JP3304019B2

JP3304019B2 - アレーアンテナ、それを備えた受信装置およびアレーアンテナにおける指向特性決定方法

Info

Publication number: JP3304019B2
Application number: JP10115794A
Authority: JP
Inventors: 稔啓中山; 徹山田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-05-16
Filing date: 1994-05-16
Publication date: 2002-07-22
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: JPH07307609A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ある特定の方向からの
電波の受信電力を小さくすることが可能なアレーアンテ
ナとそれを備えた受信装置または送受信装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、通信衛星と通信を行う受信装置ま
たは送受信装置に使われているアンテナには、パラボラ
型のアンテナやカセグレン型のアンテナ等の放物面を有
するものと、複数のアンテナ素子を備えて各アンテナ素
子に対する給電振幅を変化させるアレーアンテナとがあ
る。

【０００３】図２に、主反射鏡に放物面を用いたカセグ
レンアンテナの外観図を示し、図３（ａ）および図３
（ｂ）に給電振幅を変化させるアレーアンテナの構成図
を示す。

【０００４】図２において、カセグレンアンテナ２００
は、主反射鏡１９、電波を放射しまたは電波を受信する
給電ホーン２２、副反射鏡２０、および、副反射鏡を固
定するための支持部材２１を備える。図２においては、
主反射鏡１９に放物面、副反射鏡２０に双曲面を用いて
いる。

【０００５】図２で示されるカセグレンアンテナ２００
は、通信衛星からの電波を受信する場合、主反射鏡２１
で反射され副反射鏡２３に集められる電波は、副反射鏡
２３を支えるための支持部材２４によりその一部を遮ら
れるために、サイドローブピーク値が大きくなり、サイ
ドローブ特性が悪くなる。このサイドローブ特性によ
り、隣接位置にある通信衛星に対して電波干渉を与えた
り、または、このアンテナを有する地球局自体が隣接位
置にある通信衛星からの電波干渉を受けてしまう。この
電波干渉を避けるために、図２で示されるアンテナは、
主反射鏡２１の開口面分布を、副反射鏡２３と、その副
反射鏡２３を支える支持部材２４とによるブロッキング
の影響を考慮に入れて、サイドローブピーク値が小さく
するように最適化を掛けたものとし、開口面分布を不均
一なものとしている。従って、このサイドローブ特性を
改善すべく、副反射鏡２３および副反射鏡２３を支える
支持部材２４の影響を最初から考慮にいれて、振幅、位
相の開口面分布を均一分布から最適化をかけた不均一分
布にしている。

【０００６】また、図３（ａ）および図３（ｂ）におい
て、３１は誘電体基板、３２は、パッチアンテナなどの
アンテナ素子、３３は、アンテナ素子に給電するための
給電線路、３４は、不等分配器であり、あらかじめ定め
られた比率で電力を分配する。３５は、等分配器であ
り、各アンテナ素子群に電力を分配する。３００は、送
受信機であり、アンテナ素子に対して給電するとともに
アンテナ素子で受けた信号を受信する。図３（ａ）また
は図３（ｂ）で示されるアレーアンテナでは、全素子に
対する給電振幅、給電位相を均一にして給電を行うと、
パラボラ型のアンテナと同様にサイドローブ特性が悪く
なり、隣接位置にある通信衛星から受ける電波干渉、お
よび、隣接位置にある衛星に与える電波干渉が大きくな
る。従って、隣接位置にある通信衛星から受ける電波干
渉、および、隣接位置にある通信衛星に与える電波干渉
を小さくするために、図３（ｂ）で示されるように各ア
ンテナ素子に対する給電振幅を不等分配器３４を組み合
わせることによってアンテナ素子に対する給電振幅を中
心のアンテナ素子から、外側のアンテナ素子に向かって
徐々に小さくなるようにしていく。この方法によれば、
アレーアンテナのサイドローブ特性が改善され、隣接衛
星から受ける電波干渉、または、隣接衛星に与える電波
干渉を小さくすることができる。

