JP4201742B2 - マイクロ波受信用コンバータ - Google Patents

Description

本発明は、たとえば、衛星放送および衛星通信などのアンテナとして用いられるマイクロ波受信用コンバータに関するものである。

従来より、衛星放送および衛星通信などのマイクロ波信号を受信するためのアンテナにマイクロ波受信用コンバータが搭載されている。マイクロ波受信用コンバータは、信号入力部である導波管から回路基板へ信号を伝達する部分に導波管−マイクロストリップラインの変換部、すなわち、導波管からマイクロストリップラインへ信号を伝達する部分を有している。

図１０は、従来のマイクロ波受信用コンバータに使用される導波管−マイクロストリップラインの変換部の一例の内部構造を示すための図であり、一部に破断面を有する斜視図である。図１０に示すように、従来の導波管−マイクロストリップラインの変換部は、たとえば、ホーン（図示されない）に横断面が円形の導波管１が接続されている。導波管１の外周には、マイクロストリップ回路基板（以下、「回路基板」という。）２が取り付けられている。回路基板２は、導波管１の外部から開口部を介して内部へ突出している。回路基板２にはプローブ３が一体的に形成されている。導波管１の内部には、プローブ３の位置から下方に向かって管内波長の約１／４に相当する距離を経た位置に、短絡手段としての反射面４が設けられている。反射面４は、導波管１の中心軸Ｙと垂直に交差する面、すなわち、導波管１の横断面Ｘに平行な面であり、かつ、段差のない平坦な面である。

前述の導波管−マイクロストリップラインの変換部が動作するときには、導波管１内において伝送されてきた信号波がプローブ３で受けられ、コンバータの回路に伝達される。このとき、プローブ３で直接受けた信号波と、反射面４で反射して受けた信号波とが合成された信号波が回路基板２へ伝達される。この反射面４で反射する信号波がプローブ３と反射面４との間隔が管内波長の約１／４に相当する長さであれば、プローブ３において直接受けられた信号波と位相が同じになるため、導波管１からプローブ３への信号の伝達の効率が最も高くなる。
特開２００３−２４３９０２号公報 特開２００４−７２３１８号公報 特開平８−１０７３０１号公報

しかしながら、図１０に示す従来の構造のマイクロ波受信用コンバータにおいては、プローブ３の表面から導波管１の反射面４までの距離が管内波長の約１／４に限定されている。そのため、変換されるマイクロ波の波長すなわち周波数に制限が課されている。つまり、導波管からプローブへ伝達されるマイクロ波の周波数は、特定値に固定されている。そのため、特定の周波数のマイクロ波を導波管からマイクロストリップラインまたは同軸管へ伝達することはできるが、広い周波数帯域のマイクロ波を導波管からマイクロストリップラインまたは同軸管へ効率的に伝達することができない。

本発明の目的は、広い周波数帯域のマイクロ波を導波管からマイクロストリップラインまたは同軸管へ効率的に伝達するマイクロ波受信用コンバータを提供することである。

本発明の一の局面のマイクロ波受信用コンバータは、マイクロ波が入力される導波管の一方の端部の近傍に導波管−マイクロストリップライン、または、導波管−同軸管の変換部を備えている。変換部は、マイクロ波を検出する、導波管の内部に１個のみ設けられたプローブと、プローブの位置を通過したマイクロ波を反射する反射面とを有している。反射面は、反射面とプローブの表面との間における導波管の中心軸が延びる方向に平行な方向の距離が連続的に変化するように傾斜した、導波管を横断する１つの平面により構成されている。また、反射面の全ての部分が導波管内においてプローブより奥に位置している。この構成によれば、マイクロ波受信用コンバータは、広い周波数帯域のマイクロ波を導波管からマイクロストリップラインまたは同軸管へ効率的に伝達することができる。

