JP2001298302A - 円／直線偏波変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘電体材料から成る位相板の誘電率のばらつ
きを抑制し、円／直線偏波変換器の広帯域化を実現する
と共に、生産コストの削減を図る。 【解決手段】 容易に射出成形可能なポリスチレンを誘
電体材料に選定し、成形時の流動方向を限定するために
位相板先端部に成形樹脂注入用ゲート６６を少なくとも
１カ所配備し、また、先端部外側に具備する凸状突起６
７と円形導波管開口部に配設する凹状くぼみ溝により圧
入工法を可能とするような構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は衛星放送あるいは衛
星通信で用いる受信アンテナ（国際特許分類 Ｈ０１Ｑ
１９／１７）に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、衛星放送受信用パラボラアンテナ
の一次放射器に接続して配備される円／直線偏波変換器
の円偏波受信方式としては、導波管内に位相板と励振プ
ローブにより構成する方式と基板パターン上に円偏波素
子を形成する方式がある。この２方式のうち、前者にお
いては誘電体材料から成る位相板を用いた方式と金属材
料から成る位相板を用いた方式がある。

【０００３】この誘電体材料を用いた方式では、材料に
は高周波特性に優れたＰＴＦＥ（六フッ化エチレン）通
常用いられ、シート状の材料を切削や打ち抜き等により
加工して位相板が製造されていた。

【０００４】導波管への取り付けには挿入治具が必要と
なり、固定方法としてはその材質面から直接接着剤を用
いて固定することができないために、導波管の外側から
ねじ等を用いて固定する工法が取られていた。

【０００５】また、金属位相板を用いた例として、公報
第２９４５８３９号に記載される構成例がある。図１６
は該構成例の断面図を示すもので、金属材料から成る位
相板と導波管内壁を一体成形することによって生産コス
トの削減を図っている。

【０００６】また、放送衛星からの右旋円偏波あるいは
左旋円偏波を受信するための構成例としては、特開平０
４−５４００１がある。図１７は該構成例の断面図を示
したもので、制御信号により励振プローブを回転させる
ことにより、受信偏波を切り替える方式により構成され
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
誘電体材料を使用した従来例においては、前述通り切削
や打ち抜き等の加工方法が必須となることから寸法精度
や材料の誘電率ばらつきにより良好な性能を安定して実
現させることが困難であり、材料コスト面ではＰＴＦＥ
材料は非常に高価であるといった問題があった。

【０００８】また、位相板の固定方法としては材質が柔
らかいために圧入等の工法が取れず、ねじ等の別部品を
用いて固定する手段を取らざるを得ず、組立工数が増大
する問題があった。

【０００９】この組立工数及びコスト削減を鑑みた金属
位相板と導波管を一体成形した従来例では、その構成に
かかわらず金属位相板を用いることで導波管内部口径が
周波数に依存するため周波数特性の広帯域化を図ること
が極めて困難であるといった課題がある。

【００１０】また、右旋および左旋円偏波を受信するた
めの手段として、励振プローブを回転させる方式は、モ
ータ等による回転機構を必要とするため、コストが増大
し、励振プローブ停止時の微妙な角度位置精度を保持す
ることが容易ではないことから円偏波受信に必要不可欠
な交差偏波特性を劣化させるといった課題を有する。

【００１１】

【発明が解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の円／直線偏波変換器では、位相板を直接射
出成形により形成することで、打ち抜き等の二次的な加
工による寸法精度のばらつきをなくすことができ、また
射出成形時の流動方向を一定方向に限定することで誘電
率ばらつきを減少させることができる。その結果、源材
料自身が持つ誘電率のばらつきしか反映されることがな
いため、設計精度を向上せしめ、良好な交差偏波特性を
安定して実現することが出来る。

【００１２】また、材料にはＰＴＦＥ材料と比べて伝送
損失に大差がなく、射出成形性に優れたポリスチレンを
使用することにより、１０分の１程度にコストを削減で
きると共に、前記材料よりも誘電率が高いために小型化
が可能となる。

【００１３】製造方法については、接着剤、ビス等を用
いずに、材料の特質を活かした圧入工法を取ることによ
りコストおよび工数の削減を実現する。

【００１４】さらに、位相板を取り付けるために施され
た導波管内部の凹状くぼみ溝あるいはスライド溝は本来
の導波管特性にほとんど影響を及ぼさない形状としてい
るため、本発明の導波管は円偏波受信用ばかりでなく、
位相板を具備しなければ直線偏波受信用としても転用を
可能としている。

