(57)【要約】【課題】第１反射鏡の鏡面厚さを第２の電波の入射角度に応じた最適値に設定することにより、第２の電波の通過損失増加による利得低下を抑制したアンテナ装置を得る。【解決手段】第１の電波Ｗ１を放射する第１の１次放射器１と、第２の電波Ｗ２を放射する第２の１次放射器２と、第１および第２の１次放射器１、２の電波放射方向に対して中心軸がオフセット配置された２重反射鏡３とを備える。２重反射鏡３は、第１および第２の電波Ｗ１、Ｗ２を所定方向に放射するために、第１の電波Ｗ１を反射しかつ第２の電波Ｗ２を通過させる導電性グリッドを有する第１反射鏡４と、第２の電波Ｗ２を反射する第２反射鏡５とにより構成される。第１反射鏡４の鏡面厚さＴは、第２の電波Ｗ２の入射位置（第１反射鏡４に対する第２の電波Ｗ２の入射角度θに応じて、異なる最適値に設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏波方向で励振された第１の電波を放射する第１の１次放射器と、
前記第１の偏波方向と直交する第２の偏波方向で励振された第２の電波を放射する第２の１次放射器と、
前記第１および第２の１次放射器の電波放射方向に対して中心軸がオフセット配置された２重反射鏡と、を備え、
前記２重反射鏡は、前記第１および第２の電波を所定方向に放射するために、
前記第１の電波を反射しかつ前記第２の電波を通過させるための導電性グリッドを有する第１反射鏡と、
前記第２の電波を反射する第２反射鏡と、
により構成されたアンテナ装置において、
前記第１反射鏡の鏡面厚さは、前記第２の電波の入射位置によって異なる、前記第１反射鏡に対する前記第２の電波の入射角度に応じて、異なる最適値に設定されたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記第１反射鏡の鏡面厚さは、
前記第２の電波の入射角度が所定角度以下となるアンテナ位置においては、前記第２の電波の波長の約１／４に設定され、
前記入射角度が前記所定角度を超えるアンテナ位置においては、前記波長の１／４よりも大きい値に設定された
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１反射鏡の鏡面厚さは、前記入射角度が前記所定角度を超えるアンテナ位置においては、前記入射角度が大きくなるほど大きい値に設定されたことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記所定角度は、３０度〜５０度の範囲内の値に設定されたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第１反射鏡は、
前記導電性グリッドが埋設された前面スキンと、
前記前面スキンに対向配置された後面スキンと、
前記前面スキンと前記後面スキンとの間隔を前記鏡面厚さとして保持するためのスペーサと、により構成され、
前記導電性グリッドは、前記第１の偏波方向と同一方向に敷設されたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記第２反射鏡は、前記第２の電波を反射させるための第２の導電性グリッドを有し、
前記第２の導電性グリッドは、前記第２の偏波方向と同一方向に敷設されたことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波およびミリ波帯で使用される２重反射鏡を備えた情報通信用のアンテナ装置に関し、特に、導電性グリッドを有する第１反射鏡と第１反射鏡から離間配置された第２反射鏡とからなる２重反射鏡を用いた、直交２偏波共用のアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、通信効率を向上し、かつ交差偏波の反射を抑制したアンテナ装置として、低交差偏波性能を有する２重グリッドオフセットパラボラ反射鏡アンテナ装置が提案されている（たとえば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００３】
