JP2003188634A - ホーンアンテナ装置 - Google Patents

ホーンアンテナ装置

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JP2003188634A
JP2003188634A JP2001381272A JP2001381272A JP2003188634A JP 2003188634 A JP2003188634 A JP 2003188634A JP 2001381272 A JP2001381272 A JP 2001381272A JP 2001381272 A JP2001381272 A JP 2001381272A JP 2003188634 A JP2003188634 A JP 2003188634A
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JP
Japan
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radio wave
mode
opening
axis
waveguide
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JP2001381272A
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Soichi Matsumoto
操一 松本
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーダや無線通信等のアンテナ装置及びその
一次放射器等に用いられるホーンアンテナ装置に関し、
十分離れた異なる2つの広い周波数範囲にわたって、回
転対称でかつ交差偏波発生量の小さいホーンアンテナ装
置を得る。 【解決手段】 電波入力部1において励起されたTE1
1モードの電波は、導波管部5の交線Sの傾きが一定で
なく連続的に変化することから、導波管部5においてT
M11モードやTE12モード等の高次モードが励起す
る。さらに導波管部5の開口部2にコルゲートホーン6
を接続し、低い周波数帯ではコルゲートホーンとして動
作し、十分離れた高い周波数帯ではコルゲートで発生す
る不要な高次モードを打ち消すように広帯域にわたって
高次モードを励振させた構成としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、レーダや無線通
信等のアンテナ装置及びその一次放射器等に用いられ、
電波を所望の特性で空間に放射するためのホーンアンテ
ナ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6は、例えば「衛星通信技術」(昭和
55年11月10日、財団法人電子情報通信学会発行)
に示された従来のホーンアンテナ装置のうち、複モード
型のホーンアンテナ装置の断面図であり、図6におい
て、1は円形の導波管内径を有する電波入力部、2は電
波を空間に放射するホーンアンテナの開口部、3はテー
パ形状の導波管部であり、この導波管部3は電波入力部
1側から開口部2側に向けて、内径が大きくなるように
形成されている。4は内径がステップ的に変化し、又は
テーパにより変化する形状を有し、入力された電波の高
次モードの電波を発生する高次モード発生部である。
【0003】次に従来のホーンアンテナ装置の動作につ
いて説明する。電波入力部1においては、円形導波管の
基本モードであるTE11モードの電界分布を有する電
波が励起されている。このTE11モードの電界分布を
図7(a)に示す。高次モード発生部4では、電波入力
部1におけるTE11モードの電界分布を有する電波の
一部がTM11モード等の高次モードに変換される。こ
のTM11モードの電界分布を図7(b)に示す。基本
モード及び高次モードの電波は導波管部3を伝播し、開
口部2に到達する。このとき、高次モード発生部4にお
いて発生するTM11モード等の高次モードの振幅及び
位相が所望の値となるように、高次モード発生部4の内
径φD及び内径のテーパ角θを適切な値に設定し、開口
部2での電波の開口分布を図7(c)のような電界分布
とすることができる。即ち、図7(c)に示す開口部で
の電界分布は、TE11モードの電界分布にTM11モ
ード等の高次モードの電界分布を重ね合わせたものであ
り、回転対称で交差偏波が発生しない電界分布となって
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のホーンアンテナ
装置は以上のように構成されているので、高次モード発
生部4において発生させるTM11モード等の発生量
(振幅及び位相)は、所定の周波数foでは理想的な値
とすることができる。しかし、周波数がfoからずれる
と、高次モード発生量にずれが生じるとともに、テーパ
形状を有する導波管3を伝播する間に、基本モードに対
する高次モードの位相量にずれが生じる。この結果とし
て、周波数がずれた場合には、開口部4において発生す
る電界分布は、回転対称とならず、さらには交差偏波が
生じたものとなってしまうという問題点があった。ま
た、従来のホーンアンテナ装置では、高次モード発生部
4において、複数の高次モード、例えばTM11やTE
12モードを同時に最適な発生量に制御するように構成
