JPH03277002A - 薄形アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は反射鏡を用いたアンテナに関し、特に超高周波
の電波の送信或いは受信に使用するのに適した薄形アン
テナに関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種の反射鏡を用いたアンテナは例えば第８図
に示すような回転放物面の一部で構成された反射！６の
焦点１１の近傍に開口部が位置する様に１次放射器３を
配置している。

送信の場合においては矢印で示すように一次放射器３か
ら放射された電波は反射鏡６で反射されて３３の方向に
伝播する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のこの種の反射鏡を用いたアンテナでは反
射鏡の鏡面は通常、回転放物面の一部で形成されており
、この回転放物面の焦点距離をあｔり小とすると、この
反射鏡の鏡面の曲率半径が小さくなり過ぎ、反射鏡の製
造が困難となること、アンテナの電気的特性が劣化する
ことなどのため、通常、反射鏡の焦点距離は反射鏡の開
口径の１／２以上とする必要がある。

したがって、アンテナの奥行をあまり小とすることがで
きず、このアンテナの設置のために多くの容積を必要と
する欠点があった。

本発明は電気的特性を劣化することなく、このような欠
点を改善した奥行の少ない、すなわち容積占有率の少な
い薄形アンテナを提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、厚さが使用電波の伝播波長のほば１／４であ
る誘電体で鏡面が回転放物面の一部である反射鏡を形成
し前記反射鏡の凹面側にリボン状で幅と厚さが前記使用
電波の波長に対して十分小なる複数個の導電体を前記使
用電波の波長の１／２以下の空隙を持って短冊状に配置
しｔた前記反射鏡が形成する鏡面の凸側の全面に導電体
層を形成した第１の反射鏡と、厚さがほぼ一様な誘電体
で回転双曲面の一部を鏡面とする反射鏡を形成し前記回
転双曲面の一部より成る鏡面の凹側または凸側の何れか
一方の鏡面上にリボン状で幅と厚さが前記使用電波の波
長に対して十分小なる複数個の導電体を前記使用電波の
波長の１／２以下の空隙を持って短冊状に配置した第２
の反射鏡と、１次放射器より成るアンテナにおいて、前
記第１の反射鏡の焦点と前記第２の反射鏡の凸面側の焦
点とを一致させ前記第２の反射鏡の凹面側の焦点を前記
第１の反射鏡の鏡面の近傍に位置するように前記第１の
反射鏡と前記第２の反射鏡とを配置し前記第２の反射鏡
の凹面側の焦点の近傍に前記一次放射器の開口が位！す
るようにかつ前記一次放射器の電波の放射方向が前記第
２の反射鏡に向うように前記一次放射器を配置し前記第
１の反射鏡の凹面上に配置した前記リボン状の導電体の
長手方向の前記第１の反射鏡の中心軸と直交する平面上
への正射影と前記第２の反射鏡上に配置した前記リボン
状の導電体の長手方向の前記第１の反射鏡の中心軸と直
交する平面への正射影との成す角度が４５度となるよう
に前記第１の反射鏡上のリボン状の導電体と前記第２の
反射鏡上のリボン状の導電体を配置したことを特徴とす
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す横断面図であり、第２
図は第１図中の反射鏡の鏡面相互間の関係を示す説明図
て′ある。

第１図において、１は第１の反射鏡、２は第２の反射鏡
、３は１次放射器である。

第１の反射鏡１の鏡面は第２図に示した回転放物面１３
の一部であり、第２の反射鏡２の鏡面は回転双曲面１４
の一部である。

回転双曲面１４の二つの焦点Ｆ１とＦ２は何れも回転双
曲面１４の中心軸１２の上にある。この焦点Ｆ１は前述
の回転双曲面１４の凸側の焦点であり、焦点Ｆ２は回転
双曲面１４の凹側の焦点である。

また回転放物面１３の焦点はこの回転放物面１３の中心
軸１１の上にある。

この回転放物面１３の焦点位置が前述した回転双曲面１
４の焦点Ｆ１の位置と一致し、前述の焦点Ｆ２が前述し
た第１の反射鏡１の付近の所望の場所に来るように、前
述の第１の反射鏡１と第２の反射鏡２とを配置する。

１次放射器３の開口部がほぼ前述した焦点Ｆ２に位置す
るように、また、電波の放射方向が第２の反射鏡２の方
を向くように１次放射器３を配置する。

第３図は第２の反射鏡２の詳細を示す構成図で、第３図
（ａ）は第２の反射鏡２の正面図、第３図（ｂ）はその
側断面図である。第２の反射鏡２は誘電体１５と、この
誘電体１５の内側に薄いリボン状の導電体１６を複数個
垂直方向に平行に短冊状に取りつける。これら各導電体
１６相互間の空隙幅は使用する電波の波長の１／２以下
とする。

