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特許6642862デュアルバンドスプラッシュプレートサポートを含むリフレクタアンテナ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6642862
(24)【登録日】2020年1月8日
(45)【発行日】2020年2月12日
(54)【発明の名称】デュアルバンドスプラッシュプレートサポートを含むリフレクタアンテナ
(51)【国際特許分類】
H01Q 19/19 20060101AFI20200130BHJP
H01Q 13/02 20060101ALI20200130BHJP
【ＦＩ】
H01Q19/19
H01Q13/02
【請求項の数】15
【外国語出願】
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2018-39987(P2018-39987)
(22)【出願日】2018年3月6日
(62)【分割の表示】特願2014-539319(P2014-539319)の分割
【原出願日】2012年10月30日
(65)【公開番号】特開2018-110450(P2018-110450A)
(43)【公開日】2018年7月12日
【審査請求日】2018年3月30日
(31)【優先権主張番号】11275137.5
(32)【優先日】2011年11月2日
(33)【優先権主張国】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】512276430
【氏名又は名称】エアバス ディフェンス アンド スペイス リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】リチャード ウィリアム ロバーツ
【審査官】
佐藤 当秀
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許第０６１０７９７３（ＵＳ，Ａ）
【文献】
特開平１１−００４１１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００６／００８２５１３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
独国特許出願公開第４２００７５５（ＤＥ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｑ １３／０２
Ｈ０１Ｑ １９／１９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１伝送モードにおいて入力信号を受け取るように構成されたデュアルバンド導波管フィードであって、前記入力信号は上側周波数帯域および下側周波数帯域に配された複数の周波数を含み、前記導波管フィードは前記上側周波数帯域の伝送モードを第１伝送モードから前記第１伝送モードおよび第２伝送モードを含む混合伝送モードに変換するための手段を含む、前記デュアルバンド導波管フィードと、
リフレクタと、
前記導波管フィードのアパーチャから放射されたビームを前記リフレクタへ向けるように構成されたスプラッシュプレートと、
前記導波管フィードと係合するための第１係合部分、前記スプラッシュプレートと係合するための第２係合部分、および、前記第１係合部分を前記第２係合部分に結合させ、前記導波管フィードの前記アパーチャおよび前記スプラッシュプレートの間にスペースを画定するように配置された支持部分を含むスプラッシュプレートサポートと、を含み、
前記支持部分はλ／２に等しい厚さを持ち、かつ、複数の反射と前記支持部分を通る前記ビームの経路への干渉とを最小にすべく横断面において湾曲され、ここでλは前記支持部分の材料の中での前記ビームの波長であり、
前記波長λは、前記ビームの前記下側周波数帯域の中心波長と、前記ビームの前記上側周波数帯域の中心波長との間の波長である、
リフレクタアンテナ。
リフレクタと、
前記導波管フィードのアパーチャから放射されたビームを前記リフレクタへ向けるように構成されたスプラッシュプレートと、
前記導波管フィードと係合するための第１係合部分、前記スプラッシュプレートと係合するための第２係合部分、および、前記第１係合部分を前記第２係合部分に結合させ、前記導波管フィードの前記アパーチャおよび前記スプラッシュプレートの間にスペースを画定するように配置された支持部分を含むスプラッシュプレートサポートと、を含み、
前記支持部分はλ／２に等しい厚さを持ち、かつ、複数の反射と前記支持部分を通る前記ビームの経路への干渉とを最小にすべく横断面において湾曲され、ここでλは前記支持部分の材料の中での前記ビームの波長であり、
