説明

二帯域マイクロ波放射エレメント

【課題】本発明は、サイズが小さくわずかな損失ですむ、別々の二つの帯域または二つの副帯域において円偏波で作動する放射エレメントを提供する。
【解決手段】第一の周波数帯域で電磁波を伝送することができる第一の手段と、第二の周波数帯域で電磁波を伝送することができる第二の手段とを有するマイクロ波放射エレメント1であって、第一及び第二の手段が同軸であることを特徴とする放射エレメント。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、たとえば、マイクロ波領域における衛星通信またはレーダタイプの用途の枠組みにおいて、別々の二つの帯域または二つの副帯域において円偏波で作動する放射エレメントに関するものである。
【背景技術】
【0002】
通信の場合は、このタイプの放射エレメントは、とりわけ、システムの種々のアセンブリ間の通信を可能にすることができるように、衛星に搭載される、または地上に配置されるアンテナの中に組み入れられる。
【0003】
たとえば帯域Kaの20/30GHzのように異なる周波数帯域、または同一帯域の異なる範囲を用いることは、非常に広い帯域において作動することが可能な放射装置の使用を必要とする。
【0004】
比較的広い周波数帯域のこうした必要性は、放射エレメントが、送信及び受信のために異なる周波数の2つの副帯域において作動しなければならない場合には、いっそう明らかである。
【0005】
実際に、この場合、それら周波数副帯域は、送信信号と受信信号が互いに干渉し合うことを防ぐために、比較的離れていることが重要である。
【0006】
ところで、比較的広い帯域で作動する従来の放射装置は体積が大きく、したがって、製造コストが高くつき、利用法も複雑である。
【0007】
さらに、広い帯域のこのタイプの装置は、それらの構造のため、比較的限定された面積効率を有する。
【0008】
従来の方法では、複数の帯域または同一周波数帯域の複数の副帯域において作動する放射エレメントを開発することが必要であった。
【0009】
欧州特許出願0 130 111によって、たとえば、高周波数での大きな分解能と、低周波数での広い範囲とを有することができるように、少なくとも2つの周波数を送信することができるレーダ源が知られている。
【0010】
このレーダ源は、第5番目の導波管を取り囲む4つの導波管を使用する。
【0011】
4つの周辺の導波管は、たとえば、16GHzに中心を置くKu帯域で作動し、また中央導波管は、10GHzに中心を置くX帯域で作動することができる。
【0012】
しかしながら、このような装置は、直線偏波によってしか作動せず、円偏波は、ハイブリッドカプラを付け加えることを必要とし、その結果、装置のサイズが大きくなり、コストも高くなる。さらに、高周波数用のハイブリッドカプラは、回路内で大きな損失を生じる。
【0013】
従来のこのような装置はまた、正確な放射を行うためには、体積が大きく複雑な給電システムを必要とし、その結果、さらに大きな場所とコストを占めることになる。
【0014】
さらに、このような源を有するアンテナは、最大周波数と最小周波数との間に存在する隔たりのため、大きな作動上の制約を生じない比である、6以上の最大周波数と最小周波数との比で作動するためのものである。
【0015】
しかしながら、このようなアンテナは、最大周波数と最小周波数との比が1.22から2の間の場合には、アンテナの種々の部品間に存在する相互作用によって、効果的でなくなってしまう。
【0016】
さらに、また特にフランス特許出願98 06200によって、集積回路タイプの回路を介して作動し、ハイブリッドカプラを使用しないですむ「平面」アンテナと呼ばれるアンテナが知られている。
【0017】
しかしながら、1.22から2の間の周波数比で平面アンテナを作動させると、特にそのコンパクトさのために、高帯域及び低帯域で作動するエレメントのカップリングに起因する大きな損失が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0018】
【特許文献1】欧州特許出願0 130 111
【特許文献2】仏国特許出願98 06200
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0019】
このような背景において、本発明は、サイズが小さく、わずかな損失ですむ、二帯域マイクロ波放射エレメントであって、たとえばハイブリッドカプラのような追加回路を備えることを必要とせずに、円偏波がアンテナ自体の放射部分によって発生する、放射エレメントを提案することによって、これらの欠点を解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0020】
そのため、本発明によれば、第一の周波数帯域で電磁波を伝送することができる第一の手段と、第二の周波数帯域で電磁波を伝送ことができる第二の手段とを備えた、マイクロ波放射エレメントは、第一及び第二の手段が同軸であり、第一の手段は、同軸となるように第二の手段を収容することができる金属製の中空導波管を備えることを特徴とする。
