WO2020256093A1 - アンテナ装置及びその設計方法 - Google Patents

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reflector
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parabolic mirror
primary
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北野　進一郎
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日本電気株式会社
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/16—Reflecting surfaces; Equivalent structures curved in two dimensions, e.g. paraboloidal
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/007—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns using two or more primary active elements in the focal region of a focusing device

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device and a design method thereof.
  • Patent Document 1 discloses an antenna device in which a plurality of primary radiators are arranged in the vicinity of one focal point of a parabola reflector.
  • the above antenna device has a configuration in which primary radiators are installed side by side near one focal point. Therefore, the radiation direction of the radio wave radiated from the antenna device deviates from the desired direction (for example, the central axis of the parabola reflector). As a result, in the communication using the antenna device, the gain of the antenna device in a desired direction deteriorates in the transmission and reception of radio waves.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to improve the deterioration of the gain of the antenna device in a desired direction.
  • One aspect of the present invention is an antenna device including one reflector having a plurality of focal points and a plurality of primary radiators provided at each position of the plurality of focal points.
  • One aspect of the present invention is a first step of installing a first primary radiator and a second primary radiator capable of emitting electromagnetic waves to a reflector at predetermined positions adjacent to each other, and a first focal point. And a second focus so that the first focus coincides with the installation position of the first primary radiator and the second focus coincides with the installation position of the second primary radiator. It is a method of designing an antenna device including the second step of designing the mirror surface of the reflector.
  • the present invention it is possible to improve the deterioration of the gain of the antenna device in a desired direction.
  • FIG. 1 It is a figure which shows an example of the schematic structure of the communication system 1 which concerns on 1st Embodiment. It is a side view of the antenna device 4 which concerns on 1st Embodiment. It is a block diagram of the antenna device 100 of the angle diversity which arranged the two primary radiators 102, 103 in the vicinity of the focal point f3 of a parabolic reflector 101. It is a figure explaining the gain of the antenna device 100 shown in FIG. It is a figure which shows the simulation result of the gain and the peak angle in the front direction of the antenna device 100 and the antenna device 4 which concerns on 1st Embodiment. It is a side view of the antenna device 4B which concerns on 2nd Embodiment. It is a figure explaining the minimum structure of the antenna device which concerns on this embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the communication system 1 according to the first embodiment.
  • the communication system 1 according to the present embodiment is a system that communicates by non-line-of-sight communication.
  • Non-line-of-sight communication is a one-to-one communication method that uses tropospheric scattering and mountain diffraction of radio waves. For example, it is used for communication between distant points such as a transmission / reception point exceeding 100 km, or between points with obstacles in the middle such as a mountainous area.
  • non-line-of-sight communication is used for the purpose of constructing a temporary communication line in the event of a disaster or emergency.
  • Non-line-of-sight communication there are several radio wave transmission lines due to scattering and diffraction, so it is easily affected by fading. Therefore, in non-line-of-sight communication, a diversity method is often adopted in order to reduce the influence of fading.
  • Diversity methods include a spatial diversity method in which a plurality of antennas are provided, a frequency diversity method using different frequencies, and an angle diversity method in which a plurality of primary radiators are constructed in one parabolic antenna.
  • radio waves are transmitted and received by the angle diversity method.
  • the communication system 1 includes a transmitting device 2 and a receiving device 3.
  • the transmitting device 2 and the receiving device 3 each include an antenna device 4, and perform non-line-of-sight communication in an angle diversity system.
  • the antenna devices 4 of the transmitting device 2 and the receiving device 3 each have the same configuration, but for the purpose of distinguishing them from each other, the antenna device 4 of the transmitting device 2 is referred to as a transmitting antenna, and the receiving device 3
  • the antenna device 4 may be referred to as a receiving antenna.
  • the transmitting device 2 radiates radio waves from the transmitting antenna.
  • the radio waves radiated from the transmitting device 2 are scattered in the troposphere, for example, and propagate in a plurality of different directions.
  • the receiving device 3 receives radio waves arriving from different directions with the receiving antenna.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the antenna device 4 according to the first embodiment, and is a side view.
  • the antenna device 4 is a so-called parabolic antenna.
  • the antenna device 4 includes one reflector 10 and two primary radiators 11 and 12.
  • the primary radiator 11 is an example of the "first primary radiator” of the present invention.
