JPH114116A - 地上通信システムにて使用される二重リフレクタマイクロ波アンテナ - Google Patents
地上通信システムにて使用される二重リフレクタマイクロ波アンテナInfo
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Abstract
にて幅の広い角パワーの放射エネルギが極めて少ないマ
イクロ波アンテナを提供すること。 【解決手段】 二重リフレクタマイクロ波アンテナは、
軸線を有する放物線状の主リフレクタ10と、主リフレ
クタの軸線に沿って伸長する導波管13及び二重モード
の供給ホーン13aと、供給ホーンから主リフレクタま
で放射エネルギを伝送モードにて反射する補助リフレク
タ11と、主リフレクタの外端縁から且つ主リフレクタ
の軸線に対して略平行に伸長する遮蔽体30とを備え、
遮蔽体の内面に不要な放射エネルギを吸収すべく吸収性
材料31が裏当てされている。この補助リフレクタの形
状は、補助リフレクタの陰部分の外側の主リフレクタの
領域に略拘束されるアパーチャパワーの分布状態となる
ように設定される。この補助リフレクタの支持体は、中
空の誘電性円錐体12であることが好ましく、中空の誘
電性円錐体は円錐体を貫通するエネルギが該円錐体から
反射されたエネルギと同一位相となり、位相の打ち消し
が実現されるようにする共鳴厚さを有する。
Description
クロ波アンテナ、より具体的には、供給機構を有する放
物線リフレクタと、所定形状の補助リフレクタ(スプラ
ッシュプレート)と、二重モード供給ホーンとを備える
型式のマイクロ波アンテナに関する。
assegrain antenna)は、主供給ホー
ンと、双曲線状の補助リフレクタと、放物線状の主リフ
レクタとを備えている。この双曲線状の補助リフレクタ
の中心部分は、その虚焦点が供給ホーンの位相中心と一
致し、その実焦点が放物線状の主リフレクタの虚焦点と
一致するような形状及び配置とされている。伝送モード
において、供給ホーンは補助リフレクタを照射し、この
補助リフレクタはその実焦点の周りでこのエネルギを球
面波にて発射し主リフレクタを照射し、この主リフレク
タは、この球面波を主リフレクタのアパーチャを横断す
る平面波に変換する。幅の広い角パワーの放射を抑制す
るため、このアンテナは、円筒状の吸収材が裏当てされ
た遮蔽体を主リフレクタ上に採用する。受け取りモード
において、放物線状の主リフレクタは、入射する平面波
によって照射され、このエネルギを球面波として反射
し、補助リフレクタを照射し、その補助リフレクタは、
その入射エネルギを供給ホーンに反射する。
は、釦フックを有する供給ホーンと、放物線状の主リフ
レクタとを備えている。この放物線状の主リフレクタの
中心部分は、その虚焦点が供給ホーンの位相中心と一致
するような形状及び配置とされている。伝送モードにお
いて、供給ホーンは、主リフレクタを照射し、主リフレ
クタは、主リフレクタのアパーチャを横断する平面波を
放射する。幅の広い角パワーの放射を抑制するため、こ
のアンテナは、吸収材が裏当てされた遮蔽体を主リフレ
クタ上に採用する。
主リフレクタに入射する平面波が照射され、該主リフレ
クタがその入射するエネルギを供給ホーン内に反射す
る。
ナは、等しいE−面、H−面放射パターンにて略対称の
パターンを放射しなければならない。E−面パターン
は、水平方向への偏波に対応し、H−面パターンは、垂
直方向への偏波に対応する。双曲線状のカセグレン式ア
ンテナ、又は主供給アンテナの何れかから対称のパター
ンを放射するためには、供給ホーンは、略等しいE−面
及びH−面パターンを放射しなければならない。波形ホ
ーンは、略対称の放射パターンを放射する。しかしなが
ら、特に、20乃至60ギガヘルツ(以下に「GHz」
で表す)の範囲に対応するミリメートル波長の周波数の
とき、その製造コストが高くなるため、設計の選択上、
波形ホーンは好ましくない。コストの嵩む波形ホーンを
採用することに代えて、二重モード(以下に「DM」で
表す)ホーンを使用することができる。このDMホーン
は、TE11モード及びTM11モードを放射し、また、そ
の製造コストも低廉である。
り、しかも短い遮蔽長さにて幅の広い角パワーの放射が
