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JP3195923B2 - 円偏波誘電体アンテナ - Google Patents

円偏波誘電体アンテナ

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JP3195923B2
JP3195923B2 JP14611191A JP14611191A JP3195923B2 JP 3195923 B2 JP3195923 B2 JP 3195923B2 JP 14611191 A JP14611191 A JP 14611191A JP 14611191 A JP14611191 A JP 14611191A JP 3195923 B2 JP3195923 B2 JP 3195923B2
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JP
Japan
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circular waveguide
dielectric
short
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circuiting
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米山  務
章 高橋
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Hitachi Kokusai Electric Inc
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  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、衛星放送受信用のパラ
ボラアンテナの一次放射器に使用される円偏波誘電体ア
ンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】衛星放送の受信に広く用いられているオ
フセットパラボラアンテナの一次放射器の多くはホーン
型のアンテナを使用している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかして上記ホーン型
のアンテナは、指向性を高めるためにはホーンの外径を
大きくしなければならず、それがために支持や輸送の点
となっていた。
【0004】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、小型軽量でパラボ
ラアンテナの一次放射器に適した円偏波誘電体アンテナ
を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段及び作用】すなわち本発明
は、
【0006】(1) 前端に一対の矩形状の切り欠きを
対称状に形成した円形導波管と、この円形導波管の前端
に挿入されて装着された誘電体による誘電体部と、上記
円形導波管の後端を短絡する短絡板と、上記円形導波管
周壁部の上記短絡板より使用中心周波数の4分の1波長
分だけ前方に配設された励振用プローブとを備えるよう
にしたもので、円形導波管の外部に出ている誘電体部の
長さにより指向性の調整が可能であり、また、円形導波
管の前端に形成した切り欠きの深さと角度により水平、
垂直、各偏波成分の振幅位相を独立に調整できる点から
軸比の良好な放射器を実現でき、小型軽量の構成としな
がらもパラボラアンテナの一次放射器として適してい
る。
【0007】(2) 円形導波管と、この円形導波管の
前端に挿入されて装着された誘電体による誘電体部と、
この誘電体部に対して平行に挾着された一対の導体板
と、上記円形導波管の後端を短絡する短絡板と、上記円
形導波管周壁部の上記短絡板より使用中心周波数の4分
の1波長分だけ前方に配設された励振用プローブとを備
えるようにしたもので、円形導波管の外部に出ている誘
電体部の長さにより指向性の調整が可能であり、また、
導波板の幅を調整することで水平、垂直、各偏波成分の
振幅位相を等しくして円偏波を直線偏波に変換可能とな
る。
【0008】(3) 上記(1)(2)項において、円
形導波管内にその面方向が上記励振用プローブの軸方向
と直角にしてモードサプレッサを配置するようにしたも
ので、円形導波管の不連続による所望モード以外のモー
ド波の発生を防止することができ、特性が悪化するのを
避けることができる。
【0009】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
【0010】図1は本発明を衛星放送受信用の円偏波誘
電体アンテナに適用した場合の一実施例の構成を示すも
ので、1は円形導波管、2は図では1つのみしか示して
いないが上記円形導波管1の前端面の周上の180°対
称位置に形成された矩形状の一対の切り欠き、3は円形
導波管1の切り欠き2を形成した前端側に挿入された細
長形状の誘電体部、4は円形導波管1の後端面を短絡す
る短絡板、5は円形導波管1内の短絡板4から管内波長
λgの4分の1だけ離れた箇所に突出設置された給電点
となるプローブである。上記誘電体部3は、具体的には
テフロン、ポリエチレン、ポリスチレン等の誘電体を用
いて構成される。また、図示はしないが上記プローブ5
に給電線が接続され、この給電線よりプローブ5に給電
を実行することで到来する電波の受信を行なう。このよ
うな構成にあって、わが国の衛星放送の周波数は11.
