JPH0119452Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、コルゲート導波管を有し、マルチホ
ーン形式の成形ビームアンテナに用いて好適な給
電ホーンに関し、複数のかかる給電ホーンユニツ
トの各開口面を同一平面上に配置することによ
り、ホーンアンテナの開口の物理的大きさが小さ
く、しかもシヤープなアンテナビームを放射でき
る電気的性能のよい広帯域な成形ビームアンテナ
を実現しようとするものである。

従来、電気的性能のよいマルチビーム形式の成
形ビームアンテナの給電ホーンとしては、例えば
第１図に示すように十字形状の開口部１をもつ十
字開口ホーン、あるいは第２図に示すように、円
形導波管２と円形開口３とをステツプ部４で接続
したステツプホーンが多く用いられてきた。

しかし、十字開口ホーンでは、開口の斜めの方
向に交さ偏波成分が放射され、その大きさは、使
用周波数が大きくなるにつれて次第に増大する欠
点がある。ステツプホーンでは、ステツプ部４で
TM₁₁モードを発生させ、円筒導波管２を伝搬し
てきたTE₁₁モードとホーンの円形開口３で位相
を合わせるために位相調整部５が必要となり、広
帯域特性を保つことが困難となる欠点があつた。

そこで、本考案の目的は、上述の欠点を除去
し、物理的大きさが小さく、しかも広帯域特性を
得ることができ、以て、成形ビームアンテナを構
成するのに好適な給電ホーンを提供することにあ
る。

かかる目的を達成するために、本考案では複数
のコルゲート溝を有するコルゲート導波管と、コ
ルゲート導波管の出力端に接続された入力開口端
および入力開口端より大きい出力開口端を有する
放射部とを有する給電ホーンユニツトを複数個並
設し、複数個の給電ホーンユニツトの各放射部の
出力開口端の開口面をほぼ同一平面上に配置した
ことを特徴とする。

以下に、図面を参照して本考案を詳細に説明す
る。

本考案給電ホーンにおける構成単位としての給
電ホーンユニツトの一例を第３図および第４図に
示す。ここで、１１は入力フランジ、１２はコル
ゲート導波管、１３は放射部である。コルゲート
導波管１２は複数のコルゲート溝１２Ａを有し、
このコルゲート導波管１２の出力端１２Ｂにテー
パのついた円形断面の導波管より成る放射部１３
の入力端１３Ａを接続する。

ここで、コルゲート導波管１２および放射部１
３は中心軸XX′に対し回転対称形である。コルゲ
ート導波管１２は従来多く用いられているコルゲ
ートホーンと同一の構造であり、そのコルゲート
溝１２Ａの歯の厚さは約λ／20、歯と歯の間隔は
約λ／15、コルゲート溝１２Ａの深さは約λ／４
とする。ここで、λは自由空間の波長である。

放射部１３にはコルゲート溝は設けず放射部１
３の入力端１３Ａの内径はコルゲート導波管１２
の出力端１２Ｂの内径と同一直径となして、コル
ゲート導波管１２とスムーズに接続されるように
する。放射部１３の出力端１３Ｂの内径D₂は、
入力端１３Ａの内径D₁より大きくなす。この内
径D₂によりホーンの開口の電気的大きさが定め
られる。放射部１３の出力端１３Ｂの外径D₃は
コルゲート部出力端１２Ｂの外径と同一となす。
この外径D₃によりこのホーンの物理的大きさが
定められる。放射部１３の長さｌは、この放射部
１３におけるテーパの角度θ₂を定めるもので、コ
ルゲート導波管１２のテーパθ₁とほぼ等しくする
か、または若干大きくなるようにする。なお、
D₃とD₂が等しいときに、このホーンは電気的開
口の大きさと物理的開口の大きさが等しいことに
なる。但し、この場合にあつても、放射部１３の
壁面の厚さは所定の厚さ、例えば、約0.5mmが常
にとれるように設計することが必要である。

