JPS6137807B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、一般にアンテナに係り、特に、放射
されたビームのサイドローブが非常に小さい事を
特徴とするアンテナシステムに係る。 種々の使用目的に対しては、整形された即ち予
め定められた断面を持つたビームを放射できる事
が必要であり、少くとも非常に好都合である。か
かるビームは実質的に重なり合う事なく地上の特
定地域又は空間の特定の立体角を照射することが
できる。これはサテライトアンテナが、不規則形
状の特定の国や州や時間ゾーンを照射しなければ
ならない通信の目的に対して特に重要である。こ
れは別々のプログラムを互いに干渉する事なく
別々の地域に同時に送る事ができる様に周波数ス
ペクトルを節約するのに特に重要である。 これまでにアンテナビームを整形するための試
みがなされた。この研究はレーダに適用するマイ
クロ波アンテナを開発する目的で第２次世界大戦
中に着手された。これは放物面状（パラボラ）反
射器又はレンズを照射するのに用いられる多素子
供給配列体によつて達成する事ができる。或いは
又、反射器の形状はビーム線を分散する事によつ
てビームを整形する様に変更されてもよい。 従つて、通信の使用目的に対しては、多数の相
接するスポツトビームで所望の地域を照射する試
みがなされた。各スポツトビームは反射器又はレ
ンズを照射する単１供給体によつて発生された従
来の回折パターンの主ローブ断面である。所望の
形状は各々の供給素子の信号電圧を単に加算する
事によつて得られていた。然し乍ら、この技術で
は地域的な形状が充分に得られない。更に、上記
多数の供給体が反射器又はレンズの焦点からずら
されているために、大きなサイドローブが生じ
る。もちろんこれは、所望のビーム到達ゾーンに
隣接した地域が、不所望な著しい干渉を引き起こ
す実質的出力によつて照射されるという事を意味
する。 この様な悪い結果を生じる１つの理由は、レン
ズ及び反射器を用いたあらゆるアンテナの放射パ
ターンが、レンズ又は反射器の焦点から放射素子
がずれた時に、全く悪くなるという事である。こ
れは放物面状の反射器について特に言えることで
ある。なぜならば、回折パターンによつて生じる
サイドローブは放射素子が焦点からずらされた時
に振巾が実質的に増加するからである。 そこで本発明の目的は、実質的にサイドローブ
を生じる事なく一般的にガウス分布のビームを発
生するアンテナ配列体を提供する事である。 本発明の別の目的は、各々の放射素子が他の放
射素子と同位相でありそして素子励起係数が複素
数ではなくて実数である様にこれら放射素子に供
給される電力を簡単に決定する事ができるので比
較的簡単に実施することのできる型式のアンテナ
配列体を提供する事である。 本発明の更に別の目的は、放射素子間の間隔及
び励起電力がガウス状ビームを得る所望の結果に
対して容易に計算され得る様な型式のアンテナを
提供する事である。 本発明のなお別の目的は、実質的に重なり合わ
ずに一般的にガウス分布の所定形状のビームを発
生することのできるアンテナ配列体を提供する事
である。 本発明によれば、１つ或いはそれ以上の基本小
配列体から成るアンテナシステムが提供される。
小配列体は正方形、即ち各々３つの素子の３つの
列に配置された９個の素子から成る。 各々の素子が他の素子と同位相であり且つ所望
の結果を得る様に電力が予め定められる様、放射
さるべき波が素子に供給される。例えば、７素子
小配列体に対しては、円形に配置された外側素子
全てに同一の電力が供給され、中央の素子には上
記同一の電力を定数倍したものが供給される。 素子はオフセツト（軸ずれ）された放物面状反
射器又はレンズの様な集束手段に結合される。 放射素子の各々は例えばホーン又は交叉された
ダイポール対から成つてもよい。もちろん、これ
の代りに他の既知の放射素子を用いてもよい。 基本的には、所定パターンより外側の実質的に
全ての放射が干渉により打ち消される様な構成に
なつている。換言すれば、その分布はガウス状で
ありそしてサイドローブは実質的に最小である。 本発明の特質と考えられる新規な特徴は特許請
求の範囲に特に述べられている。然し乍ら、本発
明自身は、その構成及び作動方法並びにその更に
別の目的及び効果に関しては、添付図面を参照し
て以下の詳細な説明を読む事によつて最もよく理
解されるであろう。 さて添付図面の特に第１図乃至７図を参照すれ
ば、７個の放射素子の基本小配列体から成る本発
明の実施例が１例として示されている。７個の放
射素子は例えばホーンから成り、６個の素子が中
央の放射器のまわりで円形に配置される様に構成
されている。更に、第１図乃至７図の実施例はパ