  • the primary radiator 12 is an example of the "second primary radiator” of the present invention.
  • the reflector 10 is a reflector having a parabolic curved surface.
  • the reflector 10 has two focal points, a first focal point f1 and a second focal point f2.
  • the first focal point f1 and the second focal point f2 are located on a straight line perpendicular to the central axis C of the reflector 10.
  • the primary radiator 11 is provided at the position of the first focal point f1.
  • the primary radiator 11 is a square waveguide.
  • the primary radiator 12 is provided at the position of the second focal point f2.
  • the primary radiator 12 is a square waveguide.
  • the primary radiator 11 and the primary radiator 12 are adjacent to each other in a direction perpendicular to the central axis C of the reflector 10 (hereinafter, simply referred to as “vertical direction”).
  • the primary radiator 11 and the primary radiator 12 may be integrally configured.
  • the central axis C of the reflector 10 is defined as the "Z axis" in the Cartesian coordinate system of the three-dimensional space, the vertical direction is defined as the "Y axis”, and the direction perpendicular to the YZ plane is defined as the "X axis”.
  • the reflector 10 includes a first parabolic mirror 20, a second parabolic mirror 21, and a flat member 22.
  • the first parabolic mirror 20 is a reflector having a focal point of the first focal point f1.
  • the second parabolic mirror 21 is a reflector having a focal point of the second focal point f2.
  • the flat member 22 is a flat metal plate provided between the first parabolic mirror 20 and the second parabolic mirror 21. The flat member 22 connects to the first parabolic mirror 20 and the second parabolic mirror 21.
  • the positions and shapes of the first parabolic mirror 20, the second parabolic mirror 21, and the flat member 22 will be specifically described.
  • the center point K of the assumed parabolic mirror (hereinafter referred to as "virtual parabolic mirror") is set to (x1, y1, z2).
  • z2 ⁇ z1. That is, the point M is located in the + Z axis direction with respect to the center point K.
  • this virtual parabolic mirror is a reflector that reflects radio waves in the + Z axis direction.
  • the virtual parabolic mirror is divided into two by a plane parallel to the X-axis direction and passing through the center point K.
  • the upper virtual parabolic mirror of the virtual parabolic mirror divided into the two is referred to as the first parabolic mirror 20, and the lower virtual parabolic mirror is referred to as the second parabolic mirror 21. ..
  • the first parabolic mirror 20 is arranged so that the position of the first focal point f1 coincides with the position of the primary radiator 11.
  • the second parabolic mirror 21 is arranged so that the position of the second focal point f2 coincides with the position of the primary radiator 12.
  • the position of the primary radiator 11 is (x1, y2, z1) and the position of the primary radiator 12 is (x1, y3, z1) is illustrated.
  • the primary radiator 11 is located in the + Y axis direction with respect to the primary radiator 12.
  • the upper virtual parabolic mirror divided into two is moved by the + Y axis direction (
  • the first parabolic mirror 20 whose position of the first focal point f1 coincides with the position of the primary radiator 11 and the position of the second focal point f2 coincides with the position of the primary radiator 12.
  • the parabolic mirror 21 of 2 is constructed.
  • the flat member 22 is inserted in the gap between the first parabolic mirror 20 and the second parabolic mirror 21 divided into two, and the first parabolic mirror 20 and the second parabolic mirror 20 are inserted. It is connected to the parabolic mirror 21. Therefore, the length of the flat member 22 in the lateral direction corresponds to the interfocal distance between the first focal point f1 and the second focal point f2 in the Y-axis direction, and is (
  • the flat member is an example of the "metal member" of the present invention.
  • the primary radiator 11 radiates radio waves toward the reflector 10 in a direction parallel to the central axis C, that is, in the ⁇ Z axis direction.
  • the radio wave radiated from the primary radiator 11 in the ⁇ Z axis direction is reflected by the first parabolic mirror 20 in the reflector 10 and radiated in the + Z axis direction (front direction).
  • the primary radiator 12 does not radiate radio waves when the antenna device 4 is used as a transmitting antenna. That is, when the antenna device 4 is used as a transmitting antenna, only the primary radiator 11 of the primary radiator 11 and the primary radiator 12 radiates radio waves toward the reflector 10.
  • the primary radiator 11 When the antenna device 4 is used as a receiving antenna, the primary radiator 11 receives the first radio wave reflected by the reflecting mirror 10.