7〜12GHzであり、この周波数帯の電波を受信する
ものとしてその動作について説明する。
【0011】上記12GHz程度の電波を受信するため
には、円形導波管1のカットオフ特性を考慮すると管の
内径が10.5mm以上必要となる。ここで同管1の内径
を11.6mmとすると、この円形導波管1内を電波がT
E11のモードで伝送することとなり、その管内波長λg
=42.3mmとなる。
【0012】衛星放送から伝搬してきた円偏波の電波は
誘電体部3に達し、該誘電体部3内を表面波として流れ
た後、円形導波管1の切り欠き2にて円偏波/直線偏波
変換されて直線偏波となる。そして、この直線偏波が円
形導波管1内を伝搬して、短絡板4からλg/4(=約
10.6mm)の距離にあって整合がとられているプロー
ブ5により、図示しない給電線にまで導出されるもの
で、全体として円偏波アンテナとして動作するようにな
るものである。
【0013】次に本発明の他の実施例を図2及び図3に
より示す。図2はその構成を示す斜視図であり、図中、
11は円形導波管、13は円形導波管11の前端側に挿
入された細長形状の誘電体部、12,12は円形導波管
11より突出している誘電体部13の後端部分で円形導
波管11と接するようにして誘電体部13に平行に挾着
された一対の導体板、14は円形導波管11の後端面を
短絡する短絡板、15は円形導波管11内の短絡板14
から管内波長λgの4分の1だけ離れた箇所に突出設置
された給電点となるプローブ、16はプローブ15と図
示しない給電線とを接続するためのコネクタ、17は導
体板12,12の両端間にあって導体板12,12を固
定する絶縁体、18は円形導波管11内の導体板12,
12とコネクタ16との間に特定角度で設置されたモー
ドサプレッサである。上記誘電体部13も、具体的には
テフロン、ポリエチレン、ポリスチレン等の誘電体を用
いて構成される。また、プローブ15に図示しない給電
線が接続され、この給電線よりコネクタ16を介してプ
ローブ15に給電を実行することで到来する電波の受信
を行なう。
【0014】図3は上記図2の左手より誘電体部13、
導体板12,12及び円形導波管11を見た正面図であ
る。円偏波とは平面波の電界ベクトルが円の軌道を描き
ながら伝搬する電波であり、この円偏波が発生するため
には伝搬方向の垂直平面上で互いに直交する2つの偏波
成分の振幅が等しく、かつ、その偏波成分の位相が90
°ずれているという2つの条件が必要である。誘電体部
13を挟んでいる導体板12は、プローブ15と所定の
ある角度をもって取付けられる。ここで、導体板12,
12に垂直な偏波成分をEv 、水平な偏波成分をEH と
すると、導体板12,12がある位置では両者の位相速
度が異なるためにEv とEH に位相差が生じる。この性
質を利用して、導体板12の幅lcを調節することによ
り90°の位相差を作り出し、導体板12とプローブ1
5に対する角度θを調節し、EvとEH の振幅を等しく
するという方法を用いて円偏波を直線偏波に変換するこ
とができる。理論的には、θ=45°で垂直な偏波成分
Ev と水平な偏波成分EHの振幅が等しくなる。また、
図3に示すような方形の構造でEv とEH の位相定数を
近似すると、衛星放送の周波数11.85GHzではl
c=8.35mmで該位相差が90°となる。
【0015】さらに、上記図1では示さなかったが、円
形導波管11の不連続により発生するTE11以外のモー
ド波が発生した場合は、アンテナとしての特性を劣化さ
せることとなるので、これを防止するために上記モード
サプレッサ18を配設する。
【0016】図4はモードサプレッサ18の一例を示す
ものである。例えば長辺22.5mm、短辺8mmの金属薄
板に図中に斜線で示す如く刻設し、これを円形導波管1
1内の誘電体部13とプローブ15との間に、その平面
がプローブ15の軸方向と垂直となるように配置して取
り付けるものであり、図2及び図3に示すアンテナだけ
でなく、上記図1に示したアンテナに対しても同様に取
付可能となる。
【0017】図5に上記図1に示した円偏波誘電体アン
テナの軸比特性の測定値を示す。この場合、切り欠き2
の深さla=8.4mmとして、軸比は10dB以下の帯
域で約600MHzとなっており、充分広い特性となっ
ている。
【0018】続く図6に上記図1に示した円偏波誘電体
アンテナの指向特性を示す。半値幅は誘電体部3の円形
導波管1より突出した長さlにより異なり、l=46mm
で約80°と広い値となっている。このlの値を83mm
と長く設定すると指向性は鋭くなり、半値幅は約50°
となる。なお、電圧定在波比VSWRは1.5以下で約
600MHzの帯域となる。
【0019】上記に述べた如く、円形導波管1(11)
の外部に突出している誘電体部3(13)の長さにより
指向性の調整を行なうことができると共に、円形導波管
