JPH02280403A - コルゲートホーン - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アンテナの一次放射器に利用する。

特に、頂角の広いコルゲートホーンに関する。

〔概要〕

本発明は、半頂角が３０度以上で６０度以下のコルゲー
トホーンにおいて、 加工しやすい形状のスロットを所定のピッチで設けるこ
とにより、 使用可能な周波帯域の拡いホーンを安価に製作すること
ができるようにしたものである。

〔従来の技術〕

円錐コルゲートホーンは、広帯域にわたって軸対称性に
優れ、低サイドローブの放射特性が得られるので、各種
反射鏡アンテナの一次放射器として広く用いられる。

円錐コルゲートホーンは、第６図に示すように、円錐ホ
ーンの内壁面に円周方向に切られた溝をくり返して持つ
。このようなコルゲートホーンの動作原理を説明する。

第６図に示すようなコルゲートホーンの内部を伝播する
電磁界は、溝の内部については溝の幅がλ／２くλは波
長）より小さい場合にはＴＥモード成分は存在できない
が、ＴＭモード成分は溝の幅が小さくても存在できる。

また、溝の内部以外のホーン内部にはＴＥおよびＴＭ両
方のモード成分が存在できる。通常に用いられる基本モ
ードについては、溝の内部にはＴＭ、。

モードのみが存在し、ホーン内部にはＴ　Ｅ　ｒ　１モ
ードとＴＭ、□モードの両方が存在する。ホーン内部の
モードはＴ　Ｅ　＋　＋およびＴＭ１１モードの合成モ
ードとしてＨＥ、、ハイブリッドモードと呼ばれる特殊
モードとみなせる。ＨＥ、モードに対するホーン内部か
らホーン内壁面をみたときの壁面アドミッタンスはスロ
ットの人口でのスロット内部のＴＭ　１１モードとホー
ン内部のＨＥ、、モードとの整合条件に基づき求めるこ
とができ、その値はである。ここで、ｚｏは自由空間イ
ンピーダンス、ｐおよびａはスロットのピッチおよび溝
の幅、また、ｄは溝の深さを示す。（１）式から、溝の
深さｄがλ／４に等しいときにアドミッタンスはゼロに
なり、ホーン内部の電磁界は完全に軸対称になる。

また、λ／２に等しくなると、アドミッタンスは無限大
で溝のないコニカルホーンと同等になる。

溝の深さｄがλ／４とλ／２の間の値となる場合には、
内壁面アドミッタンスは容量性になって速波条件が成立
するので、良好な放射特性が得られる。したがって、通
常のコルゲートホーンではスロットのピッチをλ／２程
度以下に設定し、また、溝の深さをλ／４からλ／２の
間に設定している。

また、（１）式に示すように、アドミッタンスは周波数
に対し周期性を持ち溝の深さが３λ／４からλのように
（２ｎ＋　１）　　λ／４から（ｎ＋１）　　λ／２の
間になる周波数帯域でも速波条件が得られ、これを利用
して２つ以上の周波数帯域で共用可能なコルゲートホー
ンも実現できるが、このような高次の領域でもアドミッ
タンスの周波数特性は溝の深さがλ／４からλ／２の間
の場合と同一であるので、次に、この最低次の場合に限
って説明する。頂角の大きい、例えば開き角９０度程度
のコルゲートホーンは、オフセット・パラボラアンテナ
やパラボラアンテナなどの一次放射器の見込角の大きい
アンテナに多く用いられる。この場合には、第７図に示
すように溝を内壁面に垂直方向に切ることによって頂角
の小さい場合と同様の周波数帯域で良好な放射特性を得
ることができる。また、第８図に示すように、ホーン軸
に垂直方向に溝を切る構造では、溝を内壁面に垂直方向
に切った場合に比べて周波数帯域がわずかに狭くなるが
、はぼ同程度の性能を得ることができる。

