JPH0774537A

JPH0774537A - 偏波共用給電装置

Info

Publication number: JPH0774537A
Application number: JP30631393A
Authority: JP
Inventors: Yuji Numano; 雄司沼野; Masanori Suzuki; 正則鈴木; Yasuhiro Okazaki; 康弘岡崎; Hisashi Yoshimoto; 尚志吉本; Tetsuya Takahashi; 哲哉高橋
Original assignee: SAKURAI HITOO; Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: SAKURAI HITOO; Toppan Inc
Priority date: 1993-07-07
Filing date: 1993-12-07
Publication date: 1995-03-17
Anticipated expiration: 2015-03-27
Also published as: JP3026711B2

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で電気的特性の優れた偏波共用給電装置を
提供する。【構成】スロット板１と、フレーム３と、中板５とで上
下層ラジアル導波路４、６が形成され、この導波路に給
電する給電装置において、中心導体９、第１の誘電体３
２、第１の外部導体１３からなる内側同軸線路と、その
外側に第２の誘電体２２及び第２の外部導体１９が配置
された外側同軸線路とで２重同軸線路を構成し、各々の
ラジアル導波路４、６へ給電する給電手段と、両面ステ
ップＱ変成器２０によって左右側導波管系１１、１２と
に分割され、一方の導波管の上壁面に前記外側同軸線路
が通設される孔１２１が設けら、さらに、前記内側同軸
線路が通設される小孔２１１が設けられてなる給電用導
波管１０とを具備する。よって、導波管１０の両端から
直交する信号を供給し、第１及び第２の給電手段に独立
して供電することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、衛星放送、衛星通信
などの準ミリ波帯に用いられるラジアル導波路を利用し
た右旋／左旋の両円偏波を共用するラジアルラインスロ
ットアンテナの給電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からラジアル導波路を利用した右旋
／左旋の両円偏波を共用するラジアルラインスロットア
ンテナ（以下、アンテナ）は、例えば、特開平４−４８
８０６号公報に記載されている。図８、図９は従来例を
示すもので、図８は第１の実施例である垂直可動の単一
同軸線路の切り換えによる実施例であり、（ａ）は右旋
円偏波を放射する場合、（ｂ）は左旋円偏波を放射する
場合である。また、図９は第２の実施例である二重同軸
線路による実施例である。

【０００３】まず、図８に示す第１の実施例について説
明すると、多数のスロットを有する導体からなるスロッ
ト板１と、このスロット板１に対向する導体からなるフ
レーム３と、前記スロット板１とフレーム３との間に配
設された仕切板となる中板５とで上層ラジアル導波路４
及び下層ラジアル導波路６が形成されてている。

【０００４】そして、給電手段は、前記中板５に孔が設
けられて同軸線路１９が接続され、その下方に下層ラジ
アル導波路６を給電するための下層ラジアル導波路給電
用方形導波管１２と上層ラジアル導波路４を給電するた
めの上層ラジアル導波路給電用方形導波管１１とが積層
された給電用導波管２０が設けられてなる。さらに、前
記同軸線路１９は上下方向へ移動可能に取付けられてい
る。

【０００５】このアンテナの作用について説明すると、
同軸線路１９が上下方向へ移動可能であるため上方向に
移動させて、図８（ａ）に示すようにアンテナ給電系の
上側に結合している場合は、上層ラジアル導波路給電用
方形導波管１１から供給された電力は、同軸線路１９を
介して上層ラジアル導波路４を中心から周辺に向かって
放散しながら前面のスロット板１を励振する（外向き給
電）。例えば、スロット板１に図１０に示すような中心
から左回りのアルキメデスの螺旋１ａ上にハの字状のス
ロット１ｂが多数形成されているスロットアレーの場
合、右旋円偏波となって放射される。このとき、下層ラ
ジアル導波路給電用方形導波管１２は遮断されている。

【０００６】一方、同軸線路１９を下方向へ移動させ
て、図８（ｂ）に示すようにアンテナ給電系の下側に結
合している場合は、下層ラジアル導波路給電用方形導波
管１２から供給された電力は、同軸線路１９を介して下
層ラジアル導波路４を中心から周辺に向かって進行した
のち、中板５の周辺部とフレーム３との隙間である終端
部を通って折り返され、上層ラジアル導波路４を周辺か
ら中心に向かって収束しながら前面のスロット板１を励
振する（内向き給電）。このときは、上述したスロット
アレーから左旋円偏波となって放射される。当然、上層
ラジアル導波路給電用方形導波管１１は遮断されてい
る。

【０００７】このように、第１の実施例では、同軸線路
１９が上下方向へ移動可能であるため、上下の何れか一
方向に移動させて固定することによって、右旋、左旋円
偏波のうち希望する偏波面の電波を常に選別送信できる
が、両偏波を独立して同時に送信することができない。