前述の距離が連続的に変化していれば、様々な周波数のマイクロ波を導波管からマイクロストリップラインまたは同軸管へ効率的に伝達することができる。

本発明の他の局面のマイクロ波受信用コンバータは、マイクロ波が入力される導波管の一方の端部の近傍に導波管−マイクロストリップライン、または、導波管−同軸管の変換部を備えている。また、変換部は、導波管の横断面に対して平行に延び、マイクロ波を検出する、導波管の内部に１個のみ設けられたプローブと、プローブの位置を通過したマイクロ波を反射する反射面とを有している。また、反射面は、導波管の横断面に対して傾斜した、導波管を横断する１つの平面により構成されている。また、反射面の全ての部分が導波管内においてプローブより奥に位置している。この構成によっても、マイクロ波受信用コンバータは、様々な周波数帯域のマイクロ波を導波管からマイクロストリップラインまたは同軸管へ効率的に伝達することができる。

なお、反射面は、導波管を軸方向に沿って見たときに、円形、半円形、矩形、および正方形のいずれであってもよい。

実施の形態のマイクロ波受信用コンバータにおいては、プローブ面から反射面までの距離が反射面の位置によって異なっている。導波管−マイクロストリップラインの変換部の導波管の反射面は、導波管の中心軸と垂直に交差するのではなく、導波管の中心軸に対して傾斜している。また、プローブ面から反射面までの距離を導波管の反射面の位置によって異ならせる他の手法として、導波管の反射面に段差が設ける手法がある。

また、回路基板２の形状は、実際には、導波管の外周を囲む形状であるが、図１〜図９においては、回路基板２の形状は小さく表現されている。また、回路基板２の回路パターンおよびプローブ３のパターンは、各図における下側表面に設けられている。また、回路基板２のアースパターンは、各図における上側表面に設けられている。また、回路基板２のアースパターンは、コンバータのシャーシ（図示しない）に接続されている。

また、以下に説明する各実施の形態の導波管−マイクロストリップライン変換部の各部位の構造および機能に関しては、その特徴的な部分のみについて説明がなされており、その他の部分の構造および機能は、図１０を用いて説明した従来技術の導波管−マイクロストリップラインの変換部の各部の構造および機能と同様である。したがって、図１０を用いて説明した従来技術の導波管−マイクロストリップラインの変換部の各部と同様の構造および機能を有する部分には、図１０を用いて説明した従来技術の導波管−マイクロストリップラインの変換部の各部の参照符号と同一の参照符号が付されている。

なお、直線偏波の直交２偏波（水平偏波および垂直偏波）を受信するコンバータ、および、円偏波の２偏波（右旋円偏波および左旋円偏波）を受信するコンバータにおいては、次に説明する図１および図２に示すような円形の導波管が採用されることが多い。

（実施の形態１）
図１を用いて、実施の形態１の導波管−マイクロストリップラインの変換部を説明する。本実施の形態においては、円形の横断面Ｘを有する導波管１の反射面１４は、導波管１の中心軸Ｙと垂直に交差するのではなく、９０度よりも小さい角度で交差している。すなわち、導波管１の横断面Ｘを含む面と反射面１４を含む面とは、平行ではなく、傾斜した状態で交差する位置関係になっている。また、プレート状のプローブ３の表面は、導波管１の横断面Ｘに平行である。

その結果、導波管１の横断面Ｘを含む面とプローブ３の表面を含む面の双方とも、平行ではなく、傾斜角を有して交差する位置関係になっている。したがって、プローブ３の表面と反射面１４とは、いずれの位置においても中心軸Ｙが延びる方向の距離が同一である位置関係になっているのではなく、その位置に応じて中心軸Ｙが延びる方向の互いの間の距離が除々に変化する位置関係になっている。なお、反射面１４の傾斜の方向とプローブ３が延びる方向との間に制約はない。

したがって、プローブ３は、様々な周波数（波長）のマイクロ波を検出することができる。その結果、導波管−マイクロストリップラインの変換部は、様々な波長のマイクロ波を導波管からマイクロストリップラインへ効率的に伝達することができる。

（実施の形態２）
図２を用いて、実施の形態２の導波管−マイクロストリップラインの変換部を説明する。円形の横断面Ｘを有する導波管１の反射部は、段差部によって隔てられた、反射面２４ａおよび反射面２４ｂからなる２つの反射面を有している。また、本実施の形態においては、反射面２４ａを含む面および反射面２４ｂを含む面のそれぞれは、導波管１の中心軸Ｙと垂直に交差している。つまり、導波管１の横断面Ｘと反射面２４ａおよび反射面２４ｂのそれぞれとは互いに平行である。なお、プローブ３の表面は、導波管１の横断面Ｘに対して平行である。

