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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2018-207165(P2018-207165A)
(43)【公開日】2018年12月27日
(54)【発明の名称】導波管
(51)【国際特許分類】
   H01P 1/16 20060101AFI20181130BHJP
   H01P 5/16 20060101ALI20181130BHJP
   H01P 1/17 20060101ALI20181130BHJP
【FI】
   H01P1/16
   H01P5/16 A
   H01P1/17
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2017-106907(P2017-106907)
(22)【出願日】2017年5月30日
(71)【出願人】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002491
【氏名又は名称】溝井国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】廣田 明道
(72)【発明者】
【氏名】山本 伸一
【テーマコード(参考)】
5J012
【Fターム(参考)】
5J012CA21
5J012FA04
5J012FA05
(57)【要約】
【課題】偏波分離回路である導波管が複数密に配置される場合であっても、隣接する同士が干渉しない構成の導波管を提供する。
【解決手段】偏波分離回路30は内部が中空柱状の導波管930である。導波管930は、中空柱状の一方の端に開口を形成し直線偏波が入力される第1側入力端子11と、中空柱状の他方の端に第1の開口を形成する第1の第2側出力端子22と、中空柱状の他方の端に第2の開口を形成する第2の第2側出力端子23と、第1側入力端子11から向きの異なる2種類の直線偏波が入力される場合、各直線偏波の向きに応じて、一方の直線偏波を第1の第2側出力端子22から出力し、他方の直線偏波を第2の第2側出力端子23から出力する偏波分離部931とを有する。
【選択図】図6
【特許請求の範囲】
【請求項1】
偏波分離回路として使用される導波管であって、
前記導波管の一方の端に開口を形成し直線偏波が入力される偏波入力端子と、
前記導波管の他方の端に第1の開口を形成する第1の出力端子と、
前記導波管の他方の端に第2の開口を形成する第2の出力端子と、
前記偏波入力端子から入力される向きの異なる2種類の直線偏波について、各直線偏波の向きに応じて、一方の直線偏波を前記第1の出力端子から出力し、他方の直線偏波を前記第2の出力端子から出力する偏波分離部と
を備える導波管。
【請求項2】
前記導波管は、
円偏波発生器である第1の導波管と、第2の導波管とが直列に接続されており、
前記円偏波発生器は、
前記偏波入力端子と、
前記偏波入力端子から入力された直線偏波の向きに応じて、前記直線偏波を右旋偏波と左旋偏波とのいずれかに変換する第1側変換部と、
前記第1側変換部が変換した円偏波を出力する第1側出力端子と
を備え、
前記第2の導波管は、
前記第1側出力端子から前記円偏波が入力される第2側入力端子と、
前記第2側入力端子に右旋偏波が入力された場合は、前記右旋偏波を直線偏波に変換し、変換した直線偏波を前記第1の出力端子から出力し、
前記第2側入力端子に左旋偏波が入力された場合は、前記左旋偏波を直線偏波に変換し、変換した直線偏波を前記第2の出力端子から出力する第2側変換部と
を備える請求項1に記載の導波管。
【請求項3】
前記第2の導波管は、
セプタム型円偏波発生器である請求項2に記載の導波管。
【請求項4】
前記第1の導波管は、
コルゲート型円偏波発生器である請求項2または請求項3に記載の導波管。
【請求項5】
前記第1の導波管は、
内部が中空円柱状の円形導波管であるとともに中空円柱状の側壁に溝が形成された溝型円偏波発生器である請求項2または請求項3に記載の導波管。
【請求項6】
前記第1の導波管は、
内部が中空円柱状の円形導波管であるとともに中空円柱状の側壁に複数の突起が形成された櫛型円偏波発生器である請求項2または請求項3に記載の導波管。
【請求項7】
前記導波管の一方の端の開口の領域は、
