JP6022129B1 - 給電回路およびアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

第３のカプラ（３ｃ）が、第１のカプラ（３ａ）から出力された信号を第２のセプタムポラライザ（８ｂ）の入力端子（８−１）に出力し、第２のカプラ（３ｂ）から出力された信号を第１のセプタムポラライザ（８ａ）の入力端子（８−２）に出力する。

Description

この発明は、主としてＶＨＦ（Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯、ＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯、マイクロ波帯およびミリ波帯で使用されるマルチビームアンテナ用の給電回路およびこれを備えたアンテナ装置に関する。

例えば、非特許文献１には、衛星通信に用いるマルチビームアンテナのアンテナ装置が記載されている。このアンテナ装置は、反射鏡アンテナと複数の放射素子を備えており、複数の放射素子から放射された複数のビームが反射鏡アンテナで反射されて１または複数のマルチビームが形成される。放射素子は、給電回路によって予め定められた励振振幅、励振位相で信号が分配されてビームを放射する。

給電回路は、例えば、セプタムポラライザ、終端器、カプラを備え、これらのコンポーネントは一般に導波管で構成されている。
セプタムポラライザは、第１の入力端子、第２の入力端子および１つの出力端子を有しており、出力端子に放射素子が接続され、第１の入力端子に信号が入力された場合と第２の入力端子に信号が入力された場合とで旋回方向が異なる円偏波の信号を出力する。
例えば、第１の入力端子に信号を入力すると左旋円偏波の信号を出力端子から出力する場合、第２の入力端子に信号が入力されると右旋円偏波の信号を出力端子から出力する。

終端器は、放射素子ごとのセプタムポラライザにおける同じ側の入力端子を終端している。例えば、一方のセプタムポラライザにおける第１の入力端子が、終端器によって終端されている場合、他方のセプタムポラライザにおいても、同じ側の入力端子である第１の入力端子が終端される。

カプラは、４つの端子を有しており、そのうちの２つの端子が放射素子ごとのセプタムポラライザの入力端子にそれぞれ接続される。
また、カプラでは、１つの端子から入力された信号が２つの端子から出力され、出力信号の振幅比は設計結合度によって決まる。出力信号の位相差は９０度である。
カプラが有する４つの端子のうち、入出力に関係する端子以外はアイソレーション端子となり、この端子から信号は出力されない。

上記給電回路では、カプラからの信号が、放射素子ごとのセプタムポラライザにおける同じ側の入力端子に入力される。これにより、隣り合うマルチビームのうちの一方を出力する場合と他方を出力する場合とで、これらのマルチビームで共用される２つの放射素子から放射されるビームは、同じ旋回方向の円偏波となる。

Ｐ．Ａｎｇｅｌｅｔｔｉ， Ｍ．Ｌｉｓｉ， "Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ"， ＥＳＡ， Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｍａｇａｚｉｎｅ， ＩＥＥＥ， ２０１４．

隣り合うマルチビームの一方を出力する場合と他方を出力する場合で旋回方向が異なる円偏波のビームを、これらのマルチビームがオーバーラップする部分に使用することがある。この場合、隣り合うマルチビームで共用される２つの放射素子にそれぞれ接続されたセプタムポラライザの異なる側の入力端子に信号を入力する給電回路が必要となる。

従来のアンテナ装置では、カプラからの信号を一方のセプタムポラライザの第１の入力端子に入力する接続線路とカプラからの信号を他方のセプタムポラライザの第２の入力端子に入力する接続線路とを設けた給電回路が採用されている。これらの接続線路を設けることで、カプラからセプタムポラライザの異なる側の入力端子に信号を入力することができ、セプタムポラライザに接続された放射素子から旋回方向が異なる円偏波のビームを放射させることができる。

しかしながら、上記給電回路では、前述の２つの接続線路が交差することになるため、一方の接続線路を他方の接続線路から迂回させて配置する必要がある。
従って、接続線路が複雑化して結果的に給電回路の回路構成が複雑になるという課題があった。

この発明は上記課題を解決するものであり、簡易な回路構成で、方向が異なる偏波のビームをマルチビームがオーバーラップする部分に使用することができる給電回路およびこれを備えたアンテナ装置を得ることを目的とする。

この発明に係る給電回路は、第１のポラライザ、第２のポラライザ、第１の２分配回路、第２の２分配回路および第３のカプラを備える。
第１および第２のポラライザは、出力端子と２つの入力端子とを有し、２つの入力端子のうちの一方の入力端子に信号が入力された場合と他方の入力端子に信号が入力された場合とで方向が異なる偏波の信号を出力端子から出力する。
第１の２分配回路は、信号が入出力される２つの端子を有し、２つの端子のうちの一方の端子が第１のポラライザの一方の入力端子に接続され、入力信号を２つの端子に２分配して出力する。
第２の２分配回路は、信号が入出力される２つの端子を有し、２つの端子のうちの一方の端子が第２のポラライザの他方の入力端子に接続され、入力信号を２つの端子に２分配して出力する。
第３のカプラは、第１の２分配回路における２つの端子のうちの他方の端子から出力された信号を第２のポラライザの一方の入力端子に出力し、第２の２分配回路における２つの端子のうちの他方の端子から出力された信号を第１のポラライザの他方の入力端子に出力する。
第１の２分配回路は、信号の伝搬方向である管軸方向が、第３のカプラにおける信号の伝搬方向である管軸方向に対して直交するように第３のカプラの一方側に配置されている。第２の２分配回路は、信号の伝搬方向である管軸方向が、第３のカプラにおける信号の伝搬方向である管軸方向に対して直交するように第３のカプラの他方側に配置されている。

