JP2001339236A

JP2001339236A - 多周波数帯共用アンテナ

Info

Publication number: JP2001339236A
Application number: JP2000159786A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sato; 裕之佐藤; Yoshihiko Konishi; 善彦小西; Tomohiro Mizuno; 友宏水野; Izuru Naito; 出内藤; Shigeru Makino; 滋牧野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2001-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の周波数帯域によって通信を行う多周波
数帯共用アンテナにおいて、主反射鏡の焦点距離を小さ
くして構造をコンパクトにするとともに、一次放射器の
放射角度の小さい多周波数帯共用アンテナを得る。【解決手段】一次放射器２が放射する第１の周波数帯
の電波は周波数選択鏡面７を透過し、副反射鏡６で反射
され、さらに副反射鏡６に対向する主反射鏡５によって
反射されて放射される。一方、一次放射器３が放射する
第２の周波数帯の電波は周波数選択鏡面７の反射面によ
って反射され、さらに副反射鏡６、主反射鏡５で反射さ
れて放射される。一次放射器２及び一次放射器３は、い
ずれも主反射鏡５の焦点位置には配置しておらず、副反
射鏡６の焦点位置及び周波数選択鏡面７の焦点位置に配
置した。

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、通信等に用いら
れるアンテナであって、複数の周波数帯域によって通信
を行う多周波数帯共用アンテナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の多周波数帯共用アンテナの一例を
図６に示す。図６は本間他、“曲面形状の周波数選択鏡
面を用いた複反射鏡アンテナ”信学技報、ＡＰ９５−７
４、ｐｐ６７−７２、Ｏｃｔ．１９９５に示された従来
の多周波数帯共用アンテナの構成を示す構成図である。
図６において、１は反射面を放物面形状に形成した主反
射鏡、２は第１の周波数帯の電波を放射する一次放射
器、３は第２の周波数帯の電波を放射する一次放射器，
４は一次放射器２と一次放射器３との間に設け、反射面
を双曲面形状に形成した周波数選択鏡面である。一次放
射器２は周波数選択鏡面４の主反射鏡１側の焦点位置
に、一次放射器３は周波数選択鏡面４の主反射鏡１とは
反対側の焦点位置に配置してなる。

【０００３】周波数選択鏡面４は、２つの周波数帯の電
波が入射した場合、第１の周波数の電波は反射し、第２
の周波数の電波を透過する。即ち、一次放射器２が放射
する第１の周波数帯の電波は周波数選択鏡面４によっ
て、主反射鏡１へ反射される。一方、一次放射器３が放
射する第２の周波数帯の電波は周波数選択鏡面４を透過
して主反射鏡１へ放射される。このように、図６に示す
従来の多周波数帯共用アンテナは、第１の周波数帯にお
いては、周波数選択鏡面４を副反射鏡とするカセグレン
形式の複反射鏡アンテナとして動作し、第２の周波数帯
においては、主反射鏡１によるパラボラ形式の単一反射
鏡アンテナとして動作する。

【０００４】また、各一次放射器には、軸対称な放射パ
ターンを有するコルゲートホーンや複モードホーン等が
よく用いられ、それぞれコルゲートモードあるいは高次
モードを利用するために、それらの一次放射器の開口径
は、放射する電波の波長に比べてある程度大きいことが
要求される。そして、それぞれの周波数帯において、主
反射鏡１の開口面振幅分布のばらつきによる損失と、反
射鏡の漏れ電力（スピルオーバ）による損失の和が最小
となるように開口径が決定される。一般的には、一次放
射器から反射鏡の端部を見込む角度が大きくなるほど、
一次放射器の開口径を小さくする必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】主反射鏡１が非常に大
きくなる衛星通信地球局用アンテナなどでは、各反射鏡
を支持する構造物による機構的な制約から主反射鏡１の
焦点距離を小さくしてコンパクトな構造にしなければな
らない場合がある。このような場合、主反射鏡の焦点位
置から反射鏡の端部を見込む角度が大きくなり、この焦
点位置に配置する一次放射器は、損失を小さくするとい
う観点からその開口径を小さく設定する必要が生じる。
ここで、この一次放射器の開口径がその周波数帯の波長
に比べて十分に大きくできない場合には、上記のような
コルゲートホーンや複モードホーンをこの種のアンテナ
の放射器に適用できなくなるという問題点があった。

