JP2000004118A

JP2000004118A - ミリ波帯アンテナ装置

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Publication number: JP2000004118A
Application number: JP10168000A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kakizaki; 健一柿崎; Hiroyuki Omine; 裕幸大嶺; Tetsuo Haruyama; 鉄男春山; Akira Yokofuji; 明横藤; Izuru Naito; 出内藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-06-16
Filing date: 1998-06-16
Publication date: 2000-01-07

Abstract

(57)【要約】【課題】ミリ波帯を用いたレーダシステムあるいは通
信システムにおいて、基地局のアンテナ装置にコセカン
ト２乗カーブの指向特性を有するアンテナ装置を用いた
場合、ミリ波帯では大気減衰が大きいので、基地局と一
定の高度差である地点に対する照射電力レベルが一定と
ならない問題点があった。【解決手段】基地局のアンテナとして、伝搬距離によ
る減衰と大気減衰による損失とを補償するような指向特
性を有するアンテナ装置を用いるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は大気減衰の大きい
ミリ波を用いたレーダシステムにおいて、レーダ装置の
基地局用アンテナ装置に関するものである。あるいは、
この発明は大気減衰の大きいミリ波を用いた通信システ
ムにおいて、基地局と子局との間で無線通信を実施する
場合の基地局のアンテナ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ここでは説明の便宜上、レーダ装置のア
ンテナ装置についてまず説明する。従来、空港監視レー
ダ用アンテナ装置においては、同一の高度をもつ航空機
からの反射波が距離と無関係に一定レベルとなるように
垂直面内の指向特性はコセカント２乗特性とされてい
た。この空港監視レーダについては、例えば、電子情報
通信学会編「アンテナ工学ハンドブック」ｐ１７６〜１
７８およびｐ２０７およびｐ３４３〜３４４に詳述され
ている。

【０００３】図１１（ａ）はこのシステムを表してお
り、図において１は空港監視レーダ装置、２はアンテ
ナ、３はレーダの目標物である飛行物体、４はアンテナ
２から放射される等電力面を示すコンターを示す。ま
た、図１１（ｂ）はアンテナ２の垂直面の電波の模式図
であり、図において５は指向特性、６は一定高度の飛行
物体３までの距離による空間伝搬損失を示し、上記指向
特性５から上記空間伝搬損失６を減じたものが、上記飛
行物体３での等電力面４である。

【０００４】次に動作について説明する。図１１（ａ）
において、水平面からの仰角をθ、飛行高度をＨとすれ
ば、レーダ１と飛行物体３との距離ＲはＨ×ｃｏｓｅｃ
θとなり、レーダ受信電力Ｐ_r はＰ_r ＝Ｋ₁ ×Ｇ²
（θ）／Ｒ⁴ となる。ここでＫ₁はレーダの形式による
定数である。ここで、アンテナ２の垂直面指向性パター
ンＧ（θ）を定数Ｋ₂ と前記仰角θを用いて、Ｇ（θ）
＝Ｋ₂ ×ｃｏｓｅｃ² θとすれば、前記受信電力Ｐ_r
は、Ｐ_r ＝Ｋ₁ ×Ｋ₂ ²ｃｏｓｅｃ⁴ θ／（Ｈ⁴ ×ｃｏｓ
ｅｃ⁴ θ）＝Ｋ₁ ×Ｋ₂ ²／Ｈ⁴ となり、同一高さの飛行
物体からの反射波の受信電力Ｐ_r は距離と無関係に同一
レベルとなる。すなわち、図１１（ｂ）に示すアンテナ
２から一定高度の飛行物体３に至る片道の電波について
みると、アンテナ２の指向特性５と距離による空間伝搬
損失６とがちょうど打ち消しあい、上記飛行物体３が一
定高度であれば仰角θによらず常に等電力面４が得ら
れ、その結果としてレーダ受信電力Ｐ_r は一定高度であ
れば一定となり、伝搬距離と無関係になる。

