、本発明による導波管ロータリージョイントが２．８５６ＧＨｚで使用されるような装置に適用される場合には、例えば、高次モードのｆｃを２．８８ＧＨｚ以上とするために、ａ寸法を最大１０４ｍｍとし、ｂ寸法を最大５２ｍｍとすることが好ましい。

【0056】

より詳細には、例えば、導波管ロータリージョイントが２．８５６ＧＨｚで使用されるような装置に適用される場合には、使用する周波数の近くに高次モードが発生すると基本波の通過特性に影響を及ぼすため、高次モードの発生を２．８８ＧＨｚ以上にすることが必要である。

【0057】

ここで、高次モードＴＥ２０モードのｆｃが２．８８ＧＨｚ以上になるようなａ寸法は１０４ｍｍ、ＴＥ０１モードのｆｃが２．８８ＧＨｚ以上になるｂ寸法は５２ｍｍである。そのため、本発明による導波管ロータリージョイントにおいては、ａ寸法は１０４ｍｍ、ｂ寸法は５２ｍｍまで大きくすることができる。

【0058】

つまり、従来の技術では単位体積あたりのエネルギーが高くなり、放電が起こりやすかった矩形導波管と円筒導波管とのモード変換部において、本発明によりａ寸法を１０４ｍｍ、ｂ寸法を５２ｍｍに拡張することにより、単位体積当たりのエネルギーを低くすることができ、放電を効果的に抑止することができるようになる。

【0059】

なお、矩形導波管には伝送モードがいくつもあり、基本モードはＴＥ１０になる。その他のモードは、それぞれのモードにおけるカットオフ周波数λｃ順に、ＴＥ２０、ＴＥ０１になる。ＴＥ３０やＴＥ１１、あるいは、それ以上の高次モードもあるが、これらはＴＥ２０やＴＥ０１よりも周波数が高いため、本発明を実施する際には考慮しなくてよい。

【0060】

基本モードであるＴＥ１０以外のＴＥ２０やＴＥ０１は高次モードと称されるが、高次モードが発生するような周波数帯域では不要な共振が発生し、基本波に悪影響を及ぼすことがある。このため、高次モードは、使用する周波数より高い周波数に設計する必要がある。

【0061】

ここで、高次モードのカットオフ波長は、

【数4】

であらわされるため、ＴＥ２０の場合は、ｍ＝２，ｎ＝０で計算すると、ｂ寸法がいくつでもｎ＝０になり、（ｎ／ｂ）^２が０となるため、ａ寸法で決まる。

【0062】

同様に、ＴＥ０１の場合は、ｍ＝０，ｎ＝１となり、（ｍ／ａ）^２が０となるため、ｂ寸法のみで決まる。

【0063】

次に、本発明において、モード変換部における矩形導波管の矩形開口径を、モード変換部に向かって大きく形成する方法としては、矩形導波管の入力端部（または出力端部）から入力側のモード変換部（または出力側のモード変換部）まで、例えば、階段（ステップ）形状に大きく形成する方法と、テーパー形状に大きく形成する方法がある。

【0064】

ここで、上記したａ寸法（長辺）とｂ寸法（短辺）とを大きくする際に、こうした階段形状のみを用いてもよいし、あるいは、テーパー形状のみを用いてもよいし、あるいは、階段形状とテーパー形状とを組み合わせて用いてもよい。

【0065】

なお、階段形状で大きくした場合には、矩形導波管の開口径が変化する階段形状の段差部分において電界の集中が大きくなるため、耐電力性能がテーパー形状よりも劣化するが、管長をλｇ／４（λｇ：管内波長）とすることができる。

【0066】

一方、テーパー形状で大きくした場合には、矩形導波管の開口径が段差無く緩やかに徐々に変化するため、電界の集中が少なく耐電力性能は良好となり高電力に向いているが、管長としてはλｇ／２の長さが必要になる。

【0067】

ここで、矩形導波管の電界の強い場所は矩形導波管のａ寸法（長辺）の中央であり、ｂ寸法は階段形状にせず、ａ寸法のみを階段形状にしても、電界の集中は低く抑えられる。

【0068】

このため、後述する本発明による第１の実施の形態では、矩形導波管のａ寸法を階段（ステップ）形状にして長さの短縮を図り、矩形導波管のｂ寸法をテーパー形状として電界の集中を抑える構成を備えている。

