JP5088639B2 - パラボラアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、パラボラアンテナに関し、特に電波リークを抑制するパラボラアンテナに関する。

従来、組み立てによってできるパラボラアンテナは、その構成部品である反射鏡面と反射鏡支持部材及びフィード取付アダプタの隙間から電波がリークすることがあった。このため、放射パターン規格が厳しい場合には、その電波リークが原因でその規格に適合しないことがあった。

上記に関連して、特許文献１には、筐体の一部がチョーク素子を構成し、送信アンテナから受信アンテナに向かう方向に凹部を一つ以上有し、漏洩電波をチョーク素子で抑圧する技術が開示されている。
特開２００５−９１２３８号公報

反射鏡面や反射鏡支持部材の製作精度が十分でない場合、接合面の隙間からの電波リークによる放射パターンの乱れがアンテナ性能に影響を与えていた。この電波リークを抑制するためには、製作精度を上げるか、接合面の端の部分をリング状のバネで覆うか、又は導電性の接着剤で周囲を塞いだりすることにより、電波を強制的に閉じ込めていた。

また、特許文献１に開示される技術では、パラボラアンテナへの適用は示されておらず、複数の周波数の電波の漏洩や広い周波数帯域において電波の漏洩を抑制することについて想定されていなかった。

また、低周波数帯の電波に対して漏洩を抑制するためには、溝をより深く形成する必要があるが、切削で形成可能な溝の深さには限界があった。

そこで、本発明は、上述した課題を解決し、より簡易な構成で、電波リークを抑制するパラボラアンテナを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、信号の送受信を行うホーンと、前記ホーンを支持し、前記ホーンで送受信される信号を中継するフィードと、受信した信号を前記ホーンに反射して集め、送信する信号を前記ホーンから反射して送信するリフレクターと、前記リフレクターを支持する反射鏡支持部材と、前記フィードを反射鏡支持部材に取り付けるフィード取付アダプタと、を備え、前記反射鏡支持部材と前記リフレクターとの接合面及び前記反射鏡支持部材と前記フィード取付アダプとの接合面の少なくとも一方に、前記接合面の少なくとも一方の隙間を伝わる電波の進行を抑制するためのチョーク溝が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、パラボラアンテナにおいて、反射鏡支持部材とリフレクターとの接合面及び反射鏡支持部材とフィード取付アダプとの接合面の少なくとも一方にチョーク溝が設けられたので、接合面の隙間を伝わる電波の進行をチョーク溝によって抑制することができ、これにより電波の漏洩をより簡易な構成で抑制することが可能となった。

本発明の一実施形態に係るパラボラアンテナの概略構成を示す断面図である。 図１のパラボラアンテナの背面側における電波漏洩ルートを説明する断面図である。 図１のパラボラアンテナの詳細構成を示す断面図である。 図３に示すチョーク溝によって電波の進行が抑制される原理を説明する図である。 図３に示すチョーク溝によって電波の進行が抑制される原理を説明する図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図４及び図５に示すチョーク溝によって透過波が小さくなることを説明する模式断面図である。 図３に示すパラボラアンテナにおける電波リーク量の周波数特性を示すグラフである。 図３の接合面に幅約２ｍｍ、深さ約４、８ｍｍのチョーク溝を設けた場合を示す部分断面図である。 図８のチョーク溝を用いた場合における電波漏洩状況をシミュレーションした結果を示すグラフである。 図３の接合面に幅約１ｍｍ、深さ約４．８ｍｍのチョーク溝が複数並べて設けた場合を示す部分断面図である。 図１０のチョーク溝を用いた場合における電波漏洩状況をシミュレーションした結果を示すグラフである。 図３の接合面に幅約２ｍｍ、深さ約４．８ｍｍのチョーク溝と、幅約２ｍｍ、深さ約３．０ｍｍのチョーク溝とが並べて設けた場合を示す部分断面図である。 図１２のチョーク溝を用いた場合における電波漏洩状況をシミュレーションした結果を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係るパラボラアンテナの詳細構成を説明するための断面図である。

