JPH05315826A - 周波数変動により走査されるアンテナ - Google Patents
周波数変動により走査されるアンテナInfo
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- JPH05315826A JPH05315826A JP3195861A JP19586191A JPH05315826A JP H05315826 A JPH05315826 A JP H05315826A JP 3195861 A JP3195861 A JP 3195861A JP 19586191 A JP19586191 A JP 19586191A JP H05315826 A JPH05315826 A JP H05315826A
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- frequency
- exciter
- wave
- radiating
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/0006—Particular feeding systems
- H01Q21/0037—Particular feeding systems linear waveguide fed arrays
- H01Q21/0043—Slotted waveguides
- H01Q21/005—Slotted waveguides arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/22—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation in accordance with variation of frequency of radiated wave
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 周波数変化に対するメインローブの方向の変
化が大きい衛星搭載用のアンテナを提供する。 【構成】 変動可能な所与の周波数で平面波電磁波を発
生させる励振器手段１０と、平面波を複数回にわたり順
次に反射させ、各反射の後に外部へ平面波の一部を漏洩
させる手段を含む放射手段２０を具備し、２つの反射の
間の波の位相ずれが波の周波数の関数として変化し、周
波数の関数である方向に主ローブを有する送信を形成す
る。有利には、放射手段２０が２つの互いに対向する表
面を有し、一方の表面は基礎表面を形成し他方の表面２
２は放射前部表面を形成し、放射前部表面は穴等により
電磁波に対して透過性を有し、アンテナは、２つの表面
の間に所定の入射角で平面波を送り込む手段を具備す
る。
化が大きい衛星搭載用のアンテナを提供する。 【構成】 変動可能な所与の周波数で平面波電磁波を発
生させる励振器手段１０と、平面波を複数回にわたり順
次に反射させ、各反射の後に外部へ平面波の一部を漏洩
させる手段を含む放射手段２０を具備し、２つの反射の
間の波の位相ずれが波の周波数の関数として変化し、周
波数の関数である方向に主ローブを有する送信を形成す
る。有利には、放射手段２０が２つの互いに対向する表
面を有し、一方の表面は基礎表面を形成し他方の表面２
２は放射前部表面を形成し、放射前部表面は穴等により
電磁波に対して透過性を有し、アンテナは、２つの表面
の間に所定の入射角で平面波を送り込む手段を具備す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、周波数変化により走査
されるアンテナ、すなわちアンテナにより放射される
（又は受信される）波の周波数の関数として変化する所
与の方向に主ローブが存在する放射パターンを有する電
磁波を送信する（又は受信する）アンテナに関する。
されるアンテナ、すなわちアンテナにより放射される
（又は受信される）波の周波数の関数として変化する所
与の方向に主ローブが存在する放射パターンを有する電
磁波を送信する（又は受信する）アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】純粋にスタティックな走査は、アンテナ
に印加される正確な周波数を選択するだけで電子的に実
現できる、何故ならば、このように選択可能であるその
都度の周波数は、特定の主送信方向に対応しているから
である。
に印加される正確な周波数を選択するだけで電子的に実
現できる、何故ならば、このように選択可能であるその
都度の周波数は、特定の主送信方向に対応しているから
である。
【０００３】このような関数を実施する種々の構成が公
知である。特には、Ｍ．Ｓｋｏｌｎｉｋ編集の”レーダ
ーハンドブック”（１９７０年刊）と、このような電子
走査を周波数変動により実現する折り畳み形放射素子を
有するスロットアレイ及び構成を開示しているＩｒｖｉ
ｎｇ Ｗ．Ｈａｍｍｅｒ著の”周波数走査されるアレ
イ”の特に第１３章とに記載の導波構成が公知である。
知である。特には、Ｍ．Ｓｋｏｌｎｉｋ編集の”レーダ
ーハンドブック”（１９７０年刊）と、このような電子
走査を周波数変動により実現する折り畳み形放射素子を
有するスロットアレイ及び構成を開示しているＩｒｖｉ
ｎｇ Ｗ．Ｈａｍｍｅｒ著の”周波数走査されるアレ
イ”の特に第１３章とに記載の導波構成が公知である。
【０００４】本出願人によるフランス特許公開第２５３
５１２０号公報も、送信器ホーン等の波発射器の前に設
けられて、波の周波数の関数として変化する方向で入射
波を反射する周波数応動形反射器を開示している。
５１２０号公報も、送信器ホーン等の波発射器の前に設
けられて、波の周波数の関数として変化する方向で入射
波を反射する周波数応動形反射器を開示している。
【０００５】しかしながら、これらの装置はすべて、種
々の共通の下記の欠点を有する。すなわち、これらの装
置の走査能力（すなわち最大相対周波数変動の関数とし
ての主ローブの方向における角度変動の振幅）が一般に
非常に制限されており、多数の用途において十分でない
ことと、これらの装置の構成が機械的観点からも無線通
信的観点からも常に複雑であり、従って設計及び整合が
