JP2022080854A - 超広帯域非金属ホーンアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】良好なインピーダンス整合が可能な給電構造を備える、対称性の良い放射パターンを有する小型の超広帯域非金属ホーンアンテナを提供する。【解決手段】超広帯域非金属ホーンアンテナ１００は、インピーダンス整合部１１０、フィールド調整部１３０及び外側カバー部１５０等の組み合わせ可能な３つの非金属要素を備える。インピーダンス整合部１１０及びフィールド調整部１３０には、それぞれ第１の溝構造及び第２の溝構造が配置される。フィールド調整部１３０は、インピーダンス整合部１１０及び外側カバー部１５０の間に接続される。【選択図】図１

Description

本開示は、アンテナ構造に関し、具体的には、超広帯域非金属ホーンアンテナに関する。

従来技術において、導波管とフィードホーンアンテナとのインピーダンスはモード整合部を設けることにより整合されるが、この方法は、限られたパラメータにしか調整することができず、また、フィードホーンアンテナの全体構造が原因でインピーダンス整合が難しいことがある。

また、従来技術において、放射部の展開角度を調整することによりサイドローブレベル及び反射損失を調整する方法があるが、これを実現する設計は、より長いランチャー及びフィード部としての金属ストリップ構造を必要とするため、全体サイズが大きくなってしまう。加えて、このフィード方法は、固定性能が低く、商品化に適していない。

フィードホーンアンテナの全体構造が原因でインピーダンス整合が難しいことがある。さらに、従来のフィード方法は、固定性能が低く、商品化に適していない。

これに鑑みて、本開示は、上記の技術的課題を解決可能な超広帯域非金属ホーンアンテナを提供する。

本開示は、インピーダンス整合部と、フィールド調整部と、外側カバー部と、を備える超広帯域非金属ホーンアンテナを提供する。インピーダンス整合部は、互いに反対側の第１の端及び第２の端を備える。
インピーダンス整合部の第１の端は、第１のほぞ部を備え、インピーダンス整合部の第２の端の端面は、第１の凹構造を備え、第１の凹構造は、第１の突出部及び第１の突出部を囲む第１の溝構造を備える。
フィールド調整部は、互いに反対側の第１の端及び第２の端を備える。フィールド調整部の第１の端の端面は、第１の堀構造を備え、フィールド調整部の第２の端の端面は、第２の凹構造を備え、第２の凹構造は、第２の突出部及び第２の突出部を囲む第２の溝構造を備え、第２の突出部の上面は、第１のほぞ部に対応する第２の堀構造を備える。さらに、インピーダンス整合部の第１のほぞ部は、フィールド調整部の第２の堀構造に挿入される。外側カバー部は、第１のテーパ構造及び第１の堀構造に対応する第２のほぞ部を備える。第１のテーパ構造は、頂角及び底面を備える。第２のほぞ部は、第１のテーパ構造の底面に接続され、外側カバー部の第２のほぞ部は、フィールド調整部の第１の堀構造を挿入される。

インピーダンス整合部の第１の凹構造により、本開示のホーンアンテナは、インピーダンス整合の効果を達成することができる。フィールド調整部に第２の凹構造により、今回時のホーンアンテナは、より対称的な放射パターン（すなわち、水平偏波パターンは、垂直偏波パターンと対称である）より小さいアンテナサイズを有し得る。

