(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交するプローブアンテナを有し、右旋偏波と左旋偏波を同時に受信しながらどちらか一方のみを選択して出力する円偏波受信用コンバータの組み立て後に該円偏波受信用コンバータの使用帯域中における交差偏波特性を調整する工程を有する円偏波受信用コンバータの製造方法において、
前記工程は、フィードホーン開口を被蓋するフィドームを変形させることにより、選択しなかった偏波信号の電波が前記プローブアンテナに繋がる素子の入力部と前記変形したフィドーム内面で多重反射することで生じる電波の大きさと位相を変化させ、円偏波発生器の特性による不要電波と相殺することで、特定の周波数帯で交差偏波を最小にする工程であることを特徴とする円偏波受信用コンバータの製造方法。
【請求項２】
前記フィドームは熱可塑性樹脂からなり、前記フィドームの変形は該フィドーム先端面を加熱・押圧し該フィドーム内面に凸部を形成することによって行うことを特徴とする請求項１に記載の円偏波受信用コンバータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円偏波受信用コンバータの製造方法に関し、特に設計における形状決定に際して要する時間を短縮可能な円偏波受信用コンバータの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の衛星通信、衛星放送では、限られた周波数帯域の中で多くの信号を伝送する工夫がなされ、特にデジタル圧縮技術は、衛星放送の多チャンネル化に大きく貢献している。更に同じ周波数帯域でも水平／垂直偏波や右旋／左旋偏波などの偏波面を変えて各々が干渉することなく受信する方式も多く用いられている。
【０００３】
上記偏波面の識別の度合いは、交差偏波識別度（クロスポール）で定義され、重要な特性の一つである。円偏波を受信する場合、右旋／左旋の識別をするためには、通常それぞれを直交した偏波角度の直線偏波に変換する。直線偏波は偏波面の角度が一定な波であり、それらは直交した２つのプローブに入射され、各々が干渉することなく受信することができる。直線偏波を円偏波に変換するものを円偏波発生器といい、円偏波を直線偏波に変換することもできる。直線偏波に変換する場合も円偏波に変換する場合も、変換時の識別度は円偏波発生器固有の特性であり、直線偏波入射時に出力される円偏波の右旋成分と左旋成分の比で定義される。これは「円偏波比」と呼ばれ、上述の交差偏波識別度と同じ意味を持つ。
【０００４】
円偏波受信用コンバータ（以下コンバータと略称することもある）で多く使用される円偏波発生器には、リッジ方式と誘電体方式がある。リッジ方式は、円筒導波管内にリッジを設けて入射する直線偏波の遮断周波数、つまり導波管の管内波長を変えて、直交する偏波面との透過位相の差を９０度にして円偏波に変換する。これに対し誘電体方式は、誘電体による波長短縮率を利用して管内波長を変え、やはり直交する偏波面との透過位相の差を９０度にする。誘電体方式は、帯域特性が良いが損失が大きく生産性に劣るため、多くはリッジ方式が採用されている。
【０００５】
円偏波発生器は直交する偏波面での透過位相に差を生じ、各偏波面に同振幅で同位相の信号が入射されると楕円偏波を出力する。この透過位相差が９０度の時を円偏波というが、一般には楕円偏波も円偏波と称する。
【０００６】
透過位相差は周波数特性を持ち、例えばリッジ方式の場合、通常遮断周波数に近い（低い）周波数ほど位相差が大きくなり、９０度より大きくなれば交差偏波は劣化する。位相差が９０度より小さい時も同様である。つまり、交差偏波は円偏波発生器の位相差の周波数特性に依存している。
【０００７】
位相差の周波数特性は、円偏波発生器内部のインピーダンスを調整することで補償でき、リッジ方式の場合、リッジの高さ、形状、位置を複雑な計算または実験により最適化する。
【０００８】