【０００７】このように図２および図３（ａ）に示すよ
うな構成で給電を行った場合のアンテナの指向特性を表
す概念図を図６に示す。図６において、６１はアンテナ
を備えた送受信機が通信を行おうとする目的の通信衛
星、６２は、通信を行なわうない目的外の通信衛星であ
り、通信衛星６１の隣接位置にある通信衛星である。６
３はアンテナ開口面、６４はアンテナの放射できるまた
は受信できる電波の強度を示した指向特性を示す。従来
の技術を用いた場合、図６から分かるように隣接位置に
ある通信衛星６２の方向に出す電波の強度、または、隣
接衛星６２から受ける電波の強度を小さくするために、
指向特性のサイドローブ全体を小さくするように給電を
行っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した図２で示され
るアンテナは、前述したように、主反射鏡２１に対して
ビームを給電する給電ホーン２２と副反射鏡２３とを主
反射鏡２１の前面に置く構造により、主反射鏡２１から
のビームの一部をブロックするという問題がある。その
ため、主反射鏡２１の開口面分布を、副反射鏡２３とそ
の副反射鏡２３を支える支持部材２４とによるブロッキ
ングの影響を考慮に入れて、サイドローブピーク値が小
さくするように最適化を掛けたものとし、開口面分布を
不均一なものとしている。このようにすれば、確かに、
隣接位置にある通信衛星に対して与える電波干渉や、そ
の通信衛星から地球局自体が受ける電波干渉は小さくす
ることが可能であるが、主反射鏡２１の開口面分布を不
均一にしたことにより、アンテナ効率が下がり、必要利
得を得るための主反射鏡２１の大きさは、均一分布にし
た場合と比べて大きなものとなってしまう。

【０００９】また、図３で示されるアレーアンテナの場
合も、同様に、隣接位置にある通信衛星に対して電波干
渉を与えたり、また、このアレーアンテナを備えた地球
局自体が隣接位置にある通信衛星の電波干渉を受けたり
する。そのため、隣接位置にある通信衛星に対して電波
干渉を与えたり、また、隣接位置にある通信衛星からの
電波干渉を受けないようにするため、サイドローブ特性
が改善されるように各アンテナ素子に対する給電振幅、
給電位相を変化させる。一般的には、振幅分布を中心の
アンテナ素子から、外側のアンテナ素子の方向に向かっ
て、緩やかに給電振幅を小さくしていき、サイドローブ
の全体の特性を善くしていくことによって、隣接位置に
ある通信衛星に対して電波干渉を与えたり、地球局自体
が隣接位置にある通信衛星から受ける電波干渉を小さく
する。しかし、この方法では、振幅分布を均一にした場
合に比べて、アンテナ効率が下がり、必要利得の得られ
るアンテナの大きさが大きくなってしまうという問題点
がある。

【００１０】本発明は、上記課題を解決するために、隣
接する通信衛星の影響を受けないアレーアンテナを提供
することを目的とする。また、アンテナ効率がよく、小
型化が可能なアレーアンテナを提供することを他の目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子
の各々に給電するための給電線路とを有するアレーアン
テナにおいて、前記給電線路は、前記複数のアンテナ素
子の各々に対して給電振幅および給電位相を等しくして
給電し、前記複数のアンテナ素子の個数と、前記アンテ
ナ素子間の間隔とは、目的とする通信相手以外の他の通
信相手からの電波を受信しないように決定され、当該決
定されたアンテナ素子の個数とアンテナ素子間の間隔と
にしたがって前記複数のアンテナ素子が配置される。

【００１２】また、複数のアンテナ素子を格子状に配置
したアレーアンテナにおいて、前記複数のアンテナ素子
の各々に対して給電振幅および給電位相を等しくして給
電する給電回路を備え、前記格子状の少なくとも一辺に
おけるアンテナ素子の個数と、アンテナ素子間の間隔と
は、あらかじめ定めた複数の方向からの電波を受信しな
いような指向特性に従って決定され、前記決定されたア
ンテナ素子の個数とアンテナ素子間の間隔とにしたがっ
て前記複数のアンテナ素子が配置されるようにしてもよ
い。

【００１３】また、複数のアンテナ素子と、前記複数の
アンテナ素子の各々に給電するための給電線路と、前記
アンテナ素子で受けた信号を受信する受信部とを有する
受信装置において、前記受信部は、前記複数のアンテナ
素子の各々に対して給電振幅および給電位相を等しくし
て給電し、前記複数のアンテナ素子の個数と、前記アン
テナ素子間の間隔とは、目的とする通信相手以外の他の
通信相手からの電波を受信しないように決定され、当該
決定されたアンテナ素子の個数とアンテナ素子間の間隔
とにしたがって前記複数のアンテナ素子が配置される。

【００１４】複数のアンテナ素子を配列するアレーアン
テナにおける指向特性決定方法としては、前記複数のア
ンテナ素子の各々に対して給電振幅および給電位相を等
しくして給電し、目的とする通信衛星に対して指向特性
のメインローブを向け、前記目的とする通信衛星以外の
他の通信衛星が存在する方向に対して、指向特性がヌル
点となるように、前記複数のアンテナ素子の個数と、前
記アンテナ素子間の間隔とを定め、当該定めたアンテナ
素子の個数とアンテナ素子間の間隔とにしたがって前記
複数のアンテナ素子を配置する。

