JPH05114816A

JPH05114816A - アンテナ装置

Info

Publication number: JPH05114816A
Application number: JP18729291A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Asano; 賢彦浅野; Hisafumi Okubo; 尚史大久保
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-07-26
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 1993-05-07

Abstract

(57)【要約】【目的】中央局とその周辺の多数の子局間の通信用のア
ンテナ装置に関し、垂直面内でコセカント二乗特性、水
平面内で無指向性を実現することを目的とする。【構成】指向方向の異なる二種類の曲面からなりコセカ
ント二乗特性の指向性を実現する二重曲面反射鏡の中央
断面形状をその焦点を通る軸を中心として回転させるこ
とによって形成される反射面１２を有する主反射鏡１１
と、主反射鏡１１を励振する一次放射器１３とを備える
ことによって構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中央局とその周辺に散
在する多数の子局との間で通信を行なうためのアンテナ
装置に関するものである。

【０００２】中央局と、その周辺に散在する多数の固定
子局、または周辺を移動する多数の移動子局との間で通
信を行なう通信システムの例としては、例えば無線によ
る室内のＬＡＮや、航空機中継無線システム等がある。

【０００３】無線による室内のＬＡＮは、各部屋または
各建物の間にループ状に形成された基幹回線に対して、
各部屋にノードを形成する中央局を設け、中央局と、こ
の中央局が設けられた室内の卓上に置かれたりまたは個
人が携帯する、端局を形成する各子局との間を無線で接
続することによって、基幹回線を介して、各部屋または
建物における多数の子局の間で相互に通信を行なうもの
である。

【０００４】また航空機中継無線システムは、航空機
（飛行機，飛行船）に搭載した中央局によって中継する
ことによって、地上に散在する多数の固定子局または移
動子局が相互に通信を行なうものであり、航空機が高度
２０〜２５ｋｍを保って飛行する場合、例えば関東地区
一円をサービスエリアとすることができ、衛星中継シス
テムと比較して低コストで実現可能なものである。

【０００５】このような、中央局と、その周辺に散在す
る多数の固定子局または移動子局との間で、無線を介し
て通信を行なうシステムの場合、中央局に設けるアンテ
ナ装置は、中央局からの子局の距離にかかわらず、相互
に常に一定の着信電界強度を得られるものであることが
要望される。

【０００６】

【従来の技術】上述のような、中央局と、その周辺に散
在する多数の固定子局または移動子局との間で通信を行
なうために、中央局に設けるアンテナ装置としては、従
来、例えば特願昭６１−２７６９８１（特開昭６３−１
３１６０２），特願昭６１−２９１４３４（特開昭６３
−１４４６０５），特願昭６２−４１４６３（特開昭６
３−２０９３０３），特願昭６２−４１４６４（特開昭
６３−２０９３０４），特願昭６３−２７８６２（特開
平１−２０２９０３）等、各種のものが提案されてい
る。

【０００７】これらの従来技術は、すべてアンテナの周
囲において水平面内無指向性を実現するものであり、こ
れによって、どの方向にある子局に対しても、距離が同
じであれば同一の着信電界強度を得ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような、中央局とその周辺に散在する多数の子局との間
で通信を行なう場合、上方に存在する中央局と、地上
（床上）における各子局との間における距離との関係は
一様ではない。

【０００９】従来の水平面内無指向性を有するアンテナ
装置は、垂直面内においては例えば８字特性を有するも
のであり、従って同一距離にある場合には、各子局に対
して同一着信電界強度を与えることができるが、距離が
変化した場合には着信電界強度も変化するという問題が
あった。

【００１０】距離と俯角との関係が変化した場合にも、
同一の着信電界強度を与えることができるアンテナ装置
としては、従来、レーダ装置等に用いられるコセカント
二乗特性を有するアンテナが知られている。例えば特公
昭６１−３０４４１等においては、同一高度を有する航
空機からの反射波が距離に無関係に一定値となる、コセ
カントビームホーンアンテナが開示されている。

【００１１】しかしながら、従来のコセカント二乗特性
アンテナは、垂直面内においてはコセカント二乗特性を
得ることができるが、水平面内においては狭指向性を有
するものであり、従ってこのようなアンテナを用いて
も、中央局からその周辺に散在する多数の子局に対して
同一の着信電界強度を与えることはできないという問題
があった。

【００１２】本発明はこのような従来技術の課題を解決
しようとするものであって、水平面内で無指向性であっ
て、かつ垂直面内でコセカント二乗特性を有し、従っ
て、中央局において使用した場合に、散在するすべての
子局に対して距離に無関係に中央局からの着信電界強度
を一定にすることができ、逆にすべての子局が同一ＥＩ
ＲＰ（実効輻射電力＝アンテナ利得×アンテナ供給電
力）で送信すれば、中央局において同一着信電界強度を
得ることができる、アンテナ装置を提供することを目的
としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のアンテナ装置
は、概ね円錐形状または円錐台形状の主反射鏡１１と、
この主反射鏡を励振する一次放射器１３とを備えて構成
される。この主反射鏡１１は、指向方向の異なる二種類
の曲面からなり概ねコセカント二乗特性の指向性を実現
する二重曲面反射鏡の中央断面形状を概ねその焦点を通
る軸を中心として回転させることによって形成される反
射面１２を有するものである。

