JP2007251595A

JP2007251595A - Horn antenna

Info

Publication number: JP2007251595A
Application number: JP2006072165A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Osawa; 潔大澤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2007-09-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a horn antenna capable of improving cross-polarization characteristic occurring by an asymmetric mirror surface when used for an offset antenna. <P>SOLUTION: A protrusion 12 for generating TM01 and a protrusion 13 for erasing TE21 project in a direction parallel to an electric field. When a TE11 mode is input to a circular waveguide 11, the protrusion 12 for generating TM01 generates a TM01 mode and a TE21 mode. The protrusion 13 for erasing TE21 erases the TE21 mode being an unnecessary higher mode, and the horn antenna radiates the TE11 mode and the TM01 mode from an opening surface. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ホーンアンテナに関し、更に詳しくは、オフセットアンテナを使用した衛星通信用アンテナや、地上マイクロ波アンテナに利用可能なホーンアンテナに関する。 The present invention relates to a horn antenna, and more particularly to a satellite communication antenna using an offset antenna and a horn antenna that can be used for a terrestrial microwave antenna.

無線通信に用いられるアンテナとしては、ホーンアンテナがある。ホーンアンテナは、導波管の切り口を徐々に拡大して自由空間に整合させるようにしたものであり、オフセットアンテナ等のリフレクタアンテナの一次放射器として使用できる。ホーンアンテナをオフセットアンテナの一次放射器として用いる例については、例えば非特許文献１に記載されている。 As an antenna used for wireless communication, there is a horn antenna. The horn antenna is obtained by gradually expanding the cut end of the waveguide so as to be matched with a free space, and can be used as a primary radiator of a reflector antenna such as an offset antenna. An example of using a horn antenna as a primary radiator of an offset antenna is described in Non-Patent Document 1, for example.

ホーンアンテナに関する技術としては、特許文献１に記載された技術がある。図５は、特許文献１に記載されたホーンアンテナの断面を示している。特許文献１では、ホーンアンテナ２０の開口部分である円錐ホーン２１に通じる第１の円形導波管２２及び第２の円形導波管２４の双方に、円形導波管の内周に沿った、リング状のアイリス２７を設けている。特許文献１では、ホーンをＴＥ１１モードで励振した場合に発生する交差偏波成分を高次モードで打ち消すために、高次モードとして、ＴＭ１１モード及びＴＥ１２モードを発生させている。 As a technique related to the horn antenna, there is a technique described in Patent Document 1. FIG. 5 shows a cross section of the horn antenna described in Patent Document 1. In Patent Document 1, both the first circular waveguide 22 and the second circular waveguide 24 leading to the conical horn 21 that is the opening portion of the horn antenna 20 are provided along the inner periphery of the circular waveguide. A ring-shaped iris 27 is provided. In Patent Document 1, the TM11 mode and the TE12 mode are generated as the high-order modes in order to cancel the cross-polarized wave components generated when the horn is excited in the TE11 mode in the high-order modes.

筆者A. W. RUDGE , N. A. ADATIA、「NEW CLASS OF PRIMARY-FEED ANTENNAS FOR USE WITH OFFSET PARABOLIC-REFLECTOR ANTENNAS」、Nov, 1975、Vol.11 No.24 pp.597-599Author A. W. RUDGE, N. A. ADATIA, `` NEW CLASS OF PRIMARY-FEED ANTENNAS FOR USE WITH OFFSET PARABOLIC-REFLECTOR ANTENNAS '', Nov, 1975, Vol.11 No.24 pp.597-599 実開平４−１０４１３号公報Japanese Utility Model Publication No. 4-10413

