JPH04145704A - 偏波共用アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は導波管スロットアンテナに利用され、特に、互
いに直交する二つの直線偏波を共用できる偏波共用アン
テナに関する。

〔概要〕

本発明は、スロット導波管を備えた導波管スロットアン
テナにおいて、 前記スロット導波管の両端からそれぞれ出力される左旋
円偏波信号電力および右旋円偏波信号電力を、６個の３
ｄＢハイブリッドを用い、位相を制御して次々と３ｄＢ
ハイブリッドを３段階通過させ、３段目の一つの３ｄＢ
ハイブリッドの出力からは垂直偏波成分が、他の一つの
３ｄＢハイブリッドの出力からは水平偏波成分が出力さ
れるようにすることにより、 互いに直交する二つの直線偏波を共用できる偏波共用ア
ンテナを実現したものである。

Ｃ従来の技術〕 従来、この種の導波管を用いたスロットアンテナで偏波
共用可能なアンテナ技術としては、互いに逆旋回の円偏
波を共用できるものがある。例えば、文献「マイクロウ
ェーブスキャニングアンテナＪ　（ＭＩＣＲＯＷＡＶＢ
　５ＣＡＮＮＩＮＧ　ＡＮＴＥＮＮＡＳ）Ｒ，Ｃ，ＨＡ
ＮＳＥＮ編、第２巻、米国ＡＣＡ［ｌＥＭＩＣＰＲＥＳ
Ｓ社、１９６６年、１０２〜１０９頁に記載されている
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述した従来の導波管スロットアンテナでは、方形導波
管であるスロット導波管１の一方の広幅面に第３図のよ
うに、導波管側壁よりの距１１ＦｉＤの位置、すなわち
管軸中心より変位させた所に中心をもつ十字形のスロワ
）Ｓを設け、スロワ）Ｓの一方の長手方向と管軸とを平
行あるいは４５度となるようにし、距離りを適当に選ぶ
ことにより、受信した右旋円偏波はスロット導波管１内
の左方へ、左旋円偏波成分は右方へ分かれて取り出すこ
とが可能なことは前述の文献で述べられている。しかし
、直交した直線偏波を分離して取り比すことは導波管ス
ロットアンテナでは不可能で、偏波共用アンテナを実現
することができない問題点があった。

本発明の目的は、前記の問題点を解消することにより、
互いに直交する二つの直線偏波を共用できる偏波共用ア
ンテナを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、スロット導波管を備えた導波管スロットアン
テナにおいて、少なくとも一つの前記スロット導波管を
含むスロット導波管部と、前記スロット導波管部の両端
にそれぞれ接続された第一および第二の３ｄＢハイブリ
ッドと、この第一および第二の３ｄＢハイブリッドの二
つの出力端子のうちの一つずつの出力端子にそれぞれ接
続された第三および第四の３ｄＢハイブリッドと、この
第三および第四の３ｄＢハイブリッドの二つの出力端子
のうちの一つずつの出力端子にそれぞれ接続された第五
および第六の３ｄＢハイブリッドと、前記第一ないし第
六の３ｄＢハイブリッドの各入力端子における信号の位
相を調節する位相調節手段とを備え、前記第一ないし第
六の３ｄＢハイブリッドは各出力端子の位相が互いに９
０度異なる構成であることを特徴とする。

また、本発明は、前記スロット導波管部が複数のスロッ
ト導波管を含む場合、各スロット導波管はスロットを有
する広幅面を同一平面に配置し、各スロット導波管の一
端同士を可変移相器と電力合成分配器で順次接続して一
つの入出力部とし、各スロット導波管の他端同士を可変
移相器と電力合成分配器で順次接続して他の一つの入出
力部として構成することができる。

〔作用〕

３ｄＢハイブリッド、例えば導波管ショートスロット形
では、二つの入力端子Ｗ、Ｘと二つの出力端子Ｙ、Ｚを
有し、入力端子Ｘよりの入力信号電力は２等分され出力
端子ＹおよびＺに現れ入力端子Ｗには出力されない。ま
た出力端子Ｙに現れる信号に対し出力端子Ｚに現れる信
号の位相は９０度遅れとなる。これを用い、第一および
第二の３ｄＢハイブリッドでは、それぞれスロット導波
管からの左旋円偏波成分および右旋円偏波成分について
所定の位相を持つ四つの出力を得、第三＄よび第四の３
ｄＢハイブリッドでは、それぞれの一方の出力端子から
は垂直偏波成分が、他方の出力端子からは水平偏波成分
だけが出力されるようにする。