この種のアンテナ装置においては、通信効率（電波の放射効率）を向上させるために、放射器に対してパラボラ反射鏡の中心軸がオフセット配置されており、放射器およびその周辺設備が、電波の入射経路および放射経路に対して干渉しないように構成されている。
【０００４】
また、直交する２偏波方向の電波を個別に反射する２重反射鏡のうち、電波の入射側および放射側に配置された第１反射鏡と、第１反射鏡の背面側に配置された第２反射鏡とからなる２重反射鏡のうち、少なくとも第１反射鏡が誘電体により構成され、かつ、前面反射鏡の表面付近に一定方向に揃えられた導電性グリッドが形成されている。
【０００５】
このように、２重反射鏡の第１反射鏡に導電性グリッドを形成することにより、導電性グリッド方向を主電界方向とする第１の電波が第１反射鏡で反射され、主電界方向と直交する方向の第２の電波は、第１反射鏡を通過して第２反射鏡に到達する。このとき、第１反射鏡の導電性グリッド方向と直交する方向の不要な交差偏波の放射レベルは、著しく低下する。
【０００６】
なお、第１反射鏡の鏡面厚さは、第２の電波に関して、第１反射鏡の表面および背面での実質反射電波を位相相殺する（第２反射鏡への通過電波の損失を少なくする）ために、公知のように、約１／４波長の自然数倍（ｎλ／４）に設定されている。
【０００７】
第１反射鏡上の導電性グリッドと直交する方向の第２の電波は、誘電体からなる第１反射鏡を通過して第２反射鏡に到達し、第２反射鏡で反射される。
このとき、第２反射鏡上で反射された電波のうち、一部の電波は、第１反射鏡上の導電性グリッドに平行な方向の偏波に変換されるが、第１反射鏡の導電性グリッドにより反射されて、主放射方向に放射されることはないので、第２反射鏡においても、不要な交差偏波の放射レベルは低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６３−０２６００５号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「２重グリッドフセットパラボラ反射鏡アンテナ」、電子情報通信学会編、アンテナ工学ハンドブック（第２版）、ｐ．３２３、６．６．２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来のアンテナ装置は、第１反射鏡の鏡面厚さが、約ｎλ／４に均一に設定されているので、第１反射鏡での第２の電波の入射位置の違いによって入射角度が増大すると、第１反射鏡での第２の電波の実質通過経路長さが変化して、第２の電波の反射電波の位相相殺が不十分となり、第２の電波の通過損失が増大して利得が低下するという課題があった。
【００１１】
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あり、第１反射鏡の鏡面厚さを第２の電波の入射角度に応じた最適値に設定することにより、第２の電波の通過損失増加による利得低下を抑制したアンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係るアンテナ装置は、第１の偏波方向で励振された第１の電波を放射する第１の１次放射器と、第１の偏波方向と直交する第２の偏波方向で励振された第２の電波を放射する第２の１次放射器と、第１および第２の１次放射器の電波放射方向に対して中心軸がオフセット配置された２重反射鏡とを備え、２重反射鏡は、第１および第２の電波を所定方向に放射するために、第１の電波を反射しかつ第２の電波を通過させるための導電性グリッドを有する第１反射鏡と、第２の電波を反射する第２反射鏡とにより構成されたアンテナ装置において、第１反射鏡の鏡面厚さは、第２の電波の入射位置によって異なる、第１反射鏡に対する第２の電波の入射角度に応じて、異なる最適値に設定されたものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、第１反射鏡の鏡面厚さを第２の電波の入射角度に応じた最適値に設定することにより、第２の電波の通過損失増加による利得低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置を概略的に示す構成図である。