【０００５】厳密には上記受信電力Ｐ_r には距離の２乗
の常用対数に比例する距離による空間伝搬損失のほか
に、酸素分子と水蒸気分子の共鳴吸収による大気減衰を
考慮しなければならない。この大気減衰に関しては電子
情報通信学会編「アンテナ工学ハンドブック」ｐ５８７
〜５８８、あるいは日刊工業新聞社「電波技術ハンドブ
ック」ｐ７１〜７２に詳述されている。この酸素分子及
び水蒸気分子による減衰量を図１２に示す。図において
７は水蒸気分子による吸収、８は酸素分子による吸収を
示す。従来の空港監視用レーダ用アンテナ装置ではＳ帯
の周波数を用いており、大気減衰量は０．００６ｄＢ／
ｋｍ以下と無視できるほど微少であるため、考慮してい
ないものである。

【０００６】また、上記アンテナ２と飛行物体３との間
の電波伝搬損失は、上記距離による空間伝搬損失及び大
気減衰による損失のほかに、降雨時の降雨減衰による損
失が存在する。この降雨減衰の周波数特性に関しては電
子情報通信学会編「アンテナ工学ハンドブック」ｐ５９
３〜５９４、あるいは日刊工業新聞社「電波技術ハンド
ブック」ｐ７２〜７３に詳述されており、これを図１３
に示す。図において９は降雨強度に対する減衰係数を示
す。従来の空港監視用レーダ用アンテナ装置ではＳ帯の
周波数を用いており、日本放送協会編「最新気象用語ハ
ンドブック」による通称「非常に激しい雨」（＝５０ｍ
ｍ／ｈ）のときでも０．０１ｄＢ／ｋｍ以下の減衰量で
あり、受信電力への寄与は充分小さくなっており、特に
考慮していないものである。

【０００７】また、図１４（ａ）は前記文献にしめされ
ているアンテナ２の構成の一例を示す図であり、一次放
射器１０、反射鏡１１とから構成される。反射鏡１１は
２重曲面となるように整形することで、一次放射器１０
から放射される電力束と反射鏡１１で反射された電力束
とを制御しコセカント２乗特性の指向特性を得るもので
ある。また、図１４（ｂ）はアンテナ２の構成の別の例
を示す図であり、一次放射器１０ａ、１０ｂ、１０ｃお
よび反射鏡１１とから構成される。各一次放射器１０
ａ、１０ｂ、１０ｃの励振電力を適当に設定することに
より、複数個の一次放射器の合成ビームがコセカント２
乗特性の指向特性となるようにしたものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ミリ波帯、
特に６０ＧＨｚ帯付近では前記文献及び図１２によれ
ば、約１５ｄＢ／ｋｍの大気減衰量となり、従来のコセ
カント２乗特性の指向特性を有するアンテナ装置と同様
の構成でミリ波帯のアンテナ装置を構成した場合、レー
ダの受信電力Ｐ_r を求める際には特に目標物が遠距離で
あると大気減衰によるレベル低下が無視できなくなり、
一定高度であっても目標物の距離により受信電力Ｐ_r が
変化してしまう問題点があった。

【０００９】また、例えば路上から路面を見下ろすよう
な指向特性を有する基地局のアンテナ装置を用いて路車
間通信を行うような通信システムにおいて、従来のコセ
カント２乗特性の指向特性を有するアンテナ装置と同様
の構成でミリ波帯のアンテナ装置を構成した場合、大気
減衰によるレベル低下が無視できなくなり、車両での受
信レベルが基地局との距離によって変動してしまう問題
点があった。

【００１０】また、上記のレーダシステムあるいは通信
システムが、霧発生時、降雨時、降雪時等の悪天候下で
の使用を目的とした場合には、図１３に示すようにミリ
波帯では降雨減衰による損失が無視できないので、従来
のコセカント２乗特性の指向特性のままでは、悪天候に
なるほど遠距離での性能が劣化してしまう問題点があっ
た。

【００１１】この発明はこのような課題を解決するため
のものであり、以下に詳述する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、第１の発明によるミリ波帯アンテナ装置は、ア
ンテナ指向特性を距離による伝搬損失と大気減衰とによ
る損失との二要素を補償するような指向特性となるよう
に構成したものである。

【００１３】また、第２の発明によるミリ波帯アンテナ
装置は、上記指向特性を得るために、１枚あるいは複数
枚の２次曲面鏡と複数個の一次放射器とにより構成した
ものである。

