JPS63212206A - Multiple mode horn antenna - Google Patents

Multiple mode horn antenna

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Publication number
JPS63212206A
JPS63212206A JP4573987A JP4573987A JPS63212206A JP S63212206 A JPS63212206 A JP S63212206A JP 4573987 A JP4573987 A JP 4573987A JP 4573987 A JP4573987 A JP 4573987A JP S63212206 A JPS63212206 A JP S63212206A
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JP
Japan
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horn antenna
linearly polarized
waves
mode
wave
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Application number
JP4573987A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Kosukegawa
小助川 和夫
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To attain beam shaping and suppression of side lobe nearly independently as to two orthogonal linearly polarized waves whose frequency differs by changing discontinuously independently in two axis directions where the spread angles of the inner walls are made orthogonal. CONSTITUTION:The cross section is made square, the spread angle of the inner wall is changed discontinuously at least at one position, the number of discontinuous changes at each of two pairs of inner wall pairs consisting respectively of two opposed inner walls respectively, their positions, and the changes x1, x2, y1, y2 of the spread angle at each position, at least one of them, are made different. Thus, as to two orthogonal linearly polarized waves with different frequencies, the beam shaping and side lobe suppression are attained, and the multiple mode horn antenna with ease of design and having a wide operationable frequency width in the linearly polarized waves is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多重モードホーンアンテナに関し、特に衛星通
信地球局のカセグレンアンテナ(Casse−grai
n Antenna )やパラボラアンテナの1次放射
器に適する多重モードホーンアンテナに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a multi-mode horn antenna, and particularly to a Cassegrain antenna for a satellite communication earth station.
The present invention relates to a multimode horn antenna suitable for the primary radiator of a parabolic antenna or a parabolic antenna.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ホーンアンテナからなる1次放射器とカセグレン反射鏡
またはパラボラ反射鏡とを組合せたアンテナが、衛星通
信地球局等に広く用いられている。
Antennas that combine a primary radiator consisting of a horn antenna and a Cassegrain reflector or a parabolic reflector are widely used in satellite communication earth stations and the like.

かかる用途の直線偏波用のホーンアンテナは、電界方向
の面(以下8面という)とそれに直交する方向の面(以
下8面という)とでビーム幅がほぼ等しい仁と、トよび
サイドロ゛−プレベルが低いことの2点が重要である。
A horn antenna for linearly polarized waves for such applications has a beam width that is approximately equal in the plane in the direction of the electric field (hereinafter referred to as 8 planes) and the plane in the direction perpendicular thereto (hereinafter referred to as 8 planes); Two points are important: the level of play is low.

開口面が方形(正方形または矩形)である角錐ホーン、
アンテナや円錐ホーンアンテナは、広がり角が一様で不
連続点が無い場合、放射する直線偏波のビームの幅がE
面とH面とで相当に異り、また、特にE面でサイドロー
プレベルが高いということが知られている。
A pyramidal horn whose opening surface is square (square or rectangular);
For antennas and conical horn antennas, if the spread angle is uniform and there are no discontinuities, the width of the emitted linearly polarized beam is E.
It is known that there is a considerable difference between the surface and the H surface, and that the side rope level is particularly high on the E surface.

広がυ角を不連続に変化させる、壁面に段差を設ける、
アイリスを設ける、あるいは壁面に誘電体を装着するな
どして、ホーン内の基本モード波(角錐ホーンアンテナ
の場合は方形TH,・波、円錐ホーンアンテナの場合は
円形TE11波)の一部をモード変換し高次モード波を
発生させ、その一つ(角錐ホーンアンテナの場合は方形
TMB波、円錐ホーンアンテナの場合は円形TM■波)
と基本モード波とを開口面において所定の位相および振
幅比で合成することにより、ビーム幅をE面とH面とで
ほぼ等しくシ(このことを以下ビーム整形するという)
、同時にサイドロープを抑圧した多重モードホーンアン
テナが種々提案されている。
Changing the spread υ angle discontinuously, creating a step on the wall surface,
By installing an iris or attaching a dielectric material to the wall surface, a part of the fundamental mode wave in the horn (square TH wave in the case of a pyramidal horn antenna, circular TE11 wave in the case of a conical horn antenna) is converted into a mode. It converts and generates a higher-order mode wave, one of which (square TMB wave in the case of a pyramidal horn antenna, circular TM■ wave in the case of a conical horn antenna).
By combining the fundamental mode wave and the fundamental mode wave at a predetermined phase and amplitude ratio at the aperture plane, the beam width can be made almost equal in the E plane and the H plane (this is referred to as beam shaping hereinafter).
Various multi-mode horn antennas that simultaneously suppress side lobes have been proposed.