前記導波管の一方の端から前記導波管の他方の端の方向に透視した場合に、前記第1の開口の少なくとも一部と、前記第2の開口の少なくとも一部とを前記領域の内部に含む請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の導波管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、主としてVHF(Very High Frequency)帯、UHF(Ultra High Frequency)帯、マイクロ波帯及びミリ波帯で使用される偏波分離回路としての導波管に関する。
【背景技術】
【0002】
2種類の直線偏波を用いる衛星通信に用いるマルチビームアンテナにおいては、反射鏡アンテナと複数の一次放射器及びその一次放射器に接続される偏波分離回路を組み合わせた構造をとることが多い。一次放射器(典型的にはホーンアンテナ)は、ビーム配列に対応するように密に配置する必要があるため、偏波分離回路はそのホーンの外径より小径の範囲に収める必要がある。直線偏波を分離する偏波分離回路としては、例えば、非特許文献1がある。
【0003】
非特許文献1の偏波分離回路は、一次放射器(ホーンアンテナ)と接続される入力端子の管軸方向と一致する出力端子と、その管軸方向に対して垂直な方向の出力端子を有し、それぞれの端子を構成する導波管の形状に対応した偏波が、それぞれの端子から出力されることになる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】C. A. Leal−Sevillano, Y. Tian, M. J. Lancaster, J. A. Ruiz−Cruz, J, R. Montejo−Garai, J. M. Rebollar, “A Micromachined Dual−Band Orthomode Transducer,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 62, pp.55−63, 2014.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
非特許文献1の偏波分離回路を、マルチビームアンテナ用の偏波分離回路に適用した場合、一次放射器をビーム配列に対応するように密に配置する必要がある際は、管軸方向に対して垂直な方向の端子と、垂直な方向の端子の方向に配置される偏波分離回路とが干渉してしまう。このため、一次放射器を密に配置できないという課題がある。
【0006】
この発明は、蜜に配列されるビーム配列に対応するように偏波分離回路である導波管が密に配置される場合であっても、隣接する同士が干渉しない構成の導波管の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この発明の導波管は、
偏波分離回路として使用される導波管であって、
前記導波管の一方の端に開口を形成し直線偏波が入力される偏波入力端子と、
前記導波管の他方の端に第1の開口を形成する第1の出力端子と、
前記導波管の他方の端に第2の開口を形成する第2の出力端子と、
前記偏波入力端子から入力される向きの異なる2種類の直線偏波について、各直線偏波の向きに応じて、一方の直線偏波を前記第1の出力端子から出力し、他方の直線偏波を前記第2の出力端子から出力する偏波分離部と
を備える。
【発明の効果】
【0008】
この発明の導波管によれば、複数の導波管が密に配置される場合であっても、隣接する同士が干渉しない構成の導波管を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】実施の形態1の図で、偏波分離回路30のブロック図。
図2】実施の形態1の図で、第1の円偏波発生器10の斜視図。
図3】実施の形態1の図で、第1の円偏波発生器10のzx平面における断面図。
図4】実施の形態1の図で、セプタム型円偏波発生器20の斜視図。
図5】実施の形態1の図で、セプタム型円偏波発生器20のxy平面における上面透視図。
図6】実施の形態1の図で、偏波分離回路30の構成を示す斜視図。
図7】実施の形態1の図で、偏波分離回路30に直線偏波1が入力される場合を示す図。
図8】実施の形態1の図で、偏波分離回路30に直線偏波2が入力される場合を示す図。
図9】実施の形態1の図で、非特許文献1の偏波分離回路40の断面を模式的に示す図。
図10】実施の形態1の図で、非特許文献1の偏波分離回路40を複数配置する場合を示す模式的な図。
図11】実施の形態1の図で、複数の偏波分離回路30を密に並べた状態を示す図。
図12】実施の形態1の図で、溝型円偏波発生器10−1を示す図。
図13】実施の形態1の図で、櫛型円偏波発生器10−2を示す平面図。
図14】実施の形態1の図で、櫛型円偏波発生器10−2を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
実施の形態1.
