JP2006246368A

JP2006246368A - 偏波共用帯域分波器

Info

Publication number: JP2006246368A
Application number: JP2005062663A
Authority: JP
Inventors: Sosuke Horie; 聡介堀江; Hisafumi Yoneda; 尚史米田; Izuru Naito; 出内藤; Shuji Nuimura; 修次縫村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2005-03-07
Publication date: 2006-09-14

Abstract

【課題】簡潔かつ小型構造で、偏波共用の分波や複数周波数帯域を効率よく分波する。
【解決手段】第１および第２の分波合成部のそれぞれに、それぞれの対応する各端を相対して結合し、第１の周波数帯域の直交偏波の一方の偏波を分波または結合する２本の第１の分岐導波管と、第１の分岐導波管の結合位置から第１および第２の分波合成部のそれぞれの管軸の方向に第１の周波数帯域に対する１／２管内波長の整数倍だけ離れた位置で、これらの分波合成部にそれぞれの対応する各端を相対して結合し、第１の周波数帯域の直交偏波の他方の偏波を分波または結合する２本の第２の分岐導波管と、第１の分岐導波管と第２の分岐導波管のそれぞれに内蔵され、第１の周波数帯域を通過させ第２の周波数帯域を阻止するそれぞれのフィルタを備える。
【選択図】図１

Description

衛星通信の多周波共用移動体アンテナに用いられ、複数の直交偏波を分波するための偏波共用帯域分波器に関するものである。

衛星通信の地球局アンテナに使用される従来の偏波共用帯域分波器として図８に示されるような構成がある（例えば、非特許文献１参照）。この偏波共用帯域分波器では、異なる周波数帯域ｆ１、ｆ２を受け入れる送受分波部１０２から４つの分岐導波管１０５を分岐し、相対する２つの分岐導波管同士をそれぞれ合成回路１０７により合成し、これら１つに合成された信号のそれぞれをハイブリッド結合器１０８でもう一度２つに分波し、４つの分岐導波管を介して受信専用結合部１０９で分波合成している。このように、機械的に干渉することなく立体的に交差させる多数の曲がり導波管を組み合わせた構成を備えている。

石田修己著「衛星通信地球局アンテナ用直交偏波共用分波系に関する研究」静岡大学博士論文、１９９２年６月、ｐ．１１−５３

従来の偏波共用帯域分波器は、以上のように機械的干渉を回避するために多数の曲がり導波管を組み合わせているので、使用する導波管の数が多くなり、そのため構造が大型になっていた。このような大型構造の偏波共用帯域分波器は、固定の地球局では予め建造設計で搭載可能にすることができるが、船舶、陸上車両、航空機などの可搬搭載の移動体アンテナに使用する場合には、搭載スペースに制約が多いため、適用できないという問題があった。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、簡潔かつ小型構造で、偏波共用の分波や複数周波数帯域を効率よく分波する偏波共用帯域分波器に関するものである。

この発明に係る偏波共用帯域分波器は、少なくとも異なる第１および第２の周波数帯域を伝送する共通導波管と、第１の周波数帯域を遮断し第２の周波数帯域を伝送する第１の遮断導波管と、一端に前記共通導波管を結合し他端に前記第１の遮断導波管を結合する導波管で形成され、分岐側に関して第１の周波数帯域の直交偏波の分波または合成を行う第１の分波合成部と、第１の分波合成部の管軸に対して直角に第１の分波合成部にそれぞれの一端を相対して結合し、第１の分波合成部に関して第１の周波数帯域の直交偏波の一方の偏波を分波または結合する２本の第１の分岐導波管と、第１の分岐導波管の結合位置から第１の分波合成部の管軸の方向に第１の周波数帯域に対する１／２管内波長の整数倍だけ離れた位置で、当該管軸に対して直角に第１の分波合成部にそれぞれの一端を相対して結合し、第１の分波合成部に関して第１の周波数帯域の直交偏波の他方の偏波を分波または結合する２本の第２の分岐導波管と、第１の分岐導波管と第２の分岐導波管のそれぞれに内蔵され、第１の周波数帯域を通過させ第２の周波数帯域を阻止するそれぞれのフィルタと、導波管で形成され、立体的に交差させて導かれた第１の分岐導波管の各他端と第２の分岐導波管の各他端を、管軸の方向に第１の周波数帯域に対する１／２管内波長の整数倍だけ離れた位置関係で、かつ当該管軸に対して直角にそれぞれ相対して結合し、第１の周波数帯域の直交偏波の合成または分波を行う第２の分波合成部と、第２の分波合成部の一端に結合され、第１の周波数帯域を伝送する導波管と、第２の分波合成部の他端に結合され、第１の周波数帯域を遮断する第２の遮断導波管とを備えたものである。