  • the primary radiator 12 receives the second radio wave reflected by the reflector 10 when the antenna device 4 is used as a receiving antenna. That is, when the antenna device 4 is used as a receiving antenna, both the primary radiator 11 and the primary radiator 12 are used.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of an angle diversity antenna device 100 in which two primary radiators 102 and 103 are arranged in the vicinity of the focal point f3 of the parabolic reflector 101.
  • two primary radiators 102 and 103 are constructed in the vertical direction, that is, in the Y-axis direction, and are placed at the focal point f3 of the parabola reflector 101.
  • the primary radiators 102 and 103 are square waveguides and have a volume.
  • both the primary radiators 102 and 103 cannot be placed at the focal point f3, and the primary radiators 102 and 103 are arranged at positions deviated from the focal point f3, respectively. Therefore, the radiation direction of the radio wave radiated from the antenna device 100 deviates from the Z-axis direction by ⁇ . As a result, in the radiation pattern, as shown in FIG. 4, the peak of the radio wave in the Z-axis direction shifts. That is, in the angular diversity in which communication is performed in the Z-axis direction, the gain deteriorates in both transmission and reception.
  • the antenna device 4 according to the first embodiment includes a reflector 10 having two focal points f1 and f2, the position of the focal point f1 is the position of the primary radiator 11, and the position of the focal point f2 is the primary.
  • the reflector 10 is mirror-corrected to match the position of the radiator 12.
  • FIG. 5 shows simulation results of gain and peak angle in the front direction in the antenna device 100 of the comparative example shown in FIG. 3 and the antenna device 4 according to the first embodiment. Note that FIG.
  • the antenna device 4 according to the first embodiment has a smaller value of ⁇ and improved gain in the front direction as compared with the antenna device 100 in the comparative example. It was confirmed that
  • the antenna device 4B according to the second embodiment is different from the antenna device 4 of the first embodiment in that the shape of the reflector is different, and the other configurations are the same as those of the first embodiment. is there.
  • the same or similar parts may be designated by the same reference numerals to omit duplicate explanations.
  • the antenna device 4B according to the second embodiment will be described below. Similar to the first embodiment, the antenna device 4B is used in both the transmitting device and the receiving device in non-line-of-sight communication in which radio waves are transmitted and received in an angle diversity manner.
  • the antenna device 4B is a so-called parabolic antenna.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the antenna device 4B according to the second embodiment.
  • the antenna device 4B includes one reflector 10B and two primary radiators 11 and 12.
  • the reflector 10B is a reflector having a parabolic curved surface.
  • the reflector 10B has two focal points, a first focal point f1 and a second focal point f2.
  • the first focal point f1 and the second focal point f2 are located on a straight line in a direction perpendicular to the central axis C of the reflecting mirror 10B.
  • the reflector 10B is a reflector whose mirror surface is a parabolic surface passing through each intermediate point between the first virtual parabolic mirror 30 and the second virtual parabolic mirror 40 when viewed from the X-axis direction.
  • the first virtual parabolic mirror 30 is a virtual parabolic mirror whose focal point (first focus f1) coincides with the position of the primary radiator 11.
  • the second virtual parabolic mirror 40 is a virtual parabolic mirror whose focal point (second focus f2) coincides with the position of the primary radiator 12.
  • the first virtual parabolic mirror 30 has a parabolic surface rotated around the first focal point f1 with the surface center K1 as a base point.
  • the second virtual parabolic mirror 40 has a parabolic surface rotated around the second focal point f2 with the surface center K2 as a base point.
  • the reflector 10B is a curved surface that plots the midpoint between the parabolic surface of the first virtual parabolic mirror 30 and the parabolic surface of the second virtual parabolic mirror 40 when viewed from the X-axis direction. Is a reflector whose mirror surface is modified (hereinafter referred to as "mirror surface correction") so that it becomes a mirror surface.
  • the antenna device 4B according to the second embodiment includes a reflector 10B having two focal points f1 and f2. Further, the reflector 10B is mirror-corrected so that the position of the focal point f1 coincides with the position of the primary radiator 11 and the position of the focal point f2 coincides with the position of the primary radiator 12. As a result, the deviation of ⁇ is improved, and the deterioration of the gain in the Z-axis direction can be improved in both transmission and reception. Since the operation of the antenna device 4B according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
  • the antenna device includes a reflector 10C and two primary radiators 11 and 12.
