JP2695427B2

JP2695427B2 - アンテナ給電回路

Info

Publication number: JP2695427B2
Application number: JP63071198A
Authority: JP
Inventors: 陽次礒田; 守▲やす▼ 宮▲崎▼; 修三石田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-03-24
Filing date: 1988-03-24
Publication date: 1997-12-24
Anticipated expiration: 2012-12-24
Also published as: JPH01243601A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明はマイクロ波帯，ミリ波帯で用いられる、指
向方向を変化させることができるアンテナの給電回路に
関するものである。

〔従来の技術〕

第７図は例えば宮憲一著「衛星通信工学」（昭和44年
６月第１版発行，昭和49年改訂第２刷発行）の256頁〜2
69頁に示された、指向方向を変えることができるアンテ
ナの従来の給電回路の一例を示す概略図である。図にお
いて、（１），（３）はそれぞれ第1,第２の円形導波
管、（２）はテーパ導波管、（４）は方形導波管、
（５）は結合孔、（６）はアイリス、（７）はマジツク
Ｔ、（８），（９）はそれぞれマジツクＴ（７）のＨ分
岐,E分岐である。第１の円形導波管（１）は高次モード
が伝搬可能なオーバサイズ導波管，第２の円形導波管
（３）は基本モードのみ伝搬可能な基本モード導波管と
なるように直径が選ばれている。第１の円形導波管
（１）はホーンに接続され、第２の円形導波管（３）は
通信用送・受信機に接続されて使用される。

次に動作について説明する。アンテナの指向方向が目
的物からずれた場合、第１の円形導波管（１）には基本
モードであるTE₁₁モードの他に高次モードであるTM₀₁モ
ードが発生する。このTM₀₁モードは第１の円形導波管
（１）の上下に設けた結合孔（５）を介して方形導波管
（４）に結合し、マジツクＴ（７）で合成されＨ分岐
（８）からとり出すことができる。結合孔（５）を介し
てTE₁₁モードも結合するが、このモードはマジツクＴで
合成されてＥ分岐（９）にとり出され、Ｈ分岐（８）に
は結合しない。このように、Ｈ分岐（８）からはTM₀₁モ
ードのみがとり出される。アイリス（６）は衛星通信の
場合のビーコン周波数のみ通過する帯域通過フイルタを
形成している。Ｈ分岐（８）からとり出されたTM₀₁モー
ド波を追尾受信機に入力し、追尾信号を得る。この追尾
信号に従いアンテナを機械的に駆動し、指向方向を修正
することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来のアンテナ給電回路では、とり出した高
次モードから追尾信号を得るために通信用の送・受信機
とは別に追尾受信機が必要であり、そのため高価になる
という問題があつた。また、得られた追尾信号をもとに
アンテナを機械的に駆動するためアンテナ装置が大形で
重量が重くなるという課題があつた。

この発明はこのような課題を解消するためになされた
もので、電気的に指向方向を変化させることができるア
ンテナの給電回路を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るアンテナ給電回路は、通信用の送信機
または受信機とアンテナとをつなぐアンテナ給電回路に
おいて、上記アンテナ側に設けられ高次モードを伝搬し
得る第１の導波管と、上記送信機または受信機に接続さ
れ基本モードのみを伝搬する第２の導波管と、上記第１
の導波管と上記第２の導波管との間に介挿されたテーパ
導波管と、一端が上記第１の導波管に結合して設けられ
上記第１の導波管中に高次モードを発生し得る高次モー
ド発生手段と、この高次モード発生手段の他端に一端が
接続された同軸ケーブルと、この同軸ケーブルの他端を
上記第２の導波管に結合する同軸導波管変換器と、上記
同軸ケーブルの途中に設けられた可変減衰器とを備え、
上記高次モード発生手段は表裏一体となるように配設さ
れた２つのコプレナー線路を有し、当該２つのコプレナ
ー線路はその線路長が使用周波数における1/2波長分相
違するとともに、上記２つのコプレナー線路のストリッ
プ導体は当該２つのコプレナー線路における上記同軸ケ
ーブルの近傍に設けられたスルーホールを介して相互に
接続され、上記２つのコプレナー線路はそのいずれもが
上記第１の導波管側の端部、および上記スルーホールに
よる接続部より使用周波数における約1/4波長に相当す
る距離だけ上記第１の導波管側にずれた位置においてコ
プレナー線路に対し並列に接続されるダイオードの対を
それぞれ有するとともに、２つの上記高次モード発生手
段は上記第１の導波管の周囲に互いに180°の相対角度
位置をなすように取り付けられているように構成したも
のである。

