JP4229927B2 - 偏波分離構造、低雑音コンバータおよびアンテナ装置 - Google Patents

Description

この発明は、偏波分離構造、低雑音コンバータおよびアンテナ装置に関し、特に、円偏波信号を受信する導波管と、導波管の内部を２つの導波空間に仕切るように設けられ、導波管の開口面に近づくに従って階段状に細くなるように形成された位相板とを備える偏波分離構造、低雑音コンバータおよびアンテナ装置に関する。

衛星放送受信用のアンテナに取付けられ、屋外に設置された低雑音コンバータ（Low Noise Block down-converter：以下、ＬＮＢとも称する）は、アンテナによって受信された微弱な電波を低雑音増幅して、ケーブルを介して屋内に設置されたインドアユニットに供給する。低雑音コンバータは、放送衛星から送信された円偏波信号を受ける導波管を備える。円偏波信号には、右旋偏波信号と左旋偏波信号とが含まれる。放送衛星からの円偏波信号は、導波管内のセプタム位相板で構成される偏波分離構造によって右旋偏波信号と左旋偏波信号とに分離されて、直線偏波信号に変換される。直線偏波信号には、垂直偏波信号と水平偏波信号とが含まれる。

図１９は、従来のアンテナ装置に取付けられた低雑音コンバータの偏波分離構造を示す断面図である。図１９において、導波管１０２内に設けられたセプタム位相板１０１は、導波管１０２の開口面（入力側）に近づくに従って階段状に細くなるように形成されている。セプタム位相板１０１の階段部分の寸法や、セプタム位相板１０１の板厚により、偏波分離特性が決定される。この偏波分離特性は、垂直偏波と水平偏波とをどの程度識別できるかの指標を示す交差偏波特性を決める重要な要素である。

下記の特許文献１には、非励振ダイポール用電極の位置調整がしやすい円偏波アンテナが開示されている。これによると、非励振ダイポール用電極を有した一対のねじ部材を、直接に電磁ホーンに螺着する。非励振ダイポール用電極の位置調整は、ねじ部材の螺着位置をずらすことにより容易に行なわれる。

また、下記の特許文献２には、ＶＳＷＲ（電圧定材波比）の劣化なく簡単に結合度の調整を精度よく行なうことができる導波管十字型方向性結合器が開示されている。これによると、２つの矩形導波管の少なくとも一方の接合部における短辺長を、可変機構にて変化自在として、結合度の調整の精度を高める。

また、下記の特許文献３には、加工誤差などによる特性劣化が小さく、量産化および低廉化が可能な円偏波発生器が開示されている。これによると、円形導波管の側壁に側溝を設置し、側溝の個数、間隔、半径方向深さ、周方向幅、および管軸方向長さなどを適当に設計する。

低雑音コンバータの偏波分離構造は、一般にダイカスト（アルミや亜鉛などの溶融金属を金型にピストンで高速圧入して鋳物を鋳造する方法）でつくられる。このため、一度仕上がると偏波分離特性が定まってしまい、製造後に加工などによって性能改善することが困難であった。また、セプタム位相板の寸法公差（実際の寸法として許容される最大値と最小値との差）は、一般的なダイカスト部品と比較しても厳しい基準が要求されるため、導波管と一体成型される金属シャーシの歩留まりの改善を阻害する要因にもなっていた。

それゆえに、この発明の主たる目的は、偏波分離特性を調整することが可能な偏波分離構造、低雑音コンバータおよびアンテナ装置を提供することである。

この発明に係わる偏波分離構造は、円偏波信号を受信する導波管と、導波管の内部を２つの導波空間に仕切るように設けられ、導波管の開口面に近づくに従って階段状に細くなるように形成された位相板とを備え、円偏波信号に含まれる右旋偏波信号および左旋偏波信号を２つの直線偏波信号に変換する偏波分離構造において、位相板の階段状の部分は、導波管の内壁に対向する複数の第１端面と、導波管の開口面に対向する複数の第２端面とを有し、導波管の内壁面であって、位相板の複数の第１端面のうちのいずれかの第１端面と対向する位置に、偏波分離特性を調整するための突起部を設けたことを特徴とする。

好ましくは、突起部は金属材料で構成される。
また好ましくは、突起部は誘電体材料で構成される。

また好ましくは、突起部を２つ設け、一方の突起部が金属材料で構成され、他方の突起部が誘電体材料で構成され、一方の突起部は、他方の突起部が対向する第１端面と異なる第１端面に対向している。

