(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本モードであるＴＥ11モードを伝播する給電導波部、上記ＴＥ11モードの一部を高次モードであるＴＭ11モードに変換する高次モード発生部、およびフレア部を有する複モードホーンアンテナにおいて、高次モード発生部は、追尾用高次モード結合器付フレア導波管を含み、且つ上記高次モード発生部の上記フレア部と接続される円形導波管の内径Ｄは、下式を満足する大きさを有することを特徴とする複モードホーンアンテナ、
Ｒ11・λ1 ／π＜Ｄ＜Ｒ21・λh ／π、
ここで、Ｒ11は１次の第一種ベッセル関数Ｊ1 （Ｒ11）＝０の１番目の根、Ｒ21は２次の第一種ベッセル関数Ｊ2 （Ｒ21）＝０の１番目の根、λ1 は使用する最低周波数での波長、λh は使用する最高周波数での波長、πは円周率。
【請求項２】
高次モード発生部は、一個以上のフレア導波管と一個以上の円形導波管を含むことを特徴とする請求項１記載の複モードホーンアンテナ。
【請求項３】
高次モード発生部は、一個以上のアイリスを含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載の複モードホーンアンテナ。
【請求項４】
高次モード発生部は、一個以上のステップを含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項記載の複モードホーンアンテナ。
【請求項５】
高次モード発生部は、フレア導波管および／または円形導波管内に装荷された誘電体を含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項記載の複モードホーンアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複モードホーンアンテナに関し、特に通信などで用いられる追尾機能を有する反射鏡アンテナの一次放射器として有効な複モードホーンアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、実開平４−１０４１３号公報に開示された複モードホーンアンテナの断面図である。同図において、１はフレア部、２は高次モード発生部、３は給電導波部である。フレア部１は、円錐ホーン１１にて構成されており、高次モード発生部２は、順次、円形導波管２１１、フレア導波管２２１、円形導波管２１２およびフレア導波管２２２が縦続接続され、且つ円形導波管２１１と円形導波管２１２の各内壁にアイリス２３１、アイリス２３２がそれぞれ設けられた構造を有し、円形導波管２１１の一端が円錐ホーン１１に接続され、フレア導波管２２２の一端が給電導波部３と接続された構造を有する。
【０００３】
上記の複モードホーンアンテナは、２つの周波数帯で共用され、それぞれの周波数帯において高次モードであるＴＭ１１モードを発生させ、基本モードであるＴＥ１１モードに重畳することにより、軸対称性およびサイドローブ特性に優れており、つぎにその動作について説明する。
【０００４】
アンテナの可逆性より以下に送信の場合について説明する。基本モードであるＴＥ１１のみが伝搬する給電導波部３より入力された高周波信号は、高次モード発生部２のフレア導波管部分２２１、２２２、およびアイリス部分２３１、アイリス部分２３２にて高次モードであるＴＭ１１モードに一部の電力が変換され、円形導波管部分２１１、２１２にて適度な位相状態に調整され、最終的に円錐ホーン１１においてＴＥ１１モードに対しＴＭ１１モードが所望の振幅、位相差となる。
【０００５】
上記従来の複モードホーンアンテナでは、円形導波管部分２１１の内径は、低周波数帯及び高周波数帯においてＴＭ１１モードがカットオフとならない大きさとされ、且つ円形導波管部分２１２の内径は、低周波数帯ではＴＭ１１モードがカットオフとなるが高周波数帯ではカットオフにならない大きさとされている。即ち、従来の複モードホーンアンテナにおいては、高次モード発生部である円形導波管部分２１１の内径Ｄは、下式（１）を満たすことを意味する。
Ｒ１１・λ１  ／π＜Ｄ、                                ・・・・・（１）
ここで、Ｒ１１は１次の第一種ベッセル関数Ｊ１  （Ｒ１１）＝０の１番目の根、λ１  は使用する最低周波数での波長、πは円周率である。
このため、２つの周波数帯のそれぞれにおいて高次モード発生部２にてＴＭ１１モードを発生させ、それをＴＥ１１モードに重畳することにより軸対称性およびサイドローブ特性の優れた複モードホーンが得られる。
