JPS62204605A - 円偏波変形ビ−ムアンテナ - 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） 本発明は円偏波の変形ビームを形成するアンテナに関す
る。

（従来の技術） 地上、海上、又は空中の目標物を探索するレーダーにお
いて、方位分解能を上げるために水平ビームは狭くし、
垂直ビームは目標物からの受信レベルを距離に対して一
定とするためにｃｏｓｅｃ　２乗特性にする等の場合が
ある。

また、上記レーダーでは、降雨からの反射波を低減する
ために円偏波を使用することがある。この様な場合、降
雨からの反射波を有効に低減させるには、変形ビームの
及ぶ比較的広範囲の角度にわたって円偏波特性が維持さ
れていることが必要である。

従来の円偏波変形ビームアンテナを記載した文献として
は、 （リ　水沢、他「円偏波用ダブルカーブ形複反射鏡アン
テナ」、電子通信学会、宇宙航行エレクトロニクス研究
会、資料番号Ａ、　Ｐ７４−８１　、　ＰＰ２５−３２
（２）謝、他「誘電体挿入Ｈ面頂型コセカントビームホ
ーンアンテナの設計とその放射特性」、電子通信学会論
文誌、　’８２／１０ｖｏ、Ｊ−６５Ｂ、Ｎｏ、１０゜
ＰＰ］２２］−１２２８ がある。

第５図は上記文献（１）に記載されているアンテナの構
成の例を説明するための図である。第５図（ａ）は従来
の円偏波変形ビームアンテナの例を示す図であって、１
次ホーン１と変形ビーム（ＣＯ８ＥＣ２乗特性）を形成
させるために反射鏡の上部を変形した反射鏡２から構成
されたアンテナでありＬｌ。

Ｌ２．及びＬ３は電波の進行方向を示し、Ｃ１とＣ２は
それぞれ１次ホーンｌの水平偏波と垂直偏波に対する指
向性を示している。

１次ホーンｌは矩形開口ホーンであるため、水平と垂直
の偏波に対する開口分布が異なり、円偏波に対する指向
性も異なったものになる。このため変形ビーム内の特定
の角度方向（例えば水平方向）で円偏波が得られても、
他の角度方向では円偏波の相互の振幅関係が異なるよう
になり、円偏波が得られなくなる。

第５図（ｂ）は上記アンテナを改良したものであり、上
記文献（１）に記載されたアンテナと類似のアンテナを
示す図である。このアンテナは１次ホーン３、副反射鏡
４及び主反射鏡５から構成され、Ｌ４゜Ｌ５．及びＬ６
は電波の進行方向を示している。

このアンテナでは１次ホーンとして円錐形ホーンを使用
し、主、副２つの反射鏡を特殊曲面で構成する事によシ
、変形ビームの所定角度範囲内で円偏波特性を得ている
が、この様なアンテナにおいては変形ビームを形成する
ために、主、副２つの反射鏡を特殊曲面にするため、設
計、製作に高度な特殊技術を要し、また、精度の確保が
困難で、良好な指向性を得ることが難しく、更に製作費
も高くなる。

第６図は上記文献（２）に記載されている変形ビームア
ンテナの１例を示す図であり、扇形ホーン７の中に誘電
体８を挿入し、変形ビームを得るために開口面を特殊曲
面にしたものである。このアンテナに水平と垂直の２つ
の偏波の電波を加えても。

扇形ホーン７内で円偏波の伝播姿勢が異なるため、開口
面上の円偏波の分布が異なシ、同様に変形ビームの所定
角度範囲内で円偏波を得ることが出来ない。

（発明が解決しようとする問題点） この様に従来のアンテナでは変形ビーム内の所定の角度
範囲内で円偏波を得ることが出来ないか、又は所定の角
度範囲内で円偏波を得ることが出来ても、設計、製作が
困難、費用がかかる等の問題があった。

（問題点を解決するための手段） 本発明の目的は上述の従来アンテナの欠点を除去し、変
形ビーム内の所定の角度範囲内で円偏波が得られ、かつ
設計、製作が容易な円偏波変形ビームアンテナを実現す
ることである。

