(57)【要約】【課題】利得を向上させ、ビーム幅を縮小させ、サイドローブを低減させ、更には交差偏波低減を図ることが可能なショートバックファイヤアンテナを提供する。【解決手段】共振器壁１１を周縁に形成した大反射板１２と、大反射板１２の中心軸上に配置された励振用アンテナ１３と、励振用アンテナ１３の周囲に少なくとも２以上に亘り、中心軸Ｃに対して均一な又は不均一な半径で大反射板１２上に立設されている導体１８とを備え、２以上の導体１８は、大反射板１２の底面において電気的に接続され、また励振用アンテナ１３近傍の電界に変化を与えることによりＥ面放射パターンとＨ面放射パターンとがほぼ同一となるようにＥ面放射パターンが調整されている。【選択図】図１
2009060158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器壁を周縁に形成した大反射板と、
上記大反射板の中心軸上に配置された励振用アンテナ又は電気的に等価な導波管放射器と、
上記励振用アンテナ又は電気的に等価な導波管放射器の周囲に少なくとも２以上に亘り、上記中心軸に対して均一な又は不均一な半径で上記大反射板上に立設されている導体とを備え、
上記２以上の導体は、上記大反射板の底面において電気的に接続され、また上記励振用アンテナ又は電気的に等価な導波管放射器近傍の電界に変化を与えることによりＥ面放射パターンとＨ面放射パターンとがほぼ同一となるようにＥ面放射パターンが調整されていること
を特徴とするショートバックファイヤアンテナ。
【請求項２】
上記導体は、放射される電波の空間波長の２５〜５０％の長さからなる棒体で構成されていること
を特徴とする請求項１記載のショートバックファイヤアンテナ。
【請求項３】
上記導体は、上記励振用アンテナ又は電気的に等価な導波管放射器並びに上記共振器壁に対して接触しない位置で立設されていること
を特徴とする請求項１又は２記載のショートバックファイヤアンテナ。
【請求項４】
上記導体は、棒体で構成され、上記大反射板の底面に対してほぼ９０°で立設され、さらに上記励振用アンテナ又は電気的に等価な導波管放射器から離間する方向へ上記大反射板の底面に対して３０°〜９０°で折り曲げられていること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載のショートバックファイヤアンテナ。
【請求項５】
上記導体は、上記大反射板の底面に対してほぼ９０°で立設されていることを条件として任意の形状で構成されてなり、細線状、薄片状又はＬ字形の何れかの形状からなること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載のショートバックファイヤアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショートバックファイヤアンテナに関し、特にアンテナ利得を向上させ、交差偏波を低減する際に好適なショートバックファイヤアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アンテナ軸方向の長さをエンドファイヤアレーより短く構成でき、かつ開口効率に優れたアンテナとして、ショートバックファイヤアンテナが提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。このショートバックファイヤアンテナは、例えば図８に示すように、周縁部にリム７２を形成した大反射板７１と、この大反射板７１の中央に立設された給電部７３と、この給電部７３の先端に取り付けられた放射部７７と、給電部７３から延長されている支持部材７４を介して配置された小反射板７５とを備えている。一般にこの給電部７３は図示しないバラン回路と、このバラン回路を包囲する金属円筒によって形成されている。このバラン回路は、給電用の同軸線路と放射部７７との整合器としての役割を果たす。
【０００３】
大反射板７１は、直径が２波長程度であり、リム７２から大反射板７１底面までの深さが０．５波長であり、極めて簡単な構造で１３ｄＢｉｃ程度の利得を得ることが可能となる。
【０００４】
しかし、このショートバックファイヤアンテナでは、１３ｄＢｉ程度以上の利得を得ることが困難であり、ビームの半値幅も４０°以下にすることが困難であった。特に、従来のショートバックファイヤアンテナはサイドローブが比較的大きく、非希望方向への干渉、隣接アンテナとのカップリングなどの問題点があった。
このため、より高い利得を得て、しかもビーム幅を細くしてサイドローブを低減する必要がある場合は、パラボラアンテナ等他のアンテナ方式を選択し、開口面を大きくせざるを得なかった。
【０００５】
一方パラボラアンテナは、放物面状の反射鏡を製造する必要があるとともに、アンテナが非常に大きくなる傾向があった。高い利得が必要とされない場合には、パラボラ反射板は非常に高価となり、重たくてしかも見苦しい。
【０００６】
また、パラボラアンテナは、雪が降った時などにおいて放射器が凍りつく場合もあり正常に動作しなくなる場合もある。
【０００７】
このため、表面が平面である平面アンテナのメリットが再び重要視されるようになってきている。
【特許文献１】特開昭５７−２０００２号公報
