JP2018207165A

JP2018207165A - 導波管

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Publication number: JP2018207165A
Application number: JP2017106907A
Authority: JP
Inventors: 明道廣田; Akemichi Hirota; 山本　伸一; Shinichi Yamamoto; 伸一山本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2017-05-30
Publication date: 2018-12-27

Abstract

【課題】偏波分離回路である導波管が複数密に配置される場合であっても、隣接する同士が干渉しない構成の導波管を提供する。
【解決手段】偏波分離回路３０は内部が中空柱状の導波管９３０である。導波管９３０は、中空柱状の一方の端に開口を形成し直線偏波が入力される第１側入力端子１１と、中空柱状の他方の端に第１の開口を形成する第１の第２側出力端子２２と、中空柱状の他方の端に第２の開口を形成する第２の第２側出力端子２３と、第１側入力端子１１から向きの異なる２種類の直線偏波が入力される場合、各直線偏波の向きに応じて、一方の直線偏波を第１の第２側出力端子２２から出力し、他方の直線偏波を第２の第２側出力端子２３から出力する偏波分離部９３１とを有する。
【選択図】図６

Description

この発明は、主としてＶＨＦ（ＶｅｒｙＨｉｇｈＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯、ＵＨＦ（ＵｌｔｒａＨｉｇｈＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯、マイクロ波帯及びミリ波帯で使用される偏波分離回路としての導波管に関する。

２種類の直線偏波を用いる衛星通信に用いるマルチビームアンテナにおいては、反射鏡アンテナと複数の一次放射器及びその一次放射器に接続される偏波分離回路を組み合わせた構造をとることが多い。一次放射器（典型的にはホーンアンテナ）は、ビーム配列に対応するように密に配置する必要があるため、偏波分離回路はそのホーンの外径より小径の範囲に収める必要がある。直線偏波を分離する偏波分離回路としては、例えば、非特許文献１がある。

非特許文献１の偏波分離回路は、一次放射器（ホーンアンテナ）と接続される入力端子の管軸方向と一致する出力端子と、その管軸方向に対して垂直な方向の出力端子を有し、それぞれの端子を構成する導波管の形状に対応した偏波が、それぞれの端子から出力されることになる。

Ｃ．Ａ．Ｌｅａｌ−Ｓｅｖｉｌｌａｎｏ，Ｙ．Ｔｉａｎ，Ｍ．Ｊ．Ｌａｎｃａｓｔｅｒ，Ｊ．Ａ．Ｒｕｉｚ−Ｃｒｕｚ，Ｊ，Ｒ．Ｍｏｎｔｅｊｏ−Ｇａｒａｉ，Ｊ．Ｍ．Ｒｅｂｏｌｌａｒ， "ＡＭｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄＤｕａｌ−ＢａｎｄＯｒｔｈｏｍｏｄｅＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ，" ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭｉｃｒｏｗａｖｅＴｈｅｏｒｙａｎｄＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，Ｖｏｌ．６２，ｐｐ．５５−６３，２０１４．

非特許文献１の偏波分離回路を、マルチビームアンテナ用の偏波分離回路に適用した場合、一次放射器をビーム配列に対応するように密に配置する必要がある際は、管軸方向に対して垂直な方向の端子と、垂直な方向の端子の方向に配置される偏波分離回路とが干渉してしまう。このため、一次放射器を密に配置できないという課題がある。

この発明は、蜜に配列されるビーム配列に対応するように偏波分離回路である導波管が密に配置される場合であっても、隣接する同士が干渉しない構成の導波管の提供を目的とする。

この発明の導波管は、
偏波分離回路として使用される導波管であって、
前記導波管の一方の端に開口を形成し直線偏波が入力される偏波入力端子と、
前記導波管の他方の端に第１の開口を形成する第１の出力端子と、
前記導波管の他方の端に第２の開口を形成する第２の出力端子と、
前記偏波入力端子から入力される向きの異なる２種類の直線偏波について、各直線偏波の向きに応じて、一方の直線偏波を前記第１の出力端子から出力し、他方の直線偏波を前記第２の出力端子から出力する偏波分離部と
を備える。

