JPH0335604A

JPH0335604A - 二重ホーン放射器構造

Info

Publication number: JPH0335604A
Application number: JP2163019A
Authority: JP
Inventors: Krishnan Raghavan; クリシュナン・ラグハバン; Gary J Gawlas; ゲイリー・ジェイ・ゴウラス; Paramjit S Bains; パラミート・エス・ベインス
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1989-06-23
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 1991-02-15
Anticipated expiration: 2009-09-07
Also published as: DE69015460D1; EP0403894B1; JPH0671170B2; EP0403894A3; EP0403894A2; CA2014661C; DE69015460T2; US4998113A; CA2014661A1

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、異なる周波数帯域において動作するホーン放
射器の構造からの電磁電力の放射、および特に、より高
周波数で動作する放射器がより低い周波数の放射で動・
作する放射器内で二重にされるホーン放射器の構造に関
する。

［従来技術］地球の様々な地域への信号の通信用人工衛星を使用する
ような通信システムにおいて、反射器および反射器を照
射するために位置された放射器のアレイを有するアンテ
ナシステムを使用することが普通に実用されている。こ
のようなアンテナシステムは、地球の地理的区域に向け
られる扇形ビームの発生に良く適合する。このようなア
ンテナシステムの構造の例として、ホーン放射器の形状
で放射器を作成することが普通に行われている。

アンテナシステムによって送信された信号は１つの周波
数帯域内にあり、一方アンテナシステムによって受信さ
れた信号は異なる周波数帯域内にある。

［発明の解決すべき課題］特に興味のある場合は、低周波数帯域での輻の広いビー
ムの発生と同時に高周波数帯域内のスポットビームを発
生させる場合である。多くの場合において高いおよび低
い周波数帯域でのビームの発生のために別々の放射器の
組および別々の反射器を使用することが慣例とされてき
た一方で、現在の興味ある状況においては、低周波数帯
域の放η・Ｉ器と同心のスポットビームの放射器を設置
し、高低画周波数の放射ビームに対して同一の反射器を
使用することが所望されている。

問題は、１つのホーンが他方のホーンを妨害するか、或
いはそうでなければ他方のホーンの放射特性に妨害する
ような高周波数ホーン放射器と低周波数ホーン放射器を
共に設置することから発生する。したがって、前記の興
味ある状況において、共に配置された放射器から２つの
異なる周波数帯域の族１４器によって単一の反対器を照
１・１することが要求される。しかし、これまではホー
ン放Ｉ・１器用の満足すべきアンテナシステムは得られ
ていない。

［課題解決のための手段］前記問題は本発明にしたがった２つのホーン放射器を備
えて作成されたホーン放射器構造によって克服され、他
の利点が提供される。ホーン放射器の１つは低周波数帯
域で放射するように構成され、第２のホーン放射器は高
周波数帯域で放射するように構成する。各ホーン放射器
は送信機からの電磁電力を受けるための人力ポート、お
よびマイクロ波信号が共通の反対器を照射するためにそ
こから放射される放射孔を有する。高周波数帯域で動作
する第２のホーン放射器は、低周波数４；シ域で動作す
る第１の放射器よりも小さい。本発明の重要な特性にし
たがって、より小さい高周波数ホーン放射器は、低周波
数ホーン放射器が高周波数ホーン放射器の存在による放
射特性の干渉が無視されて動作することが可能な方法で
、より大きい低周波数ホーン放射器の中に二重式に配置
される。

第１の放射器内に第２の放射器を挿入することによって
、低周波数でのエネルギ反射器として作用する物理的構
造の提供が実現される。結果として生じる反射は、第１
の放射器内の定常波比を上昇させ、信号送信の効率を低
下させるであろう。

このような反射の源は、第１の放射器内の指定された位
置に第２の放射器を保持するために使用された支持構造
、および送信機から第２の放射器へマイクロ波エネルギ
を伝達する導波管の供給部分の存在を含む。

