JP6899349B2 - 開口面アンテナとこの開口面アンテナを備える通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、開口面アンテナの改良し、とくに、軽量化を実現して、運搬や設置を容易にできる開口面アンテナとこの開口面アンテナを備える通信装置に関する。

無線通信に使用されるアンテナは様々あるが、パラボラアンテナ等の開口面アンテナは、高利得と高い指向性がある。一般的なパラボラアンテナは、回転放物面からなる大きな反射鏡を有しており、この回転放物面の焦点Ｆの位置に一次放射器を配置している。一次放射器から照射される電波は、反射鏡で反射されて放射される。ただ、従来のパラボラアンテナでは、大きくて重量が大きくなるため、運搬や設置が大変であり、簡易的に組み立てたり設置できるものではなかった。

このような問題点を解決するアンテナとして、バルーン型アンテナが開発されている。（特許文献１参照）
このバルーン型アンテナは、膨張した場合、内面の一部が放物面をなして、放物面が電気的反射体であるバルーンと、バルーンに気体を充填する充填部と、バルーンが膨張した場合、放物面の焦点位置に配置される給電部とを備え、給電部は放物面に相対するバルーンの内面に接している。

特開２００１−１９６８４４号公報

以上のアンテナは、内部に充填される空気でバルーンが膨張すると放物面が形成されて、放物面の焦点に配置される給電部からこの放物面に放射される電波を放物面で反射して放射する構造としている。このバルーン型アンテナは、使用する際には充填部からバルーンの内部に空気を充填し、使用後には空気を抜くことでバルーンを折りたたんで運搬できる。ただ、このバルーン型アンテナは、バルーンに充填される空気圧で放物面を形成するので、形成される放物面に対して、正確な位置に、かつ、正確な姿勢で給電部を配置する必要がある。それは、放物面の焦点に対して給電部の位置がずれ、あるいは給電部の姿勢がずれると放物面に対して正しく電波を照射できなくなり、放物面による反射波の指向性が低下し、あるいは利得が低下してしまうからである。この構造のバルーン型アンテナは、給電部を正確に焦点の位置に正しい姿勢で給電部を配置するのが難しく、常に良好な状態で電波を放射できない問題点があった。

本発明は、以上の欠点を解消することを目的として開発されたもので、極めて簡単な構造としながら、一次放射器を正確に焦点の位置に、しかも正しい姿勢で配置できる開口面アンテナとこの開口面アンテナを備える通信装置を提供することにある。

本発明の請求項１の開口面アンテナは、一次放射器３と、一次放射器３から放射される電波を反射して放射する金属製の反射面１３を有する可撓性のある反射器１と、反射器１の外周部に連結されて、反射器１の反射面側をカバーする可撓性のあるカバー部２と、反射器１とカバー部２とに連結される中心ロッド４とを備えている。反射器１とカバー部２は、が外周部で連結されて、密閉された中空状のアンテナ本体９を形成している。アンテナ本体９は、内部に気体を出し入れ自在であって、内部に気体が充填されて膨張する状態で反射器１の反射面１３を所定の曲面形状に形成するように構成されると共に、一次放射器３が中心ロッド４に連結されて、一次放射器３を定位置に配置している。

本発明の請求項２の開口面アンテナは、反射器１の反射面１３を回転放物面としている。

本発明の請求項３の開口面アンテナは、反射器１が、表面に金属層１２を設けてなる可撓性のある気密シートで、カバー部２が、可撓性のある気密シートで、反射器１とカバー部２は、互いの外周部が積層状態で密閉されて、中空状のアンテナ本体９が形成されている。

本発明の請求項４の開口面アンテナは、中心ロッド４が、第１の端部４Ａに一次放射器３が連結されており、第１の端部４Ａがカバー部２に固定されると共に、第２の端部４Ｂが反射器１に固定されて、一次放射器３を定位置に配置するようにしている。

本発明の請求項５の開口面アンテナは、中心ロッド４が、第１の端部４Ａに一次放射器３を連結して、第２の端部４Ｂに一次放射器３から放射される電波を反射器１に向かって反射する副反射鏡５Ａ、５Ｂを連結しており、第１の端部４Ａが反射器１に固定されると共に、第２の端部４Ｂがカバー部２に固定されて、一次放射器３と副反射鏡５Ａ、５Ｂとを定位置に配置している。

本発明の請求項６の開口面アンテナは、カバー部２が、中心部から外側に向かって円錐状に広がる円錐部２２の外側に、反射器１の開口部に沿う筒状部２２を連結してなる形状に成形されており、円錐部２２の中心部に中心ロッド４の一端を連結している。

本発明の請求項７の開口面アンテナは、カバー部２が、筒状部２３の表面に電波吸収体６２を備えている。

本発明の請求項８の開口面アンテナは、さらに、アンテナ本体９の外周に沿って、気体を出し入れできるリング状中空体２８を備えており、リング状中空体２８に気体を充填して膨張させた状態で、反射器１を所定の外形に形成するように構成している。

本発明の請求項９の開口面アンテナは、アンテナ本体９に、空気よりも比重の小さい気体が充填されており、アンテナ本体９の浮力で、空中に浮遊させることを特徴とする。

本発明の請求項１０のアンテナを備える通信装置は、複数のアンテナ７０と、各々のアンテナ７０に位相が異なる送信信号を出力する送信器７３とを備えている。アンテナ７０は、一次放射器３と、一次放射器３から放射される電波を反射して放射する金属製の反射面１３を有する可撓性のある反射器１と、反射器１の外周部に連結されて、反射器１の反射面側をカバーする可撓性のあるカバー部２と、反射器１とカバー部２とに連結される中心ロッド４とを備えている。反射器１とカバー部２は、外周部で連結されて、密閉された中空状のアンテナ本体９を形成しており、アンテナ本体９は、内部に気体を出し入れ自在であって、内部に気体が充填されて膨張する状態で反射器１の反射面１３を所定の曲面形状に形成するように構成されると共に、一次放射器３が中心ロッド４に連結されて、一次放射器３を定位置に配置するようにしている。通信装置は、送信器７３から各々のアンテナ７０に出力する送信信号の位相を制御して、電波の放射方向をコントロールする。