この発明によれば、偏波共用の分波や複数周波数帯域を効率よく分波することができ、船舶、陸上車両あるいは航空機などに搭載される衛星通信を主とする移動体用アンテナに適用可能な簡潔な小型構造を実現する効果がある。

実施の形態１．
図４はアンテナ給電部の構成例を示すブロック図である。周波数帯域Ｆ１、Ｆ２を送受信するアンテナ３０と偏波変換器５１，５２の間にこの発明が対象とする偏波共用帯域分波器４０が設けられ、周波数帯域Ｆ１、Ｆ２の送信信号あるいは受信信号の分波処理を行う。
図１はこの発明の実施の形態１による偏波共用帯域分波器の基本構成を示す説明図である。図２は同偏波共用帯域分波器を共通導波管１側から見た正面図、図３は同偏波共用帯域分波器を図２のＡ側から見た側面図である。
共通導波管１は、少なくとも２つの異なる周波数帯域Ｆ１、Ｆ２（ただし、Ｆ１＜Ｆ２）を伝送する手段である。第１の遮断導波管３は、周波数帯域Ｆ１を遮断し第２の周波数帯域を伝送する手段である。第１の分波合成部２は、管軸方向の一端に共通導波管を結合し、他端に第１の遮断導波管３を結合する導波管で形成され、低い方の周波数帯域Ｆ１の直交偏波Ｅ１ｘ、Ｅ１ｙを後述する分岐側に分波し、または分岐側から結合される偏波Ｅ１ｘとＥ１ｙで直交偏波Ｅ１ｘ、Ｅ１ｙを合成する手段である。第１の分岐導波管４は、２本からなり、それぞれの一端を第１の分波合成部２の上下（すなわち第１の分波合成部２の管軸に対して直角に）に相対して結合し、周波数帯域Ｆ１の直交偏波の一方の偏波Ｅ１ｙを、第１の分波合成部２から分波し、または他端側から伝送される偏波Ｅ１ｙを第１の分波合成部２に結合する手段である。第２の分岐導波管５は、２本からなり、それぞれの一端を、第１の分岐導波管４の結合位置から第１の分波合成部２の管軸方向に周波数帯域Ｆ１に対する１／２管内波長の整数倍だけ離れた位置で、第１の分波合成部２の左右（すなわち第１の分波合成部２の管軸と第１の分岐導波管４の結合方向に対して直角に）に相対して結合し、第１の分波合成部２から周波数帯域Ｆ１の直交偏波の他方の偏波Ｅ１ｘを分波し、または他端側から伝送される偏波Ｅ１ｘを第１の分波合成部２に結合する手段である。