〔作用〕

この発明においては、上述のように構成したことによ
り、例えば送信の場合には送信機からの電力の一部を導
波管からとり出し、ストリツプ線路で構成される高次モ
ード発生器に入力すると、オーバサイズ導波管中にスト
リツプ線路のモードが励振される。このモードがTE₁₁モ
ードと合成されると、オーバサイズ導波管の端面での電
界の最大位置は導波管の中央から管壁側に移動する。こ
のため、アンテナを機械的に回転させなくても指向方向
を変化させることができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図はこの発明の一実施例によるアンテナ給電回路の概
略斜視図である。図において、（10a），（10b）は高次
モード発生器、（11a），（11b）は同軸導波管変換器、
（12a），（12b）は可変減衰器、（13）は同軸ケーブル
であり、（１）〜（３）は第７図と同じものである。高
次モード発生器（10a），（10b）は円形導波管（１）の
周囲に180°の相対角度位置をなすように設けられてい
る。また、同軸導波管変換器（11a），（11b）は円形導
波管（３）に設けられており、上記高次モード発生器
（10a），（10b）と上記同軸導波管変換器（11a），（1
1b）は可変減衰器（12a），（12b）を介して同軸ケーブ
ル（13）で接続されている。

第２図（ａ）は高次モード発生器（10）を一部破断し
て示す概略構成斜視図で、同図（ｂ），（ｃ）はそれぞ
れ第２図（ａ）のIIB-IIB線及びIIC-IIC線における断面
図であり、図において、（14），（15）はそれぞれ第１
及び第２のストリツプ線路、D1〜D4はダイオード、（1
6）はスルーホール、（17）はコンデンサー、ｐはダイ
オードD1〜D4に印加するバイアス電圧用端子である。

第１のストリツプ線路（14）ではストリツプ導体（18
a），（18b）で、第２のストリツプ線路（15）ではスト
リツプ導体（19a），（19b）でコプレナー線路を構成し
ており、ストリツプ導体（18a）及び（18b）にはそれぞ
れ同軸線路（13）の内導体及び外導体が接続されてい
る。そして、その近傍に設けられたスルーホール（16）
はストリツプ導体（18a）と（19a）及び（18b）と（19
b）をそれぞれ接続しており、ダイオードD1,D2はスルー
ホール（16）から使用周波数における1/4波長の位置に
設けられている。また、ダイオードD3,D4は両ストリツ
プ線路（14），（15）の円形導波管側の端部に設けられ
ている。両ストリツプ線路（14）と（15）とは誘電体基
板の表と裏に設けられており、その線路長は第２のスト
リツプ線路（15）の方が1/2波長長くなつている。第２
図（ａ）では両ストリツプ線路（14）と（15）の間に結
合を防止するための地導体を設けているが、地導体を設
けない場合でも同様に動作する。

次に、アンテナ給電回路の動作を送信の場合について
説明する。第１図に示すように、基本モード導波管
（３）から送信電力の一部を同軸導波管変換器（11
a），（11b）で取り出し、可変減衰器（12a），（12b）
を介して高次モード発生器（10a），（10b）に入力す
る。高次モード発生器（10a），（10b）においては、ダ
イオードD1,D2はスルーホール（16）から1/4波長の位置
に設けられているので、例えば、ダイオードD2を導通
（ON）の状態にすれば第２のストリツプ線路（15）はス
ルーホール（16）の位置で開放（OPEN）となり、同軸ケ
ーブル（13）からの電力は第２のストリツプ線路（15）
の影響を受けずに第１のストリツプ線路（14）に伝送さ
れる。逆にダイオードD1をONとすれば、第１のストリツ
プ線路（14）がOPENとなり、電力は第２のストリツプ線
路（15）に伝送される。このように、ダイオードD1,D2
のON,OFFによりストリツプ線路への電力を両ストリツプ
線路（14）と（15）との間で切り換えることができ、か
つ、両ストリツプ線路（14）と（15）は長さが1/2波長
異なるので、線路の端での電界に180°の位相差を与え
ることができる。このとき、ダイオードD3,D4はOFFとし
ておく。

