WO2022249644A1 - アンテナ、電子機器およびアンテナの製造方法 - Google Patents

アンテナ、電子機器およびアンテナの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2022249644A1
WO2022249644A1 PCT/JP2022/010606 JP2022010606W WO2022249644A1 WO 2022249644 A1 WO2022249644 A1 WO 2022249644A1 JP 2022010606 W JP2022010606 W JP 2022010606W WO 2022249644 A1 WO2022249644 A1 WO 2022249644A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
antenna
reflecting mirror
parabolic
primary radiator
mirror
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2022/010606
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
俊浩 瀬在
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Original Assignee
Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Aerospace Exploration Agency JAXA filed Critical Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority to EP22773095.9A priority Critical patent/EP4350893A4/en
Priority to KR1020227043883A priority patent/KR102757029B1/ko
Priority to US17/907,566 priority patent/US12255397B2/en
Priority to CA3172568A priority patent/CA3172568A1/en
Priority to AU2022231768A priority patent/AU2022231768B2/en
Publication of WO2022249644A1 publication Critical patent/WO2022249644A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/16—Reflecting surfaces; Equivalent structures curved in two dimensions [2D], e.g. paraboloidal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/40—Radiating elements coated with or embedded in protective material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/141—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing reflecting surfaces
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
    • H01Q19/17—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source comprising two or more radiating elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H01Q21/26—Turnstile or like antennas comprising arrangements of three or more elongated elements disposed radially and symmetrically in a horizontal plane about a common centre

