(57)【要約】  アンテナ装置は、回転放物面の一部を切り出してオフセットアンテナを形成する反射鏡と、この反射鏡の開口面へ楕円錐形状の楕円ビームを放射する次放射器とを備えている。反射鏡の開口面の反射鏡輪郭は、１次放射器から放射される楕円ビームの等照度線に沿って楕円形に形成されている。これにより、本実施形態の反射鏡輪郭が、反射鏡の開口面に入射するビームの軸に直交するように形成された仮想的な楕円形の一般の反射鏡輪郭よりはみ出した領域において、反射鏡のスピルオーバによる損失を補填する。本実施形態の反射鏡輪郭より一般の反射鏡輪郭がはみ出した領域において、反射鏡の照度能率の低下を補填する。
2013031396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転放物面の一部を切り出してオフセットアンテナを形成する反射鏡と、
前記反射鏡の開口面へ楕円錐形状のビームを放射する１次放射器とを備え、
前記反射鏡の開口面の輪郭は、前記１次放射器から放射される楕円錐形状のビームの等照度線に沿って形成されているシングルビーム方式のアンテナ装置。
【請求項２】
回転放物面の一部を切り出してオフセットアンテナを形成する反射鏡と、
前記反射鏡の開口面へ楕円錐形状のビームを放射する副反射器と、
前記副反射器へ任意形状のビームを放射する１次放射器とを備え、
前記反射鏡の開口面の輪郭は、前記副反射器から放射される楕円錐形状のビームの等照度線に沿って形成されているシングルビーム方式のアンテナ装置。
【請求項３】
前記１次放射器は、前記副反射器へ楕円錐形状のビームを放射し、
前記副反射鏡の開口面の輪郭は、前記１次放射器から放射される楕円錐形状のビームの等照度線に沿って形成されている請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記反射鏡の開口面の輪郭は、前記１次放射器から放射される楕円錐形状のビームの中心部の照度を０ｄＢとしたとき、−１２ｄＢの等照度線に沿って形成されている請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記１次放射器から放射される楕円錐形状のビームの等照度線に沿って前記反射鏡の開口面に形成された輪郭を第１の輪郭とし、前記反射鏡の開口面に入射するビームの軸に直交するように形成された仮想的な楕円形の輪郭を第２の輪郭としたとき、
前記第１の輪郭が第２の輪郭よりはみ出した領域が、前記反射鏡のスピルオーバによる損失を補填する領域である請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記第２の輪郭が第１の輪郭よりはみ出した領域が、前記反射鏡の照度能率の低下を補填する領域である請求項５に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記第１の輪郭の楕円形及び前記第２の輪郭の楕円形は、それぞれ、横幅と縦幅の比がほぼ２対１である請求項５または６に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記１次放射器から前記反射鏡の開口面へ放射される楕円錐形状のビームの中心軸は、前記回転放物面の回転軸と所定の角度をなしている請求項１から７のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記１次放射器から前記反射鏡の開口面へ放射される楕円錐形状のビームは、理想的なガウス分布特性を示している請求項１から８のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
モバイルバックホールを含めたポイントツーポイントの通信システムに使用される請求項１から９のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モバイルバックホールなどのポイントツーポイントの通信システムに使用されるアンテナ装置に関し、特に、１つのアンテナから一方向へビームを放射するシングルビーム方式のアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パラボラアンテナなどのアンテナ装置は、無線基地局と幹線ネットワークとを結ぶＲＡＮ（Radio Access Network）として知られているモバイルバックホールなどに広く利用されている。特に、モバイルバックホールにおいては、反射鏡と１個の１次放射器とを用いて一方向へビームを放射するシングルビーム方式のアンテナ装置が広く用いられている。