  • the reflector 10C has two focal points f1 and f2.
  • the primary radiators 11 and 12 are provided at the respective positions of the focal points f1 and f2 of the reflector 10C.
  • the reflector 10C may be the reflector 10 according to the first embodiment or the reflector 10B according to the second embodiment.
  • the reflecting mirror 10C is not limited to the reflecting mirror 10 and the reflecting mirror 10B, and may have any shape as long as it is a parabolic reflecting mirror having two focal points f1 and f2. Further, the focal point of the reflector 10C is not limited to the two focal points f1 and f2, and may have more than two focal points.
  • the method of designing the antenna device according to the first embodiment or the second embodiment includes, for example, at least the first step and the second step.
  • the first step is a step of installing the primary radiator 11 and the primary radiator 12 capable of radiating electromagnetic waves to the reflector 10 (or the reflector 10B) adjacent to each other at predetermined positions.
  • the second step is a step of designing the mirror surface of the reflector 10 (or the reflector 10B). That is, the second step has a first focus f1 and a second focus f2, the first focus f1 coincides with the installation position of the primary radiator 11, and the first focus f1 coincides with the installation position of the primary radiator 12.
  • the mirror surface of the reflector 10 (or the reflector 10B) is designed so that the focal points f2 of 2 are aligned.
  • the present invention it is possible to improve the deterioration of the gain of the antenna device in a desired direction.

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Abstract

複数の焦点を有する一つの反射鏡と、前記複数の焦点の各位置に設けられた複数の一次放射器と、を備えるアンテナ装置。

Description

アンテナ装置及びその設計方法
　本発明は、アンテナ装置及びその設計方法に関する。
　下記特許文献１には、パラボラ反射鏡の一つの焦点近傍に、複数の一次放射器を配置したアンテナ装置が開示されている。
特開平１１－２２５０１７号公報