【特許文献２】特開平２−２２３２０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、簡易な構造で１０〜２０ｄＢｉｃ程度の中利得アンテナを構成できるショートバックファイヤアンテナにおいて、利得を向上させ、ビーム幅を縮小させ、サイドローブを低減させ、更には交差偏波低減を図ることが可能なショートバックファイヤアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るショートバックファイヤアンテナは、上述した課題を解決するために、共振器壁を周縁に形成した大反射板と、上記大反射板の中心軸上に配置された励振用アンテナ又は電気的に等価な導波管放射器と、上記励振用アンテナ又は電気的に等価な導波管放射器の周囲に少なくとも２以上に亘り、上記中心軸に対して均一な又は不均一な半径で上記大反射板上に立設されている導体とを備え、上記２以上の導体は、上記大反射板の底面において電気的に接続され、また上記励振用アンテナ又は電気的に等価な導波管放射器近傍の電界に変化を与えることによりＥ面放射パターンとＨ面放射パターンとがほぼ同一となるようにＥ面放射パターンが調整されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上述した構成からなるショートバックファイヤアンテナでは、導体を中心軸に対して均一な又は不均一な半径で大反射板上に立設させているため、励振用アンテナ近傍の電界に変化を与えることが可能となる。これにより、Ｅ面放射パターンとＨ面放射パターンとがほぼ同一となるようにＥ面放射パターンを調整することが可能となる。即ち、本発明は、ショットバックファイヤアンテナにおいて交差偏波の低減を実現すること可能となる。また、本発明では、利得を向上させることができ、更にはビーム幅を縮小させ、サイドローブを低減させることも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を適用したショートバックファイヤアンテナについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明を適用したショートバックファイヤアンテナ１の構成を開示している。ショートバックファイヤアンテナ１は、共振器壁１１を周縁に形成した大反射板１２と、大反射板１２の中心軸Ｃ上に配置された励振用アンテナ１３と、励振用アンテナ１３の上面において中心軸Ｃに沿って立設されるパイプソケット１４と、パイプソケット１４の最上端に設けられた反射板１５と、この励振用アンテナ１３に対して大反射板１２側から電気的に接続されている給電部１６と、励振用アンテナ１３の周囲に少なくとも２以上に亘り大反射板１２上に立設されている導体１８とを備えている。
【００１３】
共振器壁１１は、大反射面１２に対して垂直方向に向けて立設されてなり、円環状に成形したアルミニウム製の板を小反射板１５に貼り合わせることにより形成されていてもよい。また、この共振器壁１１は、大反射面１２とともに一体化（接着又は溶接）されていてもよく、たらい状の容器をそのまま用いるようにしてもよい。共振器壁１１は、その高さが小反射板１５の高さ以下又は以上で構成されていることが必要になる。
【００１４】
大反射板１２は、共振器壁１１同様にアルミニウム製の板（又はその他高電気伝導性材料）で構成されてなり、円形で構成されている。大反射板１２の底面には、導体１８の立設位置に対応させて図示しない貫通孔が形成されている。
【００１５】
励振用アンテナ１３は、大反射板１２より小径からなる円盤状で構成され、その円心においてパイプソケット１４の底面が取り付けられている。励振用アンテナ１３は、誘電体基板上に形成されていてもよい。この励振用アンテナ１３には給電部１６から供給される電力に基づく電波を放射する。
【００１６】
給電部１６は、励振用アンテナ１３に対して電力を供給する。図２は、本発明を適用したショートバックファイヤアンテナ１の横断面図を示している。給電部１６は、絶縁スリーブ２１と、給電ピン２２とにより構成されている。絶縁スリーブ２１は、給電ピン２２を励振用アンテナ１３へ向けて案内するようにして配設される絶縁体で構成される。給電ピン２２は、図示しない同軸ケーブルに接続される、この図示しない同軸ケーブルは、銅からなる内部導体を絶縁体で包み込み、さらに外側を外部導体で包み込んだ構成からなり、電力を給電部１６へと送る。
【００１７】
パイプソケット１４は、管状の棒で構成され、その材質は導電性材料か、又は誘電性材料により構成されている。また、このパイプソケット１４は、小反射板１５を支持する役割も果たす。
【００１８】
導体１８は、例えば銅等の導電性材料で構成される。導体１８は、いかなる形状で構成されていてもよいが、長手方向に伸張された棒体で構成されていることが望ましい。ちなみに、導体１８を棒体で構成する場合において、以下の実施の形態においてその径は、２ｍｍ程度で構成されている場合を例にとり説明をする。また以下では、導体１８の大反射板１２底面に対する立設角度が９０°とされている場合を例にとり説明をするが、かかる場合に限定されるものではなく、いかなる角度で構成されていてもよい。導体１８の形成位置は、中心軸Ｃからの半径により定義することができる。この導体１８の形成位置を示す半径は、各導体１８間において均一であってもよいし、不均一であってもよい。但し、導体１８の形成位置は、励振用アンテナ１３並びに共振器壁１１に対して接触しない位置で立設されていることが条件となる。
【００１９】
また、この導体１８の下端は、大反射板１２に形成された図示しない貫通孔に挿通されている。その結果、図３に示すように導体１８の下端は、大反射板１２の底面１２ａから突出されることになる。この突出された導体１８の下端は、例えば導電性のエポキシ樹脂等からなるシール材１９が固着される。これにより、この導体１８は、大反射板１２の底面において電気的に接続されることになる。
【００２０】
このような構成からなる本発明を適用したショートバックファイヤアンテナ１は、給電部１６から供給されてくる電力に基づいて、励振用アンテナ１３を給電する。その結果、この励振用アンテナ１３は、励振されて電波を放射することになる。また、この励振用アンテナ１３から放射される電波を小反射板１５と大反射板１２との間に閉じ込めて共振現象を生じさせ、これにより高い開口効率を得ることが可能となる。
【００２１】