図１は、本開示の実施形態に係る、導波管が接続された超広帯域非金属ホーンアンテナの概略図である。

図２Ａは、本開示の第１の実施形態に係る、インピーダンス整合部の側面斜視図である。

図２Ｂは、図２Ａに図示されるインピーダンス整合部の別の図である。

図２Ｃは、図２Ａに図示されるインピーダンス整合部のさらなる別の図である。

図３は、本開示の第１の実施形態に係る、|Ｓ_１１|の比較図である。

図４Ａは、本開示の第２の実施形態に係る、インピーダンス整合部及び導波管の側面斜視図である。

図４Ｂは、図４Ａの別の図である。

図４Ｃは、図４Ｂのさらなる別の図である。

図５Ａは、本開示の第３の実施形態に係る、フィールド調整部の側面斜視図である。

図５Ｂは、図５Ａのフィールド調整部の別の図である。

図５Ｃは、図５Ｂのフィールド調整部のさらなる別の図である。

図６Ａは、第２の溝構造を備えないホーンアンテナの放射パターン図である。

図６Ｂは、第２の溝構造を備えるホーンアンテナの放射パターン図である。

図７Ａは、本開示の第４の実施形態に係る、外側カバー部の側面図である。

図７Ｂは、図７Ａの外側カバー部の別の図である。

図７Ｃは、図７Ａの外側カバー部のさらなる別の図である。

図８Ａは、外側カバー部を備えないホーンアンテナの放射パターン図である。

図８Ｂは、外側カバー部を備えるホーンアンテナの放射パターン図である。

図９Ａは、従来のホーンアンテナ及び本開示のホーンアンテナの側面図である。

図９Ｂは、図９Ａの従来のホーンアンテナ及び本開示のホーンアンテナの上面図である

図９Ｃは、図９Ａに応じた放射パターン図である。

図９Ｄは、図９Ａに応じた反射係数図である。

図１０Ａは、本開示の実施形態に係る、水平偏波パターン及び垂直偏波パターンの図である。

図１０Ｂは、図１０に応じた反射係数図である。

図１１は、本開示の実施形態に係る、水平偏波パターン及び垂直偏波パターンの図である。

図１２Ａは、本開示の実施形態に係る、導波管が接続された超広帯域非金属ホーンアンテナの側面斜視図である。

図１２Ｂは、図１２Ａの斜透視図である。

図１２Ｃは、図１２Ａの上面透視図である。

図１２Ｄは、図１２Ａのフィールド調整部の斜透視図である。

図１２Ｅは、図１２Ｄの上面透視図である。

図１を参照すると、これは、本開示の実施形態に係る、導波管が接続された超広帯域非金属ホーンアンテナの概略図である。図１において、本開示のホーンアンテナ１００（すなわち、超広帯域非金属ホーンアンテナ）は、インピーダンス整合部１１０と、フィールド調整部１３０と、外側カバー部１５０と、を備え、フィールド調整部１３０は、インピーダンス整合部１１０及び外側カバー部１５０の間に接続され、ホーンアンテナ１００は、インピーダンス整合部１１０を介して導波管１９９に接続される。本開示の実施形態において、インピーダンス整合部１１０、フィールド調整部１３０、外側カバー部１５０、及び導波管１９９は、非金属材料（ただし、導波管１９９の外側層は、金属層でスパッタリングされてよい）により実現可能である。以下、インピーダンス整合部１１０、フィールド調整部１３０、及び外側カバー部１５０の構造をそれぞれさらに説明する。

図２Ａ乃至２Ｃを参照する。図２Ａは、本開示の第１の実施形態に係る、インピーダンス整合部の側面斜視図であり、図２Ｂは、図２Ａに図示されるインピーダンス整合部の別の図であり、図２Ｃは、図２Ａに図示されるインピーダンス整合部のさらなる別の図である。

例えば、第１の実施形態において、インピーダンス整合部１００は、円筒状の物体であり、互いに反対側の第１の端１１１及び第２の端１１２を備えてよい。インピーダンス整合部１１０の第１の端は、第１のほぞ部１１１ａを備え、インピーダンス整合部１１０の第２の端１１２の端面は、第１の凹構造１１４を備える。

図２Ａ乃至２Ｃに示されるように、第１の凹構造１１４は、第１の突出部１１４ａ及び第１の突出部１１４ａを囲む第１の溝構造１１４ｂを備える。実施形態において、第１の凹構造１１４は、底面１１５を有してよく、第１の突出部１１４ａは、底面１１６を有してよく、第１の突出部１１４ａの底面１１６は、第１の凹構造１１４の底面１１５に接続されてよい。さらに、第１の突出部１１４ａの底面１１６は、第１の凹構造１１４の底面１１５の中央に配置されてよいが、本開示はこれに限定されない。

いくつかの実施形態において、第１の突出部１１４ａは、任意のテーパ構造（例えば、例えば、円錐、多角錐等）であってよく、第１の突出部１１４ａの高さＨ１は、第１の溝構造１１４ｂの深さＨ２よりも大きい。例えば、１つの実施形態において、ホーンアンテナ１００は、特定波長の放射信号を提供するように構成されてよく、第１の突出部１１４ａの高さＨ１は、特定波長未満であってよく、第１の溝構造１１４ｂの深さＨ２は、特定波長の半分であってよいが、本開示はこれに限定されない。

