JPS6162207A - 筒状電波レンズ付きアレイアンテナ - Google Patents
筒状電波レンズ付きアレイアンテナInfo
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- JPS6162207A JPS6162207A JP18429384A JP18429384A JPS6162207A JP S6162207 A JPS6162207 A JP S6162207A JP 18429384 A JP18429384 A JP 18429384A JP 18429384 A JP18429384 A JP 18429384A JP S6162207 A JPS6162207 A JP S6162207A
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- radio wave
- lens
- array antenna
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
- H01Q19/10—Combinations 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
- H01Q19/12—Combinations 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
- H01Q19/17—Combinations 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 the primary radiating source comprising two or more radiating elements
- H01Q19/175—Combinations 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 the primary radiating source comprising two or more radiating elements arrayed along the focal line of a cylindrical focusing surface
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- Aerials With Secondary Devices (AREA)
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。
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、無線通信におけるアレイアンテナに関する。
特に、放射ビームの形状がある平面内では扇形の拡がり
を有し、これと直交する平面内では前記平面と異なるビ
ーム形状を有する成形ビームアンテナに関する。
を有し、これと直交する平面内では前記平面と異なるビ
ーム形状を有する成形ビームアンテナに関する。
本発明は、一つの親局と複数の子局との間の無線通信に
利用される。
利用される。
□ 通常の無線通信では無線局と無線局が正対して通
信を行うので、用いられるアンテナには一般に高利得で
低サイドローブの特性のものである。しかし、ある地域
内に散在する複数の子局と一つの親局との間で通信を行
う場合には、親局のアンテナは子局の散在する地域を効
率よく照射するいわゆる成形ビームを有することが必要
である。
信を行うので、用いられるアンテナには一般に高利得で
低サイドローブの特性のものである。しかし、ある地域
内に散在する複数の子局と一つの親局との間で通信を行
う場合には、親局のアンテナは子局の散在する地域を効
率よく照射するいわゆる成形ビームを有することが必要
である。
第9図は無線通信を行う親局および子局が配置された平
面図、第10図および第11図はその側面図であって、
これらを用いてビーム成形の効果を説明する。すなわち
、A局を親局として、B、C2D、E局をそれぞれ子局
とした場合に、親局のアンテナのビームの形状には水平
面内では第9図に破線1で示すようにすべての子局を覆
うような扇形の拡がりを有することが望ましい。一方、
垂直面では第10図および第11図に示すように子局の
配置される地上高低差および親局との距離の差によって
、第10図の破線2で示すような通常のペンシルビーム
よりも第11図の破線3に示すような成形ビームを有す
ることが望ましい。
面図、第10図および第11図はその側面図であって、
これらを用いてビーム成形の効果を説明する。すなわち
、A局を親局として、B、C2D、E局をそれぞれ子局
とした場合に、親局のアンテナのビームの形状には水平
面内では第9図に破線1で示すようにすべての子局を覆
うような扇形の拡がりを有することが望ましい。一方、
垂直面では第10図および第11図に示すように子局の
配置される地上高低差および親局との距離の差によって
、第10図の破線2で示すような通常のペンシルビーム
よりも第11図の破線3に示すような成形ビームを有す
ることが望ましい。
第12図は第9図に示した親局と子局の通信範囲が隣接
して配置された場合の平面図である。このような場合に
は、成形ビーム1と1′が干渉しないように、互いに直
交した偏波を用いることになり、偏波の直交度すなわち
ビーム1と1′の交差偏波特性の良否が回線の品質を直
