JP2010041730A - ホーンアンテナおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のホーンアンテナよりも有効動作周波数帯域を拡大可能なホーンアンテナおよびその製造方法を得る。
【解決手段】 ホーンアンテナ３００は、互いに対向して配置され電磁波を案内する少なくとも一対のリッジ３１０を含む。この一対のリッジ３１０のうちの第１のリッジに、ホーンアンテナ３００の給電領域３８０に電力を供給し、またはこの給電領域３８０から信号を受け取る伝送線３５０を結合する。給電領域３８０における第２のリッジの内部に、伝送線３５０と一対のリッジ３１０との間のインピーダンス不整合を減少させるためのインピーダンス整合回路網を設ける。インピーダンス整合回路網は、給電領域３８０において、伝送線３５０と一対のリッジ３１０との間に十分な量の直列容量を形成する。ホーンアンテナ３００のインピーダンス不整合が低減するとともに、動作周波数帯域が拡大する。
【選択図】 図５Ａ

Description

本発明はアンテナの構造および製造方法に係わり、特に、動作周波数帯域が改善されたホーンアンテナおよびその製造方法に関する。

アンテナは、一般に、電磁エネルギーの放射または捕捉を行うものである。理想的な送信アンテナは、電力アンプなどの電力源から電力すなわちパワーの供給を受け、それを空間に放射する。すなわち、電磁エネルギーは送信アンテナから放出され、反射されるか、または散乱しない限り、戻ることがない。しかしながら実際のアンテナは、放射電磁場成分（radiating EM field components）および非放射電磁場成分（non-radiating EM field components）の双方を形成する。非放射電磁場成分は、例えば電力源から供給されたパワーのうち、電力源に戻るもの、あるいは負荷抵抗において消散されるものなどである。

アンテナの性能は、様々な指標で特徴づけられる。そのうちの１つが、アンテナ効率（放射効率）であり、これは次のように定義される。すなわち、アンテナが電力源から受け取るパワーに対するアンテナによって放出されるパワーの大きさの比である。アンテナが受け取り、かつアンテナから放出されないパワー成分は、熱として消費される。アンテナ性能の他の特性項目としては、アンテナ放射パターン（antenna radiation pattern）、動作周波数帯域幅（operating frequency bandwidth）、利得（gain）、および指向性（directivity）などがある。

ここでいうアンテナ放射パターン（以下、単に放射パターンという。）とは、アンテナが生成する電磁場の特性を特徴づける量の空間分布として定義することができる。放射パターンは、通常、アンテナ位置を原点として半径Ｒと極角０，４とにより定まる極座標（球座標）における、電力束密度（power flux density）、放射強度、指向性、利得、位相、極性および電界強度や磁界強度の数値の角分布（angular distribution）として与えられる。アンテナの指向性、利得および極性については、そのアンテナの放射パターンに関する知見に基づいて算出される。

指向性は、例えば最大放射（エネルギー）を示す方向として定義される。多くの指向性アンテナにおける放射パターンは、最大放射方向を指す１つのメインローブと、反射や交叉偏波に起因する複数のサイドローブとを含んでいる。サイドローブは、一般的に、所望の方向に放射された電磁エネルギーを減少させ、アンテナの特性を全体的に劣化させるものである。

指向性アンテナの利得は、指向性係数（directivity）に放射効率（radiation efficiency）を乗じたものとして定義される。したがって、指向性アンテナの利得は指向性係数よりも小さな値となる。なぜなら、実際のアンテナにおいては、放射効率が１００％未満となるからである。

電磁場はベクトル量としてアンテナから放射される。電磁場におけるベクトルの性質は、しばしばアンテナの偏波特性（polarization）に関連する。ＥＭＣテスト（電磁適合性試験）に最もよく用いられるアンテナは、直線偏波を形成するものである。直線偏波アンテナとして、例えばデュアルリッジ型ホーンアンテナ（あるいはテーパーデュアルリッジ型ウェイブガイド）がある。これは、ホーンによって形成される主平面における主軸上の電磁場が、直線状に偏波しているものである。デュアルリッジ型ホーンアンテナを用いた場合、高負荷時において非常に広帯域な動作周波数帯域幅を得ることができる（例えば、約１ＧＨｚから約１８ＧＨｚ）。動作周波数帯域幅は、許容可能な性能が得られる周波数域として一般的に定義されている。

図１および図２は、従来のデュアルリッジ型ホーンアンテナ１００（以下、単にアンテナ１００という）を示す。このアンテナ１００は、矩形状のハウジングの内部に互いに向かい合うように配置された、一対のアンテナ素子１１０（リッジまたはフィンともいう）を備えている。一対のアンテナ素子１１０は、それぞれ略凸形状の内面１１２と、略平面状の外面１１４を有して形成されている。さらに、アンテナ１００は、側部が側壁１２０によって取り囲まれており、この側壁１２０によって長方形の開口面１３０が形成されるように構成されている。一対のアンテナ素子１１０は、外面１１４が側壁１２０に接するように固定されている。開口面１３０は、側壁１２０のベース部分１４０よりも大きな断面積を有するように構成されている。ベース部分１４０には、外縁が直方体をなす空洞構造１５０が取り付けられている。空洞構造１５０は、一般に、アンテナ１００の給電領域の背後にシャントインダクタンス（shunt inductance）を設けるために配置されるものである。シャントインダクタンスは、給電領域においてハイパスマッチングを形成し、エネルギーがアンテナの背後から放射されるのを防止する。

ベース部分１４０は、図１に示すように、電源（図示せず）から同軸伝送線を介してアンテナ素子１１０へ電流を供給するための、１つまたは複数の入力端子（パワーコネクタ）１６０を備えている。フィード線１７０は、入力端子１６０（あるいは同軸伝送線）からアンテナ素子１１０へ電流を供給するものである。同軸伝送線からフィード線１７０にかけての部分は、アンテナ１００の給電領域（アンテナ素子１１０にパワーが供給される領域または地点）の一部を構成することから、アンテナ１００において重要な部分である。この給電領域にパワーが供給されると、電磁エネルギーが発生し、発生した電磁エネルギーはアンテナ１００の外部へと放射される。アンテナ素子１１０の内面１１２は、放射エネルギーが、ベース部分１４０からスロート部分（throat）を経由して開口面１３０へ達し、この開口面１３０から外部へ放射される際にこの放射エネルギーを案内するように構成されている。

なお、上記の説明および例は、これらを本背景技術の項目で記載したことで公知の従来技術として自認したものではない。ホーンアンテナに関する公知の先行技術としては、例えば本出願人による特許文献１がある。

特開２００５−３１２０４９号公報

上記したように、デュアルリッジ型ホーンアンテナには、非常に広い周波数帯域にわたって動作可能なものがある。例えば、ＥＭＣテストシステムで用いられるデュアルリッジ型ホーンアンテナの中には、およそ１ＧＨｚから１８ＧＨｚの動作周波数帯域が得られるものもある。しかしながら、従来のデュアルリッジ型ホーンアンテナの構成では、これまで、１８：１の帯域幅よりもはるかに広い帯域にわたる有効放射パターンを得ることができていないという課題がある。また、クワッドリッジ型ホーンアンテナでは、デュアルリッジ型ホーンアンテナと比較して、帯域幅限界が悪化してしまうという不具合がある。

クワッドリッジ型ホーンアンテナとは、基本的に、デュアルリッジ型ホーンアンテナの２偏向版であり、理想的には、クワッドリッジ型ウェイブガイドにおける２種類のモードの偏波における直交性を有効に活かすことによって機能する。このデュアルリッジ型ウェイブガイドの２つのポートにおける入射信号の位相と振幅との適正な関係を維持することで、円偏波した遠距離場を形成することができる。より一般的にはこのようなアンテナは、スイッチとともに用いられ、これにより互いに直交する２つの直線偏波が得られる。

実際には、特に給電領域において２つの偏波モードが結合することは避けられず、その結果、クワッドリッジ型ホーンアンテナとしての特性を損なうこととなる。空間の制限などをはじめとする給電領域の存在に伴う様々な問題点により、クワッドリッジ型ホーンアンテナでは、デュアル型やシングル型と同等の帯域を確保することが困難となっている。従来の最も良好なクワッドリッジ型ホーンアンテナであっても、動作可能な周波数領域は１ＧＨｚから１０ＧＨｚ程度である。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、従来のホーンアンテナよりも広い有効動作周波数帯域を有するホーンアンテナおよびその製造方法を提供することにある。

