JPH077882B2 - 偏分波装置用導波管の配管方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の属する技術分野） 本発明は、マイクロ波あるいはミリ波領域におけるクラ
スタ給電反射鏡アンテナの給電用ホーンを２つの直交偏
波で共用するための偏分波装置に関するものである。

（従来の技術） クラスタ給電アンテナとは、第９図のように、反射鏡を
焦点近傍に置いた複数個のホーンで給電するアンテナで
ある。第９図において、1001は反射鏡、1002,103,1004
は１次放射器であるホーン、1005は電力分配・位相調製
回路、1006,1007,1008はそれぞれホーン1004,1003,1002
から放射されるビームの方向である。また1009は、仰角
で上方向を正にとっている。ホーンの集まりと電極分配
・位相調製回路とを合わせたものは、給電クラスタと呼
ばれている。第９図のクラスタ給電アンテナは、反射鏡
の垂直断面内にホーン1002,1003,1004を配列しており、
各ホーンの励振強度を適当に選択することにより、垂直
面内においてサイドロープの低い放射パターンを実現で
きる。

第10図は、第９図に示したクラスタ給電アンテナが低サ
イドロープ特性となる原理を説明するためのもので、10
10,1011,1012はそれぞれホーン1002,1003,1004のみを動
作させたときの放射パターンである。また1013は、すべ
てのホーンを動作させたときの合成パターンである。

放射パターン1011,1012は放射パターン1010に対し、φ
軸に関しそれぞれ左又は右に平行移動したものとなって
いる。低サイドロープなパターンを実現するためには10
11,1012は1010に対しサイドロープ１個分左又は右にず
れている必要がある。このようなずれ量を実現するため
のホーンの大きさは、例えば特願昭59-51115に示されて
いる。電力分配・位相調製回路の各ホーンに対する出力
の励振および位相は、所要周波数帯域内で平坦でなけれ
ばならない。

このようなクラスタ給電アンテナにおいて直交偏波を共
用するための技術としては、第８図に示すような偏波グ
リッド板を用いる方法が知られている。第８図は衛星に
搭載したオフセットカセグレンアンテナを想定したもの
であるが、偏波グリッド板（2002）によって直交する２
つの偏波の給電クラスタ（2003,2004）を空間的に離し
て置くことにより、アンテナの偏波共用を可能にしてい
る。第８図において、2000は主反射鏡、2001は副反射
鏡、2006は主たる電波の放射方向、2007は衛星本体、20
08はタワーである。しかしながら、このような偏波グリ
ッド板を用いる方法では、給電導波管が長くなるため電
力損失が大きい、偏波グリッド板および給電導波管の重
量が重いなどの欠点があった。さらに、第８図のような
偏波グリッド板による偏波共用技術により複数のビーム
を放射するマルチビームアンテナにおいては、各ビーム
ごとの偏波の傾きをすべて平行に揃えざるをえないとい
う制約があった。

一方、同一給電ホーンで直交偏波を共用するための技術
としては、偏分波器が知られている。偏分波器の外観の
例を第11図から第13図に示す。これらの偏分波では、ホ
ーンにつながる正方形または円形導波管（３）から入っ
てくる直交する２つの偏波を方形導波管が接続可能な横
分岐ポート（１）と直通ポート（２）とに分離すること
ができる。しかしながら、従来の偏分波器は、１個のホ
ーンに対して用いられるものであって、クラスタ給電ア
ンテナのように複数のホーンを用いる場合に偏分波器に
よってホーンの偏波共用を行うための導波管配管方法は
知られていなかった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、クラスタ給電アンテナのホーンクラス
タを、直交する２つの偏波で共用するために、クラスタ
ホーンと電力分配・励振調製回路との間に挿入する偏分
波器を実現することにある。電力分配・励振調製回路か
ら各ホーンに対する出力の振幅と位相は、所望の値にあ
って、かつ所定の周波数帯域内で平坦でなければならな
いから、電気長を備えて導波管を配管することが必要で
ある。本発明は、この必要条件を満たしたうえで配管が
可能な偏分波器を提案する。

