JPH0794905A - サイドポート窓を有する直交モード変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、方形導波管と円形導波管部分との
間の結合帯域幅が大きく、物理的寸法が減少された直交
モード変換器を提供することを目的とする。 【構成】 第１の方形入力ポート46と、第２の方形入力
ポート48と、円形出力ポート14と、出力ポート14から第
１の入力ポート46まで変換器10の中心縦軸38に沿って延
在する円形導波管12およびそれに接続されたテーパー変
換部16と、第２の入力ポート48と円形導波管12とを接続
し中心軸が中心縦軸38に垂直な方形導波管40とを備え、
第１の入力ポート46はテーパー変換部に第１の直線偏波
でその電界が第１の入力ポートの側壁に平行な第１の電
磁波を入力し、第２の入力ポート48は円形導波管に第１
の電磁波の偏波面に垂直な第２の直線偏波の第２の電磁
波を入力し、方形導波管40と円形導波管12との接合部に
はアイリスでなく方形導波管の断面と同じ大きさの窓50
が配置されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は異なった偏波の電磁信号
の同時的伝送用のマイクロ波直交モード変換器、特にテ
ーパー変換により円形導波管部分と連通する直線ポート
と、円形導波管部分と窓により連通するサイドポート
と、帯域幅の増加を可能にするブレード型の直交偏波抑
制装置のシステムとを有する直交モード変換器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】アンテナまたは他の装置との接続に適し
た共通のマイクロ波ポートを通じて異なった周波数と異
なった偏波の信号の同時的伝送に対して容量が設定され
るため、直交モード変換器は衛星通信システムを含む通
信システムで広く使用されている。直交モード変換器の
典型的構造では変換器は例えばアンテナに結合される出
力ポートを有する円形断面の導波管部分を含み、さらに
その円形導波管部分と結合する長方形断面構造の２つの
導波管を有する。２つの長方形導波管は変換器への入力
ポートの役目をし、円形導波管への直線偏波の２つの電
磁波を供給するため互いに関連して整列されており、第
１の長方形導波管からの偏波は第２の長方形導波管から
の偏波に対して垂直または直交している。変換器は出力
ポートがアンテナから複数の信号を受信する反対の方法
で動作し、１つの偏波の信号は第１の長方形導波管に結
合し、それと直交する偏波の信号は第２の長方形導波管
に結合される。信号は人工衛星と地球との間の上方向リ
ンクと下方向リンク信号のような異なった搬送波周波数
で与えられる。その代りに２つの長方形導波管の信号は
共通の周波数で与えられることができ、この場合、直交
して偏波された波は２つの長方形導波管の信号の相対的
な大きさと位相によって線形、楕円型または円形偏波の
いずれかを有する単一の出力信号を与えるために円形導
波管部分で結合する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】現在入手可能な直交モ
ード変換器は長方形導波管と円形導波管部分との間に結
合されることができる信号の帯域幅が限定されている点
で問題がある。これは通信システムの変換器により通信
される信号のスペクトル内容において制限を与える。ま
た衛星通信システムでは過度に大きい変換器の物理的寸
法のために人工衛星により運搬されるマイクロ波装置の
パッケージが困難である。従って物理的寸法を減少させ
ると共に直交モード変換器の帯域幅を増加させる必要性
が存在する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】円形断面の導波管部分を
有し、円形の出力ポートと、第１の長方形導波管入力ポ
ートと、第２の長方形導波管入力ポートを備えている直
交モード変換器により前述の問題は克服され他の利点が
得られる。本発明によると、第１の長方形導波管入力ポ
ートは円形導波管部分に同軸的に整列され、テーパー転
移部分を介してそれに結合されている。第２の長方形導
波管入力ポートはテーパーを有する側壁を有する長方形
導波管により円形導波管部分の側壁に接続され、頂壁と
底壁の間と長方形の導波管の対向する側壁との間の十分
な距離を延在する窓により円形導波管と連通する。第１
の入力ポートの直線偏波の平面偏波は第２の入力ポート
を通って伝播する直線偏波の平面偏波に垂直である。長
方形導波管と円形導波管との間の境界面において結合ス
ロットではなく結合窓を使用すると入力ポートと円形導
波管との間で結合された信号に対して増加した帯域幅が
与えられる。第１の入力ポートと円形導波管との間の導
波管テーパーの使用は変換器の全長を減少させる。