ラボラ反射器の如き軸ずれ反射器を備えている。 従つて、第１図を参照すれば、放射器配列体２
１によつて軸ずれ状態で照射されるパラボラ反射
器の如き反射器２０が示されている。反射器２０
及び放射器配列体構造体２１はブラケツト２２に
堅固に装着され、該ブラケツトは１対のプレート
２３によつて配列体２１を支持する。実際上は、
第１図のアンテナ配列体２４は８個以上の素子か
ら成る。放射素子の種々の形態は特に第１１図乃
至１５図を参照して以下で説明する。 さて第２図を参照すれば、ホーン２６の如き放
射素子の配列体２５が示されている。上記で説明
した様に、この配列体２５は本発明の１つの基本
小配列体と称する７個の素子から成る。７個のホ
ーン２６は２つの離間された円形プレート２７と
２８との間に装着され、これらプレートは間隔取
り素子３０によつて互いに適当に離間されてい
る。ホーン２６の各々は３１で示された様な同軸
ラインによつて給電され、これについては第３図
に関連して以下で説明する。又、この同軸ライン
が出て来るところのボツクス３２にはストリツプ
ラインが装着されている。 さて第３図を参照すれば、変調された搬送波の
源３３から第２図の７個のホーン２６の各々へ電
力を分配する装置が示されている。変調された搬
送波の源３３は例えば12単位の電力を２つのスト
リツプライン３４及び３５へ供給し、これらスト
リツプラインはその入力電力を等しく分割する。
従つて６単位の電力が各ストリツプライン３４及
び３５から得られる。ストリツプライン３４は４
単位の電力がライン３６から得られ且つ２単位の
電力がライン３７から得られる様に２つのライン
３６及び３７に分割される。次いでライン３６か
らの電力は再び２つの部分に分割されてストリツ
プライン３８及び４０から得られ、そして又これ
らライン３８及び４０の各々はライン３７に接続
された結合部４３の電力と同様に結合部４１及び
４２に於いて等しく分割される。その結果、同軸
ライン４４，４４′，４４″等の各々に於いて得ら
れる電力は１単位の電力となる。一方、同軸ライ
ン４５から得られる電力は６単位の電力となる。
個々の同軸ラインによつて供給される電力の意義
は以下で説明する。 ４４及び４５の如き個々の同軸ケーブルは物理
的長さは異なつてもよいという事を注意すべきで
ある。この理由は、各ホーンに与えられる信号が
同位相である様にこれら同軸ケーブル全てが各ス
トリツプラインとその関連ホーンとの間で同一の
電気的長さを有していなければならないからであ
る。４６の如きコネクタが３５の如き個々のスト
リツプラインとそれに対応する関連同軸ケーブル
との間に適当な電気的な伝達をなすという事が理
解されよう。 さて、ホーン２６の如き１つのホーンの構造細
部を示した第４図乃至７図について説明する。ホ
ーンは長方形断面の導波管と丸い断面の導波管と
の間に遷移部を設ける様に構成されている。従つ
て第５図に示された様に、ホーン２６の狭端部分
は長方形部分４７から成り、該部分４７は関連同
軸ケーブル５０の１部を形成するプローブ４８に
よつて励起される。５１で明らかに示された様
に、ホーン２６はその両側に平らな面を有してお
り、これら面は第５図及び６図の５２で示された
丸い輪郭に向つて徐々にテーパ付けされている。
第４図に示された様に、ホーンは外側にフレアの
付いた部分５４で終る円筒状部分５３を有してい
る。第７図はホーン２６に結合されたフランジ５
５を示している。このフランジ５５は長方形導波
管４７及びプローブ４８に接続される。 従つて、２６の如きホーンの各々は波が各ホー
ンに於いて同位相であり然ほ別々の電力を有する
様に、変調された搬送波の源から供給されるとい
う事が明らかであろう。これは第１２図乃至１５
図に関して詳細に説明する。 さて第８図、９図、１０ａ図及び１０ｂ図につ
いて説明する。これらの図はオフセツトされたパ
ラボラ反射器と多配列体のアンテナ供給体との間
の幾何学的関係を示している。更にこれらの図は
供給平面の座標と反射器の焦点に関する１次座標
との間の関係を示している。第８図は反射器と、
反射器の幾何学形状を定めるのに用いられる直角
座標系（ｘ，ｙ，ｚ）とを示している。第９図は
アンテナの放射パターンを説明するのに用いられ
る球座標系（γ，θ，φ）を示している。アンテ
ナパターンは角度θの一定値に対してｚ軸から測
定された極座標角θの関数として計算され且つ表
示される。yz平面パターンはφ＝π／２，３
π／２に対して得られる。 反射器２０は直径Dp及び焦点距離Ｆの放物線
回転体（放物面母体）の軸ずれセクタを備えてい
る。対物面の焦点は直角座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の