接左右することになる。
して配置された場合の平面図である。このような場合に
は、成形ビーム1と1′が干渉しないように、互いに直
交した偏波を用いることになり、偏波の直交度すなわち
ビーム1と1′の交差偏波特性の良否が回線の品質を直
接左右することになる。
従来、このような成形ビームを合成する方法としては、
例えば同一出願人による特許出願特願昭58−1074
41 (本願出願時に未公開)のような電波レンズアン
テナが考えられた。第13図および第14図にこの従来
例アンテナの斜視図および水平面での断面図を示す。
例えば同一出願人による特許出願特願昭58−1074
41 (本願出願時に未公開)のような電波レンズアン
テナが考えられた。第13図および第14図にこの従来
例アンテナの斜視図および水平面での断面図を示す。
第14図において、電波レンズは1個の中央部と2個の
両端部とより構成され、−次放射器12によ
W ’)1り給電される。中央部の電波レンズ1の両表
面5lT1はともに点Fを中心とする同心円であり、両
端部の電波レンズ2および3はそれぞれ中心軸P2およ
びP3を中心軸とする電波集束用の電波レンズであり、
第15図から17図に示す切断線を軸P2または軸P3
まわりに回転して形成される電波レンズの一部分である
。したがって−次放射器12より放射された電波のうち
、中央部の電波レンズ1に入射した電波は破線24.2
5に示す通路を経て、水平面内では電波レンズの屈折の
影響を受けず放射される。
両端部とより構成され、−次放射器12によ
W ’)1り給電される。中央部の電波レンズ1の両表
面5lT1はともに点Fを中心とする同心円であり、両
端部の電波レンズ2および3はそれぞれ中心軸P2およ
びP3を中心軸とする電波集束用の電波レンズであり、
第15図から17図に示す切断線を軸P2または軸P3
まわりに回転して形成される電波レンズの一部分である
。したがって−次放射器12より放射された電波のうち
、中央部の電波レンズ1に入射した電波は破線24.2
5に示す通路を経て、水平面内では電波レンズの屈折の
影響を受けず放射される。
また、両端部の電波レンズ2と3に入射した電波は破線
26.27および28.29に示す電波の通路を経て、
それぞれ中心軸P2およびP3の方向に進行する平面波
として放射される。
26.27および28.29に示す電波の通路を経て、
それぞれ中心軸P2およびP3の方向に進行する平面波
として放射される。
したがって、全体の放射特性は、水平面内では電波レン
ズ1の拡き角度の範囲内でほぼ平坦で、拡き角度の両端
部では、その両端部にエネルギーが集中し、両端部以上
の角度への不要放射を低減した形状の成形ビームが合成
できる。第15図から第17図は両端部レンズの具体的
構成を説明する図であり、これはいずれも第14図の垂
直軸と中心軸P2を含む平面による切断線を示している
。いずれの場合も点Fから到来する球面波をその中心軸
P2方向に進行する平面波に変換する電波集束用レンズ
の例であり、破線30と31は電波の通路の例を示す。
ズ1の拡き角度の範囲内でほぼ平坦で、拡き角度の両端
部では、その両端部にエネルギーが集中し、両端部以上
の角度への不要放射を低減した形状の成形ビームが合成
できる。第15図から第17図は両端部レンズの具体的
構成を説明する図であり、これはいずれも第14図の垂
直軸と中心軸P2を含む平面による切断線を示している
。いずれの場合も点Fから到来する球面波をその中心軸
P2方向に進行する平面波に変換する電波集束用レンズ
の例であり、破線30と31は電波の通路の例を示す。
第15図の例はいわゆる楕円レンズであり、表面S2は
点Fを中心とした円弧であり、表面T2は式(1)で定
まるものである。同様に第16図の例はいわゆる双曲線
レンズであり、表面S2は弐(2)により、表面T2は
中心軸P2に直交する直線である。第17図はいわゆる
2表面レンズであり、表面S2およびT2での双方での
屈折を利用したものであり、両表面は式(3)により定
まる。ただし式(1)〜(3)においてεは屈折率、f
は焦点距離を表す。
点Fを中心とした円弧であり、表面T2は式(1)で定
まるものである。同様に第16図の例はいわゆる双曲線
レンズであり、表面S2は弐(2)により、表面T2は
中心軸P2に直交する直線である。第17図はいわゆる
2表面レンズであり、表面S2およびT2での双方での
屈折を利用したものであり、両表面は式(3)により定
まる。ただし式(1)〜(3)においてεは屈折率、f
は焦点距離を表す。
第7図の表面T2
γ=f (g 1) / (g cosθ)
−(1)第8図の表面S2 γ=(ε−1)f/ (εcosθ−1> −(2)
第9図の表面S z −、Tz γ dθ εcos (θ−θ’)−1゜両端部
の電波レンズ2と3は、第15図から第17図に示す切
断線を中心軸P2とP3まわりに回転してなるものの一
部を用いて構成される。中央部の電波レンズlは第15
図から第17図に示す切断線を垂直軸まわりに回転して
構成されるか、または第18図および第20図に示すよ
うな切断線を垂直軸まわりに回転して構成される。
−(1)第8図の表面S2 γ=(ε−1)f/ (εcosθ−1> −(2)
第9図の表面S z −、Tz γ dθ εcos (θ−θ’)−1゜両端部
の電波レンズ2と3は、第15図から第17図に示す切
断線を中心軸P2とP3まわりに回転してなるものの一
部を用いて構成される。中央部の電波レンズlは第15
