JP2015115821A - 偏分波器、及び、通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
容易に製造でき、信頼性の高い偏分波器、及び、通信装置を提供することを課題とする。
【解決手段】
偏分波器は、一端がアンテナ装置に接続され、一端から他端まで貫通する円形導波管と、前記円形導波管の内部に嵌着される調整板とを有する導波管本体と、前記導波管本体の前記他端に嵌着される丸角変換部と、前記導波管本体の前記調整板よりも前記一端側において、前記導波管本体の外周部に嵌着され、前記円形導波管に連通する方形導波管とを含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、偏分波器、及び、通信装置に関する。

従来より、方形導波管と、前記方形導波管の相対する側面に直角に分岐する方形分岐導波管と、前記方形導波管と前記方形分岐導波管の交差する空間に設けられ、前記方形導波管の前記側面と直角に設けられる２枚のセプタムと、を備え、前記セプタムの間隔ｄは、前記方形導波管を通過する電磁波の波長をλとし、０．１８λから０．２７λであり、前記セプタムは、前記方形導波管の中心軸からｄ／２の位置に配置される偏分波器がある（例えば、特許文献１参照）。

特開2006-246314号公報

しかしながら、上述のような偏分波器は、構造が複雑であるため、容易に製造することが困難であり、また、特にミリ波のように波長の短い電磁波を伝送する場合には、精度に対する要求が厳しくなることから信頼性の高い偏分波器を製造することが困難になるおそれがあるという課題があった。

そこで、本発明は、容易に製造でき、信頼性の高い偏分波器、及び、通信装置を提供することを目的とする。

本発明の一局面の偏分波器は、一端がアンテナ装置に接続され、一端から他端まで貫通する円形導波管と、前記円形導波管の内部に嵌着される調整板とを有する導波管本体と、前記導波管本体の前記他端に嵌着される丸角変換部と、前記導波管本体の前記調整板よりも前記一端側において、前記導波管本体の外周部に嵌着され、前記円形導波管に連通する方形導波管とを含む。

本発明によれば、容易に製造でき、信頼性の高い偏分波器、及び、通信装置を提供することができる。

実施の形態の通信装置１０を示す図である。 アンテナ装置１００の反射板１２５を拡大して示す図である。 アンテナ装置１００の給電部１２０から放射される電波の経路を示す図である。 実施の形態の偏分派器２００を示す図である。 実施の形態の偏分派器２００を示す図である。 実施の形態の偏分派器２００を示す図である。 実施の形態の偏分派器２００を示す図である。 実施の形態の偏分派器２００を示す図である。

以下、本発明の偏分波器、及び、通信装置を適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態＞
まず、図１乃至図３を用いて、実施の形態の偏分波器に接続するのに好適なアンテナ装置１００について説明する。実施の形態の偏分波器に接続するのに好適なアンテナ装置１００とは、実施の形態の偏分波器に接続した場合に、実施の形態の偏分波器による偏分波の機能が効率よく発揮されるアンテナ装置である。ただし、実施の形態の偏分波器は、図１乃至図３に示すアンテナ装置１００以外のアンテナ装置に接続することも可能である。

図１は、実施の形態の通信装置１０を示す図である。図１（Ａ）は側面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示す構造に対応する分解図である。図２は、アンテナ装置１００の反射板１２５を拡大して示す図である。

図１（Ａ）に示すように、アンテナ装置１００は、反射鏡１１０と、給電部１２０とを含む。アンテナ装置１００は、偏分波器２００に取り付けられている。アンテナ装置１００と偏分波器２００とを含む装置は、通信装置１０を構築する。

偏分波器２００は、導波管本体２１０、丸角変換部２２０、及び分岐導波管２３０を含み、丸角変換部２２０と分岐導波管２３０とには、送受信回路５０Ａ、５０Ｂが接続されている。図１（Ｂ）の分解図では、送受信回路５０Ａ、５０Ｂを省略する。

偏分波器２００は、アンテナ装置１００から導波管本体２１０に垂直偏波と水平偏波とが多重された多重信号が入力されると、垂直偏波を丸角変換部２２０から送受信回路５０Ａに出力し、水平偏波を分岐導波管２３０から送受信回路５０Ｂに出力する。

また、送受信回路５０Ａから丸角変換部２２０に入力される垂直偏波と、送受信回路５０Ｂから分岐導波管２３０に入力される水平偏波とを多重し、多重した多重信号を導波管本体２１０からアンテナ装置１００に出力する。

以下では偏分波器２００を介してアンテナ装置１００を送受信回路５０Ａ、５０Ｂに接続する形態について説明するが、送受信回路５０Ａ、５０Ｂの代わりに、アンテナ装置１００に送信回路を接続してもよく、また、受信回路を接続してもよい。この場合に、送受信回路５０Ａ、５０Ｂの片方を送信回路に置き換え、他方を受信回路に置き換えてもよい。

