JPH02228103A

JPH02228103A - 円錐形ホーンアンテナ

Info

Publication number: JPH02228103A
Application number: JP605090A
Authority: JP
Inventors: Ordean S Anderson; オーディーン・エス・アンダーソン; Donald E Anderson; ドナルド・イー・アンダーソン; Ramakrishna A Nair; ラマクリスナ・エイ・ナーイア; Michael Riebel; ミハエル・リーベル
Original assignee: Microbeam Corp
Current assignee: Microbeam Corp
Priority date: 1989-01-11
Filing date: 1990-01-11
Publication date: 1990-09-11
Also published as: CN1047170A

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、通信アンテナ、特に、誘電体で被覆され、マ
ルチフレア角を有する円錐形ホーンアンテナであって、
２点間通信、特に、家庭と商業衛星間の通信に使用され
るアンテナに関する。

［発明の背景］いかなる電磁通信システムにおいても、それらの性能に
とって、送受信アンテナは極めて重要である。送信アン
テナは、放射電力を所要の方向に、即ち、送信された放
射を、隣接方向からのノイズをできるだけ小さくして検
出するように取り付けた受信アンテナの方向に、向けた
り集束したりするのに用いられる。比較的高い軸上利得
を示し、かつ軸外サイドローブその他の好ましくない信
号特性が最低である指向性アンテナを使用することによ
って、２点、間通信能力が強化される。このようなアン
テナについての他の所要属性は、自由場放射を交差偏波
なしに集束または増幅する能力であるが、これは、殆ど
の通信チャンネルに、電界方向が互いに直角を成す二つ
の線形に偏波された信号が使用されるからである。

また、パラボラ反射器の単位面積当りのコストが高いと
いう理由および静止軌道の衛星を利用したテレビ放送お
よび／またはデータ通信システム（衛星通信レーダや電
波天文学を言うのではない）を開発する関心から、改善
された給電システムの開発に相当の関心が持たれている
。しかしながら、唯一の静止軌道、即ち、赤道軌道しか
無いという観点から、この軌道上の衛星位置に対する需
要は増え続けるであろう。この軌道の利用をできるだけ
少なくするためには、衛星間の間隔をできるだけ近くす
ることが必要であろう。その代わりに、地球局アンテナ
には、低サイドローブレベルで高い利得および指向性を
有する円偏波楕円形ビームを放射するものが要求される
。低サイドローブレベルであれば、隣接信号の干渉が避
けられる。

更に、交差偏波放射レベルが低く維持されるならば、信
号は逆偏波にて受信され、偏波ダイバーシチの適用に便
宜が与えられる。即ち、種々の偏波の信号を送ることは
、例えば、種々の制定されている規格に合致することが
必要となる。この低交差偏波条件を満足するためのアン
テナの要件は、Ｅ（垂直）面放射パターンとＨ（水平）
面放射パターンとが等しいことである。

衛星通信、その他の特殊な応用のために、指向性ビーム
に、ステアリングが要求される場合があり、従って、可
変ビーム幅機能を有するアンテナが好ましい。電波天文
学への応用のためのアンテナは、高利得および高指向性
に加えて、低交差偏波、抑制されたサイドロープ、ビー
ム成形能および広い帯域幅の特徴を併せ持つべきである
。

マイクロ波以下の波長を受信するのに用いられる現用ア
ンテナは、広帯域利得特性を有する比較的大きい反射性
パラボラコレクタをしばしば備える。このコレクタは、
独立した受信ホーンで、−次信号およびサイドローブ（
これらはまた広いコレクタ受入れ角のために受信される
）を受信しかつ集束するように設計されている。即ち、
同軸に取り付けられ、かつ後方に向いていて広ビーム幅
を受信可能な給電ホーンは、コレクタの信号軸および焦
点と整合されており、集束された信号を受は取り、それ
を関連の受信電子機器へ転送し、そこでこの信号はその
所要の応用のために適当に変換増幅される。

これに対し、出願人は、例えば、ＣおよびＫＵマイクロ
波帯に対応する周波数を中心とする幾つかの帯域幅に亘
り、小さい開口面を有し高利得かつ低サイドローブの各
特徴を有していて、前方に向く円錐形アンテナが、大き
な囲周コレクタとは独立して、それ自体で用いられる得
ることを発見した。しかも、アンテナ全体としても、受
信開口面が非常に狭くなった点を除いて、多くの現用反
射器型アンテナの給電ホーンに匹敵するサイズでしかな
い。

後者については、現在利用可能な家庭用の衛星システム
では、Ｃバンド周波数が広く利用されており、かつ直径
がＩＯないし１６フイートで、相対的に大きなフレア角
の給電ホーンを有するダウンリンクアンテナが用いられ
ている。従って、このようなアンテナは、風その他の一
般の天候条件による損傷を防止するため、比較的強固な
取付はシステムが必要である。

この取り付けの問題は比較的容易に克服されるけれども
、アンテナの物理的サイズは、人工密度の比較的高い地
域、特に、高層建物内に住む人達に取って、別の問題を
提起する。即ち、田園に住む人達が、通常、彼等のアン
テナの位置を比較的自由に変えるだけの広い余裕のある
敷地を持っているのに対して、部会のユーザは、アンテ
ナを目立たないように取り付けるだけの十分な空間を持
っていないか、あるいは場合によっては、受信を阻止す
る隣接建築物と戦わなければならないかもしれない、更
に、このようなアンテナの取り付けに関して法令その他
の制限が適用される場合があり、これらはユーザの諸問
題を増加させるかもしれない。