【図２】図１内の第１反射鏡のＡ部を拡大して示す断面図である。
【図３】図１内の第２反射鏡のＢ部を拡大して示す断面図である。
【図４】第１反射鏡のアンテナ位置に応じた第２の電波の入射角度の違いを構成図で示す説明図である。
【図５】第１反射鏡のアンテナ位置に応じた第２の電波の入射角度の違いを分布特性で示す説明図である。
【図６】第１反射鏡の鏡面厚さに対する第２の電波の通過損失特性を入射角度ごとに示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１による第１反射鏡のアンテナ位置（入射角度）に対する鏡面厚さの設定値分布を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置を概略的に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るアンテナ装置を概略的に示す構成図である。また、図２および図３は図１内の２点鎖線領域Ａ、Ｂをそれぞれ拡大して示す断面図である。
図１において、アンテナ装置は、第１の１次放射器１と、第２の１次放射器２と、２重反射鏡３と、を備えている。
２重反射鏡３は、電波を送受信する前面側に配置された第１反射鏡４と、第１反射鏡４の後面側に配置された第２反射鏡５とにより構成されている。
【００１６】
第１の１次放射器１は、ホーンアンテナなどからなり、第１の偏波方向に励磁された第１の電波Ｗ１（１点鎖線矢印参照）を放射する。一方、第２の１次放射器２は、ホーンアンテナなどからなり、第１の偏波方向と直交する第２の偏波方向に励磁された第２の電波Ｗ２（破線矢印参照）を放射する。
第１の電波Ｗ１は、第１反射鏡４で反射され、第２の電波Ｗ２は、第１反射鏡４を通過して、第２反射鏡５で反射される。
【００１７】
図２において、第１反射鏡４は、誘電体からなる前面スキン４ａ、後面スキン４ｂおよびスペーサ４ｃと、前面スキン４ａ内に一定方向（第１の電波Ｗ１の偏波方向）に揃えて敷設された導電性グリッドＧ１とにより構成されている。
スペーサ４ｃは、公知のハニカム構造を有し、前面スキン４ａと後面スキン４ｂとの間の鏡面厚さＴを所定値（通常、λ／４）に設定している。
第１反射鏡４の鏡面厚さＴは、後述するように、入射角度に応じて最適化されている。
【００１８】
図３において、第２反射鏡５は、誘電体からなる前面スキン５ａ、後面スキン５ｂおよびスペーサ５ｃと、前面スキン５ａ内に一定方向（第１の電波Ｗ１の偏波方向と直交する方向の第２の電波Ｗ２の偏波方向）に揃えて敷設された導電性グリッドＧ２とにより構成されている。
【００１９】
スペーサ５ｃは、公知のハニカム構造を有し、前面スキン５ａと後面スキン５ｂとの間の鏡面厚さＴが、所定値（通常、λ／４）に設定されている。
なお、ここでは、第２反射鏡５に第２の導電性グリッドＧ２を設けたが、第１反射鏡４の通過時に第２の電波Ｗ２に絞られているので、第２反射鏡５を金属製の反射鏡、または金属と同等の電波反射特性を有する反射鏡（たとえば、カーボン繊維織物からなる反射鏡）に代えることにより、第２の導電性グリッドＧ２を省略することもできる。
【００２０】
次に、図１〜図３に示したこの発明の実施の形態１による動作について説明する。
第１の１次放射器１から放射された第１の電波Ｗ１は、鏡面厚さＴが最適化された誘電体からなる第１反射鏡４の表面付近において、第１の１次放射器１による偏波方向と同一方向に形成された導電性グリッドＧ１により反射され、アンテナ前面の所定方向に放射される。
【００２１】
一方、第２の１次放射器２から放射された第２の電波Ｗ２は、導電性グリッドＧ１の敷設方向と直交する偏波方向を有するので、第１反射鏡４を通過して、第２反射鏡５で反射された後、第１の電波Ｗ１と同様に、アンテナ前面の所定方向に放射される。
【００２２】