図から第17図に示す切断線を垂直軸まわりに回転して
構成されるか、または第18図および第20図に示すよ
うな切断線を垂直軸まわりに回転して構成される。
前者の場合は全体のレンズが水平面に関して対称な構造
となるので垂直面内では第20図の実線21 、のよ
うな水平面に関して対称なビームしか合成できない。
となるので垂直面内では第20図の実線21 、のよ
うな水平面に関して対称なビームしか合成できない。
後者の場合は後述するように垂直面内のビーム形状を水
平軸に関して非対称なものに成形できるが、全体のレン
ズの形状が水平面に関して非対称な構造となる。
平軸に関して非対称なものに成形できるが、全体のレン
ズの形状が水平面に関して非対称な構造となる。
第18図において切断線は部分的な電波レンズ4.5お
よび6により構成される。電波レンズの各部分は第15
図に示した電波集束用レンズの切Igr″frfAの一
部分を鏡面形状として焦点Fを共有し、かつ各中心軸が
それぞれレンズ軸P、およびP6方向に向くように組合
わされている。
よび6により構成される。電波レンズの各部分は第15
図に示した電波集束用レンズの切Igr″frfAの一
部分を鏡面形状として焦点Fを共有し、かつ各中心軸が
それぞれレンズ軸P、およびP6方向に向くように組合
わされている。
したがって焦点Fから放射された球面波は破線33.3
4.35を電波の通路として各電波レンズの中心軸方向
に進む電波となる。
4.35を電波の通路として各電波レンズの中心軸方向
に進む電波となる。
このため、垂直面内の放射特性は第21図の実線23で
示すような水平面に関して非対称なビーム形状となる。
示すような水平面に関して非対称なビーム形状となる。
第19図の構成例では切断線は部分的な電波レンズ4と
7より構成される。部分的な電波レンズ4は第15図に
示した電波集束用レンズの切断線の一部であり、その中
心軸はレンズ軸と一致している。
7より構成される。部分的な電波レンズ4は第15図に
示した電波集束用レンズの切断線の一部であり、その中
心軸はレンズ軸と一致している。
したがって、この部分を通る電波は例えば破線33にそ
の通路を示すようにレンズ軸と平行な方向に
蓼進む電波となる。部分的な電波レンズ7はその両
+□、ji表面S、とT7での屈折を利用して
所望の方向に所望なだけのエネルギーを放射しようとす
るものであり、所望の方向と蛍が定まれば周知の屈折の
法則(スネルの法則)とエネルギー保存の法則を用いて
表面S7とT7を求めることができる。
の通路を示すようにレンズ軸と平行な方向に
蓼進む電波となる。部分的な電波レンズ7はその両
+□、ji表面S、とT7での屈折を利用して
所望の方向に所望なだけのエネルギーを放射しようとす
るものであり、所望の方向と蛍が定まれば周知の屈折の
法則(スネルの法則)とエネルギー保存の法則を用いて
表面S7とT7を求めることができる。
この場合も垂直面内の放射特性は第21図の実線23で
示すような水平面に関し非対称なビーム形状となる。な
お、第20図、第21図にはそれぞれ交差偏波特性をそ
れぞれ実線22と23′で示しであるが、この特性の差
は以下に記述する理由により生ずる。
示すような水平面に関し非対称なビーム形状となる。な
お、第20図、第21図にはそれぞれ交差偏波特性をそ
れぞれ実線22と23′で示しであるが、この特性の差
は以下に記述する理由により生ずる。
周知のように電波レンズの放射特性は一次放射器12よ
り到来した電波の電磁界ベクトル電波レンズを通過後、
−次放射器と反対側の表面(例えば第14図の表面T+
−73)に生ずる電磁界ベクトルEとI]より式(4)
により定まる等価電磁流ベクトルMとJを波源として決
定される。
り到来した電波の電磁界ベクトル電波レンズを通過後、
−次放射器と反対側の表面(例えば第14図の表面T+
−73)に生ずる電磁界ベクトルEとI]より式(4)
により定まる等価電磁流ベクトルMとJを波源として決
定される。
M = E X n 、 J = n X H−(
4まただし、nは前記した表面での単位法線ベクトルで
ある。
4まただし、nは前記した表面での単位法線ベクトルで
ある。
ここで、Eと11およびnは入射到来波が球面波であり
、かつレンズの構成は前記した通りであることからそれ
ぞれ直角座標系で3つの成分をもつため、MとJも3つ
の成分を存する。すなわちレンズの放射特性を定めるM
とJそのものが交差偏波成分を含んだものとなり、放射
特性の主偏波■および交差偏波■はそれぞれこのJとM
の各成分の大きさに比例する。
、かつレンズの構成は前記した通りであることからそれ
ぞれ直角座標系で3つの成分をもつため、MとJも3つ
の成分を存する。すなわちレンズの放射特性を定めるM
とJそのものが交差偏波成分を含んだものとなり、放射
特性の主偏波■および交差偏波■はそれぞれこのJとM
の各成分の大きさに比例する。
前記したように、第20図に示す特性の電波レンズアン
テナの構成は水平面に関して対称であるため、たとえJ
とMに交差偏波成分を含んでいても対称面である水平面
では互いに相殺しあい、交差偏波を生じないが、水平面
以外では対称性が保てないので交差偏波成分が残ること
になり、結局第20図の実線22のような特性となる。
テナの構成は水平面に関して対称であるため、たとえJ
とMに交差偏波成分を含んでいても対称面である水平面
では互いに相殺しあい、交差偏波を生じないが、水平面