このようなシングルビーム方式のアンテナ装置としては、パラボラアンテナの反射鏡の一部のみを使用して、不用な電波の受信する確率を小さくするように構成されたオフセットパラボラアンテナなどが良く使用されている。【０００３】
例えば、例えば、特許文献１には、シングルビーム方式の反射鏡アンテナからなるアンテナ装置に関する関連技術として、反射鏡の開口面を小さくして不用な電波を受信しないようにしたオフセットパラボラ反射鏡の技術が開示されている。この技術によれば、回転パラボラ反射鏡の一部を切取った形状に形成されたオフセットパラボラ反射鏡において、そのオフセットパラボラ反射鏡の焦点位置から周縁部を見た形状がほぼ円形になるように反射鏡を形成している。すなわち、楕円形の反射鏡では長軸方向のスピルオーバ（漏れ）が増大するが、反射鏡の焦点位置から周縁部を見た形状を円形にすることによって、スピルオーバを低く抑えることができると共に、反射鏡の周縁部における照射レベルの均一化を図ることができる。その結果、反射鏡の照射能率を向上させることができる。【０００４】
なお、オフセットパラボラ反射鏡の関連技術として、例えば、非特許文献１には、オフセット楕円ビームアンテナの低サイブロード特性の実現法に関する技術も報告されている。【０００５】
さらに、他の関連技術として、例えば、特許文献２には、１つのアンテナから複数の方向へビームを放射するマルチビーム方式のアンテナにおいて、反射鏡の輪郭線の形状を、鏡面収差に起因する開口面位相偏差に対応した等高線に沿った形状にする技術が開示されている。この技術によれば、鏡面収差（すなわち、鏡面における反射位置の違いによる電波の行路差）によって求めた等高線に沿って、反射鏡の輪郭線を形成することにより、鏡面収差に起因するビーム指向特性の劣化、サイドローブ（漏洩電磁波）の増加、及びアンテナ利得の低下などを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２５９２６４６号公報
【特許文献２】特開平９−５１２１１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】青木克比古他著『オフセット楕円ビームアンテナの低サイブロード特性の実現法』電子情報通信学会誌、Ｂ−II、通信II−無線通信・無線応用  Ｊ８１−Ｂ−２（８）、７８９−７９６、１９９８−０８−２５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般的に、反射鏡と１次放射器とを備えた反射鏡アンテナ（アンテナ装置）においては、その１次放射器のビームの幅が広いと、反射鏡の開口面の照度分布が一様な分布状態に近づいて照射能率が向上する。ところが、ビームの幅が広いために、ビームの一部が反射鏡に当たらないでスピルオーバ（漏れ）となる電力が大きくなって損失となってしまう欠点もある。一方、１次放射器のビームの幅が狭いと、スピルオーバによる損失を低減させることはできるが、反射鏡の開口面における照度分布が一様でなくなるために照射能率を低下させてしまうおそれがある。したがって、アンテナ装置としての照射能率を最大にするためには、反射鏡の開口面における照射能率とスピルオーバによる損失とのトレードオフの関係が最適になるように、１次放射器から照射されるビームの幅を適切に設計する必要がある。【０００９】
例えば、理想的な回転放物面からなる反射鏡と、理想的なガウス分布特性（正規分布特性）を示すビームを放射する１次放射器とを用いた場合は、反射鏡の中心の照度（０ｄＢ）に対する輪郭部分の相対照度は、一般的に、約−１２ｄＢぐらいになるように、１次放射器のビームの幅（太さ）を決定する。このとき、反射鏡のスピルオーバと反射鏡の開口面の照射能率とのトレードオフの関係が最適化されて、アンテナ装置としての照射能率が極大値を示すようになる。【００１０】
しかしながら、サイドローブ特性を低減させた一般的なオフセットアンテナは、開口面の形状を楕円形にしているため、反射鏡の輪郭における１次放射器からの照度強度は一定の値ではなく、むら（強弱）が生じている。したがって、１次放射器のビームの幅をどのように設計しても、スピルオーバによる損失と照射能率の改善とのトレードオフの関係を最適化することができない。すなわち、アンテナ装置としての照射能率を最大化することが難しいという問題がある。【００１１】
また、反射鏡からの漏洩電磁波を低減させるための低サイドローブ特性を実現させるために、反射鏡の輪郭部分における照度を低く設定しても、楕円形の開口面の輪郭部分における照度が一定ではないために、スピルオーバによる損失は依然として大きいままであるという問題もある。【００１２】