本発明の請求項１１のアンテナを備える通信装置は、複数の一次放射器３を備えるアンテナ７０と、各々の一次放射器３に位相が異なる送信信号を出力する送信器７３とを備えている。アンテナ７０は、異なる位置に配置してなる複数の一次放射器３と、一次放射器３から放射される電波を反射して放射する金属製の反射面１３を有する可撓性のある反射器１と、反射器１の外周部に連結されて、反射器１の反射面側をカバーする可撓性のあるカバー部２と、反射器１とカバー部２とに連結される中心ロッド４とを備えている。反射器１とカバー部２は、外周部で連結されて、密閉された中空状のアンテナ本体９を形成しており、アンテナ本体９は、内部に気体を出し入れ自在であって、内部に気体が充填されて膨張する状態で反射器１の反射面１３を所定の曲面形状に形成するように構成されると共に、一次放射器３が中心ロッド４に連結されて、一次放射器３を定位置に配置するようにしている。通信装置は、送信器７３から各々の一次放射器３に出力する送信信号の位相を制御して、電波の放射方向をコントロールする。

本発明の開口面アンテナは、可撓性を有する反射器とカバー部とを外周部で連結して、密閉された中空状のアンテナ本体を形成し、アンテナ本体の内部に気体を充填した状態で反射器の反射面を所定の曲面形状に形成するので、使用する際には内部に気体を注入して膨らませることにより反射器の反射面をパラボラ状に広げることができ、また、使用しないときには、内部の気体を抜いて反射器とカバー部を窄ませてコンパクトに収納できる。

また、このアンテナは、反射器とカバー部とを中心ロッドで連結しているので、気体を注入して膨らます際に、アンテナ本体のシートが膨らみ過ぎるのを防止して反射器の反射面を所定の曲面形状に形成することができる。

また、この中心ロッドは、一枚鏡タイプのパラボラアンテナにおいては、一次放射器を反射器から離れた焦点の位置に配置するための部材に兼用できる。さらに、この中心ロッドは、複反射鏡タイプのパラボラアンテナにおいては、副反射鏡を反射器から離れた位置に配置するための部材に兼用できる。

また、カバー部は、反射器の表面をカバーして保護するだけでなく、カバー部の中心に中心ロッドの先端を固定することで、反射器から軸方向に伸びる中心ロッドがぐらつくのを防止して、中心ロッドを反射器の反射面に対して正確に軸方向に配置できる。これにより、一次放射器や副反射鏡を正確な位置に正しい姿勢で確実に配置できる。

本発明の実施形態１に係る開口面アンテナの斜視図である。 図１に示す開口面アンテナの垂直断面図である。 図１に示す開口面アンテナを折りたたんだ状態を示す斜視図である。 中心ロッドの拡大横断面図である。 反射器と中心ロッドの連結構造を示す拡大断面図である。 気体注入部の一例を示す拡大断面図である。 本発明の実施形態２に係る開口面アンテナの垂直断面図である。 本発明の実施形態３に係る開口面アンテナの垂直断面図である。 本発明の実施形態４に係る開口面アンテナの垂直断面図である。 本発明の実施形態５に係る開口面アンテナの斜視図である。 図１０に示す開口面アンテナの垂直断面図である。 本発明の実施形態６に係るアンテナを備える通信装置の概略斜視図である。 本発明の実施形態６に係るアンテナを備える通信装置の概略構成図である。 本発明の実施形態７に係るアンテナを備える通信装置の概略斜視図である。 本発明の実施形態７に係るアンテナを備える通信装置の概略構成図である。 本発明の実施形態８に係るアンテナの概略斜視図である。 本発明の実施形態８に係るアンテナを備える通信装置の概略構成図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下の実施形態の内容に特定するものではない。

（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る開口面アンテナを図１と図２に示す。これらの図において、図１は開口面アンテナの斜視図を、図２は図１のアンテナの垂直断面図をそれぞれ示している。図１と図２に示す開口面アンテナは、電波を放射する一次放射器３と、一次放射器３から放射される電波を反射する金属製の反射面１３を有する可撓性のある反射器１と、この反射器１の外周部に連結されて反射器の反射面側をカバーする可撓性のあるカバー部２と、カバー部２が反射器１に連結される中心ロッド４とを備えている。反射器１とカバー部２は、外周部で連結されて、密閉された中空状のアンテナ本体９を形成している。アンテナ本体９は、内部に気体を出し入れ自在であって、内部に気体が充填された状態で反射器１の反射面１３を所定の曲面形状に形成するように構成している。さらに、アンテナは、一次放射器３が中心ロッド４に連結されて、一次放射器３を定位置に配置するようにしている。

［円形パラボラアンテナ］
図１と図２に示すアンテナは、反射器１の反射面１３を回転放物面とするパラボラアンテナとしている。以下、本発明の実施形態１に係る開口面アンテナの実施例としてパラボラアンテナについて詳述する。このアンテナは、図１と図２に示すように、反射器１とカバー部２を、可撓性を有するシート１１、２１で構成しており、反射器１とカバー部２とを連結して密閉された中空状のアンテナ本体９を形成している。このパラボラアンテナは、使用する際にはアンテナ本体９の内部に気体を注入して膨らませることにより反射器１の反射面１３を広げて図１のようにパラボラ状にする。また、使用しないときには、アンテナ本体９の内部の気体を抜いて反射器１とカバー部２のシート１１、２１をしぼませて、図３のようにコンパクトに収納できる。

（反射器１）
反射器１は、回転放物面が形成される曲面状のシート１１と、この曲面状シート１１の表面に設けられて電波を反射する金属層１２で構成されている。曲面状シート１１は、可撓性を有し、かつ気密性のあるシート、例えばプラスチックシートやゴムシートを使用する。曲面状シート１１は、プラスチックシートやゴムシートの内部に織布や不織布を埋設することで耐久性と強度を高めることができる。この曲面状シート１１は、外形を円形状としていて、張った状態で回転放物面が形成される湾曲面形状に成形されている。金属層１２は、金属を薄い膜状に形成している。金属層１２は、曲面状シート１１の内面に金属粉や金属粒を塗ったりスプレーすることで設けることができる。このような金属として、例えば、密度が小さくて軽量にでき、安価なアルミニウムが適している。金属層を形成するアルミニウムは、例えば、アルミ蒸着により設けることができる。この反射器１は、内面に形成された金属層１２の表面を回転放物面の反射面１３として一次放射器３から放射される電波を反射する。

