JPS6229205A - 電波吸収体付加反射板付きアレイアンテナ - 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、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。

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。

〔概　要〕

本発明は複数の放射素子が配列されたアレイアンテナと
、垂直に設けられた複数の導体平面板からなる反射板を
備え、垂直方向には非対称形のビームを成形し、水平方
向には対称形のビームを成形する反射板付きアレイアン
テナにおいて、反射板の少なくとも一部に電波吸収体を
付加することによって、 水平方向のビーム成形度が良好で、不要放射の少ない電
波吸収体付加反射板付きアレイアンテナにかかわる。

〔従来の技術〕

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
ドローブの特性が要求される。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、、Ｃ。

ＤＸＥ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１
１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。

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５９−１８４２
９０のような成形ビームアンテナが考えられた。第１３
図および第１４図はこの従来例アンテナの斜視図および
正面図を示し、第１５図および第１６図にこの従来例ア
ンテナに用いられるアレイアンテナの構成例を示す。

すなわち従来例では、第１３図に示すように長方形の平
面上に複数の放射素子が配列されたアレイアンテナ４０
と、このアレイアンテナ４０の上記放射素子の放射方向
に対して背後に配置された反射板５１〜５３どを備え、
アレイアンテナと反射板を接続する変換部４２により構
成される。第１３図および第１４図において、符号４１
はスロットアレイの終端器である。

ここで座標軸は、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Ｘ軸を定め、その長
方形の平面に直交し原点を通り上記反射板に遠ざかる方
向にＺ軸を定め、原点を通りＸ軸およびＺ軸に直交する
方向にＹ軸を定めている。

各反射板は、それぞれの導体平面板の中心軸がいずれも
Ｘ軸と平行であってＸＺ平面に関して対称である。

第１５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、すなわち長手方向に平行に
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Ｙ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１５図に示す
スロット間のＸ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同図に示すスロットとＸ軸
との寸法Ｓにより調整される。

例えば第１３図において、ＹＺ平面を水平面、ＸＺ平面
を垂直面とした場合に、垂直面内で第１７図に示す実線
６０のようなＺ軸すなわち第１７図の角度０度の軸を中
心に非対称なビームを合成する場合を説明すると、この
場合価々のスロットの励振振幅はｙｚ平面に関して対称
となるが励振位相はＹＺ平面に関して反対称となる。こ
こで反対称とは位相の絶対値が同じで符号が反転するこ
とを意味する。

第１７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
。

表の下側１０番目のスロットまでは表の値の位相のみ符
号が反転する。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。第１３図の実線６０のようなビ
ームを合成する場合には、ＸＺ平面に関して励振振幅は
対称であり、励振位相は反対称となる。

第１６図はアレイアンテナの他の構成例を示す図である
。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４８．４９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ップ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。

第１８図は第１３図に示す実施例のＹＺ平面の切断図で
あり、第１９図は水平面内の放射特性を説明する図であ
る。第１８図の例では反射板５０．５１．５２．５３は
それぞれ個々にはアレイアンテナ４０を波源とする平面
反射板として寄与するが、全体としてはいわゆるコーナ
リフレクタの変形した構成となっている。

アレイアンテナ４０から放射される電波は破線７０゜７
１に示す道路を経て直接放射されるものと、破線７２〜
７５で示すように各部分反射板によって反射されるのも
とにわかれ、全体の放射特性は、これらすべての合成波
として定まる。

第１４図の実施例では、アレイアンテナの直接放射する
エネルギーが一番大きく、またその最大放射方向をＺ軸
方向、すなわち第１９図における角度０度の方向に向け
たこと、またスロットや第１６図の金属ストリップ４３
のような微少波源からの放射波はＹＺ平面内で広い放射
特性を有すること、反射板５０と５１の反射波と反射板
５２と５３の反射波はいずれも大体同一方向に集中して
いることおよびアンテナがＸＺ平面に関して対称である
ことがらＹＺ平面内では第１９図の実線６１のような扇
形の拡がりを持つＺ軸に関して対称な放射特性のものを
得る。

ただし、水平面内のビームの成形度を向上しようとする
と実際に各反射板の大きさが大きくとれず、そのために
照射領域外への不要放射をともなうか、または第１９図
の実線６１で示すように、照射領域内で角度０度付近で
は強度が高く、±４５度付近では強度が減少したビーム
成形となるか、あるいは破線６２で示すように±４５度
付近の強度を上げたためにレベル変動の多いビーム成形
となる。

