(57)【要約】      （修正有）【課題】  より広い動作周波数帯域において良好な放射パターンを示し、優れた性能を発揮するホーンアンテナを提供する。【解決手段】基部２４０および先端部２４１をそれぞれ有し、かつ、電磁波を基部２４０から先端部２４１へと案内する内面２１２および、その反対側に位置する外面２１４をそれぞれ含んで縦軸２９０を挟んで互いに対称に配置されたリッジ２１０と、互いに異なるリッジ２１０における外面２１４の先端部２４１とそれぞれ結合し、直線２８０に沿って互いに反対向きに広がるように構成された拡張部材３００とを備える。このため、実効的な開口面が広がると共に、外面２１４を伝搬するエネルギーが減少する。その結果、サイドローブやバックローブを低減し、所望の方向（縦軸２９０の方向）に延びる十分に大きなメインローブを有する良好な放射パターンを形成することができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦軸に沿って基部および先端部をそれぞれ有し、電磁波を前記基部から前記先端部へと案内する内面および、その反対側に位置する外面をそれぞれ含んで前記縦軸を互いに挟むように配置された第１の導電性アンテナ素子対と、
互いに異なる前記第１の導電性アンテナ素子対における外面の先端部とそれぞれ結合し、前記第１の導電性アンテナ素子対を含む面と直交する横軸に沿って互いに反対向きに広がるように構成された第１のテーパ型拡張素子対と
を備えたことを特徴とするホーンアンテナ。
【請求項２】
前記第１のテーパ型拡張素子対は、前記第１の導電性アンテナ素子対の外面に固定されている
ことを特徴とする請求項１に記載のホーンアンテナ。
【請求項３】
前記第１のテーパ型拡張素子対は、前記第１の導電性アンテナ素子対と一体となって形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のホーンアンテナ。
【請求項４】
前記第１のテーパ型拡張素子対のみが、前記第１の導電性アンテナ素子対の外面に取り付けられている
ことを特徴とする請求項１に記載のホーンアンテナ。
【請求項５】
前記第１の導電性アンテナ素子対は、内面が実質的に凸面をなし、かつ、外面が実質的に平面をなすように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のホーンアンテナ。
【請求項６】
少なくとも前記第１の導電性アンテナ素子対の一部を覆い、前記内面に沿ってのみ流れるように表面電流を制限する磁性部材をさらに備えた
ことを特徴とする請求項５に記載のホーンアンテナ。
【請求項７】
前記第１の導電性アンテナ素子対は、
前記基部から前記先端部へ向かうように前記内面の少なくとも一部において前記縦軸に沿って延在し、前記横軸に沿って流れる横方向の表面電流の発生を妨げるように機能する複数の縦溝を有している
ことを特徴とする請求項５に記載のホーンアンテナ。
【請求項８】
前記基部と一体に形成され、または連結して形成され、前記第１の導電性アンテナ素子対へ電流を供給するための少なくとも１つの入力端子を有する空洞構造をさらに備えた
ことを特徴とする請求項５に記載のホーンアンテナ。
【請求項９】
前記空洞構造の内部に配置され、空洞共振および放射パターンの乱れを抑制するように機能する磁性部材を備えた
ことを特徴とする請求項８に記載ホーンアンテナ。
【請求項１０】
少なくとも１つの入力端子と接続され、互いに反対の符号を示す等価な電流を前記第１の導電性アンテナ素子対へ供給する平衡フィーダをさらに備えた
ことを特徴とする請求項８に記載のホーンアンテナ。
【請求項１１】
前記縦軸に沿って基部および先端部をそれぞれ有し、電磁波を前記基部から前記先端部へと案内する凸面状の内面および、その反対側に位置する平面状の外面をそれぞれ含んで前記縦軸を互いに挟むように配置された第２の導電性アンテナ素子対と、
互いに異なる前記第２の導電性アンテナ素子対における外面の先端部とそれぞれ結合し、前記横軸に沿って、互いの外面が反対向きに広がるように構成された第２のテーパ型拡張素子対と
をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１０に記載のホーンアンテナ。
【請求項１２】
縦軸に沿って基部および先端部をそれぞれ有し、電磁波を前記基部から前記先端部へと案内する内面および、その反対側に位置する外面をそれぞれ含んで前記縦軸を互いに挟むように配置された導電性アンテナ素子対と、
前記導電性アンテナ素子対の少なくとも一部を覆うように形成され、前記内面のみを表面電流が流れるように制限する機能を有する磁性部材と
を備えたことを特徴とするホーンアンテナ。
【請求項１３】
前記磁性部材は、１．０を超える比誘電率を示すものである
ことを特徴とする請求項１２に記載のホーンアンテナ。
【請求項１４】
前記磁性部材は、空間のインピーダンスよりも高いインピーダンスを示す磁性粒子がエラストマーに混合された磁性被膜である
ことを特徴とする請求項１３に記載のホーンアンテナ。
【請求項１５】
互いに異なる前記導電性アンテナ素子対における外面の先端部とそれぞれ結合し、前記導電性アンテナ素子対を含む面と直交する横軸に沿って互いに反対向きに広がるように構成されたテーパ型拡張素子対をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１３に記載のホーンアンテナ。
【請求項１６】
前記テーパ型拡張素子対のみが、前記導電性アンテナ素子対の外面に取り付けられている
ことを特徴とする請求項１５に記載のホーンアンテナ。
【請求項１７】
縦軸に沿って基部および先端部をそれぞれ有し、電磁波を前記基部から前記先端部へと案内する内面および、その反対側に位置する外面をそれぞれ含んで前記縦軸を互いに挟むように配置された導電性アンテナ素子対を備え、
この導電性アンテナ素子対が、前記縦軸に沿って、前記基部から前記先端部へ向かうように前記内面の少なくとも一部において延在し、前記導電性アンテナ素子対を含む面と直交する横軸に沿って流れる横方向の表面電流の発生を妨げるように機能する少なくとも１つの縦溝を有している
