(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波を励振するための励振素子を導波管内の管軸に直交する平面上に配置し、該励振素子で励振された高周波を導波素子により導波管外へ取り出すようにした円−直線偏波変換器において、
前記導波素子は、前記導波管内に露出する部分が、変換すべき信号の波長の略８分の１の長さとなるように形成され、
前記励振素子は、電気長が前記波長の約４分の１となるように直線状に形成された第１の励振要素と、電気長が前記波長の約２分の１となるように直線状に形成された第２の励振要素と、電気長が前記波長の約４分の１となるように直線状に形成された第３の励振要素とからなり、
前記導波素子が下から上に向かって真っ直ぐ延びているものとした場合に、
前記第１の励振要素は、一端が前記導波素子の先端部に直接接続されると共に、該導波素子の先端部から前記導波管の内壁に沿って上方向に傾斜するように導波管内に配置され、
前記第２の励振要素は、一端が前記第１の励振要素の先端部に接続されると共に、該第１の励振要素の先端部から前記導波管の中心に近づくように上方向に傾斜して導波管内に配置され、
第３の励振要素は、一端が前記第２の励振要素の先端部に接続されると共に、該第２の励振要素の先端部から前記導波管の中心に更に近づくように下方向に傾斜して導波管内に配置されていることを特徴とする円−直線偏波変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工衛星等から送信されてきた円偏波を直線偏波に変換したり、直線偏波を円偏波に変換して放射するための円−直線偏波変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来より、円−直線偏波変換器の一つとして、例えば、特開平５−２８３９０２号公報に記載のように、基板に、クランク形状の励振素子を形成すると共に、この励振素子から高周波を取り出すための導波素子を形成し、これを、基板面が導波管の管軸に直交し、且つ励振素子が導波管内の略中心位置になるように配置したものが知られている。
【０００３】
この円−直線偏波変換器によれば、励振素子及び導波素子を形成した１枚の基板を導波管に設ければよく、例えば、互いに直交する２つのプローブを導波管内に露出させた一般的な円−直線偏波変換器のように、プローブを変換すべき信号波長の４分の１の間隔で配置する必要がないため、製造が簡単になると共に、導波管の薄型化，小型化を容易に図ることができる。
【０００４】
しかし、上記公報に開示された円−直線偏波変換器においては、励振素子から高周波を取り出す導波素子を、変換すべき信号の波長の８分の３の長さ（以下、波長に対する長さを、８分の３波長というように記載する）に設定していたことから、導波素子に不要な励振が起こって、励振素子により得られる高周波が打ち消され、円−直線偏波変換を効率よく行うことができないことがあった。
【０００５】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、導波管の薄型化，小型化を図ることができるだけでなく、円−直線偏波変換をより効率よく行うことができる円−直線偏波変換器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、高周波を励振するための励振素子を導波管内の管軸に直交する平面上に配置し、該励振素子で励振された高周波を導波素子により導波管外へ取り出すようにした円−直線偏波変換器において、前記導波素子は、前記導波管内に露出する部分が、変換すべき信号の波長の略８分の１の長さとなるように形成され、前記励振素子は、電気長が前記波長の約４分の１となるように直線状に形成された第１の励振要素と、電気長が前記波長の約２分の１となるように直線状に形成された第２の励振要素と、電気長が前記波長の約４分の１となるように直線状に形成された第３の励振要素とからなり、前記導波素子が下から上に向かって真っ直ぐ延びているものとした場合に、前記第１の励振要素は、一端が前記導波素子の先端部に直接接続されると共に、該導波素子の先端部から前記導波管の内壁に沿って上方向に傾斜するように導波管内に配置され、前記第２の励振要素は、一端が前記第１の励振要素の先端部に接続されると共に、該第１の励振要素の先端部から前記導波管の中心に近づくように上方向に傾斜して導波管内に配置され、第３の励振要素は、一端が前記第２の励振要素の先端部に接続されると共に、該第２の励振要素の先端部から前記導波管の中心に更に近づくように下方向に傾斜して導波管内に配置されていることを特徴とする。