またこれら各導電体１６の幅と厚さは使用波長に対して
十分小とする。これら導電体１６が形成する面が前述し
た回転双曲面１４の一部となるように誘電体１５を成形
する。

このような第２の反射鏡２の複数の導電体１６の長手方
向に平行な電気力ＩＩ　Ｅ　ｖを偏波方向とする電波が
第３図（ａ）の紙面の手前あるいは背部からこの第２の
反射鏡２に入射する場合、この電波は第２の反射鏡２に
よって反射される。

一方、この第２の反射鏡２に導電体１６の長手方向に対
して直交する電気力線Ｅ□を偏波方向とする電波が入射
するときはこの電波は第２の反射鏡２を透過する。すな
わち、第２の反射鏡２は導電体１６の長平方向に平行に
偏波した電波に対して反射鏡として動作し、導電体１６
の長手方向に直交する偏波を持つ電波に対しては反射鏡
としての動作をせず、単に透過させるのみである６第４
図は第１の反射鏡１の詳細を示す構成図であって、第４
図（ａ）は第１の反射鏡１の正面図、第４図（ｂ）は側
断面図である。第１の反射鏡１は誘電体１７と、この誘
電体１７の凹面側に取つけられたリボン状の複数枚の導
電体１８と、凸面側に取りつけらた導電体層１つより成
る膜、例えば金属膜とから構成される。リボン状の各導
電体１８の幅と厚さは使用波長に対して十分小とし、各
導電体１８間の空隙は使用波長の１／２以下とすればよ
い。また、これら導電体１８と導電体層１９間の間隔は
誘電体１７内を伝播する電波の伝播波長のほぼ１／４と
すればよい。これら導電体１８の長手の方向はつぎのよ
うに設定すればよい、すなわち、回転放物面の中心軸１
１に直行する平面上に、この導電体１８を正射影したと
きの直線と、この平面上に前述の第２の反射鏡２の導電
体１６の長手方向を正射影したときできる直線との成す
角度が４５度になるように誘電体１７上に複数の導電体
１８を配置する。これらの導電体１８の作る面が前述し
た回転放物面１３の一部となるように誘電体１７を成形
する。

第５図（＆）は第１の反射鏡１を正面から見た部分拡大
図であり、第５図（ｂ）はこの第１の反射鏡１の側断面
の拡大図である。

Ｅは第１の反射鏡１への入射波の電界ベクトルを示す、
この電界ベクトルＥの方向は導電体１８の長手方向と４
５度の角度を成している。この電界ベクトルＥは導電体
１８の長手方向と直交する電界成分ベクトルＥ１と導電
体１８の長手方向と平行な電界成分ベクトルＥ２に分解
することができる。この各電界成分ベクトルＥ１とＥ２
の大きさは相等しい。上述した電界ベクトル成分Ｅ１は
誘電体１７内に入り導電体層１９で反射されて電界の向
きが逆向きすなわち、位相が１８０度反射により遅れて
再び導電体１８迄戻る、この導電体１８まで戻って来た
電界成分ベクトルをＥＲＩとする。このように電界成分
ベクトルＥ１は導電体１８から導電体層１９に達し、再
び導電体１８へ戻る迄に１／２波長だけ誘電体１７内を
伝播するから、その間に電気的に位相は１８０度だけ遅
れる、したがって、前述した入射電界ベクトル成分Ｅ１
に対して反射電界ベクトル成分ＥＲＩの位相差は３６０
度すなわち同相となる。

一方、入射電界ベクトルＥの内の導電体１８の長手方向
に平行な電界ベクトル成分Ｅ２は導電体１８で反射され
、誘電体１７内には入らない、この電界ベクトル成分Ｅ
２は導電体１８で反射されるとき、ベクトルの向きが逆
、すなわち、位相が１８０度電界ベクトル成分Ｅ２より
遅れる、この導電体１８で反射された電界ベクトル成分
をＥＲ２とする。

今迄説明した電界ベクトル成分ＥＲＩとＥＲ２とを合成
したものがこの第１の反射鏡１から反射される電界ベク
トルＥＲとなるから、入射電界ベクトルＥと反射電界ベ
クトルＥＲは互に直交することになる。すなわち、入射
電界ベクトルＥが垂直偏波であれば反射電界ベクトルＥ
Ｒは水平偏波となる。

アンテナの電気的特性は可逆的であるから、送信と受信
の両方の動作の内、何れか一方の動作についてわかれば
よい。以下、アンテナを送信に用いる場合について説明
する。

