(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に開口部を有し各部の開口寸法が同一なストレート形状で断面方形の導波管と、この導波管の内壁面に保持される保持部を有し前記開口部から放射部を突出させた誘電体フィーダとを備え、前記誘電体フィーダが互いに直交する４つの外表面を有し、これら外表面に前記保持部に対して窪んだ凹部をそれぞれ形成することにより、各凹部間に位置する凸状部分を前記導波管の内壁面４隅に保持させると共に、前記各凹部の表面と前記導波管の前記開口部の内壁面との間に電波の進行方向に向かって約１／４波長の深さを有する間隙を画成し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、前記凹部の表面と前記導波管の内壁面との対向距離を前記開口部の口径の約１／６〜１／１０に設定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、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１１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１０ａとした導波管１０と、この導波管１０の開口部１０ｂに保持された誘電体フィーダ１１とを具備している。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おり、これらプローブ１２，１３と閉塞面１０ａとの距離は管内波長λｇの約１／４波長分だけ離れている。誘電体フィーダ１１はポリエチレン等の誘電材料からなり、保持部１１ａを境にして両端に放射部１１ｂとインピーダンス変換部１１ｃとが形成されている。保持部１１ａの外径は導波管１０の内径とほぼ同じであり、誘電体フィーダ１１はこの保持部１１ａにより導波管１０に固定されている。放射部１１ｂとインピーダンス変換部１１ｃはいずれも円錐形状とされており、放射部１１ｂは導波管１０の開口部１０ｂから外部に突出し、インピーダンス変換部１１ｃは導波管１０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１１ｂから誘電体フィーダ１１の内部に収束され、誘電体フィーダ１１のインピーダンス変換部１１ｃ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に入力した電波を第１プローブ１２と第２プローブ１３により受信し、そ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して出力することにより、衛星から送信された電波を受信することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した従来の一次放射器においては、図１０の破線で示すように、放射パターンがサイドローブを含む形状になることが知られている。これは、導波管１０の開口部１０ｂでのインピーダンスの不連続性に起因して、表面電流が導波管１０の外表面に流れて放射するからであり、例えば、放射部１１ｂの設計放射角を９０度（中心に対して±４５度）とした場合、±５０度近傍に高いサイドローブが発生する。このため、放射角の中心部にあるメインローブのゲインが低下し、衛星からの電波を効率良く受信することができない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、放射パターンのサイドローブを低減して受信効率の高い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】
上記目的を達成するために、本発明の一次放射器では、一端に開口部を有し各部の開口寸法が同一なストレート形状で断面方形の導波管と、この導波管の内壁面に保持される保持部を有し前記開口部から放射部を突出させた誘電体フィーダとを備え、前記誘電体フィーダが互いに直交する４つの外表面を有し、これら外表面に前記保持部に対して窪んだ凹部をそれぞれ形成することにより、各凹部間に位置する凸状部分を前記導波管の内壁面４隅に保持させると共に、前記各凹部の表面と前記導波管の前記開口部の内壁面との間に電波の進行方向に向かって約１／４波長の深さを有する間隙を画成した。
【０００７】
このように構成された一次放射器では、誘電体フィーダの互いに直交する４つの外表面にそれぞれ凹部を形成し、この誘電体フィーダをストレート形状で断面方形な導波管の開口部から挿入して内壁面４隅に保持することにより、導波管の開口部の内壁面と誘電体フィーダの各凹部の表面との間に約１／４波長の深さを有する間隙が画成されるため、インピーダンスが不連続となる間隙の底面から開放端に向かって導波管の内壁面を流れる表面電流と、誘電体フィーダの外表面から放射される電波によって導波管の内壁面に発生する誘導電流とは、それぞれの位相が逆転してキャンセルされる。その結果、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増加し、衛星からの電波を効率良く受信することができる。また、導波管が単純なストレート形状で良いため、例えば導波管をアルミダイキャスト等で成形する場合は金型構造を簡略化することができ、あるいは導波管を板金のプレス加工によって製造することができ、製造コストを低減することができる。
【０００８】
上記の構成において、前記凹部の表面と前記導波管の内壁面との対向距離（前記間隙の幅）を導波管開口部の口径の約１／６〜１／１０に設定することが好ましく、このようにするとサイドローブを効果的に低減することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
まず、本発明による一次放射器の基本的動作を図１と図２に示す参考例に基づいて説明すると、図１は参考例に係る一次放射器の断面図、図２は該一次放射器の右側面図である。
【００１１】
