JP4877802B2 - モノパルス自動追尾アンテナ給電装置 - Google Patents

Description

この発明は、断面が円形導波管の形状を有し、開口端の開口面積が徐々に広くなるように開口端に円錐台形状のホーンが取り付けられた形状のホーンアンテナ内を伝送するＴＥ_２１モードを用いたモノパルス自動追尾アンテナ給電装置に関するものである。

従来のＴＥ_２１モードを用いた追尾誤差信号検出装置においては、同モード成分を検出するためのモードカプラとして導波管あるいは同軸線路プローブからなる回路が用いられていた。

従来のＴＥ_２１モードカプラとして、円形導波管を伝搬するＴＥ_２１モード成分を複数個の結合孔で抽出し矩形導波管の内部で進行しつつ合成することによって前記モード成分を取り出すモードカプラがある（例えば、特許文献１参照）。

また、モードカプラとして、ＴＥ_２１モードではなく円形導波管の基本モードであるＴＥ_１１モードを取り出すことを目的とし、互いに直交するプローブを用いることで垂直および水平偏波成分を各々取り出すモードカプラがある（例えば、特許文献２参照）。

このモードカプラは、モードカプラというよりは一般には偏分波器と称されている。いずれにしても、これらのカプラにおいては、所望のモード成分を取り出すための線路として導波管あるいは同軸線路が用いられている。

特開昭６０−３５８０３号公報（第４図） 特開平６−１８８６０５号公報（図１）

前述したＴＥ_２１モードにより形成されるホーンアンテナ指向性は、その正面方向にナルを有するパターンとなることから、正面方向にメインビームを形成する基本モードＴＥ_１１モードの電力成分を別途検知比較することにより、モノパルス追尾アンテナ装置を構成することができる。しかしながら、前記モードカプラとして導波管や同軸線路を用いた場合、装置全体の重量あるいは容積が比較的大きくなってしまう問題があった。

また、モードカプラの外部に電力合成を行うための電力合成回路を設けた場合、モードカプラと電力合成回路を接続する導波管や同軸線路が別途必要となるため、その配線時の伸縮や曲げなどにより合成時の合成位相誤差が発生しやすくなり、追尾装置の追尾精度の劣化を招いてしまう問題もあった。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、モノパルス追尾に必要なＴＥ_２１モードカプラを誘電体基板上に構成することで、その軽量化及び小形化を図ると共に、モードカプラの出力信号を合成するための電力合成回路も同一基板上に形成することにより、装置全体の軽量、小形化を図ると共に電力合成時の位相誤差に起因する追尾精度の劣化を抑圧することができるモノパルス自動追尾アンテナ給電装置を得ることを目的とするものである。

この発明に係るモノパルス自動追尾アンテナ給電装置は、断面が円形導波管の形状を有し、開口端の開口面積が徐々に広くなるように開口端に円錐台形状のホーンが取り付けられた形状のホーンアンテナ内を伝送するＴＥ_２１モードを用いてモノパルス自動追尾を行うモノパルス自動追尾アンテナ給電装置において、前記ホーンアンテナ内の管軸方向と直交する面内に金属板の表裏に装着された第１と第２の誘電体基板を挿入し、前記金属板及び前記第１と第２の誘電体基板の管軸中心部をくり抜き、前記第１の誘電体基板の上面に円周方向に沿って９０度間隔で４本の先端開放プローブを配置して構成され、前記ＴＥ_２１モードを検出する第１のモードカプラと、前記第２の誘電体基板の下面に円周方向に沿って９０度間隔で、かつ第１のモードカプラの先端開放プローブとは互いに４５度ずれた位置関係で４本の先端開放プローブを配置して構成され、前記ＴＥ_２１モードを検出する第２のモードカプラと、前記第１と第２の誘電体基板上に設けられて前記第１と第２のモードカプラの出力信号を電力合成するための電力合成回路と、前記第１および第２の誘電体基板の前記ホーンアンテナが接する部分に設けられるスルーホールとを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、モノパルス追尾に必要なＴＥ_２１モードカプラを誘電体基板上に構成することで、その軽量化及び小形化を図ると共に、モードカプラの出力信号を合成するための電力合成回路も同一基板上に形成することにより、装置全体の軽量、小形化を図ると共に電力合成時の位相誤差に起因する追尾精度の劣化を抑圧することができる。