【００１５】

【作用】本発明は、上記したように構成するが以下にそ
の作用を説明する。

【００１６】各アンテナ素子に対する給電振幅および給
電位相を等しくして給電し、目的とする通信相手に対し
て指向特性のメインローブを向ける。複数のアンテナ素
子の個数と、アンテナ素子間の間隔とは、前記目的とす
る通信相手以外の他の通信相手からの電波を受信しない
ように決定され、決定されたアンテナ素子の個数とアン
テナ素子間の間隔とにしたがって前記複数のアンテナ素
子が配置される。このとき、隣接位置にある通信衛星に
与える電波干渉、また、隣接位置にある通信衛星から受
ける電波干渉が小さくなる作用について以下に示す。

【００１７】アレーアンテナの指向特性Ｆは、アンテナ
素子の指向特性ｇ、各アンテナ素子の空間配置、給電振
幅、給電位相の効果を含む項を表すアレーファクターｆ
を用いて次の数１で示される。

【００１８】

【数１】Ｆ（θ、φ）＝ｇ（θ、φ）・｜ｆ（θ、φ）｜・・・（１）ここで、図４に示す座標系の取り方のようにアンテナ面
に垂直な軸からの傾きを示すθを天頂角とし、アンテナ
面上に有り、アンテナ面上のｘ軸からの角度を示すφを
方位角とする。

【００１９】まず、簡単の為に、ｘ軸上に沿って横一直
線上に等間隔に複数のアンテナ素子が配列され、方位角
φが０の場合のみの直線アレーアンテナのアレーファク
ターｆを考える。この場合、方位角０度と１８０度とを
結ぶ線上に目的とする通信衛星が位置するものとする。
アンテナの素子数Ｎ個、アンテナの素子間隔はｄとし、
各アンテナ素子に対して等振幅、および、等位相で給電
を行う場合、そのアレーファクターｆは、次の数２で表
される。この場合、各アンテナ素子に対する給電位相
は、全てのアンテナ素子に対して同相としているので指
向特性のピークはアンテナが配置されている平面に対し
て鉛直方向になる。すなわち、θ＝０の方向に指向特性
のピークが向き、また、全てのアンテナ素子に対して同
相としているのでアンテナ効率をあげてアンテナ開口面
積を小さくすることができる。

【００２０】

【数２】

【００２１】数２において、ｋは電波の自由空間波数を
表し、ｊは虚数を表す。数２は等比数列の和であるの
で、次の数３のように書き直される。

【００２２】

【数３】

【００２３】従って、ある特定の方向θ₀の方向で上記
数３が０となれば、数１より、θ₀方向の指向特性を表
すＦ（θ₀）が０（これをヌル点という）となり、θ₀方
向に電波を出さない、または、θ₀方向からの電波を受
信しない指向特性となる。上記数３が０となるために
は、数３の右辺分子が０となればよいので、次の数４を
満たせばよい。

【００２４】

【数４】

【００２５】数４で、ｍは、０を除く整数を表す。数４
によれば、θ₀方向に対して電波を出さない、または、
θ₀方向からの電波を受信しないためには、アンテナ素
子数Ｎとアンテナ素子間隔ｄとの間に次の数５で表され
る関係を満たすようにアンテナ素子数Ｎとアンテナ素子
間隔ｄとを決めればよいことがわかる。

【００２６】

【数５】

【００２７】従って、ほぼ数５で表される関係で、アン
テナ素子数Ｎおよびアンテナ間隔ｄを決めれば、θ₀方
向に対して電波を出さない、または、θ₀方向からの電
波の受信強度を小さくすることができる。

【００２８】上記の方法で、アンテナ素子数、および、
アンテナ素子間隔を決めた場合の指向特性の概念図を図
７に示す。図７において、７１はアンテナを備えた送受
信機が通信を行おうとする通信衛星、７２は、通信を行
なわうない目的外の通信衛星であり、通信衛星７１の隣
接位置にある通信衛星である。７３はアンテナ開口面、
７４はアンテナの放射できる電波の強度または受信する
電波をどれだけ集めることができるかを示した指向特性
を示す。図７より分かるように、本発明は、隣接位置に
ある通信衛星７２の方向に出す電波の強度、または、隣
接衛星７２から受ける電波の強度を小さくするために、
指向特性中に示される電波の強度が小さくなる谷間を隣
接位置にある通信衛星の方向に向けることになる。すな
わち、θ₀の方向を、隣接衛星７２の方向にしてアンテ
ナ素子数とアンテナ素子の間隔とを決定しておくことに
より、θ₀の方向の指向特性をヌル点とすることができ
る。