【０００５】広帯域幅にわたって変換器を動作し、２つ
の入力ポートの直交偏波の交差結合が本質的に存在しな
いことを確実にするために交差偏波抑圧装置の第１のシ
ステムが円形導波管の軸に沿って使用され、交差偏波抑
圧装置の第２のシステムが第２の入力ポートと円形導波
管との間に接続される長方形導波管の軸に沿って使用さ
れる。第２の交差偏波抑圧システムは第２の入力ポート
を通って伝播する電磁波の偏波面に対して垂直に方向づ
けられているアルミニウムまたは銅のような導電性材料
の２つのブレードで構成されている。第１の交差偏波抑
圧システムは第１の入力ポートを通って伝播する電磁波
の偏波面に垂直な平面に方向づけられる３つのブレード
を有する。円形導波管中において出力ポートに最も近接
する第１の２つのブレードはアルミニウムまたは銅のよ
うな電気的に導電性材料で製造され、第３のブレードは
テーパーを有する導波管との境界面に位置され、電気的
に抵抗性の材料で製造される。単一の対の同調捩子は窓
と反対側の円形導波管の側壁に、長方形導波管内のブレ
ードと同一平面に配置されている。２つの対向した対の
同調捩子は円形導波管の側壁に配置され、円形導波管の
ブレードと同一平面であり、２つの対向する対の同調捩
子は変換器の出力ポート方面に窓の少し前方に配置され
ている。

【０００６】

【実施例】本発明の前述の、および他の特徴は添付図面
を伴って以下説明する。図面を参照すると、直交モード
変換器10は変換器10の出力ポートとして作用する導波管
12の前端に位置する前部ポート14を具備する円形導波管
部12と、円形導波管から円形導波管12の後端に接続され
た長方形導波管への変換部16を有する。円形導波管12の
前端にはアンテナ（図示せず）のような利用装置と接続
するための円形フランジ18が、また円形導波管12の後端
には円形フランジ20が設けられている。変換部16の前端
には円形フランジ22が設けられており、その後端には長
方形のフランジ24が設けられている。変換部16はフラン
ジ22,20 により円形導波管12に結合されている。変換部
16の前端は円形断面を有し、その後端は長方形導波管26
として構成される。導波管26は変換器10の第１の入力ポ
ートまたは直線ポートとして作用し、幅の広い壁32,34
により結合される２つの対向する側壁28,30 を具備す
る。導波管26は後部フランジ24により包囲されている。
フランジ24には捩子（図示せず）を受けるための孔36が
設けられており、その接続は例えば変換器10の外部の電
磁パワー源（図示せず）のような装置とフランジ24との
間で行われる。円形導波管12と変換部16は変換器10の縦
軸38について同軸的に配置される。

【０００７】変換器10はさらに長方形導波管40を具備
し、これは円形導波管12と結合し、変換器10の第２の入
力ポートまたはサイドポートで終端するように放射方向
外方に円形導波管12の側壁42から延在し、サイドポート
の位置でフランジ44が設けられている。２つの入力ポー
ト即ち、直線ポート46とサイドポート48は直線ポート46
について前述したように各フランジ24,44 により電磁エ
ネルギ源（図示せず）に結合される。変換器10は入力電
磁パワーが前面ポート14で供給され、直線ポート46とサ
イドポート48に出力されるように反対に動作することが
認められ、その場合直線ポート46とサイドポート48はマ
イクロ波受信機（図示せず）に結合される。

【０００８】変換器10の反対の動作特性を考慮すると、
変換器10の動作を示すのに便利であるので入力ポートと
出力ポートという用語が使用され、ポートのうちの１つ
が入力ポートまたは出力ポートのいずれかとして機能す
ることができることが理解されよう。

【０００９】本発明によると、変換器10は円形導波管12
と長方形導波管40との間で電磁パワーを伝達するために
円形導波管12の側壁42に配置された窓50を有する。窓50
は導波管12,40 の間の電磁パワーの結合における帯域幅
を最大にするために長方形導波管40の対向する幅の広い
壁52,54 と対向する側壁56,58 により境界される。直線
ポート46と接続する長方形導波管26では幅の広い壁32,3
4 はそれぞれ狭い側壁28,30 （図３）の一方の幅のほぼ
２倍に等しい幅を有する。直線ポート46と長方形導波管
26を伝播する電磁波の電界Ｅは幅の広い壁32,34 に垂直
で側壁28,30 に平行である。同様に、サイドポート48に
接続する長方形導波管40では、幅の広い壁52,54 はそれ
ぞれ側壁56,58 （図６）の一方の幅のほぼ２倍に等しい
幅を有する。サイドポート48と長方形導波管40を通過し
て伝播する電磁波の電界Ｅは側壁56,58 に平行で、幅の
広い壁52,54 に垂直に方向づけられる。直線ポート46を
通過して伝播する波の偏波面はサイドポート48を通って
伝播する波の偏波面に垂直である。本発明の特徴により
サイドポートと直線ポートの波の間の交差結合を減少す
るために、長方形導波管40の側壁56,58 は窓50（図５）
位置の幅を減少するためサイドポート48から先細にされ
る。

