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ホーンアンテナおよびその設計方法 コモンズ

国内特許コード P120008400
整理番号 DP1444
掲載日 2012年12月7日
出願番号 特願2010-173768
公開番号 特開2012-034285
登録番号 特許第5618270号
出願日 平成22年8月2日(2010.8.2)
公開日 平成24年2月16日(2012.2.16)
登録日 平成26年9月26日(2014.9.26)
発明者
  • 出口 博之
  • 辻 幹男
出願人
  • 学校法人同志社
発明の名称 ホーンアンテナおよびその設計方法 コモンズ
発明の概要 【課題】2つの直交する偏波で励振させたときのそれぞれの楕円ビームの形状を容易に一致させることができ、なおかつホーンの軸長を短くすること。
【解決手段】横断面が方形の内部空間を有し、一対の対向側面6がホーン3の一端開口5から他端開口4に向かってテーパ面を形成しているホーン3を備えたホーンアンテナ1であって、テーパ面は、ホーン3の中心軸に対して対称な位置に少なくとも一対の凹部9を有している。凹部9は、内部空間に向かって横断面が方形状に開口して一方の偏波の電界面と平行に延びるとともに、一方の偏波の磁界方向に沿った開口幅と、深さとを有している。凹部9の開口幅は一方の偏波がカットオフとなるような長さにあらかじめ設定され、凹部9の深さは他方の偏波による楕円ビームの形状が一方の偏波による楕円ビームの形状と実質的に一致するような長さにあらかじめ設定されている。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



従来のホーンアンテナとして、E面のみがテーパ面を形成し、偏波の磁界方向に広げられたH面扇形ホーンを備えたものや、H面のみがテーパ面を形成し、偏波の電界方向のみに広げられたE面扇形ホーンを備えたものが知られている。このような扇形ホーンには、図12に示すように、軸長L’を一定にして開口面の大きさa’×b’を変化させたときに、利得が最大となる開口面の大きさa’×b’が存在し、その状態の扇形ホーンは最適ホーン31と呼ばれる。最適ホーン31は、X帯の標準導波管を例にとると、開口面の大きさa’×b’が100mm×10.16mm、のど元の大きさA’×B’が22.9mm×10.16mm、軸長L’が81.32mmとなり、開口面での位相のずれがE面では1/4波長、H面では3/8波長となることが知られている。





ところで、上記の最適ホーン31のような方形の開口面を有するホーンを備えたホーンアンテナは、2つの直交する偏波で励振するとモードの違いから開口面振幅分布が異なり、同じ形状の楕円ビームを発生させることができない。このため、上記ホーンアンテナを、成形ビームアンテナの一次放射器として用いる場合、楕円反射鏡を効率よく照射することができず利得が低下してしまう。





そこで、本件発明者らは、図13および図14に示すような多段ステップホーン31A、31Bを備えたホーンアンテナを提案している。図13に示す多段ステップホーン31Aは、E面のみが階段状のテーパ面を形成するH面扇形ホーン12と、H面のみが階段状のテーパ面を形成するE面扇形ホーン13とが個別に設計され、縦続接続されたものである。一方、図14に示す多段ステップホーン31Bは、E面とH面とが交互に広がるピラミッド形に設計されたものである(例えば、非特許文献1参照)。これらの多段ステップホーン31A、31Bを備えたホーンアンテナによれば、2つの直交する偏波で励振させたときの楕円ビームの形状を一致させることができ、楕円反射鏡を効率よく照射することができる。

産業上の利用分野



本発明は2つの直交する偏波からそれぞれの楕円ビームを発生させるホーンアンテナおよび該ホーンアンテナの設計方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
横断面が方形の内部空間を有するホーンを備え、前記ホーンの一対の対向側面が前記ホーンの方形の一端開口から方形の他端開口に向かってテーパ面を形成しており、前記ホーンの前記他端開口から2つの直交する偏波を、前記テーパ面が一方の偏波に対するE面をなすように導入し、前記一端開口から前記偏波のそれぞれの楕円ビームを発生させるホーンアンテナであって、
前記E面は、前記ホーンの中心軸に対して対称な位置に少なくとも一対の凹部を有し、
前記凹部は、前記内部空間に向かって横断面が方形状に開口して前記一方の偏波の電界面と平行に延びるとともに、前記一方の偏波の磁界方向に沿った開口幅と、深さとを有し、
前記開口幅は、前記一方の偏波がカットオフとなるような長さにあらかじめ設定され、
前記深さは、他方の偏波による前記楕円ビームの形状が前記一方の偏波による前記楕円ビームの形状と実質的に一致するような長さにあらかじめ設定されていることを特徴とするホーンアンテナ。

