(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
双反射鏡アンテナの副反射鏡であって、
−  内部凸面を備える第１の末端と、
−  導波管の末端に結合されるように適合された第２の末端と、
−  前記第１の末端と前記第２の末端との間に延在する本体であって、前記導波管に貫入する部分および前記導波管の外部にある部分を有する第１の誘電体部品を備える、本体と
を備える副反射鏡において、
前記本体が、
−  前記副反射鏡の前記第１の末端に接在し、かつ、その直径が前記第１の誘電体部品の、前記導波管の外側にある前記部分よりも大きな第１の円筒部分と、
−  前記第１の円筒部分に隣接し、かつ、前記第１の誘電体部品に貫入する円錐部分によって延長された第２の円筒部分と
を有する第２の金属製部品をさらに備え、
−  かつ、前記第１の円筒部分の境界を形成する外方円筒壁の内に配設されており、主反射鏡に対面している平坦なリング形状の表面が、前記副反射鏡の軸（Ｘ−Ｘ’）と、前記主反射鏡の中心に向けて信号を反射するように計算された９０°未満の角度をなすことを特徴とする、副反射鏡。
【請求項２】
前記角度が７０°から８５°の間である、請求項１に記載の副反射鏡。
【請求項３】
前記平坦なリング形状の表面が、前記第１の円筒部分と前記第２の円筒部分との接合部に配置されている、請求項１および２のいずれか１項に記載の副反射鏡。
【請求項４】
前記平坦なリング形状の表面が、前記第２の円筒部分の断面の面から９０°以外の角度をなす、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の副反射鏡。
【請求項５】
前記第１の誘電体部品が、少なくとも１つのリング形状の溝を特徴として有している、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の副反射鏡。
【請求項６】
前記第２の金属製部品の前記円筒部分の各々が、少なくとも１つのリング形状の溝を特徴として有している、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の副反射鏡。
【請求項７】
前記第２の金属製部品の前記円筒部分の各々が、少なくとも２つのリング形状の溝を備えている、請求項６に記載の副反射鏡。
【請求項８】
前記リング形状の溝が、λ／５からλ／４の間の深さを有し、ここでλが、前記アンテナの使用周波数帯域の中心周波数の波長である、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の副反射鏡。
【請求項９】
前記リング形状の溝が、λ未満の幅を有し、ここでλが、前記アンテナの使用周波数帯域の前記中心周波数の前記波長である、請求項５乃至８のいずれか１項に記載の副反射鏡。
【請求項１０】
前記リング形状の溝が、平底のＵ字形状のプロファイルを有する、請求項５乃至９のいずれか１項に記載の副反射鏡。
【請求項１１】
前記第１の誘電体部品の、前記導波管の外側にある前記部分が、２λ以上の直径を有し、ここでλが、前記アンテナの使用周波数帯域の前記中心周波数の前記波長である、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の副反射鏡。
【請求項１２】
前記第１の誘電体部品の前記導波管の外側にある前記部分が、およそ、前記アンテナの使用周波数帯域の前記中心周波数の前記波長の長さを有する、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の副反射鏡。
【請求項１３】
前記第２の金属製部品が、中実金属で製作されている、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の副反射鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
相互参照
この出願は、その開示の全体が参照により本明細書に組み込まれており、その優先権が本明細書において主張される、２０１２年１月３１日に出願された仏国特許出願第１２，５０，８９５号に基づく。
【０００２】
