JP5292636B2 - アンテナ用の、メッシュ平面において最適化された小型の直交偏波変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、場合によってはアレー・タイプである送信及び／又は受信アンテナの分野に関し、そしてとりわけ、そのようなアンテナを装備する直交偏波変換装置（又は「変換器」）に関する。

「アンテナ」は、ここで直交偏波変換装置に連結された単一の基本要素の放射源、及びアレー・アンテナの双方を意味すると理解される。

さらに、「アレー・アンテナ」は、ここで送信及び／又は受信において機能することができ、基本要素の放射源の配列と、選択されたダイヤグラムに従って基本要素の放射源により送信される（又は逆方向に、電波の形態で宇宙から受信する）無線周波数信号の振幅及び／又は位相を、能動システムを用いて制御するために適した、制御手段とを備えるアンテナを意味すると理解される。その結果、それは反射体システムの前に位置する、アレー・タイプの能動的又はもっと稀に受動的な、あるいは能動的又は受動的な放射源のアンテナである、（しばしば英語の頭字語ＤＲＡにより示される）いわゆる直接放射型アレー・アンテナと同等であり得る。

さらに、「直交偏波変換器」は、ここで当業者が頭字語ＯＭＴにより知っているであろうもの、すなわち第１の分極を有する第１の電磁モードで、あるいは第１のモードに直交する第２の分極を有する第２の電磁モードのいずれかで、（送信において）それに選択的に供給するか、又は（受信において）供給される角笛のような、基本要素の放射源に接続されるために設計された装置を意味すると理解される。第１と第２の分極は一般的に線形（水平（Ｈ）と垂直（Ｖ））である。しかしながら、適切な位相状態を作り出すために追加の構成要素を加えることにより、円形の分極もまた実現可能である。

そのような変換器は、例えば以下を含む：
−互いに直交し、（第１及び第２のモードに適合する円形ポートに連結され、基本要素の放射源に接続されるために設計された）第１端と、第２端とを備えた、第１と第２の分極を有する第１と第２の電磁モードの主要（無線）軸に従う伝播に対して適合する主要導波管と、
−第１の補助（無線）軸に従う、第１の電磁モードの伝播に対して適合した第１の補助導波管。第１の無線軸は、主要導波管の無線軸の同一線上にあるが、しかし必ずしもそれと合致する必要はない。第１の補助導波管は、直列の連結スロットを介して主要導波管の第２端へ直列に連結された第１端と、第１のモードに適合する直列ポートに連結された第２端とを備え、そして
−少なくとも１つの並列の連結スロットを介して主要導波管に連結され、第２のモードに適合する並列ポートに連結された第１端を備えた、第２の補助（無線）軸に従う第２の電磁モードの伝播に対し適合する、少なくとも１つの第２の補助導波管。

当業者が知っているように、アレー・アンテナにおいて、放射要素（又は基本要素の放射源）を挿入するために利用できるスペースは、運用上の必要性（適用される周波数帯域、性能の最適化、（ＤＲＡの場合は）アレーのローブによる損失の低減、（反射体アンテナ及びアレー・タイプの放射源の場合は）焦点のサンプリング）により固定される、アレーのメッシュ（又は基本パターン）の大きさに直接依存する。

ここで目指された２分極化の適用において、そして特に２分極化が線形である場合、直交偏波変換器（ＯＭＴ）を当該の基本要素放射源の直後に置くことが必要である。ところでＯＭＴが導波管技術で作られるとき、（主軸に直角な）メッシュの平面内におけるそれらの大きさは、急速にメッシュの大きさよりも大きくなる（典型的には１．２λ以上であり、ここでλは真空における動作波長である）。具体的に、最も一般的に用いられるＯＭＴにおいて、少なくとも１つの第２補助導波管がエルボ管によって主要導波管（又はＯＭＴの本体）に接続されるため、その結果メッシュの平面におけるそれらの大きさは典型的には約３λである。この場合、ＯＭＴの大きさとメッシュの大きさとの間には不適合が存在する。