ところで、円偏波受信用コンバータの中には、右旋／左旋の円偏波を同時に受信しながらどちらか一方のみを選択して出力できるものがある。即ち、右旋／左旋偏波を円偏波発生器で直線偏波に直すと、垂直偏波と水平偏波になることを利用し、それぞれを互いに直交するプローブアンテナで受信するものである。選択にはコンバータ内部の増幅器において、初段の素子（通常はＨＥＭＴ）のインピーダンスを切り替える方式が良く採用される。つまり、選択しないチャンネルの素子はＯＦＦし、増幅回路とのアイソレーションがとれるよう設計される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この時、ＯＦＦ側プローブアンテナに入射された信号はそれに繋がる素子の入力部（ＯＦＦ側ポート）で反射し、再度円偏波発生器を通してホーンアンテナに向かう。ここでホーンアンテナと空間との整合が不十分であると、反射波はホーンアンテナで再度反射し、円偏波を逆回転させてもう一度円偏波発生器に入射する。そして直線偏波に変換されるとＯＮ側ポートに入射して交差偏波を劣化させてしまう。つまり、この方式はホーンアンテナと空間との不整合（反射係数の大きさ）が交差偏波に大きく影響する欠点を有する。
【００１０】
コンバータのホーンアンテナは通常、フィードホーンと、内部回路を保護するためのフィドーム（防水キャップ）から構成される。フィードホーンは空間との整合をとると同時に、電波をパラボラアンテナから効率良く受信するための指向性が最適になるよう設計される。しかし、フィドームはフィードホーンへの受信経路に不連続面を作り、前述したように、その内面でＯＦＦ側ポートから反射された反射波を再度反射してしまう。
【００１１】
この外部（ＯＮ、ＯＦＦ両側素子以降の経路を内部とする）の漏洩経路は図２に矢印で示すように表される。本図において、１は高周波回路が内蔵されたモジュール、２は円偏波発生器、３はフィードホーン、４はフィドーム、▲１▼はＯＦＦ側ポート、▲２▼はフィードーム内面、▲３▼はＯＮ側ポートを示し、図１（ａ）は側面断面を、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ断面をそれぞれ示す。この外部漏洩経路を流れる不要電波を無くすためには、円偏波受信コンバータを構成する円偏波発生器、フィードホーン、フィドームの各寸法をパラメーターにして、これらが組上がった状態がなす等価回路をいくつも想定し、複雑なシミュレーションを行う必要があり、それには多大な時間が掛かってしまった。
【００１２】
本発明は、上記問題を解決して設計の困難さを除き、製品コストの引き下げを図ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の円偏波受信用コンバータの製造方法は、互いに直交するプローブアンテナを有し、右旋偏波と左旋偏波を同時に受信しながらどちらか一方のみを選択して出力する円偏波受信用コンバータの組み立て後に該円偏波受信用コンバータの使用帯域中における交差偏波特性を調整する工程を有する円偏波受信用コンバータの製造方法において、前記工程は、フィードホーン開口を被蓋するフィドームを変形させることにより、選択しなかった偏波信号の電波が前記プローブアンテナに繋がる素子の入力部と前記変形したフィドーム内面で多重反射することで生じる電波の大きさと位相を変化させ、円偏波発生器の特性による不要電波と相殺することで、特定の周波数帯で交差偏波を最小にする工程であることを特徴とする。
【００１４】
また、前記フィドームは熱可塑性樹脂からなり、前記フィドームの変形は該フィドーム先端面を加熱・押圧し該フィドーム内面に凸部を形成することによって行うことを特徴とする。
【００１５】
【作用】
最適化された帯域特性をもつ円偏波発生器が円偏波を受信した時の交差偏波は、限られた周波数帯域内において、単共振回路と等価で表せる。いま、図３または図４のようにリッジ５及びプローブ６ａ、６ｂを配置し、最適化したリッジ方式の円偏波発生器を仮定する。リッジと４５度をなす互いに直交した偏波面をＶ、Ｈとすると、円偏波発生器から出力される電界Ｅはそれらの合成となり、Ｖ面の電界ＥVとＨ面の電界ＥHを用いて次式で表せる。
【００１６】
Ｅ＝ＥV＋ＥH                                      ・・・式（１）
【００１７】
ここで位相を含めた複素係数Ｘを
【００１８】
ＥV＝ＸＥH                                        ・・・式（２）
【００１９】
と定義すれば、Ｘはこの円偏波発生器の交差偏波特性を示し、
【００２０】
｜Ｘ｜＝２０＊ＬＯＧ（ＥV／ＥH）  （ｄＢ）        ・・・式（３）
【００２１】
は交差偏波そのものである。Ｘは伝送線路上の基準面での進行波と反射波に置き換えれば、反射係数Гに対応している。つまり、Ｘをガウス平面上に極座標表示すれば、それをインピーダンスと置き換えて等価回路で表すことが可能である。また、この置き換えは、誘電体方式の円偏波発生器にも当てはまる。