符号の説明

１００ パラボラアンテナ
１０１ シュラウド
１０２ リフレクター
１０３ ホーン
１０４ フィード
１０５ 反射鏡支持部材
１０６ フィード取付アダプタ
１０７ チョーク溝

以下、添付図面を参照して、本発明に係るパラボラアンテナの実施形態を説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るパラボラアンテナの概略構成を示す断面図である。

図１に示すように、本実施の形態のパラボラアンテナ１００は、例えば通信装置（非図示）の送受信アンテナとして用いられ、その概略構成として、シュラウド１０１と、リフレクター１０２と、ホーン１０３と、フィード１０４と、反射鏡支持部材（「バックアップストラクチャ」等も言う。）１０５と、フィード取付アダプタ１０６と、を備えている（図１では、説明の都合上、後述のチョーク溝は省略している）。

シュラウド１０１は、リフレクター１０２の前面側に取り付けられ、パラボラアンテナ１００の後方への電波の放射を抑制する。リフレクター１０２は、回転放物面のカーブが形成された反射面（パラボラ鏡面）を有し、その反射面を介して受信した信号をホーン１０３に集めたり、ホーン１０３から送信された信号を反射したりする。ホーン１０３は、リフレクター１０２の中心軸Ａｘ上の焦点側に配置され、信号の送受信を行う。フィード１０４は、リフレクター１０２の前面側でその中心軸Ａｘを迂回するように焦点側に延びて配置され、その先端側にホーン１０３を取り付けて支持し、ホーン１０３に信号を送信したり、ホーン１０３が受信した信号を本体側に送ったりする中継を行う。反射鏡支持部材１０５は、リフレクター１０２の背面側に配置され、リフレクター１０２を支持する。フィード取付アダプタ１０６は、フィード１０４を反射鏡支持部材１０５へ取り付けるためのアダプタであり、リフレクター１０２の背面側でその中心軸Ａｘ上に配置される。

図２は、図１のパラボラアンテナ１００における電波漏洩のルートを示す断面図である（図２では、説明の都合上、後述のチョーク溝は省略している）。図２に示すように、電波の受信時は、パラボラアンテナ１００の背面（後面）側から入射した電波が、反射鏡支持部材１０５とリフレクター１０２との接合面の隙間と、反射鏡支持部材１０５とフィード取付アダプタ１０６との接合面の隙間を進行し、図中の矢印で示す電波漏洩ルートＲ１、Ｒ２の伝搬方向に沿って漏洩する。また、電波の送信時は、パラボラアンテナ１００の前面（正面）側から入射した電波が、受信時の電波漏洩ルートＲ１、Ｒ２の伝搬方向と逆方向のルートをたどるように漏洩する。

図３は、本実施形態としてのパラボラアンテナ１００の詳細構成を説明するための断面図である。図３に示すように、本実施の形態では、電波漏洩ルートＲ１側では、反射鏡支持部材１０５とリフレクター１０２との接合面で、反射鏡支持部材１０５側に、その接合面の隙間を伝わる電波の進行を抑制するチョーク溝１０７が形成されている。また、電波漏洩ルートＲ２側では、反射鏡支持部材１０５とフィード取付アダプタ１０６との接合面で、フィード取付アダプタ１０６側に、その接合面の隙間を伝わる電波の進行を抑制するチョーク溝１０７が形成されている。

すなわち、チョーク溝１０７は、電波漏洩ルートＲ１、Ｒ２に沿って伝わる電波の伝搬方向を垂直等の方向に横切るように形成されている。ここで、パラボラアンテナ１００の前面側から見ると、電波漏洩ルートＲ１側の反射鏡支持部材１０５に形成されるチョーク溝１０７は、フィード取付アダプタ１０６を中心として円状又は同心円状に形成されている。また、電波漏洩ルートＲ２側のフィード取付アダプタ１０６に形成されるチョーク溝１０７は、フィード取付アダプタ１０６の側面を一周するように形成されている。