これらの図に示すように、参考例に係る一次放射器は、一端が開口され他端を閉塞面１ａにした断面方形の導波管１と、この導波管１の内部に保持された誘電体フィーダ２とを具備しており、導波管１の開口端には拡張部１ｂが形成されている。この拡張部１ｂは導波管１の開口部分を外側に広げたもので、拡張部１ｂの開口寸法は他の部分に比べて大きくなっている。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λｇの約１／４波長分だけ離れ、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。
【００１２】
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、中央の保持部２ａを境にして両端に放射部２ｂとインピーダンス変換部２ｃとが形成されている。保持部２ａは角柱状に形成されており、その外形寸法は導波管１の拡張部１ｂ以外の部分とほぼ同じに設定されている。この保持部２ａは導波管１の内部に圧入や接着等の手段で固定されており、これによって導波管１の拡張部１ｂと誘電体フィーダ２の外表面との間に環状の間隙５が画成される。ここで、間隙５の深さ（拡張部１ｂの軸線方向の長さ）をＬ、間隙５の幅（拡張部１ｂの底面の幅）をＨとすると、Ｌ寸法は誘電体フィーダ２内を伝播する電波波長λεの約１／４波長に、Ｈ寸法は導波管１の開口端である拡張部１ｂの口径の約１／６〜１／１０にそれぞれ設定されている。また、放射部２ｂとインピーダンス変換部２ｃはいずれも角錐形状とされており、放射部２ｂは導波管１の大径部１ｂから外部に突出し、インピーダンス変換部２ｃは導波管１の内部に延びている。
【００１３】
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。
【００１４】
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２ｂから誘電体フィーダ２の内部に進入して収束された後、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の内部に進入する。そして、導波管１に入力した電波を第１プローブ３と第２プローブ４に結合させ、両プローブ３，４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して出力することにより、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２内を伝播する電界によって誘電体フィーダ２の外表面から空間に電波が放射され、この放射電波のうち、間隙５の方向へ放射された電波によって拡張部１ｂの内表面に誘導電流が発生するため、図３に示すように、間隙５の開放端から底面に向かって誘導電流ｉ０が流れる。また、間隙５の底面から開放端に向かって拡張部１ｂの内表面を表面電流ｉ１が流れ、この間隙５の深さは誘電体フィーダ２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、前述した誘導電流ｉ０と表面電流ｉ１とはそれぞれの位相が逆転してキャンセルされる。この結果、図１０の実線で示すように、従来例（破線）に比べてサイドローブが大幅に低減され、それに伴ってメインローブのゲインが０．２〜０．５ｄＢ程度高まり、衛星からの電波を効率良く受信することができる。
【００１５】
次に、発明の実施の形態について説明すると、図４は本発明の第１の実施形態例に係る一次放射器の断面図であり、図１と図２に対応する部分には同一符号を付してある。
【００１６】
本実施形態例が前述した参考例と相違する点は、導波管１を各部の開口寸法が同じのストレート形状にすると共に、誘電体フィーダ２の保持部２ａと放射部２ｂとの境界部分に段差２ｄを付け、この段差２ｄによって導波管１の開口部内壁と誘電体フィーダ２の外表面との間に環状の間隙５を画成したことにあり、それ以外の構成は基本的に同じである。
【００１７】
すなわち、本実施形態例に係る一次放射器は、断面方形なストレート形状の導波管１と、この導波管１の内部に保持された誘電体フィーダ２とを具備しており、誘電体フィーダ２はポリエチレン等の誘電材料で成形されている。誘電体フィーダ２には保持部２ａを境にして両端に放射部２ｂとインピーダンス変換部２ｃとが形成されている。放射部２ｂとインピーダンス変換部２ｃはいずれも角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、インピーダンス変換部２ｃは導波管１の内部に延びている。保持部２ａは角柱状に形成されており、その外形寸法は導波管１の内形寸法とほぼ同じに設定されている。保持部２ａと放射部２ｂとの境界部分には段差２ｄが形成されており、この段差２ｄは誘電体フィーダ２の外表面を全周に亘って切り欠いたものである。保持部２ａは導波管１の内部に圧入や接着等の手段で固定されており、これによって導波管１の開口部内壁と誘電体フィーダ２の外表面との間に環状の間隙５が画成されている。ここで、間隙５の深さ（段差２ｄの軸線方向の長さ）寸法は誘電体フィーダ２内を伝播する電波波長λεの約１／４波長、間隙５の幅（段差２ｄの底面の幅）寸法は導波管１の口径の約１／６〜１／１０にそれぞれ設定されている。
【００１８】
このように構成された第１の実施形態例に係る一次放射器の動作は前述した参考例と基本的に同じであり、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２ｂから誘電体フィーダ２の内部に進入して収束された後、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の内部に進入する。そして、導波管１に入力した電波を第１プローブ３と第２プローブ４に結合させ、両プローブ３，４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して出力することにより、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、導波管１の開口部内壁と誘電体フィーダ２の外表面との間に約λε／４波長の深さを有する間隙５が画成されているため、間隙５の開放端から段差２ｄの底面に向かって誘電体フィーダ２の外表面を流れる表面電流と、段差２ｄの底面から間隙５の開放端に向かって導波管１の内表面を流れる表面電流との位相が逆転してキャンセルされる。この結果、図１０の実線で示すように、従来例（破線）に比べてサイドローブが大幅に低減され、それに伴ってメインローブのゲインが０．２〜０．５ｄＢ程度高まり、衛星からの電波を効率良く受信することができる。しかも、本実施形態例においては、導波管１が単純なストレート形状になるため、例えば導波管１をアルミダイキャスト等で成形する場合は金型構造を簡略化することができ、あるいは導波管１を板金のプレス加工によって製造することができ、製造コストの低減化というメリットがある。