【００１４】また本発明のアンテナ装置は、概ね円錐形
状または円錐台形状の主反射鏡１１と、この主反射鏡１
１と同軸に設けられた概ね円錐形状または円錐台形状の
副反射鏡２１と、この副反射鏡２１を励振する一次放射
器１３とを備えて構成される。主反射鏡１１は、指向方
向の異なる二種類の曲面からなり概ねコセカント二乗特
性の指向性を実現する二重曲面反射鏡の中央断面形状を
概ねその焦点を通る軸を中心として回転させることによ
って形成される反射面１２を有するものであり、副反射
鏡２１は、回転双曲面からなる反射面２２を有するもの
である。

【００１５】また本発明のアンテナ装置は、概ね円錐形
状または円錐台形状の主反射鏡１１と、この主反射鏡１
１と同軸に設けられた概ね円錐形状または円錐台形状の
副反射鏡２３と、この副反射鏡２３を励振する一次放射
器１３とを備えて構成される。主反射鏡１１は、指向方
向の異なる二種類の曲面からなり概ねコセカント二乗特
性の指向性を実現する二重曲面反射鏡の中央断面形状を
概ねその焦点を通る軸を中心として回転させることによ
って形成される反射面１２を有するものであり、副反射
鏡２３は、回転楕円面からなる反射面２４を有するもの
である。

【００１６】また本発明のアンテナ装置は、概ね円錐形
状または円錐台形状の主反射鏡３１と、この主反射鏡３
１と同軸に設けられた概ね円錐台形状または円環形状の
副反射鏡３３と、この副反射鏡３３を励振する一次放射
器１３を備えており、この主反射鏡３１と副反射鏡３３
が、コセカント二乗特性をなす線状波源分布を実現する
ように一次放射器１３の特性と合わせて鏡面修整された
反射面３２，３４を有するものである。

【００１７】また本発明のアンテナ装置は、これらのア
ンテナ装置において、一次放射器１３が円錐形状の電磁
ホーンから構成するとともに、この一次放射器１３の前
段に、円形導波管の軸対称モードを発生するモード発生
器１４を設けたものである。

【００１８】また本発明のアンテナ装置は、概ね円錐形
状または円錐台形状の主反射鏡１１と、この主反射鏡１
１と同軸に設けられた概ね円錐形状または円環形状の副
反射鏡５１と、この副反射鏡５１を励振するバイコニカ
ル形状の一次放射器５３とを備えて構成される。主反射
鏡１１は、指向方向の異なる二種類の曲面からなり概ね
コセカント二乗特性の指向性を実現する二重曲面反射鏡
の中央断面形状を概ねその焦点を通る軸を中心として回
転させることによって形成される反射面１２を有するも
のであり、また副反射鏡５１は、回転双曲面または回転
楕円面からなる反射面５２を有するものである。

【００１９】また本発明のアンテナ装置は、これらのア
ンテナ装置において、電磁波の通過する部分に配置され
る主反射鏡１１または副反射鏡２１の支持部材として、
誘電体で形成された円筒形状または円錐台形状のレドー
ム６１，６２を有するものである。

【００２０】また本発明のアンテナ装置は、これらのア
ンテナ装置において、電磁波の通過する部分に配置され
る主反射鏡１１または副反射鏡の支持部材と、この主反
射鏡１１および／または副反射鏡を誘電体を用いて一体
成形するとともに、この主反射鏡１１および／または副
反射鏡を構成する誘電体の面に金属を吹きつけることに
よって反射面１２を形成したものである。

【００２１】また本発明のアンテナ装置は、対向する上
部円錐７１と下部円錐７２とで形成されその中心を軸対
称モードで励振されるバイコニカル形状を有するアンテ
ナに対して、円環状の誘電体レンズ７３を設けてアンテ
ナの開口部に装着する。そしてこの誘電体レンズ７３の
断面形状をコセカント二乗特性をなす線状波源分布を実
現するように、バイコニカル形状を有するアンテナの開
口分布に合わせて修整したものである。

【００２２】また本発明のアンテナ装置は、マイクロス
トリップアンテナまたはダイポールアンテナ等の単位素
子８２を、円錐台形状または円筒形状の支持体８１の外
側に多数配置して構成したものである。そして、稜線上
における各単位素子８２をその励振位相と励振振幅とが
コセカント二乗特性をなす線状波源分布を実現するよう
に励振するものである。

【００２３】

【作用】請求項１に記載のアンテナ装置は、図１にその
実施例を示すように、主反射鏡１１と、一次放射器１３
とを備えている。この主反射鏡１１の反射面１２は、指
向方向の異なる二種類の曲面からなっていて、概ねコセ
カント二乗特性の指向性を実現する二重曲面反射鏡の中
央断面形状を、概ねその焦点を通る軸を中心として回転
させることによって形成されるものである。このような
回転二重曲面反射鏡１１を一次放射器１３と対向してこ
れと同軸に、回転二重曲面反射鏡１１の焦点と一次放射
器１３の放射原点とが一致するように設けて、一次放射
器１３から励振するようにしたので、その指向特性は、
垂直面内では概ねコセカント二乗特性を有するととも
に、水平面内では軸対称な特性となるので、水平面内無
指向性となって、所望の特性を実現することができる。