第８図および第９図に他の従来例の構造を示す。

ここで、第９図に示すように全部の歯にリングを装荷す
ることで周波数帯域を拡張することができる。この場合
には、ホーンの内側から施盤などで切削加工することが
できず、多数の円盤を作り円筒に入れ込む構造になる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、このような従来コルゲートホーンは、良好な放
射特性を得られる周波数帯域が溝の深さｄが１／４波長
以上かつ１／２波長以下になる帯域に限られる欠点があ
った。また、帯域の拡張を図ると構造が複雑になり価格
が高騰する欠点がある。

本発明はこのような欠点を除去するもので、簡単な構造
で広い周波数帯域に対しても良好な放射特性が得られる
コルゲートホーンを提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、半頂角の角度が３０度以上でかつ６０度以下
であるコルゲートホーンにおいて、自装置のホーン軸に
ほぼ平行に設けられた歯およびこのホーン軸にほぼ垂直
に設けられた溝とを有するスロットが自装置の内壁面に
設けられ、このスロットの内壁面方向のピッチ長が伝搬
される電磁波の周波数帯域の高周波部でこの高周波部に
対応する波長の二分の一に相当の長さ以上であることを
特徴とする。

〔作用〕

本発明のコルゲートホーンは溝の内部にＴＭ、□モード
を発生させ、ホーン内部の電界ＨＥ、えモードと溝内部
のＴＭ１１モードの境界条件が溝の深さがλ／４に等し
くなるときに、仮想内壁面でアドミツタンスが零になる
性質を利用し、λ／２以上になる周波数（すなわち高周
波部）では電界がスロット内に入り込み、等価的に溝の
有効深さを浅くし、また、低周波部では、溝の深さがλ
／４の場合にはより近い状態になり、広い周波数帯域に
わたり良好な周波数特性を保つ。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図はこの実施例の形状を示す縦断面図である。コル
ゲートホーン１は開き角約９０度であり、ホーン軸２に
ついて回転対称である。内壁はホーン軸に垂直に切られ
た溝５１．５２、　とホーン軸に水平方向の歯４１．４
２、　とからなるスロット６１．６２、　を繰り返して
持ち、仮想内壁面３０は歯４１．４２、　の先端を結ん
だ面でホーン内部とスロット内部との境界面になる。コ
ルゲートホーンｌはテーパ導波管の整合部７を介して直
線導波管部８に接続される。すなわち、この実施例は半
頂角の角度が３０度以上でかつ６０度以下であり、自装
置のホーン軸にほぼ平行に設けられた歯４１．４２、−
およびこのホーン軸にほぼ垂直に設けられた溝５１．５
２、・・・とを有するスロット６１．６２、−が自装置
の内壁面に設けられ、このスロットの内壁面方向のピッ
チ長が伝搬される電磁波の周波数帯域の高周波部でこの
高周波部に対応する波長の二分の一に相当の長さ以上で
ある。

第２図はスロット６１．６２、　　の内の一つのスロッ
トの詳細を示す。歯４１と４２との頂点の仮想内壁面３
０方向の距離をＰとし、Ｐが１７２波長以上になる周波
数で仮想内壁面３０と平行方向に歯４１のホーン軸２と
平行方向の面と歯４２の側面との距離がλ／２　（λは
波長）となる面を境界面３１とする。

コルゲートホーンは溝の内部にＴＭ、、モードを発生さ
せ、ホーン内部の電界ＨＥ、、モードと溝内部のＴＭ、
、モードの境界条件が溝の深さがλ／４に等しくなると
きに仮想内壁面３０でアドミッタンスがゼロとなる性質
を利用したものであり、溝の幅がλ／２以下であれば溝
内部にはＴＭモードしか存在しないのでこの境界条件が
成立する。ところが、本発明のフルゲートホーンの場合
に、Ｐがλ／２以上になる周波数ではホーン内部の電界
が境界面３１すなわち溝の壁面方向の幅がλ／２になる
所まで入り込むことになる。これは溝の有効な深さが浅
くなることと等価である。ここで、通常のコルゲートホ
ーンでは溝の深さがλ／４に近く、周波数が高くなるに
つれて溝の深さがλ／２に近づき放射特性は溝のないコ
ニカルホーンに近づき、λ／２以上になると遅波条件と
なって放射特性は劣化するが、本発明の場合には、使用
周波数帯域の低周波数部で溝の等価的な深さを約λ／４
に、またピッチがλ／２以下になるようにかつ高周波数
部ではピッチがλ／２以下になるように設定すれば、低
周波数部では通常のコルゲートホーンと同等な放射特性
を持つが、高周波数部ではスロットに電界が入り込む分
だけ等価的な溝の深さが浅くなり、溝の深さがλ／４の
場合にはより近い放射特性が得られ、さらに、溝の深さ
がλ／２以上となる帯域でもスロット内への電界の入り
込みの効果によって有効な溝の深さはλ／２以下になり
、良好な放射特性を持つ周波数帯域を拡張することがで
きる。