【０００８】次に、図９に示す第２の実施例について説
明する。この実施例ではアンテナ側は第１の実施例と同
様の構成とし、給電手段に二重同軸線路を用いたものが
開示されている。これは、上層ラジアル導波路４及び下
層ラジアル導波路６を独立して同時に給電可能にしたも
のである。すなわち、アンテナ側は前述の実施例と同様
に構成してなり、伝送波（励振波）によって上層ラジア
ル導波路４を中心から周辺に向かって放散しながら前面
のスロット板１が励振される（外向き給電）と、スロッ
トアレーから右旋円偏波となって放射され、反対に伝送
波によって上層ラジアル導波路４を周辺から中心に向か
って収束しながら前面のスロット板１が励振される（内
向き給電）と、スロットアレーから左旋円偏波となって
放射されることを利用している。

【０００９】この第２の実施例での給電系は、中心導体
（第１の中心導体）９、第１の誘電体３２、第１の外部
導体１３からなる同軸線路（内側同軸線路）の先端部３
４を中板５から突出させて上層ラジアル導波路４へ給電
する第１の給電部とし、一方、前記第１の外部導体１３
を共通に用いこれを中心導体（第２の中心導体）として
この外側に第２の誘電体２２及び第２の外部導体１９を
同軸的に配置した同軸線路（外側同軸線路）を略フレー
ム３までの長さとして下層ラジアル導波路６へ給電する
第２の給電部として、前記第１の給電部と第２の給電部
から二重同軸線路を構成する給電手段２３を有し、さら
に、この給電手段２３の下方に、トランスデューサ２０
１が設けられた構造である。このトランスデューサ２０
１は、前記外側同軸線路を介して下層ラジアル導波路６
へ給電する下層ラジアル導波路給電用方形導波管２０２
に接続され、底部に円筒形の電波吸収体２５を有する。
そして、内側同軸線路は、前記トランスデューサ２０１
の底部より下方に突出している。

【００１０】この公報に記載された第２の実施例には、
前記トランスデューサ２０１の底部より下方に突出され
た内側同軸線路への給電用導波管は明記されていない
が、図９に示すように、トランスデューサ１０１を設け
ればよいことは推察されるであろう。このトランスデュ
ーサ１０１は、上層ラジアル導波路６へ給電する上層ラ
ジアル導波路給電用方形導波管１０２に接続され、底部
に円筒形の電波吸収体２６を有する。

【００１１】この図９に示すアンテナの作用について説
明すると、下層ラジアル導波路給電用方形導波管２０２
から供給された電力は、トランスデューサ２０１から外
側同軸線路を介して下層ラジアル導波路へ供給され、下
層ラジアル導波路６を中心から周辺へ進行して終端部で
折り返され、上層ラジアル導波路を周辺から中心へ進行
し収束しながら前面のスロット板１を励振し（内向き給
電）、図１０に示すスロットアレーから左旋円偏波とな
って放射される。一方、上層ラジアル導波路給電用方形
導波管１０２から供給された電力は、トランスデューサ
１０１から内側同軸線路を介して上層ラジアル導波路へ
供給され、上層ラジアル導波路を中心から周辺へ進行し
放散しながら前面のスロット板１を励振し（外向き給
電）、同一のスロットアレーから右旋円偏波となって放
射される。

【００１２】この第２の実施例では、第１の実施例と同
様に常時、右旋、左旋円偏波の電波をそれぞれ選択して
単独で送信可能であり、さらに、切替えスイッチを組み
込むことにより右旋、左旋の両円偏波を切替えていずれ
か希望する偏波面の電波をも同時に選別送信可能とする
ことができる。これは、下層ラジアル導波路給電用方形
導波管２０２及び上層ラジアル導波路給電用方形導波管
１０２が互いに独立して給電可能なためであり、ラジア
ル導波路の基本的な二波共存作用に由来する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
実施例では、上述するように選別した右旋あるいは左旋
円偏波の何れか一つの電波しか送信できない。しかも、
給電用の同軸線路を上下方向に移動させて偏波面を切り
換えているが、この給電手段は、方形導波管のＴＥ
₁₀波、同軸線路のＴＥＭ波、平行二平板のラジアル導波
路の軸対称形に放散又は収束する進行波となるように、
各部の伝送路に応じて高次姿態波の発生を抑制しつつ姿
態変換するため、機械的精度の要求も高い重要部品であ
る。このため、固定形式でも整合が困難であるのに、姿
態変換の心臓部をなすこの部分を可変構造としてさらに
高性能を発揮させることは至難の業である。

【００１４】しかも、可動とすることで接触抵抗、伝送
波の漏洩量の増加、高次姿態波の発生等にともなう伝送
損失が劣化し、電気的性能が低下することは容易に推定
される。