【００２４】請求項２に記載のアンテナ装置は、図３に
その実施例を示すように、主反射鏡１１と、副反射鏡２
１と、一次放射器１３とを備えている。この主反射鏡１
１の反射面１２は、指向方向の異なる二種類の曲面から
なっていて、概ねコセカント二乗特性の指向性を実現す
る二重曲面反射鏡の中央断面形状を、概ねその焦点を通
る軸を中心として回転させることによって形成されるも
のである。このような回転二重曲面反射鏡１１を回転双
曲面からなる反射面２２を有する副反射鏡２１と同軸に
設け、さらに、一次放射器１３をこれらと同軸に設け、
回転二重曲面反射鏡１１の反射面１２の焦点を一次放射
器１３の放射原点に一致させるとともに、副反射鏡２１
の反射面２２の二つの焦点のうちの一つをこれと一致さ
せるようにして、一次放射器１３から励振するようにし
たので、その指向特性は、垂直面内では概ねコセカント
二乗特性を有するとともに、水平面内では軸対称な特性
となるので、水平面内無指向性となって、所望の特性を
実現することができる。

【００２５】請求項３に記載のアンテナ装置は、図４に
その実施例を示すように、主反射鏡１１と、副反射鏡２
３と、一次放射器１３とを備えている。この主反射鏡１
１の反射面１２は、指向方向の異なる二種類の曲面から
なっていて、概ねコセカント二乗特性の指向性を実現す
る二重曲面反射鏡の中央断面形状を、概ねその焦点を通
る軸を中心として回転させることによって形成されるも
のである。このような回転二重曲面反射鏡１１を回転楕
円面からなる反射面２４を有する副反射鏡２３と同軸に
設け、さらに、一次放射器１３をこれらと同軸に設け、
回転二重曲面反射鏡１１の反射面１２の焦点を一次放射
器１３の放射原点に一致させるとともに、副反射鏡２３
の反射面２４の二つの焦点のうちの一つをこれと一致さ
せるようにして、一次放射器１３から励振するようにし
たので、その指向特性は、垂直面内では概ねコセカント
二乗特性を有するとともに、水平面内では軸対称な特性
となるので、水平面内無指向性となって、所望の特性を
実現することができる。

【００２６】請求項４に記載のアンテナ装置は、図６に
その実施例を示すように、一次放射器１３から励振し
て、副反射鏡３３で反射させたのち、さらに主反射鏡３
１で反射させるようにするが、この主反射鏡３１の反射
面３２と、副反射鏡３３の反射面３４とは、コセカント
二乗特性をなす線状波源分布を実現するように一次放射
器１３の特性と合わせて鏡面修整されている。従ってそ
の指向特性は、垂直面内では概ねコセカント二乗特性を
有するとともに、水平面内では軸対称な特性となるの
で、水平面内無指向性となり、所望の特性を実現するこ
とができる。

【００２７】請求項５に記載のアンテナ装置は、上記請
求項１〜４のアンテナ装置において、一次放射器１３を
円錐形状の電磁ホーンとするとともに、この一次放射器
１３の前段に、円形導波管のＴＭ₀₁モードまたはＴＥ₀₁
モードのような軸対称モードを発生するモード発生器１
４を挿入して、モード変換を行なってから一次放射器１
３に給電する。従って、反射鏡によって反射されて空間
に放射される電波は、水平方向の放射方向にかかわらず
偏波方向が一定になるので、移動子局の場合でも、移動
位置に無関係に同一受信アンテナを使用することができ
る。

【００２８】請求項６に記載のアンテナ装置は、図１０
にその実施例を示すように、主反射鏡１１と、副反射鏡
５１と、一次放射器５３とを備えている。この主反射鏡
１１の反射面１２は、指向方向の異なる二種類の曲面か
らなっていて、概ねコセカント二乗特性の指向性を実現
する二重曲面反射鏡の中央断面形状を、概ねその焦点を
通る軸を中心として回転させることによって形成される
ものである。これに対して、バイコニカル形の一次放射
器５３から励振して、副反射鏡５１で反射させたのち、
さらに回転二重曲面反射鏡１１で反射させるようにした
ので、その指向特性は、垂直面内では概ねコセカント二
乗特性を有するとともに、水平面内では軸対称な特性と
なるので、水平面内無指向性となり、所望の特性を実現
することができる。

【００２９】請求項７に記載のアンテナ装置は、図１２
にその実施例を示すように、上記請求項１〜６のアンテ
ナ装置において、電磁波の通過する部分に配置される主
反射鏡１１または副反射鏡２１の支持部材として、誘電
体で形成された円筒形状または円錐台形状のレドーム６
１，６２を設けたので、支持体による回転二重曲面反射
鏡１１からの反射波に対するブロッキングを生じない。
従って、回転二重曲面反射鏡１１からの放射の指向性に
影響を受けることなく、かつ回転二重曲面反射鏡１１お
よび一次放射器１３等に対する雨雪の影響が少なくな
る。

【００３０】請求項８に記載のアンテナ装置は、図１３
にその実施例を示すように、上記請求項１〜６のアンテ
ナ装置において、電磁波の通過する部分に配置される主
反射鏡１１または副反射鏡の支持部材と、この主反射鏡
１１および／または副反射鏡を誘電体を用いて一体成形
するとともに、この主反射鏡１１および／または副反射
鏡を構成する誘電体の面に金属を吹きつけることによっ
て反射面１２を形成している。従って、支持体による回
転二重曲面反射鏡１１または副反射鏡からの反射波に対
するブロッキングを生じないので、回転二重曲面反射鏡
１１からの放射の指向性に影響を受けることなく、かつ
回転二重曲面反射鏡１１および一次放射器１３等に対す
る雨雪の影響が少なくなるとともに、高い気密性が得ら
れ、製作精度を高くすることができる。

