JP7305079B2

JP7305079B2 - 偏分波器

Info

Publication number: JP7305079B2
Application number: JP2023508339A
Authority: JP
Inventors: 秀憲湯川; 徹也片瀬; 修次縫村; 裕之青山; 徹高橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-03-25
Filing date: 2021-03-25
Publication date: 2023-07-07
Anticipated expiration: 2041-03-25
Also published as: JPWO2022201457A1; WO2022201457A1

Description

この発明は、主としてＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、マイクロ波帯およびミリ波帯で用いられる偏分波器に関するものである。

２つの周波数帯の直交する２つの直線偏波を分離するための回路（偏分波器）は衛星通信用給電回路で有用である。

この偏分波器としては、ひとつの共軸端子とひとつの直交端子を有するものが知られている。例えば、特許文献１では、２つの周波数帯の直交する２つの直線偏波を伝送する共通端子を有し、共通端子の対向面に共軸端子、共軸端子と直交する向きに直交端子を設けたものが示されている。
このような偏分波器では、共軸端子が共通端子と同じ中心軸上に配置されており、共通端子の正方形断面形状が共軸端子の矩形断面形状に変成していく変成部を有するため、共軸端子近傍では対称な構成となる。
また、直交端子と、直交端子と対向する短絡面の間には、短絡面の形状が直交端子の矩形断面形状に変成していく変成部が共通端子の断面よりも外側に設けられている。

特許文献１で示される偏分波器において共通端子から入力されたひとつの周波数帯のひとつの直線偏波は共軸端子に出力される。このとき、共軸端子と共通端子は同じ中心軸上にあって対称な変成部が設けられており、かつ、直交端子の変成部は共通端子の断面から離れた位置にあるため、その影響は小さく、比較的良好な反射特性が得られる。
一方、共通端子から入力されたもう一方の周波数帯の直交する直線偏波は、直交端子に結合して出力される。このとき変成部が設けられているため比較的良好な反射特性が得られる。

米国特許出願公開第２０１２／０００７７９２号明細書

従来の偏分波器では、共軸端子と直交端子ともに変成部が設けられており比較的良好な反射特性が得られるものの、直交端子の変成部は共通端子の断面よりも外側に設けられているため大型化する問題がある。

また、直交端子の変成部を共通端子断面の内側になるように設けた場合、共軸端子に近接することになるため、その影響により、共軸端子の反射特性が劣化する問題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、共軸端子、直交端子ともに良好な反射特性が得られる小形な偏分波器を実現することを目的とするものである。

この発明による偏分波器は、円形または正方形の導波管からなる共通端子と、矩形導波管からなる共軸端子と、矩形導波管からなる直交端子を有し、共軸端子は、共通端子と同じ向きで共通端子と対向する面に配置され、直交端子は、共通端子と直交する向きに配置され、共通端子は、ふたつの直線偏波を伝送し、ふたつの直線偏波のうち、一方の直線偏波は共軸端子を伝送し、もう一方の直線偏波は直交端子を伝送する偏分波器であって、共通端子と共軸端子の間には、共通端子の断面形状から共軸端子の断面形状が段階的に変化する第１の変成部を有するとともに、共軸端子は、共通端子の中心軸からオフセットして配置され、直交端子と、直交端子と対向する短絡面の間には、短絡面の断面形状から直交端子の断面形状に段階的に変化する第２の変成部を有し、前記第２の変成部は、前記共通端子の断面内に収まる、ように構成されている。

本発明により、共軸端子、直交端子ともに良好な反射特性が得られる小形な偏分波器を実現することが可能となる。

実施の形態１に係る偏分波器の斜視図である。実施の形態１に係る偏分波器の上面図である。実施の形態１に係る偏分波器の断面図である。低い周波数帯の直交端子の反射特性を示すグラフである。高い周波数帯の共軸端子の反射特性を示すグラフである。変成部の一例（直線状）を示す図である。変成部の一例（円弧状）を示す図である。共軸端子または直交端子の変成部の一例（直線状）を示す上面図である。共軸端子または直交端子の変成部の一例（直線状）を示す断面図である。共軸端子または直交端子の変成部の一例（円弧状）を示す上面図である。共軸端子または直交端子の変成部の一例（円弧状）を示す断面図である。共軸端子または直交端子の変成部の一例（直線状と階段状の組み合わせ）を示す上面図である。共通端子を円形とした場合の偏分波器を示す図である。