【０００７】
このように構成された本発明の円−直線偏波変換器によれば、導波管内に露出する導波素子が、変換すべき信号の波長の略８分の１の長さ（８分の１波長）に設定されることから、導波素子において不要な励振が起こり、励振素子により得られる高周波が打ち消されるのを防止できる。この結果、例えば円偏波の受信時には、励振素子の性能を損なわせず受信信号を効率よく取り出すことができ、また送信時には、直線偏波を効率よく円偏波に変換して、放射させることができる。なお、導波素子の電気長は、略８分の１波長に設定すればよいが、励振素子が導波管の内壁に接触しない範囲内で、より短くしてもよい。
【０００８】
また、本発明では、励振素子を、電気長が変換すべき信号の波長の約４分の１となるように直線状に形成された第１の励振要素と、電気長がその波長の約２分の１となるように直線状に形成された第２の励振要素と、電気長が前記波長の約４分の１となるように直線状に形成された第３の励振要素とで構成し、これら各励振要素を順に接続することにより、右肩上がりのコの字状を呈するように形成している。
つまり、導波素子が下から上に向かって真っ直ぐ延びているものとした場合、第１の励振要素は、一端が導波素子の先端部に直接接続されると共に、導波素子の先端部から導波管の内壁に沿って上方向に傾斜するように導波管内に配置され、第２の励振要素は、一端が第１の励振要素の先端部に接続されると共に、第１の励振要素の先端部から導波管の中心に近づくように上方向に傾斜して導波管内に配置され、第３の励振要素は、一端が第２の励振要素の先端部に接続されると共に、第２の励振要素の先端部から導波管の中心に更に近づくように下方向に傾斜して導波管内に配置される。
このため、本発明の円−直線偏波変換器によれば、直交する２方向の直線偏波成分が励振素子全体で振幅が均等且つ位相差が９０度で励振するよう、即ち円偏波が各励振要素で励振されたときに全ての励振要素で生ずる２方向の直線偏波成分の合成が最大となるようになり、円偏波を効率良く、しかも良好な軸比を持たせて直線偏波に変換し、導波素子に伝えることができる。また、上述した各励振要素の配置により、先端部分でインピーダンスの高い励振要素から、インピーダンスを段階的に徐々に低めて導波素子のインピーダンスに導くようにできて、反射波に起因する交差偏波成分の発生や、損失の発生を抑えることができる。
【０００９】
従って、本発明によれば、円−直線偏波変換器において要求される変換特性、即ち、変換損失及び軸比を充分小さくすることができ、本発明の円−直線偏波変換器を用いれば、極めて良好な受信特性或いは送信特性が得られるアンテナを実現できる。なお、この効果については、実際にサンプルを作製して行った後述の実験結果により裏付けされる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１は、実施例の円−直線偏波変換器の構成を表し、図１（ａ）は導波管２の管軸に沿った断面図、図１（ｂ）はこの導波管２に設けられた基板８を図１（ａ）に示す矢印Ａ方向から見たときの導電パターンを表す説明図である。
【００１１】
図１（ａ）に示す如く、本実施例の円−直線偏波変換器は、２つの導波管部４，６と基板８とからなる。導波管部４，６は、基板８を基板面が管軸に直交するように挟持して、基板８の片面（矢印Ａ側）に形成された後述の励振素子を導波管部６側に配置させている。そして、その内の一方の導波管部４は、当該円−直線偏波変換器を反射鏡の焦点位置に配置してパラボラアンテナの受信部として使用する際に、反射鏡の鏡面に向けられるホーン部４ａと、中空円筒状に形成された円環部４ｂとから構成されている。また、他方の有底の導波管部６は、同じく中空円筒状に形成された円環部６ａと、この円環部６ａの一方の開口を閉塞し、導波管２の短絡端末として電波を反射する反射壁６ｂとから構成されている。そして、基板８は、基板８を間にして各円環部４ｂ，６ａの開口端面を対向させ、導波管部４を備えたケース体と、導波管部６を備えたケース体同士を図示しない接合部材（例えばボルト，ナット等）にて接合することにより、各導波管部４，６の間に挟持される。そして、ホーン部４ａ，円環部４ｂ及び円環部６ａにより、断面が円形の導波管２が形成されている。