極めて少ないマイクロ波アンテナを提供することであ
る。
低廉である、上記型式のアンテナを提供することであ
る。
い、上記型式のアンテナを提供することである。
目的は、二重リフレクタマイクロ波アンテナにより実現
される。このアンテナは、軸線を有する放物線状の主リ
フレクタと、主リフレクタの軸線に沿って伸長する導波
管及び二重モード供給ホーンと、供給ホーンから主リフ
レクタまで伝送モードにて放射エネルギを反射する補助
リフレクタと、主リフレクタの外端縁から、主リフレク
タの軸線に対して略平行に伸長する遮蔽体とを備え、該
遮蔽体の内面に不要な放射エネルギを吸収する吸収性材
料が裏当てされる。この補助リフレクタは、次のような
アパーチャパワーの分布状態を生じさせ得るような形状
とされている。即ち、(1)補助リフレクタの陰部分の
外側にある主リフレクタの領域に略限定され、(2)主
リフレクタの外端縁に隣接して急なテーパーが付けら
れ、(3)上記の主リフレクタの上記の補助リフレクタ
の陰部分の外端縁に隣接して急なテーパーが付けられた
アパーチャパワーの分布状態となるようにされている。
この補助リフレクタの支持体は、中空の誘電性円錐体と
し、その円錐体が、該円錐体を透過するエネルギが、上
記円錐体から反射されるエネルギと同一位相となり、位
相の打ち消しを実現し得るような共鳴厚さを有するよう
にすることが好ましい。一つの好適な実施の形態におい
て、中空の支持円錐体は、供給ホーンと同心状であり、
導波管の外面と、補助リフレクタの外端縁との間に接続
される。供給ホーンは、DM供給ホーンであることが好
ましい。
態に関して説明するが、これは、本発明をこれらの特別
な実施の形態にのみ限定することを意図するものではな
いことが理解されよう。これに反して、特許請求の範囲
に規定された本発明の精神及び範囲に含まれるであろう
全ての代替例、改変例及び均等物を包含することを意図
するものである。
ると、二重リフレクタマイクロ波アンテナは、放物線状
の主リフレクタ10と、所定形状の補助リフレクタ11
と、中空の誘電性支持円錐体12と、主リフレクタ10
の軸線に沿って伸長するDM供給ホーン13aを形成す
る導波管13とを備えている。伝送モードにおいて、こ
のDM供給ホーン13aは、補助リフレクタ11を照射
し、該補助リフレクタは、このエネルギを球面波として
反射し、主リフレクタ10の環状領域を照射する一方、
この主リフレクタは、該球面波をリフレクタのアパーチ
ャを横断する、主リフレクタの軸線に対して垂直な平面
波に変換する。受け取りモードにおいて、この主リフレ
クタ10には、入射する平面波で照射され、該主リフレ
クタがこのエネルギを球面波として反射し、補助リフレ
クタ11を照射する一方、この補助リフレクタは、その
入射するエネルギを供給ホーン13a内に反射する(本
明細書にて使用する「供給」という語は、伝送モードに
て使用する場合、明らかな意味を有するが、当該技術分
野にて、従来通り、受け取りモードでも同様に使用する
ものとする)。
けられた取り付け板21の中心のアパーチャ内に取り付
けられた中心ハブ20により支持されている。ハブ20
は、フランジ20aを備えており、該フランジ20a
は、ディスク23を貫通し且つハブのフランジ20a内
にねじ込まれる4本のボルト22により、板21の上で
フランジ21aの一側部に対して保持されている。ボル
ト22を締め付けると、ボルトは、ハブフランジ20a
及びディスク23をフランジ21aの両側部に対してき
つく締め付ける。該導波管13は、該導波管の一端部分
の外面の上にてねじ13bによりハブに固着され、該ね
じは、ハブ20の内面における対応するねじとかみ合
う。Oリング24が導波管とハブとの間の境界面内に水
分が侵入するのを防止する。補助リフレクタの方を向い
た主リフレクタ10の側部におけるハブ20及び取り付
け板21の露出面は、主リフレクタの補助リフレクタの
陰部分よりも小さい領域、即ち、補助リフレクタ及びそ
の支持構造体の直径よりも小さい領域に制限される。
対して所望の位置に補助リフレクタ11を支持するた
め、補助リフレクタは、中空の誘電性円錐体12の幅の
広い端部に取り付けられる一方、該中空の誘電性円錐体