困難であり、従ってコスト高であることと、これらの複
雑な構成は一般に重量及びスペースが大きく、従って衛
星アンテナ等には適さないことと、発生される放射パタ
ーンの形状が、周波数を変化させると２つの順次のビー
ムの間のオーバラップの程度（すなわち２つの順次のビ
ームの主送信方向の間の真ん中の方向でのレベル）が一
般に低く、これにより所与の地理的領域を連続的なサー
ビスエリアにすることが困難でることである。
々の共通の下記の欠点を有する。すなわち、これらの装
置の走査能力（すなわち最大相対周波数変動の関数とし
ての主ローブの方向における角度変動の振幅）が一般に
非常に制限されており、多数の用途において十分でない
ことと、これらの装置の構成が機械的観点からも無線通
信的観点からも常に複雑であり、従って設計及び整合が
困難であり、従ってコスト高であることと、これらの複
雑な構成は一般に重量及びスペースが大きく、従って衛
星アンテナ等には適さないことと、発生される放射パタ
ーンの形状が、周波数を変化させると２つの順次のビー
ムの間のオーバラップの程度（すなわち２つの順次のビ
ームの主送信方向の間の真ん中の方向でのレベル）が一
般に低く、これにより所与の地理的領域を連続的なサー
ビスエリアにすることが困難でることである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、これ
らのすべての欠点が除去され、従って特に衛星通信のた
めのアンテナとしての用途に適する周波数走査されるア
ンテナを提供することにある。
らのすべての欠点が除去され、従って特に衛星通信のた
めのアンテナとしての用途に適する周波数走査されるア
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】機械的観点から見て本発
明のアンテナの構成が、単純、コンパクト及び軽量であ
ることが分かった。これらの特性は衛星での用途に非常
に望ましい。周波数の関数である、本発明のアンテナの
走査能力が周波数に対して非常に敏感である、すなわち
小さい周波数変動に対して相対的に大きい走査振幅が得
られることが分かった。この特性は特に有利である、何
故ならば許容される周波数偏差は送信機固有の特性と、
マイクロ波の帯域幅の割当とにより一般に制限される。
マイクロ波の帯域幅として、例えば衛星通信のためには
３０／２０ＧＨｚ帯域の場合には代表的には中心周波数
の周りの約±２．５％が割当られる。このように周波数
偏差が制限されているので、これらの周波数境界を越え
ずに可及的に広い地理的領域をサービスエリアにするこ
とが望ましい。これを本発明は実現し、更に本発明の構
成により、所望のサービスエリアが得られると単なる幾
何学的パラメータを選択するだけで最も適切な周波数感
度を容易に得ることが可能となる。
明のアンテナの構成が、単純、コンパクト及び軽量であ
ることが分かった。これらの特性は衛星での用途に非常
に望ましい。周波数の関数である、本発明のアンテナの
走査能力が周波数に対して非常に敏感である、すなわち
小さい周波数変動に対して相対的に大きい走査振幅が得
られることが分かった。この特性は特に有利である、何
故ならば許容される周波数偏差は送信機固有の特性と、
マイクロ波の帯域幅の割当とにより一般に制限される。
マイクロ波の帯域幅として、例えば衛星通信のためには
３０／２０ＧＨｚ帯域の場合には代表的には中心周波数
の周りの約±２．５％が割当られる。このように周波数
偏差が制限されているので、これらの周波数境界を越え
ずに可及的に広い地理的領域をサービスエリアにするこ
とが望ましい。これを本発明は実現し、更に本発明の構
成により、所望のサービスエリアが得られると単なる幾
何学的パラメータを選択するだけで最も適切な周波数感
度を容易に得ることが可能となる。
【０００８】本発明のアンテナは、次のような種々の一
般的制約と完全にコンパチブルであることが分かった。
すなわち、高パワーが高効率で放射されることと、偏波
の直線性が維持されることと、円形偏波が選択的に使用
可能であることと、構造が頑丈であることと、宇宙環境
での厳しい印加応力に耐えることができることと、宇宙
環境では非常に大きい振幅の熱周期に遭遇するので温度
変動に対して最大の安定性を有することとである。
般的制約と完全にコンパチブルであることが分かった。
すなわち、高パワーが高効率で放射されることと、偏波
の直線性が維持されることと、円形偏波が選択的に使用
可能であることと、構造が頑丈であることと、宇宙環境
での厳しい印加応力に耐えることができることと、宇宙
環境では非常に大きい振幅の熱周期に遭遇するので温度
変動に対して最大の安定性を有することとである。
【０００９】本発明は、周波数変動により走査されるア
ンテナを提供する。本発明のアンテナは、中心周波数の
周りで変動可能な所与の周波数で平面波電磁波を発生さ
せる励振器手段と、該励振器手段により発生された平面
波を受取り該平面波を複数回にわたり順次に反射させ、
平面波を外部へ放射することができるように各反射の後
に平面波の一部を外部へ漏洩させる手段を有する放射手
段を具備し、２つの反射の間の波の移相ずれは波の周波
数の関数として変化し、従って、このように形成された
放射波の組は所定の相対位相差を有し、相対位相差は励
振器手段により発生される波の周波数の関数として可変
であり、相対位相差はこの周波数の関数として可変であ
る方向を有する主ローブを有する送信波を形成する。
ンテナを提供する。本発明のアンテナは、中心周波数の
周りで変動可能な所与の周波数で平面波電磁波を発生さ
せる励振器手段と、該励振器手段により発生された平面
波を受取り該平面波を複数回にわたり順次に反射させ、
平面波を外部へ放射することができるように各反射の後
に平面波の一部を外部へ漏洩させる手段を有する放射手
段を具備し、２つの反射の間の波の移相ずれは波の周波
数の関数として変化し、従って、このように形成された
放射波の組は所定の相対位相差を有し、相対位相差は励
振器手段により発生される波の周波数の関数として可変
であり、相対位相差はこの周波数の関数として可変であ
る方向を有する主ローブを有する送信波を形成する。
【００１０】有利には、放射手段は２つの互いに対向す
る表面を含み、一方の表面は基礎表面を形成し他方の表