【0069】

即ち、後述する本発明による第１の実施の形態においては、矩形導波管の電界の強い所は矩形導波管の長辺の中央であるため、ａ寸法（長辺）を階段（ステップ）形状に形成しても電界の集中は少なく、ｂ寸法（短辺）はテーパー形状とすることで、管長をλｇ／４の長さで設計することが可能となる。

【0070】

なお、λｇは管内波長であり、導波管内での１波長の長さである。自由空間中波長はλ０であらわされ、

【0071】

λ０＝ｃ／ｆ
となり、光の速度を周波数で割った長さになる。λｇ（管内波長）は

【数5】

であらわされる。

【0072】

ここで、テーパー導波管の長さはλｇ／２であり、ステップ導波管はλｇ／４であるということが、一般的に知られている。

【0073】

図５には、テーパーの長さとＶＳＷＲとの関係を示すグラフがあらわされている。図５に示すグラフにおいて、横軸が

【数6】

を示しており、ｄ＝テーパー部の長さ、λｇ（ｚ）はテーパー部分の１波長の長さを示し、ｄがλｇ／２のときにｎ＝１となる。

【0074】

このグラフから、λｇ／２毎にＶＳＷＲの良い点が繰り返されていることがわかる。このため、矩形導波管の開口径をテーパー形状に大きくする場合には、管長として一番短いλｇ／２を選択することができる。

【0075】

また、ステップ導波管については、元の導波管のインピーダンスＺ１とステップ変換された後のインピーダンスＺ３とし、中間のインピーダンスＺ２を

【数7】

とし、その長さをλｇ／４にすることが知られている。このため、矩形導波管の開口径を階段（ステップ）形状に大きくする場合には、管長としてλｇ／４を選択することができる。

【0076】

なお、本発明による導波管ロータリージョイントにおいて、モード変換部における矩形導波管の矩形開口径のａ寸法（長辺）やｂ寸法（短辺）を、モード変換部に向かって大きく形成する際には、入力側モード変換部を含む入力側矩形導波管部と出力側モード変換部を含む出力側矩形導波管部とにおいて、大きくする辺を異ならせるようにしてもよい。

【0077】

即ち、入力側モード変換部を含む入力側矩形導波管部においてはｂ寸法（短辺）を大きくし、出力側モード変換部を含む出力側矩形導波管部においてはａ寸法（長辺）を大きくするようにしてもよい。

【0078】

あるいは、入力側モード変換部を含む入力側矩形導波管部においてはａ寸法（長辺）を大きくし、出力側モード変換部を含む出力側矩形導波管部においてはｂ寸法（短辺）を大きくするようにしてもよい。

【0079】

なお、入力側モード変換部を含む入力側矩形導波管部と出力側モード変換部を含む出力側矩形導波管部とにおいて、大きくする辺を一致させることにより、入力側モード変換部を含む入力側矩形導波管部と出力側モード変換部を含む出力側矩形導波管部とを対称構造として設計や製造することができるようになるため、設計や製造の際の負担を軽減することができるようになる。

【0080】

即ち、本発明による導波管ロータリージョイントは、入力側矩形導波管と円形導波管の入力側とを連接するとともに、上記円形導波管の出力側と出力側矩形導波管とを連接して構成される導波管ロータリージョイントにおいて、上記入力側矩形導波管と上記円形導波管との接続領域たる上記入力側矩形導波管から上記円形導波管へとモード変換する入力側モード変換部へ至る上記入力側矩形導波管の矩形開口径の寸法と、上記出力側矩形導波管と上記円形導波管との接続領域たる上記円形導波管から上記出力側矩形導波管へとモード変換する出力側モード変換部へ至る上記出力側矩形導波管の矩形開口径の寸法とを、上記入力側モード変換部と上記出力側モード変換部とにそれぞれ向かうにつれて開口径が大きくなるようにしたものである。

【0081】

また、本発明による導波管ロータリージョイントは、上記した本発明による導波管ロータリージョイントにおいて、上記入力側モード変換部における上記入力側矩形導波管の矩形開口径の寸法と上記出力側モード変換部における上記出力側矩形導波管の矩形開口径の寸法とは、使用する周波数で高次モードが発生しない寸法であるようにしたものである。

