JP6910513B2 - アンテナ給電回路 - Google Patents

Description

本開示は、衛星搭載アンテナなどに用いられるアンテナ給電回路に関するものである。

反射鏡を用いたマルチビームアンテナにおいて、反射鏡の一次放射器であるホーンアンテナは、ビーム方向に対応した位置に配置される。例えば、二次元的に密に配置したビーム配置を実現するためには、ホーンアンテナを密に配置する必要がある。従って、そのホーンアンテナに接続される給電回路は、コンパクトに構成される必要がある。

それらのホーンアンテナおよび給電回路同士は、隙間のない高密度配置となる。従って、隣接する給電回路同士が機械的に干渉することが、高密度配置の制約となる。

特に、マルチビームアンテナの送受共用反射鏡アンテナの給電回路に用いられるＯＭＪ（Ｏｒｔｈｏ Ｍｏｄｅ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）回路は、高い周波数の信号を通過させるポートと、低い周波数の信号を分波合成する４分岐回路で構成される。ここで、衛星搭載アンテナでは、高い周波数の信号とは、典型的には受信信号に相当し、低い周波数の信号とは、典型的には送信信号に相当する。本説明においては、典型的な周波数と送信／受信の割当てとしているが、この割当ては逆でもよい。

そのＯＭＪの入出力端子としては、ホーンアンテナを経由して低域帯および高域帯信号を受信する共通端子、高域帯信号を出力する高域帯端子、分岐導波管を経由し低域帯信号を出力する４つの低域帯端子がある。

低域帯信号が低域帯端子から入力され、各信号は、低域通過フィルタを通過し、ＯＭＪにおいて円偏波として合成され、共通端子を経てホーンアンテナへと出力される。なお、低域帯信号は、分岐導波管を経由して伝送されるが、高域帯端子の方向には高域帯導波管の寸法よりカットオフされるため反射し、共通端子の方向に伝送される。

共通端子から入力される高域帯信号は、共通導波管、高域導波管へと伝送し、ＯＭＪの４分岐回路には、高域信号を遮断する低域通過フィルタが装荷されており、高域帯信号は低域通過フィルタを通過できないため、外側の分岐導波管へは伝送しない。

ＯＭＪに装荷された低域通過フィルタは、高域帯導波管軸に対して垂直方向に延びる導波管に設置されたスタブ型フィルタ形式が採用される。導波管の両側にスタブ構造を有する形状は、低域通過フィルタの特性を有し、片側にスタブ構造を有する形状の場合は、帯域阻止フィルタの特性を有する。

なお、分岐導波管内に高域帯の信号が入り込むことによる特性劣化を抑制するため、分岐導波管内の４分岐回路接続部の近くにフィルタを配置しなければならない。また、高域信号を十分に遮断するためには、スタブ段数を多くする必要があり、フィルタが長くなり、給電回路の径を大きくしてしまう。

特許文献１は、偏波分離回路としてＯＭＪを用いて、そのＯＭＪに対して低域通過フィルタを装荷することを開示している。

特開２０１６−１３４６３９号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
上述したように、高域信号を十分に遮断するためには、スタブ段数を多くする必要がある。このことは、給電回路全体の径寸法が大きくなってしまう原因となっていた。特に、マルチビームアンテナにおける給電回路は、給電回路の径を小さくして、密接して配置する必要があるため、小型化が必須である。

上述した特許文献１は、偏波分離回路としてＯＭＪを用いて、そのＯＭＪに対して低域通過フィルタを装荷する方法は開示しているものの、アンテナ給電部を小型化する回路形状については、開示も示唆もされていない。

本開示は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、高域信号の十分な遮断性能を備えた上で、従来装置よりも小型化を実現したアンテナ給電回路を得ることを目的とする。

