JP4507349B2

JP4507349B2 - 円／直線偏波変換器

Info

Publication number: JP4507349B2
Application number: JP2000114875A
Authority: JP
Inventors: 勝彦 ▲とく▼田; 守野元
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-04-17
Filing date: 2000-04-17
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2020-04-17
Also published as: JP2001298302A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は衛星放送あるいは衛星通信で用いる受信アンテナ（国際特許分類Ｈ０１Ｑ１９／１７）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、衛星放送受信用パラボラアンテナの一次放射器に接続して配備される円／直線偏波変換器の円偏波受信方式としては、導波管内に位相板と励振プローブにより構成する方式と基板パターン上に円偏波素子を形成する方式がある。この２方式のうち、前者においては誘電体材料から成る位相板を用いた方式と金属材料から成る位相板を用いた方式がある。
【０００３】
この誘電体材料を用いた方式では、材料には高周波特性に優れたＰＴＦＥ（六フッ化エチレン）通常用いられ、シート状の材料を切削や打ち抜き等により加工して位相板が製造されていた。
【０００４】
導波管への取り付けには挿入治具が必要となり、固定方法としてはその材質面から直接接着剤を用いて固定することができないために、導波管の外側からねじ等を用いて固定する工法が取られていた。
【０００５】
また、金属位相板を用いた例として、公報第２９４５８３９号に記載される構成例がある。図１６は該構成例の断面図を示すもので、金属材料から成る位相板と導波管内壁を一体成形することによって生産コストの削減を図っている。
【０００６】
また、放送衛星からの右旋円偏波あるいは左旋円偏波を受信するための構成例としては、特開平０４−５４００１がある。図１７は該構成例の断面図を示したもので、制御信号により励振プローブを回転させることにより、受信偏波を切り替える方式により構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の誘電体材料を使用した従来例においては、前述通り切削や打ち抜き等の加工方法が必須となることから寸法精度や材料の誘電率ばらつきにより良好な性能を安定して実現させることが困難であり、材料コスト面ではＰＴＦＥ材料は非常に高価であるといった問題があった。
【０００８】
また、位相板の固定方法としては材質が柔らかいために圧入等の工法が取れず、ねじ等の別部品を用いて固定する手段を取らざるを得ず、組立工数が増大する問題があった。
【０００９】
この組立工数及びコスト削減を鑑みた金属位相板と導波管を一体成形した従来例では、その構成にかかわらず金属位相板を用いることで導波管内部口径が周波数に依存するため周波数特性の広帯域化を図ることが極めて困難であるといった課題がある。
【００１０】
また、右旋および左旋円偏波を受信するための手段として、励振プローブを回転させる方式は、モータ等による回転機構を必要とするため、コストが増大し、励振プローブ停止時の微妙な角度位置精度を保持することが容易ではないことから円偏波受信に必要不可欠な交差偏波特性を劣化させるといった課題を有する。
【００１１】
【発明が解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の円／直線偏波変換器では、位相板を直接射出成形により形成することで、打ち抜き等の二次的な加工による寸法精度のばらつきをなくすことができ、また射出成形時の流動方向を一定方向に限定することで誘電率ばらつきを減少させることができる。その結果、源材料自身が持つ誘電率のばらつきしか反映されることがないため、設計精度を向上せしめ、良好な交差偏波特性を安定して実現することが出来る。
【００１２】
また、材料にはＰＴＦＥ材料と比べて伝送損失に大差がなく、射出成形性に優れたポリスチレンを使用することにより、１０分の１程度にコストを削減できると共に、前記材料よりも誘電率が高いために小型化が可能となる。
