(57)【要約】本発明は、生成後に調整を必要とせず、完全に成形によって作られる偏光／周波数分離器の最適な解決法を提案する。偏光波分離器は、遷移領域2及び4を介して二つのフィルタ3及び5に結合された偏光分離器1を有する様々な構成要素を有する。様々な構成要素の全体の寸法は、分離器の伝達特性が、分離器を構成する構成要素の特性の総和から得られる特性よりも良くなるように決められる。
2006520562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二つの異なる偏光を伝播させるのに適した断面を有し、共通の入出力を構成する第一の端部、及び第二の端部を有する共通の導波管と、
該共通の導波管の該第二の端部に置かれ、第一の偏光と共に波を伝播させる第一の溝と、
該共通の導波管の側面部に置かれ、第二の偏光と共に波を伝播させる第二の溝と、
導波管の断面で変化をもたらす第一の遷移領域と、
導波管の断面で変化をもたらす第二の遷移領域と、
該第一の遷移領域を介して該第一の溝に接続された第一の端部及び第一の個々の入出力を構成する第二の端部を有する第一の導波管フィルタと、
該第二の遷移領域を介して該第二の溝に接続された第一の端部及び第二の個々の入出力を構成する第二の端部を有する第二の導波管フィルタとを構成要素として少なくとも有する偏光波分離器であって、
該様々な構成要素の全体の寸法は、一方では該共通の入出力と該第一の個々の入出力との間で、他方では該共通の入出力と該第二の個々の入出力との間で測定された、送信帯域内及び受信帯域内での該分離器の伝達特性が、該両帯域内で、該分離器を構成する該構成要素の特性の総和から得られる特性よりも良いように決められることを特徴とする偏光波分離器。
【請求項２】
該フィルタは、中央面に関して対称的であることを特徴とする、請求項１記載の分離器。
【請求項３】
該分離器を構成する該構成要素は、成形によって作られることを特徴とする、請求項１又は２記載の分離器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は導波管状の周波数／偏光分離器に関する。更に具体的に述べると、本発明は、送信波及び受信波を分離するために、導波管フィルタ機能を有する直線偏光分離器に関する。
【背景技術】
【０００２】
双方向の衛星通信は、異なる送信及び受信の周波数帯域を使用する。異なる送信及び受信の偏光を使用することが知られる。更に、周波数帯域が、高周波及び偏光分離の制限を満たすために割り当てられる時、導波管技術を使用することが知られる。これまで、この形式の装置は、大規模に作られてはおらず、夫々の構成要素は、製造費用が夫々高い。
【０００３】
現在、安価に大量生産されうる小型高性能分離器は存在しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、生成後に調整を必要とせず、完全に成形によって作られる偏光／周波数分離器の最適な解決法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、様々な構成要素から成る偏光波分離器である。少なくとも一つの共通の導波管は、少なくとも二つの異なる偏光を伝播させるのに適した断面を有し、該共通の導波管は、第一及び第二の端部を有し、該第一の端部は、共通の入出力を構成する。第一の溝は、該共通の導波管の第二の端部に置かれ、該第一の溝は、第一の偏光と共に波を伝播させる。第二の溝は、該共通の導波管の側面に置かれ、該第二の溝は、第二の偏光と共に波を伝播させる。第一の遷移領域は、導波管の断面で変化をもたらす。第二の遷移領域は、導波管の断面で変化をもたらす。第一の導波管フィルタは、該第一の遷移領域を介して該第一の溝に接続された第一の端部、及び第一の個々の入出力を構成する第二の端部を有する。第二の導波管フィルタは、該第二の遷移領域を介して該第二の溝に接続された第一の端部、及び第二の個々の入出力を構成する第二の端部を有する。様々な構成要素の全体の寸法は、一方では該共通の入出力と該第一の個々の入出力との間で、他方では該共通の入出力と該第二の入出力との間で測定された、送信帯域及び受信帯域内での該分離器の伝達特性は、該両帯域内で、該分離器を構成する該構成要素の特性の総和から得られる特性よりも良いように決められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、更に明らかに理解される。他の特徴及び利点は、添付の図を参照する以下の記述を読むことで明らかにされる。
【０００７】
