WO2018105081A1 - アンテナ装置 - Google Patents

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WO2018105081A1
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frequency band
forming circuit
waveguide
beam forming
radio wave
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崇 戸村
道生 瀧川
良夫 稲沢
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an antenna device that forms a multi-beam.
  • Each of the plurality of primary radiators provided in the antenna system of the antenna device radiates one beam.
  • the antenna device may include three or four antenna systems.
  • Non-Patent Document 1 discloses an antenna device that uses a plurality of primary radiators by mounting a beam forming circuit that forms a beam in order to reduce the number of reflecting mirrors. ing.
  • the conventional antenna device is configured as described above, the number of reflectors can be reduced, but there is a problem that it is not possible to radiate beams in a plurality of frequency bands.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain an antenna device that can radiate beams of a plurality of frequency bands.
  • An antenna device includes: a first beam forming circuit that forms a first frequency band radio wave including two polarized waves that are orthogonal to each other, and outputs a first frequency band radio wave; The first frequency band radio wave output from one beam forming circuit is input, the first frequency band radio wave is output, and the second frequency band including two polarized waves orthogonal to each other is output.
  • a second beam forming circuit for generating radio waves and outputting radio waves in the second frequency band; and a beam in the first frequency band in accordance with the radio waves in the first frequency band output from the second beam forming circuit.
  • a plurality of primary radiators that radiate and emit a beam of the second frequency band in accordance with the radio wave of the second frequency band output from the second beam forming circuit.
  • a first beam forming circuit that forms a first frequency band radio wave including two polarized waves orthogonal to each other and outputs the first frequency band radio wave
  • the first frequency band radio wave output from the beam forming circuit is input, the first frequency band radio wave is output, and the second frequency band radio wave including two polarized waves orthogonal to each other is output.
  • a plurality of primary radiators that radiate a beam of the second frequency band in accordance with the radio waves of the second frequency band output from the second beam forming circuit. Can be radiated.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing an arrangement of primary radiators 7-1 to 7-M when primary radiators 7-1 to 7-M are viewed from the front. It is a block diagram which shows a part of beam forming circuit 6 in the antenna apparatus by Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the beam forming circuit 6 at the position A-A ′ in FIG. 3.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the beam forming circuit 6 at the position B-B ′ in FIG. 3.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the beam forming circuit 6 at a position C-C ′ in FIG. 3.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the beam forming circuit 6 at a position C-C ′ in FIG. 3.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the beam forming circuit 6 at a position D-D ′ in FIG. 3. It is a block diagram which shows a part of beam forming circuit 3 in the antenna apparatus by Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a beam radiation direction with respect to a service area when primary radiators 7-1 to 7-M are arranged as shown in FIG. It is explanatory drawing which shows a radiation pattern when only the beam of the 1st frequency band is radiated
  • FIG. 1 is a block diagram showing an antenna apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • input / output ports 1-1 to 1-N are ports for inputting / outputting radio waves in the first frequency band.
  • the T branch units 2-1 to 2-N distribute the power of radio waves input from the input / output ports 1-1 to 1-N and distribute the power.
  • the two radio waves are output to the beam forming circuit 3.
  • the T branching units 2-1 to 2-N synthesize two polarized waves output from the beam forming circuit 3 and send the synthesized radio wave to the input / output port 1 -1 to 1-N.
  • the radio wave in the first frequency band including two polarized waves orthogonal to each other from the two radio waves output from the T branching units 2-1 to 2-N.
  • a first beam forming circuit that outputs radio waves in the first frequency band to the beam forming circuit 6.
  • the beam forming circuit 3 is used as a receiving antenna, two polarizations included in the radio wave of the first frequency band output from the beam forming circuit 6 are extracted, and the two polarizations are converted into the T branching unit 2. Output to -1 to 2-N.
  • the input / output ports 4-1 to 4-N are ports for inputting / outputting radio waves in a second frequency band whose frequency band is different from the first frequency band.
  • T branching portions 5-1 to 5-N are used as transmitting antennas, the power of the radio waves input from the input / output ports 4-1 to 4-N is distributed, and the two radio waves are distributed.
  • the T branch sections 5-1 to 5-N are used as receiving antennas, the two polarized waves output from the beam forming circuit 6 are combined, and the combined radio waves are input / output ports 4-1 to 4-N. Output to.
  • the radio wave in the second frequency band including two polarized waves orthogonal to each other from the two radio waves output from the T branching units 5-1 to 5-N.
  • a second beam forming circuit for outputting radio waves in the second frequency band to the primary radiators 7-1 to 7-M.
  • the beam forming circuit 6 receives the first frequency band radio wave output from the beam forming circuit 3 and outputs the first frequency band radio wave to the primary radiators 7-1 to 7-M.
  • the beam forming circuit 6 outputs radio waves in the first frequency band output from the primary radiators 7-1 to 7-M to the beam forming circuit 3. Further, the beam forming circuit 6 takes out two polarized waves included in the radio waves of the second frequency band output from the primary radiators 7-1 to 7-M, and converts the two polarized waves into the T branching unit 5 Output to -1 to 5-N.
  • the primary radiators 7-1 to 7-M are arranged near the focal point of the main reflecting mirror 8.
  • the primary radiators 7-1 to 7-M radiate beams of the first frequency band according to the radio waves of the first frequency band output from the beam forming circuit 6, and The beam of the second frequency band is radiated according to the radio wave of the second frequency band output from 6.
  • the primary radiators 7-1 to 7-M receive the first frequency band beam reflected by the main reflecting mirror 8, and transmit the first frequency band radio wave to the beam forming circuit. 6, receives the second frequency band beam reflected by the main reflecting mirror 8, and outputs the second frequency band radio wave to the beam forming circuit 6.
  • the primary radiators 7-1 to 7-M may be expressed as the primary radiator 7.
  • the main reflector 8 When the main reflector 8 is used as a transmission antenna, the main reflector 8 reflects the beam of the first frequency band and the beam of the second frequency band emitted from the primary radiators 7-1 to 7-M toward the service area. .
  • the main reflector 8 When the main reflector 8 is used as a receiving antenna, the primary radiator 7-1 to the first frequency band beam and the second frequency band beam radiated from a communication device such as a portable terminal in the service area are transmitted. Reflects towards 7-M.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing the arrangement of the primary radiators 7-1 to 7-M when the primary radiators 7-1 to 7-M are viewed from the front. That is, FIG. 2 shows an arrangement of the primary radiators 7-1 ⁇ 7-M when viewed primary radiator 7-1 ⁇ 7-M from + z f side.
  • M 64, and 64 primary radiators 7-1 to 7-64 are arranged.
  • x indicates the position where the primary radiators 7-1 to 7-64 are arranged.
  • the position of the three primary radiators 7 is the position of each vertex of the equilateral triangle.
  • three primary radiators 7 are arranged.
  • the arrangement in which the positions of the three primary radiators 7 are the positions of the vertices of the equilateral triangle is an arrangement for arranging a plurality of circular openings in a close-packed manner and arranging a plurality of beams densely.
  • the primary radiator 7-1, the primary radiator 7-14, and the primary radiator 7-15 are arranged at the positions of the vertices of the equilateral triangle.
  • the primary radiator 7-6, the primary radiator 7-20, and the primary radiator 7-21 are arranged at the positions of the vertices of the equilateral triangle.
  • FIG. 2 shows an example in which four different types of beams are emitted.
  • Groups 8-1 to 8-4 are groups that emit a first beam, and groups 9-1 to 9-4 are second beams. It is a group that radiates.
  • Groups 10-1 to 10-4 are groups that emit a third beam, and groups 11-1 to 11-4 are groups that emit a fourth beam.
  • groups 8-1 to 8-4, groups 9-1 to 9-4, groups 10-1 to 10-4, and groups 11-1 to 11-4 emit four different types of beams. It is not limited, and the same type of beam may be emitted.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a part of the beam forming circuit 6 in the antenna apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 shows a portion of the beam forming circuit 6 connected to the three primary radiators 7-42, 7-52, 7-61 included in the region R shown in FIG.
  • primary radiators 7-42, 7-52, 7-61 are horn antennas formed by coaxial cylindrical waveguides.
  • the primary radiators 7-42, 7-52 and 7-61 which are horn antennas include an outer waveguide 7a and an inner waveguide 7b.
  • the primary radiators 7-42, 7-52, 7-61 and the beam forming circuit 6 are illustrated as being separated from each other, but actually, the primary radiators 7-42, 7-52 are illustrated. 7-61 and the beam forming circuit 6 are connected.
