JP2001007638A

JP2001007638A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2001007638A
Application number: JP11175545A
Authority: JP
Inventors: Jun Kondo; 純近藤; Hiroyuki Morioka; 裕之森岡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-06-22
Filing date: 1999-06-22
Publication date: 2001-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】アンテナ装置における電波の反射回数を減らす
とともに、電波を２つの周波数領域に分離する際におけ
る乱反射や温度変化に対する反射鏡の変形を抑えること
で受信部３，４にて受信する電波の電波損失を低減す
る。【解決手段】中央に開口部１ｂを有する放物面状の反射
面１ａを備えた主反射鏡１と、主反射鏡１の反射面１ａ
と対向して設置された双曲面状の反射面２ａを備えた副
反射鏡２と、副反射鏡２を挟んで主反射鏡１と反対側で
かつ反射面１ａの焦点位置に設置する第１の受信部３
と、主反射鏡１の開口部１ｂに挿通され、副反射鏡２の
反射面２ａの焦点位置に設置する第２受信部４とからア
ンテナ装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、異なる周波数帯の
電波を一度に受信できるアンテナ装置に関するものであ
り、特に通信分野や天体観測の分野における人工衛星や
地球局のアンテナ装置として好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、太陽や恒星等の天体観測の分野や
通信分野における人工衛星や地球局には、異なる周波数
帯の電波を一度に受信することができるアンテナ装置が
使用されている。例えば、特開昭６２−３５１０号公報
には、図７に示すようなカセングレン方式のアンテナ装
置が提案されている。

【０００３】このアンテナ装置は、中央に開口部２１ｂ
を有する放物面状の反射面２１ａを有する主反射鏡２１
と、前記反射面２１ａの焦点位置に設置された双曲面状
の反射面２２ａを有する副反射鏡２２と、前記主反射鏡
２１を挟んで副反射鏡２２と反対側の位置に設置された
一次放射器２５とから構成され、一次放射器２５は、副
反射鏡２２の反射面２２ａで反射された電波に対して傾
斜させて設置され、入射する電波のうち特定周波数領域
のみ透過し、残りの周波数領域の電波を反射する反射板
２７と、該反射板２７を透過した電波のうちさらに特定
周波数帯の電波を受信する第１の受信部２３と、反射鏡
２７を反射された電波のうちさらに特定周波数帯の電波
を受信する第２の受信部２４とから構成されていた。

【０００４】また、主反射鏡２１の反射面２１ａ及び副
反射鏡２２の反射面２２ａはそれぞれ金属により形成さ
れおり、反射板２７は、特定周波数領域の電波のみ透過
させることができる長方形窓（不図示）が多数等間隔に
穿孔された金属格子板により形成されていた。なお、２
６は反射板２７を透過した電波を第１の受信部２３へ集
光させるための集光レンズである。

【０００５】そして、このアンテナ装置により電波を受
信するには、空中から等位相で到来する電波θを主反射
鏡２１の反射面２１ａで副反射鏡２２へ向けて反射さ
せ、さらに副反射鏡２２の反射面２２ａで反射させたあ
と、主反射鏡２１の開口部２１ｂを通過させ、電波を一
次放射器２５へ入射させるようになっており、一次放射
器２５に入射した電波は、反射板２７で特定周波数領域
の電波θ１のみ透過させ、残りの周波数領域の電波θ２
を反射させることで２つの周波数領域に分離させ、反射
板２７を透過した特定周波数領域の電波θ１を集光レン
ズ２６により第１の受信部２３に集光させ、さらに特定
周波数帯の電波を第１の受信部２３で受信し、反射板２
７で反射された残りの周波数領域の電波θ２のうち、さ
らに特定周波数帯の電波を第２の受信部２４で受信する
ようになっており、このように異なる２つの周波数帯の
電波を一度に受信できるようになっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
アンテナ装置では、電波損失が大きいといった課題があ
った。

【０００７】電波損失とは、主反射鏡２１に入射する電
波のエネルギーがアンテナ装置で受信された時にどれだ
け減衰したかを示すもので、電波のエネルギーを電力に
変換した時、［出力された電波の電力］／［入力された
電波の電力］の値の対数を１０倍したｄＢ（デシベル）
の単位で表されるもので、この電波損失が小さいほど、
受信特性が優れたアンテナ装置であると言うことにな
る。