例えば、Microwave Journal * 1
3 [10) (1970−10)(米)P−41−4
6には角錐の多重モードホーンアンテナが、また、特開
昭54−104759号公報には円錐の多重モードホー
ンアンテナが記載されている。これらいずれの従来例に
おいても、基本モード波と高次モード波とを開口面で所
定の位相で合成しなければならないという制約のために
、使用可能な周波数幅は狭い。
For example, Microwave Journal *1
3 [10] (1970-10) (US) P-41-4
No. 6 discloses a pyramidal multi-mode horn antenna, and JP-A-54-104759 describes a conical multi-mode horn antenna. In any of these conventional examples, the usable frequency width is narrow due to the restriction that the fundamental mode wave and the higher-order mode wave must be synthesized at a predetermined phase at the aperture surface.

ところで、衛星通信においては、アップリンクとダウリ
ンクとで、周波数比にして1,2〜1.5程度に異る周
波数の、2波を用いており、また、これ等2波に互に直
交する2つの直線偏波を用いることが多い。
By the way, in satellite communication, uplink and downlink use two waves with different frequencies with a frequency ratio of about 1.2 to 1.5, and these two waves are orthogonal to each other. Two linearly polarized waves are often used.

上記の2つの従来例は、周波数比にして1.2〜1、5
程度に異る2波で、ビーム整形およびサイドロープの抑
圧を十分に行うことは不可能である。
The above two conventional examples have a frequency ratio of 1.2 to 1.5.
It is impossible to sufficiently perform beam shaping and sidelobe suppression using two waves of different degrees.

電子通信学会技術研究報告1人・P、86−117(1
986)に、広がり角を2個所で不連続に変化させた円
錐ホーンに4枚のアイリスを設けた多重モードホーンア
ンテナが記載されている。この従来例は、4枚という多
数のアイリスを用いて設計の自由度を増すことにより、
周波数比にして1.2程度異る2波でビーム整形および
サイドロープの抑圧をしている。しかし、広がり角の変
化する位置、広がシ角の変化量、各アイリスの位置およ
び高さといった各設計パラメータは2波のいずれにも影
響するので設計は複雑困難になる。また、広がシ角の変
化によシ高次モード波を発生させる場合、変化点で基本
モード波はほとんど反射しないので、インピーダンス特
性は良好であるが、アイリスで高次モード波を発生させ
る場合は、基本モード波をも反射するので、各設計パラ
メータの最適化には、ビーム整形およびサイドロープの
抑圧のほか、インピーダンス特性をも考慮する必要があ
る。最適化した2つの周波数のそれぞれにおける使用可
能な周波数幅は、主としてインピーダンス特性に制約さ
れて、きわめて狭帯域になる。
Institute of Electronics and Communication Engineers Technical Research Report 1/P, 86-117 (1
986) describes a multimode horn antenna in which four irises are provided on a conical horn whose divergence angle is changed discontinuously at two locations. This conventional example uses a large number of 4 irises to increase the degree of freedom in design.
Beam shaping and sidelobe suppression are performed using two waves with a frequency ratio of about 1.2. However, design parameters such as the position at which the divergence angle changes, the amount of change in the divergence angle, and the position and height of each iris affect both of the two waves, making the design complicated and difficult. Also, when generating higher-order mode waves by changing the spread angle, the fundamental mode wave is hardly reflected at the change point, so the impedance characteristics are good. However, when generating higher-order mode waves at the iris, also reflects the fundamental mode wave, so when optimizing each design parameter, it is necessary to consider not only beam shaping and sidelobe suppression but also impedance characteristics. The usable frequency width at each of the two optimized frequencies is primarily constrained by impedance characteristics and becomes an extremely narrow band.