前記波長λは、前記ビームの前記下側周波数帯域の中心波長と、前記ビームの前記上側周波数帯域の中心波長との間の波長である、
リフレクタアンテナ。
【請求項2】
前記支持部分は、前記第１係合部分が前記導波管フィードと係合されているとき、前記スプラッシュプレートから遠ざかる方向に前記導波管フィードの前記アパーチャから距離を置かれるように構成される、請求項１に記載のリフレクタアンテナ。
【請求項3】
前記波長λは、前記導波管フィードの前記アパーチャから放射される前記ビームの前記上側周波数帯域および前記下側周波数帯域のうちの１つの中心周波数に対応する波長である、請求項１または２に記載のリフレクタアンテナ。
【請求項4】
前記波長λは、前記ビームの平均波長である、請求項１または２に記載のリフレクタアンテナ。
【請求項5】
前記波長λは、前記ビームの平均波長と、前記導波管フィードの前記アパーチャから放射される前記ビームの前記上側周波数帯域および前記下側周波数帯域のうちの１つの中心周波数に対応する波長との間の値である、請求項１または２に記載のリフレクタアンテナ。
【請求項6】
前記支持部分は横断面において楕円形である、請求項１から５のいずれか１項に記載のリフレクタアンテナ。
【請求項7】
前記支持部分は実質的に連続壁である、請求項１から６のいずれか１項に記載のリフレクタアンテナ。
【請求項8】
前記第１係合部分は前記導波管フィードの外面と係合するように構成されている、請求項１から７のいずれか１項に記載のリフレクタアンテナ。
【請求項9】
前記スプラッシュプレートサポートはポリテトラフルオロエチレンＰＴＦＥから形成される、請求項１から８のいずれか１項に記載のリフレクタアンテナ。
【請求項10】
前記伝送モードを変換するための前記手段は、前記上側周波数帯域については前記第１伝送モードおよび第２伝送モードの両方が前記アパーチャにおいて実質的に同位相であるように、前記アパーチャから所定の距離を置かれている、請求項１から９のいずれか１項に記載のリフレクタアンテナ。
【請求項11】
前記上側周波数帯域の前記伝送モードを変換するための前記手段は、前記導波管フィードの内径においてテーパ、１つ又は複数の段、またはプロファイリングされた変化を含み、第１直径Ｄ１のセクションを第２直径Ｄ２のセクションに結合させており、前記第２直径は前記第１直径より大きい、請求項１から１０のいずれか１項に記載のリフレクタアンテナ。
【請求項12】
前記第１伝送モードはＴＥ１１モードであり、前記第２伝送モードはＴＭ１１モードである、請求項１から１１のいずれか１項に記載のリフレクタアンテナ。
【請求項13】
前記導波管フィードの横断面は円形であり、前記アパーチャの直径は前記下側周波数帯域内の周波数の実質的に１波長である、請求項１から１２のいずれか１項に記載のリフレクタアンテナ。
【請求項14】
前記導波管フィードはＫａ帯域周波数で使用されるように構成される、請求項１から１３のいずれか１項に記載のリフレクタアンテナ。
【請求項15】
請求項１から１４のいずれか１項に記載のリフレクタアンテナを含む衛星。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、デュアルバンドスプラッシュプレートサポートを含むリフレクタアンテナに関する。特に、本発明は、デュアルバンド導波管フィードと、該導波管フィードのアパーチャと該リフレクタアンテナのスプラッシュプレートとの間にスペースを画定するように構成されたスプラッシュプレートサポートとを含むリフレクタアンテナに関する。
【背景技術】
【0002】
リフレクタアンテナは、例えば陸上、航空機搭載および艦載端末装置において、さらに通信衛星において、電磁放射のビームを整形して特定の位置の方へ向けるために広く用いられている。在来のリフレクタアンテナ１００が図１Ａおよび１Ｂに示されていて、導波管フィードホーン１１０と、主リフレクタ１２０と、スプラッシュプレート１３０と、該スプラッシュプレート１３０を導波管フィード１１０に結合させる支持誘電体１４０とを含んでいる。フィードホーン１１０は、入力信号ｉ０を受け入れて該信号をフィードホーン１１０のアパーチャへ向ける。該信号は、電磁放射のビームとして該アパーチャから放射され、スプラッシュプレート１３０によって主リフレクタ１２０の方へ反射され、これは該ビームを整形して、例えば特定の衛星または地球上の地域などの、所望の位置の方へ向ける。フィードホーン１１０、スプラッシュプレート１３０および主リフレクタ１２０は、該ビームを特定のアプリケーションの必要に応じて整形するように構成され得る。
【0003】