また、以下では、偏分波器２００を介して送受信回路５０Ａ、５０Ｂが接続されるアンテナ装置１００が電波を放射する形態について説明するが、アンテナ装置１００が電波を受信する場合の動作は、アンテナ装置１００が電波を放射する場合の動作の逆であるため、その説明を省略する。

反射鏡１１０は、パラボラアンテナ用の反射鏡であり、反射面１１０Ａの形状が放物面になるように構成されている。図１（Ａ）には反射鏡１１０の焦点１１０Ｘを示す。ここでは、反射面１１０Ａから焦点１１０Ｘまでの距離をＬ１とする。反射鏡１１０は、反射面１１０Ａの中心に厚さ方向に貫通する開口部１１０Ｂを有する。開口部１１０Ｂは、例えば、同軸型のコネクタに対応した形状を有する。なお、このような反射鏡１１０の構成は、従来のパラボラアンテナ用の反射鏡と同様である。

給電部１２０は、導波管部１２３、保持部１２４、及び反射板１２５を有する。給電部１２０は、同軸型のコネクタ及び所謂Ｎ型コネクタを介して偏分波器２００の導波管本体２１０に接続される。

すなわち、給電部１２０は、従来のパラボラアンテナの給電部と互換性があり、従来のパラボラアンテナの給電部と同様に、反射鏡１１０に対して固定することができるとともに、偏分波器２００に接続することができる。

このため、給電部１２０は、従来のパラボラアンテナの給電部と交換する形で、従来のパラボラアンテナの反射鏡に取り付けることができる。

導波管部１２３は、一端が偏分波器２００に接続され、他端が保持部１２４に接続される。導波管部１２３は、管状の部材であり、貫通孔１２３Ａを有する。貫通孔１２３Ａの中心軸（長手方向の軸）に垂直な断面は、円形である。導波管部１２３は、例えば、アルミニウム、真鍮、銅等の金属で形成される。

導波管部１２３は、偏分波器２００に接続から入力される電波を保持部１２４に出力（放射）する。

保持部１２４は、円板部１２４Ａと基部１２４Ｂを有する。基部１２４Ｂは、円柱状の部材であり、導波管部１２３の貫通孔１２３Ａの内部に挿入（嵌着）される。保持部１２４は、導波管部１２３の貫通孔１２３Ａの内部に挿入（嵌着）されると、基部１２４Ｂが導波管部１２３の内部に完全に収まった状態になる。すなわち、保持部１２４は、円板部１２４Ａと基部１２４Ｂとの境界まで（基部１２４Ｂの根元まで）導波管部１２３の内部に挿入される。保持部１２４は、反射板１２５を保持するとともに、導波管部１２３から出力（放射）されるＴＥ１１モードの電波を反射板１２５に誘導するために設けられている。

このため、保持部１２４は、tanδ(誘電損失)が小さい材料で形成されることが望ましい。実施の形態では、保持部１２４は、一例として、テフロン樹脂で形成される。保持部１２４は、絶縁部の一例である。また、上述のように、保持部１２４は電波を反射板１２５に誘導する役割を担うため、ガイド部として取り扱うことができる。

基部１２４Ｂには、穴部１２４Ｃが形成されている。穴部１２４Ｃは、基部１２４Ｂの端部から円板部１２４Ａに向かう方向に形成されている。穴部１２４Ｃは円筒型の穴であり、中心軸は基部１２４Ｂの円柱形状の中心軸と一致している。保持部１２４は、導波管部１２３の貫通孔１２３Ａの内部に挿入（嵌着）されると、穴部１２４Ｃが導波管部１２３の内部に完全に収まった状態になる。これは、穴部１２４Ｃを導波管１２３の内部に収めることにより、より整合が取れた状態になり、電波の伝搬性が改善されるからである。

円板部１２４Ａは、基部１２４Ｂから連続的に形成される略半球状の部材である。円板部１２４Ａは、半径Ｒの仮想的な球体を、中心１２４ＡＸからＬ２（＜Ｒ）離れた点において、中心１２４ＡＸと、中心１２４ＡＸからＬ２離れた点とを結ぶ線分に対して垂直な平面に沿って切断して得る形状を有する。円板部１２４Ａの中心軸は、基部１２４Ｂの円柱形状の中心軸と一致する。また、円板部１２４Ａは、円板部１２４Ａの中心軸に、反射鏡１１０の焦点１１０Ｘが位置するように配設される。円板部１２４Ａは、端面１２４Ａ３の中心に形成される凹部１２４Ａ１と、凹部１２４Ａ１と同心円状に形成される円環状の溝部１２４Ａ２を有する。凹部１２４Ａ１は、円錐状に凹んでおり、円錐形状の中心軸は、円板部１２４Ａの中心軸と一致する。なお、保持部１２４は、穴部１２４Ｃ、凹部１２４Ａ１、及び溝部１２４Ａ２以外は、テフロン樹脂が充填された構成を有する。これは、導波管部１２３と反射板１２５との間を伝搬する電波がすべてテフロン樹脂の内部を通るようにすることにより、電波の経路における誘電率を揃えるためである。また、保持部１２４の円板部１２４Ａは、端面１２４Ａ３で反射板１２５を保持するように構成されている。これは、反射板１２５に入射する電波と反射板１２５から出射する電波とがすべてテフロン樹脂の内部を通るようにすることにより、電波の経路における誘電率を揃えるためである。