ここで、ホーンアンテナを用いたオフセットアンテナでは、ホーンアンテナで高次モードを発生させることにより、オフセットアンテナの非対称鏡面により発生する交差偏波を、ホーンアンテナの高次モードと相殺させ低減させることができる。しかしながら、この手法は、１周波数帯での使用には適しているが、２周波数帯の使用においては適用が困難な場合があるという問題がある。これは、２周波数帯の周波数比が一定以上に大きい場合には、高い側の周波数帯において不要な高次モードが発生するためである。また、不要な高次モードでオフセットアンテナにおける交差偏波を増加させることもあるからである。非特許文献１では、高次モードとしてＴＭ１１モードを使用するが、使用する高次モードをＴＭ０１モードとした場合でも、高い側の周波数帯において不要な高次モードが発生する場合がある。ＴＭ０１モードを使用する場合には、高い側の周波数帯の周波数が、低い周波数帯の周波数の１．２７倍以上となると、高い側の周波数帯において不要な高次モードであるＴＥ２１モードが発生する。 Here, in an offset antenna using a horn antenna, by generating a higher-order mode in the horn antenna, cross-polarized waves generated by the asymmetric mirror surface of the offset antenna can be canceled and reduced with the higher-order mode of the horn antenna. it can. However, although this method is suitable for use in one frequency band, there is a problem that application may be difficult in the use of two frequency bands. This is because when the frequency ratio of the two frequency bands is larger than a certain level, unnecessary higher-order modes are generated in the higher frequency band. In addition, the cross polarization in the offset antenna may be increased in an unnecessary higher-order mode. In Non-Patent Document 1, the TM11 mode is used as the higher-order mode. However, even when the higher-order mode to be used is the TM01 mode, an unnecessary higher-order mode may occur in the higher frequency band. When the TM01 mode is used, if the frequency of the higher frequency band is 1.27 times or more the frequency of the lower frequency band, the TE21 mode, which is an unnecessary higher-order mode, is generated in the higher frequency band. .

また、特許文献１では、Ｅ面とＨ面とのパターンの差を小さくし、回転対称に近いパターンを得ることを目的として、高次モードとして、ＴＭ１１モード及びＴＥ１２モードを発生させるために、リング状のアイリス２７を用いている。オフセットアンテナの全体の交差偏波特性を改善するためには、ホーンアンテナからＴＭ０１モードを発生させることが必要であるが、特許文献１の構成では、ＴＭ０１モードを発生させることはできず、この技術を用いて、オフセットアンテナ全体の交差偏波特性を改善させることはできない。 Further, in Patent Document 1, in order to reduce the pattern difference between the E plane and the H plane and obtain a pattern close to rotational symmetry, in order to generate a TM11 mode and a TE12 mode as higher order modes, a ring is used. A shaped iris 27 is used. In order to improve the overall cross polarization characteristics of the offset antenna, it is necessary to generate the TM01 mode from the horn antenna. However, in the configuration of Patent Document 1, the TM01 mode cannot be generated. The cross polarization characteristics of the entire offset antenna cannot be improved using the technology.

本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、オフセットアンテナに使用された際に、非対称鏡面により発生する交差偏波特性を改善できるホーンアンテナを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a horn antenna that solves the above-described problems of the prior art and can improve the cross polarization characteristics generated by the asymmetric mirror surface when used in an offset antenna.

上記目的を達成するために、本発明のホーンアンテナは、電波を放射する円形導波管内部に、電界面と平行な方向に突出する２以上の突起物を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the horn antenna of the present invention is characterized in that it has two or more protrusions protruding in a direction parallel to the electric field surface inside a circular waveguide that radiates radio waves.

本発明のホーンアンテナでは、突起物を、円形導波管内に、電界面と平行な方向に突き出させることにより、高次モードを発生させる。このようなホーンアンテナを、オフセットアンテナの放射器として用いることにより、非対称鏡面により発生する交差偏波特性を改善できる。その際、電界面と平行な１以上の突起物によって不要な別の高次モードを消去することで、２周波数帯で使用する場合に問題となる、高い周波数帯側で発生する不要な高次モードの影響を抑えることができ、２周波数帯への適用が可能となる。 In the horn antenna of the present invention, a high-order mode is generated by projecting a protrusion in a circular waveguide in a direction parallel to the electric field surface. By using such a horn antenna as a radiator of an offset antenna, the cross polarization characteristics generated by the asymmetric mirror surface can be improved. At that time, unnecessary higher order generated on the high frequency band side, which is a problem when used in the two frequency bands, is eliminated by erasing another unnecessary higher order mode by one or more protrusions parallel to the electric field surface. The influence of the mode can be suppressed and application to two frequency bands becomes possible.