そして、第五および第六の３ｄＢハイブリッドで、それ
ぞれ第三および第四の３ｄＢハイブリッドからの垂直偏
波成分および水手偏波成分を合成出力する。

従って、直交する二つの直線偏波を共用することが可能
となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の第一実施例を示すブロック構成図であ
る。

本実施例は、一つのスロット導波管１を含むスロット導
波管部１ａと、スロット導波管部１ａの両端にそれぞれ
接続された第一および第二の３ｄＢハイブリッド３−１
および３−２と、この第一および第二の３ｄＢハイブリ
ッド３−１および３−２の二つの出力端子ＹおよびＺの
うちの一つずつの出力端子ＹまたはＺにそれぞれ接続さ
れた第三および第四の３ｄＢハイブリッド３−３および
３−４と、この第三および第四の３ｄＢハイブリッド３
−３および３−４の二つの出力端子ＹおよびＺのうちの
一つずつの出力端子ＹまたはＺにそれぞれ接続された第
五および第六の３ｄＢハイブリッド３−５および３−６
と、第一ないし第六の３ｄＢハイブリッド３−１〜３−
６の各入力端子ＷおよびＸにおける信号の位相を調節す
る位相調節手段としての、３ｄＢハイブリッド３−１の
入力端子Ｘに接続された固定移相器５と、３［］Ｂハイ
ブリッド３−３．３−４．３−５および３−６の入力端
子にそれぞれ接続された固定移相器６と、伝送線路２と
を備え、３ｄＢハイブリッド３−１および３−２の入力
端子Ｗ、３ｄＢハイブリッド３−５の出力端子Ｙ、なら
びに３ｄＢハイブリッド３−６の出力端子２にはそれぞ
れ無反射終端器４が接続される。

本発明の特徴は、第１図に示す構成をきったことにある
。

次に、本第−実施例の動作について説明する。

いま３ｄＢハイブリッド３−１〜３−６を導波管ショー
トスロット形とすると、例えば、入力端子Ｘよりの入力
信号電力は２等分され出力端子ＹおよびＺへ現れ、入力
端子Ｗへは出力されない。また出力端子Ｙへ現れる出力
信号に対して出力端子Ｚへ現れる信号の位相は９０度遅
れとなる。また３ｄＢハイブリッド３−１〜３−６をマ
ジックＴとすれば、入力端子ＸをＥ分岐とし入力端子Ｗ
をＨ分岐とすれば、マジックＴの残りの出力端子ＹとＺ
とに電力は２等分され出力端子ＹとＺに現れ、信号電力
の位相差は１８０度となる。

従って、前記二種の３ｄＢハイブリッドでは２等分され
た出力信号間の位相差が異なるだけであって本質的な差
はないので、以後の説明ではショートスロット形の３ｄ
Ｂハイブリッドを用いた場合について説明する。

いま、第４図（ａ）で示すように、垂直偏波電磁波の電
界Ｖの偏波方向を矢印で、その大きさを矢の長さで表す
。また電磁波エネルギの進行方向を紙面表面から裏面へ
向かうものとすれば、電界Ｖは電界の大きさがＶの４の
右旋円偏波ＣＶＩＩと左旋円偏波ＣｖＬの二つに分解さ
れたものとして表すことができる。

また、第４図Ｃｂ）に示すように、水平偏波電磁波の電
界Ｈは、電界Ｖと同様に、それぞれ電界Ｈの大きさの％
の右旋円偏波成分Ｃ□と左旋円偏波成分Ｃｌ１Ｌに置き
換えて表すことができる。

第５図は垂直偏波電磁波の電界Ｖと水平偏波電磁波の電
界Ｈと座標系との関係の説明図であって、図中のｘ、ｙ
、ｚはそれぞれＸ、Ｖ、Ｚ座標軸を表す。第５図におい
て、電界ＶはＸ軸に平行、電界ＨはＸ軸に平行とする。

これらの偏波を有する電磁波エネルギはいずれも＋２軸
方向へ進行するものとする。図中のａ、およびａｙはそ
れぞれＸ軸およびｙ軸方向の単位ベクトルを表す。

いま、周波数ｆ、の垂直偏波電磁波の電界Ｖは大きさを
Ｅ、とすれば前述の説明からそれぞれ振幅が−Ｅｖの右
旋円偏波成分、 左旋円偏波成分、 の二つの円偏波成分の合成と考えることができる。