この発明によれば、第３のカプラが、第１の２分配回路から出力された信号を第２のポラライザの一方の入力端子に出力し、第２の２分配回路から出力された信号を第１のポラライザの他方の入力端子に出力する。これにより、２分配回路とポラライザとの接続線路が交差せず、接続線路の迂回が不要となるため、簡易な回路構成で給電回路を実現することができる。また、隣り合うマルチビームのうちの一方のマルチビームを放射する場合と他方のマルチビームを放射する場合とでポラライザにおける異なる側の入力端子に信号を入力することができるので、これらのマルチビームがオーバーラップする部分に方向が異なる偏波のビームを使用することができる。

図１Ａは、この発明に係るアンテナ装置の構成の概要を示すブロック図であり、図１Ｂは、図１Ａのアンテナ装置によって形成されるアンテナビームの概要を示す図である。 図２Ａは、実施の形態１に係る給電回路の構成を示すブロック図であり、図２Ｂは、従来の給電回路の構成を示すブロック図である。 図３Ａは、第１のカプラおよび第２のカプラを示す図であり、図３Ｂは、第１のカプラおよび第２のカプラの信号分配の概要を示す図である。 図４Ａは、第３のカプラを示す図であり、図４Ｂは、第３のカプラの信号分配の概要を示す図である。 図５Ａは、第１のセプタムポラライザおよび第２のセプタムポラライザを示す図であり、図５Ｂは、第１のセプタムポラライザおよび第２のセプタムポラライザの円偏波出力の概要を示す図である。 実施の形態１に係る給電回路の別の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２に係る給電回路の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る給電回路の導波管構成を示す上面図である。 第１のカプラおよび第２のカプラの導波管構成を示す斜視図である。 第１のセプタムポラライザおよび第２のセプタムポラライザの導波管構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３に係る給電回路の構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係る給電回路の導波管構成を示す上面図である。 第１のＴ分岐回路および第２のＴ分岐回路の導波管構成を示す斜視図である。 実施の形態３に係る給電回路の別の導波管構成を示す上面図である。

以下、この発明をより詳細に説明するため、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１Ａは、この発明に係るアンテナ装置１の構成の概要を示すブロック図である。また図１Ｂは、図１Ａのアンテナ装置１によって形成されるアンテナビームの概要を示す図である。アンテナ装置１は、放射素子２−１〜２−１２と給電回路を備えており、放射素子２−１〜２−１２から放射されたビームが、不図示の反射鏡アンテナで反射されてマルチビームとして放射され、上記反射鏡アンテナで反射されてきたビームが受信される。

給電回路は、放射素子２−１〜２−１２に対して予め定められた励振振幅、励振位相で信号を分配する回路であり、複数のカプラ３、複数の終端器４、入力端子５、入力端子６を備える。これらの構成要素は、一般的に導波管で構成される。
なお、図１Ａにおいて記載を省略したが、アンテナ装置１は、移相回路を備えている。放射素子において所望の移相分布を実現するため、給電回路から出力された信号の９０度の位相差は、移相回路の移相量で補正される。
終端器４は、カプラ３のアイソレーション端子に接続される。これにより、カプラ３では、入力信号が、アイソレーション端子に漏れることなく、分配端子から出力される。

入力端子５に入力された信号は、カプラ３によって順に分配されていく。そして、この信号が放射素子２−１〜２−７に分配されると、放射素子２−１〜２−７からビーム＃１〜＃７が放射されてマルチビームＡが形成される。
また、入力端子６に入力された信号も、上記と同様に、カプラ３によって順に分配されていく。そして、この信号が放射素子２−６〜２−１２に分配されると、放射素子２−６〜２−１２からビーム＃６〜＃１２が放射されてマルチビームＢが形成される。

なお、図１Ａには、給電回路の構成要素としてカプラ３、終端器４、入力端子５、入力端子６を記載したが、放射素子から円偏波のビームを放射させる場合は、給電回路の構成要素にセプタムポラライザが追加される。
例えば、マルチビームＡとマルチビームＢは、放射素子２−６および放射素子２−７を共用することによりオーバーラップしている。ここで、マルチビームＡとマルチビームＢを互いに異なる旋回方向の円偏波のビームとする場合、図１Ａにおいて、放射素子２−１〜２−１２とこれに接続されたカプラ３との間にセプタムポラライザが設けられる。このとき、図１Ａにおいて鎖線で囲んで示した、実施の形態１に係る給電回路７にもセプタムポラライザが設けられる。