第３図は第１の円形導波管（１）内の電界の振幅分布
を示したもので、同図（ａ）はダイオードD2をONにして
第１のストリツプ線路（14）を経由して伝送した場合、
同図（ｂ）はダイオードD1をONにして第２のストリツプ
線路（15）を経由して伝送した場合である。第３図の電
界の振幅分布図において、実線はTE₁₁モード、破線はス
トリツプ線路から結合した第１の円形導波管（１）の高
次モード、一点鎖線はTE₁₁モードと高次モードとの合成
した結果を示している。なお、第４図に円形導波管の基
本モードと高次モードの電界分布を示す。同図（ａ）は
TE₁₁モード、同部（ｂ）はストリツプ線路から結合する
高次モードで、これは同図（ｃ）のTM₀₁モードと同図
（ｄ）のTE₂₁モードの合成と考えることができる。

第３図（ａ）において、第１のストリツプ線路（14）
のモードが第１の円形導波管（１）に結合すると第１の
円形導波管（１）内の電界最大位置はｙ−０の位置から
ｙ＝＋ｙ₁に移動する。又、第３図（ｂ）ではｙ＝−ｙ₁
に移動する。さらに、可変減衰器（12a），（12b）を調
整すればストリツプ線路（14），（15）上の電界強度が
変化し、ｙ₁の大きさを連続的に変化させることがで
き、ホーンから放射される電力のピークの位置をｙ軸上
で＋ｙ₁から−ｙ₁の任意の位置に変化させることができ
る。

今までの説明ではダイオードD3,D4はOFFとしていた
が、ダイオードD2をONの状態で高次モード発生器（10
a）の下側のダイオードD3及び高次モード発生器（10b）
の上側のダイオードD3をONとすれば、円形導波管（１）
内には第５図（ｂ）のような高次モードが励振される。
このモードは第５図（ｃ）のTE₀₁モードと同図（ｄ）の
TE₂₁モードの合成と考えることができる。この場合は第
３図と異なり、ｘ軸上での電界最大位置が移動する。上
述の説明とは逆に、高次モード発生器（10a）の上側の
ダイオードD3および高次モード発生器（10b）の下側の
ダイオードD3をONとするか、あるいはダイオードD3は上
述の状態にしておき、ダイオードD1をONの状態とすれ
ば、ｘ軸上での電界最大位置が逆の方向に移動する。可
変減衰器（12a），（12b）を調整すれば、任意の位置に
電界最大位置を設定することができる。

このように、ダイオードD1〜D4をON,OFFすることによ
り第１の円形導波管（１）の電界最大位置をｘ−ｙ面の
任意の位置に設定できるので、アンテナを機械的に回転
させなくても指向方向を変化させることができる。

一方、受信の場合には、アンテナの指向方向が目的物
からずれると第１の円形導波管（１）内には、TE₁₁モー
ドの他に高次モードであるTM₀₁モード,TE₂₁モードおよ
びTE₀₁モードが発生する。このうち高次モードのみが高
次モード発生器（10a），（10b）のストリツプ線路に結
合し、同軸モードに変換され、可変減衰器（12a），（1
2b），同軸導波管変換器（11a），（11b）を介して円形
導波管（３）に結合する。従つて、受信機の受信レベル
が最大となるように、送信の場合と同様にダイオードD1
〜D4及び可変減衰器（12a），（12b）を調整することに
より、指向方向を目的物の方向に修正することができ
る。

なお、今までの説明は送信の場合を先に行つたが、実
際の運用では受信状態でダイオードD1〜D4,可変減衰器
（12a），（12b）を調整して指向方向のずれを検出し、
その状態を保つたまま送信すればアンテナの正面方向と
異なる方向に目的物が存在しても最大の電力を目的物に
対して伝送することができる。

また、可変減衰器（12a），（12b）としてデジタル減
衰器を用いればダイオードD1〜D4の切り換え及び可変減
衰器（12a），（12b）の調整はデジタル計算機を用いて
行うことができるので、あらかじめ設定したプログラム
に従つて受信レベルが最大となるように高速に、かつ高
精度に指向方向を修正することができる。

第６図はこの発明の他の実施例を示したもので、第１
図と同じものを周方向に90度毎に配置したものである。
この場合は直交する２偏波に対し別別に指向方向を修正
することができる。ただし、このときには、交さ偏波の
結合をさけるため、高次モード発生器（10a）〜（10d）
の軸長を1/2波長の整数倍とする必要がある。

