專利名稱：正交極化波分離器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及衛(wèi)星通信所用微波頻段中分離兩種互相正交的平面極化波用的正交極化波分離器。
近幾年來，使用微波頻段的衛(wèi)星廣播、衛(wèi)星通信中采用已分別調(diào)制不同信號的兩個正交平面極化波。接收調(diào)制在這兩個平面極化波的信號時，需要將這兩個平面極化波加以分離。用于達到這一目的已有的正交極化波分離器的第一個例子示于

圖1。這出現(xiàn)于日本專利實開昭62-169503號公報。在圖中圓形波導(dǎo)管101有互相垂直的兩種平面極化波以符號107、108所示的電場方場方向從開口部118射入。這里，取與水平軸平行的電場107為第1極化波，與垂直軸平行的電場108為第2極化波。第1極化波用的矩形波導(dǎo)管105與圓形波導(dǎo)管101垂直地安裝于耦合諧振窗111的正上方。第2極化波用的矩形波導(dǎo)管106與圓形波導(dǎo)管101的終端部平滑地連接在一起。由金屬材料構(gòu)成的反射板112緊貼著圓形波導(dǎo)管101的內(nèi)壁固定于耦合諧振窗111附近的圓形波導(dǎo)管內(nèi)的預(yù)定位置上、并使其與耦合諧振窗111平行。
在如上構(gòu)成的已有的正交極化波分離器，從圓形波導(dǎo)管開口部118入射的電波中，第1極化波107由于與反射板112平行而被反射，不往反射板112的更深處傳播，而通過耦合諧振窗111導(dǎo)向矩形波導(dǎo)管105。另一方面，具有與反射板112垂直的電場的第2極化波108不受耦合諧振窗111及反射板112的影響，傳送到圓形波導(dǎo)管終端部，在與矩形波導(dǎo)管106平滑連接的連接部(圓形-矩形變換部)變換為矩形TE10模，被導(dǎo)入矩形波導(dǎo)管106。
圖2是已有的正交極化波分離器的第2個例子，示于日本專利特開平2-29001號公報。在圖2中，互相垂直的兩種平面極化波從一端短路的方形波導(dǎo)管113的開口部119以符號107、108所示的電場方向射入。這里，以具有與水平軸平行的電場方向的電波107為第1極化波，而以具有與垂直軸平行的電場方向的電波108為第2極化波。矩形波導(dǎo)管115、116通過耦合諧振窗互相平行地安裝在方形波導(dǎo)管113的一個側(cè)面上。導(dǎo)體板114數(shù)塊與垂直軸平行地安裝于矩形波導(dǎo)管115、116的中間點附近的方形波導(dǎo)管113內(nèi)。90度相位板117用規(guī)定形狀及規(guī)定介電常數(shù)的電介質(zhì)構(gòu)成，與方形波導(dǎo)管113的短路端120連接著安裝，并使其與垂直軸及水平軸成45度。該相位板用作使極化波面旋轉(zhuǎn)90度的極化波旋轉(zhuǎn)反射器。
一旦使第1極化波107與第2極化波108從方形波導(dǎo)管113的開口部119入射，第1極化波107即不受導(dǎo)體板114影響，傳向方形波導(dǎo)管113的短路端120，由作為極化波旋轉(zhuǎn)反射器的90度相位板117引起反射和極化波面旋轉(zhuǎn)，成為第2極化波108，傳向開口部119，并在導(dǎo)體板114受到反射全部輸出到矩形波導(dǎo)管115。另一方面，第2偏振波108在導(dǎo)體板114上被反射，不能傳送到方形波導(dǎo)管113的短路端120，而全部輸出到矩形波導(dǎo)管116。
但是，上述已有的結(jié)構(gòu)中，兩個矩形波導(dǎo)管115、116被安裝于離開口部119不同的距離上，因而，正交極化波分離的全長必然是長的。而且，必須安裝反射板(導(dǎo)體板)114及90度相位板117，用注射模塑成形手段整體成形是不可能的。因此，在批量生產(chǎn)時，不僅要增加零件數(shù)目和工時，而且由于安裝誤差而造成穩(wěn)定性難以確保的難題。