また、より高いＫＵバンド周波数が、衛星通信に対する
専用を取り消すことも含めて、考慮されてきており、今
日まではこのような衛星は静止軌道に比較的少数のみが
配置されてきた。Ｃバンド設計を越えるこのようなアン
テナの利点は、アンテナ反射鏡が、従来の設計を用いて
、衛星の送信電力レベルに応じて２ないし６フイートの
範囲内の直径で構成され得ることである〔プローデイ・
エイチ、小型反射鏡に対する大きな希望、ハイ・テクノ
ロジー・ビジネス（Ｂｒｏｄｙ　Ｈ，、Ｂｉｇ　Ｈｏｐ
ｅｓｆｏｒ　Ｓｍａｌｌ　Ｄｉｓｈｅｓ＋　Ｈｉｇｈ　
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｂｕｉｓｉｎｅｓｓ＋ｐ　ｐ　
、　４１−４５　（Ｎｏｖｅ＋ｗｂｅｒ、　１９８７　
）　）参照〕。また、このようなアンテナは、典型的に
は、従来のパラボラその他の集束コレクタを用いて、受
信されたいわゆる「遠距離領域」信号を、後方に向いた
給電ホーン（これは典型的にはアンテナ表面にその焦点
に取り付けられる）に集めかつ集束するように設計され
る。２００ボンドもあるＣバンドアンテナとは対照的に
、後者のように設計されたＫＵバンドアンテナは、通常
１００ポンドにしかならない。後者に関して、出願人は
、平面アレーのＫＵバンドアンテナ設計を論じた論文〔
ロング・エム、来るべき反射鏡の形状、サテライト・オ
ービット（Ｌｏｎｇ　Ｍ、、　Ｔｈｅ　５ｈａｐｅ　ｏ
ｆ　Ｄｉｓｈｅｓｔｏ　Ｃｏｍｅ、　５ａｔｅｌｌｉｔ
ｅ　０ｒｂｉｔ、　　Ｐ　Ｐ、　　３５　３　Ｂ（Ｏｃ
ｔｏｂｅｒ、　　１９８７　）　）　）を承知している
。

更に、上述とは対照的に、本発明は、一実施例において
、アンテナ開口面が１２ないし２４インチの範囲内であ
り重量が５ポンド以下であるＫＵバンドアンテナの構成
を企図している。幾つかの他の構成は、１０インチより
小さい開口面および１５インチより短いホーン長を示し
ている。このような小型化は、特に、以下において説明
する独特に配列された複数個のステージから成る構成の
採用によって達成される。この構成はまた、スケーリン
グを適当にすれば、幾つかの他の周波数帯に適合できる
ように構成されている。

本発明によるアンテナとの類似点を幾つか有する特徴で
もって設計されたアンテナについて、出願人の知る限り
では、米国特許第２，７６１，１４１号、第３，５１８
，６．８６号、第３．９１７゜７７３号および第３，８
６６．２３４号が公知である。これらの文献は、種々に
成形された誘電体アンテナレンズを一般的に開示してい
る。

また、出願人は、米国特許第２，８０１，４１３号、第
３，０５５，００４号、第４，２４６゜５８４号および
第４，４６０，９１４号を承知しており、これらにはホ
ーンアンテナに関連して誘電体構造の利用が示されてい
る。

更に、マルチフレア型の給電ホーンアンテナの設計に関
して、出願人は、米国特許第２，５９１゜４８６号、第
３，８９８，６６９号、第４，１４１．０１５号および
第４，４４２．４３７号を承知している。アンテナホー
ン内での段階式不連続性が開示されており、また、第３
．８９８，６６９号特許はマルチフレア型の方形ホーン
アンテナを開示しているけれども、上述した文献のいず
れも、種々の周波数、特に、ＫＵバンドおよびＣバンド
のそれに適合するアンテナおよび／または本発明の特徴
としての小型軽量のアンテナを提供するための諸特徴の
組合せについてのこの出願の請求の範囲と関係あるもの
を開示したものはない。

なお、上記のような構成は、直径゛の大きい隣接するコ
レクタと組合わされる後方に向いた給電ホーンとしての
使用を意図したものであり、独立した前方に向いた遠距
離領域アンテナとしての使用を意図したものではない。

〔発明の概要〕

本発明の第１の目的は、２点間通信において種々の周波
数を受信し放送するのに用いられるアンテナ構成を提供
することである。

本発明の他の目的は、遠距離領域のＣバンドおよびＫＵ
バンドの周波数を、衛星ダウンリンクシステムにおける
利用を可能にする信号レベルで受信することが可能なア
ンテナを提供することである。

本発明の更に他の目的は、静止衛星に関してのアンテナ
の指向性を改善しかつ有利なアレー配列を可能にするよ
うな、比較的低いサイドローブレベルおよび交差偏波を
示すアンテナを提供することである。

本発明の更に他の目的は、物理寸法および重量をできる
だけ小さ（して、これにより屋敷内でおよび／または建
築物の屋根に目立つことなく取り付けられ、および／ま
たは設計によっては個人で運搬できるアンテナを提供す
ることである。

本発明の更に他の目的は、有効な信号利得および整合さ
れたステージインピーダンスを示すマルチフレア型の誘
電体被覆アンテナ構造を提供することである。

本発明の更に他の目的は、受信を改善するためのもので
あって、受信開口面を取り囲み前方を向くアンテナ集束
レンズ、および／または、受信開口面に精密に近似する
サイズでそれに隣接して取り付けられる誘電体散乱器を
提供することである。

本発明の更に他の目的は、折り畳み式のアンテナ構造を
提供することである。

本発明の更に他の目的は、遠隔制御可能で全天候型のレ
イドーム構造を提供することである。

本発明の更に他の目的は、その抑制されたサイドロープ
の理由から、比較的小さいサイズでありながら所要の電
気性能を有するアンテナの直線状あるいは他のアレー構
成を提供することである。

本発明の上述した種々の目的および利点は、本発明の好
ましい構成の一つにおいて得られ、それは、内部に第１
および第２の円錐形ステージを含み、これらのステージ
の半角テーパが互いに１ないし５度異なると共に、中間
円筒形ステージを介して互いに結合されている剛性のフ
ァイバガラス／ポリエステル製円錐形ホーンを備えてい
る。アンテナの内部は、ホーン開口面からアンテナ頂点
に取り付けられた変換器または連続した均一の平滑テー
パを形成するように、均一な薄膜導体層で覆われ、その
上に誘電体被覆が挿入または形成されている。誘電体被
覆は、１以上の円錐形および円筒形ステージに選択的に
付加可能である。

他の実施例においては、特にＫＵバンド、Ｃバンドある
いはその他の所要周波数に対して透過性であるスペーサ
部材によって、アンテナ開口面に適合された前方に向く
屈折性の均質な誘電体集束レンズが締め付けられてしす
る。このレンズは、中心が周縁より厚い凸レンズでも、
凹レンズでも、その他の種々の集束形状を成すものから
成るものでも良い。球形その他の適当な幾何学的形状お
よび密度の誘電体散乱器を外側アンテナ開口面に結合さ
せても良いし、かつ同散乱器をアンテナ開口面に対して
適当な間隔をおいて、集束レンズの有無に拘わらず、ア
ンテナを同調させるのに用いても良い。

