JPH0550882B2 - - Google Patents

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JPH0550882B2
JPH0550882B2 JP60008430A JP843085A JPH0550882B2 JP H0550882 B2 JPH0550882 B2 JP H0550882B2 JP 60008430 A JP60008430 A JP 60008430A JP 843085 A JP843085 A JP 843085A JP H0550882 B2 JPH0550882 B2 JP H0550882B2
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JP
Japan
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reflector
mirror
horn
reflecting mirror
distance
Prior art date
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JP60008430A
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English (en)
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JPS61169004A (ja
Inventor
Shuji Urasaki
Shigeru Makino
Norio Myahara
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/02Details
    • H01Q19/021Means for reducing undesirable effects
    • H01Q19/028Means for reducing undesirable effects for reducing the cross polarisation

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はアンテナ装置に関し、特に交差偏波
成分を消去する鏡面修整形オフセツトアンテナの
改良に関するものである。
〔従来の技術〕
第5図は従来一般に用いられている鏡面修整形
オフセツトアンテナの一例を示す構成図であつ
て、円錐ホーン1、副反射鏡としての双曲面鏡
2、主反射鏡としてのパラボラ3とによつて構成
されており、円錐ホーン1の中心軸に沿う光線は
双曲面鏡2上の点S0で反射して、パラボラ3上の
点M0に向うようになつている。そして、この点
M0で反射した光線は、パラボラ3の鏡軸4と平
行な方向に進む。また、双曲面2の焦点は点F1
F2となつており、点F1は円錐ホーン1の移送中
心と一致し、F2はパラボラ3の焦点と一致して
いる。
このようにして構成されたオフセツトアンテナ
においては、交差編波成分を消去する鏡面系が直
交偏波使用の点から要求されている。ここで、円
錐ホーン1において交差偏波成分が発生していな
くても、主および副反射鏡がオフセツト形鏡面で
あるために交差偏波成分が発生してしまう。この
場合、主、副反射鏡で発生される交差編波成分の
量が等しく、かつ極性が逆であれば全体としての
発生量は零となる。この様子を示したものが第6
図a〜dであつて、ホーン1の開口面上の電界分
布は第6図aに示すように一方向のみの成分とな
つて、交差偏波成分が零である。この電界分布の
副反射鏡または主反射鏡に入射して変換された電
界分布は第6図b,cに示すように上記ホーン1
の電界方向と直交する成分、すなわち交差偏波成
分をもつているものとなる。しかし、この場合に
おける交差偏波成分は極性が互いに逆であるた
め、各発生量が等しい場合には第6図dに示すよ
うに全体としての電界分布はホーン1の電界方向
成分だけとなる。このように、各鏡面で発生する
交差偏波成分が等量まで、かつ極性が逆となるよ
うに鏡面パラメータの関係を与えたものが交差偏
波消去条件と言われているものである。そして、
この場合における消去条件は第7図で示すように
なる。一般に、副反射鏡および主反射鏡において
発生される交差偏波成分C20,C30は複素量であつ
て、交差偏波成分C20を実数とし、交差偏波成分
C20とC30の位相差をφとしている。いま、円錐ホ