【００１５】さらに、第１の実施例の今一つの問題点
は、アンテナ全体の厚さをできるだけ薄くするため、上
層及び下層ラジアル導波路の高さを４ｍｍ程度に薄くし
ている。従って、アンテナ側は同軸線路を上下方向に４
ｍｍ移動して偏波面を切替えることになる。これに対応
して給電するＫｕバンドの方形導波管の標準の高さ（短
辺）は９．５２５ｍｍである。これを４ｍｍの薄型に圧
縮して上下に２本積層してアンテナ側の可動範囲と一致
させなければならない。標準の導波管と高さを圧縮した
薄型導波管との接続はテーパー導波管かステップＱ変成
器によるが、何れにしても余分な部品を使わなければな
らず構造を小型化することは困難である。

【００１６】一方、第２の実施例では、右旋、左旋の両
円偏波を同時に選別送信可能とすることができるが、こ
の実施例の二重同軸線路の中心導体の構造をみれば、ト
ランスデューサとの結合部で方形導波管側のＴＥ₁₀波の
電界はこの位置で最大となる。この場合、中心導体の先
端に電波吸収体を装荷して不要電力を吸収する旨記載さ
れているが、不要電力だけではなく必要電力も吸収して
しまい、ラジアル導波路に給電しなくなり円偏波の放射
もみられなくなってしまう。

【００１７】しかも、第１及び第２の何れの実施例の場
合も、機械的構成によって両偏波面への給電用方形導波
管が二段重ねとなるので、給電部が大型となってしま
う。さらに、アンテナ全体の構造のバランスを考慮する
と、この給電部と同じ位置に装着されるアンテナの方向
調整、取付け固定機構であるブラケットも大型化してし
まい、経済性が損なわれてしまう。そこで、本発明は大
型化することなく反射損失の少ない電気的特性の優れた
偏波共用給電装置を提供するものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、多数のスロッ
トを有する導体からなるスロット板と、このスロット板
に対向する導体からなるフレームと、前記スロット板と
フレームとの間に配設された仕切板となる中板とで上層
ラジアル導波路及び下層ラジアル導波路が形成され、こ
れらラジアル導波路に給電する給電装置であって、中心
導体、第１の誘電体、第１の外部導体からなる同軸線路
の中心導体の先端を前記中板から突出させて上層ラジア
ル導波路へ給電する第１の給電部と、前記同軸線路の外
部導体を中心導体として用い、この外側に第２の誘電体
及び第２の外部導体が同軸的に形成され外側の同軸線路
となる下層ラジアル導波路へ給電する第２の給電部とか
らなる二重同軸線路による給電手段と、表裏両面にステ
ップＱ変成器が形成された分割板となる両面ステップＱ
変成器によって左側導波管系と右側導波管系とに分割さ
れて、前記二重同軸線路の各線路に給電するための二つ
の方形導波管を共軸として高さを抑え、一方の導波管の
横幅方向の上壁面には前記第２の給電部が通設される孔
が設けられ、さらに、前記両面ステップＱ変成器には前
記孔の中心に対応する位置に前記第１の給電部が通設さ
れる小孔が設けられてなる給電用導波管とを具備するこ
とを特徴とする。

【００１９】

【作用】中心導体、第１の誘電体、第１の外部導体から
なる同軸線路の中心導体の先端を前記中板から突出させ
て上層ラジアル導波路へ給電する第１の給電部と、前記
同軸線路の外側に第２の誘電体及び第２の外部導体が同
軸的に形成され、前記第１の外部導体を第２の中心導体
として外側の同軸線路となる下層ラジアル導波路へ給電
する第２の給電部とからなる二重同軸線路による給電手
段と、両面ステップＱ変成器によって左側導波管系と右
側導波管系とに分割され、一方の導波管の壁面には前記
第２の給電部が通設される孔が設けられ、さらに、前記
両面ステップＱ変成器には前記孔の略中心に対応する位
置に前記第１の給電部が通設される小孔が設けられてな
る給電用導波管を具備するので、一つの導波管の両端よ
り直交する信号を同時に供給して第１及び第２の給電手
段により、各々のラジアル導波路に滑らかに給電するこ
とができる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。図１は、本発明の一実施例を示す断面図である。こ
の図において、図８及び図９に示す従来例と同一の部分
には、同一の番号を付しその説明を省略する。図１にお
いて、前述した従来例と異なる点は、内側の同軸線路の
中心導体（第１の中心導体）９の一方の先端が上側ラジ
アル導波路４から突出されて導体からなる第１の整合体
４１が設けられ、さらに、他方の先端にも導体からなる
第３の整合体４２が設けられた、単純な構造の上下トッ
プローディングによって構成されて上側ラジアル導波路
４と後述する左側導波管系１１と整合されている点と、
給電手段である二重同軸線路への給電部が給電用導波管
１０から構成されている点である。