更に他の実施例においては、半球形または放物線形の反
射レンズが、外側ホーン開口面を増すことおよび受信信
号を予め集束するのに用いられる。

更に他の実施例においては、硬く周波数透過性でガスが
充填されたレイドーム容器内に取り付けられた遠隔制御
多軸駆動アセンブリ上にて、アンテナが構成される。

更に、他の二つの実施例においては、入れ子式のホーン
構造および直線状アレー取付けについて述べている。

本発明の上記の目的、利点および特徴は、その詳細な構
成と共に、添付図面を参照とする以下の詳細な説明によ
って明らかになるであろう。なお、以下における説明は
、本発明の好ましい実施例および種々の他の実施例のみ
について行ったもので、従って、これらは、現に意図さ
れる変形と共に、請求の範囲において明らかにする本発
明の精神および範囲を制限するものと解釈されるべきで
はない。

〔実施例〕

第１図を参照して、衛星通信システムを含むいかなる見
通し内通信システムにも使用可能な本発明の円錐形ホー
ンアンテナの各ステージについての概念図が示されてい
る。図示するように、アンテナアセンブリ２は、第１の
一次円錐形ステージ４を有するが、これは直径がＡであ
る外側受信信号開口面６から直径Ｂの円筒形の中間カプ
ラステージ８までθ１の角度変位即ちフレア角にて内方
ヘテーパになっている。第２の円錐形ステージ１０がカ
ブラステージ８から後方に延びており、両ステージ４お
よび１０は同軸である。ステージ１０は、θ２（典型的
にはθ１より１ないし５度小さい）の角度変位即ちフレ
ア角にて内方ヘテーパになっており、円形一方形導波管
変換領域１２と同軸配列にて終端している。その入力位
置での直径はＣで、従来の低ノイズ前置増幅器またはダ
ウンリンク変換器１６に適合している。この前置増幅器
または変換器は、受信された信号を、受信機１８に適合
する周波数で結合させる。アンテナの利得特性を改善す
るために、前方に向いた反射性集束レンズ１４が受信開
口面６に取り付けられており、これは、第１図のように
、半径Ｒの半球形凹面椀型レンズから成る。また、図示
のように、半径ｒを有する同軸の球形誘電体散乱器１９
を備えており、これは反射性または屈折性の集束レンズ
１４と一緒に、あるいは単独で用いられ得る。

反射性レンズが開口面６を広げたり入射信号を前もって
集束するのに対して、散乱器１９は、アンテナの利得を
改善するために誘電体負荷を与えると共に、それを長軸
１７に沿ってどちらかへ変位させることによって同調を
取るのに役立つ。散乱器１９は、種々の誘電体被覆ある
いは挿入体（これについては後に詳述する）と共に、入
射信号の高次モードの位相整合に影響を与え、これらの
モードを、そのエネルギーをサイドローブへ失わせる代
わりに、中心モードと共に合わせると考えられる。各寸
法り、ＥおよびＦは、アンテナステージ４．８および１
０の相対長さを示す。

−次受信周波数に従って、各ステージ４．８および１０
の相対寸法は、経験的に決められた範囲に亘り変更され
得る。下に示した第１表のケース１は、ＫＵバンド周波
数用に作られ、そしてテストされた一つのアンテナの寸
法をリストしており、ケース２．は、理論的最適寸法に
一層近いと考えられる第２のＫＵバンドアンテナの寸法
をリストしている。ケース３は、Ｃバンド周波数範囲の
ために設計された第３のアンテナの寸法のリストである
。

（以下余白）第１表周波数１　　　ＫＵ　　　２５２　　　ＫＵ　　　２５３　　Ｃ７５２，５２，５７，５ヱ乙ｄ」法Ｄ　（ｃｍ）　　Ｅ　（ｃｍ）　　Ｆ　（ｃｍ）　　θ
１（ｆ）　　θ２　（ＪＸ）　　Ｒ（ｃｍ）２１．８ｒ　（ｃｒｎ）上述の寸法を有する経験的に構成したアンテナのみなら
ず、第１図のアンテナ構造を解析評価したところ、電気
的にも経済的にも、従来用いられているパラボラ反射器
およびコルゲート円錐形フィードホーンアンテナと匹敵
した。即ち、電気的属性の研究によって、軸上利得レベ
ルの改善、サイドロープレベルの抑制、等しいＥおよび
Ｈ面ビームｆＰｒＡ（即ち、低交差偏波）および可変ビ
ーム幅機能が実証された。結局、これらの研究は、測定
結果にて確認されたように、第１図の構成によれば、電
気的性能は現用の反射器アンテナに匹敵するが、構造に
おいてサイズが比較的小さくかつ軽量であり、かつ製造
コストが比較的低くなることを示している。

第２図に関して、アンテナ３の電気的にアクティブな部
分の長さ方向中心軸１７に沿った断面図が示されている
が、これは第１図のアンテナ２と同様に構成されている
。第２図は、特に、アンテナ３の内部構造を図解してお
り、そこでは導電性薄膜層２０が、対応する剛性の外側
アンテナシェル３２の内側表面に付着されている（第３
図参照）、一つの好ましい実施例における導電性層２０
は、アンテナの内側の表面に、最小の表面不連続性で均
一に形成された高純度の銅から成るシームレス層である
。他の導波管構造では典型的なように、層２０の厚さは
、信号の浸透の深さに応じて制御され、そして現に考え
られる周波数の場合、深さは１０μ以下である。あるい
は高純度の銀ペインと、例えば、無電解銀が用いられ得
る。また、層２０は、種々の既知のブレーティング、ス
パッタリングまたは他の薄膜成形技術によって形成され
得るが、あるいはまた、例えば、銀の導電性層と銅の導
電性層とを重ね合わせた導電性積層複合体であっても良
い。

