JPH0671170B2 - 二重ホーン放射器構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、異なる周波数帯域において動作するホーン放
射器の構造からの電磁電力の放射、特により高い周波数
で動作する放射器が、より低い周波数の放射で動作する
放射器内において、二重にされているホーン放射器の構
造に関する。

［従来技術］ 地球の様々な地域へ信号を通信する人工衛星を使用する
ような通信システムにおいて、反射器と反射器を照射す
るために設置されている放射器のアレイを有するアンテ
ナシステムを使用することが普通に実用化されている。
このようなアンテナシステムは、地球の地理的区域に向
けられる扇形ビームの発生に良く適合する。このような
アンテナシステムの構造の例として、ホーン放射器の形
状で放射器を構成することが普通に行われている。この
アンテナシステムによって送信される信号は、１つの周
波数帯域内にあるが、このアンテナシステムによって受
信される信号は、異なる周波数帯域内にある。

［発明の解決すべき課題］ 特に興味のある場合は、低周波数帯域での幅の広いビー
ムの発生と同時に、高周波数帯域内のスポットビームを
発生させる場合である。多くの場合において、高いおよ
び低い周波数帯域でのビームの発生のために、別々の放
射器の組および別々の放射器を使用することが慣例とさ
れてきた一方で、現在の興味ある状況においては、低周
波数帯域の放射器と同心のスポットビームの放射器を設
置し、高低両周波数の放射ビームに対して同一の反射器
を使用することが望まれている。

しかし、高周波数ホーン放射器と低周波数ホーン放射器
を共に設置すると、１つのホーンが他方のホーンを妨害
するか、或いは他方のホーンの放射特性を妨害すること
になる。

したがって、他方の放射特性を妨害する等の不都合を生
じさせることなく、共に設置された２つの放射器から２
つの異なる周波数帯域の放射により、単一の反射器を照
射することが要求される。しかし、これまでは、ホーン
放射器用の満足すべきアンテナシステムは得られていな
い。

［課題解決のための手段］ 前記問題は本発明にしたがった２つのホーン放射器を備
えて構成されたホーン放射器構造によって克服され、他
の利点が提供される。第１のホーン放射器は、低周波数
帯域で放射するように構成され、第２のホーン放射器
は、高周波数帯域で放射するように構成される。各ホー
ン放射器は、送信機からの電磁電力を受けるための入力
ポートと、その孔から放射されるマイクロ波信号が共通
の反射器に照射されるような放射孔とを有する。高周波
数帯域で動作する第２のホーン放射器は、低周波数帯域
で動作する第１の放射器よりも小さい。第１の放射器内
に第２の放射器を挿入すると、たとえば第１の放射器内
の決められた位置に第２の放射器を保持するために使用
される支持構造や、送信機から第２の放射器へマイクロ
波エネルギを伝達する導波管の供給部分の存在が例とし
て挙げられる、低周波数におけるエネルギ反射器として
作用する物理的構造がもたらされ、結果として生じる反
射は、第１の放射器内の定常波比を上昇させ、信号送信
の効率を低下させるが、本発明の重要な特徴にしたがう
と、低周波数ホーン放射器が、高周波数ホーン放射器の
存在によりもたらされる放射特性の妨害を無視して動作
できる方法で、より小さい高周波数ホーン放射器はより
大きい低周波数ホーン放射器の中に二重式に配置され
る。

本発明にしたがうと、前記反射器として作用する物理的
な構造を有する部品は、金属角錐のように先が細くなっ
ているような形状に形成される導電性シートの中に囲ま
れることになる。先が細くなっているようなシート形状
は、送信方向かまたは受信方向に進行波を導くための反
射器（たとえば、スロート）の両側面上において、ま
た、反射器に相互作用を及ぼさずに反射器の先で使用さ
れる。先が細くなっている形状は、低い定常波比を保持
するために、第１のホーン放射器内のスムーズな伝送を
可能にし、それによって、たとえ第２のホーン放射器が
その中に二重にされるとしても、第１のホーン放射器の
放射特性をそのまま保持する。