　上記アンテナ装置では、一つの焦点近傍に一次放射器を並べて設置する構成である。このため、アンテナ装置から放射される電波の放射方向は、所望の方向（例えば、パラボラ反射鏡の中心軸）からずれてしまう。これにより、上記アンテナ装置を用いた通信では、電波の送受信において、所望の方向におけるアンテナ装置の利得が劣化する。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、所望の方向におけるアンテナ装置の利得の劣化を改善することである。
　本発明の一態様は、複数の焦点を有する一つの反射鏡と、前記複数の焦点の各位置に設けられた複数の一次放射器と、を備えるアンテナ装置である。
　本発明の一態様は、反射鏡に対して電磁波を放射可能な第１の一次放射器及び第２の一次放射器を互いに隣接して所定の位置に設置する第１ステップと、第１の焦点及び第２の焦点を有し、前記第１の一次放射器の設置位置に前記第１の焦点が一致し、前記第２の一次放射器の設置位置に前記第２の焦点が一致するように前記反射鏡の鏡面を設計する第２ステップと、を含むアンテナ装置の設計方法である。
　以上説明したように、本発明によれば、所望の方向におけるアンテナ装置の利得の劣化を改善することができる。
第１の実施形態に係る通信システム１の概略構成の一例を示す図である。 第１の実施形態に係るアンテナ装置４の側面図である。 パラボラ反射鏡１０１の焦点ｆ３の近傍に、２つの一次放射器１０２，１０３を配置した角度ダイバーシティのアンテナ装置１００の構成図である。 図３に示すアンテナ装置１００の利得を説明する図である。 アンテナ装置１００及び第１の実施形態に係るアンテナ装置４の正面方向の利得とピーク角度のシミュレーション結果を示す図である。 第２の実施形態に係るアンテナ装置４Ｂの側面図である。 本実施形態に係るアンテナ装置の最小構成の説明する図である。
　以下、本実施形態に係るアンテナ装置を、図面を用いて説明する。
＜第１の実施形態＞
　図１は、第１の実施形態に係る通信システム１の概略構成の一例を示す図である。
　本実施形態に係る通信システム１は、見通し外通信により通信を行うシステムである。
　見通し外通信は、電波の対流圏散乱、山岳回折を利用した１対１の通信方式である。例えば、送受信点間が１００ｋｍを超えるなどの遠方の地点間や、山岳地帯など途中に障害物がある地点間の通信に使用される。また、見通し外通信は、災害時や緊急時に臨時の通信回線を構築する用途などに使用される。
　見通し外通信では、散乱や回折により電波の伝送路がいくつか存在するため、フェージングの影響を受けやすい。そこで、見通し外通信では、フェージングの影響を軽減するためにダイバーシティ方式が採用されることが多い。ダイバーシティ方式には、アンテナを複数設ける空間ダイバーシティ方式、異なる周波数を利用した周波数ダイバーシティ方式、一つのパラボラアンテナに一次放射器を複数構築する角度ダイバーシティ方式などがある。本実施形態の通信システム１では、角度ダイバーシティ方式で電波の送受信を行う。
　以下に、第１の実施形態に係る通信システム１の構成について、図１を用いて説明する。
　図１に示すように、通信システム１は、送信装置２及び受信装置３を備える。
　送信装置２及び受信装置３は、それぞれアンテナ装置４を備え、角度ダイバーシティ方式で見通し外通信を行う。
　なお、送信装置２及び受信装置３の各アンテナ装置４は、それぞれ同様の構成を備えているが、互いを区別する目的として、送信装置２のアンテナ装置４を送信アンテナと称し、受信装置３のアンテナ装置４を受信アンテナと称する場合がある。
　送信装置２は、送信アンテナから電波を放射する。送信装置２から放射された電波は、例えば、対流圏で散乱して異なった複数の方向に伝搬する。
　受信装置３は、それぞれ異なった方向から到達する電波を、受信アンテナで受信する。
　次に、第１の実施形態に係るアンテナ装置４の構成について、図２を用いて説明する。図２は、第１の実施形態に係るアンテナ装置４の構成図であって、側面から見た図である。
　アンテナ装置４は、いわゆるパラボラアンテナである。
　図２に示すように、アンテナ装置４は、一つの反射鏡１０及び二つの一次放射器１１，１２を備える。一次放射器１１は、本発明の「第１の一次放射器」の一例である。一次放射器１２は、本発明の「第２の一次放射器」の一例である。
　反射鏡１０は、放物曲面を有した反射器である。反射鏡１０は、第１の焦点ｆ１と第２の焦点ｆ２の二つの焦点を有する。
　第１の焦点ｆ１及び第２の焦点ｆ２は、反射鏡１０の中心軸Ｃに垂直な一直線上に位置している。