上記不要放射を増大する原因は使用周波数の波長に対し
て反射板の大きさが十分太き（とれず、例えば第１８図
に示す反射板の端部５４での回折波等の強度が強くなる
ことからに容易に説明される。

一方、反射板を太き（すると、出射領域内のレベル変動
が大きくなるのは、反射板からの反射波の位相がアレイ
アンテナからの直接波の位相に対して相対的に変動する
ためであり、この変動量が反射板の大きさに比例して大
きくなるからである。

〔発明が解決しようとする問題点３ 以上のように反射板付きアレイアンテナは、一般的には
ビーム成形度が良好なものではあるが、反射板の形状に
よっては、不要放射が発生しまた照射領域内でのレベル
変動が増大するおそれがある。

本発明はこの欠点を改良して、反射板の形状によっても
ビーム成形度が良好で不要放射の少ない電波吸収体付加
反射板付きアレイアンテナを提供することを目的とする
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の第一の発明は、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方向に対して背後に配置された反
射板とを備え、この反射板の反射面が複数の導体平面板
により構成された反射板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Ｘ軸を定め、その長方形の平面に
直交し原点を通りアレイアンテナの放射素子が放射する
方向にＺ軸を定め、原点を通りＸ軸およびＺ軸に直交す
る方向にＹ軸を定めると、上記反射板は、それぞれの導
体平面板がいずれもＸ軸と平行であってＸＺ平面に関し
て対称でありかつＺ軸の負方向に凸の形状であり、さら
に、反射板の反射面の少なくとも一部分に電波吸収体が
付加されたことを特徴とする。

本発明の第二の発明は、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方向に対して背後に配置された反
射板とを備え、この反射板の反射面が複数の導体平面板
により構成された反射板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Ｘ軸を定め、その長方形の平面に
直交し原点を通りアレイアンテナの放射素子が放射する
方向にＺ軸を定め、原点を通りＸ軸およびＺ軸に直交す
る方向にＹ軸を定めると、上記反射板は、それぞれの導
体平面板がいずれもＸ軸と平行であってＸＺ平面に関し
て対称でありかつＺ軸の負方向に凸の形状であり、さら
に、反射板、の反射面の少なくとも一部分に電波吸収体
が付加され、この電波吸収体の表面にアレイアンテナの
放射偏波の方向と平行であり、かつ間隔が使用の周波数
波長の２分の１以上の金属簾を設けたことを特徴とする
。

〔作　用〕

第一の発明は、反射板付きアレイアンテナの水平面内ビ
ーム特性を均一にすると、必要な角度範囲外に放射する
不要放射レベルが高くなるので、反射板の一部に電波吸
収体を付加し、この不要放射レベルを吸収する。

第二の発明は、放射偏波と平行で、間隔が使用波長の１
７２以上である金属簾を設けることにより、不要放射レ
ベルの吸収効果はさらに大きくなる。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面によって説明する。

第１図は本発明第一実施例斜視図を示し、第２図はその
平面図を示す。

本実施例では放射器としてアレイアンテナ４０が導波管
スロットアンテナにより構成され、反射板はアレイアン
テナの側面に配置された第一の反射板５５と上記アレイ
アンテナおよび第一の反射板を包含するように配置され
た第二の反射板５６より構成され、第二の反射板の一部
に電波吸収体５７が付加されている。

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ｘ、ｙ、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Ｘ軸、開口面に直交し反射板か
ら遠ざかる方向にＺ軸、Ｘ軸とＺ軸に直交する方向にＹ
軸を定めてきる。反射板５５．５６はその反射軸、すな
わちこの軸と直交する平面での各反射板の切断線が同一
とある軸がＸ軸と平行に配置され、全体の反射板はＸＺ
平面に関して対称である。

ここで本発明の第一の発明の特徴とするところは、第二
め反射板５６に電波吸収体５７が付加されたことにある
。

第２図を用いて本発明によるアンテナの氷表面ＹＺ面内
の放射特性を説明する。

アレイアンテナ４０の各スロットからの水平面内放射特
性は周知のように、ＹＺ平面内でＺ軸からの角度に対し
ほぼ±９０°の範囲で均一ないわゆる生態指向性のもの
である。