（問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するための本発明の特徴は、個数Ｎ個
（Ｎは２以上の自然数）の複数の偏分波器（101,102,
…,10N）の横分岐ポートに配管用導波管を結合する配管
方法において、 （イ）同一の長さの直線導波管（11,12,…,1N）と、 （ロ）曲げ角度90゜の同一寸法のＨ面曲がり導波管（20
1,202,…,20N）と、 （ハ）長さl₂₁,l₂₂,…,l_2Nの直列導波管（21,22,…,2
N）と、 （ニ）曲げ角度θの同一寸法のＥ面曲がり導波管（301,
302,…,30N）と、 （ホ）同一の長さの直線導波管（31,32,…,3N）と、 （ヘ）曲げ角度が（ニ）と同じくθの同一寸法のＥ面曲
がり導波管（401,402,…,40N）と、 （ト）長さl₄₁,l₄₂,…,l_4Nの直線導波管（41,42,…,4
N）とを、 この順序に接続し、あるいは（イ）と（ホ）の少なくと
も一方を除いて該順序に接続し、上記の（ハ）および
（ト）の直線導波管（21,22,…,2N,41,42,…,4N）の長
さl₂₁,l₂₂,…,l_2Nおよびl₄₁,l₄₂,…,l_4Nの間に、 l₂₁＋l₄₁＝l₂₂＋l₄₂＝l_2N＋l_4N の関係があり、 かつ上記（ニ）および（ヘ）の曲がり導波管（301,302,
…,30N,401,402,…,40N）の曲げ角度θが90゜以下であ
る偏分波装置用導波管の配管方法にある。

（作 用） 上記構成により、電力分配・励振調製回路から各ホーン
に対する出力の振幅と位相が所望の値であり、かつ、所
定の周波数帯域内で平坦とするために電気長をそろえて
配管し、かつ各配管が衝突せずに実相可能な偏分波器が
提供される。

（実施例） 第１図はこの発明の基本構成を説明するための図であ
る。Ｎ個の偏分波器のうちｉ番目の偏分波器（10i）の
横分岐ポート（１）に （イ）同一の長さの直線導波管（1i） （ロ）曲げ角度90゜の同一寸法のＨ面曲がり導波管（20
i） （ハ）長さl₂iの直線導波管（2i） （ニ）曲げ角度θの同一寸法のＥ画面曲がり導波管（30
i） （ホ）同一の長さの直線導波管（3i） （ヘ）曲げ角度が（ニ）と同じくθの同一寸法のＥ面曲
がり導波管（40i） （ト）長さl₄iの直線導波管（4i） をこの順序に接続し、上記（ハ）および（ト）の直線導
波管（2i,4i）の長さl₂iとl₄iの和が、給電クラスタを
構成するすべてのホーンに接続される偏分波器に対し
て、等しくなるように配管する。この結果、偏分波器
（10i）の横分岐ポート（１）から最後の直線導波管（4
i）の開口（４）までの電気長はすべての偏分波器につ
いて等しくなり、かつ複数の偏分波器に接続される導波
管同士がぶつからないように配管することができる。

上記（イ）から（ト）までの導波管のうち、（イ）ある
いは（ホ）あるいは（イ）と（ホ）の両方は省いてもよ
い。また上記（ニ）と（ヘ）の曲がり導波管（30i,40
i）の曲げ角度θは、０゜を超え90゜以下の角度であ
る。

なお、偏分波器には第11,12,13図のような種々の外観の
ものがあるが、第1,2,3,5図の実施例においては第11図
の外観の偏分波器で代表させることとする。

このような基本構成を、90ホーンクラスタおよび７ホー
ンクラスタに適用した実施例を第2,3および５図に示す
煩雑になるため図中の偏分波器および導波管の符号は、
図２の中のｉ＝４番目のものまでのみ付与し、他は省略
してある。第４図と第６図は、これらの実施例に対応す
るホーンの配列を正面から見たものである。ホーン開口
は円形のものでも構わないが、第３図および第６図では
正方形開口で代表させている。

第２図は、Ｅ面曲がり導波管の曲げ角度を90゜として３
×３の正方形配列の９ホーンクラスタに適用した例であ
り、第３図は曲げ角度を45゜として同じく９ホーンクラ
スタに適用した例である。第４図はＥ面内曲がり導波管
の曲げ角度を90゜として３角形配列の７ホーンクラスタ
に適用した例である。いずれの実施例においても電気長
が揃ったうえで、導波管同士がぶつからずに配管ができ
ることがわかる。