ことを特徴とするホーンアンテナ。
【請求項１８】
前記縦溝は、前記内面の全長に亘って延在している
ことを特徴とする請求項１７に記載のホーンアンテナ。
【請求項１９】
前記縦溝は、前記基部から遠ざかるにしたがって次第に浅くなるように前記内面の一部のみに延在している
ことを特徴とする請求項１７に記載のホーンアンテナ。
【請求項２０】
前記縦溝の深さは、前記横方向の表面電流が最大となる動作周波数に対応した波長の４分の１以上である
ことを特徴とする請求項１７に記載のホーンアンテナ。
【請求項２１】
前記縦溝の深さは、前記導電性アンテナ素子対における内面側の厚みの半分と等しい
ことを特徴とする請求項１７に記載のホーンアンテナ。
【請求項２２】
前記導電性アンテナ素子対は、それぞれ、互いに平行をなす複数の前記縦溝を有している
ことを特徴とする請求項１７に記載のホーンアンテナ。
【請求項２３】
互いに異なる前記導電性アンテナ素子対における外面の先端部とそれぞれ結合し、前記横軸に沿って互いに反対向きに広がるように構成されたテーパ型拡張素子対をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１７に記載のホーンアンテナ。
【請求項２４】
前記テーパ型拡張素子対のみが、前記導電性アンテナ素子対の外面に取り付けられている
ことを特徴とする請求項２３に記載のホーンアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波の放射をおこなうホーンアンテナに係わり、特に、リッジ型のホーンアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
アンテナは、一般に、電磁エネルギーの放射または捕捉を行うものである。理想的な送信アンテナは、電力アンプなどからの電力供給を受け、それを空間に放射する。すなわち、電磁エネルギーは、送信アンテナから漏れて反射されるか、または散乱しない限り、戻ることがない。しかしながら実際のアンテナは、放射電磁場成分（radiating EM field components）および非放射電磁場成分（non-radiating EM field components）の双方を形成する。非放射電磁場成分の例は、電源から戻るパワー、あるいは負荷抵抗において消散されるパワーなどである。
【０００３】
アンテナ性能は、様々な指標で特徴づけられる。そのうちの１つが、アンテナ効率（放射効率）である。これは次のように定義される。すなわち、アンテナが受け取るパワーに対するアンテナによって放出されるパワーの大きさの比である。アンテナが受け取り、かつアンテナから放出されないパワー成分は、熱として消費される。アンテナ性能の他の特性項目としては、動作周波数帯域幅、利得（gain）、指向性（directivity）、およびアンテナ放射パターン（antenna radiation pattern）などがある。
【０００４】
ここでいうアンテナ放射パターン（以下、単に放射パターンという。）とは、アンテナが生成する電磁場の特性を明らかにする（特徴づける）数値の空間分布として定義されるものである。放射パターンは、通常、極座標（球座標）における、電力束密度（power flux density）、放射強度、指向性、利得、位相、極性および電界強度や磁界強度の数値に関する角分布（angular distribution）として与えられる。例えば、放射パターンは、遠方界（in the far field）における電力束密度の角分布として表現される。遠方界とは、角分布がアンテナにおける所定のポイントから本質的に独立している距離における電磁場の一部を意味する。正弦曲線の定常状態とするために、数１で表されるポインティングベクトル（poynting vector）Ｗの動径方向成分の実部をプロットすることにより放射パターンを形成する。すなわち、放射パターンは、遠方界における方向性をもった関数として表される電磁エネルギーを放射するアンテナの性質として説明される。
【０００５】
【数１】
2005312049.tif 000003
【０００６】
アンテナの放射パターンは、通常、全ての球面角に亘る３次元プロットとして表示される。但し、定量的な情報を検討する際に有利な２次元の断面表示がしばしば採用される。この断面は、一般的に、電磁場におけるいわゆるＥ平面（電界面）およびＨ平面（磁界面）に沿って形成される。直線偏波アンテナ（linearly-polarized antenna）において、Ｅ平面は電場ベクトルおよび最大放射方向を含む平面となっている。なお、Ｈ平面およびＥ平面は互いに直交している。代表的な放射パターンについては以下に説明する。
【０００７】
アンテナの指向性、利得および極性については、そのアンテナの放射パターンに関する知見に基づいて算出される。指向性は、最大放射（エネルギー）を示す方向として一般的に定義される。指向性の強いアンテナにおける放射パターンは、１つのメインローブと複数のサイドローブ（反射や交叉偏波に起因する）とを含んでいる。サイドローブは、一般的に、所望の方向に放射された電磁エネルギーを減少させ、アンテナの特性を全体的に劣化させるものである。指向性アンテナの利得は、指向性係数（directivity）に放射効率（radiation efficiency）を乗じたものとして定義される。したがって、指向性アンテナの利得は指向性係数よりも小さな値となる。なぜなら、実際のアンテナにおいては、放射効率が１００％未満となるからである。
【０００８】
電磁場はベクトル量としてアンテナから放射される。電磁場におけるベクトルの性質は、しばしばアンテナの偏波特性（polarization）に関連する。ＥＭＣテスト（電磁適合性試験）に最もよく用いられるアンテナは、電場（または磁場）が１つの面内に収められる（限定される）直線偏波を形成するものである。一方で、楕円偏波の放射パターンや、１つの面に収められた主成分およびこの主成分と位相の異なる僅かな交叉偏波成分を有する放射パターンなどを示す他のデザインのアンテナも存在する。楕円偏波では、通常、伝搬方向を横切る固定面内において、電場ベクトルの先端が楕円パターンを描くようになっている。楕円偏波は、偏波面が互いに直交する（直角位相を示す）２つの直線偏波に分解することができる。