以外では対称性が保てないので交差偏波成分が残ること
になり、結局第20図の実線22のような特性となる。
また第21図に特性を示す電波レンズアンテナの構成は
水平面に関してもともと対称でないため、交差偏波成分
が相殺しあうことなく、実線23で示すように良好な特
性を得ることができない。
水平面に関してもともと対称でないため、交差偏波成分
が相殺しあうことなく、実線23で示すように良好な特
性を得ることができない。
以上説明したように、従来の電波レンズアンテナでは水
平面内で交差偏波特性を良好にしようとすると垂直面内
のビーム成形に大きな制約を生じ、垂直面内のビーム成
形を良好にしようとすると水平面内の交差偏波特性を良
好にできないという欠点があり、第9図から第13図に
示すような回線設計上には大きな問題があった。
平面内で交差偏波特性を良好にしようとすると垂直面内
のビーム成形に大きな制約を生じ、垂直面内のビーム成
形を良好にしようとすると水平面内の交差偏波特性を良
好にできないという欠点があり、第9図から第13図に
示すような回線設計上には大きな問題があった。
さらに、第20図の実線22で示すような交差偏波特性
を実現したとしても、水平面以外では急激に特性が劣化
するため、例えば第12図のA局と0局およびA局とA
′局の選定をする際、各局間の地上高低差が大きくとれ
ず、実際の地形あるいは建物等の高低差を考慮すると局
が選定できなくなるか、あるいは特別なタワーを別に設
けなければならないなどの問題も生じる。
を実現したとしても、水平面以外では急激に特性が劣化
するため、例えば第12図のA局と0局およびA局とA
′局の選定をする際、各局間の地上高低差が大きくとれ
ず、実際の地形あるいは建物等の高低差を考慮すると局
が選定できなくなるか、あるいは特別なタワーを別に設
けなければならないなどの問題も生じる。
さらに第13図から第15図に示すような構成の鏡面を
作成することは技術的にも3次元で複雑な面を成形する
困難さがあり、一般的には高価な治工具を必要とする。
作成することは技術的にも3次元で複雑な面を成形する
困難さがあり、一般的には高価な治工具を必要とする。
また、成形そのものの工数も大きいなど、アンテナ全体
として高価なものになる欠点があった。
として高価なものになる欠点があった。
本発明は、ビーム成形特性および交差偏波特性の良好な
新しい構造のアンテナを提供することを目的とする。本
発明は製作に特別な7G工具を必要とせず、製造工数が
小さく、安価なアンテナを提供することを目的とする。
新しい構造のアンテナを提供することを目的とする。本
発明は製作に特別な7G工具を必要とせず、製造工数が
小さく、安価なアンテナを提供することを目的とする。
本発明は、水平面内のビーム成形は電波レンズを用いず
アレイアンテナにより合成し、垂直面内のビームの成形
をアレイアンテナの放射素子の放射通路に配置された筒
状電波レンズにより合成し、アレイアンテナの放射特性
と筒状電波レンズの特性を活かして交差偏波特性とビー
ム成形度が共に良好なアンテナを得ることを特徴とする
。
アレイアンテナにより合成し、垂直面内のビームの成形
をアレイアンテナの放射素子の放射通路に配置された筒
状電波レンズにより合成し、アレイアンテナの放射特性
と筒状電波レンズの特性を活かして交差偏波特性とビー
ム成形度が共に良好なアンテナを得ることを特徴とする
。
すなわち本発明は、長方形の平面上に複数の放射素子が
配列されたアレイアンテナと、このアレイアンテナの上
記放射素子の放射通路に配置された電波レンズとを備え
、この電波レンズが筒状の部分構造により構成された筒
状電波レンズ付きアレイアンテナにおいて、 上記アレイアンテナの上記長方形の中心を原点とし、そ
の長方形の長手方向にY軸を定め、その長方形の平面に
直交し原点を通り上記筒状電波レンズに近づく方向にY
軸を定め、原点を通りY軸およびY軸に直交する方向に
X軸を定めると、上記筒状電波レンズは、その筒軸がY
軸と平行であってXZ垂直面関して対称でありかうZ軸
方向に凸の曲面形状であり、 上記アレイアンテナの放射素子は、その励振振幅および
その励振位相がXZ垂直面関して対称になるように配置
され、さらに、上記アレイアンテナの放射素子は、上記
筒状電波レンズにより形成される放射ビームが、YZ平
面上でY軸に関して対称であり、XZ平面上でY軸に関
して非対称であるように口装置されたことを才、冒政と
する。
配列されたアレイアンテナと、このアレイアンテナの上
記放射素子の放射通路に配置された電波レンズとを備え
、この電波レンズが筒状の部分構造により構成された筒
状電波レンズ付きアレイアンテナにおいて、 上記アレイアンテナの上記長方形の中心を原点とし、そ
の長方形の長手方向にY軸を定め、その長方形の平面に
直交し原点を通り上記筒状電波レンズに近づく方向にY
軸を定め、原点を通りY軸およびY軸に直交する方向に
X軸を定めると、上記筒状電波レンズは、その筒軸がY
軸と平行であってXZ垂直面関して対称でありかうZ軸
方向に凸の曲面形状であり、 上記アレイアンテナの放射素子は、その励振振幅および
その励振位相がXZ垂直面関して対称になるように配置
され、さらに、上記アレイアンテナの放射素子は、上記
筒状電波レンズにより形成される放射ビームが、YZ平
面上でY軸に関して対称であり、XZ平面上でY軸に関
して非対称であるように口装置されたことを才、冒政と
する。
筒状電波レンズは、アレイアンテナに取り付ける取付構