面は放射前部表面を形成し、放射前部表面は電磁波に対
して例えば孔の形成により透過性を有し、アンテナは、
２つの表面の間に所定の入射角で平面波を送り込む手段
を更に具備する。
る表面を含み、一方の表面は基礎表面を形成し他方の表
面は放射前部表面を形成し、放射前部表面は電磁波に対
して例えば孔の形成により透過性を有し、アンテナは、
２つの表面の間に所定の入射角で平面波を送り込む手段
を更に具備する。
【００１１】最も有利には、前部表面の透過性がこの表
面の場所によって変化し、前部表面の透過性が、平面波
のエネルギー密度が高い近傍領域では低く、このエネル
ギー密度が低い遠方領域では高い。
面の場所によって変化し、前部表面の透過性が、平面波
のエネルギー密度が高い近傍領域では低く、このエネル
ギー密度が低い遠方領域では高い。
【００１２】有利には、励振器手段は、２つの対向する
表面と電磁波送信手段とを有し、表面と電磁波送信手段
とは、該送信電磁波を２つの表面の間に向かわせるよう
に配置され、少なくとも１つの収束反射器部材が励振器
手段を反射器手段に接続している。
表面と電磁波送信手段とを有し、表面と電磁波送信手段
とは、該送信電磁波を２つの表面の間に向かわせるよう
に配置され、少なくとも１つの収束反射器部材が励振器
手段を反射器手段に接続している。
【００１３】第１の実施例では、励振器手段における互
いに対向する表面と、放射手段における互いに対向する
表面とがほぼ平行な方向で延在し、収束反射器部材は励
振器手段と放射手段との共通の端部に、励振器手段のこ
の端部に送信された波を放射手段の隣接端部に向かって
前記の所定入射角で反射するように配置されている。
いに対向する表面と、放射手段における互いに対向する
表面とがほぼ平行な方向で延在し、収束反射器部材は励
振器手段と放射手段との共通の端部に、励振器手段のこ
の端部に送信された波を放射手段の隣接端部に向かって
前記の所定入射角で反射するように配置されている。
【００１４】第２の実施例では、励振器手段における互
いに対向する表面と、放射手段における互いに対向する
表面とが、直角プラス該所定入射角に等しい角度を互い
に形成する方向でそれぞれ延在し、これにより放射手段
が、励振器手段により発生された平面波を直接に供給さ
れることが可能となる。
いに対向する表面と、放射手段における互いに対向する
表面とが、直角プラス該所定入射角に等しい角度を互い
に形成する方向でそれぞれ延在し、これにより放射手段
が、励振器手段により発生された平面波を直接に供給さ
れることが可能となる。
【００１５】これに加えて、２つの方向での走査を可能
にするために、有利には励振器手段が、周波数の関数と
して変化する前述の主ローブ伝播方向対して垂直の方向
で互いに異なるそれぞれ異なる前記垂直方向を有する異
なるビームを選択的に発生する手段を含む。
にするために、有利には励振器手段が、周波数の関数と
して変化する前述の主ローブ伝播方向対して垂直の方向
で互いに異なるそれぞれ異なる前記垂直方向を有する異
なるビームを選択的に発生する手段を含む。
【００１６】
【実施例】次に本発明を実施例に基づき図を用いて詳し
く説明する。図１は、周波数変動により走査されるアン
テナが２つの主要部、すなわち励起器部１０と放射部２
０とを有する本発明の第１の実施例を示す。このアンテ
ナの説明は本質的に送信アンテナとして行われるが、し
かし相反定理により全体的構造は変えずに必要な部分的
変更だけで本発明のアンテナが受信アンテナとして動作
できることは自明である。
く説明する。図１は、周波数変動により走査されるアン
テナが２つの主要部、すなわち励起器部１０と放射部２
０とを有する本発明の第１の実施例を示す。このアンテ
ナの説明は本質的に送信アンテナとして行われるが、し
かし相反定理により全体的構造は変えずに必要な部分的
変更だけで本発明のアンテナが受信アンテナとして動作
できることは自明である。
【００１７】励振器部１０は、波面が平面表面１２及び
１３に垂直であり励振器部の出口端部１４に向かって伝
播するラジオ波を２つの平行な平面１２及び１３（図２
の断面図を参照）の間で発射する少なくとも１つのフィ
ード素子１１（図１は、中心点Ａの周りに分散配置され
ている４つのフィード素子１１ａから１１ｅを示す）を
有する。
１３に垂直であり励振器部の出口端部１４に向かって伝
播するラジオ波を２つの平行な平面１２及び１３（図２
の断面図を参照）の間で発射する少なくとも１つのフィ
ード素子１１（図１は、中心点Ａの周りに分散配置され
ている４つのフィード素子１１ａから１１ｅを示す）を
有する。
【００１８】壁での多重反射を回避するために、波がフ
ィード素子１１から出口端部１４まで単一の伝播路をた
どることを保証する吸収器１５が、必要な場合にはかつ
従来の方法で設けられる。
ィード素子１１から出口端部１４まで単一の伝播路をた
どることを保証する吸収器１５が、必要な場合にはかつ
従来の方法で設けられる。
【００１９】面１２及び１３は平面である必要はなく、
必要に応じて別の形状（球面、放物面等）でもよいこと
に注意されたい。
必要に応じて別の形状（球面、放物面等）でもよいこと
に注意されたい。
【００２０】加えて、フィード素子１１は、図示のよう
なホーン状である必要はなく、例えばプリント素子、ワ
イヤ放射素子等の任意の別の周知のタイプの放射素子で
もよい。多重フィード素子１１ａから１１ｅはすべて同
一である必要はなく、規則的に整列されて分散配置され
ている必要もない。
なホーン状である必要はなく、例えばプリント素子、ワ
イヤ放射素子等の任意の別の周知のタイプの放射素子で
もよい。多重フィード素子１１ａから１１ｅはすべて同
一である必要はなく、規則的に整列されて分散配置され
ている必要もない。
【００２１】放射部２０は、図示の例では平面表面であ
る２つの平行な表面２１及び２２を有する。表面２１は
基礎平面を形成し、これに対して表面２２は前部放射表
面を形成している。この場合にも、これらの２つの平行
な表面２１及び２２は平面である必要はなく、励振器部
１０の表面１２及び１３と同様に表面２１及び２２は平
面、放物面、球面等でもよく、又は任意のその他の形状
に形成されていてもよい。
る２つの平行な表面２１及び２２を有する。表面２１は