【０００９】
直線偏波アンテナとして、例えばデュアルリッジ型ホーンアンテナ（あるいはデュアルリッジ型ウェイブガイド）がある。図９および図１０に、従来のデュアルリッジ型ホーンアンテナ１００（以下、単にアンテナ１００という。）を示す。このアンテナ１００は、互いに向かい合うように配置された一対のアンテナ素子１１０（リッジまたはフィンともいう。）を備えている。一対のアンテナ素子１１０はそれぞれ凸形状の内面１１２および平面状の外面１１４を有している。さらに、アンテナ１００は、側部が側壁１２０によって取り囲まれており、この側壁１２０によって長方形の開口面１３０が形成されるように構成されている。一対のアンテナ素子１１０は、外面１１４が側壁１２０に接するように固定されている。開口面１３０は、側壁１２０のベース部分１４０よりも大きな断面積を有するように構成されている。ベース部分１４０には外縁が直方体をなす空洞構造１５０が取り付けられている。空洞構造１５０は、電源（図示せず）から同軸伝送線を介してアンテナ素子１１０へ電流を供給するための入力端子（パワーコネクタ）１６０を備えている。フィード線１７０は、入力端子１６０からアンテナ素子１１０へ電流を供給するものである。
【００１０】
アンテナ１００に電流が供給されると、アンテナ素子１１０の内面１１２がテーパ型導波部材として機能し、放射エネルギーを案内することとなる。この放射エネルギーはベース部分１４０からのど部分（throat）を経由して開口面１３０へ達し、この開口面１３０から外部へ放射される。なお、上記のような構成のアンテナについては、例えば特許文献１に開示されている。
【特許文献１】米国特許第６４８９９３１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のようなＥＭＣ試験に用いられるリッジ型ホーンアンテナは極めて広い帯域（例えば１ギガヘルツ（ＧＨｚ）〜１８ＧＨｚ）に対応して動作するものである。しかしながら、比較的高い周波数帯域では、放射パターンの異常（anomaly）に悩まされることが多い。すなわち、周波数が上昇すると、図３に示したように、サイドローブ１８０の増加や、バックローブ１８５の増加さらにはメインローブ１９０の分裂や変形といった異常が明るみに出ることとなる。上記の動作周波数帯域の上限近くでは、放射パターンはフィード部分（すなわち、電流供給部分）の特性によって主に制御される。例えば、周波数が高くなるにしたがって、電磁エネルギーはアンテナ素子の内面からますます離れ、外面に近い領域を通過するようになる傾向がみられる。そのような現象は、アンテナの開口面から始まり、電磁エネルギーがより短い距離を保持しつつフィード部分から離れ始めるまで徐々に顕著になる。このような現象により、アンテナ素子の内面を横断する横方向の表面電流が増大し、フィード部分において発達するように高次モードが増加する傾向がみられる。場合によっては、エネルギー量がサイドローブやバックローブへと方向転換され、所望の電磁波放射パターンが高次モードによって損なわれる可能性がある。
【００１２】
そこで、フィード部分の高次モードの増加を抑制するデバイスを組み込むようにしたホーンアンテナが提案されている。このデバイスは、２つのアンテナ素子（リッジ）の間に、細長い形状の一片の導体を配設するようにしたものである。このような構成は、高次モードの発生を抑制するにあたっていくらか効果的であり、（高次モード抑制に対処できない）以前のデザインのホーンアンテナと比べて改善がみられる。しかしながら、一片の導体を設けるようにしたホーンアンテナであっても、放射パターンの異常に対する実行可能な解決法を常に提供するというわけではない。例えば一片の導体は、アンテナ素子（リッジ）が対称位置となるように非常に厳しい許容範囲のなかで配置されなければならない。これはデュアルリッジ型のホーンアンテナにおいて実施困難であることに加え、特にクワッドリッジ型アンテナにおいてはフィード部分における空間上の制限がより厳しく課されるので、より実施困難である。
【００１３】
クワッドリッジ型ホーンアンテナとは、基本的に、２種類のモードの偏波における直交性を有効に活かすことによって機能するものである。すなわち、クワッドリッジ型ホーンアンテナは、４つのリッジを備え、互いに直交する２つの直線偏波（linearly polarization wave）を合成し、楕円偏波を形成するようになっている。楕円偏波は、１つの面に存在する大部分の主成分と、この主成分と位相が異なる僅かな交叉偏波成分とを含んでいる。この交叉偏波成分を最小限にとどめるように注意深く設計したとしても、完全に（交叉偏波成分を）取り除くことはできない。実装するうえで、特にフィード部分において２つの偏波モードが結合することは避けられず、その結果、アンテナとしての特性を損なうこととなる。空間の制限などをはじめとするフィード部分の存在に伴う様々な問題点により、クワッドリッジ型ホーンアンテナでは、デュアル型やシングル型と同等の帯域を確保することが困難となっている。従来の最も良好なクワッドリッジ型ホーンアンテナであっても、動作可能な周波数領域は１ＧＨｚから１０ＧＨｚ程度である。
【００１４】
従来のデュアル型およびクワッドリッジ型ホーンアンテナにおいて、動作周波数帯域の下限を下げようとした場合にも放射パターンの異常にたびたび悩まされることとなる。動作周波数帯域の下限付近では、開口部（mouth）の性質がアンテナの放射パターンを制御する傾向にある。さらに、開口部からの反射が、のど部（throat）におけるインピーダンスおよびパルス歪みの著しい変動を引き起こす場合もある。動作周波数帯域の下限を下回ると、電流が開口部の端部の周りを流れ、放射パターンにおけるサイドローブやバックローブの数が増えることとなり、最終的に、アンテナとしての単一指向性の特性が損なわれてしまう。したがって、所望の放射パターンの制御性を向上させ、動作周波数帯域を拡大することの可能なデュアルリッジ型ホーンアンテナおよびクワッドリッジ型ホーンアンテナが望まれる。
