JPH03190401A

JPH03190401A - 円偏波／直線偏波変換器

Info

Publication number: JPH03190401A
Application number: JP33178989A
Authority: JP
Inventors: Katsuaki Kaminakada; 上中田　勝明; Shoichi Furukawa; 昌一古川
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1989-12-20
Publication date: 1991-08-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、円偏波／直線偏波変換器に関し、特に２つの
衛星放送システム間の干渉を軽減するために用いられて
いる電磁波の円偏波に対して受信側及び送信側で使用さ
れる円偏波／直線偏波変換器に関する。ここで、円偏波
／直線偏波変換器とは、直線偏波から円偏波への変換器
及び円偏波から直線偏波への変換器を含むものとする。

わが国の放送衛星は放送信号として右旋円偏波の電磁波
を放射しており、この右旋円偏波をつくるため衛星搭載
機器のアンテナの給電部に直線偏波から円偏波に変換す
る円偏波発生器が使用さ籾また、放送衛星からの右旋円
偏波の電磁波を第１図に示すような地上の受信用ＢＳア
ンテナの反射鏡で受け、反射鏡で反射した電磁波を反射
鏡の焦点に設置されている１次放射器の開口面に入射し
、さらに、１次放射器から円偏波を直線偏波に変換する
構造部分に電磁波が入射されるようにして円偏波を直線
偏波に変換してＢＳコンバータに入力し、ＢＳコンバー
タで電気信号に変換されて信号処理が行われている。

原理的には衛星搭載機器に用いられている直線偏波／円
偏波変換器と、地上の受信設備として用いられている円
偏波／直線偏波変換器は同様な原理に基づくものが使用
できる。

〔従来の技術］従来の地上の受信用設備で使用されていた円偏波／直線
偏波変換器の側面から観た概念図を第２図に示す。１次
放射器はＢＳアンテナの反射鏡で反射した電１磁波を効
率よく集めて導波管部に導くためホーン型の形状として
あり、導波管部のＡ部分は、Ｂ部で生じる放送波の受信
に必要な電磁波の基本モード以外の高次モードが１次放
射器の放射特性を乱さないように減衰させるために設け
られた円形導波管部分であり、Ｂ部は円偏波／直線偏波
の変換を行う位相回路構造の部分であり、入力された円
偏波の電磁波は円偏波／直線偏波の変換を行う位相回路
構造の部分で直線偏波に変換され、導波管のＣ部分に導
かれる。Ｃ部分は円形導波管部分であり、位相回路構造
の部分と円形導波管部分とでインピーダンス整合をとる
ため設けられた部分である。Ｄ部分は直線偏波となった
電磁波を金属性のポールからなる励振プローブを利用し
た結合手段で効率良く導波管の外部に信号を取り出すた
めに設けられた部分であり、励振プローブで取り出され
た信号はＢＳコンバータの低雑音増幅器に入力され信号
処理が行われていた。結合手段としては、前記励振プロ
ーブによる他、方形導波管を使用した方法も用いられて
いる。

第２図に示す構造の一使用例としての各部の概略寸法（
長さ）を示すと以下のようになる。

１次放射器部：１５ｍｍ、Ａ部：１２ｍｍ、８部：４０ｍｍ。

０部：２０ｍｍ、Ｄ部：３５ｍｍ。

また、円偏波は、２つの直交する直線偏波の振幅が等し
く位相が９０度ずれた状態であり、位相回路を設は前記
両直線偏波の位相を同相にすれば直線偏波信号となるが
、従来使用されていた円偏波／直線偏波の変換を行う位
相回路構造例を第３回〜第８図に示す。図中、（ａ）は
導波管の開口部から見た正面図であり、（ｂ）は導波管
の位相回路部の側面図を示す。

第３図は、結合手段で信号として取り出したい直線偏波
の方向に対して４５度傾けて直交する２つの直線偏波の
一方の垂直方向の電界成分Ｙに平行になるようにして誘
電体板２を導波管１の内部に取り付けたものである。こ
のように誘電体板２を導波管１の内部に取り付けること
により、誘電体板２に平行な電界成分の直線偏波の位相
を遅らせることができ、従って直線偏波の他方の水平方
向の電界成分Ｘより成分Ｙが９０度位相が遅れるような
長さに誘電体板２の長手方向の寸法を選べば、誘電体板
２を通り抜けた位置では円偏波が直線偏波に変換された
状態となる。この他にも位相回路構造例としては以下の
ものが使用されている。

