JP3860241B2 - 開口面アンテナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、太陽発電衛星のマイクロ波送電、電波天文等の観測、衛星通信等に用いる超大形開口面アンテナに関するものであり、効率よく開口上のエネルギーを使用するための開口面アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の開口面アンテナとして、図１９に示すようなものがあった。
この図は、岡本照喜、乙津祐一、”宇宙用大型展開アンテナ”、電子情報通信学会誌、ｖｏｌ．７８，ｎｏ．８，ｐ．７９２，１９９５年に示されたものである。この図のアンテナは宇宙空間で用いられるものである。
【０００３】
図１９において、２は副反射鏡、３は一次放射器であるホーンアンテナ、４は鏡軸、６はロケット打ち上げ時には折り畳んでコンパクトに収納され、宇宙空間でのアンテナ使用時には大きく展開して反射鏡として機能する、回転放物面からなる非円形開口主反射鏡である。
【０００４】
従来の宇宙用大型展開アンテナにおいて、送信の場合、ホーンアンテナ３より放射された電波は、副反射鏡２により反射された後、非円形開口主反射鏡６の焦点を曲率中心とする球面波に変換され、さらに非円形開口主反射鏡６により反射されて平面波に変換され、鏡軸４の方向に向けて放射される。
図１９に示した従来装置の場合、ロケット打ち上げ時には、非円形開口主反射鏡６は折り畳んでコンパクトに収納されているから、その収納スペースは小さくてすむ。図１９の非円形開口主反射鏡６は、宇宙空間において、ロケットの収納スペースに比べて大きな開口径が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の開口面アンテナは、以上のように開口面が単一の展開形式の反射鏡によって構成されるため、鏡面精度を確保するために、その開口形状を円形ではなく非円形の開口形状とすることが多い。しかしながら、主反射鏡の形状が非円形にも拘らず、一次放射器３の開口形状が円形であるので、主反射鏡からのスピルオーバが大きくなるという問題点があった。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、主反射鏡の開口形状が非円形の場合に、主反射鏡のスピルオーバを小さくできる開口面アンテナを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る開口面アンテナは、電界が多角形開口状に分布し、空間に電波を放射あるいは空間からの電波を受波する多角形主反射鏡と、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを放射して上記多角形主反射鏡に給電する多角形パターン一次放射器とを備えた複数の単位開口面アンテナを平面状に密に配列するとともに、上記複数の単位開口面アンテナのビームを同じ方向に向けて構成し、上記多角形パターン一次放射器の内部表面に、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な断面形状のフィンからなるコルゲート溝と、給電導波管の断面形状と相似なフィンからなるコルゲート溝と、上記多角形主反射鏡の開口形状から上記給電導波管の断面形状に徐々変化させたフィンからなるコルゲート溝とを備えたものである。
【０００９】
請求項２に係る開口面アンテナは、電界が多角形開口状に分布し、空間に電波を放射あるいは空間からの電波を受波する多角形主反射鏡と、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを放射して上記多角形主反射鏡に給電する多角形パターン一次放射器と、上記多角形主反射鏡と上記多角形パターン一次放射器との経路中に配置され、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを反射する多角形補助反射鏡とを備えた複数の単位開口面アンテナを平面状に密に配列するとともに、上記複数の開口面アンテナのビームを同じ方向に向けて構成し、上記多角形パターン一次放射器の内部表面に、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な断面形状のフィンからなるコルゲート溝と、給電導波管の断面形状と相似なフィンからなるコルゲート溝と、上記多角形主反射鏡の開口形状から上記給電導波管の断面形状に徐々変化させたフィンからなるコルゲート溝とを備えたものである。
【００１１】
請求項３に係る開口面アンテナは、電界が多角形開口状に分布し、空間に電波を放射あるいは空間からの電波を受波する多角形主反射鏡と、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを放射して上記多角形主反射鏡に給電する多角形パターン一次放射器とを備えた複数の単位開口面アンテナを平面状に密に配列するとともに、上記複数の単位開口面アンテナのビームを同じ方向に向けて構成し、上記多角形パターン一次放射器を、密に配列された複数の同一あるいは異なる形状のホーンアンテナにより構成し、これら複数のホーンアンテナにより合成される断面形状を、上記多角形主反射鏡の開口形状の相似形としたものである。
【００１２】
請求項４に係る開口面アンテナは、電界が多角形開口状に分布し、空間に電波を放射あるいは空間からの電波を受波する多角形主反射鏡と、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを放射して上記多角形主反射鏡に給電する多角形パターン一次放射器と、上記多角形主反射鏡と上記多角形パターン一次放射器との経路中に配置され、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを反射する多角形補助反射鏡とを備えた複数の単位開口面アンテナを平面状に密に配列するとともに、上記複数の開口面アンテナのビームを同じ方向に向けて構成し、上記多角形パターン一次放射器を、密に配列された複数の同一あるいは異なる形状のホーンアンテナにより構成し、これら複数のホーンアンテナにより合成される断面形状を、上記多角形主反射鏡の開口形状の相似形としたものである。
【００１５】
請求項７に係る開口面アンテナは、上記突起部を、逆くさび状突起としたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の開口面アンテナの概略構成図である。図１は開口面アンテナを、その開口の方向から見た斜視図である。同図は、主要構成である一次放射器と主反射鏡のみを示しており、説明の便宜上、これらを支持する構造体、一次放射器に接続された給電系等の記載は省略している。
【００１７】
同図において、６はロケット打ち上げ時には折り畳んでコンパクトに収納され、宇宙空間でのアンテナ使用時には大きく展開して反射鏡として機能する回転放物面からなる非円形開口主反射鏡である。非円形開口主反射鏡６の開口面は、六角形である。
１６は非円形開口主反射鏡６の開口形状とほぼ相似な非円形断面形状を有する非円形開口ホーンアンテナである。非円形開口ホーンアンテナ１６は、円錐ホーンや角錐ホーンと異なる伝送モードを発生して非円形開口主反射鏡６に適合したビームを放射するように、その相似比と長さが定められる。