【００１５】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、より広い動作周波数帯域において良好な放射パターンを示し、優れた性能を発揮するホーンアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明における第１のホーンアンテナは、縦軸に沿って基部および先端部をそれぞれ有し、電磁波を基部から先端部へと案内する内面および、その反対側に位置する外面をそれぞれ含んで縦軸を互いに挟むように配置された第１の導電性アンテナ素子対と、互いに異なる第１の導電性アンテナ素子対における外面の先端部とそれぞれ結合し、第１の導電性アンテナ素子対を含む面と直交する横軸に沿って互いに反対向きに広がるように構成された第１のテーパ型拡張素子対とを備えるようにしたものである。
【００１７】
本発明の第１のホーンアンテナでは、第１の導電性アンテナ素子対における外面の先端部とそれぞれ結合し、互いに離れる方向に広がる第１のテーパ型拡張素子対を設けるようにしたので、実効的な開口面が広がると共に、第１の導電性アンテナ素子対の外面を伝搬するエネルギーが減少する。
【００１８】
本発明の第１のホーンアンテナでは、第１のテーパ型拡張素子対が、第１の導電性アンテナ素子対の外面に固定されるようになっていてもよいし、第１の導電性アンテナ素子対と一体となって形成されていてもよい。その際、第１のテーパ型拡張素子対のみが、第１の導電性アンテナ素子対の外面に設けられていることが望ましい。
【００１９】
本発明の第１のホーンアンテナでは、第１の導電性アンテナ素子対が、実質的に凸面である内面と実質的に平面である外面とを有するように構成されていることが望ましい。さらに、少なくとも第１の導電性アンテナ素子対の一部を覆い、内面に沿ってのみ流れるように表面電流を制限する磁性部材を備えていることが望ましい。
【００２０】
本発明の第１のホーンアンテナでは、さらに、第１の導電性アンテナ素子対が、基部から先端部へ向かうように内面の少なくとも一部において縦軸に沿って延在し、横軸に沿って流れる横方向の表面電流の発生を妨げるように機能する複数の縦溝を有していることが望ましい。さらに、基部と一体に形成され、または連結して形成され、第１の導電性アンテナ素子対へ電流を供給するための少なくとも１つの入力端子を有する空洞構造をさらに備えていることが望ましい。また、その空洞構造の内部には、空洞共振および放射パターンの乱れを抑制するように機能する磁性部材が形成されているとよい。
【００２１】
本発明の第１のホーンアンテナでは、少なくとも１つの入力端子と接続され、互いに反対の符号を示す等価な電流を第１の導電性アンテナ素子対へ供給する平衡フィーダをさらに備えるようにすることが望ましい。
【００２２】
さらに、本発明の第１のホーンアンテナでは、縦軸に沿って基部および先端部をそれぞれ有し、電磁波を基部から先端部へと案内する凸面状の内面および、その反対側に位置する平面状の外面をそれぞれ含んで縦軸を互いに挟むように配置された第２の導電性アンテナ素子対と、互いに異なる第２の導電性アンテナ素子対における外面の先端部とそれぞれ結合し、横軸に沿って、互いの外面が反対向きに広がるように構成された第２のテーパ型拡張素子対とを備えるようにすることもできる。
【００２３】
本発明の第２のホーンアンテナは、基部および先端部をそれぞれ有し、かつ、電磁波を基部から先端部へと案内する内面および、その反対側に位置する外面をそれぞれ含み、対称軸を挟んで互いに対称に配置された導電性アンテナ素子対と、この導電性アンテナ素子対の少なくとも一部を覆うように形成され、内面のみを表面電流が流れるように制限する機能を有する磁性部材とを備えるようにしたものである。
【００２４】
本発明の第２のホーンアンテナでは、導電性アンテナ素子対の少なくとも一部を覆うように磁性部材を形成し、導電性アンテナ素子対における内面のみを表面電流が流れるように制限したので、導電性アンテナ素子対を含む面と直交する横軸に沿った横方向の表面電流の発生が抑制される。
【００２５】
本発明の第２のホーンアンテナでは、磁性部材が、１．０を超える比誘電率を示すものであるとよい。この磁性部材は、例えば、空間のインピーダンスよりも高いインピーダンスを示す磁性粒子がエラストマーに混合された磁性被膜である。
【００２６】
本発明の第２のホーンアンテナでは、互いに異なる導電性アンテナ素子対における外面の先端部とそれぞれ結合し、横軸に沿って互いに反対向きに広がるように構成されたテーパ型拡張素子対をさらに備えるようにすることが望ましい。その際、テーパ型拡張素子対のみが、導電性アンテナ素子対の外面に取り付けられていることが望ましい。
【００２７】
本発明の第３のホーンアンテナは、縦軸に沿って基部および先端部をそれぞれ有し、電磁波を基部から先端部へと案内する内面および、その反対側に位置する外面をそれぞれ含んで縦軸を互いに挟むように配置された導電性アンテナ素子対を備え、この導電性アンテナ素子対が、縦軸に沿って、基部から先端部へ向かうように内面の少なくとも一部において延在し、導電性アンテナ素子対を含む面と直交する横軸に沿って流れる横方向の表面電流の発生を妨げるように機能する少なくとも１つの縦溝を有するようにしたものである。
【００２８】
本発明の第３のホーンアンテナでは、導電性アンテナ素子対の内面の少なくとも一部において延在する縦溝を設けるようにしたので、表面電流が内面に沿って流れ易くなり、外面など、それ以外の部分において伝搬する電磁エネルギーが減少する。
【００２９】