  • the beam forming circuit 6 includes M coaxial waveguides 21-1 to 21-M.
  • the coaxial waveguides 21-1 to 21-M may be expressed as the coaxial waveguide 21.
  • FIG. 3 illustrates three coaxial waveguides 21-42, 21-52, and 21-61 connected to the primary radiators 7-42, 7-52, and 7-61.
  • the coaxial waveguides 21-42, 21-52, and 21-61 include an outer waveguide 21a and an inner waveguide 21b.
  • One end of the outer waveguide 21a of the coaxial waveguides 21-42, 21-52, 21-61 is connected to the outer waveguide 7a of the primary radiators 7-42, 7-52, 7-61, and the other end 21a.
  • the other end 21a ′ of the outer waveguide 21a in the coaxial waveguides 21-42 and 21-61 is terminated between the position BB ′ and the position CC ′. Further, the other end 21a ′ of the outer waveguide 21a in the coaxial waveguide 21-52 is terminated on the beam forming circuit 3 side from the position of DD ′.
  • One end of the inner waveguide 21b of the coaxial waveguides 21-42, 21-52, 21-61 is connected to the inner waveguide 7b of the primary radiators 7-42, 7-52, 7-61, and the other end 21b ′. Are connected to the beam forming circuit 3.
  • the rectangular waveguide 22 is a connection waveguide that connects two adjacent coaxial waveguides 21.
  • the rectangular waveguide 22 connects the two coaxial waveguides 21 at the position BB ′.
  • the rectangular waveguide 23 is connected to the outer waveguide 21a of the coaxial waveguide 21-52, and is a feeding waveguide that gives the first polarized wave to the coaxial waveguide 21-52.
  • the rectangular waveguide 24 is connected to the outer waveguide 21a of the coaxial waveguide 21-52 so that the axial direction is orthogonal to the axial direction of the rectangular waveguide 23. This is a power feeding waveguide that gives the polarized wave of. Note that the first polarization and the second polarization are orthogonal to each other, and the first polarization is a horizontal polarization and the second polarization is a vertical polarization. It is done.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the beam forming circuit 6 at the position AA ′ in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the beam forming circuit 6 at the position BB ′ in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the beam forming circuit 6 at the position CC ′ in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the beam forming circuit 6 at the position DD ′ in FIG.
  • the seven primary radiators 7 belonging to the groups 8-1 to 8-4, 9-1 to 9-4, 10-1 to 10-4, and 11-1 to 11-4 they are arranged at the center.
  • Six primary radiators 7 are arranged radially with respect to the one primary radiator 7 that is provided.
  • one primary radiator 7 arranged in the center of the group is referred to as a central primary radiator 7, and six primary radiators 7 arranged around the central primary radiator 7 are arranged as primary primary radiators. This is called radiator 7.
  • the seven primary radiators 7 in each group are connected to the coaxial waveguide 21 in the beam forming circuit 6, respectively.
  • the coaxial waveguide 21 connected to the central primary radiator 7 is referred to as the central coaxial waveguide 21, and the coaxial waveguide 21 connected to the peripheral primary radiator 7 is referred to as the peripheral coaxial waveguide 21. Called.
  • the central coaxial waveguide 21 is composed of six peripheral coaxial waveguides 21 by six rectangular waveguides 22 extending radially from the central coaxial waveguide 21 on the xy plane. Connected with.
  • connection direction of the rectangular waveguide 23 with respect to the central coaxial waveguide 21 is The direction is parallel to the x-axis in FIG. Further, the rectangular waveguide 23 is arranged so as not to interfere with the peripheral coaxial waveguide 21.
  • connection direction of the rectangular waveguide 24 with respect to the central coaxial waveguide 21 is The direction is parallel to the y-axis in FIG. The rectangular waveguide 24 is disposed so as not to interfere with the peripheral coaxial waveguide 21.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a part of the beam forming circuit 3 in the antenna apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 8 shows a portion of the beam forming circuit 3 connected to the three coaxial waveguides 21-42, 21-52 and 21-61 shown in FIG.
  • the beam forming circuit 3 includes M coaxial waveguides 31-1 to 31-M.
  • the coaxial waveguides 31-1 to 31-M may be expressed as the coaxial waveguide 31.
  • three coaxial waveguides 31-42, 31-52 and 31-61 connected to the coaxial waveguides 21-42, 21-52 and 21-61 of the beam forming circuit 6 are illustrated.
  • the coaxial waveguides 31-42, 31-52, and 31-61 include an outer waveguide 31a and an inner waveguide 31b.
  • One end 31a ′ of the outer waveguide 31a of the coaxial waveguides 31-42, 31-52, 31-61 is terminated.
  • the inner waveguide 31b of the coaxial waveguides 31-42, 31-52 and 31-61 has one end 31b 'and the other end 21b' of the inner waveguide 21b in the coaxial waveguides 21-42, 21-52 and 21-61. It is connected.
  • the other end 31b ′′ of the inner waveguide 31b of the coaxial waveguides 31-42, 31-52, 31-61 is terminated.
  • the rectangular waveguide 32 is a connection waveguide that connects two adjacent coaxial waveguides 31.
  • the rectangular waveguide 33 is connected to the outer waveguide 31a of the coaxial waveguide 31-52, and is a feeding waveguide that gives the third polarization to the coaxial waveguide 31-52.
  • the rectangular waveguide 34 is connected to the outer waveguide 31a of the coaxial waveguide 31-52 so that the axial direction is orthogonal to the axial direction of the rectangular waveguide 33. This is a power feeding waveguide that gives the polarized wave of.
  • the third polarization and the fourth polarization are orthogonal to each other, and the third polarization is a horizontal polarization and the fourth polarization is a vertical polarization. It is done.
  • Radio waves in the first frequency band are input from the input / output ports 1-1 to 1-N.
  • T-branches 2-1 to 2-N receive radio waves in the first frequency band from the input / output ports 1-1 to 1-N, they distribute the power of the input radio waves and distribute the power.
  • the two radio waves are output to the beam forming circuit 3.
  • the T-branch unit 2-1 when focusing on the group 8-1, the T-branch unit 2-1 is connected to the coaxial waveguide 31-10 connected to the primary radiator 7-10 via the coaxial waveguide 21-10. Two radio waves related to the radio wave input from the input / output port 1-1 are output. Focusing on the group 9-1, the T-branch section 2-2 is connected to the coaxial waveguide 31-11 connected to the primary radiator 7-11 via the coaxial waveguide 21-11. Two radio waves related to the radio wave input from the port 1-2 are output.
  • the beam forming circuit 3 When the beam forming circuit 3 receives two radio waves from the T-branches 2-1 to 2-N, the radio wave in the first frequency band including two polarized waves orthogonal to each other from the two radio waves. And N radio waves in the first frequency band are output to the beam forming circuit 6.
  • the operation of the beam forming circuit 3 will be specifically described.
  • the central coaxial waveguide 31 has a rectangular waveguide 33. And the rectangular waveguide 34 are connected. Of the two radio waves output from the T-branch unit 2-n, one radio wave is input from the rectangular waveguide 33 and the other radio wave is input from the rectangular waveguide 34. For this reason, the radio wave input from the rectangular waveguide 33 is propagated by the central coaxial waveguide 31 as the third polarization. The radio wave input from the rectangular waveguide 34 is propagated by the central coaxial waveguide 31 as the fourth polarization.
  • the central coaxial waveguide 31 is connected to six peripheral coaxial waveguides 31 by rectangular waveguides 32. For this reason, in the six peripheral coaxial waveguides 31, the third polarization and the fourth polarization propagated by the central coaxial waveguide 31 are input, and the third polarization and the fourth polarization are input. To propagate. As a result, the seven coaxial waveguides 31 have a third polarization relative to the coaxial waveguide 21 connected to itself among the M coaxial waveguides 21-1 to 21-M in the beam forming circuit 6. And the fourth polarization is output.
  • Radio waves in the second frequency band are input from the input / output ports 4-1 to 4-N.
  • T-branches 5-1 to 5-N receive radio waves in the second frequency band from input / output ports 4-1 to 4-N, they distribute the power of the input radio waves and distribute the power.
  • the two radio waves are output to the beam forming circuit 6.
  • the T-branch unit 5-1 receives the radio wave input from the input / output port 4-1 with respect to the coaxial waveguide 21-10 connected to the primary radiator 7-10.
  • Two radio waves related to are output.
  • the T-branch unit 5-2 receives the radio wave input from the input / output port 4-2 with respect to the coaxial waveguide 21-11 connected to the primary radiator 7-11. Two radio waves related to are output.