本發(fā)明目的在于解決上述已有的問題，取消一向需要的反射板(金屬板)及90度相位板以削減零部件數(shù)目，并取消裝配工序從而使性能穩(wěn)定，同時，在離開口部相等的距離上配設(shè)矩形波導(dǎo)管，以提供小型、高性能、且能夠用注射模塑成形方法制造的正交極化波分離器。
為了達到這一目的，本發(fā)明的正交極化波分離器的基本結(jié)構(gòu)是，具備具有終端部，用于傳送第1平面極化波和與所述第1平面極化波正交的第2平面極化波的圓形波導(dǎo)管、從所述圓形波導(dǎo)管的終端部分別對所述第1及第2平面極化波的電場方向連接的第1及第2矩形波導(dǎo)管，以及由金屬材料構(gòu)成，在所述圓形波導(dǎo)管的終端面上設(shè)置成以所述圓形波導(dǎo)管的軸芯為中心，長度方向分別平行于所述第1及第2平面極化波的電場方向，因而呈十字形的電波分離變換部。
又，第1及第2矩形波導(dǎo)管在圓形波導(dǎo)管的終端分叉后朝第1及第2平面極化振波的電場方向的二等分線方向彎折后，彼此平行，將開口面做成同一平面，從同一平面饋電。
以這樣的結(jié)構(gòu)，可以在離圓形波導(dǎo)管的開口部相等距離的位置上輸出兩個正交的極化波，并使電波分離器總體尺寸縮小。
作為將圓形波導(dǎo)管內(nèi)和矩形波導(dǎo)管內(nèi)的傳輸模在圓形TE11模和矩形TE10模之間有效地變換的手段，上述十字形的電波分離變換部的矩形波導(dǎo)管側(cè)被做成階梯狀。
而且，在上述十字形的電波分離變換部中央，做成將離圓形波導(dǎo)管的終端越遠直徑越小的多階梯金屬圓柱臺重迭在圓形波導(dǎo)管軸芯上的形狀，以此可以防止第1及第2矩形波導(dǎo)管相互間的雜散波泄漏。
還有，將上述基本結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)管置換成具有分別平行于各平面極化波電場方向的兩條邊的方形波導(dǎo)管也起同樣作用，而且追加于該基本結(jié)構(gòu)的部份結(jié)構(gòu)也起著與上面所說的相同的作用。
而如果將這些結(jié)構(gòu)做成，使上述圓形波導(dǎo)管或上述方形波導(dǎo)管從終端部向開口部展開的錐狀，而且上述十字形的電波分離變換部、必要時還有多階梯金屬圓柱臺做成從終端部向開口部變狹小的錐狀，使上述矩形波導(dǎo)管也成為朝開口部展寬的錐狀，則可以用注射模塑成形的手段整體成形，因此，可以減少零部件數(shù)和工時，大幅度降低生產(chǎn)成本，不僅如此，還可以防止裝配引起的性能參差不齊和劣化，大批生產(chǎn)時性能穩(wěn)定，生產(chǎn)效率提高顯著。
圖1是第1已有例的正交極化波分離器的立體圖。
圖2是第2已有例的正交極化波分離器的立體圖。
圖3是本發(fā)明一實施例的正交極化波分離器的正面圖。
圖4是本發(fā)明一實施例的正交極化波分離器的平面圖。
圖5是沿圖3的S1～S1線剖析的剖面圖。
下面參照附圖對本發(fā)明一實施例加以說明。
圖3表示本發(fā)明一實施例的正交極化波分離器的正面圖。向開口1b方向展開的錐狀圓形波導(dǎo)管1的終端部的終端面1a上，將電波分離變換部2的長度方向配置成對垂直軸及水平軸分別成45度。也就是該電波分離變換部2的長度方向配置成與圓形波導(dǎo)管1的第1平面極化波的電場方向7及第2平面極化波的電場方向8一致，結(jié)果成十字形。
然后靠近圓形波導(dǎo)管1終端部的終端面1a，在第1平面極化波的電場方向7的方向上配置矩形波導(dǎo)管5的開口5a，同樣，靠近圓形波導(dǎo)管1的終端部的終端面1a，在第2平面極化波的電場方向8的方向上配置矩形波導(dǎo)管6的開口6a。
這時，十字形的電波分離變換部2的三級階梯狀部3配置成趨向矩形波導(dǎo)管5、6的樣子。
將第1及第2平面極化波矩形波導(dǎo)管5、6安裝成，在規(guī)定的位置彎折，使各開口面5b、6b與水平軸平行，也就是各波導(dǎo)管中心軸與第1平面極化波的電場方向7和第2平面極化波的電場方向8的二等分線的方向平行，即取垂直軸的方向安裝。