上記した問題を解消するために、本発明のデュアルリッジ型またはクワッドリッジ型のホーンアンテナは、互いに対向して配置され、その挟間に電磁波を案内する少なくとも一対のリッジを備えている。この一対のリッジのうちの第１のリッジには、アンテナ給電領域に電力を供給し、またはこのアンテナ給電領域から信号を受け取る伝送線が結合されている。アンテナ給電領域における、一対のリッジのうちの第２のリッジの内部には、伝送線とリッジとの間のインピーダンス不整合を減少させるべく、インピーダンス整合回路網が設けられている。このインピーダンス整合回路網は、例えば、アンテナ給電領域において伝送線とリッジとの間に直列容量が形成されるように構成され、これにより、インピーダンス不整合が低減されるようになっている。

一つの例として、インピーダンス整合回路網は、伝送線から第１のリッジを通って、第２のリッジ内に形成されたノッチ部の内部へと延在する導電ピンを含むようにしてもよい。インピーダンス不整合を減少させるためにアンテナ給電領域において必要とされる直列容量は、導電ピンのうち、ノッチ部の内部に組み込まれた部分によって得られる。この導電ピンの部分は、開回路の伝送線スタブすなわち容量性スタブに相当する。ここで、容量性スタブの直径もしくは長さ、またはその両方を増加させることにより、この容量性スタブによって得られるキャパシタンスの量を増加させることができる。

導電ピンの直径は、伝送線の中心導体の直径とほぼ等しくなるようにしてもよい。この場合には、伝送線の中心導体の延長部分をそのまま導電ピンとして用いることができる。あるいは、導電ピンを、伝送線の中心導体とは別体として構成し、これを中心導体に取り付けるようにしてもよい。この場合には、導電ピンの直径が中心導体の直径よりも実質的に大きくなるようにすることも容易に可能となる。この場合、導電ピンは、中心導体の直径よりも大きいが一定の直径をもつ連続導体として構成してもよい。また、導電ピンは、２つの別個の部分を互いに結合して構成してもよく、例えば、導電ピンを、伝送線から第１のリッジを通ってノッチ部との境界まで延在する第１の部分と、この第１の部分に直接接続され、ノッチ部の内部に密閉される第２の部分と、を含むようにしてもよい。この場合には、第２の部分の直径を、第１の部分の直径よりも大きくしてもよい。

本発明のホーンアンテナでは、インピーダンス整合回路網が、アンテナ給電領域において導電ピンを固定させるとともに導電ピンとリッジとの間の物理的接触を防止する誘電体を含むようにしてもよい。この場合、誘電体は、伝送線から第１のリッジを通って延在し、第２のリッジ内に形成されたノッチ部の内部にまで達するように構成してもよい。また、誘電体は、導電ピンの末端部を覆うようにノッチ部の内部に密閉されるようにしてもよい。誘電体は、いずれの場合においても、上記容量性スタブによって得られるキャパシタンスの量を増加させるように機能し得る。十分な量のキャパシタンスが得られるようにするため、約２．０以上の比誘電率を有する誘電材料の群から選択した材料により誘電体を構成するようにしてもよい。例えば、誘電体を、合成フロロポリマー、架橋ポリスチレン、およびセラミック材料を含む誘電材料の群から選んだ材料で構成する事が可能である。

本発明のホーンアンテナの製造方法は、一対のリッジを、これらのリッジの内向面の挟間に電磁エネルギーが案内されるように配置する工程と、一対のリッジの第１のリッジを経由して延びる穴部に導電ピンを挿通する工程とを含む。この場合、導電ピンは、上記したような構成とすることができる。この製造方法はまた、導電ピンの一端をホーンアンテナのパワーコネクタすなわち入出力コネクタに接続する工程と、導電ピンの末端部が一対のリッジのうちの第２のリッジ内に形成されたノッチ部の内部に位置すると共に入出力コネクタが第１のリッジの外面と面一となるまで、導電ピンおよび入出力コネクタの組立体を、穴部の内部において前進させる工程とを含む。この場合において、導電ピンとコネクタとの組立体を穴部の内部において前進させる前に、ノッチ部の内部に誘電体すなわち誘電体プラグを挿入する工程を行うようにしてもよい。誘電体プラグを設けるようにした場合には、導電ピンの末端部がノッチ部の内部に固定されると共に導電ピンとリッジとの間の物理的接触が回避され、かつ、導電ピンのノッチ部の内部に組み込まれた部分によって得られる直列容量が増加する。

以上のように、本発明のホーンアンテナによれば、アンテナ給電領域における第２のリッジの内部に、第１のリッジに結合された伝送線と一対のリッジとの間のインピーダンス不整合を減少させるインピーダンス整合回路網を組み込むようにしたので、インピーダンス不整合が低減され、動作周波数帯域を拡大することができる。
また、本発明のホーンアンテナの製造方法によれば、第１のリッジを通って延びる穴部に導電ピンを挿通し、導電ピンの一端を入出力コネクタに接続すると共に、導電ピンの末端部が第２のリッジ内のノッチ部の内部に位置すると共に入出力コネクタが第１のリッジの外面と面一となるまで導電ピンおよび入出力コネクタの組立体を穴部の内部において前進させるようにしたので、インピーダンス不整合の低減によって動作周波数帯域が拡大されたホーンアンテナを製作することができる。

従来のデュアルリッジ型ホーンアンテナの構造を示す側面図である。 図１に示したデュアルリッジ型ホーンアンテナの構造を示す上面図である。 フィード線とウェイブガイドとがオーム接続により直接結合された、比較例に係るデュアルリッジ型ホーンアンテナの構造を示す断面図である。 図３Ａに示したデュアルリッジ型ホーンアンテナのベース部分を示す拡大断面図である。 図３Ａおよび図３Ｂに示したデュアルリッジ型ホーンアンテナによって得られる周波数伝達関数の大きさを表すグラフである。 図３Ａおよび図３Ｂに示すデュアルリッジ型ホーンアンテナによって得られる周波数伝達関数の位相を表すグラフである。 導電ピンとリッジとが容量結合を介して間接的に結合するように構成された本実施の形態に係るデュアルリッジ型ホーンアンテナの構造を示す断面図である。 図５Ａに示したデュアルリッジ型ホーンアンテナのベース部分の一構成例を示す拡大断面図である。 図５Ａに示したデュアルリッジ型ホーンアンテナのベース部分の他の構成例を示す拡大断面図である。 図５Ａに示したデュアルリッジ型ホーンアンテナのベース部分のさらに他の構成例を示す拡大断面図である。 図５Ａに示すデュアルリッジ型ホーンアンテナのベース部分のさらに他の構成例を示す拡大断面図である。 図５Ａに示すデュアルリッジ型ホーンアンテナのベース部分のさらに他の構成例を示す拡大断面図である。 図５Ａに示すデュアルリッジ型ホーンアンテナのベース部分のさらに他の構成例を示す拡大断面図である。 図５Ａに示すデュアルリッジ型ホーンアンテナのベース部分のさらに他の構成例を示す拡大断面図である。 図５Ａに示すデュアルリッジ型ホーンアンテナのベース部分のさらに他の構成例を示す拡大断面図である。 図３Ａに示した比較例に係るデュアルリッジ型ホーンアンテナの入力電圧定在波比と、図５Ａに示した本実施の形態に係るデュアルリッジ型ホーンアンテナの入力電圧定在波比とを対比して表すグラフである。 図３Ａのデュアルリッジ型ホーンアンテナの反射減衰量と、図５Ａのデュアルリッジ型ホーンアンテナの反射減衰量とを対比して表すグラフである。 図３Ａのデュアルリッジ型ホーンアンテナの周波数伝達関数と、図５Ａのデュアルリッジ型ホーンアンテナの周波数伝達関数とを対比して表すグラフである。 図３Ａのデュアルリッジ型ホーンアンテナの利得と、図５Ａのデュアルリッジ型ホーンアンテナの利得とを対比して表すグラフである。 本実施の形態に係るデュアルリッジ型ホーンアンテナの製造方法の一例を表す流れ図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図５Ａ〜図５Ｉは、本発明の実施の形態におけるデュアルリッジ型ホーンアンテナのいくつかの例を表すものである。詳細は後述するが、本実施の形態のアンテナ構造は、デュアルリッジ型ホーンアンテナまたはクワッドリッジ型ホーンアンテナにおける、少なくとも１つの「リッジ」の内部にインピーダンス整合回路網を組み込むことにより、従来のアンテナ構造と比較して改善を図ったものである。このインピーダンス整合回路網は、アンテナ給電領域（フィードポイント）における、同軸伝送線とリッジとの間のインピーダンス不整合を低減することによって、動作周波数帯域の低周波数端における改善をもたらすものである。
以下に説明する実施の形態では、基本的に、インピーダンス整合回路網が、導電フィード線（すなわち、導電ピン）を含む。この導電ピンは、同軸伝送線から、複数のリッジのうちの第１のリッジを通って、複数のリッジのうちの第２のリッジの内部に形成されたノッチ部の内部へと延在している。導電ピンの長さおよび直径は、導電ピンがリッジと物理的に接触することなく容量結合を介してリッジと間接的に結合するように選択される。また、ノッチ部の内部に誘電体を設けることにより、容量結合を増加させるとともに導電ピンをノッチ部の内部に固定するようにすることもできる。