Definitions

  • the present invention relates to technology for antennas mounted on flying objects such as rockets and aircraft.
  • Antennas mounted on flying objects such as rockets and aircraft are required to radiate radio waves uniformly over a wide area and to withstand aerodynamic loads and aerodynamic heating that occur during flight.
  • the inventor of the present invention proposed the antenna shown in Patent Document 1.
  • the antenna of Patent Document 1 comprises a primary radiator and a parabolic reflector.
  • the antenna pattern in the hemisphere where radio waves are radiated does not generate null points, and the antenna is uniformly stable over a wide range. pattern characteristics can be obtained.
  • the aperture diameter of the parabolic reflector is as small as 1.7 times or less of the wavelength, so the primary radiator is very close to the parabolic reflector compared to a general parabolic antenna. is installed. Therefore, the impedance characteristic of the primary radiator is strongly affected by the reflector, and it becomes impossible to arbitrarily change the impedance characteristic of the primary radiator.
  • an object of the present invention is to manufacture an antenna, an electronic device, and an antenna that can arbitrarily change the impedance characteristics of a primary radiator while maintaining a uniform and stable pattern characteristic over a wide range. It is to provide a method.
  • An antenna includes a primary radiator and a reflector.
  • the primary radiator radiates radio waves.
  • the reflector reflects the radio waves emitted from the primary radiator, has an aperture diameter and height equal to those of a parabolic reflector whose aperture diameter is 1.7 times or less the wavelength of the radio waves, and has a non-parabolic mirror surface shape. It is the surface.
  • the antenna pattern in the hemisphere from which the radio wave is radiated does not generate a null point, and a wide range can be obtained. uniform and stable pattern characteristics can be obtained.
  • the reflector of the antenna of Patent Document 1 is a parabolic reflector, that is, a reflector with a paraboloid of revolution
  • the shape of the reflector is determined by the aperture diameter and height.
  • an antenna according to one aspect of the present invention employs a non-parabolic reflector having a shape other than a paraboloid of revolution. That is, the aperture diameter and height of the reflecting mirror are the same as those of the parabolic reflecting mirror, but the shape of the mirror surface is changed from the paraboloid of revolution.
  • the primary radiator can have an impedance characteristic different from the impedance characteristic of the primary radiator obtained when the reflecting mirror is parabolic.
  • the impedance of the antenna according to one embodiment of the present invention can be narrower or wider than the impedance of the antenna described in Patent Document 1 in the frequency band in which matching with the feeding system can be achieved.
  • the non-parabolic surface may have a shape in which the height from the bottom of the mirror surface of the reflecting mirror is proportional to the power of the distance from the center axis of the reflecting mirror, excluding 2.
  • the non-parabolic surface may be a truncated conical surface, a partial spherical surface, a conical surface, a cylindrical surface, or the like.
  • the non-parabolic surface may have a shape obtained by combining two or more different shapes of non-parabolic surfaces.
  • the primary radiator may be arranged in a region inside the opening surface of the reflecting mirror.
  • the reflecting mirror may have a dielectric layer filled in a region inside the opening surface of the reflecting mirror.
  • An electronic device has a configuration in which the antenna is embedded in a cavity provided on the surface of the antenna on the mounting side or inside the mounting side.
  • the antenna By making a hole with the same shape and size as a parapolar reflector on the surface of the mounting side or inside the mounting side, the antenna can be installed without protruding from the surface of the mounting side. As a result, in the case of flying objects such as rockets and aircraft, the aerodynamic load and heating are greatly reduced. Since the antenna according to one aspect of the present invention has a small aperture diameter, the impact on flying objects caused by drilling a hole is reduced to a negligible level.
  • the antenna according to one embodiment of the present invention is mounted inside or outside a building or an electronic device having a wireless communication function such as a PC, for example, a substrate for mounting electronic components, an outer wall of a building, an indoor wall or ceiling
  • the antenna can be installed without protruding from the surface by making a hole of the same shape and size as the parapolar reflector on the surface of the antenna or inside the mounted side. can. Therefore, the antenna can be made thinner and lighter than the conventional rod-shaped antenna, etc., and the antenna gain is high because the parabolic antenna is used as the basic structure.
  • the aperture surface the same color and pattern as the walls and ceiling, it is possible to make the antenna inconspicuous.
  • a method for manufacturing an antenna according to one aspect of the present invention is designed to reflect radio waves emitted from a primary radiator and to design a reflecting mirror whose mirror surface has a parabolic surface and whose aperture diameter is 1.7 times or less the wavelength of the radio waves.
  • the mirror surface is modified to a non-parabolic surface having the same aperture diameter and height as the parabolic surface.
  • the present invention it is possible to arbitrarily change the impedance characteristics of the primary radiator while maintaining stable pattern characteristics over a wide range.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an antenna according to one embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an embodiment of the above antenna, and is a cross-sectional view showing a shape in which the height of the reflecting mirror surface from the bottom of the mirror surface is proportional to the power of the distance from the central axis excluding 2
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an embodiment of the antenna, and is a cross-sectional view in which the reflecting mirror has a truncated cone shape.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an embodiment of the antenna, and is a cross-sectional view in which the reflecting mirror has a partially spherical shape.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an embodiment of the above antenna, showing the pattern of the antenna when the shape of the reflector is proportional to the power of the distance from the central axis except for the height of the reflector surface from the bottom of the mirror surface (right-handed Analytical values of polarized waves) are displayed in the xz plane.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an embodiment of the above antenna, showing the analytical values of the antenna pattern (right-handed polarization) in the xz plane when the shape of the reflecting mirror is a truncated cone.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an embodiment of the above antenna, showing the analytical values of the antenna pattern (right-handed polarization) in the xz plane when the shape of the reflecting mirror is a partial sphere.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an embodiment of the above antenna, and is a diagram showing an analytical value of VSWR with respect to 50 ⁇ , which indicates the impedance characteristic of the primary radiator when the reflecting mirror has a truncated conical shape, as a frequency characteristic.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an embodiment of the above antenna, and is a diagram showing an analytical value of VSWR with respect to 50 ⁇ , which indicates the impedance characteristic of the primary radiator when the reflecting mirror has a truncated conical shape, as a frequency characteristic.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an embodiment of the above antenna, and shows an analytical value of VSWR with respect to 50 ⁇ , which indicates the impedance characteristic of the primary radiator when the shape of the reflector is a partial spherical shape, as a frequency characteristic.
  • 1 is a cross-sectional view of an electronic device equipped with an antenna according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an antenna 10 according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
  • the x-axis, y-axis and z-axis indicate three mutually orthogonal directions
  • the z-axis corresponds to the central axis of the reflector 12 of the antenna 10 .
  • antenna 10 has primary radiator 11 and reflector 12 .
  • Antenna 10 further includes a dielectric layer 13 filled in a region inside from opening surface 12 a of reflector 12 , and a feeding cable 14 connected to primary radiator 11 .
  • the antenna 10 of the present embodiment is mounted on, for example, a flying object such as a rocket or an aircraft.
  • the primary radiator 11 is an antenna element that radiates radio waves. Any antenna element can be used as the primary radiator 11 as long as it can obtain a predetermined impedance. In this embodiment, an example using a cross dipole antenna is shown, but a dipole antenna, a horn antenna, or the like can also be used.
  • the reflecting mirror 12 has a shape (non-parabolic surface) different from a paraboloid of revolution (parabolic surface) having a diameter (opening diameter) of the opening surface 12a of D and a height of H from the mirror bottom 12c to the opening surface 12a.
  • the primary radiator 11 is arranged at a depth F from the opening surface 12a of the reflector 12. As shown in FIG.
  • the reflecting mirror 12 reflects the radio waves emitted from the primary radiator 11, and the aperture diameter D is made smaller than the aperture diameter at which null points do not occur in the hemispherical antenna pattern in which the radio waves are reflected and radiated. ing.
  • the reflecting mirror 12 has an aperture diameter D that is 1.7 times or less the wavelength of radio waves.
  • the aperture diameter D and the dimensions of the primary radiator 11 can be made small to the extent that they function as an antenna.
  • the range in which the primary radiator 11 functions as an antenna is the range in which the primary radiator 11 can obtain a predetermined impedance. . Since no null point occurs in the antenna 10 according to this embodiment, naturally no side lobe occurs. That is, the antenna 10 according to this embodiment can radiate uniform radio waves over a wide range within the hemisphere from which the radio waves are radiated.
  • the dielectric layer 13 is filled in a range from the opening surface 12a of the reflecting mirror 12 to the mirror surface 12b, which is the inner surface of the reflecting mirror 12.
  • the dielectric material forming the dielectric layer 13 is not particularly limited, and synthetic resin materials such as high-density polyethylene and polytetrafluoroethylene are used, for example.
  • the dielectric constant of the dielectric is also not particularly limited, and can be arbitrarily set according to the type and specifications of the mounted object on which the antenna 10 is installed.
  • the primary radiator 11 is arranged within the dielectric layer 13 .
  • the primary radiator 11 is arranged at the position of the opening surface 12a or at a position inside thereof.
  • the feeder cable 14 is a coaxial cable that feeds the primary radiator 11 . 1 and 2 show an example in which the power supply cable 14 is routed from the mirror bottom 12c to the primary radiator 11, but the power supply cable 14 may be routed in any way within the reflector 12. .
  • the dielectric layer 13 has the function of holding the primary radiator 11 and the power supply cable 14 at predetermined positions. In addition, the dielectric layer 13 has the function of protecting them from aerodynamic loads and aerodynamic heating generated during flight of a rocket or the like, and the wavelength shortening effect of the dielectric enables further miniaturization of the antenna 10. do. Dielectric layer 13 may have a cavity (not shown). Thereby, the weight of the antenna 10 can be reduced.
