JP3808536B2 - 開口面アンテナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽発電衛星のマイクロ波送電、電波天文等の観測、衛星通信等に用いる超大形の開口面アンテナに関するものであり、特に、効率よく開口上のエネルギーを使用し、また、グレーティングローブを発生させない開口面アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の地上で用いられる開口面アンテナとして、図３２に示すようなものがあった。この図は、三浦公亮、市川満、浦崎修治、佐藤滋、松本治、”大型アンテナの設計”、三菱電機技報、ｖｏｌ．５９，ｎｏ．９，ｐ．６２５，１９８５年に示されたものである。
【０００３】
この図において、１０１は地上における重力や風による指向精度ならびに鏡面精度の劣化を抑えるために十分な強度を備えた回転放物面からなる開口径６４ｍの主反射鏡、１０２は回転２次曲面からなる副反射鏡、１０３は複数の反射鏡とホーンアンテナからなるビーム給電系である。ビーム給電系１０３は、第一集束反射鏡１０３ａ、第二集束反射鏡１０３ｂ、第三集束反射鏡１０３ｃ、第四集束反射鏡１０３ｄ、第五集束反射鏡１０３ｅ、および、ホーンアンテナ１０３ｆから構成される。また、１０４は鏡軸である。
【０００４】
図１の開口面アンテナにおいて、送信の場合、ビーム給電系１０３より伝送された電波は、副反射鏡１０２により反射された後、主反射鏡１０１の焦点を曲率中心とする球面波に変換され、主反射鏡１０１に向けて伝搬し、主反射鏡１０１により反射されて平面波に変換され、鏡軸１０４の方向に向けて放射される。
図１の開口面アンテナは、地上に設置された深宇宙探査用大型アンテナ装置である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、太陽発電衛星のマイクロ波送電、あるいは電波天文等の観測等に用いるために宇宙空間で超大形の開口面アンテナを構成することが検討されている。宇宙空間で数百ｍを越える開口径を実現しようとすると、資材の運搬等の関係から、図１の主反射鏡１０１のように１枚の板状に構成することは困難である。そこで、複数の開口面アンテナを用いて超大形の開口面アンテナを構成することが考えられる。
【０００６】
しかし、このような構成では、隣り合う開口面アンテナの間には間隙ができ、アレーアンテナとして開口全体を効率よく用いることができず、単一の反射鏡に比べ利得低下が生じる。さらに、等価的に各アンテナ素子間の間隔が広くなり、グレーティングローブが発生するという問題点があった。
【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、開口全体を効率よく用いることができ、また、グレーティングローブの発生を抑制できる超大形の開口面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に係る開口面アンテナは、隙間を有して配列された複数個のアンテナを備え、上記複数個のアンテナ全体で空間に電波を放射するとともに、空間からの電波を受波する開口面アンテナにおいて、
上記隙間に設けられ、隣接するアンテナと電磁波的に結合して励振され、上記複数個のアンテナ間の電流分布を連続的にし、上記空間に電波を放射する電磁波的結合素子とを備えたものである。
【０００９】
この発明の開口面アンテナにおいて、複数個のアンテナのうちの隣接するものとの相互結合により電磁波的結合素子が励振され、この電磁波的結合素子が複数個のアンテナの間における励振部分となり、開口面アンテナの電流分布を滑らかにする。このことは、サブ反射鏡アンテナ間の距離が等価的に小さくなることを意味し、複数個のアンテナ間に隙間があることに起因するグレーティングローブの発生を低減できる。また、スピルオーバを低減し、全体としての開口が効率よく使用される。
【００１０】
請求項２に係る開口面アンテナは、上記アンテナを、反射鏡、および、給電系を備えたサブ反射鏡アンテナとしたものである。
【００１１】
請求項３に係る開口面アンテナは、上記アンテナを、複数の素子アンテナからなるサブアレーアンテナとしたものである。
【００１２】
請求項４に係る開口面アンテナは、上記電磁波的結合素子を、反射鏡、この反射鏡と電磁波的に結合する伝送線路、および、この伝送線路の一端に設けられた反射手段を備えた無給電素子としたものである。
【００１３】
請求項５に係る開口面アンテナは、上記電磁波的結合素子を、アレーアンテナ、このアレーアンテナと電磁波的に結合する伝送線路、および、この伝送線路の一端に設けられた反射手段を備えた無給電素子としたものである。
【００１４】
請求項６に係る開口面アンテナは、上記電磁波的結合素子を、八木宇田アンテナ、この八木宇田アンテナと電磁波的に結合する伝送線路、および、この伝送線路の一端に設けられた反射手段を備えた無給電素子としたものである。
【００１５】
請求項７に係る開口面アンテナは、上記電磁波的結合素子を、パッチアンテナ、このパッチアンテナと電磁波的に結合する伝送線路、および、この伝送線路の一端に設けられた反射手段を備えた無給電素子としたものである。
【００１６】
請求項８に係る開口面アンテナは、上記電磁波的結合素子を、スロットアンテナ、このスロットアンテナと電磁波的に結合する伝送線路、および、この伝送線路の一端に設けられた反射手段を備えた無給電素子としたものである。
【００１７】
請求項９に係る開口面アンテナは、上記伝送線路に、反射位相を調整する移相器を備えたものである。
【００１８】
請求項１０に係る開口面アンテナは、上記電磁波的結合素子を、断面が放物線であり、その焦点が上記複数のアンテナの焦点と一致し、かつ、反射位相が上記複数のアンテナの反射位相と一致する部分反射鏡としたものである。
【００１９】
この発明の開口面アンテナにおいて、複数個のアンテナのうちの隣接するものの間の間隙に、その焦点が開口面アンテナの焦点と一致し、かつ、反射位相が開口面アンテナの反射位相と一致する放物線の部分反射鏡を設けたものであり、反射後の光線は平行光線になる。このことは複数個のアンテナ間の距離が等価的に小さくなることを意味し、グレーティングローブの発生を低減することができる。また、スピルオーバを低減できて、全体としての開口が効率よく使用される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の開口面アンテナの概略構成図である。同図において、５は多数のサブ反射鏡アンテナ、７はサブ反射鏡アンテナ５の間に設けられた多数の電磁波的結合素子である。これら多数のサブ反射鏡アンテナ５と多数の電磁波的結合素子７とから開口面アンテナ１が構成される。なお、図１において、電磁波的結合素子７は、便宜上、開口面アンテナ１の右上の部分についてのみ表現しているが、実際は開口面アンテナ１の全体にわたって設けられている。また、開口面アンテナ１の周囲の円、十字線、多数のサブ反射鏡アンテナ５間を結ぶ線は理解を助けるための補助線であり、開口面アンテナ１の構成要素ではない。
【００２１】
図２は、図１の開口面アンテナ１の一部の拡大図である。
図３は、図２のＡ−Ａ’線の断面図である。サブ反射鏡アンテナ５には導波管あるいは同軸ケーブル等の給電系３がそれぞれ接続されている。一方、電磁波的結合素子７には給電系は接続されていない。
【００２２】