本発明の第３のホーンアンテナでは、縦溝が、内面の全長に亘って延在するようにしてもよい。また、縦溝が、基部から遠ざかるにしたがって次第に浅くなるように内面の一部のみに延在するように構成してもよい。また、縦溝の深さは、横方向の表面電流が最大となる動作周波数に対応した波長の４分の１以上であることが望ましい。さらに、縦溝の深さは、導電性アンテナ素子対における内面側の厚みの半分と等しいことが望ましい。さらに、導電性アンテナ素子対が、それぞれ、互いに平行をなす複数の縦溝を有するようにしてもよい。
【００３０】
本発明の第３のホーンアンテナでは、互いに異なる導電性アンテナ素子対における外面の先端部とそれぞれ結合し、横軸に沿って互いに反対向きに広がるように構成されたテーパ型拡張素子対をさらに備えることが望ましい。その場合、テーパ型拡張素子対のみが、導電性アンテナ素子対の外面に取り付けられていることが望ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の第１のホーンアンテナによれば、第１の導電性アンテナ素子対における外面の先端部とそれぞれ結合し、互いに離れる方向に延びる第１のテーパ型拡張素子対を有しているので、サイドローブやバックローブを低減し、所望の方向に延びる十分に大きなメインローブを有する良好な放射パターンを形成することができる。このため、より広い動作周波数帯域において優れた性能を発揮することができる。
【００３２】
本発明の第２のホーンアンテナによれば、導電性アンテナ素子対の少なくとも一部を覆うように磁性部材を形成し、導電性アンテナ素子対における内面のみを表面電流が流れるように制限したので、横軸に沿った横方向の表面電流の発生を抑制できる。その結果、サイドローブやバックローブを低減し、所望の方向に延びる十分に大きなメインローブを有する良好な放射パターンを形成することができる。このため、より広い動作周波数帯域において優れた性能を発揮することができる。
【００３３】
本発明の第３のホーンアンテナによれば、導電性アンテナ素子対の内面の少なくとも一部において延在する縦溝を設けるようにしたので、内面以外の部分を伝搬する電磁エネルギーを低減することができる。このため、サイドローブやバックローブを低減して所望の方向に延びる十分に大きなメインローブを有する良好な放射パターンを形成し、より広い動作周波数帯域において優れた性能を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３５】
まず、図１（Ａ），（Ｂ）を参照して、本発明における一実施の形態としてのホーンアンテナ２００（以下、単にアンテナ２００という。）の構成について説明する。図１（Ａ）は、本実施の形態のアンテナ２００における側面から眺めた平面図を示したものである。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＩＢ−ＩＢ切断線に沿った断面図である。
【００３６】
図１（Ａ），（Ｂ）に示したように、本実施の形態のアンテナ２００は、デュアルリッジ型のホーンアンテナであり、互いの中心軸である縦軸２９０を挟んで対称配置された導電性アンテナ素子対としての一対のリッジ２１０を備えている。さらに、アンテナ２００は、一対のリッジ２１０にそれぞれ固定されたテーパ型拡張素子としての一対の拡張部材３００を備えている。アンテナ２００は、縦軸２９０に沿って延在する唯一のメインローブ（main lobe）を形成するものである。
【００３７】
一対のリッジ２１０は、電磁エネルギーを外部に放射する際にガイドとして機能するものであり、導電性材料により構成されている。具体的には、一対のリッジ２１０は、基部２４０および先端部２４１をそれぞれ有し、基部２４０と先端部２４１とを結ぶ方向に延在する細長い板状の部材である。一対のリッジ２１０は、基部２４０と先端部２４１とを結ぶ２つの端面、すなわち、内面２１２および外面２１４をそれぞれ有している。一対のリッジ２１０は、基部２４０において互いに密接して接合されると共に、互いの内面２１２を内側にして対向するように配置されている。内面２１２は、それぞれ電磁波を基部２４０から先端部２４１へと案内するものであり、基部２４０から先端部２４１へ向かうにしたがって互いに離れるような曲線を描くと共に、その断面が、互いに対向する側に突出する凸の曲面となっている（図１（Ｂ）参照）。一方、内面２１２の反対側に位置する端面としての外面２１４は、基部２４０から先端部２４１へ向かうにしたがって互いに離れるような平面（すなわち、縦軸２９０に対して傾斜した平面）となっている。各リッジ２１０における内面２１２および外面２１４は、先端部２４１において互いに繋がるように構成されている。
【００３８】
２つの先端部２４１は、一対のリッジ２１０を含む面と直交する直線２８０上に位置している。これらの先端部２４１どうしを結んだ部分が開口部２３０であり、直線２８０に沿った方向（以下、横方向という。）における寸法が、基部２４０より僅かに大きくなっている。
【００３９】
一対の拡張部材３００は、それぞれ、先端部２４１の近傍の外面２１４と接合されており、外面２１４から直線２８０に沿って互いに反対向きに広がるように構成されている。具体的には、拡張部材３００はそれぞれ３つの端面３０１〜３０３を有する三角形の板状部材であり、端面３０１が外面２１４と接し、端面３０２が直線２８０上に位置し、端面３０３が縦軸２９０に対して外面２１４と異なる角度（テーパ角度）の斜面を形成している。
【００４０】
拡張部材３００は、リッジ２１０とは別体であるが、単純化のため、リッジ２１０と同じ材料により形成されていることが望ましい。拡張部材３００をリッジ２１０に取り付ける方法は特に限定されるものではなく、あらゆる機械的手段によって取り付けることが可能である。たとえば、ネジを用いるようにしてもよいし、接着や半田付けなどにより取り付けるようにしてもよい。いずれの手段においても、リッジ２１０と拡張部材３００との接合面において物理的な不連続が生じる可能性がある。これらの物理的な不連続性は、僅かな電気的な不連続性をもたらす場合がある。そのような電気的な不連続性は、接触面における電流の流れを妨げる原因となる。したがって、電気的な不連続を完全に除去するには、拡張部材３００とリッジ２１０とを一体物として構成されることが望ましい。この場合、例えば、導電性材料からなる板状部材から削り出すなどして形成すればよい。