ーン1からの放射波をガウスビームとし、副反射
鏡および主反射鏡におけるビーム半径をξ2,ξ3
すれば、|Ci0|(i=2、3)は次にようになる。
|Ci0|=ξi/fi0tanσi0/2 ……(1) ここで、f20,f30はレンズ系に置き換えた場合
の副および主反射鏡の焦点距離であり、σ20,σ30
は第5図における点S0,M0における入射光線と
反射光線とのなす角度である。交差偏波消去条件
には、幾何光学的条件と波動的条件があり、幾何
光学的条件は電波の波長が鏡面に比べ非常に小さ
いときに適用される条件で、位相差が0°、180°、
|C20|=|C30|のいずれかであるので、信号の
合成には単純に和をとるか差をとればよい。
波動的条件は幾何光学的条件の場合と異なり、
電波の波長が鏡面に比べ非常に小さいといえない
ときに適用される条件で、電波の波長と各鏡面間
の距離との関係による信号の位相差を考慮して設
計する必要がある。
しかし、上記従来のアンテナ装置のように、2
枚鏡形式においては、副反射鏡が10波長以下の場
合、位相差φは180°とならず、|Ci0|の値に関係
なく全体の発生量を零にすることができず、波動
的な交差偏波消去条件が存在しないことになる。
以上は副および主反射鏡ともに二次曲面系を有
するものとしたが、修整鏡面系であつても幾何光
学的交差偏波消去条件だけが成立する。第8図は
鏡面修整した後の鏡面形状を破線で示すものであ
つて、ホーン1の中心軸に沿う光線は副反射鏡上
の点S0と角度σ20は点S′0と角度σ2に、また主反射
鏡の点M0と角度σ30は点M′0と角度σ3に移動する。
同様に焦点F2はF′2に移動し、これらが変化した
パラメータを式(1)に代入して、|Ci|を求めるこ
とができ、これによつて二次曲面系と同様に幾何
光学的な条件を求めることができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記従来のアンテナ装置は、波
動的な交差偏波成分を消去することができないと
いう問題点があつた。
従つて、この発明によるアンテナ装置は、上記
問題を解消するためになされたものであつて、波
動的に交差編波成分を消去することを目的とする
ものである。
〔問題点を解決するための手段〕
よつて、この発明に係るアンテナ装置は、ホー
ンから放射される電波を反射する集束反射鏡(以
下、反射鏡#1)、副反射鏡(以下、反射鏡#2)
および主反射鏡(以下、反射鏡#3)とを備え、
上記反射鏡#1は二次曲面により構成し、波長を
λ、上記ホーンから放射された電波の上記反射鏡
#i(i=1、2、3)におけるビーム半径をξi、
反射鏡#iで反射したビームのビームウエスト位
置におけるビーム半径をi+1、ホーンの中心軸
に沿つた光線に対し、ビームウエスト位置から反
射鏡#iおよび反射鏡#(i+1)までの距離を
それぞれZ2i、Z2i+1、反射鏡#iにおける入射光
線と反射光線のなす角度をσi、反射鏡#iに当た
る点の付近の対称面内の鏡面形状を用いてレンズ
系に置換えた焦点距離をfiと定義するとき、下記
の式をほぼ満足するように、ホーンの中心軸に沿
つた光線に対し、ホーンの開口から反射鏡#1ま
での距離、反射鏡#1,#2、及び#3における
鏡面間距離、入射光線と反射光線のなす角度、光
線のあたる点の付近の対称面内の鏡面形状を決定
したことを特徴とするアンテナ装置である。
C1cosφi+C2−C3cosφ2=0 C1sinφ1+C3sinφ2=0 ここで、 Ci=ξi/fitanσi/2 φi=tan-1〔Z2i+1/k(ξi+12〕−tan-1〔Z2i
k(ξi+12〕 (i=1、2、3) k=2π/λ [作用] この発明におけるアンテナ装置は、ビームウエ
スト位置等を考慮して各鏡面の配置、曲率半径等
(波動的条件)を決定することにより、鏡面の大
きさが波長に比べて十分小さい(例えば10波長以
下)アンテナ装置において、波動的な交差編波成
分を消去することができる。
〔実施例〕
第1図は本発明によるアンテナ装置の一実施例
を示す概略構成図であつて、第5図と同一部分は
同一記号を用いて示してある。同図において5は
修整副反射鏡、6は修整主反射鏡、7は集束反射
鏡である。ここで、ホーン1の軸に沿う光線は、
双曲面であるオフセツト鏡面としての集束反射鏡
7上の点Q0で反射した後に、第8図の場合と同
様に点S0′,M0′を経て空間に向う。ここで、点
Q0における入射光線と反射光線とのなす角度を
σ1とし、集束反射鏡7、修整副反射鏡5、修整主