図２Ａは、実施の形態１に係る給電回路７の構成を示すブロック図であり、給電回路７を放射素子２−６および放射素子２−７とともに記載している。図２Ｂは、従来の給電回路１００の構成を示すブロック図である。図３Ａは、第１のカプラ３ａおよび第２のカプラ３ｂを示す図であり、図３Ｂは、第１のカプラ３ａおよび第２のカプラ３ｂの信号分配の概要を示す図である。図４Ａは、第３のカプラ３ｃを示す図であり、図４Ｂは、第３のカプラ３ｃの信号分配の概要を示す図である。図５Ａは、第１のセプタムポラライザ８ａおよび第２のセプタムポラライザ８ｂを示す図である。図５Ｂは、第１のセプタムポラライザ８ａおよび第２のセプタムポラライザ８ｂの円偏波出力の概要を示す図である。

給電回路７は、マルチビームＡを出力する場合とマルチビームＢを出力する場合とで、旋回方向が異なる円偏波のビームを、放射素子２−６および放射素子２−７に放射させる給電回路である。その構成要素として、図２Ａに示すように、入力端子９を有する第１のカプラ３ａ、入力端子１０を有する第２のカプラ３ｂ、第３のカプラ３ｃ、終端器４ａ、終端器４ｂ、第１のセプタムポラライザ８ａ、第２のセプタムポラライザ８ｂを備える。
放射素子２−６および放射素子２−７は、図１Ａに示したように、マルチビームＡとマルチビームＢがオーバーラップする部分のビーム＃６とビーム＃７を放射する放射素子である。

第１のカプラ３ａと第２のカプラ３ｂは、この発明における第１の２分配回路と第２の２分配回路を具体化したものであり、例えば、３ｄＢカプラで構成される。３ｄＢカプラは、１つの端子から入力された信号を２つの端子に２分配して出力する結合器である。
第１のカプラ３ａおよび第２のカプラ３ｂは、図３Ａに示すように端子３−１〜３−４といった４つの端子を有しており、これらのうちの１つの端子に入力された信号を、残りの３つの端子のうちの２つの端子に２分配して出力する。

例えば、端子３−１に入力された信号は、図３Ｂにおいて矢印で示すように、端子３−３と端子３−４とに２分配されて出力される。出力される信号の振幅比は、設計結合度に応じて決定され、その位相差は９０度である。
なお、入出力に関係しない端子はアイソレーション端子となり、信号は出力されない。

また、第１のカプラ３ａの端子３−１は、図２Ａに示す入力端子９に接続される。入力端子９は、マルチビームＡを形成するための信号が入力される入力端子となる。
第１のカプラ３ａの端子３−２には終端器４ａが接続されて、端子３−２からは信号が出力されない。

第１のカプラ３ａの端子３−３は、入力端子９に入力された信号が分配される分配端子となる端子であり、第１のセプタムポラライザ８ａの入力端子８−１に接続される。
第１のカプラ３ａの端子３−４は、端子３−３と同様に、入力端子９に入力された信号が分配される分配端子となり、第３のカプラ３ｃの端子３ｃ−１に接続される。

第２のカプラ３ｂの端子３−１には終端器４ｂが接続されて、この端子３−１からは信号が出力されない。また、第２のカプラ３ｂの端子３−２は、図２Ａに示す入力端子１０に接続される。入力端子１０は、マルチビームＢを形成するための信号が入力される入力端子となる。

第２のカプラ３ｂの端子３−３は、入力端子１０に入力された信号が分配される分配端子となる端子であり、第３のカプラ３ｃの端子３ｃ−２に接続される。
第２のカプラ３ｂの端子３−４は、入力端子１０に入力された信号が分配される分配端子となり、第２のセプタムポラライザ８ｂの入力端子８−２に接続される。

第３のカプラ３ｃは、例えば、０ｄＢカプラで構成され、図４Ａに示すように、４つの端子３ｃ−１〜３ｃ−４を有する。０ｄＢカプラは、入力と出力の間をほぼ０ｄＢの挿入損失で結合する結合器である。
端子３ｃ−１に入力された信号は、図４Ｂにて矢印で示すように対角の位置にある端子３ｃ−４から出力される。すなわち、端子３ｃ−４は、端子３ｃ−１に入力された信号が分配される分配端子となる。
同様に、端子３ｃ−２に入力された信号は端子３ｃ−３から出力されるので、端子３ｃ−３は、端子３ｃ−２に入力された信号が分配される分配端子となる。

