JP4125984B2

JP4125984B2 - 複数の一次放射器を有するアンテナ

Info

Publication number: JP4125984B2
Application number: JP2003097212A
Authority: JP
Inventors: 哲雄津川; 嘉彦杉尾; 文雄鈴木
Original assignee: ABEL SYSTEMS Inc
Current assignee: ABEL SYSTEMS Inc
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP2004304659A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに異なる方向の電波を受信するアンテナに関し、とくに二つ以上の接近する人工衛星、たとえば東経１２８度と１２４度の上空に位置する、ＪＣＳＡＴ−３号とＪＣＳＡＴ−４号等が発信する電波を複数の一次放射器で有効に受信するのに最適なアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の衛星から発振される電波を受信するために、複数の一次放射器を配置しているアンテナは開発されている。（特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１６３７３０号公報
【０００４】
この公報には、球面状のルーネベルグレンズの焦点位置に複数の一次放射器を備えたルーネベルグ型アンテナが記載される。この構造のルーネベルグレンズアンテナは、図１に示すように、互いに接近する方向から入射される電波を受信するためには、一次放射器１を互いに接近して配置する必要がある。互いに接近する焦点に一次放射器１を配置するからである。また、図２に示すようにパラボラアンテナも、電波を集束させる反射器の焦点に一次放射器１を配置する。このため、互いに接近する方向から入射する電波を受信すると、焦点が接近するので一次放射器１を近くに配置する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
互いに接近して配置される一次放射器同士は、干渉が生じてアンテナとしての感度が低下し、また混信する等の問題がある。また、互いに接近して配置される一次放射器は、大きさに制約を受ける。大きい一次放射器では接近して配置できないからである。一次放射器が小さくなることも、アンテナの利得を低下させる。この欠点は、ルーネベルグレンズやパラボラの反射器を大きくして解消できる。ルーネベルグレンズやパラボラの反射器を大きくして、焦点の間隔も広くできるからである。ただ、これ等を大きくすることは、製造コストが高くなるばかりでなく、広い設置場所を必要とする等の欠点がある。
【０００６】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、全体をコンパクトにしながら、隣接して配置される一次放射器の干渉を防止し、アンテナとしての利得を向上できる複数の一次放射器を有するアンテナを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のアンテナは、互いに異なる方向から入射する電波を複数の焦点に集合する電波集束部２と、この電波集束部２の複数の焦点に配置している複数の一次放射器１とを備える。一次放射器１は、誘電体アンテナ４を備えており、この誘電体アンテナ４でもって電波集束部２の焦点に集束される電波を受信する。さらに誘電体アンテナ４は、受信する電波の位相中心を、伝搬方向と交差する方向にずらせる偏心誘電体アンテナ４である。偏心誘電体アンテナ４は、電波集束部の焦点に配置されて、電波集束部で焦点に集束される電波を受信する。
【０００８】
一次放射器１は、導波管３の先端に偏心誘電体アンテナ４を装荷して、偏心誘電体アンテナ４で受信した電波を、導波管３に給電する。
【０００９】
