JPH0614603B2 - 空中線装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、２枚の平行曲面導体で構成される空隙レンズ
空中線に、前記曲面導体の任意の１枚の焦点近傍におい
てあけた小孔により、もしくは小孔の中心部に前記空隙
レンズ内を伝搬するＴＥＭモードの電磁波の電界を著し
く乱さない程度に短い中心導体を突出させることによ
り、電磁結合を行なって、給電線から供給される電磁波
を前記空隙レンズ内に送り込む複数個の強電器を装着
し、それぞれの給電器に対応する複数の歪みの少ない高
品位のファンビームを広い周波数帯域にわたり、任意の
方向に全方位にわたり発生し、かつ方位角を精度よく設
定できる空中線装置に関する。

（従来の技術及びその問題点） 従来、空隙レンズを用いた空中線装置としては、本出願
人の特許出願（特開昭５８−１２３２０７号）がある。
この場合には、空隙レンズの空隙内に空隙幅を一杯に占
有する給電器を並べて給電していたために、反対側から
給電したとき空隙レンズ内に伝搬してくるＴＥＭモード
の電磁波を該給電器がブロックしてしまい、そのため空
隙レンズ開口から放射されるファンビームの方位角は１
／４象限（０度〜９０度）内に限定されていた。従っ
て、従来の空隙レンズ空中線を用いて全方位にわたりフ
ァンビームを発生するためには４個の空隙レンズ空中線
が必要であった。

また、本発明と同一目的の従来技術として「３６０°有
効範囲を有する高利得アンテナ組織」（特公昭４４−４
３７２号）がある。この特公昭４４−４３７２号の要旨
は、「電波レンズを厚さ方向で２分割し、第１の半部分
の焦点位置に給電器を接続し、これと直径方向で反対側
の焦点位置の第２の半部分に放射器を接続し、第１の半
部分と第２の半部分との間で適切な電磁エネルギーの結
合を行う」とする構成である。しかしこの構成の場合、
電磁レンズを厚さ方向で２分割し電波が上下の層を別個
に伝搬した後に合成されるため、両者の干渉で指向性に
不規則な凹凸が生じやすく、指向性が虫食い状に崩れた
形状になりやすい。方向探知用として用いる場合、指向
性の虫食い状の崩れは方位角の測定誤差に直接影響する
ため、ビームパターンに虫食い状の歪みを生じない空中
線の構成を別途発明することが特に必要であった。ま
た、前記特公昭４４−４３７２号の構成では給電部分の
機構が周波数特性を持ちやすく、全体として狭帯域とな
り、電波レンズの有する広帯域特性を充分に生かせない
制約があった。さらに、前記特公昭４４−４３７２号の
構成ではレンズ内に恒常的に６dBの固定した内部損失が
発生する。６dBの損失を探知距離に換算すると、方向探
知用のアンテナの場合は探知距離が約１／２に短縮され
る。また逆に、探知距離を一定にする必要がある場合、
６dBの損失を補うためには電波レンズの直径を約４倍に
しなければならない。このように、６dBの内部損失のも
たらす影響は大きく、方向探知用のアンテナとしての実
用性を失わせる重大な弱点となる恐れがあった。本発明
は、このような事情に鑑みてなされたものである。

（問題点を解決するための手段及び作用） 本発明は、１個の空隙レンズを用いて全方位にわたりフ
ァンビームからなるマルチビームを広い周波数帯域にお
いて発生可能であって、しかも設計ならびに調整の容易
な空中線装置を提供しようとするものである。

本発明は、空隙レンズと、該空隙レンズの一方の平行曲
面導体焦点近傍にあけた小孔もしくは小孔の中心に配置
した短い中心導体を経由して、前記空隙レンズを伝搬す
るＴＥＭモードの電磁波に電磁的に結合して、給電線か
ら供給される電磁波を前記空隙レンズに送り込む複数の
給電器を有しており、これにより前記レンズ開口を含む
平面内の全方位にわたり任意に複数のファンビームを発
生させることが可能である。その際、前記小孔の近傍に
前記空隙レンズの中心と同心の円環状の電波吸収体を配
置することにより、指向性の改善が実現できる。

また、使用可能な周波数帯域が広いことも大きな特徴と
なっている。

（実施例） 以下、本発明に係る空中線装置の実施例を図面に従って
説明する。

第１図及び第２図は本発明の前提となる構成を示す参考
例を示し、第１図は給電器部分の構成を、第２図は全体
構成を示す。これらの図において、空隙レンズは２枚の
平行曲面導体Ａ，Ａ′とそれらの周縁部に取り付けられ
た整合用のフレアとからなり、本参考例では下側の曲面
導体Ａの方から給電するために第１図の給電器を曲面導
体Ａに設けけている。すなわち、空隙レンズの焦点もし
くは焦点に近い位置の曲面導体Ａにあけた小孔２を突き
抜けて同軸線の芯線１を２mm程度空隙レンズ内（曲面導
体ＡとＡ′の間の空隙）に突き出し、平行曲面導体間の
空隙を伝搬するＴＥＭモードの電磁波に電磁結合させ
る。前記芯線１の突き出し長さは前記空隙幅の１／２以
下に設定する。同軸線の他端Ｃは外部の給電線へ接続す
るための端子である。短い芯線１を包むＢはテフロン々
の同軸線の絶縁体である。なお、同軸線の外部導体は曲
面導体Ａに接続する。本参考例では給電器の個数は６０
個であり、空隙レンズの中心部に対して６度間隔に配置
してある。