ＩＥＥＥのアンテナ及び伝播協会国際シンポジウム、１９９５年６月、ＡＰ−Ｓ．ダイジェスト、第１巻における、Ｗ．ステッフェによる書類「Ｋｕ帯域インテルサット用途のための新規小型ＯＭＪ」（ｔｈｅ ｄｏｃｕｍｅｎｔ ｂｙ Ｗ．Ｓｔｅｆｆｅ“Ａ ｎｏｖｅｌ ｃｏｍｐａｃｔ ＯＭＪ ｆｏｒ Ｋｕ ｂａｎｄ ｉｎｔｅｌｓａｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，ＩＥＥＥ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，Ｊｕｎｅ １９９５，ＡＰ−Ｓ．Ｄｉｇｅｓｔ，ｖｏｌｕｍｅ １）において、小さくされたコンパクトさの直交偏波合成器（又はＯＭＪｓ）を製作することが提案されている。このタイプのＯＭＪは、正方形断面で、直列の連結スロットを介して（第１の電磁モードの伝播に適合する）、第１の補助導波管に直列に連結されるように設計された上述のタイプの主要導波管と、並列の連結スロットを介して主要導波管に連結され、第２のモードに適合する並列ポートに連結されるために設計された第１端を備える、第２の電磁モードの伝播に適合する、長方形断面の第２補助導波管とを含む。並列の連結スロットは、主要導波管の側壁と（その長方形断面の短辺の高さに等しい高さにわたって延びる）第２の補助導波管の側壁との間に定義されるため、その結果第２の補助導波管はメッシュの平面において、その長方形断面の長辺に等しい距離にわたって延びる。ＯＭＪは従ってメッシュの平面において、一般的には依然として大きすぎることが判明している約２λのスペースの要件を持つ。さらにポートの位置決めは、アンテナ全体の構造を大幅に複雑にし、質量及び大きさの最終結果を増大させる効果を有する。

完全に満足できる解決策は知られていない。本発明は従ってこの状況を改善することを目的とする。

このために、本発明は導入部分の最初に示され、そして：
−第１と第２の補助導波管は、それらの第１と第２の（無線）補助軸が、主要導波管の主要（無線）軸に平行であるように、上下に位置し、
−各並列の連結スロットが主要導波管の上部壁と第２の補助導波管の下部壁との間に定義され、一方で、第２のモードの片方から他方への選択的移動のため、主要導波管の第２補助導波管への連結を可能にするように、他方で、第１のモードを主要導波管と第１補助導波管との間に伝播させるように、主軸に対して方向付けられたタイプである、アンテナ（場合によりアレー・アンテナ）用の直交偏波変換装置を提案する。

言い換えれば、本発明は第２の補助導波管を主要導波管の横にではなく、（場合によっては僅かな横方向のずれと共に）上部に置き、次に第１と第２の補助導波管が同じ向きか或いは互いに直角の向きかによって、各並列の連結スロットを主軸に対して平行又は横方向の位置に定義することを提案している。

本発明による装置は、単独で又は組み合わせて入手し得る別の特徴を含んでもよく、とりわけ：
−その第２の補助導波管は、例えば第１端の反対側で、短絡を決定するように閉じられる第２端を含むことができ、
−第１の実施形態において、それは主軸に平行な長辺及びこの長辺よりも大幅に小さな長さの短辺を有し、一方で主要導波管の上部壁のほぼ中央に、他方で第２の補助軸に対して横方向にずれている第２の補助導波管の下部壁の領域内に定義される、長方形の並列連結スロットを含み得る。この場合、第１及び第２の補助導波管と直列及び並列ポートは、それらの長辺が互いに平行な（第１と第２の補助導波管が同じ向きを持つ状況に相当する）長方形横断面を有する。
第２補助導波管の下部壁の領域は、例えば、この第２の補助導波管の横壁近傍に位置し、
−第２の実施形態において、主軸及び第２の補助軸は上下にほぼ重ねられ得る。この場合、各並列の連結スロットは、主軸に直角な長辺及び長辺よりも大幅に小さい長さの短辺を伴う長方形を有し、主軸及び第２の補助軸に対して中心位置又は偏心位置に定義される。さらに、第１の補助導波管及び直列のポートは、それらの長辺が互いに平行な長方形横断面を有し、第２の補助導波管及び並列ポートは、それらの長辺が互いに平行で、（第１と第２の補助導波管が異なる向きを持つ状況に対応する）第１の補助導波管の長辺及び直列ポートに直角な長方形横断面を有する。
それは各スロットにより連結され、選ばれた距離だけ離れたエネルギーの一部分を変調するために、同一に又は異なるように選ばれた大きさの１つ、２つ、あるいは３つ（又はさらに多く）の長方形の並列連結スロットを含み得る。