【０００６】また、上記のような従来の多周波数帯共用
アンテナにおいては、高能率化や低サイドローブ化等の
アンテナ特性の改善のために、主反射鏡と周波数選択鏡
面を例えば第１の周波数帯において鏡面修整する場合が
ある。この場合、第２の周波数帯においては、例えば主
反射鏡の開口面位相分布が一様とならずにアンテナ特性
を劣化させてしまうという問題点もあった。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、主反射鏡の焦点距離を小さ
くして構造をコンパクトにするとともに、一次放射器の
放射角度の小さい多周波数帯共用アンテナを得ることを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る多
周波数帯共用アンテナは、多周波数帯の電波を反射する
凹面形状の反射面を有する主反射鏡と、この主反射鏡に
対向して設け、放射器の電波放射を主反射鏡に反射する
凹面形状の反射面を有する副反射鏡と、第１の周波数帯
の電波を放射する第１の一次放射器と、この第１の一次
放射器に対向して設け、第２の周波数帯の電波を放射す
る第２の一次放射器と、上記第１の一次放射器と上記第
２の一次放射器との間に設け、上記第１の一次放射器の
電波放射を透過し、上記第２の一次放射器の電波放射を
反射して上記副反射鏡に放射する周波数選択鏡面とを備
えたものである。

【０００９】請求項２の発明に係る多周波数帯共用アン
テナは、請求項１の発明に係る多周波数帯共用アンテナ
において、上記主反射鏡は、その反射面を放物面状に形
成し、上記副反射鏡は、その反射面を楕円面状に形成
し、上記周波数選択鏡面は、その反射面を双曲面状に形
成したものである。

【００１０】請求項３の発明に係る多周波数帯共用アン
テナは、請求項１の発明に係る多周波数帯共用アンテナ
において、上記周波数選択鏡面は、上記第１の一次放射
器の開口面に配置したものである。

【００１１】請求項４の発明に係る多周波数帯共用アン
テナは、請求項１の発明に係る多周波数帯共用アンテナ
において、上記周波数選択鏡面は、概ね平面に形成した
ものである。

【００１２】請求項５の発明に係る多周波数帯共用アン
テナは、請求項１の発明に係る多周波数帯共用アンテナ
において、上記第１の一次放射器及び上記第２の一次放
射器は、上記第１の一次放射器の放射パターンと上記第
２の一次放射器が放射する電波の上記周波数選択鏡面に
よる反射波の放射パターンとが一致するように、それぞ
れの放射器の寸法を設定したものである。

【００１３】請求項６の発明に係る多周波数帯共用アン
テナは、請求項１の発明に係る多周波数帯共用アンテナ
において、上記主反射鏡及び上記副反射鏡のいずれか一
方、又は上記主反射鏡及び上記副反射鏡の両方を鏡面修
整したものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明の実施の
形態１に係る多周波数帯共用アンテナを図１によって説
明する。図１は実施の形態１に係る多周波数帯共用アン
テナの構成を示す構成図である。図１において、５は反
射面を凹面形状に形成した主反射鏡であり、６は主反射
鏡５に対向して設け、反射面を凹面形状に形成した副反
射鏡である。２は第１の周波数帯の電波を放射する第１
の一次放射器、３は一次放射器２に対向して設け、第２
の周波数帯の電波を放射する第２の一次放射器であり、
７は一次放射器２と一次放射器３との間に設けた周波数
選択鏡面である。図において、周波数選択鏡面７は反射
面を凸面形状に形成している。なお通常の各反射鏡形状
は、主反射鏡５は放物面形状に、副反射鏡６は楕円面形
状、周波数選択鏡面７は双曲面形状に概ね近似される曲
面形状に形成される。

