JPH0454703A - 給電装置 - 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」 この発明は、例えば、衛星放送や、衛星通信などの準ミ
リ波帯を受信するラジアルラインスロットアンテナに用
いて好適な給電装置に関する。

「従来の技術」 近年、衛星放送の実用化に伴って各種の平面アンテナが
開発されており、これらの内に、ラジアル導波路を利用
したラジアルラインスロットアンテナがある。このラジ
アルラインスロットアンテナの構造を第７図に示す。

この図において、ｌは方形導波管部、２は伝送波の電界
方向に挿入されてＴＥ、１１波をピックアップするプロ
ーブであり、同軸線路３の中心導体と共通に形成されて
いる。同軸線路３の軸対称形のＴＥＭ波は、整合素子４
を介して下部ラジアル導波管５の中心から周辺部へ放射
状に供給される。

そして、これら方形導波管部１、プローブ２、同軸線路
３および整合素子４で給電装置が構成されている。

次に、下部ラジアル導波管５は、金属円板のフレーム６
および中板７と、これらの間に充填される高発泡誘電体
（誘電率は空気とほぼ等しい）とから構成されている。

一方、この中板７およびスロット板８と、これらの間に
充填される低発泡誘電体とで上部ラジアル導波管９が構
成されている。ここで、この低発泡誘電体の誘電率をε
とすると、上部ラジアル導波管９における伝送波の管内
波長は、ｌ／ｒεだけ短縮されるため、この上部ラジア
ル導波管９は遅波回路と呼ばれる。

スロット板８には、金属円板にエツチング加工等によっ
て形成されたスロットアレーが配列されている。ｌＯは
下部ラジアル導波管５からラジアル方向へ放射される伝
送波を屈曲させて上部ラジアル導波管９へ導入するため
のダブルコーナである。このダブルコーナ１０は、フレ
ーム６の周縁を折り曲げて形成されている。１１は円筒
形導体１２に裏打ちされた吸収体である。この吸収体ｌ
ｌは、円筒形導体１２の表面に流れる電流により発生す
る磁界を吸収減衰させる。１３はアンテナ前面を覆いつ
つ、フレーム６と共に、このアンテナを密閉構造とする
レドームである。このレドーム１３とスロット板８との
間には、高発泡誘電体の上部スペーサ１４が充填されて
おり、これにより中板７およびスロット板８をそれぞれ
各誘電体に密着させ、これらの電気的性能を安定化させ
ている。１５は周辺保護用ゴムリングである。

上記構造によれば、方形導波管部１に入力された伝送波
のＴＥ１０波がプローブ２によって同軸線路３に導かれ
、軸対称波形のＴＥＭ波に変換される。そして、同軸線
路３に進行した伝送波は、整合素子４を介して滑らかに
下部ラジアル導波管５へ進行し、中心より周辺部へと放
射状に伝送する。

次に、下部ラジアル導波管５の伝送波は、周縁のダブル
コーナ１０で屈曲されて上部ラジアル導波管９に進行す
る。このダブルコーナＩＯで屈曲された伝送波の大部分
は、スロット板８に配設されたスロットアレーがら空間
へ放射され、その残りは上部ラジアル導波管９の中心に
向って進行し、吸収体１１で吸収減衰される。

このようなラジアルラインスロットアンテナにあっては
、スロット板８に配設される各スロットアレーの形状お
よびその配置に応じて偏波が決まる。例えば、スロット
板８に所定のスパイラル線上に、互いに位相が９０°異
なるように“バの字状のスロット対を順次配設させた場
合には、左旋または右旋の単一円偏波用のアンテナとな
る。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、衛星通信においては、垂直偏波と水平偏波と
を同時に使用する偏波共用方式が採られており、これら
に上述したラジアルラインスロットアンテナを適用させ
るには、このアンテナを偏波共用のものにする必要があ
る。

しかしながら、上述した従来の給電装置にあっては、垂
直または水平偏波の伝送波を給電しても、同軸線路３を
介することにより軸対称のＴＥＭ波に変換されてしまう
。この結果、単一の偏波、すなわち、スロット板８のス
ロット形状に依存した偏波面だけが放射されるので、偏
波共用にすることができないという問題があった。加え
て、偏波共用にする際には、アンテナの開口能率を低下
させないようにする必要もある。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、ラジ
アルラインスロットアンテナを偏波共用とする上、当該
アンテナの開口能率を向上させる給電装置を提供するこ
とを目的としている。

「課題を解決するための手段」 請求項１記載の発明によれば、水平および垂直偏波をそ
れぞれ独立して同時に伝送する円形導波管と、この円形
導波管の基本姿態であるＴＥ、１１波を拡散させるため
の第１の開口面を有するコニカルホーンと、前記第１の
開口面に対向する位置に設けられる導体円板であって、
前記円形導波管の管軸を中心として前記円形導体板の板
面上に配設された中心整合板と、前記管軸を中心とする
所定長の導体円柱であって、前記中心整合板上に立てら
れた整合ポストと、この整合ポストの先端に設けられ、
導体小円板で形成された先端ローディングとを具備する
ことを特徴としている。

