JPH0121641B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は一般的にはビーム形成アンテナ装置に
関するものであり、より特定的にはホーンイルミ
ネータを有するマイクロ波リフレクタ形式のアン
テナに関する。

従来技術 ホーンアンテナにより照射される放物又は部分
的に放物形状のリフレクタの組合せは、空間に良
好に指向するビームを発生させるレーダー装置に
用いられる初期のアンテナ装置配列の一つであ
り、よつてすでに数多く述べられている。ヘンリ
ー・ジヤシツク編のテキスト「アンテナ エンジ
ニアリング ハンドブツク」（McGraw−Hill、
1961年）は「レーダーアンテナ」と命名された第
25章、第25・２項でこの技術の概略を述べ、また
第10章においてホーンアンテナ自体について述べ
ている。これらの記述及びそれらの文献目録から
本発明に関係ある在来技術が全く完全な背景技術
として入手し得る。

ホーンフイードを有するリフレクタアンテナに
おける超低サイドローブ性能に関し、フイードホ
ーンの精確なパターン形状が非常に重要である。
サイドローブの近傍（所定の角度）はビームピー
ク（0dB）からほゞ−10dBまでの範囲でフイー
ドホーンのパターン形状に相当感応する。上記ホ
ーン近傍（ボアサイト線）から大きい角度におい
てサイドローブレベルは「スピルオーバー・ロー
ブ」によりほゞ支配されるようになつている。そ
のようなスピルオーバーローブがリフレクタの寸
法を大きくすることにより減少され得るが、その
ようなアプローチは寸法と重量の制約から受け入
れられない。

本発明の方法はホーンフイード自体のパターン
を制御し、それによりホーン軸から角度が増加す
る関数として迅速に減少し、また所望のリフレク
タ放射分布を提供する。その方法は下記の記述に
より理解されよう。

発明の目的及び構成 本発明にもとづくホーンパターン制御に用いる
アプローチは比較的簡単であり、また例えばパタ
ーン制御に関しリフレクタ寸法が大きくなる等他
の適当なものに比し安価である。本発明に基づく
ひだ付きホーンはホーン軸から角度が大きくなる
関数として迅速に減少するように−10dB以下の
レベルにおいてホーンパターンを制御し、同時に
0dB〜−10dBの範囲において一般的なパターン
形状を最適にする。実際本発明によれば、本発明
の概念及び実現は−10dBパターン未満の制御を
意味し、またホーンスロート近傍のひだ無し部を
有する広角ひだ付ホーンにおいて実質的に独立な
０〜−10dBパターンを包含している。

ひだ付ホーンのパターン形状制御はフレア角度
θ及びホーンのフレア面の長さの関数として得る
ことができることは知られている。本発明の展開
において、ホーン内におけるひだ付壁から平滑壁
の遷移線を有するＥ面交差間におけるホーン壁の
内側端ひだ付部におけるＥ面幅がその軸に沿つた
ピーク（0dB）から−10dBレベルまでホーンパ
ターンの形状を制御することが見出された。

本発明によれば、従つて、アンテナ軸（ボアサ
イト）の両側のリフレクタ外形線の円弧の対角を
なす角度において協働するリフレクタの照射を制
御し最適にすることができ、またホーン軸からよ
り大きい角度においてサイドローブを最小にする
ことができ、これらのより大きい角度におけるエ
ネルギはリフレクタの周囲を超えてスピルオーバ
ーを生成するサイドローブエネルギを具備する。
それ故本発明に基づくホーン及びリフレクタ装置
は無線周波エネルギを維持し、リフレクタ面につ
いて所望の照射傾斜を可能にし、スピルオーバー
エネルギーにより生成される望ましからざる効果
を回避する傾向を示す。