本発明は、双反射鏡アンテナ、特に、モバイル電気通信ネットワーク用に通常使用されるマイクロ波アンテナに関する。
【背景技術】
【０００３】
より小型のシステムを作成するために、双反射鏡アンテナ、特にカセグレン型の双反射鏡アンテナが利用される。双反射鏡は、最も一般的には放物面である主凹面反射鏡と、より一段と小さい直径を有し、かつ、主反射鏡と同じ回転軸上において、放物面の焦点の付近に配置された副凸面反射鏡とを備える。導波管を備える給電デバイスが、副反射鏡に対面して、アンテナの対称軸に沿って位置付けられる。これらのアンテナは、０．２５以下の低いＦ／Ｄ比を有する、いわゆる「深皿」アンテナである。この報告において、Ｆは、反射鏡の焦点距離（反射鏡の頂点と、その焦点との間の距離）であり、Ｄは反射鏡の直径である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらのアンテナは、高いスピルオーバー損失を呈し、アンテナの前後比を下げる。オーバーフロー損失は、ＲＦ波による環境汚染を招いており、標準規格によって規定されたレベルまで制限されなければならない。１つの慣例的な解決手段は、主反射鏡の周囲に、円筒の形状を有し、その直径が主反射鏡の直径に近く、好適な高さを有し、ＲＦ放射吸収層を用いて内側が被覆されたシュラウド（ｓｈｒｏｕｄ）を付設することである。高価な吸収性シュラウドの使用が、このスピルオーバー作用を除去するために必要となっている。
【０００５】
さらに、２３ＧＨｚを下回る低周波数について、主反射鏡の大きな直径は、副ローブのレベルを増大させてしまう（マスキング作用）。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、ＦＣＣおよびＥＴＳＩの標準規格の仕様に合致するように、その放射パターンが改善された双反射鏡アンテナを提案することである。
【０００７】
特に、提案されるアンテナは、より小さなサイド・ローブと、高い前後比とを呈する。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、費用の嵩む吸収性シュラウドをなくすことである。
【０００９】
本発明の目的は、二重反射鏡アンテナの副反射鏡であって、内部凸面を備える第１の末端と、導波管の末端に結合されるように適合された第２の末端と、第１の末端と第２の末端との間に延在する本体とを備え、本体が、導波管に貫入する部分および導波管の外部にある部分を有する第１の誘電体部品と、第２の金属製部品とを備え、第２の金属製部品が、副反射鏡の第１の末端に接在し、かつ、その直径が第１の誘電体部品の、導波管の外側にある部分よりも大きな第１の円筒部分と、第１の円筒部分に隣接し、かつ、第１の誘電体部品に貫入する円錐部分によって延長された第２の円筒部分と、第１の円筒部分によって支持されており、主反射鏡に対面するように、副反射鏡の軸と９０°未満の角度をなす、平坦なリング形状の表面と備える、副反射鏡である。
【００１０】
第１の態様によると、９０°未満の角度は、優先的に７０°から８５°の間である。
【００１１】
第２の態様によると、平坦なリング形状の表面は、第１の円筒部分の境界を定める外側円筒壁の内に配設されている。
【００１２】
第３の態様によると、平坦なリング形状の表面は、第１の円筒部分と第２の円筒部分との接合部に配置されている。
【００１３】
第４の態様によると、平坦なリング形状の表面は、第２の円筒部分の断面の面から９０°以外の角度をなす。
【００１４】
第５の態様によると、第１の誘電体部品は、少なくとも１つのリング形状の溝を支持している。優先的に、第１の誘電体部品は、少なくとも２つのリング形状の溝を備えている。より一段と優先的に、第１の誘電体部品の、導波管の外側にある部分は、少なくとも１つのリング形状の溝を含む。
【００１５】
第６の態様によると、第２の金属製部品の円筒部分の各々は、少なくとも１つのリング形状の溝を含む。優先的に、第２の金属製部品の円筒部分の各々は、少なくとも２つのリング形状の溝を備えている。
【００１６】
一実施形態によると、リング形状の溝は、λ／５からλ／４の間の深さを有し、ここでλは、アンテナの使用周波数帯域の中心周波数の波長である。
【００１７】
別の実施形態によると、リング形状の溝は、λよりも一段と小さな幅を有し、ここでλは、アンテナの使用周波数帯域の中心周波数の波長である。