また、本発明では、上述したように２以上の導体１８を立設させている。このため、Ｅ面放射パターンとＨ面放射パターンとをほぼ同一とすることが可能となる。ここでＥ面は電界ベクトルの平面であり、Ｈ面はＥ面に垂直な面である。一般的には、ショートバックファイヤアンテナはＨ面において優れた指向性と狭いビーム幅を持っていて、しかも低サイドローブであっても、Ｅ面において放射パターンの指向性は弱くなり、しかもビーム幅が広くなってしまう。それによって開口面効率が落ち、利得も低くなってしまう。しかし、本発明では、Ｅ面の放射パターンとＨ面の放射パターンとをほぼ等しくすることが可能となる。換言すれば、本発明は、Ｅ面指向性とＨ面指向性とがほぼ等しくなるように、導体１８の配置、形状、立設角度等が予め調整されていることが必須となる。
【００２２】
図３は、横軸を放射角（°）、縦軸を利得（ｄＢｉ）としたとき、何ら導体１８を設けていない従来のショートバックファイヤアンテナ（点線）と、導体１８を設けた本発明に係る、導体を持つショートバックファイヤアンテナ１（実線）のＥ面の放射パターンのシミュレーション結果を示している。このシミュレーションでは、放射される電波につき１．４９ＧＨｚとしている。本発明を適用したショートバックファイヤアンテナ１（実線）は、導体１８を立設させているため、その放射パターンが従来のものと比較して大きく異なっていることが分かる。具体的には、ゲインは０°において高くなっている。また０°から離れた角度における放射は、従来技術と比較して１０ｄＢ程度低減できていることが分かる。
【００２３】
図４(a)は、本発明を適用したショートバックファイヤアンテナ１におけるＥ面放射パターンを、また図４(b)は、発明を適用したショートバックファイヤアンテナ１におけるＨ面放射パターンを示している。この図４において実線は、実験の結果を、また点線は、シミュレーションの結果を示しているが、Ｅ面、Ｈ面ともほぼ同一の放射パターンとされているのが分かる。
【００２４】
また、図５は、本発明を適用したショットバックファイヤアンテナ１における帯域を変化させた場合における利得の変化傾向を示している。
【００２５】
導体１８を設けたショートバックファイヤアンテナ１は、導体１８を設けていない従来技術と比較して、１００ＭＨｚ以上の帯域に亘って利得を１〜１．５ｄＢｉ程度増加させることができる。
【００２６】
このように、本発明を適用したショットバックファイヤアンテナ１は、導体１８を立設させているため、励振用アンテナ１３近傍の電界に変化を与えることが可能となる。これにより、Ｅ面放射パターンを調整することが可能となる。即ち、本発明は、ショットバックファイヤアンテナにおいて交差偏波の低減を実現すること可能となる。また、本発明では、利得を向上させることができ、更にはビーム幅を縮小させ、サイドローブを低減させることも可能となる。
【００２７】
なお、導体１８は、放射される電波の空間波長の２５〜５０％の長さからなる棒体で構成されていてもよい。このような長さとすることにより、導体１８が共振し、また電流の誘起を強力にサポートする。また誘起された電流による放射は、利得が極端に低いまま、励振用アンテナ１３の９０度方向（大反射板１２）のＥ面放射パターンの放射に影響を与える。こうして、導体１８は、Ｈ面の放射パターンとほぼ同一となるように
励振用アンテナ１３のＥ面の放射パターンを制御することが可能となる。これは、以前において、Clavin Feedとして当業者間で知られている。
【００２８】
また、導体１８は、棒体で構成され、大反射板１２の底面に対してほぼ９０°で立設され、さらに励振用アンテナ１３から離間する方向へ大反射板１２の底面に対して３０°〜９０°で折り曲げられていてもよい。導体１８が励振用アンテナ１３から離間して折り曲げられることに、作業者が励振用アンテナ１３を容易に視認することができ、手動によりアンテナの孔にこれを挿入する時に刺し傷を防止することができ、アンテナにおける導体１８の安全な使用を実現することができる。
【００２９】
さらに、導体１８は、大反射板１２の底面に対してほぼ９０°で立設されていることを条件として任意の形状で構成されていてもよく、Clavin Feedを形成するために、励振用アンテナ１３からの放射パターンを修正した周波数に導体１８がほぼ共振する環境下において、細線状、薄片状又はＬ字形の何れかの形状からなるようにしてもよい。
【実施例１】
【００３０】
図６は、本発明を適用したショートバックファイヤアンテナ１における一実施例を示している。
【００３１】
共振器壁１１は、１０２ｍｍの高さからなる。パイプソケット１４は、高さ１２６ｍｍからなり、管状のロッドで構成されている。そのパイプソケット１４の上端に取り付けられた反射板１５は、半径１００ｍｍで構成されている。また導体１８は、棒体で構成され、その長さは５１ｍｍであり、さらに大反射板１２底面に対する立設角度が７５°で構成されている。また、導体１８の配設位置は、いずれも半径６５ｍｍの箇所とされている。励振用アンテナ１３は、厚さ６ｍｍ程度のアクリル系樹脂板２５の上に形成されている。大反射板１２並びに共振器壁１１は、互いに一体化されてなり、半径は２０２ｍｍである。
【００３２】
ここで、導体１８の長さを２５〜６０ｍｍとし、棒体１８における中心軸Ｃからの半径を３７．５〜１０５ｍｍとしたときにおける利得の変化傾向をシミュレーションにより解析した結果を図７に示す。この図７では、導体１８の長さ、導体の立設位置を底面の２軸にとり、縦軸として図３における０°の位置の利得を示している。０°におけるゲインは、予測／推測されたビーム径やサイドローブレベルのようなアンテナ特性因子を示す一つの指数である。導体の長さが４７．５ｍｍであり、その位置が７５ｍｍであるとき、ショートバックファイヤアンテナ１におけるゲインが１０．３ｄＢｉとなることは明らかであり、それは、従来仕様の約半分であり、従来仕様よりも低い性能であるとして不満足なものである。これに対して、導体の長さが５０ｍｍでありその位置が６２．５ｍｍであるとき、１４．８ｄＢｉのゲインは、従来仕様と比較して１．５ｄＢの増加することになる。