【００１５】また、位相板の後段に配備する励振プロー
ブを固定した位置に２カ所配置し、コンバータ回路部の
制御信号による切り換えにより、特別な回転機構を用い
ずに右旋円偏波と左旋円偏波を安定して受信することが
できる。これによりコスト面および精度面での課題を解
消することできる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、導波管軸芯方向が射出成形時の流動方向と一致する
ように位相板長手方向端部にゲートを少なくとも１カ所
以上設け、位相板は一次放射器側と励振プローブ側とを
低反射で結合する整合回路的な役割も有しているため、
ゲートはとりわけ該形状による整合回路としての特性を
比較的乱しにくい導波管開口部側に設ける。このように
ゲート部を指定し、材料の流動方向を限定することで誘
電率による材質ばらつきを極力制限することが出来る作
用を有する。

【００１７】これにより、設計中心周波数（１２．２Ｇ
Ｈｚ付近）に対する特性を最大限にまで引き出すことが
出来るため、１ＧＨｚ帯域にわたる広帯域特性を確保す
ることが出来る。

【００１８】本発明の請求項２に記載の発明は位相板材
料にポリスチレンを用いることで、低コスト化を図ると
共に、圧入を可能とする材質であることから工数の削減
を図ることが出来る作用を有する。

【００１９】本発明の請求項３に記載の発明は位相板の
一方の端面外側に小突起を具備することにより圧入およ
び位置決めをする作用を有する。

【００２０】本発明の請求項４に記載の発明は導波管開
口面付近に凹状くぼみ溝を配設することにより、前記位
相板を圧入および位置決めする作用を有すると共に、位
相板を具備しない場合は、円偏波素子を用いた方式での
伝送路としてもまた、直線偏波受信用としても転用を可
能とする作用を有する。

【００２１】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
３に記載の位相板のように小突起を具備しない位相板を
圧入および位置決めする作用を有すると共に、前記導波
管と同様に、他の用途への転用を可能とする作用を有す
る。

【００２２】本発明の請求項６に記載の発明は、制御信
号により、励振プローブを固定した位置に配置すること
で、交差偏波特性を良好に保持する作用を有する。

【００２３】以下、本発明の実施の形態における円／直
線偏波変換器について図面を用いて説明する。

【００２４】図１はパラボラアンテナ１の斜視図を示
す。円／直線偏波変換器３は一次放射器２とコンバータ
４の間に配備され、入射する円偏波を直線偏波に変換す
る機能を有する。図２は円／直線偏波変換器の斜視透視
図を示すものであり、一次放射器１１の後段に位相板１
２と円形導波管１３で構成される円／直線偏波変換器が
配備され、コンバータ部に具備する励振プローブ１４に
より変換された直線偏波成分を給電するような構成であ
る。また、本図における励振プローブの配置は一例とし
て、衛星からの右旋円偏波を受信するようになってい
る。

【００２５】（実施の形態１）本発明の実施の形態１に
おける位相板平面図を図３に示す。位相板２５は誘電体
材料から成り、本発明ではコスト面に優位性があり、且
つＰＴＦＥ材料に比べて誘電率が高いポリスチレンを用
いている。また、Ｂ部は位相板主要部で、管内波長のほ
ぼ四分の一波長に相当する長さを有し、Ａ部，Ｃ部は各
々一次放射器側、励振プローブ側との整合回路的な役割
を担う。ここで、位相板長手方向先端部に具備する小突
起は少なくとも１カ所存在する射出成形用ゲート２１に
相当する部分であり、材料の流動方向を導波管軸芯と同
一方向になるように具備するものである。

【００２６】また、図４は他の位相板３０の平面図を示
しており、図３に示す位相板のＡ部，Ｃ部の内側をテー
パ形状としたものである。

【００２７】これらの部品成形用のゲートはとりわけ該
形状による整合回路としての特性を比較的乱しにくい導
波管開口部側（紙面に向かって左側）に設けられてい
る。

【００２８】また、図５および図６は各々、図３および
図４のゲートを位相板Ｂ部の短手方向中心端付近に具備
した位相板３５，４０の例であり、図７および図８は他
の位相板４５，５０の例である。

