JP2008172314A - 複反射鏡アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】複反射鏡アンテナにおいて、１次放射器で生ずる回折波を１次放射器の強度を損ねずに抑圧し、以ってアンテナのスピルオーバーを低減する。
【解決手段】円筒状の１次放射器４の開口端断面の環状肉厚部全周に沿って環状溝１を設け、他方誘電体保持部材３の一部として保持用円筒状部２を設け、その前端部分を前記環状溝１に嵌合させる。環状溝１の寸法は、その深さ寸法の２倍と溝幅寸法の合計が、使用周波数における誘電体内の波長の３分の１ないし３分の２の長さ或いはその長さに誘電体内波長の整数倍の長さを加えたものとなるようにする。発明実施に当っては、誘電体内波長の２分の１の長さとするのが最良である。
【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５は従来の複反射鏡アンテナの、副反射鏡５を誘電体保持部材９で１次放射器１１に保持する構造を示す断面図である。
１次放射器１１の右端は円筒開口となっており、誘電体保持部材９の右側は円形で凹面になっており、この凹面にメタライジングが施されて副反射鏡５を形成している。誘電体保持部材９の１次放射器１１への保持は誘電体保持部材９の円筒柱をした挿入部１０を１次放射器１１の円筒開口へ挿入し接着剤により接着されるようになっている（例えば、非特許文献１参照）
１次放射器１１から放射された電磁波は、副反射鏡５で反射されて左方へ向かい図示されていない主反射鏡で再反射されて外部空間へ放射される。
US6,995,727B2 REFLECTOR ANTENNA FEED、IEEE Antennas and Propagation Magazine 、（米国）、IEEE、April 2006、Vol.48,No.2（図１）

しかし、図５の１次放射器には、放射した電磁波の回折によるスピルオーバーの問題がある。
図６は、この回折波１２とその対策を示す図である。１次放射器１１による放射はその放射電磁波の殆どが、図５のように配置されている副反射鏡５に照射されるように斜線１３、１４で示される円錐立体角範囲内に放射されるよう設計されている。
しかしながら実際には、図６の（ａ）の１次放射器１１の開口から外返り矢印で示したような電磁波の回折波１２が生じ、これがスピルオーバー（もれ放射）の発生の原因となる。
このスピルオーバーはアンテナの指向特性においてサイドローブレベルを押し上げる等の好ましくない結果をもたらす。

そこで、この回折波を抑圧するための構造として、図６の（ｂ）に示すように１次放射器開口端断面の環状肉厚部全周に渡る環状溝１を設けるとか、（ｃ）に示すように、１次放射器１１の開口端寄りの外円周に沿って環状溝８を設ける構造が考えられる。

これは、このような回折現象の生ずる近傍に溝の深さ寸法の２倍と溝幅寸法の合計寸法が波長の２分の１或いはその奇数倍であるような溝を設けておくと、溝に入り込んで再び出て来た電磁波の波長が２分の１波（或いはその奇数倍）だけ遅れることになり、溝に入り込まなかった回折波との相殺が生じ結果として回折波が弱くなるからである。

しかしながら、図５に示すように誘電体保持部材を取り付ける場合、取り付けの直近部分にこのような環状溝が空のまま存在することは誘電体保持部材の取付強度を確保するうえで問題がある。

強度を確保するうえでは溝の深さや幅は小さい程よいが、前述のように深さ寸法の２倍と幅寸法の合計が、相殺を充分ならしめるため少なくとも波長の２分の１が欲しいことを考えると強度の観点のみから寸法を小さくすることはできない。

