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よく使われるアンテナ | 6種類のホーンアンテナの紹介

ホーンアンテナは、シンプルな構造、広い周波数範囲、大きな電力容量、高い利得を備えた、広く使用されているアンテナの 1 つです。ホーンアンテナ大規模な電波天文学、衛星追跡、通信アンテナの給電アンテナとしてよく使用されます。反射鏡やレンズへの給電に加え、フェーズドアレイの一般的な要素であり、他のアンテナの校正や利得測定における共通基準としても機能します。

ホーンアンテナは、矩形導波管または円形導波管を特定の方法で徐々に広げることで形成されます。導波管口面が徐々に広がることで、導波管と自由空間との整合が向上し、反射係数が小さくなります。給電される矩形導波管では、可能な限りシングルモード伝送、つまりTE10波のみを伝送する必要があります。これにより、信号エネルギーが集中し、損失が低減されるだけでなく、モード間干渉や多重モードによる追加の分散の影響も回避されます。

ホーンアンテナの展開方法の違いにより、以下のように分類されます。セクターホーンアンテナピラミッドホーンアンテナ、円錐ホーンアンテナ, 波形ホーンアンテナリッジドホーンアンテナ、マルチモードホーンアンテナなど。これらの一般的なホーンアンテナについて、以下に説明します。

セクターホーンアンテナ
E面セクターホーンアンテナ
E面セクターホーンアンテナは、電界方向に一定の角度で開いた矩形導波管で構成されています。

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下の図は、E面セクターホーンアンテナのシミュレーション結果を示しています。このパターンのE面方向のビーム幅はH面方向よりも狭くなっています。これは、E面の開口が大きいことが原因です。

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H面セクターホーンアンテナ
H面セクターホーンアンテナは、磁界の方向に一定の角度で開いた長方形の導波管で構成されています。

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下の図は、H面セクターホーンアンテナのシミュレーション結果を示しています。このパターンでは、H面方向のビーム幅がE面方向よりも狭くなっていることがわかります。これは、H面の開口が大きいことが原因です。

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RFMISOセクターホーンアンテナ製品:

RM-SWHA187-10

RM-SWHA28-10

ピラミッドホーンアンテナ
ピラミッドホーンアンテナは、同時に2方向に一定の角度で開かれた長方形の導波管で構成されています。

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下の図は、ピラミッド型ホーンアンテナのシミュレーション結果を示しています。その放射特性は、基本的にE面セクターホーンとH面セクターホーンを組み合わせたものとなります。

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円錐ホーンアンテナ
円形導波管の開口端がホーン形状の場合、円錐ホーンアンテナと呼ばれます。円錐ホーンアンテナは、その上部に円形または楕円形の開口部を有します。

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下の図は円錐ホーンアンテナのシミュレーション結果を示しています。

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RFMISO円錐ホーンアンテナ製品:

RM-CDPHA218-15

RM-CDPHA618-17

コルゲートホーンアンテナ
コルゲートホーンアンテナは、内面がコルゲート状のホーンアンテナです。周波数帯域が広く、交差偏波が少なく、ビーム対称性に優れているという利点がありますが、構造が複雑で、加工が難しく、コストも高くなります。

コルゲートホーンアンテナは、ピラミッド型コルゲートホーンアンテナと円錐型コルゲートホーンアンテナの 2 種類に分けられます。

RFMISOコルゲートホーンアンテナ製品:

RM-CHA140220-22

ピラミッド型コルゲートホーンアンテナ

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円錐コルゲートホーンアンテナ

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下の図は円錐コルゲートホーンアンテナのシミュレーション結果を示しています。

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リッジホーンアンテナ
従来のホーンアンテナの動作周波数が15GHzを超えると、バックローブが分裂し始め、サイドローブのレベルが増加します。スピーカーキャビティにリッジ構造を追加することで、帯域幅の拡大、インピーダンスの低減、ゲインの向上、放射指向性の向上が可能になります。

リッジドホーンアンテナは、主にダブルリッジドホーンアンテナとフォーリッジドホーンアンテナに分けられます。以下では、最も一般的なピラミッド型ダブルリッジドホーンアンテナを例としてシミュレーションを行います。

ピラミッド型ダブルリッジホーンアンテナ
導波管部とホーン開口部の間に2つのリッジ構造を追加したダブルリッジホーンアンテナは、導波管部をバックキャビティとリッジ導波管に分割します。バックキャビティは導波管内で励起される高次モードを除去します。リッジ導波管は主モード透過のカットオフ周波数を低減し、周波数帯域の拡大を実現します。

リッジドホーンアンテナは、同じ周波数帯域の一般的なホーンアンテナよりも小型であり、同じ周波数帯域の一般的なホーンアンテナよりも高い利得を有する。

下の図はピラミッド型ダブルリッジホーンアンテナのシミュレーション結果を示しています。

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マルチモードホーンアンテナ
多くのアプリケーションでは、ホーン アンテナはすべての平面で対称パターン、$E$ 平面と $H$ 平面での位相中心の一致、およびサイド ローブの抑制を提供することが求められます。

マルチモード励振ホーン構造は、各平面におけるビーム均等化効果を向上させ、サイドローブレベルを低減します。最も一般的なマルチモードホーンアンテナの一つは、デュアルモード円錐ホーンアンテナです。

デュアルモード円錐ホーンアンテナ
デュアルモードコーンホーンは、高次モードTM11を導入することで$E$平面パターンを改善し、軸対称な等化ビーム特性を実現します。下図は、円形導波管における主モードTE11と高次モードTM11の開口電界分布と、それらの合成開口電界分布の模式図です。

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デュアルモード円錐ホーンの構造的実装形態は特異なものではなく、一般的な実装方法としてはポッターホーンやピケット・ポッターホーンなどが挙げられます。

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下の図は、ポッターデュアルモード円錐ホーンアンテナのシミュレーション結果を示しています。

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投稿日時: 2024年3月1日

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