実施の形態１．
図１−図３は、この発明の実施の形態１によるモノパルス自動追尾アンテナ給電装置を示す図で、図１はモードカプラ部のみを描いた斜視図、図２はその断面構造を示す図、図３はモードカプラを構成する２つの誘電体基板の回路パターンを示す図である。

これらの図において、誘電体基板２ａ、２ｂは、金属板３に装着されたうえで、断面が円形導波管の形状を有し開口端の開口面積が徐々に広くなるように開口端に円錐台形状のホーンが取り付けられた形状のホーンアンテナ１に挿入されており、ホーンアンテナ１の管軸中心部において、誘電体基板２ａ、２ｂおよび金属板３はくり抜かれているものとする。誘電体基板２ａの上面には先端開放プローブ５ａ、６ａ、７ａ、８ａが９０度間隔で配置され、また、誘電体基板２ｂの下面には先端開放プローブ５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂが９０度間隔で配置されている。それらプローブは互いに角度４５度だけずれた位置関係にあり、各プローブはホーンアンテナ１に設けられた窓１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａおよび１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂを介して同ホーンアンテナ１の内部に挿入されている。

なお、ホーンアンテナ１と誘電体基板２ａ、２ｂが接触する部分は、前述の先端開放プローブの近傍を除いてスルーホール４が複数個設けられている。そして、各先端開放プローブの出力端子Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４およびＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４は、それぞれマイクロストリップ線路１４を介してラットレースカプラ１５に接続され、さらに、図示するモードカプラの出力端子はウィルキンソン電力合成器１６に接続される。

ここで、ラットレースカプラ１５の同相合成端子は、スルーホール１７により電気的に接地された薄膜抵抗１８により、終端されており、ウィルキンソン電力合成器１６には、逆相電力成分を吸収するアイソレーション抵抗としての薄膜抵抗１９が接続されている。そして、誘電体基板２ａ上のウィルキンソン電力合成器１６の出力端子Ａｏｕｔはスルーホール２０を介してもう一方の誘電体基板２ｂ上のマイクロストリップ線路に電気的に接続され、同端子は誘電体基板２ｂ上の電力合成回路の出力端子である端子Ｂｏｕｔと共にブランチラインカプラ２１に接続され、その出力端子ＯＵＴ１およびＯＵＴ２がモノパルス自動追尾アンテナ給電装置の出力端子となる。

次に、この発明の実施の形態１によるモノパルス自動追尾アンテナ給電装置の動作について説明する。ホーンアンテナ１を伝送するＴＥ_２１モードは、図４に示すような電界分布を有しており、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、互いに直交する２つの偏波状態が存在する。従って、同図中に示すように先端開放プローブ５ａ、６ａ、７ａ、８ａ及び５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂを挿入することで、それら２つのＴＥ_２１モードの電界を検出することができる。このため、図１−図３に示した本実施の形態は、ＴＥ_２１モードカプラとして動作することがわかる。

一方、図４に示したＴＥ_２１モードの電界ベクトルの方向からわかるように、角度９０度を隔てて隣接するプローブ間の電界位相は逆相となることから、図３に示すように、隣接する各プローブの出力端子を逆相電力合成回路であるラットレースカプラ１５を用いて接続することにより、図３の端子Ａｏｕｔにおいては、各プローブが検出した図４（Ａ）に相当するＴＥ_２１モード成分が互いに同相で合成され、図３の端子Ｂｏｕｔにおいては、同様に図４（Ｂ）に相当するＴＥ_２１モード成分が同相合成される。そして、端子Ａｏｕｔ、Ｂｏｕｔの互いに直交する偏波成分を９０度ハイブリッドであるブランチラインカプラ２１を用いて合成することにより、その出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２には右旋あるいは左旋偏波成分が出力されることになるため、任意の受信偏波に対応したアンテナ追尾が可能となる。

