JPS62202605A - 反射鏡アンテナ用一次放射器 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、主としてパラボラ反射鏡アンテナ一次放射器
として用いられる折り返し一次放射器に関し、特に一次
放射器の放射パターンを制御し、反射鏡アンテナの利得
を改善する反射鏡アンテナ用一次放射器に関する。

〔従来の技術〕

第９図は従来の反射鏡アンテナ一次放射器の構成を示し
、同図（ａ）はその横断面図、同図色）はその縦断面図
であり、また第８図は反射鏡への取付けの状態を示す。

第８図において９はパラボラ反射鏡、８は反射鏡９の焦
点近傍に配置され、反射鏡９の全表面を電磁波により照
射する折り返し一次放射器、１０は反射鏡９の背面より
一次放射器８へ向けて送信電磁波を供給する導波路（こ
の場合は円形また矩形導波管）である、第９図において
１０は前述の導波型（この図の場合は矩形導波管）、２
は導波管ｌＯより入力する電磁波を上下に分割し、上下
２箇の共振スロット１１へ供給する折り返し部、１２は
導波管１０と折り返し部２の間のインピーダンスを整合
する役割を果たす楔状のアペックスである。

以上の構成において、上下２箇の共振スロット１１はプ
レイを構成し、反射鏡９へ向けて（導波管１０を経由す
る送信電磁波入力方向へ）空間波を放射し、反射鏡９は
該空間波をその正面方向（第８図の場合では右側）に反
射して、これを狭い角度範囲に集束する。

折り返し一次放射器は、小口径反射鏡アンテナの一次放
射器として用いられており、カセグレンアンテナ等の副
反射鏡を有する反射鏡アンテナと比較すれば、副反射鏡
およびその支持物によるブロッキングがなく、このため
反射鏡アンテナの放射パターンに与える影響が少ないと
いう特徴ををしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、従来の折り返し一次放射器の多くは、第９図に
示すように、放射部分にスロット等の共振素子を用いて
いるため、放射パターンは共振素子およびその配列間隔
により一義的に定められる。そのため、反射鏡アンテナ
開口部の照度分布（電磁界強度分布）の制御が困難であ
り、また周波数帯域も狭い等の欠点があった。特に反射
鏡アンテナ開口部の照度分布がその中心部に集中しその
周辺部が照度は著しく低下しているため、大きな開口効
率を望み得ない欠点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は以上に鑑みてなされたものであり、反射鏡アン
テナ開口部の照度分布の一様性を改善し、高い開口能率
を得るため、折り返し型一次放射器の放射器に電磁ホー
ンを使用し、更に該ホーンの開口部を凹レンズ機能を持
つ誘電体により蓋う反射鏡アンテナ用一次放射器を提供
するものである。

周知の通り、反射鏡アンテナの利得（換言すれば開口効
率）は同開口部の照度分布が一様に近付けば近付くほど
向上する。照度分布は一次放射器の特性に依存し、この
ため開口効率を向上させる・ためには、一次放射器の放
射パターンを制御し、開口面上の照度分布の一様性を改
善する必要がある。本発明ではホーン開口部を蓋う誘電
体凹レンズが前述のパターン形成力を有しており、ホー
ン開口部周辺に電磁界を引き寄せ、反射鏡アンテナ開口
周辺の照度を増加して照度分布の一様性を改善する役割
を果たす。

なお、入力導波管はホーン開口部を蓋う誘電体レンズを
貫通して一次放射器に送信電磁波を導入する構成となっ
ているため、該誘電体レンズは入力導波管を介して一次
放射器を反射鏡前面の所定位置に保持する機能をも果た
している。

