JP4919423B2 - アンテナ給電部 - Google Patents
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本発明は、１次放射器からの誘電体支持部材で支持された副反射鏡を有する複反射鏡アンテナの、副反射鏡で反射された電磁波の誘電体と空間との界面における反射を軽減する反射抑制の技術分野に属する。
図６は、従来の複反射鏡アンテナの側断面図である。副反射鏡２はその反射面６を誘電体支持部材１に密着させて支持され、誘電体支持部材１の他端は１次放射器３に挿入保持されている。
１次放射器３から放射された電磁波は誘電体支持部材１中を副反射鏡２に向って拡散伝搬し、副反射鏡２の反射面６で反射されて１次放射器３の後方にある主反射鏡１１に向い、主反射鏡１１で再反射されて空間へ放射される。
１次放射器３から放射された電磁波は誘電体支持部材１中を副反射鏡２に向って拡散伝搬し、副反射鏡２の反射面６で反射されて１次放射器３の後方にある主反射鏡１１に向い、主反射鏡１１で再反射されて空間へ放射される。
図７は図６の主反射鏡１１を除いた部分の拡大図である。
電磁波が副反射鏡２で反射されて、主反射鏡１１に向う途中で誘電体支持部材１から空間へ出ることになる。ところが、誘電体支持部材１と空間とでは誘電率が異なるため空間と誘電体支持部材１との界面Ｒで反射を生ずることになる。
この反射は、本来放射したい電磁波の一部が放射されずに戻って来るものであるから損失（反射損＝リターンロス）となる。
電磁波が副反射鏡２で反射されて、主反射鏡１１に向う途中で誘電体支持部材１から空間へ出ることになる。ところが、誘電体支持部材１と空間とでは誘電率が異なるため空間と誘電体支持部材１との界面Ｒで反射を生ずることになる。
この反射は、本来放射したい電磁波の一部が放射されずに戻って来るものであるから損失（反射損＝リターンロス）となる。
そこで従来は、この反射損を少なくして且つ所望の給電指向性が得られるように、誘電体支持部材１の形状や副反射鏡２の反射面６の形状に工夫を凝らしていた（例えば、非特許文献１参照）。
A.Kumar、PERFORMANCE OF REFLECTOR ANTENNAE WITH SPLASH PLATE FEED、IEEE AP-S Intl.Symp.Proceedings、米国、IEEE、1984、vol.22、P.482-485
A.Kumar、PERFORMANCE OF REFLECTOR ANTENNAE WITH SPLASH PLATE FEED、IEEE AP-S Intl.Symp.Proceedings、米国、IEEE、1984、vol.22、P.482-485
しかしながら、所望の指向性と低反射損をともに得るため曲面を最適設計するためには膨大な演算量の処理を必要とし、さらに反射波による干渉が周波数依存性を持つために、広帯域な周波数特性を得るのは難しいという問題があった。
本発明の課題は、上記従来技術の問題点に鑑みて、膨大な演算量の処理を必要とせず且つ広帯域な周波数特性を有するアンテナ給電部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手段構成を有する。
本発明の第１の構成は、円形周囲を有し、該円周から該円周を含む平面の一方側へ出っ張る反射面を形成する導体が、その反射面を誘電体に密着させて支持され、誘電体の形状は前記円の中心軸に直交する断面では円状で、前記導体の密着部分から距離が長くなるにつれて漸次径が細くなり、端部に到り１次放射器に嵌合する形状であり、その軸方向傾斜部分に、円の中心軸に直交する断面で見た場合に、その円周に沿って使用波長より短い繰り返し間隔で凹凸を繰り返し、凸部の幅ｄと繰り返し間隔ｒとの比ｄ／ｒを、電界の方向が凹部或いは凸部の長手方向と直交するところでは大きくし、平行するところでは小さくし、傾斜面における凹凸差寸法が凹凸部内波長の４分の１になっていることを特徴とするアンテナ給電部である。
