(57)【要約】【課題】小形化及び短軸化を図ることができるとともに、高性能化を図ることができる導波管形偏分波器を得ることを目的とする。【解決手段】電波分岐手段により分岐された水平偏波の一方の電波を伝搬するとともに、その水平偏波の他方の電波を伝搬し、双方の電波を合成して基本モードの電波と高次モードの電波を分けて出力する第１の電波伝搬手段と、電波分岐手段により分岐された垂直偏波の一方の電波を伝搬するとともに、その垂直偏波の他方の電波を伝搬し、双方の電波を合成して基本モードの電波と高次モードの電波を分けて出力する第２の電波伝搬手段とを設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円偏波信号を入力すると、その円偏波信号における水平偏波の電波を第１の水平対称方向に分岐するとともに、その円偏波信号における垂直偏波の電波を第２の水平対称方向に分岐する電波分岐手段と、上記電波分岐手段により分岐された水平偏波の一方の電波を伝搬するとともに、その水平偏波の他方の電波を伝搬し、双方の電波を合成して基本モードの電波と高次モードの電波を分けて出力する第１の電波伝搬手段と、上記電波分岐手段により分岐された垂直偏波の一方の電波を伝搬するとともに、その垂直偏波の他方の電波を伝搬し、双方の電波を合成して基本モードの電波と高次モードの電波を分けて出力する第２の電波伝搬手段とを備えた導波管形偏分波器。
【請求項２】
電波分岐手段は、入出力端子から入力された円偏波信号を伝送する円形主導波管と、上記円形主導波管により伝送された円偏波信号を伝送する第１の正方形主導波管と、上記第１の正方形主導波管と異なる開口径を有し、上記第１の正方形主導波管により伝送された円偏波信号のうち、水平偏波の電波を第１の水平対称方向に分岐し、垂直偏波の電波を第２の水平対称方向に分岐する第２の正方形主導波管とから構成されていることを特徴とする請求項１記載の導波管形偏分波器。
【請求項３】
電波分岐手段は、入出力端子から入力された円偏波信号を伝送する第１の正方形主導波管と、上記第１の正方形主導波管と異なる開口径を有し、上記第１の正方形主導波管により伝送された円偏波信号のうち、水平偏波の電波を第１の水平対称方向に分岐し、垂直偏波の電波を第２の水平対称方向に分岐する第２の正方形主導波管とから構成されていることを特徴とする請求項１記載の導波管形偏分波器。
【請求項４】
第２の正方形主導波管は、第１の正方形主導波管の接続側と反対側の端部が短絡板により塞がれ、その短絡板には四角錘状の金属ブロックが載置されていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の導波管形偏分波器。
【請求項５】
第１及び第２の電波伝搬手段が高次モードの電波を出力する端子を短絡板で塞ぐとともに、その端子を損失性の誘電体で構成することを特徴とする請求項１記載の導波管形偏分波器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、マイクロ波帯やミリ波帯などで用いられる導波管形偏分波器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の導波管形偏分波器は、円弧状の切り欠きが左右対称に施されている金属薄板が主導導波管の分岐部分に設けられている。
この金属薄板が設けられていることにより、入力端子Ｐ１から入力された水平偏波の電波Ｈの基本モードは、主導導波管の管軸方向に対して直角かつ対称に分岐されて出力端子Ｐ３，Ｐ４から出力される。
一方、入力端子Ｐ１から入力された垂直偏波の電波Ｖの基本モードは、入力端子Ｐ１と反対側の出力端子Ｐ２から出力される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３３０８０１号公報（第４頁から第６頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の導波管形偏分波器は以上のように構成されているので、主導導波管の分岐部分に金属薄板が挿入されている。このため、主導導波管の管軸方向が長くなり、その管軸方向の小形化及び短軸化が困難である課題があった。