また、他の実施例においては、電磁ホーン開口部近傍に
はホーン内表面に誘電体を装荷し、またはホーン内表面
にコルゲート遅波構造を設け、同様の効果を得ている。

以下本発明の反射鏡アンテナ用一次放射器について詳細
に説明する。

〔実施例〕

第１図は本発明の基本的実施例を示し、■は円形断面の
入力導波管、２は折り返し部、５はアペックスであるが
、その形状は第９図の場合と異なり、円錐形である。な
お、入力導波管１は円形導波管に限定されるものではな
（、矩形導波管であってもよい。３は電磁ホーン（以下
「ホーン」と略記する）で、その咽喉部（Ｔｈｒｏａｔ
）は折り返し部２の周辺部に連結し、またその開口部は
誘電体凹レンズ４により蓋われている。入力導波管１　
！、を誘電体凹レンズ４の中心部を貫通し、その終端部
は折り返し部２の中心部に対向する。従って誘電体凹レ
ンズ４はホーン３および折り返し部２を入力導波管に固
定し、これを保持する役割をも果たしている。上述の構
成要素１．２．３．４および５は一体となって折り返し
一次放射器８を構成するが、これを反射鏡の焦点近傍に
保持する方法については第８図の場合と変わりないので
図示および説明を省略する。

以上の構成において、入力導波管１を経由して折り返し
部２に入射する電磁波はアペックス５によりホーン３の
咽喉部へ導かれる。

ホーン３は入力導波管１の外側を中心導体をする同軸型
ホーンとして機能する。折り返し部２に入射する電磁波
は第１図内の矢印方向に折り返されて同軸モードに変換
され、ホーン３内を伝搬してその開口部に装着された誘
電体凹レンズ４に入射する。誘電体凹レンズの厚さはホ
ーン壁面に近付くにつれてテーパ状に増加し、これを通
過する電磁エネルギーをホーン開口部周辺に引き寄せる
ように機能する。このため、一次放射器８の放射パター
ンは、誘電体凹レンズ３がない場合に較べ、反射鏡中心
部から離れた位置の照度が増大するように修正され、反
射鏡アンテナの開口効率を改善することが可能となる。

第２図は本発明の他の実施例を示す、同図において第１
図と同一の引用数字により表示された構成要素の意義お
よび機能については同図の場合と変わりないので説明を
省略する。

６ａおよび６ｂは夫々同軸型ホーン３の外部導体および
、中心導体の壁面に付されたコルゲート構造であり、ス
ロットの深さはλ／４〜λ／２（λ：使用電磁波の波長
）である。すなわち同軸ホーン３の壁面インピーダンス
は容量性となる。

周知の通り、この構成ではホーン内（同軸線路内）の伝
送モードの電界の断面内成分は概ね偏波面方向に平行な
直線に近似しているため、第１図の構成のもの（ホーン
内壁面が平面状導体のもの）に較べ、交叉偏波識別度は
顕著に改善される。他面、この構成ではホーン壁面の壁
面インピーダンスは容量性であるため、壁面近傍の電解
は第１図のものに比較すれば低下する。従って、誘電体
凹レンズ４としては、前述の効果を補償し、更に開口部
周辺の電磁界強度を増加させるのに充分な機能をもつも
のを使用する必要がある。

第３図は更に他の実施例を示し、入力導波管１の終端部
近傍ではその内面にコルゲート構造７が附加されている
。また誘電体レンズ４ａはホーン３の壁面近傍を除き一
様な厚さをもち、壁面近傍でその厚さを階段的に増加さ
せている。この場合コルゲート構造の溝の深さはλ／４
以下であり、従ってこの部分の壁面インピーダンスは誘
電性（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ）となり、周知の遅波構造（
Ｓｌｏｗ　ｗａｖｅ　５ｔｒｕｃｔｒｅ）を構成する。

また、コルゲート構造７の始端（左端）近傍では、溝の
深さは右に進むにつれてテーパ状に増加できるように構
成されている。その他の構成については第１図のそれと
変わりない。