【００２９】また、アンテナ素子数を多くすればするほ
ど、また、アンテナを配置する平面の大きさを大きくす
ればするほど指向特性のピークの大きさを大きくするこ
とができる。このため、通信を行ないたい通信衛星と通
信が可能となるような指向特性のピークを持つようにア
ンテナ素子数と間隔とを決定するようにすればよい。

【００３０】このように、アンテナ素子に対する給電位
相、給電振幅を同じにすることによりアンテナ効率を上
げることができ、また、従来技術のような隣接位置にあ
る通信衛星に対してサイドローブ全体の大きさを小さく
するように給電振幅、給電位相を不均一にした場合のア
ンテナの大きさに比べて、不等分配器が不要となり小型
化することが可能となる。

【００３１】

【実施例】以下、図面を参照して実施例を説明する。

【００３２】図１に、本発明の一実施例を示すアレーア
ンテナおよび送受信機の概念図を示す。本実施例におい
ては、誘電体基板にアンテナ素子を配置し、別の誘電体
基板上に給電回路を配置する場合について示す。図１に
おいて、１０は、受信機でありアンテナ素子で受けた信
号を受信する。受信機１０は、送信部をさらに備える送
受信機であってもよい。１１は誘電体基板、１２は、ア
ンテナ素子であり、例えば、方形のパッチアンテナ素子
である。１３は、給電回路であり、ストリップラインな
どの給電線路で構成し、受信機１０に接続される。１１
１は給電回路からアンテナ素子に給電するための給電
点、１１２は、給電回路からアンテナ素子に給電するた
めのピン、または、スルーホールなどである。アンテナ
素子が配置される基板と、給電回路が配置される基板と
は、平行に、あらかじめ定めた空間を介して配置され
る。また、この場合のアンテナ素子の大きさは、アンテ
ナ素子数とアンテナ素子の間隔とは無関係に独立して決
定され、具体的には、アンテナ素子の周辺の媒質の誘電
率と、用いる電波の共振条件とから決定される。例え
ば、方形パッチアンテナ素子を用いる場合には、アンテ
ナ素子の励振方向に対するアンテナ素子の長さは、アン
テナ素子の周辺の媒質が真空である場合には、電波の波
長で規格化して０．５ぐらいになる。

【００３３】図１において、アンテナ素子数とアンテナ
素子間の距離とを数５より決定している。例えば、図１
に示すように、横方向にアンテナ素子が８素子ある場
合、横方向、つまり方位角φ＝０で、天頂角θ₀が１
３．２度の方向からの隣接衛星の電波干渉を受信機１０
が受けないようにする（送信時には、天頂角θ₀が１
３．２度の方向の隣接衛星に対して電波干渉を与えない
ようにする）ためには、数５式より、Ｎを８、θ₀を１
３．２度、ｍを１とすると、ｄ／λを０．５４７、また
は、ｍを２としてｄ／λを１．０９５とすればよい。こ
こで、λとは電波の自由空間波長を示している。ここで
は、数５よりアンテナ素子間隔ｄ／λを厳密に０．５４
７などのように決定したが、アンテナ素子間の相互結合
などの影響により若干ずれることもありうる。

【００３４】つぎに、アンテナ素子が横方向にすなわち
方位角φ＝０方向に、図１に示す８素子より多く、３２
素子ある場合には以下に示すような間隔で配置する。天
頂角θ₀が４．４度、８．８度、１３．２度の３方向か
らの隣接衛星の電波干渉を受信機１０が受けないように
するためには、数５において、Ｎを３２とし、θ₀が
４．４度の場合はｍを２とし、８．８度の場合はｍを４
とし、１３．２度の場合はｍを６とすればよい。その結
果、それぞれ、ｄ／λは、４．４度の場合は０．８１
５、８．８度の場合は０．８１７、１３．２度の場合は
０．８２１となる。従って、横方向に３２素子のアンテ
ナ素子が並び、３２素子のアンテナ素子が並んでいる向
きでθ₀が４．４度、８．８度、１３．２度の３方向の
隣接衛星から受信機１０が受ける電波干渉を小さくする
ためには、アンテナ素子間隔ｄ／λを０．８１５から
０．８２１の間で任意に選択すればよい。

【００３５】ここまでは、横方向に３２素子並べた場合
について示したが、縦方向についても同様なことがいえ
る。縦方向に１６素子並べた場合も、１６素子のアンテ
ナ素子が並んでいる向き、即ちφ＝９０度の向きでθ₀
が４．４度、８．８度、１３．２度の３方向の隣接衛星
から受信機１０が受ける電波干渉を小さくするために数
５においてＮを１６とする。θ₀が４．４度の場合、ｍ
が１の時ｄ／λは０．８１５となり、θ₀が８．８度の
場合、ｍが２の時ｄ／λは０．８１７となり、θ₀が１
３．２度の場合、ｍが３の時ｄ／λは０．８２１とな
る。従って、アンテナ素子がφ＝９０度の向きに１６素
子並んでいる場合でも、受信機１０が受ける３方向の隣
接衛星からの電波干渉を小さくする場合、方位角φ＝０
の方向に３２素子のアンテナ素子が並んでいる場合と同
様に、縦方向のアンテナ素子間隔ｄ／λを０．８１５か
ら、０．８２１までの間から任意に選択すればよい。