することができないので、広い周波数範囲にわたって、
回転対称で交差偏波の発生量の小さいホーンアンテナ装
置を実現することができないという問題点があった。
【0005】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、広い周波数範囲にわたって、
回転対称でかつ交差偏波発生量の小さく、ホーンの軸長
の短いホーンアンテナ装置を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係るホ
ーンアンテナ装置は、電波を入力する電波入力部と、こ
の入力された電波を伝播する導波管部と、この導波管部
により伝播された電波を空間に放射する開口部とを備
え、上記導波管部は、電波を伝播する方向の軸を含む面
との交線の上記軸に対する傾きが、一定でなく連続的に
変化し、上記交線と上記軸との距離が、上記交線の一部
において、上記電波入力部側から上記開口部側に向けて
減少するように形成し、かつ上記開口部での電波を伝播
する方向の軸を含む面との交線の上記軸に対する傾きを
ゼロとしたものである。
【0007】請求項2の発明に係るホーンアンテナ装置
は、電波を入力する電波入力部と、この入力された電波
を伝播する導波管部と、この導波管部により伝播された
電波を空間に放射する開口部とを備え、上記導波管部
は、電波を伝播する方向の軸を含む面との交線の上記軸
に対する傾きが、その交線の一部において一定でなく連
続的に変化し、上記交線と上記軸との距離が、上記交線
の一部において、上記電波入力部側から上記開口部側に
向けて減少するように形成し、上記開口部にコルゲート
溝を有するホーンを接続したことを特徴としたものであ
る。
【0008】
【発明の実施の形態】実施の形態1.この発明の実施の
形態1に係るホーンアンテナ装置を図1によって説明す
る。図1は実施の形態1に係るホーンアンテナ装置の断
面を示す断面図である。図1において、5は円形又は楕
円形状の断面を有する導波管部である。この導波管部5
は、図1に示す軸Z(導波管部5の中心軸)の方向に電
波を伝播するものである。この導波管部5の形状は、従
来のものがテーパ形状であったところが、軸Zを含む面
との交線(図1の交線T)の軸Zに対する傾きが一定で
なく連続的に変化するものである。さらにこの交線T
は、交線Tと軸Zとの距離が、その交線Tの一部におい
て、電波入力部1側から開口部2側に向けて減少するよ
うに形成したものである。図1においては、Aの個所に
おいて交線Tと軸Zとの距離が、電波入力部1側から開
口部2側に向けて減少する。このことを換言すれば、導
波管部5内径の軸Z方向の変化率は、一定ではなく連続
的に変化し、かつ負の値をもつ部分を有している。ま
た、図1のAに示した個所により、導波管部5に絞りの
形状があるとも言える。ここで、交線Tは導波管部5の
内壁と、軸Zを含む面とが交差する線分である。図1に
おいて、図4と同一の符号を付した部分は、図4のそれ
らの部分と同一又は相当の部分を示す。
【0009】次に実施の形態1に係るホーンアンテナ装
置における電波伝播について説明する。電波入力部1に
は、導波管や同軸ケーブル等によって電波が入力され
る。この電波入力部1ではTE11モードの電波が励起
される。ここで励起されたTE11モードの電波は、導
波管部5において、その一部が高次モードの電波に変換
される。導波管部5の交線Tの傾きが一定でなく連続的
に変化することから、導波管部5の軸Z方向の至るとこ
ろで高次モードが励起(低次モードから高次モードへ変
換)するものである。このようにしてTM11モードや
TE12モード等の高次モードが軸Z方向で連続的に発
生し、開口部2に到達する。このとき、導波管部5で発
生するTM11モード等の高次モードの発生量である振
幅及び位相が所望の値となるように交線Tの形状を定
め、かつ開口部での電波を伝播する方向の軸を含む面と
の交線の上記軸に対する傾きをゼロとすることにより、
逆波面の効果と同時に等価的なホーンの軸長を無限大の
長さにすることができ、広い周波数範囲にわたり、また
有限の軸長のホーンで、開口部2での電界分布が図5
(c)に示すような回転対称で、交差偏波成分の発生を
小さく抑制し、かつ短い長さのホーンアンテナ装置を得
ることができる。
【0010】また、実施の形態1のホーンアンテナ装置
は、上記のような絞りの形状を導波管部5に複数箇所設
けることにより、複数の周波数帯域で開口部2における
電界分布を回転対称で交差偏波の発生を小さく抑制する
ことができる。
【0011】図2は、実施の形態1又は後述の実施の形
態2のように形成した導波管部5を有するホーンアンテ
ナ装置において、電波入力部1から開口部2にわたって
の各位置における高次モードの電力発生の一例を示すグ
ラフである。図2の横軸は軸Z方向の距離であり、Z=
0は電力入力部1、Z=4は開口部2に相当する。また
縦軸は発生した電力レベルである。図2に示すように、
軸Z上の各位置において高次モード(TM11、TE1
2、TM12、TE13、TM13)が生じており、こ
れらの高次モードの発生量は、交線S(又は交線T)の
形状に依存し、開口部2において所望の発生量とするこ
とができる。
【0012】実施の形態2.この発明の実施の形態2に
係るホーンアンテナ装置を図3によって説明する。実施