図２Ａ乃至２Ｃにおいて、第１の突出部１１４ａは、さらに、外側に延伸する頂角Ａ１を有し、頂角Ａ１は、１３～４５度であってよい。１つの実施形態において、第１の突出部１１４ａの頂角Ａ１は、第１の凹構造１１４の底面１１５の通常方向Ｎ１に向かって延伸しているとみなされてよいが、本開示はこれに限定されない。

異なる実施形態において、第１の突出部１１４ａ及び第１の溝構造１１４ｂのサイズは、接続される導波管（例えば、図１の導波管１９９）に応じて調整されてよく、これにより、導波管によるインピーダンス整合が達成される。

図３を参照すると、本開示の第１の実施形態に係る、|Ｓ_１１|の比較図である。例えば、図３において、ホーンアンテナ３０１は、図１のフィールド調整部１３０及び外側カバー部１５０により組み立てられる。換言すれば、ホーンアンテナ３０１は、図１のホーンアンテナ１００のインピーダンス整合部１１０が取り除かれたホーンアンテナであるとみなしてよい。

本実施形態において、曲線３１０及び３２０は、それぞれ、ホーンアンテナ３０１及び１００に対応する反射損失曲線である。図３に見られる通り、インピーダンス整合部１１０が設けられた場合、ホーンアンテナ１００の反射損失（ＲＬ）は１０ｄＢより大きい（|Ｓ_１１|が－１０ｄＢ未満）が、インピーダンス整合部１１０を備えないホーンアンテナ３０１においてはその限りではない。インピーダンス整合部１１０により、ホーンアンテナ１００と導波管１９９とのインピーダンス整合効果が達成可能となる。

図４Ａ乃至４Ｃを参照する。図４Ａは、本開示の第２の実施形態に係る、インピーダンス整合部及び導波管の側面斜視図であり、図４Ｂは、図４Ａの別の図であり、図４Ｃは、図４Ｂのさらなる別の図である。第２の実施形態において、インピーダンス整合部１１０は、第２の端１１２を介して、導波管１９９に接続されてよい。具体的には、インピーダンス整合部１１０の第２の端１１２は、導波管１９９に挿入されてよく、これにより、インピーダンス整合部１１０が導波管１９９に接続されるが、本開示はこれに限定されない。

いくつかの実施形態において、インピーダンス整合部１１０及び導波管１９９は、一体的に形成されてよい。別の実施形態において、インピーダンス整合部１１０及び導波管１９９は、互いに組み合わせることができるサイズを有するように設計されてよい。形成の後、導波管１９９の外側層は、金属層１９９ａによりスパッタリングされてよく、これにより、低コスト化及び軽量化の効果が達成される。

図５Ａ乃至５Ｃを参照すると、図５Ａは、本開示の第３の実施形態に係る、フィールド調整部の側面斜視図であり、図５Ｂは、図５Ａのフィールド調整部の別の図であり、図５Ｃは、図５Ｂのフィールド調整部のさらなる別の図である。

例えば、図５Ａ乃至５Ｃに示されるように、フィールド調整部１３０は、互いに反対側の第１の端１３１及び第２の端１３２を備えてよい円筒状の物体である。フィールド調整部１３０の第１の端１３１の端面は、（例えば、深さＨ５を有する）第１の堀構造１３１ａを備えてよく、フィールド調整部１３０の第２の端１３２の端面は、第２の凹構造１３４を備えてよい。別の実施形態において、フィールド調整部１３０は、角錐状の物体として設計されてもよいが、本開示はこれに限定されない。

第３の実施形態において、第２の凹構造１３４は、第２の突出部１３４ａ及び第２の突出部１３４ａを囲む第２の溝構造１３４ｂを備えてよい。さらに、第２の突出部１３４ａの上面１３５は、第１のほぞ部１１１ａに対応する第２の堀構造１３４ｃを備えてよい。

第３の実施形態において、インピーダンス整合部１１０の第１のほぞ部１１１ａは、フィールド調整部１３０の第２の堀構造１３４ｃに挿入されてよく、これにより、インピーダンス整合部１１０は、図１に示される方法でフィールド調整部１３０に接続されてよい。さらに、第１のほぞ部１１１ａを第２の堀構造１３４ｃに挿入して固定するために、第１のほぞ部１１１ａのサイズは、第２の堀構造１３４ｃに対応するように設計されてよい。