【００１５】この実施の形態１の多周波数帯共用アンテ
ナの電波放射について説明する。一次放射器２が放射す
る第１の周波数帯の電波は周波数選択鏡面７を透過し、
副反射鏡６で反射され、さらに副反射鏡６に対向する主
反射鏡５によって反射されて放射される。一方、一次放
射器３が放射する第２の周波数帯の電波は周波数選択鏡
面７の反射面によって反射され、さらに副反射鏡６、主
反射鏡５で反射されて放射される。一次放射器２及び一
次放射器３は、いずれも主反射鏡５の焦点位置には配置
しておらず、副反射鏡６の焦点位置及び周波数選択鏡面
７の焦点位置に配置している。したがって、各一次放射
器から反射鏡面を見込む角度が主反射鏡５の開口径と焦
点距離とに直接依存しない構成となる。各一次放射器
は、主反射鏡５よりも開口径の小さい副反射鏡６の焦点
位置及び周波数選択鏡面７の焦点位置に配置しているの
で、各一次放射器から反射鏡面を見込む放射角度が小さ
く、従ってコルゲートホーンや複モードホーンを一次放
射器として適用することができる。なお、この多周波数
帯共用アンテナは、一次放射器２の周波数帯においては
グレゴリアン形式の複反射鏡アンテナとして動作し、一
次放射器３の周波数帯においてはグレゴリアン形式に周
波数選択鏡面７を追加した三枚反射鏡アンテナとして動
作する。

【００１６】また、従来の多周波数帯共用アンテナの周
波数選択鏡面４に比較して、本発明の実施の形態１に係
る多周波数帯共用アンテナの周波数選択鏡面７は開口径
を小さくできるので、周波数選択鏡面部分の小型化、軽
量化を図ることができ、製造容易性が向上する。

【００１７】実施の形態２．図２は、この発明の実施の
形態２に係る多周波数帯共用アンテナの構成を示す構成
図である。図において、８は一次放射器２の開口面に配
置した周波数選択鏡面である。この周波数選択鏡面８は
概双曲面の凸形形状の反射面を有しており、その焦点位
置には一次放射器２及び一次放射器３を配置する。その
他、図２において図１と同一符号を付した構成部品は図
１のそれと同一又は相当部分である。

【００１８】一般に各一次放射器の開口面には、防水や
気密などのために誘電体等からなる開口面保護材が設け
られる。そこで、本実施の形態２においては、副反射鏡
の焦点位置に配置する一次放射器２の開口面位置に周波
数選択鏡面８を配置し、これを上記開口面保護材と併用
する。したがって、本実施の形態２に係る周波数選択鏡
面８は上記開口面保護材としての機能と、第２の周波数
帯用の一次放射器３の電波放射を反射し、第１の周波数
帯用の一次放射器２の電波放射を透過する周波数選択鏡
面としての機能とを併せ持つ。

【００１９】本発明の実施の形態２に係る多周波数帯用
アンテナは上記のように構成されるため、実施の形態１
に係る多周波数帯共用アンテナが有する効果に加えて、
アンテナ内の電波の伝播経路中に配置する周波数選択鏡
面８を支持するための構造部材が不要となり利得低下や
広角での放射特性の劣化を避けることが出来る。

【００２０】実施の形態３．図３は、この発明の実施の
形態３に係る多周波数帯共用アンテナの構成を示す構成
図である。図において、９は一次放射器２と一次放射器
３との間の概中央に配置した周波数選択鏡面であり、こ
の周波数選択鏡面９の形状は概ね平面としている。その
他、図３において図１と同一符号を付した構成部品は図
１のそれと同一又は相当部分である。

【００２１】上記の周波数選択鏡面９は、一次放射器２
と一次放射器３との間の概中央に配置するので、周波数
選択鏡面９の形状を概ね平面とすることができるので、
製造が容易となる。

【００２２】実施の形態４．この発明の実施の形態４に
係る多周波数帯共用アンテナについて図４及び図５によ
り説明する。図４は一次放射器の放射界の模式図、図５
は一次放射器の反射鏡による鏡像を示す模式図である。
なお、この実施の形態４に係る多周波数帯共用アンテナ
の構成は、実施の形態１乃至実施の形態３において説明
した構成に、以下に説明する構成を具備する。

