JP2684902B2 - アンテナ装置および給電部 - Google Patents
アンテナ装置および給電部Info
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Description
に電波を進行させる給電形式のアンテナ装置に関するも
のである。
報通信学会技術研究報告A・P−91−2に掲載された
直交2偏波共用アンテナの正面図と断面図である。図に
おいて18は給電点位置、19はX軸方向偏波のスロッ
ト、20はY軸方向偏波のスロット、21は上記スロッ
ト19、20が並んだ平板導体、22は平板導体21の
下に平行に置かれた平板導体、23はX軸方向偏波のス
ロット19を給電する導波管、24はY軸方向偏波のス
ロット20を給電する導波管、25は導波管23と平板
導体22の間に設けられた給電用結合スロット、26は
導波管24と平板導体22の間に設けられた給電用結合
スロット、27は図2bの断面の位置を示す直線、28
は座標軸、29は導波管23より給電された電波の進行
方向である。
8より給電され、導波管23の中を進行する電波は途中
にある給電用結合スロット25を励振する。給電用結合
スロット25は導波管23の管内波長の間隔で並んでい
るので、皆同相で励振される。一方、各平板導体21、
22の間隔は十分小さくしてあるので、上記の給電用結
合スロット25で励振された電波は平板導体21、22
の間をX軸の±方向へTEM波で伝搬し、X軸方向偏波
のスロット19を励振する。これにより図2のアンテナ
装置はX軸方向偏波を放射する。このとき給電用結合ス
ロット25で励振された電波がX軸の±方向のみに伝搬
するならY軸方向偏波のスロット20は励振されない。
の中を進行する電波は上述の過程と同じように給電用結
合スロット26を励振し、給電用結合スロット26で励
振された電波は平板導体21、22の間をY軸の±方向
へTEM波で伝搬して、Y軸方向偏波のスロット20を
励振する。これにより図2のアンテナ装置はY軸方向偏
波も放射し得る。なお導波管23と導波管24の給電点
の位置18は図2の中では同じ場所だが両者の給電点は
別個のものである。
アンテナは以上のように構成されていた。しかしこの形
式のアンテナ装置では複数の給電用結合スロット25、
26を介して給電するので、平板導体21、22の間に
完全な平面波を伝搬させることが難しく、そのためスロ
ット19、20に任意の分布をつけることや直交偏波間
のアイソレーションをとるのが難しいという問題があ
り、また送受信の偏波も2つに限られていた。
ためになされたもので、放射口の励振分布が意図したと
おりに付けやすく、また、直交2偏波間のアイソレーシ
ョンが改善されかつ、任意の偏波を送受信できるアンテ
ナ装置を得ることを目的としており、さらにビーム方向
の周波数特性のより小さいアンテナ装置、物理的面積の
より小さいアンテナ装置、折り曲げ部分をより少なくす
る給電部、ブロッキングがなく同時に複数の放射部を給
電できる給電部を得ることを目的としている。
装置は、2枚の平行平板導体の一方に偏波の直交した複
数の放射口を設けた放射部、及び平行平板導体内で励振
した部分円筒波をその位相中心を焦点とした放物線上の
反射壁で反射させることにより平行平板導体の間に平面
波を伝搬させる給電部を備えたアンテナ装置において、
上記偏波の直交した複数の放射口をそれぞれの方向で1
波長間隔で配置し、上記給電部を2組用い、それぞれの
給電部を上記平行平板導体の隣り合う2つの辺にそれぞ
れ設け、上記放射部に直交する2つの平面波を伝搬さ
せ、かつ上記直交する2つの平面波の振幅、位相を調整
する偏波制御機構を設けて構成したものである。
めには、放射部を挟んで互いに対向するように給電部を
設置し、放射部に進行方向が逆で同一偏波、同一周波数
の2つの平面波を伝搬させる。
さくするためには給電部を、放射部と給電部の境目で放
射部の地導体側に折り込みかつ、上記給電部が上記放射
部からはみ出す部分を放射部と反対側に折り込む。
るためには、2枚の平行平板導体間に円筒波の励振波
源、及び上記励振波源の位相中心を中心とする半径
(0.5n+0.25)λの半円筒反射壁(n:正整
数、λ:給電部内の波長)を設け、さらに上記励振波源
を挟んで上記半円筒反射壁の反対側に、上記励振波源の
位相中心を焦点とする放物線上の反射壁を設置すること
により給電部を構成する。
ぎ、また複数の放射部に給電するには、上中下3層の平
行平板導波路の下層平行平板導波路内に円筒波の励振波