【００３６】上記のアンテナ素子間隔の決定方法を纏め
ると、アンテナ素子が３２×１６素子の計５１２素子が
格子状に配列されている場合、３２素子のアンテナ素子
が配列されている方向の素子間隔ｄ／λを０．８１５か
ら０．８２１の間で、１６素子のアンテナ素子が配列さ
れている方向の素子間隔ｄ／λを０．８１７から０．８
２１の間から任意に選択すればよい。この場合、１６素
子配列されている縦方向、３２素子配列されている横方
向とも同じ素子間隔で配列してもよい。すなわち、格子
状の縦と横との間隔を、求めたアンテナ素子間の間隔と
等しくする。この場合、素子間隔が縦方向も横方向とも
同じであるので、使用する際にどちらをｘ軸方向にして
も使用できる。また、縦方向、横方向それぞれ上記の素
子間隔の間で異なった配列間隔で配列してもよい。この
例では、なるべく配列素子間隔ｄ／λを縦、横ともに
０．８２前後で配列するために数５式中のｍを決めてい
るが、当然ｍの値は０以外の整数で、縦方向、横方向と
もに任意に決定できる。例えば、横方向にＮを３２と
し、θ₀が４．４度の場合はｍを１とし、８．８度の場
合はｍを２とし、１３．２度の場合はｍを３とすればよ
い。その結果、それぞれ、ｄ／λは、４．４度の場合は
０．４０７、８．８度の場合は０．４０９、１３．２度
の場合は０．４１１となる。この場合、縦方向の素子配
列間隔ｄ／λを０．８前後、横方向の素子配列間隔ｄ／
λを０．４１前後に決めることも可能である。このよう
しても、隣接する衛星通信の方向において指向特性をヌ
ル点とすることが可能となる。

【００３７】つぎに、前述した各々のアンテナ素子数と
アンテナ素子の間隔とにおける指向特性を図８〜図１６
を参照して説明する。

【００３８】図８、図９および図１０にアンテナの配置
図を示す。図８、図９および図１０において、縦軸、横
軸ともに周波数で規格化した値で、ｄ／λにより配列の
間隔を示し、四角はアンテナ素子を示す。図８は、ｘ軸
方向に８素子を直線上に並べた状態を示し、図９は、ｘ
軸方向に１６素子を直線上に並べた状態を示し、図１０
は、ｘ軸方向に３２素子、ｙ軸上に１６素子を格子状に
配列した場合のアンテナ配列をそれぞれ示している。こ
の場合、アンテナ素子の大きさは、電波の波長で規格化
して１辺約０．５の正方形とし、アンテナ素子間隔は、
０．８１５λ〜０．８２１λの間の値としている。

【００３９】また、図８に示すアンテナ素子配列から放
射される電波の遠方界指向特性を図１１および図１２に
示す。図１１において、アレーアンテナから放射される
電波の強度は、影の濃淡で示し、円形の周方向に方位角
φ（０度から３６０度）を示し、φが０度と１８０度と
を結ぶ線が図８におけるｘ軸、φが９０度と２７０度と
を結ぶ線が図８におけるｙ軸をそれぞれ示す。また、円
の中心から同心円状に点線で示されている円は、アンテ
ナ面の鉛直軸からの傾き、すなわち天頂角θを示し、中
心から外側に対して天頂角１８度ずつ点線で同心円を記
しており、一番外側の円が天頂角が９０度である。

【００４０】図１１において、アンテナ素子が配列され
ているｘ軸、すなわちφが０度と１８０度とを結ぶ直線
上では絶対利得のピークを示す山が全部で１３個あり、
アンテナ素子が配列されている軸と直交するｙ軸、すな
わちφが９０度と２７０度とを結ぶ直線上では、一つの
山しかない。以下、天頂角θが０の山をメインビームと
いい、天頂角θが０以外の山をサイドローブといい、山
と山の谷間をヌル点という。このように、アンテナ素子
を衛星が位置する方位角方向に直線上に並べるとその直
線で切った平面内の指向特性は鋭くなり、メインビーム
（θ＝０度の方向）以外にヌル点とサイドローブとが交
互に現われてくる。