反射板１２５は、円板状の基部１２５Ａと、基部１２５Ａの一方の面に形成される反射調整部１２５Ｂ及びリング部１２５Ｃとを有する。反射板１２５は、例えば、アルミニウム、真鍮、銅等の金属で形成される。

反射調整部１２５Ｂは、円錐状の凸部であり、円錐形状の頂点１２５Ｂ１は、基部１２５Ａの円板形状の中心軸上に位置する。また、反射調整部１２５Ｂの円錐形状は、保持部１２４の凹部１２４Ａ１の形状に対応しており、反射調整部１２５Ｂが凹部１２４Ａ１に隙間なく収納されるように構成されている。

リング部１２５Ｃは、円環状の凸部であり、反射調整部１２５Ｂと同心円状に配設される。リング部１２５Ｃは、保持部１２４の溝部１２４Ａ２の形状に対応しており、リング部１２５Ｃが保持部１２４の溝部１２４Ａ２に隙間なく収納されるように構成されている。

リング部１２５Ｃは、溝部１２４Ａ２に係合することにより、反射板１２５を保持部１２４に取り付けるために形成されている。リング部１２５Ｃは、係合部の一例である。

以上のような構成を有する給電部１２０は、円板部１２４Ａの仮想的な球体の中心１２４ＡＸと、反射鏡１１０の焦点１１０Ｘとが、円板部１２４Ａの中心軸上に位置し、かつ、中心１２４ＡＸが焦点１１０Ｘから距離Ｌ３だけ反射面１１０Ａ側にオフセットした位置に配設される。また、給電部１２０の円板部１２４Ａは、中心１２４ＡＸを有する仮想的な球体の一部である。

このように、給電部１２０の円板部１２４Ａが中心１２４ＡＸを有する仮想的な球体の一部であるとともに、中心１２４ＡＸと焦点１１０Ｘとを円板部１２４Ａの中心軸上に位置させるのは、円板部１２４Ａにレンズ効果を持たせることにより、反射鏡１１０の反射面１１０Ａ（パラボラ面）に効率的に電波を放射するためである。距離Ｌ３は、アンテナ装置１００の最適なアンテナ特性を得るために最適化した距離に設定すればよい。

なお、図１（Ａ）には、中心１２４ＡＸが焦点１１０Ｘから距離Ｌ３だけ反射面１１０Ａ側にオフセットした状態を示すが、距離Ｌ３はゼロであってもよい。すなわち、中心１２４ＡＸは焦点１１０Ｘと一致してもよい。また、中心１２４ＡＸと焦点１１０Ｘとの位置関係は、逆であってもよい。すなわち、中心１２４ＡＸが焦点１１０Ｘの左側に位置していてもよい。また、焦点１１０Ｘは、円板部１２４Ａの中心軸上に位置していなくてもよい。

なお、円板部１２４Ａの形状は必ずしも半球状に限らず、レンズ効果が得られる形状であれば、図１（Ａ）に示す形状以外の形状であってもよい。例えば、完全な半球状ではないが半球状に近い略半球状でもよく、あるいは、円錐状であってもよい。

次に、図３を用いて、アンテナ装置１００の給電部１２０から放射される電波の経路について説明する。

図３は、アンテナ装置１００の給電部１２０から放射される電波の経路を示す図である。図３には、説明の便宜上、反射鏡１１０の反射面１１０Ａと、反射板１２５の基部１２５Ａ、調整部１２５Ｂ、及びリング部１２５Ｃとを抜粋して示す。

また、図３に示す矢印は、給電部１２０の導波管部１２３（図１参照）から出力され、保持部１２４の内部を図中左側に伝搬し、反射板１２５で反射されて反射面１１０Ａに向かう電波を示す。

図３に示すように、給電部１２０の導波管部１２３（図１参照）から出力された電波は、保持部１２４の内部を図中左側に伝搬し、反射板１２５で反射されて反射面１１０Ａに向かう。