このスロット自体からの放射特性の特徴でるあるＹＺ平
面での均一性を大きく変更することなく必要な角度範囲
内（例えば±４５°内）に放射エネルギを絞るためにま
ず使用周波数の波長に対してたかだか数波長の大きさの
第一の反射板５６を用い、第３図の破線６５のようなビ
ーム形状を成形する。

ここで第一の反射板５６の大きさを小さくとったのは従
来例の第１８図、第１９図の説明で述べたことと開環に
より、反射板５６からの反射波の位相がスロットからの
直接波の位相と相対的に大きな差ができないようにする
ためであるが、そのため逆に破線６５で示すように必要
な角度範囲外へ放射する放射レベルを小さくすることが
困難となる。すなわち、第３図の必要な角度範囲内での
レベル変動幅ΔＧと必要な角度範囲外でのレベルの大き
さは相反する特性を示すので、必要角度範囲内のビーム
成形のみに着目して第一の反射板５６の形状および寸法
を選択する。

次に必要角度範囲外での不要放射レベルを低減するため
に電波吸収体５７を付加した第二の反射板５６を用いる
。すなわち、第３図の破線６５のビーム形状を実線６６
の形状のように不要放射レベルを低減するため、第２図
の破線７６．７７で電波の通路を示すような不要角度方
向へのスロットからの直接波および第一の反射板５５端
部での回折波の電波の通路を電波吸収体で遮蔽し、同時
にＺ軸の負方向への放射を低減する゛ために電波吸収体
５７と第二の反射板５６を用いる。このような構成にす
ることにより必要な角度範囲内のビーム成形度を劣化さ
せることなく不要放射レベルを低減することができる。

同時に、電波吸収体５７は例えばアンテナの前面、Ｚ軸
の正の側に誘電体よりなるレードームを設置した場合に
も、レードームからの反射波をも吸収しインピーダンス
整合やビーム成形度の劣化を小さくできる利点もある。

第４図は本発明の第二の実施例であり、この場合は第一
の反射板５５をいわゆるイメージ板として用い、第一の
反射板とこの先端に接続されるがまたは第一の反射板と
一体成形された第二の反射板５６とにより構成され、か
つ第一の反射板とアレイアンテナとの距離Δｌを調整し
て必要角度内のビームを第５図の破′４１Ａ６５のよう
に成形し、さらに第二の反射板上に設けられた電波吸収
体５７により必要角度外の放射レベルを実線６６のよう
に低減した例である。

第６図および第７図は本発明の第三実施例に用いる電波
吸収体の側面図および正面図であり、第７図に示すよう
に電波吸収体５７の表面に放射電界ベクトルＥと平行と
なるように金属層５９を付加したものである。

金属層５９は一般的には誘電体基板５８を介して電波吸
収体の表面に付加される。第７図で金属層５９の間隔Ｔ
は使用周波数の波長１７２以上に選択される。これは入
射電波の一部はこの金属層５９で反射し、残りは電波吸
収５７に吸収させるためである。

ここに本発明の第二の発明の特徴とするところは、金属
層５９の間隔が使用周波数の波長の１／２であることに
ある。すなわち一般に反射器として用いられる金属層の
間隔が使用周波数の波長の１／１０程度と小さいのと異
なるところにある。

このような金属肩付き電波吸収体を用いる目的は第１図
、第４図の実施例のように単に不要角度方向の放射電波
を吸収してしまうのみでなく、そのエネルギの一部を全
体のビーム成形度の向上に用いようとするためであり、
このため、必要角度範囲内のビーム形状は第８図の破線
６５から実線６６のように多少うねりの数の多い形状に
変化するが、必要角度外でのレベルの低減はより効果的
となる。

すなわち、従来例の水平面内の放射特性図である第１９
図の説明で述べたように、反射板の大きさが大きくなる
ことはアレイアンテナからの直接波と反射板からの反射
波の相対位相変化のためであるが、この相対位相差があ
るにもかかわらず反射板からの反射波の振幅を弱くする
ことによりレベル変動の大きさを小さく抑えることが可
能となることを利用したものである。このことは直接波
と反射波の振幅が同一で位相差が逆相であれば合成波の
振幅が零となるのに対し、直接波が反射波よりも例えば
１０倍強ければ、たとえ位相差が逆相になっても合成波
の振幅は電力比で０．９程度に下がらないことからも明
らかである。

