JP5327939B2

JP5327939B2 - アンテナ給電部

Info

Publication number: JP5327939B2
Application number: JP2008014437A
Authority: JP
Inventors: 敦毛塚; 庄治石▲崎▼; 航土田
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2028-01-25
Also published as: JP2009177552A

Description

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５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で反射されて誘電体支持部材１中を伝搬し空間へ出て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６は図５の主反射鏡１１を除いた部分(アンテナ給電部)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。

そこで、このような反射損を少なくするための給電体支持部材の構造が提案されている。
図７はその構造の第１の例を示す図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）の図を右から見た正面図である。図８は、図７の構造の斜視図である。
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。

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。

図９は、第２の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。

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１０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。

このような構造において、図６の界面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。

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１０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（例えば、特許文献１参照）。
特願２００７−１７８２７８（段落［０００２］、［０００３］、［００１２］、［００１６］〜［００１８］、図１〜３図）

しかしながら、以上述べた誘電体の２つの構造には、いずれも製造上の問題がある。
第１の例の構造（図８の構造）では、射出成形による製造は、成形後における型が簡単に抜けるので容易であるが、切削による製造の場合、中心軸回転による回転切削加工が不可能であり、切削に要する手間がかかると言う問題がある。

第２の例の構造（図９の構造）では、中心軸回転による切削加工は容易であるが射出成形では成形後に、型から軸方向に抜き出すということは不可能であるため、型は２分割合わせ型を用いなければならず、また型の合わせ部分に生ずる筋目やばりを除去する仕上げ工程が必要になり、型が高価になり、また仕上げ工数を必要とするという問題がある。

本発明の課題は、上記従来の誘電体構造における問題点に鑑みて、射出成形法および回転切削法のいずれの製造方法でも容易安価に製造できて、且つ界面での反射が少なくなる製造の誘電体支持部材を有するアンテナ給電部を実現することである。

本発明は上記の課題を解決するために、以下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曲面的に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、前記誘電体の外形は、前記円の中心軸に直交する断面では円状で、前記中心軸を含む平面での断面では、反射面からの距離に対して径が階段状に小さくなり、階段状が終ったところからは円錐傾斜で端部に到り１次放射器に嵌合する形状であり、前記階段状の突角間のピッチは使用波長より短い間隔であ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、前記第１の構成において、前記誘電体外形の階段状部分の段差部以外の部分の直径が端部方向に進むにつれやや小さくなって行き円周面が傾斜していることを特徴とするアンテナ給電部である。

誘電体支持部材における反射は、図６で示したように、誘電体支持部材１と空間との界面で生ずる。
本発明においては、この界面が中心軸を含む平面における断面が、図１に示すように、突角１４間の寸法ｒが使用波長より小さい階段状になっている。従って、この断面における電磁波との関係を模式的に示すと図２のようになる。
このような構造において、電磁波が誘電体支持部材１内から空間へ伝搬していく場合、その波面は、イ、ロ、ハ、ニのように進んで行く。
従って、波面の進行に対して、その伝搬媒質は、誘電体から空間に一挙に変化するのではなく、誘電体の割合が徐々に減少して行きその分だけ空間領域が徐々に増加していく。このように伝搬媒質が電磁波の伝搬に対して徐々に変化することにより、反射が少なくなるという効果がある。

また、この誘電体支持部材１は、その軸方向で見た場合、円形であるから、その軸を回転軸とする回転切削加工による製造が極めて容易であるという効果があり、更に、図１に示すような階段状になっているので、射出成形法によって製造した場合、型を図で左方へ抜き去ることが容易であるため、射出成形法による製造も安価容易にできるという効果がある。

本発明における誘電体支持部材は、前述のように回転切削法でも射出成形法でも容易確実に製造可能であるので、生産個数が少ない場合には回転切削法により、多い場合には射出成形法により製造するのが最良の形態である。

射出成形法による場合には、成形後の型を抜き易くするために、図１における円周面１２が左の方へ行くにつれ、やや細くなるような傾斜を持たせておくのが最良の実施形態である。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明アンテナ給電部の実施例の側面図である。本発明における誘電体支持部材１の左方の端部が１次放射器３である円形導波管に嵌合保持されている。
図３は、図１の中心軸を含む面における断面図である。
誘電体支持部材１の階段状部分が、反射を抑制する整合部１３である。整合部１３の突角１４間の繰り返し間隔ｒは使用波長に較べて小さな値になっている。

図３では、誘電体支持部材１の、１次放射器３からの開き角が９０度になっているので、整合部１３の階段状の立ち上り辺と軸方向辺の比は１対１となっているが、開き角が９０度より大きくなると立ち上り辺の方が軸方向辺より大きくなり、開き角が９０度より小さくなると立ち上り辺より軸方向辺の方が大きくなる。
なお、突角１４や、軸方向辺から立ち上り辺への立ち上り部分は、角形である必要はなく丸味があってもよい。

図４は、本発明実施例における図１、図２の誘電体支持部材１の右側から見た半径を、１．５６２λ_０、開き角が９０度、円周面１２および段差寸法がともに０．２８７λ_０としたときの周波数ｆ_０（＝１／λ_０）を中心とするＶＳＷＲ（電圧定在波比）と従来の直線傾斜構造におけるＶＳＷＲとを比較シミュレーションした図であり、中心周波数ｆ_０の±１０％に渡る周波数帯域において、本発明の構造の方がＶＳＷＲが小さく反射が少ないことを示している。

本発明アンテナ給電部の実施例の側面図である。本発明における誘電体支持部材が図１のように階段状であることによって反射が少なくなる原理を説明する模式図である。図１の誘電体支持部材の中心軸を含む面における断面図である。本発明の階段構造（図１）と従来の直線構造（図６）におけるＶＳＷＲの比較図である。従来の複反射鏡アンテナの側断面図である。図５の主反射鏡を除いた部分の拡大図である。反射損を少なくするために提案されている誘電体支持部材の構造の第１の例を示す２面図である。図７の構造の斜視図である。反射損を少なくするために提案されている誘電体支持部材の構造の第２の例を示す斜視図である。図８および図９の構造において反射が少なくなる理由を説明する図である。

符号の説明

１誘電体支持部材
２副反射鏡
３１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
１２円周面
１３整合部
１４突角

Claims

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曲面的に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、前記誘電体の外形は、前記円の中心軸に直交する断面では円状で、前記中心軸を含む平面での断面では、反射面からの距離に対して径が階段状に小さくなり、階段状が終ったところからは円錐傾斜で端部に到り１次放射器に嵌合する形状であり、前記階段状の突角間のピッチは使用波長より短い間隔であることを特徴とするアンテナ給電部。
前記誘電体外形の階段状部分の段差部以外の部分の直径が端部方向に進むにつれやや小さくなって行き円周面が傾斜していることを特徴とする請求項１記載のアンテナ給電部。