〔発明が解決しようとする問題点3 以上説明したように従来の多重モードホーンアンテナは
、互に直交し周波数が異る2つの直線偏波についてビー
ム整形およびサイドロープの抑圧を行うには複雑困難な
設計を要するという欠点があシ、また、それぞれの直線
偏波における使用可能な周波数幅が狭いという欠点があ
る。
[Problem to be Solved by the Invention 3] As explained above, the conventional multimode horn antenna is complicated and difficult to perform beam shaping and sidelobe suppression for two linearly polarized waves that are orthogonal to each other and have different frequencies. The disadvantage is that it requires a detailed design, and the usable frequency width for each linearly polarized wave is narrow.

本発明の目的は、互に直交し周波数が異る2つの直線偏
波についてビーム整形およびサイドロープの抑圧ができ
、設計が容易で、また、それぞれの直線偏波における使
用可能な周波数幅が広い多重モードホーンアンテナで提
供することにある。
The purpose of the present invention is to enable beam shaping and sidelobe suppression for two linearly polarized waves that are orthogonal to each other and have different frequencies, to facilitate design, and to provide a wide usable frequency range for each linearly polarized wave. It is provided by a multi-mode horn antenna.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の多重モードホーンアンテナは、基本モード波と
この基本モード波の一部をモード変換して発生した高次
モード波とを開口面において所定の位相および振幅比で
合成することによりビームを整形しサイドロープを抑圧
する多重モードホーンアンテナにおいて、断面を方形に
し、内壁の広がり角を少くとも1個所で不連続に変化さ
せ、互に対向する2つの前記内壁からそれぞれなる2対
の内壁対のそれぞれで前記不連続な変化の数およびそれ
ぞれの位置およびこのそれぞnの位置における前記床が
9角の変化量のうち少くとも1つを異らせて構成される
The multi-mode horn antenna of the present invention shapes a beam by combining a fundamental mode wave and a higher-order mode wave generated by mode converting a part of this fundamental mode wave at a predetermined phase and amplitude ratio at the aperture plane. In a multi-mode horn antenna that suppresses side ropes, the cross section is rectangular, the divergence angle of the inner wall is discontinuously changed at at least one place, and two pairs of inner walls each consisting of the two inner walls facing each other are formed. In each case, the number and each position of the discontinuous change and the bed at each n position are configured to differ by at least one of the nine angles of change.

〔実施例〕〔Example〕

以下実施例を示す図面を参照して本発明について詳細に
説明する。
The present invention will be described in detail below with reference to drawings showing embodiments.

第1図は本発明の多重モードホーンアンテナの第1の実
施例を示す図面であり、(a)は正面図、(b)は右側
面図、(C)は平面図である。
FIG. 1 is a drawing showing a first embodiment of a multimode horn antenna of the present invention, in which (a) is a front view, (b) is a right side view, and (c) is a plan view.

1は断面が正方形または矩形であるフィード導波管、2
は方形ホーンである。フィード導波管lは、互に直交し
周波数が異る2つの基本モード波(TEI(1波)を方
形ホーン2にフィードする。これら2つのTE10波の
それぞれのE面方向を、第1図(a)に図示するように
、X軸方向、Y軸方向ということにする。
1 is a feed waveguide whose cross section is square or rectangular; 2
is a square horn. The feed waveguide l feeds two mutually orthogonal fundamental mode waves (TEI (1 wave)) with different frequencies to the rectangular horn 2.The E-plane direction of each of these two TE10 waves is shown in FIG. As shown in (a), the directions are referred to as the X-axis direction and the Y-axis direction.

方形ホーン2のX軸方向の広がシ角を、開口面3から距
離11の位置で角度x1だけ不連続に減少させ、同じく
距離12の位置で角度X−だけ不連続に増大させる。Y
軸方向の広がり角は、開口面3から距離j3の位置で角
度y1だけ、同じく距離14の位置で角度’/xだけ、
それぞれ不連続に減少させる。
The spread angle of the rectangular horn 2 in the X-axis direction is discontinuously decreased by an angle x1 at a position of distance 11 from the opening surface 3, and is also discontinuously increased by an angle X- at a position of distance 12. Y
The spread angle in the axial direction is an angle y1 at a distance j3 from the opening surface 3, and an angle '/x at a distance 14.
Each decreases discontinuously.