上記したインピーダンス整合回路網を他の広帯域ホーンアンテナの改善例と組み合わせてもよいことは容易に理解できるであろう。そのような改善例は、本実施の形態や、あるいは本発明者による特許または特許出願に開示されている。例えば、本実施の形態に記載した改善例と、同一出願人による米国特許第７，１６１，５５０号明細書（特開２００５−３１２０４９）に記載の１つ以上の改善例とを組み合わせてもよい。ただし、開示されているすべての改善例を、必ずしも本発明の各実施の形態に含めなければならないものではなく、上記に開示の改善例のうちの１つのみ、または場合によっては複数の改善例を、本発明のいくつかの実施の形態に含めるようにしてもよい。なお、当業者であれば、図面や本明細書で必ずしも明記されていない他の実施の形態を生み出すための本発明の各種態様の組み合わせ方を、容易に理解することができるであろう。本発明は、そのような考え得る組み合わせのすべてを包含することを意図している。

ここではまず、本実施の形態についての説明に先立ち、比較例（図３Ａ〜図４Ｂ）について説明する。
＜比較例＞
図３Ａは、比較例に係るホーンアンテナの断面構造を表すものである。このホーンアンテナ２００は、互いに対向して配置された少なくとも２つのリッジ（以下、「フィン」と称する場合もある）２１０を有する。リッジ２１０は、ホーンアンテナ２００から放射された電磁（ＥＭ：ElectroMagnetic）エネルギーを案内し、あるいは、ホーンアンテナ２００によって捕捉された電磁エネルギーを案内（guide）するためのものである。リッジ２１０は、電磁エネルギーの案内に適切と考えられるほぼ任意の形状とすることができる。例えば、図３Ａに示すように、リッジ２１０は、曲面をなす内面２１２と、ほぼ平面をなす外面２１４とを有するようにしてもよい。なお、外面２１４の構成はさほど重要ではない（構造を簡素化するためには平面状にするのがよい）が、内面２１２の外形は、ホーンアンテナ２００から放射された電磁エネルギーを案内する（導く）ように機能するものであることが好ましい。但し、ここに明記していない他のリッジ２１０の形状を用いてもよい。リッジ２１０は、その形状が決定したならば、ほぼ任意の導電性材料により構成可能である。リッジ２１０を構成するために用いられ得る材料の一例としては、アルミニウムが挙げられる。但し、ここに明記していない他の材料を用いてもよい。

一つのやり方として、リッジ２１０を独立した別個の導電性プレートとして形成し、後述する方法で一体に組み立てるという方法がある。他のやり方として、２つのリッジ２１０を合わせた輪郭全体を、これらの２つのリッジが互いに対向配置された状態となるように切り出して、２つのリッジ２１０全体を、導電性材料からなる１つの連続体として形成するようにしてもよい。２つのリッジ２１０を設ける構成とする場合には、図３Ａに示すように、リッジ２１０を他のアンテナ部品（以下に説明する）と組み合わせることで、デュアルリッジ型ホーンアンテナ（以下、デュアルリッジ型ウェイブガイドと称する場合がある）が形成される。なお、ここでは明確に図示はしていないが、２つのデュアルリッジ型のホーンアンテナ２００を一緒に配置し、隣り合うリッジ２１０同士がほぼ９０度離れて配置（または形成）されるようにすることにより、クワッドリッジ型ホーンアンテナを構成することも可能である。そのようなクワッドリッジ型ホーンアンテナは、一般に、２つの入出力ポートを有する。

デュアルリッジ型であるとクワッドリッジ型であるとを問わず、リッジ２１０は、ホーンアンテナ２００のベース部分２２０において密接に結合するとともに互いに湾曲しつつ離反することにより、ベース部分２２０の空洞構造２４０よりもわずかに大きな開口面２３０を形成するようになっている。一例として、空洞構造２４０は、例えば直方体をなす箱体形状とし、これと同様の形状を有するベース部分２２０と一体的に形成するか、あるいはこのベース部分２２０と一体的に結合するように構成される。この空洞構造２４０を設ける場合には、ホーンアンテナ２００の給電領域２８０の背後にシャントインダクタンス（shunt inductance）が形成されるように構成する。このシャントインダクタンスは、ホーンアンテナ２００の背後からのエネルギー放射を防止し、給電領域２８０に配置されたインピーダンス整合回路網の機能に寄与する。空洞構造２４０は、さらに、以下に述べるような構成となっている。

図３Ａに示すように、ホーンアンテナ２００のベース部分２２０には、少なくとも１つのコネクタ２６０が結合している。コネクタ２６０は、基本的に、リッジ２１０にパワーを供給し、あるいはリッジ２１０から信号を受け取るために設けられている。コネクタ２６０は、送信モードでは、電力源（図示せず）から同軸伝送線２５０を介してリッジ２１０に電流を供給し、受信モードでは、放射信号を受信した際にリッジ２１０によって生じた電流を受け取るようになっている。コネクタ２６０は、「パワーコネクタ」または「入出力コネクタ」として機能するものである。単一のコネクタ２６０が用いられる場合、同軸伝送線２５０とリッジ２１０の給電領域２８０との間に電流を流すために導電ピン（導電フィード線）２７０が用いられる。なお、本明細書において「給電領域」とは、パワーがリッジ２１０に供給される地点を意味している。

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、導電ピン２７０は、コネクタ２６０から、複数のリッジ２１０のうちの第１のリッジと、この第１のリッジと第２のリッジとの間を隔てるギャップ（間隙）とを通って延在し、第２のリッジの内面２１２まで達している。導電ピン２７０の一端は、同軸伝送線２５０に電流を流し、または同軸伝送線２５０からの電流を流すべく、コネクタ２６０に接続されている。導電ピン２７０の他端（末端部）は、給電領域２８０に電流を流し、または給電領域２８０からの電流を流すべく、第２のリッジの内面２１２に接続されている。具体的には、導電ピン２７０の末端部は、第２のリッジの内面２１２と直接的かつ物理的に接続されるように構成されている。そのような直接的かつ物理的な接続は、導電ピン２７０の末端部と第２のリッジの内面２１２とを、所望の給電点で半田付けすることによって得ることができる。

図３Ａおよび図３Ｂに示したホーンアンテナの構成例は、いくつかの用途に対しては適切であるものの、すべての用途に対して最良の解決手段を提供するものではない可能性がある。例えば、この実施の形態ではかなり広帯域な帯域幅（例えば、約１８：１の帯域幅）を得ることができるが、動作周波数帯域は、その上端および下端が、以下に述べる２つの主要なメカニズムによって制限されてしまう。これは、超広帯域用途（すなわち、１８：１の帯域幅を超える用途）に対しては望ましいものではない。

動作周波数帯域の下端は、ウェイブガイドの形状（すなわち、リッジ２１０の形状）と、給電領域２８０の背後に配置された空洞構造２４０の寸法および形状とによって制限される。例えば、図３Ａおよび図３Ｂに示すデュアルリッジ型ウェイブガイドは、動作周波数がその基本モードの遮断周波数を下回った際に、直流短絡（入力インピーダンスがほぼゼロの状態）を形成し易い。十分に低い周波数では、空洞構造２４０もまた直流短絡を形成する。しかしながら、同軸伝送線２５０は、給電領域２８０に対してゼロを上回る入力インピーダンス（通常は約５０オーム）を与えている。その結果、給電領域２８０において著しいインピーダンス不整合が生じ、動作周波数帯域の下端が制限されてしまう。

