JPS6224965Y2

JPS6224965Y2 -

Info

Publication number: JPS6224965Y2
Application number: JP19262681U
Authority: JP
Priority date: 1981-12-25
Filing date: 1981-12-25
Publication date: 1987-06-26
Also published as: JPS57115704U

Description

【考案の詳細な説明】本考案はミリ波帯で用いられる周期分波器にお
いて、直交する二つの偏波成分の伝搬軸方向の位
相定数が異なる導波管を、その二つの偏波成分の
方向とほぼ45゜傾いた直線偏波で励振する周期分
波器において前記導波管内に誘電体を装荷して分
波周波数の間隔を等しくした周期分波器に関する
ものである。

従来、周期分波器としては、一例として第１図
に示すような長さの異なる２本の導波管（主導波
管，副導波管）と、入力電力を二つの等しい出力
電力に分ける3dB結合器２個とにより構成される
ものが用いられていた。第１図において、１は出
力ポート、２，２′は3dB結合器、３，３′は導波
管、４，４′は出力ポートである。

次にこれの動作原理について説明する。入力ポ
ート１から入つた_１＋_２＋…＋_2oの周波数
成分を持つ電波は3dB結合器２によつて半分のエ
ネルギに分かれ、一方は長さの主導波管３、他
の一方は長さ′の副導波管３′を通つて3dB結合
器２′で再び結合する。このとき導波管３，３′の
長さ，′の差を適当に選ぶことにより、出力
ポート４では、_１，_３，…，_2o-1が同相、
_２，_４，…，_2oが逆相となり、出力ポート
４から_１＋_３＋…＋_2o-1が取り出される。

一方出力ポート４′では逆の作用が起こり、
_２＋_４＋…＋_2oが取り出される。しかしこの
ような構成の周期分波器では、主副２本の導波管
とこれを結び付ける3dB結合器が必要となり、構
成が複雑で製作，調整が難かしいこと、また広い
周波数帯域にわたつて3dB結合器の結合度を一定
にできないから使用周波数帯域に限界があるこ
と、更に導波管の伝搬定数が周波数とともに変化
するので、各出力ポートで同相又は逆相となる周
波数の間隔が異なり、分波される周波数間隔が一
定とならない等の欠点があつた。

これらの欠点のうち、構成が複雑で製作，調整
が難しいこと、使用周波数帯域に限界があること
の二点を解決する方法として、主副２本の導波管
を用いることなく、また3dB結合器も不用となる
構成が提案されている。すなわち、直交する二つ
の偏波成分の伝搬軸方向の位相定数が異なる導波
管を、その二つの偏波成分の方向とほぼ45゜傾い
た直線偏波で励振するものである。

第２図はこの構成を方形導波管で実現した例で
あつて、１は入力ポート、３″は方形導波管、
４，４′は出力ポート、５，５′は円形方形変換導
波管、６は円形テーパ導波管、７は偏分波器であ
る。

方形導波管３″はその伝搬定数が異なる二つの
偏波をｘ軸に平行な偏波成分とｙ軸に平行な偏波
成分とに分けるため、入力ポート１から入射する
直線偏波の方向にほぼ45゜傾いて設置され、偏分
波器７は入射する直線偏波成分と、これに直交す
る偏波成分とを分離するため、一方の出力ポート
４′の偏波成分の方向と、入射する直線偏波の方
向とを一致させ、かつ他の一方の出力ポート４の
偏波成分の方向と、入射する直線偏波の方向とが
直交するように設置されている。なお第２図中の
矢印は偏波の方向とその強さを表わしている。

次に動作原理について説明する。第２図におい
て、入力ポート１から入射した直線偏波は、円形
方形変換導波管５で方形導波管に変換される。こ
のとき方形導波管側の直交するｘ軸及びｙ軸と入
射波の直線偏波の方向がほぼ45゜となつているの
で、3dB結合器と同様な働きをし、入射波はｘ軸
に平行な偏波成分（以後、ｘ偏波成分という）と
ｙ軸に平行な偏波成分（以後、ｙ偏波成分とい
う）との二つの分かれ、方形導波管３″に導かれ
る。方形導波管３″は断面寸法がｘ軸，ｙ軸で異
なつているので、ｘ偏波成分とｙ偏波成分でその
伝搬定数が異なる。このため方形導波管３″を通
り円形方形変換導波管５′に入つた所で、ｘ偏波
成分とｙ偏波成分の位相に差が生じており、これ
を入射波の偏波に平行な成分及びこれと直交する
偏波成分で考えると、入射波と平行な偏波成分で
は、_２，_４，…，_2oが周期的に同相とな
り、_１，_３，…，_2o-1は逆相になつてい
る。またこれと直交する偏波成分では、逆の状態
になつている。したがつてこの二つの偏波成分を
円形テーパ導波管６で偏分波器に接続し、偏分波
器７でこの二つの成分を分離し、出力ポート４，
４′から取り出すと、出力ポート４からは_１＋
_３＋…＋_2o-1、出力ポート４′からは_２＋
_４＋…＋_2oの周波数が取り出され、周期分波
器として動作する。

