JPH0219645B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 第１の周波数帯及びそれと隣接しない第２の
周波数帯で作動可能であり、それぞれ連続円形導
波管とコルゲート円形導波管への接続のための第
１のポート１２と第２のポート１３の間が軸方向
に拡開しており、かつ、前記導波管の軸を横切つ
て整列し交互に配置された第１の系列のスロツト
１４と第２の系列のスロツト１５を含むテーパ付
の内側境界壁を有する、連続円形導波管とコルゲ
ート円形導波管との間の移行装置であつて： 前記第１の系列のスロツト１４及び第２の系列
のスロツト１５は、前記第１のポート１２に隣接
して形成されていて、 (i) 前記第１の周波数帯における信号に対してそ
れぞれ第１のサセプタンス２０及び第２のサセ
プタンス２１を有し、該第１及び第２のサセプ
タンス２０，２１は零でない実質的に等しい大
きさで、それらの一方は容量性、他方は誘導性
であり、かつ、 (ii) 前記第２の周波数帯における信号に対してそ
れぞれ第３のサセプタンス２８及び第４のサセ
プタンス２９を有し、該第３及び第４のサセプ
タンス２８，２９は零でない実質的に等しい大
きさで、それらは前記他方に該当するものが容
量性、前記一方に該当するものが誘導性であ
り、 その結果、前記第１及び第２のサセプタンス２
０，２１の組合せと前記第３及び第４のサセプタ
ンス２８，２９の組合せはそれぞれ、かつ、同時
に、前記第１及び第２の周波数帯に対して前記第
１系列のスロツト１４と前記第２系列のスロツト
１５中の隣接したスロツト同志の間に高サセプタ
ンスの相互共振状態を与え、それにより前記第１
の周波数帯の信号と前記第２の周波数帯の信号に
対して同時に整合を生じること、 を特徴とする前記連続円形導波管とコルゲート円
形導波管との間の移行装置。

２ 請求の範囲第１項において、前記第１の系列
のスロツト１４は、前記第１のポート近傍では、
前記第１の周波数帯の信号に対して容量性である
前記第１のサセプタンス２０を有し、かつ、前記
第２の周波数帯の信号に対して誘導性である前記
第３のサセプタンス２８を有するように形成さ
れ、また前記第２の系列のスロツトは、前記第１
のポートの近傍では、前記第１の周波数帯の信号
に対して誘導性である前記第２のサセプタンス２
１を有し、かつ、前記第２の周波数帯の信号に対
して容量性である前記第４のサセプタンス２９を
有するように形成されていること、を特徴とする
前記連続円形導波管とコルゲート円形導波管との
間の移行装置。

３ 請求の範囲第２項において、前記第１及び第
２の系列のスロツト１４，１５はそれぞれ、前記
第１のポート１２から始まり前記第２のポート１
３に向けて連続しているその構造における漸次的
で独立の割合の変化を有することにより、隣接し
たスロツト同志間での前記相互共振状態を漸次に
抑制して、前記第１の周波数帯の信号に対して前
記第１の系列のスロツト１４のための1/4波長自
己共振の境界条件を達成し、かつ、前記第２の周
波数帯の信号に対して前記第２の系列のスロツト
１５のための1/4自己共振条件の境界条件を達成
し、それによつて前記第１及び第２の系列のスロ
ツト１４，１５において前記の各周波数帯の信号
に対する平衡ハイブリツド・モードを維持するよ
うにしたこと、を特徴とする前記連続円形導波管
とコルゲート円形導波管との間の移行装置。

４ 請求の範囲第１項において、前記第１の系列
のスロツト１４は前記第２の系列のスロツト１５
よりも深いこと、を特徴とする前記連続円形導波
管とコルゲート円形導波管との間の移行装置。

５ 請求の範囲第１項において、前記内側境界壁
は円形であり、かつ、前記第１のポート１２では
前記第２のポート１３におけるよりも小さい直径
を有すること、を特徴とする前記連続円形導波管
とコルゲート円形導波管との間の移行装置。

明細書 本発明は、連続円形導波管とコルゲート円形導
波管との間に信号を伝搬させるための移行装置
（transition）に係り、その長さに沿つて寸法が
変化する２重深度コルゲーシヨンを有する特殊な
内部境界構造の移行装置とすることによつて、２
つの周波数帯において、不整合を最小にし、か
つ、低スプリアス・モードの励振を実現するもの
である。

周知のように、衛星通信システムは、画然と規
定された、異る２つの周波数帯を使用して動作す
るものであり、高い方の周波数帯（アツプリン
ク）で地球局から衛星への信号を伝送し、また、
低い方の周波数帯（ダウンリンク）で衛星から地
球局への信号を伝送する。