ただし、ω＝２πｆ、ｔは時刻を表す。

水平偏波電磁波の電界Ｈも同様に、右旋円偏波成分、 と左旋円偏波成分、 の和として表すことができる。

ここで、前述の右旋円偏波成分ＣＶｉ１と左旋円偏波成
分ＣＶＬとが第１図のスロット導波管１に入射すると、
右旋円偏波成分Ｃｖｉは管内では、となりスロット導波
管１の左方（図では下方）へのみ進行し、固定移相器５
を経て３ｄＢ／＼イブリッド３−１の入力端子Ｘへ達し
、３ｄＢハイブリッド３−１内で信号電力が２等分され
出力端子ＹとＺへ出力される。スロット導波管１より入
力端子Ｘまでの伝送線路２による移相推移をφ１、固定
移相器５による移相推移をφとすると、３６Ｂハイブリ
ッド３−１の出力端子Ｙには、 Ｅ、　５ｉｎ（ｃｃ＋ｔ−φ−φ１） なる信号成分が出力される。また出力端子Ｚには、出力
端子Ｙより９０度位相遅れを生じるから、Ｅｖｃｏｓ（
ωｔ−φ−φ１） なる信号成分が出力される。

一方左旋円偏波成分ＣＶｔは、スロット導波管１内に入
り、 となり、第１図のスロット導波管１内を右方（図では上
方）へのみ進行し、３ｄＢハイブリッド３−２の入力端
子Ｘへ達し、３ｄＢハイブリッド３−２内で２等分され
て出力端子Ｙと２へ出力される。

スロット導波管１から３ｄＢハイブリッド３−２までの
伝送線路２で受ける位相推移量をφ２とすれば、出力端
子ＹとＺにはそれぞれ、 ＥｖＣＯＳ（ωｔ−φ２） および Ｅｖ　５ｉｎ（ωを一φ２） なる信号が出力される。

前述の３ｄＢハイブリッド３−１の出力端子Ｙからの信
号、 −Ｅｖ　５ｉｎ（ωを一φ−φ１） は３ｄＢハイブリッド３−３の入力端子Ｘへ達し、３ｄ
Ｂハイブリッド３−３で２等分されて出力端子Ｙおよび
Ｚへ出力される。３ｄＢハイブリッド３−１の出力端子
Ｙから３ｄＢハイブリッド３−３の入力端子Ｘへ達する
までの伝送線路２による位相推移量をφ３とすれば、３
ｄＢハイブリッド３−３の出力端子ＹとＺへの信号出力
成分はそれぞれ、および ２（０・°°゛（“１−φ−φ・−φ・）で表すことが
できる。

一方、３ｄＢハイブリッド３−２の出力端子Ｚへ出力さ
れる前述の信号成分、 Ｅｖ　５ｉｎ（ωを一φ２） は固定移相器６を経由して３ｄＢハイブリッド３−３０
入力端子Ｗへ達し、３ｄＢハイブリッド３−３内で２等
分されて出力端子ＹとＺへ出力される。

固定移相器６の移相量を９０度とし、３ｄＢハイブリッ
ド３〜２の出力端子２から３ｄＢハイブリッド３−３の
入力端子Ｗまでの固定移相器６を除く伝送線路２によっ
て信号が受ける位相推移量をφ、とすれば、３ｄＢハイ
ブリッド３−３の入力端子Ｗを経て出力端子ＹとＺとに
出力される信号成分は、および、 で表される。従って、３ｄＢハイブリッド３−３の入力
端子Ｘから入力する成分と入力端子Ｗから入力する成分
とが出力端子ＹとＺとでそれぞれ合成されることになり
、３ｄＢハイブリッド３−３の出力端子Ｙの合成出力信
号は、 となり、 また出力端子Ｚの合成出力信号は、 となる。

ここで、 φ１ ＋φ３ ＝φ２ となるように固定移相器５の移相量中を調整し、かつ、 φ。

＝φ。

となるように伝送線路長を調整すれば、３６Ｂハイ ブリッド３−３の出力端子Ｙへの出力信号は零となり、 出力端子２への出力信号は、 とすることができる。

すなわち、 垂直偏波電波を スロット導波管ｌで受信した場合に、３ｄＢハイブリッ
ド３−３の出力側には出力端子Ｚのみに信号成分が出力
される。

次に、前述の３ｄＢハイブリッド３−１の出力端子Ｚよ
りの信号出力、 Ｅｖ　ｃｏｓ（ωｔ−φ−φ１） は、３ｄＢハイブリッド３−４の入力端子Ｘより入力さ
れ２等分され、出力端子ＹとＺへ出力される。