１７は非円形開口周辺の光線である。非円形開口周辺の光線１７は、説明の便宜上、六角形の開口面の頂点に関するもののみ示している。
【００１８】
また、図２は非円形開口ホーンアンテナ１６の正面図及び側面図を示す。同図からわかるように、六角形の導波管に六角錐状の（正確に言えば、六角錐の先端部分が、六角形の導波管の断面に一致する部分で切断された形状）ホーンアンテナが接続されている。
【００１９】
次に動作について説明する。まず、送信の場合を例にとり説明する。図１の開口面アンテナにおいて、非円形開口ホーンアンテナ１６より放射された電波は、点線で示された非円形開口周辺の光線１７に沿って、非円形開口主反射鏡６により反射されて平面波に変換され、鏡軸の方向に向けて放射される。受信の場合も同様である。
【００２０】
ところで、非円形開口主反射鏡６は、鏡面を支持する展開構造や、鏡面を多くの平面や線織面で構成するため、円形でない。この鏡面を円形ビームで照射すると、スピルオーバや鏡面非照射による損失が生じる。これらの損失を低減するには、開口形状に応じたパターンを有する非円形開口ホーンアンテナ１６のような一次放射器を利用する。
【００２１】
この実施の形態１の開口面アンテナは、主反射鏡の開口形状が六角形の反射鏡アンテナに適合する六角形開口ホーンアンテナからなる非円形開口ホーンアンテナ１６を備えている。
【００２２】
以下、図１の開口面アンテナについて、図３から図７を用いて説明する。
図３に示すような、辺長Ｄ／２の正六角形開口のホーンアンテナを考える。開口角をαとする。ホーンアンテナの開口面上の振幅は、導波管内の電磁界モードがくずれずに広がり、位相は六角すいの頂点から球面波状に広がると仮定する。
【００２３】
図３の六角形導波管内の電磁界は有限要素法で求められる。導波管の寸法を、たとえば辺長4.7652mmの正六角形とし、周波数を２２ＧＨｚとする。
この場合の六角形導波管内の電界分布を図５と図６に示す。六角形の向きに応じて、円形導波管のＴＥ11モードに対応する２つのモードが生じる。
モード１で励振した六角形開口ホーンの放射特性を、図４に示す。観測面は、z=68.2mm、開口寸法、開口角は、それぞれＤ＝44mm、α＝４０度である。等レベル線は、ｙ方向がつぶれた六角形となる。正六角形にならないのは、正偏波方向（ｘ方向）の振幅分布が、開口面上で一様でないためである。開口直径、開口角が大きいほど、ビーム形状は楕円から六角形に近づく傾向がある。
【００２４】
図７にモード１で励振した場合の開口角とビーム幅の関係を示す。ビーム幅はz=68.2mmにおける−１０ｄＢの等レベル先の幅であらわす。Ｅ面、Ｈ面ともに開口角が大きくなるに従い、ビーム幅は広がる。このときのビーム形状の変化は小さい。
【００２５】
以上のように、開口直径、開口角を適当に設定することにより、ビーム形状を楕円から六角形に近づけることができる。したがって、図２の非円形開口ホーンアンテナ１６を用いれば、非円形開口主反射鏡６にマッチする六角形ビームを生成できる。
【００２６】
以上のように、この発明の実施の形態１の装置によれば、非円形開口ホーンアンテナ１６が非円形開口主反射鏡６の形状に一致、あるいは近似するビームを提供するので、非円形開口周辺の光線１７に示すように幾何光学的にはスピルオーバは減少する。
さらに、照射されるビーム形状が非円形開口主反射鏡６の開口形状に波動的に適合するように、非円形開口ホーンアンテナ１６の相似比と長さ及び位置が設定されているので、この点でもスピルオーバがなく、開口を効率よく使用できる。
【００２７】
なお、この実施の形態では、開口形状が六角形の場合について示したが、他の開口形状（たとえば他の多角形、四角形、五角形、八角形等）であっても同等の効果を有する。
【００２８】
実施の形態２．
図８は本発明の実施の形態２の開口面アンテナを表す概略構成図である。同図において、１８は、非円形開口主反射鏡６の開口形状とほぼ相似な非円形断面形状を有する非円形開口補助反射鏡である。非円形開口主反射鏡６、非円形開口ホーンアンテナ１６、非円形開口周辺の光線１７は、図１に示されたものと同一あるいは相当部分である。
【００２９】
図８の開口面アンテナは、非円形開口補助反射鏡１８を備え、非円形開口ホーンアンテナ１６から直接に非円形開口主反射鏡６を照射するのではなく、非円形開口補助反射鏡１８でいったん反射させてから非円形開口主反射鏡６に照射するものである。その基本的な動作は実施の形態１の場合と同様である。
【００３０】
以上のように、この実施の形態２の開口面アンテナによれば、非円形開口ホーンアンテナ１６および非円形開口補助反射鏡１８が非円形開口主反射鏡６の形状に一致、あるいは近似するビームを提供するので、実施の形態１の場合と同様に、非円形開口周辺の光線１７に示すように幾何光学的にはスピルオーバは減少する。
さらに、非円形開口ホーンアンテナ１６および非円形開口補助反射鏡１８によるビーム形状が、波動的に非円形開口補助反射鏡１８の開口形状に適合し、スピルオーバが低減され開口を効率よく使用できる。
さらに、非円形開口補助反射鏡１８によるスピルオーバの低減により、広角放射特性が改善される。
【００３１】
実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３の開口面アンテナを表す概略構成図である。非円形開口主反射鏡６ａ〜６ｇおよび非円形開口ホーンアンテナ１６ａ〜１６ｇは、それぞれ、図１に示されたものと同様のものであり、同様の動作をする。以下、非円形開口主反射鏡６ａ〜６ｇを非円形開口サブ反射鏡６ａ〜６ｇとも記す。
【００３２】
図９において、非円形開口主反射鏡６ｇを中心とし、その周囲に非円形開口サブ反射鏡６ａ〜６ｆが配置されている。非円形開口主反射鏡６ａ〜６ｇは、それぞれの形状が非円形である。非円形開口主反射鏡６ａ〜６ｇは、開口面上においてその位置に投影した各々の開口が密に、かつ、位相が同相となるように配列されている。
２０ａ〜２０ｇは、それぞれ、非円形開口ホーンアンテナ１６ａ〜１６ｇの中心軸から非円形開口サブ反射鏡６ａ〜６ｇへ向けて出た光線を表す中心軸光線である。
【００３３】
この実施の形態３の７つの開口面アンテナの動作は、実施の形態１の場合と同じである。
【００３４】
この実施の形態３の開口面アンテナによれば、各々の非円形開口ホーンアンテナ１６ａ〜１６ｇから非円形開口サブ反射鏡６ａ〜６ｇにスピルオーバがなく照射されるので、非円形開口サブ反射鏡６ａ〜６ｇのそれぞれの開口形状を非円形とし、これらを密に配列した場合においてもお互いに干渉することがない。したがって、ボアサイト方向以外の方向の不要波を抑えて、良好な広角放射特性を保ちつつ、スピルオーバがなく開口を効率よく使用でき、かつグレーティングローブの発生をなくすことができる。
【００３５】
なお、この実施の形態３において、開口面アンテナを７つ用いたが、これに限らないのは言うまでもない。また、この実施の形態３のように中心の開口面アンテナの周囲に複数の開口面アンテナを配置する例に限らず、中心の開口面アンテナを特に備えず、広く平面状に多数の開口面アンテナを敷き詰めるようにしてもよい。
【００３６】
実施の形態４．
