JPH0124964Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はアンテナの給電装置に設けられる偏波
変換器に係り、特にこの偏波変換器の周波数特性
の改善に関する。

一般に衛星通信などに用いられるアンテナの給
電装置には偏波変換器と称される偏波に関する整
合素子が設けられる。従来の偏波変換器は第１図
に示すように互いに直交した壁部にそれぞれ４個
の導波管分岐を有する偏波分波器１が導波管回路
３によつてハイブリツド結合器としてのマジツク
Ｔ２ａおよび２ｂに接続され、さらに、マジツク
Ｔ２ａは導波管回路５によつてもう一つのマジツ
クＴ２ｃに、マジツクＴ２ｂは途中に移相器７が
介装された導波管回路６によつてマジツクＴ２ｃ
にそれぞれ接続されている。

しかして、マジツクＴ２ｃの入力端子８に入力
された信号は導波管回路５および６に同位相で分
割された後、それぞれ導波管回路３および４を通
つて偏波分波器１に到達し、垂直偏波（Ｖ偏波）
成分および水平偏波（Ｈ偏波）成分の２種類の信
号が励振される。この場合、導波管回路６に介装
された移相器９はここを通る信号の位相を90゜遅
らせるため、偏波分波器１に励振される直交した
２種類の信号の位相差が90゜ずれることになり、
これによつて円偏波が励振される。この円偏波を
右旋円偏波とし、続いて、マジツクＴ２ｃの他の
入力端子９に信号を入力した場合には導波管回路
５および６に分割された信号位相が逆になるため
に、偏波分波器１に励振される２種類の信号の一
方が、前述した信号位相に比べてちようど180゜だ
けずれた円偏波すなわち左旋円偏波が励振される
ことになる。

すなわち、第１図に示した偏波変換器は２つの
円偏波を同時に励振させ得るものである。

斯かる従来の偏波変換器にあつては、移相器７
が周波数特性を有することから、入力端子８およ
び９よりそれぞれ入力された信号の垂直偏波と水
平偏波との位相差すなわちＶ／Ｈ偏波間位相は第
２図に示すように、使用周波数帯域の中心波長f₀
で90゜であつたとしても、この中心波長f₀からず
れるに従つてその位相差も次第に大きく（または
小さく）なり、使用帯域の両端でその偏差が最も
大きくなるという欠点があつた。また、使用周波
数が低い偏波変換器ほど、導波管回路およびマジ
ツクＴの寸法が大きくなるとともに重量も増大
し、この結果、その工作性および作業性が極端に
悪くなると同時に高価なものにならざるを得なか
つた。

本考案は上記従来のものの欠点を除去するため
になされたもので、２つの回路に分配されて偏波
分波器に到達する２つの信号の位相差を、使用周
波数帯域の周波数変化に対してほぼ一定に保持し
得るとともに、使用周波数の低いものであつても
形状および重量を小さく抑さえ得、且つ、低廉化
も可能な偏波変換器の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本考案の偏波変換
器はハイブリツド結合器としてラツトレースと称
されるリング回路形のものを用いるとともに導波
管回路を同軸線路化し、偏波分波器の導波管分岐
長および同軸線路長を適切に選定することによつ
て偏波分波器に到達する２つの信号の位相差を使
用周波数帯域内でほぼ一定にするものである。