動作周波数帯域の上端では、給電領域２８０の背後の空洞構造２４０が、その給電領域２８０において短絡に近い入力インピーダンスを与えるように共振する。具体的には、空洞構造２４０は、ホーンアンテナ２００の動作周波数が限りなく増加するにしたがって、多数の（実際には無数の）共振を示す。ここで特に注目すべき共振は、開回路の共振である基本共振モードではなく、むしろ、給電領域２８０の近傍においてゼロの電場を示す特定の共振モードである。このモードは、（例えば、図４Ａおよび図４Ｂに示すように）ホーンアンテナ２００の周波数応答において顕著にＶ字状に落ち込んだ部分（以下、Ｖ字状部分という。）を生じ、これにより動作周波数帯域の上端が制限されてしまう。また、このＶ字状部分は、ホーンアンテナ２００の入力リターン損失にも見ることができる（図示せず）。これは、ほぼすべての入力パワーが、ゼロに近い入力インピーダンスによって反射してしまうからである。

場合によっては、給電領域２８０の背後の空洞構造２４０のサイズを小さくすることにより、Ｖ字部分が生ずる周波数を、より高域にシフトさせることも可能である。しかしながら、このようにすると、給電領域２８０におけるインピーダンス不整合が増加し、低周波域での応答特性が損なわれ易くなってしまう。すなわち、空洞構造２４０のサイズを小さくすると、基本共振の下側のキャビティウェル（cavity well）を表す等価シャントインダクタンスが低下する。シャントインダクタンスが減少すると、給電領域２８０側から見た入力インピーダンスが、より大きいサイズの空洞の場合よりも高い周波数で短絡状態に陥ってしまい、これによりホーンアンテナ２００の低周波応答が制限されてしまう。

図４Ａおよび図４Ｂは、図３Ａのデュアルリッジ型ホーンアンテナ２００によって得られる周波数応答の大きさと位相とをそれぞれ表すグラフである。これらのグラフは、ホーンアンテナ２００によってかなり大きな帯域幅（およそ１ＧＨｚ〜１８ＧＨｚ）が得られているものの、動作帯域幅の上端および下端はいくつかの要因によって制限されていることを示している。ここでいう要因には、給電領域２８０の背後にある空洞構造２４０の挙動や、給電領域２８０において低インピーダンスを示す空洞共振（これは反射を発生させることにより放射パワーの減少を招く）が含まれる。

また、図３Ａに示したデュアルリッジ型ホーンアンテナ２００は、帯域幅が制限されていることに加え、導電ピン２７０とリッジ２１０との間が直接的かつ物理的に接続されている。これは、以下の２つの理由から問題となり得る。
第１の問題として、導電ピン２７０とリッジ２１０との間を物理的に接続するには、加工がやや難しいことが挙げられる。上記したように、この物理的接続は、一般的に、導電ピン２７０の末端部と第２のリッジの内面２１２とを半田付けすることによって形成される。しかしながら、導電ピン２７０とリッジ２１０とは、異なる材料から構成されている場合が多い。（例えば、導電ピン２７０が金めっきした真鍮または銅で、リッジ２１０がアルミニウム）。そのため、導電ピン２７０とリッジ２１０との２つの面を半田付けの手法を用いて接続した際に、強力な接合または高い導電性接合が得られない場合がある。インピーダンス整合を目的とする場合には、付随的なインダクタンスを伴う凹状の同軸穴（re-entrant coaxial hole）を意図せずに形成してしまうことがないように、リッジ２１０の表面に接続点を形成することが重要である。

第２の問題は、コネクタ２６０に導電ピン２７０の長手方向の力が加わった場合、コネクタ２６０のソケット部が変位し、これによりコネクタ２６０においてインピーダンスの不整合が生じることである。コネクタ２６０は、非常に高品質なものでさえ、導電ピン２７０に加わる長手方向の力に対しては耐性がない。このため、導電ピン２７０と第２のリッジとの間を直接的かつ物理的に接続する手段が著しく制限されてしまう。
以上の理由から、以下に述べるような改良を行うのが好ましい。

＜実施の形態＞
図５Ａ〜図５Ｆは、本発明の実施の形態に係るデュアルリッジ型ホーンアンテナの構成例を表すもので、図３Ａに示したホーンアンテナ２００にいくつかの改良を加えたものである。このホーンアンテナ３００は、デュアルリッジ型ホーンアンテナまたはクワッドリッジ型ホーンアンテナにおける少なくとも１つのリッジ３１０の内部にインピーダンス整合回路網を組み込んだものであり、これにより、比較例のアンテナ構造（図３Ａのホーンアンテナ２００）と比較して改善がなされている。
このインピーダンス整合回路網は、後述するように、給電領域３８０における、同軸伝送線３５０とホーンアンテナ（リッジ３１０）との間に存在し得るインピーダンス不整合を低減または除去することによって、動作周波数帯域の下端を改善するように機能する。場合によっては、インピーダンス不整合が少なくなれば、例えば給電領域３８０の背後の空洞構造３４０のサイズを小さくすることにより、動作周波数帯域の上端を拡大することも可能となる。
このインピーダンス整合回路網の他の利点として、導電ピン３７０とリッジ３１０との間の直接的かつ物理的な接続を要しないやり方でインピーダンス整合回路網を設けることができる点があげられる。これにより、製造が大幅に簡素化されるとともに、例えばコネクタ３６０に加わる長手方向の力に起因する機械的・電気的な不安定さを排除することができる。

図５Ａに示したホーンアンテナ３００の基本的な構成は、図３Ａに示したホーンアンテナ２００と同様である。例えば、ホーンアンテナ３００は、互いに対向して配置された少なくとも２つのリッジ３１０を有するように構成されている。リッジ３１０は、ホーンアンテナ３００から放射された電磁エネルギーを案内し、あるいは、ホーンアンテナ３００によって捕捉された電磁エネルギーを案内する。上記したように、リッジ３１０は、ホーンアンテナ３００を介して電磁エネルギーを案内するために適切と考えられる、ほぼ任意の材料によってほぼ任意の形状を有するように構成される。リッジ３１０は、それぞれが独立した別個の導電性プレートを上記した方法により一体に組み立てることにより構成するようにしてもよいし、あるいは、導電性材料からなる１つの連続体として成形されるようにしてもよい。適切な数のリッジ３１０を設けることにより、図５Ａに示したようなデュアルリッジ型ホーンアンテナ３００、あるいは、図示しないクワッドリッジ型ホーンアンテナが形成される。

デュアルリッジ型であるとクワッドリッジ型であるとを問わず、リッジ３１０は、ホーンアンテナ３００のベース部分３２０において密接に結合するとともに互いに湾曲しつつ離反することにより、ベース部分３２０の空洞構造３４０よりもわずかに大きな開口面３３０を形成するようになっている。一例として、ホーンアンテナ３００の給電領域３８０の背後にシャントインダクタンスが設けられるようにするために、空洞構造３４０を、例えば直方体をなす箱体形状にして、これと同様の形状のベース部分３２０と一体的に形成するか、あるいはこのベース部分３２０と一体的に結合させるようにする。上記したように、シャントインダクタンスは、給電領域３８０においてハイパスマッチングをもたらし、エネルギーがホーンアンテナ３００の背後から放射されるのを防止する。この空洞構造３４０は、さらに、以下に述べるように構成される。

図５Ａに示したように、ホーンアンテナ３００のベース部分３２０には、リッジ３１０にパワーを供給し、あるいはリッジ３１０から信号を受け取るための少なくとも１つの入出力コネクタ３６０が結合している。入出力コネクタ３６０は、例えばホーンアンテナ３００が送信モードにある場合、電力源（図示せず）から同軸伝送線３５０を介してリッジ３１０に電流を供給するようになっている。また、上記実施の形態と同様に、同軸伝送線３５０からリッジ３１０の給電領域３８０に電流を流すための導電ピン（導電給電線）３７０が設けられている。導電ピン３７０の一端は、同軸伝送線３５０からの電流を受け取るべく、入出力コネクタ３６０に接続されている。しかしながら、導電ピン３７０の他端（末端部）は、上記した比較例とは異なり、第２のリッジの内向面３１２と直接的かつ物理的に接続されるように構成されてはいない。

その代わりに、導電ピン３７０は、入出力コネクタ３６０から、複数のリッジ３１０のうちの第１のリッジと、この第１のリッジおよび第２のリッジの間を隔てさせるギャップとを通って延在し、第２のリッジの内部に形成されたノッチ部３９０の内部へと達している。このノッチ部３９０は、適切と考えられるほぼ任意の態様で、ほぼ任意の幾何学的構造を有するように形成される。一例として、ノッチ部３９０は、第１のリッジを通って第２のリッジの一部へと延在する穴をドリル加工により穿孔することによって形成される。他の例として、ノッチ部３９０もしくは穴部またはその両方を、例えばリッジ３１０が初めて切り出されまたは成形される際に、リッジ３１０の初期形状の中に前もって作り込んでおくようにしてもよい。

