JPH02262702A

JPH02262702A - 同軸ホーンアンテナ

Info

Publication number: JPH02262702A
Application number: JP1081409A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Shiyouki; 裕樹庄木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-04-03
Filing date: 1989-04-03
Publication date: 1990-10-25
Anticipated expiration: 2013-11-18
Also published as: JP2825261B2

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】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、反射鏡アンテナの一次放射器に用いられる同
軸ホーンアンテナに関する。

（従来の技術）ある方向に集中的に強い電波を放射できるアンテナとし
ては従来から知られているパラボラ反射鏡アンテナ等が
ある。このアンテナは、通信・放送等多方面に用いられ
、ある方向には良い指向特性が得られる。

このパラボラ反射鏡アンテナの構造については、第６図
に示されている。同図に示されているとおり、電波の送
受を行なうための一次放射器３６と、電波を一次放射器
３６に集めたり、−次放射器３６からの電波を反射させ
るための反射鏡３５とでこのアンテナは構成されている
。尚−次放射器３６は、−数的にホーンアンテナ等が用
いられている。

このような反射鏡アンテナにおいて幾つかの離れた周波
数を共用し、各周波数で最適の効率を実現しようとする
場合、周波数毎に開口の大きさの違うホーンアンテナを
用意する必要がある。更に反射鏡の焦点上に全てのホー
ンアンテナを配置させなければならない。これを実現さ
せるために、−次放射器に用いられるホーンアンテナと
して、第７図に示したような同軸ホーンアンテナを利用
する方法がとられている。同図に示されている同軸ホー
ンアンテナは、高周波数においては、中央の円形ホーン
アンテナを用い、低周波数においては、円形ホーンアン
テナの外側に位置する同軸ホーンアンテナを用いる２周
波共用型のアンテナである。同図（ａ）には上面図が、
同図（ｂ）には断面図が示されている。高周波数の円形
ホーンアンテナは、円形導波管４３により形成され、円
偏波励振をさせるためには、円形導波管４３内に誘電体
４６を挿入している。誘電体４６の影響で互いに直交す
るふたつの偏波成分の伝搬速度に差が生じ、旋回が生じ
右旋、左旋の円偏波成分が得られる。

これらは互いに垂直に出ているボート４７．４８により
別々に取り出すことができる。また、低周波数用の同軸
ホーンアンテナは、同軸導波管４４により形成されてい
る。

この同軸ホーンアンテナの励振は、同軸導波管内部に突
出した励振プローブ４５，４９，５０゜５１によって行
なわれ、この励振プローブをハイブリット結合器等を用
いて励振させることにより円偏波の励振が可能となる。

以上のような構成によりビーム幅の等しい放射指向性を
２つの周波数で実現することができ、２周波共用反射鏡
アンテナが構成できる。

しかし、この様な同軸ホーンアンテナでは励振プローブ
による励振プローブに接続された線路と同軸ホーンとの
整合がとりにくい。現在では励振プローブの形状をいろ
いろがえてみて整合をとるようにしている。

（発明が解決しようとする課題）以上述べてきたように、従来の同軸ホーンアンテナ内で
励振させる励振プローブの整合がとりにくかった。整合
をとろうとすると励振プローブの形状を変えて励振プロ
ーブに接続された線路と導波管との整合がとれる大きさ
に励振プローブを変えなくてはならない。このように、
整合をとるために励振プローブが複雑な構造となり加工
に手間がかかってしまう。

本発明は、この点に鑑みてなされたものであり、周波数
を共用して用いる同軸ホーンアンテナにおいて、励振部
分の整合がとり易い同軸ホーンアンテナを提供すること
を目的とするものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために本発明においては、上底面を
解放した第１の同軸導波管と上面を解放し底面を閉じた
第２の同軸導波管とを第１の同軸導波管の底面が第２の
同軸導波管の上面に重なるよう接続されている。この構
成において第２の同軸導波管内に励振手段を備えた同軸
ホーンアンテナである。この同軸ホーンアンテナにおい
て第１の同軸導波管の外導体の内径を第２の同軸導波管
の外導体の内径より大きくなるように設定している。尚
かっ第１の同軸導波管の外導体の内径と第１の同軸導波
管の内導体の外径との和が、第２の同軸導波管の外導体
の内径と第２の同軸導波管の内導体の外径との和にほぼ
等しくなるように設定したことを特徴とするものである
。