造を含むことが好ましい。
造を含むことが好ましい。
アレイアンテナとこの放射ビームを成形する電波レンズ
とにより、水平方向には対称形であり、垂直方向には非
対称形である放射ビームを得ることができる。
とにより、水平方向には対称形であり、垂直方向には非
対称形である放射ビームを得ることができる。
第1図は本発明実施例装置構造を示す斜視図である。こ
の実施例では放射器として導波管スロット方式のアレイ
アンテナ40と、部分筒状電波レンズ50.51.52
より構成される筒状電波レンズにより構成されている。
の実施例では放射器として導波管スロット方式のアレイ
アンテナ40と、部分筒状電波レンズ50.51.52
より構成される筒状電波レンズにより構成されている。
アレイアンテナ40は放射素子の配置されている面は長
方形であり、その一端には終端器41が接続されている
。直交座標軸XXY、Zはそれぞれアレイアンテナのス
ロットの設けられている開口面の中心を原点とし、アレ
イアンテナの長手方向にY軸、開口面に直交し筒状電波
レンズに近づく方向にY軸、X軸とY軸に直交する方向
にX軸を定めている。
方形であり、その一端には終端器41が接続されている
。直交座標軸XXY、Zはそれぞれアレイアンテナのス
ロットの設けられている開口面の中心を原点とし、アレ
イアンテナの長手方向にY軸、開口面に直交し筒状電波
レンズに近づく方向にY軸、X軸とY軸に直交する方向
にX軸を定めている。
部分筒状電波レンズ50.51.52はその筒軸、すな
わちこの軸と直交する平面での各部分の電波レンズの切
断線が常に同一となる軸がY軸と平行に配置され、全体
の筒状電波レンズはXZ垂直面関して対称である。直線
53はY軸の近接したこれと平行な線である。
わちこの軸と直交する平面での各部分の電波レンズの切
断線が常に同一となる軸がY軸と平行に配置され、全体
の筒状電波レンズはXZ垂直面関して対称である。直線
53はY軸の近接したこれと平行な線である。
第3図はアレイアンテナの一部の拡大図であり、導波管
のいわゆる磁界面に管軸、すなわら長手方向に平行に図
に示すような楕円形のスロットを複数個設けたものであ
り、導波管を進行してきた電波は個々のスロットより放
射される。
のいわゆる磁界面に管軸、すなわら長手方向に平行に図
に示すような楕円形のスロットを複数個設けたものであ
り、導波管を進行してきた電波は個々のスロットより放
射される。
個々のスロットは導波管内壁を流れるX軸方向の電流に
より励振されるが、その振幅は主として第3図に示すス
ロット間のY方向の寸法りにより、また各スロット間の
相対的励振位相は主として第3図に示すスロットとY軸
との寸法Sにより811整される。
より励振されるが、その振幅は主として第3図に示すス
ロット間のY方向の寸法りにより、また各スロット間の
相対的励振位相は主として第3図に示すスロットとY軸
との寸法Sにより811整される。
例えば第1図において、YZ垂直面水平面、XZ垂直面
垂直面とした場合に、水平面内で第5図に示す実線60
のような、Z軸すなわち第5図の角度0度の軸を中心に
対称なビームを合成する場合を説明すると、この場合個
々のスロットの励振振幅および励振位相はXZ垂直面関
して対称となる。
垂直面とした場合に、水平面内で第5図に示す実線60
のような、Z軸すなわち第5図の角度0度の軸を中心に
対称なビームを合成する場合を説明すると、この場合個
々のスロットの励振振幅および励振位相はXZ垂直面関
して対称となる。
第5図の例は全スロット数21、振幅および位相は中央
部のスロットの励振振幅を1、励振位相を0度とした場
合、上側10番目のスロットまでは表のとおりとなる。
部のスロットの励振振幅を1、励振位相を0度とした場
合、上側10番目のスロットまでは表のとおりとなる。
また前記数値例はあくまでもビーム成形をアレイアンテ
ナで実現できることを示す一例であり、他の励振も可能
である。このように、第5図の実線60のようなビーム
を合成する場合には、XZ垂直面関して励1辰振幅およ
び励振位相は対称となる。
ナで実現できることを示す一例であり、他の励振も可能
である。このように、第5図の実線60のようなビーム
を合成する場合には、XZ垂直面関して励1辰振幅およ
び励振位相は対称となる。
第4図はアレイアンテナの他の構成例を示す図である。
この例はプリンテッドアレイアンテナによる例である。
同図で符号43.46.47は誘電体基板44上の金属
ストリップであり、符号45は金属導体である。同図で
正方形ストリップ43は放射素子であり、金属ストリッ
プ46.47はこの放射素子へ直交した二つの偏波を給
電するための給電線である。金属ストリップ46は電界
成分がX軸方向の偏波の給電線であり、金属ストリップ
47はY軸方向の偏波の給電線である。これらはそれぞ
れ入出力端が金属導体45に固定されたコネクタ48.
49に接続される。コネクタ4日、49はそれぞれ同軸
の外導体が金属導体45に、中心導体が金属ストリ・ノ
ブ46と47に接続されて給電線と電気的に結合してい
る。
ストリップであり、符号45は金属導体である。同図で
正方形ストリップ43は放射素子であり、金属ストリッ
プ46.47はこの放射素子へ直交した二つの偏波を給
電するための給電線である。金属ストリップ46は電界
成分がX軸方向の偏波の給電線であり、金属ストリップ
47はY軸方向の偏波の給電線である。これらはそれぞ
れ入出力端が金属導体45に固定されたコネクタ48.