図１は、本発明による分離器のブロック図を示す。分離器は、例えばホーンのような導波管アンテナ部に接続された共通ポート（又は共通の入出力）と、一方では送信回路に、他方では受信回路に接続された二つの個々のポート（又は個々の入出力）とを有する。図１中の矢印は、単に、所定の送信又は受信設定に対して、波の進行方向を表示する目的を有するに過ぎない。矢印の方向は、送信及び受信回路（及び帯域）が逆さにされるような分離器の他の如何なる変形も伴わずに反対にされうる。共通ポートに接続された偏光分離器1は、アンテナから来る波を、二つの異なる偏光、この場合二つの直線的な、相互に垂直である偏光を有する波の二つの群に分ける。第一の遷移領域2は、第一のフィルタ3の第一の端部から来る第一の偏光と共に波を送信（又は受信）するために、偏光分離器1に接続されている。フィルタ3の第二の端部は、第一の個々のポートを構成する。第二の遷移領域4は、第二の偏光と共に波を受信（又は送信）し、第二のフィルタ5の第一の端部にそれらを供給するために、偏光分離器1に接続されている。第二のフィルタ5の第二の端部は、第二の個々のポートを構成する。
【０００８】
この形式の装置での一つの従来のアプローチは、様々な構成要素が互いに干渉し合わないような場合において、様々な構成要素を個々に、且つ一定の断面の、少なくともλg/2の長さを有する導波管部分を用いてそれらを結合するために、選び、寸法を決める。ここで、λgは、導波管の波長特性である。その時、全体の組み立て品の伝達特性は、ここに導入された構成要素の特性の総和に僅かに及ばない。“総和”は、特性の組み合わせを意味すると理解されるべきであり、数学的な総和というよりむしろ行列の積の結果である。従って、様々な構成要素は、結果として得られる組み立て品が所望の性能に対応するように、個々に非常に高性能に作られなければならない。
【０００９】
本発明によれば、様々な構成要素の寸法決定のアプローチは、全体的な様態で実行される。最初に、特性に関して望まれる性能レベルを決めることが必要である。一例として、29.5から30GHzの間の周波数帯域内の送信モード、及び19.7から20.2GHzの間の周波数帯域内の受信モードにおいて動作する分離器を作ることが望まれても良い。ポートの夫々に対して反射率は-30dB以下であり、共通ポートと第一の個々のポートとの間での透過率は第一の偏光を伴って送信帯域において-0.8dB以上であり、共通ポートと第二の個々のポートとの間で透過率は第二の偏光を伴って受信帯域において-0.8dB以上であり、共通ポートと第二の個々のポートとの間での透過率は第一の偏光を伴って送信帯域において-30dB以下であり、共通ポートと第一の個々のポートとの間での透過率は第二の偏光を伴って受信帯域において-30dB以下であり、第一の個々のポートと第二の個々のポートとの間での透過率は偏光に関わらず-60dB以下であることが望まれても良い。
【００１０】
次に、従来技術に基づく技術的な選択が成される。偏光分離器1は、例えば、側面の溝及び一つの端部での溝を有する正方形の断面の導波管である。従来技術から知られるように、溝の使用は、インピーダンス整合を必要とし、導波管／導波管遷移2及び4を作るステップによって実行される。フィルタ3及び5は、例えば、導波管のE面スタブによって作られる、極を有する導波管フィルタである。
【００１１】
最適化は、様々な構成要素に関連する容量性又は誘導性の寄生共振が、偏光分離器と相互に好ましく作用するように導入される原理から始まる。次に、最適化は、結合に使用されるスタブが不必要になるので、作られるべき物質の節約を可能にする。
【００１２】
最適化の開始点は、標準的な寸法決定動作に対応する。偏光分離器1は、技術の規則に従って結合され、最良の性能でTx（送信）及びRx（受信）帯域を正確に網羅する溝を用いて、正方形の導波管として作られる。
【００１３】
図２は、透視図（図２ａ）及び二つの異なる角度での二つの側面図（図２ｂ及び２ｃ）で偏光分離器を示す。この図２及び以下の図を見やすくするために、構成要素の有効な壁のみが示される。しかし、図２及び他の図は、最適化の結果として得られる構成要素に対応し、それらの詳細は以下で説明する。
【００１４】
偏光分離器１は、辺Cを有する正方形の断面のスタブである。この一つの端部10は、共通ポートを構成し、もう一方の端部は、閉塞され、長さaf1、幅bf1及び厚さef1の第一の溝11によって穴を開けられている。第二の溝12は、導波管が誘導波の波長に対して溝の中央で短絡回路に終端処理されるように、スタブの閉塞された端部から距離dccでスタブの一つの側面に置かれている。第二の溝12は、長さaf2、幅bf2及び厚さef2を有する。この溝から端部10までの導波管の長さはLGである。
【００１５】