（作　　用）第１の同軸導波管と第２の同軸導波管とを接続させて第
２の同軸導波管内に励振手段を備えた同軸ホーンアンテ
ナである。第１の同軸導波管と第２の同軸導波管の外導
体、内導体の径の大きさの関係については、第１の同軸
導波管の外導体の内径と第１の同軸導波管の内導体の外
径との和が、第２の同軸導波管の外導体の内径と第２の
同軸導波管の内導体の外径との和にほぼ等しくなるよう
に設定している。この様に設定することにより、同軸ホ
ーンアンテナの同軸導波管と励振手段との整合がとりや
すくなる。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１図は、本発明の同軸ホーンアンテナの一構成例を示
した図である。この例では、同軸ホーンアンテナの内側
に高周波数用の円形ホーンアンテナを設け、２つの周波
数を共用するアンテナが示されている。

尚、同図（ａ）には上面図が、同図（ｂ）には、断面図
が示されている。まず構造について、同図（ａ）　（ｂ
）を用いて説明する。例えば、この場合、同軸導波管１
，２を構成するためのアルミニウム等でできた外導体８
と、円形ホーンアンテナの円形導波管３を構成させまた
、同軸導波管１の軸を構成しているアルミニウム等で内
導体９と、同軸導波管を励振させ同軸ホーンアンテナと
して動作させるための平面給電回路７と、同軸導波管１
を構成させる部分及び円形導波管３を励振させる部分を
備えた導体１０とで構成されている。そして、同図（ｂ
）に示された構造になるようビスや接着済等で結合させ
ている。尚、同図（ｂ）に示したＺ軸を中心軸として、
同軸導波管１の外部導体部分の内径２ａとその内部導体
部分の外径２ｂとの和が、同軸導波管２の外部導体の部
分の外径２Ｃと、この同軸導波管２内の内部導体の外径
２ｄとの和に等しくなるような構造にしている。

最初に同軸ホーンアンテナの軸にあたる高周波数用の円
形ホーンアンテナの動作について説明する。これは、従
来の技術の項で述べたものと同じである。高周波用円形
ホーンアンテナは、円形導波管３により形成されている
。また、例えば、円偏波励振を行なわせるためには、円
形導波管３の中に誘電体４を挿入している。尚、右旋、
左旋の円偏波成分は、互いに垂直に出ているボート５゜
６により別々に取り出すことができる。

次に低周波数用の同軸ホーンアンテナの動作を以下に説
明する。低周波数用同軸ホーンアンテナは円形ホーンア
ンテナを軸として同軸導波管１゜２により形成されてい
る。この２つの同軸導波管１．２の大きさの関係を前述
した２ａ＋２ｂ−２ｃ＋２ｄと設定している。こうする
ことにより、この２つの同軸導波管１，２の間における
基本モードの伝搬が整合良く行なわれる。

同軸導波管１と同軸導波管２の間で電波を整合良く伝搬
させるために、この２つの同軸導波管の基本モード（Ｔ
ＥＩＩモード）における特性インピーダンスを一致させ
る必要がある。このように設定する理由を一般化して以
下に説明する。ＴＥモードの特性インピーダンスは、次
の式（１）のようになる。

ここでμ、εは同軸導波管内の透磁率及び誘電率を示し
ており、λは、自由空間波長、λ。はカットオフ波長で
ある。−数的に同軸導波管内の外導体の内径をｐ、内導
体の外径をｑとすると、ここで、α−ｐ／ｑ、πは円周
率で、ＸはＪｌ　　（αｘ）Ｎ　　　　（ｘ）Ｎ１　　（αｘ）　　Ｊ　　　　（ｘ）　−０■ ・・・・・・（３）の根である。Ｊ　　　、Ｎ　　　は各々１次のベツセル
関数の微分、１次のノイマン関数の微分である。

