JP4000359B2 - パラボラアンテナ用一次放射器 - Google Patents

Description

本発明は、パラボラアンテナ用一次放射器に関するものである。

衛星放送用の受信アンテナとしては、一般に、パラボラ形の反射鏡と一次放射器とを備えたパラボラアンテナが用いられている。パラボラアンテナの一次放射器としては、図８に示したように、導波管１０１と、導波管１０１の一端側に設けられたホーン部１０２とを有する放射器本体１０３と、放射器本体内に雨水が入るのを防ぐためにホーン部１０２の開口端１０２ａを覆う防水カバー１０４とを備えたものが用いられている。図８に示した例では、導波管１０１が円形導波管からなり、ホーン部１０２の内面は、開口端側に向かって断面積が徐々に大きくなる円錐面状のテーパ面１０２ｂとなっている。防水カバー１０４はキャップ状に形成されて、その開口端が嵌合部１０４ａとなっており、該嵌合部１０４ａがＯリング１０５を介してホーン部１０２の端部の外周に液密に嵌合されて取り付けられている。放射器本体１０３と防水カバー１０４とにより一次放射器１０６が構成されている。

この一次放射器は、ホーン部１０２をパラボラ形の反射鏡の焦点位置付近に位置させた状態で配置される。反射鏡によりホーン部１０２に集められた放送衛星からの電波は、ホーン部１０２により収束させられた後、導波管１０１内を伝搬して図示しないダウンコンバータに入力される。ダウンコンバータから出力される信号は同軸ケーブルを通してチューナに伝送される。ダウンコンバータは、同軸ケーブルで生じる伝送損失を小さくするために、一次放射器１０６を通して受信される１２ＧＨｚ帯の信号を１ＧＨｚ帯の信号に変換する。この種の一次放射器は、特許文献１に従来技術として開示されている。

防水カバー１０４は、一般に樹脂により形成されているため、２〜４程度の誘電率を有している。一次放射器１０６のホーン部１０２の開口端にこのような防水カバーを取り付けると、一次放射器の内部で電波の多重反射が発生し、反射損失が大きくなるという問題が生じる。

そこで、従来の一次放射器では、多重反射を抑制し、反射損失を少なくするために、図８に示すように、導波管１０１の中心軸線上で測った、防水カバー１０４の内面からホーン部１０２の開口端１０２ａまでの距離Ｌを、受信する電波の波長λの約１／２に設定していた。受信する電波が１２ＧＨｚの場合、距離Ｌは約１２ｍｍとなる。

このように、防水カバー１０４の内面とホーン部１０２の開口端との間の距離Ｌを調整することにより多重反射を抑制する場合には、距離Ｌをかなり長く設定する必要があるため、図示のように防水カバー１０４がホーン部１０２よりも前方に大きく突出し、この防水カバー１０４上に雪が積もって受信障害が生じることがあった。

そこで、特許文献１及び２に示されているように、防水カバー１０４の成形時に防水カバー１０４の内面に突出部を一体に設けることにより多重反射を抑制して反射損失を低減させるようにした一次放射器が提案された。防水カバーの内面に適当な厚さを有する突出部を設けると、この突出部により、防水カバーで反射した電波をキャンセルすることができるため、防水カバーとホーン部の開口端との間の距離を短くしても、多重反射を抑制して、反射損失を低減することができる。

また特許文献２に示されているように、防水カバーよりも誘電率が低い誘電体からなる反射防止部材をホーンの内側に配置することにより多重反射を抑制して反射損失を低減させるようにした一次放射器も知られている。
特開平８−１６７８１０号公報 米国特許第６，５０１，４３２号公報

特許文献１に示されているように、防水カバーの内面に突出部を形成した一次放射器では、防水カバーを射出成形する際に、突出部が設けられた箇所で防水カバーの外面にへこみが生じることがあった。防水カバーの外面にへこみが形成されていると、該へこみに雪が堆積して受信障害が生じるおそれがあり、好ましくなかった。