本発明のホーンアンテナは、２周波数帯で使用される構成を採用できる。また、前記周波数帯が、第１の周波数帯と、該第１の周波数帯よりも高い第２の周波数帯とを含み、前記第１の周波数帯と前記第２の周波数帯との周波数比が、１：１．２７以上である構成を採用できる。 The horn antenna of the present invention can employ a configuration used in two frequency bands. The frequency band includes a first frequency band and a second frequency band higher than the first frequency band, and a frequency ratio between the first frequency band and the second frequency band is , 1: 1.27 or more can be adopted.

本発明のホーンアンテナでは、前記２以上の突起物が、ＴＭ０１モードを発生させる突起物と、ＴＥ２１モードを消去させる１以上の突起物とを含む構成を採用できる。この場合には、ＴＭ０１モード発生用の突起物によってＴＭ０１モードと共に発生する不要なＴＥ２１モードを、１以上のＴＥ２１消去用の突起物で消去することにより、不要な高次モードの発生を抑えることができる。 In the horn antenna of the present invention, a configuration in which the two or more protrusions include a protrusion that generates the TM01 mode and one or more protrusions that erase the TE21 mode can be employed. In this case, the unnecessary TE21 mode generated together with the TM01 mode by the TM01 mode generating protrusions is erased by one or more TE21 erasing protrusions, thereby suppressing the generation of unnecessary higher-order modes. it can.

本発明のホーンアンテナでは、前記２以上の突起物のうちの隣接する２つの突起物の間隔が、ＴＥ２１モードの管内波長の２分の１であることが好ましい。 In the horn antenna of the present invention, it is preferable that an interval between two adjacent protrusions among the two or more protrusions is a half of the in-tube wavelength of the TE21 mode.

本発明のホーンアンテナは、前記円形導波管の開口部にコルゲート溝が設けられる構成を採用できる。或いは、前記円形導波管の開口部が円錐状のホーンである構成を採用できる。この場合、前記円錐状のホーンの内壁にコルゲート溝が形成される構成を採用できる。ホーン開口部としては、種々の形状を採用できる。 The horn antenna of the present invention can employ a configuration in which a corrugated groove is provided in the opening of the circular waveguide. Alternatively, a configuration in which the opening of the circular waveguide is a conical horn can be employed. In this case, a configuration in which a corrugated groove is formed on the inner wall of the conical horn can be employed. Various shapes can be adopted as the horn opening.

本発明のホーンアンテナでは、電界面と平行な方向に突き出す２以上の突起物により、高次モードを発生させると共に、不要な別の高次モードを消去する。これにより、ホーンアンテナを、オフセットアンテナの放射器として用いる場合に、非対称鏡面により発生する交差偏波特性を改善できると共に、２周波数帯で使用する場合に問題となる、高い周波数帯側で発生する不要な高次モードの影響を抑えることができ、２周波数帯への適用が可能となる。 In the horn antenna according to the present invention, two or more protrusions protruding in a direction parallel to the electric field surface generate a higher-order mode and erase another unnecessary higher-order mode. As a result, when the horn antenna is used as a radiator of an offset antenna, the cross polarization characteristics generated by the asymmetric mirror surface can be improved, and the problem occurs when the horn antenna is used in two frequency bands. Therefore, it is possible to suppress the influence of unnecessary higher-order modes and to apply to two frequency bands.