【００１４】また、第３の発明によるミリ波帯アンテナ
装置は、上記指向特性を得るために、１枚の修整曲面反
射鏡と１個の一次放射器とにより構成したものである。

【００１５】また、第４の発明によるミリ波帯アンテナ
装置は、上記指向特性を得るために、複数枚の修整曲面
反射鏡と１個の一次放射器とにより構成したものであ
る。

【００１６】また、第５の発明によるミリ波帯アンテナ
装置は、上記指向特性をもつマルチビームアンテナを得
るために、１枚あるいは複数枚の修整曲面反射鏡と複数
個の一次放射器と切替スイッチにより構成したものであ
る。

【００１７】また、第６の発明によるミリ波帯アンテナ
装置は、上記マルチビームアンテナの指向特性の偏波面
を揃えるために、複数個の一次放射器のそれぞれの偏波
面を平行とせずに、所定の値に傾けて構成したものであ
る。

【００１８】また、第７の発明によるミリ波帯アンテナ
装置は、上記指向特性をもつアンテナを送受別々に構成
し、上記指向特性を形成した面の法線方向に送受アンテ
ナを構成したものである。

【００１９】また、第８の発明によるミリ波帯アンテナ
装置は、上記指向特性をもつアンテナを送受別々に構成
し、上記指向特性を形成した面の接線方向に送受アンテ
ナを構成したものである。

【００２０】また、第９の発明によるミリ波帯アンテナ
装置は、アンテナ指向特性を距離による伝搬損失と大気
減衰による損失と降雨減衰による損失との三要素を補償
するような指向特性となるように構成したものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１を示す概略構成図であり、図において１２
は基地局の通信装置、２はアンテナ、４はアンテナ２か
ら放射される電力の等電力面を模式的に示し、また、１
３は基地局の通信装置１２を取り付けるための支柱、１
４は自動車、１５は自動車１４に搭載された通信相手
局、１６は道路の中央分離帯、１７は路肩を示す。これ
は、基地局１２のアンテナ２から放射された電波が空間
を伝搬することにより、路肩１７に設置した基地局１２
と道路上を走行する通信相手局１５との間で通信を行う
システムの例を示したものである。

【００２２】次に動作について説明する。図１（ｂ）に
示すように、アンテナ２の水平面からの俯角をθとし、
基地局アンテナ２と通信相手局１５との高低差をＨとす
ると、アンテナ２と通信相手局１５との間の通信距離Ｒ
はＲ＝Ｈ×ｃｏｓｅｃθとなる。波長をλとしたとき距
離Ｒによる空間伝搬損失Ｌ_s はＬ_s ＝２０×ｌｏｇ１０
（４×π×Ｒ／λ）〔ｄＢ〕で表される。また、距離Ｒ
による大気減衰による損失Ｌ_a は比例定数をＫとしてＬ
_a ＝Ｋ×Ｒ〔ｄＢ〕となる。以上をもとに、基地局アン
テナ２とある一定の高低差Ｈをもつ平面内における、基
地局アンテナ２の垂直面の角度と伝搬損失との関係を図
２に示す。図２において距離による空間伝搬損失６と大
気減衰による損失との合計が基地局１２と通信相手局１
５との間の大気減衰を考慮した合計損失１８となる。一
方、図１２に示すようにミリ波帯（例えば６０ＧＨｚ
帯）での大気減衰係数は、従来のコセカント２乗カーブ
のアンテナで用いられたＳ帯の周波数での大気減衰係数
の２５００倍程度であり、図に示すように距離による伝
搬損失６と上記合計損失１８との差は俯角θが小さいほ
ど、すなわち、伝搬距離が長くなるほど大きくなる。こ
こで、アンテナの指向特性を上記合計損失１８を補償し
て打ち消すような指向特性とすることにより、ある一定
の高さである通信相手局に対しては基地局との距離が変
化しても常に一定レベルで安定した通信が可能となる。
特に図１のような路車間通信を行うシステムの例では、
基地局アンテナ２と通信相手局１５を有する自動車１４
との高低差Ｈはほぼ一定に保たれているので、アンテナ
２の俯角θと大気減衰による損失Ｌ_a はＬ_a ＝Ｋ×Ｈ×
ｃｏｓｅｃθ〔ｄＢ〕なる関係式で表されるので、アン
テナ２の垂直面指向特性Ｇ（θ）をほぼＧ（θ）＝Ｋ₂
×ｃｏｓｅｃ² θ＋Ｋ×Ｈ×ｃｏｓｅｃθとすること
で、通信相手局での電力密度はほぼ一定とすることがで
きる。なお、上記垂直面指向特性Ｇ（θ）の右辺第一項
はＫ₂ ×ｃｏｓｅｃ²θとなって、コセカント２乗の指
向特性となっているが、これをコセカント１．８乗〜コ
セカント２．２乗等の略コセカント２乗特性としたほう
がアンテナ指向特性を設計し易い場合もあり、この場合
でもほぼ同一の効果が得られる。