図１０は本発明の実施の形態４の開口面アンテナを表す概略構成図である。同図において、２１は断面が円形の給電導波管、２２は非円形開口主反射鏡６の開口形状とほぼ相似な断面形状を保った非円形開口フレア部、２３は非円形開口フレア部２２の断面形状から給電導波管２１の断面形状とほぼ相似な断面形状へと長手方向に徐々に変化させ、かつ、開口側の非円形開口径を高次モードが遮断となるように定められた非円形−円形変換部である。非円形開口主反射鏡６は、図１に示されたものと同様のものであり、同様の動作をする。
【００３７】
図１１は給電導波管２１、非円形開口フレア部２２、非円形−円形変換部２３を拡大した正面図及び側面図を示す。
【００３８】
この実施の形態４の開口面アンテナ装置において、一次放射器に接続された給電導波管が通常の断面形状をしている。したがって、給電系の設計が容易である。また、給電導波管２１から励振された通常の導波管モードは、非円形−円形変換部２３を伝搬する間にモード変換や反射がなくスムーズに非円形の開口におけるモードに変換される。また、実施の形態１の場合と同様に、スピルオーバがなく開口を効率よく使用できるという効果もある。
【００３９】
実施の形態５．
図１２は本発明の実施の形態５の開口面アンテナの非円形開口ホーンアンテナの詳細構造を表す斜視図である。この非円形開口ホーンアンテナはコルゲートホーンである。同図は、説明の便宜のために、この非円形開口ホーンアンテナの一方の側面の一部を切り欠いた状態を示している。同図の非円形開口ホーンアンテナは、実施の形態４のように用いられる。すなわち、右側が給電導波管に接続され、左側が主反射鏡に対向している。
【００４０】
コルゲートホーンとは、ホーン内壁に薄いフィン（ｆｉｎ、歯）を同心状に設けたものであり、約１オクターブの周波数の帯域にわたって軸対称ビームと良好な交差偏波特性を有する。
【００４１】
図１２において、２４は図１の非円形開口主反射鏡６、あるいは図９の非円形開口サブ反射鏡６の開口形状とほぼ相似なフィンからなる非円形フィン、２５は図１０の給電導波管２１の断面形状とほぼ相似なフィンからなる円形フィン、２６は長手方向に徐々に形状変化させたフィンからなるフィン形状変換部である。図１２からわかるように、非円形開口ホーンアンテナ内部の多数のフィンのうちの左側のフィン２４は反射鏡の開口形状とほぼ相似であり、右側のフィン２５は給電導波管の断面形状とほぼ相似である。そして、これらの中間の多数のフィン２６の形状は、左側から右側にかけて、徐々に反射鏡の開口形状から給電導波管の断面形状の形状に近づいていく。したがって、円形フィン２５の方から励振されたコルゲートモードは、フィン形状変換部２６を伝搬する間にモード変換や反射がなく、スムーズに非円形の開口におけるコルゲートモードに変換される。
【００４２】
この実施の形態５の非円形開口ホーンアンテナを用いることにより、コルゲートホーンをこの発明の開口面アンテナに用いることができ、スピルオーバがなく開口を効率よく使用できるとともに、交差偏波を少なくすることができて、直線偏波を用いるときに異なる偏波の信号と結合しなくなる効果も奏する。
【００４３】
実施の形態６．
以上の実施の形態において、パラボラ鏡面を例にとり説明したが、これ以外の鏡面についても適用できる。
図１３は本発明の実施の形態６の開口面アンテナを表す概略構成図である。同図において、２７は鏡面形状がパラボラとは異なる非円形開口非パラボラ反射鏡、２８は非円形開口非パラボラ反射鏡２７のパラボラからのずれによる波面収差を除去するように２次曲面からずらした鏡面形状により構成された非円形開口修整補助反射鏡である。非円形開口ホーンアンテナ１６，非円形開口周辺の光線１７は、図１に示したものと同様のものであり、同様の動作をする。
【００４４】
この実施の形態６によれば、非円形開口非パラボラ反射鏡２７がパラボラからのずれがある状態でも非円形開口修整補助反射鏡２８によって開口面において一様な位相分布が得られるので、展開アンテナのように理想的な状態で鏡面誤差があるような場合でも、電気特性の劣化がない状態で、スピルオーバがなく開口を効率よく使用できる。
【００４５】
実施の形態７．
図１４は本発明の実施の形態７の開口面アンテナを表す概略構成図である。同図において、２９は同一あるいは異なる形状の多数の非円形開口ホーンアンテナ１６から構成された非円形開口ホーンアレーアンテナである。多数の非円形開口ホーンアンテナ１６は、全体のビーム形状が非円形開口主反射鏡６の開口形状とほぼ相似となるように密に配列されている。また、各々の非円形開口ホーンアンテナ１６に給電される振幅・位相は、非円形開口主反射鏡６に適合したビームを放射するように設定されている。非円形開口ホーンアンテナ１６，非円形開口周辺の光線１７は、図１に示したものと同様のものであり、同様の動作をする。
【００４６】
この実施の形態７によれば、開口ホーンアレーアンテナを用いる場合でも、照射されるビーム形状を非円形開口主反射鏡６の開口形状に適合させることができて、スピルオーバがなく開口を効率よく使用できる。
【００４７】
実施の形態８．
図１６は、本発明の実施の形態８の非円形開口ホーンアンテナ１６のホーン開口面の正面図である。同図において、３０は電界を集中させるために非円形開口ホーンアンテナ１６の開口部に設けられた６つの突起部である。突起部３０は非円形開口主反射鏡６の開口形状に対応させて設けられている。また、図１６には、あわせて電気力線３１も表されている。同図は、基本モードの姿態の概略図を示している。
【００４８】
図１７は、比較のための本発明の実施の形態１のホーン開口面における基本モードの姿態を示す図である。
【００４９】
この実施の形態８によれば、開口面における基本モードの姿態を突起部３０によって円錐ホーンの基本モードの姿態から変化させ、照射されるビーム形状を波動的に非円形開口主反射鏡の開口形状にさらに適合させることができるので、スピルオーバがなく開口を効率よく使用できる。
【００５０】
実施の形態９．
図１８は、本発明の実施の形態９の非円形開口ホーンアンテナ１６のホーン開口面における基本モードの姿態を表す概略図である。３２は電界を集中させ、かつ管壁付近の電界強度をより強くさせるための逆くさび状突起部、３３はレベルの強い電気力線、３４はレベルの弱い電気力線を示す。
【００５１】
この実施の形態９によれば、開口面における基本モードの姿態を逆くさび状突起部３２によって円錐ホーンの基本モードの姿態から変化させ、かつ管壁付近の電界強度をより強くさせることにより、照射されるビーム形状を波動的に非円形開口主反射鏡の開口形状に適合させることができるので、スピルオーバがなく開口を効率よく使用できる。
【００５２】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果が得られる。
【００５３】
単位開口面アンテナの一次放射器を、多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを放射する多角形パターン一次放射器としたので、幾何光学的にはスピルオーバが減少する。
【００５４】
