JPS605619Y2 - Offset type aperture antenna - Google Patents

Offset type aperture antenna

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JPS605619Y2
JPS605619Y2 JP16986582U JP16986582U JPS605619Y2 JP S605619 Y2 JPS605619 Y2 JP S605619Y2 JP 16986582 U JP16986582 U JP 16986582U JP 16986582 U JP16986582 U JP 16986582U JP S605619 Y2 JPS605619 Y2 JP S605619Y2
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JP
Japan
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antenna
reflector
offset type
type aperture
sub
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JP16986582U
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芳彦 水口
寛 横井
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ケイディディ株式会社
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は反射鏡に非2次曲面を用いたオフセット型開口
面アンテナに関するものである。
[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to an offset type aperture antenna using a non-quadratic curved surface as a reflecting mirror.

従来、軸対称な開口面分布をもつオフセット型開口面ア
ンテナの一例として図1に示すようなものがある。
Conventionally, there is an example of an offset type aperture antenna having an axially symmetric aperture distribution as shown in FIG.

このアンテナは図のA1−A、2回転軸としF2を焦点
とする放物面鏡1、A2−A2aを回転軸としFl及び
F2を焦点とする双曲面鏡2、およびFlを頂点としA
G A3&を回転軸とする円錐ホーンの一次放射器3
で構成されている。
This antenna consists of A1-A in the figure, a parabolic mirror 1 with two rotation axes and F2 as the focal point, a hyperboloid mirror 2 with A2-A2a as the rotation axis and focal points at Fl and F2, and A with Fl as the apex.
Primary radiator 3 of conical horn with rotation axis at G A3&
It consists of

この場合、上記双曲面反射鏡2の離心率をeとし、上記
の各3軸の傾きを図の如くαおよびβとして、これらの
量の間に なる関係を保つようにすれば開口面分布は軸対称となる
In this case, let the eccentricity of the hyperboloid reflector 2 be e, and let the inclinations of each of the three axes be α and β as shown in the figure, and if the relationship between these quantities is maintained, the aperture distribution will be It is axially symmetrical.

この開口面分布の軸対称性はオフセット型アンテナ特有
であった交さ偏波特性の劣化を救済するだけでなく、利
得を向上させたりサイドロープレベルを逓減させたりす
ることが知られている。
This axial symmetry of the aperture distribution not only relieves the deterioration of the cross-polarized wave characteristics characteristic of offset antennas, but is also known to improve the gain and gradually reduce the side lobe level. .

しかしながら上記の例からもわかるように二次曲面の反
射鏡でオフセット型複反射鏡を構成した場合、開口面分
布を軸対称にしようとすれば前記反射鏡軸および一次放
射器は上記(1)式を満たすように互いに傾けて設置し
なければならず、したがって各素子間の設定を複雑かつ
困難にするのみならず、アンテナの空間に占める容積が
大きくなるという欠点をもっている。
However, as can be seen from the above example, when an offset double reflector is configured with a quadratic reflector, if the aperture distribution is to be made axially symmetrical, the reflector axis and primary radiator are They must be installed at an angle to each other so as to satisfy the equation, which not only makes the setting between the elements complicated and difficult, but also has the drawback of increasing the space occupied by the antenna.

本考案は開口面分布が軸対称であることを保持しつつ、
上記の欠点を除去するためなされたオフセット型開口面
アンテナを提供するものである。
The present invention maintains that the aperture distribution is axially symmetrical,
The object of the present invention is to provide an offset type aperture antenna that eliminates the above-mentioned drawbacks.

以下図面を用いて詳細に本考案の説明を行なつ。The present invention will be explained in detail below using the drawings.

図2は本考案の原理を説明するためのアンテナ概略構成
図であって、副反射鏡面2上の点P1は01を頂点とす
る球座標(rt θ、φ)で表わしている。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an antenna for explaining the principle of the present invention, and a point P1 on the sub-reflecting mirror surface 2 is represented by spherical coordinates (rt θ, φ) with 01 as the vertex.

また、主反射鏡1上の点P2は前記球座標(y、ρ、φ
)で表わす。
Moreover, point P2 on the main reflecting mirror 1 is in the spherical coordinates (y, ρ, φ
).

ここで両座標系においてX軸およびZ軸はおのおの平行
であるものとする。
Here, it is assumed that the X axis and the Z axis are parallel to each other in both coordinate systems.

このように座標系を定めて円錐ホーンの一次放射器3の
軸A1−A1aがZ軸に一致し、かつ主反射鏡で反射し
て放射される光線と平行になるよう・4、にした場合の
反射鏡面の形を以下のようにして求める。
When the coordinate system is determined in this way and the axis A1-A1a of the primary radiator 3 of the conical horn is aligned with the Z axis and parallel to the rays reflected and emitted by the main reflecting mirror, 4. Find the shape of the reflecting mirror surface as follows.

まず、主反射鏡面1の点P2で反射法則が戊り立つとし
て次式が得られる。
First, assuming that the reflection law ends at point P2 on the main reflecting mirror surface 1, the following equation is obtained.