また防水カバーの内面に突出部を形成すると、防水カバーの形状が複雑になり、該防水カバーを成形する際に用いる金型の構造が複雑になるため、防水カバーの製造コストが高くなるという問題もあった。

更に防水カバーの内面に突出部を一体に形成すると、該突出部の誘電率が防水カバーのそれと同じ高い値になるため、突出部で生じる誘電損失が大きくなるという問題があった。

特許文献２に示されているように、防水カバーよりも誘電率が低い誘電体からなる反射防止部材をホーンの内側に配置するようにすれば、防水カバーの内面に突出部を設けることなく、かつ誘電損失を大きくすることなく、放射器本体内で発生する多重反射を抑制して反射損失を低減させることができる。

しかしながら、このように構成した場合には、防水カバーと別に反射防止部材を成形して、該反射防止部材を放射器本体の内側に組み込む必要があるため、部品点数が多くなる上に構造が複雑になって、コストが高くなるのを避けられなかった。

本発明の目的は、ホーン部の先端から防水カバーを前方に大きく突出させたり、防水カバーの成形不良の原因となる突出部を防水カバーの内面に設けたり、放射器本体内に誘電体からなる反射防止部材を配置したりすることなく、反射損失の低減を図ることができるようにしたパラボラアンテナ用一次放射器を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明によるパラボラアンテナ用一次放射器は、導波管と、該導波管の一端側に設けられたホーン部とを有する放射器本体と、ホーン部の開口端を覆う防水カバーとを備えていて、放射器本体の内面に反射損失低減用のステップが設けられ、放射器本体内で発生する反射損失を許容上限値以下に抑えるようにステップを設ける位置とステップの寸法とが設定される。放射器本体内で発生する反射損失を許容上限値以下に抑えるために適したステップの位置は、防水カバーとステップとの間の距離が、放射器本体内を伝搬する電波の位相角に換算して１８０°の奇数倍にほぼ等しくなる位置である。

上記のように放射器本体の内面にステップを設けると、防水カバーで反射した電波を、ステップで反射した電波によりキャンセルして、放射器本体内で多重反射が生じるのを抑制することができるため、防水カバーを放射器本体の前方に大きく突出させたり、防水カバーの内側に突出部を形成したり、放射器本体内に誘電体からなる反射防止部材を配置したりすることなく、反射損失を許容上限値以下に抑えた一次放射器を得ることができる。

上記ステップは、放射器本体のテーパ部の内面に設けられてもよく、導波管の内面に設けられてもよい。

上記ステップはまた、放射器本体のテーパ部と導波管との境界部に設けられていてもよい。

本発明の好ましい態様では、上記ステップが、放射器本体に一体に形成される。
このように、ステップを放射器本体に一体に形成すると、放射器本体を形成する際に同時にステップを形成することができるため、ステップを備えた放射器本体の製造を容易にすることができ、一次放射器の製造コストの低減を図ることができる。

また本発明の好ましい態様では、放射器本体が、その中心軸線に対して回転対称に形成され、ステップが、放射器本体の中心軸線に対して回転対称に形成される。

このように構成すると、円偏波軸比が悪化するのを防ぐことができるため、受信出力が取り付け角度の影響を受けない一次放射器を得ることができる。

以上のように、本発明によれば、放射器本体の内面にステップを設けて、防水カバーで反射した電波を、ステップで反射した電波によりキャンセルすることにより、放射器本体内で多重反射が生じるのを抑制するようにしたため、防水カバーを放射器本体の前方に大きく突出させたり、防水カバーの内側に突出部を形成したり、放射器本体内に誘電体からなる反射防止部材を配置したりすることなく、反射損失を許容上限値以下に抑えた一次放射器を得ることができる。

従って本発明によれば、防水カバーに雪が堆積して受信障害を起こしたり、誘電損失の増大を招いたり、コストの上昇を招いたりすることなく、反射損失の低減を図って、優れた受信特性を得ることができるパラボラアンテナ用一次放射器を得ることができる。

