偏分波器

【課題】加工が容易であり、かつ、円形主導波管と管軸矩形副導波管の間で広帯域に良好なインピーダンス整合を得ながら、円形主導波管で不要な高次モードの伝播の防止や、低減を図ることができる偏分波器を得ることを目的とする。
【解決手段】管軸矩形副導波管３に対する円形主導波管１の結合部が、円形主導波管１と管軸矩形副導波管３を変成する変成部１ｃをなしており、その変成部１ｃにおいて、管軸矩形副導波管の幅広面に垂直な径方向の長さが、管軸矩形副導波管３に近づくにしたがって段階的に短くなっているように構成している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、主として、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、マイクロ波帯やミリ波帯で使用される偏分波器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許文献１に開示されている偏分波器は、図９に示すように、水平方向及び垂直方向に直交する２偏波Ｅ１，Ｅ２を伝送する円形主導波管と、円形主導波管により伝送される２偏波Ｅ１，Ｅ２のうち、偏波Ｅ１を伝送する分岐矩形副導波管と、偏波Ｅ２を伝送する共軸矩形副導波管とから構成されている。
この偏分波器では、円形主導波管と共軸矩形副導波管の間で良好なインピーダンス整合を図る目的で、共軸矩形副導波管と接している円形主導波管の端部に略半円断面の導体（変成部）を挿入している。
【０００３】
また、以下の特許文献２に開示されている偏分波器では、図１０に示すように、円形主導波管と共軸矩形副導波管を変成するテーパ状の変成部を設けている。
テーパ状の変成部を設けることでも、円形主導波管と共軸矩形副導波管の間で良好なインピーダンス整合を得ることができる。
【０００４】
特許文献１，２に開示されている偏分波器における変成部は、偏波として使用される円形主導波管の基本モード（ＴＥ１１○モード）と、共軸矩形副導波管の基本モード（ＴＥ１０□モード）の間の良好なインピーダンス整合を図ることを目的としており、一般的には、不要な高次モードは遮断になるように、それぞれの導波管の断面形状が選定されるため、不要な高次モードによる特性への影響はない。
しかし、共軸矩形副導波管と分岐矩形副導波管で異なる周波数帯を使用し、かつ、使用される異なる周波数帯のうち、低い周波数帯の低域端と、もう一方の高い周波数帯の高域端の間の周波数帯域を広帯域化するため、円形主導波管として、不要な高次モードが伝播するような断面形状を選定せざるを得ない場合がある。
【０００５】
図１１は円形導波管の使用周波数帯とＴＥ１１○モード及びＴＭ０１○モードの遮断周波数の関係を模式的に示す説明図である。
ここでは、基本モードであるＴＥ１１○モードが低い周波数帯から伝播し、その次に遮断周波数が低い高次モードである軸対称なＴＭ０１○モードが高い周波数帯で伝播する場合の例を示している。
【０００６】
また、共軸矩形副導波管において、高次モードが遮断になるように、その断面形状が選定されていても、小型化のために、共軸矩形副導波管に接続される他のコンポーネント（例えば、同軸導波管変換器）の高次モード発生源が共軸矩形副導波管の端面に近接されることがある。
このような場合には、共軸矩形副導波管で不要な高次モードが減衰せずに、円形主導波管の高次モードと結合して伝播する。
【０００７】
図１２は矩形副導波管におけるＴＥ１０□モード、ＴＥ０１□モード、ＴＥ１１□モード及びＴＭ１１□モードの電界分布を示す説明図である。
図１３は円形主導波管におけるＴＥ１１○モード（直交する２個のＴＥ１１○モード、ＴＥ１１○ＶモードとＴＥ１１○Ｈモード）及びＴＭ０１○モードの電界分布を示す説明図である。
ただし、矩形副導波管では、断面形状によってＴＥ２０□モードがＴＥ１１□モードやＴＭ１１□モードよりも遮断周波数が低くなるが、図１２では省略している。
【０００８】
図１２及び図１３の電気分布からも分かるように、矩形副導波管におけるＴＥ１０□モードと円形主導波管におけるＴＥ１１○モードは結合し易く、矩形副導波管におけるＴＭ１１□モードと円形主導波管におけるＴＭ０１○モードは結合し易い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実開昭６０−１４５０１号公報（第２図）