  • the beam forming circuit 6 When receiving two radio waves from the T branch sections 5-1 to 5-N, the beam forming circuit 6 receives radio waves in the second frequency band including two polarized waves orthogonal to each other from the two radio waves. And N radio waves in the second frequency band are output to the primary radiators 7-1 to 7-M. Further, upon receiving N first frequency band radio waves from the beam forming circuit 3, the beam forming circuit 6 outputs N first frequency band radio waves to the primary radiators 7-1 to 7-M. To do. Hereinafter, the operation of the beam forming circuit 6 will be specifically described.
  • the central coaxial waveguide 21 includes a rectangular waveguide 23 and a rectangular waveguide 24. It is connected. Of the two radio waves output from the T-branch unit 5-n, one radio wave is input from the rectangular waveguide 23 and the other radio wave is input from the rectangular waveguide 24. For this reason, the radio wave input from the rectangular waveguide 23 is propagated by the central coaxial waveguide 21 as the first polarization. The radio wave input from the rectangular waveguide 24 is propagated by the central coaxial waveguide 21 as the second polarization. The third polarization and the fourth polarization output from the beam forming circuit 3 are propagated by the central coaxial waveguide 21.
  • the central coaxial waveguide 21 is connected to six peripheral coaxial waveguides 21 by rectangular waveguides 22. For this reason, the first to fourth polarized waves propagated by the central coaxial waveguide 21 are input to the six peripheral coaxial waveguides 21 to propagate the first to fourth polarized waves. As a result, the seven coaxial waveguides 21 are first compared to the seven primary radiators 7 belonging to the group emitting the n-th beam among the M primary radiators 7-1 to 7-M. Outputs the fourth polarization.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing the beam radiation direction with respect to the service area when the primary radiators 7-1 to 7-M are arranged as shown in FIG.
  • the horizontal axis is the angle in the horizontal plane
  • the vertical axis is the angle in the vertical plane.
  • the antenna device radiates 16 beams, and the 16 beams partially overlap with adjacent beams.
  • # 1 is the radiation direction of the beams emitted from the seven coaxial waveguides belonging to the group 8-1
  • # 2 is the radiation direction of the beams emitted from the seven coaxial waveguides belonging to the group 9-1
  • # 3 is the radiation direction of the beam emitted from the seven coaxial waveguides belonging to the group 8-2
  • # 4 is the radiation direction of the beam emitted from the seven coaxial waveguides belonging to the group 9-2.
  • # 5 is the radiation direction of the beam emitted from the seven coaxial waveguides belonging to the group 10-1
  • # 6 is the radiation direction of the beam emitted from the seven coaxial waveguides belonging to the group 11-1
  • # 7 is the radiation direction of the beam emitted from the seven coaxial waveguides belonging to the group 10-2
  • # 8 is the radiation direction of the beam emitted from the seven coaxial waveguides belonging to the group 11-2. Show.
  • # 9 is the radiation direction of the beam emitted from the seven coaxial waveguides belonging to the group 8-3
  • # 10 is the radiation direction of the beam emitted from the seven coaxial waveguides belonging to the group 9-3
  • # 11 is the radiation direction of the beam emitted from the seven coaxial waveguides belonging to the group 8-4
  • # 12 is the radiation direction of the beam emitted from the seven coaxial waveguides belonging to the group 9-4.
  • # 13 is the radiation direction of the beam emitted from the seven coaxial waveguides belonging to the group 10-3
  • # 14 is the radiation direction of the beam emitted from the seven coaxial waveguides belonging to the group 11-3
  • # 15 is the radiation direction of the beam emitted from the seven coaxial waveguides belonging to the group 10-4
  • # 16 is the radiation direction of the beam emitted from the seven coaxial waveguides belonging to the group 11-4.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a radiation pattern when only the beam in the first frequency band is radiated from the antenna device.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing a radiation pattern when only the beam of the second frequency band is radiated from the antenna device.
  • the horizontal axis is the angle in the horizontal plane
  • the vertical axis is the angle in the vertical plane.
  • the antenna device emits 16 beams, and the service area is covered by 16 beams. In FIG. 10 and FIG. 11, since the 16 beams cover the service area without a gap, the gain of the service area is increased.
  • FIG. 10 and FIG. 11 since the 16 beams cover the service area without a gap, the gain of the service area is increased.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing the gain of each beam when a beam in the first frequency band and a beam in the second frequency band are radiated from the antenna device.
  • the horizontal axis indicates the beam number. For example, if the beam number is “1”, the beam in the radiation direction # 1 shown in FIG. 9 and if the beam number is “2”, FIG. If the beam in the radiation direction # 2 shown and the beam number is “16”, it corresponds to the beam in the radiation direction # 16 shown in FIG.
  • the vertical axis indicates the gain of the beam, ⁇ indicates the beam in the first frequency band, and ⁇ indicates the beam in the second frequency band. From FIG. 12, it can be seen that a substantially uniform gain is obtained for both frequency band beams.
  • the main reflecting mirror 8 reflects the beam in the first frequency band emitted from the communication device such as a portable terminal existing in the service area toward the primary radiators 7-1 to 7-M.
  • the main reflecting mirror 8 reflects the beam of the second frequency band emitted from the communication device such as a portable terminal existing in the service area toward the primary radiators 7-1 to 7-M.
  • the primary radiators 7-1 to 7-M When the primary radiators 7-1 to 7-M receive the first frequency band beam reflected by the main reflecting mirror 8, the primary radiators 7-1 to 7-M output the received radio wave, which is the first frequency band beam, to the beam forming circuit 6. To do. Further, when the primary radiators 7-1 to 7-M receive the beam of the second frequency band reflected by the main reflector 8, the beam forming circuit 6 converts the received radio wave as the beam of the second frequency band. Output to.
  • the beam forming circuit 6 When receiving the first frequency band radio wave from the primary radiators 7-1 to 7-M, the beam forming circuit 6 outputs the first frequency band radio wave to the beam forming circuit 3. Further, when receiving the radio wave in the second frequency band from the primary radiators 7-1 to 7-M, the beam forming circuit 6 receives the first polarized wave and the second polarization contained in the radio wave in the second frequency band. The first polarization is output from the rectangular waveguide 23 and the second polarization is output from the rectangular waveguide 24.
  • the operation of the beam forming circuit 6 will be specifically described.
  • the central coaxial waveguide 21 is surrounded by six rectangular coaxial waveguides by a rectangular waveguide 22. It is connected to the waveguide 21. For this reason, most of the radio waves in the second frequency band propagated by the coaxial waveguide 21 connected to the seven primary radiators 7 belonging to the group emitting the n-th beam are in the central coaxial waveguide. 21 is reached.
  • a rectangular waveguide 23 and a rectangular waveguide 24 are connected to the central coaxial waveguide 21. Therefore, the first polarized wave included in the radio wave in the second frequency band that has reached the central coaxial waveguide 21 is output from the rectangular waveguide 23 and is included in the radio wave in the second frequency band.
  • the second polarization is output from the rectangular waveguide 24.
  • the T-branch unit 5-n converts the first polarization and the second polarization.
  • the synthesized radio wave is output to the input / output port 4-n.
  • the coaxial waveguide 21 connected to the seven primary radiators 7 belonging to the group emitting the n-th beam has a first frequency band radio wave with respect to the coaxial waveguide 31 connected to itself. Is output.
  • the beam forming circuit 3 When the beam forming circuit 3 receives the radio wave in the first frequency band from the beam forming circuit 6, the beam forming circuit 3 extracts the third polarization and the fourth polarization contained in the radio wave in the first frequency band, The third polarization is output from the waveguide 33 and the fourth polarization is output from the rectangular waveguide 34.
  • the operation of the beam forming circuit 3 will be specifically described.
  • the central coaxial waveguide 31 is formed by a rectangular waveguide 32.
  • the peripheral six coaxial waveguides 31 are connected. Therefore, most of the radio waves in the first frequency band propagated by the coaxial waveguide 31 connected to the seven primary radiators 7 belonging to the group emitting the n-th beam via the coaxial waveguide 21. Reaches the central coaxial waveguide 31.
  • a rectangular waveguide 33 and a rectangular waveguide 34 are connected to the central coaxial waveguide 31. For this reason, the third polarized wave included in the first frequency band radio wave reaching the central coaxial waveguide 31 is output from the rectangular waveguide 33 and included in the second frequency band radio wave.
  • the fourth polarization is output from the rectangular waveguide 34.