の形態1において説明した図1では、開口部2は空間と
インタフェースする構成となっている。実施の形態2に
おいては、開口部2の直径を低い周波数f1において基
本モード(図5のTE11モード)のみが伝播し、高い
周波数f2においてTM11モード等の高次モードが発
生する寸法に選定する。さらに、開口部2に内面がコル
ゲート溝を有する、いわゆるコルゲートホーン6を接続
した構成とする。
【0013】このような構成により、周波数f1の電波
に対しては、開口部2から基本モード(TE11モー
ド)がコルゲートホーン6へと伝播し、コルゲートホー
ン6の作用によって交差偏波成分が消失し、コルゲート
ホーン6の開口部7において、交差偏波成分を低減した
所望の電界分布を得ることができる。このとき、コルゲ
ートホーン6は、周波数f1の基本モード(TE11モ
ード)の交差偏波成分を除去するような形状を有してい
るものとする。一方、周波数f1と十分離れた異なる周
波数f2に対しては、開口部2から基本モード(TE1
1モード)及び高次モードの電波がコルゲートホーン6
へと伝播しており、周波数f1に対して基本モードの交
差偏波成分を除去するように構成されたコルゲートホー
ン6の影響を受けて、各モードの電界分布が変化する。
したがって、周波数f2の電波は、開口部2からの基本
モード(TE11モード)及び高次モードの電波に、コ
ルゲートホーン6での変化分を加味した電波がコルゲー
トホーン6の開口部7から放射されることになる。この
開口部7から放射される周波数f2の電波が、回転対称
で交差偏波成分の発生の抑圧された電波となるように、
即ち、開口部2における周波数f2の電界分布に生じる
交差偏波成分がコルゲートホーン6を伝播中に変化して
除去されるように、導波管部5の形状寸法を設定する。
換言すれば、周波数f2に対して、コルゲートホーン6
伝播中での電界分布の変化分によって除去されるような
交差偏波成分が開口部2において生じるように導波管部
5の形状を設定する。
【0014】以上のように、導波管部5の寸法形状の設
定と、この導波管部5へのコルゲートホーン6の接続に
よって、周波数f1及び周波数f1から十分離れた異な
る周波数f2において、回転対称で交差偏波の発生を抑
圧する効果を得ることができる。
【0015】
【発明の効果】この発明の請求項1に係る発明によれ
ば、導波管部は、電波を伝播する方向の軸を含む面との
交線の傾きが一定でなく連続的に変化するように形成さ
れて、高次モードを励起し、かつ開口部の傾きをゼロに
したので、広い周波数範囲にわたって、短い軸長で電気
的な軸長は無限大の回転対称で交差偏波成分の小さい電
界分布を有するホーンアンテナ装置を得ることができ
る。
【0016】この発明の請求項2に係る発明によれば、
導波管部の開口部に異なる周波数で所定の特性を持つコ
ルゲートホーンに接続することによって、十分に離れた
異なる2つの広い周波数帯にわたって、開口部において
回転対称で交差偏波成分の小さい電界分布を有するホー
ンアンテナ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1に係るホーンアンテ
ナ装置の断面を示す断面図である。
【図2】 この発明の実施の形態1又は実施の形態2に
係るホーンアンテナ装置の導波管部における電波入力部
1から開口部2にわたっての各位置における高次モード
の電力発生の一例を示すグラフである。
【図3】 この発明の実施の形態2に係るホーンアンテ
ナ装置の断面を示す断面図である。
【図4】 従来のホーンアンテナ装置の断面を示す断面
図である。
【図5】 ホーンアンテナ装置を伝播する基本及び高次
モードの電界分布を示す模式図である。
【符号の説明】
1 電波入力部 2 開口部 5 導波管部 6 コルゲートホーン

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電波を入力する電波入力部と、この入力
    された電波を伝播する導波管部と、この導波管部により
    伝播された電波を空間に放射する開口部とを備え、上記
    導波管部は、電波を伝播する方向の軸を含む面との交線
    の上記軸に対する傾きが、一定でなく連続的に変化し、
    上記交線と上記軸との距離が、上記交線の一部におい
    て、上記電波入力部側から上記開口部側に向けて減少す
    るように形成し、かつ上記開口部での電波を伝播する方
    向の軸を含む面との交線の上記軸に対する傾きをゼロと
    したことを特徴とするホーンアンテナ装置。
  2. 【請求項2】 電波を入力する電波入力部と、この入力
    された電波を伝播する導波管部と、この導波管部により
    伝播された電波を空間に放射する開口部とを備え、上記
    導波管部は、電波を伝播する方向の軸を含む面との交線
    の上記軸に対する傾きが、その交線の一部において一定
    でなく連続的に変化し、上記交線と上記軸との距離が、
    上記交線の一部において、上記電波入力部側から上記開
    口部側に向けて減少するように形成し、上記開口部にコ
    ルゲート溝を有するホーンを接続したことを特徴とする
    ホーンアンテナ装置。
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