(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、この導波管の内壁面から中心軸方向へ突出するプローブと、前記導波管に保持された合成樹脂製の誘電体フィーダとを備え、前記誘電体フィーダに前記導波管の開口端から突出する放射部と該導波管の内部に固定される保持部とを設け、前記放射部の端面に約λ／４の深さを有する複数の環状溝を同心円状に設けると共に、前記環状溝の内底面に約（２ｎ＋１）λ／４の深さ（ただしｎは自然数、λは電波の自由空間波長）の有底孔を複数設け、かつ、前記各有底孔を前記放射部の原点を中心として直交する２直線上に配列し、これら２直線を前記プローブに対してそれぞれ略４５度の角度で交差させ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、前記各有底孔を前記放射部の中心から等距離の位置に配列した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、導波管の開口端に誘電体フィーダを保持した一次放射器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５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とは管内波長λ１の約λ１／４だけ離れている。誘電体フィーダ２はポリエチレン等の比較的誘電率の高い合成樹脂で成形されており、保持部２ａを境にして放射部２ｂとインピーダンス変換部２ｃとが一体形成されている。保持部２ａの外径は導波管１の内径とほぼ同じであり、この保持部２ａ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２は導波管１の開口端に固定されている。放射部２ｂとインピーダンス変換部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の開口端から外部へ突出し、インピーダンス変換部２ｃは導波管１の内部へ延びている。
【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のインピーダンス変換部２ｃでインピーダンス整合されて導波管１内に進入する。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、例えば水平偏波は第１プローブ３で、垂直偏波は第２プローブ４でそれぞれ検出された後、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一次放射器は、導波管１の開口端に放射部２ｂを有する誘電体フィーダ２が保持されているので、導波管の開口端をラッパ状に広げて電波を導入するようにし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や、導波管の形状を単純化できるという利点がある。しかしながら、誘電体フィーダ２は合成樹脂を射出成形することで形成されるため、溶融樹脂の冷却過程で誘電体フィーダ２の内部に不規則な空洞が発生することがあり、その結果、誘電体フィーダ２内を進行する電波が空洞で不所望に反射し、誘電体フィーダ２の特性を劣化させるという問題があった。特に、合成樹脂材料として安価で誘電正接の低いポリエチレンを採用した場合、射出成形後の収縮が大きく空洞の発生も顕著になるため、誘電体フィーダ２の特性が大幅に劣化してしまい、電波の受信効率が低下するという問題があった。
【０００５】
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、誘電体フィーダの内部に発生する空洞を抑制して性能の安定化が図れる一次放射器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した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、この導波管の内壁面から中心軸方向へ突出するプローブと、前記導波管に保持された合成樹脂製の誘電体フィーダとを備え、前記誘電体フィーダに前記導波管の開口端から突出する放射部と該導波管の内部に固定される保持部とを設け、前記放射部の端面に約λ／４の深さを有する複数の環状溝を同心円状に設けると共に、前記環状溝の内底面に約（２ｎ＋１）λ／４の深さ（ただしｎは自然数、λは電波の自由空間波長）の有底孔を複数設け、かつ、前記各有底孔を前記放射部の原点を中心として直交する２直線上に配列し、これら２直線を前記プローブに対してそれぞれ略４５度の角度で交差させた。
【０００７】
このように構成された一次放射器においては、合成樹脂で成形した誘電体フィーダの放射部の端面に電波波長の約λ／４の深さを有する複数の環状溝と約（２ｎ＋１）λ／４の深さを有する複数の有底孔とが設けてあり、これら各有底孔によって誘電体フィーダの内部の体積（容積）が減じられるため、誘電体フィーダの内部に発生する空洞を抑制することができると共に、各有底孔がプローブの検出に悪影響を及ぼすことを防止でき、しかも、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るだけでなく、放射部の端面と有底孔の底面で反射した電波の位相もキャンセルされるため、誘電体フィーダの特性を維持して一次放射器の性能を安定化することができる。
【０００８】
上記の構成において、各有底孔を放射部の中心から等距離の位置に配列すると、各有底孔を電界強度が最も大きい中心から離れた位置に配列できるため、各有底孔に起因する受信効率の低下を確実に防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、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は本発明の実施形態例に係る一次放射器の断面図、図２は図１のII−II線に沿う断面図、図３は図１のIII−III線矢視図、図４は該一次放射器に備えられる誘電体フィーダの説明図である。
【００１１】
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とした断面方形の導波管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と具備しており、導波管１０の内部には第１プローブ１２と第２プローブ１３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１２，１３と閉塞面１０ａとの距離は管内波長λ１の約λ１／４分だけ離れており、両プローブ１２，１３は図示せぬコンバータ回路に接続されている。
【００１２】