また、本実施の形態においては、ＴＥ_２１モードを検出する先端開放プローブ５ａ、６ａ、７ａ、８ａ及び５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂおよびそれを支持する誘電体基板２ａ、２ｂはホーンアンテナ１の外周部だけに配置されており、同ホーンアンテナ１の管軸中心部には設けられていない。これにより、ホーンアンテナ１の基本モードであるＴＥ_１１モードに対する影響を極力軽微に留めており、その通過損失、定在波比の劣化を抑圧している。

また、本実施の形態においては、誘電体基板２ａ、２ｂとホーンアンテナ１が接する部分にスルーホール４を適宜設けることにより、管壁にて管軸方向に流れる電流を阻害することのないようにし、上述のホーンアンテナ１の基本モードであるＴＥ_１１モードの通過特性の劣化を回避している。

なお、本実施の形態においては、２つの異なる誘電体基板２ａ、２ｂを別途金属板３に装着するものとしたが、２つの層を有する多層誘電体基板を用いてその層間に地導体となる極薄の金属導体を形成することによっても本実施の形態と同等の効果を得ることができる。

このように、上記実施の形態によれば、モノパルス追尾に必要なＴＥ_２１モードカプラを誘電体基板上に構成すると共に、同カプラの出力信号を合成するための電力合成回路も同一基板上に形成することにより、モノパルス追尾装置全体の軽量、小形化を図ることが可能となる。

また、本実施の形態によれば、モードカプラと電力合成回路を導波管や同軸線路などの伝送線路により、別途接続する必要が無くなることから、それに伴い生じがちな電力合成時の位相誤差、ひいては追尾精度の劣化を抑圧することも可能となる。

実施の形態２．
図５は、図３と併せてこの発明の実施の形態２によるモノパルス自動追尾アンテナ給電装置を示す図である。図５に示す実施の形態２によるモノパルス自動追尾アンテナ給電装置は、実施の形態１を示す図３にある端子ＯＵＴ１およびＯＵＴ２の各端子にそれぞれ結合線路からなる帯域通過フィルタ２２、低雑音増幅器２３、ミキサ２４、発振器２５を追加したものであり、これらは、マイクロストリップ線路１４を用いて適宜接続されたうえ、同一の誘電体基板２ｂ上に構成されている。

次に、この発明の実施の形態２によるモノパルス自動追尾アンテナ給電装置の動作について説明する。低雑音増幅器２３およびミキサ２４は、各回路を構成する部品一式がパッケージに封止されたパッケージ品、あるいは誘電体基板２ｂ上にトランジスタなどの能動素子およびそれに付随する整合回路を実装、形成することにより構成される。本実施の形態２によれば、実施の形態１にて得られる高周波帯の追尾信号から不要波を帯域通過フィルタ２２により除去した上で低雑音増幅器２３で増幅し、さらにミキサ２４と発振器２５により中間周波数帯へダウンコンバートすることにより、図５中に示した端子ＯＵＴ１’およびＯＵＴ２’からは追尾信号を高周波帯ではなく中間周波数帯で取り出すことが可能となる。

このように、モノパルス追尾に必要なＴＥ_２１モードカプラを誘電体基板上に構成すると共に、同カプラの出力信号を合成するための電力合成回路、ひいては不要波を除去するフィルタ、低雑音増幅器、ミキサ、および発振器を全て同一基板上に形成することにより、モノパルス追尾装置全体の大幅な軽量、小形化が可能となる。また、本実施の形態２によれば、追尾信号出力を高周波ではなくＭＨｚ帯やＫＨｚ帯の中間周波数帯信号として取り出すため、追尾信号を別途処理する信号処理部への信号伝送が高周波帯に比べて容易となる利点も有している。

