JPH0783202B2 - マルチプレクサ - Google Patents

マルチプレクサ

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JPH0783202B2
JPH0783202B2 JP63506380A JP50638088A JPH0783202B2 JP H0783202 B2 JPH0783202 B2 JP H0783202B2 JP 63506380 A JP63506380 A JP 63506380A JP 50638088 A JP50638088 A JP 50638088A JP H0783202 B2 JPH0783202 B2 JP H0783202B2
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JP
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coupler
coupling
multiplexer
signal
cavity
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フドスペス，トーマス
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Hughes Aircraft Co
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Publication of JPH0783202B2 publication Critical patent/JPH0783202B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/213—Frequency-selective devices, e.g. filters combining or separating two or more different frequencies
    • H01P1/2138—Frequency-selective devices, e.g. filters combining or separating two or more different frequencies using hollow waveguide filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/207—Hollow waveguide filters
    • H01P1/208—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure
    • H01P1/2082—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure with multimode resonators

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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は周波数の異なるマイクロ波電磁信号のマルチ
プレクサに関し、特に各チャンネルが隣接する信号帯域
の接近した領域用に与える急勾配のスカートの帯域通過
特性を形成するために電気横波（TE波）と磁気横波（TM
波）の結合用フィルタを含むもので、特定周波数に調整
された複数のチャンネルを有するマルチプレクサに関す
る。
［従来の技術］ マイクロ波マルチプレクサは、レーダからテレメトリま
での種々の通信システムで使用されている。例えば、異
なる周波数帯域で２つの信号を受信するための２つの優
れた指向性アンテナを携えた衛星の場合、それぞれのア
ンテナから受信された２つの信号は、マイクロ波マルチ
プレクサを介して有益に合成される。上記マルチプレク
サは、広い帯域幅の共通のチャンネルに於いて上記２つ
の信号を出力する。これによって、１つのマイクロ波チ
ャンネルは、上記信号の両方を受信する。このようなマ
ルチプレクサは、逆方向のマルチプレクサを通過する複
数帯域信号が自身のスペクトルの送信帯域を各々有する
２つの分離された信号中に分配することができるような
その動作に於いて相反し得る。望むものであれば、この
ようなマルチプレクサは２つ以上のスペクトル帯域を適
応させるために構成することができる。上記種々の帯域
が上記マルチプレクサの共通の出力チャンネルの要求さ
れた帯域幅を減ずるようにできるだけ接近して一緒に配
置されることができれば、有益なものである。
［発明が解決しようとする課題］ 従来、上記マルチプレクサの各チャンネルの共振機構の
帯域通過特性は、所望のものより広いスカート（傾斜
部）を有し、上記スカートを超える幅は、適切なチャン
ネル分割を確実にするために上記信号帯域の隣接した信
号帯域間との付加的な領域を必要としているという課題
が生じる。これは、規定された帯域幅の１つの出力チャ
ンネル中に合成できる幾つかの分離信号チャンネルを減
少させる。
この発明は上述した課題に鑑みてなされたもので、その
目的は個々に調整された入力チャンネルのセットを有す
るマルチプレクサで、各チャンネルの調整が複数の共振
チャンバまたはキャビティから成る共振機構によって提
供されるマルチプレクサを提供することである。
［課題を解決するための手段］ すなわちこの発明は、電磁スペクトルの分離領域を占有
する電磁信号用のマルチプレクサであって、複数の入力
信号チャンネル及び共通の出力信号チャンネルを具備
し、上記入力チャンネルの各々が、上記信号の１つのス
ペクトル領域に調整される直列に接続された複数のキャ
ビティと、上記直列に接続された複数のキャビティの第
１のキャビティに接続されたもので、互いに90゜の位相