【0082】

また、本発明による導波管ロータリージョイントは、上記した本発明による導波管ロータリージョイントにおいて、上記入力側矩形導波管の入力端部の矩形開口径の寸法と上記出力側矩形導波管の出力端部の矩形開口径の寸法とは、予め設定されている規格で規定された矩形開口径の寸法であるようにしたものである。

【0083】

また、本発明による導波管ロータリージョイントは、上記した本発明による導波管ロータリージョイントにおいて、上記予め設定されている規格は、ＪＥＩＴＡ規格またはＥＩＡ規格であるようにしたものである。

【0084】

また、本発明による導波管ロータリージョイントは、上記した本発明による導波管ロータリージョイントにおいて、上記入力側矩形導波管の矩形開口径の寸法は、上記入力端部から上記入力側モード変換部に向けて、単数または複数の段差を有する階段形状またはテーパー形状に拡開して大きくなるように形成し、上記出力側矩形導波管の矩形開口径の寸法は、上記出力端部から上記出力側モード変換部に向けて、単数または複数の段差を有する階段形状またはテーパー形状に拡開して大きくなるように形成したものである。

【0085】

また、本発明による導波管ロータリージョイントは、上記した本発明による導波管ロータリージョイントにおいて、上記入力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法（長辺）と上記出力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法（長辺）とを、上記予め設定されている規格で規定された矩形開口径のａ寸法（長辺）より大きくするように形成したものである。

【0086】

また、本発明による導波管ロータリージョイントは、上記した本発明による導波管ロータリージョイントにおいて、上記入力側矩形導波管の矩形開口径のｂ寸法（短辺）と上記出力側矩形導波管の矩形開口径のｂ寸法（短辺）とを、上記予め設定されている規格で規定された矩形開口径のｂ寸法（短辺）より大きくするように形成したものである。

【0087】

また、本発明による導波管ロータリージョイントは、上記した本発明による導波管ロータリージョイントにおいて、上記入力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法（長辺）およびｂ寸法（短辺）と上記出力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法（長辺）およびｂ寸法（短辺）とを、上記予め設定されている規格で規定された矩形開口径のａ寸法（長辺）およびｂ寸法（短辺）よりそれぞれ大きくするように形成したものである。

【0088】

また、本発明による導波管ロータリージョイントは、上記した本発明による導波管ロータリージョイントにおいて、上記入力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法は、上記入力端部から上記入力側モード変換部に向けて、単数または複数の段差を有する階段形状に拡開して大きくなるように形成し、上記入力側矩形導波管の矩形開口径のｂ寸法は、上記入力端部から上記入力側モード変換部に向けて、テーパー形状に拡開して大きくなるように形成し、上記出力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法は、上記出力端部から上記出力側モード変換部に向けて、単数または複数の段差を有する階段形状に拡開して大きくなるように形成し、上記出力側矩形導波管の矩形開口径のｂ寸法は、上記出力端部から上記出力側モード変換部に向けて、テーパー形状に拡開して大きくなるように形成したものである。

【0089】

また、本発明による導波管ロータリージョイントは、上記した本発明による導波管ロータリージョイントにおいて、上記入力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法は、上記入力端部から上記入力側モード変換部に向けて、テーパー形状に拡開して大きくなるように形成し、上記入力側矩形導波管の矩形開口径のｂ寸法は、上記入力端部から上記入力側モード変換部に向けて、単数または複数の段差を有する階段形状に拡開して大きくなるように形成し、上記出力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法は、上記出力端部から上記出力側モード変換部に向けて、テーパー形状に拡開して大きくなるように形成し、上記出力側矩形導波管の矩形開口径のｂ寸法は、上記出力端部から上記出力側モード変換部に向けて、単数または複数の段差を有する階段形状に拡開して大きくなるように形成したものである。

【0090】

また、本発明による導波管ロータリージョイントは、上記した本発明による導波管ロータリージョイントにおいて、上記入力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法は、上記入力端部から上記入力側モード変換部に向けて、テーパー形状に拡開して大きくなるように形成し、上記入力側矩形導波管の矩形開口径のｂ寸法は、上記入力端部から上記入力側モード変換部に向けて、テーパー形状に拡開して大きくなるように形成し、上記出力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法は、上記出力端部から上記出力側モード変換部に向けて、テーパー形状に拡開して大きくなるように形成し、上記出力側矩形導波管の矩形開口径のｂ寸法は、上記出力端部から上記出力側モード変換部に向けて、テーパー形状に拡開して大きくなるように形成したものである。