  • the antenna 10 has a radio wave frequency of 2.28 GHz
  • the primary radiator 11 and the reflector 12 are made of copper
  • the dielectric layer 13 is filled with high-density polyethylene
  • the aperture diameter D is 96 mm
  • the reflector The height H of 12 was set to 28 mm
  • the depth F from the opening surface 12a to the primary radiator 11 was set to 7 mm. Since the wavelength is approximately 132 mm, the aperture diameter D is approximately 0.73 wavelength.
  • the reflecting mirror 12 has the same opening diameter and height as the parabolic reflecting mirror, and the shape of the mirror surface 12b is a non-parabolic surface.
  • the aperture diameter and height of the parabolic reflector correspond to the aperture diameter D and height H of the reflector 12, respectively.
  • the aperture diameter D is 1.7 times or less the wavelength of radio waves emitted from the primary radiator 11 as described above.
  • the reflecting mirror 12 in the antenna 10 of this embodiment has the same aperture diameter and height as the parabolic reflecting mirror, but differs in that the shape of the mirror surface 12b is a non-parabolic surface.
  • the non-parabolic surface is, for example, (1) a shape in which the height of the mirror surface 12b from the mirror surface bottom 12c is proportional to the power of the distance from the central axis (z-axis) of the reflecting mirror 12 excluding 2, and (2) a truncated cone surface. , (3) partial spherical surface, (4) conical surface, (5) cylindrical surface, etc.
  • the non-parabolic surface may have a shape obtained by arbitrarily combining two or more of the above (1) to (5). Also, any value from 1 to 3 (excluding 2), for example, can be applied to the power exponent in (1) above.
  • FIG. 3 shows the mirror surface shape (solid line in the figure) of the reflector 12 in the antenna 10 according to one embodiment of the present invention, and the mirror surface shape (dotted line in the figure) of the parabolic reflector P having the same aperture diameter D and height H. ) is a cross-sectional view in the xz plane shown in comparison with FIG.
  • a reflecting mirror 121 having a mirror surface shape corresponding to (1) above is shown.
  • FIG. 4 shows the mirror surface shape (solid line in the figure) of the reflector 12 in the antenna 10 according to another embodiment of the present invention, and the mirror surface shape (dotted line in the figure) of the parabolic reflector P having the same aperture diameter D and height H. ) is a cross-sectional view in the xz plane shown in comparison with FIG.
  • a reflecting mirror 122 having a mirror surface shape corresponding to (2) above is shown.
  • FIG. 5 shows the mirror surface shape (solid line in the figure) of the reflector 12 in the antenna 10 according to still another embodiment of the present invention, and the mirror surface shape ( 2 is a cross-sectional view in the xz plane shown in comparison with the dotted line).
  • the reflecting mirror 12 a reflecting mirror 123 having a mirror surface shape corresponding to (3) above is shown.
  • Fig. 3 shows analytical values of the antenna pattern (right-handed polarized wave) of the antenna 10 in the xz plane. (1) and (2) of the same figure show the cases where the height of the mirror surface 12b from the mirror surface bottom 12c is proportional to the distance from the central axis to the 1.5th power and the 3.0th power, respectively.
  • the antenna pattern of the antenna 10 according to this embodiment almost matches the antenna pattern of the antenna of Patent Document 1 above the antenna aperture plane.
  • This is an in-plane display.
  • (1) and (2) of the figure show the case where the opening diameters of the bottom surface of the mirror surface 12b are 24 mm and 48 mm, respectively.
  • FIG. 7 it can be seen that the antenna pattern of the antenna 10 according to this embodiment almost matches the antenna pattern of the antenna of Patent Document 1 above the antenna aperture plane.
  • This is an in-plane display.
  • FIG. 8 it can be seen that the antenna pattern of the antenna 10 according to this embodiment almost matches the antenna pattern of the antenna of Patent Document 1 above the antenna aperture plane.
  • 2 shows the analytical value of VSWR with respect to 50 ⁇ , which indicates the impedance characteristic of the primary radiator 11 in the antenna 10, as a frequency characteristic.
  • (1) and (2) of the same figure show the cases where the height of the mirror surface 12b from the mirror surface bottom 12c is proportional to the distance from the central axis to the 1.5th power and the 3.0th power, respectively.
  • the analysis values are displayed as frequency characteristics.
  • (1) and (2) of the figure show the case where the opening diameters of the bottom surface of the mirror surface 12b are 24 mm and 48 mm, respectively.
  • VSWR analysis for 50 ⁇ values are displayed as frequency characteristics.
  • the antenna 10 of the present embodiment configured as described above is designed as a reflector having a parabolic surface whose aperture diameter is 1.7 times or less the wavelength of radio waves. Manufactured by modifying the specular surface to an equal non-parabolic surface.
  • non-parabolic surface in addition to a shape in which the height from the bottom of the mirror surface of the reflecting mirror is proportional to the power of the distance from the central axis of the reflecting mirror excluding 2, a truncated cone surface, a partial spherical surface, a conical surface, An arbitrary shape such as a cylindrical surface can be adopted according to the impedance characteristics of the feeding system of the primary radiator 11 and the like.
  • Modification of the mirror surface to a non-parabolic surface involves changing the shape of the mirror surface formed on the parabolic surface by machining, etc., to a non-parabolic surface, or designing in order to narrow or widen the frequency band that can be matched with the feed system. Any method such as changing the parabolic surface to a non-parabolic surface in the process of .
  • the antenna 10 since the reflector 12 has an aperture diameter D that is 1.7 times or less the wavelength of radio waves, the antenna pattern in the hemisphere from which radio waves are radiated has a null point. It is possible to obtain uniform and stable pattern characteristics over a wide range without causing such occurrence (see FIG. 4 of Patent Document 1). More specifically, the following effects can be obtained.
  • ⁇ Antenna beam spreads and radio waves are radiated over a wide area. There is also radiation downward from the antenna aperture plane. - There are no null points or dips in the hemisphere above the antenna aperture. ⁇ Because it is a reflector antenna, the antenna pattern is almost unaffected by the shape of the mounting side and the antenna mounting part.
  • ⁇ It has a uniform and stable pattern characteristic over a wide range, and the gain is higher than that of the antennas currently mounted on flying objects.
  • the mounted side which is the flying object, is not subject to operation restrictions due to pattern characteristics.
  • the aerodynamic load and heating generated in the antenna 10 are greatly reduced. ⁇ Compared to conventional antennas, it can be made thinner and lighter, making it more inconspicuous.
  • the antenna is installed without protruding from the surface of the mounting side by opening a hole having the same shape and size as the parapolar reflector on the surface of the mounting side or inside the mounting side. be able to.
  • the aerodynamic load and heating are greatly reduced. Since the antenna according to this embodiment has a small aperture diameter, the impact on the flying object caused by drilling the hole is reduced to a negligible level.
  • the antenna according to one embodiment of the present invention is mounted inside or outside a building or an electronic device having a wireless communication function such as a PC, for example, a substrate for mounting electronic components, an outer wall of a building, an indoor wall or ceiling
  • the antenna can be installed without protruding from the surface by making a hole of the same shape and size as the parapolar reflector on the surface of the antenna or inside the mounted side. can. Therefore, the antenna can be made thinner and lighter than the conventional rod-shaped antenna, etc., and the antenna gain is high because the parabolic antenna is used as the basic structure.
  • the aperture surface the same color and pattern as the walls and ceiling, it is possible to make the antenna inconspicuous.
  • the mirror surface shape is a non-parabolic surface. It is possible to change the impedance characteristics of the primary radiator. More specifically, the frequency band in which impedance matching with the feeding system of the primary radiator 11 can be achieved can be made narrower or wider than the antenna described in Patent Document 1.
  • the frequency band in which impedance matching with the feeding system of the primary radiator 11 can be achieved is narrowed, it becomes unnecessary to prepare a filter for blocking radio waves of the frequency to be removed.
  • FIG. 12 is a fragmentary cross-sectional view of an electronic device 100 according to another embodiment of the invention.
  • Electronic device 100 includes substrate 91 and antenna 90 embedded in the surface of substrate 91 .
  • a substrate 91 is provided with a hole 92 that matches the shape of the reflector, and a conductive thin film 96 is formed on the surface of the hole 92 .
  • the conductive thin film 96 functions as a reflector for the antenna 90 .
  • a region inside the opening surface of the hole 92 is filled with a dielectric layer 93 made of a dielectric such as high-density polyethylene.
  • a primary radiator 94 of the antenna 90 is placed on the opening surface of the hole 92 and held by the dielectric layer 93 .
  • the hole 92 corresponds to a cavity provided on the surface of the mounted side of the antenna 90 or inside the mounted side, and the antenna 90 is embedded in this cavity.
  • the hole 92 has the same opening diameter and height as the parabolic reflector, but the shape is formed with a non-parabolic surface. Accordingly, the conductive thin film 96 formed on the surface of the hole 92 forms a non-parabolic mirror surface.
  • the opening diameter of the hole 92 (the conductive thin film 96) is such that the radio wave radiated from the primary radiator 94 is reflected by the reflecting mirror portion and radiated, and the antenna pattern in the hemisphere does not have a null point (wavelength). 1.7 times or less).
  • Feed cable 95 is held by dielectric layer 93 and connected to primary radiator 94 .
  • the antenna 90 is composed of the hole 92 in which the conductive thin film 96 is formed, the dielectric layer 93 and the primary radiator 94 .
  • the antenna 90 can be installed without protruding from the surface of the substrate 91, and the footprint of the antenna 90 can be reduced because the opening diameter of the antenna 90 is small. Therefore, the antenna can be made thinner and lighter than the conventional rod-shaped antenna, etc., and the antenna gain is high because the reflector antenna is used as the basic structure.
  • the frequency band that can be matched with the feeding system is narrower than the impedance of the antenna having the parabolic reflector described in Patent Document 1. Alternatively, it can be arbitrarily adjusted such as widening.
  • the present invention is applied to an antenna mounted on a flying object such as a rocket or an aircraft. It can also be applied to equipment and buildings.
  • a flying object such as a rocket or an aircraft.
  • the antenna according to the present invention is installed outside or inside a building, it is possible to make the antenna inconspicuous by making the opening surface of the antenna the same color and pattern as the walls and ceiling of the building.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)

