(57)【要約】【課題】  高い周波数で、送信用周波数と受信用周波数との隔離が大きい場合でも、偏波の位相調整が可能な衛星搭載用送受共用の導波管円偏波発生器を得る。【解決手段】  円形導波管７を分割した円形導波管上部１と、円形導波管下部２の間に挟みこむ位相遅延を生じさせる櫛形部品５とを具備し、櫛形部品５に垂直偏波と水平偏波の位相を９０度遅延させるためのスリット６を設けることで、櫛形部品５の挿入量を調整して位相遅延量の調整が可能な導波管円偏波発生器を得る。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形導波管上部と、
円形導波管下部と、
上記円形導波管上部及び円形導波管下部のピン穴に嵌合し、上記円形導波管上部と円形導波管下部の合わせ位置を固定する位置決めピンと、
上記円形導波管上部の下部壁面と上記円形導波管下部の上部壁面の間に挟まれて配置され、上記円形導波管上部及び上記円形導波管下部が組み合わさって形成される円形導波管内に挿入されて偏波成分に位相遅延を発生させる櫛状の突起部を有するとともに、上記位置決めピンに案内されて上記櫛状の突起部の上記円形導波管内への挿入量を調整可能なスリットの形成された板状の櫛形部品と、
を備えた導波管円偏波発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば人工衛星に搭載される、送受共用の円形導波管の円偏波発生器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
衛星を利用した通信容量の増大要求と、限られた周波数の有効利用の観点から、衛星通信における周波数の有効利用が強く求められている。この場合、送受で異なる使用周波数を高周波化して利用できる帯域を広げる方法があるが、送信用周波数と受信用周波数との隔離が大きくなる（例えば送信用周波数として２０ＧＨｚ帯、受信用周波数として３０ＧＨｚ帯が利用される）。送信周波数と受信周波数の隔離が大きい場合には、共通部品を使うことのできる部分が少なくなり、送信用、受信用で各々使用する部品が異なるため部品点数が増大する。衛星は打ち上げコスト削減のためには軽量化が必須であり、構成品の共通化が実現できれば軽量化に繋がる。送信用周波数と受信用周波数との隔離が大きい場合であっても、円偏波発生器については、簡易的な構成で送受共用部品を実現することができる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
円偏波発生器は、円形導波管に入力した直線偏波を直行する２成分に分解した時に、１つの成分に対して他方の成分の通過位相を相対的に遅らせて、円偏波として出力するものである。通過位相を相対的に遅らせる方法としては、円形導波管内にネジのような金属ポストあるいは櫛状の櫛形部品を挿入し、伝送モードの電磁界分布の密なるところに外乱を与えて位相遅延を発生させる方法がある。良好な円偏波を得るためには、位相を正確に９０度遅らせることが必要であるが、挿入する金属ポストあるいは櫛形部品の長さ、位置の微妙な変化によって位相遅延量が大きく変化するため、変化の影響が大きく現れる周波数が高い場合には、良好な円偏波を得ることが困難になる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Soon Young Eom and Y.B.Korchemkin, ゛A New Comb Circular Polarizer Suitable for Millimeter-Band application゛, ETRI Journal Volume 28,Number5,October 2006, pp.656-659.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の導波管円偏波発生器では、垂直偏波もしくは水平偏波の位相遅延を発生させるために、金属ポストあるいは櫛形部品を円形導波管内に挿入し、位相を９０度遅らせていた。
【０００６】
しかしながら、櫛形部品を挿入する長さ、位置ずれを防ぐために櫛形部品を位置合わせピンなどで固定し、かつ、数種類の寸法を変えた櫛形部品を準備しておくことで製造バラツキなどに対応するとしても、衛星搭載用のように少量生産で部品自体が高額になる場合は位相の微調整が不可欠となり、従来の方法では調整が困難であるか、もしくは櫛形部品を頻繁に交換することとなり、調整が難航するという問題があった。
【０００７】