したがって、本発明のホーン放射器構造により、２つの
ホーンが、異なる周波数帯域内で動作するとともに、共
通の反射器を照射するために同じ位置に設置できる異な
る大きさを有することを可能にする。本発明のホーン放
射器構造は、電磁電力の送信ビームおよび受信ビームの
両者の場合に、前記利点を提供するために可逆的に動作
する。信号送信用入力ポートは、信号の受信中には出力
ポートになる。

［実施例］ 第１図および第２図を参照すると、本発明にしたがって
構成されている、相対的に大きい低周波数ホーン放射器
12と大きい放射器12内に配置された相対的に小さい高周
波数ホーン放射器14とを含むホーン構造10が示されてい
る。本発明の好ましい実施例の構造の例によって、大き
い放射器12は、４から6GHz（ギガヘルツ）のＣ帯域マイ
クロ波周波数で動作し、小さい放射器14は、Ku帯域の12
から18.5GHzで動作する。

ここに記載されたホーン構造10の部品の寸法は、放射器
12および14のそれぞれに対して3.7から4.2GHzおよび12.
25から14.75GHzの周波数範囲で使用されるように意図さ
れている。本発明の原理は、前記周波数とは異なる周波
数に対して動作するように構成された放射器に適応でき
る。

大きい放射器12は、ホーン16と呼ばれる広がった部分、
およびスロート18と呼ばれる一定断面寸法の導波管部分
を含む。スロート18は、相対的に小さい断面を有するホ
ーン16の端部から延在し、一方相対的に大きい断面を有
するホーン16の反対側の端部は、大きい放射器12の放射
孔20として作用する。大きい放射器12の構造において、
スロート18およびホーン16は、スロート18の導波管をホ
ーン16の小さい端部に半田付けすることによって、一体
構造として形成してもよい。

その代りに、第１図および第２図に示されるように、ス
ロート18は取付けフランジ22によってホーン16に固定さ
れ得る。ホーン24とホーン24の小さい端部に結合したス
ロート26（第２図）とを有する小さい放射器14の構造
は、実質上大きい放射器12の構造と同一である。スロー
ト26とは反対側のホーン24の大きい端部は、小さい放射
器14の放射孔28として作用する。スロート26とホーン24
とは、スロート26をホーン24に半田付けすることによ
り、一体構造として形成される。放射器12および14は、
真鍮またはアルミニウムのような金属で形成される。

本発明の構造において、ホーン16および24は、スロート
18および26と同様に、方形の断面を有することは注目す
べきである。しかし、本発明の原理は、円形の断面のよ
うな他の断面のホーン放射器にも適用することができ
る。さらに、ホーン16および24は、放射孔20および28か
ら、スロート18および26の方向に向けて先が細くされた
ホーン構造として記載されるが、本発明の原理はまた、
放射孔からスロート接合部まで断面積が変化せず一定と
なっている導波管、すなわち放射孔からスロートの方向
に向けて先が細くされていないホーン構造にも適用され
ることに注意すべきである。ホーン構造10の好ましい実
施例において、第１図および第２図で示されているよう
に、放射孔20および28は同一平面にある。しかし、もし
必要であるならば、放射孔28が、放射孔20の前方（ホー
ン16の外側）或いは放射孔20の後方（ホーン16の内側）
に位置するように、小さい放射器14のホーン24を配置し
てもよい。

ホーン構造10の構造において、大きい放射器12の放射パ
ターンは、その孔上にわたって存在するモダルフィール
ドを数学的に積分することによって、およびホーン24に
よって妨げられるホーン16の範囲上のゼロ振幅となる電
界および磁界を仮定することによって予知される。これ
により、小さい放射器14のホーン24を最適の位置に配置
することができ、また利得と大きい放射器12の同一偏波
と直交偏波の放射パターンの正確な予知も可能となる。