【００２２】
図７は、リッジ方式円偏波発生器の交差偏波特性を示すグラフであり、図７（ａ）は｜Ｘ｜、図７（ｂ）はＸを示し、これらをガウス平面上にプロットしたグラフが図７（ｃ）である。図７（ｃ）を見ると、実軸と交差する点、即ち、容量成分と誘導成分が相殺される点が一つしかないことから、単共振回路と等価であることが分かる。ここで、Ｖ軸またはＨ軸のどちらかの軸方向に反転させれば、複素共役な特性となるので、外部漏洩経路ベクトルの周波数特性に応じて、不要電波を相殺するのに有利な方を選択できる。外部漏洩経路を流れる不要電波の大きさや位相を変化させてやれば、広帯域に不要電波を相殺できるということでもある。
【００２３】
図５において、円偏波発生器外部の漏洩経路でＥV’ベクトルが存在するとき、等価回路は、複素係数Ｘを透過した電波の一部が別の基準面で反射することに相当するため、図６のように直列接続となる。なお、図６の等価回路において、１１は複素係数Ｘを有する円偏波発生器の等価回路、１２は複素係数Ｉを有する外部漏洩経路の等価回路、１３は終端抵抗（内部回路を等価的に表示）を示す。この場合、等価回路の合成インピーダンスが整合条件を満たすとき、ＥVベクトルはＥV’ベクトルで相殺される。つまり、単共振した適当な外部漏洩経路のアイソレーションを位相も含めて加減することによって、交差偏波の帯域特性を改善することができるのである。
【００２４】
即ち、上記したフィドームによってアイソレーションが変化し、不要電波が相殺されるため、円偏波発生器やフィードホーンはそれらの組み上がりの状態における反射の影響を考えることなしに単体で設計、評価が可能となり、かつ交差偏波の帯域特性を改善することが可能となる。しかも上記のアイソレーションの調整も単体で設計、評価が可能であるため、複雑な計算または実験を除くことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。図１は本発明の実施の形態を示す図であり、受信偏波切替え方式の円偏波受信用コンバータを断面で示したものである。なお、図１（ａ）は側面断面を、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面をそれぞれ示し、図３〜図５と同一の符号のものは同一または相当するものを示す。
【００２６】
本図に示すように、フィドーム４の前面には凹部が設けられており、これはフィードホーン内面では逆に凸部となる。従って、図１（ａ）に図示点線矢印の如く示すように、不要電波はＯＦＦ側ポート▲１▼で反射し、円偏波発生器を通過し、フィードホーンに入り、フィードーム▲２▼で反射して再び円偏波発生器に入り、ＯＮ側ポート▲３▼へ入射するが、特定の周波数帯においては多重反射により相殺され、円偏波発生器、フィードホーン及びフィドームと空間との整合がとれる（共振回路が形成される）状態となる。なお、フィドーム４は熱可塑性樹脂であって、例えばポリカーボネートやポリエチレン等のエンジニアリングプラスチックを採用できる。
【００２７】
また、この凹部（凸部）の大きさは、空間との整合がとれる周波数帯の中の特定周波数が円偏波発生器の交差偏波特性｜Ｘ｜の周波数と一致するように調整されている。従って、その特定周波数においては反射係数が最小になり、交差偏波特性は単体で最適化した各部品（円偏波発生器、フィードホーン）の特性が反映されるので、交差偏波が最小になる。
【００２８】
次に、上記図１に示したコンバータの製造方法について説明する。
まず、モジュール１、円偏波発生器２、フィードホーン３、フィドーム４それぞれを電磁界解析によってコンバータの使用周波数帯域において交差偏波が最小となるよう、理論上最適な寸法となるように設計する。例えば、モジュールにおいては２つのプローブ６ａ、６ｂのなす角やプローブ６ａ、６ｂと素子７ａ、７ｂ間の距離等が理論上最小の交差偏波となるような寸法とし、同様に円偏波発生器２においてはリッジ５の高さや幅、長さ、フィードホーン３においてはその内壁面のテーパ角、フィドーム４においてはその取り付け位置等を最適に設計する。
【００２９】
次に、これらの単体で交差偏波が最小となるよう最適化された部品をそれぞれの製造工程によって形成し、組み立て、前記使用周波数帯域の中心周波数（調整に相応しい特定周波数）を持つ円偏波を受信させながら交差偏波識別度をモニターする。このモニターにはネットワークアナライザ等が使用できる。通常、部品単体で最適化されていても加工公差による寸法ずれや表面粗さによる反射係数の変化等により、十分な交差偏波特性を示すことは希である。