【0091】

また、本発明による導波管ロータリージョイントは、上記した本発明による導波管ロータリージョイントにおいて、上記入力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法は、上記入力端部から上記入力側モード変換部に向けて、単数または複数の段差を有する階段形状に拡開して大きくなるように形成し、上記入力側矩形導波管の矩形開口径のｂ寸法は、上記入力端部から上記入力側モード変換部に向けて、単数または複数の段差を有する階段形状に拡開して大きくなるように形成し、上記出力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法は、上記出力端部から上記出力側モード変換部に向けて、単数または複数の段差を有する階段形状に拡開して大きくなるように形成し、上記出力側矩形導波管の矩形開口径のｂ寸法は、上記出力端部から上記出力側モード変換部に向けて、単数または複数の段差を有する階段形状に拡開して大きくなるように形成したものである。

【0092】

また、本発明による導波管ロータリージョイントは、上記した本発明による導波管ロータリージョイントにおいて、使用する周波数が２．８５６ＧＨｚのとき、上記入力側モード変換部における上記入力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法は１０４ｍｍであり、かつ、ｂ寸法は５２ｍｍであり、上記出力側モード変換部における上記出力側矩形導波管の矩形開口径のａ寸法は１０４ｍｍであり、かつ、ｂ寸法は５２ｍｍであるようにしたものである。

【発明の効果】

【0093】

本発明は、以上説明したように構成されているので、ＳＦ_６ガスなどの絶縁ガスを使用することなく、大電力でマイクロ波を安定的に伝送することができるようになるという優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【0094】

【図1】図１は、従来の導波管ロータリージョイントの外観斜視構成説明図である。

【図2】図２は、図１に示す導波管ロータリージョイントの縦断構成説明図である。

【図3】図３は、図２のＩＩ－ＩＩ線による断面構成説明図である。

【図4】図４は、図１に示す導波管ロータリージョイントにおける内部の電界分布のシミュレーション結果を示す電界分布図である。

【図5】図５は、テーパーの長さとＶＳＷＲとの関係を示すグラフである。

【図6】図６は、本発明の実施の形態の一例としての第１の実施の形態による導波管ロータリージョイントの外観斜視構成説明図である。

【図7】図７は、図６に示す導波管ロータリージョイントの縦断構成説明図である。

【図8】図８は、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線による断面構成説明図である。

【図9】図９は、図６に示す導波管ロータリージョイントにおける内部の電界分布のシミュレーション結果を示す電界分布図である。

【図10】図１０は、本発明の実施の形態の一例としての第２の実施の形態による導波管ロータリージョイントの外観斜視構成説明図である。

【図11】図１１は、図１０に示す導波管ロータリージョイントの縦断構成説明図である。

【図12】図１２は、図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ線による断面構成説明図である。

【図13】図１３は、本発明の実施の形態の一例としての第３の実施の形態による導波管ロータリージョイントの外観斜視構成説明図である。

【図14】図１４は、図１３に示す導波管ロータリージョイントの縦断構成説明図である。

【図15】図１５は、図１４のＸＶ－ＸＶ線による断面構成説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0095】

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による導波管ロータリージョイントの実施の形態の一例について詳細に説明するものとする。

【0096】

なお、以下の説明においては、図１乃至図３を参照しながら説明した従来の導波管ロータリージョイントと同一または相当する構成については、適宜にそれぞれ同一の符号を用いて示すこととして、それらの詳細な説明については適宜に省略する。

【0097】

また、「背景技術」の項における説明と同様に、説明の便宜上、図１乃至図２に相当する図６以降の各図において、左方に位置する矩形導波管を入力側の矩形導波管とし、一方、右方に位置する矩形導波管を出力側の矩形導波管として説明するが、こうした入出力関係は逆であってもよいことは勿論である。即ち、図１乃至図２に相当する図６以降の各図において、左方に位置する矩形導波管を出力側の矩形導波管とし、一方、右方に位置する矩形導波管を入力側の矩形導波管としてもよい。

【0098】

（Ｉ） 本発明の実施の形態の一例としての第１の実施の形態による導波管ロータリージョイントについての説明

【0099】

ここで、図６には、本発明の実施の形態の一例としての第１の実施の形態による導波管ロータリージョイントの外観斜視構成説明図があらわされている。また、図７には、図６に示す導波管ロータリージョイントの縦断構成説明図があらわされている。さらに、図８には、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線による断面構成説明図があらわされている。