原点０に置かれている。反射器の面（軸ずれセク
タ）は半分の角度（φ_２−φ_１）／２の円錐と放
物面母体の面との交点によつて形成される。円錐
の軸（負のz′軸）は負のｚ軸からφ_０＝（φ_１＋
φ_２）／２の角度に於いてxz平面に存在する。
xy平面に於けるオフセツトされた反射器の縁の
突き出たアパーチヤは直径Ｄの円断面である。
xz平面に直角に見た場合は、反射器の下端は座
標x₁及び対応角度φ_１によつて定められる。その
上端は座標x₂及び対応角度φ_２によつて定めら
れ、ここでx₂＝Dp／２である。実際には寸法x₁
は供給システムが反射器のアパーチヤを妨げない
様に（反射器の面から出て来てｚ軸に平行に出さ
れるビーム線をさえ切らない様に）選択される。
角度φ_１及びφ_２は次式で定められる。 x₁＋Ｄ＝Dp／２であり且つ縁の突き出た円形ア
パーチヤの中心はｘ_C＝x₁＋Ｄ／２，ｙ＝０に於
いて生じるという事は明らかである。 単１の供給素子（例えばホーンや導波管放射
器）はその位相の中心が原点０にある様に、且つ
ホーンの対称軸が角度φ_０まで高められてホーン
の放射パターンが負のz′軸に沿つて指向される様
に位置される。多数の供給素子（例えばホーンの
配列体）はそれらの位相の中心がP′平面に位置さ
れる様に配置され、P′平面は原点を通つてz′軸に
直角な平面である。このP′平面はxz平面に直角
であり且つｙ軸を含む事になる。P′平面とxz平
面との交点が第８図の点線で示されている。供給
平面（P′平面）座標（x′，y′，０）と１次座標系
（ｘ，ｙ，ｚ）との間の関係が第１０ａ図及び１
０ｂ図に示されている。位相の中心が位置P₁にあ
る様に位置された供給素子はP′平面座標 を有しており、 ここでｐ＝√（′）²＋（′）²であり且つtanφ′
＝
（x′／y′）である。点P₁のP′平面座標に対応する
１次座標は である。２つの座標系に於いてｙとy′とが同一で
ある事に注意されたい。ホーン又はこれに類似し
た放射器の集合体が、これらの位相の中心がP′平
面に位置される様にして配置された時には、ホー
ンの軸（即ち、素子の放射パターンの軸）はP′平
面に対して直角に負のz′方向に導かれる。 さて第１１図を参照すれば、第２図に示された
型式の基本的な７素子小配列体の略図が示されて
いる。各々の放射素子はホーンである代りに開放
端導波管から成つてもよいし、或いは又第１６図
に示された型式の２対の交叉ダイポールから成つ
てもよいし、又はスロツト配列体の供給体や単１
スロツト或いは交叉スロツトや同様の良く知られ
た放射器から成つてもよいという事を当然理解す
べきである。 第１１図は放射器の小配列体の平面図であると
考えられる。上記で説明した様に、この小配列体
は６個の円形に配置された放射器５６と中央の放
射器５７とを備えている。点線５９で示された様
に、素子は等辺三角形を形成しそして隣接素子間
の間隔は図示された様にＳである。又、座標系
x′及びy′は例えば第１０ｂ図の座標系に対応して
示されている。第１１図示された円は上記した
P′平面に於ける素子の位置に対応している。各円
の中心は素子の位置の中心即ち波の位相の中心を
定める。 外側素子即ち円形に並んだ素子５６の電圧振巾
係数は等しく、a₀で示され、一方中央の素子５７
の電圧振巾係数はa₀を定数ｋで乗算するこをによ
つて得られる（ka₀）。 定数ｋは正の実数であるという事に注意すべき
である。これは配列体によつて照射される反射器
又はレンズの形状に依存している。従つて、各放
射素子の電圧振巾係数が複素数ではなくて実数で
あるという事が第１１図の基本小配列体の独特の
特性である。もちろんこれは配列体素子が電気的
に同位相であり、それらの振巾乃至は電力が互い
に異なるだけに過ぎないという事を意味してい
る。 間隔Ｓおよび定数ｋの値は、レンズ又はオフセ
ツトされた反射器のための供給体として用いられ
たときの第１１図の小配列体によつて発生される
放射パターンの平均サイドローブ振巾を最適化す
ることによつて決定される。信号即ち波の波長を
λとすれば間隔Ｓは代表的に３／４λと５／４λ
との間の範囲にあるということがわかつている。
特にＳは、２つの隣接供給素子によつて発生され
る回折パターンの主たる最大値から成る主ビーム
が−3dBの相対的利得レベルに於いて截る即ち横
切る様な間隔にほぼ等しい。別の云い方をすれ
ば、Ｓは２つの隣接ビームの最大値間の角度的な
分離が、半電力即ち−3dBレベルに於けるスポツ
トビームに含まれたビーム巾と対応する様な間隔
にほぼ等しい。多数のオフセツト反射器に対して
はＳの最適値がほゞ1.0λであるとわかつてい
る。 多数のレンズ及び反射器の形態の研究は定数ｋ