誘電体フィーダ１１は誘電材料からなる合成樹脂で成形されており、本実施形態例の場合は、価格の点を考慮して安価で誘電正接の低いポリエチレン（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の内部にはインピーダンス変換部として機能する段付き孔１４が形成されている。保持部１１ａは四角柱状に形成されており、その各外表面を導波管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１の開口端に固定されている。なお、保持部１１ａの各外表面から放射部１１ｂの周面に向かって凹部１５が形成されており、この凹部１５によって誘電体フィーダ１１の外表面と導波管１０の開口端内面との間に間隙１６が画成されている（図１参照）。この間隙１６の深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。
【００１３】
一方、放射部１１ｂの端面には複数の環状溝１７が同心円状に形成されており、各環状溝１７の深さは空気中を伝播する電波の自由空間波長λの約１／４波長に設定されている。さらに、放射部１１ｂの端面には複数の有底孔１８が形成されており、これら有底孔１８は放射部１１ｂの中心から等距離にある同一の環状溝１７の内底面に形成されている。放射部１１ｂの端面からの各有底孔１８の深さは自由空間波長λの約（２ｎ＋１）／４に設定されており、本実施形態例の場合はｎ＝１であり、各有底孔１８の深さは約３λ／４に設定されている。図３に示すように、各有底孔１８は放射部１１ｂの中心を原点として直交する２直線Ｐ，Ｑ上に配列されており、これら直線Ｐ，Ｑは両プローブ１２，１３に対してそれぞれ略４５度の角度で交差している。
【００１４】
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。
【００１５】
衛星から送信された電波は、衛星放送反射式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１１ｂから誘電体フィーダ１１の内部に進入して収束される。その際、放射部１１ｂの端面には約λ／４波長の深さを有する環状溝１７と約３λ／４波長の深さを有する有底孔１８とが形成されているため、放射部１１ｂの端面と環状溝１７の底面で反射した電波の位相がキャンセルされると共に、放射部１１ｂの端面と有底孔１８の底面で反射した電波の位相もキャンセルされる。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。
【００１６】
放射部１１ｂの端面から進入した電波は誘電体フィーダ１１内を伝播して保持部１１ａに至り、保持部１１ａ内の段付き孔１４でインピーダンス整合されて導波管１０の内部に進入する。そして、導波管１０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、例えば水平偏波を第１プローブ１２に結合させ、垂直偏波を第２プローブ１３に結合させ、これらプローブ１２，１３からの受信信号を図示せぬコンバータ回路でＩＦ周波数信号に周波数変換することにより、衛星から送信された電波を受信することができる。その際、誘電体フィーダ１１の外表面と導波管１０の開口端内面との間に約λε／４波長の深さを有する間隙１６が画成されているため、間隙１６の開放端と底面との間を流れる互いに逆向きの表面電流の位相が逆転してキャンセルされる。その結果、放射パターンのサイドローブが大幅に低減されてメインローブのゲインが高まり、この点からも衛星からの電波を効率良く受信できる。
【００１７】
上記実施形態例にあっては、合成樹脂で射出成形された誘電体フィーダ１１の放射部１１ｂの端面に複数の有底孔１８を形成したので、各有底孔１８によって誘電体フィーダ１１の内部の体積（容積）が減じられ、特に、射出成形後の収縮が大きいポリエチレンを合成樹脂材料として用いたにも拘わらず、誘電体フィーダ１１の内部に発生する空洞を抑制することができる。また、各有底孔１８の放射部１１ｂの端面からの深さが空気中を伝播する電波の自由空間波長λの約３／４波長に設定されているので、放射部１１ｂの端面と有底孔１８の底面で反射した電波の位相がキャンセルされ、しかも、各有底孔１８は両プローブ１２，１３に対してそれぞれ略４５度の角度で交差する直交２直線Ｐ，Ｑ上に配列されているので、各有底孔１８を設けることに起因する特性の劣化を防止でき、一次放射器の性能を安定化することができる。
【００１８】
なお、上記実施形態例では、衛星から送信された直線偏波を受信する一次放射器について説明したが、本発明は円偏波受信用の一次放射器にも適用可能であり、この場合は、誘電体フィーダに円偏波を直線偏波に変換する位相変換部を一体成形すれば良い。
【００１９】
また、上記実施形態例では、断面形状が方形の導波管を用いた場合について説明したが、断面円形等の他形状の導波管を用いても良いことはいうまでもない。
【００２０】
【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。
【００２１】
合成樹脂で成形した誘電体フィーダに導波管の開口端から突出する放射部と該導波管の内部に固定される保持部とを設け、放射部の端面に約λ／４の深さを有する複数の環状溝を同心円状に設けると共に、環状溝の内底面に約（２ｎ＋１）λ／４の深さ（ただしｎは自然数、λは電波の自由空間波長）の有底孔を複数設け、かつ、各有底孔を放射部の原点を中心として直交する２直線上に配列し、これら２直線をプローブに対してそれぞれ略４５度の角度で交差させると、各有底孔によって誘電体フィーダの内部の体積（容積）が減じられるため、誘電体フィーダの内部に発生する空洞を抑制することができると共に、各有底孔がプローブの検出に悪影響を及ぼすことを防止でき、しかも、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るだけでなく、放射部の端面と有底孔の底面で反射した電波の位相もキャンセルされるため、誘電体フィーダの特性を維持して一次放射器の性能を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係る一次放射器の断面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】図１のIII−III線矢視図である。
【図４】該一次放射器に備えられる誘電体フィーダの説明図である。
【図５】従来例に係る一次放射器の断面図である。
【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  第１プローブ
１３  第２プローブ
１４  段付き孔
１７  環状溝
１８  有底孔
Ｐ，Ｑ  直線
【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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