【特許文献２】特開平３−２５３１０１号公報（第３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の偏分波器は以上のように構成されているので、円形主導波管と共軸矩形副導波管の間に設けられている変成部によって、円形主導波管と共軸矩形副導波管の間で良好なインピーダンス整合を得ることができる。しかし、変成部は、あくまでも、良好なインピーダンス整合を得ることを目的とするものであって、不要な高次モードの抑圧を目的とするものではない。このため、共軸矩形副導波管に接続される他のコンポーネントは、不要な高次モードが減衰する位置まで離して設置する必要があり、他のコンポーネントを含む装置全体の小型化が困難である課題があった。
また、共軸矩形副導波管と接している円形主導波管の端部に略半円断面の導体（変成部）を挿入する場合は、偏分波器を構成する導体の数が増え、かつ、挿入するという作業工程が増えて加工コストが上がるとともに、一様な変成部でインピーダンス整合するため、広帯域な整合は困難である課題があった。
また、円形主導波管の管軸方向に対して直線状とならないテーパ状の変成部を設ける場合は、管軸方向にドリルを用いて掘削する際に、テーパ形状に合わせて微小な長さで径を変える必要があるなど加工が困難である課題があった。
【００１１】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、加工が容易であり、かつ、円形主導波管と管軸矩形副導波管の間で広帯域に良好なインピーダンス整合を得ながら、円形主導波管において不要な高次モードを伝播することを防止する、もしくは低減することができる偏分波器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る偏分波器は、水平方向及び垂直方向に直交する２偏波を伝送する円形主導波管と、円形主導波管の側面に結合されており、その円形主導波管により伝送される２偏波の中の一方の偏波を伝送する分岐矩形副導波管と、円形主導波管の開口端に結合されており、その円形主導波管により伝送される２偏波の中の他方の偏波を伝送する管軸矩形副導波管とを備え、管軸矩形副導波管に対する円形主導波管の結合部が、円形主導波管と管軸矩形副導波管を変成する変成部をなしており、その変成部において、管軸矩形副導波管の幅広面に垂直な径方向の長さが、管軸矩形副導波管に近づくにしたがって段階的に短くなっているものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、管軸矩形副導波管に対する円形主導波管の結合部が、円形主導波管と管軸矩形副導波管を変成する変成部をなしており、その変成部において、管軸矩形副導波管の幅広面に垂直な径方向の長さが、管軸矩形副導波管に近づくにしたがって段階的に短くなっているように構成したので、加工が容易であり、かつ、円形主導波管と管軸矩形副導波管の間で広帯域に良好なインピーダンス整合を得ながら、円形主導波管において不要な高次モードを伝播することを防止する、もしくは低減することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１による偏分波器を示す側面図及び断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による偏分波器の円形主導波管１を示す斜視図である。
【図３】円形主導波管１の変成部１ｃを示す側面図及び断面図である。
【図４】円形主導波管１の変成部１ｃを示す側面図及び断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２による偏分波器の円形主導波管１の変成部１ｃを示す側面図及び断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２による偏分波器の円形主導波管１の変成部１ｃを示す側面図及び断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３による偏分波器の円形主導波管１の変成部１ｃを示す側面図及び断面図である。
【図８】この発明の実施の形態４による偏分波器を示す側面図及び断面図である。
【図９】特許文献１に開示されている偏分波器を示す斜視図である。
【図１０】特許文献２に開示されている偏分波器を示す斜視図である。
【図１１】円形導波管の使用周波数帯とＴＥ１１○モード及びＴＭ０１○モードの遮断周波数の関係を模式的に示す説明図である。
【図１２】矩形副導波管におけるＴＥ１０□モード、ＴＥ０１□モード、ＴＥ１１□モード及びＴＭ１１□モードの電界分布を示す説明図である。