今迄説明してきたことから明らかなように、第１図およ
び第２図において、一次放射器３から垂直偏波の電波を
第２の反射鏡２に向って放射すれば、この電波は第２の
反射鏡２で反射される。この反射波は焦点Ｆ１から直接
第１の反射鏡に入射する電波と同方向に向う。この第２
の反射鏡からの反射波は第１の反射鏡１によって再び反
射される、この再反射波は前述した第１の反射鏡１で水
平偏波の電波となって、前述の第２の反射鏡２に再入射
するが、この入射波は水平偏波なのでこの第２の反射鏡
２を今度は透過し、回転放物面の中心軸１１と平行な方
向３３に沿って伝播する。

これ迄の説明では、水平偏波を放射する場合について説
明したが、本発明のアンテナは任意の方向の直線偏波を
持つ電波を放射できることは明らかである。すなわち、
回転放物面の中心軸１１と直交する平面上に第２の反射
鏡２の導電体１６の長手方向を正射影したものの方向が
所望の偏波の方向と直交するように導電体１６を配置し
、前述した平面上に第１の反射鏡１の導電体１８の長手
方向を正射影したものが前述した導電体１６の長手方向
の正射影したものと４５度の角度を成すように導電体１
８を配置し、一次放射器３から放射する電波の偏波の方
向を第２の反射鏡２の導電体１６の長手方向と直交する
ように一次放射器３を調節すればよい。

今迄、第２の反射鏡２の導電体１６がこの第２の反射Ｍ
ｉ２の凹面上に配置された場合について説明して来たが
この導電体１６を第２の反射鏡２の凸面側に配置しても
よいことは明らかである。

また、今迄の説明では、回転放物面の中心軸１１を含丈
ない所に第２の反射Ｍ２と第１の反射鏡１とを配置した
が、第２の反射鏡２と第１の反射鏡１とを回転放物面の
中心軸１１まわりに対称な開口面と持つように配置して
もよいことは明らかである。

第２の反射鏡２の誘電体１５および第１の反射鏡１の誘
電体１７としては例えばハニカム・コア状の中空の誘電
体を用いることもできる。

第６図は本発明の他の実施例を示す横断面図である。こ
の図において、第１の反射鏡１と第２の反射鏡２および
一次放射器３は第１図と同一である。前述の第２の反射
鏡２の凸面側の全面にシート状のポーラライザ４を配置
し、円偏波電波の送受信を可能としたものである。

シート状のポーラライザ４としては、例えば、アイイー
イーイー・トランザクション・オン・アンチナス・アン
ド・プロパゲーシヨン　（ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉ
ｏｎｓ　ｏｎ　Ａｎｔｅｎｎａｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｐａ
ｇａｔｉｏｎ）第ＡＰ−１３．１９６５年、１月号の第
３頁−第７頁に発表された論文「円偏波用偏波変換器」
（＾Ｗａｖｅ　Ｐｏ１ａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｖｅ
ｒｔｅｒ　ｆｏｒ　Ｃ１ｒｃｕｌａｒＰｏｌａｒｉｚａ
ｔｉｏｎ）に記載されているように、誘電体の基板上に
矩形状の薄い導電体を複数個配列し、これら矩形状の導
電体の間に導電体より成るワイヤを配置したシートを構
成単位とし、このシートを複数枚積層してシート状のポ
ーラライザを形成するものが知られている。すなわち、
第７図（ａ）に部分平面図として示すように、矩形状の
薄い導電体よる成るパッチ４２を誘を体で構成されたシ
ート状の基板４１の上にフォト・エツチング法等により
複数個生成し、これらのパッチ４２の一つの辺と平行に
、これらパッチ４２の間に複数本の導電性のワイヤ４３
を配置したものを１つの構成単位とし、複数枚のこのよ
うな構成単位を重ね合わせてシート状のポーラライザ４
とする。前述したワイヤ４３の長手の方向と４５度の角
度を持つ方向に電界が偏波した電波がこのポーラライザ
４の面に垂直に入射する場合を考える。前述した電波の
電界ベクトルはＥであり、電界ベクトルＥはさらに二つ
の互いに直交する電界ベクトル成分ＥｃとＥ、とに分解
することができる。パッチ４２はこれらの電界ベクトル
成分Ｅ。とＥＬの両方に対して容量性の素子として働く
、またワイヤ４３は電界ベクトル成分ＥＬに対して誘導
性素子として動作するが、電界ベクトル成分Ｅ。に対し
ては動作しない。従って、電界ベクトル成分ＥＬに対し
てはパッチ４２とワイア４３とが合成的に作用し並列共
振回路として動作する。第７図（ｈ）は基板４１、パッ
チ４２およびワイヤ４３から成る構成単位を３枚積層し
た場合の前述した電界ベクトル成分Ｅｃに対する等価回
路である。第７図（ｃ）は前述した電界ベクトル成分Ｅ
Ｌに対する等価回路である。したがって、パッチ４２の
各辺の大きさ、ワイヤ４３の幅、バッチ４２相互間の間
隔、基板４１の厚さ等を使用する電波の波長に対して適
当に選定することにより、電界Ｅの方向に偏波した電波
がポーラライザ４の面に垂直に入射し、ポーラライザ４
を透過すると、このポーラライザ４の中で電界ベクトル
成分Ｅｃに対して電界ベクトル成分ＥＬの位相は相対的
に９０度遅れとなる。すなわちポーラライザ４を透過し
た直線偏波の電波は円偏波の電波に変換される。

