JP2616536B2 - 複反射鏡アンテナ - Google Patents

複反射鏡アンテナ

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JP2616536B2
JP2616536B2 JP5054491A JP5449193A JP2616536B2 JP 2616536 B2 JP2616536 B2 JP 2616536B2 JP 5054491 A JP5054491 A JP 5054491A JP 5449193 A JP5449193 A JP 5449193A JP 2616536 B2 JP2616536 B2 JP 2616536B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波通信等に好適
な複反射鏡アンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の複反射鏡アンテナは、公
開特許公報,平2−209003(公開日:平成2年8
月20日,発明の名称:アンテナ装置)に開示されてい
るとおり、主反射鏡である回転パラボラアンテナとこの
回転パラボラアンテナを照射する副反射鏡とこの副反射
鏡照射用の一次放射器であるホーンとを備えている。こ
の複反射鏡アンテナでは、主反射鏡に照射する電磁波の
振幅および位相を調整するために、一次放射器および副
反射鏡の鏡面をそれぞれ修正して所望のアンテナ放射パ
ターンを得ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の複反射
鏡アンテナは、主反射鏡を鏡面修正するよりは簡単に鏡
面修正を行うことができるが、なお、一次放射器および
副反射鏡の二つの鏡面修正を必要としている。また、副
反射鏡の導体曲面には精密な鏡面精度が必要であり、こ
の導体曲面の精密加工のために費用が嵩むという欠点が
あった。
【0004】従って、本発明の目的は、簡単な鏡面修正
手段により所望のアンテナ放射パターンが得られるとと
もに加工費用の少ない複反射鏡アンテナを提供すること
にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の複反射鏡アンテ
ナは、電磁波を放射するホーンと、前記ホーンから前記
電磁波を受けるとともにこの電磁波を所定の放射パター
ンになるように位相補正して再放射するレフレクトアレ
イアンテナと、前記レフレクトアレイアンテナからの電
磁波を受けるとともにこの電磁波を空間に再放射する適
切な導体曲面の主反射鏡とを備える複反射鏡アンテナに
おいて、前記レフレクトアレイアンテナが、再放射する
前記電磁波のビーム中心軸をアンテナ軸方向に向ける場
合には、前記ホーンからの前記電磁波を前記アンテナ軸
から離れる方向になるに従って振幅が減少する状態でし
かも前記アンテナ軸から離れる方向になるに従って位相
が遅れるように位相補正して再放射する
【0006】また、本発明の複反射鏡アンテナの実施態
様の一つは、前記レフレクトアレイアンテナが、再放射
する前記電磁波のビーム中心軸を前記アンテナ軸方向に
向ける場合には、前記ホーンからの前記電磁波を受ける
とともにこの電磁波を前記アンテナ軸から離れる方向に
なるに従って位相が遅れるように位相補正して再放射す
る複数のパッチアンテナと、再放射する前記電磁波を前
記位相補正するように前記パッチアンテナの各各が受け
た前記電磁波をそれぞれ移相する前記パッチアンテナの
各各対応の移相器とを備えている。
【0007】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
【0008】図1は本発明の複反射鏡アンテナの一実施
例の概念図である。また、図2は本実施例の電磁波放射
特性を示す図であり、(a)は所望のアンテナ放射パタ
ーンR(=R1)、(b)および(c)はレフレクトア
レイアンテナの放射平面P上の電界分布(振幅および位
相)である。
【0009】この複反射鏡アンテナにおいて、給電線4
からの電磁波S1は、一次放射器であるホーン2により
レフレクトアレイアンテナ3に照射される。アンテナ3
は、N(Nは正整数)個の素子アンテナ31と、一端が
これら素子アンテナ31にそれぞれ接続されホーン2か
ら受けた電磁波S1を後述の適切な移相量で通過させる
相反または非相反動作の移相器32と、これら移相器3
2の他端をそれぞれ短絡し移相器32からの電磁波S1
を再び素子アンテナ31の方向に反射する短絡回路33
とを含む。アンテナ3は、素子アンテナ31の各各が受
けた電磁波S1に対応する移相器32および短絡回路3
3を介して同じ素子アンテナ31の各各から再放射し、
回転パラボラアンテナ等の主反射鏡1を照射する。主反
射鏡1は、受けた電磁波S1をアンテナ放射パターンR
1(電磁波S1a)やこのパターンR1とは異なる放射
パターンR2(電磁波S1b)等で空間に再放射する。
ここで、アレイアンテナ3は、一般に、電磁波S1の放
射平面Pをこの複反射鏡アンテナのアンテナ軸Aにほぼ
垂直になるように配置する。アンテナ軸Aは主反射鏡1
の中心軸およびホーン2の電磁波S1aのビーム中心軸
にほぼ等しい。なお、放射平面Pは、水平軸をu軸,垂
直軸をv軸とし、アンテナ軸Aと交わる点をCとする。
