JPS6128245B2 - - Google Patents

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JPS6128245B2
JPS6128245B2 JP54079673A JP7967379A JPS6128245B2 JP S6128245 B2 JPS6128245 B2 JP S6128245B2 JP 54079673 A JP54079673 A JP 54079673A JP 7967379 A JP7967379 A JP 7967379A JP S6128245 B2 JPS6128245 B2 JP S6128245B2
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JP
Japan
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antenna
aperture
electric field
cross
phase
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JP54079673A
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English (en)
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JPS564903A (en
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Yoshifusa Yamada
Tadashi Takano
Takashi Yamada
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Priority to US06/149,943 priority patent/US4307403A/en
Publication of JPS564903A publication Critical patent/JPS564903A/ja
Publication of JPS6128245B2 publication Critical patent/JPS6128245B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/22Reflecting surfaces; Equivalent structures functioning also as polarisation filter
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/23Combinations of reflecting surfaces with refracting or diffracting devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/12Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、無線通信に用いる開口面アンテナに
おいて、直交する2偏波を共用できるように交さ
偏波特性を改善したアンテナに関するものであ
る。
マイクロ波帯の無線通信回線に現在用いられて
いるアンテナの構造を第1図に示す。ここで、1
は主反射鏡、2は副反射鏡、3は給電ホーンの如
き入出力端である。4は到来電波の方向であり、
5のアンテナ主軸を基準にした角度で表わされ
る。6はアンテナ開口面、7は給電ホーン3から
アンテナ開口面6に至る電波通路を示す。次にア
ンテナの出力端における受信電界の振幅と位相の
依存性を求めると、第2図の如くなる。aが電
界強度特性であり、bが位相特性である。
実際の無線通信回線では、通常=0゜方向か
ら電波が到来する様にアンテナを設定する。この
状態では、2偏波共用を行う際重要となる交さ偏
波識別度(主偏波レベル/交さ偏波レベル)は約
45dB以上とれる。しかし、送受信アンテナの間
に存在する伝搬路の状態が自然環境の変化に伴い
変化することにより、アンテナへの到来波が第2
図ので示すように2方向に分離するこ
とがある。ここで、からの到来波の位
相が互いに逆相となる状態(フエージング時)で
は、主偏波成分においては同等の強度を有し逆相
となる2成分を足し合わせることになり、アンテ
ナ受信レベルは大きく低下する。一方、交さ偏波
成分においては到来波の位相に第2図のbの特性
が加わるため、アンテナ出力端では
向からの電波の位相が逆相でなくなる。このた
め、交さ偏波成分は殆んど低下しない。この結
果、フエージング時にはアンテナの交さ偏波識別
度が大きく低下することになり、2偏波共用時に
偏波間の混信を引き起すことになる。マイクロ波
帯を用いた通信回線では大きな問題となつている
が、これまでは第2図に示すような交さ偏波の位
相特性を制御する方法が見出されておらず、交さ
偏波識別度の劣化を改善することができなかつ
た。
本発明は、アンテナの反射鏡面を変形させる等
の手法によつてアンテナ開口面内で電界の位相分
布を制御することにより、アンテナの交さ偏波放
射波の位相特性を改良し、フエージング時におけ
る交さ偏波識別度の劣化を軽減することのできる
交さ偏波特性を改善した開口面アンテナを提供す
るものである。
以下本発明を詳細に説明する。
まず、本発明の原理につき説明する。
これまでの説明においては、到来波の方向が
変化した時のアンテナ入出力端での電界の変化で
アンテナの特性を表現してきたが、アンテナ特性
の相反性によりアンテナ入出力端に一定の電界を
給電した際の方向への放射電界の変化を求める
ことにより、全く同一のアンテナ特性を得ること
ができる。以後は説明の容易さのため、放射電界
の変化でアンテナ特性を表わすことにする。
第3図にはアンテナ開口面と電波放射方向を表
わす座標系を示す。アンテナ開口面の座標を
(r、θ)で表わし、給電電界により開口面に誘
起される電界をEa(r、θ)で表わす。放射電
界はEr(、ψ)で表わす。ErはEaにより次
式で表わされる。