が２乃至３の範囲にある事を示している。或る特
定のオフセツト反射器に対してはｋの最適値が
2.45であるとわかつている。 各素子の電圧振巾係数が電圧振巾係数の平方に
比例するという事はもちろん良く知られている。
従つて第３図に関して上記した様に、a₀、即ち外
側素子５６の各々に供給される電力が１の場合に
は中央の素子がk²で励起され、これはほゞ６単位
の電力である。第３図の分配回路網はこれらの値
を考慮して構成されている。６単位の電力は、
2.45の平方にほゞ相当し、これはｋに対して上記
で見い出した値である。従つて、小配列体に与え
られる全電力は12単位であり、その半分が中央の
素子５７を駆動するのに用いられそして残りは外
側の円形に並んだ素子５６を駆動するために等し
い量で用いられるという事が明らかであろう。 第１１図の基本的７素子配列体はx′，y′軸に対
して特定の方向で示されているが、これは便宜上
に過ぎない。第１１図の小配列体の放射特性は配
列体の位置には無関係であるとわかつている。従
つて、小配列体は第１１図に示された位置から任
意に移動乃至は回転することができる。 以下に示した表１は第１１図に示され且つ上記
で検討した励起係数及び素子位置を要約するもの
である。

【表】 さて第１２図を参照すれば、本発明による別の
基本小配列体が示されている。この小配列体は
各々３素子の３列に配置された９個の素子から成
る。４角の素子は５８で示されている。４辺の素
子は６０で示されておりそして中央の素子は６１
で示されている。素子５８は電圧振巾係数a₀を有
し、素子６０は係数a₀を有しそして最後に素子６
１は係数a₂を有するという事が任意に仮定され
る。対応電圧振巾係数は実数であつて複素数では
なく、従つて各々の放射器は互いに電気的に同位
相であるという事を注意されたい。 ５８及び６０の如き２つの隣接素子間の距離即
ち間隔はここでもＳである。この小配列体は
x′y′軸に対して特定の方向に示されている。４つ
の隣接素子が正方形に配置されているという事を
点線６２から注意すべきである。 Ｓの値は上記した様に平均サイドローブの振巾
を最小にするための最適な考慮によつて得られ
る。多数のオフセツト反射器を考慮する事によ
り、Ｓの代表値が1.0λであるという事がわかつ
た。振巾の比a₁／a₀及びa₂／a₁を考慮する事によ
り、a₁＝ka₀そしてa₂＝ka₁であるとわかつた。こ
の場合ｋはほぼ2.45である。 第１２図の基本小配列体の素子位置及び励起係
数が次の表２に示されている。

【表】 第１１図の配列体の場合と同様に、第１２図の
９素子配列体は原点x′＝０，y′＝０に対する配列
体の位置に無関係な放射特性を有している。従つ
て、第１２図の小配列体はP′平面に於いていかな
る位置をとつてもよい。 第１１図又は１２図の小配列体はレンズ又は反
射器を供給するのに用いられた時は、サイドロー
ブが無視できる様な丸い断面のスポツトビームを
本質的に発生する。換言すれば、各ビームは実質
的にガウス分布をしており、且つ実質的にサイド
ローブがない。供給素子のより大きな配列体を形
成するために複数個の小配列体を重ね合わせる事
が今や可能である。これは整形された即ち予め定
められた断面のビームを発生する。第１１図の基
本的７素子小配列体を用いていかにこれを達成で
きるかを第１３図、１４図及び１５図に関連して
説明する。これと同じやり方を第１２図の基本的
９素子小配列体にも等しく適用できるという事が
理解されるであろう。 従つて、第１３図を参照すれば、13素子から成
るアンテナ配列体が示されており、これは例えば
第１１図に示された型式の７素子小配列体を２つ
重畳する事によつて得られる。従つて第１３図の
配列体は、これが構成するところの２つの７素子
小配列体に対応する３つの中央素子６２，６３，
６４を有すると考えられる。更に第１３図の配列
体は３つの外側素子６５，３つの外側素子６６，
素子６５に隣接した２つの外側素子６７、そして
素子６６に隣接した最後の２つの外側素子６８の
様な外側素子の組を有すると考えられる。 素子６５及び６７の電圧振巾係数はa₁で示さ
れ、そして同様に素子６６及び６８の係数はa₃で
示され、これら係数はそれが構成される２つの７
素子小配列体に対応している。従つて、中央の素
子６２，６３及び６４の係数は各々ka₁、（a₁＋
a₃）及びka₃である。換言すれば、第１３図の配列
体は２つの７素子基本小配列体から成ると考えら
れる。この場合は素子６３のみが２つの小配列体
に共通である。 然し乍ら、７素子基本小配列体を３つ重ね合わ
せる事によつて第１３図の配列体が形成された場
合を考慮する事により第２の変形態様が構成され
