伝送線路及びスタブ

【目的】内部導体の放熱の容易化を図りながら、同時に高周波の遅延効果を実現できる伝送線路を提供すると共に、、小型化及び軽量化を図ることができるスタブを提供することにある。
【構成】伝送線路は、内部導体と外部導体とのいずれか一方が螺旋状に形成されていることを特徴としている。スタブは、螺旋状の内部導体及び外部導体に各々摺動して接触する内側接触子及び外側接触子を有する短絡板を具備することを特徴としている。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、伝送線路及びスタブに関し、例えばＴＥＭモードの高周波用の伝送線路、及びこれに用いられるスタブに関する。
【０００２】
【従来の技術】互いに直交する磁場と電場とが伝搬されるＴＥＭモードの高周波用の伝送線路としては、図１０に示すような同軸線１が一般的に広く使用されている。この同軸線１の基本構造としては、内径側に、径の小さい内部導体２が設けられ、これの外径側に、径の大きい外部導体３が設けられている。なお、内部導体２は、テフロン等の絶縁物によるサポータ（図示略）によって中心部で支持されている。
【０００３】このような構造の同軸線１により高周波の遅延線４が構成される場合には、従来、図１１に示すように構成されている。すなわち、内部導体２と外部導体３との間に、誘電体５が充填されている。この誘電体５の影響によって高周波の位相速度が光速度より遅くされて、遅延の効果が得られている。
【０００４】通常、このような遅延線４は、通信・放送等の高周波部品として使用され、高周波の電力レベルは、１Ｗ以下であり、発熱の影響は無視されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、伝送される高周波の電力が比較的大きく、内部導体２が比較的多くの熱を発熱する場合がある。このような場合、図１０に示すような伝送線１であると、内部導体２と外部導体３との間の空間で気体が対流されることにより、またこの空間で強制的に気体が流されることにより、内部導体２の熱は放熱され、内部導体２は冷却される。
【０００６】しかし、図１１に示すような遅延線４である場合には、誘電体５の熱伝導率は比較的小さいため、内部導体２から外部導体３への熱の移動がこの誘電体５によって著しく妨げられ、内部導体２の放熱が困難であり、ひいては、内部導体２の高温度化から内部導体２の熱膨脹や誘電体５の変形を生起するといった問題がある。
【０００７】このようなことから、内部導体の放熱の容易化を図りながら、同時に高周波の遅延効果を実現できる伝送線路の出現が待望されている。
【０００８】また、伝送線路に用いられるスタブでも、内部導体の放熱の容易化を図りながら同時に高周波の遅延効果を実現し、これにより、インピーダンス整合に必要な長さを短くし、全体構成の小型化及び軽量化を図ることができるスタブの出現が待望されている。
【０００９】本発明の目的は、上述したような事情に鑑みなされたものであって、内部導体の放熱の容易化を図りながら、同時に高周波の遅延効果を実現できる伝送線路を提供すると共に、内部導体の放熱の容易化を図りながら同時に高周波の遅延効果を実現して、小型化及び軽量化を図ることができるスタブを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため、本発明の請求項１に係る伝送線路は、内径側に径の小さい内部導体が設けられ、これの外径側に同軸状に、径の大きい外部導体が設けらている伝送線路において、内部導体と外部導体とのいずれか一方が螺旋状に形成されていることを特徴としている。
【００１１】また、請求項２に係る伝送線路は、螺旋状に形成された一方の導体が、筒状の絶縁物サポータに固定されていることを特徴としている。
【００１２】さらに、請求項３に係るスタブは、請求項１又は２に記載の伝送線路において、内部導体が螺旋状に形成されている伝送線路に用いられるスタブであって、螺旋状に形成された径の小さい内部導体と、これの外径側に同軸的に設けられた径の大きい外部導体と、これら内部導体及び外部導体に各々摺動して接触する内側接触子及び外側接触子を有する短絡板と、を具備することを特徴としている。