本発明の課題は、かかる背景技術の問題に鑑みて、１次放射器の開口端の回折波を抑圧しつつ開口端の誘電体保持部材取付部分の強度を維持できる複反射鏡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次の各構成を有する。
本発明の第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円筒状の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誘電体保持部材を介して１次放射器に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、
その保持構造が、円筒状の１次放射器開口端断面の環状肉厚部全周に渡って設けられた環状溝に、誘電体保持部材の一部である保持用円筒状部の前端部分が嵌合する構造であり、且つ、前記環状溝の深さ寸法の２倍と溝幅寸法の合計が使用周波数における誘電体内の波長の３分の１ないし３分の２の長さ或いはその長さに波長の整数倍の長さを加えた長さであ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２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円筒状の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誘電体保持部材を介して１次放射器に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、
その保持構造が、円筒状の１次放射器の開口端寄りの外円周に沿って設けられた環状溝に、誘電体保持部材の一部である保持用円筒状部分の内円周に沿って設けられた環状凸部が嵌合する構造であり、且つ、前記環状溝の深さ寸法の２倍と溝幅寸法の合計が使用周波数における誘電体内の波長の３分の１ないし３分の２の長さ或いはその長さに波長の整数倍の長さを加えた長さであ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、誘電体保持部材の保持構造が、円筒状の１次放射器開口端断面の環状肉厚部全周に渡って環状溝が設けられているので放射電磁波の回折が抑制されるとともに、この環状溝に、誘電体保持部材の一部である保持用円筒状部の前端部分が嵌合する構造になっているので、この嵌合部分が溝に対して補強材としての役割を果たしており、また溝が誘電体で満たされた状態になっているので溝に入り込んで再び出て来る電波は、結局、誘電体中を伝搬することになる。

誘電体中を伝搬する電磁波の波長λ_ｇは、誘電体の比誘電率をε_ｒ、自由空間波長をλ_０とすれば、λ_ｇ＝λ_０／√ε_ｒとなる。
ここで、比誘電率ε_ｒは１より大きい値で、例えば実際に用いられている例での誘電体保持部材の比誘電率ε_ｒは２．５４である。これを前式に代入するとλ_ｇ＝０．６２７λ_０となる。即ち、誘電体内波長は自由空間波長の６３％弱となる。

従って、２分の１波長の遅れを生じさせるべき溝の深さや幅の寸法は空溝（自由空間）のときの寸法の６３％でよいことになる。即ち、溝の深さや幅を６３％に小さくすることができる。その結果、１次放射器の誘電体保持部材を保持する部分の強度は上がることとなる。
結局、環状溝を設けたことにより回折波を抑圧できるとともに、誘電体保持部材の一部をこの溝に嵌め込むようにしたことによって、溝自体の寸法を小さくできるとともに嵌め込んだ誘電体が補強材となって１次放射器の強度を溝のないときと同様に維持しているという効果がある。

第２の構成においては、環状溝が、１次放射器の開口端寄りの外円周に沿って設けられ、この溝に、誘電体保持部材の一部である保持用円筒状部分の円内周に沿って設けられた環状凸部が嵌合する構造であるが、環状溝によって、電磁波の回折が抑圧され、１次放射器の強度が溝のないとき同様に維持されるという効果は第１の構成と同様である。

第１の構成および第２の構成において環状溝の深さ寸法の２倍と溝幅寸法の合計は、使用周波数における誘電体内の波長の２分の１又はその奇数倍とするのが最良であり、また溝幅は誘電体保持部材の強度が許す範囲で狭くするのがよい。即ち、２分の１波長の距離はできるだけ溝の深さで得るようにすることである。

その理由は、溝に入り込んだ電磁波が出て来たところで溝に入り込まなかった分と相殺するようにするのが好ましいからである。
また、環状溝への保持用円筒状部の前端部（第１の構成）或いは環状凸部（第２の構成）の嵌合は接着剤を塗布して両者が接着されようにするのがよい。

以下、本発明の複反射鏡アンテナにおける誘電体保持部材と１次放射器との保持構造の実施例を図面を参照して説明する。
図１は、第１の構成の実施例の側断面図である。１次放射器４の開口端断面の肉厚部全周に渡って環状溝１が設けられており、この溝に誘電体保持部材３の一部分に設けられている保持用円筒状部２が嵌め込まれている。この溝の深さ寸法の２倍と幅寸法の合計は、使用周波数における誘電体内の波長の２分の１又はその奇数倍の長さになるように設定されている。
環状溝１の周囲に描かれている点線矢印は、環状溝１へもぐり込んだ回折波の伝搬方向を示すものである。

このような環状溝１の存在によって開口端における回折波は、図６の（ｂ）で説明したように、回折波のうち溝に入って出て来たものと、溝に入らなかったものとの間に２分の１波長或いはその奇数倍の位相差を生じ、両者が溝の出口部分で相殺し合って回折波が弱まることになる。
ただ図６の（ｂ）の場合には、環状溝には誘電体が入っていないが、本発明では誘電体である保持用円筒状部２が入っていることにより、［発明の効果］で述べたように波長が短くなる（例えば比誘電率ε_ｒが２．５４の場合、波長は自由空間波長の６３％弱となる）ので溝の寸法も誘電体が入らない場合より小さくて済むうえこの溝に誘電体が入っていることにより補強材の役割を果し、単に溝を設けるだけの場合に比べて強度は高くなっている。
かくして、本発明では、１次放射器の開口端近傍の強度を損なうことなく、回折波を抑圧できスピルオーバーを少なくすることができる。