図１Ｂに示されているように、支持誘電体１４０は、フィードホーン１１０のスロートに挿入される細長い部分１４０ａと、該細長い部分１４０ａから外へスプラッシュプレート１３０の方へ延びる円錐形部分１４０ｂとを含む。支持誘電体１４０は、それ自体が、所要の放射パターンを提供するとともにリターンロスを最小にするように内側および外側を整形され得る。例えば、円錐形部分１４０ｂは種々の段および溝を含むことができ、導波管フィードの内側の部分１４０ａは階段状にされ、あるいはプロファイリングされることができる。しかし、支持誘電体１４０は、単に或る特定の周波数または狭い周波数帯域のために特別に設計され最適化されるにすぎない。従って、在来のスプラッシュプレートリフレクタアンテナ１００は、整形され向けられるべきビームが広い範囲の周波数を含んでいる広帯域（例えば＞２０％帯域幅）および／またはデュアルバンドアプリケーションでの使用には不向きである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明に従ってリフレクタアンテナが提供され、該リフレクタアンテナは：第１伝送モードにおいて入力信号を受け取るように構成されたデュアルバンド導波管フィードであって、該入力信号は上側周波数帯域および下側周波数帯域に配された複数の周波数を含み、該導波管フィードは該上側周波数帯域の伝送モードを第１伝送モードから該第１伝送モードおよび第２伝送モードを含む混合伝送モードに変換するための手段を含む、該デュアルバンド導波管フィード；リフレクタ；該導波管フィードのアパーチャから放射されたビームを該リフレクタへ向けるように構成されたスプラッシュプレート；及び、該導波管フィードと係合するための第１係合部分、該スプラッシュプレートと係合するための第２係合部分、および、該第１係合部分を該第２係合部分に結合させ、該導波管フィードアパーチャおよび該スプラッシュプレートの間にスペースを画定するように配置された支持部分を含むスプラッシュプレートサポートを含む。
【0005】
該支持部分は、該第１係合部分が該導波管フィードと係合されているとき、該スプラッシュプレートから遠ざかる方向に該導波管フィードの該アパーチャから所定の距離を置くように構成され得る。
【0006】
該支持部分は実質的にλ／２より小さいか等しい厚さを持つことができ、ここでλは該支持部分の内側の該ビームの特性波長である。
【0007】
該特性波長は、該導波管フィードの該アパーチャから放射される該ビームの伝送帯域の中心周波数に対応する波長、または該ビームの平均波長、または該平均波長と該中心周波数に対応する該波長との間の値であり得る。
【0008】
該支持部分は、該導波管フィードから放射された該ビームの、それが該スプラッシュプレートから反射された後の、波面に対応する形状を持ち得る。
【0009】
該支持部分は横断面において湾曲しているかあるいは楕円形であり得る。
【0010】
該支持部分は実質的に連続壁であり得る。
【0011】
該第１係合部分は該導波管フィードの外面と係合するように構成され得る。
【0012】
該スプラッシュプレートサポートはポリテトラフルオロエチレンＰＴＦＥから形成され得る。
【0013】
伝送モードを変換するための該手段は、該上側帯域については該第１伝送モードおよび第２伝送モードの両方が該アパーチャにおいて実質的に同位相であるように、該アパーチャから所定距離を置くことができる。
【0014】
該上側周波数帯域の伝送モードを変換するための該手段は、該導波管フィードの内径においてテーパ、１つ又は複数の段、またはプロファイリングされた変化を含むことができ、第１直径Ｄ１のセクションを第２直径Ｄ２のセクションに結合させることができ、該第２直径は該第１直径より大きい。
【0015】
該第１伝送モードはＴＥ１１モードであり得、該第２伝送モードはＴＭ１１モードであり得る。
【0016】
該導波管フィードの横断面は円形であり得、該アパーチャの直径は該下側周波数帯域内の周波数の実質的に１波長であり得る。
【0017】
該導波管フィードはＫａ帯域周波数で使用されるように構成され得る。
【0018】
本発明に従って、該リフレクタアンテナを含む衛星も提供される。
【0019】
次に、添付図面と関連して単なる例として本発明の実施態様が記述される。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1A】在来のリフレクタアンテナを示す。
【図1B】在来のリフレクタアンテナを示す。
【図2】本発明の実施態様に従う、リフレクタアンテナに用いられるスプラッシュプレートサポートの横断面を示す。
【図8A】本発明のさらなる実施態様に従う、リフレクタアンテナに用いられるスプラッシュプレートサポートを示す。
【図8B】本発明のさらなる実施態様に従う、リフレクタアンテナに用いられるスプラッシュプレートサポートを示す。
【図8C】本発明のさらなる実施態様に従う、リフレクタアンテナに用いられるスプラッシュプレートサポートを示す。