図３中に示されるように、電波の受信時は、パラボラアンテナ１００の背面側から入射した電波が、チョーク溝１０７によってその進行が抑えられ、その先を越えて伝搬しなくなる。一方、電波の送信時は、パラボラアンテナ１００の前面側から入射した電波が、チョーク溝１０７によってその進行が抑えられ、その先を越えて伝搬しなくなる。

図４及び図５は、チョーク溝１０７によって電波の進行が抑制される原理を説明するための図である。

図４及び図５は、高さｈの導体平板１１１間の導波路（平行平板線路）を伝わる電波の様子を説明するものである。導体平板１１１の一部には、高さｈ、導体平板１１１間の中心からの深さのチョーク溝１０７が設けられている。ここで、チョーク溝１０７が存在しない場合は、導波路に入射した電波は図４中の伝搬方向ｄ１に沿って反射することなく進行する（図４中のＥ、Ｈはそれぞれ電界、磁界を示す）。これに対し、チョーク溝１０７が存在する場合、図５に示すように、導体平板１１１間の導波路に入射した電波Ｗ１は、その途中の交差部でチョーク溝１０７の方向に進み、チョーク溝１０７の底で反射される。その反射波Ｗ２、Ｗ３は、逆の経路でチョーク溝１０７の上方に向かう。

ここで、チョーク溝１０７の深さが電波の波長の約４分の奇数倍のとき、チョーク溝１０７の底で反射された反射波Ｗ２、Ｗ３は、入射波Ｗ１と逆相となる。そうすると、逆相となった反射波Ｗ２、Ｗ３と入射波Ｗ１とは、干渉して打ち消しあうため、チョーク溝１０７から先の導波路へ電波が進行しなくなる。図中のｂ１の部分では、入射波Ｗ１との間で逆相、等振幅の反射波Ｗ３が互いに干渉して打ち消しあう場合を模式的に示している。

導体平板１１１間の導波路を基本モードしか通さないように使っている場合には、入射側から見たとき、電気的にはあたかもチョーク溝１０７の短絡部から１／２管内波長おきの場所では短絡されているように見える。定在波分布を想像すれば、そう見なしても構わないことがわかる。これは、導波路とチョーク溝１０７との繋ぎ目では少し複雑な分布をするために厳密ではないが、直線の導波路部分では基本モードだけ進行しているためである。

ここで、定性的にチョーク溝１０７の深さＩ＝１／４波長のとき、透過波が小さくなることを説明する。まず、導波路とチョーク溝１０７との交差部に到達した入射波の位相を基準として、チョーク溝１０７から交差部に到達する反射波の位相がどのように変化するか考える。

まず、Ｉ＝１／４波長なので、チョーク溝１０７内の行きと帰りとでそれぞれ１／４波長分、つまり１／２波長進行する分の位相遅れがあり、１８０°遅れる。また、反射するときにチョーク溝１０７が短絡終端となっているので、１８０°位相がずれる。このため、合計で３６０°位相がずれて反射することになる。つまり、入射波は、反射波と同位相で加わることなる。この場合、透過波も、反射波と同位相で足しあわされてしまうように思えるが、そうではない。

図６は、上記の場合に透過波が反射波と打ち消し合って小さくなることを説明するための模式断面図である。図６（ａ）及び（ｂ）に示す点線の矢印は、導波路とチョーク溝１０７との交差部へ波が入射したときの電界の様子を示す矢印である。図６（ｂ）はチョーク溝１０７からの反射波が導波路に戻る様子を示している。

チョーク溝１０７からの反射波が導波路に戻るときは、チョーク溝１０７を挟んだ左右の導波路において位相は１８０°変わっている。したがって、導波路とチョーク溝１０７との交差部に入射波が同相で反射して戻ってきても、チョーク溝１０７より先の導波路（図中の右側）では透過波と逆相になっている。このようにして、チョーク溝１０７より先の導波路では逆相、等振幅の反射波により透過波が打ち消されるため、チョーク溝１０７によって導波路を伝わる電波の進行が抑えられ、電波の漏洩が抑制される。