【００１０】さらに本発明によると、円形導波管12と変
換部16内の軸38上に配置されているブレード60,62,64を
有する交差偏波抑圧システムと、長方形導波管40内に配
置されている２つのブレード66,68 を有する付加的な交
差偏波抑圧システムが設けられている。ブレード60,62
は円形導波管12を横切って直径方向に延在し、ブレード
64は変換部16を横切って直径方向に延在する。ブレード
60,26,64は幅の広い壁32,34 に平行で直線ポート46で電
磁波の偏波面に垂直な平面に配置されている。サイドポ
ート48に接続される導波管40ではブレード66と68は幅の
広い壁52,54 に平行な平面で導波管40の中心軸に沿って
対向する側面壁56,58 間に延在するように配置されてい
る。ブレード60,62,66,68 は全て本発明の好ましい実施
例の構成で使用される銅またはアルミニウムのような導
電性の材料で製造される。しかしながらブレード64は黒
鉛粒子を有するセラミックまたはガラスのカードのよう
な電気的に抵抗性の材料で製造されている。ブレード60
は窓50の端部と重複し、ブレード62は窓50とフランジ20
との間に位置され、ブレード64は変換部16と導波管12の
境界面で位置される。ブレード66は窓50内に位置され、
ブレード68は窓50とフランジ44との間に位置される。

【００１１】変換器10はさらに導波管12の側壁42に固定
され、ブレード66、68と同一平面に配置された１対の同
調捩子70,72 を具備する。捩子70,72 は側壁42から窓50
方向に内方で延在する。別の同調捩子74,76 の対は並ん
で側壁42に固定され、付加的な１対の同調捩子78,80 は
同調捩子74,76 の位置の反対の側壁42に取付けられ、同
調捩子74,76,78,80 はブレード60,62,64と同一平面に配
置され、窓50のやや前方に位置される。同調捩子70〜80
は変換器10のスペクトル応答の帯域幅を広げるように作
用する。またブレード60〜68の間隔および寸法は変換器
10の帯域幅を広くするように作用する。

【００１２】以下の寸法は10.5ＧＨｚ（ギガヘルツ）か
ら14.5ＧＨｚの周波数帯域にわたって動作する本発明の
好ましい実施例による変換器10の構造で使用される。２
つの入力ポート46,48 は標準的なＷＲ−75導波管の寸法
を有し、内部の寸法は0.375インチ×0.750 インチと測
定された。前部ポート14は内部直径が0.692 インチであ
る。前部ポート14から直線ポート46までの変換器10の全
長は約5.5 インチである。サイドポート48から円形導波
管12の反対側の側面までの変換器10の総幅は約2.0 イン
チである。変換部16の全長は3.5 インチであり、これは
変換器10の動作帯域の中心で約3.7 自由空間波長であ
る。円形導波管12の全長は2.0 インチで導波管40は導波
管12と中心が一致している。これは窓50の中心と円形導
波管12の一方の端部との間で約1.06自由空間の波長にな
る。サイドポート48から側壁42の外部表面まで0.844 イ
ンチであり、導波管40は0.844 インチの長さを有し、こ
れは約0.894 自由空間の波長である。導波管40の側壁5
6,58 のテーパーに関して、テーパーは直線ポート46か
らフランジ44の外部表面から0.6 インチに位置されてい
る点82（図５）まで続き、この点の後でテーパーは終
り、対向する幅の広い壁52と54の残りの部分は平行であ
る。幅の広い壁52のテーパー角度は導波管40の中心平面
に関して４度17分であり、同一のテーパー角度は反対の
幅の広い壁54に対しても使用される。窓50における幅の
広い壁52と54との間の間隔は0.285 インチであり、これ
は0.302 自由空間波長と等しい。フランジ44における幅
の広い壁52,54 との間の間隔は0.375 インチである。