この発明の導波管によれば、複数の導波管が密に配置される場合であっても、隣接する同士が干渉しない構成の導波管を提供できる。

実施の形態１の図で、偏波分離回路３０のブロック図。実施の形態１の図で、第１の円偏波発生器１０の斜視図。実施の形態１の図で、第１の円偏波発生器１０のｚｘ平面における断面図。実施の形態１の図で、セプタム型円偏波発生器２０の斜視図。実施の形態１の図で、セプタム型円偏波発生器２０のｘｙ平面における上面透視図。実施の形態１の図で、偏波分離回路３０の構成を示す斜視図。実施の形態１の図で、偏波分離回路３０に直線偏波１が入力される場合を示す図。実施の形態１の図で、偏波分離回路３０に直線偏波２が入力される場合を示す図。実施の形態１の図で、非特許文献１の偏波分離回路４０の断面を模式的に示す図。実施の形態１の図で、非特許文献１の偏波分離回路４０を複数配置する場合を示す模式的な図。実施の形態１の図で、複数の偏波分離回路３０を密に並べた状態を示す図。実施の形態１の図で、溝型円偏波発生器１０−１を示す図。実施の形態１の図で、櫛型円偏波発生器１０−２を示す平面図。実施の形態１の図で、櫛型円偏波発生器１０−２を示す断面図。

実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１〜図１４を参照して、実施の形態１の偏波分離回路３０としての導波管９３０を説明する。つまり、導波管９３０は、偏波分離回路３０として使用される。
図１は、偏波分離回路３０のブロック図である。偏波分離回路３０は、正方形導波管から成る第１の円偏波発生器１０と、正方形導波管から成るセプタム型円偏波発生器２０を備える。第１の円偏波発生器１０は第１側の円偏波発生器であり、セプタム型円偏波発生器２０は第２側の円偏波発生器である。第１の円偏波発生器１０は、第１側入力端子１１、第１側出力端子１２を有する。セプタム型円偏波発生器２０は、第２側入力端子２１、第１の第２側出力端子２２及び第２の第２側出力端子２３を備えている。

（第１の円偏波発生器）
図２は、第１の円偏波発生器１０の斜視図である。図３は、第１の円偏波発生器１０のｚｘ平面における断面図である。図２、図３には、複数の突起１４が配置されたコルゲート部１３を示している。

（セプタム型円偏波発生器）
図４は、正方形導波管から成るセプタム型円偏波発生器２０の斜視図である。図５は、セプタム型円偏波発生器２０のｘｙ平面における上面透視図である。図４、図５には、階段形状のセプタム板２４を示している。

（偏波分離回路）
図６は、第１の円偏波発生器１０とセプタム型円偏波発生器２０を接続した、偏波分離回路３０の構成を示す斜視図である。第１の円偏波発生器１０とセプタム型円偏波発生器２０とは、図２にｐ，ｑ，ｒ，ｓの四角形で示す開口の第１側出力端子１２に、図４にｐ−１，ｑ−１，ｒ−１，ｓ−１の四角形で示す開口の第２側入力端子２１が重なるように接続される。第１の円偏波発生器１０とセプタム型円偏波発生器２０との接続後は、ｐ，ｑ，ｒ，ｓで示す第１側出力端子１２は、ｐ−１，ｑ−１，ｒ−１，ｓ−１で示す第２側入力端子２１と重なり、一致する。