第４図（ａ）及び（ｂ）は位相回路構造として複数のビ
ス３を導波管１の内部表面の向かい合った円弧の中心に
取り付は各々のビス３の先端が導波管の中心に向かうよ
うにし、さらに導波管１の長手方向にビス３を並べて取
り付けたものであり、第５図（ａ）及び（ｂ）は位相回
路構造として２枚の金属板４を導波管ｌの内部表面の向
かいあった円弧の中心に取り付は各々の金属板４の短辺
方向が導波管１の中心に向かうようにして、さらに導波
管１の長手方向に延長して金属板４を取り付けたもので
ある。

また、第６図は導波管の内部表面の一方の円弧が平面に
なるようにして導波管の長手方向に延長し金属塊５を導
波管１の内部表面に取り付けたものである。第６図（ａ
）で２つの直交する直線偏波の垂直方向の電界成分をＹ
とし、水平方向の電界成分をＸとすると、導波管の内部
表面の一方の円弧が平面になるようにして金属塊５を付
けることにより、構造的に電界成分Ｙの管内波長を電界
成分Ｘの管内波長より短くすることができ、周波数は変
化しないため管内の位相速度は電界成分Ｙの方が遅れ、
電界成分Ｘより成分Ｙが９０度位相が遅れるような長さ
に金属塊５の長手方向の寸法を選べば、金属塊５を通り
抜けた位置では円偏波が直線偏波に変換された状態とな
る。この他にも同様な位相回路構造例としては以下のも
のが使用されている。第７図（ａ）及び（ｂ）は位相回
路構造として第６図の金属塊５を２個使用して対向する
２つの円弧の部分に取り付けたものであり、第８図（ａ
）及び（ｂ）は導波管７の開口部から見た断面が楕円状
になるように変形させたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って、従来の円偏波／直線偏波変換器は１次放射器部
を含めてＤ部分の末端迄の長さが約１２０ｍｍのものが
使用されており、円偏波／直線偏波変換器部分が長＜Ｂ
Ｓアンテナが小型化しにくい上、また、導波管内部の中
間に位相回路構造とした部分が設けてあり、通常は１次
放射器部からＢ部迄の部分及び０部と低雑音増幅器への
入力部分及びＤ部の終端部分は別々の鋳型で成形し、後
で相互に溶接しなければならないといった複雑な製造工
程となる欠点等があった。

本発明は、第２図に示すＡ部及び０部を削除して導波管
部の小型化を図り、さらに、導波管の内部構造を単純化
することにより加工工数を削減して価格の低廉化を図る
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第９図は、本発明の詳細な説明する円偏波／直線偏波変
換器示す概念図である。

ＢＳアンテナの反射鏡で反射した電磁波を効率よく集め
て導波管部に導くためホーン型の形状とした１次放射器
と、導波管の内部に管内波長が異なる直交した２つの電
磁波のモードを存する位相回路１０を設けた導波管と、
一端に結合手段１′２を取り付けて他端を終端面１）と
した円形導波管とを順次連設するとともに、直交する直
線偏波のいずれか一方の電界と直角となる面に金属板１
３を前記終端面１）に取り付けて、前記金属板１３と導
波管の終端面１）で電磁波を反射させて結合手段１２に
高いレベルの信号が得られるようにして同結合手段１２
に直線偏波信号を結合させて導波管外部の回路と信号を
伝送せしめて、前記位相回路１０で円偏波から直線偏波
の変換を行うようにしたものである。