本発明の第１の構成は、円形周囲を有し、該円周から該円周を含む平面の一方側へ出っ張る反射面を形成する導体が、その反射面を誘電体に密着させて支持され、誘電体の形状は前記円の中心軸に直交する断面では円状で、前記導体の密着部分から距離が長くなるにつれて漸次径が細くなり、端部に到り１次放射器に嵌合する形状であり、その軸方向傾斜部分に、円の中心軸に直交する断面で見た場合に、その円周に沿って使用波長より短い繰り返し間隔で凹凸を繰り返し、凸部の幅ｄと繰り返し間隔ｒとの比ｄ／ｒを、電界の方向が凹部或いは凸部の長手方向と直交するところでは大きくし、平行するところでは小さくし、傾斜面における凹凸差寸法が凹凸部内波長の４分の１になっていることを特徴とするアンテナ給電部である。
本発明の第２の構成は、円形周囲を有し、該円周から該円周を含む平面の一方側へ出っ張る反射面を形成する導体が、その反射面を誘電体に密着させて支持され、誘電体の形状は前記円の中心軸に直交する断面では円状で、前記導体の密着部分から距離が長くなるにつれて漸次径が細くなり、端部に到り１次放射器に嵌合する形状であり、その軸方向傾斜部分に、前記円の中心軸に関して同心状で傾斜部分の中心軸を含む面との交線の方向に使用波長より短い繰り返し間隔で凹凸を繰り返し、凸部の幅ｄと繰り返し間隔ｒとの比ｄ／ｒを、電界の方向が凹部或いは凸部の長手方向と直交するところでは大きくし、平行するところでは小さくし、傾斜面における凹凸差寸法が凹凸部内波長の４分の１になっていることを特徴とするアンテナ給電部である。
本発明の第１の構成のアンテナ給電部は、１次放射器から副反射鏡までの誘電体支持部材の傾斜部分に、円の中心軸に直交する断面で見た場合、その円周に沿って使用波長より短い繰り返し間隔で凹凸を繰り返し、傾斜部分における凹凸差寸法が凹凸部内波長の４分の１となっている。
また、本発明の第２の構成のアンテナ給電部は、１次放射器から副反射鏡までの誘電体支持部材の傾斜部分に、前記円の中心軸に関して同心状で、傾斜部分の中心軸を含む面との交線の方向に、使用波長より短い繰り返し間隔で凹凸を繰り返し、傾斜部分における凹凸差寸法が凹凸部内波長の４分の１となっている。
これら２つの構成は、いずれも誘電体支持部材の表面に、図４の（ａ）に示すような凹凸を有するものである。
（ａ）は断面図であり凹部（溝部）と凸部が交互になっている。ｒは凹凸の繰り返し間隔で使用周波数の波長より充分短く選ばれている。凹部の深さ（段差寸法）ｈは凹凸部内波長の４分の１に設定されている。そして、凸部の幅ｄと繰り返し間隔ｒとの比ｄ／ｒを、電界の方向が凹部或いは凸部の長手方向と直交するところでは大きくし、平行するところでは小さくしているので反射損失低減の効果が大きくなる。
（ａ）は断面図であり凹部（溝部）と凸部が交互になっている。ｒは凹凸の繰り返し間隔で使用周波数の波長より充分短く選ばれている。凹部の深さ（段差寸法）ｈは凹凸部内波長の４分の１に設定されている。そして、凸部の幅ｄと繰り返し間隔ｒとの比ｄ／ｒを、電界の方向が凹部或いは凸部の長手方向と直交するところでは大きくし、平行するところでは小さくしているので反射損失低減の効果が大きくなる。
このような構造において、図７の面Ｒにおけるように、電磁波が誘電体支持部材１側から空間へ伝搬する場合、凹部の底部の界面を通過する電磁波と凸部の上部の界面を通過する電磁波が考えられるが、それぞれの箇所で誘電体支持部材内への反射が生ずる。ところが凹部の深さｈは４分の１波長に設定されているため凸部上面で反射した電磁波は、凹部の底部で反射された反射波よりも往復で約２分の１波長に近い距離だけ長い距離を伝搬することになり、その位相が凹部の底で反射した反射波に対して逆相に近くなり、反射波同士が相殺し合うことになる。