【0010】レフレクトアレイアンテナ3は、主反射鏡
1の放射する電磁波S1の位相特性を補正する移相手段
を有し、移相器32の各各を適切な移相量に設定して主
反射鏡1に照射する電磁波S1の放射位相を補正し、主
反射鏡1の放射する電磁波S1(S1a,S1b等)の
位相を平坦な開口位相分布とする。なお、放射平面P上
の振幅特性を図2(b)のとおりに補正するのは、ホー
ン2をその放射する電磁波の振幅がアンテナ軸Aから離
れるに従って図2(b)の如くに減少するように公知の
手法で適切に設計することにより、技術的および製造的
に容易に実現できる。
【0011】図3は本実施例の移相器32の移相量を求
めるための説明図であり、(a)はホーン2とレフレク
トアレイアンテナ3との位置関係、(b)はアンテナ3
の励振分布(位相)、(c)は素子アンテナ31の電気
長補正位相、(d)はホーン2の放射位相を示してい
る。
【0012】図1,図2および図3を併せ参照して本実
施例の動作を説明する。
【0013】主反射鏡1の大きさおよび導体曲面のカー
ブとレフレクトアレイアンテナ3の放射平面Pの位置と
を定めると、所望のアンテナ放射パターンR1(図2
(a),電磁波S1aの放射パターンR1はビーム中心
軸がアンテナ軸A方向を向いている)に対応する放射平
面P上の励振(電界)分布が図2(b)(振幅分布)お
よび図2(c)(位相分布)に示すとおりになる。逆
に、放射平面P上の振幅分布を図2(b)に示すように
アンテナ軸(C)から離れる方向になるに従って振幅を
減少させるようにし、放射平面P上の位相分布を図2
(c)に示すようにアンテナ軸(C)から離れる方向に
なるに従って位相が遅れるように位相補正すると、サイ
ドローブの少ない所望のアンテナ放射パターンR1が得
られる。ここで、アレイアンテナ3のN個の素子アンテ
ナ31の各各を31−1,…,31−n,…,31−N
とする。これらN個の素子アンテナ31−1,…,31
−n,…,31−Nは放射平面P上にそれぞれ配置さ
れ、これら素子アンテナ31の各各における電磁波S1
の放射面は放射平面P上にある。いま、任意の素子アン
テナ31−nがホーン2の位相中心21を通るアンテナ
軸Aから角度θ上の位置(任意の角度)θnに配置され
ている(図3(a))。アンテナ放射パターンR1に対
応する素子アンテナ31−nの励振係数(位相項)Φn
は、図2(c)の位相分布に対応する位相であり、図3
(b)に示す。
【0014】また、ホーン2の位相中心21から角度θ
nの位置にある素子アンテナ31−nまでの距離lは、
位相中心21からアンテナ軸Aとの交点である放射平面
Pの中心21からアンテナ軸Aとの交点である放射平面
Pの中心Cまでの距離より長く、この距離差に基づく位
相差を補正する必要がある。アンテナ軸Aから角度θ上
の位置θnにある素子アンテナ31−nの電気長補正位
相をΦlnとする(図3(c))。さらに、ホーン2の
位相中心21から任意の素子アンテナ31を見込む角度
θnに対する電磁波S1aの放射位相αnは図3(d)
に示すとおりである。ホーン2の放射位相はアンテナ軸
Aから離れる方向になるに従って一旦進相方向に変化し
たあと遅相方向に変化する。この複雑な放射位相変化
は、レフレクトアレイアンテナ3による適切な位相制御
がない限り、主反射鏡1での精密で複雑な鏡面修正を必
要とすることになる。
【0015】従って、図3(b)の励振分布(位相)を
得るには、素子アンテナ31−nに接続される移相器3
2の移相量(往復)Φpnを、Φpn=Φn−(Φln
+αn)とすると、レフレクトアレイアンテナの放射
平面P上の励振分布を所望のパターン(図3(b))に
することができ、主反射鏡1の複雑な鏡面修正なしに、
この複反射鏡アンテナにおいて所望のアンテナ放射パタ
ーンR1(図2(a))を実現することができる。
【0016】なお、この複反射鏡アンテナでは、レフレ
クトアレイアンテナ3の放射平面Pにおける位相分布を
傾斜させることにより、別のビーム方向(電磁波S1の
放射方向)を持つアンテナ放射パターンR2(電磁波S
1a)等を得ることができる。
【0017】図4は本実施例のレフレクトアレイアンテ
ナ3の構造図であり、(a)は表面図、(b)は(a)
のv1−v2線で切断した断面図、(c)は(a)のA
部拡大表面図、(d)は(c)のv3−v4線で切断し
た断面図、(e)は(a)のA部拡大裏面図である。
【0018】レフレクトアレイアンテナ3は、円形導体
からなるN個の円形パッチアンテナ41,誘電体板46
a,導体のグランド板45,誘電体板46b,および導
体からなるN本のマイクロストリップライン42を順次
積層している。円形パッチアンテナ41と誘電体板46
aとグランド板45とがN個の素子アンテナ31を構成
している。また、マイクロストリップライン42の各各
と誘電体板46bとがN個のマイクロストリップ線路を
構成してN個の移相器32となっている。任意の素子ア
ンテナ31−nとこれに対応位置にある移相器32−n
とは、グランド板45の対応位置に設けた結合スリット
45により電磁結合する。マイクロストリップライン4
3の各各は、一端を開放端とし、他端を短絡ピン43に
よってグランド板45に接続している。この短絡ピン4
3とグランド板45とが短絡回路33を構成している。