正方形の導波管の寸法の選択は、基本モードが伝播であることが必須であるRx帯域での遮断周波数及びTx帯域での高次のモード数に依存する。更に、より容易に帯域内で整合される誘導波の波長での偏差が、最低限であることが必要である。後者の状態は、寸法がRx帯域の遮断での導波管の寸法よりも約20％長い導波管を要することを意味する。
【００１６】
本場合に、7.7mmの大きい辺を有する導波管は、19.5GHzの遮断周波数を与える。少なくとも20％以上大きいが、10mm以下である寸法は、その時TE20モードが30GHzの遮断周波数を有するので、選択される。従って、我々の選択はC=9.6mmである。
【００１７】
溝の寸法は、基本モードTE10のみが伝播されるように、af＞λm/2、af＞bf＞a/b及びbfが非常に小さくなるように決められる。λmは送信されるべき帯域の平均波長であり、afは溝の長さであり、bfは溝の幅であり、aおよびbは夫々、問題となっている周波数帯域内での標準的な導波管の長さ及び幅を表わす。共振でのこのような溝の等価回路は、並列なLC等価回路によって与えられる。bfを徐々に増すことによって、共振状態は、afが同時に増大しなければならないことを意味する。従って、溝に関する既知の等価回路図から、Cは減少し、Lは増大し、それによって共振溝の特性係数Q（QはC/Lの平方根に比例）を生じ、従ってその帯域幅を増大させる。帯域幅のこの増大は、整合に悪影響を及ぼす。
【００１８】
溝の厚さは、原理的には、最良の結合を有するように可能な限り小さくなければならない。しかし、機械的な観点から、それは導波管の少なくとも厚さでなければならない。従って、溝の厚さは、ef1=ef2=0.5mmであるように選ばれる。溝の厚さは、結合選択への影響を有する。これは、その動作がもはや単に共振ではなく、伝播効果が形成し始めるからである。技術の規則に従って実行された第一の寸法決定動作は、
af1=4.77mm        bf1=1.96mm
af2=7.5mm        bf2=0.66mm
LG=λg=15mm      dcc=λg/4=3.75mm
を生じる。
【００１９】
溝の厚さのために、導波管効果が生じる。それは、整合を改善するために、1/4波ステップでの遷移を使用することが必要であるという理由による。
【００２０】
これら遷移は、例えば、ボーネマンによる“アンテナ供給システムのための導波管構成要素、理論及びCAD（原題  Waveguide  components  for  antenna  feed  systems：Theory  and  CAD）”で表わされるような既知の1/4波整合によって寸法を決められた。
【００２１】
第一の溝11に対応する第一の遷移2のための一つの段、及び、第二の溝12に対応する第二の遷移4のための二つの段がある。
【００２２】
第一の溝で単一の段を有する事実は、次の最適化の間、第一の溝11を第一の遷移領域2の導波管の断面に結合することを可能にする。この遷移2は、偏光分離器1に対応する構成要素及び第一のフィルタ3に対応する構成要素に渡って割り当てられる。接地面13は、それと接触する第一のフィルタのスタブで段を作るように、第一の溝11の端部に加えられる。しかし、初期データに関して、5.5mm×1.47mmの断面及び6mmの長さを有する第一のスタブ並びに6.6mm×2.29mmの断面及び3.83mmの長さを有するスタブから成る遷移領域が使用される。
【００２３】
第二の遷移は、三つのスタブから成る。そのうち二つは図３で示され、第三のスタブは第二のフィルタ5のスタブに結合する。図３aは、透視図で第二の遷移4の構成要素を示し、図３ｂ、３ｃ及び３ｄは、三つの側面でこの同じ構成要素を示す。第一のスタブ14は、偏光分離器1に接触する。第一のスタブ14は、at1の長い辺及びbt1の短い辺並びにLt1の導波管長さを有する長方形の断面を有する。第二のスタブ15は、第一のスタブ14の後ろに続く。第二のスタブ15は、at2の長い辺及びbt2の短い辺並びにLt2の導波管長さを有する長方形の断面を有する。第三のスタブ16は、第二のフィルタ5上に作られ、接地面17は、図３で示される構成要素の上に連続する。第三のスタブ16は、at3の長い辺及びbt3の短い辺並びにLt3の導波管長さを有する長方形の断面を有する。
【００２４】
at1=7.9mm        bt1=2.55mm
Lt1=11.9mm        at2=8.59mm
bt2=3.14mm        Lt2=7.8mm
at3=9.28mm        bt3=3.72mm
Lt3=6.36mm。
【００２５】
しかし、溝は全体の整合の一因となり、従って、それに並列する1/4波遷移によって変更されなければならない。偏光分離器1並びに遷移2及び4から成る全体のシステムの全体的なシミュレーションが実行される。次に、溝及び段の寸法は、測定された特性を所望の特性を有するラインに戻すように調整される。シミュレーション及び調整は、満足な結果が得られるまで繰り返される。
