導波管ホーンアンテナは、導波構造のモードを空間の放射へ結び付ける、広がった開口を持つアンテナです。単独の指向性アンテナ、反射鏡フィードや測定用に使えます。外形だけで同じ利得、帯域と偏波が決まるわけではありません。
導波管から放射開口へ
金属壁に囲まれた導波管では、断面と周波数に応じたモードが伝わります。ホーンの拡大部は開口の振幅・位相分布を作り、開いた端から放射します。
ホーン自身が追加電力を作るのではありません。利得は指向性と効率に関係します。相反性が成り立つ材料と条件では、送信と受信の特性を対応させられます。
主な形状
| 構造 | 特徴 |
|---|---|
| セクトラル | 主に一つの平面で広がる。 |
| ピラミダル | 矩形構造を両主平面で広げる。 |
| 円錐 | 円形構造から円形開口へ広がる。 |
| リッジ・コルゲート | 付加形状でモードや応答を調整する。 |
リッジと壁の横溝は異なる構造です。広帯域な整合が得られてもパターンが一定とは限りません。また円形開口だけで円偏波にはなりません。
帯域は入口と完成品の両方で確認
WR-90の内部寸法は22.86 × 10.16 mm、TE10の遮断は約6.56 GHz、通例の使用帯域は8.2～12.4 GHzです。ホーンにはさらに固有の整合と放射特性があります。
WR-15の通例の帯域は50～75 GHz、WR-10は75～110 GHzです。WR-15をそのまま75～110 GHzの標準導波管として説明するのは誤りです。
上位モード、変換器や偏波器が組立品の応答を制限する場合もあります。リッジなどの特殊構造では、名称と図面を特定して比較します。
開口と利得
開口面積Aの近似ではG ≈ ηap4πA/λ²です。Gは線形値で、ηapは開口効率です。振幅の不均一さや位相誤差が値に影響します。
A = 0.01 m²、10 GHz、ηap = 0.60と仮定すると約19.2 dBiです。10 × 10 cmの開口なら必ずその値になるという製品保証ではありません。
電気的に大きい開口は一般に狭いビームを作れますが、同じ長さで広げすぎると開口位相が悪化する場合があります。E面とH面で幅が違うこともあります。
位相中心と反射鏡の照射
反射鏡フィードでは、端までの照射、spillover、偏波と位相中心を合わせます。位相中心は物理的な開口縁と同じ場所とは限らず、周波数で変わる場合があります。
ホーン単独の最大利得が高いほど反射鏡全体も必ず良くなる、という関係ではありません。支持位置を含めた完成構成を評価します。
製造と測定
プロファイル、内寸、フランジ、材料と仕上げを図面で定義します。全周波数に共通する粗さやめっき厚の規則を設けず、電気的・機械的感度に合わせます。
VNAは定義した面の反射や伝送を測定します。利得、パターンと偏波には適切な放射測定が必要です。S11だけで35 dBの交差偏波識別や高効率を証明できません。
電力限界には入口、局所電界、窓、温度と圧力が関係します。小信号試験を、任意のパルス電力の検証として扱わないでください。
選定時に必要なデータ
周波数、偏波、利得とパターン、入力接続、電力と設置条件をまとめます。基準アンテナとして使う場合は校正と不確かさも確認します。
