(57)【要約】【課題】広帯域に整合し、かつ、良好な円偏波を得ながらも、構造が簡素で容易に製造可能な円偏波導波管提供する。【解決手段】一端が開口し他端が閉塞された円形の有底筒体１を備え、一端の開口端面11ａは、管軸心Ｅに対して垂直面状であり、他端を閉塞する底壁部は、管軸心Ｅに対して所定の傾斜角度βをもって形成される短絡内壁面12を有し、管軸心Ｅに対して垂直な平面上に配設されたＬ字型の給電プローブ２を、有底筒体１内に立設した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が開口し他端が閉塞された円形の有底筒体（１）を備え、上記一端の開口端面（11ａ）は、管軸心（Ｅ）に対して垂直面状であり、上記他端を閉塞する底壁部は、上記管軸心（Ｅ）に対して所定の傾斜角度(β)をもって形成される短絡内壁面（12）を有し、
上記管軸心（Ｅ）に対して垂直な平面上に配設されたＬ字型の給電プローブ（２）を、上記有底筒体（１）内に立設したことを特徴とする円偏波導波管。
【請求項２】
上記傾斜角度（β）は、上記管軸心（Ｅ）に対して４５度以上８０度以下に設定した請求項１記載の円偏波導波管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円偏波導波管に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超広帯域(Ultra Wide Band）の無線通信において、精密距離測定等の位置精度や受信強度の向上を目的として円偏波を使用するために、円筒体の内部にＬ字型の給電プローブを立設した円偏波導波管が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−６４２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の円偏波導波管は、広帯域な整合と良好な円偏波を得るためには、実際には、円筒体の内周壁に縮径部や拡径部や段差部を形成する必要があり、構造が複雑化して、製造に手間と時間がかかるといった問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、広帯域に整合し、かつ、良好な円偏波を得ながらも、構造が簡素で容易に製造可能な円偏波導波管の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の円偏波導波管は、一端が開口し他端が閉塞された円形の有底筒体を備え、上記一端の開口端面は、管軸心に対して垂直面状であり、上記他端を閉塞する底壁部は、上記管軸心に対して所定の傾斜角度をもって形成される短絡内壁面を有し、上記管軸心に対して垂直な平面上に配設されたＬ字型の給電プローブを、上記有底筒体内に立設したものである。
また、上記傾斜角度は、上記管軸心に対して４５度以上８０度以下に設定したものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、構造を簡素化でき、容易かつ迅速に製造できる。広帯域な整合と優れた軸比の両立を実現できる。中心周波数に対する帯域幅が２５％以上で放射することができる。使用目的に応じて、様々な周波数帯域に容易かつ迅速に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の一形態を示す斜視図である。
【図２】実施の一形態を示す図であって、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は断面側面図である。
【図３】第２実施形態を示す図であって、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は要部断面側面図である。
【図４】第３実施形態を示す図であって、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は要部断面側面図である。