３ｄＢハイブリッド３−１の出力端子２から３ｄＢハイ
ブリッド３−４の入力端子Ｘまでの伝送線路２によって
信号の受ける位相推移量をφ５とすれば、３ｄＢハイブ
リッド３−４の出力端子ＹとＺへの出力信号はそれぞれ
、 ２ｑ０・°°゛（“→−０・−φ゛ゝ および ２４””パ°（“→−０−φ゛ゝ となる。

また、３ｄＢハイブリッド３−２の出力端子Ｙよりの信
号、 ＥｖＣＯ５（ωｔ−φ２） は、固定移相器６を経て３ｄＢハイブリッド３−４の入
力端子Ｗに達し、３ｄＢハイブリッド３−４で２等分さ
れて、それぞれ出力端子ＹとＺより出力される。固定移
相器６の移相量は前述したように９０度であり、３ｄＢ
ハイブリッド３−２の出力端子Ｙから３ｄＢハイブリッ
ド３−４の入力端子Ｗまでの前記固定移相器６を除く伝
送線路２による信号の位相推移量をφ６とすれば、３ｄ
Ｂハイブリッド３−４の出力端子ＹとＺへの出力信号は
それぞれ、２（０・°°゛（“−０・→“ゝ および ２（０“”°（“−φ・−φ・） となる。

従って、３ｄＢハイブリッド３−４の入力端子Ｘおよび
Ｗからそれぞれ入力される信号は３ｄＢハイブリッド３
−４により合成されて出力端子ＹとＺへ出力されること
になる。３ｄＢハイブリッド３−４の出力端子Ｙへの合
成出力は、 ２．７・シ、Ｅ・°°゛３″′−φ・−０゛ンとなり、
出力端子Ｚへの合成出力は、 ２、／７：０°゛“６″′−φ−φ−φ・）となる。す
でに説明したように、 φ＋φ１＝φ２ であるから、３ｄＢハイブリッド３−１の出力端子Ｚと
３ｄＢハイブリッド３−４の入力端子Ｘ間、および３ｄ
Ｂハイブリッド３−２の出力端子Ｙと３ｄＢハイブリッ
ド３−４の入力端子Ｗ間の伝送線路２を調整することに
より、 φ５　＝φ６ とすれば、３ｄＢハイブリッド３−４の出力端子Ｙには
、 の信号が出力され、出力端子Ｚへの出力は零となる。す
なわち、垂直偏波電磁波がスロット導波管１より入射し
た場合、３ｄＢハイブリッド３−４の出力側には出力端
子Ｙのみに信号を取り出すことができる。

これまで説明したことにより、垂直偏波電磁波をスロッ
ト導波管１より受信した場合の信号出力は、３ｄＢハイ
ブリッド３−３の出力端子Ｚと、３ｄＢハイブリッド３
−４の出力端子Ｙとから出力されるから、これらの出力
を第１図に示すように３ｄＢハイブリッド３−５によっ
て合成すれば、これまでの説明と同様にして、３ｄＢハ
イブリッド３−５の出力端子Ｚに出力させ、出力端子Ｙ
への出力は零とすることができる。すなわち、垂直偏波
電磁波を受信すると３ｄＢハイブリッド３−５の出力端
子Ｚのみから出力させることができる。

一方、水平偏波電磁波をスロット導波管１より受信すれ
ば、前述の右旋円偏波成分、 がスロッ ト導波管１内では となり管内を左方（図では下方）へのみ進行し、３ｄＢ
ハイブリッド３−１に達する。また、左旋円偏波成分、 は、スロット導波管ｌ内で、 となり、管内を右方（図では上方）へのみ進行し、３ｄ
Ｂハイブリッド３−２へ達する。これら信号成分は、こ
れまで垂直偏波電波を受信したときとは異なり、３ｄＢ
ハイブリッド３−３の出力端子Ｙと３ｄＢハイブリッド
３−４の出力端子Ｚのみに出力されることは、これまで
説明したのと同様な考え方によって明らかである。従っ
て、水平偏波成分はすべて３ｄＢハイブリッド３−６に
よって合成され、出力端子Ｙより取り出すことができる
。

以上は３（ＩＢハイブリッド３−１〜３−６としてすべ
て導波管形３ｄＢシヨートスロツトハイブリッドを用い
た場合を示したが、マジックＴを３−１〜３−６として
用いる場合は、３ｄＢハイブリッド３−１および３−２
の入力端子ＸとしてマジックＴのＥ分岐を、入力端子Ｗ
としてマジックＴのＨ分岐とし、３ｄＢハイブリッド３
−３．３−４および３−５の出力端子Ｙとしてマジック
ＴのＨ分岐、出力端子ＺとしてマジックＴのＥ分岐を用
い、ハイブリッド３−６の出力端子２としてマジックＴ
のＥ分岐を、出力端子ＹとしてマジックＴのＨ分岐を用
いれば、これらのハイブリッド３−１〜３−６として３
ｄＢ導波管シヨートスロツトハイブリッドを用いた場合
と同様に動作する。