  • the T branch unit 2-n converts the third polarized wave and the fourth polarized wave.
  • the synthesized radio wave is output to the input / output port 1-n.
  • a beam that forms a radio wave in the first frequency band including two polarized waves that are orthogonal to each other and outputs the radio wave in the first frequency band.
  • a second circuit including a forming circuit 3 and a first frequency band radio wave output from the beam forming circuit 3 to output a first frequency band radio wave and two polarized waves orthogonal to each other
  • a beam forming circuit 6 for generating a radio wave of the second frequency band and outputting a radio wave of the second frequency band, and a beam of the first frequency band according to the radio wave of the first frequency band output from the beam forming circuit 6
  • a primary radiator 7 that radiates and emits a beam of the second frequency band according to the radio wave of the second frequency band output from the beam forming circuit 6.
  • the beam forming circuit 3 includes the rectangular waveguides 33 and 34, and the rectangular waveguides 33 and 34 input and output radio waves.
  • the present invention is not limited to this.
  • the tube wall portion of the inner waveguide 31b in the coaxial waveguide 31 inputs and outputs the third polarization
  • the hollow portion in the inner waveguide 31b is the fourth polarization. You may make it input / output a wave.
  • Embodiment 2 FIG. In the first embodiment, the antenna device including the main reflecting mirror 8 that reflects the beam is shown. However, in the second embodiment, the sub-reflecting mirror 40 that reflects the beam is provided in addition to the main reflecting mirror 8. The antenna device will be described.
  • FIG. 13 is a block diagram showing an antenna apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the sub-reflecting mirror 40 reflects the beams emitted from the primary radiators 7-1 to 7-M toward the main reflecting mirror 8, while the beams reflected by the main reflecting mirror 8 are reflected on the primary radiators 7-1 to 7-7. -Reflect towards M.
  • FIG. 13 shows an example in which the sub-reflecting mirror 40 is a Cassegrain type reflecting mirror whose mirror surface is a rotating hyperboloid.
  • the sub-reflecting mirror 40 is not limited to a Cassegrain type reflecting mirror, and may be a Gregorian type reflecting mirror whose mirror surface is a spheroid.
  • the sub-reflecting mirror 40 may be a reflecting mirror having a flat mirror surface.
  • the sub-reflecting mirror 40 may be composed of a plurality of reflecting mirrors.
  • the sub-reflecting mirror 40 is used in addition to the main reflecting mirror 8, the effect of being able to radiate beams of a plurality of frequency bands is obtained as in the first embodiment. Further, by using the sub-reflecting mirror 40, it is possible to obtain an effect of covering the beam even in a service area at a position where the beam cannot be covered by the main reflecting mirror 8 alone.
  • the present invention is suitable for an antenna device that forms a multi-beam.

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Abstract

互いに直交している２つの偏波を含む第１の周波数帯の電波を形成して、第１の周波数帯の電波を出力するビーム形成回路（３）と、ビーム形成回路（３）から出力された第１の周波数帯の電波を入力して、第１の周波数帯の電波を出力するとともに、互いに直交している２つの偏波を含む第２の周波数帯の電波を形成して、第２の周波数帯の電波を出力するビーム形成回路（６）と、ビーム形成回路（６）から出力された第１の周波数帯の電波に従って第１の周波数帯のビームを放射するとともに、ビーム形成回路（６）から出力された第２の周波数帯の電波に従って第２の周波数帯のビームを放射する一次放射器（７）とを備える。

Description

アンテナ装置
　この発明は、マルチビームを形成するアンテナ装置に関するものである。
　近年では、マルチビームを利用する衛星通信技術の研究開発が進められている。
　高速な衛星通信を実現する方式の中の１つの方式として、通信が可能なサービスエリアを複数のスポットビームで覆う方式が知られている。
　サービスエリアを複数のスポットビームで覆う方式は、複数の一次放射器と１つの反射鏡とを備えたアンテナ系を有するアンテナ装置が用いられる。
　このアンテナ装置のアンテナ系が備えている複数の一次放射器は、それぞれが１つのビームを放射する。
　サービスエリアの利得を高めるには、複数の一次放射器からサービスエリアにそれぞれ放射される複数のビームが隙間なく配置される必要がある。このため、アンテナ装置は、３つもしくは４つのアンテナ系を備えることがある。
　ただし、衛星に搭載可能な反射鏡の枚数には限りがあるため、反射鏡の枚数を削減することが望ましい。
　以下の非特許文献１には、反射鏡の枚数を削減するために、ビームを形成するビーム形成回路を搭載することで、複数の一次放射器を共有して使用しているアンテナ装置が開示されている。
Ｃ．Ｌｅｃｌｅｒｃ，ｅｔ．ａｌ，"Ｋａ－Ｂａｎｄ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ｆｅｅｄ　ｐｅｒ　Ｂｅａｍ　Ｆｏｃａｌ　Ａｒｒａｙ　Ｕｓｉｎｇ　Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ　Ｃｏｕｐｌｅｒｓ，"ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ｖｏｌ．６２，ｎｏ．６，ｐｐ．１３２２－１３２９，Ｍａｙ　２０１４