また、水平面の低サイブロード特性を実現させるためには、反射鏡の縦幅に比べて横幅を大幅に長くした楕円形状にする必要がある。ところが、前述の特許文献１の技術においては、オフセットパラボラ反射鏡の焦点位置から周縁部を見た形状がほぼ円形になるように反射鏡を形成しているため、水平面の低サイブロード特性を実現させることできない。
言い換えると、特許文献１の技術では、反射鏡の横幅と縦幅とが大幅に異なる楕円形の反射鏡アンテナの優位性を実現させることができない。【００１３】
なお、非特許文献１の技術は反射鏡を楕円形にして低サイブロード特性を実現させているが、この技術では、反射鏡の楕円形の形状が楕円ビームの等照度線と一致していないので、最適な照度能率を得ることができない。【００１４】
さらに、特許文献２の技術においては、複数の１次放射器が１つの反射鏡を共有して複数の方向へビームを放射するマルチビーム方式のアンテナ装置において、反射鏡の輪郭線を鏡面収差に起因する開口面位相偏差に対応した等高線に沿った形状とすることにより、サイドローブの増加などを抑制している。しかし、鏡面収差は、マルチビーム方式のアンテナ装置において複数のビームが同じ反射鏡を共有することから、ビームの方向によって電波に行路差が生じて起こるものである。したがって、このような鏡面収差はマルチビーム方式のアンテナ装置に固有のものであって、原理的に、シングルビーム方式のアンテナ装置においては発生しない。そのため、特許文献２の技術を知り得たとしても、シングルビーム方式のアンテナ装置において、照射能率、スピルオーバ、及びサイドローブ特性などを改善する技術に応用することはできない。【００１５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、反射鏡の照射能率がよくてスピルオーバの少ない、かつ低サイドローブ特性に優れたシングルビーム方式のアンテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するために、本発明に係わるアンテナ装置は、シングルビーム方式のアンテナ装置であって、回転放物面の一部を切り出してオフセットアンテナを形成する反射鏡と、前記反射鏡の開口面へ楕円錐形状のビームを放射する１次放射器とを備え、前記反射鏡の開口面の輪郭が、前記１次放射器から放射される楕円錐形状のビームの等照度線に沿って形成される。【００１７】
また、本発明に係わるアンテナ装置は、シングルビーム方式のアンテナ装置であって、回転放物面の一部を切り出してオフセットアンテナを形成する反射鏡と、前記反射鏡の開口面へ楕円錐形状のビームを放射する副反射器と、前記副反射器へ任意形状のビームを放射する１次放射器とを備え、前記反射鏡の開口面の輪郭が、前記副反射器から放射される楕円錐形状のビームの等照度線に沿って形成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係わるアンテナ装置によれば、１次放射器から放射される楕円ビームの等照度線に沿って反射鏡の輪郭を形成しているので、スピルオーバと照射能率のトレードオフの関係を最適化することができる。その結果、スピルオーバによる損失の低減、照射能率の向上、及びサイブロード特性の改善などを図って、アンテナ性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るシングルビーム方式のアンテナ装置の概略的な構成と等照度線を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るシングルビーム方式のアンテナ装置の説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るシングルビーム方式のアンテナ装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
《概要》
本発明のアンテナ装置は、１つの反射鏡と１つの１次放射器とからなるシングルビーム方式のアンテナ装置において、１次放射器からのビームの照度が反射鏡の輪郭線に沿って一定の値になるように、反射鏡の輪郭を決定したことを特徴としている。言い換えると、本発明のアンテナ装置は、１次放射器から放射されるビーム照度の振幅分布の等高線（つまり、等照度線）に沿って反射鏡の輪郭を決定している。
【００２１】
《第１実施形態》