〔作用〕

第１０図は本発明の詳細な説明用の座標図を示し、位相
回路構造の一実施例として導波管の内部表面の一方の円
弧が平面になるように金属塊１７を取り付け、さらに、
前記円弧と対抗する円弧の部分にも金属塊１７を取り付
けてあり、電磁波の伝播方向をＹ軸とし、導波管の開口
と平行な断面の水平方向をＸ軸及び垂直方向をＹ軸とし
て、導波管のＢ部分（位相回路構造部分）に存在する２
つのモードの電磁波のＸ軸方向のベクトル成分をＥ８及
びＹ軸方向のベクトル成分をＥ、とすれば、両方の成分
を合成した電磁波Ｅは、Ｅ＝Ｅ、＋Ｅ。

＝ａ　　ｘ　　°Ｅ　　°ｅｘｐ　　（Ｊ　　（ωｔ−
β、ｚ））＋ａ　　ｙ　　−Ｅ−ｅｘｐ　　（ｊ　　（
ωを一βｙＺ−π／２）１−・−−−−−−−−（１）で表すことができる。

ここで、Ｅ＝振幅定数、ω＝２πｆ、ｔ＝時間βｘ　＝
Ｅ時間β波数 βア＝Ｅ、の波数ａｘ−Ｘ座標の単位ベクトルａ、＝Ｙ座標の単位ベクトルさらに、Ｅ８及びＥ、の管内波長をλ９、λ、とすると
次式が得られる。

β８＝２π／λｘ　　　　−−−−一・−・・−（２）
β、＝２π／λア　　　−・−一−−−−−−−−（３
）いま、第１０図に示すように導波管のＢ部分（位相回
路）の構造が、導波管の内部表面の円弧が平面になるよ
うにして金属塊１７を２個使用して対向する２つの円弧
の部分に取り付けられており、β、〉βや、従ってλ８
〉λアのように設計されていると仮定する。

式（１）から円偏波がＢを伝播することにより直線偏波
になる距離Ｚ＝Ｌを求めると、 β、Ｌ＝βｙＬ−π／　２　　　　−−−−−−−・−
（４）さらに、（４）式よりＬ＝πＸ０．５／（β、−β、　）　−−−−−一−−
−（５）で与えられる。

具体的な例として、Ｂ部分の構造が第１０図に示すよう
な円形導波管を使用し、円形導波管の内部直径を約１９
ｍｍとし、位相回路の構造として最大厚さ１．７ｍｍの
金属塊を円形導波管の内部上下に取り付けていたとする
と、構造的に管内波長は次のようになる。

λＸ’；５４．４＋＋＋ｍ　　　λｙ’＝３８．６ｍｍ
従って（２）式、（３）式及び（５）式より、Ｂ部分の
構造の長さは、Ｌζ３３．４ｙａｍさらに、本発明では第１０図に示すＤ部分を円形導波管
としており、この円形導波管の管内波長は、λζ３９．
５ｍｍとなり、導波管の終端面及び導波管の終端面に取
り付けた金属板の先端で電磁波を反射させて励振プロー
ブ１２に高いレベルの信号が得られるようにするため、
プローブから導波管の終端面あるいは導波管の終端面に
取り付けた金属板の先端の短絡面比の距離を約λ／４程
度にする必要があり、従って第１０図のＧ及びＤの距離
は、３９、　５／　４　’ｉ　１０ｍｍとなる。

従って本発明によれば、第９図において、１次放射器部
：１５ｍｍは従来例と同じ長さであるが、Ａ部：１２ｍ
ｍ（従来例）→　Ｏｍｍ（本発明）８部：４０ｍｍ（従
来例）−３４ｍｍ（本発明）０部：２０ｍｎ＋（従来例
）→　０　（本発明）０部：３５ｍｍ（従来例）→１０
１（本発明）の各部の長さを変えることができ、全長で
約６３１従来例より短くすることができ、１次放射器部
を含めて全体の長さを約６Ｏｎ＋ｍとすることができる
。

〔実施例〕

第９図は本発明の詳細な説明する円偏波から直線偏波へ
の変換器を示す図であり、　ＢＳアンテすの反射鏡で反
射した電磁波を効率よく集めて導波管部に導くためホー
ン型の形状とした１次放射器と、導波管の内部に管内波
長が異なる直交した２つの電磁波のモードを有する位相
回路１０を設けた導波管と、一端に結合手段として励振
プローブ１２を取り付けて他端を終端面１）とした円形
導波管とを順次連設するとともに、直交する直線偏波の
いずれか一方の電界と直角となる面に金属板１３を前記
終端面１）に取り付けて、前記金属板１３と導波管の終
端面１）で電磁波を反射させて励振プローブ１２に高い
レベルの信号が得られるようにして同結合手段１２に直
線偏波信号を結合させて導波管外部の回路と信号を伝送
せしめて、前記位相回路１０で円偏波から直線偏波の変
換を行うようにしたものである。

