JPH05235616A - マイクロ波受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 円形導波管から同軸モードで電磁波を出力
し、空洞共振器を介してコンバータに入力することによ
り、マイクロ波受信装置を小型化する。 【構成】 円筒形空洞共振器６の管軸と、円形導波管２
の管軸とが直線となる向きにして終端面４の外側に同空
洞共振器６を接合し、終端面４に垂直な回転軸を有する
プローブ３を設けて外側に延長し空洞共振器６内に挿入
し、空洞共振器６内で絶縁軸７に接いで外部の駆動部８
に連結し、プローブ３を回転させて、円形導波管２に導
入された複数の電磁波に対し受信する方を選択して結合
させ、プローブ３で同軸モードで電磁波を伝えて空洞共
振器６を所定の周波数で共振させ、空洞共振器６の側面
に開口１２を設け、同開口１２より内部にプローブ９を
挿入し、プローブ９に共振させた電磁波を結合させ、開
口１２とプローブ９で同軸線路を構成し、同同軸線路を
介してコンバータ１１に信号入力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水平偏波及び垂直偏波
で送信されてくる通信衛星（ＣＳ）の電波を受信するマ
イクロ波受信装置に関する。通信衛星の電波は、円偏波
を使用している衛星放送の電波と異なり、直線偏波方式
が採用されており、同じ帯域内でより多くのチャンネル
が伝送できるようにするため、垂直偏波及び水平偏波の
電波が使用されている。従って、一台のパラボラアンテ
ナで水平偏波及び垂直偏波の電波を受信するため、水平
偏波及び垂直偏波共用一次放射器が使用され、同水平偏
波及び垂直偏波共用一次放射器から水平偏波信号と垂直
偏波信号とを選択して取り出し、ＣＳコンバータに入力
して通信衛星（ＣＳ）からの電波を受信するようにして
いる。

【０００２】

【従来の技術】従来は、図５に示すような水平偏波及び
垂直偏波共用一次放射器が使用され、円形導波管２の内
部の終端面４に垂直な回転軸を有するプローブ２０を設
け、同プローブ２０を終端面４の外側に延長して方形導
波管２１の内部に挿入し、同方形導波管２１の内部で絶
縁軸２２に接いで方形導波管２１を貫通させ、同方形導
波管２１の外部に設けた駆動部８に連結して、前記プロ
ーブ２０を前記円形導波管２の管軸を中心として回転さ
せて、導入された水平偏波、あるいは垂直偏波の電磁波
に対して、受信する方を選択してプローブ２０に結合さ
せて、同プローブ２０の方形導波管２１の内部に挿入さ
れた部分で電磁波を励振させ、方形導波管２１の先端に
設けた導波管接続用フランジ２３にコンバータの入力用
フランジを接続して、同方形導波管２１を介してコンバ
ータに信号入力し、同コンバータで信号処理を行うよう
にしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、プロ
ーブ２０により円形導波管２から取り出した同軸モード
の電磁波を直接導波管モードに変換して方形導波管２１
を介して出力し、コンバータに導波管モードで入力する
ようにしているため、方形導波管２１の先端に導波管接
続用フランジ２３を設ける必要があり、同フランジ２３
を介してコンバータに入力するようにしているため、装
置として大きくなり、また、同軸モードの電磁波を直接
導波管モードに変換する方法であるため、インピーダン
スの不整合による損失や、フランジ接続による損失が発
生するといった問題点があった。本発明は、円形導波管
から取り出した同軸モードの電磁波を、円筒形空洞共振
器を使用して、同空洞共振器の一面から入力して空洞モ
ードに変換し、同空洞モードで伝えられた電磁波を同空
洞共振器の他面から同軸モードとして信号を出力し、コ
ンバータに入力することにより、小型で損失の少ない高
性能のマイクロ波受信装置を提供することを目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の一実施
例を示す、マイクロ波受信装置の一部切欠き斜視図であ
り、同図に示すように、一端に電磁波を導入し得る開口
部１を設け、他端に終端面４を設けた円形導波管２にお
いて、前記終端面４の外壁に円筒形空洞共振器６を、同
空洞共振器６の管軸が前記円形導波管２の管軸の延長線
と合致する向きにして接合し、前記円形導波管２の内部
の終端面４のほぼ中央に垂直な回転軸を有する第１プロ
ーブ３を設け、同第１プローブ３を終端面４に設けた第
１開口５より外側に延長して前記空洞共振器６内に挿入
し、同空洞共振器６の内部で絶縁軸７に接いで同空洞共
振器６を貫通させ、同空洞共振器６の外部に設けた駆動
部８に連結して、前記第１プローブ３を前記円形導波管
２の管軸を中心として回転させて、導入された複数の電
磁波に対して受信する方を選択して前記第１プローブ３
に結合させて、同第１プローブ３の空洞共振器６の内部
に挿入された部分で電磁波を励振させて空洞共振器６を
所定の周波数で共振させ、同空洞共振器６の側面に設け
た第２開口１２より第２プローブ９を同空洞共振器６の
管軸と直交する向きにして挿入し、同第２プローブ９に
共振させた電磁波を結合させて、前記第２開口１２の端
面とプローブ９との間に同軸線路を形成し、同同軸線路
をコンバータ１１に内蔵させたプリント基板１０に形成
されたストリップ線路に接続し、同ストリップ線路によ
り信号処理回路に入力して信号処理するようにしてい
る。