差を有する一対の直角に偏波された磁気横波（TM）モー
ド及び互いに90゜の位相差を有する一対の直角に偏波さ
れた電気横波（TE）モードを含む上記第１のキャビティ
の４つの電磁波伝播のモードを励起するための入力カッ
プラと、上記直列に接続された複数のキャビティの最後
のキャビティと上記出力チャンネル間に接続された出力
カップラと、直列の各一対の連続するキャビティ間に接
続されたもので、各々がTE及びTMモードの両者を含ん
で、上記信号のスペクトル部分の近接した間隔を与える
ために信号チャンネルの通過帯域の外側に存在する信号
成分の大きな減衰を提供する２つの伝播のモードに於い
て伝播する電磁波を送信すると共に受信するため上記キ
ャビティのそれぞれの１つと相互作用する手段を含む相
互キャビティカップラとを備えることを特徴とする。
またこの発明は、電磁信号用マルチプレクサであって、
複数の信号周波数に調整される複数の入力チャンネル
と、上記入力チャンネルの各々に結合された共通出力チ
ャンネルと、上記入力チャンネルの各々に於いて互いに
90゜の位相差を有する２つの直線状に偏波された電磁横
波（TM波）モードに実質上等しい入力信号電力を分割す
る手段とを具備し、上記入力チャンネルの各々は、上記
信号周波数の１つで共振する少なくとも２つのキャビテ
ィと、上記キャビティの各々に於いてTE波に対するTM波
のエネルギーの略半分を変換する手段とを有し、上記キ
ャビティの第１及び第２を結合するもので、上記第１及
び上記第２のキャビティ間のTE及びTM波の結合係数を安
定させるために独立して形成されるTE結合機構及びTM結
合機構を備える相互キャビティカップラを含み、上記チ
ャンネルの各々に於いて上記入力チャンネルのそれぞれ
の１つに入力された信号を再生するためにTE及びTM波を
合成するもので、上記出力チャンネルの上記それぞれの
信号を合計する上記出力チャンネルに接続する合成手段
を更に具備することを特徴とする。
［作用］ この発明に従って、チャンバの各々は電磁波伝播のTE及
びTMモードを励起する結合機構により提供される。その
結果、各チャンネル用の共振機構は、スカートの幅の減
少によって特徴付けられる帯域通過特性を有するもの
で、言替えれば、上記スカートは隣接したチャンネルの
信号間の適切な絶縁を維持するが隣接した信号チャンネ
ルの接近した配置を与える急勾配となる。
この発明に於いて、TE及びTM波の伝送は、共通の壁を共
有する隣接した導波管で構成された3dB（デシベル）カ
ップラの使用によって達成されるもので、結合プローブ
は上記導波管の各々に配置される。これによって、90゜
の移相が２つのプローブ間に導かれる。上記２つのプロ
ーブはその端壁でフィルタの第１のチャンバを貫通し、
これらは上記２つのプローブのそばの端壁に配置された
金属ディスクである。加えて、２つの調整ポストが上記
ディスクの反対側に位置されて２つのプローブに平行に
配置される。これら２つの調整ポストと２つのプローブ
は、上記金属ディスクの回りに一様に位置される。上記
プローブは上記チャンバに於いてTM波を励起し、上記デ
ィスクはチャンバ内にTE波を励起するためにTM波と共に
相互作用する。
チャンネル内チャンバの連続的なエネルギー間の電磁エ
ネルギーの結合は、合成結合機構によって達成されるも
ので、その一部はTM波の結合用及びTE波の結合用に提供
される。上記合成結合機構は、隣接するチャンバ間の共
通の端壁に位置される。４つの円形セグメントスロット
のセットはTE波の結合のために提供され、同時に共通の
端壁を通過すると共に両チャンバに延出するプローブの
セットがTM波を結合する。４つのプローブは、４つのス
ロットのそれぞれの中心に置かれる。
上記3dBカップラ機構は共振機構の両端でチャンバに供
給され、そのうち１つの3dBカップラは入力ポートであ
り、もう一方の3dBカップラはそれぞれのチャンネルの
個々の共振機構を接続する共通の出力導波管の側壁に添
えられる。この機構の特徴は、共通の出力導波管を介し
て伝播する異なった周波数のマイクロ波信号のグルー
プ、出力カップラの個々の１つの入射が、それぞれのチ
ャンネルの共振周波数に依存した手法のカップラで反作
用する。特定のチャンネルの共振周波数からの異なった
周波数を有する信号は、上記チャンネルの存在によって
本質的に変化されていないもので、したがってもう一方
のチャンネルの干渉無しに出力導波管を介して伝播する
ことができる。これに反して、上記マイクロ波信号の周
波数でのチャンネル共振のカップラのマイクロ波信号入
射は、そのチャンネル機構を介して伝播するための共振
機構に結合される。相互伝播は、信号が上記信号のセッ
トの合成用に入力ポートから共通の出力ポートに伝播す
ることができ、且つマイクロ波信号のグループの信号の
分離用に上記共通出力ポートから入力ポートのセットに
伝達することができるようなマルチプレクサ機構に於い
て達成される。
上記チャンネルの各々の共振機構は、他のチャンネルの
信号を拒絶すると同時に特定のチャンネルの信号を通過
させるフィルタとして考えることができる。上記共振機
構の各々に於ける個々のチャンバまたはキャビティはフ
ィルタ部として考えることができ、多数のフィルタ部の
増加はそれぞれのフィルタの通過帯域を調整する鋭敏さ
を提供する。フィルタ論に従って、共振機構のチャンバ
間のマイクロ波エネルギーの結合係数は、帯域通過特性
を作成するために選択され得る。連続的なチャンバ間の
結合機構がTE及びTM波の両者を結合する合成機構である
という事実の観点から、TE波結合用のそのスロットはTM
波の存在から横電流の無い間隔で共通壁の中心から放射
状に位置される。上記スロットの中心に配置されたプロ
ーブは、TM波で相互作用するように共通壁から十分離れ
た間隔で延出される。これにより、上記合成結合機構
