JPH0716126B2 - 円偏波ホーン - Google Patents

円偏波ホーン

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JPH0716126B2
JPH0716126B2 JP58085524A JP8552483A JPH0716126B2 JP H0716126 B2 JPH0716126 B2 JP H0716126B2 JP 58085524 A JP58085524 A JP 58085524A JP 8552483 A JP8552483 A JP 8552483A JP H0716126 B2 JPH0716126 B2 JP H0716126B2
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Japan
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horn
elliptical
corrugated horn
phase difference
electric field
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JP58085524A
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知己 小渕
成一 山脇
昇 外山
和義 正源
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NEC Corp
Japan Broadcasting Corp
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NEC Corp
Japan Broadcasting Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/02Waveguide horns
    • H01Q13/0241Waveguide horns radiating a circularly polarised wave

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  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は円偏波ホーンに関するものである。円偏波ホー
ンは従来、放物面鏡空中線等の反射鏡空中線の一次放射
器として用いられており、特に、衛星搭載用空中線で
は、これらの反射鏡空中線の一次放射器として広く使わ
れている。第1図に円偏波を励振する方法の1つである
回転対称な円錐ホーンを使った場合の従来構造を示す。
この構造は、円錐ホーン14の円形導波管内にビス,金属
片,あるいは誘電体板等で構成した位相板20を設け、第
1図(a)のX−X′断面(第1図(b))のようにビ
ス,金属片,あるいは誘電体板20等に対し45°の方向か
らプローブ19がTE11モードを励振する。第1図(c)に
示すように、このプローブ19からの入力電界スペクトル
16は、ビス,金属片あるいは誘電体板20の方向の電界ベ
クトル17を励起する。これらの電界の位相差を円偏波発
生器22で90°とし、回転対称なホーン14に給電すれば、
円偏波ホーンとなる。また、正方形ホーンの直交方向の
TE10モードの電界を90°位相差を有する円偏波発生器で
供給し、円偏波ホーンとする構造も知られている。
これら従来の構造は、全てホーン開口が直交軸方向で対
称形で、かならずビス,金属片,あるいは誘電体板で構
成した位相板を有する円偏波発生器、あるいはマイクロ
ストリップライン等直交軸方向で90°位相差をもたせる
ことのできる位相器を必要とする。また、楕円形の開口
を有するような直交軸方向で非対称な形状の、第2図に
示すような楕円ホーン、あるいは楕円コルゲートホーン
を円偏波励振するためには、モードサプレッサ21、ホー
ンの直交軸方向の管内位相差を補償する補償位相器23及
び90°位相差を有する円偏波発生器22を必要とし、円
形,楕円いずれにしても構成が複雑となる欠点がある。
従って、本発明の目的は、このような欠点を除去し、構
成が簡単でかつ広帯域な円偏波ホーンを提供することに
ある。
本発明によれば、楕円コルゲートホーンと、楕円コルゲ
ートホーンの長短軸に対しほぼ45度の偏波角度を有する
直線偏波の電界を楕円コルゲートホーンに励振入力する
励振部とからなり、楕円コルゲートホーンの長、短軸方
向の管内位相差の周波数特性における平坦部の周波数に
対して前記管内位相差が90度となるように楕円コルゲー
トホーンのホーン長が設定され、円偏波発生器を省略す
るとともに、長軸及び短軸方向でビーム幅の違う円偏波
を放射できる広帯域な円偏波ホーンが実現できる。
以下図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
第3図(a)〜8c)はそれぞれ本発明の実施例である円
偏波ホーンの側面図、A−A′断面図及び電界ベクトル
図である。図中、1は楕円コルゲートホーン、3は楕円
開口部、4は楕円口元部、5は楕円ホーンの長軸方向、
6は楕円ホーンの短軸方向、7は励振プローブを示して
いる。
次にこのホーンの動作原理を説明する。励振プローブ7
は楕円の長軸5から任意の角度θ方向の電界を励振す
る。この入射電界ベクトルは、第3図(c)に示される
ように、楕円の長軸方向5のベクトル成分、すなわち電
界ベクトル9と短軸方向6のベクトル成分、すなわち電
界ベクトル10の2つのベクトル成分に分けられる。ここ
で、楕円コルゲートホーン1の長軸方向の管内波長λg1
と短軸方向の管内波長λg2は長,短軸の寸法の違いによ
り異なる。楕円ホーン及び楕円コルゲートホーンの場
合、長軸方向の伝播波長と短軸方向の伝播波長は長、短
軸の管断面寸法によって決まるため、異ってくる。これ
は短形導波管の長軸方向に電界を励振した場合と短軸方
向に電界を励振した場合で管内波長が異なるのと同じで
ある。ここで、長軸方向の管内波長λg1とはせ、楕円コ
ルゲートホーンの伝播モードの内で電界の主方向が楕円
コルゲートホーンの長軸と並行なモードに対する管内波
長であり、短軸方向の管内波長λg2とは、同じく伝播モ
ードの内での電界の主方向が楕円コルゲートホーンの短
軸と並行なモードに対する管内波長である。このλg1
λg2の違いが、すなわち管内伝播位相差ΔPとなって現
われる。これは位相角をβ(2π/λg)で表わすと、
位置量Pは正確には の積分値で表わされるためであり、ここで伝播位相差Δ
Pは必ずしも均一ではないが、これを平均管内位相差と
すると、この管内電波位相差ΔPは楕円コルゲートホー
ン1の長さlによって楕円開口部でΔP×lの管内位相