また好ましくは、突起部は円柱形状に形成されている。
また好ましくは、突起部の長さが可変である。

また好ましくは、導波管には、外側からビスを螺合可能なビス孔が形成されており、突起部は、ビス孔に螺合されたビスの先端部分である。

また好ましくは、導波管の外壁面に、ビスの頭の周りを囲むように壁を形成し、ビスを固定するための接着剤が注入されるプール部を設ける。

この発明に係わる低雑音コンバータは、上記偏波分離構造を有する。
この発明に係わるアンテナ装置は、上記低雑音コンバータと、上記低雑音コンバータが取付けられたアンテナとを備えたものである。

この発明に係わる偏波分離構造では、位相板の階段状の部分は、導波管の内壁に対向する複数の第１端面と、導波管の開口面に対向する複数の第２端面とを有し、導波管の内壁面であって、位相板の複数の第１端面のうちのいずれかの第１端面と対向する位置に、偏波分離特性を調整するための突起部が設けられる。したがって、偏波分離特性を調整することが可能になる。

この発明に係わる低雑音コンバータは、上記偏波分離構造を有する。この場合は、低雑音コンバータの偏波分離特性を調整することが可能になる。

この発明に係わるアンテナ装置では、上記低雑音コンバータと、上記低雑音コンバータが取付けられたアンテナとが設けられる。この場合は、アンテナ装置の偏波分離特性を調整することが可能になる。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による米国向けの衛星放送受信システムの概略構成を示すブロック図である。図１において、この衛星放送受信システムは、アンテナ１と、低雑音コンバータ（ＬＮＢ）２と、ケーブル３と、インドアユニット４と、テレビジョン５とを備える。インドアユニット４は、ＤＢＳ（デジタル衛星放送）チューナ６と、ＦＭ（周波数変調）デモジュレータ７と、映像・音声信号処理回路８と、ＲＦ（無線周波数）モジュレータ９とを含む。アンテナ１および低雑音コンバータ２は屋外に設置され、インドアユニット４およびテレビジョン５は屋内に設置される。

放送衛星から送信された周波数帯域１２．２ＧＨｚ〜１２．７ＧＨｚの円偏波信号は、アンテナ１によって受信される。低雑音コンバータ２は、アンテナ１によって受信された円偏波信号を低雑音増幅し、かつ周波数帯域９５０ＭＨｚ〜１４５０ＭＨｚのＩＦ（中間周波数）信号に周波数変換して、ケーブル３を介してインドアユニット４に供給する。低雑音コンバータ２はアンテナ１に取付けられ、アンテナ１および低雑音コンバータ２はアンテナ装置を構成する。

インドアユニット４において、ＤＢＳチューナ６は、低雑音コンバータ２からのＩＦ信号から希望するチャンネルの信号だけを選局して出力する。ＤＢＳチューナ６の出力信号は、ＦＭデモジュレータ７によってＦＭ復調され、映像・音声信号処理回路８によってＲＦ信号に変換された後、ＲＦモジュレータ９によって変調されてテレビジョン５やコンピュータなどの端末（図示せず）に与えられる。

図２は、図１に示した低雑音コンバータ２の構成を示す回路ブロック図である。ここでは、米国向けの衛星放送受信用の１出力タイプの低雑音コンバータ２を一例として示す。図２において、この低雑音コンバータ２は、導波管１１ａと、フィードホーン１１ｂと、セプタム位相板１２と、アンテナプローブ１３ａ，１３ｂと、低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）１４と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter）１５と、混合回路（ＭＩＸ：Mixer）１６と、ＩＦ増幅器１７と、局部発振器（ＤＲＯ：Dielectric resonator Oscillator）１８と、インダクタ１９と、コンデンサ２０と、電源制御ＩＣ（集積回路）２１と、出力ポート２２とを含む。低雑音増幅器１４は、前段のＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）３１ａ，３１ｂと、後段のＨＥＭＴ３１ｃとで構成される。

フィードホーン１１ｂは、円筒型の導波管１１ａの開口面に設けられている。放送衛星から送信された周波数帯域１２．２ＧＨｚ〜１２．７ＧＨｚの円偏波信号は、導波管１１ａ内のセプタム位相板１２で構成される偏波分離構造によって右旋偏波信号と左旋偏波信号とに分離されて、直線偏波信号（垂直偏波信号および水平偏波信号）に変換されてアンテナプローブ１３ａ，１３ｂで受信される。アンテナプローブ１３１，１３ｂで受信された直線偏波信号は、それぞれ前段のＨＥＭＴ３１ａ，３１ｂで増幅された後、後段のＨＥＭＴ３１ｃで増幅される。低雑音増幅器１４によって低雑音増幅された信号は、バンドパスフィルタ１５に与えられる。