また、第１図で用いている固定移相器５および６の代わ
りに伝送線路２の線路長を調節してこれまでに説明した
位相関係を実現させることもできる。

第２図は本発明の第二実施例を示すブロック構成図であ
る。第２図において、？Ａ＋　、？Ａ２１．７Ａ、１１
ならびに７　Ｂ、　、７　Ｂ、　、−１７Ｂ）１は可変
移相器、および８は電力合成器である。いま、可変移相
器７Ａ、と７３＋、７Ａ２と７８２１．７ＡＮと７Ｂ、
の移相量がそれぞれ常に等しくなるようにし、かつ可変
移相器？Ａ、と７Ｂ、、７Ａ２と７８２、．７Ａ、と７
Ｂ、の同一時刻における移相量は独立に変化させるよう
図外の制御部で制御するものとし、複数個のスロット導
波管１のスロツ）Ｓの中心をいずれも管軸中心より、導
波管の同じ側の側壁寄り（第２図では紙面左側寄り）に
配置し、これら複数個のスロット導波管１のスロー／　
トのある面を同一平面上に配置すれば、可変移相器７Ａ
、〜ＩＡｗおよび７Ｂ、〜７ＢＮの移相量を変化させる
ことによって、アンテナのビームをスロット導波管１の
管軸と直交する面内で走査させることができ、しかも常
に垂直偏波の電磁波の受信出力と、水平偏波の受信出力
を同時に別個に取り出すことが可能である。

すなわち、本第二実施例は、スロット導波管部１ａとし
て複数のスロット導波管１を用いた場合であり、本発明
の特徴は、第２図に示す構成をとったことにある。

なお、これまでの説明は受信用としての動作を説明した
が、本発明は送信用としても同様に適用す、ることかで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、少なくとも一つのスロ
ット導波管と、その両端に第一と第二の３ｄＢハイブリ
ッドを接続し、さらにこれら３ｄＢハイブリッドよりの
二つずつの出力の内の一つずつを第三の３ｄＢハイブリ
ッドと第四の３ｄＢハイブリッドに接続し、さらにこれ
らの第三および第四の３ｄＢハイブリッドからの二つず
つの出力の内の一つずつを第五および第六の３ｄＢハイ
ブリッドに接続し、かつそれらの接続における信号の位
相をそれぞれ所定の値に制御することにより、互いに直
交する二つの偏波の電磁波の送信あるいは受信が可能、
すなわち偏波共用が可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例を示すブロック構成図。 第２図は本発明の第二実施例を示すブロック構成図。 第３図はスロット導波管の一部を示す斜視図。 第４図（ａ）および（ｂ）は直線偏波と円偏波の関係の
説明図。 第５図は直線偏波と座標系の関係を示す説明図。 １・・・スロット導波管、１ａ・・・スロット導波管部
、２・・・伝送線路、３−１〜３−６・・・３ｄＢハイ
ブリッド、４・・・無反射終端器、５．６・・・固定移
相器、７Ａ。 〜７ＡＭ、７Ｂ、〜７Ｂ、・・・可変移相器、８・・・
電力合成器、Ｓ・・・スロット、Ｗｌｘ・・・入力端子
、Ｙ、Ｚ・・・出力端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．スロット導波管を備えた導波管スロットアンテナに
   おいて、 少なくとも一つの前記スロット導波管を含むスロット導
   波管部と、 前記スロット導波管部の両端にそれぞれ接続された第一
   および第二の３ｄＢハイブリッドと、この第一および第
   二の３ｄＢハイブリッドの二つの出力端子のうちの一つ
   ずつの出力端子にそれぞれ接続された第三および第四の
   ３ｄＢハイブリッドと、 この第三および第四の３ｄＢハイブリッドの二つの出力
   端子のうちの一つずつの出力端子にそれぞれ接続された
   第五および第六の３ｄＢハイブリッドと、 前記第一ないし第六の３ｄＢハイブリッドの各入力端子
   における信号の位相を調節する位相調節手段と を備え、 前記第一ないし第六の３ｄＢハイブリッドは各出力端子
   の位相が互いに９０度異なる構成であることを特徴とす
   る偏波共用アンテナ。