【００４１】
なお、拡張部材３００のテーパ角度や寸法については、リッジ２１０の外面２１４に沿った表面電流を効率よく妨げるように適宜変更することが可能である。また、リッジ２１０の端部において電気的な不連続や回折現象が発生する傾向にあるので、これを除去または低減するために端部に丸みを持たせる必要がある。さらに、要求される結果に応じて、拡張部材３００の構成材料や厚みを適宜変更することが可能である。また、拡張部材３００のみが、外面２１４に取り付けられていることが望ましい。
【００４２】
リッジ２１０（および拡張部材３００）の厚みを薄くすることにより、動作周波数帯域における放射性能を改善することができる。例えば、リッジ２１０の厚みを３／８インチとすると、１ＧＨｚから２０ＧＨｚの動作周波数帯域において良好な放射性能が得られるが、厚みを低減すると（例えば１／４インチとすると）、フィード部分におけるインピーダンスの向上により、特に高い周波数帯域において放射性能が向上する。
【００４３】
アンテナ２００には、さらに、欠かすことのできない矩形断面を有する箱状の空間構造２５０が設けられており、基部２４０と接合されている。空間構造２５０は、２つの電源コネクタ（入力端子）２６０を備えている。この電源コネクタ２６０は、同軸ケーブルを介して電源（図示せず）へと接続されている。その一方で、電源コネクタ２６０は、一対の導電性フィード線２７０ａ，２７０ｂを介してフィード部分２７５においてリッジ２１０と接続されている。以上の構成により、電源からの電流をリッジ２１０へ供給することが可能となっている。したがって、図１，２に示した従来型のホーンアンテナ１００とは異なり、バランスに優れた一対の導電性フィード線２７０ａ，２７０ｂを備えるようにしたことにより対称性が向上し、互いに反対の符号を示す等価な電流をリッジ２１０へ供給することができる。
【００４４】
さらに、空間構造２５０の内部には、比較的高い（少なくとも空間のインピーダンスよりも高い）インピーダンスを示す磁性部材２５５が配置されており、これによってフィード部分２７５における高次モードの発生を抑制するようにしている。すなわち、磁性部材２５５の存在により、空洞共振（cavity resonance）の発生および放射パターンの撹乱が抑制される。ここで、磁性部材２５５は、１．０を超える比透磁率（relative permeability）を示す磁性材料を含んでいることが望ましい。
【００４５】
次に、上記のような構成を有する本実施の形態のアンテナ２００の作用について説明する。
【００４６】
本実施の形態のアンテナ２００では、電源から電源コネクタ２６０、一対の導電性フィード線２７０ａ，２７０ｂを経由してフィード部分２７５からリッジ２１０へ電流が供給される。リッジ２１０に達した電流は、表面電流として、主に、内面２１２を伝搬し、開口部２３０から電磁波として放射される。理想状態では、（フィード部分２７５から供給される）入射エネルギーのほとんど全ては開口部２３０から外部へ放射される。内面２１２の形状（Ｘ−Ｙ平面における輪郭）は、外部へ電磁エネルギーを放射する際の方向を定める役割を備えていることから非常に重要である。直線２８０に達するまでリッジ２１０の内面２１２が延在することにより、リッジ２１０における電流分布がより良好に制御され、アンテナ２００から放射された電磁波の放射パターンが改善される。
【００４７】
また、高周波帯域における放射パターンを改善するために、アンテナ２００のリッジ２１０は、表面インピーダンスが単調増加するように電気的、磁気的に負荷をかけられる（ロードされる）。この表面インピーダンスを増加させることにより、リッジ２１０を全長に亘って通過するときに方向転換された電磁波のエネルギー量を低減することができる。
【００４８】
特に、本実施の形態では、拡張部材３００をリッジ２１０の外面２１４と接続して設けるようにしたので、直線２８０上において、本来の開口部２３０よりも大きな寸法を有する実効的な開口部２３５を形成することができる。この開口部は周波数に依存するものであり、拡大された開口部２３５の存在により、低い周波数帯域におけるアンテナ２００の性能が著しく高まることとなる。これは、サイドローブやバックローブの発生を最小限にとどめるように高精度に制御された放射パターンを形成することができるからである。すなわち、拡張部材３００によって、外面２１４を流れる表面電流を妨げているとも言える。外面２１４を流れるような表面電流の存在は、サイドローブやバックローブに向けられるエネルギー量を増加させてしまう結果、所望の方向に放射されるメインローブに向けられるエネルギー量を低減させることとなるので、非常に好ましくない。本実施の形態のアンテナ２００では、そのような問題を回避することができ、良好な放射パターンを確保することが可能である。
【００４９】
このように、本実施の形態のアンテナ２００では、一対のリッジ２１０における外面２１４の先端部２４１とそれぞれ結合し、互いに離れる方向に広がる拡張部材３００を設けるようにしたので、拡大した実効的な開口面２３５を形成し、外面２１４を伝搬する電磁エネルギー（表面電流）を低減することができる。したがって、サイドローブやバックローブを低減し、所望の方向（縦軸２９０の方向）に延びる十分に大きなメインローブを有する良好な放射パターンを形成することができる。その結果、優れた性能を発揮することができる。
【００５０】
＜第１の変形例＞
次いで、図２を参照して、本実施の形態における第１の変形例としてのアンテナ２０１について説明する。図２は、本変形例のアンテナ２０１における側面から眺めた平面図である。
【００５１】
アンテナ２０１は、図１に示したアンテナ２００と全く同様の寸法形状をなしている。但し、アンテナ２０１のリッジ２１０は、その表面が磁性部材２２０によって覆われるように構成されている。磁性部材２２０は、比較的高いインピーダンスを有するものであり、図２に示したように、内面２１２以外の領域を覆うように形成されている。
