JPS61503070A

JPS61503070A - 無線周波偏波装置

Info

Publication number: JPS61503070A
Application number: JP60503576A
Authority: JP
Inventors: ニユーハム，ポール; アンドリユウズ，バーナード　ジヨン
Original assignee: ザ　マ−コウニ　カンパニ−　リミテツド
Priority date: 1984-08-20
Filing date: 1985-08-16
Publication date: 1986-12-25
Also published as: DE3584884D1; WO1986001339A1; GB8520584D0; EP0190279B1; EP0190279A1; GB2163605A; GB2163605B; US4785266A; GB8421102D0

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】無線周波偏波装置本発明は、無線周波偏波、特にマイクロ波偏波の偏波装置と、および該偏波装置の定められた偏波信号を利用するマイクロ波通信装置とに関するものでちる。

衛星通信では１円偏波信号が通常使用されている。このことは、周波数を再利用すること１こよって帯域幅を有効利用することであるが、この場合、右旋（右回転）円偏波がアップリンクに利用され、左旋（左回転）円偏波がダウンリンクに利用される。更に、著しく信号を損失せずに、互いに対して送／受信アンテナをいずれの角度でも方向づけることもできる。

アンテナ給電および前記通信装置の他の部分間に置かれた偏波装置によって直？ｔＭ（すなわち平面）偏波送信信号は右旋円偏波に変換され、受信左旋円偏波は直交する直線調波にこ変換される。次いで、直交偏波分丙臣用分波器全利用して、１ｍ常の動作に際し、偏波装置背部の導波管内（こ同時に存在するこれら二つの直線偏波を分離する。

このような通信装置には、アンテナ給電としてスプラッシュプレート、またはポリロッドのいずれかを使用するこトカできる。スプラッシュプレートは、管状金属導波管（一般に空気で満されている）から延びて通常円錐部分へと伸びる、誘電体のロンドによって構成されている。

円錐部分の基部は一般をこ凸状になっており、金属膜で櫃われているが、該金ｍＷは副反射器として作用する。ポリロッドは、前記管状金属導波管（一般をこ空気で満されている）から従来の椀形アンテナへと延びる誘電体ロンドのみから構成されている。いずれの場合においても、誘電体ロンドのインピーダンスは管状金属導波管のそれと整合しなければならないが、このことは、前記誘電体ロッド（必ず円形の横断面を有する）の先を細く尖らせる（すなわち、テーパー付けする）ことによって達成される。前記テーパー付けされた部分が長ければ長いほど、インピーダンス整合は良好となる。実際には、利用できる空間が限られていることを考慮して、前記テーパ一部分の長さは、約２波長（Ｘ帯域で１０　ｏｔａ＋の長さに対応する）となっているが、これでは約１５チの帯域幅内でのみ満足すべき整合が与えられることになる。

インピーダンス整合テーパーによって課される制約のほかに、偏波装置の特性により通信装置の大きさの増大化、および／あるいはその性能の妥協が行なわれる。管状導波管内に利用される種々のマイクロ波偏波装置が知られているが、該マイクロ波偏波装置は、一般に、導波管の壁にある何組かのスロット、および前記スロットを通って挿入されたボルト、または前記導波管を通って挿入されたボルトによって構成されており、適正な態様で方向付けがされ必要な偏波を達成するようにマイクロ波を差動的に移相する。翼形偏波装置と称する他型式のマイクロ波偏波装置は、二つの同一の二等辺三角形に切断された薄膜誘電体によって構成されているが、前記二等辺三角形の先端は連結しており、前記三角形の底辺が導波管の軸と垂直になるようにして該導波管の軸方向の面に位置決めされた。同一平面上に対称を成す「蝶ネクタイ」型を形成する。該「蝶ネクタイ」形平面の軸方向に伝搬するマイクロ波放射成分は、該「蝶ネクタイ」型に対して垂直方向の面に軸方向に伝搬する成分（本質的に影響を受けない）より大きな平均誘電率を受け、それにより差動的に移相を行なう。前記三角形のテーパ一部分の端部によって必要なインピーダンス整合が行なわれかつ翼形偏波装置は、必然的にかなりの長さく通常二管内波長）を有することになる。