【図9】本発明のさらに他の１つの実施態様に従う、複数の支持ストラットを含むスプラッシュプレートサポートを示す。
【発明を実施するための形態】
【0021】
ここで図２を参照すると、本発明の実施態様に従う、リフレクタアンテナにおけるスプラッシュプレートアセンブリが横断面図で示されている。ここで、'スプラッシュプレートアセンブリ'という用語は、導波管フィード２１０、スプラッシュプレート２３０およびスプラッシュプレートサポート２４０を指す。添付図面の図２および他の図は一定比率で描かれてはいなくて、単に説明を目的として提供されている。該リフレクタアンテナは導波管フィード２１０、スプラッシュプレート２３０、スプラッシュプレートサポート２４０、および主リフレクタを含む。該主リフレクタは図２には示されていない。スプラッシュプレート２３０は、導波管フィード２１０のアパーチャ２１０ａから放射されたビームを主リフレクタの方へ向けるように構成される。具体的には、アパーチャ２１０ａから放射されたビームはスプラッシュプレート２３０によって主リフレクタの方へ反射され、これは該ビームをターゲットの方へ反射する。該主リフレクタは、指定された利得、クロスポーラおよびサイドローブ性能を達成するように整形され得る。
【0022】
導波管フィード２１０はデュアルバンド入力信号、すなわち複数の周波数を含む信号を受け取るように構成され、該周波数は２つの別々の伝送帯域に分けられる。導波管フィード２１０およびスプラッシュプレート２３０は、両方とも、該リフレクタアンテナがそのために設計されているところの周波数において電導性である１つまたは複数の材料から形成される。例えば、該リフレクタアンテナがマイクロ波周波数で用いられるように設計されているならば、導波管フィード２１０およびスプラッシュプレート２３０はアルミニウムから形成され得る。本実施態様では、導波管フィードはＫａ帯域内の周波数を含む入力信号を受け取るように構成される。具体的には、該入力信号は１９．７から２１２ギガヘルツ（ＧＨｚ）までの下側帯域内の周波数と、２９．５から３１．０ＧＨｚまでのより高い帯域内の周波数とを含む。しかし、これらの周波数範囲は単なる代表であり、本発明はＫａ帯域での使用に限定されない。本発明の他の実施態様は異なる周波数で使用されるように構成され得る。
【0023】
スプラッシュプレート２３０は、リフレクタの照明のために望ましいパターンを生じさせるとともに両方の帯域で良好なマッチング（ＶＳＷＲ）を提供するためにアパーチャ２１０ａから放射されたビームのサイズ、位置および形状を定めるように構成され得る。例えば、スプラッシュプレートパターンは本質的に、図２に破線として示されているスプラッシュプレートフィード軸からビームピークがオフセットしているリングフォーカスであり得る。この構成は、反射されたビームにおいてサイドローブを最小化することを可能にし得る。さらに、導波管フィード２１０は、図５Ａに描かれているように下側および上側帯域の両方で該アパーチャにおいて同様のフィードパターンを生じさせるように構成され得る。このことは、スプラッシュプレートパターン、すなわち、スプラッシュプレート２３０から反射された後の該ビームのパターン、が該下側および上側帯域の両方について同様であって該帯域間のリフレクタ整形およびアンテナ性能に関してのトレードオフを最小にすることを保証することができる。
【0024】
本実施態様では、スプラッシュプレート２３０はスプラッシュプレートサポート２４０により支持され、該スプラッシュプレートサポートは、第１係合部分２４０ａと、第２係合部分２４０ｃと、該スプラッシュプレート２３０が導波管フィード２１０に関して所定の位置に支持され得るように該第１および第２係合部分２４０ａ、２４０ｃを結合させる支持部分２４０ｂとを含む。本実施態様では、支持部分２４０ｂは、連続壁として形成され、以後"支持壁"と称される。第１係合部分２４０ａは導波管フィード２１０の外面と係合するように構成され、第２係合部分２４０ｃはスプラッシュプレート２３０の外縁と係合するように構成される。本実施態様では、サポート２４０は、約２．１の誘電率を有するポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から形成される。
【0025】
しかし、本発明はこの材料には限定されなくて、一般的にどんな低誘電率材料もサポート２４０に用いられ得る。誘電率が大きくされると、それに応じて壁厚は小さくされるべきであり、設計敏感性は大きくなるであろう。スプラッシュプレートアセンブリがＫａ帯域周波数で使用されるように構成される本実施態様では、誘電体スプラッシュプレートサポート２４０の比誘電率εｒは４未満、好ましくは３未満であるべきである。本発明はスプラッシュプレートサポートについてεｒのこの範囲には限定されなくて、異なる周波数で用いられるように構成される他の実施態様では、εｒの他の値が適切であるかもしれない。或る実施態様では、レドーム（レーダードーム）構造と同様に、支持壁２４０ｂを形成するためにいろいろな材料の層状構造が使用され得る。