（カバー部２）
カバー部２は、反射器１の開口部を塞ぐシート２１で構成されていて、反射器１の反射面を保護する風よけとなる。このカバー部２は、可撓性を有し、かつ気密性のあるシート、例えばプラスチックシートやゴムシートを使用する。曲面状シート１１は、プラスチックシートやゴムシートの内部に織布や不織布を埋設することで耐久性と強度を高めることができる。さらに、カバー部２のシート２１には、電波の透過率が高いものを使用する。また、カバー部２のシート２１には、撥水性能を持つものを使用することにより、雨による電波障害などを抑制することができる。さらに、カバー部２のシート２１は、光を通しにくくすることで、反射器１に太陽光が直接入射することを防止して太陽光の反射による悪影響を防止できる。

図２のカバー部２は、一次反射器３が配置される中心部分から外側に向かって円錐状に広がる円錐部２２の外側に、反射器１の開口部に沿う筒状部２３を連結した形状に成形されている。このカバー部２は、反射器１の開口部を塞いで反射器１の反射面を保護するだけでなく、反射器１の回転放物面の焦点Ｆに配置される一次放射器３を正確な位置に保持する働きもある。

以上の反射器１とカバー部２は、開口部で連結されて密閉された中空状のアンテナ本体９が形成される。反射器１とカバー部２は、円形の開口部の積層部１４が互いに溶着または接着されて、気密に連結される。このアンテナ本体９は、外側に筒状部２３を有しているので、内部に気体を充填する状態では、筒状部２３が外側に膨れやすく、反射器１を確実にパラボラ状に広げることができる。

（一次放射器３）
一次放射器３は、電波を反射器１の反射面１３に向かって放射する。一次放射器３は、反射器１で反射される電波の位相を一致させるために回転放物面の焦点Ｆに配置されている。一次放射器３を回転放物面の中心から焦点Ｆまで離した位置に配置するために、反射器１の中心には軸方向に伸びる中心ロッド４を固定して、この中心ロッド４の先端である第１の端部に一次放射器３を固定している。

一次放射器３は、電波を放射できる種々のアンテナ構造とすることができる。図２では、一次放射器３をヘリカルアンテナ３１として図示している。一次放射器３にヘリカルアンテナ３１を用いた場合、高い指向性がある軸モードで使用される。また、中心ロッド４の外側にらせん状のヘリカルアンテナ３１を配置することで、パラボラアンテナを使用しない状態では、収納されたアンテナ本体９をコンパクトにすることができる。一次放射器３は、他のアンテナ構造、例えば、ホーンアンテナや半波長ダイポールアンテナ、八木アンテナとすることもできる。一次放射器をホーンアンテナとする場合には、中心ロッドを中空のパイプとして導波管に兼用することができる。

（中心ロッド４）
中心ロッド４は、反射器１とカバー部２の中心間に配置されて、反射器１とカバー部２の中心間距離を所定の間隔に保持する。図１と図２のパラボラアンテナは、反射器１の内側面を反射面１３とする一枚鏡タイプの円形パラボラアンテナとしている。したがって、このパラボラアンテナは、一次放射器３を反射器１の反射面１３から離れた位置（焦点Ｆ）に配置する必要がある。このパラボラアンテナは、中心ロッド４の先端に一次放射器３を固定して、回転放物面の焦点Ｆに配置している。

図２に示す中心ロッド４は、第１の端部４Ａに一次放射器３を固定して、一次放射器３の先端を接着剤３３を介してカバー部２の中心に固定している。さらに、中心ロッド４は、第２の端部４Ｂを反射器１の中心に固定することにより、一次放射器３を回転放物面の焦点Ｆの位置に正確に配置している。このように、中心ロッド４をアンテナ本体９の中心軸に配置して両端をカバー部２の中心と反射器１の中心に固定することで、反射器１に対して中心ロッド４を垂直な姿勢に保持しながら、カバー部２と反射器１の中心の間隔を一定に保持して、一次放射器３を回転放物面の焦点Ｆに正確に配置できる。中心ロッド４は、反射器１の曲面状シート１１を傷つけることなく、かつアンテナ本体９の気密性が維持されるように、連結部１５を介して反射器１に固定される。

中心ロッド４は、筒状のパイプとすることができ、図４は中心ロッド４の内部の様子である。この図に示す中心ロッド４は、円筒状のパイプとして、内部に同軸ケーブル４１ａを配線している。このように中心ロッド４の内部に同軸ケーブル４１ａを通すことにより、コンパクトにすることができ、かつ膨らます際の邪魔にもならない。

（連結部１５）
連結部１５は、２枚の押さえ板１６で反射器１のシート１１の中心部分を内側と外側から挟んでいる。この連結部１５に中心ロッド４を垂直に貫通させて固定している。この連結部１５は、図４に示すように、２枚の押さえ板１６で反射器１のシート１１と金属層１２を挟んだ状態で中心ロッド４の先端部分に設けた雄ネジ４ａにナット１８がねじ込まれて中心ロッド４に固定される。中心ロッド４は、膨らませたアンテナ本体９の内部の気体を逃がさないよう気密性が維持されるようにしている。したがって、連結部１５は、２枚の押え板１６と反射器１や中心ロッド４との境界部やナット１８の締め付け部分をシールして気密に閉塞している。

また、図５は中心ロッド４に配線される同軸ケーブル４１ａと、パラボラアンテナの外部に配線される同軸ケーブル４１ｂの接続部分の様子である。この接続部１７は、それぞれの同軸ケーブル４１ａ、４１ｂの先端に固定された接続端子１７Ａ、１７Ｂにより構成される。このように、同軸ケーブル４１ａ、４１ｂの接続部１７をパラボラアンテナの外部に設置することにより、速やかな同軸ケーブル４１ａ、４１ｂの接続を可能にしている。