【００４１】また、図１２に、図１１における指向特性
を、φが０度と１８０度とを結ぶ直線で切った場合の指
向特性図を示す。図１２において、横軸は天頂角θ、縦
軸は放射電波の強度の単位である絶対利得を示してい
る。図１２からわかるように、電波強度の谷間であるヌ
ル点が天頂角のほぼ８．８度、１３．２度にできている
ことがわかる。本実施例によれば、前述したように、こ
のヌル点が、目的とする衛星に隣接する位置にある衛星
の方向に合うように、アンテナ素子の間隔を決定してい
るので、隣接する位置にある衛星からの電波を受信する
ことがなく、それらの影響を受けることがない。

【００４２】同様に、図９に示す１６素子のアンテナ素
子を配列した場合のアレーアンテナの指向特性を図１３
および図１４に示し、図１０に示す３２素子×１６素子
のアンテナ素子配列のアレーアンテナの指向特性を図１
５および図１６に示す。図１１と図１３とに示す指向特
性を比較すると、アンテナ素子が８素子から１６素子に
増えると、ｘ軸上では、指向特性（サイドローブとヌル
点との間隔）が一層密になってきていることがわかる。
一方、ｙ軸上での指向特性は、８素子でも１６素子でも
変わらないことがわかる。図１４に、図１２と同様に、
図１３における指向特性を、φが０度と１８０度とを結
ぶ直線で切った場合の指向特性図を示す。図１４におい
て、電波強度の谷間であるヌル点が天頂角のほぼ４．４
度、８．８度、１３．２度にできていることがわかる。

【００４３】また、図１５および図１６においては、ｘ
軸上に３２素子、ｙ軸上に１６素子のアンテナ素子が格
子状に配列されているので、図１５に示す指向特性図で
は、φが０度と１８０度とを結ぶ方向と、φが９０度と
２７０度とを結ぶ方向との両方にサイドローブとヌル点
との間隔が密になって現われていることがわかる。図１
６に、図１２と同様に、図１５における指向特性を、φ
が０度と１８０度とを結ぶ直線で切った場合の指向特性
図を示す。図１６において、天頂角θが４．４度の位置
に２つめのヌル点、８．８度の位置に４つめのヌル点、
１３．２度の位置に６つめのヌル点がきていることがわ
かる。また、この時、φが９０度と２７０度とを結ぶ直
線上の指向特性図は、図１４に示す指向特性図とほぼ同
じになる。

【００４４】このように、アンテナ素子数を増やすこと
により、アンテナの指向特性（サイドローブとヌル点と
の間隔）を密にすることができる。さらに、アンテナ素
子を格子状に並べることで、ｘ軸とｙ軸との両方向にア
ンテナの指向特性を密にすることができる。

【００４５】つぎに、第２の実施例を説明する。図５
に、第２の実施例における概念図を示す。第２の実施例
のおいては、アンテナ素子と給電回路とを同一基板上に
配置した場合を示す。図５において、４２は、アンテナ
素子であり、例えば、方形のパッチアンテナ素子であ
る。４７は、給電線路４３およびパッチアンテナ４２を
配置する誘電体基板もしくはフィルムを示す。４３は、
ストリップラインで構成した給電線路、４６は、導電性
の板であり、基板４７の上部に一定の空間を介して配置
される。導電性の板４６は接地されていてもよいし、接
地されていなくてもよい。４８は、導電性の板であり、
フィルム４７の下部に一定の空間を於いて配置され、接
地されている。４９は、導電性の板４６にパッチアンテ
ナ素子４２が配置される位置に対応して開けられたスロ
ットを示す。各スロットは、パッチアンテナ素子４２が
配置される位置の上部に位置する。

【００４６】本実施例におけるアレーアンテナにおいて
も、ある特定の方向から受信機または送受信機が受ける
電波干渉を小さくするため、または、ある特定の方向に
ある衛星に与える電波干渉を小さくするために、アンテ
ナ素子４２の素子間隔を数５に基づいて決定する。ま
た、図５において、給電回路からの放射損失をなくすた
めに給電回路およびアンテナ素子が構成されている基板
４７の上下に導体の板４６および４８をある一定の空間
を介して配置している。これらの導体の板がなくてもよ
い。また、図５に示す構成のおいて、アンテナ素子を構
成している基板とは別の基板上に給電回路を構成し、図
１に示すようにピンでアンテナ素子にたいして給電を行
っても良いし、スルーホールを用いて給電を行っても良
い。また、給電回路を構成している基板と、アンテナ素
子を構成している基板の間にある一定の空間を介して導
体の板を配置してアンテナ素子と給電回路との間にスロ
ットを設けて電磁界結合によって給電を行っても良い。