このとき、反射板１２５の中心部に伝搬する電波は、円錐状の反射調整部１２５Ｂによって、平面視で反射板１２５の外側に拡がるように反射されるため、反射面１１０Ａの中心部以外の領域に、電波を効率的に誘導することができる。反射鏡１１０を反射面１１０Ａ側から平面視で見た場合に、反射面１１０Ａの中心には、給電部１２０が位置するため、反射板１２５の中心部に伝搬する電波が給電部１２０に反射されないようにするために、円錐状の反射調整部１２５Ｂは反射板１２５の中央に取り付けられている。

また、リング部１２５Ｃによって反射される電波も生じうる。リング部１２５Ｃは、基部１２５Ａから突出しているため、電波の伝搬路における経路長が変わる要因となりうる。このため、リング部１２５Ｃの高さ（厚さ）は、電波の経路長に影響を生じない程度の高さに設定することが好ましい。具体的には、電波の波長の約１／３０程度の高さに設定することにより、電波の散乱を抑制することが望ましい。

実施の形態のアンテナ装置１００は、シミュレーションの結果、開口効率にして約６５％を実現できることが分かっている。

また、実施の形態のアンテナ装置１００のアンテナ特性を従来のアンテナ装置のアンテナ特性と比較する実験を行った結果、次のような結果を得た。ここで、従来のアンテナ装置とは、実施の形態の給電部１２０の保持部１２４（円板部１２４Ａ、基部１２４Ｂ）と反射板１２５を含まず、保持部１２４（円板部１２４Ａ、基部１２４Ｂ）と反射板１２５の代わりに、導波管部１２３の先端に、導波管部１２３と略同一の直径を有する反射板を有する構成である。

そして、実施の形態のアンテナ装置１００と従来のアンテナ装置で電波を受信した結果、１０．４２２ＭＨｚで＋５．４ｄＢｍ、１０．５９７ＭＨｚで＋３．６ｄＢｍほどアンテナ利得が増大することが分かった。

このようにアンテナ利得が改善されることの一因は、反射板１２５が円板状であるため、放射パターンが上下左右対称となったためであると考えられる。

従来のアンテナ装置における開口効率は約３０％程度であるため、実施の形態によれば、開口効率の非常に高いアンテナ装置１００を提供することができる。従って、伝搬距離の長距離化と、伝送品質の改善を実現することができる。

また、反射板１２５が円板状であるため、アンテナ装置１００の方向の調整が容易になる。これは、特に、ダイポールアンテナで構成される給電部を含む従来のパラボラアンテナに比べて、非常に大きなアドバンテージである。

また、以上のような構成を有するアンテナ装置１００は、従来のパラボラアンテナと同様に、偏分波器２００を介して、あるいは、偏分波器２００を介さずに、送受信回路に接続することができる。すなわち、送受信回路への接続インターフェースは、従来のパラボラアンテナと同様である。

従って、既存のＦＰＵ（Field Pick-up Unit）に取り付けることができ、非常に汎用性の高いアンテナ装置１００を提供することができる。

ＦＰＵは、例えば、緊急報道やスポーツ中継などで映像，音声を無線伝送するシステムとして用いられている装置である。映像信号をＦＰＵで伝送する場合、中継車の屋上やビルの屋上に送信アンテナ（パラボラアンテナ）を設置して、ビルや山の上に設置した受信基地局に向けて映像信号を送信する。アンテナ装置１００は、既存のＦＰＵにそのまま取り付けることができる。

また、以上のような構成を有するアンテナ装置１００は、テフロン製の保持部１２４に溝部１２４Ａ２を形成するとともに、反射板１２５にリング部１２５Ｃを形成し、溝部１２４Ａ２とリング部１２５Ｃとを係合させることによって保持部１２４に反射板１２５を固定している。

従って、tanδ(誘電損失)が小さい材料で保持部１２４を形成して損失を低減しつつ、反射板１２５を確実に保持部１２４に固定することにより、信頼性を向上させたアンテナ装置１００を提供することができる。

また、保持部１２４の基部１２４Ｂは、導波管部１２３の貫通孔１２３Ａに嵌着されるため、保持部１２４を導波管部１２３に確実に固定することができる。

次に、図４乃至図８を用いて、実施の形態の偏分派器２００について説明する。

図４乃至図８は、実施の形態の偏分派器２００を示す図である。図４乃至図８では、共通のＸＹＺ座標系を用いる。ＸＹＺ座標系は直交座標の一例である。図４（Ｂ）と図５（Ｂ）に示す断面は、それぞれ、図４（Ａ）と図５（Ａ）に示す偏分波器２００をＸ軸に平行な中心軸を通るＸＺ平面に平行な平面で切断して得る断面を示す図である。