差となって現われる。ところで、楕円コルゲートホーン
の管内位相差の周波数特性には第5図に示すように広帯
域な平坦部があり、したがってこの平坦部の周波数に対
し、ΔP×l=90°となるようにlを設定してやれば、
周波数が前述の平坦部の範囲内で変化しても管内位相差
はほぼ90度一定となるので給電プローブ7を長軸5と角
度θで給電した場合、広帯域な円偏波ホーンとなる。こ
こで平坦部特性が得られる周波数範囲は楕円開口部の短
軸径が波長の約2倍となる範囲である。長軸5と短軸6
に対する給電プローブの角度θは、楕円コルゲートホー
ン内の長短軸方向の管内伝播損失の違いを打ち消すよう
に、調整によって決める必要があるが、通常管内伝播損
失の違いは非常に少ないので、θ〜45°方向で円偏波励
振が可能である。
第4図は楕円コルゲートホーン1の離芯率を楕円開口部
3から口元に進に従って、なめらかに口元で円形断面11
になるように変換したホーンを用いた場合を示し、第3
図のホーンと同じように、楕円コルゲートホーン1の長
軸方向及び短軸方向の管内伝播波長の違いによって表わ
される長,短軸方向の管内位相差を90°となるように管
軸の長さlを調整し、その口元に設けた円形導波管12に
対して、楕円の長軸方向からほぼ45°方向の電界を励振
するプローブ7で励振すれば、円偏波ホーンとすること
ができる。第4図の楕円コルゲートホーンで、一例とし
て短軸開口径a=31mm、長軸開口径b=96mm、l=120m
mである。又、コルゲートホーンの内壁の溝の深さは口
元は円形導波管でその開口の管内波長(λga)とする
と、λga/2である。又、開口部近傍は長、短軸の開口管
内波長(λgb,λgc)とするとλgb/4,λgc/4である。
途中は口元λga/2〜λgb/4,λga/2〜λgc/4に滑らかに
変化させている。第4図の励振プローブ7と同軸−導波
管変換器で置き変えることも可能である。
第5図〜第7図は楕円コルゲートホーンに本発明を適用
して円偏波励振した場合の測定結果を示している。第5
図において測定した楕円コルゲートホーンは、第4図に
おける短軸開口径(a)=31、長軸開口径(b)=96m
m、l≒120mm、溝の深さは開口部近傍でλ/4、円形導
波管近傍でλ/2の形状である。
第5図は楕円コルゲートホーンの短軸方向に対する長軸
方向の管内位相差φの対周波数特性、また第6図及び第
7図は周波数12.625GHzにおけるそれぞれ長軸方向及び
短軸方向の円偏波放射パターンをそれぞれ示している。
第6及び第7図において、横軸はホーンのピーク方向か
らの角度θ、縦軸はピーク方向に対する相対電力利得
を示している。ホーンのピーク方向とは、自由空間への
放射電力レベルが最大となる方向である。第6図と第7
図ではそれぞれ横軸の角度θdが0度の方向がホーンの
ピーク方向である。通常、θd=0度の方向はホーンの
管軸(長軸)方向と一致する。また相対電力利得とは、
最大電力利得を基準(0dB)とした電力利得である。ま
た、図中のリップル幅が円偏波率の大きさを示してい
る。円偏波率の測定は直線偏波プローブを楕円開口の中
心を通る直線方向を中心に回転させることで測定する。
例えば、リップル幅0の時完全な円偏波となる。第6図
と第7図を比較すると次のことがわかる。まず、(イ)
θdが0度を中心として±24度の範囲を見るとリップル
(細かな変動)が1dB以下である。円偏波率はこのリッ
プルの大きさが少ないほど良好(円偏波に近づく)であ
る。このような角度範囲が従来のこの種のホーンの放射
特性に比べて良好である。(ロ)ビーム幅とは第6図と
第7図で最大利得から3dBレベル低下する横軸角度の範
囲を言う。このビーム幅が第6図と第7図では異なるこ
とがわかる。すなわち、楕円状のビーム幅を持つことに
なる。
以上本発明によれば楕円コルゲートホーンの管内位相差
特性の平坦部周波数に対してホーンの長さlと給電プロ
ーブの方向を45°近辺で調整することで、長短軸方向の
ビーム幅の違う広帯域円偏波放射パターンを円偏波発生
器を用いずに得ることができる。
以上説明したように本発明によれば、従来用いていた特
別の円偏波発生器(90°位相器等)及び位相補償器を省
略し、楕円コルゲートホーンの長,短軸の管内波長の違
いによって生じる管内位相差を利用し、管内位相差特性
の平坦部周波数に対しホーンの長さlの調整と励振電界
の方向調整によって広帯域な円偏波ホーンを実現でき
る。本発明による円偏波ホーンを衛星搭載用の一次放射
器として用いれば、空中線全体の構成が簡単となり重量
も軽減できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(c)は従来の円錐ホーンの側面図、X
−X′方向の断面図及び各電界のベクトル図、第2図は
従来の楕円ホーンの側面図、第3図(a)〜(c)は本
発明による円偏波楕円コルゲートホーンの側面図、A−
A′方向の断面図及び各電界のベクトル図、第4図は本
発明による口元を円形断面とした円偏波楕円コルゲート
ホーンの側面図、第5図は本発明を適用した楕円コルゲ
ートホーンの長短軸の周波数に対する管内位相差特性、
第6図は同じく長軸方向の円偏波放射パターン、第7図
は同じく短軸方向の円偏波放射パターンを示す。 なお図において、1…楕円コルゲートホーン、3…楕円
開口部、4…楕円口元部、5…楕円の長軸、6…楕円の
短軸、7…励振プローブ、8…入力電界ベクトル、9…
長軸方向電界ベクトル、10…短軸方向電界ベクトル、11
…円形口元部、12…円形導波管、13…同軸−導波管変換
器、14…円錐ホーン、15…円形開口部、16…入力電界ベ
クトル、17…位相板と直交方向の電界ベクトル、18…位
相板方向の電界ベクトル、19…給電プローブ、20…位相
板の方向、21…モードサブレッサ、22…円偏波発生器、
23…補償位相器、である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山脇 成一 東京都港区芝五丁目33番1号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 外山 昇 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会総合技術研究所内 (72)発明者 正源 和義 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会総合技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭56−122507(JP,A) 特開 昭56−165404(JP,A) 昭和57年度電子通信学会・電波部門全国 大会講演論文集、論文番号55 外山、小 渕、山脇「だ円コルゲートホーンアンテナ の試作」