基礎平面を形成し、これに対して表面２２は前部放射表
面を形成している。この場合にも、これらの２つの平行
な表面２１及び２２は平面である必要はなく、励振器部
１０の表面１２及び１３と同様に表面２１及び２２は平
面、放物面、球面等でもよく、又は任意のその他の形状
に形成されていてもよい。
【００２２】励振器部１０により発生された波は、２つ
の収束反射器３１及び３２により形成されている収束反
射器部材３０を介して放射部２０に伝送される。収束反
射器３１及び３２は双方ともに周波数走査平面の中では
平面であり、これに対して垂直平面の中ではそれぞれ双
曲面及び放物面であり、Ｂ、Ｂ′、Ｃ，Ｃ′での反射後
にソースＡにおける１つの点から到来する波を正確な平
面波に変換する。
の収束反射器３１及び３２により形成されている収束反
射器部材３０を介して放射部２０に伝送される。収束反
射器３１及び３２は双方ともに周波数走査平面の中では
平面であり、これに対して垂直平面の中ではそれぞれ双
曲面及び放物面であり、Ｂ、Ｂ′、Ｃ，Ｃ′での反射後
にソースＡにおける１つの点から到来する波を正確な平
面波に変換する。
【００２３】点Ｃ及びＣ′で反射された後に、このよう
にして形成された平面波は基礎平面２１に所定の入射角
α（図３の線図を参照）で到達し、これにより平面波
は、２つの平行な平面２１及び２２の間を伝播する際に
多重反射現象にさらされる。
にして形成された平面波は基礎平面２１に所定の入射角
α（図３の線図を参照）で到達し、これにより平面波
は、２つの平行な平面２１及び２２の間を伝播する際に
多重反射現象にさらされる。
【００２４】反射前部平面２２は、例えば金属プレート
を貫通して形成されている孔２３に起因して電磁波に対
して半透過性である表面であるので、波が前部反射平面
２２に到達する都度に波の中のエネルギーの一部は平面
を通過して外部に放射し、これに対して残りのエネルギ
ーは基礎平面２１に向かって反射して戻され、そこで残
りのエネルギーは再び前部平面に向かって反射される。
以下同様に繰返される。
を貫通して形成されている孔２３に起因して電磁波に対
して半透過性である表面であるので、波が前部反射平面
２２に到達する都度に波の中のエネルギーの一部は平面
を通過して外部に放射し、これに対して残りのエネルギ
ーは基礎平面２１に向かって反射して戻され、そこで残
りのエネルギーは再び前部平面に向かって反射される。
以下同様に繰返される。
【００２５】この例では、前部表面の透過性は本質的に
孔２３の寸法及び間隔により定められ、この透過性は、
エネルギー密度が高い底面部２４ではこの透過性が低く
（すなわち孔はこの領域では寸法が小さくなければなら
ない）、エネルギー密度が低い上面部２５ではこの透過
性が高い（すなわち孔はこの領域では寸法が大きくなけ
ればならない）ことが保証されるように定められてい
る。透過性の変化の仕方は、放射前部平面２２を通過し
て漏洩する全エネルギーが所望の振幅分布を形成するよ
うに定められている。
孔２３の寸法及び間隔により定められ、この透過性は、
エネルギー密度が高い底面部２４ではこの透過性が低く
（すなわち孔はこの領域では寸法が小さくなければなら
ない）、エネルギー密度が低い上面部２５ではこの透過
性が高い（すなわち孔はこの領域では寸法が大きくなけ
ればならない）ことが保証されるように定められてい
る。透過性の変化の仕方は、放射前部平面２２を通過し
て漏洩する全エネルギーが所望の振幅分布を形成するよ
うに定められている。
【００２６】図３に関連して後述するように、周波数走
査は、放射平面での２つの順次に続く反射の間の位相ず
れが次の式に従って周波数とともに変化する事実を基礎
としている。
査は、放射平面での２つの順次に続く反射の間の位相ず
れが次の式に従って周波数とともに変化する事実を基礎
としている。
【００２７】
【数１】ΔΦ＝(2π／λ）・(2ｈ／ cosα)
【００２８】ただし、λは周波数ｆにおける波長、ｈは
基礎平面と放射前部平面との間の間隔、αは励振波の入
射角、ΔΦは、各反射における（累積された）位相ずれ
である。パラメータｈ（２つの平面２１及び２２の間の
間隔）は、順次の反射Ｄ１，Ｅ１，Ｄ２，Ｅ２，…の後
の焦点Ｆの虚像Ｓ１，Ｓ２，…が次の式を満足するよう
に選択される。
基礎平面と放射前部平面との間の間隔、αは励振波の入
射角、ΔΦは、各反射における（累積された）位相ずれ
である。パラメータｈ（２つの平面２１及び２２の間の
間隔）は、順次の反射Ｄ１，Ｅ１，Ｄ２，Ｅ２，…の後
の焦点Ｆの虚像Ｓ１，Ｓ２，…が次の式を満足するよう
に選択される。
【００２９】
【数２】2ｈ cosα＝ｍλ0
【００３０】ただし、ｍは自然数、λ0 はアンテナの中
心動作周波数における波長である。放射前部平面の上の
２つの隣接する反射点Ｅ１及びＥ２の間の間隔ｄは次の
式により定めてもよい。
心動作周波数における波長である。放射前部平面の上の
２つの隣接する反射点Ｅ１及びＥ２の間の間隔ｄは次の
式により定めてもよい。
【００３１】
【数３】ｄ＝ 2ｈ tanα
【００３２】主ローブが放射される際の放射角θは次の
既知の式から計算できる。
既知の式から計算できる。
【００３３】
【数４】ｋ・ｄ・ sinθ＝ΔΦ−ｎ２π
【００３４】ただしｋは伝播定数、ｎは自然数である。
初めの３つの式を上記式に代入することにより次の式が
得られる。
初めの３つの式を上記式に代入することにより次の式が
得られる。
【００３５】
【数５】 θ＝arcsin〔（ｍ−ｎ（λ／λ0 ）cos2α）／（ｍ sinα）〕
【００３６】整数ｎ及びｍは、ｎ＝ｍの場合に生ずる中
心周波数ｆ0 において放射角θが励振角αに等しいこと
が保証されるように選択される。この場合に上記式はつ
ぎのようになる。
心周波数ｆ0 において放射角θが励振角αに等しいこと
が保証されるように選択される。この場合に上記式はつ
ぎのようになる。
【００３７】
【数６】 θ＝arcsin〔（１−（ｆ0 ／ｆ）cos2α）／（ sinα）〕
【００３８】従って所望のようにθは周波数ｆの関数と
して変化する。図４は、主ローブの方向が周波数ｆの関
数として（又はより正確には中心周波数ｆ0 に対して相
対的な周波数変動Δｆ／f0の関数として）変化し、第２