いくつかの実施形態において、インピーダンス整合部１１０及びフィールド調整部１３０は、一体的に形成されてよいが、本開示はこれに限定されない。

第３の実施形態において、第２の溝構造１３４ｂの構成（例えば、以下の直径Ｄ１、深さＨ４、幅Ｇ１、高低差Ｇ２等）は、ホーンアンテナ１００の放射パターンを向上させるために調整可能であり、これにより、水平偏波パターン及び垂直偏波パターンがより対称的となるため、狭ビーム効果が達成される。

１つの実施形態において、第２の堀構造１３４ｃは、深さＨ３’を有してよく、第２の堀構造１３４ｃの深さＨ３’と第１のほぞ部１１１ａの高さＨ３との差は、０．５ｍｍ未満であってよい。

１つの実施形態において、第２の突出部１３４ａは、円筒状であってよく、第２の突出部１３４ａの上面１３５の直径Ｄ１は、特定波長の１．１～２倍であってよい。

１つの実施形態において、第２の凹構造１３４の深さＨ４は、特定波長の０．８～１．５倍であってよい。

１つの実施形態において、第２の溝構造１３４ｂの幅Ｇ１は、特定波長の０．４～０．５倍であってよい。

１つの実施形態において、第２の凹構造１３４は、上面１３２ａ及び底面１３２ｂを備えてよい。第２の凹構造１３４の底面１３２ａは、第２の突出部１３４ａに接続されてよい。第２の凹構造１３４の上面１３２ａと第２の突出部１３４ａの上面１３５との高低差Ｇ２は、特定波長の０．４倍未満であってよい。

さらに、第２の凹構造１３４は、さらに、内側管状面１３２ｃを備えてよく、第２の凹構造１３４の内側管状面１３２ｃと第２の凹構造１３４の底面１３２ｂとの間の角度ａｎｇ１は、８０～１００度であってよい。

１つの実施形態において、第２の突出部１３４ａは、外側管状面１３６を備えてよく、第２の凹構造１３４の底面１３２ｂと第２の突出部１３４ａの外側管状面１３６との間の角度ａｎｇ２は、８０～１００度であってよい。

１つの実施形態において、第２の溝構造１３４ｂは、円形構造又は正三角形以外の多角構造（例えば、正方形、正五角形等）であってよい。これにより、放射エネルギーはより均等となり、従って、横方向に対称的な放射パターンを容易に設計できる。

図６Ａ及び６Ｂを参照すると、図６Ａは、第２の溝構造を備えないホーンアンテナの放射パターン図であり、図６Ｂは、第２の溝構造を備えるホーンアンテナの放射パターン図である。図６Ａにおいて、アンテナ構造６０１は、図６Ｂのホーンアンテナ１００から第２の溝構造１３４ｂを取り除いたアンテナ構造であるとみなしてよい。

例えば、図６Ａ及び６Ｂにおいて、実線は水平偏波放射パターンであり、破線は水平偏波放射パターンである。図６Ａ及び６Ｂを比較すると、図６Ｂにおける放射パターンはより対称的であり、サイドローブも低いことが分かる。従って、第２の突出部１３４ａを備えるホーンアンテナ１００は放射パターンを向上させることができると確認できた。

図７Ａ乃至７Ｃを参照すると、図７Ａは、本開示の第４の実施形態に係る、外側カバー部の側面図であり、図７Ｂは、図７Ａの外側カバー部の別の図であり、図７Ｃは、図７Ａの外側カバー部のさらなる別の図である。

図７Ａ乃至７Ｃに示されるように、外側カバー部１５０は、第１のテーパ構造１５１及び第１の堀構造１３１ａに対応する第２のほぞ部１５２を備え、第２のほぞ部１５２の長さは、第１の堀構造１３１ａの深さＨ５以下である。例えば、第１のテーパ構造１５１は、頂角Ａ２及び底面１５１ａを備える円錐状の物体であり、第２のほぞ部１５２の一方の端は、第１のテーパ構造１５１の底面１５１ａに接続されてよく、第２のほぞ部１５２の他方の端は、フィールド調整部１３０の第１の堀構造１３１ａに挿入されてよく、これにより、外側カバー部１５０は、図１に示される方法でフィールド調整部１３０に接続されてよい。さらに、別の実施形態において、第１のテーパ構造１５１は、角錐状の物体として実装されてもよいが、本開示はこれに限定されない。