TE、o波はE面方向の広がシ角の不連続な変化により
TMl、波を発生する。その振幅は角度変化量に比例し
、TE10波に対する位相は広がり角が増大するとき9
0度遅れ、減少するとき90度進む(前記のMicro
wave Journa1誌P、41−42参照)。H
面方向の広がり角の変化は’rMI、波の発生について
は無視できる。
The TE and o waves spread in the E-plane direction and generate TMl and waves due to discontinuous changes in the angle. Its amplitude is proportional to the amount of angle change, and the phase for the TE10 wave increases when the spread angle increases.
Delays by 0 degrees and advances by 90 degrees when decreasing (Micro
(See wave Journal 1 P, 41-42). H
The change in the spread angle in the plane direction is 'rMI, and the generation of waves can be ignored.

したがって、E面がX軸方向であるTE10波は開口面
3から距離It−Itの位置でそれぞれ1M1!波を発
生し、これら1Ml波の開口面3における位相は主とし
て距峠1!1−12ならびに広がり角の正負によって決
る。これら2つのTM、2波(全合成したTMl!波)
ともとのTE、o波とが開口面3で所定の位相および振
幅比になるように距離11゜12ならびに角度X1sX
mを設定して、開口面3から放射される、E面がX軸方
向である直線偏波のビーム整形およびサイドロープの抑
圧ができる。
Therefore, the TE10 waves whose E plane is in the X-axis direction are each 1M1! at a distance It-It from the aperture surface 3! Waves are generated, and the phase of these 1Ml waves at the aperture surface 3 is mainly determined by the distance 1!1-12 and the sign of the spread angle. These two TMs, 2 waves (totally synthesized TMl! waves)
The distance 11°12 and the angle
By setting m, it is possible to beam-shape the linearly polarized wave emitted from the aperture surface 3 and whose E plane is in the X-axis direction, and to suppress side lobes.

E面がY軸方向である直線偏波についても、同様に、距
離Is = It4ならびに角度YtsY雪の設定によ
ってビーム整形およびサイドロープの抑圧ができる。
Similarly, for linearly polarized waves whose E plane is in the Y-axis direction, beam shaping and side rope suppression can be achieved by setting the distance Is=It4 and the angle YtsY.

第2図は本発明の多重モードホーンアンテナの第2の実
施例を示す図面であり、(a)は正面図、(b)は右側
面図である。
FIG. 2 is a drawing showing a second embodiment of the multimode horn antenna of the present invention, in which (a) is a front view and (b) is a right side view.

第2図に示す実施例は、第1図に示す実施例に誘電体4
を付加して構成されている。誘電体4は、方形ホーン2
の、互に対向しX軸と交差する内壁対に、Y軸に対し対
称になるように装着されている。このように装着さnた
誘電体4は、E面がX軸方向である1+ B 、、波か
らTMI、波を発生し、E面がY軸方向であるTEl、
波に対してはほとんど影餐しない。
The embodiment shown in FIG. 2 is similar to the embodiment shown in FIG.
It is constructed by adding. The dielectric 4 is a rectangular horn 2
They are attached to a pair of inner walls facing each other and intersecting the X-axis so as to be symmetrical with respect to the Y-axis. The dielectric 4 mounted in this manner generates waves from 1+B, whose E plane is in the X-axis direction, TMI from waves, and TEL, whose E plane is in the Y-axis direction.
It hardly cares about the waves.

E面がX軸方向であるTE10波から誘電体4によって
も’i’ M 1 、波を発生させ、このTMI、波の
振幅および開口面3における位相を誘電体4の形状寸法
および装着位置の設定により?!整して、E軸がX軸方
向である直線偏波のビーム整形およびサイドロープ抑圧
の設計自由度を増すことができる。
A wave 'i' M 1 is also generated by the dielectric 4 from the TE10 wave whose E plane is in the Depending on the settings? ! Thus, the degree of freedom in designing beam shaping and sidelobe suppression of linearly polarized waves in which the E axis is in the X axis direction can be increased.