***構成の説明***
図1図14を参照して、実施の形態1の偏波分離回路30としての導波管930を説明する。つまり、導波管930は、偏波分離回路30として使用される。
図1は、偏波分離回路30のブロック図である。偏波分離回路30は、正方形導波管から成る第1の円偏波発生器10と、正方形導波管から成るセプタム型円偏波発生器20を備える。第1の円偏波発生器10は第1側の円偏波発生器であり、セプタム型円偏波発生器20は第2側の円偏波発生器である。第1の円偏波発生器10は、第1側入力端子11、第1側出力端子12を有する。セプタム型円偏波発生器20は、第2側入力端子21、第1の第2側出力端子22及び第2の第2側出力端子23を備えている。
【0011】
(第1の円偏波発生器)
図2は、第1の円偏波発生器10の斜視図である。図3は、第1の円偏波発生器10のzx平面における断面図である。図2図3には、複数の突起14が配置されたコルゲート部13を示している。
【0012】
(セプタム型円偏波発生器)
図4は、正方形導波管から成るセプタム型円偏波発生器20の斜視図である。図5は、セプタム型円偏波発生器20のxy平面における上面透視図である。図4図5には、階段形状のセプタム板24を示している。
【0013】
(偏波分離回路)
図6は、第1の円偏波発生器10とセプタム型円偏波発生器20を接続した、偏波分離回路30の構成を示す斜視図である。第1の円偏波発生器10とセプタム型円偏波発生器20とは、図2にp,q,r,sの四角形で示す開口の第1側出力端子12に、図4にp−1,q−1,r−1,s−1の四角形で示す開口の第2側入力端子21が重なるように接続される。第1の円偏波発生器10とセプタム型円偏波発生器20との接続後は、p,q,r,sで示す第1側出力端子12は、p−1,q−1,r−1,s−1で示す第2側入力端子21と重なり、一致する。
【0014】
図6に示す偏波分離回路30は、内部が中空柱状の導波管930によって構成される。導波管930は導波管910と導波管920とを備えている。導波管930は、導波管910と導波管920とが結合している結合導波管である。第1側入力端子11である偏波入力部911は、中空柱状の一方の端にa,b,c,dの四角形で示す開口を形成し、直線偏波1、直線偏波2が入力される。第1の出力端子922である第1の第2側出力端子22は、中空柱状の他方の端にe,f,g,hの四角形で示す第1の開口を形成している。第2の出力端子923である第2の第2側出力端子23は、中空柱状の他方の端にi,j,k,lで示す四角形第2の開口を形成している。導波管930からなる偏波分離回路30は、第1の円偏波発生器10を構成する第1の導波管910と、セプタム型円偏波発生器20を構成する第2の導波管920とが直列に接続されて構成される。第1の円偏波発生器10は、上記のように、偏波入力端子911である第1側入力端子11及び第1側変換部913であるコルゲート部13が直線偏波から変換した円偏波を出力するp,q,r,sで示す四角形を第1側出力端子12有している。また第2の導波管920からなるセプタム型円偏波発生器20は、第1側出力端子12から円偏波が入力される第2側入力四角形端子21、第1の第2側出力端子22、第2の第2側出力端子23及び第2側変換部924であるセプタム板24を備えている。
なお、導波管930は中空柱状でなくとも良く、例えば中空柱状の金属導波管の内側に誘電体が充填されて形成される誘電体充填導波管であっても良い。同様に、導波管910、920はそれぞれ中空柱状でなくとも良く、例えば中空柱状の金属導波管の内側に誘電体が充填されて形成される導波管であっても良い。以下の説明では、中空柱状の導波管930、導波管910、920を例に説明するが、誘電体が充填されて形成される誘電体充填導波管であっても同様に構成され、動作する。
【0015】
***動作の説明***
図7は、偏波分離回路30に直線偏波1が入力される場合を示す。図8は、偏波分離回路30に直線偏波1と向きが90度異なる直線偏波2が入力される場合を示す。次に、図7図8を参照して偏波分離回路30の動作を説明する。
【0016】
(右旋円偏波)
(1)図7では、第1側入力端子11には図示していない一次放射器が接続される。図7のa,b,c,dは、第1側入力端子11を示す。a,b,c,dは正方形である。第1側入力端子11の対角線方向acに対して、偏波方向が平行となる例えばV偏波である直線偏波1が入力される。
(2)直線偏波1は、コルゲート部13により右旋偏波に変換され、第1側出力端子12からこの右旋偏波が出力される。
(3)この右旋偏波は第2側入力端子21からセプタム型円偏波発生器20に入力され、セプタム板24により直線偏波1−1に変換され、第1の第2側出力端子22から出力される。
【0017】
(左旋円偏波)
(1)図8では、第1側入力端子11から、直線偏波1に対して向きが90°回転したH偏波の直線偏波2が入力される。
(2)偏波の向きが異なるので、直線偏波2はコルゲート部13により左旋偏波に変換され、
第1側出力端子12からこの左旋偏波が出力される。