本開示に係るアンテナ給電回路は、共通導波管と、高い周波数の信号を通過させる高域帯導波管と、低い周波数の信号を分波合成する４分岐回路を介して接続されて構成される導波管を含んで構成されたアンテナ給電回路であって、４分岐回路に接続される分岐導波管のそれぞれは、高域帯導波管の管軸方向に対して垂直方向に延びた導波管が高域帯導波管の管軸方向に対して平行に折り曲げた構造であり、４分岐回路との接続部近くに低域通過機能を有する低域通過フィルタ部が装荷されており、さらに導波管を折曲げた先に高域導波管軸に対して平行な平行部フィルタ部が装荷されており、分岐導波管のそれぞれにおいて低域通過フィルタ部と平行部フィルタ部とが分割配置されており、共通導波管に設けられた共通端子から入力された高域帯信号は、４分岐回路を経由して高域帯導波管から出力され、分岐導波管に設けられた端子から入力された低域帯信号は、低域通過フィルタ部を通過して４分岐回路に伝送され、共通導波管に設けられた共通端子から出力されるものである。

本開示によれば、高域信号の十分な遮断性能を備えた上で、従来装置よりも小型化を実現したアンテナ給電回路を得ることができる。

本開示の実施の形態１による偏波分離回路の構成を示す斜視図である。 本開示の実施の形態１による矩形分岐導波管を示した斜視図である。 本開示の実施の形態１におけるアンテナ給電回路の動作説明図である。 本開示の実施の形態２における矩形分岐導波管のフィルタ特性を示した図である。

以下、本開示のアンテナ給電回路の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本開示の実施の形態１によるアンテナ給電回路の構成を示す斜視図である。図１に示すアンテナ給電回路は、共通端子１、高域帯端子２、４つの低域帯分岐端子３ａ〜３ｄ、共通導波管４、高域帯導波管（円形）５、４つの低域帯分岐導波管６ａ〜６ｄ、４分岐回路７、および高域帯導波管（矩形）８を備えている。

共通導波管４と高域帯導波管（円形）５が、４分岐回路７および高域帯導波管（矩形）８を介して接続されている。そして、共通導波管４の一端に共通端子１が設けられ、高域帯導波管（円形）５の一端に高域帯端子２が設けられている。

また、４分岐回路７の管壁には、結合孔を介して低域帯分岐導波管６ａ〜６ｄの一端が、周方向に９０度の間隔で４本接続されている。このとき、低域帯分岐導波管６ａ〜６ｄには４分岐回路７に近接配置された低域通過フィルタが備えられている。また、低域帯分岐導波管６ａ〜６ｄの他端には、低域帯分岐端子３ａ〜３ｄが設けられている。

なお、本実施の形態１では、共通導波管４と高域帯導波管（円形）５は、円形からなり、低域帯分岐導波管６ａ〜６ｄは、矩形からなるものについて示している。ただし、高域帯導波管（円形）５は、円形導波管の形状としているが、矩形導波管としてもよい。

低域帯分岐導波管６ａ〜６ｄの幅広面は、管軸方向と垂直となるように設けられている。また、低域帯分岐導波管６ａ〜６ｄの４分岐回路７への接続部は、高域帯導波管８の管軸方向に対して垂直となるように設置されている。なお、低域帯分岐端子３ｃ、３ｄは、図１には現れていない。

図２は、本開示の実施の形態１による低域帯分岐導波管６を示した斜視図である。図１に示した４つの低域帯分岐導波管６ａ〜６ｄは、同一形状を有しており、図２では、低域帯分岐導波管６として示している。低域帯分岐導波管は、小型化のために、高域帯導波管軸に対して平行な方向に折り曲げている。図２に示す通り、低域帯分岐導波管６におけるフィルタは、機能上、高域帯導波管軸に対して垂直部に設置されたフィルタ部６１（以下、垂直部フィルタ部６１と称す）と、高域帯導波管軸に対して平行部に設置されたフィルタ部６２（以下、平行部フィルタ部６２と称す）と、に分別される。

垂直部フィルタ部６１は、結合孔を介して、４分岐回路７への接続部は、高域帯導波管８の管軸方向に対して垂直となるように接続されている。また、垂直部フィルタ部６１の接続先に配置される水平部フィルタ部６２は、高域帯導波管８の管軸方向と平行な方向に接続されている。分岐導波管内に高域帯の信号が入り込むことによる特性劣化を抑制するために、分岐導波管内の４分岐回路接続部の近くに垂直部フィルタ部６１を配置している。