また、請求項２記載の発明によれば、水平および垂直偏
波をそれぞれ独立して同時に伝送する方形導波管と、こ
の方形導波管の基本姿態であるＴＥ１０波を拡散させる
ための開口面を有するピラミダルホーンと、前記開口面
に対向する位置に設けられる導体円板であって、前記方
形導波管の管軸を中心として前記円形導体板の板面上に
配設された中心整合板と、前記管軸を中心とする所定長
の導体円柱であって、前記中心整合板上に立てられた整
合ポストと、この整合ポストの先端に設けられ、導体小
円筒で形成された先端ローディングとを具備することを
特徴としている。

また、請求項３記載の発明にあっては、前記コニカルホ
ーンの第１の開口面の周縁にチョークを設け、これを第
２の開口面とする同軸形ホーンを形成したことを特徴と
している。

「作用」 請求項１に記載の発明によれば、円形導波管を介して供
給されたＴＥ、１１波がコニカルホーンによって拡散さ
れてラジアル導波管へ進行する。この時、中心整合板が
コニカルホーンの第１の開口面に正対する円形導体板か
らのリアクシロンを打ち消し、整合ポストおよび先端ロ
ーディングがその他のアンテナ各部からの反射波を打ち
消すと共に、整合ポストの先端をローディングすること
により、さらに、広帯域整合させる。

また、請求項２に記載の発明によれば、方形導波管を介
して供給されたＴＥ１０波がピラミダルホーンによって
拡散されてラジアル導波管へ進行する。この時、中心整
合板がピラミダルホーンの開口面に正対する円形導体板
からのリアクシロンを打ち消し、整合ポストおよび先端
ローディングがその他のアンテナ各部からの反射波を打
ち消すと共に、整合ポストの先端をローディングするこ
とにより、さらに、広帯域整合させる。

また、請求項３に記載の発明によれば、コニカルホーン
の放射波は、電界面がシャープで磁界面がブロードの指
向性、即ち、放射軸に直交する平面への投射が楕円形で
あって、円形開口面のアンテナの励振波としては開口能
率を向上させない。

これを同軸形ホーンによって軸対称形の等ビーム幅のビ
ームに成形する。これにより、放射軸に直交する平面に
おけるビームパターンが円形となり、円形開口面を有す
るアンテナを励振すれば、開口効率が著しく向上する。

「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。

［第１の実施例］ 第１図はこの発明による偏波供用給電装置を適用したラ
ジアルラインスロットアンテナの構造を示す斜視断面図
である。この図において、第７図の各部に対応す不耶分
には同一の番号を付け、その説明を省略する。この図が
第７図に示したものと興なる点は、給電装置が円形導波
管２０−と、コニカルホーン２１と、後述する整合部材
とにょって構成されていることである。

まず、第１図において、円形導波管２０は、垂直および
水平の両偏波をそれぞれ独立して同時（こ伝送可能とす
るものであり、コニカルホーン２１は、この円形導波管
２０の基本姿態であるＴＥ、。

波を拡散させるようになっている。このコニカルホーン
の開口面は、使用周波数の波長をλとすると、その直径
は１．２λ程度とする小形ホーンとするのが一般的であ
る。

次に、第２図はこの給電装置の構造を示すための断面図
である。図において、２２は中心整合板であり、これは
円形導波管２０の管軸を中心とするように中板７の板面
上に設けられた導体円板である。この中心整合板２２上
には、これの中心軸と同一の軸を有する導体円柱の整合
ポスト２３が設けられている。さらに、この整合ポスト
２３の先端には、導体小円筒で形成された先端ローディ
ング２４が設けられている。

上記構造によれば、円形導波管２０内の伝送波はＴＥ１
１波であり、これがコニカルホーン２１によって拡散さ
れて下部ラジアル導波管５へ進行する。ところが、コニ
カルホーン２１の開口部に正対する中板７からのリアク
シジンが存在し、これが円形導波管２０へ戻ると、アン
テナの入力反射損失を劣化させてしまう。そこで、この
リアクシジンと中心整合板２２表面の反射波とを相殺さ
せるため、上述した中心整合板２２が設けられている。

すなわち、コニカルホーン２１が見込む角度範囲内の中
板７からのリアクシジンと、中心整合板２２からの反射
量とが相等しく、かつ、それら反射波の位相が互いに逆
相となるように中心整合板２２の大きさおよび板厚を設
定すれば、このコニカルホーン２１に正対する中板７か
らのリアクシジンは打ち消される。