偏波装置の別の例として、偏波達成にくさび彫型式を用いたものが米国特許第＆２１６．０１７号において知られている。しかしながら、この先行技術では、偏波装置が矩形導波管から円形導波管への導波管遷移の一部となっていることが必須である。矩形導波管では、偏波装置の利用が単一の直線偏波および円偏波またはだ円偏波間の変換に制限されるのに対し、本発明は同じ周波数の直交する同時発生直線偏波信号に適合する装置に関するものである。また、先行技術では、遷移内の形誘電性くさへ軸方向の位置が、整合するために、前記遷移に対して調節可能であるため、インピーダンス整合を得るのに矩形／円形遷移がどうしても必要となる。本発明は、ポリロッド給電およびスプラッシュプレート給電、両方に対する偏波器を提供するものであるが、後者の場合、誘電体およびスプラッシュプレートの軸方向の移動は許容されない。これは、主反射器に対して副反射器を移動することになるためである。本発明においては、以下の説明から判るように、他の手段によって整合が行なわれる。

本発明の目的は、高帯域幅のコンパクトな通信装置への利用に適した偏波装置を提供することである。

本発明の第１の特徴によれば、無線周波偏波装置は。

少なくともその一端がくさび型体をしていると共に、少なくとも該くさび型体の長さに渡り一定の断面形状を有する管状導波管内に収容された、誘電体ロンドによって構成されており、前記断面形状は同じ周仮数の直交する直線偏波を伝搬できるようになっており、前記くさび型体構成は、前記直交する直線偏波の各々の直交成分間に差動的に移相を生じさせると共に、その結果の直線偏波およびだ円偏波または円偏波間の変換を行なうようになっている。

前記くさび型体は、望ましくは共通面に向かって収斂する二つの面によって構成されており、該二つの面は、前記共通面に垂直な縦方向の面に凹曲面を有し、改香されたインピーダンス整合を行なう。前記凹曲面は指数関数的な形状を有し、かつ前記くさび型体の厚さは前記共通面の薄い端部から誘電体ロッド本体へ指数関数的に増大することが望ましい。

くさび型体の長さとｇＮ体の誘電率とは、共通面の面偏改成分および共通面に垂直な９０°の縦方向面の面側波成分それぞれの間で差動的に移相するようにしてもよい。

誘電体ロッドの相対する端部はくさび型体となっており、各くさび型体は直巌偏波成分間に母動的移相を行なうの（こ役立つ。

管状導波管の断面は１円形が望ましいが、矩形であってもよく、直交する直線偏波を同時に伝搬できることが波長および２波長間にあることが望ましい。

本発明の第２の特徴によれば、マイクロ波速／受信装置は、主反射器と、副反射器と、前記副反射器へ円偏波信号を供給し、かつ該副反射器から円偏波信号を受信するスズラッシュプレート給電と、および前記スプラッシュプレート給電へ直線偏波信号を供給し、かつ該スブラツンユプレート給電から直線偏波信号を受信するようになっている送／受信手段とによって構成されており、前記直線偏波信号の偏波面は直交しており、かつスプラッシュプレート給電は上記の如く偏波装置を組み込んでいる。

本発明の偏波装置は、４〜５０ＧＨｚ（ギガヘルツ）の範囲のマイクロ波放射を偏波するのに特に適している。

前記くさび型体のテーパーの長さ、逓減度および形状は、良好なインピーダンス整合が行なわれかつ直交する平面で必要な移相が行なわれて、広い帯域１隔に渡り所望の偏波が行なわれるよう選択することができる。達成された性能は、先行技術における翼形偏波装置のような本質的に二次元の偏波装置から得られた性能よシ優れたものとなりうる。

第１図は本発明による偏波装置の斜視図であり、第２図は第１図の偏波装置を利用したスプラッシュプレート給電によるアンテナの断面を示したものであり、かつ第３図および第４図は本発明による別の偏波装置の斜視図である。

本発明による無線周波偏波装置について、以下前記図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。

第１図に図示の本発明によるマイクロ波偏波装置は、円形断面を有するポリテン（ポリエチレン）ロッド１によって構成されているが、該ロッドには、該ロッド軸の回りに対称的に置かれ、共通面Ｘｚに向かって収斂する、の交差は、凹指数曲線になっている。前記ロッド１は、直径が２７１１１でアシ、前記くさび型体の長さＬは６３Ｉ１１であるが、この長さは、最低の動作周波数１３　ＧＨｚで約１５波長となる。くさび型体端部の最小の厚さｔは、約１真２である。ポリエチレンロッド１は、空気が満された管状の金属製導波管（第１図には図示せず）内に嵌合し、送信機および受信機を有するスプラッシュプレートと連結している。