偏分波器２００は、所謂ＯＭＴ（Ortho Mode Transducer：水平垂直偏波分波器）である。

偏分波器２００は、導波管本体２１０、丸角変換部２２０、及び分岐導波管２３０を含み、図５（Ａ）に示すように、導波管本体２１０、丸角変換部２２０、及び分岐導波管２３０に分解することができる。偏分波器２００は、ＦＰＵのような通信システムにおいて利用しやすくするために、各パーツ（導波管本体２１０、丸角変換部２２０、及び分岐導波管２３０）の小型化を図っている。

図５（Ａ）に示す３つのパーツ（導波管本体２１０、丸角変換部２２０、及び分岐導波管２３０）を組み立てることにより、図４（Ａ）に示す偏分波器２００が得られる。偏分波器２００（導波管本体２１０、丸角変換部２２０、及び分岐導波管２３０）は、例えば、アルミニウム、真鍮、銅等の金属によって作製される。

このような偏分波器２００は、導波管本体２１０に接続されるアンテナ装置１００から垂直偏波と水平偏波とが多重された多重信号が入力されると、垂直偏波を丸角変換部２２０から送受信回路５０Ａ（図１（Ａ）参照）に出力し、水平偏波を分岐導波管２３０から送受信回路５０Ｂ（図１（Ａ）参照）に出力する。

また、送受信回路５０Ａから丸角変換部２２０に入力される垂直偏波と、送受信回路５０Ｂから分岐導波管２３０に入力される水平偏波とを多重し、多重した多重信号を導波管本体２１０に接続されるアンテナ装置１００に出力する。

このように、偏分波器２００は、導波管本体２１０に接続されるアンテナ装置１００と、丸角変換部２２０及び分岐導波管２３０に接続される送受信回路５０Ａ、５０Ｂとの間で、垂直偏波と水平偏波の両方を使うことにより、データ通信容量を倍にするものである。例えば、アンテナ装置１００と送受信回路５０Ａとの間でのデータ通信容量が１００Ｍｂｐｓで、アンテナ装置１００と送受信回路５０Ｂとの間でのデータ通信容量が１００Ｍｂｐｓである場合は、アンテナ装置１００のデータ通信容量は２００Ｍｂｐｓになる。

なお、以下では、偏分波器２００が伝送する電磁波の周波数が一例として４２ＧＨｚである形態について説明するが、実施の形態の偏分波器２００の伝送周波数は４２ＧＨｚに限らない。実施の形態の偏分波器２００は、ミリ波帯の電磁波を伝送するための信頼性と製造の容易性を実現するための構成を有するものである。

導波管本体２１０の一端側の接続部２１１は、アンテナ１００の導波管部１２３（図１）に接続される。導波管本体２１０の他端側の接続部２１２は、丸角変換部２２０に接続される。また、導波管本体２１０には、長手方向（Ｘ軸方向）の途中において、Ｚ軸正方向に伸延する分岐導波管２３０が接続される。

導波管本体２１０の接続部２１１と接続部２１２との間の形状は、円筒状（管状）であり、円筒部２１３を構築している。導波管本体２１０の接続部２１１と接続部２１２との間の内壁面２１０Ａは円筒状である。すなわち、導波管本体２１０は、円形導波管である。内壁面２１０Ａの内径（直径）は、４２ＧＨｚの電磁波を伝送するために、５．６ｍｍに設定されている。なお、導波管本体２１０は、一例として、一つの金属塊を削り出すことによって作製されており、一体成形及び薄肉化によって小型化を図っている。

接続部２１１は、円筒部２１３の外径よりも大きな外径を有するフランジになっており、導波管部１２３（図１）に接続する際に、反射鏡１１０に固定できるように、２つの突起と６つの孔部が形成されている。なお、図４等に示す接続部２１１のフランジの構成は一例であり、接続先の形状や構成に応じて適宜変更すればよい。

接続部２１２は、円筒部２１３の外径よりも大きな外径を有するフランジになっているが、接続部２１１のフランジの外径よりは小さく構成されている。接続部２１２のフランジの外周面には、４つの切り欠き部２１２Ａを有する。切り欠き部２１２Ａは、接続部２１２のフランジの外周面を平面状に切り欠いた部分である。

４つの切り欠き部２１２Ａのうちの２つは、切り欠かれた面がＸＹ平面と平行であり、他の２つは切り欠かれた面がＸＺ面と平行である。４つの切り欠き部２１２Ａは、接続部２１２のフランジの外周方向において、互いに等間隔を隔てた状態で形成されている。４つの切り欠き部２１２Ａは、４つの切り欠き部２１２Ａとの位置合わせのために形成されている。

また、接続部２１２のフランジのＸ軸負方向側には、Ｘ軸正方向側に円筒状に凹んだ凹部２１２Ｂが形成されており、凹部２１２Ｂは、丸角変換部２２０の凸部２２１Ａと嵌着され、この状態で、接続部２１２と丸角変換部２２０は溶接される。