本発明にしたがって、反射器として作用できる前記構造
部品は金属角錐のような先の細い導電性シートの中に囲
まれる。先の細いシートの形態は、進行波を導くための
反射器の両側面上で、送信方向かまたは受信方向内で、
反射器との相互作用なしに反射器の先で使用される。先
を細くすることは低い定常波比を保持するために第１の
ホーン放射器内のスムーズな伝送を可能にし、それによ
ってたとえ第２のホーン放射器がその中に二重にされる
としても第１のホーン放射器の放射特性を保持する。

それによって本発明のホーン放射器構造は、２つのホー
ンが異なる周波数帯域内で動作し、および共通の反射器
の照射のために同し位置に設置されるように異なる大き
さを有することを可能にする。本発明のホーン放射器構
造は、電磁電力の送信ビームおよび受信ビームの両者の
場合に前記利点を提供するために可逆的に動作する。信
号送信用人力ポートは信号の受信中は出力ポートになる
。

［実施例］第１図および第２図を参照すると、本発明にしたがって
構成され、相対的に大きい低周波数ホーン放射器１２お
よび大きい放射器１２内に配置された相対的に小さい高
周波数ホーン放射器１４を含むホーン構造１０が示され
ている。本発明の好ましい実施例の構造の例によって、
大きい放射器１２は４から６ＧＨｚ　（ギガヘルツ）の
Ｃ帯域、マイクロ波周波数で動作し、小さい放射器１４
はＫｕ帯域の１２から１．８．５ＧＨｚで動作する。

ここに記載されたホーン構造１０の部品の４広は、放射
器１２および１４のそれぞれに対して３．７から４．２
Ｇ　Ｈｚおよび１２．２５から　１４．７５Ｇ　Ｈｚの
周波数範囲で使用されるように意図される。本発明の原
理は、前記周波数とは異なる周波数に対して動作するよ
うに構成されｔ：放射器に適応できる。

大きい放射器１２は、ホーン１６と呼ばれる広がった部
分、およびスロート１８と呼ばれる一定断面寸広の導波
管部分を含む。スロート１８は相対的に小さい断面を有
するホーン１Ｂの端部から延在し、方相対的に大きい断
面を有するホーン１６の反対側の端部は大きい放射器１
２の放射孔２０として作用する。大きい放射器１２の構
造において、スロート１８およびホーン１６はスロート
１８の導波管をホーン１６の小さい端部にはんだづけす
ることによって一体構造として形成してもよい。

その代りに第１図および第２図に示されるように、スロ
ート１８は取付はフランジ２２によってホーン１６に固
定され得る。ホーン２４およびホーン２４の小さい端部
に結合したスロート２６（第２図）を有する小さい放射
器１４の構造は実質上大きい放射器１２の構造と同一で
ある。スロート２Ｂの反対側のホーン２４の大きい端部
は、小さい放射器１４の放射孔２８として作用する。ス
ロート２６およびホーン２４は、スロート２６をホーン
２４にはんだづけすることによって一体構造として形成
される。放射器１２および１４は真鍮またはアルミニウ
ムのような金属で形成される。

本発明の構造において、ホーン１６および２４はスロー
ト１８および２６がそうであるように方形の断面を有す
ることは注目すべきである。しかし、本発明の原理は円
形の断面のような他の断面のホーン放射器にも適用され
ることができる。さらに、ホーン１Ｂおよび２４は先１
を細くした構造として記載されるが、本発明の原理はま
た一定断面の端部が開放された導波管のような先が細く
ないホーンにも適用されることに注意すべきである。ホ
ーン構造１０の好ましい実施例において、第１図および
第２図で示されているように放射孔２０および２８は同
平面にある。しかしもし所望するならば、放射孔２８は
放射孔２０（ホーンｉ６の外側）の前方或いは放射孔２
０（ホーン１６の内側）の後方に位置するように、小さ
い放射器１４のホーン２４は適所に配置される。

ホーン構造１０の構造において大きい放射器１２の放射
パターンは、その孔上にわたって存在するモードフィー
ルドを数学的に積分することによって、およびホーン２
４によって妨げられるホーン１６の範囲上のゼロ振幅と
なる電界および磁界を仮定することによって予知される
。これは小さい放射器１４のホーン２４が最適の位置に
配置されることを可能にし、また利得および大きい放射
器１２の同一偏波と直交偏波の放射パターンの正確な予
知も可能にする。