【００２１】給電用導波管１０について説明すると、一
つの方形導波管（以下、導波管と記すこともある）から
なり、両面ステップＱ変成器２０によって左側導波管系
１１と右側導波管系１２とに分割されている。この両面
ステップＱ変成器２０は、後述する設計手法に基づい
て、左側導波管終端面２１１および右側導波管終端面２
１２がいずれも階段状に形成されている。そして、導波
管１０の横幅方向の上壁面には孔１２１が設けられて第
２の給電手段（外側同軸線路）が通設され、さらに両面
ステップＱ変成器２０の前記孔１２１に対応する所定位
置にも小孔２０１が設けられて第２の給電手段の中心導
体（第２の中心導体）となる第１の給電手段（内側同軸
線路）が通設されている。

【００２２】そして、外側同軸線路の外部導体（第２の
外部導体）１９及び誘電体（第２の誘電体）２２は、給
電用導波管１０の内部上面までの長さを有し、内側同軸
線路の外部導体（第１の外部導体）１３は両面ステップ
Ｑ変成器２０の左側導波管系１１の側面まで、内側同軸
線路の誘電体（第１の誘電体）３２は給電用導波管系１
０の横幅方向の内側下面までの長さを有している。ま
た、第３の整合体４２は前記給電用導波管１０の内側下
面から所定の間隔を隔てて位置している。また、内側同
軸線路の外部導体（第１の外部導体）１３即ち第２の中
心導体の先端は前記小孔２０１に嵌合密着されて一体化
されている。

【００２３】次に、階段状の両面ステップＱ変成器によ
って整合させている給電用導波管１０の設計手法につい
て説明する。図２〜図６は、設計手法を説明するための
図である。図２は、方形導波管系１１から上層ラジアル
導波路４を給電する二段ステップＱ変成器を示す図で、
図１の説明のための分離図、図３は、方形導波管系１２
から下層ラジアル導波路６を給電する三段ステップＱ変
成器を示す図で、図１の説明のための分離図、図４は、
四段ステップＱ変成器を示す参考図、図５は、整合法に
よる反射損失の変動幅を示す図、図６は、ステップＱ変
成器の相隣合うステップの段差を求める表である。

【００２４】一般に、ラジアルラインスロットアンテナ
の給電部として使用されている同軸・導波管変換器につ
いて、同軸線路の外部導体の開口面は小さい方が励振電
圧分布の周波数偏差が少なく、スロットアレーを励振す
るラジアル導波路内の進行波の点対称性も乱れず、広帯
域化され有利であることは知られている。そこで、本発
明の給電用導波管も、方形導波管と同軸線路との変換器
即ち同軸・導波管変換器であることに注目する。

【００２５】二重同軸線路の開口面を小さくしてインピ
ーダンスを可能な限り小さくした値としたことから、こ
れに給電する導波管の特性インピーダンスもこれに対応
して小さくする必要があり、それには、方形導波管の短
辺即ち高さを十分低くすることが必要になる。この超薄
型導波管と標準導波管のインピーダンス整合は、テーパ
ー導波管（図示略）とすることが簡単であるが、反射損
失を小さくするには２波長程度の軸長が必要であり管軸
が長大となるため大型化は避けがたい。そこで、管軸が
短く、小型化に有利で、整合を効果的に可能とする階段
状の変換部即ちステップＱ変成器を採用し、縦続接続と
する。

【００２６】まず、同軸・導波管変換器の導波管の短径
（高さ）が異なる場合の整合方法の一つであるステップ
Ｑ変成器について、図２に示す広帯域整合が容易な給電
点開放形式で、ステップ変換のなかで最も簡単な二段ス
テップ変換を用いて説明する。この図において、２１０
は中心導体２１１、誘電体２１２、外部導体２１３から
なる同軸線路、２２０は方形導波管、２３０は導体から
なる二段のステップ部である。

【００２７】ステップ部２３０の導波管の管軸方向の長
さは、その前面２３１と背面２３２の不連続により生ず
る反射を打ち消すために、使用周波数帯域の中心周波数
をＦ ₀、空間波長をλ₀、管内波長をλg₀とすると、λ
g₀／４となる。ステップ部２３０の各段の高さは、図２
に示すように標準導波管の高さをｂ₀、ステップ最上段
の薄型導波管の高さをｂ₁、求めるステップの高さをｂ
₂とすると、ｂ₂＝√（ｂ₀・ｂ₁） … （１）となる。

