(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に電波の導入用開口を有する導波管と、この導波管の開口端に保持される誘電体フィーダとを備え、前記誘電体フィーダに、直交する２軸方向の放射角を異にする放射部と、この放射部で生じる２軸方向の伝播位相差を補償する位相補償部と、前記導波管との間で電波をインピーダンス整合する変換部とを設けると共に、前記放射部をラッパ形状となし、この放射部の端面に電波の１／４波長の深さを有する複数の環状溝を設けたことを特徴とする一次放射器。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記位相補償部が前記誘電体フィーダの外周面を切欠いて形成した一対の平坦面からなり、これら平坦面が前記放射部の長軸方向に沿って長軸方向と垂直に互いに平行に対向していることを特徴とする一次放射器。
【請求項３】
請求項１の記載において、前記位相補償部が前記誘電体フィーダの内部に設けられた空洞部からなり、この空洞部を前記放射部の長軸方向に沿って細長形状に形成したことを特徴とする一次放射器。
【請求項４】
請求項３の記載において、前記変換部が電波の１／４波長の深さを有する複数の凹溝を軸線方向に連続させた段付き孔からなり、これら凹溝の少なくとも１つが前記空洞部を兼用していることを特徴とする一次放射器。
【請求項５】
請求項１の記載において、前記位相補償部が前記誘電体フィーダの前記放射部とは反対側の端面に設けられた突部からなり、この突部を前記放射部の短軸方向に沿って細長形状に形成したことを特徴とする一次放射器。
【請求項６】
請求項５の記載において、前記変換部が電波の１／４波長の高さを有する複数の突出部を軸線方向に連続させた段付き突起からなり、これら突出部の少なくとも１つが前記突部を兼用していることを特徴とする一次放射器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星放送反射式アンテナ等に備えられる一次放射器に係り、特に、反射面形状が非円形の反射鏡に用いて好適な一次放射器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一次放射器を衛星放送反射式アンテナの反射鏡の焦点位置に設置する場合、衛星からの電波を効率良く受信するためには、反射鏡の反射面形状と一次放射器の放射パターンとをマッチングさせる必要がある。このような理由から、通常、反射鏡の反射面形状が楕円形や長方形等の非円形である場合においては、電波の導入口であるホーン部の開口面を楕円形状にした一次放射器が使用されている。
【０００３】
図９はこの種の一次放射器の従来例を示す斜視図、同１０は該一次放射器をホーン部の開口面方向から見た側面図である。この一次放射器は、楕円形状の開口面１ａを有するホーン部１と、このホーン部１に連続する断面円形の導波管２と、導波管２の内部に配設された誘電体板３およびプローブ４とを具備しており、ホーン部１と導波管２はアルミダイキャストや亜鉛ダイキャスト等で一体成形されている。誘電体板３は所定の誘電率と形状を有し、ホーン部１の開口面１ａの短軸と長軸の差による伝播位相差を相殺する位相補償部として機能する。プローブ４は誘電体板３で位相補償された偏波をピックアップするもので、プローブ４と導波管２の終端面２ａとの距離は管内波長の約１／４波長分だけ離れている。
【０００４】
このように構成された一次放射器は、衛星放送反射式アンテナの非円形な反射面形状を有する反射鏡の焦点位置に設置されるが、衛星から送信される直線偏波はアンテナの設置される場所との位置関係から所定の偏波角を持っており、例えば、英国のロンドン近郊でＡＳＴＲＡ衛星を受信する時は約１３度の偏波角を持っている。この場合、楕円形や長方形の反射面を有する反射鏡は外観を損ねないように地面に対して水平状態に設置されるため、反射鏡で反射した直線偏波はホーン部１の開口面１ａの短軸と長軸に対して傾いた状態で入射することになる。このように入射電波の偏波面（入射電界偏波面５）が楕円形状の開口面１ａの短軸と長軸に対して傾いた場合、図１０に示すように、ホーン部１を通過した電波は、入射電界短軸成分６と入射電界長軸成分７とで位相差を持つ楕円偏波となって導波管２の内部へと入射する。