本発明はまた上記に提示され、単一の基本要素の放射源に連結されたタイプの直交偏波変換装置を備えるアンテナを提案する。

本発明はまた上記に提示され、例えば六角形タイプの選ばれたメッシュを有する、アレー内に配置された基本要素の放射源にそれぞれ連結されたタイプの、多数の直交偏波変換装置を備えるアレー・アンテナを提案する。

本発明のさらなる特徴と利点は、以下の詳細な記述及び添付図を調べることにより明らかになるであろう。

本発明による直交偏波変換装置の第１の例示的実施形態を、斜視図で非常に概略的に示す。 図１に描かれている直交偏波変換装置の第１の例示的実施形態を、側面図（ＹＺ平面）で非常に概略的に示す。 図１に描かれている直交偏波変換装置の第１の例示的実施形態を、上面図（ＸＹ平面）で非常に概略的に示す。 図１に描かれている直交偏波変換装置の第１の例示的実施形態を、ＸＺ平面を通じた横断面図で非常に概略的に示す。 本発明による直交偏波変換装置の第２の例示的実施形態を、斜視図で非常に概略的に示す。 図５に描かれている直交偏波変換装置の第２の例示的実施形態を、側面図（ＹＺ平面）で非常に概略的に示す。 図５に描かれている直交偏波変換装置の第２の例示的実施形態を、上面図（ＸＹ平面）で非常に概略的に示す。 図５に描かれている直交偏波変換装置の第２の例示的実施形態を、ＸＺ平面を通じた横断面図で非常に概略的に示す。 アレー・アンテナ配列の（ここでは、例えば六角形の）メッシュの節点において、図１〜４に例示されているタイプの直交偏波変換装置の配置を、非常に概略的に示す。 アレー・アンテナ配列の（ここでは、例えば六角形の）メッシュの節点において、図５〜８に例示されているタイプの直交偏波変換装置の配置を、非常に概略的に示す。

添付図は本発明を補足するために役立ち得るだけでなく、必要であれば、その定義にも貢献出来るであろう。

本発明の目的は、望ましくは（場合によりアレー・タイプの）送信及び／又は受信アンテナ用の分離薄板（又は隔壁）無しで、最適化されたコンパクトさを有する、直交偏波変換装置の製作を可能にすることである。

以下において、限定されない例として、アンテナはいわゆる直接放射線タイプのアレー・アンテナ（又はＤＲＡ）であり、例えば能動型であると想定されるであろう。従ってそれは、各々が本発明による直交偏波変換装置Ｄに連結された、例えば角笛のような基本要素の放射源の配列と、選択されたダイヤグラムに従って基本要素の放射源により送信される（又は逆方向に、電波の形態で宇宙から受信する）無線周波数信号の振幅及び／又は位相を、アクティブ・システムを用いて制御するために適した、制御手段とを備える。しかしながら、本発明はこのタイプのアンテナに限定されない。それは実際、一方であらゆるタイプのＤＲＡ又は他のアレー・アンテナに、そしてとりわけ例えば能動的又は受動的で、再構成可能な又は不可能なＦＡＦＲタイプのアンテナの如き、反射体システムの前方に位置するアレー放射源に関し、他方で本発明による装置に連結された単一の基本要素の放射源に関する。

例えば、アレー・アンテナはＫａ帯域（１８．２ＧＨｚ〜２０．２ＧＨｚで送信、又は２７．５ＧＨｚ〜３０ＧＨｚで受信）あるいはＫｕ帯域（１０．７ＧＨｚ〜１２．７５ＧＨｚで送信、又は１３．７５ＧＨｚ〜１４．５ＧＨｚで受信）においてマルチメディア通信衛星に搭載される。それにもかかわらず、本提案の装置はあらゆる他の周波数帯域に対して依然として適用可能である。さらに、放射される２つの分極は同じ周波数帯域内、又は異なる周波数帯域内にあり得る。

本発明による直交偏波変換装置Ｄの第１の例示的実施形態を説明するために、まず最初に図１〜４が参照されよう。

図１に概略的に例示されているように、本発明による直交偏波変換装置Ｄは、円形のポートＡＣに連結された少なくとも１つの主要導波管（又は本体）ＧＰと、主要導波管ＧＰ及び（図４にマークされている）直列ポートＡＳへ直列に連結された第１の補助導波管ＧＡ１と、そして主要導波管ＧＰ及び（図４にマークされている）並列ポートＡＰへ並列に連結された第２の補助導波管ＧＡ２とを備える。

