JP3470657B2 - 散乱体付きセクタビームアンテナ装置 - Google Patents

散乱体付きセクタビームアンテナ装置

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  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、所望のビーム幅を
有する散乱体付きセクタビームアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、セクタビームアンテナ装置は一般
に、所望のビーム幅を有するセクタビームを成形するこ
とが重要な要素の一つとなっている。この目的のため
に、通常フレア等を利用して所望のビーム幅に成形する
ことが考えられる。この場合、フレアの無い状態で十分
に広角な指向性を有していることが必要である。
【０００３】しかし、電界成分が平行平板の平板に平行
である場合、フレアが無い状態で既にビームが絞れてし
まっているといった問題がある。この時、半値幅は約６
０度である。ビームが絞れてしまう理由について以下に
説明する。平行平板間を伝播する電波の電界方向が、平
板に垂直な状態で伝播する場合、平板間の距離ｈを半波
長以下の任意に取ることができる。したがって、距離が
小さければ開口は小さくなり、この開口から放射される
電波は広角指向性を持つことになる。よって、フレア等
を用いれば比較的自由にビーム幅を調整することが可能
である。
【０００４】一方、平行平板内を伝播する電波の電界方
向が平行平板の平板に平行になるように電波が伝播する
条件として、平板間の距離ｈが半波長以上あることが必
要である。また、高次モードが伝播しないためには、さ
らに１波長以下である条件が必要である。これらの条件
から開口は最低でも半波長は必要であり、この場合、先
に述べたようにビーム幅が約６０度となり、これ以上ビ
ーム幅の広いセクタビームを成形することは難しい。
【０００５】ここで、例えば、MICROWAVE ANTENNA THEO
RY AND DESIGN （by SILVER ）のｐ.459には、平行平板
を用いたアンテナについて、電界成分が平板に垂直な場
合と、平行な場合について、それぞれの伝播する条件が
示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の伝播条件では、あくまで平行平板内を伝播する条件
が述べられているだけで、このアンテナの開口からどの
ような指向性が得られるかまでは記述されていない。実
際にこれらの条件を満たすアンテナを製作しても、フレ
アのみで所望の広いセクタビームを得ることは困難であ
るという問題を伴う。
【０００７】本発明は、所望の広いセクタビームを得る
散乱体付きセクタビームアンテナ装置を提供することを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の散乱体付きセクタビームアンテナ装置は、
間隔が使用波長の半波長以上１波長以下である２枚の平
行に置かれた導体平板の組み合わせからなる平行平板
と、２枚の平行平板にはさまれたＨベンド機能を含む１
次放射器ブロックと、１次放射器ブロックに給電するた
めに導体平板に開けられた入力口と、平行平板の開放端
に相当する開口から一定の距離を持ってこの開口に平行
に設けられた導体からなる散乱体とを有し、平行平板で
構成されたアンテナの開口から所定の距離離れたところ
に開口に平行に散乱体を設け、平行平板内に反射ブロッ
クを設け、セクタビームを成形することを特徴としてい
る。
【０００９】なお、上記の平行平板内に設けた反射ブロ
ックの形状を、パラボラ形状、あるいは複数の曲面の組
み合わせにより構成するとよい。
【００１０】また、上記の散乱体は、細い棒状あるいは
板状の導体からなることとするとよい。
【００１１】さらに、散乱体付きセクタビームアンテナ
装置は、散乱体を固定するための散乱体固定治具とビー
ム成形用フレアとを有するとよい。
【００１２】さらに、散乱体付きセクタビームアンテナ
装置は、電界成分が平行平板を構成 する平板に平行であ
る電波を発生するアンテナとするとよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明
による散乱体付きセクタビームアンテナ装置の実施の形
態を詳細に説明する。図１から図１０を参照すると、本
発明の散乱体付きセクタビームアンテナ装置の一実施形
態が示されている。
【００１４】（第１の実施例） 図１は、本発明の一実施例の散乱体付きセクタビームア
ンテナ装置の外観構成を鳥かん図を用いて示している。
図１に示す本発明の散乱体付きセクタビームアンテナ装
置は、平行平板の開口部に棒状あるいは板状の散乱体を
設けたアンテナとして構成されている。また、図２は、
この散乱体付きセクタビームアンテナ装置へ適用される
散乱体５の（ａ）棒状と（ｂ）平状の二種類の構成例を
示している。
【００１５】本実施例の散乱体付きセクタビームアンテ
ナ装置は、２枚の平行に置かれた導体平板１ａ、および
導体平板１ｂの組み合わせからなる平行平板と、この２
枚の平行平板にはさまれたＨベンド機能を含む１次放射
器ブロック２、そして１次放射器ブロック２に給電する
ために導体平板１ａに開けられた入力口３、平行平板の
開放端に相当する開口４、開口４から一定の距離を持っ
て開口に平行に設けられた導体からなる細い棒状の散乱