【００１２】
なお、上記各導波管部４，６は、アルミ合金等の導電性材料から形成されており、本実施例では、放送衛星から送信された円偏波の電波（周波数１１．７〜１２．０ＧＨｚ，波長約２５ｍｍ）を受信できるようにするために、基板８を挟持する各円環部４ｂ，６ａの開口端面の内径が約１７．５ｍｍに、円環部４ｂの開口端面からホーン部４ａまでの長さが約１４．５ｍｍに、円環部６ａの開口端面から反射壁６ｂまでの長さが約１１．５ｍｍに設定されている。また、後述するが、基板８には、励振素子で励振された高周波を導波管２の外へ取り出すための導波素子が形成されていることから、励振素子及び導波素子が形成された基板面側から基板８を挟持する導波管部６の開口端には、その端面が導波素子に接触することのないよう、切欠６ｃが形成されている。
【００１３】
次に、基板８は、フッ素樹脂等からなる厚さ約０．６ｍｍの絶縁基板に、励振素子，導波素子，接地導体等を構成する導電パターンを銅箔により形成し、更にその上に、半田メッキ，銀メッキ，金メッキ等のメッキや半田コートを施すことにより作製されている。そして、基板８の導波管部６側の面には、図１（ｂ）に示すように、夫々が励振要素を構成する線状の３つの導電パターン１１，１２，１３を略コの字状に配置して、これら各部を互いに接続することにより、励振素子１０が形成されている。また励振素子１０の周囲には、基板８を導波管２に組み付けた際に円環部６ａの開口端面が当接される導波管当接部２１（ 図にハッチングで示す部分）に沿って導電パターンを形成することにより接地導体２０が形成され、これは、環状に配置された多数のスルーホールによって、励振素子が配置されていない基板８面側に設けられた後述の接地導体と、電気的に接続されている。更に、導波管当接部２１の切欠６ｃに対応した開口部分２１ａには、一端が励振素子１０に直接接続され、他端が導波管当接部２１の外側に引き出された導電パターンを形成することにより、導波素子３０が形成されている。
【００１４】
なお、基板８の導波管部６側の面には、導波管当接部２１の外側にも、信号処理回路を構成する回路パターンが形成されるが、これらの回路パターンについては、本発明の主要部でないので説明は省略する。また、基板８の導波管部４側には、円環部４ｂの開口端面よりも内側の部分を除く全面に、上記各導電パターンと同様の導電層が形成されている。そして、この導電層は、導波管２に組み付けた際に導波管部４に電気的に接続され、接地導体となる。また、本実施例において、上記各部を構成する導電パターンの厚みは、約１８μｍに設定されている。
【００１５】
次に、本発明に関わる主要部である励振素子１０及び導波素子３０の形状について説明する。
まず、導波素子３０は、導波管当接部２１の開口部分２１ａから導波管当接部２１の中心位置（つまり導波管２の管軸）に向かって真っ直ぐ延びており、その先端に、励振素子１０を構成する一つの導電パターン１３が直接接続されている。そして、励振素子１０を構成する３つの導電パターン１１〜１３は、夫々、請求項１に記載の励振要素に相当するものであり、各導電パターン１１〜１３は、夫々、直交する２方向の直線偏波成分が、励振素子１０全体で、振幅が均等且つ位相差が９０度で励振するように、導波管当接部２１内での配置方向と電気長が定められている。
【００１６】
即ち、各導電パターン１１〜１３の配置方向は、放送衛星から右旋回で送信され、反射鏡で反射されて左旋回となった円偏波を受信できるようにするために、本実施例では、図１（ｂ）に示すように、導波素子３０が下から上に向かって真っ直ぐ延びているものとした場合に、導電パターン１３が、導波素子３０の先端に、導波管当接部２１に沿って右上方向に傾斜して接続され、導電パターン１２が、導電パターン１３の先端に、導波管当接部２１の中心に近づくように左上方向に傾斜して接続され、更に導電パターン１１が、導電パターン１２の先端に、導波管当接部２１の中心に更に近づくように左下方に傾斜して接続されている。従って、本実施例の励振素子１０は、各導電パターン１１〜１３に対応した３つの励振要素によって、右肩上がりのコの字状を呈することになる。
【００１７】