【００３３】
導体１８の長さや中心軸Ｃからの半径を互いにコントロールすることにより、所望の利得となるように制御することができる。
【００３４】
特に、導体１８の長さを４７．５〜６５ｍｍとし、棒体１８における中心軸Ｃからの半径を６０〜９０ｍｍとした場合に、利得が１３．８〜１５．０ｄＢｉとなるため、望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明によるアンテナは10〜20dBic程度の中利得アンテナ素子としての利用に適しており、従来のパラボラアンテナ等に比較して構造が簡単でコンパクト、かつ安価に製造が可能であるという特徴をもち、電波監視のための方位探索用アンテナ、衛星通信のための船舶地球局アンテナ、衛星搭載の直接放射型アレーアンテナのアンテナ素子、あるいは、反射鏡形アンテナの給電用アンテナならびに給電用アレーアンテナのアンテナ素子等としての利用が想定される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明を適用したショートバックファイヤアンテナの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明を適用したショートバックファイヤアンテナの横断面図である。
【図３】放射パターンのシミュレーション結果の比較例を示す図である。
【図４】(a)は、本発明を適用したショートバックファイヤアンテナにおけるＥ面放射パターンを、また(b)は、発明を適用したショートバックファイヤアンテナにおけるＨ面放射パターンを示す図である。
【図５】本発明を適用したショットバックファイヤアンテナにおける各帯域における利得の増加傾向を示す図である。
【図６】本発明を適用したショートバックファイヤアンテナにおける一実施例を示す図である。
【図７】導体の位置、長さに対する利得の変化傾向をシミュレーションにより解析した例を示す図である。
【図８】従来におけるショートバックファイヤアンテナの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  ショートバックファイヤアンテナ
１１  共振器壁
１２  大反射板
１３  励振用アンテナ
１４  パイプソケット
１５  反射板
１６  給電部
１８  導体
２１  絶縁スリーブ
２２  給電ピン
【図１】
2009060158.tif 000003
【図２】
2009060158.tif 000004
【図３】
2009060158.tif 000005
【図４】
2009060158.tif 000006
【図５】
2009060158.tif 000007
【図６】
2009060158.tif 000008
【図７】
2009060158.tif 000009
【図８】
2009060158.tif 000010
【外国語明細書】
[Title of the Invention]  Short backfire antenna
[Technical field]
【０００１】
The present invention relates generally to a short backfire 
antenna, and, more particularly, to a short backfire antenna suitable for 
reducing cross polarization and improving the antenna gain.
[Prior art]
【０００２】
There is a conventional short backfire antenna proposed which can 
be configured to be shorter in the length in the direction of the antenna 
axis than an endfire array and has excellent aperture efficiency (see, 
Patent Documents 1 and 2, for example).  As shown in Fig. 8, for example, 
the short backfire antenna has a large reflector disc 71 having a rim 72 
at the peripheral portion, a power supply section 73 provided upright at 
the center of the large reflector disc 71, a radiation section 77 
attached to the distal end of the power supply section 73, and a small 
reflector disc 75 disposed via a support member 74 extending from the 
power supply section 73.  In general, the power supply section 73 is 
formed by a balun circuit (not shown) and a metal cylinder enclosing the 
balun circuit.  The balun circuit serves as an adjuster for a power feed 
coaxial line and the radiation section 77.