　一次放射器１１は、第１の焦点ｆ１の位置に設けられている。例えば、一次放射器１１は、正方形の導波管である。
　一次放射器１２は、第２の焦点ｆ２の位置に設けられている。一次放射器１２は、正方形の導波管である。
　一次放射器１１及び一次放射器１２は、反射鏡１０の中心軸Ｃに垂直な方向（以下、単に「垂直方向」という。）において互いに隣接している。例えば、一次放射器１１及び一次放射器１２は、一体で構成されてもよい。ここで、反射鏡１０の中心軸Ｃを三次元空間の直交座標系における「Ｚ軸」とし、上記垂直方向を「Ｙ軸」とし、ＹＺ平面に垂直な方向を「Ｘ軸」とする。
　次に、本実施形態に係る反射鏡１０の構成について説明する。
　反射鏡１０は、第１の放物面鏡２０、第２の放物面鏡２１及び平面部材２２を備える。
　第１の放物面鏡２０は、焦点を第１の焦点ｆ１とする反射鏡である。
　第２の放物面鏡２１は、焦点を第２の焦点ｆ２とする反射鏡である。
　平面部材２２は、第１の放物面鏡２０と第２の放物面鏡２１との間に設けられた平面の金属板である。平面部材２２は、第１の放物面鏡２０と第２の放物面鏡２１と接続する。
　以下において、第１の放物面鏡２０、第２の放物面鏡２１及び平面部材２２の位置及び形状について、具体的に説明する。
　上記直交座標系において、Ｚ軸の任意の点である点Ｍ（ｘ１、ｙ１、ｚ１）を焦点とする一つの放物面鏡を仮定する。また、仮定した当該放物面鏡（以下、「仮想放物面鏡」という。）の中心点Ｋを（ｘ１、ｙ１、ｚ２）とする。なお、ｚ２＜ｚ１である。つまり、点Ｍは、中心点Ｋに対して＋Ｚ軸方向に位置する。
　例えば、この仮想放物面鏡は、＋Ｚ軸方向に電波を反射する反射鏡である。そして、この仮想放物面鏡が、Ｘ軸方向に平行であってかつ中心点Ｋを通る平面によって、２つに分割される。その２つに分割された仮想放物面鏡の上側の仮想放物面鏡を第１の放物面鏡２０とし、下側の仮想放物面鏡を第２の放物面鏡２１とする。さらに、第１の放物面鏡２０は、その第１の焦点ｆ１の位置が一次放射器１１の位置に一致するように配置される。また、第２の放物面鏡２１は、その第２の焦点ｆ２の位置が一次放射器１２の位置に一致するように配置される。
　本実施形態では、一次放射器１１の位置を（ｘ１、ｙ２、ｚ１）、一次放射器１２の位置を（ｘ１、ｙ３、ｚ１）とした場合を例示する。この例において、一次放射器１１は、一次放射器１２に対して＋Ｙ軸方向に位置する。２つに分割した仮想放物面鏡の上側の仮想放物面鏡が＋Ｙ軸方向に（｜ｙ１－ｙ２｜）だけ移動され、下側の仮想放物面鏡が－Ｙ軸方向に（｜ｙ１－ｙ３｜）だけ移動される。これにより、その第１の焦点ｆ１の位置が一次放射器１１の位置と一致する第１の放物面鏡２０と、その第２の焦点ｆ２の位置が一次放射器１２の位置と一致する第２の放物面鏡２１と、が構築される。
　平面部材２２は、２つに分割された第１の放物面鏡２０と第２の放物面鏡２１との間の隙間に介挿され、第１の放物面鏡２０と第２の放物面鏡２１とを接続する。したがって、平面部材２２の短手方向の長さは、Ｙ軸方向における第１の焦点ｆ１と第２の焦点ｆ２との間の焦点間距離に相当し、（｜ｙ２－ｙ３｜）である。
　なお、平面部材は、本発明の「金属部材」の一例である。
　次に、第１の実施形態に係るアンテナ装置４の動作について説明する。
　一次放射器１１は、アンテナ装置４が送信アンテナとして使用される場合には、電波を中心軸Ｃに平行な方向、すなわち－Ｚ軸方向に、反射鏡１０に向けて放射する。一次放射器１１から－Ｚ軸方向に放射された電波は、反射鏡１０における第１の放物面鏡２０で反射して＋Ｚ軸方向（正面方向）に放射される。一方、一次放射器１２は、アンテナ装置４が送信アンテナとして使用される場合には、電波を放射しない。すなわち、アンテナ装置４が送信アンテナとして使用される場合には、一次放射器１１及び一次放射器１２のうち、一次放射器１１のみが電波を反射鏡１０に向けて放射する。
　アンテナ装置４が受信アンテナとして使用される場合には、一次放射器１１は、反射鏡１０によって反射された第１の電波を受信する。一次放射器１２は、アンテナ装置４が受信アンテナとして使用される場合には、反射鏡１０により反射された第２の電波を受信する。すなわち、アンテナ装置４が受信アンテナとして使用される場合には、一次放射器１１及び一次放射器１２の双方が使用される。
　以下において、第１の実施形態に係るアンテナ装置４の作用効果について説明する。図３では、アンテナ装置１００を比較例として例示する。図３は、パラボラ反射鏡１０１の焦点ｆ３近傍に、２つの一次放射器１０２，１０３を配置した角度ダイバーシティのアンテナ装置１００の構成図である。