その結果として誘電体支持部材１内へ向う反射波は少なくなることになる。即ち、反射損失が小さくなるという効果がある。
その結果として誘電体支持部材１内へ向う反射波は少なくなることになる。即ち、反射損失が小さくなるという効果がある。
このような構造では、誘電体支持部材１の表面の厚さｈの部分は、誘電体が存在する部分と存在しない部分が交互に構成されているので距離ｒを使用周波数の波長に較べて充分小さくすることにより等価的に低い誘電率の誘電体層が存在すると見做すことができる。そして、ｈを誘電体層内の波長の約４分の１とすることで、反射を少なくする整合層となり界面での反射を抑圧すると考えることができる。これを図示すると図４の（ｂ）のようになる。
即ち、誘電体支持部材１側からの電磁波はまず整合層７との界面で一部反射し、次いで整合層７と空間との界面で一部が反射されるが、整合層７の厚さｈが約４分の１波長となっているので、この２つの反射波は位相が逆相に近くなり相殺し合って、結果的に反射が少なくなるということである。
即ち、誘電体支持部材１側からの電磁波はまず整合層７との界面で一部反射し、次いで整合層７と空間との界面で一部が反射されるが、整合層７の厚さｈが約４分の１波長となっているので、この２つの反射波は位相が逆相に近くなり相殺し合って、結果的に反射が少なくなるということである。
誘電体支持部材の傾斜面に凹凸構造を設けるに当っては全面に設ける必要はなく、電磁界の強い範囲の部分に設けるのが最良である。
また、第１の構成において、副反射鏡の背面から見て誘電体支持部材の凸部が副反射鏡の外周円から突出しないようにするのが、主反射鏡を含めたアンテナの特性にとって最良の実施形態である。
また、第１の構成において、副反射鏡の背面から見て誘電体支持部材の凸部が副反射鏡の外周円から突出しないようにするのが、主反射鏡を含めたアンテナの特性にとって最良の実施形態である。
誘電体支持部材の製造に関しては、第１の構成のものの量産の場合には型成形が最良の実施形態である。
第２の構成の同心円状に溝を有する構造の場合は回転切削による製造が最良の実施形態である。
第２の構成の同心円状に溝を有する構造の場合は回転切削による製造が最良の実施形態である。
以下、本発明のアンテナ給電部の実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の構成の実施例を示す図である。（ａ）は側断面図であり、（ｂ）は（ａ）を右から見た正面図である。
図１は、本発明の第１の構成の実施例を示す図である。（ａ）は側断面図であり、（ｂ）は（ａ）を右から見た正面図である。
図２は図１の実施例の斜視図である。誘電体支持部材１の左部分は１次放射器３に挿入されて支持され、１次放射器３の開口部から円錐状に拡がって行き、右方で反射面６を有する副反射鏡２の反射面６と密着し、副反射鏡２を支持している。
誘電体支持部材１は、円錐状に拡がっている途中から高さｈを有する凸部５が副反射鏡２の円周部まで延びている。凸部５と凸部５の間は必然的に空間である凹部を形成している。凸部の高さｈは、凹凸部内の波長の約４分の１となっている。
誘電体支持部材１は、円錐状に拡がっている途中から高さｈを有する凸部５が副反射鏡２の円周部まで延びている。凸部５と凸部５の間は必然的に空間である凹部を形成している。凸部の高さｈは、凹凸部内の波長の約４分の１となっている。
また、凸部５の繰り返し間隔（ピッチ）ｒは、前記波長よりも充分短く設定されている。この例では、１次放射器３の開口部から円錐状になっている最初の部分は、副反射鏡２で反射された電磁界の強度が低いので凸部５は設けられていない。
このような凸部５、凹部４を設けることにより、図４の（ｂ）で述べた整合層７が形成され、図７で示した面Ｒでの反射の量が少なくなり、反射損失特性が改善される。