第３のカプラ３ｃの端子３ｃ−１は、前述したように第１のカプラ３ａの端子３−４に接続され、第３のカプラ３ｃの端子３ｃ−２は、第２のカプラ３ｂの端子３−３に接続される。また、第３のカプラ３ｃの端子３ｃ−３は、図２Ａに示すように、第１のセプタムポラライザ８ａの入力端子８−２に接続され、第３のカプラ３ｃの端子３ｃ−４は、第２のセプタムポラライザ８ｂの入力端子８−１に接続される。
なお、図１Ａに示した給電回路７のカプラ３は、第１のカプラ３ａ、第２のカプラ３ｂおよび第３のカプラ３ｃから構成される。

第１のセプタムポラライザ８ａおよび第２のセプタムポラライザ８ｂは、この発明における第１のポラライザおよび第２のポラライザを具体化したものであり、図５Ａに示すように、２つ入力端子８−１，８−２と出力端子８−３を有する。
第１のセプタムポラライザ８ａの出力端子８−３には、図２Ａに示すように、放射素子２−６が接続され、第２のセプタムポラライザ８ｂの出力端子８−３には、放射素子２−７が接続される。

また、第１のセプタムポラライザ８ａおよび第２のセプタムポラライザ８ｂは、図５Ｂに示すように、入力端子８−１に信号が入力された場合と入力端子８−２に信号が入力された場合とで旋回方向が異なる円偏波の信号を出力端子８−３から出力する。
図５Ｂでは、入力端子８−１に信号が入力されると、出力端子８−３から左旋円偏波の信号が出力され、入力端子８−２に信号が入力されると、出力端子８−３から右旋円偏波の信号が出力される場合を示している。

以降の説明では、セプタムポラライザにおいて図５Ｂに示す関係で円偏波の信号が出力されるものとして扱う。ただし、図５Ｂはセプタムポラライザの一例を示すものである。
すなわち、この発明では、入力端子８−１に信号が入力されると右旋円偏波の信号が出力され、入力端子８−２に信号が入力されると左旋円偏波の信号が出力されるポラライザを使用してもよい。

図２Ｂに示すように、従来の給電回路１００では、第１のカプラ３ａの端子３−４と第２のセプタムポラライザ８ｂの入力端子８−１とを線路で直接接続し、第２のカプラ３ｂの端子３−３と第１のセプタムポラライザ８ａの入力端子８−２とを線路で直接接続している。このため、これらの接続線路には、図２Ｂにおいて鎖線で囲んで示す交差部分１０１が生じる。

この交差部分１０１では、一方の接続線路と他方の接続線路を電気的に非接触な状態で交差させる必要があり、例えば、ブリッジ導体あるいは互いに異なる導体層などを介して一方の接続線路を他方の接続線路から迂回させて配置していた。また、接続線路を導波管で構成する場合は、一方の導波管を他方の導波管から迂回させた複雑な構造となる。
このため、交差部分１０１の接続線路が複雑化して結果的に給電回路１００の回路構成が複雑になるという課題があった。

これに対して、この発明に係る給電回路７では、カプラとセプタムポラライザとを線路で直接接続せず、第３のカプラ３ｃを介して接続している。第３のカプラ３ｃは、第１のカプラ３ａから出力された信号を第２のセプタムポラライザ８ｂの入力端子８−１に出力し、第２のカプラ３ｂから出力された信号を第１のセプタムポラライザ８ａの入力端子８−２に出力する。これにより、カプラとセプタムポラライザとの接続線路が交差せず、接続線路の迂回が不要となるため、例えば平面基板上にカプラおよびセプタムポラライザを配置した簡易な回路構成で給電回路７を実現することができる。

次に動作について説明する。
以降では、マルチビームＡとして左旋円偏波のビームを放射し、マルチビームＢとして右旋円偏波のビームを放射する場合を例に挙げる。
まず、マルチビームＡを形成するための信号が、図１Ａに示した入力端子５に入力されると、この信号は、カプラ３によって順に分配されて放射素子２−１〜２−７にそれぞれ接続するカプラ３に出力される。このとき、給電回路７の入力端子９に信号が入力されると、第１のカプラ３ａは、この信号を端子３−３と端子３−４とに２分配して出力する。

第１のカプラ３ａの端子３−３から出力された信号は、第１のセプタムポラライザ８ａの入力端子８−１に入力され、第１のセプタムポラライザ８ａによって左旋円偏波の信号に変換されて出力端子８−３から出力される。これにより、放射素子２−６は、左旋円偏波のビーム＃６を放射する。

第１のカプラ３ａの端子３−４から出力された信号は、第３のカプラ３ｃによって第２のセプタムポラライザ８ｂの入力端子８−１に入力される。
第２のセプタムポラライザ８ｂは、第３のカプラ３ｃから入力した信号を左旋円偏波の信号に変換して出力端子８−３から出力する。これにより、放射素子２−７は左旋円偏波のビーム＃７を放射する。

また、放射素子２−１〜２−５に給電する給電回路においても、セプタムポラライザによって左旋円偏波の信号が放射素子２−１〜２−５に出力される。これにより、放射素子２−１〜２−５から放射されるビーム＃１〜＃５も左旋円偏波のビームとなる。
このようにして、ビーム＃６およびビーム＃７を含むマルチビームＡは、左旋円偏波のビームとなる。

