JPH0491503A - フラットミラーアンテナ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、衛星放送あるいは衛星通信等の衛星送受信用
アンテナに用いて好適なフラットミラーアンテナに関す
る。

〔従来の技術〕

ここで、送信点から送信された電磁波を受信点へ収束さ
せるための手段として従来から知られている回転放物面
反射鏡、回折リングおよびフレネルレンズについて説明
する。

パラボラアンテナに用いられる回転放物面反射鏡１１は
、第１２図に示すように、１つの焦点をもつ放物線（ま
たは回転放物面）の性質を利用して、送信点から送信さ
れた電磁波を全ての電気的路程を等しくして焦点Ｆの受
信点へ収束させるものである。

また、回折リング１２は、第１３図に示すように、送・
受信点の電波伝搬路に形成されたフレネルゾーンにおい
て、互いに逆位相である隣接の７レネルゾーンを１つお
きに遮蔽して逆位相電界を除去し受信点の電界を上昇さ
せるように構成されていて、送信点から送信された電磁
波は回折リング１２を透過して焦点Ｆの受信点に収束さ
れる。

さらにフレネルレンズ１３は、第１４図に示すように、
誘電体から構成され、電気的路程がレンズ媒質によって
増加することを利用して、送受信点間の電気的距離を等
しくし、送信された電磁波を全て同位相電界で焦点Ｆの
受信点に収束させ受信点の電界を上昇させるものである
。

〔発明か解決しようとする課題〕

ところで、上述の従来の回折リングでは、逆位相電界を
除去しているため、受信点の電界が約１／２となり効率
が悪いという問題点がある。

また、従来の回転放物面反射鏡および７レネルレンスで
は、曲面精度が重要であり、精密な機械工作を必要とす
るために製造が困難であり、製造コストおよび製造時間
を要するという問題点がある。さらに、フレネルレンズ
では実際的なレンズの厚さ、大きさおよび重量が増加し
実用性Ｉこ乏しいという問題点がある。

本発明はこれらの問題点を解決しようとするもので、送
信された電波を全て同位相電界で受信点に収束させるこ
とで受信点の電界を上昇させるとともに、平面構造であ
って製造が容易であるので、製造コストおよび製造時間
の低下が可能でしかも実用的な、フラットミラーアンテ
ナを提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明の７ラツトミラーア
ンテナは、金属製の回折リングと同回折リングと約１／
４波長離隔して対向するように配設される金属製の反射
板と上記回折リングのほぼ焦点位置に配設されるピック
アップアンテナ部とから構成されたことを特徴としてい
る。

また、本発明のフラットミラーアンテナは、相互に約１
７４波長離隔して対向するように配設される２種類の金
属製の回折リングと同回折リングのほぼ焦点位置に配設
される受信用ピックアップアンテナ部とから構成された
ことを特徴としている。

〔作　　用〕

上述の本発明の７ラツトミラーアンテナでは、回折リン
グが送信された電磁波を同回折リング焦点に配設される
受信用ピックアップアンテナ部に収束させる手段として
作用し、また、互いに対向して配設された回折リングお
よび反射板あるいは２種類の回折リングが、送信された
電磁波を全て同位相電界で受信用ピ／クア・Ｚズアンテ
ナ部に収束させる手段として作用する。

〔実　施　例〕

以下、図面により本発明の実施例としてのフラットミラ
ーアンテナについて説明する。

第１ａ〜８図は、本発明の第１実施例を示すもので、第
１ａ図はその概略図、第１ｂ図は第１ａ図の略式説明図
、第２図はその回折リングの正面図、第３図はその他の
例の回折リングの正面図、第４ａ図。

＃！４ｂ図はいずれも条件を説明する説明図、第５ｊ図
。

第５ｂ図は回折リングのパターンを導く数式の説明図、
第ｉ図、第６ｂ図はその作用を説明する説明図、第７！
図、第７ｂ図および第７ｃ図はその略式側面図、第８図
はその実際の構成例を示す斜視図である。

この実施例の回折リング１は金属製であって、回折リン
グｌは送信点から送信された電磁波を反射して同回折リ
ング１の焦点Ｆに集中させるとともに、送受信点間の電
波伝搬路に形成されたフレネルゾーンにおいて互いに逆
位相である隣接フレネルノーンを遮断することにより逆
位相電界を除去して受信点の電界を上昇させるように設
計されている。

回折リングｌは使用条件に応じてその形状が設計される
ものであり、第２図は１２ＧＢｘにおいて衛星６から送
信された電磁波の回折リングｌに対する入射角を９０ｃ
＆仮定した場合（＄　４１図参照）の回折リングｌの設
計例の一例、また、第３図は１２ＧＨｚにおいて衛星６
から送信された電磁波の回折リングｌに対する入射角を
３８ｃと仮定した場合（第４ｂ図参照）の回折リングｌ
の設計例の一例である。