本発明を適用したアンテナの構成は、平面波を発−生す
るチーズアンテナの開口面付近に平行金属板格子からな
る円偏波発生装置を設け、その前面に、開口面に直交す
る方向の厚さが開口面内の垂直方向に沿って変化し、水
平方向には上記厚さが一定な誘電体を設けたことを特徴
とする円偏波変形ビームアンテナであって、さらに詳細
に述べれば、前記平行金属板格子の最下端の辺を２軸、
前記平行金属板格子からの厚みをＸ軸、前記Ｚ軸から垂
直に、開口面と平行に延びる軸をＹ軸、屈折率を１１、
電波の傾斜角をθ、前記誘電体の出力面が前記Ｘ軸と交
わる点のＸ座標値をｘｌとした時、前記誘電体の厚みの
Ｘ軸方向の変化がＸＹ平面上において で表され、Ｚ軸方向には一様に延在する円偏波変形ビー
ムアンテナである。

（実施例） 第１図は本発明の実施例を示す図であって、いわゆるチ
ーズアンテナに本発明を応用した例である。同図（ａ）
は外観を示す斜視図、同図（ｂ）は上面断面図、同図（
ｃｌは同図（ａｌのＡＡ断面図、同図（ｄ）はＢＢ断面
図である。第１図の１０は反射鏡部で、上部平面板１０
ａ、下部平面板１０ｂ、及び放物円筒形の反射面１０ｃ
の各金属導体によって囲まれている。１１は反射鏡部１
０に電波を給電するための１次ホーンであって、ホーン
内部に放物円筒形の反射面を持ったいわゆるホブホーン
（ＨｏｇＨｏｒｎ）形式のもので、その開口は放物円筒
形の反射面１０ｃの焦点（図示せず）付近に置かれ、反
射面１０ｃに対するラインソースとしての働きをする。

同図中ＬＩＯは１次ホーン１１内の電波の進行方向を示
す。

第１図（ｄ）の１２は円偏波発生装置であって、その構
造を第４図に示す。第４図（ａ）は上面断面図、同図（
ｂ）は正面図である。この円偏波発生装置１２は発泡状
誘電体２０に平行金属板格子２１”を上部平面板１０ａ
まだは下部平面板１０ｂに対し、４５度の傾斜で埋めこ
んだ構造になっている。なお、第４図（ａｌのＬ２０は
入射する電波の方向を示す。

第１図の１３は誘電体であり、開口面１４に直交する方
向の厚さが第１図に示す上方向に従って変化し、同図で
紙面に直交する方向には一定の厚みを持つ。第１図（ｄ
）のＬｌｌ　、Ｌ１２．Ｌ１３゜Ｌ１２は誘電体１３で
屈折した後の電波の進行方向を示す。

第２図は前記誘電体１３の作用を説明するだめの図であ
って、第１図（ｄｌの断面と同一の面における誘電体１
３の断面と座標系を表す。ＸとＹは前記断面内の座標を
表し、ＸＹＸ座標原点を誘電体１３の下端の角に設け、
Ｘ軸を開口面１４に直交する方向に、Ｙ軸を開口面１４
に平行な方向にそれぞれ設けている。

同図中、ｘｌは誘電体１３の前面の曲線ＷがＸ軸と交わ
る点のＸ座標の値、ｙ２は誘電体１３の上部のＹ座標の
値、Ｂは曲線ＷのＹ軸に対する傾斜が非常に緩い部分（
上部）と傾斜が大きい部分との境界を定めるＹ軸上の点
、Ｐは曲線Ｗ上の任意の点、ｈは前記点Ｐにおける法線
、Ｌ２１は前記点Ｐに入射する電波の進行方向、Ｌ２２
は点Ｐで屈折して外部に向かう電波の進行方向、αとβ
は点Ｐにおける入射角と屈折角、θは電波の進行方向Ｌ
２２の水平方向（Ｘ軸の正方向）からの角度、θ１とθ
２は曲線Ｗの下部と上部の点における屈折電波の水平方
向からの角度である。

以下、第１図、第２図、第３図を用いて、本発明の動作
１作用を説明する。第１図の１次ホーン１１からは、電
界が上部平面板１０＆または下部平面板１０ｂに平行な
水平偏波で、かつ１次ホーン１１の開口面上で位相が均
一な電波が放射される。この１次ホーン１１からの放射
電波は反射面１０ｃで反射し、反射後は反射面１０ｃの
放物面による集束作用によシ平面波になって上部平面板
１０ａと下部平面板１０ｃとの間を開口面１４に向かっ
て伝播し、円偏波発生装置１２の直前ではその全範囲に
わたって平面波となり、円偏波発生装置１２に入射する
。