図１は、本発明の第１実施形態に係るシングルビーム方式のアンテナ装置の概略的な構成と等照度線を示す図である。図１に示すように、アンテナ装置１は、反射鏡２と１次放射器３とによって構成されている。なお、反射鏡２の鏡面は回転放物面の一部である。また、図１は、１次放射器３の楕円ビーム４の最大方向（楕円の中心）の照度を０ｄＢとして、回転放物面上の等照度線Ｌが−６ｄＢ、−９ｄＢ、−１２ｄＢ、−１５ｄＢの放物線を示している。
【００２２】
１次放射器３は、その１次放射器３の位相中心が回転放物面の焦点と一致するように配置されている。また、１次放射器３の楕円ビーム４の中心軸は、回転放物面の回転軸と所定の角度（例えば、５０度）をなしている。このとき、１次放射器３から反射鏡２へ放射される楕円ビーム４の照度が、反射鏡２の鏡面上において等しい値となる等高線（等照度線）に沿って、本実施形態の反射鏡輪郭２ａの形状を決定する。例えば、図１に示すように、照度が−１２ｄＢの等照度線を本実施形態の反射鏡輪郭２ａとする。
【００２３】
また、このアンテナ装置１は水平面の低サイドローブ特性を実現させるために、反射鏡２は、横幅が縦幅に比べて大幅に長くなった長楕円の形状となっている。一般に、反射鏡２の横幅が長いほど、サイドローブの相対レベルが低くなり、具体的には横幅と縦幅の比は２：１である。なお、ビームを円形にしない理由は、縦幅を横幅と同様に大きくすると、アンテナ装置１の受風面積が大きくなり、アンテナ装置１の設置時の構造的制約が大きくなるからである。なお、この種のアンテナ装置１は、垂直面（縦幅の方向）に対しては低サイドローブとする必要性はない。したがって、横幅の長い反射鏡２に対応するために、１次放射器３から放射されるビームは、水平方向に長い、ほぼ楕円形状に近い楕円ビーム４となっている。
【００２４】
また、図１では、一般のオフセットパラボラアンテナの反射鏡輪郭１１が示されている。一般の反射鏡輪郭１１は、開口面（反射鏡２からのビームの軸に直交する仮想的な平面）の形状が楕円形になるように、対応する反射鏡２の形状を決定している。しかし、一般のオフセットパラボラアンテナでは、楕円形の反射鏡輪郭１１は、等照度線とは全く無関係である。
【００２５】
すなわち、縦幅に比べて横幅が長い楕円形のオフセット型の反射鏡においては、一般の反射鏡輪郭１１と本実施形態の反射鏡輪郭２ａとでは、図１に示すように楕円形状のずれが大きいために、一般のアンテナ装置は照射能率を低下させている。
【００２６】
一方、本実施形態のアンテナ装置１の場合は、スピルオーバによる損失は、１次放射器３の楕円ビーム４のうち、反射鏡２を照射しない部分の電力の総和になるが、この場合、一定のレベル（−１２ｄＢ）以下の電力の総和となる。一般に、スピルオーバによる損失は、本実施形態の反射鏡輪郭２ａの外部に放射される電力の大きさに依存される。そのため、スピルオーバによる損失を低減させるためには、本実施形態の反射鏡輪郭２ａの照度（等照度線）を小さくすることが有効である。
【００２７】
一方、１次放射器３から反射鏡２を照射している楕円ビーム４の電力は、一定のレベル（−１２ｄＢ）以上の電力の総和となる。一般に反射鏡２の照射能率を改善させるためには、反射鏡輪郭２ａの照度を大きくすることが有効である。したがって、反射鏡輪郭２ａの照度がある一定のレベルとなっていることで、効率よくスピルオーバによる損失と反射鏡２の照射能率とのトレードオフの関係を最適化することができるので、アンテナ装置１の照射能率を最大にすることが可能となる。
【００２８】
なお、図１では、本実施形態の反射鏡輪郭２ａと一般の反射鏡輪郭１１とを並べて表示しているので、本実施形態によってスピルオーバや照射能率が改善されていることを確認することができる。すなわち、一般の反射鏡輪郭１１に対して本実施形態の反射鏡輪郭２ａがはみ出している領域Ｓ１、Ｓ２は、本実施形態のアンテナ装置１が、従来のアンテナ装置で生じるスピルオーバによる損失に対して寄与している領域である。また、本実施形態の反射鏡輪郭２ａに対して一般の反射鏡輪郭１１がはみ出している領域Ｓ３、Ｓ３は、本実施形態のアンテナ装置１が、従来のアンテナ装置で生じる照射能率の低下に対して寄与している領域である。
【００２９】
図２は、本発明の第１実施形態に係るシングルビーム方式のアンテナ装置の説明図である。すなわち、反射鏡２は、回転放物面Ｐの一部を切り出したオフセットアンテナとなっていて、該反射鏡２の焦点位置にある１次放射器３から楕円錐形状のビーム（楕円ビーム）を受光して、該反射鏡２から平行線のビームを反射している。反射鏡２の輪郭の形状は、図１に示すように、１次放射器３からの楕円ビームが反射鏡２に照射するときの等照度線の軌跡となっている。例えば、反射鏡２の輪郭の形状は、楕円ビームの中心を０ｄＢとしたときに、−１２ｄＢの等照度線の軌跡となっている。これにより、一般的なアンテナ装置に比べて、スピルオーバ、照射能率、及び低サイドローブ特性などを改善することができる。