49に接続される。コネクタ4日、49はそれぞれ同軸
の外導体が金属導体45に、中心導体が金属ストリ・ノ
ブ46と47に接続されて給電線と電気的に結合してい
る。
この構造では各放射素子への励振振幅および位相は金属
ストリップ46と47のストリップ幅の変化と線路長に
より制御することができる。
ストリップ46と47のストリップ幅の変化と線路長に
より制御することができる。
以上のアレイアンテナによるビーム成形の特徴は第13
図で説明した鏡面による成形と異なり、各放射素子とし
て交差偏波識別度が良好な素子を用いれば基本的に波源
には交差偏波成分を含まず、ビーム成形が可能となる。
図で説明した鏡面による成形と異なり、各放射素子とし
て交差偏波識別度が良好な素子を用いれば基本的に波源
には交差偏波成分を含まず、ビーム成形が可能となる。
したがって、第16図および第17図の説明で述べたよ
うに波源に含まれる交差偏波成分を主反射鏡の対称性を
利用して打ち消されなくても、良好な交差偏波特性が得
られるという大きな特徴を有する。
うに波源に含まれる交差偏波成分を主反射鏡の対称性を
利用して打ち消されなくても、良好な交差偏波特性が得
られるという大きな特徴を有する。
なお、アレイアンテナの構成として第3図および第4図
に示す構成側以外にも例えばダイポールアレイ、クロス
トダイポールアレイなどの放射素子を使用して本発明を
実施することができる。
に示す構成側以外にも例えばダイポールアレイ、クロス
トダイポールアレイなどの放射素子を使用して本発明を
実施することができる。
第6図は第1図に示す実施例のxZ垂直面切断図であり
、第7図は垂直面内の放射特性を説明す (、
(iる図である。第6図の例では部分筒状電波レンズ5
0.51.52の切断線は第18図の切断線と同一であ
り、各部分筒状電波レンズはそれぞれ点Qを焦点とし、
それぞれZ軸、P51、P52を中心軸とする電波集束
用の電波レンズである。従って部分筒状電波レンズ50
.51.52は直線53を焦線とする筒状の電波レンズ
であり、XZ垂直面平行な平面内では個々に電波集束用
筒状電波レンズを形成する。
、第7図は垂直面内の放射特性を説明す (、
(iる図である。第6図の例では部分筒状電波レンズ5
0.51.52の切断線は第18図の切断線と同一であ
り、各部分筒状電波レンズはそれぞれ点Qを焦点とし、
それぞれZ軸、P51、P52を中心軸とする電波集束
用の電波レンズである。従って部分筒状電波レンズ50
.51.52は直線53を焦線とする筒状の電波レンズ
であり、XZ垂直面平行な平面内では個々に電波集束用
筒状電波レンズを形成する。
点Qは焦線53とxZ垂直面交点である。したがって、
導波管スロットから放射された電波のうち、部分筒状電
波レンズ50.51.52を通過した電波はその通路が
破線70.71.72に示されるようにそれぞれZ軸、
P51. P52の方向に進行する電波として放射され
、全体の放射特性はこれらの合成波として定まり、XZ
平面上では第18図の説明で述べたことと同様に、その
放射特性は第7図の実sg 61で示すようにYZ垂直
面関して非対称なビームに成形される。
導波管スロットから放射された電波のうち、部分筒状電
波レンズ50.51.52を通過した電波はその通路が
破線70.71.72に示されるようにそれぞれZ軸、
P51. P52の方向に進行する電波として放射され
、全体の放射特性はこれらの合成波として定まり、XZ
平面上では第18図の説明で述べたことと同様に、その
放射特性は第7図の実sg 61で示すようにYZ垂直
面関して非対称なビームに成形される。
以上のように主偏波成分のビーム成形について説明した
が、次に交差偏波特性について説明する。
が、次に交差偏波特性について説明する。
従来技術の交差偏波識別度の説明で述べたと開運により
、各部分筒状電波レンズを透過後アレイアンテナと反対
側のレンズ表面に誘起される電磁界ベクトルEとHは式
(4)により定まる。式(4)をそれぞれx、、y、z
成分、JxSJv、JzおよびMxlM、 SM、
で示すと式(5)となる。
、各部分筒状電波レンズを透過後アレイアンテナと反対
側のレンズ表面に誘起される電磁界ベクトルEとHは式
(4)により定まる。式(4)をそれぞれx、、y、z
成分、JxSJv、JzおよびMxlM、 SM、
で示すと式(5)となる。
J X = ny Hz −ny HyJy = nz
HX −nx Hz JZ = nX Hy −ny Hx Mx =Ev nz −Ez ny My ” E z n x −E X n ZMz ”
Ex ny −Ev nx −・−・・−・・(5) ただし、nX 、nY % nzはnのx、y。
HX −nx Hz JZ = nX Hy −ny Hx Mx =Ev nz −Ez ny My ” E z n x −E X n ZMz ”
Ex ny −Ev nx −・−・・−・・(5) ただし、nX 、nY % nzはnのx、y。
Z成分。
さらに、磁界ベクトルI(と電界ベクトルEとは直交関
係にあるから、例えば主偏波がいわゆる垂直偏波、ずな
わち電界ベクトルがX軸方向に向いている電波がアレイ
アンテナより放射されている場合に、各部分筒状電波レ
ンズへの入射電界ベクトルはEy酸成分、また入射電F
il界ヘクトルはEx酸成分主となる。これは第5図の
説明でも述べたようにアレイアンテナからの放射波はも
ともと交差偏波特性が良好なことに起因する。
係にあるから、例えば主偏波がいわゆる垂直偏波、ずな
わち電界ベクトルがX軸方向に向いている電波がアレイ
アンテナより放射されている場合に、各部分筒状電波レ
ンズへの入射電界ベクトルはEy酸成分、また入射電F
il界ヘクトルはEx酸成分主となる。これは第5図の
説明でも述べたようにアレイアンテナからの放射波はも
ともと交差偏波特性が良好なことに起因する。
一方各部分筒状電波レンズの法線ベクトルnはその構成
