JPS606563B2 - 平衡位相隔壁偏波器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、直線偏波マイクロ波信号を円偏波マイクロ波
信号に、およびその逆に変換する平衡位相隔壁偏波器に
関する。

隔壁偏波器は、普通、３口導波管装置である。

この装置は、円形導波管から形成しうるが、普通には、
共通の幅広の壁面すなわちＨ面壁面を有する２つの矩形
導波管により形成される。２つの矩形導波管が、煩斜隔
壁により単一の方形導波管に変形される。

種々の従来技術による隔壁偏波器の設計が、１９７６王
５月１８日付でジェームス・ブィ・ルーツェィに発行さ
れ、本発明の譲受人であるフェード・エアロスベース・
アンドコミユニケーションズ・コーポレーションに譲渡
された米国特許第３９５８１９３号に開示されている。
隔壁偏波器においては、直線偏波横断方向電界マイクロ
波信号が、隔壁の作用により、円偏波（ＣＰ）マイクロ
波信号に、およびその逆に変換される。

直線偏波信号が２つの矩形導波管の口の一つに導入され
、方形導波管の口に、右旋円偏波（ＲＨＣＰ）または左
旋円偏波（ＬＨＣＰ）のいずれかを有するマイクロ波信
号を生ずる。ＲＨＣＰが生ずるかＬＨＣＰが生ずるかは
、２つの矩形導波管の口のいずれが励起されるかに依存
する。矩形導波管口の両方に同時に直線偏波信号を導入
して、方形導波管口にＲＨＣＰおよびＬＨＣＰ信号の両
方を発生させることおよびその逆も可能であり、そして
それはある応用分野においては非常に望ましいことであ
る。２つの直線または円偏波信号は、別個の情報チャン
ネルを構成しうる。

方形導波管口に一緒に遠在するＲＨＣＰおよびＬＨＣＰ
信号の完全な円偏波特性を有すれば、それらは互に完全
に分離され、両者間に干渉はない。完全なＣＰ信号は、
振幅が正確に等しく位相が互に９００はずれた正弦的に
変化する大きさを有する２つの直交成分ＥｘおよびＥｙ
のベクトル合成とみなされうる回転電界を有する。

同時に存在するＲＨＣＰおよびＬＨＣＰ信号が完全なＣ
Ｐ信号に近くなればなるほど、両者間の分離は大きくな
る。交叉偏波比ＡＲはＥｙ対Ｅｘの比であり、ＣＰ信号
が理想からずれた程度を指示する。ｄＢで表わすと交叉
偏波比ＡＲは２０１ｏｇＥｘ／Ｅｙに等しい。完全なＣ
Ｐ信則価の収を有する。従来技術の隔壁偏波器と関連せ
る問題は、かなり広い周波数帯城にわたり低い交叉偏波
比を得ることができないこと、およびこの帯域にわたり
低い電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を得ることができないこ
とである。

直線偏波信号をＣＰ信号に、またはその逆に変換するた
めには、偏波器の隔壁が、矩形導波管口においてＣＰ信
号電界の直交成分の１つと直線電界の間に約９０ｏの位
相シフトを生じさせなければならない。従来技術の隔壁
の設計では、傾斜に屈曲点をもたない周波数対位相シフ
ト角度関数を提供する。換言すれば、偏波器の有効周波
数範囲にわたり、周波数の関数である位相シフト角度は
、正または負のいずれかに留まる変化または傾斜率を有
する（傾斜が正であるかまたは負であるかは、基準とし
て選択された条件に依存する。）。９０ｏからの位相角
の偏りは、約０．１母旧／度の交叉偏波比の増加を生ず
る。

本発明は隔壁偏波器は、円偏波マイクロ波信号の伝搬を
支持しうる第１の導波管と、該導波管を、各々直線偏波
横断方向電界マイクロ波信号の伝搬を支持しうる第２お
よび第３の導波管に分割する隔壁を含む。隔壁は、第１
導波管の一側面から相対する側面へと延び、第１導波管
の一側面に位置する第１の点で始まる縁部を有する。隔
壁緑部は、第１導波管の相対する側面に位置する第２の
点で終端する。隔壁縁部は、第１導波管中を伝搬しうる
円偏波マイクロ波信号の直交電界成分に対して周波数対
位相角関数に屈曲点を生ずるように賦型される。隔壁偏
波器の好ましい形式においては、前述の第１および第２
の点は、導波管におけるマイクロ波信号の伝搬方向に関
して互に離間されており、そして隔壁縁部は階段状部分
を含む。