図６に示す偏波分離回路３０は、内部が中空柱状の導波管９３０によって構成される。導波管９３０は導波管９１０と導波管９２０とを備えている。導波管９３０は、導波管９１０と導波管９２０とが結合している結合導波管である。第１側入力端子１１である偏波入力部９１１は、中空柱状の一方の端にａ，ｂ，ｃ，ｄの四角形で示す開口を形成し、直線偏波１、直線偏波２が入力される。第１の出力端子９２２である第１の第２側出力端子２２は、中空柱状の他方の端にｅ，ｆ，ｇ，ｈの四角形で示す第１の開口を形成している。第２の出力端子９２３である第２の第２側出力端子２３は、中空柱状の他方の端にｉ，ｊ，ｋ，ｌで示す四角形第２の開口を形成している。導波管９３０からなる偏波分離回路３０は、第１の円偏波発生器１０を構成する第１の導波管９１０と、セプタム型円偏波発生器２０を構成する第２の導波管９２０とが直列に接続されて構成される。第１の円偏波発生器１０は、上記のように、偏波入力端子９１１である第１側入力端子１１及び第１側変換部９１３であるコルゲート部１３が直線偏波から変換した円偏波を出力するｐ，ｑ，ｒ，ｓで示す四角形を第１側出力端子１２有している。また第２の導波管９２０からなるセプタム型円偏波発生器２０は、第１側出力端子１２から円偏波が入力される第２側入力四角形端子２１、第１の第２側出力端子２２、第２の第２側出力端子２３及び第２側変換部９２４であるセプタム板２４を備えている。
なお、導波管９３０は中空柱状でなくとも良く、例えば中空柱状の金属導波管の内側に誘電体が充填されて形成される誘電体充填導波管であっても良い。同様に、導波管９１０、９２０はそれぞれ中空柱状でなくとも良く、例えば中空柱状の金属導波管の内側に誘電体が充填されて形成される導波管であっても良い。以下の説明では、中空柱状の導波管９３０、導波管９１０、９２０を例に説明するが、誘電体が充填されて形成される誘電体充填導波管であっても同様に構成され、動作する。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
図７は、偏波分離回路３０に直線偏波１が入力される場合を示す。図８は、偏波分離回路３０に直線偏波１と向きが９０度異なる直線偏波２が入力される場合を示す。次に、図７、図８を参照して偏波分離回路３０の動作を説明する。

（右旋円偏波）
（１）図７では、第１側入力端子１１には図示していない一次放射器が接続される。図７のａ，ｂ，ｃ，ｄは、第１側入力端子１１を示す。ａ，ｂ，ｃ，ｄは正方形である。第１側入力端子１１の対角線方向ａｃに対して、偏波方向が平行となる例えばＶ偏波である直線偏波１が入力される。
（２）直線偏波１は、コルゲート部１３により右旋偏波に変換され、第１側出力端子１２からこの右旋偏波が出力される。
（３）この右旋偏波は第２側入力端子２１からセプタム型円偏波発生器２０に入力され、セプタム板２４により直線偏波１−１に変換され、第１の第２側出力端子２２から出力される。

（左旋円偏波）
（１）図８では、第１側入力端子１１から、直線偏波１に対して向きが９０°回転したＨ偏波の直線偏波２が入力される。
（２）偏波の向きが異なるので、直線偏波２はコルゲート部１３により左旋偏波に変換され、
第１側出力端子１２からこの左旋偏波が出力される。
（３）この左旋偏波は、第２側入力端子２１からセプタム型円偏波発生器１２０に入力され、セプタム板２４により直線偏波２−１に変換され、第２の第２側出力端子２３から出力される。

以上のように、実施の形態１の偏波分離回路３０では、第１側入力端子１１に入力された直線偏波は、その直線偏波の向きに応じて、第１の第２側出力端子２２または第２の第２側出力端子２３から出力される。よって、導波管９３０である偏波分離回路３０は、直線偏波を分離する偏波分離回路として動作する。

偏波分離回路３０では、第１側変換部９１３であるコルゲート部１３と、第２側変換部９２４であるセプタム板２４とは、偏波分離部９３１を構成する。偏波分離部９３１は、偏波入力端子９１１から向きの異なる２種類の直線偏波１及び直線偏波２が入力された場合、直線偏波の向きに応じて、一方の直線偏波を第１の出力端子９２２から出力し、他方の直線偏波を第２の出力端子９２３から出力する。
（１）第１側変換部９１３であるコルゲート部１３は、偏波入力端子９１１から入力された直線偏波の向きに応じて、直線偏波を右旋偏波と左旋偏波とのいずれかに変換する。
（２）第２側変換部９２４であるセプタム板２４は、第２側入力端子２１に右旋偏波が入力された場合は、右旋偏波を直線偏波に変換し、この直線偏波を第１の出力端子９２２から出力する。またセプタム板２４は、第２側入力端子２１に左旋偏波が入力された場合は、左旋偏波を直線偏波に変換し、この直線偏波を第２の出力端子９２３から出力する。

＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
（１）実施の形態１の偏波分離回路３０では、図６に示すように、中空柱状の一方の端にａ，ｂ，ｃ，ｄの四角形で示される開口を形成し直線偏波が入力される偏波入力端子９１１と、中空柱状の他方の端にｅ，ｆ，ｇ，ｈの四角形で示される第１の開口を形成する第１の出力端子９２２と、中空柱状の他方の端にｉ，ｊ，ｋ，ｌの四角形で示される第２の開口を形成する第２の出力端子９２３とを備えている。
中空柱状の一方の端の開口でありａ，ｂ，ｃ，ｄの四角形で示される領域は、中空柱状の一方の端から中空柱状の他方の端の方向、つまり、図６に示す管軸３７の方向に透視した場合に、ｅ，ｆ，ｇ，ｈの四角形で示される第１の開口の少なくとも一部及びｉ，ｊ，ｋ，ｌの四角形で示される第２の開口の少なくとも一部とをａ，ｂ，ｃ，ｄの四角形で示される領域の内部に含む。
このため、第１の出力端子９２２なす開口と第２の出力端子９２３をなす開口の法線の方向が、偏波入力端子９１１をなす開口の法線の方向を向くことになるので、後述する図１１で説明する効果を得ることができる。
なお、図６では、透視した場合、ｅ，ｆ，ｇ，ｈの四角形で示される第１の開口の領域と、ｉ，ｊ，ｋ，ｌの四角形で示される第２の開口の領域と、ａ，ｂ，ｃ，ｄの四角形で示される一方の端の開口の領域とは、重なるような構成である。しかし、これは一例であり、上記のように透視した場合に、第１の開口の少なくとも一部及び第２の開口の少なくとも一部が、ａ，ｂ，ｃ，ｄの四角形で示される領域の内部に含まれる構成であればよい。後述のようにセプタム型円偏波発生器２０を第１の円偏波発生器１０に対して図６に示す角度θだけ回転させた状態で接続する場合が該当する。
つまり、偏波分離回路３０では、中空柱状の一方の端の開口の領域、つまり直線偏波を入力する偏波入力端子９１１を形成する開口の領域は、偏波入力端子９１１が存在するほうの端である中空柱状の一方の端から、中空柱状の他方の端の方向に透視した場合に、第１の開口の少なくとも一部と、第２の開口の少なくとも一部とを、その領域の内部に含む構成である。
後述の図１２で述べるように、第１の円偏波発生器１０が円形導波管の場合は偏波入力端子９１１の開口形状は円であるが、上記のように透視した場合、この円の領域の内部に、第１の開口の少なくとも一部と、第２の開口の少なくとも一部とが含まれる。
このように、偏波分離回路３０では、中空柱状の一方の端の開口の領域は、この一方の端から他方の端の方向に透視した場合に、他方の端の第１の開口の少なくとも一部と、他方の端の第２の開口の少なくとも一部とを、その領域の内部に含む構成であるので、後述する図１１で説明する効果を得ることができる。
つまり図１１で後述するように、２種類の直線偏波１及び直線偏波２を用いる衛星通信用マルチビームアンテナに偏波分離回路３０を適用した場合、一次放射器と同様に、ビーム配列に対応するよう偏波分離回路３０を密に配置しても、隣接する偏波分離回路３０同士が干渉することなく配置可能である。
（２）理想的な場合では、第１の第２側出力端子２２及び第２の第２側出力端子２３の管軸方向２２Ａ、管軸方向２３Ａが、入力端子１１の管軸方向１１Ａを向く構成である。ここで管軸方向とは、第１の第２側出力端子２２等を形成する開口の法線の方向である。