導電性層２０には、誘電体層２２が被せられている。こ
の誘電体層２２は、第２図の実施例においては、高純度
のパラフィンワックスから成っているが、例えばポリエ
チレン、ポリスチレン、セラミック等のような幾つかの
誘電体材料が利用できる。誘電体の種類に応じて、その
付加の方法は、現用される種々のコーティング技術から
アンテナの内部に接着されるプレキャスト構造を用いる
ものまで色々である。また、構造や取り付けの方法によ
っても、導電性層２０と誘電体層２２との間の界面領域
は、アンテナの電気的特性に影響を及ぼすと考えなけれ
ばならない。

いかなる場合にも、誘電体層２２は、均一で平滑で中断
がなくフレア角θ３の円錐形表面２３が達成されるよう
に付加される。理想的には、頂点■から第１のステージ
４と中間カブラステージ８との交差点Ｍにちょうど接す
る所まで外方向に放射状に広がるように付加される。誘
電体層２２に不連続の起こらないことが好ましいけれど
も、頂点Ｖおよび交差点Ｍにおいて約１／１６インチの
わずかな不連続であれば、アンテナ２で達成される信号
利得の低下なしに許容されることが実験的に決定されて
いる。また、誘電体層２２の厚さは、例えば、プレキャ
スト構造が用いられるような場合、そのキャスティイン
グ処理を容易にするためにいくらか大きくしても良い。

同様に、必ずしも全てのステージを誘電体で覆う必要が
無いことも見出されている。

許容誤差に関して、かつ受信される周波数にとって、注
目すべき点は、受信された信号の波長が１／２インチ程
度でしかなく、従って１／８インチから１／４インチ程
度の比較的わずかの配置ずれによって有害な反射が起こ
り、そして頂点Ｖにおける信号利得が低下する可能性が
あるという点において、上述の許容誤差が比較的重要で
あるということである。特に、０．１インチという寸法
許容誤差が好ましいが、これは、アンテナアセンブリ全
体の製造コストに過度に影響を与えることなしに得るこ
とができると考えられる。

第１表におけるケース１およびケース２のＫＵバンドア
ンテナについての寸法を見ると、この構造のアンテナ３
全体の長さが約１８ないし２４インチで、受信信号開口
面が８ないし１０インチであり、これは現用の直径が１
６フイートまでのＣバンド構造およびコレクタの寸法が
２ないし６フイートのＫＵバンド構造のものと相違して
いる。

更に、アセンブリ２の全重量は約１ないし２ボンドで、
その電気的性能の緒特性を従来の反射器アンテナ型のも
のと比較した場合、信号利得値、サイドローブの抑制、
ビーム幅の減少は匹敵しており、交差偏波は比較的低い
。

次に、第３図は、完全なアンテナアセンブリ３０の断面
図を示したもので、外側シェル３２が、第１図および第
２図の上述した電気的にアクティブな内部構造に関して
見やすいように描かれている。外側シェルは、内側に形
成された導体層２０および誘電体層２２を機械的に保護
するためのものである。従って、シェル３２は、使用条
件のもとての十分な剛性を提供すると共に、用途にもよ
るが、できるだけ軽量であることが望ましい、現在のと
ころ、シェル３２は、複合構造で、ファイバカラス製の
内側シェルを備え、それの内側は所要の角度でテーパに
なっていて樹脂／ポリエステルの皮膜で覆われており、
これらは−括して符号３２で示されている。環状の取付
は突条３４または他のフランジ（図示せず）が、アンテ
ナアセンブリ３０をその所属する通信システム、例えば
第４図に図解されたようなアンセブリにおける取り扱い
や取り付けを容易にするために、必要に応じて付加され
る。

アンテナ３０の受信開口面６には、円筒形のスペーサカ
ラー３６が取り付けられており、これは受信周波数にて
透過性である。このスペーサの外端には、前方に向いた
屈折性集束レンズ３８が取り付けられている。このレン
ズ３８の焦点は、アンテナ３０の長さ方向中心軸１７と
一敗している。

しかるに、第１図には、開口面６を囲んで前方を向く部
分的な半球形または凹面形の屈折レンズ１４が、開口面
６に取り付けられた比較的小さな球形誘電体散乱器１９
との組合せで示されている。

レンズ３８は、相対的に厚い中心部から相対的に薄い外
縁へ外にテーパになっている凸面形レンズから成る。理
解されるように、集束レンズには、他の種々の形状のレ
ンズを代わりに使用しても良い、レンズ３８は、好まし
くは層２０のものと同様の均質な誘電体で作られるが、
スペーサ３６により支持可能であって組合せの場合にア
ンテナの性能を損なわない限り、種々の他の適当な誘電
体材料が使用可能である。

後者の点について、スペーサ３６は、開口面６に接着さ
れたあるいは機械的に固定された円筒形の誘電体カラ一
部材から成るが、あるいはその代わりにシェル３２の延
長部から成っても良い。カラ一部材の代わりに、間に中
間開口面を有する複数の支柱を用いても良いが、このア
センブリは、導体層２０の腐食する機会が多くなるとい
う点で好ましくないと考えられる。従って、いかなるス
ペーサ／レンズアセンプ、す３６．３８も、ホーン内部
を腐食性の物質にできるだけ晒さないようにすることが
望ましい。第６図には、平坦化された半球形の散乱器が
、開口面６を閉じるように取り付けられている様子を図
解している。

ちなみに、アンテナ３０の導波管端１２の最内端には、
円形一方形導波管変換領域４０があり、導波管接続器４
２およびその取り付は金具４４が取り付けられており、
これらは受信機回路系１８によって利用可能な周波数で
受信された信号を通す、また、第３図から分かるように
、両ステージ８および１０のみが、誘電体層２２によっ
て円錐形状に覆われている。

第１図のアンテナ構造は、８ないし１２．５ＧＨｚの相
対周波数レンジに対して有効に動作した。

現在公知の反射器／フィードホーンアンテナに匹敵する
軸上利得値が、特に従来のテレビジョン受信機および増
幅器回路系１８との信号互換性が存在する点に対して得
られた。特に、第１表のアンテナでは、３０ｄＢの範囲
内での信号利得特性が実証されており、これは、相対的
に小さな受信開口面６で受信された信号に対して、受信
機回路系１日の入力要件を満足するのに十分なものであ
る。