(3)この左旋偏波は、第2側入力端子21からセプタム型円偏波発生器120に入力され、セプタム板24により直線偏波2−1に変換され、第2の第2側出力端子23から出力される。
【0018】
以上のように、実施の形態1の偏波分離回路30では、第1側入力端子11に入力された直線偏波は、その直線偏波の向きに応じて、第1の第2側出力端子22または第2の第2側出力端子23から出力される。よって、導波管930である偏波分離回路30は、直線偏波を分離する偏波分離回路として動作する。
【0019】
偏波分離回路30では、第1側変換部913であるコルゲート部13と、第2側変換部924であるセプタム板24とは、偏波分離部931を構成する。偏波分離部931は、偏波入力端子911から向きの異なる2種類の直線偏波1及び直線偏波2が入力された場合、直線偏波の向きに応じて、一方の直線偏波を第1の出力端子922から出力し、他方の直線偏波を第2の出力端子923から出力する。
(1)第1側変換部913であるコルゲート部13は、偏波入力端子911から入力された直線偏波の向きに応じて、直線偏波を右旋偏波と左旋偏波とのいずれかに変換する。
(2)第2側変換部924であるセプタム板24は、第2側入力端子21に右旋偏波が入力された場合は、右旋偏波を直線偏波に変換し、この直線偏波を第1の出力端子922から出力する。またセプタム板24は、第2側入力端子21に左旋偏波が入力された場合は、左旋偏波を直線偏波に変換し、この直線偏波を第2の出力端子923から出力する。
【0020】
***実施の形態1の効果***
(1)実施の形態1の偏波分離回路30では、図6に示すように、中空柱状の一方の端にa,b,c,dの四角形で示される開口を形成し直線偏波が入力される偏波入力端子911と、中空柱状の他方の端にe,f,g,hの四角形で示される第1の開口を形成する第1の出力端子922と、中空柱状の他方の端にi,j,k,lの四角形で示される第2の開口を形成する第2の出力端子923とを備えている。
中空柱状の一方の端の開口でありa,b,c,dの四角形で示される領域は、中空柱状の一方の端から中空柱状の他方の端の方向、つまり、図6に示す管軸37の方向に透視した場合に、e,f,g,hの四角形で示される第1の開口の少なくとも一部及びi,j,k,lの四角形で示される第2の開口の少なくとも一部とをa,b,c,dの四角形で示される領域の内部に含む。
このため、第1の出力端子922なす開口と第2の出力端子923をなす開口の法線の方向が、偏波入力端子911をなす開口の法線の方向を向くことになるので、後述する図11で説明する効果を得ることができる。
なお、図6では、透視した場合、e,f,g,hの四角形で示される第1の開口の領域と、i,j,k,lの四角形で示される第2の開口の領域と、a,b,c,dの四角形で示される一方の端の開口の領域とは、重なるような構成である。しかし、これは一例であり、上記のように透視した場合に、第1の開口の少なくとも一部及び第2の開口の少なくとも一部が、a,b,c,dの四角形で示される領域の内部に含まれる構成であればよい。後述のようにセプタム型円偏波発生器20を第1の円偏波発生器10に対して図6に示す角度θだけ回転させた状態で接続する場合が該当する。
つまり、偏波分離回路30では、中空柱状の一方の端の開口の領域、つまり直線偏波を入力する偏波入力端子911を形成する開口の領域は、偏波入力端子911が存在するほうの端である中空柱状の一方の端から、中空柱状の他方の端の方向に透視した場合に、第1の開口の少なくとも一部と、第2の開口の少なくとも一部とを、その領域の内部に含む構成である。
後述の図12で述べるように、第1の円偏波発生器10が円形導波管の場合は偏波入力端子911の開口形状は円であるが、上記のように透視した場合、この円の領域の内部に、第1の開口の少なくとも一部と、第2の開口の少なくとも一部とが含まれる。
このように、偏波分離回路30では、中空柱状の一方の端の開口の領域は、この一方の端から他方の端の方向に透視した場合に、他方の端の第1の開口の少なくとも一部と、他方の端の第2の開口の少なくとも一部とを、その領域の内部に含む構成であるので、後述する図11で説明する効果を得ることができる。
つまり図11で後述するように、2種類の直線偏波1及び直線偏波2を用いる衛星通信用マルチビームアンテナに偏波分離回路30を適用した場合、一次放射器と同様に、ビーム配列に対応するよう偏波分離回路30を密に配置しても、隣接する偏波分離回路30同士が干渉することなく配置可能である。
(2)理想的な場合では、第1の第2側出力端子22及び第2の第2側出力端子23の管軸方向22A、管軸方向23Aが、入力端子11の管軸方向11Aを向く構成である。ここで管軸方向とは、第1の第2側出力端子22等を形成する開口の法線の方向である。
【0021】