バンドパスフィルタ１５は、イメージ周波数帯域９．８ＧＨｚ〜１０．３ＧＨｚの信号を除去して、所望の周波数帯域の信号のみを通過させる。バンドパスフィルタ１５を通過した信号は、混合回路１６によって、局部発振器１８からの局部発振信号（１１．２５ＧＨｚ）と混合され、周波数帯域９５０〜１４５０ＭＨｚのＩＦ信号に周波数変換される。混合回路１６からのＩＦ信号は、ＩＦ増幅器１７によって適切な雑音特性と利得特性を持つように増幅され、出力ポート２２から出力される。

また、この低雑音コンバータ２の電源および偏波切換信号は、図１に示したインドアユニット４からケーブル３を介して出力ポート２２に供給され、インダクタ１９およびコンデンサ２０で構成されるＩＦ信号除去用ローパスフィルタを通って電源制御ＩＣ２１に供給される。電源制御ＩＣ２１は、回路駆動用の電源をＨＥＭＴ３１ａ〜３１ｃ、混合回路１６、ＩＦ増幅器１７および局部発振器１８に供給する。また、この電源制御ＩＣ２１は、インドアユニット４からの偏波切換信号に従って、ＨＥＭＴ３１ａ，３１ｂのうちのいずれか一方を選択して動作させる。

図３は、図２に示した低雑音コンバータ２の内部構造を示す断面図である。図３において、導波管１１ａおよびフィードホーン１１ｂと一体成型された金属シャーシ４２と、金属シールドフレーム４３との間に、誘電体基板４１が挟み込まれてビスなどで固定されている。放送衛星から送信された円偏波信号は、導波管１１ａ内のセプタム位相板１２で仕切られた２つの部屋（導波空間）に分配され、セプタム位相板１２で構成される偏波分離構造によって右旋偏波信号と左旋偏波信号とに分離されて、直線偏波信号（垂直偏波信号および水平偏波信号）に変換される。

図４（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ右旋偏波信号および左旋偏波信号が直線偏波信号に変換される動作を説明するための図である。右旋偏波信号の電界Ｅｒは、進行方向に沿って時間的・空間的に右回りに回転している。左旋偏波信号の電界Ｅｌは、進行方向に沿って時間的・空間的に左回りに回転している。電界Ｅｒ，Ｅｌは、それぞれ垂直方向の電界Ｅｖと水平方向の電界Ｅｈとが合成されたものである。ここで、円偏波信号が導波管１１ａに入力された時点における電界Ｅｖと電界Ｅｈの振幅は等しく、電界Ｅｖと電界Ｅｈの位相差は９０度であるものとする。

図４（Ａ）において、垂直方向の電界Ｅｖは、右回りに回転しながら位相が徐々に遅れていく。理想的なセプタム位相板１２であれば、仕切られた一方の部屋（左側）に分配される電界Ｅｖと電界Ｅｈの位相差は１８０度となり、他方の部屋（右側）に分配される電界Ｅｖと電界Ｅｈの位相差は０度となる。この結果、一方の部屋（左側）において電界Ｅｖ，Ｅｈが相殺され、他方の部屋（右側）において電界Ｅｖ，Ｅｈが加算されて直線偏波が生成される。

図４（Ｂ）において、垂直方向の電界Ｅｖは、左回りに回転しながら位相が徐々に遅れていく。理想的なセプタム位相板１２であれば、仕切られた一方の部屋（左側）に分配される電界Ｅｖと電界Ｅｈの位相差は０度となり、他方の部屋（右側）に分配される電界Ｅｖと電界Ｅｈの位相差は１８０度となる。この結果、一方の部屋（左側）において電界Ｅｖ，Ｅｈが加算されて直線偏波が生成され、他方の部屋（右側）において電界Ｅｖ，Ｅｈが相殺される。

図３に戻って、誘電体基板４１上には、図２に示した低雑音増幅器１４、バンドパスフィルタ１５、混合回路１６、ＩＦ増幅器１７、局部発振器１８、インダクタ、コンデンサおよび電源制御ＩＣ２１が回路部品４４ａ〜４４ｃとして実装される。また、誘電体基板４１上には、マイクロストリップラインで構成されるアンテナプローブパターン１３が実装される。偏波分離構造によって変換された直線偏波信号は、誘電体基板４１を透過してアンテナプローブパターン１３によって受信される。なお、ここでは、誘電体基板４１の片面のみに各回路を実装している場合を示しているが、誘電体基板４１の両面に回路を実装してもよい。