1の前端面に形成した切り欠き2(導体板12,12)
の深さ(幅)及びその角度により垂直な偏波成分Ev と
水平な偏波成分EH との振幅位相を独立に調整できる。
【0020】以上の性質により、小型で軸比が良好な放
射器を構成することが可能となり、パラボラアンテナの
一次放射器として適当な指向性を有する円偏波誘電体ア
ンテナを実現できる。
【0021】衛星放送の使用周波数帯域ではこの円偏波
誘電体アンテナは約φ12mm、長さ約80mmと非常に小
型のもので実現できるため、単体としてのみならず、パ
ラボラアンテナの一次放射器、平面アンテナの素子等と
しても使用できる。また、衛星放送に限らず、その他S
HF、EHFにおいても同様に実施可能であることは言
うまでもない。
【0022】
【発明の効果】以上詳記した如く本発明によれば、
【0023】(1) 前端に一対の矩形状の切り欠きを
対称状に形成した円形導波管と、この円形導波管の前端
に挿入されて装着された誘電体による誘電体部と、上記
円形導波管の後端を短絡する短絡板と、上記円形導波管
周壁部の上記短絡板より使用中心周波数の4分の1波長
分だけ前方に配設された励振用プローブとを備えるよう
にしたので、円形導波管の外部に出ている誘電体部の長
さにより指向性の調整が可能であり、また、円形導波管
の前端に形成した切り欠きの深さと角度により水平、垂
直、各偏波成分の振幅位相を独立に調整できる点から軸
比の良好な放射器を実現でき、小型軽量の構成としなが
らもパラボラアンテナの一次放射器として適している。
【0024】(2) 円形導波管と、この円形導波管の
前端に挿入されて装着された誘電体による誘電体部と、
この誘電体部に対して平行に挾着された一対の導体板
と、上記円形導波管の後端を短絡する短絡板と、上記円
形導波管周壁部の上記短絡板より使用中心周波数の4分
の1波長分だけ前方に配設された励振用プローブとを備
えるようにしたので、円形導波管の外部に出ている誘電
体部の長さにより指向性の調整が可能であり、また、導
波板の幅を調整することで水平、垂直、各偏波成分の振
幅位相を等しくして円偏波を直線偏波に変換可能とな
る。
【0025】(3) 上記(1)(2)項において、円
形導波管内にその面方向が上記励振用プローブの軸方向
と直角にしてモードサプレッサを配置するようにしたの
で、円形導波管の不連続による所望モード以外のモード
波の発生を防止することができ、特性が悪化するのを避
けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るアンテナ構造を示す側
面図。
【図2】本発明の他の実施例に係るアンテナ構造を示す
側面図。
【図3】図2と同じく本発明の他の実施例に係るアンテ
ナ構造を示す側面図。
【図4】図2及び図3のモードサプレッサの構成例を示
す図。
【図5】図1に示した円偏波誘電体アンテナの軸比特性
の測定値を示す図。
【図6】図1に示した円偏波誘電体アンテナの指向特性
を示す図。
【符号の説明】
1,11…円形導波管、2…切り欠き、3,13…誘電
体部、4,14…短絡板、5,15…プローブ、12,
12…導体板、16…コネクタ、17,17…絶縁体、
18…モードサプレッサ。
フロントページの続き (56)参考文献 米国特許4274097(US,A) 米国特許3761938(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 13/24,13/02 H01P 1/17 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 前端に一対の矩形状の切り欠きを対称状
    に形成した円形導波管と、この円形導波管の前端に挿入
    されて装着された誘電体による誘電体部と、上記円形導
    波管の後端を短絡する短絡板と、上記円形導波管周壁部
    の上記短絡板より使用中心周波数の4分の1波長分だけ
    前方に配設された励振用プローブとを具備したことを特
    徴とする円偏波誘電体アンテナ。
  2. 【請求項2】 円形導波管と、この円形導波管の前端に
    挿入されて装着された誘電体による誘電体部と、この誘
    電体部に対して平行に挾着された一対の導体板と、上記
    円形導波管の後端を短絡する短絡板と、上記円形導波管
    周壁部の上記短絡板より使用中心周波数の4分の1波長
    分だけ前方に配設された励振用プローブとを具備したこ
    とを特徴とする円偏波誘電体アンテナ。
  3. 【請求項3】 上記円形導波管内にその面方向が上記励
    振用プローブの軸方向と直角にして配置されたモードサ
    プレッサを有することを特徴とする請求項1または請求
    項2記載の円偏波誘電体アンテナ。
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