る。この場合にも、素子６５の電圧振巾係数はa₁
でありそして同様に素子６６の係数はa₃である。
然し乍ら、素子６７の係数は（a₁＋a₂）であり、
素子６８の係数は（a₂＋a₃）である。最後に、３
つの中央の素子６２，６３，６４の係数は各々
（ka₁＋a₂）、（a₁＋ka₂＋a₃）、（a₂＋ka₃）である。 小配列体の重ね合わせによつて生じるビームの
形状は小配列体の組の互いの振巾に左右され、更
に、素子の幾何学的配置にも左右される。従つ
て、第１３図の配列体は長円形断面のビームを一
般的に発生する。 直線状の重畳体は小配列体の組を追加するだけ
でなく小配列体の組の減少をも含んでいるという
事に注意されたい。この減少は１つの小配列体を
他の小配列体に対して電気的に180゜位相ずれさ
せて給電する事によつて容易に達成される。これ
は放射パターンに零を入れるのに用いる事ができ
る。 より複雑なアンテナ配列体が第１４図に示され
ている。これは20個の素子から成り、そして第１
１図に示された型式の六角形小配列体を６個重畳
することによつて得られると考えられる。 外側の素子７０は電圧振巾係数a₁を有してい
る。これに対応する３つの外側素子７１は係数a₆
を有している。それに隣接する外側素子７２及び
７３は各々係数（a₁＋a₂）及び（a₂＋a₃）を有して
いる。素子７４は係数a₁を有している。素子７５
は係数（a₃＋a₅）をそして素子７６は係数（a₅＋
a₆）を有している。対応する他の外側の素子７
７，７８及び８０は各々係数（a₁＋a₂＋a₄）、a₄及
び（a₄＋a₅＋a₆）を有している。最後に、６個の
中央素子８１，８２，８３，８４，８５，８６は
係数b₁，b₂，b₃，b₄，b₅，b₆を有している。 従つて中央の素子８１は振巾a₁等を各々持つた
６個の周囲素子を有しているという事が明らかで
ある。この様に設ける事により、未知の係数ａ_i
に対して解くことのできる１組のリニアな同時式
を作ることができ、ここでｉは数字１乃至６のう
ちの１つを有している。これに対応する係数ｂ_i
は重畳された基本小配列体の合成配列体に対して
生じる振巾分布を定める。 上記１組の式はマトリクス形態で次の様に書く
ことができる。

【表】 このマトリクスの特定の解はｋ＝2.45，b₁＝
10.0，b₂＝10.467，b₃＝10.467，b₄＝7.0，b₅＝
10.467，b₆＝10.0の場合に対して得られている。 これらの値によれば上記マトリクスの解は次の
様な結果を生じる。 a₁＝3.470 a₂＝1.499 a₃＝2.858 a₄＝0.467 a₅＝1.499 a₆＝3.470 第１４図の配列体に対する素子の位置及び振巾
係数は表３に示されている。

【表】 第１４図の配列体に於いて中央の素子を６個に
定める必要はないという事に注意すべきである。
例えば、素子８２は六角形小配列体の中央素子で
はなくて周囲素子と考えてもよい。 三角形のビームを発生するのに第１１図に示し
た型式の六角形基本小配列体を６個重畳すること
もできる。かゝる構成体が第１５図に示されてい
る。この場合は６個の素子８７が電圧振巾係数a₀
を有している。６個の素子８８は係数2a₀を有し
ている。３つの中央素子９０は係数（a₁＋2a₀）を
有しておりそして最後に３つの残りの素子９１は
係数（a₁＋4a₀）を有している。 次に、各基本供給小配列体の放射供給素子の数
を奇数とする理由について、以下まとめて詳述す
る。 先ず、第１の３つの放射供給素子が一列に配列
されているとする。各放射供給素子によつて発生
される放射場は、主ビームと、この主ビームの各
側の交互の正及び負のサイドローブとを有してい
る。放射供給素子は、それらが配置されている列
に沿つて間隔を置いて配列されているので、そら
らの主ビーム及びサイドローブは、その列に沿つ
て互いに対してずらされている。より詳細に説明
すると、中央の素子の各側に位置する外側の素子
の主ビーム及びサイドローブは、その中央の素子
の主ビーム及びサイドローブに対して、その側の
方へずらされている。 ここで、放射供給素子は、それらの主ビームが
互いに交差又は交わるように、２つの外側の素子
の正のサイドローブが中央の素子の負のサイドロ
ーブと整列し、且つ２つの外側の素子の負のサイ
ドローブが中央の素子の正のサイドローブと整列
するように、その列に沿つて間隔を置いて配列さ
れているとする。このとき、もし、２つの外側の
素子が、中央の素子が付勢される電力レベルより
適当量だけ少ない同じ電力レベルにて付勢される
ならば、その２つの外側の素子のサイドローブと
その中央のサイドローブのサイドローブとは、そ
の列の面内において互いに打ち消し合う。それら
の主ビームが−3dBのレベルにて交差又は交わる
