JPH04274602A - ＴＥモードをＥＨｍｎ形のハイブリッドモードへ変換するための方法、および該方法を実施するための、周縁が螺旋形の開口面アンテナ - Google Patents
ＴＥモードをＥＨｍｎ形のハイブリッドモードへ変換するための方法、および該方法を実施するための、周縁が螺旋形の開口面アンテナInfo
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- JPH04274602A JPH04274602A JP3321687A JP32168791A JPH04274602A JP H04274602 A JPH04274602 A JP H04274602A JP 3321687 A JP3321687 A JP 3321687A JP 32168791 A JP32168791 A JP 32168791A JP H04274602 A JPH04274602 A JP H04274602A
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- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/02—Circuits or systems for supplying or feeding radio-frequency energy
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21K—HANDLING OF PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
- G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
- G21K1/16—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using polarising devices, e.g. for obtaining a polarised beam
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
- H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
- H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
- H01Q19/15—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source being a line source, e.g. leaky waveguide antennas
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＴＥモードをＥＨｍｎ
形のハイブリッドモードへ変換するための方法、および
該方法を実施するための、周縁が螺旋形の開口面アンテ
ナに関する。
形のハイブリッドモードへ変換するための方法、および
該方法を実施するための、周縁が螺旋形の開口面アンテ
ナに関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の方法によって、ＴＥモードがハ
イブリッドモードへ変換されて、開口面アンテナから、
その前方に位置する空間へ放射される。
イブリッドモードへ変換されて、開口面アンテナから、
その前方に位置する空間へ放射される。
【０００３】プラズマ核融合実験のための電子サイクロ
トロン共鳴加熱器は、ジャイロトロンにより発生される
、約１４０ＧＨｚの周波数の数ＭＷの高周波出力を必要
とする。代表的な動作モードは、高い第１の（方位方向
の）指標と比較的小さい第２の（半径方向の）指標とを
有する横方向電界モードＴＥｍｎである。この種のモー
ドはプラズマ加熱には適しておらず、このモードは直線
偏波された、ほぼガウス光線のようなビームへ変換する
必要がある。
トロン共鳴加熱器は、ジャイロトロンにより発生される
、約１４０ＧＨｚの周波数の数ＭＷの高周波出力を必要
とする。代表的な動作モードは、高い第１の（方位方向
の）指標と比較的小さい第２の（半径方向の）指標とを
有する横方向電界モードＴＥｍｎである。この種のモー
ドはプラズマ加熱には適しておらず、このモードは直線
偏波された、ほぼガウス光線のようなビームへ変換する
必要がある。
【０００４】Ｍ．Ｔｈｕｍｍ 著の”Ｉｎｔｅｒｎａｔ
ｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｎｆｒａｒｅｄ
ａｎｄ Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ Ｗａｖｅ ”６（１
９８５）、第５７７頁には、ＴＥモードからハイブリッ
ドモードへの変換を実施することのできる方法が示唆さ
れている。
ｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｎｆｒａｒｅｄ
ａｎｄ Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ Ｗａｖｅ ”６（１
９８５）、第５７７頁には、ＴＥモードからハイブリッ
ドモードへの変換を実施することのできる方法が示唆さ
れている。
【０００５】準光学的な変換のために、これまでいわゆ