一方、導波管２の内部においても誘電体板３に平行な成分と垂直な成分とで位相差を生じるが、この誘電体板３の影響による位相差と前述したホーン部１の開口面１ａの短軸と長軸の差による伝播位相差とは、互いに相殺される関係に設定されているため、導波管２の内部へ入射した楕円偏波は、誘電体板３を通過した時に直線偏波となって導波管２の奥部へと伝播する。そして、この直線偏波のうち例えば垂直偏波がプローブ４により受信され、その受信信号は図示せぬコンバータ回路でＩＦ周波数信号に周波数変換されて出力される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の如く構成された従来の一次放射器では、楕円形状の開口面１ａを有するホーン部１がアルミダイキャストや亜鉛ダイキャスト等を用いて導波管２に一体成形されているため、金型費を含めた製造コストが高くなり、サイズも大きくなるという問題があった。また、ホーン部１において生じる伝播位相差を導波管２の内部に取り付けた誘電体板３で相殺しているが、ホーン部１の短軸と長軸に対して誘電体板３が精度良く取り付けられていないと、誘電体板３が位相補償部としての機能を十分に果たさなくなり、交差偏波特性が著しく劣化するという問題もあった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、安価かつ小型化に好適で、交差偏波特性の劣化を確実に防止することができる一次放射器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一次放射器では、一端に電波の導入用開口を有する導波管と、この導波管の開口端に保持される誘電体フィーダとを備え、前記誘電体フィーダに、直交する２軸方向の放射角を異にする放射部と、この放射部で生じる２軸方向の伝播位相差を補償する位相補償部と、前記導波管との間で電波をインピーダンス整合する変換部とを設けると共に、前記放射部をラッパ形状となし、この放射部の端面に電波の１／４波長の深さを有する複数の環状溝を設けた。
【０００８】
このような誘電体フィーダを用いると、放射部を含めて一次放射器の全長を短くすることができると共に、導波管を単純形状にして製造コストの低減化を図ることができる。また、誘電体フィーダに放射部と位相補償部とが一体的に設けられているため、放射部において生じる伝播位相差が位相補償部で確実に相殺され、交差偏波特性の劣化を確実に防止することができる。さらに、ラッパ形状となした放射部の端面に電波の１／４波長の深さを有する複数の環状溝が設けてあるため、放射部の端面と環状溝の底面で反射した電波の位相がキャンセルされ、電波を効率良く放射部に収束させることができる。
【００１０】
上記の構成において、前記位相補償部として種々の形態を採用することが可能であり、例えば、誘電体フィーダの外周面を切欠いて一対の平坦面を形成し、これら平坦面を放射部の長軸方向に沿って長軸方向と垂直に互いに平行に対向させて位相補償部となすことができる。
【００１１】
あるいは、誘電体フィーダの内部に空洞部を設け、この空洞部を放射部の長軸方向に沿って細長形状に形成して位相補償部となすことができる。ここで、前記変換部が電波の１／４波長の深さを有する複数の凹溝を軸線方向に連続させた段付き孔からなる場合、これら凹溝の少なくとも１つに位相補償部としての機能を兼用させることが好ましい。
【００１２】
あるいはまた、誘電体フィーダの放射部とは反対側の端面に突部を設け、この突部を放射部の短軸方向に沿って細長形状に形成して位相補償部となすこともできる。ここで、前記変換部が電波の１／４波長の高さを有する複数の突出部を軸線方向に連続させた段付き突起からなる場合、これら突出部の少なくとも１つに位相補償部としての機能を兼用させることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は第１の実施形態例に係る一次放射器の構成図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は該一次放射器に備えられる誘電体フィーダの斜視図である。
【００１４】
これらの図に示すように、本実施形態例に係る一次放射器は、一端が開口され他端を閉塞面１０ａとした断面円形の導波管１０と、この導波管１０の開口端に保持された誘電体フィーダ１１とを具備しており、導波管１０の内部にはプローブ１２が設置されている。導波管１０の閉塞面１０ａとプローブ１２との距離は管内波長λｇの約１／４波長分だけ離れており、プローブ１２は図示せぬコンバータ回路に接続されている。
【００１５】