また、導波管本体２１０は、円筒部２１３の長手方向（Ｘ軸方向）の途中の部分の外周面に、４つの切り欠き部２１３Ａを有する。切り欠き部２１３Ａは、円筒部２１３の外周面を平面状に切り欠いた部分である。
４つの切り欠き部２１３Ａのうちの２つは、切り欠かれた面がＸＹ平面と平行であり、他の２つは切り欠かれた面がＸＺ面と平行である。

切り欠かれた面がＸＹ平面と平行な２つの切り欠き部２１３Ａのうち、Ｚ軸正方向側に位置する切り欠き部２１３Ａの中央には、矩形状の孔部２１３Ｂが形成されている。孔部２１３Ｂは、円筒部２１３を貫通している。すなわち、孔部２１３Ｂは、Ｚ軸正方向側に位置する切り欠き部２１３Ａと、内壁面２１０Ａとの間を貫通している。

Ｚ軸正方向側に位置する切り欠き部２１３Ａには、分岐導波管２３０が接続され、孔部２１３Ｂには、分岐導波管２３０の内壁によって構築される方形導波管が接続される。

また、図４（Ｂ）、図５（Ｂ）、及び図７（Ａ）に示すように、導波管本体２１０の内部には、調整板２１４が設けられている。調整板２１４は、垂直偏波と水平偏波の分離度を調整するための板状の部材である。

調整板２１４は、図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）に示すように、Ｘ軸方向において、孔部２１３ＢのＸ軸負方向側の端部よりも丸角変換部２２０側に配設されている。また、調整板２１４は、円筒部２１３の内部において、円筒部２１３の中心軸を通り、ＸＹ平面に平行な面上に位置している。

調整板２１４は、長さ１０ｍｍ（Ｘ軸方向の長さ）、幅５．６ｍｍ（Ｙ軸方向の幅）、厚さ１ｍｍ（Ｚ軸方向の厚さ）を有する板状の部材である。調整板２１４の側壁２１４Ａは、図７（Ｂ）に示すように湾曲している。一対の側壁２１４Ａは、偏分波器２００の内壁面２１０Ａに密着するように、円筒状の内壁面２１０Ａに対応する形状になっている。すなわち、調整板２１４の一対の側壁は、直径が５．６ｍｍの円周に対応して湾曲した形状になっている。

調整板２１４は、図７（Ａ）に示すように、円筒部２１３の内部において、円筒部２１３の中心軸を通り、ＸＹ平面に平行な面上に位置するように、内壁面２１０Ａに嵌着されている。また、調整板２１４は、溶接や接着を行わずに、嵌着のみによって固定するために、内壁面２１０Ａの内径よりも若干幅広く形成されている。

調整板２１４は、図４（Ｂ）において垂直偏波の信号を左右（入出力）方向に伝搬することを可能とし、水平偏波の信号を左右（入出力）方向に伝搬することを遮る役目をするものである。たとえば、２２０Ａ２に入力された矩形導波管におけるＴＥ１０モードの信号は２２０Ａにおいて円形導波管のＴＥ１１モードに変換され、ＴＥ１１モードを維持したまま２１１Ａ１に出力できる。一方、２３０Ａ１に入力された矩形導波管におけるＴＥ１０モードの信号は調整板２１４により２２０Ａ２方向への信号が遮られ、２１１Ａ１方向に円形導波管のＴＥ１１モードで伝搬し出力される。

なお、調整板２１４の内壁面２１０Ａへの嵌着は、治具等を用いて、切り欠き部２１２Ａ、２１３Ａを利用してＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向を正確に捉えた状態で行えばよい。

丸角変換部２２０は、管状の部材であり、貫通孔２２０Ａ、基部２２１、及びフランジ２２２を有する。丸角変換部２２０は、一例として、一つの金属塊を削り出すことによって作製されており、一体成形及び薄肉化によって小型化を図っている。

基部２２１は、円筒状の部材であり、Ｘ軸正方向側に円板状の凸部２２１Ａが形成されるとともに、外周面に４つの切り欠き部２２１Ｂを有する。切り欠き部２２１Ｂは、基部２２１の外周面を平面状に切り欠いた部分である。

凸部２２１Ａの直径は、導波管本体２１０の接続部２１２の凹部２１２Ｂの内径に対応しており、凸部２２１Ａは凹部２１２Ｂに嵌着される。

４つの切り欠き部２２１Ｂのうちの２つは、切り欠かれた面がＸＹ平面と平行であり、他の２つは切り欠かれた面がＸＺ面と平行である。４つの切り欠き部２２１Ｂは、基部２２１の外周方向において、互いに等間隔を隔てた状態で形成されている。４つの切り欠き部２２１Ｂは、それぞれ、導波管本体２１０の接続部２１２の４つの切り欠き部２１２Ａとの位置合わせのために形成されている。