以下図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の要部を示した断面図で、同図において１は円形導波管を示し、２は導波管１の一端側に設けられたホーン部を示している。この例では、導波管１及びホーン部２がアルミニウムにより形成されている。ホーン部２は導波管１の一端に一体に形成されていて、ホーン部２の内面は、その開口端２ａ側に向かって断面積が徐々に大きくなる円錐面状のテーパ面２ｂとなっている。導波管１とホーン部２とにより放射器本体３が構成されている。この放射器本体は、ダイカスト成形により製造される。

４は、放射器本体３内に雨水が入るのを防ぐためにホーン部２の開口端２ａを覆う防水カバーである。防水カバー４は、ＡＢＳ樹脂やポリプロピレン樹脂により、各部が均一な厚さを持つように成形される。防水カバー４の厚さは、受信する電波の波長よりも十分に短く設定される。防水カバー４はキャップ状に形成されて、その開口端寄りの部分が嵌合部４ａとなっており、該嵌合部がＯリング５を介してホーン部２の端部の外周に液密に嵌合されて取り付けられている。放射器本体３と防水カバー４とにより一次放射器６が構成されている。

このような一次放射器において、防水カバー４で反射して導波管側に進行する電波が増えると一次放射器内で発生する定在波（多重反射）が増加して反射損失が増大し、ダウンコンバータに入力される信号の強度が低下する。反射損失の低減を図るためには、防水カバー４で反射した電波が導波管１側に伝搬するのを阻止して、一次放射器内で定在波が発生するのを抑制する必要がある。

そこで、本発明においては、ホーン部２の開口端２ａよりも導波管１側に寄った放射器本体３の内面に、反射損失低減用のステップ７が設けられる。ステップ７は、放射器本体の内径をステップ状に変化させる部分で、放射器本体３と同様に導電部材により形成される。本実施形態で用いるステップ７は、内周面が軸線方向に沿って均一な内径を有し、外周面がホーン部２の内面のテーパの傾斜角と同じ角度で傾斜したテーパ面となっている円環状の部材からなっていて、その外周面がホーン部２の内周面に接着されている。放射器本体３はその中心軸線に対して回転対称な形状に形成され、ステップ７は、放射器本体の中心軸線に対して回転対称な形状に形成される。

本発明においては、放射器本体３内での定在波の発生を抑制して、反射損失を許容上限値以下に抑えるように、ステップ７の位置と寸法とが設定される。

本実施形態の一次放射器においては、防水カバー４がキャパシティブな短絡回路として作用し、放射器本体３の内面に設けられたステップ７がインダクティブな短絡回路として作用する。この一次放射器６内には、防水カバー４側から導波管１内を通して伝搬して図示しないダウンコンバータに入力される電波と、導波管１のホーン部２と反対側の端部で反射されて、防水カバー側に進行する電波との外に、防水カバー側から導波管側に進行する過程でステップ７で反射されて防水カバー４側に戻る電波が存在する。

そこで、防水カバー４で反射して導波管１側に伝搬する電波と、ステップ７で反射して防水カバー４側に伝搬する電波との位相差をほぼ１８０°とするように、防水カバー４の内面とステップ７との間の距離Ｌ2を設定し、ステップ７で適当な量の電波を反射させるようにステップ７の各部の寸法（最大外径Ｄ1及び内径Ｄ2）を設定しておくと、防水カバー４で反射した電波とステップ７で反射した電波とがキャンセルし合うようにすることができるため、防水カバー４で反射した電波が導波管１側に進行して放射器本体内で定在波が発生するのを抑制して、一次放射器で生じる反射損失を低減することができる。