以上、X軸方向およびY軸方向にそれぞれ2個所で広が
υ角が不連続に変化する場合について本発明の詳細な説
明したが、これら変化位置の個数は、X軸方向、Y軸方
向に独立に任意の個数に設定できる。
The present invention has been described in detail above for the case where the υ angle spreads at two locations in the X-axis direction and in the Y-axis direction and changes discontinuously. Can be set independently to any number.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳細に説明したように本発明の多重モードホーンア
ンテナは、内壁の広がり角を互に直交する2軸方向に独
立に不連続に変化させることにより、互に直交し周波数
が異る2つの直線偏波について、それぞれほぼ独立にビ
ーム整形およびサイドロープの抑圧ができるので、2つ
の直#偏波の周波数比が大きくても設計が容易であると
いう効果があり、また、主として広がり角の変化で高次
モード波を発生させているので、インピーダンス特性が
良く、それぞれの直線偏波における使用可能な周波数幅
が広いという効果があり、更に、アイリスの装着のよう
な複雑な加工を必要としないので製造コストが低いとい
う効果がある。
As explained in detail above, the multi-mode horn antenna of the present invention is capable of forming two straight lines that are orthogonal to each other and have different frequencies by independently and discontinuously changing the spread angle of the inner wall in two mutually orthogonal axes directions. Since beam shaping and sidelobe suppression can be performed almost independently for each polarized wave, the design is easy even when the frequency ratio of the two directly polarized waves is large. Because it generates higher-order mode waves, it has good impedance characteristics and a wide usable frequency range for each linearly polarized wave.Furthermore, it does not require complicated processing such as installing an iris. This has the effect of lower manufacturing costs.

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

第1図は本発明の多重モードホーンアンテナの第1の実
施例を示す図面であり、(a)は正面図、(b)は右側
面、(C)は平面図、 第2図は同じく第2の実施例を示す図面であり、(a)
は正面図、Φ)は右側面図である。 1・・・・・・フィード導波管、2・・・・・・方形ホ
ーン、3・・・・・・開口面。 代理人 弁理士  内 原   晋 第1図 躬Z図
FIG. 1 is a drawing showing a first embodiment of the multi-mode horn antenna of the present invention, in which (a) is a front view, (b) is a right side view, (C) is a top view, and FIG. 2 is a drawing showing Example 2, (a)
is a front view, and Φ) is a right side view. 1... Feed waveguide, 2... Rectangular horn, 3... Opening surface. Agent Patent Attorney Susumu Uchihara 1st Figure Z Diagram

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基本モード波とこの基本モード波の一部をモード
変換して発生した高次モード波とを開口面において所定
の位相および振幅比で合成することによりビームを整形
しサイドロープを抑圧する多重モードホーンアンテナに
おいて、 断面を方形にし、内壁の広がり角を少くとも1個所で不
連続に変化させ、互に対向する2つの前記内壁からそれ
ぞれなる2対の内壁対のそれぞれで前記不連続な変化の
数およびそれぞれの位置およびこのそれぞれの位置にお
ける前記広がり角の変化量のうち少くとも1つを異らせ
たことを特徴とする多重モードホーンアンテナ。
(1) Shape the beam and suppress side lobes by combining the fundamental mode wave and the higher-order mode wave generated by mode converting a part of this fundamental mode wave at a predetermined phase and amplitude ratio at the aperture plane. In the multi-mode horn antenna, the cross section is rectangular, the spread angle of the inner wall is discontinuously changed at at least one place, and the discontinuous angle is changed at each of two pairs of inner walls each consisting of the two inner walls facing each other. A multimode horn antenna characterized in that at least one of the number of changes, each position, and the amount of change in the spread angle at each position is different.
(2)2対の内壁対のうち少くとも一方の内壁対の一部
に誘電体を装着した特許請求の範囲第1項記載の多重モ
ードホーンアンテナ。
(2) The multi-mode horn antenna according to claim 1, wherein a dielectric material is attached to a part of at least one of the two pairs of inner walls.
JP4573987A 1987-02-27 1987-02-27 Multiple mode horn antenna Pending JPS63212206A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004147001A (en) * 2002-10-23 2004-05-20 Nec Engineering Ltd Band pass filter
JP2017220921A (en) * 2015-08-04 2017-12-14 日本電産エレシス株式会社 Radar device
JP2020174268A (en) * 2019-04-10 2020-10-22 日本無線株式会社 Flare for radar antenna and radar antenna

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