【００１３】さらに、請求項４に係るスタブは、上記短絡板の内側接触子は、螺旋状内部導体の螺旋形状全体を包持して接触するように、内筒状に形成されていることを特徴としている。
【００１４】さらに、請求項５に係るスタブは、上記螺旋状内部導体の内部に、冷却媒体を流通するための流路が設けられ、又は、上記短絡板の内部に、冷却媒体を流通するための流路が設けられていることを特徴としている。
【００１５】さらに、請求項６に係るスタブは、上記短絡板の内側接触子は、螺旋状内部導体の螺旋各線が貫通して通挿するように傾斜した内筒状に形成されていることを特徴としている。
【００１６】さらに、請求項７に係るスタブは、上記螺旋状内部導体がその中心軸回りに回動され、これにより、短絡板が軸方向に移動されることを特徴としている。
【００１７】
【作用】請求項１に係る伝送線路では、内部導体と外部導体とのいずれか一方が螺旋状に形成されているため、電場と磁場とが直交する方向に自由空間の光速度で伝搬するＴＥＭモードの高周波は、螺旋状の導体と他方の導体との間を螺旋状に沿って伝搬する。そのため、高周波の軸方向の実効的な伝搬速度は、光速度よりも遅延される。その結果、位相速度が遅延され、高周波の遅延効果が実現される。同時に、内部導体と外部導体との間の空間には、誘電体等が充填されていないため、内部導体が比較的多量の熱を発生したとしても、この未充填の空間により内部導体の放熱が効率的に行われる。従って、請求項１では、内部導体の放熱の容易化を図りながら、同時に高周波の遅延効果を実現できる。なお、誘電体が使用されていないため、請求項１に係る伝送線路は、中性子の強度の強い環境でも使用され得るという効果も奏することができる。
【００１８】また、請求項２に係る伝送線路では、螺旋状に形成さえた導体が筒状の絶縁物サポータに固定されているため、この導体が撓むといったことが効果的に防止されて確実に支持され、これにより、高周波特性を一定に維持することができる。
【００１９】さらに、請求項３に係るスタブでは、請求項１の同様の高周波の遅延効果によりインピーダンス整合に必要な長さが短くされ、また、短絡板の移動距離も短くされ、その結果、スタブ全体が小型化され軽量化されることができる。
【００２０】さらに、請求項４に係るスタブでは、短絡板の内側接触子は、螺旋状内部導体の螺旋形状全体を包持して接触するように、内筒状に形成されているため、内側接触子及び外側接触子が各々内部導体及び外部導体に接触しながら摺動され、高周波の遅延効果によりインピーダンス整合に必要な長さが短くされ、スタブ全体が小型化され軽量化される。
【００２１】さらに、請求項５に係るスタブでは、螺旋状内部導体の内部に、冷却媒体を流通するための流路が設けられ、又は、上記短絡板の内部に、冷却媒体を流通するための流路が設けられているため、内部導体と短絡板での熱が効果的に除去されるため、各部の変形が抑制され、ＭＷを超える大電力の連続運転での使用が可能になる。
【００２２】さらに、請求項６に係るスタブでは、短絡板の内側接触子は、螺旋状内部導体の螺旋各線が貫通して通挿するように傾斜した内筒状に形成されており、また、請求項７に係るスタブでは、螺旋状内部導体がその中心軸回りに回動され、短絡板が軸方向に移動される。これにより、駆動シャフト等の外部的な駆動機構が不要にされ、スタブの駆動機構が簡易化され、また、スタブの全体の構造も小型化される。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の実施例に係る伝送線路及びスタブを図面を参照しつつ説明する。
【００２４】図１及び図２は、本発明の第１実施例に係る伝送線路を示し、図１は、本発明の第１実施例に係る伝送線路の模式的断面図であり、図２は、図１に示す伝送線路の原理を説明するための図である。
【００２５】図１に示すように、本実施例に係る伝送線路１０では、内径側に、径の小さい内部導体１１が設けられ、これの外径側に、径の大きい外部導体１２が設けられている。この内部導体１１が螺旋状に形成されている。この螺旋の形状は、如何なるものであってもよく、具体的形状は、適宜設計事項である。