【図５】第４実施形態を示す図であって、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は断面側面図である。
【図６】実施例の電圧定在波比の周波数特性を示すグラフ図である。
【図７】実施例の軸比の周波数特性を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図示の実施形態に基づき本発明を詳説する。
本発明の円偏波導波管は、図１及び図２に示すように、一端が開口し他端が閉塞された有底筒体１と、有底筒体１内に立設されるＬ字型の給電プローブ２と、を備えている。
【００１０】
有底筒体１は、金属製であって、管軸心Ｅに対して垂直面状の円形の開口端面11ａ（開口部11）を一端に有すると共に、他端を閉塞する底壁部を有している。
底壁部は、管軸心Ｅに対して側面視で所定の傾斜角度βをもって形成される楕円状の短絡内壁面12を有している。短絡内壁面12は、側面視（側面断面視）で、一直線状に傾斜する平坦面である。
【００１１】
給電プローブ２（以下、プローブ２と呼ぶ場合もある）は、管軸心Ｅに対して垂直な平面上で（垂直な平面に沿って）Ｌ字状を成すように配設されている。
プローブ２は、Ｌ字状を形成するために、円筒型の周壁部13の内周面13ａから管軸心Ｅ（正面視で開口部11の中心点Ｐ）に向かって（ラジアル方向に）立設する第１杆状部21と、第１杆状部21の先端から内周面13ａに向かって連設された第２杆状部22と、を有している。第１杆状部21の基端は固定端であり、第２杆状部22の先端は自由端である。
【００１２】
第１杆状部21の軸心Ｓａと第２杆状部22の軸心Ｓｂとの間の角度（プローブ２の開き角度）θは、電圧定在波比、軸比、が共に低くなるように（例えば、電圧定在波比が１．５以下、軸比が１に近づくように）設定するのが望ましい。
より好ましくは、開き角度θは、９０度以上１３５度以下に設定する。９０度未満であると、広い周波数帯域の使用が困難になる。１３５度を超えると、安定した円偏波を得られない虞れがある。
【００１３】
プローブ２のＬ字折曲方向は、図２と図３に示すように、右旋円偏波用のＬ字折曲方向と、図４と図５に示すように左旋円偏波用のＬ字折曲方向とがある。
右旋円偏波用のＬ字折曲方向とは、言い換えると、図２と図３に示すように、第１杆状部21から見て第２杆状部22が、上記開き角度θをもって、管軸心Ｅ（正面視で開口部11の中心点Ｐ）廻りの回転一方向Ｎａに、開いた方向である。
左旋円偏波用のＬ字折曲方向とは、言い換えると、図４と図５に示すように、第１杆状部21から見て第２杆状部22が、上記開き角度θをもって、管軸心Ｅ廻りの回転他方向Ｎｂ（矢印Ｎｂ方向）に、開いた方向である。
【００１４】
そして、図２乃至図５に示すように、短絡内壁面12を、管軸心Ｅに対して所定の傾斜角度βをもって傾斜させて、プローブ２の起立基端側から折れ曲り先端側（第１杆状部21の基端側から第２杆状部22の先端側）へ向かって、短絡内壁面12からの離間距離Ｋが変化（変位）するように構成している。
【００１５】
傾斜角度βは、４５度以上８０度以下に設定している。４５度未満であると、短絡内壁面12が倒れ過ぎて製造が困難になる。また、有底筒体１の全長が長尺化する虞れがある。８０度を超えると、給電プローブ２と短絡内壁面12の間の離間距離Ｋの変化量（変化範囲）が小さくなる。
【００１６】
ここで、開口部11の中心点Ｐと、開口端面11ａから短絡内壁面12までの管内長さが最大となる点（奥行最長点）Ｑとを、正面視で結んだ（一点鎖線で図示の）仮想直線を、回転基準線Ｊと呼ぶ。中心点Ｐは、正面視で短絡内壁面12の中心点（長軸と短軸の交点）とも言える。
【００１７】
つまり、第１杆状部21の軸心Ｓａ（プローブ２の起立軸心Ｓａと呼ぶ場合もある）は、回転基準線Ｊから、回転一方向Ｎａに、又は、回転他方向Ｎｂに、所定の回転角度αをもって、配設している。
図２及び図３に示すように、右旋円偏波用のプローブ２（第２杆状部22が回転一方向Ｎａに開いたプローブ２）は、プローブ２の起立軸心Ｓａを、回転一方向Ｎａに、所定の回転角度αをもって配設している。