源を設け、また上記中下2層の平行平板導波路は、上記
励振波源の位相中心を焦点として互いに対向する2つの
放物線上で接続し、また上記上中2層の平行平板導波路
は上記2つの放物線が交わる点を結ぶ直線上に仕切りを
設けて接続し、また上記のすべての接続部分には平面波
が反射せずに次の層に進行できるように傾いた反射壁を
設けることにより給電部を構成する。
平板導体内で励振した部分円筒波をその位相中心を焦点
とした放物線上の反射壁で反射させることにより平行平
板導体の間に平面波を伝搬させる給電部2組を用いて、
偏波の直交した複数の放射口を片方の面に設けた平行平
板導体間に、直交したより完全な平面波を伝搬させるの
で、放射口の励振分布が意図したとおりに付けやすく、
直交2偏波間のアイソレーションも改善され、また直交
する2つの平面波の振幅、位相を調整するので、1台の
アンテナ装置で任意の偏波面の直線偏波、右旋または左
旋の円偏波、楕円偏波などの任意の複数の偏波を送受信
できる。
に給電部を設置することにより進行方向が逆の2つの平
面波を放射部に伝搬させて、給電部内に定在波を励振さ
せる。これにより周波数が変化した場合の各放射口の励
振位相ずれを相殺し、ビーム方向の周波数特性を無くす
ことができる。
放射部の地導体側に折り込みかつ、上記給電部が上記放
射部からはみ出す部分を放射部と反対側に折り込むこと
により、アンテナ装置の物理的面積を小さくすることが
できる。
振波源、及び上記励振波源の位相中心を中心とする半径
(0.5n+0.25)λの半円筒反射壁(n:正数、
λ:給電部内の波長)を設け、さらに上記励振波源を挟
んで上記半円筒反射壁の反対側に、上記励振波源の位相
中心を焦点とする放物線上の反射壁を設置することによ
り給電部を構成すれば、折り込むところは放射部と給電
部の境目だけですむので、より折り曲げの回数を少なく
して放射部に給電することができる。
平行平板導波路内に円筒波の励振波源を設け、中下2層
の平行平板導波路は、励振波源の位相中心を焦点として
互いに対向する2つの放物線上で接続し、また上中2層
の平行平板導波路は上記2つの放物線が交わる点を結ぶ
直線上に仕切りを設けて接続し、また上記のすべての接
続部分には平面波が反射せずに次の層に進行できるよう
に傾いた反射壁を設けて構成した給電部により、励振波
源より出た円筒波は下層から中層に進行する際に平面波
となり、上層へは向きが逆の2つの平面波として進行
し、また途中障害物もないので、給電部におけるブロッ
キングなしに複数の放射部に給電できる。
ついて説明する。図1において、1は円筒波の位相中
心、2は円筒波を放射するH面ホーン等の一次放射器、
3は円筒波の位相中心1を焦点とする放物線上にある反
射壁、4は座標系、5は座標系4のX軸方向に平面波を
放射する給電部、6は座標系4のY軸方向に平面波を放
射する給電部、7は座標系4のX軸方向に、1波長(放
射部9内での管内波長)間隔で並ぶY軸方向に細長いス
ロット、8は座標系4のY軸方向に、1波長(放射部9
内での管内波長)間隔で並ぶX軸方向に細長いスロッ
ト、9は放射部、10は放射側の平板導体、11は放射
側でない方の平板導体、12は放射部9の端に沿って設
けられた電波吸収体、13は給電部5より放射した平面
波の進行方向、14は給電部5と給電部6への給電振
幅、位相を調整する偏波制御機構、15は給電部6より
放射した平面波の進行方向、16は給電部5と放射部9
の境目、17は給電部6と放射部9の境目である。
給電すると電波は給電部5の一次放射器2から円筒波と
なって放射され、位相中心1を焦点とする放物線上にあ
る反射壁3で反射されて放射部9に進行する。このとき
境目16上ではどの点でも位相中心1からの行路長が一
致するのでこれから先は平面波となる。平面波はY軸方
向に細長いスロット7のみを励振して減衰しながら放射
部9内をX軸方向に進行し、最後に電波吸収体12に吸
収される。スロット7はX軸方向の偏波を放射し、かつ
1波長ごとにならんでいるので励振位相が一致して、正
面(Z軸)方向に、X軸方向の直線偏波を放射する。
給電したときと同じ原理で、平面波が放射部9内をY軸
方向に進行する。この平面波は、X軸方向に細長いスロ
ット8のみを励振し、結果として正面(Z軸)方向に、
Y軸方向の直線偏波が放射される。
した2つの直線偏波が放射される。この2つの直線偏波
の振幅、位相を偏波制御機構14により調整すれば任意
の偏波で送受信できる。
いに同相もしくは逆相とし、両偏波の振幅を調整すれ
ば、任意の偏波面の直線偏波を送受信できる。