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】楕円コルゲートホーンと、楕円コルゲート
    ホーンの長短軸に対しほぼ45度の偏波角度を有する直線
    偏波の電界を楕円コルゲートホーンに励振入力する励振
    部とからなり、楕円コルゲートホーンの長短軸の差によ
    る伝播位相差の周波数特性における平坦部の周波数に対
    して、前記伝搬位相差の前記楕円コルゲートホーン長に
    よる蓄積が90度となるように前記楕円コルゲートホーン
    のホーン長が設定されていることを特徴とする円偏波ホ
    ーン。
  2. 【請求項2】楕円コルゲートホーンが、その口元で円形
    断面となるよう楕円の離心率をなめらかに変換したもの
    であることを特徴とする請求項1記載の円偏波ホーン。
JP58085524A 1983-05-16 1983-05-16 円偏波ホーン Expired - Lifetime JPH0716126B2 (ja)

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JP58085524A JPH0716126B2 (ja) 1983-05-16 1983-05-16 円偏波ホーン

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JPS59211302A JPS59211302A (ja) 1984-11-30
JPH0716126B2 true JPH0716126B2 (ja) 1995-02-22

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ID=13861286

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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0197001A (ja) * 1987-10-09 1989-04-14 Mitsubishi Electric Corp 導波管形移相器
JPH03236602A (ja) * 1990-02-14 1991-10-22 Fujitsu General Ltd 円偏波/直線偏波変換器
JPH03296301A (ja) * 1990-04-13 1991-12-27 Fujitsu General Ltd 偏波面回転装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56122507A (en) * 1980-03-03 1981-09-26 Nec Corp Antenna having rotary asymmetrical radial beam
JPS56165404A (en) * 1980-05-23 1981-12-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Wide-range circular polarized wave generating horn antenna

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
昭和57年度電子通信学会・電波部門全国大会講演論文集、論文番号55外山、小渕、山脇「だ円コルゲートホーンアンテナの試作」

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