ホーン１６内にホーン２４を取付けることにおいて対称
的にホーン構造１０を構成することは有利である。これ
は、その末端部３０がホーン１６内の小さい放射器１４
を支持するための壁面部３２との物理的接触を提供する
ように大きいホーン１６の壁面部３２を通して突出させ
るために小さい放射器１４のスロート２６を曲げること
によって遂行される。壁面部３２を通してのスロート２
Ｂの末端部３０の突出はまた、ホーン２４から放射され
る電磁気信号を供給するための小さい放射器１４ヘアク
セスするための単一のポートを提供する。ダミー導波管
の部分として組立てられ得る支柱３４はスロート２６の
屈曲３６においてスロート２Ｂに固定され、スロート２
６の末端脚部３８へ平行におよびスロート２６の中央に
近い脚部４゜に垂直に延在する。支柱３４の中心線およ
び脚部３８．４０の中心線は同平面にある。支柱３４お
よび末端脚部３８は、ホーン１６．２４の両者を横断す
るように延在し、ホーン１Ｂ内にホーン２４を対称に設
置するために設けられるためのホーン１６の壁面部３２
に向かい合って接触する支持体を形成する。

前記支持体の組立ての例として支柱３４はスロート２Ｇ
の屈曲部３Ｂににはんだづけされる。取付はフランジ４
２は、小さい放射器１４によって送信されるマイクロ波
信号を提供するため、或いは小さい放射器１４の放射孔
２８上に入射する入来マイクロ波信号を受信するために
、小さい放射器１４へのマイク口波回路の結合を容易に
するようにスロート２６の末端部３０にはんだづけされ
る。同様の方法において、フランジ（図示されない）は
マイクロ波回路の大きい放射器１２への接続のためスロ
ート１８の末端部に固定される。支柱３４は、支柱３４
の端部が壁面部３２Ａ内の孔４４を通過すること、およ
びそのときに支柱３４の端部が壁面部３２Ａにはんだづ
けされることによって壁面部３２Ａに固定され得る。同
様に、末端脚部３８は壁面部３２内の孔４６において壁
面部３２に固定される。ホーン２４は２つのホーンの中
心線が一致するようにホーン１６内に対称的に配置され
る。構造１０の製造中に壁面部３２および３２Ａは、ホ
ーン１Ｇ内への抑大および孔４４と４６の据付けを可能
にするための支柱３４およびスロート２Ｇの端部を明ら
かにするためにわずかに外部へたわむことができる。

支柱３４およびスロート２６は、大きい放射器１２を通
して伝播する放射波を容易に反射する物理的構造を構成
することが認められる。放射線の反射が所望されないの
は、このような反射によって生成された定常波比のｊ曽
加した値によって指摘されるように大きい放射器１２を
通るマイクロ波電力の伝送効率が低下させられるからで
ある。ホーン構造１０を効果的に動作するため、放射器
１２と１４の両者における各放射信号が放射信号を導く
マイクロ波構造からの干渉なしに伝播することを可能に
されることが所望される。

したがって本発明の特徴によると、導電性シート４８は
支柱３４およびスロート２６の領域を通過するこれらの
部品からの反射なしの大きい数年１器１２内の低周波数
放射を導くために、支柱３４およびスロート２６を囲む
ための大きい放射器１２内に配置される。例によるとシ
ート４Ｂは銅箔或いはアルミニウム箔によって構成され
ることができ、その箔は寸法の安定性を提供するのに十
分な厚さである。シート４８は二重の先細の形態を提供
するために折り曲げられている。スロート１８へ向いた
１つノ先細の形態は、頂点５２を有する角錐或いはピラ
ミッド５０を生成する。ホーン１６の前方の端部に向け
て、シート４８は支柱３４および脚部３８の前方のへり
とホーン２４の４つの側面との間の先細の部分５４内で
先が細くなっている。先細の部分５４は４つの台形の壁
部を含む。前記支持体は支柱３４と脚部３８の複合体と
して形成され、支持体の構造のシート４８内の外形とし
て５Ｂで示されている（第１図）。支持体５６の範囲に
おいて、シート４８は第１図で示された構造ＩＯの方位
に関して支持体５６の上部および底部の表面上に平らに
存在する。支持体５６の後方および前方の両者で、シー
ト４８は角錐５０および先細の部分５４それぞれにおい
て前記のように先細になる。