図７は、電波リーク量の周波数特性（横軸：周波数、縦軸：電波リーク量）を示すグラフである。図７において、ａ１は、チョーク溝１０７が１本の場合、ａ２は、同じ深さのチョーク溝１０７が２本の場合、ａ３は、深さ、幅が異なるチョーク溝１０７が２本の場合をそれぞれ示している。いずれの場合も、図７に示すように、所定の周波数領域において、電波リーク量が減少することがわかる。

図８は、図３の接合面（幅約０．１ｍｍの隙間をもつ接合面）に、幅約２ｍｍ、深さ約４、８ｍｍのチョーク溝１０７ａを設けた場合を示す部分断面図である。この場合において、チョーク溝１０７ａは、パラボラアンテナ１００の前面側から見ると、フィード取付アダプタ１０６を中心として円状に形成されている。

図９は、図８のチョーク溝１０７ａを用いた場合における電波漏洩状況をシミュレーションした結果を示すグラフ（横軸：周波数［ＧＨｚ］、縦軸：電波リーク量［ｄＢ］）である。図９に示すように、このチョーク溝１０７ａの場合、周波数約が１８ＧＨｚの近傍の電波に対して電波リーク量が減少し、漏洩抑制効果が表れていることがわかる。

上記の構成には、同じ幅、深さのチョーク溝１０７が複数並んで配置される場合や、異なる幅、深さのチョーク溝が複数並んで配置される場合のいずれも適用可能である。なお、チョーク溝１０７の形成箇所、形成様態としては、第１の実施形態と同様に、電波漏洩ルートＲ１、Ｒ２に沿った電波の伝搬方向を垂直等の方向に横切るように形成されている。

図１０は、図３の接合面に、幅約１ｍｍ、深さ約４．８ｍｍのチョーク溝１０７ｂが約１ｍｍの間隔で複数（図中の例では二つ）並べて設けた場合を示す部分断面図である。この場合において、複数のチョーク溝１０７ｂは、パラボラアンテナ１００の前面側から見るとフィード取付アダプタ１０６を中心として径方向の異なる位置に同心円状に形成されている。

図１１は、図１０のチョーク溝１０７ｂを用いた場合における電波漏洩状況をシミュレーションした結果を示すグラフ（横軸：周波数［ＧＨｚ］、縦軸：電波リーク量［ｄＢ］）である。図１１に示すように、この場合も、周波数が１８ＧＨｚ近傍の電波に対して電波リーク量が減少し、漏洩抑制効果があることがわかる。また、この場合、図９に示す場合と比較して、グラフの尖鋭度が小さくなっていることがわかる。これは、グラフにおいて電波の周波数帯域が広がっていることを意味し、図９に示す場合と比べると、より広い周波数帯域の電波に対して電波リーク量が減少し、漏洩抑制効果が認められる。

図１２は、図３の接合面に、幅約２ｍｍ、深さ約４．８ｍｍのチョーク溝１０７ｃ（第１のチョーク溝）と、幅約２ｍｍ、深さ約３．０ｍｍのチョーク溝１０７ｄ（第２のチョーク溝）とが約２ｍｍの間隔で並べて設けた場合を示す部分断面図である。この場合、二つのチョーク溝１０７ｃ、１０７ｄの深さの比は、約４．８ｍｍ対３．０ｍｍ、すなわち約８対５である。この場合において、複数のチョーク溝１０７ｃ、１０７ｄは、パラボラアンテナ１００の前面側から見ると、フィード取付アダプタ１０６を中心として径方向の異なる位置に同心円状に形成されている。

図１３は、図１２のチョーク溝１０７ｃ、１０７ｄを用いた場合における電波漏洩状況をシミュレーションした結果を示すグラフ（横軸：周波数［ＧＨｚ］、縦軸：電波リーク量［ｄＢ］）である。図１４に示すように、周波数が１０ＧＨｚから４０ＧＨｚに渡って電波リーク量が減少し、漏洩抑制効果があることがわかる。