ノッチ部３９０の形成方法の如何を問わず、ノッチ部３９０および導電ピン３７０は、導電ピン３７０がリッジ３１０の表面に接触しないように構成されている。図３Ａおよび図３Ｂに示したホーンアンテナ２００では直接的・物理的接続手法が用いられていたが、それとは異なり、図５Ａ〜図５Ｆに示した導電ピン３７０は、給電領域３８０において、同軸伝送線３５０とリッジ３１０との間に容量接続を形成している。具体的には、導電ピン３７０のうちノッチ部３９０の内部に組み込まれた部分が、開回路の伝送線スタブ（以下、容量性スタブ部分と称する場合もある）を構成している。この容量性スタブ部分は、給電領域３８０において、同軸伝送線３５０とリッジ３１０との間に直列容量を形成するものである。本実施の形態では、容量性スタブ部分によって得られる直列容量によって、動作周波数帯域の下端を改善するために必要とされるインピーダンス整合を得ることができる。

ホーンアンテナを構成する場合、動作周波数帯域の下端において、十分ではあるが過度ではない容量性リアクタンスを得るために、比較的大きなキャパシタンスが必要となることがある。ここで、適度な大きさのキャパシタンスを得るためには、いくつかの方法がある。第１に、凹状（リエントラント形状）のスタブを用いる場合、その凹状スタブの内径（ｄ_i）の値と外径（ｄ_o）の値とを比較的近づけることにより、比較的大きなキャパシタンスを得ることができる。この場合には、表面積が最大限となることにより、容量結合が増加する。そして、例えば以下の（１）式で示すように、導電ピン３７０とその各外壁とによって形成される伝送線の特性インピーダンス（Ｚ_ostub）が小さくなって、給電領域３８０におけるインピーダンス整合が改善される。

例えば、導電ピン３７０によって形成される伝送線スタブの特性インピーダンス（Ｚ_ostub）は、（１）式により与えられる。ここで、Ｌ₁は分布インダクタンス（Ｈ／ｍ）であり、Ｃ₁は分布容量（Ｆ／ｍ）である。

また、伝送線スタブは、以下の（２）式で表わされる位相速度を示す。

伝送線スタブが空気誘電体を有している場合、比誘電率および比透磁率は「１」であり、位相速度は、単に、自由空間における光速ｃ₀となる。よって、導電ピン３７０の分布容量（Ｃ₁）は、以下の（３）式によって表すことができる。

（３）式は、導電ピン３７０の内径（ｄ_i）と外径（ｄ_o）とを近づけることによって、単位長さ当たりのキャパシタンスが上昇し、伝送線スタブの特性インピーダンス（Ｚ_ostub）が低下することを示している。これにより、以下の（４）式で表わされるように、伝送線スタブの駆動点インピーダンス、すなわち入力インピーダンス（Ｚ_stub）が減少する。

（４）式に示した入力インピーダンス（Ｚ_stub）は容量性であり、伝送線スタブが１／４波長長さ未満である場合に、キャパシタンスＣ_stubと等しくなる。

場合によっては、以下の（５）式に示すように、容量性スタブの長さを増加させることによって、容量性スタブ（第２のリッジの内部に組み込まれた導電ピン３７０の部分）への入力インピーダンス（Ｚ_stub）を低下させることができる。

この場合、容量性スタブが示す実効キャパシタンスＣ_stub（（４）式を参照）が減少するものの、容量性スタブの長さが増加するので、容量性スタブの半波長共振周波数（開回路の伝送線スタブが開放に近くなる周波数）が低下する。これにより、容量性構造体の上限周波数が低下し、その結果、ホーンアンテナ３００の上限周波数が低下してしまう。したがって、ホーンアンテナ３００の上限周波数が悪影響を受けないようにするため、半波長共振周波数がホーンアンテナ３００の所望の上限周波数を上回ることとなるように容量性スタブの長さを適切に選択するのが好ましい。

容量性スタブの内径寸法と外径寸法との比は、一般的には機械加工性能によって制限されることから、容量性スタブの長さを制限すると、容量性スタブによって得られる実現可能なキャパシタンスが限定される場合が多い。但し、このキャパシタンスは、他の形のキャパシタンスを用いることによって増加させることができる。

実際には、導電ピン（容量性スタブ）３７０は、３つの別個の成分を含む実効キャパシタンスを与える。第１に、容量性スタブ３７０は、容量性スタブ３７０の表面とノッチ部３９０の表面との間に、容量性スタブ３７０の長さ方向に沿って上記した分布キャパシタンスをもたらしている。この形態のキャパシタンスは、容量性スタブ３７０の長さに直接依存し、長さに応じて増減する。第２に、実効キャパシタンスは、容量性スタブ３７０の端部とノッチ部３９０の内面の端部との間に、平行板キャパシタンスを含んでいる。この平行板キャパシタンスは、容量性スタブ３７０とノッチ部３９０との対向面間のギャップを増減させることによって調整可能である。第３に、実効キャパシタンスは、容量性スタブ３７０の「コーナー部」近傍のフリンジ電界からの寄与成分を含んでいる（フリンジキャパシタンスと称する）。このフリンジキャパシタンスは、容量性スタブ３７０のコーナー部の形状を鋭くしたり、丸みを帯びた形状とすることによって適宜増減可能である。容量性スタブ３７０の形状および長さに応じて、以上の３つの寄与成分を適宜活用することにより、容量性スタブ３７０の実効キャパシタンスを増加させることができる。

［変形例］
（誘電体を追加する態様）
必要に応じて、例えば図５Ｂおよび図５Ｃに示すように、容量構造に誘電体を追加することにより、キャパシタンスをさらに増加させることができる。その一例として、図５Ｂに示すように、第２のリッジの内部に形成されたノッチ部３９０内に誘電体４００を密閉する構成とすることができる。他の例として、図５Ｃに示すように、穴部およびノッチ部３９０の双方にわたって誘電体４００が延在するように構成してもよい。具体的には、誘電体４００を、入出力コネクタ３６０から第１のリッジを通って、第２のリッジ内に形成されたノッチ部３９０の内部へと延びるように設けてもよい。これらのいずれの例も利用可能であるが、図５Ｂに示した例の方が好ましい場合がある。図５Ｂに示した例は、図５Ｃのものよりもやや堅牢な上、リッジ間のギャップ内に誘電体４００を用いる必要がないからである（ギャップ内にこれを用いることによって、多少の悪影響が生じる可能性がある）。

誘電体４００は、導電ピン３７０の末端部をノッチ部３９０の内部に固定するとともに導電ピン３７０とリッジ３１０との間の物理的な接触を防止するという機能に加え、容量性構造体（導電ピン３７０）の比誘電率（εＲ）を増加させることにより容量性スタブ（導電ピン）３７０の実現可能キャパシタンスを増加させるという機能をも有する。誘電体４００としては、様々な誘電材料を用いることができるが、十分なキャパシタンスを得るため、実施の形態においては、約２．０よりも高い比誘電率を有する誘電材料を用いることが好ましい。誘電体４００としては、例えば、合成フロロポリマー（ＰＴＦＥ等）、架橋ポリスチレン（レクソライト（登録商標）等）、およびセラミック材料（アルミナ（商標名）、ベリリア、またはチタン酸バリウム）が候補材料として挙げられる。但し、本実施の形態で明記されていない他の誘電材料を用いてもよい。

上記したように、入力インピーダンス（Ｚ_stub）を減少させるとともに容量性スタブによってもたらされる直列容量を増加させるためには、導電ピン３７０の長さ（ｌ_stub）を長くすればよい。しかしながら、導電ピン３７０の長さは、半波長共振周波数がホーンアンテナ３００の所望の上限周波数を上回ることを確保しつつキャパシタンスを最適化するために利用可能な唯一の寸法というわけではない。以下において図５Ｄ〜図５Ｆを参照して説明するように、導電ピン３７０の直径を利用することも可能である。

（導電ピンの形状に関する態様）
図５Ｄ〜図５Ｆは、導電ピン３７０の形状（主として直径）に関するいくつかの態様を表すものである。
一例として、図５Ｄに示したように、導電ピン３７０は、入出力コネクタ３６０から第１のリッジを通って、第２のリッジ内に形成されたノッチ部３９０の内部へと延びる、一定の直径を有する単線の導体とすることができる。導電ピン３７０の直径は、同軸伝送線３５０の内部に設けられた中心導体３５０ａの直径とほぼ等しくしてもよい。この場合には、中心導体３５０ａの延長部分をそのまま導電ピン３７０として用いるようにしてもよい。
また、例えば図５Ｅに示したように、導電ピン３７０の直径を、中心導体３５０ａの直径よりも実質的に大きくしてもよい。この場合には、導電ピン３７０を、入出力コネクタ３６０の位置において中心導体３５０ａと電気的に結合させる必要があるが、容量性スタブのキャパシタンスを増加させるためには、導電ピン３７０の直径が大きいことが望ましい。ただし、導電ピン３７０の直径と長さとを選択する際には、双方とも容量構造の半波長共振周波数に影響を及ぼすため、注意を要する。