に入射角αの関数として変化する。図から分かるよう
に、周波数走査感度は励振角αに依存し、角αが小さい
場合には比較的高い値を有する。これは、与えられてい
る周波数帯に対して全走査角θを、励振角αを選択する
ことにより設定できることを意味する。実際には励振角
αに対して下限があるにもかかわらず、周波数走査が大
きい相対振幅で得られることに変わりない。
して変化する。図４は、主ローブの方向が周波数ｆの関
数として（又はより正確には中心周波数ｆ0 に対して相
対的な周波数変動Δｆ／f0の関数として）変化し、第２
に入射角αの関数として変化する。図から分かるよう
に、周波数走査感度は励振角αに依存し、角αが小さい
場合には比較的高い値を有する。これは、与えられてい
る周波数帯に対して全走査角θを、励振角αを選択する
ことにより設定できることを意味する。実際には励振角
αに対して下限があるにもかかわらず、周波数走査が大
きい相対振幅で得られることに変わりない。
【００３９】複数のフィード素子１１ａから１１ｅを焦
点Ａの近傍に配置し、各フィード素子を双曲面状反射器
３１に対して僅かに焦点からずらして配置することによ
り、周波数走査平面に対して垂直な平面の中で多重ビー
ムを生じさせることも可能である。
点Ａの近傍に配置し、各フィード素子を双曲面状反射器
３１に対して僅かに焦点からずらして配置することによ
り、周波数走査平面に対して垂直な平面の中で多重ビー
ムを生じさせることも可能である。
【００４０】このようにして、フィードホーン及び周波
数の組合せを適当に選択することにより、２次元走査を
得る、すなわち図５に示されているように２つの互いに
垂直な方向で走査することが可能になる。
数の組合せを適当に選択することにより、２次元走査を
得る、すなわち図５に示されているように２つの互いに
垂直な方向で走査することが可能になる。
【００４１】有利にはこの場合、隣接するビームの間に
少量のオーバラップを形成し、これにより２つのビーム
の遷移レベルが十分に高い（約２．５ｄＢから３ｄＢ）
ようにする。このような走査は、広い地理的領域をサー
ビスエリアにしなければならない衛星通信に特に用いら
れる。
少量のオーバラップを形成し、これにより２つのビーム
の遷移レベルが十分に高い（約２．５ｄＢから３ｄＢ）
ようにする。このような走査は、広い地理的領域をサー
ビスエリアにしなければならない衛星通信に特に用いら
れる。
【００４２】例えばこれは、航空機の中の乗客が利用で
きるテレフォンコールサービスに当てはまる。このよう
な通信衛星を介しての移動無線電話サービスは３０／２
０ＧＨｚ帯域で行うことができ、この場合に帯域幅を
０．５ＧＨｚにし、これにより帯域幅を±１．７％から
２．５％の周波数変動に対応させることができる。残念
ながらこのような周波数領域の場合には、例えば従来技
術として前述したアンテナ等の複雑で高価なアンテナを
用いないで現在市販の装置により広い走査を得ることは
困難である。
きるテレフォンコールサービスに当てはまる。このよう
な通信衛星を介しての移動無線電話サービスは３０／２
０ＧＨｚ帯域で行うことができ、この場合に帯域幅を
０．５ＧＨｚにし、これにより帯域幅を±１．７％から
２．５％の周波数変動に対応させることができる。残念
ながらこのような周波数領域の場合には、例えば従来技
術として前述したアンテナ等の複雑で高価なアンテナを
用いないで現在市販の装置により広い走査を得ることは
困難である。
【００４３】これとは反対に本発明により、利用可能な
境界領域（３０／３０ＧＨｚにおいては０．５ＧＨｚ）
内の周波数を適切に選択することにより３°から４°の
振幅を有する周波数走査を実現でき、これにより例えば
北大西洋全域をサービスエリアにすることができる。す
なわち北大西洋は静止衛星にとって、北／南方向で約３
°まで走査し（周波数変動により行われる走査）、東／
西方向で約７°から８°まで走査する（この走査は例え
ば８つの選択可能なフィードホーンにより得られる）こ
とに対応する。
境界領域（３０／３０ＧＨｚにおいては０．５ＧＨｚ）
内の周波数を適切に選択することにより３°から４°の
振幅を有する周波数走査を実現でき、これにより例えば
北大西洋全域をサービスエリアにすることができる。す
なわち北大西洋は静止衛星にとって、北／南方向で約３
°まで走査し（周波数変動により行われる走査）、東／
西方向で約７°から８°まで走査する（この走査は例え
ば８つの選択可能なフィードホーンにより得られる）こ
とに対応する。
【００４４】従ってこのようなサービスエリアは約２５
本のビームに対応し、この場合に約２０ＭＨｚの帯域幅
が各ビームに割当られ、この帯域幅は、１ビーム当り数
百のチャネルを維持することを可能にするのに十分な広
さである。
本のビームに対応し、この場合に約２０ＭＨｚの帯域幅
が各ビームに割当られ、この帯域幅は、１ビーム当り数
百のチャネルを維持することを可能にするのに十分な広
さである。
【００４５】図６は、第１の２次ローブ（サイドロー
ブ）の方向を示し、主ローブに対する２次ローブの差は
仮想ソースＳ１，Ｓ２，…の間の間隔に依存する。主ロ
ーブの各側における第１の２次ローブの方向は次の式に
より与えられる。
ブ）の方向を示し、主ローブに対する２次ローブの差は
仮想ソースＳ１，Ｓ２，…の間の間隔に依存する。主ロ
ーブの各側における第１の２次ローブの方向は次の式に
より与えられる。
【００４６】
【数７】 θ′＝arcsin〔(sinθ±（（ｆ0 ／ｆ) cos2α）／（ｍ sinα）〕
【００４７】図６は、種々異なる値のｍと、２つの異な
る入射角の値（α＝１５°及びα＝２０°）とに対する
θ′の位置を示す。このようにして、第１の２次ローブ
の方向が、基礎平面と放射前部平面とが非常に密に近く
に位置するならばサイドローブは主ローブから遠くに位
置するように基礎平面と放射前部平面との間の間隔ｈに
依存することが分かる。
る入射角の値（α＝１５°及びα＝２０°）とに対する
θ′の位置を示す。このようにして、第１の２次ローブ
の方向が、基礎平面と放射前部平面とが非常に密に近く
に位置するならばサイドローブは主ローブから遠くに位
置するように基礎平面と放射前部平面との間の間隔ｈに
依存することが分かる。