Ｆ２阻止フィルタ６は、第１の分岐導波管４および第２の分岐導波管５のそれぞれに内蔵されており、周波数帯域Ｆ１を通過させ周波数帯域Ｆ２を遮断する手段である。第２の分波合成部７は、導波管で形成され、立体的に交差させて導かれた第１の分岐導波管４の各他端と第２の分岐導波管５の各他端を、管軸方向に周波数帯域Ｆ１に対する１／２管内波長の整数倍だけ離れた位置関係で、かつ管軸に対して直角にそれぞれ上下、左右相対して結合し、第１の分岐導波管４と第２の分岐導波管５から入力される偏波Ｅ１ｘとＥ１ｙを結合して直交偏波Ｅ１ｘ、Ｅ１ｙを合成し、またはＦ１用導波管１０から入力された直交偏波Ｅ１ｘ、Ｅ１ｙを第１の分岐導波管４と第２の分岐導波管５へ分波する手段である。Ｆ１用導波管１０は、第２の分波合成部７の一端に結合され、周波数帯域Ｆ１を伝送する手段である。第２の遮断導波管８は、第２の分波合成部の他端に結合され、周波数帯域Ｆ１を遮断する手段である。また、遮断導波管８には整合終端９が設けられている。
ここで、第１の分岐導波管４と第２の分岐導波管５は、機械的に干渉することなく立体的に交差させて第２の分波合成部７に導かれ結合されている。また、２つの第１の分岐導波管４および２つの第２の分岐導波管５は、全て同じ電気長であり、２つの第１の分岐導波管４は２つの分波合成部２，７とでリング状を形成している。

次に動作について説明する。
受信の場合、アンテナ３０で受信された周波数帯域Ｆ１、Ｆ２は共通導波管１で伝送され第１の分波合成部２に入力される。第１の分波合成部２に入力された周波数帯域Ｆ１の直交偏波Ｅ１ｘ、Ｅ１ｙは第１の遮断導波管３で遮断されるが、そのうちの偏波Ｅ１ｙは管壁に沿った軸方向磁界が最大となる位置で磁界結合によって上下相対する第１の分岐導波管４に取り出される。また、もう一方の偏波Ｅ１ｘは、偏波Ｅ１ｙを取り出した位置（第１の分岐導波管４の結合部）から管軸方向に周波数帯域Ｆ１に対する１／２管内波長の整数倍離れた位置で、同様に磁界結合によって左右相対する第２の分岐導波管５に取り出される。他方、共通導波管１から第１の分波合成部２に入力された周波数帯域Ｆ２の直交偏波Ｅ２ｘ、Ｅ２ｙの方は、Ｆ２阻止フィルタ６により第１の分波合成部２の壁面に等価短絡面が形成されているため、分岐導波管４および５の影響をほとんど受けることなく遮断導波管３を通過して偏波変換器５２側に伝送される。

第１の分岐導波管４に取り出された偏波Ｅ１ｙおよび第２の分岐導波管５に取り出された偏波Ｅ１ｘは、第１の分波合成部２から取り出されたときと同じ振幅と位相で第２の分波合成部７に結合される。このとき、第１の分波合成部２と第２の分波合成部７において、第１の分岐導波管４と第２の分岐導波管５における軸長方向の電気長は周波数帯域Ｆ１に対して同じとなっているので、Ｆ１用導波管１０では、周波数帯域Ｆ１の同じ直交偏波Ｅ１ｘ、Ｅ１ｙが再現される。したがって、周波数帯域Ｆ１は、共通導波管１からＦ１用導波管１０に分波合成して元の偏波状態を保ったまま伝送されることになる。
また、送信の場合は、受信の場合と反対に第２の分波合成部７で周波数帯域Ｆ１の分波動作を行い、第１の分波合成部２で合成動作を行うことにより、Ｆ１用導波管１０側から入力される周波数帯域Ｆ１は元の偏波状態を保ったまま共通導波管１へ出力される。一方、第１の遮断導波管３側から入力される周波数帯域Ｆ２は第１の分波合成部２をそのまま通過して共通導波管１へ出力され、アンテナ３０へ給電される。

ここで、第１の分波合成部２と第２の分波合成部７は、正方形導波管、円形導波管あるいはテーパ導波管のいずれでもよい。遮断導波管３は、円形導波管あるいは正方形導波管でもよい。さらに、この遮断導波管３には、周波数帯域Ｆ２の整合をとるために整合用トランスを付加してもよく、容量性アイリスや誘導性アイリスを付加してもよい。Ｆ２阻止フィルタ６は、低域通過フィルタ、帯域通過フィルタあるいは帯域阻止フィルタのいずれでもよい。また、Ｆ２阻止フィルタ６は、周波数帯域Ｆ２に対して分波合成部の壁面に等価短絡面を構成するためのものであるため、周波数帯域Ｆ２が伝搬しない第２の分波合成部７側には設けなくてもよい。