第９閃及び第１０図は結合手段として、導波管の側面に
設けられた開口を通して導波管内部に挿入された金属性
のポールを励振プローブ１２として使用しているが、あ
るいは第１）図に示すように導波管１４の側面に方形導
波管１５を取り付け、前記方形導波管１５の開口部に位
置する前記導波管１４の側面に略矩形の開口１６を設け
て電磁波を取り出すようにしてもよい。

第９図に示す一次放射器と連設した位相回路の長さＢを
、位相回路に入射された円偏波が直線偏波に変換される
長さとしてあり、さらに前記位相回路に近接させて励振
プローブ１２を取り付け、さらに、励振プローブ１２と
導波管の終端面１）の距離および金属板１３の先端との
距離を調整することにより励振プローブ１２に対してイ
ンピーダンス整合をとり、励振プローブ１２に高いレベ
ルの信号が得られるようにしている。

前記金属板１３の長手方向の長さは円形導波管の内径と
同じ長さにして円形導波管の内部に取り付けてあり、金
属板１３の厚さは機械的強度がもてばできるだけ１いも
のが望ましい。

−次放射器より入射された円偏波の電磁波が位相回路１
０に導かれて、励振プローブ１２の位置では直線偏波と
なっており、図９のＧおよびＤの長さは円形導波管の管
内波長の約１７４程度にすることによりインピーダンス
整合を励振プローブ１２に対してとることができる。

第１２図から第１７図迄は本発明の位相回路の構造部分
を示している。図中、（ａ）は導波管の開口部から見た
導波管の断面図を示し、（ｂ）は導波管の側面図を示し
、さらに図（ｂ）において２−２の線は破断線を示して
おり、２−２の線の上部は導波管の破断面を示している
。

第１２図は位相回路が誘電体板２４からなり、励振プロ
ーブ２２の中心の延長線との角度を導波管の開口部と平
行な断面（以下導波管の断面と略す）からみて約４５度
の向きに誘電体板２４を取り付は導波管２１の長手方向
に延長し、誘電体板２４の長さを位相回路に入射された
円偏波が直線偏波に変換される長さＢとしである。誘電
体板２４の導波管２１の直径方向の長さは取り付ける導
波管２１の内径と同じ長さにして取り付けてあり、導波
管２１の側面からみた１次放射器２０例の誘電体板２４
の形状は略■の字型に誘電体板２４の中央部分を窪ませ
た形とし、インピーダンスが不整合となるのを防止して
いる。

第１３図は位相回路が複数の金属性のビス２５からなり
、導波管２１の内部表面の向かいあった円弧の中心に各
々のビス２５を取り付けてビス先端が導波管２１の中心
に向かうようにし、対向するビス２５間を結んだ中心線
と励振プローブ２２の中心の延長線との角度を導波管２
１の断面からみて約４５度の向きにビス２５を取り付け
て、さらに導波管２１の長手方向に延長してビス２５を
並べて取り付けて長さＢとし、位相回路に入射された円
偏波が直線偏波に変換される長さとしである。使用する
ビスの材質および取付間隔は従来例と同様としているが
、１次放射器２０側の取付ビス２５の長さを短くして導
波管の長手方向に行くに従い取付ビス２５の長さを長く
して導波管２１の側面からみてテーパ状に取付ビス２５
の長さを変えることによりインピーダンスの不整合を防
止している。

第１４図は位相回路が２枚の金属板２６からなり、導波
管２１の内部表面の向かいあった円弧の中心に各々の金
属板２６を取り付けて金属板２６の短辺方向が導波管２
１の中心に向かうようにし、対向する金属板２６間を結
んだ中心線と励振プローブ２２の中心の延長線との角度
を導波管２１の断面からみて約４５度の向きに金属板２
６を取り付けて導波管の長手方向に延長して長さＢとし
、位相回路に入射された円偏波が直線偏波に変換される
長さとしである。