幾何光学的にはスピルオーバが減少する単位開口面アンテナを複数備え、上記単位開口面アンテナを平面状に密に配列するとともに、上記複数の単位開口面アンテナのビームを同じ方向に向けて構成したので、多角形開口サブ反射鏡の開口形状を多角形として密に配列した場合にもお互いに干渉することなく、ボアサイト方向以外の方向の不要波を抑えることができる。したがって、良好な広角放射特性を保ちつつスピルオーバが減少して開口を効率よく使用でき、かつ、グレーティングローブの発生を押さえることができる。
【００５５】
単位開口面アンテナの補助反射鏡を、多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを反射する多角形補助反射鏡とし、単位開口面アンテナの一次放射器を、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを放射する多角形パターン一次放射器としたので、幾何光学的にはスピルオーバが減少する。
【００５６】
上記多角形パターン一次放射器を、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な断面形状を保ったテーパ部と、この断面形状から給電導波管の断面形状と相似な断面形状に徐々変化させた変換部とから構成し、かつ、この変換部の開口側の多角形開口径を給電導波管の高次モードを遮断するように定めたので、給電導波管から励振された通常の導波管モードが、多角形−円形変換部を伝搬する間にモード変換や反射がなくスムーズに多角形の開口におけるモードに変換される。
【００５７】
上記多角形パターン一次放射器の内部表面に、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な断面形状のフィンからなるコルゲート溝と、給電導波管の断面形状と相似なフィンからなるコルゲート溝と、上記多角形主反射鏡の開口形状から上記給電導波管の断面形状に徐々変化させたフィンからなるコルゲート溝とを備えたので、給電導波管のフィンの方から励振されたコルゲートモードは、フィン形状変換部を伝搬する間にモード変換や反射がなくスムーズに多角形の開口におけるコルゲートモードに変換される。
【００５８】
上記多角形パターン一次放射器を、密に配列された複数の同一あるいは異なる形状のホーンアンテナにより構成し、これら複数のホーンアンテナにより合成される断面形状を、上記多角形主反射鏡の開口形状の相似形としたので、照射されるビーム形状を多角形開口主反射鏡の開口形状に適合させることができるので、スピルオーバがなく開口を効率よく使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの概略構成図である。
【図２】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの一次放射器の概略構成図である。
【図３】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの一次放射器の動作説明図である。
【図４】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの一次放射器の放射特性図である。
【図５】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの一次放射器内の電界分布図である。
【図６】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの一次放射器内の電界分布図である。
【図７】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの開口角とビーム幅の関係を示す図である。
【図８】 発明の実施の形態２の開口面アンテナの概略構成図である。
【図９】 発明の実施の形態３の開口面アンテナの概略構成図である。
【図１０】 発明の実施の形態４の開口面アンテナの概略構成図である。
【図１１】 発明の実施の形態４の開口面アンテナの一次放射器の概略構成図である。
【図１２】 発明の実施の形態５の開口面アンテナの一次放射器の概略構成図である。
【図１３】 発明の実施の形態６の開口面アンテナの概略構成図である。
【図１４】 発明の実施の形態７の開口面アンテナの概略構成図である。
【図１５】 発明の実施の形態７の開口面アンテナの一次放射器の概略構成図である。
【図１６】 発明の実施の形態８の開口面アンテナの一次放射器のホーン開口面におけるモードの姿態を表す概略図である。
【図１７】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの一次放射器のホーン開口面におけるモードの姿態を表す概略図である。
【図１８】 発明の実施の形態９の開口面アンテナの一次放射器のホーン開口面におけるモードの姿態を表す概略図である。
【図１９】 従来例の開口面アンテナの概略構成図である。
【符号の説明】
６ 非円形開口、１６ 非円形開口ホーンアンテナ、１７ 非円形開口周辺の光線、１８ 非円形開口補助反射鏡、２０ 中心軸光線、２１ 給電導波管、２２ 非円形開口フレア部、２３ 非円形−円形変換部、２４ 非円形フィン、２５ 円形フィン、２６ フィン形状変換部、２７ 非円形開口非パラボラ反射鏡、２８ 非円形開口修整補助反射鏡、２９ 非円形開口ホーンアレーアンテナ、３０ 突起部、３１ 電気力線、３２ 逆くさび状突起部、３３ レベルの強い電気力線、３４ レベルの弱い電気力線。
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、太陽発電衛星のマイクロ波送電、電波天文等の観測、衛星通信等に用いる超大形開口面アンテナに関するものであり、効率よく開口上のエネルギーを使用するための開口面アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の開口面アンテナとして、図１９に示すようなものがあった。
この図は、岡本照喜、乙津祐一、”宇宙用大型展開アンテナ”、電子情報通信学会誌、ｖｏｌ．７８，ｎｏ．８，ｐ．７９２，１９９５年に示されたものである。この図のアンテナは宇宙空間で用いられるものである。
【０００３】
図１９において、２は副反射鏡、３は一次放射器であるホーンアンテナ、４は鏡軸、６はロケット打ち上げ時には折り畳んでコンパクトに収納され、宇宙空間でのアンテナ使用時には大きく展開して反射鏡として機能する、回転放物面からなる非円形開口主反射鏡である。
【０００４】
従来の宇宙用大型展開アンテナにおいて、送信の場合、ホーンアンテナ３より放射された電波は、副反射鏡２により反射された後、非円形開口主反射鏡６の焦点を曲率中心とする球面波に変換され、さらに非円形開口主反射鏡６により反射されて平面波に変換され、鏡軸４の方向に向けて放射される。