以上の構成において、導波管１の終端部近傍では電界は
第６図に示すように壁面近傍に集中する。同図において
偏波面の方向はｙ軸方向であり、相対電界強度レベルは
リニアスケールで与えられている。このため、コルゲー
ト構造７は折り返し部２のＶＳＷＲ特性に大きな影響を
与える０通常の折り返し部２（例えば第１図）の入力イ
ンピーダンス（ＶＳＷＲ）の周波数特性はり、Ｃの直並
列回路（集中常数による等価回路）のそれに近似してお
り、このため広い周波数帯域は望めないとされてきた。

しかし、第３図の構成のものではこの等価回路は分布常
数回路となり、アペックス５およびコルゲート構造７の
形状寸法を適当に選択することにより通常の折り返し部
に較べ迩かに広い周波数帯域に亘り良好なＶＳＷＲ特性
が得られる。ホーン３の構造、機能は第１図のそれとの
間に本質的な相違はない、一方、誘電体レンズ４ａは、
前述した通り、その周辺部でその厚さが階段的に増加す
る構造となっている。このため、これを通過する電磁波
のエネルギーはその周辺部に引き寄せられ、第１．２図
の誘電体凹レンズ４の場合に類似した効果が得られる。

このレンズは通常の誘電体凹レンズで置換してもよいこ
とは勿論である。

第４図は他の実施例について、そのホーン３のみを抽出
して図示したものである。１３はホーン３の開口部近傍
において、ホーン壁面に装荷された誘電体であり、その
厚さはホーンのＶＳＷＲ特性を配慮してテーバ状となっ
ている。同図内に記入された寸法は試作品のそれを示す
。

この構成では、ホーン３を通過する電磁波のエネルギー
は誘電体１３へ引き寄せられ、ホーン開口部に誘電体凹
レンズを設けたものと略々同様の効果が得られる。第７
図は、第４図に示す試作品について誘電体装荷の効果を
確認するために行った実験結果を示し、横軸はホーンの
方位角（中心軸からの角度）、縦軸は放射電界強度の相
対レベル（αβ）を示す０図中の１点鎖線は誘電体を装
荷しない場合、実戦はこれを装荷した場合のデータを夫
々示している。なお、この試料において誘電体の比誘電
率は１．５５、周波数は６．１７５ＧＨｚである。誘電
体を装荷した場合には広い角度範囲に亘って放射電界の
相対レベルが向上し、これを一次放射器に適用した場合
、・反射鏡アンテナの開口能率の向上が可能なことが明
らかとなった。

第５図は第４図の構成の変形例を示し、第４図の誘電体
１３に代え、遅波構造（コルゲート構造）７をホーン３
の開口部近傍の壁面に装荷したものである。その操作お
よび効果は、第４図のそれと相似である。

第１および第２図の構成において、誘電体凹レンズ４に
代えて、第３図において用いた誘電体レンズ（厚さが階
段的に変化するレンズ）４ａを使用することも可能であ
る。また、第４および第５図のホーンを用いた一次放射
器においては、第１または第２図において用いられた誘
電体レンズ４または４ａは必ずしも必要ではない０例え
ば誘電板のように、一次放射器８を導波管１に固定し、
これを保持する機能をもつものであればよい。なお、ホ
ーン３の周縁部にフランジを設け、更にバッキングを併
用し、誘電体アンテナでホーン開口部を蓋えば、一次放
射器内部の気密保持も可能となる。