主要導波管ＧＰは、（ＸＺ平面における）その横断面の形状が例えば長方形又は正方形の平行６面体である。しかしながら、主要導波管ＧＰが円形の場合もまた可能であるが、この解決策は現在望ましいものではない。それは、装置Ｄの主要な無線軸もまた定義する長手（Ｙ）方向に延びる。その寸法は、互いに直交する第１の分極Ｐ１と第２の分極Ｐ２とをそれぞれ有する第１と第２の電磁モードにより、無線周波数（ＲＦ）信号の主要な（無線）軸Ｙに従った伝播を可能にするように選ばれる。

例えば、第１と第２の電磁モードは、それぞれＴＥ１０（基本モード）とＴＥ０１である。

例えば、第１の分極Ｐ１と第２の分極Ｐ２は線形タイプであり、Ｐ１は例えば垂直（Ｖ）でＰ２は水平（Ｈ）か、又はその逆である。しかしながら、本発明は必要な電気的位相条件を得るために適切な構成要素を追加することにより（例えばハイブリッド・カプラーを２つの長方形ポートの導波管に追加、あるいは主要円形導波管に対して偏波器を追加することにより）、円形の分極生成もまた可能にすることが観察されよう。

主要導波管ＧＰは（ＹＺ平面における）２つの「横」壁ＰＬ、（ＸＹ平面における）「下部」壁、及び（ＸＹ平面における）「上部」壁ＰＳを備える。「横」、「下部」、及び「上部」の概念は、ここで図面を参照して理解されるべきであり、導波管の上部壁ＰＳは、結果的に当該導波管の下部壁の上方に、そして前記導波管の２つの横壁ＰＬに直角に位置する。勿論、これらの概念は単に説明を容易にするためだけに用いられ、一旦装置Ｄが（ここでは例としてアレー・タイプの）アンテナに組み込まれれば、主要導波管ＧＰ又は補助導波管ＧＡ１あるいはＧＡ２の壁の最終方向に関係しない。

これらの横壁ＰＬ、下部壁及び上部壁ＰＳは、第１端と第２端を備える主空洞を内部的に画定する。第１端は、（第１の分極Ｐ１及び第２の分極Ｐ２をそれぞれ有する）第１と第２のモードに適し、基本要素の放射源に接続されるように設計された、円形ポートＡＣに連結される。いわゆる「直列」の連結スロットＦＳＰは、第２端において定義される。それはむしろ長方形で、その長辺が例えばＺ軸に平行であることが望ましい。

主要導波管ＧＰの上部壁ＰＳは、いわゆる「並列」の連結スロットＦＰＬ又はＦＰＴの一部分を構成する、選ばれた形状の少なくとも１つの開口を含む。

第１の補助導波管ＧＡ１は、例えば長方形の（ＸＺ平面における）横断面を有する、一般的に平行６面体の形状である（しかし他の形状、特に円形又は楕円形は想定され得る）。それは（第１の）補助的無線軸も定義する、長手方向（Ｙ）に延びる。それは従って、いわば、主要導波管ＧＰをＹ軸に従って延長する。その寸法は、第１の分極Ｐ１を有する第１の電磁モードによって、無線周波数（ＲＦ）信号の第１の補助（無線）軸に従う伝播を可能にするように選ばれる。

第１の補助導波管ＧＡ１は、（ＹＺ平面における）２つの「横」壁、（ＸＹ平面における）「下部」壁、及び（ＸＹ平面における）「上部」壁を備える。これらの横壁、下部壁及び上部壁は、第１端と第２端を備える第１の補助空洞を内部的に画定する。第１端は、直列の連結スロットＦＳＰを介して、主要導波管ＧＰの第２端に直列に連結される。第２端は、第１の分極Ｐ１を持ちそしてＸＺ平面において定義される、第１のモードに適合した直列ポートＡＳに連結される。

例えば、直列ポートＡＳは長方形の形状を有する。図１〜４に描かれる第１の例示的実施形態において、直列ポートＡＳはＸ軸に平行な長辺ＧＣ１と、Ｚ軸に平行な短辺ＰＣ１とを有する。

第１の補助導波管ＧＡ１は、純粋な平行６面体ではない可能性があることに注意されたい。それは例示されるように、電気的性能を最適化するため（インピーダンス整合用のステップ変圧器）、導波管の横方向寸法において変化を生じるように、（Ｙ方向に対して直角な平面において）選ばれた断面と（Ｙ方向の）長さの、少なくとも２つの平行６面体形状の部分から部分的に成り得る。