るヴラソフ変換器が用いられてきた。この種の変換器は
、周縁部が螺旋形の開口面アンテナから成る。このアン
テナは導波管端部に接続されており、そのビーム経路中
には１つまたは複数個の反射器が設けられている（ Ｓ
．Ｎ．Ｖｌａｓｏｖ 他著の ”Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇｅ
ｎｅｅｒｉｎｇ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ，
２１／１９７５ 第１４頁参照）。
るヴラソフ変換器が用いられてきた。この種の変換器は
、周縁部が螺旋形の開口面アンテナから成る。このアン
テナは導波管端部に接続されており、そのビーム経路中
には１つまたは複数個の反射器が設けられている（ Ｓ
．Ｎ．Ｖｌａｓｏｖ 他著の ”Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇｅ
ｎｅｅｒｉｎｇ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ，
２１／１９７５ 第１４頁参照）。
【０００６】回転ＴＥモードの放射が行われると、遠距
離放射領域でのビーム特性において不所望なサイドロー
ブが生じる。さらに高いビーム出力時には、特定の冷却
手段がなくては抑圧不可能なアンテナの負荷が生じる。
離放射領域でのビーム特性において不所望なサイドロー
ブが生じる。さらに高いビーム出力時には、特定の冷却
手段がなくては抑圧不可能なアンテナの負荷が生じる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の課
題は、高出力であり所定のビーム特性の、直線偏波され
たマイクロ波ビームを提供することにある。
題は、高出力であり所定のビーム特性の、直線偏波され
たマイクロ波ビームを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題は、回転ＴＥモ
ードを、平衡化されたハイブリッド条件Γ＝＋１または
−１におけるＥＨｍｎ形の回転ハイブリッドモードへ変
換し、さらに開口面アンテナを介して放射するようにし
、これにより遠距離放射領域においてガウス特性を有す
る円偏波されたビームが形成されるようにしたことによ
り解決される。
ードを、平衡化されたハイブリッド条件Γ＝＋１または
−１におけるＥＨｍｎ形の回転ハイブリッドモードへ変
換し、さらに開口面アンテナを介して放射するようにし
、これにより遠距離放射領域においてガウス特性を有す
る円偏波されたビームが形成されるようにしたことによ
り解決される。
【０００９】さらに請求項３の構成には、周縁が螺旋形
である開口面アンテナの構成が記載されており、このア
ンテナにより所定の真空中の波長の際に、要求されるビ
ーム品質が達成される。
である開口面アンテナの構成が記載されており、このア
ンテナにより所定の真空中の波長の際に、要求されるビ
ーム品質が達成される。
【００１０】次に、本発明による方法及び該方法を実施
するための開口面アンテナを図面に基づき詳細に説明す
る。
するための開口面アンテナを図面に基づき詳細に説明す
る。
【００１１】
【実施例の説明】図１には、専門用語ではヴラソフ変換
器（Ｖｌａｓｏｖ−Ｋｏｎｖｅｒｔｅｒ）とも称される
、従来の準光学的モード変換器が示されている。この変
換器は、導波管端部２、アンテナ３、さらに例えば反射
器４から成る。アンテナ３は、同軸の導波管の延長部で
ある。このアンテナはその端部において、被覆面６上の
所定の長さの直線的な長手方向直線５と、さらに該長手
方向直線５の始端と終端とを結合する、前記被覆面６上
の螺旋状の線７とにより縁付けされている。開口部８を
介して、電磁波が前方へ向かってその前の空間へ放射さ
れる。１つまたは複数個の反射器４を用いることにより
、放射された電磁波が直線偏波される。
器（Ｖｌａｓｏｖ−Ｋｏｎｖｅｒｔｅｒ）とも称される
、従来の準光学的モード変換器が示されている。この変
換器は、導波管端部２、アンテナ３、さらに例えば反射
器４から成る。アンテナ３は、同軸の導波管の延長部で
ある。このアンテナはその端部において、被覆面６上の
所定の長さの直線的な長手方向直線５と、さらに該長手
方向直線５の始端と終端とを結合する、前記被覆面６上
の螺旋状の線７とにより縁付けされている。開口部８を
介して、電磁波が前方へ向かってその前の空間へ放射さ
れる。１つまたは複数個の反射器４を用いることにより
、放射された電磁波が直線偏波される。
【００１２】図２には、アンテナ３が導波管端部２とと
もに示されている。アンテナ３の長手方向直線５は以下
の前提に基づき算出される。即ち、方形の開口部８上に
おいて導波管の障害のない電磁界分布が生じるようにし
、かつ導波管軸９とアンテナ３の直線的な断面５により
形成された開口部８によって伝送されるエネルギーが、
導波管を通って流れるエネルギーと同じである、という
前提に基づき算出される。アンテナの長さは、
もに示されている。アンテナ３の長手方向直線５は以下
の前提に基づき算出される。即ち、方形の開口部８上に
おいて導波管の障害のない電磁界分布が生じるようにし
、かつ導波管軸９とアンテナ３の直線的な断面５により
形成された開口部８によって伝送されるエネルギーが、
導波管を通って流れるエネルギーと同じである、という
前提に基づき算出される。アンテナの長さは、