は、その小径端にて導波管13の外面に締結されてい
る。具体的には、中空の円錐体12の小径端は、導波管
13の雄ねじに係合する雌ねじを有する円筒状スリーブ
12aにて終端となっている。導波管に設けられたスト
ッパフランジ13cが、導波管の長さに沿った中空の円
錐体12の最終位置を設定し、又、導波管と、供給ホー
ンと、中空の支持円錐体と、補助リフレクタとから成る
補助システムの内部に水分が侵入するのを防止するた
め、導波管とスリーブ12aとの境部分内にOリング2
5を取り付けることが好ましい。中空の誘電性円錐体1
2の共鳴厚さは、中空の円錐体を透過するエネルギが中
空の円錐体から反射されるエネルギと同一位相となり、
位相の打ち消しが実現され得るように選択することが好
ましい。この中空の誘電性円錐体は熱的に安定し且つ水
分を吸収しない適当な誘電性材料で成形し、機械的な一
体性、安定性及び強パワーをアンテナに付与するように
することが好ましい。
タを取り付け易くするため、中空の円錐体12の幅の広
い端部は、外方に伸長するフランジ12bにて終端とな
っており、このフランジは、補助リフレクタの外周部分
に対して相補的である凹所を形成する。具体的には、該
フランジ12bは、補助リフレクタの外端縁に沿って且
つ中空の円錐体12の方を向いた補助リフレクタの面の
隣接する周部分に沿って伸長している。補助リフレクタ
11の外周及びフランジ12bの外端における張り出し
部12cの両対向面には、協動するねじが形成されてお
り、このため、これら2つの部分を共に簡単にねじ止め
することができる。フランジ12bと補助リフレクタ1
1の対向面の間におけるOリング26が、その境界部か
ら水分が侵入するのを防止する。
定されている。即ち、(1)補助リフレクタにより反射
された略全ての放射エネルギが主リフレクタの外端縁と
主リフレクタ上の補助リフレクタの陰部分の外端縁との
間にて主リフレクタ10の部分を照射し、(2)アパー
チャパワーの分布状態が、主リフレクタ10の照射領域
の主要部分、好ましくは、その照射部分の面積の少なく
とも2/3に亙って略一定であるようにする。このアパ
ーチャパワーの分布状態は、主リフレクタ10の照射領
域の内端縁及び外端縁の双方にて急激に低下することが
好ましい。かかるアパーチャパワーの分布状態の一つの
具体例が図6に図示されており、この場合、所望のパワ
ーPAは、アパーチャ軸線から正規化した距離の関数と
してプロットしてある、即ち、X/(D/2)であり、
この場合、Xは、アパーチャ軸線からの距離、Dは、主
リフレクタの直径である。
の間の対応する放射エネルギの分布状態が図7に図示さ
れている。補助リフレクタの中心と外端縁との間の形状
が略凹状であるため、環状のビームが発生される。この
環状のビームは、主リフレクタの照射範囲を補助リフレ
クタの陰部分と主リフレクタの外端縁との間の環状領域
に制限する。
を実現する補助リフレクタ11の正確な形状を得るため
には、次の条件を同時に満足させなければならない。即
ち、(1)補助リフレクタ及び主リフレクタから反射し
た後、供給ホーンのエネルギ力を保存すること、(2)
補助リフレクタ及び主リフレクタにてスネルの法則(S
nell’s Law)を作用させること、(3)リフ
レクタのアパーチャの照射部分に亙り略一定の位相を実
現することである。こうした3つの条件は、異なる等式
を提供し、これらの等式を解けば、主リフレクタ及び補
助リフレクタの最適な形状を設定することができる。そ
の形状が設定されたならば、主リフレクタの実際の形状
を得るため、最も具合よく嵌まる放物線状の形状体を使
用することができる。
図1乃至図5のアンテナは、不要な放射エネルギを吸収
する吸収性材料31が裏当てされた円筒状の吸収材裏当
て遮蔽体30を採用する。図面に図示した好適な実施の
形態において、この遮蔽体30は主リフレクタの外端縁
から主リフレクタの軸線に対して略平行に伸長して、主
リフレクタ10の一体部分として形成されている。本発
明のアンテナの一つの有利な点は、従来の双曲線状のカ
セグレン式アンテナ、又は、主供給アンテナに対して必
要とされる遮蔽体と比べて、吸収材が裏当てされた遮蔽
体の長さを著しく短くし得ることである。所定形状の補