反射鏡6をレンズ系に置き換えたときの焦点距離
を各々f1,f2,f3とし、かつ鏡面番号を#1,#2
3とする。なお、ホーン1からの放射波をガウ
スビームとし、#i(i=1、2、3)における
ビーム半径をξiとする。
このとき、3枚の鏡面系で発生する交差編波レ
ベルのピーク値Cmは次のようになる。
Cm=10logCreal+Cing/e、(dB) Creal=C1cosφ1+C2−C3cosφ2 Cing=C1sinφ1+C3sinφ2 ……(2) ここで、e=2.718、Ciは鏡面#iで発生する交
差編波成分であり、φiは鏡面#2での交差編波成
分を基準とした鏡面#1,#3での成分に対する位
相差であつて次式で与えられた。
Ci=ξi/fitanσi/2 φi=tan-1〔Z2i+1/k(ξi+12〕−tan-1〔Z2i
k(ξi+12〕 K=2π/λ ……(3) ここで、λは波長、i+1は鏡面#iで反射した
ビームのウエスト位置におけるビーム半径、Z2i
Z2i+1はビームウエスト位置から鏡面#i、#(i
+1)までの距離である。また、ホーン1の開口
径をA0、長さをN0、ホーン開口面から鏡面#1
での距離をW0、鏡面#iと鏡面#(i+1)との距離を
Wi、ホーンの開口面におけるビーム半径ををξ0
波面の曲率径をR0、鏡面#iにおける入射波面の
曲率半径をR2i-1、反射波面の曲率半径をR2iとす
る。ここで、ξ0,R0とA0,N6には次の関係があ
る。
ξ0=aA0、R0=N0 ……(4) いま、ホーン1をEH11モード励振のコルゲー
トホーンとすれば、αは0.322になる。
このように、ホーン1の緒元を与え、かつ式(3)
のCiを零にする条件から、各鏡面の設計パラメー
タが次のように決定される。
1=ξ0/√1+v0 2,v0=kξ0 2/R0 Z0=R0/1+1/v0 2、Z1=Z0+W0 ξ11√1+1 2、v1=Z1/kξ1 2……(5) 、R1=Z1(1+1/v1 2) 1/f1=1/R1−1/R2 ……(6) 2=ξ1/√1+v2 2、v2=kξ1 2/R2 Z2=R2/1+1/v2 2,Z3=Z2+W1 ξ22√1+3 2、v3=Z3/kξ2 2……(7) R3=Z3(1+1/v3 2) R4=〔R22/ξ2 2−W1/ξ1 2 R11/f1
R2/(R2+W1)〕W2/W2/ξ2 2(R11/f1+R22/R3)+
W1/ξ1 2 R11/f1 R2/(R2+W1)、Rii=ξitanσi
2 1/f2=1/R3−1/R4 ……(8) 3=ξ2/√1+v4 2 1v4=kξ2 2/R4 Z4=R4/1+1/v4 2、Z5=Z4+W2 ξ33√1+5 2、v5=Z5/kξ3 2……(9) R5=Z5(1+1/v5 2) 1/f3=1/R5 tanσ3/2=R11/f1+R22/f2/ξ3/f3 ……(10) そして、式(5)〜(10)に示すように鏡面系のパラメ
ータを決定した場合における交差偏波成分は第2
図に示すように消去される。
なお、レンズ系に置き換えた場合の焦点距離fi
のうち、f1は鏡面#1が二次曲面であることから
容易に定まるが、f2,f3は鏡面#2,#3が修整鏡
面のため明確にはならない。しかし、修整鏡面は
異なる定数をもつ二次曲面群として表示すること
ができることが報告されており、また、交差偏波
成分の発生量は鏡面の中心部における鏡面形状に
関与することが知られていることから、第1図の
点S0′,M0′における対称面内における二次曲面系
の定数を用いればよい。この二次曲面系の定数は
第3図を用いて次のように求めることができる。
ここで、5,6,7は第1図と同一であり、8は
ホーン1の集束反射鏡7によるイメージホーンで
ある。このイメージホーン8の開口径をA0′、長
さをN0′とすれば、これらは次式から求めること
ができる。
1/f1=1/W0−1/W0′=1/W0+N0−1/W′0
N′0 A′0=A0|W0′/W0| ……(11) ここで、f1,W0,A0,N0が既知であるために
イメージホーン8の緒元が求まる。そして、この
イメージホーン8を用いて対称面内の鏡面系を示
したのが第4図である。ここで、一次放射器は第
3図で示したイメージホーン8であつて、鏡面を
修整する前の二次曲面系において9は回転対称形
副反射鏡、10は回転対称主反射鏡である。ま
た、鏡面修整御の鏡面系において11は回転対称
形修整副反射鏡、12は回転対称形修整主反射鏡
である。このような回転対称系において二次曲線