【００２３】また、図１では通信システムの基地局アン
テナへの適用例を示しているが、図１１のようなレーダ
システムの基地局用アンテナに対し、上記合計損失１８
を補償して打ち消すような指向特性をもつアンテナを適
用すれば、ある一定の高さである目標物に対してはレー
ダとの距離が変化しても常にレーダ受信電力は一定レベ
ルとなり安定した監視が可能となる。さらに、レーダの
目標物の形状がほぼ一定の場合には、レーダと目標物と
の相対角度の差に応じたＲＣＳの変化量を補償するよう
な指向特性とすれば、さらに安定した監視が可能とな
る。

【００２４】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２を示す概略構成図であり、図において１０ａ〜１０
ｃ、１１は前記従来例と全く同じものである。一次放射
器１０ａ〜１０ｃから放射された電波（１次パターン）
が反射鏡１１で反射されて所望の方向に電波（２次パタ
ーン）が放射されるが、２次パターンの波面の位相を揃
えるため、一般に反射鏡１１には放物面、楕円面、又曲
面等の２次曲面鏡が選ばれる。本発明の実施の形態２で
は、２次曲面鏡からなる反射鏡を用い、各一次放射器１
０ａ、１０ｂ、１０ｃの励振電力を適当に設定して同時
に励振することにより、各一次放射器を配列した面内の
２次パターンの合成ビームが上記合成損失１８を補償す
るような指向特性を得ることを特徴とする。上記各一次
放射器を垂直方向に配列することにより、垂直面に上記
指向特性が得られるので、通信相手局あるいはレーダ目
標物（以下対象物という）と基地局との距離が変化して
も、対象物の高度が一定であれば、対象物での受信レベ
ルは常に一定となる。なお、図では主反射鏡として放物
面を使用した例を示しているが、例えば、主反射鏡に放
物面を用いて、副反射鏡に楕円面あるいは双曲面を用い
た２枚鏡アンテナとして構成しても同様の効果が得られ
る。

【００２５】実施の形態３．図４はこの発明の実施の形
態３を示す概略構成図であり、図において１０は前記従
来例と全く同じものであり、１１ａは修整前の仮想的な
２次曲面鏡、１１ｂは修整鏡面反射鏡である。一次放射
器１０から放射された１次パターンが反射鏡１１ｂで反
射されて所望の方向に２次パターンが放射されるが、反
射鏡１１ｂで反射される電波の波面の振幅・位相分布を
調整することにより２次パターンが上記合成損失１８を
補償するような指向特性を得られるように、反射鏡１１
ｂの反射鏡面を仮想的な２次曲面鏡１１ａから修整した
ことを特徴とする。この構成とすることで一次放射器の
数を削減することができる。この鏡面修整を設置場所の
垂直面方向となる反射鏡面方向に適用することにより、
１枚の反射鏡と１個の一次放射器とによる簡単な構成
で、基地局と対象物との距離が変化しても対象物の高度
が一定であれば、対象物での受信レベルは常に一定とな
る。