図１９に示した従来装置の場合、ロケット打ち上げ時には、非円形開口主反射鏡６は折り畳んでコンパクトに収納されているから、その収納スペースは小さくてすむ。図１９の非円形開口主反射鏡６は、宇宙空間において、ロケットの収納スペースに比べて大きな開口径が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の開口面アンテナは、以上のように開口面が単一の展開形式の反射鏡によって構成されるため、鏡面精度を確保するために、その開口形状を円形ではなく非円形の開口形状とすることが多い。しかしながら、主反射鏡の形状が非円形にも拘らず、一次放射器３の開口形状が円形であるので、主反射鏡からのスピルオーバが大きくなるという問題点があった。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、主反射鏡の開口形状が非円形の場合に、主反射鏡のスピルオーバを小さくできる開口面アンテナを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る開口面アンテナは、電界が多角形開口状に分布し、空間に電波を放射あるいは空間からの電波を受波する多角形主反射鏡と、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを放射して上記多角形主反射鏡に給電する多角形パターン一次放射器とを備えた複数の単位開口面アンテナを平面状に密に配列するとともに、上記複数の単位開口面アンテナのビームを同じ方向に向けて構成し、上記多角形パターン一次放射器の内部表面に、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な断面形状のフィンからなるコルゲート溝と、給電導波管の断面形状と相似なフィンからなるコルゲート溝と、上記多角形主反射鏡の開口形状から上記給電導波管の断面形状に徐々変化させたフィンからなるコルゲート溝とを備えたものである。
【０００９】
請求項２に係る開口面アンテナは、電界が多角形開口状に分布し、空間に電波を放射あるいは空間からの電波を受波する多角形主反射鏡と、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを放射して上記多角形主反射鏡に給電する多角形パターン一次放射器と、上記多角形主反射鏡と上記多角形パターン一次放射器との経路中に配置され、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを反射する多角形補助反射鏡とを備えた複数の単位開口面アンテナを平面状に密に配列するとともに、上記複数の開口面アンテナのビームを同じ方向に向けて構成し、上記多角形パターン一次放射器の内部表面に、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な断面形状のフィンからなるコルゲート溝と、給電導波管の断面形状と相似なフィンからなるコルゲート溝と、上記多角形主反射鏡の開口形状から上記給電導波管の断面形状に徐々変化させたフィンからなるコルゲート溝とを備えたものである。
【００１１】
請求項３に係る開口面アンテナは、電界が多角形開口状に分布し、空間に電波を放射あるいは空間からの電波を受波する多角形主反射鏡と、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを放射して上記多角形主反射鏡に給電する多角形パターン一次放射器とを備えた複数の単位開口面アンテナを平面状に密に配列するとともに、上記複数の単位開口面アンテナのビームを同じ方向に向けて構成し、上記多角形パターン一次放射器を、密に配列された複数の同一あるいは異なる形状のホーンアンテナにより構成し、これら複数のホーンアンテナにより合成される断面形状を、上記多角形主反射鏡の開口形状の相似形としたものである。
【００１２】
請求項４に係る開口面アンテナは、電界が多角形開口状に分布し、空間に電波を放射あるいは空間からの電波を受波する多角形主反射鏡と、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを放射して上記多角形主反射鏡に給電する多角形パターン一次放射器と、上記多角形主反射鏡と上記多角形パターン一次放射器との経路中に配置され、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを反射する多角形補助反射鏡とを備えた複数の単位開口面アンテナを平面状に密に配列するとともに、上記複数の開口面アンテナのビームを同じ方向に向けて構成し、上記多角形パターン一次放射器を、密に配列された複数の同一あるいは異なる形状のホーンアンテナにより構成し、これら複数のホーンアンテナにより合成される断面形状を、上記多角形主反射鏡の開口形状の相似形としたものである。
【００１５】
請求項７に係る開口面アンテナは、上記突起部を、逆くさび状突起としたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の開口面アンテナの概略構成図である。図１は開口面アンテナを、その開口の方向から見た斜視図である。同図は、主要構成である一次放射器と主反射鏡のみを示しており、説明の便宜上、これらを支持する構造体、一次放射器に接続された給電系等の記載は省略している。
【００１７】
同図において、６はロケット打ち上げ時には折り畳んでコンパクトに収納され、宇宙空間でのアンテナ使用時には大きく展開して反射鏡として機能する回転放物面からなる非円形開口主反射鏡である。非円形開口主反射鏡６の開口面は、六角形である。
１６は非円形開口主反射鏡６の開口形状とほぼ相似な非円形断面形状を有する非円形開口ホーンアンテナである。非円形開口ホーンアンテナ１６は、円錐ホーンや角錐ホーンと異なる伝送モードを発生して非円形開口主反射鏡６に適合したビームを放射するように、その相似比と長さが定められる。
１７は非円形開口周辺の光線である。非円形開口周辺の光線１７は、説明の便宜上、六角形の開口面の頂点に関するもののみ示している。
【００１８】
また、図２は非円形開口ホーンアンテナ１６の正面図及び側面図を示す。同図からわかるように、六角形の導波管に六角錐状の（正確に言えば、六角錐の先端部分が、六角形の導波管の断面に一致する部分で切断された形状）ホーンアンテナが接続されている。
【００１９】
次に動作について説明する。まず、送信の場合を例にとり説明する。図１の開口面アンテナにおいて、非円形開口ホーンアンテナ１６より放射された電波は、点線で示された非円形開口周辺の光線１７に沿って、非円形開口主反射鏡６により反射されて平面波に変換され、鏡軸の方向に向けて放射される。受信の場合も同様である。
【００２０】
ところで、非円形開口主反射鏡６は、鏡面を支持する展開構造や、鏡面を多くの平面や線織面で構成するため、円形でない。この鏡面を円形ビームで照射すると、スピルオーバや鏡面非照射による損失が生じる。これらの損失を低減するには、開口形状に応じたパターンを有する非円形開口ホーンアンテナ１６のような一次放射器を利用する。
【００２１】
この実施の形態１の開口面アンテナは、主反射鏡の開口形状が六角形の反射鏡アンテナに適合する六角形開口ホーンアンテナからなる非円形開口ホーンアンテナ１６を備えている。
【００２２】
以下、図１の開口面アンテナについて、図３から図７を用いて説明する。
図３に示すような、辺長Ｄ／２の正六角形開口のホーンアンテナを考える。開口角をαとする。ホーンアンテナの開口面上の振幅は、導波管内の電磁界モードがくずれずに広がり、位相は六角すいの頂点から球面波状に広がると仮定する。
【００２３】
図３の六角形導波管内の電磁界は有限要素法で求められる。導波管の寸法を、たとえば辺長4.7652mmの正六角形とし、周波数を２２ＧＨｚとする。