第３図はこの構成の周期分波器の周波数特性を
示したものである。第３図から明らかなようにチ
ヤネルの中心周波数間隔は低い周波数帯で狭く高
い周波数帯で広くなつている。また、周波数特性
の立ち上りも正弦波状で鋭くないことが分かる。
分波される周波数間隔が一定にならないのは、第
１図の構成と同様に、ｘ偏波成分とｙ偏波成分の
伝搬定数が周波数と共に変化することによる。

本考案はこの欠点を除去するために、第２図に
示した導波管３″中に誘電体を装荷し、分波する
周波数間隔を等しくしたものである。以下図面に
より本考案を詳細に説明する。

第４図は本考案の実施例であり、第２図に示し
た方形導波管３″の内に、導波管３″の横方向のほ
ぼ中央に導波管３″の高さと同じ高さをもつ誘電
体を導波管３″の長さ方向に装荷したものであ
る。この実施例の特徴は誘電体の比誘電率と寸法
を適当に設定することによつて、Ｘ偏波成分とＹ
偏波成分の位相差の周波数に対する傾きを高い周
波数帯域にわたつて、ほぼ一定にすることができ
ることである。

導波管３″の振幅をａ，高さをｂ，長さを_０
誘電体の厚さをｔ，比誘電率をε_rとし、Ｘ，Ｙ
偏波成分各々の伝搬定数をγ_e，γ_hとおくと、そ
れらは横共振法を用いて次式から求められる。

ここでk₀＝２π／λ，λ＝ｃ／，ｃ：光速，：周
波数，またｈは導波管内の横方向伝搬定数，は誘
電体内の横方向伝搬定数であり、解析の過程の中
でのみ用いる変数である。

次に両偏波間の位相差Δφ（）は、 Δφ（）＝_０（γ_h−γ_e）となる。

例としてａ＝12，ｂ＝８，ε_r＝２ｔ＝０〜６の場合のΔφ（）の特性とそれに
対応するポート４′の出力電力特性を第５図に示
す。

ここでｔ＝６の場合が本実施例、ｔ＝０の場合
が第２図に示した構成のものである。これから明
らかなように、従来の構成では位相差特性が周波
数に対して比例していないため、円形方形変換導
波管５′に入つた所で、入射波の直線偏波と同じ
偏波成分では、_２，_４…_2oが異なる周波数
間隔で同相になり、_１，_３…_2o-1が異なる
周波数間隔で逆相になつている。また、入射波と
直交する偏波成分は、その逆の状態になつてい
る。すなわち、出力ポート４，４′から取り出さ
れる分波出力においては、第５図でｔ＝０の場合
のポート４′の出力電力特性で示すように、分波
周波数間隔は不等間隔となる。これに対して、本
実施例の場合は、位相特性が周波数に対して比例
しいるため、円形方形変換導波管５′に入つた所
で、入射波の直線偏波と同じ偏波成分では、
_２，_４，…，_2oが同じ周波数間隔で同相にな
り、_１，_３，…，_2o-1が同じ周波数間隔で
逆相になつている。また入射偏波と直交する偏波
成分では、その逆の状態になつている。すなわち
出力ポート４，４′から取り出される分波出力に
おいては第５図でｔ＝６の場合のポート４′の出
力電力特性で示すようにその周波数間隔を広い周
波数帯域にわたつて、ほぼ一定にすることが可能
となる。

以上説明したように、本考案の直交偏波を用い
た周期分波器は、主要構成要素として直交する二
つの偏波成分の伝搬軸方向の位相定数が異なる導
波管と偏分波器からなる周期分波器において、前
記位相定数が異なる導波管内に誘電体を付加し、
二つの直交する偏波成分で伝搬定数の一次傾斜を
周波数変化に対して一定にしたことにより、出力
ポートに出力される周波数間隔を一定にできると
いう周期分波器として卓抜した効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の周期分波器の原理説明図、第２
図は従来の周期分波器の構成を示す斜視図、第３
図は従来の周期分波器の分波特性図、第４図は本
考案による直交偏波を用いた周期分波器の実施例
の構成を示す斜視図、第５図は本考案による周期
分波器のＸ偏波とＹ偏波の位相差と、それに対応
するポート４′の出力電力特性を示した図であ
る。１……入力ポート、２，２′……3dB結合器、
３，３′，３″……方形導波管、４，４′……出力
ポート、５，５′……円形方形変換導波管、６…
…円形テーパ導波管、７……偏分波器、８……誘
電体。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

直交する二つの偏波成分の伝搬軸方向の位相定
数が互いに異なる方形導波管と、この導波管の入
力側及び出力側に接続された円形方形変換導波管
と、この変換導波管の出力側に接続された円形テ
ーパ導波管と、この円形テーパ導波管の出力側に
接続された偏分波器とを有し、前記方形導波管は
入射する直線偏波の方向にほぼ45゜傾けて設置
し、前記偏分波器は一方の出力ポートの偏波成分
の方向と入射する直線偏波の方向とを一致させ、
かつ他の一方の出力ポートの偏波成分の方向と入
射する直線偏波の方向とが直交するように設置
し、前記方形導波管内に、該導波管の横方向のほ
ぼ中央に該導波管と同じ高さの誘電体を該導波管
の長さ方向に装荷し、かつ（―２つの偏波成分の前
記誘電体の幅と比誘電率を伝搬位相差が周波数の
一次関数になるように）―設定したことを特徴とす
る直交偏波を用いた周期分波器。