ホーン16内にホーン24を取付ける場合に、対称的にホー
ン構造10を構成すると有利である。これは、末端部30を
大きいホーン16の壁面部32を通して突出させて、ホーン
16内の小さい放射器14を支持するための壁面部32との物
理的な接触をもたらすために、小さい放射器14のスロー
ト26を曲げることによって遂行される。壁面部32を通し
てスロート26の末端部30を突出させると、ホーン24から
放射される電磁気信号を供給するために必要とされる、
小さい放射器14へアクセスするための単一のポートを設
けることになる。ダミー導波管の部分とて組立てられる
支柱34は、スロート26の屈部36においてスロート26に固
定され、スロート26の末端脚部38に平行となるように、
またスロート26に近い脚部40に垂直となるように延在し
ている。支柱34の中心線および末端脚部38、40の中心線
は、同一平面にある。ホーン16、24の両者を横断するよ
うに延在し、ホーン16内にホーン24を対称に設置するた
めのホーン16の対向する壁面部32に接触する支持体を、
支柱34と末端脚部38は形成する。

前記支持体の組立ての例として、支柱34は、スロート26
の屈曲部36に半田付けされる。小さい放射器14によって
送信されるマイクロ波信号を提供するために、或いは小
さい放射器14の放射孔28上に入射する入来マイクロ波信
号を受信するために必要とされる、小さい放射器14への
マイクロ波回路の結合を容易にするために、取付けフラ
ンジ42が、スロート26の末端部30に半田付けされる。同
様の方法において、マイクロ波回路を大きい放射器12に
接続するために、フランジ（図示されない）が、スロー
ト18の末端部に固定される。支柱34の端部を壁面部32A
内の孔44に通過させてから、支柱34の端部を壁面部32A
に半田付けすることにより、支柱34が壁面部32Aに固定
される。同様に、末端脚部38は、壁面部32内の孔46にお
いて壁面部32に固定される。ホーン24は、２つのホーン
の中心線が一致するように、ホーン16内に対称的に配置
される。ホーン構造10の製造中に、支柱34およびスロー
ト26の端部をホーン16内へ挿入し、孔44と46へ据付けで
きるようにするために、壁面部32と32Aはわずかに外部
へたわませることができる。

支柱34およびスロート26が、大きい放射器12を通して伝
播する放射波を容易に反射する物理的構造を構成するこ
とが認められる。放射波の反射が望まれないのは、この
ような反射によってもたらされる増加した定在波比の値
によって示めされるように、大きい放射器12を通るマイ
クロ波電力の伝送効率が低下するからである。ホーン構
造10を効果的に動作させるためには、放射器12と14の両
者における各放射信号が、放射信号を導くマイクロ波構
造から干渉されずに伝播することが望まれる。

したがって本発明の特徴によると、支柱34およびスロー
ト26の領域を通過する際に、これらの部品で反射されな
いように大きい放射器12内の低周波数放射を導くために
は、支柱34およびスロート26を囲む必要があり、このた
め導電性シート48が大きい放射器12内に配置される。た
とえば、シート48は銅箔或いはアルミニウム箔によって
構成することができるが、その箔は寸法の安定性がある
十分な厚さを持つものを用いる。シート48は二重の形態
となるように折り曲げられている。スロート18へ向いた
１つの先細の形態は、頂点52を有する角錐或いはピラミ
ッド50を生成する。支柱34および脚部38の前方のへりと
ホーン24の４つの側面との間の先細の部分54内で、ホー
ン16の前方の端部に向けて、シート48は先が細くされて
いる。先細の部分54は、４つの台形の壁部を含む。前記
支持体は、支柱34と脚部38の複合体として形成され、支
持体の構造のシート48内の外形として56で示されている
（第１図）。支持体56の範囲において、第１図で示され
た構造10の方向でいえば支持体56の上部および底部の表
面上、シート48は平らである。第１図における支持体56
の後方および前方の両者で、角錐50および先細の部分54
それぞれにおいて、シート48は前記のように先細にな
る。

シート48を先細にすると、大きい放射器12の内部寸法
が、過度の反射の発生を阻止するような、ゆるやかな変
化になる。小さい放射器14が存在するにもかかわらず、
大きい放射器12を通常の方法で機能させることができる
機能をシート48は果たす。それによって、ホーン構造10
は、コンパクトな物理的形態において高周波数および低
周波数の放射孔を共通位置に設置することを可能にし、
その一方、個々の放射器12および14の放射特性を保持す
る。