図４及び図５に示すように、右旋円偏波用のプローブ２（第２杆状部22が回転他方向Ｎｂに開いたプローブ２）は、プローブ２の起立軸心Ｓａを、回転他方向Ｎｂに、所定の回転角度αをもって配設している。
【００１８】
回転角度αは、３０度以上８５度以下、又は、２１０度以上２６５度以下、とするのが好ましい。
図２及び図４に示すように、回転角度αを３０度以上８５度以下に設定すると、プローブ２の起立基端側から折れ曲り先端側へ向かって、短絡内壁面12からの離間距離Ｋが次第に短く（小さく）なるように、プローブ２を配設したことになる。
図３及び図５に示すように、回転角度αを２１０度以上２６５度以下に設定すると、プローブ２の起立基端側から折れ曲り先端側へ向かって、短絡内壁面12からの離間距離Ｋが次第に長く（大きく）なるように、プローブ２を配設したことになる。
【００１９】
そして、回転角度αが、０度以上３０度未満の場合、８５度を超えかつ２１０度未満の場合、２６５度を超え３６０度以下の場合は、第１杆状部21に対しての離間距離Ｋの変化量（変化範囲）が少なくなる場合や、第２杆状部22に対しての離間距離Ｋの変化量が少なくなる場合や、第１杆状部21と第２杆状部22とで離間距離Ｋの重複があり（離間距離Ｋが同じとなる部位が多くなり）無駄が生じる。離間距離Ｋは、使用する（目的とする）電波の波長の４分の１に対応するため、離間距離Ｋの変化範囲（変位範囲）が狭いと、広い範囲の周波数帯域に対応させるのが困難となる。
【００２０】
ここで、最も短い離間距離ＫをＫｓとし、最も長い離間距離ＫをＫｌとすると、プローブ基端からプローブ先端までの範囲において、離間距離Ｋが、Ｋｓ以上Ｋｌ以下の範囲となる。また、離間距離Ｋは、使用する（目的とする）電波の波長の４分の１に対応する。
したがって、Ｋｓの４倍の波長をもった電波からＫｌの４倍の波長をもった電波までの範囲が使用可能となる。
【００２１】
そこで、本発明は、最も短い離間距離Ｋｓを、使用する（目的とする）周波数帯域において高周波側上限の波長の４分１未満としている。さらに、最も長い離間距離Ｋｌを、使用する周波数帯域において低周波側下限の波長の４分の１未満としている。
つまり、使用する周波数帯域において高周波側上限の波長をλｓとし、使用する周波数帯域において低周波側下限の波長をλｌとすると、０＜Ｋｓ＜（λｓ／４）、かつ、Ｋｌ＞（λｌ／４）を満たすように構成している。なお、λｓ、λｌ、Ｋｓ、Ｋｌの単位は同じである。
【００２２】
例えば、超広帯域通信（ＵＷＢ）のハイバンド（７．２５ＧＨｚ〜１０．２５ＧＨｚ）を使用する場合は、λｌ（使用する周波数帯域において低周波側下限の波長）は、４１．３８（ｍｍ）であり、λｓ（使用する周波数帯域において高周波側上限の波長）は、２９．２７（ｍｍ）である。従って、０＜Ｋｓ＜（２９．２７／４）、かつ、Ｋｌ＞（４１．３８／４）を満たせば良い。例えば、Ｋｓ＝６（ｍｍ）、Ｋｌ＝１１（ｍｍ）とすれば、確実に、７．２５ＧＨｚ〜１０．２５ＧＨｚの周波数帯域を使用できる。なお、上述の計算は、伝播速度を３００００００００（ｍ／ｓ）として計算している。
【００２３】
また、第１杆状部21の長さ寸法ａ（内周面13ａから第１杆状部21の軸心Ｓａと第２杆状部22の軸心Ｓｂとの軸心交点ｃまで）を、有底筒体１の半径寸法ｒの０．７３倍以上０．８１倍以下とするのが望ましい。下限値未満であると、広い周波数帯域に対応させるのが困難となる。上限を超えると、第２杆状部22が内周面13ａに近づき過ぎて不具合が生じる虞れが高くなる。
また、第２杆状部22の長さ寸法ｂ（上記軸心交点ｃから先端まで）は、有底筒体１の半径寸法ｒの０．７３倍以上０．８７倍以下とするのが望ましい。下限値未満であると、広い周波数帯域に対応させるのが困難となる。上限を超えると、第２杆状部22が内周面13ａに近づき過ぎて不具合が生じる虞れが高くなる。
また、有底筒体１の内径寸法（２×ｒ）は、遮断周波数から決定され、使用する周波数の下限が遮断周波数より大きくなるような寸法に設定している。