【０００８】そして、電波は反射されるたびにエネルギ
ーが減衰するため、図７に示すアンテナ装置では、第１
の受信部２３で受信される電波は、主反射鏡２１と副反
射鏡２２とで２回反射させ、第２の受信部２４で受信さ
れる電波は、主反射鏡２１、副反射鏡２２及び反射板２
７とで３回反射させなければならないことから、電波損
失が高く、受信特性が悪かった。

【０００９】また、一次放射器２５に入射する電波を、
異なる２つの周波数領域の電波に分離する反射板２７
は、変形防止の観点から約５ｍｍ程度の厚みを有する金
属板にて形成されているため、図８に示すように、反射
板１７を透過する電波の一部は、長方形窓（不図示）を
透過する際に、その内壁で乱反射され、逆位相となった
電波同士が打ち消し合って長方形窓を透過する電波のエ
ネルギーが減衰するために電波損失が高なり、受信特性
を劣化させるといった課題もあった。

【００１０】さらに、アンテナ装置は屋外に設置され、
反射板２７は外気に常に曝されていることから、気温の
変化によって金属製の反射板２７が熱膨張すると、反射
面２７ａの形状が変形し、反射面２７ａの焦点がずれる
ため、反射面２７ａの焦点位置に設置された第２の受信
部２４に電波を入射させることができず、電波損失が大
きくなるとともに、反射板２７の熱膨張によって長方形
窓の寸法も変化するため、透過させることができる電波
の周波数領域が変化し、酷いときには所定の周波数領域
の電波を受信できなくなるといった恐れもあった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、到来する電波を反射する主反射鏡と、該主反
射鏡より反射された特定周波数領域の電波のみ透過し、
残りの周波数領域の電波を反射する副反射鏡と、該副反
射鏡を透過した電波のうちさらに特定周波数帯の電波を
受信する第１の受信部と、前記副反射鏡にて反射された
電波のうち特定周波数帯の電波を受信する第２の受信部
とから成り、前記副反射鏡は、双曲面を有する絶縁基体
と、前記双曲面上に被着され、前記特定周波数領域の電
波のみを透過させることができる複数の抜き窓を有する
金属膜とから形成してアンテナ装置を構成したものであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１３】図１は本発明に係るアンテナ装置の一例を
示す構成図、図２は図１の副反射鏡のみを示す図で、
（ａ）はその斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図
である。

【００１４】このアンテナ装置は、中央に開口部１ｂを
有する放物面状の反射面１ａを備えた主反射鏡１と、主
反射鏡１の反射面１ａと対向して設置された双曲面状の
反射面２ａを備えた副反射鏡２と、副反射鏡２を挟んで
主反射鏡１と反対側でかつ反射面１ａの焦点位置に設置
する第１の受信部３と、主反射鏡１の開口部１ｂに挿通
され、副反射鏡２の反射面２ａの焦点位置に設置する第
２受信部４とから構成してあり、副反射鏡２の中心が主
反射鏡１の中心軸上に位置するように、副反射鏡２は主
反射鏡１の周縁より伸びる３本の支柱６によって固定し
てある。

【００１５】また、副反射鏡２は、セラミックスやガラ
スから成る絶縁基体１２の双曲面１３上に、主反射鏡１
の反射面１ａで反射された電波のうち特定周波数領域の
電波のみを透過させることができる抜き模様１５を有す
る金属膜１４を被着したもので、この金属膜１４の表面
を反射面２ａとしてある。

【００１６】そして、このアンテナ装置により電波を受
信するには、空中から等位相で到来する電波θを主反射
鏡１の反射面１ａで副反射鏡２へ向けて反射させると、
図３に示すように、副反射鏡２の反射面２ａに到達した
電波のうち特定周波数領域の電波θ１は、抜き窓１５を
透過し、残りの周波数領域の電波θ２は反射面２ａで反
射され、２つの周波数領域の電波θ１，θ２に分離す
る。そして、副反射鏡２を透過した特定周波数領域の電
波θ１のうちさらに特定周波数帯の電波を第１の受信部
３で受信し、副反射鏡２で反射された残りの周波数領域
の電波θ２のうちさらに特定周波数帯の電波を第２の受
信部４で受信するようになっており、異なる２つの周波
数帯の電波を一度に受信できるようになっている。