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態のホーンアンテナの導波管部分の断面構造を示している。円形導波管１１は、ＴＭ０１発生用突起物１２と、ＴＥ２１消去用突起物１３とを備える。円形導波管１１は、ＴＥ１１モードを入力し、図示しないホーン開口部から、ＴＥ１１モードと、ＴＭ０１モードとを放射する。ホーンアンテナは、低い周波数帯と高い周波数帯との２周波数帯で使用される。同図では、円形導波管１１を伝播する電波の電界面は、断面と平行方向であり、ＴＭ０１発生用突起物１２及びＴＥ２１消去用突起物１３は、それぞれ電界面と平行方向に円形導波管１１の中心に向かって突き出している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a waveguide portion of a horn antenna according to an embodiment of the present invention. The circular waveguide 11 includes a TM01 generating protrusion 12 and a TE21 erasing protrusion 13. The circular waveguide 11 receives the TE11 mode and emits the TE11 mode and the TM01 mode from a horn opening (not shown). A horn antenna is used in two frequency bands, a low frequency band and a high frequency band. In the figure, the electric field surface of the radio wave propagating through the circular waveguide 11 is parallel to the cross section, and the TM01 generating protrusion 12 and the TE21 erasing protrusion 13 are circularly guided in the direction parallel to the electric field surface. Projecting toward the center of the tube 11.

ホーンアンテナでは、円形導波管１１の内部、或いは、ホーン内部に電界面と平行に突起物がある場合には、高次モードが発生することが知られている。ＴＭ０１発生用突起物１２は、例えば、ねじなど、その挿入量が調整できるもので構成されている。ＴＭ０１発生用突起物１２の挿入量は、ホーンアンテナの出力を観察しながら調整することにより、ＴＭ０１モードを発生する量に調整される。ＴＭ０１発生用突起物１２を設置した、ホーン或いは円形導波管１１の直径として、低い周波数帯で高次モードＴＭ０１を減衰させない大きさを選択することにより、低い周波数帯で高次モードＴＭ０１がホーンより放射される。 In a horn antenna, it is known that a higher-order mode is generated when there is a protrusion in the circular waveguide 11 or in the horn in parallel with the electric field surface. The TM01 generating projection 12 is formed of, for example, a screw or the like whose insertion amount can be adjusted. The insertion amount of the TM01 generating projection 12 is adjusted to an amount for generating the TM01 mode by adjusting while observing the output of the horn antenna. The diameter of the horn or the circular waveguide 11 provided with the TM01 generating projection 12 is selected so that the high-order mode TM01 is not attenuated in the low frequency band, so that the high-order mode TM01 is horned in the low frequency band. More radiated.

ＴＭ０１発生用突起物１２は、ＴＭ０１モードを発生させると共に、不要な高次モードであるＴＥ２１モードを発生させる。ホーンアンテナを２周波数帯で使用する場合には、２周波数帯の周波数比が１．２７倍以上になると、高い周波数帯でＴＥ２１モードが発生する。本実施形態では、１又は複数のＴＥ２１消去用突起物１３により、この高い周波数帯でのＴＥ２１モードを消去する。図１では、ＴＥ２１消去用突起物１３を１つ設けている。ＴＭ０１発生用突起物１２とＴＥ２１消去用突起物１３との間の間隔、及び、隣接する２つのＴＥ２１消去用突起物１３の間隔は、λｇをＴＥ２１モードの管内波長として、λｇ／２に設定される。 The TM01 generating protrusion 12 generates the TM01 mode and the TE21 mode, which is an unnecessary higher-order mode. When the horn antenna is used in two frequency bands, the TE21 mode is generated in a high frequency band when the frequency ratio of the two frequency bands becomes 1.27 times or more. In this embodiment, the TE21 mode in this high frequency band is erased by one or a plurality of TE21 erasing protrusions 13. In FIG. 1, one TE21 erasing protrusion 13 is provided. The interval between the TM01 generating projection 12 and the TE21 erasing projection 13 and the interval between two adjacent TE21 erasing projections 13 are set to λg / 2, where λg is the TE21 mode in-tube wavelength. The