【００２３】本実施の形態４に係る多周波数帯共用アン
テナにおいては、第１の周波数帯用の一次放射器２の放
射特性に関するパラメータｔ及びｕと、第２の周波数帯
用の一次放射器３の周波数選択鏡面７によるイメージホ
ーンの放射特性に関するパラメータｔ及びｕとが一致す
るように一次放射器２及び一次放射器３の寸法を与え
る。

【００２４】以下に、パラメータｔ及びｕ、一次放射器
として用いるホーンアンテナの放射界について説明す
る。図４に示す座標系において、任意の点Ｐにおけるホ
ーンアンテナによる一次放射器３の放射界Ｅは、以下の
とおり、ホーンアンテナの開口径Ｄ、長さＬ、開口面中
心から任意点Ｐまでの距離ｒ、任意点Ｐの方向θ、及び
使用波長λから決まるパラメータｔ、ｕの関数として表
すことができる。

【数１】

【数２】

【数３】ただし、Ｅ_aはホーンアンテナ開口面上の励振モードに
応じた電界分布である。したがって、異なる諸元を有す
るホーンアンテナでも上記放射特性に関するパラメータ
ｔ、ｕが等しければ、それぞれの放射パターンの形状を
一致させることができる。

【００２５】次にイメージホーンについて図５により説
明する。ホーンアンテナの反射鏡による鏡像をイメージ
ホーンと称する。このイメージホーンの導出にあたり、
まず図５（ａ）に示す実際の鏡面系の周波数選択鏡面７
を図５（ｂ）に示すように等価レンズ１０に置き換えた
系について考える。この等価レンズ１０は、直径が周波
数選択鏡面７と等しく、第２の周波数帯用の一次放射器
３の開口面と等価レンズ１０の中心までの距離が元の系
における一次放射器３の開口面と周波数選択鏡面７の頂
点までの距離と等しくなるように与える。

【００２６】等価レンズ１０の焦点距離ｆは周波数選択
鏡面７に入射する波面の曲率半径をＲ₁、反射する波面
の曲率半径をＲ₂として次のように定義する。

【数４】ただし、鏡面上の頂点をＭ₀とするとき、各曲率半径
Ｒ₁、Ｒ₂は、Ｍ₀に入射あるいはＭ₀から反射した光線の
進行方向に焦点Ｆ₁、Ｆ₂がある場合は−、逆の場合は＋
の符号を持つ。

【００２７】このようにして、周波数選択鏡面７を等価
レンズ１０に置き換えた場合、第２の周波数帯用の一次
放射器３の開口面から等価レンズ１０の中心までの距離
をａ、開口径をＤ、長さをＬとし、イメージホーン１１
の開口面から等価レンズ１０の中心までの距離ａ’、開
口径をＤ’、長さをＬ’とすると、第２の周波数帯用の
一次放射器３とイメージホーン１１には以下の関係があ
る。

【数５】

【数６】

【数７】以上の数式により、第２の周波数帯用の一次放射器３に
よる周波数選択鏡面７の放射特性を与えるイメージホー
ン１１の寸法が求められる。このようにして与えられた
イメージホーン１１の放射パターンは、第２の周波数帯
用の一次放射器３から放射された電波による周波数選択
鏡面７の反射波の放射パターンと一致する。

【００２８】したがって、第１の周波数帯用の一次放射
器２の放射特性に関するパラメータｔ、ｕと、第２の周
波数帯用の一次放射器３の周波数選択鏡面７によるイメ
ージホーン１１の放射特性に関するパラメータｔ、ｕと
が一致するようにイメージホーン１１の寸法を設定し、
上記の数式の関係に基づいて第２の周波数帯用の一次放
射器３の寸法を設定すれば、一次放射器２の放射パター
ンの形状と一次放射器３から放射された電波による周波
数選択鏡面７の反射波の放射パターンの形状とを一致さ
せることができる。

【００２９】本発明の実施の形態４に係る多周波数帯共
用アンテナは、上記のように構成されるので、実施の形
態１乃至実施の形態３に係る多周波数帯共用アンテナが
有する効果に加えて、いずれの周波数帯においても放射
パターンの形状を一致させることができる。

【００３０】実施の形態５．この発明の実施の形態５に
おいては、実施の形態１乃至実施の形態４において説明
した多周波数帯共用アンテナの主反射鏡と副反射鏡を鏡
面修整することにより、アンテナの放射特性を改善す
る。