【００１７】本発明のアンテナ装置によれば、第１の受
信部３で受信する電波は、主反射鏡１での１回のみの反
射で済み、第２の受信部４で受信する電波は、主反射鏡
１と副反射鏡２の２回の反射で済むため、図７に示す従
来のアンテナ装置と比較して、それぞれ１回ずつ電波の
反射回数を減らすことができるため、反射に伴う電波の
減衰を抑え、電波損失の小さな優れた受信特性を得るこ
とができる。

【００１８】また、本発明によれば、副反射鏡２を絶縁
基体１２上に金属膜１４を被着して形成し、金属膜１４
の表面を反射面２ａとしたことから、金属膜１４の厚み
を薄くすることができ、副反射鏡２を透過する特定周波
数領域の電波が、抜き窓１５の内壁で乱反射される割合
を少なくすることができる。

【００１９】さらに、副反射鏡２を構成する絶縁基体１
２は、金属材料と比較して熱膨張の小さなセラミックス
やガラスにより形成してあることから、気温が変化して
も安定して形状精度を維持することができる。その為、
反射面２ａの変形や抜き窓１５の寸法が変化することが
ないため、反射面２ａで反射された周波数領域の電波θ
２を、反射面２ａの焦点位置に設置された第２の受信部
４へ入射させることができるとともに、所定の特定周波
数領域の電波θ１のみを安定して透過させることができ
る。

【００２０】以上のことから、本発明のアンテナ装置は
電波損失を極めて小さくすることでき、受信特性を大幅
に向上させることができる。

【００２１】ところで、副反射鏡２を構成する絶縁基体
１２の材質としては、特定周波数領域の電波θ１を充分
に透過させる観点から体積固有抵抗値が１０¹³Ω・ｃｍ
以上の絶縁性を有するとともに、前述したように気温の
変化等においても熱膨張が小さい、熱膨張係数が０℃〜
１００℃で７×１０^-6／℃以下である、ガラスやセラミ
ックスを用いることが良く、この中でもセラミックスは
優れた機械的強度を有するとともに、耐食性にも優れる
ことから好適である。具体的には、アルミナ、窒化珪
素、窒化アルミニウム、ステアタイト、フォルステライ
トを主成分とする絶縁性のセラミックスを用いることが
できる。

【００２２】絶縁基体１２の双曲面における面状態は、
反射面２ａの面状態に反映されることから、できるだけ
滑らかな方が良く、好ましくは中心線平均粗さ（Ｒａ）
で１μｍ以下とすることが良い。

【００２３】一方、副反射鏡２の反射面２ａを形成する
金属膜１４の材質としては、入射する電波θを反射させ
る観点から、１０^-2Ω／□以下の表面抵抗（シート抵
抗）を有する、金、銀、銅、アルミニウム、白金、ニッ
ケル、チタン等の金属を用いることが良く、金属膜１４
の膜厚みｔは、抜き模様１５の内壁における乱反射をで
きるだけ少なくする観点から、できるだけ均一で薄い方
が良い。具体的には、１μｍ乃至５０μｍの範囲で被着
することが良い。金属膜１４の膜厚みｔが１μｍ未満で
は、絶縁基体１２の双曲面１３上に均一な金属膜１３を
被着することが困難であり、５０μｍより厚くなると、
抜き窓１５の内壁で乱反射される割合が多くなりすぎ、
電波損失が大きくなるからである。

【００２４】また、金属膜１４に形成する抜き窓１５と
しては、円形状、楕円形状、四角形や三角形等の多角形
状、星形状、鍵十字形状、十字形状、エルサレムクロス
形状等、さまざまな形状があり、その形状や寸法によっ
て、透過させることができる電波の周波数領域が異なる
ため、必要に応じて適宜選択すれば良く、例えば、図４
に示すように、約２４ＧＨｚ以下の電波を透過させるエ
ルサレムクロス形状の抜き窓１５の場合、１つのエルサ
レムクロスの寸法を、全長Ｌ＝１．３８ｍｍ、線幅Ｗ＝
０．２１ｍｍ、ツバ部の長さＨ＝０．７６ｍｍ、間隔Ｄ
＝１．９６ｍｍとし、金属膜２の膜厚みｔを２μｍとす
れば良い。なお、抜き窓１５はできるだけ等間隔に分布
させることが望ましい。