【００５２】
このような磁性部材２２０を設けることにより、リッジ２１０を伝搬する表面電流（surface current）の流れをより精度良く制御することができる。すなわち、表面電流が内面２１２を優先的に流れるように制限することができる。磁性部材２２０は、外面２１４からちょうど内面２１２の手前まで延在し、リッジ２１０の大部分を覆っている。このため、磁性部材２２０によって覆われた領域では表面抵抗が増加し、表面電流の流れる経路が限定される。この結果、表面電流は、最小の抵抗を示す経路（すなわち、磁性材料２２０によって覆われていない部分である内面２１２）を辿ることとなる。
【００５３】
このような方法により、表面電流が所望の方向（縦軸２９０の方向）以外に流れないように制限し、横方向の表面電流を低減することができる。すなわち、磁性部材２２０は、リッジ２１０における内面２１２（表面電流が流れることが望ましい部分）から離れた部分に存在する表面電流を減少させるものとして機能する。その結果、より良好に制御された放射パターンを容易に形成することができる。また、磁性部材２２０を備えたリッジ２１０をロードすることにより、全体の寸法を拡大することなく、パルスの再生を著しく改善することができる。
【００５４】
磁性部材２２０は、空間構造２５０の内部に設けられた磁性部材２５５と同様に、空間んの特性インピーダンスよりも大きな特性インピーダンスを示す磁性材料により構成されている。その場合、特に、透磁率が１．０よりも大きく、比誘電率（すなわち誘電定数）よりも大きいことが望ましい。その結果、その磁性材料は電気的に薄いとき、誘導性の被覆としての挙動を示す。マイクロ波の領域では、透磁率が１．５〜２０の磁性材料の場合、アンテナ素子対の磁気的なローディングを行う際に利用される。この場合、磁性材料が、内面２１２から離れた部分において磁気損失（magnetic loss）を示すようになる。一方で、リッジ２１０の内面２１２に沿って表面電流が流れるように導くことを可能とする。特性インピーダンスの大きさは最も重要なものと考えられているので、磁性材料の透磁率は複雑なものとなり、損失物質（a lossy material）が採用される。
【００５５】
なお、内面２１２に沿って表面電流を導くという目的を達成するためには、磁性部材２２０，２５５を構成する磁性材料に関し、等方性（isotropic）や均質性（homogeneous）は要求されない。実際、不均質な層構造の磁性材料を使用すると都合のよいことがある。例えば、比較的高い特性インピーダンスを示す磁性粒子（六方晶系のフェライト）をエラストマー（シリコーンなど）に混入させることによって形成することができる。上記のようないわゆる異方性磁性材料は、より高い動作周波数帯域において好適であり、例えば立方晶のフェライトなどの等方性材料よりも優れた特性を発揮する。
【００５６】
このように、本変形例のアンテナ２０１では、リッジ２１０の内面２１２以外の大部分の領域を覆うように磁性部材２２０を形成し、内面２１２のみを表面電流が流れるように制限したので、横方向の表面電流の発生を抑制することができる。このため、サイドローブやバックローブを低減して所望の方向（縦軸２９０の方向）に延びる十分に大きなメインローブを有する良好な放射パターンを形成し、より広い動作周波数帯域において優れた性能を発揮することができる。
【００５７】
＜第２の変形例＞
続いて、図３および図４（Ａ），（Ｂ）を参照して、本実施の形態における第２の変形例としてのアンテナ２０２について説明する。図３は、本変形例のアンテナ２０２における側面から眺めた平面図である。
【００５８】
アンテナ２０２における一対のリッジ２１０は、縦軸２９０に沿って、基部２４０から先端部２４１へ向けて内面２１２の一部を延在するように設けられた縦溝３１０をそれぞれ有している。この縦溝３１０は、縦軸２９０と直交する横方向の表面電流の発生を妨げるように機能するものである。この横方向の表面電流は、特に、高い周波数帯域において発達する傾向がある。
【００５９】
この縦溝３１０は、図３に示したように、内面２１２の一部のみに対応した部分に延在することで、基部２４０（フィード部分）の近傍で発達する高次モードを抑制することができる。また、縦溝３１０の深さは、例えば、基部２４０から遠ざかるにつれて徐々に浅くなるように形成されている。
【００６０】
なお、縦溝３１０は、内面２１２の全長に亘って（基部２４０から先端部２４１まで）形成されるようにしてもよい。この場合、形成プロセスは比較的簡単である。ただし、基部２４０（フィード部分）における横方向の表面電流を抑制することのみを目的とする場合には、基部２４０（フィード部分）の近傍のみに形成すればよい。仮に縦溝３１０を内面２１２の全長に亘って形成する場合には、均一の深さとしてもよいし、基部２４０から遠ざかるに従って徐々に浅くなるようにしてもよい。
【００６１】
図４（Ａ）は、図３に示したIV−IV切断線に沿ったアンテナ２０２における断面構成を表したものである。縦溝３１０の深さｄは、横方向の表面電流が最大となる動作周波数に対応した波長の１／４以上となっている。特に、深さｄは、リッジ２１０の厚みｔの半分と等しいことが望ましい。また、図４（Ａ）では、縦溝３１０の輪郭が直線状であり直角をなしているが、角を丸くし、曲線状の輪郭とするとよい。さらに、図４（Ａ）では、各リッジ２１０が１つずつ縦溝３１０を有するようにしたが、互いに平行をなす複数の縦溝を有するようにしてもよい。なお、図４（Ｂ）に示したように、内面２１２がテーパ状ではなく、互いに平行をなしていてもよい。
【００６２】
リッジ２１０を伝搬する表面電流は、主に内面２１２に集中して流れる。しかしながら、フィード部分（電流が供給される基部２４０付近）の複雑性により、最大放射を示す所望の方向（縦軸２９０の方向）を横切る方向（横方向）に沿っていくらかの電流が励起される。この現象は、通常、低い周波数帯域ではほとんど問題とならない。ところが比較的高い周波数帯域においては、横方向の表面電流がリッジ２１０の全長に亘って伝搬する導波（guided wave）を発生させることとなる。この導波は、第１に、主成分と異なる位相の交叉偏波成分をもたらすことにより、第２に、かなりのエネルギー量をサイドローブやバックローブに変換させることにより、最終的に放射パターンを損なう原因となる。