電磁波的結合素子７は、隣り合うサブ反射鏡アンテナ５の間の間隙部分に装荷されているので、サブ反射鏡アンテナ５との相互結合により励振される。また、電磁波的結合素子７はサブ反射鏡アンテナ５間の間隙の励振部分として機能するので、サブ反射鏡アンテナ５間の距離は等価的に小さくなる。なお、電磁波的結合素子７の具体的構成については後述する。
【００２３】
次に動作について、図４ないし図１２を用いて説明する。
説明の便宜上、まず、電磁波的結合素子７を備えない開口面アンテナの動作について、図８ないし図１２を用いて説明する。
【００２４】
宇宙でのマイクロ波電力伝送用に、直径１３０ｍや１ｋｍの開口面アンテナが検討されている。直径１０ｍ程度までは宇宙用に展開性を付与した開口面アンテナで実現できるが、直径１０ｍを越えるとアンテナの構成法から考える必要がある。
【００２５】
アンテナの構成法として、図８に示すように、開口を分割して中開口の配列で実現する方法がある。同図は全体の四分の一の部分を示しており、サブ反射鏡アンテナ５の直径は、例えば１０ｍである。
この開口を分割して中開口の配列で実現する方法は、他の方法（（１）１つの開口で構成する方法、（２）二分の一波長のスロットやダイポール等の一次放射器の配列で構成する方法）に比べて、高い機械精度が要求される寸法を小さくできて製造上有利であること、放射素子間の機械的誤差は位相調整により補正できること、輸送を開口単位で行うことができること、組み立て途中で試験を行うことができること、（２）の方法に比べて素子数を大幅に少なくできること、などの点で有利である。
【００２６】
しかし、サブ反射鏡アンテナ５開口を分割すると中開口間には電界が存在しない領域ができる。この領域は開口全体で周期的に分布する。このため遠方放射パターンに量子化ローブが発生するという問題が生じる。
【００２７】
例えば、中開口（サブ反射鏡アンテナ５）の形状を半径ａ１の円と仮定する。主ローブの幅を一定にするために、図８のように、中開口の分布域を最外周を一定にして半径ａ０（例えば５０ｍ）の大開口円の中に等分させる。
【００２８】
ａ１＝ａ０／９（中開口間にギャップなし）の場合の放射パターンを図９に示す。同図からわかるように、０．６度、１．２度付近（ＧＲＡＴＩＮＧ ＬＯＢＥ Ｘ１、Ｘ２）、０．７度付近（ＧＲＡＴＩＮＧ ＬＯＢＥ Ｙ）に量子化ローブがある。また、図１２は、図９の関係を模式的に表した図である。図中の点線は半径ａ１の開口面アンテナの放射パターンを示す。同図によれば量子化ローブは周期的に複数存在する。これは、図１１のようにサブ反射鏡アンテナ５の間隔ｂが波長より大きいため、特定の方向で電波が強めあうからである。なお、一枚の反射鏡からなる開口面アンテナにおいては、波源は連続して分布し、これらの間隔は非常に短いため、図１２のような特性はもたない。
【００２９】
ａ１を変えたときのアンテナ利得と第１サイドローブレベル（ｘ方向、ｙ方向もほぼ同じ）、各量子化ローブレベルを図１０に示す。同図から次のことがわかる。
（１）利得はａ１とともに増加する。
（２）ａ１≦５．１ｍの範囲ではｙ方向量子化ローブレベルが第１サイドローブレベルより高い。
（３）１．２度付近の量子化ローブレベルがａ１＝３．６ｍ付近で極小となっている。これは、単一開口面の零点がその付近にあるためと思われる。
（４）ｘ方向の量子化ローブが２種類あり、かつｙ方向のレベルより低いのは、中開口の配列の仕方による。
【００３０】
以上のことから、開口を分割して中開口の配列で大開口を実現する方法を用いるときは、量子化ローブレベルを考慮しなければならないことがわかる。
【００３１】
次に、電磁波的結合素子７を備える開口面アンテナの動作について、図１ないし図７を用いて説明する。
上述したように、量子化ローブは波源の間隔が広いために生じる。これは、図５に示すように、電磁波的結合素子７がない場合の電流の強度分布５３が不連続だからである。電流の強度分布５３は、サブ反射鏡アンテナ５の部分の電流強度が大きく、サブ反射鏡アンテナ５の間では電流強度はほとんど零である。一方、図７に示すように、量子化ローブが生じない超大形開口の電流の強度分布５６は連続的である。そこで、何等かの手段によりサブ反射鏡アンテナ５の間で電流分布を生じさせれば電流分布は連続的あるいはこれに近い分布になり、量子化ローブの発生を防止できると考えられる。
【００３２】
このために用いられるものが電磁波的結合素子７である。図６に示すように、サブ反射鏡アンテナ５と電磁波的結合素子７との間の結合５５により、電磁波的結合素子がある場合の電流の強度分布５４は、サブ反射鏡アンテナ５間において電流分布が生じるので、図５の電流の強度分布５３に比べて連続的になる。このことは、サブ反射鏡アンテナ５間の距離が等価的に小さくなることを意味する。したがって量子化ローブの発生を抑制できる。
【００３３】
このときの放射特性図を図４に示す。中開口の配列による放射パターン５１は、超大形開口による放射パターン５２に近似し、量子化ローブは存在しない。
【００３４】
以上のように、この実施の形態１の装置によれば、電磁波的結合素子７は隣り合うサブ反射鏡アンテナ５の間の間隙部分に装荷され、電磁波的結合素子７とサブ反射鏡アンテナ５との間で相互結合が生じ、電流の強度分布が連続的になるので、グレーティングローブの発生が少なくなる。
また、電流の強度分布が連続的になるのでスピルオーバがなくなり、開口全体の効率が向上する。
また、大形の開口面アンテナを、中開口の複数のサブ反射鏡アンテナ５で構成し、これらの隙間をうめるように電磁波的結合素子７を配置すればよいから、サブ反射鏡アンテナ５の配置の自由度は高くなり、設計、製造の自由度が大きくなる。
【００３５】
実施の形態２．
実施の形態１において、サブ反射鏡アンテナ５と電磁波的結合素子７はいずれも円形であったが、この形状に限らない。図１３は実施の形態２の開口面アンテナを表す概略構成図である。同図において、８は複数個の素子アンテナからなるサブアレーアンテナである。サブアレーアンテナ８は矩形（あるいは他の四角形）である。サブアレーアンテナ８の間にやはり矩形（あるいは他の四角形）の電磁波的結合素子７ｂが配置されている。このとき、図１３の実線の矢印のように結合が生じる。
【００３６】
この実施の形態２の場合にも、隣り合うサブアレーアンテナ８の間の間隙部分に電磁波的結合素子７ｂが装荷され、実施の形態１の場合と同様に動作し、同じ効果を奏するのは明らかである。
【００３７】
実施の形態３．
図１４は本発明の実施の形態３を表す概略構成図である。同図において、電磁波的結合素子７ｃは、反射鏡と一次放射器からなる電磁波的結合反射鏡アンテナ７１と、電磁波的結合反射鏡アンテナ７１の給電端を短絡あるいは開放にする短絡素子あるいは開放素子７２から構成されている。サブ反射鏡アンテナ５は図１に示されたものと同様のものである。また、電磁波的結合素子７ｃは図１の電磁波的結合素子７と同様に動作する。
【００３８】
図１４の構成の開口面アンテナの電磁波的結合素子７ｃは無給電素子である。サブ反射鏡アンテナ５との相互結合により、短絡素子あるいは開放素子７２による短絡あるいは開放の給電端条件を持つ電磁波的結合反射鏡アンテナ７１は励振される。このために、間隙を挟む電磁波的結合反射鏡アンテナ７１間に励振部分が存在することになるので、開口全体が効率よく使用され、また、グレーティングローブは発生しない。
【００３９】
この実施の形態３の場合にも、隣り合うサブ反射鏡アンテナ５の間の間隙部分に電磁波的結合素子７ｃが装荷され、実施の形態１の場合と同様に動作し、同じ効果を奏するのは明らかである。
【００４０】
実施の形態４．