助リフレクタ11は、リフレクタの端縁からパワーを急
激に低下させるべく幅の広い角パワーの放射エネルギを
吸収するために必要とされる吸収材が裏当てされた遮蔽
体の長さは著しく短くてよい。例えば、典型的な直径3
04.8mm(12インチ)のリフレクタアパーチャ、
即ち、吸収材裏当ての遮蔽体の長さは、本発明のアンテ
ナの場合、76.2mm(約3インチ)であるが、主供
給アンテナの場合、203.2乃至254mm(8乃至
10インチ)、又は双曲線状カセグレン式アンテナの場
合、152.4乃至203.2mm(6乃至8インチ)
である。この吸収材裏当て遮蔽体の長さが短いことは、
アンテナにおける風の負荷を小さくし且つアンテナの環
境上且つ美観上の外観を向上させる。
補助リフレクタの更に有利な点は、電圧安定波比(「V
SWR」)が小さく、特に、放射パターンがより良好と
なることである。この所定形状の補助リフレクタは、ア
ンテナのホーン領域又は陰領域に対して拡散して戻すエ
ネルギは極めて僅かである。ホーン及び補助リフレクタ
の陰部分から拡散されたエネルギは、放射パターンを劣
化させるため、所定形状の補助リフレクタはVSWRを
低下させ且つ放射されるパターンをより良好なものにす
る。
クロ波アンテニを38.25GHzにて作動させたとき
のE−面及びH−面の同一面状の放射パターンを測定し
たグラフであり、図9a及び図9bは、対応する測定E
−面及びH−面の交差面状の放射パターンのグラフであ
る。E−面及びH−面パターンの双方は、欧州の欧州電
気通信標準協会(ETSI)、及び米国のFCCが現
在、要求する基準に適合する。また、これらのパターン
は、極めて指向性が強い。図示したパターンは、38.
25GHzの周波数にて発生させたが、DM供給ホーン
の寸法、及び補助リフレクタの形状を変更するだけで、
約2GHz乃至60GHzの範囲のマイクロ波周波数範
囲に亙って同様の結果を得ることができる。更に、図2
及び図3に図示した特別な補助リフレクタの形状は、D
M供給ホーンの寸法を適宜に修正することにより、約2
2GHz乃至約40GHzの範囲の周波数にて使用する
のに適したものになる。
長さが極めて短い遮蔽体によって極めて方向効率に優れ
且つ広い幅角パワーの放射エネルギが少ない、低コスト
のマイクロ波アンテナを提供するものであることが理解
できる。一方、遮蔽体の長さが短いことは、アンテナに
おける風の負荷を小さくし、このことは、アンテナに必
要とされる支持構造体のコストを軽減することにつなが
る。
図である。
ある。
図である。
図である。
ーチャの半分、即ち、その半径に沿った所望のアパーチ
ャパワーの分布状態を示す図である。
線図である。
乃至図5のマイクロ波アンテナに対するE−面の同一面
放射パターンの測定グラフである。図8bは、38.2
5GHzで作動させた図1乃至図5のマイクロ波アンテ
ナに対するH−面の同一面放射パターンの測定グラフで
ある。
乃至図5のマイクロ波アンテナに対するE−面の交差面
放射パターンの測定グラフである。図9bは、38.2
5GHzで作動させた図1乃至図5のマイクロ波アンテ
ナに対するH−面の交差面放射パターンの測定グラフで
ある。
タ 12 誘電性円錐体 12a 円筒状スリ
ーブ 12b フランジ 12c 張り出し部 13 導波管 13a DM供給ホ
ーン 13b ねじ 13c ストッパフ
ランジ 20 中心ハブ 20a ハブフラン
ジ 21 取り付け板 21a フランジ 22 ボルト 23 ディスク 24、25、26 Oリング 30 遮蔽体 31 吸収性材料
Claims (14)
- 【請求項1】 地上通信システムにて使用される二重リ
フレクタマイクロ波アンテナにおいて、 軸線を有する放物線状主リフレクタと、 該主リフレクタの軸線に沿って伸長する導波管及び二重
モード供給ホーンと、 前記供給ホーンから前記主リフレクタまで放射エネルギ
を伝送モードにて反射する補助リフレクタとを備え、 該補助リフレクタの形状が、(1)補助リフレクタの陰
部分の外側にある主リフレクタの領域に略限定され、
(2)主リフレクタの外端縁に隣接して急なテーパーが
付けられ、(3)前記主リフレクタの前記補助リフレク
タの陰部分の外端縁に隣接して急なテーパーが付けられ