以下の寸法は、ホーン構造10の好ましい実施例を構成す
るために使用される。第１図に関して、ホーン16内の放
射孔20の側部58Aおよび58Bは、6.0インチである。ホー
ン24内の放射孔28の側部60Aおよび60Bは、それぞれ1.8
インチおよび2.2インチである。大きい放射器12のスロ
ート18において、側部62Aおよび62Bの幅は、それぞれ1.
145インチおよび2.29インチである。小さい放射器14の
スロート26の導波管において（第２図）、側部64Aおよ
び64B（第１図）は、それぞれ0.375インチおよび0.75イ
ンチである。ホーン16の全長は、放射孔20からフランジ
22までの中心線に沿って計測すると、10.0インチであ
る。ホーン24の全長は、放射孔28からスロート26との接
合部までの中心線に沿って計測すると、4.0インチであ
る。シート48の構造における先の細い部分の角度は、ホ
ーン構造10の中心線に関して計測すると15度から20度の
範囲内であることが好ましいが、必要であるならば、マ
イクロ波変化構造の設計において受け入れられる性能に
したがって、他の角度の先の細い部分を使用してもよ
い。

第３図は、ホーン構造10の使用を説明するのに有効なア
ンテナシステム66を示す。アンテナシステム66は、反射
器68、ホーン構造10を含むアレイ内に配列された複数の
放射器70、電力分割器或いいはバトラーマトリックスの
ような供給ユニット72、供給ユニット72に結合たＣ帯域
トランシーバ74、およびフランジ42によってホーン構造
10の小さい放射器14に結合したKu帯域トランシーバ76を
含む。供給ユニット72は、Ｃ帯域マイクロ波電力を各放
射器70に供給し、またスロート18を介して、ホーン構造
10の大きい放射器12へ供給する。各放射器70およびホー
ン構造10の放射器12は、遠隔地へ送信されるＣ帯域ビー
ム78を形成するための反射器68に、マイクロ波電力を直
射する。放射された入来ビーム78が、トランシーバ74に
よって受信されるマイクロ波信号となるように、アンテ
ナシステムは可逆的な方法で動作される。

同様にホーン構造10の小さい放射器14は、トランシーバ
76からのマイクロ波信号を、Ku帯域ビーム80を形成する
ための反射器68に向けて直射する。アンテナシステム66
は可逆的方法で動作するので、Ku帯域マイクロ波信号の
入来ビーム80は、ホーン構造10の小さい放射器14によっ
て、トランシーバ76へ導かれる。Ｃ帯域とKu帯域の両者
の放射のために共通の反射器68を使用するこことと、シ
ステム66の放射器の中心の１つが、ホーン構造10の形を
した本発明を使用するという事実のために、ビーム78お
よび80は同心である。第３図において、放射器70は、ホ
ーン構造10の大きい放射器12と同様の形態を有するホー
ン放射器であるとして示されている。しかし、もし必要
であるならば、本発明のホーン構造10は、他の物理的形
態の放射器と共に使用できる。

第４図は、第１図および第２図で示されているのと同様
の方法で機能するが、そのより簡易化された構造故に好
ましいとされる本発明の別の実施例を示す。第４図にお
いいて、ホーン構造82は、第１図、第２図においてそれ
ぞれ放射器12,14として記載されたような、大きい放射
器84と大きい放射器84内で二重になっている小さい放射
器86とを含む。大きい放射器84は、放射器12と同様の形
態を有する。小さい放射器86は、放射器14のホーン24お
よびスロット26を含むが、放射器14が一体構造とされて
いるというより、フランジ88によりホーンホーン24がス
ロート26に結合されている点において、放射器14と異な
る構造を有する。小さい放射器86を大きい放射器84に固
定する必要からホーン構造16および24の共通の軸を横切
る方向に向けられる支持体56を形成するために、支柱34
とスロートの末端脚部38が、互いに結合される。