第２の補助導波管ＧＡ２は、例えば、（ＸＺ平面において）長方形の横断面を有する、一般的に平行６面体の形状である。それは（第２の）補助的無線軸もまた定義する、長手方向（Ｙ）へ延びる。その寸法は、第２の分極Ｐ２を有する第２の電磁モードにより、無線周波数（ＲＦ）信号の第２の補助（無線）軸に従う伝播を可能にするように選ばれる。

第２の補助導波管ＧＡ２は、（ＹＺ平面における）２つの「横」壁、（ＸＹ平面における）「下部」壁ＰＩ、及び（ＸＹ平面における）「上部」壁を備える。これらの横壁、下部壁ＰＩ、及び上部壁は、第１端と第２端を備える第２の補助空洞を内部的に画定する。第１端は、第２の分極Ｐ２を持ちそしてＸＺ平面において定義される、第２のモードに適合した並列ポートＡＰに連結される。第２端は、第２の補助空洞における電気的短絡を決定するために、（ＸＺ平面において）端壁ＰＴにより終わることが望ましい。

第２の補助導波管ＧＡ２の下部壁ＰＩは、主要導波管ＧＰの上部壁ＰＳにおいて定義され、並列の連結スロットＦＰＬ又はＦＰＴの補完的な部分を構成するものと同じ選ばれた形状の、少なくとも１つの開口を備える。

例えば、並列ポートＡＰは長方形の形状である。図１〜４に例示される第１の例示的実施形態において、並列ポートＡＰはＸ軸に平行な長辺ＧＣ２、及びＺ軸に平行な短辺ＰＣ２を有する。

第１の補助導波管ＧＡ１と同様の仕方で、第２の補助導波管ＧＡ２は純粋な平行６面体ではない可能性があることに注意されたい。それは、例示されているように、平行６面体の形状であるが、電気的性能を最適化するためステップ変圧器を作り出すように、異なる大きさ（Ｙ方向に対して直角な平面における断面、及びＹ方向の長さ）を有する、少なくとも２つの部分から成り得る。

第１の補助導波管ＧＡ１とまた同様の仕方で、主要導波管ＧＰは純粋な平行６面体ではない可能性があることに注意されたい。それはインピーダンス整合のために、１つが平行６面体の形状で、もう１つが円筒形である少なくとも２つの異なる部分から成り得る。

第１の補助導波管ＧＡ１及び第２の補助導波管ＧＡ２は、それらの第１と第２の補助的無線軸が、主要導波管ＧＰの主要な無線軸に平行であるように、上下に位置する。第２の補助導波管ＧＡ２も又それゆえ少なくとも部分的に、主要導波管ＧＰの上部壁ＰＳの上方に位置する。

主要導波管ＧＰ（及びその円形ポートＡＣ）と、第１の補助導波管ＧＡ１及び第２の補助導波管ＧＡ２（並びにそれらの直列ポートＡＳと並列ポートＡＰ）は、互いに組み立てられる２つ又は３つの部分で作られ得ることに注意するのが重要である。しかしながら、それらは用いられる製作方法に全て依存する一体品の集合を構成することも又可能である。この場合、主要導波管ＧＰの上部壁及び、第１の補助導波管ＧＡ１の上部壁は、それらが主要な空洞及び補助的空洞の一部分を定義することに貢献するにもかかわらず、第２の補助導波管ＧＡ２の下部壁ＰＩと合致することは明らかである。

前に示したように、各並列の連結スロットＦＰＬ又はＦＰＴは、主要導波管ＧＰの上部壁ＰＳと第２の補助導波管ＧＡ２の下部壁ＰＩとの間に定義される。例えば、主要導波管ＧＰの上部壁ＰＳと第２の補助導波管ＧＡ２の下部壁ＰＩとが、互いに相対して置かれるか、又は合致するとき、並列の連結スロットＦＰＬ又はＦＰＴは、主要導波管ＧＰの上部壁ＰＳ及び第２の補助導波管ＧＡ２の下部壁ＰＩにおいて、互いに対応する２つの開口のみにより構成され得る。しかしながら、並列の連結スロットＦＰＬあるいはＦＰＴは又、互いに対応する２つの開口により、そしてこれら２つの開口の間にガイド機能を与える接続要素によっても構成され得る（この解決策は、接続要素の厚さ（又は長さ）を出来るだけ制限する試みのために、現在は好適なものでない）。