【００２８】ここで、一つの導波管を用いて、内側及び
外側同軸線路の両方に給電可能な構造とするため、図２
に示す構造の導波管給電部の上下を反転し向かい合わせ
て共軸とする。そこで、向かい合わたせときに二つのス
テップ部が機械的に干渉しないように決めることが必要
となる。二段ステップ変換の場合は（比帯域が狭いとい
う欠点もあるが）一般に整合が容易であり、諸元を決め
るのに比較的制限が少なく、給電点を開放形式とするこ
とができる外向き給電となる内側同軸線路に給電するた
めの導波管（図１に示す実施例では左側導波管系１１）
に採用する。

【００２９】一方、他方の導波管（右側導波管）は、イ
ンピーダンスを可能な限り下げた二重同軸線路の外側同
軸線路とのインピーダンスを合わせるため、結合部分の
高さｂ₁を極端に低くしなけらばならない。従って、こ
の右側導波管の整合に二段ステップＱ変成器ではその段
差が急激で反射が大きく整合が困難となり、かつ、給電
点には短絡形式しか採用できないので、三段ステップＱ
変成器以上として段差を緩め反射を低減することが好ま
しいと言える。このようにすることで、右側導波管の同
軸線路との結合部の高さを極力小さくすることができ、
その下にもぐり込ませる左側導波管の結合部の高さには
余裕ができることになる。

【００３０】また、管軸方向のステップの長さについて
は、前述のごとくλg₀／４と一点で整合（二段ステップ
Ｑ変成器）の場合させる時、ステップの段差が大きいの
で、周波数特性は図５の破線５１に示すように、変動幅
Ｒｗ₁が大となる。そこで、同図の点線５２のように帯
域内の２点Ｆ₁、Ｆ₂で整合させ、変動幅をＲｗ₂のよ
うに改善させるには、各ステップの管軸方向の長さをλ
g₁／４、λg₂／４（λg₁は周波数Ｆ₁での管内波長、λ
g₂は周波数Ｆ₂での管内波長）とすればよい。この手法
を適用すると、図３に示すように三段ステップＱ変成器
となる。

【００３１】図３は、三段ステップＱ変成器を示す図で
あり、この図において、３３０は導体からなる３段のス
テップ部であり、３４０は中心導体３４１、誘電体３４
２、外部導体３４３からなる。この図では、同軸線路３
４０は、通常の構成で示しているが、前記中心導体３４
１を図２に示すような同軸線路２１０として構成し、同
軸線路３４０の中心導体３４１を同軸線路２１０の外部
導体として共通に構成すれば、二重同軸線路となる。

【００３２】同様に、図５に示す実線５３のように帯域
内の３点Ｆ₃、Ｆ₀、Ｆ₄で整合させ、変動幅をＲｗ₃
のように改善させるには、各ステップの管軸方向の長さ
をλg₃／４、λg₀／４、λg₄／４（λg₃は周波数Ｆ₃で
の管内波長、λg₀は周波数Ｆ ₀での管内波長、λg₄は周
波数Ｆ₄での管内波長）とすればよく、この手法を適用
すると、図４に示すように四段ステップＱ変成器とな
る。この図において、４３０は導体からなる四段のステ
ップ部である。

【００３３】ステップＱ変成器の段数が増加すると、性
能はより向上するように思われるが、管軸方向の配列が
複雑となるばかりか、方形導波管の管軸長が大となり、
高性能で構造が小型、簡単で量産に適合し、経済性が強
く要求される民生機器製品の主旨に反することになる。
ここで、衛星放送、放送衛星に割当てられたＫｕバンド
〔１０．９５〜１２．７５ＧＨｚ〕の比帯域（使用周波
数帯域幅と中心周波数の比）１５．１９％は超広帯域に
属するが、これをステップＱ変成器で整合するには、６
段ステップまでで十分カバーできる。各ステップの管軸
方向の長さは、λgr／４が基準となるが、何点で整合さ
せれば最適であるかは自ら決まってくる。

【００３４】一方、ステップＱ変成器の各ステップの高
さは二項係数

【００３５】

【数３】

【００３６】で支配される係数によって定めれば整合は
容易となる（６段はｒ＝６である）。

【００３７】しかし、このままでは、初段又は最終段と
各々その次段又はその前段との段差が大きすぎるので、

【００３８】

【数４】

【００３９】と補正した変形二項係数で支配される係数
によってステップ段差を定めれば、初段又は最終段と各
々その次段又はその前段との段差が緩和され、各ステッ
プの前端部での反射が一様となり、整合がより容易とな
る。

【００４０】３段以上６段までのステップの高さは、図
６に示すように、割振値の各々に最終段又はその前段の
高さを加えることにより求められる。多段ステップの軸
方向のλgr／４の配列は、昇べきの順とか、降べきの順
とするよりも高域、低域、中高域、中低域のように長短
を適当に安分配列した組み合わせの方が整合効果は大き
い。