特に、図８に示す深さ約４．８ｍｍの一つのチョーク溝１０７ｃに、深さ約３．０ｍｍのチョーク溝１０７ｄを加えることにより、周波数が３４ＧＨｚ付近の電波に対しても電波リーク量が減少し、漏洩抑制効果が得られている。これと同時に、この電波の広帯域化により、約１８ＧＨｚ以下の低い周波数帯の電波に対しても電波リーク量が減少し、漏洩抑制効果が得られている。これは、約１８ＧＨｚ以下の周波数に応じた深さ約４．８ｍｍ以上のチョーク溝１０７を設けることなく、電波の漏洩抑制効果が得られることを意味しており、構成部材の材料に厚みの制約がある場合等にチョーク溝１０７を設ける際に有効である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、パラボラアンテナ１００の漏洩ルートＲ１、Ｒ２を横切るように、チョーク溝１０７を設け、その深さを電波の波長の約４分の奇数倍にしたので、電波の受信時にはパラボラアンテナ１００の背面側から、また電波の送信時にはパラボラアンテナ１００の前面側から、それぞれ接合面の隙間を伝わる電波の進行をチョーク溝１０７によってその先を越えて伝搬しないように効果的に抑えることができ、これにより電波の漏洩を格段に抑制することが可能となった。

とくに、複数のチョーク溝１０７を設けると、より広い周波数帯域の電波に対して、接合面の隙間を伝わる電波の進行を各チョーク溝１０７によってその先を越えて伝搬しないように効果的に抑えることができ、これによりカットできる電波の周波数範囲を広げることが可能となった。

また、複数のチョーク溝１０７として、深さの異なるものを設けると、上記効果に加え、周波数の異なる電波に対しても、接合面の隙間を伝わる電波の進行を各チョーク溝１０７によってその先を越えて伝搬しないように効果的に抑えることができ、これにより周波数の異なる電波の漏洩を抑制することが可能になった。

この場合、複数のチョーク溝１０７として、第１の周波数（高周波）の電波の進行を抑制するための第１のチョーク溝１０７と、第１の周波数よりも低い第２の周波数（低周波）の電波の進行を抑制するための第２のチョーク溝１０７とを設けることができる。なお、複数のチョーク溝１０７として、深さの異なるもの以外に、幅の異なるものや、その他形状の異なるもの等を設けてもよい。

なお、上記の実施形態では、チョーク溝１０７の深さが漏洩抑制対象の電波の波長の約４分の奇数倍である場合、複数のチョーク溝１０７のうち少なくとも一つの溝の深さが約４．８ｍｍの場合や約３．０ｍｍの場合、複数のチョーク溝１０７のうちの二つの溝の深さの比が約８対５の場合を説明しているが、本発明はこれに限定されず、上記のように電波の漏洩抑制効果を得ることが可能であれば、いずれのものでも適用可能である。

また、上記の実施形態では、チョーク溝１０７が反射鏡支持部材１０５に対してフィード取付アダプタ１０６を中心とする円状又は同心円状に設けられる場合、チョーク溝１０７がフィード取付アダプタ１０６の側面を一周して形成されている場合を説明しているが、本発明はこれに限定されず、上記のように電波の漏洩抑制効果を得ることが可能であれば、いずれのものでも適用可能である。