図５は、位相調整用の突起部が設けられた偏波分離構造を示す断面図である。図５において、導波管１１ａ内に設けられたセプタム位相板１２は、導波管１１ａの開口面（入力側）に近づくに従って階段状に細くなるように形成されている。導波管１１ａの内壁面であって、階段状に形成されたセプタム位相板１２と対向する位置に、位相調整用の突起部５１が設けられている。突起部５１は、階段状に形成されたセプタム位相板１２の１段目、２段目、３段目のいずれかに対応する位置に配置される（図では２段目）。この突起部５１としては、たとえば金属ピンや、誘電体材料のテフロン（登録商標）ピンなどが用いられる。このように突起部５１を設けることによって、製造後に偏波分離特性を調整することが可能になる。なお、導波管１１ａおよびセプタム位相板１２は導体である。

ここで、位相調整用の突起部５１として金属ピンを用いた場合について、シミュレーションを行なった。シミュレーションソフトとしては、３次元高周波シミュレータＨＦＳＳを使用した。なお、この位相調整用の金属ピンは、好ましくは導電性の接着剤によって固定する。

図６（Ａ）（Ｂ）は、階段状に形成されたセプタム位相板１２の１段目に対応する位置に突起部５１を配置した偏波分離構造のシミュレーションの様子を示す図である。図６（Ａ）はシミュレーションの様子を示す斜視図、図６（Ｂ）はシミュレーションの様子を示す断面図である。

図６（Ａ）（Ｂ）を参照して、突起部５１を直径２ｍｍの円柱形状の金属ピンとする。セプタム位相板１２の板厚を１．８ｍｍとする。導波管１１ａの内壁面の直径を１８ｍｍ、セプタム位相板１２のＹ軸方向の長さを１７．９ｍｍとする。また、セプタム位相板１２の上端部分における水平断面の直径を１７．４ｍｍとする。セプタム位相板１２のＺ軸方向の長さを３２．９ｍｍ（１段目９．０ｍｍ、２段目６．８ｍｍ、３段目６．９ｍｍ、４段目２．７ｍｍ、５段目７．５ｍｍ）とする。導波管中心からセプタム位相板１２の１段目の側面までの距離を６．６ｍｍ、２段目の側面までの距離を３．６ｍｍ、３段目の側面までの距離を０．２ｍｍ、４段目の側面まで距離を５．１ｍｍとする。また、導波管中心から突起部５１までの距離を７ｍｍとする。突起部５１の中心位置からセプタム位相板１２の下面までの距離を２８．４ｍｍとする。また、ここでは右旋偏波信号を受信するものとする。

図７（Ａ）（Ｂ）は、階段状に形成されたセプタム位相板１２の２段目に対応する位置に突起部５１を配置した偏波分離構造のシミュレーションの様子を示す図である。図７（Ａ）はシミュレーションの様子を示す斜視図、図７（Ｂ）はシミュレーションの様子を示す断面図である。図７（Ａ）（Ｂ）を参照して、突起部５１の中心位置からセプタム位相板１２の下面までの距離を２０．５ｍｍとする。

図８（Ａ）（Ｂ）は、階段状に形成されたセプタム位相板１２の３段目に対応する位置に突起部５１を配置した偏波分離構造のシミュレーションの様子を示す図である。図８（Ａ）はシミュレーションの様子を示す斜視図、図８（Ｂ）はシミュレーションの様子を示す断面図である。図８（Ａ）（Ｂ）を参照して、突起部５１の中心位置からセプタム位相板１２の下面までの距離を１３．６５ｍｍとする。

図９は、図６（Ａ）（Ｂ）〜図８（Ａ）（Ｂ）に対応するシミュレーション結果を示す図である。ここで、米国向けの低雑音コンバータが対象とする円偏波信号の周波数帯域は１２．２ＧＨｚ〜１２．７ＧＨｚである。なお、シミュレーションでは、Ｙ軸方向の電界ＥｖとＸ軸方向の電界Ｅｈとを別に計算して合成している。このため、円偏波信号が導波管１１ａに入力された時の電界Ｅｖと電界Ｅｈの位相差は、実際の円偏波信号とは異なって０度である。したがって、アンテナプローブの位置で位相差が９０度となるときが偏波分離特性（交差偏波特性）が最もよいということになる。

図９において、Ｅｈ＿ＲＬ（ｄＢ）はＸ軸方向の電界Ｅｈのリターンロス、Ｅｖ＿ＲＬ（ｄＢ）はＹ軸方向の電界Ｅｖのリターンロス、Ｅｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇ（度）は電界Ｅｖと電界Ｅｈの位相差を示す。各値は、偏波分離構造の出力側（アンテナプローブ１３側）のＹ軸に沿った下面における計算値である。理想的な偏波分離構造としては、Ｅｈ＿ＲＬ（ｄＢ）およびＥｖ＿ＲＬ（ｄＢ）の絶対値ができるだけ大きくなるように、またＥｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇが−９０度になるように設計される。

図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ図９に示したＥｈ＿ＲＬ（ｄＢ），Ｅｖ＿ＲＬ（ｄＢ），Ｅｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇ（度）と周波数（ＧＨｚ）との関係をグラフにした図である。