次に、第４図は、指向性アンテナアセンブリ４９の構造
を示す断面図で、これは衛足通信ダウンリンクに適用し
得るものである。特に、第４図のアセンブリ４９は、剛
性の球形シェルまたはレイドーム５０を備えるが、これ
は、典型的には直径が２４インチより小さく、また受信
される所要の周波数に対して透過性である。このシェル
５０は、取付は表面、例えば家屋や他の構造物の屋根に
、調節可能に適合する取付はカラー５２によって固定可
能であり、それによってシェル５０を、アンテナ３０お
よび支持軸６４が垂直方向および指向方向に適正に整合
するまで回転させることができる。シールドされ、応力
の軽減された導体５４、例えばマルチ導体同軸ケーブル
が、後部の密閉容器表面に沿って形成されていてシール
された気密ボート５６を介して取り付けられている。こ
のケーブル５４を通して、低雑音ブロックである従来構
造のダウンコンバータ５８によって生成された受信電気
信号が、ユーザの家屋内のテレビジランチューナ６０お
よびモータ駆動回路系６２へ送られる。

球形レイドーム５０は、ホーンアンテナ３０が種々の要
因から損傷や腐食を受けるのを防止するのに用いられる
。更に、このシェルは、不活性ガス、例えば窒素（これ
には種々の理由からトレーサガスが付加される場合もあ
る）で充填されているが、これは内部の構成部品、特に
導体層２０を保護するためのものである。アンテナのサ
イズが小さいので、ＫＵバンドに適合可能な構造のアセ
ンブリ４９は、かくして直径が３０インチより小さい寸
法のアセンブリを提供する。一方、ホーンアンテナアセ
ンブリ３０は、取付は隆起部３４（第３図参照）および
クランプカラー６５を介して、単一軸装置を成す軸６４
に固定されている（即ち、北赤道マウント）。軸６４は
、コントローラ６２からモータ６６へ送られる駆動信号
によって遠隔駆動される。この好ましい実施例において
は、コントローラ６２からディジタル駆動信号がステッ
パモータ装置６６へ送られる。

アセンブリ４９の正常な使用および動作には、−船釣に
、垂直軸に関して所定の平衡位置にアセンブリ４９を初
期取付けすることが要求される。

それは、アセンブリ４９のレベルを調整し、軸６４をコ
ンパスの北に正しく心合わせすることによって確立され
る。この初期の基準から、モータ駆動コントローラ６２
はその後、マイクロプロセッサの制御下で、アンテナ３
０を、アンテナの照準線上で軌道上に位置する幾つかの
静止通信衛星の位置座標に対して適正にアライメントさ
れるように回転させられる。もし衛星が移動しつつある
か、またはアンテナシステムが可搬型であれば、多軸マ
ウントおよび一層精巧なマイクロプロセッサ追跡コント
ローラが、アンテナ３０を衛星信号に追随させるのに用
いられる。

第５図には、第３図のアンテナ３０と実質的に同じよう
に構成されたアンテナ構造７０の断面図を示す、第２表
は、この構成で作られたＫＵバンドの各アンテナについ
ての対応する寸法を表にリストしたものである。更に、
第３表は、第２表の各アンテナについて、種々の表示さ
れている内部誘電体処理の場合に種々に測定された利得
の測定値を示す。第９ａ図ないし第９ｃ図は、更に、第
３表に種々に表示されている内部誘電体処理による一つ
のアンテナ構造（即ちＫＵＩＩ）についての測定された
電気性能についての相対的な改善を示す。第２表および
第３表のアンテナについての全ての寸法は、第１図の寸
法符号ＡないしＦに対応している。

（以下余白）ｅｏ　　Ｃｏ　　Ｏ：１一般的に、アンテナ７０はまた、剛性の外側シェルフ２
を備えるが、これは適当なエポキシ樹脂で一面に被覆さ
れた黒鉛浸潤クロスの幾層かより成る適当に成形された
マンドレルの上に構成されたものである。マンドレルの
上にシェルを形成することによって、一般的に平滑な内
側シェル表面が得られる。内側は、更に、適当に平滑な
内側表面が得られるように、種々の周知のパフ研磨や研
磨法によって処理されても良い。

シェルフ２の内側に、導体層７４が均一に被覆されるが
、第２表の構成の場合に、３ないし５μ厚の範囲に無電
解銀の層が噴霧形成される。ＫＵ１１構造を例外として
、導体層７４はシェルフ２に直接形成される。これに対
して、ＫＵＩＩ構造の場合、積層導体が用いられ、そし
て電気メツキ銀層（約５μの厚さ）が無電解銅層（約０
．５μの厚さ）の上に形成される。

円錐形の内外ステージ７６および７８の各々の内側に、
円錐形に形成された誘電体挿入体８０および８２が取り
付けられている。各挿入体８０．８２の外側面はそれぞ
れステージ７６．７８の円錐形テーパに合うように構成
されている。挿入体８０．８２の内側面フレア角θ４、
θ５が、挿入体の外側表面に対して２ないし５度の範囲
でテーパになっている。第２表の構成の場合は、挿入体
は、その全面に亘り均一な密度の成形ポリエチレンから
作られているけれども、上述したように、種々の誘電体
材料を用いることができる。また、挿入体のフレア角も
互いに異なっても良い。

中心円筒形ステージ８４における導体層７４は、被覆さ
れていない。しかしながら、種々のアンテナ構造におい
ては、適当な肉厚の管状誘電体挿入体（図示せず）を備
えても良い。このような挿入体を備えることによって、
Ｅ−Ｈ面の交差偏波が減少することが分かっている。

外側ステージ７８の内側に、５開口面８６のへ寸法と実
質的に同じ直径を有するように構成された球形の散乱器
８８が取り付けられている。このように散乱器を取り付
けた構成は、第１図に図解した比較的小さな散乱器１９
のそれと対照的である。

出願人はまた、誘電体挿入体８０．８２および散乱器８
８の長さ、厚さおよび密度を互いに他に対して種々に調
節することによって、軸上利得およびアンテナの指同性
が改善されることを発見した。更に、このような改善さ
れた利得は、相対的に低い信号交差偏波および抑制され
たサイドローブと共に得られた。これらの電気的改善は
、第３表および第９ａ図ないし第９ｃ図に示されている
。