前記くさび型体の偏波効果が、ＸＺおよびＸＹ面夫々にある二つの直交する電界波形４ならびに５によって図示されている。これらの面偏波波形は、スプラッシュプレートによって受信されると共にロッド１に沿って前記表面２ならびに６のくさび型体末端へと送信される左旋円偏波信号成分と考えることができる。前記波形がロッド１の円形部分で伝搬している間は何らの移相も行われず１円偏波が維持される。トｊロ記波形がくさび型体（長さＬ）に達すると、大気に放出さ扛る水平（Ｘ７面）成分による増大範囲、およびポリエチレン誘電体内にかなり残っているａｉｍＣＸＺ面）成分によるはるかに小さい範囲に対し、波長が増大する。従って、くさび型体の表面２および３に垂直な波形５は、更に低い平均誘電率を受け、波形４のａ相変化よりも少ない船位相変化を受ける。

前記長さしは、波形４および５が直線偏波に対応してくさび型体から同相で現われ、偏波面Ｅ１がＸＹおよびＸ２面に対して４５６となるようになっている。反対に、送信中、直交する面Ｅ２でくさび型体に入る直線偏波（図示せず）は、ロッド１の円形部分に入ると右旋円偏波に変換される。従って、直交偏波送／受信機の組合わせを使用すること；こよって、同じスプラッシュプレート給電ｌこよるアンテナ装置を受信および送信、双方に同時に利用することができる。アンテナから送信される信号（例えば通信衛星および地上局間の通信回線を形成しうるもの）は円偏波されるが、いずれの関連するアンテナの回転とも関係なく、前記回遠東他端の対応するアンテナにより最大効率で受信される。

第２図１こは、第１図のロッド１を組み込んだ完全なアンテナ装置が図示されている。ロッド１は、直交偏波送／受信機の組合わせにマイクロ波回線を与える。

空気が満された管状の金属製導波管８が取り付けられている。

ロッド１の突端部は、その上に金属膜の副反射器６が形成されるスプラッシュプレートへと延びている。副反射器６け、マイクロ波放射で主反射器７を照射し、該主反射器が送信に際し細いビーム９（ｉｌ−形成できるよう（こする。

受信に対しては逆のことが適用される。ポリエチレンロッド１の長さＬは別個の偏波装置が設けられた従来のアンテナ装置では円錐状ｌこテーパーされる必要があったので、偏波くさび型体（表面２および３によって固定されている）の利用により、導波管８の長さが低減され、アンテナ装置をよりコンパクトにすることができる。更に、くさび型体によって導入された差動移相は、通常二次元の偏波装置に対して通常１５％以下の帯域幅と比較してＸ帯域において２５チの帯域幅に渡ってほぼ一定となる。

誘電性くさび型体は、例えば第４図に図示（この実施例では非対称になっている）の如き直線的にテーパーされたくさび形によって最も良く表わさｎるが、この場合ロッド１と導波管８の断面は矩形となる。前記くさび坦体に沿ったいずれの点においても、電界ベクトルがくさび形面に対して平行であるか垂直であるかによって異なる匝をとる実効訪電率を定めることができる。誘電率Ｅによって下式、すなわち（但し、λｇは管内波長、λ０は自由空間波長、λ。は遮断波長（特定の導波管の大きさｆこ対して一定））に従い管内波長が定められるので、該管内波長は、前記くさび型体の厚さが変化すると該くさび型体に沿って変化する。特定のくさび型体の厚さｔ（こ対する単位長当りの移相が以下の式をこよって定めらｎる。

すなわち、次に、特定の値ｔで平行および垂直電界Ｅ′およびＥ“に対する実効誘電率により管内波長２２′およびλ２′が生成される。次いで、単位長当りの差動移相は、となり、くさび型体の全差動移相は、となる。但し、Ｌはくさび晶の長さである。

直伝くさび型体の場合、この積分はとなる。但し、Ｄは導波管の直径である。

従って、直径くさび型体の全差動移相は、該くさび型体の長さに直接比例する。

次いで、９０’の差動移相を生ずるようその長さを選択することができるが、該９０９の差動移相は、前記くさび型体を直線電解ベクトルに対して４５°で方向づけ、平行成分と出直成分の大きさが等しくなるようにすると、純円偏波を生ずる。