図９は、非特許文献１の偏波分離回路４０を示す図であり、断面を模式的に示す図である。図１０は、非特許文献１の偏波分離回路４０を複数配置する場合を示す図である。偏波分離回路４０は、入力端子３１、出力端子３２及び出力端子３３を有している。入力端子３１は、非特許文献１の一次放射器、例えばホーンアンテナと接続される。以下では一次放射器は、ホーンアンテナとする。入力端子３１は、入力端子３１を形成する開口の法線方向が管軸方向３４である。出力端子３２も、入力端子３２を形成する開口の法線方向が管軸方向３４である。出力端子３３は、入力端子３３を形成する開口の法線方向が管軸方向３４に対して垂直となる垂直方向３５である。図９のように、互いに９０度向きの異なる直線偏波１及び直線偏波２が入力端子３１から入力された場合、直線偏波１及び直線偏波２は分離される。具体的には、一方の直線偏波１は出力端子３１から出力され、他方の直線偏波２は出力端子３３から出力される。

図９の偏波分離回路４０を２つの直線偏波１及び直線偏波２を用いる衛星通信用マルチビームアンテナに適用した場合、ホーンアンテナの間隔が密になると、図１０のように、出力端子３３と、この出力端子３３の方向に隣接配置されている偏波分離回路４０が、破線３６で示すように干渉する。

図１１は、密に並べられたホーンアンテナの間隔に従って、複数の偏波分離回路３０を密に並べた状態を示す図である。図１１のように、第１の第２側出力端子２２、第２の第２側出力端子２３の場合は、上記の実施の形態１の効果で述べたとおりである。
つまり、偏波分離回路３０では、ａ，ｂ，ｃ，ｄの四角形で示される第１側入力端子１１の領域は、管軸３７の方向に透視した場合に、ｅ，ｆ，ｇ，ｈの四角形で示される第１の開口をなす第１の第２側出力端子２２の少なくとも一部及びｉ，ｊ，ｋ，ｌの四角形で示される第２の開口をなす第２の第２側出力端子２３の少なくとも一部とを、ａ，ｂ，ｃ，ｄの四角形で示される第１側入力端子１１の領域の内部に含む構成である。よって、第１の第２側出力端子２２、第２の第２側出力端子２３は、隣接する偏波分離回路３０と干渉することがない。よって、実施の形態１では複数の偏波分離回路３０を密に配置できる。

（第１の円偏波発生器のバリエーション１）
第１の円偏波発生器１０としては、コルゲート部１３を有するコルゲート型円偏波発生器を用いる場合を説明した。しかし、第１の円偏波発生器１０は、コルゲート型円偏波発生器に限定されない。
図１２は、第１の円偏波発生器１０として、コルゲート型円偏波発生器に代替される第１の円偏波発生器を示す図である。図１２のように、円形導波管に溝１６を設けた溝型円偏波発生器１０−１を採用しても良い。この場合は、セプタム型円偏波発生器２０とは、円形の導波管を正方形の導波管に接続する円形／正方形導波管変換器を介して、溝型円偏波発生器１０−１を、セプタム型円偏波発生器２０に接続する。

（第１の円偏波発生器のバリエーション２）
（１１０のバリエーション２）
図１３、図１４は第１の円偏波発生器１０に代替可能な他の円偏波発生器１０−２を示す図である。図１３は、平面図、図１４はＸ−Ｚ断面図である。円偏波発生器１０−２は、円形導波管に、内部空間１７に突き出る複数の突起部１８を設けた櫛型円偏波発生器である。円偏波発生器１０−２も、直線偏波を円偏波に変換することができる。