場合に、このようなことになる。 前述したように、このようなサイドローブの打
ち消し合いは、それらの素子が配列されている列
の面内においてのみ生ずる。中央の素子の周り全
360度に亘るサイドローブの打ち消し合いを行わ
せるためには、第１１図の７素子小配列体又は第
１２図の９素子小配列体の如く付加的な放射供給
素子を中央の素子の周りに配列しなければならな
い。第１１図及び第１２図のこれらの７素子小配
列体及び９素子小配列体は、各々、本発明の基本
供給小配列体を構成している。各基本供給小配列
体は、奇数個の放射供給素子を有している。これ
らの基本供給小配列体の特徴は、オフセツトパラ
ボラ反射器又はレンズのための供給体として使用
されるとき、放射ビームのピークに対して直角な
面内、すなわち、放射パターンの横断面に亘つ実
質的にサイドローブを伴わなずにビームを放射す
ることができることにある。第８図及び第９図を
参照するに、基本供給小配列体が反射器の焦点Ｏ
に配設されるならば、サイドローブは、全xy平
面内に、すなわち、第９図に定義されるような全
方位角θに亘つて抑制される。このようなサイド
ローブの打ち消し合い又は抑制を視野の全方位角
に亘つて行わせるためには、第１１図及び第１２
図の７素子小配列体及び９素子小配列体とするこ
とが必要である。なぜならば、これら小配列体
は、視野の全方位角に亘るサイドローブの抑制又
は打ち消し合いを行うことのできる唯一の幾何学
的配列であるからである。 本発明の基本供給小配列体は、前述したような
理由により、奇数個の放射供給素子を有するもの
であるが、本発明による全アンテナシステムは、
地上の所望の放射範囲を与える幾何学的パターン
に複数の基本供給小配列体を配置して構成してよ
く、従つて、奇数又は偶数の放射供給素子を有し
うるものである。 すなわち、本発明の基本供給小配列体は、サイ
ドローブを抑制した整形された領域ビームを発生
させるため種々な形にて重ね合わされうる。その
結果できる全供給配列体は、奇数個の放射供給素
子を含む場合もあれば、偶数個の放射供給素子を
含むこともありうる。例えば、第１３図に例示す
る実施例では、13素子の配列体となつており、第
１４図に例示する実施例では、20素子の配列体と
なつており、第１５図に例示する実施例では、18
素子の配列体となつている。基本供給小配列体を
このように重ね合わせて供給配列体を構成する方
法によれば、サイドローブの抑制又は打ち消し合
いを達成するために必要な個々の放射供給素子の
電圧励振値を選定するのに相当な融通性が出てく
る。例えば、第１３図の供給配列体は、２つの７
素子小配列体を重ね合わせたものと考えることが
できる。この場合には、放射供給素子６２及び６
４が、それぞれ、２つの別々の基本供給小配列体
の中央素子であり、素子６３が、これら２つの重
ね合わされた小配列体に共通の唯一の素子であ
る。また、第１３図の供給配列体は、３つの７素
子小配列体を重ね合わせたものであると考えても
よい。この場合には、素子６２、６３及び６４の
各々が各７素子小配列体の中央素子である。 上記で説明した事から、多配列体アンテナをい
かに構成するかが今や容易に明らかであり、そし
て素子間の距離及び各素子に供給される電力を容
易に決定することができる。 本発明のアンテナ配列体は多ビームアンテナに
対しても適当である事は明らかであろう。換言す
れば、アンテナシステムの別々の放射器を別々の
信号で付勢する事によつて２本以上のビームを同
時に発生する事ができる。従つて各ビームが別々
の情報乃至は別々のプログラムを送ることができ
る。ビームは例えば偏波の方向によつて、即ち１
つのビームが左方向に円形に偏波され且つ他のビ
ームが右方向に円形に偏波されるという事によつ
て区別されてもよい。 上記した様に、例えば第２図及び第４図乃至７
図に示されたホーンの代りに他の多数の型式の放
射器を用いてもよい。 従つて、その１例として第１６図は反射カツプ
に配置された２対の交叉されたダイポールを示し
ている。第１６図に示されている様に、２対のダ
イポール９２及び９３が備えられている。これら
ダイポールは反射円筒を構成するカツプ９４を励
起する。各ダイポールは時間位相が90゜離れて励
起される。これらダイポールは例えば90゜ハイブ
リツドによつて駆動されてもよい。その結果、円
形に偏波されたビームが各々のカツプ９４によつ
て放射される。この様にして、右方向又は左方向
のいずれかに偏波された、円形に偏波されたビー
ムを得る事ができるという事が容易に明らかであ
ろう。 反射器を用いるのではなしに、レンズを用いて
もよいという事が明らかであろう。いかなる反射
器もレンズと取り替えることができるという事は