図２は、第２の構成の実施例の側断面図である。
第２の構成では、環状溝８が円筒状の１次放射器４の開口端寄りの外円周に沿って設けられており、この溝に誘電体保持部材３の一部である保持用円筒状部６の内円周に沿って設けられた環状凸部７が嵌合するようになっている。
環状溝８の周囲に描かれている点線矢印は環状溝８へもぐり込んだ回折波の伝搬方向を示すものである。環状溝８の深さ寸法の２倍と幅寸法の合計が、使用周波数における誘電体内の波長の２分の１又はその奇数倍の長さになっていることは図１の場合と同様である。この他、環状溝８の存在およびこの溝に誘電体である環状凸部７が嵌合することによって、１次放射器４の開口端近傍の強度を損なうことなく回折波を抑圧できアンテナのスピルオーバーを少なくすることができる理由は第１の構成で述べたところと同様である。
こうして、回折波により生ずる、１次放射器開口端の肉厚端部や開口端寄りの外円周における回折波に起因する電流からの再放射を抑圧することができアンテナにおけるスピルオーバーを低減することができる。

図３は、主反射鏡を含まない、１次放射器と副反射鏡からなる構成の指向特性計算図であり、図５の従来構成のもの、図１の本発明第１の構成のものおよび図２の本発明第２の構成のものの特性が示されている。
横軸のθ（ＤＥＧ）は、図４に示すように前記構成の中心軸を含む平面上に、中心軸を０度、±１８０度とし、上記構成を中心とする角度座標における角度である。

図３によれば、本発明第１の構成のものは、０度〜７０度に渡って従来のものよりもスピルオーバーが低くなっており、本発明第２の構成のものも、４２度〜５２度を除く全範囲に渡ってスピルオーバーが低くなっていることが分かる。また、第１の構成と第２の構成とでは、第１の構成の方がスピルオーバー低減において優っていることが分かる。

本発明第１の構成の実施例の側断面図である。 本発明第２の構成の実施例の側断面図である。 図１および図２の構成と図５の従来の構成のものの指向特性計算図である。 指向性中心軸を含む平面上におけるアンテナを中心とする角度座標である。 従来の複反射鏡アンテナの、副反射鏡を誘電体保持部材で１次放射器に保持する構造を示す断面図である。 回折波とその抑圧対策のための構造を示す図である。

符号の説明

１ 環状溝
２ 保持用円筒状部
３ 誘電体保持部材
４ １次放射器
５ 副反射鏡
６ 保持用円筒状部
７ 環状凸部
８ 環状溝
９ 誘電体保持部材
１０ 挿入部
１１ １次放射器
１２ 回折波
１３ 斜線
１４ 斜線
１５ 溝底部

Claims (2)

1. 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円筒状の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誘電体保持部材を介して１次放射器に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、
   その保持構造が、円筒状の１次放射器開口端断面の環状肉厚部全周に渡って設けられた環状溝に、誘電体保持部材の一部である保持用円筒状部の前端部分が嵌合する構造であり、且つ、前記環状溝の深さ寸法の２倍と溝幅寸法の合計が使用周波数における誘電体内の波長の３分の１ないし３分の２の長さ或いはその長さに波長の整数倍の長さを加えた長さであることを特徴とする複反射鏡アンテナ。
2. 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円筒状の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誘電体保持部材を介して１次放射器に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、
   その保持構造が、円筒状の１次放射器の開口端寄りの外円周に沿って設けられた環状溝に、誘電体保持部材の一部である保持用円筒状部分の内円周に沿って設けられた環状凸部が嵌合する構造であり、且つ、前記環状溝の深さ寸法の２倍と溝幅寸法の合計が使用周波数における誘電体内の波長の３分の１ないし３分の２の長さ或いはその長さに波長の整数倍の長さを加えた長さであることを特徴とする複反射鏡アンテナ。

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