【００２６】このように内部導体１１が螺旋状に形成されているため、電場と磁場とが直交する方向に自由空間の光速度で伝搬するＴＥＭモードの高周波は、螺旋状の内部導体１１と外部導体１２との間を螺旋状に沿って伝搬する。そのため、高周波の軸方向の実効的な伝搬速度は、光速度よりも遅延される。この原理を図２を参照しつつ説明する。
【００２７】図２に示すように、軸Ａに対する螺旋状の内部導体１１の螺旋の角度をθとし、螺旋のピッチをｄとする。このとき、軸方向の長さｄ当りの螺旋状の内部導体１１に沿った長さは、次式により求められる。
【００２８】ｈ＝ｄ／ cosθこの式より光速度ｃに対する高周波の軸方向の速度Ｖ_zの減速の程度は、大略的に次式により求められる。
【００２９】Ｖ_z／ｃ＝ｄ／ｈ＝ cosθこれにより、螺旋の角度θが大きい程、高周波の軸方向の伝搬速度が遅延されることが理解される。
【００３０】従って、位相速度が遅延され、高周波の遅延効果が実現される。同時に、内部導体１１と外部導体１２との間の空間には、誘電体等が充填されていないため、内部導体１１が比較的多量の熱を発生したとしても、この未充填の空間により内部導体の放熱が効率的に行われる。従って、本実施例では、内部導体１１の放熱の容易化を図りながら、同時に高周波の遅延効果を実現できる。なお、誘電体が使用されていないため、本実施例に係る伝送線路１０は、中性子の強度の強い環境でも使用され得るという効果も奏することができる。
【００３１】次に、図３は、本発明の第２実施例に係る伝送線路の模式的断面図である。本実施例では、本実施例に係る伝送線路１０では、内径側に、径の小さい内部導体１１が設けられ、これの外径側に、径の大きい外部導体１２が設けられている。この外部導体１２が螺旋状に形成されている。この螺旋の形状は、如何なるものであってもよく、具体的形状は、適宜設計事項である。本実施例においても、図２で説明した原理と同様に、ＴＥＭモードの高周波は、内部導体１１と螺旋状の外部導体１２との間を螺旋状に沿って伝搬され、高周波の軸方向の実効的な伝搬速度は、光速度よりも遅延される。これにより、本実施例でも、内部導体１１の放熱の容易化を図りながら、同時に高周波の遅延効果を実現できる。
【００３２】次に、図４は、本発明の第３実施例に係る伝送線路の部分切欠斜視図である。本実施例では、螺旋状の内部導体１１を支持するための円筒状絶縁物サポータ１３（絶縁物サポータ）が設けられている。この円筒状絶縁物サポータ１３は、ポリカーボネイト等の絶縁物であり、螺旋状の内部導体１１にビス１４等により固定されている。
【００３３】図１又は図３に示すような伝送線路１０では、螺旋状に形成された導体が自重により撓むといったことがあるが、本実施例では、円筒状絶縁物サポータ１３により螺旋状の内部導体１１が支持されているため、この内部導体１１が撓むといったことが効果的に防止され、確実に外部導体１２の中に支持され、これにより、高周波特性を一定に維持することができる。なお、外部導体１２が螺旋状に形成されている場合には、外部導体１２を支持するための絶縁物サポータ（図示略）が設けられてもよい。
【００３４】次に、図５及び図６は、本発明の第１実施例に係るスタブを示し、図５は、本発明の第１実施例に係るスタブの模式的断面図であり、図６は、図５に示すスタブに装着される短絡板の斜視図である。
【００３５】本実施例に係るスタブ２０では、内径側に、径の小さい内部導体１１が設けられ、これの外径側に、径の大きい外部導体１２が設けられている。この内部導体１１が螺旋状に形成されている。螺旋状の内部導体１１を支持するための円筒状絶縁物サポータ１３（絶縁物サポータ）が設けられている。この内部導体１１と、外部導体１２との間に、短絡板３０が設けられている。
【００３６】この短絡板３０は、図６にも拡大して示すように、内部導体１１に摺動して接触するように内側に凸状に形成された内側接触子３１が設けられていると共に、外部導体１２に摺動して接触するように外側に凸状に形成された外側接触子３２が設けられている。この内側接触子３１は、螺旋状の内部導体１１の螺旋形状全体を包持して接触するように、内筒状に形成されている。さらに、これら内側接触子３１と外側接触子３２とを導通して短絡する一対の短絡ディスク３３が設けられている。このように構成された短絡板３０を軸方向に移動するための駆動シャフト３４が設けられている。これにより、駆動シャフト３４が軸方向に移動されると、内側接触子３１及び外側接触子３２が各々内部導体１１及び外部導体１２に接触しながら摺動される。この際、円筒状絶縁物サポータ１３が設けられているため、螺旋状の内部導体１２は、中央に確実に保持されている。