【００１９】
図５は本発明の第２の実施形態例に係る一次放射器の断面図、図６は該一次放射器の右側面図、図７は図５のＡ−Ａ線に沿う断面図、図８は該一次放射器に備えられる誘電体フィーダの正面図、図９は該誘電体フィーダの左側面図であり、図４に対応する部分には同一符号を付すことで重複する説明は省略してある。
【００２０】
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においては、導波管１は第１の実施形態例と同様に断面方形のストレート形状であるが、誘電体フィーダ６は、内部を中空にした角筒状の保持部６ａと、該保持部６ａに連続するインピーダンス変換部６ｃと、該インピーダンス変換部６ｃからラッパ状に連続する放射部６ｂとで構成されている。保持部６ａの外形寸法は導波管１の開口寸法とほぼ同じに設定されており、この保持部６ａは導波管１の開口端から挿入され、圧入や接着等の手段で導波管１の内部に固定されている。インピーダンス変換部６ｃの内部には大小２つの筒状孔を放射部６ｂに向かって連続させた段付き孔７が形成されており、両筒状孔の深さ寸法はそれぞれ誘電体フィーダ６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。また、インピーダンス変換部６ｃの互いに直交する４つの外表面には凹部８が形成されており、各凹部８は放射部６ｂのラッパ状に広がる周面に沿って延びている。このインピーダンス変換部６ｃは導波管１の開口端から挿入されて各凹部８間に位置する凸状の４隅で導波管１の内壁に保持されており、これにより、保持部６ａから導波管１の開口端に至る部分において、各凹部８が所定の間隙を保って導波管１の内壁面と対向することになる（図７参照）。なお、各凹部８によって画成される間隙の深さと幅は、前述した第１の実施形態例で説明した間隙５と同様に設定されている。さらに、放射部６ｂ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６ｂの端面には複数の環状溝９が同心円状に形成され、各環状溝９の深さ寸法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。
【００２１】
このように構成された第２の実施形態例においては、導波管１の開口部内側に位置する各凹部８によって約λε／４波長の深さの間隙が画成されているため、誘電体フィーダ６の保持部６ａに向かってインピーダンス変換部６ｃの外表面を流れる表面電流と、保持部６ａから導波管１の開口端に向かって導波管１の内表面を流れる表面電流との位相が逆転してキャンセルされ、第１の実施形態例と同様の効果を奏することができる。また、誘電体フィーダ６の外表面に凸状部分を残して複数の凹部８を形成し、これら凸状部分を導波管１の内壁面４隅に保持させたため、誘電体フィーダ６の保持強度を高めることができる。さらに、誘電体フィーダ６の内部にインピーダンス変換部６ｃとして機能する段付き孔７を設けたため、誘電体フィーダ６の全長を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。
【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】
誘電体フィーダの放射部を導波管の開口部から突出させた一次放射器において、誘電体フィーダの互いに直交する４つの外表面にそれぞれ凹部を形成し、この誘電体フィーダをストレート形状で断面方形な導波管の開口部から挿入して内壁面４隅に保持することにより、導波管の開口部の内壁面と誘電体フィーダの各凹部の表面との間に電波の約１／４波長の深さを有する間隙を画成すると、間隙内で誘電体フィーダの外表面からの放射電波によって発生する誘導電流と導波管の内壁面を流れる表面電流との位相が逆転してキャンセルされるため、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増加し、衛星からの電波を効率良く受信することができる。また、各部の開口寸法が同一なストレート形状の導波管を使用できるため、例えば導波管をアルミダイキャスト等で成形する場合は金型構造を簡略化することができ、あるいは導波管を板金のプレス加工によって製造することができ、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例に係る一次放射器の断面図である。
【図２】  該一次放射器の右側面図である。
【図３】  位相のキャンセル動作を示す説明図である。
【図４】  本発明の第１の実施形態例に係る一次放射器の断面図である。
【図５】  本発明の第２の実施形態例に係る一次放射器の断面図である。
【図６】  該一次放射器の右側面図である。
【図７】  図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図８】  該一次放射器に備えられる誘電体フィーダの正面図である。
【図９】  該誘電体フィーダの左側面図である。
【図１０】  従来例と本発明の放射パターンを示す説明図である。
【図１１】  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
２，６  誘電体フィーダ
２ａ，６ａ  保持部
２ｂ，６ｂ  放射部
２ｃ，６ｃ  変換部
２ｄ  段差
３  第１プローブ
４  第２プローブ
５  間隙
７  段付き孔
８  凹部
【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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【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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