体５、および散乱体を固定するための散乱体固定治具
６、ビーム成形用フレア７から構成されている。
【００１６】図１において、２枚の導体平板１ａ、１ｂ
は、距離ｈだけ離れて置かれている。ここで距離ｈは、
使用波長の約２／３に設定している。平行平板内を伝播
する電波の電界成分が導体平板１ａに平行な状態で安定
的に電波が伝播するためには、距離ｈが半波長より長く
１波長よりも短いことが必要である。
【００１７】導波管インタフェイスの入力口３を通して
導体平板１ａに垂直に入力された電波が開口４の方向に
伝播するために、Ｈベンド機能を含む１次放射器ブロッ
ク２を設けている。ここで、散乱体５を設けることによ
る、散乱体５に垂直な面（水平面）内のビーム形状改善
効果を実測データを用いて示す。
【００１８】図３は、散乱体５が無い状態の放射パター
ンであり、水平面内における放射パターンの特性を示し
ている。この場合、平行平板間の距離ｈが長いため、開
口４からの放射パターンは絞れている。この状態ではフ
レア７の形状を色々と変化させてもほとんど効果が無い
ということが解る。
【００１９】図４は、散乱体５を付加した放射パターン
の特性を示す。９０〜１２０度のセクタビームが成形さ
れており、散乱体５の効果が得られているということが
解る。
【００２０】本実施例では、平行平板間の距離が半波長
以上１波長以下である平行平板内を、電界成分が平行平
板に平行になるように、散乱体５を設けている。この散
乱体５は、棒状あるいは板状の導体から成り、電波が伝
播するような構成に対して開口部からある距離を持っ
て、開口に平行に設けられる。
【００２１】導体からなる散乱体５は、平行平板の開口
部から放射される電波の電界方向と平行であるため、本
散乱体５の電界方向に平行な方向の長さが十分に長い場
合、本散乱体５は反射板として動作する。
【００２２】本散乱体５を開口から適当な距離だけ離れ
た所に設けると、開口から直接到来する電波と本散乱体
５に反射して散乱した電波の電波とが重なり合い、その
結果として平板に垂直な面内にセクタビームを照射する
という効果が得られる。
【００２３】（第２の実施例） 上記の実施例では、本発明の散乱体５として導体からな
る棒状（細長い円柱）のものを用いていたが、この代わ
りに板状のものを用いてもほとんど同じ特性を有するこ
とが実測により確かめられている。
【００２４】図５は、厚さ２ｍｍの板状散乱体を付加し
た場合の放射パターン特性図である。また、図６は、厚
さ１ｍｍの板状散乱体を付加した場合の放射パターン特
性図である。図４は直径３ｍｍの棒を用いた場合の放射
パターン特性であるが、図５では厚さ２ｍｍ、幅４ｍｍ
の板状の導体を、そして、図６では厚さ１ｍｍ、幅４ｍ
ｍの同じく板状の導体を用いている。これら図４、図
５、図６の３つの場合は、各散乱体の中心位置が同じに
なっている。
【００２５】図７は、フレアの端部に吸収体を付加した
場合の放射パターン特性図を示している。図４における
リップルを抑えるために、フレア７の折れ曲がった部分
の内側に電波吸収体８を設けることにより、図７のよう
にさらにリップルの少ない特性を得ることができる。
【００２６】（第３の実施例） 図８は、第３の実施例の散乱体付きセクタビームアンテ
ナ装置の外観構成を示す斜視図である。第２の実施例に
おいては、１次放射器ブロック２と開口４との関係につ
いて特に規定していないが、本アンテナ装置を散乱体に
垂直な面が水平面内になるように設置させた場合、本ア
ンテナは、Point to Multipoint の基地局用アンテナと
して利用することができる。基地局に対して端末局が広
範囲に設置される場合、仰角面内は比較的鋭いビームに
して利得を上げた方が好ましい場合がある。この場合、
開口４における位相を揃えるために、１次放射器ブロッ
ク２、およびパラボラ形状反射ブロック９を図８のよう
に設置することが考えられる。
【００２７】さらに、仰角面内におけるビームをコセカ
ント２乗特性等の放射パターンに成形するために、パラ
ボラ曲面の他に、複数のパラボラ曲面、あるいは異なる
種類の曲面を組み合わせる、さらに適当に曲面を修整す
る等の特徴を有するものも考えられる。
【００２８】図９は、図８の応用例であり、反射ブロッ
ク９の仰角面内でビームを形成する例を示す図である。
また、図１０は、図９の散乱体付きセクタビームアンテ
ナ装置の特性を説明するための図である。例として図９
に、反射ブロックの形状が焦点を共有する２つのパラボ
ラ曲線の組み合わせで構成されている場合を、平面図を
用いて示す。この場合図１０に示すように、開口の上半
分と下半分とで位相差ができ、俯角方向にヌルを持ちに
くいという特性を有するアンテナを実現できる。
【００２９】尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施
の一例である。但し、これに限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施
が可能である。
【００３０】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の散乱体付きセクタビームアンテナ装置は、平行平板内
を電波が伝播することを利用したアンテナにおいて、２
枚の平板の距離が半波長以上かつ１波長以下で、平行平
板内を伝播する電波の電界方向が平板に平行な場合に、
平行平板の開放部となる開口付近に開口に平行に棒状あ