前述のような反射面を複数有する導波管−マイクロストリップラインの変換部によれば、反射面２４ａとプローブ３の表面との間の距離Ａと反射面２４ｂとプローブ３の表面との間の距離Ｂとが異なる。したがって、距離Ａおよび距離Ｂのそれぞれに応じて、２つの異なる周波数（波長）のマイクロ波をプローブ３によって検出することができる。その結果、導波管−マイクロストリップラインの変換部は、２つの異なる波長のマイクロ波を導波管からマイクロストリップラインへ効率的に伝達することができる。なお、本実施の形態においては、反射部は、２つの反射面２４ａおよび反射面２４ｂを有しているが、反射面の数は２つに限定されない。反射面が多数になれば、多数の周波数の異なるマイクロ波を導波管からマイクロストリップラインへ効率的に伝達することができる。

次に、図３〜図６を用いて、本発明の実施の形態３〜実施の形態６の導波管−マイクロストリップラインの変換部を説明する。なお、直線偏波の単一偏波受信用コンバータにおいては、図３および図４に示されるような矩形（長方形）の導波管が採用されることが多い。

（実施の形態３）
図３に示すように、実施の形態３の導波管−マイクロストリップラインの変換部は、矩形の横断面Ｘを有する導波管１１の反射面３４が導波管１１の中心軸Ｙと垂直に交差するのではなく、９０度よりも小さい角度で交差している。すなわち、導波管１１の横断面Ｘを含む面と反射面３４を含む面とは、平行ではなく、傾斜した状態で交差する位置関係になっている。また、プレート状のプローブ３の表面は、導波管１の横断面Ｘに平行である。この傾斜の方向とプローブ３が延びる方向との間に制約はない。

このような導波管−マイクロストリップラインの変換部によっても、実施の形態１の導波管−マイクロストリップラインの変換部と同様に、様々な波長のマイクロ波を導波管からマイクロストリップラインへ効率的に伝達することができる。

（実施の形態４）
図４に示すように、実施の形態４の導波管−マイクロストリップラインの変換部は、矩形の横断面Ｘを有する導波管１１の反射部は、段差部によって隔てられた反射面４４ａおよび反射面４４ｂからなる２つの反射面を有している。また、本実施の形態においては、反射面４４ａを含む面および反射面４４ｂを含む面のそれぞれは、導波管１１の中心軸Ｙと垂直に交差している。つまり、導波管１１の横断面Ｘと反射面４４ａおよび４４ｂのそれぞれとは互いに平行である。なお、プローブ３の表面は、導波管１１の横断面Ｘに対して平行である。これら２つの反射面４４ａおよび４４ｂのそれぞれが延びる方向とプローブ３が延びる方向との間には制約はない。また、本実施の形態においては、反射部は、２つの反射面４４ａおよび４４ｂを有しているが、反射面の数は２つに限定されない。

このような導波管−マイクロストリップラインの変換部によっても、実施の形態２の導波管−マイクロストリップラインの変換部と同様に、２つの異なる波長のマイクロ波を導波管からマイクロストリップラインへ効率的に伝達することができる。

また、直線偏波の直交２偏波（水平偏波および垂直偏波）を受信するコンバータ、および、円偏波の２偏波（右旋円偏波および左旋円偏波）を受信するコンバータにおいては、横断面が円形の導波管の他に図５および図６に示されるような横断面が正方形の導波管が採用されることもある。

（実施の形態５）
図５に示すように、実施の形態５の導波管−マイクロストリップラインの変換部は、導波管２１の横断面Ｘが正方形であり、かつ、導波管２１の中心軸Ｙが延びる方向に見たときの反射面５４の形状も正方形である。このこと以外は、本実施の形態の導波管−マイクロストリップラインの変換部と実施の形態１および３の導波管−マイクロストリップラインの変換部とは全く同様である。したがって、反射面５４を含む面は、導波管２１の横断面Ｘに対して傾斜している。