【００２６】実施の形態４．図５はこの発明の実施の形
態４を示す概略構成図であり、図において１０は前記従
来例と全く同じものであり、１１ａは修整前の仮想的な
放物面鏡、１１ｂは修整鏡面主反射鏡、１１ｃは修整前
の仮想的な双曲面鏡、１１ｄは修整鏡面副反射鏡であ
る。一次放射器１０から放射された１次パターンが反射
鏡１１ｄ、１１ｂで反射されて所望の方向に２次パター
ンが放射されるが、反射鏡１１ｄ、１１ｂで反射される
電波の波面の振幅・位相分布を調整することにより２次
パターンが上記合成損失１８を補償するような指向特性
を得られるように、反射鏡１１ｄ、１１ｂの反射鏡面を
２次曲面から修整したことを特徴とする。この構成とす
ることで一次放射器１０を主反射鏡１１ｂの近傍へ配置
することができ、アンテナ装置の小型化ができる。な
お、図では２枚の反射鏡に鏡面修整を施しているが、所
望の指向特性を得るために、どちらか片方の反射鏡に鏡
面修整を施して２次パターンの波面を調整し、もう一方
の反射鏡には従来例のような２次曲面鏡を用いても同様
の効果が得られる。

【００２７】実施の形態５．図６はこの発明の実施の形
態５を示す概略構成図であり、図において１０ａ〜１０
ｃは一次放射器であり、１１ｂ、１１ｄは修整鏡面反射
鏡であり前記実施の形態４と同一のものである。一次放
射器１０ａ〜１０ｃはスイッチ１９に接続され、前記ス
イッチ１９は送受信機２０に接続される。前記反射鏡１
１ｄ、１１ｂの反射鏡面を２次曲面から修整して、上記
合成損失１８を補償するような指向特性を得る点は前記
実施の形態４と同一である。また、一次放射器１０ａ〜
１０ｃは前記反射鏡１１ｄの焦点近傍に前記指向特性を
形成した面の法線方向に配置されている。例えば、前記
指向特性を得る面を垂直面とすると、一次放射器１０ａ
〜１０ｃをスイッチ１９により切り替えて励振すること
により、水平面内にビームを切り替えて放射することが
できる。ここで前記一次放射器１０ａ〜１０ｃは前記反
射鏡１１ｄの焦点近傍に配置されているので、放射され
るビームはほぼ前記合成損失１８を補償するような指向
特性となる。このような指向特性を有するマルチビーム
アンテナにより、シーケンシャルロービング方式のレー
ダが容易に実現できる。また、通信システムにこのマル
チビームアンテナを用いた場合、適当なアルゴリズムと
併用することにより通信相手局の方位検出ができ、所望
の通信相手局とのみ通信を行うことができる。なお、図
では一次放射器１０ａ〜１０ｃの製造が容易な例として
それぞれのビーム軸を平行として描いているが、それぞ
れの一次放射器のビーム軸が前記修整鏡面副反射鏡１１
ｄの中心付近を指向するように傾けて配置することによ
りスピルオーバを減らしアンテナ利得等の電気性能を向
上させることもできる。また、前記一次放射器１０ａ〜
１０ｃと前記スイッチ１９との間にＬＮＡをそれぞれ挿
入することにより、受信回路の雑音指数性能を改善する
こともできる。

【００２８】実施の形態６．図７（ａ）はこの発明の実
施の形態６を示す概略構成図であり、図において１０ａ
〜１０ｃ、１１ｂ、１１ｄ、１９、２０は前記実施の形
態５と同一のものである。一次放射器１０ｂは前記反射
鏡１１ｄの焦点に配置され、一次放射器１０ａ、１０ｃ
は一次放射器１０ｂの両側の前記指向特性を形成した面
の法線方向に配置されているが、前記一次放射器１０ａ
〜１０ｃの偏波面を平行とせずに、図７（ｂ）のように
所定の値に設定して平行面から傾けて（例えば約３度）
構成したことを特徴とする。一般にオフセット形式の反
射鏡アンテナでは反射鏡面の非対称性により２次パター
ンに交差偏波が発生し、このことは電子情報通信学会編
「アンテナ工学ハンドブック」ｐ１６６、１６７に示さ
れている。前記指向特性を反射鏡面の対称面に構成した
場合、ビームをシフトするための一次放射器は反射鏡面
の非対称面に配置されるため、図のような一次放射器の
配列では一次放射器１０ａ、１０ｃから反射鏡面を見込
む反射鏡面の非対称性が逆転して見えるため、前記一次
放射器１０ａ、１０ｃ交差偏波の発生面も逆転すること
になる。この発明の実施の形態６では、それぞれの一次
放射器１０〜１０ｃの偏波面を所定の値にややずらせて
構成することにより、交差偏波の発生面を調整し、２次
パターンの偏波面が揃い交差偏波特性が良好なアンテナ
が得られる効果がある。なお、図では一次放射器として
角錐ホーンの例を示したが、円錐ホーン等としても良
い。また、それぞれの一次放射器のビーム軸を平行とし
て描いているが、それぞれの一次放射器のビーム軸が前
記修整鏡面副反射鏡１１ｄの中心付近を指向するように
傾けて配置することによりスピルオーバを減らしアンテ
ナ利得等の電気性能を向上させることもできる。