【００４１】例えば、三段ステップＱ変成器の各段差は
図３において、Ｂ₂＝（ｂ₀−ｂ₁）／４、Ｂ₃＝２（ｂ₀−ｂ₁）／４、Ｂ₄＝（ｂ₀−ｂ₁）／４ … （４）従って、各ステップの高さは、次式で表される。ｂ₁＝ｂ₁、ｂ₂＝ｂ₁＋Ｂ₂、ｂ₃＝ｂ₁＋Ｂ₂＋Ｂ₃，ｂ₀＝ｂ₁＋Ｂ₂＋Ｂ₃＋Ｂ₄ … （５）

【００４２】同様に、四段ステップＱ変成器の各段差は
図４において、Ｂ₂＝（ｂ₀−ｂ₁）／８、Ｂ₃＝３（ｂ₀−ｂ₁）／８、Ｂ₄＝３（ｂ₀−ｂ₁）／８、Ｂ₅＝（ｂ₀−ｂ₁）／８ … （６）従って、各ステップの高さは、次式で表される。ｂ₁＝ｂ₁、ｂ₂＝ｂ₁＋Ｂ₂、ｂ₃＝ｂ₁＋Ｂ₂＋Ｂ₃、ｂ₄＝ｂ₁＋Ｂ₂＋Ｂ₃＋Ｂ₄、ｂ₀＝ｂ₁＋Ｂ₂＋Ｂ₃＋Ｂ₄＋Ｂ₅ … （５）

【００４３】ここで、（２）、（３）式は、あくまでも
設計基準を示すものであって、整合をより効果的とする
には、実験により各量は僅かづつ補正することが有効で
ある。また、二段ステップＱ変成器と同様に、多段ステ
ップＱ変成器による整合で同軸・導波管変換器とする場
合、導波管の終端位置ｄ₀および中心導体の位置ｄ₁は
λg ／４を基準として実験により最適値を求めなければ
ならない。

【００４４】以上のような設計手法に基づいて、図１に
示すように、平面アンテナの給電装置としては可能なか
ぎりコンパクトにするため、給電用導波管を共軸の方形
導波管で構成し、二段ステップＱ変成器と三段ステップ
Ｑ変成器を組み合わせた両面ステップＱ変成器２０とし
ているのである。すなわち、この両面ステップＱ変成器
２０は、左側導波管系１１のステップＱ変成器を図２に
示すような二段ステップＱ変成器として、その天地を逆
転し、右側導波管系１２のステップＱ変成器である図３
に示すような三段ステップ変換の下に押し込んだ構造と
なっている。

【００４５】また、右側導波管系１１の給電点の高さｂ
₁が極端に小さいので、左側導波管系１２の給電点の高
さｂ₁は、互いが干渉しない間隔をとっても十分大きく
とれ、各ステップの端部の反射量も小さくなる。また、
給電点に広帯域整合が可能な開放形式が採用でき、その
上配列も二段であるので簡単となり右側導波管１１系と
同じ周波数帯域であっても二段ステップＱ変成器で十分
整合が可能となる。

【００４６】また、第１の整合体４１、中心導体（第１
の中心導体）９および第３の整合体４２は、一体として
形成し、第１の誘電体３２に第３の整合体４２側から差
し込むようにして取り付ければよい。このとき、差し込
みが行い易いように、第３の整合体４２は少し先細りに
テーパーを付けた略円柱形とすることが望ましい。この
ようにすれば、機械的にも脱落防止に寄与することがで
きる。

【００４７】さらに、給電点が短絡形式であって下層ラ
ジアル導波路６との整合に寄与する第２の整合体２１の
諸元について、底面の直径は相対する外側同軸線路の外
部導体（第２の外部導体）１９の内径に等しく、高さは
下層ラジアル導波路６の高さに等しいものを基準として
これを補正して最適値に設定する。

【００４８】以上のように構成された給電装置が取付け
られたアンテナの作用について説明すると、左側導波管
系１１から供給された電力は、二段ステップＱ変成器２
１１を介して、小孔２０１から突出する内側の同軸線路
の第３の整合体４２によって反射波等で減衰することな
く滑らかに供給され、第１の整合体４１を介して上層ラ
ジアル導波路４へ供給され中心から周辺へ放射状に進行
しながら前面のスロット板１に形成されたスロットアレ
ーから順次放射される。

【００４９】また、右側導波管系１２から供給された電
力についても、三段ステップＱ変成器２１２を介して、
孔１２１から突出する外側の同軸線路により、同軸線路
側及び導波管側の給電点のインピーダンスを十分小さく
し、反射波等で減衰することなく滑らかに供給され、第
２の整合体２１を介して下層ラジアル導波路６へ供給さ
れ中心から周辺へ放射状に進行し終端部で折り返され、
周辺から中心へ向かって収束しながら進行し前面のスロ
ット板１に形成されたスロットアレーから順次放射され
る。