次に、本実施の形態１におけるアンテナ給電回路の具体的な動作について説明する。図３は、本開示の実施の形態１におけるアンテナ給電回路の動作説明図である。図３においては、低域帯分岐導波管７を挟んで１８０°の位置で互いに対向する低域帯分岐導波管６ａと低域帯分岐導波管６ｃを通る、管軸方向の縦断面図を示している。ただし、以下では、すべての低域帯分岐導波管６ａ〜６ｄに関する説明とする。

低域帯分岐端子３ａ〜３ｄから低周波数帯の直交する偏波が入力された場合には、この低周波数帯の信号（低域帯信号）は、図３中に実線矢印として示された流れに沿うこととなる。すなわち、低域帯信号は、低域帯分岐導波管６ａ〜６ｄのそれぞれの低域帯分岐端子３ａ〜３ｄから入力され、４分岐回路７、共通導波管４を経由して、共通端子１に出力される。ここで、４分岐回路７を経由して高域帯端子２の方向には高域帯導波管８の寸法よりカットオフされるため、伝送しない。

一方、共通端子１から高周波数帯の直交する偏波が入力された場合には、この高周波数帯の信号（広域帯信号）は、図３中の点線矢印として示された流れに沿うこととなる。すなわち、高域帯信号は、共通導波管４、４分岐回路７、高域帯導波管（矩形）８、および高域帯導波管（円形）５を経由して、高域帯端子２に出力される。

このとき、４分岐回路７には、低域帯分岐導波管６ａ〜６ｄが接続されている。しかしながら、低域帯分岐導波管６ａ〜６ｄのそれぞれは、低域通過フィルタ部６１を備えた構成となっている。このように、低域通過フィルタ部６１があるため、高域帯信号は、矩形分岐導波管６ａ〜６ｄには伝送されない。

低域帯分岐導波管を高域帯導波管軸と平行となるように曲げ、低域帯分岐導波管の垂直部フィルタ部および平行部フィルタ部を分割配置することによって、高域帯遮断性能を維持したまま、アンテナ給電回路の外径を小型化することができる。

実施の形態２．
本実施の形態２は、平行部フィルタ部を帯域阻止フィルタとしたものである。帯域阻止フィルタは、片側スタブ構造であるが、そのスタブの凸部を高域帯導波管側に向けた構造とする。

図１および図２は、その構造を表したものである。図４は、本開示の実施の形態２における低域帯分岐導波管６ａ〜６ｄのフィルタ特性例を示した図である。具体的には、この図４は、低周波数帯において、共通端子１から信号が入力されたときに、低域帯分岐導波管６ａ〜６ｄを介して、低域帯分岐端子３ａ〜３ｄから出力される信号のフィルタ性能を示す特性図である。

高周波数帯の偏波を遮断する低域通過フィルタ部６１を装荷し、帯域阻止フィルタ部６２を設けていない従来の矩形分岐導波管の構成と、低域通過フィルタ部６１を装荷するとともに帯域阻止フィルタ部６２を設けた本実施の形態１による低域帯分岐導波管６ａ〜６ｄの構成について、フィルタ性能を比較したものが、この図４である。

図４において、点線で図示した特性は、帯域阻止フィルタ部６２を設けていない従来構成による特性であり、実線で図示した特性は、帯域阻止フィルタ部６２を設けた本実施の形態１の構成による特性である。帯域阻止フィルタ部６２が設けられていない、点線で図示された特性においては、緩慢なフィルタ特性２１となっている。これに対して、帯域阻止フィルタ部６２が設けられた、実線で図示された特性においては、急峻なフィルタ特性２２が得られている。

以上のように、実施の形態１、２によれば、低域通過フィルタの機能を有する回路を途中で折り曲げて、その接続先に帯域阻止フィルタの機能を有する回路が装荷された形状としている。このような構成を採用することで、後段の帯域阻止フィルタの帯域阻止特性を持たせつつ、外形部に突出する低域通過フィルタ回路の長さを短くし、回路の外形部の小型化を図ることができる。すなわち、高域信号の十分な遮断性能を備えた上で、従来装置よりも小型化を実現したアンテナ給電回路を得ることができる。