【００２９】実施の形態７．図８はこの発明の実施の形
態７を示す概略構成図であり、図において１０ａは送信
アンテナ用一次放射器、１０ｂは受信アンテナ用一次放
射器、１１ａ、１１ｂは送信アンテナ用反射鏡、１１
ｃ、１１ｄは受信アンテナ用反射鏡であり、２０は送受
信機である。前記送信アンテナ及び受信アンテナはこの
発明の実施の形態１〜６のように、対象物との間の距離
による伝搬損失と大気減衰とを補償する指向特性を図の
上下方向に形成するように構成されており、前記指向特
性を形成した面の法線方向に前記送信アンテナと前記受
信アンテナとを配列して構成した基地局用のミリ波帯ア
ンテナ装置である。送信アンテナと受信アンテナとを独
立に構成することにより、送信ビームと受信ビームをそ
れぞれ最適化することができる。例えば、通信システム
のサービスエリアあるいはレーダシステムの覆域に対し
て、送信ビームを簡単な構成の１ビームとして広い範囲
を一度に照射し、受信アンテナを前記実施の形態５のよ
うなマルチビームとして測角あるいは不要波除去等に利
用することが可能である。また、送信アンテナ用一次放
射器１０ａと受信アンテナ用一次放射器１０ｂとの距離
が近いので、送受信機２０と前記一次放射器との距離も
短くなり、給電損失を減少し、かつ装置全体がコンパク
トになる効果がある。

【００３０】実施の形態８．図９はこの発明の実施の形
態８を示す概略構成図であり、図において１０ａは送信
アンテナ用一次放射器、１０ｂは受信アンテナ用一次放
射器、１１ａ、１１ｂは送信アンテナ用反射鏡、１１
ｃ、１１ｄは受信アンテナ用反射鏡である。前記送信ア
ンテナ及び受信アンテナはこの発明の実施の形態１〜６
のように、対象物との間の距離による伝搬損失と大気減
衰とを補償する指向特性を図の上下方向に形成するよう
に構成されており、前記指向特性を形成した面の接線方
向に前記送信アンテナと前記受信アンテナとを配列して
構成した基地局用のミリ波帯アンテナ装置である。送信
アンテナと受信アンテナとを独立に構成することによ
り、送信ビームと受信ビームをそれぞれ最適化すること
ができるのは、前記実施の形態７と同様である。ところ
で、一般にレーダ用のアンテナでは送受アンテナ間のア
イソレーション特性が悪いと測角精度不良になったり偽
目標が現れる等の問題点がある。また、通信用のアンテ
ナでは送受アンテナ間のアイソレーション特性が悪いと
干渉波により通信品質が劣化するため帯域分波フィルタ
等が必要となるが、ミリ波帯フィルタは帯域幅および寸
法精度等の制約で安価に実現することが困難である。こ
の実施の形態８では、送信アンテナ用一次放射器１０ａ
と受信アンテナ用一次放射器１０ｂとが空間的に離れて
配置されるため、送受アンテナ間のアイソレーション特
性を充分確保することができ、レーダシステムにおける
偽目標、あるいは通信システムにおける品質劣化等の問
題点を軽減することができる。