以下、添付図面を参照して本考案の一実施例に
ついて説明する。第３図は本考案に係る偏波変換
器の概要および原理を説明するためのもので、導
波管分岐に移相器１７を介装し、この移相器が介
装された導波管分岐とリング回路形のハイブリツ
ド結合器１２ａとを同軸線路１１によつて接続す
るとともに他方の導波管分岐とリング回路形ハイ
ブリツド結合器１２ｂとを同軸線路１１によつて
接続し、これらのハイブリツド結合器１２ａおよ
び１２ｂと、さらにもう一つのリング回路形結合
器１２ｃとをそれぞれ同軸線路１３および１４に
よつて接続している。ただし、同軸線路１１とし
ては４本とも等しい長さのものが用いられるが、
同軸線路１３および１４は互いに長さの異るもの
が用いられている。ここで、同軸線路１３の長さ
をl₁、同軸線路１４の長さをl₂（l₁＜l₂）、移相器１
７の長さをl₃とするとともに、ハイブリツド結合
器１２ｃの入力端子１５または１６に信号を加え
たとき、その出力端子ｂ１を基準にして出力端子
ａ１の遅れ位相差φD、同軸線路１３および１４
の両端間の位相差をそれぞれφAおよびφB、移相
器１７の両端間の位相差をφCとするとき、偏波
分波器１の入力端子ａ５を基準にした入力端子ｂ
４の位相差Ｋは次式で表わされる。

但し、 λ：自由空間波長 ε1：同軸線路１３の誘電率 ε2：同軸線路１４の誘電率 λg₃：移相移１７として使用する導波管の管内波
長 である。

本考案は円偏波励振を行なわせるべくこの位相
差Ｋが使用周波数範囲内においてπ／２になるよ
うに同軸線路１３の長さl₁、同軸線路１４の長さ
l₂および移相器１７としての導波管の長さl₃を相
互に関連せしめて適切に選ぶようにしている。

第４図はこの詳細な構成を示す配線図で、偏波
分波器１は互いに直交する側壁に４個の導波管分
岐１０を有し、この中対向する位置に設けられた
１組の導波管分岐１０にはそれぞれ長さl₃の導波
管が移相器１７として介装されており、これらの
導波管分岐は同軸線路１１によつてラツトレース
回路（以下ラツトレースを言う）１２ａの出力端
子に接続され、もう１組の導波管分岐１０は同軸
線路１１によつてラツトレース１２ｂの出力端に
それぞれ接続されている。

また、ラツトレース１２ａの入力端子は長さl₁
の同軸線路１３によつてラツトレース１２ｃの一
方の出力端子に、ラツトレース１２ｂの入力端子
は長さl₂の同軸線路１３によつてラツトレース１
２ｃの他方の出力端子にそれぞれ接続されてい
る。

ここで、ラツトレース１２ｃの入力端子１５に
信号を加えた場合、各出力端子間に現れる信号の
位相差は零であり、又入力端子１６に信号を加え
た場合、各出力端子間に現れる信号の位相差はπ
であるが、この位相差の違いは励振する偏波の方
向が異なるだけなので説明上零とする。このよう
な位相差の設定のもとに、今ラツトレース１２ｃ
の入力端子１５または１６の何れか一方に信号を
加えた場合、同軸線路１４が接続される側の出力
端子に現れる信号の位相と、同軸端子１３が接続
される側の出力端子に現れる信号の位相差、すな
わち、ラツトレース１２ｃの両出力端間の位相差
は第５図のφD₀に示すように使用周波数帯域の中
心周波f₀では殆ど差が認められないものの、この
中心周波数f₀よりも周波数が高くなるに従つて同
軸線路１３側の位相が遅れ、反対に、中心周波数
f₀よりも周波数が低くなるに従つて同軸線路１３
側の位相が進むことになる。このことは、ラツト
レースは中心周波数で位相差が零となるが、周波
数が中心よりずれると、ラツトレース内部の同軸
部の長さが一定でも周波数により波長が異なるの
で位相差が生じるからである。このことからφD₀
はラツトレース１２ｃ固有なものであると言え
る。そして、これらのことから同軸線路１４側の
出力端子を基準にすれば、使用周波数帯域の最も
低い周波数f_Lで最も大きい負の偏差を生じ、中心
周波数f₀でその偏差は零に、反対に使用周波数帯
域の最も高い周波数f_Hで最も大きい正の偏差を生
じその途中はほぼ直線的に変化する。