　従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、反射鏡の枚数を削減することができるが、複数の周波数帯のビームを放射することができないという課題があった。
　この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の周波数帯のビームを放射することができるアンテナ装置を得ることを目的とする。
　この発明に係るアンテナ装置は、互いに直交している２つの偏波を含む第１の周波数帯の電波を形成して、第１の周波数帯の電波を出力する第１のビーム形成回路と、第１のビーム形成回路から出力された第１の周波数帯の電波を入力して、第１の周波数帯の電波を出力するとともに、互いに直交している２つの偏波を含む第２の周波数帯の電波を形成して、第２の周波数帯の電波を出力する第２のビーム形成回路と、第２のビーム形成回路から出力された第１の周波数帯の電波に従って第１の周波数帯のビームを放射するとともに、第２のビーム形成回路から出力された第２の周波数帯の電波に従って第２の周波数帯のビームを放射する複数の一次放射器とを備えるようにしたものである。
　この発明によれば、互いに直交している２つの偏波を含む第１の周波数帯の電波を形成して、第１の周波数帯の電波を出力する第１のビーム形成回路と、第１のビーム形成回路から出力された第１の周波数帯の電波を入力して、第１の周波数帯の電波を出力するとともに、互いに直交している２つの偏波を含む第２の周波数帯の電波を形成して、第２の周波数帯の電波を出力する第２のビーム形成回路と、第２のビーム形成回路から出力された第１の周波数帯の電波に従って第１の周波数帯のビームを放射するとともに、第２のビーム形成回路から出力された第２の周波数帯の電波に従って第２の周波数帯のビームを放射する複数の一次放射器とを備えるように構成したので、複数の周波数帯のビームを放射することができる効果がある。
この発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。 一次放射器７－１～７－Ｍを正面から見たときの一次放射器７－１～７－Ｍの配置を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置におけるビーム形成回路６の一部を示す構成図である。 図３のＡ－Ａ’の位置におけるビーム形成回路６の断面図である。 図３のＢ－Ｂ’の位置におけるビーム形成回路６の断面図である。 図３のＣ－Ｃ’の位置におけるビーム形成回路６の断面図である。 図３のＤ－Ｄ’の位置におけるビーム形成回路６の断面図である。 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置におけるビーム形成回路３の一部を示す構成図である。 一次放射器７－１～７－Ｍが図２のように配置されている場合のサービスエリアに対するビームの放射方向を示す説明図である。 アンテナ装置から第１の周波数帯のビームだけが放射された場合の放射パターンを示す説明図である。 アンテナ装置から第２の周波数帯のビームだけが放射された場合の放射パターンを示す説明図である。 アンテナ装置から第１の周波数帯のビーム及び第２の周波数帯のビームが放射された場合の各ビームの利得を示す説明図である。 この発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図である。
　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。
実施の形態１．
　図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
　図１において、入出力ポート１－１～１－Ｎは第１の周波数帯の電波を入出力するポートである。
　Ｔ分岐部２－１～２－Ｎは図１のアンテナ装置が送信アンテナとして使用される場合、入出力ポート１－１～１－Ｎから入力された電波の電力を分配して、電力を分配した２つの電波をビーム形成回路３に出力する。
　Ｔ分岐部２－１～２－Ｎは図１のアンテナ装置が受信アンテナとして使用される場合、ビーム形成回路３から出力された２つの偏波を合成して、合成した電波を入出力ポート１－１～１－Ｎに出力する。
　ビーム形成回路３は送信アンテナとして使用される場合、Ｔ分岐部２－１～２－Ｎより出力された２つの電波から、互いに直交している２つの偏波を含む第１の周波数帯の電波を形成して、第１の周波数帯の電波をビーム形成回路６に出力する第１のビーム形成回路である。
　ビーム形成回路３は受信アンテナとして使用される場合、ビーム形成回路６から出力された第１の周波数帯の電波に含まれている２つの偏波を取り出して、２つの偏波をＴ分岐部２－１～２－Ｎに出力する。
　入出力ポート４－１～４－Ｎは送信アンテナとして使用される場合、周波数帯が第１の周波数帯と異なる第２の周波数帯の電波を入出力するポートである。
　Ｔ分岐部５－１～５－Ｎは送信アンテナとして使用される場合、入出力ポート４－１～４－Ｎから入力された電波の電力を分配して、電力を分配した２つの電波をビーム形成回路６に出力する。
　Ｔ分岐部５－１～５－Ｎは受信アンテナとして使用される場合、ビーム形成回路６から出力された２つの偏波を合成して、合成した電波を入出力ポート４－１～４－Ｎに出力する。
　ビーム形成回路６は送信アンテナとして使用される場合、Ｔ分岐部５－１～５－Ｎより出力された２つの電波から、互いに直交している２つの偏波を含む第２の周波数帯の電波を形成して、第２の周波数帯の電波を一次放射器７－１～７－Ｍに出力する第２のビーム形成回路である。
　また、ビーム形成回路６はビーム形成回路３から出力された第１の周波数帯の電波を入力して、第１の周波数帯の電波を一次放射器７－１～７－Ｍに出力する。
　ビーム形成回路６は受信アンテナとして使用される場合、一次放射器７－１～７－Ｍから出力された第１の周波数帯の電波をビーム形成回路３に出力する。
　また、ビーム形成回路６は一次放射器７－１～７－Ｍから出力された第２の周波数帯の電波に含まれている２つの偏波を取り出して、２つの偏波をＴ分岐部５－１～５－Ｎに出力する。
　一次放射器７－１～７－Ｍは主反射鏡８の焦点近傍に配置されている。
　一次放射器７－１～７－Ｍは送信アンテナとして使用される場合、ビーム形成回路６から出力された第１の周波数帯の電波に従って第１の周波数帯のビームを放射するとともに、ビーム形成回路６から出力された第２の周波数帯の電波に従って第２の周波数帯のビームを放射する。
　一次放射器７－１～７－Ｍは受信アンテナとして使用される場合、主反射鏡８により反射された第１の周波数帯のビームを受信して、第１の周波数帯の電波をビーム形成回路６に出力するとともに、主反射鏡８により反射された第２の周波数帯のビームを受信して、第２の周波数帯の電波をビーム形成回路６に出力する。
　以下、一次放射器７－１～７－Ｍを区別しない場合、一次放射器７のように表記することがある。
　主反射鏡８は送信アンテナとして使用される場合、一次放射器７－１～７－Ｍから放射された第１の周波数帯のビーム及び第２の周波数帯のビームをサービスエリアに向けて反射する。
　主反射鏡８は受信アンテナとして使用される場合、サービスエリア内の携帯端末等の通信装置から放射された第１の周波数帯のビーム及び第２の周波数帯のビームを一次放射器７－１～７－Ｍに向けて反射する。
　図２は一次放射器７－１～７－Ｍを正面から見たときの一次放射器７－１～７－Ｍの配置を示す説明図である。
　即ち、図２は、＋ｚｆ側から一次放射器７－１～７－Ｍを見たときの一次放射器７－１～７－Ｍの配置を示している。
　図２の例では、Ｍ＝６４であり、６４個の一次放射器７－１～７－６４が配置されている。
　図２において、×は一次放射器７－１～７－６４が配置されている位置を示している。
　図２では、６４個の一次放射器７－１～７－６４のうち、３つの一次放射器７の組毎に、３つの一次放射器７の位置が正三角形の各頂点の位置となるように、３つの一次放射器７が配置される。
　３つの一次放射器７の位置が正三角形の各頂点の位置となる配置は、複数の円形開口を最密に配置して、複数のビームを密に配置するための配置である。
　例えば、一次放射器７－１、一次放射器７－１４及び一次放射器７－１５は、正三角形の各頂点の位置に配置されている。
　また、一次放射器７－６、一次放射器７－２０及び一次放射器７－２１は、正三角形の各頂点の位置に配置されている。
　また、６４個の一次放射器７－１～７－６４のうち、隣接して配置されている７つの一次放射器７は、同一のグループに分類されている。
　図２の例では、正六角形に囲まれている７つの一次放射器７が同一のグループに分類されている。
　図２では、種類の異なる４つのビームを放射する例を示しており、グループ８－１～８－４は第１のビームを放射するグループ、グループ９－１～９－４は第２のビームを放射するグループである。また、グループ１０－１～１０－４は第３のビームを放射するグループ、グループ１１－１～１１－４は第４のビームを放射するグループである。
　ただし、グループ８－１～８－４、グループ９－１～９－４、グループ１０－１～１０－４、グループ１１－１～１１－４は、種類の異なる４つのビームを放射するものに限るものではなく、種類が同一のビームを放射するものであってもよい。