【００１
３】
３】
【数１】
【００１４】により算出される。
【００１５】この場合、β＝ｋｎ／ｋである。
【００１６】アンテナの長さを算出するための上記の式
における実質的なパラメータは、ハイブリッドパラメー
タΓである。このパラメータは、放射されるべき電磁波
のＴＥモードおよびＴＭモードの成分を表わす。
における実質的なパラメータは、ハイブリッドパラメー
タΓである。このパラメータは、放射されるべき電磁波
のＴＥモードおよびＴＭモードの成分を表わす。
【００１７】アンテナ３の、螺旋形の周縁７および直線
的な周縁５は、それら両者の交点１０において、それぞ
れ鋭角を形成する。平面になるように展開すると、螺旋
形の周縁部７は直線となる。
的な周縁５は、それら両者の交点１０において、それぞ
れ鋭角を形成する。平面になるように展開すると、螺旋
形の周縁部７は直線となる。
【００１８】アンテナ３および導波管端部２の展開図が
図３に示されている。コルゲーションはアンテナ３にお
いて一定の深さで延在している。Γ＝−１であれば、Ｅ
Ｍｍｎ形のハイブリッドモードのための平衡化されたハ
イブリッド条件が得られる。この場合、コルゲーション
の深さは、真空中の波長の正確に４分の１となる。
図３に示されている。コルゲーションはアンテナ３にお
いて一定の深さで延在している。Γ＝−１であれば、Ｅ
Ｍｍｎ形のハイブリッドモードのための平衡化されたハ
イブリッド条件が得られる。この場合、コルゲーション
の深さは、真空中の波長の正確に４分の１となる。
【００１９】従来、真空中の波長の約６分の１のコルゲ
ーションの幅１４が有利であるとされていきた。しかし
本発明による開口面アンテナは、その有利な特性を著し
く変更し、コルゲーションの幅がコルゲーションの深さ
と同じになるように、つまり真空中の波長の４分の１に
選定されている。
ーションの幅１４が有利であるとされていきた。しかし
本発明による開口面アンテナは、その有利な特性を著し
く変更し、コルゲーションの幅がコルゲーションの深さ
と同じになるように、つまり真空中の波長の４分の１に
選定されている。
【００２０】約±１に等しい、平衡化されたハイブリッ
ド条件によるハイブリッドモードおよびこのモードの各
成分は、螺旋形でありコルゲーションの付された開口面
アンテナを有する導波管により、著しく損失の少ない伝
送が可能となる。このことは、核融合実験の場合のよう
な高いマイクロ波エネルギーの場合に、構造上の大きな
利点である。これによって、アンテナに対する冷却のた
めのコストを著しく低減することができ、それどころか
場合によってはそのコストを回避することができる。
ド条件によるハイブリッドモードおよびこのモードの各
成分は、螺旋形でありコルゲーションの付された開口面
アンテナを有する導波管により、著しく損失の少ない伝
送が可能となる。このことは、核融合実験の場合のよう
な高いマイクロ波エネルギーの場合に、構造上の大きな
利点である。これによって、アンテナに対する冷却のた
めのコストを著しく低減することができ、それどころか
場合によってはそのコストを回避することができる。
【００２１】Γ＝±１でありコルゲーションのの深さ＝
真空中の波長のλ／４である、均斉のとれたハイブリッ
ド条件に応じて構成されたアンテナの遠距離放射領域は
、サイドローブを有さない。このビームは遠距離放射領
域においてガウス特性を有する。この特性が図４に示さ
れており、詳細にはこれは方位方向に関しての、遠距離
放射領域におけるビームの正規化された出力エネルギー
特性曲線である。マイクロ波は、開口面アンテナから放
射された後に円偏波される。次に適切に格子化された反
射器４（図１参照）を介して、円偏波されたビームは直
線偏波されたビームへ変換される。
真空中の波長のλ／４である、均斉のとれたハイブリッ
ド条件に応じて構成されたアンテナの遠距離放射領域は
、サイドローブを有さない。このビームは遠距離放射領
域においてガウス特性を有する。この特性が図４に示さ
れており、詳細にはこれは方位方向に関しての、遠距離
放射領域におけるビームの正規化された出力エネルギー
特性曲線である。マイクロ波は、開口面アンテナから放
射された後に円偏波される。次に適切に格子化された反
射器４（図１参照）を介して、円偏波されたビームは直
線偏波されたビームへ変換される。
【００２２】本発明による方法、および本発明によるコ
ルゲーションを有する開口面アンテナは、核融合プラズ
マの高周波加熱を目的とする。第１の遠距離放射領域測
定により円偏波されたビームが確認されている。
ルゲーションを有する開口面アンテナは、核融合プラズ
マの高周波加熱を目的とする。第１の遠距離放射領域測
定により円偏波されたビームが確認されている。
【００２３】
【発明の効果】本発明による方法および装置により、高
出力であり所定のビーム特性の、直線偏波されたマイク
ロ波ビームが提供される。
出力であり所定のビーム特性の、直線偏波されたマイク
ロ波ビームが提供される。
【図１】従来の準光学的モード変換器を示す図である。
【図２】アンテナ、開口部および座標系を示す図である
。
。
【図３】コルゲーションの付された開口面アンテナの展
開図である。
開図である。
【図４】コルゲーションの付されたアンテナの遠距離放
射領域における方位方向の依存性を示す図である。
射領域における方位方向の依存性を示す図である。
１ ヴァラソフ変換器
２ 導波管端部
３ アンテナ
４ 反射器
