JPS5947884B2 - マイクロ波アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、丸い出口断面の指数関数状に拡大するホーン
を有するマイクロ波アンテナに関する。

所定の用途範囲において、このようなマイクロ波アンテ
ナの取付けお・よび空間的収容に関して問題がある。

このことは、例えばマイクロ波アンテナを充填状態測定
用の測定センサとして容器に取付けようとする時にあて
はまる。

この場合ホーン開口は、容器壁にお゛いてここに作られ
た開口に向って取付けなければならない。

このことは、通常フランジまたはねじ止め片を用いて行
われる。

しかしこのような取付けは、一般にホーン開口が丸い出
口断面を有する時にしか可能でない。

アンテナの収容される空間は、その大きさが制限される
ことが多いため、マイクロ波アンテナの全長はできるだ
け短いことが望ましい。

そのためマイクロ波発振器、例えばガンダイオード発振
器をホーン入口に直接配置することは公知であり、この
発振器は、ホーンに直接結合されでいる。

通常このような発振器は、４角形導波管から形成された
共振器を有するので、この構造は、４角形断面を有する
ホーンの接続を必要とするが、前に説明したように４角
形断面は、フランジまたはねじ止め片による取付けには
あまり適していない。

４角形導波管から丸いホーンへ断面を変換する移行片は
公知であるが、このような移行片は、無反射の整合を保
証するため、１ないし２の波長の長さを持たなければな
らない。

従ってこのような移行片を使用すれば全長は再びかなり
長くなる。

マイクロ波アンテナを例えば物体の計数のために用いる
場合、即ちマイクロ波アンテナを送信機として使用しこ
の送信機から所定の間隔をおいて受信機を配置し、両者
の間の空間を通過する物体の個数を数えるようにした場
合、このマイクロ波アンテナは任意の個所に設置できる
ようにしなければならない。

同じマイクロ波アンテナを多方面に使用できるようにす
るため、マイクロ波アンテナが、フランジ取付は以外に
裸で設置するのに適しているように構成することは望ま
しい。

本発明の課題は、非常に短い全長で４角形出口断面を有
するマイクロ波発振器に直接接続できる、指数関数状に
拡大するホーンを有するマイクロ波アンテナを提供する
ことにある。

本発明によればこの課題は次のようにして解決される。

すなわちモーノの入口開口が・４角形断面をしており、
また入口断面から丸いホーン断面を４角形断面に変換す
る位置までの移行範囲において、ホーンのそれぞれの断
面が、指数関数状に拡大する丸い断面と４角形断面とを
組合わせたものに相当するようにし、ホーンの入口側に
、マイクロ波発信器を収容するための室が成形されるよ
うにしたのである。

本発明によるマイクロ波アンテナでおいて４角形断面か
ら丸断面への移行は、ホーン自身の内部で行われ、従っ
て一定の断面形を有する対比可能なホーンの全長以内で
行われる。

断面形の変化を徐々に行えば反射のない整合が得られ、
この整合により妨害波形が発生しないようになることが
わかった。

このようにして４角形入口断面を必要とするマイクロ波
発振器を、丸い出口断面を有するホーン放射器に直接連
結することができる。

それにより発振器を取付けたマイクロ波アンテナが実現
され、このアンテナは、非常に短い全長で良好な集束を
行う。

さらに示されたホーンの形は鋳造技術によっても簡単に
実現できるので、マイクロ波アンテナ全体を、一体鋳造
部品として作ることができる。

出口断面が丸いので、マイクロ波アンテナは、ホーン開
口が壁に接するように壁に取付けることができる。

そのためなるべくホーン開口に縁フランジが成形されて
おり、この時ホーン開口の前にある壁にホーンを取付け
ることは、縁フランジにはまった締付はリングによって
行われる。

他方においてマイクロ波発振器を含む同じマイクロ波ア
ンテナを独立に取付けることもでき、そのためなるべく
マイクロ波発振器を収容するため成形された室に脚部が
取付けられている。

かなりの用途において、例えば突起形成が問題となる時
の充填状態測定の場合、大きな利得を持ったホーンが必
要である。

マイクロ波アンテナの前記の構成の際このことは、縁フ
ランジに取付は可能な延長ホーンによって容易に達成で
きる。

本発明の実施例を以下図面によって説：明する。

第１図および第２図に示されたマイクロ波アンテナ１は
、１片の鋳造または成形部品であり、この部品の主要部
は、指数関数状に拡大するホーン２であり、このホーン
の入口側に、後側が開いた丸い室３が、またこのホーン
の出口側に、同様に丸い縁フランジ４が成形されている
。

互いに直角に配置された４つの長手リブ５は、室３の半
径方向閉鎖壁６からホーン２の外面に沿って軸線方向に
延びており、この長手リブは、ホーンの補強のため使わ
れる。