【００４８】実際にはこの間隔には下限あるにもかかわ
らず、妥当な値は、中心周波数における波長λ0 の３倍
から４倍のオーダであり、これにより第１のサイドロー
ブは主ローブから２０°から３０°オフセットされる。
アンテナが静止衛星に用いられる場合にはこれらの２次
ローブは地球サービスエリアの外部にあり、従って干渉
を惹起しない。ただ１つの欠点はこのようなサイドロー
ブを介してのエネルギー損失である。
らず、妥当な値は、中心周波数における波長λ0 の３倍
から４倍のオーダであり、これにより第１のサイドロー
ブは主ローブから２０°から３０°オフセットされる。
アンテナが静止衛星に用いられる場合にはこれらの２次
ローブは地球サービスエリアの外部にあり、従って干渉
を惹起しない。ただ１つの欠点はこのようなサイドロー
ブを介してのエネルギー損失である。
【００４９】多数の変形が上記実施例に対して可能であ
る。第１に、図示の実施例においてアンテナは直線偏波
で動作しているが、放射平面の前に移相器列を配置する
だけで円形偏波を形成できる。図示の実施例のような円
形の孔の代りに、方形孔、楕円孔、直線スロット、交差
スロット等の放射面を有する変形の実施例も可能であ
る。放射面は、１つの層、又は真空又は誘電体により分
離されている複数の層の形で実施されているリング、ル
ープ、交差状等のマイクロチップタイプ素子により例え
ば複数の線から成る印刷構造により形成することもでき
る。収束反射器３１及び３２は、平面、双曲面、楕円
面、放物面等の任意の形状を有することができる。収束
反射器３１及び３２は電磁レンズにより置換することも
できる。種々のフィード素子１１ａから１１ｅは、平面
である必要はなく、球面、放物面であることもある表面
の上に配置されている。
る。第１に、図示の実施例においてアンテナは直線偏波
で動作しているが、放射平面の前に移相器列を配置する
だけで円形偏波を形成できる。図示の実施例のような円
形の孔の代りに、方形孔、楕円孔、直線スロット、交差
スロット等の放射面を有する変形の実施例も可能であ
る。放射面は、１つの層、又は真空又は誘電体により分
離されている複数の層の形で実施されているリング、ル
ープ、交差状等のマイクロチップタイプ素子により例え
ば複数の線から成る印刷構造により形成することもでき
る。収束反射器３１及び３２は、平面、双曲面、楕円
面、放物面等の任意の形状を有することができる。収束
反射器３１及び３２は電磁レンズにより置換することも
できる。種々のフィード素子１１ａから１１ｅは、平面
である必要はなく、球面、放物面であることもある表面
の上に配置されている。
【００５０】最後に、図７は、励振器部１０及び反射部
２０が図１のように並置されておらず、所望の入射角α
に正確に対応する所定の角度で互いに接している１つの
別の実施例を示す。（図１の参照番号と同一の参照番号
は同様の部分を示す）図７から分かるように、ただ１つ
の反射器３３のみしかこの場合には必要なく、この反射
器３３は、周波数走査平面の中では平面であり、垂直面
の中では放物面である。
２０が図１のように並置されておらず、所望の入射角α
に正確に対応する所定の角度で互いに接している１つの
別の実施例を示す。（図１の参照番号と同一の参照番号
は同様の部分を示す）図７から分かるように、ただ１つ
の反射器３３のみしかこの場合には必要なく、この反射
器３３は、周波数走査平面の中では平面であり、垂直面
の中では放物面である。
【図１】部分的内部を示す本発明のアンテナの第１の実
施例の斜視図である。
施例の斜視図である。
【図２】図１のアンテナを概略的に示す垂直断面図であ
る（本図における種々の方向は、本図により示そうとす
る一般的構成及び特性のみを対象としている本図の説明
に都合の良いように選択されただけであり、何らの制限
も意味しない）。
る（本図における種々の方向は、本図により示そうとす
る一般的構成及び特性のみを対象としている本図の説明
に都合の良いように選択されただけであり、何らの制限
も意味しない）。
【図３】本発明のアンテナの動作を示す垂直断面図であ
る。
る。
【図４】主ローブの方向がアンテナの放射部の中の波の
入射角の関数としていかに変化するかを示し、主ローブ
の方向が、アンテナの中心動作周波数の周りの種々異な
る周波数に対して示されている線図である。
入射角の関数としていかに変化するかを示し、主ローブ
の方向が、アンテナの中心動作周波数の周りの種々異な
る周波数に対して示されている線図である。
【図５】適切な周波数及びフィードホーンの組合せによ
る２つの方向で地理的ゾーンがいかに走査されるを示す
説明図である。
る２つの方向で地理的ゾーンがいかに走査されるを示す
説明図である。
【図６】アンテナの幾何学的特性の関数として主ローブ
に対する第１の２次ローブの方向を示す線図である。
に対する第１の２次ローブの方向を示す線図である。
【図７】本発明のアンテナの第２の実施例の斜視図であ
る。
る。
１０ 励振器部 １１ フィード素子 １５ 吸収器 ２０ 反射器部 ２１ 平面 ２２ 平面 ２３ 孔 ３１ 収束反射器 ３２ 収束反射器
Claims (10)
- 【請求項１】 周波数変動により走査されるアンテナに
おいて、中心周波数ｆ0 の周りで変動可能な所与の周波
数で平面波電磁波を発生させる励振器手段（１０）と、
該励振器手段により発生された平面波を受取り平面波を
複数回にわたり順次に反射させる、平面波が外部へ放射
することができるように順次各反射の後に外部へ平面波
の一部を漏洩させる手段を有する放射手段（２０）とを
具備することと、２つの反射の間の波の位相ずれが波の
周波数の関数として変化し、従って、このように形成さ
れた放射波の組が所定の相対位相差（０、ΔΦ、２Δ
Φ、…）を有し、相対位相差（０、ΔΦ、２ΔΦ、…）
は、励振器手段により発生される波の周波数の関数とし
て可変であり、相対位相差（０、ΔΦ、２ΔΦ、…）は
該周波数の関数として可変である方向（θ）を有する主
ローブを有する送信電磁波を形成することを特徴とする
周波数変動により走査されるアンテナ。 - 【請求項２】 放射手段（２０）が２つの互いに対向す
る表面（２１、２２）を有し、一方の表面（２１）は基
礎表面を形成し他方の表面（２２）は放射前部表面を形
成し、放射前部表面は電磁波に対して透過性を有し、ア