【0026】
図２に示されているように、スプラッシュプレートサポート２４０は中空である。すなわち、支持壁２４０ｂ自体は中実であるけれども、サポート２４０およびスプラッシュプレート２３０が導波管フィードアパーチャ２１０ａとスプラッシュプレート２３０との間にスペース、あるいは空隙、を画定するように、整形される。本実施態様では、支持部分２４０ｂは連続壁であるので、スプラッシュプレートサポート２４０は該スペースを囲む。
【0027】
導波管フィード２１０は支持壁２４０ｂの開口部を通って該スペースの中へ延びる。サポート２４０は導波管フィード２１０の外面と係合するように構成されるので、導波管フィード２１０の中空の内側は誘電体無しに保たれ得る。このことは、同時に２つの別々の周波数帯域で動作するように導波管フィード２１０が同調させられ得る帯域幅を最大にするとともに、該導波管フィードなどのアイテムをスプラッシュプレートアセンブリ全体から独立に最適化することを可能にすることによって設計プロセスを簡単化することも可能にする。さらに、中空のスプラッシュプレートサポートは、在来の中実サポートとは対照的に、放射パターンに極めて小さな影響を及ぼすにすぎないので、該スプラッシュプレート自体は、初めはスプラッシュプレートサポートの効果を考慮する必要無しで設計され得る。対照的に、在来のスプラッシュプレートサポートは、誘電体サポートが、特にフィードアパーチャ内で、顕著な影響を及ぼすので、単一の周波数帯域での使用に限定される。さらに、在来のスプラッシュプレートアセンブリは、完全なアセンブリとして設計されなければならず、より複雑で時間のかかる設計プロセスを必要とする。
【0028】
さらに、本実施態様では、サポート２４０は、第１係合部分２４０ａが導波管フィード２１０の外面に係合させられるときに該サポート２４０がアパーチャ２１０ａから距離を置いているように、構成される。具体的には、第１係合部分２４０ａおよび支持壁２４０ｂは、スプラッシュプレート２３０から遠ざかる方向においてアパーチャ２１０ａから距離Ｘを置く。サポート２４０を導波管フィード２１０の外側に置き、サポート２４０をこのようにアパーチャ２１０ａから離すことにより、サポート２４０の誘電体ボディーが該アパーチャ２１０ａの周辺付近で電磁界に干渉することが防止される。同様に、サポート２４０をスプラッシュプレート２３０の中央領域から離してあるので、該誘電体がスプラッシュプレート２３０の電気的に敏感な中央領域の付近で界に干渉することが防止される。従って、図２に示されているサポート２４０はスプラッシュプレートパターンにおけるロスおよび歪を最小にすることができる。
【0029】
好ましくはスプラッシュプレートサポート２４０は本実施態様の場合のように導波管アパーチャ２１０ａから距離を置くように構成されるけれども、他の実施態様では、スプラッシュプレートサポートが導波管フィードと一旦係合させられたならば該サポートとアパーチャとの間に距離は無くても良い。
【0030】
本実施態様では、支持壁２４０ｂは厚さが実質的に均一であるように構成される。好ましくは、支持壁２４０ｂは約λ／２より小さいか等しい厚さを有し、ここでλは支持壁２４０ｂの誘電体材料の中でのビームの特性波長である。特に、厚さの好ましい範囲は０．４ないし０．６λであり得るけれども、或る実施態様では必要ならば他の厚さが使用され得るであろう。デュアルバンド信号が導波管フィード２１０に入力されるので、該ビームには或る範囲の波長が存在するであろう。該特性波長は、例えば、導波管フィードアパーチャから放射されるビームの１つの伝送帯域の中心周波数に対応する波長であり得、あるいは該ビームに含まれる複数の波長の算術的平均波長などの、該ビームの平均波長であり得る。本実施態様では、該特性波長は上側および下側帯域の実質的に中間の波長、すなわち２５〜２６ＧＨｚの間の周波数に対応する波長、と解される。支持壁２４０ｂの厚さを大きくすれば、上側周波数帯域を犠牲にして、スプラッシュプレートサポート２４０を下側周波数帯域の方へ同調させることとなる。【0031】