　図３はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置におけるビーム形成回路６の一部を示す構成図である。
　図３はビーム形成回路６のうち、図２に示すＲの領域に含まれている３つの一次放射器７－４２，７－５２，７－６１に接続されている部分を示している。
　図３において、一次放射器７－４２，７－５２，７－６１は同軸円筒導波路で形成されているホーンアンテナである。
　ホーンアンテナである一次放射器７－４２，７－５２，７－６１は外側導波路７ａと内側導波路７ｂとを備えている。
　図３では、一次放射器７－４２，７－５２，７－６１とビーム形成回路６が切り離されているように図示されているが、実際には、一次放射器７－４２，７－５２，７－６１とビーム形成回路６は接続されている。
　ビーム形成回路６はＭ個の同軸導波路２１－１～２１－Ｍを備えている。
　以下、同軸導波路２１－１～２１－Ｍを区別しない場合、同軸導波路２１のように表記することがある。
　図３では、一次放射器７－４２，７－５２，７－６１と接続されている３つの同軸導波路２１－４２，２１－５２，２１－６１を図示している。
　同軸導波路２１－４２，２１－５２，２１－６１は外側導波路２１ａと内側導波路２１ｂとを備えている。
　同軸導波路２１－４２，２１－５２，２１－６１の外側導波路２１ａは、一端が一次放射器７－４２，７－５２，７－６１の外側導波路７ａと接続されて、他端２１ａ’が終端されている。
　図３の例では、同軸導波路２１－４２，２１－６１における外側導波路２１ａの他端２１ａ’は、Ｂ－Ｂ’の位置とＣ－Ｃ’の位置との間で終端されている。
　また、同軸導波路２１－５２における外側導波路２１ａの他端２１ａ’は、Ｄ－Ｄ’の位置よりもビーム形成回路３側で終端されている。
　同軸導波路２１－４２，２１－５２，２１－６１の内側導波路２１ｂは、一端が一次放射器７－４２，７－５２，７－６１の内側導波路７ｂと接続され、他端２１ｂ’がビーム形成回路３と接続されている。
　矩形導波路２２は隣り合っている２つの同軸導波路２１の間を接続する接続導波路である。
　図３の例では、Ｂ－Ｂ’の位置で、矩形導波路２２が２つの同軸導波路２１の間を接続している。
　矩形導波路２３は同軸導波路２１－５２の外側導波路２１ａと接続されており、同軸導波路２１－５２に対して、第１の偏波を与える給電用導波路である。
　矩形導波路２４は軸方向が矩形導波路２３の軸方向と直交するように、同軸導波路２１－５２の外側導波路２１ａと接続されており、同軸導波路２１－５２に対して、第２の偏波を与える給電用導波路である。
　なお、第１の偏波と第２の偏波は、互い直交している偏波であり、第１の偏波が水平偏波、第２の偏波が垂直偏波である例などが考えられる。
　図４は図３のＡ－Ａ’の位置におけるビーム形成回路６の断面図である。
　図５は図３のＢ－Ｂ’の位置におけるビーム形成回路６の断面図である。
　図６は図３のＣ－Ｃ’の位置におけるビーム形成回路６の断面図である。
　図７は図３のＤ－Ｄ’の位置におけるビーム形成回路６の断面図である。
　グループ８－１～８－４，９－１～９－４，１０－１～１０－４，１１－１～１１－４に属している７つの一次放射器７のうち、中心に配置されている１つの一次放射器７に対して、６つの一次放射器７が放射状に配置されている。
　以下、グループ内の中心に配置されている１つの一次放射器７を中心の一次放射器７と称し、中心の一次放射器７の周辺に配置されている６つの一次放射器７を周辺の一次放射器７と称する。
　各々のグループ内の７つの一次放射器７は、ビーム形成回路６内の同軸導波路２１とそれぞれ接続されている。
　以下、中心の一次放射器７と接続されている同軸導波路２１を中心の同軸導波路２１と称し、周辺の一次放射器７と接続されている同軸導波路２１を周辺の同軸導波路２１と称する。
　中心の同軸導波路２１は、図５に示すように、ｘ－ｙ面上で、中心の同軸導波路２１から放射状に延びている６つの矩形導波路２２によって、周辺の６つの同軸導波路２１と接続されている。
　グループ８－１～８－４，９－１～９－４，１０－１～１０－４，１１－１～１１－４において、中心の同軸導波路２１に対する矩形導波路２３の接続方向は、図６におけるｘ軸と平行な方向になっている。また、矩形導波路２３は、周辺の同軸導波路２１と干渉しないように配置されている。
　グループ８－１～８－４，９－１～９－４，１０－１～１０－４，１１－１～１１－４において、中心の同軸導波路２１に対する矩形導波路２４の接続方向は、図７におけるｙ軸と平行な方向になっている。また、矩形導波路２４は、周辺の同軸導波路２１と干渉しないように配置されている。
　図８はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置におけるビーム形成回路３の一部を示す構成図である。
　図８はビーム形成回路３のうち、図３に示す３つの同軸導波路２１－４２，２１－５２，２１－６１と接続されている部分を示している。
　図８において、ビーム形成回路３はＭ個の同軸導波路３１－１～３１－Ｍを備えている。
　以下、同軸導波路３１－１～３１－Ｍを区別しない場合、同軸導波路３１のように表記することがある。
　図８では、ビーム形成回路６の同軸導波路２１－４２，２１－５２，２１－６１と接続されている３つの同軸導波路３１－４２，３１－５２，３１－６１を図示している。
　同軸導波路３１－４２，３１－５２，３１－６１は外側導波路３１ａと内側導波路３１ｂとを備えている。
　同軸導波路３１－４２，３１－５２，３１－６１の外側導波路３１ａは、一端３１ａ’が終端されている。
　同軸導波路３１－４２，３１－５２，３１－６１の内側導波路３１ｂは、一端３１ｂ’が同軸導波路２１－４２，２１－５２，２１－６１における内側導波路２１ｂの他端２１ｂ’と接続されている。
　また、同軸導波路３１－４２，３１－５２，３１－６１の内側導波路３１ｂは、他端３１ｂ”が終端されている。
　矩形導波路３２は隣り合っている２つの同軸導波路３１の間を接続する接続導波路である。
　矩形導波路３３は同軸導波路３１－５２の外側導波路３１ａと接続されており、同軸導波路３１－５２に対して、第３の偏波を与える給電用導波路である。
　矩形導波路３４は軸方向が矩形導波路３３の軸方向と直交するように、同軸導波路３１－５２の外側導波路３１ａと接続されており、同軸導波路３１－５２に対して、第４の偏波を与える給電用導波路である。
　なお、第３の偏波と第４の偏波は、互い直交している偏波であり、第３の偏波が水平偏波、第４の偏波が垂直偏波である例などが考えられる。
　次に動作について説明する。
　最初に、図１のアンテナ装置が、第１の周波数帯のビーム及び第２の周波数帯のビームを送信する場合の動作を説明する。
　入出力ポート１－１～１－Ｎから第１の周波数帯の電波が入力される。
　Ｔ分岐部２－１～２－Ｎは、入出力ポート１－１～１－Ｎから第１の周波数帯の電波が入力されると、入力された電波の電力を分配して、電力を分配した２つの電波をビーム形成回路３に出力する。
　この実施の形態１では、図１のアンテナ装置がＮ個のビームを放射する場合を想定している。
　このため、Ｔ分岐部２－ｎ（ｎ＝１，２，・・・Ｎ）は、ビーム形成回路３におけるＭ個の同軸導波路３１－１～３１－Ｍのうち、第ｎ（ｎ＝１，２，・・・Ｎ）のビームを放射するグループに属している７つの一次放射器７と同軸導波路２１を介して接続されている同軸導波路３１の中で、中心の同軸導波路３１に対して２つの電波を出力する。
　図２は、Ｍ＝６４、Ｎ＝４の例を示しているため、６４個の一次放射器７－１～７－６４がグループ８－１～８－４，９－１～９－４，１０－１～１０－４，１１－１～１１－４に分類されている。
　このため、例えば、グループ８－１に着目すると、Ｔ分岐部２－１は、一次放射器７－１０と同軸導波路２１－１０を介して接続されている同軸導波路３１－１０に対して、入出力ポート１－１から入力された電波に係る２つの電波を出力する。
　また、グループ９－１に着目すると、Ｔ分岐部２－２は、一次放射器７－１１と同軸導波路２１－１１を介して接続されている同軸導波路３１－１１に対して、入出力ポート１－２から入力された電波に係る２つの電波を出力する。
　ビーム形成回路３は、Ｔ分岐部２－１～２－Ｎから２つの電波をそれぞれ受けると、それぞれの２つの電波から、互いに直交している２つの偏波を含む第１の周波数帯の電波をそれぞれ形成して、Ｎ個の第１の周波数帯の電波をビーム形成回路６に出力する。
　以下、ビーム形成回路３の動作を具体的に説明する。
　第ｎのビームを放射するグループに属している７つの一次放射器７と同軸導波路２１を介して接続されている同軸導波路３１の中で、中心の同軸導波路３１には矩形導波路３３と矩形導波路３４とが接続されている。
　Ｔ分岐部２－ｎから出力された２つの電波のうち、一方の電波が矩形導波路３３から入力され、他方の電波が矩形導波路３４から入力される。
　このため、矩形導波路３３から入力された電波は、第３の偏波として、中心の同軸導波路３１によって伝搬される。
　また、矩形導波路３４から入力された電波は、第４の偏波として、中心の同軸導波路３１によって伝搬される。
　中心の同軸導波路３１は、矩形導波路３２によって、周辺の６つの同軸導波路３１と接続されている。このため、周辺の６つの同軸導波路３１は、中心の同軸導波路３１によって伝搬された第３の偏波及び第４の偏波が入力されて、第３の偏波及び第４の偏波を伝搬する。
　これにより、７つの同軸導波路３１は、ビーム形成回路６におけるＭ個の同軸導波路２１－１～２１－Ｍのうち、自己と接続されている同軸導波路２１に対して第３の偏波及び第４の偏波を出力する。