【０００６】
なお、従来の複モードホーンアンテナにおいては、高次モードとしてＴＭ１１に加えＴＥ１２モードなども発生させる方式もある。この場合には上記内径Ｄは、下式（２）を満たすことを意味する。
Ｒ１１・λ１  ／π＜Ｄ＜Ｒ’１２  ・λ１  ／π、                ・・・・・（２）
ここでＲ’１２  は、１次の第一種ベッセル関数の導関数Ｊ１｀（Ｒ’１２  ）＝０の２番目の根である。
【０００７】
ところで上記のような複モードホーンアンテナは、衛星通信などに使用される大型反射鏡アンテナの一次放射器として用いられる場合、大型アンテナでビーム幅が非常に小さいために衛星を追尾する機能が要求されることがあり、かかる場合には高次モード追尾機能を使用するのが一般的である。この場合、複モードホーンを高次モードで励振する必要が生じる。上記のような従来の複モードホーンを高次モード例えばＴＥ２１モードにて励振した場合、高次モード発生部２にてＴＥ２１モードが他の高次モード、例えばＴＭ２１モードに変換され、本来の高次モードの放射パターンを劣化させて追尾が不可能となる事態が生じることがある。
【０００８】
また上記のような追尾機能を有する反射鏡アンテナにおいては、一次放射器としてコルゲートホーンを使用する方法もあるが、コルゲートホーンは製作が難しくて高価となる問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来技術の現況に鑑み、追尾機能を有する反射鏡アンテナの一次放射器として、高次モードで励振した場合でも放射パターンの劣化が無く、しかも安価に製造可能な簡易構成の複モードホーンを得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の複モードホーンアンテナは、（１）基本モードであるＴＥ11モードを伝播する給電導波部、上記ＴＥ11モードの一部を高次モードであるＴＭ11モードに変換する高次モード発生部、およびフレア部を有する複モードホーンアンテナにおいて、高次モード発生部は、追尾用高次モード結合器付フレア導波管を含み、且つ上記高次モード発生部の上記フレア部と接続される円形導波管の内径Ｄは、下式（３）を満足する大きさを有するものである、
Ｒ11・λ1 ／π＜Ｄ＜Ｒ21・λh ／π、                  ・・・・・（３）
ここで、Ｒ11は１次の第一種ベッセル関数Ｊ1 （Ｒ11）＝０の１番目の根、Ｒ21は２次の第一種ベッセル関数Ｊ2 （Ｒ21）＝０の１番目の根、λ1 は使用する最低周波数での波長、λh は使用する最高周波数での波長、πは円周率。
（２）上記（１）において、高次モード発生部は、一個以上のフレア導波管と一個以上の円形導波管を含むものである。
（３）上記（１）または（２）において、高次モード発生部は、一個以上のアイリスを含むものである。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一項において、高次モード発生部は、一個以上のステップを含むものである。
（５）上記（１）〜（３）のいずれか一項において、高次モード発生部は、フレア導波管および／または円形導波管内に装荷された誘電体を含むものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下の諸実施の形態において、前記図７の従来技術に示された部位と同じ部位については同符号を付し、各内容の説明は図７での説明を参照することとして以下では省略することがある。
【００１２】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る複モードホーンアンテナについて、以下、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る複モードホーンアンテナの断面図である。図１において、１はフレア部、２は高次モード発生部、３は給電導波部である。フレア部１は、円錐ホーン１１にて構成されており、高次モード発生部２は、順次、円形導波管２１１、フレア導波管２２１、および追尾用高次モード（ＴＥ２１）結合器付フレア導波管２４が縦続接続された構造を有し、円形導波管２１１の一端が円錐ホーン１１に接続され、一方、追尾用高次モード結合器付フレア導波管２４の一端が給電導波部３と接続されている。なお２３３は、追尾用高次モード結合器付フレア導波管２４に設けられたアイリスである。
【００１３】