【０００５】

【作用】本発明は上記した構成により、円形導波管２内
のプローブ３の部分に、円形導波管２に導入された複数
の電磁波に対し受信する方を選択して結合させ、同プロ
ーブ３と終端面４に設けた第１開口５で形成される同軸
線路を介して電磁波を同軸モードで円筒形状の空洞共振
器６に伝え、プローブ３の空洞共振器６に挿入した部分
で電磁波を励振することにより空洞共振器６を共振さ
せ、同空洞共振器６に挿入したプローブ９に共振させた
電磁波を結合させ、空洞共振器６に設けた第２開口１２
の端面とプローブ９間に同軸線路を形成し、同同軸線路
を介してコンバータ１１に信号入力するようにしてい
る。従って、円形導波管から取り出した同軸モードの電
磁波を空洞モードに変換して、同空洞モードから同軸モ
ードに変換してコンバータに信号入力するようにしてお
り、円筒形空洞共振器６を使用することにより、従来例
のものよりインピーダンス特性を良くして、装置の小型
化及び損失の低減を図ることができる。

【０００６】

【実施例】図１は、本発明の一実施例を示す、マイクロ
波受信装置の一部切欠き斜視図であり、図中、図５で示
したものと同一のものは同一の記号で示している。円形
導波管２の一端をホーン形状として電磁波を効率良く円
形導波管２に導入し得る開口部１とし、円形導波管２の
他端を導入された電磁波を反射させる終端面４としてい
る。６は円筒形空洞共振器であり、円筒形空洞の両端を
終端面１３及び１４で終端し、円形導波管２の終端面４
の外壁に終端面１３を合わせて接合し、空洞共振器６の
管軸が前記円形導波管２の管軸の延長線と合致する向き
にし、終端面１４の外側に駆動部８を配置している。

【０００７】駆動部８としては、ステッピングモーター
等を使用し、円形導波管２の内部の終端面４のほぼ中央
に垂直な回転軸を有するプローブ３を設け、同プローブ
３を終端面４に設けた開口５を通して外側に延長して空
洞共振器６の内部に挿入し、同空洞共振器６の内部で絶
縁軸７に接いで空洞共振器６を貫通させて駆動部８に連
結し、駆動部８を回転させることにより、プローブ３を
円形導波管２の管軸を中心として回転させることができ
るようにしている。プローブ３を回転させることによ
り、円形導波管２に導入された複数の電磁波に対して受
信する方を選択してプローブ３に結合させ、同プローブ
３の空洞共振器６の内部に挿入した部分で電磁波を励振
させて、空洞共振器６を所定の周波数で共振させるよう
にしている。空洞共振器６の側面に開口１２を設けて、
開口１２からプローブ９を空洞共振器６内に挿入し、プ
ローブ９と空洞共振器６の管軸とが直交する向きに配置
し、空洞モードで伝えられた電磁波をプローブ９で信号
として取り出すようにしている。なお、図１において
は、円形導波管２の終端面４と、空洞共振器６の終端面
１３とは、別々に設けた構造としているが、終端面４と
終端面１３とが重なる部分は、一方の面を削除して一つ
の面を共用させるような構造にしても良い。