なお、以上の実施例において、可変減衰器の中に増幅
器を内蔵しておけば、同軸導波管変換器からの出力が小
さい場合でも大きな電力を高次モード発生器に入力する
ことができ、指向方向の修正範囲を大きくすることがで
きる。また、上記実施例では円形導波管を用いる場合に
ついて述べたが、この発明はこれに限らず、正方形導波
管を用いた場合にも適用できる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明に係るアンテナ給電回路によ
れば、通信用の送信機または受信機とアンテナとをつな
ぐアンテナ給電回路において、上記アンテナ側に設けら
れ高次モードを伝搬し得る第１の導波管と、上記送信機
または受信機に接続され基本モードのみを伝搬する第２
の導波管と、上記第１の導波管と上記第２の導波管との
間に介挿されたテーパ導波管と、一端が上記第１の導波
管に結合して設けられ上記第１の導波管中に高次モード
を発生し得る高次モード発生手段と、この高次モード発
生手段の他端に一端が接続された同軸ケーブルと、この
同軸ケーブルの他端を上記第１の導波管に結合する同軸
導波管変換器と、上記同軸ケーブルの途中に設けられた
可変減衰器とを備え、上記高次モード発生手段は表裏一
体となるように配設された２つのコプレナー線路を有
し、当該２つのコプレナー線路はその線路長が使用周波
数における1/2波長分相違するとともに、上記２つのコ
プレナー線路のストリップ導体は当該２つのコプレナー
線路における上記同軸ケーブルの近傍に設けられたスル
ーホールを介して相互に接続され、上記２つのコプレナ
ー線路はそのいずれもが上記第１の導波管側の端部、お
よび上記スルーホールによる接続部より使用周波数にお
ける約1/4波長に相当する距離だけ上記第１の導波管に
ずれた位置においてコプレナー線路に対し並列に接続さ
れるダイオードの対をそれぞれ有するとともに、２つの
上記高次モード発生手段は上記第１の導波管の周囲に互
いに180°の相対角度位置をなすように取り付けられて
いるように構成することにより、電気的にアンテナの指
向方向を変化させることができるようにしたので、アン
テナの機械的駆動装置が不要となり、アンテナ装置の小
形，軽量化が図れる。また追尾受信機が不要となり、低
価格化が図れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例になるアンテナ給電回路を
示す概略斜視図、第２図（ａ）はこの実施例における高
次モード発生器お一部破断して示す概略構成斜視図、第
２図（ｂ），（ｃ）はそれぞれ同図（ａ）のIIB-IIB,II
C-IIC線での断面図、第３図はこの実施例における第１
の円形導波管内の電界の振幅分布を示す図、第４図およ
び第５図はそれぞれこの実施例の一使用形態および他の
使用形態における円形導波管内の基本モードと高次モー
ドと電界分布を説明するための図、第６図はこの発明の
他の実施例を示す概略斜視図、第７図は従来のアンテナ
給電回路を示す概略斜視図である。図において、（１）は第１の導波管、（２）はテーパ導
波管、（３）は第２の導波管、（10a），（10b），（10
c），（10d）は高次モード発生器、（11a），（11b），
（11c），（11d）は同軸導波管変換器、（12a），（12
b），（12c），（12d）は可変減衰器、（13）は同軸ケ
ーブルである。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭48−33751（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−75604（ＪＰ，Ａ) 実開昭57−82705（ＪＰ，Ｕ) 実公昭48−33944（ＪＰ，Ｙ１)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】通信用の送信機または受信機とアンテナと
をつなぐアンテナ給電回路において、上記アンテナ側に設けられ高次モードを伝搬し得る第１
の導波管と、上記送信機または受信機に接続され基本モードのみを伝
搬する第２の導波管と、上記第１の導波管と上記第２の導波管との間に介挿され
たテーパ導波管と、一端が上記第１の導波管に結合して設けられ上記第１の
導波管中に高次モードを発生し得る高次モード発生手段
と、この高次モード発生手段の他端に一端が接続された同軸
ケーブルと、この同軸ケーブルの他端を上記第２の導波管に結合する
同軸導波管変換器と、上記同軸ケーブルの途中に設けられた可変減衰器とを備
え、上記高次モード発生手段は表裏一体となるように配設さ
れた２つのコプレナー線路を有し、当該２つのコプレナー線路はその線路長が使用周波数に
おける1/2波長分相違するとともに、上記２つのコプレ
ナー線路のストリップ導体は当該２つのコプレナー線路
における上記同軸ケーブルの近傍に設けられたスルーホ
ールを介して相互に接続され、上記２つのコプレナー線路はそのいずれもが上記第１の
導波管側の端部、および上記スルーホールによる接続部
より使用周波数における約1/4波長に相当する距離だけ
上記第１の導波管側にずれた位置においてコプレナー線
路に対し並列に接続されるダイオードの対をそれぞれ有
するとともに、２つの上記高次モード発生手段は上記第１の導波管の周
囲に互いに180°の相対角度位置をなすように取り付け
られていることを特徴とするアンテナ給電回路。