は、TE及びTM波を処理することが可能となる。加えて、
プローブの長さ及びスロットの長さを選択することによ
って、結合係数は信号チャンネルの帯域通過特性の形状
を最も効果的にするために容易に安定される。信号チャ
ンネルのフィルタの構造は、マルチプレクサより他のマ
イクロ波装置の信号処理用に使用することができる。
［実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図１乃至図４は、この発明のマルチプレクサの一実施例
の構成を示すもので、出力ポート24を有する導波管22を
備えたマイクロ波マルチプレクサ20を示したものであ
る。本実施例では、２つが示されている複数の入力ポー
ト26は、入力導波管アセンブリ28及び30内に形成され、
円筒形のフィルタ32及び34を介してそれぞれ導波管22に
結合している。電磁波の形態に於いて、入力信号は、マ
ルチプレクサ20によって合成されるべく入力ポート26の
それぞれから入力されるもので、入力信号の和（図１に
於いて２つの入力信号）は、出力ポート24から出力され
る。
フィルタ32及び34は、各々、複数の共振キャビティまた
はチャンバ36及び38で構成される。ここでは、チャンバ
36、38の２つのみがフィルタ32及び34の各々に於いて示
されるが、望むものであればこのような共振チャンバを
３つ以上使用できることは理解されるべきである。周知
のように、共振チャンバ36及び38の各々の共振周波数
は、チャンバ36及び38の寸法に依存される。チャンバ36
及び38の各々は規定された直径と高さを有する正確な円
筒部が形成されるもので、その直径と高さは、入力ポー
ト26に供給される入力信号に応じてチャンバ36及び38に
導出される電磁波の所望の共振周波数用を提供すること
で選択される。これにより、フィルタ32及び34は、それ
ぞれのチャンネル周波数に調整される。
フィルタ32及び34の有効な特性は、導波管22とフィルタ
32及び34の各々の結合で明らかにされる。導波管22に於
いて伝播されるマイクロ波信号は、上記フィルタの通過
帯域が上記マイクロ波信号の周波数を含むならば、フィ
ルタ32、34に結合される。しかしながら、上記フィルタ
32、34の共振周波数が上記マイクロ波信号の周波数とは
異なるものであれば、上記マイクロ波信号はフィルタ3
2、34によって退けられると共に、フィルタ32、34と大
きな相互作用の無い導波管22を介して伝播することを持
続する。他のフィルタ（図示せず）に対しても同様であ
り、導波管22に結合することができる。この特性は、導
波管22に入力された入力信号または入力信号の和が、他
のフィルタによる干渉の無い導波管22を介して伝播する
ために持続することができることにより、複数の入力信
号の合成に於いて最も有効なものである。マルチプレク
サ20の構造に於いて、全てのフィルタは異なった周波数
で共振するために構成され、これによって出力ポート24
の和信号を提供するために、異なった周波数の信号の多
重化を可能にするということが理解されるべきである。
マルチプレクサ20の動作は、異なった周波数での複数の
信号の和から成る信号が出力ポート24から入力されるこ
とができるために相反するものであり、マイクロ波信号
の各々はポート26のそれぞれから出て、マイクロ波信号
成分の各々はそれぞれのマイクロ波信号の周波数に従っ
て分離されるということも注意される。
マイクロ波スペクトルの異なった部分を占有する信号の
セットを多重化するためにマルチプレクサ20を使用する
ことで、上記帯域の部分を占有するマイクロ波信号の各
々に於いて、入力信号のセットが信号の入力帯域を構成
するということが注意される。理想的には、特定のマイ
クロ波信号に割当てられた帯域の各部分が次のマイクロ
波信号に割当てられた部分に隣接される一方、実際に、
上記帯域部分は、図５に示されるように、それぞれのフ
ィルタの帯域通過特性のスカートの領域を認めるために
停止帯域によって分離される。上記スカート用に指定さ
れた領域の量は、帯域利用の効率を制限する。鋭敏なス
カートは上記帯域の周波数領域の消耗を避けるようによ
り接近して位置付けされるべく帯域の各々の有効部分を
与える。周知のように、チャンバの共振器の数、及び上
記フィルタの各々で使用されたチャンバの数は、図５に
描かれるような帯域通過特性をもたらす。上記スカート
がこの発明の本実施例に於いて２つのチャンバ36及び38
からチャンバの数を増加することによって、より急な勾
配を作成することができると同時に、このような付加的
チャンバは構造の複雑さを増し、フィルタ32及び34の相
対的に簡単な構造に比べて、調整することがより困難な
構造となる。
この発明に従って、上記フィルタの各々の帯域通過特性
のスカートは、フィルタ32及び34を通過する複数の電磁
伝送モードの結合によるスペクトルの隣接した信号部分
の、より近接した領域を認めるような、より急な勾配を
作成する。電磁波の単一モードはより広いスカートに関
連する一方で、電磁波の複数のモード、すなわち電気横
波（TE波）と磁気横波（TM波）の伝播用に提供される上
記フィルタの結合機構の使用は、個々のフィルタ通過帯
域のスカートの所望の狭さを提供する。
この発明は、フィルタ32及び34の各々の内でTE波とTM波
を結合することを提供するものである。これらのモード
の両者の波は、フィルタ32及び34の各々の中心軸に向か
って電力を伝える。フィルタ32及び34と入力導波管アセ
ンブリ28及び30の両者は、それぞれの物理的大きさが異
なる他は同じ形態であるので、ここではフィルタ32のみ
詳細に説明し、もう一方のフィルタ34は同様の説明が適
用されるものとしてここでは説明を省略する。
上記TE及びTM波は、ｒ（共振チャンバの半径）、θ（円
筒の中心軸の周囲の円筒面に沿って測定された角度）、