シート４８を先細にすることは、過度の反射の発生を阻
止するために大きい放射器１２の内部寸法の漸次の変化
を提供する。小さい放射器１４の存在にもかかわらず、
シート４８は通常の方法において大きい放射器１２が機
能することを可能にする機能を遂行する。それによって
ホーン構造１０はコンパクトな物理的形態において高周
波数および低周波数の放射孔を共通位置に設置すること
を可能にし、その一方間々の放射３１２および１４の放
射特性を保持する。

以下の寸法はホーン構造ｉｏの好ましい実施例を構成す
るために使用される。第１図に関して、ホーン１６内の
放射孔２ａの側部５８Ａおよび５８Ｂハロ、０インチで
ある。ホーン２４内の放ａ、を孔２８の側部６０Ａおよ
びＢＯＢはそれぞれ１．８インチおよび２．２インチで
ある。大きい放射器１２のスロート１８において、側部
６２Ａおよび８２Ｂの幅はそれぞれ１．１４５インチお
よび２．２９インチである。小さい族１．Ｉ器１４のス
ロート２６の導波管において（第２図）、側部６４Ａお
よび６４Ｂはそれぞれ０．３７５インチおよび０．７５
インチである。ホーン１６の全長は、放射孔２ｏからフ
ランジ２２までの中心線に沿って計測すると１０．０イ
ンチである。ホーン２４の全長は、放射孔２８からスロ
ート２６との接合部までの中心線に沿って計測すると　
４．０インチである。シート４８の構造の先の細い部分
の角度は、ホーン構造１０の中心線に関して計測すると
１５度から２０度の範囲内であることが好ましいが、所
望ならば、マイクロ波変化構造の設計における受は入れ
られた性能にしたがって他の角度の先の細い部分を使用
してもよい。

第３図は、ホーン構造１０の使用を説明するのに台効な
アンテナシステム６６を示す。アンテナシステム６６は
、反射器６８、ホーン構造１０を含むアレイ内に配列さ
れた複数の放射器７０、電力分割器或いはパトラ−マト
リックスのような供給ユニット７２、供給ユニット７２
に結合したＣ帯域トランシーバ７４、およびフランジ４
２によってホーン構造１０の小さい放射器１４に粘合し
たＫ　ｕ；８Ｆ域トランシーバ７Ｇを含む。供給ユニッ
ト７２はＣ帯域マイクロ波電力を各族１・１器７０に供
給し、またスロート１８を介してホーン構造１０の大き
い放射器１２へ供給される。各放射器７０およびホーン
構造１０の放射器１２は、遠隔地へ送信されるＣ帯域ビ
ーム７８を形成するための反射器６Ｂにマイクロ波電力
を直射する。放射の入来ビーム７８がトランシーバ７４
によって受信されるマイクロ波信号を提供するために、
アンテナシステムは可逆的な方法で動作する。

同様にホーン構造１０の小さい放射器１４は、トランシ
ーバ７ＢからＫｕ帯域ビーム８０を形成するために反射
器６８に向けてマイクロ波信号を直射する。

アンテナシステム６６は可逆的方法で動作するので、Ｋ
ｕ帯域マイクロ波信号の入来ビーム８０はホーン構造１
０の小さい放射器１４によってトランシーバ７６へ導か
れる。Ｃ帯域とＫ　ｕ帯域の両者の放射のための共通の
反射器６８の使用およびシステム６Ｇの放射器の中心の
１つがホーン構造１０の形をした本発明を使用するとい
う事実のために、ビーム７８および８０は同心である。

第３図において放射器７０は、ホーン構造１０の大きい
放射器１２と同様の形態を有するホーン放射器であると
して示されている。しかしもし所望されるならば、本発
明のホーン構造１０は他の物理的形態の放射器と共に使
用できる。