各並列の連結スロットＦＰＬ又はＦＰＴは２つの理由により、選ばれた方法で主要な無線軸に対して方向付けられる。方向付けは、（第２の分極Ｐ２を有する）第２のモードが、受信（Ｒｘ）時に主要導波管ＧＰから第２の補助導波管ＧＡ２へ、あるいは送信（Ｔｘ）時に第２の補助導波管ＧＡ２から主要導波管ＧＰへ選択的に伝達されるように、まず最初に（主要導波管ＧＰにより定義される）主空洞と、（第２の補助導波管ＧＡ２により定義される）第２の補助空洞との連結を可能にしなければならない。さらに、方向付けは（第１の分極Ｐ１を有する）第１のモードを、受信（Ｒｘ）時に主要導波管ＧＰから第１の補助導波管ＧＡ１へ、あるいは送信（Ｔｘ）時に第１の補助導波管ＧＡ１から主要導波管ＧＰへ強いて伝播させなければならない。

第２のモードの連結は、その長辺がＹ方向に平行な長手方向の長方形スロットの場合、並列の連結スロットＦＰＬの長さによって、そして第２の補助導波管ＧＡ２の第２の補助無線軸に対する（Ｘ方向への）横偏倚によって強いられるか、あるいはその長辺がＸ方向に平行な横方向の長方形スロットの場合、長さ及び／又は並列の連結スロットＦＰＴの数、及び／又はスロット間の距離、及び／又は第２の補助ＲＦ軸に対する各並列の連結スロットＦＰＴの中心位置によって強いられる。

第２の補助導波管ＧＡ２の端壁ＰＴに位置する短絡と、最も近い連結スロットＦＰＬ又はＦＰＴとの間の距離もまた、調整パラメータの一部分を形成することに注意されたい。

幾つかの並列の連結スロットＦＰＴの使用は、スロット間に出力を分散させることを可能にする。

さらに、各並列の連結スロットＦＰＬ又はＦＰＴの狭さは、第１分極Ｐ１の励磁が最小化されることを可能にし、又は言い換えれば第１分極Ｐ１の拒絶レベルが固定されることを可能にする。これは分離薄板（又は隔壁）の使用が又ここで可能であるにもかかわらず、それが回避されることを可能にする。例えば、およそλ／１０〜λ／２０の間の厚さが選定され、ここでλは装置Ｄの動作波長である。

各並列の連結スロットＦＰＬ又はＦＰＴの位置は、第２のモードに対応し、主要導波管ＧＰの上部壁ＰＳ及び第２の補助導波管ＧＡ２の下部壁ＰＩにおいて生じる、電流のラインとの連結を最適化するように選定される。

さらに、各並列の連結スロットＦＰＬ又はＦＰＴの方向は、Ｘ方向において装置Ｄに求められるコンパクトさに依存する。２つのクラスの実施形態が想定され得る。

第１のクラスは、各並列の連結スロットＦＰＬが「長手方向に」長方形（Ｙ方向に平行な長辺（又は長さ））であり、主要導波管ＧＰの主軸の上方に位置し、それに対して平行であり、同時に第２の補助導波管ＧＡ２の第２の補助無線軸に対して横方向に（Ｘ方向に）ずれている実施形態を１つにまとめる。

第２のクラスは、各並列の連結スロットＦＰＬが「横方向に」長方形（Ｘ方向に平行な長辺（又は長さ））であり、そして主要導波管ＧＰの主軸に対して、及び第２の補助導波管ＧＡ２の第２の補助軸に対して中心に置かれる（しかし又、偏倚（偏心）することもあり得る）、実施形態を１つにまとめる（主軸と第２の補助軸はそのとき上下に位置している）。「中心に置かれた位置」とはここで、第２の補助軸の両側において同じ横方向の延びを持つことを意味すると理解される。第２の補助ＲＦ軸に対する並列の連結スロットＦＰＴの位置決めは、それらが送信する出力の少なくとも部分的な定義を可能にする。

第１のクラスは図１〜４に例示される第１の実施形態に対応する。この例において長方形で長手方向の、単一な並列の連結スロットＦＰＬが示されているが、しかし次々に置かれ、Ｙ軸に従って同じ方向を有する、それらの内の幾つか（少なくとも２つ）の使用を想定することができる。この場合、スロットの長さは必ずしも同一である必要はない。

