JPH04502061A - ガウス形分布のミリ波ビームを生ずるアンテナ - Google Patents
ガウス形分布のミリ波ビームを生ずるアンテナInfo
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- H01Q15/24—Polarising devices; Polarisation filters
- H01Q15/242—Polarisation converters
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
ガウス形分布のミリ波ビームを生ずるアンテナ本発明は、高出力源を用いガウス
形分布のミリ波ビームを生ずるアンテナに関する。
サイクロトロン共振メーザと呼ばれるこのような出力源、たとえばジャイロトロ
ン用の出力源は、熱核融合の研究分野においてメガワット台の出力レベルでプラ
ズマを生成し形状制御し共振加熱するのに用いられ好結果を与えている。このよ
うな出力源の共振は軸対称モードTEoかまたはm〉〉1とするときの高非対称
モードTE、、である。
将来の核融合装置はより大型となり、より高い磁界で作動するものとなるので、
出力源としては、より高い周波数(100ギカヘルツ以上)でより高いマイクロ
波出力で作動するように開発されねばならない。このような用途では、例えばT
EM、。ガウスビームのような軸対称の狭いペンシル形ビームをよく定められた
直線偏波をもって配置することが望ましい。事実、この種のビームは、プラズマ
の効率のよい電子サイクロトロン共振加熱に要求されるばかりでなく、低損失高
出力ミリ波伝送にも要求されるのである。
IEEE Transactions Microw、 Th、 Techn、
、Vol、 NTT−26No、5.1978.332−334ページにはモー
ド変換アンテナが記載され公知となっている。これはTE、、モードを直線偏波
ビームに変換するコルゲーションを有するものである。しかしながら、このよう
なアンテナがら出るマイクロ波はまず可成りの副ローブを生じ、このため、主ロ
ーブへのエネルギ集中を減殺し、このシステムの損失を増大せしめている。
本発明の主要な目的は、このような副ローブで消散されるエネルギを減じて、軸
対称の狭いガウス形主ローブを提供することにある。
本発明の特定の用途ではこのアンテナシステムは線形のTEM、。モード型の出
力を提供する。
本発明の目的は、請求の範囲に記載されたアンテナにより達成せしめられる。
以下本発明を、添付図面に例示したいくつかの実施例により詳述する。
第1図は本発明の好適なl実施例の略図的断面図である。
第2図は第1図の実施例の変形例を示す同様な図である。
第3図は第1図および第2図に示した実施例に用いられる部分モード変換器を示
す略図である。
第4図は第1図および第2図に示した実施例のコルゲート面を拡大して示す斜視
図である。
第5図は本発明によるアンテナシステムの反射板の別の構造例を示す略図である
。
本発明は電界モードTEおよび磁界モードTMのいずれにも等しく適用されるが
、ここでは特にTEモードについて述べるものとする。
本発明は、円対称TE、、、モード、ことにTE、、モードについて次に述べる
共通の特徴に基づいている。
a)すべてのパターンは副ローブ間の最小位置が同じ場所にある。
b)主ローブの最大位置が、ベッセル関数J 、(x)のn番目のゼロに対応す
る角度位置に近接している。
c)TE、、モードの主ローブの位相が交番する。
このような諸特性は、モードTE、、 、−□およびモードTE、、 −+s
(いずれもTE、、に対して反対の位相である)の出力の何分かのパーセントを
重畳するにより所定の優勢なTE、。モードの内外側ローブを減少せしめるので
ある。経験的に、パターンの中心では実際上放射出力はなく (主ローブは30
dB以上落ちている)、また副ローブも30dB以上減衰することがわかってい
る。さらに、出発した回転する非対称モードとは全く異なり基本的結果であるク
ロス偏波が実際上ないことが観察されている。
第1図を参照するに、このシステムは、たとえば140GHzでIMWの出力レ
ベルのビームを発することができる電子銃兼キャビティ部分1を有する高出力マ
イクロ波発生源(すなわちジャイロトロン)を包含する。
mおよびnの選択値はたとえばそれぞれ15および2である。このマイクロ波放
射は、部分モード変換器2により、70ないし85%の主TE、1.モードとこ
れに加えてIOないし20%の付加的なTE、、 、−□および’rE−1+1
の型式のモードとの混合マイクロ波に変換される。相互の位相関係は、付加的な
モードがどちらも主モードに対して逆位相であるような関係である。これら3つ
のモードの混合は最良の結果を与えるものではあるが、主モード80%付加的な
ふたつのモードのうちの一方20%の割合としたふたつのモードだけの混合でも
上述の場合よりもわずかに悪いだけのビーム特性を得ることができる。
この混合モードは次いでコリメーションレフレクタ3へ向けられる。このコリメ
ーションレフレクタには中央孔4が設けてあり、変換器2から出るジャイロトロ
ンの電子ビームがここを通るようにする。
前述のように、変換器2から出る混合モードは軸n重対称の方位偏波を有し、出
力はリング内に集中せしめられる。従ってこの中央孔4はマイクロ波放射のエネ
ルギ損失を増大させることがない。実際上側ローブがないという事実により、マ
イクロ波エネルギの全部がレフレクタ3の環状領域に差し向けられる。レフレク
タは、反射された放射が焦点5または一般にこの焦点を中心とする規準領域に集
束するような形状としである。レフレクタ3の作用面は、円形電界を有する放射
モード混合が線形偏波のTEM、。モードに変換されるようにコルゲーションを
付けである。このTEM、。モードは自由空間または図示しない適宜の導波管内
を伝播させるモードとして直接に用いることができるモードである。
