(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に電波の導入用の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材料からなる誘電体フィーダとを備え、前記誘電体フィーダが前記導波管の内面に固定される保持部と前記導波管の開口端から突出する放射部とからなり、前記保持部の前記導波管内に位置する一端面にインピーダンス変換部を形成すると共に、前記放射部を前記導波管の軸心に対して所定角度θで広がるラッパ形状となし、この放射部の端面に電波の約１／４波長の深さを有する複数の環状溝を形成したことを特徴とする一次放射器。
【請求項２】
一端に電波の導入用の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材料からなる誘電体フィーダとを備え、前記誘電体フィーダが前記導波管の内面に固定される保持部と前記導波管の開口端から突出する放射部とからなり、前記保持部の前記導波管内に位置する一端面にインピーダンス変換部を形成すると共に、前記放射部の端面に径寸法を異にする複数の筒状部を前記導波管の軸心方向へ連続させた段付き突起を形成し、前記各筒状部の高さをそれぞれ電波の約１／４波長の長さに設定した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、前記誘電体フィーダの誘電率をεとしたとき、前記所定角度θを
０＜θ＜ｓｉｎ-1（１／√ε）
の範囲に設定したことを特徴とする一次放射器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項の記載において、前記インピーダンス変換部が径寸法を異にする複数の筒状孔を前記導波管の軸心方向へ連続させた段付き孔であり、前記各筒状孔の深さがそれぞれ電波の約１／４波長に設定され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、誘電体フィーダを使用した一次放射器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の誘電体フィーダを使用した一次放射器の断面図であり、この一次放射器は、一端が開口され他端を閉塞面１ａとした導波管１と、この導波管１の開口端に保持された誘電体フィーダ２とを具備している。導波管１の内部には第１プローブ３と第２プローブ４が互いに直交するように設置されており、これらプローブ３，４と閉塞面１ａとの距離は管内波長の約１／４波長分だけ離れている。誘電体フィーダ２はポリエチレン等の誘電材料からなり、保持部２ａを境にして両端に放射部２ｂと変換部２ｃとが形成されている。保持部２ａの外径は導波管１の内径とほぼ同じであり、誘電体フィーダ２はこの保持部２ａにより導波管１に固定されている。放射部２ｂと変換部２ｃはいずれも円錐形状とされており、放射部２ｂは導波管１の開口端から外部に突出し、変換部２ｃは導波管１の内部に延びている。
【０００３】
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反射鏡の焦点位置に設置されて使用されるが、この場合、衛星から送信された電波は放射部２ｂから誘電体フィーダ２に収束され、誘電体フィーダ２の変換部２ｃでインピーダンス整合されて導波管１に進入する。そして、導波管１に入力した水平偏波と垂直偏波からなる直線偏波のうち、水平偏波を第１プローブ３により受信し、垂直偏波を第２プローブ４により受信し、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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述の如く構成された従来の誘電体フィーダを使用した一次放射器は、導波管の開口端をラッパ状に広げた円錐ホーン型の一次放射器に比べると、径方向の寸法を小さくできるという利点を有するが、誘電体フィーダ２の両端に円錐形状の放射部２ｂと変換部２ｃとが形成されているため、誘電体フィーダ２の全長が大きくなるという問題があった。特に、導波管１の開口端から突出する放射部２ｂについては、衛星からの電波を低反射で効率良く誘電体フィーダに収束させるために長尺な円錐形状とする必要があり、このことが一次放射器の小型化を妨げる大きな要因となっていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、導波管の開口端から突出する誘電体フィーダの放射部の端面に複数の環状溝または段付き突起を形成し、各環状溝の深さまたは段付き突起の各段差の高さを電波の約１／４波長に設定することとする。このように構成すると、放射部の全長を短くしても、電波の反射成分が放射部の端面で環状溝や段付き突起でキャンセルされるため、電波を効率良く誘電体フィーダに収束させることができ、一次放射器の小型化が図れる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の一次放射器では、一端に電波の導入用の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材料からなる誘電体フィーダとを備え、前記誘電体フィーダが前記導波管の内面に固定される保持部と前記導波管の開口端から突出する放射部とからなり、前記保持部の前記導波管内に位置する一端面にインピーダンス変換部を形成すると共に、前記放射部を前記導波管の軸心に対して所定角度θで広がるラッパ形状となし、この放射部の端面に電波の約１／４波長の深さを有する複数の環状溝を形成した。
