JPS62110303A - 全方向性アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、特にミリ波に応用されるが、それ以外にも適
用し得る方位角に関して全方向性であるアンテナに関す
る。

この発明に於ける用語゛°全方向性”とは、方位角に於
いて３６０゛までを含む角度を意味する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 従来は、第１図（Ｃ）に示すような、長円状の回転的に
対称な面１１０が形成されたレンズ・アンテナが使用さ
れている。これは、平行受信光線１１１を、光線経路と
干渉しない焦点面１１２で、基部の平面アレイ上に焦点
する。

しかしながら、レンズ軸に対して優勢に平行に受信され
た光線のみが、上記基部の平面に良く焦点されるという
欠点を、上記配列は有している。

故に、高価な、大きな２重い多数のそのようなユニット
を使用することによる以外には、方位角平面で３６０°
の適用範囲を提供するためには使用されることができな
い。

その最も単純な形の全方向性レンズは、第１図（ａ）に
示すように、方位角に於いて完全な円形のシンメトリイ
を有している。第１図（ｂ）は、垂直断面で見られた配
列を示しており、これによる平行光線の焦点も示してい
る。４より大きい誘電率（ε）のために、光線が、レン
ズの中心を通り抜ける回折されない光線と交差する放射
距離（２）は、次式によって与えられる。即ち、但し、
Ｒは円の半径であり、ｄは回折されない光線と所定の光
線との距離である。クロスオーバは常に、レンズの光線
源から離れた側に生じ、さく４のためには幾らかの又は
全ての光線は、レンズの外側でクロスオーバする。ビー
ムが焦点される範囲（即ち、どのくらい接近してクロス
オーバが束ねられるか）は、εの増加と共に増加し、無
限大のεによってレンズの中心に完全に焦点する。

・仰角に於いては上記面は、所望なように形作られるこ
とができるが、長円が仰角の範囲を越えて良く焦点され
たビームを提供する故に、長円であることが好ましい。

光線図は、第１図（ｂ）に示されている。

第１図に示されたようなレンズは、焦点面がレンズの内
側にあり且つ、光線経路と干渉することなしにアクセス
されることができないので、あまり有用ではない。その
上、焦点面がカーブしており、これはレンズが信号検出
素子の平面アレイと共に直ちに使用されることができな
いということを意味している。

［発明の目的］ 本発明は上記の点に鑑みて成されたもので、安価で、小
さな、軽量な一個のレンズから方位角で３６０°までを
カバーする多数の独立したビームを生成するアンテナを
提供することを目的とする。

［発明の概要］ 本発明に従って、誘電体レンズと、表面アレイを供給す
るように配列された上記レンズと協働するレフレクタ配
列とを具備する電磁放射線用の方位角で３６０°まで提
供するアンテナが提供される。

本発明の他の態様に従って、回転的に対称な誘電体レン
ズと、これと協働する回転的に対称な反射面と、上記結
合されたレンズと反射面の表面的な焦点に配列された素
子の表面アレイとを具備する電磁光線用の全方向性アン
テナが提供される。

そのようなアンテナは、方位角に於いて３６０’の適用
範囲を提供することができ、且つ仰角に於いて特定され
た性能を提供することができる。受信信号の到着角度は
、上記アレイの素子の電圧から決定されることができる
。統合されたミキサを有する簡単な素子が使用されるこ
とができるように、付加的な反射面が上記アレイに対す
る局部発振出力の直接的な注入を許すために提供される
ことができる。

重要な態様は、方向的な情報を提供するための素子の平
面アレイを使用する全方向性アンテナを生成するための
屈折及び反射面の配列である。

他の重要な態様は、付加的なレフレクタの使用方法にあ
り、局部発振出力の注入のために供給する。

そのような配列は、ミリ波システムのために特に適当で
ある。

［発明の実施例１ 以下図面を参照して本光明の一実施例を説明する。第２
図は、例えば光学的に平坦な、例えば１／１０波長のセ
ラミック又はプラスチック物質でさえある誘電体物質の
アンテナを示している。上記アンテナは、一つの誘電体
ボディ３を構成するレンズ１とレフレクタ２との組合せ
を含む。上記レンズ１は垂直断面で長円であり、レフレ
クタ２は円錐形である。光４！！４は水平イメージ面５
上に焦点し、この面には、ダイポール素子の表面、この
場合平面のアレイが配列されている。光線が図示のよう
にレフレクタ錐面２の内側に入るように光線が十分に下
方に向けられるように、上記仰角長円の軸は傾けられて
いる。上記錐２の角度は、反射された光線４が上記水平
イメージ面５上に焦点されるように選択されている。上
記反射及び屈折面は両方とも、その而５の焦点を最適化
するような仰角で形作られることができる。その上、ε
が適当な焦点を得るために４以上であるべきであるとい
う状態が緩和される。

この配列のさらなる効果は、凹面からの反射が第１図の
基本的な円形レンズ以上に改良された焦点を生じさせる
ということである。これは、（光線の下方への移動では
ない）限定二次元の場合のために簡単な計等から見られ
ることができる。

上記レンズの中心からクロスオーバの位＠（℃）は、数
値を求められる。ｄ／Ｒの関数としてのｌ／Ｒのプロッ
トが、２つのεの値のため及び種々のＲ−／Ｈの値のた
めに第３図に示されている。

但しＲ−は、反射内の半径である。水平直線が完全な焦
点に対応し、反射を有するプロット（第２図の実施例に
対応する第３図（Ｂ））が、反射を有しないそれら（第
１図及び第３図（Ａ））よりも接近した状態に近、付く
。