なお、反射鏡アンテナを送信アンテナとして使用する場
合について以上の説明を行ってきたが、これを受信アン
テナとして使用する場合にも全く同一の指向性パターン
および開口効率が得られることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明の反射鏡アンテナ一次放射器
によれば、従来放射部に用いられてきたスロット等の共
振素子に代えて電磁ホーンを使用し、且つ電磁ホーン開
口部を凹レンズ機能を有する誘電体レンズにより送信電
磁波のエネルギーをホーン開口部周辺に引き寄せ、反射
鏡アンテナ開口部の照射強度の制御を可能としたため、
従来の一次放射器を用いたものに較べ、広い周波数帯域
に亘り、高い開口効率を得ることができるようになり、
更に誘電体レンズにより入力導波管および一次放射器を
保持することが可能となった。更に電磁ホーンの内壁面
または入力導波管の終端部近傍の内壁面にコルゲート構
造を附加した構成においては、アンテナの交叉偏波制度
を顕著に改善し、または広い周波数帯域に亘りＶＳＷＲ
特性を改善することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的実施例の一つを示す断面図。第
２図は本発明の他の実施例を示す断面図。第３図は本発
明の更に他の実施例を示す断面図。第４図は本発明の別
の実施例を示す断面図。第５図は本発明の更に別の実施
例を示す断面図。第６図（ａｌ、（ｂｌは遅波構造を壁
面とする円形導波管内の電界分析を示す説明図で、（ａ
ｌは電界強度相対レベルの分布図、（ｂ）は記号の意味
を説明する図。第７図はホーン壁面に誘電体を装荷した
効果を確認する実験の結果を示す図。第８図は折り返し
一次放射器の反射壁アンテナへの取付けの状態を示す説
明図。第９図（ａ）、（ｂ）は従来の折り返し一次放射
器の構造を示す図で、（ａ）は横断面図。 （ｂｌは縦断面図。 符号の説明 １−・−一一一一人力導波路（円形導波管）２−−−−
−−一折り返し部 ４−−−−−・−誘電体レンズ（凹レンズ）４ａ・−・
−同（誘電体厚さが階段的に変化するもの）５−・・−
アペックス（円錐状） ６ａ、６　ｂ−−−−−−−−コルゲート導体構造（容
量性表面インピーダンスを有するもの） ７−・−−一−−同（誘導性表面インピーダンスを有す
るもの、すなわち遅波構想）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）送信電磁波を導入する入力導波路と、導入されて
   前記送信電磁波をその入力方向 へ向けて折り返し放射し、反射鏡面を照射する電磁ホー
   ンと、 前記入力導波路の終端部に対向し、且つ前 記電磁ホーンの咽喉部に結合して前記入力導波路内の電
   磁波伝送モードを前記電磁ホーン内の電磁波伝送モード
   に変換する折り返し部と、 前記電磁ホーンの開口部またはその近傍に 配置され、前記開口部周辺の電磁界強度を増加させる電
   磁界分布制御手段を備えたことを特徴とする反射鏡アン
   テナ用一次放射器。
2. （２）前記電磁ホーンは前記入力導波路を中心導体とす
   る同軸型電磁ホーンであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の反射鏡アンテナ用一次放射器。
3. （３）前記電磁界分布制御手段は、前記電磁ホーン開口
   部を蓋い、前記入力導波路を把持し、且つ凹レンズに相
   当する機能を有する誘電体であることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載の反射鏡アンテナ一次放射器。
4. （４）前記凹レンズに相当する機能を有する誘電体は、
   その中心より離れるに従ってテーパ状に増加する凹形誘
   電体レンズ、または、前記厚さを階段状に増加すること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の反射鏡アンテ
   ナ一次放射器。
5. （５）前記同軸型電磁ホーンの中心および外部導体壁面
   は、共に平面状導体であることを特徴とする特許請求の
   範囲第３または第４項の反射鏡アンテナ一次放射器。
6. （６）前記同軸型電磁ホーンの中心または外部導体壁面
   は、共に容量性壁面インピーダンスを有することを特徴
   とする特許請求の範囲第３または第４項記載の反射鏡ア
   ンテナ一次放射器。
7. （７）前記電磁界分布制御手段は、前記同軸電磁ホーン
   外部導体壁面のうち同ホーン開口部近傍の部分に装荷さ
   れた板状誘電体、または誘導性表面インピーダンスを有
   する導体構造により構成されることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載の反射鏡アンテナ一次放射器。