【００２９】これらのようにゲートをＡ部の中心から離
れた箇所に配備した場合、図３の位相板を例に挙げると
図９に示すように導波管内の電界強度が小さい部分に相
当するため、ゲート形状が多少変化しても交差偏波特性
に及ぼす影響は少ない。しかしながら図５から図８に示
すようにゲートを位相板中心端に配備した場合、図５の
位相板を例に挙げると図１０のように導波管内の電界分
布が最大の箇所に相当するため、ゲート形状の微細な変
化により特性が大きく左右されることになる。したがっ
て、本実施の形態はゲートを導波管軸芯から離れた箇所
に配備することが出来る図３あるいは図４の形状にて位
相板を構成するものである。

【００３０】（実施の形態２）本発明の実施の形態２に
おける円／直線偏波変換器の断面図を図１２および図１
３に示す。図１３は開口面側（一次放射器側）から見た
もので、図１４は一次放射器部部を導波管の軸方向に沿
った面で分割した断面図である。円形導波管に図１１に
示す位相板を取り付け、該位相板の先端部外側に設けた
凸状突起６７よりも小さい形状の凹状溝が開口面に２カ
所配設され、該箇所にて該位相板を圧入により固定する
ことにより円／直線偏波変換器を構成する。

【００３１】また、該円形導波管において、凹状が配設
されている面に励起する電界とそれに直交した面に励起
する電界における一次放射器側を見た反射特性がほぼ類
似し、受信特性に支障を来さぬよう配慮して該凹状を所
定寸法としている。したがって、直線偏波受信用として
あるいは円偏波素子を励振素子として直接円偏波を受信
するような方式の伝送路としても転用可能としている。

【００３２】（実施の形態３）本発明の実施の形態３に
おける円形導波管の斜視図を図１４に示す。該導波管は
内壁面に同様のスライド溝８１が開口面から見て各々９
０度間隔で４カ所、導波管全長にわたり配設されたよう
な構造を有し、そのうち対面する２つの溝を用いて位相
板が取り付くよう構成されている。ただし、該位相板
は、外側に取り付け用小突起がない形状、例えば図３あ
るいは図４に示すような形状を成し、導波管軸芯方向に
向かって導波管テーパよりも緩やかなテーパを付けるこ
とにより、圧入工法により取り付け、固定できるように
なっている。

【００３３】また、該円形導波管は実施の形態２に記し
た導波管同様、他用途への転用を考慮して溝幅および深
さを設定している。

【００３４】また、該溝は位相板取り付けだけであれば
２カ所で十分であるが、円形導波管としての性能を鑑み
た場合、２つの溝を結ぶ平面に励起する電界とそれと直
角を成す平面に励起する電界との間で差異が生じ、具体
的には反射特性が異なるため、結果として、位相板挿入
時の交差偏波特性を劣化させることになる。よって本実
施の形態は該溝を９０度間隔で４箇所配設することによ
り該性能のアンバラスを解消し、良好な交差偏波特性を
得るような構造となっている。

【００３５】（実施の形態４）本発明の実施の形態４に
おける円／直線偏波変換器の断面図を図１５に示す。円
／直線偏波変換器は開口面側から見て直交する第１の励
振プローブ９１および第２の励振プローブ９２と４５度
の角度を成すように位相板９３を取り付けることにより
構成されている。ただし、水平方向に配備される第１の
励振プローブは垂直軸に対称な位置に配備されても構わ
ない。

【００３６】具体例として、図１に示すようなパラボラ
アンテナに装備された場合、受信偏波はリフレクタによ
って反転するため、第１の励振プローブ９１が衛星から
の右旋円偏波受信用、第２の励振プローブ９２は左旋円
偏波受信用となる。

【００３７】また、偏波の切替はこれら励振プローブと
接続されるコンバータ回路で所定電圧により経路の切替
を行うことにより実現され、その結果衛星からの右旋円
偏波、左旋円偏波を共用して受信することが出来る。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明の円／直線偏波変換
器によれば、誘電体材料の射出成形時の流動方向の限定
および成形樹脂注入用ゲートの位置を指定することによ
り誘電率ばらつきを抑制することができるため、所定の
位相板設計寸法における性能ばらつきを抑制せしめ、結
果として１２ＧＨｚ帯において良好な交差偏波特性を保
持しつつ、受信帯域を１ＧＨｚまで広帯域化することが
できる。