圖4是本發(fā)明一實施例的平面圖。直徑三段不同的金屬圓柱臺4在十字形的電波分離變換部2的中央重迭在圓形波導(dǎo)管軸芯上。圖5表示沿圖3的S1～S1線(與垂直軸成45度角)剖析的剖面圖。
臺狀部分3a做得比階梯部3略低，這部分是為調(diào)整阻抗而設(shè)置的。
下面參照附圖對這樣構(gòu)成的本發(fā)明一實施例的正交偏振波分離器的動作加以說明。
圓形波導(dǎo)管的TE11模和矩形波導(dǎo)管的TE10模具有大致相同的電磁場分布，因此，變換容易。如圖1所示，只要使圓形波導(dǎo)管慢慢變成矩形波導(dǎo)管，或反之使矩形波導(dǎo)管慢慢變成圓形波導(dǎo)管，就能夠進行傳輸模變換。
在本實施例的情況下，矩形波導(dǎo)管5、6垂直連接于圓形波導(dǎo)管1，因此，圖1那樣的方法不能使用。這里利用兩種模相似的性質(zhì)進行變換。
在圓形波導(dǎo)管的情況下，電磁場分布是中央部密、端部疏。而中央部的電磁場分布大致與矩形波導(dǎo)管相同?？傊?，圓形波導(dǎo)管考慮中央部附近的電場分布即可，而且考慮中央部附近的話，可以認為圓形波導(dǎo)管的TE11模與矩形波導(dǎo)管的TE10模是相同的。因此，本發(fā)明的實施例的階梯部3，如圖5所示，電磁場通過最佳選擇各階梯的高度，使圓形波導(dǎo)管1與矩形波導(dǎo)管5或6的接縫與階梯狀部3的平面部之間發(fā)生電磁場耦合，從而電磁場緩緩彎曲、最終彎曲成90度。于是，在電磁場完成彎曲的同時，模變換結(jié)束。
從波導(dǎo)管5或6一方出發(fā)的變換也相同。從矩形波導(dǎo)管5一方出發(fā)，以如圖所示的矩形TE10模9饋電，即被十字型的電波分離變換部2的階梯狀部3高效率地變換為圓形TE11模[9]10，出現(xiàn)于圓形波導(dǎo)管1的開口面1b。
這時，由于金屬圓柱臺4的作用電波沒有與波導(dǎo)管6耦合，因此，從矩形波導(dǎo)管5饋電的電波全部在圓形波導(dǎo)管1的開口面1b出現(xiàn)。
下面說明其理由。在圖3中，考慮從圓形波導(dǎo)管1只有電場方向7的第1極化波入射的情況。在金屬圓柱臺4不存在的情況下，電場由于在圓形波導(dǎo)管1內(nèi)部各處傳播，一部分與第2極化波用的矩形波導(dǎo)管6耦合傳播，輸出到本來不能出現(xiàn)的第2極化波用的矩形波導(dǎo)管6的開口面上。在存在金屬圓柱臺4的情況下，電場存在于第1極化波用的矩形波導(dǎo)管5近旁的圓形波導(dǎo)管1的內(nèi)壁和金屬圓柱臺4之間，在第2極化波用的矩形波導(dǎo)管6附近不存在第1極化波的電場7，所以不與第2極化波用的矩形波導(dǎo)管6耦合。因而，第1極化波7全部從第1極化波用的矩形波導(dǎo)管5輸出。
同樣，在從第1極化波用的矩形波導(dǎo)管5以矩形TE10模入射的情況下，在階梯狀部3被變換成圓形波導(dǎo)管的TE11模的電場，由于也在第1極化波用的矩形波導(dǎo)管5一方的內(nèi)壁與金屬圓柱臺4之間傳播，與第2極化波用的矩形波導(dǎo)管6不發(fā)生耦合。亦即，金屬圓柱臺4具有限制電場擴展的作用。
而且，出現(xiàn)在圓形波導(dǎo)管1的開口面1b的電波為圖3所示的電場方向為7的第1平面極化波。同樣，一旦從矩形波導(dǎo)管6饋電，饋入的所有電波即進行模變換后輸出到圓形波導(dǎo)管1的開口面1b。但是，這時變成圖3所示的電場方向為8的第2平面極化波。這時，十字形的電波分離變換部2相對于中心軸與波導(dǎo)管5、6相反一側(cè)的部分起著使波導(dǎo)管5、6與圓形波導(dǎo)管1阻抗匹配的作用。
反之，在圖3，一旦從圓形波導(dǎo)管1的開口面1b射入電場方向分別為7、8的第1及第2平面極化波，該電波即被多階梯金屬圓柱臺4高效率地分離，電場方向為7的第1極化波全部從矩形波導(dǎo)管5輸出，電場方向為8的第2極化波全部從矩形波導(dǎo)管6輸出。
