JPH02217003A - 非対称双円錐ホーンアンテナ - 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】 （技術分野） この発明は一般にはアンテナに、更に詳細には所望のア
ンテナ指向性図を与ンるためのアンテナ形状に関係して
いる。

（背景技術） アンテナ技術において周知のことであるが、アンテナの
形状はアンテナのビームパターン及びアンテナが動作す
る周波数範囲の両方に影響する。

（以下においては、アンテナは無線周波エネルギーを送
信するものとして説明される。しかしながら、当業者は
理解することであろうが、アンテナは又無線周波エネル
ギーを受信するように動作し、従って送信に関すること
ごと（の説明は信号を受信するために使用されるアンテ
ナについても当てはまる。）形状は次のような動作パラ
メータに影響を与える。すなわち、アンテナが最大レベ
ルの３ｄＢ　内のレベルを持った信号を送信する空間に
おける方向によって測定される仰角及び方位角有効範囲
、アンテナ利得、アンテナ・サイドロープの大きさ、並
びに利得が仰角及び方位角有効範囲にわたって変化する
量によって測定される主ビームにおけるリプルの量、に
影響を与える。

多くのアンテナパラメータは独立していない。

それゆえ、すべてのパラメータに対して任意の値を達成
することは不可能である。例えば、ビーム有効範囲を増
大することは又サイドロープ及びリプルを増大すること
になるかもしれない。実際の応用においては、植種のア
ンテナパラメータ間の妥協によるアンテナ設計が選択さ
れる。

特別のアンテナ設計を必要とする一つの応用は電子妨害
（ＥＣＭ）送信である。例えば、広い方位角有効範囲、
低いサイドロープ、及び低いリプルな持った信号を送信
することはＥＣＭシステムにとってはしばしば望ましい
。比較的高い利得を持つことも又ＥＣＭシステムにおけ
るアンテナにとっては望ましいであろう。

そのような応用のために時折使用される一つのアンテナ
は双円錐（パイコニカル）ホーンアンテナとして知られ
ている。そのようなアンテナは円錐のような形状をした
対称的な上方及び下方部分を持っていて、円錐のテーパ
の付いた端部が互いに向かい合っている。上方及び下方
部分を形成しく４） ている円錐は中心線に沿って底部から先端まで切断され
ていて、切断部分は接地板に対して取り付けられている
。信号は幾つかの方法の一つでアンテナに結合される。

両部分の一つの中心を通って走っている同軸ケーブルは
その外側導体がアンテナの一方の半部に接続され且つそ
の内側導体がアンテナの他方の半部に接続されている。

別の方法としては、円形の導波管が両部分の一つを通っ
て走っていてその開口部が円錐部分間の領域にある。

多くの応用においては、アンテナは地面の非常に近くに
、又は船上における場合には水面の近くに取り付けられ
ている。アンテナが地中又は水中の信号を導くことなく
地面又は水面の上方の領域へ無線周波信号を導くことが
望ましいであろう。

双円錐ホーンアンテナが上方へ傾けられたならば、アン
テナのずぐ前の領域において地面又は水面の上方に放射
される。しかしながら、双円錐ホーンアンテナを傾ける
ことはアンテナの側方の近くの仰角有効範囲にわずかな
影響を与える。双円錐ホーンアンテナはそれゆえに、非
対称仰角有効範囲が望まれる用途に十分には適合しない
。

（発明の要約） この発明についての前述の背景を考慮して、広い方位角
有効範囲を持ったアンテナを提供することがこの発明の
目的である。

非対称仰角有効範囲を持ったアンテナを提供することが
更にこの発明の目的である。

広範囲の周波数にわたって動作させられたときに主ビー
ムにおけるサイドロープ及びリプルが低いアンテナを提
供することがなおこの発明の更なる目的である。

この発明の前述及びその他の目的は、接地された背面板
に対して取り付けられていて円錐のテーパの付いた端部
が向かい合っている二つの円錐部分、を備えたアンテナ
によって達成される。両部分は等しくない大きさのもの
であって曲がった縁部な持っている。このアンテナは背
面板を通過している方形導波管によって給電される。

（実施例） 今度は図１に移ると、この発明に従って構成されたアン
テナの概略図が示される。このアンテナは普通アンテナ
に使用される任意の導電材料で構成されている。今度の
説明を容易にするために、参照番号２２は任意の方向を
持ったベクトルＶを示している。ベクトルＶは方位角面
において測定された方向Ａｚ及び仰角面における角度Ａ
ｅを持っている。