１つの実施形態において、第２のほぞ部１５２を第１の堀構造１３１ａに挿入して固定するために、第２のほぞ部１５２のサイズは、第１の堀構造１３１ａに対応するように設計されてよい。さらに、第２のほぞ部１５２の一方の端は、第１のテーパ構造１５１の底面１５１ａの中央に接続されてよく、第１のテーパ構造１５１の底面１５１ａの面積は、フィールド調整部１３０の第１の端１３１の端面の面積と合致してよい。これにより、外側カバー部１５０とフィールド調整部１３０との接続における不均一が回避可能である。

本開示の実施形態において、外側カバー部１５０の第１のテーパ構造１５１は、放射パターンにおけるサイドローブ及びバックローブを低減し、放射ゲインを増加させるために使用することができる。さらに、より高い誘電係数を備える材料により外側カバー部１５０を実装することで、狭ビーム効果をさらに達成できる。

１つの実施形態において、第１のテーパ構造１５１の頂角Ａ２は、９０～１２０度であってよく、サイドローブ及びバックローブを効果的に抑制することができる。さらに、第１のテーパ構造１５１は、円錐構造又は正多角錐構造（例えば、正三角形、正方形、正五角形等）であってよい。

いくつかの実施形態において、フィールド調整部１３０がＮ辺正角柱状の物体である場合、それに対応して、第１のテーパ構造１５１も、Ｎ辺正角錐状の物体として設計されてよい。ここで、Ｎは、例えば、３以上の自然数である。

１つの実施形態において、材料の収縮率が低い場合、インピーダンス整合部１１０、フィールド調整部１３０、及び外側カバー部１５０は、一体的に形成されてよい。さらに、材料の収縮率が高い場合、インピーダンス整合部１１０、フィールド調整部１３０、及び外側カバー部１５０は、別々に実装されてよい。

図８Ａ及び８Ｂを参照する。図８Ａは、外側カバー部を備えないホーンアンテナの放射パターン図であり、図８Ｂは、外側カバー部を備えるホーンアンテナの放射パターン図である。図８Ａにおいて、アンテナ構造８０１は、図８Ｂのホーンアンテナ１００の外側カバー部１５０を取り除いたアンテナ構造であるとみなしてよい。

例えば、図８Ａ及び８Ｂを参照すると、実線は水平偏波放射パターンであり、破線は水平偏波放射パターンである。図８Ａ及び８Ｂを比較すると、図８Ｂにおけるサイドローブ及びバックローブが比較的低いことが分かる。従って、外側カバー部１５０を備えるホーンアンテナ１００は、サイドローブ及びバックローブを効果的に抑制できると確認できた。

図９Ａ乃至９Ｄを参照する。図９Ａは、従来のホーンアンテナ及び本開示のホーンアンテナの側面図であり、図９Ｂは、図９Ａの従来のホーンアンテナ及び本開示のホーンアンテナの上面図であり、図９Ｃは、図９Ａに応じた放射パターン図であり、図９Ｄは、図９Ａに応じた反射係数図である。例えば、図９Ａ及び９Ｂにおいて、ホーンアンテナ９０１は、モード整合部を備える従来の金属ホーンアンテナである。図９Ｃにおいて、曲線９１０及び９２０は、それぞれ、ホーンアンテナ９０１及び１００に対応する。

図９Ａ乃至９Ｄから、同じく１０ｄＢのビーム幅の帯域幅において、本開示のホーンアンテナ１００は、そのサイズがホーンアンテナ９０１のサイズの５０％であり、また、放射パターンも比較的集中していることが分かる。さらに、本開示のホーンアンテナ１００は、超広帯域特性（－１０ｄＢ未満の反射係数）を達成することができる。

異なる実施形態において、本開示のインピーダンス整合部１１０、フィールド調整部１３０、及び外側カバー部１５０は、同じ非金属材料を使用することにより実現でき、非金属材料の誘電係数は、２～１６であってよい。