【００２５】次に、副反射鏡２の製造方法について説明
する。

【００２６】まず、セラミックス又はガラスに切削加工
を施して、双曲面１３を有する絶縁基体１２を製作す
る。

【００２７】絶縁基体１２をセラミックスにて形成する
場合、例えばアルミナを主成分とするセラミックスにあ
っては、アルミナ粉末を主成分とし、焼結助剤としてＳ
ｉＯ₂，ＭｇＯ，ＣａＯの少なくとも１種を添加した原
料粉末を、窒化珪素を主成分とするセラミックスにあっ
ては、窒化珪素粉末を主成分とし、焼結助剤としてＢと
Ｃ、あるいはＡｌ₂Ｏ₃とＹ₂Ｏ₃を添加した原料粉末
を、窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスにあ
っては、窒化アルミニウム粉末を主成分とし、焼結助剤
としてＹ₂Ｏ₃やＥｒ等の希土類酸化物を添加した原料
粉末を、ステアタイト又はフォルステライトを主成分と
するセラミックスにあっては、マグネシアとシリカを所
定の比率で反応させて形成したステアタイト粉末又はフ
ォルステライト粉末を主成分とし、焼結助剤としてＡｌ
₂Ｏ₃を添加した原料粉末を用意し、これらの原料粉末
を、一軸加圧成形法や等軸加圧成形法、さらには冷間静
水圧プレス成形法（ＣＩＰ）等の公知のセラミック成形
法にて成形し、必要に応じて切削加工を施すことによ
り、双曲面を有する成形体を形成する。

【００２８】次いで、成形体がアルミナを主成分とする
セラミックスである時には、１５００℃〜１８００℃の
大気雰囲気下や酸素雰囲気下で、窒化珪素や窒化アルミ
ニウムを主成分とするセラミックスである時には、１８
００℃〜２０００℃の真空雰囲気下や不活性ガス雰囲気
下で、ステアタイトやフォステライトを主成分とするセ
ラミックスである時には、１１００℃〜１２００℃の大
気雰囲気下や酸素雰囲気下でそれぞれ焼成することによ
り、双曲面１３を有する絶縁基体１２を製作する。

【００２９】次に、絶縁基体１２の双曲面１３に研削、
研磨加工を施して所定形状に仕上げるのであるが、副反
射鏡２における反射面２ａの面精度は、双曲面１３の面
粗さの影響を受けることからできるだけ滑らかに仕上げ
ることが好ましく、中心線平均粗さ（Ｒａ）で１μｍ以
下とすることが良い。

【００３０】しかるのち、絶縁基体１２の双曲面１３上
に、蒸着法、メッキ法、イオンプレーティング法等の公
知の膜形成手段にて、金、銀、銅、アルミニウム、白
金、ニッケル、チタン等の均一な膜厚みｔを持った金属
膜１４を被着し、その表面を反射面２ａとする。なお、
絶縁基体１２の双曲面１３上に前記金属膜１４を直接被
着することが難しい時は、それらの間に中間層を介在さ
せても良い。ただし、中間層を含め、金属膜１４の膜厚
みｔは１μｍ〜５０μｍの範囲で形成することが良い。
そして、抜き模様１５を除く位置にマスキングを施した
あと、ブラスト加工やエッチング加工によりマスキング
されていない金属膜１４を除去したあと、金属膜１４上
のマスキングを除去することにより、金属膜１４に複数
の抜き窓１５を形成することにより得ることができる。

【００３１】以上のように、本実施形態では、副反射鏡
２の中心が主反射鏡１の中心軸上にあるカセグレン方式
のアンテナ装置について説明したが、この構造以外に、
副反射鏡２の中心が主反射鏡１の中心軸にない図５に示
すオフセットカセグレン方式のアンテナ装置や図６に示
すオフセットグレゴリアン方式のアンテナ装置にも適用
できることは言うまでもない。

【００３２】

【実施例】ここで、図１に示す本発明のアンテナ装置
と、図７に示す従来のアンテナ装置による受信損失を調
べる実験を行った。

【００３３】本実験にあたり、本発明における副反射鏡
２は、絶縁基体１２をアルミナ純度が９９％のアルミナ
セラミックスにより形成し、その双曲面１３を中心線平
均粗さ（Ｒａ）で０．８μｍに仕上げたあと、メッキ法
によって金から成る膜厚みｔが２μｍの金属膜１４を被
着してその表面を反射面２ａとするとともに、ブラスト
加工によってエルサレムクロス形状の抜き窓１５を形成
した。なお、エルサレムクロスの寸法は、全長Ｌ＝１．
３８ｍｍ、線幅Ｗ＝０．２１ｍｍ、ツバ部の長さＨ＝
０．７６ｍｍ、間隔Ｄ＝１．９６ｍｍとした。