放射部１３の開口面の電界分布は次のようにし
て求めることができる。

コルゲート導波管１２の出力端１２Ｂにおける
開口面の電界分布は、TE₁₁モードとTM₁₁モード
の合成で近似できると考えると、放射部１３が無
い場合のＥ面のθ方向の電界は、 Eθ_E＝C₀（１−α／１−（3.832／ｕ）²）（J₁u／ｕ
）e^-jkR／Ｒ
…(1) で与えられる。。ここで、ｕは、 ｕ＝πD₁／λsinθ …(2) であり、C₀は定数である。Ｒはホーンの中心か
ら観測点までの距離である。ｋは定数であり、ｋ
＝2π／λである。λは自由空間の波長を表わす。
なお、ここでは、Ｒ≫λと仮定している。

Ｈ面のθ方向の電界は、 Eθ_H＝C₁（J₁′u／１−（ｕ／1.841）²）e^-jkR／Ｒ…
(3) で与えられる。

コルゲートホーンの放射パターンのＥ、Ｈ面が
非常によく合つていることから、(1)式と(3)式のパ
ターンが非常によく合うαを求めて、放射部１３
がない、すなわちコルゲートホーンのみに相当す
る場合の放射パターンを、前記αを用い(1)式の
Eθ_Eと(3)式のEθ_Hとで近似したときに、放射部１
３がある場合の放射パターンは、この放射部１３
におけるTE₁₁モードとTM₁₁モードの位相変化量
の違いをΔφとすると、 Eθ_E＝C₀（１−αe^j〓〓／１−（3.832／ｕ）²）（J₁
u／ｕ）e^-jkR／Ｒ
…(4) Eθ_H＝C₁（J₁′u／１−（ｕ／1.841）²）e^-jkR／Ｒ…
(5) で与えられる。ここで、ｕは、 ｕ＝πD₂／λsinθ …(6) である。

Δφの値はｌが小さい程小さくなり、また、周
波数による変化はｌが小さい範囲ではほとんど無
視できる。

第５図は本考案給電ホーンにおける給電ホーン
ユニツトの寸法を、ｌ＝21mm、D₁＝52mm、D₂＝
56mmと定めた場合に、このホーンアンテナを円偏
波で励振したときの主偏波の放射パターンを示
す。第５図には、コルゲート導波管１２のみで測
定した放射パターンについても比較のために破線
で示してある。第５図より、本考案によれば放射
部の効果が現れていることがわかる。主偏波成分
が−10dBとなる点における交さ偏波成分は、図
に示されていないが、約−23dBで通常の円すい
ホーンよりも約3dB改善された。

本考案給電ホーンにおける給電ホーンユニツト
では、従来のステツプホーンのような複モードホ
ーンと異なり、非常に広帯域なコルゲート導波管
１２により放射部１３を励振するので、ホーンの
特性を広帯域にすることができるとともに、放射
部１３の長さｌが短かくなるに従つて、放射部１
３の影響も小さくなる。しかも、放射部１３の出
力端１３Ｂの開口の広がりにより放射ビームを細
く鋭いものにすることが可能となる。

従来のコルゲートホーンをマルチホーン形式の
成形ビームアンテナの給電ホーンに単に用いた場
合には、コルゲート溝のために物理的開口の大き
さが大きくなり、従つてマルチビームのビーム間
隔が大きくなりすぎてしまう欠点があつたのに対
し、本考案では給電ホーンユニツトを複数個用
い、その各開口面が同一平面上に位置するように
配置してマルチビーム形式の成形ビームアンテナ
を構成すると、コルゲートホーンのもつ広帯域特
性を生かしつつ、しかもホーンの物理的開口の大
きさを電気的な開口の大きさに近ずけることが可
能となるので、マルチビームのビーム間隔を狭く
することができる。