光学の一般的な原理から明らかである。かゝる構
造体が第１７図に示されている。第１７図に於い
ては適当な装着体９７によつてプレート９６に装
着されたアンテナ配列体９５が再び示されてい
る。この配列体から離間されているのがレンズ１
００であり、該レンズは例えば一般構造のゾーン
化された金属導波管レンズから成る。第１７図に
明瞭に示されている様に、レンズ導波管はレンズ
の重量を減らすために例えば１波長区分を除去す
る様に階段状にされている。然し乍ら、かゝるレ
ンズは公知技術で良く知られており、本発明の部
分を構成しないという事に注意すべきである。 第１図乃至７図に示されたアンテナが実施され
且つ試験された。このアンテナは第１１図の７素
子基本小配列体に対応するものである。このアン
テナは７個の丸い導波管ホーンを有するものであ
つた。ホーンアパーチヤの直径は3.95ギガヘルツ
の周波数に於いて7.5cm（3.0インチ）に対応する
1.0λであつた。間隔Ｓはホーンアパーチヤが相
接する様に1.0λであつた。第１図に示された反
射器は次の様な大きさを有するものであつた。 アパーチヤの直径 Ｄ＝180cm（72インチ） 焦点距離 Ｆ＝135cm（54インチ） 寸 法 x₁＝45cm（18インチ） 寸 法 ｘ_C＝135cm（54インチ） 母体直径 Ｄ_p＝450cm（180インチ） Ｆ／Ｄ_p＝0.3 φ_０＝49.25゜ このアンテナの放射パターンは3.95ギガヘルツ
の周波数に於いて測定された。この放射パターン
が第１８図に示されている。閉曲線内に示した数
値はdBを表わす。 同様に、第１４図の形態に対応するアンテナ即
ち20素子配列体のアンテナが作られて試験され
た。この場合には放射器はカツプに装着された第
１６図の交叉ダイポールから成るものであつた。
カツプの直径は1.0λでありそしてカツプのアパ
ーチヤが相接する様に間隔Ｓも1.0λであつた。
表３に示された励起係数を与える様にストリツプ
ライン電力分割器が用いられた。それにより出来
たアンテナパターンが第１９図に示されている。
閉曲線に附髄させた数値は強さdBを表わしてい
る。放射パターンは3.83ギガヘルツの周波数に於
いて測定された。オフセツトされたパラボラは次
の様な大きさを有するものであつた。 アパーチヤの直径 Ｄ＝150cm（60インチ） 焦点距離 Ｆ＝112.5cm（45インチ） 寸 法 x₁＝37.5cm（15インチ） 寸 法 ｘ_C＝112.5cm（45インチ） 母体直径 Ｄ_p＝375cm（150インチ） Ｆ／Ｄ_p＝0.3 φ_０＝42.25゜ かくして、出来たビームのサイドローブが非常
に小さい事を特徴とするアンテナシステムが説明
された。換言すれば、ビームは実質的にガウス分
布を有している。ビームは２つ或いはそれ以上の
基本小配列体を重ね合わす事によつて所望のパタ
ーンに整形する事ができる。隣接素子間の距離及
び素子に供給される電力をいかに計算し或いは最
適化するかというやり方が与えられた。このやり
方は電圧振巾係数が複素数ではなくて実数である
様に放射素子が同位相にされるので特に簡単であ
る。基本小配列体を重ね合わせる事によつて複雑
な形状のビームを容易に得ることができ、いかに
してこれを達成できるかを示す種々の例が上記で
与えられた。

【図面の簡単な説明】

第１図はホーンの如き多数の放射素子とオフセ
ツトされた放物面状反射器とから成る本発明によ
るアンテナ配列体の斜視図、第２図は７個の素子
から成る基本小配列体の様なホーン放射器の配列
体の斜視図、第３図は第２図の７個の素子に供電
するためのストリツプライン電力分割器の平面
図、第４図は第２図のホーンの１つの側面図、第
５図は第４図の５−５線に沿つた端面図、第６図
は第４図の６−６線に沿つた正面図、第７図は第
４図のホーンの装着体の側面図、第８図、９図、
１０ａ図及び１０ｂ図は放物面状反射器及びその
焦点の幾何学的表示であり、第１図乃至７図に示
されたアンテナシステムの構造を説明するのに用
いられる図、第１１図は７個の放射素子から成る
基本小配列体の平面略図、第１２図は９個の放射
素子から成る本発明による別の基本小配列体の平
面略図、第１３図は第１１図の小配列体を多数重
ね合せる事によつて得られた、13個の放射素子か
ら成るアンテナ配列体の別の平面略図、第１４図
は第１１図に示された型式の基本小配列体を多数
重ね合せる事によつて得られた、20個の放射素子
から成るアンテナ配列体の別の平面略図、第１５
図は三角形のビームを発するため第１１図の基本
小配列体を多数重ね合せる事によつて得られた、
18個放射素子から成るアンテナ配列体のなお別の
平面略図、第１６図は本発明のアンテナ配列体の