【0100】

本発明の実施の形態の一例としての第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００は、マグネトロンやクライストロンで発生した大電力を伝送する際に用いて好適なものである。

【0101】

第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００は、内部にマグネトロンやクライストロンで発生した高周波を伝送するための中空の導波路として、入力側矩形導波管を構成する入力側矩形導波管部１０２と、出力側矩形導波管を構成する出力側矩形導波管部１０４と、入力側矩形導波管と出力側矩形導波管とを接続する円形導波管を構成する円形導波管部１６とを有して構築されている点においては、従来の導波管ロータリージョイント１０と同様である。

【0102】

第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００と従来の導波管ロータリージョイント１０とを比較すると、両者は入力側モード変換部Ａを含む入力側矩形導波管部１０２ならびに出力側モード変換部Ｂを含む出力側矩形導波管部１０４の構成が異なるものであり、その他の構成については異なる点はないので、両者において同一または相当する構成については同一の符号を用いて示すこととして詳細な説明は省略し、以下においては、第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００における入力側モード変換部Ａを含む入力側矩形導波管部１０２ならびに出力側モード変換部Ｂを含む出力側矩形導波管部１０４の構成について詳細について説明する。

【0103】

まず、第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００の入力側矩形導波管部１０２は、入力端部１０２ａから入力側モード変換部Ａへ至る入力側矩形導波管部１０２の開口径の寸法が、入力側モード変換部Ａに向かって大きくなるようにして形成されている。

【0104】

具体的に説明すると、第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００の入力側矩形導波管部１０２は、入力端部１０２ａから入力側モード変換部Ａへ至る入力側矩形導波管部１０２の開口径について、入力端部１０２ａにおいては、例えば、ＪＥＩＴＡ規格の規格番号ＴＴ－３００１Ａで規定されたａ寸法（長辺）とｂ寸法（短辺）とに従った値に形成されているが、入力端部１０２ａから入力側モード変換部Ａに向かうに従って、例えば、矩形開口径がＪＥＩＴＡ規格の規格番号ＴＴ－３００１Ａで規定された内径寸法より大きくなるように形成されている。

【0105】

より詳細には、入力側矩形導波管部１０２において、ａ寸法（長辺）については、入力端部１０２ａから入力側モード変換部Ａに向けて、単数（１個）の段差１０２ｂを備えた階段（ステップ）形状に大きくなるように形成している。換言すれば、ｂ寸法（短辺）を形成している対向する管壁内面が、単数（１個）の段差１０２ｂを備えて拡開するようにして形成されている。

【0106】

一方、ｂ寸法（短辺）については、入力端部１０２ａから入力側モード変換部Ａに向けて、テーパー形状で徐々に拡開して大きくなるテーパー面として形成している。換言すれば、ａ寸法（長辺）を形成している対向する管壁内面が、テーパー形状で徐々に拡開するようにして形成されている。

【0107】

同様に、第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００の出力側矩形導波管部１０４は、出力端部１０４ａから出力側モード変換部Ｂへ至る出力側矩形導波管部１０４の開口径の寸法が、入力側モード変換部Ａに向かって大きくなるようにして形成されている。

【0108】

具体的に説明すると、第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００の出力側矩形導波管部１０４は、出力端部１０４ａから出力側モード変換部Ｂへ至る出力側矩形導波管部１０４の開口径について、出力端部１０４ａにおいては、例えば、ＪＥＩＴＡ規格の規格番号ＴＴ－３００１Ａで規定されたａ寸法（長辺）とｂ寸法（短辺）とに従った値に形成されているが、出力端部１０４ａから入力側モード変換部Ａに向かうに従って、例えば、矩形開口径がＪＥＩＴＡ規格の規格番号ＴＴ－３００１Ａで規定された内径寸法より大きくなるように形成されている。

【0109】

より詳細には、出力側矩形導波管部１０４において、ａ寸法（長辺）については、出力端部１０４ａから出力側モード変換部Ｂに向けて、単数（１個）の段差１０４ｂを備えた階段（ステップ）形状に大きくなるように形成している。換言すれば、ｂ寸法（短辺）を形成している対向する管壁内面が、単数（１個）の段差１０４ｂを備えて拡開するようにして形成されている。