以上の構成において、芯線１からなる結合部を有するそ
れぞれの給電器を用いて所定の電磁波を空隙レンズに給
電すれば、同軸給電線内を伝搬するＴＥＭモードの電磁
波は前記２枚の平行曲面導体Ａ，Ａ′の間の空隙を伝搬
するＴＥＭモードの電磁波に変換されてレンズ内に送り
出され、レンズ周縁部のフレア４より、それぞれの給電
器に対応する方向にファンビームが空間に放射される。
すなわち、１個の給電器にたいし１個のファンビームが
形成され、同時に複数の給電器を励振すれば、複数のフ
ァンビームが同時に得られる。

また、小孔２を若干大きめにあけて芯線１が空隙レンズ
の円周方向に微小移動できるようにすれば、前記ファン
ビームの先端を精度良く方位設定することができる。

第３図及び第４図は本発明の別の参考例を示し、第３図
は給電器部分の構成を、第４図は全体構成を示す。これ
らの図において、空隙レンズの焦点もしくは焦点に近い
位置の曲面導体Ａに小孔２を近接して２個形成し、かつ
２個の小孔の配列をレンズ径方向に設定する。そして、
２個の小孔２を突き抜けて同軸線の芯線１，１′を２mm
程度空隙レンズ内（曲面導体ＡとＡ′の間の空隙）に突
き出し、電磁結合させる。芯線１を包むＢはテフロン等
の同軸線の絶縁体である。近接して（約１２〜１３mm）
２個配置した芯線１，１′は３dBカップラー（方向性結
合器）３を経由して同軸線の他端子Ｃに接続する。第３
図の芯線１及び１′のうち、空隙レンズの中心部に近い
方を電磁波の位相角度で９０度遅らせるように接続す
る。このように接続すると、芯線１側の結合部及び芯線
１′側の結合部の位相干渉により空隙レンズの中心部に
向かって指向性が生ずる。なお、本参考例の場合も給電
器の個数は６０個であり、空隙レンズの中心部に対して
６度間隔に配置した。

以上の構成において、芯線１，１′を有する給電器を用
いて所定の電磁波を空隙レンズに給電すれば、同軸給電
線内を伝搬するＴＥＭモードの電磁波は前記２枚の平行
曲面導体Ａ，Ａ′の間の空隙を伝搬するＴＥＭモードの
電磁波に変換されてレンズ内に送り出され、レンズ周縁
部のフレア４より、それぞれの給電器に対応する方向に
対して各ファンビームが空間に放射される。この場合、
芯線１側の結合部及び芯線１′側の結合部の位相干渉に
より空隙レンズの中心部に向かって指向性が生ずるた
め、バックローブを低減できる利点がある。また小孔２
を若干大きめにあけて芯線１，１′が空隙レンズの円周
方向に微小移動できるようにすれば、前記ファンビーム
の先端を精度良く方位設定することができる。

第５図及び第６図は本発明に係る空中線装置の実施例で
あって、参考例の構成に電波吸収体を付加していっそう
の特性の向上を図ったものである。第６図は第５図の作
用を説明するためのものである。この実施例では、サイ
ドローブを低減するために、第２図に示す空隙レンズの
芯線１を配置した結合部（小孔２）の近傍に、空隙レン
ズの中心を共有するように円環形状に電波吸収体５を配
置した構造としている。第６図で、たとえば、Ｆ点の給
電器から給電された電磁波は、同図のＦ→Ｇ、Ｆ→Ｈの
ように空隙レンズ内を屈折しながら伝搬するが、Ｆ点の
給電器に対応する空隙レンズのファンビームの主ビーム
はＦ→Ｇのように反対側の開口に到達する電磁波の各成
分によって形成され、これらの電磁波は円環形状の電波
吸収体５をほぼ垂直に、比較的短距離で横切って伝搬す
る。これに対し、サイドローブレベルに影響するＦ→Ｈ
の側方へ拡散伝搬する電磁波は同図からあきらかなよう
に円環状の電波吸収体５を斜めに横切るため、比較的長
距離にわたり電波吸収体による減衰作用を受ける。