Abstract

本発明の一形態に係るアンテナは、一次放射器と、反射鏡とを具備する。前記一次放射器は、電波を放射する。前記反射鏡は、前記一次放射器より放射された電波を反射し、開口径が前記電波の波長の１．７倍以下であるパラボラ反射鏡と開口径および高さが等しく、鏡面形状が非パラボラ面である。

Description

アンテナ、電子機器およびアンテナの製造方法
　本発明は、例えば、ロケット、航空機等の飛翔体に搭載されるアンテナの技術に関する。
　ロケット、航空機等の飛翔体に搭載されるアンテナには、電波を広範囲に均一に放射すること、飛行中に発生する空力荷重、空力加熱に耐えることが要求される。この要求を満足させるアンテナとして、本発明者は特許文献１に示すアンテナを提唱した。
　特許文献１のアンテナは、一次放射器とパラボラ反射鏡を具備するものである。特許文献１のアンテナでは、パラボラ反射鏡の開口径を波長の１．７倍以下とすることで、電波が放射される半球内のアンテナパターンにヌル点を発生させることなく、広範囲に均一に安定したパターン特性を得ることができる。
特開２０２０－１２０１５３号公報
　しかしながら、特許文献１のアンテナでは、パラボラ反射鏡の開口径は波長の１．７倍以下と小型であるため、一般的なパラボラアンテナと比較して、一次放射器はパラボラ反射鏡と非常に近接して設置される。このため、一次放射器のインピーダンス特性が反射鏡の影響を強く受けてしまい、一次放射器のインピーダンス特性を任意に変更することができなくなる。
　以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、広範囲に均一に安定したパターン特性を維持した状態で、一次放射器のインピーダンス特性を任意に変更することができるアンテナ、電子機器およびアンテナの製造方法を提供することにある。
　本発明の一形態に係るアンテナは、一次放射器と、反射鏡とを具備する。
　前記一次放射器は、電波を放射する。
　前記反射鏡は、前記一次放射器より放射された電波を反射し、開口径が前記電波の波長の１．７倍以下であるパラボラ反射鏡と開口径および高さが等しく、鏡面形状が非パラボラ面である。
　本発明の一形態に係るアンテナにおいては、反射鏡が電波の波長の１．７倍以下の開口径を有するため、電波が放射される半球内のアンテナパターンにヌル点を発生させることなく、広範囲に均一に安定したパターン特性を得ることができる。
　また、特許文献１のアンテナの反射鏡はパラボラ反射鏡、すなわち回転放物面形状の反射鏡であるため、反射鏡形状は開口径と高さから決定される。これに対し、本発明の一形態に係るアンテナでは、回転放物面形ではない形状の非パラボラ面の反射鏡が採用される。すなわち、反射鏡の開口径と高さはパラボラ反射鏡と一致させるが、鏡面形状を回転放物面から変えるものである。このようにすることで、反射鏡がパラボラ形状である場合に得られる一次放射器のインピーダンス特性とは異なるインピーダンス特性を一次放射器に持たせることができるようになる。例えば、本発明の一形態に係るアンテナのインピーダンスは、特許文献１に記載のアンテナのインピーダンスよりも、給電系と整合がとれる周波数帯域を狭くすること、或いは広くすることができる。
　前記非パラボラ面は、前記反射鏡の鏡面底部からの高さが前記反射鏡の中心軸からの距離の２を除くべき乗に比例する形状であってもよい。
　あるいは、前記非パラボラ面は、円錐台面、部分球面、円錐面、円筒面などであってもよい。
　あるいは、前記非パラボラ面は、２以上の異なる形状の非パラボラ面を組み合わせた形状であってもよい。
　前記一次放射器は、前記反射鏡の開口面から内側の領域に配置されてもよい。
　前記反射鏡は、前記反射鏡の開口面から内側の領域に充填された誘電体層を有してもよい。
　本発明の一形態に係る電子機器は、前記アンテナの被搭載側の表面、又は被搭載側の内部に設けられた空洞に、前記アンテナが埋め込まれた構成を有する。
　被搭載側の表面、又は被搭載側の内部にパラポラ反射鏡と等しい形状、寸法の穴を開けることで、アンテナを被搭載側の表面から突き出さずに設置することができる。これにより、例えばロケットや航空機等の飛翔体の場合には、空力荷重・加熱が大幅に軽減される。本発明の一形態に係るアンテナは開口径が小さいため、穴を開けることによる飛翔体への影響は無視することが可能なレベルまで小さくなる。また、ＰＣ等の無線通信機能を有する電子機器や建物の内外に本発明の一形態に係るアンテナを搭載する場合には、例えば電子部品等を実装する基板、建物の外壁、室内の壁や天井の表面、又は被搭載側の内部にパラポラ反射鏡と等しい形状、寸法の穴を開けることで、アンテナを表面から突き出さずに設置することができ、また開口径が小さいためにフットプリントも小さくできる。従って、従来の棒状アンテナ等と比べて薄型軽量化が可能であり、パラボラアンテナを基本構成とする故、アンテナ利得も高い。開口面を壁や天井と同一の色や模様とすることで、アンテナを目立たなくすることが可能である。
　本発明の一形態に係るアンテナの製造方法は、一次放射器より放射された電波を反射し、開口径が前記電波の波長の１．７倍以下である鏡面がパラボラ面の反射鏡を設計し、
　前記パラボラ面と開口径および高さが等しい非パラボラ面に前記鏡面を修正する。
　本発明によれば、広範囲に均一に安定したパターン特性を維持した状態で、一次放射器のインピーダンス特性を任意に変更することができる。
本発明の一実施形態に係るアンテナの構成を示す斜視図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 上記アンテナの一実施形態を説明する図であって、反射鏡面の鏡面底部からの高さが中心軸からの距離の２を除くべき乗に比例する形状の断面図である。 上記アンテナの一実施形態を説明する図であって、反射鏡が円錐台形状の断面図である。 上記アンテナの一実施形態を説明する図であって、反射鏡が部分球面形状の断面図である。 上記アンテナの一実施形態を説明する図であって、反射鏡の形状が反射鏡面の鏡面底部からの高さが中心軸からの距離の２を除くべき乗に比例する場合のアンテナのパターン（右旋偏波）の解析値をｘｚ面内表示したものである。 上記アンテナの一実施形態を説明する図であって、反射鏡の形状が円錐台である場合のアンテナのパターン（右旋偏波）の解析値をｘｚ面内表示したものである。 上記アンテナの一実施形態を説明する図であって、反射鏡の形状が部分球面である場合のアンテナのパターン（右旋偏波）の解析値をｘｚ面内表示したものである。 上記アンテナの一実施形態を説明する図であって、反射鏡面の鏡面底部からの高さが中心軸からの距離の２を除くべき乗に比例する形状の場合の一次放射器のインピーダンス特性を示す５０Ωに対するＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）の解析値を周波数特性として表示したものである。 上記アンテナの一実施形態を説明する図であって、反射鏡の形状が円錐台形状の場合の一次放射器のインピーダンス特性を示す５０Ωに対するＶＳＷＲの解析値を周波数特性として表示したものである。 上記アンテナの一実施形態を説明する図であって、反射鏡の形状が部分球面形状の場合の一次放射器のインピーダンス特性を示す５０Ωに対するＶＳＷＲの解析値を周波数特性として表示したものである。 本発明の一実施形態に係るアンテナを搭載した電子機器の要部断面図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
＜第１の実施形態＞
　図１は、本発明の一実施形態に係るアンテナ１０の構成を示す斜視図であり、図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。各図において、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は相互に直交する３軸方向を示しており、ｚ軸はアンテナ１０の反射鏡１２の中心軸に相当する。
［アンテナの全体構成］
　図１及び図２に示すように、アンテナ１０は、一次放射器１１と、反射鏡１２とを有する。アンテナ１０はさらに、反射鏡１２の開口面１２ａから内側の領域に充填された誘電体層１３と、一次放射器１１に接続される給電ケーブル１４とを有する。本実施形態のアンテナ１０は、例えば、ロケット、航空機等の飛翔体に搭載される。
　一次放射器１１は、電波を放射するアンテナ素子である。一次放射器１１は、所定のインピーダンスが得られるアンテナ素子であればいかなるアンテナ素子でも使用可能である。本実施形態では、クロスダイポールアンテナを使用した例を示しているが、ダイポールアンテナやホーンアンテナ等を用いることが可能である。
　反射鏡１２は、開口面１２ａの直径（開口径）がＤ、鏡面底部１２ｃから開口面１２ａまでの高さがＨの回転放物面（パラボラ面）とは異なる形状（非パラボラ面）の導電性材質で作られた反射鏡であり、一次放射器１１は反射鏡１２の開口面１２ａから深さがＦの位置に配置されている。