【００２６】
分離器は、良好な性能を示すが、それだけでTx及びRxの帯域間の良好な除去を確実にはしない。フィルタは、達成されるべき所望の特性を可能にする減衰を加えるように設計される。
【００２７】
説明に役立つ事例において、スタブから作られた極を有する導波管フィルタが選ばれる。該フィルタは、ボーネマンによる“アンテナ供給システムのための導波管構成要素、理論及びCAD（原題  Waveguide  components  for  antenna  feed  systems：Theory  and  CAD）”で表わされている方法を用いて合成された。
【００２８】
第二のフィルタ5は、図４で表わされる。図４ａは透視図を示し、図４ｂは側面図を示す。第二のフィルタ5は、二つの端部16及び18を有する。これらは、上述されたように、Rx帯域を伝播させる導波管に対応し、端部の一つは第二の遷移4の第三のスタブ16を構成する。所要の性能レベルを達成するために、中央の導波管23に置かれている第一から第三のE面スタブ20から22から作られる三極フィルタが選ばれる。該中央の導波管は、二つの絞り部24及び25に結合されている。
【００２９】
望ましくは、フィルタは、二つの等しい成形の合わせ型としてそれを作るために、フィルタ中央の軸26に関して対称であるように作られる。フィルタの合わせ型に整合すること及び周波数／偏光分離器にフィルタを組み込むことを容易にするために、中央面27に関して対称であるフィルタが作られる。従って、留意されるべき整合方向はない。即ち、絞り部24及び25は等しく、第一及び第二のスタブ20及び22も等しい。
【００３０】
フィルタの幅at3は、全体の長さに渡って一定のままである。従って、フィルタを構成する様々な構成要素は、以下のように決められる。
【００３１】
-  第一及び第二のスタブ20及び22は、長さLtg1及び高さhtg1を有する。
【００３２】
-  第二のスタブ21は、長さLtg2及び高さhtg2を有する。
【００３３】
-  中央の導波管は高さhgcを有し、スタブ間の距離は長さLsに相当する。
【００３４】
-  絞り部24及び25は、高さhi及び長さLiを有する。
【００３５】
従来技術による寸法決定動作は、例えば以下の初期寸法を有するように実行される。
【００３６】
Ltg1=0.96mm        htg1=7.34mm
Ltg2=0.55mm        htg2=6.49mm
hgc=1.45mm        Ls=2.95mm
hi=1.03mm        Li=0.63mm。
【００３７】
第一のフィルタ3は、図５で表わされる。図５ａは透視図を示し、図５ｂは側面図を示す。第一のフィルタ3は、Tx帯域を伝播させる導波管に対応する二つの端部30及び31を有し、上述のように、該端部のうちの一つは、第一の遷移2の第二のスタブを構成する。所要の性能レベルを達成するために、二極フィルタが選ばれる。これは、中央の導波管34によって接続された第一及び第二のE面スタブ32及び33によって作られる。第一及び第二のスタブ32及び33は、二つの絞り部35及び36によって端部30及び31に結合される。
【００３８】
望ましくは、フィルタは、二つの等しい成形の合わせ型としてそれを作るように、フィルタの中央の軸37に関して対称であるように作られる。フィルタの合わせ型に整合すること及び周波数／偏光分離器の組み立て品にフィルタを組み込むことを容易にするために、フィルタは、中央面38に関して対称であるように作られる。従って、留意されるべき整合方向はない。即ち、絞り部35及び36は等しく、第一及び第二のスタブ32及び33も等しい。
【００３９】
フィルタの幅affは、全体の長さに渡って一定のままである。その時、フィルタを構成する様々な構成要素は、以下のように決められる。
【００４０】
-  端部30及び31は長さLfe及び高さhfeを有する。
【００４１】
-  第一及び第二のスタブ32及び33は、長さLft及び高さhftを有する。
【００４２】
-  中央の導波管は高さhfgcを有し、スタブ間の距離は長さLfsに相当する。
【００４３】
-  絞り部35及び36は、高さhfi及び長さLfiを有する。
【００４４】
従来技術による寸法決定動作は、例えば以下の初期寸法を有するように実行される。
【００４５】
aff=7.112mm
Lfe=5mm        hfe=3.556mm
Lft=2.71mm        hft=2.13mm
hfgc=0.97mm        Lfs=14.47mm