以上のように、この実施の形態１によれば、第１の分波合成部２と第２の分波合成部７間を立体的に交差させて結ぶ手段を、分波合成する周波数帯域に対する各分波合成部の１／２管内波長の整数倍だけ離れた位置で当該周波数帯域の偏波を分波または結合することにより、それぞれ２本からなる第１の分岐導波管４と第２の分岐導波管５で構成できるようにしたので、簡潔な構造で、外形を小型化することができ、船舶搭載や陸上可搬搭載の移動体アンテナのような搭載寸法に制約がある場合にも搭載できる効果が得られる。

実施の形態２．
図５は実施の形態２による偏波共用帯域分波器の基本構成を示す説明図である。図６は実施の形態２における偏波共用帯域分波器を共通導波管側から見た正面図、図７は実施の形態２における偏波共用帯域分波器を図６のＡ側から見た側面図である。なお、図において図１〜図３に相当する部分には同一符号を付し、原則として相当部分の個々の説明は省略する。
上記実施の形態１では、第１の分波合成部２と第２の分波合成部に対して、第１の分岐導波管と第２の分岐導波管がそれぞれ２本ずつ相対して結合されていたが、この実施の形態２では、これらの第１の分岐導波管と第２の分岐導波管をそれぞれ１本にし、その対応した分波合成部２，７の結合部に、代わりに疑似短絡１１をそれぞれ設けている。これら擬似短絡１１は、第１の分波合成部２と第２の分波合成部７の各導波管内面で周波数帯域Ｆ２を短絡に見せる手段である。

次に動作について説明する。
受信の場合、共通導波管１から入力された周波数帯域Ｆ１の直交偏波Ｅ１ｘ、Ｅ１ｙは、遮断導波管３で遮断され、管壁に沿った軸方向磁界が最大となる位置で偏波Ｅ１ｙは磁界結合によって第１の分岐導波管４に取り出される。また、もう一方の偏波Ｅ１ｘは、偏波Ｅ１ｙを取り出した位置から周波数帯域Ｆ１の１／２管内波長の整数倍の位置で同様に磁界結合によって第２の分岐導波管５に取り出される。このとき、擬似短絡１１によって第１の分波合成部２の導波管内面でＦ２は短絡に見えるため、第１の分岐導波管４および第２の分岐導波管５のＦ２阻止フィルタ６側にだけ取り出される。他方、共通導波管１から第１の分波合成部２に入力された周波数帯域Ｆ２の直交偏波Ｅ２ｘ、Ｅ２ｙの方は、Ｆ２阻止フィルタ６により第１の分波合成部２の壁面に等価短絡面が形成されているため、分岐導波管４，５の影響をほとんど受けることなく遮断導波管３を通過して偏波変換器５２側に伝送される。

第１の分岐導波管４に取り出された偏波Ｅ１ｙおよび第２の分岐導波管５に取り出された偏波Ｅ１ｘは、第１の分波合成部２から取り出されたときと同じ振幅、位相で第２の分波合成部７に結合される。このとき、第１の分波合成部２と第２の分波合成部７において、第１の分岐導波管４と第２の分岐導波管５における軸長方向の電気長は周波数帯域Ｆ１に対して同じとなっているので、Ｆ１用導波管１０では、同じ周波数帯域Ｆ１の同じ直交偏波Ｅ１ｘ、Ｅ１ｙが再現される。したがって、周波数帯域Ｆ１は、共通導波管１からＦ１用導波管１０に分波合成して元の偏波状態を保ったまま伝送されることになる。
また、送信の場合は、受信の場合と反対に第２の分波合成部７で周波数帯域Ｆ１の分波動作を行い、第１の分波合成部２で合成動作を行うことにより、Ｆ１用導波管１０側から入力される周波数帯域Ｆ１は元の偏波状態を保ったまま共通導波管１へ出力される。一方、第１の遮断導波管３側から入力される周波数帯域Ｆ２は第１の分波合成部２をそのまま通過して共通導波管１へ出力され、アンテナ３０へ給電される。