（気体注入部３５）
図６のように連結部１５は、気体吸入のための気体注入部３５を設けることができる。この気体注入部３５は、注入口３６と排出口３９を有している。注入口３６と排出口３９は、連結部１５の外側に配置される。この気体注入部３５は、挿入口３６から気体が注入されると、注入弁３７が開き、アンテナ本体９の内部に気体が充填される。しかし、ある一定の内部気圧になると破裂防止用の保護排出弁３８が開き、排出口３９から排気される過剰に注入される気体を自動的に排出する。この保護排気弁３８による内部気圧の制御は、バネ３４によるものである。この気体注入部３５は、保護排気弁３８の開口面積と、バネ３４のバネ定数を調整することにより、アンテナ本体９の内部の気圧を最適な状態に調整する。

連結部１５に、気体注入部３５などの気体注入に関する機構を設けない場合は、カバー部２に気体を注入する注入口２６を設けて、この注入口２６から気体を注入することもできる。この注入口２６は、電波伝搬に障害を及ぼさない箇所に設置する。この注入口２６にも図６などの気体注入に関する機構を設けることができるが、手動で内部気圧の調整ができる簡易的な機構とすることで、軽量化が期待できる。

以上のパラボラアンテナは、以下のようにして製造される。
（１）第１の端部４Ａに一次放射器３が固定された中心ロッド４の第２の端部４Ｂを反射器１の中心に連結部１５を介して固定する。
（２）中心ロッド４の第１の端部４Ａに固定された一次放射器３の先端面にカバー部２の中心を接着剤３３等により固定する。
（３）反射器１の外周部とカバー部２の外周部とを互いに積層し、この積層部１４を溶着や接着等により気密に連結する。

以上のアンテナは、アンテナ本体９の内部に注入する気体をヘリウムや水素等の空気よりも比重の小さい気体とすることで、浮力を持たせることができる。このアンテナは、アンテナ本体９にはたらく浮力で、空中に浮遊させることもできる。このアンテナは、空中に浮かべることで、より遠くまでの電波の送受信が可能になる。ただ、アンテナ本体９の内部には、空気を充填することもできる。

［複反射鏡アンテナ］
さらに、本発明の開口面アンテナは、２枚の反射鏡を備える複反射鏡アンテナとすることもできる。図７と図８に示すアンテナは、反射器１の中央部に一次放射器３を配置すると共に、この一次放射器３と対向するカバー部２の中央部に、一次放射器３から放射される電波を反射する副反射鏡５Ａ、５Ｂを備えている。図に示すアンテナは、中心ロッド４の第１の端部４Ａに一次放射器３を連結すると共に、第１の端部４Ａを反射器１に固定し、第２の端部４Ｂには、一次放射器３から放射される電波を反射器１に向かって反射する副反射鏡５Ａ、５Ｂを連結すると共に、第２の端部４Ｂをカバー部に固定している。このアンテナは、中心ロッド４に連結される一次放射器３と副反射鏡５Ａ、５Ｂとを定位置に配置できる。ここで、本発明の実施形態にかかる複反射鏡アンテナとして、グレゴリアンアンテナとカセグレンアンテナについて説明する。

（実施形態２）
［グレゴリアンアンテナ］
図７に示すアンテナは、グレゴリアンアンテナであって、カバー部２の中心部分に回転楕円面形状に形成された副反射鏡５Ａを備えている。このアンテナは、カバー部２を構成するシート２１の中心部分を回転楕円面形状に成形している。この中心部分は、反射器１のシート１１と同様に、カバー部２を構成するシート２１の中心部分を、張った状態で回転楕円面が形成される形状に成形し、この部分に金属層５２を設けることで副反射鏡５Ａとしている。この副反射鏡５Ａは、アンテナ本体９の内部の気圧が高いため、形が崩れることはない。ただ、副反射鏡５Ａは、内面に金属層５２を設けたプレートとすることもできる。このプレートは、例えば硬質のプラスチック等で所定の湾曲面形状に成形されると共に、内面に金属層５２を設けて副反射鏡５Ａとする。プレートからなる副反射鏡５Ａは、中心ロッド４の第二の端部４Ｂに固定され、あるいは、カバー部２の中心部に接着して固定される。

中心ロッド４は、その先端が副反射鏡５Ａの中心に固定されている。図に示す中心ロッド４は、カバー部２の外側面に配置される保持プレート５４を介して副反射鏡５Ａの中心に固定されている。図の保持プレート５４は、湾曲部２４の外側面に沿う回転楕円面形状にプラスチックを成形している。保持プレート５４は、中心から突出するネジ部を中心ロッド４の先端面にねじ込んで中心ロッド４に固定される。この状態で、副反射鏡５Ａは反射器１の反射面１３である主反射鏡に対して正確な位置に配置される。この連結部分も、膨らませたアンテナ本体９の内部の気体を逃がさないよう気密性が維持される。

さらに、アンテナは、保持プレート５４をカバー部２の内側面に配置し、この保持プレート５４の内面に金属層５２を設けて副反射鏡５Ａとすることもできる。この場合、保持プレート５４は、カバー部２の中心部分に接着等により固定できる。

回転楕円面形状の副反射鏡５Ａは、回転放物面の焦点Ｆの位置に回転楕円面の一方の焦点ｆ１が一致するように配置する。また、この回転楕円面のもう一方の焦点ｆ２に、一次放射器３を配置している。一次放射器３は、副反射鏡５Ａに向かって電波を照射できるように配置される。一次放射器３から放射される電波は、副反射鏡５Ａで反射された後、反射器１の主反射鏡（反射面１３）で反射されてアンテナの前面側に同位相で放射される。

このアンテナは、図７に示すように、一次放射器３を回転放物面の中心に配置して、連結部１５に直接固定している。この場合、一次放射器３が反射器側の中心にあることで同軸ケーブルなどによる電力損失を軽減することができる。また、中心ロッド４があることにより、一次放射器３と副反射鏡５Ａが、決まった一定の距離を確実に保つことができるので、安定した電波伝搬をすることが可能である。