５ 直線的な周縁
６ 被覆面
７ 螺旋形の周縁
８ 開口部
９ 導波管軸
１０ 交点
１１ コルゲーション
１２ コルゲーションの深さ
１３ コルゲーションの幅
１４ １周期の長さ
Claims (3)
- 【請求項１】 ＴＥモードをＥＨｍｎ形のハイブリッ
ドモードへ変換するための方法において、回転ＴＥモー
ドを、平衡化されたハイブリッド条件Γ＝＋１または−
１におけるＥＨｍｎ形の回転ハイブリッドモードへ変換
し、さらに開口面アンテナを介して放射するようにし、
これにより遠距離放射領域においてガウス特性を有する
円偏波されたビームが形成されるようにしたことを特徴
とする、ＴＥモードをＥＨｍｎ形のハイブリッドモード
へ変換するための方法。 - 【請求項２】 適切にコルゲーションの付された反射
器においてビームを反射することにより、円偏波された
ビームを直線偏波されたビームへ変換するようにした請
求項１記載の方法。 - 【請求項３】 ＴＥモードをＥＨｍｎ形のハイブリッ
ドモードへ変換するための方法を実施するための、周縁
部が螺旋形の開口面アンテナにおいて、−上記開口面ア
ンテナ（３）の直線的な周縁部の長さ（５）が、均斉の
とれたハイブリッド条件、真空中の波長、モード、なら
びに導波管の半径により決定されており、−前記開口面
アンテナはその内面において方位方向のコルゲーション
（１１）を有しており、その深さ（１３）が真空中の波
長の４分の１であるようにし、−コルゲーションの幅（
１３）が該コルゲーションのの深さ（１２）と異なるよ
うにし、前記幅は、有利には真空中の波長の６分の１で
あるかそれよりも小さくなるようにし、−さらにコルゲ
ーションの周期長が真空中の波長の３分の１に等しいか
あるいはそれよりも小さくなるようにした、ことを特徴
とする、周縁部が螺旋形の開口面アンテナ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4038837A DE4038837C2 (de) | 1990-12-06 | 1990-12-06 | Helixförmig berandete Aperturantenne |
| DE4038837.9 | 1990-12-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04274602A true JPH04274602A (ja) | 1992-09-30 |
| JP3166869B2 JP3166869B2 (ja) | 2001-05-14 |
Family
ID=6419675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32168791A Expired - Fee Related JP3166869B2 (ja) | 1990-12-06 | 1991-12-05 | ＴＥモードをＥＨｍｎ形のハイブリッドモードへ変換するための方法、および該方法を実施するための、周縁が螺旋形の開口面アンテナ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5266962A (ja) |
| JP (1) | JP3166869B2 (ja) |
| DE (1) | DE4038837C2 (ja) |
| FR (1) | FR2672765B1 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU687349B2 (en) * | 1992-04-24 | 1998-02-26 | Industrial Research Limited | Steerable beam helix antenna |
| US5734303A (en) * | 1994-03-11 | 1998-03-31 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Microwave waveguide mode converter having a bevel output end |
| US5942956A (en) * | 1996-01-18 | 1999-08-24 | Purdue Research Foundation | Design method for compact waveguide mode control and converter devices |
| DE19727116A1 (de) * | 1997-06-26 | 1999-02-11 | Karlsruhe Forschzent | Helixförmige Aperturantenne mit deformiertem Innenleiter zur Modenwandlung |
| JP2001338586A (ja) * | 2000-05-29 | 2001-12-07 | Japan Atom Energy Res Inst | モード変換器およびそれを備えたジャイロトロン装置 |
| US6919776B1 (en) * | 2002-04-23 | 2005-07-19 | Calabazas Creek Research, Inc. | Traveling wave device for combining or splitting symmetric and asymmetric waves |