r(、ψ)=∫sa(r、θ)ejk〓dS (1) ここにEa,Erは共に複素数で、kは波数、ξ
は行路長差、Sは開口面6で規定される領域であ
る。式(1)より放射電界はEaの分布により決ま
り、Eaを制御することにより、Erの特性を制御
し得ることが分かる。ここで Ea=|Ea|ej(r、〓) (2) と表現し、位相成分を で表わす。Θoは最大歪方向である。
数値検討の結果、フエージング時の交さ偏波識
別度劣化の原因となつている第2図bの交さ偏波
の位相特性の最も影響するのが、ψ(r、θ)の
分布であることがわかつた。また、交さ偏波の位
相のによる変化を緩くするとともに、逆相の領
域を少なくして、交さ偏波識別度の劣化を軽減で
きるものとして、次の2つの場合が実用上可能性
のあることが示された。
(i) n=2の場合 零でないao,Θoに対して、交さ偏波の電界
強度および位相特性は第4図の如くなる。
方向の放射波の位相差は第2図の場合
に比べて小さくなり、方向から逆相
の電波が到来する際の交さ偏波識別度の劣化を
小さくできる。
しかし、アンテナ正面方向(==0゜)
からの入射時に交さ偏波成分が上昇し、交さ偏
波強度はaoの関数となる。現実的な問題とし
ては、アンテナ開口径が4mφで周波数が
6GHzで使用する際、第4図のa程度の交さ偏
波識別度を得るためには、a2〓0.1mmとなりか
なり高度の工作精度が必要となる。
(ii) n=4の場合 零でないao,Θoに対してアンテナ特性は多
種類の特性を示すが、一例として次式で表わさ
れる開口面位相分布について計算したアンテナ
特性を基に説明する。
ψ(r、θ)=2r・cos(4θ−π/2) (4) この式は、アンテナ開口面内での電界の位相分
布として、開口の周方向の周期がπ/ 2でか
つ最大歪の方向がπ/8になるような特性を示
している。アンテナ交さ偏波特性の計算結果を
第5図に示す。
第5図と第2図を比較すると、電界強度では
共にアンテナ正面方向で最大の落ち込みを示し
ており、平常時の交さ偏波識別度は大きな値に
できる。フエージング時の様にアンテナ入射波
方向に分離する場合、第5図では
方向からの入射波の位相がほぼ同様
となり、第2図の場合に生じた交さ偏波識別度
劣化を大幅に軽減できる。
以上のように、アンテナ開口面内で電界の位相
分布を第5図a,bで代表する様にすることによ
り、フエージング時の交さ偏波劣化を軽減するこ
とができる。この様にアンテナ開口面で位相分布
を変化するためには、第1図において給電ホーン
3からアンテナ開口面6への電波通路7の距離を
変えれば良い。ここで電波通路の調整に誤差が生
じ、開口面の位相分布が式(4)から僅かにずれた場
合のアンテナ特性に及ぼす影響は、使用する周波
数を変えた場合の特性変化と対応する。周波数を
6GHzから4GHzにかえても第5図の特性に殆ん
ど変化は生じない。
第6図に本発明の一実施例を示す。これは式(4)
に対応する位相分布を与えるために、θに応じて
反射鏡形状を変えたものである。図中、8は変形
後の鏡面、9は変形前の鏡面位置を示す。また、
アンテナの中心軸からrだけ離れた位置でその位
置と焦点を結ぶ線が中心軸に対してなす角がφで
ある位置での鏡面8と9の差をΔZ(r、θ)と
すると、式(4)の分布を実現するためにはΔZとし
て次式の変化を与えれば良い。
ΔZ(r、θ)・(1+cosΦ)〓2r cos(4θ−π/2) (5) 電波の通路長を変える方法としては、電波通路
中に誘電体を配置し、θに応じて誘電体の厚みを
変えることも可能である。この実施例を第7図に
示す。図中10は誘電体である。この場合は誘電
体板を反射鏡上に配置している。誘電体10の厚
みをΔt1(r、θ)とし誘電率をεとすると、式
(4)を実現するためには次式となる。
誘電体をアンテナ開口面上に配置することも考
えられる。一例を第8図に示す。図中11は誘電
体板であり、12は誘電体板を支持する金属板で
ある。この場合は、反射鏡系は従来のものをその
まま使用できる利点がある。また誘電体板は表裏
を逆にしても同様の効果が得られる。誘電体板の
厚みをΔt2(r、θ)とすると、式(4)を実現する
ためには次式で与えられる。
以上説明した交さ偏波放射特性制御法を確認す
るため、第6図の形式による鏡面を製作し、特性
の測定をした。実験の都合上、アンテナ鏡面は第
9図に示すように、従来のパラボラアンテナの鏡
面9の上に、厚さが一様な凸部13をπ/2の周
期で取り付けたものとした。このアンテナの交さ
偏波の放射特性を前述の式(1)を用いた開口面分布
法により計算したものを第10図に示す。振幅、
位相ともそれぞれ半空間の特性を示しているが、
他の半空間では振幅は同一、位相は符号が反転す
る特性を示す。計算結果は式(4)の分布を用いた特
性とよく似たものとなつており、第5図の特性も
満足するものである。
このアンテナの放射特性は第11図に示す測定
系を用いて測定した。14は放射特性を測定しよ
うとするアンテナ、15は検出用アンテナ、16
は送信機、17は受信機、18は基準信号の入力
端子、19は位相情報検出端子、20は振幅情報
検出端子、21はアンテナ回転台である。送信機
16からの電波は、測定アンテナ13を介して放
射される。位相特性測定の際には、検出用アンテ
ナ15の出力を受信機17の位相端子19に接続
する。送信アンテナ14を回転台21により回転
させた場合、基準の位相は変わらないが、検出用
アンテナ15での位相は被測定送信アンテナ14
の位相特性により変化するため、この差を求めて
位相特性を得ることができる。振幅特性測定の際
には、検出用アンテナ15の出力を受信機17の
振幅端子20に接続する。被測定送信アンテナ1
4の回転に応じた受信電力変化を求めて、アンテ
ナの振幅特性を得ることができる。
第11図の測定系を用いて測定したアンテナの
交さ偏波放射特性を第12図に示す。位相特性の
実測値は計算値とよく一致している。振幅特性
は、偏波面調整誤差によりレベルが全体に高くな
つているが、全体としては計算値とよく合つてい
る。
この実験により、本発明に従つてアンテナ開口
面位相分布を変化させることにより、交さ偏波の
放射特性を制御できることを確認できた。
以上説明したように、フエージング発生と共に