なお、このアレイアンテナ3の移相器32および短絡回
路33による損失は僅かであり、アレイアンテナ3の振
幅特性を変化させる恐れは少ない。
【0019】このレフレクトアンテナ3は、円形パッチ
アンテナ41の表面が放射平面Pとされ、電磁波S1を
円形パッチアンテナ41の表面から送受信する。また、
マイクロストリップライン42の長さを調整して移相器
32の移相量を適切に設定する。なお、マイクロストリ
ップライン42の一部をPINダイオード等を用いる可
変移相器に置き替え、この可変移相器の位相を電気的に
制御することで、この複反射鏡アンテナのビーム方向を
容易に制御することができる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、レフレク
トアレイアンテナが、再放射する前記電磁波のビーム中
心軸をアンテナ軸方向に向ける場合には、ホーンから
前記電磁波を前記アンテナ軸から離れる方向になるに従
って振幅が減少する状態でしかも前記アンテナ軸から離
れる方向になるに従って位相が遅れるように位相補正し
て再放射するので、導体曲面を有する主反射鏡および副
反射鏡の精密な鏡面修正を行う必要がなく、サイドロー
ブが少ない等,所望のアンテナ放射パターンを有する複
反射鏡アンテナを容易にしかも安価に得ることができる
効果がある。
【0021】また、このレフレクトアレイアンテナは、
移相手段の移相量を変化させることで、再放射する電磁
波の位相を自在に変えることができるので、上記複反射
鏡アンテナの放射ビーム方向を容易に変えることができ
る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の概念図である。
【図2】本実施例の電磁波放射特性を示す図であり、
(a)は所望のアンテナ放射パターン、(b)および
(c)はレフレクトアレイアンテナ3の放射平面P上の
電界分布(振幅および位相)である。
【図3】本実施例の移相器32の移相量を求めるための
説明図であり、(a)はホーン2とレフレクトアレイア
ンテナ3の位置関係、(b)はアンテナ3の励振分布、
(c)は素子アンテナ31の電気長補正位相、(d)は
ホーン2の放射位相を示している。
【図4】本実施例のレフレクトアレイアンテナ3の構造
図であり、(a)は表面図、(b)は(a)のv1−v
2線で切断した断面図、(c)は(a)のA部拡大表面
図、(d)は(c)のv3−v4線で切断した断面図、
(e)は(a)のA部拡大裏面図である。
【符号の説明】
1 主反射鏡 2 ホーン 3 レフレクトアレイアンテナ 4 給電線 21 位相中心 31 素子アンテナ 32 移相器 33 短絡回路 41 円形パッチアンテナ 42 マイクロストリップライン 43 短絡ピン 44 結合スロット 45 グランド板 46a,46b 誘電体板

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】磁波を放射するホーンと、前記ホーン
    から前記電磁波を受けるとともにこの電磁波を所定の放
    射パターンになるように位相補正して再放射するレフレ
    クトアレイアンテナと、前記レフレクトアレイアンテナ
    からの電磁波を受けるとともにこの電磁波を空間に再放
    射する適切な導体曲面の主反射鏡とを備える複反射鏡ア
    ンテナにおいて、 前記レフレクトアレイアンテナが、再放射する前記電磁
    波のビーム中心軸をアンテナ軸方向に向ける場合には、
    前記ホーンからの前記電磁波を前記アンテナ軸から離れ
    る方向になるに従って振幅が減少する状態でしかも前記
    アンテナ軸から離れる方向になるに従って位相が遅れる
    ように位相補正して再放射する ことを特徴とする複反射
    鏡アンテナ。
  2. 【請求項2】 前記レフレクトアンテナが、前記ホーン
    からの電磁波を受けるとともにこの電磁波を再放射する
    複数の素子アンテナと、再放射する前記電磁波を位相補
    正する前記素子アンテナの各各対応の移相器とを備える
    ことを特徴とする請求項1記載の複反射鏡アンテナ。
  3. 【請求項3】 前記素子アンテナが、円形パッチアンテ
    ナであることを特徴とする請求項2記載の副反射鏡アン
    テナ。
  4. 【請求項4】 前記レフレクトアレイアンテナが、前記
    ホーンからの電磁波を受けるとともにこの電磁波を再放
    射する複数のパッチアンテナと、前記パッチアンテナの
    各各に結合スロットを介してそれぞれ接続されたマイク
    ロストリップ線路と、前記マイクロストリップ線路の一
    端にそれぞれ接続された短絡回路とを含むことを特徴と
    する請求項1記載の複反射鏡アンテナ。
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JPS54116867A (en) * 1978-03-03 1979-09-11 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Beam scanning antenna
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