【００３１】鏡面修整された主反射鏡５と鏡面修整され
た副反射鏡６は、高能率化や低サイドローブ化等を実現
する主反射鏡５の開口面分布と第１の周波数帯用の一次
放射器２の一次放射パターンとに基づいて鏡面修整した
形状とする。この結果、第１及び第２の両周波数帯にお
いて、アンテナの放射特性における高能率化や低サイド
ローブ化が図れる。ここで、鏡面修整された主反射鏡５
と鏡面修整された副反射鏡６は、所望の主反射鏡５の開
口面分布と第１の周波数帯用の一次放射器２の一次放射
パターンとに基づいて鏡面修整した形状としたが、所望
の主反射鏡の開口面分布と第２の周波数帯用の一次放射
器３から放射された電波による周波数選択鏡面７の反射
波の放射パターンとに基づいて鏡面修整した形状として
も、同様にアンテナの放射特性における高能率化や低サ
イドローブ化が図れる。

【００３２】

【発明の効果】この発明の請求項１乃至請求項６に係る
発明は、第１の一次放射器と第２の一次放射器との間に
周波数選択鏡面を設け、この周波数選択鏡面により第１
の一次放射器の電波放射を透過し、第２の一次放射器の
電波放射を反射して副反射鏡へ放射するので、一次放射
器の放射角度を副反射鏡の開口径とその焦点位置により
決まる見込み角に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る多周波数帯共
用アンテナの構成を示す構成図である。

【図２】この発明の実施の形態２に係る多周波数帯共
用アンテナの構成を示す構成図である。

【図３】この発明の実施の形態３に係る多周波数帯共
用アンテナの構成を示す構成図である。

【図４】この発明の実施の形態４に係る一次放射器の
放射界の模式図である。

【図５】この発明の実施の形態４に係る一次放射器の
反射鏡による鏡像を示す模式図である。

【図６】従来の多周波数帯共用アンテナの構成を示す
構成図である。

【符号の説明】

２第１の一次放射器３第２の一次放射器５主反射鏡６副反射鏡７、８、９周波数選択鏡面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者水野友宏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 (72)発明者牧野滋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 AA06 BA09 BA18 BC03 BC06 DA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多周波数帯の電波を反射する凹面形状の
反射面を有する主反射鏡と、この主反射鏡に対向して設
け、放射器の電波放射を主反射鏡に反射する凹面形状の
反射面を有する副反射鏡と、第１の周波数帯の電波を放
射する第１の一次放射器と、この第１の一次放射器に対
向して設け、第２の周波数帯の電波を放射する第２の一
次放射器と、上記第１の一次放射器と上記第２の一次放
射器との間に設け、上記第１の一次放射器の電波放射を
透過し、上記第２の一次放射器の電波放射を反射して上
記副反射鏡に放射する周波数選択鏡面とを備えたことを
特徴とする多周波数帯共用アンテナ。
【請求項２】上記主反射鏡は、その反射面を放物面状
に形成し、上記副反射鏡は、その反射面を楕円面状に形
成し、上記周波数選択鏡面は、その反射面を双曲面状に
形成したことを特徴とする請求項１に記載の多周波数帯
共用アンテナ。
【請求項３】上記周波数選択鏡面は、上記第１の一次
放射器の開口面に配置したことを特徴とする請求項１に
記載の多周波数帯共用アンテナ。
【請求項４】上記周波数選択鏡面は、概ね平面に形成
したことを特徴とする請求項１に記載の多周波数帯共用
アンテナ。
【請求項５】上記第１の一次放射器及び上記第２の一
次放射器は、上記第１の一次放射器の放射パターンと上
記第２の一次放射器が放射する電波の上記周波数選択鏡
面による反射波の放射パターンとが一致するように、そ
れぞれの放射器の寸法を設定したことを特徴とする請求
項１に記載の多周波数帯用アンテナ。
【請求項６】上記主反射鏡及び上記副反射鏡のいずれ
か一方、又は上記主反射鏡及び上記副反射鏡の両方を鏡
面修整したことを特徴とする請求項１に記載の多周波数
帯共用アンテナ。