（実施形態３）
［カセグレンアンテナ］
図８に示すアンテナは、カセグレンアンテナであって、カバー部２の中心部分に回転双曲面形状に形成された副反射鏡５Ｂを備えている。このアンテナは、カバー部２を構成するシート２１の中心部分を回転双曲面形状に成形している。この中心部分は、例えば、反射器１のシート１１と同様に、カバー部２を構成するシート２１の中心部分を、張った状態で回転双曲面が形成される形状に成形し、この部分に金属層５２を設けることで副反射鏡５Ｂとしている。この副反射鏡５Ｂは、アンテナ本体９の内部の気圧が高いため、形が崩れることはない。ただ、副反射鏡５Ｂは、内面に金属層５２を設けたプレートとすることもできる。このプレートは、例えば硬質のプラスチック等で所定の湾曲面形状に成形されると共に、内面に金属層５２を設けて副反射鏡５Ｂとする。プレートからなる副反射鏡５Ｂは、中心ロッド４の第二の端部４Ｂに固定され、あるいは、カバー部２の中心部に接着して固定される。

中心ロッド４は、その先端が副反射鏡５Ｂの中心に固定されている。図８に示す中心ロッド４は、カバー部２の外側面に配置される保持プレート５５を介して副反射鏡５Ｂの中心に固定されている。図の保持プレート５５は、湾曲部２５の外側面に沿う回転双曲面形状にプラスチックを成形している。保持プレート５５は、中心から突出するネジ部を中心ロッド４の先端面にねじ込んで中心ロッド４に固定される。この状態で、副反射鏡５Ｂは反射器１の反射面１３である主反射鏡に対して正確な位置に配置される。この連結部分も、膨らませたアンテナ本体９の内部の気体を逃がさないよう気密性が維持される。

さらに、アンテナは、保持プレート５５をカバー部２の内側面に配置し、この保持プレート５５の内面に金属層５２を設けて副反射鏡５Ｂとすることもできる。この場合、保持プレート５５は、カバー部２の中心部分の内側面に接着等により固定できる。

回転双曲面形状の副反射鏡５Ｂは、回転放物面の焦点Ｆの位置に回転双曲面の虚焦点ｆ３が一致するように配置する。また、この回転双曲面の実焦点ｆ４に、一次放射器３を配置している。一次放射器３は、副反射鏡５Ｂに向かって電波を照射できるように配置される。一次放射器３から放射される電波は、副反射鏡５Ｂで反射された後、反射器１の主反射鏡（反射面１３）で反射されてアンテナの前面側に同位相で放射される。

このアンテナは、図８に示すように、一次放射器３を回転放物面の中心に配置して、連結部１５に直接固定している。この場合、一次放射器３が反射器側の中心にあることで同軸ケーブルなどによる電力損失を軽減することができる。また、中心ロッド４があることにより、一次放射器３と副反射鏡５Ｂが、決まった一定の距離を確実に保つことができるので、安定した電波伝搬をすることが可能である。

（実施形態４）
［サイドローブ軽減型パラボラアンテナ］
さらに、図９に示すパラボラアンテナは、カバー部２の筒状部２３の表面に、電波吸収体６２を設けている。カバー部２は、例えば、筒状部２３の内周面に、電波吸収体６２を設けている。これによって、サイドローブの軽減を容易に行うことができる。

電波吸収体６２は、電波を吸収して反射波を減らす物質であり、導電性電波吸収材料や誘電性電波吸収材料、磁性電波吸収材料等が使用できる。導電性電波吸収材料は、材料内部の抵抗によって電波によって発生する電流を吸収する。このような電波吸収体として導電性繊維の織物が使用できる。誘電性電波吸収材料は、分子の分極反応に起因する誘電損失を利用する。この誘電性電波吸収材料は、カーボン粉などをゴム、発泡ウレタン、発泡スチロールなどの誘電体に混合して見かけ上の誘電損失を大きくしたものを使用する。磁性電波吸収材料は、磁性材料の磁気損失によって電波を吸収するもので、鉄、ニッケル、フェライトを使用して電波を吸収する。筒状部２３は、内周面に電波吸収体６２を塗布して設けることができる。なお、この電波吸収体６２は、上記の一枚鏡アンテナ、複反射鏡アンテナのいずれにも適応可能である。

以上の実施形態のアンテナは、反射器１とカバー部２とに連結される中心ロッド４を備えている。この構造のアンテナは、反射器１の中心とカバー部２の中心とを中心ロッド４で連結することにより、一枚鏡タイプのパラボラアンテナにおいては、一次放射器３を反射器１から離れた焦点Ｆの位置に配置するための部材とし、さらに、複反射鏡タイプのアンテナにおいては、副反射鏡５Ａ、５Ｂを反射器１から離れた位置に配置するための部材に使用できる。

（実施形態５）
さらに、図１０と図１１に示すアンテナは、反射器１とカバー部２とで形成されるアンテナ本体９の外周に沿って、気体を出し入れできるリング状中空体２８を設けている。図に示すリング状中空体２８は、全体の外形をドーナツ状に形成しており、カバー部２の筒状体２３の外周面に沿って固定されている。このリング状中空体２８は、内部に気体を出し入れできる気密袋であって、全体の形状をドーナツ状としている。このリング状中空体２８は、気体が充填されて所定の形状に膨張し、気体を排気して収縮される可撓性の気密シートで形成されている。このアンテナは、リング状中空体２８に気体を充填して膨張させた状態で、反射器１を所定の外形に形成するようにしている。この構造は
、リング状中空体２８に気体を充填して膨張させることで反射器１を所定の外形まで拡開し、アンテナ本体９の内部に気体を充填して膨張させることで反射器の反射面を所定の曲面形状に保形できる。図のリング状中空体２８は、気体を注入するための注入口２９を備えている。

［アンテナを備える通信装置］
次に、以上の実施形態のアンテナを使用する通信装置について詳述する。
本発明のアンテナは、全体を軽量としながら高い指向性と利得が得られるものである。このアンテナは、例えば、災害等の非常時において、高い建物の屋上や山の山頂付近に設置することでより遠くまで電波の送受信が可能になる。特に、非常時においては、運搬や設置が容易であるという利点が生かされる。しかしながら、災害現場等においては、必ずしもこのようなアンテナの設置に最適な場所が確保できるとは限らない。このような場合に、重量を軽くして、高い指向性と利得が得られる利点を生かして、このアンテナをバルーンで空中に浮かべることにより、より遠くまでの電波の送受信が可能になる。