hfi=1.8mm        Lfi=0.52mm。
【００４６】
次に、最適化は、偏光分離器1、第一及び第二の遷移2及び4、並びに第一及び第二のフィルタ3及び5から成るシステムをシミュレーションすることによって実行される。次に、溝11及び12は、帯域幅を増すためにそれらの長さaf1及びaf2を増大させることによって、寸法を再決定され、従って、それらの幅bf1及びbf2も増大する。夫々の段に対して、H面の不連続性（誘導性効果）及びE面の不連続性（容量性効果）は、整合されたLC回路全体を有するように変形される。フィルタ3及び5の第一のスタブ20及び32（それらと対称なスタブ22及び33と共に）は、第一のスタブと等価であるLC回路が遷移に適合するように、変形される。
【００４７】
基本的な考えは、Tx及びRxの両モードにおいて、この溝の不整合を補償するために、溝の面に不整合を導入することから成る。溝のLC特性は、帯域幅、帯域の位置及び所望の整合レベルを得るように変形される。他の変数は、溝の変形によって生じた不整合を補償するために変形される。このような寸法決定動作は、更に詳細な例において、第一の遷移のスタブに結合するように拡大される第一の溝を生じる。
【００４８】
結果として、以下の最終的な寸法が得られる。
【００４９】
af1=5.32mm        bf1=3.556mm
ef1=0.5mm        ef2=0.5mm
af2=8.43ｍｍ        bf2=1.65mm
LG=15mm        dcc=1.09mm
at1=8.5mm        bt1=4.17mm
Lt1=0.96mm        at2=8.61mm
bt2=4.318mm        Lt2=2.94mm
at3=10.668mm        bt3=4.318mm
Lt3=5.7mm        htg1=6.56mm
Ltg1=1.36mm        htg2=6.81mm
Ltg2=1.21mm        Ls=3.42mm
hgc=1.48mm        Li=0.8mm
hi=1.29mm        aff=7.112mm
Lfe=2.03mm        hfe=3.556mm
Lft=2.7mm        hft=1.86mm
hfgc=1.16mm        Lfs=14.14mm
hfi=1.8mm        Lfi=0.55mm。
【００５０】
処理の最後に、周波数／偏光分離器で使用されるように寸法を決められた一連の構成要素（溝、遷移及びフィルタ）が得られる。しかし、個々に持ち込まれたこれら構成要素は、所望の周波数帯域でしか有効ではない。当業者は、夫々の構成要素の特定の特性が、それらの総和は、記述された分離器の最終的な特性が推測的に得られることを可能にしないので、得られるべき分離器の全体の特性を推測的に実現しないことに実に気付きうる。しかし、様々な構成要素の寄生相互作用は、システム上で全体の寸法決定動作を実行することによって、非常に高いレベルの特性を達成することを可能にする。
【００５１】
本発明は、記述されている実施例の限りではない。当業者は、同じアプローチに依然として従う一方で、特定の要素を変更しても良い。使用される導波管フィルタの形式は、他の如何なる形式の導波管フィルタで置き換えられても良い。正方形及び長方形の導波管断面は、円形及び楕円形の導波管断面で置き換えられても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明による分離器のブロック図を示す。
【図２ａ】本発明による偏光分離器を透視図で示す。
【図２ｂ】本発明による偏光分離器の一つの側面図を示す。
【図２ｃ】本発明による偏光分離器の図２ｂとは異なる側面図を示す。
【図３ａ】本発明による第二の遷移の構成要素を透視図で示す。
【図３ｂ】本発明による図３ａの構成要素の側面図を示す。
【図３ｃ】本発明による図３ａの構成要素の側面図を示す。
【図３ｄ】本発明による図３ａの構成要素の側面図を示す。
【図４ａ】本発明による第二のフィルタを透視図で示す。
【図４ｂ】本発明による第二のフィルタの側面図を示す。
【図５ａ】本発明による第一のフィルタを透視図で示す。
【図５ｂ】本発明による第一のフィルタの側面図を示す。
【図１】
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2006520562.tif 000006
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【国際調査報告】
2006520562.tif 000008
2006520562.tif 000009