【００１３】
製造方法については、接着剤、ビス等を用いずに、材料の特質を活かした圧入工法を取ることによりコストおよび工数の削減を実現する。
【００１４】
さらに、位相板を取り付けるために施された導波管内部の凹状くぼみ溝あるいはスライド溝は本来の導波管特性にほとんど影響を及ぼさない形状としているため、本発明の導波管は円偏波受信用ばかりでなく、位相板を具備しなければ直線偏波受信用としても転用を可能としている。
【００１５】
また、位相板の後段に配備する励振プローブを固定した位置に２カ所配置し、コンバータ回路部の制御信号による切り換えにより、特別な回転機構を用いずに右旋円偏波と左旋円偏波を安定して受信することができる。これによりコスト面および精度面での課題を解消することできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、導波管軸芯方向が射出成形時の流動方向と一致するように位相板長手方向端部にゲートを少なくとも１カ所以上設け、位相板は一次放射器側と励振プローブ側とを低反射で結合する整合回路的な役割も有しているため、ゲートはとりわけ該形状による整合回路としての特性を比較的乱しにくい導波管開口部側に設ける。このようにゲート部を指定し、材料の流動方向を限定することで誘電率による材質ばらつきを極力制限することが出来る作用を有する。
【００１７】
これにより、設計中心周波数（１２．２ＧＨｚ付近）に対する特性を最大限にまで引き出すことが出来るため、１ＧＨｚ帯域にわたる広帯域特性を確保することが出来る。
【００１８】
本発明の請求項２に記載の発明は位相板材料にポリスチレンを用いることで、低コスト化を図ると共に、圧入を可能とする材質であることから工数の削減を図ることが出来る作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項３に記載の発明は位相板の一方の端面外側に小突起を具備することにより圧入および位置決めをする作用を有する。
【００２０】
本発明の請求項４に記載の発明は導波管開口面付近に凹状くぼみ溝を配設することにより、前記位相板を圧入および位置決めする作用を有すると共に、位相板を具備しない場合は、円偏波素子を用いた方式での伝送路としてもまた、直線偏波受信用としても転用を可能とする作用を有する。
【００２１】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の位相板のように小突起を具備しない位相板を圧入および位置決めする作用を有すると共に、前記導波管と同様に、他の用途への転用を可能とする作用を有する。
【００２２】
本発明の請求項６に記載の発明は、制御信号により、励振プローブを固定した位置に配置することで、交差偏波特性を良好に保持する作用を有する。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態における円／直線偏波変換器について図面を用いて説明する。
【００２４】
図１はパラボラアンテナ１の斜視図を示す。円／直線偏波変換器３は一次放射器２とコンバータ４の間に配備され、入射する円偏波を直線偏波に変換する機能を有する。図２は円／直線偏波変換器の斜視透視図を示すものであり、一次放射器１１の後段に位相板１２と円形導波管１３で構成される円／直線偏波変換器が配備され、コンバータ部に具備する励振プローブ１４により変換された直線偏波成分を給電するような構成である。また、本図における励振プローブの配置は一例として、衛星からの右旋円偏波を受信するようになっている。
【００２５】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における位相板平面図を図３に示す。位相板２５は誘電体材料から成り、本発明ではコスト面に優位性があり、且つＰＴＦＥ材料に比べて誘電率が高いポリスチレンを用いている。また、Ｂ部は位相板主要部で、管内波長のほぼ四分の一波長に相当する長さを有し、Ａ部，Ｃ部は各々一次放射器側、励振プローブ側との整合回路的な役割を担う。ここで、位相板長手方向先端部に具備する小突起は少なくとも１カ所存在する射出成形用ゲート２１に相当する部分であり、材料の流動方向を導波管軸芯と同一方向になるように具備するものである。
【００２６】
また、図４は他の位相板３０の平面図を示しており、図３に示す位相板のＡ部，Ｃ部の内側をテーパ形状としたものである。
【００２７】