ＴＥ２１消去用突起物１３は、ＴＭ０１発生用突起物１２と同様に、ねじなどのその挿入量が調整できるもので構成される。ＴＭ０１発生用突起物１２と、ＴＥ２１消去用突起物１３とは、電界面と平行に、一列に並ぶように配置される。或いは、一列に並ぶ位置から、オフセットさせてもよい。ＴＭ０１発生用突起物１２とＴＥ２１消去用突起物１３との間の間隔、及び、隣接するＴＥ２１消去用突起物１３の間隔を保った状態で、ＴＭ０１発生用突起物１２及びＴＥ２１消去用突起物１３の位置や挿入量を調整することにより、ホーン開口部において、基本モード（ＴＥ１１モード）に対するＴＭ０１モードの振幅比や位相差を適切な値とすることができる。 The TE21 erasing protrusion 13 is formed of a screw or the like whose insertion amount can be adjusted, like the TM01 generating protrusion 12. The TM01 generating protrusions 12 and the TE21 erasing protrusions 13 are arranged in a line parallel to the electric field surface. Or you may make it offset from the position located in a line. The TM01 generating projection 12 and the TE21 erasing projection 13 are maintained in a state where the interval between the TM01 generating projection 12 and the TE21 erasing projection 13 and the interval between the adjacent TE21 erasing projections 13 are maintained. By adjusting the position and the insertion amount, the amplitude ratio and phase difference of the TM01 mode with respect to the basic mode (TE11 mode) can be set to appropriate values at the horn opening.

円形導波管１１の直径は、低い周波数帯にてＴＭ０１モードが伝搬する径とする。ＴＭ０１モードより高次のモードにＴＥ２１モードがあるが、ＴＥ２１モードの遮断周波数はＴＭ０１モードの遮断周波数の１．２７倍の周波数となるため、使用する２周波数帯の周波数比が１．２７倍以上になる場合は、高い周波数帯でＴＥ２１モードが発生する。本実施形態では、この高い周波数帯で発生するＴＥ２１モードを、１以上のＴＥ２１消去用突起物１３で消去し、ホーン開口面から、ＴＥ１１モードとＴＭ０１モードとを放射する。ＴＥ２１消去用突起物１３で、高い周波数帯で発生するＴＥ２１モードを消去することにより、２周波数帯への適用を可能とする。 The diameter of the circular waveguide 11 is a diameter at which the TM01 mode propagates in a low frequency band. The TE21 mode is a higher-order mode than the TM01 mode, but since the cutoff frequency of the TE21 mode is 1.27 times the cutoff frequency of the TM01 mode, the frequency ratio of the two frequency bands used is 1.27 times or more. If this occurs, the TE21 mode occurs in a high frequency band. In this embodiment, the TE21 mode generated in this high frequency band is erased by one or more TE21 erasing protrusions 13, and the TE11 mode and the TM01 mode are emitted from the horn opening surface. The TE21 erasing protrusion 13 erases the TE21 mode generated in the high frequency band, thereby enabling application to two frequency bands.

本実施形態では、ＴＭ０１発生用突起物１２によって発生したＴＭ０１モードを、ホーン開口部からオフセットアンテナの非対称鏡面に放射することで、非対称鏡面において発生する交差偏波を相殺させ、垂直偏波使用のオフセットアンテナの交差偏波特性の改善を図ることができる。このとき、高い周波数帯におけるＴＥ２１モードを、ＴＥ２１消去用突起物１３で消去することにより、非対称鏡面に高い周波数帯のＴＥ２１モードが照射されることを防ぐことができ、２周波数帯への適用が可能となる。なお、この効果は、アンテナが垂直方向にオフセット、すなわち反射鏡が水平方向に対称な場合の垂直偏波、或いは、アンテナが水平方向にオフセット、すなわち反射鏡が垂直方向に対称な場合の水平偏波に対して有効である。 In this embodiment, the TM01 mode generated by the TM01 generating projection 12 is radiated from the horn opening to the asymmetric mirror surface of the offset antenna, thereby canceling the cross polarization generated in the asymmetric mirror surface and using the vertical polarization. The cross polarization characteristics of the offset antenna can be improved. At this time, by erasing the TE21 mode in the high frequency band with the TE21 erasing protrusion 13, it is possible to prevent the TE21 mode in the high frequency band from being irradiated on the asymmetric mirror surface, and application to the two frequency bands is possible. It becomes possible. Note that this effect is due to vertical polarization when the antenna is offset in the vertical direction, that is, when the reflector is symmetric in the horizontal direction, or horizontal offset when the antenna is offset in the horizontal direction, that is, when the reflector is symmetric in the vertical direction. Effective against waves.