単線導体から形成された導電ピン３７０は高い機械的安定性を有するが、例えば図５Ｆに示したように、導電ピン３７０をいくつかの断片から構成するようにしてもよい。図５Ｆは、別個に形成され半田付け等によって互いに結合された２つの導体を含む導電ピン３７０を示している。図５Ｆに示した例では、製造が複雑化する可能性があるものの、末端部（容量性スタブ部分３７０ｂ）の直径を、それ以外の導電ピン３７０の部分（第１のリッジとギャップとを通じて延びる延在部分３７０ａ）よりも大きくすることができる。これにより、導電ピン３７０の容量性スタブ部分３７０ｂ以外の部分３７０ａと入出力コネクタ３６０との間の接続を簡単にしつつ、容量性スタブ部分３７０ｂによって得られるキャパシタンスが増加する。

なお、図５Ｆでは、延在部分３７０ａの直径が中心導体３５０ａの直径よりも大きいものとして図示している。しかしながら、中心導体３５０ａ、延在部分３７０ａ、および容量性スタブ部分３７０ｂのそれぞれの直径を適宜選択することにより、製造を簡単にすると共に中心導体３５０ａとリッジ３１０との間のインピーダンス整合を最適化し得ることは容易に理解できるであろう。

また、場合によっては、導電ピン３７０の直径や、この導電ピン３７０が通る穴（第１および第２のリッジを通じて延びる穴）の直径、またはその両方をテーパ状とする（漸減させる）ようにしてもよい。この場合には、ホーンアンテナ３００の同軸伝送線３５０と給電領域３８０との間に、広帯域のインピーダンス変成器が形成される。例えば、給電領域３８０における、ホーンアンテナ３００のリッジ３１０間に存在するギャップを小さくすることが有益である場合がある。ギャップを小さくすることにより、給電領域３８０における高次モードが抑制されるとともに、（デュアルリッジ型ウェイブガイドにおける、ＴＥ１０ハイブリッドモード、所望の動作モードの遮断周波数が低下する結果として）動作周波数帯域の下端がより小さくなるという利点が得られるからである。

ギャップが小さくなると、給電領域３８０におけるインピーダンスレベルが低下する。そこで、広帯域のインピーダンス変成器を用いて、同軸伝送線３５０のインピーダンス（一般的には５０Ω）をより低いレベルに減少させることが必要となる。そのようなインピーダンス変成器を得るには、入出力コネクタ３６０からノッチ部３９０の方向に向かうにしたがって、導電ピン３７０の直径、穴の直径、またはその両方がテーパ状となる（漸減する）ようにするとよい。このテーパ形状は、入出力コネクタ３６０からノッチ部３９０の方向に向かって、滑らかに移行するか、あるいは段階的に移行するように構成することができる。ただし、実際にテーパ形状を形成するには、以下のような様々な方法がある。

（穴形状の態様）
図５Ｇ〜図５Ｉは、入出力コネクタ３６０からノッチ部３９０へと延びる穴の形状に関し、広帯域インピーダンス変成器の様々な例を表すものである。
図５Ｇは、入出力コネクタ３６０からノッチ部３９０へと延びる穴の径が比較的滑らかに移行する例を示している。図５Ｈは、入出力コネクタ３６０からノッチ部３９０へと延びる穴の径が段階的に移行する例を示している。図５Ｉは、穴と導電ピン３７０の双方がテーパ状である例を示している。なお、ここに明記した態様とは実質的に異なる態様で導電ピン３７０や穴またはその両方をテーパ状にした場合であっても、適切なインピーダンス変成量が得られること、およびその実現方法を理解することは可能であろう。一例として、導電ピン３７０、穴、またはその両方を、指数関数的または急激に変化するテーパ状に形成するようにしてもよい。他の例としては、導電ピン３７０、穴、またはその両方の一部分のみをテーパ状としてもよい。あるいは、導電ピン３７０のうち、第１のリッジおよびギャップを通じて延びる部分をテーパ状とすると共に、ノッチ部３９０の内部に設けられた部分をほぼ一定の径としてもよい。このような広帯域インピーダンス変成器の態様は、他にも多数考えられ、上記したものには限定されない。

（アンテナ特性）
図６Ａ〜図６Ｄは、本実施の形態のデュアルリッジ型ホーンアンテナ３００によって得られる各種特性の改善例をデュアルリッジ型ホーンアンテナ２００の場合と比較して表すものである。図６Ａ〜図６Ｄに示すグラフを得るために使用した各アンテナ構造（ホーンアンテナ２００，３００）は、デュアルリッジ型ホーンアンテナ３００が上記した直列容量を含むように改変されていること以外は、ほぼ同一である。各デュアルリッジ型ホーンアンテナには、小型化した空洞構造を設けることにより、動作周波数帯域の上端において好ましい周波数応答が得られるようにしている。給電領域の背面に設けられた空洞構造のサイズを小さくすると必然的に反射減衰量が増加するが、周波数帯域の上端における性能の改善を得るためには、空洞構造サイズの縮小が必要である。

図６Ａおよび図６Ｂは、比較例のホーンアンテナ２００（空洞構造を小型化し、給電領域において直接接続したもの）と、本実施の形態のホーンアンテナ３００（空洞構造を小型化し、給電領域に直列容量を形成したもの）とによって得られる、入力電圧定在波比（ＶＳＷＲ：Voltage Standing Wave Ratio）および反射減衰量（ＲＬ：Return Loss）をそれぞれ比較して表したものである。入力電圧定在波比および反射減衰量は、いずれも、ホーンアンテナの入力ポートに入射したパワーがいくら反射したかを表している。入力電圧定在波比および反射減衰量の値が小さいことは、良好な性能であることを示している。図６Ａおよび図６Ｂに見られるように、ホーンアンテナ３００の給電領域３８０に用いられている直列容量の存在により、入力電圧定在波比と反射減衰量の双方が減少していることがわかる。

図６Ｃおよび図６Ｄは、比較例のホーンアンテナ２００と、本実施の形態のホーンアンテナ３００とによって得られる、周波数伝達関数（frequency transfer function）の大きさ（magnitude）および利得（gain）をそれぞれ比較して表したものである。
図６Ｃに見られるように、ホーンアンテナ３００内で用いられている直列容量によって、周波数帯域の下端領域にわたっておよそ１ｄＢ〜２ｄＢの改善が得られている。また、図６Ｄに示したように、直列容量の存在により、動作周波数帯域のほぼ全域にわたって利得が増加している。なお、図６Ｄは、各ホーンアンテナによって得られる「不整合を伴う利得（gain with mismatch）」の量を示している。この「不整合を伴う利得」（Ｇ_effective）は、前述した「利得」とは異なり、利得（Ｇ）にいわゆる「整合効率（matching efficiency）」を乗じたもので、以下の（６）式によって表される。

整合効率は、「１」から反射減衰量を差し引いたものであり、ホーンアンテナが受け取ったパワーの量を表している。図６Ｄに見られるように、デュアルリッジ型ホーンアンテナ３００は、ホーンアンテナ２００と比較して約１ｄＢ〜２ｄＢ程度高い「不整合を伴う利得」をもたらすことができる。

図７は、本実施の形態のデュアルリッジ型またはクワッドリッジ型ホーンアンテナの製造方法の一例を表すものである。ここに示した方法は、特に、インピーダンス整合回路網を、デュアルリッジ型またはクワッドリッジ型ホーンアンテナのリッジの内部に組み込む一態様を提供するものである。ただし、本実施の形態で明記されていない他の方法を用いた場合においても、例えば図５Ａ〜図５Ｆ等に示したデュアルリッジ型またはクワッドリッジ型ホーンアンテナを構成することができることは理解できるであろう。