及びｚ（円筒の中心軸）の円筒の座標に於いて説明する
ことができる。上述した円筒の座標に於いて、TE波は一
対のTE112モードにあり、TM波は一対のTM110モードにあ
る。フィルタ32及び34の次の説明から理解されるよう
に、TE112モードの２つの波形は互いに相対的に直角に
偏波され、またTM110モードの２つの波形も互いに相対
的に直角に偏波される。チャンバの形状によって、同じ
周波数で、TE及びTMモードの波形により共振が生ずる。
これらは、TEモードの各々に於いて、TMモードのｚ軸に
沿って変化しないものであり、ｚ軸に沿った電磁波の１
つの全管内波長である。電磁エネルギーは、TMモードに
よってフィルタ32、34の中及び外に結合されるもので、
上記エネルギーの一部はフィルタ32、34内のTEモードに
変換される。入力導波管機構からのフィルタ32及び34中
の電磁放射線のTMモードの送出と、TEとTMモード間の変
換と、導波管22でのフィルタ32及び34からの電磁放射線
のTMモードの抽出と、フィルタ32及び34のチャンバ36及
び38間の電磁放射線の２つのモードを結合することが、
以下に述べられる。
導波管アセンブリ28及び30の各々は同じ構造の形態であ
り、それぞれの構造はその構成要素の寸法に関してのみ
異なる。そして、その寸法は上記アセンブリ28及び30と
それぞれのフィルタ32及び34との間に結合されるべく波
の周波数に従って選択される。したがって、ここではア
センブリ28のみ詳細に説明して、アセンブリ30には同様
に適用されるものとして説明は省略する。
導波管アセンブリ28は、共通の側壁46を共用する２つの
方形導波管42及び44で形成された3dB（デシベル）カッ
プラの形態で構成されるもので、上記側壁には２つの導
波管42及び44の間の電磁エネルギーを結合するためのア
パーチャ48を有している。導波管アセンブリ28は頂壁50
及び底壁52を有しており、これら頂壁50及び底壁52は、
導波管42及び44の頂壁及び底壁として供給されるために
導波管42及び44の直径方向に直交して延出している。頂
壁50及び底壁52は、導波管42及び44の各々の機構を形成
するために側壁54及び56と共通側壁46によって接合され
る。導波管42及び44の各々の断面は縦横比2:1であり、
導波管42、44の各々の頂壁の幅は側壁46の高さの２倍で
ある。また、アパーチャ48の周囲の壁に配置される周知
の調整機構（図示せず）も含まれる。導波管42の前端は
入力ポート26を形成するために延出される。導波管44の
前端には、疑似負荷58が提供される。
フィルタ32に於けるTM及びTEモードを励起するために、
２つの結合アセンブリ60及び62が２つの導波管42及び44
の共通の底壁52に配置されている。結合アセンブリ60は
導波管42内に位置付けられ、結合アセンブリ62は導波管
44内に位置付けられる。結合アセンブリ60及び62の各々
は、底壁52内の円形のアパーチャ64と、このアパーチャ
64の直径より小さい直径のロッド66で形成されており、
このロッド66は底壁52に垂直に合わせられている。ロッ
ド66は、上側のチャンバ36中のアパーチャ64を介してそ
れぞれの導波管42及び44から延出されている。調整ポス
ト68及び70は、チャンバ36に於いてそれぞれ結合アセン
ブリ62及び60の反対側に配置され、壁52からチャンバ36
内に延出されている。
周知のアダプタ及びプローブ技術に従って、結合アセン
ブリ60及び62の各々は、導波管42及び44と上側チャンバ
36間でTM110モードの所望の結合を生成するために、必
要な大きさの同軸導波管アダプタまたはプローブの形態
となる。調整ポスト68及び70の各々の幅及び高さは、結
合アセンブリ60及び62間の電磁エネルギーの何れかの直
接結合を取り消すために調整される。
この発明の特徴に従って、上記カップラ40は導波管42及
び44間に等しい入力ポート26での入力信号の電力を分割
する。カップラ40の特性は、導波管44中で結合された電
磁波が導波管42の波の位相に相対的に90゜シフトされた
位相を得るということである。その結果、結合アセンブ
リ60及び62によって結合された電磁波は、90゜位相がず
れている。２つの結合アセンブリ60及び62は、それぞれ
の導波管42及び44の幅の約1/3で、共通の側壁46から間
隔が開けられる。２つの結合アセンブリ60及び62は、チ
ャンバ36に於いて直角のTM110モードを励起する。
この発明に従って、銅等の金属の上側結合ディスク72
は、２つのロッド66に隣接したチャンバ36の頂部に配置
されており、上記ディスク72は底壁52の下側に固定され
る。ディスク72は対応する偏波のTE112モードを励起す
るためにTM110モードと相互作用する。これにより、TE
及びTMモードの両者が、チャンバ36に存在する。
マルチプレクサ20の構成に於いて、上記アセンブリ28及
び30と、フィルタ32及び34と、導波管22は、全て銅等の
金属で構成されるもので、導波管の構成及び同様のマイ
クロ波構成要素に於いて共通に実施されている。同様
に、調整ポスト68及び70とロッド66もまた、銅等の金属
で構成される。これらそれぞれのアパーチャ64内の中心
に置かれたロッド66を保持するために、電気的に絶縁す
る絶縁材料（アルミナ等のセラミックでも良い）のプラ
グ74が、上記アパーチャ64の各々の内部に配置される。
上記プラグ74は、電磁放射線を通過させる。上記ディス
ク72は、壁52の下側に接合することによって固定するこ
とができる。
２つのチャンバ36及び38は、外側の円筒の壁78により巻
付けられたフィルタ32の円筒領域の直径方向に直交して
延出する壁76により分離される。上記壁76は、円筒壁78
により支持される。
この発明の特徴に従って、４つの結合アセンブリ80、8