円偏波発生装置１２は平行金属板格子２１の板の幅と板
の間隔を適当な値に選ぶことによシ板に平行な電界と板
に垂直な電界との位相差を板の出力側で９０度にして、
円偏波発生装置１２の出力側に円偏波（右旋円偏波）を
発生する。　　′この円偏波となった平面波は誘電体１
３に入射する。誘電体１３の入力面、即ち円偏波発生装
置１２に向いている方の面は開口面１４に平行な平面に
なっているので、円偏波発生装置１２から出力した円偏
波の平面波は誘電体１３の入力面に垂直入射する。誘電
体１３に入射した電波は垂直入射であるので、誘電体に
より進行方向を曲げられることなく、水平、垂直偏波成
分とも開口面１４に直角な方向に進行し、誘電体１３の
出力面に到達する。この出力面は第２図に示したように
ＸＹ平面内で曲線Ｗを呈する断面を有しているので、該
出力面に到達した電波は外部へ出るときに屈折現象を生
じ、その進行方向はＸＹ平面内で変えられる。即ち、進
行方向の角度は曲線Ｗの傾斜に依存するので、曲線Ｗの
形を変えることにより、垂直指向性を変える事が出来る
のである。

この点について電波を光学的に近似し、式を用いて説明
する。

第２図の点Ｐにおいて屈折の法則により、垂直。

水平の円偏波成分に対して次の式が成立する。

ここにｎは誘電体１３の屈折率で、誘電体１３の空気に
対する比誘電率をεとするとｎ＝７丁である。

点Ｐにおける幾何学的条件より次の式が偏波面に関係な
く成立する。

β−θ＝α　　　　　・・・・・・・・・・・・（３）
次にＱ　（ｙ）　Ｉｔ誘電体１３の内部でＹ軸に接する
部分のＹ軸に沿っての水平または垂直の偏波成分の電力
分布とすると、前述の説明によシ誘電体１３への入射時
の水平と垂直の円偏波に対する反射は等しいので、電力
分布Ｑ　（ｙ）は円偏波に対して等しくなる。またＧ（
θ）を水平または垂直の偏波成分に対する垂直電力指向
性とすると、曲線Ｗの境界での反射は曲線ＷのＹ軸に対
する傾斜があまシ大きくない所では偏波面及び傾斜角に
無関係にほぼ一定となるので、垂直電力指向性Ｇ（θ）
は円偏波成分に対して等しくなる。さらに誘電体１３内
の吸収損失を小さいものとして無視すると、電力保存則
より水平と垂直の円偏波成分に対し、次の式が成立する
。

上記の電力分布Ｑ　（ｙ）は１次ホーン１１の開口にお
けるＹ方向の電力分布と反射鏡部ｌｌ内の伝播条件（上
部平面板１０ａと下部平面板１０ｂの間隔が１次ホーン
１１から放射される電波の波長より十分大きい場合には
、１次ホーンの開口におけるＹ方向の電力分布はほぼそ
のままの形で上部平面板１０ｍと下部平面板１０ｂとの
間を伝播する。）から求まるので、これを前記式（４）
に代入し、さらに垂直電力指向性Ｇ（のに変形ビームと
して所望する指向性を与えて同じく式（４）に代入する
と、式（４）の左辺は座標ｙの関数となり、そして式（
４）の右辺は角度θの関数となるので、式（４）から角
度θと座標ｙの関係が求まる。

次に成（１）　、　（２）　、　（３）からなる式が得
られるので、この式の両辺を積分することによシ次の式
を得る。

前記式（６）の右辺の被積分関数に前記式（４）から求
まる角度θと座標ｙの関係を用いると、式（６）の左辺
は座標Ｘの関数であシ、式（６）の右辺は座標ｙの関数
となるので、式（６）から座標Ｘと座標ｙとの関係、即
ち曲線Ｗの形状が求まる。なお、この計算の実際の方法
としては図式手法を用いると比較的簡単に計算を行なう
ことができる。

この様に所望の垂直電力指向性Ｇ（θ）を与える曲線Ｗ
の形状を決定することが出来る。

まだ誘電体１３の中では水平と垂直の偏波成分に対する
伝播位相は同一となるので、水平と垂直の円偏波成分間
の位相関係は誘電体１３への入力前と誘電体１３を通過
した後で変わらない。従って開口面１４から十分遠方の
点での水平と垂直の偏波成分間の位相関係も誘電体１３
への入力前の円偏波としての位相関係が維持されること
になる。