この直線くさび型体のイ〉′ビーダンス整合は、円滑な直線テーパーが対応する円滑な変化をインビ・−ダンス１こ与えないという事実により、幾分劣っている（但し、ある応用例では妥当）。よって、＠記〈さび型体は、下式（こ従ってインピーダンスの指数関数的な変化を生ずるよう形成されていることが望ましい。

すなわち、但し、４は空積管内インピーダンスＺ、は誘電体光填管内インピーダンスＸはくさび形に沿う距離を表わす。

前記装置の差動移相を次に示す。すなわち但し、Ｆ’　（ｔ　）は、くさび型体の距離に対する厚さの変化≦こ関する導関数である。次に、くさび型体の長さは指数関数的テーパーを計算する周波数で平均管内波長の半分の積分直にならなければならない。これは、通常、最低動作周波数となる。しかしながら、次いで、前記差動移相がくさび型体の長さおよび形状によって定められる。

従って、Ａｉｌ記指数関数的テーパーを計算する周波数を最終的形状によって９０°の差動移相が生成さｎるまで変更する繰返し技術が要求される。従って、偏波装置の軸方向の位１ｋを調節せず１こ非常に良好な整合が得られることになる。このことは、任意に選択されうると共に、実際には、給電に対して最小の全長を与えるべく選択されている。

第３図は、仝横管状導波管８１こ利用される偏波装置を示したものである。前記導波管内では何らの空気−誘電体遷移域も不要であるが偏波の変更が必要となる。従って、ポリエチレンロッド１には、二組の指数関数的にテーパーするくさび型体面２，５および２／、３／が設けられている。このように二つのくさび型体が形成されているが、いずｎも空積導波管ｌこ対してインピーダンス整合を行なう。最大差動移相は、前記二つのくさび型体によって達成さｎた差動移相の和である。このように、例えば各くさび型体によって９０°の差動移相が行なわれると、第３図の偏波装置では、電界に対するくさぴ型体の方向；こ上り、１８０° １こまで直線偏波が回転する。

国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

（１）無線周波偏波装置において、少なくともその一端がくさび型体となつており、少なくとも該くさび型体の長さに渡つて一定の断面形状を有する誘電体ロツドによつて構成されており、前記断面形状は同じ周波数の直交直線偏波を伝搬させることができるようになつており、かつ前記くさび型体は前記直交直線偏波の各々の直交成分間に差動移相を生じ、その結果直線偏波およびだ円または円偏波間の変換を行なうようになつていることを特徴とする上記無線周波偏波装置。
（２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記くさび型体は共通面に向けて収歛すると共に該共通面に対して垂直な縦方向の面が凹曲面となつていて、改善されたインピーダンス整合を与える二つの面によつて構成されていることを特徴とする上記無線周波偏波装置。
（３）特許請求の範囲第２項記載の装置において、前記凹曲面は指数関数的形状を有し、前記くさび型体の厚さは前記共通面の薄い端部から前記誘電体ロツド本体へ指数関数的に増大することを特徴とする上記無線周波偏波装置。
（４）特許請求の範囲の前記いずれかに記載の装置において、前記管状導波管は円形の断面を有することを特徴とする上記無線周波偏波装置。
（５）特許請求の範囲の前記いずれかに記載の装置において、前記くさび型体の長さと前記誘電体の誘電率とは前記共通面の面偏波成分および前記共通面に対して垂直な前記９０℃の縦方向面の面偏波成分夫々の間に前記差動移相を生ずるようになつていることを特徴とする上記無線周波偏波装置。
（６）特許請求の範囲第１項から第４項のいずれかに記載の装置において、前記誘電体ロツドの相対する端部は前記くさび型体となつており、該くさび型体の夫々は直線偏波成分間に差動移相を生ずるのに役立つことを特徴とする上記無線周波偏波装置。
（７）特許請求の範囲第１項から第５項のいずれかに記載の装置において、前記くさび型体の長さは、その帯域幅の中心周波数で１波長および２波長間にあることを特徴とする上記無線周波偏波変換器。
（８）主反射器と、副反射器と、該副反射器へ円偏波信号を供給しかつ該副反射器から円偏波信号を受信するスプラツシユプレート給電と、および該スブラツシユプレート給電へ直線偏波信号を供給しかつ該スブラツツユブレート給電から直線偏波信号を受信する送／受信手段とによつて構成されており、前記直線偏波信号の偏波面は直交しており、かつ前記スブラツシユブレート給電は特許請求の範囲第１項から第５項のいずれかによる偏波装置を組み込んでいることを特徴とするマイクロ波通信装置。