3z= −a Sin −r SinθCO3(2)
;f)p S+r C
O3θ −2a7. r Sin 03in(φ−缶3
00呻 (3)E)4t s+r cos
θ−2同様に副反射鏡面2の点P1では次式が得られる
3z= -a Sin -r SinθCO3(2)
;f) p S+r C
O3θ -2a7. r Sin 03in (φ-can 3
00 groan (3)E)4t s+r cos
Similarly to θ-2, the following equation is obtained at point P1 of the sub-reflecting mirror surface 2.

次に原点0□から出た電波がアンテナ開口面で等位相と
なること、すなわち01から開口面上すべての点までの
電波通路長を一定にするための条件は次式の如くなる。
Next, the conditions for the radio waves emitted from the origin 0□ to have the same phase on the antenna aperture surface, that is, for the radio wave path length from 01 to all points on the aperture surface to be constant, are as follows.

s+r−2=に一Φ(θ)/k (61なお
ここで一次放射器3は軸対称な放射特性をもつものとし
、また−次放射器3から出る電波は一般に01を位相中
心とする真の球面波とはやや異なることを考慮してこの
位相ずれをΦ(θ)とした。
s+r-2=1 Φ(θ)/k (61 Here, it is assumed that the primary radiator 3 has an axially symmetrical radiation characteristic, and the radio waves emitted from the -order radiator 3 generally have a true wave with the phase center at 01. Considering that it is slightly different from a spherical wave, this phase shift was defined as Φ(θ).

またKはK =ro Zo +J (zo + ro
:)2+a2(r、、 zoは初期値)によって決まる
定数、SはPlからP2までの長さ、kは伝播定数を表
わすものとする。
Also, K is K = ro Zo + J (zo + ro
:)2+a2 (r,, zo is the initial value), S is the length from Pl to P2, and k is the propagation constant.

以下説明を簡単にするために(6)式においてΦ(θ)
=0とした場合を説明する。
To simplify the explanation below, in equation (6), Φ(θ)
The case where = 0 will be explained.

−次放射器3が軸体称な放射特性をもち、かつアンテナ
開口面上でも軸対称とするためには1(θ。
In order for the -order radiator 3 to have an axially symmetrical radiation characteristic and to be axially symmetrical on the antenna aperture plane, 1(θ.

φ)および(ρ。φ) and (ρ.

φ)の各変数の間に すなわち−み−はpとθのみの関数であること、δθ および φ= ψ (8−I)または φ+f (8−II)なる関係が満
たされなければならない。
φ), that is, −mi− is a function of only p and θ, and the relationship δθ and φ=ψ (8-I) or φ+f (8-II) must be satisfied.

(7)式および(8)式を用いて(2)〜(5)式を書
き換えると次に示すようなθ、ψを独立変数とする一階
連立偏微分方程式が得られる。
By rewriting equations (2) to (5) using equations (7) and (8), the following first-order simultaneous partial differential equations with θ and ψ as independent variables are obtained.

各式において復号は上が(8−I)式、下が(8−II
)式をそれぞれ用いたものである。
In each formula, decoding is performed by formula (8-I) on the top and formula (8-II) on the bottom.
) formulas are used.

ここで上の符号を取ったときの微分方程式を満足する解
を鏡面系Iと呼び、下の符号を取ったときのそれを鏡面
系■と呼ぶことにする。
Here, the solution that satisfies the differential equation when the upper sign is taken is called the mirror system I, and the solution when the lower sign is taken is called the mirror system ■.

さて実現可能な曲面を得るために、この連立−階の偏微
分方程式に積分可能条件を適用すると(7)式は でなければならないことがわかる。
Now, in order to obtain a realizable curved surface, if we apply the integrability condition to this simultaneous -order partial differential equation, we find that equation (7) must hold.

積分できて これは容易に が得られる。I was able to integrate This is easy is obtained.

XLは任意定数である。(1の式を用いて、偏微分方程
式系Iおよび■(すなわち鏡面系Iおよび■)を数値的
に解けば求める曲面、すなわち−次放射器および副反射
鏡をアンテナの主ビームに対して平行に配置したままで
開口面分布が軸対称となるようにしたオフセット型開口
面アンテナを得ることができる。
XL is an arbitrary constant. (Using equation 1, numerically solve partial differential equation systems I and ■ (i.e., mirror systems I and ■) to obtain a curved surface, that is, a -order radiator and subreflector parallel to the main beam of the antenna. It is possible to obtain an offset type aperture antenna in which the aperture distribution is axially symmetrical even when the antenna is disposed in the same direction.

図3における1および2はこのようにして求めた主、副
反射姦の曲面の一部を一次放射器3の位置を含めて示し
たもので、初期値r(0,±7)=309 2 (09
士了)=5のもとに定数をxL=460およびa=50
として鏡面系■を解いた曲線を示す。
1 and 2 in FIG. 3 show part of the curved surfaces of the main and sub-reflectors obtained in this way, including the position of the primary radiator 3, and the initial value r (0, ±7) = 309 2 (09
(shiryo) = 5, the constants are xL = 460 and a = 50
The curve obtained by solving the mirror system ■ is shown as .