　入出力ポート４－１～４－Ｎから第２の周波数帯の電波が入力される。
　Ｔ分岐部５－１～５－Ｎは、入出力ポート４－１～４－Ｎから第２の周波数帯の電波が入力されると、入力された電波の電力を分配して、電力を分配した２つの電波をビーム形成回路６に出力する。
　この実施の形態１では、図１のアンテナ装置がＮ個のビームを放射する場合を想定している。
　このため、Ｔ分岐部５－ｎ（ｎ＝１，２，・・・Ｎ）は、ビーム形成回路６におけるＭ個の同軸導波路２１－１～２１－Ｍのうち、第ｎのビームを放射するグループに属している７つの一次放射器７と接続されている同軸導波路２１の中で、中心の同軸導波路２１に対して２つの電波を出力する。
　例えば、グループ８－１に着目すると、Ｔ分岐部５－１は、一次放射器７－１０と接続されている同軸導波路２１－１０に対して、入出力ポート４－１から入力された電波に係る２つの電波を出力する。
　また、グループ９－１に着目すると、Ｔ分岐部５－２は、一次放射器７－１１と接続されている同軸導波路２１－１１に対して、入出力ポート４－２から入力された電波に係る２つの電波を出力する。
　ビーム形成回路６は、Ｔ分岐部５－１～５－Ｎから２つの電波をそれぞれ受けると、それぞれの２つの電波から、互いに直交している２つの偏波を含む第２の周波数帯の電波を形成して、Ｎ個の第２の周波数帯の電波を一次放射器７－１～７－Ｍに出力する。
　また、ビーム形成回路６は、ビーム形成回路３からＮ個の第１の周波数帯の電波を受けると、Ｎ個の第１の周波数帯の電波を一次放射器７－１～７－Ｍに出力する。
　以下、ビーム形成回路６の動作を具体的に説明する。
　第ｎのビームを放射するグループに属している７つの一次放射器７と接続されている同軸導波路２１の中で、中心の同軸導波路２１には矩形導波路２３と矩形導波路２４とが接続されている。
　Ｔ分岐部５－ｎから出力された２つの電波のうち、一方の電波が矩形導波路２３から入力され、他方の電波が矩形導波路２４から入力される。
　このため、矩形導波路２３から入力された電波は、第１の偏波として、中心の同軸導波路２１によって伝搬される。
　また、矩形導波路２４から入力された電波は、第２の偏波として、中心の同軸導波路２１によって伝搬される。
　また、ビーム形成回路３から出力された第３の偏波及び第４の偏波は、中心の同軸導波路２１によって伝搬される。
　中心の同軸導波路２１は、矩形導波路２２によって、周辺の６つの同軸導波路２１と接続されている。このため、周辺の６つの同軸導波路２１は、中心の同軸導波路２１によって伝搬された第１～第４の偏波が入力されて、第１～第４の偏波を伝搬する。
　これにより、７つの同軸導波路２１は、Ｍ個の一次放射器７－１～７－Ｍのうち、第ｎのビームを放射するグループに属している７つの一次放射器７に対して第１～第４の偏波を出力する。
　第ｎのビームを放射するグループに属している７つの一次放射器７は、ビーム形成回路６から出力された第１～第４の偏波のうち、第１の偏波と第２の偏波を含む電波を第１の周波数帯のビームとして、主反射鏡８に向けて放射する。
　また、第ｎのビームを放射するグループに属している７つの一次放射器７は、第３の偏波と第４の偏波を含む電波を第２の周波数帯のビームとして、主反射鏡８に向けて放射する。
　図２の例では、Ｎ＝４であるため、グループ８－１～８－４に属している一次放射器７は第１のビームを放射し、グループ９－１～９－４に属している一次放射器７は第２のビームを放射する。
　また、グループ１０－１～１０－４に属している一次放射器７は第３のビームを放射し、グループ１１－１～１１－４に属している一次放射器７は第４のビームを放射する。
　主反射鏡８は、第ｎ（ｎ＝１，２，・・・Ｎ）のビームを放射するグループに属している一次放射器７から放射された第１の周波数帯のビームをサービスエリアに向けて反射させるとともに、一次放射器７から放射された第２の周波数帯のビームをサービスエリアに向けて反射させる。
　図９は一次放射器７－１～７－Ｍが図２のように配置されている場合のサービスエリアに対するビームの放射方向を示す説明図である。
　図９において、横軸は水平面内の角度、縦軸は垂直面内の角度である。
　図９は、Ｎ＝１６の例である。アンテナ装置は１６個のビームを放射しており、１６個のビームは隣りのビームと一部が重なっている。
　＃１はグループ８－１に属している７つの同軸導波路から放射されるビームの放射方向、＃２はグループ９－１に属している７つの同軸導波路から放射されるビームの放射方向、＃３はグループ８－２に属している７つの同軸導波路から放射されるビームの放射方向、＃４はグループ９－２に属している７つの同軸導波路から放射されるビームの放射方向を示している。
　＃５はグループ１０－１に属している７つの同軸導波路から放射されるビームの放射方向、＃６はグループ１１－１に属している７つの同軸導波路から放射されるビームの放射方向、＃７はグループ１０－２に属している７つの同軸導波路から放射されるビームの放射方向、＃８はグループ１１－２に属している７つの同軸導波路から放射されるビームの放射方向を示している。
　＃９はグループ８－３に属している７つの同軸導波路から放射されるビームの放射方向、＃１０はグループ９－３に属している７つの同軸導波路から放射されるビームの放射方向、＃１１はグループ８－４に属している７つの同軸導波路から放射されるビームの放射方向、＃１２はグループ９－４に属している７つの同軸導波路から放射されるビームの放射方向を示している。
　＃１３はグループ１０－３に属している７つの同軸導波路から放射されるビームの放射方向、＃１４はグループ１１－３に属している７つの同軸導波路から放射されるビームの放射方向、＃１５はグループ１０－４に属している７つの同軸導波路から放射されるビームの放射方向、＃１６はグループ１１－４に属している７つの同軸導波路から放射されるビームの放射方向を示している。
　図１０はアンテナ装置から第１の周波数帯のビームだけが放射された場合の放射パターンを示す説明図である。
　図１１はアンテナ装置から第２の周波数帯のビームだけが放射された場合の放射パターンを示す説明図である。
　図１０及び図１１において、横軸は水平面内の角度、縦軸は垂直面内の角度である。
　図１０及び図１１は、Ｎ＝１６の例である。アンテナ装置が１６個のビームを放射しており、サービスエリアが１６個のビームによって覆われている。
　図１０及び図１１では、１６個のビームが隙間なく、サービスエリアを覆っているため、サービスエリアの利得が高められている。
　図１２はアンテナ装置から第１の周波数帯のビーム及び第２の周波数帯のビームが放射された場合の各ビームの利得を示す説明図である。
　図１２において、横軸はビーム番号を示しており、例えば、ビーム番号が“１”であれば、図９に示す放射方向＃１のビーム、ビーム番号が“２”であれば、図９に示す放射方向＃２のビーム、ビーム番号が“１６”であれば、図９に示す放射方向＃１６のビームに対応している。
　縦軸はビームの利得であり、◆は第１の周波数帯のビーム、■は第２の周波数帯のビームを示している。
　図１２より、どちらも周波数帯のビームも、概ね一様な利得が得られていることが分かる。
　次に、図１のアンテナ装置が、第１の周波数帯のビーム及び第２の周波数帯のビームを受信する場合の動作を説明する。
　主反射鏡８は、サービスエリア内に存在している携帯端末等の通信装置から放射された第１の周波数帯のビームを一次放射器７－１～７－Ｍに向けて反射させる。
　また、主反射鏡８は、サービスエリア内に存在している携帯端末等の通信装置から放射された第２の周波数帯のビームを一次放射器７－１～７－Ｍに向けて反射させる。
　一次放射器７－１～７－Ｍは、主反射鏡８により反射された第１の周波数帯のビームを受信すると、受信した第１の周波数帯のビームである電波をビーム形成回路６に出力する。
　また、一次放射器７－１～７－Ｍは、主反射鏡８により反射された第２の周波数帯のビームを受信すると、受信した第２の周波数帯のビームである電波をビーム形成回路６に出力する。
　ビーム形成回路６は、一次放射器７－１～７－Ｍから第１の周波数帯の電波を受けると、第１の周波数帯の電波をビーム形成回路３に出力する。
　また、ビーム形成回路６は、一次放射器７－１～７－Ｍから第２の周波数帯の電波を受けると、第２の周波数帯の電波に含まれている第１の偏波及び第２の偏波を取り出して、矩形導波路２３から第１の偏波を出力するとともに、矩形導波路２４から第２の偏波を出力する。
　以下、ビーム形成回路６の動作を具体的に説明する。
　Ｍ個の一次放射器７－１～７－Ｍのうち、第ｎ（ｎ＝１，２，・・・Ｎ）のビームを放射するグループに属している７つの一次放射器７は、自己と接続されている同軸導波路２１に対して、第２の周波数帯の電波を出力する。
　第ｎのビームを放射するグループに属している７つの一次放射器７と接続されている同軸導波路２１のうち、中心の同軸導波路２１は、矩形導波路２２によって、周辺の６つの同軸導波路２１と接続されている。このため、第ｎのビームを放射するグループに属している７つの一次放射器７と接続されている同軸導波路２１によって伝搬された第２の周波数帯の電波の多くは、中心の同軸導波路２１に到達する。
　中心の同軸導波路２１には矩形導波路２３と矩形導波路２４とが接続されている。
　このため、中心の同軸導波路２１に到達した第２の周波数帯の電波に含まれている第１の偏波が矩形導波路２３から出力され、第２の周波数帯の電波に含まれている第２の偏波が矩形導波路２４から出力される。