図１では、ホーンアンテナの円形導波管部分のみを示したが、これに組み合わせるホーン開口部としては、種々の開口部が考えられる。図２〜図４は、ホーン開口部を含むホーンアンテナの断面構造を示している。図２に示すように、図１に示す円形導波管１１部分に、開口部コルゲート１４Ａを組み合わせて、ホーンアンテナ１０ａを構成してもよい。また、図３に示すように、円形導波管１１に、ホーン円錐部１４Ｂを組み合わせて、ホーンアンテナ１０ｂを構成してもよい。或いは、図４に示すように、円形導波管１１に、コルゲート付き円錐部１４Ｃを組み合わせて、ホーンアンテナ１０ｃを構成してもよい。 Although only the circular waveguide portion of the horn antenna is shown in FIG. 1, various openings are conceivable as the horn opening to be combined therewith. 2 to 4 show a cross-sectional structure of a horn antenna including a horn opening. As shown in FIG. 2, the horn antenna 10a may be configured by combining an opening corrugation 14A with the circular waveguide 11 portion shown in FIG. As shown in FIG. 3, the horn antenna 10b may be configured by combining the circular waveguide 11 with the horn cone portion 14B. Alternatively, as shown in FIG. 4, the horn antenna 10c may be configured by combining the circular waveguide 11 with a corrugated conical portion 14C.

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明のホーンアンテナは、上記実施形態例にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。 Although the present invention has been described based on the preferred embodiment, the horn antenna of the present invention is not limited to the above embodiment example, and various modifications and changes are made to the configuration of the above embodiment. What has been done is also included in the scope of the present invention.

本発明の一実施形態のホーンアンテナの円形導波管部分の断面を示す断面図。Sectional drawing which shows the cross section of the circular waveguide part of the horn antenna of one Embodiment of this invention. 開口部コルゲートを含むホーンアンテナの断面を示す断面図。Sectional drawing which shows the cross section of the horn antenna containing an opening part corrugate. ホーン円錐部を含むホーンアンテナの断面を示す断面図。Sectional drawing which shows the cross section of the horn antenna containing a horn cone part. コルゲート付き円錐部を含むホーンアンテナの断面を示す断面図。Sectional drawing which shows the cross section of a horn antenna containing a cone part with a corrugate. 従来のホーンアンテナの断面構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the cross-section of the conventional horn antenna.

Explanation of symbols

１０：ホーンアンテナ
１１：円形導波管
１２：ＴＭ０１発生用突起物
１３：ＴＥ２１消去用突起物
１４Ａ：開口部コルゲート
１４Ｂ：ホーン円錐部
１４Ｃ：コルゲート付き円錐部 10: Horn antenna 11: Circular waveguide 12: TM01 generating projection 13: TE21 erasing projection 14A: Opening corrugated 14B: Horn cone 14C: Corrugated cone

Claims

A horn antenna comprising two or more protrusions protruding in a direction parallel to an electric field surface inside a circular waveguide that radiates radio waves.

The horn antenna according to claim 1, which is used in two frequency bands.

The frequency band includes a first frequency band and a second frequency band higher than the first frequency band, and a frequency ratio between the first frequency band and the second frequency band is 1 The horn antenna according to claim 2, wherein the horn antenna is 1.27 or more.

The horn antenna according to any one of claims 1 to 3, wherein the two or more protrusions include a protrusion that generates a TM01 mode and one or more protrusions that erase a TE21 mode.

5. The horn antenna according to claim 4, wherein an interval between two adjacent protrusions among the two or more protrusions is a half of an in-tube wavelength of the TE21 mode.

The horn antenna according to any one of claims 1 to 5, wherein a corrugated groove is provided in an opening of the circular waveguide.

The horn antenna according to claim 1, wherein the opening of the circular waveguide is a conical horn.

The horn antenna according to claim 7, wherein a corrugated groove is formed on an inner wall of the conical horn.