【０００８】図２は、図１の正面図であり、プローブ３
の先端は直角に折り曲げて、電磁波と結合させることが
できるようにしている。例えば、通信衛星から送信され
てくる水平偏波の電界がＸ軸に平行な向きで、垂直偏波
の電界がＹ軸に平行な向きで円形導波管２に入射された
とする。水平偏波を受ける場合は、駆動部８を回転させ
てプローブ３の先端の折り曲げた部分をＸ軸方向に向
け、垂直偏波を受ける場合は、駆動部８を回転させてプ
ローブ３の先端の折り曲げた部分をＹ軸方向に向けるこ
とにより、水平偏波、あるいは垂直偏波をプローブ３に
結合させることができる。水平偏波、あるいは垂直偏波
とプローブ３との結合を効果的にするため、図１に示す
ように、プローブ３の先端の折り曲げ部分と終端面４間
の距離を、同プローブ３に結合させる電磁波の波長の約
１／４の長さとしている。

【０００９】図３（Ａ）は、図１に示す円筒形空洞共振
器６の一部切欠き斜視図であり、図３（Ｂ）は、同上の
円筒形空洞共振器６のa-a 線方向からの断面図である。
円筒形空洞共振器６は、円筒形の両端に終端面１３及び
１４を設け、終端面１３及び１４間の間隔を、同空洞共
振器６内で共振させる電磁波の半波長の整数倍の長さに
ほぼ等しくなるようにしており、終端面１３のほぼ中央
に開口１５を設けて、同開口１５から空洞共振器６の内
部にプローブ３を挿入できるようにしており、開口１５
の端面とプローブ３で構成された同軸線路により、電磁
波を空洞共振器６内に伝えるようにしている。空洞共振
器６の管軸方向に沿った長さのほぼ中央に位置する、側
面１６の下側部分に開口１２を設けて、開口１２からプ
ローブ９を空洞共振器６内に挿入し、プローブ９と空洞
共振器６の管軸とが直交する向きに配置し、空洞モード
で伝えられた電磁波をプローブ９で信号として取り出す
ようにしている。円筒形空洞共振器６は、空洞の構造及
び寸法で決まる固有の共振周波数Ｆｒを有しており、空
洞共振器６の内容積の円筒の半径をＲとし、円筒の管軸
方向の長さをＬとすれば、Ｆｒは次式で示すことができ
る。

【００１０】

【数１】 Ｒ、Ｌの各単位はｍｍとすると、Ｆｒの単位はＧＨｚと
なり、空洞共振器６の共振周波数Ｆｒは、受信対象とす
る各通信衛星の送信周波数に対して、ほぼ中間の値とな
るようにし、各通信衛星からの電磁波を伝送しやすくし
ている。空洞共振器６内に挿入したプローブ３の部分で
電磁波を励振させ、空洞共振器６内で固有の共振周波数
で電磁波を共振させて、同共振させた電磁波をプローブ
９に結合させ、プローブ９から出力として取り出すよう
にしている。

【００１１】空洞共振器６の開口１２の端面とプローブ
９との間に同軸線路を形成し、コンバータ１１の内部に
設けられたプリント基板１０上に形成されたストリップ
線路に前記同軸線路を接続して、同ストリップ線路によ
り信号処理回路へ入力して信号処理を行うようにしてい
る。従って、従来の出力用導波管を使用しフランジ接続
を介してコンバータに信号を入力していたものより、フ
ランジ接続部をなくしており、空洞共振器６を使用する
ことにより回路の選択度Ｑを高くすることができ、イン
ピーダンス特性を良くして、小型で損失を少なくするこ
とができる。空洞共振器６内に挿入するプローブ３及び
９の深さは、インピーダンス整合をとり電磁波の伝送損
失が最小となるように調整して決定する。また、空洞共
振器６にプローブ３及び９を挿入すると、空洞共振器６
の共振周波数Ｆｒは、数１より低下するため、共振周波
数Ｆｒは高めとなるように各寸法Ｒ、Ｌは設定する。