極液形の第９ａ図ないし第９Ｃ図は、ＫＵＩＩのアンテ
ナ構造に対する測定された相対電気利得およびサイドロ
ーブのデータを特に示す。第９ａ図の測定値は、露出さ
れた導体層２０について得られたもので、幾つかの適用
に対して受入れ可能な利得を示しているけれども、小さ
いサイドローブが存在する。二重フレアの円錐形誘電体
挿入体８０および８２を挿入することによって、第９ｂ
図に示すように、軸上利得が増大し、かつサイドローブ
が減少する。中心軸のいずれの側にも３ｄＢポイントで
測定されたビーム幅もまた狭い。第９Ｃ図において、発
泡散乱器８日を付加することによって、軸上利得が改善
され、かつビーム幅が再び狭くなる。これらの波形から
明らかなように、円錐形ステージ４．８および１０なら
びに開口面６における内部誘電体処理を変えることによ
って、ビーム幅が狭くなると共に軸上利得が改善され、
かつサイドローブが実質的にゼロにまで減少する。

従って、考えられている幾つかのアンテナ構造の内の他
のものの内部処理を同様に考えることによって、同等の
結果が得られるものと考えられる。

現時点では、挿入体８０．８２および散乱器８８のため
の誘電体材料は特性において均質であるが、適当な状況
下では変化させても良い。これは構造体の間で、または
各構造体内で起こり得る。

同様に、各材料の相対密度が適当に調整され得る。

後者の点において、出願人は、発泡されたあるいは空気
を含有する誘電体散乱器８８によって、アンテナの利得
が、同様に構成された固体の誘電体を用いるのと比較し
て改善きれることを発見した。

しかしながら、全ての挿入体と散乱器８８の合成の誘電
率は、１．５ないし２．５の範囲内にあるようにするの
が好ましいと考えられる。

散乱器８８のサイズを開口面８６のそれにほぼ等しくす
る他の目的は、散乱器８８の全体または殆どの部分を開
口面８６内に取り付けられるようにすることである。こ
のような取り付けの利点は、アンテナ７０の内部がそれ
によって外部環境から実質的に密閉され、かつ導体層７
４の露出されたいかなる部分に対する潜在的な汚染から
も実質的に封止されることである。導体層は、図示され
るような中心ステージ８４においてか、あるいはアンテ
ナが図示されているものより短い挿入体８０および８２
を使用している場合に、種々に露出されることを思い出
してほしい。このような密封された取り付けと共に、気
密シートを作り、ホーン内部を適当な不活性ガスで満た
すことが望ましく、それによってレイドーム５０の必要
性が無くなる。

第５ａ図に関して、アンテナ７０の最内端に、信号変換
回路系９０が取り付けられるが、これは第２表のアンテ
ナの場合、円形一方形変換部９２．２個の９０度部９４
を有するＨ面層曲部９３、および低雑音ブロック受信機
９６を備える。現在、出願人は、カリフォルニア・アン
ブリファイア（Ｃａ１ｉｆｏｒｎｉａ　Ａｍｐｌｉｆｉ
ｅｒ）社によって製造されたモデルＫＵ１１７ＨＭＴ受
信機を使用している。

次に、第６図には、第５図のアンテナ７０の（導体層７
４を除いた）部分断面図が示されており、ここでは誘電
体散乱器１００は平坦化された半球形構造体から成る。

即ち、球形散乱器８８の代わりに、この散乱器１００は
、平坦化された内側表面１０２および平坦化された外側
表面１０４を有する半球形を示している。この散乱器も
空気を含んだポリエチレンで作られている。散乱器と挿
入体８２との間にわずかなギャップ１０６が発生するけ
れども、この散乱器の形状を、このようなギャップ１０
６を除くように適当に変えても良い。

次に、第７図は、第５図のアンテナ７０と同様な構造を
有していて入れ子式のアンテナ構造１１０の断面図を示
す。特に、外側面のファイバーガラス製シェル１１２は
二つの入れ子穴部分１１４および１１６から成っている
。アンテナ部分１１４．１１６はシヱル７２のそれと比
較して、複合アンテナ構造体を形成するように互いに取
り付けるように設計されている。適当に形成されたカッ
プラリング１１８（溝として図示）が、部分１１４の外
側端１２０（ビードとして図示）と合う部分１１６の内
側端に設けられている。０リングシール（図示省略）そ
の他の従来シール手段を耐風雨接続を確保するために、
この接続部に用いても良い。クランプカプラ（図示せず
）もまた、この接続部の一層の強化のために用いても良
い。更に、部分１１６を前方へ引いた場合に、互いに連
動するようになった連動溝をシェル部分１１４．１１６
に形成しても良い。塗布された導体層を用いる代わりに
、可撓性の導体層１２２が両アンテナ部分１１４および
１１６の内側表面に施されている。

例えば、種々のワイヤーを編んだ構造のものまたはメタ
ライズされたプラスチック積層体を用いても良い。しか
し、いかなる材料も、マイクロ波周波数で適当な表面導
電性を有しなければならない。

一方、可撓性の導体層１２２がアンテナ部分１１４およ
び１１６の内側に接着されているが、これは各アンテナ
部分が互いに接続される点またはその近くにフレキシブ
ルジヨイント１２４のみを以て行われている。

第８ａ図および第８ｂ図には、本発明のアンテナの別の
アレー構成１２６および１２７を図解したもので、幾つ
かの同一のアンテナ１２８のホーン開口面が一直線状に
および２×３の平面状にそれぞれ取り付けられている。

各アンテナは、互いに、およびブロック受信機９６と、
導波管金具１３０を介して適当に接続されている。複合
アンテナ取付けのビームの位相調整は、小さくされたビ
ーム幅で比較的大きい信号利得が得られるように、互い
にオーバーラツプして行われる。更に、アンテナ１２Ｂ
においては既にサイズが小さく、その細いビーム幅およ
び低サイドローブになっていることから、両アレー１２
６および１２７は、比較的小さな物理的構成内に取り付
けることができ、かつ隣接アンテナからの干渉を受ける
こと無しに、互いに軌道が比較的近い衛呈と通信可能に
なることが期待できる。