本発明の概念及び実現の詳細は下記の記述によ
り理解される。

実施例 本発明の概念の詳細及び装置の詳細が添付図面
に関連づけた下記の記述から理解される。

第１図は本発明にもとづくホーンアンテナと在
来のリフレクタを組合せた形態を図解する図であ
る。

第２図は本発明に用いるピラミツド形ホーンア
ンテナの斜視図である。

第３図は本発明にもとづくホーンアンテナの放
射パターンと従来のひだ状ホーンアンテナの等価
的な放射パターン測定値を比較した特性図であ
る。

第１図を参照して述べると、在来の二重湾曲リ
フレクタ１０が図示されており、該リフレクタは
オフセツトフイード１２により付勢されたホーン
アンテナ１１により照射される。リフレクタ１０
は方位面において最大寸法を有し、リフレクタ１
０の中心を通る方位面が実質的に放物であるリフ
レクタ湾曲と交差している。垂直面においてはそ
のようなリフレクタは、小さい角度における放射
を減少させるため、及び立面の大きい角度におけ
るいわゆるコセカント二重パターンを発生させる
ため、又はいずれか一方のため相当変形された形
状を有している。基本的には本発明は、この文脈
において方位ビーム形状の形成について述べる
が、これに限らず全体の装置がアンテナ系統のボ
アサイト１３の周囲に90゜回転することができ、
記述されるべき特性が垂直面においても得ること
ができることが理解されよう。

前述にもとづき、例示について、方位における
ビームパターンの特性は本発明にもとづく関心事
であることが想起される。

第１図において符号１３はホーンアンテナとリ
フレクタの組合体の軸（ボアサイト）を表わし、
第１図及び第２図において符号１３ａは、本発明
にもとづくホーンアンテナのための（自由空間に
おける）、第３図に図示の如き放射パターンにつ
いての軸（0dB）点を表わしている。

第２図を参照すると、ホーンアンテナ１１の詳
細図解状態が示されている。この場合ホーンアン
テナ１１の開口はＥ面、即ち説明の都合上、図面
と水平な面と平行な方向に最大寸法を有してい
る。

第２図に図解のホーンアンテナ１１がひだ付壁
としての対向する１組の壁１６及び１７、及び滑
らかな壁としての対向するもう１組の壁２０及び
２１を有することが判る。ホーンアンテナ１１は
壁２０及び２１が本質的に平行な扇形に製造され
得るが、リフレクタ１０との組合せにおいて、ホ
ーンアンテナは、Ｅ面に対し法線方向面において
リフレクタ１０に所望の照射を受容するように壁
２０及び２１がいく分じようご形に開いているこ
とが望まれている。ホーン壁２０及び２１は、特
別の状況において、例えば円形又は切換可能な分
極送信特性（circular or switchable
polarization transmission characteristics）が
要求されているような場合においてひだ付壁とし
て提供することもできるが、詳細についてはその
ような変形形態について述べる必要はないと考え
られる。よく理解されているように本発明の原理
が他の変形形態についても適用できるからであ
る。

フレア角θ（ホーンアンテナのひだ付側面の全
包囲角の半分）は第２図の２箇所において同じで
ある。ひだの長さＬ及び深さｄは、長さＬに沿つ
たひだの中心間距離１５はそのまゝ第２図につい
ても、左右対称であり、同じである。

導波管フイード１２がフランジ２４によりホー
ンアンテナに結合されるようになつていることが
理解される。そのようなカツプリングは単に機構
的便宜のものであり、本発明の組合せに機能的に
必要な部分ではない。導波管がホーンフレアと接
触しているので、スロート（狭路）は導波管の狭
断面寸法と等しいと理解され得る１４において図
示のＥ面と平行し所定の寸法を有するように形成
されている。側壁のひだなし部１８及び１９が図
解されており、各ひだなし側壁は寸法がL′であ
り、ひだ部はひだなしフレア壁１８及び１９の外
側から始まつている。説明の便宜上、ホーン軸１
３ａと直交しまたＥ面と直交し、図解の如く寸法
ｂの面部は、ひだ付壁とひだなし壁部１８及び１
９との間に遷移領域を規定する。それ故寸法ｂは
図示の如く１４と平行な線に沿つている。