從圖3也可以了解到，圓形波導(dǎo)管1的內(nèi)表面呈向著軸芯方向的前面張開的錐狀，十字形的電波分離變換部2及金屬圓柱臺4為向著軸芯方向的前面逐步縮小的錐狀。而矩形波導(dǎo)管5、6呈朝上張開的錐形。據(jù)此，圓形波導(dǎo)管1、矩形波導(dǎo)管5，以及包括階梯狀部3的十字形電波分離變換部2和金屬圓柱臺4可利用設(shè)置從圖中紙前面插入向圖3的上下方向張開、上側(cè)為陽模的金屬模具的滑動芯，以注射模塑成形的制造方法整體成形制成。成形材料以鋁等材料為合適。也可以用切削加工成形等方法另行加工十字形的電波分離變換部2及金屬圓柱臺4后，以壓入、螺絲固定等方法安裝在成形后的主體上。階梯狀部3、金屬圓柱臺4在例子中分別為3級階梯狀，但是根據(jù)需要決定，也可以是2級或4級等階梯狀的，級數(shù)和尺寸等細節(jié)不限定。
下面將上述圓形波導(dǎo)管換成可以使用兩個正交平面極化波的方形波導(dǎo)管。換成平行于圖3的S1-S1斷面的方形波導(dǎo)管，即具有平行于第1平面極化波的電場方向7的兩邊和平行于第2平面極化波的電場方向8的兩邊的方形波導(dǎo)管的情況下，具有與用圖3～圖5說明的作用相同的作用，這是很容易理解的。
如上所述，本發(fā)明在正交極化波分離器中，在離圓形波導(dǎo)管開口部相等距離的位置上輸出兩個正交的極化波，以此可以使電波分離器總體尺寸縮小。
又，將分離兩個正交極化波的金屬圓柱臺及十字形的電波分離變換部配置于圓形波導(dǎo)管終端部的終端面上，使圓形波導(dǎo)管、金屬圓柱臺、十字形電波分離變換部及矩形波導(dǎo)管分別成錐形，可用注射模塑成形加工使整個電波分離器一體成形，借助于此，不僅可以省去向來必要的反射板(導(dǎo)體板)、90度相位板的制作、安裝等各種工序，而且可以去掉批量生產(chǎn)時裝配誤差造成的性能偏差及調(diào)整工序，可以得到穩(wěn)定的性能，并大幅度提高生產(chǎn)效率。
本發(fā)明可以在不離開其精神實質(zhì)和主要特征的情況下以其他各種形式實施。例如將圓形波導(dǎo)管換成圖2所示的分別以第1極化波的電場方向和第2極化波的電場方向為矩形的邊的方形波導(dǎo)管就是一個明顯的例子。因此，上述實施例所有的要點只不過是例示，而不是限定性的解釋。本發(fā)明的范圍是權(quán)利要求書所述的范圍，不受說明書的限制。還有，屬于權(quán)利要求書的等效范圍的變形或變更均屬本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種正交極化波分離器，其特征在于，具備具有終端部，用于傳送第1平面極化波和與所述第1平面極化波垂直的第2平面極化波的圓形波導(dǎo)管。從所述圓形波導(dǎo)管的終端部，分別對所述第1及第2平面極化波的電場方向連接的第1及第2矩形波導(dǎo)管，以及由金屬材料構(gòu)成，在所述圓形波導(dǎo)管的終端面上設(shè)置成以所述圓形波導(dǎo)管的軸芯為中心，長度方向分別平行于所述第1及第2平面極化波的電場方向，因而呈十字型形狀的電波分離變換部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交極化波分離器，其特征在于，所述第1及第2矩形波導(dǎo)管在所述圓形波導(dǎo)管的終端部分叉后朝第1與第2平面極化波電場方向的二等分線方向彎折后，互相平行，將開口面做成同一平面，從同一平面饋電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交極電波分離器，其特征在于，將所述十字形電波分離變換部的矩形波導(dǎo)管側(cè)做成階梯狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交極化波分離器、其特征在于，在所述十字形電波分離變換部中央，將離所述圓形波導(dǎo)管的終端越遠直徑越小的多階梯金屬圓柱臺重迭在圓形波導(dǎo)管軸芯上。