実施の形態１
図１は本実施の形態に係わる偏分波器の構成を説明するための斜視図である。
図１において、１は共通端子、２は共軸端子、３は直交端子、４は直交端子３と対向する短絡面、５は共軸端子２の変成部、６は直交端子３の変成部、７は直交端子と対向する短絡面４の１辺に設けられた変成部である。
なお、変成部５を第１の変成部、変成部６と変成部７を合わせて第２の変成部と呼ぶ。

図２は本実施の形態に係わる偏分波器の構成を説明するための上面図、図３は共軸端子側から見た断面図である。図２に示されるように、共軸端子２は、共通端子１の中心軸からオフセットして配置されている。
共軸端子２の変成部５は、共通端子１から共軸端子２の形状に徐々に変成するように設けられている。また、直交端子３の変成部６は、共通端子１の断面の内側において、直交端子３と対向する短絡面４から断面形状が徐々に変成するように設けられている。

さらに、直交端子３と対向する短絡面４の１辺に設けられた変成部７は、階段状である場合について示している。
なお、本実施の形態では、共軸端子２の方が、直交端子３よりも高い周波数帯を伝送するよう、共軸端子２の広壁面寸法が、直交端子３の広壁面寸法より小さい場合について示している。

次に動作について説明する。共通端子１から低い周波数帯のひとつの直線偏波が入力された場合、共軸端子２では直交する向きの直線偏波は遮断となるので、共軸端子側は等価的に短絡となる。このため、上面から見た場合は直角のベンドのように機能することになる。
このとき、短絡面４の１辺には階段状の変成部７が設けられているため、直線偏波の伝送がスムースになる。
さらに短絡面側から断面形状が徐々に変成して直交端子３の形状となるので、直交端子３において良好な通過特性、反射特性が実現される。

一方、共通端子１から高い周波数帯のもう一方のひとつの直線偏波が入力された場合、直交端子３では直交する向きの直線偏波は遮断となるので、直交端子側は等価的には短絡となる。
このとき、直交端子３の変成部６が共軸端子２に近接しているためその影響が生じるものの、共軸端子２は共通端子１の中心軸からオフセットして配置されているため、共軸端子２の変成部５の影響が大きくなり、直交端子３の変成部６が近接する影響を相殺することが可能となる。
このため、共軸端子２において良好な通過特性、反射特性が実現される。

本実施の形態の構成では、直交端子３の変成部６が共通端子１の断面の内側にあるため、変成部が共通端子１の断面の外側にある従来の構成に比べ小形できる効果がある。また、このとき良好な反射特性が得られることはすでに述べたとおりである。

ここで計算による本実施の形態における提案構成の効果を示す。
図４は低い周波数帯（Ｆｌ）の直交端子３の反射特性、図５は高い周波数帯（Ｆｈ）の共軸端子２の反射特性である。横軸はそれぞれの周波数帯の中心周波数で規格化したもの（Ｆ／Ｆｌ、Ｆ／Ｆｈ）であり、縦軸は反射振幅（Ｓ１１［ｄＢ］）を示している。
図４、図５において実線が提案構成、点線が従来構成によるものである。
提案構成における共軸端子２の変成部５と、従来構成における共軸端子の変成部の段数は同じであるが、本実施の形態提案構成の共軸端子２は共通端子１の中心軸からオフセットしている。また、従来構成の直交端子３には変成部を設けず、提案構成の直交端子３には共通端子１の断面の内側に変成部を設けるとともに、直交端子３と対向する短絡面４の１辺には階段状の変成部７を設けている。したがって、提案構成と従来構成は同じサイズでの比較となる。図４、５から明らかなように、提案構成では高い周波数帯の反射特性は従来構成と比べて劣化することなく、低い周波数の反射特性は向上していることを確認した。

なお、従来構成において、共通端子１の断面の外側に直交端子３の変成部６を設けた場合は低い周波数帯において提案構成と同等の反射特性が見込まれるが、その場合は提案構成に比べ大型化する。したがって、提案構成において、従来構成と同等の反射特性を実現すればよい場合には小形化に利点がある。

なお、本実施の形態では、２つの周波数帯を分離する場合について示したが同じ周波数帯でもよい。

なお、ここでは、共軸端子２の変成部５は３段、直交端子３の変成部６は２段の場合について示したが、短絡面４の１辺における変成部７も含め、段数はいくつでもよい。さらに変成部における断面の広壁面寸法と狭壁面寸法は、それぞれすべて同じにしても、一部同じにしても、すべて異なるものとしてもよい。