【００３０】
続いて、フィドームの先端面をバーナーにより加熱し予め作成しておいたジグによりその柔らかくなった先端面を押圧する。このジグはネットワークアナライザに装着・固定したコンバータのフィドーム先端面中心に当接可能に円錐台状凸部を突設したような簡単な構造のものでよい。ジグの押圧によりフィドーム先端面が変形し、凹部が形成されると共にフィドーム内面には逆に凸部が形成され、この凸部が大きくなるにつれネットワークアナライザによって表示された交差偏波特性が変化してゆく。これは前述のように凸部によって多重反射して戻ってきた不要電波と円偏波発生器特性による不要電波との合成波が変化するためである。凸部の形成は、最終的に交差偏波特性が良好になった時点（交差偏波識別度が送受信に適当な値となった時点）で止める。
【００３１】
以上、発明の実施の形態について述べたが、本発明はこれに限らず種々の変更が可能である。例えば上記実施の形態では、本発明を組立工程の最終段階において採用したが、これを設計の試作段階において採用し、設計値にフィードバックさせる構成としてもよい。
【００３２】
また、上記実施の形態ではフィドームをバーナーにて加熱したが、ジグ自体を加熱し、その熱によりフィドームを変形させる構成としてもよい。なお、フィドームは易変形性の樹脂として、これを外力により変形させる構成としてもよいが、上記のように熱可塑性樹脂を熱変形させる方が成形性が良く、経時変化が少ないので好適である。
【００３３】
また、上記実施の形態では、特定周波数を元々の設計値である円偏波受信用コンバータの使用周波数帯域の中心周波数に合わせたが、異なる周波数に合わせ、円偏波受信用コンバータの使用周波数帯域をずらすことも可能である。図８は図７に示した交差偏波特性（ａ）を持つ円偏波発生器を使用し、それとは異なる交差偏波特性（ｂ）を持つ円偏波受信用コンバータを得た例を示す。図示のように中心周波数を１２４５０ＭＨｚから１２２５０ＭＨｚに変更することができた。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コンバータを構成する各部品すべての寸法をパラメータとせず、フィドームのみの寸法をパラメータとするので、コンバータの設計を容易にできる。従って、その分工数が減少するので、製品コストを引き下げることができる。
【００３５】
しかも、交差偏波を劣化させている外部の漏洩経路を逆に利用することが共振点を増やすことに繋がり、フィドームの形状により円偏波受信用コンバータの交差偏波を任意に変更することができる。即ち、広帯域化することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す図である。
【図２】従来例を示す図である。
【図３】円偏波発生器を電波の伝搬軸に垂直に切ったときの断面図である。
【図４】円偏波発生器を電波の伝搬軸に垂直に切ったときの断面図である。
【図５】円偏波発生器を電波の伝搬軸に垂直に切ったときの断面図である。
【図６】円偏波受信用コンバータの外部漏洩経路の等価回路を示す図である。
【図７】最適化されたリッジ方式の円偏波発生器の交差偏波特性Ｘを示すグラフである。
【図８】図７の円偏波発生器の交差偏波特性Ｘとこれを用いた図１の円偏波受信用コンバータの交差偏波特性を示す。
【符号の説明】
１          モジュール
２          円偏波発生器
３          フィードホーン
４          フィドーム
５          リッジ
６ａ、６ｂ  プローブ
７ａ、７ｂ  増幅素子
８          回路基板
１１          複素係数Ｘを有する円偏波発生器の等価回路
１２          複素係数Ｉを有する外部漏洩経路の等価回路
１３          終端抵抗
【図１】
0003995224.tif 000002
【図２】
0003995224.tif 000003
【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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【図８】
0003995224.tif 000009