からも明らかなようにn、成分が零である特徴がある。
からも明らかなようにn、成分が零である特徴がある。
したがってこの場合、誘起される電流は、
Jx =nz Hy #O
Jv ”nz Hx nx Hl #nz HXJz
−nx Hy #O M、=EYnz M y =Ez n X −EX n z # QMz
=E、nX −・−・・−・(6) となる。
−nx Hy #O M、=EYnz M y =Ez n X −EX n z # QMz
=E、nX −・−・・−・(6) となる。
この式(6)より明らかなように電波レンズに誘起され
る電流は主偏波のY成分が主体となり、磁流ば生成波の
Y成分と直交するXおよびZ成分が主体となる。ここで
磁流源は波源と直交する電界ベクトルを放射するもので
あるから、放射波源の主体は主偏波成分であることがあ
る。この結果を従来技術のアンテナ交差偏波特性の説明
と比較すれば交差偏波特性の改善が期待されることは明
らかである。また、主偏波がいわゆる垂直偏波、すなわ
ち電界ベクトルがX軸方向に向いている場合の交差偏波
特性も式(6)を導いたことと開運により良好であるこ
とが説明できる。
る電流は主偏波のY成分が主体となり、磁流ば生成波の
Y成分と直交するXおよびZ成分が主体となる。ここで
磁流源は波源と直交する電界ベクトルを放射するもので
あるから、放射波源の主体は主偏波成分であることがあ
る。この結果を従来技術のアンテナ交差偏波特性の説明
と比較すれば交差偏波特性の改善が期待されることは明
らかである。また、主偏波がいわゆる垂直偏波、すなわ
ち電界ベクトルがX軸方向に向いている場合の交差偏波
特性も式(6)を導いたことと開運により良好であるこ
とが説明できる。
なお、第6図の実施例では部分筒状電波レンズの各中心
軸が互いに異なる方向を向き、電波レンズ全体としては
YZ垂直面関して非対称であるとしたが、このことは本
発明の必要条件でなく、YZ垂直面関して対称な筒状電
波レンズでもよいことは勿論である。
軸が互いに異なる方向を向き、電波レンズ全体としては
YZ垂直面関して非対称であるとしたが、このことは本
発明の必要条件でなく、YZ垂直面関して対称な筒状電
波レンズでもよいことは勿論である。
また、垂直面内のビーム成形を行う方法の実施例として
第18図に示した切断線を用いたが、第19図に示す切
断線なども利用できることは明らかである。
第18図に示した切断線を用いたが、第19図に示す切
断線なども利用できることは明らかである。
第8図は本発明の他の実施例を示す斜視図であ警
り、第1図の実施例の筒状電波レンズとアレイア
Jjiンテナとをそれぞれ2枚ずつの導体製側板5
4および55により、それぞれ左右端および上下端にお
いて連結したものである。本実施例は電気的にはアレイ
アンテナからの水平方向および垂直方向への不要放射波
を物理的に遮蔽して広角度の放射特性を良好にするとと
もに、構造的には筒状電波レンズを支持してその強度を
増す効果を有する。
Jjiンテナとをそれぞれ2枚ずつの導体製側板5
4および55により、それぞれ左右端および上下端にお
いて連結したものである。本実施例は電気的にはアレイ
アンテナからの水平方向および垂直方向への不要放射波
を物理的に遮蔽して広角度の放射特性を良好にするとと
もに、構造的には筒状電波レンズを支持してその強度を
増す効果を有する。
上記説明は、「放射」の語を用いて送信アンテナである
かのように説明したが、本発明のアンテナは電波の進行
方向は可逆的であるので、送信アンテナおよび受信アン
テナいずれにも適用することができる。
かのように説明したが、本発明のアンテナは電波の進行
方向は可逆的であるので、送信アンテナおよび受信アン
テナいずれにも適用することができる。
以上説明したように、本発明を実施することにより、ビ
ーム成形度が良好で、かつ交差偏波識別度の優れたアン
テナを実現することができる。しかもレンズが筒状であ
るので、従来技術の複雑なレンズを製作するより安価に
製作できる利点がある。本発明はある地域に散在する複
数の局との無線通信を行う必要がある親局のアンテナに
利用して大きな効果を生ずる。
ーム成形度が良好で、かつ交差偏波識別度の優れたアン
テナを実現することができる。しかもレンズが筒状であ
るので、従来技術の複雑なレンズを製作するより安価に
製作できる利点がある。本発明はある地域に散在する複
数の局との無線通信を行う必要がある親局のアンテナに
利用して大きな効果を生ずる。
第1図は本発明実施例装置構造を示す斜視図。
第2図は上記実施例の正面図。
第3図は上記アレイアンテナの一部の拡大図。
第4図はアレイアンテナの他の構造例の斜視図。
第5図は上記実施例によるアンテナの水平面内の放射特
性の説明図。 第6図は上記実施例の水平断面図。 第7図は上記実施例によるアンテナの垂直面内の放射特
性の説明図。 第8図は本発明の他の実施例の斜視図。 第9図は無線通信を行う親局および子局の平面配置図。 第10図はペンシルビームによる第9図の垂直断面関係
図。 第11図は成形ビームによる第9図の垂直断面関係図。 第12図は第9図に示す通信領域が瞬接した場合の平面
配置図。 第13図は従来例構造の成形ビームアンテナの斜視図。 第14図は上記従来例の水平断面図。 第15図は端部または中央部レンズを構成する方法の説
明図(第−例)。 第16図は端部または中央部レンズを構成する方法の説
明図(第二例)。 第17図は端部または中央部レンズを構成する方法の説
明図(第二例)。 第18図は中央部レンズを構成する方法の説明図(第四
例)。 第19図は中央部レンズを構成する方法の説明図(第五
例)。 第20図は上記従来例のアンテナの垂直面内の放射特性
の説明図(対称波形の例)。 第21図は上記従来例のアンテナの垂直面内の放射特性
の説明図(非対称波形の例)6 1〜7・・・部分的な電波レンズ、10.10’ 、1
1.11’ 、 21.22.23.23’ 、60.