【００３１】請求項９に記載のアンテナ装置は、図１４
にその実施例を示すように、バイコニカル形状を有する
アンテナの開口部に、円環状の誘電体レンズ７３を有し
ている。この誘電体レンズ７３の断面形状は、コセカン
ト二乗特性をなす線状波源分布を実現するように、バイ
コニカル形状を有するアンテナの開口分布に合わせて修
整したものである。従って、その指向特性は、垂直面内
では概ねコセカント二乗特性を有するとともに、水平面
内では軸対称な特性となるので、水平面内無指向性とな
り、所望の特性を実現することができる。

【００３２】請求項１０に記載のアンテナ装置は、図１
５にその実施例を示すように、円錐台形状または円筒形
状の支持体８１の外側に、マイクロストリップアンテナ
またはダイポールアンテナ等の単位素子８２を多数配置
して、稜線上における各単位素子８２をその励振位相と
励振振幅とがコセカント二乗特性をなす線状波源分布を
実現するように給電層８３を経て励振する。従ってその
指向特性は、垂直面内では概ねコセカント二乗特性を有
するとともに、水平面内では軸対称な特性となるので、
水平面内無指向性となり、所望の特性を実現することが
できる。

【００３３】

【実施例】（実施例１）図１は、本発明の一実施例を示
したものであって、１１は円錐形状または円錐台形状の
回転二重曲面反射鏡、１２はその反射面、１３は円錐状
電磁ホーンからなる一次放射器、１４は一次放射器１３
に対して所要のモードの電磁波を発生するモード発生
器、１５は導波管、１６は電磁波を送受信する送受信機
である。

【００３４】送受信機１６から導波管１５を経て送出さ
れた電磁波によって、モード発生器１４を経て所要のモ
ードを発生して一次放射器１３を励振することによっ
て、電波は円錐形回転二重曲面反射鏡１１の反射面１２
で反射して、水平面内に放射される。受信時には、送信
時と可逆的に動作することができる。

【００３５】図２は、二重曲面反射鏡を示したものであ
って、１７は二重曲面反射鏡の中央断面形状、１８は回
転軸である。

【００３６】垂直面内において概ねコセカント二乗特性
を有し、水平面内においてペンシルビーム特性を有する
アンテナの鏡面形状は、二重曲面反射鏡として周知であ
る（例えば伊藤他：捜索レーダ用反射鏡アンテナの設計
理論と実例；電子通信学会研究会資料ＡＰ７７−７
５）。図２において、１７はこのような二重曲面反射鏡
の中央断面形状を示し、指向方向の異なる二つの曲線ａ
_1,ａ₂から形成されている。図１に示された二重曲面反
射鏡１１は、このような二重曲面反射鏡の中央断面形状
１７を、概ねその焦点を通る回転軸１８を中心として回
転させることによって形成されたものであり、概ね円錐
形状または円錐台形状を有している。

【００３７】図１に示されたアンテナ装置は、このよう
な回転二重曲面反射鏡１１を一次放射器１３と対向して
これと同軸に、回転二重曲面反射鏡１１の焦点と一次放
射器１３の放射原点とが一致するように設け、一次放射
器１３から励振するようにしたので、その指向特性は、
垂直面内では概ねコセカント二乗特性を有するととも
に、水平面内では軸対称な特性となるので、水平面内無
指向性となり、所望の特性を実現することができる。

【００３８】（実施例２）図３は、本発明の他の実施例
を示したものであって、図１におけると同じものを同じ
番号で示し、２１は回転双曲面からなる副反射鏡、２２
はその反射面である。

【００３９】図３に示された実施例では、回転二重曲面
反射鏡１１を図１の場合と逆向きにして、その中央に一
次放射器１３をこれと同軸に設け、かつ一次放射器１３
に対向して副反射鏡２１を同軸に設けた構成を有してい
る。副反射鏡２１は、その断面形状が双曲線であって、
これをその軸を中心として回転させることによって形成
される、概ね円錐形状または円錐台形状を有し、その反
射面２２は回転双曲面からなっている。この場合、通
常、回転二重曲面反射鏡１１の反射面１２の焦点を一次
放射器１３の放射原点に一致させるとともに、副反射鏡
２１の反射面２２の二つの焦点のうちの一つをこれと一
致させるようにする。

【００４０】図３に示されたアンテナ装置は、一次放射
器１３から励振して、副反射鏡２１で反射させたのち、
さらに回転二重曲面反射鏡１１で反射させるようにした
ので、その指向特性は、垂直面内では概ねコセカント二
乗特性を有するとともに、水平面内では軸対称な特性と
なるので、水平面内無指向性となり、所望の特性を実現
することができる。

【００４１】（実施例３）図４は本発明のさらに他の実
施例を示したものであって、図１におけると同じものを
同じ番号で示し、２３は回転楕円面からなる副反射鏡、
２４はその反射面である。

【００４２】図４に示された実施例では、回転二重曲面
反射鏡１１を図１の場合と逆向きにして、その中央に一
次放射器１３をこれと同軸に設け、かつ一次放射器１３
に対向して副反射鏡２３を同軸に設けた構成を有してい
る。副反射鏡２３は、その断面形状が楕円であって、こ
れをその軸を中心として回転させることによって形成さ
れる、概ね円錐形状または円錐台形状を有し、その反射
面２４は回転楕円面からなっている。この場合、通常、
回転二重曲面反射鏡１１の反射面１２の焦点を一次放射
器１３の放射原点に一致させるとともに、副反射鏡２３
の反射面２４の二つの焦点のうちの一つをこれと一致さ
せるようにする。