【０００３】
The large reflector disc 71 has a diameter of about 2λ and a depth 
of 0.5λ from the rim 72 to the bottom surface of the large reflector disc 
71.  Accordingly, a gain of 13 dBi or so can be provided with a very 
simple structure.
【０００４】
However, the short backfire antenna has a difficulty in acquiring 
a gain of about 13 dBi or greater and having a half-power beamwidth of 40 
degrees or less.  Particularly, the conventional short backfire antenna 
has a relative large side lobe, which raises a problem of interference in 
a non-desirable direction and coupling with an adjacent antenna.
【０００５】
When it is necessary to acquire a higher gain and reduce the side 
lobe by narrowing the beam width, therefore, other antenna systems such 
as a parabolic antenna should be selected to increase the aperture size.
【０００６】
The parabolic antenna needs to have a parabolic reflector produced 
and tends to become very large.  In cases where high gain is not required,  
a parabolic reflector is excessively expensive,  heavy and unwieldy.
【０００７】
In this respect, the merit of a planar antenna which has a flat 
surface is becoming attractive again.
[Patent Document 1]  Japanese Unexamined Patent Publication No. Sho 57-
20002
[Patent Document 2]  Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 2-
223206
[Disclosure of the invention]
[Problem to be solved by the invention]
【０００８】
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a 
short backfire antenna which can configure an medium-gain antenna of 10 
to 20 dBic with a simple structure and can improve the gain, and reduce 
the beam width, the side lobe and the cross polarization.
[Means for solving the problem]
【０００９】
To achieve the object, a short backfire antenna according to the 
present invention comprises a large reflector disc with a cavity wall 
formed at its periphery; an electrically equivalent waveguide radiator 
disposed on a center axis of the large reflector disc; and at least two 
or more conductive articles provided upright on the large reflector disc 
around the electrically equivalent waveguide radiator at a constant or a 
non-constant radius with respect to the center axis, wherein the two or 
more conductive articles are electrically connected to a bottom surface 
of the large reflector disc and a change is made to an electric field 
near the electrically equivalent waveguide radiator to adjust an E-plane 
radiation pattern so that the E-plane radiation pattern and the H-plane 
radiation pattern become approximately identical.
[Effect of the Invention]
【００１０】
In the short backfire antenna with the above structure, the 
conductive articles are provided upright on the large reflector disc at a 
constant or a non-constant radius with respect to the center axis of the 
large reflector disc.  This makes it possible to give a change to an 
electric field near the electrically equivalent waveguide radiator to 
adjust an E-plane radiation pattern so that the E-plane radiation pattern 
and the H-plane radiation pattern become approximately identical.  That 
is, the present invention can reduce the cross polarization of the short 
backfire antenna.  The invention can improve the gain, and reduce the 
beam width, the side lobe and the cross polarization.
[Best mode for carrying out the invention]
【００１１】
A short backfire antenna to which the present invention is adapted 
will be elaborated referring to the accompanying drawings.
【００１２】
Fig. 1 shows the configuration of a short backfire antenna 1 to 
which the present invention is adapted.  The short backfire antenna 1 has 
a large reflector disc 12 with a cavity wall 11 formed at the periphery, 
an electrically equivalent waveguide radiator 13 arranged on a center 
axis C of the large reflector disc 12, a pipe socket 14 provided upright 
on the top surface of the electrically equivalent waveguide radiator 13 
along the center axis C, a small reflector disc 15 provided at the 
uppermost end of the pipe socket 14, a power supply section 16 
electrically connected to the electrically equivalent waveguide radiator 
13 via the large reflector disc 12, and at least two or more conductive 
articles 18 provided upright on the large reflector disc 12 around the 
electrically equivalent waveguide radiator 13.
【００１３】
The cavity wall 11 is provided upright on the large reflector disc 
12 in the vertical direction.  The cavity wall 11 may be formed by 
adhering an aluminum annular plate to the large reflector disc 12.  The 
cavity wall 11 may be integrated with bonded to/welded to the large 
reflector disc 12 or may be a basin-like container used directly.  The 
cavity wall 11 should be configured to have a height equal to,  less than 
or greater than the height of the small reflector disc 15.
【００１４】
The large reflector disc 12, like the cavity wall 11, is made of 
an aluminum plate or some other high electrical conductivity material to 
have a circular shape.  Through holes (not shown) are formed in the 
bottom surface of the large reflector disc 12 at positions corresponding 
to the upright positions of the conductive articles 18.
【００１５】
The electrically equivalent waveguide radiator 13 is formed into a 
disc shape having a smaller diameter than that of the large reflector 
disc 12.  The bottom surface of the pipe socket 14 is mounted at the 
circular center of the electrically equivalent waveguide radiator 13.  