【００１３】以下の寸法はブレードと同調捩子の構造で
使用される。ブレード60は厚さ0.032 インチ、幅0.2 イ
ンチを有し、その前縁は0.215 インチの距離だけ導波管
40の中心線から離れている。ブレード62はブレード60と
同じ寸法を有し、ブレード62の前縁は0.58インチの距離
だけ導波管40の中心線から離れている。ブレード64は10
0 オームの抵抗を有する抵抗カードとして製造され、厚
さ0.32インチと幅0.15インチを有する。ブレード64の前
縁はフランジ20.22 の間の境界面に位置され、これは導
波管40の中心線から1.0 インチの距離である。ブレード
66は厚さ0.063インチで幅0.050 インチを有し、その内
端部は円形側壁42の内側表面と同一面にされている。ブ
レード68は厚さ0.063 インチ、幅0.264 インチを有す
る。ブレード68の中心は導波管40のテーパー部分の端部
を示す点82の共通の横断平面に位置される。ブレード60
〜68の前述の説明ではブレード60〜64の幅の寸法は軸38
に沿って測定され、各ブレード66,68 の幅は導波管40の
縦軸方向の寸法として測定されている。同調捩子70,72
は導波管40の中心線または縦軸の反対の側面に位置さ
れ、各捩子70,72 はサイズが2-56である。４つの各同調
捩子74〜80はサイズが0-80である。各同調捩子70〜80は
約１／８自由空間波長の距離だけ円形導波管12に延在す
る。各同調捩子の正確な位置および円形導波管12中への
侵入は直交モード変換器10に対して所望される特定の周
波数特性を最適化するために実験的に決定される。

【００１４】変換器10の動作では３個のブレード60,62,
64と４個の捩子74,76,78,80 は基本的に直線ポート46を
通って伝播する電磁波に対して透明である。２つの同調
捩子70,72 はサイドポート48を通って伝播する電磁波に
対して基本的に透明である。サイドポート48を通って伝
播する波に関して変換部16方向への波の伝播は２つのブ
レード60と62により妨害され、さらに２つのブレード60
と62を越えて伝播する波の電磁パワーはブレード64の抵
抗カードにより吸収される。導波管40のブレード68の余
分な幅は動作帯域の低周波数端部を低下させる傾向にあ
り、一方導波管40のブレード66の減少された幅は変換器
10の動作帯域の高周波数端部を増加する傾向にある。

【００１５】前述の構造のため本発明の直交モード変換
器は増加した動作帯域幅を与え、前述の既知の直交モー
ド変換器と比較して全体的に寸法が縮小される。

【００１６】本発明の前述の実施例は単なる図示であ
り、変形が当業者により行われることが理解できよう。
従って本発明は特許請求の範囲により定められ、説明し
た実施例には限定されない。

【図面の簡単な説明】

【図１】変換器の円形導波管に配置されている交差偏波
抑圧システムのブレードを示すため部分的に切取った本
発明の変換器の平面図。

【図２】図１のライン２−２に沿った変換器の出力ポー
トを示す端面図。

【図３】図１のライン３−３に沿った変換器の第１の長
方形入力ポートまたは直線ポートを示した断面図。

【図４】図１のライン４−４に沿った変換器の縦断面
図。

【図５】図１のライン５−５に沿った第２の入力ポート
またはサイドポートを変換器の円形導波管部分に接続す
るテーパーを有する長方形導波管を含む変換器の部分を
示している横断面図。

【図６】変換器の第２の入力ポートまたはサイドポート
を示した図１のライン６−６に沿った端面図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高さより大きい幅の断面形状を有する第
   １の長方形入力ポートと、 高さより大きい幅の断面形状を有する第２の長方形入力
   ポートと、 円形断面の出力ポートと、 前記出力ポートから前記第１の入力ポートへの途中まで
   変換器の中心縦軸に沿って延在する円形導波管と、 この円形導波管を前記第１の入力ポートに接続する長方
   形導波管から円形導波管までのテーパー変換部と、 前記第２の入力ポートと円形導波管とを接続する長方形
   導波管とを具備し、 この長方形導波管は１対の対向する幅の狭い壁により相
   互接続されている１対の対向する幅の広い壁を有し、そ
   の中心軸は前記中心縦軸に垂直であり、 前記第１の入力ポートは前記テーパー変換部に第１の直
   線偏波を有する第１の電磁波を入力し、前記第１の電磁
   波の電界は前記第１の入力ポートの側壁に平行であり、 前記第２の入力ポートは前記円形導波管に第２の直線偏
   波を有する第２の電磁波を入力し、前記第１の電磁波の
   偏波面は前記第２の電磁波の偏波面に垂直であり、前記
   第２の電磁波の電界は前記第２の入力ポートの側壁に平
   行であり、 さらに前記長方形導波管と前記円形導波管との接合部に
   配置されている窓を有し、これは前記長方形導波管の幅
   の広い壁の一方からの他方の幅の広い壁まで延在してい
   ることを特徴とする導波管直交変換器。