第４図は、第１図およびＴＳ２図で示されているのと同
様の方法で機能するが、そのより簡易化された構造故に
好ましいとされる本発明の別の実施例を示す。第４図に
おいてホーン構造８２は、大きい族１・１器８４、およ
び放Ｉ・ｌ器１２．１４を参照にして第１図、第２図に
記載されたような大きい放射器８４内で二重になってい
る小さい放射器８６を含む。大きい放射器８４は放射器
１２と同様の形態を有する。

小さい放射器８６は放射器１４のホーン２４およびスロ
ート２６を含むが、放射器１４の一体構造よりむしろフ
ランジ８８によってホーン２４がスロート２６に結合し
ている点において放射器１４と異なる構造を有する。ス
ロート２６の支柱３４および末端脚部３８は、小さい放
射器１４を大きい放射器１２に固定するためのホーン１
６および２４の共通の軸を横切る方向に支持体５６を形
成するために互いに結合される。

本発明にしたがってホーン構造８２は、ホーン２４を囲
むシート９０、スロート２６の中央に近い脚部４０、フ
ランジ８８、および支持体５６の中央部分を含む。

シート９０はシート４８（第１図および第２図）と同様
の方法で機能し、同様の目的で作用する。シート９０は
シート４８より簡易化された幾何学的構造を有し、この
シート９０はホーン１４の放射孔２８における底部から
大きい放射器１２のスロート１８とホーン１６の結合部
のフランジ２２における頂点へ延在する単純な角錐の形
状をしている。シート９０のより簡易化された形態のた
めに、支持体５６の外部端部は大きい放射器１２内で伝
播する低周波数放射にさらされるようにシート９０を通
って延在する。しかし結果として生じる低周波数放射の
電界Ｅの反射は、支持体５６の外部端部からの非常に少
量の電界の反射故に無視できるものと見なされる。少量
の反射は、末端脚部の幅の狭い壁部の存在および支持体
５６に垂直な電界Ｅの方向の放射が原因である。