さらに、帯域阻止フィルタの機能を実現するための凸部を、高域帯導波管の管壁側を向くように構成することで、アンテナ給電回路の外径をさらに小型化することができる。

なお、図１では、第１の低域帯分岐導波管６ａ〜６ｄの一例として、コルゲート形低域通過フィルタを装荷した構成について示した。しかしながら、低域帯分岐導波管６ａ〜６ｄは、この構成には限定されず、ワッフルアイアン形低域通過フィルタなどを装荷してもよい。さらに、低域帯分岐導波管６ａ〜６ｄと４分岐回路７との接続部である結合孔には、アイリスや他の整合素子を設けてもよい。

１ 共通端子、２ 高域帯端子、３ａ〜３ｄ 低域帯分岐端子、４ 共通導波管、５ 高域帯導波管（円形）、６、６ａ〜６ｄ 低域帯分岐導波管、７ ４分岐回路、８ 高域帯導波管（矩形）、６１ 低域帯分岐導波管の高域帯導波管軸に対して垂直部に設置されたフィルタ部、６２ 低域帯分岐導波管の高域帯導波管軸に対して平行部に設置されたフィルタ部。

Claims (4)

1. 共通導波管と、高い周波数の信号を通過させる高域帯導波管とが、低い周波数の信号を分波合成する４分岐回路を介して接続されて構成される導波管を含んで構成されたアンテナ給電回路であって、
   前記４分岐回路に接続される分岐導波管のそれぞれは、高域帯導波管の管軸方向に対して垂直方向に延びた導波管が高域帯導波管の管軸方向に対して平行に折り曲げた構造であり、前記４分岐回路との接続部近くに低域通過機能を有する低域通過フィルタ部が装荷されており、さらに導波管を折曲げた先に高域導波管軸に対して平行な平行部フィルタ部が装荷されており、前記分岐導波管のそれぞれにおいて前記低域通過フィルタ部と前記平行部フィルタ部とが分割配置されており、
   前記共通導波管に設けられた共通端子から入力された高域帯信号は、前記４分岐回路を経由して前記高域帯導波管から出力され、
   前記分岐導波管に設けられた端子から入力された低域帯信号は、前記低域通過フィルタ部を通過して前記４分岐回路に伝送され、前記共通導波管に設けられた前記共通端子から出力される
   アンテナ給電回路。
2. 共通導波管と、高い周波数の信号を通過させる高域帯導波管とが、低い周波数の信号を分波合成する４分岐回路を介して接続されて構成される導波管を含んで構成されたアンテナ給電回路であって、
   前記４分岐回路に接続される分岐導波管のそれぞれは、高域帯導波管の管軸方向に対して垂直方向に延びた導波管が高域帯導波管の管軸方向に対して平行に折り曲げた構造であり、前記４分岐回路との接続部近くに低域通過機能を有する低域通過フィルタ部が装荷されており、さらに導波管を折曲げた先に高域導波管軸に対して平行な平行部フィルタ部が装荷されており、前記分岐導波管のそれぞれにおいて前記低域通過フィルタ部と前記平行部フィルタ部とが分割配置されており、
   前記共通導波管に設けられた共通端子から入力された高域帯信号は、前記低域通過フィルタ部の働きにより前記分岐導波管のそれぞれには伝送されず、前記４分岐回路を経由して前記高域帯導波管から出力され、
   前記分岐導波管に設けられた端子から入力された低域帯信号は、前記低域通過フィルタ部を通過して前記４分岐回路に伝送され、前記高域帯導波管の寸法によりカットオフされ、前記高域帯導波管には伝送されず、前記共通導波管に設けられた前記共通端子から出力される
   アンテナ給電回路。
3. 前記分岐導波管のそれぞれは、幅広面が前記管軸方向と垂直となるように設けられている
   請求項１または２に記載のアンテナ給電回路。
4. 前記平行部フィルタ部は、帯域阻止フィルタの機能を有するように構成されている
   請求項１から３のいずれか１項に記載のアンテナ給電回路。

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