使用アンテナの放射特性に対して課せられるい
くつかの厳重な電気的仕様に従う衛星通信への適
用については、リフレクタ・アンテナ装置に給電
するコルゲートホーンが最適の解決手段の１つで
あると考えられる。この手段は低いサイドローブ
及び交差偏波の放射レベルを維持して、満足な効
率を達成する。

同一周波数において２個の直交偏差による信号
を同時に伝搬させることによつて、使用可能周波
数帯のよりよい利用をはかる周波数再利用の概念
が導入されて、アンテナ特性に対する電気的仕様
は一段と厳重になつた。交差偏波放射特性につい
て、これらの要求を実現するために、しばしば、
２重深度コルゲート・ホーンを使用して、広く分
離した２つの周波数帯において、２つの周波数帯
間の分離の調整のために有効な自由度をもつて、
極めて低い交差偏波放射特性を維持することが可
能である。

しかしながら、通常のコルゲート・ホーン、又
は２重深度コルゲート・ホーンを利用する、前述
の２つの応用では、ホーンは、通常、そのスロー
ト領域（throat region）で連続円形導波管に接
続されて、この連続円形導波管が、アツプリンク
及びダウンリンクに対する給電チエーンの共通伝
送路を構成するものである。連続円形導波管は、
基本TE11モードとして信号を伝搬し、また、こ
のモードを、ホーンのコルゲート構造体に沿つて
伝搬するHE11ハイブリツド（複合）モードに変
換する装置として移行装置を必要とする。連続円
形導波管からコルゲート円形導波管に移行して、
TE11モードからHE11モードに変換するとき、
特にその変換が広く分離された２つの周波数帯で
同時に必要なとき、その変換に付随して、信号の
大きな反射損失、又は許容されないレベルのスプ
リアス・モード励振のようないくつかの有害な効
果を生じる。

このような移行装置が満足に動作するために
は、適当な形状のコルゲーシヨンを使用すること
によつて、連続円形導波管近くでは、高いサセプ
タンス境界条件をつくり、また、移行装置の長さ
に沿つて、徐々にその寸法を変化させて、ホーン
に結合する他端では、低サセプタンスの境界条件
とすることが必要である。移行装置の長さに沿う
コルゲーシヨン形状の変化及び移行装置の断面積
の変化のための方法は、スプリアス・モードの励
振を回避し、あるいは、許容されないレベルでの
反射損失の発生を回避する、という設計基準によ
つて定める。

TE11モードからHE11モードへ変換する既知
の移行装置には、多くの応用面で満足な結果を示
す２つの主要型式がある。移行装置の第１の型式
で、最も一般に使用されている型式は、通常のコ
ルゲート・テーパ円形導波管によつて構成される
もので、コルゲーシヨンの深さ、すなわち、深度
は、連続導波管の終端において、最高動作周波数
の自由空間波長の約1/2の深度とし、コルゲーシ
ヨンのこの深度の値から出発して、移行装置の長
さに沿つて徐々に深度を減少させて、ホーンに接
続する終端では、最低動作周波数の約1/4波長の
深度のスロツトを実現させる。このような移行装
置は、単一のかなり広い周波数帯において満足な
電気的特性をもつて動作する。しかしながら、広
く分離した２つの周波数帯で、最適の動作が所望
されるときは、満足な動作が得られない。これに
反して、移行装置の第２の型式のものは、特にそ
の製造が関係するがリング装荷（ring loaded）
コルゲーシヨンによつて製造される特殊コルゲー
ト境界を備えるテーパ円形導波管移行装置であ
る。これらのリング装荷コルゲーシヨンは、その
底部に広い開口を備えて、広く分離した周波数帯
を包含する広い周波数帯で動作可能である。

製造については、コルゲーシヨンが特殊な形状
であるため、リンク装荷コルゲーシヨンの構造に
は多くの困難性がある。このようなコルゲーシヨ
ンを設けるためには、通常の加工技術が使用でき
ないので、デイスクを用いて構成するか、又は心
棒上に電気鋳造して、後で化学的分解によつて心
棒を除くことが必要である。言うまでもなく、そ
のような製造方法は、生産にかなりの量の努力と
コストが必要である。もちろん、電気的特性にお
いては、この第２型式の移行装置は、前述した第
１型式の移行装置より、はるかに満足に所望の仕
様に適合することができる。

分離した２つの周波数帯で動作する連続円形導
波管とコルゲート円形導波管との間の移行装置の
技術的状況についての前述した背景から、本発明
の目的は連続円形導波管とコルゲート円形導波管
との間の効率的な２周波数帯移行装置であつて、
同時に、通常の加工技術によつて製造可能で、か
つ、十分に簡易な構造のものを開発することであ
る。