【００３１】実施の形態９．図１０はこの発明の実施の
形態９を示すための電波の模式図であり、図において６
は距離による伝搬損失、１８は大気減衰を考慮した合計
損失であり、距離による伝搬損失と大気減衰による損失
と降雨減衰による損失の三要素を合計したものが、基地
局と対象物との間の大気減衰及び降雨減衰を考慮した合
計損失２１である。一方、図１３に示すようにミリ波帯
（例えば６０ＧＨｚ帯）での降雨による減衰係数は、従
来のコセカント２乗カーブのアンテナで用いられたＳ帯
での減衰係数の１０００倍程度であり、図に示すように
降雨条件下では距離による伝搬損失６と上記合計損失２
１との差は俯角θが小さいほど、すなわち、伝搬距離が
長くなるほど大きくなる。従って、ミリ波帯を用いたレ
ーダシステムあるいは通信システムの運用環境が特に悪
天候下での使用を目的としている場合、肝心の降雨時に
おいて対象物の受信レベルが一定とならないことにな
る。ここで、アンテナの指向特性を上記合計損失２１を
補償して打ち消すような指向特性とすることにより、想
定される降雨環境下においては、基地局との距離が変化
しても対象物の高度が一定であれば、対象物の受信レベ
ルは常に一定レベルとなる。このような指向特性を得る
ためのアンテナの構成は前記実施の形態１〜８のいずれ
の形態でも良い。

【００３２】

【発明の効果】第１の発明によれば、ミリ波帯アンテナ
の指向特性を距離による伝搬損失と大気減衰による損失
との二要素を補償するような指向特性とすることで、一
定高度の地点での受信電力を距離によらず一定とするこ
とができる効果がある。

【００３３】また、第２の発明によれば、２次曲面鏡と
複数個の一次放射器とを用いることで、容易にミリ波帯
での減衰を補償する放射特性を得られる効果がある。

【００３４】また、第３の発明によれば、１枚の修整鏡
面反射鏡と１個の一次放射器とを用いることで、アンテ
ナ装置の構成が簡単となる効果がある。

【００３５】また、第４の発明によれば、複数枚の修整
鏡面反射鏡と１個の一次放射器とを用いることにより、
アンテナ装置の外形を小型化できる効果がある。

【００３６】また、第５の発明によれば、複数個の一次
放射器を用い、切替スイッチにより一次放射器を切替え
て使用することにより、送受信機を複数個必要としない
マルチビームが得られる効果がある。

【００３７】また、第６の発明によれば、複数個の一次
放射器の偏波面を所定の値に傾けて構成することで、マ
ルチビームアンテナの２次パターンのそれぞれの偏波面
を平行に揃えることができる効果がある。

【００３８】また、第７の発明によれば、基地局用の送
受アンテナを別々に構成することで、送信ビームと受信
ビームとをそれぞれ最適設計したり、送受のビーム数を
変えることができる効果がある。

【００３９】また、第８の発明によれば、基地局用の送
受アンテナを伝搬損失を補償する指向特性を形成した面
方向に配列したことで、送受アンテナの一次放射器の間
隔を物理的に広げることができ、送受アンテナのアイソ
レーション特性を改善できる効果がある。

【００４０】また、第９の発明によれば、基地局用のア
ンテナ指向特性を、距離による伝搬損失と大気減衰によ
る損失と降雨減衰による損失との三要素を補償するよう
な指向特性となることで、悪天候下において、一定高度
の地点での受信電力を距離によらず一定とすることがで
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるミリ波帯アンテナ装置の実施
の形態１を示す概略構成図である。

【図２】基地局からみた角度と基地局と通信相手局と
の間の損失との関係を示す図である。

【図３】この発明によるミリ波帯アンテナ装置の実施
の形態２を示す概略構成図である。

【図４】この発明によるミリ波帯アンテナ装置の実施
の形態３を示す概略構成図である。

【図５】この発明によるミリ波帯アンテナ装置の実施
の形態４を示す概略構成図である。

【図６】この発明によるミリ波帯アンテナ装置の実施
の形態５を示す概略構成図である。

【図７】この発明によるミリ波帯アンテナ装置の実施
の形態６を示す概略構成図である。

【図８】この発明によるミリ波帯アンテナ装置の実施
の形態７を示す概略構成図である。

【図９】この発明によるミリ波帯アンテナ装置の実施
の形態８を示す概略構成図である。

【図１０】この発明によるミリ波帯アンテナ装置の実
施の形態９を示すための基地局からみた角度と基地局と
通信相手局との間の降雨時における損失との関係を示す
図である。