また、マルチビームＢを形成するための信号が、図１Ａに示した入力端子６に入力されると、この信号は、カプラ３によって順に分配されて放射素子２−６〜２−１２にそれぞれ接続するカプラ３に出力される。このとき、給電回路７の入力端子１０に信号が入力されると、第２のカプラ３ｂは、この信号を端子３−３と端子３−４とに２分配して出力する。

第２のカプラ３ｂの端子３−４から出力された信号は、第２のセプタムポラライザ８ｂの入力端子８−２に入力され、第２のセプタムポラライザ８ｂによって右旋円偏波の信号に変換されて出力端子８−３から出力される。これにより、放射素子２−７は、右旋円偏波のビーム＃７を放射する。

第２のカプラ３ｂの端子３−３から出力された信号は、第３のカプラ３ｃによって第１のセプタムポラライザ８ａの入力端子８−２に入力される。
第１のセプタムポラライザ８ａは、第３のカプラ３ｃから入力した信号を右旋円偏波の信号に変換して出力端子８−３から出力する。これにより、放射素子２−６は右旋円偏波のビーム＃６を放射する。

また、放射素子２−８〜２−１２に給電する給電回路においても、セプタムポラライザによって右旋円偏波の信号が放射素子２−８〜２−１２に出力される。これにより、放射素子２−８〜２−１２から放射されるビーム＃８〜＃１２も右旋円偏波のビームとなる。
このようにして、ビーム＃６およびビーム＃７を含むマルチビームＢは、右旋円偏波のビームとなる。

図６は、実施の形態１に係る給電回路の別の構成を示すブロック図であり、別の構成の給電回路７Ａを放射素子２−６および放射素子２−７とともに記載している。
給電回路７Ａは、図２Ａに示した第３のカプラ３ｃを、直列に接続された３ｄＢカプラ３ｄおよび３ｄＢカプラ３ｅに置き換えた構成を有している。
３ｄＢカプラは、１つの端子に入力された信号を２つの端子に２分配して出力し、２つの端子に入力された信号については各端子の入力電力の半分を合わせた信号を１つの端子から出力する。

従って、直列に接続された３ｄＢカプラ３ｄおよび３ｄＢカプラ３ｅは、第３のカプラ３ｃと同様に動作することができる。すなわち、３ｄＢカプラ３ｅは、第１のカプラ３ａから出力された信号を２分配して３ｄＢカプラ３ｄに出力する。３ｄＢカプラ３ｄは、２つの端子のそれぞれの入力電力の半分を合わせた信号を第２のセプタムポラライザ８ｂの入力端子８−１に出力する。

また、３ｄＢカプラ３ｅは、第２のカプラ３ｂから出力された信号を２分配して３ｄＢカプラ３ｄに出力する。３ｄＢカプラ３ｄは、２つの端子のそれぞれの入力電力の半分を合わせた信号を第１のセプタムポラライザ８ａの入力端子８−２に出力する。
このように構成しても、カプラとセプタムポラライザとの接続線路の迂回構造が不要となるので、上記と同様の効果を得ることができる。

なお、これまでの説明では、第１のポラライザおよび第２のポラライザとしてセプタムポラライザを用いた場合を示したが、これに限定されるものではない。
すなわち、この発明では、信号が入力される入力端子に応じて異なる旋回方向の円偏波を出力するポラライザであればよい。

以上のように、実施の形態１に係る給電回路７において、第３のカプラ３ｃが、第１のカプラ３ａから出力された信号を第２のセプタムポラライザ８ｂの入力端子８−１に出力する。さらに、第２のカプラ３ｂから出力された信号を第１のセプタムポラライザ８ａの入力端子８−２に出力する。これにより、カプラとポラライザとの接続線路が交差せず、接続線路の迂回が不要となるため、簡易な回路構成で給電回路を実現することができる。
また、マルチビームＡを放射する場合とマルチビームＢを放射する場合とで、セプタムポラライザにおける異なる側の入力端子に信号を入力することができる。従って、マルチビームＡとマルチビームＢがオーバーラップする部分に旋回方向が異なる円偏波のビームを使用することができる。

また、実施の形態１に係る給電回路７Ａにおいて、第３のカプラ３ｃは、直列に接続された３ｄＢカプラ３ｄ，および３ｄＢカプラ３ｅである。このようにしても、カプラとセプタムポラライザの接続線路が交差せず、接続線路の迂回構造が不要となることから、簡易な回路構成で給電回路を実現することができる。

さらに、実施の形態１に係る給電回路７において、第１のカプラ３ａおよび第２のカプラ３ｂは、３ｄＢカプラである。このようにしても、カプラとセプタムポラライザの接続線路が交差せず、接続線路の迂回構造が不要となることから、簡易な回路構成で給電回路を実現することができる。