【００２４】
ここで、図４に示すようにプローブ２を左旋円偏波用とし、２×ｒ（有底筒体１の内径寸法）＝２６ｍｍとし、Ｌ１（管内最大長さ寸法）＝４５ｍｍとし、Ｌ２（管内最小長さ寸法）＝３７ｍｍとし、β（傾斜角度）＝７２．９度とし、α（回転角度）＝３０度とし、Ｔ（開口端面11ａから第１杆状部21の軸心Ｓａまでの長さ寸法）＝３２．５ｍｍ、θ（開き角度）＝１０５度とし、ａ（第１杆状部21の長さ寸法）＝１０ｍｍとし、ｂ（第２杆状部22の長さ寸法）＝１１ｍｍとした実施例について、測定した電圧定在波比の周波数特性を図６に示し、軸比の周波数特性を図７に示す。
【００２５】
測定機器は、Agilent Technologies(現 Keysight Technologies)社製ネットワークアナライザ（８７２０ＥＳ）を用いた。
測定条件は、測定範囲６ＧＨｚ〜１１ＧＨｚ、ＩＦバンド幅３ｋＨｚ、測定点数２０１点とした。
測定環境は、ＶＳＷＲでは、ネットワークアナライザ送信側に実施例を接続し、反射のない空間に設置して、Ｓ１１特性（反射特性）を測定した。軸比では、送信アンテナとして標準ゲインホーンアンテナ(Pasternack Enterprises PE９８５７/SF-１５）を接続し、受信アンテナとして実施例を接続して、１ｍ離して向い合わせて設置し、Ｓ２１特性（通過特性）を測定した。
【００２６】
図５から明らかなように、広い周波数帯域でＶＳＷＲが低く優れている。また、図６から明らかなように、広い周波数帯域で軸比も１ｄｂに近く優れている。
【００２７】
なお、本発明は、設計変更可能であって、有底筒体１に円形のホーンを装着（付設）して、利得を向上させるも良い。上述の各部寸法及び角度は、一例であって、目的とする（使用する）周波数帯に応じて寸法及び角度変更可能である。使用例としては、アンテナとしての利用や、同軸導波管変換器に用いて低損失電送路を実現できる。また、超広帯域無線（ＵＷＢ）での使用に限らず、衛星通信等円偏波を使用する分野（装置）に適用するも良い。つまり、使用目的（使用方法や使用状態）は自由である。また、有底筒体１とプローブ２の固着手段は自由である。また、給電は、外部回路を必要としないプローブ２の方が、コストダウンの観点から好ましい。
また、傾斜角度βは、管軸心Ｅを含みかつ短絡内壁面12の短軸を同一平面状に含む（正面視で短絡内壁面12の長軸と直角を成す）仮想平面に対して、短絡内壁面12が形成する鋭角の角度とも言える。
また、側面断面視とは、言い換えると、管軸心Ｅ及び短絡内壁面12の長軸を同一平面上に含む（仮想）平面で切断して見た場合、とも言える。
【００２８】
以上のように、本発明の円偏波導波管は、一端が開口し他端が閉塞された円形の有底筒体１を備え、上記一端の開口端面11ａは、管軸心Ｅに対して垂直面状であり、上記他端を閉塞する底壁部は、上記管軸心Ｅに対して所定の傾斜角度βをもって形成される短絡内壁面12を有し、上記管軸心Ｅに対して垂直な平面上に配設されたＬ字型の給電プローブ２を、上記有底筒体１内に立設したので、構造を簡素化でき、容易かつ迅速に製造できる。広帯域な整合と優れた軸比の両立を実現できる。中心周波数に対する帯域幅（比帯域幅）が２５％以上の帯域で放射することができる。様々な周波数帯域に容易かつ迅速に対応できる。
【００２９】
また、上記傾斜角度βは、上記管軸心Ｅに対して４５度以上８０度以下に設定したので、有底筒体１の製造を容易としながらも、広い周波数帯域に容易に対応させることができる。有底筒体１の全長を小さく（コンパクトに）抑えることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  有底筒体
２  給電プローブ
11ａ  開口端面
12  短絡内壁面
Ｅ  管軸心
β  傾斜角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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