誘電体フィーダ１１は誘電正接の低い誘電材料からなり、本実施形態例の場合は価格の点を考慮して安価なポリエチレン（誘電率ε＝２．２５）が用いられている。この誘電体フィーダ１１は、導波管１０の内部に挿入される保持部１１ａと、導波管１０の開口端から外部にラッパ状に広がる放射部１１ｂとで構成されており、保持部１１ａにはインピーダンス変換部として機能する段付き孔１３と位相補償部として機能する一対の平坦面１４とが形成されている。段付き孔１３は直径の異なる２つの凹溝１３ａ，１３ｂを保持部１１ａの端面から内部に向けて連続させたもので、両凹溝１３ａ，１３ｂの深さ（軸線方向の長さ）は誘電体フィーダ１１内を伝播する電波波長λεの約１／４波長に設定されている。両平坦面１４は保持部１１ａの外周面の１８０度対向する位置を軸線方向に沿って平行に切欠いたもので、これら平坦面１４を除く部位の保持部１１ａの外径は導波管１０の内径とほぼ同寸に設定されている。そして、この保持部１１ａを導波管１０の開口端内面に圧入することにより、誘電体フィーダ１１は導波管１０に固定されている。前記放射部１１ｂは互いに直交する長軸方向と短軸方向の放射角を異にする楕円放射部であり、前述した両平坦面１４は放射部１１ｂの長軸方向に沿って配置されている。放射部１１ｂの端面には複数の環状溝１５が形成されており、各環状溝１５の深さ（軸線方向の長さ）は空気中を伝播する電波波長λ０の約１／４波長に設定されている。
【００１６】
このように構成された一次放射器において、衛星放送反射式アンテナの楕円形状や長方形状の反射鏡で反射した直線偏波は、放射部１１ｂの端面から入射して誘電体フィーダ１１に収束される。その際、放射部１１ｂの端面には複数の環状溝１５が形成されており、各環状溝１５の深さは空気中を伝播する電波波長λ０の約１／４波長に設定されているため、放射部１１ｂの端面と環状溝１５の底面で反射した電波の位相がキャンセルされる。これにより、放射部１１ｂに向かう電波の反射成分がほとんどなくなり、電波を効率良く誘電体フィーダ１１に収束させることができる。
【００１７】
ここで、放射部１１ｂに入射した電波の偏波面が短軸と長軸に対して傾いている場合、放射部１１ｂを通過した電波は、短軸成分と長軸成分とで位相差を持つ楕円偏波となって保持部１１ａへと向かい、保持部１１ａを通過した時に位相補償部である両平坦面１４により直線偏波となる。すなわち、平坦面１４は保持部１１ａの誘電材料を放射部１１ｂの長軸方向の両端側で部分的に切り落としたものであるため、保持部１１ａは放射部１１ｂの短軸方向に長い偏平形状となり、放射部１１ｂにおいて生じる位相差と保持部１１ａにおいて生じる位相差とが相殺される。したがって、放射部１１ｂに入射した電波は保持部１１ａを通過した時に直線偏波となり、保持部１１ａの端面で導波管１０とインピーダンス整合される。その際、保持部１１ａの端面には２つの凹溝１３ａ，１３ｂを階段状に連続させた段付き孔１３が形成されており、両凹溝１３ａ，１３ｂの深さが誘電体フィーダ１１内を伝播する電波波長λεの約１／４波長にされているため、保持部１１ａの端面および小径の凹溝１３ｂの底面で反射した電波と、大径の凹溝１３ａの底面で反射した電波との位相が逆転してキャンセルされる。これにより、誘電体フィーダ１１内を伝播して導波管１０内に向かう電波の反射成分がほとんどなくなり、誘電体フィーダ１１と導波管１０のインピーダンス整合が良好になる。そして、導波管１０に入力した直線偏波のうち、例えば垂直偏波がプローブ４により受信され、その受信信号は図示せぬコンバータ回路でＩＦ周波数信号に周波数変換されて出力される。
【００１８】
上記した第１の実施形態例にあっては、誘電体フィーダ１１に楕円放射部である放射部１１ｂと位相補償部である平坦面１４とを一体的に形成したため、放射部１１ｂにおいて生じる伝播位相差を位相補償部（平坦面１４）で確実に相殺することができ、誘電体フィーダ１１の取付け誤差によって交差偏波特性が劣化することを防止できる。また、誘電体フィーダ１１が保持部１１ａと放射部１１ｂとで構成され、それぞれの長さを短くすることができるため、一次放射器の小型化に好適となる。さらに、導波管１０が単純形状となり、必要に応じて板金で導波管１０を形成することも可能となり、製造コストの低減化を図ることができる。
【００１９】
図４は第２の実施形態例に係る一次放射器の構成図、図５は図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図６は該一次放射器に備えられる誘電体フィーダの斜視図であり、図１〜図３に対応する部分には同一符号を付してある。