なお、これらの回折リングｌのパターンは、次のように
して得られる。

すなわち、第５！図、第５ｂ図において、回折リングｌ
はＸＹ平面上にあり、衛星６はＺ軸上にあるものとする
。

そして、回折リング１の焦点Ｆの座１［Ｆを（（１，０
゜Ｆ）とし、回折リングｌの中心Ｏの座標を０（Ｄ、Ｏ
，Ｏ）とする。さらに、ＸＹ平面上（２＝０）の点Ｐの
座標をＰ（ｘ、ｙ、０）とする。

第５ｂ図に示すように、衛星６から送信された電磁波は
回折リングｌで反射され、回折リング１の焦点Ｆへ集中
される。

一般的に回折リング１は、Ｐ点と送信点、Ｐ点と受信点
との距離の和が、送受信点間距離よりλ０／２の整数倍
だけ大きくなるようなＰ点の集合であるので、 ＦＰ＜ＦＯ＋ｎλ。／２（ここでｎは整数である）を満
たす円内を通過する電波は、焦点Ｆにおいて同位相で合
成される。

以上から、円の軌跡は次の式で表される。

ｘ　２　＋ｙ　２　＝　ｎλ、（Ｆ＋ｎλ。／４）また
、円の半径：ｒは、 ｒ＝ｓＱＲ（ｎλ、（Ｆ＋ｎλＯ／４））第２図は条件
を１２ＧＩＩｚにおいて衛星６から送信された電磁波の
回折リングｌに対する入射角を９０’として、上述の方
法で設計された回折リング１を１／１２の縮尺で描いた
ものであり、最外リングの直径は約１ｍである。また、
回折リングｌの大きさはリング数を増減させることによ
って調節することができる。

このような回折リング１は、その条件から、ｎ　（１の
円内は同相、ｌ≦ｎ　＜　２の円内は逆相、２≦ｎ　＜
　３の円内は同相・・・・・・となり、送信された電磁
波の同位相成分を反射し焦点Ｆへ収束させ、逆位相成分
は通過させる。

そこで、回折リング１を通過した送信電磁波の逆位相成
分を回収すべく、この実施例のものでは、第６ａ図、第
６ｂ図に示すように、回折リング１と平行に金属製反射
板２を配設し、この金属製反射板２で上記の逆位相成分
を反射して焦点Ｆへ収束する手段を講じている。このと
き、回折リングｌと反射板２との間の距離を利用して電
気的距離を延長させることによって位相を合わせ、同位
相成分として焦点Ｆへ収束させる。また、回折リング１
と反射板２とは、回折リングｌを通過した逆位相成分か
反射板２で反射されて再び回折リングｌへ至るまでに同
位相成分となるように間隔を設定されている。例えば、
回折リング１と反射板２との間の空間を自由空間として
、１２ＧＨｚで使用する場合、それらの間隔は約１／４
波長すなわち約０．６２５　ｃ　ｍとなる。

第７ａ図、第７ｂ図および第７ｃ図は、上述の方法で、
条件を１２ＧＨｚにおいて衛星６から送信された電磁波
の回折リング１に対する入射角を９０’＆仮定し、回折
リングｌと反射板２との閘の空間を自由空間とした場合
の回折リング１および反射板２の一例の略式側面図であ
り、回折リングｌおよび反射板２は縮尺１／１２、回折
リング１と反射板２の間隔は縮尺１／２でそれぞれ描い
である。第７ａ図は回折リング１と反射板２の大きさが
同じである場合、第７ｂ図、第７ｃ図はいずれも回折リ
ング１と反射板２の大きさが異なる場合である。第７ｂ
図は回折リングｌか反射板２より大きい構造であって、
回折リングｌの最外リングが送信された電磁波の同位相
成分を反射するリングで構成された場合であり、第７ｃ
図は回折リングｌが反射板２より小さい構造であって、
回折リング１の最外リングが送信された電磁波の逆位相
成分を通過させるリングとなるように反射板２の大きさ
を実際には見えない回折リング１の最外リングまで大き
くした場合である。

二のように、回折リングｌおよび反射板２は場合に応し
た設計が可能である。また、このとき使用される回折リ
ング１の正面図は第２図に示しである。

さらに、本実施例のフラットミラーアンテナは、第３図
に示す衛星６から送信された電磁波の回折リングｌに対
する入射角を３８−仮定した場合の回折リングｌにおい
ても実施可能である。

また、回折リング１と反射板２との間の空間をポリスチ
レン、ポリエチレン、ＦＲＰ、発泡プラスチック等の誘
電体で満たすことも可能である。

その場合、それらの間隔は誘電体中を伝播する波長の約
１／４となるので、誘電体の材質によってことなり、例
えばポリエチレンを使用した場合、約０．４Ｈｃｍとな
りさらに間隔は薄くなる。