１次放射器２０のホーン形状の傾斜面と金属板２６の取
付部とを連設させた取付形状としであるが、金属板２６
の取付部の端面で発生する高次モードを減少させインピ
ーダンスの不整合を防止するため、１次放射器側の金属
板２６の側面形状を導波管への取付側を突き出し導波管
の中央側の突き出しを少なくした傾斜面を設けた形とし
ている。

第１５図は位相回路が金属塊２７からなり、導波管２１
の内部表面の一方の円弧が平面になるように金属塊２７
を取り付け、前記平面の延長線と励振プローブ２２の中
心の延長線との角度を導波管２１の断面からみて約４５
度の向きに前記金属塊２７を取り付けて導波管の長手方
向に延長して長さＢとし、位相回路に入射された円偏波
が直線偏波に変換される長さとしである。

１次放射器２０のホーン形状の傾斜面と金属塊２７の取
付部とを連設させた取付形状としであるが、金属塊２７
の取付部の端面で発生する高次モードを減少させインピ
ーダンスの不整合を防止するため１次放射器側の金属塊
２７の側面形状を導波管への取付側を突き出し導波管の
中央側の突き出しを少なくして傾斜面を設けた形として
いる。

第１６図は第１５図の金属塊２７を導波管の内部表面の
対抗する円弧の部分にも取り付けたもので、その他の部
分は第１６図の例と同じ構造としている。

第１７図は位相回路が導波管２８の内部を楕円形状に変
形した部分からなり、楕円の２つの中心を結んだ中心線
と励振プローブ２２の中心の延長線との角度を導波管２
８の断面からみて約４５度の向きに導波管２８の断面を
変形させ、変形させた楕円形状を導波管の長手方向に延
長して長さＢとし、位相回路に入射された円偏波が直線
偏波に変換される長さとしである。

１次放射器２０のホーン形状の傾斜面と楕円形状に変形
させた導波管２８とを連設させた取付形状としであるが
、楕円形状にした導波管２８の端面で発生する高次モー
ドを緩和するため１次放射器２０のホーン型にした円形
の傾斜面と前記楕円形状に変化さす部分に傾斜面を設け
て連続して徐々に楕円形に変化させている。

１７図の例では楕円形状に変形させた導波管２８と励振
プローブ２２を取り付けた円形導波管とは段差を設けて
直接接続しているが、当該接続箇所も楕円形から徐々に
円形に変化させるようにしても良い。

以上は円偏波／直線偏波変換器を受信側に使用した場合
の実施例であるが、本発明による構造を利用して円偏波
発生器として使用し、第９図に示ゾように励振プローブ
１２により外部回路からの信号を伝送して導波管内部で
電磁波を励振するこ５と１−より励振プローブ１２の位
置で直線偏波を発生させ、位相回路１０を設けたＢ部分
の長さで直線偏波を円偏波に変換することができ、−次
放射器より円偏波として放射することもできる。