るいは、板状の導体からなる散乱体を設けることによ
り、平板に垂直な面内の開放部から放射される電波のビ
ーム形状（放射指向性）を自由に成形できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の散乱体付きセクタビームアンテナ装置
の実施形態を示す外観構成図である。
【図２】散乱体付きセクタビームアンテナ装置へ適用さ
れる散乱体５の二種類の構成例を示す。
【図３】散乱体５が無い状態の放射パターン特性図であ
る。
【図４】散乱体５を付加した状態の放射パターン特性図
である。
【図５】厚さ２ｍｍの板状散乱体を付加した場合の放射
パターン特性図である。
【図６】厚さ１ｍｍの板状散乱体を付加した場合の放射
パターン特性図である。
【図７】フレアの端部に吸収体を付加した場合の放射パ
ターン特性図を示している。
【図８】第３の実施例の散乱体付きセクタビームアンテ
ナ装置の外観構成を示す斜視図である。
【図９】反射ブロック９の仰角面内でビームを形成する
例を示す図である。
【図１０】図９の散乱体付きセクタビームアンテナ装置
の特性を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 導体平板（平行平板） ２ １次放射器ブロック ３ 入力口 ４ 開口 ５ 棒状の散乱体 ６ 散乱体固定治具 ７ ビーム成形用フレア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−62212（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−129511（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−37706（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−45903（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−3405（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−81706（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−111110（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−46308（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−103920（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭48−78742（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−15811（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−72009（ＪＰ，Ｕ) 特表 平10−508173（ＪＰ，Ａ) 特表 平５−506759（ＪＰ，Ａ) 米国特許2825062（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01Q 19/18 H01Q 13/22 H01Q 15/18

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 間隔が使用波長の半波長以上１波長以下
    である２枚の平行に置かれた導体平板の組み合わせから
    なる平行平板と、 前記２枚の平行平板にはさまれたＨベンド機能を含む１
    次放射器ブロックと、 前記１次放射器ブロックに給電するために前記導体平板
    に開けられた入力口と、 平行平板の開放端に相当する開口から一定の距離を持っ
    て該開口に平行に設けられた導体からなる散乱体とを有
    し、 前記平行平板で構成されたアンテナの前記開口から所定
    の距離離れたところに該開口に平行に前記散乱体を設
    け、前記平行平板内に反射ブロックを、さらに設け、セ
    クタビームを成形することを特徴とする散乱体付きセク
    タビームアンテナ装置。
  2. 【請求項２】 前記平行平板内に設けた反射ブロックの
    形状を、パラボラ形状、あるいは複数の曲面の組み合わ
    せにより構成したことを特徴とする請求項１に記載の散
    乱体付きセクタビームアンテナ装置。
  3. 【請求項３】 前記散乱体は、細い棒状あるいは板状の
    導体からなることを特徴とする請求項１または２記載の
    散乱体付きセクタビームアンテナ装置。
  4. 【請求項４】 前記散乱体付きセクタビームアンテナ装
    置は、前記散乱体を固定するための散乱体固定治具とビ
    ーム成形用フレアとを、さらに有することを特徴とする
    請求項１から３の何れかに記載の散乱体付きセクタビー
    ムアンテナ装置。
  5. 【請求項５】 前記散乱体付きセクタビームアンテナ装
    置は、電界成分が平行平板を構成する平板に平行である
    電波を発生するアンテナであることを特徴とする請求項
    １から４の何れかに記載の散乱体付きセクタビームアン
    テナ装置。
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