その結果、Ｆ→Ｈへ伝搬した電磁波は相対的に弱まり、
従って、その方向へのサイドローブのレベルもそれにつ
れて低下する。

以上が本発明の実施例の構成及び動作原理であるが、以
下に実測結果を述べる。

実測例では、空隙レンズの半径を２５９mm、フレア４の
鏡面部分の母線の長さは７０mm、フレア４の水平面に対
する傾斜角度を２６度とする。

第７図は第１図及び第２図に示した参考例の場合の隣接
する３個のファンビームの水平面指向性を実測した結果
である。給電点は６０個あるが、本空中線装置は空隙レ
ンズの中心に関し完全に軸対称であるので、隣接する３
本のビームを示せば他も全く同様である。実測結果は３
ＧHz〜１６ＧHzにわたり、良好なビームパターンが得ら
れることを示しており、指向性の周波数帯域は極めて広
いと言える。

第８図(B)は第３図及び第４図に示した別の参考例の場
合にバックローブを低減できることを示した実測結果で
ある。周波数は７ＧHz、給電点（小孔２）の位置は空隙
レンズの円周より中心に向かって、曲面導体上で測って
４０mm内側に入った位置とした。第８図(A)は第１図の
給電器を用いて、第２図の空隙レンズ空中線を構成した
参考例の場合の指向性であり、第８図(B)は第３図の給
電器を用いて第４図の空隙レンズ空中線を構成した別の
参考例の場合の指向性である。同図(A)と(B)とを比較す
ることにより、バックローブ｛同図(B)のＰの部分｝が
同図(A)の相当部分のレベルより大幅に低下し、バック
ローブのレベル低減が可能であることを示している。

第９図(B)は第１図に示す給電器を用い第５図のように
電波吸収体５を装荷した実施例の場合の測定結果であ
る。周波数は１０ＧHzとした。給電点は第８図の場合と
同様である。これを、電波吸収体を装荷しない場合の同
図(A)の指向性と比較すると、同図(B)の指向性では、同
図(A)のＱで示したサイドローブのピーク部分が３〜４d
B低下していることが確認できる。すなわち、電波吸収
体を装荷した場合のサイドローブレベルは同図(B)の図
中のＲに示すレベル差で与えられ、明らかに同図(A)の
サイドローブレベルよりも改善されている。なお、第５
図の実施例では小孔２を利用した第１図及び第２図の給
電構造を利用したが、第３図及び第４図の給電構造を採
用しても良い。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の空中線装置は、マルチビ
ームを極めて広い周波数帯域にわたり発生可能で、しか
も全帯域においてビームパターンに虫食い状の歪みを生
じることのない高品位の空中線指向性を実現することが
出来るうえ、固定した内部損失が発生することもなく、
ビーム方位の微調整が容易で、サイドローブレベルの改
善ができる利点を有しており、実用上の効果は大であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の前提となる空中線装置の参考例で用い
る１個の小孔により給電する給電器の斜視図、第２図は
参考例の全体構成の断面及び上側の曲面導体を省略した
平面を示す構成図、第３図は本発明の前提となる他の参
考例で用いる２個の小孔により給電する給電器の斜視
図、第４図は他の参考例の全体構成の断面及び上側の曲
面導体を省略した平面を示す構成図、第５図は本発明に
係る空中線装置の実施例であってサイドローブ低減に有
効な電波吸収体の装荷位置を示す構成図、第６図は電波
吸収体の装荷によりサイドローブが低減する原理を示す
ための説明図、第７図乃至第９図は参考例及び本発明の
実施例に関する指向性の実測例を示すグラフである。 １……芯線、２……小孔、３……３dBカップラー、４…
…フレア、５……電波吸収体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２枚の平行曲面導体により構成される空隙
   レンズと、前記２枚の平行曲面導体のうちの任意の１枚
   の曲面導体の焦点近傍にあけた小孔を経由して又は小孔
   の中心に配置した短い中心導体であって前記平行曲面導
   体間の空隙幅の１／２以下の長さを有するものを経由し
   て、前記平行曲面導体間の空隙を伝搬するＴＥＭモード
   の電磁波に電磁的に結合して、給電線から供給される電
   磁波を前記平行曲面導体間の空隙レンズに送り込む複数
   の給電器を備え、それぞれの給電器に対応するファンビ
   ームを前記レンズ開口から発生させる空中線装置であっ
   て、前記空隙レンズの小孔の近傍に、前記空隙レンズの
   中心と同心の円環状の電波吸収体を配置し、前記空隙レ
   ンズの開口から放射されるファンビームの指向性のサイ
   ドローブを低減させることを特徴とする空中線装置。
2. 【請求項２】前記給電器１個に対し前記空隙レンズの焦
   点近傍にあける小孔を２個以上とし、前記給電線から方
   向性結合器を経由してこれらの小孔に電磁的に結合させ
   ることにより、これらの小孔の位置から前記空隙レンズ
   の中心部に向かう指向性を前記レンズ内に発生させて、
   前記空隙レンズ開口から放射されるファンビームの指向
   性のバックローブ又はサイドローブを低減させることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の空中線装置。