(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電部から供給された基本モード波を伝搬する一方、高次モード波の伝搬を阻止するスタンダード導波管と、上記スタンダード導波管から内径変換部を介して伝搬された基本モード波を開口部に伝搬するとともに、管内に設置されているモード変換器が発生する高次モード波を開口部に伝搬するオーバーサイズ導波管とを備えたマルチモードホーンアンテナにおいて、上記オーバーサイズ導波管の内壁に接する外周側に誘電体を配置する一方、内周側に配置したリング状の導体を用いて上記モード変換器を構成することを特徴とするマルチモードホーンアンテナ。
【請求項２】
給電部から供給された基本モード波を伝搬する一方、高次モード波の伝搬を阻止するスタンダード導波管と、上記スタンダード導波管から内径変換部を介して伝搬された基本モード波を開口部に伝搬するとともに、管内に設置されているモード変換器が発生する高次モード波を開口部に伝搬するオーバーサイズ導波管とを備えたマルチモードホーンアンテナにおいて、上記オーバーサイズ導波管の内壁に接する外周側に誘電体を配置する一方、内周側に導体を配置している第１のリングと、上記第１のリングの内壁に接する外周側に誘電体を配置する一方、内周側に導体を配置している第２のリングとを用いて上記モード変換器を構成することを特徴とするマルチモードホーンアンテナ。
【請求項３】
給電部から供給される基本モード波がＴＥ11モード波であり、モード変換器が発生する高次モード波がＴＭ11モード波であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のマルチモードホーンアンテナ。
【請求項４】
誘電体と導体から為るプリント基板をリング状に成形してモード変換器が構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のマルチモードホーンアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無線通信機器に用いられるマルチモードホーンアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
衛星通信地球局用反射鏡アンテナの一次放射器として、図７に示すようなホーンアンテナが用いられることがある。
図７のホーンアンテナは、円形導波管の基本モード波であるＴＥ１１モード波のみで励振する。
ここで、図７においては、ホーンアンテナの開口面が直角座標（ｘ，ｙ）と極座標（ρ，θ）で表されているが、以下、ｙ軸面をＥ面、ｘ軸面をＨ面と称する。また、図８はホーン開口におけるＴＥ１１モード波の電界分布図であり、図９はＴＥ１１モード波の電界振幅分布図である。
【０００３】
図９における主偏波は電界のｙ方向成分で表され、交差偏波は電界のｘ方向成分で表される。ただし、交差偏波については電界強度が最も大きくなるθ＝４５度方向を示している。
図９の横軸ρ’は、径方向座標ρをホーン開口の半径で正規化した値であり、ＴＥ１１モード波のみで励振した場合、Ｈ面の電界振幅は開口中心ρ’＝０で最大となって、端で０となるような分布であるのに対し、Ｅ面の電界振幅は端で正の値を持つ分布となる。
また、交差偏波については、開口中心ρ’＝０で０となり、それ以外では正の値を持つような分布となる。このように、ＴＥ１１モード波ではビームが回転対称とはならず、交差偏波のレベルも高くなる。
【０００４】
そこで、図１０に示すような電界分布を持つＴＭ１１モード波をＴＥ１１モード波に合成することにより、回転対称で低交差偏波レベルなビームを得るのが、マルチモードホーンアンテナである。
以下、マルチモードホーンアンテナの原理について説明する。
【０００５】
図１１はＴＭ１１モード波の電界振幅分布図であり、各曲線は図９の主偏波及び交差偏波に相当する。Ｈ面の電界振幅はＴＥ１１モード波と同じように、開口中心ρ’＝０で最大となって、端で０となるような分布であるのに対し、Ｅ面の電界振幅は端で負の値を持つような分布となる。
また、交差偏波については、開口中心ρ’＝０で０となり、それ以外では負の値を持つような分布となる。
【０００６】
そこで、ＴＥ１１モード波にＴＭ１１モード波を合成すると、図１２に示すように、電界がほぼｙ方向のみの電界分布となる。したがって、図１３に示すように、Ｅ面の電界振幅をＨ面の電界振幅に近づけて、交差偏波成分を打ち消すことができる。
しかし、マルチモードホーンアンテナは、コルゲートホーンアンテナなどと比べて、帯域が狭いという欠点がある。その理由として、ホーン開口部におけるＴＭ１１モード波の管内波長がＴＥ１１モード波の管内波長と比べて長いことが挙げられる。このため、ＴＥ１１モード波とＴＭ１１モード波との間には位相差が生じ、これらの位相差の周波数特性が大きいため、周波数帯域が狭くなる。