また、垂直偏波及び水平偏波の基本モードの遮断周波数付近の周波数帯域では、一般的に管内波長の周波数変化が激しく、主導導波管の分岐部分におけるインピーダンス不連続の周波数変化も急激であるため、遮断周波数付近の周波数帯域における両偏波の反射特性劣化を抑制することが困難である課題もあった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、小形化及び短軸化を図ることができるとともに、高性能化を図ることができる導波管形偏分波器を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る導波管形偏分波器は、電波分岐手段により分岐された水平偏波の一方の電波を伝搬するとともに、その水平偏波の他方の電波を伝搬し、双方の電波を合成して基本モードの電波と高次モードの電波を分けて出力する第１の電波伝搬手段と、電波分岐手段により分岐された垂直偏波の一方の電波を伝搬するとともに、その垂直偏波の他方の電波を伝搬し、双方の電波を合成して基本モードの電波と高次モードの電波を分けて出力する第２の電波伝搬手段とを設けたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による導波管形偏分波器を示す平面図であり、図２はこの発明の実施の形態１による導波管形偏分波器を示す側面図である。
図３は水平偏波入力時の基本モードの電界分布を示す分岐部側面図、図４は高次モード発生時の電界分布を示す分岐部側面図、図５は水平偏波入力時の基本モードの電界分布を示す４分岐回路部の斜視図、図６は高次モード発生時の電界分布を示す４分岐回路部の斜視図である。
【０００８】
図において、円形主導波管１は入出力端子Ｐ１から入力された円偏波信号（垂直偏波の電波、水平偏波の電波）を伝送する。正方形主導波管（第１の正方形主導波管）２は円形主導波管１により伝送された円偏波信号を伝送する。正方形主導波管（第２の正方形主導波管）３は正方形主導波管２の開口径よりも狭く、正方形主導波管２により伝送された円偏波信号のうち、水平偏波の電波をＨ方向（第１の水平対称方向）に分岐し、垂直偏波の電波をＶ方向（第２の水平対称方向）に分岐する。
なお、図１及び図２の例では、正方形主導波管３の開口径が正方形主導波管２の開口径よりも狭く、かつ、正方形主導波管２の開口径が円形主導波管１の直径よりも狭いものについて示したが、正方形主導波管３の開口径が正方形主導波管２の開口径よりも広く、かつ、正方形主導波管２の開口径が円形主導波管１の直径よりも広くしてもよい。
【０００９】
短絡板４は正方形主導波管３の一方の端子を塞ぎ、四角錘状の金属ブロック５は短絡板４の上に設置されて垂直偏波の電波及び水平偏波の電波を分岐する。なお、円形主導波管１、正方形主導波管２，３、短絡板４及び四角錘状の金属ブロック５から電波分岐手段が構成されている。
【００１０】
方形分岐導波管６ａ〜６ｄは正方形主導波管３の４つの管軸に対して直角に接続されている。方形導波管多段変成器７ａ〜７ｄは方形分岐導波管６ａ〜６ｄにそれぞれ接続され、かつ、管軸がそのＨ面において湾曲し、かつ、その開口径が方形分岐導波管６ａ〜６ｄから離れるに従って小さくなっている変成器である。
方形導波管４分岐回路８は方形導波管多段変成器７ａにより伝送された水平偏波の電波と方形導波管多段変成器７ｂにより伝送された水平偏波の電波とを合成し、その合成信号における基本モードの電波を入出力端子Ｐ２に出力し、高次モードの電波を入出力端子Ｐ４に出力する。入出力端子Ｐ４は端部が短絡板９により塞がれ、損失性の誘電体により構成されている。
【００１１】
方形導波管４分岐回路１０は方形導波管多段変成器７ｃにより伝送された垂直偏波の電波と方形導波管多段変成器７ｄにより伝送された垂直偏波の電波とを合成し、その合成信号における基本モードの電波を入出力端子Ｐ３に出力し、高次モードの電波を入出力端子Ｐ５に出力する。入出力端子Ｐ５は端部が短絡板１１により塞がれ、損失性の誘電体により構成されている。
なお、方形分岐導波管６ａ，６ｂ、方形導波管多段変成器７ａ，７ｂ及び方形導波管４分岐回路８から第１の電波伝搬手段が構成され、方形分岐導波管６ｃ，６ｄ、方形導波管多段変成器７ｃ，７ｄ及び方形導波管４分岐回路１０から第２の電波伝搬手段が構成されている。
【００１２】
次に動作について説明する。
まず、入出力端子Ｐ１から水平偏波の電波Ｈの基本モード（ＴＥ０１モード）が入力されると、円形主導波管１、正方形主導波管２，３が水平偏波の電波Ｈを伝送する。
そして、水平偏波の電波Ｈは、四角錘状の金属ブロック５まで到達すると、方形分岐導波管６ａと方形分岐導波管６ｂの方向（図中、Ｈ方向）に分岐される。
【００１３】
即ち、水平偏波の電波Ｈは、方形分岐導波管６ｃ，６ｄの上下の側壁間隔が使用周波数帯の自由空間波長の半分以下となるように設計されているため、それらの遮断効果により、方形分岐導波管６ｃ，６ｄの方向（図中、Ｖ方向）には分岐されず、方形分岐導波管６ａと方形分岐導波管６ｂの方向（図中、Ｈ方向）に分岐される。
また、図３に示すように、電界の向きが四角錘状の金属ブロック５及び短絡板４に沿って変えられるので、等価的に反射特性に優れた２つの方形導波管Ｅ面マイタ−ベンドが対称に置かれた状態の電界分布となっている。このため、水平偏波の電波Ｈは、方形分岐導波管６ｃ，６ｄへの漏洩を抑えつつ、方形分岐導波管６ａ，６ｂの方向に効率的に出力される。