【００２０】
本実施形態例に係る一次放射器では、誘電体フィーダ１１の放射部１１ｂをラッパ形状にする代わりに楔形状にしているが、この楔形状放射部１１ｂも互いに直交する長軸方向と短軸方向の放射角を異にする楕円放射部である。また、インピーダンス変換部として機能する段付き孔１３のうち、大径の凹溝１３ａを放射部１１ｂの長軸方向に沿って細長形状とし、段付き孔１３にインピーダンス変換部と位相補償部の両機能を持たせてある。すなわち、円筒状の外周面を有する保持部１１ａの内部に細長形状の凹溝１３ａを形成すると、保持部１１ａの誘電材料は凹溝１３ａの長軸方向に沿って少なくなるため、この凹溝１３ａが第２の実施形態例における両平坦面１４と同様に位相補償部として機能し、放射部１１ｂにおいて生じる位相差と保持部１１ａにおいて生じる位相差とを相殺することができる。
【００２１】
なお、本発明による一次放射器は上記各実施形態例に限定されず、種々の変形例を採用することができる。例えば、各実施形態例に示された放射部と位相補償部およびインピーダンス変換部を適宜組み合わせたり、段付き孔の段数を増加したり、誘電体フィーダの保持部や導波管の断面形状を円形の代わりに四角形にしても良い。
【００２２】
あるいは、図７と図８に示すように、保持部１１ａの端面に段付き突起１６を形成し、この段付き突起１６に位相補償部とインピーダンス変換部の両機能を持たせることも可能である。この段付き突起１６は電波波長λεの約１／４波長の高さを有する２つの突出部１６ａ，１６ｂを軸線方向に連続させたもので、各実施形態例における段付き孔１３と同様にインピーダンス変換部として機能し、一方の突出部１６ａが放射部１１ｂの短軸方向に沿って細長形状に形成されているため、この突出部１６ａは位相補償部としても機能する。なお、この場合においても、放射部１１ｂを楔形状にしたり、段付き突起１６の段数を増加しても良いことは当然である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２４】
反射面形状が楕円形や長方形等の非円形の反射鏡に適用される一次放射器において、誘電体フィーダに放射部と位相補償部およびインピーダンス変換部とを一体形成し、この誘電体フィーダを導波管に保持させると、放射部を含めて一次放射器の全長を短くすることができると共に、導波管を単純形状にして製造コストの低減化を図ることができる。また、誘電体フィーダに放射部と位相補償部とが一体的に設けられているため、放射部において生じる伝播位相差が位相補償部で確実に相殺され、交差偏波特性の劣化を確実に防止することができる。さらに、ラッパ形状となした放射部の端面に電波の１／４波長の深さを有する複数の環状溝が設けてあるため、放射部の端面と環状溝の底面で反射した電波の位相がキャンセルされ、電波を効率良く放射部に収束させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態例に係る一次放射器の構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図１の一次放射器に備えられる誘電体フィーダの斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態例に係る一次放射器の構成図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図６】図４の一次放射器に備えられる誘電体フィーダの斜視図である。
【図７】誘電体フィーダの変形例を示す構成図である。
【図８】図７の誘電体フィーダを保持部の端面方向から見た側面図である。
【図９】従来例に係る一次放射器の斜視図である。
【図１０】図９の一次放射器をホーン部の開口面方向から見た側面図である。
【符号の説明】
１０  導波管
１０ａ  閉塞面
１１  誘電体フィーダ
１１ａ  保持部
１１ｂ  放射部
１２  プローブ
１３  段付き孔
１３ａ，１３ｂ  凹溝
１４  平坦面
１５  環状溝
１６  段付き突起
１６ａ，１６ｂ  突出部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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