JP5800689B2 - Polarization splitter - Google Patents
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Description
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。 The present invention mainly relates to a demultiplexer used in the VHF band, UHF band, microwave band, and millimeter wave band.
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。
As shown in FIG. 9, the demultiplexer disclosed in the following
In this demultiplexer, in order to achieve good impedance matching between the circular main waveguide and the coaxial rectangular sub-waveguide, the end of the circular main waveguide in contact with the coaxial rectangular sub-waveguide is used. A conductor (metamorphic part) having a substantially semicircular cross section is inserted.
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。
Further, in the demultiplexer disclosed in
Providing a tapered metamorphic portion can also provide good impedance matching between the circular main waveguide and the coaxial rectangular sub-waveguide.
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。
In the demultiplexer disclosed in
However, the coaxial rectangular sub-waveguide and the branch rectangular sub-waveguide use different frequency bands, and among the different frequency bands used, the lower end of the lower frequency band and the other higher frequency band In order to widen the frequency band between the high-frequency ends, there may be a case where a cross-sectional shape in which an unnecessary higher-order mode propagates must be selected as the circular main waveguide.
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。
FIG. 11 is an explanatory diagram schematically showing the relationship between the use frequency band of the circular waveguide and the cut-off frequencies of the TE11o mode and the TM01o mode.
Here, an example is shown in which the TE11 ○ mode, which is the fundamental mode, propagates from a low frequency band, and then the axially symmetric TM01 ○ mode, which is a higher-order mode having a lower cutoff frequency, propagates in a high frequency band. .
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。
In addition, in the coaxial rectangular sub-waveguide, even if the cross-sectional shape is selected so that the higher-order mode is cut off, other components connected to the coaxial rectangular sub-waveguide are reduced in size. A higher order mode source of a component (eg, a coaxial waveguide converter) may be proximate to the end face of the coaxial rectangular sub-waveguide.
In such a case, unnecessary higher-order modes are not attenuated in the coaxial rectangular sub-waveguide, but propagated in combination with the higher-order modes of the circular main waveguide.
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。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing electric field distributions in the TE10 □ mode, TE01 □ mode, TE11 □ mode, and TM11 □ mode in the rectangular sub-waveguide.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing electric field distributions of the TE11o mode (two orthogonal TE11o mode, TE11oV mode and TE11oH mode) and the TM01o mode in the circular main waveguide.
However, in the rectangular sub-waveguide, the cut-off frequency of the TE20 □ mode is lower than that of the TE11 □ mode or TM11 □ mode depending on the cross-sectional shape, but this is omitted in FIG.
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。 As can be seen from the electrical distributions of FIGS. 12 and 13, the TE10 □ mode in the rectangular sub-waveguide and the TE11 ○ mode in the circular main waveguide are easily coupled, and the TM11 □ mode and the circular main waveguide in the rectangular sub-waveguide are easy to combine. The TM01 ○ mode in the tube is easy to combine.
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。
Since the conventional demultiplexer is configured as described above, the circular main waveguide and the coaxial rectangular sub-guide are formed by a transformation part provided between the circular main waveguide and the coaxial rectangular sub-waveguide. Good impedance matching can be obtained between the wave tubes. However, the metamorphic portion is intended only to obtain good impedance matching, and is not intended to suppress unnecessary higher-order modes. For this reason, other components connected to the coaxial rectangular sub-waveguide need to be placed away from the position where the unnecessary higher-order modes are attenuated, making it difficult to reduce the overall size of the device including other components. There was a problem.
In addition, when a conductor (transformer) having a substantially semicircular cross section is inserted into the end of the circular main waveguide that is in contact with the coaxial rectangular sub-waveguide, the number of conductors constituting the polarization demultiplexer increases. In addition, the number of work steps for insertion increases, processing costs increase, and impedance matching is performed at a uniform metamorphic portion, so that there is a problem that broadband matching is difficult.
In addition, when providing a tapered metamorphic portion that is not linear with respect to the tube axis direction of the circular main waveguide, when drilling in the tube axis direction using a drill, the length is adjusted to a small length according to the taper shape. There was a problem that processing was difficult, such as the need to change the diameter.