　図３に示すように、アンテナ装置１００は、垂直方向、すなわちＹ軸方向に２つの一次放射器１０２，１０３が構築されており、パラボラ反射鏡１０１の焦点ｆ３に置かれている。ここで、一次放射器１０２，１０３は、正方形の導波管であり体積がある。そのため、一次放射器１０２，１０３の双方を焦点ｆ３に置くことができず、一次放射器１０２，１０３は、焦点ｆ３からずれた位置にそれぞれ配置される。したがって、アンテナ装置１００から放射される電波の放射方向は、Ｚ軸方向からΔθだけずれてしまう。その結果、放射パターンは、図４に示すように、Ｚ軸方向における電波のピークがずれてしまう。すなわち、Ｚ軸方向での通信を行う角度ダイバーシティにおいて、送信及び受信ともに利得が劣化する。
　一方、第１の実施形態に係るアンテナ装置４は、２つの焦点ｆ１、ｆ２を有する反射鏡１０を備え、その焦点ｆ１の位置が1次放射器１１の位置に、焦点ｆ２の位置が１次放射器１２の位置に一致するように反射鏡１０が鏡面修正されている。これにより、上記Δθのずれが改善され、送信受信ともにＺ軸方向の利得の劣化を改善することができる。
　図５において、図３に示した比較例のアンテナ装置１００と、第１の実施形態に係るアンテナ装置４とにおける、正面方向の利得とピーク角度のシミュレーション結果を示す。なお、図５は、アンテナ装置の口径を１０ｍとし、焦点距離を４．３ｍとしてシミュレーションを行った場合のシミュレーション結果を示す。
　図５に示すように、シミュレーション結果から、第１の実施形態に係るアンテナ装置４は、比較例におけるアンテナ装置１００と比較して、Δθの値が小さくなり、且つ、正面方向の利得も改善されることが確認された。
＜第２の実施形態＞
　以下において、第２の実施形態に係るアンテナ装置４Ｂについて説明する。第２の実施形態に係るアンテナ装置４Ｂは、第１の実施形態のアンテナ装置４と比較して、反射鏡の形状が異なる点で相違し、その他の構成については第１の実施形態と同様である。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く場合がある。
　以下に、第２の実施形態に係るアンテナ装置４Ｂについて説明する。
　アンテナ装置４Ｂは、第１の実施形態と同様に、角度ダイバーシティ方式で電波の送受信を行う見通し外通信において、送信装置及び受信装置の双方において用いられる。
　アンテナ装置４Ｂは、いわゆるパラボラアンテナである。
　次に、第２の実施形態に係るアンテナ装置４Ｂの構成について、図６を用いて説明する。図６は、第２の実施形態に係るアンテナ装置４Ｂの概略構成の一例を示す図である。
　図６に示すように、アンテナ装置４Ｂは、一つの反射鏡１０Ｂ、及び二つの一次放射器１１，１２を備える。
　反射鏡１０Ｂは、放物曲面を有した反射器である。反射鏡１０Ｂは、第１の焦点ｆ１と第２の焦点ｆ２の二つの焦点を有する。
　第１の焦点ｆ１及び第２の焦点ｆ２は、反射鏡１０Ｂの中心軸Ｃに対して垂直な方向における一直線上に位置している。
　次に、本実施形態に係る反射鏡１０Ｂの構成について説明する。
　反射鏡１０Ｂは、Ｘ軸方向から見て、第１の仮想放物面鏡３０と第２の仮想放物面鏡４０との間の各中間点を通る放物面を、鏡面とする反射鏡である。第１の仮想放物面鏡３０は、一次放射器１１の位置にその焦点（第１の焦点ｆ１）が一致する仮想的な放物面鏡である。第２の仮想放物面鏡４０は、一次放射器１２の位置にその焦点（第２の焦点ｆ２）が一致する仮想的な放物面鏡である。
　第１の仮想放物面鏡３０は、その面中心Ｋ１を基点として、第１の焦点ｆ１を中心に回転させた放物面を有する。
　第２の仮想放物面鏡４０は、その面中心Ｋ２を基点として、第２の焦点ｆ２を中心に回転させた放物面を有する。
　反射鏡１０Ｂは、Ｘ軸方向から見た場合における、第１の仮想放物面鏡３０の放物面と、第２の仮想放物面鏡４０の放物面との中間点をプロットした曲面を鏡面となるように鏡面を修正（以下、「鏡面修正」という。）した反射鏡である。
　このように、第２の実施形態に係るアンテナ装置４Ｂは、２つの焦点ｆ１、ｆ２を有する反射鏡１０Ｂを備える。また、その焦点ｆ１の位置が1次放射器１１の位置に、焦点ｆ２の位置が１次放射器１２の位置に一致するように反射鏡１０Ｂが鏡面修正されている。これにより、上記Δθのずれが改善され、送信受信ともにＺ軸方向の利得の劣化を改善することができる。
　なお、第２の実施形態に係るアンテナ装置４Ｂの動作は、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