この場合の六角形導波管内の電界分布を図５と図６に示す。六角形の向きに応じて、円形導波管のＴＥ11モードに対応する２つのモードが生じる。
モード１で励振した六角形開口ホーンの放射特性を、図４に示す。観測面は、z=68.2mm、開口寸法、開口角は、それぞれＤ＝44mm、α＝４０度である。等レベル線は、ｙ方向がつぶれた六角形となる。正六角形にならないのは、正偏波方向（ｘ方向）の振幅分布が、開口面上で一様でないためである。開口直径、開口角が大きいほど、ビーム形状は楕円から六角形に近づく傾向がある。
【００２４】
図７にモード１で励振した場合の開口角とビーム幅の関係を示す。ビーム幅はz=68.2mmにおける−１０ｄＢの等レベル先の幅であらわす。Ｅ面、Ｈ面ともに開口角が大きくなるに従い、ビーム幅は広がる。このときのビーム形状の変化は小さい。
【００２５】
以上のように、開口直径、開口角を適当に設定することにより、ビーム形状を楕円から六角形に近づけることができる。したがって、図２の非円形開口ホーンアンテナ１６を用いれば、非円形開口主反射鏡６にマッチする六角形ビームを生成できる。
【００２６】
以上のように、この発明の実施の形態１の装置によれば、非円形開口ホーンアンテナ１６が非円形開口主反射鏡６の形状に一致、あるいは近似するビームを提供するので、非円形開口周辺の光線１７に示すように幾何光学的にはスピルオーバは減少する。
さらに、照射されるビーム形状が非円形開口主反射鏡６の開口形状に波動的に適合するように、非円形開口ホーンアンテナ１６の相似比と長さ及び位置が設定されているので、この点でもスピルオーバがなく、開口を効率よく使用できる。
【００２７】
なお、この実施の形態では、開口形状が六角形の場合について示したが、他の開口形状（たとえば他の多角形、四角形、五角形、八角形等）であっても同等の効果を有する。
【００２８】
実施の形態２．
図８は本発明の実施の形態２の開口面アンテナを表す概略構成図である。同図において、１８は、非円形開口主反射鏡６の開口形状とほぼ相似な非円形断面形状を有する非円形開口補助反射鏡である。非円形開口主反射鏡６、非円形開口ホーンアンテナ１６、非円形開口周辺の光線１７は、図１に示されたものと同一あるいは相当部分である。
【００２９】
図８の開口面アンテナは、非円形開口補助反射鏡１８を備え、非円形開口ホーンアンテナ１６から直接に非円形開口主反射鏡６を照射するのではなく、非円形開口補助反射鏡１８でいったん反射させてから非円形開口主反射鏡６に照射するものである。その基本的な動作は実施の形態１の場合と同様である。
【００３０】
以上のように、この実施の形態２の開口面アンテナによれば、非円形開口ホーンアンテナ１６および非円形開口補助反射鏡１８が非円形開口主反射鏡６の形状に一致、あるいは近似するビームを提供するので、実施の形態１の場合と同様に、非円形開口周辺の光線１７に示すように幾何光学的にはスピルオーバは減少する。
さらに、非円形開口ホーンアンテナ１６および非円形開口補助反射鏡１８によるビーム形状が、波動的に非円形開口補助反射鏡１８の開口形状に適合し、スピルオーバが低減され開口を効率よく使用できる。
さらに、非円形開口補助反射鏡１８によるスピルオーバの低減により、広角放射特性が改善される。
【００３１】
実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３の開口面アンテナを表す概略構成図である。非円形開口主反射鏡６ａ〜６ｇおよび非円形開口ホーンアンテナ１６ａ〜１６ｇは、それぞれ、図１に示されたものと同様のものであり、同様の動作をする。以下、非円形開口主反射鏡６ａ〜６ｇを非円形開口サブ反射鏡６ａ〜６ｇとも記す。
【００３２】
図９において、非円形開口主反射鏡６ｇを中心とし、その周囲に非円形開口サブ反射鏡６ａ〜６ｆが配置されている。非円形開口主反射鏡６ａ〜６ｇは、それぞれの形状が非円形である。非円形開口主反射鏡６ａ〜６ｇは、開口面上においてその位置に投影した各々の開口が密に、かつ、位相が同相となるように配列されている。
２０ａ〜２０ｇは、それぞれ、非円形開口ホーンアンテナ１６ａ〜１６ｇの中心軸から非円形開口サブ反射鏡６ａ〜６ｇへ向けて出た光線を表す中心軸光線である。
【００３３】
この実施の形態３の７つの開口面アンテナの動作は、実施の形態１の場合と同じである。
【００３４】
この実施の形態３の開口面アンテナによれば、各々の非円形開口ホーンアンテナ１６ａ〜１６ｇから非円形開口サブ反射鏡６ａ〜６ｇにスピルオーバがなく照射されるので、非円形開口サブ反射鏡６ａ〜６ｇのそれぞれの開口形状を非円形とし、これらを密に配列した場合においてもお互いに干渉することがない。したがって、ボアサイト方向以外の方向の不要波を抑えて、良好な広角放射特性を保ちつつ、スピルオーバがなく開口を効率よく使用でき、かつグレーティングローブの発生をなくすことができる。
【００３５】
なお、この実施の形態３において、開口面アンテナを７つ用いたが、これに限らないのは言うまでもない。また、この実施の形態３のように中心の開口面アンテナの周囲に複数の開口面アンテナを配置する例に限らず、中心の開口面アンテナを特に備えず、広く平面状に多数の開口面アンテナを敷き詰めるようにしてもよい。
【００３６】
実施の形態４．
図１０は本発明の実施の形態４の開口面アンテナを表す概略構成図である。同図において、２１は断面が円形の給電導波管、２２は非円形開口主反射鏡６の開口形状とほぼ相似な断面形状を保った非円形開口フレア部、２３は非円形開口フレア部２２の断面形状から給電導波管２１の断面形状とほぼ相似な断面形状へと長手方向に徐々に変化させ、かつ、開口側の非円形開口径を高次モードが遮断となるように定められた非円形−円形変換部である。非円形開口主反射鏡６は、図１に示されたものと同様のものであり、同様の動作をする。
【００３７】
図１１は給電導波管２１、非円形開口フレア部２２、非円形−円形変換部２３を拡大した正面図及び側面図を示す。
【００３８】
この実施の形態４の開口面アンテナ装置において、一次放射器に接続された給電導波管が通常の断面形状をしている。したがって、給電系の設計が容易である。また、給電導波管２１から励振された通常の導波管モードは、非円形−円形変換部２３を伝搬する間にモード変換や反射がなくスムーズに非円形の開口におけるモードに変換される。また、実施の形態１の場合と同様に、スピルオーバがなく開口を効率よく使用できるという効果もある。
【００３９】
実施の形態５．
図１２は本発明の実施の形態５の開口面アンテナの非円形開口ホーンアンテナの詳細構造を表す斜視図である。この非円形開口ホーンアンテナはコルゲートホーンである。同図は、説明の便宜のために、この非円形開口ホーンアンテナの一方の側面の一部を切り欠いた状態を示している。同図の非円形開口ホーンアンテナは、実施の形態４のように用いられる。すなわち、右側が給電導波管に接続され、左側が主反射鏡に対向している。
【００４０】
コルゲートホーンとは、ホーン内壁に薄いフィン（ｆｉｎ、歯）を同心状に設けたものであり、約１オクターブの周波数の帯域にわたって軸対称ビームと良好な交差偏波特性を有する。
【００４１】