2、84及び86は上記壁76に配置されると共に、壁76の中
心の回りに一様に位置付けられる。この発明の好ましい
実施例に於いて、壁78によって形成される円筒は正確な
円形の円筒であり、且つ結合アセンブリ80、82、84及び
86は上記壁76の中心の周囲に90゜の間隔で位置される。
結合アセンブリ80〜86の各々は、円形のセグメントの形
状を有するスロット88と、壁76と垂直のスロット88を介
して延出しているロッド90とで構成される。ロッド90の
各々は、電磁放射線を通過させる電気的に絶縁する絶縁
材料のブッシング92により、壁76に固定される。スロッ
ト88の各々は円周方向に略60゜延出されて、正確な量が
実験に基いて決定される。スロット88の各々の長さと
幅、及びロッド90の長さは、チャンバ36及び38の対応す
るモード間の所望の結合係数を提供するために調整され
る。この発明の好ましい実施例に於いて、上記スロット
88は、このような直径を有する共通の円上に配置される
もので、４つのロッド90は２つのロッド66と２つのポス
ト68及び70のそれぞれ１つと一直線上に配される。スロ
ット88はTE112モードのみ結合するために提供され、ロ
ッド90はチャンバ36及び38のTM110モードのみ結合する
ために提供される。結合の独立は、それらがスロット88
の配置でTM110モードに払うべく壁76の電流の放射成分
の無いものとなることによって、スロット88の半径によ
り決定される。軸電流は、TE112モードに払うべくロッ
ド90に於いて存在しない。
導波管22は、側壁98及び100によって接合される頂壁94
及び底壁96を備えている。断面図に示されるように、頂
壁94及び底壁96は導波管22の広い壁を構成し、側壁98及
び100は導波管22の狭い壁を構成する。
導波管22とフィルタ32及び34との間のTM110モードを経
た電磁エネルギーの結合は、側壁100から延出された導
波管アセンブリ102及び104により達成される。上記２つ
のアセンブリ102及び104は、フィルタ32及び34によって
出力された電磁力を導波管22に結合するため、フィルタ
32及び34とそれぞれ接続する。２つの出力導波管アセン
ブリ102及び104のみが図面に示されるが、これらのアセ
ンブリの付加的なものがマルチプレクサ20の構成に於い
て使用されるフィルタ及び入力ポート26の数に対応して
提供されるべきであるということが理解されるべきであ
る。
出力導波管アセンブリ102及び104の構成は、入力導波管
アセンブリ28及び30の構成に従っている。出力導波管ア
センブリ102及び104の各々は、断面が方形の２つの導波
管108及び110を備える3dBカップラ106と、２つの導波管
108及び110間の電力を結合するためのアパーチャ114を
有する共通の側壁112を共有する２つの導波管108及び11
0で構成される。上記頂壁94と底壁96は、導波管108及び
110の頂壁及び底壁を形成するために導波管アセンブリ1
02及び104に渡って延出される。アセンブリ102及び104
の各々の側壁116及び118と共通の側壁112は、導波管108
及び110を形成するためにアセンブリ102及び104の頂壁
及び底壁と接合される。アパーチャ114の寸法及び周知
の調整機構（図示せず）の包含は、２つの導波管108及
び110の電磁波間に90゜の位相シフトと、等しい電力の
分割を安定させるアパーチャ114の周囲の壁に配置され
る。結合アセンブリ120及び122は、導波管108及び110の
各々の頂壁94に配置されて、下側チャンバ38と導波管22
間の電磁エネルギーを結合するための頂壁94を介して延
出される。結合アセンブリ120及び122の各々には、チャ
ンバ38と導波管22間のTM110モードのエネルギーを結合
するための頂壁94を通過する内部導体124と外部導体126
を有する同軸伝送線の断面が形成される。外部導体126
は、頂壁94に於けるアパーチャの端に壁のみで形成され
る。環状の絶縁プラグ128は、外部導体126内の内部導体
124を支持する。調整ポスト130及び132は頂壁94からチ
ャンバ38中に延出され、これらの高さの調整用の調整ポ
スト130及び132に対するアクセスはそれぞれ導波管108
及び110を介する。調整ポスト130及び132は、電磁放射
線に対してチャンバ38を調整するために、ねじの回転に
よってチャンバ38の中に歩進し得るねじとして形成され
ることができる。ポスト130及び132は、入力導波管アセ
ンブリの結合アセンブリ60及び62と一直線にされるよう
に位置付けられるもので、結合アセンブリ120及び122は
入力導波管アセンブリの調整ポスト68及び70と一直線に
されるように位置付けられる。マルチプレクサ20は、上
記壁76の結合アセンブリ80〜86による電磁波の発生に於
ける対称により、結合アセンブリ120及び122を伴ってポ
スト130及び132の位置を交換することも動作可能であ
る。
導波管アセンブリ102及び104の構成に於いて、導波管22
の側壁98から、出力導波管アセンブリ102、104の反対側
端にアパーチャ114を除いて共通の壁112がずっと延出さ
れている。導波管アセンブリ102及び104は、入力導波管
アセンブリ28及び30を処理するような疑似負荷を含まな
いということが、注意される。疑似負荷を欠くこと及び
反射端壁を伴った置換は、カップラ106のアパーチャ114
を通過するため、及び出力ポート24に対して減衰の無い
導波管22に沿って伝播を持続するために、導波管22に沿
って伝播する電力を与える。
上述してきたようなこの発明の特徴は、それぞれの結合
アセンブリ120及び122と協同して、フィルタ32及び34の
個々の特徴が、それぞれのフィルタ32及び34の通過帯域