防水カバー４で反射した電波とステップ７で反射した電波とがキャンセルし合うようにするため、本発明においては、防水カバー４の内面とステップ７との間の距離Ｌ2が、放射器本体３内を伝搬する電波の位相に換算して１８０°の奇数倍にほぼ等しく設定される。即ち、防水カバー４の内面の位置における電波の位相と、ステップ７の位置（防水カバーに対面するステップ７の端面の位置）における電波の位相との差が１８０°の奇数倍にほぼ等しくなるように、放射器本体の中心軸線に沿って測った防水カバーとステップとの間の距離Ｌ2が設定される。またステップ７で反射する電波の量を防水カバー４で反射する電波の量にほぼ等しくするように、ステップ７の寸法（最大外径Ｄ1及び内径Ｄ2）が設定される。

ホーン部２の内側では、管内波長がその軸線方向に沿って連続的に変化するため、ホーン部２の各端部における位相角は、ホーン部の内側の各位置での電波の位相角を軸線方向に積分することにより求める。

本実施形態では、放送衛星から発信される１２ＧＨｚ帯（１１．７ＧＨｚ〜１２．７ＧＨｚ）の電波を受信することを前提にしている。この場合、放射器本体３のホーン部２の開口端２ａの好ましい内径は約３０mmである。また本実施形態では、防水カバー４を構成する樹脂の誘電率ε_ｒ が２．６であり、防水カバー４の厚みが約０．８mmに設定されている。更に、防水カバー４の内面とホーン部２の開口端との間の距離Ｌ1は５〜６mmに設定される。因みに従来の一次放射器においては、防水カバーの内面とホーン部２の開口端との間の距離Ｌ1が約１２mmに設定されていた。

本発明によれば、防水カバーの内面とホーン部２の開口端２ａとの間の距離Ｌ1を従来の一次放射器で必要とした値（１２mm)よりも大幅に小さい値（５〜６mm）に設定して、反射損失を許容範囲に収めることができることが実験により確認されている。

図２は、図３に示した比較例の一次放射器６´と、本発明の実施形態の一次放射器６とについて反射損失特性を測定した結果を示したグラフである。図３に示した比較例の一次放射器６´は、図１に示した一次放射器６からステップ７を取り除いたものであり、その他は図１に示した一次放射器と同様に構成されている。

図２において、実線で示した曲線は図１に示した一次放射器の反射損失（リターンロス）を周波数に対して示した反射損失特性であり、破線で示した曲線は、図３に示した比較例の反射損失特性である。図２においてΔ1及びΔ2はそれぞれ受信帯域の下限（１１．７ＧＨｚ）及び上限（１２．７ＧＨｚ）の周波数を示している。

なおリターンロスは、一次放射器に入射した電波に対して、反射により失われて受信されなかった電波が占める割合をデシベルで示したもので、入射した電波のすべてが反射により失われた場合を０dBとし、入射した電波のすべてが受信された場合を−∞dBとしている。衛星放送受信用のパラボラアンテナに用いる一次放射器の反射損失の許容上限値は、通常リターンロスで−２０dBとされている。

図２から明らかなように、衛星放送の電波受信帯域（１１．７ＧＨｚ〜１２．７ＧＨｚ）においては、図３に示す比較例の一次放射器のリターンロスが約−１５ｄＢであったのに対し、図１に示す本発明の実施形態によった場合には、リターンロスが約−２１dBまで改善され、反射損失が許容上限値以下に抑えらた。

上記の実験結果から、本発明のように放射器本体の内面にステップを設けることにより、防水カバーを大きく突出させることなく、十分に実用に耐える一次放射器が得られることが確認された。

なお、図２によると、周波数帯域によっては、図３に示す比較例の方が優れた反射損失特性を示しているが、比較例の方が優れた反射損失特性を示す周波数帯域は、衛星放送の受信帯域を外れた帯域であり、受信帯域内では本発明による一次放射器の方が優れた反射特性を示す。

実際の設計に当たっては、防水カバー４の誘電率、厚さ、大きさ、形状等によって防水カバーで反射される電波の量が微妙に変化するので、受信帯域（１１．７ＧＨｚ〜１２．７ＧＨｚ）において反射損失をできるだけ小さくするように、実験に基づいてステップ７の大きさや位置を調整する。