これらの部品成形用のゲートはとりわけ該形状による整合回路としての特性を比較的乱しにくい導波管開口部側（紙面に向かって左側）に設けられている。
【００２８】
また、図５および図６は各々、図３および図４のゲートを位相板Ｂ部の短手方向中心端付近に具備した位相板３５，４０の例であり、図７および図８は他の位相板４５，５０の例である。
【００２９】
これらのようにゲートをＡ部の中心から離れた箇所に配備した場合、図３の位相板を例に挙げると図９に示すように導波管内の電界強度が小さい部分に相当するため、ゲート形状が多少変化しても交差偏波特性に及ぼす影響は少ない。しかしながら図５から図８に示すようにゲートを位相板中心端に配備した場合、図５の位相板を例に挙げると図１０のように導波管内の電界分布が最大の箇所に相当するため、ゲート形状の微細な変化により特性が大きく左右されることになる。したがって、本実施の形態はゲートを導波管軸芯から離れた箇所に配備することが出来る図３あるいは図４の形状にて位相板を構成するものである。
【００３０】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における円／直線偏波変換器の断面図を図１２および図１３に示す。図１３は開口面側（一次放射器側）から見たもので、図１４は一次放射器部部を導波管の軸方向に沿った面で分割した断面図である。円形導波管に図１１に示す位相板を取り付け、該位相板の先端部外側に設けた凸状突起６７よりも小さい形状の凹状溝が開口面に２カ所配設され、該箇所にて該位相板を圧入により固定することにより円／直線偏波変換器を構成する。
【００３１】
また、該円形導波管において、凹状が配設されている面に励起する電界とそれに直交した面に励起する電界における一次放射器側を見た反射特性がほぼ類似し、受信特性に支障を来さぬよう配慮して該凹状を所定寸法としている。したがって、直線偏波受信用としてあるいは円偏波素子を励振素子として直接円偏波を受信するような方式の伝送路としても転用可能としている。
【００３２】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における円形導波管の斜視図を図１４に示す。該導波管は内壁面に同様のスライド溝８１が開口面から見て各々９０度間隔で４カ所、導波管全長にわたり配設されたような構造を有し、そのうち対面する２つの溝を用いて位相板が取り付くよう構成されている。ただし、該位相板は、外側に取り付け用小突起がない形状、例えば図３あるいは図４に示すような形状を成し、導波管軸芯方向に向かって導波管テーパよりも緩やかなテーパを付けることにより、圧入工法により取り付け、固定できるようになっている。
【００３３】
また、該円形導波管は実施の形態２に記した導波管同様、他用途への転用を考慮して溝幅および深さを設定している。
【００３４】
また、該溝は位相板取り付けだけであれば２カ所で十分であるが、円形導波管としての性能を鑑みた場合、２つの溝を結ぶ平面に励起する電界とそれと直角を成す平面に励起する電界との間で差異が生じ、具体的には反射特性が異なるため、結果として、位相板挿入時の交差偏波特性を劣化させることになる。よって本実施の形態は該溝を９０度間隔で４箇所配設することにより該性能のアンバラスを解消し、良好な交差偏波特性を得るような構造となっている。
【００３５】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４における円／直線偏波変換器の断面図を図１５に示す。円／直線偏波変換器は開口面側から見て直交する第１の励振プローブ９１および第２の励振プローブ９２と４５度の角度を成すように位相板９３を取り付けることにより構成されている。ただし、水平方向に配備される第１の励振プローブは垂直軸に対称な位置に配備されても構わない。
【００３６】
具体例として、図１に示すようなパラボラアンテナに装備された場合、受信偏波はリフレクタによって反転するため、第１の励振プローブ９１が衛星からの右旋円偏波受信用、第２の励振プローブ９２は左旋円偏波受信用となる。
【００３７】
また、偏波の切替はこれら励振プローブと接続されるコンバータ回路で所定電圧により経路の切替を行うことにより実現され、その結果衛星からの右旋円偏波、左旋円偏波を共用して受信することが出来る。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明の円／直線偏波変換器によれば、誘電体材料の射出成形時の流動方向の限定および成形樹脂注入用ゲートの位置を指定することにより誘電率ばらつきを抑制することができるため、所定の位相板設計寸法における性能ばらつきを抑制せしめ、結果として１２ＧＨｚ帯において良好な交差偏波特性を保持しつつ、受信帯域を１ＧＨｚまで広帯域化することができる。