The electrically equivalent waveguide radiator 13 may be formed on a 
microstrip dielectric substrate or suspended in air as shown.  Radio 
waves based on power supplied from the power supply section 16 are 
radiated to the electrically equivalent waveguide radiator 13.
【００１６】
The power supply section 16 supplies power to the electrically 
equivalent waveguide radiator 13.  Fig. 2 shows the transverse cross 
section of the short backfire antenna 1 to which the present invention is 
adapted.  The power supply section 16 comprises an insulating sleeve 21 
and a coupling pin 22.  The insulating sleeve 21 is made of an insulator 
so disposed as to guide the coupling pin 22 toward the electrically 
equivalent waveguide radiator 13.  The coupling pin 22 is connected to a 
coaxial cable (not shown).  The unillustrated coaxial cable has an 
insulator enclosing an inner conductor of copper and an outer conductor 
enclosing the outer portion of the insulator.  The coaxial cable feeds 
power to the power supply section 16.
【００１７】
The pipe socket 14 is formed by a tubular rod of a conductive 
material or a dielectric material.  The pipe socket 14 also serves to 
support the small reflector disc 15.
【００１８】
The conductive articles 18 are made of a conductive material like 
copper.  While the conductive articles 18 may be formed into any shape, 
they should desirably be formed by rod articles extending in the 
lengthwise direction.  The following description of the embodiment will 
be given of a case where with the conductive articles 18 being formed by 
rod articles, their diameters are about 2 mm.  The following description 
of the embodiment will be given of a case where the upright angle of the 
conductive articles 18 to the bottom surface of the large reflector disc 
12 is set to 90 degrees, but is in no way restrictive and may take any 
angle.  The position where each conductive article 18 is formed can be 
defined by the radius from the center axis C.  The radii indicating the 
positions of formation of the conductive articles 18 may be constant or 
non-constant among the conductive articles 18.  It is to be noted however 
that the positions of formation of the conductive articles 18 are defined 
on the condition that the conductive articles 18 are provided upright at 
positions where the conductive articles 18 do not make contact with the 
electrically equivalent waveguide radiator 13 and the cavity wall 11.
【００１９】
The lower ends of the conductive articles 18 are inserted into the 
through holes (not shown) formed in the large reflector disc 12.  As a 
result, the lower ends of the conductive articles 18 protrude from the 
bottom surface, 12a, of the large reflector disc 12 as shown in Fig. 3.  
A seal member 19 of an electrically conductive epoxy resin, for example, 
is secured to the protruding lower end of each conductive article 18.  
Accordingly, the conductive articles 18 are electrically connected to the 
bottom surface of the large reflector disc 12.
【００２０】
The thus constructed short backfire antenna 1 to which the present 
invention is adapted provides the electrically equivalent waveguide 
radiator 13 with the power supplied from the power supply section 16.  As 
a result, the electrically equivalent waveguide radiator 13 is excited to 
radiate radio waves.  The radio waves radiated from the electrically 
equivalent waveguide radiator 13 can be trapped between the small 
reflector disc 15 and the large reflector disc 12 to cause resonance 
phenomenon, which can yield high aperture efficiency.
【００２１】
According to the invention, two or more conductive articles 18 are 
provided upright as mentioned above.  This can allow an E-plane radiation 
pattern and an H-plane radiation pattern to be approximately identical.  
The E-plane is the plane of the electric field vector, while the H-plane 
is perpendicular to the E-plane.  In general, even if the short backfire 
antenna has good directivity in the H-plane with narrow beamwidth and low 
sidelobes it has an E-plane radiation pattern with poor directivity and a 
broad beamwidth.  This reduces the aperture efficiency and lowers the 
gain.  The present invention can however make the E-plane radiation 
pattern substantially equal to the H-plane radiation pattern.  In other 
words, it is essential in the invention that the layout, shape, upright 
angle and the like of the conductive articles 18 should be adjusted 
beforehand to make the E-plane directivity and H-plane directivity 
substantially equal to each other.
【００２２】
Fig. 3 shows the simulation result of the E-plane radiation 
patterns of the conventional short backfire antenna (broken line) having 
no conductive articles 18 provided and the short backfire antenna 1 
(solid line) having conductive articles;  if the horizontal axis 
indicates a radiation angle (degree) and the vertical axis a gain (dBi) 
according to the invention which is provided with the conductive articles 
18.  In the simulation, the band is 1.49 GHz for radio waves to be 
radiated.  As the short backfire antenna 1 (solid line) to which the 
present invention is adapted has the conductive articles 18 provided 
upright, the radiation pattern significantly differs from the 
conventional one.  Specifically, the gain is higher,  at 0 degrees.  
Further, it is apparent that radiation at angles away from 0 degrees is 
reduced by up to 10dB compared to the conventional art.
【００２３】
Fig. 4A shows an E-plane radiation pattern of the short backfire 
antenna 1 to which the present invention is adapted, and Fig. 4B shows an 
H-plane radiation pattern of the short backfire antenna 1 to which the 
present invention is adapted.  In Figs. 4A and 4B, the solid lines show 
the result of experiments while the broken lines show the simulation 
results.  It is apparent that the E-plane and H-plane both have 
approximately the same radiation patterns.