一方、下部ラジアル導波管５の中心から周辺部へ放射状
に伝搬する伝送波は、ダブルコーナ１０、スロット板８
および吸収体１１等においても反射されるが、これらの
反射波は整合ポスト２３で整合される。この場合、整合
ポスト２３の高さに応じて反射波が打ち消され、さらに
、この整合においては、先端ローディング２４の直径と
高さを適切な大きさにすることによって、さらに、広帯
域整合を可能としている。

次に、スロット板８においては、上述した給電装置を介
して上部ラジアル導波管９に導入された水平偏波および
垂直偏波を等量、かつ、個別に放射するため、このスロ
ット板８の中心から所定の半径によった複数の同心円上
に十字状のスロットを複数配設する。この結果、これら
スロットアレーから水平、または垂直偏波が放射され、
偏波共用になる。

上記実施例による給電装置の入出力端に円偏波発生装置
を接続し、所定の間隔の同心円上にＸ字形スロットを配
列したスロットアレーからなるスロット板８を使１すれ
ば、円偏波の偏波共用アンテナとなる。隣接国が互いに
異なる偏波が割り当てられるヨーロッパ、アフリカ地域
の放送衛星では、隣接国に居住していても、同時に自国
の衛星放送も視聴できる。

［第２の実施例］ 本発明による給電装置は、上述した偏波面のＴＥ　ＩＩ
波に対して、これと直交する偏波面の励振波であるＴ　
Ｅ　Ｉｏ波についても全く同様に動作・作用する給電装
置である。そこで、垂直、水平偏波をそれぞれ独立して
同時に伝送可能な、いま一つの導波管として方形導波管
があり、これを用いた第２の実施例について説明する。

第３図は、第２の実施例を適用したラジアルラインスロ
ットアンテナの構造を示す斜視断面図である。この図に
示すように、正方形導波管３０を上述した給電装置に適
用させる場合には、コニカルホーン２１に替えてピラミ
ダルホーン３１とすれば、上述したＴＥ１１波がＴＢ１
０波となり、前記の動作・作用と全く同様に成立する。

［第３の実施例］ ところで、前述した円形導波管２０の基本姿態であＺ’
Ｉ’Ｂ、１１波のエネルギー分布は、電界面内では一様
分布であり、磁界面内では余弦分布である。

したがって、給電装置における主ビーム指向性は、第４
図に示す如く、電界面においては実線４０で示すように
シャープであり、かつ、サイドローブレベルが高く、一
方、磁界面においては点線４１で示すようにブロードで
あり、かつ、サイドローブレベルが低い特性を示す。こ
のような指向性を放射軸に直交する平面に射影すると、
楕円形のビームパターンになる。このため、円形開口面
を持つアンテナに、こうしたビームパターンで励振した
場合、このアンテナの開口能率は低い。

そこで、第３の実施例においては、偏波共用としつつ、
開口能率を向上させた給電装置について説明する。第５
図および第６図は、第３の実施例の構造を示す斜視断面
図および断面図である。この図において、第１図および
第２図の各部に対応する部分には同一の番号を付け、そ
の説明を省略する。これら図が第１図および第２図に示
した給電装置と異なる点は、コニカルホーン２１の開口
部の周縁にチョーク２５を設け、同軸形ホーン５０を形
成したことである。すなわち、チョーク２５は、コニカ
ルホーン２１の開口部周囲に沿って環状の空洞を設けた
ものであり、これはコニカルホーン２！と一体形成され
ている。そして、この同軸形ホーン５０は、２Ｊ、（ｘ
）／ｘで示される（但し、Ｊ　＋（ｘ）は−次のベッセ
ル関数）周知の設計基準に基づいて、コニカルホーン２
１単体の第１の開口径と、チョーク２５を含む第２の開
口径が規定されている。ここで、チョーク２５の深さは
、はぼλ／４である。

このような構造による同軸形ホーン５０は、円形導波管
２０からの放射波を軸対称形の等ビーム幅にビーム成形
することができる。すなわち、ＴＥ　ＩＩ波にＴＭ１１
波が重畳されることにより、当該ホーン５０のビームパ
ターンの放射軸に直交する平面に射影した形が円形にな
るため、同位相で等振幅な励振波、すなわち、軸対称形
の等ビーム幅の励振波が円形開口面に供給され、開口効
率は著しく向上する。また、このようにすることで形状
がコンパクトで平面アンテナの給電装置としてふされし
い。

また、第３図に図示した正方形導波管３０とピラミダル
ホーン３１との組み合わせによる場合は、一般にＴＥ１
０波の電界は壁面に垂直方向になるように使用するが、
これをホーン軸回りに４５°回転して電界方向を対角線
方向にする。すなわち、ピラミダルホーン３１をダイア
ゴナルホーンとして使用することで、ラジアル導波管へ
の伝送波が軸対称形の等ビーム幅となり一１開口能率を
著しく向上させることができる。