【0021】
第一の実施形態によれば、第二の手段もまた、金属製の中空導波管を備える。
【0022】
第二の実施形態によれば、第二の手段は、いずれも誘電材料でできたコアとカバーを備えた導波管を有する。例えば、誘電性の導波管が、H11ハイブリッドモードだけを伝播することができるマイクロ波ファイバである。
【0023】
好ましくは、第一の実施形態においては、第一及び第二の手段を構成する導波管は、各々の先端に偏波器を備え、該偏波器は互いに重なり合って、偏波器の形状は電磁波の偏波が円形になるようなものである。
【0024】
好ましくは、偏波器は、長方形また楕円形の横断面を有する。
【0025】
本発明の放射エレメントの好ましい第二の実施形態によれば、誘電性の導波管の形状は、電磁波の偏波が円形となるようなものである。
【0026】
好ましくは、誘電性の導波管のコアは、前記導波管のカバーから延長する、楕円形、長方形または楕円面の横断面を有する延長部を備える。
【0027】
添付の図面を参照して、いかなる場合にも限定的でない、例示的な実施形態を以下に説明することで、本発明がより明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】本発明による放射エレメントの第一の実施形態の概略的透視図である。
【図2】他の角度から見た図1の放射エレメントの概略的透視図である。
【図3】図1の放射エレメントの側面図である。
【図4】本発明による放射エレメントの第二の実施形態の概略的透視図である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
図1は、本発明による放射エレメント1の第一の実施形態の概略的透視図を示している。
【0030】
放射エレメント1は、伝播される波を発生する第一の励起ポート2を備える。励起ポート2は、図1の実施形態においては、同軸タイプであり、管状の周辺部分2aと、周辺部分2aの中心に配置された円筒形の中央部分2bとを有する(図2及び3参照)。
【0031】
励起ポート2は、ストリップ線路のような他の何らかの従来の励起技術を使用することができ、あるいはまた、他の導波管で構成されることもできる点に留意されたい。
【0032】
励起ポート2は、中央部分2bを介して、従来の方法で、たとえば、およそそ30GHz、より正確には27.6GHzから29GHzのKa帯域において作動することができる、第一の供給導波管3の第一の先端に連結される。
【0033】
供給導波管3(以下、導波管3と呼ぶ)は、励起ポート2に垂直であり、縦軸Zを有する細長い中空ダクトの形をとり、長方形横断面をもち、直線偏波された電磁波を伝播させることができる。
【0034】
励起ポート2が存在する先端とは反対側の先端で、導波管3は、導波管3の軸Z方向への延長部において、整合変換器4で構成された移行セクションを有する。
【0035】
整合変換器4は、導波管3の断面形状と同じだが、軸Zに平行な縦方向寸法を除いては、寸法はより大きい中空導波管で構成される。
【0036】
導波管3は、整合変換器4上で中心合わせされ、一列に並べられ、導波管3と整合変換器4とを構成する種々の面は互いに平行となる。
【0037】
整合変換器4の延長部には、整合変換器4の断面より大きな寸法の長方形断面をもち、平行六面体で同じく中空であり、30GHzで作動する偏波器5が存在する。
【0038】
信号の円形偏波を生成するために、偏波器5は、導波管3に整列される整合変換器4に対して、軸Zの周りで角度方向に45°ずれている。
【0039】
ここでは長方形断面を有する偏波器5は、信号の円形偏波を得るために、楕円形とすることもできる。
【0040】
これら3つのエレメント、導波管3と整合変換器4と偏波器5とは、たとえば金属製であり、溶接、機械加工、放電加工のような従来の何らかの技術によって、それらの面のいずれか一つのレベルで、端と端を連結される、または鋳造によって製造される。
【0041】
さらに、整合変換器4のような複数の移行セクションを、図1から3に表されている実施形態において、導波管3と偏波器5との間に備えることができる点に留意されたい。
【0042】
第一の導波管3は、第一の導波管3より大きな寸法のほぼ長方形の断面をもつ中空の第二の供給導波管6の内部に、同軸となるように配置される。導波管3及び6の各々の面は互いに平行である。
【0043】
第二の導波管6は、最も大きな面のいずれか一つにおいて、導波管3の軸Zに平行な長方形断面を有する溝6aを形成する、内側に向ってわずかな窪みを有する。
【0044】
「リッジ(仏語で、ridge)」とも呼ばれるこの溝6aは、ただ一つの基本モードに、このような溝6aを備える導波管によって搬送される電磁波の伝播を制限することができる。
【0045】
このようなリッジ6aを備える導波管は、リッジ付き導波管と呼ばれる。
【0046】
軸Zの方向における第一の導波管3より短い第二の導波管6は、同軸タイプの第二の励起ポート7に連結される。同軸とは別の何らかの技術も考えることができる。
