(57)【要約】【課題】高利得広帯域であるとともに比較的簡単な構造を有する円偏波発生器を提供する。【解決手段】断面が矩形か円筒形の断面で導波管を備えた円偏波発生器において、旧電線が略直角のＬ字形で、かつＬ字を構成する二辺がいずれも導波管の伝達方向に対して垂直である円偏波発生器により上記目的が達成できる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
いずれも矩形の底面、４つの側壁面、及びｘ，ｙの直交座標系で表される断面が矩形の開口部とからなる直方体状導波管を備えた円偏波発生器において、
（１）開口部断面の縦ａと横ｂの長さの比、ａ／ｂが１／２〜２／１の範囲にあり、
（２）導波管の１つの側壁面から導波管内に導入されている給電線が略直角のＬ字形で、
（３）かつ給電線のＬ字を構成する二辺がいずれも導波管の伝搬方向に対して垂直であることを特徴とする円偏波発生器。
【請求項２】
底面、側壁面、断面が円形の開口部とからなる円筒、もしくはｘ，ｙの直交座標で表される楕円状導波管を備えた円偏波発生器において、
（１）開口部断面の形状、ｘ２／ｃ２＋ｙ２／ｄ２＝１におけるｃとｄの比、ｃ／ｄが１／２〜２／１の範囲にあり、
（２）導波管の側壁面から導波管内に導入されている給電線が略直角のＬ字形で、
（３）かつ給電線のＬ字を構成する二辺がいずれも導波管の伝搬方向に対して垂直であることを特徴とする円偏波発生器。
【請求項３】
開口面より直交して発生する電界の振幅比が３ｄＢ以下となるように決められた断面をもつことを特徴とする請求項１〜２記載の円偏波発生器。
【請求項　４】更に断面形状が相似のホーンが装備されてなる上記請求項１〜３記載の円偏波発生器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯またはミリ波帯における円偏波を用いた衛星通信や無線データ伝送、レーダ、移動体通信等に用いるアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無線データ伝送の高速化や衛星通信における伝達情報の大容量化のニーズ、短パルスを用いた精密距離測定等のニーズからアンテナの広帯域化が求められている。これらの通信で使用するアンテナは、導波管で給電されたホーンアンテナで高利得が実現できる一方、円偏波の放射される帯域は、給電回路が簡単な一点給電型の場合は特に狭いものであった。
【０００３】
最近、広帯域な円偏波アンテナとして、円形導波管を用いた円偏波発生器がいくつか報告されているが、その帯域は中心周波数の２５％と広帯域ではあるものの、導波管の内壁を加工するなど構造が複雑であり、調整のしやすさやコスト面でデメリットとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来から存在する円偏波発生器における欠点を解消することを目的とする。すなわち本発明は、高利得広帯域であるとともに高利得かつ比較的簡単な構造の円偏波発生器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の発明は、いずれも矩形の底面、４つの側壁面、及び断面が矩形の開口部とからなる直方体状導波管を備えた円偏波発生器において、
（１）開口部断面の縦ａと横ｂの長さの比、ａ／ｂが１／２〜２／１の範囲にあり、
（２）導波管の１つの側壁面から導波管内に導入されている給電線が略直角のＬ字形で、
（３）かつ給電線のＬ字を構成する二辺がいずれも導波管の伝搬方向に対して垂直であることを特徴とする円偏波発生器である。
【０００６】
本発明の第二の発明は、底面、側壁面、ｘ，ｙの直交座標系で表される断面が円形の開口部とからなる円筒、もしくは楕円状導波管を備えた円偏波発生器において、
（１）開口部断面の形状、ｘ２／ｃ２＋ｙ２／ｄ２＝１におけるｃとｄの比、ｃ／ｄが１／２〜２／１の範囲にあり、
（２）導波管の側壁面から導波管内に導入されている給電線が略直角のＬ字形で、
（３）かつ給電線のＬ字を構成する二辺がいずれも導波管の伝搬方向に対して垂直であることを特徴とする円偏波発生器である。
【０００７】
開口面より直交して発生する電界の振幅比は３ｄＢ以下となるように決められた断面をもつことが好ましい。
【０００８】
上記円偏波発生器には更に断面形状が相似のホーンが装備されていることが好ましい。
【０００９】
【発明の具体的な態様】
本発明の円偏波発生器につき詳しく説明する。まず導波管の形状について説明する。本発明の円偏波発生器の導波管は次ぎの２種類のいずれかの形状のものである。
【００１０】
（１）いずれも矩形の底面、４つの側壁面、及び断面が矩形の開口部とからなる直方体状、
（２）底面、側壁部、断面が円形もしくは楕円形の開口部からなる円筒状もしくは楕円筒状。
【００１１】
（１）の直方体状導波管では、開口部断面の縦ａと横ｂの長さの比、ａ／ｂが１／２〜２／１、好ましくは１／１．５〜１．５／１の範囲にあることが必要である。ａ／ｂがこの範囲を外れると、直交する電界成分の振幅比が異なり、良好な円偏波を得ることが容易ではなくなる。
【００１２】
（２）の円筒、もしくは楕円筒状導波管では、開口部断面の形状、ｘ２／ｃ２＋ｙ２／ｄ２＝１におけるｃとｄの比、ｃ／ｄが１／２〜２／１、好ましくは１／１．５〜１．５／１の範囲にあることが必要である。ｃ／ｄがこの範囲を外れると、直交する電界成分の振幅比が異なり、良好な円偏波を得ることが容易ではなくなる。
【００１３】