（実施形態６）
［空中浮遊の例］
図１２と図１３に示す通信装置は、複数のアンテナ７０と、各々のアンテナ７０に位相が異なる送信信号を出力する送信器７３とを備えている。図１２に示す通信装置は、複数のアンテナ７０として、以上に説明した何れかのアンテナを備えている。この通信装置は、複数のアンテナ７０を所定の配列で並べると共に、バルーン９０を使って空中に浮かべている。これらのアンテナ７０は、アンテナ本体９の内部に気体を充填することで反射器１をパラボラ状に広げる構造としているので、各アンテナ７０には、気体として空気よりも比重が小さい気体、例えばヘリウムガスや水素ガスを充填することで、それぞれのアンテナ７０に浮力を持たせることができる。この場合は、バルーン９０を設けることなく全体を浮遊させても良い。ただ、アンテナ本体９には、空気を充填することもできる。この場合は、バルーン９０を連結することで浮力を設けて全体を上空に浮遊させることができる。

図１２と図１３に示す通信装置のアンテナ７０は、メインアンテナ７１とサブアンテナ７２に分かれており、メインアンテナ７１は外形を大きく設計して高利得としている。サブアンテナ７２は、メインアンテナ７１よりも外形を小さくして装置全体の軽量化を図っている。この装置は、４つのメインアンテナ７１と４つのサブアンテナ７２を備えている。４つのメインアンテナ７１は、軸方向が四方を向くように９０度ずつの間隔で円状に配置している。４つのサブアンテナ７２は、メインアンテナ７１の間に位置するように９０度ずつの間隔で円状に配置されている。図に示す装置は、４つのメインアンテナ７１を基台９１に固定すると共に、４つのサブアンテナ７２を基台９２に固定し、これらの基台９１、９２が所定の角度となるように、連結部材９３で連結している。図に示す装置は、４つのメインアンテナ７１の下上方に４つのサブアンテナ７２を配置しており、４つのメインアンテナ７１が固定された基台９１の中心部にバルーン９０を連結すると共に、４つのサブアンテナ７２が固定された基台９２には複数の線材９４を連結して地上に固定している。複数の線材９４には、ロープやワイヤーが使用できる。アンテナに接続されるケーブルや電線は、この線材９４に沿って配線することもできる。この装置は、複数の線材９４を介して地上に固定することで、複数のアンテナ７０が所定の方向に向くように配置できる。

この通信装置は、図１３に示すように、メインアンテナ７１とサブアンテナ７２の全てを同じ送信機（受信機）７３に接続しており、送信器７３から各々のアンテナ７０に出力する送信信号の位相を制御して、電波の放射方向をコントロールする。この通信装置は、各アンテナ７０から入力される給電線の途中に位相器７４を挿入すると共に、電力分配器７５を通して送信機（受信機）７３に接続している。各アンテナ７０に供給される電流の位相の調整は、これらの位相器７３を電子制御することにより行っている。以上の制御により、指向性を意図的に作り出すことができる。この場合、位相制御を実現するために、各アンテナの半値角θを考えて設計する必要がある。ここで、半値角θは、以下の式で求められる。

θ＝（７０〜８０）×λ／Ｄ ［度］
λ：波長
Ｄ：パラボラアンテナの開口直径

図１２と図１３に示す通信装置では、８個のアンテナ７０の軸方向を８方向に向けて、３６０度をカバーするようにしている。この場合、半値角θは、４５度以上とすることが好ましい。図に示す通信装置は、メインアンテナ７１の開口直径をサブアンテナ７２の開口直径よりも大きくしているので、メインアンテナ７１の半値角θ１をサブアンテナ７２の半値角θ２よりも小さくしながら３６０度をカバーすることもできる。

以上の通信装置は、複数のアンテナ７０を空中に浮かべるので、少なからず風の影響を受けることがある。このため、図に示す通信装置は、指向性を安定させるためにセンサー７６を設けており、このセンサー７６から情報に基づいて位相制御を行うようにしている。図１２に示す通信装置は、浮遊する複数のアンテナ７０の中心部の近辺にセンサー７６を備えている。このセンサー７６は、方位及び傾きを検出するセンサーで、複数のアンテナ７０の向きや傾きなどを測定し、その情報を制御回路７７に送信し、制御回路７７が位相器７４の位相制御をすることよって安定した送受信を行うようにしている。

さらに、通信装置は、必ずしも３６０度をカバーする構成にする必要はなく、１８０度よりも狭い範囲をカバーするように複数のアンテナを並べて、より高い指向性を追求することもできる。すなわち、通信装置は、アンテナの個数を限定するものではなく、求められるカバー範囲と指向性とを考慮してその個数や間隔が最適となるように設計される。

（実施形態７）
図１４と図１５に示す通信装置は、３個のアンテナ７０と、各アンテナ７０に位相が異なる送信信号を出力する送信器７３とを備えている。図１４に示す通信装置は、３個のアンテナ７０をほぼ同方向に向ける姿勢で基台９５に固定して空中に浮遊させる例を示している。図に示す基台９５は、複数のパイプ９６を三角錐状に連結することで、軽量化を実現しながら強度を高めている。基台９５の上部には所定の浮力を有するバルーン９０を連結すると共に、基台９５の下部には、複数の線材９４を連結して地上に固定している。図に示す基台９５は、３本の線材９４を介して地上に連結することで、複数のアンテナ７０の目標方向が所定の方向を向くようにしている。