スプラッシュプレートサポート２４０は図３Ａ、３Ｂおよび３Ｃにさらに詳しく示されており、これらはスプラッシュプレートサポート２４０の前透視図および後透視図である。図３Ａに示されているように、第２係合部分２４０ｃはスプラッシュプレートを受け入れ係合するように構成され、これは明確性を目的として図３Ａでは省略されている。さらに、図３Ｂに示されているように、本実施態様では第１係合部分２４０ａは、導波管フィード２１０の周りに固定されるように構成されたカラーとして形成されている。図３Ｃはスプラッシュプレート２３０が据え付けられているスプラッシュプレートサポート２４０を示す。第１係合部分２４０ａを導波管フィード２１０に固定し、第２係合部分２４０ｃをスプラッシュプレート２３０に固定するために様々な方法が使用され得る。例えば、第１および第２係合部分２４０ａ、２４０ｃは締りばめ、スナップフィット、スクリューフィット、接着剤、あるいはネジなどの機械的留め金具を用いて固定され得る。第１係合部分２１０ａは、該サポート、導波管フィードおよびスプラッシュプレートが互いに組み立てられた後に該サポート２４０およびアパーチャ２１０ａの間の離隔距離Ｘ（図２を参照）が変更され得るように、調整可能に構成され得る。
【0032】
第１および第２係合部分２４０ａ、２４０ｃは図２、３Ａ、３Ｂおよび３Ｃに示されている形状に限定されず、他の実施態様では該第１および第２係合部分は別様に整形され得る。さらに、本実施態様では第１および第２係合部分２４０ａ、２４０ｃならびに支持壁２４０ｂは単一のボディーとして一体的に形成されるけれども、他の実施態様では、これらは別々に形成された後にサポート２４０を形成するために結合され得る。
【0033】
好ましくは、該支持壁は、スプラッシュプレートから放射された界の同位相波面におおよそ対応するように整形される。このことは、該パターンに対する該誘電体サポートの影響を最小にすることを可能にし、従って該リフレクタアンテナがより広い伝送帯域で動作することを可能にする。具体的には、該支持壁の位置および厚さは両方の帯域でのリターンロスおよびクロスポーラ性能に基づいて決定され得、該支持壁は適宜に湾曲あるいはプロファイリングされることができる。本実施態様では支持壁２４０ｂは実質的に半球形に形成されていて楕円形プロファイルに基づいているけれども、本発明はこの特定のデザインには限定されない。例えば、他の１つの実施態様では該支持壁は平坦であるかあるいはジオデシックであり得る。該支持壁は、反射と、該支持壁を通る該ビームの経路への干渉を最小にするように構成され得る。
【0034】
ここで図４を参照すると、図２のデュアルバンド導波管フィードが横断面図で示されている。図２と関連して上で記述されたように、デュアルバンド導波管フィード２１０は、デュアルバンド入力信号、すなわち第１伝送帯域および第２伝送帯域に分布する複数の周波数を含む信号、を受け取るように構成されている。具体的には、デュアルバンド導波管フィード２１０は、本実施態様ではＴＥ１１モードである第１伝送モードで入力信号を受け取るように構成されている。図４に示されているように、デュアルバンド導波管フィード２１０は上側周波数帯域の伝送モードを第１伝送モードから混合伝送モードに変換するための手段２１０ｂを含み、該混合伝送モードは該第１伝送モードおよび第２伝送モードを含む。本実施態様では、該第２伝送モードはＴＭ１１モードである。該第１伝送モードを該混合伝送モードに変換するための該手段は、"モードランチャー"または"モードコンバータ"と称され得る。該モードランチャー２１０ｂは、下側伝送帯域の周波数に著しい影響を及ぼさないように構成される。従ってアパーチャ２１０ａにおいて、上側周波数帯域内の周波数は該混合モード、すなわちＴＥ１１＋ＴＭ１１、で伝播され、下側周波数帯域内の周波数は該第１伝送モードだけ、すなわちＴＥ１１、で伝送される。
【0035】
より詳しくは、本実施態様ではモードランチャー２１０ｂは導波管フィード２１０内のテーパが付けられた領域を含み、ここで導波管フィード２１０の内径は第１直径Ｄ１から第２直径Ｄ２まで大きくされる。第１直径Ｄ１より大きい第２直径Ｄ２は、導波管アパーチャ２１０ａの直径である。本実施態様では、導波管アパーチャ２１０ａの直径Ｄ２は、下側周波数帯域内の信号の自由空間波長にほぼ等しい。このことは、アパーチャ２１０ａにおいて、下側帯域におけるＴＥ１１モードのＥおよびＨプレーンパターンが同様であり、結果として生じるクロスポーラが低いことを保証する。
【0036】
上側周波数帯域内の周波数に対するモードランチャー２１０ｂの作用が次に記述される。モードランチャー２１０ｂにおける導波管フィード２１０の直径の割合に急激な変化はＴＭ１１モードの発生という結果をもたらし、これは上側帯域だけで伝播する。具体的には、関連する直径Ｄ１およびＤ２は、ＴＭ１１モードについてのカットオフ周波数が上側および下側周波数帯域の間にあることを保証するように選択される。モードランチャー２１０ｂのサイズとアパーチャ２１０ａからの距離Ｙは、導波管アパーチャ２１０ａにおける電界を制御するために変更されることができるとともに、在来のデュアルモードフィードホーンまたはポッターホーンと同様に、一様なアパーチャ界および低いエッジ界曲率を伴う最適な混合モードＴＥ１１＋ＴＭ１１フィード挙動を与えるように選択され得る。より詳しくは、図４に示されているように、モードランチャー２１０ｂは、上側帯域におけるＴＥ１１モードおよびＴＭ１１モードの両方がアパーチャ２１０ａにおいて実質的に同位相であることを保証する所定距離Ｙだけ導波管アパーチャ２１０ａから離されている。具体的には、ＴＥ１１モードおよびＴＭ１１モードの間の位相差はモードランチャー２１０ｂからの距離に応じて変化する。従って距離Ｙは、アパーチャ２１０ａにおける位相差がゼロに近いように、すなわち上側帯域におけるＴＥ１１およびＴＭ１１モードがアパーチャ２１０ａにおいて実質的に同位相であるように、選択されることができる。