この発明の実施の形態１によるモノパルス自動追尾アンテナ給電装置を示す図であり、モードカプラ部のみを描いた斜視図である。 この発明の実施の形態１によるモノパルス自動追尾アンテナ給電装置を示す図であり、その断面構造を示す図である。 この発明の実施の形態１によるモノパルス自動追尾アンテナ給電装置を示す図であり、モードカプラを構成する２つの誘電体基板の回路パターンを示す図である。 円形導波管のＴＥ_２１モードの電界分布を示す図である。 この発明の実施の形態２によるモノパルス自動追尾アンテナ給電装置を示す図である。

符号の説明

１ ホーンアンテナ、 ２ａ、２ｂ 誘電体基板、 ３ 金属板、 ４、１７、２０ スルーホール、 ５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ 先端開放プローブ、 １０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ 窓、 １４ マイクロストリップ線路、 １５ ラットレースカプラ、 １６ ウィルキンソン電力合成器、 １８、１９ 薄膜抵抗、 ２１ ブランチラインカプラ、２２ 帯域通過フィルタ、 ２３ 低雑音増幅器、 ２４ ミキサ、 ２５ 発振器。

Claims (5)

1. 断面が円形導波管の形状を有し、開口端の開口面積が徐々に広くなるように開口端に円錐台形状のホーンが取り付けられた形状のホーンアンテナ内を伝送するＴＥ_２１モードを用いてモノパルス自動追尾を行うモノパルス自動追尾アンテナ給電装置において、
   前記ホーンアンテナ内の管軸方向と直交する面内に金属板の表裏に装着された第１と第２の誘電体基板を挿入し、前記金属板及び前記第１と第２の誘電体基板の管軸中心部をくり抜き、前記第１の誘電体基板の上面に円周方向に沿って９０度間隔で４本の先端開放プローブを配置して構成され、前記ＴＥ_２１モードを検出する第１のモードカプラと、
   前記第２の誘電体基板の下面に円周方向に沿って９０度間隔で、かつ第１のモードカプラの先端開放プローブとは互いに４５度ずれた位置関係で４本の先端開放プローブを配置して構成され、前記ＴＥ_２１モードを検出する第２のモードカプラと、
   前記第１と第２の誘電体基板上に設けられて前記第１と第２のモードカプラの出力信号を電力合成するための電力合成回路と、
   前記第１および第２の誘電体基板の前記ホーンアンテナが接する部分に設けられるスルーホールと
   を備えたことを特徴とするモノパルス自動追尾アンテナ給電装置。
2. 請求項１に記載のモノパルス自動追尾アンテナ給電装置において、
   前記第１と第２の誘電体基板及び前記金属板は、層間に地導体層を有する誘電体多層基板で形成され、
   前記第１と第２のモードカプラは、前記誘電体多層基板上に形成された
   ことを特徴とするモノパルス自動追尾アンテナ給電装置。
3. 請求項１または２に記載のモノパルス自動追尾アンテナ給電装置において、
   前記第１と第２のモードカプラのうち一方に含まれる電力合成回路の出力信号を他方のモードカプラが形成される誘電体基板面まで層間接続により伝送し、前記第１と第２のモードカプラの出力電力を前記第１の誘電体基板または前記第２の誘電体基板のいずれか一方の誘電体基板面上でさらに電力合成する９０度ハイブリッドをさらに備えた
   ことを特徴とするモノパルス自動追尾アンテナ給電装置。
4. 請求項３に記載のモノパルス自動追尾アンテナ給電装置において、
   前記９０度ハイブリッドが形成される誘電体基板上に、前記９０度ハイブリッドの２つの出力端子に接続される不要波抑圧用のフィルタ回路を形成した
   ことを特徴とするモノパルス自動追尾アンテナ給電装置。
5. 請求項４に記載のモノパルス自動追尾アンテナ給電装置において、
   前記フィルタ回路が形成される誘電体基板上に、低雑音増幅器、発振器、およびミキサによる高周波部品を実装して、中間周波数帯の信号成分を出力する
   ことを特徴とするモノパルス自動追尾アンテナ給電装置。

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