なお、上述した同軸形ホーン５０によらず軸対称形の等
ビーム幅にビーム成形を行う場合、例えば、コニカルホ
ーン２１の軸方向の口径を急激に変えて段付きとするダ
ブルフレヤーホーンとか、コニカルホーン内に誘電体リ
ングを挿入する誘電体装荷ホーンがある。これらは、ホ
ーンの第１開口径と軸長とが共に大となり、平面アンテ
ナの励振用としては好ましくない。また、コルゲートホ
ーンは量産に適せず、経済的でない。

以上、上述した実施例は、送信系として説明したが、こ
れは“可逆の理“で受信系でも全く同一のことが成立す
ることは言うまでもない。例えば、水平および垂直偏波
が混在した伝送波から各偏波を分離して受信する場合に
は、前述した円形導波管２０に直交偏波分離用分波器（
ＯＭＴ）を接続し、さらに、このＯＭＴの各偏波出力端
にＬＮＢ（ローノイズブロックコンバータ）を接続する
。このようにすると、ＬＮＢによって中間周波数に変換
された垂直または水平偏波の信号を受信機入力端の切替
スイッチにより選択することで各偏波を受信することが
できる。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、円形導波管（
または方形導波管）を介して供給されたＴＥ１１波（ま
たはＴＢ１０波）がコニカルホーン（またはピラミダル
ホーン）によって拡散されてラジアル導波管へ進行する
。この時、中心整合板がコニカルホーン（またはピラミ
ダルホーン）の開口部に正対する円形導体板からのりア
クレジンを打ち消し、整合ポストおよび先端ローディン
グが他のアンテナ各部からの反射波を打ち消すと共に、
広帯域整合させるので、ラジアルラインスロットアンテ
ナを偏波共用にすることができる。

また、円形導波管を介して供給されたＴＥ、１１波が同
軸形ホーンによって軸対称形ビームに成形されるので、
放射軸に直交する平面におけるビームパターンが円形に
なる。これにより、円形開口面を有するアンテナの開口
効率を著しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の実施例を適用したラジアルラインスロッ
トアンテナの構造を示す斜視断面図、第２図は第１の実
施例の構造を示す断面図、第３図は第２の実施例を適用
したラジアルラインスロットアンテナの構造を示す斜視
断面図、第４図はホーンアンテナ２１の指向性を示す図
、第５図は第３の実施例を適用したラジアルラインスロ
ットアンテナの構造を示す斜視断面図、第６図は第３の
実施例の構造を示す断面図、第７図は従来例を説明する
ための図である。 ２・・・・・・中心整合板、２３・・・・・・整合ポス
ト、４・・・・・・先端ローディング、 ０・・・・・・正方形導波管、 ｌ・・・・・・ピラミダルホーン、 ５・・・・・・チョーク、５０・・・・・・同軸形ホー
ン。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のスロットが配設されたスロット板と、この
   スロット板に対向する円形導体板とで形成されるラジア
   ル導波管を具備してなる平面アンテナの給電装置におい
   て、 水平および垂直偏波をそれぞれ独立して同時に伝送する
   円形導波管と、 この円形導波管の基本姿態であるＴＥ＿１＿１波を拡散
   させるための第１の開口面を有するコニカルホーンと、 前記第１の開口面に対向する位置に設けられる導体円板
   であって、前記円形導波管の管軸を中心として前記円形
   導体板の板面上に配設された中心整合板と、 前記管輪を中心とする所定長の導体円柱であって、前記
   中心整合板上に立てられた整合ポストと、この整合ポス
   トの先端に設けられ、導体小円筒で形成された先端ロー
   ディングと を具備することを特徴とする給電装置。
2. （２）複数のスロットが配設されたスロット板と、この
   スロット板に対向する円形導体板とで形成されるラジア
   ル導波管を具備してなる平面アンテナの給電装置におい
   て、 水平および垂直偏波をそれぞれ独立して同時に伝送する
   方形導波管と、 この方形導波管の基本姿態であるＴＥ＿１＿０波を拡散
   させるための開口面を有するピラミダルホーンと、 前記開口面に対向する位置に設けられる導体円板であっ
   て、前記方形導波管の管軸を中心として前記円形導体板
   の板面上に配設された中心整合板と、 前記管軸を中心とする所定長の導体円柱であって、前記
   中心整合板上に立てられた整合ポストと、この整合ポス
   トの先端に設けられ、導体小円筒で形成された先端ロー
   ディングと を具備することを特徴とする給電装置。
3. （３）前記コニカルホーンの第１の開口面の周縁にチョ
   ークを設け、これを第２の開口面とする同軸形ホーンを
   形成したことを特徴とする請求項１記載の給電装置。