この発明は、係る問題点を解決するために為されたものであって、高い周波数で、送信用周波数と受信用周波数との隔離が大きい場合でも、垂直偏波もしくは水平偏波などの偏波成分の位相遅延量の調整が可能な円形導波管円偏波発生器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る導波管円偏波発生器は、円形導波管上部と、円形導波管下部と、上記円形導波管上部及び円形導波管下部のピン穴に嵌合し、上記円形導波管上部と円形導波管下部の合わせ位置を固定する位置決めピンと、上記円形導波管上部の下部壁面と上記円形導波管下部の上部壁面の間に挟まれて配置され、上記円形導波管上部及び上記円形導波管下部が組み合わさって形成される円形導波管内に挿入されて偏波成分に位相遅延を発生させる櫛状の突起部を有するとともに、上記位置決めピンに案内されて上記櫛状の突起部の上記円形導波管内への挿入量を調整可能なスリットの形成された板状の櫛形部品と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明による導波管円偏波発生器によれば、高い周波数の場合でも、垂直偏波もしくは水平偏波などの偏波成分の位相遅延量の調整が可能となり、製造公差による最適性能からの位相遅延量のずれを補正できる。また、製造公差そのものを緩めることが出来ることから、製造性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１の導波管円偏波発生器の概略構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１の入射波の電界分布を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１の水平偏波と垂直偏波の電磁界分布を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、この発明に係る実施の形態１について図に基づいて説明する。図１は、実施の形態１による衛星搭載送受共用の円形導波管円偏波発生器の概略構成を示す図である。図において、実施の形態１の円形導波管円偏波発生器は、円形導波管上部１と、円形導波管下部２と、櫛形部品５を備えて構成される。円形導波管上部１と円形導波管下部２はそれぞれ、１つの円形導波管７をそれぞれ上下に分割した構造をなしている。円形導波管上部１と円形導波管下部２は、それぞれアルミや銅などの金属や、炭素繊維強化プラスチックや、金属や樹脂による成形部品の表面に導電性金属皮膜を付着させることなどで成形され、少なくとも導波管を形成する内側面に導電性を有している。位置決めピン３は、円形導波管上部１と円形導波管下部２を合わせる際に位置を固定するための位置決め用のピンである。位置決めピン用のピン穴４は、円形導波管上部１と円形導波管下部２にそれぞれ設けられており、位置決めピン３が挿入される。円形導波管上部１と円形導波管下部２は、ねじ８の係合によって締結固定され、円形導波管７が形成される。なお、ねじ８の係合するねじ穴やねじ８が貫通する貫通穴については図示を省略している。
【００１２】
櫛形部品５は薄い板状の金属部材のような導電性材料で構成され、円形導波管上部１と円形導波管下部２の分割された壁面に接触し、円形導波管上部１と円形導波管下部２に挟まれて固定され、ねじ８によって締結される。円形導波管上部１の壁面下部に櫛形部品５の上面が接触し、円形導波管下部２の壁面上部に櫛形部品５の下面が接触し、位置決めピン３により位置決めされることで、円形導波管７が形成される。櫛形部品５は、円形導波管７の円形導波管内に挿入されて位相遅延を発生させるため、円形導波管内部に突き出す側（内側）の片方の辺に櫛状の突起である櫛状突起部９を有している。また、櫛形部品５には２つのスリット６が設けられている。スリット６は、櫛形部品５の外側の辺から内側の辺に向かって、櫛状突起部９の手前までＵ字形状に刳り貫かれてなる溝によって形成される。スリット６は、位置決めピン３が貫通するように配置される。かくして、櫛形部品５が位置決めピン３に対してスリット６の溝に沿って移動するように案内されることで、櫛形部品５における円形導波管７内への挿入量を調整することができる。
【００１３】
次に、実施の形態１の円形導波管円偏波発生器の動作について説明する。
図２は実施の形態１の円形導波管円偏波発生器における、円形導波管７内部の入射波の電磁界分布を示す説明図である。図３は実施の形態１の円形導波管円偏波発生器における円形導波管７内部の電磁界分布を示す図であって、（ａ）は水平偏波の電磁界分布を示す説明図、（ｂ）は垂直偏波の電磁界分布を示す説明図である。
【００１４】
円形導波管７を伝搬可能なある周波数帯ｆの直線偏波が、円形導波管７中を基本伝送モード（ＴＥ１１モード）にて伝搬してきて、かつ、図２に示すようにその偏波面が櫛形部品５の櫛状突起部９の挿入面より４５度傾いて入力端より入射してきたとする。この時、入射した直線偏波は、櫛形部品５の挿入面に対し垂直となる直線偏波（垂直偏波）と櫛形部品５の挿入面に対し水平となる直線偏波（水平偏波）が同相で入射してきたものの合成波とみなすことができる。