図９および図１０（Ｃ）を参照して、周波数帯域１２．２ＧＨｚ〜１２．７ＧＨｚにおいて、位相調整用の金属ピンを設けなかった場合のＥｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇは−８９．２〜−８８．８度であり、理想値−９０度から最大１．２度ずれている。この理想値−９０度からのずれの分だけ、偏波分離特性（交差偏波特性）が悪くなる。これに対して、位相調整用の金属ピン（突起部５１）を階段状に形成されたセプタム位相板１２の１段目、２段目、３段目のそれぞれに対応する位置に設けた場合のＥｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇは−９０．７〜−９０．２度、−９０．１〜−８９．９度、−９０．３〜−８９．９度であり、理想値−９０度に近くなっていることがわかる。

図９および図１０（Ａ）を参照して、周波数帯域１２．２ＧＨｚ〜１２．７ＧＨｚにおいて、位相調整用の金属ピンを設けなかった場合のＥｈ＿ＲＬは−２９．０〜−２３．５ｄＢである。位相調整用の金属ピン（突起部５１）を階段状に形成されたセプタム位相板１２の１段目、２段目、３段目のそれぞれに対応する位置に設けた場合のＥｈ＿ＲＬは−２９．２〜−２２．３ｄＢ、−２６．０〜−２１．９ｄＢ、−３２．４〜−２５．４ｄＢである。したがって、位相調整用の金属ピン（突起部５１）を階段状に形成されたセプタム位相板１２の１段目、２段目のそれぞれに対応する位置に設けた場合のＥｈ＿ＲＬは、従来のように位相調整用の金属ピンを設けなかった場合に比べて若干悪化している（絶対値が小さくなっている）が、そのずれは５ｄＢ以内であり大幅な悪化ではない。

図９および図１０（Ｂ）を参照して、周波数帯域１２．２ＧＨｚ〜１２．７ＧＨｚにおいて、位相調整用の金属ピンを設けなかった場合のＥｖ＿ＲＬは−３７．９〜−２６．５ｄＢである。位相調整用の金属ピン（突起部５１）を階段状に形成されたセプタム位相板１２の１段目、２段目、３段目のそれぞれに対応する位置に設けた場合のＥｖ＿ＲＬは−３２．７〜−２６．９ｄＢ、−３６．１〜−２４．４ｄＢ、−３２．７〜−２６．９ｄＢである。したがって、位相調整用の金属ピン（突起部５１）を階段状に形成されたセプタム位相板１２の１段目、２段目、３段目のそれぞれに対応する位置に設けた場合のＥｖ＿ＲＬは、従来のように位相調整用の金属ピンを設けなかった場合に比べて若干悪化している（絶対値が小さくなっている）が、そのずれは約５ｄＢ以内であり大幅な悪化ではない。

以上のことから、位相調整用の金属ピン（突起部５１）を階段状に形成されたセプタム位相板１２の１段目、２段目、３段目のそれぞれに対応する位置に設けることによって、従来よりも偏波分離特性（交差偏波特性）が改善されることがわかる。なお、位相調整用の金属ピンをどの位置に設けるかは、Ｅｈ＿ＲＬ（ｄＢ），Ｅｖ＿ＲＬ（ｄＢ）の値も考慮に入れて決めればよい。

次に、位相調整用の突起部５１として誘電材料のテフロン（登録商標）ピンを用いた場合について、同様にシミュレーションを行なった。なお、この位相調整用のテフロン（登録商標）ピンは、好ましくは導電性の接着剤若しくは樹脂接着剤によって固定する。

図１１は、位相調整用のテフロン（登録商標）ピンを設けた場合のシミュレーション結果を示す図である。また、図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ図１１に示したＥｈ＿ＲＬ（ｄＢ），Ｅｖ＿ＲＬ（ｄＢ），Ｅｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇ（度）と周波数（ＧＨｚ）との関係をグラフにした図である。

図１１および図１２（Ｃ）を参照して、周波数帯域１２．２ＧＨｚ〜１２．７ＧＨｚにおいて、位相調整用の金属ピン（突起部５１）を階段状に形成されたセプタム位相板１２の１段目、２段目、３段目のそれぞれに対応する位置に設けた場合のＥｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇは−８８．６〜−８８．２度、−８８．６〜−８８．２度、−８８．５〜−８８．２度であり、理想値−９０度から最大１．８度ずれている。すなわち、従来のように位相調整用の金属ピンを設けなかった場合は、Ｅｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇの理想値−９０度からのずれが最大１．２度であったのに比べて、悪化している。図１０（Ｃ）に示したように金属ピンを用いた場合に比べると、Ｅｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇの変化量は約半分程度であるが、金属ピンを用いた場合とは逆方向へ変化していることがわかる。このように、テフロン（登録商標）ピンを用いた場合は、金属ピンを用いた場合とは逆方向に位相調整することができる。

