JPH03190402A - 円偏波／直線偏波変換器 - Google Patents

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へまた、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磁波を効率
よ（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
磁波を金属性のボ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、位相回路を設け前記
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図〜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、へ）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
１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、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
）及びら）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図に示す前記０部を削除して導波管部の
小型化を図り、さらに、Ｄ部分もＢ部分と同じ位相回路
構造にすることにより成形する鋳型の数を少なくして製
造工程の簡易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、前記電磁波が位相回路面に入る境界面で生じる放送
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Ａ部分と、さらに、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を設けて導波管の終端面ｌｌ迄延
長した第１手段と、管内波長が長い方の電磁波の電界と
直角となる面に金属板１３を導波管の前記終端面１１に
取り付けた第２手段と、前記第１手段の位相回路１０の
中間に励振プローブ１２とを設けて、第１手段で円偏波
から直線偏波の変換を行い、第２手段と導波管の終端面
１１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、励振プローブ１２で導波
管内部の電磁波と導波管外部の回路との信号の伝送をす
る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Ｚ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Ｅ、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　、　−Ｅ−ｅｘｐ　　（ｊ　（ωｔ−βＸＺ）ｌ
＋ａ、　−Ｅ−ｅｘｐ　　（ｊ　（ωｔ、−β、ｚ−π
／２）］−・−・−・−一〜−・−（１） で表すことができる。

ここで、Ｅ＝振幅定数、ω−２πｆ、ｔ＝時間β、＝Ｅ
、の波数 β、＝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、ＥＸ及びＥｙの管内波長をλ９、λ、とすると
次式が得られる。

βＸ−２π／λ８　　−・−−−−−−−−−（２）β
、＝２π／λア　　　−一一一一−−−−・−−−（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、〉β８、従ってλ、
〉λ。

のように設計されていると仮定する。

弐（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、 βＸＬ−βｙＬ−π／　２　　　　−一−・・・−・−
−−−（４）さらに、（４）式より Ｌ＝πＸ０．５／（β、−βＸ）−・−−−−−−（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
＋＋＋ｍとし、位相回路の構造として最大厚さ１．７ｍ
ｍ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。

λ、鴇５４．４ｍｍ　　　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、 Ｌ′、３３．４ｍｍ さらに、本発明では第１０図に示すＤ部分もＢの部分と
同じ位相回路構造としているため、Ｄ部分でも直交した
２つの伝播定数の異なった電磁波のモードが存在する。

この２つのモードの電磁波に対して、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
迄の距離を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、 Ｇ’ｉ３８．６／４＃９．７ｍ＋ｎ Ｄ’；５４．４／４＃１３．６ｎ＋ｍ 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、Ａ部：１２ｍｍは従来例と同じ長さである
が、 ８部：４０ｎ＋ｍ（従来例）→３４ｍｍ（本発明）０部
：２０ｎ＋ｍ（従来例）→　０　（本発明）０部：３５
ｍｍ（従来例）→１４ｍｍ（本発明）の各部の長さを変
えることができ、全長で約４５ｍｍ従来例より短くする
ことができ、１次放射器部及びＡ部を含めて全体の長さ
を約７５ｍｍ程度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、導波管の開口部の近傍に管内
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を設けて導波管の終端面１１まで延長し、管
内波長が長い方の電磁波の電界と直角となる面に金属板
Ｉ３を導波管の前記終端面１１に取り付けて、さらに、
前記位相回路１０の中間に励振プローブ１２を設けて、
前記位相回路１０で直線偏波がら円偏波あるいは円偏波
から直線偏波の変換を行い、金属板１３の先端と導波管
の終端面１１で各々電磁波を反射させて励振プローブ１
２に高いレベルの信号が得られるような位置に金属板１
３と導波管の終端面１１を設定し、前記励振プローブ１
２で導波管内部の電磁波と導波管外部の回路間とで信号
の伝送を行えるようにしたものである。

第９図及び第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１１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の近傍の位相回路の取付位置か
ら励振プローブ１２迄の長さ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
に励振プローブ１２の導波管の終端面１１からの取付位
置を管内波長が長い方の電磁波の波長の約１／４の距離
りとし、前記励振プローブ１２と金属板１３の先端との
取付位置を管内波長が短い方の電磁波の波長の約１／４
の距離Ｇとしている。

前記金属板１３の長手方向の長さは導波管の内径と同し
長さにして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薄いものが望ま
しい。

一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の位置で直線偏波とな
る。管内波長が長い方の電磁波は導波管の終端面１１で
反射し、また管内波長が短い方の電磁波は金属板１３の
先端で反射して前記反射面と励振プローブ１２の取り付
は位置を電磁波の波長の約１／４の距離にすることによ
り励振プローブ１２を最適状態で励振せしめることがで
きる。

また、−次放射器の部分は従来例と同じホーン型の形状
としてあり、−次放射器とつながっているＡ部分も従来
例と同様に円形導波管形状を使用している。

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１！、−ｇの線は破断線を示
しており、ｆ−ｆｆ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２２がらなり、励振プロ
ーブ２１の中心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２２を取り付は導波管の長手方向に延長し、
導波管２０の終端面に金属板２３を取り付けている。誘
電体板２２と金属板２３は重なるため、誘電体板２２を
導波管２０の終端面迄延長して誘電体板２２の表面に金
属板２３を貼り付けても良いし、または、誘電体板２２
の表面に金属性の塗膜を塗布しても良い。