図１０Ａ及び１０Ｂを参照する。図１０Ａは、本開示の実施形態に係る、水平偏波パターン及び垂直偏波パターンの図であり、図１０Ｂは、図１０Ａに応じた反射係数図である。本実施形態において、インピーダンス整合部１１０、フィールド調整部１３０、及び外側カバー部１５０は、誘電係数１０．２の非金属材料を使用して実装されていると仮定される。図１０Ａ及び１０Ｂから、誘電係数１０．２の非金属材料を使用してインピーダンス整合部１１０、フィールド調整部１３０、及び外側カバー部１５０を実装した場合、水平偏波パターン及び垂直偏波パターンは対照的となり、超広帯域効果を有することが分かる。

図１１を参照する。図１１は、本開示の実施形態に係る、水平偏波パターン及び垂直偏波パターンの図である。本実施形態において、インピーダンス整合部１１０、フィールド調整部１３０、及び外側カバー部１５０は、誘電係数１６．２の非金属材料を使用して実装されていると仮定される。図１１から、誘電係数１６．２の非金属材料を使用してインピーダンス整合部１１０、フィールド調整部１３０、及び外側カバー部１５０を実装した場合、水平偏波パターン及び垂直偏波パターンは依然として対照的となることが分かる。

図１２Ａ乃至１２Ｅを参照する。図１２Ａは、本開示の実施形態に係る、導波管が接続された超広帯域非金属ホーンアンテナの側面斜視図である。図１２Ｂは、図１２Ａの斜透視図である。図１２Ｃは、図１２Ａの上面透視図である。図１２Ｄは、図１２Ａのフィールド調整部の斜透視図である。図１２Ｅは、図１２Ｄの上面透視図である。本実施形態において、本開示のホーンアンテナ１２００は、インピーダンス整合部１１０と、フィールド調整部１２３０と、外側カバー部１２５０と、を備え、フィールド調整部１２３０は、インピーダンス整合部１２１０及び外側カバー部１２５０の間に接続され、ホーンアンテナ１２００は、インピーダンス整合部１２１０を介して、導波管１９９に接続される。

図１２Ａ乃至１２Ｂに示されるように、本実施形態において、フィールド調整部１２３０は、正三角柱状の物体であってよく、外側カバー部１２５０の第１のテーパ構造１２５１は、フィールド調整部１２３０に対応し、正三角形状の円錐状の物体として設計されてよい。

本実施形態において、フィールド調整部１２３０及び外側カバー部１２５０は、その外観においてフィールド調整部１３０及び外側カバー部１５０とは異なり、加えて、フィールド調整部１２３０及び外側カバー部１２５０の他の特性／構造は、フィールド調整部１３０及び外側カバー部１５０に関する説明から導くことができる。

例えば、フィールド調整部１２３０は、互いに反対側の第１の端１２３１及び第２の端１２３２を備えてよい。フィールド調整部１２３０の第１の端１２３１の端面は、第１の堀構造１２３１ａを備えてよく、フィールド調整部１２３０の第２の端１２３２の端面には、第２の凹構造１２３４を備えてよい。

本実施形態において、第２の凹構造１２３４は、第２の突出部１２３４ａ及び第２の突出部１２３４ａを囲む第２の溝構造１２３４ｂを備えてよく、例えば、第２の溝構造１２３４ｂは、第２の突出部１２３４ａを囲む三角形状の溝である。さらに、第２の突出部１２３４ａの上面１２３５は、インピーダンス整合部１１０の第１のほぞ部１１１ａに対応する第２の堀構造１２３４ｃを備えてよい。

本実施形態において、インピーダンス整合部１１０の第１のほぞ部１１１ａは、フィールド調整部１２３０の第２の堀構造１２３４ｃに挿入されてよく、これにより、インピーダンス整合部１１０は、図１２Ａ乃至１２Ｃに示される方法でフィールド調整部１２３０に接続されてよい。さらに、第１のほぞ部１１１ａを第２の堀構造１２３４ｃに挿入して固定するために、第１のほぞ部１１１ａのサイズは、第２の堀構造１２３４ｃに対応するように設計されてよい。