61・・・放射特性、24〜31.34〜37.70〜
72・・・電波の通路、12・・・−次放射器、40・
・・導波管スロットを有するアレイアンテナ、41・・
・終端器、43.46.47・・・金属ストリフプ、4
4・・・誘電体基板、45・・・金属導体、48.49
・・・コネクタ、50〜52・・・部分筒状電波レンズ
、53・・・焦線、54.55・・・導体製側板、Pz
、P3 、Ps 、Pb・・・レンズの中心軸、St
−3ol 、S71、Tl−73、T7、・・・レン
ズの切断線、A、、A’・・・親局、B、B′、C,、
C′、D、、D′、E、、百′・・・子局、F、Q・・
・レンズの焦点、S、L・・・スロット間隔と位置を示
す寸法。
性の説明図。 第6図は上記実施例の水平断面図。 第7図は上記実施例によるアンテナの垂直面内の放射特
性の説明図。 第8図は本発明の他の実施例の斜視図。 第9図は無線通信を行う親局および子局の平面配置図。 第10図はペンシルビームによる第9図の垂直断面関係
図。 第11図は成形ビームによる第9図の垂直断面関係図。 第12図は第9図に示す通信領域が瞬接した場合の平面
配置図。 第13図は従来例構造の成形ビームアンテナの斜視図。 第14図は上記従来例の水平断面図。 第15図は端部または中央部レンズを構成する方法の説
明図(第−例)。 第16図は端部または中央部レンズを構成する方法の説
明図(第二例)。 第17図は端部または中央部レンズを構成する方法の説
明図(第二例)。 第18図は中央部レンズを構成する方法の説明図(第四
例)。 第19図は中央部レンズを構成する方法の説明図(第五
例)。 第20図は上記従来例のアンテナの垂直面内の放射特性
の説明図(対称波形の例)。 第21図は上記従来例のアンテナの垂直面内の放射特性
の説明図(非対称波形の例)6 1〜7・・・部分的な電波レンズ、10.10’ 、1
1.11’ 、 21.22.23.23’ 、60.
61・・・放射特性、24〜31.34〜37.70〜
72・・・電波の通路、12・・・−次放射器、40・
・・導波管スロットを有するアレイアンテナ、41・・
・終端器、43.46.47・・・金属ストリフプ、4
4・・・誘電体基板、45・・・金属導体、48.49
・・・コネクタ、50〜52・・・部分筒状電波レンズ
、53・・・焦線、54.55・・・導体製側板、Pz
、P3 、Ps 、Pb・・・レンズの中心軸、St
−3ol 、S71、Tl−73、T7、・・・レン
ズの切断線、A、、A’・・・親局、B、B′、C,、
C′、D、、D′、E、、百′・・・子局、F、Q・・
・レンズの焦点、S、L・・・スロット間隔と位置を示
す寸法。
Claims (2)
- (1)長方形の平面上に複数の放射素子が配列されたア
レイアンテナと、 このアレイアンテナの上記放射素子の放射通路に配置さ
れた電波レンズと、 を備え、 この電波レンズが筒状の部分構造により構成された筒状
電波レンズ付きアレイアンテナにおいて、上記アレイア
ンテナの上記長方形の中心を原点とし、その長方形の長
手方向にY軸を定め、その長方形の平面に直交し原点を
通り上記筒状電波レンズに近づく方向にZ軸を定め、原
点を通りY軸およびZ軸に直交する方向にX軸を定める
と、上記筒状電波レンズは、その筒軸がY軸と平行であ
ってXZ平面に関して対称なZ軸方向に凸の曲面形状で
あり、 上記アレイアンテナの放射素子は、その励振振幅および
その励振位相がXZ平面に関して対称になるように配置
され、 さらに、上記アレイアンテナの放射素子は、上記筒状電
波レンズにより形成される放射ビームが、YZ平面上で
Z軸に関して対称であり、XZ平面上でZ軸に関して非
対称であるように配置されたことを特徴とする筒状電波
レンズ付きアレイアンテナ。 - (2)筒状電波レンズにはアレイアンテナに取り付ける
取付構造を含む特許請求の範囲第(1)項に記載の筒状
電波レンズ付きアレイアンテナ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18429384A JPS6162207A (ja) | 1984-09-03 | 1984-09-03 | 筒状電波レンズ付きアレイアンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18429384A JPS6162207A (ja) | 1984-09-03 | 1984-09-03 | 筒状電波レンズ付きアレイアンテナ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6162207A true JPS6162207A (ja) | 1986-03-31 |
Family
ID=16150792
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18429384A Pending JPS6162207A (ja) | 1984-09-03 | 1984-09-03 | 筒状電波レンズ付きアレイアンテナ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6162207A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8055435B2 (en) | 2007-07-19 | 2011-11-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control device for internal combustion engine |
-
1984
- 1984-09-03 JP JP18429384A patent/JPS6162207A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8055435B2 (en) | 2007-07-19 | 2011-11-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control device for internal combustion engine |
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