じにし、互いの位相に±90゜の位相差を与えれば円偏
波を送受信できる。
相を共に調整すれば、任意の楕円偏波を送受信できる。
とにより、本発明のアンテナ装置1つで複数の偏波を送
受信できる。
去り、代わりに給電部を2個加えた場合の正面図であ
る。図3で30は給電部5とは進行方向が逆になる平面
波を放射する給電部、31は給電部6とは進行方向が逆
になる平面波を放射する給電部である。また図4は図3
の断面図であり、aはスロット7の間隔が1波長となる
場合、bはaより周波数が低くなってスロット7の間隔
が1波長以下となった場合である。図4において32は
給電部30から放射した平面波の進行方向を示す矢印、
33は給電部5から進行する平面波によって励振される
各スロット7の電界ベクトル、34は給電部30から進
行する平面波によって励振される各スロット7の電界ベ
クトル、35は電界ベクトル33と34の和ベクトル、
すなわち各スロット7の全励振電界ベクトル、36はあ
る瞬間における給電部5から進行する平面波による電流
分布、37は電流分布36と同じ瞬間における給電部3
0から進行する平面波による電流分布である。
うにスロット7の間隔が1波長となるとき、各スロット
7は給電部5、30のどちらからくる平面波によっても
同相で励振される。したがって給電部は必ずしも2つ必
要とはしない。
間隔が1波長以下となった場合、図4bから明らかなよ
うに各スロット7の励振位相は平面波の進行方向に向か
って少しずつ進む。もし給電が給電部5もしくは、30
の一方だけで行われるならこの励振位相差によりビーム
方向は正面からずれてしまう。しかし両方から給電すれ
ば、給電方向が反対なことから励振位相差が相殺され、
かつ励振振幅位相の分布が対称となるためビーム方向は
正面から動かない。給電部6、31による給電について
も全く同じである。以上のように進行方向が互いに逆の
平面波を放射部9に進行させることにより周波数変化に
よるビーム方向変化を防げる。
装置において平行平板導体を給電部5、6、30、31
と放射部9の境目で折り畳んだ場合の正面図、図6は図
5の直線38における断面図である。
本実施例は平行平板導体を給電部5、6、30、31と
放射部9の境目で折り畳んだものである。折り目に当た
る部分は図6の斜線部のように反射壁が設けてあり電波
が不要な反射を起こさずに放射部9に進行するようにな
っている。電波の行路長は変わらないため後の動作は実
施例2と同じである。
利得を得るためには放射部9を大きくすれば良いがそれ
につれて給電部5、6、30、31も大きくなり、必要
利得を満たしてかつなるべく小さいアンテナ装置が必要
な場合には不利になる。さらにまた、実施例2のアンテ
ナ装置においてはビーム方向の周波数特性は防げるが、
図4b全励振電界ベクトルの合計は図4aのそれより大
きさが小さくなることから周波数変化によって利得の低
下を生じる。この利得の低下は放射部9が大きいほど顕
著になる。利得の低下を抑えつつ利得を増加するにはア
ンテナ装置を多数組み合わせてアレー化すればよいが実
施例2のアンテナ装置では給電部の存在によりアレー開
口が必要以上に大きくなる。
施例2より物理的面積が小さい利点を有する。さらに物
理的面積は放射部9のみであるからアレー化してもアレ
ー開口は最小の大きさで済み無駄を生じない。
ンテナ装置の給電部をより折り曲げの少ない給電部にし
た場合のXY面の断面図、及びZX面の断面図である。
39は円筒波の励振波源、40は励振波源39を中心と
する半径(0.5n+0.25)×波長の半円筒反射
壁、41は励振波源39を挟んで上記半円筒反射壁40
の反対側に設置された励振波源39を焦点とした放物線
上の反射壁、42は放射部9と給電部の折り目にある傾
いた反射壁、43は図7bの断面を示す直線、44は励
振波源39で励振された電波の進行方向を示す印であ
る。
で励振された円筒波のうち半円筒反射壁40で反射され
たものは、励振波源39の方へ戻り、反対側に設置され
た放物線上の反射壁41へ進むが、反円筒反射壁40の
半径は(0.5n+0.25)×波長であるため、励振
波源39から直接、放物線上の反射壁41へ進んだ電波
と位相が一致する。このため励振波源39で励振された
円筒波のほとんどは放物線上の反射壁41で反射された
後、放射部9と給電部の折り目にある傾いた反射壁で反
射されて放射部へ進行する。放射部へ進行する時点でY
軸方向に位相面が揃っていることは実施例1と同じであ
る。
折り曲げの回数が少なくて済むという利点を持つ。