経験的にθ＞sin^-1（0.8λ／ｂ）として定められ
ており、ホーン放射パターンの主要有効部が主に
寸法ｂにより制御され、該寸法は事実上ひだ無ホ
ーン部１８及び１９の開口の寸法である。その寸
法は明らかにいわゆるホーンアンテナのマウス部
からの遷移面の間隔に比例している。実際ホーン
アンテナ全体の０〜−10dB部が開口の寸法ｂ及
びフレア角度θを有する通常の平滑壁ホーンで得
られるものと全く類似する。本発明にもとづくホ
ーンアンテナにおいて、（ホーン軸からより大き
い角度に対応している）−10dBより低いレベルに
おけるパターンが、ｂ，θ及びＬにより制御さ
れ、これらのパラメータはｄλ／４、Ｌ＞2λ、
θ＜80゜とされており、１波長当り６〜８個のひ
だが設けられている。sin^-1（0.8λ／ｂ）より小さ
くない限りより小さい角度θで形成され、又はよ
り長いＬで形成され、（ホーン軸からの角度の関
数として）−10dBのレベルをこえて迅速なパター
ンの減衰が生ずる。

勿論レベル、例えば−10dBその他について言
えば、そのような基準点は任意でありホーン軸か
らの角度の正確な関数ではないが、一般に数学的
な関係がパラメータと条件について正確に記述さ
れることが理解される。

第１図を再び参照すると、ホーンアンテナ１１
が、少くともＥ面において（図示の如く法面にお
いて）放物面１０の焦点に又は焦点の近くに位置
されていることが認識されよう。従つてホーンア
ンテナ自身からの理想的な照射関数又はパターン
形状は所望の照射関数を提供するようなものであ
り、すなわち高利得については均一でホーン軸１
３ａの両側の角度のホーンからリフレクタ１０の
縁まで延びている低サイドローブとしてガウス又
はコサイン スクエア傾斜状のものであるが、よ
り大きい角度においては実質的に零レベルに鋭く
低下している。そのような理想的なパターンは、
零サイドローブ及び零「スピルオーバー」問題と
同等であり得る。明らかなようにそのような理想
化された照射関数は実際には実現できないが、第
３図に関係づけて本発明の原理にもとづいて実現
した改良が良好であることについて説明できる。

第３図を参照して述べると、パターン２２が図
示されており該パターンにおいて寸法ｂがほゞ１
及び1/3波長として経験に基いて選択された。そ
の寸法は作動周波数5.65GHzにおいて7.112cm
（2.800インチ）に対応している。或る用途におい
ては、利得及びサイドローブレベルを最適化する
ため−10dBビーム幅を増加させること、及びス
ピルオーバーローブを最小化するため−30dBビ
ーム幅を減少させることが望まれている。そのよ
うな変形形態はＬ及びθのみを変化させることに
よつては得られない。しかしながらL′は大変有益
なパラメータを提供し、そのパラメータによりパ
ターン形状を制御することができる。第３図の放
射パターン２３として図示された形状はこの０〜
−10dB領域において相当良好な均一な照射を提
供する一方、−30dBにおける有効ビーム幅が減少
している。希望したパターン２３は寸法ｂを
4.6963cm（1.845インチ）まで減少させることに
より実現された。これら寸法ｂについての全て
は、設計中心周波数5.65GHz及びＢ＝4.6963cm
（1.845インチ）の場合について述べており、これ
は0.883λになつている。

第３図に図解の期待パターン２３は０〜−
10dB範囲においてより均一な照射を生じさせる
ようにみえる一方、（リフレクタ縁に対応してい
る）−30dB点においてより狭い全ビーム幅を提供
し続ける。

