JP6320159B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

この発明は、円形導波管の開口部から放射された電波を反射する副反射鏡を備えたアンテナ装置に関するものである。

アンテナ装置に用いられる自立型の一次放射器では、円形導波管の開口部から放射された電波を円板状の反射板（副反射鏡）で反射することで、当該電波を主反射鏡に照射する。この反射板の形状は、高利得、低サイドローブ等の条件を満足するように設計する必要がある。また、円形導波管には、反射板を支持するために、誘電体による支持構造が設けられている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１には、副反射鏡の形状を変えることで低サイドローブ特性を得ることが開示されている。

国際公開第２００６／０６４５３６号 米国特許第６７２４３４９号

上記のような一次放射器において高利得、低サイドローブ等を実現するためには、放射パターンを制御する必要がある。一方、特許文献１では、副反射鏡の形状を変えることで低サイドローブ特性を得ている。しかしながら、この構成による副反射鏡の形状変更だけでは、低サイドローブ特性を十分に向上させられないという課題がある。

また、特許文献２には、円形導波管に挿入された誘電体形状及び円形導波管の内径形状をステップ状に変化させることで、高次モードを発生させて、一次放射器の放射パターンを制御する方法が開示されている。しかしながら、この方法による高次モードの発生量は十分ではなく、低サイドローブ特性を得ることができないという課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、十分な低サイドローブ特性を得ることができるアンテナ装置を提供することを目的としている。

この発明に係るアンテナ装置は、一端に開口部を有し、当該開口部から電波を放射する円形導波管と、円形導波管の開口部と対向し、当該開口部から放射された電波を反射する副反射鏡と、一部が円形導波管に挿入され、副反射鏡を支持する誘電体とを備え、誘電体には、円形導波管に挿入された部分に溝部が設けられ、溝部は、誘電体の周方向を１周して始端と終端が結合するものであって、誘電体の軸方向に沿った断面形状が台形であり、当該軸方向に沿って周期的に設けられたことを特徴とする。

この発明によれば、上記のように構成したので、十分な低サイドローブ特性を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の一次放射器の構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の一次放射器の構成を示す図である。 この発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の誘電体の構成を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
まず、従来のアンテナ装置の一次放射器の構成について説明する。
従来のアンテナ装置の一次放射器には、上端に開口部を有し、電波を放射する円形導波管が設けられている。また、円形導波管の開口部に対向配置され、当該開口部から放射された電波を反射する円形状の反射板（副反射鏡）が設けられている。
そして、この反射板からの電波を反射する主反射鏡が、一次放射器の反射板と対向する位置に配置されている。

また、反射板は、円形導波管に一部が挿入された誘電体により支持されている。従来のアンテナ装置では、誘電体が円形導波管の内部に充填されるように挿入されている。誘電体は円形導波管の開口部側から挿入され、円形導波管の他端側（下部）は中空となっている。また、円形導波管の中空部分と誘電体が挿入された部分との間で電波の不整合による反射が生じないようにするため、通常、誘電体の下部の形状はテーパ状に構成されている。

また、円形導波管の直径は、中空の状態で、基本モードであるＴＥ１１モードがカットオフとならないように設計される。すなわち、円形導波管の直径は、電波の波長の０．５８６倍以上とする必要がある。

また、支持構造とする誘電体の誘電率及び周波数帯域幅にも依存するが、誘電体が挿入された円形導波管では、さらに高次のモードも伝搬可能となる。例えば、誘電体の比誘電率をε_ｒとすると、円形導波管の直径を１．２２０／√(ε_ｒ)倍以上とすることで高次モードであるＴＭ１１モードが伝搬モードとなる。

また、円形導波管のような軸対称の構造において、基本モードであるＴＥ１１モードからモード変換が起こりうる高次モードは、ＴＭ１１モード、ＴＥ３１モード、ＴＥ２１モード等である。そして、円形導波管の直径と支持構造に用いる誘電体の比誘電率を適切に選ぶことで、所望の周波数でＴＥ１１モードとＴＭ１１モードを伝搬モードとすることができる。

ここで、ＴＥ１１モードでは、アンテナ装置の正面方向でピークを持つような放射パターンが得られる。一方、ＴＭ１１モードでは、アンテナ装置の正面方向でヌルを持ち、正面方向からずれたところでピークを持つ放射パターンが得られる。
以上から、ＴＥ１１モードとＴＭ１１モードの発生比率を調整し、所望の方向で逆相となるように位相調整すれば、所望の方向でのサイドローブを抑圧することができる。以下、ＴＥ１１モードとＴＭ１１モードの発生比率を調整するための構成について示す。

図１はこの発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の一次放射器の構成を示す図である。
アンテナ装置の一次放射器は、図１に示すように、円形導波管１、円板状の反射板（副反射鏡）２及び誘電体３から構成されている。

円形導波管１は、一端に開口部１１を有し、当該開口部１１から電波を放射するものである。
反射板２は、円形導波管１の開口部１１と対向し、当該円形導波管１から放射された電波を反射するものである。この反射板２により反射された電波は主反射鏡（不図示）に照射される。

誘電体３は、一部が円形導波管１に挿入され、反射板２を支持するものである。また、実施の形態１における誘電体３では、図１に示すように、円形導波管１に挿入された部分に、周方向に１周するように溝部３１が設けられている。すなわち、円形導波管１と誘電体３との間に隙間が空いている状態となっている。
なお図１では、溝部３１が軸方向に沿って周期的に複数配置された場合を示しているが、溝部３１は１つでも複数でもよいし、周期的でも周期的でなくてもよい。また図１では、溝部３１の形状をすべて同一形状としているが、溝部３１の形状は同じでなくてもよい。また、図１に示す円形導波管１及び反射板２の形状は一例であって、この形状に限定されるものではない。