が、これを放射部9の四隅に配置できることはいうまで
もない。また四隅の給電部を折り曲げて重なる場合には
実施例3のように多層に重ねればよい。
のアンテナ装置の給電部を、励振波源を焦点とした放物
線上にある傾いた反射壁を上下2段に組み合わせること
により、給電部におけるブロッキングを防ぐ構造にした
場合のZX面の断面図、及び図8の直線47、48にお
けるXY面での断面図である。なお複数の放射部を給電
している。図8で45は励振波源39を焦点とした放物
線上にある傾いた反射壁で、図のように上下2段に組み
合わせてある。46は放射部と給電部の折り目にある傾
いた反射壁、47、48は断面図図9、図10の断面を
表わす直線、49は励振波源39で励振された電波の進
行方向を示す印、50は隣り合う放射部の境目である。
で励振された円筒波は図9のように励振波源39を焦点
とする放物線上の反射壁45で反射され、そこから図1
0の層に進行する。電波が図10を進行する時点ではす
でにY軸方向に位相が揃っている。電波はさらに放射部
と給電部の折り目にある傾いた反射壁46で反射され放
射部に進行する。後の動作は実施例2と同じである。
よるブロッキングが無いため、より効率良く励振波源3
9から放射部に給電できる。また、1つの給電点で2つ
の放射部を給電するのでアレーアンテナ時には大変有利
である。
と、また四隅の給電部が重なる場合には実施例3のよう
に多層に重ねればよいことは実施例4と同じである。
ンテナ装置として述べたが、偏波面を変化させる必要が
生じた場合、本発明はアンテナを物理的に動かすことな
く、偏波制御機構14による調整だけで偏波面を変化さ
せられるという利点を持つ。
通信において、時分割で偏波が変化する場合は、TDM
Aで送られてくる信号に同期させて偏波制御機構14で
偏波を調整する。
て偏波が変化するようなときにも偏波制御機構14で偏
波を調整することにより良好な通信状態を保てる。
ンテナやトリプレート線路、マイクロストリップ線路を
用いて構成した同様の機能を持つアンテナ装置に比べ
て、給電系がはるかに簡単な構造で製作しやすくかつ損
失が少ないという利点を有する。
ているので以下に記載されるような効果を奏する。
の位相中心を焦点とした放物線上の反射壁で反射させる
ことにより平行平板導体の間に平面波を伝搬させる給電
部2組を用いて、偏波の直交した複数の放射口を片方の
面に設けた平行平板導体間に、直交したより完全な平面
波を伝搬させるので、放射口の励振分布が意図した通り
に付けやすく、直交2偏波間のアイソレーションが改善
され、また2つの直交した平面波の振幅、位相を調整す
る偏波制御機構を設けたので、偏波面の直交した2つの
直線偏波の振幅と位相を調整できるため、1台のアンテ
ナ装置で任意の偏波面の直線偏波、右旋または左旋の円
偏波、楕円偏波などの任意の複数の偏波を送受信でき
る。
に給電部を設置することにより、放射部に進行方向が逆
になる2つの平面波を伝搬させて放射部内に定在波を励
振し、周波数が変化したときのビーム方向の変動を防ぐ
ことができる。
射部の地導体側に折り込みかつ、上記給電部が上記放射
部からはみ出す部分を放射部と反対側に折り込むことに
よりアンテナ装置の物理的な面積を小さくできる。
と、放物線上の反射壁を用いて給電部を構成することに
より折り曲げの回数を少なくして放射部に給電すること
ができる。
した放物線上に設けた傾いた反射壁を上下2段に組み合
わせる給電部を用いることにより、給電部におけるブロ
ッキングを防ぎ、また複数の放射部に給電できる。
図である。
図である。
振電界ベクトルの様子を示す図である。
図である。
図である。
図である。
図である。
図である。
面図である。
調整する偏波制御機構 15 給電部6より給電した平面波の進行方向 16 給電部5と放射部9の境目 17 給電部6と放射部9の境目 18 給電位置 19 X軸方向偏波のスロット 20 Y軸方向偏波のスロット 21 平板導体 22 平板導体21の下に平行に置かれた平板導体 23 X軸方向偏波のスロット19を給電する導波管 24 Y軸方向偏波のスロット20を給電する導波管 25 給電用結合スロット 26 給電用結合スロット 27 図2bの断面の位置を示す直線 28 座標軸 29 導波管23より給電された電波の進行方向 30 給電部 31 給電部 32 平面波の進行方向を示す矢印 33 給電部5によって励振されるスロット7の電界ベ
クトル 34 給電部30によって励振されるスロット7の電界