ンテナは、２つの表面（２１、２２）の間に所定の入射
角（α）で平面波を送り込む手段（３０）を更に具備す
ることを特徴とする請求項１に記載の周波数変動により
走査されるアンテナ。 - 【請求項３】 放射前部表面が、電磁波に対して透過性
を有するように孔（２３）を設けられている表面である
ことを特徴とする請求項２に記載の周波数変動により走
査されるアンテナ。 - 【請求項４】 前部表面の透過性がこの表面の場所によ
って変化し、前部表面の透過性が、平面波のエネルギー
密度が高い近傍領域（２４）では低く、該エネルギー密
度が低い遠方領域（２５）では高いことを特徴とする請
求項２に記載の周波数変動により走査されるアンテナ。 - 【請求項５】 励振器手段（１０）が、２つの対向する
表面（１２、１３）と電磁波送信手段（１１）とを有
し、表面（１２、１３）と電磁波送信手段（１１）と
は、該送信電磁波を２つの表面（１２、１３）の間に向
かわせるように配置されていることを特徴とする請求項
２に記載の周波数変動により走査されるアンテナ。 - 【請求項６】 少なくとも１つの収束反射器部材（３
１、３２；３３）を更に具備し、収束反射器部材（３
１、３２；３３）は励振器手段に接続されていることを
特徴とする請求項５に記載の周波数変動により走査され
るアンテナ。 - 【請求項７】 励振器手段における互いに対向する表面
と、放射手段における互いに対向する表面とがほぼ平行
な方向で延在し、収束反射器部材（３１、３２）は励振
器手段と放射手段との共通の端部（１４）に、励振器手
段の該端部（１４）に送信された波を放射手段の隣接端
部（２４）に向かって該所定入射角（α）で反射するよ
うに配置されていることを特徴とする請求項６に記載の
周波数変動により走査されるアンテナ。 - 【請求項８】 励振器手段における互いに対向する表面
と、放射手段における互いに対向する表面とが、直角プ
ラス該所定入射角に等しい角度（α＋π／２）を互いに
形成する方向でそれぞれ延在し、これにより放射手段
が、励振器手段により発生された平面波を直接に供給さ
れることが可能であることを特徴とする請求項５に記載
の周波数変動により走査されるアンテナ。 - 【請求項９】 励振器手段が、該主ローブ伝播方向が周
波数の関数として変化する該主ローブ伝播方向に対して
垂直の方向で互いに異なるそれぞれ異なる該垂直方向を
有する異なるビームを選択的に発生する手段を含む請求
項１に記載の周波数変動により走査されるアンテナ。 - 【請求項１０】 放射手段が、放射波を円形偏波する移
相手段を更に具備することを特徴とする請求項１に記載
の周波数変動により走査されるアンテナ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9008743A FR2664747B1 (fr) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | Antenne a balayage par variation de frequence. |
| FR9008743 | 1990-07-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05315826A true JPH05315826A (ja) | 1993-11-26 |
Family
ID=9398539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3195861A Pending JPH05315826A (ja) | 1990-07-10 | 1991-07-10 | 周波数変動により走査されるアンテナ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5357260A (ja) |
| JP (1) | JPH05315826A (ja) |
| CA (1) | CA2044903C (ja) |
| FR (1) | FR2664747B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011519251A (ja) * | 2008-04-28 | 2011-06-30 | ハリス コーポレイション | アンテナ及びアンテナを作成する方法 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5606335A (en) * | 1991-04-16 | 1997-02-25 | Mission Research Corporation | Periodic surfaces for selectively modifying the properties of reflected electromagnetic waves |
| US5554999A (en) * | 1994-02-01 | 1996-09-10 | Spar Aerospace Limited | Collapsible flat antenna reflector |
| FR2738954B1 (fr) * | 1995-09-19 | 1997-11-07 | Dassault Electronique | Antenne a balayage electronique perfectionnee |
| US5739796A (en) * | 1995-10-30 | 1998-04-14 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Ultra-wideband photonic band gap crystal having selectable and controllable bad gaps and methods for achieving photonic band gaps |
| US6031501A (en) * | 1997-03-19 | 2000-02-29 | Georgia Tech Research Corporation | Low cost compact electronically scanned millimeter wave lens and method |