３個のアンテナ７０は、正面視において、三角形の底辺に沿って２個を、頂点の位置に１個を配置している。３個のアンテナ７０は、図１５に示すように、平面視において、その放射方向が一点鎖線ｍで示す目標方向を向く姿勢で配置されたメインアンテナ７１と、この両側に配置された２個のサブアンテナ７２とからなる。２個のサブアンテナ７２は、その放射方向が、メインアンテナ７１の一点鎖線ｍで示す放射方向に対して、それぞれ左右方向に角度αだけ首を振った姿勢で固定している。この通信装置は、例えば、各アンテナ７０の半値角θを２０度とし、隣接するアンテナ間の首振り角αを５度とする場合、一点鎖線ｍで示す目標方向に対して左右方向に１５度ずつ、全体で３０度の範囲に対して高い指向性を実現できる。図示しないが、上下に位置するメインアンテナ７１とサブアンテナ７２は、仰角にも角度差を設けて、上下方向の放射範囲を調整することができる。

この通信装置は、図１５に示すように、メインアンテナ７１とサブアンテナ７２を同じ送信機（受信機）７３に接続しており、送信器７３から各々のアンテナ７０に出力する送信信号の位相を制御して、電波の放射方向をコントロールする。この通信装置も、各アンテナ７０から入力される給電線の途中に位相器７４を挿入すると共に、電力分配器７５を通して送信機（受信機）７３に接続している。各アンテナ７０に供給される電流の位相の調整は、これらの位相器７３を電子制御することにより行っている。この通信装置は、送信器７３から各々のアンテナ７０に出力する送信信号の位相を制御して、電波の放射方向をコントロールできる。

また、この通信装置も、指向性を安定させるためにセンサー７６を設けており、このセンサー７６から情報に基づいて位相制御を行うようにしている。このセンサー７６は、方位及び傾きを検出するセンサーで、複数のアンテナ７０の向きや傾きなどを測定し、その情報を制御回路７７に送信し、制御回路７７が位相器７４の位相制御をすることよって安定した送受信を行うようにしている。

（実施形態８）
さらに、本発明のアンテナは、図１６に示すように、複数の一次放射器３を異なる位置に配置してなるマルチビームアンテナとし、このアンテナを使用して、図１７に示す通信装置を構成することもできる。図１６に示すアンテナ７０は、３個の一次放射器３を備えている。図に示すアンテナ７０は、複反射鏡アンテナであって、反射器１と対向するカバー部２の中心部分に回転双曲面形状に形成された副反射鏡５Ｂを備えるカセグレンアンテナとしている。さらに、このアンテナは、図１０及び図１１に示すアンテナと同様に、アンテナ本体９の外周に沿って、気体を出し入れできるリング状中空体２８を設けている。３個の一次放射器３は、反射器１の中央部の異なる位置に配置されている。このアンテナ７０は、各一次放射器３から副反射鏡５Ｂに向かって放射される電波が副反射鏡５Ｂで反射された後、反射器１の主反射鏡（反射面１３）で反射されてアンテナの前面側に放射される。図のマルチビームアンテナは、カセグレンアンテナとするが、マルチビームアンテナは、グレゴリアンアンテナとすることもでき、あるいは、一つの反射鏡を備えるパラボラアンテナとして、カバー部側の異なる位置に複数の一次放射器を配置することもできる。

図１６に示すアンテナは７０は、空中に浮かべて使用する状態を示している。このアンテナ７０は、アンテナ本体９とリング状中空体２８の内部に気体を充填することで反射器１をパラボラ状に広げるが、アンテナ本体９とリング状中空体２８には充填気体として空気よりも比重が小さい気体、例えばヘリウムガスや水素ガスを充填することで浮力を持たせて空中に浮遊させることができる。この場合は、バルーン９０を設けることなく全体を浮遊させることができる。ただ、アンテナ本体９やリング状中空体２８には、空気を充填することもでき、この場合は、図の鎖線で示すように、バルーン９０を連結することで浮力を設けて上空に浮遊させることができる。さらに、図に示すアンテナ７０は、本体部９の下部の両側を線材９４を介して地上に固定している。このように複数の線材９４を介して地上に連結することで、アンテナ７０が所定の方向に向くように配置できる。

図１７に示す通信装置は、アンテナ７０に配置された複数の一次放射器３に位相が異なる送信信号を出力する送信器７３を備えている。図に示す通信装置は、アンテナに配置された３個の一次放射器３を同じ送信機（受信機）７３に接続しており、送信器７３から各々の一次放射器３に出力する送信信号の位相を制御して、電波の放射方向をコントロールする。この通信装置は、各一次放射器３から入力される給電線の途中に位相器７４を挿入すると共に、電力分配器７５を通して送信機（受信機）７３に接続している。各一次放射器３に供給される電流の位相の調整は、これらの位相器７３を電子制御することにより行っている。この通信装置は、送信器７３から各々の一次放射器３に出力する送信信号の位相を制御して、電波の放射方向をコントロールできる。

さらに、図１７に示す通信装置は、マルチビームアンテナから出る電波の指向性を計測するためのテスト用受信アンテナ７８を備えている。このテスト用受信アンテナ７８は、地上に設置されており、好ましくは指向性を有する固定式のアンテナを使用する。この通信装置は、マルチビームアンテナから出る電波の指向性をテスト用受信アンテナ７８で計測して、その情報を制御回路７７に入力し、制御回路７７が位相器７３の位相を制御をすることによって、より安定した送受信を行うことができる。

［他の利用の可能性］
さらに、本発明の開口面アンテナは、反射器１がシート状であるため、容易に形を設定できる点を生かし、２重曲面反射鏡アンテナを作ることができる。これにより、大きさの異なる高仰角ビームと低仰角ビームを形成することができ、コセカント２乗放射パターンも作り出せる。このパラボラアンテナを地上に浮かせた場合、高仰角ビームを地上に向けることができる。

さらに、本発明の開口面アンテナは、全体を軽量化しながら高い指向性と利得が得ることができので、以上のアンテナを平面上にいくつも並べてフェーズドアレーアンテナとして利用することもできる。

本発明の開口面アンテナとこのアンテナを備える通信装置は、全体を軽量化しながら、コンパクトに折りたたみでき、運搬や設置を容易にできるので、災害等の有事の際に、災害現場で簡単に組み立てて運用できるアンテナ及び通信装置として有効利用できる。