　また、反射鏡１２は、一次放射器１１より放射された電波を反射し、電波が反射して放射される半球内のアンテナパターンにヌル点が発生しない開口径以下に、開口径Ｄを小さくしている。本実施形態において、反射鏡１２は、電波の波長の１．７倍以下の開口径Ｄを有する。開口径Ｄ、及び一次放射器１１の寸法は、アンテナとして機能する範囲まで小さくことが可能である。
　アンテナとして機能する範囲とは、一次放射器１１が所定のインピーダンスを得られる範囲であり、別言すると、一次放射器１１のＶＳＷＲがアンテナを使用するシステムから要求される値以下となる範囲をいう。本実施形態に係るアンテナ１０には、ヌル点は発生しないので、当然サイドローブも生じない。つまり、本実施形態に係るアンテナ１０は、電波が放射される半球内に広範囲に均一の電波を放射することができる。
　誘電体層１３は、反射鏡１２の開口面１２ａから反射鏡１２の内側表面である鏡面１２ｂの範囲に充填される。誘電体層１３を構成する誘電体は特に限定されず、例えば、高密度ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレンなどの合成樹脂材料が用いられる。誘電体の誘電率も特に限定されず、アンテナ１０が設置される搭載物の種類や仕様等に応じて任意に設定可能である。
　一次放射器１１は、誘電体層１３内に配置されている。例えば、一次放射器１１は、開口面１２ａの位置乃至その位置より内側の位置に配置される。また、給電ケーブル１４は、一次放射器１１に給電する同軸ケーブルである。図１および図２では、給電ケーブル１４が鏡面底部１２ｃより一次放射器１１まで配線されている例を示したが、反射鏡１２内であれば、給電ケーブル１４をどのように配線してもよい。
　誘電体層１３は、一次放射器１１と給電ケーブル１４を所定の位置に保持する機能を有する。加えて、誘電体層１３は、ロケット等の飛行中に発生する空力荷重、空力加熱からこれらを保護する機能を有すると共に、誘電体の波長短縮効果により、アンテナ１０の更なる小型化を可能にする。なお、誘電体層１３は、空洞部（図示せず）を有していてもよい。これにより、アンテナ１０の軽量化が可能である。
　ここでは、アンテナ１０は、電波の周波数が２．２８ＧＨｚで、一次放射器１１と反射鏡１２を銅で構成し、誘電体層１３として高密度ポリエチレンを充填し、開口径Ｄを９６ｍｍ、反射鏡１２の高さＨを２８ｍｍ、開口面１２ａから一次放射器１１までの深さＦを７ｍｍとした。なお、波長は約１３２ｍｍであるので、開口径Ｄは約０．７３波長である。
［反射鏡の詳細］
　反射鏡１２は、パラボラ反射鏡と開口径および高さが等しく、鏡面１２ｂの形状が非パラボラ面である。上記パラボラ反射鏡の開口径および高さは、それぞれ、反射鏡１２の開口径Ｄおよび高さＨに相当する。開口径Ｄは、上述のように一次放射器１１から放射される電波の波長の１．７倍以下である。
　上述のように、本実施形態のアンテナ１０における反射鏡１２は、パラボラ反射鏡と開口径および高さが等しいが、鏡面１２ｂの形状が非パラボラ面である点で相違する。非パラボラ面とは、例えば、（１）鏡面１２ｂの鏡面底部１２ｃからの高さが反射鏡１２の中心軸（ｚ軸）からの距離の２を除くべき乗に比例する形状、（２）円錐台面、（３）部分球面、（４）円錐面、（５）円筒面などをいう。非パラボラ面は、上記（１）～（５）のうち２つ以上を任意に組み合わせた形状であってもよい。また、上記（１）におけるべき乗の指数は、例えば、１～３（但し２を除く）の任意の値が適用可能である。
　例えば図３は、本発明の一実施形態に係るアンテナ１０における反射鏡１２の鏡面形状（図中実線）を、開口径Ｄおよび高さＨが同一のパラボラ反射鏡Ｐの鏡面形状（図中点線）と比較して示すｘｚ面における断面図である。ここでは、反射鏡１２として、上記（１）に相当する鏡面形状が採用された反射鏡１２１を示している。反射鏡１２１は、Ｄ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、鏡面１２ｂの鏡面底部１２ｃからの高さが中心軸（ｚ軸）からの距離の３乗に比例する鏡面形状を有する。
　図４は、本発明の他の実施形態に係るアンテナ１０における反射鏡１２の鏡面形状（図中実線）を、開口径Ｄおよび高さＨが同一のパラボラ反射鏡Ｐの鏡面形状（図中点線）と比較して示すｘｚ面における断面図である。ここでは、反射鏡１２として、上記（２）に相当する鏡面形状が採用された反射鏡１２２を示している。反射鏡１２２は、Ｄ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、鏡面１２ｂの底面の開口径が２４ｍｍの鏡面形状を有する。
　図５は、本発明のさらに他の実施形態に係るアンテナ１０における反射鏡１２の鏡面形状（図中実線）を、開口径Ｄおよび高さＨが同一のパラボラ反射鏡Ｐの鏡面形状（図中点線）と比較して示すｘｚ面における断面図である。ここでは、反射鏡１２として、上記（３）に相当する鏡面形状が採用された反射鏡１２３を示している。反射鏡１２３は、Ｄ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍの部分球面形状の鏡面形状を有する。
　図６は、Ｄ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍであって、鏡面１２ｂの鏡面底部１２ｃからの高さが中心軸からの距離の２を除くべき乗に比例する形状である場合の本実施形態のアンテナ１０のアンテナパターン（右旋偏波）の解析値をｘｚ面内表示したものである。同図（１）、（２）はそれぞれ鏡面１２ｂの鏡面底部１２ｃからの高さが中心軸からの距離の１．５乗、３．０乗に比例する形状の場合を示している。なお、同図中の点線はＤ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍの反射鏡面がパラボラ形状、すなわち特許文献１のアンテナのアンテナパターン（右旋偏波）の解析値である。
　図６に示すように、本実施形態に係るアンテナ１０のアンテナパターンは、特許文献１のアンテナのアンテナパターンとアンテナ開口面よりも上方でほとんど一致することがわかる。
　図７は、Ｄ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍであって、鏡面１２ｂの形状が円錐台である場合の本実施形態のアンテナ１０のアンテナパターン（右旋偏波）の解析値をｘｚ面内表示したものである。同図（１）、（２）はそれぞれ鏡面１２ｂの底面の開口径が２４ｍｍ、４８ｍｍの場合を示している。なお、同図中の点線はＤ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍの反射鏡面がパラボラ形状、すなわち特許文献１のアンテナのアンテナパターン（右旋偏波）の解析値である。
　図７に示すように、本実施形態に係るアンテナ１０のアンテナパターンは、特許文献１のアンテナのアンテナパターンとアンテナ開口面よりも上方でほとんど一致することがわかる。
　図８は、Ｄ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍであって、鏡面１２ｂの形状が部分球面である場合の本実施形態のアンテナ１０のアンテナパターン（右旋偏波）の解析値をｘｚ面内表示したものである。なお、同図中の点線はＤ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍの反射鏡面がパラボラ形状、すなわち特許文献１のアンテナのアンテナパターン（右旋偏波）の解析値である。
　図８に示すように、本実施形態に係るアンテナ１０のアンテナパターンは、特許文献１のアンテナのアンテナパターンとアンテナ開口面よりも上方でほとんど一致することがわかる。
　図９は、Ｄ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍであって、鏡面１２ｂの鏡面底部１２ｃからの高さが中心軸からの距離の２を除くべき乗に比例する形状の場合の本実施形態のアンテナ１０における一次放射器１１のインピーダンス特性を示す５０Ωに対するＶＳＷＲの解析値を周波数特性として表示したものである。同図（１）、（２）はそれぞれ鏡面１２ｂの鏡面底部１２ｃからの高さが中心軸からの距離の１．５乗、３．０乗に比例する形状の場合を示している。なお、同図中の点線はＤ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍの反射鏡面がパラボラ形状、すなわち特許文献１のアンテナの一次放射器のインピーダンス特性を示すＶＳＷＲの解析値を周波数特性として表示したものである。
　図９でＶＳＷＲが１．５以下となる範囲を比較すると、同図（１）では特許文献１のアンテナの範囲よりも狭く、同図（２）では特許文献１のアンテナの範囲よりも広いことがわかる。すなわち、反射鏡の形状を変えることで、アンテナの一次放射器のインピーダンス特性を変えられることがわかる。