そして、上記のように構成された一次放射器において、円形導波管１の直径と支持構造に用いる誘電体３の比誘電率を適切に選ぶことで、所望の周波数で基本モードであるＴＥ１１モードと高次モードであるＴＭ１１モードのみを伝搬モードとすることができる。
また、誘電体３の溝部３１の形状、位置、周期（個数）を調整することで、ＴＭ１１モードの発生量（励振係数）及び位相を調整することができる。よって、誘電体３に設けられた溝部３１により、所望の方向でのサイドローブの抑圧量を設定することができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、誘電体３の円形導波管１に挿入された部分に溝部３１を設けるように構成したので、基本モードであるＴＥ１１モードと高次モードであるＴＭ１１モードの発生比率を調整することが可能となり、所望の方向でのサイドローブを抑圧することが可能になる。

実施の形態２．
実施の形態１で説明したとおり、誘電体３に設けられた溝部３１の形状、位置、周期により高次モードであるＴＭ１１モードの発生量を調整でき、結果としてサイドローブを抑圧することが可能となる。ここで、実施の形態１では溝部３１の形状、位置、周期を任意としたが、溝部３１の形状を同一とし且つ周期構造とすることで、設計パラメータを限定することができ、容易に最適形状を得ることができる。なお、周期構造に限定した場合であっても十分なＴＭ１１モードの発生量を得ることができる。

ここで、溝部３１の形状として誘電体３の軸方向に沿った断面形状を台形とし、当該軸方向に沿って周期的に設けた場合を考える。なお、断面形状としては、方形、三角形等も考えられるが、台形の上底の長さをゼロにしたものが三角形であると考えれば、台形は上記の両形状も包含するものとして考えることができる。
そして、溝部３１の形状を台形とし且つ周期構造とすると、設計パラメータは、台形の上底、下底及び高さと、溝部３１の周期の４つとなる。そして、これらを最適に選択することによって、所望のＴＭ１１モードの発生量を得ることができる。

実施の形態３．
図１に示す実施の形態１の構成では、誘電体３に設けられた溝部３１により、円形導波管１と誘電体３との間に隙間が空けられた状態となっている。それに対し、図２に示すように、円形導波管１の内面に、誘電体３の溝部３１と係合する突起部１２を設けるように構成してもよい。

一次放射器では、誘電体３を円形導波管１に固定する必要がある。この際、図１に示す実施の形態１の構成では、接着剤を用いて固定を行っている。また、誘電体３がフッ素系樹脂等の場合には、接着剤を使うことが困難であるため、樹脂製のピン等を用いて固定を行っている。しかしながら、上記の接着剤及びピン等は電気設計に含まれる部品ではなく、アンテナ装置の放射特性を劣化させる原因となる。
それに対し、図２に示す実施の形態３の構成では、円形導波管１に誘電体３の溝部３１と係合する突起部１２を設けているため、上記の接着剤及びピン等を用いなくても誘電体３を円形導波管１に固定することができる。

以上のように、この実施の形態３によれば、円形導波管１に誘電体３の溝部３１と係合する突起部１２を設けたので、実施の形態１の効果に加え、誘電体３を固定するための別部品が必要なくなるため、アンテナ装置の放射特性の劣化を回避でき、また、アンテナ装置の製造が容易になる。

実施の形態４．
図３に示す実施の形態３の構成では、複数の溝部３１がそれぞれ誘電体３の周方向に１周するように設けられている。そのため、アンテナ装置の組み立ての際に、円形導波管１を分割しないと誘電体３を挿入することができない。それに対して、図３に示すように誘電体３の溝部３１をらせん状に構成し、また、それに対応するように円形導波管１の突起部１２もらせん状に構成してもよい。これにより、誘電体３をネジのように回転させながら円形導波管１に挿入することが可能となり、円形導波管１を分割する必要がなくなる。

以上のように、この実施の形態４によれば、誘電体３の溝部３１と円形導波管１の突起部１２をらせん状に構成することで、実施の形態３の構成に対し、円形導波管１を分割することなく誘電体３を挿入でき、アンテナ装置の製造がさらに容易になる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 円形導波管、２ 反射板（副反射鏡）、３ 誘電体、１１ 開口部、１２ 突起部、３１ 溝部。

Claims (2)

1. 一端に開口部を有し、当該開口部から電波を放射する円形導波管と、
   前記円形導波管の開口部と対向し、当該開口部から放射された電波を反射する副反射鏡と、
   一部が前記円形導波管に挿入され、前記副反射鏡を支持する誘電体とを備え、
   前記誘電体には、前記円形導波管に挿入された部分に溝部が設けられ、
   前記溝部は、前記誘電体の周方向を１周して始端と終端が結合するものであって、前記誘電体の軸方向に沿った断面形状が台形であり、当該軸方向に沿って周期的に設けられた
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 一端に開口部を有し、当該開口部から電波を放射する円形導波管と、
   前記円形導波管の開口部と対向し、当該開口部から放射された電波を反射する副反射鏡と、
   一部が前記円形導波管に挿入され、前記副反射鏡を支持する誘電体とを備え、
   前記誘電体には、前記円形導波管に挿入された部分に溝部が設けられ、
   前記溝部は、前記誘電体の周方向を１周して始端と終端が結合するものであり、
   前記円形導波管には、前記誘電体の溝部と係合する突起部が設けられた
   ことを特徴とするアンテナ装置。

Images