階段状部分は、上記点の一方に隣接して配置される。ま
た、好ましい形式においては、隔壁緑部は、階段状部分
および上記点の他方の間に延びる凹面状轡曲部分を有す
る。隔壁縁部の凹面状轡曲部分は、第１および第２の轡
曲部を有し、第１貧曲部は、階段状部分に隣接して配置
され、第２轡曲部を形成する単一または複数の半径より
も相当小さい単一または複数の半径により形成される。
本発明の平衡位相隔壁偏波器のこれらおよびその他の特
徴は、以下に続く図面についての詳細な説明を参照する
ことにより一層よく理解できよう。

図面において、同じ参照番号は同じ部品を指すものとす
る。図面を参照すると、第１〜３図には、方形導波管部
片１０ａ，１０ｂおよび１０ｃから形成された従来形式
の隔壁偏波器が示されている。

これらの方形波導波管部片は、それぞれ隔壁１２ａ，１
２ｂおよび１２ｃにより分割される。すなわち、各万形
導波管は、２つの矩形導波管に対して共通のＨ面壁面を
構成する隔壁により２つの矩形導波管に分割される。隔
壁は、導電材料より成る。第１図において、隔壁は、導
波管１０ａの壁面１６上の点１４上で始まり、対向する
壁面上の点１８で終端する。隔壁緑部２川ま直線形態よ
り成る。第２図において、隔壁は、導波管の一壁面上の
点２２で始まり、対向壁面上の点２４で終端する。

隔壁は、直線の傾斜部分２６と、直線の横断方向部分２
８を有する。第３図の隔壁偏波器は第２図の偏波器に類
似であるが、隔壁の傾斜直線綾部３２と、隔壁が方形導
波管１０ｃの壁面３６と係合する点３４との間に誉曲反
転部分３０がある。第４図は、第１図に例示される隔壁
偏波器を、導波管１０ａの長手方向軸線に沿う５つの点
で切断した断面図である。

断面内の矢印は電界ベクトルを示す。断面４０は、点１
４を通る横断面にあり、断面４２は点１８を通る横断面
にある。隔壁１２ａより前の部分の方形導波管は、断面
４０１こいる観察者から遠ざかって断面４２に向って伝
搬するＣＰ信号を伝送するものとみなされる。このＣＰ
信号は、直交電界成分ＥｘおよびＥｙを含むものとして
特徴づけることができる。直交電界成分間には９００の
位相差がある。電界成分Ｅｘの隔壁偏波器中の進行は、
断面４４ａ，４６ａおよび４８ａの電気力線により例示
され、他方直交Ｅｙ電界成分は断面４４ｂ，４６ｂおよ
び４８ｂで例示される。もちろん、断面４４，４６およ
び４８における隔壁偏波器内における電界は、Ｅｘおよ
びＥｙ電界のベクトル合成である。Ｅｘ電界成分は、隔
壁偏波器中を進行するとき、その方向は変化しない。

他方、Ｅｙ信号は、隔壁偏波器中を進行するとき、電気
力線は歪まされ、断面４８ｂにおいては、Ｅｙ電気力線
は、Ｅｘ電気力線と平行となり、隔壁の両側で反対向き
の２つの部分に分割されるに至る。断面４２で、隔壁１
２ａは、方形導波管１０ａを２つの矩形導波警部分に分
割する。矩形導波警部分５２におけるＥｙ成分は、該部
分におけるＥｘ成分と反対方向となり、これらの電界成
分は互に相殺される。他方、矩形導波管部分５０のＥｙ
成分は、この部分のＥｘ成分と加算され、その結果、直
線偏波信号が矩形導波警部分５川こ含まれることになる
。もしも断面４０１こ例示される円偏波信号が理想的で
あると、すなわちそのＥｘおよびＥｙ成分が大きさが等
しくかつ正確に９０ｏ位相ずれがあると、反対旋回の円
偏波信号を導波管に導入でき、そしてこの第２の円偏波
信号は第１の円偏波信号と干渉しない。前述の伝搬方向
の場合、第２の円偏波信号は、断面４２にて矩形導波管
部分５２に現われる直線偏波信号に変換されるであろう
。

矩形導波管部分５０および５２中に導入される直線偏波
マイクロ波信号は、断面４０にて方形導波警部分にＬＨ
ＣＰおよびＲＨＣＰ信号を生ずる。本発明は、比較的に
広い周波数帯域にわたり、従来の隔壁偏波器の特徴であ
る高い交叉偏波比を伴なわずに、直線偏波信号を円偏波
信号におよび円偏波信号を直線偏波信号に変換する隔壁
偏波器を提供する点で、従釆形式の隅壁偏波器を改良す
るものである。