このような導波管−マイクロストリップラインの変換部によっても、実施の形態１および３の導波管−マイクロストリップラインの変換部と同様に、様々な周波数のマイクロ波を導波管からマイクロストリップラインへ効率的に伝達することができる。

（実施の形態６）
図６に示すように、実施の形態６の導波管−マイクロストリップラインの変換部は、導波管２１の横断面Ｘが正方形であり、かつ、導波管２１の中心軸Ｙが延びる方向に見たときの反射部の形状も正方形である。このこと以外は、本実施の形態の導波管−マイクロストリップラインの変換部と実施の形態２および４の導波管−マイクロストリップラインの変換部とは全く同様である。したがって、正方形の横断面Ｘを有する導波管２１の反射部は、段差部によって隔てられた反射面６４ａおよび反射面６４ｂからなる２つの反射面を有している。これら２つの反射面６４ａおよび反射面６４ｂのそれぞれの表面が延びる方向とプローブ３の表面が延びる方向との間には制約はない。また、本実施の形態においては、反射部は、２つの反射面６４ａおよび反射面６４ｂを有しているが、反射面の数は２つに限定されない。

このような導波管−マイクロストリップラインの変換部によっても、実施の形態２および４の導波管−マイクロストリップラインの変換部と同様に、２つの異なる波長のマイクロ波を導波管からマイクロストリップラインへ効率的に伝達することができる。

また、コンバータの導波管−マイクロストリップラインの変換部に至るまでの経路に、円偏波を直線に変換するセプタムポーラライザ（図示されない）が設けられている場合には、円形の横断面を有する導波管が、セプタムポーラライザの出力部では２つの半円形の導波管に分岐している。したがって、導波管−マイクロストリップラインの変換部は、図７および図８に示すように、導波管の断面の形状が半円形状になる。

（実施の形態７）
図７に示すように、実施の形態７の導波管−マイクロストリップラインの変換部は、導波管３１の横断面Ｘの形状が半円形である。このこと以外は、本実施の形態の導波管−マイクロストリップラインの変換部と実施の形態１の導波管−マイクロストリップラインの変換部とは全く同様である。したがって、半円形の横断面Ｘを有する導波管３１の反射面７４が、導波管３１の横断面Ｘに対して、平行ではなく、傾斜している。この傾斜の方向とプローブ３が延びる方向との間に制約はない。

このような導波管−マイクロストリップラインの変換部によっても、実施の形態１の導波管−マイクロストリップラインの変換部と同様に、様々な波長のマイクロ波を導波管からマイクロストリップラインへ効率的に伝達することができる。

（実施の形態８）
図８に示すように、実施の形態８の導波管−マイクロストリップラインの変換部は、導波管３１の横断面Ｘの形状が半円形である。このこと以外は、本実施の形態の導波管−マイクロストリップラインの変換部と実施の形態２の導波管−マイクロストリップラインの変換部とは全く同様である。したがって、半円形の横断面Ｘを有する導波管３１の反射部は、段差部によって隔てられた反射面８４ａおよび８４ｂからなる２つの反射面を有している。これら２つの反射面８４ａおよび反射面８４ｂのそれぞれの表面が延びる方向とプローブ３の表面が延びる方向との間には制約はない。また、本実施の形態においては、反射部は、２つの反射面８４ａおよび８４ｂを有しているが、反射面の数は２つに限定されない。

このような導波管−マイクロストリップラインの変換部によっても、実施の形態２、４、および６の導波管−マイクロストリップラインの変換部と同様に、２つの異なる波長のマイクロ波を導波管からマイクロストリップラインへ効率的に伝達することができる。

また、前述の実施の形態１〜８のそれぞれの導波管−マイクロストリップラインの変換部においては、導波管から回路基板へ信号を伝達する手段として、回路基板のマイクロストリップラインが延長されたプローブ構造が用いられている。しかしながら、導波管から回路基板へ信号を伝達する手段としては、同軸線路が延長されたプローブ構造が用いられた導波管−同軸管の変換部、すなわち、導波管から同軸管へ信号を伝達する部分に、前述の各実施の形態の反射面または反射部の構造が用いられても、前述の各実施の形態において説明された効果と同様の効果が得られる。