以上、本発明の好ましい実施例およびその改変実施例に
ついて説明してきたが、当業者には、それらを参考にし
て、更にその他の実施例が示唆され得ることが理解され
るべきである。従って、本発明は、請求の範囲の精神お
よびその範囲から逸脱しない限り、上述と等価である実
施態様の全てを含むものと解釈すべきであることが期待
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るアンテナの各ステージの概念図
である。第２図は、被覆されたアンテナ内部の断面図で
ある。第３図は、屈折性集束レンズを備えるアンテナの
断面図である。第４図は、モータ駆動のアンテナダウン
リンクアセンブリの等周回である。第５図は、第１のス
テージの開口面内に取り付けられた誘電体散乱器に関連
して、各ステージに独立して取り付けられた誘電体挿入
体を備えるアンテナ構成の断面図である。第５ａ図は、
第５図のアンテナの信号変換回路の図である。第６図は
、第１のステージに取り付けられている平坦化された半
球形散乱器を示す部分断面図である。第７図は、入れ子
式アンテナ構成の断面図である。第８ａ図は、本発明に
係るアンテナ２個から成る直線状フェーズドアレーを示
す図である。第８ｂ図は、本発明に係る２×３フエーズ
ドアレーを示す図である。第９ａ図、第９ｂ図および第
９ｃ図は、それぞれ、第２表のアンテナ構成であって様
々な内部処理を施したものの一つについての測定された
性能データを基にした極波形ならびに軸上利得の相対的
な改善およびビーム幅とサイドローブの低減を示す図で
ある。２・・・アンテナアセンブリ、３・・・アンテナ、４・
、・第１の円錐形ステージ、６・・・外側信号受信開口
面、８・・・中間カプラステージ、ＩＯ・・・第２の円
錐形ステージ、１２・・・導波管変換領域、１４・・・
反射性集束レンズ、１６・・・前置増幅器、１９・・・
誘電体散乱器、２０・・・導体層、２２・・・誘電体層
、２３・、・円錐形表面、３０・・・アンテナアセンブ
リ、３２・・・外側アンテナシェル、３日・・・屈折性
集束レンズ、４０・・・導波管変換領域、４９・・・指
向性アンテナアセンブリ、５０・・・　レイドーム、５
８・・・ダウンコンバータ、６６・・・モータ、７０・
・・アンテナ構造、７２・・・外側シェル、７４・・・
導体層、７６、、、内側ステージ、７８・・・外側ステ
ージ、８０．８２・・・挿入体、８４・・・中心円筒形
ステージ、８６．、−開口面、８８・・・散乱器、９０
・・パ信号変換回路系、９２・・・円形一方形変換部、
１００・・・散乱器、１０２・・・内側表面、１０４・
・・外側表面、１１０・・・アンテナ構造、１１２・・
・シェル、１１４゜１１６・・・入れ子式部分、１２２
・・・可撓性の導体層、１２６，１２７・・・アレー構
成、１２８・・・アンテナ、１３０・・・導波管金具、
θ１〜θ５・・・フレア角。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）外側開口面を有し内方へ第１のフレア角で円筒形
領域までテーパになっている第１の円錐形テーパ領域を
内部に含み、前記円筒形領域の内縁から第２の円錐形テ
ーパ領域が第２の小さくされたフレア角で内側開口面ま
で延びており、かつ前記各領域が長さ方向中心軸に関し
て互いに同軸である剛性ハウジングと、前記ハウジングの内側全体を覆う導体と、前記第１および第２の円錐形領域の一つの少なくとも一
部分と合う外側表面および当該外側表面から小さくされ
た第３のフレア角で平らに広がる円錐形の内側表面を有
する円錐形誘電体層とを備える円錐形ホーンアンテナ。
（２）前記内側開口面から後方へ延びる円形一方形の導
波管変換手段を備える請求項１記載の円錐形ホーンアン
テナ。
（３）前記外側開口面に取り付けられた誘電体集束レン
ズを備える請求項１記載の円錐形ホーンアンテナ。
（４）所定の周波数で入射する電磁波に対して透過性で
あり、前記レンズを前記外側開口面に関し間隔を持って
支持するスペーサ手段を備える請求項３記載の円錐形ホ
ーンアンテナ。
（５）前記スペーサ手段が、円筒形リングから成る請求
項４記載の円錐形ホーンアンテナ。
（６）前記スペーサリングが、外側開口面から半径方向
に延びる複数の支持部材を備える請求項４記載の円錐形
ホーンアンテナ。
（７）所定の周波数で入射する電磁波に対して透過性で
あり、前記アンテナの周囲に取り付けられた耐候性の密
閉容器を備える請求項１記載の円錐形ホーンアンテナ。
（８）前記密閉容器が気密であり、不活性ガスで満たさ
れている請求項７記載の円錐形ホーンアンテナ。
（９）長さ方向中心軸を所定の空間的な座標と心合わせ
するために前記アンテナに結合された手段を備える請求
項７記載の円錐形ホーンアンテナ。
（１０）前記レンズが屈折性入射表面を提供する請求項
４記載の円錐形ホーンアンテナ。
（１１）前記外側開口面から所定の距離離れていて前記
長軸に沿って支持され、前記外側開口面の半径の半分よ
り小さい半径を有する誘電球体を備える請求項１０記載
の円錐形ホーンアンテナ。
（１２）前記外側開口面に同軸に取り付けられた反射性
集束レンズを備える請求項１記載の円錐形ホーンアンテ
ナ。
（１３）前記第１の領域の半フレア角が２４ないし３４
度の範囲内にあり、前記第２の領域のそれが２０ないし
３０度の範囲内にあり、かつ前記誘電体被覆が、その外
側開口面での最大厚さが当該誘電体内における電磁波の
１波長より短い連続的な内側表面を形成するように施さ
れている請求項１記載の円錐形ホーンアンテナ。
（１４）中間の円筒形ステージを介して互いに結合され
ていて同軸で円錐形にテーパになった第１および第２の
信号受信ステージを内部に備え、前記第２のステージの
フレア角が前記第１のステージのフレア角より大きい保
護ハウジング部材と、前記ハウジング部材の内側全体を
覆う導体層と、前記第１および第２の円錐形ステージの