本発明は、円形断面の移行装置でその内側境界
壁には円周状２重深度のコルゲーシヨンを設け
て、広く分離した２つの周波数帯において、連続
円形導波管のTE11モードからコルゲート円形導
波管のHE11モードへの効率的なモード変換を可
能にする。今後、本発明を（２重深度コルゲート
移行装置”（dual−depth corrugated
transition）又は単にDDCTという。DDCTのコ
ルゲーシヨンは複数個の円周状スロツトによつて
形成され、そのスロツトは、相対的な深度の差
と、ときにはまたスロツトの幅の差によつて２つ
の別個の型式に区分される。これら２つの型式の
スロツトは、交互に配置されるので、合成したコ
ルゲート構造では、連続するスロツトは、異る型
式のものであるが、１つ置きのスロツトは同一型
式のものとなる。ホーンに結合するDDCTの終
端では、２つの型式のスロツトは、２つの分離し
た周波数帯にそれぞれ１つの周波数が属するよう
に割当てられた、異る周波数で、各スロツトが1/
４波長自己共振となるように、その深度を最適化
する。この結果として、各自己共振スロツトは、
その共振周波数の属する周波数帯で低いサセプタ
ンスを示すが、隣接非共振スロツトは、正味サセ
プタンス境界条件の決定には、ほとんど影響しな
い。従つて、正味の低サセプタンス境界条件は、
ホーンに結合するDDCTのその終端において、
２つの周波数帯で同時にHE11モードを伝送する
のに適したものとなる。連続導波管に接続される
DDCTの終端においては、２つの型式のスロツ
トは一定量だけ深度が増加しており、対象とする
２周波数帯に属する２つの事前割当て周波数にお
いて、２つの別個の型式の隣接スロツトが相互共
振にあり、同時に２つの周波数帯で合成高サセプ
タンス境界条件を与える。隣接スロツト間の相互
共振は、それら個別のサセプタンスの大きさが同
程度で、符号が反対、すなわち一方が容量性であ
り、他方が誘導性であるように、個別サセプタン
スを採択することによつてもたらされる。このよ
うにして、所望の高サセプタンス境界条件が、
DDCTの連続導波管終端に生じて、２つの周波
数帯で同時にTE11モードに対する整合状態が実
現できる。最後に、DDCTの長さに沿つて、両
型式のコルゲーシヨン・スロツトに対する寸法、
特に、深度及び場合によつてはスロツトの幅、な
らびにコルゲーシヨン壁の厚さの漸進的変化が、
両終端間の境界条件の漸進的変化を具体化するも
のである。

本発明を、添付第１図から第３図までに示した
ので、これらについて以下に説明する。

第１図は、構造体の長さに沿つてスロツトの深
度が変化する２重深度コルゲーシヨンによつて構
成されるDDCTの断面図である。

第２図は、２重深度コルゲーシヨンを構成する
個別コルゲーシヨンスロツトのサセプタンスと
DDCTの長さに沿つたダウンリンクにおける合
成された見掛けのサセプタンスとを示す。

第３図は２重深度コルゲーシヨンを構成する個
別コルゲーシヨンスロツトのサセプタンスと
DDCTの長さに沿つたアツプリンクにおける合
成された見掛けのサセプタンスとを示す。

第１図において、DDCTは金属ボデー１０に
よつて構成され、金属ボデー１０の円形断面の内
側表面には、複数個のコルゲーシヨン形成スロツ
ト１４及び１５が設けてある。環状アイリス１６
がスロツト１４と１５とを分離してDDCTのコ
ルゲーシヨン境界となるが、DDCT内のスロツ
トは２つの型式に区別される。参照符号１４で示
した第１系列のスロツトは大きい深度と一定の幅
をもつが、参照符号１５で示した第２系列のスロ
ツトは比較的小さい深度と選択的に異る幅をも
つ。複数個の前述した２つの型式のスロツトが交
互配置になつて、２重深度コルゲーシヨン境界を
つくるので、連続するスロツト、すなわち１４と
１５とは異る型式のものとなり、また１つ置きの
スロツト、すなわち１４と１４又は１５と１５と
は同一型式のものとなる。さらに、ポート１２と
１３との間において、DDCTの長さに沿つて、
２重深度コルゲーシヨン境界は、連続的な寸法の
変化、特にスロツトの深度の変化を受ける。場合
によつては寸法の変化に、スロツトの幅又はしぼ
りの幅の変化を含むこともある。DDCTのポー
ト１２は、連続円形導波管１１に接続され、ま
た、ポート１３は、ホーンのスロート領域（図示
してない）に接続される。