つまり、前述の各実施の形態に記載の導波管−マイクロストリップライン変換部、または、導波管−同軸管の変換部を用いれば、導波管からプローブへ伝達されるマイクロ波の周波数が変換されるときに生じるリターンロス特性（反射特性）の周波数帯域が広くなる。

図９は、従来の導波管−マイクロストリップラインの変換部のリターンロス特性（Ｓ１１）と、本発明の実施の形態７の導波管−マイクロストリップラインの変換部のリターンロス特性（Ｓ１１）とを比較するための図である。図９から分かるように、実施の形態７の導波管−マイクロストリップラインの変換部のリターンロス特性（Ｓ１１）の方が、従来技術の導波管−マイクロストリップラインの変換部のリターンロス特性（Ｓ１１）に比較して、周波数帯域が広くなっている。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

実施の形態１の導波管−マイクロストリップラインの変換部の内部構造を示す一部に破断面を有する斜視図である。 実施の形態２の導波管−マイクロストリップラインの変換部の内部構造を示す一部に破断面を有する斜視図である。 実施の形態３の導波管−マイクロストリップラインの変換部の内部構造を示す一部に破断面を有する斜視図である。 実施の形態４の導波管−マイクロストリップラインの変換部の内部構造を示す一部に破断面を有する斜視図である。 実施の形態５の導波管−マイクロストリップラインの変換部の内部構造を示す一部に破断面を有する斜視図である。 実施の形態６の導波管−マイクロストリップラインの変換部の内部構造を示す一部に破断面を有する斜視図である。 実施の形態７の導波管−マイクロストリップラインの変換部の内部構造を示す一部に破断面を有する斜視図である。 実施の形態８の導波管−マイクロストリップラインの変換部の内部構造を示す一部に破断面を有する斜視図である。 従来技術の導波管−マイクロストリップラインの変換部のリターンロス特性（Ｓ１１）と、実施の形態７の導波管−マイクロストリップラインの変換部のリターンロス特性（Ｓ１１）とを比較するための表である。 従来の衛星放送受信用コンバータに使用される導波管−マイクロストリップラインの変換部の一例の内部構造を示す一部に破断面を有する斜視図である。

符号の説明

１，１１，２１，３１ 導波管、２ 回路基板、３ プローブ、１４，２４ａ，２４ｂ，３４，４４ａ，４４ｂ，５４，６４ａ，６４ｂ，７４，８４ａ，８４ｂ 反射面。

Claims (3)

1. マイクロ波が入力される導波管の一方の端部の近傍に導波管−マイクロストリップライン、または、導波管−同軸管の変換部を備え、
   前記変換部は、
   前記マイクロ波を検出する、前記導波管の内部に１個のみ設けられたプローブと、
   前記プローブの位置を通過した前記マイクロ波を反射する反射面とを有し、
   前記反射面は、該反射面と前記プローブの表面との間における前記導波管の中心軸が延びる方向に平行な方向の距離が連続的に変化するように傾斜した、前記導波管を横断する１つの平面により構成されており、
   前記反射面の全ての部分が前記導波管内において前記プローブより奥に位置する、マイクロ波受信用コンバータ。
2. マイクロ波が入力される導波管の一方の端部の近傍に導波管−マイクロストリップライン、または、導波管−同軸管の変換部を備え、
   前記変換部は、
   前記導波管の横断面に対して平行に延び、前記マイクロ波を検出する、前記導波管の内部に１個のみ設けられたプローブと、
   前記プローブの位置を通過した前記マイクロ波を反射する反射面とを有し、
   前記反射面は、前記導波管の横断面に対して傾斜した、前記導波管を横断する１つの平面で構成されており、
   前記反射面の全ての部分が前記導波管内において前記プローブより奥に位置する、マイクロ波受信用コンバータ。
3. 前記反射面は、前記導波管を軸方向に沿って見たときに、円形、半円形、矩形、または正方形である、請求項１または２に記載のマイクロ波受信用コンバータ。

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