【0110】

一方、ｂ寸法（短辺）については、出力端部１０４ａから出力側モード変換部Ｂに向けて、テーパー形状で徐々に拡開して大きくなるテーパー面として形成している。換言すれば、ａ寸法（長辺）を形成している対向する管壁内面が、テーパー形状で徐々に拡開するようにして形成されている。

【0111】

ここで、図９には、図６に示す導波管ロータリージョイントにおける内部の電界分布のシミュレーション結果を示す電界分布図があらわされている。

【0112】

なお、このシミュレーションにおける条件は、以下の通りである。
印加電力：１Ｗ
周波数：２．８５６ＧＨｚ
入力側導波管部１０２の内径寸法：入力端部１０２ａにおいてはＪＥＩＴＡ規格の規格番号ＴＴ－３００１Ａで規定されたａ寸法およびｂ寸法（具体的には、ａ寸法＝７２．１ｍｍ，ｂ寸法＝３４．０ｍｍである。）であるが、入力側モード変換部ＡにおいてはＪＥＩＴＡ規格の規格番号ＴＴ－３００１Ａで規定されたａ寸法とおよびｂ寸法より大きいａ寸法＝１０４ｍｍおよびｂ寸法＝５２ｍｍとなるように構成されている。
出力側導波管部１０４の内径寸法：出力端部１０４ａにおいてはＪＥＩＴＡ規格の規格番号ＴＴ－３００１Ａで規定されたａ寸法およびｂ寸法（具体的には、ａ寸法＝７２．１ｍｍ，ｂ寸法＝３４．０ｍｍである。）であるが、出力側モード変換部ＢにおいてはＪＥＩＴＡ規格の規格番号ＴＴ－３００１Ａで規定されたａ寸法とおよびｂ寸法より大きいａ寸法＝１０４ｍｍおよびｂ寸法＝５２ｍｍとなるように構成されている。
入出力伝送モード：ＴＥ１０
導波管ロータリージョイント１００の内部封入ガス：ａｉｒ（空気）
導波管ロータリージョイント１００の材質：アルミニウム

【0113】

図９に示すシミュレーション結果に示されているように、第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００の出力側モード変換部Ｂにおいては１２４２Ｖ／ｍの電界を示しており、出力側モード変換部Ｂに電界が集中することが抑止されている。

【0114】

即ち、従来の技術による導波管ロータリージョイント１０によれば、出力側モード変換部Ｂにおける電界は２２６９Ｖ／ｍであったが、第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００によれば、出力側モード変換部Ｂにおける電界は１２４２Ｖ／ｍまで低下している。

【0115】

このため、第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００においては、導波管内部の高電界に起因して放電が起こることを効果的に抑止することができる。

【0116】

従って、第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００によれば、大電力のマイクロ波を伝送する場合でも、ＳＦ_６などの絶縁ガスを使用することなしに、導波管内での放電を有効に抑止して、これにより安定してマイクロ波の伝送を行うことが可能となる。

【0117】

そして、第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００においては、ａ寸法を階段（ステップ）形状にして長さの短縮を図るとともに、ｂ寸法をテーパー形状として電界の集中を抑えるようにしている。

【0118】

即ち、第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００によれば、矩形導波管の電界の強い所は矩形導波管のａ寸法（長辺）方向の中央であるため、ａ寸法（長辺）を階段（ステップ）形状に形成しても電界の集中は少なくなり、ｂ寸法（短辺）はテーパー形状とすることで、管長をλｇ／４の長さで設計している。

【0119】

（ＩＩ） 本発明の実施の形態の一例としての第２の実施の形態による導波管ロータリージョイントについての説明

【0120】

ここで、図１０には、本発明の実施の形態の一例としての第２の実施の形態による導波管ロータリージョイントの外観斜視構成説明図があらわされている。また、図１１には、図１０に示す導波管ロータリージョイントの縦断構成説明図があらわされている。さらに、図１２には、図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ線による断面構成説明図があらわされている。

【0121】

本発明の実施の形態の一例としての第２の実施の形態による導波管ロータリージョイント２００は、ａ寸法（長辺）については複数である２個の段差を備えた階段（ステップ）形状に大きくなるように形成し、ｂ寸法（短辺）についてはテーパー形状で徐々に大きくなるように形成している。