【００３９】また、位相板材料について、従来のＰＴＦ
Ｅ材料は成形条件が非常に高温で且つ、流動性が悪く一
般的な射出成形ができないため、誘電率のばらつきが生
じ易い。これに対し、ポリスチレンは通常の射出成形が
可能で且つ比較的安価な上、寸法的にも約１／３のスケ
ールダウンを図ることが出来、且つ工数の削減に連動す
る圧入工法を取り入れることが出来るなど効果は絶大で
ある。 さらに、使用する導波管は位相板を具備しなけ
れば直線偏波受信用等としても使用可能であるため、金
型の共用化が図ることができ、金型投資費用も削減する
ことが可能となる。

【００４０】また、励振プローブを所定の位置に固定し
て配備することにより、該プローブを特段回転させなく
ても容易に偏波の切替が可能となると共に、回転時に生
じる角度精度に対する交差偏波特性の劣化を防ぐ安定し
た性能を発揮する右旋円偏波、左旋円偏波共用受信アン
テナを実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるパラボラアンテナの
斜視図

【図２】本発明の一実施例における一次放射器および円
／直線偏波変換器の斜視透視図

【図３】本発明の実施の形態２における位相板の平面図

【図４】本発明の実施の形態２における位相板の平面図

【図５】本発明の実施の形態２における位相板の平面図

【図６】本発明の実施の形態２における位相板の平面図

【図７】本発明の実施の形態２における位相板の平面図

【図８】本発明の実施の形態２における位相板の平面図

【図９】図３の位相板を具備した場合の導波管断面図と
電界分布を示す図

【図１０】図５の位相板を具備した場合の導波管断面図
と電界分布を示す図

【図１１】本発明の実施の形態３における位相板の平面
図

【図１２】本発明の実施の形態３における円／直線偏波
変換器の断面図

【図１３】本発明の実施の形態３における円／直線偏波
変換器の軸方向断面図

【図１４】本発明の実施の形態４における円形導波管を
示す図

【図１５】本発明の実施の形態５における円／直線偏波
変換器の断面図

【図１６】従来の実施形態における円／直線偏波変換器
の断面図

【図１７】従来の実施形態における円／直線偏波変換器
の断面図

【符号の説明】

１２，２５，３０，３５、４０，４５、５０，７０，９
３、１０３，１１３位相板 ２１，２６，３１，３６，４１，４６、６６ ゲート ３，２０，６０，６５、８０，１００，１１０，１２０
円／直線偏波変換器 １３，５１，７２、９０，９４，１０２，１１２ 円形
導波管 ６７ 小突起 ７３ 開口面 ２，１１，７１，１０１，１１１ 一次放射器 ４ コンバータ ８１ スライド溝 １４ 励振プローブ ９１ 第１の励振プローブ ９２ 第１の励振プローブ １ リフレクタ １０ パラボラアンテナ １１４ モータ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 射出成型時の注入方向が円形導波管軸芯
   と同一方向となるように、長手方向端部に少なくとも１
   つ以上の成形樹脂注入用ゲートを有する平坦部を具備す
   る熱可塑性材料から成る板状片（誘電体位相板）を該円
   形導波管中に挿入して構成することを特徴する円／直線
   偏波変換器。
2. 【請求項２】 熱可塑性材料をポリスチレンとすること
   を特徴とする請求項１記載の誘電体位相板。
3. 【請求項３】 円形導波管に圧入することを目的とし
   て、一方の端部短手方向両外側に各々凸状突起を具備す
   ることを特徴した請求項２記載の誘電体位相板。
4. 【請求項４】 所定の深さおよび奥行きを有する状のく
   ぼみ溝を開口面に２カ所配設することにより、請求項３
   記載の位相板を圧入工法等により取り付けることを可能
   とする構造を有する円形導波管。
5. 【請求項５】円形導波管内部壁面に軸芯方向テーパが請
   求項１記載の誘電体位相板の長手方向外側テーパよりも
   大きい角度を有し、該位相板をスライドして圧入する構
   造を成す溝を導波管開口面側から見て各々９０度間隔で
   ４カ所配設し、そのうち対面する２つの溝を用いて該位
   相板を取り付けることができる構造を有することを特徴
   とする円形導波管。
6. 【請求項６】開口面側から見て誘電体位相板と各々４５
   度の角度を成し、直交した位置に配備された２つの励振
   プローブを具備して構成する請求項１記載の円／直線偏
   波変換器。