ＴＥＩＩモードに関して言うと、式（２）は式（４）の
様に近似できる。

λ　ユπ（ｐ　＋　ｑ）　　　　　　　　・・・・・・
（４）式（４）より、同軸導波管の外導体の内径ｐと内
導体の外径ｑの和が同じであれば、カットオフ波長が一
致し、特性インピーダンスも一致することがわかる。

従って、同軸導波管１，２において、ｚａ＋２ｂと２ｃ
＋２ｄをほぼ等しく設定することにより、この２つの同
軸導波管の間における基本モードの伝搬が整合良く行な
われることになる。低周波数用同軸ホーンアンテナの励
振は、同軸導波管２内に設けられた例えば平面給電回路
７により行なわれる。このアンテナの励振は、平面給電
回路を用いるものに限らず、従来から使用されている励
振プローブを用いても良い。即ち、励振手段については
限定されない。励振プローブを用いる場合は、同軸導波
管２内に突出して励振が行なわれるが、同軸導波管２内
の空いた空間に給電部を組み込むことにより、全体の構
成をコンパクトにまとめることが可能である。また、ト
リプレートラインまたは、サスペンデットラインにより
構成される平面給電回路を用いることにより励振部分を
薄型に実現でき、そのため更にコンパクトになり、また
整合のとりやすい給電部が構成できる。尚、同図（ｂ）
に示されているコネクタ１１から給電され励振ラインよ
り励振が行なわれる。

第２図には、トリプレートラインを用いた平面給電回路
７の拡大断面図が示されている。この平面給電回路は、
例えば誘電体板１４，１５．１６゜１７．１８．１９と
この誘電体表面に形成された導体２１，２２，２３．２
４，２５，２６．２７とを層状に重ねることにより構成
される。ここで導体２１，２３，２５．２７は、トリプ
レート外部導体となり、導体２２，２４．２６はトリプ
レート中心導体となる。給電系は、トリプレートの中心
にある導体２２，２４．２６でパターンを形成すること
で構成される。第２図に対応した各パターンの例が第３
図に示されている。同図（ａ）はトリプレートの中心に
ある導体２２のパターンであり、ｙ軸方向の電界成分を
励振させる線路である。同図（ｂ）は、トリプレートの
中心にある導体２４のパターンでありＸ軸方向の電界成
分を励振する線路である。同軸ホーンアンテナの励振は
、同軸導波管の軸の外壁３１と内壁３２の間にあり電気
的に露出した線路部分がプローブとしての役割を果たす
ことにより行なわれる。同図（Ｃ）は、円偏波励振のた
めの給電部が示されている。ｙ軸方向の電界成分を励振
する線路をＡとＡ′とで接続し、Ｘ軸方向の電界成分を
励振する線路をＢとＢ′とで接続して、これらの線路を
互いに９０″の位相差をもたせるためのハイブリッド結
合器３０に接続することにより円偏波が合成される。ま
た入出力ＣまたはＤの位置において、第２図に示された
誘電体板１８の背面に設けられているコネクタ１１を介
して行なわれる。このときの入出力端子Ｃ，Ｄには、左
右の円偏波成分が別々にあられれるので、このコネクタ
１１からの信号をスイッチ等で切り換えることにより容
易に偏波の選択が行なえる。

以上のような構成により、円偏波給電回路を含めた励振
部が薄型でコンパクトに形成でき、偏波の切り変えも容
易に行なえる。また、同軸導波管内に電気的に露出して
いる線路の幅を換えることによりこの点での入力抵抗値
を調整でき、端が短絡または解放されたスタブ３４．３
５．３６゜３７の長さを変えることにより位相量の調整
が行なえるので、励振点における整合が容易にとれる利
点も有する。