つぎに実施の形態１に係る複モードホーンアンテナの動作について説明する。基本モードであるＴＥ１１のみが伝搬する給電導波部３より入力された通信用高周波信号は、高次モード発生部２のフレア導波管２２１にて高次モードであるＴＭ１１モードに一部の電力が変換される。また円形導波管２１１にて適度な位相状態に調整され、最終的に円錐ホーン１１にてＴＥ１１モードに対しＴＭ１１モードが所望の振幅、位相差となるように設計されている。従って、実施の形態１に係る複モードホーンアンテナは、通信用高周波信号については従来技術と同様に、軸対称性およびサイドローブ特性に優れている。
【００１４】
次に追尾用高周波信号について説明する。追尾用高周波信号は、高次モード（ＴＥ２１）結合器付フレア導波管２４にて励振される。従来の複モードホーンであれば、高次モード発生部２のフレア導波管２２１にてＴＥ２１モードの高次モードであるＴＭ２１モードに一部の電力が変換され、最終的に円錐ホーン１１にてＴＥ２１モードに対しＴＭ２１モードが重畳されるため、追尾用放射パターンの劣化が生じる。
【００１５】
ところが実施の形態１に係る複モードホーンアンテナでは、円錐ホーン１１と接続される円形導波管２１１の内径Ｄは、下式（３）を満足する大きさとされる、  Ｒ１１・λ１  ／π＜Ｄ＜Ｒ２１・λｈ  ／π、              ・・・・・（３）
ここで、Ｒ１１は１次の第一種ベッセル関数Ｊ１  （Ｒ１１）＝０の１番目の根、Ｒ２１は２次の第一種ベッセル関数Ｊ２  （Ｒ２１）＝０の１番目の根、λ１  は使用する最低周波数での波長、λｈ  は使用する最高周波数での波長、πは円周率である。
【００１６】
実施の形態１に係る複モードホーンアンテナは、上記のように構成されるため、通信用高周波信号においては軸対称性およびサイドローブ特性の優れた複モードホーンが得られ、かつ追尾用高周波信号においても放射パターンの劣化が無い複モードホーンを得ることが出来る。またさらに上記のアンテナは、図７に示す従来の複モードホーンアンテナと実質的に変わらない簡単な構造であるため、製造が容易となり低価格化が図れる利点もある。
【００１７】
実施の形態２．
図２は、実施の形態２に係る複モードホーンアンテナの構成を示す断面図である。実施の形態２は、実施の形態１とはフレア導波管２２１と追尾用高次モード結合器付フレア導波管２４との間に円形導波管２１２とフレア導波管２２２とが挿設されてフレア導波管部と円形導波管部が共に多段に接続されている点において異なり、その他の構成は同じである。
【００１８】
高次モード発生部２において、フレア導波管部と円形導波管部とを共に多段とすることは、前記実開平４−１０４１３号公報より従来公知であるが、かかる多段構造は、複モードホーンアンテナを２つの異なる周波数帯で良好に動作せしめる。実施の形態２においても円形導波管２１１の内径Ｄが上式（３）を満足する大きさとされると、実施の形態１に記載した効果が得られる。しかして実施の形態２に係る複モードホーンアンテナは、実施の形態１に係る複モードホーンアンテナの効果に加えて、２つの異なる周波数帯で良好に動作する効果もある。
【００１９】
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３に係る複モードホーンアンテナの構成を示す断面図である。実施の形態３は、実施の形態２とは円形導波管２１１の内壁にアイリス２３１が設けられた点において異なり、その他の構成は同じである。アイリス２３１は、フレア導波管２２１、２２２などと同様に高次モードを発生させ、特にそれ自体簡易な構造でありながらＴＭ１１モードを適当量発生させ、且つ周波数変化の小さい広帯域の複モードホーンを得ることに寄与する。
【００２０】
しかして実施の形態３は、実施の形態１、２の効果に加えて、アイリス２３１により周波数変化の小さい広帯域の複モードホーンを得ることができる利点をも有する。
【００２１】
実施の形態４．
図４は、本発明の実施の形態４に係る複モードホーンアンテナの構成を示す断面図である。実施の形態４は、実施の形態１とはフレア導波管２２１を省略し、それに代えてステップ２５を有する円形導波管２１１が用いられた点において異なり、その他の構成は同じであって、ステップ２５付きの円形導波管２１１が高次モード発生部として機能する。実施の形態４は、上記円形導波管２１１の内径Ｄが上式（３）を満足する大きさとされることにより実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
実施の形態５．
