JP2817363B2

JP2817363B2 - 給電装置

Info

Publication number: JP2817363B2
Application number: JP16593290A
Authority: JP
Inventors: 雄司沼野
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1990-06-25
Filing date: 1990-06-25
Publication date: 1998-10-30
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: JPH0454703A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は、例えば、衛星放送や、衛星通信などの準
ミリ波帯を受信するラジアルラインスロットアンテナに
用いて好適な給電装置に関する。

「従来の技術」近年、衛星放送の実用化に伴って各種の平面アンテナ
が開発されており、これらの内に、ラジアル導波路を利
用したラジアルラインスロットアンテナがある。このラ
ジアルラインスロットアンテナの構造を第７図に示す。

この図において、１は方形導波管部、２は伝送波の電
界方向に挿入されてTE₁₀波をピックアップするプローブ
であり、同軸線路３の中心導体と共通に形成されてい
る。同軸線路３の軸対称形のTEM波は、整合素子４を介
して下部ラジアル導波管５の中心から周辺部へ放射状に
供給される。そして、これら方形導波管部１、プローブ
２、同軸線路３および整合素子４で給電装置が構成され
ている。

次に、下部ラジアル導波管５は、金属円板のフレーム
６および中板７と、これらの間に充填される高発泡誘電
体（誘電率は空気とほぼ等しい）とから構成されてい
る。一方、この中板７およびスロット板８と、これらの
間に充填される低発泡誘電体とで上部ラジアル導波管９
が構成されている。ここで、この低発泡誘電体の誘電率
をεとすると、上部ラジアル導波管９における伝送波の
管内波長は、だけ短縮されるため、この上部ラジアル導波管９は遅波
回路と呼ばれる。

スロット板８には、金属円板にエッチング加工等によ
って形成されたスロットアレーが配列されている。10は
下部ラジアル導波管５からラジアル方向へ放射される伝
送波を屈曲させて上部ラジアル導波管９へ導入するため
のダブルコーナである。このダブルコーナ10は、フレー
ム６の周縁を折り曲げて形成されている。11は円筒形導
体12に裏打ちされた吸収体である。この吸収体11は、円
筒形導体12の表面に流れる電流により発生する磁界を吸
収減衰させる。13はアンテナ前面を覆いつつ、フレーム
６と共に、このアンテナを密閉構造とするレドームであ
る。このレドーム13とスロット板８との間には、高発泡
誘電体の上部スペーサ14が充填されており、これにより
中板７およびスロット板８をそれぞれ各誘電体に密着さ
せ、これらの電気的性能を安定化させている。15は周辺
保護用ゴムリングである。

上記構造によれば、方形導波管部１に入力された伝送
波のTE₁₀波がプローブ２によって同軸線路３に導かれ、
軸対称波形のTEM波に変換される。そして、同軸線路３
に進行した伝送波は、整合素子４を介して滑らかに下部
ラジアル導波管５へ進行し、中心より周辺部へと放射状
に伝送する。次に、下部ラジアル導波管５の伝送波は、
周縁のダブルコーナ10で屈曲されて上部ラジアル導波管
９に進行する。このダブルコーナ10で屈曲された伝送波
の大部分は、スロット板８に配設されたスロットアレー
から空間へ放射され、その残りは上部ラジアル導波管９
の中心に向って進行し、吸収体11で吸収減衰される。

このようなラジアルラインスロットアンテナにあって
は、スロット板８に配設される各スロットアレーの形状
およびその配置に応じて偏波が決まる。例えば、スロッ
ト板８に所定のスパイラル線上に、互いに位相が90゜異
なるように“ハ”の字状のスロット対を順次配設させた
場合には、左旋または右旋の単一円偏波用のアンテナと
なる。

「発明が解決しようとする課題」ところで、衛星通信においては、垂直偏波と水平偏波
とを同時に使用する偏波共用方式が採られており、これ
らに上述したラジアルラインスロットアンテナを適用さ
せるには、このアンテナを偏波共用のものにする必要が
ある。

しかしながら、上述した従来の給電装置にあっては、
垂直または水平偏波の伝送波を給電しても、同軸線路３
を介することにより軸対称のTEM波に変換されてしま
う。この結果、単一の偏波、すなわち、スロット板８の
スロット形状に依存した偏波面だけが放射されるので、
偏波共用にすることができないという問題があった。加
えて、偏波共用にする際には、アンテナの開口能率を低
下させないようにする必要もある。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、ラ
ジアルラインスロットアンテナを偏波共用とする上、当
該アンテナの開口能率を向上させる給電装置を提供する
ことを目的としている。