【図１１】従来のコンセカント２乗カーブのアンテナ
ビームを有するレーダシステムを示す概略構成図であ
る。

【図１２】電波の大気減衰の周波数特性を示す図であ
る。

【図１３】電波の降雨減衰の周波数特性を示す図であ
る。

【図１４】従来のコセカント２乗カーブのビームを有
するアンテナの概略構成図である。

【符号の説明】

１レーダ装置、２アンテナ、３飛行物体、４等
電力面、５アンテナの指向特性、６距離による伝搬損
失、７水蒸気分子による減衰、８酸素分子による減
衰、９降雨強度に対する減衰係数、１０一次放射
器、１１反射鏡、１２基地局の通信装置、１３支
柱、１４自動車、１５通信相手局、１６中央分離
帯、１７路肩、１８大気減衰を考慮した合計損失、
１９スイッチ、２０送受信機、２１大気減衰及び
降雨減衰を考慮した合計損失。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｑ 25/00 Ｈ０１Ｑ 25/00 (72)発明者春山鉄男東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者横藤明東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者内藤出東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 5J020 AA03 BA09 BA17 BA19 BC06 DA03 DA09 5J021 AA01 AA02 AA03 AA04 AA05 AB07 BA01 CA06 DA03 DB04 FA26 FA31 FA32 GA01 GA08 HA02 HA03 HA04 HA05 5J070 AB24 AD08 AE01 AF01 AG02 AK40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ミリ波帯を用いたアンテナ装置におい
て、上記アンテナ装置前方の放射方向において上記アン
テナ装置と一定の高低差である地点では、上記アンテナ
装置と上記地点との距離に関わらずほぼ一様な電力密度
となるように、上記アンテナの指向特性を、略コセカン
ト２乗カーブの指向特性と距離に比例する大気減衰を補
償する指向特性とを加算した指向特性としたことを特徴
とするミリ波帯アンテナ装置。
【請求項２】上記のミリ波帯アンテナ装置において、
１枚あるいは複数枚の２次曲面反射鏡と複数個の一次放
射器とにより構成したことを特徴とする請求項１記載の
ミリ波帯アンテナ装置。
【請求項３】上記のミリ波帯アンテナ装置において、
１枚の修整曲面反射鏡と１個の一次放射器とにより構成
したことを特徴とする請求項１記載のミリ波帯アンテナ
装置。
【請求項４】上記のミリ波帯アンテナ装置において、
複数枚の修整曲面反射鏡と１個の一次放射器とにより構
成したことを特徴とする請求項１記載のミリ波帯アンテ
ナ装置。
【請求項５】上記のミリ波帯アンテナ装置において、
１枚あるいは複数枚の修整曲面反射鏡と複数個の一次放
射器と、それぞれの一次放射器と接続された切替スイッ
チとにより構成したことを特徴とする請求項１記載のミ
リ波帯アンテナ装置。
【請求項６】上記１枚あるいは複数枚の反射鏡と複数
個の一次放射器とにより構成したことを特徴とするミリ
波帯マルチビームアンテナ装置において、上記マルチビ
ームアンテナ装置の複数個の一次放射器のそれぞれの偏
波面を平行とせずに、所定の値に傾けて設定した構成と
したことを特徴とする請求項１、２、５のいずれかに記
載のミリ波帯アンテナ装置。
【請求項７】上記の略コセカント２乗カーブの指向特
性と距離に比例する大気減衰を補償する指向特性と加算
した指向特性を有するミリ波帯アンテナ装置を送受別々
に構成し、上記距離による伝搬損失と大気減衰とを補償
する指向特性を形成した面の法線方向に上記送受アンテ
ナを配列したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか
に記載のミリ波帯アンテナ装置。
【請求項８】上記の略コセカント２乗カーブの指向特
性と距離に比例する大気減衰を補償する指向特性と加算
した指向特性を有するミリ波帯アンテナ装置を送受別々
に構成し、上記距離による伝搬損失と大気減衰とを補償
する指向特性を形成した面の接線方向に上記送受アンテ
ナを配列したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか
に記載のミリ波帯アンテナ装置。
【請求項９】上記のミリ波帯アンテナ装置において、
上記距離による伝搬損失と大気減衰量と、さらにその運
用環境から想定される降雨減衰量とを補償する指向特性
を形成したことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに
記載のミリ波帯アンテナ装置。