JP2008167114A

JP2008167114A - 複反射鏡アンテナ

Info

Publication number: JP2008167114A
Application number: JP2006353850A
Authority: JP
Inventors: Ko Tsuchida; 航土田; Atsushi Kezuka; 敦毛塚
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】副反射鏡の円端部からの回折に起因するスピルオーバーによるサイドローブレベルを抑圧した円形複反射鏡アンテナの実現。
【解決手段】円形凹面型の主反射鏡５の凹面中心から突出する１次放射器４から、１次放射器４の前方位置に、円形凸面型の反射面を主反射鏡５に向けて保持された副反射鏡２へ電磁波を放射し、副反射鏡２で主反射鏡５へ向けて反射させ、主反射鏡５で再反射させ空間へ電磁波を放射する複反射鏡アンテナの、副反射鏡２の反射面円周後方側に円周に沿って、深さの往復と底面幅の合計長が使用波長の３分の１ないし３分の２の長さとなるチョークを形成する円形調整板１を設ける。更に、円形調整板１の主ビーム方向を向いた面に同心の円形凹部を設けることにより効果を上げることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、円形凹面型の主反射鏡と、主反射鏡の凹面中心から突出する１次放射器と、１次放射器の前方位置に誘電体保持手段で保持された円形凸面型の副反射鏡とからなる複反射鏡アンテナの技術分野に属する。

図８は、従来の円形の複反射鏡アンテナの側断面図である。
矢印Ｚの方向が主ビーム方向である。このアンテナを矢印Ｚの逆方向で見た場合には主反射鏡５も副反射鏡２も円形に見える。支持部材３には誘電体材が用いられている。
その動作は以下の通りである。
１次放射器４で放射された電磁波は副反射鏡２を照射しここで反射されて主反射鏡５へ向かい、主反射鏡５で再び反射されて矢印Ｚの方向へ放射される。受波の場合には逆経路で１次放射器へ集中入波する（例えば、特許文献１参照）。
米国特許第４，６７３，９４５号明細書（ABSTRACT、Fig1、Fig2）

従来の複反射鏡アンテナは以上のように構成されているので、１次放射器から副反射鏡を照射した場合に副反射鏡の円端部で回折現象を起こし、図９のアンテナ角度図において、−７０度≦θ≦７０度の方向でスピルオーバー（漏れ放射）が増大し、アンテナ全体のサイドローブの上昇を引き起すという問題があった。

本発明の課題は、上記従来の複反射鏡アンテナの問題に鑑みて、副反射鏡の円端部の回折によるスピルオーバーを軽減することのできる複反射鏡アンテナを実現することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために以下の各構成を有する。
本発明アンテナの基本構成である第１の構成は、円形凹面型の主反射鏡と、主反射鏡の凹面中心から突出する１次放射器と、１次放射器の前方位置に、円形凸面型の反射面を主反射鏡に向けて保持された副反射鏡とを有する複反射鏡アンテナにおいて、副反射鏡の反射面円周後方側に円周に沿って、深さの往復と底面幅の合計長が使用波長の３分の１ないし３分の２の長さとなるチョークを形成する円形調整板を有することを特徴とする複反射鏡アンテナである。なお、副反射鏡の凸面は曲面であっても円錐形であってもよい。

本発明の第２の構成は、前記第１の構成において、円形調整板の、主ビーム方向を向いた面に同心の円形凹部を有することを特徴とする複反射鏡アンテナである。

本発明の第１の構成においては、副反射鏡の反射面円周後方側に、円形調整板によって、深さの往復と底面幅の合計長が使用波長の３分の１ないし３分の２の長さになるようなチョークが形成されている。
このため、１次放射器からの放射された電磁波の副反射鏡のへりにおける回折によるスピルオーバーの一部は、チョークを通過するが通過径路長が使用波長の３分の１ないし３分の２の長さであるため、位相角でいうと１２０度〜２４０度の遅れを生ずることになる。