「課題を解決するための手段」請求項１記載の発明によれば、水平および垂直偏波を
それぞれ独立して同時に伝送する円形導波管と、この円
形導波管の基本姿態であるTE₁₁波を、拡散させて前記平
面アンテナへ供給する第１の開口面を有するコニカルホ
ーンと、前記第１の開口面に対向する位置に設けられる
導体円板であって、前記円形導波管の管軸を中心として
前記円形導体板の板面上に配設された中心整合板と、前
記管軸を中心とする所定長の導体円柱であって、前記中
心整合板上に立てられた整合ポストと、この整合ポスト
の先端に設けられ、導体小円板で形成された先端ローデ
ィングとを具備することを特徴としている。

また、請求項２記載の発明によれば、水平および垂直
偏波をそれぞれ独立して同時に伝送する方形導波管と、
この方形導波管の基本姿態であるTE₁₀波を、拡散させて
前記平面アンテナへ供給する開口面を有するピラミダル
ホーンと、前記開口面に対向する位置に設けられる導体
円板であって、前記方形導波管の管軸を中心として前記
円形導体板の板面上に配設された中心整合板と、前記管
軸を中心とする所定長の導体円柱であって、前記中心整
合板上に立てられた整合ポストと、この整合ポストの先
端に設けられ、導体小円筒で形成された先端ローディン
グとを具備することを特徴としている。

また、請求項３記載の発明にあっては、前記コニカル
ホーンの第１の開口面の周縁にチョークを設け、これを
第２の開口面とする同軸形ホーンを形成したことを特徴
としている。

「作用」請求項１に記載の発明によれば、円形導波管を介して
供給されたTE₁₁波がコニカルホーンによって拡散されて
平面アンテナのラジアル導波管へ進行する。この時、中
心整合板がコニカルホーンの第１の開口面に正対する円
形導体板からのリアクションを打ち消し、整合ポストお
よび先端ローディングがその他のアンテナ各部からの反
射波を打ち消すと共に、整合ポストの先端をローディン
グすることにより、さらに、広帯域整合させる。

また、請求項２に記載の発明によれば、方形導波管を
介して供給されたTE₁₀波がピラミダルホーンによって拡
散されて平面アンテナのラジアル導波管へ進行する。こ
の時、中心整合板がピラミダルホーンの開口面に正対す
る円形導体板からのリアクションを打ち消し、整合ポス
トおよび先端ローディングがその他のアンテナ各部から
の反射波を打ち消すと共に、整合ポストの先端をローデ
ィングすることにより、さらに、広帯域整合させる。

また、請求項３に記載の発明によれば、コニカルホー
ンの放射波は、電界面がシャープで磁界面がブロードの
指向性、即ち、放射軸に直交する平面への投射が楕円形
であって、円形開口面のアンテナの励振波としては開口
能率を向上させない。これを同軸形ホーンによって軸対
称形の等ビーム幅のビームに成形する。これにより、放
射軸に直交する平面におけるビームパターンが円形とな
り、円形開口面を有するアンテナを励振すれば、開口効
率が著しく向上する。

「実施例」以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明
する。

［第１の実施例］第１図はこの発明による偏波供用給電装置を適用した
ラジアルラインスロットアンテナの構造を示す斜視断面
図である。この図において、第７図の各部に対応する部
分には同一の番号を付け、その説明を省略する。この図
が第７図に示したものと異なる点は、給電装置が円形導
波管20と、コニカルホーン21と、後述する整合部材とに
よって構成されていることである。

まず、第１図において、円形導波管20は、垂直および
水平の両偏波をそれぞれ独立して同時に伝送可能とする
ものであり、コニカルホーン21は、この円形導波管20の
基本姿態であるTE₁₁波を拡散させるようになっている。
このコニカルホーンの開口面は、使用周波数の波長をλ
とすると、その直径は1.2λ程度とする小形ホーンとす
るのが一般的である。

次に、第２図はこの給電装置の構造を示すための断面
図である。図において、22は中心整合板であり、これは
円形導波管20の管軸を中心とするように中板７の板面上
に設けられた導体円板である。この中心整合板22上に
は、これの中心軸と同一の軸を有する導体円柱の整合ポ
スト23が設けられている。さらに、この整合ポスト23の
先端には、導体小円筒で形成された先端ローディング24
が設けられている。

上記構造によれば、円形導波管20内の伝送波はTE₁₁波
であり、これがコニカルホーン21によって拡散されて下
部ラジアル導波管５へ進行する。ところが、コニカルホ
ーン21の開口部に正対する中板７からのリアクションが
存在し、これが円形導波管20へ戻ると、アンテナの入力
反射損失を劣化させてしまう。そこで、このリアクショ
ンと中心整合板22表面の反射波とを相殺させるため、上
述した中心整合板22が設けられている。すなわち、コニ
カルホーン21が見込む角度範囲内の中板７からのリアク
ションと、中心整合板22からの反射量とが相等しく、か
つ、それら反射波の位相が互いに逆相となるように中心
整合板22の大きさおよび板厚を設定すれば、このコニカ
ルホーン21に正対する中板７からのリアクションは打ち
消される。