　Ｔ分岐部５－ｎは、矩形導波路２３から第１の偏波が出力され、矩形導波路２４から第２の偏波が出力されると、第１の偏波と第２の偏波を合成し、合成した電波を入出力ポート４－ｎに出力する。
　Ｍ個の一次放射器７－１～７－Ｍのうち、第ｎ（ｎ＝１，２，・・・Ｎ）のビームを放射するグループに属している７つの一次放射器７は、自己と接続されている同軸導波路２１に対して、第１の周波数帯の電波を出力する。
　第ｎのビームを放射するグループに属している７つの一次放射器７と接続されている同軸導波路２１は、自己と接続されている同軸導波路３１に対して、第１の周波数帯の電波を出力する。
　ビーム形成回路３は、ビーム形成回路６から第１の周波数帯の電波を受けると、第１の周波数帯の電波に含まれている第３の偏波及び第４の偏波を取り出して、矩形導波路３３から第３の偏波を出力するとともに、矩形導波路３４から第４の偏波を出力する。
　以下、ビーム形成回路３の動作を具体的に説明する。
　第ｎのビームを放射するグループに属している７つの一次放射器７と同軸導波路２１を介して接続されている同軸導波路３１のうち、中心の同軸導波路３１は、矩形導波路３２によって、周辺の６つの同軸導波路３１と接続されている。このため、第ｎのビームを放射するグループに属している７つの一次放射器７と同軸導波路２１を介して接続されている同軸導波路３１によって伝搬された第１の周波数帯の電波の多くは、中心の同軸導波路３１に到達する。
　中心の同軸導波路３１には矩形導波路３３と矩形導波路３４とが接続されている。
　このため、中心の同軸導波路３１に到達した第１の周波数帯の電波に含まれている第３の偏波が矩形導波路３３から出力され、第２の周波数帯の電波に含まれている第４の偏波が矩形導波路３４から出力される。
　Ｔ分岐部２－ｎは、矩形導波路３３から第３の偏波が出力され、矩形導波路３４から第４の偏波が出力されると、第３の偏波と第４の偏波を合成し、合成した電波を入出力ポート１－ｎに出力する。
　以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、互いに直交している２つの偏波を含む第１の周波数帯の電波を形成して、第１の周波数帯の電波を出力するビーム形成回路３と、ビーム形成回路３から出力された第１の周波数帯の電波を入力して、第１の周波数帯の電波を出力するとともに、互いに直交している２つの偏波を含む第２の周波数帯の電波を形成して、第２の周波数帯の電波を出力するビーム形成回路６と、ビーム形成回路６から出力された第１の周波数帯の電波に従って第１の周波数帯のビームを放射するとともに、ビーム形成回路６から出力された第２の周波数帯の電波に従って第２の周波数帯のビームを放射する一次放射器７とを備えるように構成したので、複数の周波数帯のビームを放射することができる効果を奏する。
　この実施の形態１では、ビーム形成回路３が矩形導波路３３，３４を備え、矩形導波路３３，３４が電波を入出力する例を示しているが、これに限るものではない。
　例えば、同軸導波路３１における内側導波路３１ｂの他端３１ｂ”において、内側導波路３１ｂの管壁部分が第３の偏波を入出力し、内側導波路３１ｂ内の空洞部分が第４の偏波を入出力するようにしてもよい。
実施の形態２．
　上記実施の形態１では、ビームを反射する主反射鏡８を備えたアンテナ装置について示したが、この実施の形態２では、主反射鏡８の他に、ビームを反射する副反射鏡４０を備えたアンテナ装置について説明する。
　図１３はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図である。図１３において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
　副反射鏡４０は一次放射器７－１～７－Ｍから放射されたビームを主反射鏡８に向けて反射させる一方、主反射鏡８により反射されたビームを一次放射器７－１～７－Ｍに向けて反射させる。
　図１３では、副反射鏡４０は、鏡面が回転双曲面であるカセグレン形式の反射鏡である例を示している。
　ただし、副反射鏡４０は、カセグレン形式の反射鏡に限るものではなく、鏡面が回転楕円面であるグレゴリアン形式の反射鏡であってもよい。また、副反射鏡４０は、鏡面が平面の反射鏡であってもよい。
　また、副反射鏡４０は、複数枚の反射鏡で構成されているものであってもよい。
　主反射鏡８の他に、副反射鏡４０を用いる場合であっても、上記実施の形態１と同様に、複数の周波数帯のビームを放射させることができる効果が得られる。
　また、副反射鏡４０を用いることで、主反射鏡８だけでは、ビームを覆うことができない位置のサービスエリアについても、ビームを覆うことができる効果が得られる。
　なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　この発明は、マルチビームを形成するアンテナ装置に適している。
　１－１～１－Ｎ　入出力ポート、２－１～２－Ｎ　Ｔ分岐部、３　ビーム形成回路（第１のビーム形成回路）、４－１～４－Ｎ　入出力ポート、５－１～５－Ｎ　Ｔ分岐部、６　ビーム形成回路（第２のビーム形成回路）、７－１～７－Ｍ　一次放射器、８　主反射鏡、８－１～８－４　グループ、９－１～９－４　グループ、１０－１～１０－４　グループ、１１－１～１１－４　グループ、２１－１～２１－Ｍ　同軸導波路、２１ａ　外側導波路、２１ａ’　外側導波路２１ａの他端、２１ｂ　内側導波路、２１ｂ’　内側導波路２１ｂの他端、２２　矩形導波路（接続導波路）、２３　矩形導波路（給電用導波路）、２４　矩形導波路（給電用導波路）、３１－１～３１－Ｍ　同軸導波路、３１ａ　外側導波路、３１ａ’　外側導波路３１ａの一端、３１ｂ　内側導波路、３１ｂ’　内側導波路３１ｂの一端、３１ｂ”　内側導波路３１ｂの他端、３２　矩形導波路、３３　矩形導波路、３４　矩形導波路、４０　副反射鏡。

Claims (6)

  1. 　互いに直交している２つの偏波を含む第１の周波数帯の電波を形成して、前記第１の周波数帯の電波を出力する第１のビーム形成回路と、
    　前記第１のビーム形成回路から出力された第１の周波数帯の電波を入力して、前記第１の周波数帯の電波を出力するとともに、互いに直交している２つの偏波を含む第２の周波数帯の電波を形成して、前記第２の周波数帯の電波を出力する第２のビーム形成回路と、
    　前記第２のビーム形成回路から出力された第１の周波数帯の電波に従って前記第１の周波数帯のビームを放射するとともに、前記第２のビーム形成回路から出力された第２の周波数帯の電波に従って前記第２の周波数帯のビームを放射する複数の一次放射器と
    　を備えたアンテナ装置。
  2. 　前記複数の一次放射器のそれぞれは、同軸円筒導波路で形成されているホーンアンテナであり、
    　前記複数のホーンアンテナが前記第２のビーム形成回路と接続され、前記第２のビーム形成回路が前記第１のビーム形成回路と接続されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
  3. 　前記第２のビーム形成回路は、
    　前記複数のホーンアンテナの中の１つのホーンアンテナとそれぞれ接続されている複数の同軸導波路と、
    　前記複数の同軸導波路の間を接続する複数の接続導波路と、
    　前記複数の同軸導波路の中の１つの同軸導波路と接続され、前記１つの同軸導波路に対して、互い直交している２つの偏波を与える給電用導波路とを備え、
    　前記複数の同軸導波路の中の１つの同軸導波路における内側導波路の一端は、前記複数のホーンアンテナの中の１つのホーンアンテナにおける内側導波路とそれぞれ接続され、前記複数の同軸導波路における内側導波路の他端は、前記第１のビーム形成回路と接続されており、
    　前記複数の同軸導波路の中の１つの同軸導波路における外側導波路の一端は、前記複数のホーンアンテナの中の１つのホーンアンテナにおける外側導波路とそれぞれ接続され、前記複数の同軸導波路における外側導波路の他端は、終端されていることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
  4. 　前記複数の一次放射器から放射されたビームを反射する主反射鏡を備えたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
  5. 　前記複数の一次放射器から放射されたビームを反射する副反射鏡と、
    　前記副反射鏡により反射されたビームを反射する主反射鏡とを備えたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
  6. 　前記複数の一次放射器は、前記第１の周波数帯のビームを受信して、前記第１の周波数帯の電波を前記第２のビーム形成回路に出力するとともに、前記第２の周波数帯のビームを受信して、前記第２の周波数帯の電波を前記第２のビーム形成回路に出力し、
    　前記第２のビーム形成回路は、前記複数の一次放射器から出力された第１の周波数帯の電波を前記第１のビーム形成回路に出力するとともに、前記複数の一次放射器から出力された第２の周波数帯の電波に含まれている２つの偏波をそれぞれ出力し、
    　前記第１のビーム形成回路は、前記第２のビーム形成回路から出力された第１の周波数帯の電波に含まれている２つの偏波をそれぞれ出力することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
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