【0122】

この第２の実施の形態による導波管ロータリージョイント２００は、入力側矩形導波管部１０２のａ寸法（長辺）を複数である２個の段差２００ａを備えた階段（ステップ）形状に大きくなるように形成するとともに、出力側矩形導波管部１０４のａ寸法（長辺）を複数である２個の段差２００ｂを備えた階段（ステップ）形状に大きくなるように形成した点において、入力側矩形導波管部１０２のａ寸法（長辺）を単数（１個）の段差１０２ｂを備えた階段（ステップ）形状に大きくなるように形成するとともに、出力側矩形導波管部１０４のａ寸法（長辺）を単数（１個）の段差１０４ｂを備えた階段（ステップ）形状に大きくなるように形成した第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００とは異なるが、その他の構成については第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００と同一である。

【0123】

この第２の実施の形態による導波管ロータリージョイント２００においても、第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００と同様に、導波管内部の高電界に起因して放電が起こることを効果的に抑止することができるので、大電力のマイクロ波を伝送する場合でも、ＳＦ_６などの絶縁ガスを使用することなしに、導波管内での放電を有効に抑止して、これにより安定してマイクロ波の伝送を行うことが可能となる。

【0124】

（ＩＩＩ） 本発明の実施の形態の一例としての第３の実施の形態による導波管ロータリージョイントについての説明

【0125】

ここで、図１３には、本発明の実施の形態の一例としての第３の実施の形態による導波管ロータリージョイントの外観斜視構成説明図があらわされている。また、図１４には、図１３に示す導波管ロータリージョイントの縦断構成説明図があらわされている。さらに、図１５には、図１４のＸＶ－ＸＶ線による断面構成説明図があらわされている。

【0126】

本発明の実施の形態の一例としての第３の実施の形態による導波管ロータリージョイント３００は、ａ寸法（長辺）についてテーパー形状で徐々に大きくなるように形成するとともに、ｂ寸法（短辺）についてテーパー形状で徐々に大きくなるように形成している。

【0127】

即ち、この第３の実施の形態による導波管ロータリージョイント３００においては、入力側矩形導波管部１０２について、ａ寸法（長辺）をテーパー形状で徐々に拡開して大きくなるテーパー面として形成するとともに、ｂ寸法（短辺）をテーパー形状で徐々に拡開して大きくなるテーパー面として形成している。

【0128】

同様に、出力側矩形導波管部１０４について、ａ寸法（長辺）をテーパー形状で徐々に拡開して大きくなるテーパー面として形成するとともに、ｂ寸法（短辺）をテーパー形状で徐々に拡開して大きくなるテーパー面として形成している。

【0129】

具体的には、入力側矩形導波管部１０２において、ａ寸法（長辺）については、入力端部１０２ａから入力側モード変換部Ａに向けて、テーパー形状で徐々に拡開して大きくなるテーパー面として形成している。換言すれば、ｂ寸法（短辺）を形成している対向する管壁３００ａＦ，３００ａＢの内面が、テーパー形状で徐々に拡開するようにして形成されている。

【0130】

また、入力側矩形導波管部１０２において、ｂ寸法（短辺）については、入力端部１０２ａから入力側モード変換部Ａに向けて、テーパー形状で徐々に拡開して大きくなるテーパー面として形成している。換言すれば、ａ寸法（長辺）を形成している対向する管壁３００ｂＬ，３００ｂＲの内面が、テーパー形状で徐々に拡開するようにして形成されている。

【0131】

同様に、出力側矩形導波管部１０４において、ａ寸法（長辺）については、出力端部１０４ａから出力側モード変換部Ｂに向けて、テーパー形状で徐々に拡開して大きくなるテーパー面として形成している。換言すれば、ｂ寸法（短辺）を形成している対向する管壁３００ｃＦ，３００ｃＢの内面が、テーパー形状で徐々に拡開するようにして形成されている。

【0132】

また、出力側矩形導波管部１０４において、ｂ寸法（短辺）については、出力端部１０４ａから出力側モード変換部Ｂに向けて、テーパー形状で徐々に拡開して大きくなるテーパー面として形成している。換言すれば、ａ寸法（長辺）を形成している対向する管壁３００ｄＬ，３００ｄＲの内面が、テーパー形状で徐々に拡開するようにして形成されている。