すなわち、本実施例は上記従来例の特性図第１９図に示
すビーム形状破線６２の特性を必要角度内でのレベル変
動を小さく抑えた例に相当する。

以上の説明では、「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。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明により、従来の反射板付き
アレイアンテナの特徴である良好な交差偏波識別度特性
をそこなうことなく、反射板の形状が制限されていても
ビーム成形度を向上されたアンテナを実現できる。

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
う必要のある親局のアンテナに利用して大きな効果を生
ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第一実施例の斜視図。 第２図は上記実施例の平面図。 第３図は上記実施例の水平面内ビームの特性図。 第４図は本発明第二実施例の斜視図。 第５図は上記実施例の水平面内ビームの特性図。 第６図は本発明第三実施例の垂直断面図。 第７図は上記実施例の側面図。 第８図は上記実施例の水平面内ビームの特性図。 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隣接した場合の平面
配置図。 第１３図は従来例の反射板付きアレイアンテナの斜視図
。 第１４図は上記従来例の平面図。 第１５図は上記従来例アレ、イアンテナの一部の拡大図
。 第１６図は上記従来例のアレイアンテナの他の構造例の
斜視図。 第１７図は上記従来例の垂直面内ビームの特性図。 第１８図は上記従来例の水平面内放射線の説明図。 第１９図は上記従来例の水平面内ビームの特性図。 ｌ、１′、２．３．６０〜６２．６５・・・ビーム形状
、４０・・・導波管スロットを有するアレイアンテナ、
４１・・・終端器、４２・・・変換部、４３．４６．４
７・・・金属ストリップ、４４．５８・・・誘電体基板
、４５・・・金属導体、４８．４９・・・コネクタ、５
０〜５３．５５．５６・・・反射板、５４・・・反射板
の端部、５７・・・電波吸収体、５９・・・金属簾、７
０〜７７・・・電波の通路、Ａ、Ａ’−・・親局、ＢＸ
Ｂ’　Ｃ。 Ｃ’　、Ｄ、Ｄ’　ＥＳＥ’　・・・子局、ΔＧ・・・
レベル変動幅、Δｌ・・・反射板とスロットアレイとの
距離、Ｓ、Ｌ・・・スロット間隔と泣面を示す寸法、Ｔ
・・・金属簾の間隔。 第一実施例特性図 ３３　口 第二実施例斜視図 夏４図 第二実施例特性図 ３５　図 第三実施例断面図　　　　　　　第三実施例側面図第三
実施例特性図 ′Ａ　８　図 児　９　面 蔦１１０ 月１２　図 ７１１８図 ３１９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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方向に対して
   背後に配置された反射板と を備え、 この反射板の反射面が複数の導体平面板により構成され
   た反射板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Ｘ軸を定め、その長方形の平面に直交し原点を通
   りアレイアンテナの放射素子が放射する方向にＺ軸を定
   め、原点を通りＸ軸およびＺ軸に直交する方向にＹ軸を
   定めると、 上記反射板は、それぞれの導体平面板がいずれもＸ軸と
   平行であってＸＺ平面に関して対称でありかつＺ軸の負
   方向に凸の形状であり、 さらに、反射板の反射面の少なくとも一部分に電波吸収
   体が付加されたことを特徴とする電波吸収体付加反射板
   付きアレイアンテナ。
2. （２）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方向に対して
   背後に配置された反射板と を備え、 この反射板の反射面が複数の導体平面板により構成され
   た反射板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Ｘ軸を定め、その長方形の平面に直交し原点を通
   りアレイアンテナの放射素子が放射する方向にＺ軸を定
   め、原点を通りＸ軸およびＺ軸に直交する方向にＹ軸を
   定めると、 上記反射板は、それぞれの導体平面板がいずれもＸ軸と
   平行であってＸＺ平面に関して対称でありかつＺ軸の負
   方向に凸の形状であり、 さらに、反射板の反射面の少なくとも一部分に電波吸収
   体が付加され、 この電波吸収体の表面にアレイアンテナの放射偏波の方
   向と平行であり、かつ間隔が使用の周波数波長の２分の
   １以上の金属簾を設けたことを特徴とする電波吸収体付
   加反射板付きアレイアンテナ。