したがって、第６図に示すように、シート状のポーララ
イザ４含第２の反射鏡２の凸面側に全面に亘り配置し、
かつ、第２の反射Ｒ２の導電体１６の長手方向とポーラ
ライザ４のパッチ４２の何れかの辺の方向とのなす角度
が４５度になるように設定すれば、本発明のアンテナご
左旋回或いは右旋回の円偏波の電波の送信或いは受信用
のアンテナとして用いることができる。

また、受信周波数変換部５を一次放射器３に直結するこ
とにより、本発明のアンテナを受信用に用いる場合、給
電系の損失を小として雑音の少ない電波を受信すること
ができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は入射した電波の偏波の方
向を９０度回転して反射する回転放物面の一部を鏡面と
する第１の反射鏡と互いに直交する偏波成分の内の一方
の偏波成分の電波を反射し、他方の偏波成分の電波を透
過する回転双曲面の一部を鏡面とする第２の反射鏡とを
組合わせることにより一次放射器を前述した第１の反射
鏡の近傍に配置することを可能とし、電気的特性を劣化
させることなく、全体として奥行きの少ない体積占有率
の小なる薄形のアンテナを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す横断面図、第２図は第１
図に示した構成素子の相互の関係を示す説明図、第３図
（ａ）、（ｂ）は第１図の第２の反射鏡の構成図、第４
図（ａ）、（ｂ）は第１図の第１の反射鏡の構成図、第
５図（ａ）、（ｂ）は第１図の第１の反射鏡の動作を説
明するためのそれぞれ部分拡大図と部分断面拡大図、第
６図は本発明の他の実施例を示す横断面図、第７図（ａ
）は第６図中のポーラライザの部分平面図、第７図（ｂ
）、（ｃ）は第６図中のポーラライザの等価回路図、第
８図は従来のこの種アンテナの横断面図である。 １・・・第１の反射鏡、２・・・第２の反射鏡、３・・
・一次放射器、４・・ポーラライザ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、厚さが使用電波の伝播波長のほぼ１／４である誘電
   体で鏡面が回転放物面の一部である反射鏡を形成し前記
   反射鏡の凹面側にリボン状で幅と厚さが前記使用電波の
   波長に対して十分小なる複数個の導電体を前記使用電波
   の波長の１／２以下の空隙を持って短冊状に配置しまた
   前記反射鏡が形成する鏡面の凸側の全面に導電体層を形
   成した第１の反射鏡と、厚さがほぼ一様な誘電体で回転
   双曲面の一部を鏡面とする反射鏡を形成し前記回転双曲
   面の一部より成る鏡面の凹側または凸側の何れか一方の
   鏡面上にリボン状で幅と厚さが前記使用電波の波長に対
   して十分小なる複数個の導電体を前記使用電波の波長の
   １／２以下の空隙を持って短冊状に配置した第２の反射
   鏡と、１次放射器より成るアンテナにおいて、前記第１
   の反射鏡の焦点と前記第２の反射鏡の凸面側の焦点とを
   一致させ前記第２の反射鏡の凹面側の焦点を前記第１の
   反射鏡の鏡面の近傍に位置するように前記第１の反射鏡
   と前記第２の反射鏡とを配置し前記第２の反射鏡の凹面
   側の焦点の近傍に前記一次放射器の開口が位置するよう
   にかつ前記一次放射器の電波の放射方向が前記第２の反
   射鏡に向うように前記一次放射器を配置し前記第１の反
   射鏡の凹面上に配置した前記リボン状の導電体の長手方
   向の前記第１の反射鏡の中心軸と直交する平面上への正
   射影と前記第２の反射鏡上に配置した前記リボン状の導
   電体の長手方向の前記第１の反射鏡の中心軸と直交する
   平面への正射影との成す角度が４５度となるように前記
   第１の反射鏡上のリボン状の導電体と前記第２の反射鏡
   上のリボン状の導電体を配置したことを特徴とする薄形
   アンテナ。 ２、請求項１記載の薄形アンテナの第２の反射鏡の凸側
   の鏡面上の全面にわたってシート状のボーラライザを配
   置したことを特徴とする薄形アンテナ。