図１５は本発明の実施の形態４を表す概略構成図である。同図において、電磁波的結合素子７ｄは複数個の素子アンテナからなる電磁波的結合アレーアンテナ７３を備える。他の構成要素は実施の形態１等に示したものと同様のものである。
【００４１】
この実施の形態４の場合にも、隣り合うサブアレーアンテナ８の間の間隙部分に電磁波的結合素子７ｄが装荷され、実施の形態１の場合と同様に動作し、同じ効果を奏するのは明らかである。
【００４２】
実施の形態５．
図１６は本発明の実施の形態５を表す概略構成図である。同図において、７４は一端が電磁波的結合反射鏡アンテナ７１の給電端に接続され、他端が短絡素子あるいは開放素子７２に接続された伝送線路、７５は伝送線路７４の途中の装荷された移相器である。他の構成要素は実施の形態１等に示したものと同様のものである。
【００４３】
図１６の構成の、サブ反射鏡アンテナ５との相互結合により励振された電磁波的結合素子７ｅにおいて、その受波された電界は短絡素子あるいは開放素子７２に至るまでに移相器７５により位相変化を受けるとともに、その短絡素子あるいは開放素子７２から反射された電界は移相器７５により再度位相変化を受ける。移相器７５での移相変化量を適当に選ぶことにより、サブ反射鏡アンテナ５から放射される電界の位相を調節でき、この開口面アンテナ全体として所望の放射特性を実現できる。
【００４４】
この実施の形態５の場合にも、隣り合うサブアレーアンテナ８の間の間隙部分に電磁波的結合素子７ｅが装荷され、実施の形態１の場合と同様に動作し、同じ効果を奏するのは明らかである。
【００４５】
実施の形態６．
図１７は本発明の実施の形態６を表す概略構成図である。同図の、電磁波的結合素子７ｆを構成する、短絡素子あるいは開放素子７２、電磁波的結合アレーアンテナ７３、伝送線路７４、移相器７５は上記実施の形態１等で示されたものと同じものであり、同様に動作する。
【００４６】
この実施の形態６の場合にも、隣り合うサブアレーアンテナ８の間の間隙部分に電磁波的結合素子７ｆが装荷され、実施の形態１の場合と同様に動作し、同じ効果を奏するのは明らかである。
【００４７】
なお、この実施の形態６では、電磁波的結合アレーアンテナ７３に対して一つの移相器７５が接続されているが、電磁波的結合アレーアンテナ７３を分割し、それら分割したアンテナにそれぞれ移相器７５を接続しても同様な効果が得られる。
【００４８】
実施の形態７．
図１８は本発明の実施の形態７を表す概略構成図である。図１９は電磁波的結合素子７ｇの詳細図である。これらの図において、７６は八木・宇田アンテナである。電磁波的結合素子７ｇを構成する短絡素子あるいは開放素子７２は上記実施の形態１等で示されたものと同じものであり、同様に動作する。
【００４９】
この実施の形態７では無給電素子として、給電端に短絡素子あるいは開放素子７２を持つ２素子の八木・宇田アンテナの場合を示している。
【００５０】
この実施の形態７の場合にも、隣り合うサブアレーアンテナ８の間の間隙部分に電磁波的結合素子７ｇが装荷され、実施の形態１の場合と同様に動作し、同じ効果を奏するのは明らかである。
【００５１】
実施の形態８．
図２０は本発明の実施の形態８を表す概略構成図である。図２１は電磁波的結合素子７ｈの詳細図である。これらの図において、電磁波的結合素子７ｇを構成する、短絡素子あるいは開放素子７２、伝送線路７４、八木・宇田アンテナ７６は上記実施の形態１等で示されたものと同じものであり、同様に動作する。
【００５２】
この実施の形態８は、無給電素子として八木・宇田アンテナ７６の給電端と、短絡素子あるいは開放素子７２との間を伝送線路７４で接続した場合を示している。
【００５３】
この実施の形態８の場合にも、隣り合うサブアレーアンテナ８の間の間隙部分に電磁波的結合素子７ｈが装荷され、実施の形態１の場合と同様に動作し、同じ効果を奏するのは明らかである。
【００５４】
実施の形態９．
図２２は本発明の実施の形態９を表す概略構成図である。図２３は電磁波的結合素子７ｉの詳細図である。これらの図において、電磁波的結合素子７ｉを構成する、短絡素子あるいは開放素子７２、伝送線路７４、移相器７５、八木・宇田アンテナ７６は上記実施の形態１等で示されたものと同じものであり、同様に動作する。
【００５５】
この実施の形態９は、伝送線路の途中に移相器７５を装荷した場合を示している。
【００５６】
この実施の形態９の場合にも、隣り合うサブアレーアンテナ８の間の間隙部分に電磁波的結合素子７ｉが装荷され、実施の形態１の場合と同様に動作し、同じ効果を奏するのは明らかである。
【００５７】
実施の形態１０．
図２４は本発明の実施の形態１０の電磁波的結合素子７ｊを表す概略構成図である。同図は、無給電素子としてパッチアンテナ７７を用いた場合を示している。短絡素子あるいは開放素子７２、伝送線路７４、移相器７５は、上記実施の形態１等で示されたものと同様のものであり、同様に動作する。
【００５８】
この実施の形態１０の電磁波的結合素子を用いた場合でも、実施の形態１の場合と同様に動作し、同じ効果を奏するのは明らかである。
【００５９】
実施の形態１１．
図２５は本発明の実施の形態１１の電磁波的結合素子７ｋを表す概略構成図である。同図は、無給電素子としてスロットアンテナ７８を用いた場合を示している。短絡素子あるいは開放素子７２、伝送線路７４、移相器７５は、上記実施の形態１等で示されたものと同様のものであり、同様に動作する。
【００６０】
この実施の形態１１の電磁波的結合素子を用いた場合でも、実施の形態１の場合と同様に動作し、同じ効果を奏するのは明らかである。
【００６１】
実施の形態１２．
図２６および図２７は本発明の実施の形態１２を表す概略構成図であり、本発明の効果を示す実験に用いたアンテナの構成を表すものである。これらの図において、９は導波管、１０は電界の方向である。
図２６は導波管９と八木・宇田アンテナ７６がＥ面結合している場合を示す図であり、図２７は導波管９と八木・宇田アンテナ７６がＨ面結合している場合を示す図である。
【００６２】
図２８および図２９に本発明の実施の形態１２の開口面振幅分布の概略図を示す。図２８は八木・宇田アンテナ７６がある場合、図２９は八木・宇田アンテナ７６がない場合の開口面振幅分布を示す。これらの図において、１１は電界等レベル線である。
【００６３】
この実施の形態１２では、導波管９の間隙に八木・宇田アンテナ７６を設けている。八木・宇田アンテナ７６は実施の形態７の場合と同様に給電端を開放にしている。図２８および図２９により、八木・宇田アンテナ７６がない場合には開口面分布はまゆ形になるのに対して、無給電素子として八木・宇田アンテナ７６を用いることにより、開口面分布は長方形に近くなる。導波管９の間隙に八木・宇田アンテナ７６を設けた効果が大きく出ていることがわかる。
【００６４】
実施の形態１３．
図３０および図３１は本発明の実施の形態１３を表す概略構成図である。
図３０は前面から見た概略構成図を示す。図３１は、図３０のＢ−Ｂ’線の断面図を示す。これらの図において、１２は部分反射鏡、１４は中開口主反射鏡の光線、１５は部分反射鏡の光線、５１は中開口主反射鏡、５２はサブ反射鏡アンテナ用一次放射器である。
【００６５】
では、隣り合うサブ反射鏡アンテナ５ｂの間の間隙に、実施形態１等の無給電素子ではなく、部分反射鏡１２を設けている。部分反射鏡１２は放物面であり、その焦点が各中開口主反射鏡５１の焦点と一致し、かつ、反射位相が中開口主反射鏡５１の反射位相と一致するように設けられている。したがって、中開口主反射鏡の光線１４および部分反射鏡の光線１５は、中開口主反射鏡５１および部分反射鏡１２で反射された後は平行光線になっている。