本発明にしたがってホーン構造82は、ホーン24を囲むシ
ート90、スロート26の中央に近い脚部40、フランジ88、
および支持体56の中央部分を含む。シート90は、シート
48（第１図および第２図）と同様の方法で機能し、同様
の目的で作用する。シート90は、シート48より簡易化さ
れた幾何学的構造を有し、このシート90は、ホーン放射
器86の放射孔28にある底部から、大きい放射器84のスロ
ート18とホーン16との結合部のフランジ22にある頂点へ
延在する単純な角錐の形状をしている。シート90のより
簡易化された形態のために、支持体56の外部端部は、大
きい放射器84内で伝播する低周波数放射にさらされるよ
うにシート90を通って延在する。しかし、支持体56の外
部端部からは非常に少量の電界の反射しかかないため、
結果として生じる低周波数放射の電界Ｅの反射は、無視
できるものと見なされる。少量の反射は支持体56に垂直
な電界Ｅの方向を向いた放射が当たる末端脚部の幅の狭
い壁部の存在が原因である。

本発明の前記実施例のみが図示されているが、当業者に
よって変形が成されてもよいいことが理解されるべきで
ある。したがって本発明はここに記載された実施例に限
定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限
定される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、大きい外側放射器およびより小さい内側放射
器の両者と、放射を供給導波管を通して小さい放射器に
導くためのシート構造を示すために外部を部分的に切り
取った大きい放射器のホーンを示す、本発明のホーン構
造の斜視図である。 第２図は、小さい方の放射器の屈曲した供給導波管を示
すために外部を部分的に切り取ったシート構造によって
第１図の構造を示したものである。 第３図は、本発明のホーン構造を放射器のアレイ内に組
入れたアンテナシステムを示したものである。 第４図は一般的に、小さい放射器の屈曲供給導波管を示
すために、部分的に外部を切り取って図示された簡易化
されたシートを有する第１図の構造を示したものであ
る。 10,82……ホーン構造、12……低周波数ホーン放射器、1
4……高周波数ホーン放射器、16,24……ホーン、18,26
……スロート、20,28……放射孔、22,42,88……フラン
ジ、30……端部、32,32A……壁面部、34……支柱、36…
…屈曲部、38,40……脚部、48……導電性シート、50…
…角錐、56……支持部。

フロントページの続き (72)発明者 パラミート・エス・ベインス アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90045、ロサンゼルス、レジス・ウエイ 8326 (56)参考文献 実公 昭39−14409（ＪＰ，Ｙ２) 米国特許2425488（ＵＳ，Ａ)