［第２の実施形態］
図１４は、本発明の第２の実施形態に係るパラボラアンテナの詳細構成を説明するための断面図である。

図１４に示すように、本実施形態では、パラボラアンテナ１００の構成は、第１の実施の形態と同様に、シュラウド１０１、リフレクター１０２、ホーン１０３、フィード１０４、反射鏡支持部材１０５、フィード取付アダプタ１０６を備えるが、電波漏洩ルートＲ２側のチョーク溝１０７の形成の仕方が異なっている。すなわち、図１４に示すように、電波漏洩ルートＲ１側では、チョーク溝１０７は、第１の実施形態と同様に、反射鏡支持部材１０５とリフレクター１０２との接合面で、反射鏡支持部材１０５側に形成されている。一方、電波漏洩ルートＲ２側では、チョーク溝１０７は、反射鏡支持部材１０５とフィード取付アダプタ１０６との接合面で、フィード取付アダプタ１０６の側面側ではなく、反射鏡支持部材１０５側にフィード取付アダプタ１０６を中心に円状又は同心円状に並べて設けられている。この場合も、第１の実施形態と同様の作用効果が得られる。

なお、上記第１、第２の実施形態では、反射鏡支持部材１０５とリフレクター１０２との接合面と、反射鏡支持部材１０５とフィード取付アダプタ１０６との接合面とのそれぞれにチョーク溝１０７を設けた場合を説明しているが、本発明はこれに限定されず、両接合面の少なくとも一方にチョーク溝１０７を設けた場合でも適用可能である。

また、応用例としては、上記のパラボラアンテナ１００を送受信アンテナとして用いた通信装置、或いはその通信装置を例えばネットワークの端局装置及び中継装置として複数備えた通信ネットワーク等にも適用できる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２００７年１２月７日に出願された日本出願特願２００７−３１７１１０号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

本発明は、パラボラアンテナや、他のアンテナ、及びこれを用いた通信装置にも適用可能であり、その他、シールドが必要な各種デバイスのパッケージ構造などにも適用が可能である。

Claims (12)

1. 信号の送受信を行うホーンと、
   前記ホーンを支持し、前記ホーンで送受信される信号を中継するフィードと、
   受信した信号を前記ホーンに反射して集め、送信する信号を前記ホーンから反射して送信するリフレクターと、
   前記リフレクターを支持する反射鏡支持部材と、
   前記フィードを反射鏡支持部材に取り付けるフィード取付アダプタと、を備え、
   前記反射鏡支持部材と前記リフレクターとの接合面及び前記反射鏡支持部材と前記フィード取付アダプタとの接合面の少なくとも一方に、前記接合面の少なくとも一方の隙間を伝わる電波の進行を抑制するためのチョーク溝が設けられていることを特徴とするパラボラアンテナ。
2. 前記チョーク溝は、複数設けられることを特徴とする請求項１記載のパラボラアンテナ。
3. 前記複数のチョーク溝には、異なる形状のものがあることを特徴とする請求項２記載のパラボラアンテナ。
4. 前記複数のチョーク溝には、深さが異なるものがあることを特徴とする請求項３記載のパラボラアンテナ。
5. 前記複数のチョーク溝には、第１の周波数の電波の進行を抑制する第１のチョーク溝と、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数の電波の進行を抑制する第２のチョーク溝とがあることを特徴とする請求項３又は４記載のパラボラアンテナ。
6. 前記複数のチョーク溝は、並べて設けられることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項記載のパラボラアンテナ。
7. 前記チョーク溝の深さは、前記電波の進行を抑制する対象となる電波の波長の約４分の奇数倍であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載のパラボラアンテナ。
8. 前記チョーク溝は、前記反射鏡支持部材に対して前記フィード取付アダプタを中心とする円状に設けられることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載のパラボラアンテナ。
9. 前記チョーク溝は、前記反射鏡支持部材に対して前記フィード取付アダプタを中心とする同心円状に設けられることを特徴とする請求項２から７のいずれか１項記載のパラボラアンテナ。
10. 前記チョーク溝は、前記フィード取付アダプタの側面を一周して形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載のパラボラアンテナ。
11. 前記チョーク溝は、前記接合面の少なくとも一方の隙間を伝わる電波の伝搬方向に対して所定の方向に所定の深さで設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載のパラボラアンテナ。
12. 請求項１から１１のいずれか１項記載のパラボラアンテナを備えたことを特徴とする通信装置。

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