【図１３】円形導波管におけるＴＥ１１○モード（直交する２個のＴＥ１１○モード、ＴＥ１１○ＶモードとＴＥ１１○Ｈモード）及びＴＭ０１○モードの電界分布を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による偏分波器を示す側面図及び断面図である。
図１において、円形主導波管１は水平方向及び垂直方向に直交する２偏波Ｅ１，Ｅ２を伝送する導波管である。
分岐矩形副導波管２は円形主導波管１の側面１ａに結合されており、円形主導波管１により伝送される２偏波Ｅ１，Ｅ２の中の一方の偏波（例えば、偏波Ｅ１）を伝送する導波管である。
管軸矩形副導波管３は円形主導波管１の開口端１ｂに結合されており、円形主導波管１により伝送される２偏波Ｅ１，Ｅ２の中の他方の偏波（例えば、偏波Ｅ２）を伝送する導波管である。
セプタム４は円形主導波管１内に設けられており、例えば、管軸矩形副導波管と結合するＴＥ１１○Ｖモードと直交する不要なＴＥ１１○Ｈモードを遮断する部材である。
【００１６】
図１の偏分波器では、管軸矩形副導波管３に対する円形主導波管１の結合部が、円形主導波管１と管軸矩形副導波管３を変成する変成部１ｃをなしており、変成部１ｃにおいて管軸矩形副導波管の幅広面に垂直な径方向の長さが、管軸矩形副導波管３に近づくにしたがって段階的に短くなっている。即ち、管軸矩形副導波管３に対する円形主導波管１の結合部において、円形主導波管１の側面１ａに階段が形成されている。
ここで、図２はこの発明の実施の形態１による偏分波器の円形主導波管１を示す斜視図である。
また、図３は円形主導波管１の変成部１ｃを示す側面図及び断面図である。
【００１７】
次に動作について説明する。
図１の偏分波器では、管軸矩形副導波管３から水平方向の偏波Ｅ１が入力され、かつ、分岐矩形副導波管２から垂直方向の偏波Ｅ２が入力されて、２偏波Ｅ１，Ｅ２が円形主導波管１に伝播される態様の他に、円形主導波管１により伝送される２偏波Ｅ１，Ｅ２のうち、水平方向の偏波Ｅ１が管軸矩形副導波管３に伝播され、垂直方向の偏波Ｅ２が分岐矩形副導波管２に伝播される態様などが考えられる。
【００１８】
例えば、基本モードであるＴＥ１０□モードが管軸矩形副導波管３から入力された場合、管軸矩形副導波管３のＴＥ１０□モードは、円形主導波管１において、電界の向きが同じであるＴＥ１１○Ｖモードと結合する。
このとき、円形主導波管１の変成部１ｃにおいて、管軸矩形副導波管の幅広面に垂直な径方向の長さが段階的に変化しているが、各段間の不連続が小さく、各段間において生じるモードが連続的に変成されるような形状であるため、円形主導波管１と管軸矩形副導波管３の間で、広帯域に亘って良好なインピーダンス整合が得られる。
【００１９】
次に、不要なＴＥ０１□モードが管軸矩形副導波管３から入力された場合、円形主導波管１内に設けられているセプタム４により遮断される。
また、高次モードであるＴＥ１１□モードが管軸矩形副導波管３から入力された場合、ＴＥ１１□モードと円形主導波管１のＴＭ０１モードとは電界の向きが異なるため、ＴＭ０１○モードと結合され難いと考えられる。
【００２０】
高次モードであるＴＭ１１□モードが管軸矩形副導波管３から入力された場合、円形主導波管１において、電界の向きが似ているＴＭ０１○モードと結合する。
ただし、軸対称性が崩れている変成部１ｃを経由するため、変成部１ｃでＴＭ１１□モードが減衰し（変成部１ｃによって、ＴＭ１１□モードが減衰する領域が長くなっている）、円形主導波管１でのＴＭ０１○モードを減衰させることができる。
なお、変成部１ｃは、円形主導波管１の管軸方向に対して直線状に形成されているため、円形主導波管１側からドリルを用いた堀削が可能であり、加工が容易である。
【００２１】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、管軸矩形副導波管３に対する円形主導波管１の結合部が、円形主導波管１と管軸矩形副導波管３を変成する変成部１ｃをなしており、その変成部１ｃにおいて管軸矩形副導波管の幅広面に垂直な径方向の長さが、管軸矩形副導波管３に近づくにしたがって段階的に短くなっているように構成したので、加工が容易であり、かつ、円形主導波管１と管軸矩形副導波管３の間で広帯域に良好なインピーダンス整合を得ながら、円形主導波管１で不要な高次モードの伝播を防止する、もしくは低減することができる効果を奏する。
【００２２】