【００４７】上述した第１および第２の実施例では、ア
ンテナ素子は方形のパッチアンテナ素子としているが、
アンテナ素子を円形のパッチアンテナ素子、または、ヘ
リカルアンテナというような別のアンテナ素子しもよ同
様のことがいえる。また、配列間隔として、横方向、縦
方向のみについて数５式に基づいて配列間隔を決定して
いるが、正方形または長方形の対角線上に並ぶアンテナ
素子についても同様に数５式に基づいて素子間隔を決定
することもできる。

【００４８】また、第１および第２の実施例では、アン
テナ素子に対する給電点が同一方向からの給電となって
いるが、別の方向からの給電でも、給電線路の長さを変
えることによりアンテナ素子に対する給電位相を等位相
にすることもできる。また、図５に示す構成において、
給電回路４３およびアンテナ素子４２が構成されている
フィルム４７の上部および下部に、導電性の板４９およ
び４８を一定の空間を介して配置しているが、この空間
中に誘電体を充填しても配列間隔の決定方法には影響を
与えない。誘電体を充填することにより、アンテナ素子
に対する給電効率をあげることができ、また、アンテナ
素子の大きさを小さくすることができる。

【００４９】また、受信機または送受信機からのアンテ
ナへの給電で同軸導波管変換器を用いる場合は、そのた
めのアンテナ素子の抜け、および、外形の加工の為のア
ンテナ素子の抜けなどが必要な場合は、アンテナ素子の
抜けを最初に考慮に入れて、アンテナ素子間隔を決めれ
ば良い。この場合、基本的には数５によってアンテナ素
子間隔が決められるが、全体のアンテナ素子を考慮に入
れたアレーファクターの計算をアンテナ素子間隔を細か
く変えて行うことにより、ある特定の方向θ₀で一番受
信電力が小さくなるときのアンテナ素子間隔を決めてや
れば、より厳密な最適な素子間隔を得ることが可能であ
る。

【００５０】上記各々の実施例によれば、アンテナの面
積を小さくすると同時に、各アンテナ素子に対して同
相、等振幅で給電するので受信機の構成を簡略化するこ
とが可能。

【００５１】

【発明の効果】上記のように各アンテナ素子間隔を決め
ることにより、各アンテナ素子への給電振幅を等しくし
たまま、隣接衛星方向にある通信衛星からの干渉電波の
受信電力を小さくし、または、隣接衛星方向にある通信
衛星に与える干渉電波を小さくすることが可能となる。
その結果、本発明のアンテナを備えた受信機、または、
送受信機の耐干渉性が向上し、受信機、または、送受信
機が必要とする所望信号の識別の負荷を軽減することが
可能となる。また、同一能力を有するアンテナと比較し
て、各アンテナ素子にたいして等振幅で給電を行うため
に、アンテナ効率が上昇し、面積の小さなアンテナが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例において、アンテナ素子を構成す
る基板とは別基板で給電回路を構成した場合の概念図。

【図２】従来の技術で放物面を有する主反射鏡を用いた
パラボラ型のアンテナの外観図。

【図３】（ａ）従来の技術で各アンテナ素子にたいして
給電振幅を不均一にしたアレーアンテナの構成図。
（ｂ）従来の技術で各アンテナ素子にたいして給電振幅
を不均一にするための給電回路の構成図。