ベクトル 35 スロット7の全励振電界ベクトル 36 ある瞬間における給電部5による電流分布 37 電流分布36と同じ瞬間における給電部30によ
る電流分布 38 図6の断面を示す直線 39 円筒波の励振波源 40 半円筒反射壁 41 放物線上の反射壁 42 放射部9と給電部の折り目にある傾いた反射壁 43 図7bの断面を示す直線 44 励振波源39で励振された電波の進行方向を示す
印 45 放物線上にある傾いた反射壁 46 放射部と給電部の折り目にある傾いた反射壁 47 図9の断面を示す直線 48 図10の断面を示す直線 49 励振波源39で励振された電波の進行方向を示す
印 50 隣り合う放射部の境目である
Claims (5)
- 【請求項1】 2枚の平行平板導体の一方に偏波の直交
した複数の放射口を設けた放射部、及び平行平板導体内
で励振した部分円筒波を上記部分円筒波の位相中心を焦
点とした放物線上の反射壁で反射させることにより上記
平行平板導体の間に平面波を伝搬させる給電部を備えた
アンテナ装置において、上記偏波の直交した複数の放射
口をそれぞれの方向で1波長間隔で配置し、上記給電部
を2組用い、それぞれの給電部を上記平行平板導体の隣
り合う2つの辺にそれぞれ設け、上記放射部に直交する
2つの平面波を伝搬させ、かつ上記直交する2つの平面
波の振幅、位相を調整する偏波制御機構を設けて構成し
たことを特徴とするアンテナ装置。 - 【請求項2】 2枚の平行平板導体の一方に放射口を設
けた放射部、及び上記放射部に接続して上記放射部内に
電磁波を伝搬させる複数の給電部を備えたアンテナ装置
において、上記給電部を2つ組にし、上記放射部を挟ん
で互いに対向するように設置し、進行方向が逆でかつ同
一偏波、同一周波数の2つの平面波を伝搬させ、上記放
射部内で定在波がたつように構成したことを特徴とする
アンテナ装置。 - 【請求項3】 2枚の平行平板導体の一方に放射口を設
けた放射部を備え、平行平板導体内で励振した部分円筒
波を上記部分円筒波の位相中心を焦点とした放物線上の
反射壁で反射させることにより上記平行平板導体の間に
平面波を伝搬させる給電部を上記放射部に接続したアン
テナ装置において、上記給電部を、上記放射部と上記給
電部の境目で上記平行平板導体の地導体側に折り込みか
つ、上記給電部が上記放射部からはみ出す部分を放射部
と反対側に折りこんで構成したことを特徴とするアンテ
ナ装置。 - 【請求項4】 2枚の平行平板導体間に円筒波の励振波
源、および上記励振波源の位相中心を中心とする半径
(0.5n+0.25)λの半円筒反射壁(n:正整
数、λ:給電部内の波長)を設け、さらに上記励振波源
を挟んで上記半円筒反射壁の反対側に、上記励振波源の
位相中心を焦点とする放物線上の反射壁を設置し、上記
平行平板導体間に平面波を伝搬させることを特徴とする
給電部。 - 【請求項5】 上中下3層の平行平板導波路の下層平行
平板導波路内に円筒波の励振波源を設け、また上記中下
2層の平行平板導波路は、上記励振波源の位相中心を焦
点として互いに対向する2つの放物線上で接続し、また
上記上中2層の平行平板導波路は上記2つの放物線が交
わる点を結ぶ直線上に仕切りを設けて接続し、また上記
のすべての接続部分には平面波が反射せずに次の層に進
行できるように傾いた反射壁を設けることにより、上記
上層平行平板導波路に2つの向きの異なる平面波を伝搬
させることを特徴とする給電部。
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---|---|---|---|
JP3291361A JP2684902B2 (ja) | 1991-11-07 | 1991-11-07 | アンテナ装置および給電部 |
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JPH05129832A JPH05129832A (ja) | 1993-05-25 |
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JP3291361A Expired - Lifetime JP2684902B2 (ja) | 1991-11-07 | 1991-11-07 | アンテナ装置および給電部 |
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1991
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