これがチョークを通過しなかったスピルオーバー分と合成されることになり、振幅が同程度の場合、位相が１２０度〜２４０度ずれての合成は振幅の相殺が行われる。１８０度の場合には殆ど相殺されてゼロとなる。
従って、スピルオーバーが減少するという効果がある。
しかしながら、このチョークによってスピルオーバーがすべてゼロになるというわけではない。

この残ったスピルオーバーによって、或る方向のサイドローブレベルが増加するのを抑圧するための構成が本発明の第２の構成である。
相殺し切れずに残ったスピルオーバーは、円形調整板の主ビーム方向を向いた円形面の縁の角から放射される形となる。

そこで第２の構成では、円形調整板の主ビーム方向を向いた面に内輪で同心の円形凹部を設けた。
これにより、円形調整板の主ビームを向いた面に内輪円形の角部分が形成されることになる。このような構造にすると、スピルオーバーは、円形調整板の円形の縁の角と、前記内輪円形の角部分の２箇所から無指向性で放射される形となる。

従って、円形面の指向軸に対する或る方向θへの２箇所からの放射では、２箇所間の距離Ｓ（即ち、円形調整板の半径と前記内輪円形の半径との差の距離）のｓｉｎθだけの距離差を生ずる。この距離差と距離Ｓとの和が使用波長の３分の１ないし３分の２の距離であれば２箇所からの放射は方向θでは相殺し合うことになる。２箇所からの放射振幅が同じで距離差が２分の１波長であれば完全に相殺し合って殆どゼロになる。従って、円形表面の指向軸に対して或る角度θ方向でスピルオーバーを相殺させたいときにはＳｓｉｎθが２分の１波長になるようにＳを定めればよいことになる。
換言すれば、距離Ｓを選ぶことによってスピルオーバーを抑圧したい角度を決めることができるという効果がある。

本発明の実施形態において、チョークの深さの往復と底面幅の合計長は使用周波数の波長の２分の１とするのが最適である。
また、第２の構成の実施形態における円形調整板の半径と円形凹部の半径との差の距離Ｓは、使用周波数におけるスピルオーバーによるサイドローブレベルが高い角度方向での、円形調整板の円形の角からと円形凹部の角からとの距離差と距離Ｓとの和が使用周波数の波長の２分の１となるようにするのが最良である。

以下、本発明の複反射鏡の実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明複反射鏡アンテナの第１の構成の実施例の側断面図である。
図８の従来の複反射鏡アンテナに対して円形調整板１を新しく設けたものである。矢印方向から見ると円形調整板１も副反射鏡２も円形である。図２は、図１の主反射鏡５を除いた部分の拡大詳細図である。
円形調整板１は、直径の小さい１ａ部と、直径の大きい１ｂ部とからなっており、副反射鏡背面２ａとで溝（チョーク）６が形成される。
１次放射器４から副反射鏡２へ向けて電磁波が照射されると大部分は主反射鏡５の方へ反射されるが、一部は副反射鏡２の円端部７で回折しスピルオーバーを生ずる。このスピルオーバーの一部は溝６内を点線で示したように伝搬して円端部７で回折する電磁波と合成されることになる。

実施例では点線の経路長、即ち、溝の深さの２倍と溝幅を加算した長さが使用周波数の波長の２分の１の長さになるようにしてあるが、溝の幅は深さに較べて小さく選ばれているので、溝６で２分の１波長遅れた電磁波は円端部７におけるスピルオーバーを相殺することになる。

こうして、円形調整板１によってチョークを設けることにより、副反射鏡２の円端部７からのスピルオーバーを抑制することができる。しかし、完全になくすることはできず残った分が前面円端部８からスピルオーバーする。
本発明の第２の構成は、第１の構成で完全相殺し切れなかったスピルオーバーを更に小さくしようとするものである。

図３は、第２の構成の実施例の側断面図である。
図１との相違は、円形調整板１に円形凹部９を設けた点である。

図４は、図３の主反射鏡５を除いた部分の拡大図である。
図４の（ａ）において、前面円端部８においてスピルオーバーが生じる場合、その一部は、円形調整板１の表面を伝搬して、角状になっている凹円端部１０からも放射が起きる。
この場合、凹円端部１０から放射される電磁波の位相は、前面円端部８から放射される電磁波に対して距離Ｓを伝搬する分だけ遅れる。