１…反射器
２…カバー部
３…一次放射器
４…中心ロッド
４Ａ…第１の端部
４Ｂ…第２の端部
４ａ…雄ネジ
５Ａ…副反射鏡
５Ｂ…副反射鏡
９…アンテナ本体
１１…シート
１２…金属層
１３…反射面
１４…積層部
１５…連結部
１６…押さえ板
１７…接続部
１７Ａ…接続端子
１７Ｂ…接続端子
１８…ナット
２１…シート
２２…円錐部
２３…筒状部
２６…注入口
２８…リング状中空体
２９…注入口
３１…ヘリカルアンテナ
３３…接着剤
３４…バネ
３５…気体注入部
３６…注入口
３７…注入弁
３８…保護排気弁
３９…排出口
４１ａ…同軸ケーブル
４１ｂ…同軸ケーブル
６２…電波吸収体
７０…アンテナ
７１…メインアンテナ
７２…サブアンテナ
７３…送信機
７４…位相器
７５…電波分配器
７６…センサー
７７…制御回路
７８…テスト用受信アンテナ
９０…バルーン
９１…基台
９２…基台
９３…連結部材
９４…線材
９５…基台
９６…パイプ

Claims (11)

1. 一次放射器と、
   前記一次放射器から放射される電波を反射して放射する金属製の反射面を有する可撓性のある反射器と、
   前記反射器の外周部に連結されて、前記反射器の反射面側をカバーする可撓性のあるカバー部と、
   前記反射器と前記カバー部とに連結される中心ロッドとを備え、
   前記反射器と前記カバー部が外周部で連結されて、密閉された中空状のアンテナ本体を形成しており、前記アンテナ本体は、内部に気体を出し入れ自在であって、内部に気体が充填された状態で前記反射器の反射面を所定の曲面形状に形成するように構成されてなり、
   前記一次放射器が前記中心ロッドに連結されて、前記一次放射器を定位置に配置するようにしてなる開口面アンテナ。
2. 請求項１に記載される開口面アンテナであって、
   前記反射器の反射面を回転放物面としてなる開口面アンテナ。
3. 請求項１または２に記載される開口面アンテナであって、
   前記反射器が、表面に金属層を設けてなる可撓性のある気密シートで、
   前記カバー部が、可撓性のある気密シートで、
   前記反射器と前記カバー部は、互いの外周部が積層状態で密閉されて中空状のアンテナ本体が形成されてなる開口面アンテナ。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載される開口面アンテナであって、
   前記中心ロッドは、第１の端部に前記一次放射器が連結されており、前記第１の端部が前記カバー部に固定されると共に、第２の端部が前記反射器に固定されて、前記一次放射器を定位置に配置するようにしてなる開口面アンテナ。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載される開口面アンテナであって、
   前記中心ロッドは、第１の端部に前記一次放射器を連結して、第２の端部に前記一次放射器から放射される電波を前記反射器に向かって反射する副反射鏡を連結しており、
   前記第１の端部が前記反射器に固定されると共に、前記第２の端部が前記カバー部に固定されて、前記一次放射器と前記副反射鏡とを定位置に配置するようにしてなる開口面アンテナ。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載される開口面アンテナであって、
   前記カバー部は、中心部から外側に向かって円錐状に広がる円錐部の外側に、反射器の開口部に沿う筒状部を連結してなる形状に成形されており、
   前記円錐部の中心部に前記中心ロッドの一端が連結されてなる開口面アンテナ。
7. 請求項６に記載される開口面アンテナであって、
   前記カバー部が、前記筒状部の表面に電波吸収体を設けてなることを特徴とする開口面アンテナ。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載される開口面アンテナであって、さらに、
   前記アンテナ本体の外周に沿って、気体を出し入れできるリング状中空体を備えており、
   前記リング状中空体に気体を充填して膨張させた状態で、前記反射器を所定の外形に形成するように構成されてなる開口面アンテナ。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載される開口面アンテナであって、
   前記アンテナ本体に、空気よりも比重の小さい気体が充填されており、
   前記アンテナ本体の浮力で、空中に浮遊させることを特徴とする開口面アンテナ。
10. 複数のアンテナと、
    各々のアンテナに位相が異なる送信信号を出力する送信器とを備える通信装置であって、
    前記アンテナが、
    一次放射器と、
    前記一次放射器から放射される電波を反射して放射する金属製の反射面を有する可撓性のある反射器と、
    前記反射器の外周部に連結されて、前記反射器の反射面側をカバーする可撓性のあるカバー部と、
    前記反射器と前記カバー部とに連結される中心ロッドとを備え、
    前記反射器と前記カバー部が外周部で連結されて、密閉された中空状のアンテナ本体を形成しており、前記アンテナ本体は、内部に気体を出し入れ自在であって、内部に気体が充填されて膨張する状態で前記反射器の反射面を所定の曲面形状に形成するように構成されると共に、前記一次放射器が前記中心ロッドに連結されて、前記一次放射器を定位置に配置するようにしてなり、
    前記送信器から各々の前記アンテナに出力する送信信号の位相を制御して、電波の放射方向をコントロールするようにしてなることを特徴とするアンテナを備える通信装置。
11. 複数の一次放射器を備えるアンテナと、
    各々の一次放射器に位相が異なる送信信号を出力する送信器とを備える通信装置であって、
    前記アンテナが、
    異なる位置に配置してなる複数の一次放射器と、
    前記一次放射器から放射される電波を反射して放射する金属製の反射面を有する可撓性のある反射器と、
    前記反射器の外周部に連結されて、前記反射器の反射面側をカバーする可撓性のあるカバー部と、
    前記反射器と前記カバー部とに連結される中心ロッドとを備え、
    前記反射器と前記カバー部が外周部で連結されて、密閉された中空状のアンテナ本体を形成しており、前記アンテナ本体は、内部に気体を出し入れ自在であって、内部に気体が充填されて膨張する状態で前記反射器の反射面を所定の曲面形状に形成するように構成されると共に、前記一次放射器が前記中心ロッドに連結されて、前記一次放射器を定位置に配置するようにしてなり、
    前記送信器から各々の前記一次放射器に出力する送信信号の位相を制御して、電波の放射方向をコントロールするようにしてなることを特徴とするアンテナを備える通信装置。

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