【００１８】
さらに別の実施形態によると、リング形状の溝は、平底のＵ字形状のプロファイルを有する。
【００１９】
第７の態様によると、第１の誘電体部品の、導波管の外側にある部分は、２λ以下の直径を有し、ここでλは、アンテナの使用周波数帯域の中心周波数の波長である。
【００２０】
第８の態様によると、第１の誘電体部品に属する、導波管の外側にある部分は、およそ、アンテナの使用周波数帯域の中心周波数の波長λの長さを有する。
【００２１】
第９の態様によると、第２の金属製部品は、中実金属で製作されている。
【００２２】
主たる発想は、設計を容易化するため、および、誘電体材料部品のコストを削減するために、２つの部品から副反射鏡を組み立てることである。誘電体材料、たとえば「Ｒｅｘｏｌｉｔｅ」などのプラスチック材料で製作された部品は、サイズが小さく、特別なプロファイルを有する。この誘電体部品は、放射導波管と金属製副反射鏡とを連結する。この誘電体部品の設計は、本発明の主要な態様であるが、その理由は、当該誘電体部品の設計が副反射鏡の一部であるだけではなく、誘電体部品の縁端にいくつかの溝を加えることにより、アンテナの放射パターンを大幅に改善もするためである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の一つの利点は、高性能であり、かつ、小型の非シュラウド付きアンテナを提供することである。さらに、このアンテナは、特に低周波数に対し、低コスト給電デバイスを有する。この理由は、給電デバイスの寸法が波長に比例するためである。これらのデバイスの体積は、低周波数においてより大きくなる。特に、通常は誘電体材料で製作される副反射鏡の直径は大きく、アンテナを高価なものにする。本状況において、誘電体部品は、依然として波長に依存しているものの、より小さな体積を有し、それによって、より安価になる。中実金属で製作される部品は、アルミニウムであり、誘電体材料よりも、より一段と安価な材料である。
【００２４】
本発明は、アンテナのアクティブな電子機器の全てを含み、無線リンクを確立するように働く無線ボックスを有するマイクロ波リンク用に使用されるアンテナに適用される。
【００２５】
本発明の他の特徴および利点は、非限定的な例によって、以下の図を含む添付の図面において当然ながら提示される、一実施形態の以下の説明を読むと、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】知られている双反射鏡アンテナの断面を概略的に例示する図である。
【図２】副反射鏡の一実施形態の断面を例示する図である。
【図３】副反射鏡の一実施形態の背面斜視図を例示する図である。
【図４】図２および図３の副反射鏡の部品の詳細図を例示する図である。
【図５】放物面の軸と比較して測定された反射角に依存した、１５ＧＨｚの周波数帯域における主反射鏡の放射パターンを例示する図である。
【図６】送信／受信角に依存した、アンテナの水平面の、１５ＧＨｚの周波数帯域における放射パターンを例示する図である。
【図７】周波数に依存した、１５ＧＨｚの周波数帯域における反射損失を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
これらの図の各々における同一の要素は、同じ参照番号を有する。
【００２８】
図１は、深皿反射鏡と小さい焦点距離とを有する、知られているタイプのアンテナ１であって、主反射鏡２および副反射鏡３を備える、アンテナ１を例示する。アンテナ１は、中空の金属管、たとえばアルミニウムで製作されたものであり得る、導波管４によって給電を受ける。反射鏡２、３は、レードーム５によって保護されている。副反射鏡３は、導波管４との接合部を確立する、より小さな半径を有する第１の末端６と、大きな半径の１つの開放末端７とを備え、この開放末端７において、ＲＦ信号を反射する凸内面８は、２つの端部６、７を連結する外面９に合する。副反射鏡３の外面９は、主反射鏡２に対面する表面である。内面８および外面９は、単一の回転軸の周囲を回転する表面である。誘電体本体１０は、第１の端部６と第２の端部７との間に延在し、内面８および外面９によって制限される。誘電体本体１０の材料の一部１１は、導波管４と副反射鏡３との間における機械的安定性および無線遷移を確保するために、導波管４に貫入するように延在する。