また、第１１図および第１ｂ図に示すように、回折リン
グ１の焦点位置には送信された電磁波を受信する受信用
ピックアップアンテナ部３が配設されている。受信用ピ
ックアップアンテナ部３は放射器４およびコンバータ５
から構成されており、船釣には放射器４はコンバータ５
と一体になっている。第１ａ図および第１ｂ図において
、放射器４はホーンの構造を示しているがスパイラル、
ダイポール、ストリップ線路、スロット等のアレーで構
成してもよい。

第８図に本発明の７ラントミラーアンテナの実際の構成
例を示すが、この例におけるフラットミラーアンテナは
オフセット型であり回折リング１は送信電磁波の回折リ
ングｌに対する入射角を３８１して設計（第３図参照）
されている。回折り〉グｌと反射板２との間の空間には
、回折リングｌおよび反射板２を支持し、固定する手段
として誘電体製の補強板が配設され、回折リング１、反
射板２および補強板の一体構造体の反射板側背面には取
付は金具７および支持アーム８が配設されている。また
、受信用ピックアップアンテナ部３は支持アーム８によ
って回折リングｌの焦点に位置するように支持されてい
る。

このように構成されたフラットミラーアンテナでは、送
受信点間の電波伝搬路に形成された７しネルゾーンにお
いて、回折リングで同位相成分を反射し回折リングの焦
点位置に配設された受信用ピックアップアンテナ部に収
束させるとともに、回折リングを通過した逆位相成分は
回折リングと特定間隔を隔てて配設された反射板で反射
し位相を合わせて全て同位相成分として受信用ピックア
ップアンテナ部に収束される。すなわち、送信された電
磁波は回折リングあるいは反射板で反射し、全て同位相
電界で受信用ピックアップアンテナ部へ合成される。

上述の通り、この実施例の７ラツトミラーアンテナは、
金属製の回折リングと同回折リングに対向して配設され
る金属製の反射板と上記回折リングのほぼ焦点位置に配
設される受信用ピックアップアンテナ部とから構成され
ているので、回折リングか同位相電界を反射して受信点
に収束させるとともに反射板が逆位相電界を反射して位
相を合わせ受信点に収束させることによって、送信され
た電磁波を全て同位相電界で受信用ピックアップアンテ
ナ部に収束させることかできて効率が向上する。また、
金属製の回折リングおよび反射板のみから構成されてい
るので部材数か少なく、回折リングおよび反射板は平面
構造であるため曲面精度等の考慮は不必要であり製造か
容易であるので、製造コストの低減をはかることができ
る。

さらに、回折リングと反射板との間隔は、その空間を自
由空間とするとき約０．６２５ｃｍ、その空間をポリエ
チレン製誘電体で満たすとき約０．４Ｈｃｍとなり実用
性も向上する。

次に、本発明の第２実施例を示すフラットミラーアンテ
ナについて説明する。

第９ａ図、第９ｂ図はその回折リングの正面図、第１０
図はその作用を説明する説明図、第１１ａ図、第１１ｂ
図、第１１ｃ図および第１１ｄ図はいずれもその略式側
面図である。

この実施例が第１の実施例と異なる点は、反射板２に代
えて回折リング９が用いられている点である。

第１の回折リングｌおよび第２の回折リング９のパター
ンはそれぞれ異なり、第９ａ図、第９ｂ図１ｊ１条件と
して１２ＧＨｚにおいて衛星６から送信された電磁波の
回折リングｌに対する入射角を９０’と仮定した場合の
第１の回折リングｌ（第９ａ図参照）および第２の回折
リング９（第９ｂ図参照）の設計例の一例である。

第１０図に示すように、送信電磁波の同位相成分は第１
の回折リングｌで反射され回折リングｌの焦点位置に配
設された受信用ピックアップアンテナ部３に収束され、
逆位相成分は第１の回折リング１は通過し第２の回折リ
ング９で反射されて受信用ピックアップアンテナ部３に
収束される。このとき、第１実施例と同様に送信された
電磁波は全て同位相成分として受信用ピックアップアン
テナ部３に合成される。

第１１！図、第１１ｂ図、第１１ｃ図および第１ｉｄ図
は、同条件（２種類の回折リング間の空間は自由空間と
する）の第１および第２の回折リング１．９の一例の略
式側面図であり、２種類の回折リング１゜９は縮尺１／
１２．２種類の回折リング１．９の間隔は縮尺１／２で
描いである。このように、２種類の回折リング１，９は
自由に組み合わせを変えることが可能である。

さらに、本実施例のフラットミラーアンテナは、第１の
実施例の場合と同様に、第３図に示す回折リングｌにお
いても実施可能であり、２種類の回折リング１．９の間
の空間を誘電体で満たすことも可能である。