【００６６】
この実施の形態１３のように、隣り合うサブ反射鏡アンテナ５の間の間隙に部分反射鏡１２を設けることにより、電流の強度分布が連続的になるので、グレーティングローブの発生が少なくなる。
また、電流の強度分布が連続的になるのでスピルオーバがなくなり、開口全体の効率が向上する。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、隙間を有して配列された複数個のアンテナを備え、上記複数個のアンテナ全体で空間に電波を放射するとともに、空間からの電波を受波する開口面アンテナにおいて、上記隙間に設けられ、隣接するアンテナと電磁波的に結合して励振され、上記複数個のアンテナ間の電流分布を連続的にし、上記空間に電波を放射する電磁波的結合素子とを備え、この電磁波的結合素子が複数個のアンテナの間における励振部分となり、開口面アンテナの電流分布を滑らかにする。このことは、サブ反射鏡アンテナ間の距離が等価的に小さくなることを意味し、複数個のアンテナ間に隙間があることに起因するグレーティングローブの発生を低減できる。また、スピルオーバを低減し、全体としての開口が効率よく使用される。
【００６８】
また、この発明によれば、上記電磁波的結合素子を、断面が放物線であり、その焦点が上記複数のアンテナの焦点と一致し、かつ、反射位相が上記複数のアンテナの反射位相と一致する部分反射鏡とし、反射後の光線は平行光線になる。このことは複数個のアンテナ間の距離が等価的に小さくなることを意味し、グレーティングローブの発生を低減することができる。また、スピルオーバを低減できて、全体としての開口が効率よく使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの全体の概略構成図である。
【図２】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの一部の拡大図である。
【図３】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの一部の断面図である。
【図４】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの放射特性図である。
【図５】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの動作説明図（電磁波的結合素子がない場合）である。
【図６】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの動作説明図（電磁波的結合素子がある場合）である。
【図７】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの動作説明図（一枚の反射鏡の場合）である。
【図８】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの動作説明図（全体の開口半径ａ０と複数のサブ反射鏡の半径ａ１の関係を示す）である。
【図９】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの動作説明図（電磁波的結合素子がない場合の放射特性を示す）である。
【図１０】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの動作説明図（全体の開口半径ａ０と複数のサブ反射鏡の半径ａ１の関係を変えたときの利得変化を示す）である。
【図１１】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの動作説明図（量子化サイドローブ発生の原理を示す）である。
【図１２】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの動作説明図（電磁波的結合素子がない場合の放射特性を示す）である。
【図１３】 発明の実施の形態２の開口面アンテナの全体の概略構成図である。
【図１４】 発明の実施の形態３の開口面アンテナの全体の概略構成図である。
【図１５】 発明の実施の形態４の開口面アンテナの全体の概略構成図である。
【図１６】 発明の実施の形態５の開口面アンテナの全体の概略構成図である。
【図１７】 発明の実施の形態６の開口面アンテナの全体の概略構成図である。
【図１８】 発明の実施の形態７の開口面アンテナの全体の概略構成図である。
【図１９】 発明の実施の形態７の八木・宇田アンテナからなる電磁波的結合素子の概略構成図である。
【図２０】 発明の実施の形態８の開口面アンテナの全体の概略構成図である。
【図２１】 発明の実施の形態８の八木・宇田アンテナからなる電磁波的結合素子の概略構成図である。
【図２２】 発明の実施の形態９の開口面アンテナの全体の概略構成図である。
【図２３】 発明の実施の形態９の八木・宇田アンテナからなる電磁波的結合素子の概略構成図である。
【図２４】 発明の実施の形態１０のパッチアンテナからなる電磁波的結合素子の概略構成図である。
【図２５】 発明の実施の形態１１のスロットアンテナからなる電磁波的結合素子の概略構成図である。
【図２６】 発明の実施の形態１２の開口面アンテナの概略構成図である。
【図２７】 発明の実施の形態１２の他の開口面アンテナの概略構成図である。
【図２８】 発明の実施の形態１２の開口面アンテナの動作説明図である。
【図２９】 発明の実施の形態１２の開口面アンテナの動作説明図である。
【図３０】 発明の実施の形態１３の開口面アンテナの概略構成図である。
【図３１】 発明の実施の形態１３の開口面アンテナの概略断面図である。
【図３２】 従来例の開口面アンテナの概略構成図である。
【符号の説明】
１ 開口面アンテナ、３ 給電系、５ サブ反射鏡アンテナ、７ 電磁波的結合素子、１２ 部分反射鏡、５１ 中開口主反射鏡、５２ サブ反射鏡アンテナ用一次放射器、７１ 電磁波的結合反射鏡アンテナ、７２ 短絡素子あるいは開放素子、７３ 電磁波的結合アレーアンテナ、７４ 伝送線路、７５ 移相器、７６ 八木・宇田アンテナ、７７ パッチアンテナ、７８ スロットアンテナ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽発電衛星のマイクロ波送電、電波天文等の観測、衛星通信等に用いる超大形の開口面アンテナに関するものであり、特に、効率よく開口上のエネルギーを使用し、また、グレーティングローブを発生させない開口面アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の地上で用いられる開口面アンテナとして、図３２に示すようなものがあった。この図は、三浦公亮、市川満、浦崎修治、佐藤滋、松本治、”大型アンテナの設計”、三菱電機技報、ｖｏｌ．５９，ｎｏ．９，ｐ．６２５，１９８５年に示されたものである。
【０００３】
この図において、１０１は地上における重力や風による指向精度ならびに鏡面精度の劣化を抑えるために十分な強度を備えた回転放物面からなる開口径６４ｍの主反射鏡、１０２は回転２次曲面からなる副反射鏡、１０３は複数の反射鏡とホーンアンテナからなるビーム給電系である。ビーム給電系１０３は、第一集束反射鏡１０３ａ、第二集束反射鏡１０３ｂ、第三集束反射鏡１０３ｃ、第四集束反射鏡１０３ｄ、第五集束反射鏡１０３ｅ、および、ホーンアンテナ１０３ｆから構成される。また、１０４は鏡軸である。
【０００４】