【００１５】
ここで、図３（ｂ）に示すように、櫛形部品５の挿入面に対し垂直となる偏波成分は、電界が櫛形部品５と垂直に交わるため、ほとんど櫛形部品に影響されることなく円形導波管７内を通過して出力端より出射される。これに対し、図３（ａ）に示すように、櫛形部品５の挿入面に対し水平となる偏波成分は、磁界が櫛形部品５と垂直に交わるため、櫛形部品５の櫛状突起部９が容量性サセプタンスとして働き、通過位相が遅れることになる。円形導波管７の出力端より出射される両偏波成分の合成波を円偏波とするには、櫛形部品５の挿入面に対し垂直となる偏波成分と、櫛形部品５の挿入面に対し水平となる偏波成分との通過位相差が９０度でなければならず、櫛形部品の櫛状突起部９における櫛の本数、櫛の間隔、櫛の長さ、および櫛の円形導波管７内部への挿入量の最適化が必要になる。櫛形部品５を挿入し、円形導波管７内の電界分布が密なるところに外乱を与え、位相遅延をさせるものなので、櫛形部品５の円形導波管７内への挿入量の微妙な変化によって、大きく位相遅延量あるいは反射量が変化する。当該挿入量の最適化のため、組立公差が原因で発生する最適量からのずれを、スリット６を設けた櫛形部品５により円形導波管７内への挿入量を調整することで、理想的な円偏波が得られる。
【００１６】
実施の形態１による衛星搭載送受共用の円形導波管円偏波発生器は、送信時に、櫛形部品５の挿入面に対し垂直となる直線偏波もしくは櫛形部品５の挿入面に対し水平となる直線偏波が円形導波管７入力端から合成入力されて、円形導波管７出力端から円偏波が送信される。また、受信時に円形導波管７出力端から入力された円偏波は、櫛形部品５の挿入面に対し水平となる直線偏波（送信波が櫛形部品５の挿入面に対し垂直となる直線偏波となる場合）もしくは櫛形部品５の挿入面に対し垂直となる直線偏波（送信波が櫛形部品５の挿入面に対し水平となる直線偏波となる場合）の合成された受信波として、円形導波管７入力端から出力される。この円形導波管７の出力端から送信出力される円偏波、もしくは円形導波管７の出力端にて受信される円偏波は、櫛形部品５の円形導波管７内への挿入量を調整することにより、理想的な円偏波に近付けることが可能となる。これによって、高い周波数で送信用周波数と受信用周波数との隔離が大きい場合（例えば送信用周波数として２０ＧＨｚ帯、受信用周波数として３０ＧＨｚ帯が利用される場合）であっても、櫛形部品５の挿入面に対し水平となる直線偏波と櫛形部品５の挿入面に対し垂直となる直線偏波を利用して、送信波もしくは受信波の何れか一方を櫛形部品５の挿入面に対し水平となる直線偏波とし、他方を櫛形部品５の挿入面に対し垂直となる直線偏波とすることで、円形導波管７の出力端にて良好な円偏波を得ることができる。
【００１７】
以上のように、この実施の形態１による円形導波管円偏波発生器は、円形導波管上部１と、円形導波管下部２と、上記円形導波管上部１及び円形導波管下部２に設けられたピン穴に嵌合し、上記円形導波管上部と円形導波管下部の合わせ位置を固定する位置決めピン３と、上記円形導波管上部１の下部壁面と上記円形導波管下部２の上部壁面の間に挟まれて配置され、上記円形導波管上部１及び上記円形導波管下部２が組み合わさって形成される円形導波管内７に挿入されて、上記円形導波管上部１及び上記円形導波管下部２との接触面となる挿入面に水平な偏波成分の直線偏波に位相遅延を発生させる櫛状突起部９を有するとともに、上記位置決めピン３に案内されて上記櫛状突起部９の上記円形導波管７内への挿入量を調整可能なスリット６の形成された板状の櫛形部品５と、を備えている。
【００１８】
このように、円形導波管７を分割した円形導波管上部１と円形導波管下部２の間に挟みこむ櫛形部品５にスリット６を設け、櫛形部品５の円形導波管７内への挿入量を調整できる構造としたことによって、櫛形部品５の円形導波管７内への挿入量を調整することで、入射した直線偏波を理想的な円偏波として出力させることができる。また、櫛形部品５の挿入量の調整により性能を最適化することができるので、製造公差による最適性能からのずれを補正できるとともに、製造公差そのものを緩めることができるため、製造性が向上し、衛星搭載用円形導波管円偏波発生器のように少量生産であっても、部品自体が高額になる場合には生産コストの削減に寄与することとなる。
【符号の説明】
【００１９】
１  円形導波管上部、２  円形導波管下部、３  位置決めピン、４  ピン穴、５  櫛形部品、６  スリット、７  円形導波管、８  ねじ、９  櫛状突起部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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