一方、同軸線路１３の長さをl₁、同軸線路１４
の長さをl²（l₁＜l₂）の如く構成したことに伴う両
者の遅れ位相差（φB−φA）もまた同図（φB−
φA）に示した如く、中心周波数f₀でほぼ120゜と
すれば、他の周波数に対して約そφD₀と同様な傾
向で変化し、φD₀よりも幾分傾きが大きくなる。

また、導波管が用いられた移相器１７の両端間
の位相差φCもまた同図φCに示した如く、中心周
波数f₀でほぼ30゜とすれば、他の周波数に対して
約そφD₀と同様な傾向で変化する。

しかして、ラツトレース１２ｃの入力端子１５
または１６の何れか一方に加えられた信号の成分
は前述したように２つの線路を通してそれぞれ偏
波分波器１に到達するが、両偏波成分の位相差は
（φB−φA）−φC−φD₀によつて表わされる。こ
のことは第５図の直線（φB−φA）で示される位
相値から、同図の直線φCおよびφD₀で示される
位相値をそれぞれ引き算すればよく、この場合、
φCおよびφD₀がほぼ平行で緩やかに変化するこ
と、φB−φAが幾分急に変化することを考慮すれ
ば、両偏波成分の位相差は同図（φB−φA）−φC
−φD₀に示した如く、使用周波数帯域の全ての周
波数に対してほぼ90゜となる。尚、前記の場合、
ラツトレース１２ｃ，１２ｂの出力端間に現れる
信号の位相差φD₀を使用周波数帯域の中心周波数
f₀では零とし、両偏波成分の位相差は使用周波数
帯域の全ての周波数に対してほぼ90゜となる場合
を説明したが、ラツトレースの入力端子１５に信
号を加えた場合、第５図に示す如くラツトレース
の出力端間に現れる信号の位相差φDπは使用周波
数帯域の中心周波数ではφDπ＝180゜となる。それ
故２つの線路を通して偏波分波器１に到達する両
偏波成分の位相差はφD₀＝０の場合と同様に、
（φB−φA）−φC−φDπによつて表わされた位相
差は−90゜となつて使用周波数帯域の周波数変化
に対してほぼ一定となる。

次に、第６図は本考案に係る偏波変換器のもう
一つの実施例の構成を示す結線図で、上記第４図
は互いに直交した４つの導波管分岐を有する偏波
分波器１に先ず２個のラツトレース２ａ，２ｂを
接続し、次いでこれらのラツトレースにもう一つ
のラツトレース２ｃを接続する構成の偏波変換に
ついて説明したが、ここでは互いに直交する２つ
の導波管分岐を有し、且つ、その一方に導波管で
なる移相器１７を介装せしめた偏波分波器１８
と、ラツトレース１２ｃとを同軸線路１３および
１４によつて接続しており、かかる構成の偏波変
換器にあつても、上述したと同様に同軸線路１３
の長さl₁、同軸線路１４の長さl₂、および移相器
１７の長さl₃を適切に選ぶことによつて使用周波
数帯域の周波数変化に対して垂直偏波成分および
水平偏波成分の位相差をほぼ一定に保つことがで
きる。これらの関係を第７図に示す。

なお、上記実施例におけるラツトレースは同軸
ラツトレース、あるいはマイクロストリツプ型の
ラツトレースの何れであつても上述した関係を満
たし得ることは言うまでもない。

次に上記各実施例とは考案の主旨が異なるが、
第８図に示すような偏波変換器も考えられる。図
中、第４図と同一符号を付したものはそれぞれ同
一の要素を示し、第４図中の移相器１７を除去し
た点が異つている。

この偏波変換器はラツトレース１２ｃの両端子
間に生ずる位相差の変化傾向すなわち周波数特性
φDと、このφDとは独立に同軸線路の長さにより
決まる同軸線路１３および１４の遅れ位相差の周
波数特性（φB−φA）とをほぼ近似させ得る場合
のもので、第８図に示した如く、ラツトレース１
２ｃの両端子間に生ずる、中心周波数f₀における
位相差を零とし、同軸線路１３および１４の間に
生ずる、中心周波数f₀における遅れ位相の偏差を
90゜とすれば、これによつて両偏波成分の位相差
（φB−φA）−φDを、同図（φB−φA）−φDに示
した如く、使用周波数帯域の全ての周波数に対し
て90゜とすることができる。