【０００７】
このように構成すると、放射部の端面と環状溝の底面で反射した電波の位相が逆転してキャンセルされるため、放射部に向かう電波の反射成分を大幅に低減することができる。したがって、放射部の全長を短くしても、電波を効率良く誘電体フィーダに収束させることができ、一次放射器の小型化が図れる。その際、放射部のラッパ状に広がる所定角度θを０＜θ＜ｓｉｎ-1（１／√ε）の範囲（ただし、εは誘電体フィーダの誘電率）に設定すると、放射部の全長を短くする上で効果的となる。
【０００８】
また、本発明の一次放射器では、一端に電波の導入用の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材料からなる誘電体フィーダとを備え、前記誘電体フィーダが前記導波管の内面に固定される保持部と前記導波管の開口端から突出する放射部とからなり、前記保持部の前記導波管内に位置する一端面にインピーダンス変換部を形成すると共に、前記放射部の端面に径寸法を異にする複数の筒状部を前記導波管の軸心方向へ連続させた段付き突起を形成し、前記各筒状部の高さをそれぞれ電波の約１／４波長の長さに設定した。
【０００９】
このように構成すると、各筒状部の突出面と底面側で反射した電波の位相が逆転してキャンセルされるため、放射部に向かう電波の反射成分を大幅に低減することができる。したがって、放射部の全長を短くしても、電波を効率良く誘電体フィーダに収束させることができ、一次放射器の小型化が図れる。
【００１０】
また、上記の各構成において、誘電体フィーダの保持部の一端面に形成されるインピーダンス変換部の形状は特に限定されないが、このインピーダンス変換部が径寸法を異にする複数の筒状孔を導波管の軸心方向へ連続させた段付き孔であり、各筒状孔の深さがそれぞれ電波の約１／４波長に設定されていると、放射部の短縮効果と相俟って誘電体フィーダ５の全長を著しく短くすることができて好ましい。
【００１１】
【実施例】
実施例について図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施例に係る一次放射器の断面図、図２は該一次放射器に備えられる誘電体フィーダの右側面図、図３は該誘電体フィーダの左側面図、図４は該誘電体フィーダの構成図である。
【００１２】
これらの図に示すように、本実施例に係る一次放射器は、一端が開口され他端を閉塞面１ａとした断面円形の導波管１と、この導波管１の開口端に保持された誘電体フィーダ５とを具備しており、導波管１の内部には第１プローブ３と第２プローブ４が互いに直交するように設置されている。これらプローブ３，４と閉塞面１ａとの距離は管内波長λｇの約１／４波長分だけ離れており、両プローブ３，４は図示せぬコンバータ回路に接続されている。
【００１３】
誘電体フィーダ５は誘電正接の低い誘電材料からなり、本実施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５は、一端面に凹部６を有する保持部５ａと、保持部５ａの他端からラッパ状に連続する放射部５ｂとで構成されており、放射部５ｂの端面には複数の環状溝７が形成されている。保持部５ａの外径は導波管１の内径とほぼ同じに設定されており、この保持部５ａを導波管１の開口端内面に圧入することにより、誘電体フィーダ５は導波管１に固定されている。凹部６は大径の筒状孔６ａの底面に小径の筒状孔６ｂを連続させた段付き孔であり、両筒状孔６ａ，６ｂの深さは誘電体フィーダ５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。
【００１４】
誘電体フィーダ５の放射部５ｂは導波管１の開口端から外部に突出しており、この放射部５ｂは導波管１の軸心に対し所定の角度θでラッパ状に広がっている。各環状溝７は放射部５ｂの端面に同心円状に形成されており、各環状溝７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。放射部５ｂは反射鏡で反射した電波の受体であり、電波を効率良く受信するために、放射部５ｂの放射パターンには所定の指向角度が必要となる。この放射パターンは放射部５ｂの端面の直径Ｄと放射部５ｂの長さＬとで決められるが、放射パターンの指向角度を一定とした場合、前述した角度θと直径Ｄおよび長さＬとは密接な関係にあり、角度θが大きいほど放射部５ｂの端面の直径Ｄが大きくなり、その分だけ放射部５ｂの長さＬを短くすることができる。一方、角度θが臨界角を越えると、放射部５ｂの端面から進入した電波が放射部５ｂの周面を透過してしまうため、これらの点を考慮して角度θの範囲は、
０＜θ＜ｓｉｎ-1（１／√ε）…………（１）
に設定してある。本実施例の場合、誘電体フィーダ５の材料としてポリエチレンが用いられており、その誘電率εは２．２５であるため、上記（１）式にε＝２．２５を代入すると、０°＜θ＜４３．５°となる。したがって、この範囲内で角度θをできるだけ大きくし、例えば、θ＝４３°とすることにより、放射部５ｂの長さＬを短くすることができる。
【００１５】
次に、このように構成された一次放射器の動作について説明する。
【００１６】