【００１４】
なお、円形主導波管１と正方形主導波管２の接続部分、正方形主導波管２、及び正方形主導波管２と正方形主導波管３の接続部分は、円形−方形導波管多段変成器として動作するため、円形主導波管１の直径と、正方形主導波管２の径及び管軸長とを適当に設計することにより、多段変成器の反射特性として、電波Ｈの基本モードの遮断周波数近傍の周波数帯域では反射損が大きく、遮断周波数よりある程度高い周波数帯域では反射損を非常に小さくすることができる。これは、上記分岐部分の反射特性に類似しており、遮断周波数帯近傍において、分岐部分からの反射波と上記円形−方形導波管多段変成器による反射波が打ち消し合う位置に上記円形−方形導波管多段変成器を設置することにより、電波Ｈの基本モードの遮断周波数よりある程度高い周波数帯域での良好な反射特性を損なうことなく、遮断周波数近傍の周波数帯域における反射特性劣化を抑制することが可能となる。
【００１５】
更に、方形導波管多段変成器７ａ，７ｂは管軸が湾曲し、かつ、上側壁面に複数の段差が設けられ、かつ、各段差の間隔が導波管中心線について管内波長の約１／４となっているため、結局、方形分岐導波管６ａ，６ｂに分離された電波Ｈは、方形導波管４分岐回路８により合成され、反射特性を損なうことなく、入出力端子Ｐ２から効率的に出力される（図５を参照）。
【００１６】
一方、入出力端子Ｐ１から垂直偏波の電波Ｖの基本モード（ＴＥ１０モード）が入力されると、円形主導波管１、正方形主導波管２，３が垂直偏波の電波Ｖを伝送する。
そして、垂直偏波の電波Ｖは、四角錘状の金属ブロック５まで到達すると、方形分岐導波管６ｃと方形分岐導波管６ｄの方向（図中、Ｖ方向）に分岐される。
【００１７】
即ち、垂直偏波の電波Ｖは、方形分岐導波管６ａ，６ｂの上下の側壁間隔が使用周波数帯の自由空間波長の半分以下となるように設計されているため、それらの遮断効果により、方形分岐導波管６ａ，６ｂの方向（図中、Ｈ方向）には分岐されず、方形分岐導波管６ｃと方形分岐導波管６ｄの方向（図中、Ｖ方向）に分岐される。
また、電界の向きが四角錘状の金属ブロック５及び短絡板４に沿って変えられるので、等価的に反射特性に優れた２つの方形導波管Ｅ面マイタ−ベンドが対称に置かれた状態の電界分布となっている。このため、垂直偏波の電波Ｖは、方形分岐導波管６ａ，６ｂへの漏洩を抑えつつ、方形分岐導波管６ｃ，６ｄの方向に効率的に出力される。
【００１８】
なお、円形主導波管１と正方形主導波管２の接続部分、正方形主導波管２、及び正方形主導波管２と正方形主導波管３の接続部分は、円形−方形導波管多段変成器として動作するため、円形主導波管１の直径と、正方形主導波管２の径及び管軸長とを適当に設計することにより、多段変成器の反射特性として、電波Ｖの基本モードの遮断周波数近傍の周波数帯域では反射損が大きく、遮断周波数よりある程度高い周波数帯域では反射損を非常に小さくすることができる。これは、上記分岐部分の反射特性に類似しており、遮断周波数帯近傍において、分岐部分からの反射波と上記円形−方形導波管多段変成器による反射波が打ち消し合う位置に上記円形−方形導波管多段変成器を設置することにより、電波Ｖの基本モードの遮断周波数よりある程度高い周波数帯域での良好な反射特性を損なうことなく、遮断周波数近傍の周波数帯域における反射特性劣化を抑制することが可能となる。
【００１９】
更に、方形導波管多段変成器７ｃ，７ｄは管軸が湾曲し、かつ、下側壁面に複数の段差が設けられ、かつ、各段差の間隔が導波管中心線について管内波長の約１／４となっているため、結局、方形分岐導波管６ｃ，６ｄに分離された電波Ｖは、方形導波管４分岐回路１０により合成され、反射特性を損なうことなく、入出力端子Ｐ３から効率的に出力される（図５を参照）。
【００２０】
ここまでは、入出力端子Ｐ１から水平偏波及び垂直偏波の電波の基本モードが入力されるものについて示したが、例えば、加工誤差などにより、正方形主導波管２の対称性がくずれ、不連続部において高次モード（ＴＥ１１モード）が発生すると、図４に示すような電界分布となり、その結果、水平偏波の電波Ｈの高次モードが方形導波管多段変成器７ａ，７ｂ中を伝送され、垂直偏波の電波Ｖの高次モードが方形導波管多段変成器７ｃ，７ｄ中を伝送される。
この場合、図６に示すように、２つのＨ面ベンドが組み合わされたような電界分布となるため、２つの伝送波は方形導波管４分岐回路８，１０により合成されて入出力端子Ｐ４，Ｐ５に出力される。
【００２１】
そして、入出力端子Ｐ４，Ｐ５は、損失性の誘電体により構成されているので、方形導波管４分岐回路８，１０により合成された高次モードの電波は入出力端子Ｐ４，Ｐ５により吸収される．