　図１０は、Ｄ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍであって、鏡面１２ｂの形状が円錐台である場合の本実施形態のアンテナ１０における一次放射器１１のインピーダンス特性を示す５０Ωに対するＶＳＷＲの解析値を周波数特性として表示したものである。同図（１）、（２）はそれぞれ鏡面１２ｂの底面の開口径が２４ｍｍ、４８ｍｍの場合を示している。なお、同図中の点線はＤ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍの反射鏡面がパラボラ形状、すなわち特許文献１のアンテナの一次放射器のインピーダンス特性を示すＶＳＷＲの解析値を周波数特性として表示したものである。
　図１０でＶＳＷＲが１．５以下となる範囲を比較すると、同図（１）では特許文献１のアンテナの範囲よりも狭く、同図（２）では特許文献１のアンテナの範囲よりも広いことがわかる。すなわち、反射鏡の形状を変えることで、アンテナの一次放射器のインピーダンス特性を変えられることがわかる。
　図１１は、Ｄ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍであって、鏡面１２ｂの形状が部分球面である場合の本実施形態のアンテナ１０における一次放射器のインピーダンス特性を示す５０Ωに対するＶＳＷＲの解析値を周波数特性として表示したものである。なお、同図中の点線はＤ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍの反射鏡面がパラボラ形状、すなわち特許文献１のアンテナの一次放射器のインピーダンス特性を示すＶＳＷＲの解析値を周波数特性として表示したものである
　図１１でＶＳＷＲが１．５以下となる範囲を比較すると、本実施形態に係るアンテナ１０では特許文献１のアンテナの範囲よりも広いことがわかる。すなわち、反射鏡の形状を変えることで、アンテナの一次放射器のインピーダンス特性を変えられることがわかる。
［アンテナの製造方法］
　以上のように構成される本実施形態のアンテナ１０は、開口径が電波の波長の１．７倍以下である鏡面がパラボラ面の反射鏡を設計し、上記パラボラ面と開口径および高さが等しい非パラボラ面に鏡面を修正することで製造される。
　非パラボラ面としては、上述のように、反射鏡の鏡面底部からの高さが反射鏡の中心軸からの距離の２を除くべき乗に比例する形状のほか、円錐台面、部分球面、円錐面、円筒面など、一次放射器１１の給電系のインピーダンス特性等に応じて任意の形状が採用可能である。
　鏡面の非パラボラ面への修正は、給電系と整合がとれる周波数帯域を狭くし、あるいは広くするために、機械加工等によりパラボラ面に形成された鏡面を非パラボラ面へ形状変更したり、設計の過程でパラボラ面を非パラボラ面へ変更したりするなど、任意の方法が採用可能である。
［本実施形態の作用］
　以上のように本実施形態に係るアンテナ１０によれば、反射鏡１２が電波の波長の１．７倍以下の開口径Ｄを有するため、電波が放射される半球内のアンテナパターンにヌル点を発生させることなく、広範囲に均一に安定したパターン特性を得ることができる（特許文献１の図４参照）。より具体的には、以下の作用を得ることができる。
・アンテナビームが広がり、広範囲に電波が放射される。アンテナ開口面より下方への放射もある。
・アンテナ開口面より上方の半球内にヌル点や落ち込みが存在しない。
・反射鏡アンテナであるため、アンテナパターンはアンテナを搭載する被搭載側の形状やアンテナ取付部の影響をほとんど受けない。
　したがって、本実施形態のアンテナ１０によれば、
・広範囲に均一に安定したパターン特性を有し、現在飛翔体に搭載されているアンテナと比較すると利得も高くなる。
・アンテナ１０が飛翔体に搭載される場合に、飛翔体である被搭載側でパターン特性からの運用制約を受けることがなくなる。
・アンテナ１０を飛翔体に搭載する場合に、アンテナ１０に発生する空力荷重・加熱が大幅に軽減される。
・従来のアンテナと比べて薄型軽量化でき、より目立たなくなる。
　また本実施形態によれば、被搭載側の表面、又は被搭載側の内部にパラポラ反射鏡と等しい形状、寸法の穴を開けることで、アンテナを被搭載側の表面から突き出さずに設置することができる。これにより、例えばロケットや航空機等の飛翔体の場合には、空力荷重・加熱が大幅に軽減される。本実施形態に係るアンテナは開口径が小さいため、穴を開けることによる飛翔体への影響は無視することが可能なレベルまで小さくなる。また、ＰＣ等の無線通信機能を有する電子機器や建物の内外に本発明の一形態に係るアンテナを搭載する場合には、例えば電子部品等を実装する基板、建物の外壁、室内の壁や天井の表面、又は被搭載側の内部にパラポラ反射鏡と等しい形状、寸法の穴を開けることで、アンテナを表面から突き出さずに設置することができ、また開口径が小さいためにフットプリントも小さくできる。従って、従来の棒状アンテナ等と比べて薄型軽量化が可能であり、パラボラアンテナを基本構成とする故、アンテナ利得も高い。開口面を壁や天井と同一の色や模様とすることで、アンテナを目立たなくすることが可能である。
　さらに本実施形態のアンテナ１０によれば、パラボラ反射鏡と開口径および高さは等しいが鏡面形状が非パラボラ面であるため、特許文献１に記載のアンテナのパターン特性を維持しながら、アンテナの一次放射器のインピーダンス特性を変えることが可能である。より具体的には、一次放射器１１の給電系とインピーダンス整合がとれる周波数帯域を特許文献１に記載のアンテナよりも狭くする、あるいは、広くすることができる。
　例えば、一次放射器１１の給電系とインピーダンス整合がとれる周波数帯域を狭くした場合、除去したい周波数の電波を遮断するフィルタを準備することが不要となる。
　一方、一次放射器１１の給電系とインピーダンス整合がとれる周波数帯域を広くした場合、本実施形態のアンテナ１０のみで複数の周波数帯を使用することができるため、複数のアンテナを準備することが不要となる。また、本実施形態のアンテナ１０を通信に使用する場合は、通信容量を増大させることができる。
＜第２の実施形態＞
　図１２は本発明の他の実施形態に係る電子機器１００の要部断面図である。電子機器１００は、基板９１と、基板９１の表面に埋め込まれたアンテナ９０とを備える。
　図１２に示すように、基板９１上には、反射鏡の形状に一致する穴９２が設けられ、穴９２の表面に導電性薄膜９６が形成されている。導電性薄膜９６は、アンテナ９０の反射鏡として機能する。穴９２の開口面より内側の領域には、高密度ポリエチレンなどの誘電体で構成された誘電体層９３が充填されている。アンテナ９０の一次放射器９４は、穴９２の開口面上に配置され、誘電体層９３により保持されている。
　穴９２は、アンテナ９０の被搭載側の表面又は被搭載側の内部に設けられた空洞に相当し、アンテナ９０はこの空洞に埋め込まれる。穴９２は、パラボラ反射鏡と開口径および高さが等しいが、形状は非パラボラ面で形成される。したがって、穴９２の表面に形成された導電性薄膜９６は、非パラボラ面の鏡面を形成する。
　穴９２（導電性薄膜９６）の開口径は、一次放射器９４より放射された電波が前記反射鏡部で反射して放射される半球内のアンテナパターンにヌル点が発生しない大きさ（波長の１．７倍以下）に形成されている。給電ケーブル９５は、誘電体層９３により保持されて一次放射器９４に接続されている。
　本実施形態では、導電性薄膜９６が形成された穴９２と誘電体層９３と一次放射器９４とによってアンテナ９０が構成される。このようなアンテナ９０を搭載する電子機器１００では、アンテナ９０を基板９１の表面から突き出さずに設置することができ、また、アンテナ９０の開口径が小さいためにフットプリントも小さくできる。従って、従来の棒状アンテナ等と比べて薄型軽量化が可能であり、反射鏡アンテナを基本構成とする故、アンテナ利得も高い。
　また、アンテナ９０の鏡面を形成する導電性薄膜９６が非パラボラ形状を有するため、特許文献１に記載のパラボラ反射鏡を有するアンテナのインピーダンスよりも、給電系と整合がとれる周波数帯域を狭くする、或いは広くするなど任意に調整することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
　例えば以上の実施形態では、ロケット、航空機等の飛翔体に搭載されるアンテナに本発明を適用したが、これ以外にも、列車や自動車、潜水艦などの移動体、更に携帯端末やＰＣ等の電子機器、建物にも適用できる。本発明に係るアンテナを建物の外側や内側に設置する場合には、アンテナの開口面を建物の壁や天井と同一の色や模様とすることで、アンテナを目立たなくすることが可能である。
　１０，９０…アンテナ
　１１，９４…一次放射器
　１２，１２１，１２２，１２３…反射鏡
　１２ａ…開口面
　１２ｂ…鏡面
　１２ｃ…鏡面底部
　１３，９３…誘電体層
　９２…穴（空洞）
　１００…電子機器