【請求項2】
横断面が方形の内部空間を有するホーンを備え、前記ホーンの各一対の対向側面がそれぞれ前記ホーンの方形の一端開口から方形の他端開口に向かってテーパ面を形成しており、前記ホーンの前記他端開口から2つの直交する偏波を、一方の一対の対向側面が一方の偏波に対するE面をなし、かつ他方の一対の対向側面が前記一方の偏波に対するH面をなすように導入し、前記一端開口から前記偏波のそれぞれの楕円ビームを発生させるホーンアンテナであって、
前記E面および前記H面は、それぞれ、前記ホーンの中心軸に対して対称な位置に少なくとも一対の凹部を有し、
前記E面および前記H面の凹部は、前記E面と前記H面との境界で連通しておらず、
前記E面の凹部は、前記内部空間に向かって横断面が方形状に開口して前記一方の偏波の電界面と平行に延びるとともに、前記一方の偏波の磁界方向に沿った開口幅を有し、該開口幅は前記一方の偏波がカットオフとなるような長さにあらかじめ設定されており、
前記H面の凹部は、前記内部空間に向かって横断面が方形状に開口して他方の偏波の電界面と平行に延びるとともに、前記他方の偏波の磁界方向に沿った開口幅を有し、該開口幅は前記他方の偏波がカットオフとなるような長さにあらかじめ設定されており、
前記E面および前記H面の凹部の深さは、前記一方の偏波により発生する楕円ビームの形状と前記他方の偏波により発生する楕円ビームの形状とが実質的に一致するような長さにそれぞれあらかじめ決定されていることを特徴とするホーンアンテナ。

【請求項3】
前記テーパ面の前記中心軸に対して対称な位置には、前記一端開口と平行に設けられた少なくとも一対の平坦部がさらに形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のホーンアンテナ。

【請求項4】
前記テーパ面の少なくとも一部は、曲面状または階段状に形成されていること特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のホーンアンテナ。

【請求項5】
前記凹部の開口面積は、前記凹部の内部空間の横断面の面積よりも小さいことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のホーンアンテナ。

【請求項6】
前記凹部内には、前記電界面と平行な少なくとも1つの仕切板が設けられていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のホーンアンテナ。

【請求項7】
前記凹部内には、前記磁界面と平行な少なくとも1つの仕切板が設けられていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載のホーンアンテナ。

【請求項8】
横断面が方形の内部空間を有するホーンを備え、前記ホーンの一対の対向側面が前記ホーンの方形の一端開口から方形の他端開口に向かってテーパ面を形成しており、前記ホーンの前記他端開口から2つの直交する偏波を、前記テーパ面が一方の偏波に対するE面をなすように導入し、前記一端開口から前記偏波のそれぞれの楕円ビームを発生させるホーンアンテナの設計方法であって、
(1)前記一端開口および前記他端開口の大きさを決定するステップと、
(2)前記内部空間に向かって横断面が方形状に開口して前記一方の偏波の電界面と平行に延びるとともに、前記ホーンの中心軸に対して対称に形成される少なくとも一対の凹部の前記E面における位置を決定するステップと、
(3)前記凹部の前記一方の偏波の磁界方向に沿った開口幅を最適化により決定するステップと、
(4)前記凹部の深さを最適化により決定するステップとを含み、
前記ステップ(3)では、前記開口幅を前記一方の偏波がカットオフとなる長さに決定し、前記ステップ(4)では、前記深さを他方の偏波による前記楕円ビームが前記一方の偏波による前記楕円ビームの形状に実質的に一致する長さに決定することを特徴とするホーンアンテナの設計方法。

【請求項9】
前記ホーンの前記他端開口から前記一方の偏波を導入した場合における前記一端開口での開口面分布から、該開口面分布を構成している伝搬可能なモードを決定するステップと、
前記ホーンの前記一端開口から前記他端開口までを前記中心軸に沿って、前記モードの数に応じた複数の区間に分割するステップとをさらに含み、
前記ステップ(2)ないし(4)は、前記一端開口側から前記区間ごとに順次おこなうことを特徴とする請求項8に記載のホーンアンテナの設計方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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