いくつかの実施形態において、インピーダンス整合部１１０及びフィールド調整部１２３０は、一体的に形成されてよいが、本開示はこれに限定されない。

本実施形態において、第２の溝構造１２３４ｂの形状は、ホーンアンテナ１２００の放射パターンを向上させるために調整されてよく、それにより、水平偏波パターン及び垂直偏波パターンはより対称的となり、狭ビーム効果が達成される。例えば、第２の溝構造１２３４ｂの幅Ｇ１は、特定波長の０．４～０．５倍であってよい。さらに、ホーンアンテナ１２００は、例えば、参照中央線ＲＣを有してよく、第２の突出部１２３４ａの任意の角柱辺（例えば、正三角柱）と参照中央線ＲＣとの間の最小距離（例えば、距離Ｄ１’）は、図５Ａの直径Ｄ１の０．５倍であってよいが、本開示はこれに限定されない。他の関連する詳細についてはフィールド調整部１３０の説明を参照し、本明細書おいてはこれ以上説明しない。

別の実施形態において、本開示のフィールド調整部及び第１のテーパ構造がそれぞれＮ辺正角柱状の物体及びＮ辺正角錘状の物体としてデザインされる場合、当業者は、上記の実施形態から、形成されるホーンアンテナに対応した特定の構造及び関連する構造パラメータを直接的に及び明確に導き出すことができる。

総括すると、本開示のホーンアンテナは、インピーダンス整合部、フィールド調整部、及び外側カバー部を含む３つの非金属要素を組み合わせることで形成できる。インピーダンス整合部に第１の溝構造を設計することで、本開示のホーンアンテナは、インピーダンス整合こうかを達成することができる。フィールド調整部に第２の溝構造を設定することで、本開示のホーンアンテナは、より対称的な放射パターン（すなわち、水平偏波パターンは、垂直偏波パターンに対称的である）及びより小さいアンテナサイズを実現できる。

異なる実施形態において、上記の３つの非金属要素は、同じ非金属材料（例えば、２～１６の誘電係数を備える材料）を使用して実装できる。さらに、上記の３つの非金属材料は、アンテナサイズをさらに小さくし、収縮が乏しいという問題を解決するために、異なる誘電係数を備える非金属材料を適用することでも実現できる。また、導波管は、その外層に金属層がスパッタリングされた非金属材料として実現することもでき、これにより、低コスト化及び軽量化の効果が達成される。

本開示のホーンアンテナは、衛星通信、第５世代（５Ｇ）ミリ波通信、アンテナパターン測定、並びに高ゲイン及び狭ビームを要求する他のアンテナ応用技術に適用可能である。

１００、３０１、９０１、１２００ ホーンアンテナ
１１０ インピーダンス整合部
１１１、１３１、１２３１ 第１の端
１１２、１３２、１２３２ 第２の端
１１１ａ 第１のほぞ部
１１４ 第１の凹構造
１１４ａ 第１の突出部
１１４ｂ 第１の溝構造
１３０、１２３０ フィールド調整部
１３１ａ、１２３１ａ 第１の堀構造
１３２ａ 上面
１３２ｂ 底面
１３２ｃ 内側管状面
１３４、１２３４ 第２の凹構造
１３４ａ、１２３４ａ 第２の突出部
１３４ｂ、１２３４ｂ 第２の溝構造
１３４ｃ、１２３４ｃ 第２の堀構造
１３５、１２３５ 上面
１３６ 外側管状面
１５０、１２５０ 外側カバー部
１５２ 第２のほぞ部
１９９ 導波管
１９９ａ 金属層
１５１ａ 底面
Ａ１、Ａ２ 頂角
Ｈ１ 高さ
Ｈ２、Ｈ３’ 深さ
Ｄ１ 直径
Ｇ１ 幅
ａｎｇ１、ａｎｇ２ 角度

Claims (20)