| US8963424B1 (en) * | 2011-01-29 | 2015-02-24 | Calabazas Creek Research, Inc. | Coupler for coupling gyrotron whispering gallery mode RF into HE11 waveguide |
| US9715988B2 (en) | 2011-01-29 | 2017-07-25 | Calabazas Creek Research, Inc. | Gyrotron whispering gallery mode coupler with a mode conversion reflector for exciting a circular symmetric uniform phase RF beam in a corrugated waveguide |
| EP3259772B1 (en) * | 2015-02-19 | 2023-10-04 | Calabazas Creek Research, Inc. | Gyrotron whispering gallery mode coupler for direct coupling of rf into he11 waveguide |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3413642A (en) * | 1966-05-05 | 1968-11-26 | Bell Telephone Labor Inc | Dual mode antenna |
| CA890032A (en) * | 1970-08-10 | 1972-01-04 | Northen Electric Company Limited | Microwave horn-paraboloidal antenna |
| US4231042A (en) * | 1979-08-22 | 1980-10-28 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Hybrid mode waveguide and feedhorn antennas |
| DE8236112U1 (de) * | 1982-12-22 | 1986-04-10 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Wellentypenweiche |
| US4704611A (en) * | 1984-06-12 | 1987-11-03 | British Telecommunications Public Limited Company | Electronic tracking system for microwave antennas |
| GB8501440D0 (en) * | 1985-01-21 | 1985-02-20 | Era Patents Ltd | Circularly polorizing antenna feed |
| NO157480C (no) * | 1985-02-28 | 1988-03-30 | Sintef | Hybridmodus hornantenne. |
| US4731616A (en) * | 1985-06-03 | 1988-03-15 | Fulton David A | Antenna horns |
| FR2623020B1 (fr) * | 1987-11-05 | 1990-02-16 | Alcatel Espace | Dispositif d'excitation d'un guide d'onde en polarisation circulaire par une antenne plane |
-
1990
- 1990-12-06 DE DE4038837A patent/DE4038837C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-11-14 FR FR9113989A patent/FR2672765B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 1991-12-05 JP JP32168791A patent/JP3166869B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1991-12-06 US US07/803,079 patent/US5266962A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2672765B1 (fr) | 1993-11-19 |
| JP3166869B2 (ja) | 2001-05-14 |
| FR2672765A1 (fr) | 1992-08-14 |
| DE4038837C2 (de) | 1995-05-11 |
| DE4038837A1 (de) | 1992-06-11 |
| US5266962A (en) | 1993-11-30 |
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| JP3466786B2 (ja) | 電磁波整合器 |
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