【００２４】
Fig. 5 illustrates variation of the gain with frequency change of 
the short backfire antenna 1 to which the present invention is adapted.
【００２５】
The short backfire antenna 1 provided with the conductive articles 
18 can increase the gain by approximately 1 to 1.5 dB in bands of 100 MHz 
or higher as compared with the related art.
【００２６】
Because the short backfire antenna 1 to which the present 
invention is adapted has the conductive articles 18 provided upright, it 
is possible to give a change to the electric field near the electrically 
equivalent waveguide radiator 13.  This makes it possible to adjust the 
E-plane radiation pattern  so that the E-plane radiation pattern and the 
H-plane radiation pattern become approximately identical. The present 
invention can also reduce the cross polarization of the short backfire 
antenna.  The invention can improve the gain, and reduce the beam width 
and the side lobe level.
【００２７】
The conductive articles 18 may be formed by rod articles having a 
length of 25 to 50% of the spatial wavelength of radio waves to be 
radiated.  At these lengths,  the conductive articles 18 are a resonate 
length and support strong induced electrical currents.  The radiation 
from the induced electrical currents adds destructively with the 
radiation from the microstrip patch 13 at 90 degrees (the reflector plane 
12) in E-plane radiation pattern only to make the gain extremely low.  
Thus,  the conductive articles 18 force the E-plane radiation pattern of 
the microstrip antenna 13 to become substantially equal to its H-plane 
radiation pattern.  This is known as a Clavin Feed to those skilled in 
the art.
【００２８】
The conductive articles 18 may be formed by rod articles, provided 
upright from the bottom surface of the large reflector disc 12 at 
approximately 90 degrees, and bent in a direction away from the 
electrically equivalent waveguide radiator 13 at 30 to 90 degrees to the 
bottom surface of the large reflector disc 12.  Bending the conductive 
articles 18 away from the electrically equivalent waveguide radiator 13 
makes the conductive articles easier from an operator to see and avoid 
"stick" injuries when inserting their hands within the antenna cavity,  
and is thus conducive to safe usage of the antenna.
【００２９】
The conductive articles 18 may have an arbitrary shape on a 
condition that the conductive articles are provided upright from the 
bottom surface of the large reflector disc 12 at approximately 90 degrees, 
and may have any one of a thin wire shape, a thin strip shape or an L 
shape,  on the condition that these novel conductive articles 18 resonate 
appropriately at the frequency of operation to modify the radiation 
pattern of the microstrip antenna 13 to form a Clavin Feed.
[First Embodiment]
【００３０】
Fig. 6 shows one embodiment of the short backfire antenna 1 to 
which the present invention is adapted.
【００３１】
The cavity wall 11 has a height of 102 mm.  The pipe socket 14 has 
a height of 126 mm and is formed by a tubular rod.  The reflector 15 
attached to the upper end of the pipe socket 14 has a radius of 100 mm.  
The conductive articles 18 are formed by rod articles having a length of 
51 mm and an upright angle of 75 degrees to the bottom surface of the 
large reflector disc 12.  The attachment position of each conductive 
article 18 is at a radius of 65 mm.  The electrically equivalent 
waveguide radiator 13 is formed on an acrylic resin plate with a 
thickness of approximately 6 mm.  The large reflector disc 12 and the 
cavity wall 11 are made integral with each other and have a radius of 202 
mm.
【００３２】
Fig. 7 illustrates the result of simulation-based analysis of the 
changing tendency of the gain when the length of the conductive articles 
18 is varied from 25 to 60 mm and the radius of the rod articles 18 from 
the center axis C is varied from 37.5 to 105 mm.  In Fig. 7, the length 
and upright position of the conductive article 18 are taken on the two 
axes of the bottom plane, and the vertical axis indicates the gain at 
position 0 degrees in Fig. 3.  The gain at 0 degrees is a figure of merit 
from which other indicators of the behavior of the antenna like beamwidth 
and sidelobe level can be guessed/surmised.  Thus it is apparent that 
when the conductive article length is 47.5mm and the position is 75mm,  
the gain of the short backfire antenna 1 is 10.3dBi,  which is half that 
of a conventional design and is thus unsatisfactory as it offers poorer 
performance than the conventional design.  In contrast,  with a 
conductive article length of 50mm and position of 62.5mm,  and gain of 
14.8dBi results offering and improvement of 1.5dB gain increase compared 
to the conventional design.
【００３３】
The gain can be controlled to be a desired gain by controlling the 
length of the conductive article 18 and the radius thereof from the 
center axis C.
【００３４】
Particularly, it is desirable to set the length of the conductive 
article 18 to 47.5 to 65 mm and set the radius of the rod article 18 from 
the center axis C to 60 to 90 mm which provides the gain of 13.8 to 15.0 
dBi,  in an antenna designed to operate at a frequency of 1.49GHz.