あるいは、金属板２３の短辺方向の長さだけ誘電体板２
２の長手方向の寸法を短くして、導波管２０の終端面に
取り付けた金属板２３に並べて取り付けるようにしても
良い。

第１３図は位相回路が複数の金属性のビス２４からなり
、導波管２０の内部表面の向かいあった円弧の中心に各
々のビス２４を取り付けてビス先端が導波管２０の中心
に向かうようにし、対向するビス２４間を結んだ中心線
と励振プローブ２１の中心線との角度を導波管２０の断
面からみて約４５度の向きにビス２４を取り付けて、さ
らに導波管の長手方向に延長して等間隔でビス２４を取
り付けるようにしてあり、導波管２０の終端面には金属
板２３を取り付けた構造としている。

第１４図は位相回路が２枚の金属板２５からなり、導波
管２０の内部表面の向かいあった円弧の中心に各々の金
属板２５を取り付けて金属板２５の短辺方向が導波管２
０の中心に向かうようにし、対向する金属板２５間を結
んだ中心線と励振プローブ２１の中心線との角度を導波
管２０の断面からみて約４５度の向きに金属板２５を取
り付けて導波管の長手方向に延長し、導波管２０の終端
面に金属板２３を取り付けている。金属板２５と金属板
２３が導波管２０の終端面のコーナで重なるが、重なる
部分はどちらか一方の金属板のみを延長して取り付ける
ようにすれば良い。

第１５図は位相回路が金属塊２６からなり、導波管２０
の内部表面の一方の円弧が平面になるように金属塊２６
を取り付け、前記平面の延長線と励振プローブ２１の中
心線との角度を導波管２０の断面からみて約４５度の向
きに前記金属塊２６を取り付けて導波管の長手方向に延
長し、導波管２０の終端面に金属板２３を取り付けてい
る。導波管２０の終端面のコーナは前記金属塊２６が導
波管２０の終端面に突きあたるようにしている。

第１６図は第１５図の金属塊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図の例と同じ構造である。

第１７図は位相回路が導波管２７の断面を楕円形状に変
形した部分からなり、楕円の向かいあった大きな円弧の
中心を結んだ中心線と励振プローブ２１の中心線との角
度を導波管２７の断面からみて約４５度の向きに導波管
２７の断面を変形させ、導波管２７の終端面に金属板２
３を取り付けている。本実施例の場合は第９図に示すＡ
部分が円形導波管部分となっており、円形導波管に楕円
形状の導波管を接続する必要があるが、接続部はそのま
ま段差を設けるようにして接続しても良いし、円形から
徐々に楕円形となるように滑らかに変形させて接続する
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図に示すように励振プローブ
２１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とにより励振プローブ２１の位置で
直線偏波を発生させ、位相回路構造とした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〜第１７図の（ａ）図において、励振プ
ローブ２１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２１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、本発明によれば導波管の開口部の
位相回路の取付位置から導波管の終端部公比を同じ位相
回路の構造とすることにより成形する鋳型の数を少なく
することができ、従って製造工程の簡易化を図ることも
可能となり、また、位相回路構造の中間に結合手段を設
け、導波管の終端面に管内波長が長い方の電磁波の電界
と直角となる面に金属板を取り付けて、管内波長が長い
方の電磁波は導波管の終端面で反射させ、管内波長が短
い方の電磁波は前記金属板で反射させて前記導波管の終
端面及び前記金属板と前記結合手段との距離を調整する
ことによって前記結合手段に対しインピーダンス整合を
とることができ、導波管部の小型化を図ることが可能と
なり、より経済的な、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念図、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１０図は本発明の詳細な説明
用の座標図、第１１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ある。 １．１４．２０−一導波管、２．　２２−　　誘電体板
、３．　２４−　　ビス、４，１３，２３．２５金属板
、５，１７．２６−　　金属塊、７．２７−　楕円形導
波管、１〇　−位相回路、１１導波管の終端面、１２−
　　結合手段、１５−・−方形導波管、１６−　開口、
２１−　励振プローブ。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）ホーン形状をした一次放射器と、送受信に不要な
   高次モードを減衰させる円形導波管と、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、同導波管の終端に設けた終端面と
   を順次連設するとともに前記位相回路の中間に結合手段
   を設け同結合手段に直線偏波信号を結合せしめて、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. （２）前記終端面に管内波長が長い方の電磁波の電界と
   直角となる面に金属板を設け、管内波長が長い方の電磁
   波を前記終端面で反射させ、管内波長が短い方の電磁波
   を前記金属板で反射させることにより前記結合手段との
   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. （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. （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. （５）前記結合手段の導波管の終端面からの取付位置を
   管内波長が長い方の電磁波の波長の約１／４の位置とし
   、前記結合手段と前記金属板の先端との取付位置を管内
   波長が短い方の電磁波の波長の約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. （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設け
   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. （７）前記誘電体の表面に金属性の塗膜を塗布して前記
   金属板を兼ねさせたことを特徴とする請求項（１）、（
   ２）、（３）、（４）、（５）または（６）記載の円偏
   波／直線偏波変換器。
8. （８）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。
9. （９）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。
10. （１０）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。
11. （１１）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。