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の長方形ホーン放射器と、前記第１の
   ホーン放射器よりも断面において小さく、前記第１のホ
   ーン放射器内に配置されている第２の長方形ホーン放射
   器とを含み、 前記第１の放射器は、第１の放射の伝播のための第１の
   通路となる第１および第２の対の対向する壁を有する長
   方形断面の第１の包囲する壁構造を具備し、前記第１の
   通路は、前記第１の壁構造の第１の端部における第１の
   信号ポートから、前記第１の壁構造の前記第１の端部と
   反対側の前記第１の壁構造の第２の端部における第１の
   放射孔まで延在し、 前記第２の放射器は、第２の放射の伝播のための第２の
   通路となる第１および第２の対の対向する壁を有する長
   方形断面の第２の包囲する壁構造を具備し、前記第２の
   通路は、前記第２の壁構造の第１の端部における第２の
   信号ポートから、前記第２の壁構造の前記第１の端部と
   反対側の前記第２の壁構造の第２の端部における第２の
   放射孔まで延在し、 前記第２の壁構造は、前記第２のポートが前記第１の壁
   構造の外部まで延在できるように、前記第２のポートに
   隣接した位置において前記第１の壁構造を貫通し、 前記第１の放射の定在波比を減少させるために、前記第
   １のホーン放射器内の前記第１の放射が、前記第２の放
   射孔と前記第２のポートとの間の前記第２の壁構造の少
   なくとも一部分を通り過ぎるように導く導電性シート手
   段を含み、 前記シート手段は、先が細くされた表面形状に形成さ
   れ、前記シート手段の縦の範囲の一部が前記第１の壁構
   造の前記第１の対の対向する壁と接触し、前記縦の範囲
   の残りの部分が前記第１の壁構造の前記第１の対の対向
   する壁から間隔を隔てて離れており、前記第１の放射を
   伝播させるための間隔を設けるために、前記第１の壁構
   造の前記第２の対の対向する壁から間隔を隔てて離れて
   いることを特徴とする二重ホーン放射器構造。
2. 【請求項２】前記シート手段は、前記第１の放射器の前
   記第１の信号ポートと向かい合う部分において、先が細
   くされて頂点形状に形成されていることを特徴とする請
   求項１記載の二重ホーン放射器構造。
3. 【請求項３】前記シート手段は、前記頂点から、前記頂
   点と反対側である前記第２の壁構造上の前記第２の放射
   孔から間隔を隔てて離れた位置まで延在していることを
   特徴とする請求項２記載の二重ホーン放射器構造。
4. 【請求項４】第１のホーン放射器と、前記第１のホーン
   放射器よりも断面において小さく、前記第１のホーン放
   射器内に配置されている第２のホーン放射器とを含み、 前記第１の放射器は、第１の放射の伝播のための第１の
   通路となる第１のホーンと前記第１のホーンと結合する
   第１のスロートとを形成する第１の包囲する壁構造を具
   備し、前記第１の通路は、前記第１の壁構造の第１の端
   部における第１の信号ポートから、前記第１の壁構造の
   前記第１の端部と反対側の前記第１の壁構造の第２の端
   部における第１の放射孔まで延在し、 前記第２の放射器は、第２の放射の伝播のための第２の
   通路となる第２のホーンと前記第２のホーンと結合する
   第２のスロートとを形成する第２の包囲する壁構造を具
   備し、前記第２の通路は、前記第２の壁構造の第１の端
   部における第２の信号ポートから、前記第２の壁構造の
   前記第１の端部と反対側の前記第２の壁構造の第２の端
   部における第２の放射孔まで延在し、 前記第２のスロートは、前記第２のポートが前記第１の
   壁構造の外部まで延在できるように、前記第２のポート
   に隣接した位置において前記第１の壁構造を貫通し、 前記第１の放射器内に前記の第２の放射器を支持するた
   めの支柱と、前記第１の放射の定在波比を減少させるた
   めに、前記第１のホーン放射器内の放射が前記第２のス
   ロートを通り過ぎるように導くガイド手段とを含み、 前記ガイド手段は、第１の放射の定在波比を減少させる
   ために、前記第２のスロートを覆う、先が細くされた表
   面形状に形成された導電性シート手段を具備し、 前記第２のスロートの屈曲部分は、前記第１の放射器の
   縦軸を横断するように延在し、前記第１の放射器内に前
   記第２の放射器を配置するために前記第１のホーンの第
   １の壁部と結合し、 前記支柱は、前記第２のスロートの屈曲部から横方向
   に、前記第２のスロートと前記第１のホーンの前記第１
   の壁部との結合部と正反対の位置にある前記第１のホー
   ンの第２の壁部まで延在していることを特徴とする二重
   ホーン放射器構造。
5. 【請求項５】前記シート手段は、前記支柱を囲むことを
   特徴とする請求項４記載の二重ホーン放射器構造。
6. 【請求項６】前記シート手段は、前記第１の放射器の前
   記第１のポートと向かい合う部分において先が細くされ
   て頂点形状に形成され、前記頂点から、前記頂点の反対
   側である前記第２の壁構造上の前記スロートと前記第２
   の放射孔との間の位置まで延在していることを特徴とす
   る請求項５記載の二重ホーン放射器構造。
7. 【請求項７】前記シート手段は、前記頂点から、前記第
   ２のホーンの外部表面上まで延在していることを特徴と
   する請求項６記載の二重ホーン放射器構造。