＜アンテナ装置の最小構成の実施形態＞
　アンテナ装置の最小構成の実施形態について、図７を参照して説明する。
　本実施形態に係るアンテナ装置は、反射鏡１０Ｃ及び２つの一次放射器１１，１２を備える。
　反射鏡１０Ｃは、二つの焦点ｆ１，ｆ２を有する。
　一次放射器１１，１２は、反射鏡１０Ｃの焦点ｆ１，ｆ２の各位置に設けられている。
　これにより、上記Δθのずれが改善され、送信受信ともにＺ軸方向の利得の劣化を改善することができる。
　なお、反射鏡１０Ｃは、第１の実施形態に係る反射鏡１０であってもよいし、第２の実施形態に係る反射鏡１０Ｂであってもよい。また、反射鏡１０Ｃは、反射鏡１０や反射鏡１０Ｂに限定されず、二つの焦点ｆ１，ｆ２を備えるパラボラ反射鏡であれば、どのような形状であってもよい。
　さらに、反射鏡１０Ｃの焦点は、二つの焦点ｆ１及びｆ２に限定されず、二より多い焦点を有してもよい。
　第１の実施形態又は第２の実施形態に係るアンテナ装置の設計方法は、一例として、少なくとも第１ステップ及び第２ステップ、を含む。
　第１ステップは、反射鏡１０（又は反射鏡１０Ｂ）に対して電磁波を放射可能な一次放射器１１及び一次放射器１２を隣接して所定の位置に設置するステップである。
　第２ステップは、反射鏡１０（又は反射鏡１０Ｂ）の鏡面を設計するステップである。すなわち、第２ステップは、第１の焦点ｆ１及び第２の焦点ｆ２を有し、一次放射器１１の設置位置にその第１の焦点ｆ１が一致し、一次放射器１２の設置位置にその第２の焦点ｆ２が一致するように、反射鏡１０（又は反射鏡１０Ｂ）の鏡面を設計する。
　以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。
　この出願は、２０１９年６月２０日に日本出願された特願２０１９－１１４９２２号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　本発明によれば、所望の方向におけるアンテナ装置の利得の劣化を改善することができる。
４，４Ｂ　アンテナ装置
１０，１０Ｂ　反射鏡
１１，１２　一次放射器
２０　第１の放物面鏡
２１　第２の放物面鏡
２２　平面部材
ｆ１　第１の焦点
ｆ２　第２の焦点

Claims (7)

  1. 　複数の焦点を有する一つの反射鏡と、
    　前記複数の焦点の各位置に設けられた複数の一次放射器と、
    　を備えるアンテナ装置。
  2. 　前記複数の焦点は、前記反射鏡の中心軸に垂直な一直線上に位置している、
    　請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 　前記複数の一次放射器は、前記垂直な方向において互いに隣接している、
    　請求項２に記載のアンテナ装置。
  4. 　前記反射鏡は、
    　第１の焦点を有する第１の放物面鏡と、
    　第２の焦点を有する第２の放物面鏡と、
    　前記第１の放物面鏡と前記第２の放物面鏡との間に設けられた金属部材と、
    　を備え、
    　前記第１の焦点及び前記第２の焦点の各位置は、前記垂直な方向において隣接している前記複数の一次放射器の位置と一致している、
    　請求項２又は請求項３に記載のアンテナ装置。
  5. 　前記第１の焦点と前記第２の焦点との間の焦点間距離は、前記金属部材の短手方向の長さと一致する、請求項４に記載のアンテナ装置。
  6. 　前記複数の一次放射器は、前記垂直な方向において隣接している第１の一次放射器及び第２の一次放射器であり、
    　前記反射鏡は、前記第１の一次放射器の位置とその焦点が一致する仮想的な第１の放物面鏡と、前記第２の一次放射器の位置とその焦点が一致する仮想的な第２の放物面鏡と、の間の各中間点を通る放物面を鏡面とする、
    　ことを特徴とする、
    　請求項２又は請求項３に記載のアンテナ装置。
  7. 　反射鏡に対して電磁波を放射可能な第１の一次放射器及び第２の一次放射器を互いに隣接して所定の位置に設置する第１ステップと、
    　第１の焦点及び第２の焦点を有し、前記第１の一次放射器の設置位置に前記第１の焦点が一致し、前記第２の一次放射器の設置位置に前記第２の焦点が一致するように前記反射鏡の鏡面を設計する第２ステップと、
    　を含むアンテナ装置の設計方法。
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