さらに、実施の形態１に係るアンテナ装置１は、放射素子２−１〜２−１２と、マルチビームＡとマルチビームＢに共用される放射素子２−６と放射素子２−７に給電する給電回路７を備える。給電回路７は、前述したように簡易な回路構成で実現可能であるので、結果的にアンテナ装置１の構成の簡素化も期待することができる。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係る給電回路７Ｂの構成を示すブロック図であり、給電回路７Ｂを放射素子２−６および放射素子２−７とともに記載している。なお、図７において、図２Ａと同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
図８は給電回路７Ｂの導波管構成を示す上面図である。図８では放射素子２−６および放射素子２−７の記載を省略している。

給電回路７Ｂは、図２Ａに示した給電回路７に対して、移相回路１１ａおよび移相回路１１ｂを追加した構成を有している。
移相回路１１ａは、図７に示すように第１のカプラ３ａの端子３−３と第１のセプタムポラライザ８ａの入力端子８−１との接続経路に設けられる。移相回路１１ｂは、第２のカプラ３ｂの端子３−４と第２のセプタムポラライザ８ｂの入力端子８−２との接続経路に設けられる。

第１のカプラ３ａ、第２のカプラ３ｂ、第３のカプラ３ｃは、ブランチラインカプラで構成される。例えば、図９に示すように、第１のカプラ３ａおよび第２のカプラ３ｂは、導波管のブランチラインカプラであってもよい。
このブランチラインカプラでは、図３Ａに示した端子３−１〜３−４が長方形の導波管端子となっている。第３のカプラ３ｃについても、同様な導波管のブランチラインカプラとして構成してもよい。
なお、第３のカプラ３ｃを０ｄＢカプラではなく、直列に接続した２つの３ｄＢカプラから構成すると、図９に示す端子３−３を持つ導波管と端子３−４を持つ導波管との間隔を０ｄＢカプラと３ｄＢカプラとで同じにした場合、これら２つの導波管を接続する中央の導波管の幅を、０ｄＢカプラに比べて３ｄＢカプラの方が広くすることができる。このため、３ｄＢカプラで構成した方が製造誤差に強く、第３のカプラ３ｃを製造しやすいという利点がある。

また、第１のセプタムポラライザ８ａおよび第２のセプタムポラライザ８ｂについても導波管で構成してもよい。例えば、図１０に示す導波管のセプタムポラライザは、図５Ａに示した入力端子８−１と入力端子８−２が長方形の導波管端子となっており、出力端子８−３が正方形の導波管端子となっている。

導波管コンポーネントを用いて給電回路７Ｂを構成した場合、信号の移相量を調整するため、各コンポーネント間の接続線路長を補正する必要がある。
そこで、給電回路７Ｂでは、接続線路長の補正が必要な箇所に移相回路１１ａと移相回路１１ｂを設けている。移相回路１１ａおよび移相回路１１ｂは、図８に示すように屈曲した導波管であり、この構造によって接続線路長が適切に補正される。これに伴って信号の移相量が適切に調整されるので、給電特性の向上を図ることができる。

また、第１のカプラ３ａにおける信号の伝搬方向が、第３のカプラ３ｃにおける信号の伝搬方向に対して直交するように、第１のカプラ３ａを第３のカプラ３ｃの一方側に配置し、第２のカプラ３ｂにおける信号の伝搬方向が、第３のカプラ３ｃにおける信号の伝搬方向に対して直交するように、第２のカプラ３ｂを第３のカプラ３ｃの他方側に配置してもよい。

例えば、第１のカプラ３ａ、第２のカプラ３ｂおよび第３のカプラ３ｃが導波管である場合には、図８に示すように、第１のカプラ３ａにおける信号の伝搬方向である管軸方向を第３のカプラ３ｃの信号の伝搬方向である管軸方向に直交させた状態で、第１のカプラ３ａを第３のカプラ３ｃの一方側に配置する。第２のカプラ３ｂについても同様に、第２のカプラ３ｂにおける信号の伝搬方向である管軸方向を第３のカプラ３ｃの管軸方向に直交させた状態で、第２のカプラ３ｂを第３のカプラ３ｃの他方側に配置する。
これにより、入力端子９および入力端子１０から放射素子２−６および放射素子２−７までの長さを短縮することができるので、給電回路７Ｂの小型化を図ることができる。

また、このように第１のカプラ３ａと第２のカプラ３ｂを配置したときに、図８に示すように、移相回路１１ａを第３のカプラ３ｃの一方側の空きスペースに配置し、移相回路１１ｂを第３のカプラ３ｃの他方側の空きスペースに配置してもよい。
このようにすることで、第３のカプラ３ｃの両側のスペースに各コンポーネントを密接に配置することができ、給電回路７Ｂのさらなる小型化を図ることができる。

以上のように、実施の形態２に係る給電回路７Ｂにおいて、第１のカプラ３ａ、第２のカプラ３ｂおよび第３のカプラ３ｃはブランチラインカプラである。
このように構成することで、第１のカプラ３ａ、第２のカプラ３ｂおよび第３のカプラ３ｃの各機能を簡易な構成で実現することができる。