【００３９】
また、位相板材料について、従来のＰＴＦＥ材料は成形条件が非常に高温で且つ、流動性が悪く一般的な射出成形ができないため、誘電率のばらつきが生じ易い。これに対し、ポリスチレンは通常の射出成形が可能で且つ比較的安価な上、寸法的にも約１／３のスケールダウンを図ることが出来、且つ工数の削減に連動する圧入工法を取り入れることが出来るなど効果は絶大である。さらに、使用する導波管は位相板を具備しなければ直線偏波受信用等としても使用可能であるため、金型の共用化が図ることができ、金型投資費用も削減することが可能となる。
【００４０】
また、励振プローブを所定の位置に固定して配備することにより、該プローブを特段回転させなくても容易に偏波の切替が可能となると共に、回転時に生じる角度精度に対する交差偏波特性の劣化を防ぐ安定した性能を発揮する右旋円偏波、左旋円偏波共用受信アンテナを実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるパラボラアンテナの斜視図
【図２】本発明の一実施例における一次放射器および円／直線偏波変換器の斜視透視図
【図３】本発明の実施の形態２における位相板の平面図
【図４】本発明の実施の形態２における位相板の平面図
【図５】本発明の実施の形態２における位相板の平面図
【図６】本発明の実施の形態２における位相板の平面図
【図７】本発明の実施の形態２における位相板の平面図
【図８】本発明の実施の形態２における位相板の平面図
【図９】図３の位相板を具備した場合の導波管断面図と電界分布を示す図
【図１０】図５の位相板を具備した場合の導波管断面図と電界分布を示す図
【図１１】本発明の実施の形態３における位相板の平面図
【図１２】本発明の実施の形態３における円／直線偏波変換器の断面図
【図１３】本発明の実施の形態３における円／直線偏波変換器の軸方向断面図
【図１４】本発明の実施の形態４における円形導波管を示す図
【図１５】本発明の実施の形態５における円／直線偏波変換器の断面図
【図１６】従来の実施形態における円／直線偏波変換器の断面図
【図１７】従来の実施形態における円／直線偏波変換器の断面図
【符号の説明】
１２，２５，３０，３５、４０，４５、５０，７０，９３、１０３，１１３位相板
２１，２６，３１，３６，４１，４６、６６ゲート
３，２０，６０，６５、８０，１００，１１０，１２０円／直線偏波変換器
１３，５１，７２、９０，９４，１０２，１１２円形導波管
６７小突起
７３開口面
２，１１，７１，１０１，１１１一次放射器
４コンバータ
８１スライド溝
１４励振プローブ
９１第１の励振プローブ
９２第１の励振プローブ
１リフレクタ
１０パラボラアンテナ
１１４モータ

Claims

射出成型によって成型される誘電体位相板と、前記誘電体位相板を中空部に配置して軸芯方向を円偏波の入射方向とする円形導波管とを具備し、
前記誘電体位相板は、前記円形導波管の開口面側で、かつ、前記円形導波管の軸芯から離れた対称の位置に複数個の射出成型用のゲートを有し、前記ゲートから注入される熱可塑性材料の流動方向が前記円形導波管の軸芯と同一方向になるように射出成型されることを特徴する円／直線偏波変換器。
前記熱可塑性材料をポリスチレンとすることを特徴とする請求項１記載の円／直線偏波変換器。
前記誘電体位相板は、前記円形導波管に固定するために先端部外側に設けられ凸状突起を具備することを特徴とする請求項１記載の円／直線偏波変換器。
前記円形導波管は、前記凸状突起を圧入するために前記凸状突起より小さい形状の凹状溝を具備することを特徴とする請求項３記載の円／直線偏波変換器。
前記円形導波管は、内部壁面に軸芯方向テーパが前記誘電体位相板の長手方向外側テーパよりも大きい角度の溝を前記円形導波管の開口面側から見て各々９０度間隔で４カ所配設し、そのうち対面する２つの溝を用いて前記誘電体位相板を圧入することを特徴とする請求項１記載の円／直線偏波変換器。
前記円形導波管の開口面側から見て前記誘電体位相板と各々４５度の角度を成し、直交した位置に配備された２つの励振プローブを具備することを特徴とする請求項１記載の円／直線偏波変換器。