【0047】
第二の導波管6はまた、およそ20GHzで、たとえば17.8GHzから19.2GHzの間で、Ka帯域において作動する。
【0048】
第一の導波管3は、リッジ6aのレベルで第二の導波管6に結合され、前記リッジ6aの幅は、第一の導波管3の幅に対応する。
【0049】
第二の供給導波管6の延長部には、整合変換器8で構成された移行セクションが存在する。
【0050】
整合変換器8は、リッジ8aを備える導波管(リッジ付き導波管)であり、その横断面は、第二の供給導波管6と同じ形状であるが、より大きな寸法を有する。
【0051】
こうして、リッジ6aと8aは一列に並び、第一の導波管3の軸Zに平行になる。
【0052】
第二の導波管6が存在する側とは反対側では、整合変換器8が偏波器9に連結される。
【0053】
偏波器9は、少なくとも部分的に、高帯域の偏波器5を含むために十分に大きい寸法を有するほぼ長方形の横断面を有する。
【0054】
偏波器5と同様に、偏波器9は、信号の円偏波を生成できるように、整合変換器8と導波管6に対して、軸Zの周りで角度方向に45°ずれている。
【0055】
偏波器9は、たとえば、導波管6と整合変換器8の中に伝播する信号の直線偏波から、円偏波を生成することができる楕円形の横断面のような、異なる形状を有することができる。
【0056】
図1から3の実施形態においては、放射エレメント1の種々の部品の形状及び構成は、偏波器5及び9が同じように方向づけられるようなものであり、面はそれぞれ互いに平行となる。偏波器5及び9のその相対的配置によって、2つの帯域について同じ方向の円偏波を得ることができる。
【0057】
しかしながら、反対方向の円偏波の場合には、偏波器5及び9は、互いに90°の角度に方向づけられるだろう。
【0058】
このようにして、本発明の放射エレメント1は、偏波器5及び9の相対的配置にしたがって、円偏波の4つの異なる構成、すなわち右と右、右と左、左と右、左と左、を得ることが可能である。
【0059】
図2は、種々の部品の相互の方向が明示されている、図1とは異なる角度から見た図1の放射エレメントの概略図である。
【0060】
したがって、放射エレメント1は、独立したポートを有する第一及び第二の同軸回路で構成される。第一の回路は、励起ポート2と供給導波管3と整合変換器4と偏波器5とで構成され、高帯域(30GHz)で作動する。第二の回路は、励起ポート7とリッジ付き供給導波管6と整合変換器8と偏波器5とを有し、低帯域(20GHz)で作動する。
【0061】
図3の側面図は、放射エレメントの種々の部品の相対的配置と、特に偏波器5及び9の相対的位置を再び示している。
【0062】
偏波器5はその大部分が、偏波器9内に含まれ、軸Zの方向にはわずかしか突出していない。しかしながら、変形実施形態によれば、偏波器5(30GHz)はまた偏波器9(20GHz)内に完全に含まれる、または全体が偏波器9(20GHz)の外に出ることもできる。
【0063】
供給導波管3及び6については、それぞれ、整合変換器4及び8を介して、偏波器5及び9の中に通じている。
【0064】
したがって、放射エレメント1は、異なる2つの周波数帯域、すなわち、より正確には、一方が送信用(高帯域)で、他方が受信用(低帯域)である、独立してアクセスできる2つの副帯域において作動することができる。
【0065】
さらに放射エレメント1の独自の形状によって、電磁波の円偏波を得ることができる。
【0066】
図4は、本発明による放射エレメント1の第二の実施形態の概略的透視図を示している。
【0067】
図1から3の第一の実施形態と同じ放射エレメント1の部品には、同じ参照符号が付されている。
【0068】
このようにして、以下を含む放射エレメント1の低帯域部分(20GHz)の全体が存在する。
【0069】
励起ポート7、
リッジ付供給導波管6、
リッジを備えていない整合変換器8、および
偏波器9。
【0070】
整合変換器8上にリッジがないことに加えて、放射エレメント1の第一の実施形態との違いは、高周波回路のレベルにある。
【0071】
高周波エレメントは、先の図面の導波管3に類似した金属製の供給導波管10の第一の先端に連結された、図1から3の実施形態と同じ同軸型の励起ポート2を有する。
【0072】
実際に、導波管10は、導波管3と同じ横断面を有するが、長さ(軸Zに沿った)は短い。導波管10は、図1から3における導波管3と同じようにリッジ6aのレベルで、導波管6の中に収納される。
【0073】
導波管10は、ほぼ、導波管6と整合変換器8との接合部のレベルで中断され、他の何らかの構成が可能である。ここで、導波管10は、従来の方法で、導波管10の延長部内に配置されたマイクロ波ファイバ11に連結される。
【0074】
マイクロ波ファイバ11は、軸Zと一致する軸をもつ誘電体導波管であり、H11ハイブリッドモード(基本モード)だけを伝播する。
【0075】