次に、図１〜図３とともに、図４〜図７を参照しながら、この発明の実施の形態１による鏡面厚さＴの設定値について、具体的に説明する。
図４は第１反射鏡４の各アンテナ位置に対する第２の電波Ｗ２の入射角度θを構成図で示す説明図である。
【００２３】
図４においては、第１反射鏡４の下端部、中間部および上端部に対応した各アンテナ位置（Ｙ座標）における入射角度θｂ、θｍ、θｔを示している。また、ここでは、２重反射鏡３によるアンテナ開口径が約７５波長（７５λ）の場合を示している。
【００２４】
図５は第１反射鏡４の各アンテナ位置に対する第２の電波Ｗ２の入射角度θを分布特性で示す説明図である。
図５において、横軸は、波長λで規格化した第１反射鏡４のアンテナ位置（Ｙ座標位置）であり、縦軸は、入射角度θ［度］である。また、入射角度θの分布曲線上の黒丸は、それぞれ、図４内の各入射角度θｂ（＝８度）、θｍ（＝２５度）およびθｔ（＝４０度）を示している。
【００２５】
図６は鏡面厚さＴに対する第２の電波Ｗ２の通過損失の特性を示す説明図であり、入射角度による通過損失のシミュレーション計算結果を示している。
図６において、横軸は、波長λで規格化した第１反射鏡４の鏡面厚さＴ（λ）であり、縦軸は、第２の電波Ｗ２の通過損失である。
【００２６】
また、図６において、実線は、第１反射鏡４の下端部での入射角度θｂ（＝８度）の場合の通過損失特性を示し、破線は、第１反射鏡４の中間部での入射角度θｍ（＝２５度）の場合の通過損失特性を示し、点線は、第１反射鏡４の上端部での入射角度θｔ（＝４０度）の場合の通過損失特性を示している。
【００２７】
図７はこの発明の実施の形態１による鏡面厚さＴの設定値分布を示す説明図であり、図６の通過損失特性に基づいて設定された値を示している。
図７において、横軸は、波長λで規格化したアンテナ位置（Ｙ座標位置）であり、縦軸は、波長λで規格化した第１反射鏡４の鏡面厚さＴ（λ）である。
【００２８】
前述の通り、第１反射鏡４の鏡面厚さＴは、第２の１次放射器２から放射された第２の電波Ｗ２が第１反射鏡４を通過する際の損失を抑制するために、通常、約１／４波長に設定される。
【００２９】
しかしながら、図６に示すように、第１反射鏡４に第２の電波Ｗ２が入射する際の入射角度θの違いによって、通過損失が最も小さくなる鏡面厚さＴが異なる。
すなわち、第１反射鏡４の下端部および中間部での入射角度θｂ、θｍ（実線、破線）に対しては、約１／４波長の鏡面厚さＴ（λ）（≒０．２５）が最適であるが、第１反射鏡４の上端部での入射角度θｔ（点線）に対しては、０．５（λ／２）以上の鏡面厚さＴ（λ）が適切となる。
【００３０】
したがって、図７に示すように、波長λで正規化した鏡面厚さＴ（λ）を、均一な分布からシフトさせて、入射角度θが所定角度となるアンテナ位置（波長λで正規化した値「４５」付近）を超えた場合に増大させる。なお、所定角度は、アンテナ装置の仕様によって異なるが、入射角度θは、３０度〜５０度の範囲内の値に設定されることが望ましい。
これにより、図６の特性からも明らかなように、約０．１ｄＢの利得の改善を実現することができる。
【００３１】
以上のように、この発明の実施の形態１（図１〜図３）に係るアンテナ装置は、第１の偏波方向で励振された第１の電波Ｗ１を放射する第１の１次放射器１と、第１の偏波方向と直交する第２の偏波方向で励振された第２の電波Ｗ２を放射する第２の１次放射器２と、第１および第２の１次放射器１、２の電波放射方向に対して中心軸がオフセット配置された２重反射鏡３とを備え、２重反射鏡３は、第１および第２の電波Ｗ１、Ｗ２を所定方向に放射するために、第１の電波Ｗ１を反射しかつ第２の電波Ｗ２を通過させるための導電性グリッドＧ１を有する第１反射鏡４と、第２の電波Ｗ２を反射する第２反射鏡５と、により構成されている。
【００３２】
第１反射鏡４の鏡面厚さＴは、図４〜図７に示すように、第２の電波Ｗ２の入射位置によって異なる、第１反射鏡４に対する第２の電波Ｗ２の入射角度θに応じて、異なる最適値に設定されている。