【０００７】
この改善策として、図１４に示すようなフレア・アイリス形のマルチモードホーンアンテナがある。
図１４において、１は給電部から供給された基本モード波であるＴＥ１１モード波を伝搬する一方、高次モード波であるＴＭ１１モード波の伝搬を阻止するスタンダード導波管、２はスタンダード導波管１とオーバーサイズ導波管３との内径変換部であるフレア、３はスタンダード導波管１からフレア２を介して伝搬されたＴＥ１１モード波及びＴＭ１１モード波を開口部５に伝搬するとともに、管内に設置されているアイリス４が発生するＴＭ１１モード波を開口部５に伝搬するオーバーサイズ導波管、４はオーバーサイズ導波管３の内壁に接するように設置されているリング状のアイリス、５は開口部である。
【０００８】
次に動作について説明する。
スタンダード導波管１は、給電部からＴＥ１１モード波が供給されると、そのＴＥ１１モード波をフレア２を介してオーバーサイズ導波管３に伝搬する。
オーバーサイズ導波管３は、フレア２からＴＥ１１モード波を受けると、そのＴＥ１１モード波を開口部５に伝搬するが、オーバーサイズ導波管３の管内にはアイリス４が設置され、アイリス４がＴＥ１１モード波を受けることによりＴＭ１１モード波を発生するので、そのＴＭ１１モード波も開口部５に伝搬する。
【０００９】
具体的には、図１５に示すように、アイリス４から発生したＴＭ１１モード波のうち、開口部５側に放射されたＴＭ１１モード波▲１▼については、直接、開口部５に伝搬する。
一方、フレア２側に放射されたＴＭ１１モード波▲２▼については、一旦、フレア２に反射されたのち、開口部５に伝搬する。
【００１０】
このように、ＴＭ１１モード波▲２▼は、アイリス４から一旦フレア２に戻ってから開口部５に伝搬される分、ＴＥ１１モード波の伝搬距離よりも長くなる。
このため、ホーン開口におけるＴＭ１１モード波とＴＥ１１モード波の位相差を比較的広い周波数範囲に渡って揃えることができる。
また、アイリス４を２枚設置して、アイリス４間の距離をＴＥ１１モード波の管内波長の４分の１にすることにより、ＴＥ１１モード波の反射を抑えることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のマルチモードホーンアンテナは以上のように構成されているので、アイリス４はオーバーサイズ導波管３の内壁に接するように設置される。即ち、アイリス４は図１６に示すように電界強度の弱いオーバーサイズ導波管３の縁に設置される。したがって、アイリス４から発生されるＴＭ１１モード波▲２▼の量を十分に得るにはアイリス４の高さを高くしなければならない。しかし、アイリス４の高さを高くすると、アイリス４から発生されるＴＭ１１モード波▲１▼の量が多くなるため、低周波数側では、十分なＴＭ１１モード波の量を得ることができず、高周波数側では、ＴＭ１１モード波の量が多くなり過ぎて、広帯域に渡って良好な周波数特性を得ることが困難であるなどの課題があった。
【００１２】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、広帯域に渡って良好な周波数特性を得ることができるマルチモードホーンアンテナを得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るマルチモードホーンアンテナは、オーバーサイズ導波管の内壁に接する外周側に誘電体を配置する一方、内周側に配置したリング状の導体を用いてモード変換器を構成するようにしたものである。
【００１４】
この発明に係るマルチモードホーンアンテナは、オーバーサイズ導波管の内壁に接する外周側に誘電体を配置する一方、内周側に導体を配置している第１のリングと、第１のリングの内壁に接する外周側に誘電体を配置する一方、内周側に導体を配置している第２のリングとを用いてモード変換器を構成するようにしたものである。
【００１５】
この発明に係るマルチモードホーンアンテナは、給電部から供給される基本モード波がＴＥ１１モード波であり、モード変換器が発生する高次モード波がＴＭ１１モード波であるようにしたものである。
【００１６】