図７に示したように、この一連の製造工程は、一対のリッジを設けることから始まる。具体的には、まず、一対のリッジを、これらのリッジの内向面の挟間に電磁エネルギーが案内されるように配置する（ステップＳ５００）。この際、上記したように、各リッジを独立した別個の導電性プレートとして形成し、その後これらを一体に組み立てるようにしてもよいし、あるいは、２つのリッジ２１０を合わせた輪郭全体を、これらの２つのリッジが互いに対向配置された状態となるように、一枚の板状導電体から切り出すことにより、導電性材料からなる１つの連続体として１対のリッジを成形するようにしてもよい。リッジは、電磁エネルギーを案内するのに適切と考えられる任意の材料を用いて任意の形状を有するように形成可能である。例えば、リッジは、約９ｍｍの厚さを有するアルミニウムのプレートから機械加工により切り出すことが可能である。但し、リッジは、様々な製造プロセス（例えば、鋳造法を用いてもよい）や、種々の材料を用いて形成することが可能であり、上記した機械加工プロセスは、そのような数多くの異なる製造のうちの一例を示したに過ぎない。

次に、複数のリッジのうちの第１のリッジを通って延びる穴に導電ピンを挿通する（ステップＳ５１０）。この穴形状は、任意の態様で形成可能であるが、例えば、第１のリッジを通って第２のリッジの一部にまで達するように機械加工またはドリルにより穿孔することにより形成してもよい。あるいは、リッジを機械加工によって切り出す際、あるいはモールド成形によりリッジを形成する際に、その初期形状の中に予め穴形状を作り込むようにしてもよい。導電ピンは、任意の導電性材料を用いて構成可能であるが、（特に動作周波数帯域の上端において）高伝導率を示すような任意の他の導電性材料を含んでもよい。例えば、ベリリウム銅を高温まで熱処理したのち銀めっきを施すことにより、導電ピンを形成してもよい。

次に、導電ピンの一端を、ホーンアンテナのパワーコネクタすなわち入出力（Ｉ／Ｏ）コネクタに接続する（ステップＳ５２０）。この接続ステップでは、例えば、半田付け、溶接、またはボンディング技術を用いて、導電ピンの一端を入出力コネクタに固着させることが可能である。一方、導電ピンの一端は、ＮコネクタまたはＡＰＣ−３．５コネクタの背後から突出したソケット、ピンまたは端子に半田付けする。但し、同軸伝送線の中心導体を入出力コネクタのジャックまたはコレット内に差し込むことにより、導電ピンを同軸伝送線の中心導体に接続するようにしてもよい。ただし、上記したＮコネクタまたはＡＰＣ３．５コネクタの代わりに、他の多くのコネクタを用いることも可能である。その場合には、導電ピンを上記とは多少異なる態様で同軸伝送線の中心導体に接続することになるであろう。

続いて、導電ピンの末端部が複数のリッジのうちの第２のリッジ内に形成されたノッチ部の内部に位置すると共に入出力コネクタが第１のリッジの外面と面一となるまで、導電ピンおよび入出力コネクタの組立体を穴部の内部において前進させる（ステップＳ５４０）。このとき、上記したように、導電ピンの末端部とリッジとの間が、物理的接続ではなく容量結合により接続されるように配置することが好ましい。また、導電ピンによって得られるキャパシタンスの量は、給電領域におけるインピーダンス不整合を最小限に抑えるとともにホーンアンテナの周波数応答を最適化することができるように、慎重に選択することが望ましい。

所望とされるキャパシタンスの量は、導電ピンの構造を調整することによって得ることができる。上記したように、導電ピンは、例えば図５Ｄ〜図５Ｅに示したように単線導体により構成してもよいし、あるいは、例えば図５Ｆに示したように、互いに結合された複数の導体から構成してもよい。
所望とされるキャパシタンスの量はまた、導体（または複数の導体）の長さや直径、またはその両方を適宜選択することによっても得ることができる。例えば、導体（または複数の導体）の長さを、高周波数帯域に悪影響を及ぼさない程度に増加させることにより、入力インピーダンスを減少させるとともに、容量性スタブによって得られるキャパシタンスを増加させることができる。また、例えば、長さの調整に加え、あるいは長さの調整の代わりに、導体（または複数の導体）の直径を調整することで、所望のキャパシタンスの量を得るようにしてもよい。具体的には、例えば図５Ｄに示したように、導電ピンの直径を、同軸伝送線の内部に設けられた中心導体の直径とほぼ等しくしてもよいし、あるいは、図５Ｅ〜図５Ｆに示したように、導電ピンの直径を中心導体の直径よりも実質的に大きくすることにより、容量性スタブによって得られるキャパシタンスを増加させるようにしてもよい。さらに、導体（導電ピン）の内径および外径の関係に加えて、誘電体の比誘電率を適宜選択することにより、ホーンアンテナの入力インピーダンスを同軸伝送線のインピーダンス（例えば、５０オーム）と整合させるようにしてもよい。

上記したステップＳ５４０に先立って、１つまたは複数のステップを実行するようにしてもよい。例えば、第２のリッジ内に形成されたノッチ部の内部に、誘電体材料または誘電体プラグを挿入するようにしてもよい（ステップＳ５３０）。上記したように、この誘電体は、ノッチの内部に密閉されるようにしてもよいし、あるいは、入出力コネクタから第１のリッジを通って延在して第２のリッジ内に形成されたノッチ部の内部まで達するようにしてもよい。いずれの場合においても、誘電体は、導電ピンの末端部をノッチ部の内部に固定するとともに、導電ピンとリッジとが物理的に接触することを防止可能である。

誘電体を設けるようにした場合には、さらに、容量性スタブ（ノッチの内部に組み込まれた導 電ピンの末端部）によってもたらされるキャパシタンスが増加する。誘電体としては、様々な誘 電材料を用いることができるが、多くの場合、約２．０よりも高い比誘電率を有する誘電材料で あることが好ましい。誘電体としては、例えば、合成フロロポリマー（ＰＴＦＥ等）、架橋ポリ スチレン（レクソライト（登録商標）等）、およびセラミック材料（アルミナ、ベリリア、また はチタン酸バリウム）が候補材料として挙げられる。なお、その他の誘電材料を用いてもよい。

以上のように、周波数応答が改善されたホーンアンテナおよびその製造方法について実施の形態を説明した。本実施の形態のホーンアンテナおよびその製造方法によれば、デュアルリッジ型またはクワッドリッジ型のホーンアンテナにおける少なくとも１つのリッジの内部にインピーダンス整合回路網を組み込むようにしたので、従来のアンテナ構造と比較して改善が可能である。この場合、インピーダンス整合回路網は、「開回路の伝送線スタブ」すなわち「容量性スタブ」として機能する。容量性スタブは、給電領域におけるインピーダンス不整合を低減または除去するために必要なキャパシタンス量を得るために、さまざまな態様で構成することができ、これにより、ホーンアンテナの動作周波数帯域の改善もしくは拡大、またはその両方が達成される。

場合によっては、本実施の形態に記載したインピーダンス整合回路網を、１つまたは複数の追加的な改善策と組み合わせてもよい。例えば、上記したように、空洞構造のサイズを小さくすることにより高域の周波数応答を拡大させる（例えば、図６Ｃに示した１８ＧＨｚの上限周波数を超える）ようにしてもよい。なお、空洞構造のサイズは低域での周波数応答に影響を及ぼすので、容量性スタブによって得られるキャパシタンスを増加させることにより、所望の下限周波数（例えば、図６Ｃに示した約８００ＭＨｚ）を保つようにするとよい。また、高域の周波数応答を拡大するための他の手段を用いてもよい。

上記したように、ホーンアンテナ３００のリッジ３１０間のギャップを小さくすることにより、動作周波数帯域の下端を拡大することができる。ただし、ギャップを縮小すると、ホーンアンテナの入力インピーダンスが全体的に低下する。よって、同軸伝送線のインピーダンス（一般的に５０Ω）をより低いレベルにまで低下させるために、インピーダンス変成器を設けることが必要となる。上記したように、導電ピン３７０の直径や導電ピン３７０が内在する穴の直径を、例えば滑らかにまたは段階的に移行するテーパ状とすることで、適切な量のインピーダンス変成を得ることができる。

場合によっては、本実施の形態に記載のインピーダンス整合回路網と、本出願人による米国特許第７，１６１，５５０号明細書（特開２００５−３１２０４９）に記載された１つ以上の改善策とを組み合わせてもよい。例えば、上記インピーダンス整合回路網を以下の（１）〜（５）のうちの少なくとも１つの改善策と組み合わせてもよい。
（１）ホーンアンテナの開口部にテーパ状の拡張素子対を設けること
（２）磁性体が装荷されたリッジを用いること
（３）リッジに複数の縦溝を形成すること
（４）磁性体が装荷された空洞構造を用いること
（５）互いに反対の符号を示す等価な電流をリッジに供給する補償平衡フィードを用いること