これにより、加工誤差などにより高次モードが発生しても、方形導波管４分岐回路８，１０で同相の伝送波が全反射することにより引き起こされる閉じ込め共振を防止することができる。
【００２２】
上記の動作原理は、入出力端子Ｐ１を入力端子、入出力端子Ｐ２，Ｐ３を出力端子とする場合の記述であるが、入出力端子Ｐ２，Ｐ３を入力端子、入出力端子Ｐ１を出力端子とする場合についても同様である。
【００２３】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、電波分岐手段により分岐された水平偏波の一方の電波を伝搬するとともに、その水平偏波の他方の電波を伝搬し、双方の電波を合成して基本モードの電波と高次モードの電波を分けて出力する第１の電波伝搬手段と、電波分岐手段により分岐された垂直偏波の一方の電波を伝搬するとともに、その垂直偏波の他方の電波を伝搬し、双方の電波を合成して基本モードの電波と高次モードの電波を分けて出力する第２の電波伝搬手段とを設けるように構成したので、小形化及び短軸化を図ることができるとともに、高性能化を図ることができる効果を奏する。
【００２４】
即ち、正方形主導波管の基本モードの遮断周波数近傍を含む広い周波数帯域において良好な反射特性及びアイソレーション特性を実現することができる効果を奏する。また、正方形主導波管の管軸方向を短くすることができるため、小形化を図ることができる効果を奏する。
なお、金属薄板や金属ポストを用いない構成となっているため、加工難易度を低くでき、結果的に低コスト化を図ることができる効果も得られる。
【００２５】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、正方形主導波管２の上に円形主導波管１が接続されているものについて示したが、図７に示すように、正方形主導波管２の上に円形主導波管１が接続されていなくてもよく、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
図７の例では、正方形主導波管３の開口径が正方形主導波管２の開口径よりも狭いものについて示したが、正方形主導波管３の開口径が正方形主導波管２の開口径よりも広くしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、電波分岐手段により分岐された水平偏波の一方の電波を伝搬するとともに、その水平偏波の他方の電波を伝搬し、双方の電波を合成して基本モードの電波と高次モードの電波を分けて出力する第１の電波伝搬手段と、電波分岐手段により分岐された垂直偏波の一方の電波を伝搬するとともに、その垂直偏波の他方の電波を伝搬し、双方の電波を合成して基本モードの電波と高次モードの電波を分けて出力する第２の電波伝搬手段とを設けるように構成したので、小形化及び短軸化を図ることができるとともに、高性能化を図ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による導波管形偏分波器を示す平面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による導波管形偏分波器を示す側面図である。
【図３】水平偏波入力時の基本モードの電界分布を示す分岐部側面図である。
【図４】高次モード発生時の電界分布を示す分岐部側面図である。
【図５】水平偏波入力時の基本モードの電界分布を示す４分岐回路部の斜視図である。
【図６】高次モード発生時の電界分布を示す４分岐回路部の斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態２による導波管形偏分波器を示す側面図である。
【符号の説明】
１  円形主導波管（電波分岐手段）、２  正方形主導波管（第１の正方形主導波管、電波分岐手段）、３  正方形主導波管（第２の正方形主導波管、電波分岐手段）、４  短絡板（電波分岐手段）、５  四角錘状の金属ブロック（電波分岐手段）、６ａ，６ｂ  方形分岐導波管（第１の電波伝搬手段）、６ｃ，６ｄ  方形分岐導波管（第２の電波伝搬手段）、７ａ，７ｂ  方形導波管多段変成器（第１の電波伝搬手段）、７ｃ，７ｄ  方形導波管多段変成器（第２の電波伝搬手段）、８  方形導波管４分岐回路（第１の電波伝搬手段）、９  短絡板、１０  方形導波管４分岐回路（第２の電波伝搬手段）、１１  短絡板。
【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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