この発明に係るマルチモードホーンアンテナは、誘電体と導体から為るプリント基板をリング状に成形してモード変換器が構成されているものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるマルチモードホーンアンテナを示す構成図であり、図において、１１は給電部から供給された基本モード波であるＴＥ１１モード波を伝搬する一方、高次モード波であるＴＭ１１モード波の伝搬を阻止するスタンダード導波管、１２はスタンダード導波管１１とオーバーサイズ導波管１３との内径変換部であるフレア、１３はスタンダード導波管１１からフレア１２を介して伝搬されたＴＥ１１モード波を開口部１６に伝搬するとともに、管内に設置されているモード変換器が発生するＴＭ１１モード波を開口部１６に伝搬するオーバーサイズ導波管、１４はオーバーサイズ導波管１３の内壁に接するように設置されているリング状の誘電体、１５はリング状の誘電体１４の内壁に接するように設置されているリング状の導体（導体は表面又は全体が金属で構成されている）である。なお、誘電体１４及び導体１５からモード変換器が構成されている。以下、当該モード変換器をリングと称する。１６は開口部である。
【００１８】
次に動作について説明する。
スタンダード導波管１１は、給電部からＴＥ１１モード波が供給されると、そのＴＥ１１モード波をフレア１２を介してオーバーサイズ導波管１３に伝搬する。
オーバーサイズ導波管１３は、フレア１２からＴＥ１１モード波及びＴＭ１１モード波を受けると、そのＴＥ１１モード波を開口部１６に伝搬するが、オーバーサイズ導波管１３の管内にはリングが設置され、リングを構成する導体１５がＴＥ１１モード波を受けることによりＴＭ１１モード波を発生するので、そのＴＭ１１モード波も開口部１６に伝搬する。
【００１９】
具体的には、図１５に示すように、リングを構成する導体１５から発生したＴＭ１１モード波のうち、開口部１６側に放射されたＴＭ１１モード波▲１▼については、直接、開口部１６に伝搬する。
一方、フレア１２側に放射されたＴＭ１１モード波▲２▼については、一旦、フレア１２に反射されたのち、開口部１６に伝搬する。
【００２０】
このように、ＴＭ１１モード波▲２▼は、リングから一旦フレア１２に戻ってから開口部１６に伝搬される分、ＴＥ１１モード波の伝搬距離よりも長くなる。
このため、ホーン開口におけるＴＭ１１モード波とＴＥ１１モード波の位相差を比較的広い周波数範囲に渡って揃えることができる。
【００２１】
ここで、従来例におけるアイリス４と、この実施の形態１におけるリングとの相違点について説明する。
リングは、アイリス４と同様に、オーバーサイズ導波管１３の内壁に接するように設置される。しかし、リングの外周側は誘電体１４により構成され、誘電体１４は電波を透過するので（図２を参照）、ＴＭ１１モード波▲１▼の透過量をアイリス４よりも少なくすることができる。
そのため、アイリス４と異なり、リングを構成する導体１５をオーバーサイズ導波管１３の縁よりも内側の電界強度の強いところに設置することが可能になるため（図２を参照）、ＴＭ１１モード波▲２▼の量を十分に確保することができる。
【００２２】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、オーバーサイズ導波管１３の内壁に接する外周側に誘電体１４を配置する一方、内周側に導体１５を配置しているリングを用いてモード変換器を構成するようにしたので、広帯域に渡って良好な周波数特性を得ることができる効果を奏する。
【００２３】
なお、図３は従来例である図１４のマルチモードホーンアンテナにおけるビーム幅と交差偏波レベルの周波数特性を示す解析図であり、図４はこの実施の形態１のマルチモードホーンアンテナにおけるビーム幅と交差偏波レベルの周波数特性を示す解析図である。
【００２４】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２によるマルチモードホーンアンテナのモード変換器を示す断面図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
２１は導体１５の内壁に接するように設置されているリング状の誘電体、２２はリング状の誘電体２１の内壁に接するように設置されているリング状の導体（導体は表面又は全体が金属で構成されている）である。
なお、この実施の形態２では、誘電体１４及び導体１５から第１のリングが構成され、誘電体２１及び導体２２から第２のリングが構成されている。そして、第１及び第２のリングからモード変換器が構成されている。
【００２５】
上記実施の形態１では、誘電体１４及び導体１５から構成されたリングを用いてモード変換器を構成するものについて示したが、誘電体１４及び導体１５から構成される第１のリングの内側に、第２のリングを更に設置するようにしてもよい。
これにより、上記実施の形態１よりも、ＴＭ１１モード波▲２▼の反射量を増やすことができるため、更なる周波数特性の広帯域化を図ることができる。