ファイバ11は、光ファイバのように、管状の中空カバー13に取り囲まれた円筒形12の中実コアを有する。コア12及びカバー13は、たとえば、一方を他方の内へ締まりばめすることによって、または滑動させてはめ込み、接着剤によってともに結合させることによって、取付けられる。
【0076】
理想的には、マイクロ波ファイバは、従来通り「ステップインデックス型」と呼ばれるタイプの誘電材料で製造され、カバー13は、H11ハイブリッドモードを正確に閉じ込めるために、相対的に高い屈折率(たとえば最低でも10)を有する。理想的には、コア12の屈折率は、カバー13の屈折率よりわずかに高い。
【0077】
使用することができる材料は、たとえば、合成サファイア、酸化ベリリウム、アルミナなどである。
【0078】
導波管10とマイクロ波ファイバ11との間の連結は、励起ポート2に近い先端に、導波管10内に入り込む延長部12aを有するコア12を介して行なわれる。この延長部12aは、軸Zの方向に口が広がっているほぼ円錐形をしている。
【0079】
有利には、高周波用の偏波器を使用しないですますために、マイクロ波ファイバ11は、2つの直交H11モードHの生成によって円偏波を生じることが可能になるような形状を有する。
【0080】
そのために、マイクロ波ファイバ11のコア12は、第一の延長部12aと反対側のカバー13の外に、横断面が楕円形の第二の延長部12bにおいて延長している。
【0081】
カバー13に取り囲まれたコア12の部分の形状とは反対に、ファイバ11のコア12の放射部分12bの楕円面の独自の形状(軸Zに平行な主軸をもつ)は、追加の部品を備えることを必要とせずに、簡単に、円偏波の波を発生させることができる。
【0082】
図1から3の第一の実施形態についてと同様に、高帯域で作動する放射エレメント1の部品は、低帯域で作動する中空金属部品内に同軸方向に配置される。
【0083】
このようにして、供給導波管10とマイクロ波ファイバ11は、リッジ付供給導波管6と整合変換器8とさらに偏波器9とを横断する。
【0084】
本発明は、図1から4と関連して説明した実施形態に限定されるものではなく、同軸型放射エレメント1内で波の円偏波を生じさせるために、種々のエレメントについて、特に供給導波管3、6、10、偏波器5及び9、またはファイバ11について、他の形状または構成を考えることもできる。
【0085】
採用された形状に関係なく、本発明は、追加の回路に頼らずに円偏波を生成させることができ、場所を取らず、周波数の各副帯域について独立したポートを有し、1.22から2までの作動周波数比をもつことができる、二帯域放射エレメントを得ることを可能にする。
【0086】
このタイプの放射エレメントは、たとえばKa帯域のような高周波数にとりわけ適している。
【符号の説明】
【0087】
1 放射エレメント
2、7 励起ポート
2a 周辺部分
2b 中央部分
3、6、10 供給導波管
4、8 整合変換器
5、9 偏波器
6a 溝(リッジ)
8a リッジ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第一の周波数帯域で電磁波を伝送することができる第一の手段と、第二の周波数帯域で電磁波を伝送することができる第二の手段とを有するマイクロ波放射エレメントであって、第一の手段は、同軸方向に第二の手段を収納することができる金属製の中空導波管を備え、第二の手段は、同じく金属製の中空導波管を備え、さらに第一及び第二の手段を構成する導波管が、各々の先端に偏波器を有し、該偏波器が互いに重なり合うことを特徴とする放射エレメント。
【請求項2】
第二の手段が、いずれも誘電材料でできたコアとカバーとを有することを特徴とする請求項1に記載の放射エレメント。
【請求項3】
誘電性の導波管が、H11ハイブリッドモードだけを伝播することができるマイクロ波ファイバであることを特徴とする請求項2に記載の放射エレメント。
【請求項4】
偏波器の形状が、電磁波の偏波が円形となるようなものであることを特徴とする請求項1に記載の放射エレメント。
【請求項5】
偏波器が、長方形または楕円形の横断面を有することを特徴とする請求項4に記載の放射エレメント。
【請求項6】
誘電性の導波管が、電磁波の偏波が円形となるようなものであることを特徴とする請求項2または3に記載の放射エレメント。
【請求項7】
誘電性の導波管のコアが、カバーの外に、楕円形、長方形または楕円面の横断面を有する延長部を備えることを特徴とする請求項6に記載の放射エレメント。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2013−93898(P2013−93898A)
【公開日】平成25年5月16日(2013.5.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2013−6573(P2013−6573)
【出願日】平成25年1月17日(2013.1.17)
【分割の表示】特願2011−184340(P2011−184340)の分割
【原出願日】平成13年4月19日(2001.4.19)
【出願人】(391030332)アルカテル−ルーセント (1,149)
【Fターム(参考)】