以上のように、この実施の形態２によれば、実施の形態１における第１の分岐導波管４と第２の分岐導波管５のそれぞれ２本あるうちの１本の代わりに、当該各１本が結合されていた第１の分波合成部２と第２の分波合成部７の各対応結合部に、各導波管内面で第２の周波数帯域を短絡に見せる擬似短絡をそれぞれ設ける構成としたので、実施の形態１のものよりもさらにシンプルな構造で外形を小型化することができ、船舶搭載や陸上可搬搭載の移動体アンテナのような搭載可能な寸法に制約がある場合にも搭載できる効果が得られる。

この発明の実施の形態１よる偏波共用帯域分波器の基本構成を示す説明図である。この発明の実施の形態１に係る偏波共用帯域分波器を示す正面図である。この発明の実施の形態１に係る偏波共用帯域分波器を示す側面図である。この発明の各実施の形態に係る偏波共用帯域分波器を適用したアンテナ給電部の構成例を示すブロック図である。この発明の実施の形態２よる偏波共用帯域分波器の基本構成を示す説明図である。この発明の実施の形態２に係る偏波共用帯域分波器を示す正面図である。この発明の実施の形態２に係る偏波共用帯域分波器を示す側面図である。従来の偏波共用帯域分波器の基本構成を示す説明図である。

符号の説明

１共通導波管、２第１の分波合成部、３第１の遮断導波管、４第１の分岐導波管、５第２の分岐導波管、６Ｆ２阻止フィルタ、７第２の分波合成部、８第２の遮断導波管、９整合終端、１０Ｆ１用導波管、１１擬似短絡、４０偏波共用帯域分波器。

Claims

少なくとも異なる第１および第２の周波数帯域を伝送する共通導波管と、
第１の周波数帯域を遮断し第２の周波数帯域を伝送する第１の遮断導波管と、
一端に前記共通導波管を結合し他端に前記第１の遮断導波管を結合する導波管で形成され、分岐側に関して第１の周波数帯域の直交偏波の分波または合成を行う第１の分波合成部と、
前記第１の分波合成部の管軸に対して直角に前記第１の分波合成部にそれぞれの一端を相対して結合し、前記第１の分波合成部に関して第１の周波数帯域の直交偏波の一方の偏波を分波または結合する２本の第１の分岐導波管と、
前記第１の分岐導波管の結合位置から前記第１の分波合成部の管軸の方向に第１の周波数帯域に対する１／２管内波長の整数倍だけ離れた位置で、当該管軸に対して直角に前記第１の分波合成部にそれぞれの一端を相対して結合し、前記第１の分波合成部に関して第１の周波数帯域の直交偏波の他方の偏波を分波または結合する２本の第２の分岐導波管と、
前記第１の分岐導波管と前記第２の分岐導波管のそれぞれに内蔵され、第１の周波数帯域を通過させ第２の周波数帯域を阻止するそれぞれのフィルタと、
導波管で形成され、立体的に交差させて導かれた前記第１の分岐導波管の各他端と前記第２の分岐導波管の各他端を、管軸の方向に第１の周波数帯域に対する１／２管内波長の整数倍だけ離れた位置関係で、かつ当該管軸に対して直角にそれぞれ相対して結合し、第１の周波数帯域の直交偏波の合成または分波を行う第２の分波合成部と、
前記第２の分波合成部の一端に結合され、第１の周波数帯域を伝送する導波管と、
前記第２の分波合成部の他端に結合され、第１の周波数帯域を遮断する第２の遮断導波管とを備えたことを特徴とする偏波共用帯域分波器。
第１の分岐導波管と第２の分岐導波管のそれぞれ２本あるうちの１本の代わりに、当該各１本が結合されていた第１の分波合成部と第２の分波合成部の各対応結合部に、各導波管内面で第２の周波数帯域を短絡に見せる擬似短絡をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１記載の偏波共用帯域分波器。