【００３７】このように構成されたスタブ２０では、高周波の遅延効果によりインピーダンス整合に必要な長さが短くされ、また、短絡板の移動距離も短くされ、その結果、スタブ全体が小型化され軽量化されることができる。例えば、３０ＭＨｚの高周波に対して短絡板３０の移動距離を２分の１波長分とするためには、従来の同軸型のスタブでは、５ｍの移動距離が必要になり、短絡板を移動するための駆動装置の部分を含めると全体で１０ｍ近い装置が必要になる。これに対して、本実施例に係るような螺旋状の内部導体１１が設けられたスタブでは、高周波の遅延効果により、例えば３０ＭＨｚの高周波に対して短絡板３０の移動距離を２分の１波長分とするためには、従来の同軸型のスタブの半分以下、即ち、２．５ｍ以下にすることができ、駆動装置全体を含めた装置全体でも、５ｍ以下にすることができる。このため、本実施例に係るスタブ２０は、固定周波数ではなく例えば３０〜１００ＭＨｚの広い周波数の変更に対応することができる。
【００３８】次に、図７及び図８は、本発明の第２実施例に係るスタブを示し、図７は、本発明の第２実施例に係るスタブの模式的斜視図であり、図８は、図７に示すスタブに装着される短絡板の模式的断面図である。
【００３９】本実施例は、核融合炉のプラズマのイオンサイクロトロン加熱装置に好適なスタブに関する。このようなイオンサイクロトロン加熱装置では、ＭＷを超える大電力の連続高周波インピーダンス整合を行うため、螺旋状の内部導体と短絡板とでの高周波の伝導損失による発熱が極めて高く、各部の変形の虞れがある。
【００４０】そこで、本実施例では、図７に示すように、円筒状絶縁物サポータ１３に巻回された螺旋状の内部導体１１が中空に形成され、この内部導体１１の中空空間が、冷却媒体を流通するための流路１１ａとして形成されている。また、図８に示すように、短絡板３０の内部にも、冷却媒体を流通するための流路３５が形成され、駆動シャフト３４の内部にも、この流路３５に連通し冷却媒体を流通するための流路３６が形成されている。
【００４１】このように構成されたスタブ３０では、螺旋状の内部導体１１と短絡板３０での熱が効果的に除去されるため、各部の変形が抑制され、ＭＷを超える大電力の連続運転での使用が可能になる。
【００４２】次に、図９は、本発明の第３実施例に係るスタブの模式的断面図である。本実施例では、外部導体１２の一端に、テフロン等の絶縁物から形成されたサポータ４１が設けられていると共に、このサポータ４１に、フランジ４２が設けられている。一方、外部導体１２の他端に、軸受板４３が設けられている。
【００４３】サポータ４１には、軸受４４が設けられ、この軸受４４に、回転軸４５が回転自在に支持されている。この軸受４４には、回転軸４５に接触する接触子４６が設けられている一方、軸受４４の外側には、コネクタ４７が設けられている。外部導体１２の他端の軸受板４３には、ベアリング４９を介して回転軸４８が回転自在に支持されている。これら回転軸４５及び回転軸４８には、螺旋状の内部導体１１が連結されている。内部導体１１及び外部導体１２に摺動して接触する短絡板３０が設けられている。この短絡板３０の内側接触子３１は、螺旋状の内部導体１１の螺旋各線が貫通して通挿するように傾斜した内筒状に形成されている。
【００４４】このように構成されているため、回転軸４８が回動されると、内部導体１１の螺旋各線に係合する内側接触子３１の短絡板３０が軸方向に移動される。これにより、駆動シャフト等の外部的な駆動機構が不要にされ、スタブ２０の駆動機構が簡易化され、また、スタブ２０の全体の構造も小型化される。
【００４５】なお、本発明は、上述した実施例に限定されないのは勿論であり、種々変形可能である。
【００４６】