【００２９】
導波管４は、入射放射を副反射鏡３の方向に発し、それは主反射鏡２に向けて反射されて、受信機に向けてメイン・ビーム１２を形成する。しかしながら、入射放射の一部は、分散した方向に送り返されて、オーバーフロー損失１３を生じる。放射の別の一部は、主反射鏡２によって反射されるが、この反射された放射は、副反射鏡３によってマスキングされ、副反射鏡３は、それを主反射鏡２に送り返す。この反射された放射は、次いで、主反射鏡２によって反射され、分散した方向に送り返されて、マスキング作用１４を起因とする損失を生じる。
【００３０】
図２及び図３に描かれた実施形態において、副反射鏡２０は、第１の末端２１と、当該第１の末端２１を導波管２３の末端に結合するように適合された第２の末端２２とを備える。第１の末端２１内に、反射鏡２０の軸Ｘ−Ｘ’である回転軸を有する凸内面２４が構築されている。本体２５は、第１の末端２１と第２の末端２２との間に延在する。その本体２５は、２つの部品、すなわち、誘電体材料で製作され、導波管２３に少なくとも部分的に挿入されて、副反射鏡２０と導波管２３との間のリンクをもたらす第１の部品２６と、第１の誘電体部品２６を延長して、反射面２８を有する第２の金属製部品２７とによって製作されている。
【００３１】
形状がほぼ円錐である第１の誘電体部品２６は、第２の金属製部品２７の直径よりも小さい、大きい方の直径Ｄを有する。第１の誘電体部品２６が、先行技術の知られている解決手段に比べ、より小さな体積、この場合では約２５％小さい体積を有しているおかげで、誘電体材料のコストの著しい低下が達成される。使用される誘電体材料は、高コストでありながらも、その低くかつ安定した誘電率によって選ばれた「Ｒｅｘｏｌｉｔｅ」である。導波管２３の内に存在する、第１の誘電体部品２６の部分２９は、設計の点で従来通りであり、導波管２３の内側における導波モードにある信号と、導波管２３の外側における信号との間の遷移を改善することを可能にする。導波管２３の外側に存在する、第１の誘電体部品２６の部分３０は、２λの最大直径Ｄであって、ここにおいてλがアンテナの動作帯域の中心周波数の波長である、最大直径Ｄと、約λの長さＬとを有する。概して円錐である、第１の誘電体部品２６の部分３０の外面は、放射パターンによる、リターン・ロスの改善と、より良好な性能とを達成するために、３つの溝３１を含む。
【００３２】
導波管２３に対向し、円錐の基部である第１の誘電体部品２６の末端は、副反射鏡２０の第２の金属製部品２７に取り付けられている。第２の部品２７は、中実金属、たとえばアルミニウムで製作されている。第１の誘電体部品２６の、導波管２３に対向する表面３２ａは、副反射鏡２０の反射面２８の部分３２ｂに接触しており、同じ形状を有している。副反射鏡２０の反射面２８の部分３２ｂのプロファイルは、多項式によって最適化されてきた。副反射鏡２０の反射面２８の目的は、最小のオーバーフロー損失で、導波管２３からのパワーの全てを主反射鏡上に集中させることである。
【００３３】
副反射鏡２０の第２の金属製部品２７は、第１の誘電体部品２６に貫入する円錐部分３５において終端をなす、２つの隣接する円筒部分３３および３４を備える形状を有している。副反射鏡２０の第１の末端２１に接在する、大きい方の直径の第１の円筒部分３３においては、少なくとも１つの溝３６が、円筒の表面に構築されている。小さい方の直径の第２の円筒部分３４においては、少なくとも１つの溝３７が、円筒の表面に構築されている。本状況において、円筒部分３３、３４の各々は、平底のＵ字形状のプロファイルと、反射鏡２０のＸ−Ｘ’軸上に中心を定められたリングの形とを有する、２つの溝３６、３７を特徴として有している。溝３６、３７の深さＰは、λ／５からλ／４の間であり、その幅は、アンテナの使用周波数帯域の中心周波数の波長λに比べて非常に小さい。
【００３４】