【００３０】
《第２実施形態》
図３は、本発明の第２実施形態に係るシングルビーム方式のアンテナ装置の説明図である。第２実施形態のアンテナ装置においても、反射鏡２の輪郭の形状は、図１と同じように等照度線の軌跡となっている。また、反射鏡２が回転放物面Ｐの一部を切り出したオフセットアンテナとなっている点も第１実施形態と同じである。第２実施形態のアンテナ装置の特徴は、図２に示す１次放射器２の代わりに、図３に示すよう、１次放射器６と副反射鏡７からなる１次放射器系に置き換えた点である。
【００３１】
すなわち、１次放射器系として、１次放射器６から副反射鏡７へ任意の形状のビームを照射すると、副反射鏡７から楕円錐形状のビーム（楕円ビーム）が反射鏡２へ照射される。このとき、副反射鏡７から照射された楕円ビームは、反射鏡２の輪郭における照度が一定になるように、反射鏡２の輪郭の形状が設定されている。第２実施形態のアンテナ装置においても、第１実施形態と同様に、一般的なアンテナ装置に比べて、スピルオーバ、照射能率、及び低サイドローブ特性などを改善することができる。
【００３２】
《第３実施形態》
本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置では、図３に示す第２実施形態の副反射鏡７の形状を、１次放射器６から放射される楕円錐形状のビーム（楕円ビーム）による副反射鏡７上の照度が一定となる等照度線によって決定している。すなわち、反射鏡２の輪郭と同様に副反射鏡の輪郭も楕円ビームの等照度線に沿って形成している。これによって、第１実施形態及び第２実施形態の効果に加えて、副反射鏡７におけるスピルオーバによる損失の改善と、照射能率の最適設計とを実現することができるので、アンテナ装置全体の能率を最大化することが可能となる。
【００３３】
以上説明したように、本発明の実施形態に係るアンテナ装置によれば、スピルオーバと照射能率とのトレードオフの関係を最適にした設計を行うことができるので、一般的なアンテナ装置に比べてアンテナ全体の能率を向上させることが可能となる。また、アンテナ装置に加わる台風荷重を大きくすることなく、水平方向のサイドローブ特性を改善することができる。さらに、アンテナ装置の能率を向上させているため、反射鏡のさらなる小型化を図ることができる。また、複反射鏡を用いたアンテナ装置においては、その副反射鏡の能率も向上させることができる。
【００３４】
以上、本発明に係るアンテナ装置の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、本発明の具体的な構成は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、それらは本発明に含まれる。
【００３５】
本願は、２０１１年８月２６日に、日本に出願された特願２０１１−１８４９０４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明のアンテナ装置は、シングルビーム方式のパラボラアンテナやオフセットパラボラアンテナなどとして、モバイルバックホールなどのポイントツーポイントの通信システム等に有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１    アンテナ装置
２    反射鏡
２ａ    本実施形態の反射鏡輪郭
３    １次放射器
４    楕円ビーム
６    １次放射器
７    副反射鏡
１１    一般の反射鏡輪郭
Ｓ１    スピルオーバによる損失に寄与する領域
Ｓ２    スピルオーバによる損失に寄与する領域
Ｓ３    照射能率低下に寄与する領域
Ｓ４    照射能率低下に寄与する領域
Ｌ    回転放物面上の等照度線
Ｐ    回転放物面
【図１】
2013031396.tif 000003
【図２】
2013031396.tif 000004
【図３】
2013031396.tif 000005
【国際調査報告】
2013031396.tif 000006
2013031396.tif 000007
2013031396.tif 000008
2013031396.tif 000009
2013031396.tif 000010
2013031396.tif 000011