図１の開口面アンテナにおいて、送信の場合、ビーム給電系１０３より伝送された電波は、副反射鏡１０２により反射された後、主反射鏡１０１の焦点を曲率中心とする球面波に変換され、主反射鏡１０１に向けて伝搬し、主反射鏡１０１により反射されて平面波に変換され、鏡軸１０４の方向に向けて放射される。
図１の開口面アンテナは、地上に設置された深宇宙探査用大型アンテナ装置である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、太陽発電衛星のマイクロ波送電、あるいは電波天文等の観測等に用いるために宇宙空間で超大形の開口面アンテナを構成することが検討されている。宇宙空間で数百ｍを越える開口径を実現しようとすると、資材の運搬等の関係から、図１の主反射鏡１０１のように１枚の板状に構成することは困難である。そこで、複数の開口面アンテナを用いて超大形の開口面アンテナを構成することが考えられる。
【０００６】
しかし、このような構成では、隣り合う開口面アンテナの間には間隙ができ、アレーアンテナとして開口全体を効率よく用いることができず、単一の反射鏡に比べ利得低下が生じる。さらに、等価的に各アンテナ素子間の間隔が広くなり、グレーティングローブが発生するという問題点があった。
【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、開口全体を効率よく用いることができ、また、グレーティングローブの発生を抑制できる超大形の開口面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に係る開口面アンテナは、隙間を有して配列された複数個のアンテナを備え、上記複数個のアンテナ全体で空間に電波を放射するとともに、空間からの電波を受波する開口面アンテナにおいて、
上記隙間に設けられ、隣接するアンテナと電磁波的に結合して励振され、上記複数個のアンテナ間の電流分布を連続的にし、上記空間に電波を放射する電磁波的結合素子とを備えたものである。
【０００９】
この発明の開口面アンテナにおいて、複数個のアンテナのうちの隣接するものとの相互結合により電磁波的結合素子が励振され、この電磁波的結合素子が複数個のアンテナの間における励振部分となり、開口面アンテナの電流分布を滑らかにする。このことは、サブ反射鏡アンテナ間の距離が等価的に小さくなることを意味し、複数個のアンテナ間に隙間があることに起因するグレーティングローブの発生を低減できる。また、スピルオーバを低減し、全体としての開口が効率よく使用される。
【００１０】
請求項２に係る開口面アンテナは、上記アンテナを、反射鏡、および、給電系を備えたサブ反射鏡アンテナとしたものである。
【００１１】
請求項３に係る開口面アンテナは、上記アンテナを、複数の素子アンテナからなるサブアレーアンテナとしたものである。
【００１２】
請求項４に係る開口面アンテナは、上記電磁波的結合素子を、反射鏡、この反射鏡と電磁波的に結合する伝送線路、および、この伝送線路の一端に設けられた反射手段を備えた無給電素子としたものである。
【００１３】
請求項５に係る開口面アンテナは、上記電磁波的結合素子を、アレーアンテナ、このアレーアンテナと電磁波的に結合する伝送線路、および、この伝送線路の一端に設けられた反射手段を備えた無給電素子としたものである。
【００１４】
請求項６に係る開口面アンテナは、上記電磁波的結合素子を、八木宇田アンテナ、この八木宇田アンテナと電磁波的に結合する伝送線路、および、この伝送線路の一端に設けられた反射手段を備えた無給電素子としたものである。
【００１５】
請求項７に係る開口面アンテナは、上記電磁波的結合素子を、パッチアンテナ、このパッチアンテナと電磁波的に結合する伝送線路、および、この伝送線路の一端に設けられた反射手段を備えた無給電素子としたものである。
【００１６】
請求項８に係る開口面アンテナは、上記電磁波的結合素子を、スロットアンテナ、このスロットアンテナと電磁波的に結合する伝送線路、および、この伝送線路の一端に設けられた反射手段を備えた無給電素子としたものである。
【００１７】
請求項９に係る開口面アンテナは、上記伝送線路に、反射位相を調整する移相器を備えたものである。
【００１８】
請求項１０に係る開口面アンテナは、上記電磁波的結合素子を、断面が放物線であり、その焦点が上記複数のアンテナの焦点と一致し、かつ、反射位相が上記複数のアンテナの反射位相と一致する部分反射鏡としたものである。
【００１９】
この発明の開口面アンテナにおいて、複数個のアンテナのうちの隣接するものの間の間隙に、その焦点が開口面アンテナの焦点と一致し、かつ、反射位相が開口面アンテナの反射位相と一致する放物線の部分反射鏡を設けたものであり、反射後の光線は平行光線になる。このことは複数個のアンテナ間の距離が等価的に小さくなることを意味し、グレーティングローブの発生を低減することができる。また、スピルオーバを低減できて、全体としての開口が効率よく使用される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の開口面アンテナの概略構成図である。同図において、５は多数のサブ反射鏡アンテナ、７はサブ反射鏡アンテナ５の間に設けられた多数の電磁波的結合素子である。これら多数のサブ反射鏡アンテナ５と多数の電磁波的結合素子７とから開口面アンテナ１が構成される。なお、図１において、電磁波的結合素子７は、便宜上、開口面アンテナ１の右上の部分についてのみ表現しているが、実際は開口面アンテナ１の全体にわたって設けられている。また、開口面アンテナ１の周囲の円、十字線、多数のサブ反射鏡アンテナ５間を結ぶ線は理解を助けるための補助線であり、開口面アンテナ１の構成要素ではない。
【００２１】
図２は、図１の開口面アンテナ１の一部の拡大図である。
図３は、図２のＡ−Ａ’線の断面図である。サブ反射鏡アンテナ５には導波管あるいは同軸ケーブル等の給電系３がそれぞれ接続されている。一方、電磁波的結合素子７には給電系は接続されていない。
【００２２】
電磁波的結合素子７は、隣り合うサブ反射鏡アンテナ５の間の間隙部分に装荷されているので、サブ反射鏡アンテナ５との相互結合により励振される。また、電磁波的結合素子７はサブ反射鏡アンテナ５間の間隙の励振部分として機能するので、サブ反射鏡アンテナ５間の距離は等価的に小さくなる。なお、電磁波的結合素子７の具体的構成については後述する。
【００２３】
次に動作について、図４ないし図１２を用いて説明する。
説明の便宜上、まず、電磁波的結合素子７を備えない開口面アンテナの動作について、図８ないし図１２を用いて説明する。
【００２４】
宇宙でのマイクロ波電力伝送用に、直径１３０ｍや１ｋｍの開口面アンテナが検討されている。直径１０ｍ程度までは宇宙用に展開性を付与した開口面アンテナで実現できるが、直径１０ｍを越えるとアンテナの構成法から考える必要がある。
【００２５】
アンテナの構成法として、図８に示すように、開口を分割して中開口の配列で実現する方法がある。同図は全体の四分の一の部分を示しており、サブ反射鏡アンテナ５の直径は、例えば１０ｍである。
この開口を分割して中開口の配列で実現する方法は、他の方法（（１）１つの開口で構成する方法、（２）二分の一波長のスロットやダイポール等の一次放射器の配列で構成する方法）に比べて、高い機械精度が要求される寸法を小さくできて製造上有利であること、放射素子間の機械的誤差は位相調整により補正できること、輸送を開口単位で行うことができること、組み立て途中で試験を行うことができること、（２）の方法に比べて素子数を大幅に少なくできること、などの点で有利である。