また、図１１および図１２（Ａ）（Ｂ）を参照して、周波数帯域１２．２ＧＨｚ〜１２．７ＧＨｚにおいて、位相調整用のテフロン（登録商標）ピン（突起部５１）を階段状に形成されたセプタム位相板１２の１段目、２段目、３段目のそれぞれに対応する位置に設けた場合のＥｈ＿ＲＬ（ｄＢ），Ｅｖ＿ＲＬ（ｄＢ）は、従来のように位相調整用のテフロン（登録商標）ピンを設けなかった場合とほぼ同じである。

以上のことから、導波管１１ａの内壁面のセプタム位相板１２と対向する位置に、金属材料若しくは誘電体材料の突起部５１を設けることによって、製造後に偏波分離特性を調整することが可能になる。なお、金属材料と誘電体材料のどちらを使用するかは、突起部５１を設けていない状態でのＥｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇが理想値−９０度からどちらにずれているかによって決定する。具体的には、Ｅｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇの絶対値が９０度よりも小さい場合は金属材料を使用し、Ｅｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇの絶対値が９０度よりも大きい場合は誘電体材料を使用する。

また、導波管１１ａの内壁面のセプタム位相板１２と対向する位置に、互いに材料の種類が異なる２つの突起部を設けてもよい。

図１３は、互いに材料の種類が異なる２つの突起部５１，５２を設けた偏波分離構造を示す断面図である。図１３において、導波管１１ａの内壁面のセプタム位相板１２と対向する位置に、位相調整用の突起部５１，５２が設けられている。突起部５１は、階段状に形成されたセプタム位相板１２の２段目に対応する位置に設けられ、突起部５２は、階段状に形成されたセプタム位相板１２の１段目に対応する位置に設けられている。突起部５１に金属材料のピンを使用した場合は、突起部５２に誘電体材料のピンを使用する。一方、突起部５１に誘電体材料のピンを使用した場合は、突起部５２に金属材料のピンを使用する。

このように、金属材料の突起部と誘電体材料の突起部の両方を設けることによって、偏波分離特性の微調整が可能となる。

なお、ここでは、セプタム位相板１２の２段目および１段目に対応する位置に突起部５１，５２を設けた例を示したが、２つの突起部５１，５２をセプタム位相板１２の１段目、２段目、３段目に対応する位置のうちどの位置に設けるかは任意である。

［実施の形態２］
図１４は、この発明の実施の形態２による偏波分離構造を示す断面図である。図１４において、導波管１１ａの内壁面のセプタム位相板１２と対向する位置に、位相調整用のビス６１が設けられている。導波管１１ａには、外側からビス６１を螺合可能なビス孔が形成されており、そのビス孔に螺合されたビス６１の先端部分が、導波管１１ａの内側に突出した突起部６１ａとなっている。ビス６１を右回りまたは左周りに回転させることによって、突起部６１ａの長さが可変である。突起部６１ａは、階段状に形成されたセプタム位相板１２の１段目、２段目、３段目のいずれかに対応する位置に配置される（図では２段目）。ビス６１としては、たとえば金属ビスや、誘電体材料のテフロン（登録商標）ビスなどが用いられる。

なお、この位相調整用のビス６１は、突起部６１ａの長さを調整した後に、好ましくは接着剤などで固定する。ここで、図１５に示すように、ビス６１の頭の周りを囲むように、導波管１１ａの外壁面に所定の高さの円筒状の壁６２を設けてプール部を形成してもよい。この場合、プール部に接着剤６３を注入してビスを固定し、接合部分の気密を確保する。なお、所定量以上の接着剤６３をプール部に注入しないようにすれば、接着剤６３が硬化する前にプール部から漏れ出るのが防止される。

ここで、位相調整用のビス６１として金属ビスを用いた場合について、シミュレーションを行なった。

図１６（Ａ）（Ｂ）は、階段状に形成されたセプタム位相板１２の２段目に対応する位置に突起部６１ａを配置した偏波分離構造のシミュレーションの様子を示す図であって、図７（Ａ）（Ｂ）と対比される図である。図１６（Ａ）（Ｂ）を参照して、図７（Ａ）（Ｂ）と異なる点は、突起部５１が突起部６１ａで置換され、導波管中心から突起部６１ａまでの距離が可変長Ｌとなっている点である。その他、図７（Ａ）（Ｂ）と対応する部分については、その詳細説明を省略する。