偏心誘電体アンテナ４は、先端を傾斜平面４ａとして位相中心を導波管３の中心軸から横方向にずらせる。また、偏心誘電体アンテナ４は、先端部に高誘電体層４Ａを設け、この高誘電体層４Ａの先端面を傾斜平面４ａとして誘電体アンテナ４の位相中心を導波管３の中心軸からずらせることもできる。偏心誘電体アンテナ４は、たとえば比誘電率を１．５〜３．５、好ましくは２〜３とするプラスチック等で製作される。アンテナの電波集束部２は、ルーネベルグレンズやパラボラアンテナの反射器とすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのアンテナを例示するものであって、本発明はアンテナを下記のものに特定しない。
【００１１】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１２】
図３と図４のアンテナは、互いに異なる方向から入射する電波を複数の焦点に集合する電波集束部２と、この電波集束部２の複数の焦点に配置している複数の一次放射器１とを備える。図３は、電波集束部２をルーネベルグレンズとするルーネベルグレンズアンテナを示している。ルーネベルグレンズは誘電体を球形にしてなるレンズである。図４は、電波集束部２をパラボラアンテナの反射器とするパラボラアンテナを示している。電波集束部２は、受信する電波を反射器で反射し、あるいはレンズ等に透過させて焦点に集束できる構造とすることができる。図のアンテナは、電波集束部２の焦点に２組の一次放射器１を配置しているが、３組以上の一次放射器を設けて、３方向よりも多数の方向から入射する電波を受信することもできる。
【００１３】
図５に示す一次放射器１は、誘電体アンテナ４を備える。誘電体アンテナ４は、受信する電波の位相中心を伝搬方向と交差する方向にずらせる偏心誘電体アンテナ４である。偏心誘電体アンテナ４は、電波集束部２の焦点に配置されて、電波集束部２で焦点に集束される電波を受信する。この図の一次放射器１は、導波管３の先端に偏心誘電体アンテナ４を装荷している。図の一次放射器１は、偏心誘電体アンテナ４を円柱状として、導波管３を円筒状とするので、偏心誘電体アンテナ４は、位相中心を伝搬方向に交差する方向にずらせている。図の一次放射器１は、偏心誘電体アンテナ４の中心軸が導波管３の中心軸に対して直線状となるように配置している。図５の偏心誘電体アンテナ４は、先端面を中心軸に直交する面に対して傾斜する傾斜平面４ａとして、位相中心を伝搬方向と交差する方向、すなわち導波管３の中心軸から横方向にずらせるようにしている。
【００１４】
図５に示す構造の偏心誘電体アンテナ４は、比誘電率を２〜３とするプラスチック等の誘電体で製作される。この偏心誘電体アンテナ４は、以下の動作原理で、位相中心が中心軸がずれる。この図において、電波は、ａｂの経路とｃｄの経路から入射して、中心軸のｏ点で交差するとする。電波は、誘電体の内部を通過するときに、誘電体の誘電率が空気よりも大きいので、空気中に比較して速度が遅くなる。ａｂの経路とｃｄの経路とでは、誘電体内を通過する経路ｄｏがｂｏより長いので、ａｂの経路に比べてｃｄの経路の電波の位相が遅れる。このため、ａｂの経路とｃｄの経路の電波の位相が揃う位相中心がｏ点からｏ’点にずれる。偏心誘電体アンテナ４は、ｏからずれた位相中心であるｏ’点が、電波集束部２の焦点に位置させるように配置される。すなわち、偏心誘電体アンテナ４は、入射される電波を、電波の伝搬方向（図において上下方向）と交差する横方向に位相中心をずらせる誘電体アンテナである。
【００１５】
偏心誘電体アンテナ４は、図６に示す構造とすることもできる。この偏心誘電体アンテナ４は、先端部に高誘電体層４Ａを設けて、高誘電体層４Ａの先端面を傾斜平面４ａとしている。この偏心誘電体アンテナ４は、アンテナ本体部４Ｂの先端に高誘電体層４Ａを積層している。高誘電体層４Ａは、その誘電率がアンテナ本体部４Ｂの誘電率よりも高い。この偏心誘電体アンテナ４は、高誘電体層４Ａとアンテナ本体部４Ｂの両方を、比誘電率を１．５〜３．５とする誘電体で製作している。この偏心誘電体アンテナ４は、図５の偏心誘電体アンテナ４と同じ原理で、高誘電体層４Ａが位相中心を偏心させる。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