図9は、非特許文献1の偏波分離回路40を示す図であり、断面を模式的に示す図である。図10は、非特許文献1の偏波分離回路40を複数配置する場合を示す図である。偏波分離回路40は、入力端子31、出力端子32及び出力端子33を有している。入力端子31は、非特許文献1の一次放射器、例えばホーンアンテナと接続される。以下では一次放射器は、ホーンアンテナとする。入力端子31は、入力端子31を形成する開口の法線方向が管軸方向34である。出力端子32も、入力端子32を形成する開口の法線方向が管軸方向34である。出力端子33は、入力端子33を形成する開口の法線方向が管軸方向34に対して垂直となる垂直方向35である。図9のように、互いに90度向きの異なる直線偏波1及び直線偏波2が入力端子31から入力された場合、直線偏波1及び直線偏波2は分離される。具体的には、一方の直線偏波1は出力端子31から出力され、他方の直線偏波2は出力端子33から出力される。
【0022】
図9の偏波分離回路40を2つの直線偏波1及び直線偏波2を用いる衛星通信用マルチビームアンテナに適用した場合、ホーンアンテナの間隔が密になると、図10のように、出力端子33と、この出力端子33の方向に隣接配置されている偏波分離回路40が、破線36で示すように干渉する。
【0023】
図11は、密に並べられたホーンアンテナの間隔に従って、複数の偏波分離回路30を密に並べた状態を示す図である。図11のように、第1の第2側出力端子22、第2の第2側出力端子23の場合は、上記の実施の形態1の効果で述べたとおりである。
つまり、偏波分離回路30では、a,b,c,dの四角形で示される第1側入力端子11の領域は、管軸37の方向に透視した場合に、e,f,g,hの四角形で示される第1の開口をなす第1の第2側出力端子22の少なくとも一部及びi,j,k,lの四角形で示される第2の開口をなす第2の第2側出力端子23の少なくとも一部とを、a,b,c,dの四角形で示される第1側入力端子11の領域の内部に含む構成である。よって、第1の第2側出力端子22、第2の第2側出力端子23は、隣接する偏波分離回路30と干渉することがない。よって、実施の形態1では複数の偏波分離回路30を密に配置できる。
【0024】
(第1の円偏波発生器のバリエーション1)
第1の円偏波発生器10としては、コルゲート部13を有するコルゲート型円偏波発生器を用いる場合を説明した。しかし、第1の円偏波発生器10は、コルゲート型円偏波発生器に限定されない。
図12は、第1の円偏波発生器10として、コルゲート型円偏波発生器に代替される第1の円偏波発生器を示す図である。図12のように、円形導波管に溝16を設けた溝型円偏波発生器10−1を採用しても良い。この場合は、セプタム型円偏波発生器20とは、円形の導波管を正方形の導波管に接続する円形/正方形導波管変換器を介して、溝型円偏波発生器10−1を、セプタム型円偏波発生器20に接続する。
【0025】
(第1の円偏波発生器のバリエーション2)
(110のバリエーション2)
図13図14は第1の円偏波発生器10に代替可能な他の円偏波発生器10−2を示す図である。図13は、平面図、図14はX−Z断面図である。円偏波発生器10−2は、円形導波管に、内部空間17に突き出る複数の突起部18を設けた櫛型円偏波発生器である。円偏波発生器10−2も、直線偏波を円偏波に変換することができる。
【0026】
なお、第1の円偏波発生器10におけるコルゲート部13が設けられた面13A、13Bと、セプタム型円偏波発生器20の第1の第2側出力端子22、第2の第2側出力端子23の断面の長辺方向が一致するように、第1の円偏波発生器10とセプタム型円偏波発生器20を接続した。つまり、X軸を法線とする断面における面13A、面13Bの線分は、第1の第2側出力端子22の断面の長辺ij、第2の第2側出力端子23の断面の長辺hgの方向が一致するように、第1の円偏波発生器10とセプタム型円偏波発生器20を接続した。
これに限るものではなく、第1の円偏波発生器10におけるコルゲート部13が設けられた面13A、13Bと、セプタム型円偏波発生器20の出力端子断面の長辺方向が、任意の方向で接続しても良い。つまり、第1の円偏波発生器10に対して、セプタム型円偏波発生器20は、管軸37の周りに角度θだけ回転させた状態で接続してもよい。この理由は、第1の円偏波発生器10とセプタム型円偏波発生器20の接続部分では円偏波で伝搬しているため、円偏波発生器の角度依存性がないためである。つまり、実施の形態1では、第1の第2側出力端子22及び第2の第2側出力端23は、一次放射器に対して任意の角度で設けることが可能となり、設計の自由度が増すという効果がある。
【符号の説明】
【0027】
10 第1の円偏波発生器、11 第1側入力端子、12 第1側出力端子、13 コルゲート部、13A 面、13B 面、14 突起、16 溝、17 内部空間、18 突起、20 セプタム型円偏波発生器、21 第2側入力端子、22 第1の第2側出力端子、23 第2の第2側出力端子、24 セプタム板、30 偏波分離回路、31 入力端子、32 出力端子、33 出力端子、34 管軸方向、35 垂直方向、36 破線、37 管軸、910 第1の導波管、911 偏波入力端子、913 第1側変換部、920 第2の導波管、922 第1の出力端子、923 第2の出力端子、924 第2側変換部、930 導波管。
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