本発明の前記実施例のみが図示されているが、当業者に
よって変形が成されてもよいことが理解されるべきであ
る。したがって本発明はここに記載された実施例に限定
されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、大きい外側放射器およびより小さい内側放射
器の両者と、放射を供給導波管を通って小さい放射器に
導くためのシート構造を示すために外部を部分的に切り
取った大きい放射器のホーンを示す、本発明のホーン構
造の斜視図である。第２図は、小さい方の放射器の屈曲した供給導波管を示
すために外部を部分的に切り取ったシート構造によって
第１図の構造を示す。第３図は、本発明のホーン構造を放射器のアレイ内に札
入れたアンテナシステムを示す。第４図は一般的に、小さい方の放射器の屈曲供給導波管
を示すために部分的に外部を切り取って図示された簡易
化されたンートを有する第１図の構造を示す。１０．８２・・・ホーン構造、１２・・・低周波数ホー
ン放射器、１４・・・高周波数ホーン放射：！”ｊｓ　
　１６．２４・・・ホーン、１８．２１３・・・スロー
ト、２０．２８・・・放射孔、２２，４２．８８・・・
フランジ、３０・・・端部、３２．３２Ａ・・壁面部、
３４・・・支柱、３６・・・屈曲部、３８．４０・・・
脚部、４８・・・環化性シート、５０・・・角錐、５Ｇ
・・・支持体。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１のホーン放射器と、前記第１のホーン放射器
よりも断面において小さく、前記第１のホーン放射器内
に配置されている第２のホーン放射器とを含み、前記第１の放射器は第１の放射の伝播のための第１の通
路を限定する第１の包囲する壁構造を含み、その第１の
通路は前記第１の壁構造の第１の端部の第１の信号ポー
トと、前記第１の端部と反対側の前記第１の壁構造の第
２の端部の第１の放射孔において終端し、前記第２の放射器は第２の放射の伝播のための第２の通
路を限定する第２の包囲する壁構造を含み、その第２の
通路は前記第２の壁構造の第１の端部の第２の信号ポー
トと、前記第１の端部の反対側の前記第２の壁構造の第
２の端部の第２の放射孔において終端し、前記第２のポートに隣接した位置において、前記第２の
壁構造は前記第２のポートが前記第１の壁構造の外部に
延在することができるように前記第１の壁構造を通過し
、前記放射器構造は、前記第２の放射孔と前記第２のポー
トとの間の前記第２の壁構造の少なくとも一部分を越え
て前記第１のホーン放射器内に前記第１の放射を導くこ
とによって、前記第１の放射の定常波比を減少させるた
めのガイド手段を具備していることを特徴とするホーン
放射器構造。
（２）前記ガイド手段が、前記第２の壁構造の前記の部
分を覆うための先の細い表面を形成するシート手段を含
む請求項１記載の放射器構造。
（３）前記ホーン放射器の１つの包囲する壁構造は曲げ
られており、前記放射器の他方の包囲する壁構造はまっ
すぐである請求項２記載の放射器構造。
（４）前記第２の放射器の包囲する壁構造が曲げられて
おり、前記第１の放射器の包囲する壁構造はまっすぐで
ある請求項２記載の放射器構造。
（５）前記第２の壁構造の前記部分が、前記第１の包囲
する壁構造の壁を通過するために曲げられている請求項
４記載の放射器構造。
（６）各前記放射器においてそれぞれの壁構造が、より
大きい断面で放射孔内へ開口し、より小さい断面で一定
の断面の寸法のスロート内へ開口する広がったホーンを
限定し、前記シート手段を先細にすることによって前記第１の放
射器のポートと面する頂点を生成し、前記頂点の反対側
の前記シート手段の端部において前記シート手段が前記
第２の壁構造の前記広がった部分で終端する請求項５記
載の放射器構造。
（７）第１のホーン放射器と、前記第１のホーン放射器
よりも断面において小さく、前記第１のホーン放射器内
に配置されている第２のホーン放射器とを含み、前記第１の放射器は、第１のホーンを形成する第１の包
囲する壁構造および第１の放射の伝播のための第１の通
路を限定するための第１のホーンと結合する第１のスロ
ートを含み、その第１の通路は、前記第１の壁構造の第
１の端部の第１の信号ポート、および前記第１の壁構造
の前記第１の端部と反対側の前記第１の壁構造の第２の
端部の第１の放射孔において終端し、前記第２の放射器は、第２のホーンを形成する第２の包
囲する壁構造および第２の放射の伝播のための第２の通
路を限定する第２のホーンと結合する第２のスロートを
含み、その第２の通路は、前記第２の壁構造の第１の端
部の第２の信号ポート、および前記第２の壁構造の前記
第１の端部と反対側の前記第２の壁構造の第２の端部の
第２の放射孔において終端し、前記第２のポートに隣接した位置において、前記第２の
スロートは前記第２のポートが第１の壁構造の外部に延
在するように前記第１の壁構造を通過し、前記放射器構造は前記第１の放射器内に前記第２の放射
器を支持するための支柱、および前記第１の放射の定常
波比を減少するための前記第２のスロートを越えて前記
第１のホーン放射器内に放射を導く手段を含み、前記ガイド手段が、第１の放射の定常波比を減少するた
めの前記第２のスロートを覆うための先の細い表面を形
成されたシート手段を含み、前記第２のスロートの屈曲
部分は前記第１の放射器の縦軸を横断して延在し、前記
第１の放射器内の前記第２の放射器を配置するための前
記第１のホーンの第１の壁部と結合し、前記支柱が前記第２のスロートでの横の屈曲部から、前
記第２のスロートと前記第１のホーンの前記第１の壁部
との結合部と直径的に反対の地点において前記第１のホ
ーンの第２の壁部へ延在していることを特徴とするホー
ン放射器構造。
（８）前記シート手段が前記支柱を囲む請求項７記載の
放射器構造。
（９）前記シート手段の先を細くすることにより前記第
１の放射器のポートと面する頂点を生成し、前記頂点の
反対側の前記シート手段の端部において前記シート手段
が前記スロートと前記第２の放射孔との間の地点の前記
第２の壁構造上で終端する請求項８記載の放射器構造。
（１０）前記シート手段が前記第２のホーンの外部表面
上で終端する請求項９記載の放射器構造。