【発明の効果】以上述べたように、請求項１に係る伝送線路では、位相速度が遅延され、高周波の遅延効果が実現される。同時に、内部導体と外部導体との間の空間には、誘電体等が充填されていないため、内部導体が比較的多量の熱を発生したとしても、この未充填の空間により内部導体の放熱が効率的に行われる。従って、内部導体の放熱の容易化を図りながら、同時に高周波の遅延効果を実現できる。
【００４７】また、請求項２に係る伝送線路では、導体が撓むといったことが効果的に防止されて確実に支持され、これにより、高周波特性を一定に維持することができる。
【００４８】さらに、請求項３に係るスタブでは、インピーダンス整合に必要な長さが短くされ、また、短絡板の移動距離も短くされ、その結果、スタブ全体が小型化され軽量化されることができる。
【００４９】さらに、請求項４に係るスタブでは、内側接触子及び外側接触子が各々内部導体及び外部導体に接触しながら摺動され、高周波の遅延効果によりインピーダンス整合に必要な長さが短くされ、スタブ全体が小型化され軽量化される。
【００５０】さらに、請求項５に係るスタブでは、内部導体と短絡板での熱が効果的に除去されるため、各部の変形が抑制され、ＭＷを超える大電力の連続運転での使用が可能になる。
【００５１】さらに、請求項６及び請求項７に係るスタブでは、螺旋状内部導体がその中心軸回りに回動され、短絡板が軸方向に移動される。これにより、駆動シャフト等の外部的な駆動機構が不要にされ、スタブの駆動機構が簡易化され、また、スタブの全体の構造も小型化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る伝送線路の模式的断面図。
【図２】図１に示す伝送線路の原理を説明するための図。
【図３】本発明の第２実施例に係る伝送線路の模式的断面図。
【図４】本発明の第３実施例に係る伝送線路の部分切欠斜視図。
【図５】本発明の第１実施例に係るスタブの模式的断面図。
【図６】図５に示すスタブに装着される短絡板の斜視図。
【図７】本発明の第２実施例に係るスタブの模式的斜視図。
【図８】図７に示すスタブに装着される短絡板の模式的断面図。
【図９】本発明の第３実施例に係るスタブの模式的断面図。
【図１０】従来に係る伝送線路の模式的斜視図。
【図１１】従来に係る遅延線の模式的断面図。
【符号の説明】
１０伝送線路
１１内部導体
１１ａ流路
１２外部導体
１３円筒状絶縁物サポータ（絶縁物サポータ）
２０スタブ
３０短絡板
３１内側接触子
３２外側接触子
３５流路
３６流路

【特許請求の範囲】
【請求項１】内径側に径の小さい内部導体が設けられ、これの外径側に同軸状に、径の大きい外部導体が設けらている伝送線路において、内部導体と外部導体とのいずれか一方が螺旋状に形成されていることを特徴とする伝送線路。
【請求項２】螺旋状に形成された一方の導体が、筒状の絶縁物サポータに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の伝送線路。
【請求項３】請求項１又は２に記載の伝送線路であって内部導体が螺旋状に形成されている伝送線路に接続されるスタブにおいて、螺旋状に形成された径の小さい内部導体と、これの外径側に同軸的に設けられた径の大きい外部導体と、これら内部導体及び外部導体に各々摺動して接触する内側接触子及び外側接触子を有する短絡板と、を具備することを特徴とするスタブ。
【請求項４】上記短絡板の内側接触子は、螺旋状内部導体の螺旋形状全体を包持して接触するように、内筒状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のスタブ。
【請求項５】上記螺旋状内部導体の内部に、冷却媒体を流通するための流路が設けられ、又は、上記短絡板の内部に、冷却媒体を流通するための流路が設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載のスタブ。
【請求項６】上記短絡板の内側接触子は、螺旋状内部導体の螺旋各線が貫通して通挿するように傾斜した内筒状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のスタブ。
【請求項７】上記螺旋状内部導体がその中心軸回りに回動され、これにより、短絡板が軸方向に移動されることを特徴とする請求項６に記載のスタブ。

【図１】