図１７は、図１６（Ａ）（Ｂ）に対応するシミュレーション結果を示す図である。図１７において、一例として、導波管中心から突起部６１ａまでの距離Ｌが７ｍｍ、６ｍｍ、５ｍｍのそれぞれの場合におけるＸ軸方向の電界ＥｈのリターンロスＥｈ＿ＲＬ（ｄＢ）、Ｙ軸方向の電界ＥｖのリターンロスＥｖ＿ＲＬ（ｄＢ）、電界Ｅｖと電界Ｅｈの位相差Ｅｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇ（度）を示している。

図１８（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ図１７に示したＥｈ＿ＲＬ（ｄＢ），Ｅｖ＿ＲＬ（ｄＢ），Ｅｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇ（度）と周波数（ＧＨｚ）との関係をグラフにした図である。

図１７および図１８（Ｃ）を参照して、周波数帯域１２．２ＧＨｚ〜１２．７ＧＨｚにおいて、位相調整用のビス６１を設けなかった場合のＥｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇは−８９．１８〜−８８．７６度、導波管中心から突起部６１ａまでの距離Ｌが７ｍｍ、６ｍｍ、５ｍｍのそれぞれの場合のＥｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇは−９０．２０〜−８９．９２度、−９３．４４〜−９２．７５度、−１０２．５２〜−１０１．４５度となっている。すなわち、導波管中心から突起部６１ａまでの距離Ｌが短くなるほど、Ｅｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇの絶対値が大きくなっている。したがって、ビス６１のねじ込みの深さ（突起部６１ａの長さ）を変えることにより偏波分離特性を調整可能であることが分かる。

また、図１７および図１８（Ａ）を参照して、周波数帯域１２．２ＧＨｚ〜１２．７ＧＨｚにおいて、位相調整用のビス６１を設けなかった場合のＥｈ＿ＲＬは−２９．０５〜−２３．５４ｄＢ、導波管中心から突起部６１ａまでの距離Ｌが７ｍｍ、６ｍｍ、５ｍｍのそれぞれの場合のＥｖ＿ＲＬは−２５．９８〜−２１．９０ｄＢ、−２５．００〜−２１．２７ｄＢ、−２４．６０〜−２０．８７ｄＢとなっている。すなわち、位相調整用のビス６１を設けた場合のＥｖ＿ＲＬは、従来のように位相調整用のビス６１を設けなかった場合に比べて若干悪化している（絶対値が小さくなっている）が、そのずれは５ｄＢ以内であり大幅な悪化ではない。

また、図１７および図１８（Ｂ）を参照して、周波数帯域１２．２ＧＨｚ〜１２．７ＧＨｚにおいて、位相調整用のビス６１を設けなかった場合のＥｖ＿ＲＬは−３７．９０〜−２６．５１ｄＢ、導波管中心から突起部６１ａまでの距離Ｌが７ｍｍ、６ｍｍ、５ｍｍのそれぞれの場合のＥｖ＿ＲＬは−３６．１０〜−２４．３８ｄＢ、−２５．９７〜−２０．８９ｄＢ、−１４．１８〜−１１．５８ｄＢとなっている。すなわち、位相調整用のビス６１を設けた場合のＥｖ＿ＲＬは、従来のように位相調整用のビス６１を設けなかった場合に比べて若干悪化しており（絶対値が小さくなっている）、導波管中心から突起部６１ａまでの距離Ｌが短くなるほど、加速的に悪化している。

したがって、位相調整用のビス６１を階段状に形成されたセプタム位相板１２に対向する位置に設け、導波管中心から突起部６１ａまでの距離Ｌを変えることによって、偏波分離特性（交差偏波特性）を調整することができることが分かる。なお、この実施の形態２に示した例では、導波管中心から突起部６１ａまでの距離Ｌは７ｍｍ程度が妥当であり、この場合はＥｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇが約１〜２度変化し、ほぼ理想値−９０度に位相調整される。

図示しないが、誘電体材料のビス６１を用いた場合は、金属材料のビス６１を用いた場合とは逆方向に位相調整される。この場合も、ビス６１のねじ込みの深さ（突起部６１ａの長さ）を変えることにより偏波分離特性を調整することができる。

なお、セプタム位相板１２に対向する位置に設ける突起部の形状、寸法、材料は、実際の製造工程において最大の効果が得られるような形状、寸法、材料にすればよい。実施の形態１，２はその一例を示したに過ぎず、これに限定されるものではない。

