JPH0325081B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、円形導波管を伝搬する電気力線が直
交する一対の円形TE₁₁モードを低損失かつ高分
離度で分離させる偏分波器に関する。

従来の技術 まず、本発明において、一対の円形TE₁₁モー
ド波（以下、これらをＶおよびＨ波と称する）
は、図面の向かつて左から右側の方向（以下、こ
れを伝搬正方向と称する）へ伝搬し、これらの２
波を分波する場合についてのみ述べ、これと逆の
２波の合成の場合も同様に説明できるので省略す
る。また、以下の図面において、Ｖまたは、Ｈと
記された矢印は、偏波の方向（電界ベクトルの直
径上における方向）を表わす。

従来、円形導波管によるＶおよびＨ波の偏分波
器としては、第６図Ａ，Ｂおよび第７図Ａ，Ｂの
ような形式のものがあつた。

第６図Ａ，Ｂでは、一方の円形TE₁₁モード波
（Ｖ波）は、その電気力線に平行な直径上の管壁
からプローブ（金属探針）１を管壁と絶縁を保ち
つつ円形導波管２内に適当な長さだけ挿入し、か
つこのプローブ１から伝搬正方向に４分の１管内
波長にほぼ近い所定の距離を隔てた所を始点とし
てＶ波の電気力線に平行な直径上に直径の両端に
またがる直線状金属細棒３を複数個一定間隔で配
し、等価的にこのＶ波の短絡状態を実現して、プ
ローブ１からＶ波を円形導波管２外へ導出する。
上記の直線状金属細棒３の太さは、他方の直交す
るモード波であるＨ波に対しては無視でき得る程
度のサセプタンス成分しか呈さない程度に細くし
ており、Ｈ波はこの金属細棒３による反射をほと
んど受けずに透過して円形導波管２の右方へ伝搬
し、Ｖ波とＨ波が分波される。

この方法では、プローブ１から取り出すモード
波の短絡状態を実現するのに、円形導波管２の伝
搬方向に所定間隔で複数個の金属細棒３を配さね
ばならないので、偏分波器として伝搬方向に寸法
が長くなる欠点を有していた。

また、第７図Ａ，Ｂでは、直交する一対の円形
TE₁₁モード波を伝搬する円形導波管４の終端を
金属平板５で終端するという通常の方法で短絡
し、その短絡面からほぼ４分の１管内波長だけ伝
搬負方向へ戻つた所にＨ波の電気力線に平行な直
径上の管壁からプローブ６を管内へ適当な長さだ
け挿入して、Ｈ波を円形導波管４外へ導出する。
さらに、上記短絡面からほぼ４分の３管内波長だ
け伝搬負方向へ戻つた所に、他方のモード波であ
るＶ波の電気力線に平行な直径上の管壁からプロ
ーブ７を管内へ適当な長さだけ挿入して、Ｖ波を
円形導波管４外へ導出する。

この方法では、第８図に示すように、終端短絡
の円形導波管４を伝送線路と見なした場合、伝搬
方向上の各点における電位は周波数₀に対して曲
線c₀のようになる。ただし、点Ａおよび点Ｂは周
波数₀に対して終端からそれぞれ４分の１および
４分の３管内波長の点である。周波数が₀から少
し離れた周波数₁＝₀＋Δに対しては曲線c₁のよ
うになり、Ａ点における上記２つの周波数に対す
る電位の差ΔV₁（図３ｃ参照）は明らかにＢ点に
おけるそれΔV₂（図３ｃ参照）より小さくなる。
このことは、点Ａおよび点Ｂにおいて、伝搬正方
向を見た周波数₀および₁におけるインピーダン
ス差が点Ｂの方が点Ａよりも顕著になり、第７図
におけるプローブ７の方がプローブ６よりも広帯
域の周波数に亘つてインピーダンス整合がとりに
くいことを示している。

このように、第７図ａ，ｂの方法でも一方のプ
ローブの広帯域整合が困難であるという短所があ
つた。

なお、第７図ａ，ｂにおいて、d₁＝d₂すなわ
ち、伝搬方向の同一点に一対の直交するプローブ
を配した場合、２つのプローブ間の距離が近接し
すぎるために、プローブ近傍の管内電磁界の乱れ
が互いに相手のプローブに影響を与え、２つの直
交モード波の分離度が劣化することは実験的に確
証できる。

発明が解決しようとする問題点 以上のように第６図に示す従来例では、プロー
ブ１から取り出すモード波の短絡状態を実現する
のに、円形導波管２の伝搬方向にある間隔で複数
個の金属細棒３を設置しなければならないため、
偏分波器として伝搬方向にその寸法が長くなると
いう欠点を有しており、また第７図に示す従来例
では一方のプローブが広帯域の周波数にわたつて
インピーダンス整合をとることが困難であるとい
う欠点を有していた。

本発明は、上記の第１の従来例におけるような
伝搬方向に寸法が長くなるという問題点および第
２の従来例におけるような広帯域な周波数に亘つ
てインピーダンス整合をとるのが困難であるとい
う問題点を解決しようとするものである。