【００４３】図４に示されたアンテナ装置は、一次放射
器１３から励振して、副反射鏡２３で反射させたのち、
さらに回転二重曲面反射鏡１１で反射させるようにした
ので、その指向特性は、垂直面内では概ねコセカント二
乗特性を有するとともに、水平面内では軸対称な特性と
なるので、水平面内無指向性となり、所望の特性を実現
することができる。

【００４４】（実施例４）コセカント二乗特性を実現す
る反射鏡面は、次のようにして定めることもできる。す
なわち、コセカント二乗指向性を実現する線状波源分布
を求める方法は周知であり、例えばウッドヤード（Wood
yard）の方法等を用いて求めることができる（例えばア
ンテナ工学ハンドブック，ｐ２０７；電子通信学会
編）。

【００４５】一方、主，副二つの反射鏡を有するアンテ
ナ系の開口分布は、鏡面修正を施すことによって、振
幅，位相ともに制御することが可能であることが知られ
ている（例えばアンテナ工学ハンドブック，ｐ１７１−
１７２；電子通信学会編）。

【００４６】図５は、主，副二つの反射鏡を有するアン
テナ系の例を示したものである。図中、破線は回転二次
曲面からなる主，副反射鏡を示している。このような系
における求めるべき回転対称な主，副反射鏡の曲面を実
線で示すようにそれぞれｙ＝ｙ（ｘ），ｒ＝ｒ（θ）で
表すと、一般に、幾何光学的に、（１）主，副両反射面でのスネル（Snell ）の法則が成
立する。また、一次放射器の位相中心から出て副反射鏡および主
反射鏡で反射されて開口面にいたる光線束において、（２）エネルギーが一定となる。（３）通路長が一定となる。の３条件が成立する。

【００４７】いま図５の座標系において、一次放射器の
特性をＦ（ｘ），位相中心の座標を（０，−ａ）とする
と、所望の開口面電界分布Ｉ（ｘ），Ｐ（ｘ）を与える
鏡面系（ｘ_,ｙ），（ｒ，θ）は、以上の３条件から得
られる次の連立常微分方程式ｄｒ／ｄθ＝ｒ（ｄθ／ｄｒ）・ｔａｎ（θ＋α）／２ …（１）ｄθ／ｄｘ＝ｘ・Ｉ（ｘ）／ｓｉｎθ・Ｆ（θ） …（２）ｄｙ／ｄｘ＝−ｔａｎ（α／２） …（３）および光路長の条件ｒ＋ｙ＋（ｙ＋ｒ・ｃｏｓθ−ａ）／ｃｏｓα＝ｌ₀＋Ｐ（ｘ） …（４）ただしＦ（θ）は一次放射器の特性Ｉ（ｘ）は開口面の電界分布（振幅）Ｐ（ｘ）は開口面の電界分布（位相）ｌ₀は定数を解くことによって、求められる。

【００４８】図６は本発明のさらに他の実施例を示した
ものであって、上式（１）〜（４）を解くことによって
得られた反射鏡を用いる場合を示している。図１におけ
ると同じものを同じ番号で示し、３１は主反射鏡、３２
はその反射面、３３は副反射鏡、３４はその反射面であ
る。

【００４９】図６に示された実施例では、上述のように
して得られた鏡面形状をある軸を中心として回転して得
られた概ね円錐台形状または円環形状をなす主反射鏡３
１を逆向きにして、その中央に一次放射器１３をこれと
同軸に設け、かつ一次放射器１３に対向して、上述のよ
うにして得られた鏡面形状をある軸を中心として回転し
て得られた概ね円錐台形状または円環形状の副反射鏡３
３を同軸に設けた構成を有している。すなわち主，副反
射鏡３１，３３は、その断面形状が、コセカント二乗特
性をなす線状波源分布を実現するように、一次放射器特
性に合わせて修整された反射面３２，３４を有してい
る。

【００５０】図６に示されたアンテナ装置は、一次放射
器１３から励振して、副反射鏡３３で反射させたのち、
さらに主反射鏡３１で反射させるようにしたので、その
指向特性は、垂直面内では概ねコセカント二乗特性を有
するとともに、水平面内では軸対称な特性となるので、
水平面内無指向性となり、所望の特性を実現することが
できる。

【００５１】（実施例５）上述の実施例１〜４におい
て、送受信機１６から導波管１５を経て供給される電磁
波は、円形導波管の場合は、通常、その基本モードであ
るＴＥ₁₁モードである。一次放射器１３をこのような非
対称モードの入力によって励振すると、反射鏡によって
反射されて空間に放射される電波は、水平方向の放射方
向に応じて偏波方向が異なるので、移動子局の場合は、
移動位置によって異なる偏波を受信しなければならず、
受信アンテナの設計が困難になる。

【００５２】このような問題を解決するためには、一次
放射器１３として、軸対称な電界分布を生じる円錐形の
電磁ホーンを使用するとともに、一次放射器１３の前段
にＴＭ₀₁モードまたはＴＥ₀₁モードのように円形導波管
の軸対称モードを発生するモード発生器を挿入して、モ
ード変換を行なってから一次放射器１３に給電するよう
にすれば、反射鏡によって反射されて空間に放射される
電波は、水平方向の放射方向にかかわらず偏波方向が一
定になるので、移動子局の場合でも、移動位置に無関係
に同一受信アンテナを使用することができる。