【0037】
従って、モードランチャー２１０ｂのサイズおよび位置、すなわち内径Ｄ１およびＤ２ならびに導波管アパーチャ２１０ａからの離隔距離Ｙ、を制御することにより、両方のプレーンにおいて一様な界パターンが達成されることができ、クロスポーラ成分が低減されることができる。下側帯域パターンはモードランチャー２１０ｂによる影響を受けないままであり得るけれども、モードランチャー２１０ｂを設計するときには依然として両方の帯域についてリターンロスが考慮されるべきである。本実施態様ではモードランチャー２１０ｂは導波管フィード２１０のテーパが付けられたセクションとして形成されているけれども、本発明はこのジオメトリーには限定されない。例えば、他の実施態様ではモードランチャー２１０ｂは内径の１つ又は複数の段として、あるいは隆起のあるジオメトリーなどの他の何らかのプロファイリングされたジオメトリーを用いて、形成され得る。
【0038】
上記のフィーチャは、導波管フィード２１０が下側および上側の帯域の両方において最適で同様のパターン性能を有することを保証することができる。
【0039】
本実施態様ではＴＭ１１およびＴＥ１１モードが使用されるけれども、本発明はこの場合に限定されない。他の実施態様は他のモードで使用されるように構成され得、例えばアパーチャのサイズはＴＥ１２モードを利用するために約４０％大きくされ得る。或る実施態様では、波形の導波管フィードが使用され得る。
【0040】
図５Ａは図４の導波管フィードにおける下側および上側帯域についてのコポーラ放射パターンを示し、図５Ｂは図４の導波管フィードにおける下側および上側帯域についてのクロスポーラ放射パターンを示す。同様に、図６Ａは図２のスプラッシュプレートアセンブリにおける下側および上側帯域についてのコポーラ放射パターンを示し、図６Ｂは図２のスプラッシュプレートアセンブリにおける下側および上側帯域についてのクロスポーラ放射パターンを示す。図５Ａ、図５Ｂ、６Ａおよび６Ｂにおいて、０度の角はボアサイト方向、すなわちビームが該アパーチャから放射されるとともに伝送されるビームが向けられる方向、に対応する。図５Ａ、図５Ｂ、６Ａおよび６Ｂに示されているように、上側および下側帯域の両方が順方向に同様のコポーラおよびクロスポーラ成分を示す。図５Ａおよび５Ｂの導波管フィードパターンは外側へ、スプラッシュプレートに対する角に対応する約６０°まで基本的に重要であり、０°のボアサイトにビームピークを有する。図６Ａおよび６Ｂのスプラッシュプレートアセンブリパターンは外側へ約８０°まで基本的に重要であり、３０°および６０°の間の方向において名目上オフアクシスであるコポーラピークを有する。
【0041】
ここで図７を参照すると、図２のデュアルバンドスプラッシュプレートアセンブリについて周波数に対するリターンロスのグラフが示されている。該して、アンテナが使用される周波数での最大の容認可能なリターンロスは約２０デシベル（ｄＢ）であるけれども、容認可能限界はアプリケーションに応じて様々であろう。例えば、或る場合には１５ｄＢのリターンロスが容認可能であり得る。図７において、下側および上側帯域内の設計周波数は、明確性を目的として影付けされている。図７に示されているように、下側および上側帯域の両方においてリターンロスは２０ｄＢの容認可能限界より低い。さらに、２０ｄｂより低いリターンロスを有する容認可能領域は、必要とされる周波数帯域を十分に超えて延びており、従って本実施態様のスプラッシュプレートアセンブリは、より広い周波数帯域で用いられるのにも適するであろう。該上側および下側帯域の間でおよそ２６および２７ＧＨｚにリターンロスピークがある。これらのピークは、モードランチャーに起因して生じ、モードランチャーおよび導波管フィードの寸法を変えることによってより高いまたはより低い周波数へ移され得る。従って約２６ＧＨｚの周波数で使用されるように意図されている本発明の１つの実施態様においては、モードランチャーは、図４の寸法Ｄ１およびＤ２を適宜変更することによってリターンロスピークが所望の伝送帯域に属さないことを保証するように適宜調整され得る。
【0042】