以上のように、本発明によれば、放射器本体３の内面にステップ７を設けて、該ステップで電波を反射させることにより防水カバー４で反射した電波をキャンセルするようにしたため、防水カバー４の突出長を長くすることなく、反射損失の低減を図ることができる。

また上記のように構成すると、防水カバー４の内側に突出部を形成する必要がないため、防水カバーの厚みを均一にして、防水カバーの射出成形時にその外面にへこみが形成されるのを防ぐことができ、防水カバー４に雪が堆積する箇所が生じるのを防ぐことができる。

更に上記のように、放射器本体の内面にステップを設けて、防水カバーで生じた反射波をステップで反射した電波によりキャンセルすることによって反射損失の低減を図るようにすると、放射器本体内に誘電体からなる反射防止部材を設ける必要がないため、誘電損失を増大させたり、コストの上昇を招いたりすることなく、反射損失の低減を図ることができる。

また上記のように、導波管１を円形導波管で構成して放射器本体３をその中心軸線に対して回転対称な形状とし、該放射器本体の中心軸線に対してステップ７を回転対称な形で設けると、円偏波軸比（一次放射器をその中心軸線を中心として回転させて取り付け角度を９０°異ならせた場合の受信出力の最大値と最小値との比）を１とすることができるため、一次放射器の取り付け角度の影響を受けることなく所定の受信出力を得ることができる。

図４は、本発明に係るパラボラアンテナ用一次放射器の第２の実施形態を示した縦断面図で、この実施形態では、導波管１とホーン部２とからなる放射器本体３を製造する際に、そのホーン部２の内面にステップ７が一体に形成されている。導波管１及びホーン部２の材質、形状、ステップの配設位置、ステップの寸法などは図１に示した実施形態と同様である。

このようにステップ７をホーン部２の内面に一体に設けると、放射器本体３をダイカスト成形する際に用いる金型の一部にステップ７を成形するための型部を設けておくだけでステップ７を成形することができるため、ステップを備えた放射器本体の製造を簡単にすることができる。

図５は、本発明に係るパラボラアンテナ用一次放射器の第３の実施形態を示した縦断面図で、この実施形態では、ステップ７が放射器本体３の導波管１とホーン部２との境界部に、導波管１と一体に設けられている。その他の点は図１に示した実施形態と同様である。

このように、ステップ７を定位置に設ける場合には、防水カバー４の内面とホーン部２の開口端２ａとの間の距離Ｌ1を調整することにより、防水カバー４の内面とステップ７との間の距離を、放射器本体内を伝搬する電波の位相角に換算して１８０°の奇数倍にほぼ等しくするように調整するとともに、ステップ７の寸法を適当な値に調整することにより、防水カバーにより反射された電波がステップ７で反射した電波によりキャンセルされるようにする。このように構成した場合でも、防水カバー４の内面とホーン部２の開口端２ａとの間の距離Ｌ1を長くすることなく、反射損失の低減を図ることができる。

製造された一次放射器を出荷する際には、その特性が規格を充たしているか否かを検査する必要がある。一次放射器の検査を行う際には、導波管１内にアダプタ導波管を挿入して、該アダプタ導波管の一端を導波管１とホーン部２との間の境界部に接触抵抗を十分に小さくした状態で接触させる必要がある。従来の一次放射器では、導波管１とホーン部２との境界部が１本の環状線として存在していたため、アダプタ導波管が傾斜した状態で挿入された際に、アダプタ導波管と上記境界部とが接触しない箇所が生じ、測定精度が悪くなることがあった。

これに対し、図５に示したようにステップを導波管１とホーン部２との境界部に設けると、アダプタ導波管の一端をステップ７に接触させることにより、一次放射器の導波管とホーン部との境界部とアダプタ導波管とを面接触させることができるため、アダプタ導波管と一次放射器との接触不良により測定精度が低下するのを防ぐことができる。