フランジ２２２は、基部２２１の外径よりも大きな外径を有し、丸角変換部２２０を送受信回路５０Ａに固定できるように、２つの突起と６つの孔部が形成されている。なお、図４等に示すフランジ２２２の構成は一例であり、接続先の形状や構成に応じて適宜変更すればよい。

貫通孔２２０Ａは、基部２２１とフランジ２２２をＸ軸方向に貫通しており、両端が開口部２２０Ａ１、２２０Ａ２になっている。

貫通孔２２０Ａの中心軸（長手方向の軸）に垂直な断面は矩形状であり、貫通孔２２０ＡのＸ軸正方向側の開口部２２０Ａ１は、導波管本体２１０の接続部２１２側の内壁面２１０Ａによる導波管に接続される。貫通孔２２０ＡのＸ軸負方向側の開口部２２０Ａ２は、送受信回路５０Ａに接続される。

貫通孔２２０Ａの開口部２２０Ａ２よりも、開口部２２０Ａ２の開口の方が大きくなっているため、貫通孔２２０Ａの断面形状はテーパー形状になっている。

丸角変換部２２０は、アンテナ装置１００から導波管本体２１０に入力される多重信号のうち、調整板２１４を経た垂直偏波の電磁波を送受信回路５０Ａ（図１（Ａ）参照）に出力する。また、丸角変換部２２０は、送受信回路５０Ａから入力される垂直偏波の電磁波を導波管本体２１０に出力する。

分岐導波管２３０は、基部２３１、接続部２３２、及びフランジ２３３を有する。また、分岐導波管２３０には、基部２３１、接続部２３２、及びフランジ２３３をＺ軸方向に貫通する方形導波管２３０Ａが形成されている。分岐導波管２３０は、一例として、一つの金属塊を削り出すことによって作製されており、一体成形及び薄肉化によって小型化を図っている。

基部２３１は、円筒状（管状）の部材であり、一端側（Ｚ軸負方向側）に接続部２３２が接続され、他端側（Ｚ軸正方向側）にフランジ２３３が接続されている。

接続部２３２は、基部２３１と同様の円筒状の部材の外周面に４つの切り欠き部２３２Ａが形成された形状を有する。切り欠き部２３２Ａは、接続部の外周面を平面状に切り欠いた部分である。

４つの切り欠き部２３２Ａのうちの２つは、切り欠かれた面がＸＺ平面と平行であり、他の２つは切り欠かれた面がＹＺ面と平行である。４つの切り欠き部２３２Ａは、基部２３２の外周方向において、互いの端辺が接続された（共通化された）状態で形成されている。これにより、接続部２３２のＺ軸周りの外周面は、四面体を構築している。

４つの切り欠き部２３２Ａは、導波管本体２１０の円筒部２１３のＺ軸正方向側の切り欠き部２１３Ａに接続部２３２を嵌着させるために形成されている。接続部２３２を円筒部２１３のＺ軸正方向側の切り欠き部２１３Ａに嵌着させると、方形導波管２３０Ａと孔部２１３Ｂとが連通するように、位置合わせがなされている。

フランジ２３３は、基部２３１の外径よりも大きな外径を有し、分岐導波管２３０を送受信回路５０Ｂに固定できるように、２つの突起と６つの孔部が形成されている。なお、図４等に示すフランジ２３３の構成は一例であり、接続先の形状や構成に応じて適宜変更すればよい。

以上のような構成の偏分波器２００は、導波管本体２１０の接続部２１２の凹部２１２Ｂに、丸角変換部２２０の凸部２２１Ａを嵌着することにより、導波管本体２１０と丸角変換部２２０とを固着することができる。この場合に、凸部２２１Ａの外径を凹部２１２Ｂの内径よりも若干大きくすることにより、凹部２１２Ｂと凸部２２１Ａとの十分な接続強度を確保することができる。

これにより、導波管本体２１０の内壁面２１０Ａによる円形導波管と、丸角変換部２２０の貫通孔２２０Ａとを連通させることができる。なお、補強のために、凹部２１２Ｂに凸部２２１Ａを嵌着した後に、溶接を行ってもよい。

また、導波管本体２１０の円筒部２１３のＺ軸正方向側の切り欠き部２１３Ａに、接続部２３２を嵌着することにより、導波管本体２１０と分岐導波管２３０を固着することができる。この場合に、接続部２３２の外寸を切り欠き部２１３Ａの内寸よりも若干大きくすることにより、接続部２３２と切り欠き部２１３Ａとの十分な接続強度を確保することができる。

これにより、導波管本体２１０の内壁面２１０Ａによる円形導波管と、丸角変換部２２０の方形導波管２３０Ａとを連通させることができる。なお、補強のために、切り欠き部２１３Ａに接続部２３２を嵌着した後に、溶接を行ってもよい。