1. 互いに反対側の第１の端及び第２の端を備えるインピーダンス整合部であって、前記インピーダンス整合部の前記第１の端は、第１のほぞ部を備え、前記インピーダンス整合部の前記第２の端の端面は、第１の凹構造を備え、前記第１の凹構造は、第１の突出部及び前記第１の突出部を囲む第１の溝構造を備える、インピーダンス整合部と、
   互いに反対側の第１の端及び第２の端を備えるフィールド調整部であって、前記フィールド調整部の前記第１の端の端面は、第１の堀構造を備え、前記フィールド調整部の前記第２の端の端面は、第２の凹構造を備え、前記第２の凹構造は、第２の突出部及び前記第２の突出部を囲む第２の溝構造を備え、前記第２の突出部の上面は、前記第１のほぞ部に対応する第２の堀構造を備え、前記インピーダンス整合部の前記第１のほぞ部は、前記フィールド調整部の前記第２の堀構造に挿入される、フィールド調整部と、
   第１のテーパ構造及び前記第１の堀構造に対応する第２のほぞ部を備える外側カバー部であって、前記第１のテーパ構造は、頂角及び底面を備え、前記第２のほぞ部は、前記第１のテーパ構造の底面に接続され、前記外側カバー部の前記第２のほぞ部は、前記フィールド調整部の前記第１の堀構造を挿入される、外側カバー部と、
   を備える、
   超広帯域非金属ホーンアンテナ。
2. 前記第１の突出部は、第２のテーパ構造であり、
   前記第１の突出部の高さは、前記第１の溝構造の深さよりも大きい、
   請求項１の超広帯域非金属ホーンアンテナ。
3. 特定波長を備える放射信号を提供するように構成され、
   前記第１の突出部の前記高さは、前記特定波長よりも小さく、
   前記第１の溝構造の前記深さは、前記特定波長の半分未満である、
   請求項２の超広帯域非金属ホーンアンテナ。
4. 前記第１の突出部は、外側に延伸する頂角を有し、
   前記第１の突出部の前記頂角は、１３～４５度である、
   請求項２の超広帯域非金属ホーンアンテナ。
5. 前記インピーダンス整合部は、前記インピーダンス整合部の前記第２の端を介して、導波管に接続される、請求項１の超広帯域非金属ホーンアンテナ。
6. 前記導波管及び前記インピーダンス整合部は、一体的に形成される、請求項５の超広帯域非金属ホーンアンテナ。
7. 前記導波管は、非金属材料から作成され、
   前記導波管の外側層は、金属層によりスパッタリングされる、請求項５の超広帯域非金属ホーンアンテナ。
8. 前記導波管及び前記インピーダンス整合部は一体的に形成される、又は前記インピーダンス整合部、前記フィールド調整部、及び前記外側カバー部は一体的に形成される、請求項１の超広帯域非金属ホーンアンテナ。
9. 前記第１のほぞ部の高さと前記第２の堀構造の深さとの差は、０．５ｍｍ未満である、請求項１の超広帯域非金属ホーンアンテナ。
10. 特定波長を備える放射信号を提供するように構成され、
    前記第２の突出部は、円筒状であり、
    前記第２の突出部の端面の直径は、前記特定波長の１．１～２倍である、
    請求項１の超広帯域非金属ホーンアンテナ。
11. 前記第２の凹構造の深さは、前記特定波長の０．８～１．５倍である、請求項１０の超広帯域非金属ホーンアンテナ。
12. 前記第２の溝構造の深さは、前記特定波長の０．４～０．５倍である、請求項１０の超広帯域非金属ホーンアンテナ。
13. 前記第２の凹構造は、上面及び底面を備え、
    前記第２の凹構造の前記底面は、前記第２の突出部に接続され、
    前記第２の凹構造の前記上面と前記第２の突出部の上面との高低差は、前記特定波長の０．４倍未満である、
    請求項１０の超広帯域非金属ホーンアンテナ。
14. 前記第２の凹構造は、内側管状面をさらに備え、
    前記第２の凹構造の前記内側管状面と前記第２の凹構造の前記底面との間の角度は、８０～１００度である、
    請求項１３の超広帯域非金属ホーンアンテナ。
15. 前記第２の突出部は、外側管状面を備え、
    前記第２の凹構造の前記底面と前記第２の突出部１３４ａの前記外側管状面との間の角度は、８０～１００度である、
    請求項１３の超広帯域非金属ホーンアンテナ。
16. 前記第２の溝構造は、円状構造、又は正三角以外の多角構造である、請求項１の超広帯域非金属ホーンアンテナ。
17. 前記第１のテーパ構造の前記頂角は、９０～１２０度である、請求項１の超広帯域非金属ホーンアンテナ。
18. 前記第１のテーパ構造は、円錐構造又は正多角錐構造である、請求項１の超広帯域非金属ホーンアンテナ。
19. 前記インピーダンス整合部、前記フィールド調整部、及び前記外側カバー部は、全て非金属材料から作成される、請求項１の超広帯域非金属ホーンアンテナ。
20. 前記フィールド調整部は、Ｎ辺正角柱状の物体であり、
    第１の円錐構造は、Ｎ辺正角錘状の物体であり、
    Ｎは、３以上の自然数である、
    請求項１の超広帯域非金属ホーンアンテナ。

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