問題点を解決するための手段 本発明では、電気力線が直交する一対の円形
TE₁₁モードに対して、一方のモードに対しては
短絡作用をし、他方のモードに対しては、透過作
用をする伝搬方向に寸法が極めて短い金属薄板を
円形導波管内に設置することを特徴とする。

作 用 本発明によれば、上記金属薄板を使用すること
により、従来の伝搬方向に導波管の長さが長くな
るという第１番目の問題点を解決することができ
る。また、上記金属薄板から伝搬負方向へほぼ４
分の１管内波長の距離にプローブを設けることに
より、金属薄板から反射されるモード波を上記プ
ローブから導波管外へ導出でき、従来例の第６図
のように、２つのプローブを使用する場合でも、
上記金属薄板を２つのプローブ間および終端に配
することにより、それぞれのプローブと金属薄板
間の距離をほぼ４分の１管内波長にすることがで
き、それぞれのモード波に対して広帯域な周波数
に亘つてインピーダンス整合がとれる。したがつ
て、上記の第２番目の問題点も解決することがで
きる。

実施例 以下、本発明の一実施例について第１図〜第５
図を用いて説明する。

まず、円形導波管１１の座標系を第２図Ａ，Ｂ
のような円筒座標系（ｒ，，ｚ）にとると、円
形TE₁₁モードの電界ベクトルＥ→の各座標成分
（E_r，E，E_z）は、つぎのように表わされる。

E_r＝jωμ１／ｒＡ・J₁（u′₁₁／ａｒ） ・sin・e^-j〓^z E＝jωμu′₁₁／ａＡ・J′₁（u′₁₁／ａｒ） ・cos・e^-j〓^z E_z＝０ ただし、ａは、円形導波管１１の内半径、u′₁₁
は、ベツセル関数J₁（ｘ）の１次関数の第１番目
の根（u′₁₁＞０）、βは、円形TE₁₁モードの伝搬
定数、Ａは、電界の強さに比例する定数である。
なお、電界ベクトルが＝90゜のときの半径ベク
トルに平行なモードの場合を考えている。円形
TE₁₁モードの電界ベクトルは円形導波管１１の
伝搬方向成分E_zをもたず、その電界ベクトルの各
点における軌跡である電気力線は第３図Ａのよう
な形状になる。

いま、第３図Ａの円形断面上の各点において、
この電気力線に直交するベクトルの軌跡を描けば
第３図Ｂのような曲線群となる。なお、ここでは
説明を省略するが、上記の第３図Ｂの曲線群は円
形TE₁₁モードの磁界ベクトルの（ｒ，）成分
（transverse成分ともいう）の軌跡に一致する。
第３図Ｃは第３図Ｂの曲線群を直線近似したもの
である。

つぎに、第３図Ｄのような、円形TE₁₁モード
の電気力線に直交するベクトルの軌跡に近似的に
一致する狭幅の帯状金属片１２を有する金属薄板
１３を第１図のように円形導波管１１の伝搬方向
に垂直な断面に挿入した場合を考える。第３図Ｄ
において、円形TE₁₁モードの電気力線と金属薄
板１３の微細径の金属片１２とが近似的に直交す
る場合、金属薄板１３の金属片１２の各点におい
て、ベクトル積ｎ→×Ｅ→（ｎは第３図Ｄに示すよう
に金属片１２における法線ベクトルである。）は
近似的にｎ→×Ｅ→＝０の関係が保たれ、当該モード
波の管内電磁界への擾乱は殆んど起らないと考え
られる。（ｎ→×Ｅ→がある有限な値をもてば、電磁
界理論によりｎ→×Ｅ→という点源により擾乱電磁界
が生起すると考えることができる）。このことは、
当該モード波は殆んど何らの影響も受けずにこの
金属薄板１３を透過することを意味している。一
方、当該モード波と直交するもう一方のモード波
に対しては、第３図Ｄの金属薄板１３の各金属片
１２はその大部分において、そのモード波の電気
力線と近似的に平行となり、そのモード波は殆ん
ど短絡状態となる。したがつて、このモード波
は、金属薄板１３により殆んど完全に反射され
る。この金属薄板１３は基本的には上述のような
作用をするが、その金属片１２の微細径の故にも
拘らずその集束部分における金属部のサセプタン
スが無視できず、上記透過モード波に対して誘導
性サセプタンスを呈し（第３図Ｅ参照）、これを
相殺するための容量性サセプタンス（第３図Ｆ参
照）を付加する必要がある。このために帯状金属
片１２の一部を直線状に配し容量性をもたせてい
る。