第２の補助軸に対する、縦の連結スロットＦＰＬの横方向（又は横断方向）へのずれが大きい程、第２のモードの電流ラインの連結は有効である。描かれている例（図４参照）において、縦の連結スロットＦＰＬは、第２の補助導波管ＧＡ２の横壁近傍に位置する、第２の補助導波管ＧＡ２の下部壁ＰＩの領域内へと開いている。従って連結は最適である。しかしながら、第２の補助軸に対する、縦の連結スロットＦＰＬの横方向へのずれが大きい程、主要導波管ＧＰ及び第１の補助導波管ＧＡ１に対する、第２の補助導波管ＧＡ２の横方向ずれは大きいことに注意されたい。この第２の補助導波管ＧＡ２の横方向ずれは、大きくてもその幅（長辺）ＧＣ２の半分に等しい。その結果、装置Ｄの横方向（Ｘ方向）のスペース要件は、大きくても主要導波管ＧＰの幅ＧＣ１と第２の補助導波管ＧＡ２の幅ＧＣ２の半分との合計、又はＧＣ１＋ＧＣ２／２に等しい。

この第１の実施形態において、並列の連結スロットＦＰＬの「長手」方向のため、第１の補助導波管ＧＡ１と第２の補助導波管ＧＡ２、及び直列ポートＡＳと並列ポートＡＰは、その長辺が全てＸ方向に平行な長方形の横断面を有する。その結果、第１の補助導波管ＧＡ１と第２の補助導波管ＧＡ２、及び直列ポートＡＳと並列ポートＡＰは、全て同じ「横」方向（Ｘ方向において長辺ＧＣ１、ＧＣ２）を有する。

第２のクラスは図５〜８に描かれている第２の例示的実施形態に対応する。限定されない例として、同一の長方形で横方向形状の３つの並列の連結スロットＦＰＴが示されているが、そのうちの１つ又は２つ、あるいは並列で３つを超える使用までも想定することが可能である。

横方向のスロットＦＰＴの数がより多く、そして各横方向のスロットＦＰＴの（Ｘ方向への）長さがより大きくなる程、第２モードの電流のラインの連結はより効果的になる傾向があろう。描かれている例（図５〜７参照）において、３つの横方向のスロットＦＰＴは同じ長さであり、各々の対は等距離である。しかしながら、これは必要ではない（スロット間の距離は実際に変化し得る）。スロットの長さもまた調整パラメータであり得ることに注意されたい。

第２の補助軸はここで主軸上及び第１の補助軸上に正確に重ねられるため、第２の補助導波管ＧＡ２は従って完全に、又は殆ど完全に主要導波管ＧＰ及び第１の補助導波管ＧＡ１の上方に位置する。その結果、装置Ｄの（Ｘ方向における）横方向のスペース要件は、最大の横方向の延びを有する補助導波管又は主要導波管のスペース要件に等しい。少なくとも、装置Ｄの横方向のスペース要件は、従って実施形態の第２のクラスに関して最小である。

この第２の例示的実施形態において、各並列の連結スロットＦＰＴの「横」方向のため、第１の補助導波管ＧＡ１及びその直列ポートＡＳは、その長辺ＧＣ１がＺ方向に平行な長方形横断面を有し、一方で第２の補助導波管ＧＡ２及びその並列ポートＡＰは、その長辺ＧＣ２がＸ方向に平行な長方形横断面を有する。第１の補助導波管ＧＡ１と第２の補助導波管ＧＡ２とは従って異なる向きを有し、直列ポートＡＳと並列ポートＡＰについても同様である。

図９は第１のクラスに属し、アレー・アンテナ配列の六角形メッシュ（又は要素パターン）Ｍｉの一例の節点に位置する、７つの直交偏波変換装置Ｄｉ１〜Ｄｉ７を概略的に示す。

同様に、図１０は第２のクラスに属し、アレー・アンテナ配列の六角形メッシュ（又は要素パターン）Ｍｉの一例の節点に位置する、７つの直交偏波変換装置Ｄｉ１〜Ｄｉ７を概略的に示す。

勿論、本発明による直交偏波変換装置Ｄは、アレー・アンテナ配置の別のタイプのメッシュ（又は要素パターン）Ｍｉ、例えば三角形、長方形、その他諸々（すなわち必ずしも周期的である必要のないパターン）を構成するように、それに関して違ったやり方で配置され得る。