小さい方の直径の第１の円筒部分３３は、小さい方の直径の第２の円筒部分３４との、その接合部の付近に、主反射鏡と対面する平坦なリング形状の表面３８を特徴として有している。この平坦なリング３８は、より詳細に図４に示されているように、第１の円筒部分３３の境界を形成する外方円筒壁の内に配設されている。平坦なリング３８は、副反射鏡２０のＸ−Ｘ’軸と、９０°以外のβの角度をなす平坦な表面を有する。この角度βは、９０°未満であることが好ましく、さらに、７０°から８５°の間であることが好ましい。平坦なリング３８は、また、第２の円筒部分３４の断面の面から９０°以外の角度をなす。この角度は、放物面主反射鏡４０の中心３９に向けて信号を反射するように計算されている。放射が放物面の縁端に向けて方向付けられることを回避し、それによってオーバーフロー損失１３が生じることを回避するためには、主反射鏡に向けられた、その平坦なリング３８の存在が必須である。主反射鏡４０の中心において、望ましくない放射の、その一部を捕捉するために吸収性材料を有すること、もしくは、望ましくない放射を捉えるための、幾何学的に適切な手段を有すること、のいずれかも可能であり、または、望ましくない放射をメイン放射ビーム内に迅速に送り返すことの可能な手段がそこに配置されてよい。
【００３５】
記載された形状およびそれらの寸法は、図５に示されるアンテナの主反射鏡の放射パターンにおいて示されるように、非常に高レベルの無線性能を達成することを可能にする。図５のグラフ５０では、ｙ軸上に、１５ＧＨｚの周波数帯域内における、ｄＢを単位とする放射の強度Ｉが提示され、ｘ軸上に、度を単位とする反射角θが提示される。反射角θは、放物面の軸（θ＝０°）と比較して測定されている。値−θおよび＋θは、いずれの側においても、オーバーフロー損失ゾーン５１の境界を定め、それらの２つの値間において、マスキング作用ゾーン５２が、放物面主反射鏡の軸上に中心を定められている。オーバーフロー損失エリア４２は、１００°を上回る反射角に対応する。本状況においては、主反射鏡の縁端５３において、それらのオーバーフロー損失が低く、およそ−１２ｄＢであることが観察される。
【００３６】
曲線５０によって描かれた、主反射鏡の放射パターンは、最良である。すなわち、副反射鏡の表面のみが照らされ、このことは、オーバーフロー損失５１を大幅に低減し、主反射鏡の中心における低いフィールド値（ｆｉｅｌｄ  ｖａｌｕｅ）５４は、マスキング作用５２を低減することを可能にする。マスキング作用は、電波が主反射鏡にぶつかって反射された後に、副反射鏡に戻るときに生じる（図１参照）。最終的な結果は、高利得と、副ローブについての低強度と、アンテナの縁端上における低フィールド・レベルである。この最後の点により、吸収性シュラウドを有する必要なく、ＥＴＳＩのクラス３仕様に合致するアンテナと、低いリターン・ロス値とを獲得することが可能になる。その結果、アンテナのコストがより低くなり、アンテナは、より小型となる。
【００３７】
図６において、グラフ６０は、水平面における主反射鏡の放射パターンを描く。ｙ軸には、１５ＧＨｚの周波数帯域内における、ｄＢを単位とする放射Ｒの強度Ｉが提示され、ｘ軸には、度を単位とする送信／受信角αが提示される。基準グラフ６１は、標準プロファイル（ＥＴＳＩ）を表し、エリア６２は、サイド・ローブに対応する。放射パターンの値は、ＥＴＳＩクラス３仕様によって許容される最大値の範囲内に留まっている。
【００３８】
図７は、送信または受信された電波の周波数に基づき、１５ＧＨｚの周波数帯域における副反射鏡のリターン・ロスを例示する。ｙ軸には、ｄＢを単位とするパラメータの強度［Ｓ］が提示され、ｘ軸には、ＧＨｚを単位とする周波数ｖが提示される。−３５ｄＢを下回るリターン・ロスが、曲線７０の大半において観察される。したがって、低いリターン・ロス値が、この周波数帯域の大部分において観察される。
【００３９】
当然ながら、本発明は、記載された実施形態に限定されず、それよりもむしろ、本発明の精神から逸脱することなく、当該技術において技量を有する者にとって到達することが可能な多くの変形体を受け入れる可能性を有する。特に、副反射鏡の金属部品および誘電体部品を組み立てるために、本明細書に記載した材料以外の他の材料を使用することが可能である。
【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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