Claims (7)

  1. 　電波を放射する一次放射器と、
    　前記一次放射器より放射された電波を反射し、開口径が前記電波の波長の１．７倍以下であるパラボラ反射鏡と開口径および高さが等しく、鏡面形状が非パラボラ面である反射鏡と
    　を具備し、
    　前記一次放射器は、前記反射鏡の開口面から内側の領域に配置され、
    　前記反射鏡は、前記電波が反射して放射される半球内のアンテナパターンにヌル点が発生しないパターン特性を有する
    　アンテナ。
  2. 　請求項１に記載のアンテナであって、
    　前記非パラボラ面は、２以上の異なる形状の非パラボラ面を組み合わせた形状である
    　アンテナ。
  3. 　請求項１又は２に記載のアンテナであって、
    　前記非パラボラ面は、前記反射鏡の鏡面底部からの高さが前記反射鏡の中心軸からの距離の２を除くべき乗に比例する形状、円錐台面、部分球面、円錐面若しくは円筒面、又はこれらのうち２以上を組み合わせた形状である
    　アンテナ。
  4. 　請求項１～３のいずれか１つに記載のアンテナであって、
    　前記反射鏡は、前記反射鏡の開口面から内側の領域に充填された誘電体層を有する
    　アンテナ。
  5. 　請求項１～４のいずれか１つに記載のアンテナの被搭載側の表面、又は被搭載側の内部に設けられた空洞に、前記アンテナが埋め込まれた
    　電子機器。
  6. 　一次放射器より放射された電波を反射し、開口径が前記電波の波長の１．７倍以下である鏡面がパラボラ面の反射鏡を設計し、
    　前記パラボラ面と開口径および高さが等しく、前記反射鏡の鏡面底部からの高さが前記反射鏡の中心軸からの距離の２を除くべき乗に比例する形状の非パラボラ面に前記鏡面を修正する
    　アンテナの製造方法であって、
    　前記一次放射器を前記反射鏡の開口面から内側の領域に配置し、
    　前記べき乗の値を変更することで、前記一次放射器の給電系とインピーダンス整合がとれる周波数帯域を前記パラボラ面の反射鏡よりも狭く又は広くする
    　アンテナの製造方法。
  7. 　一次放射器より放射された電波を反射し、開口径が前記電波の波長の１．７倍以下である鏡面がパラボラ面の反射鏡を設計し、
    　前記パラボラ面と開口径および高さが等しい円錐台面形状の非パラボラ面に前記鏡面を修正する
    　アンテナの製造方法であって、
    　前記一次放射器を前記反射鏡の開口面から内側の領域に配置し、
    　前記鏡面の底面の開口径を変更することで、前記一次放射器の給電系とインピーダンス整合がとれる周波数帯域を前記パラボラ面の反射鏡よりも狭く又は広くする
    　アンテナの製造方法。
PCT/JP2022/010606 2021-05-27 2022-03-10 アンテナ、電子機器およびアンテナの製造方法 Ceased WO2022249644A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22773095.9A EP4350893A4 (en) 2021-05-27 2022-03-10 ANTENNA, ELECTRONIC DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING AN ANTENNA
KR1020227043883A KR102757029B1 (ko) 2021-05-27 2022-03-10 안테나, 전자기기 및 안테나의 제조 방법
US17/907,566 US12255397B2 (en) 2021-05-27 2022-03-10 Antenna, electronic apparatus, and method of manufacturing an antenna
CA3172568A CA3172568A1 (en) 2021-05-27 2022-03-10 Antenna, electronic apparatus, and method of manufacturing an antenna
AU2022231768A AU2022231768B2 (en) 2021-05-27 2022-03-10 Antenna, electronic apparatus, and method of manufacturing an antenna