5.一種正交極化波分離器，其特征在于，具備具有終端部，用于傳送第1平面極化波和與所述第1平面極化波正交的第2平面極化波的方形波導(dǎo)管。從所述方形波導(dǎo)管的終端部，分別對所述第1及第2平面極化波的電場方向連接的第1及第2矩形波導(dǎo)管，以及由金屬材料構(gòu)成，在所述方形波導(dǎo)管的終端面上設(shè)置成以所述方形波導(dǎo)管的軸芯為中心，長度方向分別平行于所述第1及第2平面極化波的電場方向，因而呈十字形形狀的電波分離變換部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的正交極化波分離器，其特征在于，所述第1及第2矩形波導(dǎo)管在所述方形波導(dǎo)管的終端部分叉后朝所述第1及第2平面極化波電場方向的二等分線方向彎折后，互相平行，將開口面做成同一平面，從同一平面饋電。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的正交極化波分離器，其特征在于，所述十字形的電波分離變換部的矩形波導(dǎo)管側(cè)被做成階梯狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的正交極化波分離器，其特征在于，在所述十字形的電波分離變換部中央，將離所述方形波導(dǎo)管的終端越遠直徑越小的多階梯金屬圓柱臺重迭在所述方形波導(dǎo)管軸芯上。
9.一種正交極化波分離器的制造方法，其特征在于，在權(quán)利要求2所述的正交極化波分離器，所述圓形波導(dǎo)管做成從終端部向開口部展開的錐狀，所述十字形的電波分離變換部做成從終端部到開口部逐步縮小的錐狀，所述矩形波導(dǎo)管做成朝開口部逐步展開的錐狀、用注射模塑成形方法整體成形。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的正交極化波分離器的制造方法，其特征在于，做成在所述十字形的電波分離變換部的中央，離所述圓形波導(dǎo)管的終端越遠直徑越小的多階梯金屬圓柱臺以朝所述圓形波導(dǎo)管的開口部逐步縮小的錐狀、重迭在所述圓形波導(dǎo)管軸芯上的形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的正交極化波分離器的制造方法，其特征在于，將所述十字形的電波分離變換部與多階梯金屬圓柱臺分別制成金屬部件，裝配在所述圓形波導(dǎo)管的終端部的終端面上。
12.一種正交極化波分離器的制造方法，其特征在于，在權(quán)利要求6所述的正交極化波分器中，所述方形波導(dǎo)管做成從終端部向開口部展開的錐狀，所述十字形的電波分離變換部做成從終端部向開口部逐步縮小的錐形，所述矩形波導(dǎo)管做成向開口部展開的錐形，用注射模塑成形手段整體成形。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的正交極化波分離器的制造方法，其特征在于，做成在所述十字形的電波分離變換部中央，離所述方形波導(dǎo)管終端越遠直徑越小的多階梯金屬圓柱臺以朝所述方形波導(dǎo)管的開口部逐漸縮小的錐狀，重迭在所述方形波導(dǎo)管軸芯上的形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的正交極化波分離器的制造方法，其特征在于，所述十字形的電波分離變換部和多階梯金屬圓柱臺分別用金屬制成部件，裝配在所述方形波導(dǎo)管的終端部的終端面上。
全文摘要
本發(fā)明涉及正交極化波分離器及其制造方法。其中包括在圓形波導(dǎo)管終端面上配置將兩個正交平面極化波加以分離,從圓形TE
文檔編號H01P1/00GK1180251SQ9611276
公開日1998年4月29日 申請日期1996年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月15日
發(fā)明者永津達也, 吉村芳和 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社