【００２６】
しかし、サブ反射鏡アンテナ５開口を分割すると中開口間には電界が存在しない領域ができる。この領域は開口全体で周期的に分布する。このため遠方放射パターンに量子化ローブが発生するという問題が生じる。
【００２７】
例えば、中開口（サブ反射鏡アンテナ５）の形状を半径ａ１の円と仮定する。主ローブの幅を一定にするために、図８のように、中開口の分布域を最外周を一定にして半径ａ０（例えば５０ｍ）の大開口円の中に等分させる。
【００２８】
ａ１＝ａ０／９（中開口間にギャップなし）の場合の放射パターンを図９に示す。同図からわかるように、０．６度、１．２度付近（ＧＲＡＴＩＮＧ ＬＯＢＥ Ｘ１、Ｘ２）、０．７度付近（ＧＲＡＴＩＮＧ ＬＯＢＥ Ｙ）に量子化ローブがある。また、図１２は、図９の関係を模式的に表した図である。図中の点線は半径ａ１の開口面アンテナの放射パターンを示す。同図によれば量子化ローブは周期的に複数存在する。これは、図１１のようにサブ反射鏡アンテナ５の間隔ｂが波長より大きいため、特定の方向で電波が強めあうからである。なお、一枚の反射鏡からなる開口面アンテナにおいては、波源は連続して分布し、これらの間隔は非常に短いため、図１２のような特性はもたない。
【００２９】
ａ１を変えたときのアンテナ利得と第１サイドローブレベル（ｘ方向、ｙ方向もほぼ同じ）、各量子化ローブレベルを図１０に示す。同図から次のことがわかる。
（１）利得はａ１とともに増加する。
（２）ａ１≦５．１ｍの範囲ではｙ方向量子化ローブレベルが第１サイドローブレベルより高い。
（３）１．２度付近の量子化ローブレベルがａ１＝３．６ｍ付近で極小となっている。これは、単一開口面の零点がその付近にあるためと思われる。
（４）ｘ方向の量子化ローブが２種類あり、かつｙ方向のレベルより低いのは、中開口の配列の仕方による。
【００３０】
以上のことから、開口を分割して中開口の配列で大開口を実現する方法を用いるときは、量子化ローブレベルを考慮しなければならないことがわかる。
【００３１】
次に、電磁波的結合素子７を備える開口面アンテナの動作について、図１ないし図７を用いて説明する。
上述したように、量子化ローブは波源の間隔が広いために生じる。これは、図５に示すように、電磁波的結合素子７がない場合の電流の強度分布５３が不連続だからである。電流の強度分布５３は、サブ反射鏡アンテナ５の部分の電流強度が大きく、サブ反射鏡アンテナ５の間では電流強度はほとんど零である。一方、図７に示すように、量子化ローブが生じない超大形開口の電流の強度分布５６は連続的である。そこで、何等かの手段によりサブ反射鏡アンテナ５の間で電流分布を生じさせれば電流分布は連続的あるいはこれに近い分布になり、量子化ローブの発生を防止できると考えられる。
【００３２】
このために用いられるものが電磁波的結合素子７である。図６に示すように、サブ反射鏡アンテナ５と電磁波的結合素子７との間の結合５５により、電磁波的結合素子がある場合の電流の強度分布５４は、サブ反射鏡アンテナ５間において電流分布が生じるので、図５の電流の強度分布５３に比べて連続的になる。このことは、サブ反射鏡アンテナ５間の距離が等価的に小さくなることを意味する。したがって量子化ローブの発生を抑制できる。
【００３３】
このときの放射特性図を図４に示す。中開口の配列による放射パターン５１は、超大形開口による放射パターン５２に近似し、量子化ローブは存在しない。
【００３４】
以上のように、この実施の形態１の装置によれば、電磁波的結合素子７は隣り合うサブ反射鏡アンテナ５の間の間隙部分に装荷され、電磁波的結合素子７とサブ反射鏡アンテナ５との間で相互結合が生じ、電流の強度分布が連続的になるので、グレーティングローブの発生が少なくなる。
また、電流の強度分布が連続的になるのでスピルオーバがなくなり、開口全体の効率が向上する。
また、大形の開口面アンテナを、中開口の複数のサブ反射鏡アンテナ５で構成し、これらの隙間をうめるように電磁波的結合素子７を配置すればよいから、サブ反射鏡アンテナ５の配置の自由度は高くなり、設計、製造の自由度が大きくなる。
【００３５】
実施の形態２．
実施の形態１において、サブ反射鏡アンテナ５と電磁波的結合素子７はいずれも円形であったが、この形状に限らない。図１３は実施の形態２の開口面アンテナを表す概略構成図である。同図において、８は複数個の素子アンテナからなるサブアレーアンテナである。サブアレーアンテナ８は矩形（あるいは他の四角形）である。サブアレーアンテナ８の間にやはり矩形（あるいは他の四角形）の電磁波的結合素子７ｂが配置されている。このとき、図１３の実線の矢印のように結合が生じる。
【００３６】
この実施の形態２の場合にも、隣り合うサブアレーアンテナ８の間の間隙部分に電磁波的結合素子７ｂが装荷され、実施の形態１の場合と同様に動作し、同じ効果を奏するのは明らかである。
【００３７】
実施の形態３．
図１４は本発明の実施の形態３を表す概略構成図である。同図において、電磁波的結合素子７ｃは、反射鏡と一次放射器からなる電磁波的結合反射鏡アンテナ７１と、電磁波的結合反射鏡アンテナ７１の給電端を短絡あるいは開放にする短絡素子あるいは開放素子７２から構成されている。サブ反射鏡アンテナ５は図１に示されたものと同様のものである。また、電磁波的結合素子７ｃは図１の電磁波的結合素子７と同様に動作する。
【００３８】
図１４の構成の開口面アンテナの電磁波的結合素子７ｃは無給電素子である。サブ反射鏡アンテナ５との相互結合により、短絡素子あるいは開放素子７２による短絡あるいは開放の給電端条件を持つ電磁波的結合反射鏡アンテナ７１は励振される。このために、間隙を挟む電磁波的結合反射鏡アンテナ７１間に励振部分が存在することになるので、開口全体が効率よく使用され、また、グレーティングローブは発生しない。
【００３９】
この実施の形態３の場合にも、隣り合うサブ反射鏡アンテナ５の間の間隙部分に電磁波的結合素子７ｃが装荷され、実施の形態１の場合と同様に動作し、同じ効果を奏するのは明らかである。
【００４０】
実施の形態４．
図１５は本発明の実施の形態４を表す概略構成図である。同図において、電磁波的結合素子７ｄは複数個の素子アンテナからなる電磁波的結合アレーアンテナ７３を備える。他の構成要素は実施の形態１等に示したものと同様のものである。
【００４１】
この実施の形態４の場合にも、隣り合うサブアレーアンテナ８の間の間隙部分に電磁波的結合素子７ｄが装荷され、実施の形態１の場合と同様に動作し、同じ効果を奏するのは明らかである。
【００４２】
実施の形態５．
図１６は本発明の実施の形態５を表す概略構成図である。同図において、７４は一端が電磁波的結合反射鏡アンテナ７１の給電端に接続され、他端が短絡素子あるいは開放素子７２に接続された伝送線路、７５は伝送線路７４の途中の装荷された移相器である。他の構成要素は実施の形態１等に示したものと同様のものである。
【００４３】
図１６の構成の、サブ反射鏡アンテナ５との相互結合により励振された電磁波的結合素子７ｅにおいて、その受波された電界は短絡素子あるいは開放素子７２に至るまでに移相器７５により位相変化を受けるとともに、その短絡素子あるいは開放素子７２から反射された電界は移相器７５により再度位相変化を受ける。移相器７５での移相変化量を適当に選ぶことにより、サブ反射鏡アンテナ５から放射される電界の位相を調節でき、この開口面アンテナ全体として所望の放射特性を実現できる。
【００４４】
この実施の形態５の場合にも、隣り合うサブアレーアンテナ８の間の間隙部分に電磁波的結合素子７ｅが装荷され、実施の形態１の場合と同様に動作し、同じ効果を奏するのは明らかである。