また直交する２つの電界成分の振幅比は、好ましくは３ｄＢ以下とすべきである。あまりこの範囲から離れると直交する電界成分の振幅比が異なり、良好な円偏波を得ることが容易ではなくなる。
【００１４】
次ぎに導波管に電界を発生させるための電流を供給する給電線につき、直方体状導波管を用いた場合について説明する。直方体状導波管では、好ましくは、断面が正方形の導波管とし、ＴＥ１０とＴＥ０１という互いに電界成分が直交する両方のモードを発生させるために、直角に曲げたＬ形給電線を用いる。
【００１５】
この給電線は、図１のように導波管壁から図中の−ｙ方向から＋ｘ方向へ直角に折れたものを備え付ける。この実施例では、開口面は１辺が２５ｍｍの正方形で、導波管の伝播方向の長さは３０ｍｍ（λｇ／２：ｆ＝７．８ＧＨｚ）となっており、同図中の天井面の中心からＬ形給電線で給電している。ただし、給電線の位置から伝搬方向に沿った導波管の長さはさらに長くなってもよいが、伝搬方向と逆方向には伝搬方向を法線とする金属の短絡板が必要であり、給電線はこの短絡板から管内波長のおよそ４分の１波長離れた距離の反射係数が最小となる場所にて給電する。
【００１６】
また、このＬ形給電線の直角を挟む水平部と垂直部の長さをわずか（概ね１〜５ｍｍ程度が目安）に異ならせてもよい。給電線のうち、図１のｙ方向に平行な辺の長さ（垂直部）はおよそ４分の１波長程度とするのが好ましく、この場合、ｘ軸に並行な水平部は垂直部より位相が９０度遅れることで直交するＴＥ１０とＴＥ０１モードの互いの位相差を約９０°とすることで発生する偏波の軸比を最小にすることが好ましい。
【００１７】
また、図１では給電線が−ｙ方向から＋ｘ方向へ曲がっているが、−ｙ方向から−ｘ方向へ曲げた場合、前述の場合と旋回方向が逆となる。給電線の長さおよび二辺の比は、反射係数が最小（−１０ｄＢ以下）となり、かつ円偏波の場合軸比が３ｄＢ以下で最小となるように決める。また、給電線の垂直部の長さを制御することで、発生する偏波の軸比を所望の値にすることができる。
【００１８】
図１に示した構造において周波数対軸比のグラフを図２に示す。これより、約６．９ＧＨｚから約９．１ＧＨｚの帯域において軸比３ｄＢ以下となっており、約２７％の帯域幅（中心周波数８ＧＨｚ）で円偏波が放射されていることがわかる。
【００１９】
また、図３に放射パターンを示す。この図は、電波暗室内で図１の円偏波発生器を送信アンテナとしてターンテーブルでｘ−ｚ面に平行に回転させ、かつ直線偏波のホーンアンテナをｘ−ｙ面と平行に回転させて測定したものであり、同図中の２本の曲線は各角度に対する受信電力の最大値と最小値を示している。
【００２０】
なお、図１において、電流は図の上方の壁まで例えば同軸ケーブルで供給され、同軸の芯線が給電線に繋がっている。
【００２１】
本発明の円偏波発生器は方形ホーンを追加することで、高利得な広帯域円偏波発生器として利用可能である。今回の実施例において、ホーン無しの状態でも円偏波の放射は確認されており、利得は約６．５ｄＢｉであった。
【００２２】
断面を円形または円形に近い楕円形とする導波管の場合でも同様な動作である。この場合その動作モードはＴＥ１１モードであるが、Ｌ形給電線の使用で、電界について互いに直交するモードが励振できる。この場合も、円形ホーンを追加することで広帯域な円偏波ホーンアンテナとなる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明では、広帯域な円偏波発生器を提案しているが、次のような特徴を持つ。
１．　簡単な構造であり、生産や調整が比較的簡単で作成し易い構造をしている。
２．　中心周波数に対して２０％以上にわたる広帯域な円偏波を放射することが可能ある。
３．　ホーンアンテナの使用により、高利得化が可能。
以上の特性を全て併せ持っていることが、本発明の特徴である。
【００２４】
本発明の円偏波発生器の応用としては、衛星通信や無線ＬＡＮにて大容量または高速な信号伝達が可能となる。円偏波の使用のメリットは、電界が回転しながら伝搬するため、アンテナ開口を対向させておけば、直線偏波とは異なり、主な放射方向に対する垂直面に平行な向きには関係なく送受信が可能であるため、衛星を用いた際に有利である。さらに、円偏波は壁などの反射の前後で旋回方向が逆転し交差偏波となるため、マルチパスフェージングの影響を軽減できる。これらのメリットに加えて広い帯域確保が実現すると、高速または大容量なデータ伝送が高品質で実現でき、ギガビット毎秒級の無線データ伝送実現への可能性を持つ。
【００２５】
さらに本発明の広帯域の円偏波アンテナを用いることで、広帯域となる円偏波短パルスを用いた精密な距離測定も可能である。さらに軸比等の偏波パラメータの変化からも情報を得る偏波レーダへの応用も考えられ、これは地中や雪中に埋没した物体の検出等への応用が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の円偏波発生器の１例を示した要部説明図である。
【図２】図２は本発明の１実施例の円偏波発生器を用いて軸比の周波数特性を測定した結果を示した図である。
【図３】図２は本発明の１実施例の円偏波発生器を用いて放射パターンを測定した結果を示した図である
【図１】
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【図２】
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【図３】
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