放射素子の１つとして用いられる反射カツプに配
置された１対の交叉されたダイポールの斜視図、
第１７図は反射器の代りにゾーン化された金属導
波管レンズを用いた本発明によるアンテナ配列体
の側面図、第１８図は第１１図に示された型式の
反射器の周波数3.95ギガヘルツに於ける測定され
た放射パターンを示すグラフ、及び第１９図は第
１図乃至７図のホーン放射器の代りに第１６図の
様な交叉されたダイポール対を用いた第１４図の
20素子配列体の測定された利得輪郭を示すグラフ
である。 ２０……反射器、２１……放射器配列体、２４
……アンテナ配列体、２６……ホーン、３１……
同軸ライン、３２……ボツクス、３３……変調さ
れた搬送波の源、４６……コネクタ、９２，９３
……ダイポール、９４……カツプ、１００……レ
ンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ サイドローブの小さいアンテナシステムにお
   いて、所定の平面幾何学的パターンに配列され、
   奇数個の放射供給素子からなる少なくとも１つの
   基本供給小配列体を構成する実質的に同一で規則
   正しく離間された複数個の放射供給素子と、前記
   放射供給素子からの放射を集束して合成放射ビー
   ムを形成するための集束手段と、前記放射供給素
   子が電気的に同位相にあり、各素子が所定の電力
   を供給されるように前記各放射供給素子を放射す
   べき電力で励振する励振手段とを備えており、前
   記合成ビームが実質的にサイドローブのない実質
   的にガウス振巾分布を有するように、各基本供給
   小配列体の中央素子へ供給される電力と各基本供
   給小配列体の外側素子へ供給される電力とは異な
   つており、前記放射供給素子の間の間隔は、２つ
   の隣接した放射供給素子によつて発生される２つ
   の隣接した集束ビームの主最大値間の角度的分離
   がほぼ半電力ビーム巾とされるように決定されて
   いることを特徴とするアンテナシステム。 ２ 前記集束手段は、パラボラ反射器からなり、
   該反射器は、前記放射供給素子がオフセツトした
   仕方で前記反射器を照射するように配置されてい
   る特許請求の範囲第１項に記載のアンテナシステ
   ム。 ３ 前記集束手段は、レンズからなる特許請求の
   範囲第１項に記載のアンテナシステム。 ４ 前記放射供給素子の各々は、開端導波管のホ
   ーンからなる特許請求の範囲第１項に記載のアン
   テナシステム。 ５ 前記放射供給素子の各々は、交差したダイポ
   ールを含む円筒カツプからなる特許請求の範囲第
   １項に記載のアンテナシステム。 ６ 各基本供給小配列体の前記放射供給素子の数
   は７個である特許請求の範囲第１項に記載のアン
   テナシステム。 ７ 各基本供給小配列体の前記放射供給素子の数
   は９個である特許請求の範囲第１項に記載のアン
   テナシステム。 ８ 前記放射供給素子は、所定の横断面の集束ビ
   ームを発生する配列体を構成するように配列され
   る特許請求の範囲第１項に記載のアンテナシステ
   ム。 ９ 前記基本供給小配列体は、所定横断面の集束
   ビームを発生する供給配列体を構成するように、
   複数個が互いに重ね合わされている特許請求の範
   囲第１項に記載のアンテナシステム。 １０ 各基本供給小配列体の前記放射供給素子
   は、円形に配置された６個の外側素子と１個の中
   央素子とからなり、前記励振手段は、前記外側素
   子の各々へ供給される電力が等しく且つ前記中央
   素子へ供給される電力が前記外側素子の各々へ供
   給される電力の実質的に６倍であるようにする特
   許請求の範囲第１項に記載のアンテナシステム。 １１ 各基本供給小配列体の前記放射供給素子
   は、３行３列の正方形に実質的に等間隔に配置さ
   れた９個の素子からなり、前記励振手段は、前記
   各放射供給素子での電磁波が電気的に同位相にあ
   り、前記放射供給素子のうちの４個の隅部素子の
   各々へは第１の所定電力が供給され、前記放射供
   給素子のうちの４個の辺部素子の各々へは第２の
   異なつた所定電力が供給され且つ前記放射供給素
   子のうちの中央素子へは第３の異なつた所定電力
   が供給されようにする特許請求の範囲第１項に記
   載のアンテナシステム。 １２ 前記４個の辺部素子へ供給される電力は前
   記隅部素子の各々へ供給される電力のある定数倍
   であり、前記中央素子へ供給される電力は前記隅
   部素子の各々へ供給される電力の前記定数倍の自
   乗倍である特許請求の範囲第１１項に記載のアン
   テナシステム。