図１２において、２４は図１の非円形開口主反射鏡６、あるいは図９の非円形開口サブ反射鏡６の開口形状とほぼ相似なフィンからなる非円形フィン、２５は図１０の給電導波管２１の断面形状とほぼ相似なフィンからなる円形フィン、２６は長手方向に徐々に形状変化させたフィンからなるフィン形状変換部である。図１２からわかるように、非円形開口ホーンアンテナ内部の多数のフィンのうちの左側のフィン２４は反射鏡の開口形状とほぼ相似であり、右側のフィン２５は給電導波管の断面形状とほぼ相似である。そして、これらの中間の多数のフィン２６の形状は、左側から右側にかけて、徐々に反射鏡の開口形状から給電導波管の断面形状の形状に近づいていく。したがって、円形フィン２５の方から励振されたコルゲートモードは、フィン形状変換部２６を伝搬する間にモード変換や反射がなく、スムーズに非円形の開口におけるコルゲートモードに変換される。
【００４２】
この実施の形態５の非円形開口ホーンアンテナを用いることにより、コルゲートホーンをこの発明の開口面アンテナに用いることができ、スピルオーバがなく開口を効率よく使用できるとともに、交差偏波を少なくすることができて、直線偏波を用いるときに異なる偏波の信号と結合しなくなる効果も奏する。
【００４３】
実施の形態６．
以上の実施の形態において、パラボラ鏡面を例にとり説明したが、これ以外の鏡面についても適用できる。
図１３は本発明の実施の形態６の開口面アンテナを表す概略構成図である。同図において、２７は鏡面形状がパラボラとは異なる非円形開口非パラボラ反射鏡、２８は非円形開口非パラボラ反射鏡２７のパラボラからのずれによる波面収差を除去するように２次曲面からずらした鏡面形状により構成された非円形開口修整補助反射鏡である。非円形開口ホーンアンテナ１６，非円形開口周辺の光線１７は、図１に示したものと同様のものであり、同様の動作をする。
【００４４】
この実施の形態６によれば、非円形開口非パラボラ反射鏡２７がパラボラからのずれがある状態でも非円形開口修整補助反射鏡２８によって開口面において一様な位相分布が得られるので、展開アンテナのように理想的な状態で鏡面誤差があるような場合でも、電気特性の劣化がない状態で、スピルオーバがなく開口を効率よく使用できる。
【００４５】
実施の形態７．
図１４は本発明の実施の形態７の開口面アンテナを表す概略構成図である。同図において、２９は同一あるいは異なる形状の多数の非円形開口ホーンアンテナ１６から構成された非円形開口ホーンアレーアンテナである。多数の非円形開口ホーンアンテナ１６は、全体のビーム形状が非円形開口主反射鏡６の開口形状とほぼ相似となるように密に配列されている。また、各々の非円形開口ホーンアンテナ１６に給電される振幅・位相は、非円形開口主反射鏡６に適合したビームを放射するように設定されている。非円形開口ホーンアンテナ１６，非円形開口周辺の光線１７は、図１に示したものと同様のものであり、同様の動作をする。
【００４６】
この実施の形態７によれば、開口ホーンアレーアンテナを用いる場合でも、照射されるビーム形状を非円形開口主反射鏡６の開口形状に適合させることができて、スピルオーバがなく開口を効率よく使用できる。
【００４７】
実施の形態８．
図１６は、本発明の実施の形態８の非円形開口ホーンアンテナ１６のホーン開口面の正面図である。同図において、３０は電界を集中させるために非円形開口ホーンアンテナ１６の開口部に設けられた６つの突起部である。突起部３０は非円形開口主反射鏡６の開口形状に対応させて設けられている。また、図１６には、あわせて電気力線３１も表されている。同図は、基本モードの姿態の概略図を示している。
【００４８】
図１７は、比較のための本発明の実施の形態１のホーン開口面における基本モードの姿態を示す図である。
【００４９】
この実施の形態８によれば、開口面における基本モードの姿態を突起部３０によって円錐ホーンの基本モードの姿態から変化させ、照射されるビーム形状を波動的に非円形開口主反射鏡の開口形状にさらに適合させることができるので、スピルオーバがなく開口を効率よく使用できる。
【００５０】
実施の形態９．
図１８は、本発明の実施の形態９の非円形開口ホーンアンテナ１６のホーン開口面における基本モードの姿態を表す概略図である。３２は電界を集中させ、かつ管壁付近の電界強度をより強くさせるための逆くさび状突起部、３３はレベルの強い電気力線、３４はレベルの弱い電気力線を示す。
【００５１】
この実施の形態９によれば、開口面における基本モードの姿態を逆くさび状突起部３２によって円錐ホーンの基本モードの姿態から変化させ、かつ管壁付近の電界強度をより強くさせることにより、照射されるビーム形状を波動的に非円形開口主反射鏡の開口形状に適合させることができるので、スピルオーバがなく開口を効率よく使用できる。
【００５２】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果が得られる。
【００５３】
単位開口面アンテナの一次放射器を、多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを放射する多角形パターン一次放射器としたので、幾何光学的にはスピルオーバが減少する。
【００５４】
幾何光学的にはスピルオーバが減少する単位開口面アンテナを複数備え、上記単位開口面アンテナを平面状に密に配列するとともに、上記複数の単位開口面アンテナのビームを同じ方向に向けて構成したので、多角形開口サブ反射鏡の開口形状を多角形として密に配列した場合にもお互いに干渉することなく、ボアサイト方向以外の方向の不要波を抑えることができる。したがって、良好な広角放射特性を保ちつつスピルオーバが減少して開口を効率よく使用でき、かつ、グレーティングローブの発生を押さえることができる。
【００５５】
単位開口面アンテナの補助反射鏡を、多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを反射する多角形補助反射鏡とし、単位開口面アンテナの一次放射器を、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを放射する多角形パターン一次放射器としたので、幾何光学的にはスピルオーバが減少する。
【００５６】
上記多角形パターン一次放射器を、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な断面形状を保ったテーパ部と、この断面形状から給電導波管の断面形状と相似な断面形状に徐々変化させた変換部とから構成し、かつ、この変換部の開口側の多角形開口径を給電導波管の高次モードを遮断するように定めたので、給電導波管から励振された通常の導波管モードが、多角形−円形変換部を伝搬する間にモード変換や反射がなくスムーズに多角形の開口におけるモードに変換される。
【００５７】
上記多角形パターン一次放射器の内部表面に、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な断面形状のフィンからなるコルゲート溝と、給電導波管の断面形状と相似なフィンからなるコルゲート溝と、上記多角形主反射鏡の開口形状から上記給電導波管の断面形状に徐々変化させたフィンからなるコルゲート溝とを備えたので、給電導波管のフィンの方から励振されたコルゲートモードは、フィン形状変換部を伝搬する間にモード変換や反射がなくスムーズに多角形の開口におけるコルゲートモードに変換される。