幅広い仰角適用範囲を許すために、上記レンズは、仰角
範囲の異なった部分のため分離したアレイ平面を有する
断面で作られることができ、例えば上及び下半分が正の
及び負の仰角を別々に扱うことができる。

第４図は、第２図の基本的なレンズに対する改良を示し
ている。改良されたアンテナはカスプ形レフレクタ１０
を持っている。このレフレクタは、光線４と干渉せず、
ＴＭ０１モードのホーン１１からの局部発振出力を焦点
する。他の点ではこのアンテナは、第２図に述べられた
ようなアンテナと同祿のものである。これは、局部発振
（ＬＯ）出力が素子に供給させることを許す。これは、
ＬＯ注入のこの形を使用するアレイの使用を許す・ＴＭ
０１モードを維持する単一ホーン１１は、図示のよう、
な中心円錐形（カスプ状）レフレクタ１０を照らすため
に使用される。ＴＭＯ’１モードは、ボアサイ１−上で
ゼロを有する円形的に対称のパターンを生じさせる。上
記レフレクタ１０は、アレイ平面の環状の素子にＬＯエ
ネルギを向けるように形作られる。

第５図は、アンテナが長円レンズ３０を持っている他の
実施例の垂直断面を示している。この図に於いて、３１
及び３２は受信平行光線を示しており、Ｘ−Ｘは上記長
円の軸を示している。垂直断面で示された双曲線レフレ
クタ３３は、Ｆｌで垂直焦点線３５（実際には想像上の
円形面）と交差する３４（実際には円錐形の想像上の面
）に軸を持っている。

双曲線断面レフレクタの機能は、ｆｌがｆｌより大きい
ように（ｆｌ−ｆｓのための）平面断面を持つだろうも
のよりも、レフレクタからさらに離れたＦ２を駆動する
ことである。

仮想の焦点８３５は、双曲線軸３４に対して直角ではな
い。仰角が走査されるならば、上記配列が選択された仰
角のため、即ち狭い範囲の仰角のために好ましくされる
ような、焦点ぼけが生ずる。

第６図は、本発明に従ったアンテナの他の実施例を示し
ている。長円であるレンズ４０は、双曲線レフレクタ４
２で光線４１を屈折させる。双曲線軸４３は、４５で長
円４０の焦点線４４と交差し、局部発振注入ホーン４６
は、焦点面４７に素子アレイと隣接して置かれている。

この配列の効果は、素子がお互いに接近され、信号接続
が容易に提供されることができるようにレンズ・システ
ムの底に素子があり、且つ局部発振供給が背面供給テク
ニックによって提供されることができるということであ
る。

以上のことは、擬光学システムとしてアンテナを考えて
いる。即ち、電磁エネルギの光線が、それらが真の光学
システムに於ける光線であるかのように、考えられてい
る。レンズ直径は、この類推に当はめるためには、約１
０波長以上であることが必要である。

アンテナは普通、光学的に不透明であるだろう。

表面の“光学的”精度は、約１／１０波長であることが
必要であるだろう。

参照されたアレイの素子は、異なった素子が異なった方
向からの光線を受信し、この故にアンテナに関して方向
情報を提供するように配列されることが好ましい。従っ
て、２０のビームのためには、２０の素子があるだろう
。

素子信号即ち受信電磁波と注入局部発振とは、中間周波
数を提供するためにミックスされるだろう。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、安価で。

小さな、転位な一個のレンズから方位角で３６０゜まで
をカバーする多数の独立したビームを生成するアンテナ
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（Ｃ）はそれぞれ従来のアンテナを説
明するための図、第２図は本発明の一実施例に従った全
方向性アンテナの垂直断面図、第３図（Ａ）及び（Ｂ）
はそれぞれ第１図（ａ）及び第２図のアンテナのそれぞ
れの性能を示す焦点図、第４図は第２図のアンテナの改
良を示す図、第５図及び第６図は本発明の他の実施例を
示す図である。 １．３０．４０・・・長円レンズ　２，１０，３３．４
２・・・レフレクタ　１１．４６・・・ホーン

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）誘電体レンズと、表面アレイを供給するように配
   列された上記レンズと協働するレフレクタ配列とを具備
   する電磁無線用の全方向性アンテナ。
2. （２）上記アレイに局部発振出力を注入するための注入
   手段を具備する特許請求の範囲第１項に記載の全方向性
   アンテナ。
3. （３）前記注入手段は、前記アレイの素子の環に、ソー
   スからの局部発振出力を反射するように配列されたカス
   プ状レフレクタを具備する特許請求の範囲第２項に記載
   の全方向性アンテナ。
4. （４）上記レンズは仰角長円と円錐形レフレクタとを具
   備し、上記長円の軸は受信光線が上記円錐形レフレクタ
   の内側に入るように、上記レンズの真下のレフレクタで
   上記受信光線が下方に向けられるように傾かされている
   特許請求の範囲第１項に記載の全方向性アンテナ。
5. （５）上記レンズは、断面で仰角範囲の異なった部分の
   ための分離したアレイ平面を有して作られる特許請求の
   範囲第１項に記載の全方向性アンテナ。
6. （６）上記レフレクタは、上記レンズの仮想焦点線の前
   に置かれた双曲線垂直部を有している特許請求の範囲第
   １項に記載の全方向性アンテナ。
7. （７）回転的に対称な誘電体レンズと、これと協働する
   回転的に対称な反射面と、上記結合されたレンズ及び反
   射面の表面的な焦点に配列された素子の表面アレイとを
   具備するミリ波電磁光線用の全方向性アンテナ。