たアパーチャパワーの分布状態を生じさせるように設定
され、 前記主リフレクタの外端縁から、該主リフレクタの軸線
に対して略平行に伸長する遮蔽体を備え、該遮蔽体の内
面に不要な放射エネルギを吸収すべく吸収性材料が裏当
てされている、二重リフレクタマイクロ波アンテナ。 - 【請求項2】 請求項1に記載のアンテナにおいて、前
記遮蔽体が前記主リフレクタの軸線に対して垂直な面で
あって、前記補助リフレクタの反射面よりも前記主リフ
レクタの中心から僅かだけより離れている面内にて終端
となる、アンテナ。 - 【請求項3】 請求項1に記載のアンテナにおいて、前
記補助リフレクタの形状が、該補助リフレクタの陰部分
の外側にて主リフレクタの領域に略拘束された環状ビー
ムとして前記ホーンからのエネルギを反射し得るように
設定される、アンテナ。 - 【請求項4】 請求項1に記載のアンテナにおいて、前
記主リフレクタの方を向いた前記補助リフレクタの面が
該補助リフレクタの中心と外端縁との間にて略凹状をし
ている、アンテナ。 - 【請求項5】 請求項1に記載のアンテナにおいて、前
記導波管の外面と前記補助リフレクタの外端縁との間に
接続され、該補助リフレクタを該導波管の上に取り付け
る誘電性の支持手段を備える、アンテナ。 - 【請求項6】 請求項5に記載のアンテナにおいて、前
記誘電性支持手段が共鳴厚さを有する中空の円錐体を備
え、該円錐体を貫通するエネルギが該円錐体から反射さ
れるエネルギと同一位相となり、位相の打ち消しが実現
されるようにする、アンテナ。 - 【請求項7】 請求項1に記載のアンテナにおいて、前
記導波管が、前記主リフレクタの中心にてハブに取り付
けられ且つ該ハブにより支持される、アンテナ。 - 【請求項8】 地上通信システムにて使用される二重リ
フレクタマイクロ波アンテナにおいて、 軸線を有する放物線状主リフレクタと、 該主リフレクタの軸線に沿って伸長する導波管及び供給
ホーンと、 前記供給ホーンから前記主リフレクタまで放射エネルギ
を伝送モードにて反射する補助リフレクタとを備え、 該補助リフレクタの形状が、(1)補助リフレクタの陰
部分の外側にある主リフレクタの領域に略限定され、
(2)主リフレクタの外端縁に隣接して急なテーパーが
付けられ、(3)前記主リフレクタの前記補助リフレク
タの陰部分の外端縁に隣接して急なテーパーが付けられ
たアパーチャパワーの分布状態を生じさせるように設定
され、 前記補助リフレクタを支持し得るように前記供給ホーン
と同心状の中空の誘電性円錐体であって、該円錐体を貫
通するエネルギが該円錐体から反射されたエネルギと同
一位相となり、位相の打ち消しが実現されるようにする
共鳴厚さを有する中空の絶縁性円錐体とを備える、二重
リフレクタマイクロ波アンテナ。 - 【請求項9】 請求項8に記載のアンテナにおいて、前
記主リフレクタの外端縁から該主リフレクタの軸線に対
して略平行に伸長する遮蔽体を備え、該遮蔽体の内面に
不要な放射エネルギを吸収すべく吸収性材料が裏当てさ
れている、アンテナ。 - 【請求項10】 請求項8に記載のアンテナにおいて、
前記導波管の外面に前記中空の誘電性円錐体が取り付け
られる、アンテナ。 - 【請求項11】 請求項9に記載のアンテナにおいて、
前記遮蔽体が、前記主リフレクタの軸線に対して垂直な
面であって、前記補助リフレクタの反射面よりも前記主
リフレクタの中心から僅かだけより離れている面内にて
終端となる、アンテナ。 - 【請求項12】 請求項8に記載のアンテナにおいて、
前記補助リフレクタの形状が、該補助リフレクタの陰部
分の外側にて主リフレクタの領域に略拘束された環状ビ
ームとして前記ホーンからのエネルギを反射し得るよう
に設定された、アンテナ。 - 【請求項13】 請求項8に記載のアンテナにおいて、
前記主リフレクタの方を向いた前記補助リフレクタの面
が該補助リフレクタの中心と外端縁との間にて略凹状を
している、アンテナ。 - 【請求項14】 請求項8に記載のアンテナにおいて、
前記導波管が、前記主リフレクタの中心にてハブに取り
付けられ且つ該ハブにより支持される、アンテナ。
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