以上のような偏分波器２００は、３つのパーツ（導波管本体２１０、丸角変換部２２０、及び分岐導波管２３０）を嵌着することによって組み付けることによって作製することができるため、容易に製造できる。

また、３つのパーツ（導波管本体２１０、丸角変換部２２０、及び分岐導波管２３０）を高い精度で工作しておいた上で組み付ければ、製造上の誤差を低減でき、信頼性の高い偏分波器２００を提供することができる。

また、３つのパーツ（導波管本体２１０、丸角変換部２２０、及び分岐導波管２３０）を嵌着することによって作製するため、アンテナ装置１００と送受信回路５０Ａ、５０Ｂとの間で電磁波の伝送に偏分波器２００を用いて熱膨張が生じた場合でも、３つのパーツの位置関係がずれにくくて、高温になっても伝送特性が変わりにくい。

これは、従来の偏分波器のように、多数のパーツを溶接することによって製造する場合に比べて、実際に電磁波を伝送している際の伝送特性が極めて低くなることを意味しており、特に４２ＧＨｚのようなミリ波の電磁波を伝送する際には、信頼性の面で大きなアドバンテージを有することになる。

例えば、凹部２１２Ｂの内寸よりも凸部２２１Ａの外寸が小さく、凹部２１２Ｂと凸部２２１Ａを位置合わせした後に溶接によって固定する場合、又は、接続部２３２の外寸が切り欠き部２１３Ａの内寸より小さく、接続部２３２と切り欠き部２１３Ａを位置合わせした後に溶接によって固定する場合には、熱膨張が生じた場合に、３つのパーツ（導波管本体２１０、丸角変換部２２０、及び分岐導波管２３０）の位置関係が微少距離ずれることにより、ミリ波の伝送特性に大きな影響が生じるおそれがある。このような場合には、ミリ波の伝送自体が困難になるおそれがある。

これに対して、実施の形態の偏分波器２００は、上述のように３つのパーツ（導波管本体２１０、丸角変換部２２０、及び分岐導波管２３０）を嵌着することによって組み立てているので、熱膨張が生じた場合でも伝送特性の変化が抑制され、信号伝送における高い信頼性を確保することができる。

また、従来の偏分波器は、ひとつひとつのパーツが大きいため、ＦＰＵのようなシステムに用いることは不向きであるが、実施の形態の偏分波器２００は小型化を図っているため、ＦＰＵに好適である。また、特に、図１乃至図３に示す開口効率の非常に高いアンテナ装置１００とともに用いることにより、伝搬距離の長距離化、伝送品質の改善、信頼性の高い伝送特性、大きな伝送容量をすべて実現した通信システムを提供することができる。

以上、本発明の例示的な実施の形態の偏分波器、及び、通信装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１００ アンテナ装置
１１０ 反射鏡
１２０ 給電部
１２３ 導波管部
１２４ 保持部
１２５ 反射板
２００ 偏分波器
２１０ 導波管本体
２２０ 丸角変換部
２３０ 分岐導波管

Claims (7)

1. 一端がアンテナ装置に接続され、一端から他端まで貫通する円形導波管と、前記円形導波管の内部に嵌着される調整板とを有する導波管本体と、
   前記導波管本体の前記他端に嵌着される丸角変換部と、
   前記導波管本体の前記調整板よりも前記一端側において、前記導波管本体の外周部に嵌着され、前記円形導波管に連通する方形導波管と
   を含む偏分波器。
2. 前記調整板の前記円形導波管に当接する側壁は、前記円形導波管の内壁面に対応して湾曲した形状を有する、請求項１記載の偏分波器。
3. 前記導波管本体、前記丸角変換部、及び前記方形導波管は、それぞれ、金属塊を加工することによって一体的に形成される、請求項１又は２記載の偏分波器。
4. パラボラ形式の第１反射面を有する反射鏡と、前記反射鏡の前記第１反射面側に配設される給電部とを有するアンテナ装置と、
   前記導波管本体の前記一端に前記アンテナ装置が接続され、前記丸角変換部及び前記方形導波管のそれぞれに、送信回路、受信回路、又は送受信回路のいずれかが接続される、請求項１乃至３のいずれか一項記載の偏分波器と
   を含む、通信装置。
5. 前記アンテナ装置の前記給電部は、前記導波管本体の前記一端に接続される導波管と、前記導波管に接続される絶縁部と、前記絶縁部に設けられ、前記反射鏡の前記第１反射面に対向する第２反射面を有する反射部とを有する、請求項４記載の通信装置。
6. 前記反射部は、前記絶縁部に係合する係合部を前記第２反射面に有し、前記係合部によって前記絶縁部に係合される反射板である、請求項５記載の通信装置。
7. 前記反射部は、前記第２反射面の中央に円錐状の突出部を有する、請求項５又は６記載の通信装置。

Images