とは異なる周波数帯域の導波管22に沿って伝播する、実
質上相互作用のない電磁信号を提供するということであ
る。フィルタに対して上記周波数を有する電磁波の場合
にのみ、導波管22と入力ポート26間の伝播経路用に提供
するような電磁波と相互作用して、フィルタ32のよう
な、フィルタを処理し、調整する。
フィルタ32及び34の調整を容易にするため、上側チャン
バ36には４つの調整ねじ134（そのうち３つが図４に示
される）が提供され、下側チャンバ38には４つの調整ね
じ136（そのうち３つが図４に示される）が提供され
る。調整ねじ134及び136は円筒の壁78に配置され、且つ
円筒の壁78の直径に沿って中心に指向される。４つの調
整ねじ134は、チャンバ36の円筒の長手方向の円筒の軸
の周囲に、90゜の間隔で一様に位置付けられるもので、
同様に４つの調整ねじ136はチャンバ38の長手方向の円
筒の軸の周囲に、90゜の間隔で一様に位置付けられる。
チャンバ36及び38の各々は、円筒の中心軸に沿ってTE
112モードのある管内波長の軸の長さを有している。４
つの調整ねじ134は、TE112モードに於いて壁76から管内
波長の略1/4の位置に位置付けられるもので、４つの調
整ねじ136はTE112モードに於いて壁76の反対側から管内
波長の略1/4の位置に位置付けられる。調整ねじ134及び
136の対応する位置は、円筒の軸を含む共通の垂直面に
配置される。調整ねじ134及び136は、TE112波の共振周
波数を調整するために効果をもたらすものである。ねじ
134、136の調整は、これらのチャンバ内のTEモードの伝
播を調整するためのそれぞれのチャンバ36及び38中に突
入しているねじの量を調整する。それはまた、チャンバ
36及び38の各々の内側に位置された絶縁された電気的導
電ピン（図示せず）の使用によってTM110モードの調整
を提供するために望ましいものであり、チャンバ36及び
38の各々に於ける円筒の軸に平行に向きを合わせられ
る。上記ポート26に入力されてフィルタ32及び34を介し
て導波管22に結合された信号は、出力ポート24の方へ伝
播する結果的な波を形成するために、導波管108及び110
に於ける波と一緒に加えて各出力カップラ106の作用に
払うべく導波管22に於いて、出力ポート24の方へ、一方
向に実質上伝播するために励起される。負荷138（図
１）は出力ポート24と反対の方向に通る電磁電力を消
し、これによって導波管22の後端からの信号の反射を防
止する。TE112及びTM110モード用の電界ベクトルは、図
４にも示されるもので、上記電界ベクトルは上記TE及び
TMモードのためにそれぞれＥ（TE）及びＥ（TM）によっ
て確認される。
チャンバ38の底部とチャンバ36の頂部は、TMとTEモード
間の電磁エネルギーの一部の変換と、電磁波のTM110モ
ードによってフィルタ32及び34の中及び外に電磁エネル
ギーの結合を可能にするため、マイクロ波成分の同じ形
態を有する。ディスク140はチャンバ38の底部に位置さ
れると共に上記頂壁94に固定される。上記ディスク140
は、上側チャンバ36の頂部に配置されたディスク72と同
じ形態を有している。ディスク72及びディスク140はフ
ィルタ32の円筒軸の中心に位置され、且つそれぞれの結
合アセンブリと調整ポスト間の中心に位置される。故
に、２つの結合アセンブリ60及び62と２つの調整ポスト
68及び70は、ディスク72の中心から等しい放射状の間隔
でディスク72の周囲に位置される。同様に、２つの結合
アセンブリ120及び122と２つの調整ポスト130及び132
は、ディスク140の中心から等しい放射状の間隔で位置
される。
動作に於いて、上記２つのフィルタ32及び34を有するマ
ルチプレクサ20の上述した構成は、隣接したチャンネル
マイクロ波マルチプレクサ用に特に適される特性のフィ
ルタとして考えられ得る。フィルタ32及び34の各々は、
各キャビティに於ける電磁波の４つのモードを支持する
ために割当てられた円筒キャビティ（チャンバ36及び3
8）の線状のセットから成り、上記キャビティは上記チ
ャンネル周波数で共振される。上記モードは互いに結合
された垂直偏波されたTM110及びTE112と、対応する水平
偏波されたTM及びTEモードを含んでいる。上記垂直及び
水平偏波は、円偏波された信号の伝播を可能にするフィ
ルタ（フィルタ32及び34）を介して同等及び独立の経路
を提供する。TE112タイプモード用及びTM110タイプモー
ド用の隣接したチャンバ36及び38間の結合が、伝送ゼロ
を発生するブリッジ回路として与えられる。上述した結
合アセンブリと結合ディスク72及び140は、隣接チャン
ネルマルチプレクサ用の適切な補足的タイプの指向性の
帯域通過型フィルタの特性を導いている。
マルチプレクサ20の上述したマイクロ波構造は、２つの
偏波用キャビティによって２つの伝送極を有するフィル
タの特性を提供するもので、これは今まで得られた伝送
極の数の２倍である。その結果、フィルタ32及び34はチ
ャンバの数を減少して構成することができ、本実施例に
於いては２つのチャンバ36及び38のみが使用され、負荷
的なチャンバがフィルタの各々の帯域通過特性の更なる
制御のため、この発明の他の実施例に於いても使用する
ことができるということが理解される。伝送ゼロは、図
５に描かれた伝送特性に於いて急勾配のスカート用に提
供するような壁76の結合アセンブリ80〜86でのブリッジ
結合によって調整することができる。上述した形態は、
補足的なフィルタ隣接チャンネルマルチプレクサの改善
されたタイプを提供している。
より念入りに最適のアンテナ及び給電システムを得るよ
うにフェーズドアレイアンテナを有する衛星で使用する
ために、大きさと重量を減少させることが望ましいもの
である。フィルタ及び結合デバイスの構造の詳細は、G.