【図４】アレーアンテナの座標軸を表す説明図。

【図５】第２の実施例においてアンテナ素子を構成する
基板と同一基板上に給電回路を構成した場合の概念図。

【図６】従来の技術で構成したアンテナの指向特性の概
念図。

【図７】本発明によって構成したアンテナの指向特性の
概念図。

【図８】実施例における８素子の場合のアンテナの配置
図。

【図９】実施例における１６素子の場合のアンテナの配
置図。

【図１０】実施例における３２素子×１６素子の場合の
アンテナの配置図。

【図１１】図８に示すアンテナ素子配列から放射される
電波の遠方界指向特性図。

【図１２】図８に示すアンテナ素子配列から放射される
電波の遠方界指向特性図。

【図１３】図９に示すアンテナ素子配列から放射される
電波の遠方界指向特性図。

【図１４】図９に示すアンテナ素子配列から放射される
電波の遠方界指向特性図。

【図１５】図１０に示すアンテナ素子配列から放射され
る電波の遠方界指向特性図。

【図１６】図１０に示すアンテナ素子配列から放射され
る電波の遠方界指向特性図。

【符号の説明】

１０…受信機または送受信機、１１・４７・３１…誘電
体基板またはフィルム、１２・４２・３２…アンテナ素
子、１３・３３・４３…給電線路、１１１…給電点、１
１２…ピンまたはスルーホール、２１…主反射鏡、２２
…給電ホーン、２３…副反射鏡、２４…副反射鏡を支え
る支持部剤、３４…不等分配器または不等分配回路、３
５…等分配器または等分配回路、４６…アンテナ素子と
給電回路を同一基板上に構成した誘電体基板またはフィ
ルム４７の上部にある一定の空間を介して配置された導
電性の板、４８…アンテナ素子と給電回路を同一基板上
に構成した誘電体基板またはフィルム４７の上部にある
一定の空間を介して配置された導電性の板、４９…導電
性の板４６にアンテナ素子４２の上部に位置する部分に
開けられたスロット、６１・７１…アンテナを備えた送
受信機が通信を行う通信衛星、６２・７２…隣接衛星位
置にある通信衛星、６３・７３…アンテナ開口面、６４
・７４…アンテナから放射できるまたは受信できる電波
の強度を示す指向特性。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 3/00 - 3/46 H01Q 21/00 - 25/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテ
ナ素子の各々に対して給電振幅および給電位相を等しく
して給電するための給電線路とを有する、衛星通信を行
なうアレーアンテナにおいて、目的とする通信相手以外の通信衛星がそれぞれの天頂角
θ _０で、複数存在する場合に、前記天頂角θ _０方向に対
して、下記の数５を満足するように、前記複数のアンテ
ナ素子の個数Nと、前記アンテナ素子間の間隔ｄとが決
定され、当該決定されたアンテナ素子の個数Nとアンテ
ナ素子間の間隔ｄとにしたがって前記複数のアンテナ素
子が配置されることを特徴とするアレーアンテナ。【数５】（ｍ：０を除く整数、ｋ：電波の自由空間波数）
【請求項２】請求項１において、前記複数のアンテナ素
子と給電線路とは、同一基板上に構成され、前記基板の下部に、あらかじめ定めた空間を介して前記
基板に平行に配置される導電性の板と、前記基板の上部に、あらかじめ定めた空間を介して前記
基板に平行に配置され、前記複数のアンテナ素子の各々
に対応する位置にスロットがそれぞれ開けられた導電性
の板とを備えることを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項３】複数のアンテナ素子を格子状に配置した、
衛星通信を行うアレーアンテナにおいて、前記複数のアンテナ素子の各々に対して給電振幅および
給電位相を等しくして給電する給電回路を備え、前記格子状の少なくとも一辺におけるアンテナ素子の個
数Nと、アンテナ素子間の間隔dとは、目的とする通信相
手以外の通信衛星がそれぞれの天頂角θ _０で、複数存在
する場合に、前記天頂角θ _０方向に対して、下記の数５
を満足するように、前記複数のアンテナ素子の個数N
と、前記アンテナ素子間の間隔ｄとが決定され、前記決
定されたアンテナ素子の個数Nとアンテナ素子間の間隔
ｄとにしたがって前記複数のアンテナ素子が配置される
ことを特徴とするアレーアンテナ。【数５】（ｍ：０を除く整数、ｋ：電波の自由空間波数）
【請求項４】複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテ
ナ素子の各々に対して給電振幅および給電位相を等しく
して給電するための給電線路と、前記アンテナ素子で受
けた信号を受信する受信部とを有する、衛星通信を行う
受信装置において、前記複数のアンテナ素子の個数Nと、前記アンテナ素子
間の間隔dとは、目的とする通信相手以外の通信衛星がそれぞれの天頂角
θ _０で、複数存在する場合に、前記天頂角θ _０方向に対
して、下記の数５を満足するように、前記複数のアンテ
ナ素子の個数Nと、前記アンテナ素子間の間隔ｄとが決
定され、当該決定されたアンテナ素子の個数Nとアンテ
ナ素子間の間隔dとにしたがって前記複数のアンテナ素
子が配置されることを特徴とする受信装置。【数５】（ｍ：０を除く整数、ｋ：電波の自由空間波数）
【請求項５】複数のアンテナ素子を配列する、衛星通信
を行うアレーアンテナにおける指向特性決定方法であっ
て、前記複数のアンテナ素子の各々に対して給電振幅および
給電位相を等しくして給電することにより、目的とする
通信衛星と通信を行なうためのメインローブを定め、前記目的とする通信衛星以外の他の通信衛星がそれぞれ
の天頂角θ _０で、複数存在する場合に、前記天頂角θ _０
方向に対して、下記の数５を満足するように、前記複数
のアンテナ素子の個数Nと、前記アンテナ素子間の間隔
ｄとを定め、当該定めたアンテナ素子の個数Nとアンテナ素子間の間
隔ｄとにしたがって前記複数のアンテナ素子を配置する
ことを特徴とするアレーアンテナにおける指向特性決定
方法。【数５】（ｍ：０を除く整数、ｋ：電波の自由空間波数）