また、これら各導電パターン１１〜１３の長さは、導電パターン１１，１３の電気長が受信信号の波長（約２５ｍｍ）に対して約４分の１波長となり、導電パターン１２の電気長が約２分の１波長となるように設定されている。つまり、各導電パターン１１〜１３は、夫々、パターン幅Ｗ１〜Ｗ３を有し、しかもその電気長は、基板８を構成するフッ素樹脂等の絶縁基板の誘電率などで決まるマイクロストリップ線路の波長を考慮して、導電パターン１１，１３のパターン幅Ｗ１，Ｗ３が１．９ｍｍに、導電パターン１２のパターン幅Ｗ２が１．５ｍｍに、導電パターン１１の幅中心位置での長さＬ１が約４．１ｍｍに、導電パターン１２の幅中心位置での長さＬ２が約７．１ｍｍに、導電パターン１３の幅中心位置での長さＬ３が約４．６ｍｍに、夫々設定されている。尚、各導電パターン１１〜１３において、上記コの字の外側に位置する各辺の長さＸ１，Ｘ２，Ｘ３は、夫々、約５．１ｍｍ，約９．０ｍｍ，約４．８ｍｍである。
【００１８】
一方、導波素子３０については、導波管内に露出する部分（図に示す導波管当接部２１の開口部分２１ａに示す点線より内側部分）の幅Ｗ４が約１．５ｍｍに、幅中心位置での長さＬ４が約２．６ｍｍに、図において右側の辺の長さＸ４が約１．９ｍｍに設定されている。これは、導波素子３０の導波管内に露出する部分の電気長を、略８分の１波長にするためである。
【００１９】
次に図２は上記のように構成された本実施例の円−直線偏波変換器と、上記公報に開示された従来の円−直線偏波変換器とを夫々作製して、円−直線偏波変換時の変換特性（詳しくは変換損失及び軸比）を測定した実験結果を表す。
図２（ａ）に示す如く、従来の円−直線偏波変換器では、受信すべき放送衛星からの電波の周波数帯域（ＢＳ帯域）内で、円−直線偏波の変換損失が最大で約０．３７ｄＢであったのに対し、本実施例の円−直線偏波変換器では、円−直線偏波の変換損失が最大で約０．１７ｄＢであった。また図２（ｂ）に示す如く、従来の円−直線偏波変換器では、ＢＳ帯域内で、軸比が最大で約１．４ｄＢであったのに対し、本実施例の円−直線偏波変換器では、軸比が最大で約０．３ｄＢであった。従って、この実験結果から、本実施例の円−直線偏波変換器によれば、励振素子をクランク形状にして導波素子の電気長を８分の３波長にした従来の円−直線偏波変換器に比べ、変換損失，軸比とも改善できることがわかった。
【００２０】
これは、本実施例の円−直線偏波変換器では、導波管２内に露出する導波素子３０の電気長を略８分の１波長に設定していることから、導波素子において不要な励振が起こり、励振素子により得られる高周波が打ち消される、といった問題を防止でき、しかも、励振素子１０を、略コの字状にして、先端側の励振要素程、導波管２の中心に近づくように配置していることから、励振素子をクランク形状にした場合に比べて、励振素子１０における軸比を向上できるためである。従って、本実施例の円−直線偏波変換器を用いれば、極めて良好な受信特性或いは送信特性が得られるアンテナを実現することが可能になる。
【００２１】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。例えば、上記実施例では、右旋回の円偏波を反射鏡を介して受信（又は送信）するパラボラアンテナ用の円−直線偏波変換器を例に取り説明したが、例えば、右旋回の円偏波を直接受信したり、或いは左旋回の円偏波を反射鏡を介して受信する円−直線偏波変換器を構成する場合には、図１（ｂ）に示す励振素子１０のパターン形状を、導波素子３０の中心軸に沿って左右に反転させればよい。また、上記実施例では、導波管２内に配置する励振素子１０及び導波素子３０は、他の回路パターンと共に基板８上に形成されているものとして説明したが、これら各部は、必ずしも基板上に形成する必要はなく、例えば、金属板を、図１（ｂ）に示した励振素子１０及び導波素子３０の形状に打ち抜き、これを、導波管２の周囲に配置した基板等に接続することにより、導波管２内に励振素子及び導波素子を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例の円−直線偏波変換器の構成を表す説明図である。
【図２】  実施例及び従来の円−直線偏波変換器の変換特性を測定した実験結果を表す説明図である。
【符号の説明】
２…導波管    ４，６…導波管部    ８…基板    １０…励振素子
１１，１２，１３…導電パターン（励振要素）    ３０…導波素子
【図１】
0003775881.tif 000002
【図２】
0003775881.tif 000003