Mattaei,L.Young及びE.M.F.Jonesによる教本“MICROWAV
E IMPEDANCE MATCHING NETWORKS"と、S.Ramo及びJ.
R.Whinneryによる教本“FIELDS AND WAVES IN MODE
RN RADIO"に開示される。この発明によって提供された
改善の例によって、Mattei他の14章に開示されたフィル
タは、キャビティによって伝送ゼロが無く且つ１つの伝
送ホールを伴った２つの偏波を有する。上記負荷的なモ
ード、極、及びゼロが、マイクロ波成分の減少された重
量及び容積のより有効な帯域通過特性の達成を与えてい
る。
上側チャンバ36に於いて、マルチプレクサ20の動作に応
じて、ディスク72と調整ポスト68及び70と協同する結合
アセンブリ60及び62は、チャンバ36の円偏波を提供する
２つの独立したTM110モードを導出する。結合アセンブ
リ60及び62の同軸構造に於ける等しい反射が、疑似負荷
58に電力を戻す。ディスク72の周囲の結合アセンブリ60
及び62と調整ポスト68及び70の配置は、互いに90゜離れ
て向きが合わせられる。各スロット88の半径の間隔は、
チャンバ36の半径の半分より僅かに小さいもので、すな
わちチャンバの半径の0.480倍である。これらのポイン
トにて、電界のｚ成分は最大であり、磁界の円周成分は
ゼロとなる。一対のポスト68及び70は、ロッド66の反対
側のこれらの位置によって、結合アセンブリ60及び62間
の電磁エネルギーの直接結合はバランスを失う。同様の
説明が、下側チャンバ38の底部での結合アセンブリ120
及び122に適用される。
上記ディスク72及び140は管内波長と比較して相対的に
薄く、そのディスクの厚さは管内波長の略1/10より短い
ものである。望むものであれば、上記ディスクはチャン
バの端壁の外周に沿った薄いリング（図示せず）と置換
えることができる。電磁電力の結合は、上記端壁に於け
る放射状の電流が、TM110モード用の中心から上述した
半径の値（調整ポスト68及び70の配置用）で逆になるの
で、上記ディスク及び上記リング用に反対の向きとなる
が、TE112モードのための放射状の電流の反転はない。
ついには、凸状または凹状の端壁が上記ディスクまたは
リングの代わりに使用され、上記凸状または凹状の端壁
は反対の極性を結合するTE112に対してTM110を生成する
もので、上述したディスク及びリングの粗製の方法に於
いて似ている。
上記スロット88は、TM110モードを結合することなく１
つのチャンバ36からもう一方のチャンバ38にTE112モー
ドを結合することを可能にする。上記スロット88を通過
するロッド90は、チャンバ36及び38間のTM110モードを
結合することを提供し、このようなTM110モードの結合
がTE112モードの結合とは無関係に得られる。プローブ
結合がTMモードに対してのみ適用する一方で、ホール結
合がTEモードに対してのみ適用することに於いて、ロッ
ド90によるプローブ結合はスロット88によるホール結合
と無関係となる。スロット88及びロッド90の合成構造
は、TE及びTMモードの結合係数の調整に関係なく認めら
れる。
加えて、種々の結合係数の減少は狭くされた帯域通過特
性に於いて結果として生じ、フィルタ32、34を介した信
号伝播の時間は増加される。結合係数の拡大は、逆の効
果を有している。上述した構造は、TE及びTM波または結
合の独立した制御のために許可することによって最も可
転性のものとなり、その両者の波は上記信号電力を伝え
るために与える。結果は、与えられたマルチプレクサ帯
域幅に於ける多くの信号を与えるために隣接信号スペク
トルの近接した間隔となり、一方、上記マルチプレクサ
の重量及び容積は減少する。
［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、個々に調整された入力
チャンネルのセットを有するマルチプレクサで、各チャ
ンネルの調整が複数の共振チャンバまたはキャビティか
ら成る共振機構によって提供されるマルチプレクサを提
供することができる。
図面の簡単な説明 図１は２つの入力ポートと１つの出力ポートを有するこ
の発明のマルチプレクサの実施例の斜視図、図２は図１
のマルチプレクサの平面図を表すもので、第１の信号チ
ャンネルの入力導波管アセンブリの内部構造及び第２の
入力信号チャンネルの出力導波管アセンブリの内部構造
を示すための図１の２−２線に沿った部分断面図、図３
は図１のマルチプレクサの立面図を表すもので、信号チ
ャンネルのフィルタ内の電気横波と磁気横波の結合機構
を示すための部分断面図、図４は図３のフィルタを図式
で示す等角図、図５はこの発明に従った電気横波と磁気
横波モードの両者に作用する図４のフィルタの帯域通過
特性を示す図である。
20……マルチプレクサ、22……導波管、24……出力ポー
ト、26……入力ポート、28、30……導波管アセンブリ、
32、34……フィルタ、36、38……チャンバ、42、44……
方形導波管、46、54、56……側壁、48、64……アパーチ
ャ、50……頂壁、52……底壁、58……疑似負荷、60、62
……結合アセンブリ、66……ロッド、68、70……調整ポ
スト。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電磁スペクトルの分離領域を占有する電磁
    信号用のマルチプレクサであって、 複数の入力信号チャンネル及び共通の出力信号チャンネ
    ルを具備し、上記入力チャンネルの各々が 上記信号の１つのスペクトル領域に調整される直列に接