円偏波信号の高交叉偏波比は、同時に伝搬するＬＨＣＰ
およびＲＨＣＰ信号間に干渉を惹起するから、これを供
なわないということは重要である。この干渉は、通信装
置におけるこのような同時の伝送の利用を阻止すること
があり、ＬＨＣＰおよびＲＨＣＰ信号の同時の伝搬は、
マイクロ波伝送装置の容量を有効に倍化するものである
から、これは望ましくない状況である。第５図は、従来
の設計による隔壁偏波器および本発明により設計された
平衡位相隔壁偏波器に対する、マイクロ波信号の直交Ｅ
ｘおよびＥｙ電界成分間の位相角の周波数に関するグラ
フである。

第５図の破線５４は、従来形式の隔壁偏波器に対する周
波数対位相角レスポンスであり、線５６は、第６〜１１
図に例示される好ましい具体例の平衡位相隔壁偏波器に
対する同じレスポンスを示す。従来形式の隔壁設計の場
合、直交電界成分ＥｘおよびＥｙ間の位相角は、約６．
１５ＧＨｚの信号周波数に対応する点５８においてのみ
理想的９００であることが見られよう。曲線５４は単調
関数である。すなわち、周波数が増大するとき、位相角
は、トラップ共振モード領域に達する周波数まで決して
減じない。トラツプ共振モード領域は、第５図において
は約６．４４０Ｈｚの周波数で生ずる。９０ｏ の位相
角からの１度の変動は、約０．１＆旧の交叉偏波比の増
大をもたらす。

従来形式の偏波器の位相角は、約６．０なし、し６．＄
Ｈｚの周波数範囲に対して９００±１０内である。平行
位相隔壁偏波器は、２点６０および６２で正確に９０ｏ
の周波数対位相角レスポンスを有する。

位相レスポンス曲線５６は６４に屈曲点を有するから、
従来形式の隔壁偏波器の周波数対位相角レスポンスの場
合のように単調でない。平衡位相隔壁偏波器曲線５６は
、約５．８ないし６．３４Ｇ位の周波数範囲について９
０ｏ土ｌｏの位相角を示すことを認められたい。これは
従来の設計に対して相当の改良である。次に第６〜１１
図を参照すると、参照番号７０で総括的に指示される平
衡位相隔壁偏波器の好ましい具体例が示されている。

この偏波器は、５．７ないし６．紅Ｈｚの周波数範囲で
使用するのに適当であり、この周波数帯城にわたり０．
１２旧の交叉偏波比および１．０７のＶＳＷＲを有する
。隔壁偏波器７０‘ま第１の方形導波警部分７２を有し
、これが導電材料から造られた隔壁により第２および第
３の導波管部分７４および７６に分割される。矩形導波
警部分７４および７６‘ま、直線偏波横断方向電界マイ
クロ波信号の伝搬を支持でき、方形導波管部分７２は、
ＣＰマイクロ波信号の伝搬を支持しうる。隔壁偏波器の
方形導波警部分を造るのに使用できる材料は、内部導波
管表面上を導電性にしなければならない。約０．００４
“厚の銅のェレクトロフラツシュ被覆を有する０．００
４’’厚のカーボンフアィバ補強材料または露着ニッケ
ル層が好ましい。隔壁７８は、相対する導波管壁面８０
および８２間に延在する。

隔壁は、導波管壁面８０の点９０（第７図）で始まり、
相対する壁面８２上の点９２で終端する。しかして、点
９２は「隔壁偏波器の長手方向軸線に関して点９０から
離間されている。隔壁の緑部９４は、方形導波管部分７
２を伝搬しうる円偏波マイクロ波信号の直交電界成分に
対して周波数対位相角度関数に屈曲点を生ずるように賦
形される。第７図および第９〜１１図に示される寸法は
、ィンチであり、上述の周波数帯城に対して適当である
ように実験的に決定された。隔壁偏波器は、適当な同軸
伝送線−矩形導波管カップラに接続のため、入力／出力
口８６および８８を備える端壁８４を有する。導波管中
のマイクロ波の伝搬方向に関して相互に離間された点９
０および９２間において、隔壁縁部９４に階段状部分９
６が配される。この階段状部分９６は、点９２に隣接し
て位置づけられ、そして隔壁縁部９４の凹面状轡曲部分
が、この階段状部分９６から点９川こ向って延びている
。この凹面状轡曲部分は、異なる半径の部分９８および
１００を有し、そして部分９８の半径は、部分１００の
半径よりも相当大きい。階段状部分９６は、マイクロ波
の伝搬方向に対して横断方向の第１の直線部分１０２お
よび第２の直線部分１０４を有する。伝搬方向に平行な
直線部分が、隔壁縁部の部分１０２および１０４を相互
接続している。平衡位相隅壁偏波器７０の方形導波管部
分は、固定の同調ピンを含むが、これは第１１図に示さ
れるように配置されうる。