本来のホーン２は、室３の閉鎖壁６の外面と一致する入
口面Ａ−Ｂから出口面Ｃ−Ｄまで延びてている（第２図
）。

出ロ面Ｃ−Ｄ内にあるホーンの開ロアは、第３図かられ
かるように丸い断面ＱＡを有し、それに反して閉鎖壁６
の通口によって形成されかつ入ロ面Ａ−Ｂ内にあるホー
ン２の入口開口８は、４角形断面Ｒを有し、この４角形
断面は、第３図の正面図かられかる。

ここでまたは以下の説明でホーン放射器の「断面」につ
いて述べる場合、これは常にホーン軸線に対して垂直に
ありかつホーン壁によって制限された空いた内部空間の
断面のことである。

従ってホーン放射器の長手方向に２つの異った範囲が定
義でき、これらの範囲は、面Ｍ−Ｈによって互いに区分
されている。

＊面Ｍ−Ｎと出口面Ｃ−Ｄとの間の範囲においてホーン
放射器は、あらゆる位置で円形断面Ｑを有し、この断面
の直径は、指数関数に応じて出口断面ＱＡまで増大する
。

＊入ロ面Ａ−Ｂと面Ｍ−Ｎとの間の範囲において、入口
開口の４角形断面Ｒから円形断面Ｑへ徐々に移行が行わ
れる。

面Ｍ−Ｎは、丸い断面Ｑをちょうど４角形断面に変換す
る位置にある。

円形断面Ｑを入口面Ａ−Ｂまで指数関数状に先細にして
均一に延長すると、ここに第３図に示す円形断面ＱＥが
生じ、この円形断面は、ちょうど４角形断面Ｒ内に書込
まれており、かつそれぞれ４角形断面の両方の長い辺の
中央に接する。

面Ａ−ＢとＭ−Ｎとの間の移行範囲においてホーン放射
器のそれぞれの断面は、４角形断面Ｒの外にある限り、
指数関数状拡大によりこの位置に生じる円形断面Ｑの輪
郭に従い、一方円形断面Ｑの外にある限り、４角形断面
Ｒの輪郭に従う。

従って全断面は、移行範囲のそれぞれの位置にも・いて
４角形断面Ｒと円形断面Ｑとを組合せたものに相当する
。

この移行範囲においてホーン２の形は、入口開口８から
出発してまずかなりの程度まで４角形導波管の形に等し
く、この４角形導波管の広い方の導波管の形に等しく、
この４角形導波管の広い方の面９は、開ロアへ向ってく
さび状に拡大しかつ外側へわん曲した丸み部１０を有し
、一方狭い方の面１１は、移行範囲の長さの大部分にわ
たって平らな形を維持しており、かつ面Ｍ−Ｎの直前で
初めて外方へわん曲した丸み部１２を介してホーン２の
丸い断面Ｑに連通している。

第２図の面Ｅ−Ｆ内における第４図の断面図において、
４角形断面Ｒのまだ完全に存在する狭い面１１．広い面
９のまだ存在する平らな部分、および丸いわん曲部１０
が示されでおり、これられん曲部は、両方の広い面９に
おいて４角形断面Ｒの外側にある円形断面Ｑの一部に相
当する。