また、第１２図（ａ）〜第１７図（ａ）図において、励
振プローブ２２の取付位置を時計方向に移動させて、移
動させる前の励振プローブ２２の取付位置と導波管の中
心点と移動後の励振プローブ２１の取付位置の成す移動
角度が９０度になるようにすれば、逆旋の円偏波／直線
偏波変換器とすることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば円偏波／直線偏波
変換器の全長を従来使用されていたものより約半分程度
の長さとすることができ、さらに導波管の内部構造を単
純化することにより加工工数を削減して経済的な、しか
も小型化した円偏波／直線偏波変換器を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は受信用ＢＳアンテナの概略側面図、第２図は従
来例を示す円偏波／直線偏波変換器の概意図、第３図（
ａ）、　（ｂ）〜第８図（ａ）、　（ｂ）は従来例を示
す位相回路構造図、第９図は本発明の原理を示す円偏波
／直線偏波変換器の概念図、第１Ｏ図は本発明の詳細な
説明用の座標図、第１）図は方形導波管による結合手段
を示す概略図、第１２図（ａ）。（ｂ）〜１７図（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例を示
す位相回路部分の構造図で、（ａ）は導波管の開口から
みた正面図で（ｂ）は導波管の１部破断側面図である。１．１４．２１−−−１波管、２．２４−　　誘電体板
、３．２５−　　ビス、４，１３，２３．２６金属板、
５，１７．２７−　　金属塊、７．２８−　楕円形導波
管、１〇　−位相回路、１）導波管の終端面、１２−　
　結合手段、１５方形導波管、１６−　開口、２２−　
励振プローブ。第３図第１図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ホーン形状をした一次放射器と、管内波長が異な
る直交した２つの電磁波のモードを有する位相回路を管
内に設けた導波管と、一端に結合手段を設けて他端を終
端した円形導波管とを順次連設するとともに、前記結合
手段に直線偏波信号を結合させて導波管外部の回路と信
号を伝送せしめ、前記位相回路で直線偏波から円偏波あ
るいは円偏波から直線偏波の変換を行うことを特徴とす
る円偏波／直線偏波変換器。
（２）前記終端面に直交する直線偏波のいずれか一方の
電界と直角となる面に金属板を設け、前記終端面と前記
金属板で電磁波を反射させることにより前記結合手段に
対してインピーダンス整合をとることを特徴とする請求
項（１）記載の円偏波／直線偏波変換器。
（３）前記結合手段が導波管の側面に設けられた開口を
通して導波管内部に挿入された金属性のポールからなる
ことを特徴とする請求項（１）または（２）記載の円偏
波／直線偏波変換器。
（４）前記結合手段が導波管の側面に方形導波管を取り
付け、前記方形導波管の開口部に位置する前記導波管の
側面に設けられた略矩形の開口からなることを特徴とす
る請求項（１）または（２）記載の円偏波／直線偏波変
換器。
（５）前記結合手段の導波管の終端面および前記金属板
の先端からの距離を管内波長の約１／４の位置としたこ
とを特徴とする請求項（２）記載の円偏波／直線偏波変
換器。
（６）前記位相回路が誘電体板からなり、同誘電体板と
前記結合手段の中心の延長線との角度を導波管の開口と
平行な断面からみて約４５度の向きに同結合手段を取り
付けたことを特徴とする請求項（１）、（２）、（３）
、（４）または（５）記載の円偏波／直線偏波変換器。
（７）前記位相回路が金属塊からなり、導波管の内部表
面の少なくとも一方の円弧が平面になるように前記金属
塊を取り付け、前記平面の延長線と前記結合手段の中心
の延長線との角度を導波管の開口と平行な断面からみて
約４５度の向きにしたことを特徴とする請求項（１）、
（２）、（３）、（４）または（５）記載の円偏波／直
線偏波変換器。
（８）前記位相回路が複数の金属性のビスからなり、導
波管の内部表面の一対向した円弧の中心に各々のビスを
取り付けてビスの先端が導波管の中心に向かうようにし
、対向するビス間を結んだ中心線と前記結合手段の中心
の延長線との角度を導波管の開口と平行な断面からみて
約４５度の向きにしたことを特徴とする請求項（１）、
（２）、（３）、（４）または（５）記載の円偏波／直
線偏波変換器。
（９）前記位相回路が２枚の金属板からなり、導波管の
内部表面の対向した円弧の中心に各々の金属板を取り付
けて金属板の短辺方向が導波管の中心に向かうようにし
、対向する金属板間を結んだ中心線と前記結合手段の中
心の延長線との角度を導波管の開口と平行な断面からみ
て約４５度の向きにしたことを特徴とする請求項（１）
、（２）、（３）、（４）または（５）記載の円偏波／
直線偏波変換器。
（１０）前記位相回路が導波管の開口と平行な断面を楕
円形状に変形した部分からなり、楕円の２つの中心を結
んだ中心線と前記結合手段の中心の延長線との角度を導
波管の開口と平行な断面からみて約４５度の向きにした
ことを特徴とする請求項（１）、（２）、（３）、（４
）または（５）記載の円偏波／直線偏波変換器。