なお、第１の円偏波発生器１０におけるコルゲート部１３が設けられた面１３Ａ、１３Ｂと、セプタム型円偏波発生器２０の第１の第２側出力端子２２、第２の第２側出力端子２３の断面の長辺方向が一致するように、第１の円偏波発生器１０とセプタム型円偏波発生器２０を接続した。つまり、Ｘ軸を法線とする断面における面１３Ａ、面１３Ｂの線分は、第１の第２側出力端子２２の断面の長辺ｉｊ、第２の第２側出力端子２３の断面の長辺ｈｇの方向が一致するように、第１の円偏波発生器１０とセプタム型円偏波発生器２０を接続した。
これに限るものではなく、第１の円偏波発生器１０におけるコルゲート部１３が設けられた面１３Ａ、１３Ｂと、セプタム型円偏波発生器２０の出力端子断面の長辺方向が、任意の方向で接続しても良い。つまり、第１の円偏波発生器１０に対して、セプタム型円偏波発生器２０は、管軸３７の周りに角度θだけ回転させた状態で接続してもよい。この理由は、第１の円偏波発生器１０とセプタム型円偏波発生器２０の接続部分では円偏波で伝搬しているため、円偏波発生器の角度依存性がないためである。つまり、実施の形態１では、第１の第２側出力端子２２及び第２の第２側出力端２３は、一次放射器に対して任意の角度で設けることが可能となり、設計の自由度が増すという効果がある。

１０第１の円偏波発生器、１１第１側入力端子、１２第１側出力端子、１３コルゲート部、１３Ａ面、１３Ｂ面、１４突起、１６溝、１７内部空間、１８突起、２０セプタム型円偏波発生器、２１第２側入力端子、２２第１の第２側出力端子、２３第２の第２側出力端子、２４セプタム板、３０偏波分離回路、３１入力端子、３２出力端子、３３出力端子、３４管軸方向、３５垂直方向、３６破線、３７管軸、９１０第１の導波管、９１１偏波入力端子、９１３第１側変換部、９２０第２の導波管、９２２第１の出力端子、９２３第２の出力端子、９２４第２側変換部、９３０導波管。

Claims

偏波分離回路として使用される導波管であって、
前記導波管の一方の端に開口を形成し直線偏波が入力される偏波入力端子と、
前記導波管の他方の端に第１の開口を形成する第１の出力端子と、
前記導波管の他方の端に第２の開口を形成する第２の出力端子と、
前記偏波入力端子から入力される向きの異なる２種類の直線偏波について、各直線偏波の向きに応じて、一方の直線偏波を前記第１の出力端子から出力し、他方の直線偏波を前記第２の出力端子から出力する偏波分離部と
を備える導波管。
前記導波管は、
円偏波発生器である第１の導波管と、第２の導波管とが直列に接続されており、
前記円偏波発生器は、
前記偏波入力端子と、
前記偏波入力端子から入力された直線偏波の向きに応じて、前記直線偏波を右旋偏波と左旋偏波とのいずれかに変換する第１側変換部と、
前記第１側変換部が変換した円偏波を出力する第１側出力端子と
を備え、
前記第２の導波管は、
前記第１側出力端子から前記円偏波が入力される第２側入力端子と、
前記第２側入力端子に右旋偏波が入力された場合は、前記右旋偏波を直線偏波に変換し、変換した直線偏波を前記第１の出力端子から出力し、
前記第２側入力端子に左旋偏波が入力された場合は、前記左旋偏波を直線偏波に変換し、変換した直線偏波を前記第２の出力端子から出力する第２側変換部と
を備える請求項１に記載の導波管。
前記第２の導波管は、
セプタム型円偏波発生器である請求項２に記載の導波管。
前記第１の導波管は、
コルゲート型円偏波発生器である請求項２または請求項３に記載の導波管。
前記第１の導波管は、
内部が中空円柱状の円形導波管であるとともに中空円柱状の側壁に溝が形成された溝型円偏波発生器である請求項２または請求項３に記載の導波管。
前記第１の導波管は、
内部が中空円柱状の円形導波管であるとともに中空円柱状の側壁に複数の突起が形成された櫛型円偏波発生器である請求項２または請求項３に記載の導波管。
前記導波管の一方の端の開口の領域は、
前記導波管の一方の端から前記導波管の他方の端の方向に透視した場合に、前記第１の開口の少なくとも一部と、前記第２の開口の少なくとも一部とを前記領域の内部に含む請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の導波管。