【００６３】
縦溝３１０は、横方向の表面電流が最大となる周波数において最大の効果を発揮する。例えば、アンテナの動作周波数帯域が１ＧＨＺ以上１８ＧＨｚ以下の場合、横方向の表面電流は１５ＧＨｚから１６ＧＨｚの範囲でピークを示すこととなる。縦溝３１０が存在しない場合の極端な例として、横方向の表面電流が、サイドローブやバックローブを増大させ、メインローブを分裂させる場合もある。しかしながら、リッジ２１０に（特に、リッジ２１０の厚みｔの半分と等しい深さｄを有する）縦溝３１０を形成することにより、横方向の表面電流は十分に低減され、もしくは除去される。
【００６４】
このように、本変形例のアンテナ２０２では、リッジ２１０の内面２１２の少なくとも一部において延在する縦溝３１０を設けるようにしたので、表面電流が内面２１２に沿って流れ易くなり、外面２１４など、それ以外の部分において伝搬する電磁エネルギーを減少させることができる。このため、サイドローブやバックローブを低減して所望の方向（縦軸２９０の方向）に延びる十分に大きなメインローブを有する良好な放射パターンを形成し、優れた性能を発揮することができる。
【００６５】
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および変形例に限定されず、種々の変形が可能である。すなわち当技術分野を熟知した当業者であれば理解できるように、上記実施の形態および変形例は本発明の一具体例であり、本発明は、上記の内容に限定されるものではない。構造および寸法などの修正および変更は、本発明と一致する限り、好ましい具体例に対応して行われる。
【００６６】
例えば、上記実施の形態では、デュアルリッジ型のホーンアンテナを例に挙げて説明するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。図５〜図８に示した（第３の変形例の）ように、クワッドリッジ型ホーンアンテナに適用することも可能である。すなわち、図１〜図３に示した一対のリッジ２１０と直交するように、縦軸２９０と中心軸として互いに対向配置された第２の導電性アンテナ素子対をさらに設けるようにしてもよい。図５は、図４に対応する断面図であり、図６，図７は斜視構成を表す写真であり、図８は、先端部の側から見下ろした平面構成を表す写真である。ここで、第２の導電性アンテナ素子対は、基本的にはアンテナ２００〜２０２における一対のリッジ２１０と全く同様の構成（寸法、形状および材料など）とすることが望ましい。さらに、第２の導電性アンテナ素子対の外面には、一対の拡張部材３００と同様の形状をした第２のテーパ型拡張素子対を設けるようにすることが望ましい。さらにクワッドリッジ型ホーンアンテナでは、図５に示したように第１の導電性アンテナ素子対としての一対のリッジ２１０および第２の導電性アンテナ素子対としての一対のリッジ２１１は、いずれも徐々に先細となるようにテーパ状をなす内面となっている。これにより、フィード部分の限られた狭いスペースに効率よく収容することができる。
【００６７】
なお、上記実施の形態のアンテナ２００〜２０２では、図１〜図８に示したように、図９，１０に示した側壁１２０に相当するものを備えていない。これは、表面電流が主にリッジに集中するので、側壁を設けることの効果がほとんど無いからである。むしろ、導電性の側壁の存在は、交叉偏波成分をもたらすことにより、デュアルリッジ型およびクワッドリッジ型ホーンアンテナのいずれにおいても所望の放射パターンを劣化させる場合がある。例えば、側壁は、基本モードのＴＥＭ特性を損なう可能性がある。このため、本実施の形態では、リッジと呼ばれるアンテナ素子対のみを設けた例を挙げて説明することとした。このため、ＴＥＭ構造（すなわち、Ｅ−Ｈ場が伝搬方向を横断するような構造）となっている。しかしながら、本発明は、側壁を設けることを拒否するものではない。放射パターンの劣化が生じない場合には、側壁を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施の形態としてのホーンアンテナを側面から眺めた構成図である。
【図２】図１に示したホーンアンテナの第１の変形例を側面から眺めた構成図である。
【図３】図１に示したホーンアンテナの第２の変形例を側面から眺めた構成図である。
【図４】図３に示したＩＶ−ＩＶ切断線に沿った矢視方向の断面構成を表す断面図である。
【図５】図１に示したホーンアンテナの第３の変形例における要部を拡大した拡大断面図である。
【図６】図５に示した第３の変形例における斜視構成を表す写真である。
【図７】図５に示した第３の変形例における他の方向からの斜視構成を表す写真である。
【図８】図５に示した第３の変形例における上方からの構成を表す写真である。
【図９】従来のデュアルリッジ型ホーンアンテナを側面から眺めた構成図である。
【図１０】図９に示したデュアルリッジ型ホーンアンテナを上方から眺めた構成図である。
【図１１】図９に示したデュアルリッジ型ホーンアンテナにおける放射パターンを表す概略図である。
【符号の説明】
【００６９】
２００〜２０２…アンテナ、２１２…内面、２１４…外面、２２０，２５５…磁性部材、２３０…開口部、２４０…基部、２４１…先端部、２８０…直線、２９０…縦軸、３００…拡張部材、３１０…縦溝。
【図１】
2005312049.tif 000004
【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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【図１１】
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