【００５３】図７は、本発明の実施例におけるモード発
生器の一例を示したものであって、方形ＴＥ₁₀モードを
円形ＴＭ₀₁モードに変換するものである。

【００５４】図７のモード発生器は、ＴＥ₁₀モードを伝
送する方形導波管４１の短絡端のＨ面に円形導波管４２
を結合したものであって、円形導波管４２に半径方向の
電界のみが存在するＴＭ₀₁モードを発生して一次放射器
１３を励振することができる。この場合はアンテナ装置
は、水平方向の放射方向に無関係に、垂直偏波を発生す
る。

【００５５】図８は、本発明の実施例におけるモード発
生器の他の例を示したものであって、円形ＴＥ₁₁モード
を円形ＴＭ₀₁モードに変換するものである。

【００５６】図８のモード発生器は、ＴＥ₁₁モードを伝
送する円形導波管４３内に金属板４４を挿入して、金属
板４４の入力側を一方の管壁から他方の管壁に向かって
一方向に変化するテーパーとし、出力側を両管壁から中
心に向かって変化するテーパーとしたものであって、円
形導波管４３に半径方向の電界のみが存在するＴＭ₀₁モ
ードを発生して一次放射器１３を励振することができ
る。この場合はアンテナ装置は、水平方向の放射方向に
無関係に、垂直偏波を発生する。

【００５７】図９は、本発明の実施例におけるモード発
生器のさらに他の例を示したものであって、方形ＴＥ₁₀
モードを円形ＴＥ₀₁モードに変換するものである。

【００５８】図９のモード発生器は、ＴＥ₁₀モードを伝
送する方形導波管４５とＴＥ₀₁モードを伝送する円形導
波管４６とを結合し、図９の下部に示すように、方形導
波管４５の断面を方形から次第に扇形に変化させ、円形
導波管４６の断面を扇形から次第に円形に変化させるよ
うにしたものであり、円形導波管４６に円周方向の電界
のみが存在するＴＥ₀₁モードを発生して一次放射器１３
を励振することができる。この場合はアンテナ装置は、
水平方向の放射方向に無関係に、水平偏波を発生する。

【００５９】（実施例６）図１０は、本発明のさらに他
の実施例を示したものであって、図１におけると同じも
のを同じ番号で示し、５１は回転双曲面または回転楕円
面からなる副反射鏡、５２はその反射面、５３はバイコ
ニカル形の一次放射器、５４は給電線である。

【００６０】図１０に示された実施例では、回転二重曲
面反射鏡１１に対して、その中央にバイコニカル形の一
次放射器５３をこれと同軸に設け、かつ一次放射器５３
に対向して副反射鏡５１を同軸に設けた構成を有してい
る。副反射鏡５１は、その断面形状が双曲線または楕円
であって、これをある軸を中心として回転させることに
よって形成されるものであって、概ね円錐形状または円
環形状を有し、その反射面５２は回転双曲面または回転
楕円面からなっている。

【００６１】図１１は、バイコニカル一次放射器を示し
たものである。バイコニカル一次放射器は、図１に示さ
れた電磁ホーンをその位相原点を中心として３６０°回
転することによって得られる上下２個の対向する円錐
（バイコニカル）形状をなしており、同軸形の給電線５
４の内部導体５７を一方の円錐に接続し、外部導体５８
を他方の円錐に接続することによって、送受信機１６と
接続されるようになっている。バイコニカル一次放射器
は、水平面内に一様なドーナツ状の指向特性を有してい
る。

【００６２】図１０に示されたアンテナ装置は、図１１
に示された一次放射器５３から励振して、副反射鏡５１
で反射させたのち、さらに回転二重曲面反射鏡１１で反
射させるようにしたので、その指向特性は、垂直面内で
は概ねコセカント二乗特性を有するとともに、水平面内
では軸対称な特性となるので、水平面内無指向性とな
り、所望の特性を実現することができる。

【００６３】（実施例７）実施例１〜６のアンテナ装置
は、主反射鏡とその他の部分とが分離した構造を有して
おり、そのため主反射鏡を支持するために支柱等を必要
とするが、この場合の支柱等は主反射鏡で反射されて空
間に放射される電磁波の通過する部分に設けられるた
め、ブロッキングを生じてアンテナの効率が低下する。
これに対して、主反射鏡を支持するために誘電体筒から
なる部材を用いてレドームを形成するようにすれば、指
向性に影響を受けることなくブロッキングを防止できる
とともに、雨雪の影響を少なくすることができる。

【００６４】図１２は、本発明の実施例のレドームの構
成例を示したものであって、（ａ）は図１の実施例に適
用した場合を示し、（ｂ）は図３の実施例に適用した場
合を示している。

【００６５】図１２（ａ）において、図１におけると同
じものを同じ番号で示し、６１は樹脂製円筒形のレドー
ムであって、その内部に一次放射器１３等を収容すると
ともに、レドーム６１の上部に回転二重曲面反射鏡１１
を載せた構成を有している。この構成によれば、支持体
による回転二重曲面反射鏡１１からの反射波に対するブ
ロッキングを生じないので、回転二重曲面反射鏡１１か
らの放射の指向性に影響を受けることなく、かつ回転二
重曲面反射鏡１１および一次放射器１３等に対する雨雪
の影響が少なくなる。

【００６６】図１２（ｂ）において、図３におけると同
じものを同じ番号で示し、６２は樹脂製円筒形のレドー
ムであって、その内部に副反射鏡２１および一次放射器
１３等を収容するとともに、レドーム６１の下部に回転
二重曲面反射鏡１１を設けた構成を有している。この構
成によれば、支持体による副反射鏡２１からの反射波に
対するブロッキングを生じないので、回転二重曲面反射
鏡１１からの放射の指向性に影響を受けることなく、か
つ副反射鏡２１等に対する雨雪の影響が少なくなる。