具体的には、鏡面厚さＴは、第２の電波Ｗ２の入射角度θが所定角度（３０度〜５０度の範囲内の値）以下となるアンテナ位置においては、第２の電波Ｗ２の波長λの約１／４に設定され、入射角度θが所定角度を超えるアンテナ位置においては、波長λの１／４よりも大きい値に設定される。
【００３３】
また、第１反射鏡４の鏡面厚さＴは、入射角度θが所定角度を超えるアンテナ位置においては、図７のように、入射角度θが大きくなるほど大きい値に設定される。
このように、第１反射鏡４の鏡面厚さＴを、第２の電波Ｗ２の入射角度θに応じた最適値に設定することにより、第１反射鏡４に対する第２の電波Ｗ２の通過損失を抑制することができ、アンテナ利得を向上させることができる。
【００３４】
第１反射鏡４は、図２に示すように、導電性グリッドＧ１が埋設された前面スキン４ａと、前面スキン４ａに対向配置された後面スキン４ｂと、前面スキン４ａと後面スキン４ｂとの間隔を鏡面厚さＴとして保持するためのスペーサ４ｃと、により構成されており、導電性グリッドＧ１は、第１の偏波方向と同一方向に敷設されている。
【００３５】
第２反射鏡５は、図３に示すように、第２の電波Ｗ２を反射させるための第２の導電性グリッドＧ２を有し、第２の導電性グリッドＧ２は、第２の偏波方向と同一方向に敷設されている。
これにより、第２反射鏡５において、第２の電波Ｗ２のみを確実に反射されることができ、さらに通信効率を向上させることができる。
【００３６】
なお、図２、図３においては、第１および第２の電波Ｗ１、Ｗ２の電界方向が一定の直線偏波の場合を例にとって、第１反射鏡４および第２反射鏡５に一定方向に揃った導電性グリッドＧ１、Ｇ２を形成したが、電界方向が時間とともに回転する円偏波の場合にも適用することができる。この場合、第１反射鏡４および第２反射鏡５の各表面に設けられる導電性グリッドは、円形などのパターンに形成されてもよい。
【００３７】
また、上記説明では、送信アンテナ装置について説明したが、直交２偏波の電波を受信する受信アンテナ装置にも適用可能なことは言うまでもない。
この場合、第１および第２の１次放射器１、２と同位置に第１および第２の受信器（図示せず）を設置してもよく、第１および第２の１次放射器１、２が受信機能を兼用する構成を備えていてもよい。
【００３８】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図１〜図７）では、真円分布の放射パターンとして、一定の所定方向に第１および第２の電波Ｗ１、Ｗ２を放射する場合を示したが、アンテナ装置の通信対象となる領域（サービスエリア）が真円ではない場合を考慮して、図８のように、放射方向を調整した形状の第１反射鏡４Ｃを用いてもよい。
【００３９】
図８はこの発明の実施の形態２に係るアンテナ装置を概略的に示す構成図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｃ」を付して詳述を省略する。
図８において、２重反射鏡３Ｃの第１反射鏡４Ｃは、サービスエリアに対して第１および第２の電波Ｗ１、Ｗ２を高効率に照射することができるように、鏡面形状が修整されている。
【００４０】
また、２重反射鏡３Ｃは、前面鏡面修整反射鏡からなり、第１反射鏡４Ｃは、第２の１次放射器２から放射された第２の電波Ｗ２が通過する際の通過損失が抑制されるように、前述と同様に、第２の電波Ｗ２の入射角度θに応じて、鏡面厚さＴが最適値に設定されている。
図８のように、放射方向が修正された第１反射鏡４Ｃを用いたアンテナ装置においても、前述と同様の作用効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  第１の１次放射器、２  第２の１次放射器、３、３Ｃ  ２重反射鏡、４、４Ｃ  第１反射鏡、５、５Ｃ  第２反射鏡、Ｗ１  第１の電波、Ｗ２  第２の電波、Ｔ  鏡面厚さ、θ、θｂ、θｍ、θｔ  入射角度。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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