    続された複数のキャビティと、 上記直列に接続された複数のキャビティの第１のキャビ
    ティに接続されたもので、互いに90゜の位相差を有する
    一対の直角に偏波された磁気横波（TM）モード及び互い
    に90゜の位相差を有する一対の直角に偏波された磁気横
    波（TE）モードを含む上記第１のキャビティの４つの電
    磁波伝播のモードを励起するための入力カップラと、 上記直列に接続された複数のキャビティの最後のキャビ
    ティと上記出力チャンネル間に接続された出力カップラ
    と、 直列の各一対の連続するキャビティ間に接続されたもの
    で、各々がTE及びTMモードの両者を含んで、上記信号の
    スペクトル部分の近接した間隔を与えるための信号チャ
    ンネルの通過帯域の外側に存在する信号成分の大きな減
    衰を提供する２つの伝播のモードに於いて伝播する電磁
    波を送信すると共に受信するため上記キャビティのそれ
    ぞれの１つと相互作用する手段を含む相互キャビティカ
    ップラと を備えることを特徴とするマルチプレクサ。
  2. 【請求項２】上記入力チャンネルの１つに於ける入力カ
    ップラ及び出力カップラは、各々が 電力全値ポート、第１の電力半値ポート、及び第２の電
    力半値ポートと、 上記電力全値ポートと各々が伝播のモードの１つを提供
    する上記電力半値ポートの各々との間で等しい電力量を
    伝送するもので、上記第１の電力半値ポートと上記第２
    の電力半値ポートの信号間に90゜の移相を挿入する伝送
    手段とを備え、上記入力カップラの電力半値ポートは上
    記第１のキャビティ中に延出され、上記出力カップラの
    電力半値ポートは上記最後のキャビティ中に延出され、
    上記電力半値ポートの各々は１つの伝播モードを提供す
    る、 上記第１及び上記最後のキャビティの各々は、それぞれ
    上記入力カップラ及び上記出力カップラの一部で、別の
    伝播のモードに電磁力の一部を変換するためそれぞれの
    カップラの上記電力半値ポートに結合される変換手段か
    ら成り、上記モードの１つはTMであり、別のモードはTE
    であることを特徴とする請求項１に記載のマルチプレク
    サ。
  3. 【請求項３】上記相互キャビティカップラは、TE結合手
    段及びTM結合手段から成り、各々は電磁エネルギーの結
    合係数の選択用に個々に調整可能なものであることを特
    徴とする請求項２に記載のマルチプレクサ。
  4. 【請求項４】上記電力半値ポートの各々はTMの伝播の結
    合用のキャビティ中に延出するプローブから成ることを
    特徴とする請求項３に記載のマルチプレクサ。
  5. 【請求項５】上記第１のキャビティ及び上記最後のキャ
    ビティの各々に於ける上記変換手段はTE及びTMモード間
    の伝播の変換を作成するための上記電力半値ポートの上
    記プローブに隣接して位置付けられたディスクであるこ
    とを特徴とする請求項４に記載のマルチプレクサ。
  6. 【請求項６】上記相互カップラの上記TE結合手段は円形
    のセグメントスロットのセットから成ることを特徴とす
    る請求項５に記載のマルチプレクサ。
  7. 【請求項７】上記相互キャビティカップラの上記TM結合
    手段は隣接キャビティ間の上記共通壁を介して延出する
    プローブのセットから成ることを特徴とする請求項６に
    記載のマルチプレクサ。
  8. 【請求項８】上記相互カップラの上記TM結合手段に於い
    て、上記プローブは、上記円形のセグメントスロットの
    それぞれの１つ内に配置されて上記共通壁から絶縁さ
    れ、上記スロットは上記キャビティ内の電磁界によって
    導出される最小の放射状電流の配置で上記共通壁に位置
    付けられることを特徴とする請求項７に記載のマルチプ
    レクサ。
  9. 【請求項９】電磁信号用マルチプレクサであって、 複数の信号周波数に調整される複数の入力チャンネル
    と、 上記入力チャンネルの各々に結合された共通出力チャン
    ネルと、 上記入力チャンネルの各々に於いて互いに90゜の位相差
    を有する２つの直線状に偏波された電磁横波（TM波）モ
    ードに実質上等しい入力信号電力を分割する手段とを具
    備し、 上記入力チャンネルの各々は、上記信号周波数の１つで
    共振する少なくとも２つのキャビティと、上記キャビテ
    ィの各々に於いてTE波に対するTM波のエネルギーの略半
    分を変換する手段とを有し、上記キャビティの第１及び
    第２を結合するもので、上記第１及び上記第２のキャビ
    ティ間のTE及びTM波の結合係数を安定させるために独立
    して形成されるTE結合機構及びTM結合機構を備える相互
    キャビティカップラを含み、 上記チャンネルの各々に於いて上記入力チャンネルのそ
    れぞれの１つに入力された信号を再生するためにTE及び
    TM波を合成するもので、上記出力チャンネルの上記それ
    ぞれの信号を合計する上記出力チャンネルに接続する合
    成手段を更に具備することを特徴とするマルチプレク
    サ。
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US59707 2002-01-29

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