生ずる交さ偏波識別度の劣化を軽減するために無
線通信回線に本発明アンテナを用いることによ
り、直交2偏波を利用した場合でも安定した通信
を確保できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のアンテナ構造を示す側面図、第
2図a,bは従来のアンテナの放射電界の電界強
度と位相の分布を示す特性図、第3図はアンテナ
開口面および放射波に対する座標を示す図、第4
図a,bおよび第5図a,bはアンテナの交さ偏
波放射特性の典型的な改善例を示す特性図、第6
図a,bは本発明の一実施例を示す斜視図および
断面図、第7図および第8図は本発明の他の実施
例を示す斜視図、第9図は特性測定用アンテナの
構成を示す斜視図、第10図は交さ偏波放射特性
の計算値を示す特性図、第11図はアンテナ特性
測定系を示す系統図、第12図は交さ偏波放射特
性の測定例を示す特性図である。 1……反射鏡、2……副反射鏡、3……給電ホ
ーン、4……到来波方向、5……アンテナ主軸、
6……アンテナ開口面、7……給電ホーンから開
口面までの電波通路、8……反射鏡、9……開口
面で位相を一定とする反射鏡面、10……誘電
体、11……誘電体板、12……金属板、13…
…位相制御板、14……測定アンテナ、15……
検出用アンテナ、16……送信機、17……受信
機、18……基準信号の入力端子、19……位相
検出端子、20……振幅検出端子、21……アン
テナ回転台。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 開口面アンテナにおいて、交さ偏波の放射特
    性を改善するために、アンテナ開口面の極座標を
    (r、θ)で表わしたときにアンテナ開口面内の
    電界の位相分布φ(r、θ)がφ(r、θ)=
    2r・cos(4θ−π/2)になるようにして、開
    口の周方向の周期が約π/2でかつ最大歪の方向
    がπ/8近傍に来る様な特性を持たせたことを特
    徴とする交さ偏波特性を改善した開口面アンテ
    ナ。 2 上記開口面内電界の位相分布を実現するため
    に、焦点を結ぶ線が中心軸に対してなす角がφで
    ある位置での誤差ΔZがΔZ(r、θ)・(1+
    cosφ)〓2r cos(4θ−π/2)で表わされる
    変形をアンナの反射鏡に持たせたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の交さ偏波特性を改
    善した開口面アンテナ。 3 上記開口面内電界の位相分布を実現するた
    め、焦点を結ぶ線が中心軸に対してなす角がφで
    ある位置での厚みをΔt1(r、θ)としたときに で示される厚さ変化を有する誘電率εの誘電体板
    をアンテナの反射鏡面に装着したことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の交さ偏波特性を改
    善した開口面アンテナ。 4 上記開口面内電界の位相分布を実現するため
    に、厚さ変化が で示される誘電率εの誘電体板をアンテナ開口面
    に配置したことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の交さ偏波特性を改善した開口面アンテ
    ナ。
JP7967379A 1979-06-26 1979-06-26 Opening surface antenna with improved cross polarization characteristic Granted JPS564903A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7967379A JPS564903A (en) 1979-06-26 1979-06-26 Opening surface antenna with improved cross polarization characteristic
US06/149,943 US4307403A (en) 1979-06-26 1980-05-15 Aperture antenna having the improved cross-polarization performance

Applications Claiming Priority (1)

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JP7967379A JPS564903A (en) 1979-06-26 1979-06-26 Opening surface antenna with improved cross polarization characteristic

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS564903A JPS564903A (en) 1981-01-19
JPS6128245B2 true JPS6128245B2 (ja) 1986-06-30

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ID=13696699

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JP7967379A Granted JPS564903A (en) 1979-06-26 1979-06-26 Opening surface antenna with improved cross polarization characteristic

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Also Published As

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US4307403A (en) 1981-12-22
JPS564903A (en) 1981-01-19

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