本考案給電ホーンを用いたマルチビーム形式の
成形ビームアンテナの一例として、人工衛星搭載
の放送用アンテナを第６図に示す。ここで、２１
および２２は本考案給電ホーンにおける給電ホー
ンユニツトであり、それらホーンユニツト２１お
よび２２の各開口面を同一平面上に配置してお
く。２３は開口角が例えば64゜のオフセツトパラ
ボラ反射鏡であり、その焦点Ｆに一方の給電ホー
ン２１の開口の中心を配置し、他方の給電ホーン
２２の開口の中心は焦点Ｆに対して2.2゜ずれた点
Ｐに配置する。すなわち、パラボラ２３の一点０
に対して点ＦとＰとのはさむ角度が2.2゜とする。
このように配置させるためには、本願考案の給電
ホーンユニツトのように物理的開口径（第４図Ｄ
３に示す）が小でないと、隣接ホーンが障害とな
つて配置不能となる。またパラボラ２３を効率よ
く照射するためには、ホーンの放射パターンを余
りブロードにはできない。従つて、放射パターン
のビーム幅に対し、ホーンの物理的開口径を小さ
くする必要があることがわかる。これら給電ホー
ンユニツト２１および２２に対して、個別の給電
器２４および２５からそれぞれ異なる周波数帯の
信号を供給することにより、パラボラ２３からは
別個のサービスエリア２６および２７に向けてそ
れぞれビーム間隔の狭い電波を放射することがで
きる。

上例では、開口の形状が円形の場合について本
考案を説明してきたが、開口は任意所望の形状と
することもでき、例えば楕円開口の場合について
も、楕円開口のコルゲート導波管と楕円開口の放
射部とにより本考案給電ホーンを構成でき、この
場合にも円形の開口の場合と同様な解析手法を用
いることができる。

以上から明らかなように、本考案によれば、給
電ホーンをマルチビーム形式の成形ビームアンテ
ナの一次放射器として用いることにより、隣接す
るホーン間の間隔を小さくでき、しかも、円偏波
で励振したときの交さ偏波特性を広い周波数範囲
にわたつて良好に保つことができる。従つて、第
６図に示したように、サービスエリアの形状が定
められており、隣接するアンテナビームのビーム
間隔を狭くする必要のある日本の放送衛星搭載成
形ビームアンテナのようなマルチビーム形式の成
形ビームアンテナの一次放射器として本考案給電
ホーンを用いることにより、ビーム成形度のよい
成形ビームアンテナを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の給電ホーンの２例
を示す斜視図、第３図および第４図は本考案給電
ホーンにおける給電ホーンユニツトの一例を示
す、それぞれ、斜視図および断面図、第５図はそ
の主偏波の放射パターンの実測例を示す線図、第
６図は本考案給電ホーンを用いた成形ビームアン
テナの説明図である。 １……十字開口、２……円筒導波管、３……円
形開口、４……ステツプ部、５……位相調整部、
１１……入力フランジ、１２……コルゲート導波
管、１２Ａ……コルゲート溝、１２Ｂ……出力
端、１３……放射部、１３Ａ……入力端、１３Ｂ
……出力端。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 複数のコルゲート溝を有するコルゲート導波
   管と、該コルゲート導波管の出力端に接続され
   た入力開口端および該入力開口端より大きい出
   力開口端を有する放射部とを有する給電ホーン
   ユニツトを複数個並設し、前記複数個の給電ホ
   ーンユニツトの各放射部の出力開口端の開口面
   をほぼ同一平面上に配置したことを特徴とする
   給電ホーン。 ２ 実用新案登録請求の範囲第１項記載の給電ホ
   ーンにおいて、前記入力開口端の外壁および内
   壁の形状を前記コルゲート導波管の前記出力端
   の形状と同一となし、前記放射部の内壁面をテ
   ーパ面としたことを特徴とする給電ホーン。 ３ 実用新案登録請求の範囲第２項記載の給電ホ
   ーンにおいて、前記コルゲート導波管および前
   記放射部の各断面を円形としたことを特徴とす
   る給電ホーン。 ４ 実用新案登録請求の範囲第２項記載の給電ホ
   ーンにおいて、前記コルゲート導波管および前
   記放射部の各断面を楕円形としたこと特徴とす
   る給電ホーン。