Industrial Applicability
【００３５】
The antenna of the present invention is suitable for use as a 
medium-gain antenna element of approximately 10 to 20 dBi, and has 
features such that the antenna has a simpler and more compact structure 
and can be produced at a lower cost than the conventional parabolic 
antenna or the like.  It is expected that the antenna of the present 
invention is used as a direction finding antenna for radio monitoring, a 
ship earth station (SES) antenna for satellite communications, an antenna 
element of a direct radiation array antenna installed on a satellite, a 
feed antenna for a reflector type antenna, an antenna element of a power 
supply antenna, and so forth.
[Brief description of the drawings]
【００３６】
[Fig. 1] a perspective view showing the configuration of a short 
backfire antenna to which the present invention is adapted.
[Fig. 2] a transverse cross-sectional view of the short backfire 
antenna to which the present invention is adapted.
[Fig. 3] a diagram showing a comparative example of the result of 
simulation of radiation patterns.
[Fig. 4] (A) is a diagram showing an E-plane radiation pattern in 
the short backfire antenna to which the present invention is adapted; and 
(B) is a diagram showing an H-plane radiation pattern in the short 
backfire antenna to which the present invention is adapted.
[Fig. 5] a diagram illustrating the variation of the gain with 
frequency of the short backfire antenna to which the present invention is 
adapted.
[Fig. 6] a diagram showing one embodiment of the short backfire 
antenna to which the present invention is adapted;
[Fig. 7] a diagram illustrating an example of simulation-based 
analysis of the variation of the gain with conductive article position 
and length.
[Fig. 8] a diagram showing a structural example of a conventional 
short backfire antenna illustrative of prior art.
[Description of reference number]
【００３７】
1:  Short backfire antenna
11:  Cavity wall
12:  Large refrector disc
13:  Exciting microstrip patch antenna
14: Pipe socket
15: (Small) reflector disc
16: Power supply section
18: Conductive article
21: Insulating sleeve
22: Coupling pin
[Claim 1]  A short backfire antenna comprising:
a large reflector disc formed at a periphery of a cavity wall;
an exciting microstrip patch antenna,  or electrically equivalent 
waveguide radiator,  disposed on a center axis of the large reflector 
disc; and
at least two or more conductive articles provided upright on the 
large reflector disc around the exciting microstrip patch antenna,  or 
electrically equivalent waveguide radiator,  at a constant or a non-
constant radius with respect to the center axis,
wherein the two or more conductive articles are electrically 
connected to a bottom surface of the large reflector disc and a change is 
made to an electric field near the exciting microstrip patch antenna,  or 
electrically equivalent waveguide radiator,  to adjust the E-plane 
radiation pattern so that the E-plane radiation pattern and the H-plane 
radiation pattern become approximately identical.
[Claim 2]  The short backfire antenna according to claim 1, wherein each 
of the conductive articles comprises a rod article having a length of 25 
to 50% of a spatial wavelength of radio waves to be radiated.
[Claim 3]  The short backfire antenna according to claim 1 or 2, wherein 
the conductive articles are provided upright at positions where the 
conductive articles do not make contact with the exciting microstrip 
patch antenna,  or electrically equivalent waveguide radiator,  and the 
cavity wall.
[Claim 4]  The short backfire antenna according to any one of claims 1 to 
3, wherein the conductive articles comprise rod articles, are provided 
upright from the bottom surface of the large reflector disc at 
approximately 90 degrees, and are bent in a direction away from the 
exciting microstrip patch antenna,  or electrically equivalent waveguide 
radiator,  at 30 to 90 degrees to the bottom surface of the large 
reflector disc.
[Claim 5]  The short backfire antenna according to any one of claims 1 to 
3, wherein the conductive articles have an arbitrary shape on a condition 
that the conductive articles are provided upright from the bottom surface 
of the large reflector disc at approximately 90 degrees, and have any one 
of a thin wire shape, a thin stripe shape and an L shape.
[Abstract]
[Object]  A short backfire antenna capable of improving the gain, and 
reducing the beam width, a side lobe and cross polarization, is provided.
[Solution]  The short backfire antenna has a large reflector disc 12 
formed at the periphery of a cavity wall 11, an electrically equivalent 
waveguide radiator 13 disposed on the center axis of the large reflector 
disc 12, and at least two or more conductive articles 18 provided upright 
on the large reflector disc 12 around the electrically equivalent 
waveguide radiator 13 at a constant or a non-constant radius with respect 
to the center axis.  The two or more conductive articles 18 are 
electrically connected to the bottom surface of the large reflector disc 
12 and cause a change to the electric field near the electrically 
equivalent waveguide radiator 13 to adjust an E-plane radiation pattern 
so that the E-plane radiation pattern and the H-plane radiation pattern 
become approximately identical.
[Selected Drawing]  Fig. 1
2009060158.tif 000011
2009060158.tif 000012
2009060158.tif 000013
2009060158.tif 000014
2009060158.tif 000015
2009060158.tif 000016
2009060158.tif 000017
2009060158.tif 000018