衛星から送信された電波は、アンテナの反射鏡で集められて一次放射器に至り、放射部５ｂから誘電体フィーダ５に進入して収束される。その際、放射部５ｂの端面には複数の環状溝７が形成されており、各環状溝７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５ｂの端面と環状溝７の底面で反射した電波の位相が逆転してキャンセルされる。これにより、放射部５ｂ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５に収束させることができる。
【００１７】
放射部５ｂから進入した電波は、誘電体フィーダ５内を伝播して保持部５ａの端面で導波管１とインピーダンス整合される。その際、保持部５ａの端面には２つの筒状孔６ａ，６ｂを階段状に連続させた凹部６が形成されており、両筒状孔６ａ，６ｂの深さは誘電体フィーダ５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ため、保持部５ａの端面および小径の筒状孔６ｂの底面で反射した電波と、大径の筒状孔６ａ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、これにより、誘電体フィーダ５内を伝播して導波管１内に向かう電波の反射成分がほとんどなくなり、導波管１と誘電体フィーダ５のインピーダンス整合が良好になる。そして、導波管１に入力した水平偏波と垂直偏波からなる直線偏波のうち、水平偏波を第１プローブ３により受信し、垂直偏波を第２プローブ４により受信し、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実施例にあっては、放射部５ｂの端面に約λ0／４波長の深さを有する複数の環状溝７を形成したため、放射部５ｂの端面と環状溝７の底面で反射した電波の位相が逆転してキャンセルされ、放射部５ｂに向かう電波の反射成分を大幅に低減することができる。また、放射部５ｂの全体形状を導波管１の軸心に対して角度θで広がるラッパ状とし、その角度θを上記（１）式の範囲内で大きく設定したため、電波を効率良く誘電体フィーダ５に収束させることができると共に、放射部５ｂの長さＬを著しく短くすることができ、その分、一次放射器の小型化が図れる。
【００１９】
図５は本発明の第２実施例に係る一次放射器の断面図であり、図１に対応する部分には同一符号を付してある。
【００２０】
この第２実施例が前述した第１実施例と相違する点は、放射部５ｂの端面に環状溝７の代わりに段付き突起８を形成したことにあり、それ以外の構成は基本的に同じである。この段付き突起８は凹部６を逆にした形状、すなわち、大径の筒状部８ａの端面から突出する小径の筒状部８ｂを有し、両筒状部８ａ，８ｂの高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。したがって、各筒状部８ａ，８ｂの突出面と底面側で反射した電波の位相が逆転してキャンセルされるため、放射部５ｂに向かう電波の反射成分を大幅に低減することができ、第１実施例と同様に、放射部の全長を短くしても、電波を効率良く誘電体フィーダに収束させることができる。
【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、環状溝の数や段付き突起の段数を適宜増減したり、各環状溝や各筒状部の断面形状を多角形にすることも可能であり、要は、誘電体フィーダの放射部の端面に対称性を維持して複数の環状溝または筒状部が形成されていれば良い。
【００２２】
また、上記各実施例では、誘電体フィーダ５の保持部５ａの端面に凹部６を形成し、この凹部６をインピーダンス変換部として機能させたため、放射部５ｂ側の効果と相俟って誘電体フィーダ５の全長を著しく短くすることができるが、インピーダンス変換部については必ずしも凹部６に限定されず、例えば、従来技術で説明した円錐形状の変換部を採用しても良い。
【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】
誘電体フィーダを導波管の開口端に保持した一次放射器において、導波管の開口端から突出する放射部の端面に複数の環状溝または段付き突起を形成し、各環状溝の深さまたは段付き突起の各段差の高さを電波の約１／４波長に設定すると、電波の反射成分が放射部の端面で環状溝や段付き突起でキャンセルされるため、放射部の全長を短くしても、電波を効率良く誘電体フィーダに収束させることができ、一次放射器の小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る一次放射器の断面図である。
【図２】該一次放射器に備えられる誘電体フィーダの右側面図である。
【図３】該誘電体フィーダの左側面図である。
【図４】該誘電体フィーダの構成図である。
【図５】本発明の第２実施例に係る一次放射器の断面図である。
【図６】従来例に係る一次放射器の断面図である。
【符号の説明】
１  導波管
１ａ  閉塞面
３  第１プローブ
４  第２プローブ
５  誘電体フィーダ
５ａ  保持部
５ｂ  放射部
６  凹部
６ａ，６ｂ  筒状孔
７  環状溝
８  段付き突起
８ａ，８ｂ  筒状部
【図１】
0003660534.tif 000002
【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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