また、実施の形態２に係る給電回路７Ｂは、第１のカプラ３ａ、第２のカプラ３ｂ、第３のカプラ３ｃ、第１のセプタムポラライザ８ａおよび第２のセプタムポラライザ８ｂの間を接続する接続線路のうちの少なくとも１つに移相回路を備える。例えば、第１のセプタムポラライザ８ａと第１のカプラ３ａとの接続線路に移相回路１１ａを備え、第２のセプタムポラライザ８ｂと第２のカプラ３ｂとの接続線路に移相回路１１ｂを備える。
このように構成することで、接続線路長が適切に補正されて給電特性の向上を図ることができる。

さらに、実施の形態２に係る給電回路７Ｂにおいて、第１のカプラ３ａは、信号の伝搬方向が第３のカプラ３ｃにおける信号の伝搬方向に対して直交するように、第３のカプラ３ｃの一方側に配置される。第２のカプラ３ｂは、信号の伝搬方向が第３のカプラ３ｃにおける信号の伝搬方向に対して直交するように第３のカプラ３ｃの他方側に配置されている。このように構成することで、給電回路７Ｂの小型化を図ることができる。

なお、図１Ａに示したアンテナ装置１が、前述した給電回路７Ｂを備えてもよい。
例えば、移相回路１１ａおよび移相回路１１ｂを設けることで、給電特性を向上させたアンテナ装置１が得られる。
また、アンテナ装置１において、第１のカプラ３ａ、第２のカプラ３ｂ、第３のカプラ３ｃを導波管のブランチラインカプラで構成し、第１のカプラ３ａと第２のカプラ３ｂを図８に示すように配置してもよい。このように構成することで、給電回路７Ｂの入力端子から放射素子までの長さが短縮されて給電回路７Ｂが小型化され、これに伴ってアンテナ装置１の小型化も図ることができる。

実施の形態３．
図１１は、この発明の実施の形態３に係る給電回路７Ｃの構成を示すブロック図であり、給電回路７Ｃを放射素子２−６および放射素子２−７とともに記載している。図１１において、図２Ａおよび図７と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
図１２は、給電回路７Ｃの導波管構成を示す上面図である。図１２では、放射素子２−６および放射素子２−７の記載を省略している。

給電回路７Ｃは、図７に示した給電回路７Ｂにおける、第１のカプラ３ａおよび第２のカプラ３ｂの代わりに、第１のＴ分岐回路１２ａおよび第２のＴ分岐回路１２ｂを設けた構成を有している。第１のＴ分岐回路１２ａおよび第２のＴ分岐回路１２ｂは、この発明における第１の２分配回路および第２の２分配回路を具体化したものであり、３つの端子のうちの１つの端子に入力された信号を残りの２つの端子に２分配して出力する。

給電回路７Ｃを導波管コンポーネントで構成した場合、第１のＴ分岐回路１２ａおよび第２のＴ分岐回路１２ｂは、図１３に示すように３つの端子１２−１〜１２−３を有した導波管となる。図１３に示した導波管は、図９に示した導波管に比べて小型である。このため、図１２に示した給電回路７Ｃは、図８に示した給電回路７Ｂよりも小型化することが可能である。

なお、図１４に示す給電回路７Ｄのように、移相回路１１ａを第１のＴ分岐回路１２ａと第３のカプラ３ｃとの間に配置し、移相回路１１ｂを第２のＴ分岐回路１２ｂと第３のカプラ３ｃとの間に配置してもよい。このように配置しても、給電回路７Ｄを、第１のカプラ３ａおよび第２のカプラ３ｂを備える構成に比べて小型化することができる。

また、図７に示した給電回路７Ｂにおける第１のカプラ３ａおよび第２のカプラ３ｂの代わりに、第１のＴ分岐回路１２ａおよび第２のＴ分岐回路１２ｂを設けた場合を示したが、これに限定されるものではない。例えば、図２Ａに示した給電回路７あるいは図６に示した給電回路７Ａにおける第１のカプラ３ａおよび第２のカプラ３ｂの代わりに、第１のＴ分岐回路１２ａおよび第２のＴ分岐回路１２ｂを設けてもよい。

以上のように、実施の形態３に係る給電回路７Ｃまたは給電回路７Ｄにおいて、第１の２分配回路は第１のＴ分岐回路１２ａであり、第２の２分配回路は第２のＴ分岐回路１２ｂである。このように構成することで、給電回路７Ｃまたは給電回路７Ｄを小型化することができる。

また、図１Ａに示したアンテナ装置１が、前述した給電回路７Ｃまたは給電回路７Ｄを備えてもよい。例えば、第１のカプラ３ａおよび第２のカプラ３ｂの代わりに、第１のＴ分岐回路１２ａおよび第２のＴ分岐回路１２ｂを設けることにより、給電回路７Ｃまたは給電回路７Ｄが小型化され、これに伴ってアンテナ装置１の小型化も図ることができる。