これらのうちの１つまたは複数の改善策と、本実施の形態のインピーダンス整合回路網とを組み合わせることにより、さらに優れた動作帯域幅と放射特性とを有するデュアルリッジ型またはクワッドリッジ型のホーンアンテナを得ることができる。さらに、インピーダンス整合回路網を、本実施の形態で明記されていない他の改善策と組み合わせてもよい。

場合によっては、インピーダンス整合回路網を、本実施の形態に記載した態様とは若干異なる態様で設けるようにしてもよい。一例として、例えば、上記した容量性スタブに代えて積層チップコンデンサ等の既製のコンデンサを用い、これを給電領域における同軸伝送線とリッジとの間に挿入するようにしてもよい。コンデンサに置き換えることは一見些細なことのように思えるが、チップを接続することによって、ホーンアンテナの高域の周波数帯域を制限する原因となる寄生容量を抑制しやすくなる。

本明細書の開示内容に接した当業者であれば、本発明によって、動作周波数帯域を最大限とするように構成されたインピーダンス整合回路網を内蔵したデュアルリッジ型またはクワッドリッジ型のホーンアンテナおよびその製造方法が得られることを理解し得るであろう。また、当業者であれば、上記の説明を考慮することにより、本発明の各種態様の改変や代替的な実施の形態を理解することができる。したがって、特許請求の範囲は、そのような改変や変更のすべてを包含するように解釈がなされることを意図しており、よって、明細書および図面は、限定的ではなく例示的な意味合いで考慮されるべきである。

３００…ホーンアンテナ、３１０…リッジ、３１２…内向面、３４０…空洞構造、３５０…同軸伝送線、３５０ａ…中心導体、３６０…入出力コネクタ、３７０…導電ピン、３７０ａ…延在部分、３７０ｂ…容量性スタブ部分、３８０…給電領域、３９０…ノッチ部、４００…誘電体。

Claims (26)

1. 互いに対向して配置され、その挟間に電磁波を案内する一対のリッジと、
   前記一対のリッジのうちの第１のリッジに結合され、アンテナ給電領域に電力を供給し、または前記アンテナ給電領域から信号を受け取る伝送線と、
   前記アンテナ給電領域において前記一対のリッジのうちの第２のリッジの内部に組み込まれ、前記伝送線と前記一対のリッジとの間のインピーダンス不整合を低減させるインピーダンス整合回路網と
   を備えるホーンアンテナ。
2. 前記インピーダンス整合回路網は、前記アンテナ給電領域における前記伝送線と前記一対のリッジとの間に直列容量が形成されるように構成されている
   請求項１に記載のホーンアンテナ。
3. 前記インピーダンス整合回路網は、前記伝送線から前記第１のリッジを通って、前記第２のリッジ内に形成されたノッチ部の内部へと延在する導電ピンを含む
   請求項２に記載のホーンアンテナ。
4. 前記導電ピンの直径は、前記伝送線の中心導体の直径よりも大きい
   請求項３に記載のホーンアンテナ。
5. 前記導電ピンの直径は、前記伝送線から前記第１のリッジを通って、前記第２のリッジ内に形成されたノッチ部の内部へと延在するにしたがって、滑らかにまたは段階的に漸減する
   請求項３に記載のホーンアンテナ。
6. 前記インピーダンス整合回路網は、さらに、前記アンテナ給電領域に前記導電ピンを固定させると共に前記導電ピンと前記一対のリッジとの間の物理的接触を防止し、かつ、前記直列容量を増加させる誘電体を含む
   請求項３に記載のホーンアンテナ。
7. 前記誘電体は、前記伝送線から前記第１のリッジを通って、前記第２のリッジ内に形成された前記ノッチ部の内部へと延在する
   請求項６に記載のホーンアンテナ。
8. 前記誘電体は、前記導電ピンの末端部を覆うように前記ノッチ部の内部に密閉されている
   請求項６に記載のホーンアンテナ。
9. 互いに対向して配置され、その挟間に電磁波を案内する一対のリッジと、
   入出力コネクタから前記一対のリッジのうちの第１のリッジを通って、前記一対のリッジのうちの第２のリッジの内部のアンテナ給電領域に形成されたノッチ部の内部へと延在する導電ピンと、
   前記導電ピンの末端部を前記ノッチ部の内部に固定するとともに前記導電ピンと前記一対のリッジとの間の物理的接触を防止するように構成された誘電体と、
   を備えるホーンアンテナ。
10. 前記誘電体は、前記入出力コネクタから前記第１のリッジを通って、前記第２のリッジ内に形成された前記ノッチ部の内部へと延在する
    請求項９に記載のホーンアンテナ。
11. 前記誘電体は、前記ノッチ部の内部に密閉されている
    請求項９に記載のホーンアンテナ。
12. 前記導電ピンは、前記入出力コネクタに結合された同軸伝送線の中心導体を利用して構成されている
    請求項９に記載のホーンアンテナ。
13. 前記導電ピンは、前記入出力コネクタに結合された同軸伝送線の中心導体とは別体であり、前記中心導体に取り付けられている
    請求項９に記載のホーンアンテナ。
14. 前記導電ピンは、前記中心導体の直径よりも大きな直径を有する連続導体を含む
    請求項１３に記載のホーンアンテナ。
15. 前記導電ピンは、
    前記入出力コネクタから前記第１のリッジを通って前記ノッチ部との境界まで延在する第１の部分と、
    前記第１の部分に直接接続されると共に前記ノッチ部の内部に密閉された第２の部分と
    を含み、
    前記第２の部分の直径が、前記第１の部分の直径よりも大きい
    請求項１３に記載のホーンアンテナ。
16. 前記導電ピンは、前記入出力コネクタから前記第１のリッジを通って、前記第２のリッジ内に形成された前記ノッチ部の内部へと延在する穴部の内部を通るように配置されている
    請求項９に記載のホーンアンテナ。
17. 前記導電ピンの直径は、前記入出力コネクタから前記第１のリッジを通り、前記第２のリッジ内に形成された前記ノッチ部の内部へと延在するにしたがって、滑らかにまたは段階的に漸減する
    請求項１６に記載のホーンアンテナ。
18. 前記穴部の直径は、前記入出力コネクタから前記第１のリッジを通り、前記第２のリッジ内に形成された前記ノッチ部の内部へと延在するにしたがって、滑らかにまたは段階的に漸減する
    請求項１６に記載のホーンアンテナ。
19. 前記導電ピンの直径および前記穴部の直径の双方が、前記入出力コネクタから前記第１のリッジを通って、前記第２のリッジ内に形成された前記ノッチ部の内部へと延在するに従い、それぞれ滑らかにまたは段階的に漸減する
    請求項１６に記載のホーンアンテナ。
20. 一対のリッジを、これらのリッジの内向面の挟間に電磁エネルギーが案内されるように配置する工程と、
    前記一対のリッジのうちの第１のリッジを通って延びる穴部に導電ピンを挿通する工程と、
    前記導電ピンの一端を、入出力コネクタに接続する接続工程と、
    前記導電ピンの末端部が前記一対のリッジのうちの第２のリッジ内に形成されたノッチ部の内部に位置すると共に前記入出力コネクタが前記第１のリッジの外面と面一となるまで、前記導電ピンおよび前記入出力コネクタの組立体を、前記穴部の内部において前進させる前進工程と、
    を含むホーンアンテナの製造方法。
21. 前記接続工程において、半田付け、溶接、またはボンディング技術を用いて、前記導電ピンの前記一端を前記入出力コネクタに固着させる
    請求項２０に記載のホーンアンテナの製造方法。
22. 前記導電ピンの直径を、前記入出力コネクタに結合された伝送線の中心導体の直径よりも大きくする
    請求項２０に記載のホーンアンテナの製造方法。
23. 前記前進工程に先立って、前記導電ピンの直径もしくは前記穴部の直径またはその両方を漸減させる工程をさらに含む
    請求項２０に記載のホーンアンテナの製造方法。
24. 前記前進工程に先立って、前記導電ピンの前記末端部を前記ノッチ部の内部に固定するとともに前記導電ピンと前記一対のリッジとの間の物理的接触を防止するように構成された誘電体プラグを、前記第２のリッジ内に形成された前記ノッチ部の内部に挿入する工程をさらに含む
    請求項２０に記載のホーンアンテナの製造方法。
25. 前記誘電体プラグを、２．０以上の比誘電率を有する誘電材料の群から選択する
    請求項２０に記載のホーンアンテナの製造方法。
26. 前記誘電体プラグを、合成フロロポリマー、架橋ポリスチレン、およびセラミック材料からなる誘電材料群の中から選択する
    請求項２０に記載のホーンアンテナの製造方法。

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