| US6078298A (en) * | 1998-10-26 | 2000-06-20 | Terk Technologies Corporation | Di-pole wide bandwidth antenna |
| AU2001233151A1 (en) | 2000-02-01 | 2001-08-14 | Science Applications International Corporation | Passive anti-jamming antenna system |
| US6552690B2 (en) | 2001-08-14 | 2003-04-22 | Guardian Industries Corp. | Vehicle windshield with fractal antenna(s) |
| US6879296B2 (en) * | 2001-11-21 | 2005-04-12 | Superpass Company Inc. | Horizontally polarized slot antenna with omni-directional and sectorial radiation patterns |
| FR2944153B1 (fr) * | 2009-04-02 | 2013-04-19 | Univ Rennes | Antenne multicouche a plans paralleles, de type pillbox, et systeme d'antenne correspondant |
| JP5486382B2 (ja) * | 2010-04-09 | 2014-05-07 | 古野電気株式会社 | ２次元スロットアレイアンテナ、給電用導波管、及びレーダ装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| JPS58114604A (ja) * | 1981-12-28 | 1983-07-08 | Mitsubishi Electric Corp | マルチビ−ム電子走査アンテナ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| FR1218633A (fr) * | 1958-12-19 | 1960-05-11 | Csf | Guide à fentes rayonnant un faisceau de forme imposée |
| FR1373111A (fr) * | 1963-08-06 | 1964-09-25 | Csf | Antenne pour radars tridimensionnels |
| GB1113665A (en) * | 1964-04-30 | 1968-05-15 | Hitachi Ltd | Leaky waveguide aerials |
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| DE3027094A1 (de) * | 1980-07-17 | 1982-02-04 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Umpolarisiereinrichtung zur erzeugung zirkular polarisierter elektromagnetischer wellen |
| US4458250A (en) * | 1981-06-05 | 1984-07-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | 360-Degree scanning antenna with cylindrical array of slotted waveguides |
| SU1101939A1 (ru) * | 1983-04-14 | 1984-07-07 | Ленинградский Электротехнический Институт Связи Им.Проф.М.А.Бонч-Бруевича | Пассивный ретрансл тор |
| GB2208969B (en) * | 1987-08-18 | 1992-04-01 | Arimura Inst Technology | Slot antenna |
| JPH0246004A (ja) * | 1988-08-08 | 1990-02-15 | Arimura Giken Kk | 方形導波管スロットアレイアンテナ |
-
1990
- 1990-07-10 FR FR9008743A patent/FR2664747B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-06-18 CA CA002044903A patent/CA2044903C/fr not_active Expired - Fee Related
- 1991-07-10 JP JP3195861A patent/JPH05315826A/ja active Pending
-
1993
- 1993-01-15 US US08/005,880 patent/US5357260A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5150630A (ja) * | 1974-10-30 | 1976-05-04 | Sumitomo Electric Industries | Heimengataantena |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2044903C (fr) | 1995-05-16 |
| FR2664747A1 (fr) | 1992-01-17 |
| CA2044903A1 (fr) | 1992-01-11 |
| FR2664747B1 (fr) | 1992-11-20 |
| US5357260A (en) | 1994-10-18 |
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