【００１２】図４（Ａ）は、円筒形空洞共振器の座標軸
の説明図であり、図４（Ｂ）は、円筒形空洞共振器の側
面（Ｙ−Ｚ面）からみた電界分布の説明図であり、図４
（Ｃ）は、同上の正面からみた電界分布の説明図であ
り、（Ｂ）及び（Ｃ）図において矢線は電界を示す。
（Ａ）図において、Θ：円周方向、Ｙ：半径方向、Ｚ：
管軸方向とし、空洞共振器６内でＴＭ011 モードの電磁
波を発生させる。共振される電磁波のモードを他のモー
ド、例えばＴＭ012 モードとしても良いが、空洞共振器
６を小型にするためには、ＴＭ011 モードとすることが
よい。ＴＭ011 モードは、（Ｃ）図に示すように、円周
方向では電磁界の強さは変化せず、（Ｂ）図に示すよう
に、半径方向では電磁界のピーク数（半波長の数）が１
となり、管軸方向では電磁界のピーク数（半波長の数）
が１となっている。従って、空洞共振器６の管軸方向に
沿った長さのほぼ中央に位置する、側面１６の部分に開
口１２を設けて、開口１２からプローブ９を空洞共振器
６内に挿入し、電磁界の強いピークの部分にプローブ９
を配置することにより、プローブ９にＴＭ011 モードの
電磁波を結合させることができる。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
円形導波管に導入された水平偏波及び垂直偏波に対し、
受信する方を選択してプローブに結合させ、同プローブ
により円形導波管から取り出した同軸モードの電磁波
を、円筒形状の空洞共振器を使用して、同空洞共振器の
一面から入力して空洞モードに変換し、同空洞モードで
伝えられた電磁波を同空洞共振器の他面から同軸モード
として信号を出力し、コンバータに入力するようにして
おり、出力導波管を用いて導波管モードで出力するよう
にしていた従来のものより、インピーダンスの不整合で
生じていた損失を少なくすることができ、また、導波管
接続用フランジが不要となり、小型で損失を少なくし
た、高性能のマイクロ波受信装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す、マイクロ波受信装置
の一部切欠き斜視図である。

【図２】図１の正面図である。

【図３】（Ａ）は、図１に示す円筒形空洞共振器の一部
切欠き斜視図であり、（Ｂ）は、同上の円筒形空洞共振
器のa-a 線方向からの断面図である。

【図４】（Ａ）は、円筒形空洞共振器の座標軸の説明図
であり、（Ｂ）は、円筒形空洞共振器の側面（Ｙ−Ｚ
面）からみた電界分布の説明図であり、（Ｃ）は、同上
の正面からみた電界分布の説明図である。

【図５】従来例を示す、水平偏波及び垂直偏波共用一次
放射器の一部切欠き斜視図である。

【符号の説明】

１ 開口部 ２ 円形導波管 ３ プローブ ４ 終端面 ５ 開口 ６ 円筒形空洞共振器 ７ 絶縁軸 ８ 駆動部 ９ プローブ １０ プリント基板 １１ コンバータ １２ 開口 １３ 終端面 １４ 終端面 １５ 開口 １６ 側面 ２０ プローブ ２１ 方形導波管 ２２ 絶縁軸 ２３ フランジ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端に電磁波を導入し得る開口部を設
   け、他端に終端面を設けた円形導波管において、前記終
   端面の外壁に円筒形空洞共振器を、同空洞共振器の管軸
   が前記円形導波管の管軸の延長線と合致する向きにして
   接合し、前記円形導波管の内部の終端面のほぼ中央に垂
   直な回転軸を有する第１プローブを設け、同第１プロー
   ブを終端面に設けた第１開口より外側に延長して前記空
   洞共振器内に挿入し、同空洞共振器の内部で絶縁軸に接
   いで同空洞共振器を貫通させ、同空洞共振器の外部に設
   けた駆動部に連結して、前記第１プローブを前記円形導
   波管の管軸を中心として回転させて、導入された複数の
   電磁波に対して受信する方を選択して前記第１プローブ
   に結合させて、同第１プローブの空洞共振器の内部に挿
   入された部分で電磁波を励振させて空洞共振器を所定の
   周波数で共振させ、同空洞共振器の側面に設けた第２開
   口より第２プローブを同空洞共振器の管軸と直交する向
   きにして挿入し、同第２プローブに共振させた電磁波を
   結合させて、同第２プローブを介して信号を取り出すこ
   とを特徴とするマイクロ波受信装置。
2. 【請求項２】 前記第２開口の端面と前記第２プローブ
   との間に同軸線路を形成し、同同軸線路により信号を取
   り出してストリップ線路に入力し、同ストリップ線路で
   信号処理回路に入力して信号処理することを特徴とする
   請求項１記載のマイクロ波受信装置。
3. 【請求項３】 前記円筒形空洞共振器が、円筒形の両端
   に終端面を設け、両終端面間の間隔を、同空洞共振器内
   で共振させる電磁波の半波長の整数倍の長さにほぼ等し
   くしたものからなることを特徴とする請求項１記載のマ
   イクロ波受信装置。