更に、（ｂ）で示すように、指向方向Ａに対して角度θの方向で考えた場合、凹円端部１０からの放射は、ｄ＝Ｓｓｉｎθの距離を伝搬する分だけ遅れることになる。従って、両者合わせた遅れ距離Ｌは次式のようになる。
Ｌ＝Ｓ＋Ｓｓｉｎθ＝Ｓ（１＋ｓｉｎθ）

結局、この距離Ｌが２分の１波長（或いはその奇数倍）であるときに位相差が１８０度となり相殺されることになり、スピルオーバーが弱められることになる。従って、スピルオーバーを弱めたい方向角θが決まると上記数式からＳが求められるから、その寸法になるように円形凹部９の直径を定めればよいことになる。即ち、寸法Ｓを選ぶことによって、スピルオーバーを弱めたい方向を選ぶことができるので、第１の構成だけではなおスピルオーバーが残っている方向が分かれば、その方向でのスピルオーバーを弱める距離Ｓを算出できることになる。

図５は、主反射鏡を取り除いたときのアンテナ指向性を示す図で、従来のもの、本発明第１の構成のものおよび本発明第２の構成のものを比較できように示したものである。（ａ）は角度範囲０〜１８０度であり、（ｂ）は角度範囲０〜７０度を拡大表示したものである。
本発明の第１の構成、第２の構成のものは、従来型に比べて、主反射鏡方向（図９におけるθ＝８０度〜１８０度）の指向性利得は殆ど変えることなく、スピルオーバー方向の指向性利得を抑圧できていることが分かる。
また、第２の構成のものは第１の構成のものに比べてθ＝５５度付近の放射を約０．８ｄＢ程度抑圧できていることが分かる。

図６は、主反射鏡を含めたアンテナ全体の指向性利得（実線）と主反射鏡を取り除いたときのアンテナの指向性（点線）を示す図で、（ａ）が従来型のものであり、（ｂ）が本発明第２の構成のものである。

図７は、図６の（ａ）と（ｂ）の実線同士を比較し易くするために（ａ）のものを点線、（ｂ）のものを実線として描いた指向性利得図である。
実線と点線を比べると、θ＝３０度〜７０度の範囲で（ｂ）の本発明第２の構成の方がスピルオーバーによるサイドローブが抑圧されていることが分かる。

本発明複反射鏡アンテナの第１の構成の実施例の側断面図である。図１の主反射鏡を除いた部分の拡大詳細図である。本発明複反射鏡アンテナの第２の構成の実施例の側断面図である。図３の主反射鏡を除いた部分の拡大詳細図である。本発明および従来型の複反射鏡アンテナの主反射鏡を取り除いたときのアンテナ利得指向性図である。主反射鏡を含めたアンテナ全体の指向性利得（実線）と主反射鏡を取り除いたときのアンテナの指向性（点線）を示す図で、（ａ）が従来型のものであり、（ｂ）が本発明第２の構成のものである。図６の（ａ）と（ｂ）の実線同士を比較し易くするために（ａ）のものを点線、（ｂ）のものを実線として描いた指向性利得図である。従来の円形の複反射鏡アンテナの側断面図である。アンテナの指向中心軸を含む平面内におけるアンテナを中心とする角度図である。

符号の説明

１円形調整板
２副反射鏡
３支持部材
４１次放射器
５主反射鏡
６溝
７円端部
８前面円端部
９円形凹部
１０凹円端部

Claims

円形凹面型の主反射鏡と、主反射鏡の凹面中心から突出する１次放射器と、１次放射器の前方位置に、円形凸面型の反射面を主反射鏡に向けて保持された副反射鏡とを有する複反射鏡アンテナにおいて、副反射鏡の反射面円周後方側に円周に沿って、深さの往復と底面幅の合計長が使用波長の３分の１ないし３分の２の長さとなるチョークを形成する円形調整板を有することを特徴とする複反射鏡アンテナ。
円形調整板の、主ビーム方向を向いた面に同心の円形凹部を有することを特徴とする請求項１記載の複反射鏡アンテナ。