【００６７】（実施例８）実施例７においては、実施例
１〜６のアンテナ装置における主反射鏡およびその他の
部分を支持するために誘電体筒からなる部材を用いてレ
ドームを形成するようにしている。この際、主反射鏡お
よび副反射鏡を誘電体を用いて一体成形し、誘電体の表
面に金属を吹きつけて形成する構造をとることが可能で
ある。

【００６８】図１３は、本発明の実施例の一体成形アン
テナの構成例を示したものであって、図１の実施例に適
用した場合を示している。

【００６９】図１３において、図１におけると同じもの
を同じ番号で示し、６３は樹脂製円筒形のレドームであ
って、その内部に一次放射器１３等を収容するととも
に、レドーム６３の上部に回転二重曲面反射鏡１１を一
体に成形したものである。回転二重曲面反射鏡１１は、
レドーム６３の内面を回転二重曲面に形成するととも
に、その面に対してメタライズする等の方法で形成さ
れ、その面が反射面１２を形成するようになっている。
この構成によれば、支持体による回転二重曲面反射鏡１
１からの反射波に対するブロッキングを生じないので、
回転二重曲面反射鏡１１からの放射の指向性に影響を受
けることなく、かつ回転二重曲面反射鏡１１および一次
放射器１３等に対する雨雪の影響が少なくなるととも
に、高い気密性が得られる。また回転二重曲面反射鏡１
１は、レドーム６３と一体成形されるので、製作精度を
高くすることができるとともに、部品点数を少なくし、
組立調整が容易になる。なお、副反射鏡を有するアンテ
ナ装置の場合は、主，副両反射鏡をレドームとともに一
体に成形し、その面に金属を吹きつけることによって、
主，副両反射鏡の反射面を形成するようにしてもよい。

【００７０】（実施例９）図１４は本発明のさらに他の
実施例を示したものであって、電波レンズによって垂直
面内におけるコセカント二乗特性を実現する場合を示
し、図１１におけると同じものを同じ番号で示してい
る。図中、７１は上部円錐、７２は下部円錐、７３は誘
電体レンズである。

【００７１】図１４における上部円錐７１，下部円錐７
２は、図１１の場合と同様なバイコニカル放射器を構成
し、軸対称モードで励振されるようになっている。図１
４の場合は、ある俯角に指向性を与えるため、非対称な
バイコニカル形状をなし、上部円錐７１の傾きが小さ
く、下部円錐７２の傾きが大きくなるようにすることに
よって、下方に指向性を得るようになっている。なお、
ある仰角に指向性を与える場合は、この関係を逆にすれ
ばよい。さらに放射器開口面に、円環状の誘電体レンズ
７３を装着することによって、主，副反射鏡の場合の鏡
面修整と同様に、任意の開口面電界分布を与えることが
できる。そこで誘電体レンズ７３の断面形状を選択する
ことによって、コセカント二乗特性を現す線状波源分布
を実現するように、バイコニカル形状のアンテナの開口
分布特性に合わせて修整する。放射器と送受信機１６と
の接続は、図１１に記載されたのと同様にして行なうこ
とができる。

【００７２】図１４に示されたアンテナ装置は、送受信
機１６から給電線５４を経て励振することによって、そ
の指向特性は、垂直面内では概ねコセカント二乗特性を
有するとともに、水平面内では軸対称な特性となるの
で、水平面内無指向性となり、所望の特性を実現するこ
とができる。

【００７３】（実施例１０）図１５は本発明のさらに他
の実施例を示したものであって、アレイ形アンテナによ
って垂直面内におけるコセカント二乗特性を実現する場
合を示し、８１は円錐台、８２はマイクロストリップア
ンテナやダイポールアンテナ等の単位素子、８３は給電
装置である。

【００７４】図１５において、円錐台８１の周囲には、
多数の単位素子８２が配置されている。これらの単位素
子８２を、送受信機１６から給電装置８３を経て励振す
ることによって、円錐台８１の稜線上での各単位素子８
２の励振位相と励振振幅が、コセカント二乗特性を実現
する線状分布となるようにする。なお円錐台８１の代わ
りに、円筒等、軸対称な他の形状を有するものを用いる
ことが可能である。

【００７５】このようにすることによって、図１５の実
施例に示されたアンテナ装置の指向特性は、垂直面内で
は概ねコセカント二乗特性を有するとともに、水平面内
では軸対称な特性となるので、水平面内無指向性とな
り、所望の特性を実現することができる。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、垂
直面内でコセカント二乗特性であるとともに、水平面内
で無指向性となるアンテナ装置を実現することができる
ので、中央局と、その周辺に散在する多数の固定子局、
または周辺を移動する多数の移動子局との間で通信を行
なう通信システムにおいて、すべての子局に対して距離
に無関係に中央局からの着信電界強度を一定にすること
ができるとともに、すべての子局が同一ＥＩＲＰで送信
すれば、中央局において同一着信電界強度を得ることが
できるので、通信品質向上のために好都合である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図である。