一次放射器１は、図７と図８に示す構造で、偏心誘電体アンテナ４を導波管３に連結する。これ等の図に示す一次放射器１の偏心誘電体アンテナ４は、導波管３の先端開口部に挿入するテーパー部４ｂを設けている。テーパー部４ｂは、偏心誘電体アンテナ４と導波管３とを整合する形状とする。このテーパー部４ｂで偏心誘電体アンテナ４と導波管３とを整合させる一次放射器１は、偏心誘電体アンテナ４から導波管３に反射しないように能率よく電波を給電できる。さらに、図７と図８の一次放射器１は、導波管３の開口縁を中心に向かって下り勾配のテーパー面５としている。偏心誘電体アンテナ４は、導波管３の開口縁に当接する面を、導波管３のテーパー面５に沿う形状とし、さらに導波管３の内部には整合用のテーパー部４ｂを設けている。この一次放射器１は、偏心誘電体アンテナ４を導波管３にしっかりと固定して、電波が外部に漏れるを防止できる。
【００２０】
以上の一次放射器１は、偏心誘電体アンテナ４を円柱状として、導波管３を円筒状としている。偏心誘電体アンテナは、プラスチック等の誘電体で製作されるが、プラスチック以外の誘電体、たとえば無機の誘電体で製作することもできる。
【００２１】
偏心誘電体アンテナ４は、入射される電波を、伝搬方向に交差する方向に位相中心をずらせるので、互いに接近して配置される一次放射器１の位置を、図９に示す従来のアンテナに比較すると、図１０に示すように、互いに離して配置できる。それは、図１０の一点鎖線で示すように、電波集束部２の焦点に集束される電波を、偏心誘電体アンテナ４で横方向にずらせて、導波管３に給電できるからである。たとえば、図５に示す偏心誘電体アンテナ４は、位相中心を右にずらせるので、電波集束部２の焦点を導波管３の中心軸から左に位置させて、焦点に集束される電波を導波管３の中心に給電できる。すなわち、図５において、一次放射器１を右方向にシフトして配置できる。したがって、アンテナは図３と図４に示すように、一次放射器１を互いに離して配置できる。また、離して配置しない構造にあっては、一次放射器１を太くできる。
【００２２】
本発明のアンテナは、一次放射器１を、偏心誘電体アンテナ４を導波管３に連結する構造に特定しない。図１１ないし図１３に示す一次放射器１は、偏心誘電体アンテナ４を、パッチアンテナ６Ａやスパイラルアンテナ６Ｂ等の平面アンテナ６に連結している。この一次放射器１は、偏心誘電体アンテナ４で受信した電波を、パッチアンテナ６Ａやスパイラルアンテナ６Ｂ等の平面アンテナ６に給電する。図１１と図１２に示すパッチアンテナ６Ａは、偏心誘電体アンテナ４の外形にほぼ等しい外形の絶縁基板７の裏面に導体層を、表面には四角形のパッチ導体８を設けている。図１３のスパイラルアンテナ６Ｂは、偏心誘電体アンテナ４の外形にほぼ等しい外形の絶縁基板７の裏面に導体層を、表面にはスパイラル導体９を設けている。
【００２３】
これ等の一次放射器１は、偏心誘電体アンテナ４と平面アンテナ６との距離Ｇが０〜λ／４となるように、偏心誘電体アンテナ４を平面アンテナ６の表面側に配置している。この構造一次放射器１は、平面アンテナ６に同軸ケーブル（図示せず）を接続し、受信した電波を同軸ケーブルで受信機に伝送する。同軸ケーブルは、芯線をパッチ導体８やスパイラル導体９に接続し、外皮導体を絶縁基板７の裏面の導体層に接続する。
【００２４】
以上のように、平面アンテナ６の表面に偏心誘電体アンテナ４を配置している一次放射器１は、偏心誘電体アンテナ４を導波管３に連結している一次放射器１と同じように、電波集束部２の焦点に偏心誘電体アンテナ４を配置して、電波集束部２で焦点に集束した電波を偏心誘電体アンテナ４で受信し、偏心誘電体アンテナ４から平面アンテナ６に給電する。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の複数の一次放射器を有するアンテナは、全体をコンパクトにしながら、隣接して配置される一次放射器の干渉を防止しながら、アンテナとしての利得を向上できる特長がある。それは、電波集束部の焦点に配置している一次放射器の偏心誘電体アンテナが、受信する電波の位相中心を伝搬方向と交差する方向にずらせるからである。位相中心を伝搬方向からずらせる偏心誘電体アンテナは、隣接する一次放射器の偏心誘電体アンテナとの間隔を広くして、電波集束部の焦点に集束される電波を有効に受信する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のルーネベルグレンズアンテナを示す概略断面図