以上のようにして得られた金属薄板１３は、た
とえば、第１図Ｂ，Ｃに示されている。この金属
薄板１３の透過および反射特性の実測例を以下に
示す。内径15.8mmのAl製円形導波管において、第
４図Ａ，Ｂおよび第５図Ａ，Ｂのように、円形導
波管１１の伝搬軸上の一点に0.2mm厚の真ちゆう
製金属薄板１３を伝搬軸に垂直に挿入し、それぞ
れ図示のような偏波方向と金属片１２の向きとの
関係で反射損失および透過損失を実測した。ただ
し、測定周波数は11.7−12.7GHzの掃引信号であ
る。第４図Ａ，Ｂの場合（円形TE₁₁モード波が
金属薄板１３を透過する場合）、反射損失（信号
入力端（図面左側）でのリターン・ロス）の上記
周波数帯域内での最大値は−25dBで、一方、第
５図Ａ，Ｂの場合（円形TE₁₁モード波が金属薄
板１３で反射される場合）、透過損失（信号出力
端（図面右側）へ漏洩する割合）の上記周波数帯
域内での最大値は−22dBであつた。

本発明の一実施例を以下に述べる。電気力線が
直交する一対の円形TE₁₁モード波が伝搬する円
形導波管の偏分波器として、分波されたモード波
の一方がプローブで導波管外へ導出され、他方の
モードが元の円形導波管内に留まる形式と両方の
モード波とも２つのプロードで別々に導波管外へ
導出される形式があるが、本実施例では後者の形
式を述べる。前者の形式の実施例も同様に可能で
ある。

第１図Ａ，Ｂ，Ｃは本発明の一実施例を示す図
で、電気力線が直交する一対の円形TE₁₁モード
波が円形導波管１１内を右に向かつて伝搬し、伝
搬方向の点ＡおよびＢにおいてそれぞれＶおよび
Ｈモード波を導波管１１外へ導出するためのプロ
ーブ１４および１５をそれぞれＶおよびＨモード
波の電気力線に平行でかつ円形導波管１１の直径
上にその中心軸を有するように導波管１１外から
管壁を通して管内へ挿入してある。ただし、プロ
ーブ１４，１５を管壁から絶縁保持するために、
テフロンのような誘電体１６，１７でプローブ１
４，１５の金属棒の周囲を囲んである。さらに、
上記のプローブ１４および１５よりそれぞれ伝搬
正方向に４分の１管内波長にほぼ等しい距離だけ
進んだ所で円形導波管１１の中心軸に垂直な面内
にそれぞれ前述の金属薄板１３ａおよび１３ｂを
配している。

このような構成にすれば、前述の金属薄板１３
ａ，１３ｂの作用とプローブ１４，１５の働きに
より、プローブ１４からはＨ波が分波出力され、
プローブ１５からはＶ波が分波出力される。な
お、プローブ１４，１５および誘電体１６，１７
の太さ、形状、管内への挿入長およびプローブ１
４，１５と金属薄板１３ａ，１３ｂとの距離の最
適値は、各モード波に対してのインピーダンス整
合がとれるように、すなわち、円形導波管入力す
なわち図の左側から右方を見た定在波比が最小と
なるように定められる。ただし、プローブ１４，
１５の出力端は、整合負荷たとえば50オームで終
端されているものとする。

発明の効果 このように、本発明によれば、円形導波管の伝
搬方向の長さ寸法を極めて小さくでき、かつ広帯
域の周波数に亘つてインピーダンス整合の良好な
円形TE₁₁モード偏分波器が製作可能になる。な
お、本発明の金属薄板は、前述のような微細径の
帯状金属片の集合体であるが、フオト・エツチン
グ加工等により高精度に大量に製作できる利点も
あり、工業的価値大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂ，Ｃは本発明の一実施例における
円形TE₁₁モード偏分波器の一部側断面図、Ｙ−
Y′断面図、Ｘ−X′断面図、第２図Ａ，Ｂは円形
導波管の側面図、正面図、第３図Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ，Ｅ，Ｆおよび第４図Ａ，Ｂ、第５図Ａ，Ｂは
本発明における金属薄板の構造およびその作用効
果を説明するための図、第６図Ａ，Ｂおよび第７
図Ａ，Ｂはおのおの従来例における偏分波器の一
部側断面図、正面図、第８図は第７図の偏分波器
の作用を説明するための特性図、第９図Ａ，Ｂは
スロツトを有する従来の他の偏分波器の一部側断
面図、正面図である。 １１……円形導波管、１２……金属片、１３…
…金属薄板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気力線が直交する一対の円形TE₁₁モード
   が伝搬する円形導波管に、少なくとも一方の
   TE₁₁モードの電気力線に平行な直径上の管壁に
   位置するプローブを設け、 上記プローブから伝搬正方向に、ほぼ４分の１
   管内波長の距離を隔てかつ伝搬方向に垂直な面内
   に位置して上記TE₁₁モードに対して短絡作用を
   し他方のTE₁₁モードに対しては透過作用を有し、
   かつプローブにより管外へ導出しようとする
   TE₁₁モードでない方のモードの電気力線に直交
   するかあるいは近似的に直交する複数の狭幅な帯
   状金属片から構成された金属薄板を設け、 上記金属薄板において、円形導波管の管壁近傍
   で帯状金属片は集束し、この集束する２つの部分
   が、金属薄板が透過するモードに対して呈する誘
   導性成分を相殺するために、一部の帯状金属片を
   直線状に配し容量性をもつようにしたことを特徴
   とする偏分波器。