JP5030853B2 - 溝形円偏波発生器 - Google Patents

Description

この発明は、主としてマイクロ波帯およびミリ波帯で用いられる溝形円偏波発生器に関するものである。

マイクロ波帯およびミリ波帯で用いられる構造が簡素な従来の溝形円偏波発生器として、円形導波管側壁に関軸方向に沿って１または複数の溝を設置したものがある（例えば、特許文献１参照）。この溝形円偏波発生器において、溝の設置面に対し水平となる偏波成分（Ｖ偏波）は、遮断効果によりほとんど側溝に影響されることなく円形導波管内を通過する。一方、溝の設置面に対し垂直となる偏波成分（Ｈ偏波）は、電界が溝に入り込む影響により等価的に管内波長が短くなり、側溝を有する円形導波管中の通過位相が溝の設置面に対し水平となる偏波成分の通過位相と比較して相対的に遅れることになる。溝の幅、深さ、電波の進行方向への長さを最適に選ぶことにより、溝と直交する方向の偏波と平行な方向の偏波との位相差を９０度とさせ、円偏波発生器として動作させている。

特開２００１−１６８６０１号公報

上述したような従来の溝形円偏波発生器では、溝の特性により円偏波発生器としての動作帯域が制限され、広帯域な円偏波アンテナには適用が困難であるという問題点があった。

この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、広帯域な溝形円偏波発生器を得ることを目的とするものである。

この発明に係る溝形円偏波発生器は、円形導波管の側壁に管軸方向に沿って溝を設けた溝形円偏波発生器において、前記溝に容量性の絞りを設けたことを特徴とする。

この発明によれば、溝に容量性の絞りを設けることで、溝の反射位相の周波数特性が緩やかとなり、広帯域化が実現できる。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る溝形円偏波発生器について図１〜図３を参照しながら説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係る溝形円偏波発生器の構成を示す斜視図、図２は断面図、図３は側面図である。

図１ないし図３に示すように、実施の形態１に係る溝形円偏波発生器は、円形導波管１１の側壁に管軸方向に沿って溝１２が設けられ、この溝１２に容量性の絞り１３が設けられている。すなわち、溝１２は、断面が幅広部分と幅狭部分とでステップ状に形成され、幅狭部分が容量性の絞り（以下、容量性ステップという）１３となる。なお、Ｐ１は入力端子、Ｐ２は出力端子、１４は溝１２の設置面、１５は溝のショート面である。

次に、この実施の形態１に係る溝形円偏波発生器の動作について図面を参照しながら説明する。円形導波管１１を伝搬可能な直線偏波が基本モード（ＴＥ１１モード）で端子Ｐ１から、図２に実線矢印で示すように、その偏波面が溝１２の設置面１４より４５度傾いて入射したとする。このとき、入射した直線偏波は、図２に点線矢印で示すように、溝１２の設置面１４に対し平行となる偏波（以下、Ｖ偏波という）と溝１２の設置面１４に対し垂直となる偏波（以下、Ｈ偏波という）が同相で入射したものの合成波とみなすことができる。

Ｖ偏波に対しては、電界が溝１２の設置面１４と水平な方向にあるため、遮断効果によりほとんど溝１２に影響されることなく円形導波管１１内を通過して出力端子Ｐ２より出射される。これに対し、Ｈ偏波に対しては、電界が溝１２の設置面１４と垂直な方向にあるため、電界が溝１２に入り込む影響により等価的に管内波長が短くなり、溝１２を有する円形導波管１１中の通過位相が溝１２の設置面に対し水平となる偏波成分の通過位相と比較して相対的に遅れることになる。溝１２の形状を適切に選ぶことにより、Ｖ偏波とＨ偏波の通過位相差をおよそ９０度とすることにより円偏波発生器として動作する。

ここで、溝１２に容量性ステップ１３を設けた場合、Ｖ偏波に対しては電界成分が入り込まないためほぼ影響がない。一方、Ｈ偏波は溝１２に電波が入り込むため、Ｖ偏波の入力端子Ｐ１から入射され出力端子Ｐ２に通過する電波は、いったん溝１２に入り込み溝１２のショート面１５で反射されて出力端子Ｐ２に通過する電波とみなすことができる。溝１２に容量性ステップ１３を設けた場合、溝１２における反射位相の周波数特性が緩やかとなるため、Ｈ偏波の出力端子Ｐ２に通過する電波の通過位相の周波数特性も緩やかとなる。そのため、容量性ステップ１３を設けない場合と比べ円偏波特性の周波数特性が緩やかとなる。

したがって、実施の形態１による溝形円偏波発生器では、溝１２に容量性ステップ１３を設けることで、容量性ステップ１３を設けた溝１２の反射位相の周波数特性が前述したように緩やかとなるため、従来の溝形円偏波発生器と比べ溝の影響による周波数特性が緩やかとなり、得られる特性の広帯域化が実現できる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る溝形円偏波発生器について図４〜図６を参照しながら説明する。図４はこの発明の実施の形態２に係る溝形円偏波発生器の構成を示す斜視図、図５は断面図、図６は側面図である。

図４ないし図６に示すように、実施の形態２に係る溝形円偏波発生器は、円形導波管２１の側壁に管軸方向に沿って複数の溝２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが設けられ、この溝２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄに前述した実施の形態と同様に容量性ステップ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが設けられている。なお、Ｐ１は入力端子、Ｐ２は出力端子、２４は溝２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを総称する）の設置面、２５は溝２２のショート面である。