図６は、本発明の第４の実施形態を示している。第１ないし第３の実施形態では、ステップ部が放射器本体のホーン部２の内面、または導波管とホーン部との境界部に形成されているが、図６に示した第４の実施形態では、導波管１の内面にステップ７が設けられている。このようにステップ７を設ける場合にも、防水カバー４で反射した電波とステップ７で反射した電波とがキャンセルし合うように、防水カバー４の内面とステップ７との間の距離Ｌ2を、電波の位相に換算して１８０°の奇数倍にほぼ等しく設定し、ステップ７で反射する電波の量を防水カバー４で反射する電波の量にほぼ等しくするように、ステップ７の寸法（最大外径Ｄ1及び内径Ｄ2）を設定することにより、反射損失の低減を図ることができる。

図７は本発明の第５の実施形態を示したものである。第１ないし第５の実施形態では、ステップ７が、その段差部（導波管の中心軸線と直交する面）をホーン部２の開口端側に向けた状態で設けられていたが、ステップ７は、該ステップの部分でインピーダンスを急に変化させて、防水カバー４側から導波管１側に伝搬する電波を反射させるように設ければよいため、図７に示すように、段差部を導波管１側に向けた状態でステップ７を設けるようにしてもよい。

上記の実施形態では、１２ＧＨｚ帯の電波を受信するとしたが、他の周波数帯の電波を受信するパラボラアンテナ用一次放射器にも本発明を適用できるのはもちろんである。本発明は、受信する電波の周波数帯によって限定されることはない。

本発明の一次放射器の第１の実施形態の要部の構成を示した縦断面図である。 図１に示した一次放射器で生じる反射損失と、図１に示された一次放射器からステップを取り除いた比較例の一次放射器で生じる反射損失とを比較して示したグラフである。 比較例のパラボラアンテナ用一次放射器の縦断面図である。 本発明に係るパラボラアンテナ用一次放射器の第２の実施形態の要部の構成を示した縦断面図である。 本発明に係るパラボラアンテナ用一次放射器の第３の実施形態の要部の構成を示した縦断面図である。 本発明に係るパラボラアンテナ用一次放射器の第４の実施形態の要部の構成を示した縦断面図である。 本発明に係るパラボラアンテナ用一次放射器の第５の実施形態の要部の構成を示した縦断面図である。 従来のパラボラアンテナ用一次放射器の要部の構成を示した縦断面図である。

符号の説明

１ 導波管
２ ホーン部
３ 放射器本体
４ 防水カバー
６ 一次放射器
７ ステップ

Claims (6)

1. 導波管と、前記導波管の一端側に設けられたホーン部とを有する放射器本体と、前記ホーン部の開口端を覆う防水カバーとを備えたパラボラアンテナ用一次放射器であって、
   前記放射器本体の内面に反射損失低減用のステップが設けられ、前記防水カバーと前記ステップとの間の距離が前記放射器本体内を伝搬する電波の位相角に換算して１８０°の奇数倍にほぼ等しく設定されて、前記放射器本体内で発生する反射損失を許容上限値以下に抑えるように前記ステップの寸法が設定されているパラボラアンテナ用一次放射器。
2. 前記ステップは前記ホーン部の内面に設けられている請求項１に記載のパラボラアンテナ用一次放射器。
3. 前記ステップは、前記ホーン部と導波管との境界部に設けられている請求項１に記載のパラボラアンテナ用一次放射器。
4. 前記ステップは、前記導波管の内面に設けられている請求項１に記載のパラボラアンテナ用一次放射器。
5. 前記ステップは、前記放射器本体に一体に形成されている請求項１に記載のパラボラアンテナ用一次放射器。
6. 前記放射器本体はその中心軸線に対して回転対称に形成され、前記ステップは、前記放射器本体の中心軸線に対して回転対称に形成されている請求項１に記載のパラボラアンテナ用一次放射器。

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