かかる構成を採ることで、例えば、ラツトレー
ス１２ｃに加える信号の周波数を1.5GHzから
1.7GHzに変化させた場合でも楕円偏波率を0.3dB
以下に抑えることができた。

以上の説明によつて明らかな如く、本考案の偏
波変換器によれば、ハイブリツド結合器としてラ
ツトレースと呼ばれるリング形のものを用いると
ともに、偏波分波器との接続も同軸線路を用いた
ために形状および重量が著しく小さくなり、同時
に、作業性および工作性も改善されることにな
る。

また、偏波分波器の導波管分岐の長さと同軸線
路との長さを相互に関連せしめて適切に定めてい
るため、使用周波数帯域の全ての周波数に対して
偏波分波器に到達する２つの信号の位相差をほぼ
一定に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の偏波変換器の構成を示す斜視
図、第２図はこの偏波変換器の垂直偏波および水
平偏波間の位相差と周波数との関係を示した線
図、第３図は本考案による偏波変換器の概要およ
び原理を説明するためのブロツク図、第４図、第
６図は本考案により偏波変換器の実施例の詳細な
構成を示す配線図、第５図、第７図はこれらの実
施例の作用の説明するために垂直偏波および水平
偏波間の位相差と周波数との関係を示した線図、
第８図は参考例として他の回路方式による偏波変
換器の構成を示す斜視図、第９図はこの偏波変換
器の作用を説明するために垂直偏波および水平偏
波間の位相差と周波数との関係を示した線図であ
る。 １，１８：偏波分波器、２ａ，２ｂ，２ｃ：マ
ジツクＴ、３，４，５，６：導波管、７，１７：
移相器、８，９，１５，１６：入力端子、１０：
導波管分岐、１１，１３，１４：同軸線路、１２
ａ，１２ｂ，１２ｃ：ラツトレース回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 互いに直交した壁部にそれぞれ導波管分岐を
   有する偏波分波器と、ラツトレース回路と、こ
   のラツトレース回路の第１の出力端子を前記偏
   波分波器の一方の導波管分岐に接続する第１の
   同軸線路と、前記ラツトレース回路の第２の出
   力端子を前記偏波分波器の他方の導波管分岐に
   接続する第２の同軸線路とを具え、使用周波数
   の周波数帯域における前記第１の同軸線路の両
   端間の位相差φA、前記第２の同軸線路の両端
   間の位相差φBとの差である（φB−φA）を
   120゜近辺とし、前記第１の同軸線路を接続する
   導波管分岐長が、前記第２の同軸線路を接続す
   る導波管分岐長よりも長いことに起因する信号
   遅れ位相差φCを30゜近辺とし、更に、前記ラツ
   トレース回路の第１および第２の出力端子間に
   現れる信号の位相差φDを0゜又は180゜とし、（｜
   φB｜−｜φA｜−｜φC｜−｜φD｜）が使用周
   波数帯域の周波数変化に対してほぼ90゜又は−
   90゜一定となるように前記導波管分岐長および
   同軸線路長を決定した後、前記ラツトレース回
   路の入力端子に信号を加えることによつて前記
   偏波分波器に垂直偏波成分および水平偏波成分
   の２種類の信号を励振させるように構成したこ
   とを特徴とする偏波変換器。 (2) 前記第１の同軸線路長を第２の同軸線路長よ
   りも短くし、この第１の同軸線路が接続される
   側の導波管分岐長を前記第２の同軸線路が接続
   される側の導波管分岐長よりも長く形成したこ
   とを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項
   記載の偏波変換器。