第１図に示した同軸ホーンアンテナにおいて、同軸導波
管１と同軸導波管２との間の電波の伝搬を更に整合良く
するために同軸導波管の内部を第４図もしくは第５図の
ような構成にすることが考えられる。

第４図では他の実施例が示され、同軸導波管１と同軸導
波管２との間に同軸導波管４１を設けている。この同軸
導波管４１は、その外径を同軸導波管１の外径よ゛り小
さく同軸導波管２の外径より大きくしている。また、２
ａと２ｂの和及び２ｃと２ｄの和及び２ｅと２ｆの和が
等しくなるよ−うに構成されている。このような構成に
より形状の上からも滑らかな構造となり、より整合性が
良くなる。また第５図には更に、他の実施例が示されて
おり、前述したような条件を維持させたまま徐々に径を
変化させる同軸導波管テーバ部４２を同軸導波管１と同
軸導波管２との間に設けることによってもより整合性の
良い同軸ホーンアンテナを構成でき、不要な高次モード
の発生を抑制することもできる。

以上水した実施例では２周波数で共用する場合の同軸ホ
ーンアンテナの例について示したが、ひとつの周波数で
利用しても本発明の効果は変わらない。また、この実施
例で示した同軸ホーンアンテナの外側に更に大きな同軸
ホーンアンテナを設けて３周波数以上で共用するような
構成にするときにも同様の効果を奏する。尚、前述した
実施例では、同軸ホーンアンテナを各部に分けて作成し
、組み立てを行なう方式での説明を行ったが、組み立て
を不要とする一体構造とすることも可能である。

［発明の効果］以上詳述してきたように本発明によれば、第１の同軸導
波管の外導体の内径と第１の同軸導波管の内導体の外径
との和が、第２の同軸導波管の外導体の内径と第２の同
軸導波管の゛内導体の外径との和にほぼ等しくなるよう
に設定することで、第１の同軸導波管と第２の同軸導波
管の特性インピーダンスが同じになり、これらの同軸導
波管と、励振手段との整合がとり易くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示した図、第２図は、本
発明の平面給電回路の構成を示した図、第３図は、本発
明の平面給電回路のパターン構成例を示した図、第４図
、第５図は、他の実施例を示した図、第６図は、本発明
を利用できるパラボラ反射鏡アンテナを示した図、第７
図は、従来例を示した図である。１．２・・・同軸導波管、３・・・円形導波管、５，６
・・・ボート、７・・・平面給電回路、８・・・外導体
、９・・・内導体、１０・・・導体、１１・・・コネク
タ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）上底面を解放した第１の同軸導波管と、上面を解
放し底面を閉じた第２の同軸導波管とを前記第１の同軸
導波管の底面が前記第２の同軸導波管の上面に重なるよ
うに接続させ、前記第２の同軸導波管内に励振手段を備
えた同軸ホーンアンテナであって、前記第１の同軸導波管の外導体の内径を前記第２の同軸
導波管の外導体の内径より大きくなるよう設定し、かつ
前記第１の同軸導波管の外導体の内径と前記第１の同軸
導波管の内導体の外径との和が、前記第２の同軸導波管
の外導体の内径と前記第２の同軸導波管の内導体の外径
との和にほぼ等しくなるよう設定したことを特徴とする
同軸ホーンアンテナ。
（２）励振手段は、トリプレートラインまたはサスペン
デットラインにより構成される平面給電回路で給電され
ていることを特徴とする請求項１記載の同軸ホーンアン
テナ。
（３）同軸導波管の端面を開口とする開口部と前記同軸
導波管内で励振を行なう励振部を有する同軸ホーンアン
テナにおいて、前記同軸導波管の外導体の内径が前記開口部に比べ前記
励振部の方を小さくするように設定し、かつ、前記同軸
導波管の開口面と平行に任意に第１の面及び第２の面を
とった時、前記第１の面の外導体の内径と前記第１の面
の内導体の外径との和が、前記第２の面の外導体の内径
と前記第２の面の内導体の外径との和にほぼ等しくなる
よう設定したことを特徴とする同軸ホーンアンテナ。