さらに前記説明により垂直電力指向性Ｇ（のは水平と垂
直の円偏波成分に対し等しいので、前記十分遠方の点に
おいて水平と垂直の偏波成分の電界レベルは等しい。

このことから所定の角度範囲内で、垂直電力指向性Ｇ（
のを持つ円偏波として必要な水平と垂直の円偏波成分の
位相と振幅の関係が維持されることになシ、円偏波変形
ビームを得ることがわかる。

なお、本実施例においては、希望する変形ビームとして
主ビームの片側だけｃｏｓｅｃ　２乗特性にした指向性
にする場合には、曲ａＰｗＯ形としては第２図に示す主
ビームに対応するＹ軸に対する傾斜が非常に緩い１点Ｂ
から上の部分と°、ｃｏｓｅｃ　２乗特性ビームに対応
し、Ｙ軸に対する傾斜がある程度犬きい、点Ｂから下の
部分に分かれたものとなる。

この様な場合には点Ｂから上の部分は取り去っても指向
性にはあまり関係しないので、この部分を取り去ること
も可能である。

第３図体）は上述の場合の誘電体１３の断面を表、　　
す。さらにこの場合には曲線Ｗの傾斜は緩やかに変化す
るので、折れ線で近似することも可能である。第３図（
ｂｌは同［Ｚ（ａ）の曲ａを直線Ｃ，Ｄで近似した場合
の誘電体１３の断面形状を示す。この様に、本実施例で
は変形ビームによっては開口面１４付近に設ける誘電体
の断面形状を簡単にすることも可能である。

（発明の効果） 以上、実施例を用いて説明したように本発明によれば、
開口アンテナの開口付近に平行金属板からなる円偏波発
生装置と誘電体を設けるだけで、前記誘電体の厚さが変
化している面内における変形ビーム内の所定の角度範囲
内で円偏波を得ることができる。

また上記誘電体は開口面内の厚さが開口面内の一方向に
沿ってのみ変化し、該方向に直交する方向には厚みが一
定のほぼ板状を成しているので、設計、製作も容易でコ
スト的にも有利である。

従って本発明は地上、海上、空中における目標物を探索
する各種のレーダーに応用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の円偏波変形ビームアンテナの実施例を
示す図、第２図は第１図の誘電体１３の動作を説明する
ための図、第３図は第２図の曲線Ｗを直線で近似した例
を示す図、第４図は第１図の円偏波発生装置の構造を説
明するための図、第５図および第６図は各々従来の円偏
波変形ビームアンテナを説明するだめの図である。 １０・・・反射鏡部、１１・・・１次ホーン、１２・・
・円偏波発生装置、１３・・・誘電体、１４・・・開口
面。 特許出願人　　沖電気工業株式会社 話電体１３の動イ筆を３免明４１氏めめ口笛２図 （Ｇ）　　　　　　　　　　　　　（ｂ）曲縁ｗｔ直縁
で゛辺イ戚ＬＡ例 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、平面波を発生する開口アンテナの開口面付近に、前
   記平面波が垂直入射する平行金属板格子からなる円偏波
   発生装置を設け、その前面に、開口面に直交する方向の
   厚さが開口面内の第１の方向に平行な方向に沿って変化
   し、前記第１の方向に直交する開口面内の第２の方向に
   沿った方向には上記厚さが一定な誘電体を設けたことを
   特徴とする円偏波変形ビームアンテナ。 ２、開口アンテナとしてチーズアンテナを使用した特許
   請求の範囲第１項記載の円偏波変形ビームアンテナ。 ３、前記平行金属板格子の最下端の辺をＺ軸、前記平行
   金属板格子からの厚みをＸ軸、前記Ｚ軸と前記Ｘ軸とに
   直交する軸をＹ軸、屈折率をｎ、電波の傾斜角をθ、前
   記誘電体の出力面が前記Ｘ軸と交わる点のＸ座標値をｘ
   １とすると、前記誘電体の厚みのＸ軸方向の変化がＸＹ
   平面上において Ｘ−ｘ１＝−∫＾ｙ＿ｏ（ｓｉｎθ）／（ｎ−ｓｉｎθ
   ）ｄｙで表され、Ｚ軸方向には一様に延在する特許請求
   の範囲第２項記載の円偏波変形ビームアンテナ。