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。 The present invention has been made to solve the above problems, is easy to process, and obtains good impedance matching in a wide band between a circular main waveguide and a tube-axis rectangular sub-waveguide. An object of the present invention is to obtain a demultiplexer that can prevent or reduce unnecessary higher-order modes in a circular main waveguide.
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おり、その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ものである。 The demultiplexer according to the present invention is coupled to a circular main waveguide that transmits two polarized waves orthogonal to the horizontal direction and the vertical direction, and a side surface of the circular main waveguide, and is transmitted by the circular main waveguide. A branched rectangular sub-waveguide that transmits one of the two polarized waves, and an open end of the circular main waveguide, and is coupled to the two polarized waves transmitted by the circular main waveguide. A tube-axis rectangular sub-waveguide that transmits the other polarized wave, and a coupling portion of the circular main waveguide to the tube-axis rectangular sub-waveguide transforms the circular main waveguide and the tube-axis rectangular sub-waveguide. and form a transformer unit, in its modified portion, the length of the radial direction perpendicular to the wide surface of the tube axis rectangular sub-wave tube, and stepwise shorter toward the tube axis rectangular sub waveguide The cross-sectional shape of the metamorphic part in the circular main waveguide is an ellipse .
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おり、その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。 According to the present invention, the coupling portion of the circular main waveguide to the tube-axis rectangular sub-waveguide forms a metamorphic portion that transforms the circular main waveguide and the tube-axis rectangular sub-waveguide. The radial length perpendicular to the wide surface of the tube-axis rectangular sub-waveguide gradually decreases as it approaches the tube-axis rectangular sub-waveguide, and the cross-sectional shape of the metamorphic part in the circular main waveguide Since it is configured to be elliptical , processing is easy, and it is not necessary in the circular main waveguide while obtaining good impedance matching in a wide band between the circular main waveguide and the tube axis rectangular sub-waveguide. It is possible to prevent or reduce the propagation of a high-order mode.
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。
1A and 1B are a side view and a sectional view showing a polarization splitter according to
In FIG. 1, a circular
The branched
The tube-axis
The septum 4 is provided in the circular
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。
1, the coupling portion of the circular
Here, FIG. 2 is a perspective view showing the circular
FIG. 3 is a side view and a sectional view showing the
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。
Next, the operation will be described.
1, the horizontal polarization E1 is input from the tube-axis
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。
For example, when the TE10 □ mode, which is the fundamental mode, is input from the tube-axis
At this time, in the
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。
Next, when an unnecessary TE01 □ mode is input from the tube-axis
Further, when the TE11 □ mode, which is a higher order mode, is input from the tube-axis
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。
When the TM11 □ mode, which is a higher-order mode, is input from the tube-axis
However, since it passes through the
Since the
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。
As apparent from the above, according to the first embodiment, the coupling portion of the circular
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。
In the first embodiment, the side surface of the circular
By increasing the length in the horizontal direction as the staircase is located closer to the tube-axis
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。
In the first embodiment, the
Moreover, as shown in FIG. 6, the step-shaped
As described above, when the step-like
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。
In the first embodiment, the
In this case as well, as in the first embodiment, the processing is easy, and circular impedance is obtained while obtaining good impedance matching in a wide band between the circular
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。
Embodiment 4 FIG.
In the first embodiment, the tube-axis
In general, a
For this reason, as shown in FIG. 8, even if the
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。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
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。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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おり、上記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
ことを特徴とする偏分波器。 A circular main waveguide that transmits two polarized waves orthogonal to the horizontal and vertical directions;
A branched rectangular sub-waveguide coupled to the side of the circular main waveguide and transmitting one of the two polarizations transmitted by the circular main waveguide;
A demultiplexed wave coupled to the open end of the circular main waveguide and having a tube-axis rectangular sub-waveguide that transmits the other of the two polarized waves transmitted by the circular main waveguide. In the vessel
The coupling portion of the circular main waveguide with respect to the tube-axis rectangular sub-waveguide forms a metamorphic portion that transforms the circular main waveguide and the tube-axis rectangular sub-waveguide, and the tube axis The length in the radial direction perpendicular to the wide surface of the rectangular sub-waveguide gradually decreases as it approaches the tube-axis rectangular sub-waveguide, and the cross-sectional shape of the metamorphic portion in the circular main waveguide is A demultiplexer characterized by being elliptical .
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