また図4の1および2は同じ鏡面系Iを初期値r(0,
□□□=309 2 (ot9=5として解いた曲線で
ある。
1 and 2 in FIG. 4 are the same mirror system I with initial values r(0,
□□□=309 2 (This is a curve solved with ot9=5.

次に図5は鏡面系■を解いた曲線で、初期値r (09
”’) =30.z (o壬子)2 =5のもとに定数XL=460およびa=50として求
めた曲線を示したものである。
Next, Figure 5 shows the curve obtained by solving the mirror system ■, with the initial value r (09
``')=30.z (o 壬子)2=5, the curve obtained with constant XL=460 and a=50 is shown.

以上は一次放射器3の位相特性が理想的な場合、すなわ
ちΦ(θ)=0の場合について述べたが、実際には多く
の場合Φ(θ)NOである。
The above description is based on the case where the phase characteristic of the primary radiator 3 is ideal, that is, when Φ(θ)=0, but in reality, Φ(θ) is NO in most cases.

しかしその場合でも(6)式に基づいて容易に反射鏡面
を求めることができることは自明である。
However, even in that case, it is obvious that the reflective mirror surface can be easily determined based on equation (6).

また以上は円錐ホーンの頂点から球面波が出るものとし
たが、実際は位相中心から電波が出るので実際のθは円
錐ホーンの一次放射器3の位相中心と副反射鏡2上の任
意の点P工とを結ぶ線4と一次放射器3の軸とのなす角
になる。
Also, in the above it is assumed that a spherical wave is emitted from the apex of the conical horn, but in reality, the radio wave is emitted from the phase center, so the actual θ is the point P between the phase center of the primary radiator 3 of the conical horn and the arbitrary point P on the sub-reflector 2. This is the angle between the line 4 connecting the radiator and the axis of the primary radiator 3.

このアンテナは優れた電気的性能を持ち、小型にできる
ことから地上−地上中継用あるいは衛星搭載用のアンテ
ナとして適したものである。
This antenna has excellent electrical performance and can be made compact, making it suitable for use as a ground-to-ground relay antenna or as an antenna mounted on a satellite.

以上説明したように、本考案によるオフセット型開口面
アンテナは、軸対称な開口面密度分布を得るのに、主反
射鏡と副反射鏡に非2次曲面を用いることにより、各反
射鏡に2次曲面を用いた従来のこの種アンテナのように
、反射鏡軸および一次放射器軸を傾けて設置する必要が
なく、また反射鏡を回転する必要もないので、各素子相
互間の設定は容易になり、同様にアンテナ自体を小型に
することができる。
As explained above, the offset type aperture antenna according to the present invention uses non-quadratic curved surfaces for the main reflector and the sub-reflector to obtain an axially symmetric aperture density distribution. Unlike conventional antennas of this type that use curved surfaces, there is no need to tilt the reflector axis and primary radiator axis, and there is no need to rotate the reflector, so it is easy to set up each element. Similarly, the antenna itself can be made smaller.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図1は従来の反射鏡面を2次曲面で構成した回転対称な
開口面分布をもつオフセット型アンテナの一例を示す図
、図2は本考案のアンテナを説明するための図、図39
図49図5は本考案の実施例を示す図である。 1・・・・・・主反射鏡、2・・・・・・副反射鏡、3
・・・・・・−次放射器。
FIG. 1 is a diagram showing an example of an offset type antenna with a rotationally symmetrical aperture distribution in which the conventional reflecting mirror surface is constructed of a quadratic curved surface, and FIG. 2 is a diagram for explaining the antenna of the present invention.
Figure 49 Figure 5 is a diagram showing an embodiment of the present invention. 1... Main reflecting mirror, 2... Sub reflecting mirror, 3
・・・・・・−Next radiator.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 主反射鏡、副反射鏡、および円錐ホーンの一次放射器を
備えたオフセット型開口面アンテナにおいて、前記円錐
ホーンの位相中心と前記副反射鏡上の任意の点とを結ぶ
線の方向に出た電波が前記の両反射鏡で反射されたアン
テナ開口面上でその中心から距離ρの点に至るとき、前
記方向と前記円錐ホーンの軸とのなす角θと前記距離ρ
の間にの関係を実質的に満足するように前記両反射鏡の
各鏡面を構成し、該アンテナから出て開口面に直交する
光線が前記円錐ホーンの軸とはS゛平行なるように非2
次曲面を用いた前記両反射鏡および前記−次放射器を配
置したことを特徴とするオフセット型開口面アンテナ。
In an offset-type aperture antenna equipped with a main reflector, a sub-reflector, and a conical horn primary radiator, a beam extending in the direction of a line connecting the phase center of the conical horn and an arbitrary point on the sub-reflector When a radio wave reaches a point at a distance ρ from the center on the antenna aperture surface reflected by both of the reflecting mirrors, the angle θ between the direction and the axis of the conical horn and the distance ρ
The mirror surfaces of both reflecting mirrors are configured so as to substantially satisfy the relationship between 2
An offset type aperture antenna characterized in that both of the reflecting mirrors and the -order radiator are arranged using a second-order curved surface.
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