面Ｇ−Ｈ内における第５図の断面図において広い面９は
、はぼ完全にわん曲部１０に移っており、また円形断面
Ｑは、狭い面１１にも交差している。

従って狭い面１１に、同様に外側へ向いた丸いわん曲部
１２があり、これられん曲部は、最終的に面Ｍ−Ｎにお
いてわん曲部１０と共に閉１じた円形断面へ移行してい
る。

面に−Ｌにおける第６図の断面図においてホーンは、完
全に円形の断面Ｑをしており、この円形断面は、この時
４角形断面Ｒよりも大きい。

ホーン放射器の前記の構成によれば、通常のホ。

−ン放射器の全長以内で、４角形断面から円形断面への
移行が可能であり、この移行によって反射のない整合が
可能であり、かつ不都合な波形が生じることはない。

それにより短い構成によって大きな集束度を有する丸い
開口が得られる。

さらにホーン放射器のこの形は、鋳造によって簡単に作
ることもできる。

室３内に、４角形共振器室を有するマイクロ波発振器が
収容でき、それからこの共振器室は、４角形入ロ開ロ８
を介してホーン２に直接連結されている。

付属の電子装置は、ハウジング１３内に収容でき、この
ハウジングは、第７図に示すように、室３の開いた背面
に取付けられる。

室３に脚部１４を取付けることができ、この脚部によっ
て、室３内に収容されたマイクロ波発振器も含めたマイ
クロ波アンテナ全体を台に取付けることができる。

この取付は方法は、マイクロ波アンテナを、前述の物体
の計数装置の送信機として任意の個所に設置しようとす
る時は特に有利である。

別の用途の場合、例えば容器の充填状態測定のため、ホ
ーンの開口が壁の開口に対向するようにマイクロ波アン
テナを取付けることが必要である。

第７図に、この場合前記のマイクロ波アンテナの取付け
をどのように行うことができるかが示されている。

この図は、開口１６が付けられた容器の壁１５を示して
いる。

平らまたはわん曲させることができる壁１５の外面にお
いて、円筒形取付は管１７が開口１６のまわりにリング
状に溶接されている。

取付は管片１７に半径方向に突出したフランジ１８が成
形されており、このフランジに、周のまわりに分散した
複数の孔１９が付けられている。

壁１５がら離れた方の取付は管片１７の端面２０は平ら
であり、かつ少なくとも縁フランジ４の外径に等しい外
径を有する。

縁フランジ４の周に、軸線方向前方へ突出した周縁２１
が成形されており、この周縁は、ホーン開ロメ箭にある
平らな丸い切欠き２２−を囲んでいる。

マイクロ波アンテナの周縁Ｔの端面は、取付は管片１７
の端面２０に当たる。

取付けは、リングフランジ４の後側に接する締付はリン
グ２３によって行われ、この締付はリングは、締付リン
グ２３のＪＬ２５およびフランジ１８の孔１９に差込ま
れたボルト２４とこれにねじ込まれたナツト２６とによ
ってフランジ１８に向って引かれ、かつそれにより周縁
ηを端面２０に押付ける。

容器の内部空間とマイクロ波アンテナとの間の密閉が必
要な場合、切欠き２２内で、マイクロ波に対して透過性
の丸い窓２７、例えばポリテトラフルオロエチレン製の
円板を、パツキンリング２８を挿入して、挿入すること
ができる。

保持リング２９は、切欠き２２内の円板２７を保持し、
かつパツキンリング２８のため必要な押付は圧力を発生
する。

保持リング２９は、縁フランジ４のねじ孔３０にねじ込
まれた図示されていない平頭ねじによって切欠き２２に
取付けられている。

多くの場合大きな利得を有するホーンが必要になる。

そのため延長ホーン３１を設けることができ（第８図）
、この延長ホーンは、同様に円形断面を有する。

延長ホーン３１の後側端部は、フランジ３２を有し、こ
のフランジは、切欠き２２にはまるように合わされてお
り、かつねじによって縁フランジ４に結合でき、これら
のねじは、縁フランジ４に付けられたねじ孔３０（第３
図）内へねじ込まれる。

出口端部のところで延長ホーン３０はリング状縁フラン
ジ３３を有し、ここでもこの縁フランジは、望ましい場
合には、第７図に示すように壁に取付けできるようにな
っている。

延長ホーン３１は、指数関数状に拡大する必要はなく、
直線状円すいの形で直線的に拡大すれば十分である。

所望の場合には、第７図に示した窓２３を、縁フランジ
４と延長ホーン３１のフランジ３２との間に挿入するこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるマイクロ波アンテナの軸線方向
長手断面図であり、その際断面は、第２図の面Ｉ−Ｉ内
にあり、第２図は、下側半分を第１図の面ＩＩ−［で切
った第１図のアンテナの側面図、第３図は、第１図およ
び第２図のアンテナの正面図、第４図は、第１図および
第２図の面Ｅ−Ｆにおけるホーンの横断面図、第５図は
、第１図および第２図の面Ｇ−Ｈにおけるホーンの横断
面図、第６図は、第１図および第２図の面に−Ｌにおけ
るホーンの横断面図、第７図は、フランジ取付けを示し
たアンテナの側面図、第８図は、ホーンに取付けた延長
ホーンを有するアンテナの図である。 １・・・・・・マイクロ波アンテナ、２・・・・・・ホ
ーン、３゜・・・・・・室、４・・・・・・縁フランジ
、７・・・・・・ホーン開口、８・・・・・・入口開口
、２１・・・・・・周縁、Ｑ・・・・・・円形断面、Ｒ
・・・・・・４角形断面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 丸い出口断面の指数関数状に拡大するホーンを有す
   るマイクロ波アンテナにおいて、ホーンの入口開口が四
   角形断面をしており、また入口断面から丸いホーン断面
   を四角形断面に変換する位置。 までの移行範囲において、ホーンのそれぞれの断面が、
   指数関数状に拡大する丸い断面と四角形断面とを組合せ
   たものに相当するようにし、ホーンの入口側に、マイク
   ロ波発振器を収容するための室が成形されていることを
   特徴とするマイクロ波アンテナ。