隅壁偏波器の周波数対位相角レスポンスを調節するため
の可変長同調ピン（図示せず）を受容する手段亀０８が
設けられている。第Ｉ０図にもっともよく示されている
。第１２図を詳しく参照すると、本発明にしたがって構
成された平衡位相隔壁偏波器（第７図に図示され第５図
に特性を例示されるものと同じ形態を有するが、全く同
一製品ではない）に対する周波数対交叉偏波比しスポン
スを例示するグラフが示されている。このグラフは、隔
壁偏波器内のＲＨＣＰおよびＬＨＣＰ信号に対して指示
された周波数範囲にわたり直交電界成分ＥｘおよびＥｙ
を測定した測定値に基づくものである。交叉偏波比は凪
であり、第１２図に例示される振動曲線間のピーク対ピ
ーク変動により指示される。点亀竃０および１１２の非
常に低い交叉偏波比に注目すべきである。これらの非常
に低い交叉偏波比は、それぞれ約５．８７および６．３
４Ｇ比の周波数で起こり、隔壁偏波器の周波数対位相角
度関数に少なくとも１つの屈曲点があることを指示して
いる。低交叉偏波比の点ｌｉｏおよび１１２は、隔壁偏
波器のＣＰ信号の直交電界成分間の位相角差が９００の
場合に生ずる。以上、本発明を好ましい具体例について
説明したが、技術に精通したものには、特許請求の範囲
において種々の変更をなしうろことが明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は従来形式の隔壁偏波器を示す概略図、第４
図は隔壁偏波器の長手方向軸線に沿って離間されかつ該
軸に垂直な種々の平面における偏波器内の電界を示す線
図、第５図は従来形式の隔壁偏波器および本発明の平衡
位相隔壁偏波器におけるＣＰマイクロ波信号に対する、
直交電界成分間の位相角の周波数に関するグラフ、第６
図は本発明による平衡位相隔壁偏波器の斜視図、第７図
は第６図の隔壁偏波器の断面図、第８図は第６図の隔壁
偏波器の端面図、第９図は第７図の隔壁偏波器の９一９
線に沿って切断した部分断面図、第１０図は隔壁偏波器
の位相角調節装置の部分断面図で、第７図の１０−１０
線に沿って切断したもの、第ｉｌ図は第７図の１１一１
１線による断面図で、隔壁偏波器の固定同調装置を例示
するもの、第１２図は本発明にしたがって構成された隔
壁偏波器内のＲＨＣＰおよびＬＨＣＰマイクロ波信号に
対して周波数に関する交叉偏波比ＡＲをｄＢで示すグラ
フである。 ７０：平衡位相隔壁偏波器、７２：方形導波管部分、７
４：第２導波管部分、７６：第３導波管部分、７８：隔
壁、８０，８２：導波管壁面、８６，８８：入力／出力
口、９０，９２：点、９４：隔壁縁部、９１：階段状部
分、９８，１００：凹面状轡曲部分、１０２，１０４：
直線部分。 日直こコ，↓， ｈｌ」 」．三． ｒ１」 」．ヱ三． 上 ユ【 一．二チ． ・［ １．占三． 「 １． ］．Ｅ三． １ ，．−２． ＬＩ上 ，．白， １ １１ ｉ．上ヨ． 上 コ ．Ｊ□． 」１」 ，．Ｊ↓． 上〕−一．１己．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 直線偏波マイクロ波信号を円偏波信号に、および円
   偏波マイクロ波信号を直線偏波信号に変換する隔壁偏波
   器において、円偏波マイクロ波信号の伝搬を支持しうる
   第１の導波管と、この第１の導波管を、直線偏波横断方
   向電界マイクロ波信号の伝搬を支持し得る第２および第
   ３の導波管に分割し、前記第１導波管の一側面から相対
   する側面へ延びる隔壁とを含み、該隔壁が、前記第１導
   波管の前記一側面に配置される第１の点で始まり、前記
   第１導波管の前記の相対する側面に配置されかつ導波管
   内におけるマイクロ波信号の伝搬方向に関して前記第１
   の点から離間された第２の点で終端する縁部を有してお
   り、該隔壁縁部が、前記第２の点に隣接する階段状部分
   と、該階段状部分と前記第１の点間との間に存在する凹
   面状彎曲部分とを有しており、該凹面状彎曲部分が、前
   記階段状部分に隣接する第１の凹面状彎曲部分と、該第
   １彎曲部分に続く第２の凹面状彎曲部分とを有しており
   、該第１および第２彎曲部分が異なる曲率半径を有する
   凹面状彎曲部分であり、前記第１彎曲部分が前記第２彎
   曲部分の曲率半径より小さい曲率半径を有していること
   を特徴とする隔壁偏波器。