第１図に示したDDCTの機能を説明するため
に、第２図及び第３図を参照する。第２図及び第
３図には、２重深度コルゲーシヨンを構成する個
別スロツト１４及び１５のサセプタンス１７，１
８及び２５，２６ならびに、ダウンリンク及びア
ツプリンクのそれぞれにおいてDDCTの長さに
沿つた合成見掛けのサセプタンス１９及び２７を
示した。高サセプタンス・コルゲーシヨン境界条
件は、連続導波管の固有境界条件に類似している
ので、DDCTのポート１２に近いコルゲーシヨ
ンは、両方のリンクに対し高い合成サセプタンス
境界条件が成立するように、構成しなければなら
ない。この境界条件は、ポート１２に近い２重深
度構造において異る型式の隣接スロツト間に誘起
される相互共振によつて、本発明では成立する。
隣接スロツト間の相互共振は、個別隣接スロツト
のサセプタンスの大きさがゼロでない同程度のも
ので、しかも、容量性サセプタンスと誘導性サセ
プタンスというような反対特性をもつものを配置
することによつて実現できる。例えば、ダウンリ
ンクにおいては、深いスロツト１４はポート１２
近くで容量性（＋Ve）サセプタンス２０を示す
が、浅いスロツト１５は、誘導性（−Ve）サセ
プタンス２１を示すので、その結果として２つの
サセプタンスが結合されて相互共振を生じ、高い
サセプタンス２３となる。次に、アツプリンクの
場合には、深いスロツト１４は誘導性（−Ve）
サセプタンス２８を示し、また、浅いスロツト１
５は、容量性（＋Ve）サセプタンス２９を示し
て、これらが相互共振して、再度、ポート１２近
くで合成高サセプタンス３１となる。ポート１２
から離れた対向終端のDDCTのポート１３に接
近するに従つて、コルゲーシヨンの境界は、コル
ゲートホーン内を伝搬する所望モードである平衡
ハイブリツド条件に近いHE11モードを伝搬する
ために、ほとんどゼロサセプタンスになる必要が
ある。ポート１３近くにおけるこのサセプタンス
境界条件は、２重深度構造のスロツトの深度を最
適にして、２型式の個別スロツトに対する４分の
１波長自己共振が、対象の２つのリンクのそれぞ
れに属する２つの異なる周波数において実現され
ることを考えている。特に、第１図、第２図及び
第３図に示した例では、スロツト１４の深度によ
つて、ダウンリンクにおける自己共振低サセプタ
ンス条件２２を与え、またスロツト１５の最適深
度によつて、アツプリンクにおける自己共振低サ
セプタンス条件３０を与えている。特定周波数帯
におけるスロツトの自己共振状態の近くでは、非
共振状態にある隣接スロツトのサセプタンスは、
コルゲーシヨン境界の合成サセプタンスの決定に
はほとんど影響しない。従つて、ポート１３の近
くでは、ダウンリンク及びアツプリンクそれぞれ
に対する見掛けの境界サセプタンス２４及び３２
は、スロツト１４及び１５、それぞれの1/4波長
共振状態に近い動作を表わすサセプタンス２２及
び３０によつて、主として決定される。DDCT
の長さに沿つて、スロツトの形状を徐々に変化さ
せることによつて、ポート１２における高サセプ
タンス境界条件から、ポート１３における低サセ
プタンス境界条件に連続的に移行することを可能
としている。第２図において、そのサセプタンス
１７，１８及び１９はそれぞれ、個別スロツト１
４，１５及び両者を組合せて合成したものに対す
るダウンリンクにおける変動を示す。同様に、第
３図においては、サセプタンス２５，２６及び２
７はそれぞれ、対応する場合に対するアツプリン
クにおけるサセプタンスの変動を示している。

上述した説明から、相互に相当な周波数間隔を
もつ２つの任意に選択された周波数帯に対して
も、構造体のすべての断面において信号が実数の
位相伝搬定数をもつかぎり、上述した本発明の原
理を利用することによつて、連続円形導波管とコ
ルゲート円形導波管との間の移行装置によつて満
足な整合を達成できることに留意することが肝要
である。しかしながら交差偏波の含有量の高いス
プリアスモードの励振を低レベルに維持するため
には、DDCTは、考慮下の特定周波数帯におい
てサセプタンスがゼロに近い、という境界条件が
満たされない限りこれらの不所望なモードの伝播
が許されない（すなわち、サセプタンスがほとん
どゼロの場合にのみ、伝播可能）ように、その２
つの端部間の交差断面寸法に構成されることが望
ましい。この条件を、小さな反射損失特性に対す
る要求と共に適用するときは、本発明の原理は、
効率的な伝搬特性（launching characteristics）
をもつDDCTを構成することを極めて容易にす
る。というのは、この場合には、一方の周波数帯
が極めて小さい位相伝搬定数で信号を伝搬する場
合でさえも、２つの周波数帯で良好な反射損失を
得ることができるからである。この種の事態は、
広く分離した２つの周波数帯で動作するフイー
ド・ホーン・ランチヤー（feed horn launchers）
の設計の際に、ならびに、低レベルのスプリアス
モード励振をも維持しなければならない場合にお
いて、しばしば生じることである。