実施の形態１〜３において、第１のセプタムポラライザ８ａと第２のセプタムポラライザ８ｂとを用いて、旋回方向が異なる円偏波のビームを、マルチビームがオーバーラップする部分に使用する場合を示したが、本発明は、直線偏波にも適用することができる。
例えば、第１のセプタムポラライザ８ａおよび第２のセプタムポラライザ８ｂの２つの入力端子に同相同振幅または逆相同振幅で信号を入力する、マジックＴと呼ばれる４端子回路を使用する。マジックＴは、２つの入力端子のうちの一方に入力された信号を２つの出力端子から同相同振幅で出力し、他方に入力された信号を２つの出力端子から逆相同振幅で出力することができる。このマジックＴを使用することにより、セプタムポラライザの出力信号を垂直直線偏波の信号と水平直線偏波の信号に切り替えることができ、本発明を直線偏波にも適用することが可能となる。

なお、本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。

この発明に係る給電回路は、簡易な回路構成で、旋回方向が異なる円偏波のビームをマルチビームがオーバーラップする部分に使用することができるので、例えば、人工衛星、宇宙航行体などの宇宙機器に搭載されるマルチビームアンテナの給電回路に好適である。

１ アンテナ装置、２−１〜２−１２ 放射素子、３ カプラ、３−１〜３−４，３ｃ−１〜３ｃ−４，１２−１〜１２−３ 端子、３ａ 第１のカプラ、３ｂ 第２のカプラ、３ｃ 第３のカプラ、３ｄ，３ｅ ３ｄＢカプラ、４，４ａ，４ｂ 終端器、５，６，８−１，８−２，９，１０ 入力端子、７，７Ａ〜７Ｄ，１００ 給電回路、８−３ 出力端子、８ａ 第１のセプタムポラライザ、８ｂ 第２のセプタムポラライザ、１１ａ，１１ｂ 移相回路、１２ａ 第１のＴ分岐回路、１２ｂ 第２のＴ分岐回路、１０１ 交差部分。

Claims (8)

1. 出力端子と２つの入力端子とを有し、前記２つの入力端子のうちの一方の入力端子に信号が入力された場合と他方の入力端子に信号が入力された場合とで方向が異なる偏波の信号を前記出力端子から出力する、第１のポラライザおよび第２のポラライザと、
   信号が入出力される２つの端子を有し、前記２つの端子のうちの一方の端子が前記第１のポラライザの前記一方の入力端子に接続され、入力信号を前記２つの端子に２分配して出力する第１の２分配回路と、
   信号が入出力される２つの端子を有し、前記２つの端子のうちの一方の端子が前記第２のポラライザの前記他方の入力端子に接続され、入力信号を前記２つの端子に２分配して出力する第２の２分配回路と、
   前記第１の２分配回路における前記２つの端子のうちの他方の端子から出力された信号を前記第２のポラライザの前記一方の入力端子に出力し、前記第２の２分配回路における前記２つの端子のうちの他方の端子から出力された信号を前記第１のポラライザの前記他方の入力端子に出力する第３のカプラと
   を備え、
   前記第１の２分配回路は、信号の伝搬方向である管軸方向が、前記第３のカプラにおける信号の伝搬方向である管軸方向に対して直交するように前記第３のカプラの一方側に配置され、
   前記第２の２分配回路は、信号の伝搬方向である管軸方向が、前記第３のカプラにおける信号の伝搬方向である管軸方向に対して直交するように前記第３のカプラの他方側に配置されていることを特徴とする給電回路。
2. 前記第１のポラライザおよび前記第２のポラライザは、前記２つの入力端子のうちの一方の入力端子に信号が入力された場合と他方の入力端子に信号が入力された場合とで旋回方向が異なる円偏波の信号を前記出力端子から出力することを特徴とする請求項１記載の給電回路。
3. 前記第３のカプラは、直列に接続された２つの３ｄＢカプラであることを特徴とする請求項１記載の給電回路。
4. 前記第１の２分配回路および前記第２の２分配回路は、３ｄＢカプラであることを特徴とする請求項１記載の給電回路。
5. 前記第１の２分配回路、前記第２の２分配回路および前記第３のカプラは、ブランチラインカプラであることを特徴とする請求項１記載の給電回路。
6. 前記第１の２分配回路、前記第２の２分配回路、前記第３のカプラ、前記第１のポラライザおよび前記第２のポラライザの間を接続する接続線路のうちの少なくとも１つに移相回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の給電回路。
7. 前記第１の２分配回路および前記第２の２分配回路は、Ｔ分岐回路であることを特徴とする請求項１記載の給電回路。
8. ビームを放射する複数の放射素子と、
   前記第１のポラライザおよび前記第２のポラライザの前記出力端子が、前記複数の放射素子から放射された複数のビームにより形成される複数のマルチビームのうち、隣り合うマルチビームがオーバーラップする部分のビームを放射する放射素子にそれぞれ接続された請求項１記載の給電回路と
   を備えたことを特徴とするアンテナ装置。

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