第３図はコルゲートホーンのスロットの等価アドミッタ
ンスの周波数特性を示す。縦軸は内壁面と垂直方向の等
価深さで表したスロットのアドミッタンスを示し、横軸
は等価深さがλ／４に等しくなる周波数ｆ１で正規化し
た周波数を示す。等価深さがλ／４からλ／２になる周
波数領域が使用可能な周波数帯域になる。曲線Ｉは通常
のコルゲートホーンの場合の計算値であり、曲線■は本
発明の一実施例についての計算値である。本発明の場合
には高い周波数の領域で使用可能な周波数帯域が拡張さ
れている。

この実施例では、整合部７としてテーパ導波管を用いて
いるが、整合部７は第４図に示すように深さを徐々にか
えたコルゲートスロットまたは第５図に示すようにリン
グを装荷したコルゲートスロットを用いても本発明を実
施することができる。

また、本発明は溝の深さｄがλ／４からλ／２となる周
波数領域と３λ／４からλになる領域またはそれ以上の
領域とで共用する多周波数帯域共用のコルゲートホーン
にも応用することができる。

すなわち、溝の深さｄがλ／４からλ／２になる第１の
領域ではピッチはλ／２以下に、３λ／４からλになる
第２の領域ではピッチがλ／２以上になるように選べば
、第２の領域で周波数帯域を拡張することができる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように、スロットの内壁面方向
のピッチを使用周波数帯域の高周波数部で１／２波長と
するので使用可能な周波数帯域を拡張できる効果がある
。本発明のコルゲートホーンはコルゲートホーンのスロ
ットをホーン軸と平行方向の歯とこれと垂直方向に切ら
れた溝とから成る形状であるので、ホーンの内側から旋
盤などで切削加工することができ、かつ切削加工時の切
削方向は旋盤の回転軸となるホーン軸に水平な方向と垂
直な方向のみであり、従来のコルゲートホーンに比べて
安価に製造できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構造を示す縦断面図。 第２図は本発明実施例のスロットの詳細図。 第３図は各種のコルゲートホーンの電気的等価溝深さの
周波数特性を示すブラフ。 第４図ちよび第５図は本発明の他の実施例の構造を示す
縦断面図。 第６図、第７図、第８図および第９図は従来例の構造を
示す縦断面図。 １・・・コルゲートホーン、２・・・ホーン軸、７・・
・整合部、８・・・直線導波管部、１１・・・円筒、３
０・・・仮想内壁面、３１・・・境界面、４１．４２・
・・歯、５１．５２・・・溝、６１．６２・・・スロッ
ト、７１．７２・・・整合部スロット、９１．９２・・
・円盤。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．半頂角の角度が３０度以上でかつ６０度以下である
   コルゲートホーンにおいて、 自装置のホーン軸にほぼ平行に設けられた歯およびこの
   ホーン軸にほぼ垂直に設けられた溝とを有するスロット
   が自装置の内壁面に設けられ、このスロットの内壁面方
   向のピッチ長が伝搬される電磁波の周波数帯域の高周波
   部でこの高周波部に対応する波長の二分の一に相当の長
   さ以上である ことを特徴とするコルゲートホーン。