系を初期値として与えることによつて要求する開
口分布が定まれば、鏡面修整系の決定が行なえる
ことが知られている。ここで、開口径Dmは第3
図、第4図とも同一である。
なお、上記実施例においては、副反射鏡、主反
射鏡を修整鏡面としたが二次曲面であつてもよ
い。また、上記実施例において、副反射鏡5とホ
ーン1との間に1枚の集束反射鏡7を設けたがN
枚の集束反射鏡を設けた場合にも同様の効果が得
られるものであつて、この場合には(N−1)枚
の集束反射鏡によるホーンのイメージを上記実施
例のホーンに置き換えればよい。
〔発明の効果〕
説明したように、この発明によるアンテナ装置
においては、ビームウエスト位置等を考慮して各
鏡面の配置、曲率半径等(波動的条件)を決定す
ることにより、鏡面の大きさが波長に比べて十分
小さい(例えば10波長以下)アンテナ装置におい
て、波動的に交差偏波成分を消去することが出来
る優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明によるアンテナ装置の一実施
例を示す概略構成図、第2図、第3図、第4図は
第1図に示すアンテナ装置の動作を説明するため
の構成図、第5図は従来のアンテナ装置の一例を
示す概略構成図、第6図、第7図、第8図は従来
のアンテナ装置の動作を説明するための構成図で
ある。 1……ホーン、2……双曲面鏡、3……パラボ
ラ、4……鏡軸、5……修整副反射鏡、6……修
整主反射鏡、7……集束反射鏡、8……イメージ
ホーン、9……回転対称形(2次)副反射鏡、1
0……回転対称形(2次)主反射鏡、11……回
転対称形修整副反射鏡、12……回転対称形修整
主反射鏡。なお、図中同一または相当部分は同一
記号を用いて示してある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 中心軸をもつホーンと、このホーンから放射
    される電波を反射する集束反射鏡(以下、反射鏡
    #1)、副反射鏡(以下、反射鏡#2)および主
    反射鏡(以下、反射鏡#3)とを備え、上記反射
    鏡#2および上記反射鏡#3を該反射鏡#3の開
    口面において要求される開口分布が得られる曲面
    とするアンテナ装置において、上記反射鏡#1は
    二次曲面により構成し、波長をλ、上記ホーンか
    ら放射された電波の上記反射鏡#i(i=1、2、
    3)におけるビーム半径をξi、反射鏡#iで反射
    したビームのビームウエスト位置におけるビーム
    半径をi+1、ホーンの中心軸に沿つた光線に対
    し、ビームウエスト位置から反射鏡#iおよび反
    射鏡#(i+1)までの距離をそれぞれZ2i
    Z2i+1、反射鏡#iにおける入射光線と反射光線
    のなす角度をσi、反射鏡#iに当たる点の付近の
    対称面内の鏡面形状を用いてレンズ系に置換えた
    焦点距離をfiと定義するとき、下記の式をほぼ満
    足するように、ホーンの中心軸に沿つた光線に対
    し、ホーンの開口から反射鏡#1までの距離、反
    射鏡#1,#2、及び#3における鏡面間距離、
    入射光線と反射光線のなす角度、光線のあたる点
    の付近の対称面内の鏡面形状を決定したことを特
    徴とするアンテナ装置。 C1cosφi+C2−C3cosφ2=0 C1sinφ1+C3sinφ2=0 ここで、 Ci=ξi/fitanσi/2 φi=tan-1〔Z2i+1/k(ξi+12〕−tan-1〔Z2i
    k(ξi+12〕 (i=1、2、3) k=2π/λ 2 集束反射鏡を複数枚の二次曲面系に置き換え
    たことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    アンテナ装置。
JP843085A 1985-01-22 1985-01-22 アンテナ装置 Granted JPS61169004A (ja)

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JPS57178402A (en) * 1981-04-27 1982-11-02 Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> Multireflex mirror antenna

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