【図２】二重曲面反射鏡を示す図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す図である。

【図４】本発明のさらに他の実施例を示す図である。

【図５】主，副二つの反射鏡を有するアンテナ系を示す
図である。

【図６】本発明のさらに他の実施例を示す図である。

【図７】本発明の実施例におけるモード発生器の一例を
示す図である。

【図８】本発明の実施例におけるモード発生器の他の例
を示す図である。

【図９】本発明の実施例におけるモード発生器のさらに
他の例を示す図である。

【図１０】本発明のさらに他の実施例を示す図である。

【図１１】バイコニカル一次放射器を示す図である。

【図１２】本発明の実施例のレドームの構成例を示した
ものであって、（ａ）は図１の実施例に適用した場合を
示し、（ｂ）は図３の実施例に適用した場合を示す。

【図１３】本発明の実施例の一体成形アンテナの構成例
を示す図である。

【図１４】本発明のさらに他の実施例を示す図である。

【図１５】本発明のさらに他の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１１主反射鏡１２反射面１３一次放射器１４モード発生器２１副反射鏡２２反射面２３副反射鏡２４反射面３１主反射鏡３２反射面３３副反射鏡３４反射面５１副反射鏡５２反射面５３一次放射器６１レドーム６２レドーム７１上部円錐７２下部円錐７３誘電体レンズ８１支持体８２単位素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】指向方向の異なる二種類の曲面からなり
概ねコセカント二乗特性の指向性を実現する二重曲面反
射鏡の中央断面形状を概ねその焦点を通る軸を中心とし
て回転させることによって形成される反射面（１２）を
有する概ね円錐形状または円錐台形状の主反射鏡（１
１）と、該主反射鏡（１１）を励振する一次放射器（１
３）とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】指向方向の異なる二種類の曲面からなり
概ねコセカント二乗特性の指向性を実現する二重曲面反
射鏡の中央断面形状を概ねその焦点を通る軸を中心とし
て回転させることによって形成される反射面（１２）を
有する概ね円錐形状または円錐台形状の主反射鏡（１
１）と、回転双曲面からなる反射面（２２）を有し該主
反射鏡（１１）と同軸に設けられた概ね円錐形状または
円錐台形状の副反射鏡（２１）と、該副反射鏡（２１）
を励振する一次放射器（１３）とを備えたことを特徴と
するアンテナ装置。
【請求項３】指向方向の異なる二種類の曲面からなり
概ねコセカント二乗特性の指向性を実現する二重曲面反
射鏡の中央断面形状を概ねその焦点を通る軸を中心とし
て回転させることによって形成される反射面（１２）を
有する概ね円錐形状または円錐台形状の主反射鏡（１
１）と、回転楕円面からなる反射面（２４）を有し該主
反射鏡（１１）と同軸に設けられた概ね円錐形状または
円錐台形状の副反射鏡（２３）と、該副反射鏡（２３）
を励振する一次放射器（１３）とを備えたことを特徴と
するアンテナ装置。
【請求項４】概ね円錐形状または円錐台形状の主反射
鏡（３１）と、該主反射鏡（３１）と同軸に設けられた
概ね円錐台形状または円環形状の副反射鏡（３３）と、
該副反射鏡（３３）を励振する一次放射器（１３）とを
有し、該主反射鏡（３１）および副反射鏡（３３）が、
コセカント二乗特性をなす線状波源分布を実現するよう
に前記一次放射器（１３）の特性と合わせて鏡面修整さ
れた反射面（３２，３４）を有することを特徴とするア
ンテナ装置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載のア
ンテナ装置において、前記一次放射器（１３）が円錐形
状の電磁ホーンからなるとともに、その前段に、円形導
波管の軸対称モードを発生するモード発生器（１４）を
設けたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】指向方向の異なる二種類の曲面からなり
概ねコセカント二乗特性の指向性を実現する二重曲面反
射鏡の中央断面形状を概ねその焦点を通る軸を中心とし
て回転させることによって形成される反射面（１２）を
有する概ね円錐形状または円錐台形状の主反射鏡（１
１）と、回転双曲面または回転楕円面からなる反射面
（５２）を有し該主反射鏡（１１）と同軸に設けられた
概ね円錐形状または円環形状の副反射鏡（５１）と、該
副反射鏡（５１）を励振するバイコニカル形状の一次放
射器（５３）とを備えたことを特徴とするアンテナ装
置。
【請求項７】請求項１ないし６のいずれかに記載のア
ンテナ装置において、電磁波の通過する部分に配置され
る前記主反射鏡（１１）または副反射鏡（２１）の支持
部材として、誘電体で形成された円筒形状または円錐台
形状のレドーム（６１，６２）を有することを特徴とす
るアンテナ装置。
【請求項８】請求項１ないし６のいずれかに記載のア
ンテナ装置において、電磁波の通過する部分に配置され
る前記主反射鏡（１１）または副反射鏡の支持部材と、
該主反射鏡（１１）および／または副反射鏡を誘電体を
用いて一体成形するとともに、該主反射鏡（１１）およ
び／または副反射鏡を構成する誘電体の面に金属を吹き
つけることによって反射面（１２）を形成したことを特
徴とするアンテナ装置。
【請求項９】対向する上部円錐（７１）と下部円錐
（７２）とで形成されその中心を軸対称モードで励振さ
れるバイコニカル形状を有するアンテナに対して、その
開口部に装着された円環状の誘電体レンズ（７３）を設
け、該誘電体レンズ（７３）の断面形状をコセカント二
乗特性をなす線状波源分布を実現するように前記バイコ
ニカル形状を有するアンテナの開口分布に合わせて修整
したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１０】マイクロストリップアンテナまたはダ
イポールアンテナ等の単位素子（８２）を円錐台形状ま
たは円筒形状の支持体（８１）の外側に多数配置すると
ともに、稜線上における各単位素子（８２）をその励振
位相と励振振幅とがコセカント二乗特性をなす線状波源
分布を実現するように励振することを特徴とするアンテ
ナ装置。