以上の実施例は、容易に任意のホーン数のホーンクラス
タに拡張できる。

第７図は、本発明の偏分波装置（2003）を、衛星搭載の
オフセットカセグレンアンテナのクラスタ給電部に適用
した例である。第７図において2011はホーン,2013は電
力分配・位相調製回路である。従来第８図に示した偏波
グリッド板（2002）による偏波共用に比べて、衛星本体
（2007）内にあるトランスポンダから給電部までの給電
導波管を短縮でき、低損失化が可能である。また、偏分
波装置（2012）が加わるとしても、偏波グリッド板（20
02）とその指示構造が不要になり、したがってタワー
（2008）の合成を低くできることもでき、結果的に軽量
化が可能になる。さらに、第７図のような偏分波装置に
より偏波共用を行うマルチビームアンテナにおいては、
各ビームごとに独立の偏波の傾きを任意に変えることが
できる。斜め下方にビームを照射する衛星搭載アンテナ
においては、地球上の離れた２点における水平偏波ある
いは垂直偏波の偏波の傾きは、衛星から見ると必ずしも
平行にはならない。ビームごとに偏波の傾きを任意に設
定できると、地球上のアンテナビーム照射領域のどの点
においても偏波の傾きを地上から見てほぼ同じに、すな
わち例えば水平あるいは垂直に揃えることができる利点
がある。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明の偏分波装置によれば、電気
長を揃えた導波管配管により、クラスタ給電ホーンを直
交偏波で共用することができる。クラスタ給電において
は各ホーンに対する出力の振幅と位相を所要帯域内で平
坦にする必要があるから、もし電気長が揃っていない配
管であると、位相調製が困難であるが、この困難がな
い。

また、これを衛星搭載副反射鏡アンテナに適用した場合
には、給電導波管の短縮，偏波グリッド板が不要になる
こと等により低損失化，軽量化が可能になる。さらに、
マルチビームの各ビームごとに独立して設定可能である
など、効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本構成となる導波管配管方法を、
偏分波器１個について説明した図、第２図と第３図は９
ホーンクラスタに本発明を適用した場合の実施例を示す
図、第４図は第２図および第３図の実施例に対応するホ
ーン配列を正面から見た図、第５図は７ホーンクラスタ
に本発明を適用した場合の実施例を示す図、第６図は第
５図の実施例に対応するホーン配列を正面から見た図、
第７図は本発明の偏分波装置を衛星搭載オフセット副反
射鏡アンテナに適用した図、第８図は偏波グリッド板に
よって偏波共用を行う衛星搭載オフセット副反射鏡アン
テナを示した図、第９図はクラスタ給電アンテナの原理
図、第10図はクラスタ給電アンテナにおいてサイドロー
プを低くできることを説明するための図、第11図と第12
図と第13図は偏分波器の例を示した図である。 図中、１は偏分波器の横分岐ポート、２は直通ポート、 ３は直交する２偏波の通る正方形または円形導波管、 11,12,…,1i,21,22,…,2i,31,32,…,3i,41,42,…,4iは
直線導波管、 301,302,…,30i,401,402,…,40iは曲げ角度θのＥ面曲
がり導波管、 1001は反射鏡、1002,1003,1004はホーン、1005は電力分
配・位相調製回路、 1006,1007,1008は放射ビームの方向、1009は仰角、101
0,1011,1012は放射パターン、1013は合成放射パター
ン、2000は主反射鏡、2001は副反射鏡、 2002は偏波グリッド板、 2003,2004は給電クラスタ、2005は給電導波管、 2006は主たる電波のビーム方向、 2007は衛星本体、2008はタワー、2011はホーン、 2012は本発明の偏分波装置、 2013は電力分配・位相調製回路を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】個数Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の複数の
   偏分波器（101,102,…,10N）の横分岐ポートに配管用導
   波管を結合する配管方法において、 （イ）同一の長さの直線導波管（11,12,…,1N）と、 （ロ）曲げ角度90゜の同一寸法のＨ面曲がり導波管（20
   1,202,…,20N）と、 （ハ）長さl₂₁,l₂₂,…,l_2Nの直線導波管（21,22,…,2
   N）と、 （ニ）曲げ角度θの同一寸法のＥ面曲がり導波管（301,
   302,…,30N）と、 （ホ）同一の長さの直線導波管（31,32,…,3N）と、 （ヘ）曲げ角度が（ニ）と同じくθの同一寸法のＥ面曲
   がり導波管（401,402,…,40N）と、 （ト）長さl₄₁,l₄₂,…,l_4Nの直線導波管（41,42,…,4
   N）とを、 この順序に接続し、あるいは（イ）と（ホ）の少なくと
   も一方を省いて該順序に接続し、 上記の（ハ）および（ト）の直線導波管（21,22,…,2N,
   41,42,…,4N）の長さl₂₁,l₂₂,…,l_2Nおよびl₄₁,l₄₂,…,
   l_4Nの間に、 l₂₁＋l₄₁＝l₂₂＋l₄₂＝…l_2N＋l_4N の関係があり、 かつ上記（ニ）および（ヘ）の曲がり導波管（301,302,
   …,30N,401,402,…,40N）の曲げ角度θが90゜以下であ
   ることを特徴とする偏分波装置用導波管の配管方法。