円錐形上方部分１２及び円錐形下方部分１４は接地され
た背面板１０に対して取り付けられている。方形導波管
１６は円錐形上方部分１２及び円錐形下方部分１４のテ
ーパの付いた端部（番号なし）間で背面板１０を通過し
ている。

導波管１６は背面板１０の面の近くで終わっているが、
垂直壁体（番号なし）は背面板１０の面を越えて延びて
いて突出部２ＯＡ及び２０Ｂを形成している。導波管１
６の水平壁体（番号なし）は円錐形上方部分１２及び円
錐形下方部分１４の面と同一平面にある。同一平面を与
えるために、円錐形部分１２及び１４は点にはならず、
それぞれ平たい半円形の整合部分１８Ａ及び１８Ｂで終
わっている。

図２はＥ界が方位角面内に（すなわち、図２の平面に垂
直に）なるように導波管１６が駆動されることを示して
いる。Ｅ界をこの方向にすると仰角面に低いサイドロー
ブが与えられる。

技術上よく知られているように、アンテナの諸元はアン
テナが動作する周波数によって決定される。アンテナの
諸元Ｄ１・・・・・・Ｄ７は図２に示されている。表Ｉ
は動作周波数における波長でのＤｌ・・・・・・Ｄ７の
長さを記載している。例えば、導波管１６の垂直壁体り
、の長さは寸法り、として図示されている。表■におい
て、Ｄｌはある長さの波長を持って示されている。

表　　　Ｉ Ｄ＋　　０．９９ Ｄ２１．０２ Ｄ３１．１３ Ｄ４１．９４ Ｄ５２．０４ Ｄ６１．８３ Ｄ７４．７０ Ｄｓ　　１．０２ アンテナがある範囲の周波数にわたって動作することが
望ましい場合には、その範囲の中心における公称動作周
波数が選択される。表Ｉの諸元はその場合公称動作周波
数における波長を表すことになるであろう。

アンテナの他の諸元に関しては、導波管１６の水平寸法
（図２には示されていない）は垂直寸法Ｄ１のほぼ６分
の１である。角度Ａ１はここでは約４０°になるように
選択され又角度Ａ２はここでは約２６°になるように選
択された。突出部２ＯＡ及び２０Ｂ（図１）は背面板１
０の面を百分の二三インチ越えて延びている。

この発明に従って構成されたアンテナの動作の一例とし
て、表Ｉの諸元に従って製作されたアンテナは表■の諸
特徴を与えた。各特徴に対する数値の範囲は諸特徴があ
る帯域における多くの周波数において測定されたことに
起因している。表Ｈに示されたように、低い周波数端か
ら高い周波数端までの周波数の比は２．４３に等しい（
すなわち、１オクターブより大きい）。

表　　■ 方位角電力半値ビーム幅　　　　　　１６０°−１６６
゜仰角電力半値ビーム幅　　　　　　　　２８°〜３９
゜周波数帯域　　　　　　　　　　２．４５　：　１サ
イドローブ　　　　　　　　　　−３０ｄＢ未満線形等
方向性源に関する利得　　　　６ｄＢこのアンテナは方
位角方向に対称なビームを送信する。それゆえ、１６０
°の方位角ビーム幅はアンテナの方位角面において一８
０°と＋８０°との間に広がるビームに対応する。しか
しながら、このアンテナは仰角方向においては対称でな
い。

図６は非対称仰角有効範囲によって意味されることを更
に明確に示している。曲線ろ０２及び３０４は表Ｉの諸
元に従って構成されたアンテナに対するビームパターン
の実験的測定値を示してイル。線５０８はビームパター
ンの中心軌跡カ生じる仰角を示している。例えば、最大
電力より５ｄＢ下の電力に対しては、ビームの中心軌跡
は水平線の上４°である。図に見られるように、より低
い電力においてはビームの中心軌跡は水平線上で更に高
くなる。

表１のために上に与えられた諸元は特定の応用のために
有効なアンテナを与える諸元を表している。この場合、
精密な諸元は計算機シミュレーションの援助によって経
験的に選択された。図４はアンテナの断面を、これにｙ
′軸及びｙ′を重ね合わせて、示している。ｙ′軸は点
４０２及び４０６と同一４上にある。点４０２は直線部
分５４と下方部分１４の曲がった部分５８との間の遷移
点である。