【００５８】
上記多角形パターン一次放射器を、密に配列された複数の同一あるいは異なる形状のホーンアンテナにより構成し、これら複数のホーンアンテナにより合成される断面形状を、上記多角形主反射鏡の開口形状の相似形としたので、照射されるビーム形状を多角形開口主反射鏡の開口形状に適合させることができるので、スピルオーバがなく開口を効率よく使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの概略構成図である。
【図２】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの一次放射器の概略構成図である。
【図３】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの一次放射器の動作説明図である。
【図４】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの一次放射器の放射特性図である。
【図５】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの一次放射器内の電界分布図である。
【図６】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの一次放射器内の電界分布図である。
【図７】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの開口角とビーム幅の関係を示す図である。
【図８】 発明の実施の形態２の開口面アンテナの概略構成図である。
【図９】 発明の実施の形態３の開口面アンテナの概略構成図である。
【図１０】 発明の実施の形態４の開口面アンテナの概略構成図である。
【図１１】 発明の実施の形態４の開口面アンテナの一次放射器の概略構成図である。
【図１２】 発明の実施の形態５の開口面アンテナの一次放射器の概略構成図である。
【図１３】 発明の実施の形態６の開口面アンテナの概略構成図である。
【図１４】 発明の実施の形態７の開口面アンテナの概略構成図である。
【図１５】 発明の実施の形態７の開口面アンテナの一次放射器の概略構成図である。
【図１６】 発明の実施の形態８の開口面アンテナの一次放射器のホーン開口面におけるモードの姿態を表す概略図である。
【図１７】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの一次放射器のホーン開口面におけるモードの姿態を表す概略図である。
【図１８】 発明の実施の形態９の開口面アンテナの一次放射器のホーン開口面におけるモードの姿態を表す概略図である。
【図１９】 従来例の開口面アンテナの概略構成図である。
【符号の説明】
６ 非円形開口、１６ 非円形開口ホーンアンテナ、１７ 非円形開口周辺の光線、１８ 非円形開口補助反射鏡、２０ 中心軸光線、２１ 給電導波管、２２ 非円形開口フレア部、２３ 非円形−円形変換部、２４ 非円形フィン、２５ 円形フィン、２６ フィン形状変換部、２７ 非円形開口非パラボラ反射鏡、２８ 非円形開口修整補助反射鏡、２９ 非円形開口ホーンアレーアンテナ、３０ 突起部、３１ 電気力線、３２ 逆くさび状突起部、３３ レベルの強い電気力線、３４ レベルの弱い電気力線。
Claims (4)
- 電界が多角形開口状に分布し、空間に電波を放射あるいは空間からの電波を受波する多角形主反射鏡と、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを放射して上記多角形主反射鏡に給電する多角形パターン一次放射器とを備えた複数の単位開口面アンテナを平面状に密に配列するとともに、上記複数の単位開口面アンテナのビームを同じ方向に向けて構成した開口面アンテナにおいて、
上記多角形パターン一次放射器の内部表面に、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な断面形状のフィンからなるコルゲート溝と、給電導波管の断面形状と相似なフィンからなるコルゲート溝と、上記多角形主反射鏡の開口形状から上記給電導波管の断面形状に徐々変化させたフィンからなるコルゲート溝とを備えたことを特徴とする開口面アンテナ。 - 電界が多角形開口状に分布し、空間に電波を放射あるいは空間からの電波を受波する多角形主反射鏡と、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを放射して上記多角形主反射鏡に給電する多角形パターン一次放射器と、上記多角形主反射鏡と上記多角形パターン一次放射器との経路中に配置され、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを反射する多角形補助反射鏡とを備えた複数の単位開口面アンテナを平面状に密に配列するとともに、上記複数の開口面アンテナのビームを同じ方向に向けて構成した開口面アンテナにおいて、
上記多角形パターン一次放射器の内部表面に、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な断面形状のフィンからなるコルゲート溝と、給電導波管の断面形状と相似なフィンからなるコルゲート溝と、上記多角形主反射鏡の開口形状から上記給電導波管の断面形状に徐々変化させたフィンからなるコルゲート溝とを備えたことを特徴とする開口面アンテナ。 - 電界が多角形開口状に分布し、空間に電波を放射あるいは空間からの電波を受波する多角形主反射鏡と、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを放射して上記多角形主反射鏡に給電する多角形パターン一次放射器とを備えた複数の単位開口面アンテナを平面状に密に配列するとともに、上記複数の単位開口面アンテナのビームを同じ方向に向けて構成した開口面アンテナにおいて、
上記多角形パターン一次放射器を、密に配列された複数の同一あるいは異なる形状のホーンアンテナにより構成し、これら複数のホーンアンテナにより合成される断面形状を、上記多角形主反射鏡の開口形状の相似形としたことを特徴とする開口面アンテナ。 - 電界が多角形開口状に分布し、空間に電波を放射あるいは空間からの電波を受波する多角形主反射鏡と、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを放射して上記多角形主反射鏡に給電する多角形パターン一次放射器と、上記多角形主反射鏡と上記多角形パターン一次放射器との経路中に配置され、上記多角形主反射鏡の開口形状と相似な多角形断面形状を有し、上記多角形主反射鏡に適合するビームを反射する多角形補助反射鏡とを備えた複数の単位開口面アンテナを平面状に密に配列するとともに、上記複数の開口面アンテナのビームを同じ方向に向けて構成した開口面アンテナにおいて、
上記多角形パターン一次放射器を、密に配列された複数の同一あるいは異なる形状のホーンアンテナにより構成し、これら複数のホーンアンテナにより合成される断面形状を、上記多角形主反射鏡の開口形状の相似形としたことを特徴とする開口面アンテナ。
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