少なくとも一つにおいて前記導体の少なくとも一部分を
覆い、当該表面から小さくされた第３のフレア角で平ら
に広がる円錐形の内側表面を有し、最大厚さが所要の受
信信号の１波長より小さい円錐形誘電体層とを備える円
錐形ホーンアンテナ。
（１５）前記第１のステージの角度変位が２４ないし３
４度の範囲内にある請求項１４記載の円錐形ホーンアン
テナ。
（１６）前記第２のステージの角度変位が２０ないし３
０度の範囲内にある請求項１４記載の円錐形ホーンアン
テナ。
（１７）前記第１のステージの半フレア角が２４ないし
３４度の範囲内にあり、前記第２のステージのそれが２
０ないし３０度の範囲内にあり、かつ前記誘電体被覆が
、その最大厚さが所要の受信信号の１波長より短い連続
的な内側表面を形成するように施されている請求項１４
記載の円錐形ホーンアンテナ。
（１８）前記導体層が銅、銀およびアルミニウムから成
る群から選ばれた１金属から成る請求項１４記載の円錐
形ホーンアンテナ。
（１９）前記第１のステージの外側開口面に結合されて
いて、適当な周波数にて入射する電磁波に対する同軸集
束レンズを備える請求項１４記載の円錐形ホーンアンテ
ナ。
（２０）前記外側開口面の直径が所要の受信信号の３波
長より短い請求項１４記載の円錐形ホーンアンテナ。
（２１）前記外側開口面から所定の距離離れていて前記
長軸に沿って支持され、前記外側開口面の半径の半分よ
り小さい半径を有する誘電球体を備える請求項１４記載
の円錐形ホーンアンテナ。
（２２）外側開口面を有し内方へ２４ないし３４度の範
囲内の第１の半フレア角で円筒形領域までテーパになっ
ている第１の円錐形テーパ領域を内部に含み、前記円筒
形領域の内縁から第２の円錐形テーパ領域が２０ないし
３０度の範囲内の第２の小さくされたフレア角で内側開
口面まで延びており、かつ前記各領域が長さ方向中心軸
に関して互いに同軸である剛性ハウジングと、前記ハウジングの内側表面を覆う導体と、前記第１および第２の円錐形ステージの一つの少なくと
も一部分を覆う一表面および当該一表面から小さくされ
た第３のフレア角で平らに広がる対向表面を有し、最大
厚さが所要の受信信号の１波長より小さい円錐形誘電体
層とを備える円錐形ホーンアンテナ。
（２３）最も広い部分が寸法的に前記外側開口面より小
さく、前記外側開口面に同軸に取り付けられた誘電体部
材を備える請求項２２記載の円錐形ホーンアンテナ。
（２４）前記ハウジングを囲んでいてガスが充填された
密閉容器と、前記密閉容器を静止表面に調節可能に取り付けるための
手段と、前記ハウジングを前記密閉容器内に支持し、かつ前記長
さ方向中心軸を所定の空間的な座標に対して心合わせす
るための手段とを備える請求項２３記載の円錐形ホーン
アンテナ。
（２５）外側開口面を有し内方へ第１のフレア角で円筒
形領域までテーパになっている第１の円錐形テーパ領域
を内部に含み、前記円筒形領域の内縁から第２の円錐形
テーパ領域が第２の小さくされたフレア角で内側表面ま
で延びており、かつ前記各領域が長さ方向中心軸に関し
て互いに同軸である剛性ハウジングと、前記ハウジングの内側全体を覆う導体と、前記第１および第２の円錐形領域の少なくとも一つにお
いて前記導体を覆い、内側表面が隣接する円錐形領域に
関して第３のフレア角で円錐形に広がった誘電体層とを
備える円錐形ホーンアンテナ。
（２６）前記導体が大気による汚染から実質的に封止さ
れるように前記第１の円錐形領域の内部に取り付けられ
た誘電体部材を備える請求項２５記載の円錐形ホーンア
ンテナ。
（２７）前記誘電体部材が、前記第１の円錐形領域の実
質的に内側に取り付けられる請求項２６記載の円錐形ホ
ーンアンテナ。
（２８）前記誘電体部材が、受信された電磁信号に対し
て非均一密度を示す請求項２６記載の円錐形ホーンアン
テナ。
（２９）前記導体が、互いに重ね合わされた少なくとも
第１および第２の導電性層を備える請求項２５記載の円
錐形ホーンアンテナ。
（３０）前記導体が可撓性であり、そして前記ハウジン
グが互いに入れ子式に取り付けられた複数のセクション
からなる請求項２５記載の円錐形ホーンアンテナ。
（３１）各々の外側開口面が互いに隣接して平面アレー
状に取り付けられた複数のアンテナと、前記各アンテナ
を互いにおよび信号受信手段と接続するための手段とを
備える請求項２５記載の円錐形ホーンアンテナ。
（３２）外側開口面が互いに隣接して一直線上に取り付
けられた複数のアンテナと、前記各アンテナを互いにお
よび信号受信手段と接続するための手段とを備える請求
項２５記載の円錐形ホーンアンテナ。
（３３）前記円筒形領域にて前記導体の一部と合う管状
誘電体部材を備える請求項２５記載の円錐形ホーンアン
テナ。
（３４）前記誘電体層が、内側および外側開口面と、前
記内側開口面から第１のフレア角にて外方へ平らに広が
る円錐形外側表面と、第１のフレア角から小さくされた
第２のフレア角にて外方へ平らに広がる円錐形内側表面
とを有する少なくとも一つの誘電体挿入体を備える請求
項２５記載の円錐形ホーンアンテナ。
（３５）外側開口面を有し内方へ第１のフレア角で円筒
形領域までテーパになっている第１の円錐形テーパ領域
を内部に含み、前記円筒形領域の内縁から第２の円錐形
テーパ領域が第２の小さくされたフレア角で内側開口面
まで延びており、かつ前記各領域が長さ方向中心軸に関
して互いに同軸である剛性ハウジングと、前記ハウジングの内側全体を覆う導体と、各々が前記第１および第２の円錐形領域にて前記導体の
部分と合う外側円錐形表面および小さくされたフレア角
で前記外側表面から広がる円錐形内側表面を有する第１
および第２の誘電体挿入体とを備える円錐形ホーンアン
テナ。
（３６）前記導体を電磁的に不活性ガス雰囲気内に密封
するための手段を備える請求項３５記載の円錐形ホーン
アンテナ。
（３７）前記第１の円錐形領域の内部に取り付けられた
第３の誘電体部材を備える請求項３５記載の円錐形ホー
ンアンテナ。