【図２】従来のパラボラアンテナを示す概略断面図
【図３】本発明の実施例にかかるルーネベルグレンズアンテナの概略断面図
【図４】本発明の実施例にかかるパラボラアンテナの概略断面図
【図５】本発明のアンテナの偏心誘電体アンテナが位相中心をずらせる動作原理を示す斜視図
【図６】本発明の他の実施例の一次放射器を示す斜視図
【図７】本発明の実施例のアンテナの一次放射器を示す斜視図
【図８】図７に示す一次放射器の断面図
【図９】従来のアンテナの一次放射器の配置を示す斜視図
【図１０】本発明の実施例にかかるアンテナの一次放射器の配置を示す斜視図
【図１１】本発明の他の実施例の一次放射器を示す斜視図
【図１２】さらに本発明の他の実施例の一次放射器を示す斜視図
【図１３】さらにまた本発明の他の実施例の一次放射器を示す斜視図
【符号の説明】
１…一次放射器
２…電波集束部
３…導波管
４…誘電体アンテナ４ａ…傾斜平面４ｂ…テーパー部
４Ａ…高誘電体層４Ｂ…アンテナ本体部
５…テーパー面
６…平面アンテナ６Ａ…パッチアンテナ６Ｂ…スパイラルアンテナ
７…絶縁基板
８…パッチ導体
９…スパイラル導体

Claims

互いに異なる方向から入射する電波を複数の焦点に集合する電波集束部(2)と、この電波集束部(2)の複数の焦点に配置している複数の一次放射器(1)とを備えており、
各一次放射器(1)が誘電体アンテナ(4)を備え、この誘電体アンテナ(4)は受信する電波の位相中心を伝搬方向と交差する方向にずらせる偏心誘電体アンテナ(4)で、この偏心誘電体アンテナ(4)を電波集束部(2)の焦点に配置して、電波集束部(2)で焦点に集束される電波を受信するようにしてなる複数の一次放射器を有するアンテナであって、
前記一次放射器(1)が、円筒状導波管(3)の先端に円柱状偏心誘電体アンテナ(4)を装荷して、偏心誘電体アンテナ(4)で電波集束部(2)の焦点に集束された電波を導波管(3)に給電する構造としており、さらに前記偏心誘電体アンテナ(4)は先端面を中心軸に直交する面に対して傾斜する傾斜平面として位相中心を導波管(3)の中心軸からずらせてなることを特徴とする複数の一次放射器を有するアンテナ。
互いに異なる方向から入射する電波を複数の焦点に集合する電波集束部(2)と、この電波集束部(2)の複数の焦点に配置している複数の一次放射器(1)とを備えており、
各一次放射器(1)が誘電体アンテナ(4)を備え、この誘電体アンテナ(4)は受信する電波の位相中心を伝搬方向と交差する方向にずらせる偏心誘電体アンテナ(4)で、この偏心誘電体アンテナ(4)を電波集束部(2)の焦点に配置して、電波集束部(2)で焦点に集束される電波を受信すると共に、
前記一次放射器(1)が、導波管(3)の先端に偏心誘電体アンテナ(4)を装荷して、偏心誘電体アンテナ(4)で電波集束部(2)の焦点に集束された電波を導波管(3)に給電する構造としており、さらに前記偏心誘電体アンテナ(4)は先端面を中心軸に直交する面に対して傾斜する傾斜平面として位相中心を導波管(3)の中心軸からずらせており、
さらに前記誘電体アンテナ(4)には平面アンテナ(6)が連結されて、誘電体アンテナ(4)で受信した電波を平面アンテナ(6)に給電する構造としており、さらに、偏心誘電体アンテナ(4)と平面アンテナ(6)との距離Ｇが０〜λ／４となるように、偏心誘電体アンテナ(4)が平面アンテナ(6)の表面側に配置され、平面アンテナ(6)には同軸ケーブルが接続されて、受信した電波を同軸ケーブルで受信機に伝送するようにしてなる複数の一次放射器を有するアンテナ。
偏心誘電体アンテナ(4)が、先端部に高誘電体層(4A)を設けており、この高誘電体層(4A)の先端面を傾斜平面(4a)として誘電体アンテナ(4)の位相中心を導波管(3)の中心軸からずらせている請求項１に記載される複数の一次放射器を有するアンテナ。
偏心誘電体アンテナ(4)の比誘電率が２〜３である請求項１に記載される複数の一次放射器を有するアンテナ。
偏心誘電体アンテナ(4)がプラスチックである請求項１に記載される複数の一次放射器を有するアンテナ。
電波集束部(2)がルーネベルグレンズである請求項１に記載される複数の一次放射器を有するアンテナ。
電波集束部(2)がパラボラアンテナの反射器である請求項１に記載される複数の一次放射器を有するアンテナ。