【００５０】そして、図１０に示すスロットアレーの場
合は、左側導波管系１１から上層ラジアル導波路４に給
電され放射される外向き給電の電波は右旋円偏波とな
り、右側導波管系１２から下層ラジアル導波路６に給電
され放射される内向き給電の電波は左旋円偏波となって
放射される。そして、左側導波管系１１及び右側導波管
系１２は互いに独立して給電しているため、右旋／左旋
の両円偏波を共用することが可能となる。すなわち左側
導波管系１１は第１の給電手段への給電部となり、右側
導波管系１２は第２の給電手段への給電部として機能す
る。

【００５１】ここで、スロットアレーの配置について述
べると、一般に、ラジアルラインスロットアンテナにお
ける外向き給電と内向き給電では、単一偏波アンテナの
場合、スロットアレーの配置条件は異なる。例えば、ス
ロット長をＬ、ハの字状のスロットが配置される螺旋の
半径方向のピッチをＳρ、周方向間隔をＳφ、空間波長
をλ₀、管内波長をλg とすると、スロットアレーの最
適設計条件は、外向き給電：Ｌ＝０．５λ₀、Ｓρ＝λg 、Ｓφ＝０．５λ₀（いずれも一定）外向き給電：Ｌ＝０．３５〜０．５λ₀、Ｓρ＝０．９８〜０．９λg 、Ｓφ＝０．３〜０．４５λ₀（いずれも変動）である。

【００５２】ところが、本発明による偏波共用給電装置
を用いた偏波共用のアンテナでは最適設計条件が異なる
スロットアレーを同一スロット板内に配置するため、個
々の単一偏波アンテナを最適設計条件で設計した各々の
アンテナより理論上、開口効率が下がってしまうが、可
能な限り効率よく放射するには、中心部のスロットアレ
ーは外向き給電の最適設計条件に、周辺部は内向き給電
最適設計条件に重点を置き、両偏波面の放射量が等量と
なるように、外向き給電から内向き給電に転移する分岐
点を設定した合成スロットアレーとすればよい。

【００５３】また、偏波共用アンテナを製作する工程と
して、アンテナの電気的構成要素を大別して考えると、
アンテナ本体、給電装置、コンバータ（ＬＮＢ）の３部
分となる。そこで、アンテナ本体について、先ず合成ス
ロットアレーを配置した偏波共用スロット板を使用した
単一偏波の外向き給電および内向き給電のアンテナにつ
いて個々に測定する。外向きおよび内向き給電の放射波
が等量なるようにスロットアレーの配分を補正して満足
するアンテナを仕上げる。レドーム、スペーサ、スロッ
ト板、遅波材は両者全く共通となる。

【００５４】単一偏波の外向きおよび内向き給電のアン
テナを完成し満足する諸特性が得られたならば、単一偏
波の内向き給電の給電装置を偏波共用の給電装置に変更
して、反射損失の整合をとれば、偏波共用アンテナは完
成する。外向き及び内向き給電での利得、指向性等は先
に測定した単一偏波の外向き及び内向き給電での特性と
全く同等となる。

【００５５】また、本実施例とは逆に右側導波管から給
電した電力を第１の給電手段に供給し、左側導波管から
給電した電力を第２の給電手段に供給するようステップ
Ｑ変成器を設置してもよい。

【００５６】さらに、本実施例では、スロット板にアル
キメデスの螺旋上にハの字状のスロットが多数配設され
たスロットアレーの場合について説明したが、これに限
定されるものではなく、例えば、同心円上に配設された
スロットアレー（直線偏波アレーアンテナ等）としても
よい。また、スロットアレーによっては、外向き給電の
場合と内向き給電の場合とで水平／垂直の両直線偏波を
共用するアンテナとすることも可能である。

【００５７】〔実施例〕上記に基づいて設計したアンテ
ナの内向き給電となる右側導波管系１２の反射損失（Re
turn Loss)特性の実測値を図７に示す。同図において、
破線６１は給電点短絡形式の二段ステップ変換の場合、
実線６２は同様に給電点短絡形式の三段ステップ変換の
場合である。この図からも分かるように、二段ステップ
変換では、使用周波数全帯域の反射損失を−２０〔ｄ
Ｂ〕とすることはできないが、三段ステップ変換では、
ほぼ−２０〔ｄＢ〕とすることができる。