【0133】

即ち、第３の実施の形態による導波管ロータリージョイント３００は、入力側矩形導波管部１０２と出力側矩形導波管部１０４とのａ寸法（長辺）およびｂ寸法（短辺）について、テーパー形状で徐々に大きくなるように形成している点において、上記した第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００ならびに第２の実施の形態による導波管ロータリージョイント２００とは異なるが、その他の構成については第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００ならびに第２の実施の形態による導波管ロータリージョイント２００と同一である。

【0134】

この第３の実施の形態による導波管ロータリージョイント３００においても、第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００ならびに第２の実施の形態による導波管ロータリージョイント２００と同様に、導波管内部の高電界に起因して放電が起こることを効果的に抑止することができるので、大電力のマイクロ波を伝送する場合でも、ＳＦ_６などの絶縁ガスを使用することなしに、導波管内での放電を有効に抑止して、これにより安定してマイクロ波の伝送を行うことが可能となる。

【0135】

（ＩＶ） その他の実施の形態について

【0136】

なお、上記した実施の形態は例示に過ぎないものであり、本発明は他の種々の形態で実施することができるものである。即ち、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換えあるいは変更などを適宜に行うことができる。

【0137】

例えば、上記した実施の形態は、以下の（ＩＶ－１）乃至（ＩＶ－５）に説明するように変形してもよい。

【0138】

（ＩＶ－１） 上記した各実施の形態においては、予め設定されている規格の一例としてＪＥＩＴＡ規格を示して説明したが、予め設定されている規格はこれに限られるものではないことは勿論であり、例えば、ＥＩＡ規格などのその他の規格を用いてもよいことは勿論である。

【0139】

（ＩＶ－２） 上記した第１の実施の形態による導波管ロータリージョイント１００においては、ａ寸法（長辺）を単数の１個の段差を備えた階段（ステップ）形状に大きくなるように形成した場合を示し、上記した第２実施の形態による導波管ロータリージョイント２００においては、ａ寸法（長辺）を複数の２個の段差を備えた階段（ステップ）形状に大きくなるように形成した場合を示したが、段差の数はこれに限られるものではないことは勿論であり、３個以上の複数の段差を設けるようにしてもよい。

【0140】

（ＩＶ－３） 上記した各実施の形態における説明では、詳細な説明は省略したが、ａ寸法（長辺）とｂ寸法（短辺）との両方を、単数または複数の段差を備えた階段（ステップ）形状に大きくなるように形成してもよいことは勿論である。また、その際に、ａ寸法（長辺）とｂ寸法（短辺）とで、段差の個数が異なるように形成してもよいことは勿論である。

【0141】

（ＩＶ－４） 上記した各実施の形態などにおいて示した数値は例示に過ぎないものであり、こうした数値は設計条件などに応じて随時変更されるものであることは勿論である。

【0142】

（ＩＶ－５） 上記した実施の形態ならびに上記した（ＩＶ－１）乃至（ＩＶ－４）に示す各実施の形態や変形例などは、適宜に組み合わせるようにしてもよいことは勿論である。

【産業上の利用可能性】

【0143】

本発明は、大電力の伝送に用いて好適な導波管ロータリージョイントに用いて極めて有用である。

【符号の説明】

【0144】

１０ 導波管ロータリージョイント
１２ 入力側矩形導波管部
１２ａ 入力端部
１４ 出力側矩形導波管部
１４ａ 出力端部
１６ 円形導波管部
１８ 第１円形導波管部
１８ａ 入力側端部
１８ｂ 外周面
２０ 第２円形導波管部
２０ａ 出力側端部
２２ 回転支持部
２４ フランジ部
２６ 軸受けハウジング
２６ａ 内周面
３０ 軸受け
３２ ガスシール
３４ １／４波長チョーク（λ／４チョーク）
１００ 導波管ロータリージョイント
１０２ 入力側矩形導波管部
１０２ａ 入力端部
１０２ｂ 段差
１０４ 出力側矩形導波管部
１０４ａ 出力端部
１０４ｂ 段差
２００ 導波管ロータリージョイント
２００ａ 段差
２００ｂ 段差
３００ 導波管ロータリージョイント
３００ａＦ 管壁
３００ａＢ 管壁
３００ｂＬ 管壁
３００ｂＲ 管壁
３００ｃＦ 管壁
３００ｃＢ 管壁
３００ｄＬ 管壁
３００ｃＲ 管壁
Ａ 入力側モード変換部
Ｂ 出力側モード変換部
Ｃ 中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】