スプラッシュプレートサポートの代わりの実施態様が図８Ａから８Ｃまでに示されている。この実施態様では、リフレクタアンテナのためのスプラッシュプレートアセンブリは、図２の導波管フィードおよびスプラッシュプレートと類似する導波管フィード８１０およびスプラッシュプレート８３０を含む。さらに、本実施態様のスプラッシュプレートサポート８４０は、導波管フィード８１０の外面と係合する第１係合部分８４０ａ、スプラッシュプレート８３０と係合する第２係合部分８４０ｃ、および２つの係合部分８４０ａ、８４０ｃの間に延びる支持壁８４０ｂを含む点において図２のそれと類似する。しかし、図２の実施態様とは違って、本実施態様では支持壁８４０ｂは、横断面で見られたときには湾曲してはいなくて直線形である。従って、本実施態様のスプラッシュプレートサポート８４０は、３次元で見られたときには円錐形である。この実施態様および他の実施態様では、壁厚は性能を最適化するために支持壁８４０ｂの輪郭に沿って変化させられ得る。
【0043】
係合部分を結合させて空隙、すなわち誘電体材料の無いスペース、を囲む連続壁を含む本発明の実施態様が記述されたけれども、他の実施態様では他のタイプの支持部分が使用され得る。例えば、壁の代わりに、第１および第２係合部分は、間に開けたスペースのある１つ又は複数の誘電体ストラットなどの支持部分によって結合されても良い。すなわち、或る実施態様では該支持部分は壁として形成されなくても良く、連続的でなくても良い。図９は本発明の１つの実施態様に従うスプラッシュプレートサポート９４０を示し、この実施態様では支持部分９４０ｂは第１および第２係合部分９４０ａ、９４０ｃを結合させる複数のストラットを含む。図２、３Ａないし３Ｃおよび８Ａないし８Ｃの実施態様における支持壁と同じく、本実施態様のストラット９４０ｂはアパーチャとスプラッシュプレートとの間にスペースを画定するように配置される。
【0044】
導波管フィードアパーチャとスプラッシュプレートとの間にスペースを画定するようにスプラッシュプレートサポートが構成されているので、スプラッシュプレート型リフレクタアンテナでのデュアルバンド動作を可能にすることができる本発明の実施態様が記述された。該サポートにより画定されるスペースはアパーチャからスプラッシュプレートへの電磁放射のビームにより取られる経路を含むので、該ビームの経路は該サポートによって妨げられない。従って上側および下側帯域の両方の周波数は該サポートの存在による影響を受けない。対照的に、在来のスプラッシュプレートサポートおよび導波管フィードではデュアルバンド動作は可能ではなかった。本発明の実施態様は、円偏光および直線偏光アプリケーションの両方に使用され得る。
【0045】
さらに、導波管フィードの横断面が円形である本発明の実施態様が記述されているけれども、本発明はこの構成に限定されない。何らかの放射対称性を有する他の横断面が使用され得、例えば或る実施態様では導波管フィードホーンは正方形横断面を有することができ、スプラッシュプレートサポートは同様に正方形横断面を有することができる。
【0046】
加えて、アパーチャの近くでの内径が導波管フィードへの入力での内径よりも大きいモードランチャーを導波管フィードが含む本発明の実施態様が記述されている。このことは、アパーチャにおける直径が入力における直径よりも電気的に大きいこと、すなわちより大きな数の波長に対応することを保証する。しかし、或る実施態様では内径はアパーチャ付近で物理的により大きくなくても良い。例えば、誘電体内では波長は小さくされるので、内径を物理的に大きくすることなく誘電体プラグまたはリングを挿入することによって導波管フィードをアパーチャにおいて電気的により大きくすることができる。従って、モードランチャーは物理的寸法の変化として具体化されなくても良い。このアプローチは性能に有害な影響を及ぼすであろうが、それにもかかわらず、例えばサイズの制約のためにアパーチャにおいてより大きな物理的直径を使用できないアプリケーションなど、一定のアプリケーションにおいて用途を見出すことができるであろう。
【0047】
また、スプラッシュプレートサポートが導波管フィードの外面と係合する本発明の実施態様が記述されているけれども、本発明はこの構成に限定されない。或る実施態様では、第１係合部分は、例えば導波管アパーチャに挿入されるべき細いカラーとして、別様に形成され得る。このような構成は、性能を或る程度劣化させるであろうけれども、スペースの制約があるために該サポートを導波管フィードの外面と係合させることができない実施態様において必要とされるかもしれない。
【0048】
本発明の一定の実施態様が上に記述されているけれども、当業者であれば、添付の特許請求の範囲において定義される発明の範囲から逸脱することなく、多くのバリエーションおよび改変が可能であることを認識するであろう。