【００４５】
実施の形態６．
図１７は本発明の実施の形態６を表す概略構成図である。同図の、電磁波的結合素子７ｆを構成する、短絡素子あるいは開放素子７２、電磁波的結合アレーアンテナ７３、伝送線路７４、移相器７５は上記実施の形態１等で示されたものと同じものであり、同様に動作する。
【００４６】
この実施の形態６の場合にも、隣り合うサブアレーアンテナ８の間の間隙部分に電磁波的結合素子７ｆが装荷され、実施の形態１の場合と同様に動作し、同じ効果を奏するのは明らかである。
【００４７】
なお、この実施の形態６では、電磁波的結合アレーアンテナ７３に対して一つの移相器７５が接続されているが、電磁波的結合アレーアンテナ７３を分割し、それら分割したアンテナにそれぞれ移相器７５を接続しても同様な効果が得られる。
【００４８】
実施の形態７．
図１８は本発明の実施の形態７を表す概略構成図である。図１９は電磁波的結合素子７ｇの詳細図である。これらの図において、７６は八木・宇田アンテナである。電磁波的結合素子７ｇを構成する短絡素子あるいは開放素子７２は上記実施の形態１等で示されたものと同じものであり、同様に動作する。
【００４９】
この実施の形態７では無給電素子として、給電端に短絡素子あるいは開放素子７２を持つ２素子の八木・宇田アンテナの場合を示している。
【００５０】
この実施の形態７の場合にも、隣り合うサブアレーアンテナ８の間の間隙部分に電磁波的結合素子７ｇが装荷され、実施の形態１の場合と同様に動作し、同じ効果を奏するのは明らかである。
【００５１】
実施の形態８．
図２０は本発明の実施の形態８を表す概略構成図である。図２１は電磁波的結合素子７ｈの詳細図である。これらの図において、電磁波的結合素子７ｇを構成する、短絡素子あるいは開放素子７２、伝送線路７４、八木・宇田アンテナ７６は上記実施の形態１等で示されたものと同じものであり、同様に動作する。
【００５２】
この実施の形態８は、無給電素子として八木・宇田アンテナ７６の給電端と、短絡素子あるいは開放素子７２との間を伝送線路７４で接続した場合を示している。
【００５３】
この実施の形態８の場合にも、隣り合うサブアレーアンテナ８の間の間隙部分に電磁波的結合素子７ｈが装荷され、実施の形態１の場合と同様に動作し、同じ効果を奏するのは明らかである。
【００５４】
実施の形態９．
図２２は本発明の実施の形態９を表す概略構成図である。図２３は電磁波的結合素子７ｉの詳細図である。これらの図において、電磁波的結合素子７ｉを構成する、短絡素子あるいは開放素子７２、伝送線路７４、移相器７５、八木・宇田アンテナ７６は上記実施の形態１等で示されたものと同じものであり、同様に動作する。
【００５５】
この実施の形態９は、伝送線路の途中に移相器７５を装荷した場合を示している。
【００５６】
この実施の形態９の場合にも、隣り合うサブアレーアンテナ８の間の間隙部分に電磁波的結合素子７ｉが装荷され、実施の形態１の場合と同様に動作し、同じ効果を奏するのは明らかである。
【００５７】
実施の形態１０．
図２４は本発明の実施の形態１０の電磁波的結合素子７ｊを表す概略構成図である。同図は、無給電素子としてパッチアンテナ７７を用いた場合を示している。短絡素子あるいは開放素子７２、伝送線路７４、移相器７５は、上記実施の形態１等で示されたものと同様のものであり、同様に動作する。
【００５８】
この実施の形態１０の電磁波的結合素子を用いた場合でも、実施の形態１の場合と同様に動作し、同じ効果を奏するのは明らかである。
【００５９】
実施の形態１１．
図２５は本発明の実施の形態１１の電磁波的結合素子７ｋを表す概略構成図である。同図は、無給電素子としてスロットアンテナ７８を用いた場合を示している。短絡素子あるいは開放素子７２、伝送線路７４、移相器７５は、上記実施の形態１等で示されたものと同様のものであり、同様に動作する。
【００６０】
この実施の形態１１の電磁波的結合素子を用いた場合でも、実施の形態１の場合と同様に動作し、同じ効果を奏するのは明らかである。
【００６１】
実施の形態１２．
図２６および図２７は本発明の実施の形態１２を表す概略構成図であり、本発明の効果を示す実験に用いたアンテナの構成を表すものである。これらの図において、９は導波管、１０は電界の方向である。
図２６は導波管９と八木・宇田アンテナ７６がＥ面結合している場合を示す図であり、図２７は導波管９と八木・宇田アンテナ７６がＨ面結合している場合を示す図である。
【００６２】
図２８および図２９に本発明の実施の形態１２の開口面振幅分布の概略図を示す。図２８は八木・宇田アンテナ７６がある場合、図２９は八木・宇田アンテナ７６がない場合の開口面振幅分布を示す。これらの図において、１１は電界等レベル線である。
【００６３】
この実施の形態１２では、導波管９の間隙に八木・宇田アンテナ７６を設けている。八木・宇田アンテナ７６は実施の形態７の場合と同様に給電端を開放にしている。図２８および図２９により、八木・宇田アンテナ７６がない場合には開口面分布はまゆ形になるのに対して、無給電素子として八木・宇田アンテナ７６を用いることにより、開口面分布は長方形に近くなる。導波管９の間隙に八木・宇田アンテナ７６を設けた効果が大きく出ていることがわかる。
【００６４】
実施の形態１３．
図３０および図３１は本発明の実施の形態１３を表す概略構成図である。
図３０は前面から見た概略構成図を示す。図３１は、図３０のＢ−Ｂ’線の断面図を示す。これらの図において、１２は部分反射鏡、１４は中開口主反射鏡の光線、１５は部分反射鏡の光線、５１は中開口主反射鏡、５２はサブ反射鏡アンテナ用一次放射器である。
【００６５】
では、隣り合うサブ反射鏡アンテナ５ｂの間の間隙に、実施形態１等の無給電素子ではなく、部分反射鏡１２を設けている。部分反射鏡１２は放物面であり、その焦点が各中開口主反射鏡５１の焦点と一致し、かつ、反射位相が中開口主反射鏡５１の反射位相と一致するように設けられている。したがって、中開口主反射鏡の光線１４および部分反射鏡の光線１５は、中開口主反射鏡５１および部分反射鏡１２で反射された後は平行光線になっている。
【００６６】
この実施の形態１３のように、隣り合うサブ反射鏡アンテナ５の間の間隙に部分反射鏡１２を設けることにより、電流の強度分布が連続的になるので、グレーティングローブの発生が少なくなる。
また、電流の強度分布が連続的になるのでスピルオーバがなくなり、開口全体の効率が向上する。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、隙間を有して配列された複数個のアンテナを備え、上記複数個のアンテナ全体で空間に電波を放射するとともに、空間からの電波を受波する開口面アンテナにおいて、上記隙間に設けられ、隣接するアンテナと電磁波的に結合して励振され、上記複数個のアンテナ間の電流分布を連続的にし、上記空間に電波を放射する電磁波的結合素子とを備え、この電磁波的結合素子が複数個のアンテナの間における励振部分となり、開口面アンテナの電流分布を滑らかにする。このことは、サブ反射鏡アンテナ間の距離が等価的に小さくなることを意味し、複数個のアンテナ間に隙間があることに起因するグレーティングローブの発生を低減できる。また、スピルオーバを低減し、全体としての開口が効率よく使用される。
【００６８】