このような凸部５、凹部４を設けることにより、図４の（ｂ）で述べた整合層７が形成され、図７で示した面Ｒでの反射の量が少なくなり、反射損失特性が改善される。
図５は、図１、図２の実施例について、反射損失を計算しグラフ化した反射損失特性である。
破線が従来の凹凸のない場合であり、実線が本発明実施例の場合である。これによれば帯域全体に渡って反射損失が低下していることが分かる。
なお、凸部５の繰り返し間隔ｒに対する凸部５の幅ｄの比率ｄ／ｒは、電界の方向が凹部４或いは凸部５の長手方向と直交するときには大きくし、平行するときには小さくすると反射損失低減の効果が大きくなる。
破線が従来の凹凸のない場合であり、実線が本発明実施例の場合である。これによれば帯域全体に渡って反射損失が低下していることが分かる。
なお、凸部５の繰り返し間隔ｒに対する凸部５の幅ｄの比率ｄ／ｒは、電界の方向が凹部４或いは凸部５の長手方向と直交するときには大きくし、平行するときには小さくすると反射損失低減の効果が大きくなる。
図３は、本発明第２の構成の実施例を示す斜視図である。
１次放射器３から副反射鏡２までの誘電体支持部材１０の傾斜部分に、副反射鏡２の円の中心軸に関して同心状で、前記中心軸を含む面と傾斜部分との交線の方向に使用波長より充分短い繰り返し間隔で凸部８、凹部９を繰り返し、凸部８と凹部９との段差寸法が凹凸部内波長の約４分の１となっている。
１次放射器３から副反射鏡２までの誘電体支持部材１０の傾斜部分に、副反射鏡２の円の中心軸に関して同心状で、前記中心軸を含む面と傾斜部分との交線の方向に使用波長より充分短い繰り返し間隔で凸部８、凹部９を繰り返し、凸部８と凹部９との段差寸法が凹凸部内波長の約４分の１となっている。
このような凸部８、凹部９を設けることにより、図４の（ｂ）で述べた整合層７が形成され、図７で示した面Ｒでの反射の量が少なくなり、図１および図２の実施例の場合と同様に反射損失特性が改善される。
１ 誘電体支持部材
２ 副反射鏡
３ １次放射器
４ 凹部
５ 凸部
６ 反射面
７ 整合層
８ 凸部
９ 凹部
１０ 誘電体支持部材
１１ 主反射鏡
２ 副反射鏡
３ １次放射器
４ 凹部
５ 凸部
６ 反射面
７ 整合層
８ 凸部
９ 凹部
１０ 誘電体支持部材
１１ 主反射鏡
Claims (2)
- 円形周囲を有し、該円周から該円周を含む平面の一方側へ出っ張る反射面を形成する導体が、その反射面を誘電体に密着させて支持され、誘電体の形状は前記円の中心軸に直交する断面では円状で、前記導体の密着部分から距離が長くなるにつれて漸次径が細くなり、端部に到り１次放射器に嵌合する形状であり、その軸方向傾斜部分に、円の中心軸に直交する断面で見た場合に、その円周に沿って使用波長より短い繰り返し間隔で凹凸を繰り返し、凸部の幅ｄと繰り返し間隔ｒとの比ｄ／ｒを、電界の方向が凹部或いは凸部の長手方向と直交するところでは大きくし、平行するところでは小さくし、傾斜面における凹凸差寸法が凹凸部内波長の４分の１になっていることを特徴とするアンテナ給電部。
- 円形周囲を有し、該円周から該円周を含む平面の一方側へ出っ張る反射面を形成する導体が、その反射面を誘電体に密着させて支持され、誘電体の形状は前記円の中心軸に直交する断面では円状で、前記導体の密着部分から距離が長くなるにつれて漸次径が細くなり、端部に到り１次放射器に嵌合する形状であり、その軸方向傾斜部分に、前記円の中心軸に関して同心状で傾斜部分の中心軸を含む面との交線の方向に使用波長より短い繰り返し間隔で凹凸を繰り返し、凸部の幅ｄと繰り返し間隔ｒとの比ｄ／ｒを、電界の方向が凹部或いは凸部の長手方向と直交するところでは大きくし、平行するところでは小さくし、傾斜面における凹凸差寸法が凹凸部内波長の４分の１になっていることを特徴とするアンテナ給電部。
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