【００５８】また、外向き給電となる左側導波管１１側
の反射損失（Return Loss ）特性の実測値も図７に破線
６３で示す。これは、広帯域整合が容易な給電点開放形
式の二段ステップ変換の場合である。この値は綺麗なサ
イン（Sine）曲線になっている。これは室内測定でアン
テナの前方の壁や天井からの反射波の影響である。アン
テナの放射軸を少し変えれば、反射波は除去でき滑らか
な曲線となるはずである。

【００５９】また、量産を考慮したとき、同じ性能規格
を満足するならば、各使用部品はなるべく小型、シンプ
ルなものが望ましく、上述する四段ステップ変換の性能
は、三段ステップ変換のそれより優れていると推定され
るが、三段ステップ変換でも十分満足する結果が得ら
れ、経済性を優先すると三段ステップ変換が好ましい。

【００６０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、中心
導体、第１の誘電体、第１の外部導体からなる同軸線路
の中心導体の先端を中板から突出させて上層ラジアル導
波路へ給電する第１の給電部と、前記第１の外部導体を
中心導体とし、この外側に第２の誘電体及び第２の外部
導体が同軸的に形成されて下層ラジアル導波路へ給電す
る第２の給電部からなる給電手段と、両面ステップＱ変
成器によって左側導波管系と右側導波管系とに分割さ
れ、一方の導波管の横幅方向の上壁面には前記第２の給
電部が通設される孔が設けられ、さらに、前記両面ステ
ップＱ変成器には前記孔の中心に対応する位置に前記第
１の給電部が通設される小孔が設けられてなる給電用導
波管を具備するので、一つの導波管で各々の両端から独
立して第１及び第２の給電手段に滑らかに給電すること
ができる。よって、構造が単純であり小型化、軽量化す
ることが可能となる。しかも、両面ステップＱ変成器に
よって各分岐端子の広帯域整合が可能となり、電気的特
性の極めて優れた給電装置を得ることができる。

【００６１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例を示す断面図である。

【図２】同実施例の設計手法を説明するための断面図で
ある。

【図３】同実施例の設計手法を説明するための断面図で
ある。

【図４】同実施例の設計手法を説明するための断面図で
ある。

【図５】同実施例の設計手法を説明するための反射損失
の変動幅を示す図である。

【図６】同実施例の設計手法によるステップ段差を求め
るための表である。

【図７】本発明による一実施例の反射損失特性を示す図
である。

【図８】従来例を示す断面図である。

【図９】従来例を示す断面図である。

【図１０】スロットアレーの構成例を示す図である。

【符号の説明】

１スロット板３フレーム４上層ラジアル導波路５中板６下層ラジアル導波路９中心導体（第１の中心導体）１０給電用導波管１１左側導波管系１２右側導波管系１３第１の外部導体１９第２の外部導体２０両面ステップＱ変成器２１１二段ステップＱ変成器２１２三段ステップＱ変成器２１第２の整合体４１第１の整合体４２第３の整合体２２第２の誘電体３２第１の誘電体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木正則東京都台東区台東一丁目５番１号凸版印刷株式会社内 (72)発明者岡崎康弘東京都台東区台東一丁目５番１号凸版印刷株式会社内 (72)発明者吉本尚志東京都台東区台東一丁目５番１号凸版印刷株式会社内 (72)発明者高橋哲哉東京都台東区台東一丁目５番１号凸版印刷株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数のスロットを有する導体からなるスロ
ット板と、このスロット板に対向する導体からなるフレ
ームと、前記スロット板とフレームとの間に配設された
仕切板となる中板とで上層ラジアル導波路及び下層ラジ
アル導波路が形成され、これらラジアル導波路に給電す
る給電装置であって、中心導体、第１の誘電体、第１の
外部導体からなる同軸線路の中心導体の先端を前記中板
から突出させて上層ラジアル導波路へ給電する第１の給
電部と、前記同軸線路の外部導体を中心導体とし、この
外側に第２の誘電体及び第２の外部導体が同軸的に形成
されて下層ラジアル導波路へ給電する第２の給電部とか
らなる給電手段と、両面ステップＱ変成器によって左側
導波管系と右側導波管系とに分割され、一方の導波管の
壁面には前記第２の給電部が通設される孔が設けられ、
さらに、前記両面ステップＱ変成器には前記孔の中心に
対応する位置に前記第１の給電部が通設される小孔が設
けられてなる給電用導波管とを具備することを特徴とす
る偏波共用給電装置。
【請求項２】前記両面ステップＱ変成器の少なくとも一
方のステップ面が、【数１】の二項係数で支配される係数によって定めらたステップ
段差であることを特徴とする請求項１記載の偏波共用給
電装置。
【請求項３】前記両面ステップＱ変成器の少なくとも一
方のステップ面が、【数２】の二項係数で支配される係数によって定められたステッ
プ段差であることを特徴とする請求項１記載の偏波共用
給電装置。