また、この発明によれば、上記電磁波的結合素子を、断面が放物線であり、その焦点が上記複数のアンテナの焦点と一致し、かつ、反射位相が上記複数のアンテナの反射位相と一致する部分反射鏡とし、反射後の光線は平行光線になる。このことは複数個のアンテナ間の距離が等価的に小さくなることを意味し、グレーティングローブの発生を低減することができる。また、スピルオーバを低減できて、全体としての開口が効率よく使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの全体の概略構成図である。
【図２】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの一部の拡大図である。
【図３】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの一部の断面図である。
【図４】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの放射特性図である。
【図５】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの動作説明図（電磁波的結合素子がない場合）である。
【図６】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの動作説明図（電磁波的結合素子がある場合）である。
【図７】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの動作説明図（一枚の反射鏡の場合）である。
【図８】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの動作説明図（全体の開口半径ａ０と複数のサブ反射鏡の半径ａ１の関係を示す）である。
【図９】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの動作説明図（電磁波的結合素子がない場合の放射特性を示す）である。
【図１０】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの動作説明図（全体の開口半径ａ０と複数のサブ反射鏡の半径ａ１の関係を変えたときの利得変化を示す）である。
【図１１】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの動作説明図（量子化サイドローブ発生の原理を示す）である。
【図１２】 発明の実施の形態１の開口面アンテナの動作説明図（電磁波的結合素子がない場合の放射特性を示す）である。
【図１３】 発明の実施の形態２の開口面アンテナの全体の概略構成図である。
【図１４】 発明の実施の形態３の開口面アンテナの全体の概略構成図である。
【図１５】 発明の実施の形態４の開口面アンテナの全体の概略構成図である。
【図１６】 発明の実施の形態５の開口面アンテナの全体の概略構成図である。
【図１７】 発明の実施の形態６の開口面アンテナの全体の概略構成図である。
【図１８】 発明の実施の形態７の開口面アンテナの全体の概略構成図である。
【図１９】 発明の実施の形態７の八木・宇田アンテナからなる電磁波的結合素子の概略構成図である。
【図２０】 発明の実施の形態８の開口面アンテナの全体の概略構成図である。
【図２１】 発明の実施の形態８の八木・宇田アンテナからなる電磁波的結合素子の概略構成図である。
【図２２】 発明の実施の形態９の開口面アンテナの全体の概略構成図である。
【図２３】 発明の実施の形態９の八木・宇田アンテナからなる電磁波的結合素子の概略構成図である。
【図２４】 発明の実施の形態１０のパッチアンテナからなる電磁波的結合素子の概略構成図である。
【図２５】 発明の実施の形態１１のスロットアンテナからなる電磁波的結合素子の概略構成図である。
【図２６】 発明の実施の形態１２の開口面アンテナの概略構成図である。
【図２７】 発明の実施の形態１２の他の開口面アンテナの概略構成図である。
【図２８】 発明の実施の形態１２の開口面アンテナの動作説明図である。
【図２９】 発明の実施の形態１２の開口面アンテナの動作説明図である。
【図３０】 発明の実施の形態１３の開口面アンテナの概略構成図である。
【図３１】 発明の実施の形態１３の開口面アンテナの概略断面図である。
【図３２】 従来例の開口面アンテナの概略構成図である。
【符号の説明】
１ 開口面アンテナ、３ 給電系、５ サブ反射鏡アンテナ、７ 電磁波的結合素子、１２ 部分反射鏡、５１ 中開口主反射鏡、５２ サブ反射鏡アンテナ用一次放射器、７１ 電磁波的結合反射鏡アンテナ、７２ 短絡素子あるいは開放素子、７３ 電磁波的結合アレーアンテナ、７４ 伝送線路、７５ 移相器、７６ 八木・宇田アンテナ、７７ パッチアンテナ、７８ スロットアンテナ。
Claims (10)
- 間隙を有して配列された複数個のアンテナを備え、上記複数個のアンテナ全体で空間に電波を放射するとともに、空間からの電波を受波する開口面アンテナにおいて、
上記間隙に設けられ、隣接するアンテナと電磁波的に結合して励振され、上記複数個のアンテナ間の電流分布を連続的にし、上記空間に電波を放射する電磁波的結合素子とを備えた開口面アンテナ。 - 上記アンテナを、反射鏡、および、給電系を備えたサブ反射鏡アンテナとしたことを特徴とする請求項１記載の開口面アンテナ。
- 上記アンテナを、複数の素子アンテナからなるサブアレーアンテナとしたことを特徴とする請求項１記載の開口面アンテナ。
- 上記電磁波的結合素子を、反射鏡、この反射鏡と電磁波的に結合する伝送線路、および、この伝送線路の一端に設けられた反射手段を備えた無給電素子としたことを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の開口面アンテナ。
- 上記電磁波的結合素子を、アレーアンテナ、このアレーアンテナと電磁波的に結合する伝送線路、および、この伝送線路の一端に設けられた反射手段を備えた無給電素子としたことを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の開口面アンテナ。
- 上記電磁波的結合素子を、八木宇田アンテナ、この八木宇田アンテナと電磁波的に結合する伝送線路、および、この伝送線路の一端に設けられた反射手段を備えた無給電素子としたことを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の開口面アンテナ。
- 上記電磁波的結合素子を、パッチアンテナ、このパッチアンテナと電磁波的に結合する伝送線路、および、この伝送線路の一端に設けられた反射手段を備えた無給電素子としたことを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の開口面アンテナ。
- 上記電磁波的結合素子を、スロットアンテナ、このスロットアンテナと電磁波的に結合する伝送線路、および、この伝送線路の一端に設けられた反射手段を備えた無給電素子としたことを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の開口面アンテナ。
- 上記伝送線路に、反射位相を調整する移相器を備えたことを特徴とする請求項４ないし請求項８いずれかに記載の開口面アンテナ。
- 上記電磁波的結合素子を、断面が放物線であり、その焦点が上記複数のアンテナの焦点と一致し、かつ、反射位相が上記複数のアンテナの反射位相と一致する部分反射鏡としたことを特徴とする請求項１記載の開口面アンテナ。
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