点４０３は直線部分５２と上方部分１２の曲がった部分
５６との間の遷移点である。点４０１は点４０２及びＡ
Ｏ５を包含し且つ直線部分５２及び５４を包含する三角
形の頂点である。

アンテナの開口はｙ′軸に沿って点４０２と４（３５と
の間にあり、長さＡを持っている。ここでは、点４０２
は−Ａ／２の値を持ったｙ′軸上の点に対応し、且つ点
４０６はＡ／２の値を持った点に対応している。

開口における電界Ｅ（ｙ’）は解析的に次のように（］
１） 表現され得る。

Ｅ（ｙ’）＝−３２（Ｌｕ／Ｌ（ｙ’））ｃｏｓ（ｙｒ
ｙ／Ａ）ｅｊ””（”’−Ｌ（ｙ′））／λ式（１） ここで、ｙ′はｙ′軸に沿っての位置を規定する変数で
あり、 Ａは開口の長さであり、 Ｌｕは点４０１と４０６との間の距離であり、ＬＬは点
４０１と４０２との間の距離であり、Ｌ（ｙ’）は点４
０１と点ｙ′との間の距離であり、λはアンテナから送
信された信号の自由空間波長であり、又 旦２は図４に示されたＸ′軸及びｙ′軸に直交するもの
として理解される２′軸に沿っての単位ベクトルである
。

周知の技法を用いて、遠方界分布は開口における電界か
ら計算されることができる。それゆえ、式（１）から図
１のアンテナの遠方界分布を計算することができる。こ
こでは、多目的ディジタル計算機が式（１）を用いて遠
方界パターンを計算するようにプログラムされた。計算
機プログラムにおけるパラメータＡ、Ｌｕ及びＬＬは遠
方界パターンが所望の領域を包含するまで変えられた。

諸元は他の応用のために適したアンテナを与えるように
変更され得るであろう。例えば、突出部２０Ａ及び２０
Ｂの長さはより広い方位角ビーム幅を与えるように増大
され得るであろう。しかしながら、突出！２０Ａ及び２
０Ｂの長さを増大するとビームにおけるリプルの量が増
大する。角度Ａ、及びＡ２は仰角ビーム幅を変えるため
に調整され得るであろう。

この発明の概念から逸脱することなく採択実施例にその
他の多くの変更及び変形を行い得ることも又明白であろ
う。例えば、アンテナを偏波器と共に使用して放射信号
の偏波面を変更することができるであろう。

【図面の簡単な説明】

図１はこの発明に従って構成されたアンテナの概略図で
ある。 図２は平面２−２による、図１におけるアンテナの断面
図である。 図５は仰角の関数としての図１のアンテナから放射され
たエネルギーのプロットである。 図４は仰角の関数としてのアンテナから放射されたエネ
ルギーを推定するのに有効な座標系を示した図１におけ
るアンテナの断面図である。 〔１３） （］Ａ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ａ）背面板、 ｂ）円錐の底部から先端まで中心線に沿って分割された
   円錐として形成された部分を持った上方部分であって、
   前記の背面板に取り付けられた上方部分、 ｃ）円錐の底部から先端まで中心線に沿って分割された
   円錐として形成された部分を持った下方部分であって、
   上方部分よりも大きく、且つ下方部分の先端が上方部分
   の先端に面するように背面板に取り付けられた下方部分
   、及び ｄ）上方部分の先端と下方部分の先端との間で背面板を
   通過している導波管、 から構成されるアンテナ。 ２、前記導波管が方形である、請求項１のアンテナ。 ３、前記導波管の二つの壁体が接地板の面を越えて突出
   している、請求項２のアンテナ。 ４、前記導波管の二つの突出した壁体が突出していない
   壁体よりほぼ３倍長い、請求項３のアンテナ。 ５、ａ）上方部分が円錐形状の部分に隣接した曲がった
   部分を備えており、且つ ｂ）下方部分が円錐形状の部分に隣接した曲がった部分
   を備えている、 請求項１のアンテナ。 ６、１００°を超える方位角面における角度にわたって
   無線周波エネルギーのビームを導き、及び方位角面の第
   ２の側におけるよりも方位角面の第１の側においてより
   多くの無線周波エネルギーが仰角面へ導かれるように仰
   角面にビームを導くための手段を備え、直交する方位角
   面及び仰角面を有するアンテナ。