さらに前述において、主要導波管ＧＰが直列の補助導波管ＧＡ１と直列に連結され、並列の補助導波管ＧＡ２と並列に連結される一例の装置Ｄが記述されている。しかしながら、主要導波管ＧＰは直列の補助導波管ＧＡ１と直列に連結され、そして１つ、２つ、３つ、又は４つの並列の補助導波管ＧＡ２と連結され得る。後者の場合、並列の補助導波管ＧＡ２は、その様々な（ＸＹ平面及びＹＺ平面に平行な）横壁において主要導波管ＧＰと連結される。これは装置Ｄが１〜５の間で多数の周波数において動作することを可能にし得る。これらの様々な並列の補助導波管ＧＡ２は、それらの全ての連結スロットを必ずしもＹ軸に従った同じ側に置く必要はないことに注意されたい。さらに、主要導波管ＧＰの空洞の横断面は又、前記連結スロットの様々な位置を考慮に入れるために、Ｙ軸に従って変化し得る。

本発明による装置は、例えば単一周波数又は二重周波数の２分極化を必要とする、単一又は分離された放射源を有する場合のように、スペース要求の制約が主な制約ではない時にもまた使用され得る。

本発明は、上記に例としてのみ説明された直交偏波変換装置及び（場合によってはアレー・タイプの）アンテナの実施形態に限定されず、当業者が以下の請求項の範囲内で想定し得る全ての変形を含む。

Claims (5)

1. アンテナ用の直交偏波変換装置（Ｄ）であって、
   （ｉ）互いに直交した第１と第２の分極を有する、第１と第２の電磁モードの主軸に従う伝播に対して適合し、前記第１と第２のモードに適合する円形ポート（ＡＣ）に連結された第１端と、そして第２端とを備える主要導波管（ＧＰ）と、
   （ｉｉ）第１の補助軸に従う前記第１の電磁モードの伝播に対して適合し、直列の連結スロット（ＦＳＰ）を介して主要導波管（ＧＰ）の前記第２端へ直列に連結された第１端と、前記第１のモードに適合する直列ポート（ＡＳ）に連結された第２端とを備える第１の補助導波管（ＧＡ１）と、
   （ｉｉｉ）少なくとも１つの並列の連結スロット（ＦＰＬ、ＦＰＴ）を介して、前記主要導波管（ＧＰ）に連結された、第２の補助軸に従う前記第２の電磁モードの伝播に対して適合し、前記第２のモードに適合する並列ポート（ＡＰ）に連結された第１端を備える第２の補助導波管（ＧＡ２）とを含み、
   前記第１の補助導波管（ＧＡ１）と第２の補助導波管（ＧＡ２）とが、それらの第１と第２の補助軸が前記主軸に平行であるように上下に位置し、
   各並列の連結スロット（ＦＰＬ、ＦＰＴ）が主要導波管（ＧＰ）の上部壁（ＰＳ）と第２の補助導波管（ＧＡ２）の下部壁（ＰＩ）との間に定義され、一方から他方への第２モードの選択的伝達のため、主要導波管（ＧＰ）と第２の補助導波管（ＧＡ２）との連結を可能にするように、そして前記第１のモードを主要導波管（ＧＰ）と第１の補助導波管（ＧＡ１）との間に伝播させるように、前記主軸に対して方向付けられ、
   前記主軸と第２の補助軸が上下にほぼ重ねられ、
   それが前記主軸に直角な長辺と、該長辺よりも大幅に小さい長さの短辺を伴う長方形を有し、そして前記主軸及び第２の補助軸に対して偏心した位置に定義される、少なくとも１つの並列の連結スロット（ＦＰＴ）を備え、
   前記第１の補助導波管（ＧＡ１）及び前記直列ポート（ＡＳ）が、その長辺が互いに平行な長方形の横断面を有し、そして前記第２の補助導波管（ＧＡ２）及び前記並列ポート（ＡＰ）が、その長辺が互いに平行で、第１の補助導波管（ＧＡ１）と直列ポート（ＡＳ）との長辺に直角な、長方形の横断面を有することを特徴とする装置。
2. 前記第２の補助導波管（ＧＡ２）が第１端とは反対の第２端を備え、短絡を決定するために閉じられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 請求項１あるいは２のいずれか一項に記載の、単一の直交偏波変換装置（Ｄ）を備え、単一の基本要素の放射源に連結されることを特徴とするアンテナ。
4. 請求項１あるいは２のいずれか一項に記載の、多数の直交偏波変換装置（Ｄ）を備え、選択されたメッシュを有するアレー内に配置された基本要素の放射源に、それぞれが連結されることを特徴とするアレー・アンテナ。
5. 前記メッシュが六角形タイプであることを特徴とする、請求項４に記載のアレー・アンテナ。

Images