実施の形態２に係る溝形円偏波発生器では、以上のような構成をしていることから、実施の形態１に係る溝形円偏波発生器を電波の進行方向に多段に並べた構成をしており、最適な設計を行うことにより実施の形態１に係る溝形円偏波発生器と比べ、さらなる広帯域化が期待できる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る溝形円偏波発生器について図７〜図９を参照しながら説明する。図７はこの発明の実施の形態３に係る溝形円偏波発生器の構成を示す斜視図、図８は断面図、図９は側面図である。

図７ないし図９に示すように、実施の形態３に係る溝形円偏波発生器は、円形導波管３１の側壁に管軸に対し管軸を挟んで対称な位置に溝３２ａ，３２ｂが設けられ、この溝３２ａ，３２ｂに前述した実施の形態と同様に容量性ステップ３３ａ，３３ｂが設けられている。

実施の形態３に係る溝形円偏波発生器では、以上のような構成をしていることから、円形導波管３１の側壁に設ける溝３２ａ，３２ｂが上下対称な構造となり、構造の非対称性から生じる高次モードの発生を抑圧することができる。したがって、実施の形態１に係る溝形円偏波発生器と比べ、溝による反射特性等の伝送特性の劣化を小さくすることができる。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る溝形円偏波発生器について図１０〜図１３を参照しながら説明する。図１０はこの発明の実施の形態４に係る溝形円偏波発生器の構成を示す斜視図、図１１は断面図、図１２は側面図である。また、図１３は他の例による側面図である。

図１０ないし図１２において、実施の形態４に係る溝形円偏波発生器は、円形導波管４１の側壁に管軸方向に沿って溝４２ａ，４２ｂと、溝４２ｃ，４２ｄが設けられ、溝４２ａ，４２ｂと、溝４２ｃ，４２ｄとは管軸に対し管軸を挟んで対称な位置に設けられている。これら溝４２ａ〜４２ｄには、前述した実施の形態と同様に容量性ステップ４３ａ〜４３ｄが設けられている。また、溝４２ａ、４２ｃと４２ｂ、４２ｄとの間には、溝４２ａ〜４２ｄとは直交する方向に、電波の進行方向の長さが使用周波数帯における波長の１／２となる長さより十分短い他の溝４４ａ〜４４ｃが設けられている。なお、Ｐ１は入力端子、Ｐ２は出力端子である。また、図１３は、図１２に対し他の溝４４ａ〜４４ｃ、４４ｄ〜４４ｆの位置を変えたものである。

実施の形態４に係る溝形円偏波発生器では、上記のような構造をしているため実施の形態３に係る溝形円偏波発生器と同様の効果が得られる。また、実施の形態４に係る溝形円偏波発生器では、溝４２（４２ａ〜４２ｄを総称する）と電波の進行方向の長さが使用周波数帯における波長の１／２となる長さより十分短い他の溝４４（４４ａ〜４４ｃ、４４ｄ〜４４ｆを総称する）を設けており、溝４４の周波数特性が溝４２と周波数特性と打ち消すよう作用する。したがって、実施の形態４に係る溝形円偏波発生器は、実施の形態３と比べさらに広帯域化が実現できる。

なお、ここでは、溝４２を２つ、他の溝４４を３つ設けたものを示したが、溝４２および他の溝４４は、設計に応じて溝の数を変更して設置した場合にも同様な効果が得られる。また、ここでは、他の溝４４を溝４２の間に配置したが、図１３に示すように溝４２と同じ位置に配置した場合にも同様の効果が得られ、前述した各実施の形態にも適用できる。

この発明の実施の形態１に係る溝形円偏波発生器の構成を示す斜視図である。 図１の断面図である。 図１の側面図である。 この発明の実施の形態２に係る溝形円偏波発生器の構成を示す斜視図である。 図４の断面図である。 図４の側面図である。 この発明の実施の形態３に係る溝形円偏波発生器の構成を示す斜視図である。 図７の断面図である。 図７の側面図である。 この発明の実施の形態４に係る溝形円偏波発生器の構成を示す斜視図である。 図１０の断面図である。 図１０の側面図である。 図１２に対し溝４２の配置位置を変えた場合の側面図である。

符号の説明

１１，２１，３１，４１ 円形導波管、１２，２２ａ〜２２ｄ，３２ａ，３２ｂ，４２ａ〜４２ｄ 溝、１３，２３ａ〜２３ｄ，３３ａ，３３ｂ，４３ａ〜４３ｄ 容量性の絞り（容量性ステップ）、４４ａ〜４４ｆ 他の溝。

Claims (4)

1. 円形導波管の側壁に管軸方向に沿って溝を設けた溝形円偏波発生器において、
   前記溝に容量性の絞りを設けた
   ことを特徴とする溝形円偏波発生器。
2. 請求項１に記載の溝形円偏波発生器において、
   前記溝を、前記円形導波管の側壁に管軸方向に沿って複数配列した
   ことを特徴とする溝形円偏波発生器。
3. 請求項１または２に記載の溝形円偏波発生器において、
   前記溝を、前記円形導波管の管軸に対し前記管軸を挟んで対称な位置にそれぞれ設けた
   ことを特徴とする溝形円偏波発生器。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の溝形円偏波発生器において、
   前記円形導波管の管軸方向と直交する方向に設けられ、電波の進行方向の長さが使用周波数帯における波長の１／２となる長さより十分短い、溝をさらに設けた
   ことを特徴とする溝形円偏波発生器。

Images