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021089062A JP7029202B1 (ja) 2021-05-27 2021-05-27 アンテナ、電子機器およびアンテナの製造方法
JP2021-089062 2021-05-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022249644A1 true WO2022249644A1 (ja) 2022-12-01

Family

ID=81940844

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/010606 Ceased WO2022249644A1 (ja) 2021-05-27 2022-03-10 アンテナ、電子機器およびアンテナの製造方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US12255397B2 (ja)
EP (1) EP4350893A4 (ja)
JP (1) JP7029202B1 (ja)
KR (1) KR102757029B1 (ja)
AU (1) AU2022231768B2 (ja)
CA (1) CA3172568A1 (ja)
WO (1) WO2022249644A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7374525B1 (ja) 2022-05-23 2023-11-07 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 アンテナおよび電子機器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03179903A (ja) * 1989-12-08 1991-08-05 Toshiba Corp 鏡面修整アンテナ
JP2011505777A (ja) * 2007-12-04 2011-02-24 コンヴァートパワー リミテッド エネルギを送受するための反射器を設計および製造するための新規の方法およびこの方法によって製造される反射器
JP2020120153A (ja) 2019-01-18 2020-08-06 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 アンテナ
JP2020536409A (ja) * 2017-09-29 2020-12-10 スター メッシュ エルエルシーＳｔａｒ Ｍｅｓｈ Ｌｌｃ 高利得アンテナを有するノードを用いる無線システム

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03141707A (ja) * 1989-10-27 1991-06-17 Yagi Antenna Co Ltd 小形ヘリカルアンテナを用いた一次放射器
US7710340B2 (en) 2006-01-13 2010-05-04 Lockheed Martin Corporation Reconfigurable payload using non-focused reflector antenna for HIEO and GEO satellites

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03179903A (ja) * 1989-12-08 1991-08-05 Toshiba Corp 鏡面修整アンテナ
JP2011505777A (ja) * 2007-12-04 2011-02-24 コンヴァートパワー リミテッド エネルギを送受するための反射器を設計および製造するための新規の方法およびこの方法によって製造される反射器
JP2020536409A (ja) * 2017-09-29 2020-12-10 スター メッシュ エルエルシーＳｔａｒ Ｍｅｓｈ Ｌｌｃ 高利得アンテナを有するノードを用いる無線システム
JP2020120153A (ja) 2019-01-18 2020-08-06 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 アンテナ

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4350893A4

Also Published As

Publication number Publication date
CA3172568A1 (en) 2022-12-01
KR102757029B1 (ko) 2025-01-21
JP7029202B1 (ja) 2022-03-03
KR20230012551A (ko) 2023-01-26
JP2022181867A (ja) 2022-12-08
US20240213686A1 (en) 2024-06-27
EP4350893A4 (en) 2025-04-30
AU2022231768A1 (en) 2022-12-15
EP4350893A1 (en) 2024-04-10
AU2022231768B2 (en) 2023-07-13
US12255397B2 (en) 2025-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10749270B2 (en) Polarization rotating phased array element
JP5148704B2 (ja) 多面体アンテナ及びその関連方法
JP6635566B1 (ja) アンテナ
US10862210B2 (en) Multiple band polarization rotating phased array element
CN108886198A (zh) 天线装置
CN103975484B (zh) 具有电介质插入件的定向狭缝天线
US8013801B2 (en) Ultra-wideband antenna with excellent design flexibility
Yang et al. Design of a 3D top-loaded low-profile sleeve antenna for UAV applications
Kumar et al. Electronically controlled beam steerable dual-band star-shaped DRA for UAS and Wi-Fi data link applications
CN108023185A (zh) 高增益、恒定波束宽度、宽带喇叭天线
WO2022249644A1 (ja) アンテナ、電子機器およびアンテナの製造方法
JP7336149B2 (ja) アンテナおよび電子機器
KR20250047900A (ko) 백파이어 축방향 모드 안테나
JP7374525B1 (ja) アンテナおよび電子機器
CN116191054A (zh) 基于飞行器载体的小型双极化超宽带阵列天线装置
CN114759354A (zh) 小型化宽带稳定波束喇叭馈源天线
Wounchoum et al. A switched-beam antenna using circumferential-slots on a concentric sectoral cylindrical cavity excited by coupling slots
CA3011122C (en) Spiral antenna system
Buyanov et al. Multifunctional slot antennas
Brianeze et al. Tridimensional yagi antenna
Demirok et al. A Rapid Prototyping Approach for 3D-Printed Horn Antennas in X-Band Applications
Bagheri et al. Radar Antennas Employing a Modified Dielectric GRIN Luneburg Lens
Tandel et al. Gain Enhancement of Wideband Miniaturized Monocone Antenna by Employing Cavity and Dielectric Lens
Gona SYMMETRIC AND ASYMMETRIC STAIRCASE PATCH ANTENNA
Su et al. A Miniature Non-Uniform Conformal Antenna Array Using Fast Synthesis for Wide-Scan UAV Application

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 17907566

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202217056900

Country of ref document: IN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20227043883

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022231768

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20220310

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22773095

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022773095

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022773095

Country of ref document: EP

Effective date: 20240102

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 17907566

Country of ref document: US