一方、下部ラジアル導波管５の中心から周辺部へ放射
状に伝搬する伝送波は、ダブルコーナ10、スロット板８
および吸収体11等においても反射されるが、これらの反
射波は整合ポスト23で整合される。この場合、整合ポス
ト23の高さに応じて反射波が打ち消され、さらに、この
整合においては、先端ローディング24の直径と高さを適
切な大きさにすることによって、さらに、広帯域整合を
可能としている。

次に、スロット板８においては、上述した給電装置を
介して上部ラジアル導波管９に導入された水平偏波およ
び垂直偏波を等量、かつ、個別に放射するため、このス
ロット板８の中心から所定の半径によった複数の同心円
上に十字状のスロットを複数配設する。この結果、これ
らスロットアレーから水平、または垂直偏波が放射さ
れ、偏波共用になる。

上記実施例による給電装置の入出力端に円偏波発生装
置を接続し、所定の間隔の同心円上に×字形スロットを
配列したスロットアレーからなるスロット板８を使用す
れば、円偏波の偏波共用アンテナとなる。隣接国が互い
に異なる偏波が割り当てられるヨーロッパ、アフリカ地
域の放送衛星では、隣接国に居住していても、同時に自
国の衛星放送も視聴できる。

［第２の実施例］本発明による給電装置は、上述した偏波面のTE₁₁波に
対して、これと直交する偏波面の励振波であるTE₁₀波に
ついても全く同様に動作・作用する給電装置である。そ
こで、垂直、水平偏波をそれぞれ独立して同時に伝送可
能な、いま一つの導波管として方形導波管があり、これ
を用いた第２の実施例について説明する。

第３図は、第２の実施例を適用したラジアルラインス
ロットアンテナの構造を示す斜視断面図である。この図
に示すように、正方形導波管30を上述した給電装置に適
用させる場合には、コニカルホーン21に替えてピラミダ
ルホーン31とすれば、上述したTE₁₁波がTE₁₀波となり、
前記の動作・作用と全く同様に成立する。

［第３の実施例］ところで、前述した円形導波管20の基本姿態であるTE
₁₁波のエネルギー分布は、電界面内では一様分布であ
り、磁界面内では余弦分布である。したがって、給電装
置における主ビーム指向性は、第４図に示す如く、電界
面においては実線40で示すようにシャープであり、か
つ、サイドローブレベルが高く、一方、磁界面において
は点線41で示すようにブロードであり、かつ、サイドロ
ーブレベルが低い特性を示す。このような指向性を放射
軸に直交する平面に射影すると、楕円形のビームパター
ンになる。このため、円形開口面を持つアンテナに、こ
うしたビームパターンで励振した場合、このアンテナの
開口能率は低い。

そこで、第３の実施例においては、偏波共用としつ
つ、開口能率を向上させた給電装置について説明する。
第５図および第６図は、第３の実施例の構造を示す斜視
断面図および断面図である。この図において、第１図お
よび第２図の各部に対応する部分には同一の番号を付
け、その説明を省略する。これら図が第１図および第２
図に示した給電装置と異なる点は、コニカルホーン21の
開口部の周縁にチョーク25を設け、同軸形ホーン50を形
成したことである。すなわち、チョーク25は、コニカル
ホーン21の開口部周囲に沿って環状の空洞を設けたもの
であり、これはコニカルホーン21と一体形成されてい
る。そして、この同軸形ホーン50は、2J₁（ｘ）/xで示
される（但し、J₁（ｘ）は一次のベッセル関数）周知の
設計基準に基づいて、コニカルホーン21単体の第１の開
口径と、チョーク25を含む第２の開口径が規定されてい
る。ここで、チョーク25の深さは、ほぼλ/4である。

このような構造による同軸形ホーン50は、円形導波管
20からの放射波を軸対称形の等ビーム幅にビーム成形す
ることができる。すなわち、TE₁₁波にTM₁₁波が重畳され
ることにより、当該ホーン50のビームパターンの放射軸
に直交する平面に射影した形が円形になるため、同位相
で等振幅な励振波、すなわち、軸対称形の等ビーム幅の
励振波が円形開口面に供給され、開口効率は著しく向上
する。また、このようにすることで形状がコンパクトで
平面アンテナの給電装置としてふさわしい。

また、第３図に図示した正方形導波管30とピラミダル
ホーン31との組み合わせによる場合は、一般にTE₁₀波の
電界は壁面に垂直方向になるように使用するが、これを
ホーン軸回りに45゜回転して電界方向を対角線方向にす
る。すなわち、ピラミダルホーン31をダイアゴナルホー
ンとして使用することで、ラジアル導波管への伝送波が
軸対称形の等ビーム幅となり、開口能率を著しく向上さ
せることができる。