【００２６】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、特に言及していないが、モード変換器を下記に示す手順により製作するようにしてもよい。
即ち、図６（ａ）に示すように、誘電体３１の表面に導体３２が蒸着又は張り付けられているプリント基板を用意する。
そして、図６（ｂ）に示すように、プリント基板の中心部をくり貫くとともに、プリント基板の表面をエッチングして、導体３２を丸くする。
最後に、図６（ｃ）に示すように、プリント基板の周囲を削ることにより、リング状のモード変換器の製作を完了する。
この実施の形態３によれば、誘電体と導体から為るリング状のモード変換器を簡単に製作することができる効果を奏する。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、オーバーサイズ導波管の内壁に接する外周側に誘電体を配置する一方、内周側に配置したリング状の導体を用いてモード変換器を構成するようにしたので、広帯域に渡って良好な周波数特性を得ることができる効果がある。
【００２８】
この発明によれば、オーバーサイズ導波管の内壁に接する外周側に誘電体を配置する一方、内周側に導体を配置している第１のリングと、第１のリングの内壁に接する外周側に誘電体を配置する一方、内周側に導体を配置している第２のリングとを用いてモード変換器を構成するようにしたので、広帯域に渡って良好な周波数特性を得ることができる効果がある。
【００２９】
この発明によれば、給電部から供給される基本モード波がＴＥ１１モード波であり、モード変換器が発生する高次モード波がＴＭ１１モード波であるように構成したので、ＴＥ１１モード波及びＴＭ１１モード波を取り扱うマルチモードホーンアンテナに適用することができる効果がある。
【００３０】
この発明に、誘電体と導体から為るプリント基板をリング状に成形してモード変換器が構成されているので、誘電体と導体から為るリング状のモード変換器を簡単に製作することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１によるマルチモードホーンアンテナを示す構成図である。
【図２】  リングにおける電界分布図である。
【図３】  従来のマルチモードホーンアンテナにおけるビーム幅と交差偏波レベルの周波数特性を示す解析図である。
【図４】  この実施の形態１のマルチモードホーンアンテナにおけるビーム幅と交差偏波レベルの周波数特性を示す解析図である。
【図５】  この発明の実施の形態２によるマルチモードホーンアンテナのモード変換器を示す断面図である。
【図６】  モード変換器の製作手順を示す斜視図である。
【図７】  従来のホーンアンテナを示す構成図である。
【図８】  ホーン開口におけるＴＥ１１モード波の電界分布図である。
【図９】  ホーン開口におけるＴＥ１１モード波の電界振幅分布図である。
【図１０】  ホーン開口におけるＴＭ１１モード波の電界分布図である。
【図１１】  ホーン開口におけるＴＭ１１モード波の電界振幅分布図である。
【図１２】  マルチモード化を行ったときの電界分布図である。
【図１３】  マルチモード化を行ったときの電界振幅分布図である。
【図１４】  従来のマルチモードホーンアンテナを示す構成図である。
【図１５】  モード変換を示す概略図である。
【図１６】  アイリスにおける電界分布図である。
【符号の説明】
１１  スタンダード導波管、１２  フレア（内径変換部）、１３  オーバーサイズ導波管、１４  誘電体（リング、第１のリング）、１５  導体（リング、第１のリング）、１６  開口部、２１  誘電体（第２のリング）、２２  導体（第２のリング）、３１  誘電体、３２  導体。
【図１】
0003816408.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003816408.tif 000004
【図４】
0003816408.tif 000005
【図５】
0003816408.tif 000006
【図６】
0003816408.tif 000007
【図７】
0003816408.tif 000008
【図８】
0003816408.tif 000009
【図９】
0003816408.tif 000010
【図１０】
0003816408.tif 000011
【図１１】
0003816408.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0003816408.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0003816408.tif 000016
【図１６】
0003816408.tif 000017