レフレクタ3を包含する全システムはジャイロトロン真空ケーシング8内に収容
されており、コルゲーションを有するレフレクタ3から出る放射マイクロ波は半
円筒形の伝播透過窓6を通り抜ける。他方、電子ビームはケーシング8の遠端に
設けた押(2下げたコレクタ7へと投射される。
第1図の構造の変形例が第2図に示しである。この場合、コルゲーションを有す
るレフレクタは環状円板の形状とした平面レフレクタ9であり、集束はこの平面
レフレクタ9の下流側で図示していないケーシング8の外部の放射マイクロ波経
路に配設した付加的な1.ノフレクタ10で行われる。このケーシング8は第1
図に示したものと同様であって、ジャイロトロンの電子ビームのためのコレクタ
を有すると共に、伝播透過窓を有している。
第3図は第1図の部分モード変換器2を拡大して詳細に示している。この変換器
は図の左手からジャイロトロンから出た放射を受ける。このマイクロ波はTE、
、 fiモード型のもである。変換器はそれぞれ波を打った壁の導波部分11お
よび12から成る直列のふたつの部分モード変換器から構成されている。これら
ふたつの部分モード変換器の波形の形状は互いに異なっており、第1の変換器1
1では入来するマ・イクロ波の一部、15%位をTE、、。−□モード(TE、
、。モードとは逆位相)に変換する。他方、下流側の変換器12では、基本モー
ドの同様な量のエネルギをTEs1+1モード(これもTE=、。
モードとは逆位相)に変換する。各変換器における変換出力の百分率は各個の変
換器の長さに依存する。
システムの寸法を減じさせるためには、この部分モード変換器の大型化とその長
さとの間に妥協が成立しなければならない。
部分モード変換器2の放射面と中央に孔を有するレフレクタとの間の距離は、レ
フレクタの表面に充分に低い出力密度を有して電波のブレークダウンを回避し、
かつ充分に狭い幅の放射としてこのレフレクタの寸法を減するように選定される
。
第4図はレフレクタ3または9のコルゲーションの詳細を示している。このコル
ゲーションはここでは簡単に示すために直線のコルゲーションとしてあられしで
ある。コルゲーションのピッチはシステムの中心作動周波数の約1/2の波長に
対応する。溝の深さは同じ周波数における1/4波長におおよそ等しいものとす
る。
第1図および第2図に示したシステムは、主ローブに集束しく領域5)線形偏波
を有する出力とジャイロトロンの電力との間の割合が少なくとも95%であると
いう、期待どおりの効率を提供するものである。
本発明による装置の他の可能な用途としては米国特許第3,235,870号明
細書に記載の形式のカセグレンアンテナがあげられる。導波管13でリング内に
放射されたRF小出力コルゲートサブレフレクタ14によって線形偏波ビームに
変換され、主レフレクタ15によって集束される。この主レフレクタはその中央
に孔を有し、この孔を介して導波管13の設置ができるようにしである。
本発明は上述の実施例に限定されるものではない。
ことに、ケーシング8(第1図)を部分モード変換器2と共にマイクロ波発生源
の外部でその出口の近くまたはマイクロ波エネルギを使う場所の近くに配置し、
他方ジャイロトロンはこれから遠い場所に配置し、これに従来の導波管で接続す
るようにすることも可能である。特別の用途においてマイクロ波のエネルギの基
本モードTEM、。への変換を必要としてない場合には、どのレフレクタ(第1
図、第2図、第5図)もコルゲーション付きのレフレクタとする必要がない。
さらに、上述において焦点を形成するものとして説明したが、本発明は無限焦点
すなわち平行出力ビームの場合をも包含する。
Fig、5
補正書の写しく翻訳文)提出書
(特許法第184条の8)
平成3年5月21日
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 高出力発生源を用いてガウス形分布のミリ波ビームを発生せしめるアンテナ において、部分モード変換器(2)を前記高出力発生源(1)に関連せしめて前 記高出力発生源からTEm.nまたはTMm.nのいずれかであるTm.nモー ドを受け、相対出力率70ないし85%相対位相ゼロのモードTm.nと、次の 付加的なモードすなわち相対出力率10ないし20%相対位相πのモードTm. n−1および相対出力率10ないし20%相対位相πのモードTEm.m+1い ずれかひとつとの混合モードを送り出し、この混合モードを、アンテナシステム 出口を形成する集束点(5)を有するコリメーションレフレクタ(3,10)に 印加できるようにしたことを特徴とするアンテナ。 2 請求の範囲第1項に記載のアンテナにおいて、入来するミリ波の軸対称電界 を線形ガウス形ビーム(TEM。。モード)に変換することができるコルゲート レフレクタ(3,9)を、前記混合モードにより構成されるミリ波の進路に配設 したことを特徴とするアンテナ。 3 請求の範囲第2項に記載のアンテナにおいて、前記コリメーションレフレク タ(3)にコルゲーションをつけて前記コルゲートレフレクタを形成せしめたこ とを特徴とするアンテナ。 4 請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載のアンテナにおいて、前記 高出力発生源の直ぐ下流側に配設した少なくともひとつのレフレクタ(3,9) に中央孔(4)を設けて、前記高出力発生源から発する電子ビームがこの中央孔 を通るようにしたことを特徴とするアンテナ。 5 請求の範囲第2項記載のアンテナにおいて、前記コルゲートレフレクタ(9 )が、前記コリメーションレフレクタ(10)と直列に配置した平面レフレクタ であることを特徴とするアンテナ。 6 請求の範囲第1項ないし第5項のいずれかに記載のアンテナにおいて、前記 混合モードが大略等しい出力比のTm.n−1およびTm.n+1の付加的なモ ードを包含することを特徴とするアンテナ。
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