この実施の形態１では、円形主導波管１の側面が階段状に形成されており、その階段が等間隔に刻まれているものを示したが、図４に示すように、管軸矩形副導波管３に近い位置の階段ほど、図中、水平方向（円形主導波管１の管軸方向）の長さが長くなるように刻んでもよい。
管軸矩形副導波管３に近い位置の階段ほど、水平方向の長さを長くすることで、不要な高次モードの減衰効果を高めることができる。
【００２３】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、分岐矩形副導波管２が結合されている側の円形主導波管１の側面１ａと、分岐矩形副導波管２が結合されていない側の円形主導波管１の側面１ａの双方に、階段状の変成部１ｃが形成されているものを示したが、図５に示すように、分岐矩形副導波管２が結合されている側の円形主導波管１の側面１ａだけに、階段状の変成部１ｃが形成されていてもよい。
また、図６に示すように、分岐矩形副導波管２が結合されていない側の円形主導波管１の側面１ａだけに、階段状の変成部１ｃが形成されていてもよい。
このように、いずれか一方の側面１ａだけに階段状の変成部１ｃを形成する場合、上記実施の形態１と概ね同様の効果を得ながら、加工の容易性を高めることができる効果を奏する。
【００２４】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、円形主導波管１の側面１ａを階段状に形成することで変成部１ｃを設けているものを示したが、図７に示すように、円形主導波管１における変成部１ｃの断面形状を楕円形にして、大きさが異なる複数の楕円形状が連なっているようにしてもよい。
この場合も、上記実施の形態１と同様に、加工が容易であり、かつ、円形主導波管１と管軸矩形副導波管３の間で広帯域に良好なインピーダンス整合を得ながら、円形主導波管１で不要な高次モードの伝播を防止する、もしくは低減することができる効果を奏する。
【００２５】
実施の形態４．
上記実施の形態１では、管軸矩形副導波管３が円形主導波管１の開口端１ｂに結合されているものを示したが、図８に示すように、その管軸矩形副導波管３に同軸導波管変換器５が組み合わされていてもよい。
一般的に、管軸矩形副導波管３内に同軸導波管変換器５が設けられており、同軸導波管変換器５から円形主導波管１までの距離が短い場合、不要な高次モードが十分に減衰されず、例えば、同軸導波管変換器５から出力された不要な高次モードが円形主導波管１内の高次モードと結合されてしまう可能性が高いが、円形主導波管１には変成部１ｃが形成されているため、その変成部１ｃで不要な高次モードを抑圧することができる。
このため、図８に示すように、管軸矩形副導波管３に同軸導波管変換器５が組み合わされていても、不要な高次モードの影響を抑えることができる。
【００２６】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１円形主導波管、１ａ円形主導波管の側面、１ｂ円形主導波管の開口端、１ｃ変成部、２分岐矩形副導波管、３管軸矩形副導波管、４セプタム、５同軸導波管変換器。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向及び垂直方向に直交する２偏波を伝送する円形主導波管と、
上記円形主導波管の側面に結合されており、上記円形主導波管により伝送される２偏波の中の一方の偏波を伝送する分岐矩形副導波管と、
上記円形主導波管の開口端に結合されており、上記円形主導波管により伝送される２偏波の中の他方の偏波を伝送する管軸矩形副導波管とを備えた偏分波器において、
上記管軸矩形副導波管に対する上記円形主導波管の結合部が、上記円形主導波管と上記管軸矩形副導波管を変成する変成部をなしており、上記変成部において上記管軸矩形副導波管の幅広面に垂直な径方向の長さが、上記管軸矩形副導波管に近づくにしたがって段階的に短くなっている
ことを特徴とする偏分波器。
【請求項２】
管軸矩形副導波管に対する円形主導波管の結合部において、分岐矩形副導波管が結合されている側の上記円形主導波管の側面及び上記分岐矩形副導波管が結合されていない側の上記円形主導波管の側面のうち、少なくとも一方の側面に階段が形成されていることを特徴とする請求項１記載の偏分波器。
【請求項３】
円形主導波管における変成部の断面形状が楕円形であることを特徴とする請求項１記載の偏分波器。
【請求項４】
管軸矩形副導波管に同軸導波管変換器が組み合わされていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の偏分波器。

【図１】