【００３４】そして、この副反射鏡２を図１に示すよう
に主反射鏡１に対して設置して本発明のアンテナ装置を
構成した。

【００３５】また、従来例における反射板２７は、厚み
が５ｍｍのアルミニウム板により形成するとともに、本
発明における副反射鏡２と同一寸法のエルサレムクロス
形状をした抜き窓を同一間隔で穿孔したものを用いた。

【００３６】そして、この反射板２７を図７に示すよう
に主反射鏡２１及び副反射鏡２２に対して設置して図７
に示す従来のアンテナ装置を構成した。

【００３７】次に、各アンテナ装置の主反射鏡１，２１
へ向けて発振器より電波を発信させ、各第１の受信部
３，２３で１７ＧＨｚの電波を、第２の受信部４，２４
で３４ＧＨｚの電波を受信させ、その時の電波損失を測
定した。

【００３８】この結果、従来のアンテナ装置は、電波損
失が１．１ｄＢ〜１．３ｄＢもあったのに対し、本発明
のアンテナ装置は、電波損失が０．４ｄＢ〜０．５ｄＢ
と損失を１／２に低減することができ、優れた受信特性
が得られることが確認できた。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明のアンテナ装置に
よれば、到来する電波を反射する主反射鏡と、該主反射
鏡より反射された特定周波数領域の電波のみ透過し、残
りの周波数領域の電波を反射する副反射鏡と、該副反射
鏡を透過した電波のうちさらに特定周波数帯の電波を受
信する第１の受信部と、前記副反射鏡にて反射された電
波のうち特定周波数帯の電波を受信する第２の受信部と
から成り、前記副反射鏡は、双曲面を有するセラミック
スやガラスから成る絶縁基体と、前記双曲面上に被着さ
れ、前記特定周波数領域の電波のみを透過させることが
できる抜き窓を有する金属膜とから形成してアンテナ装
置を構成したことによって、電波を各受信部で受信する
までの反射回数を低減することができるとともに、２つ
の周波数領域の電波に分離する副反射鏡での乱反射が少
なく、また、屋外における使用においても、耐候性があ
り、温度による形状の変化が小さいため、電波損失が極
めて小さく、受信特性を大幅に向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアンテナ装置の一例を示す構成図
である。

【図２】図１の副反射鏡のみを示す図で、（ａ）はその
斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。

【図３】図１の副反射鏡における電波の分離状態を説明
するための模式図である。

【図４】副反射鏡に備える抜き窓の一例を示す平面図で
ある。

【図５】本発明に係るアンテナ装置の他の例を示す構成
図である。

【図６】本発明に係るアンテナ装置のさらに他の例を示
す構成図である。

【図７】従来のアンテナ装置の一例を示す構成図であ
る。

【図８】図７の反射板における電波の分離状態を説明す
るための模式図である。

【符号の説明】

１，２１：主反射鏡１ａ，２１ａ：反射面１ｂ，２
１ｂ：開口部２，２２：副反射鏡２ａ，２２ａ：反射面１２：絶
縁基体１３：双曲面１４：金属膜１５：抜き窓３，２３：第１の受信部４，２４：第２の受信部６：支柱２５：一次放射器
２６：集光レンズ２７：反射板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】到来する電波を反射する主反射鏡と、該主
反射鏡より反射された特定周波数領域の電波のみ透過
し、残りの周波数領域の電波を反射する副反射鏡と、該
副反射鏡を透過した電波のうちさらに特定周波数帯の電
波を受信する第１の受信部と、前記副反射鏡にて反射さ
れた電波のうち特定周波数帯の電波を受信する第２の受
信部とから成り、前記副反射鏡は、双曲面を有する絶縁
基体と、前記双曲面上に被着され、前記特定周波数領域
の電波のみを透過させることができる複数の抜き窓を有
する金属膜とから形成されていることを特徴とするアン
テナ装置。