固定された他のパラメータを独立して考慮する
とＬを増加させることは全ホーン放射パターンを
狭くする。寸法ｂを適量だけ小さくしＬを適量だ
け増加させることは−10dB以下のレベルにおけ
るビーム幅が狭くなり０〜−10dBの間のビーム
については殆んど影響がない。

当業者にとつてリフレクタの構造を種々異なら
せることは明瞭であり因子θ，Ｌ及びｂの基本的
な組合せが要求されるかも知れないが、本発明に
もとづいて教示した原理はパターンの形状を制御
するのに寸法ｂが注目すべきことであることが今
まで知られていず、認識されていなかつた。

実験にもとづいた設計を遂行している間に、十
分ひだを付けたホーンが最初の点として提供でき
る。寸法L′はホーンのスロートからひだに亘つて
導電性箔を適用することにより階段状に導入する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にもとづくホーンアンテナと在
来のリフレクタを組合せた形態を図解する図、第
２図は本発明に用いるピラミツド形ホーンアンテ
ナの斜視図、第３図は本発明にもとづくホーンア
ンテナの放射パターンと従来のひだ状ホーンアン
テナの等価的な放射パターン測定値を比較した特
性図、である。 （符号の説明）、１０……二重湾曲リフレクタ、
１１……ホーンアンテナ、１２……オフセツトフ
イード、１３ａ……ホーン軸、１５……中心間の
間隔、１６，１７……壁、１８，１９……側壁、
２０，２１……ホーン壁、２４……フランジ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定のＥ面フレア角度を有し、矩形導波管１
   ２に接続されたスロート１４を有する矩形開口電
   磁気ホーンアンテナであつて、該ホーンアンテナ
   が、 前記ホーンアンテナの対向する内壁対１６，１
   ７の内壁のそれぞれに、均一に間隔づけられ、前
   記Ｅ面と実質的に直交し、前記ホーンアンテナの
   外側端部から前記ホーンアンテナの軸１３ａと直
   交する遷移面の交差部まで長さＬにわたつて設け
   られた複数のひだであつて、それらの複数ひだの
   前記Ｅ面と直交する方向の長さが前記遷移面から
   前記ホーンアンテナの外側端部に向つて大きくな
   つているもの、および、 前記スロートと前記遷移面との間にひだ無しホ
   ーン壁区分１８，１９を提供する手段であつて、
   前記遷移面は幅ｂのＥ面幅を有し、前記ホーンア
   ンテナのＥ面フレア角度θがsin^-1（0.8λ／ｂ）よ
   り大きくなつているもの（但し、λは波長）、を
   具備する、矩形開口電磁気ホーンアンテナ。 ２ 前記ひだが作動周波数についての波長当り少
   くとも６個存在する、特許請求の範囲第１項に記
   載のホーンアンテナ。 ３ 前記ひだの前記寸法Ｌに沿つた中心間隔が
   λ／８〜λ／６の間にある、特許請求の範囲第１
   項に記載のホーンアンテナ。 ４ 前記ひだの深さｄがλ／４より大きい、特許
   請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載のホ
   ーンアンテナ。 ５ 前記寸法Ｌが2λ以上であり、前記フレア角
   θが80゜未満である、特許請求の範囲第１項に記
   載のホーンアンテナ。 ６ 前記ひだの深さｄがλ／４以上である、特許
   請求の範囲第５項に記載のホーンアンテナ。 ７ 前記ひだの前記寸法Ｌに沿つた中心間隔が
   λ／８〜λ／６の間にある、特許請求の範囲第５
   項に記載のホーンアンテナ。 ８ 前記ひだがλ／８〜λ／６の範囲で間隔づけ
   られて前記寸法Ｌにわたつて延び、前記寸法Ｌが
   2λ以上であり、前記フレア角が80゜未満であり、
   前記ひだの深さが少くともλ／４である、特許請
   求の範囲第１項に記載のホーンアンテナ。