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。

この発明の実施の形態１による米国向けの衛星放送受信システムの概略構成を示すブロック図である。 図１に示した低雑音コンバータの構成を示す回路ブロック図である。 図２に示した低雑音コンバータの内部構造を示す断面図である。 右旋偏波信号および左旋偏波信号が直線偏波信号に変換される動作を説明するための図である。 位相調整用の突起部を設けた偏波分離構造を示す断面図である。 階段状に形成されたセプタム位相板の１段目に対応する位置に突起部を配置した偏波分離構造のシミュレーションの様子を示す図である。 階段状に形成されたセプタム位相板の２段目に対応する位置に突起部を配置した偏波分離構造のシミュレーションの様子を示す図である。 階段状に形成されたセプタム位相板の３段目に対応する位置に突起部を配置した偏波分離構造のシミュレーションの様子を示す図である。 図６〜図８に対応するシミュレーション結果を示す図である。 図９に示したＥｈ＿ＲＬ，Ｅｖ＿ＲＬ，Ｅｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇと周波数との関係をグラフにした図である。 位相調整用のテフロン（登録商標）ピンを設けた場合のシミュレーション結果を示す図である。 図１１に示したＥｈ＿ＲＬ，Ｅｖ＿ＲＬ，Ｅｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇと周波数との関係をグラフにした図である。 互いに材料の種類が異なる２つの突起部を設けた偏波分離構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態２による偏波分離構造を示す断面図である。 ビスの頭の周りを囲むように、導波管の外壁面にプール部を形成した図である。 階段状に形成されたセプタム位相板の２段目に対応する位置に突起部を配置した偏波分離構造のシミュレーションの様子を示す図である。 図１６に対応するシミュレーション結果を示す図である。 図１７に示したＥｈ＿ＲＬ，Ｅｖ＿ＲＬ，Ｅｖ−Ｅｈ＿Ａｎｇと周波数との関係をグラフにした図である。 従来のアンテナ装置に取付けられた低雑音コンバータの偏波分離構造を示す断面図である。

符号の説明

１ アンテナ、２ 低雑音コンバータ、３ ケーブル、４ インドアユニット、５ テレビジョン、６ ＤＢＳチューナ、７ ＦＭデモジュレータ、８ 映像・音声信号処理回路、９ ＲＦモジュレータ、１１ａ，１０２ 導波管、１１ｂ フィードホーン、１２，１０１ セプタム位相板、１３ アンテナプローブパターン、１３ａ，１３ｂ アンテナプローブ、１４ 低雑音増幅器、１５ バンドパスフィルタ、１６ 混合回路、１７ ＩＦ増幅器、１８ 局部発振器、１９ インダクタ、２０ コンデンサ、２１ 電源制御ＩＣ、２２ 出力ポート、３１ａ〜３１ｃ ＨＥＭＴ、４１ 誘電体基板、４２ 金属シャーシ、４３ 金属シールドフレーム、４４ａ〜４４ｃ 回路部品、５１，５２，６１ａ 突起部、６１ ビス、６２ 壁、６３ 接着剤。

Claims (10)

1. 円偏波信号を受信する導波管と、前記導波管の内部を２つの導波空間に仕切るように設けられ、前記導波管の開口面に近づくに従って階段状に細くなるように形成された位相板とを備え、前記円偏波信号に含まれる右旋偏波信号および左旋偏波信号を２つの直線偏波信号に変換する偏波分離構造において、
   前記位相板の階段状の部分は、前記導波管の内壁に対向する複数の第１端面と、前記導波管の開口面に対向する複数の第２端面とを有し、
   前記導波管の内壁面であって、前記位相板の前記複数の第１端面のうちのいずれかの第１端面と対向する位置に、偏波分離特性を調整するための突起部を設けたことを特徴とする、偏波分離構造。
2. 前記突起部が金属材料で構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の偏波分離構造。
3. 前記突起部が誘電体材料で構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の偏波分離構造。
4. 前記突起部を２つ設け、一方の突起部が金属材料で構成され、他方の突起部が誘電体材料で構成され、
   前記一方の突起部は、前記他方の突起部が対向する第１端面と異なる第１端面に対向したことを特徴とする、請求項１に記載の偏波分離構造。
5. 前記突起部が円柱形状に形成されていることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の偏波分離構造。
6. 前記突起部の長さが可変であることを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれかに記載の偏波分離構造。
7. 前記導波管には、外側からビスを螺合可能なビス孔が形成されており、前記突起部は、前記ビス孔に螺合されたビスの先端部分であることを特徴とする、請求項６に記載の偏波分離構造。
8. 前記導波管の外壁面に、前記ビスの頭の周りを囲むように壁を形成し、前記ビスを固定するための接着剤が注入されるプール部を設けたことを特徴とする、請求項７に記載の偏波分離構造。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の偏波分離構造を有する、低雑音コンバータ。
10. 請求項９に記載の低雑音コンバータ、および
    前記低雑音コンバータが取付けられたアンテナを備える、アンテナ装置。

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