図５は、本発明の実施の形態５に係る複モードホーンアンテナの構成を示す断面図である。実施の形態５は、実施の形態３とは円形導波管２１１の内壁にアイリス２３１の代わりに誘電体２６が装荷された点において異なり、その他の構成は同じである。誘電体２６は、実施の形態３におけるアイリス２３１と同様に高次モード発生部として機能し、また実施の形態５は、円形導波管２１１の内径Ｄが上式（３）を満足する大きさとされることにより実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
【００２３】
実施の形態６．
図６は、本発明の実施の形態６に係る複モードホーンアンテナの構成を示す断面図である。実施の形態６は、前記の実施の形態３と実施の形態５との組み合わせであって、アイリス２３２と誘電体２６が共に高次モード発生部として機能し、実施の形態３および実施の形態５と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の複モードホーンアンテナは、以上説明した通り、（１）基本モードであるＴＥ11モードを伝播する給電導波部、上記ＴＥ11モードの一部を高次モードであるＴＭ11モードに変換する高次モード発生部、およびフレア部を有する複モードホーンアンテナにおいて、高次モード発生部は、追尾用高次モード結合器付フレア導波管を含み、且つ上記高次モード発生部の上記フレア部と接続される円形導波管の内径Ｄは、下式を満足する大きさを有するものである、
Ｒ11・λ1 ／π＜Ｄ＜Ｒ21・λh ／π、
ここで、Ｒ11は１次の第一種ベッセル関数Ｊ1（Ｒ11）＝０の１番目の根、Ｒ21は２次の第一種ベッセル関数Ｊ2 （Ｒ21）＝０の１番目の根、λ1は使用する最低周波数での波長、λh は使用する最高周波数での波長、πは円周率。しかして本発明の複モードホーンアンテナは、通信用高周波信号においては軸対称性およびサイドローブ特性に優れると共に追尾用高周波信号においても放射パターンの劣化が無く、さらに図７に示す従来の複モードホーンアンテナと実質的に変わらない簡単な構造であるため、製造が容易となり低価格化が図れる利点もある。  またさらに、高次モード発生部は、追尾用高次モード結合器付フレア導波管を含むものであると、高次モードで励振した場合でも放射パターンの劣化が無く、しかも安価に製造可能な簡易構成の複モードホーンが得られる。
【００２５】
また（２）上記（１）において、高次モード発生部は、一個以上のフレア導波管と一個以上の円形導波管を含むものであると、上記（１）で述べた効果に加えて、複モードホーンアンテナが２つの異なる周波数帯で良好に動作する効果もある。
【００２６】
また（３）上記（１）または（２）において、高次モード発生部は、一個以上のアイリスを含むものであると、上記（１）で述べた効果に加えて、アイリスにより周波数変化の小さい広帯域の複モードホーンを得ることができる。
【００２７】
また（４）上記（１）〜（３）のいずれか一項において、高次モード発生部は、一個以上のステップを含むものであると、上記ステップが高次モード発生部として機能すると共に、上記（１）で述べた効果もある。
【００２８】
また（５）上記（１）〜（３）のいずれか一項において、高次モード発生部は、フレア導波管および／または円形導波管内に装荷された誘電体を含むものであると、上記誘電体が高次モード発生部として機能すると共に、上記（１）で述べた効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１での複モードホーンアンテナの断面図。
【図２】本発明の実施の形態２での複モードホーンアンテナの断面図。
【図３】本発明の実施の形態３での複モードホーンアンテナの断面図。
【図４】本発明の実施の形態４での複モードホーンアンテナの断面図。
【図５】本発明の実施の形態５での複モードホーンアンテナの断面図。
【図６】本発明の実施の形態６での複モードホーンアンテナの断面図。
【図７】従来の複モードホーンアンテナの断面図。
【符号の説明】
１  フレア部、１１  円錐ホーン、２  高次モード発生部、
２１１  円形導波管、２１２  円形導波管、２２１  フレア導波管、
２２２  フレア導波管、２３１  アイリス、２３２  アイリス、
２３３  アイリス、２４  高次モード結合器付フレア導波管、
２５  ステップ、２６  誘電体、３  給電導波部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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