なお、短絡面４の１辺に設けた変成部７は、図６に示すように直線状にしてもよい。この場合、階段状に比べ形状が滑らかになるのでより良好な反射特性が得られるという効果がある。

また、短絡面４の１辺に設けた変成部７は、図７に示すように円弧状にしてもよい。この場合も、階段状に比べ形状が滑らかになるのでより良好な反射特性が得られるという効果がある。

なお、図２、図６、図７では、短絡面４の１辺に設けた変成部７の狭壁面寸法は同じにしているが、変えてもよい。この場合、さらに設計の自由度があがり、さらに良好な反射特性が得られるという効果がある。

また、共軸端子２または直交端子３の変成部は、図８、９に示すように直線状にしてもよい。この場合、不連続が小さくなりさらに良好な反射特性が得られるという効果がある。

また、共軸端子２または直交端子３の変成部は、図１０、１１に示すように曲線状にしてもよい。この場合、不連続が小さくなるとともに設計の自由度があがり、さらに良好な反射特性が得られるという効果がある。

また、共軸端子２または直交端子３の変成部は、図１２に示すように、直線状と階段状を組み合わせてもよい。この場合、設計の自由度が高くなり、さらに良好な反射特性が得られるという効果がある。
なお、直線状と曲線状の組み合わせ、曲線状と階段状の組み合わせなどでもよい。

なお、加工方法としては、エンドミルを用いることを想定し、エンドミルの方向に応じた隅Ｒを設けてもよい。寸法の調整による隅Ｒの影響の補正は比較的容易である。

なお、加工方法としては、３Ｄプリンタを用いてもよい。曲線状などの加工は３Ｄプリンタを用いることにより、比較的容易である。

本実施の形態では、共通端子１が正方形の場合について示したが、図１３に示すように共通端子１が円形でもよい。共軸端子２の変成部５は、円形から矩形に徐々に変成するようにすればよく、同様の効果が得られる。また、共通端子１を円形にした場合は、円形導波管端子を有する円偏波発生器との接続や、円形導波管端子を有するホーンアンテナとの接続が容易となるという利点もある。

１共通端子、２共軸端子、３直交端子、４短絡面、５変成部、６変成部、７変成部。

Claims

円形または正方形の導波管からなる共通端子と、
矩形導波管からなる共軸端子と、
矩形導波管からなる直交端子を有し、
前記共軸端子は、前記共通端子と同じ向きで前記共通端子と対向する面に配置され、前記直交端子は、前記共通端子と直交する向きに配置され、前記共通端子は、ふたつの直線偏波を伝送し、前記ふたつの直線偏波のうち、一方の直線偏波は前記共軸端子を伝送し、もう一方の直線偏波は直交端子を伝送する偏分波器であって、
前記共通端子と前記共軸端子の間には、前記共通端子の断面形状から前記共軸端子の断面形状が段階的に変化する第１の変成部を有するとともに、前記共軸端子は、前記共通端子の中心軸からオフセットして配置され、前記直交端子と、前記直交端子と対向する短絡面の間には、前記短絡面の断面形状から前記直交端子の断面形状に段階的に変化する第２の変成部を有し、
前記第２の変成部は、前記共通端子の断面内に収まる、
偏分波器。
前記短絡面の角は、階段状のコーナが設けられた請求項１に記載の偏分波器。
前記短絡面の角は、直線状のコーナが設けられた請求項１に記載の偏分波器。
前記短絡面の角は、円弧状のコーナが設けられた請求項１に記載の偏分波器。
前記第１の変成部は、その断面形状が階段状に変化する請求項１から４のいずれか一項に記載の偏分波器。
前記第１の変成部は、その断面形状が直線状に変化する請求項１から４のいずれか一項に記載の偏分波器。
前記第１の変成部は、その断面形状が曲線状に変化する請求項１から４のいずれか一項に記載の偏分波器。
前記第２の変成部は、その断面形状が階段状に変化する請求項１から７のいずれか一項に記載の偏分波器。
前記第２の変成部は、その断面形状が直線状に変化する請求項１から７のいずれか一項に記載の偏分波器。
前記第２の変成部は、その断面形状が曲線状に変化する請求項１から７のいずれか一項に記載の偏分波器。