なお、上述した同軸形ホーン50によらず軸対称形の等
ビーム幅にビーム成形を行う場合、例えば、コニカルホ
ーン21の軸方向の口径を急激に変えて段付きとするダブ
ルフレヤーホーンとか、コニカルホーン内に誘電体リン
グを挿入する誘電体装荷ホーンがある。これらは、ホー
ンの第１開口径と軸長とが共に大となり、平面アンテナ
の励振用としては好ましくない。また、コルゲートホー
ンは量産に適せず、経済的でない。

以上、上述した実施例は、送信系として説明したが、
これは“可逆の理”で受信系でも全く同一のことが成立
することは言うまでもない。例えば、水平および垂直偏
波が混在した伝送波から各偏波を分離して受信する場合
には、前述した円形導波管20に直交偏波分離用分波器
（OMT）を接続し、さらに、このOMTの各偏波出力端にLN
B（ローノイズブロックコンバータ）を接続する。この
ようにすると、LNBによって中間周波数に変換された垂
直または水平偏波の信号を受信機入力端の切替スイッチ
により選択することで各偏波を受信することができる。

「発明の効果」以上説明したように、この発明によれば、円形導波管
（または方形導波管）を介して供給されたTE₁₁波（また
はTE₁₀波）がコニカルホーン（またはピラミダルホー
ン）によって拡散されて平面アンテナのラジアル導波管
へ進行する。この時、中心整合板がコニカルホーン（ま
たはピラミダルホーン）の開口部に正対する円形導体板
からのリアクションを打ち消し、整合ポストおよび先端
ローディングが他のアンテナ各部からの反射波を打ち消
すと共に、広帯域整合させるので、ラジアルラインスロ
ットアンテナを偏波共用にすることができる。

また、円形導波管を介して供給されたTE₁₁波が同軸形
ホーンによって軸対称形ビームに成形されるので、放射
軸に直交する平面におけるビームパターンが円形にな
る。これにより、円形開口面を有するアンテナの開口効
率を著しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の実施例を適用したラジアルラインスロッ
トアンテナの構造を示す斜視断面図、第２図は第１の実
施例の構造を示す断面図、第３図は第２の実施例を適用
したラジアルラインスロットアンテナの構造を示す斜視
断面図、第４図はホーンアンテナ21の指向性を示す図、
第５図は第３の実施例を適用したラジアルラインスロッ
トアンテナの構造を示す斜視断面図、第６図は第３の実
施例の構造を示す断面図、第７図は従来例を説明するた
めの図である。 20……円形導波管、21……コニカルホーン、 22……中心整合板、23……整合ポスト、 24……先端ローディング、 30……正方形導波管、 31……ピラミダルホーン、 25……チョーク、50……同軸形ホーン。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01Q 13/10 H01P 5/08 H01P 5/02 H01P 5/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のスロットが配設されたスロット板
と、このスロット板に対向する円形導体板とで形成され
るラジアル導波管を具備してなる平面アンテナの給電装
置において、水平および垂直偏波をそれぞれ独立して同時に伝送する
円形導波管と、この円形導波管の基本姿態であるTE₁₁波を、拡散させて
前記平面アンテナへ供給する第１の開口面を有するコニ
カルホーンと、前記第１の開口面に対向する位置に設けられる導体円板
であって、前記円形導波管の管軸を中心として前記円形
導体板の板面上に配設された中心整合板と、前記管軸を中心とする所定長の導体円柱であって、前記
中心整合板上に立てられた整合ポストと、この整合ポストの先端に設けられ、導体小円筒で形成さ
れた先端ローディングとを具備することを特徴とする給電装置。
【請求項２】複数のスロットが配設されたスロット板
と、このスロット板に対向する円形導体板とで形成され
るラジアル導波管を具備してなる平面アンテナの給電装
置において、水平および垂直偏波をそれぞれ独立して同時に伝送する
方形導波管と、この方形導波管の基本姿態であるTE₁₀波を、拡散させて
前記平面アンテナへ供給する開口面を有するピラミダル
ホーンと、前記開口面に対向する位置に設けられる導体円板であっ
て、前記方形導波管の管軸を中心として前記円形導体板
の板面上に配設された中心整合板と、前記管軸を中心とする所定長の導体円柱であって、前記
中心整合板上に立てられた整合ポストと、この整合ポス
トの先端に設けられ、導体小円筒で形成された先端ロー
ディングとを具備することを特徴とする給電装置。
【請求項３】前記コニカルホーンの第１の開口面の周縁
にチョークを設け、これを第２の開口面とする同軸形ホ
ーンを形成したことを特徴とする請求項１記載の給電装置。