このような構成のフラットミラーアンテナでは、上述の
第１実施例とほぼ同様の作用・効果が得られるほかに、
反射板の代わりに回折リングを用いているので反射板お
よび回折リングの材料となる金属板が少なくてよく、製
造コストが低減し重量が減少する。また、条件によって
は、２種類の回折リングは送受信点の電波伝搬路に形成
されたフレネルゾーンの互いに異なる隣接ゾーンを遮蔽
するように構成されているので、−枚の金属板を環状に
打ち抜いて２種類の回折リングを形成する場合等には金
属板を有効に利用でき、さらに製造コストか減少する。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明のフラットミラーアンテナ
によれば次のような効果ないし利点が得られる。

金属製の回折リングと同回折リングと約１／４波長離隔
して対向するように配設される金属製の反射板と上記回
折リングのほぼ焦点位置に配設される受信用ピックアッ
プアンテナ部とから構成されているので、回折リングが
同位相電界を反射して受信点に収束させるとともに反射
板が逆位相電界を反射して位相を合わせ受信点に収束さ
せることによって、送信された電磁波を全て同位相電界
で受信用ピックアップアンテナ部に収束させることがで
きて効率が向上する。また、金属製の回折リングおよび
反射板のみから構成されているので部材数か少なく、回
折リングおよび反射板は平面構造であるため曲面精度等
の考慮は不必要であり製造が容易であるので、製造コス
トが低減する。さらに、反射板の代わりに回折リングを
用いる場合には、材料となる金属板が少なくてよく、条
件によっては、２種類の回折リングは送受信点の電波伝
搬路に形成されたフレネルゾーンの互いに異なる隣接ゾ
ーンを遮蔽するように構成されているので、−枚の金属
板から２種類の回折リングが形成され、金属板が有効に
利用出来、さらに製造コストが減少する。また回折リン
グと反射板あるいは２種類の回折リングの間隔は、その
空間を自由空間とするとき約０．６２５　ｃ　ｍ　、そ
の空間をポリエチレン製誘電体で満たすとき約０．４１
３　ｃ　ｍとなり、構成部材が少ないことから重量も減
少するので実用的なフラットミラーアンテナを提供する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ〜８図は、本発明の一実施例としてのフラットミ
ラーアンテナを示すもので、第１！図はその概略図、第
１ｂ図は第１１図のものの略式説明図、第２図はその回
折リングの正面図、第３図はその他の例の回折リングの
正面図、第４１図および第４ｂ図はいずれも条件を説明
する説明図、第５直図および第５ｂ図はいずれも回折リ
ングのパターンを導く数式の説明図、第６！図および第
６ｂ図はいずれもその作用を説明する説明図、第７ａ図
、第７ｂ図および第７ｃ図はいずれもその略式側面図、
第８図はその実際の構成例を示す斜視図であり、第９１
図〜第１１ｄ図は、本発明の第２実施例としてのフラッ
トミラーアンテナを示すもので、第９１図および第９ｂ
図はいずれもその回折リングの正面図、第１０図はその
作用を説明する説明図、第１１！図。 第１１ｂ図、第１１ｃ図および第１１ｄ図はその略式側
面図であり、第１２図は従来の回転放物面鏡の説明図、
第１３図は従来の回折リングの説明図、第１図は従来の
フレネルレンズの説明図である。 １．９・・・金属製回折リング、２・・金属製反射板、
３・・・受信用ピックアップアンテナ部、４・・・放射
器、５・・コンバータ、６・・・衛星、７・・・取付は
金具、８・・・支持アーム、Ｆ・・・焦点。 代理人　弁理士　飯　沼　義　彦 同　　　　安　　　達　　　功 第１０ 図 第 ｂ 図 第 図 第 図 第４゜ 図 …錨 第４ｂ 図 ／′６ 旺ｄ１ 第５０図 ｙ Ｆ（０，Ｏ，Ｆ　１ ０（ｏ、ｏ、ｏ　１ 第７０ 図 第７ｂ 図 第７Ｃ 図 第６ａ図 第 ６ｂ図 第 図 第 ９０図 第９ｂ図 第１１ａ図 第１１ｂ図 第１１ｃ図 第１ｉｄ図 第１０ 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属製の回折リングと、同回折リングに約１／４
   波長離隔して対向配設された金属製の反射板と、上記回
   折リングのほぼ焦点位置に配設される受信用ピックアッ
   プアンテナ部とから構成されたことを特徴とする、フラ
   ットミラーアンテナ。
2. （２）相互に約１／４波長離隔して対向するように配設
   される２種類の金属製の回折リングと、同回折リングの
   ほぼ焦点位置に配設される受信用ピックアップアンテナ
   部とから構成されたことを特徴とする、フラットミラー
   アンテナ。